JP4934240B2

JP4934240B2 - 燃料電池用電極の製造方法

Info

Publication number: JP4934240B2
Application number: JP35018499A
Authority: JP
Inventors: 人見　　周二
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2019-12-09
Also published as: JP2001167769A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池用電極の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子電解質型燃料電池は、パーフルオロカーボンスルフォン酸膜等の陽イオン交換膜を電解質とし、このイオン交換膜の両面にアノードとカソードの各電極を接合して構成され、アノードに水素、カソードに酸素を供給して電気化学反応により発電する装置である。各電極で生じる電気化学反応を下記に示す。
アノード：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
カソード：１／２Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ
全反応：Ｈ₂＋１／２Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ
この反応式から明らかなように、各電極の反応は、活物質であるガス（水素または酸素）、プロトン（Ｈ⁺）および電子（ｅ^-）の授受が同時におこなうことができる三相界面でのみ進行する。
【０００３】
このような機能を有する電極としては、固体高分子電解質である陽イオン交換樹脂とカーボン粒子と触媒金属とを含む固体高分子電解質−触媒複合電極がある。このような陽イオン交換樹脂−触媒複合電極の構造の例を図２に示す。図２において、６はカーボン粒子、７は陽イオン交換樹脂、８はイオン交換膜、９は細孔である。
【０００４】
図２に示されるように、陽イオン交換樹脂−触媒複合電極は、触媒金属が担持されたカーボン粒子６と陽イオン交換樹脂７とが混ざり合ってこれらが三次元に分布するとともに、内部に複数の細孔９が形成された多孔性の電極であって、触媒の担体であるカーボンが電子伝導チャンネルを形成し、陽イオン交換樹脂がプロトン伝導チャンネルを形成し、細孔が、酸素または水素および生成物である水の供給排出チャンネルを形成するものである。そして電極内にこれら３つのチャンネルが三次元的に広がり、ガス、プロトン（Ｈ⁺）および電子（ｅ^-）の授受を同時におこなうことのできる三相界面が無数に形成されて、電極反応の場が提供されている。
【０００５】
従来、このような構造を有する電極は、カーボン粒子担体に白金などの触媒金属粒子を高分散に担持させた触媒担持カーボン粒子とＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）粒子分散溶液よりなるペーストを高分子フィルムや導電性多孔質体のカーボン電極基材上に製膜（一般に膜厚３〜３０μｍ）して加熱乾燥した後、陽イオン交換樹脂溶液をこの上から塗布、含浸後、乾燥させる方法、または上記触媒担持カーボン粒子と陽イオン交換樹脂溶液そして必要に応じてＰＴＦＥ粒子とよりなるペーストを高分子フィルムや導電性多孔質体のカーボン電極基材上に製膜（一般に膜厚３〜３０μｍ）した後、乾燥する方法等により作製されていた。
なお、陽イオン交換樹脂溶液としては、先に述べたイオン交換膜と同じ組成からなるものをアルコールで溶解し、液状にしたものが、ＰＴＦＥ粒子分散溶液としては、粒子径約０．２３μｍのＰＴＦＥ粒子の分散溶液が用いられている。
【０００６】
しかし、このような製造方法により作製された電極では、カーボンに担持された触媒金属の利用率が低く、例えばわずかに１０％程度であることが報告されている（ＥｄｓｏｎＡ．Ｔｉｃｉａｎｅｌｌｉ，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，２５１，２７５（１９８８）参照）。この原因は、これまでの製造方法が、あらかじめカーボン粒子に白金等の触媒金属粒子を担持させた後、そのカーボン粒子と陽イオン交換樹脂とを混合する方法を用いていることに起因するものである。
