JPH0935723A - Alloy catalyst for electrode and fuel cell - Google Patents
Alloy catalyst for electrode and fuel cellInfo
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- JPH0935723A JPH0935723A JP7207904A JP20790495A JPH0935723A JP H0935723 A JPH0935723 A JP H0935723A JP 7207904 A JP7207904 A JP 7207904A JP 20790495 A JP20790495 A JP 20790495A JP H0935723 A JPH0935723 A JP H0935723A
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- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、白金とルテニウ
ムとの電極用合金触媒と、電極用合金触媒を具備する燃
料電池とに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an alloy catalyst for electrodes of platinum and ruthenium, and a fuel cell including the alloy catalyst for electrodes.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、燃料の有しているエネルギを直
接電気的エネルギに変換する装置として燃料電池が知ら
れている。燃料電池は、通常、電解質を挟んで一対の電
極を配置するとともに、一方の電極の表面に水素の反応
ガス（燃料ガス）を接触させ、また他方の電極の表面に
酸素を含有する酸化ガスを接触させ、このとき起こる電
気化学反応を利用して、電極間から電気エネルギを取り
出すようにしている。2. Description of the Related Art In general, a fuel cell is known as a device for directly converting energy of fuel into electric energy. In a fuel cell, usually, a pair of electrodes are arranged with an electrolyte sandwiched between them, a reaction gas of hydrogen (fuel gas) is brought into contact with the surface of one electrode, and an oxidizing gas containing oxygen is also supplied to the surface of the other electrode. The electrodes are brought into contact with each other, and the electrochemical reaction that occurs at this time is used to extract electrical energy from between the electrodes.
【０００３】この燃料電池に供給する燃料ガスは、一般
に改質器により生成される。改質器により行なわれるメ
タノールの水蒸気改質は、次のような化学反応により成
り立っている。The fuel gas supplied to this fuel cell is generally produced by a reformer. The steam reforming of methanol performed by the reformer consists of the following chemical reactions.
【０００４】 ＣＨ3ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ2−２１．７kcal／mol （吸熱反応）…（１） ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2＋９．８kcal／mol （発熱反応）…（２） ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋３Ｈ2−１１．９kcal／mol（吸熱反応）…（３）CH 3 OH → CO + 2H 2 −21.7 kcal / mol (endothermic reaction) (1) CO + H 2 O → CO 2 + H 2 +9.8 kcal / mol (exothermic reaction)… (2) CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 3H 2 -11.9 kcal / mol (endothermic reaction) (3)
【０００５】式（１）の反応で生ずる一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）は、燃料極側の電極触媒である白金に吸着して、白
金の触媒としての機能を停止させる、いわゆる触媒の被
毒状態を発生させる。このため、この種の燃料電池で
は、改質器からのガス中のＣＯを許容できる構成とする
必要があり、これが大きな課題となっている。Carbon monoxide (C
O) is adsorbed on platinum, which is the electrode catalyst on the fuel electrode side, to stop the function of platinum as a catalyst, which causes a so-called catalyst poisoning state. Therefore, in this type of fuel cell, it is necessary to have a configuration that allows CO in the gas from the reformer, which is a major problem.
【０００６】この課題を解決する燃料電池として、電極
触媒を白金を含む合金とすることにより、耐ＣＯ被毒性
を向上したものが提案されている（特開平６−２６０２
０７号公報）。詳細には、第１成分元素である白金に対
して、第２成分元素であるルテニウム、パラジウム、ロ
ジウム等のいずれかの金属を添加して合金化する。な
お、第２成分元素としては、ルテニウムが特に有効であ
り、耐ＣＯ被毒性をより一層高めることができる。かか
る燃料電池では、一酸化炭素を第２成分元素の方に吸着
させて、白金がＣＯにより被毒されるのを抑えている。As a fuel cell for solving this problem, there has been proposed a fuel cell having an improved resistance to CO poisoning by using an alloy containing platinum as an electrode catalyst (Japanese Patent Laid-Open No. 6-2602).
No. 07 publication). Specifically, alloying is performed by adding any metal such as ruthenium, palladium, or rhodium, which is the second component element, to platinum, which is the first component element. Note that ruthenium is particularly effective as the second component element, and CO poisoning resistance can be further enhanced. In such a fuel cell, carbon monoxide is adsorbed to the second component element to prevent platinum from being poisoned by CO.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、こうした従
来の燃料電池では、白金を合金化することにより、確か
に電極触媒の耐ＣＯ被毒性を向上することができるが、
電極反応そのものは、白金が担っていることから、第２
成分元素はＣＯの影響を回避するために機能するに過ぎ
ない。このため、電極触媒を合金化した場合には、合金
中の白金の量（重量）は、合金化する前と同程度にしな
ければならない。つまり、触媒の合金化は、白金の一部
を第２成分元素に置き換えるのではなく、白金に新たに
第２成分元素を追加するということを意味する。By the way, in such a conventional fuel cell, it is possible to improve the CO poisoning resistance of the electrode catalyst by alloying platinum, but
Since platinum is responsible for the electrode reaction itself,
The constituent elements only function to avoid the effect of CO. Therefore, when the electrode catalyst is alloyed, the amount (weight) of platinum in the alloy must be the same as that before alloying. That is, alloying of the catalyst means that a second component element is newly added to platinum, instead of replacing a part of platinum with the second component element.
【０００８】したがって、合金化した触媒を用いた従来
の燃料電池では、白金単体の触媒に比べ、第２成分元素
の分だけ材料が増大して、コストアップを招くといった
問題点が生じた。Therefore, in the conventional fuel cell using the alloyed catalyst, there is a problem that the material is increased by the amount of the second component element as compared with the catalyst of the simple substance of platinum and the cost is increased.
【０００９】この発明の電極用合金触媒および燃料電池
は、こうした問題点に鑑みてなされたもので、耐ＣＯ被
毒性の向上と、第２成分元素の使用量を減らして、コス
トダウンを図ることとを両立することを目的としてい
る。The alloy catalyst for electrodes and the fuel cell of the present invention have been made in view of these problems, and are intended to improve the CO poisoning resistance and reduce the amount of the second component element used to reduce the cost. The purpose is to achieve both.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】こ
のような目的を達成すべく、前記課題を解決するための
手段として、以下に示す構成をとった。[Means for Solving the Problem and Actions and Effects Thereof] In order to achieve such an object, the following constitution was adopted as means for solving the above-mentioned problem.
【００１１】即ち、第１の発明の電極用合金触媒は、燃
料電池の電極に担持される白金とルテニウムとの合金触
媒であって、前記白金とルテニウムとの原子量の比率を
８５：１５から５５：４５までの範囲に定めたことを特
徴としている。That is, the alloy catalyst for an electrode of the first invention is an alloy catalyst of platinum and ruthenium supported on an electrode of a fuel cell, and the atomic ratio of platinum and ruthenium is 85:15 to 55. The feature is that it is set in a range of up to 45.
【００１２】白金とルテニウムとの原子量の比率が８
５：１５から５５：４５までの範囲に定められているの
で、耐ＣＯ被毒性能を低下させることなく、ルテニウム
の使用量が低減する。したがって、電極用合金触媒のコ
ストダウンを図ることができる。The atomic weight ratio of platinum to ruthenium is 8
Since it is set in the range of 5:15 to 55:45, the amount of ruthenium used is reduced without lowering the CO poisoning resistance performance. Therefore, the cost of the alloy catalyst for electrodes can be reduced.
【００１３】第２の発明の電極用合金触媒は、燃料電池
の電極に担持される白金とルテニウムとの合金触媒であ
って、前記白金とルテニウムとの原子量の比率を８５：
１５から７０：３０までの範囲に定めたことを特徴とし
ている。The electrode alloy catalyst of the second invention is an alloy catalyst of platinum and ruthenium supported on an electrode of a fuel cell, wherein the atomic ratio of platinum and ruthenium is 85:
It is characterized by being set in the range of 15 to 70:30.
【００１４】白金とルテニウムとの原子量の比率が８
５：１５から７０：３０までの範囲に定められているの
で、耐ＣＯ被毒性能を低下させることなく、ルテニウム
の使用量がより一層低減する。したがって、電極用合金
触媒のコストダウンを一層図ることができる。The atomic weight ratio of platinum to ruthenium is 8
Since it is set in the range of 5:15 to 70:30, the amount of ruthenium used is further reduced without lowering the CO poisoning resistance performance. Therefore, the cost of the alloy catalyst for electrodes can be further reduced.
【００１５】上記第１の発明および第２の発明は、ルテ
ニウムの使用量を所定の範囲内で低減しても、燃料電池
の耐ＣＯ被毒性能を低下させることがないという、本願
発明者の新たな知見に基づいて創作されたものである。
以下、合金触媒中のルテニウムの原子量の比率（以下、
原子比とも呼ぶ）と電池特性との関係を示して、この新
たな知見がどのようにして判明したのかを説明する。The first and second inventions of the present application are that the CO poisoning resistance of the fuel cell does not deteriorate even if the amount of ruthenium used is reduced within a predetermined range. It was created based on new knowledge.
Hereinafter, the atomic weight ratio of ruthenium in the alloy catalyst (hereinafter,
The relationship between the atomic ratio) and the battery characteristics will be shown to explain how this new finding was discovered.
【００１６】本願発明者は、白金とルテニウムの原子比
の異なる種々の白金−ルテニウムの合金触媒を作成し
て、これら合金触媒を固体高分子型燃料電池のアノード
側の電極触媒に用いたときの電流−電圧特性（以下、電
池特性と呼ぶ）を測定した。なお、カソード側の電極触
媒には白金触媒を用いた。測定には、アノード側の燃料
ガスとして、ＣＯを１００ｐｐｍ含んだ水素ガスを用い
た。The inventor of the present application prepared various platinum-ruthenium alloy catalysts having different atomic ratios of platinum and ruthenium, and used these alloy catalysts as an electrode catalyst on the anode side of a polymer electrolyte fuel cell. The current-voltage characteristics (hereinafter referred to as battery characteristics) were measured. A platinum catalyst was used as the electrode catalyst on the cathode side. For the measurement, hydrogen gas containing 100 ppm of CO was used as the fuel gas on the anode side.
【００１７】図１は、その測定により求められた、合金
触媒中のルテニウムの原子比と電池特性との関係を示す
グラフである。図１からわかるように、白金とルテニウ
ムとの合金触媒は、ルテニウムの原子比が５０％の場合
を中心とした幅広い範囲で、優れた電池特性を発揮し、
その５０％からかなり離れた場合でも電池特性が急落す
ることはない。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the atomic ratio of ruthenium in the alloy catalyst and the battery characteristics, which was determined by the measurement. As can be seen from FIG. 1, the alloy catalyst of platinum and ruthenium exhibits excellent battery characteristics in a wide range centered around the case where the atomic ratio of ruthenium is 50%.
The battery characteristics do not drop sharply even when the distance is far from 50%.
【００１８】翻って、従来の白金とルテニウムとの合金
触媒は、先に引用した特開平６−２６０２０７号にも示
されているように、白金とルテニウムとの原子比は５
０：５０となるように設定されたものばかりである。こ
れは、白金とルテニウムとの合金の場合、両者の比率を
換えても結晶構造の変化はなく、こうした合金の場合、
両者の原子比を等分とすることが普通であるからであ
る。On the other hand, the conventional alloy catalyst of platinum and ruthenium has an atomic ratio of platinum to ruthenium of 5 as shown in the above-cited JP-A-6-260207.
They are all set to be 0:50. This is because in the case of an alloy of platinum and ruthenium, the crystal structure does not change even if the ratio of both is changed, and in the case of such an alloy,
This is because it is common to make the atomic ratio of both equal.
【００１９】したがって、白金とルテニウムとの合金触
媒を製造する場合、必ずしも従来のように、ルテニウム
の原子比を５０％としなくても、幅広い範囲（８５％か
ら１５％の範囲）としても、優れた燃料電池特性、即
ち、耐ＣＯ被毒性を確保した合金触媒が得られることが
わかる。Therefore, in the case of producing an alloy catalyst of platinum and ruthenium, it is excellent even if the atomic ratio of ruthenium is not always 50% as in the conventional case, even if it is in a wide range (85% to 15% range). It can be seen that an alloy catalyst having excellent fuel cell characteristics, that is, CO poisoning resistance is obtained.
【００２０】次いで、耐ＣＯ被毒性能に加えて、ルテニ
ウムの使用量、即ち、触媒コストについても考慮してみ
る。図２は、合金触媒中のルテニウムの原子比と耐ＣＯ
被毒性能および触媒コストとの関係を示すグラフであ
る。Next, in addition to the CO poisoning resistance performance, the amount of ruthenium used, that is, the catalyst cost will be considered. Fig. 2 shows the atomic ratio of ruthenium in the alloy catalyst and the CO resistance.
It is a graph which shows the relationship between poisoning performance and catalyst cost.
