JPH04274167A - 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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- JPH04274167A JPH04274167A JP3033270A JP3327091A JPH04274167A JP H04274167 A JPH04274167 A JP H04274167A JP 3033270 A JP3033270 A JP 3033270A JP 3327091 A JP3327091 A JP 3327091A JP H04274167 A JPH04274167 A JP H04274167A
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
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
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は燃料電池の電極触媒層
に係り、特に高電流密度における特性に優れる燃料電池
の電極触媒層に関する。
に係り、特に高電流密度における特性に優れる燃料電池
の電極触媒層に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は燃料電池の電極を示す断面図であ
る。燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを直接電気エネ
ルギに変換するものであり、燃料電池はマトリックスと
称される電解液保持層1と、この電解液保持層1を挟持
する燃料極触媒層2および酸化剤極触媒層3と、これら
電極触媒層を融着支持する多孔質電極基材4とからなる
。
る。燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを直接電気エネ
ルギに変換するものであり、燃料電池はマトリックスと
称される電解液保持層1と、この電解液保持層1を挟持
する燃料極触媒層2および酸化剤極触媒層3と、これら
電極触媒層を融着支持する多孔質電極基材4とからなる
。
【0003】燃料極触媒層2と酸化剤極触媒層3の両電
極触媒層は図5に示すようにカーボンからなる触媒担体
6に貴金属8の担持された電極触媒、およびこの電極触
媒を結着するフッ素樹脂7から構成されている。電極触
媒のカーボン触媒担体はその粒径が100 〜1000
Åの範囲にあり、400 Åをこえるものが使われるこ
とが多い。またカーボン触媒担体1gあたりに担持され
る白金量は0.1 〜0.25gの範囲にある。
極触媒層は図5に示すようにカーボンからなる触媒担体
6に貴金属8の担持された電極触媒、およびこの電極触
媒を結着するフッ素樹脂7から構成されている。電極触
媒のカーボン触媒担体はその粒径が100 〜1000
Åの範囲にあり、400 Åをこえるものが使われるこ
とが多い。またカーボン触媒担体1gあたりに担持され
る白金量は0.1 〜0.25gの範囲にある。
【0004】電極触媒層の内部では電解液保持層1から
の電解液5と、多孔質電極基材4からの反応ガス (燃
料ガスまたは酸化剤ガス) と、前記電極触媒とが三相
界面を形成しており式(1) と式(2) に示す反応
が燃料極触媒層2と酸化剤極触媒層でそれぞれおこる。 H2 →2H+ +2e
(1)2H+ +1/2 O2 +2e→
H2 O (2)
の電解液5と、多孔質電極基材4からの反応ガス (燃
料ガスまたは酸化剤ガス) と、前記電極触媒とが三相
界面を形成しており式(1) と式(2) に示す反応
が燃料極触媒層2と酸化剤極触媒層でそれぞれおこる。 H2 →2H+ +2e
(1)2H+ +1/2 O2 +2e→
H2 O (2)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うな従来の電極触媒層を用いた燃料電池においては以下
のような問題があった。すなわち電極触媒層に粒子径ガ
400 Å以下のカーボンを用い、これに白金を0.2
5g/gカーボン担持した電極触媒5を用いるときは低
電流密度における特性は良好であるが、高電流密度にお
ける分極が大きい。この場合は白金粒子は高分散化され
ている。 また粒子径が500 〜600 Åのカーボンに白金を
0.25g/gカーボンまたは0.4 g/gカーボン
担持した電極触媒を用いるときは低電流密度においても
高電流密度においても分極が大きい。この場合は白金粒
子は高分散化されていない。
うな従来の電極触媒層を用いた燃料電池においては以下
のような問題があった。すなわち電極触媒層に粒子径ガ
400 Å以下のカーボンを用い、これに白金を0.2
5g/gカーボン担持した電極触媒5を用いるときは低
電流密度における特性は良好であるが、高電流密度にお
ける分極が大きい。この場合は白金粒子は高分散化され
ている。 また粒子径が500 〜600 Åのカーボンに白金を
0.25g/gカーボンまたは0.4 g/gカーボン
担持した電極触媒を用いるときは低電流密度においても
高電流密度においても分極が大きい。この場合は白金粒
子は高分散化されていない。
【0006】上述の電極触媒で粒子径400 Å以下の
カーボンに白金を担持した場合は、白金は高分散化され
