JP2003036859A - Solid polymer type fuel cell and its fabrication method - Google Patents

Solid polymer type fuel cell and its fabrication method

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JP2003036859A
JP2003036859A JP2001223435A JP2001223435A JP2003036859A JP 2003036859 A JP2003036859 A JP 2003036859A JP 2001223435 A JP2001223435 A JP 2001223435A JP 2001223435 A JP2001223435 A JP 2001223435A JP 2003036859 A JP2003036859 A JP 2003036859A
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JP
Japan
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anode
platinum
carbon
fuel cell
catalyst
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JP2001223435A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Terasono
真二 寺園
Eiji Yanagisawa
栄治 柳沢
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light and compact solid polymer type fuel cell and its fabrication method, in which the fuel cell has an anode having excellent poison resistant property for carbon monoxide and good hydrogen activity also gives stable high output voltage through long time. SOLUTION: The cell includes an electrode catalyst and an ion exchange resin in the catalyst layer of the anode. The catalyst is composed of metal particles comprising platinum or platinum alloy and a carbon carrier. The average lattice distance d002 of the lattice plane [002] of the carbon carrier measured by x-ray diffraction is 0.340 to 0.362 nm, the size of crystallite Lc002 is 0.6 to 4 nm, and surface area is 260 to 800 m<2> /g.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池及びその製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、原料となるガスの化学エネ
ルギを電気エネルギに直接変換する電池である。特に、
水素・酸素燃料電池は、その反応生成物が原理的に水の
みであり、地球環境への影響のほとんどないクリーンな
発電システムとして注目されている。その中でも、イオ
ン交換膜からなる高分子電解質膜を有する固体高分子型
燃料電池は、小型軽量化が容易であり、常温でも作動で
き、高出力密度が得られることから、近年のエネルギ、
地球環境問題への社会的要請の高まりとともに、電気自
動車等の移動車両や、小型コジェネレーションシステム
等の定置型電源等としての実用化が期待されている。
2. Description of the Related Art A fuel cell is a cell that directly converts the chemical energy of a raw material gas into electrical energy. In particular,
The hydrogen / oxygen fuel cell is attracting attention as a clean power generation system that has almost no effect on the global environment because its reaction product is only water in principle. Among them, a polymer electrolyte fuel cell having a polymer electrolyte membrane made of an ion exchange membrane is easy to be small and lightweight, can operate even at room temperature, and can obtain a high output density.
With the increasing social demand for global environmental problems, it is expected to be put to practical use as mobile vehicles such as electric vehicles and stationary power sources such as small cogeneration systems.

【0003】固体高分子型燃料電池としては、スルホン
酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなるイオ
ン交換膜を使用したタイプのものが基本特性に優れてい
る。そして、イオン交換膜の両面にガス拡散電極からな
るアノード及びカソードを配置し、燃料である水素をア
ノードに供給し、酸化剤となる酸素又は空気をカソード
に供給することにより発電を行う。
As the polymer electrolyte fuel cell, a type using an ion exchange membrane made of a perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid group has excellent basic characteristics. Then, an anode and a cathode composed of gas diffusion electrodes are arranged on both sides of the ion exchange membrane, hydrogen as a fuel is supplied to the anode, and oxygen or air serving as an oxidant is supplied to the cathode to generate electricity.

【0004】固体高分子型燃料電池のアノード及びカソ
ードとして使用するガス拡散電極は、通常、電極触媒と
イオン交換樹脂とを含む触媒層と、ガス拡散層とを有し
ている。触媒層の電極触媒としては、通常、白金又は白
金合金触媒が比表面積の大きい導電性のカーボンブラッ
ク等に担持されたものを使用する。そして、ガス拡散電
極の触媒層における反応は、電解質、触媒及びガス(例
えば、水素又は酸素)が同時に存在する三相界面でのみ
進行するため、イオン交換樹脂で電極触媒を被覆し、三
相界面を増大させることにより電池の性能の向上が図ら
れている。
A gas diffusion electrode used as an anode and a cathode of a polymer electrolyte fuel cell usually has a catalyst layer containing an electrode catalyst and an ion exchange resin, and a gas diffusion layer. As the electrode catalyst of the catalyst layer, one in which a platinum or platinum alloy catalyst is supported on conductive carbon black or the like having a large specific surface area is usually used. Then, since the reaction in the catalyst layer of the gas diffusion electrode proceeds only at the three-phase interface where the electrolyte, the catalyst and the gas (for example, hydrogen or oxygen) are present at the same time, the electrode catalyst is coated with the ion-exchange resin to form the three-phase interface. The battery performance is improved by increasing

【0005】従来より、固体高分子型燃料電池のアノー
ドに供給する燃料ガスとしては、メタンやメタノール、
ガソリン等を改質装置を用いて水蒸気改質し、得られる
水素リッチな改質ガスを使用することが検討されてい
る。例えば、燃料としてメタノールを使用する場合、例
えば、250〜300℃の温度条件のもとでCu−Zn
系などの触媒を使用して改質反応を行う。
Conventionally, methane, methanol, or the like has been used as the fuel gas supplied to the anode of the polymer electrolyte fuel cell.
It has been studied to use hydrogen-rich reformed gas obtained by steam reforming gasoline or the like using a reformer. For example, when methanol is used as fuel, Cu-Zn is used under the temperature condition of 250 to 300 ° C.
The reforming reaction is carried out using a catalyst such as a system.

【0006】この改質反応としては、例えば、以下に示
す化学式(1)及び(2)で表現される反応が段階的に
進行する。すなわち、メタノールを水蒸気と反応させて
水素と一酸化炭素とを含有する改質ガスに転化させ、更
に、このガス中の一酸化炭素を水蒸気とシフト反応させ
ることにより、水素ガスを主成分とする改質ガスを得
る。 CH3OH→2H2+CO ΔH=+90kJ/mol…(1) CO+H2O→H2+CO2 ΔH=−40kJ/mol…(2)
As the reforming reaction, for example, the reactions represented by the following chemical formulas (1) and (2) proceed stepwise. That is, methanol is reacted with steam to convert it into a reformed gas containing hydrogen and carbon monoxide, and further carbon monoxide in this gas is subjected to a shift reaction with steam to make hydrogen gas a main component. Obtain reformed gas. CH 3 OH → 2H 2 + CO ΔH = + 90kJ / mol… (1) CO + H 2 O → H 2 + CO 2 ΔH = −40kJ / mol… (2)

【0007】しかし、このシフト反応を行っても、得ら
れる改質ガス中には、通常1%程度の一酸化炭素が含ま
れ、これがアノードに使用される白金系の電極触媒に対
する触媒毒として作用する。
However, even if this shift reaction is carried out, the obtained reformed gas usually contains about 1% carbon monoxide, which acts as a catalyst poison for the platinum-based electrode catalyst used for the anode. To do.

【0008】特に、100℃以下の低温作動を特徴とす
る固体高分子型燃料電池においては、一酸化炭素による
電極触媒の被毒の影響が顕著であり、改質ガス中の一酸
化炭素の濃度が僅かであっても電池特性を大きく低下さ
せることが知られている。
In particular, in a polymer electrolyte fuel cell characterized by low temperature operation of 100 ° C. or lower, the poisoning of the electrode catalyst by carbon monoxide is remarkable, and the concentration of carbon monoxide in the reformed gas is remarkable. It is known that the battery characteristics are greatly deteriorated even when the amount is small.

【0009】このような改質ガス中に含まれる一酸化炭
素による電極触媒の被毒の影響を回避する方法の一つと
しては、改質ガス中の一酸化炭素を触媒を用いて選択的
に酸化する方法がある。
One of the methods for avoiding the effect of poisoning of the electrode catalyst by carbon monoxide contained in the reformed gas is to selectively use carbon monoxide in the reformed gas by using a catalyst. There is a method of oxidation.

【0010】例えば、従来より、改質装置に改質反応
部、シフト反応部及び一酸化炭素選択酸化用の触媒を有
する選択酸化部を設けて、改質ガス中に含まれる一酸化
炭素の酸化反応を選択的に進行させるようにこれらを連
携制御する方法がある。また、特開平9−129243
号公報には、一酸化炭素選択酸化触媒を燃料電池のアノ
ードのガス拡散層(燃料ガス拡散層)に組み込むこと
で、一酸化炭素による電極触媒の被毒を防ぎ、しかも、
発電システム全体の小型化を図った電池が提案されてい
る。更に、S.Gottesfeld and J.Pafford, J.Electroche
m. soc., 135(1988)2654には、アノード白金触媒表面に
吸着するCOを酸化除去するために燃料ガス中に空気あ
るいは酸素ガスを直接導入する方法が提案されている。
For example, conventionally, a reforming apparatus is provided with a reforming reaction section, a shift reaction section and a selective oxidation section having a catalyst for selective oxidation of carbon monoxide to oxidize carbon monoxide contained in the reformed gas. There is a method of cooperatively controlling these so as to selectively proceed the reaction. Also, JP-A-9-129243
In the publication, by incorporating a carbon monoxide selective oxidation catalyst into a gas diffusion layer (fuel gas diffusion layer) of an anode of a fuel cell, poisoning of an electrode catalyst by carbon monoxide is prevented, and moreover,
A battery has been proposed in which the entire power generation system is downsized. Furthermore, S. Gottesfeld and J. Pafford, J. Electroche
m. soc., 135 (1988) 2654, a method of directly introducing air or oxygen gas into a fuel gas in order to oxidize and remove CO adsorbed on the anode platinum catalyst surface is proposed.

【0011】しかしながら、上記の何れの方法において
も、定常運転時における燃料ガス中の水素ガスの酸化
(燃焼)を十分に抑制することができず、燃料電池全体
で利用することができる水素ガスの量が減少して、燃料
電池全体の発電効率の低下を招くことになっていた。更
に、空気や酸素ガスの流量制御機構を設けることが必要
となり発電システム全体として軽量コンパクト化するこ
とが困難となっていた。
However, in any of the above methods, the oxidation (combustion) of hydrogen gas in the fuel gas during steady operation cannot be sufficiently suppressed, and the hydrogen gas that can be used in the entire fuel cell is The decrease in the amount has led to a decrease in the power generation efficiency of the entire fuel cell. Further, it is necessary to provide a flow rate control mechanism for air and oxygen gas, which makes it difficult to reduce the weight and size of the entire power generation system.

【0012】そのため、上記の検討の他に一酸化炭素に
対する被毒耐性に優れた電極触媒をアノードに使用する
方法も検討されている。このような触媒が使用可能にな
れば、改質ガス中の一酸化炭素濃度を十分に低減せずに
使用でき、先に述べた改質ガス中の水素の無駄な消費を
低減できることや燃料電池を含む発電システム全体をコ
ンパクト化できること、システムコストを低減できるこ
と等のメリットがある。
Therefore, in addition to the above investigation, a method of using an electrode catalyst having excellent poisoning resistance to carbon monoxide for the anode has also been studied. If such a catalyst becomes available, it will be possible to use it without sufficiently reducing the carbon monoxide concentration in the reformed gas, and it will be possible to reduce the above-mentioned wasteful consumption of hydrogen in the reformed gas and the fuel cell. It has the merits that the entire power generation system including can be made compact and the system cost can be reduced.

【0013】従来より、このような触媒の中でも、白金
とルテニウムが担体上に複合的に担持された触媒(以
下、「白金−ルテニウム系触媒」という)は、特に優れ
た一酸化炭素に対する被毒耐性を有するとされている。
この触媒が優れた被毒耐性を有する理由の一つとして
は、水分子との結合によってルテニウム上に生じた−O
H基が白金上に吸着した一酸化炭素を酸化除去している
ことが考えられている。
Conventionally, among such catalysts, a catalyst in which platinum and ruthenium are compositely supported on a carrier (hereinafter referred to as "platinum-ruthenium catalyst") is particularly excellent in poisoning of carbon monoxide. It is said to have resistance.
One of the reasons why this catalyst has excellent resistance to poisoning is that —O generated on ruthenium due to binding with water molecules.
It is considered that the H group oxidizes and removes carbon monoxide adsorbed on platinum.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のアノードの触媒層に白金−ルテニウム系触媒を使用
した固体高分子型燃料電池においては、電極触媒に白金
に加えてルテニウムを添加することにより一酸化炭素に
対する被毒耐性は向上させることができるが、水素酸化
活性は逆に低下させることになり、燃料電池の出力特性
を低下させる原因となっていた。
However, in a polymer electrolyte fuel cell in which a platinum-ruthenium-based catalyst is used in the above-mentioned conventional catalyst layer of the anode, the ruthenium is added to the electrode catalyst in addition to platinum. Although the poisoning resistance to carbon oxide can be improved, the hydrogen oxidation activity is decreased, which causes the output characteristics of the fuel cell to be deteriorated.