【００２１】図２のグラフから次のようなことがわか
る。ルテニウムの原子比が１５％の場合には、ルテニウ
ムの原子比が５０％の場合に比べてコストは２０％ダウ
ンできるが、耐ＣＯ被毒性能は７．５％しか低下しな
い。また、ルテニウムの原子比が３０％の場合には、５
０％の場合に比べて、コストは１４％ダウンできるが、
耐ＣＯ被毒性は３．７％しか低下しない。The following can be seen from the graph of FIG. When the atomic ratio of ruthenium is 15%, the cost can be reduced by 20% compared to when the atomic ratio of ruthenium is 50%, but the CO poisoning resistance performance is reduced by only 7.5%. When the atomic ratio of ruthenium is 30%, 5
The cost can be reduced by 14% compared to 0%,
CO poisoning resistance is only reduced by 3.7%.
【００２２】一方、ルテニウムの原子比が１０％の場合
には、５０％の場合に比べてコストは２２％下がるが、
耐ＣＯ被毒性は１９％も低下してしまう。このことは、
電極用触媒としての機能を充分に果たすことはできない
ことを示している。これらのことを総合すると、ルテニ
ウムの原子量の比率が１５％を下回るようにすると、コ
ストは低減させることができるが、耐ＣＯ被毒性能が悪
化することがわかる。On the other hand, when the atomic ratio of ruthenium is 10%, the cost is 22% lower than that when it is 50%.
The CO poisoning resistance is reduced by 19%. This means
This indicates that the electrode catalyst cannot be sufficiently fulfilled. From all these facts, it can be seen that if the atomic weight ratio of ruthenium is lower than 15%, the cost can be reduced, but the CO poisoning resistance performance deteriorates.
【００２３】白金とルテニウムとの合金触媒は、前述し
たように従来から５０：５０の比率のものが採用されて
いたが、実際、この５０：５０の比率を高精度に実現す
ることは比較的難しく、±２〜３％の誤差が生じる。こ
のことから、ルテニウムの原子量の比率の上限を４５％
とした。As described above, the alloy catalyst of platinum and ruthenium has conventionally been adopted with a ratio of 50:50, but in reality, it is relatively accurate to realize the ratio of 50:50 with high accuracy. It is difficult and causes an error of ± 2 to 3%. From this, the upper limit of the atomic weight ratio of ruthenium is 45%.
And
【００２４】以上のことから、ルテニウムの原子量の比
率を１５％から４５％までの範囲とすることで、耐ＣＯ
被毒性能を低下させることなく、ルテニウムの使用量を
低減することができることがわかった。From the above, by setting the atomic weight ratio of ruthenium within the range of 15% to 45%, CO resistance can be improved.
It was found that the amount of ruthenium used can be reduced without lowering the poisoning performance.
【００２５】なお、ルテニウムの原子量の比率の上限側
を４５％ではなく３０％とすることで、前述したように
コストを２０％以上低下させることができ、より一層の
コストダウンの効果を得ることができる。When the upper limit of the atomic weight ratio of ruthenium is set to 30% instead of 45%, the cost can be reduced by 20% or more as described above, and a further cost reduction effect can be obtained. You can
【００２６】第３の発明の燃料電池は、白金触媒もしく
は白金と他の金属との合金触媒を担持する電極と、該電
極に接触する流路溝を少なくとも含む反応ガス通路とを
備える燃料電池において、前記反応ガス通路における前
記反応ガス中の一酸化炭素濃度が低い部位に、当該反応
ガス中の一酸化炭素濃度が高い部位に比べて前記他の金
属の原子量の比率が低い触媒を担持させたことを特徴と
している。The fuel cell of the third invention is a fuel cell comprising an electrode carrying a platinum catalyst or an alloy catalyst of platinum and another metal, and a reaction gas passage including at least a flow channel groove in contact with the electrode. , A catalyst having a low atomic weight ratio of the other metal is carried on a portion of the reaction gas passage where the carbon monoxide concentration in the reaction gas is low compared to a portion where the carbon monoxide concentration of the reaction gas is high. It is characterized by that.
【００２７】反応ガス中の一酸化炭素濃度が低い部位
は、触媒の耐ＣＯ被毒性能を必ずしも高める必要がない
ことから、この第３の発明では、一酸化炭素濃度が低い
部位に、他の金属の原子量の比率が低い触媒を担持させ
ている。したがって、ＣＯ被毒の対策の点では何の支障
もなく、その上で、他の金属の原子量の比率を低下させ
ることができる。この結果、この燃料電池によれば、触
媒のＣＯ被毒の防止と、触媒のコストダウンとを両立す
ることができる。Since the portion of the reaction gas where the carbon monoxide concentration is low does not necessarily need to enhance the CO poisoning resistance of the catalyst, in the third aspect of the present invention, the portion where the carbon monoxide concentration is low is different from the other portion. A catalyst having a low atomic weight ratio of metal is supported. Therefore, there is no problem in terms of countermeasures against CO poisoning, and the ratio of atomic weight of other metal can be reduced. As a result, according to this fuel cell, it is possible to both prevent CO poisoning of the catalyst and reduce the cost of the catalyst.
【００２８】前記第３の発明の構成において、前記流路
溝は、前記反応ガスの流入口と流出口とを備え、前記流
入口における前記電極部分に、前記流出口における前記
電極部分と比べて前記他の金属の原子量の比率が低い触
媒を担持させた構成とすることが好ましい。In the structure of the third aspect of the invention, the flow path groove includes an inlet and an outlet for the reaction gas, and is provided in the electrode portion at the inlet as compared with the electrode portion at the outlet. It is preferable to support the catalyst having a low atomic weight ratio of the other metal.
【００２９】電極と接触する流路溝において、反応ガス
の流入口から流入した反応ガス中の一酸化炭素濃度は、
燃料電池の発電に伴って流出口に近づくほど高くなる。
これは、燃料電池の発電に伴って、反応ガス中の水素が
消費され、流出口に近づくほど、一酸化炭素濃度が高ま
るためであり、燃料電池のガス利用率が高いほど、一酸
化炭素濃度の上昇の度合いは顕著である。このため、反
応ガスの流入口は、必ずしも耐ＣＯ被毒性能の高いもの
とする必要がなく、上記構成によれば、流入口における
電極部分に、流出口における電極部分より前記他の金属
の原子量の比率が低い触媒を担持させている。したがっ
て、ＣＯ被毒の対策の点では何の支障もなく、その上
で、他の金属の原子量の比率を低下させることができ
る。この結果、この燃料電池によれば、触媒のＣＯ被毒
の防止と、触媒のコストダウンとを両立することができ
る。The concentration of carbon monoxide in the reaction gas flowing in from the inlet of the reaction gas in the flow channel which contacts the electrode is
The higher the fuel cell power generation, the closer it gets to the outlet.
This is because the hydrogen in the reaction gas is consumed along with the power generation of the fuel cell, and the carbon monoxide concentration increases as it approaches the outlet, and the higher the gas utilization rate of the fuel cell, the higher the carbon monoxide concentration. The degree of rise in is remarkable. Therefore, the inlet of the reaction gas does not necessarily have to have high CO poisoning resistance, and according to the above configuration, the atomic weight of the other metal is higher than that of the electrode at the outlet than the electrode at the outlet. The catalyst has a low ratio of. Therefore, there is no problem in terms of countermeasures against CO poisoning, and the ratio of atomic weight of other metal can be reduced. As a result, according to this fuel cell, it is possible to both prevent CO poisoning of the catalyst and reduce the cost of the catalyst.
【００３０】また、前記第３の発明の構成において、前
記電極を備える電池単体を複数備え、該複数の電池単体
の各流路溝を前記反応ガス通路により連結し、さらに、
前記反応ガス通路の上流側に位置する前記電池単体に、
前記反応ガス通路の下流側に位置する前記電池単体と比
べて前記他の金属の原子量の比率が低い触媒を担持させ
た電極を具備させた構成としてもよい。In the structure of the third aspect of the invention, a plurality of battery units including the electrodes are provided, and the flow passage grooves of the plurality of battery units are connected by the reaction gas passages.
In the battery unit located upstream of the reaction gas passage,
A configuration may be provided in which an electrode supporting a catalyst having a lower atomic weight ratio of the other metal than that of the cell unit located downstream of the reaction gas passage is provided.
【００３１】反応ガス通路は複数の電池単体の各流路溝
と連結して、各電池単体に反応ガスを供給している。前
述したように、反応ガス中の一酸化炭素濃度は、燃料電
池の発電に伴って次第に高くなってくることから、電池
単体毎においても、供給される反応ガス中の一酸化炭素
濃度は違ってくる。反応ガス通路の上流側に位置する電
池単体は、一酸化炭素濃度が低いが、反応ガス通路の下
流側に位置する電池単体ほど、一酸化炭素濃度が高い。
このため、反応ガス通路の上流側に位置する電池単体に
は、必ずしも耐ＣＯ被毒性能の高い触媒を使用する必要
がなく、上記構成によれば、前記他の金属の原子量の比
率が低い触媒を使用している。したがって、第３の発明
と同様に、触媒のＣＯ被毒の防止と、触媒のコストダウ
ンとを両立することができる。The reaction gas passage is connected to the flow channel of each of the plurality of cells to supply the reaction gas to each of the cells. As described above, the carbon monoxide concentration in the reaction gas gradually increases with the power generation of the fuel cell.Therefore, the carbon monoxide concentration in the reaction gas supplied differs for each cell unit. come. A single cell located upstream of the reaction gas passage has a low carbon monoxide concentration, but a single cell located downstream of the reaction gas passage has a higher carbon monoxide concentration.
Therefore, it is not always necessary to use a catalyst with high CO poisoning resistance for the cell unit located upstream of the reaction gas passage, and according to the above configuration, a catalyst with a low atomic weight ratio of the other metal is used. Are using. Therefore, similarly to the third aspect of the invention, it is possible to achieve both prevention of CO poisoning of the catalyst and cost reduction of the catalyst.
【００３２】第４の発明の燃料電池は、白金触媒もしく
は白金と他の金属との合金触媒を担持する電極と、該電
極に接触する流路溝を少なくとも含む反応ガス通路とを
備える燃料電池において、前記反応ガス通路における温
度が高い部位に、当該反応ガス通路における温度が低い
部位に比べて前記他の金属の原子量の比率が低い触媒を
担持させたことを特徴としている。The fuel cell of the fourth invention is a fuel cell comprising an electrode carrying a platinum catalyst or an alloy catalyst of platinum and another metal, and a reaction gas passage including at least a flow channel groove in contact with the electrode. A catalyst having a lower atomic weight ratio of the other metal is carried on a portion of the reaction gas passage having a higher temperature than a portion of the reaction gas passage having a lower temperature.
【００３３】電極触媒におけるＣＯ被毒の程度は、燃料
電池の温度の影響を受けることが知られている。触媒と
しての白金表面に対する一酸化炭素の吸着−脱離の平衡
関係は、燃料電池の温度が高いほど一酸化炭素の吸着量
が少なくなり被毒に起因する出力低下は少なくなる。こ
のため、反応ガス通路における温度が高い部位は、触媒
の耐ＣＯ被毒性能を必ずしも高める必要がないことか
ら、この第４の発明では、反応ガス通路における温度が
高い部位に、他の金属の原子量の比率が低い触媒を担持
させている。したがって、ＣＯ被毒の対策の点では何の
支障もなく、その上で、他の金属の原子量の比率を低下
させることができる。この結果、この燃料電池によれ
ば、触媒のＣＯ被毒の防止と、触媒のコストダウンとを
両立することができる。It is known that the degree of CO poisoning in the electrode catalyst is influenced by the temperature of the fuel cell. Regarding the equilibrium relationship between adsorption and desorption of carbon monoxide on the surface of platinum as a catalyst, the higher the temperature of the fuel cell, the smaller the amount of adsorbed carbon monoxide and the less the decrease in output due to poisoning. Therefore, the portion of the reaction gas passage where the temperature is high does not necessarily need to enhance the CO poisoning resistance of the catalyst. Therefore, in the fourth aspect of the present invention, the portion of the reaction gas passage where the temperature is high is made of other metal. A catalyst having a low atomic weight ratio is supported. Therefore, there is no problem in terms of countermeasures against CO poisoning, and the ratio of atomic weight of other metal can be reduced. As a result, according to this fuel cell, it is possible to both prevent CO poisoning of the catalyst and reduce the cost of the catalyst.
【００３４】前記第４の発明の構成において、前記電極
を備える電池単体を複数積層し、複数の電池単体毎に、
一つの冷却部材を配設し、さらに、前記複数の電池単体
の内、前記冷却部材から距離の遠い側の電池単体に、前
記冷却部材から距離の近い側の電池単体と比べて前記他
の金属の原子量の比率が低い合金触媒を担持させた電極
を設けた構成とすることが好ましい。In the structure of the fourth aspect of the invention, a plurality of battery units each including the electrode are laminated, and each of the plurality of battery units includes:
One cooling member is provided, and further, among the plurality of battery units, a battery unit on a side farther from the cooling member is different from the other metal compared to a battery unit on a side closer to the cooling member. It is preferable that an electrode supporting an alloy catalyst having a low atomic weight ratio of is provided.