てはいるが、カーボン触媒担体により形成される細孔内
を水素イオンH+ が拡散し難く、そのために燃料電池
の電極触媒層内部抵抗が増大して、高電流密度における
特性が低下する。
カーボンに白金を担持した場合は、白金は高分散化され
てはいるが、カーボン触媒担体により形成される細孔内
を水素イオンH+ が拡散し難く、そのために燃料電池
の電極触媒層内部抵抗が増大して、高電流密度における
特性が低下する。
【0007】この発明は上述の点に鑑みてなされ、その
目的は電極触媒層のカーボン触媒担体に担持される貴金
属を高分散化するとともに電極触媒層内部における水素
イオンH+ の拡散性を良くして電流電圧特性に優れる
燃料電池の電極触媒層を提供することにある。
目的は電極触媒層のカーボン触媒担体に担持される貴金
属を高分散化するとともに電極触媒層内部における水素
イオンH+ の拡散性を良くして電流電圧特性に優れる
燃料電池の電極触媒層を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の目的はこの発明に
よれば、カーボン触媒担体と触媒担体に担持される貴金
属とを有し、カーボン触媒担体はその粒子径が400
Å以下であり、貴金属はその担持量がカーボン1gあた
り、0.30〜0.66gの範囲にある、とすることに
より達成される。カーボン触媒担体としては、アセチレ
ンブラック, ファーネスブラック等が用いられる。貴
金属としては白金, 白金合金 (白金/鉄, 白金/
コバルトなど) 等が含まれる。
よれば、カーボン触媒担体と触媒担体に担持される貴金
属とを有し、カーボン触媒担体はその粒子径が400
Å以下であり、貴金属はその担持量がカーボン1gあた
り、0.30〜0.66gの範囲にある、とすることに
より達成される。カーボン触媒担体としては、アセチレ
ンブラック, ファーネスブラック等が用いられる。貴
金属としては白金, 白金合金 (白金/鉄, 白金/
コバルトなど) 等が含まれる。
【0009】
【作用】カーボン触媒担体の粒子径が400 Å以下で
かつ貴金属担持量が0.66g/gカーボン以下のとき
は貴金属は高分散状態で担持される。さらに貴金属担持
量が上記の範囲内のうち、0.30〜0.66g/gカ
ーボンの領域にあるときは電極触媒層の貴金属量を従来
と同一に保って電極触媒層の厚さを従来のものより薄く
することができ、水素イオンH+ の拡散性を向上させ
ることができる。
かつ貴金属担持量が0.66g/gカーボン以下のとき
は貴金属は高分散状態で担持される。さらに貴金属担持
量が上記の範囲内のうち、0.30〜0.66g/gカ
ーボンの領域にあるときは電極触媒層の貴金属量を従来
と同一に保って電極触媒層の厚さを従来のものより薄く
することができ、水素イオンH+ の拡散性を向上させ
ることができる。
【0010】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基いて説明す
る。平均粒子径が200 〜900 Åの範囲にある各
種のアセチレンブラックを用意し、それぞれ10%硝酸
中で酸処理したのち、ろ過水洗を行った。酸処理された
アセチレンブラックを所定濃度の塩化白金酸水溶液中に
分散させ、pHを10〜11に調整して30〜60分撹
拌した。次いで0.1 〜0.3 モル濃度のギ酸また
はヒドラジン等の還元剤を滴加し、塩化白金酸を白金に
還元すると同時にアセチレンブラック表面に白金の微粒
子を析出させた。アセチレンブラックをろ過乾燥して白
金を0.4 g/gカーボン担持した電極触媒を得た。
る。平均粒子径が200 〜900 Åの範囲にある各
種のアセチレンブラックを用意し、それぞれ10%硝酸
中で酸処理したのち、ろ過水洗を行った。酸処理された
アセチレンブラックを所定濃度の塩化白金酸水溶液中に
分散させ、pHを10〜11に調整して30〜60分撹
拌した。次いで0.1 〜0.3 モル濃度のギ酸また
はヒドラジン等の還元剤を滴加し、塩化白金酸を白金に
還元すると同時にアセチレンブラック表面に白金の微粒
子を析出させた。アセチレンブラックをろ過乾燥して白
金を0.4 g/gカーボン担持した電極触媒を得た。
【0011】得られた電極触媒中の担持された白金粒子
の大きさを走査型電子顕微鏡を用いて測定した。図1は
電極触媒における白金粒子径 (Å) とカーボン粒子
径 (Å) との関係を示す線図である。カーボン粒子
径が大きくなると担持される白金粒子径も大きくなるこ
とがわかる。アセチレンブラックとしては、平均のカー
ボン粒子径が400Å以下のものを用いると、担持され
る白金の粒子径が約50Åの大きさに高分散化されるこ
とがわかる。
の大きさを走査型電子顕微鏡を用いて測定した。図1は
電極触媒における白金粒子径 (Å) とカーボン粒子
径 (Å) との関係を示す線図である。カーボン粒子
径が大きくなると担持される白金粒子径も大きくなるこ
とがわかる。アセチレンブラックとしては、平均のカー
ボン粒子径が400Å以下のものを用いると、担持され
る白金の粒子径が約50Åの大きさに高分散化されるこ
とがわかる。
【0012】図2は電極触媒における白金担持量 (g
) と白金粒子径 (Å) との関係を示す線図である
。カーボン粒子径 (Å) をパラメータとして用いて
いる。曲線13,14,15はそれぞれカーボン粒子径
が200 Å, 400 Å, 700 Åである。カ
ーボン粒子径が400 Å以下でかつ白金担持量が0.
