JPH04366558A - 燃料電池およびその製造方法 - Google Patents
燃料電池およびその製造方法Info
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- JPH04366558A JPH04366558A JP3139309A JP13930991A JPH04366558A JP H04366558 A JPH04366558 A JP H04366558A JP 3139309 A JP3139309 A JP 3139309A JP 13930991 A JP13930991 A JP 13930991A JP H04366558 A JPH04366558 A JP H04366558A
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- Japan
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- catalyst
- platinum
- iron
- electrode
- hydroxide
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- Pending
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
Landscapes
- Catalysts (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
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は燃料電池の電極触媒層
に係り、特にその触媒物質およびその製造方法に関する
。
に係り、特にその触媒物質およびその製造方法に関する
。
【０００２】
【従来の技術】一般に燃料電池用ガス拡散電極は電気伝
導性に優れた多孔質なカーボン電極基材上に、貴金属を
担持した触媒粉末をポリテトラフロロエチレンで結着し
た電極触媒層を積層して形成される。
導性に優れた多孔質なカーボン電極基材上に、貴金属を
担持した触媒粉末をポリテトラフロロエチレンで結着し
た電極触媒層を積層して形成される。
【０００３】この電極触媒層において供給される反応ガ
スである酸素または水素と、リン酸電解質および触媒の
三相共存が均一に起こることで電気化学的反応を直接電
気エネルギーとして取り出すことができる。
スである酸素または水素と、リン酸電解質および触媒の
三相共存が均一に起こることで電気化学的反応を直接電
気エネルギーとして取り出すことができる。
【０００４】図１は燃料電池の電極構造を示す模式的断
面図である。燃料電池は空気または水素の流通路を有し
た多孔質カーボンを用いた電極基材１と、白金触媒２を
担持した触媒３に適度なはっ水性を付与するＰＴＦＥ４
を混合した電極触媒層５よりなっている。この電極触媒
層において、供給される反応ガスである空気および水素
と電解質であるリン酸が触媒粒子表面で三相共存状態を
起こすことで電気化学的反応が生じて直接電気エネルギ
ーを取り出すことができる。
面図である。燃料電池は空気または水素の流通路を有し
た多孔質カーボンを用いた電極基材１と、白金触媒２を
担持した触媒３に適度なはっ水性を付与するＰＴＦＥ４
を混合した電極触媒層５よりなっている。この電極触媒
層において、供給される反応ガスである空気および水素
と電解質であるリン酸が触媒粒子表面で三相共存状態を
起こすことで電気化学的反応が生じて直接電気エネルギ
ーを取り出すことができる。
【０００５】従来よりリン酸型燃料電池用触媒としては
高温リン酸に対して耐食性のある白金を用いた触媒が使
用されている。触媒は電極反応に極めて重要な役割を果
たしており、電池の出力と寿命の向上のために触媒の活
性度と安定性を高めることが必要である。
高温リン酸に対して耐食性のある白金を用いた触媒が使
用されている。触媒は電極反応に極めて重要な役割を果
たしており、電池の出力と寿命の向上のために触媒の活
性度と安定性を高めることが必要である。
【０００６】従来の白金触媒の製造方法は、一般に液相
還元法が用いられている。具体的に説明すると白金を担
持するカーボンブラックを液相中に分散し易くするため
に、硝酸や氷酢酸等の酸処理を行い、次に塩化白金酸水
溶液を担持するに必要な白金を加え、液温を４０〜９０
℃にしてから還元剤としてヒドラジンやギ酸を滴下して
白金の還元を行う。
還元法が用いられている。具体的に説明すると白金を担
持するカーボンブラックを液相中に分散し易くするため
に、硝酸や氷酢酸等の酸処理を行い、次に塩化白金酸水
溶液を担持するに必要な白金を加え、液温を４０〜９０
℃にしてから還元剤としてヒドラジンやギ酸を滴下して
白金の還元を行う。
【０００７】さらに触媒の活性度を高めるため白金を担
持した触媒にバナジウム、クロム、コバルト、ニッケル
、鉄などの第二金属成分を加えて合金化を行う。まず前
述の白金を還元した触媒を再び水溶液中に分散し、第二
金属の硝酸塩を添加し水酸化カリウム、水酸化ナトリウ
