JPH02250263A - 燃料電池用電極触媒の製造方法 - Google Patents
燃料電池用電極触媒の製造方法Info
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- JPH02250263A JPH02250263A JP1069213A JP6921389A JPH02250263A JP H02250263 A JPH02250263 A JP H02250263A JP 1069213 A JP1069213 A JP 1069213A JP 6921389 A JP6921389 A JP 6921389A JP H02250263 A JPH02250263 A JP H02250263A
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- JP
- Japan
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- particles
- electrode catalyst
- catalyst
- fuel cell
- noble metal
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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
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
- H01M4/886—Powder spraying, e.g. wet or dry powder spraying, plasma spraying
-
- 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、貴金属微粒子を担持したカーボン粉から成る
触媒粒子と、フッ素系ポリマー粒子の微細均一混合体で
ある、燃料電池用電極触媒の製造方法に関するものであ
る。
触媒粒子と、フッ素系ポリマー粒子の微細均一混合体で
ある、燃料電池用電極触媒の製造方法に関するものであ
る。
（従来の技術）
燃料電池は、燃料の有している化学的エネルギーを電気
化学プロセスで酸化させることにより、酸化反応に伴っ
て放出されるエネルギーを直接電気的エネルギーに変換
する装置である。この燃料電池を用いた発電システムは
、比較的小さな規模でも発電の熱効率が４０〜５０％に
も達し、新鋭火力発電をはるかにしのぐと期待されてい
る。
化学プロセスで酸化させることにより、酸化反応に伴っ
て放出されるエネルギーを直接電気的エネルギーに変換
する装置である。この燃料電池を用いた発電システムは
、比較的小さな規模でも発電の熱効率が４０〜５０％に
も達し、新鋭火力発電をはるかにしのぐと期待されてい
る。
また、近年大きな社会問題となっている公害要因である
ＳＯｘ 、ＮＯｘの排出が極めて少ないこと、発電装置
内に燃焼サイクルを含まないので、大量の冷却水を必要
としないこと、振動音が小さいことなど、原理的に高い
エネルギー変換効率が期待できると共に、騒音・排ガス
等の環境問題が少なく、さらに、負荷変動に対して応答
性が良い等の特徴があることから、その開発、実用化の
研究に期待と関心が寄せられている。
ＳＯｘ 、ＮＯｘの排出が極めて少ないこと、発電装置
内に燃焼サイクルを含まないので、大量の冷却水を必要
としないこと、振動音が小さいことなど、原理的に高い
エネルギー変換効率が期待できると共に、騒音・排ガス
等の環境問題が少なく、さらに、負荷変動に対して応答
性が良い等の特徴があることから、その開発、実用化の
研究に期待と関心が寄せられている。
ところで、上述した様な燃料電池は、通常、電解質を含
浸したマトリックスを挾んで一対の多孔質電極を配置し
、一方の電極の背面に水素等の燃料ガスを接触させて燃
料極を構成すると共に、他方の電極の背面に酸素等の酸
化剤ガスを接触させて酸化剤極を構成し、このときに起
こる電気化学的反応を利用して、上記電極間から電気エ
ネルギーを取り出すようにしたものであり、前記燃料ガ
スと酸化剤ガスが供給されている限り高い変換効率で電
気エネルギーを取り出すことができるものである。なお
、この場合、電解質として一般に用いられているのは、
リン酸等の酸性溶液であり、また、多孔質電極としては
、通常、カーボンペーパーの様な多孔性炭素基材に、貴
金属触媒を担持させたものである。
浸したマトリックスを挾んで一対の多孔質電極を配置し
、一方の電極の背面に水素等の燃料ガスを接触させて燃
料極を構成すると共に、他方の電極の背面に酸素等の酸
化剤ガスを接触させて酸化剤極を構成し、このときに起
こる電気化学的反応を利用して、上記電極間から電気エ
ネルギーを取り出すようにしたものであり、前記燃料ガ
