JPH03252058A - 燃料電池用電極触媒層 - Google Patents
燃料電池用電極触媒層Info
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Classifications
-
- 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
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- 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。
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野〕
この発明は燃料電池用ガス拡散電極の電極触媒層に係り
、特に特性と信鯨性に優れる燃料電池用ガス拡散電極に
関する。
、特に特性と信鯨性に優れる燃料電池用ガス拡散電極に
関する。
リン酸型燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを直接電気
エネルギに変換する装置であり、その構成はマトリクス
（図示せず）をはさんで第１図に示すようなカーボン
電極基材７の上に電極触媒層６を配したガス拡散電極を
対向して配置し、外部のガス供給系より前記各電極へ燃
料ガスおよび酸化剤ガスを分離供給し、電極触媒層の触
媒粒子の上で酸化剤ガスと燃料ガスを個別に電気化学的
に反応させ、その結果として系外へ電気エネルギをとり
出す発電装置である。電極触媒層６はカーボン触媒担体
２上に貴金属粒子３を担持して触媒粒子４を形成し、フ
ッ素樹脂粒子５で結着して調製される。このような燃料
電池の電極触媒層６においては電解質であるリン酸は主
として触媒粒子４の内細孔１４に保持される０反応ガス
は触媒粒子４とフッ素樹脂粒子５がつ（る粒子間細孔８
Ａ、あるいは触媒粒子相互間の間細孔８Ｂ内を流れ、触
媒粒子４の貴金属粒子３に到達する。貴金属粒子３は電
解質であるリン酸でぬれており、３相界面が形成され、
酸化あるいは還元の電気化学反応がおこる。
エネルギに変換する装置であり、その構成はマトリクス
（図示せず）をはさんで第１図に示すようなカーボン
電極基材７の上に電極触媒層６を配したガス拡散電極を
対向して配置し、外部のガス供給系より前記各電極へ燃
料ガスおよび酸化剤ガスを分離供給し、電極触媒層の触
媒粒子の上で酸化剤ガスと燃料ガスを個別に電気化学的
に反応させ、その結果として系外へ電気エネルギをとり
出す発電装置である。電極触媒層６はカーボン触媒担体
２上に貴金属粒子３を担持して触媒粒子４を形成し、フ
ッ素樹脂粒子５で結着して調製される。このような燃料
電池の電極触媒層６においては電解質であるリン酸は主
として触媒粒子４の内細孔１４に保持される０反応ガス
は触媒粒子４とフッ素樹脂粒子５がつ（る粒子間細孔８
Ａ、あるいは触媒粒子相互間の間細孔８Ｂ内を流れ、触
媒粒子４の貴金属粒子３に到達する。貴金属粒子３は電
解質であるリン酸でぬれており、３相界面が形成され、
酸化あるいは還元の電気化学反応がおこる。
しかしながらこのような従来の電極触媒層６においては
触媒粒子４内のリン酸が時間の経過と共にフッ素樹脂粒
子５と触媒粒子４がつくる粒子間細孔８Ａあるいは触媒
粒子４相互間の粒子間細孔８Ｂに移行してそれらを閉塞
し反応ガスの流通を妨げるため、燃料電池の特性が劣化
するという問題があった。従来のカーボンブラックの一
次粒子径は７００人であった。
触媒粒子４内のリン酸が時間の経過と共にフッ素樹脂粒
子５と触媒粒子４がつくる粒子間細孔８Ａあるいは触媒
粒子４相互間の粒子間細孔８Ｂに移行してそれらを閉塞
し反応ガスの流通を妨げるため、燃料電池の特性が劣化
するという問題があった。従来のカーボンブラックの一
次粒子径は７００人であった。
この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的触媒粒子
によるリン酸保持能力を高めることにより、特性の経時
的劣化が少なく信頼性に優れる燃料電池用電極触媒層を
提供することにある。
によるリン酸保持能力を高めることにより、特性の経時
的劣化が少なく信頼性に優れる燃料電池用電極触媒層を
提供することにある。
上述の目的は、この発明によれば、触媒粒子４と、フッ
素樹脂粒子５とを有し、 フッ素樹脂粒子は触媒粒子を結着するもので、この際触
媒粒子と作る粒子間細孔８Ａに反応ガスが流されるもの
であり、 触媒粒子は触媒担体に貴金属粒子を担持したもので、こ
こに触媒担体はカーボンブラックの一次粒子が凝集した
もので、−次粒子径は２００〜５００人の範囲にあって
触媒粒子の内線孔１４には電解液が含浸されるものであ
るとすることにより達成される。
素樹脂粒子５とを有し、 フッ素樹脂粒子は触媒粒子を結着するもので、この際触
媒粒子と作る粒子間細孔８Ａに反応ガスが流されるもの
であり、 触媒粒子は触媒担体に貴金属粒子を担持したもので、こ