【０００７】
しかし、従来の電極の製造方法は、先に説明したように、あらかじめカーボン粒子に白金等の触媒金属粒子を担持させた後、そのカーボン粒子と陽イオン交換樹脂とを混合する方法を用いており、あらかじめカーボンに担持した白金等の触媒金属粒子が偶然に陽イオン交換樹脂内のプロトン伝導経路に接することを期待しているために、触媒金属の利用率が低くなっていた。
【０００８】
図３は従来の電極の陽イオン交換樹脂と接触したカーボン粒子の表層の状態を示す概念図である。図３において、１はカーボン粒子、２は陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路、３は陽イオン交換樹脂のテフロン骨格部、４および５は触媒金属粒子である。
【０００９】
従来の電極では、例えばこの図３に示すように、カーボン粒子１の表層をプロトン伝導経路２とテフロン骨格部３よりなる陽イオン交換樹脂が被覆しており、カーボン粒子１表面に触媒金属粒子４、５が担持されている。ところが、触媒金属粒子５は、陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路２に位置しているために触媒として有効に作用するが、触媒金属粒子４は、陽イオン交換樹脂のテフロン骨格部３に位置しているために触媒として有効に作用しないと考えられる。
【００１０】
また、Ａの領域は、三相界面が形成されている領域ではあるが、触媒金属粒子が存在しない領域であって、触媒金属粒子が担持されていないために反応に関与しない領域となっていると考えられる。すなわち、このような電極においては、触媒金属粒子４の存在は触媒金属の利用率の低下を、三相界面Ａの存在は電極の活性の低下を招いているのである。
【００１１】
本発明者は、燃料電池電極を詳細に検討した結果、電極反応の進行する三相界面は陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路とカーボン粒子表面との接面のみに存在すると考え、このような陽イオン交換樹脂内のプロトン伝導経路に対する触媒金属の位置関係と分布状態を検討する必要がある事が分かったのである。
【００１２】
そして、この問題を解決するために、陽イオン交換樹脂とカーボン粒子と触媒金属とを含む固体高分子電解質−触媒複合電極であって、陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路に接するカーボン粒子表面に主に触媒金属を坦持したことを特徴とする燃料電池用電極を提案し、陽イオン交換樹脂とカーボン粒子とを含む混合体に、その陽イオン交換樹脂の対イオンと触媒金属元素を含む陽イオンとのイオン交換反応により、その陽イオンを前記混合体の陽イオン交換樹脂に吸着させたのち、その陽イオンを水素ガスによって還元する燃料電池用電極の製造方法を報告した（人見周二他，２Ｂ１５，第４０回電池討論会（１９９９））。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、陽イオン交換樹脂とカーボン粒子とを含む混合体中に吸着した触媒金属元素を含む陽イオンを水素ガスまたは水素混合ガスによって還元するには、その混合体を１８０℃以上の高温雰囲気下に４時間以上さらす必要がある。しかし、電極内のプロトン伝導チャンネルを形成する陽イオン交換樹脂は、高温中に長時間放置すると、イオン交換基などが一部分解して、プロトン伝導度が低下する問題がある。
【００１４】
以上に鑑み、本発明は、水素ガスを用いた還元条件を改善することにより、還元に伴う電極内のプロトン伝導の低下を防ぐことを目的とする。
【００１５】
本発明の燃料電池用電極の製造方法は、陽イオン交換樹脂とカーボン粒子とを含む混合体中の陽イオン交換樹脂に、前記陽イオン交換樹脂の対イオンと触媒金属元素を含む陽イオンとのイオン交換反応により、触媒金属元素を含む陽イオンを吸着させたのち、前記陽イオンを、水素を含む加圧ガスによって還元する工程を含むこと、および前記工程が、陽イオン交換樹脂単体に含まれる前記触媒金属元素を含む前記陽イオンが大気圧下で還元される温度よりも低い温度で行われることを特徴とする。
【００１６】
