JPH10270055A - 電気化学触媒並びにそれを用いた電気化学反応装置、電気化学素子、リン酸型燃料電池およびメタノール直接型燃料電池 - Google Patents
電気化学触媒並びにそれを用いた電気化学反応装置、電気化学素子、リン酸型燃料電池およびメタノール直接型燃料電池Info
- Publication number
- JPH10270055A JPH10270055A JP9071962A JP7196297A JPH10270055A JP H10270055 A JPH10270055 A JP H10270055A JP 9071962 A JP9071962 A JP 9071962A JP 7196297 A JP7196297 A JP 7196297A JP H10270055 A JPH10270055 A JP H10270055A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- electrochemical
- platinum
- fuel cell
- cathode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】 触媒能力を高めた電気化学触媒を得るととも
に、この電気化学触媒を適用して高効率な電気化学反応
装置、電気化学素子、リン酸型燃料電池およびメタノー
ル直接型燃料電池を得る。 【解決手段】 電気化学的な自然電位が異なる触媒Ａ１
および触媒Ｂ２を混合し、触媒Ａ１と触媒Ｂ２との間
に、イオン伝導性物質３および電子伝導物質２６を介在
させる。
に、この電気化学触媒を適用して高効率な電気化学反応
装置、電気化学素子、リン酸型燃料電池およびメタノー
ル直接型燃料電池を得る。 【解決手段】 電気化学的な自然電位が異なる触媒Ａ１
および触媒Ｂ２を混合し、触媒Ａ１と触媒Ｂ２との間
に、イオン伝導性物質３および電子伝導物質２６を介在
させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池、電気化学
素子、電解装置、１次電池、２次電池などに用いられる
電気化学触媒及びこれを用いた電気化学反応装置に関す
るものである。
素子、電解装置、１次電池、２次電池などに用いられる
電気化学触媒及びこれを用いた電気化学反応装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】リン酸型燃料電池は、発電システムとし
ての効率を高くするために、高いセル電圧が求められて
いるが、特開平４−３６６５５８号公報に記載されてい
るようにカソードの触媒性能によってセル特性が支配さ
れていた。また、ポータブル電源や家庭用電源として低
温での動作が求められているが、低温では改質ガスに含
まれる一酸化炭素がアノード（燃料極）の白金触媒に吸
着して水素の反応を阻害し、著しく特性を低下させると
いう問題点があった。
ての効率を高くするために、高いセル電圧が求められて
いるが、特開平４−３６６５５８号公報に記載されてい
るようにカソードの触媒性能によってセル特性が支配さ
れていた。また、ポータブル電源や家庭用電源として低
温での動作が求められているが、低温では改質ガスに含
まれる一酸化炭素がアノード（燃料極）の白金触媒に吸
着して水素の反応を阻害し、著しく特性を低下させると
いう問題点があった。
【０００３】メタノール直接型燃料電池は、自動車用電
源として期待されているが、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅ
ｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．１４２，Ｎｏ．７，ｐ．Ｌ１２
１〜Ｌ１２３，「Ａｃｉｄ−Ｄｏｐｅｄ Ｐｏｌｙｂｅ
ｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅｓ：Ａ Ｎｅｗ Ｐｏｌｙｍｅ
ｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ．」に記載されているよう
に、カソードおよびアノードの触媒活性が不十分であ
り、リン酸型燃料電池に比べてセル電圧が著しく低くな
るという問題点があった。
源として期待されているが、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅ
ｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．１４２，Ｎｏ．７，ｐ．Ｌ１２
１〜Ｌ１２３，「Ａｃｉｄ−Ｄｏｐｅｄ Ｐｏｌｙｂｅ
ｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅｓ：Ａ Ｎｅｗ Ｐｏｌｙｍｅ
ｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ．」に記載されているよう
に、カソードおよびアノードの触媒活性が不十分であ
り、リン酸型燃料電池に比べてセル電圧が著しく低くな
るという問題点があった。
【０００４】水素酸化処理用電気化学触媒は、特開平７
−２１３８４８号公報に記載されているように、除湿素
子や電解オゾナイザーの陰極から発生する水素を酸化し
て水に変換するために用いられているが、触媒の活性が
低く、短時間で水素を酸化処理するのが難しいという問
題点があった。
−２１３８４８号公報に記載されているように、除湿素
子や電解オゾナイザーの陰極から発生する水素を酸化し
て水に変換するために用いられているが、触媒の活性が
低く、短時間で水素を酸化処理するのが難しいという問
題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
電気化学触媒は、触媒活性が低く、十分な性能を発揮す
ることができないという問題点があった。
電気化学触媒は、触媒活性が低く、十分な性能を発揮す
ることができないという問題点があった。
【０００６】本発明は、前記のような問題点を解消する
ためになされたもので、触媒活性が高い電気化学触媒を
得ることを目的とする。
ためになされたもので、触媒活性が高い電気化学触媒を
得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
電気化学的な自然電位が異なる２種類以上の触媒と、こ
の触媒間をイオン移動可能とするイオン伝導性物質と、
上記触媒間を電子移動可能とする電子伝導手段とを有す
る電気化学触媒である。
電気化学的な自然電位が異なる２種類以上の触媒と、こ
の触媒間をイオン移動可能とするイオン伝導性物質と、
上記触媒間を電子移動可能とする電子伝導手段とを有す
る電気化学触媒である。
【０００８】請求項２に係る発明は、請求項１記載の電
気化学触媒において、触媒を電子伝導物質に担持するこ
とにより、電子伝導手段を付与したものである
気化学触媒において、触媒を電子伝導物質に担持するこ
とにより、電子伝導手段を付与したものである
【０００９】請求項３に係る発明は、請求項１記載の電
気化学触媒において、２種類以上の触媒をそれぞれ異な
る電子伝導物質に担持することにより、電子伝導手段を
付与したものである。
気化学触媒において、２種類以上の触媒をそれぞれ異な
る電子伝導物質に担持することにより、電子伝導手段を
付与したものである。
【００１０】請求項４に係る発明は、請求項１記載の電
気化学触媒において、２種類以上の触媒を同一の電子伝
導物質に担持することにより、電子伝導手段を付与した
ものである。
気化学触媒において、２種類以上の触媒を同一の電子伝
導物質に担持することにより、電子伝導手段を付与した
ものである。
【００１１】請求項５に係る発明は、請求項２ないし４
のいずれかに記載の電気化学触媒において、電子伝導物
質は、電子絶縁体に金属をメッキあるいは蒸着したもの
である。
のいずれかに記載の電気化学触媒において、電子伝導物
質は、電子絶縁体に金属をメッキあるいは蒸着したもの
である。
【００１２】請求項６に係る発明は、請求項１記載の電
気化学触媒において、触媒が電子伝導手段であるもので
ある。
気化学触媒において、触媒が電子伝導手段であるもので
ある。
【００１３】請求項７に係る発明は、請求項１ないし６
のいずれかに記載の電気化学触媒において、触媒が、白
金と白金以外の第１金属とを含む多元系触媒と、白金と
白金以外の第２金属とを含む多元系触媒を含むものであ
る。
のいずれかに記載の電気化学触媒において、触媒が、白
金と白金以外の第１金属とを含む多元系触媒と、白金と
白金以外の第２金属とを含む多元系触媒を含むものであ
る。
【００１４】請求項８に係る発明は、請求項７記載の電
気化学触媒において、第１金属および第２金属は異なる
ものであるとともに、ニッケル、クロム、コバルト、鉄
のいずれかであるものである。
気化学触媒において、第１金属および第２金属は異なる
ものであるとともに、ニッケル、クロム、コバルト、鉄
のいずれかであるものである。
【００１５】請求項９に係る発明は、請求項１ないし６
のいずれかに記載の電気化学触媒において、触媒が、白
金黒または白金と、白金と白金以外の金属を含む多元系
合金を含むものである。
のいずれかに記載の電気化学触媒において、触媒が、白
金黒または白金と、白金と白金以外の金属を含む多元系
合金を含むものである。
【００１６】請求項１０に係る発明は、請求項９記載の
電気化学触媒において、白金以外の金属は、モリブデ
ン、ルテニウム、スズ、鉄、タングステンのいずれかで
あるものである。
電気化学触媒において、白金以外の金属は、モリブデ
ン、ルテニウム、スズ、鉄、タングステンのいずれかで
あるものである。
【００１７】請求項１１に係る発明は、請求項１ないし
６のいずれかに記載の電気化学触媒において、触媒が、
白金黒または白金と、白金と白金以外の第１金属を含む
多元系合金と、白金と白金以外の第２金属を含む多元系
合金とを含むものである。
６のいずれかに記載の電気化学触媒において、触媒が、
白金黒または白金と、白金と白金以外の第１金属を含む
多元系合金と、白金と白金以外の第２金属を含む多元系
合金とを含むものである。
【００１８】請求項１２に係る発明は、請求項１１記載
の電気化学触媒において、第１金属は、ニッケル、クロ
ム、コバルト、鉄のいずれかであり、第２金属は、モリ
ブデン、ルテニウム、スズ、鉄、タングステンのいずれ
かであるものである。
の電気化学触媒において、第１金属は、ニッケル、クロ
ム、コバルト、鉄のいずれかであり、第２金属は、モリ
ブデン、ルテニウム、スズ、鉄、タングステンのいずれ
かであるものである。
【００１９】請求項１３に係る発明は、請求項１ないし
１２のいずれかに記載の電気化学触媒において、イオン
伝導物質はリン酸、硫酸、固体高分子電解質またはこれ
らの混合物であるものである。
１２のいずれかに記載の電気化学触媒において、イオン
伝導物質はリン酸、硫酸、固体高分子電解質またはこれ
らの混合物であるものである。
【００２０】請求項１４に係る発明は、アノード電極お
よびカソード電極を有し、このカソード電極に、請求項
１〜９、１１、１３のいずれかに記載の電気化学触媒を
適用した電気化学反応装置である。
よびカソード電極を有し、このカソード電極に、請求項
１〜９、１１、１３のいずれかに記載の電気化学触媒を
適用した電気化学反応装置である。
【００２１】請求項１５に係る発明は、アノード電極お
よびカソード電極を有し、このアノード電極に、請求項
１〜７、９〜１１、１３のいずれかに記載の電気化学触
媒を適用した電気化学反応装置である。
よびカソード電極を有し、このアノード電極に、請求項
１〜７、９〜１１、１３のいずれかに記載の電気化学触
媒を適用した電気化学反応装置である。
【００２２】請求項１６に係る発明は、請求項１ないし
１３のいずれかに記載の電気化学触媒を、短絡型電極に
適用した電気化学素子である。
１３のいずれかに記載の電気化学触媒を、短絡型電極に
適用した電気化学素子である。
【００２３】請求項１７に係る発明は、アノード触媒層
およびカソード触媒層を備えたリン酸型燃料電池におい
て、上記カソード触媒層に、請求項１〜９、１１、１３
のいずれかに記載の電気化学触媒を適用したリン酸型燃
料電池である。
およびカソード触媒層を備えたリン酸型燃料電池におい
て、上記カソード触媒層に、請求項１〜９、１１、１３
のいずれかに記載の電気化学触媒を適用したリン酸型燃
料電池である。
【００２４】請求項１８に係る発明は、アノード触媒層
およびカソード触媒層を備えたリン酸型燃料電池におい
て、上記アノード触媒層に、請求項１〜７、９〜１１の
いずれかに記載の電気化学触媒を適用したリン酸型燃料
電池である。
およびカソード触媒層を備えたリン酸型燃料電池におい
て、上記アノード触媒層に、請求項１〜７、９〜１１の
いずれかに記載の電気化学触媒を適用したリン酸型燃料
電池である。
【００２５】請求項１９に係る発明は、アノード触媒層
およびカソード触媒層を備えたメタノール直接型燃料電
池において、上記カソード触媒層に、請求項１〜９、１
１のいずれかに記載の電気化学触媒を適用したメタノー
ル直接型燃料電池である。
およびカソード触媒層を備えたメタノール直接型燃料電
池において、上記カソード触媒層に、請求項１〜９、１
１のいずれかに記載の電気化学触媒を適用したメタノー
ル直接型燃料電池である。
【００２６】請求項２０に係る発明は、アノード触媒層
およびカソード触媒層を備えたメタノール直接型燃料電
池において、上記アノード触媒層に、請求項１〜７、９
〜１１のいずれかに記載の電気化学触媒を適用したメタ
ノール直接型燃料電池である。
およびカソード触媒層を備えたメタノール直接型燃料電
池において、上記アノード触媒層に、請求項１〜７、９
〜１１のいずれかに記載の電気化学触媒を適用したメタ
ノール直接型燃料電池である。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図１４に基づいて本
発明の実施の形態を説明する 実施の形態１．図１は、本発明の電気化学触媒の実施の
形態１を説明する拡大模式図である。図において、１は
触媒Ａ、２は触媒Ｂ、３はイオン伝導性物質、２６は電
子伝導物質、４は電子の流れ、５はイオンの流れ、６は
反応物Ａ、７は生成物Ａ、８は反応物Ｂ、９は生成物Ｂ
で、自然電位の異なる触媒Ａと触媒Ｂが電子伝導物質２
６およびイオン伝導性物質３を介して接している。原理
的には、触媒Ａ１および触媒Ｂ２の粒子の大きさについ
ての制約は受けない。最適な大きさは、自然電位の差
異、電子伝導性やイオン伝導性、反応の形態、反応雰囲
気などによって異なると考えられるので、目的に応じて
選択されるべきである。また、図１では、イオンの流れ
として代表的にプロトン（Ｈ+）を図示したが、プロト
ンに限らず、水酸化イオン、リチウムイオンなど種々の
イオンの移動が考えられる。
発明の実施の形態を説明する 実施の形態１．図１は、本発明の電気化学触媒の実施の
形態１を説明する拡大模式図である。図において、１は
触媒Ａ、２は触媒Ｂ、３はイオン伝導性物質、２６は電
子伝導物質、４は電子の流れ、５はイオンの流れ、６は
反応物Ａ、７は生成物Ａ、８は反応物Ｂ、９は生成物Ｂ
