JP4994605B2 - 燃料電池用膜−電極アセンブリー及びこれを含む燃料電池システム - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池用膜-電極アセンブリー及びこれを含む燃料電池システムに関し、より詳しくは堅い構造を有し寿命特性に優れた触媒を含む燃料電池用膜-電極アセンブリー及びこれを含む燃料電池システムに関する。
一般に、燃料電池はメタノール、エタノールまたは天然ガスなど、炭化水素系列の物質内に含まれている水素と酸素の電気化学反応によって化学エネルギーを直接電気エネルギーに変化させる発電システムである。
このような燃料電池は、使用する電解質の種類によって、約１５０〜２００℃で作動するリン酸型燃料電池、６００〜７００℃の高温で作動する溶融炭酸塩型燃料電池、１０００℃以上の高温で作動する固体酸化物型燃料電池、常温乃至１００℃以下で作動する高分子電解質型及びアルカリ型燃料電池などに分類され、これらそれぞれの燃料電池は根本的に同じ原理によって作動するが、燃料の種類、運転温度、触媒及び電解質が互いに異なる。
この中で、最近開発されている高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は、他の燃料電池と比べて出力特性が卓越し、作動温度が低いのみならず、速い始動及び応答特性を有しており、メタノール、エタノールまたは天然ガスなどを改質して作られた水素を燃料として使用し、自動車のような移動体電源として、また、住宅、公共建物のような分散用電源及び電子機器用のような小型電源としても用いることから、その応用範囲が広い長所を有している。
このような高分子電解質型燃料電池が、基本的なシステムの構成を備えるためには、スタックと呼ばれる燃料電池本体（以下、スタックという。）、燃料タンク及びこの燃料タンクからスタックに燃料を供給するための燃料ポンプなどが必要である。
そして、燃料タンクに貯蔵された燃料をスタックに供給する過程で、燃料を改質して水素を発生させて、その水素をスタックに供給する改質器がさらに含まれる。従って、高分子電解質型燃料電池は、燃料ポンプの作動により燃料タンクに貯蔵された燃料を改質器に供給し、改質器が燃料を改質して水素ガスを発生させ、スタックが水素と酸素を電気化学的に反応させて電気エネルギーを生産する。
一方、燃料電池は、液状のメタノール燃料を直接スタックに供給できる直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）方式を採用することができる。このような直接メタノール型燃料方式の燃料電池は、高分子電解質型燃料電池と異なって改質器が排除される。
このような燃料電池システムにおいて、電気を実質的に発生するスタックは、膜-電極アセンブリー（ＭＥＡ）とセパレータ（またはバイポーラプレート）からなる単位セルが数個乃至数十個に積層された構造を有する。膜-電極アセンブリーは、電解質膜を間にして、アノード（"燃料極"または"酸化電極"という）とカソード（"空気極"または"還元電極"という）が積層された構造を有する。そして、セパレータは、燃料電池の反応に必要な水素ガスと酸素が供給される通路の役割と各膜-電極アセンブリーのアノードとカソードを直列に接続させる導電体の役割を同時に遂行する。従って、セパレータによってアノードには水素ガスが供給され、カソードには酸素が供給される。この過程で、アノードでは、水素ガスの電気化学的な酸化反応が起こって、カソードでは酸素の電気化学的な還元反応が起こるが、この時生成される電子の移動により電力と熱そして水が発生する。
ここで、カソードの酸素還元反応に用いられる触媒としては、白金（Ｐｔ）を主に使用するが、白金の値段が高いため、様々な添加金属を含む合金触媒が研究されてきた。