【0015】上記の水素酸化活性の低下を改善するため
に、例えば、特開平10−270057号公報には、ア
ノードの触媒層をそれぞれ白金−ルテニウム触媒を含む
2つの層から構成し、ガス拡散層側に配置される触媒層
のルテニウム含有量を、高分子電解質膜(イオン交換
膜)側に配置される触媒層のルテニウム含有量よりも多
くした固体高分子型燃料電池が提案されている。しかし
ながら、この方法の場合、一酸化炭素に対する被毒耐性
を確保するために使用するルテニウムの量が多くなり、
コストが高くなってしまうという問題があった。
In order to improve the above-mentioned decrease in hydrogen oxidation activity, for example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-270057, a catalyst layer of an anode is composed of two layers each containing a platinum-ruthenium catalyst, and a gas diffusion layer is provided. There has been proposed a polymer electrolyte fuel cell in which the ruthenium content of the catalyst layer arranged on the side is higher than the ruthenium content of the catalyst layer arranged on the side of the polymer electrolyte membrane (ion exchange membrane). However, in the case of this method, the amount of ruthenium used to secure poisoning resistance to carbon monoxide increases,
There was a problem that the cost would be high.

【0016】すなわち、白金に対してルテニウム等の白
金以外の金属の使用量を低減させた電極触媒を使用した
場合、或いは、白金以外の金属を全く使用しない白金の
みを担体に担持した電極触媒を使用した場合であっても
一酸化炭素に対する優れた被毒耐性を発揮しうるアノー
ドを備えた発電効率の高い軽量かつコンパクトな固体高
分子型燃料電池は、これまでに実現されていなかった。
That is, when an electrode catalyst in which the amount of a metal other than platinum such as ruthenium is reduced with respect to platinum is used, or when an electrode catalyst in which only a platinum other than platinum is supported on a carrier is used. A lightweight and compact polymer electrolyte fuel cell with high power generation efficiency, which has an anode capable of exhibiting excellent poisoning resistance to carbon monoxide even when used, has not been realized so far.

【0017】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みてなされたものであり、一酸化炭素に対する優れた被
毒耐性と優れた水素酸化活性とを兼ね備えたアノードを
有し、高い出力電圧を長期にわたって安定して得ること
ができる軽量かつコンパクトな固体高分子型燃料電池及
びその製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and has an anode having both excellent poisoning resistance to carbon monoxide and excellent hydrogen oxidation activity, and has a high output voltage. An object of the present invention is to provide a lightweight and compact polymer electrolyte fuel cell that can be stably obtained over a long period of time, and a method for manufacturing the same.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するべく鋭意研究を重ねた結果、白金又は白金合
金からなる金属粒子と、該金属粒子の担体となるカーボ
ン担体とから構成された電極触媒において、カーボン担
体の黒鉛化度を制御することにより、電極触媒の優れた
水素酸化活性を確保しつつ一酸化炭素に対する優れた被
毒耐性を得ることが可能となることを見出し、本発明に
到達した。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have found that metal particles composed of platinum or a platinum alloy and carbon carriers serving as carriers for the metal particles are used. In the electrocatalyst thus obtained, by controlling the graphitization degree of the carbon carrier, it is possible to obtain an excellent poisoning resistance to carbon monoxide while securing an excellent hydrogen oxidation activity of the electrode catalyst, The present invention has been reached.

【0019】すなわち、本発明は、アノードと、カソー
ドと、アノードとカソードとの間に配置されたイオン交
換膜とを有する固体高分子型燃料電池であって、アノー
ドが、電極触媒とイオン交換樹脂とを含む触媒層を有す
るガス拡散電極であり、電極触媒が、白金又は白金合金
からなる金属粒子と、該金属粒子の担体となるカーボン
担体とから構成されており、カーボン担体は、X線回折
法により求められる格子面[002]の平均格子面間隔
002が0.340〜0.362nmであり、結晶子の
大きさLc002が0.6〜4nmであり、かつ、比表面
積が260〜800m2/gであること、を特徴とする
固体高分子型燃料電池を提供する。
That is, the present invention is a polymer electrolyte fuel cell having an anode, a cathode, and an ion exchange membrane arranged between the anode and the cathode, wherein the anode is an electrode catalyst and an ion exchange resin. A gas diffusion electrode having a catalyst layer containing, wherein the electrode catalyst is composed of metal particles composed of platinum or a platinum alloy, and a carbon carrier serving as a carrier for the metal particles. The average lattice spacing d 002 of the lattice plane [002] obtained by the method is 0.340 to 0.362 nm, the crystallite size Lc 002 is 0.6 to 4 nm, and the specific surface area is 260 to 260. Provided is a polymer electrolyte fuel cell, which is 800 m 2 / g.

【0020】このように、アノードに使用する電極触媒
の担体として、上述の平均格子面間隔d002、結晶子の
大きさLc002及び比表面積の条件を同時に満たす黒鉛
化度の高いカーボン担体を使用することにより、アノー
ドにおいて十分な水素酸化活性を確保しつつ、一酸化炭
素による電極触媒の被毒を十分に防止することが可能と
なる。そのため、本発明の固体高分子型燃料電池は、高
い出力特性を有するとともに長期にわたって安定した出
力を保持できる。また、アノードに供給する改質ガス中
の一酸化炭素濃度を従来の電池に求められていた水準ま
で十分に本発明の固体高分子型燃料電池は容易に軽量化
及びコンパクト化を図ることができる。そのため、固体
高分子型燃料電池を含む発電システム全体の軽量化及び
コンパクト化も容易に図ることができる。
As described above, as the carrier of the electrocatalyst used for the anode, a carbon carrier having a high degree of graphitization which simultaneously satisfies the above-mentioned average lattice spacing d 002 , crystallite size Lc 002 and specific surface area is used. By doing so, it becomes possible to sufficiently prevent the poisoning of the electrode catalyst by carbon monoxide while ensuring a sufficient hydrogen oxidation activity in the anode. Therefore, the polymer electrolyte fuel cell of the present invention has high output characteristics and can maintain stable output over a long period of time. Further, the carbon monoxide concentration in the reformed gas supplied to the anode can be sufficiently brought to the level required for the conventional cell, and the polymer electrolyte fuel cell of the present invention can easily be made lightweight and compact. . Therefore, it is possible to easily reduce the weight and size of the entire power generation system including the polymer electrolyte fuel cell.

【0021】本発明の固体高分子型燃料電池のアノード
に使用する電極触媒が高い一酸化炭素に対する被毒耐性
を示す理由は明確ではないが、カーボン担体の黒鉛化が
十分に進行していてカーボン担体中の炭素の電子状態密
度が高いため、このカーボン担体上に担持される白金又
は白金合金からなる金属粒子の電子状態が変化し、一酸
化炭素に対する優れた被毒耐性を示すものと推定され
る。
Although the reason why the electrocatalyst used in the anode of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention exhibits high resistance to poisoning with respect to carbon monoxide is not clear, the graphitization of the carbon support is sufficiently progressing. Since the electron state density of carbon in the carrier is high, the electronic state of the metal particles made of platinum or platinum alloy supported on the carbon carrier changes, and it is presumed that it exhibits excellent poisoning resistance to carbon monoxide. It

【0022】ここで、本発明において、カーボン担体の
「格子面[002]の平均格子面間隔d002」(以下、
「d002」という)とは、カーボン担体を構成する炭素
の黒鉛構造に基づく六角網面の面間隔であり、六角網面
の垂直方向であるC軸方向の格子定数Cの1/2層間距
離の平均値を表す。また、「結晶子の大きさLc002
(以下、「Lc002」という)とは、上記のC軸方向の
六角網面の積層厚さを示す。そして、d002及びLc002
は何れもX線回折法により得られるカーボン担体のX線
回折パターンから算出される値である。
Here, in the present invention, the “average lattice plane spacing d 002 of the lattice plane [002]” of the carbon support (hereinafter,
"D 002 ") is the interplanar spacing of hexagonal mesh planes based on the graphite structure of carbon constituting the carbon support, and is the 1/2 interlayer distance of the lattice constant C in the C-axis direction which is the direction perpendicular to the hexagonal mesh planes. Represents the average value of. In addition, “crystallite size Lc 002
(Hereinafter, referred to as “Lc 002 ”) indicates the laminated thickness of the hexagonal mesh plane in the C-axis direction. And d 002 and Lc 002
Are all values calculated from the X-ray diffraction pattern of the carbon support obtained by the X-ray diffraction method.

【0023】d002とLc002は、構造が明確な黒鉛を基
準として測定される値であり、本発明において使用する
カーボン担体等のカーボン材料の黒鉛化度の目安となる
値である。完全な黒鉛結晶では、d002は0.3345
nmであり、d002がこの値に近いカーボン材料ほど黒
鉛化度が高い。
D 002 and Lc 002 are values measured on the basis of graphite having a clear structure, and are values that serve as a measure of the degree of graphitization of the carbon material such as the carbon support used in the present invention. For perfect graphite crystals, d 002 is 0.3345
and the carbon material having d 002 closer to this value has a higher degree of graphitization.

【0024】本発明において、カーボン担体のd002
0.340〜0.362nmである。d002が0.34
0nm未満であると、カーボン担体の黒鉛化度が高すぎ
て比表面積が減少するため、カーボン担体上に担持され
る金属粒子の分散性が低下したり、金属粒子の表面積が
減少したりして、水素酸化活性が低下する。
In the present invention, the carbon carrier has d 002 of 0.340 to 0.362 nm. d 002 is 0.34
If it is less than 0 nm, the graphitization degree of the carbon support is too high and the specific surface area is reduced, so that the dispersibility of the metal particles supported on the carbon support is reduced or the surface area of the metal particles is reduced. , The hydrogen oxidation activity decreases.

【0025】一方、d002が0.362nmを超える
と、黒鉛化度が低すぎてアノードにおける一酸化炭素に
対する十分な被毒耐性を得ることができなくなる。その
結果、固体高分子型燃料電池を長期間にわたって使用し
た場合に、作動開始時に得られた電池出力が大きく低下
するという問題を招く。なお、上述した同様の観点か
ら、d002は、0.345〜0.353nmであること
がより好ましい。
On the other hand, when d 002 exceeds 0.362 nm, the degree of graphitization is too low to obtain sufficient poisoning resistance to carbon monoxide in the anode. As a result, when the polymer electrolyte fuel cell is used for a long period of time, there arises a problem that the cell output obtained at the start of operation is greatly reduced. From the same viewpoint as described above, d 002 is more preferably 0.345 to 0.353 nm.

【0026】また、本発明において、カーボン担体のL
002が0.6nm未満となると、黒鉛化度が低すぎて
充分な一酸化炭素に対する被毒耐性が得られない。一
方、カーボン担体のLc002が4nmを超えると、カー
ボン担体の黒鉛化度が高すぎて比表面積が大きく減少す
るため、カーボン担体上に担持される金属粒子の分散性
が低下する。なお、上述した同様の観点から、Lc002
は1〜2nmであることがより好ましい。
Further, in the present invention, L of the carbon support is used.
If c 002 is less than 0.6 nm, the degree of graphitization is too low to obtain sufficient resistance to carbon monoxide poisoning. On the other hand, when Lc 002 of the carbon support exceeds 4 nm, the degree of graphitization of the carbon support is too high and the specific surface area is greatly reduced, so that the dispersibility of the metal particles supported on the carbon support is lowered. From the same viewpoint as described above, Lc 002
Is more preferably 1 to 2 nm.

