JPH06260170A - 電極触媒組成物及び高分子膜型電極 - Google Patents
電極触媒組成物及び高分子膜型電極Info
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- JPH06260170A JPH06260170A JP5040220A JP4022093A JPH06260170A JP H06260170 A JPH06260170 A JP H06260170A JP 5040220 A JP5040220 A JP 5040220A JP 4022093 A JP4022093 A JP 4022093A JP H06260170 A JPH06260170 A JP H06260170A
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- exchange resin
- electrode
- cation exchange
- cation
- catalyst composition
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- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】発電性能に影響を与えることなく触媒金属を有
効に利用できる電極触媒組成物を提供し、もって高分子
膜型燃料電池を安価かつ容易に製造可能な高分子膜型電
極を提供する。 【構成・作用】陽イオン交換樹脂がＰｔの陽イオンをも
つ電極触媒組成物を用いる。電極触媒組成物を導電性多
孔質層１に付着させた後、Ｐｔの陽イオンを還元し、陽
イオン交換樹脂層２２の表面に表出させる。
効に利用できる電極触媒組成物を提供し、もって高分子
膜型燃料電池を安価かつ容易に製造可能な高分子膜型電
極を提供する。 【構成・作用】陽イオン交換樹脂がＰｔの陽イオンをも
つ電極触媒組成物を用いる。電極触媒組成物を導電性多
孔質層１に付着させた後、Ｐｔの陽イオンを還元し、陽
イオン交換樹脂層２２の表面に表出させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電極触媒組成物及び高分
子膜型電極に関する。電極触媒組成物及び高分子膜型電
極は、陽イオン交換樹脂などからなる固体高分子膜を電
解質とするいわゆる高分子膜型の燃料電池等に用いられ
る。
子膜型電極に関する。電極触媒組成物及び高分子膜型電
極は、陽イオン交換樹脂などからなる固体高分子膜を電
解質とするいわゆる高分子膜型の燃料電池等に用いられ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、高分子膜型燃料電池に用いる電極
の製造方法として、例えばＵＳＰ４８７６１１５号公報
に記載された方法が知られている。この公報の方法で
は、触媒金属としての白金（粒径２０〜５０Å）を担持
したカーボン粒子の成形体を導電性多孔質層として採用
している。かかる白金担持カーボン成形体は、いわゆる
Ｐｒｏｔｏｔｅｃｈ法により得られ、Ｐｒｏｔｏｔｅｃ
ｈ社（Ｎｅｗｔｏｎ Ｈｉｇｈｌａｎｄｓ Ｍａｓｓａ
ｃｈｕｓｅｔｔｓ）より市販されている。
の製造方法として、例えばＵＳＰ４８７６１１５号公報
に記載された方法が知られている。この公報の方法で
は、触媒金属としての白金（粒径２０〜５０Å）を担持
したカーボン粒子の成形体を導電性多孔質層として採用
している。かかる白金担持カーボン成形体は、いわゆる
Ｐｒｏｔｏｔｅｃｈ法により得られ、Ｐｒｏｔｏｔｅｃ
ｈ社（Ｎｅｗｔｏｎ Ｈｉｇｈｌａｎｄｓ Ｍａｓｓａ
ｃｈｕｓｅｔｔｓ）より市販されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】触媒金属量は例えば高
分子膜型燃料電池の発電性能に影響を与えるが、製造コ
ストの低廉化のためには、高分子膜型燃料電池における
電極反応に必要な部位、すなわち導電性多孔質層と電解
質層との境界のみに存在することが好ましい。しかし、
上記公報記載の方法では、成形体全体に触媒金属が担持
されており、電極反応に不必要な部位にまで触媒金属が
存在することから、高価な触媒金属の利用に無駄があ
る。
分子膜型燃料電池の発電性能に影響を与えるが、製造コ
ストの低廉化のためには、高分子膜型燃料電池における
電極反応に必要な部位、すなわち導電性多孔質層と電解
質層との境界のみに存在することが好ましい。しかし、
上記公報記載の方法では、成形体全体に触媒金属が担持
されており、電極反応に不必要な部位にまで触媒金属が
存在することから、高価な触媒金属の利用に無駄があ
る。
【０００４】また、白金担持カーボン成形体の厚みを極
めて薄くすることにより、触媒金属量を低減させた高分
子膜型燃料電池を製造せんとすれば、成形体の厚みを薄
くすることが困難であり、かつ成形体の機械的強度が確
保できないため、例えば高分子膜型燃料電池を容易に製
造することができず、かつ耐久性が確保できない。本発
明は、発電性能に影響を与えることなく触媒金属を有効