ム、アンモニア水などのアルカリ剤により第二金属を水
酸化物としてカーボン表面に沈着させる。これをろ過水
洗， 乾燥後に不活性雰囲気中で８００ 〜１０００℃
の熱処理をして合金触媒を作製していた。このように白
金触媒に他のＩＶ〜ＶＩＩＩ族の遷移金属を添加した合
金触媒は触媒活性の向上が図れることは周知の技術であ
り、さらに活性の向上と安定性を求めて白金─クロム─
コバルト（特開昭５９─１４１１６９号公報） 、白金
─鉄─コバルト（ 特開昭６２─１６３７４６号公報）
、白金─ニッケル─コバルト（ 特開昭６３─１９０
２５４号公報） 等の三元系触媒も紹介されている。
持した触媒にバナジウム、クロム、コバルト、ニッケル
、鉄などの第二金属成分を加えて合金化を行う。まず前
述の白金を還元した触媒を再び水溶液中に分散し、第二
金属の硝酸塩を添加し水酸化カリウム、水酸化ナトリウ
ム、アンモニア水などのアルカリ剤により第二金属を水
酸化物としてカーボン表面に沈着させる。これをろ過水
洗， 乾燥後に不活性雰囲気中で８００ 〜１０００℃
の熱処理をして合金触媒を作製していた。このように白
金触媒に他のＩＶ〜ＶＩＩＩ族の遷移金属を添加した合
金触媒は触媒活性の向上が図れることは周知の技術であ
り、さらに活性の向上と安定性を求めて白金─クロム─
コバルト（特開昭５９─１４１１６９号公報） 、白金
─鉄─コバルト（ 特開昭６２─１６３７４６号公報）
、白金─ニッケル─コバルト（ 特開昭６３─１９０
２５４号公報） 等の三元系触媒も紹介されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の触媒は、初期活性に優れるものの比較的短時間で特性
低下を示すため安定性の向上を図る必要が残されている
。この発明は上述の点に鑑みてなされその目的は、新規
な触媒物質とその製法を開発することにより特性と安定
性に優れる燃料電池を提供することにある。
の触媒は、初期活性に優れるものの比較的短時間で特性
低下を示すため安定性の向上を図る必要が残されている
。この発明は上述の点に鑑みてなされその目的は、新規
な触媒物質とその製法を開発することにより特性と安定
性に優れる燃料電池を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の目的はこの発明に
よれば、電極基材上に電極触媒層を有し、電極触媒層は
カーボン担体上に白金と鉄とニッケルの三元合金を担持
した触媒をバインダで結着してなるとすること、または
第一工程と、第二工程と、第三工程とを有し、第一工程
は白金の担持されたカーボンに水酸化ニッケルと水酸化
鉄を沈着させる工程であり、第二工程は前記水酸化物の
沈着したカーボンを温度８００ないし１０００℃で熱処
理して触媒を調製する工程であり、第三工程は前記触媒
をバインダーで結着した電極触媒層を電極基材上に積層
する工程であるとすることにより達成される。
よれば、電極基材上に電極触媒層を有し、電極触媒層は
カーボン担体上に白金と鉄とニッケルの三元合金を担持
した触媒をバインダで結着してなるとすること、または
第一工程と、第二工程と、第三工程とを有し、第一工程
は白金の担持されたカーボンに水酸化ニッケルと水酸化
鉄を沈着させる工程であり、第二工程は前記水酸化物の
沈着したカーボンを温度８００ないし１０００℃で熱処
理して触媒を調製する工程であり、第三工程は前記触媒
をバインダーで結着した電極触媒層を電極基材上に積層
する工程であるとすることにより達成される。
【００１０】
【作用】二元系触媒で比較的初期活性が高く、安定性に
優れた鉄とニッケルを組み合わせた白金─鉄─ニッケル
の三元系合金触媒にすることで、触媒活性と安定性の両
者を向上させることができる。
優れた鉄とニッケルを組み合わせた白金─鉄─ニッケル
の三元系合金触媒にすることで、触媒活性と安定性の両
者を向上させることができる。
【００１１】
【実施例】本発明を実施例に基づき説明する。アセチレ
ンブラック等のカーボンブラックを９ｇ秤取し２００ｍ
ｌ の純水に加える。次に白金（ｐｔ）として１ｇの塩
化白金酸水溶液を添加して６０℃に昇温する。温度が一
定になった後にＮａＯＨ ２Ｎ 溶液でｐＨ１０に調整
して３％ヒドラジン溶液を滴下して塩化白金酸の還元を
行う。還元終了後にガラスフィルターでろ過・洗浄し乾
燥することで白金担持触媒が得られる。この白金担持触
媒の白金結晶子径は２８Åであった。
ンブラック等のカーボンブラックを９ｇ秤取し２００ｍ
ｌ の純水に加える。次に白金（ｐｔ）として１ｇの塩
化白金酸水溶液を添加して６０℃に昇温する。温度が一
定になった後にＮａＯＨ ２Ｎ 溶液でｐＨ１０に調整
して３％ヒドラジン溶液を滴下して塩化白金酸の還元を
行う。還元終了後にガラスフィルターでろ過・洗浄し乾
燥することで白金担持触媒が得られる。この白金担持触
媒の白金結晶子径は２８Åであった。
【００１２】このようにして得られた白金担持触媒の合
金化を次に示す。まず白金担持触媒を純水２００ｍｌ
に分散する。これとは別にコバルト（Ｃｏ）として０．
１５ｇ の硝酸コバルトと鉄（Ｆｅ）として０．１５ｇ
の硝酸鉄を秤取し純水５０ｍｌ中に溶解する。さらに