【0027】また、本発明において、カーボン担体の比
表面積は260〜800m2/gである。この比表面積
の条件を満たすカーボン担体であれば、金属粒子がカー
ボン担体上に分散性よく担持される。また、この場合、
電極触媒はスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン
重合体などの強酸性ポリマーに被覆された条件の下で
も、カーボン担体上に担持された金属粒子の粒子成長が
抑制されるため、長期にわたって安定した電極反応活性
を得ることができる。
In the present invention, the carbon support has a specific surface area of 260 to 800 m 2 / g. If the carbon support satisfies the condition of the specific surface area, the metal particles are supported on the carbon support with good dispersibility. Also in this case,
Even under the condition that the electrode catalyst is coated with a strongly acidic polymer such as a perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid group, particle growth of the metal particles supported on the carbon carrier is suppressed, resulting in a stable electrode reaction over a long period of time. The activity can be obtained.

【0028】ここで、カーボン担体の比表面積が260
2/g未満であると、高担持率で担持しようとする
と、金属粒子の分散性が悪くなる。一方、カーボン担体
の比表面積が800m2/gを超えると、黒鉛化度が低
く、耐酸化性が悪くなる。また、イオン交換樹脂による
充分な被覆が行えなくなり、水素の酸化反応に使用され
ない金属粒子の量が多くなる。なお、上述した同様の観
点から、カーボン担体の比表面積は300〜500m2
/gであることがより好ましい。
Here, the specific surface area of the carbon carrier is 260
If it is less than m 2 / g, the dispersibility of the metal particles will deteriorate when attempting to carry it at a high carrying rate. On the other hand, when the specific surface area of the carbon support exceeds 800 m 2 / g, the degree of graphitization is low and the oxidation resistance is poor. In addition, sufficient coverage with the ion exchange resin cannot be achieved, and the amount of metal particles not used in the hydrogen oxidation reaction increases. From the same viewpoint as described above, the carbon support has a specific surface area of 300 to 500 m 2.
/ G is more preferable.

【0029】なお、本発明において、白金又は白金合金
からなる金属粒子の比表面積を求める場合に使用する該
金属粒子の表面積は、金属表面へのCOガスの吸着量を
用いる一酸化炭素吸着法に基づいて算出されるCO−M
SA(Metal Surface Area)、又
は、電気化学的分析方法に基づいて算出されるEC(E
lectro Chemical)−MSAとして求め
られる値を示す。
In the present invention, the surface area of the metal particles used when determining the specific surface area of the metal particles made of platinum or a platinum alloy is determined by the carbon monoxide adsorption method using the adsorption amount of CO gas on the metal surface. CO-M calculated based on
SA (Metal Surface Area) or EC (E calculated based on an electrochemical analysis method)
(electro Chemical) -indicates a value determined as MSA.

【0030】また、本発明は、アノードとカソードとア
ノードとカソードとの間に配置されたイオン交換膜とを
有しており、アノードが電極触媒とイオン交換樹脂とを
含む触媒層を有しており、かつ、電極触媒が白金又は白
金合金からなる金属粒子とカーボン担体とから構成され
た固体高分子型燃料電池の製造方法であって、比表面積
が300m2/g以上であるカーボンブラック又は活性
炭を1000〜2200℃の温度条件のもとで加熱処理
することによりカーボン担体を調製し、次いで、得られ
たカーボン担体に金属粒子を担持させることにより電極
触媒を調製する工程を含むこと、を特徴とする固体高分
子型燃料電池の製造方法を提供する。
The present invention also has an anode, a cathode, and an ion exchange membrane disposed between the anode and the cathode, and the anode has a catalyst layer containing an electrode catalyst and an ion exchange resin. And a carbon black or activated carbon having a specific surface area of 300 m 2 / g or more, which is a method for producing a polymer electrolyte fuel cell in which an electrode catalyst is composed of metal particles made of platinum or a platinum alloy and a carbon carrier. To prepare a carbon carrier by heat treatment under a temperature condition of 1000 to 2200 ° C., and then to prepare an electrode catalyst by supporting metal particles on the obtained carbon carrier. A method for manufacturing a polymer electrolyte fuel cell is provided.

【0031】上述のように本発明の製造方法では、カー
ボン担体は、比表面積300m2/g以上のカーボンブ
ラック又は比表面積300m2/g以上の活性炭を10
00〜2200℃で加熱処理することにより得る。通
常、ファーネスブラックなどのカーボンブラックや活性
炭はd002が0.355〜0.385nmであり、Lc0
02が0.1〜0.3nmであり、比表面積が100〜2
500m2/gであるが、上述の温度条件を満たす加熱
処理により、その黒鉛化度を高められるとともにその比
表面積を低下させられ、先に述べたd002、Lc002及び
比表面積の条件を同時に満たす黒鉛化度の高いカーボン
担体を得ることができる。
[0031] In the production method of the present invention as described above, the carbon support has a specific surface area 300 meters 2 / g or more carbon black or a specific surface area of 300 meters 2 / g or more activated carbon 10
Obtained by heat treatment at 00 to 2200 ° C. Generally, carbon black such as furnace black and activated carbon have d 002 of 0.355 to 0.385 nm, and Lc 0
02 is 0.1 to 0.3 nm, and the specific surface area is 100 to 2
Is a 500 meters 2 / g, the temperature satisfying the heat treatment described above, with enhanced its degree of graphitization is to reduce its specific surface area, above-mentioned d 002, Lc 002 and specific surface area conditions simultaneously It is possible to obtain a carbon support which has a high degree of graphitization.

【0032】このようにカーボン担体を構成する炭素の
黒鉛化度が高まることにより、六角網面の端部(エッ
ジ)に存在する表面官能基(例えば、カルボキシル基、
フェノール性水酸基等の酸性官能基や、カルボニル基等
の中性官能基等)が相対的に減少し、その結果、カーボ
ン担体は撥水性を確保できるようになる。また、この場
合には、固体高分子型燃料電池の発電状態において、強
酸性のスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合
体に対する安定性を十分に確保することができる。
By increasing the degree of graphitization of carbon constituting the carbon support in this way, surface functional groups (eg, carboxyl groups, etc.) present at the edges of the hexagonal net surface are formed.
Acidic functional groups such as phenolic hydroxyl groups and neutral functional groups such as carbonyl groups are relatively reduced, and as a result, the carbon carrier can secure water repellency. Further, in this case, in the power generation state of the polymer electrolyte fuel cell, it is possible to sufficiently secure the stability to the perfluorocarbon polymer having a strongly acidic sulfonic acid group.

【0033】そして、このカーボン担体に白金又は白金
合金からなる金属粒子を担持させて調製される電極触媒
は、優れた水素酸化活性と一酸化炭素に対する優れた被
毒耐性を示し、長期に渡って安定した電極反応活性を得
ることができる。
The electrode catalyst prepared by supporting the metal particles of platinum or a platinum alloy on the carbon carrier shows excellent hydrogen oxidation activity and excellent poisoning resistance to carbon monoxide, and has a long life. Stable electrode reaction activity can be obtained.

【0034】ここで、本発明の製造方法において、カー
ボンブラック又は活性炭としては比表面積が300m2
/g以上のものを使用する。比表面積が300m2/g
未満であると、加熱処理により得られるカーボン担体の
比表面積が小さくなりすぎて分散性よく金属粒子を担持
できなくなる。例えば、カーボンブラックの一種とし
て、原料としてアセチレンを用いて製造するアセチレン
ブラックと呼ばれる黒鉛化度の高い炭素材料もあるが、
アセチレンブラックは一般に比表面積が30〜200m
2/gと小さいため、金属粒子を分散性よく担持できな
い。
In the production method of the present invention, the carbon black or activated carbon has a specific surface area of 300 m 2.
/ G or more is used. Specific surface area of 300m 2 / g
When it is less than the above range, the specific surface area of the carbon support obtained by the heat treatment becomes too small and the metal particles cannot be supported with good dispersibility. For example, as a kind of carbon black, there is also a carbon material with a high degree of graphitization called acetylene black produced using acetylene as a raw material,
Acetylene black generally has a specific surface area of 30 to 200 m.
Since it is as small as 2 / g, metal particles cannot be supported with good dispersibility.

【0035】なお、上記と同様の観点から、カーボンブ
ラック又は活性炭の比表面積は、500m2/g以上で
あることがより好ましい。また、カーボンブラック又は
活性炭の比表面積が大きすぎる場合、加熱処理を行って
も黒鉛化が充分に進行せず、電極触媒としたときの電極
反応活性を高められなかったり、撥水性を高められない
おそれがある。そのため、カーボンブラック又は活性炭
の比表面積は2500m2/g以下であることが好まし
い。
From the same viewpoint as above, the specific surface area of carbon black or activated carbon is more preferably 500 m 2 / g or more. Further, if the specific surface area of carbon black or activated carbon is too large, graphitization does not proceed sufficiently even if heat treatment is performed, and the electrode reaction activity when used as an electrode catalyst cannot be increased or the water repellency cannot be increased. There is a risk. Therefore, the specific surface area of carbon black or activated carbon is preferably 2500 m 2 / g or less.

【0036】また、本発明の製造方法において、上述の
比表面積の条件を有するカーボンブラック又は活性炭を
加熱処理するときの温度が1000℃未満であると、黒
鉛化が進行せず、高い一酸化炭素に対する被毒耐性を有
する電極触媒を得られない。一方、加熱処理するときの
温度が2200℃を超えると、カーボン担体の黒鉛化度
が高くなりすぎるとともに比表面積が極度に減少するた
め、カーボン担体上における金属粒子の分散性が低下す
ることがある。
In the production method of the present invention, if the temperature at which the carbon black or activated carbon having the above-mentioned specific surface area condition is heat-treated is less than 1000 ° C., graphitization does not proceed and high carbon monoxide is produced. It is not possible to obtain an electrode catalyst having poisoning resistance to. On the other hand, when the temperature during the heat treatment exceeds 2200 ° C., the graphitization degree of the carbon support becomes too high and the specific surface area extremely decreases, so that the dispersibility of the metal particles on the carbon support may decrease. .

【0037】なお、上記と同様の観点から、本発明にお
いて、上記の比表面積の条件を有するカーボンブラック
又は活性炭を加熱処理するときの温度は、1200〜2
000℃であることがより好ましい。
From the same viewpoint as above, in the present invention, the temperature at which the carbon black or activated carbon having the above-mentioned specific surface area condition is heat treated is 1200 to 2
More preferably, it is 000 ° C.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下、本発明の固体高分子型燃料
電池及びその製造方法の好適な実施形態について詳細に
説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the polymer electrolyte fuel cell and the method for producing the same according to the present invention will be described in detail below.

【0039】本発明の固体高分子型燃料電池は、アノー
ドと、カソードと、アノードとカソードとの間に配置さ
れたイオン交換膜を備える。
The polymer electrolyte fuel cell of the present invention comprises an anode, a cathode and an ion exchange membrane arranged between the anode and the cathode.

【0040】アノードは電極触媒とイオン交換樹脂とを
含む触媒層を有するガス拡散電極である。電極触媒は、
白金又は白金合金からなる金属粒子と、該金属粒子の担
体となるカーボン担体とから構成されている。そして、
電極触媒を構成するカーボン担体は、先に述べた
002、Lc002及び比表面積の条件を満たす高い黒鉛化
度を有している。
The anode is a gas diffusion electrode having a catalyst layer containing an electrode catalyst and an ion exchange resin. The electrode catalyst is
It is composed of metal particles composed of platinum or a platinum alloy, and a carbon carrier serving as a carrier for the metal particles. And
The carbon carrier constituting the electrode catalyst has a high degree of graphitization that satisfies the conditions of d 002 , Lc 002 and the specific surface area described above.

【0041】また、高い電極反応活性を得る観点から、
アノードの電極触媒には充分な量の金属粒子が担持され
ていることが必要である。そのため、電極触媒における
金属粒子の担持量が、電極触媒の全質量に対して10〜
65質量%であることが好ましく、30〜60質量%で
あることがより好ましい。
From the viewpoint of obtaining high electrode reaction activity,
It is necessary that the electrocatalyst of the anode carry a sufficient amount of metal particles. Therefore, the supported amount of metal particles in the electrode catalyst is 10 to the total mass of the electrode catalyst.
The content is preferably 65% by mass, more preferably 30 to 60% by mass.

