SE439438B - Platinakatalysator och forfarande for dess framstellning - Google Patents

Platinakatalysator och forfarande for dess framstellning

Info

Publication number
SE439438B
SE439438B SE7811784A SE7811784A SE439438B SE 439438 B SE439438 B SE 439438B SE 7811784 A SE7811784 A SE 7811784A SE 7811784 A SE7811784 A SE 7811784A SE 439438 B SE439438 B SE 439438B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
catalyst
temperature
platinum
carbon
crystallites
Prior art date
Application number
SE7811784A
Other languages
English (en)
Other versions
SE7811784L (sv
Inventor
V M Jalan
C L Bushnell
Original Assignee
United Technologies Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US05/854,284 external-priority patent/US4137372A/en
Priority claimed from US05/854,285 external-priority patent/US4137373A/en
Application filed by United Technologies Corp filed Critical United Technologies Corp
Publication of SE7811784L publication Critical patent/SE7811784L/sv
Publication of SE439438B publication Critical patent/SE439438B/sv

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • H01M4/92Metals of platinum group
    • H01M4/925Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/926Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42Platinum
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • H01M4/92Metals of platinum group
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96Carbon-based electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M2004/8678Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
    • H01M2004/8684Negative electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M2004/8678Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
    • H01M2004/8689Positive electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0002Aqueous electrolytes
    • H01M2300/0005Acid electrolytes
    • H01M2300/0008Phosphoric acid-based
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Description