に利用できる電極触媒組成物を提供し、もって高分子膜
型燃料電池を安価かつ容易に製造可能な高分子膜型電極
を提供することを目的とする。
めて薄くすることにより、触媒金属量を低減させた高分
子膜型燃料電池を製造せんとすれば、成形体の厚みを薄
くすることが困難であり、かつ成形体の機械的強度が確
保できないため、例えば高分子膜型燃料電池を容易に製
造することができず、かつ耐久性が確保できない。本発
明は、発電性能に影響を与えることなく触媒金属を有効
に利用できる電極触媒組成物を提供し、もって高分子膜
型燃料電池を安価かつ容易に製造可能な高分子膜型電極
を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、特公昭５
８−４７４７１号公報において電解用接合体を製造する
方法を提案している。この方法では、陽イオン交換膜に
白金族金属のイオンを室温ないし高温下でイオン交換吸
着せしめ、次いで還元剤溶液で処理し、陽イオン交換膜
の表面に金属層を析出させている。本発明者らは、上記
目的を解決すべく、この方法を応用しつつ、特に新しい
触媒担持方法の研究を鋭意重ねた結果、本発明を完成さ
せるに至ったものである。
８−４７４７１号公報において電解用接合体を製造する
方法を提案している。この方法では、陽イオン交換膜に
白金族金属のイオンを室温ないし高温下でイオン交換吸
着せしめ、次いで還元剤溶液で処理し、陽イオン交換膜
の表面に金属層を析出させている。本発明者らは、上記
目的を解決すべく、この方法を応用しつつ、特に新しい
触媒担持方法の研究を鋭意重ねた結果、本発明を完成さ
せるに至ったものである。
【０００６】すなわち、本発明の電極触媒組成物は、陽
イオンの一部として触媒金属を含む陽イオンをもつ陽イ
オン交換樹脂と、該陽イオン交換樹脂を溶解した溶媒と
からなることを特徴とする。また、本発明の高分子膜型
電極は、陽イオン交換樹脂よりなる高分子電解質層と、
該電解質層の少なくとも一面に接合された導電性多孔質
層と、該電解質層及び該導電性多孔質層の境界に配置さ
れた触媒金属とからなる高分子膜型電極において、前記
触媒金属は、陽イオンの一部として触媒金属を含む陽イ
オンをもつ前記陽イオン交換樹脂と、該陽イオン交換樹
脂を溶解した溶媒とからなる電極触媒組成物を前記導電
性多孔質層に付着させた後、該触媒金属を含む陽イオン
を還元して形成された該陽イオン交換樹脂の表面に表出
したものであることを特徴とする。
イオンの一部として触媒金属を含む陽イオンをもつ陽イ
オン交換樹脂と、該陽イオン交換樹脂を溶解した溶媒と
からなることを特徴とする。また、本発明の高分子膜型
電極は、陽イオン交換樹脂よりなる高分子電解質層と、
該電解質層の少なくとも一面に接合された導電性多孔質
層と、該電解質層及び該導電性多孔質層の境界に配置さ
れた触媒金属とからなる高分子膜型電極において、前記
触媒金属は、陽イオンの一部として触媒金属を含む陽イ
オンをもつ前記陽イオン交換樹脂と、該陽イオン交換樹
脂を溶解した溶媒とからなる電極触媒組成物を前記導電
性多孔質層に付着させた後、該触媒金属を含む陽イオン
を還元して形成された該陽イオン交換樹脂の表面に表出
したものであることを特徴とする。
【０００７】本発明の電極触媒組成物及び高分子膜型電
極における陽イオン交換樹脂としては、例えばフッ素系
イオン交換樹脂では、一般式
極における陽イオン交換樹脂としては、例えばフッ素系
イオン交換樹脂では、一般式
【０００８】
【化１】
【０００９】のもの、具体的には、一般式において、ｍ
＝１，２，…、ｎ＝２で表される商品名：Ｎａｆｉｏｎ
（登録商標、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社）、ｍ＝０，１、ｎ＝１
〜５で表される商品名：Ｆｌｅｍｉｏｎ（登録商標、旭
硝子社）、ｍ＝０，１、ｎ＝３〜５で表される商品名：
Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標、旭硝子社）、ｍ＝０、ｎ＝
２で表されるＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社の陽イオン交
換樹脂を採用することができる。また、炭化水素系カチ
オン交換膜では、
＝１，２，…、ｎ＝２で表される商品名：Ｎａｆｉｏｎ
（登録商標、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社）、ｍ＝０，１、ｎ＝１
〜５で表される商品名：Ｆｌｅｍｉｏｎ（登録商標、旭
硝子社）、ｍ＝０，１、ｎ＝３〜５で表される商品名：
Ａｃｉｐｌｅｘ（登録商標、旭硝子社）、ｍ＝０、ｎ＝
２で表されるＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社の陽イオン交
換樹脂を採用することができる。また、炭化水素系カチ
オン交換膜では、
【００１０】
【化２】
【００１１】の商品名：ネオセプタ（登録商標、徳山曹
達社）や商品名：セレミオン（登録商標、旭硝子社）を
採用することができる。陽イオン交換樹脂は、イオン交
