JPS60220563A - 燐酸型燃料電池の電極触媒層 - Google Patents
燐酸型燃料電池の電極触媒層Info
- Publication number
- JPS60220563A JPS60220563A JP59077095A JP7709584A JPS60220563A JP S60220563 A JPS60220563 A JP S60220563A JP 59077095 A JP59077095 A JP 59077095A JP 7709584 A JP7709584 A JP 7709584A JP S60220563 A JPS60220563 A JP S60220563A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- specific surface
- surface area
- catalyst layer
- electrode
- carbon powder
- 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.)
- Granted
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- 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】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は燃料電池の電極基材に設けられる触媒層に関す
る。
る。
例えは燐酸を電解質とする燃料電池は、燐酸電解液を保
持したマ） ＩＪノクスな挟持する空気電極と水素電極
を備え、これら両電極はいずれも多孔性の電極基材に貴
金属の触媒を担持したカーボン粉末を弗素樹脂で結合し
た触媒層を設けることにより、両電極に供給され拡散す
る空気または水素と燐酸電解液および触媒の三相共存に
おける電気化学的反応を連続的かつ安定に行わせて、直
接電気エネルギーを取り出す装置であって、電池の寿命
と単位電流密度当りの出力電圧などの電池特性は両電極
に設けられる触媒層の性能に影響される所が大きい。
持したマ） ＩＪノクスな挟持する空気電極と水素電極
を備え、これら両電極はいずれも多孔性の電極基材に貴
金属の触媒を担持したカーボン粉末を弗素樹脂で結合し
た触媒層を設けることにより、両電極に供給され拡散す
る空気または水素と燐酸電解液および触媒の三相共存に
おける電気化学的反応を連続的かつ安定に行わせて、直
接電気エネルギーを取り出す装置であって、電池の寿命
と単位電流密度当りの出力電圧などの電池特性は両電極
に設けられる触媒層の性能に影響される所が大きい。
触媒層のカーボン粉末に担持される貴金属の触媒として
通常用いられているのは白金であるが、白金の比表面積
が大きい程触媒の活性度が高く、また白金担体であるカ
ーボン粉末の比表面積が大きい程白金の比表面積も大き
くなるこｉとが従来知られている。
通常用いられているのは白金であるが、白金の比表面積
が大きい程触媒の活性度が高く、また白金担体であるカ
ーボン粉末の比表面積が大きい程白金の比表面積も大き
くなるこｉとが従来知られている。
しかしながら、白金の担体であるカーボン粉末は比表面
積が大きくなる程燐酸電解液による腐食の進行が激しく
なり、その結果電池の寿命を短かくすることも知られて
おり、触媒活性を高めるためにカーボン担体に比表面積
の太きいあまりに微細な粉末を用いることは好ましくな
い。このことは第１図に示したカーボン粉末の比表面積
とこのカーボン粉末に１９０℃の燐酸中で１■の電圧を
負荷したときに流れる腐食電流との関係を表わす線図か
ら明らかなように、第１図の曲線はカーボン粉末の比表
面積の増加ととト弱食電流も犬となり、腐食の進み方が
顕著となる。
積が大きくなる程燐酸電解液による腐食の進行が激しく
なり、その結果電池の寿命を短かくすることも知られて
おり、触媒活性を高めるためにカーボン担体に比表面積
の太きいあまりに微細な粉末を用いることは好ましくな
い。このことは第１図に示したカーボン粉末の比表面積
とこのカーボン粉末に１９０℃の燐酸中で１■の電圧を
負荷したときに流れる腐食電流との関係を表わす線図か
ら明らかなように、第１図の曲線はカーボン粉末の比表