スと酸化剤ガスが供給されている限り高い変換効率で電
気エネルギーを取り出すことができるものである。なお
、この場合、電解質として一般に用いられているのは、
リン酸等の酸性溶液であり、また、多孔質電極としては
、通常、カーボンペーパーの様な多孔性炭素基材に、貴
金属触媒を担持させたものである。
（発明が解決しようとする課題）
ところで、上記の様なリン酸等の酸性電解質を用いる燃
料電池においては、電極反応は、貴金属触媒を担持させ
た炭素基材から成る固相、リン酸溶液の様な電解質から
成る液相、また、燃料ガス及び酸化剤ガスの様な反応ガ
スから成る気相の３つの相が共存する状態で起こる。こ
の様に３つの相が共存する場所は一般に三相帯と呼ばれ
るが、この三相帯の面積によりて、燃誹斗電池の電極反
応及び電池特性が大きく影響される。即ち、三相帯の面
積が小さい程、電池特性は低下し、反対に面積が大きい
程、電池特性は向上し、起電反応が活性化し、高性能の
燃料電池を得ることができる。
料電池においては、電極反応は、貴金属触媒を担持させ
た炭素基材から成る固相、リン酸溶液の様な電解質から
成る液相、また、燃料ガス及び酸化剤ガスの様な反応ガ
スから成る気相の３つの相が共存する状態で起こる。こ
の様に３つの相が共存する場所は一般に三相帯と呼ばれ
るが、この三相帯の面積によりて、燃誹斗電池の電極反
応及び電池特性が大きく影響される。即ち、三相帯の面
積が小さい程、電池特性は低下し、反対に面積が大きい
程、電池特性は向上し、起電反応が活性化し、高性能の
燃料電池を得ることができる。
この様に、燃料、電池の特性に影響を及ぼす三相帯の面
積に変化を与える因子としては、一般的に、貴金属触媒
の表面積、担持体であるカーボンの表面積等の固相の因
子が論じられているが、固相表面と接する液相及び気相
の状態も重要な因子であることは周知の通りである。こ
の液相・気相の状態は、一般にリン酸等の電解質の濡れ
性という問題に集約される。即ち、リン酸の固相に対す
る濡れ性は、温度・圧力・リン酸濃度等が一定の条件下
で、固相の物理的及び化学的因子に支配され、固相の物
理的・化学的条件が不適切で、例えば、リン酸の固相に
対する濡れ性が高く、気相面積が減少すると、三相帯の
面積が低下したことになる。
積に変化を与える因子としては、一般的に、貴金属触媒
の表面積、担持体であるカーボンの表面積等の固相の因
子が論じられているが、固相表面と接する液相及び気相
の状態も重要な因子であることは周知の通りである。こ
の液相・気相の状態は、一般にリン酸等の電解質の濡れ
性という問題に集約される。即ち、リン酸の固相に対す
る濡れ性は、温度・圧力・リン酸濃度等が一定の条件下
で、固相の物理的及び化学的因子に支配され、固相の物
理的・化学的条件が不適切で、例えば、リン酸の固相に
対する濡れ性が高く、気相面積が減少すると、三相帯の
面積が低下したことになる。
また、反対にリン酸の固相に対する濡れ性が低く、液相
面積が減少すると、同様に三相帯の面積が低下したこと
になる。
面積が減少すると、同様に三相帯の面積が低下したこと
になる。
そこで、上述した様な燃料電池の特性に影響を及ぼす三
相帯の面積を最適に保つためには、固相の物理的・化学
的条件として重要な因子である電極触媒を構成する因子
（触媒粒子及びフッ素系ポリマー）の粒子径の状態、表
面形状の状態、表面の活性官能基の状態及びこれらの各
種因子の混合状態を適宜調整する必要があった。
相帯の面積を最適に保つためには、固相の物理的・化学
的条件として重要な因子である電極触媒を構成する因子
（触媒粒子及びフッ素系ポリマー）の粒子径の状態、表
面形状の状態、表面の活性官能基の状態及びこれらの各
種因子の混合状態を適宜調整する必要があった。
本発明は、上記の様な課題を解決するために提案された
もので、その目的は、触媒粒子及びフッ素系ポリマー粒
子の微細化を計ると共に、これらの均一な混合体を得る
ことのできる燃料電池用電極触媒の製造方法を提供する
ことにある。
もので、その目的は、触媒粒子及びフッ素系ポリマー粒
子の微細化を計ると共に、これらの均一な混合体を得る
ことのできる燃料電池用電極触媒の製造方法を提供する
ことにある。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明の燃料電池用電極触媒の製造方法は、電極触媒が
、貴金属微粒子を担持したカーボン粉から成る触媒粒子
と、フッ素系ポリマー粒子の分散溶液をスプレー状に噴
射し、気流混合することにより形成されることを特徴と
するものである。
、貴金属微粒子を担持したカーボン粉から成る触媒粒子
と、フッ素系ポリマー粒子の分散溶液をスプレー状に噴
射し、気流混合することにより形成されることを特徴と
するものである。
（作用）
本発明の燃料電池用電極触媒の製造方法によれば、貴金
属微粒子を担持したカーボン粉から成る触媒粒子と、フ
