JP5967548B2 - 燃料電池用アノード用触媒及びその製造方法 - Google Patents
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Description
空気極:1/2O2+2H++2e-→H2O
特許文献2:日本特許第3839961号公報
特許文献3:米国特許第6339038号明細書
特許文献4:米国特許第6066410号明細書
特許文献5:米国特許第6007934号明細書
非特許文献1:多田ら、「熱拡散白金ルテニウム合金触媒の組成比が耐一酸化炭素被毒特性へ与える影響」、電気化学会誌、2008年、76,No.11、p.813−
[1]
炭素材料に白金とルテニウムの合金を担持した、燃料電池用アノード用触媒であって、前記合金における、白金とルテニウムのモル比(Pt:Ru)は、1:1〜5の範囲であり、X線吸収微細構造により測定された前記合金中の原子サイトのPt原子の配位数及びRu原子の配位数をそれぞれN(Pt)及びN(Ru)と表したとき、白金サイトにおけるN(Ru)/(N(Pt)+N(Ru))が理論値の0.8〜1.1倍の範囲であり、RuサイトにおけるN(Pt)/(N(Ru)+N(Pt))が理論値の0.8〜1.1倍の範囲であり、前記合金の平均粒子径は1〜5nmの範囲であり、粒子経の標準偏差は2nm以下の範囲である、前記触媒。
[2]
平均粒子径が1〜5nmの範囲である金属酸化物をさらに担持した[1]に記載の触媒。
[3]
金属酸化物がスズ酸化物である[2]に記載の触媒。
[4]
炭素材料は、平均粒子径が10nm〜10mmの範囲である粒子である[1]〜[3]のいずれか1項に記載の触媒。
[5]
白金サイトにおけるN(Ru)/(N(Pt)+N(Ru))が理論値の0.9〜1.1倍の範囲であり、RuサイトにおけるN(Pt)/(N(Ru)+N(Pt))が理論値の0.9〜1.1倍の範囲である[1]〜[4]のいずれか1項に記載の触媒。
[6]
燃料電池がメタノール燃料電池である[1]〜[5]のいずれか1項に記載の触媒。
[7]
[1]〜[5]のいずれか1項に記載の触媒とプロトン伝導性ポリマーを含むアノード用組成物からなる層を基板表面に有する燃料電池用アノード。
[8]
高分子電解質膜を挟んで[7]に記載のアノードとカソードを積層した、燃料電池用膜電極接合体。
[9]
[8]に記載の燃料電池用膜電極接合体を含む燃料電池。
[10]
(1)炭素材料に白金化合物及びルテニウム化合物を担持する工程、
(2)工程(1)で白金化合物及びルテニウム化合物を担持した炭素材料を水素含有雰囲気下に置く工程、
(3)工程(2)で得られた炭素材料をヘリウム含有雰囲気下で加熱する工程、
(4)工程(3)で得られた炭素材料を水素含有雰囲気下で加熱する工程、
を含む、[1]に記載の燃料電池用アノード用触媒の製造方法。
[11]
工程(1)の前に炭素材料に金属酸化物を担持する工程をさらに含む[10]に記載の製造方法。
[12]
工程(1)においては、炭素材料に白金化合物を担持し、次いでルテニウム化合物を担持する[10]または[11]に記載の製造方法。
[13]
工程(2)の水素含有雰囲気下に置く工程は、0℃〜50℃の範囲の温度で、0.1時間から10時間の範囲で実施する[10]〜[12]のいずれか1項に記載の製造方法。
[14]
工程(3)のヘリウム含有雰囲気下での加熱工程は、700℃〜1000℃の範囲の温度で、0.05時間から5時間の範囲で実施する[10]〜[13]のいずれか1項に記載の製造方法。
[15]
700℃〜1000℃の範囲の温度での加熱後、500℃以下の温度まで、冷却速度10〜200℃/分で冷却する、[14]に記載の製造方法。
[16]
750℃から500℃まで冷却速度10〜20℃/分で冷却する[15]に記載の製造方法。
[17]
工程(4)の水素含有雰囲気下での加熱工程は、70℃〜200℃の範囲の温度で、0.2時間から20時間の範囲で実施する[10]〜[14]のいずれか1項に記載の製造方法。
本発明は、炭素材料に白金とルテニウムの合金を担持した、燃料電池用アノード用触媒である。この触媒は、前記合金における、白金とルテニウムのモル比(Pt:Ru)は、1:1〜5の範囲であり、X線吸収微細構造により測定された前記合金中の原子サイトのPt原子の配位数及びRu原子の配位数をそれぞれN(Pt)及びN(Ru)と表したとき、白金サイトにおけるN(Ru)/(N(Pt)+N(Ru))が理論値の0.8〜1.1倍の範囲であり、RuサイトにおけるN(Pt)/(N(Ru)+N(Pt))が理論値の0.8〜1.1倍の範囲であり、前記合金の平均粒子径は1〜5nmの範囲であり、粒子経の標準偏差は2nm以下の範囲である。