下記特許文献１には、白金（Ｐｔ）-クロム（Ｃｒ）またはバナジウム（Ｖ）-コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）-クロム（Ｃｒ）などと、従来から研究されてきた２成分系のＰｔＶや３成分系の白金合金（特にＣｏと旧分類ＩＶからＶＩＩ族Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒなどの遷移金属）などの合金触媒が記載されており、下記特許文献２には、白金（Ｐｔ）-ガリウム（Ｇａ）、白金（Ｐｔ）-クロム（Ｃｒ）などの合金触媒に関する内容と、従来から研究されてきた旧分類ＩＢ族やＶ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃｅ、Ｓｒなどが記載されている。しかし、これらの特許文献でも、白金-酸素間の結合力が、いかなる方式で酸素還元反応に影響を与え、また、触媒の全体活性と関連するかについては明確に示されておらず、多くの研究が必要である。
米国特許第４，４４７，５０６号明細書
米国特許第４，８２２，６９９号明細書
本発明は前記のような問題点を解決するためのものであって、本発明の第１の目的は、機械的に堅牢で、優れた安定性と寿命特性に優れた触媒を含む燃料電池用膜-電極アセンブリーを提供することである。
本発明の第２の目的は、機械的に堅牢で、優れた安定性と寿命特性に優れた触媒の製造方法を提供することである。
本発明の第３の目的は、前記膜-電極アセンブリーを含む燃料電池システムを提供することである。
本発明はこれらの目的を達成するため、高分子電解質膜の両側に配置された触媒層を含み、触媒層は白金合金触媒を含み、この合金触媒はＸ線（ＣｕＫα）による回折測定時に、回折角２θが３０度から３５度の範囲内で１１０面の回折ピークを示す燃料電池用膜-電極アセンブリーを提供する。
本発明はまた、白金含有物質と添加金属含有物質を混合して混合物を製造する段階、混合物を乾燥する段階、及び乾燥された混合物を熱処理する段階を含む燃料電池用触媒の製造方法を提供する。
本発明はまた、電解質膜、高分子電解質膜の両側に位置した触媒層が被覆されたカソードとアノードを含む膜-電極アセンブリー、及び膜-電極アセンブリーの一方の面に密着配置されるセパレータからなる少なくとも一つ以上の単位セル、単位セルに水素を含有した燃料を供給する燃料供給部、及び単位セルに酸素を供給する酸素供給部を含み、触媒層は白金合金触媒を含み、合金触媒はＸ線（ＣｕＫα）による回折測定時に、回折角２θが３０度から３５度の範囲内で１１０面の回折ピークを示す燃料電池システムを提供する。
本発明の合金触媒は製造費用が少ないながらも、反応性が優れており、触媒の結晶格子構造が緻密で安定性が優れた長所がある。
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明の燃料電池の化学反応は以下のような反応で展開される。
カソード：Ｏ２ + ４Ｈ+ + ４ｅ- → ２Ｈ２Ｏ
アノード：Ｈ２ → ２Ｈ+ + ２ｅ-
全体：２Ｈ２ + Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ
カソード：Ｏ２ + ４Ｈ+ + ４ｅ- → ２Ｈ２Ｏ
アノード：Ｈ２ → ２Ｈ+ + ２ｅ-
全体：２Ｈ２ + Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ
上の反応式で、カソードの酸素還元反応が律速段階に該当して、律速反応である酸素還元反応の詳細なメカニズムはまだ明らかにされていない。
但し、白金表面に酸素が適当な力で吸着されている間、白金表面へ水素が接近して吸着酸素と反応して酸素が白金表面から離脱しながら水が作られると推定し、この推定によれば、白金表面に酸素が吸着する吸着度が反応速度と関係し、従って、燃料電池化学反応の反応速度は白金-酸素間の結合力と密接な関係があるといえる。