å7s117s4-3 L l0O°C i närvaro av en vätska (eller vid högre temperaturer i när- varo av en gas) har det visat sig att den förlorar ytarea. Denna förlust av ytarea är särskilt märkbar i en syrabränslecellmiljö, såsom i bränsleceller, vid vilka fosforsyra användes som elektro- lyt, som arbetar vid temperaturer var som helst från l20°C och däröver. Förlusten av ytarea är påfallande under de första få timmarna av cellarbetet men fortsätter med långsam men jämn has- tighet under väsentlig tid därefter. En nedgång i cellfunktionen kan direkt hänföras till denna förlust av platinans ytarea.
Ett sätt att minska denna förlust beskrives i amerikanska patentskriften 4.028.274. Enligt denna publikation oxiderades ytan på grafiterade kolbärarpartiklar i närvaro av en metall- oxiderande katalysator, så att gropar bildades i partiklarnas ytor. Metalloxideringskatalysatorn avlägsnades därefter och pla- tinan utfälldes på de oxiderade pafifiklarna. På grundval av teo- rin att under katalysatorns användning platinakristalliter mig- rerar över kolets yta och kombineras med andra platinakristal- liter (dvs. omkristallisering) och därigenom förlorar ytarea, antogs det att groparna i stödmaterialets yta skulle säkrare hålla platinakristalliterna på plats och därigenom minska migreringen och förlusten av ytarea. Även om denna metod innebar en förbätt- ring i jämförelse med den kända tekniken, var den inte fullt tillfredsställande, och fortsatta ansträngningar har resulterat i det förbättrade förfarandet enligt föreliggande uppfinning. Ändamålet med föreliggande uppfinning är sålunda att fram- ställa en förbättrad platinakatalysator bestående av platina- kristalliter med kolpartiklar som bärare därav och närmare bestämt att framställa en förbättrad bränslecellelektrod med användning av denna katalysator.
Ett annat ändamål med uppfinningen är att minska omkristal- liseringen av på kol uppburen platina genom minskning av plati- nans migrering över kolbärarpartiklarnas yta under katalysatorns påföljande användning, exempelvis i en bränslecell.
Enligt uppfinningen innefattar förfarandet för förbättring av en katalysator av platinakristalliter med kolpartiklar som bärare därav, att katalysatorn underkastas en utfällning av po- röst kol på och omkring platinakristalliterna.
Det har visat sig att en katalysator framställd enligt här beskrivna metoder och använd som elektrodkatalysator i en fosfor- syrabränslecell har förbättrade omkristalliseringsegenskaper i det att hastigheten av förlusten i katalysatorns speciella ytarea s. 7811784-3 under bränslecellens arbete betydligt reduceras.
Det förmodas att det porösa kol, som utfällts på och omkring platinakristalliterna, strävar att säkrare "hålla" platinakris- tallitern på plats på kolbärarpartikeln och därigenom betydligt reducerar kristalliternas förmåga att migrera över kolbärarpar- tikelns yta under användning i en bränslecell. Genom minskning av migreringshastigheten minskas betydligt den hastighet och om- fattning, med vilken omkristallisering äger rum.
Sättet för utfällning av det porösa kolet på och omkring platinakristalliterna före högtemperaturbehandlingen synes inte ha någon avgörande betydelse vid uppfinningen, men ett föredra- get förfarande består i att uppvärma en uppburen platinakataly- sator i närvaro av koloxidgas, så att koloxiden sönderdelas i närheten av platinakristalliterna (vilka verkar som en sönder- delningskatalysator) för att utfälla kol på och omkring desamma.
Andra förfaranden för utfällning av poröst kol beskrives i det följande, men koloxidmetoden är lämpligast på grund av dess enkelhet och låga kostnad. I huvudsak inbegriper alla här beskriv- na förfaranden för utfällning av det porösa kolet uppvärmning av katalysatorn i närvaro av en kolhaltig förening för sönder- delning och därigenom bildande av porösa kolutfällningar på och omkring platinakristalliterna. Detta innebär emellertid inte att andra metoder för utfällning av kol inte kan användas.
Ovannämnda och andra ändamål, kännetecken och fördelar med föreliggande uppfinning framgår närmare av följande, detalje- rade beskrivning på lämpliga utföringsformer av densamma, vilka visas på bifogade ritning.
Fig. l är ett diagram, som visar den förbättrade bränsle- cellfunktion, som uppnås genom att en katalysator av platina uppburen på kol utsättes för en koloxidvärmebehandling men inte en högtemperaturbehandling enligt föreliggande uppfinning.
Fig. 2 är ett diagram, som visar att en katalysator fram- ställd enligt föreliggande uppfinning förlorar ytarea med redu- cerad hastighet då den utsättes för bränsleförhållanden. 7Fig. 3 är ett diagram, som visar den förbättrade, kataly- tiska aktiviteten hos en katalysator framställd enligt en ut- föringsform av föreliggande uppfinning.