で、自然電位の異なる触媒Ａと触媒Ｂが電子伝導物質２
６およびイオン伝導性物質３を介して接している。原理
的には、触媒Ａ１および触媒Ｂ２の粒子の大きさについ
ての制約は受けない。最適な大きさは、自然電位の差
異、電子伝導性やイオン伝導性、反応の形態、反応雰囲
気などによって異なると考えられるので、目的に応じて
選択されるべきである。また、図１では、イオンの流れ
として代表的にプロトン（Ｈ+）を図示したが、プロト
ンに限らず、水酸化イオン、リチウムイオンなど種々の
イオンの移動が考えられる。
【００２８】図２は、触媒Ａ１および触媒Ｂ２について
の電気化学電位図を示したもので、図中矢印は触媒の自
然電位を示しており、図２（ａ）は触媒Ａ１の電気化学
電位図、図２（ｂ）は触媒Ｂ２の電気化学電位図であ
る。また、１２は触媒Ａ１の自然電位、１３は触媒Ｂ２
の自然電位、１４は酸素の酸化還元電位、１５は水素の
酸化還元電位である。自然電位とは、自然電極電位ある
いはレストポテンシャル（ｒｅｓｔ ｐｏｔｅｎｔｉａ
ｌ）のことで、例えば、技術堂出版株式会社の「電気化
学測定法（上）」藤嶋、相澤、井上著、１９８４年１１
月出版、の１９ページには、「アノード電流もカソード
電流も見掛け上流れない電位」として定義されている。
自然電位は、金属の酸化還元電位や雰囲気などによって
異なる。また自然電位は、カソードやアノードなどの電
極の形態に限らずイオン伝導物質に接している触媒であ
れば、全てに発生し、合金種ごとに異なった自然電位が
存在する。
の電気化学電位図を示したもので、図中矢印は触媒の自
然電位を示しており、図２（ａ）は触媒Ａ１の電気化学
電位図、図２（ｂ）は触媒Ｂ２の電気化学電位図であ
る。また、１２は触媒Ａ１の自然電位、１３は触媒Ｂ２
の自然電位、１４は酸素の酸化還元電位、１５は水素の
酸化還元電位である。自然電位とは、自然電極電位ある
いはレストポテンシャル（ｒｅｓｔ ｐｏｔｅｎｔｉａ
ｌ）のことで、例えば、技術堂出版株式会社の「電気化
学測定法（上）」藤嶋、相澤、井上著、１９８４年１１
月出版、の１９ページには、「アノード電流もカソード
電流も見掛け上流れない電位」として定義されている。
自然電位は、金属の酸化還元電位や雰囲気などによって
異なる。また自然電位は、カソードやアノードなどの電
極の形態に限らずイオン伝導物質に接している触媒であ
れば、全てに発生し、合金種ごとに異なった自然電位が
存在する。
【００２９】次に、作用について説明する。図１におい
て、自然電位の異なる触媒Ａ１と触媒Ｂ２が電子伝導物
質２６およびイオン伝導性物質３を介して接しているの
で、図２において自然電位が低い（水素発生電位に近
い）触媒Ｂ２上で反応物Ｂ８が酸化されて生成物Ｂ９が
生じ、この時発生したイオンと電子が電子伝導物質２６
およびイオン伝導性物質３を通って触媒Ａ１に達し、触
媒Ａ１上で反応物Ａ６が還元されて生成物Ａ７が生じ
る。
て、自然電位の異なる触媒Ａ１と触媒Ｂ２が電子伝導物
質２６およびイオン伝導性物質３を介して接しているの
で、図２において自然電位が低い（水素発生電位に近
い）触媒Ｂ２上で反応物Ｂ８が酸化されて生成物Ｂ９が
生じ、この時発生したイオンと電子が電子伝導物質２６
およびイオン伝導性物質３を通って触媒Ａ１に達し、触
媒Ａ１上で反応物Ａ６が還元されて生成物Ａ７が生じ
る。
【００３０】従って、動作条件において電気化学的な自
然電位が異なる触媒粒子を、少なくとも２種類混合し、
上記少なくとも２種類の触媒粒子の間に、イオン伝導性
物質３および電子伝導物質２６を介在させることによっ
て、同じ触媒粒子同士では成立しない電気化学的な触媒
作用が新たに発生する効果がある。従って、この電気化
学触媒は「電極」の形態を取っている必要がなく、混合
した粉末やペレットの形態で用いることができる。な
お、触媒は、金属や合金触媒が一般的であるが、フタロ
シアニンのような化合物であってもよい。
然電位が異なる触媒粒子を、少なくとも２種類混合し、
上記少なくとも２種類の触媒粒子の間に、イオン伝導性
物質３および電子伝導物質２６を介在させることによっ
て、同じ触媒粒子同士では成立しない電気化学的な触媒
作用が新たに発生する効果がある。従って、この電気化
学触媒は「電極」の形態を取っている必要がなく、混合
した粉末やペレットの形態で用いることができる。な
お、触媒は、金属や合金触媒が一般的であるが、フタロ
シアニンのような化合物であってもよい。
【００３１】実施の形態２．図３は、本発明の電気化学
触媒の第２の実施の形態を説明する拡大模式図である
が、図１と異なるのは、触媒Ａ１および触媒Ｂ２以外の
電子伝導物質２６は加えられていない。この場合には、
実線矢印４および破線矢印５で示したように、触媒Ａ１
および触媒Ｂ２を介して電子が移動する。触媒が金属あ
るいは合金触媒のような良導電体である場合には、図３
の構成でも実施の形態１の場合と同様の作用が生じ、同
様の効果が得られる。
触媒の第２の実施の形態を説明する拡大模式図である
が、図１と異なるのは、触媒Ａ１および触媒Ｂ２以外の
電子伝導物質２６は加えられていない。この場合には、
実線矢印４および破線矢印５で示したように、触媒Ａ１
および触媒Ｂ２を介して電子が移動する。触媒が金属あ
るいは合金触媒のような良導電体である場合には、図３
の構成でも実施の形態１の場合と同様の作用が生じ、同
様の効果が得られる。
【００３２】実施の形態３．図４は、本発明の電気化学
触媒の第３の実施の形態を説明する拡大模式図であり、
図１と同一符号は同一または相当部を示す。図におい
て、１６は電子伝導性の担体Ｂ、１７は触媒微粒子Ｂ
で、触媒微粒子Ｂ１７は担体Ｂ１６に担持されている。
なお、原理的には、触媒微粒子Ｂ１７の大きさは特に制
約条件にはならない。
触媒の第３の実施の形態を説明する拡大模式図であり、
図１と同一符号は同一または相当部を示す。図におい
て、１６は電子伝導性の担体Ｂ、１７は触媒微粒子Ｂ
で、触媒微粒子Ｂ１７は担体Ｂ１６に担持されている。
なお、原理的には、触媒微粒子Ｂ１７の大きさは特に制
約条件にはならない。
【００３３】本実施の形態では、触媒微粒子Ｂ１７上で
反応物Ｂ８が酸化されて生成物Ｂ９が生じ、この時発生
したイオンはイオン伝導性物質３を通って触媒Ａ１に達
し、電子は触媒微粒子Ｂ１７から担体Ｂ１６および集合
した触媒Ａ１を通って触媒Ａ１の反応部に達し、触媒Ａ
１上で反応物Ａ６が還元されて生成物Ａ７が生じる。こ
の場合、実施の形態１の場合と同様効果が得られる。た
だし、触媒微粒子Ｂ１７が担体Ｂ１６に担持されている
ので、担体Ｂ１７の凹凸（図３では平滑な球体で描いて
いるが実際には凹凸を有する）を利用して、イオン伝導
物質３をポアー吸引力あるいは表面張力で保持できる効
果がある。なお、担体Ｂ１７は必ずしも全体が電子伝導
性である必要はなく、電子絶縁体、例えばアルミナ担体
に、金などの電子伝導性の物質がメッキあるいは蒸着さ
れたものでも同様の効果が得られる。
反応物Ｂ８が酸化されて生成物Ｂ９が生じ、この時発生
したイオンはイオン伝導性物質３を通って触媒Ａ１に達
し、電子は触媒微粒子Ｂ１７から担体Ｂ１６および集合
した触媒Ａ１を通って触媒Ａ１の反応部に達し、触媒Ａ
１上で反応物Ａ６が還元されて生成物Ａ７が生じる。こ
の場合、実施の形態１の場合と同様効果が得られる。た
だし、触媒微粒子Ｂ１７が担体Ｂ１６に担持されている
ので、担体Ｂ１７の凹凸（図３では平滑な球体で描いて
いるが実際には凹凸を有する）を利用して、イオン伝導
物質３をポアー吸引力あるいは表面張力で保持できる効
果がある。なお、担体Ｂ１７は必ずしも全体が電子伝導
性である必要はなく、電子絶縁体、例えばアルミナ担体
に、金などの電子伝導性の物質がメッキあるいは蒸着さ
れたものでも同様の効果が得られる。
【００３４】実施の形態４．図５は、本発明の電気化学
触媒の第４の実施の形態を説明する拡大模式図であり、
図１、２および３と同一符号は同一または相当部を示
す。図において、１８は電子伝導性を有する担体Ａ、１
９は触媒微粒子Ａで、触媒微粒子Ａ１９は担体１８に担
持されている。
触媒の第４の実施の形態を説明する拡大模式図であり、
図１、２および３と同一符号は同一または相当部を示
す。図において、１８は電子伝導性を有する担体Ａ、１
９は触媒微粒子Ａで、触媒微粒子Ａ１９は担体１８に担
持されている。
【００３５】本実施の形態では、触媒微粒子Ｂ１７上で
反応物Ｂ８が酸化されて生成物Ｂ９が生じ、この時発生
したイオンがイオン伝導性物質３を通って触媒微粒子Ａ
１９に達し、電子は触媒微粒子Ｂ１７から担体Ｂ１６お
よび担体Ａ１８を通って触媒微粒子Ａ１９に達し、触媒
微粒子Ａ１９上で反応物Ａ６が還元されて生成物Ａ７が
生じる。この場合の作用は実施の形態２と同様である。
ただし、触媒微粒子Ａ１９が担体Ａ１８に担持さている
ので、触媒が単独で存在する場合に比べて、触媒微粒子
の大きさを小さく保つことができ表面積を多くすること
ができる。また、担体Ａ１８の凹凸（図４では平滑な球
体で描いているが実際には凹凸を有する）を利用して、
イオン伝導性物質３をポアー吸引力あるいは表面張力で
保持できる効果がある。
反応物Ｂ８が酸化されて生成物Ｂ９が生じ、この時発生
したイオンがイオン伝導性物質３を通って触媒微粒子Ａ
１９に達し、電子は触媒微粒子Ｂ１７から担体Ｂ１６お
よび担体Ａ１８を通って触媒微粒子Ａ１９に達し、触媒
微粒子Ａ１９上で反応物Ａ６が還元されて生成物Ａ７が
生じる。この場合の作用は実施の形態２と同様である。
ただし、触媒微粒子Ａ１９が担体Ａ１８に担持さている
ので、触媒が単独で存在する場合に比べて、触媒微粒子
の大きさを小さく保つことができ表面積を多くすること
ができる。また、担体Ａ１８の凹凸（図４では平滑な球
体で描いているが実際には凹凸を有する）を利用して、
イオン伝導性物質３をポアー吸引力あるいは表面張力で
保持できる効果がある。
【００３６】実施の形態５．図６は、本発明の電気化学
触媒の第５の実施の形態を説明する拡大模式図であり、
図１、２、３、４および５と同一符号は同一部または相
当部を示す。図において、２５は触媒微粒子Ａ１９と触
媒微粒子Ｂ１７に共通の担体Ｃで、自然電位の異なる触
媒微粒子Ａ１９と触媒微粒子Ｂ１７が担持されている。
同じ担体に異る触媒を担持する方法としては、例えば、
担体Ｃ２５に触媒微粒子Ａ１９を担持した後、触媒微粒
子Ｂ１７の成分を含む溶液を含浸し、還元処理などによ
って、さらに触媒微粒子Ｂ１７を担持することことがで
きる。
触媒の第５の実施の形態を説明する拡大模式図であり、
図１、２、３、４および５と同一符号は同一部または相
当部を示す。図において、２５は触媒微粒子Ａ１９と触
媒微粒子Ｂ１７に共通の担体Ｃで、自然電位の異なる触
媒微粒子Ａ１９と触媒微粒子Ｂ１７が担持されている。
同じ担体に異る触媒を担持する方法としては、例えば、
担体Ｃ２５に触媒微粒子Ａ１９を担持した後、触媒微粒
子Ｂ１７の成分を含む溶液を含浸し、還元処理などによ
って、さらに触媒微粒子Ｂ１７を担持することことがで
きる。
【００３７】本実施の形態では、触媒微粒子Ｂ１７上で
反応物Ｂ８が酸化されて生成物９が生じ、この時発生し
たイオンはイオン伝導性物質３を通って触媒微粒子Ａ１
９に達し、電子は触媒微粒子Ｂ１７から担体Ｃ２５を通
って触媒微粒子Ａ１９に達し、触媒微粒子Ａ１９上で反
応物Ａ６が還元されて生成物Ａ７が生じる。この場合の
効果は、実施の形態１、２、３および４の場合と同様で
ある。ただし、触媒微粒子Ａ１９と触媒微粒子Ｂ１７が
同じ担体Ｃ２５に担持されているので、触媒担体の大き
さが大きくても、充分に電子伝導性を保つことができる
効果がある。また、担体が異なる場合よりもイオン伝導
性物質３を共通して保持でき、距離が離れていてもイオ
ン伝導性を維持しやすい効果がある。
反応物Ｂ８が酸化されて生成物９が生じ、この時発生し
たイオンはイオン伝導性物質３を通って触媒微粒子Ａ１
９に達し、電子は触媒微粒子Ｂ１７から担体Ｃ２５を通
って触媒微粒子Ａ１９に達し、触媒微粒子Ａ１９上で反
応物Ａ６が還元されて生成物Ａ７が生じる。この場合の
効果は、実施の形態１、２、３および４の場合と同様で
ある。ただし、触媒微粒子Ａ１９と触媒微粒子Ｂ１７が
同じ担体Ｃ２５に担持されているので、触媒担体の大き
さが大きくても、充分に電子伝導性を保つことができる
効果がある。また、担体が異なる場合よりもイオン伝導
性物質３を共通して保持でき、距離が離れていてもイオ
ン伝導性を維持しやすい効果がある。
【００３８】なお、触媒微粒子Ａ１９と触媒微粒子Ｂ１
７の成分ＡおよびＢの成分を合金とした合金触媒微粒子
を用いた場合には、ＡとＢの成分の合金微粒子としての
自然電位が１種類しか存在しないから、本実施の形態の
ような効果は得られない。
７の成分ＡおよびＢの成分を合金とした合金触媒微粒子
を用いた場合には、ＡとＢの成分の合金微粒子としての
自然電位が１種類しか存在しないから、本実施の形態の
ような効果は得られない。
【００３９】実施の形態６．図７は、本発明の電気化学
触媒を電気化学反応装置のカソード電極触媒として用い
た場合の作用を説明する拡大模式図である。図におい
て、２０は電解質マトリクス、２１はアノード触媒層、
２２は外部電気配線、２３は外部負荷で、カソード電極
触媒として実施の形態４に示した電気化学触媒を用いた
場合を示しているが、実施の形態１ないし３、実施の形
態５に示した電気化学触媒を用いた場合も本実施の形態
と同様の作用効果が得られる。
触媒を電気化学反応装置のカソード電極触媒として用い
た場合の作用を説明する拡大模式図である。図におい
て、２０は電解質マトリクス、２１はアノード触媒層、
２２は外部電気配線、２３は外部負荷で、カソード電極
触媒として実施の形態４に示した電気化学触媒を用いた
場合を示しているが、実施の形態１ないし３、実施の形
態５に示した電気化学触媒を用いた場合も本実施の形態
と同様の作用効果が得られる。
【００４０】カソードの触媒に本発明の電気化学触媒を
適用した場合には、触媒微粒子Ｂ１７が低い電位を保つ
ことにより、触媒微粒子Ａ１９での反応物Ａ６の還元反
応がが促進されて、全体としての反応が進む作用が発生
する。このとき、イオンと電子は触媒微粒子Ｂ１７で発
生すのではなく、アノード側から供給される。すなわ
ち、触媒微粒子Ｂ１７は、反応に直接関係するのではな
く、触媒微粒子Ａ１９との自然電位の差異によって反応
が促進される効果がある。
適用した場合には、触媒微粒子Ｂ１７が低い電位を保つ
ことにより、触媒微粒子Ａ１９での反応物Ａ６の還元反
応がが促進されて、全体としての反応が進む作用が発生
する。このとき、イオンと電子は触媒微粒子Ｂ１７で発
生すのではなく、アノード側から供給される。すなわ
ち、触媒微粒子Ｂ１７は、反応に直接関係するのではな
く、触媒微粒子Ａ１９との自然電位の差異によって反応
が促進される効果がある。
【００４１】実施の形態７．図８は、本発明の電気化学
触媒を電気化学反応装置のアノード電極触媒として用い
た場合の作用を説明する拡大模式図である。図におい
て、２０は電解質マトリクス、２１はアノード触媒層、
２２は外部電気配線、２３は外部負荷で、カソード電極
触媒として実施の形態４に示した電気化学触媒を用いた
場合を示しているが、実施の形態１ないし３、実施の形
態５に示した電気化学触媒を用いた場合も本実施の形態
