JPH03127459A - 燐酸型燃料電池の電極触媒 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 不発明はｇｋ酸型燃料電池の電極ボ媒に関する。

〔従来の技術〕

通常燐酸型燃料電池のガス拡散′ｒｔ極は電気伝導性に
優れた多孔質カーボンを基材として用い、この上に貴金
属を担持した触媒粉末と弗素側脂を混合した触媒層を形
成する。

燐酸型燃料ＩＥ池はこの触媒層で、ここに供給される反
応ガスの酸素または水素と燐１！！電解液および触媒の
三相共存が均一に起きることにより、電気化学的反応を
直接電気エネルギーとして取り出す装置である。この電
極反応において触媒は極めて重要な役割を果たしており
、燃料電池の出力と寿命に対して触媒の活性度と安定性
を高めることが要点となる。

従来燐酸型燃料電池の電極触媒には、高温の燐酸に対し
て耐触性のよい白金（Ｐｉ　）が用いられているが、ざ
らに高い活性度と安定性を付与するために、バナジウム
（■）、クロム＜Ｃｒ）ｒニッケル（Ｎｌ）、：ｌバル
ト（Ｃｏ）を鉄（Ｆｅ　）　＃　ｍ　（（−ｕ　）　ｒ
アルミニウム（ｈ−ｅ　）　ｒｘどの少なくとも一つを
含む白金合金を相持した電極触媒も用いられる。

この白金合金担持触媒は次のようにして作製すれる。ま
ず白金をカーボンに担持した白金触媒を、上述のバナジ
ウム、クロム、ニフケル、コバルト。

鉄、銅、アルミニウムなどの白金と合金させる金属成分
の硝酸塩水溶液中に添加し、水酸化すｌ−ＩＩクロムア
ンモニア水などのアルカリ剤を用いて、これら金Ｍ成分
の水酸化物としてカーボン表面に担持されている白金上
に析出させ、さらに濾過水洗、乾燥を行ない窒素気流中
で８００〜１０００°Ｃの熱処理を施すことにより白金
合金を担持した１！他触媒を得ることができる。

第２図は白金合金と単に白金のみを担持した電極触媒と
について、これらを用いた電池の＊ａ−電圧特性を比較
した線図である。第２図の曲縁イが白金合金の場合であ
り、曲嶽口が白金単独の場合を表わす。＠２１１のよう
に白金合金担持触媒は白金単独の触媒に比べて活性度が
増すので、電池の電流−電圧特性は大幅に向上すること
が知られている。また、前記の合金化金属元素は複合添
加しても同様の効果を得ることができる。

しかし、白金合金担持触媒を使用するとき、久のような
問題がある。

（発明が解決しようとする課題〕 例えば白金とバナジウムの合金担持触媒をつくるには、
前述の方法において白金に対してノくナジウムを原子比
で当量となるＩＬ量を添加し、熱処理することにより白
金とバナジウムがｆｉケ合って合金を形成するのである
が、実際には白金と合金化しないバナジウム粒子がカー
ボン表面に析出して付層し、単独で残るようにｆヨる。

から、例えば白金とバナジウムとＱ）合金を相持した電
極触媒を作製したとき、白金−バナジウム合金粒子、白
金粒子、金属バナジウム粒子Ｑ）　３１ｆｆｌ　Ｍがカ
ーボン表面上に存在した場合、電気化学的１こ燐酸を必
要とする白金−バナジウム合金粒子近傍だけでなく金属
バナジウム粒子が単独に存在するカーボン表面も濡らし
てしまい、電池の運転初期から燐酸の濡れが進行した状
態となる。このような状態で触媒が電池の作動条件であ
る２００℃前後の高温燐酸中に＠されると、当然のこと
ばから白金に比べて耐燐酸性に劣るバナジウムの溶解が
起き、バナジウムと燐酸との反応生成物を生する。

その結果、電池は燐酸電解液の濡れに起因する特性低下
をもたらすことになる。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は燐酸を解液に対して電極反応に関与しない憤域が濡
れることなく、高寿命特性を有する燐酸型燃料電池の白
金合金を担持した電極触媒を提供することにある。