換基として一般式のようなスルホン酸基の他にカルボン
酸基をもつものがあるが、これらのうち、スルホン酸基
を有するものであることが好ましい。陽イオン交換樹脂
の陽イオンの一部が触媒金属を含む陽イオンと置換しや
すいことと、電気化学セルに用いた場合、低抵抗である
からである。
達社）や商品名：セレミオン（登録商標、旭硝子社）を
採用することができる。陽イオン交換樹脂は、イオン交
換基として一般式のようなスルホン酸基の他にカルボン
酸基をもつものがあるが、これらのうち、スルホン酸基
を有するものであることが好ましい。陽イオン交換樹脂
の陽イオンの一部が触媒金属を含む陽イオンと置換しや
すいことと、電気化学セルに用いた場合、低抵抗である
からである。
【００１２】本発明の電極触媒組成物及び高分子膜型電
極における触媒金属としては、白金族元素、すなわちル
テニウムＲｕ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄ、オスニ
ウムＯｓ、イリジウムＩｒ、白金Ｐｔを採用することが
できる。触媒金属の陽イオンは、白金族元素としてＰｔ
を採用するのであれば、〔Ｐｔ（ＮＨ3 ）4 〕2+、〔Ｐ
ｔ（ＮＨ3 ）6 〕4+、〔ＰｔＣｌ（ＮＨ3 ）5 〕3+等の
アンミン錯イオン形態であることが好ましい。陽イオン
交換樹脂の陽イオンの一部が触媒金属を含む陽イオンと
置換しやすいからである。
極における触媒金属としては、白金族元素、すなわちル
テニウムＲｕ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄ、オスニ
ウムＯｓ、イリジウムＩｒ、白金Ｐｔを採用することが
できる。触媒金属の陽イオンは、白金族元素としてＰｔ
を採用するのであれば、〔Ｐｔ（ＮＨ3 ）4 〕2+、〔Ｐ
ｔ（ＮＨ3 ）6 〕4+、〔ＰｔＣｌ（ＮＨ3 ）5 〕3+等の
アンミン錯イオン形態であることが好ましい。陽イオン
交換樹脂の陽イオンの一部が触媒金属を含む陽イオンと
置換しやすいからである。
【００１３】本発明の高分子膜型電極における導電性多
孔質層としては、カーボンブラック粒子からなるカーボ
ン成形体、撥水性を付与するＰＴＦＥあるいは他のフッ
素樹脂がバインダとされてカーボンブラック粒子を成形
したカーボンテフロン混合成形体を採用することができ
る。また、カーボンブラック粒子の代わりに黒鉛等の他
の炭素粉末やカーボンファイバ、貴金属粉末、Ｔｉ粉末
などの金属微粒子を採用した成形体も採用できる。
孔質層としては、カーボンブラック粒子からなるカーボ
ン成形体、撥水性を付与するＰＴＦＥあるいは他のフッ
素樹脂がバインダとされてカーボンブラック粒子を成形
したカーボンテフロン混合成形体を採用することができ
る。また、カーボンブラック粒子の代わりに黒鉛等の他
の炭素粉末やカーボンファイバ、貴金属粉末、Ｔｉ粉末
などの金属微粒子を採用した成形体も採用できる。
【００１４】
【作用】本発明の電極触媒組成物では、陽イオン交換樹
脂の陽イオンの一部として触媒金属の陽イオンが含まれ
ている。この電極触媒組成物を導電性多孔質層に付着さ
せた後、触媒金属を含む陽イオンを還元させれば、陽イ
オン交換樹脂の表面に微細な触媒金属の粒子が均一に析
出する。このため、本発明の高分子膜型電極において、
本発明の電極触媒組成物を導電性多孔質層に付着させる
量、陽イオン交換樹脂において触媒金属の陽イオン含有
量、あるいは電極触媒組成物の濃度を制御すれば、陽イ
オン交換樹脂の表面に表出する触媒金属量が制御され
る。このため、電極反応に必要な部位、すなわち導電性
多孔質層と電解質層との境界のみに触媒金属を必要な量
だけ析出せしめることができる。
脂の陽イオンの一部として触媒金属の陽イオンが含まれ
ている。この電極触媒組成物を導電性多孔質層に付着さ
せた後、触媒金属を含む陽イオンを還元させれば、陽イ
オン交換樹脂の表面に微細な触媒金属の粒子が均一に析
出する。このため、本発明の高分子膜型電極において、
本発明の電極触媒組成物を導電性多孔質層に付着させる
量、陽イオン交換樹脂において触媒金属の陽イオン含有
量、あるいは電極触媒組成物の濃度を制御すれば、陽イ
オン交換樹脂の表面に表出する触媒金属量が制御され
る。このため、電極反応に必要な部位、すなわち導電性
多孔質層と電解質層との境界のみに触媒金属を必要な量
だけ析出せしめることができる。
【００１５】このため、例えば高分子膜型燃料電池を安
価かつ容易に製造することができ、かつ耐久性も確保さ
れる。
価かつ容易に製造することができ、かつ耐久性も確保さ
れる。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を比較例と
ともに図面を参照しつつ説明する。 ｛実施例｝ １．電極触媒組成物の作成 商品名：Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社）
を陽イオン交換樹脂として採用し、この陽イオン交換樹
脂をイソプロパノール：９０重量％及び水：１０重量％
の有機溶媒に溶解させた５重量％の溶液を、室温で放置
することにより乾燥し、固体状の溶質を得る。なお、乾