66g/gカーボン以下の範囲にあるときは白金粒子径
が約50Åで高分散化されることがわかる。
) と白金粒子径 (Å) との関係を示す線図である
。カーボン粒子径 (Å) をパラメータとして用いて
いる。曲線13,14,15はそれぞれカーボン粒子径
が200 Å, 400 Å, 700 Åである。カ
ーボン粒子径が400 Å以下でかつ白金担持量が0.
66g/gカーボン以下の範囲にあるときは白金粒子径
が約50Åで高分散化されることがわかる。
【0013】電極触媒を界面活性剤を含む水に加え、超
音波を利用して充分に分散させたのち、ポリテトラフロ
ロエチレンを分散させた液を加えよく混合した。水溶性
有機溶剤を添加し、ペーストを得た。このペーストを多
孔質電極基材上に塗布し、乾燥したのち350 ℃に昇
温し、5〜10kg/cm2 の圧力を印加して焼成し
た。このようにして酸化剤極触媒層が多孔質電極基材上
に溶着した酸化剤電極、または燃料極触媒層が多孔質電
極基材上に溶着した燃料電極が得られる。このとき酸化
剤極触媒層, 燃料極触媒層は、単位面積あたりの白金
量が0.5 〜1.5mg /cm2 になるようにそ
の厚さが調整される。
音波を利用して充分に分散させたのち、ポリテトラフロ
ロエチレンを分散させた液を加えよく混合した。水溶性
有機溶剤を添加し、ペーストを得た。このペーストを多
孔質電極基材上に塗布し、乾燥したのち350 ℃に昇
温し、5〜10kg/cm2 の圧力を印加して焼成し
た。このようにして酸化剤極触媒層が多孔質電極基材上
に溶着した酸化剤電極、または燃料極触媒層が多孔質電
極基材上に溶着した燃料電極が得られる。このとき酸化
剤極触媒層, 燃料極触媒層は、単位面積あたりの白金
量が0.5 〜1.5mg /cm2 になるようにそ
の厚さが調整される。
【0014】平均粒子径400 Åのアセチレンブラッ
クに白金を0.30g/gカーボン担持した電極触媒を
用いて電極を構成し、得られた燃料電池の電流電圧特性
を求めた。図3はこの発明の実施例に係る前記電池の特
性 (曲線9) を比較例 (曲線10,11,12)
と対比して示す線図である。電極触媒の白金担持量が0
.30g/gカーボンでこれは従来の担持量より大きく
、電極触媒層の厚さが低減され、電池内部抵抗が減少し
、高電流密度における特性が向上している。0.30g
/gカーボンを越える場合は0.66g/gカーボン以
下ならばさらに良好な特性が得られる。
クに白金を0.30g/gカーボン担持した電極触媒を
用いて電極を構成し、得られた燃料電池の電流電圧特性
を求めた。図3はこの発明の実施例に係る前記電池の特
性 (曲線9) を比較例 (曲線10,11,12)
と対比して示す線図である。電極触媒の白金担持量が0
.30g/gカーボンでこれは従来の担持量より大きく
、電極触媒層の厚さが低減され、電池内部抵抗が減少し
、高電流密度における特性が向上している。0.30g
/gカーボンを越える場合は0.66g/gカーボン以
下ならばさらに良好な特性が得られる。
【0015】比較例1
粒子径が500 〜600 Åのアセチレンブラックに
0.25g/gカーボンになるように白金を担持させた
電極触媒を用いて実施例と同一の方法により電極を作製
した(曲線10) 。 比較例2 粒子径が500 〜600 Åのアセチレンブラックに
0.4 g/gカーボンになるように白金を担持させた
電極触媒を用いて実施例と同一の方法により電極を作製
した(曲線11) 。 比較例3 粒子径が400 Å以下のアセチレンブラックに0.2
5g/gカーボンになるように白金を担持させた電極触
媒を用いて実施例と同一の方法により電極を作製した
(曲線12) 。
0.25g/gカーボンになるように白金を担持させた
電極触媒を用いて実施例と同一の方法により電極を作製
した(曲線10) 。 比較例2 粒子径が500 〜600 Åのアセチレンブラックに
0.4 g/gカーボンになるように白金を担持させた
電極触媒を用いて実施例と同一の方法により電極を作製
した(曲線11) 。 比較例3 粒子径が400 Å以下のアセチレンブラックに0.2
5g/gカーボンになるように白金を担持させた電極触
媒を用いて実施例と同一の方法により電極を作製した
(曲線12) 。
【0016】
【発明の効果】この発明によればカーボン触媒担体と触
媒担体に担持される貴金属とを有し、カーボン触媒担体
はその粒子径が400 Å以下であり、貴金属が高分散
化された状態でなおかつ高密度にカーボン触媒担体に担
持され、その結果電極触媒層の所要厚さを低減して内部
抵抗を下げることが可能になり高電流密度領域における
特性に優れる燃料電池が得られる。
媒担体に担持される貴金属とを有し、カーボン触媒担体
はその粒子径が400 Å以下であり、貴金属が高分散
化された状態でなおかつ高密度にカーボン触媒担体に担
持され、その結果電極触媒層の所要厚さを低減して内部