【0042】更に、一酸化炭素に対する優れた被毒耐性
を得る観点から、アノードの電極触媒を構成する金属粒
子の平均粒子径は1〜20nmであることが好ましく、
2〜5nmであることがより好ましい。特に、金属粒子
の平均粒子径が2〜5nmである場合には、金属粒子の
表面積を大きく確保できるため優れた水素酸化反応活性
を得ることが容易となる。
Further, from the viewpoint of obtaining excellent poisoning resistance to carbon monoxide, the average particle size of the metal particles constituting the electrode catalyst of the anode is preferably 1 to 20 nm,
It is more preferably 2 to 5 nm. In particular, when the average particle diameter of the metal particles is 2 to 5 nm, a large surface area of the metal particles can be secured, so that it becomes easy to obtain excellent hydrogen oxidation reaction activity.

【0043】また、アノードの電極触媒において、カー
ボン担体に担持される金属粒子である白金又は白金合金
のうち、白金は固体高分子型燃料電池におけるアノード
での水素酸化反応に対して高い活性を有する。また、白
金合金を使用すると電極触媒としてのより高い安定性や
より高い電極反応活性を更に付与することができる。
In the anode electrocatalyst, of the metal particles platinum or platinum alloy supported on the carbon carrier, platinum has high activity for hydrogen oxidation reaction at the anode in the polymer electrolyte fuel cell. . Further, when a platinum alloy is used, higher stability as an electrode catalyst and higher electrode reaction activity can be further imparted.

【0044】ここで、アノードに用いる電極触媒を構成
する金属粒子として白金合金を使用する場合、白金合金
は、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、
イリジウム、コバルト、ニッケル、クロム、金、鉄、モ
リブデン及びスズからなる群から選択される少なくとも
1種の金属と白金との合金であることが好ましい。
When a platinum alloy is used as the metal particles constituting the electrode catalyst used for the anode, the platinum alloy is ruthenium, rhodium, palladium, osmium,
An alloy of platinum with at least one metal selected from the group consisting of iridium, cobalt, nickel, chromium, gold, iron, molybdenum and tin is preferable.

【0045】なお、本発明において、「白金合金」と
は、上述の白金と合金化される金属の少なくとも1種と
白金との合金であり、該合金の組織には、金属間化合
物、固溶体、共融混合物或いはこれらが共存するものが
含有されていてもよい。
In the present invention, the "platinum alloy" is an alloy of platinum with at least one of the above-mentioned metals alloyed with platinum, and the texture of the alloy includes intermetallic compounds, solid solutions, A eutectic mixture or those in which these coexist may be contained.

【0046】更に、電極触媒の金属粒子として白金合金
を使用する場合、その組成は合金化する金属の種類にも
よるが、金属粒子中において白金が30〜90原子%、
合金化する金属が10〜70原子%であることが好まし
い。
When a platinum alloy is used as the metal particles of the electrode catalyst, its composition depends on the kind of metal to be alloyed, but platinum in the metal particles is 30 to 90 atom%,
The metal to be alloyed is preferably 10 to 70 atom%.

【0047】本発明におけるアノードの触媒層に含有さ
れるイオン交換樹脂は、スルホン酸基を有するパーフル
オロカーボン重合体からなることが好ましい。特に、下
記式(A)で表されるパーフルオロビニル化合物に基づ
く重合単位(式中、mは0〜3の整数、nは1〜12の
整数、pは0又は1であり、Xはフッ素原子又はトリフ
ルオロメチル基である)と、テトラフルオロエチレン
(CF2=CF2)に基づく重合単位とからなる共重合体
が好ましい。
The ion exchange resin contained in the catalyst layer of the anode in the present invention is preferably made of a perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid group. In particular, polymerized units based on a perfluorovinyl compound represented by the following formula (A) (in the formula, m is an integer of 0 to 3, n is an integer of 1 to 12, p is 0 or 1, and X is fluorine). Atoms or trifluoromethyl groups) and polymer units based on tetrafluoroethylene (CF 2 ═CF 2 ) are preferred.

【化1】 [Chemical 1]

【0048】なお、本明細書において、「パーフルオロ
カーボン重合体」とは、炭素原子とフッ素原子のみから
なる重合体だけではなく、炭素原子と結合する水素原子
が全てフッ素原子と置換されていればエーテル結合性の
酸素原子等を含有するものも含むものとする。
In the present specification, the "perfluorocarbon polymer" is not limited to a polymer consisting of carbon atoms and fluorine atoms only, but all hydrogen atoms bonded to carbon atoms are replaced with fluorine atoms. Those containing an ether-bonding oxygen atom and the like are also included.

【0049】また、アノードにおいて、電極内における
反応サイト(三相界面)を十分に確保して高い電極反応
活性を得る観点から、電極触媒はイオン交換樹脂に被覆
されていることが好ましい。触媒層に含有される電極触
媒に対するイオン交換樹脂の被覆量は、電池の性能を大
きく作用する。この観点から、アノードの触媒層中のイ
オン交換樹脂の含有量は、電極触媒の全質量に対して2
0〜60質量%であることが好ましい。アノードの触媒
層中のイオン交換樹脂の含有量が20%よりも小さい
と、十分な水素酸化活性が得られなくなるおそれがあ
る。一方、触媒層中のイオン交換樹脂の含有量が60%
よりも多くなると、COによる被毒が起こりやすくなり
電池性能が低下するおそれがある。
In the anode, the electrode catalyst is preferably coated with an ion exchange resin from the viewpoint of sufficiently securing reaction sites (three-phase interface) in the electrode and obtaining high electrode reaction activity. The coating amount of the ion exchange resin with respect to the electrode catalyst contained in the catalyst layer greatly affects the performance of the battery. From this viewpoint, the content of the ion exchange resin in the catalyst layer of the anode is 2 with respect to the total mass of the electrode catalyst.
It is preferably from 0 to 60 mass%. When the content of the ion exchange resin in the catalyst layer of the anode is less than 20%, sufficient hydrogen oxidation activity may not be obtained. On the other hand, the content of ion exchange resin in the catalyst layer is 60%
If it is more than the above range, poisoning by CO is likely to occur and the battery performance may be deteriorated.

【0050】更に、アノードの触媒層中には、撥水化剤
が含まれていてもよく、撥水化剤は特に限定されず、公
知のものを使用してよい。
Further, a water repellent agent may be contained in the catalyst layer of the anode, and the water repellent agent is not particularly limited, and known ones may be used.

【0051】なお、電極内におけるガス拡散性を十分に
確保して高い電極反応活性を得る観点から、アノード
は、触媒層のイオン交換膜に接触していない側の面にガ
ス拡散層を更に配置した構成とすることが好ましい。こ
のようなガス拡散層の構成材料は特に限定されないが、
例えば、電子伝導性を有する多孔質体(例えば、カーボ
ンクロスやカーボンペーパー)を用いてもよい。
From the viewpoint of ensuring sufficient gas diffusibility in the electrode and obtaining high electrode reaction activity, the anode further has a gas diffusion layer on the surface of the catalyst layer that is not in contact with the ion exchange membrane. It is preferable to adopt the above configuration. The constituent material of such a gas diffusion layer is not particularly limited,
For example, a porous body having electron conductivity (for example, carbon cloth or carbon paper) may be used.

【0052】また、本発明において、カソードの構成は
特に限定されないが、アノードと同様に、触媒層の他に
ガス拡散層を有していることが好ましい。更に、カソー
ドに使用する電極触媒は特に限定されず、例えば、アノ
ードに用いた電極触媒を使用してもよい。固体高分子型
燃料電池では、出力を確保するために大電流を流すこと
が想定されており、この条件下では、カソードにおいて
酸素の還元反応によって多量の水が生成するため、特
に、カソードの撥水性を十分に確保することが重要とな
る。この観点から、アノードに用いた電極触媒を用いる
場合、電極触媒を構成するカーボン担体は黒鉛化度が高
いので高い撥水性を有しており、カソードにおける生成
水の外部への排除を効率よく行うことが可能となる。そ
のため、長期にわたって安定した電池出力特性が得られ
る。
In the present invention, the structure of the cathode is not particularly limited, but it is preferable that the cathode has a gas diffusion layer in addition to the catalyst layer, like the anode. Further, the electrode catalyst used for the cathode is not particularly limited, and for example, the electrode catalyst used for the anode may be used. In a polymer electrolyte fuel cell, it is assumed that a large current is passed in order to secure the output. Under this condition, a large amount of water is generated by the reduction reaction of oxygen at the cathode. It is important to ensure sufficient water content. From this point of view, when the electrode catalyst used for the anode is used, the carbon carrier constituting the electrode catalyst has a high degree of graphitization and thus has high water repellency, and the generated water at the cathode is efficiently removed to the outside. It becomes possible. Therefore, stable battery output characteristics can be obtained over a long period of time.

【0053】また、カソードの電極触媒において、カー
ボン担体に担持される金属粒子は特に限定されない。例
えば、アノードと同様に白金又は白金合金からなる金属
粒子を用いてもよい。白金又は白金合金のうち、白金は
固体高分子型燃料電池におけるカソードでの酸素還元反
応に対して高い活性を有する。また、白金合金を使用す
ると電極触媒としてより高い安定性やより高い電極反応
活性を更に付与することができる。
Further, in the cathode electrode catalyst, the metal particles supported on the carbon carrier are not particularly limited. For example, like the anode, metal particles made of platinum or a platinum alloy may be used. Of platinum and platinum alloys, platinum has high activity for oxygen reduction reaction at the cathode in a polymer electrolyte fuel cell. In addition, when a platinum alloy is used, higher stability as an electrode catalyst and higher electrode reaction activity can be further imparted.

【0054】また、本発明において、カソードの触媒層
に含まれるイオン交換樹脂も特に限定されるものではな
く、例えば、上述したアノードの触媒層に含まれるイオ
ン交換樹脂と同様の樹脂を使用してもよい。
In the present invention, the ion exchange resin contained in the cathode catalyst layer is not particularly limited, and for example, the same resin as the ion exchange resin contained in the anode catalyst layer described above is used. Good.

【0055】更に、本発明において、イオン交換膜を構
成するイオン交換樹脂は特に限定されないが、アノード
の触媒層に含有されるイオン交換樹脂と同様にスルホン
酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなること
が好ましい。このようなイオン交換膜としては、例え
ば、ナフィオン(デュポン社製、商品名)、フレミオン
(旭硝子社製、商品名)等が挙げられる。
Further, in the present invention, the ion exchange resin constituting the ion exchange membrane is not particularly limited, but is made of a perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid group like the ion exchange resin contained in the catalyst layer of the anode. Is preferred. Examples of such an ion exchange membrane include Nafion (manufactured by DuPont, trade name) and Flemion (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.).

【0056】また、本発明の固体高分子型燃料電池は、
イオン交換膜とその両面に配置されるアノード及びカソ
ードが接合されて一体化されたいわゆる膜・電極接合体
であることが好ましい。
The polymer electrolyte fuel cell of the present invention is
A so-called membrane-electrode assembly in which an ion exchange membrane and an anode and a cathode arranged on both surfaces thereof are joined and integrated is preferable.

【0057】次に、本発明の固体高分子型燃料電池の製
造方法について説明する。本発明の固体高分子型燃料電
池の製造方法は、先に述べたように、比表面積が300
2/g以上であるカーボンブラック又は活性炭を10
00〜2200℃の温度条件のもとで加熱処理すること
によりカーボン担体を調製し、次いで、得られたカーボ
ン担体に金属粒子を担持させることにより電極触媒を調
製する工程を含む方法であればよく、他の製造手順は特
に限定されない。
Next, a method for manufacturing the polymer electrolyte fuel cell of the present invention will be described. As described above, the method for producing a polymer electrolyte fuel cell of the present invention has a specific surface area of 300.
m 2 / g or more carbon black or activated carbon 10
Any method may be used as long as it includes a step of preparing a carbon carrier by heat treatment under a temperature condition of 00 to 2200 ° C., and then preparing an electrode catalyst by supporting metal particles on the obtained carbon carrier. The other manufacturing procedure is not particularly limited.