【００３５】冷却部材から距離の遠い側の電池単体は温
度が高く、冷却部材から距離の近い側の電池単体は温度
が低い。このため、冷却部材から距離の遠い側の電池単
体には、必ずしも耐ＣＯ被毒性能の高い触媒を使用する
必要がなく、上記構成によれば、前記他の金属の原子量
の比率が低い触媒を使用している。したがって、第４の
発明と同様に、触媒のＣＯ被毒の防止と、触媒のコスト
ダウンとを両立することができる。The battery unit on the side far from the cooling member has a high temperature, and the battery unit on the side close to the cooling member has a low temperature. Therefore, it is not always necessary to use a catalyst with high CO poisoning resistance for the cell unit on the side far from the cooling member. According to the above configuration, a catalyst with a low atomic weight ratio of the other metal is used. I'm using it. Therefore, similarly to the fourth aspect of the invention, it is possible to achieve both prevention of CO poisoning of the catalyst and cost reduction of the catalyst.
【００３６】前記第３または第４の発明において、前記
他の金属がルテニウムである構成とすることが好まし
い。In the third or fourth invention, it is preferable that the other metal is ruthenium.
【００３７】合金触媒に第２成分元素として添加する金
属をルテニウムとすることが、触媒の被毒対策の点で特
に有効であることから、より一層触媒のＣＯ被毒を防止
することができる。Since it is particularly effective to use ruthenium as a second component element of the alloy catalyst as a second component element, it is possible to further prevent CO poisoning of the catalyst.
【００３８】また、前記第３または第４の発明におい
て、前記他の金属の原子量の比率が低い触媒を、白金触
媒としてもよい。In the third or fourth aspect of the invention, the catalyst having a low atomic weight ratio of the other metal may be a platinum catalyst.
【００３９】他の金属の原子量の比率が最も低い触媒と
しては、他の金属の添加のない白金触媒が該当し、最も
触媒コストの低下を図ることができる。なお、この白金
触媒を用いる部位は、触媒被毒を受ける可能性の低い部
分であり、触媒のＣＯ被毒の対策の点でも支障はない。As the catalyst having the lowest atomic weight ratio of the other metal, a platinum catalyst to which no other metal is added corresponds, and the catalyst cost can be reduced most. The part using the platinum catalyst is a part that is unlikely to be poisoned by the catalyst, and there is no problem in terms of measures against CO poisoning of the catalyst.
【００４０】さらに、前記第３または第４の発明におい
て、前記合金触媒は、白金とルテニウムとの原子量の比
率を８５：１５から５５：４５までの範囲に定めた構成
とすることが好ましい。Further, in the third or fourth invention, it is preferable that the alloy catalyst has a structure in which the atomic weight ratio of platinum and ruthenium is set in the range of 85:15 to 55:45.
【００４１】白金とルテニウムとの原子量の比率が８
５：１５から５５：４５までの範囲に定められているの
で、耐ＣＯ被毒性能を低下させることなく、ルテニウム
の使用量が低減する。したがって、電極用合金触媒のコ
ストダウンをより一層図ることができる。The atomic weight ratio of platinum to ruthenium is 8
Since it is set in the range of 5:15 to 55:45, the amount of ruthenium used is reduced without lowering the CO poisoning resistance performance. Therefore, the cost of the alloy catalyst for electrodes can be further reduced.
【００４２】[0042]
【発明の実施の形態】以上説明したこの発明の構成・作
用を一層明らかにするために、以下この発明の実施の形
態を実施例に基づき説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In order to further clarify the structure and operation of the present invention described above, the embodiments of the present invention will be described below based on Examples.
【００４３】図３は、この発明の第１実施例としての燃
料電池システム１の概略構成図である。図３に示すよう
に、この燃料電池システム１は、電気を発生する固体高
分子型の燃料電池スタック１０と、メタノールタンク１
２に貯留されたメタノールと水タンク１４に貯留された
水とから水素リッチガスを製造する改質器１６と、改質
器１６で製造された水素リッチガスを燃料ガスとして燃
料電池スタック１０に送る燃料ガス供給通路１８と、燃
料電池スタック１０から排出されたガスを外部に送る燃
料ガス排出通路１９とを備える。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 1 as a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the fuel cell system 1 includes a solid polymer type fuel cell stack 10 for generating electricity, and a methanol tank 1.
2, a reformer 16 for producing a hydrogen-rich gas from the methanol stored in the water tank 14 and water stored in the water tank 14, and a fuel gas for sending the hydrogen-rich gas produced by the reformer 16 to the fuel cell stack 10 as a fuel gas. The fuel cell stack 10 includes a supply passage 18 and a fuel gas discharge passage 19 that sends the gas discharged from the fuel cell stack 10 to the outside.
【００４４】燃料電池スタック１０の構成について次に
説明する。燃料電池スタック１０は、電池単体を複数積
層した固体高分子型の燃料電池であり、その電池単体
（以下、単一セルとも呼ぶ）構造として、図４および図
５に示す構造を備える。両図に示すように、燃料電池ス
タック１０の単一セルは、電解質膜２１と、この電解質
膜２１を両側から挟んでサンドイッチ構造とするガス拡
散電極としてのアノード２２およびカソード２３と、こ
のサンドイッチ構造を両側から挟みつつアノード２２お
よびカソード２３とで燃料ガスおよび酸化ガスの流路を
形成するセパレータ２４，２５と、セパレータ２４，２
５の外側に配置されアノード２２およびカソード２３の
集電極となる集電板２６，２７とにより構成されてい
る。The structure of the fuel cell stack 10 will be described below. The fuel cell stack 10 is a solid polymer type fuel cell in which a plurality of cell units are stacked, and has a structure shown in FIGS. 4 and 5 as a cell unit (hereinafter also referred to as a single cell) structure. As shown in both figures, the single cell of the fuel cell stack 10 includes an electrolyte membrane 21, an anode 22 and a cathode 23 as gas diffusion electrodes that sandwich the electrolyte membrane 21 from both sides, and the sandwich structure. Separators 24 and 25 that form a flow path for fuel gas and oxidizing gas with the anode 22 and the cathode 23 while sandwiching the separators from both sides, and the separators 24 and 2.
5, and is constituted by current collector plates 26 and 27 which are arranged outside the electrode 5 and serve as collector electrodes for the anode 22 and the cathode 23.
【００４５】電解質膜２１は、高分子材料、例えばフッ
素系樹脂により形成されたイオン交換膜であり、湿潤状
態で良好な電気電導性を示す。The electrolyte membrane 21 is an ion exchange membrane made of a polymer material, for example, a fluorine resin, and exhibits good electric conductivity in a wet state.
【００４６】アノード２２は、図６に示すように、ガス
拡散層３１を備え、そのガス拡散層３１の電解質膜２１
側の表面に触媒反応層３３を備える。ガス拡散層は、カ
ーボンペーパまたはカーボンクロスにより形成されてお
り、多孔質でガス透過性と電子導電性とを有するものと
なっている。As shown in FIG. 6, the anode 22 includes a gas diffusion layer 31, and the electrolyte membrane 21 of the gas diffusion layer 31.
A catalytic reaction layer 33 is provided on the side surface. The gas diffusion layer is formed of carbon paper or carbon cloth, is porous, and has gas permeability and electronic conductivity.
【００４７】触媒反応層３３は、触媒としての白金とル
テニウムとの合金３３ａを担持したカーボン粉３３ｂを
凝集・積層したものである。白金とルテニウムとの合金
３３ａを担持したカーボン粉３３ｂは次のような方法で
作成されている。The catalytic reaction layer 33 is formed by aggregating and stacking carbon powder 33b carrying an alloy 33a of platinum and ruthenium as a catalyst. The carbon powder 33b carrying the alloy 33a of platinum and ruthenium is prepared by the following method.
【００４８】まず、塩化白金酸水溶液とチオ硫酸ナトリ
ウムを混合して、亜硫酸白金錯体の水溶液を得る。この
水溶液を攪拌しながら、過酸化水素水を摘下して、水溶
液中にコロイド状の白金粒子を析出させる。次に担体と
なるカーボンブラックと呼ばれる微粒子径のカーボン粉
末〔例えばＶｕｌｃａｎ ＸＣ−７２Ｒ（米国のＣＡＢ
ＯＴ社の商標）やデンカブラック（電気化学工業株式会
社の商標）〕を添加しながら、攪拌し、カーボンブラッ
クの表面にコロイド状の白金粒子を付着させる。次に、
溶液を吸引ろ過または加圧ろ過して、白金粒子が付着し
たカーボンブラックを分離した後、脱イオン水で繰り返
し洗浄した後、室温で完全に乾燥させる。次に、凝集し
たカーボンブラックを粉砕器で粉砕する。First, an aqueous solution of chloroplatinic acid and sodium thiosulfate are mixed to obtain an aqueous solution of a platinum sulfite complex. While stirring the aqueous solution, the aqueous hydrogen peroxide is removed to precipitate colloidal platinum particles in the aqueous solution. Next, a carbon powder having a fine particle diameter called carbon black as a carrier [for example, Vulcan XC-72R (CAB of the United States
(Trademark of OT Co., Ltd.) and Denka Black (trademark of Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.)] are stirred to deposit colloidal platinum particles on the surface of carbon black. next,
The solution is suction-filtered or pressure-filtered to separate the carbon black to which the platinum particles are attached, repeatedly washed with deionized water, and then completely dried at room temperature. Next, the aggregated carbon black is pulverized by a pulverizer.
【００４９】次に、この白金触媒を担持したカーボン粉
を脱イオン水中で攪拌しながら完全に分散させる。次
に、塩化ルテニウム水溶液を徐々に添加しながら、攪拌
する。その後、炭酸ナトリウム溶液を徐々に添加しなが
ら攪拌して、ルテニウムをカーボンブラック上に析出さ
せる。次に、溶液を吸引ろ過または加圧ろ過してカーボ
ンブラックを分離した後、脱イオン水で繰り返し洗浄し
た後、室温で完全に乾燥させる。次に、凝集したカーボ
ンブラックを粉砕器で粉砕した後、水素還元雰囲気中
で、２５０℃〜３５０℃で２時間程度加熱することによ
り、カーボンブラック上の白金とルテニウムを還元する
とともに、残留していた塩素を完全に除去する。さら
に、その後、不活性気流中（窒素またはアルゴン）で、
６００℃〜９００℃で１時間程度加熱することにより、
カーボンブラック上の白金とルテニウムを合金化させ
て、白金−ルテニウムの合金触媒（白金とルテニウムの
合金触媒を担持したカーボン粉３３ｂ）が完成する。Next, the carbon powder carrying the platinum catalyst is completely dispersed in deionized water with stirring. Next, stirring is performed while gradually adding the ruthenium chloride aqueous solution. Then, the sodium carbonate solution is gradually added and stirred to deposit ruthenium on the carbon black. Next, the solution is subjected to suction filtration or pressure filtration to separate carbon black, which is repeatedly washed with deionized water, and then completely dried at room temperature. Next, after the aggregated carbon black is pulverized by a pulverizer, it is heated in a hydrogen reducing atmosphere at 250 ° C. to 350 ° C. for about 2 hours to reduce platinum and ruthenium on the carbon black and to leave them. Completely removes chlorine. Furthermore, after that, in an inert gas stream (nitrogen or argon),
By heating at 600 ℃ ~ 900 ℃ for about 1 hour,
Platinum and ruthenium on carbon black are alloyed to complete a platinum-ruthenium alloy catalyst (carbon powder 33b carrying an alloy catalyst of platinum and ruthenium).
【００５０】ガス拡散層（カーボンクロス）３１の表面
に、こうして製作したカーボン粉３３ｂを塗布し、電解
質膜２１とこのガス拡散層３１をホットプレスで一体化
することにより、電解質膜２１とアノード２２とは接合
されている。なお、ホットプレスに換えて、プロトン導
電性の固体高分子溶液を用いて電解質膜２１とアノード
２２とを接合する構成としてもよい。The carbon powder 33b thus produced is applied to the surface of the gas diffusion layer (carbon cloth) 31, and the electrolyte membrane 21 and this gas diffusion layer 31 are integrated by hot pressing to form the electrolyte membrane 21 and the anode 22. And are joined. Instead of hot pressing, the electrolyte membrane 21 and the anode 22 may be joined together by using a proton conductive solid polymer solution.
【００５１】この実施例では、合金触媒の担持量は、電
解質膜１ｃｍ2 当たり、合金重量で０．４４ｍｇとなっ
ている。また、白金とルテニウムとの組成比率は、原子
量の比率（以下、原子比と呼ぶ）でみて、８５：１５と
なっている。なお、この原子比は、予め白金を担持した
カーボンブラックの量と塩化ルテニウムの量とから調節
することができる。この実施例では、白金とルテニウム
との原子比を８５：１５に定めたが、これに換えて、８
５：１５から５５：４５までの範囲に定めた構成として
もよく、好ましくは、８５：１５から７０：３０までの
範囲に定めたほうがよい。In this example, the amount of the alloy catalyst supported was 0.44 mg in terms of alloy weight per 1 cm 2 of the electrolyte membrane. The composition ratio of platinum to ruthenium is 85:15 in terms of atomic weight ratio (hereinafter referred to as atomic ratio). The atomic ratio can be adjusted based on the amounts of carbon black supporting platinum in advance and the amount of ruthenium chloride. In this example, the atomic ratio of platinum to ruthenium was set to 85:15.