上記燃料電池用電極の製造方法において、水素を含む加圧ガスの圧力が１．５気圧以上であることが好ましく、さらに、上記還元工程が２００℃以下でおこなわれることが好ましい。
【００１７】
上記燃料電池用電極の製造方法において、触媒金属元素が白金族金属元素であることが好ましく、陽イオンが白金族金属の錯イオンであることが好ましく、好ましくは陽イオンが白金族金属のアンミン錯イオンであることをが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、陽イオン交換樹脂とカーボン粒子とを含む混合体に吸着した触媒金属元素を含む陽イオンの水素ガスによる還元反応が進む温度は、その水素ガス圧に強く依存し、水素ガス圧力が高くなると触媒金属元素を含む陽イオンの還元反応が進む温度が低くなるという新規な知見によるものである。
【００２０】
高出力の燃料電池用電極を得るためには、電極内のプロトン伝導性が高いことが必要であり、そのためには電極を長時間高温にさらすこと避けて、イオン交換樹脂のプロトン伝導性の低下を防がなければならない。したがって、陽イオン交換樹脂とカーボン粒子とを含む混合体に吸着した触媒金属元素を含む陽イオンの水素ガスによる還元温度は、陽イオン交換樹脂を劣化させないために、その分解温度より低いことが好ましいことはもちろん、劣化によりプロトン伝導の低下が進む２００℃より低いことが好ましい。しかし、一般に陽イオン交換樹脂とカーボン粒子とを含む混合体に吸着した触媒金属元素を含む陽イオンの水素ガスによる還元反応が進む温度は、１８０〜２００℃以上であり、しかも還元反応が終了するのに長時間を必要とする。
【００２１】
本発明者は、水素を含むガスを加圧することにより、好ましくは１．５気圧以上にすることにより、大気圧でおこなうよりも水素還元温度が低くなり、しかも短時間で還元反応が終了することを見出した。なお、ここで「水素を含むガス」には、水素と他のガスとの混合ガスはもちろん、水素ガス単独の場合も含まれる。
【００２２】
そこで、本発明の燃料電池用電極の製造方法は、陽イオン交換樹脂とカーボン粒子とを含む混合体中の陽イオン交換樹脂に、その陽イオン交換樹脂の対イオンと触媒金属元素を含む陽イオンとのイオン交換反応により、触媒金属元素を含む陽イオンを吸着（吸着工程）させたのち、その陽イオンを、水素を含む加圧ガスによって還元(還元工程)することを特徴とする。
【００２３】
陽イオン交換樹脂とカーボン粒子とを含む混合体中の、陽イオン交換樹脂に吸着した触媒金属元素を含む陽イオンの水素ガスによる還元反応が進む温度は、その水素ガス圧に強く依存し、水素ガス圧力を高くするとすると触媒金属元素を含む陽イオンの還元温度が低くなり、さらに反応時間も短くなるために水素ガス圧は高いほど好ましい。とくにその効果の著しい１．５気圧以上、さらに好ましくは還元反応時間も短くなる５気圧以上、特に好ましくは９気圧以上が良い。
【００２４】
水素ガス圧は、気密反応容器中に大気圧または加圧水素ガスを封入した後、目的の温度まで昇温することで、水素ガス圧をさらに昇圧してもよいし、大気圧中で目的の温度まで昇温した後に、加圧ガスを封入、または流し続けてもよい。
【００２５】
この還元工程に使用するガスは、上記水素以外にも、水素とその他のガスを混合した水素を含むガスを使用することも可能である。
【００２６】
陽イオン交換樹脂としては、パーフルオロカーボンスルフォン酸型またはスチレン−ジビニルベンゼン系のスルフォン酸型陽イオン交換樹脂が好ましい。
【００２７】
本発明の製造方法では、第１回目の吸着−還元工程をおこなった後、さらに吸着−還元工程を１回以上繰り返すことで、最初に担持された触媒金属を核としてさらに触媒金属を成長させることが可能であり、任意の大きさの触媒金属を担持させることができる。
【００２８】
本発明の製造方法において用いられる触媒金属元素を含む陽イオンは、その陽イオンが還元されることで触媒金属となることが可能な陽イオンであって、その触媒金属は触媒として機能すればその形状等はとくに問わないが、触媒金属元素を含む陽イオンは例えば還元により触媒金属粒子が生成されるものを用いる。
【００２９】
触媒金属の種類としては、電気化学的な酸素の還元反応、水素酸化反応に対する触媒活性が高いものが選択され、そのため触媒金属元素を含む陽イオンとしては白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラジウム、オスニウムなどの白金族金属元素を含む陽イオンを用いるのが良い。