面積の増加ととト弱食電流も犬となり、腐食の進み方が
顕著となる。
したがって触媒活性を向上させるためには、カーボン粉
末とこれに支配される白金の比表面積の相互の関係を考
慮した上でそれぞれ適切な範囲の比表面積を設定して用
いなければならないことがわかる。これに対して従来５
０〜１５０ＴＩＰｇｒの比表面積を有するカーボン担体
に３０〜１００ｒ＋ｇｒの比表面積の白金触媒を担持さ
せているがこれらにより形成された触媒層を有する電極
を用いた電池特性はなお向上が望まれていた。
末とこれに支配される白金の比表面積の相互の関係を考
慮した上でそれぞれ適切な範囲の比表面積を設定して用
いなければならないことがわかる。これに対して従来５
０〜１５０ＴＩＰｇｒの比表面積を有するカーボン担体
に３０〜１００ｒ＋ｇｒの比表面積の白金触媒を担持さ
せているがこれらにより形成された触媒層を有する電極
を用いた電池特性はなお向上が望まれていた。
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は白金触媒とこれを担持するカーボン担体の比表面積
がそれぞれ適切に定められた活性度の高い燃料電池の電
極触媒層を提供することにある。
的は白金触媒とこれを担持するカーボン担体の比表面積
がそれぞれ適切に定められた活性度の高い燃料電池の電
極触媒層を提供することにある。
本発明は触媒層を形成するカーボン担体の比表面積を１
５０〜３００’／ｇ、、白金触媒の比表面積を１００〜
ｉ５０’／、、としたものである。
５０〜３００’／ｇ、、白金触媒の比表面積を１００〜
ｉ５０’／、、としたものである。
以下本発明を実施例に基づぎ説明する。
周知の技術を用いて４００乞、までの範囲で比表面積の
異るカーボン粉末にそれぞれ１０重量％の白金触媒を担
持させポリテトラフロロエチレン樹脂（以下ＰＴＦＥと
略称する）を所定量混合した後、これを電極基材上に製
膜し、次いでＰＴＦＥの融点で焼成することにより触媒
層を形成した。このようにして得られた触媒層における
カーボン粉末と白金との比表面積の相互の関係は電極製
作の焼成過程で行われる加熱冷却の熱履歴の影響により
変化することがわかった。
異るカーボン粉末にそれぞれ１０重量％の白金触媒を担
持させポリテトラフロロエチレン樹脂（以下ＰＴＦＥと
略称する）を所定量混合した後、これを電極基材上に製
膜し、次いでＰＴＦＥの融点で焼成することにより触媒
層を形成した。このようにして得られた触媒層における
カーボン粉末と白金との比表面積の相互の関係は電極製
作の焼成過程で行われる加熱冷却の熱履歴の影響により
変化することがわかった。
第２図はこの触媒層に用いられたカーボン粉末とこれに
担持される白金の比表面積との相対関係を示した線図で
あって一曲一線イは触媒層の形成時の加熱前、曲線口は
加熱冷却の熱履歴を与えた後の関係を表わしたものであ
ゐ。第２図の曲線イと曲線口の比較かられかるよ□うに
、いずれもカーボン粉末の比表面積が大きくなるにした
がって白金の比表面積も増えているがカーボン粉末の比
表面積が２００＋ｇｒ付近を境にして両者の挙動が異る
。
担持される白金の比表面積との相対関係を示した線図で
あって一曲一線イは触媒層の形成時の加熱前、曲線口は
加熱冷却の熱履歴を与えた後の関係を表わしたものであ
ゐ。第２図の曲線イと曲線口の比較かられかるよ□うに
、いずれもカーボン粉末の比表面積が大きくなるにした
がって白金の比表面積も増えているがカーボン粉末の比
表面積が２００＋ｇｒ付近を境にして両者の挙動が異る
。
すなわちカーボン粉末の比表面積が２０Ｏｒ！／、、以
上になると熱履歴を受けても白金の比表面積が増大する
程度は変らないが、２ｏｏ＋ｇｒ以下では熱履歴を受け
た曲線口の方がこの範囲では白金粒子が大きく凝集しや
ず（なり熱履ｗ７のない曲線イより白金の比表面積が小
さい。触媒層を形成するためには白金を担持したカーボ
ン担体をＰＴＦＥで融着しなければならず、実際にはこ
の熱影響を避けることができないからこの点を考慮する
とともに、白金の比表面積を著しく低下させることな（
実用上有効なカーボン粉末の比表面積の下限は１ｓｏ′
／ｇｒとするのが妥当である。
上になると熱履歴を受けても白金の比表面積が増大する
程度は変らないが、２ｏｏ＋ｇｒ以下では熱履歴を受け
た曲線口の方がこの範囲では白金粒子が大きく凝集しや