と同様の作用効果が得られる。
触媒を電気化学反応装置のアノード電極触媒として用い
た場合の作用を説明する拡大模式図である。図におい
て、２０は電解質マトリクス、２１はアノード触媒層、
２２は外部電気配線、２３は外部負荷で、カソード電極
触媒として実施の形態４に示した電気化学触媒を用いた
場合を示しているが、実施の形態１ないし３、実施の形
態５に示した電気化学触媒を用いた場合も本実施の形態
と同様の作用効果が得られる。
【００４２】アノードの触媒に本発明の電気化学触媒を
適用した場合には、触媒微粒子１９が高い電位を保つこ
とにより、触媒微粒子Ｂ１７での反応物Ｂ８の酸化反応
が促進されて、全体としての反応が進む作用が発生す
る。このとき、イオンと電子は触媒微粒子Ａ１９で消費
されるのではなく、カソード側で消費される。すなわち
自然電位の差異よる局部電池の形成によって、アノード
での酸化反応を促進する作用がある。
適用した場合には、触媒微粒子１９が高い電位を保つこ
とにより、触媒微粒子Ｂ１７での反応物Ｂ８の酸化反応
が促進されて、全体としての反応が進む作用が発生す
る。このとき、イオンと電子は触媒微粒子Ａ１９で消費
されるのではなく、カソード側で消費される。すなわち
自然電位の差異よる局部電池の形成によって、アノード
での酸化反応を促進する作用がある。
【００４３】以下、上記実施の形態１ないし７の一般性
とその作用効果を証明するために、リン酸型燃料電池の
カソード（空気極）とアノード（燃料極）、メタノール
直接接型燃料電池のカソード（空気極）とアノード（燃
料極）および水素酸化処理用の電気化学素子（短絡型電
極）について実験を行った。以下に、その結果を説明す
る。
とその作用効果を証明するために、リン酸型燃料電池の
カソード（空気極）とアノード（燃料極）、メタノール
直接接型燃料電池のカソード（空気極）とアノード（燃
料極）および水素酸化処理用の電気化学素子（短絡型電
極）について実験を行った。以下に、その結果を説明す
る。
【００４４】実施の形態８．リン酸型燃料電池用カソー
ドについて、本発明の実施の形態１による電気化学触媒
によるカソードを作製し、有効面積２５ｃｍ2の単セル
を用いて常圧、２１０℃でのセル電圧を測定し、本発明
の性能を調べた。
ドについて、本発明の実施の形態１による電気化学触媒
によるカソードを作製し、有効面積２５ｃｍ2の単セル
を用いて常圧、２１０℃でのセル電圧を測定し、本発明
の性能を調べた。
【００４５】図９は、燃料電池の単セル構造を示す図で
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図において、
８０は燃料電池、７１および７３はそれぞれ燃料側およ
び空気側セルセパレータ、７２および７４はそれぞれ燃
料および空気ガス流路、７５はアノード、７６はカソー
ド、７７は電解質マトリクス、７８および７９はそれぞ
れ空気入り口および出口側外部マニホールド、８１およ
び８２はそれぞれ燃料ガス入り口および出口側外部マニ
ホールドである。
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図において、
８０は燃料電池、７１および７３はそれぞれ燃料側およ
び空気側セルセパレータ、７２および７４はそれぞれ燃
料および空気ガス流路、７５はアノード、７６はカソー
ド、７７は電解質マトリクス、７８および７９はそれぞ
れ空気入り口および出口側外部マニホールド、８１およ
び８２はそれぞれ燃料ガス入り口および出口側外部マニ
ホールドである。
【００４６】本発明の実施の形態１に示した電気化学触
媒を用いたカソード７６は、ファーネスブラックの一種
であるキャボット社のバルカンＸＣ７２Ｒに熱処理を加
えたカーボンを電子伝導性の担体として用い、これに白
金とコバルトと鉄の金属塩の混合液を含浸した後、還元
処理して、触媒としたＰｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ−３元合金
触媒粉末と、アセチレンブラックに熱処理を加えたカー
ボンを電子伝導性の担体として用い、これに白金とニッ
ケルとクロムの金属塩の混合液を含浸した後、還元処理
して、触媒としたＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ−３元合金触媒
粉末との２種類のものを作製した。この２種類のもの
は、いずれも、白金担持量２０重量％、白金以外の金属
の担持量は合計して５〜１０重量％になるように調合し
た。残りは、カーボンの重量である。
媒を用いたカソード７６は、ファーネスブラックの一種
であるキャボット社のバルカンＸＣ７２Ｒに熱処理を加
えたカーボンを電子伝導性の担体として用い、これに白
金とコバルトと鉄の金属塩の混合液を含浸した後、還元
処理して、触媒としたＰｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ−３元合金
触媒粉末と、アセチレンブラックに熱処理を加えたカー
ボンを電子伝導性の担体として用い、これに白金とニッ
ケルとクロムの金属塩の混合液を含浸した後、還元処理
して、触媒としたＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ−３元合金触媒
粉末との２種類のものを作製した。この２種類のもの
は、いずれも、白金担持量２０重量％、白金以外の金属
の担持量は合計して５〜１０重量％になるように調合し
た。残りは、カーボンの重量である。
【００４７】次に、Ｐｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ−３元合金触
媒粉末と、Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ−３元合触媒粉末を、
重量比率を１：１、１：３、３：１の３種類に混合した
ものをそれぞれ作製し、水とアルコールの混合溶媒に分
散させた後、３相界面を維持するために、はっ水剤とし
て加えるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）とこ
れらの触媒との比率が乾燥時に４０重量％ＰＴＦＥとな
るようにテフロンディスパージョンを加えてペースト化
し、印刷法を用いてカーボンペーパの上に塗布した後、
３５０℃に加熱してＰＴＦＥを溶融結着させてカソード
電極７６とした。
媒粉末と、Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ−３元合触媒粉末を、
重量比率を１：１、１：３、３：１の３種類に混合した
ものをそれぞれ作製し、水とアルコールの混合溶媒に分
散させた後、３相界面を維持するために、はっ水剤とし
て加えるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）とこ
れらの触媒との比率が乾燥時に４０重量％ＰＴＦＥとな
るようにテフロンディスパージョンを加えてペースト化
し、印刷法を用いてカーボンペーパの上に塗布した後、
３５０℃に加熱してＰＴＦＥを溶融結着させてカソード
電極７６とした。
【００４８】比較のためのカソード電極７６として、Ｐ
ｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ−３元合金触媒粉末とＰｔ・Ｎｉ・
Ｃｒ／Ｃ−３元合金触媒粉末をそれぞれ単独に用いて、
上記と同様に作製した。
ｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ−３元合金触媒粉末とＰｔ・Ｎｉ・
Ｃｒ／Ｃ−３元合金触媒粉末をそれぞれ単独に用いて、
上記と同様に作製した。
【００４９】アノード電極７５としては、田中貴金属か
ら購入した白金担持量１０重量％のカーボン担持を用い
て、カソード電極７６と同様に作製した。
ら購入した白金担持量１０重量％のカーボン担持を用い
て、カソード電極７６と同様に作製した。
【００５０】次に、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）微粉
末に１０重量％のＰＴＦＥを加えて混練してカレンダー
ロールを用いてシート化したマトリクスシート７７を作
製した。このマトリクスシート７７はリン酸に対する親
和性が高く、体積の５０％を超える空孔にリン酸を保持
することができる。
末に１０重量％のＰＴＦＥを加えて混練してカレンダー
ロールを用いてシート化したマトリクスシート７７を作
製した。このマトリクスシート７７はリン酸に対する親
和性が高く、体積の５０％を超える空孔にリン酸を保持
することができる。
【００５１】リン酸をカソード電極７６およびアノード
電極７５に含浸し、同じくリン酸を含浸したマトリクス
シート７７を介して挟持し、反応ガス流路７３、７４を
有するカーボン製外部マニホールド型単セルセパレータ
７１、７３に挟んで、それぞれ単セル（合計５台）と
し、カソード電極７６には空気を、アノード電極７５に
は水素８０％、二酸化炭素２０％から成るメタン改質模
擬ガス（メタンを水蒸気改質した場合の組成を模擬した
混合ガス）を流して、電流電圧特性を調べた。
電極７５に含浸し、同じくリン酸を含浸したマトリクス
シート７７を介して挟持し、反応ガス流路７３、７４を
有するカーボン製外部マニホールド型単セルセパレータ
７１、７３に挟んで、それぞれ単セル（合計５台）と
し、カソード電極７６には空気を、アノード電極７５に
は水素８０％、二酸化炭素２０％から成るメタン改質模
擬ガス（メタンを水蒸気改質した場合の組成を模擬した
混合ガス）を流して、電流電圧特性を調べた。
【００５２】図１０は本実施の形態のカソードおよび比
較のためのカソードを用いたリン酸型燃料電池単セルの
３００ｍＡ／ｃｍ2でのセル電圧を示したものである。
図において、横軸は触媒重量比率、すなわちカソード触
媒粉が占めるＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒重量の比率であ
り、３１はＰｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ触媒のみ、３２はＰｔ
・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ触媒粉末と、Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触
媒粉末重量比率が３：１、３３は重量比率が３：１のカ
ソード、３４は重量比率が１：３、３５はＰｔ・Ｎｉ・
Ｃｒ／Ｃ触媒のみのカソードである。
較のためのカソードを用いたリン酸型燃料電池単セルの
３００ｍＡ／ｃｍ2でのセル電圧を示したものである。
図において、横軸は触媒重量比率、すなわちカソード触
媒粉が占めるＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒重量の比率であ
り、３１はＰｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ触媒のみ、３２はＰｔ
・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ触媒粉末と、Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触
媒粉末重量比率が３：１、３３は重量比率が３：１のカ
ソード、３４は重量比率が１：３、３５はＰｔ・Ｎｉ・
Ｃｒ／Ｃ触媒のみのカソードである。
【００５３】セル電圧は、高いほど多くの電力を取り出
すことができるので望ましく、リン酸型燃料電池の場
合、この性能はほとんどがカソードの触媒性能に依存し
ているる。従って、カソードの酸素還元反応を促進する
ことが、リン酸型燃料電池の性能を上げることに直結し
ており、例えばセル電圧が１０ｍＶ上昇することは、リ
ン酸型燃料電池の効率向上に対して極めて有意義な改善
である。Ｐｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃのみ３１およびＰｔ・Ｎ
ｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒のみ３５に比べて、本実施の形態の混
合触媒を用いた３２〜３４はいずれもセル電圧が高くな
っており、本発明の効果は明らかである。
すことができるので望ましく、リン酸型燃料電池の場
合、この性能はほとんどがカソードの触媒性能に依存し
ているる。従って、カソードの酸素還元反応を促進する
ことが、リン酸型燃料電池の性能を上げることに直結し
ており、例えばセル電圧が１０ｍＶ上昇することは、リ
ン酸型燃料電池の効率向上に対して極めて有意義な改善
である。Ｐｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃのみ３１およびＰｔ・Ｎ
ｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒のみ３５に比べて、本実施の形態の混
合触媒を用いた３２〜３４はいずれもセル電圧が高くな
っており、本発明の効果は明らかである。
【００５４】次に、２種類の触媒を混合した場合にこの
ような高い特性が得られる理由につい説明する。金属種
や合金種が異なると、電気化学的な自然電位（レストポ
テンシャル）が異なる。自然電位とは、その電解質およ
びガス雰囲気に置かれた状態の電流が外部へ取り出され
ない時の電気化学電位であり、通常、可逆水素電極（Ｒ
ＨＥ）や他の参照電極に対する電位を測定することで確
認することができる。自然電位は、金属種が異なると、
その金属の酸化還元電位に大きく影響される。自然電位
が異なると、２種類の異種触媒間に局部電池が形成され
て、特定の金属面での酸化還元反応が促進されると考え
られる。カソードとして外部に電流を取り出した場合
も、自然電位に相当する電位差は、触媒粒子にかかる余
分の過電圧となるので酸素還元反応が促進される。この
ような効果は、異種金属がある程度の距離を有して対峙
し、異種金属間でイオンおよび電子のやり取りが行われ
て、始めて得られる効果であり、異種金属の対峙する距
離が短すぎると、異種金属間に生じる電気化学的な電位
差がすぐにキャンセルされてしまうので、このような効
果は生じない。すなわち、異種金属がそれぞれの担持カ
ーボンに担持され距離を持って対峙しており、電子は異
種金属および担持カーボンを通って一方の合金から他方
の合金に流れ、プロトンは担持カーボンの親水部に保持
されたリン酸によって、一方の合金から他方の合金に伝
達されることによって局部電池が形成され、一方の合金
触媒の酸素還元反応が促進されて、セル電圧が改善され
るのである。
ような高い特性が得られる理由につい説明する。金属種
や合金種が異なると、電気化学的な自然電位（レストポ
テンシャル）が異なる。自然電位とは、その電解質およ
びガス雰囲気に置かれた状態の電流が外部へ取り出され
ない時の電気化学電位であり、通常、可逆水素電極（Ｒ
ＨＥ）や他の参照電極に対する電位を測定することで確
認することができる。自然電位は、金属種が異なると、
その金属の酸化還元電位に大きく影響される。自然電位
が異なると、２種類の異種触媒間に局部電池が形成され
