JPH01246765A - 燃料電池の電極 - Google Patents
燃料電池の電極Info
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- JPH01246765A JPH01246765A JP63073283A JP7328388A JPH01246765A JP H01246765 A JPH01246765 A JP H01246765A JP 63073283 A JP63073283 A JP 63073283A JP 7328388 A JP7328388 A JP 7328388A JP H01246765 A JPH01246765 A JP H01246765A
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- Japan
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- catalyst
- electrode
- iridium
- platinum
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- Pending
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- H—ELECTRICITY
- 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
- H01M4/92—Metals of platinum group
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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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】
［発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は燃料電池の電極に関する。
（従来の技術）
燃料電池は燃料と酸化剤とを電気化学的に反応させるこ
とにより燃料のもつ化学エネルギーを直接電気エネルギ
ーに変換して電力をとり出す装置であり、この燃料電池
の超電反応は原理的には水の電気分解の逆反応を起こす
ものである。これに用いる電極はいわゆるガス拡散電極
とよばれ、導電性の多孔質基体上に触媒層を塗着し、そ
の裏面にはポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥ
という、）分散液等を塗着して適度の撥水性を持たせ、
気相−液相−固相の三相帯における電極反応が効率良く
行なわれるように形成されている。
とにより燃料のもつ化学エネルギーを直接電気エネルギ
ーに変換して電力をとり出す装置であり、この燃料電池
の超電反応は原理的には水の電気分解の逆反応を起こす
ものである。これに用いる電極はいわゆるガス拡散電極
とよばれ、導電性の多孔質基体上に触媒層を塗着し、そ
の裏面にはポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥ
という、）分散液等を塗着して適度の撥水性を持たせ、
気相−液相−固相の三相帯における電極反応が効率良く
行なわれるように形成されている。
このような形態の一対のガス拡散電極の間に電解質たと
えばりん酸を保持したマトリックス層を介在させ、それ
ぞれの電極の裏面に燃料ガス、酸化剤ガスを流通させる
ことにより超電反応を行なうようにしている。
えばりん酸を保持したマトリックス層を介在させ、それ
ぞれの電極の裏面に燃料ガス、酸化剤ガスを流通させる
ことにより超電反応を行なうようにしている。
この電池の性能は第一に上述のガス拡散電極の性能を支
配されることはまちがいなく、従来様々な電極触媒の研
究が行なわれてきた。触媒は一般に貴金属が用いられ、
コスト的な面から微量の使用量で高性能を得るために耐
久性のある力′−ボン粉末等の導電性の担体上に貴金属
微粒子を分散担持させ、貴金属触媒の使用量が少なくと
も活性表面積の大きな電極が得られるようになっている
。
配されることはまちがいなく、従来様々な電極触媒の研
究が行なわれてきた。触媒は一般に貴金属が用いられ、
コスト的な面から微量の使用量で高性能を得るために耐
久性のある力′−ボン粉末等の導電性の担体上に貴金属
微粒子を分散担持させ、貴金属触媒の使用量が少なくと
も活性表面積の大きな電極が得られるようになっている
。
また電池におけるそれぞれの他の電極反応は例えばりん
酸形燃料電池の場合、カソードにおける酸素還元反応、
カソードにおける水素酸化反応であるが水素化反応に比
べ酸素還元反応は不可逆性が高いためより多くの触媒が
必要になる。最近では白金と他の卑金属元素との合金触