本発明の燃料電池用アノード用触媒の製造方法について説明する。本発明は、この製造方法も本発明として包含する。本発明の燃料電池用アノード用触媒の製造方法は以下の工程(1)〜(4)を含む。
(1)炭素材料に白金化合物及びルテニウム化合物を担持する工程、
(2)工程(1)で白金化合物及びルテニウム化合物を担持した炭素材料を水素含有雰囲気下に置く工程、
(3)工程(2)で得られた炭素材料をヘリウム含有雰囲気下で加熱する工程、
(4)工程(3)で得られた炭素材料を水素含有雰囲気下で加熱する工程、
を含む。
工程(1)では、炭素材料に白金化合物及びルテニウム化合物を担持する。工程(1)においては、例えば、炭素材料に白金化合物を担持し、次いでルテニウム化合物を担持することができる。逆に、炭素材料にルテニウム化合物を担持し、次いで白金化合物を担持することもできる。炭素材料は前述の説明の通りである。白金化合物としては、例えば、ジニトロジアミン白金硝酸等を挙げることができる。但し、この化合物に限定される意図ではなく、一般に白金や白金合金を調製する際に利用される白金化合物を適宜使用することができる。ルテニウム化合物としては、例えば、RuCl3n(H2O)等を挙げることができる。しかし、この化合物に限定される意図ではなく、一般にルテニウムやルテニウム合金を調製する際に利用されるルテニウム化合物を適宜使用することができる。白金化合物及びルテニウム化合物は、所望の白金及びルテニウムのモル比、さらには白金及びルテニウムの担持量を考慮して、炭素材料に担持する。担持方法には特に制限はなく、例えば、白金化合物及びルテニウム化合物を含有する水溶液に炭素材料を含浸することで実施できる。上記水溶液には、含浸を促進する助剤を適宜添加することもできる。
工程(2)は、工程(1)において、白金化合物及びルテニウム化合物を担持した炭素材料を水素含有雰囲気下に置く工程である。この工程では、炭素材料に担持された白金化合物及びルテニウム化合物を還元する。水素含有雰囲気は、水素雰囲気、即ち、水素のみの雰囲気であることもできるが、水素に不活性ガスを含有するものであることもできる。不活性ガスとしてはアルゴン等を例示できる。水素と不活性ガスの混合ガスを用いる場合には、水素の含有量は、例えば、2〜10%の範囲であることが、穏やかに還元するという観点から適当である。水素含有雰囲気は、水素ガスまたは水素含有ガスの充填した反応容器内で行うことも、これらのガスを流通させた反応容器内で行うこともできる。
工程(3)は、工程(2)で得られた炭素材料をヘリウム含有雰囲気下で加熱する工程である。この工程では、炭素材料に担持された白金化合物及びルテニウム化合物(その少なくとも一部は、工程(2)において還元されて金属となっている)からPtRu合金または合金の前駆体が生成する。ヘリウム含有雰囲気は、ヘリウム雰囲気、即ち、ヘリウムのみの雰囲気であることもできるが、ヘリウムに他の不活性ガスを含有するものであることもできる。不活性ガスとしてはアルゴン、窒素等を例示できる。ヘリウムと不活性ガスの混合ガスを用いる場合には、ヘリウムの含有量は、例えば、20〜100%の範囲であることが、熱処理後に冷却する際に、後述のように急冷が可能であるという観点から適当である。ヘリウム含有雰囲気は、ヘリウムガスまたはヘリウム含有ガスの充填した反応容器内で行うことも、これらのガスを流通させた反応容器内で行うこともできる。また、加熱は、加熱効率を高めるという観点からは、ヘリウムガスまたはヘリウム含有ガスを充填した(非流通下)反応容器内で行い、冷却の際は、冷却効果を高める観点から、ヘリウムガスまたはヘリウム含有ガスを流通させて行うこともできる。
工程(4)は、工程(3)で得られた炭素材料を水素含有雰囲気下で加熱する工程である。
この工程では、工程(3)で生成したPtとRuが分散した状態を有する合金を維持しつつ、完全には還元されていない白金化合物及びルテニウム化合物またはそれらから誘導された合金の前駆体が還元されて合金化する。水素含有雰囲気は、水素雰囲気、即ち、水素のみの雰囲気であることもできるが、水素に不活性ガスを含有するものであることもできる。不活性ガスとしてはアルゴン等を例示できる。水素と不活性ガスの混合ガスを用いる場合には、水素の含有量は、例えば、5〜20%の範囲であることが、緩やかに還元するという観点から適当である。