Fttlämpligt förfarande för utfällning av poröst kol på och omkring platinakristalliterna i en kolburcn platinakntalysator består i att uppvärma katalysatorn till temperaturområdet mellan 260 och 649°C i en koloxidatmosfär. Platinakristalliterna verkar 7811784--3 4- som en katalysator för sönderdelning av koloxiden enligt föl- jande formel: .. Pt 2CO + varme 3 C + C02 (l) Eftersom utan närvaro av platina koloxiden inte kommer att sönderdelas i detta temperaturområde, utfälles kolet endast på och omkring platinakristalliterna. Värmebehandlingsområdet samord- nas med den tid, som katalysatorn hålles inom detta temperatur- område. De viktiga åtgärderna består i att säkerställa att kol- utfällningarna är tillräckligt kraftiga för att betydligt redu- cera platinamigrering, under det att de på samma gång inte blir så täta och tjocka att under katalysatorns användning reaktant- gasen och/eller -vätskan inte lätt kan nå platinakristalliterna.
Kolutfällningarna måste, med andra ord, vara så porösa, så att katalysatorns funktion inte blir lidande i sådan utsträckning, att fördelarna med föreliggande uppfinning upphäves.
Eftersom det inte varit möjligt att beräkna den optimala tjockleken eller porositeten hos kolet som utfälles, framställ- des ett antal katalysatorprover med användning av olika tempera- turer och tider. Elektroder framställdes av dessa prover med tillämpning av standardteknik. Nedanstående tabell I visar prov på erhållna data. Elektrodprestationsdata härrör från inre cellprov med användning av 5 x 5 cm katoder med en katalysator- laddning på 0.25 - 0.50 mg/cmz av elektrodytan. En konventionell anod användes. Katalysatorbärarmaterialet utgjordes av en för- höjd ytarea kimrök. Elektrolyten vid dessa prov utgjordes av fosforsyra och reaktanten av luft och väte.
Av dessa prov och övrig information beträffande värmebe- handlingen av den uppburna platinakatalysatorn antages det att fördelar kan påräknas om värmebehandlingstemperaturen ligger inom området 260°C till 649°C och om temperaturen hålles inom detta område under en till sextio minuter. Ju högre värmebe- handlingstemperaturen är, desto kortare blir tydligen tiden som temperaturen skall bibehållas, och vice versa. Av erfarenhet vet man att temperaturer över ca. 649OC medför överdriven värmesint- ring av platinan under värmebehandlingen, dvs. den höga tempera- turen i och för sig skulle medföra betydlig migrering av platina- kristalliterna under koloxidbehandlingen, vilket resulterar i en ökning av platinakristallitstorleken som kan eliminera de för- delar, vilka eljest kunde uppnåtts. Ett lämpligt värmebehand- 5_ 7811784-3 lingsområde beräknas ligga mellan 260 och 427°C, varvid tempera- turen hålles inom detta område under fem till trettio minuter. De bästa resultaten erhölls genom uppvärmning till en maximumtempe- ratur på ca. 37l°C och genom bibehållande vid denna temperatur under ca. 10 minuter.
Fig. l visar ett diagram, i vilket tiden i en bränslecell är inprickad på den horisontella axeln och bränslecellens funk- tion eller prestation, uttryckt i cellspänning, är inprickad på den vertikala axeln. Kurvorna är inprickade efter aktuella data.
Kurvan A är från cell med användning av obehandlad katalysator, exempelvis katalysator 1 i tabell I. Kurvorna B och C är från celler med användning av katalysator, som blivit koloxidbehand- lad vid 37loC under 10 minuter. Det bör observeras att även om skillnader i begynnelseprestationen inte var betydelsefulla, var de behandlade katalysatorerna i längden klart överlägsna på grund av de med tiden mindre förlusterna i platinaytarea.
Andra kolhaltiga gaser eller ångor än koloxid kan också an- vändas vid föreliggande uppfinning. Sålunda kan exempelvis en kol- vätegas, såsom metan, acetylen eller etylen användas, liksom bensen, hexen eller heptan, som skall användas i form av ånga.
Nedanstående formler visar de reaktioner, som uppstår vid två av dessa material: metan - CH4 + värme Pt C + 2H2 (2) bensen - CGH6 + värme Pt 6C + 3H2 (3) Liksom med koloxid skall prov utföras för varje gas för att få fram optimala temperaturområden för värmebehandlingen och den tid, som temperaturen måste hållas inom dessa områden. Ett begrän- sat antal prover framställdes under olika förhållanden. Exempel på några elektrodtestdata med användning av dessa prover visas i nedanstående tabell II. Elektrodstorlek, katalysatorladdning och andra detaljer av bränslecellproven var desamma som ovan beskri- vits i samband med tabell I. Även om dessa prov visar att kolet kan utfällas med använd- ning av olika gaser och ångor, utfördes inte tillräckligt med prov för att visa lämpliga och optimala värmebehandlingsförhållanden för dessa material.
