JPS6059662A - 燃料電池用カ−ボン担体の前処理法 - Google Patents
燃料電池用カ−ボン担体の前処理法Info
- Publication number
- JPS6059662A JPS6059662A JP58166686A JP16668683A JPS6059662A JP S6059662 A JPS6059662 A JP S6059662A JP 58166686 A JP58166686 A JP 58166686A JP 16668683 A JP16668683 A JP 16668683A JP S6059662 A JPS6059662 A JP S6059662A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon carrier
- fuel cell
- electrolyte
- carrier
- pretreatment
- Prior art date
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分解〕
本発明は燃料電池、特にリン酸を電解質とする燃料電池
に用いられるカーボン担体のＭｆＪ処理法に関する。
に用いられるカーボン担体のＭｆＪ処理法に関する。
従来、燃料電池、特にリン酸を電解質とする燃料電池に
おいては、長時間の運転の間に電極触媒中の活性成分、
特に微粒子状の白金が凝集（シンタリング）シ、活性成
分の活性表面積が減少し、燃料電池の性能が低下すると
いう問題があった。
おいては、長時間の運転の間に電極触媒中の活性成分、
特に微粒子状の白金が凝集（シンタリング）シ、活性成
分の活性表面積が減少し、燃料電池の性能が低下すると
いう問題があった。
そこで、カーボン担体の安定性を増すために２０００ｔ
ｌ：以上の高温で熱処理を行う前処理法や腐食に強いカ
ーボン担体の探索が行なわれている。
ｌ：以上の高温で熱処理を行う前処理法や腐食に強いカ
ーボン担体の探索が行なわれている。
しかし、２００００以上の高温で熱処理することは大量
生産する上でコスト的に問題がロシ、またカーボン担体
の探索においても、これまでの１旦体に代わるものは見
出されていない。
生産する上でコスト的に問題がロシ、またカーボン担体
の探索においても、これまでの１旦体に代わるものは見
出されていない。
本発明の目的は、電極触媒の活性成分の凝集を防止し、
燃料電池の性能低下を防止しうる燃料電池用カーボン担
体の前処理法を提供することにある。
燃料電池の性能低下を防止しうる燃料電池用カーボン担
体の前処理法を提供することにある。
電極触媒中の白金等の活性成分の凝集は、カーボン担体
の一部が腐食されると、その部分に存在していた白金等
の活性成分の微粒子が不安定となシ、互いに寄シ集シ凝
集する。
の一部が腐食されると、その部分に存在していた白金等
の活性成分の微粒子が不安定となシ、互いに寄シ集シ凝
集する。
カーボン担体の一般・的微細構造はグラファイト状の微
結晶子から成る球状−欠粒子が、いくつか化学的な結合
で連結し一次集合体を形成する。この−次集合体がいく
つか物理的に凝集し二次集合体を形成する。腐食が生じ
るのはグラファイト状の微結晶子の結晶性の悪い部分す
なわちエツジあるいは転位面等である。
結晶子から成る球状−欠粒子が、いくつか化学的な結合
で連結し一次集合体を形成する。この−次集合体がいく
つか物理的に凝集し二次集合体を形成する。腐食が生じ
るのはグラファイト状の微結晶子の結晶性の悪い部分す
なわちエツジあるいは転位面等である。
本発明者らは、カーボン担体の安定性の増大、すなわち
耐食性を向上させるためには、カーボン担体の結晶性の
悪い部分を安定するか、あるいはその部分を取り除くこ
とが必要であシ、本発明は、カーボン担体の結晶性の悪
い部分を安定化させるために、カーボン担体を酸素又は
水の少なくともひとつと電解質の存在下で、その担体を
燃料電池に用いたときの電池運転温度以上の温度で前処
理するものである。
耐食性を向上させるためには、カーボン担体の結晶性の
悪い部分を安定するか、あるいはその部分を取り除くこ
とが必要であシ、本発明は、カーボン担体の結晶性の悪
い部分を安定化させるために、カーボン担体を酸素又は
水の少なくともひとつと電解質の存在下で、その担体を
燃料電池に用いたときの電池運転温度以上の温度で前処
理するものである。
本発明において、カーボン担体にはカーボン単独からな
る単体の池にチタン−カーバイド、タングステン−カー
バイド等のようにカーボンを主成分とする担体も含まれ
る。カーバイドを主成分とする単独の場合、主成分であ
るカーバイドの安定化が図られる。ここでカーボンとし
ては、カーボンブラック、グラファイトであシ、好まし
くはカーボンブラックでろシ、また中でもファーネスブ