本発明は、上記本発明の触媒とプロトン伝導性ポリマーを含むアノード用組成物からなる層を基板表面に有する燃料電池用アノードを包含する。
さらに本発明は、高分子電解質膜を挟んで上記本発明のアノードとカソードを積層した、燃料電池用膜電極接合体を包含する。
さらに本発明は、上記本発明の燃料電池用膜電極接合体を含む燃料電池を包含する。
(1)−1Ptの担持方法
1. TKKカーボンE担体(比表面積900m2/g)0.56506gとジニトリジアミン白金硝酸溶液8.2675gと蒸留水少々を超音波で混ぜる。蒸留水が全部で200mLになるまで蒸留水を追加し、エタノール25mLを加えた。
2. 還流管をつけて92℃以上で8時間攪拌した。
3. 蒸留水1L程度で洗浄ろ過した。
1. RuCl3n(H2O)を0.75745g(PtとRuの比率(モル比)は1:3である)と蒸留水少々を超音波でよく混ぜる。これを3口フラスコに入れ、水の量が全部で85mLになるまで蒸留水を追加し、メタノール9mLを加えた。
2. 65℃で攪拌しながら6-8時間還流還元した。おおかた色が消えたが色が完全に消えないので温度を70℃に上げて6〜8時間放置した。まだ色が消えないのでメタノールを10mL加え一晩おいた。まだ色が消えないので85℃に上げて6〜8時間放置した。
3. 蒸留水2リットルを適当な温度に加熱して、これで触媒をろ過・洗浄した。
4. 80℃で一晩乾燥させた。
5. 触媒を細かく砕いて粉末にした。
6. 触媒0.1gを石英のボートにのせた。
1. ボートを100V用管状炉に設置した。
2. Heを60mL/分で流し、30分間放置した。
3. H2(5%)+Arを60mL/分で流し、初めの10分は温度が上昇しその後下がった。次いで、1時間放置した。
4. Heを60mL/分で流し、60分間放置した。
1. Heを60mL/分で流し、AC100Vをスライダックで115Vに上げる。
2. 管状炉を115Vで通電した。約11分で890℃程度に到達した(加熱速度約80℃/分)。
3. 890℃に到達した瞬間電源を切った。余熱で900℃程度に到達し、温度が急速に下がり始め、約1分で750℃になった(冷却速度150℃/分)。
4. 600℃くらいになったら管状炉の蓋を開け、750℃から500℃まで約17分であった(冷却速度約15℃/分)。
1. 室温で、H2(5%)+Arを60mL/分で流し、4℃/分で昇温し150℃にした。
2. 150℃で、2時間保持した。
3. 室温まで冷却した。
4. ガスをN2に変え60mL/分で流した。
RuCl3・nH2Oを0.75745g使用する代わりに0.378g使用して、PtとRuの比率(モル比)が2:3となるように調整したこと以外は、実施例1と同様にしてPtRu/C触媒を得た。
得られたPtRu/C触媒粒子をSTEM測定した結果、PtRu粒子の平均粒子経は2.35nmであり、粒子経の標準偏差は1.16nmであった。
TKKカーボンE担体を使用する代わりに、多孔質炭素(比表面積1800m2/g)を使用した以外は、実施例1と同様にしてPtRu/C触媒を得た。得られたPtRu/C触媒粒子をSTEM測定した結果、PtRu粒子の平均粒子経は2.35nmであり、粒子経の標準偏差は1.16nmであった。
比較例1で使用した触媒は市販のPt2Ru3/C触媒である。その合金度は、XAFS測定より、N(Ru)/(N(Pt)+N(Ru))比が0.54、及びN(Pt)/(N(Ru)+N(Pt))比が0.31であった。
燃料として純水素を使用した場合を基準にして、水素燃料に含まれる一酸化炭素によって電圧がどの程度降下するか評価した。表1及び図1にアノード触媒として実施例1、3及び比較例1の触媒をそれぞれ用いた燃料電池の電流密度0.2A/cm2における電圧の測定結果を示す。
条件は以下の通りである。
電解質: Nafion(登録商標) NRE 212
カソード:Pt/C (0.5 mg/cm2);ガス:O2;流速:80 mL/分;70℃加湿.
アノード:各種PtRu/C (0.5 mg-PtRu/cm2);
ガス:0-2000 ppm COを含む水素;流速:80 mL/分;70℃加湿.
(SnO2/C担体)
1. 薬包紙にSnCl2・2H2O 89.4mg 秤量、三口フラスコに投入した。
2. エチレングリコール溶液を適量投入した。
3. オイルバス(シリコンオイル)で190℃まで加熱し、30min後に室温まで静置した。
4. カーボン粉末(E担体)(比表面積900m2/g)1.866gを秤量し50mlビーカーに入れた。