Vid ytterligare metod för utfällning av poröst kol indränk- tes en kolburen platinakatalysator under 15 - 30 minuter med en 'mot Qíišf-Iš* 7811784-5 6- utspädd lösning av ca. 10 viktprocent CllH22Oll, allmänt känt som sukros. Katalysatorn torkades därefter vid en låg temperatur för att avlägsna vattnet, varvid erhölls en beläggning av sukros över hela katalysatorpartikeln. Den belagda katalysatorn uppvärm- des därefter i en inert atmosfär (ett vakuum skulle kunna ha an- vänts) för att sönderdela sukrosen enligt följande formel: CllH220ll + värme--)llC + llH2O (4) Härvid erhölls porösa kolutfällningar över alla ytor av katalysatorn, inkl. på och omkring platinakristalliterna, även- som på kolbärarmaterialet. Liksom vid de andra utförandena tjänar kolet, som utfälles på och omkring platinakristalliterna, till att enligt uppfinningen reducera migreringen av platinakristalliterna.
Kol som utfälles annanstans på bäraren, gör ingen skada, eftersom katalysatorbärarmaterialet redan utgöres av kol. Tabell III visar provdata för elektroder, som innefattar katalysatorn framställd med användning av sukrossönderdelningsmetoden. Elektrodstorlek, katalysatorladdning och andra detaljer i bränslecellproven var desamma som ovan beskrivits i samband med tabell I.
Det är lämpligt att se till att värmebehandlingstemperaturen vid sukrossönderdelning ligger mellan 427 och 649oC, och att temperaturen hålles inom detta område mellan en halv och sex timmar. För det mesta behöver temperaturen endast bibehållas tills all sukros omvandlats till kol. Då kolet utfälles om tempera- turen överstiger 649°C, kan överdriven värmesintring av platinan under sukrossönderdelningen inträffa och omintetgöra ändamålet med uppfinningen, vilket består i att bibehålla små platinakristal- litstorlekar. Temperaturer under 427°C kommer inte att fullstän- digt karbonisera sukrosen. Det förmodas att varje lösbart, organiskt material, som vid uppvärmning kommer att sönderdelas till kol, kan användas för ändamålet med föreliggande uppfinning. Sukros är ett sådant lösbart, organiskt material. Exempel på andra mate- rial är fenolhartser, cellulosa och polyvinylalkohol.
Det har, helt oväntat, visat sig att om katalysatorerna som framställts enligt ovanstående beskrivning ytterligare värmebe- handlats i en inert atmosfär eller vakuum till ett temperatur- intervall från 8l6 till l232oC och temperaturen hålles inom detta område under en halv till sex timmar, omkristalliseras den erhållna katalysatorn i än mindre utsträckning. Dessutom, vilket är än mera överraskande, ökas själva platinans aktivitet genom denna högtem- 1. 7811784-5 peraturbehandling. Denna ökning av platinans aktivitet synes inte ha samband med det faktum, att platinaomkristalliseringen i bräns- lecellen också reduceras. ' Sedan det porösa kolet utfällts på platinakristalliterna, exempelvis genom något av ovan beskrivna förfaranden eller någon annan lämplig metod, utsättes katalysatorn för en högtemperatur- behandling i en inert atmosfär eller vakuum. Prov utfördes för att bestämma de optimala värmebehandlingsförhållandena. Några testdata visas i nedanstående tabell IV. Elektrodstorlek, kataly- satorbelastning och andra detaljer vid bränsleçellproven var de- samma som ovan beskrivits i samband med tabell I.
Katalysatorn l9 utgjorde kontrollkatalyeator och fick inte någon behandling. Kol utfälldes inte före högtemperaturbehand- lingen vid de med 20 och 22 numrerade katalysatorerna; detta var därtill avsett för bedömning av föreliggande uppfinnings effek- tivitet. Samtliga övriga katalysatorer utsattes för en 37loC koloxidbehandling under tio minuter före värmebehandlingen till den angivna temperaturen i en inert atmosfär eller vakuum.
I samtliga dessa prov utfördes värmebehandlingen i en inert atmosfär eller vakuum genom uppvärmning av katalysatorprovet från rumstemperatur till den maximala värmebehandlingetemperaturen med den hastighet, som framgår av tabellens ândrâ kolumn. Den tid, som anges i kolumn 4 i tabellen, räknas från momentet då tem- peraturen uppgår till 899øC. Vid exempelvis 20505 per timme skulle katalysatorn 21 uppvärmas från 899 till ll70QC på en timme och minuter. Den övriga delen av den totalt tvâ och en halv timme långa tiden kommer temperaturen att uppgå till ll70oC. Katalysa- torproven 27 och 29 uppvärmdes helt enkelt till ß99OC med den angivna hastigheten och hölls vid 899oC under en timme. Katalysa- torn 24 uppvärmdes till 899°C med en hastighet av lllOC per timme och därefter till 1o3s°ç med en hastighet av 222%. Även om tiden började räknas vid 893°C, förmodas det att fördelarna troligen börjar uppstå ungefär vid 8l6°C. Temperaturer över ca. l232OC kan åstadkomma en värmeaintringsgrad, som prak- tiskt taget eliminerar de fördelar, som erhållits genom värme- behandlingen. Med tanke härpå och på grundval av våra testresultat och övrig erfarenhet beräknas det att en värmebehandling inom temperaturområdet 8l6QC till l232°C från en halv timme till sex timmar blir fördelaktig. Naturligtvis kommer lägre maximumtem- peraturer och långsammare uppvärmningshastigheter att kräva längre värmebehandlingstider än högre maximumtemperaturer och snabbare "šoon Qvazrfi 7811784--3 s. uppvärmningshastigheter. Alltför snabb höjning av temperaturen kan medföra oxidation av kolbäraren beroende på förflyktigande av föroreningar innan de haft möjlighet att bortgå från kolpar- tiklarna. Av denna anledning rekommenderas det att inte låta uppvärmningshastigheten överstiga ca. 334OC per timme. Våra data anger att en lämplig värmebehandling ligger inom temperatur- området 89900 till ca. 960oC_från under från tre kvarts till en och en halv timme.