【0058】この電極触媒を調製する工程において使用
する上述の比表面積の条件を満たすカーボンブラックと
しては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、サ
ーマルブラック等があげられる。また、上述の比表面積
の条件を満たす活性炭としては、種々の炭素原子を含む
材料を炭化、賦活処理したものが使用できる。なお、
「カーボンブラック」とは、炭化水素の液体や気体の熱
分解によって製造されるものである。また、「活性炭」
とは、原料として植物系の木材、のこくず、ヤシ殻、パ
ルプ廃液などと鉱物系の石炭、石油コークス、石油ピッ
チなどを使用し、これを炭化し、更に水蒸気賦活、薬品
賦活などを行って製造されるものである。
Examples of carbon black used in the step of preparing this electrode catalyst which satisfies the above-mentioned specific surface area include channel black, furnace black and thermal black. Further, as the activated carbon satisfying the above-mentioned specific surface area, those obtained by carbonizing and activating a material containing various carbon atoms can be used. In addition,
"Carbon black" is produced by thermal decomposition of a liquid or gas of hydrocarbon. Also, "activated carbon"
Is used as raw materials, such as plant-based wood, sawdust, coconut shells, pulp waste liquor and mineral-based coal, petroleum coke, petroleum pitch, etc., which are carbonized, and steam activation and chemical activation are performed. It is manufactured by

【0059】また、電極触媒を調製する工程において、
加熱処理後に得られるカーボン担体に金属粒子を担持す
る場合、例えば、以下の手順により行うことができる。
すなわち、先ず、白金からなる金属粒子を担持させる場
合には、例えば、白金の塩(例えば、塩化第一白金酸
等)の水溶液、又は、白金の塩を水/アルコール混合溶
媒に溶解した溶液に、カーボン担体を分散させる。一
方、白金合金からなる金属粒子を担持させる場合には、
上述した白金の塩の溶液に対して更に白金と合金化させ
る金属の化合物を溶解又は分散させる。ここで、白金と
合金化させる金属の化合物としては、塩化物、臭化物等
のハロゲン化物、メトキシド、エトキシド等のアルコキ
シド、酸化物、硝酸塩、硫化物等を用いることが好まし
い。
In the step of preparing the electrode catalyst,
When carrying the metal particles on the carbon support obtained after the heat treatment, for example, the following procedure can be performed.
That is, first, in the case of supporting metal particles made of platinum, for example, an aqueous solution of a platinum salt (for example, chloroplatinic acid chloride) or a solution of the platinum salt dissolved in a water / alcohol mixed solvent is used. , Disperse the carbon support. On the other hand, when supporting metal particles made of platinum alloy,
Further, a compound of a metal which is alloyed with platinum is dissolved or dispersed in the above-mentioned platinum salt solution. Here, as the compound of the metal to be alloyed with platinum, it is preferable to use a halide such as chloride and bromide, an alkoxide such as methoxide and ethoxide, an oxide, a nitrate, and a sulfide.

【0060】次に、上述の溶液を加熱撹拌することによ
り、白金の塩を用いた場合には、白金の塩又はその反応
生成物をカーボン担体上に析出させる。また、白金合金
を用いた場合には、白金の塩若しくはその反応生成物、
及び/又は、白金と合金化させる金属の化合物若しくは
その反応生成物をカーボン担体上に析出させる。なお、
このとき上述の溶液のpHを必要に応じて調節してアル
カリ性とし、白金及び必要に応じて添加された白金と合
金化させる金属を、例えば水酸化物としてカーボン担体
上に析出させてもよい。
Next, when a platinum salt is used, the platinum salt or its reaction product is deposited on the carbon support by heating and stirring the above solution. When a platinum alloy is used, platinum salt or its reaction product,
And / or a compound of a metal to be alloyed with platinum or a reaction product thereof is deposited on a carbon support. In addition,
At this time, the pH of the above-mentioned solution may be adjusted as necessary to make it alkaline, and a metal to be alloyed with platinum and optionally added platinum may be deposited on the carbon support as, for example, a hydroxide.

【0061】次に、ろ過、洗浄、乾燥を適宜行う。次
に、水素ガス等により還元処理を施した後、ヘリウム、
アルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気下で、熱処理する
ことにより電極触媒を得ることができる。この熱処理の
温度条件としては、カーボン担体上に析出した金属の化
合物の粒子径と分散状態にもよるが、450〜900℃
であることが好ましい。
Next, filtration, washing and drying are appropriately performed. Next, after reducing with hydrogen gas or the like, helium,
An electrode catalyst can be obtained by heat treatment in an atmosphere of an inert gas such as argon or nitrogen. The temperature condition of this heat treatment depends on the particle size and dispersion state of the metal compound deposited on the carbon support, but it is 450 to 900 ° C.
Is preferred.

【0062】また、本発明において、アノード又はカソ
ードとなるガス拡散電極とイオン交換膜とを一体化させ
た膜・電極接合体を製造する方法は特に限定されない
が、例えば、1)イオン交換膜上にガス拡散電極を直接
形成する方法、2)カーボンペーパー、カーボンクロス
等のガス拡散層となる基材上に触媒層を形成してガス拡
散電極とし、これとイオン交換膜と接合する方法、3)
平板上にガス拡散電極を形成し,これをイオン交換膜に
転写する方法等の種々の方法が採用できる。
In the present invention, the method for producing the membrane / electrode assembly in which the gas diffusion electrode serving as the anode or the cathode and the ion exchange membrane are integrated is not particularly limited. For example, 1) on the ion exchange membrane 2) A method for directly forming a gas diffusion electrode on a substrate, 2) A method for forming a catalyst layer on a base material such as carbon paper or carbon cloth, which serves as a gas diffusion layer, to form a gas diffusion electrode, and bonding this to an ion exchange membrane, 3 )
Various methods such as a method of forming a gas diffusion electrode on a flat plate and transferring it to an ion exchange membrane can be adopted.

【0063】更に、本発明において、アノード或いはカ
ソードとなるガス拡散電極の形成方法は特に限定されな
いが、電極触媒(アノードの場合には上述の電極触媒を
調製する工程において調製したものを使用する)、イオ
ン交換樹脂、撥水剤及び必要に応じて造孔剤、増粘剤、
希釈溶媒等を含む液を、イオン交換膜上又はカーボンペ
ーパー等の導電性多孔体上に噴霧、塗布、濾過等により
形成させる既知の手法が好ましい。また、ガス拡散電極
をイオン交換膜とは別個にカーボンペーパー等の導電性
多孔体上に形成した場合には、ガス拡散電極とイオン交
換膜とは、ホットプレス法、接着法(特開平7−220
741号公報参照)等により接合することが好ましい。
Further, in the present invention, the method for forming the gas diffusion electrode serving as the anode or the cathode is not particularly limited, but an electrode catalyst (in the case of an anode, the one prepared in the above step of preparing the electrode catalyst is used). , Ion exchange resin, water repellent and, if necessary, pore former, thickener,
A known method in which a liquid containing a diluting solvent or the like is formed by spraying, coating, filtering or the like on the ion exchange membrane or the conductive porous body such as carbon paper is preferable. Further, when the gas diffusion electrode is formed on a conductive porous body such as carbon paper separately from the ion exchange membrane, the gas diffusion electrode and the ion exchange membrane are formed by a hot pressing method or an adhesion method (Japanese Patent Laid-Open No. 7- 220
No. 741)) and the like.

【0064】[0064]

【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の固
体高分子型燃料電池及びその製造方法の内容を更に詳し
く説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。
The contents of the polymer electrolyte fuel cell and the method for producing the same according to the present invention will be described in more detail below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples. .

【0065】(実施例1)先ず、以下の手順によりアノ
ードの触媒層に含有させる電極触媒を調製した。カーボ
ンブラック(比表面積:750m2/g、d002:0.3
71nm、Lc00 2:0.5nm)を、高周波誘導炉を
使用して、アルゴン雰囲気中、1200℃の温度で5時
間加熱処理した。得られた炭素材料(カーボン担体)を
粉末X線回折法により解析したところ、d002は0.3
56nm、Lc002は1.0nmであった。また、窒素
吸着法(BET法)によりその比表面積を測定したとこ
ろ700m2/gであった。
Example 1 First, an electrode catalyst to be contained in the catalyst layer of the anode was prepared by the following procedure. Carbon black (specific surface area: 750 m 2 / g, d 002 : 0.3
71 nm, Lc 00 2 : 0.5 nm) was heat-treated for 5 hours at a temperature of 1200 ° C. in an argon atmosphere using a high frequency induction furnace. When the obtained carbon material (carbon carrier) was analyzed by a powder X-ray diffraction method, d 002 was 0.3.
56 nm and Lc 002 were 1.0 nm. The specific surface area was 700 m 2 / g as measured by the nitrogen adsorption method (BET method).

【0066】次に、得られた炭素材料をイオン交換水中
に分散させ、5質量%の塩化第一白金酸(H2PtC
6)水溶液と35質量%ホルマリンを加えて−10℃
に冷却して撹拌した。これに40質量%水酸化ナトリウ
ム水溶液を滴下し、1時間還流した後、ろ過洗浄し、カ
ーボン担体上に白金が担持された電極触媒(白金の質
量:カーボン担体の質量=40:60)を調製した。こ
の電極触媒を粉末X線回折法で測定したところ、カーボ
ン担体に担持された白金粒子の平均粒子径は約2.0n
mであった。
Next, the obtained carbon material is dispersed in ion-exchanged water, and 5 mass% of chloroplatinic acid (H 2 PtC) is added.
l 6 ) Add an aqueous solution and 35% by mass formalin to -10 ° C
It was cooled to and stirred. A 40 mass% sodium hydroxide aqueous solution was added dropwise to this, and the mixture was refluxed for 1 hour and then filtered and washed to prepare an electrode catalyst in which platinum was supported on a carbon carrier (mass of platinum: mass of carbon carrier = 40:60). did. When this electrode catalyst was measured by a powder X-ray diffraction method, the average particle size of the platinum particles supported on the carbon carrier was about 2.0 n.
It was m.

【0067】次に、上記のアノードの触媒層に含有させ
る電極触媒を、CF2=CF2に基づく繰返し単位と、C
2=CF−OCF2CF(CF3)CF2CF2SO3Hに
基づく繰返し単位とからなる共重合体(イオン交換容
量:1.1ミリ当量/g乾燥樹脂)の6%エタノール溶
液中に混合し、分散させた後、イオン交換水を添加し、
撹拌してアノードの触媒層形成用のインク(以下、イン
ク1という)を調製した。次にこのインク1をカーボン
クロス(厚さ:400μm)上に塗工し、次いで、乾燥
させた。そして、電極の単位面積当たりの金属粒子の含
有量が0.4mg/cm2であるアノード用のガス拡散
電極を作製した。
Next, the electrocatalyst contained in the above-mentioned anode catalyst layer was mixed with a repeating unit based on CF 2 = CF 2 and C
F 2 = CF-OCF 2 CF (CF 3 ) CF 2 CF 2 SO 3 H in a 6% ethanol solution of a copolymer (repeating unit based on ion exchange capacity: 1.1 meq / g dry resin) After mixing and dispersing, add ion-exchanged water,
An ink for forming a catalyst layer of the anode (hereinafter referred to as ink 1) was prepared by stirring. Next, this ink 1 was applied onto carbon cloth (thickness: 400 μm), and then dried. Then, a gas diffusion electrode for an anode having a content of metal particles per unit area of the electrode of 0.4 mg / cm 2 was produced.

【0068】次に、上記のインク1を用いてアノードの
作成手順と同様の手順により、電極の単位面積当たりの
金属粒子の含有量が0.4mg/cm2であるカソード
用のガス拡散電極を作製した。また、イオン交換膜とし
ては、膜厚が50μmのスルホン酸基を有するパーフル
オロカーボン重合体からなるイオン交換膜(商品名:フ
レミオン,旭硝子社製)を準備した。
Next, a gas diffusion electrode for a cathode having a metal particle content of 0.4 mg / cm 2 per unit area of the electrode was prepared by the same procedure as the anode preparation procedure using Ink 1 described above. It was made. As the ion exchange membrane, an ion exchange membrane (trade name: Flemion, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) made of a perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid group and having a thickness of 50 μm was prepared.

【0069】次に、アノードの触媒層とカソードの触媒
層との間にイオン交換膜が配置される状態でアノードと
カソードとの間にイオン交換膜を接触させてホットプレ
スし、膜・電極接合体(有効電極面積;25cm2)を
作製した。
Next, in a state where the ion exchange membrane is arranged between the catalyst layer of the anode and the catalyst layer of the cathode, the ion exchange membrane is brought into contact with the anode and the cathode and hot-pressed to bond the membrane and the electrode. A body (effective electrode area; 25 cm 2 ) was prepared.