図１は、白金合金を含む本発明の燃料電池用触媒において、白金-酸素間吸着モデルを模式的に示した図である。
図１のように、白金-酸素間の吸着モデルは、多様なものがあるが、その中でもブリッジモデル（ｂｒｉｄｇｅ ｍｏｄｅｌ）が最も有力である。但し、図１に示したいずれのモデルの場合でも、白金-酸素間の結合力が燃料電池化学反応メカニズムに影響を与えるようになる。
本発明による燃料電池用触媒は、白金合金を含み、Ｘ線（ＣｕＫα）による１１０面の回折ピークを示す。また、１１０面に対するＸ線回折ピークの強度Ｉ（１１０）と１１１面に対するＸ線回折ピークの強度Ｉ（１１１）の比率で示すＩ（１１０）/Ｉ（１１１）の値が０．０５以上であり、好ましくは０．０８以上、より好ましくは０．０８乃至０．３、最も好ましくは０．０８乃至０．２１の値を有する。
ブリッジモデルによると、白金原子間の距離が酸素との結合力の決定に影響を与えるが、これはＸ線回折の格子定数と関連がある。
従って、Ｉ（１１０）/Ｉ（１１１）の値が、０．０５以上である場合は、触媒の立法格子構造の結晶格子数が増加するようになって、酸素との結合力も増加し、より緻密な構造を有するようになるので、長時間使用する燃料電池システムの触媒として、優れた安定性を有する。従って、燃料電池のカソードに使用する場合、電池性能を大きく改善することができる。
前記Ｘ線回折ピークの強度比率は、次の条件で測定したＸ線回折ピークの値を基準にする。
-Ｘ線回折測定装備：株式会社リガクのＸＲＤＣＮ２１１５
-フィルター：ニッケル（Ｎｉ）フィルター
-Ｘ線：ＣｕＫα線
-スキャン速度：５度/分（２θ）
-作動電圧、電流：４０ＫＶ、３０ｍＡ
-Ｘ線回折測定装備：株式会社リガクのＸＲＤＣＮ２１１５
-フィルター：ニッケル（Ｎｉ）フィルター
-Ｘ線：ＣｕＫα線
-スキャン速度：５度/分（２θ）
-作動電圧、電流：４０ＫＶ、３０ｍＡ
燃料電池用触媒において、白金と添加金属の含量比はモル比で４０：６０乃至６０：４０であることが好ましく、４５：５５乃至５５：４５であるとさらに好ましい。白金：添加金属の含量比が４０：６０未満である場合、合金形成が難しく、６０：４０を超える場合は、上記のＩ（１１０）/Ｉ（１１１）の値の範囲を超えるようになる。
燃料電池用触媒に含まれる添加金属は、鉄、クロム、クロム−ニッケルまたはコバルト等から選択される一つ以上の金属であることが好ましい。
燃料電池用触媒において、担持体を除いた触媒合金の平均粒径は、３乃至１５ｎｍであることが好ましく、３乃至１０ｎｍであることがさらに好ましい。触媒粒子の粒径は小さいほど良いが、３ｎｍ未満であると製造が困難で、１５ｎｍを超えると反応表面積があまりにも小さいため、実用性がなく、また、高い熱処理温度を必要とする。
本発明の燃料電池用触媒は、白金含有物質と添加金属含有物質から白金合金を製造できるが、より詳しくは白金含有物質と添加金属含有物質を混合して混合物を製造する段階、混合物を乾燥する段階、及び乾燥された混合物を熱処理する段階を含む。
白金含有物質と添加金属含有物質は、白金と添加金属のモル比を基準に４０：６０乃至６０：４０であることが好ましく、４５：５５乃至５５：４５で混合することがさらに好ましい。白金：添加金属の含量比が４０：６０未満である場合、合金形成が難しく、６０：４０を超える場合は、上記のＩ（１１０）/Ｉ（１１１）の値の範囲を超える。
白金含有物質は、燃料電池に通常用いられる担体に支持された白金を用いることができ、担体の具体的な例としては、炭素、アルミナまたはシリカなどがある。しかし、白金と電極の間に電子を流すため、炭素を担体として支持された白金を用いることが好ましく、この時、前記炭素はアセチレンブラック、黒鉛などがさらに好ましい。
担体に支持された白金は、市販のものを使用することもでき、また、担体に白金を担持させて使用することもできる。担体に白金を担持させる工程は、当該分野において広く知られた内容であるので、本明細書では詳細な説明は省略する。
