JPH0589880A - りん酸形燃料電池用白金担持触媒及びその製造方法 - Google Patents

りん酸形燃料電池用白金担持触媒及びその製造方法

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JPH0589880A
JPH0589880A JP3246317A JP24631791A JPH0589880A JP H0589880 A JPH0589880 A JP H0589880A JP 3246317 A JP3246317 A JP 3246317A JP 24631791 A JP24631791 A JP 24631791A JP H0589880 A JPH0589880 A JP H0589880A
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JP
Japan
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platinum
catalyst
acetylene black
supported catalyst
phosphoric acid
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JP3246317A
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English (en)
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Hirobumi Enomoto
博文 榎本
Shuzo Waratani
修三 藁谷
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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

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Abstract

(57)【要約】 【目的】比表面積がアセチレンブラックを触媒担体とす
る従来の白金担持触媒より広く、高温りん酸に対する耐
蝕性に優れた白金担持触媒を得る。 【構成】電極基板および触媒層からなる一対のガス拡散
電極間にマトリックスを挟持してなるりん酸形燃料電池
が、触媒層にアセチレンブラックを触媒担体として白金
を担持した白金担持触媒を含むものにおいて、この白金
担持触媒が単粒子化したアセチレンブラックを触媒担体
として含むものとする。また、単粒子化したアセチレン
ブラックは、その平均粒子径が0.5±0.2μm、そ
の平均比表面積が70m2 /g以上であるものとする。
一方、白金担持触媒の製造方法が、単粒子が鎖状につな
がった高ストラクチャ構造を有するアセチレンブラック
を粉砕して単粒子化する粉砕工程を含むこととする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、りん酸形燃料電池の
燃料電極および酸化剤電極からなるガス拡散電極に、電
極触媒層の反応活物質として用いられる白金担持触媒、
およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】りん酸形燃料電池用ガス拡散電極は一般
に、電気伝導性に優れた多孔質カ−ボン材からなる電極
基板と、その一方の面上に形成された電極触媒層との層
状体からなり、電極触媒層は、貴金属をカ−ボンブラッ
クの表面に分散して担持した貴金属担持触媒をポリテト
ラフロロエチレン(PTFE)を結合剤兼はっ水剤とし
て製膜したもので形成される。この電極触媒層は、これ
に反応ガスとして供給される酸素または水素と、電解質
としてのりん酸とが触媒上で三相界面を均一に形成する
ことにより電気化学反応を直接電気エネルギ−として取
り出す燃料電池としての機能を発揮するものであり、り
ん酸形燃料電池の場合、高温のりん酸に対する耐蝕性に
優れた白金担持触媒が多く使用されている。
【0003】白金担持触媒としては、従来アセチレンブ
ラック,ファ−ネスブラック等のカ−ボンブラックを触
媒担体とし、その表面に白金または白金と第2金属成分
を担持したものが用いられ、この白金担持触媒に適量の
PTFEを混合したものを素材として、多孔質カ−ボン
からなる電極基板上に触媒層が形成される。カ−ボンブ
ラックに白金を担持させる白金担持触媒の製造方法とし
ては一般に液相還元法が用いられる。すなわち、カ−ボ
ンブラックを硝酸や氷酢酸等で酸処理して液相への分散
性を改善した後、担持する白金量に相応する量の塩化白
金酸水溶液を加え、液温を40〜90°C に保った状態
で還元剤としてのヒドラジンやぎ酸を滴下して白金を還
元する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ファ−ネスブラックを
触媒単体とした従来の白金担持触媒は、その比表面積が
100〜1000m2 /gと広く、また500Å程度の
一次粒子がほぼ単粒子で存在する低ストラクチャ−構造
であるため、カ−ボン粒子の表面全体に白金結晶子を均
一に分散して担持し易く、高い活性度を有する白金担持
触媒が得られる。これに対して、アセチレンブラックを
触媒担体とした従来の白金担持触媒では、比表面積が5
0m2 /gと狭く、一次粒子(単粒子)が鎖状につなが