燥は室温〜１１０℃以下の温度で放置又は加熱すること
により行なうことができる。
ともに図面を参照しつつ説明する。 ｛実施例｝ １．電極触媒組成物の作成 商品名：Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社）
を陽イオン交換樹脂として採用し、この陽イオン交換樹
脂をイソプロパノール：９０重量％及び水：１０重量％
の有機溶媒に溶解させた５重量％の溶液を、室温で放置
することにより乾燥し、固体状の溶質を得る。なお、乾
燥は室温〜１１０℃以下の温度で放置又は加熱すること
により行なうことができる。
【００１７】この溶質を〔Ｐｔ（ＮＨ3 ）4 〕2+Ｃｌ2
・Ｈ2 Ｏを含む水溶液に浸漬し、陽イオン交換樹脂の陽
イオンの一部を白金の陽イオンと置換せしめる。これに
アルコールあるいは水との混合液を添加して溶解し、陽
イオン交換樹脂が数％〜数１０％含まれる溶液を得る。
こうして、陽イオンの一部としてＰｔを含む陽イオンを
もつ陽イオン交換樹脂と、この陽イオン交換樹脂を溶解
したアルコール及び水とからなる電極触媒組成物を得
る。
・Ｈ2 Ｏを含む水溶液に浸漬し、陽イオン交換樹脂の陽
イオンの一部を白金の陽イオンと置換せしめる。これに
アルコールあるいは水との混合液を添加して溶解し、陽
イオン交換樹脂が数％〜数１０％含まれる溶液を得る。
こうして、陽イオンの一部としてＰｔを含む陽イオンを
もつ陽イオン交換樹脂と、この陽イオン交換樹脂を溶解
したアルコール及び水とからなる電極触媒組成物を得
る。
【００１８】２．高分子膜型電極の製造 図１に示すように、カーボンテフロン混合成形体（Φ３
６．５ｍｍ、厚み０．１ｍｍ、気孔率６０％）１を導電
性多孔質層として用意する。この成形体１は、カーボン
ブラック粒子１１と、カーボンブラック粒子１１を結合
させ、同時に成形体に撥水性を付与するＰＴＦＥ粒子１
２とからなる。図２に示すように、不活性ガス中におい
て、この成形体１の表面に電極触媒組成物２を０．３２
ｍｌ／１０ｃｍ2 塗布する。電極触媒組成物２を塗布し
た成形体１を真空乾燥機内に保持し、７０℃で２時間程
度乾燥させる。これにより、電極触媒組成物２のアルコ
ール及び水を除去し、Ｐｔの陽イオンをもつ陽イオン交
換樹脂層２２を形成する。
６．５ｍｍ、厚み０．１ｍｍ、気孔率６０％）１を導電
性多孔質層として用意する。この成形体１は、カーボン
ブラック粒子１１と、カーボンブラック粒子１１を結合
させ、同時に成形体に撥水性を付与するＰＴＦＥ粒子１
２とからなる。図２に示すように、不活性ガス中におい
て、この成形体１の表面に電極触媒組成物２を０．３２
ｍｌ／１０ｃｍ2 塗布する。電極触媒組成物２を塗布し
た成形体１を真空乾燥機内に保持し、７０℃で２時間程
度乾燥させる。これにより、電極触媒組成物２のアルコ
ール及び水を除去し、Ｐｔの陽イオンをもつ陽イオン交
換樹脂層２２を形成する。
【００１９】陽イオン交換樹脂層２２が形成された成形
体１を１４５℃、４〜５時間の条件で水素ガスにより還
元処理する。これにより、図３に示すように、成形体１
では陽イオン交換樹脂２２の表面に微細なＰｔ粒子２１
が均一に析出する。こうして、電極触媒組成物２の塗布
量を制御することにより、陽イオン交換樹脂層２２にお
けるＰｔの陽イオン量を０．０５〜０．５ｍｇ／ｃｍ2
の範囲で一定に制御可能である。
体１を１４５℃、４〜５時間の条件で水素ガスにより還
元処理する。これにより、図３に示すように、成形体１
では陽イオン交換樹脂２２の表面に微細なＰｔ粒子２１
が均一に析出する。こうして、電極触媒組成物２の塗布
量を制御することにより、陽イオン交換樹脂層２２にお
けるＰｔの陽イオン量を０．０５〜０．５ｍｇ／ｃｍ2
の範囲で一定に制御可能である。
【００２０】図４に示すように、陽イオン交換膜（縦６
０ｍｍ、横６０ｍｍ）３として商品名：Ｎａｆｉｏｎ
（登録商標、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社）を用意するとともに、
一対の電極基材４１、４２としてＰＴＦＥにより撥水性
が付与されたカーボンファイバー集電体（厚み０．３ｍ
ｍ）を用意する。また、前記還元処理した一対の成形体
１を用意する。
０ｍｍ、横６０ｍｍ）３として商品名：Ｎａｆｉｏｎ
（登録商標、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社）を用意するとともに、
一対の電極基材４１、４２としてＰＴＦＥにより撥水性
が付与されたカーボンファイバー集電体（厚み０．３ｍ
ｍ）を用意する。また、前記還元処理した一対の成形体
１を用意する。
【００２１】陽イオン交換膜３側にＰｔ２１が対面する
ように還元処理した一対の成形体１を挟持し、さらにこ
れらの外側に電極基材４１、４２を挟持する。これらを
ホットプレスとして、１００℃に加熱後、１４０℃の
下、８０ｋｇ／ｃｍ2 で９０秒間保持する。この後、Φ
６０ｍｍに切断し、高分子膜型電極５を得る。この高分
子膜型電極５は、陽イオン交換膜３及び陽イオン交換樹
脂層２２よりなる高分子電解質層５１と、電解質層５１