こに触媒担体はカーボンブラックの一次粒子が凝集した
もので、−次粒子径は２００〜５００人の範囲にあって
触媒粒子の内線孔１４には電解液が含浸されるものであ
るとすることにより達成される。
一次粒子径が２００〜５００人の範囲にあると毛細管作
用によりリン酸が触媒粒子内によく保持される。５００
人を越えるとリン酸の保持性が低下する。
用によりリン酸が触媒粒子内によく保持される。５００
人を越えるとリン酸の保持性が低下する。
２００人より小さいと、電極触媒層の成膜が困難になる
。
。
次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。
−成粒子の算術平均粒子径が３００人、嵩密度０．１ｇ
／ｃｃ 、比表面積１００ｍ”のカーボンブランク粉末
１００ｇをイオン交換水に分散させ、カーボン単位重量
当たり１０％の白金が担持されるように濃度調整された
塩化白金酸溶液を所定量加え、温度５０°Ｃで均一分散
させた後、０．１〜０．３モル濃度のギ酸またはヒドラ
ジン等の還元剤を清下し、塩化白金酸を還元すると同時
にカーボン粉末表面に白金の微結晶を析出させる。得ら
れた白金担持カーボン分散液を濾過し、イオン交換液に
て十分水洗したのち、ふん囲気調整が可能な真空乾燥器
にて乾燥し、触媒を得た０次に、上記触媒をイオン交換
水に均一に分散させた後、触媒重量に対して１００％の
重量のフッ素樹脂を加え、均一に混合して触媒とフッ素
樹脂の分散液を作製する０次に、上記分散液を多孔性カ
ーボン蟇材上にブレード法、スプレー法等により塗布し
、乾燥、焼成して多孔性カーボン基材上に電極触媒層の
積層された燃料電池電極を得た。
／ｃｃ 、比表面積１００ｍ”のカーボンブランク粉末
１００ｇをイオン交換水に分散させ、カーボン単位重量
当たり１０％の白金が担持されるように濃度調整された
塩化白金酸溶液を所定量加え、温度５０°Ｃで均一分散
させた後、０．１〜０．３モル濃度のギ酸またはヒドラ
ジン等の還元剤を清下し、塩化白金酸を還元すると同時
にカーボン粉末表面に白金の微結晶を析出させる。得ら
れた白金担持カーボン分散液を濾過し、イオン交換液に
て十分水洗したのち、ふん囲気調整が可能な真空乾燥器
にて乾燥し、触媒を得た０次に、上記触媒をイオン交換
水に均一に分散させた後、触媒重量に対して１００％の
重量のフッ素樹脂を加え、均一に混合して触媒とフッ素
樹脂の分散液を作製する０次に、上記分散液を多孔性カ
ーボン蟇材上にブレード法、スプレー法等により塗布し
、乾燥、焼成して多孔性カーボン基材上に電極触媒層の
積層された燃料電池電極を得た。
第３図は本発明の実施例に係る電極触媒層の細孔分布を
示す線図でピーク１工は触媒粒子４内の内線孔１４．ピ
ーク１２は触媒粒子４とフッ素樹脂粒子５間の粒子間細
孔８Ａ、触媒粒子間の粒子間細孔８Ｂに対応する。第４
図は従来の電極触媒層の細孔分布を示す線図でピーク１
３は触媒粒子４内の内線孔１４に対応する１粒子間細孔
８Ａ、８Ｂのピークがピーク１３にマスクされている。
示す線図でピーク１工は触媒粒子４内の内線孔１４．ピ
ーク１２は触媒粒子４とフッ素樹脂粒子５間の粒子間細
孔８Ａ、触媒粒子間の粒子間細孔８Ｂに対応する。第４
図は従来の電極触媒層の細孔分布を示す線図でピーク１
３は触媒粒子４内の内線孔１４に対応する１粒子間細孔
８Ａ、８Ｂのピークがピーク１３にマスクされている。
第３図と第４図から一次粒子径を小さくすることにより
、触媒粒子内の内線孔１４が小さくなっていることがわ
かる。
、触媒粒子内の内線孔１４が小さくなっていることがわ
かる。
第２図は本発明の実施例に係る電極触媒層を用いた燃料
電池特性の経時変化（特性線９）を従来の燃料電池の特
性（特性線１０）と対比して示す線図である９本発明の
実施例に係る燃料電池電極触媒層はリン酸の保持能力が
高いので反応ガスの通る粒子間細孔８Ａ、８Ｂを閉塞す
ることがなく、長期にわたり高い特性を維持することが
できる。
電池特性の経時変化（特性線９）を従来の燃料電池の特
性（特性線１０）と対比して示す線図である９本発明の
実施例に係る燃料電池電極触媒層はリン酸の保持能力が
高いので反応ガスの通る粒子間細孔８Ａ、８Ｂを閉塞す
ることがなく、長期にわたり高い特性を維持することが
できる。
−次粒子径は上述の３００人を含み２００人〜５００人
の範囲内が有効である。５００人を越えると触媒粒子の
内線孔が大きくなり、リン酸保持能力が下がる。 ２
００人より小さいと、粒子が細か過ぎて電極触媒層の成
膜ができない。
の範囲内が有効である。５００人を越えると触媒粒子の
内線孔が大きくなり、リン酸保持能力が下がる。 ２
００人より小さいと、粒子が細か過ぎて電極触媒層の成
膜ができない。
〔発明の効果］
この発明によれば、触媒粒子と、フッ素樹脂粒子とを有
し、 フッ素樹脂粒子は触媒粒子を結着するもので、この際触
媒粒子と作る粒子間細孔に反応ガスが流されるものであ
り、 触媒粒子は触媒担体に貴金属粒子を担持したもので、こ