5. 40ml付近までEGを入れ、数分間超音波震盪した。
6. フラスコに投入し、水を加えてオイルバス90℃で一夜攪拌した。
7. エチレングリコール除去の為、吸引ビン3倍分熱湯で吸引ろ過洗浄した。
8. 数時間乾燥した。
9. 熱処理を行った。N2 60ml/分流通下で30min昇温し、80℃で10時間乾燥した。
1.上記で得られたSnO2/C(80℃ N2 Dry)を0.5651g秤量した。
2.純水100mlで攪拌し、2分超音波分散した後、フラスコへ投入した。
3.Pt(NO2)(NH2) (0.4579wt%) 8.31gを秤量した。
4.純水100mlで攪拌、2分超音波分散した後、フラスコへ投入した。
5.常温にて1〜2時間攪拌した。
6.エタノール30mlをラスコへ投入した。
7.オイルバス、95℃で一夜加熱した。その後、減圧ろ過工程へ移送した。
8.減圧ろ過した後、常温乾燥した(5時間〜一晩)。
9.N2 60ml/分を室温(25℃)にて30分〜1時間流した。(air抜きのためである)
10.昇温した。30分で80℃に上げ、10時間キープ後、自然冷却した。
11.焼成終了後、ガラス管の栓を開けて静置30分。(N2は止めない。急に空気に触れると発火する恐れがある。)
12.N2を止めてさらに30分静置した。
13.前工程で得られた試料1.27gを秤量した。
14.RuCl3(99.9%)0.926gを秤量した。
15.純水100mlで2分超音波分散した後、フラスコへ投入した。
16.常温、100rpmにて1〜2時間攪拌した。
17.Me-OH 10mlを添加し、オイルバス(70℃)一夜加熱した。
その後、還元工程(2)、熱処理工程(3)は実施例1と同様に行って、PtRu/SnO2/C触媒を得た。PtとRuの比率(モル比)は2:3であり、PtとRuに対するSnO2(SnO2/(Pt+Ru))は、1/50(質量比)である。得られたPtRu/SnO2/C触媒粒子をSTEM測定した結果、PtRu粒子の平均粒子経および粒子径の標準偏差は実施例1の場合と同等であった。
カーボン粉末(E担体)1.866g秤量((SnO2 1wt%の場合)を,1.134g(SnO2 2.5wt%の場合)とした以外は、実施例5と同様に行って、PtRu/SnO2/C触媒を得た。PtとRuの比率(モル比)は2:3であり、PtとRuに対するSnO2(SnO2/(Pt+Ru))は、1/20(質量比)である。得られたPtRu/SnO2/C触媒粒子をSTEM測定した結果、PtRu粒子の平均粒子経および粒子径の標準偏差は実施例1の場合と同等であった。
実施例5で調製したPtRu/SnO2/C触媒及び比較例1に示したPt2Ru3/C触媒について、電気化学CO酸化性能を、「その場FTIR解析」により求めた。条件は以下の通りである。結果は図2に示す。
セル温度.: 25℃; 0.1 M HClO4
1) 純COを0.05 Vで、0.1 M HClO4電解質溶液に、20分流通させる。
2) Arを流通し、溶液中に溶解したCOを35分除去した。
3) 25℃で0.00 - 0.5 Vの範囲を0.25 mV/sで掃引した。解像度 8 cm-1, 25 scans
燃料として純水素を使用した場合を基準にして、水素燃料に含まれる一酸化炭素によって電圧がどの程度降下するか評価した。図1にアノード触媒として実施例5、6及び比較例1の触媒をそれぞれ用いた燃料電池の電流密度0.2A/cm2における電圧の測定結果を示す。
条件は以下の通りである。
電解質:Nafion(登録商標)NRE 212
カソード:Pt/C(0.5 mg/cm2);ガス:O2;流速:80 mL/分;70℃加湿
アノード:各種Pt2Ru3/C(0.5 mg-PtRu/cm2);
ガス:0-2000 ppm COを含む水素;流速:80 mL/分;70℃加湿
SnO2/C(80℃ N2 Dry)をTiO2/C (TiO2 2.5wt%)とした以外は、実施例5の白金担持工程を同様に行って、PtRu/TiO2/Cを得た。PtとRuの比率(モル比)は2:3であり、PtとRuに対するTiO2 (TiO2/(Pt+Ru))は、1/20である。得られたPtRu/TiO2/C触媒粒子をSTEM測定した結果、PtRu粒子の平均粒子経および粒子経の標準偏差は実施例1と同等であった。