The structure may be set in the range of 5:15 to 55:45, and preferably in the range of 85:15 to 70:30.
【００５２】なお、白金−ルテニウムの合金触媒の製作
方法は前述の方法に限らず、充分な触媒活性が得られる
方法であれば、他の方法により製作したものであっても
よい。The method for producing the platinum-ruthenium alloy catalyst is not limited to the above-mentioned method, and any other method may be used as long as sufficient catalytic activity can be obtained.
【００５３】白金−ルテニウムの合金触媒を構成する白
金の出発原料として、塩化白金酸水溶液を用いた場合に
ついて述べたが、テトラクロロ白金酸ナトリウム、テト
ラアンミン白金水酸化物、ヘキサクロロ白金酸カリウ
ム、ヘキサクロロ白金酸ナトリウム、ヘキサヒドロキソ
白金酸、ジニトロ・ジアンミン白金等を使ってもよい。The case where an aqueous solution of chloroplatinic acid was used as the starting material for platinum constituting the platinum-ruthenium alloy catalyst was described above. Sodium acid salt, hexahydroxoplatinic acid, dinitro-diammine platinum or the like may be used.
【００５４】白金ールテニウムの合金触媒を構成するル
テニウムの出発原料として、塩化ルテニウムを用いた場
合について述べたが、ペンタクロロ・ルテニウム酸カリ
ウム、ヘキサアンミン・ルテニウム塩化物等を使っても
よい。Although the case where ruthenium chloride is used as the starting material of ruthenium which constitutes the platinum ruthenium alloy catalyst has been described, potassium pentachloro ruthenate, hexaammine ruthenium chloride and the like may be used.
【００５５】また、この実施例では、カーボン粉上に先
ず最初に白金を析出させた後、次にルテニウムを析出さ
せ、最後に白金とルテニウムを合金化させて、合金触媒
を製作しているが、これに換えて、カーボン粉上に先ず
最初にルテニウムを析出させた後、次に白金を析出さ
せ、最後に白金とルテニウムを合金化させて、合金触媒
を製作する構成としてもよい。あるいは、カーボン粉上
に白金とルテニウムを同時に析出させた後、白金とルテ
ニウムを合金化させて、合金触媒を製作する構成として
もよい。In this embodiment, platinum is first deposited on carbon powder, ruthenium is deposited next, and platinum and ruthenium are finally alloyed to produce an alloy catalyst. Alternatively, ruthenium may be first deposited on the carbon powder, platinum may be deposited next, and platinum and ruthenium may be finally alloyed to produce an alloy catalyst. Alternatively, platinum and ruthenium may be simultaneously deposited on the carbon powder, and then platinum and ruthenium may be alloyed to produce an alloy catalyst.
【００５６】なお、これまでの実施態様では、白金とル
テニウムとの合金触媒は、カーボン粉上に担持されてい
たが、電解質膜２１またはガス拡散層３１に直接担持さ
せる構成としてもよい。あるいは、所望の原子比の白金
−ルテニウムの合金のターゲットを使い、スパッタ法で
触媒反応層を形成する構成としてもよい。また、電解質
膜２１またはガス拡散層３１を被照射体として、真空チ
ャンバー内にセットし、所望の原子比の白金−ルテニウ
ムの合金のターゲットから直接合金状態で、被照射体上
に析出させる構成としてもよい。In the above embodiments, the alloy catalyst of platinum and ruthenium is supported on the carbon powder, but it may be supported directly on the electrolyte membrane 21 or the gas diffusion layer 31. Alternatively, the catalyst reaction layer may be formed by a sputtering method using a target of a platinum-ruthenium alloy having a desired atomic ratio. In addition, the electrolyte membrane 21 or the gas diffusion layer 31 is set as an irradiation target in a vacuum chamber, and a target of a platinum-ruthenium alloy having a desired atomic ratio is directly alloyed and deposited on the irradiation target. Good.
【００５７】カソード２３は、アノード２２側と同様
に、カーボンペーパまたはカーボンクロスにより形成さ
れたガス拡散層を備え、そのガス拡散層の電解質膜２１
側の表面に触媒反応層を備える。なお、このガス拡散層
はアノード２２側のガス拡散層３１と同じ構成である
が、触媒反応層については、アノード２２側のように白
金とルテニウムとの合金を担持するものではなく、白金
だけを担持したカーボン粉を凝集・積層したものであ
る。この白金を担持したカーボン粉は周知のものであ
り、その製造製造方法についてはここでは詳しい説明は
省略する。なお、カソード２３の触媒反応層は、白金に
換えて、白金とルテニウム等の第２元素との合金を用い
た構成としてもよい。The cathode 23 is provided with a gas diffusion layer formed of carbon paper or carbon cloth similarly to the anode 22 side, and the electrolyte membrane 21 of the gas diffusion layer is provided.
The side surface is provided with a catalytic reaction layer. Although this gas diffusion layer has the same structure as the gas diffusion layer 31 on the anode 22 side, the catalytic reaction layer does not carry an alloy of platinum and ruthenium as on the anode 22 side, but only platinum. The carbon powder carried is aggregated and laminated. This carbon powder carrying platinum is well known, and a detailed description of its manufacturing method is omitted here. Note that the catalytic reaction layer of the cathode 23 may be configured to use an alloy of platinum and a second element such as ruthenium instead of platinum.
【００５８】セパレータ２４，２５は、ち密質のカーボ
ンプレートにより形成されている。また、アノード２２
側のセパレータ２４には、複数のリブが形成されてお
り、このリブとアノード２２の表面とで燃料ガスの流路
溝２４ｐを形成する。一方、カソード２３側のセパレー
タ２５にも、複数のリブが形成されており、このリブと
カソード２３の表面とで酸化ガスの流路溝２５ｐを形成
する。集電板２６，２７は、銅（Ｃｕ）により形成され
ている。The separators 24 and 25 are formed of a dense carbon plate. The anode 22
A plurality of ribs are formed in the separator 24 on the side, and the ribs and the surface of the anode 22 form a fuel gas channel groove 24p. On the other hand, a plurality of ribs are also formed on the separator 25 on the cathode 23 side, and the ribs and the surface of the cathode 23 form a flow channel 25p for the oxidizing gas. The current collectors 26 and 27 are formed of copper (Cu).
【００５９】以上説明したのが燃料電池スタック１０の
単一セルの構成であるが、実際には、セパレータ２４，
アノード２２，電解質膜２１，カソード２３，セパレー
タ２５をこの順に複数組積層して、その外側に集電板２
６，２７を配置することにより、燃料電池スタック１０
は構成されている。Although the structure of the single cell of the fuel cell stack 10 has been described above, in practice, the separator 24,
A plurality of sets of the anode 22, the electrolyte membrane 21, the cathode 23, and the separator 25 are laminated in this order, and the current collector plate 2 is provided outside thereof.
By disposing 6, 27, the fuel cell stack 10
Is composed.
【００６０】図３に戻り、改質器１６について次に説明
する。改質器１６は、改質反応部１６ａ、シフト反応部
１６ｂおよび部分酸化反応部１６ｃから構成された周知
のもので、この改質器１６により、一酸化炭素の低減さ
れた高品質の水素リッチガスを供給することができる。Returning to FIG. 3, the reformer 16 will be described next. The reformer 16 is a well-known one that is composed of a reforming reaction section 16a, a shift reaction section 16b, and a partial oxidation reaction section 16c. With this reformer 16, high-quality hydrogen-rich gas with reduced carbon monoxide is produced. Can be supplied.
【００６１】燃料ガス供給通路１８は、改質器１６と燃
料電池スタック１０のアノード側ガス入口１０ｉとをつ
なぐものであり、実際は、アノード側ガス入口１０ｉ
は、図示しないマニホールドに接続されており、このマ
ニホールドを介して燃料電池スタック１０の燃料ガス側
の複数の流路溝２４ｐに分岐接続されている。一方、燃
料電池スタック１０のアノード側ガス出口１０ｅは、図
示しないマニホールドに接続されており、このマニホー
ルドを介して燃料電池スタック１０の複数の流路溝２４
ｐ（燃料ガス供給通路１８とは反対側から接続）と分岐
接続される。The fuel gas supply passage 18 connects the reformer 16 and the anode side gas inlet 10i of the fuel cell stack 10, and in reality, the anode side gas inlet 10i.
Is connected to a manifold (not shown), and is branched and connected to the plurality of flow channel grooves 24p on the fuel gas side of the fuel cell stack 10 via this manifold. On the other hand, the anode-side gas outlet 10e of the fuel cell stack 10 is connected to a manifold (not shown), and the plurality of flow channel grooves 24 of the fuel cell stack 10 are connected via this manifold.
p (connected from the side opposite to the fuel gas supply passage 18) is branched and connected.
【００６２】こうして構成された燃料電池システム１で
は、メタノールタンク１２に貯留されたメタノールと水
タンク１４に貯留された水とから、改質器１６により水
素リッチガスが製造され、その水素リッチガスは、燃料
ガスとして燃料ガス供給通路１８を流れて燃料電池スタ
ック１０のアノード２２側の流路溝２４ｐに送られる。
この燃料ガスは流路溝２４ｐを伝わってアノード２２に
取り込まれつつ、その残余分は燃料ガス排出通路１９か
ら外部に送られる。一方、図示はしないが、酸化ガス源
に貯えられた酸化ガスは酸化ガス供給通路を流れて燃料
電池スタック１０のカソード２３側の流路溝２５ｐに送
られる。この酸化ガスは流路溝２５ｐを伝わってカソー
ド２３に取り込まれつつ、その残余分は図示しない酸化
ガス排出通路から外部に送られる。In the fuel cell system 1 thus constructed, the hydrogen-rich gas is produced by the reformer 16 from the methanol stored in the methanol tank 12 and the water stored in the water tank 14, and the hydrogen-rich gas is used as the fuel. The gas flows through the fuel gas supply passage 18 and is sent to the flow path groove 24p on the anode 22 side of the fuel cell stack 10.
While this fuel gas is taken into the anode 22 through the flow path groove 24p, the remainder is sent from the fuel gas discharge passage 19 to the outside. On the other hand, although not shown, the oxidizing gas stored in the oxidizing gas source flows through the oxidizing gas supply passage and is sent to the channel groove 25p on the cathode 23 side of the fuel cell stack 10. While this oxidizing gas is taken into the cathode 23 along the flow path groove 25p, the remainder thereof is sent to the outside from an oxidizing gas discharge passage (not shown).
【００６３】この結果、燃料電池スタック１０は、次式
（４）および（５）に示した電気化学反応を行ない、化
学エネルギを直接電気エネルギに変換する。As a result, the fuel cell stack 10 carries out the electrochemical reaction represented by the following equations (4) and (5) to directly convert the chemical energy into the electrical energy.
【００６４】 カソード反応（酸素極）：２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ …（４） アノード反応（燃料極）：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- …（５）Cathode reaction (oxygen electrode): 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O (4) Anode reaction (fuel electrode): H 2 → 2H + + 2e − (5)
【００６５】この電気化学反応は、アノード２２側の流
路溝２４ｐを流れる燃料ガスがアノード２２の触媒反応
層３３へ拡散するとともに、カソード２３側の流路溝２
５ｐを流れる酸素含有ガスがカソード２３の触媒反応層
３３へ拡散することにより連続してなされる。In this electrochemical reaction, the fuel gas flowing through the channel groove 24p on the anode 22 side diffuses into the catalytic reaction layer 33 of the anode 22 and the channel groove 2 on the cathode 23 side.
The oxygen-containing gas flowing through 5 p is continuously diffused into the catalytic reaction layer 33 of the cathode 23.
【００６６】以上のように構成された燃料電池システム
１では、アノード２２に使用される合金触媒３３ａの白
金とルテニウムとの原子比が８５：１５に定められてい
るので、ルテニウムの使用量を低減して、触媒のコスト
ダウンを図ることができる。このコストダウン率は、前
述した図２に示すように、原子比が５０：５０の場合に
比べて２０％にも達する。しかも、図２に示すように、
ルテニウムの使用量を低減したにも拘らず、耐ＣＯ被毒
性能は７．５％の低下しかない。したがって、この実施
例に使用された合金触媒３３ａは、耐ＣＯ被毒性能を低
下させることなく、コストダウンを図ることができると
言った効果を奏する。In the fuel cell system 1 configured as described above, since the atomic ratio of platinum to ruthenium of the alloy catalyst 33a used for the anode 22 is set to 85:15, the amount of ruthenium used is reduced. As a result, the cost of the catalyst can be reduced. As shown in FIG. 2, the cost reduction rate reaches 20% as compared with the case where the atomic ratio is 50:50. Moreover, as shown in FIG.
Despite reducing the amount of ruthenium used, the CO poisoning resistance performance is only 7.5% lower. Therefore, the alloy catalyst 33a used in this example has an effect that the cost can be reduced without lowering the CO poisoning resistance performance.
