JPH01132057A - 燃料電池の電極触媒層 - Google Patents
燃料電池の電極触媒層Info
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- JPH01132057A JPH01132057A JP62290976A JP29097687A JPH01132057A JP H01132057 A JPH01132057 A JP H01132057A JP 62290976 A JP62290976 A JP 62290976A JP 29097687 A JP29097687 A JP 29097687A JP H01132057 A JPH01132057 A JP H01132057A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明はリン酸型燃料電池の電極触媒層に係り、特に
電極触媒層の触媒担体に関する。
電極触媒層の触媒担体に関する。
燃料電池は燃料の持つ化学エネルギを直接電気のエネル
ギに変換するものであり、その構成は第３図に示すよう
な電極６をリン酸を含むマトリックス（図示せず）をは
さんで配置してアノードおよびカンードを形成し、前記
各電極に外部のガス供給系より燃料ガスおよび酸化剤ガ
スを供給して各電極の電極触媒層上で前記ガスを電気化
学的に反応させ、その結果として系外に電気エネルギを
取り出す。
ギに変換するものであり、その構成は第３図に示すよう
な電極６をリン酸を含むマトリックス（図示せず）をは
さんで配置してアノードおよびカンードを形成し、前記
各電極に外部のガス供給系より燃料ガスおよび酸化剤ガ
スを供給して各電極の電極触媒層上で前記ガスを電気化
学的に反応させ、その結果として系外に電気エネルギを
取り出す。
電極６は多孔質のカーボン電極基材４とその上に形成さ
れた触媒微粒子７とフッ素樹脂の微粒子３からなる電極
触媒層５とからなっている。触媒微粒子７はカーボン粉
体などの触媒担体上に白金等の貴金属の微粒子１が担持
された構成である。
れた触媒微粒子７とフッ素樹脂の微粒子３からなる電極
触媒層５とからなっている。触媒微粒子７はカーボン粉
体などの触媒担体上に白金等の貴金属の微粒子１が担持
された構成である。
この場合白金微粒子１があまりに微細に過ぎると、微粒
子がアモルファス状態となり、触媒活性が落ちる。即ち
カーボン粉体としては、ファーネスブラック、チャンネ
ルブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック
や活性炭、黒鉛などがあルカ、活性炭（比表面積１００
０〜２ｏｏｏｍ２７ｇ）やカーボンブラック（例えば、
キャボット社のブラックパール２０００（１５００ｍ２
／ｇ）やモナーク９０５（４００ｍ２／ｇ））等の高比
表面積カーボン粉体を触媒担体として、これまで一般に
用いられてきたリン酸型燃料電池用触媒の担持量（例え
ば１０ｗｔ％）にて白金等の微粒子を担持した場合、白
金微粒子は高分散に担持されアモルファス状態（結晶子
径１５Ａ以下）となってしまうため所期触媒活性を得る
ためには、多量の触媒を担持させる必要があ處 った。また、かかる貴金徘担持触媒を用い電極を製作し
、特性評価を行ったところ、カーボンの比表面積が大き
いため、電池作動条件下で、電解液によるカーボンの腐
蝕が激しく、電極のぬれ性が大きくなり、使用に耐え得
る特性が得られなかった。
子がアモルファス状態となり、触媒活性が落ちる。即ち
カーボン粉体としては、ファーネスブラック、チャンネ
ルブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック
や活性炭、黒鉛などがあルカ、活性炭（比表面積１００
０〜２ｏｏｏｍ２７ｇ）やカーボンブラック（例えば、
キャボット社のブラックパール２０００（１５００ｍ２
／ｇ）やモナーク９０５（４００ｍ２／ｇ））等の高比
表面積カーボン粉体を触媒担体として、これまで一般に