って数ミクロンにまで成長した高ストラクチャ−構造と
なっているため、一次粒子が相互に接触した部分には白
金が分散せず、白金の分散性が低く,触媒としての活性
度も低いという欠点がある。
【0005】一方、両者を高温のりん酸に対する耐蝕性
の面で比較すると、ファ−ネスブラックの生成温度が約
1500°Cであるのに対して、アセチレンブラックは
その生成温度が約2000°Cと高いため、アセチレン
ブラックを触媒担体として用いた白金担持触媒の方が耐
蝕性に優れ、高温のりん酸中で電気化学反応を長期間安
定に保持して燃料電池の寿命を長期化できる利点が得ら
れる。従って、従来のりん酸形燃料電池では一般に、ア
セチレンブラックを触媒担体として用い、触媒としての
活性度をある程度犠牲にして燃料電池の長期安定性を保
持するよう構成されている。
【0006】この発明の目的は、比表面積がアセチレン
ブラックを触媒担体とする従来の白金担持触媒より広
く、高温りん酸に対する耐蝕性に優れた白金担持触媒を
得ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、電極基板および触媒層からなる
一対のガス拡散電極間にマトリックスを挟持してなるり
ん酸形燃料電池が、前記触媒層にアセチレンブラックを
触媒担体として白金を担持した白金担持触媒を含むもの
において、この白金担持触媒が単粒子化したアセチレン
ブラックを触媒担体として含むものとする。
【0008】また、単粒子化したアセチレンブラック
は、その平均粒子径が0.5±0.2μm、その平均比
表面積が70m2 /g以上であるものとする。
【0009】一方、白金担持触媒の製造方法が、単粒子
が鎖状につながった高ストラクチャ構造を有するアセチ
レンブラックを粉砕して単粒子化する粉砕工程を含むこ
ととする。
【0010】
【作用】この発明の構成において、電極基板および触媒
層からなる一対のガス拡散電極間にマトリックスを挟持
してなるりん酸形燃料電池が、前記触媒層にアセチレン
ブラックを触媒担体として白金を担持した白金担持触媒
を含むものにおいて、この白金担持触媒が単粒子化した
アセチレンブラックを触媒担体として含むよう構成した
ことにより、単粒子化したアセチレンブラックの表面全
体に白金を分散して担持させることが可能となり、その
分比表面積が拡張された白金担持触媒が得られる。例え
ば、単粒子化したアセチレンブラックは、その平均粒子
径が0.5±0.2μm程度に細粒子化され、これに伴
ってその平均比表面積が80m2 /g程度に拡張された
白金担持触媒を得ることができる。
【0011】一方、白金担持触媒の製造方法が、単粒子
が鎖状につながった高ストラクチャ構造を有するアセチ
レンブラックを粉砕して単粒子化する粉砕工程を含むよ
う構成すれば、例えばカッタ−付粉砕機を用いてアセチ
レンブラックを容易に単粒子化することができ、大幅な
製造工数の増加を伴わずに、アセチレンブラックを触媒
担体とする白金担持触媒の比表面積を拡張し、触媒とし
ての活性度を改善する機能が得られる。
【0012】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図1はこの発明の実施例になる白金担持触媒を用い
たりん酸形燃料電池のガス拡散電極を模式化して示す断
面図であり、ガス拡散電極1は、ガス透過性を有する多
孔質カ−ボン基材からなり複数の凹溝からなる反応ガス
通路4を有する電極基板2と、その一方の面上に形成さ
れた電極触媒層3との積層体で構成される。電極触媒層
3は、単粒子化されたアセチレンブラックを触媒担体3
2とし、その表面に白金結晶子33を分散して担持した
白金担持触媒31と、結合剤兼はっ水剤としての適量の
PTFEとの混合物の薄膜からなり、電極基材2の表面
に熱圧処理により一体化される。
【0013】図2はこの発明の実施例になる白金担持触
媒の触媒担体の製造方法を示す断面図であり、高ストラ
クチャ−構造を有するアセチレンブラック22は、粉砕
機11の容器12に収納され、モ−タ14でカッタ−1
3を高速回転させることにより単粒子相互のつながりが
粉砕され、単粒子化したアセチレンブラック32が得ら
れる。表1は、このようにして得られたアセチレンブラ
ック単粒子の比表面積および粒子径(平均値)を従来技
術(比較例)のそれと比較して示す特性表であり、粉砕
前のアセチレンブラック22の平均粒子径が5ミクロン
であるのに対して、粉砕後のアセチレンブラック単粒子
の平均粒子径は、ファ−ネスブラックの平均粒子径0.
3ミクロンに近い0.5にまで微細粒子化され、その結
果比表面積も従来のアセチレンブラックの60m2 /g
から80m2 /gへと拡張され、白金担持触媒の製造工
程にアセチレンブラックの粉砕工程を付加することによ
り、白金の担持に有効な比表面積を拡大できることが実
証された。
【0014】
【表1】
【0015】また、実施例における液相還元法による白
金担持触媒の製造方法は、上述のように単粒子化された
アセチレンブラック9gに純水200mlを加え、次に
白金1gに相当する量の塩化白金酸水溶液を添加して6
0°Cに加熱し、これに水酸化ナトリウム2N溶液を加
えてPH値10に調整した後、3%ヒドラジン溶液を滴
下して塩化白金酸を還元し、還元を終了した時点でガラ
スフィルタ−によるろ過処理,洗浄処理,および乾燥処
理を経て、触媒担体としてのアセチレンブラック単粒子
32の表面に白金結晶子33が分散して担持された白金
担持触媒31が形成される。さらに、第2金属成分を白