【００６７】なお、この実施例の合金触媒３３ａを、前
述したように、白金とルテニウムとの原子比を、８５：
１５から５５：４５までの範囲に定めた構成とした場合
にも、耐ＣＯ被毒性能を低下させることなく、コストダ
ウンを図ることができる。また、その合金触媒における
原子比を、８５：１５から７０：３０までの範囲に定め
た場合には、耐ＣＯ被毒性能を低下させることなく、よ
り一層のコストダウンを図ることができる。In the alloy catalyst 33a of this example, the atomic ratio of platinum to ruthenium was 85:
Even in the case of the configuration defined in the range of 15 to 55:45, the cost can be reduced without lowering the CO poisoning resistance performance. Further, when the atomic ratio of the alloy catalyst is set in the range of 85:15 to 70:30, the cost can be further reduced without lowering the CO poisoning resistance performance.
【００６８】この発明の第２実施例について次に説明す
る。この第２実施例の燃料電池システムは、前述した第
１実施例の燃料電池システム１と比較して、燃料電池ス
タック１０におけるアノード側の触媒反応層３３に備え
られる合金触媒の成分が相違し、その他の構成について
は同一のものである。The second embodiment of the present invention will be described below. The fuel cell system of the second embodiment differs from the fuel cell system 1 of the first embodiment described above in the components of the alloy catalyst provided in the catalyst reaction layer 33 on the anode side of the fuel cell stack 10, The other configurations are the same.
【００６９】図７は、この第２実施例におけるアノード
１２２付近を示す模式図である。図７に示すように、ア
ノード１２２に備えられる触媒反応層１３３は、燃料ガ
スの流路溝２４ｐの長手方向におけるガス入口側とガス
出口側とに区分けされた２つの領域１５０，１５２から
構成されている。ガス入口側の第１の領域１５０は、白
金１５０ａを担持したカーボン粉１５０ｂを凝集・集積
したものである。一方、ガス出口側の第２の領域１５２
は、白金とルテニウムとを５０：５０の原子比で合金化
した合金１５２ａを担持したカーボン粉１５２ｂを凝集
・積層したものである。FIG. 7 is a schematic diagram showing the vicinity of the anode 122 in this second embodiment. As shown in FIG. 7, the catalytic reaction layer 133 provided in the anode 122 is composed of two regions 150 and 152 divided into a gas inlet side and a gas outlet side in the longitudinal direction of the fuel gas flow channel 24p. ing. The first region 150 on the gas inlet side is formed by aggregating and accumulating carbon powder 150b carrying platinum 150a. On the other hand, the second region 152 on the gas outlet side
Is obtained by aggregating and stacking carbon powder 152b carrying an alloy 152a obtained by alloying platinum and ruthenium at an atomic ratio of 50:50.
【００７０】以上詳述したように、第２実施例における
燃料電池スタック１０は、単一セル内において、ガス流
路溝２４ｐのガス入口側には白金触媒が、ガス流路溝２
４ｐのガス出口側には５０：５０の白金とルテニウムの
合金触媒が用いられている。単一セル内において、ガス
流路溝２４ｐを流れる燃料ガスは、燃料電池の発電に伴
い、ガス出口側に近づくほど一酸化炭素濃度は高くなっ
ており、ガス入口側では一酸化炭素濃度は低い。このた
め、前述したように、ガス入口側を耐ＣＯ被毒性能の低
い白金触媒としても、ＣＯ被毒の防止の程度を低下させ
ることもなく、その上で、ルテニウムの原子量の比率を
０にして、触媒のコストダウンを図ることができる。As described in detail above, in the fuel cell stack 10 according to the second embodiment, the platinum catalyst is provided on the gas inlet side of the gas passage groove 24p and the gas passage groove 2 in the single cell.
A 50:50 alloy catalyst of platinum and ruthenium is used on the gas outlet side of 4p. In the single cell, the fuel gas flowing through the gas passage groove 24p has a higher carbon monoxide concentration toward the gas outlet side as the fuel cell generates power, and a lower carbon monoxide concentration at the gas inlet side. . Therefore, as described above, even if the gas inlet side is a platinum catalyst with low CO poisoning resistance, the degree of prevention of CO poisoning is not reduced, and the atomic weight ratio of ruthenium is set to 0. As a result, the cost of the catalyst can be reduced.
【００７１】第２実施例の第１の変形例について次に説
明する。前記第２実施例では、触媒反応層１３３のガス
出口側の第２の領域１５２に、白金とルテニウムの原子
比が５０：５０の合金触媒（従来のもの）を用いていた
が、これに換えて、白金とルテニウムの原子比が８５：
１５となる合金触媒（第１実施例で用いたもの）を用い
る構成してもよい。白金とルテニウムの原子比が８５：
１５となる合金触媒は、第１実施例で説明したように、
耐ＣＯ被毒性能に優れ、それでいてコストが低いもので
あることから、燃料電池システム１全体のコストダウン
を図ることができる。A first modification of the second embodiment will be described next. In the second embodiment, an alloy catalyst (conventional one) having an atomic ratio of platinum and ruthenium of 50:50 was used in the second region 152 on the gas outlet side of the catalytic reaction layer 133. And the atomic ratio of platinum to ruthenium is 85:
The alloy catalyst of No. 15 (the one used in the first embodiment) may be used. The atomic ratio of platinum to ruthenium is 85:
The alloy catalyst of No. 15 is, as described in the first embodiment,
Since the CO poisoning resistance is excellent and the cost is low, the cost of the fuel cell system 1 as a whole can be reduced.
【００７２】なお、上記第１の変形例において、第２の
領域１５２における白金とルテニウムの合金触媒は、そ
の原子比が８５：１５のものに限らず、これに換えて、
８５：１５から５５：４５までの範囲に定めた構成とし
てもよく、好ましくは、８５：１５から７０：３０まで
の範囲に定めてもよい。この構成によっても、触媒コス
トを低減することができる。In the first modification, the alloy catalyst of platinum and ruthenium in the second region 152 is not limited to the atomic ratio of 85:15, but instead of this,
The structure may be set in the range of 85:15 to 55:45, and preferably in the range of 85:15 to 70:30. Also with this configuration, the catalyst cost can be reduced.
【００７３】なお、上記第１の変形例は、燃料電池スタ
ック１０のアノード側ガス入口において一酸化炭素濃度
が低い場合（例えば、１００ｐｐｍ未満）の例であり、
アノード側ガス入口において一酸化炭素濃度が高い場合
（１００ｐｐｍ以上）には、以下に示す第２の変形例の
構成となる。The first modified example is an example in which the concentration of carbon monoxide at the anode gas inlet of the fuel cell stack 10 is low (for example, less than 100 ppm),
When the carbon monoxide concentration is high at the anode gas inlet (100 ppm or more), the configuration of the second modified example shown below is obtained.
【００７４】第２実施例の第２の変形例について次に説
明する。前記第２実施例では、触媒反応層１３３のガス
入口側の第１の領域１５０を白金触媒としたが、これに
換えて、白金とルテニウムの原子比が８５：１５の合金
触媒（第１実施例で用いたもの）とする。触媒反応層１
３３のガス出口側の第２の領域１５２については、第２
実施例と同じ、白金とルテニウムの原子比が５０：５０
の合金触媒とする。即ち、触媒反応層１３３のガス入口
側の合金触媒を、ガス出口側の合金触媒に比べてルテニ
ウムの原子比が低い合金触媒とする。A second modification of the second embodiment will be described next. In the second embodiment, the first region 150 on the gas inlet side of the catalytic reaction layer 133 is a platinum catalyst, but instead of this, an alloy catalyst having an atomic ratio of platinum and ruthenium of 85:15 (first embodiment) is used. The one used in the example). Catalytic reaction layer 1
The second area 152 on the gas outlet side of 33 is
As in the example, the atomic ratio of platinum to ruthenium is 50:50.
Alloy catalyst. That is, the alloy catalyst on the gas inlet side of the catalytic reaction layer 133 is an alloy catalyst having a lower ruthenium atomic ratio than the alloy catalyst on the gas outlet side.
【００７５】この第２の変形例によれば、第２実施例と
同様に、燃料ガス中の一酸化炭素濃度が低いガス入口側
に、耐ＣＯ被毒性能の低い、ルテニウムの原子比の低い
合金触媒を使用することで、触媒のＣＯ被毒の防止と、
触媒のコストダウンとの両立を図ることができる。According to the second modification, as in the second embodiment, the CO poisoning resistance is low and the ruthenium atomic ratio is low on the gas inlet side where the carbon monoxide concentration in the fuel gas is low. Use of alloy catalyst prevents CO poisoning of the catalyst and
It is possible to achieve both cost reduction of the catalyst.
【００７６】なお、上記第２の変形例において、第１の
領域１５０における白金とルテニウムの合金触媒は、そ
の原子比が８５：１５のものに限らず、８５：１５から
７０：３０までの範囲に定めた構成としてもよく、一
方、第２の領域１５２においては、５０：５０のものに
限らず、６０：４０から４０：６０までの範囲に定めた
構成としてもよい。In the second modification, the alloy catalyst of platinum and ruthenium in the first region 150 is not limited to the atomic ratio of 85:15, but ranges from 85:15 to 70:30. On the other hand, the second region 152 is not limited to the configuration of 50:50, and the configuration may be determined in the range of 60:40 to 40:60.
【００７７】上記第１および第２の変形例では、単一セ
ルにおける触媒反応層１３３をガス入口側と出口側とに
２つに区分けしたが、これに換えて３以上の数に区分け
するようにして、ガス出口側に近づくにつれて、ルテニ
ウムの全体に対する原子比を大きくした合金触媒を使用
するように構成してもよい。燃料ガス流路溝２４ｐを通
過する燃料ガス中の一酸化炭素濃度は、前述したよう
に、ガス出口側に近づくほど徐々に高くなることから、
前述したようにより多くの数に区分けしてルテニウムの
原子比を変えることでき、きめ細かく、触媒のＣＯ被毒
の防止と触媒のコストダウンとに対応することができ
る。In the first and second modified examples, the catalytic reaction layer 133 in a single cell is divided into two parts, one on the gas inlet side and the other on the gas outlet side. Instead, it may be divided into three or more. Then, the alloy catalyst may be used in which the atomic ratio of ruthenium to the whole is increased toward the gas outlet side. As described above, the carbon monoxide concentration in the fuel gas passing through the fuel gas passage groove 24p gradually increases as it approaches the gas outlet side.
As described above, the atomic ratio of ruthenium can be changed by dividing it into a larger number, and it is possible to finely cope with prevention of CO poisoning of the catalyst and cost reduction of the catalyst.
【００７８】この発明の第３実施例について次に説明す
る。第３実施例の燃料電池システムは、前述した燃料ガ
ス中の一酸化炭素濃度勾配を、第２実施例のように単一
セル内ではなく、複数セルからなる燃料電池スタック全
体について考察したものである。燃料電池スタック全体
でみれば、スタックのガス入口に近いセルほど一酸化炭
素濃度が低く、ガス出口に近いセルほど一酸化炭素濃度
が高くなる。したがって、アノード側の触媒反応層にお
いては、ガス出口に近いセルほど高い耐ＣＯ被毒性が求
められる。The third embodiment of the present invention will be described below. In the fuel cell system according to the third embodiment, the carbon monoxide concentration gradient in the fuel gas described above is considered not for the single cell as in the second embodiment but for the entire fuel cell stack including a plurality of cells. is there. In the entire fuel cell stack, the cells closer to the gas inlet of the stack have a lower carbon monoxide concentration, and the cells closer to the gas outlet have a higher carbon monoxide concentration. Therefore, in the catalytic reaction layer on the anode side, higher CO poisoning resistance is required for cells closer to the gas outlet.
【００７９】第３実施例の燃料電池システムは、前述し
た第１実施例の燃料電池システム１と比較して、燃料電
池のアノード側の触媒反応層３３に備えられる合金触媒
の成分が相違し、その他の構成については同一のもので
ある。なお、第１実施例では、燃料電池スタック１０
は、単一セルを複数積層したものであると説明したが、
この第３実施例の説明の都合から、その燃料電池スタッ
ク１０の実際の概略構造について、図８を用いてまず説
明する。The fuel cell system of the third embodiment differs from the fuel cell system 1 of the first embodiment described above in the components of the alloy catalyst provided in the catalytic reaction layer 33 on the anode side of the fuel cell. The other configurations are the same. In the first embodiment, the fuel cell stack 10
Explains that it is a stack of multiple single cells,
For convenience of description of the third embodiment, an actual schematic structure of the fuel cell stack 10 will be first described with reference to FIG.
【００８０】図８に示すように、燃料電池スタック１０
は、図４，図５で示したアノード２２，電解質膜２１，
カソード２３を備える単一セルをセパレータ２１０で挟
んで複数積層したものである。このセパレータ２１０
は、図４，図５で示した単一セルのセパレータ２５、２
６を接合した構成で、一方側の単一セルのアノード２２
の表面とで燃料ガス流路溝２４ｐを形成し、他方側の単
一セルのカソード２３の表面とで酸素含有ガス流路溝２
５ｐを形成する。なお、図中、最も左側に位置する第１
セル１０Ａの外側には、燃料ガス流路溝２４ｐだけを形
成するセパレータ２２０が配置され、最も右側に位置す
る第３セル１０Ｃの外側には、酸素含有ガス流路溝２５
ｐだけを形成するセパレータ２３０が配置されている。As shown in FIG. 8, the fuel cell stack 10
Is the anode 22, the electrolyte membrane 21 shown in FIGS.