ッ素系ポリマー粒子とが微細粒子となり、また、均一に
混合されるので、リン酸の固相に対する濡れ性を適切に
することができ、より大きな三相帯を得ることができる
。
属微粒子を担持したカーボン粉から成る触媒粒子と、フ
ッ素系ポリマー粒子とが微細粒子となり、また、均一に
混合されるので、リン酸の固相に対する濡れ性を適切に
することができ、より大きな三相帯を得ることができる
。
（実施例）
以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づいて
具体的に説明する。
具体的に説明する。
本実施例においては、貴金属微粒子を担持したカーボン
粒子を含む溶液は、次の様にして合成した。即ち、カー
ボン担持体として、カーボンブラックであるＶＸＣ−７
２Ｒ（米国キャボット社製）を用い、一般に広く用いら
れている塩化白金酸の還元法により、白金微粒子が７重
量パーセントになるように、前記カーボン担体に担持し
た。この様にして合成した貴金属微粒子を担持したカー
ボン粒子を３０ｇ秤量し、１０１００Ｏの純水にミキサ
ーを使用して混練、溶解し、この溶液を、貴金属微粒子
を担持したカーボンを含む溶液とした。
粒子を含む溶液は、次の様にして合成した。即ち、カー
ボン担持体として、カーボンブラックであるＶＸＣ−７
２Ｒ（米国キャボット社製）を用い、一般に広く用いら
れている塩化白金酸の還元法により、白金微粒子が７重
量パーセントになるように、前記カーボン担体に担持し
た。この様にして合成した貴金属微粒子を担持したカー
ボン粒子を３０ｇ秤量し、１０１００Ｏの純水にミキサ
ーを使用して混練、溶解し、この溶液を、貴金属微粒子
を担持したカーボンを含む溶液とした。
一方、フッ素系ポリマーを含む溶液としては、ＴＦＥ−
３０Ｊ （三井・デュポンフロロケミカル社製）３３ｍ
ｌを、１０１００Ｏの純水に稀釈したものを用いた。
３０Ｊ （三井・デュポンフロロケミカル社製）３３ｍ
ｌを、１０１００Ｏの純水に稀釈したものを用いた。
また、貴金属微粒子とフッ素系ポリマーの分散溶液をス
プレー状で気流混合する装置としては、第１図に示した
様なものが用いられる。即ち、貴金属微粒子を担持した
溶液が、第１の溶液タンク１に充填され、この溶液が配
管２を通り、その先端に設けられたノズル３からスプレ
ー状に噴射されるように構成されている。また、フッ素
系ポリマーを含む溶液は、第２の溶液タンク４に充填さ
れ、この溶液が配管５を通り、その先端に設けられたノ
ズル６からスプレー状に噴射されるように構成されてい
る。なお、ノズル３，６は、その噴射量を自由に調整で
きるように構成されている。
プレー状で気流混合する装置としては、第１図に示した
様なものが用いられる。即ち、貴金属微粒子を担持した
溶液が、第１の溶液タンク１に充填され、この溶液が配
管２を通り、その先端に設けられたノズル３からスプレ
ー状に噴射されるように構成されている。また、フッ素
系ポリマーを含む溶液は、第２の溶液タンク４に充填さ
れ、この溶液が配管５を通り、その先端に設けられたノ
ズル６からスプレー状に噴射されるように構成されてい
る。なお、ノズル３，６は、その噴射量を自由に調整で
きるように構成されている。
また、ノズル３，６からスプレー状に噴射された２種類
の溶液は、混合容器７内で混合される。この混合容器８
には加熱ヒーター８が具備され、容器は常に１００〜１
５０℃に加熱されている。そして、混合容器７内で均一
に混合された触媒粒子とフッ素系ポリマー粒子は、気流
粉砕器９（セイシン企業製）の中に送られる。この気流
粉砕器９にはコンプレッサ１０より８Ｋｇ／ｃｍ２の圧
力が供給されている。また、気流粉砕器９を通過した混
合粒子（触媒粒子とフッ素系ポリマー粒子の混合物）は
、乾燥器１１に供給される。この乾燥器１１には加熱ヒ
ーター１２が具備されており、常に１００〜１５０℃に
加熱されている。乾燥器１１を通過した混合粒子は、集
塵フィルタ１４を備えた回収器１３により回収される。
の溶液は、混合容器７内で混合される。この混合容器８
には加熱ヒーター８が具備され、容器は常に１００〜１
５０℃に加熱されている。そして、混合容器７内で均一
に混合された触媒粒子とフッ素系ポリマー粒子は、気流
粉砕器９（セイシン企業製）の中に送られる。この気流
粉砕器９にはコンプレッサ１０より８Ｋｇ／ｃｍ２の圧
力が供給されている。また、気流粉砕器９を通過した混
合粒子（触媒粒子とフッ素系ポリマー粒子の混合物）は
、乾燥器１１に供給される。この乾燥器１１には加熱ヒ
ーター１２が具備されており、常に１００〜１５０℃に
加熱されている。乾燥器１１を通過した混合粒子は、集
塵フィルタ１４を備えた回収器１３により回収される。
この様にして製作された混合粒子の粒度分布の一例を第
２図に示した。即ち、粒径が１μｍ以下である微細粒子
が得られることがわかる。