På grund av våra experimentella försök visade det sig att även om högtemperaturbehandlingen inte är väsentlig för förelig- gande uppfinning förbättrar den katalysatorn i två väsentliga av- seenden. För det första reduceras omkristalliseringen av platinan under elektrodens användning i en bränslecell till och med utöver det värde som erhålles vid vanlig utfällning av det porösa kolet på platinakristalliterna utan efterföljande utsättande av kata- lysatorn för en högtemperaturbehandling. För det andra ökas pla- tinakatalysatonm;begynnelseaktivitet, dvs. innan den användes i bränslecellen. Fördelen med denna begynnelseökning bibehålles genomgående under katalysatorns användning.
I början försökte man uppnå minskad platinaomkristallise- ring med användning av högtemperaturbehandling men utan att först utfälla kol på platinakristalliterna. Dessa försök blev inte särskilt framgångsrika på grund av överdriven värmesintring (dvs. ökning av platinans partikelstorlek) som förorsakades av de höga värmebehandlingstemperaturerna. Vid föreliggande uppfinning har teorin uppställts att de porösa kolutfällningarna betydligt redu- cerar platinakristalliternas migreringshastighet under högtem- peraturbehandlingen; eftersom platinakristalliterna långsamt rör sig över kolets yta kan de finna lämpliga, naturliga defek- ter i kolbärarmaterialets yta, vilka fasthåller platinapartik- larna och ytterligare reducerar migreringen och omkristallise- ringen vid katalysatorns användning i bränslecellen.
Tabell V visar några ytareadata för katalysatorerna 19, 20 och Zl, vilka behandlats såsom anges i tabell IV. Med de data, som visas i tabellerna IV och V, kan man göra flera observationer.
För det första framgår det tydligt att CO-behandling (eller _annan behandling för utfällning av poröst kol på platinakristalli- terna) före högtemperaturbehandlingen är viktig vid föreliggande uppfinning. För det andra har katalysatorn 2l trots den stora för- bättringen i katodbegynnelsespänning mellan katalysatorn 20 och katalysatorn 21 fortfarande lägre begynnelsekatodspänning än den e. 7811784-3 obehandlade katalysatorn 19, men efter endast 100 timmars arbete i en bränslecell är katalysatorernas 19 och Zl ytareor nästan desamma. Om katalysatorn 21 ges ytterligare tid i bränslecellen, överträffar katalysatorn inte den obehandlade katalysatorns 19 (i fig. 2) prestation och ytarea. I längden kommer sålunda fördelar att uppträda som en följd av den speciella behandling, som kata- lysatorn 21 erhållit. För det tredje visar behandlingen av kata- lysatorn 25 att även om värmebehandlingstemperaturen inte är särskilt hög, resulterar ytterligare tid vid denna temperatur i en betydande inskränkning av begynnelseprestationen. Slutligen kan det för det mesta konstateras att bättre resultat erhålles med användning av lägre temperatur och mindre värmebehandlings- tid, såsom vid det föredragna temperaturområdet mellan 899 och 960°C under tre kvarts till en och en halv timme.
Diagrammet i fig. 2 visar att föreliggande uppfinning med- för en betydlig förbättring i jämförelse med katalysatorer, som inte utfäller något kol på platinakristalliterna. I fig. 2 är den förbrukade tiden under bränslecellförhållanden avprickad på den horisontella axeln och den genomsnittliga platinaytarean på den vertikala axeln. Kurvorna är baserade på aktuella data. Den med D betecknade kurvan är obehandlad platina uppburen på kol- katalysatorn. Den med E betecknade kurvan är en katalysator, som var densamma som katalysatorn enligt kurvan D med undantag av att poröst kol utfällts på och omkring platinakristalliterna enligt koloxidmetoden som ovan beskrivits. Katalysatorn E ut- sattes emellertid inte för en högtemperaturbehandling i en inert atmosfär. Den med F betecknade kurvan är en katalysator, vilken blivit CO-behandlad och därefter utsatt för högtemperaturbehand- lingen enligt en lämplig utföringsform av föreliggande uppfinning, dvs. den avser en katalysator, som är identisk med katalysatorn enligt kurvan E men som även utsatts för en högtemperaturbehand~ ling i en inert atmosfär.