A single cell having a cathode 23 is sandwiched between separators 210 and a plurality of layers are stacked. This separator 210
Is the single-cell separator 25, 2 shown in FIGS.
A single cell anode 22 on one side with a structure in which 6 are joined.
To form a fuel gas flow passage groove 24p, and to form the oxygen-containing gas flow passage groove 2 with the surface of the cathode 23 of the single cell on the other side.
5p is formed. In addition, in the figure, the first leftmost position
A separator 220 that forms only the fuel gas passage groove 24p is arranged outside the cell 10A, and an oxygen-containing gas passage groove 25 is formed outside the third cell 10C located on the rightmost side.
A separator 230 forming only p is arranged.
【００８１】さらに、燃料電池スタック１０は、これら
セパレータ２２０，２３０の外側に配置される冷却プレ
ート２４０，２５０と、冷却プレート２４０，２５０の
さらに外側に配置される集電板２６，２７（図４、図５
で示したもの）と、これら全体を両側から絶縁板２６
０，２７０を介して挟むエンドプレート２８０，２９０
とを備え、さらにエンドプレート２８０，２９０を外側
から締め付ける締め付けボルト２９５とを備える。Further, in the fuel cell stack 10, the cooling plates 240 and 250 arranged outside the separators 220 and 230 and the current collecting plates 26 and 27 arranged outside the cooling plates 240 and 250 (see FIG. 4). , Fig. 5
And the insulating plate 26 from both sides.
End plates 280 and 290 sandwiched by 0 and 270
And a tightening bolt 295 for tightening the end plates 280, 290 from the outside.
【００８２】こうして構成された燃料電池スタック１０
の燃料ガスに関わる通路（燃料ガス通路）について、次
に説明する。図３に示すように、改質器１６から送られ
てきた燃料ガスは、燃料ガス供給通路１８を介して燃料
電池スタック１０に供給される。この燃料ガス供給通路
１８は、図８に示すように、燃料電池スタック１０の図
中、最も左側に位置する第１セル１０Ａのセパレータ２
１０に形成された流路溝２４ｐの入口に接続される。ま
た、第１セル１０Ａの流路溝２４ｐの出口は、ガス通路
２９７を介して、図中、右隣に位置する第２セル１０Ｂ
のセパレータ２１０に形成された流路溝２４ｐの入口に
接続される。さらに、第２セル１０Ｂの流路溝２４ｐの
出口は、ガス通路２９８を介して、図中、最も右に位置
する第３セル１０Ｃのセパレータ２２０に形成された流
路溝２４ｐの入口に接続される。第３セルの流路溝２４
ｐの出口は、図３で示した燃料ガス排出通路１９に接続
される。The fuel cell stack 10 thus constructed
Next, the passage related to the fuel gas (fuel gas passage) will be described. As shown in FIG. 3, the fuel gas sent from the reformer 16 is supplied to the fuel cell stack 10 via the fuel gas supply passage 18. This fuel gas supply passage 18 is, as shown in FIG. 8, a separator 2 of the first cell 10A located on the leftmost side of the fuel cell stack 10 in the figure.
It is connected to the inlet of the flow path groove 24p formed in 10. The outlet of the flow path groove 24p of the first cell 10A is located on the right side of the second cell 10B in the figure via the gas passage 297.
Is connected to the inlet of the flow channel 24p formed in the separator 210. Further, the outlet of the flow channel 24p of the second cell 10B is connected to the inlet of the flow channel 24p formed in the separator 220 of the third cell 10C located on the rightmost side in the figure via the gas passage 298. It Channel groove 24 of the third cell
The outlet of p is connected to the fuel gas discharge passage 19 shown in FIG.
【００８３】即ち、燃料ガス通路は、燃料電池スタック
１０内の複数（図８の例では３つ）のセル１０Ａ、１０
Ｂ，１０Ｃを順に上流側から直列に接続したものとなっ
ている。なお、図８においては、各セル１０Ａ〜１０Ｃ
のカソード２３側の酸素含有ガス流路溝２５ｐに接続さ
れる酸素含有ガスについての通路を省略し、さらには、
冷却プレート２４０、２５０に接続される冷却水につい
ての通路を省略してある。That is, the fuel gas passage has a plurality of (three in the example of FIG. 8) cells 10A, 10 in the fuel cell stack 10.
B and 10C are sequentially connected in series from the upstream side. In addition, in FIG. 8, each cell 10A-10C
The passage for the oxygen-containing gas connected to the oxygen-containing gas passage groove 25p on the cathode 23 side of is omitted, and further,
The passage for cooling water connected to the cooling plates 240 and 250 is omitted.
【００８４】燃料電池スタック内の第１ないし第３セル
１０Ａ、１０Ｂ，１０Ｃのアノード２２で使用される合
金触媒について、次に説明する。このアノード２２に使
用される触媒反応層は、前記第１実施例では、前記全て
のセル１０Ａ、１０Ｂ，１０Ｃ共、白金とルテニウムと
の原子比が８５：１５となる合金触媒が用いられていた
が、この第３実施例では、それぞれ異なった組成比の合
金触媒が用いられている。燃料ガス通路の最も上流側に
位置する第１セル１０Ａのアノード２２には、白金単体
の触媒が用いられており、最も下流側に位置する第３セ
ル１０Ｃのアノード２２には、白金とルテニウムとの原
子比が７０：３０の合金触媒が用いられている。なお、
中間の第２セル１０Ｂのアノード２２には、第１セル１
０Ａ側よりルテニウムの比率が高く、第３セル１０Ｃ側
よりルテニウムの比率が低い、例えば、白金とルテニウ
ムとの原子比が８５：１５である合金触媒が用いられて
いる。The alloy catalyst used in the anode 22 of the first to third cells 10A, 10B, 10C in the fuel cell stack will be described below. As the catalytic reaction layer used for the anode 22, an alloy catalyst having an atomic ratio of platinum and ruthenium of 85:15 was used in all the cells 10A, 10B and 10C in the first embodiment. However, in the third embodiment, alloy catalysts having different composition ratios are used. A catalyst of platinum alone is used for the anode 22 of the first cell 10A located on the most upstream side of the fuel gas passage, and platinum and ruthenium are used for the anode 22 of the third cell 10C located on the most downstream side. An alloy catalyst having an atomic ratio of 70:30 is used. In addition,
The anode 22 of the intermediate second cell 10B includes the first cell 1
An alloy catalyst having a higher ruthenium ratio than the 0A side and a lower ruthenium ratio than the third cell 10C side, for example, an atomic ratio of platinum to ruthenium of 85:15 is used.
【００８５】燃料ガス中の一酸化炭素濃度は、燃料電池
スタック１０の全体においても、ガス出口に近づくほど
高くなり、ガス入口では低い。このため、前述したよう
に、ガス入口側のセル１０Ａを耐ＣＯ被毒性能の低い白
金触媒としても、ＣＯ被毒の防止の程度を低下させるこ
ともなく、その上で、ルテニウムの原子量の比率を０に
して、触媒のコストダウンを図ることができる。The concentration of carbon monoxide in the fuel gas also increases in the entire fuel cell stack 10 as it approaches the gas outlet, and is lower at the gas inlet. Therefore, as described above, even if the cell 10A on the gas inlet side is a platinum catalyst having a low CO poisoning resistance, the degree of prevention of CO poisoning is not lowered, and the atomic weight ratio of ruthenium is further reduced. Can be set to 0 to reduce the cost of the catalyst.
【００８６】第３実施例の変形例について次に説明す
る。この変形例では、燃料ガス通路の最も上流側に位置
する第１セル１０Ａには、白金とルテニウムとの原子比
が８５：１５の合金触媒が用いられ、最も下流側に位置
する第３セル１０Ｃのアノード２２には、白金とルテニ
ウムとの原子比が５０：５０の合金触媒が用いられてい
る。中間の第２セル１０Ｂには、白金とルテニウムとの
原子比が７０：３０の合金触媒が用いられている。A modification of the third embodiment will be described below. In this modification, an alloy catalyst having an atomic ratio of platinum to ruthenium of 85:15 is used in the first cell 10A located on the most upstream side of the fuel gas passage, and the third cell 10C located on the most downstream side is used. An alloy catalyst having an atomic ratio of platinum to ruthenium of 50:50 is used for the anode 22. An alloy catalyst having an atomic ratio of platinum to ruthenium of 70:30 is used in the intermediate second cell 10B.
【００８７】この変形例においても、燃料ガス中の一酸
化炭素濃度が高くなるにつれて、各セルのアノード２２
の合成触媒は、ルテニウムの比率が高くなっている。し
たがって、前記第３実施例と同様に、ＣＯ被毒の防止の
程度を低下させることなく、その上で、燃料ガスの上流
側で使用される合成触媒のルテニウムの比率を低下させ
て、触媒のコストダウンを図ることができる。なお、前
記第３実施例で、最も上流側のセル１０Ａのアノード２
２に白金触媒を用いたのは、燃料電池スタック１０のア
ノード側ガス入口において一酸化炭素濃度が低い場合
（例えば、１００ｐｐｍ未満）の例であり、アノード側
ガス入口において一酸化炭素濃度が高い場合（１００ｐ
ｐｍ以上）には、上記変形例のように、最も上流側のセ
ル１０Ａのアノード２２には、８５：１５の合金触媒を
用いることで、触媒の耐ＣＯ被毒性能を高める必要があ
る。Also in this modification, as the concentration of carbon monoxide in the fuel gas increases, the anode 22 of each cell increases.
The synthetic catalyst has a high ratio of ruthenium. Therefore, as in the case of the third embodiment, without lowering the degree of CO poisoning prevention, the ruthenium ratio of the synthetic catalyst used upstream of the fuel gas is reduced to reduce the catalyst content. The cost can be reduced. In the third embodiment, the anode 2 of the most upstream cell 10A is
The case where the platinum catalyst is used in No. 2 is an example of the case where the carbon monoxide concentration at the anode gas inlet of the fuel cell stack 10 is low (for example, less than 100 ppm), and the carbon monoxide concentration is high at the anode gas inlet. (100p
pm or more), it is necessary to enhance the CO poisoning resistance performance of the catalyst by using an 85:15 alloy catalyst for the anode 22 of the most upstream cell 10A, as in the above modification.
【００８８】なお、上記変形例で、最も上流側のセル１
０Ａのアノード２２には、原子比が８５：１５から５
５：４５までの白金ールテニウム合金を用いることが好
ましい。なお、従来からある５０：５０の白金ールテニ
ウム合金を用いた構成としてもよい。In the above modification, the most upstream cell 1
The anode 22 of 0 A has an atomic ratio of 85:15 to 5
It is preferable to use a platinum ruthenium alloy up to 5:45. A conventional 50:50 platinum ruthenium alloy may be used.
【００８９】この発明の第４実施例について次に説明す
る。第４実施例の燃料電池システムは、前述した第３実
施例の燃料電池システムと比較して、次の点が相違し、
その他の構成については同一である。第３実施例では、
燃料電池スタック１０には、２枚の冷却プレート２４
０，２５０が設けられていたが、この実施例の燃料電池
スタック１０には、図８中、最も右側に位置する冷却プ
レート２５０が除かれ、冷却プレート２４０は最も左側
に一つだけ設けられているものとする。さらに、この第
４実施例は、第１実施例と比較して、燃料電池のアノー
ド側の触媒反応層３３に備えられる合金触媒の成分が相
違する。The fourth embodiment of the present invention will be described below. The fuel cell system of the fourth embodiment differs from the fuel cell system of the third embodiment described above in the following points,
The other configurations are the same. In the third embodiment,
The fuel cell stack 10 includes two cooling plates 24.
0 and 250 are provided, the fuel cell stack 10 of this embodiment does not include the cooling plate 250 located on the rightmost side in FIG. 8, and only one cooling plate 240 is provided on the leftmost side. Be present. Further, the fourth embodiment differs from the first embodiment in the components of the alloy catalyst provided in the catalytic reaction layer 33 on the anode side of the fuel cell.
【００９０】一般に、燃料電池スタックの冷却プレート
は、小型化、軽量化のために、各セルごとに１枚ずつ配
置させるのではなく、数枚のセルに一枚の割合で挿入さ
れることになり、燃料電池セルから見ると、セルのすぐ
そばに冷却プレートがある場合と、隣合うセルのさらに
向こう側に冷却プレートがある場合とが生じる。このた
め、燃料電池の発電にともなう各セルの発熱量が同じで
あれば、冷却プレートに隣合うセルは充分に冷却される
ために、セル温度が低くなる。これに対して、直接冷却
プレートに隣合わないセルは充分に冷却されないため
に、直接冷却プレートに隣合うセルに比べてセル温度が
高くなる。Generally, the cooling plates of the fuel cell stack are inserted into a few cells at a rate of one instead of arranging one cooling cell in each cell in order to reduce the size and weight. When viewed from the fuel cell, there are cases where there is a cooling plate in the immediate vicinity of the cell and cases where there is a cooling plate further on the far side of the adjacent cell. For this reason, if the heat generation amount of each cell due to the power generation of the fuel cell is the same, the cells adjacent to the cooling plate are sufficiently cooled, and the cell temperature becomes low. On the other hand, since the cells that are not directly adjacent to the cooling plate are not sufficiently cooled, the cell temperature is higher than that of the cells that are directly adjacent to the cooling plate.