用いられてきたリン酸型燃料電池用触媒の担持量（例え
ば１０ｗｔ％）にて白金等の微粒子を担持した場合、白
金微粒子は高分散に担持されアモルファス状態（結晶子
径１５Ａ以下）となってしまうため所期触媒活性を得る
ためには、多量の触媒を担持させる必要があ處 った。また、かかる貴金徘担持触媒を用い電極を製作し
、特性評価を行ったところ、カーボンの比表面積が大き
いため、電池作動条件下で、電解液によるカーボンの腐
蝕が激しく、電極のぬれ性が大きくなり、使用に耐え得
る特性が得られなかった。
一方、黒鉛等の比表面積の小さいカーボン粉体（比表面
積的１０ｍ２／ｇ）を担体として触媒を製作した場合に
は、電池作動条件下でのカーボンの腐蝕が小さく、担体
の安定性は確保できが、カーボン担体の比表面積が小さ
いため白金微粒子担持後の白金の粒子径が１００〜１５
０Ａと大きく、触媒の初期活性が低いと同時に、電池作
動条件下で比較的短時間のうちに触媒のシンタリング又
は欠落が起り触媒活性が失われるという問題があった。
積的１０ｍ２／ｇ）を担体として触媒を製作した場合に
は、電池作動条件下でのカーボンの腐蝕が小さく、担体
の安定性は確保できが、カーボン担体の比表面積が小さ
いため白金微粒子担持後の白金の粒子径が１００〜１５
０Ａと大きく、触媒の初期活性が低いと同時に、電池作
動条件下で比較的短時間のうちに触媒のシンタリング又
は欠落が起り触媒活性が失われるという問題があった。
この発明は上述の共に鑑みてなされ、その目的はカーボ
ン触媒担体の比表面積について最適化を図ることにより
、活性と耐久性に優れる電極触媒層を提供することにあ
る。
ン触媒担体の比表面積について最適化を図ることにより
、活性と耐久性に優れる電極触媒層を提供することにあ
る。
上記の目的はこの発明によれば貴金属の微粒子１をカー
ボンの触媒担体２に担持させた触媒微粒子７を含む電極
触媒層５において、比表面積が５０乃至５００ ｍ２／
Ｈのカーボン粉体を触媒担体として用いることにより
達成される。カーボン粉体の比表面積は５０〜５００ｍ
２７ｇ 好ましくは１００〜３００ｍ２／Ｈの範囲のも
のが使用される。
ボンの触媒担体２に担持させた触媒微粒子７を含む電極
触媒層５において、比表面積が５０乃至５００ ｍ２／
Ｈのカーボン粉体を触媒担体として用いることにより
達成される。カーボン粉体の比表面積は５０〜５００ｍ
２７ｇ 好ましくは１００〜３００ｍ２／Ｈの範囲のも
のが使用される。
カーボン触媒担体の比表面積の大きさにより、担持され
る貴金属の微粒子の結晶子径が制御される。
る貴金属の微粒子の結晶子径が制御される。
次に図面に基いてこの発明の詳細な説明する。
（実施例１）
比表面積が１２０ｍ２７Ｈのアセチレンブラック９ｇや
イオ、交換水４ゐｌ、ｃヶ散５、。金０、当量の塩化白
金散水溶液を加え、炭酸す） ＩＪウム水溶液を加えて
系をアルカリ性にする。攪拌しながら徐々に還元剤水溶
液を滴加し、塩化白金酸を白金に還元しアセ千しンブラ
ック上に担持させる。
イオ、交換水４ゐｌ、ｃヶ散５、。金０、当量の塩化白
金散水溶液を加え、炭酸す） ＩＪウム水溶液を加えて
系をアルカリ性にする。攪拌しながら徐々に還元剤水溶
液を滴加し、塩化白金酸を白金に還元しアセ千しンブラ
ック上に担持させる。
還元のあと、ろ過、水洗、乾燥をし、１０ｗｔ％の白金
を担持した触媒担体を得た。得られた触媒微粒子７をＸ
線回折法により分析したところ、白金微拉子の結晶子径
は３０〜３５Ｘであり触媒活性の高い白金微粒子１が担
持されている。
を担持した触媒担体を得た。得られた触媒微粒子７をＸ
線回折法により分析したところ、白金微拉子の結晶子径
は３０〜３５Ｘであり触媒活性の高い白金微粒子１が担
持されている。
（実施例２）
６０ｍ２／ｇ の比表面積を有する部分的にグラファ
イト化したアセチレンブラックを水蒸気を含む窒素ガス
中で数１００℃、２時間熱処理することにより、２００
ｍ２／ｇ の比表面積を有する触媒担体２を得た。こ