また、添加金属含有物質は適切な金属を含み、白金合金を形成できる化合物であれば使用できるが、好ましくは鉄、クロム、ニッケルまたはコバルトなどを含む化合物を１種以上使用することができ、さらに好ましくは前記添加金属を含む金属ハロゲン化合物、硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩またはアミン類などを１種以上用いることができ、最も好ましくは鉄、ニッケル、クロムまたはコバルトなどを含む金属ハロゲン化合物または硝酸塩の中から選択される１種以上を用いることができる。
添加金属含有物質は液状で混合して使用し、好ましくは添加金属含有物質がアルコール、水またはアルコールと水の混合物に溶解された溶液状態で用いることができる。溶液は、添加金属含有物質の濃度が０．１乃至１Ｍ（但し、Ｍは体積モル濃度を表す）であることが好ましい。
白金含有物質と添加金属含有物質を混合して混合物を製造してから、乾燥過程に移る。乾燥過程では、混合物に含まれた水、アルコールなどの溶媒を蒸発させて、通常の乾燥過程に従う。このために、アルコールとして、イソプロピルアルコールを用いると、水分の残留を低減できる。
このように混合物の乾燥を終えた後、熱処理過程に移るが、熱処理は還元性または不活性の雰囲気で５００℃以上の温度で実施することが好ましく、熱処理温度が７００乃至１５００℃であるとさらに好ましく、熱処理温度が７００乃至１１００℃であると最も好ましい。熱処理温度が５００℃未満である場合、合金形成が困難である。また、熱処理温度が１５００℃を超える場合は、遷移金属が蒸気化して失われる恐れがあるので、正確な比率の合金製造が困難になる。
また、高温処理を２段階にして、いずれも通気性還元雰囲気中で、第１段階では各元素を混合させるために９００℃乃至１５００℃に１時間以上継続加熱し、第２段階では均質化のため９００℃まで熱源遮断（電源遮断して室温放置）した後に９００℃から４００℃まで毎時５０℃以内で降温させ、最後に室温放置または急冷して終了してもよい。
熱処理時の還元性または不活性の雰囲気は、水素ガス、窒素ガス、または水素と窒素の混合ガスを用いることができる。熱処理した合金に冷却工程を施して合金触媒を製造する。
図２は、本発明の燃料電池システム１００の全体的な構成を示した概略図であり、図３は本発明の燃料電池システムのスタック１３０を示した分解斜視図である。
図２と図３を参照すると、本発明の燃料電池システム１００は、燃料と水が混合された混合燃料を供給する燃料供給部１１０、混合燃料を改質して水素ガスを発生させる改質部１２０、燃料電池用触媒を含み、改質部から供給される水素ガスが外部空気と電気化学的な反応を起こして電気エネルギーを発生させるスタック１３０、及び外部空気を改質部１２０及びスタック１３０に供給する空気供給部１４０を含む。
また、本発明の燃料電池システムのスタック１３０は、改質部１２０から供給される水素ガスと空気供給部から供給される外部空気の酸化/還元反応を誘導して電気エネルギーを発生させる複数の単位セル１３１を備える。
それぞれの単位セル１３１は、電気を発生させる単位を意味し、水素ガスと空気中の酸素を酸化/還元させる膜-電極アセンブリー（ＭＥＡ）１３２と、水素ガスと空気を膜-電極アセンブリー１３２に供給するためのセパレータ（またはバイポーラプレート）１３３を含む。
セパレータ１３３は、膜-電極アセンブリー１３２を中心に、その両側に配置される。この時、スタックの最も外側に各々位置するセパレータを特に端板１３３ａと称することもある。
膜-電極アセンブリー１３２は、両側面をなすアノードとカソードの間に電解質膜が介在した構造を有する。
アノードは、セパレータ１３３を通して水素ガスの供給を受ける部分で、酸化反応によって水素ガスを電子と水素イオンに分離させる触媒層と、電子と水素イオンの円滑な移動のためのガス拡散層（ＧＤＬ）で構成される。