ラックあるいはサーマルブラックが好ましい。また、本
発明に使用されるカーボン担体の比表面積は１５０ｒｎ
２７ｇ以下が好ましく、純度は９９％以上が好ましい。
る単体の池にチタン−カーバイド、タングステン−カー
バイド等のようにカーボンを主成分とする担体も含まれ
る。カーバイドを主成分とする単独の場合、主成分であ
るカーバイドの安定化が図られる。ここでカーボンとし
ては、カーボンブラック、グラファイトであシ、好まし
くはカーボンブラックでろシ、また中でもファーネスブ
ラックあるいはサーマルブラックが好ましい。また、本
発明に使用されるカーボン担体の比表面積は１５０ｒｎ
２７ｇ以下が好ましく、純度は９９％以上が好ましい。
本発明において、前処理時に用いられる電解質としては
リン酸、＠を酸などの酸性電解質の他にアルカリ電解質
も挙げられる。ただし、カーボン腐食による活性成分の
凝集は、特にリン酸を゛電解質とし、活性成分が白金微
粒子の場合特にカソードで顕著である。白金の凝集が特
にカソードで著しいのは、電位が高い上に酸素及び水（
リン酸中の水分及び生成水を含む）が存在するためにカ
ーボンが腐食されやすいためで・ある。したがって、本
発明において電解質としてリン酸を用いる前処理方法は
特に有効である。
リン酸、＠を酸などの酸性電解質の他にアルカリ電解質
も挙げられる。ただし、カーボン腐食による活性成分の
凝集は、特にリン酸を゛電解質とし、活性成分が白金微
粒子の場合特にカソードで顕著である。白金の凝集が特
にカソードで著しいのは、電位が高い上に酸素及び水（
リン酸中の水分及び生成水を含む）が存在するためにカ
ーボンが腐食されやすいためで・ある。したがって、本
発明において電解質としてリン酸を用いる前処理方法は
特に有効である。
前処理時の加熱温度は、カーボン担体を燃料電池として
用いたときの燃料電池の運転温度以上である。ただし加
熱温度は、前処理時に用いられる電解質が液体として安
定に存在する温度以下にすることが望ましい。前処理の
加熱温度が高いと電解質を存在させる効果が低下するた
めである。
用いたときの燃料電池の運転温度以上である。ただし加
熱温度は、前処理時に用いられる電解質が液体として安
定に存在する温度以下にすることが望ましい。前処理の
加熱温度が高いと電解質を存在させる効果が低下するた
めである。
本発明において、カーボン担体に活性成分を添加した後
、前処理することもできる。ここで活性成分には、白金
、ルテニウム、イリジウム、金の少なくとも１種以上を
用いることができる。カーボン担体に添加される活性成
分の童は、電極触媒として必要な活性成分の担持量よシ
も少なくする必要がある。
、前処理することもできる。ここで活性成分には、白金
、ルテニウム、イリジウム、金の少なくとも１種以上を
用いることができる。カーボン担体に添加される活性成
分の童は、電極触媒として必要な活性成分の担持量よシ
も少なくする必要がある。
カーボン担体に活性成分を添加することによって、活性
成分、特に白金の触媒作用によシカ−ボン担体の結晶性
の悪い部分を除去し、安定化させることができる。この
ような前処理を行なった場合、カーボン前処理後に担持
される活性成分の担持量は、前処理時に添加された活性
成分を差し弓１いた量であればよい。
成分、特に白金の触媒作用によシカ−ボン担体の結晶性
の悪い部分を除去し、安定化させることができる。この
ような前処理を行なった場合、カーボン前処理後に担持
される活性成分の担持量は、前処理時に添加された活性
成分を差し弓１いた量であればよい。
本発明によって、前処理を施されたカーボン担体は然る
後公知の方法で活性成分が担持され電極とした後、燃料
電池に設置される。
後公知の方法で活性成分が担持され電極とした後、燃料
電池に設置される。
〔発明の実施例〕
実施例Ｉ
ＢＥＴ表面積が約１００ ｍ”／ ｇ粒径約Ｑ、ｌμ（
７）カーボングラツク１０ｇを８５％リン酸５００ｇに
浸し、これを２０５Ｃに保持しながら、約５０Ｃの水蒸
気で飽和した空気を送り込み、ノ（プリンブレながら約
２４時間反応させた。これを洗浄、乾燥後電極触媒の担
体として使用した。この担体にすでに公知の方法により
白金を１０ｗｔ％担持した。
７）カーボングラツク１０ｇを８５％リン酸５００ｇに
浸し、これを２０５Ｃに保持しながら、約５０Ｃの水蒸
気で飽和した空気を送り込み、ノ（プリンブレながら約
２４時間反応させた。これを洗浄、乾燥後電極触媒の担
体として使用した。この担体にすでに公知の方法により
白金を１０ｗｔ％担持した。
白金は１０〜３０人の微粒子状であった。このように調
製した触媒にポリテトラフルオロエチレンディスバーシ
ョンをポリテトラフルオロエチレンが５０ｗｔ％となる
ように添加、混合し、電極基材であるカーボンペーパ上
に塗布した。これを１４０Ｃで乾燥、３２０ｔ：’で焼