【００３０】
また、触媒金属元素を含む陽イオンの形態はその吸着特性に大きくかかわり、本発明に用いる触媒金属元素を含む陽イオンは、陽イオン交換樹脂が被覆されずに露出しているカーボン表面には吸着し難く、陽イオン交換樹脂の対イオンとのイオン交換反応により陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路に優先的に吸着することが好ましく、たとえばそのような吸着特性を持つ白金族金属の錯イオン、［Ｐｔ（ＮＨ₃）₄］²⁺、［Ｐｔ（ＮＨ₃）₆］⁴⁺、［Ｒｕ（ＮＨ₃）₆］²⁺、または［ＲｕＨ₃）₆］³⁺、などとあらわすことができる白金属金属のアンミン錯イオンが好ましく、なかでも白金の２価のアンミン錯イオンが好ましい。
【００３１】
陽イオン交換樹脂とカーボン粒子とを含む混合体に、その陽イオン交換樹脂の交換基の対イオンと触媒金属元素を含む陽イオンとのイオン交換反応により、触媒金属元素を含む陽イオンを陽イオン交換樹脂に吸着させる吸着工程は、たとえば、水溶液中またはアルコールを含む溶液中で触媒金属元素を含む陽イオンを生成する触媒金属化合物を水またはアルコール水溶液などに溶解し、陽イオン交換樹脂とカーボン粒子とを含む混合体をその水溶液に浸漬させることでなされる。
【００３２】
また、ここで、水溶液中またはアルコールを含む溶液中で触媒金属元素を含む陽イオンを生成する触媒金属化合物を用いる場合、いくつかの触媒金属化合物の混合溶液を用いても良い。
【００３３】
例えば、白金の化合物とルテニウムの化合物とを混ぜた水溶液を用いることで、吸着工程で白金を含む陽イオンとルテニウムを含む陽イオンとが陽イオン交換樹脂の対イオンとのイオン交換反応により同時に陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路に吸着するために、つぎの還元工程により、白金−ルテニウム合金の形成が期待できる。
【００３４】
また、上記で述べた吸着工程で用いる水溶液中またはアルコールを含む溶液中で触媒金属元素を含む陽イオンを生成する触媒金属化合物は、生成される触媒金属元素を含む陽イオンが、陽イオン交換樹脂が被覆せずに露出しているカーボン表面には吸着し難く、陽イオン交換樹脂の対イオンとのイオン交換反応により陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路に優先的に吸着することが好ましく、たとえば白金族金属の錯体、とくに［Ｐｔ（ＮＨ₃）₄］Ｘ₂、［Ｐｔ（ＮＨ₃）₆］Ｘ₄、［Ｒｕ（ＮＨ₃）₆］Ｘ₂、または［Ｒｕ（ＮＨ₃）₆］Ｘ₃（Xは１価の陰イオン）などとあらわすことができるアンミン錯体が好ましく、Ｘが塩素であることが好ましい。
【００３５】
カーボン粒子としては、触媒金属元素を含む陽イオンの還元反応に対して高い活性を示すカーボンブラックが好ましく、例えば、、ＤｅｎｋａＢｌａｃｋ、ＶａｌｃａｎＸＣ―７２、ＢｌａｃｋＰｅａｒｌ２０００等のアセチレンブラックが特に好ましい。
【００３６】
カーボン粒子と陽イオン交換樹脂との混合体は、固体状のもので、例えば、陽イオン交換樹脂とカーボン粒子、必要に応じてＰＴＦＥ粒子とが分散した多孔体として用意されることは好ましい。とくに、混合体が陽イオン交換樹脂とカーボン粒子とが均一に分散した多孔性の膜状形状を有することが好ましく、その膜の厚さは３〜３０μｍ以内、さらに好ましくは３〜２０μｍ以内が好ましい。
【００３７】
このような陽イオン交換樹脂とカーボン粒子との混合体は、カーボン粒子、陽イオン交換樹脂溶液、さらに必要に応じてＰＴＦＥ粒子分散溶液とよりなるペーストを高分子フィルム上に製膜（好ましくは膜厚３〜３０μｍ）して乾燥して、または、カーボン粒子とＰＴＦＥ粒子分散溶液とよりなるペーストを高分子フィルム上に製膜（好ましくは膜厚３〜３０μｍ）して乾燥したのち、陽イオン交換樹脂溶液を塗布、含浸後乾燥させて、または、カーボン粒子、陽イオン交換樹脂溶液、さらに必要に応じてＰＴＦＥ粒子分散溶液とよりなるペーストを導電性多孔質体のカーボン電極基材上に塗布、乾燥して、または、カーボン粒子とＰＴＦＥ粒子分散溶液とよりなるペーストを導電性多孔質体のカーボン電極基材上に塗布して、加熱乾燥した後、陽イオン交換樹脂溶液を塗布、含浸、乾燥させて作製されるのが好ましい。