ず（なり熱履ｗ７のない曲線イより白金の比表面積が小
さい。触媒層を形成するためには白金を担持したカーボ
ン担体をＰＴＦＥで融着しなければならず、実際にはこ
の熱影響を避けることができないからこの点を考慮する
とともに、白金の比表面積を著しく低下させることな（
実用上有効なカーボン粉末の比表面積の下限は１ｓｏ′
／ｇｒとするのが妥当である。
一層カーボン粉末の比表面積の上限は第２図からは大き
い方がよいことがゎがるが、３００ｔｒｌ／、、以上で
は曲線イと曲線口が既に一致する範囲でありしかも白金
の比表面積ははとんど増加せずこの曲線は収斂する傾向
にあること、前述の第１図に示した電解液による腐食量
の増加がますます顕著になること、およびこれ以上微細
な粉末は取扱いの点から実用上困難であることなどを考
慮してカーボン粉末の比表面積の上限は３ｏｏ′／ｇｒ
とするのが適当であるが、これらの諸点を満足するには
２００′／ｇｒで抑えるのが一層好ましい。
い方がよいことがゎがるが、３００ｔｒｌ／、、以上で
は曲線イと曲線口が既に一致する範囲でありしかも白金
の比表面積ははとんど増加せずこの曲線は収斂する傾向
にあること、前述の第１図に示した電解液による腐食量
の増加がますます顕著になること、およびこれ以上微細
な粉末は取扱いの点から実用上困難であることなどを考
慮してカーボン粉末の比表面積の上限は３ｏｏ′／ｇｒ
とするのが適当であるが、これらの諸点を満足するには
２００′／ｇｒで抑えるのが一層好ましい。
以上のことから電極触媒層を形成するカーボン粉末の比
表面積は１５０〜３００″′／ｇｒとするのがよ（、好
ましくは１５０〜２００ ｔｌに設定すべきであり、し
たがってこのカーボン粉末に担持すべき白金触媒の比表
面積は８２図から１００〜１５ｏｒｒ′／／ｇｒである
ことがわかる。
表面積は１５０〜３００″′／ｇｒとするのがよ（、好
ましくは１５０〜２００ ｔｌに設定すべきであり、し
たがってこのカーボン粉末に担持すべき白金触媒の比表
面積は８２図から１００〜１５ｏｒｒ′／／ｇｒである
ことがわかる。
第３図は燐酸製燃料電池の空気電極特性を表わした線図
であり、本発明の電極触媒層が形成された電極と、従来
電極との比較において示しである。
であり、本発明の電極触媒層が形成された電極と、従来
電極との比較において示しである。
第３図における曲線イは２００”／、ｒの比表面積を有
スルカーボン担体が用いられており、曲線口は７５シｇ
ｒの比表面積のカーボン担体な用いた従来の電極である
がその他の条件例えば白金の担持量、ＰＴＦＥＯ量、電
極基材なとは全て両者とも同一条件にしである。第３図
から明らかなように曲線イの本発明による電極触媒の方
が従来のものより出力特性が優れていることがわかる。
スルカーボン担体が用いられており、曲線口は７５シｇ
ｒの比表面積のカーボン担体な用いた従来の電極である
がその他の条件例えば白金の担持量、ＰＴＦＥＯ量、電
極基材なとは全て両者とも同一条件にしである。第３図
から明らかなように曲線イの本発明による電極触媒の方
が従来のものより出力特性が優れていることがわかる。
以上説明してきたように本発明によれば燃料電池の電極
に形成される触媒層における白金を担持したカーボン担
体の比表面積の大きさに対して触媒活性と担体腐食との
相反関係を克服するためにカーボン担体の比表面積を１
５０〜３００ ＴＴＩ／ｇｒ 、より好ましくは１５０
〜２ｏｏｉ／ｇｒと定め、これに伴う白金触媒の比表面
積が１００〜１５０７５／ｇｒとなるようにしたことに
より、電極作製時に避けられない熱履歴に関係なく触媒
活性を高め、かつカーボン担体の電解液による腐食の進
行を最小限にとどめ、その結果電池の出力および寿命を
向上させる電極触媒層とすることに成功したものである
。
に形成される触媒層における白金を担持したカーボン担
体の比表面積の大きさに対して触媒活性と担体腐食との
相反関係を克服するためにカーボン担体の比表面積を１
５０〜３００ ＴＴＩ／ｇｒ 、より好ましくは１５０
〜２ｏｏｉ／ｇｒと定め、これに伴う白金触媒の比表面
積が１００〜１５０７５／ｇｒとなるようにしたことに
より、電極作製時に避けられない熱履歴に関係なく触媒
活性を高め、かつカーボン担体の電解液による腐食の進
行を最小限にとどめ、その結果電池の出力および寿命を