SnO2/C担体(9)の熱処理のあとに、300℃で空気焼成を30分行うことを追加した以外は、実施例5と同様に行って。PtRu/SnO2/Cを得た。PtとRuの比率(モル比)は2:3であり、PtとRuに対するSnO2 (SnO2/(Pt+Ru))は、1/50である。得られたPtRu/SnO2/C触媒粒子をSTEM測定した結果、PtRu粒子の平均粒子経および粒子経の標準偏差は実施例1と同等であった。
アノード触媒として実施例9および10を用いる以外は、実施例8と同様な測定を行った。図3に結果を示す。
Claims (16)
- (1)炭素材料に白金化合物及びルテニウム化合物を担持する工程、
(2)工程(1)で白金化合物及びルテニウム化合物を担持した炭素材料を水素含有雰囲気下に置く工程、
(3)工程(2)で得られた炭素材料をヘリウム含有雰囲気下で加熱する工程、
(4)工程(3)で得られた炭素材料を水素含有雰囲気下で加熱する工程、
を含む、
炭素材料に白金とルテニウムの合金を担持した、燃料電池用アノード用触媒の製造方法であって、前記合金における、白金とルテニウムのモル比(Pt:Ru)は、1:1〜5の範囲であり、X線吸収微細構造により測定された前記合金中の原子サイトのPt原子の配位数及びRu原子の配位数をそれぞれN(Pt)及びN(Ru)と表したとき、白金サイトにおけるN(Ru)/(N(Pt)+N(Ru))が理論値の0.8〜1.1倍の範囲であり、RuサイトにおけるN(Pt)/(N(Ru)+N(Pt))が理論値の0.8〜1.1倍の範囲であり、前記合金の平均粒子径は1〜5nmの範囲であり、粒子経の標準偏差は2nm以下の範囲である、前記製造方法。 - 平均粒子径が1〜5nmの範囲である金属酸化物をさらに担持した請求項1に記載の製造方法。
- 金属酸化物がスズ酸化物である請求項2に記載の製造方法。
- 炭素材料は、平均粒子径が10nm〜1000nmの範囲である粒子である請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 白金サイトにおけるN(Ru)/(N(Pt)+N(Ru))が理論値の0.9〜1.1倍の範囲であり、RuサイトにおけるN(Pt)/(N(Ru)+N(Pt))が理論値の0.9〜1.1倍の範囲である請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 工程(1)の前に炭素材料に金属酸化物を担持する工程をさらに含む請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。
- 工程(1)においては、炭素材料に白金化合物を担持し、次いでルテニウム化合物を担持する請求項1〜6のいずれか1項に記載の製造方法。
- 工程(2)の水素含有雰囲気下に置く工程は、0℃〜50℃の範囲の温度で、0.1時間から10時間の範囲で実施する請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。
- 工程(3)のヘリウム含有雰囲気下での加熱工程は、700℃〜1000℃の範囲の温度で、0.05時間から5時間の範囲で実施する請求項1〜8のいずれか1項に記載の製造方法。
- 工程(3)のヘリウム含有雰囲気下、700℃〜1000℃の範囲の温度での加熱後、500℃以下の温度まで、冷却速度10〜200℃/分で冷却する、請求項9に記載の製造方法。
- 700℃〜1000℃から500℃まで冷却速度10〜20℃/分で冷却する請求項10に記載の製造方法。
- 工程(4)の水素含有雰囲気下での加熱工程は、70℃〜200℃の範囲の温度で、0.2時間から20時間の範囲で実施する請求項1〜11のいずれか1項に記載の製造方法。
- 燃料電池がメタノール燃料電池である請求項1〜12のいずれか1項に記載の製造方法。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法により触媒を得ること、得られた触媒とプロトン伝導性ポリマーを含むアノード用組成物からなる層を基板表面に設けてアノードを調製することを含む、燃料電池用アノードの製造方法。
- 請求項14に記載の方法によりアノードを調製すること、高分子電解質膜を挟んで、得られたアノードとカソードを積層して膜電極接合体を調製することを含む、燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
- 請求項15に記載の方法により膜電極接合体を調製すること、得られた膜電極接合体を用いて膜電極接合体を含む燃料電池を得ることを含む、燃料電池の製造方法。