媒を用いることにより酸素過電圧の低減を計り高性能電
極を得るという方法が主流となってきている。
酸形燃料電池の場合、カソードにおける酸素還元反応、
カソードにおける水素酸化反応であるが水素化反応に比
べ酸素還元反応は不可逆性が高いためより多くの触媒が
必要になる。最近では白金と他の卑金属元素との合金触
媒を用いることにより酸素過電圧の低減を計り高性能電
極を得るという方法が主流となってきている。
即ち、高性能化のためカソード電極側に合金触媒例えば
白金にクロムを添加した合金触媒（カーボン粉末（キャ
ボット社製： Ｖｕｌｃａｎ ＸＣ−７２）に１０ｗｔ
％ｐｔと２ｗｔ％Ｃｒとを添加）と従来の非合金化触媒
（カーボン粉末に１０ｖｔ％ｐｔを添加）とを比較する
と、−定分極流密度２２０■Ａ／ａＪにおいて端子電圧
は約３０■Ｖ向上することが認められた。また、クロム
にかぎらず他の卑金属（標準酸化環元電位が白金よりも
低い金属： Ｔｉ、 Ｖ 、 Ｓｉ、 Ｍｎ等）を用い
た合金化触媒は白金単独の非合金化触媒よりも高性能で
あることが示されている（ＵＳＰ４，３７３，０１４）
。
白金にクロムを添加した合金触媒（カーボン粉末（キャ
ボット社製： Ｖｕｌｃａｎ ＸＣ−７２）に１０ｗｔ
％ｐｔと２ｗｔ％Ｃｒとを添加）と従来の非合金化触媒
（カーボン粉末に１０ｖｔ％ｐｔを添加）とを比較する
と、−定分極流密度２２０■Ａ／ａＪにおいて端子電圧
は約３０■Ｖ向上することが認められた。また、クロム
にかぎらず他の卑金属（標準酸化環元電位が白金よりも
低い金属： Ｔｉ、 Ｖ 、 Ｓｉ、 Ｍｎ等）を用い
た合金化触媒は白金単独の非合金化触媒よりも高性能で
あることが示されている（ＵＳＰ４，３７３，０１４）
。
（発明が解決しようとする課−）
しかしながら１合金化触媒を組込んで燃料電池を長期間
運転するとカソード側の卑金属は電解質により溶解し、
マトリックス層を介してアノード側に析出していること
がＲＢ Ｓ （Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋ−ｓｃ
ａｔｔｅｒｉｎｇ）法、Ｐ Ｉ Ｘ Ｅ （Ｐａｒｔｉ
ｃｌｅ ＩｎｄｕｃｅｄＸｒｅｙ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）
法により確認されている。このため、運転時間の経過と
ともに、たとえばＰｔ／Ｖ触媒では約３００時間経過す
ると特性が低下する不具合があり、電解質により溶出し
ない合金化触媒の出現が望まれていた。
運転するとカソード側の卑金属は電解質により溶解し、
マトリックス層を介してアノード側に析出していること
がＲＢ Ｓ （Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋ−ｓｃ
ａｔｔｅｒｉｎｇ）法、Ｐ Ｉ Ｘ Ｅ （Ｐａｒｔｉ
ｃｌｅ ＩｎｄｕｃｅｄＸｒｅｙ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）
法により確認されている。このため、運転時間の経過と
ともに、たとえばＰｔ／Ｖ触媒では約３００時間経過す
ると特性が低下する不具合があり、電解質により溶出し
ない合金化触媒の出現が望まれていた。
そこで本発明は長期間安定した性能を発揮できる燃料電
池の電極を提供することを目的とする。
池の電極を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するために本発明は湛電性の多孔質基本
表面に、炭素あるいは炭化物に活性成分を分散担持した
触媒合剤を塗布して触媒層を形成した燃料電池の電極に
おいて、活性成分は白金と少量のイリジュームとの混合
粉末により構成するようにしたことを特徴とする。
表面に、炭素あるいは炭化物に活性成分を分散担持した
触媒合剤を塗布して触媒層を形成した燃料電池の電極に
おいて、活性成分は白金と少量のイリジュームとの混合
粉末により構成するようにしたことを特徴とする。
（作 用）
上述したように、本発明の燃料電池の電極は触媒の活性
成分として白金に少量のイソジュームを混合するように
したから、電解質による触媒の溶解を抑制することがで
き、長期間安定した電池特性を得ることができる。
成分として白金に少量のイソジュームを混合するように
したから、電解質による触媒の溶解を抑制することがで
き、長期間安定した電池特性を得ることができる。
（実 施 例）
以下本発明の一実施例について説明する。
即ち、電極触媒は白金をベースとしてイリジュームを添
加するようにしたものである。
加するようにしたものである。
次に具体的実施例について詳細に説明する。
まず、カーボン粉末（キャボット社製： Ｖｕｌｃａｎ
ＸＣ−７２） ３０滲とイオン交換水８００ｄとをミキ
サーにて混合撹拌した溶液に塩化白金酸（Ｈ，ＰｔＣＱ
、・６）１．０）６．５法と三塩化イリジウム（ＩｒＣ