【0070】(実施例2)以下の手順により調製した電
極触媒をアノードの触媒層の電極触媒として使用したこ
と以外は、実施例1と同様にしてアノード用のガス拡散
電極を作製し、実施例1と同様にして膜・電極接合体を
作製した。
(Example 2) A gas diffusion electrode for an anode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst prepared by the following procedure was used as the electrode catalyst of the catalyst layer of the anode. A membrane / electrode assembly was prepared in the same manner as in 1.

【0071】すなわち、先ず、実施例1において調製し
た白金をカーボン担体に担持させた電極触媒5gをイオ
ン交換水250ml中に分散させた。次に、この分散液
に塩化ルテニウムを添加し、加熱撹拌を行い、塩化ルテ
ニウムを含浸させた。なお、このときの塩化ルテニウム
は、この塩中のルテニウムの質量(金属状態に換算した
場合の質量)が1.2gとなるようにその質量を調節し
て添加した。その後、この液にエタノールを50ml加
えて加熱撹拌を3時間行った。
That is, first, 5 g of the electrode catalyst prepared by loading platinum on a carbon carrier prepared in Example 1 was dispersed in 250 ml of ion-exchanged water. Next, ruthenium chloride was added to this dispersion, and the mixture was heated and stirred to impregnate ruthenium chloride. The ruthenium chloride at this time was added by adjusting its mass so that the mass of ruthenium in this salt (mass in terms of metal state) would be 1.2 g. Then, 50 ml of ethanol was added to this liquid, and the mixture was heated and stirred for 3 hours.

【0072】加熱撹拌終了後、ろ過、乾燥した後、白金
とルテニウムの合金化処理を水素ガス中で行い、白金と
ルテニウムの原子比率が白金:ルテニウム=1:1の合
金状態で担持された電極触媒(白金とルテニウムとを合
わせた質量:カーボンの質量=50:50)を調製し
た。
After completion of heating and stirring, filtration and drying are performed, and then an alloying treatment of platinum and ruthenium is performed in hydrogen gas, and an electrode is supported in an alloy state in which the atomic ratio of platinum and ruthenium is platinum: ruthenium = 1: 1. A catalyst (mass of platinum and ruthenium combined: mass of carbon = 50: 50) was prepared.

【0073】(実施例3)以下の手順によりアノードの
触媒層に含有させる電極触媒を調製し、電極の単位面積
当たりの金属粒子の含有量が0.4mg/cm2である
アノード用のガス拡散電極を作製したこと以外は、実施
例1と同様にして固体高分子型燃料電池(膜・電極接合
体)を作製した。なお、イオン交換膜及びカソードは、
実施例1と同様のものを使用した。
Example 3 An electrode catalyst to be contained in the catalyst layer of the anode was prepared according to the following procedure, and the gas diffusion for the anode in which the content of the metal particles per unit area of the electrode was 0.4 mg / cm 2. A polymer electrolyte fuel cell (membrane / electrode assembly) was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode was produced. The ion exchange membrane and the cathode are
The same one as in Example 1 was used.

【0074】カーボンブラックの熱処理条件を1400
℃で3時間とした以外は実施例1と同様に熱処理して、
002が0.351nm、Lc002が1.3nm、比表面
積が400m2/gの炭素材料を得た。
The heat treatment condition of carbon black is 1400.
Heat treatment was performed in the same manner as in Example 1 except that the temperature was 3 hours,
A carbon material having d 002 of 0.351 nm, Lc 002 of 1.3 nm and a specific surface area of 400 m 2 / g was obtained.

【0075】次に、この炭素材料を担体として用いた以
外は実施例1と同様にしてカーボン担体に白金が担持さ
れた触媒を調製した。この触媒を粉末X線回折法で測定
したところ、カーボン担体に担持された白金粒子の平均
粒子径は約2.0nmであった。次に、この白金が担持
された触媒を使用して実施例2と同様にして白金とルテ
ニウムが合金状態で担持された電極触媒(白金とルテニ
ウムとを合わせた質量:カーボンの質量=50:50)
を調製した。
Next, a catalyst in which platinum was supported on a carbon carrier was prepared in the same manner as in Example 1 except that this carbon material was used as a carrier. When this catalyst was measured by a powder X-ray diffraction method, the average particle size of the platinum particles supported on the carbon carrier was about 2.0 nm. Next, using this platinum-supported catalyst, an electrode catalyst in which platinum and ruthenium were supported in an alloy state (mass of platinum and ruthenium combined: mass of carbon = 50: 50) was carried out in the same manner as in Example 2. )
Was prepared.

【0076】(実施例4)以下の手順によりアノードの
触媒層に含有させる電極触媒を調製し、電極の単位面積
当たりの金属粒子の含有量が0.4mg/cm2である
アノード用のガス拡散電極を作製したこと以外は、実施
例1と同様にして固体高分子型燃料電池(膜・電極接合
体)を作製した。なお、イオン交換膜及びカソードは、
実施例1と同様のものを使用した。
Example 4 An electrode catalyst to be contained in the catalyst layer of the anode was prepared by the following procedure, and the gas diffusion for the anode in which the content of metal particles per unit area of the electrode was 0.4 mg / cm 2. A polymer electrolyte fuel cell (membrane / electrode assembly) was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode was produced. The ion exchange membrane and the cathode are
The same one as in Example 1 was used.

【0077】すなわち、実施例1で用いたものと同様の
カーボンブラックを使用し、このカーボンブラックの熱
処理条件を1100℃で5時間とし、更に、抵抗加熱炉
を用いた以外は実施例1と同様にしてカーボン担体を得
た。得られたカーボン担体を実施例1と同様に評価した
ところ、d002は0.361nm、Lc002は0.8n
m、比表面積は720m2/gであった。
That is, the same carbon black as that used in Example 1 was used, the heat treatment condition of this carbon black was 1100 ° C. for 5 hours, and the resistance heating furnace was used. To obtain a carbon support. When the obtained carbon support was evaluated in the same manner as in Example 1, d 002 was 0.361 nm and Lc 002 was 0.8 n.
m, the specific surface area was 720 m 2 / g.

【0078】次に、このカーボン担体を担体として用い
た以外は実施例1と同様にしてカーボン担体に白金が担
持された触媒を調製した。この触媒を粉末X線回折法で
測定したところ、白金粒子の平均粒子径は約1.9nm
であった。次に、この白金が担持された触媒を使用して
実施例2と同様にして白金とルテニウムが合金状態で担
持された電極触媒(白金とルテニウムとを合わせた質
量:カーボンの質量=50:50)を調製した。
Next, a catalyst in which platinum was supported on a carbon carrier was prepared in the same manner as in Example 1 except that this carbon carrier was used as a carrier. When this catalyst was measured by a powder X-ray diffraction method, the average particle size of platinum particles was about 1.9 nm.
Met. Next, using this platinum-supported catalyst, an electrode catalyst in which platinum and ruthenium were supported in an alloy state (mass of platinum and ruthenium combined: mass of carbon = 50: 50) was carried out in the same manner as in Example 2. ) Was prepared.

【0079】(比較例1)以下の手順によりアノードの
触媒層に含有させる電極触媒を調製し、電極の単位面積
当たりの金属粒子の含有量が0.4mg/cm2である
アノード用のガス拡散電極を作製したこと以外は、実施
例1と同様にして固体高分子型燃料電池(膜・電極接合
体)を作製した。なお、イオン交換膜及びカソードは、
実施例1と同様のものを使用した。
Comparative Example 1 An electrode catalyst to be contained in the catalyst layer of the anode was prepared by the following procedure, and the gas diffusion for the anode in which the content of metal particles per unit area of the electrode was 0.4 mg / cm 2. A polymer electrolyte fuel cell (membrane / electrode assembly) was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode was produced. The ion exchange membrane and the cathode are
The same one as in Example 1 was used.

【0080】すなわち、実施例1で用いたものと同様の
カーボンブラック使用し、このカーボンブラックの熱処
理条件を1900℃で5時間とした以外は実施例1と同
様にしてカーボン担体を得た。得られたカーボン担体を
実施例1と同様に評価したところ、d002は0.341
nm、Lc002は3.5nm、比表面積は210m2/g
であった。
That is, a carbon support was obtained in the same manner as in Example 1 except that the same carbon black as that used in Example 1 was used and the heat treatment condition of this carbon black was 1900 ° C. for 5 hours. When the obtained carbon support was evaluated in the same manner as in Example 1, d 002 was 0.341.
nm, Lc 002 is 3.5 nm, specific surface area is 210 m 2 / g
Met.

【0081】次に、このカーボン担体を担体として用い
た以外は実施例1と同様にしてカーボン担体に白金が担
持された触媒を調製した。この触媒を粉末X線回折法で
測定したところ、白金粒子の平均粒子径は約2.1nm
であった。次に、この白金が担持された触媒を使用して
実施例2と同様にして白金とルテニウムが合金状態で担
持された電極触媒(白金とルテニウムとを合わせた質
量:カーボンの質量=50:50)を調製した。
Then, a catalyst in which platinum was supported on a carbon carrier was prepared in the same manner as in Example 1 except that this carbon carrier was used as a carrier. When this catalyst was measured by a powder X-ray diffraction method, the average particle size of platinum particles was about 2.1 nm.
Met. Next, using this platinum-supported catalyst, an electrode catalyst in which platinum and ruthenium were supported in an alloy state (mass of platinum and ruthenium combined: mass of carbon = 50: 50) was carried out in the same manner as in Example 2. ) Was prepared.

【0082】(比較例2)以下の手順によりアノードの
触媒層に含有させる電極触媒を調製し、電極の単位面積
当たりの金属粒子の含有量が0.4mg/cm2である
アノード用のガス拡散電極を作製したこと以外は、実施
例1と同様にして固体高分子型燃料電池(膜・電極接合
体)を作製した。なお、イオン交換膜及びカソードは、
実施例1と同様のものを使用した。
Comparative Example 2 An electrode catalyst to be contained in the catalyst layer of the anode was prepared by the following procedure, and the gas diffusion for the anode in which the content of metal particles per unit area of the electrode was 0.4 mg / cm 2. A polymer electrolyte fuel cell (membrane / electrode assembly) was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode was produced. The ion exchange membrane and the cathode are
The same one as in Example 1 was used.

【0083】すなわち、実施例1で用いたものと同様の
カーボンブラックを熱処理せずにそのまま担体として使
用した以外は実施例1と同様にして電極触媒を調製し
た。この電極触媒を粉末X線回折法で測定したところ、
白金粒子の平均粒子径は約2.0nmであった。
That is, an electrode catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 except that the same carbon black as that used in Example 1 was used as a carrier as it was without heat treatment. When this electrode catalyst was measured by a powder X-ray diffraction method,
The average particle size of the platinum particles was about 2.0 nm.

【0084】(比較例3)以下の手順によりアノードの
触媒層に含有させる電極触媒を調製し、電極の単位面積
当たりの金属粒子の含有量が0.4mg/cm2である
アノード用のガス拡散電極を作製したこと以外は、実施
例1と同様にして固体高分子型燃料電池(膜・電極接合
体)を作製した。なお、イオン交換膜及びカソードは、
実施例1と同様のものを使用した。
(Comparative Example 3) An electrode catalyst to be contained in the catalyst layer of the anode was prepared by the following procedure, and gas diffusion for the anode in which the content of metal particles per unit area of the electrode was 0.4 mg / cm 2. A polymer electrolyte fuel cell (membrane / electrode assembly) was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode was produced. The ion exchange membrane and the cathode are
The same one as in Example 1 was used.

【0085】すなわち、比較例2で調製した白金が担持
された触媒を使用して、実施例2と同様にして白金とル
テニウムが合金状態で担持された電極触媒(白金とルテ
ニウムとを合わせた質量:カーボンの質量=50:5
0)を調製した。
That is, the platinum-supported catalyst prepared in Comparative Example 2 was used in the same manner as in Example 2 to carry out the platinum-ruthenium alloy-supported electrode catalyst (the mass of platinum and ruthenium combined). : Carbon mass = 50: 5
0) was prepared.