【００３８】
さらに、カーボン粒子と陽イオン交換樹脂溶液とよりなる混合体をイオン交換膜の両面、または片面に接合した形態としても良い。
【００３９】
混合体中の触媒金属元素を含む陽イオンを化学的に還元する還元工程において、陽イオン交換樹脂単体に含まれる触媒金属元素を含む陽イオンが還元される温度よりも低い温度で還元することにより、カーボン粒子が触媒金属元素を含む陽イオンの還元反応に対して触媒活性を示すため、カーボン粒子表面近傍の触媒金属元素を含む陽イオンが、陽イオン交換樹脂中の触媒金属元素を含む陽イオンに比べて優先的に還元される。
【００４０】
そこで、水素ガス圧力、水素ガス濃度、還元時間、還元温度を適時調整し、カーボン粒子表面の触媒金属元素を含む陽イオンが陽イオン交換樹脂中の触媒金属元素を含む陽イオンに比べてより優先的に還元されるようにすることがよい。具体的には陽イオン交換樹脂単体に含まれる触媒金属元素を含む陽イオンが還元される温度よりも低い温度で還元して、陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路に接するカーボン粒子表面に優先的に担持されるようにするのが良い。
【００４１】
このように、適当な触媒金属元素を含む陽イオンとカーボン粒子との組み合わせを選択して、たとえば水素ガスによる還元温度を制御することで、陽イオン交換樹脂とカーボン粒子と触媒金属とを含む固体高分子電解質−触媒複合電極であって、陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路に接するカーボン粒子表面に選択的に担持された燃料電池用電極の作製が可能となる。
ここで、水素ガスによる還元温度は、陽イオン交換樹脂を劣化させないために、その分解温度より低いことが好ましく、さらに好ましくは、そのガラス転移温度より低いことが望ましい。よって、カーボン粒子と触媒原料との選択および水素ガス圧は、水素ガスによる触媒原料の還元温度が固体高分子電解質の分解温度または、ガラス転移温度より低くなるように組み合わせることが好ましい。
【００４２】
燃料電池用電極で、一般に用いられている固体高分子電解質はパーフルオロカーボンスルフォン酸型であり、その分解温度は２８０℃であり、それより低い温度で還元することはもちろんプロトン伝導が低下する２００℃以下でおこなうことが好ましい。
【００４３】
また、還元されずに、固体高分子電解質内にとどまった、触媒原料化合物は、水素ガスによる還元後、塩酸などの酸性水溶液に電極を浸漬することで、電極より抽出することができる。
【００４４】
【実施例】
以下、本発明を好適な実施例を用いて説明する。
［実施例１］
陽イオン交換樹脂（アルドリッチ社製、ナフィオン５ｗｔ％溶液）とカーボン粒子（ＶａｌｃａｎＸＣ―７２）とを混錬、加熱濃縮してペースト状にして、高分子（ＦＥＰ）フィルム上に製膜（膜厚約１３μｍ）したのち室温で乾燥した。
【００４５】
ひきつづき、上記陽イオン交換樹脂とカーボン粒子との混合物を５０ｍｍｏｌ／ｌの［Ｐｔ（ＮＨ₃）₄］Ｃｌ₂水溶液中に2日間浸漬し、イオン交換反応により陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路に［Ｐｔ（ＮＨ₃）₄］²⁺を吸着させた後（吸着工程）、精製水で充分洗浄・乾燥後、１０気圧、１８０℃の水素雰囲気中で２時間還元（還元工程）して、白金を陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路に接するカーボン粒子表面に優先的に担持させた。
【００４６】
さらに上記吸着工程〜還元工程をさらに２回繰り返した後、０．５ｍｏｌ／ｌの硫酸に一昼夜浸漬して還元工程で還元されなかった混合物中の不要な［Ｐｔ（ＮＨ₃）₄］²⁺を溶出して実施例の電極Ａを得た。別途行った分析により電極Ｂに担持された白金量は約０．０４ｍｇ／ｃｍ²であることを確認した。
【００４７】
［比較例１］