の担体９ｇに実施例１と同様にして１０ｗｔ％の白金を
担持した触媒微粒子７を得た。
イト化したアセチレンブラックを水蒸気を含む窒素ガス
中で数１００℃、２時間熱処理することにより、２００
ｍ２／ｇ の比表面積を有する触媒担体２を得た。こ
の担体９ｇに実施例１と同様にして１０ｗｔ％の白金を
担持した触媒微粒子７を得た。
得られた触媒微粒子７をＸ線回折法により分析したとこ
ろ、白金微粒子の結晶子径は２５〜３０Ａである。
ろ、白金微粒子の結晶子径は２５〜３０Ａである。
（実施例３）
１０００ｍ２／ｇ の比表面積を有するファーネス系
カーボンブラックをヘリウムガス中で２２００℃。
カーボンブラックをヘリウムガス中で２２００℃。
４時間熱処理をして２５０ ｍ ２／ Ｈの比表面積を
有する担体を得た。この担体９ｇに実施例１と同様にし
て１０ｗｔ％の白金を担持した。得られた触媒微粒子７
をＸ線回折法により分析したところ、白金微粒子１の結
晶子径は２０〜３０Ａであった。
有する担体を得た。この担体９ｇに実施例１と同様にし
て１０ｗｔ％の白金を担持した。得られた触媒微粒子７
をＸ線回折法により分析したところ、白金微粒子１の結
晶子径は２０〜３０Ａであった。
（比較例）
１０ｍ２７ｇの比表面積を府下る黒鉛に実施例１と同様
にして１０ｗｔ％ の白金を担持した触媒微粒子７を得
た。得られた触媒をＸ線回折法により分析したところ、
白金微粒子の結晶子径は１２０〜１３０ｘと大きい。
にして１０ｗｔ％ の白金を担持した触媒微粒子７を得
た。得られた触媒をＸ線回折法により分析したところ、
白金微粒子の結晶子径は１２０〜１３０ｘと大きい。
以上に述べた実施例１，２．３および比較例の触媒担体
２上の白金微粒子１につきそＱ〕触媒活性の経時変化を
見るために、２１０℃、１０５％リン酸中における０、
８Ｖ放電時の触媒比表面積（Ｓ）の経時変化を測定した
。結果を第１図に示す。実施例１（直１１１Ａ）、２（
直線１２Ａ）、３（直線１３Ａ）はいずれも、
−′ 比較例（直線１４Ａ）と比べ、比表面積変化が少
なく、触媒活性において秀れていることがわかる。
２上の白金微粒子１につきそＱ〕触媒活性の経時変化を
見るために、２１０℃、１０５％リン酸中における０、
８Ｖ放電時の触媒比表面積（Ｓ）の経時変化を測定した
。結果を第１図に示す。実施例１（直１１１Ａ）、２（
直線１２Ａ）、３（直線１３Ａ）はいずれも、
−′ 比較例（直線１４Ａ）と比べ、比表面積変化が少
なく、触媒活性において秀れていることがわかる。
次に実施例１． ２． ３および比較例で得られた触媒
微粒子７を含む電極触媒層５を用いて燃料電池を構成し
１９０℃、１０５％リン酸中において電流密度２００ｍ
Ａ／ｃＩｆｔで特性の経時変化を測定した。結果を第２
図に示す。これにより、本発明の実施例１（直線１１Ｂ
）、２（直線１２Ｂ）、３てまた寿命においても秀れて
いることが確かめられた。
微粒子７を含む電極触媒層５を用いて燃料電池を構成し
１９０℃、１０５％リン酸中において電流密度２００ｍ
Ａ／ｃＩｆｔで特性の経時変化を測定した。結果を第２
図に示す。これにより、本発明の実施例１（直線１１Ｂ
）、２（直線１２Ｂ）、３てまた寿命においても秀れて
いることが確かめられた。
この発明によれば貴金属の微粒子をカーボンの触媒担体
に担持させた触媒微粒子を含む電極触媒層において、比
表面積が５０乃至５００ｍ２／ｇ のカーボン粉体を触
媒担体として用いるので、貴金属の微粒子が好適な結晶
子径で担持され、その結果活性と耐久性に優れる電極触
媒層が得られる。
に担持させた触媒微粒子を含む電極触媒層において、比
表面積が５０乃至５００ｍ２／ｇ のカーボン粉体を触
媒担体として用いるので、貴金属の微粒子が好適な結晶
子径で担持され、その結果活性と耐久性に優れる電極触
媒層が得られる。
第１図は触媒担体上の白金微粒子の比表面積の経時変化
を示す特性図、第２図は触媒微粒子を含む電極触媒層を
用いた燃料電池の出力電圧の経時変化を示す特性図、第