【0086】(比較例4)以下の手順によりアノードの
触媒層に含有させる電極触媒を調製し、電極の単位面積
当たりの金属粒子の含有量が0.4mg/cm2である
アノード用のガス拡散電極を作製したこと以外は、実施
例1と同様にして固体高分子型燃料電池(膜・電極接合
体)を作製した。なお、イオン交換膜及びカソードは、
実施例1と同様のものを使用した。
(Comparative Example 4) An electrode catalyst to be contained in the catalyst layer of the anode was prepared by the following procedure, and the gas diffusion for the anode in which the content of metal particles per unit area of the electrode was 0.4 mg / cm 2. A polymer electrolyte fuel cell (membrane / electrode assembly) was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode was produced. The ion exchange membrane and the cathode are
The same one as in Example 1 was used.

【0087】すなわち、カーボンブラック(比表面積:
250m2/g、d002:0.357nm、Lc002
1.5nm)を高周波誘導炉を使用して、アルゴンガス
雰囲気中、2000℃の温度で5時間加熱処理した。得
られた炭素材料(カーボン担体)を実施例1と同様に評
価したところ、d002は0.344nm、Lc002は6.
0nm、比表面積は100m2/gであった。
That is, carbon black (specific surface area:
250 m 2 / g, d 002 : 0.357 nm, Lc 002 :
(1.5 nm) was heat-treated at a temperature of 2000 ° C. for 5 hours in an argon gas atmosphere using a high frequency induction furnace. When the obtained carbon material (carbon carrier) was evaluated in the same manner as in Example 1, d 002 was 0.344 nm and Lc 002 was 6.
The surface area was 0 nm and the specific surface area was 100 m 2 / g.

【0088】そして、このカーボン担体を用いた以外は
実施例1と同様にして白金がカーボン担体に担持された
触媒を調製した。この触媒を粉末X線回折法で測定した
ところ、白金粒子の平均粒子径は約2.2nmであっ
た。次に、この白金が担持された触媒を使用して実施例
2と同様にして白金とルテニウムが合金状態で担持され
た電極触媒(白金とルテニウムとを合わせた質量:カー
ボンの質量=50:50)を調製した。なお、イオン交
換膜及びカソードは、実施例1と同様のものを使用し
た。
Then, a catalyst in which platinum was supported on a carbon carrier was prepared in the same manner as in Example 1 except that this carbon carrier was used. When this catalyst was measured by powder X-ray diffractometry, the average particle size of platinum particles was about 2.2 nm. Next, using this platinum-supported catalyst, an electrode catalyst in which platinum and ruthenium were supported in an alloy state (mass of platinum and ruthenium combined: mass of carbon = 50: 50) was carried out in the same manner as in Example 2. ) Was prepared. The same ion exchange membrane and cathode as in Example 1 were used.

【0089】(比較例5)以下の手順によりアノードの
触媒層に含有させる電極触媒を調製し、電極の単位面積
当たりの金属粒子の含有量が0.4mg/cm2である
アノード用のガス拡散電極を作製したこと以外は、実施
例1と同様にして固体高分子型燃料電池(膜・電極接合
体)を作製した。なお、イオン交換膜及びカソードは、
実施例1と同様のものを使用した。
Comparative Example 5 An electrode catalyst to be contained in the catalyst layer of the anode was prepared by the following procedure, and the gas diffusion for the anode in which the content of metal particles per unit area of the electrode was 0.4 mg / cm 2. A polymer electrolyte fuel cell (membrane / electrode assembly) was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode was produced. The ion exchange membrane and the cathode are
The same one as in Example 1 was used.

【0090】すなわち、カーボンブラック(比表面積:
750m2/g、d002:0.371nm、Lc002
0.5nm)を抵抗加熱炉を使用して、800℃の温度
で5時間加熱処理した。得られた炭素材料(カーボン担
体)を実施例1と同様に評価したところ、d002は0.
369nm、Lc002は0.45nm、比表面積は74
0m2/gであった。
That is, carbon black (specific surface area:
750 m 2 / g, d 002 : 0.371 nm, Lc 002 :
0.5 nm) was heat-treated at a temperature of 800 ° C. for 5 hours using a resistance heating furnace. When the obtained carbon material (carbon support) was evaluated in the same manner as in Example 1, d 002 was 0.
369 nm, Lc 002 0.45 nm, specific surface area 74
It was 0 m 2 / g.

【0091】そして、このカーボン担体を用いた以外は
実施例1と同様にして白金がカーボン担体に担持された
触媒を調製した。この触媒を粉末X線回折法で測定した
ところ、白金粒子の平均粒子径は約2.0nmであっ
た。次に、この白金が担持された触媒を使用して実施例
2と同様にして白金とルテニウムが合金状態で担持され
た電極触媒(白金とルテニウムとを合わせた質量:カー
ボンの質量=50:50)を調製した。
Then, a catalyst in which platinum was supported on a carbon carrier was prepared in the same manner as in Example 1 except that this carbon carrier was used. When this catalyst was measured by a powder X-ray diffraction method, the average particle size of platinum particles was about 2.0 nm. Next, using this platinum-supported catalyst, an electrode catalyst in which platinum and ruthenium were supported in an alloy state (mass of platinum and ruthenium combined: mass of carbon = 50: 50) was carried out in the same manner as in Example 2. ) Was prepared.

【0092】(比較例6)以下の手順によりアノードの
触媒層に含有させる電極触媒を調製し、電極の単位面積
当たりの金属粒子の含有量が0.4mg/cm2である
アノード用のガス拡散電極を作製したこと以外は、実施
例1と同様にして固体高分子型燃料電池(膜・電極接合
体)を作製した。なお、イオン交換膜及びカソードは、
実施例1と同様のものを使用した。
Comparative Example 6 An electrode catalyst to be contained in the catalyst layer of the anode was prepared by the following procedure, and the gas diffusion for the anode in which the content of metal particles per unit area of the electrode was 0.4 mg / cm 2. A polymer electrolyte fuel cell (membrane / electrode assembly) was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode was produced. The ion exchange membrane and the cathode are
The same one as in Example 1 was used.

【0093】すなわち、カーボンブラック(比表面積:
750m2/g、d002:0.371nm、Lc002
0.5nm)を高周波誘導炉を使用して、2300℃で
3時間加熱処理した。得られた炭素材料(カーボン担
体)を実施例1と同様に評価したところ、d002は0.
339nm、Lc002は1.5nm、比表面積は210
2/gであった。
That is, carbon black (specific surface area:
750 m 2 / g, d 002 : 0.371 nm, Lc 002 :
0.5 nm) was heat-treated at 2300 ° C. for 3 hours using a high frequency induction furnace. When the obtained carbon material (carbon support) was evaluated in the same manner as in Example 1, d 002 was 0.
339 nm, Lc 002 1.5 nm, specific surface area 210
It was m 2 / g.

【0094】そして、このカーボン担体を用いた以外は
実施例1と同様にして白金がカーボン担体に担持された
触媒を調製した。この触媒を粉末X線回折法で測定した
ところ、白金粒子の平均粒子径は約2.3nmであっ
た。次に、この白金が担持された触媒を使用して実施例
2と同様にして白金とルテニウムが合金状態で担持され
た電極触媒(白金とルテニウムとを合わせた質量:カー
ボンの質量=50:50)を調製した。なお、イオン交
換膜及びカソードは、実施例1と同様のものを使用し
た。
Then, a catalyst in which platinum was supported on a carbon carrier was prepared in the same manner as in Example 1 except that this carbon carrier was used. When this catalyst was measured by a powder X-ray diffraction method, the average particle size of platinum particles was about 2.3 nm. Next, using this platinum-supported catalyst, an electrode catalyst in which platinum and ruthenium were supported in an alloy state (mass of platinum and ruthenium combined: mass of carbon = 50: 50) was carried out in the same manner as in Example 2. ) Was prepared. The same ion exchange membrane and cathode as in Example 1 were used.

【0095】(比較例7)以下の手順によりアノードの
触媒層に含有させる電極触媒を調製し、電極の単位面積
当たりの金属粒子の含有量が0.4mg/cm2である
アノード用のガス拡散電極を作製したこと以外は、実施
例1と同様にして固体高分子型燃料電池(膜・電極接合
体)を作製した。なお、イオン交換膜及びカソードは、
実施例1と同様のものを使用した。
Comparative Example 7 An electrode catalyst to be contained in the catalyst layer of the anode was prepared by the following procedure, and the gas diffusion for the anode in which the content of metal particles per unit area of the electrode was 0.4 mg / cm 2. A polymer electrolyte fuel cell (membrane / electrode assembly) was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrode was produced. The ion exchange membrane and the cathode are
The same one as in Example 1 was used.

【0096】すなわち、カーボンブラック(比表面積:
250m2/g、d002:0.357nm、Lc002
1.5nm)を高周波誘導炉を使用し、アルゴンガス雰
囲気下中、1500℃の温度で3時間加熱処理した。得
られた炭素材料(カーボン担体)を実施例1と同様に評
価したところ、d002は0.345nm、Lc002は3.
5nm、比表面積は110m2/gであった。
That is, carbon black (specific surface area:
250 m 2 / g, d 002 : 0.357 nm, Lc 002 :
(1.5 nm) was heat-treated for 3 hours at a temperature of 1500 ° C. in an argon gas atmosphere using a high frequency induction furnace. When the obtained carbon material (carbon support) was evaluated in the same manner as in Example 1, d 002 was 0.345 nm and Lc 002 was 3.
The surface area was 5 nm and the specific surface area was 110 m 2 / g.

【0097】そして、このカーボン担体を用いた以外は
実施例1と同様にして白金がカーボン担体に担持された
触媒を調製した。この触媒を粉末X線回折法で測定した
ところ、白金粒子の平均粒子径は約2.8nmであっ
た。次に、この白金が担持された触媒を使用して例2と
同様にして白金とルテニウムが合金状態で担持された電
極触媒(白金とルテニウムとを合わせた質量:カーボン
の質量=50:50)を調製した。
Then, a catalyst in which platinum was supported on a carbon carrier was prepared in the same manner as in Example 1 except that this carbon carrier was used. When this catalyst was measured by a powder X-ray diffraction method, the average particle size of platinum particles was about 2.8 nm. Next, using this platinum-supported catalyst, an electrode catalyst in which platinum and ruthenium were supported in an alloy state in the same manner as in Example 2 (mass of platinum and ruthenium combined: mass of carbon = 50: 50) Was prepared.

【0098】[電池特性試験]上記の実施例1〜実施例
4、比較例1〜比較例7の各膜・電極接合体にガスの流
路が形成されたセパレータを装着して測定セルとし、電
子負荷と直流電源(高砂製作所社製,FK400L及び
EX750L)を用いて測定セルの電流電圧特性試験を
行った。
[Battery Characteristic Test] A separator having a gas channel formed therein was attached to each of the membrane / electrode assemblies of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 7 to form a measurement cell. A current-voltage characteristic test of the measurement cell was performed using an electronic load and a DC power supply (FK400L and EX750L manufactured by Takasago Seisakusho Co., Ltd.).

【0099】アノードに供給する燃料ガスとして、改質
模擬ガス(全圧:0.15MPa,ガスの組成:H2
5%,CO225%,CO20ppm)を使用し、カソ
ードに供給する酸化剤ガスとして空気(全圧:0.15
MPa)を使用した。測定条件は、測定セルの作動温
度:80℃、アノード側の水素ガス加湿器の温度;80
℃、カソード側の空気加湿器の温度;80℃とした。
[0099] As the fuel gas supplied to the anode, reformed model gas (total pressure: 0.15 MPa, the composition of the gas: H 2 7
5%, CO 2 25%, CO 20 ppm) was used, and air (total pressure: 0.15) was used as the oxidant gas supplied to the cathode.
MPa) was used. The measurement conditions are: operating temperature of the measuring cell: 80 ° C., temperature of the hydrogen gas humidifier on the anode side; 80
The temperature of the air humidifier on the cathode side was 80 ° C.

【0100】先ず、電流密度:0.8A/cm2にて8
時間定電流駆動の通電を行った後、電流密度を0.3A
/cm2に保持した場合における各測定セルの端子間電
圧(オーム損込みの電圧)の値の経時変化を測定した。
なお、測定時間は、電流密度を0.3A/cm2に切り
替えた時点を測定開始時とし、初期(測定開始直後)、
500時間後、1000時間後における端子間電圧を測
定した。
First, 8 at current density: 0.8 A / cm 2 .
After energizing for constant time current drive, current density is 0.3A
The time-dependent change in the value of the voltage between terminals (voltage of ohmic loss) of each measurement cell when held at / cm 2 was measured.
In addition, the measurement time is the time when the current density was switched to 0.3 A / cm 2 as the measurement start time, and the initial period (immediately after the measurement start)
The voltage between terminals was measured after 500 hours and 1000 hours.

