JP4734858B2 - 触媒の製造方法及び触媒を有する燃料電池の製造方法 - Google Patents
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Description
この図に示されるように、DMFCは通常、例えばnafion膜(デュポン社製)による電解質膜22を挟んで、燃料極23と空気極24とが互いに対向配置された構成を有する。
及び触媒層23cと、例えばフッ素樹脂による拡散層23bと、例えばカーボンペーパーによるメタノール流路23aとを有する。一方、空気極24は、電解質膜23側から順に、例えばカーボン担体にPt(白金)やPt−Ru(白金―ルテニウム)が担持されて成る触媒とnafion膜とによるカソード電極24d及び触媒層24cと、例えばフッ素樹脂による拡散層24bと、例えばカーボンペーパーによる空気(酸素)流路24aとを有する。
しかし、湿式法は分散用の溶媒によって、金属粒子の溶解状態が例えば塩や錯体などに変化してしまう可能性を常に考慮する必要がある。そのため、この問題を容易に回避することのできる乾式法が、触媒の製造手法として重視される傾向にある。
乾式法は、真空中で物理蒸着法例えばスパッタによって、カーボン担体に直接Pt(白金)やPt−Ru(白金―ルテニウム)等の触媒活性を有する金属粒子を析出担持させる手法である。この乾式法について、本出願人は先に、図4Aに上面図を示すようなターゲットを用いて、図4Bに示すように物理蒸着を行うことによって、触媒活性を有する金属粒子と同時に、この金属粒子の触媒活性を向上させる、金属粒子に対して熱的に非固溶系の添加物粒子を析出担持させる触媒の製造方法を提案した(例えば特許文献2参照)。
しかし、触媒が対象とする反応系や反応物によって、触媒活性を有する金属粒子の最適粒子径も変化することから、これに応じて触媒の粒径を調整することが必要となる。上述の特許文献2に記載の触媒の製造方法によれば、粒径を小さくすることは可能とされるものの、粒径を一定以上に大として金属粒子を形成することに問題があった。
また、本発明は、上述の触媒の製造方法において、導電性粉体の表面に添加物粒子を析出担持させた後、金属粒子を析出担持させる。
また、本発明は、上述の触媒を有する燃料電池の製造方法において、導電性粉体の表面に添加物粒子を析出担持させた後、金属粒子を析出担持させる。
このスパッタリングは、例えば直径100mmのSiターゲットを用い、Ar(アルゴン)雰囲気中、投入電力150W〜400Wの条件で行うことができる。
このスパッタリングは、例えば直径100mmのターゲットを用い、Ar(アルゴン)雰囲気中、投入電力150W〜400Wの条件で行うことができる。
上述の物理蒸着装置11によって製造した触媒1を用いて、このDMFCの例えば燃料極を構成する例えば触媒層23cやアノード電極23dを形成することにより、DMFCの高出力化を図ることができる。
この検討は、導電性粉体である担体カーボンに添加物粒子を析出担持させることなく、例えばPt−Ruによる金属粒子のみを析出担持させた触媒(金属粒子の粒子径7nm)を作製し、この触媒をDMFCの燃料極側のアノード電極及び触媒層に用いた場合のDMFCの出力を100として、これに対する出力の相対値を測定することにより行った。
測定の結果、DMFCの出力の相対値は115であった。
測定の結果、DMFCの出力の相対値は125であり、従来の製造方法によるDMFCに比べ、出力が10%上昇していることが確認できた。
測定の結果、DMFCの出力の相対値は120であり、従来の製造方法によるDMFCに比べ出力が向上したものの、金属粒子に先立って添加物粒子を析出担持させた場合に比べると出力の向上量が若干少ないことが確認できた。
また、上述の実施の形態例では、物理蒸着手法としてスパッタを用いる例を説明したが、他にも例えばPVD(Pulse Laser Deposition)を用いて本発明製造方法を実施することも可能である。
Claims (6)
- 導電性粉体の表面に、白金、又は、白金−ルテニウムからなる金属粒子と、前記金属粒子に対して熱的に非固溶であるSi、B 4 C、Ge、シリコン酸化物及びゲルマニウム酸化物のうち1つ以上からなる添加物粒子とを、物理蒸着によって析出担持させる触媒の製造方法であって、
前記金属粒子又は前記添加物粒子のいずれか一方を析出担持させた後、他方を析出担持させる
触媒の製造方法。 - 上記物理蒸着が、スパッタリングである請求項1に記載の触媒の製造方法。
- 導電性粉体の表面に上記添加物粒子を析出担持させた後、上記金属粒子を析出担持させる請求項1または2に記載の触媒の製造方法。
- 導電性粉体の表面に、白金、又は、白金−ルテニウムからなる金属粒子と、前記金属粒子に対して熱的に非固溶であるSi、B 4 C、Ge、シリコン酸化物及びゲルマニウム酸化物のうち1つ以上からなる添加物粒子とを、物理蒸着によって前記金属粒子又は前記添加物粒子のいずれか一方を析出担持させた後、他方を析出担持させて触媒を形成する工程と、
前記触媒粒子を用いて燃料極を形成する工程と、を有する
燃料電池の製造方法。 - 上記物理蒸着が、スパッタリングである請求項4に記載の触媒を有する燃料電池の製造方法。
- 導電性粉体の表面に上記添加物粒子を析出担持させた後、上記金属粒子を析出担持させる請求項4または5に記載の触媒を有する燃料電池の製造方法。
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