向上させる電極触媒層とすることに成功したものである
。
第１図はカーボン粉末の比表面積と燐酸による腐食電流
との関係を示す線図、第２図はカーボン粉末の比表面積
に対してこのカーボン粉末に担持された白金の比表面積
の熱による変化を示す線図。 第３図は空気電極特性の本発明による電極と従来電極と
の比較を示す線図である。
との関係を示す線図、第２図はカーボン粉末の比表面積
に対してこのカーボン粉末に担持された白金の比表面積
の熱による変化を示す線図。 第３図は空気電極特性の本発明による電極と従来電極と
の比較を示す線図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）白金を担持したカーボン粉末と弗素樹脂とからなり
燃料電池の電極上に形成される触媒層において、前記カ
ーボン粉末として比表面積が１５０〜３００ｒ’／ の
カーボン粉末を用いることを特徴とすｒ る燐酸型燃料電池の電極触媒層。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、カーボ
ン粉末の比表面積が１５０〜２００％、であることを特
徴とする燐酸型燃料電池の電極触媒層。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59077095A JPS60220563A (ja) | 1984-04-17 | 1984-04-17 | 燐酸型燃料電池の電極触媒層 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59077095A JPS60220563A (ja) | 1984-04-17 | 1984-04-17 | 燐酸型燃料電池の電極触媒層 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60220563A true JPS60220563A (ja) | 1985-11-05 |
| JPH0350386B2 JPH0350386B2 (ja) | 1991-08-01 |
Family
ID=13624219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59077095A Granted JPS60220563A (ja) | 1984-04-17 | 1984-04-17 | 燐酸型燃料電池の電極触媒層 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60220563A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01132057A (ja) * | 1987-11-18 | 1989-05-24 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池の電極触媒層 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS607941A (ja) * | 1983-06-14 | 1985-01-16 | エンゲルハ−ド・コ−ポレ−シヨン | 白金合金電極触媒 |
-
1984
- 1984-04-17 JP JP59077095A patent/JPS60220563A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS607941A (ja) * | 1983-06-14 | 1985-01-16 | エンゲルハ−ド・コ−ポレ−シヨン | 白金合金電極触媒 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01132057A (ja) * | 1987-11-18 | 1989-05-24 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池の電極触媒層 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0350386B2 (ja) | 1991-08-01 |
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