て、特定の金属面での酸化還元反応が促進されると考え
られる。カソードとして外部に電流を取り出した場合
も、自然電位に相当する電位差は、触媒粒子にかかる余
分の過電圧となるので酸素還元反応が促進される。この
ような効果は、異種金属がある程度の距離を有して対峙
し、異種金属間でイオンおよび電子のやり取りが行われ
て、始めて得られる効果であり、異種金属の対峙する距
離が短すぎると、異種金属間に生じる電気化学的な電位
差がすぐにキャンセルされてしまうので、このような効
果は生じない。すなわち、異種金属がそれぞれの担持カ
ーボンに担持され距離を持って対峙しており、電子は異
種金属および担持カーボンを通って一方の合金から他方
の合金に流れ、プロトンは担持カーボンの親水部に保持
されたリン酸によって、一方の合金から他方の合金に伝
達されることによって局部電池が形成され、一方の合金
触媒の酸素還元反応が促進されて、セル電圧が改善され
るのである。
【００５５】本実施の形態と比較するため、混合した触
媒成分を全て含むＰｔ・Ｃｏ・Ｆｅ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ−
５元合金触媒粉末を作製して、リン酸型燃料電池のカソ
ード触媒層に適用し、単セル性能を評価したが、Ｐｔ・
Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒あるいはＰｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ触媒
単独での単セル性能よりもむしろ悪くなった。これは、
すべての合金種を総合した自然電位に統一されるためと
考えらる。
媒成分を全て含むＰｔ・Ｃｏ・Ｆｅ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ−
５元合金触媒粉末を作製して、リン酸型燃料電池のカソ
ード触媒層に適用し、単セル性能を評価したが、Ｐｔ・
Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒あるいはＰｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ触媒
単独での単セル性能よりもむしろ悪くなった。これは、
すべての合金種を総合した自然電位に統一されるためと
考えらる。
【００５６】実施の形態９．次に、メタノール直接型燃
料電池用カソードとしての、本発明の効果を調べるため
に、シリコンカーバイドと、ＰＴＦＥからなるマトリク
スシートの代わりに、ヘキストインダストリーのセラゾ
ール（ポリベンゾイミダゾーール）にリン酸を含浸した
ものを用い、アノード電極にはＮＥケムキャット社から
購入したＰｔ−Ｒｕ系のアノード触媒を用い、カソード
には上記実施の形態８と同じＰｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ触媒
粉末、Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末を混合した電極を
用いて単セルを作製した。カソードには空気、アノード
にはメタノールと水を蒸発させたガスを供給し、常圧、
１９０℃、１００ｍＡ／ｃｍ2でのセル電圧を比較し
た。その結果を図１１に示す。
料電池用カソードとしての、本発明の効果を調べるため
に、シリコンカーバイドと、ＰＴＦＥからなるマトリク
スシートの代わりに、ヘキストインダストリーのセラゾ
ール（ポリベンゾイミダゾーール）にリン酸を含浸した
ものを用い、アノード電極にはＮＥケムキャット社から
購入したＰｔ−Ｒｕ系のアノード触媒を用い、カソード
には上記実施の形態８と同じＰｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ触媒
粉末、Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末を混合した電極を
用いて単セルを作製した。カソードには空気、アノード
にはメタノールと水を蒸発させたガスを供給し、常圧、
１９０℃、１００ｍＡ／ｃｍ2でのセル電圧を比較し
た。その結果を図１１に示す。
【００５７】図１１において、縦軸はセル電圧、横軸は
触媒量の混合比率である。メタノール直接型燃料電池の
場合、セル電圧の性能は、かなりの部分がカソードの触
媒性能に依存しているが、アノードでのメタノールの酸
化反応に対する活性に乏しく、アノードの性能にもかな
り依存している。図１１のセル電圧が、電流密度が低い
にもかかわらず図１０の場合よりかなり低いのは、この
アノードの性能によるところが大きい。
触媒量の混合比率である。メタノール直接型燃料電池の
場合、セル電圧の性能は、かなりの部分がカソードの触
媒性能に依存しているが、アノードでのメタノールの酸
化反応に対する活性に乏しく、アノードの性能にもかな
り依存している。図１１のセル電圧が、電流密度が低い
にもかかわらず図１０の場合よりかなり低いのは、この
アノードの性能によるところが大きい。
【００５８】しかし、Ｐｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ触媒のみ３
１およびＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒のみ３５のカソード
を用いた場合に比べて、Ｐｔ・ＣＰ・Ｆｅ／Ｃ触媒およ
びＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒を混合したもの３２〜３４
を用いた場合では、いずれもセル電圧が高くなってお
り、本発明の効果は明らかである。
１およびＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒のみ３５のカソード
を用いた場合に比べて、Ｐｔ・ＣＰ・Ｆｅ／Ｃ触媒およ
びＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒を混合したもの３２〜３４
を用いた場合では、いずれもセル電圧が高くなってお
り、本発明の効果は明らかである。
【００５９】実施の形態１０．上記実施の形態８は、リ
ン酸型燃料電池のカソードに本発明の電気化学触媒を適
用したものであるが、本実施の形態はアノードに適用す
るものである。
ン酸型燃料電池のカソードに本発明の電気化学触媒を適
用したものであるが、本実施の形態はアノードに適用す
るものである。
【００６０】白金をカーボンに担持したアノード触媒粉
末と、白金とルテニウムをカーボンに担持したアノード
触媒粉末をそれぞれ、アセチレンブラックを担持カーボ
ンとして、実施の形態８と同様、印刷法を用いてカーボ
ンペーパ上に塗布した後、３５０℃に加熱してＰＴＦＥ
を溶融結着させ、アノード電極を作製した。
末と、白金とルテニウムをカーボンに担持したアノード
触媒粉末をそれぞれ、アセチレンブラックを担持カーボ
ンとして、実施の形態８と同様、印刷法を用いてカーボ
ンペーパ上に塗布した後、３５０℃に加熱してＰＴＦＥ
を溶融結着させ、アノード電極を作製した。
【００６１】カソード電極には、実施の形態８で用いた
Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末単独で作製したカソード
を用いて、実施の形態８の場合と同様、単セルを組立
て、ＣＯ被毒の著しい１２０℃で運転試験を行った。通
常、１２０℃では、低温によりＣＯ被毒の影響は大き
く、これは、ＣＯがアノード（燃料極）の白金触媒に吸
着して水素の反応を阻害し、著しく特性を低下させるた
めであることが知られている。しかし、一方では、リン
酸型燃料電池のポータブル電源や家庭用の燃料電池発電
シスムとしての利用が検討されており、起動の容易さか
ら、より低温での動作が要求されている。
Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末単独で作製したカソード
を用いて、実施の形態８の場合と同様、単セルを組立
て、ＣＯ被毒の著しい１２０℃で運転試験を行った。通
常、１２０℃では、低温によりＣＯ被毒の影響は大き
く、これは、ＣＯがアノード（燃料極）の白金触媒に吸
着して水素の反応を阻害し、著しく特性を低下させるた
めであることが知られている。しかし、一方では、リン
酸型燃料電池のポータブル電源や家庭用の燃料電池発電
シスムとしての利用が検討されており、起動の容易さか
ら、より低温での動作が要求されている。
【００６２】図１２は、本実施の形態のリン酸型燃料電
池セルの３００ｍＡ／ｃｍ2でのセル電圧を示したもの
である。図において、横軸は触媒重量比率、すなわちア
ノードの触媒粉末に占めるＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒量の比率
であり、３６はＰｔ／Ｃ触媒粉末のみ、３７はＰｔ／Ｃ
触媒粉末とＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末の重量比率が３：
１、３８は重量比率１：１、３９は重量比率が１：３、
４０はＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末のみのアノードである。
池セルの３００ｍＡ／ｃｍ2でのセル電圧を示したもの
である。図において、横軸は触媒重量比率、すなわちア
ノードの触媒粉末に占めるＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒量の比率
であり、３６はＰｔ／Ｃ触媒粉末のみ、３７はＰｔ／Ｃ
触媒粉末とＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末の重量比率が３：
１、３８は重量比率１：１、３９は重量比率が１：３、
４０はＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末のみのアノードである。
【００６３】各単セルには、３００ｍＡ／ｃｍ2におい
ての利用率が４０％に相当する一定量の空気と、３００
ｍＡ／ｃｍ2においての利用率が８０％に相当する一定
量のメタン改質模擬ガスを供給して、常圧、１２０℃で
動作させた。
ての利用率が４０％に相当する一定量の空気と、３００
ｍＡ／ｃｍ2においての利用率が８０％に相当する一定
量のメタン改質模擬ガスを供給して、常圧、１２０℃で
動作させた。
【００６４】図１２に示されているように、Ｐｔ／Ｃ触
媒のみ３６、およびＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒のみ４０に比
べ、Ｐｔ／Ｃ触媒粉末とＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末を混合
した３７〜３９は大きなセル電圧が得られ、１２０℃の
低温でも６００ｍＶ近いセル電圧が得られることが明ら
かになった。これは、異種金属間での自然電位の差異に
加えて、金属によってＣＯの酸化電位が大きく異なるた
めに、ＣＯが吸着した場合の自然電位に大きな差異が生
じ、一方の合金触媒の表面でのＣＯ酸化が促進されてＣ
Ｏ被毒の影響が大幅に軽減されたものである。
媒のみ３６、およびＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒のみ４０に比
べ、Ｐｔ／Ｃ触媒粉末とＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末を混合
した３７〜３９は大きなセル電圧が得られ、１２０℃の
低温でも６００ｍＶ近いセル電圧が得られることが明ら
かになった。これは、異種金属間での自然電位の差異に
加えて、金属によってＣＯの酸化電位が大きく異なるた
めに、ＣＯが吸着した場合の自然電位に大きな差異が生
じ、一方の合金触媒の表面でのＣＯ酸化が促進されてＣ
Ｏ被毒の影響が大幅に軽減されたものである。
【００６５】このメカニズムを図を用いて説明する。図
１３は、アノード電極の触媒層内のＰｔ／カーボン担持
触媒粉末と、Ｐｔ・Ｒｕ／カーボン担持触媒粒子の拡大
模式図である。５１は、カーボン担体で大きさは０．０
５μｍ程度である。５２はＰｔ粒子で、粒子径は５０オ
ングストローム程度である。５３はカーボン担体で大き
さは０．０５μｍ程度である。５４はＰｔ・Ｒｕ合金触
媒粒子で、粒子径は５０オングストローム程度である。
５５はは、電解質であるリン酸である。
１３は、アノード電極の触媒層内のＰｔ／カーボン担持
触媒粉末と、Ｐｔ・Ｒｕ／カーボン担持触媒粒子の拡大
模式図である。５１は、カーボン担体で大きさは０．０
５μｍ程度である。５２はＰｔ粒子で、粒子径は５０オ
ングストローム程度である。５３はカーボン担体で大き
さは０．０５μｍ程度である。５４はＰｔ・Ｒｕ合金触
媒粒子で、粒子径は５０オングストローム程度である。
５５はは、電解質であるリン酸である。
【００６６】また、図１４は電気化学電位図であり、図
１４（ａ）は、ＣＯの吸着したＰｔ粒子の電気化学電位
を示す電位図、図１４（ｂ）は、ＣＯが付着したしたＰ
ｔ−Ｒｕ合金粒子の電化学電位を示す電位図である。図
１３において、６２はＣＯの吸着したＰｔ微粒子の自然
電位、６３はＣの吸着したＰｔ−Ｒｕ合金微粒子の自然
電位である。
１４（ａ）は、ＣＯの吸着したＰｔ粒子の電気化学電位
を示す電位図、図１４（ｂ）は、ＣＯが付着したしたＰ
ｔ−Ｒｕ合金粒子の電化学電位を示す電位図である。図
１３において、６２はＣＯの吸着したＰｔ微粒子の自然
電位、６３はＣの吸着したＰｔ−Ｒｕ合金微粒子の自然
電位である。
【００６７】担持カーボンは、実際にはストラクチヤー
と呼ばれるサンゴのような複雑な構造をしているが、図
１３では単純化して球で描いている。ＣＯを含むガスが
来ると、ＣＯは、Ｐｔ粒子とＰｔ・Ｒｕ合金粒子の両方
に吸着するが、特にＣＯ酸化電位の高いＰｔ粒子に強く
吸着して水素分子が近づけなくなり、水素分子の酸化が
ほとんど行れなわれなくなる。すると、Ｐｔ微粒子は図
１４（ａ）の電位図のように、電気化学的には高い電位
（酸素発生電位に近い電位）にシフトする。一方、Ｐｔ
・Ｒｕ合金微粒子にもＣＯの吸着による電気化学的電位
のシフトが起こるが、ＣＯの吸着力が弱く、一部では水
素の酸化も起こるので、図１４（ｂ）のように電位６３
はそれほど高い電位にはシフトせずに、水素発生電位に
近い位置にある。すなわち、Ｐｔ微粒子５２とＰｔ・Ｒ
ｕ合金微粒子５４はＣＯが吸着すると電気化学的には異
なった電位に置かれる。Ｐｔ粒子５２とＰｔ・Ｒｕ合金
微粒子５４は担持カーボンによって電子的に短絡されて
おり、近傍のリン酸５５を介してイオン的にも連絡して
いるので、電気化学的な電位差を起電力として局部電池
を形成し、局部電流が流れる。これは、異種金属が電子
的にもイオン的にも短絡された場合に局部電池を形成し
て腐食反応が加速度的に起こる現象に似ている。局部電
池によって、Ｐｔ・Ｒｕ合金微粒子５４では、ＣＯとＨ
2Ｏ（水）の反応で、ＣＯ2（ニ酸化炭素）と電子とプロ
トンに分かれ、電子は担持カーボン５３および担持カー
ボン５１を介して、プロトンはリン酸５５を介してカー
ボン担体５１から空気極側へ流れる。Ｐｔ・Ｒｕ合金微