ｆｆａ）・ｌ’八へ２０）０．４９とを添加した撹拌す
る。次に、別の容器にりん酸ナトリューム２０ｇを水９
０ｍＱに溶解させた溶液を前記溶液に加えた後約５時間
超音波撹拌し、その後吸引濾過することにより塩素イオ
ン（（ｊ２−）が炉液に認られなくなるまで水洗する。
ＸＣ−７２） ３０滲とイオン交換水８００ｄとをミキ
サーにて混合撹拌した溶液に塩化白金酸（Ｈ，ＰｔＣＱ
、・６）１．０）６．５法と三塩化イリジウム（ＩｒＣ
ｆｆａ）・ｌ’八へ２０）０．４９とを添加した撹拌す
る。次に、別の容器にりん酸ナトリューム２０ｇを水９
０ｍＱに溶解させた溶液を前記溶液に加えた後約５時間
超音波撹拌し、その後吸引濾過することにより塩素イオ
ン（（ｊ２−）が炉液に認られなくなるまで水洗する。
そして１００℃に加熱して白金−イリジュームの混合触
媒を得る。
媒を得る。
次に、この混合触媒２法をイオン交換水に分散させると
ともにＰＴＦＥの分散液を添加することにより媒触合剤
となし、この触媒合剤をカーボンペーパーに吹付けた後
乾燥させるとともに裏面に防水処゛理を施し、次に窒素
雰囲気中３５０℃で３０分間焼成して試験電極を製作し
た。この時ＰＴＦＨの含有量は５５ｗｔ％であった。
ともにＰＴＦＥの分散液を添加することにより媒触合剤
となし、この触媒合剤をカーボンペーパーに吹付けた後
乾燥させるとともに裏面に防水処゛理を施し、次に窒素
雰囲気中３５０℃で３０分間焼成して試験電極を製作し
た。この時ＰＴＦＨの含有量は５５ｗｔ％であった。
次に、この実施例の白金−イリジューム合金触媒（８ｗ
ｔ％Ｐｔ−１ｗｔ％Ｉｒ、試験電極：Ａ）、従来の白金
触媒（１０ｗｔ％Ｐｔ：Ｂ）および白金−クロム触媒（
１０ｗｔ％Ｐｔ−２ｔｚｔ％Ｃｒ：Ｃ）からなる電極を
燃料電池のカソード側とし、アノード側には白金触媒（
７ｗｔ％）の電極を組込み、単セルの初期電圧特性およ
び寿命特性の試験を行った。試験条件は常圧２０５℃、
一定分極電流密度２２０ｍＡ／ａ＃、燃料および酸化剤
の利用率はそれぞれ６０％とした。
ｔ％Ｐｔ−１ｗｔ％Ｉｒ、試験電極：Ａ）、従来の白金
触媒（１０ｗｔ％Ｐｔ：Ｂ）および白金−クロム触媒（
１０ｗｔ％Ｐｔ−２ｔｚｔ％Ｃｒ：Ｃ）からなる電極を
燃料電池のカソード側とし、アノード側には白金触媒（
７ｗｔ％）の電極を組込み、単セルの初期電圧特性およ
び寿命特性の試験を行った。試験条件は常圧２０５℃、
一定分極電流密度２２０ｍＡ／ａ＃、燃料および酸化剤
の利用率はそれぞれ６０％とした。
その結果、イリジュームを添加した試験電極Ａの電圧特
性は従来の白金単独の試験電極と比較し、端子電圧は約
５〜１０ｍＶ高いのみであった。
性は従来の白金単独の試験電極と比較し、端子電圧は約
５〜１０ｍＶ高いのみであった。
一方、寿命特性は第１図に示すように、この実施例によ
る試験電極Ａは長時間端子電圧をほぼ−定に維持するこ
とができるが、従来の触媒を用いた試験電極Ｃは約３０
０〜３５０時間経過後端子電圧を低下し、白金単体触媒
の試験電極Ｂ以下まで低下することが認められる。これ
は、イリジューム添加電極の活性が高いとともに、電解
質に溶解しがたいため長期にわたり安定した性能を維持
することができるからである。
る試験電極Ａは長時間端子電圧をほぼ−定に維持するこ
とができるが、従来の触媒を用いた試験電極Ｃは約３０
０〜３５０時間経過後端子電圧を低下し、白金単体触媒
の試験電極Ｂ以下まで低下することが認められる。これ
は、イリジューム添加電極の活性が高いとともに、電解
質に溶解しがたいため長期にわたり安定した性能を維持
することができるからである。
また、白金に対するイリジュームの含有度合とカソード
電極電位（Ｖｏｌｔｓ Ｖｓ ＲＨＥ）の関係について
、ハーフセル装置を使用するとともに、常圧、２０５℃
、電流密度２２０＋＋＋Ａ／ ｄ、空気大過剰の流量条
件にて試験した結果を第２図に示す。第２図より、イリ
ジュームは１０ｗｔ％以上添加した場合電池特性は徐々
に低下し、一方１ｗｔ％以下では添加の効果がないこと
は明らかであり、 １〜ｌｏｗｔ％添加することが好ま
しい。
電極電位（Ｖｏｌｔｓ Ｖｓ ＲＨＥ）の関係について
、ハーフセル装置を使用するとともに、常圧、２０５℃
、電流密度２２０＋＋＋Ａ／ ｄ、空気大過剰の流量条
件にて試験した結果を第２図に示す。第２図より、イリ
ジュームは１０ｗｔ％以上添加した場合電池特性は徐々
に低下し、一方１ｗｔ％以下では添加の効果がないこと
は明らかであり、 １〜ｌｏｗｔ％添加することが好ま
しい。
したがって、電極触媒は白金に対し１〜１０ｖｊ％のイ
リジュームを添加することにより、高性能にして長寿命
の電極が得られることが可能となった。
リジュームを添加することにより、高性能にして長寿命
の電極が得られることが可能となった。
尚、前記実施例では窒素ガス雰囲気中３５０℃で３０分
間焼成することにより電極触媒を得るようにしたが、窒