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CN114420952A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-04-29 | 湘潭大学 | 一种提高甲醇电催化氧化性能的PtRu纳米线制备方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01227361A (ja) * | 1988-03-07 | 1989-09-11 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池用アノード電極の製造方法 |
JP2005177661A (ja) * | 2003-12-22 | 2005-07-07 | Hitachi Maxell Ltd | PtRu合金触媒の製造方法 |
JP2006190686A (ja) * | 2005-01-06 | 2006-07-20 | Samsung Sdi Co Ltd | Pt/Ru合金触媒,その製造方法,燃料電池用電極及び燃料電池 |
JP2008506513A (ja) * | 2004-07-16 | 2008-03-06 | ペメアス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 電気化学的酸化反応用の金属合金およびその製造方法 |
JP2010140767A (ja) * | 2008-12-11 | 2010-06-24 | Toyota Motor Corp | 燃料電池のエージング方法 |
JP2011044334A (ja) * | 2009-08-21 | 2011-03-03 | Hitachi Ltd | 燃料電池用Pt系触媒、その製造方法、燃料電池用膜電極接合体および燃料電池 |
JP2011072934A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Hokkaido Univ | 合金化度と分散性を制御したPtRu/C触媒及びその製造方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19721437A1 (de) | 1997-05-21 | 1998-11-26 | Degussa | CO-toleranter Anodenkatalysator für PEM-Brennstoffzellen und Verfahren zu seiner Herstellung |
DE19756880A1 (de) | 1997-12-19 | 1999-07-01 | Degussa | Anodenkatalysator für Brennstoffzellen mit Polymerelektrolyt-Membranen |
US6339038B1 (en) | 1998-06-16 | 2002-01-15 | Tanaka Kikinzoku Kogyo K. K. | Catalyst for a fuel cell containing polymer solid electrolyte and method for producing catalyst thereof |
JP3839961B2 (ja) | 1998-06-16 | 2006-11-01 | 田中貴金属工業株式会社 | 高分子固体電解質型燃料電池用触媒の製造方法 |
US6686308B2 (en) * | 2001-12-03 | 2004-02-03 | 3M Innovative Properties Company | Supported nanoparticle catalyst |
US7713910B2 (en) * | 2004-10-29 | 2010-05-11 | Umicore Ag & Co Kg | Method for manufacture of noble metal alloy catalysts and catalysts prepared therewith |
US8252485B2 (en) * | 2007-03-13 | 2012-08-28 | Cabot Corporation | Electrocatalyst compositions and processes for making and using same |