この溶液中にアンモニア水を加えてｐＨ８ に調整し、
超音波分散器を用いて水酸化物となった鉄とニッケルの
均質混合液を作製する。この溶液を白金担持触媒が分散
された溶液中に加えてアンモニア水を滴下してｐＨ９
に調整して１ 〜５ 時間十分に接触させる。 そしてガラスフィルターでろ過・水洗し乾燥後に窒素気
流中で８００ 〜１０００℃で熱処理を行う。このよう
にして三元合金２Ａを担持した触媒が得られる。
金化を次に示す。まず白金担持触媒を純水２００ｍｌ
に分散する。これとは別にコバルト（Ｃｏ）として０．
１５ｇ の硝酸コバルトと鉄（Ｆｅ）として０．１５ｇ
の硝酸鉄を秤取し純水５０ｍｌ中に溶解する。さらに
この溶液中にアンモニア水を加えてｐＨ８ に調整し、
超音波分散器を用いて水酸化物となった鉄とニッケルの
均質混合液を作製する。この溶液を白金担持触媒が分散
された溶液中に加えてアンモニア水を滴下してｐＨ９
に調整して１ 〜５ 時間十分に接触させる。 そしてガラスフィルターでろ過・水洗し乾燥後に窒素気
流中で８００ 〜１０００℃で熱処理を行う。このよう
にして三元合金２Ａを担持した触媒が得られる。
【００１３】この方法により作製した合金化触媒の白金
結晶子径は３３Åであった。得られた白金─鉄─ニッケ
ル三元系合金触媒は従来の合金触媒に比較して初期活性
と安定の両者にすぐれた特性を得ることができた。表１
に初期特性と１０００時間後の結晶子径の変化を示す
。
結晶子径は３３Åであった。得られた白金─鉄─ニッケ
ル三元系合金触媒は従来の合金触媒に比較して初期活性
と安定の両者にすぐれた特性を得ることができた。表１
に初期特性と１０００時間後の結晶子径の変化を示す
。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【発明の効果】この発明によれば、電極基材上に電極触
媒層を有し、電極触媒層はカーボン担体上に白金と鉄と
ニッケルの三元系合金を担持した触媒をバインダで結着
してなるものであるとすること、または第一工程と、第
二工程と、第三工程とを有し、第一工程は白金の担持さ
れたカーボンに水酸化ニッケルと水酸化鉄を沈着させる
工程であり、第二工程は前記水酸化物の沈着したカーボ
ンを温度８００ないし１０００℃で熱処理して触媒を調
製する工程であり、第三工程は前記触媒をバインダーで
結着した電極触媒層を電極基材上に積層する工程である
とするので、結晶子径が小さい上その経時変化が少ない
三元系合金触媒が得られ、その結果特性と安定性に優れ
る燃料電池が得られる。
媒層を有し、電極触媒層はカーボン担体上に白金と鉄と
ニッケルの三元系合金を担持した触媒をバインダで結着
してなるものであるとすること、または第一工程と、第
二工程と、第三工程とを有し、第一工程は白金の担持さ
れたカーボンに水酸化ニッケルと水酸化鉄を沈着させる
工程であり、第二工程は前記水酸化物の沈着したカーボ
ンを温度８００ないし１０００℃で熱処理して触媒を調
製する工程であり、第三工程は前記触媒をバインダーで
結着した電極触媒層を電極基材上に積層する工程である
とするので、結晶子径が小さい上その経時変化が少ない
三元系合金触媒が得られ、その結果特性と安定性に優れ
る燃料電池が得られる。
【図１】燃料電池の電極構造を示す模式的断面図
１ 電極基材
２ 白金
２Ａ 三元合金
３ 触媒
４ ＰＴＦＥ
５ 電極触媒層
Claims (4)
- 【請求項１】 電極基材上に電極触媒層を有し、電極
触媒層はカーボン担体上に白金と鉄とニッケルの三元合
金を担持した触媒をバインダで結着してなるものである
ことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 第一工程と、第二工程と、第三工程と
を有し、第一工程は白金の担持されたカーボンに水酸化
ニッケルと水酸化鉄を沈着させる工程であり、第二工程
は前記水酸化物の沈着したカーボンを温度８００ないし
１０００℃で熱処理して触媒を調製する工程であり、第
三工程は前記触媒をバインダーで結着した電極触媒層を
電極基材上に積層する工程であることを特徴とする燃料
電池の製造方法。 - 【請求項３】請求項２記載の製造方法において、水酸化
物の沈着は硝酸塩の混合溶液にアンモニア水を加えてｐ
Ｈを８とした懸濁液を超音波分散して均質混合液を調製
しこの均質混合液を白金の担持されたカーボンと接触さ
せるものであることを特徴とする燃料電池の製造方法。 - 【請求項４】請求項２記載の製造方法において、熱処理
は窒素気流中で行うものであることを特徴とする燃料電
池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3139309A JPH04366558A (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 燃料電池およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3139309A JPH04366558A (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 燃料電池およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04366558A true JPH04366558A (ja) | 1992-12-18 |