粒子５４では、ＣＯが酸化除去されたので、水素分子が
近づいて水素酸化が起こる。すなわち、Ｐｔ微微子５２
が高い電位を保つことで、Ｐｔ・Ｒｕ合金微粒子５４で
は常にＣＯが酸化除去され、水素の酸化反応が可能にな
るので、ＣＯ被毒の影響が大幅に軽減され、高いセル電
圧が保たれると考えられる。
と呼ばれるサンゴのような複雑な構造をしているが、図
１３では単純化して球で描いている。ＣＯを含むガスが
来ると、ＣＯは、Ｐｔ粒子とＰｔ・Ｒｕ合金粒子の両方
に吸着するが、特にＣＯ酸化電位の高いＰｔ粒子に強く
吸着して水素分子が近づけなくなり、水素分子の酸化が
ほとんど行れなわれなくなる。すると、Ｐｔ微粒子は図
１４（ａ）の電位図のように、電気化学的には高い電位
（酸素発生電位に近い電位）にシフトする。一方、Ｐｔ
・Ｒｕ合金微粒子にもＣＯの吸着による電気化学的電位
のシフトが起こるが、ＣＯの吸着力が弱く、一部では水
素の酸化も起こるので、図１４（ｂ）のように電位６３
はそれほど高い電位にはシフトせずに、水素発生電位に
近い位置にある。すなわち、Ｐｔ微粒子５２とＰｔ・Ｒ
ｕ合金微粒子５４はＣＯが吸着すると電気化学的には異
なった電位に置かれる。Ｐｔ粒子５２とＰｔ・Ｒｕ合金
微粒子５４は担持カーボンによって電子的に短絡されて
おり、近傍のリン酸５５を介してイオン的にも連絡して
いるので、電気化学的な電位差を起電力として局部電池
を形成し、局部電流が流れる。これは、異種金属が電子
的にもイオン的にも短絡された場合に局部電池を形成し
て腐食反応が加速度的に起こる現象に似ている。局部電
池によって、Ｐｔ・Ｒｕ合金微粒子５４では、ＣＯとＨ
2Ｏ（水）の反応で、ＣＯ2（ニ酸化炭素）と電子とプロ
トンに分かれ、電子は担持カーボン５３および担持カー
ボン５１を介して、プロトンはリン酸５５を介してカー
ボン担体５１から空気極側へ流れる。Ｐｔ・Ｒｕ合金微
粒子５４では、ＣＯが酸化除去されたので、水素分子が
近づいて水素酸化が起こる。すなわち、Ｐｔ微微子５２
が高い電位を保つことで、Ｐｔ・Ｒｕ合金微粒子５４で
は常にＣＯが酸化除去され、水素の酸化反応が可能にな
るので、ＣＯ被毒の影響が大幅に軽減され、高いセル電
圧が保たれると考えられる。
【００６８】実施の形態１１．上記実施の形態９は、メ
タノール直接型燃燃電池のカソードに本発明の電気化学
触媒を適用したものであるが、本実施の形態は、アノー
ドに適用するものである。
タノール直接型燃燃電池のカソードに本発明の電気化学
触媒を適用したものであるが、本実施の形態は、アノー
ドに適用するものである。
【００６９】シリコンカーバイドとＰＴＦＥからなるマ
トリクスシートの代わりに、ヘキストインダストリーの
セラゾール（ポリベンゾイミダゾール）にリン酸を含浸
したものを用い、カソード電極にはＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／
Ｃ触媒粉末を用い、アノード電極には実施の形態９で用
いたＰｔ／Ｃ触媒粉末と、Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒媒末との
混合触媒粉末を使用した電極を用いて単セルを作製し
た。カソードには空気、アノードにはメタノールと水を
蒸発させたガスを供給し、常圧、１９０℃、１００ｍＡ
／ｃｍ2でのセル電圧を比較した。その結果を図１５に
示す。
トリクスシートの代わりに、ヘキストインダストリーの
セラゾール（ポリベンゾイミダゾール）にリン酸を含浸
したものを用い、カソード電極にはＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／
Ｃ触媒粉末を用い、アノード電極には実施の形態９で用
いたＰｔ／Ｃ触媒粉末と、Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒媒末との
混合触媒粉末を使用した電極を用いて単セルを作製し
た。カソードには空気、アノードにはメタノールと水を
蒸発させたガスを供給し、常圧、１９０℃、１００ｍＡ
／ｃｍ2でのセル電圧を比較した。その結果を図１５に
示す。
【００７０】図１５において、横軸は触媒の混合比率で
ある。Ｐｔ／Ｃ触媒粉末のみ３６、およびＰｔ・Ｒｕ／
Ｃ触媒粉末のみ４０の場合に比べて、Ｐｔ／Ｃ触媒粉末
とＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末との混合触媒粉末３７〜３９
では、いずれもセル電圧が高くなっており、本発明の効
果は明らかである。メタノール直接型燃料電池の場合、
アノードでのメタノールの酸化反応に対する活性に乏し
く、セル電圧の性能は、アノードの性能にかなり依存し
ているので、本発明の効果が大きく反映されているもの
と考えられる。
ある。Ｐｔ／Ｃ触媒粉末のみ３６、およびＰｔ・Ｒｕ／
Ｃ触媒粉末のみ４０の場合に比べて、Ｐｔ／Ｃ触媒粉末
とＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末との混合触媒粉末３７〜３９
では、いずれもセル電圧が高くなっており、本発明の効
果は明らかである。メタノール直接型燃料電池の場合、
アノードでのメタノールの酸化反応に対する活性に乏し
く、セル電圧の性能は、アノードの性能にかなり依存し
ているので、本発明の効果が大きく反映されているもの
と考えられる。
【００７１】実施の形態１２．本発明の電気化学触媒と
しての効果が、燃料電池のカソード電極やアノード電極
だけでなく、他の電気化学素子においても効果が存在す
るのかどうかを確認するため、除湿素子や電解オゾナイ
ザーで発生する水素を電気化学的に酸化して水に変換す
るための電気化学素子、すなわち電子的および電気化学
的に短絡された状態で水素の酸化を行う水素酸化処理用
電気化学素子について異種金属触媒どうしの混合の効果
を調べる試験を実施した。
しての効果が、燃料電池のカソード電極やアノード電極
だけでなく、他の電気化学素子においても効果が存在す
るのかどうかを確認するため、除湿素子や電解オゾナイ
ザーで発生する水素を電気化学的に酸化して水に変換す
るための電気化学素子、すなわち電子的および電気化学
的に短絡された状態で水素の酸化を行う水素酸化処理用
電気化学素子について異種金属触媒どうしの混合の効果
を調べる試験を実施した。
【００７２】上記電気化学素子は、短絡電極内部でカソ
ード反応とアノード反応が起こるので、カソード電極で
もアノード電極でもない自立型の電気化学的な触媒電極
である。ＮＥケムキャット社から購入したＰｔ・Ｒｕ／
Ｃ系のアノード触媒粉末とＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉
末を混合したものを触媒とし、水とアルコールの混合溶
液に分散した後、ＰＴＦＥ量は１０重量％になるように
テフロンディスパージョンを加え、ペースト化してスク
リーン印刷法によって東レ社製のカーボンペーパ上に塗
布し、乾燥した後３５０℃で焼成してＰＴＦＥを溶融結
着させ、アルドリッチのナフィオン液（固体高分子電解
質５重量％を溶解した水とアルコールの混合溶液）を含
浸させて、１２０℃で熱処理して、触媒層の空孔内に固
体高分子電解質を含浸させた。Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末
とＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末の重量比率を変化させ
て５ｃｍ×５ｃｍの正方形の短絡型電極を作製し、温度
２０℃、４３リットルの容積の箱に設置し、一定量の純
水素を注射器を用いて注入し、水素濃度を１％としたの
ち、１時間後の水素濃度を調べた。
ード反応とアノード反応が起こるので、カソード電極で
もアノード電極でもない自立型の電気化学的な触媒電極
である。ＮＥケムキャット社から購入したＰｔ・Ｒｕ／
Ｃ系のアノード触媒粉末とＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉
末を混合したものを触媒とし、水とアルコールの混合溶
液に分散した後、ＰＴＦＥ量は１０重量％になるように
テフロンディスパージョンを加え、ペースト化してスク
リーン印刷法によって東レ社製のカーボンペーパ上に塗
布し、乾燥した後３５０℃で焼成してＰＴＦＥを溶融結
着させ、アルドリッチのナフィオン液（固体高分子電解
質５重量％を溶解した水とアルコールの混合溶液）を含
浸させて、１２０℃で熱処理して、触媒層の空孔内に固
体高分子電解質を含浸させた。Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末
とＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末の重量比率を変化させ
て５ｃｍ×５ｃｍの正方形の短絡型電極を作製し、温度
２０℃、４３リットルの容積の箱に設置し、一定量の純
水素を注射器を用いて注入し、水素濃度を１％としたの
ち、１時間後の水素濃度を調べた。
【００７３】図１６は、１時間後の４３リットル容器内
の水素濃度を縦軸に、Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末とＰｔ・
Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末の重量比率を横軸に示したもの
で、４１はＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末のみの短絡型電極、
４２はＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末とＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ
触媒粉末の重量比率が３：１、４３は同重量比率が１：
１、４４は同重量比が１：３、４５はＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触
媒のみの短絡型電極である。単独触媒４１、４５の場合
に比べ、混合触媒４２〜４４いずれの場合も、１時間後
の水素濃度が低くなっており、水素酸化処理力が高くな
っていることが明らかである。
の水素濃度を縦軸に、Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末とＰｔ・
Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末の重量比率を横軸に示したもの
で、４１はＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末のみの短絡型電極、
４２はＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末とＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ
触媒粉末の重量比率が３：１、４３は同重量比率が１：
１、４４は同重量比が１：３、４５はＰｔ・Ｒｕ／Ｃ触
媒のみの短絡型電極である。単独触媒４１、４５の場合
に比べ、混合触媒４２〜４４いずれの場合も、１時間後
の水素濃度が低くなっており、水素酸化処理力が高くな
っていることが明らかである。
【００７４】混合系触媒において、Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃ触触
粉末単独やＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末単独の場合よ
りも著しく水素濃度が低下しているのは、異種金属での
自然電位の違いに加えて、合金種によって水素酸化およ
び酸素還元に対する反応性が異なっているので、短絡型
電極におけるカソード反応とアノード反応が異種金属で
選択的に行われ、より効率的に短絡電流が流れるためで
ある。
粉末単独やＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末単独の場合よ
りも著しく水素濃度が低下しているのは、異種金属での
自然電位の違いに加えて、合金種によって水素酸化およ
び酸素還元に対する反応性が異なっているので、短絡型
電極におけるカソード反応とアノード反応が異種金属で
選択的に行われ、より効率的に短絡電流が流れるためで
ある。
【００７５】なお、本実施の形態と比較するものとし
て、混合した触媒成分を全て含むＰｔ・Ｒｕ・Ｎｉ・Ｃ
ｒ／Ｃ−４元系合金触媒粉末を作製して、水素処理用電
気化学素子に適用し、水素酸化処理能力を評価したが、
Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒あるいはＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒
単独での処理性能よりもむしろ悪くなった。これは、す
べての合金種を総合した自然電位に統一されるために、
本実施の形態のような効果が得られなかったものと考え
られる。
て、混合した触媒成分を全て含むＰｔ・Ｒｕ・Ｎｉ・Ｃ
ｒ／Ｃ−４元系合金触媒粉末を作製して、水素処理用電
気化学素子に適用し、水素酸化処理能力を評価したが、
Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒あるいはＰｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒
単独での処理性能よりもむしろ悪くなった。これは、す
べての合金種を総合した自然電位に統一されるために、
本実施の形態のような効果が得られなかったものと考え
られる。
【００７６】実施の形態１３．Ｐｔのみをカーボンに担
持した触媒粉末と、Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末と、Ｐｔ・
Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末の３種類の触媒粉末を混合した
電気化学触媒を、実施の形態１２の電気化学素子に用い
て、水素酸化処理能力を調べところ、上記実施の形態１
２の２種類の触媒を混合した場合よりも、１時間後の水
素濃度はさらに低下し、さらに高い効果が得られること
がわかった。
持した触媒粉末と、Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末と、Ｐｔ・
Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末の３種類の触媒粉末を混合した
電気化学触媒を、実施の形態１２の電気化学素子に用い
て、水素酸化処理能力を調べところ、上記実施の形態１
２の２種類の触媒を混合した場合よりも、１時間後の水
素濃度はさらに低下し、さらに高い効果が得られること
がわかった。
【００７７】以上のように、いずれの合金触媒でも、混
合することで、ＣＯ被毒の影響が単独の触媒よりも軽減
され、セル電圧が上昇する効果がある。上記実施の形態
で使用した金属種以外の場合や、３元系、４元系など多
元系触媒の場合でも同様の効果が期待できることは明ら
かである。また、さらに４種類、５種類と混合する触媒