【００９１】従って、この第４実施例では、冷却プレー
ト２４０に近い、図８中、最も左側に位置する第１セル
１０Ａがセル温度が低く、第２セル１０Ｂ，第３セル１
０Ｃと冷却プレート２４０から離れるほど、セル温度が
高くなる。Therefore, in this fourth embodiment, the first cell 10A located on the leftmost side in FIG. 8 near the cooling plate 240 has a low cell temperature, and the second cell 10B, the third cell 1
The farther from 0C and the cooling plate 240, the higher the cell temperature.
【００９２】この第４実施例では、そのセル温度の上昇
に応じて、燃料電池スタック内の第１ないし第３セル１
０Ａ、１０Ｂ，１０Ｃのアノード２２で使用される合金
触媒の組成比が換えられている。即ち、このアノード２
２に使用される触媒反応層は、冷却プレート２４０に直
接隣合い、セル温度が最も低い第１セル１０Ａには、白
金とルテニウムとの原子比が７０：３０の合金触媒が用
いられており、冷却プレート２４０から最も遠く、セル
温度が最も高い第３セル１０Ｃのアノード２２には、白
金単体の触媒が用いられている。なお、中間の第２セル
１０Ｂのアノード２２には、第１セル１０Ａ側よりルテ
ニウムの比率が低く、第３セル１０Ｃ側よりルテニウム
の比率が高い、例えば、白金とルテニウムとの原子比が
８５：１５である合金触媒が用いられている。In the fourth embodiment, the first to third cells 1 in the fuel cell stack are increased in response to the increase in the cell temperature.
The composition ratio of the alloy catalyst used in the anodes 0A, 10B, and 10C is changed. That is, this anode 2
The catalyst reaction layer used in No. 2 is directly adjacent to the cooling plate 240, and an alloy catalyst having an atomic ratio of platinum and ruthenium of 70:30 is used in the first cell 10A having the lowest cell temperature. A catalyst of platinum alone is used for the anode 22 of the third cell 10C that is farthest from the cooling plate 240 and has the highest cell temperature. In the anode 22 of the intermediate second cell 10B, the ratio of ruthenium is lower than that of the first cell 10A side and the ratio of ruthenium is higher than that of the third cell 10C side. For example, the atomic ratio of platinum to ruthenium is 85: An alloy catalyst of No. 15 is used.
【００９３】既に「作用」の項で説明したように、アノ
ードの電極触媒に対するＣＯ被毒の影響とセル温度の関
係は、セル温度が低いほどＣＯ被毒の影響を受けやす
く、セル温度が高いほどＣＯ被毒の影響を受けにくいこ
とが知られている。従って、冷却プレート２４０から最
も遠く、セル温度が最も高い第３セル１０Ｃにおいて
は、耐ＣＯ被毒性能の低い白金触媒としても、ＣＯ被毒
の防止の程度を低下させることもなく、その上で、ルテ
ニウムの原子量の比率を０にして、触媒のコストダウン
を図ることができる。As already described in the section "Action", the relationship between the effect of CO poisoning on the electrode catalyst of the anode and the cell temperature is such that the lower the cell temperature, the more easily it is affected by the CO poisoning and the higher the cell temperature. It is known that CO is less likely to be affected by poisoning. Therefore, in the third cell 10C, which is the farthest from the cooling plate 240 and has the highest cell temperature, even if a platinum catalyst with low CO poisoning resistance is used, the degree of prevention of CO poisoning will not be reduced, and on top of that. By setting the atomic weight ratio of ruthenium to 0, the cost of the catalyst can be reduced.
【００９４】第４実施例の変形例について次に説明す
る。この変形例では、冷却プレート２４０に直接隣合
い、セル温度が最も低い第１セル１０Ａには、白金とル
テニウムとの原子比が５０：５０の合金触媒が用いられ
ており、冷却プレート２４０から最も遠く、セル温度が
最も高い第３セル１０Ｃのアノード２２には、その原子
比が８５：１５の合金触媒が用いられている。なお、中
間の第２セル１０Ｂのアノード２２には、その原子比が
７０：３０である合金触媒が用いられている。A modified example of the fourth embodiment will be described below. In this modification, an alloy catalyst having an atomic ratio of platinum and ruthenium of 50:50 is used in the first cell 10A, which is directly adjacent to the cooling plate 240 and has the lowest cell temperature. An alloy catalyst having an atomic ratio of 85:15 is used for the anode 22 of the third cell 10C, which is far away and has the highest cell temperature. An alloy catalyst having an atomic ratio of 70:30 is used for the anode 22 of the intermediate second cell 10B.
【００９５】この変形例においても、セル温度が高くな
るにつれて、各セルのアノード２２の合成触媒は、ルテ
ニウムの比率が低くなっている。したがって、前記第４
実施例と同様に、ＣＯ被毒の防止の程度を低下させるこ
となく、その上で、冷却プレート２４０から遠ざかるセ
ルのアノード２２で使用される合成触媒のルテニウムの
比率を低下させて、触媒のコストダウンを図ることがで
きる。Also in this modification, the proportion of ruthenium in the synthetic catalyst of the anode 22 of each cell becomes lower as the cell temperature becomes higher. Therefore, the fourth
As in the example, without decreasing the degree of CO poisoning prevention, the proportion of ruthenium in the synthetic catalyst used in the anode 22 of the cell moving away from the cooling plate 240 is reduced to reduce the cost of the catalyst. Can be down.
【００９６】なお、前記第４実施例で、最もルテニウム
の比率が低いセル１０Ｃのアノード２２に白金触媒を用
いたのは、燃料電池スタック１０のアノード側ガス入口
において一酸化炭素濃度が低い場合（例えば、１００ｐ
ｐｍ未満）の例であり、アノード側ガス入口において一
酸化炭素濃度が高い場合（１００ｐｐｍ以上）には、上
記変形例のように、セル１０Ｃのアノード２２には、８
５：１５の合金触媒を用いることで、触媒の耐ＣＯ被毒
性能を高める必要がある。In the fourth embodiment, the platinum catalyst was used for the anode 22 of the cell 10C having the lowest ruthenium ratio when the carbon monoxide concentration at the anode gas inlet of the fuel cell stack 10 was low ( For example, 100p
If the carbon monoxide concentration at the anode gas inlet is high (100 ppm or more), the anode 22 of the cell 10C has 8
It is necessary to enhance the CO poisoning resistance performance of the catalyst by using the alloy catalyst of 5:15.
【００９７】前記第４実施例では、燃料電池スタック内
の各セル単位で、合金触媒のルテニウムの比率を換えて
いたが、単一セル内においても、燃料ガス流路溝２４ｐ
の配置方向等に起因して燃料ガス流路溝２４ｐに温度差
が生じた場合には、その温度勾配に基づいて合金触媒の
ルテニウムの比率を換えるように構成してもよい。In the fourth embodiment, the ratio of ruthenium in the alloy catalyst was changed for each cell unit in the fuel cell stack. However, even in a single cell, the fuel gas passage groove 24p is formed.
When there is a temperature difference in the fuel gas flow channel groove 24p due to the arrangement direction or the like, the ruthenium ratio of the alloy catalyst may be changed based on the temperature gradient.
【００９８】前記第３実施例と第４実施例とを比較する
と、燃料電池スタック内の第１ないし第３セル１０Ａ、
１０Ｂ，１０Ｃのアノード２２で使用される合金触媒の
ルテニウムの比率の増加傾向は、全く正反対であること
がわかる。これは、合金触媒のルテニウムの比率の増加
傾向を、燃料ガス中の一酸化炭素濃度勾配に基づいて定
めたものであるか、温度勾配に基づいて定めたものであ
るかによって違えたためである。前記第３および第４実
施例では、燃料電池スタック１０が３つのセルから構成
された比較的シンプルな例について述べたが、例えば、
自動車に搭載する燃料電池スタックでは、数十〜数百セ
ルから構成されることから、前記一酸化炭素濃度勾配お
よび温度勾配の双方を踏まえた上で、燃料電池スタック
内の各セルの合金触媒のルテニウムの比率を定めること
が可能となる。Comparing the third embodiment and the fourth embodiment, the first to third cells 10A in the fuel cell stack,
It can be seen that the increasing trend of the ruthenium proportion of the alloy catalyst used in the 10B, 10C anode 22 is quite the opposite. This is because the increasing tendency of the ratio of ruthenium in the alloy catalyst was determined depending on whether it was determined based on the carbon monoxide concentration gradient in the fuel gas or the temperature gradient. In the third and fourth embodiments, a relatively simple example in which the fuel cell stack 10 is composed of three cells has been described.
Since the fuel cell stack to be mounted on a vehicle is composed of several tens to several hundreds of cells, the alloy catalyst of each cell in the fuel cell stack is considered after considering both the carbon monoxide concentration gradient and the temperature gradient. It is possible to set the ratio of ruthenium.
【００９９】前記第２実施例ないし第４実施例では、白
金に加える第２成分元素としてルテニウムを用いていた
が、これに換えて、イリジウム、鉄、マンガン、コバル
ト、ニッケル、スズ、パラジウム、ロジウム、クロム、
バナジウム、モリブデン等のいずれか１種類の金属であ
ってもよい。また、白金以外に必ずしも１種類の金属に
限る必要もなく、２種類以上の金属と白金との合金から
なる合金触媒を使用する構成としてもよい。In the second to fourth embodiments, ruthenium was used as the second component element added to platinum, but instead of this, iridium, iron, manganese, cobalt, nickel, tin, palladium, rhodium. ,chromium,
It may be one kind of metal such as vanadium or molybdenum. Further, it is not necessarily limited to one kind of metal other than platinum, and an alloy catalyst composed of an alloy of two or more kinds of metal and platinum may be used.
【０１００】前記第１実施例では、白金とルテニウムと
の原子比を、８５：１５から５５：４５までの範囲、好
ましくは、８５：１５から７０：３０までの範囲に定め
た合金触媒を、固体高分子型燃料電池のアノード側電極
に用いていたが、これに限らず、りん酸型燃料電池、ダ
イレクトメタノール型燃料電池、再生型燃料電池等の他
の燃料電池に使用する構成としてもよい。In the first embodiment, an alloy catalyst having an atomic ratio of platinum and ruthenium set in the range of 85:15 to 55:45, preferably in the range of 85:15 to 70:30 is used. Although it is used for the anode side electrode of the polymer electrolyte fuel cell, it is not limited to this and may be used for other fuel cells such as phosphoric acid fuel cell, direct methanol fuel cell and regenerative fuel cell. .
【０１０１】また、本願発明者は、電解質膜を２つの電
極で挟持して、２つの電極の内の一方の電極に水素ガス
を導くようにし、さらに、その２つの電極間に生ずる起
電力を検出することにより、その水素ガス中の一酸化炭
素濃度やメタノール量を検出する装置を、先に提案して
いる（特願平６ー２９３８０８号、特願平７ー１００３
１３号）が、かかる装置の水素ガス供給側の電極の触媒
に上記第１実施例の合金触媒を担持するように構成して
もよい。かかる構成により、第１実施例と同様に、その
電極のＣＯ被毒を防止した上で、触媒のコストダウンを
図ることができる。Further, the inventor of the present application sandwiches the electrolyte membrane between two electrodes so that the hydrogen gas is guided to one of the two electrodes, and the electromotive force generated between the two electrodes is further reduced. An apparatus for detecting the concentration of carbon monoxide or the amount of methanol in the hydrogen gas by detecting it has been previously proposed (Japanese Patent Application Nos. 6-293808 and 7-1003).
No. 13) may carry the alloy catalyst of the first embodiment on the catalyst of the electrode on the hydrogen gas supply side of such an apparatus. With such a configuration, as in the first embodiment, CO poisoning of the electrode can be prevented and the cost of the catalyst can be reduced.
【０１０２】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。The embodiments of the present invention have been described above.
The present invention is not limited to these embodiments at all, and it is a matter of course that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.
【図１】合金触媒中のルテニウムの原子比と電池特性と
の関係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the atomic ratio of ruthenium in an alloy catalyst and battery characteristics.
【図２】合金触媒中のルテニウムの原子比と耐ＣＯ被毒
性能および触媒コストとの関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between the atomic ratio of ruthenium in the alloy catalyst and the CO poisoning resistance performance and catalyst cost.
【図３】この発明の第１実施例としての燃料電池システ
ム１の概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system 1 as a first embodiment of the present invention.
【図４】燃料電池スタック１０のセル構造を示す構造図
である。FIG. 4 is a structural diagram showing a cell structure of the fuel cell stack 10.
【図５】そのセル構造の分解斜視図である。FIG. 5 is an exploded perspective view of the cell structure.
【図６】アノード２２付近を拡大して示す説明図であ
る。FIG. 6 is an explanatory view showing the vicinity of an anode 22 in an enlarged manner.
【図７】この発明の第２実施例のアノード１２２付近を
拡大して示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory view showing the vicinity of an anode 122 of a second embodiment of the present invention in an enlarged manner.