Family
ID=15242301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3139309A Pending JPH04366558A (ja) | 1991-06-12 | 1991-06-12 | 燃料電池およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04366558A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006253145A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Samsung Sdi Co Ltd | 電極用担持触媒とその製造方法，プロトン交換膜燃料電池用電極およびプロトン交換膜燃料電池 |
| WO2009008389A1 (ja) * | 2007-07-06 | 2009-01-15 | M.Technique Co., Ltd. | 金属担持カーボンの製造方法、フラーレン分子からなる結晶及びフラーレンナノウィスカー・ナノファイバーナノチューブの製造方法及び製造装置 |
| US7635533B2 (en) | 2002-02-27 | 2009-12-22 | Symyx Solutions, Inc. | Fuel cell electrocatalyst of Pt-Mn-Co |
| US8021798B2 (en) | 2002-03-06 | 2011-09-20 | Freeslate, Inc. | Fuel cell electrocatalyst of Pt-Zn-Ni/Fe |
| CN116632267A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-08-22 | 珞氢新材料科技(广东)有限公司 | 一种燃料电池电极用铂金催化剂及其制备方法 |
-
1991
- 1991-06-12 JP JP3139309A patent/JPH04366558A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7635533B2 (en) | 2002-02-27 | 2009-12-22 | Symyx Solutions, Inc. | Fuel cell electrocatalyst of Pt-Mn-Co |
| US8021798B2 (en) | 2002-03-06 | 2011-09-20 | Freeslate, Inc. | Fuel cell electrocatalyst of Pt-Zn-Ni/Fe |
| JP2006253145A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Samsung Sdi Co Ltd | 電極用担持触媒とその製造方法，プロトン交換膜燃料電池用電極およびプロトン交換膜燃料電池 |
| WO2009008389A1 (ja) * | 2007-07-06 | 2009-01-15 | M.Technique Co., Ltd. | 金属担持カーボンの製造方法、フラーレン分子からなる結晶及びフラーレンナノウィスカー・ナノファイバーナノチューブの製造方法及び製造装置 |
| JPWO2009008389A1 (ja) * | 2007-07-06 | 2010-09-09 | エム・テクニック株式会社 | 金属担持カーボンの製造方法 |
| US8974986B2 (en) | 2007-07-06 | 2015-03-10 | M. Technique Co., Ltd. | Method for producing metal-supported carbon, method for producing crystals consisting of fullerene molecules and fullerene nanowhisker/nanofiber nanotubes, and apparatus for producing the same |
| US9917308B2 (en) | 2007-07-06 | 2018-03-13 | M. Technique Co., Ltd. | Method for producing crystals comprising fullerene molecules and fullerene nanowhisker/nanofiber nanotubes |
| CN116632267A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-08-22 | 珞氢新材料科技(广东)有限公司 | 一种燃料电池电极用铂金催化剂及其制备方法 |
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