の種類を増やしても同様の効果が得られることは明らか
である。
合することで、ＣＯ被毒の影響が単独の触媒よりも軽減
され、セル電圧が上昇する効果がある。上記実施の形態
で使用した金属種以外の場合や、３元系、４元系など多
元系触媒の場合でも同様の効果が期待できることは明ら
かである。また、さらに４種類、５種類と混合する触媒
の種類を増やしても同様の効果が得られることは明らか
である。
【００７８】白金に添加する合金種としては、カソード
電極触媒の場合、ニッケル、クロム、コバルト、鉄を用
いることができ、アノード電極触媒の場合、モリブデ
ン、ルテニウム、スズ、鉄、タングステンを用いること
ができる。
電極触媒の場合、ニッケル、クロム、コバルト、鉄を用
いることができ、アノード電極触媒の場合、モリブデ
ン、ルテニウム、スズ、鉄、タングステンを用いること
ができる。
【００７９】なお、上記実施の形態ではリン酸型燃料電
池、メタノール直接型燃料電池と水素酸化処理用電気化
学素子に適用した場合などについて述べたが、固体高分
子型燃料電池や溶融炭酸塩型燃料電池など他の燃料電池
や、除湿素子、電解オゾナイザーなど他の電気化学素
子、水電解槽、食塩電解、１次電池、２次電池、リチウ
ム電池など、さまざまな電気化学反応装置に本発明の電
気化学触媒を適用し、反応を促進することができること
は明らかである。
池、メタノール直接型燃料電池と水素酸化処理用電気化
学素子に適用した場合などについて述べたが、固体高分
子型燃料電池や溶融炭酸塩型燃料電池など他の燃料電池
や、除湿素子、電解オゾナイザーなど他の電気化学素
子、水電解槽、食塩電解、１次電池、２次電池、リチウ
ム電池など、さまざまな電気化学反応装置に本発明の電
気化学触媒を適用し、反応を促進することができること
は明らかである。
【００８０】なお、上記実施の形態では、電子伝導性の
担体として、カーボンを用いた場合を示したが、電子伝
導性があれば、他の物質、例えば、ニッケルやステンレ
ス、金、タングステンカーバイド、炭化ホウ素、炭化珪
素、ポルフィリン、フタロシアニンなどでもよく、ある
いはアルミナやジルコニア、二酸化珪素、シリカゲルな
どの電子絶縁物の表面に金やニッケルをメッキして電子
伝導性を与えた担体でも同様の効果が得られる。
担体として、カーボンを用いた場合を示したが、電子伝
導性があれば、他の物質、例えば、ニッケルやステンレ
ス、金、タングステンカーバイド、炭化ホウ素、炭化珪
素、ポルフィリン、フタロシアニンなどでもよく、ある
いはアルミナやジルコニア、二酸化珪素、シリカゲルな
どの電子絶縁物の表面に金やニッケルをメッキして電子
伝導性を与えた担体でも同様の効果が得られる。
【００８１】また、電子伝導物質として、上記実施の形
態ではカーボンや触媒自身の場合を示したが、その他の
電子伝導物質を加えてもよく、例えば、図３や図４の場
合に電子伝導物質として、他のカーボン粉末やカーボン
繊維などが加えられていてもよく、同様の効果が得られ
る。
態ではカーボンや触媒自身の場合を示したが、その他の
電子伝導物質を加えてもよく、例えば、図３や図４の場
合に電子伝導物質として、他のカーボン粉末やカーボン
繊維などが加えられていてもよく、同様の効果が得られ
る。
【００８２】また、電気化学触媒には、予め固体高分子
電解質などのイオン導電性物質が加えられていてもよ
く、リン酸のように後からしみ込ませても良い。あるい
は高分子材料を加えておいて、後からスルフォニル基を
スルホン酸基に置換してイオン伝導性を付加してもよ
い。
電解質などのイオン導電性物質が加えられていてもよ
く、リン酸のように後からしみ込ませても良い。あるい
は高分子材料を加えておいて、後からスルフォニル基を
スルホン酸基に置換してイオン伝導性を付加してもよ
い。
【００８３】
【発明の効果】請求項１ないし１３に係る発明によれ
ば、電気化学的な自然電位が異なる２種類以上の触媒
と、この触媒間をイオン移動可能とするイオン伝導性物
質と、上記触媒間を電子移動可能とする電子伝導手段と
を有する電気化学触媒であるので、自然電位の異なる触
媒の間で局部電池が形成され、電気化学的な触媒反応が
加速される効果がある。
ば、電気化学的な自然電位が異なる２種類以上の触媒
と、この触媒間をイオン移動可能とするイオン伝導性物
質と、上記触媒間を電子移動可能とする電子伝導手段と
を有する電気化学触媒であるので、自然電位の異なる触
媒の間で局部電池が形成され、電気化学的な触媒反応が
加速される効果がある。
【００８４】請求項３、４および５に係る発明によれ
ば、２種類以上の触媒をそれぞれ異なる電子伝導物質に
担持することにより、上記電子伝導物質の凹凸を利用し
て、イオン伝導物質をポア吸引力あるいは表面張力で保
持できる効果がある。
ば、２種類以上の触媒をそれぞれ異なる電子伝導物質に
担持することにより、上記電子伝導物質の凹凸を利用し
て、イオン伝導物質をポア吸引力あるいは表面張力で保
持できる効果がある。
【００８５】請求項４に係る発明によれば、２種類以上
の触媒を同一の電子伝導物質に担持することにより、電
子伝導物質（触媒担体）の大きさが大きくても、充分に
電子伝導性を保つことができる効果がある。
の触媒を同一の電子伝導物質に担持することにより、電
子伝導物質（触媒担体）の大きさが大きくても、充分に
電子伝導性を保つことができる効果がある。
【００８６】請求項６に係る発明によれば、触媒が電子
伝導性を有する電子伝導手段であるので、触媒の担体を
不要にする。
伝導性を有する電子伝導手段であるので、触媒の担体を
不要にする。
【００８７】請求項７および９に係る発明によれば、触
媒が、白金と白金以外の第１金属とを含む多元系触媒
と、白金と白金以外の第２金属とを含む多元系触媒を含
むものであるので、自然電位の異なる触媒粒子の間に局
部電池が形成され、一方の触媒粒子上での酸化還元反応
が加速される効果がある。
媒が、白金と白金以外の第１金属とを含む多元系触媒
と、白金と白金以外の第２金属とを含む多元系触媒を含
むものであるので、自然電位の異なる触媒粒子の間に局
部電池が形成され、一方の触媒粒子上での酸化還元反応
が加速される効果がある。
【００８８】請求項８に係る発明によれば、請求項７に
記載の触媒が、第１金属および第２金属としてニッケ
ル、クロム、コバルト、鉄のいずれかを含む多元系触媒
を含むものであるので、自然電位の異なる触媒粒子の間
に局部電池が形成され、一方の触媒粒子上での酸素還元
反応が加速される効果がある。
記載の触媒が、第１金属および第２金属としてニッケ
ル、クロム、コバルト、鉄のいずれかを含む多元系触媒
を含むものであるので、自然電位の異なる触媒粒子の間
に局部電池が形成され、一方の触媒粒子上での酸素還元
反応が加速される効果がある。
【００８９】請求項１０に係る発明によれば、請求項９
記載の触媒が、白金以外の金属としてモリブデン、ルテ
ニウム、スズ、鉄、タングステンのいずれかを含む多元
系触媒子を含むものであるので、自然電位の異なる触媒
粒子の間に局部電池が形成され、白金と白金以外の金属
を含む多元系触媒での酸化反応が加速される効果があ
る。
記載の触媒が、白金以外の金属としてモリブデン、ルテ
ニウム、スズ、鉄、タングステンのいずれかを含む多元
系触媒子を含むものであるので、自然電位の異なる触媒
粒子の間に局部電池が形成され、白金と白金以外の金属
を含む多元系触媒での酸化反応が加速される効果があ
る。
【００９０】請求項１１および１２に係る発明によれ
ば、請求項１ないし６のいずれかに記載の電気化学触媒
において、触媒が、白金黒または白金と、白金と白金以
外の第１金属を含む多元系触媒と、白金と白金以外の第
２金属を含む多元系触媒との３種類を含むものであるの
で、自然電位の異なる触媒粒子の間に局部電池が形成さ
れ、反応が加速される効果がある。
ば、請求項１ないし６のいずれかに記載の電気化学触媒
において、触媒が、白金黒または白金と、白金と白金以
外の第１金属を含む多元系触媒と、白金と白金以外の第
２金属を含む多元系触媒との３種類を含むものであるの
で、自然電位の異なる触媒粒子の間に局部電池が形成さ
れ、反応が加速される効果がある。
【００９１】請求項１４に係る発明によれば、アノード
電極およびカソード電極を有し、このカソード電極に、
請求項１〜９、１１、１３のいずれかに記載の電気化学
触媒を適用することによって、触媒反応効率が高い電気
化学反応装置がえられる。
電極およびカソード電極を有し、このカソード電極に、
請求項１〜９、１１、１３のいずれかに記載の電気化学
触媒を適用することによって、触媒反応効率が高い電気
化学反応装置がえられる。
【００９２】請求項１５に係る発明によれば、アノード
電極およびカソード電極を有し、このアノード電極に、
請求項１〜７、９〜１１、１３のいずれかに記載の電気
化学触媒を適用することによって、触媒反応効率が高い
電気化学反応装置がえられる。
電極およびカソード電極を有し、このアノード電極に、
請求項１〜７、９〜１１、１３のいずれかに記載の電気
化学触媒を適用することによって、触媒反応効率が高い
電気化学反応装置がえられる。
【００９３】請求項１６に係る発明によれば、請求項１
〜１３のいずれかに記載の電気化学触媒を、短絡型電極
に適用することによって、触媒反応効率が高い電気化学
素子が得られる。
〜１３のいずれかに記載の電気化学触媒を、短絡型電極
に適用することによって、触媒反応効率が高い電気化学
素子が得られる。
【００９４】請求項１７に係る発明によれば、アノード
触媒層およびカソード触媒層を備えたリン酸型燃料電池
において、上記カソード触媒層に、請求項１〜９、１
１、１３のいずれかに記載の電気化学触媒を適用するこ
とによって、触媒反応効率が高いリン酸型燃料電池が得
られる。
触媒層およびカソード触媒層を備えたリン酸型燃料電池
において、上記カソード触媒層に、請求項１〜９、１
１、１３のいずれかに記載の電気化学触媒を適用するこ
とによって、触媒反応効率が高いリン酸型燃料電池が得
られる。
【００９５】請求項１８に係る発明によれば、アノード
触媒層およびカソード触媒層を備えたリン酸型燃料電池
において、上記アノード触媒層に、請求項１〜７、９〜
１１のいずれかに記載の電気化学触媒を適用することに
よって、触媒反応効率が高いリン酸型燃料電池が得られ
る。
触媒層およびカソード触媒層を備えたリン酸型燃料電池
において、上記アノード触媒層に、請求項１〜７、９〜
１１のいずれかに記載の電気化学触媒を適用することに
よって、触媒反応効率が高いリン酸型燃料電池が得られ
る。
【００９６】請求項１９に係る発明によれば、アノード
触媒層およびカソード触媒層を備えたメタノール直接型
燃料電池において、上記カソード触媒層に、請求項１〜
９、１１のいずれかに記載の電気化学触媒を適用するこ
とによって、触媒反応効率が高いメタノール直接型燃料
電池が得られる。
触媒層およびカソード触媒層を備えたメタノール直接型
燃料電池において、上記カソード触媒層に、請求項１〜
９、１１のいずれかに記載の電気化学触媒を適用するこ
とによって、触媒反応効率が高いメタノール直接型燃料
電池が得られる。
【００９７】請求項２０に係る発明によれば、アノード
触媒層およびカソード触媒層を備えたメタノール直接型
燃料電池において、上記アノード触媒層に、請求項１〜
７、９〜１１のいずれかに記載の電気化学触媒を適用す
ることによって、触媒反応効率が高いメタノール直接型
燃料電池が得られる。
触媒層およびカソード触媒層を備えたメタノール直接型
燃料電池において、上記アノード触媒層に、請求項１〜
７、９〜１１のいずれかに記載の電気化学触媒を適用す
ることによって、触媒反応効率が高いメタノール直接型
燃料電池が得られる。
【図１】 本発明の電気化学触媒の第１の実施の形態を
説明する拡大模式図である。
説明する拡大模式図である。
【図２】 本発明の電気化学触媒の第１の実施の形態に
おける作用を説明する触媒Ａと触媒Ｂの電気化学電位図
である。
おける作用を説明する触媒Ａと触媒Ｂの電気化学電位図
である。
【図３】 本発明の電気化学触媒第２の実施の形態を説
明する拡大模式図である。
明する拡大模式図である。
【図４】 本発明の電気化学触媒の第３の実施の形態を
説明する拡大模式図である。
説明する拡大模式図である。
【図５】 本発明の電気化学触媒の第４の実施の形態を
説明する拡大模式図である。
説明する拡大模式図である。
【図６】 本発明の電気化学触媒の第５の実施の形態を
説明する拡大模式図である。
説明する拡大模式図である。
【図７】 本発明の電気化学触媒の第６の実施の形態を
説明する拡大模式図である。
説明する拡大模式図である。
【図８】 本発明の電気化学触媒の第７の実施の形態を
説明する拡大模式図である。
説明する拡大模式図である。
【図９】 燃料電池の単セルの構造を示す図である。
【図１０】 本発明の電気化学触媒をカソードに用いた
リン酸型燃料電池単セルのセル電圧を示す図である。
リン酸型燃料電池単セルのセル電圧を示す図である。
【図１１】 本発明の電気化学触媒をカソードに用いた
メタノール直接型燃料電池単セルのセル電圧を示す図で
ある。
メタノール直接型燃料電池単セルのセル電圧を示す図で
ある。
【図１２】 本発明の電気化学触媒をカソードに用いた
リン酸型燃料電池単セルのセル電圧を示す図である。
リン酸型燃料電池単セルのセル電圧を示す図である。
【図１３】 本発明のアノード触媒の構成によるＰｔ／
Ｃ触媒粒子とＰｔ−Ｒｕ／Ｃ触媒粒子を説明する拡大模
式図である。
Ｃ触媒粒子とＰｔ−Ｒｕ／Ｃ触媒粒子を説明する拡大模
式図である。
【図１４】 Ｐｔ／Ｃ触媒粒子とＰｔ−Ｒｕ／Ｃ触媒粒
子の電気化学電位図である。
子の電気化学電位図である。
【図１５】 本発明の電気化学触媒をカソードに用いた
メタノール直接型燃料電池単セルのセル電圧を示す図で
ある。
メタノール直接型燃料電池単セルのセル電圧を示す図で
ある。
【図１６】 本発明の電気化学触媒を用いた水素酸化処
理用電気化学素子と従来の水素酸化処理用電気化学素子
による水素濃度の変化を示す図である。
理用電気化学素子と従来の水素酸化処理用電気化学素子
による水素濃度の変化を示す図である。
１ 触媒Ａ、２ 触媒Ｂ、３ イオン伝導物質、４ 電
子の流れ、５ イオンの流れ、６ 反応物Ａ、７ 生成
物Ａ、８ 反応物Ｂ、９ 生成物Ｂ、１２ 触媒Ａの自
然電位、１３ 触媒Ｂの自然電位、１４ 酸素の酸化還
元電位、１５ 水素の酸化還元電位、１６ 担体Ｂ、１
７ 触媒微粒子Ｂ、１８ 担体Ａ、１９触媒微粒子Ａ、
２０ 電解質マトリクス、２１ アノード、２２ 外部
配線、２３ 外部負荷、２４ カソード、２５ 担体
Ｃ、２６ 電子伝導性物質、３１Ｐｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ
触媒粉末のみのカソード、３２ Ｐｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ
対Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃの比が３：１のカソード、３３
Ｐｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ対Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃの比が