の両面に接合され、成形体１において陽イオン交換樹脂
層２２の存在しない部分である導電性多孔質層５２と、
陽イオン交換膜３及び導電性多孔質層５２の境界に配置
されたＰｔ２１とからなる。こうして、この高分子膜型
電極５では、電極反応に必要な部位、すなわち導電性多
孔質層５２と陽イオン交換膜３との境界のみにＰｔ２１
を必要な量だけ析出せしめられている。
ように還元処理した一対の成形体１を挟持し、さらにこ
れらの外側に電極基材４１、４２を挟持する。これらを
ホットプレスとして、１００℃に加熱後、１４０℃の
下、８０ｋｇ／ｃｍ2 で９０秒間保持する。この後、Φ
６０ｍｍに切断し、高分子膜型電極５を得る。この高分
子膜型電極５は、陽イオン交換膜３及び陽イオン交換樹
脂層２２よりなる高分子電解質層５１と、電解質層５１
の両面に接合され、成形体１において陽イオン交換樹脂
層２２の存在しない部分である導電性多孔質層５２と、
陽イオン交換膜３及び導電性多孔質層５２の境界に配置
されたＰｔ２１とからなる。こうして、この高分子膜型
電極５では、電極反応に必要な部位、すなわち導電性多
孔質層５２と陽イオン交換膜３との境界のみにＰｔ２１
を必要な量だけ析出せしめられている。
【００２２】３．燃料電池の製造 図５に示すように、この高分子膜型電極５を電極基材４
１、４２側が開口した供給管６１、６２間に挟持し、一
方の供給管６１からは水蒸気と空気とを供給し、他方の
供給管６２からは水蒸気と水素とを供給させる。こうし
て、単セル（１枚の高分子膜型電極５）型の燃料電池と
する。
１、４２側が開口した供給管６１、６２間に挟持し、一
方の供給管６１からは水蒸気と空気とを供給し、他方の
供給管６２からは水蒸気と水素とを供給させる。こうし
て、単セル（１枚の高分子膜型電極５）型の燃料電池と
する。
【００２３】この燃料電池においても、従来の高分子膜
型燃料電池と同様、供給管６２から供給される水素が導
電性多孔質層５２で細孔内拡散し、細孔をもつ電解質層
５１である陽イオン交換樹脂２２においてＰｔ２１を触
媒とし、電解質層５１である陽イオン交換膜３に存在す
る供給管６１から供給された空気中の酸素と反応する。
生成した水は導電性多孔質層５２で細孔内拡散し、供給
管６１、６２に循環する。同時に、電子のやりとりが電
極基材４１、４２で行われるため、発電が行われる。 ｛比較例｝比較例として、従来の電極接合体による単セ
ル型の燃料電池を製造する。
型燃料電池と同様、供給管６２から供給される水素が導
電性多孔質層５２で細孔内拡散し、細孔をもつ電解質層
５１である陽イオン交換樹脂２２においてＰｔ２１を触
媒とし、電解質層５１である陽イオン交換膜３に存在す
る供給管６１から供給された空気中の酸素と反応する。
生成した水は導電性多孔質層５２で細孔内拡散し、供給
管６１、６２に循環する。同時に、電子のやりとりが電
極基材４１、４２で行われるため、発電が行われる。 ｛比較例｝比較例として、従来の電極接合体による単セ
ル型の燃料電池を製造する。
【００２４】まず、実施例と同種のカーボンテフロン混
合成形体７１を用意する。そして、塩化白金酸１ｇをエ
タノール１０ｍｌに溶解させ、かかる溶液に成形体７１
を浸漬し、４ｍｇ／ｃｍ2 のＰｔ担持量になるように、
成形体７１に溶液を１．２ｍｌ／１０ｃｍ2 含浸させ
る。溶液を含浸させた成形体７１を１５０℃〜２００
℃、３０〜６０秒間保持し、エタノールを消失させて乾
燥する。これを実施例と同様に還元する。こうして、Ｐ
ｔ２１が担持された一対の成形体７１を得る。なお、カ
ーボンブラック粒子及びＰＴＦＥ粒子は実施例と同一符
号を付す。
合成形体７１を用意する。そして、塩化白金酸１ｇをエ
タノール１０ｍｌに溶解させ、かかる溶液に成形体７１
を浸漬し、４ｍｇ／ｃｍ2 のＰｔ担持量になるように、
成形体７１に溶液を１．２ｍｌ／１０ｃｍ2 含浸させ
る。溶液を含浸させた成形体７１を１５０℃〜２００
℃、３０〜６０秒間保持し、エタノールを消失させて乾
燥する。これを実施例と同様に還元する。こうして、Ｐ
ｔ２１が担持された一対の成形体７１を得る。なお、カ
ーボンブラック粒子及びＰＴＦＥ粒子は実施例と同一符
号を付す。
【００２５】商品名：Ｎａｆｉｏｎ（登録商標、Ｄｕ
Ｐｏｎｔ社）を陽イオン交換樹脂として採用し、この陽
イオン交換樹脂をイソプロパノール：９０重量％及び
水：１０重量％の有機溶媒に溶解させ、５重量％の溶液
を得る。還元処理した成形体７１にこの溶液を０．３２
ｍｌ／１０ｃｍ2 塗布し、実施例と同様に乾燥させる。
こうして、Ｐｔ２１が担持されているとともに、陽イオ
ン交換樹脂層２２が形成された一対の成形体７１を得
る。
Ｐｏｎｔ社）を陽イオン交換樹脂として採用し、この陽
イオン交換樹脂をイソプロパノール：９０重量％及び
水：１０重量％の有機溶媒に溶解させ、５重量％の溶液
を得る。還元処理した成形体７１にこの溶液を０．３２
ｍｌ／１０ｃｍ2 塗布し、実施例と同様に乾燥させる。
こうして、Ｐｔ２１が担持されているとともに、陽イオ
ン交換樹脂層２２が形成された一対の成形体７１を得
る。
【００２６】また、実施例と同種の陽イオン交換膜３