Det framgår att katalysatorerna D och E startar med ungefär samma platinaytarea, vilken är större än katalysatorns F platina- ytarea. I samtliga fall minskas platinaytarean under bränslecell- drift; katalysatorernas E och F ytarea minskas emellertid med mindre hastighet än katalysatorns D. Efter ca. 200 timmars bränsle- celldrift överstiger katalysatorns F platinaytarea också katalysa- torns E platinaytarea, Detta förklarar delvis bränslecellens för- bättrade funktion vid användning av katalysator som utsatts för kolutfällning och påfökfinde värmebehandling. ÉQQR Q11ä:.ff::'_e 7811784-'5 10.
Diagrammet i fig. 3 är också grundat på experimentella data och visar att bortsett från platinans minskade omkristallise- ringshastighet platinan åtminstone i början är i och för sig mera aktiv som en följd av föreliggande uppfinning. I detta dia- gram är tiden i bränslecellen likaledes avprickad på den horison- tella axeln och katalysatoraktiviteten i form av bränslecellens 2 på den vertikala axeln. prestation eller funktion vid 0.22 A/cm Man ser omedelbart att aktiviteten av katalysatorn enligt före- liggande uppfinning i början alltid är högre än den obehandlade katalysatorns aktivitet (kurva G) trots att den i början har en mindre platinaytarea (se fig. 2). Det förmodas att även om efter en lång tids användning katalysatorerna enligt kurvorna H och G slutar med samma area (vilket inte är fallet), kommer akti- viteten av katalysatorn enligt kurvan H Fortfarande att vara högre än den obehandlade katalysatorns.
Föreliggande uppfinning avser sålunda en förbättrad kata- lysator av platinakristalliter, som är uppburna på kol, inne- fattande en kolutfällning på och omkring platinakristalliterna.
Enligt en lämplig utföringsform av uppfinningen kan en ytterligare förbättring av denna katalysator uppnås genom en efterföljande värmebehandling. Ehuru fördelaktig är denna värmebehandling dock inte väsentlig för föreliggande uppfinning, vilken även utan denna ytterligare värmebehandling åstadkommer en betydlig förbättring i jämförelse med kända katalysatorer. Även om uppfinningen visats och beskrivits i samband med föredragna utföringsformer av densamma, är det för en fackman tydligt att olika ändringar och uteslutningar i form och detal- jer kan företagas utan att frângå uppfinningstanken eller över- skrida uppfinningens ram. 7811784-3 ll. .uonmwæamumx mâëmm >m mGac©cm>:m mmë >oum mumam >w uwumuasmwn umu um .mwmcm oømnëo »um www naamumbm ik ;mcaawsmnwQ|Ou cwmca 1 aww | 1 www I | mmm mm ama mmw wo ama mmw I | www Nw oma mmm am maa www I | www mm mma ==amm | omm ww mma 4% amw | www om 1 ow wfiowa 1 oma vf www 1 omm .Eaa ooa mmawflcwmmm m\NE NEU\< NN.o mm >E mmnmßm um amavnwuømwoumxwmawcnæmom .Émumqmzmmm q m om I H .m>w nu maæ Ua> aßm ßfl> aßm @a> aßm Ua> aßm @a> aßm Ua> omm Ua> omm ®a> omm ©a> own Ua> omm UH> AU O uoummmamumxaaouucom # .caë m .caë om .øaä ma .cañ oa .naë oa .caš m .fiaë om .QaE om .flaä ma .naš ca .øaš m Gwmca wa H wmë mmm |cm nwuøumnwmëmuv mfiaaflmmßwm Na aa oa å r-lNffiflLflkOßæ uøummæamumm ZOHBQBWHMAMWÅWZZNUHM ZOO 4 Z H aQMm li POOR QUALITY 12. 7811784--3 .novmmwamßmx mEEmw >m mnflcwømšhm wmå >oum .mhmfiw >m vwumufiøwwn www .Hm mmmøm wømuâo uum www uflflmnmåwk* .mcflfløsmsmn uwwqfl .m>w || Hoummmflmumxfifionunomx | I omm Uoßmw ufl> .øflâ m .mmwnmm mfi wm mmfl :à www .. www Uoomm Uflw ...SE m âöxwm 3 mw owfi xu.>æ@ 1 Qww nmmflfl *ma .Eflø oofi wwflwnsmmwm ïwa Neu? 35 En, >a mmumuw _ Høfiuswwømwopmxwmfiwncæmwm mcflawsmnwm Hoummæfimumm MOB4mwQ4B4M D<flDZAOM mmm 4B4Q4MM EUO lwZOHB HH flflmmáä 7811784-3 13. mm mw .Eflu cow .mdflflwflmflwß :wmflfi .m>© || uoummhflmumxflflonucomk Hmm Oommm ©H> .cflñ om wfl on QHA www oommw @fl> .SHB om wa mm o: www nwmfi .w 3 .ëflø oofi mmfiwcflæmmm ¶ en? Nwé m? 2: m\ E N N fimflvflmuom mwnmnw |Uovmxmmflm:flwmmm mcflflucmnmm noummwflmpmm MOB HHH QQMNQB r.. noen QUAIITY 14. 7811784'3 .Uommofl Hamu Uommæ :mmm mEEHu\U0NNm muommæ fiflmßßmfi wEEHn\UOfiHH U .^mGmmflQmswn|OU cmmcm .m>Uv mcmmwGm:mnmEHw> wmßw ummmmufl mox ummum Q .uommm mm> mmmum m .@nmmUnmsmQwEmw> mwaflm mcmmflcmflwnløø Qwmsm la møummwflmumxflmomunøm ä mmm mm m.m mmm mmm mm , mmm s::mm> m.m mmm mmm mm m mmm mz m.m mmm m mmm mm mmm mz m.m mmm mmm mm mmm 7 mz m.m mmm mmm mm mmm mz m.m mmm mmm mm mmm mz m.m mmmm mmm\mmmo mm W mmm mz m.m mmm mmm mm mmm mz m.m mmm mmm mmm mmm mz m.m mmmm mmm mm mmm mz m.m mmmm mmm mmn mmm 1 | I 1 «mm A Eu>~ Nwlo .när 25 Tmmššmvv Û m .møummwmñwv mwššmmïu m N mmmucwuom .mmwwoëumwmmmmm wmuwmnmm olmmmmmmwmmmswn uwflmmmmmwmm |wmmwmmmmæmwnmuoumm nmmmmmmmwmmwëmmmm lwcønmnmšmmm/ m. |mmmmm> Ümšmxmä :mmmmmmmâmmmmmmn mommmmwmmumvm _ .mmammmmmm I0Q0ÉHW> ÜHDM UOHßm .mvflm/ USflHUGMSQQ .Gflfi OH .H.O.w .HGHOßMWMHMNQM QHA-m mmflßßwßmm Mwmwflmfifl FmOmmm EOHSV mmmummmzmmm mommm m zommmmmmmmmmmmzzmommmommm mm wzmmnzmom«mmm« mmmmmm >m mmmmmm . 7811784-3 TABELL V EFFEKTER AV CO-BEHANDLING FÖRE VÄRMEBEHANDLING PÅ PLATINAYTAREA Katalysator il 19 Q <1: 21 Ytarea mz/g Begynnelse 100 tim. 140 45 40 34 60 43 d se tabell IV för behandlingsdetaljer. _ . _.__..._......__.__......._....__.._._._ “Pøøn QHA:

Claims (16)

16. 7811784-3 Patentkrav:
1. Platinakatalysator, k ä n n e t e c k n a d a v att densamma består av platinakristalliter med kolpartiklar som bä- rare därav, varvid kol fällts ut på och omkring kristalliterna för att minska migreringen av kristalliterna på kolpartiklarnas yta under påföljande behandling eller användning av katalysatorn.
2. Förfarande för framställning av en platinakatalysator enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t a v att en kata- lysator av platinakristalliter med kolpartiklar som bärare därav, underkastas en utfällning av poröst kol på och omkring platina- kristalliterna.
3. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k - n a t a v att under utfällningen uppvärmes katalysatorn i när- varo av en kolhaltig förening för sönderdelning av föreningen och bildande av poröst kol.
4. Förfarande enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k - n a t a v att en gas- eller ångformig, kolhaltig förening an- vändes och att katalysatorn uppvärmes i närvaro av gasen eller ångan.
5. Förfarande enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k - n a t a v att såsom kolhaltig förening användes koloxid.
6. Förfarande enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k - n a t a v att uppvärmning sker till temperaturintervallet 260 - 649°C och att temperaturen hålles inom detta intervall under en till sextio minuter.
7. Förfarande enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k - n a t a v att uppvärmningen sker till temperaturintervallet 260 - 427OC och att temperaturen hålles inom detta intervall under fem till trettio minuter.
8. Förfarande enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k - n a t a v att uppvärmningen sker till en maximumtemperatur på 37100 och att denna temperatur bibehålles under tio minuter.
9. Förfarande enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k - n a t a v att såsom kolhaltig förening användes en kolväte- ånga eller -gas och att uppvärmning sker till en temperatur, som är tillräckligt hög för att sönderdela kolvätet för att ut- fälla poröst kol på och omkring platinakristalliterna.
10. Förfarande enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k - n a t a v att såsom kolväte användes n-hexan, heptan, bensen, acetylen, metan eller etylen. 11. 7811784-3
ll. Förfarande enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k - n a t a v att såsom kolhaltigt material användes ett vatten- lösligt, organiskt material, och att för utfällningen av kol anbringas ett skikt av det vattenlösliga, organiska materialet på katalysatorn, varefter katalysatorn uppvärmes i en inert atmosfär eller vakuum för att sönderdela det organiska materia- let i skiktct, varvid poröst kol kvarlämnas på och omkring platinakristalliterna.
12. Förfarande enligt patentkrav ll, k ä n n e t e c k - n a t a v att för anbringande av ett skikt av det vattenlös- liga, organiska materialet, genomdränkes katalysatorn med en vattenhaltig lösning av det organiska materialet och torkas kata- lysatorn för att avlägsna vattnet från skiktet.
13. Förfarande enligt patentkrav ll eller 12, k ä n n e- t e c k n a t a v att såsom kolhaltigt material användes sackaros.
14. Förfarande enligt patentkrav 13, k ä n n e t e c k - n a t a v att uppvärmning sker till ett temperaturintervall på 427 - 649OC och att temperaturen hålles inom detta intervall under en halv till sex timmar.
15. Förfarande enligt något av patentkrav 2 - 14, k ä n n e- t e c k n a t a v att katalysatorn efter utfällning av kol utsättes för en värmebehandling i en inert atmosfär eller vakuum inom ett temperaturintervall på 816 - 1232°C och att tempera- turen hålles inom detta intervall under en halv till sex timmar.
16. Förfarande enligt patentkrav 15, k ä n n e t e ç k - n a t a v att upgvärmning sker till temperaturintervallet 899 - 96o°c och att temperaturen hållas inom detta intervall under tre kvarts till en och en halv timme. :room QUALITY
SE7811784A 1977-11-23 1978-11-15 Platinakatalysator och forfarande for dess framstellning SE439438B (sv)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US85428377A 1977-11-23 1977-11-23
US85428677A 1977-11-23 1977-11-23
US05/854,284 US4137372A (en) 1977-11-23 1977-11-23 Catalyst and method for making
US05/854,285 US4137373A (en) 1977-11-23 1977-11-23 Platinum catalyst and method for making