１：１のカソード、３４ Ｐｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ対Ｐｔ
・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃの比が１：３のカソード、３５ Ｐｔ
・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末のみのカソード、３６ Ｐｔ
／Ｃ触媒粉末のみのアノード、３７ Ｐｔ／Ｃ対Ｐｔ・
Ｒｕ／Ｃの比が３：１のアノード、３８ Ｐｔ／Ｃ対Ｐ
ｔ・Ｒｕ／Ｃの比が１：１のアノード、３９ Ｐｔ／Ｃ
対Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃの比が１：３のアノード、４０ Ｐｔ
・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末のみのアノード、４１ Ｐｔ・Ｎｉ
・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末のみの水素酸化処理用短絡型電極、
４２ Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ対Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃの比が
３：１の短絡型電極、４３ Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ対Ｐ
ｔ・Ｒｕ／Ｃの比が１：１の短絡型電極、４４ Ｐｔ・
Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ対Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃの比が１：３の短絡型
電極、４５ Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末のみの短絡型電
極、５１ Ｐｔ／Ｃ触媒粉末、５２ Ｐｔ微粒子、５３
Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末、５４ Ｐｔ・Ｒｕ合金微粒
子、５５ 固体高分子電解質、６２ Ｐｔ微粒子の自然
電位、６３ Ｐｔ・Ｒｕ合金微粒子の自然電位、７１
燃料側セルセパレータ、７３ 空気側セルセパレータ、
７２ 燃料ガス流路、７４ 空気ガス流路、７５ アノ
ード、７６ カソード、７７ 電解質マトリクス、７８
空気入り口側外部マニホールド、７９ 空気出口側外
部マニホールド、８０ 燃料電池、８１ 燃料ガス入り
口側外部マニホールド、８２ 燃料ガス出口側外部マニ
ホールド
子の流れ、５ イオンの流れ、６ 反応物Ａ、７ 生成
物Ａ、８ 反応物Ｂ、９ 生成物Ｂ、１２ 触媒Ａの自
然電位、１３ 触媒Ｂの自然電位、１４ 酸素の酸化還
元電位、１５ 水素の酸化還元電位、１６ 担体Ｂ、１
７ 触媒微粒子Ｂ、１８ 担体Ａ、１９触媒微粒子Ａ、
２０ 電解質マトリクス、２１ アノード、２２ 外部
配線、２３ 外部負荷、２４ カソード、２５ 担体
Ｃ、２６ 電子伝導性物質、３１Ｐｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ
触媒粉末のみのカソード、３２ Ｐｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ
対Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃの比が３：１のカソード、３３
Ｐｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ対Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃの比が
１：１のカソード、３４ Ｐｔ・Ｃｏ・Ｆｅ／Ｃ対Ｐｔ
・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃの比が１：３のカソード、３５ Ｐｔ
・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末のみのカソード、３６ Ｐｔ
／Ｃ触媒粉末のみのアノード、３７ Ｐｔ／Ｃ対Ｐｔ・
Ｒｕ／Ｃの比が３：１のアノード、３８ Ｐｔ／Ｃ対Ｐ
ｔ・Ｒｕ／Ｃの比が１：１のアノード、３９ Ｐｔ／Ｃ
対Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃの比が１：３のアノード、４０ Ｐｔ
・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末のみのアノード、４１ Ｐｔ・Ｎｉ
・Ｃｒ／Ｃ触媒粉末のみの水素酸化処理用短絡型電極、
４２ Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ対Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃの比が
３：１の短絡型電極、４３ Ｐｔ・Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ対Ｐ
ｔ・Ｒｕ／Ｃの比が１：１の短絡型電極、４４ Ｐｔ・
Ｎｉ・Ｃｒ／Ｃ対Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃの比が１：３の短絡型
電極、４５ Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末のみの短絡型電
極、５１ Ｐｔ／Ｃ触媒粉末、５２ Ｐｔ微粒子、５３
Ｐｔ・Ｒｕ／Ｃ触媒粉末、５４ Ｐｔ・Ｒｕ合金微粒
子、５５ 固体高分子電解質、６２ Ｐｔ微粒子の自然
電位、６３ Ｐｔ・Ｒｕ合金微粒子の自然電位、７１
燃料側セルセパレータ、７３ 空気側セルセパレータ、
７２ 燃料ガス流路、７４ 空気ガス流路、７５ アノ
ード、７６ カソード、７７ 電解質マトリクス、７８
空気入り口側外部マニホールド、７９ 空気出口側外
部マニホールド、８０ 燃料電池、８１ 燃料ガス入り
口側外部マニホールド、８２ 燃料ガス出口側外部マニ
ホールド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福本 久敏 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 前田 秀雄 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内
Claims (20)
- 【請求項１】 電気化学的な自然電位が異なる２種類以
上の触媒と、この触媒間をイオン移動可能とするイオン
伝導性物質と、上記触媒間を電子移動可能とする電子伝
導手段とを有することを特徴とする電気化学触媒。 - 【請求項２】 触媒を電子伝導物質に担持することによ
り、電子伝導手段を付与したことを特徴とする請求項１
記載の電気化学触媒。 - 【請求項３】 ２種類以上の触媒をそれぞれ異なる電子
伝導物質に担持することにより、電子伝導手段を付与し
たことを特徴とする請求項１記載の電気化学触媒。 - 【請求項４】 ２種類以上の触媒を同一の電子伝導物質
に担持することにより、電子伝導手段を付与したことを
特徴とする請求項１記載の電気化学触媒。 - 【請求項５】 電子伝導物質は、電子絶縁体に金属をメ
ッキあるいは蒸着したものであることを特徴とする請求
項２ないし４のいずれかに記載の電気化学触媒。 - 【請求項６】 触媒が電子伝導手段であることを特徴と
する請求項１記載の電気化学触媒。 - 【請求項７】 触媒が、白金と白金以外の第１金属とを
含む多元系触媒と、白金と白金以外の第２金属とを含む
多元系触媒を含むことを特徴とする請求項１ないし６の
いずれかに記載の電気化学触媒。 - 【請求項８】 第１金属および第２金属は異なるもので
あるとともに、ニッケル、クロム、コバルト、鉄のいず
れかであることを特徴とする請求項７記載の電気化学触
媒。 - 【請求項９】 触媒が、白金黒または白金と、白金と白
金以外の金属を含む多元系合金を含むことを特徴とする
請求項１ないし６のいずれかに記載の電気化学触媒。 - 【請求項１０】 白金以外の金属は、モリブデン、ルテ
ニウム、スズ、鉄、タングステンのいずれかであること
を特徴とする請求項９記載の電気化学触媒。 - 【請求項１１】 触媒が、白金黒または白金と、白金と
白金以外の第１金属を含む多元系合金と、白金と白金以
外の第２金属を含む多元系合金とを含むことを特徴とす
る請求項１ないし６のいずれかに記載の電気化学触媒。 - 【請求項１２】 第１金属は、ニッケル、クロム、コバ
ルト、鉄のいずれかであり、第２金属は、モリブデン、
ルテニウム、スズ、鉄、タングステンのいずれかである
ことを特徴とする請求項１１記載の電気化学触媒。 - 【請求項１３】 イオン伝導物質はリン酸、硫酸、固体
高分子電解質またはこれらの混合物であることを特徴と
する請求項１ないし１２のいずれかに記載の電気化学触
媒。 - 【請求項１４】 アノード電極およびカソード電極を有
し、このカソード電極に、請求項１〜９、１１、１３の
いずれかに記載の電気化学触媒を適用したことを特徴と
する電気化学反応装置。 - 【請求項１５】 アノード電極およびカソード電極を有
し、このアノード電極に、請求項１〜７、９〜１１、１
３のいずれかに記載の電気化学触媒を適用したことを特
徴とする電気化学反応装置。 - 【請求項１６】 請求項１ないし１３のいずれかに記載
の電気化学触媒を、短絡型電極に適用したことを特徴と
する電気化学素子。 - 【請求項１７】 アノード触媒層およびカソード触媒層
を備えたリン酸型燃料電池において、上記カソード触媒
層に、請求項１〜９、１１のいずれかに記載の電気化学
触媒を適用したことを特徴とするリン酸型燃料電池。 - 【請求項１８】 アノード触媒層およびカソード触媒層
を備えたリン酸型燃料電池において、上記アノード触媒
層に、請求項１〜７、９〜１１のいずれかに記載の電気
化学触媒を適用したことを特徴とするリン酸型燃料電
池。 - 【請求項１９】 アノード触媒層およびカソード触媒層
を備えたメタノール直接型燃料電池において、上記カソ
ード触媒層に、請求項１〜９、１１のいずれかに記載の
電気化学触媒を適用したことを特徴とするメタノール直
接型燃料電池。 - 【請求項２０】 アノード触媒層およびカソード触媒層
を備えたメタノール直接型燃料電池において、上記アノ
ード触媒層に、請求項１〜７、９〜１１のいずれかに記
載の電気化学触媒を適用したことを特徴とするメタノー
ル直接型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9071962A JPH10270055A (ja) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | 電気化学触媒並びにそれを用いた電気化学反応装置、電気化学素子、リン酸型燃料電池およびメタノール直接型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9071962A JPH10270055A (ja) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | 電気化学触媒並びにそれを用いた電気化学反応装置、電気化学素子、リン酸型燃料電池およびメタノール直接型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10270055A true JPH10270055A (ja) | 1998-10-09 |
Family
ID=13475618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9071962A Pending JPH10270055A (ja) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | 電気化学触媒並びにそれを用いた電気化学反応装置、電気化学素子、リン酸型燃料電池およびメタノール直接型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10270055A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002505506A (ja) * | 1998-02-24 | 2002-02-19 | ラモツト・ユニバーシテイ・オーソリテイ・フオー・アプライド・リサーチ・アンド・インダストリアル・デベロツプメント・リミテツド | イオン伝導性マトリックスおよびそれの使用 |
| WO2002054514A1 (fr) * | 2000-12-28 | 2002-07-11 | Sony Corporation | Electrode de type diffusion de gaz, conducteur ionique electroconducteur, procede de fabrication, et dispositif electrochimique |
| US6878354B1 (en) | 1999-09-03 | 2005-04-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Catalyst and process for exhaust purification |
| JP2005174763A (ja) * | 2003-12-11 | 2005-06-30 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| JP2005519755A (ja) * | 2001-09-21 | 2005-07-07 | イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | 燃料電池に使用されるコーティング基材用アノード電極触媒 |
| JP2005317546A (ja) * | 2004-04-27 | 2005-11-10 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池用膜−電極アセンブリー及びこれを含む燃料電池システム |
| WO2007034934A1 (ja) * | 2005-09-20 | 2007-03-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池 |
| JP2008041411A (ja) * | 2006-08-04 | 2008-02-21 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用電極 |
| JP2008091101A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池及び燃料電池発電システム |