と、電極基材４１、４２とを用意する。また、上記Ｐｔ
２１が担持され、かつ陽イオン交換樹脂層２２が形成さ
れた一対の成形体７１を用意する。図６に示すように、
陽イオン交換膜３側にＰｔ２１が対面するように一対の
成形体７１を挟持し、これらの外側に電極基材４１、４
２を挟持する。これらを実施例と同様にホットプレス
し、高分子膜型電極８を得る。この高分子膜型電極８に
より実施例と同様に単セル型の燃料電池とする。 ｛評価｝実施例及び比較例における燃料電池での発電性
能を評価すべく、電極基材４１、４２にリード線を接合
して電圧計を取り付ける。電流密度（Ａ／ｃｍ2 ）と電
位（Ｖ）との関係を図７に示す。
と、電極基材４１、４２とを用意する。また、上記Ｐｔ
２１が担持され、かつ陽イオン交換樹脂層２２が形成さ
れた一対の成形体７１を用意する。図６に示すように、
陽イオン交換膜３側にＰｔ２１が対面するように一対の
成形体７１を挟持し、これらの外側に電極基材４１、４
２を挟持する。これらを実施例と同様にホットプレス
し、高分子膜型電極８を得る。この高分子膜型電極８に
より実施例と同様に単セル型の燃料電池とする。 ｛評価｝実施例及び比較例における燃料電池での発電性
能を評価すべく、電極基材４１、４２にリード線を接合
して電圧計を取り付ける。電流密度（Ａ／ｃｍ2 ）と電
位（Ｖ）との関係を図７に示す。
【００２７】図７より、実施例の燃料電池では、比較例
のものと比較してＰｔ担持量が大幅に低減しているにも
かかわらず、発電性能は従来品と同等あるいはそれ以上
であることがわかる。なお、上記実施例では、水素還元
方法により触媒金属の還元を行ったが、電気化学的還元
法も採用することができる。例えば、まず成形体１に電
極触媒組成物２を塗布し、この成形体１を同様に乾燥し
た後、水素還元を施さないで同様に高分子電極５を作製
する。この後、１．５〜２．０Ｖの電圧を印加すると、
陰極側で電気化学的に還元が起こる。この処理後、燃料
電池に適用する。また、ＮａＢＨ4 等の還元剤を使用す
る還元法も採用することができる。
のものと比較してＰｔ担持量が大幅に低減しているにも
かかわらず、発電性能は従来品と同等あるいはそれ以上
であることがわかる。なお、上記実施例では、水素還元
方法により触媒金属の還元を行ったが、電気化学的還元
法も採用することができる。例えば、まず成形体１に電
極触媒組成物２を塗布し、この成形体１を同様に乾燥し
た後、水素還元を施さないで同様に高分子電極５を作製
する。この後、１．５〜２．０Ｖの電圧を印加すると、
陰極側で電気化学的に還元が起こる。この処理後、燃料
電池に適用する。また、ＮａＢＨ4 等の還元剤を使用す
る還元法も採用することができる。
【００２８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の電極触媒
組成物は、陽イオン交換樹脂が触媒金属の陽イオンをも
つため、これが電極反応が起こる場所に還元析出され
る。このため、発電性能に影響を与えることなく触媒金
属を有効に利用できる。また、本発明の高分子膜型電極
は、電極触媒組成物を導電性多孔質層に付着させる量を
制御することにより、高価な白金触媒量を最小にするこ
とができるので、高分子膜型燃料電池を安価かつ容易に
製造できる。
組成物は、陽イオン交換樹脂が触媒金属の陽イオンをも
つため、これが電極反応が起こる場所に還元析出され
る。このため、発電性能に影響を与えることなく触媒金
属を有効に利用できる。また、本発明の高分子膜型電極
は、電極触媒組成物を導電性多孔質層に付着させる量を
制御することにより、高価な白金触媒量を最小にするこ
とができるので、高分子膜型燃料電池を安価かつ容易に
製造できる。
【図１】実施例の高分子膜型電極に係る成形体の模式拡
大断面図である。
大断面図である。
【図２】実施例の高分子膜型電極に係る成形体に電極触
媒組成物を塗布した状態を示す模式拡大断面図である。
媒組成物を塗布した状態を示す模式拡大断面図である。
【図３】実施例の高分子膜型電極に係る成形体を還元処
理した状態を示す模式拡大断面図である。
理した状態を示す模式拡大断面図である。
【図４】実施例の高分子膜型電極の模式断面図である。
【図５】実施例の高分子膜型電極を用いた燃料電池の構
成図である。
成図である。
【図６】比較例の高分子膜型電極の模式断面図である。
【図７】実施例と比較例との燃料電池の特性を示すグラ
フである。
フである。
１…成形体 ２…電極触媒組成物 ２２
…陽イオン交換樹脂層 ３…陽イオン交換膜 ５１…高分子電解質層 ５２
…導電性多孔質層 ２１…Ｐｔ（触媒金属） ５…高分子膜型電
極
…陽イオン交換樹脂層 ３…陽イオン交換膜 ５１…高分子電解質層 ５２
…導電性多孔質層 ２１…Ｐｔ（触媒金属） ５…高分子膜型電
極
Claims (6)
- 【請求項１】陽イオンの一部として触媒金属を含む陽イ
オンをもつ陽イオン交換樹脂と、該陽イオン交換樹脂を
溶解した溶媒とからなることを特徴とする電極触媒組成
物。 - 【請求項２】陽イオン交換樹脂がスルホン酸基を有する