上記実施例１で得た陽イオン交換樹脂とカーボン粒子との混合物を５０ｍｍｏｌ／ｌの［Ｐｔ（ＮＨ₃）₄］Ｃｌ₂水溶液中に2日間浸漬し、イオン交換反応により陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路に［Ｐｔ（ＮＨ₃）₄］²⁺を吸着させた後（吸着工程）、精製水で充分洗浄・乾燥後、１気圧、１８０℃の水素雰囲気中で４時間還元（還元工程）して、白金を陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路に接するカーボン粒子表面に優先的に担持させた。
【００４８】
さらに上記吸着工程〜還元工程をさらに２回繰り返した後、０．５ｍｏｌ／ｌの硫酸に一昼夜浸漬して還元工程で還元されなかった混合物中の不要な［Ｐｔ（ＮＨ₃）₄］²⁺を溶出して実施例の電極Ｂを得た。別途行った分析により電極Ｂに担持された白金量は約０．０４ｍｇ／ｃｍ²であることを確認した。
【００４９】
［比較例２］
上記実施例１で得た陽イオン交換樹脂とカーボン粒子との混合物を５０ｍｍｏｌ／ｌの［Ｐｔ（ＮＨ₃）₄］Ｃｌ₂水溶液中に2日間浸漬し、イオン交換反応により陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路に［Ｐｔ（ＮＨ₃）₄］²⁺を吸着させた後（吸着工程）、精製水で充分洗浄・乾燥後、１気圧、１８０℃の水素雰囲気中で２時間還元（還元工程）して、白金を陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路に接するカーボン粒子表面に優先的に担持させた。
【００５０】
さらに上記吸着工程〜還元工程をさらに２回繰り返した後、０．５ｍｏｌ／ｌの硫酸に一昼夜浸漬して還元工程で還元されなかった混合物中の不要な［Ｐｔ（ＮＨ₃）₄］²⁺を溶出して実施例の電極Ｃを得た。別途行った分析により電極Ｃに担持された白金量は約０．０１ｍｇ／ｃｍ²であることを確認した。
【００５１】
電極Ｃの白金坦持量が電極Ａ、Ｂのそれと比べて１／４であるのは、電極Ｃの還元時間が２時間と短いにもかかわらず、その還元圧力が低い（大気圧）ために、電極内に吸着した［Ｐｔ（ＮＨ₃）₄］²⁺が十分に還元されず、０．５ｍｏｌ／ｌの硫酸浸漬により、溶出したためである。
【００５２】
そこで、充分な白金の坦持が得られた実施例の電極ＡおよびＢをホットプレス（１４０℃）にてイオン交換膜（デュポン社製、ナフィオン、膜厚約５０μｍ）の両面にそれぞれ接合して３種類の電極接合体を得た。つぎに、各接合体を、撥水性を付与した導電性多孔質体のカーボンペーパーを両電極の外側にホットプレスにて接合した後単セルホルダーに組ん。電極接合後燃料電池の単セルホルダーに組んでセルＡおよびＢを得た。
【００５３】
これらのセルの供給ガスに酸素、水素（２気圧、８０℃）を用いた際の電流―電圧特性を図１に示す。図１より、本発明による電極Ａを用いたセルＡの出力電圧は、従来の電極Ｂを用いたセルＢのそれよりが高いことがわかる。これは本発明によれば、水素ガス還元工程における電極内の陽イオン交換樹脂の劣化が少ないために、電極内のプロトン伝導が高く、高性能な電極が得られるためである。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の燃料電池用電極によれば、触媒利用率が高いことはもちろん、プロトン伝導性に優れた高性能な燃料電池用電極の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セルＡおよびＢの電流―電圧特性を示す図。
【図２】従来の陽イオン交換膜−触媒複合電極の構造を示す図。
【図３】従来の電極の、陽イオン交換膜と接触したカーボン粒子の表層の状態を示す概念図。
【符号の説明】
１、６カーボン粒子
２陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路
３陽イオン交換樹脂のテフロン骨格部
４、５触媒金属粒子
７陽イオン交換樹脂
８イオン交換膜
９細孔

Claims

陽イオン交換樹脂とカーボン粒子とを含む混合体中の陽イオン交換樹脂に、前記陽イオン交換樹脂の対イオンと触媒金属元素を含む陽イオンとのイオン交換反応により、触媒金属元素を含む陽イオンを吸着させたのち、前記陽イオンを、水素を含む加圧ガスによって還元する工程を含むこと、および前記工程が、陽イオン交換樹脂単体に含まれる前記触媒金属元素を含む前記陽イオンが大気圧下で還元される温度よりも低い温度で行われることを特徴とする燃料電池用電極の製造方法。