成し電極を得た。電極単位面積当シの白金量は約０．５
ｍｇ／（−とした。
製した触媒にポリテトラフルオロエチレンディスバーシ
ョンをポリテトラフルオロエチレンが５０ｗｔ％となる
ように添加、混合し、電極基材であるカーボンペーパ上
に塗布した。これを１４０Ｃで乾燥、３２０ｔ：’で焼
成し電極を得た。電極単位面積当シの白金量は約０．５
ｍｇ／（−とした。
得られた電極を用いて電池を組み、２ｏ５ｃで電流密度
２２０ｍＡ／ｌ−の条件で適宜リン酸を補給しながら連
続運転を行い、電池電圧一時間の関係をめた。なお、電
解質にはリン酸を、リン酸を保持するマトリックスには
シリコンカーバイドにリン酸ジルコニウムを添加したも
のを用いた。また、燃料ガスとしては純水素を、酸化剤
としては空気を用いた。
２２０ｍＡ／ｌ−の条件で適宜リン酸を補給しながら連
続運転を行い、電池電圧一時間の関係をめた。なお、電
解質にはリン酸を、リン酸を保持するマトリックスには
シリコンカーバイドにリン酸ジルコニウムを添加したも
のを用いた。また、燃料ガスとしては純水素を、酸化剤
としては空気を用いた。
その結果を第１図に、従来の触媒を使用した場合の結果
と合せて示した。曲線Ａは従来の触媒を使用した場合、
曲線Ｂは本実施例によＪＡＭ製した触媒を使用した場合
を表わしている。なお、Ａ。
と合せて示した。曲線Ａは従来の触媒を使用した場合、
曲線Ｂは本実施例によＪＡＭ製した触媒を使用した場合
を表わしている。なお、Ａ。
Ｂとも同一条件で得られた結果である。図から明らかな
ように、カーボン担体をあらかじめリン酸、酸素、水の
存在下で前処理した場合に電池性能の低下が小さく、電
池の長寿命化を図ることができた。
ように、カーボン担体をあらかじめリン酸、酸素、水の
存在下で前処理した場合に電池性能の低下が小さく、電
池の長寿命化を図ることができた。
実施例２
実施例１と同じ担体１０ｇを８５％リン酸５００ｇに浸
し、これを２０５Ｃに保持しながら空気を送）込み、バ
ブリングしながら約２４時間反応させた。これを洗浄、
乾燥後電極触媒の担体として使用した。この担体を用い
て、実施例１と同様の方法で触媒、電極を作製し、電池
を組み立てた。
し、これを２０５Ｃに保持しながら空気を送）込み、バ
ブリングしながら約２４時間反応させた。これを洗浄、
乾燥後電極触媒の担体として使用した。この担体を用い
て、実施例１と同様の方法で触媒、電極を作製し、電池
を組み立てた。
この場合の電池電圧一時間の関係は第１図の曲線Ｃ″ｒ
６る。その結果、従来の触媒を使用した場合（曲線Ａ）
よシ、電池電圧の経時変化が小さいことが明らかとなっ
た。すなわち、カーボン担体の前処理において水を外部
から導入しなくても、リン酸中に含まれる水分が有効に
作用するためにカーボン担体の安定性が増大し、電池寿
命が延びたと考えられる。
６る。その結果、従来の触媒を使用した場合（曲線Ａ）
よシ、電池電圧の経時変化が小さいことが明らかとなっ
た。すなわち、カーボン担体の前処理において水を外部
から導入しなくても、リン酸中に含まれる水分が有効に
作用するためにカーボン担体の安定性が増大し、電池寿
命が延びたと考えられる。
実施例３
実施例１と同じ担体１０ｇを８５％リン酸５００ｇに浸
し、これを２０５ｔ：’に保持しながら、約５０Ｃの水
蒸気で飽和した窒素を送）込み、バブリングしながら約
２４時間反応させた。これを洗浄、乾燥後電極触媒の担
体として使用した。この担体を用いて、実施例１と同様
の方法で触媒、電極を作製し、電池を組み立てた。その
時の電池電−圧一時間の関係は第１図の曲！Ｄである。
し、これを２０５ｔ：’に保持しながら、約５０Ｃの水
蒸気で飽和した窒素を送）込み、バブリングしながら約
２４時間反応させた。これを洗浄、乾燥後電極触媒の担
体として使用した。この担体を用いて、実施例１と同様
の方法で触媒、電極を作製し、電池を組み立てた。その
時の電池電−圧一時間の関係は第１図の曲！Ｄである。
前処理によシ明らかに電池寿命が延びていることがわか
る。
る。
以上のように本発明によれば、カーボン担体上の白金等
の活性成分の凝集が抑制されるので、カーボン担体を燃
料電池に用いたときにカーボン担体上の触媒活性の低下
が防止でき、長期に亘って安定した電池性能を維持する
ことができる。
の活性成分の凝集が抑制されるので、カーボン担体を燃
料電池に用いたときにカーボン担体上の触媒活性の低下
が防止でき、長期に亘って安定した電池性能を維持する
ことができる。
第１図は燃料電池の、運転時間と電池電圧との関係を示
す図である。
す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、電解質に面した表面上に電極触媒を担持する燃料電
池用カーボン担体の前処理法において、前記担体を酸素