３図は電極触媒層の構成を −示す模式図である。 １・・貴金属の微粒子、２・・・触媒担体、５・・電極
触媒層、７・・触媒微粒子。 １０ｏ ｉｏｏ。 Ｉｎ（ｖ！藺（ＨＲ，）） 第１図 時間（ＨＲ） 第２図 １白会樺粒）（貴金属のイ蚊ル）） 第３図
を示す特性図、第２図は触媒微粒子を含む電極触媒層を
用いた燃料電池の出力電圧の経時変化を示す特性図、第
３図は電極触媒層の構成を −示す模式図である。 １・・貴金属の微粒子、２・・・触媒担体、５・・電極
触媒層、７・・触媒微粒子。 １０ｏ ｉｏｏ。 Ｉｎ（ｖ！藺（ＨＲ，）） 第１図 時間（ＨＲ） 第２図 １白会樺粒）（貴金属のイ蚊ル）） 第３図
Claims (1)
- １）貴金属の微粒子をカーボンの触媒担体に担持させた
触媒微粒子を含む電極触媒層において、比表面積が５０
乃至５００ｍ＾２／ｇのカーボン粉体を触媒担体として
用いることを特徴とする燃料電池の電極触媒層。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62290976A JPH01132057A (ja) | 1987-11-18 | 1987-11-18 | 燃料電池の電極触媒層 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62290976A JPH01132057A (ja) | 1987-11-18 | 1987-11-18 | 燃料電池の電極触媒層 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01132057A true JPH01132057A (ja) | 1989-05-24 |
Family
ID=17762862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62290976A Pending JPH01132057A (ja) | 1987-11-18 | 1987-11-18 | 燃料電池の電極触媒層 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01132057A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03225762A (ja) * | 1990-01-29 | 1991-10-04 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池用ガス拡散電極 |
| EP0899805A1 (en) * | 1997-08-15 | 1999-03-03 | Exxon Research And Engineering Company | Carbon monoxide tolerant catalyst and electrode for a fuel cell |
| WO2003092093A2 (en) * | 2002-04-26 | 2003-11-06 | Ube Industries, Ltd. | Fuel cell electrode employing porous graphite film, membrane-electrode assembly and fuel cell |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60220563A (ja) * | 1984-04-17 | 1985-11-05 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 燐酸型燃料電池の電極触媒層 |
-
1987
- 1987-11-18 JP JP62290976A patent/JPH01132057A/ja active Pending
Patent Citations (1)
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