JP5948452B2 - 燃料電池用担持触媒の製造方法 - Google Patents
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Description
まず、導電性担体を含んだ酸性の分散液を準備する。分散媒としては、例えば、水を用いる。酸性化処理は、例えば、硝酸を用いて行う。分散液を酸性とすることにより、後述する白金溶液の添加の際における沈殿の発生を抑制することが可能となる。
以上のようにして、導電性担体上に、白金を担持させる。
続いて、上記担持工程により得られた粉末を、熱処理に供する。この熱処理は、典型的には、アルゴンなどの不活性雰囲気中で行う。熱処理の温度は、後述する熱処理後の還元処理を行わない場合には、例えば700℃乃至900℃の範囲内とし、この還元処理を行う場合には、例えば700℃乃至950℃の範囲内とする。この熱処理を行うことにより、触媒粒子中の酸素濃度を低下させることができる。
以上のようにして、担持触媒を得る。
最初に、1)白金:純硝酸の質量比が1:0.7未満となり且つ白金濃度が50〜200g/Lとなるように、ジニトロジアンミン白金結晶を、硝酸と純水の混合溶液に溶解させる。上記質量比以上に硝酸を添加することは、熟成進行速度が非常に遅くなるため、好ましくない。また、上記白金濃度以外の範囲では、熟成の調整が困難である。
(溶液S1の調製)
1g/Lの白金濃度及び420nmの波長における吸光度が1.5〜3であるジニトロジアンミン白金硝酸溶液S1を、以下のようにして調製した。
83.3gのジニトロジアミン白金結晶に対し、白金:硝酸の質量比が1:0.7以上となり且つ最終的なアルカリ消費量が1.533となるように、硝酸を添加した。次いで、全体で1Lとなるように、純水を添加した。この溶液を、攪拌しながら、約95℃で15時間に亘って加熱した。このようにして、溶液S2を得た。なお、この溶液S2の上記吸光度は、0.8であった。
(例1)
まず、1.05gのケッチェンブラック(三菱化学製)を、純水中に分散させた。次に、この分散液に硝酸を添加し、酸性とした。得られた酸性の分散液に、0.45gの白金に相当する量の溶液S1を添加した。その後、還元剤としてのエタノールを純水に溶解させたものを添加し、これを加熱した。加熱後の分散液を濾過して、濾過ケークを得た。これを洗浄した後、80℃で15時間に亘って、送風乾燥に供した。このようにして、ケッチェンブラック上に白金を含んだ粒子が担持された粉末を得た。以下、この粉末を「粉末P1」と呼ぶ。
熱処理後の還元処理において、保持時間を2時間としたことを除いては、触媒C1について説明したのと同様にして、担持触媒を製造した。以下、これを「触媒C2」と呼ぶ。
熱処理後の還元処理において、加熱温度を300℃としたことを除いては、触媒C1について説明したのと同様にして、担持触媒を製造した。以下、これを「触媒C3」と呼ぶ。
熱処理における加熱温度を700℃とすると共に、熱処理後の還元処理を省略したことを除いては、触媒C1について説明したのと同様にして、担持触媒を製造した。以下、これを「触媒C4」と呼ぶ。
熱処理における加熱温度を850℃とすると共に、熱処理後の還元処理を省略したことを除いては、触媒C1について説明したのと同様にして、担持触媒を製造した。以下、これを「触媒C5」と呼ぶ。
熱処理後の還元処理を省略したことを除いては、触媒C1について説明したのと同様にして、担持触媒を製造した。以下、これを「触媒C6」と呼ぶ。
熱処理における加熱温度を950℃とすると共に、熱処理後の還元処理を省略したことを除いては、触媒C1について説明したのと同様にして、担持触媒を製造した。以下、これを「触媒C7」と呼ぶ。
熱処理における保持時間を5時間としたことを除いては、触媒C7について説明したのと同様にして、担持触媒を製造した。以下、これを「触媒C8」と呼ぶ。
熱処理における加熱温度を300℃とすると共に、熱処理後の還元処理を省略したことを除いては、触媒C1について説明したのと同様にして、担持触媒を製造した。以下、これを「触媒C9」と呼ぶ。