【0101】また、表1に各測定セルのアノードの触媒
層に含有された電極触媒の特徴を示す。更に、表2に各
測定セルの電流電圧特性試験の結果を示す。
Table 1 shows the characteristics of the electrode catalyst contained in the catalyst layer of the anode of each measurement cell. Further, Table 2 shows the result of the current-voltage characteristic test of each measuring cell.

【0102】また、実施例1、実施例2、比較例2及び
比較例3の各膜・電極接合体については、アノードに供
給する燃料ガスとして純水素(全圧:0.15MPa)
を用いた以外は上述と同様の電池特性試験を行った。
Further, in each of the membrane-electrode assemblies of Example 1, Example 2, Comparative Example 2 and Comparative Example 3, pure hydrogen (total pressure: 0.15 MPa) was used as the fuel gas supplied to the anode.
The same battery characteristic test as described above was performed except that the above was used.

【0103】その結果として、図1に、実施例1と比較
例2の膜・電極接合体について、燃料ガスとして純水素
を用いた場合と、改質模擬ガスを用いた場合の電流密度
−電池電圧特性曲線を示す。また、図2に、実施例2と
比較例3の膜・電極接合体について、燃料ガスとして純
水素を用いた場合と、改質模擬ガスを用いた場合の電流
密度−電池電圧特性曲線を示す。
As a result, FIG. 1 shows the current densities of the membrane-electrode assemblies of Example 1 and Comparative Example 2 when pure hydrogen was used as the fuel gas and when the reforming simulation gas was used. A voltage characteristic curve is shown. Further, FIG. 2 shows current density-battery voltage characteristic curves of the membrane-electrode assemblies of Example 2 and Comparative Example 3 when pure hydrogen was used as the fuel gas and when the reforming simulation gas was used. .

【0104】[0104]

【表1】 [Table 1]

【0105】[0105]

【表2】 [Table 2]

【0106】[0106]

【発明の効果】本発明では、黒鉛化度の高められたカー
ボン担体を有する電極触媒を用いて、一酸化炭素に対す
る優れた被毒耐性と優れた水素酸化活性とを兼ね備えた
アノードを構成することができる。そのため、このアノ
ードを備えることにより、高い出力電圧を長期にわたっ
て安定して得ることができる軽量かつコンパクトな固体
高分子型燃料電池を構成することができる。
EFFECTS OF THE INVENTION In the present invention, an anode having both excellent poisoning resistance to carbon monoxide and excellent hydrogen oxidation activity is constructed by using an electrode catalyst having a carbon support having an increased degree of graphitization. You can Therefore, by including this anode, it is possible to configure a lightweight and compact polymer electrolyte fuel cell that can stably obtain a high output voltage for a long period of time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の固体高分子型燃料電池(実施例1)
と従来の固体高分子型燃料電池(比較例2)との電流密
度−電池電圧(端子間電圧)特性曲線を示すグラフであ
る。
FIG. 1 is a polymer electrolyte fuel cell of the present invention (Example 1).
5 is a graph showing a current density-cell voltage (terminal voltage) characteristic curve of a conventional solid polymer electrolyte fuel cell (Comparative Example 2).

【図2】 本発明の固体高分子型燃料電池(実施例2)
と従来の固体高分子型燃料電池(比較例3)との電流密
度−電池電圧(端子間電圧)特性曲線を示すグラフであ
る。
FIG. 2 is a polymer electrolyte fuel cell of the present invention (Example 2).
5 is a graph showing a current density-cell voltage (terminal voltage) characteristic curve of a conventional polymer electrolyte fuel cell (Comparative Example 3).

【符号の説明】 C1…アノードに水素ガスを供給した場合の実施例1の
固体高分子型燃料電池の電流密度−電池電圧特性曲線、
C2…アノードに水素ガスを供給した場合の比較例2の
固体高分子型燃料電池の電流密度−電池電圧特性曲線、
C3…アノードに改質模擬ガスを供給した場合の実施例
1の固体高分子型燃料電池の電流密度−電池電圧特性曲
線、C4…アノードに改質模擬ガスを供給した場合の比
較例2の固体高分子型燃料電池の電流密度−電池電圧特
性曲線、C5…アノードに水素ガスを供給した場合の実
施例2の固体高分子型燃料電池の電流密度−電池電圧特
性曲線、C6…アノードに水素ガスを供給した場合の比
較例3の固体高分子型燃料電池の電流密度−電池電圧特
性曲線、C7…アノードに改質模擬ガスを供給した場合
の実施例2の固体高分子型燃料電池の電流密度−電池電
圧特性曲線、C8…アノードに改質模擬ガスを供給した
場合の比較例3の固体高分子型燃料電池の電流密度−電
池電圧特性曲線。
[Explanation of Codes] C1 ... Current density-cell voltage characteristic curve of the polymer electrolyte fuel cell of Example 1 when hydrogen gas is supplied to the anode,
C2 ... Current density-cell voltage characteristic curve of the polymer electrolyte fuel cell of Comparative Example 2 when hydrogen gas was supplied to the anode,
C3 ... Current density-cell voltage characteristic curve of polymer electrolyte fuel cell of Example 1 when reforming simulation gas was supplied to the anode, C4 ... Solid of comparative example 2 when reforming simulation gas was supplied to the anode Current density-cell voltage characteristic curve of polymer electrolyte fuel cell, C5 ... Current density-cell voltage characteristic curve of polymer electrolyte fuel cell of Example 2 when hydrogen gas is supplied to anode, C6 ... Hydrogen gas on anode Current density-cell voltage characteristic curve of the polymer electrolyte fuel cell of Comparative Example 3 when C is supplied, C7 ... Current density of the polymer electrolyte fuel cell of Example 2 when reforming simulation gas is supplied to the anode -Cell voltage characteristic curve, C8 ... Current density of the polymer electrolyte fuel cell of Comparative Example 3 when reforming simulation gas was supplied to the anode-Cell voltage characteristic curve.

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01J 35/02 B01J 35/02 H 37/02 101 37/02 101E 37/08 37/08 37/18 37/18 H01M 4/86 H01M 4/86 B 4/88 4/88 C 4/92 4/92 8/02 8/02 E 8/10 8/10 Fターム(参考) 4G069 AA03 AA08 BA08A BA08B BB02A BB02B BC22A BC33A BC58A BC59A BC66A BC67A BC68A BC70A BC70B BC71A BC72A BC73A BC74A BC75A BC75B CC32 DA06 EA02X EA02Y EA08 EB18X EB18Y EB19 EC03X EC03Y EC04X EC04Y EC25 FA01 FA02 FA03 FB08 FB23 FB29 FB44 FC07 FC08 5H018 AA06 AS02 BB01 BB03 BB06 BB08 BB12 BB13 BB17 EE03 EE07 EE08 EE19 HH00 HH02 HH08 5H026 AA06 BB01 BB02 BB03 BB04 BB08 BB10 CX05 EE19 HH00 HH02 HH08 Front page continuation (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) B01J 35/02 B01J 35/02 H 37/02 101 37/02 101E 37/08 37/08 37/18 37/18 H01M 4/86 H01M 4/86 B 4/88 4/88 C 4/92 4/92 8/02 8/02 E 8/10 8/10 F Term (reference) 4G069 AA03 AA08 BA08A BA08B BB02A BB02B BC22A BC33A BC58A BC59A BC66A BC67A BC68A BC70A BC70B BC71A BC72A BC73A BC74A BC75A BC75B CC32 DA06 EA02X EA02Y EA08 EB18X EB18Y EB19 EC03X EC03Y EC04X EC04Y EC25 FA01 FA02 FA03 FB08 FB23 FB29 FB44 FC07 FC08 5H018 AA06 AS02 BB01 BB03 BB06 BB08 BB12 BB13 BB17 EE03 EE07 EE08 EE19 HH00 HH02 HH08 5H026 AA06 BB01 BB02 BB03 BB04 BB08 BB10 CX05 EE19 HH00 HH02 HH08

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アノードと、カソードと、前記アノード
と前記カソードとの間に配置されたイオン交換膜とを有
する固体高分子型燃料電池であって、 前記アノードが、電極触媒とイオン交換樹脂とを含む触
媒層を有するガス拡散電極であり、 前記電極触媒が、白金又は白金合金からなる金属粒子
と、該金属粒子の担体となるカーボン担体とから構成さ
れており、 前記カーボン担体は、X線回折法により求められる格子
面[002]の平均格子面間隔d002が0.340〜
0.362nmであり、結晶子の大きさLc002が0.
6〜4nmであり、かつ、比表面積が260〜800m
2/gであること、を特徴とする固体高分子型燃料電
池。
1. A polymer electrolyte fuel cell having an anode, a cathode, and an ion exchange membrane disposed between the anode and the cathode, the anode comprising an electrode catalyst and an ion exchange resin. A gas diffusion electrode having a catalyst layer containing, wherein the electrode catalyst is composed of metal particles made of platinum or a platinum alloy, and a carbon carrier serving as a carrier for the metal particles, wherein the carbon carrier is an X-ray. The average lattice spacing d 002 of the lattice plane [002] obtained by the diffraction method is 0.340 to
The crystallite size Lc 002 is 0.32 nm.
6 to 4 nm and specific surface area of 260 to 800 m
The polymer electrolyte fuel cell is characterized in that it is 2 / g.
【請求項2】 前記白金合金が、ルテニウム、ロジウ
ム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、コバルト、
ニッケル、クロム、金、鉄、モリブデン及びスズからな
る群から選択される少なくとも1種の金属と白金との合
金であることを特徴とする請求項1に記載の固体高分子
型燃料電池。
2. The platinum alloy is ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, cobalt,
The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, which is an alloy of platinum and at least one metal selected from the group consisting of nickel, chromium, gold, iron, molybdenum, and tin.
【請求項3】 前記電極触媒における前記金属粒子の担
持量が、前記電極触媒の全質量に対して10〜65質量
%であることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体
高分子型燃料電池。
3. The solid polymer type according to claim 1, wherein the amount of the metal particles supported on the electrode catalyst is 10 to 65% by mass with respect to the total mass of the electrode catalyst. Fuel cell.
【請求項4】 前記イオン交換膜及び前記触媒層に含ま
れるイオン交換樹脂がスルホン酸基を有するパーフルオ
ロカーボン重合体からなることを特徴とする請求項1〜
3の何れかに記載の固体高分子型燃料電池。
4. The ion exchange resin contained in the ion exchange membrane and the catalyst layer is made of a perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid group.
3. The polymer electrolyte fuel cell according to any one of 3 above.
【請求項5】 アノードとカソードと前記アノードと前
記カソードとの間に配置されたイオン交換膜とを有して
おり、前記アノードが電極触媒とイオン交換樹脂とを含
む触媒層を有しており、かつ、前記電極触媒が白金又は
白金合金からなる金属粒子とカーボン担体とから構成さ
れた固体高分子型燃料電池の製造方法であって、 比表面積が300m2/g以上であるカーボンブラック
又は活性炭を1000〜2200℃の温度条件のもとで
加熱処理することにより前記カーボン担体を調製し、次
いで、得られた前記カーボン担体に前記金属粒子を担持
させることにより前記電極触媒を調製する工程を含むこ
と、を特徴とする固体高分子型燃料電池の製造方法。
5. An anode and a cathode, and an ion-exchange membrane disposed between the anode and the cathode, the anode having a catalyst layer containing an electrode catalyst and an ion-exchange resin. A method for producing a polymer electrolyte fuel cell in which the electrode catalyst is composed of metal particles made of platinum or a platinum alloy and a carbon carrier, wherein carbon black or activated carbon has a specific surface area of 300 m 2 / g or more. To prepare the carbon carrier by heat treatment under a temperature condition of 1000 to 2200 ° C., and then to prepare the electrode catalyst by supporting the metal particles on the obtained carbon carrier. And a method for manufacturing a polymer electrolyte fuel cell.
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