JPH0629028A - 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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- JPH0629028A JPH0629028A JP4180154A JP18015492A JPH0629028A JP H0629028 A JPH0629028 A JP H0629028A JP 4180154 A JP4180154 A JP 4180154A JP 18015492 A JP18015492 A JP 18015492A JP H0629028 A JPH0629028 A JP H0629028A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- fuel cell
- platinum
- electrode
- chromium
- 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
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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
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】初期特性と安定性に優れる燃料電池用触媒を得
る。 【構成】白金と鉄とクロムの三元系合金触媒とする。白
金を担持したカーボンに鉄とクロムの水酸化物を沈着し
８００乃至１０００℃の温度で熱処理しついで電極触媒
層上にバインダーで結着して積層する。
る。 【構成】白金と鉄とクロムの三元系合金触媒とする。白
金を担持したカーボンに鉄とクロムの水酸化物を沈着し
８００乃至１０００℃の温度で熱処理しついで電極触媒
層上にバインダーで結着して積層する。
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─190254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─190254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】上述の目的は第一の発明
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クロムの三元合金を担持
した触媒をバインダで結着してなるものであること、又
第二の発明によれば第一工程と、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
化クロム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て電極触媒層を
調製し次いでこの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。
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クロムの三元合金を担持
した触媒をバインダで結着してなるものであること、又
第二の発明によれば第一工程と、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
化クロム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て電極触媒層を
調製し次いでこの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
優れた鉄とクロムを組み合わせた白金─鉄─クロムの三
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。
優れた鉄とクロムを組み合わせた白金─鉄─クロムの三
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200ml 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Na
OH 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200ml 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Na
OH 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。これとは別にクロム(Cr)として0.30g の酢酸クロ
ムと鉄(Fe)として0.30g の硝酸第一鉄を秤取し純水50ml
中に溶解する。さらにこの溶液中に水酸化ナトリウム溶
液を加えてpH8 に調整し、超音波分散器を用いて水酸化
物となった鉄とクロム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水酸化ナ
トリウム溶液を滴加してpH11に調整して1 〜3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。これとは別にクロム(Cr)として0.30g の酢酸クロ
ムと鉄(Fe)として0.30g の硝酸第一鉄を秤取し純水50ml
中に溶解する。さらにこの溶液中に水酸化ナトリウム溶
液を加えてpH8 に調整し、超音波分散器を用いて水酸化
物となった鉄とクロム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水酸化ナ
トリウム溶液を滴加してpH11に調整して1 〜3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結晶
子径は33Åであった。得られた白金─鉄─クロム三元系
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500 h 後の結晶子径の変化を示す。
子径は33Åであった。得られた白金─鉄─クロム三元系
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500 h 後の結晶子径の変化を示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【発明の効果】第一の発明によれば、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
とクロム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、また第二の発明によれば第一工
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クロムと水酸化鉄を沈着
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
ダーで結着して電極触媒層を調製し次いでこの電極触媒
層を電極基材上に積層する工程であるので、結晶子径が
小さい上にその経時変化の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。
触媒層を有し、電極触媒層はカーボン担体上に白金と鉄
とクロム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、また第二の発明によれば第一工
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クロムと水酸化鉄を沈着
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
ダーで結着して電極触媒層を調製し次いでこの電極触媒
層を電極基材上に積層する工程であるので、結晶子径が
小さい上にその経時変化の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 (5)
- 【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クロムの三元
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】請求項１記載の燃料電池において、三元合
金の組成は鉄が８ないし２４％、クロムが８ないし２４
％、残余が白金であることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項３】 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クロムと
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８０
０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て電極触媒層
を調製し次いでこの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４】請求項３記載の製造方法において、水酸化
物の沈着は、酢酸クロムと硝酸鉄の混合溶液に水酸化ナ
トリウム溶液を加えてｐＨ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、さらにｐＨを１１にする
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５】請求項３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 |
|---|---|---|---|
| JP4180154A JPH0629028A (ja) | 1992-07-08 | 1992-07-08 | 燃料電池およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4180154A JPH0629028A (ja) | 1992-07-08 | 1992-07-08 | 燃料電池およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0629028A true JPH0629028A (ja) | 1994-02-04 |
Family
ID=16078344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4180154A Pending JPH0629028A (ja) | 1992-07-08 | 1992-07-08 | 燃料電池およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0629028A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6921604B2 (en) | 2000-02-02 | 2005-07-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Device and method for evaluating performance of fuel cells, device and method for evaluating specific surface area of fuel-cell electrode catalysts, fuel-cell electrode catalyst, and method of manufacturing the same |
| WO2005081340A1 (ja) * | 2004-02-23 | 2005-09-01 | Cataler Corporation | 燃料電池用担持触媒、その製造方法及び燃料電池 |
| 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 |
-
1992
- 1992-07-08 JP JP4180154A patent/JPH0629028A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6921604B2 (en) | 2000-02-02 | 2005-07-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Device and method for evaluating performance of fuel cells, device and method for evaluating specific surface area of fuel-cell electrode catalysts, fuel-cell electrode catalyst, and method of manufacturing the same |
| WO2005081340A1 (ja) * | 2004-02-23 | 2005-09-01 | Cataler Corporation | 燃料電池用担持触媒、その製造方法及び燃料電池 |
| US7223493B2 (en) | 2004-02-23 | 2007-05-29 | Cataler Corporation | Supported catalyst for fuel cell, method of manufacturing the same, and fuel cell |
| 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 |
| US7629072B2 (en) | 2004-04-27 | 2009-12-08 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Membrane-electrode assembly for fuel cell and fuel cell system comprising the same |
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