US20100081036A1 (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Alcohol oxidation catalyst, method of manufacturing the same, and fuel cell using the alcohol oxidation catalyst |
US8993198B2 (en) * | 2009-08-10 | 2015-03-31 | Korea University Research And Business Foundation | Process of preparing PT/support or PT alloy/support catalyst, thus-prepared catalyst and fuel cell comprising the same |
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01227361A (ja) * | 1988-03-07 | 1989-09-11 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池用アノード電極の製造方法 |
JP2005177661A (ja) * | 2003-12-22 | 2005-07-07 | Hitachi Maxell Ltd | PtRu合金触媒の製造方法 |
JP2008506513A (ja) * | 2004-07-16 | 2008-03-06 | ペメアス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 電気化学的酸化反応用の金属合金およびその製造方法 |
JP2006190686A (ja) * | 2005-01-06 | 2006-07-20 | Samsung Sdi Co Ltd | Pt/Ru合金触媒,その製造方法,燃料電池用電極及び燃料電池 |
JP2010140767A (ja) * | 2008-12-11 | 2010-06-24 | Toyota Motor Corp | 燃料電池のエージング方法 |
JP2011044334A (ja) * | 2009-08-21 | 2011-03-03 | Hitachi Ltd | 燃料電池用Pt系触媒、その製造方法、燃料電池用膜電極接合体および燃料電池 |
JP2011072934A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Hokkaido Univ | 合金化度と分散性を制御したPtRu/C触媒及びその製造方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
JPN6012046478; 固体高分子形燃料電池用PtRuアノード触媒への金属酸化物添加とCO耐性: '山中俊朗, 竹口竜弥, 汪国雄, Ernee Noryana Muhamad, 上田渉' 電気化学会大会講演要旨集 Vol.76th, 20090329, p.409 * |
JPN6013008274; Toshiro Yamanaka, Tatsuya Takeguchi, Guoxiong Wang, Ernee Noryana Muhamad, Wataru Ueda: 'Particle size dependence of CO tolerance of anode PtRu catalysts for polymer electrolyte fuel cells' Journal of Power Sources Vol.195, No.19, 20101001, pp.6398-6404 * |
JPN6013008276; Tatsuya Takeguchi, Toshiro Yamanaka, Kiyotaka Asakura, Ernee Noryana Muhamad, Kohei Uosaki, Wataru U: 'Evidence of Nonelectrochemical Shift Reaction on a CO-Tolerant High-Entropy State Pt-Ru Anode Cataly' Journal of the American Chemical Society Vol.134, N&# * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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