２図に示した。即ち、粒径が１μｍ以下である微細粒子
が得られることがわかる。
この様に、本実施例によれば、貴金属微粒子を担持した
触媒粒子とフッ素系ポリマーの微細混合粒子を得ること
ができるので、より大きな三相帯を形成することができ
、電極活性を増大し、良好な電極特性を得ることのでき
る燃料電池用電極触媒が得られる。
触媒粒子とフッ素系ポリマーの微細混合粒子を得ること
ができるので、より大きな三相帯を形成することができ
、電極活性を増大し、良好な電極特性を得ることのでき
る燃料電池用電極触媒が得られる。
［発明の効果］
以上述べた様に、本発明によれば、貴金属微粒子を担持
したカーボン粉から成る触媒粒子と、フッ素系ポリマー
粒子の分散溶液をスプレー状に噴射し、気流混合して電
極触媒を形成することにより、リン酸の固相に対する濡
れ性を適切にすることができ、より大きな三相帯を形成
することができる、燃料電池用電極触媒の製造方法を提
供することができる。
したカーボン粉から成る触媒粒子と、フッ素系ポリマー
粒子の分散溶液をスプレー状に噴射し、気流混合して電
極触媒を形成することにより、リン酸の固相に対する濡
れ性を適切にすることができ、より大きな三相帯を形成
することができる、燃料電池用電極触媒の製造方法を提
供することができる。
第１図は本発明の燃料電池用電極触媒の製造方法に用い
られる製造装置の一例を示す概略図、第２図は本発明の
製造方法によって得られた混合粒子の粒度分布を示す特
性図である。 １・・・第１の溶液タンク、２・・・配管、３・・・ノ
ズル、４・・・第２の溶液タンク、５・・・配管、６・
・・ノズル、７・・・混合容器、８・・・加熱ヒーター
、９・・・気流粉砕器、１０・・・コンプレッサ、１１
・・・乾燥器、１２・・・加熱ヒーター １３・・・回
収器、１４・・・集塵フィルター
られる製造装置の一例を示す概略図、第２図は本発明の
製造方法によって得られた混合粒子の粒度分布を示す特
性図である。 １・・・第１の溶液タンク、２・・・配管、３・・・ノ
ズル、４・・・第２の溶液タンク、５・・・配管、６・
・・ノズル、７・・・混合容器、８・・・加熱ヒーター
、９・・・気流粉砕器、１０・・・コンプレッサ、１１
・・・乾燥器、１２・・・加熱ヒーター １３・・・回
収器、１４・・・集塵フィルター
Claims (1)
- 燃料ガス及び酸化剤ガスが流通している条件下で、電気
エネルギーを出力する燃料電池に用いられる電極触媒が
、貴金属微粒子を担持したカーボン粉から成る触媒粒子
と、フッ素系ポリマー粒子の分散溶液をスプレー状に噴
射し、気流混合することにより形成されることを特徴と
する燃料電池用電極触媒の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1069213A JPH02250263A (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | 燃料電池用電極触媒の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1069213A JPH02250263A (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | 燃料電池用電極触媒の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02250263A true JPH02250263A (ja) | 1990-10-08 |
Family
ID=13396219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1069213A Pending JPH02250263A (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | 燃料電池用電極触媒の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02250263A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103949317A (zh) * | 2014-04-22 | 2014-07-30 | 杭州浙南压缩机有限公司 | 一种气流粉碎系统 |
-
1989
- 1989-03-23 JP JP1069213A patent/JPH02250263A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103949317A (zh) * | 2014-04-22 | 2014-07-30 | 杭州浙南压缩机有限公司 | 一种气流粉碎系统 |
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