また、カソードは、セパレータ１３３を通して空気の供給を受ける部分であり、還元反応によって空気中の酸素の電気化学的な還元反応が起こる燃料電池用触媒層と、電子と酸素の円滑な移動のためのガス拡散層で構成される。そして、電解質膜は、固体ポリマー電解質であって、アノードの触媒層で生成された水素イオンをカソードの触媒層に移動させるイオン交換の機能を有する。
また、セパレータのうちの端板１３３ａには、改質部から供給される水素ガスを注入するためのパイプ形状の第１供給管１３３ａ１と、酸素ガスまたは空気を注入するためのパイプ形状の第２供給管１３３ａ２が備えられる。一方、他の端板１３３ａには、複数の単位セル１３１で最終的に未反応のまま残った残留水素ガスを外部に排出するための第１排出管１３３ａ３と、単位セル１３１で最終的に未反応のまま残った残留空気を外部に排出するための第２排出管１３３ａ４が備わる。
以下、本発明の好ましい実施例を記載する。但し、下記の実施例は本発明の好ましい一実施例にすぎず、本発明が下記の実施例によって限られることはない。
［実施例］
［比較例１］
ジョンソンマッセイ社（Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｍａｔｔｈｅｙ Ｃｏ．）の商業用白金/炭素（Ｐｔ/Ｃ）触媒（白金含量１０重量％）をＦｅＣｌ２の１Ｍ（但し、Ｍは体積モル濃度を表す）水溶液に混合して分散させた。
ジョンソンマッセイ社（Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｍａｔｔｈｅｙ Ｃｏ．）の商業用白金/炭素（Ｐｔ/Ｃ）触媒（白金含量１０重量％）をＦｅＣｌ２の１Ｍ（但し、Ｍは体積モル濃度を表す）水溶液に混合して分散させた。
この時、白金/炭素（Ｐｔ/Ｃ）触媒とＦｅＣｌ２の含量は、白金：鉄のモル比を基準に１：１になるようにした。
混合過程後に、１００℃で１時間乾燥して燃料電池用触媒を製造した。
［実施例１］
比較例１によって製造された燃料電池用触媒を、水素と窒素の混合ガス（水素１０体積％、窒素９０体積％）存在下で、７００℃で２．５時間熱処理して燃料電池用触媒を製造した。
比較例１によって製造された燃料電池用触媒を、水素と窒素の混合ガス（水素１０体積％、窒素９０体積％）存在下で、７００℃で２．５時間熱処理して燃料電池用触媒を製造した。
［実施例２］
熱処理温度を９００℃としたことを除いて、実施例１と同様な方法で燃料電池用触媒を製造した。
熱処理温度を９００℃としたことを除いて、実施例１と同様な方法で燃料電池用触媒を製造した。
［実施例３］
熱処理温度を１１００℃としたことを除いて、実施例１と同様な方法で燃料電池用触媒を製造した。
熱処理温度を１１００℃としたことを除いて、実施例１と同様な方法で燃料電池用触媒を製造した。
［比較例２］
前記ジョンソンマッセイ社の商業用白金/炭素（Ｐｔ/Ｃ）触媒（白金含量１０重量％）をＣｒ（ＮＯ３）３・９Ｈ２ＯとＮｉＣｌ２の１Ｍの混合水溶液に混合して分散させた。この時、白金/炭素（Ｐｔ/Ｃ）触媒とＣｒ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ及びＮｉＣｌ２の含量は、白金：クロム：ニッケルのモル比を基準に２：１：１になるようにした。
前記ジョンソンマッセイ社の商業用白金/炭素（Ｐｔ/Ｃ）触媒（白金含量１０重量％）をＣｒ（ＮＯ３）３・９Ｈ２ＯとＮｉＣｌ２の１Ｍの混合水溶液に混合して分散させた。この時、白金/炭素（Ｐｔ/Ｃ）触媒とＣｒ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ及びＮｉＣｌ２の含量は、白金：クロム：ニッケルのモル比を基準に２：１：１になるようにした。
前記混合過程後に、１００℃で１時間乾燥して燃料電池用触媒を製造した。