【図８】燃料電池スタック１０を具体的に示す詳細な構
造図である。FIG. 8 is a detailed structural diagram specifically showing the fuel cell stack 10.
１…燃料電池システム １０…燃料電池スタック １０Ａ…第１セル １０Ｂ…第２セル １０Ｃ…第３セル １０ａ…アノード側ガス入口 １０ｂ…アノード側ガス出口 １２…メタノールタンク １４…水タンク １６…改質器 １６ａ…改質部 １６ｂ…シフト反応部 １６ｃ…部分酸化反応部 １８…燃料ガス供給通路 １９…燃料ガス排出通路 ２１…電解質膜 ２２…アノード ２３…カソード ２４，２５…セパレータ ２４ｐ…燃料ガス流路溝 ２５…セパレータ ２５ｐ…酸素含有ガス流路溝 ２６…集電板 ２７…集電板 ３１…ガス拡散層 ３３…触媒反応層 ３３ａ…合金 ３３ｂ…カーボン粉 １２２…アノード １３３…触媒反応層 １５０…第１の領域 １５０ａ…白金 １５０ｂ…カーボン粉 １５２…第２の領域 １５２ａ…合金 １５２ｂ…カーボン粉 ２１０…セパレータ ２２０…セパレータ ２３０…セパレータ ２４０…冷却プレート ２５０…冷却プレート ２６０，２７０…絶縁板 ２８０，２９０…エンドプレート ２９５…ボルト ２９７、２９８…ガス通路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell stack 10A ... 1st cell 10B ... 2nd cell 10C ... 3rd cell 10a ... Anode side gas inlet 10b ... Anode side gas outlet 12 ... Methanol tank 14 ... Water tank 16 ... Reformer 16a ... Reforming part 16b ... Shift reaction part 16c ... Partial oxidation reaction part 18 ... Fuel gas supply passage 19 ... Fuel gas discharge passage 21 ... Electrolyte membrane 22 ... Anode 23 ... Cathode 24, 25 ... Separator 24p ... Fuel gas channel groove 25 ... Separator 25p ... Oxygen-containing gas channel groove 26 ... Current collector plate 27 ... Current collector plate 31 ... Gas diffusion layer 33 ... Catalytic reaction layer 33a ... Alloy 33b ... Carbon powder 122 ... Anode 133 ... Catalytic reaction layer 150 ... First Area 150a ... Platinum 150b ... Carbon powder 152 ... Second area 152a ... Alloy 152b ... Carbon powder 10 ... Separator 220 ... separator 230 ... separator 240 ... cooling plate 250 ... cooling plate 260, 270: insulating plate 280, 290 ... end plate 295 ... bolts 297, 298 ... gas passage
Claims (10)
ニウムとの合金触媒であって、 前記白金とルテニウムとの原子量の比率を８５：１５か
ら５５：４５までの範囲に定めたことを特徴とする電極
用合金触媒。1. An alloy catalyst of platinum and ruthenium supported on an electrode of a fuel cell, wherein the atomic ratio of platinum and ruthenium is set in the range of 85:15 to 55:45. Alloy catalyst for electrodes.
ニウムとの合金触媒であって、 前記白金とルテニウムとの原子量の比率を８５：１５か
ら７０：３０までの範囲に定めたことを特徴とする電極
用合金触媒。2. An alloy catalyst of platinum and ruthenium supported on an electrode of a fuel cell, wherein the atomic weight ratio of platinum and ruthenium is set in the range of 85:15 to 70:30. Alloy catalyst for electrodes.
金触媒を担持する電極と、 該電極に接触する流路溝を少なくとも含む反応ガス通路
とを備える燃料電池において、 前記反応ガス通路における前記反応ガス中の一酸化炭素
濃度が低い部位に、当該反応ガス中の一酸化炭素濃度が
高い部位に比べて前記他の金属の原子量の比率が低い触
媒を担持させたことを特徴とする燃料電池。3. A fuel cell comprising: an electrode carrying a platinum catalyst or an alloy catalyst of platinum and another metal; and a reaction gas passage including at least a flow channel groove in contact with the electrode. A fuel cell characterized in that a catalyst having a low atomic weight ratio of the other metal is carried on a portion of the reaction gas having a low carbon monoxide concentration as compared with a portion having a high carbon monoxide concentration of the reaction gas. .
え、 前記流入口における前記電極部分に、前記流出口におけ
る前記電極部分と比べて前記他の金属の原子量の比率が
低い触媒を担持させたことを特徴とする燃料電池。4. The fuel cell according to claim 3, wherein the flow channel includes an inlet and an outlet for the reaction gas, the electrode portion at the inlet and the electrode at the outlet. A fuel cell, which carries a catalyst having a lower atomic weight ratio of the other metal than that of the portion.
連結し、 さらに、 前記反応ガス通路の上流側に位置する前記電池単体に、
前記反応ガス通路の下流側に位置する前記電池単体と比
べて前記他の金属の原子量の比率が低い触媒を担持させ
た電極を具備させたことを特徴とする燃料電池。5. The fuel cell according to claim 3, further comprising a plurality of cell units each including the electrode, wherein the flow channel grooves of the plurality of cell units are connected by the reaction gas passages. In the battery unit located on the upstream side of the passage,
A fuel cell comprising an electrode carrying a catalyst having a lower atomic weight ratio of the other metal than the cell unit located downstream of the reaction gas passage.
金触媒を担持する電極と、 該電極に接触する流路溝を少なくとも含む反応ガス通路
とを備える燃料電池において、 前記反応ガス通路における温度が高い部位に、当該反応
ガス通路における温度が低い部位に比べて前記他の金属
の原子量の比率が低い触媒を担持させたことを特徴とす
る燃料電池。6. A fuel cell comprising an electrode carrying a platinum catalyst or an alloy catalyst of platinum and another metal, and a reaction gas passage including at least a flow channel groove in contact with the electrode, wherein the temperature in the reaction gas passage is A fuel cell characterized in that a catalyst having a lower atomic weight ratio of the other metal is carried on a portion having a higher temperature than a portion having a lower temperature in the reaction gas passage.
体毎に、一つの冷却部材を配設し、 さらに、 前記複数の電池単体の内、前記冷却部材から距離の遠い
側の電池単体に、前記冷却部材から距離の近い側の電池
単体と比べて前記他の金属の原子量の比率が低い合金触
媒を担持させた電極を設けたことを特徴とする燃料電
池。7. The fuel cell according to claim 6, wherein a plurality of cell units each including the electrode are stacked, and one cooling member is provided for each of the plurality of cell units, and the plurality of cell units is further provided. Among them, the battery unit on the side far from the cooling member is provided with an electrode carrying an alloy catalyst having a lower atomic weight ratio of the other metal than the battery unit on the side closer to the cooling member. A fuel cell characterized by the above.
電池であって、 前記他の金属がルテニウムである燃料電池。8. The fuel cell according to claim 3, wherein the other metal is ruthenium.
電池であって、 前記他の金属の原子量の比率が低い触媒を、白金触媒と
した燃料電池。9. The fuel cell according to claim 3, wherein the catalyst having a low atomic weight ratio of the other metal is a platinum catalyst.
料電池であって、 前記合金触媒は、 白金とルテニウムとの原子量の比率を８５：１５から５
５：４５までの範囲に定めたものである燃料電池。10. The fuel cell according to claim 3, wherein the alloy catalyst has an atomic weight ratio of platinum and ruthenium of 85:15 to 5: 5.
A fuel cell which is defined in a range up to 5:45.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7207904A JPH0935723A (en) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | Alloy catalyst for electrode and fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7207904A JPH0935723A (en) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | Alloy catalyst for electrode and fuel cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0935723A true JPH0935723A (en) | 1997-02-07 |
Family
ID=16547505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7207904A Pending JPH0935723A (en) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | Alloy catalyst for electrode and fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0935723A (en) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10270055A (en) * | 1997-03-25 | 1998-10-09 | Mitsubishi Electric Corp | Electrochemical catalyst, and electrochemical reactor, electrochemical element, phosphoric fuel cell, and methanol-direct fuel cell using it |
| JPH11250918A (en) * | 1997-12-19 | 1999-09-17 | Degussa Ag | Platinum/ruthenium alloy catalyst, its manufacture, gas diffusion electrode, membrane electrode unit, and proton conductive polymer membrane for pem fuel cell |
| WO1999066575A1 (en) * | 1998-06-18 | 1999-12-23 | Japan Storage Battery Co., Ltd. | Method for producing solid polymer electrolyte-catalyst composite electrode and fuel cell |
| US6326098B1 (en) | 1998-04-23 | 2001-12-04 | N. E. Chemcat Corporation | Electrocatalyst, and electrodes, membrane-electrode assembly and solid polymer electrolyte fuel cells, using said electrocatalyst |
| WO2001048854A3 (en) * | 1999-12-23 | 2002-03-28 | Siemens Ag | Membrane electrode assembly for a fuel cell and a method for producing the same |
| WO2002027850A1 (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-04 | Sony Corporation | Fuel cell and method for preparation thereof |
| JP2006244907A (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell |
| KR100709198B1 (en) * | 2006-04-28 | 2007-04-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | Stack for direct oxidation fuel cell, and direct oxidation fuel cell comprising same |
| JP2008500688A (en) * | 2004-05-26 | 2008-01-10 | ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー | Anode structure |
| JP2008091101A (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Sanyo Electric Co Ltd | Fuel cell and fuel cell power generating system |
| US7608358B2 (en) | 2006-08-25 | 2009-10-27 | Bdf Ip Holdings Ltd. | Fuel cell anode structure for voltage reversal tolerance |
| JP2013247114A (en) * | 2012-05-29 | 2013-12-09 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Method for measuring reproducibility of n unitary ion exchange membrane/electrode assemblies using pollutant delivery |
| JP2017170426A (en) * | 2015-12-27 | 2017-09-28 | 財團法人工業技術研究院Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ | Catalyst composition for alkaline electrochemical energy conversion reaction and use thereof |
| WO2023068086A1 (en) * | 2021-10-19 | 2023-04-27 | 株式会社キャタラー | Electrode catalyst for hydrogen fuel cell anodes |
-
1995
- 1995-07-20 JP JP7207904A patent/JPH0935723A/en active Pending
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10270055A (en) * | 1997-03-25 | 1998-10-09 | Mitsubishi Electric Corp | Electrochemical catalyst, and electrochemical reactor, electrochemical element, phosphoric fuel cell, and methanol-direct fuel cell using it |
| JP4582594B2 (en) * | 1997-12-19 | 2010-11-17 | ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト | Platinum / ruthenium alloy catalyst, process for producing the same, gas diffusion electrode, membrane electrode unit and proton conducting polymer membrane for PEM fuel cell |
| JPH11250918A (en) * | 1997-12-19 | 1999-09-17 | Degussa Ag | Platinum/ruthenium alloy catalyst, its manufacture, gas diffusion electrode, membrane electrode unit, and proton conductive polymer membrane for pem fuel cell |
| US6326098B1 (en) | 1998-04-23 | 2001-12-04 | N. E. Chemcat Corporation | Electrocatalyst, and electrodes, membrane-electrode assembly and solid polymer electrolyte fuel cells, using said electrocatalyst |
| WO1999066575A1 (en) * | 1998-06-18 | 1999-12-23 | Japan Storage Battery Co., Ltd. | Method for producing solid polymer electrolyte-catalyst composite electrode and fuel cell |
| WO2001048854A3 (en) * | 1999-12-23 | 2002-03-28 | Siemens Ag | Membrane electrode assembly for a fuel cell and a method for producing the same |
| US6827748B2 (en) | 2000-09-29 | 2004-12-07 | Sony Corporation | Fuel cell and method for preparation thereof |
| WO2002027850A1 (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-04 | Sony Corporation | Fuel cell and method for preparation thereof |
| JP2008500688A (en) * | 2004-05-26 | 2008-01-10 | ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー | Anode structure |
| JP2006244907A (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell |
| KR100709198B1 (en) * | 2006-04-28 | 2007-04-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | Stack for direct oxidation fuel cell, and direct oxidation fuel cell comprising same |
| US7608358B2 (en) | 2006-08-25 | 2009-10-27 | Bdf Ip Holdings Ltd. | Fuel cell anode structure for voltage reversal tolerance |
| JP2008091101A (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Sanyo Electric Co Ltd | Fuel cell and fuel cell power generating system |
| JP2013247114A (en) * | 2012-05-29 | 2013-12-09 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Method for measuring reproducibility of n unitary ion exchange membrane/electrode assemblies using pollutant delivery |
| JP2017170426A (en) * | 2015-12-27 | 2017-09-28 | 財團法人工業技術研究院Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ | Catalyst composition for alkaline electrochemical energy conversion reaction and use thereof |
| US10637071B2 (en) | 2015-12-27 | 2020-04-28 | Industrial Technology Research Institute | Electrochemical energy conversion device and method of electrochemical energy conversion |
| WO2023068086A1 (en) * | 2021-10-19 | 2023-04-27 | 株式会社キャタラー | Electrode catalyst for hydrogen fuel cell anodes |
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