ことを特徴とする請求項１記載の電極触媒組成物。 - 【請求項３】触媒金属の陽イオンがアンミン錯イオン形
態であることを特徴とする請求項１又は２記載の電極触
媒組成物。 - 【請求項４】陽イオン交換樹脂よりなる高分子電解質層
と、該電解質層の少なくとも一面に接合された導電性多
孔質層と、該電解質層及び該導電性多孔質層の境界に配
置された触媒金属とからなる高分子膜型電極において、 前記触媒金属は、陽イオンの一部として触媒金属を含む
陽イオンをもつ前記陽イオン交換樹脂と、該陽イオン交
換樹脂を溶解した溶媒とからなる電極触媒組成物を前記
導電性多孔質層に付着させた後、該触媒金属を含む陽イ
オンを還元して形成された該陽イオン交換樹脂の表面に
表出したものであることを特徴とする高分子膜型電極。 - 【請求項５】陽イオン交換樹脂がスルホン酸基を有する
ことを特徴とする請求項４記載の高分子膜型電極。 - 【請求項６】触媒金属の陽イオンがアンミン錯イオン形
態であることを特徴とする請求項４又は５記載の高分子
膜型電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5040220A JP3049267B2 (ja) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | 高分子膜型燃料電池用の組成物、電極及び接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5040220A JP3049267B2 (ja) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | 高分子膜型燃料電池用の組成物、電極及び接合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06260170A true JPH06260170A (ja) | 1994-09-16 |
| JP3049267B2 JP3049267B2 (ja) | 2000-06-05 |
Family
ID=12574687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5040220A Expired - Lifetime JP3049267B2 (ja) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | 高分子膜型燃料電池用の組成物、電極及び接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3049267B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0920065A1 (en) * | 1997-11-25 | 1999-06-02 | Japan Storage Battery Company Limited | Solid polymer electrolyte-catalyst composite electrode, electrode for fuel cell, and process for producing these electrodes |
| WO2002003489A1 (en) * | 2000-07-03 | 2002-01-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polyelectrolyte fuel cell |
| WO2003100890A1 (fr) * | 2002-05-29 | 2003-12-04 | Nec Corporation | Particule porteuse d'un catalyseur de pile a combustible, electrolyte composite contenant cette derniere, electrode catalytique, pile a combustible et procede de production de ces derniers |
| WO2011083842A1 (ja) * | 2010-01-07 | 2011-07-14 | 株式会社エクォス・リサーチ | 燃料電池用触媒層の製造装置、燃料電池用触媒層の製造方法、高分子電解質溶液及び高分子電解質溶液の製造方法 |
| JP2011159624A (ja) * | 2010-01-07 | 2011-08-18 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池用触媒層の製造装置、燃料電池用触媒層の製造方法、高分子電解質溶液及び高分子電解質溶液の製造方法 |