| US7419740B2 (en) * | 2000-07-29 | 2008-09-02 | Unicore Ag & Co. Kg | Membrane electrode unit for polymer electrolyte fuel cells and a process for the production thereof |
| JP2008218098A (ja) * | 2007-03-01 | 2008-09-18 | Sharp Corp | 燃料電池および電子機器 |
| WO2014034357A1 (ja) * | 2012-08-31 | 2014-03-06 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用電極触媒及び燃料電池 |
| WO2021018554A1 (de) * | 2019-07-26 | 2021-02-04 | Greenerity Gmbh | Membranelektrodenanordnung und brennstoffzelle |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5835872A (ja) * | 1981-08-28 | 1983-03-02 | Hitachi Ltd | 酸性電解液型液体燃料電池 |
| JPH01148327A (ja) * | 1987-12-02 | 1989-06-09 | Japan Storage Battery Co Ltd | 除湿器 |
| JPH06187834A (ja) * | 1992-12-18 | 1994-07-08 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 異方導電フィルム |
| JPH06260207A (ja) * | 1993-03-02 | 1994-09-16 | Fuji Electric Co Ltd | 燐酸形燃料電池のスタック |
| JPH07201334A (ja) * | 1993-12-29 | 1995-08-04 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池用電極およびその製造方法 |
| JPH07213848A (ja) * | 1993-10-05 | 1995-08-15 | Mitsubishi Electric Corp | 電気化学素子 |
| JPH08167328A (ja) * | 1994-10-13 | 1996-06-25 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 異方導電フィルム |
| JPH08203537A (ja) * | 1995-01-31 | 1996-08-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| JPH0935723A (ja) * | 1995-07-20 | 1997-02-07 | Toyota Motor Corp | 電極用合金触媒および燃料電池 |
-
1997
- 1997-03-25 JP JP9071962A patent/JPH10270055A/ja active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5835872A (ja) * | 1981-08-28 | 1983-03-02 | Hitachi Ltd | 酸性電解液型液体燃料電池 |
| JPH01148327A (ja) * | 1987-12-02 | 1989-06-09 | Japan Storage Battery Co Ltd | 除湿器 |
| JPH06187834A (ja) * | 1992-12-18 | 1994-07-08 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 異方導電フィルム |
| JPH06260207A (ja) * | 1993-03-02 | 1994-09-16 | Fuji Electric Co Ltd | 燐酸形燃料電池のスタック |
| JPH07213848A (ja) * | 1993-10-05 | 1995-08-15 | Mitsubishi Electric Corp | 電気化学素子 |
| JPH07201334A (ja) * | 1993-12-29 | 1995-08-04 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池用電極およびその製造方法 |
| JPH08167328A (ja) * | 1994-10-13 | 1996-06-25 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 異方導電フィルム |
| JPH08203537A (ja) * | 1995-01-31 | 1996-08-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| JPH0935723A (ja) * | 1995-07-20 | 1997-02-07 | Toyota Motor Corp | 電極用合金触媒および燃料電池 |
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4937449B2 (ja) * | 1998-02-24 | 2012-05-23 | テル−アビブ・ユニバーシテイ・フユーチヤー・テクノロジー・デベロツプメント・エル・ピー | イオン伝導性マトリックスおよびそれの使用 |
| JP2002505506A (ja) * | 1998-02-24 | 2002-02-19 | ラモツト・ユニバーシテイ・オーソリテイ・フオー・アプライド・リサーチ・アンド・インダストリアル・デベロツプメント・リミテツド | イオン伝導性マトリックスおよびそれの使用 |
| US6878354B1 (en) | 1999-09-03 | 2005-04-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Catalyst and process for exhaust purification |
| US7419740B2 (en) * | 2000-07-29 | 2008-09-02 | Unicore Ag & Co. Kg | Membrane electrode unit for polymer electrolyte fuel cells and a process for the production thereof |
| WO2002054514A1 (fr) * | 2000-12-28 | 2002-07-11 | Sony Corporation | Electrode de type diffusion de gaz, conducteur ionique electroconducteur, procede de fabrication, et dispositif electrochimique |
| JPWO2002054514A1 (ja) * | 2000-12-28 | 2004-05-13 | ソニー株式会社 | ガス拡散性電極、導電性イオン伝導体及びこれらの製造方法、並びに電気化学デバイス |
| JP4697378B2 (ja) * | 2000-12-28 | 2011-06-08 | ソニー株式会社 | ガス拡散性電極とその製造方法および導電性イオン伝導体並びに電気化学デバイス |
| JP2005519755A (ja) * | 2001-09-21 | 2005-07-07 | イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | 燃料電池に使用されるコーティング基材用アノード電極触媒 |
| JP2005174763A (ja) * | 2003-12-11 | 2005-06-30 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| JP2005317546A (ja) * | 2004-04-27 | 2005-11-10 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池用膜−電極アセンブリー及びこれを含む燃料電池システム |
| JP2007087617A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| WO2007034934A1 (ja) * | 2005-09-20 | 2007-03-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池 |
| JP2008041411A (ja) * | 2006-08-04 | 2008-02-21 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用電極 |
| JP2008091101A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-17 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池及び燃料電池発電システム |
| JP2008218098A (ja) * | 2007-03-01 | 2008-09-18 | Sharp Corp | 燃料電池および電子機器 |
| WO2014034357A1 (ja) * | 2012-08-31 | 2014-03-06 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池用電極触媒及び燃料電池 |
| JP2014049289A (ja) * | 2012-08-31 | 2014-03-17 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用電極触媒及び燃料電池 |
| WO2021018554A1 (de) * | 2019-07-26 | 2021-02-04 | Greenerity Gmbh | Membranelektrodenanordnung und brennstoffzelle |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5134744B2 (ja) | ポリマー電解質−燃料電池用の膜−電極ユニット並びにその製造方法及びその製造のためのインキ | |
| US6670301B2 (en) | Carbon monoxide tolerant electrocatalyst with low platinum loading and a process for its preparation | |
| US8211594B2 (en) | Compositions of nanometal particles containing a metal or alloy and platinum particles | |
| JP5013675B2 (ja) | 電極触媒の製造方法及び電極触媒 | |
| Shim et al. | Characteristics for electrocatalytic properties and hydrogen–oxygen adsorption of platinum ternary alloy catalysts in polymer electrolyte fuel cell | |
| US20060099482A1 (en) | Fuel cell electrode | |
| US7678162B2 (en) | Gas diffusion substrate and electrode | |
| JP3351285B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池用アノード電極触媒 | |
| JP2000173626A (ja) | 燃料電池用電極およびその製造方法 | |
| US10090532B2 (en) | Method for producing fuel cell electrode | |
| JPH10270055A (ja) | 電気化学触媒並びにそれを用いた電気化学反応装置、電気化学素子、リン酸型燃料電池およびメタノール直接型燃料電池 | |
| US20090068546A1 (en) | Particle containing carbon particle, platinum and ruthenium oxide, and method for producing same | |
| CN101409351A (zh) | 燃料电池用电极,形成电极的溶液,该溶液的制备方法和固体聚合物电解质燃料电池 | |
| JPH09167622A (ja) | 電極触媒およびそれを用いた固体高分子型燃料電池 | |
| US20100068591A1 (en) | Fuel cell catalyst, fuel cell cathode and polymer electrolyte fuel cell including the same | |
| US11121379B2 (en) | Caged nanoparticle electrocatalyst with high stability and gas transport property | |
| JP4334222B2 (ja) | 固体ポリマー燃料電池用カソード層構造物及びこのような構造物を含有する燃料電池 | |
| Iezzi et al. | CO tolerance and stability of proton exchange membrane fuel cells with Nafion® and Aquivion® membranes and Mo-based anode electrocatalysts | |
| JP3558021B2 (ja) | 燃料電池用膜電極接合体とその製造法及びこれを用いた燃料電池 | |
| CN109314249B (zh) | 电极催化剂及其制造方法、以及使用该电极催化剂的电极催化剂层 | |
| Lyth et al. | Electrocatalysts in polymer electrolyte membrane fuel cells | |
| JP2012079489A (ja) | 固体高分子形燃料電池用触媒、それを使用した電極および電池 | |
| KR20140088884A (ko) | 수동 직접 메탄올 연료전지의 제조방법 및 수동 직접 메탄올 연료전지 | |
| JP2006066309A (ja) | 固体高分子形燃料電池用触媒の製造方法 | |
| JP2022138904A (ja) | 燃料電池用電極触媒、その選定方法及びそれを備える燃料電池 |