素あるいはへリュームガス雰囲気中１２００℃で１時間
焼成しても良いし、また窒素あるいはヘリュームガス雰
囲気にて焼成する前処理として一酸化炭素ガス雰囲気中
３５０℃で３０分間、次に窒素ガス雰囲気中１２００℃
で１時間、そして−酸化炭素ガス雰囲気中３５０℃で３
０分間しても良く、その効果は前記実施例と同様又はそ
れ以上である。
間焼成することにより電極触媒を得るようにしたが、窒
素あるいはへリュームガス雰囲気中１２００℃で１時間
焼成しても良いし、また窒素あるいはヘリュームガス雰
囲気にて焼成する前処理として一酸化炭素ガス雰囲気中
３５０℃で３０分間、次に窒素ガス雰囲気中１２００℃
で１時間、そして−酸化炭素ガス雰囲気中３５０℃で３
０分間しても良く、その効果は前記実施例と同様又はそ
れ以上である。
以上説明したように本発明によれば、白金に耐電解質性
のイリジュームを添加したので、長期間安定した電池特
性を維持することができる。
のイリジュームを添加したので、長期間安定した電池特
性を維持することができる。
第１図は燃料電池の運転時間に対する端子電圧を従来の
電極触媒と比較した線図、第２図は白金に対するイリジ
ューム含有量とカソード電極電位との関係を示した線図
である。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 第子丸 健
電極触媒と比較した線図、第２図は白金に対するイリジ
ューム含有量とカソード電極電位との関係を示した線図
である。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 第子丸 健
Claims (1)
- 導電性の多孔質基体表面に、炭素あるいは炭化物に活性
成分を分散担持した触媒合剤を塗布して触媒層を形成し
た燃料電池の電極において、活性成分は白金と少量のイ
リジュームとの混合粉末により構成するようにしたこと
を特徴とする燃料電池の電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63073283A JPH01246765A (ja) | 1988-03-29 | 1988-03-29 | 燃料電池の電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63073283A JPH01246765A (ja) | 1988-03-29 | 1988-03-29 | 燃料電池の電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01246765A true JPH01246765A (ja) | 1989-10-02 |
Family
ID=13513663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63073283A Pending JPH01246765A (ja) | 1988-03-29 | 1988-03-29 | 燃料電池の電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01246765A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6936370B1 (en) | 1999-08-23 | 2005-08-30 | Ballard Power Systems Inc. | Solid polymer fuel cell with improved voltage reversal tolerance |
| US7608358B2 (en) | 2006-08-25 | 2009-10-27 | Bdf Ip Holdings Ltd. | Fuel cell anode structure for voltage reversal tolerance |
-
1988
- 1988-03-29 JP JP63073283A patent/JPH01246765A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6936370B1 (en) | 1999-08-23 | 2005-08-30 | Ballard Power Systems Inc. | Solid polymer fuel cell with improved voltage reversal tolerance |
| US7608358B2 (en) | 2006-08-25 | 2009-10-27 | Bdf Ip Holdings Ltd. | Fuel cell anode structure for voltage reversal tolerance |
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