| CN102598377A (zh) * | 2010-01-07 | 2012-07-18 | 株式会社爱考斯研究 | 燃料电池用催化剂层的制造装置、燃料电池用催化剂层的制造方法、高分子电解质溶液以及高分子电解质溶液的制造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5847471A (ja) * | 1981-09-14 | 1983-03-19 | Takashi Sato | 山葵の茎入さつま揚、蒲鉾及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-03-01 JP JP5040220A patent/JP3049267B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5847471A (ja) * | 1981-09-14 | 1983-03-19 | Takashi Sato | 山葵の茎入さつま揚、蒲鉾及びその製造方法 |
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| US6344291B1 (en) | 1997-11-25 | 2002-02-05 | Japan Storage Battery Co., Ltd. | Solid polymer electrolyte-catalyst composite electrode, electrode for fuel cell, and process for producing these electrodes |
| US6576363B1 (en) | 1997-11-25 | 2003-06-10 | Japan Storage Battery Co., Ltd. | Solid polymer electrolyte-catalyst composite electrode, electrode for fuel cell, and process for producing these electrodes |
| WO2002003489A1 (en) * | 2000-07-03 | 2002-01-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polyelectrolyte fuel cell |
| EP1304753A1 (en) * | 2000-07-03 | 2003-04-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polyelectrolyte fuel cell |
| EP1304753A4 (en) * | 2000-07-03 | 2006-12-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | POLYELECTOLYTE FUEL CELL |
| US7220514B2 (en) | 2000-07-03 | 2007-05-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
| WO2003100890A1 (fr) * | 2002-05-29 | 2003-12-04 | Nec Corporation | Particule porteuse d'un catalyseur de pile a combustible, electrolyte composite contenant cette derniere, electrode catalytique, pile a combustible et procede de production de ces derniers |
| US8236724B2 (en) | 2002-05-29 | 2012-08-07 | Nec Corporation | Catalyst-supporting particle, composite electrolyte, catalyst electrode for fuel cell, and fuel cell using the same, and methods for fabricating these |
| WO2011083842A1 (ja) * | 2010-01-07 | 2011-07-14 | 株式会社エクォス・リサーチ | 燃料電池用触媒層の製造装置、燃料電池用触媒層の製造方法、高分子電解質溶液及び高分子電解質溶液の製造方法 |
| JP2011159624A (ja) * | 2010-01-07 | 2011-08-18 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池用触媒層の製造装置、燃料電池用触媒層の製造方法、高分子電解質溶液及び高分子電解質溶液の製造方法 |
| CN102598377A (zh) * | 2010-01-07 | 2012-07-18 | 株式会社爱考斯研究 | 燃料电池用催化剂层的制造装置、燃料电池用催化剂层的制造方法、高分子电解质溶液以及高分子电解质溶液的制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3049267B2 (ja) | 2000-06-05 |
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