［実施例４］
比較例２によって製造された燃料電池用触媒を水素と窒素の混合ガス（水素１０体積％、窒素９０体積％）存在下、７００℃で２．５時間熱処理して燃料電池用触媒を製造した。
比較例２によって製造された燃料電池用触媒を水素と窒素の混合ガス（水素１０体積％、窒素９０体積％）存在下、７００℃で２．５時間熱処理して燃料電池用触媒を製造した。
［実施例５］
熱処理温度を９００℃としたことを除いて、実施例４と同様な方法で燃料電池用触媒を製造した。
熱処理温度を９００℃としたことを除いて、実施例４と同様な方法で燃料電池用触媒を製造した。
［実施例６］
熱処理温度を１１００℃としたことを除いて、実施例４と同様な方法で燃料電池用触媒を製造した。
熱処理温度を１１００℃としたことを除いて、実施例４と同様な方法で燃料電池用触媒を製造した。
［比較例３］
前記ジョンソンマッセイ社の商業用白金/炭素（Ｐｔ/Ｃ）触媒（白金含量１０重量％）を水素と窒素の混合ガス（水素１０体積％、窒素９０体積％）存在下、８００℃で２．５時間熱処理して、燃料電池用触媒を製造した。
前記ジョンソンマッセイ社の商業用白金/炭素（Ｐｔ/Ｃ）触媒（白金含量１０重量％）を水素と窒素の混合ガス（水素１０体積％、窒素９０体積％）存在下、８００℃で２．５時間熱処理して、燃料電池用触媒を製造した。
［比較例４］
前記ジョンソンマッセイ社の商業用白金/炭素（Ｐｔ/Ｃ）触媒（白金含量１０重量％）をＮｉＣｌ２の１Ｍ水溶液に混合して分散させた。
前記ジョンソンマッセイ社の商業用白金/炭素（Ｐｔ/Ｃ）触媒（白金含量１０重量％）をＮｉＣｌ２の１Ｍ水溶液に混合して分散させた。
この時、白金/炭素（Ｐｔ/Ｃ）触媒とＮｉＣｌ２の含量は、白金：ニッケルのモル比を基準に１：１になるようにした。
前記混合物を１００℃で１時間乾燥して、燃料電池用触媒を製造した。
［比較例５］
比較例４によって製造された燃料電池用触媒を水素と窒素の混合ガス（水素１０体積％、窒素９０体積％）存在下、７００℃で２．５時間熱処理して、燃料電池用触媒を製造した。
比較例４によって製造された燃料電池用触媒を水素と窒素の混合ガス（水素１０体積％、窒素９０体積％）存在下、７００℃で２．５時間熱処理して、燃料電池用触媒を製造した。
［比較例６］
熱処理温度を９００℃としたことを除いて、比較例５と同様な方法で燃料電池用触媒を製造した。
熱処理温度を９００℃としたことを除いて、比較例５と同様な方法で燃料電池用触媒を製造した。
［比較例７］
熱処理温度を１１００℃としたことを除いて、比較例５と同様な方法で燃料電池用触媒を製造した。
熱処理温度を１１００℃としたことを除いて、比較例５と同様な方法で燃料電池用触媒を製造した。
実施例１乃至６及び比較例２乃至７によって製造された燃料電池用触媒のＸ線回折パターンを測定した。
実施例１乃至３によって製造された燃料電池用触媒のＸ線回折パターン、比較例２及び実施例４乃至６によって製造された燃料電池用触媒のＸ線回折パターン、及び比較例３乃至７によって製造された燃料電池用触媒のＸ線回折パターンを各々図４、図５及び図６に示した。
前記Ｘ線回折強度は、次のような条件で測定した。
-Ｘ線回折測定装備：（株）リガクのＸＲＤ ＣＮ２１１５
-フィルター：ニッケル（Ｎｉ）フィルター
-Ｘ線：ＣｕＫα線
-スキャン速度：５度/分（２θ）
-作動電圧、電流：４０ＫＶ、３０ｍＡ
-Ｘ線回折測定装備：（株）リガクのＸＲＤ ＣＮ２１１５
-フィルター：ニッケル（Ｎｉ）フィルター
-Ｘ線：ＣｕＫα線
-スキャン速度：５度/分（２θ）
-作動電圧、電流：４０ＫＶ、３０ｍＡ
図４及び図５のように、実施例１乃至６によって製造された燃料電池用触媒は、回折角（２θ）３２°付近で、１１０面によるピークが現れる反面、図５及び図６で示されているように、比較例２乃至７によって製造された燃料電池用触媒は、１１０面によるピークが現れないことが分かる。