金担持触媒の表面に析出させる工程を必要に応じて追加
してよいことはいうまでもないことである。
【0016】表2は実施例になる白金担持触媒における
白金結晶子33の径、およびこの白金担持触媒を電極触
媒層3に用いたりん酸形燃料電池のハ−フセル特性を従
来技術(比較例)のそれと比較して示す特性表であり、
実施例になる白金担持触媒の白金結晶子径は30Å,ハ
−フセル特性は780mVとなり、触媒担体としてファ
−ネスブラックを用いた従来の白金担持触媒の25Åお
よび780mVに近接した特性が得られることが実証さ
れた。したがって、白金担持触媒の製造工程の前段にア
セチレンブラックの粉砕工程を付加し、単粒子化された
アセチレンブラックを触媒担体として白金担持触媒を形
成すれば、高温のりん酸に対する耐蝕性に優れたアセチ
レンブラックを触媒担体とし、触媒活性度がファ−ネス
ブラックを触媒担体とする白金担持触媒に匹敵するりん
酸形燃料電池用白金担持触媒を得ることができる。
【0017】
【表2】
【0018】
【発明の効果】この発明は前述のように、電極基板およ
び触媒層からなる一対のガス拡散電極間にマトリックス
を挟持してなるりん酸形燃料電池が、前記触媒層にアセ
チレンブラックを触媒担体として白金を担持した白金担
持触媒を含むものにおいて、この白金担持触媒が単粒子
化したアセチレンブラックを触媒担体として含むよう構
成した。その結果、単粒子化したアセチレンブラックの
表面全体に白金を分散して担持させることが可能とな
り、アセチレンブラックを触媒担体とする従来の白金担
持触媒に比べて比表面積が広い白金担持触媒が得られ
る。例えば、単粒子化したアセチレンブラックは、その
平均粒子径が0.5μm程度に細粒子化され、これに伴
ってその平均比表面積が80m2 /g程度に拡張された
白金担持触媒を得ることができるとともに、液相還元法
で担持された白金結晶子の径を30Åにまで細粒化で
き、これに伴ってりん酸形燃料電池のハ−フセル特性を
ファ−ネスブラックを用いた従来の白金担持触媒と同等
の780mVにまで向上できるので、高温のりん酸に対
する耐蝕性に優れたアセチレンブラックを触媒担体と
し、触媒活性度がファ−ネスブラックを触媒担体とする
白金担持触媒に匹敵するりん酸形燃料電池用白金担持触
媒を提供することができる。
【0019】一方、白金担持触媒の製造方法が、単粒子
が鎖状につながった高ストラクチャ構造を有するアセチ
レンブラックを粉砕して単粒子化する粉砕工程を含むよ
う構成すれば、例えばカッタ−付粉砕機を用いてアセチ
レンブラックを容易に単粒子化することができ、大幅な
製造工数の増加を伴わずに、アセチレンブラックを触媒
担体とする白金担持触媒の比表面積を拡張し、触媒とし
ての活性度を改善できる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例になる白金担持触媒を用いた
りん酸形燃料電池のガス拡散電極を模式化して示す断面
【図2】この発明の実施例になる白金担持触媒の触媒担
体の製造方法を示す断面図
【符号の説明】
1 ガス拡散電極 2 電極基板 3 電極触媒層 11 カッタ−付粉砕機 22 アセチレンブラック(高ストラクチャ−) 31 白金担持触媒 32 アセチレンブラック単粒子(触媒担体) 33 白金結晶子 34 ポリテトラフロロエチレン(PTFE)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電極基板および触媒層からなる一対のガス
    拡散電極間にマトリックスを挟持してなるりん酸形燃料
    電池が、前記触媒層にアセチレンブラックを触媒担体と
    して白金を担持した白金担持触媒を含むものにおいて、
    単粒子化したアセチレンブラックを触媒担体として含む
    ことを特徴とするりん酸形燃料電池用白金担持触媒。
  2. 【請求項2】単粒子化したアセチレンブラックは、その
    平均粒子径が0.5±0.2μm、その平均比表面積が
    70m2 /g以上であることを特徴とする請求項1記載
    のりん酸形燃料電池用白金担持触媒。
  3. 【請求項3】単粒子が鎖状につながった高ストラクチャ
    構造を有するアセチレンブラックを粉砕して単粒子化す
    る粉砕工程を含むことを特徴とするりん酸形燃料電池用
    白金担持触媒の製造方法。
JP3246317A 1991-09-26 1991-09-26 りん酸形燃料電池用白金担持触媒及びその製造方法 Pending JPH0589880A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6187468B1 (en) 1998-11-30 2001-02-13 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Electrodes for fuel cells

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US6187468B1 (en) 1998-11-30 2001-02-13 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Electrodes for fuel cells

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