溶液S1の代わりに溶液S2を用いたことを除いては、触媒C9について説明したのと同様にして、担持触媒を製造した。以下、これを「触媒C10」と呼ぶ。
溶液S1の代わりに溶液S2を用いたことを除いては、触媒C1について説明したのと同様にして、担持触媒を製造した。以下、これを「触媒C11」と呼ぶ。
触媒C1乃至C11の各々が含んでいる触媒粒子について、酸素濃度の測定を行った。この測定は、株式会社堀場製作所製の酸素−窒素分析計(EMGA−920)を用いて、以下のようにして行った。
触媒C1乃至C11の各々が含んでいる触媒粒子について、平均粒子径の測定を行った。この測定は、リガク製のX線回折装置(RINT−2500)を用いて、以下のようにして行った。
触媒C1乃至C11の各々を用いて、以下の方法により、固体高分子形燃料電池用の単セルを作製した。
単セルSC1乃至SC11の各々について、電気化学的な評価を行った。この評価は、セル温度を80℃とし且つ両極の相対湿度を100%とした条件下、株式会社東陽テクニカ製のスモール単セル評価装置システムを用いて、以下のようにして行った。
各単セルのECSAを、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定により求めた。ESCAは、電極上の反応に寄与している触媒の有効面積を意味している。この値が高いほど、触媒の電解質に対する分散性に優れており、触媒の表面が有効に利用されていることを示している。
各単セルの比活性を、電流−電圧(IV)測定により求めた。比活性は、触媒の表面積当りの酸化還元活性を意味している。この値が高いほど、触媒の質が優れていることを示している。
ESCAと比活性との積を計算することにより、各単セルの質量活性を求めた。これらの結果を、上記表1に示す。質量活性は、触媒の質量当りの酸化還元活性を意味している。この値が高いほど、高出力を達成できることを示している。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
[1]
導電性担体と、
前記導電性担体に担持され、白金を含み、不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法を用いて測定した酸素濃度を4質量%以下に抑えた触媒粒子と
を具備した燃料電池用担持触媒。
[2]
前記導電性担体は炭素質材料からなる[1]に記載の燃料電池用担持触媒。
[3]
[1]又は[2]に記載の燃料電池用担持触媒を含有したカソード触媒層を具備した燃料電池。
[4]
[1]乃至[3]の何れか1に記載の燃料電池用担持触媒の製造方法であって、
導電性担体を含んだ酸性の分散液と、1g/Lの白金濃度及び420nmの波長における吸光度が1.5〜3であるジニトロジアンミン白金硝酸溶液とを混合することと、
得られた分散液を還元処理に供することと、
前記還元処理後の前記分散液を濾過して得られる固体を熱処理に供することと
を具備した製造方法。
[5]
前記熱処理の後に、更なる還元処理を行う[4]に記載の燃料電池用担持触媒の製造方法。
Claims (3)
- 導電性担体を含んだ酸性の分散液と、1L当りの白金の質量が1gとなるように純水で希釈した場合に、420nmの波長における吸光度が1.5〜3であるジニトロジアンミン白金硝酸溶液とを混合することと、
得られた分散液を還元処理に供することと、
前記還元処理後の前記分散液を濾過して得られる固体を、不活性雰囲気中且つ700乃至950℃の範囲内の温度の熱処理に供することと
を具備した燃料電池用担持触媒の製造方法。 - 前記熱処理の後に、更なる還元処理を行う請求項1に記載の燃料電池用担持触媒の製造方法。
- 前記導電性担体は炭素質材料からなる請求項1又は2に記載の燃料電池用担持触媒の製造方法。
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