又は水の少なくともひとつと、前記電解質の存在下で、
その担体を燃料電池に用いたときの電池運転温度以上の
温度で前処理することを特徴とする燃料電池用カーボン
担体の前処理法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記電解質がリン
酸であることを特徴とする燃料電池用カーボン担体の前
処理法。 ３、特許請求の範囲第１項において、電池運転温度以上
の温度で、かつ電解質が液体として安定に存在する温度
以下で前処理することをＩ￥ｊ徴とする燃料電池用カー
ボン担体の前処理法。 ４、特許請求の範囲第１項において、カーボン担体に、
電極として用いるときに担持される活性成分の量よりも
少ない量の活性成分を添加後、前処理することを特徴と
する燃料電池用カーボン担体の前処理法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58166686A JPS6059662A (ja) | 1983-09-12 | 1983-09-12 | 燃料電池用カ−ボン担体の前処理法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58166686A JPS6059662A (ja) | 1983-09-12 | 1983-09-12 | 燃料電池用カ−ボン担体の前処理法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6059662A true JPS6059662A (ja) | 1985-04-06 |
| JPH0261777B2 JPH0261777B2 (ja) | 1990-12-21 |
Family
ID=15835850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58166686A Granted JPS6059662A (ja) | 1983-09-12 | 1983-09-12 | 燃料電池用カ−ボン担体の前処理法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6059662A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112259752A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-01-22 | 西安凯立新材料股份有限公司 | 质子交换膜燃料电池用催化剂及其制备方法 |
| CN112331862A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-05 | 中自环保科技股份有限公司 | 一种电池催化剂用碳载体的预处理方法及碳载体 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58166646A (ja) * | 1982-03-27 | 1983-10-01 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
-
1983
- 1983-09-12 JP JP58166686A patent/JPS6059662A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58166646A (ja) * | 1982-03-27 | 1983-10-01 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112259752A (zh) * | 2020-10-19 | 2021-01-22 | 西安凯立新材料股份有限公司 | 质子交换膜燃料电池用催化剂及其制备方法 |
| CN112259752B (zh) * | 2020-10-19 | 2021-11-12 | 西安凯立新材料股份有限公司 | 质子交换膜燃料电池用催化剂及其制备方法 |
| CN112331862A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-05 | 中自环保科技股份有限公司 | 一种电池催化剂用碳载体的预处理方法及碳载体 |
| CN112331862B (zh) * | 2020-11-02 | 2021-08-06 | 中自环保科技股份有限公司 | 一种电池催化剂用碳载体的预处理方法及碳载体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0261777B2 (ja) | 1990-12-21 |
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