また、図４乃至６に示されたＸ線回折ピークから、Ｉ（１１０）/Ｉ（１１１）の強度比を計算して、その値を下記表１に整理した。実施例１乃至６及び比較例１乃至７によって製造された燃料電池用触媒の成分と組成比、熱処理温度及び平均粒径も下記表１に共に整理して示した。
前記表１のように、熱処理をしない触媒、または熱処理を施したとしてもＰｔ、Ｐｔ-Ｎｉ触媒の場合は、１１０面のＸ線回折ピークが現れないが、本発明の実施例１乃至６によって製造された白金合金触媒の場合は、１１０面のピークが存在し、Ｉ（１１０）/Ｉ（１１１）の値が０．０５以上であることが分かる。実施例の合金触媒が、比較例１乃至７による触媒より機械的に堅牢な構造を有することが分かる。
本発明の合金触媒は製造費用を低減しながらも、反応性が優れており、触媒の結晶格子構造が緻密で安定性が優れた長所がある。
本発明の合金触媒は製造費用を低減しながらも、反応性が優れており、触媒の結晶格子構造が緻密で安定性が優れた長所がある。
１００ 燃料電池システム
１１０ 燃料供給部
１２０ 改質部
１３０ スタック
１３１ 単位セル
１３２ 膜―電極アセンブリー
１３３ セパレータ
１３３ａ１ 第１供給管
１３３ａ２ 第２供給管
１３３ａ３ 第１排出管
１３３ａ４ 第２排出管
１４０ 空気供給部
１１０ 燃料供給部
１２０ 改質部
１３０ スタック
１３１ 単位セル
１３２ 膜―電極アセンブリー
１３３ セパレータ
１３３ａ１ 第１供給管
１３３ａ２ 第２供給管
１３３ａ３ 第１排出管
１３３ａ４ 第２排出管
１４０ 空気供給部
Claims (8)
- 燃料電池用白金含有物質と、クロム及びニッケルの混合物からなる添加金属を含む添加金属含有物質とを混合して前記白金と前記添加金属がモル比で４０：６０乃至６０：４０である混合物を製造する段階であって、前記燃料電池用白金含有物質をＣｒ（ＮＯ３） ３ ・９Ｈ２Ｏ及びＮｉＣｌ２の混合水溶液に混合して分散させる段階、
前記混合物を乾燥する段階、及び
前記乾燥された混合物を熱処理して合金を形成する段階、
を含むことを特徴とする燃料電池用触媒の製造方法。 - 前記白金含有物質は、炭素に担持された白金、アルミナに担持された白金、及びシリカに担持された白金からなる群より選択される１種以上の物質であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用触媒の製造方法。
- 前記溶液に溶解された前記添加金属含有物質の濃度が、０．１乃至１Ｍ（但し、Ｍは体積モル濃度を表す）であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用触媒の製造方法。
- 前記熱処理は、還元性または不活性の雰囲気で、５００℃以上の温度で実施することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用触媒の製造方法。
- 前記熱処理温度は、７００乃至１５００℃であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用触媒の製造方法。
- 前記熱処理温度は、７００乃至１１００℃であることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池用触媒の製造方法。
- 前記還元性または不活性の雰囲気は、水素ガス、窒素ガス、または水素と窒素の混合ガス雰囲気であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用触媒の製造方法。
- 前記熱処理工程後に、徐々に冷却する工程を追加的に実施することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池用触媒の製造方法。
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