し課題を解決するための手段〕 上記の課題を解決するために、不発明の電極触媒はカー
ホン粉末に白金合金を押４分した触媒を、白金に添加す
る金属元素を浴岬することが可能な酸の希釈水溶液で処
理し、カーボン粉末表面に白金合金と遊離して付層した
添加金属元素を＠解することにより、その付Ｎ量を低紙
したものである。

〔作用〕

不発明の電極触媒は上記の酸処理を行なったために、白
金と合金１じすることなく遊離してカーボン担体表面に
付層している金属が溶解されてその付Ｎ量を減じ、白金
合金の相持量は変わらずに保持されており、この電極触
媒を情＃型燃料′ｒｐＬ池に用いたとき、燐酸′４解液
は運転初期にカーボン担体表面上の白金合金粒子にのみ
作用し、遊離盆踊が単独に存在している従来の電極触媒
に比べて燐酸電ｊ１！液に対する撥水性が高められる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づき説明する。

既に述べたように、白金合金を物持したｔｍ触媒は白金
と合金化させる金Ｍ戚分が、白金と合金化しないままカ
ーボン担体表面に存在し、これが１１Ｌ池の運転初期か
ら電解液の摘れを促進するのであるから、このカーボン
抄体表面に単独で存在する金ＪｊＫ成分を除去しその付
層量を減らせはよい。

白金合金を担持した電極触媒を作製する方法は、既に述
べた通りであるからその説明を省略するが、本発明はそ
の後にこの電極触媒に酸処理を施し、白金と合金化せず
にカーボン担体表面に付層している金属取分を溶解除去
したものである。

酸処理に用いる酸は敬酸もしくはめｎ咳の３Ｎ水溶液を
調製し、この溶液中に白金合金を相持した電極触媒を混
合して４０〜７０℃で２〜５時間攪拌処理する。このよ
うにして得られた電極触媒の金属成分分析結果を無処理
の場合との比較で第１表に示す。第１表はカーボン担体
に付着している金属をｘｉｉ％で表わしており、残部は
カーボンである。

第　　１　　表 第１表の結果力）ら酸処理を行なっても白金の相持量は
ほぼ一定で変化がなく、白金合金から遊離して担体に付
着する添加金属の食に減少が生じていることがわかる。

第１図は本発明により得られた白金合金を担持した電極
触媒を用いた燐酸型燃料電池の単セルにおける出力電圧
の経時変化を示した線図であり、比較のために酸処理を
行なっていない従来の電極触媒を用いた場合についても
併記しである。第１図における曲縁イが本発明の触媒１
曲線口が従来の触媒を用いたものであることを表わす。

第１図のように、本発明の電極触媒を用いた単セルは、
はぼ１０００時間を超えると従来に比べて出力電圧の低
下が小さい。このことは本発明の電極触媒は、電気化学
的反応に関与しない領域が初期状態には電解液で濡れな
いことに起因するものである。

〔発明の効果〕

カーボンに白金合金を担持した燐Ｖ型燃料１ｍのｔｍ触
媒は、白金に疵加する金属元素が一部合金化されないま
ま単独にカーボン表面に析出しており、これがｔ解放に
濡れやす＜［池の特性を低下させる原因となっていたが
、不発明では実施例で述べたように、担体表面に単独に
存在する金属元素を酸処理して除去し、その付着分を低
ｇさせたためにｔ種触媒の撥水性が高く、電ａ運転の初
期から電極触媒の反応に関わらない部分が“ぼ解放で濡
れてしまうという現象がなくなり、その結果、超時間の
運転における特性低下を小さくすることができたもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は不発明の電極触媒を用いた燐酸型燃料を池の単
セルにおける出力電圧の経時変化を従来の電極触媒を用
いた場合との比較で示した線図、第２図は白金合金と白
金のみを担持した電極触媒とについて、これらを用いた
燐１！型燃料電池の電流−電圧特性を比較して示した線
図である。 時間 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）白金にバナジウム、クロム、ニッケル、コバルト、
   鉄、銅、アルミニウムの少なくとも一つを含む白金合金
   をカーボン粉末に担持した触媒を用いて、この触媒を白
   金に添加する前記金属元素の溶解可能な酸の希釈水溶液
   で処理し、前記カーボン粉末表面に白金合金と遊離して
   付着した前記金属元素を溶解して、その付着量を低減し
   たことを特徴とする燐酸型燃料電池の電極触媒。