抵抗を下げることが可能になり高電流密度領域における
特性に優れる燃料電池が得られる。
【図1】この発明の実施例に係る電極触媒層につき白金
粒子径とカーボン粒子径との関係を示す線図
粒子径とカーボン粒子径との関係を示す線図
【図2】こ
の発明の実施例に係る電極触媒層につき白金粒子径と白
金担持量との関係を示す線図
の発明の実施例に係る電極触媒層につき白金粒子径と白
金担持量との関係を示す線図
【図3】この発明の実施例
に係る電極触媒を用いる燃料電池につきその電流電圧特
性を比較例と対比して示す線図
に係る電極触媒を用いる燃料電池につきその電流電圧特
性を比較例と対比して示す線図
【図4】燃料電池の電極を示す断面図
【図5】燃料電池の電極触媒層を示す断面図
1 電解液保持層
2 燃料極触媒層
3 酸化剤極触媒層
4 多孔質電極基材
5 電解質
6 カーボン触媒担体
7 ポリテトラフロロエチレン
8 貴金属
Claims (3)
- 【請求項1】カーボン触媒担体と触媒担体に担持される
貴金属とを有し、カーボン触媒担体はその粒子径が40
0 Å以下であり、貴金属はその担持量がカーボン1g
あたり、0.30〜0.66gの範囲にあることを特徴
とする燃料電池の電極触媒層。 - 【請求項2】請求項1記載の電極触媒層において、カー
ボン触媒担体はアセチレンブラックであることを特徴と
する燃料電池の電極触媒層。 - 【請求項3】請求項1記載の電極触媒層において、貴金
属は白金であ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 |
---|---|---|---|
JP3033270A JPH04274167A (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 燃料電池の電極触媒層 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3033270A JPH04274167A (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 燃料電池の電極触媒層 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04274167A true JPH04274167A (ja) | 1992-09-30 |
Family
ID=12381837
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3033270A Pending JPH04274167A (ja) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | 燃料電池の電極触媒層 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04274167A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08162133A (ja) * | 1994-12-05 | 1996-06-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 白金系触媒の製造方法 |
KR100434552B1 (ko) * | 1997-08-21 | 2004-07-16 | 삼성전자주식회사 | 백금/탄소분말과그제조방법,및이를이용하여형성된촉매층을갖는연료전지 |
JP2004311225A (ja) * | 2003-04-08 | 2004-11-04 | Sony Corp | 触媒粉体及び触媒電極、並びに電気化学デバイス |
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1991
- 1991-02-28 JP JP3033270A patent/JPH04274167A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH08162133A (ja) * | 1994-12-05 | 1996-06-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 白金系触媒の製造方法 |
KR100434552B1 (ko) * | 1997-08-21 | 2004-07-16 | 삼성전자주식회사 | 백금/탄소분말과그제조방법,및이를이용하여형성된촉매층을갖는연료전지 |
JP2004311225A (ja) * | 2003-04-08 | 2004-11-04 | Sony Corp | 触媒粉体及び触媒電極、並びに電気化学デバイス |
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