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE7811784L SE7811784L (sv) 1979-05-24
SE439438B true SE439438B (sv) 1985-06-17

Family

ID=27505919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE7811784A SE439438B (sv) 1977-11-23 1978-11-15 Platinakatalysator och forfarande for dess framstellning

Country Status (10)

Country Link
JP (1) JPS5482394A (sv)
BR (1) BR7807532A (sv)
CH (1) CH638693A5 (sv)
DE (1) DE2848138A1 (sv)
DK (1) DK155575C (sv)
ES (1) ES475293A1 (sv)
FR (1) FR2409792B1 (sv)
GB (1) GB2008429B (sv)
IL (1) IL55885A (sv)
SE (1) SE439438B (sv)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6415809A (en) * 1987-07-10 1989-01-19 Fuji Electric Co Ltd Monitor system for working time of control panel
JP4061573B2 (ja) * 2001-05-18 2008-03-19 ソニー株式会社 導電性触媒粒子の製造方法及びガス拡散性触媒電極の製造方法、並びに導電性触媒粒子の製造方法に用いる装置
JP4061575B2 (ja) * 2001-06-01 2008-03-19 ソニー株式会社 導電性触媒粒子及びその製造方法、ガス拡散性触媒電極及び電気化学デバイス
JP2007050319A (ja) * 2005-08-16 2007-03-01 Ritsumeikan 複合触媒粒子
JP4435863B2 (ja) 2008-04-14 2010-03-24 パナソニック株式会社 表面ナノ構造を有する酸素極を備える燃料電池

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2358359A (en) * 1939-05-17 1944-09-19 Colorado Fuel & Iron Corp Active carbon production
GB1018373A (en) * 1963-03-26 1966-01-26 Du Pont Hydrogenation catalysts
US3979329A (en) * 1969-12-12 1976-09-07 Johnson Matthey & Co., Limited Carbon molecular sieve catalyst
US3881957A (en) * 1972-03-17 1975-05-06 Universal Oil Prod Co Electrochemical cell comprising a catalytic electrode of a refractory oxide and a carbonaceous pyropolymer
US3964933A (en) * 1974-04-08 1976-06-22 Exxon Research And Engineering Company Carbon article including electrodes and methods of making the same
US4028274A (en) * 1976-06-01 1977-06-07 United Technologies Corporation Support material for a noble metal catalyst and method for making the same

Also Published As

Publication number Publication date
ES475293A1 (es) 1980-04-01
DE2848138C2 (sv) 1989-08-03
FR2409792B1 (fr) 1986-05-16
SE7811784L (sv) 1979-05-24
BR7807532A (pt) 1979-07-24
FR2409792A1 (fr) 1979-06-22
DK155575C (da) 1989-09-18
IL55885A (en) 1981-11-30
DK521478A (da) 1979-05-24
GB2008429B (en) 1982-04-28
DE2848138A1 (de) 1979-06-13
JPS5748258B2 (sv) 1982-10-15
JPS5482394A (en) 1979-06-30
IL55885A0 (en) 1979-01-31
GB2008429A (en) 1979-06-06
DK155575B (da) 1989-04-24
CH638693A5 (de) 1983-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Moiroux et al. Adsorption phenomena in the NAD+/NADH system at glassy carbon electrodes
EP3060701B1 (en) Electrochemical cell containing a graphene coated electrode
EP2613389B1 (en) Lithium air battery
Watanabe et al. Electrocatalysis by ad-atoms: Part XIII. Preparation of ad-electrodes with tin ad-atoms for methanol, formaldehyde and formic acid fuel cells
JPS609858B2 (ja) 貴金属触媒用担体材料の製造方法
SU791204A3 (ru) Способ приготовлени катализатора дл электрохимического окислени водорода или восстановлени кислорода
US4137373A (en) Platinum catalyst and method for making
JPH10302807A (ja) コーティング及びローリングの混合法による燃料電池の電極製造方法
EP3764443A1 (de) Katalysator für die sauerstoffentwicklungsreaktion bei der wasserelektrolyse
SE439438B (sv) Platinakatalysator och forfarande for dess framstellning
US4137372A (en) Catalyst and method for making
US3320093A (en) Method of forming a carbon containing fuel cell electrode
JP3943151B2 (ja) 電気化学プロセス用電極及び該電極の使用方法
JP2005501177A (ja) 電気化学的反応電極、製造方法、及びその適用機器。
CN109193000B (zh) 一种空气电池用电催化剂及其制备方法和应用
GB2039956A (en) Surface activated functional materials and a method of producing the same
US3284332A (en) Fuel cell electrode
KR20160135575A (ko) 바나듐 레독스 흐름전지용 탄소펠트 전극 및 이의 제조방법
JP2002500806A (ja) ゼオライト膜を有する燃料電池のような電解反応器
JPH06132034A (ja) リン酸形燃料電池の合金触媒とその製造方法
Mojović et al. Introduction of Pt and Pd nanoclusters in zeolite cavities by thermal degradation of acetylacetonates
US3679481A (en) Process of manufacturing sintered carrier type negative electrodes for alkaline storage cells
US3242011A (en) Method of making fuel cell electrodes
JPS60133662A (ja) 燃料電池のガス拡散電極の製造方法
RU2525543C1 (ru) Способ получения нановискерных структур оксидных вольфрамовых бронз на угольном материале

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed

Ref document number: 7811784-3

Effective date: 19900706

Format of ref document f/p: F