こに触媒担体はカーボンブラックの一次粒子が凝集した
もので、−次粒子径は２００〜５００人の範囲にあって
触媒粒子の内組孔には電解液が含浸されるものであるの
で触媒粒子の内線孔径が小さくなり、その結果、触媒粒
子のリン酸保持力が高まり、触媒粒子とフッ素樹脂粒子
間の細孔等の粒子間細孔にリン酸が移行することがなく
なって、信親性に優れる燃料電池電極触媒層が得られる
。
し、 フッ素樹脂粒子は触媒粒子を結着するもので、この際触
媒粒子と作る粒子間細孔に反応ガスが流されるものであ
り、 触媒粒子は触媒担体に貴金属粒子を担持したもので、こ
こに触媒担体はカーボンブラックの一次粒子が凝集した
もので、−次粒子径は２００〜５００人の範囲にあって
触媒粒子の内組孔には電解液が含浸されるものであるの
で触媒粒子の内線孔径が小さくなり、その結果、触媒粒
子のリン酸保持力が高まり、触媒粒子とフッ素樹脂粒子
間の細孔等の粒子間細孔にリン酸が移行することがなく
なって、信親性に優れる燃料電池電極触媒層が得られる
。
第１図は燃料電池の電極触媒層を示す断面図、第２図は
この発明の実施例に係る電極触媒層の特性を従来の電極
触媒層の特性と対比して示す線図、第３図は本発明の実
施例に係る電極触媒層の細孔分布を示す線図、第４図は
従来の電極触媒層の細孔分布を示す線図である。 ４：触媒粒子、５：フッ素樹脂粒子、８Ａ、８Ｂ：代度
人弁理士 山 口 巌 −二く 第１図 １０’ 渾靴打周／ｈ 第２図
この発明の実施例に係る電極触媒層の特性を従来の電極
触媒層の特性と対比して示す線図、第３図は本発明の実
施例に係る電極触媒層の細孔分布を示す線図、第４図は
従来の電極触媒層の細孔分布を示す線図である。 ４：触媒粒子、５：フッ素樹脂粒子、８Ａ、８Ｂ：代度
人弁理士 山 口 巌 −二く 第１図 １０’ 渾靴打周／ｈ 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）触媒粒子と、フッ素樹脂粒子とを有し、フッ素樹脂
粒子は触媒粒子を結着するもので、この際触媒粒子と作
る粒子間細孔に反応ガスが流されるものであり、 触媒粒子は触媒担体に貴金属粒子を担持したもので、こ
こに触媒担体はカーボンブラックの一次粒子が凝集した
もので、一次粒子径は２００〜５００Åの範囲にあって
触媒粒子の内細孔には電解液が含浸されるものであるこ
とを特徴とする燃料電池用電極触媒層。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2048217A JPH03252058A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 燃料電池用電極触媒層 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2048217A JPH03252058A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 燃料電池用電極触媒層 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03252058A true JPH03252058A (ja) | 1991-11-11 |
Family
ID=12797247
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2048217A Pending JPH03252058A (ja) | 1990-02-28 | 1990-02-28 | 燃料電池用電極触媒層 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03252058A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006179463A (ja) * | 2004-11-25 | 2006-07-06 | Nissan Motor Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| JP2014517985A (ja) * | 2011-04-25 | 2014-07-24 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション | 燃料電池用の触媒材料 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5975560A (ja) * | 1982-10-21 | 1984-04-28 | Toshiba Corp | 燃料電池の触媒製造方法 |
| JPS59169069A (ja) * | 1983-03-16 | 1984-09-22 | Hitachi Ltd | 燃料電池用電極 |
| JPS6369148A (ja) * | 1986-09-10 | 1988-03-29 | Denki Kagaku Kogyo Kk | ガス拡散電極用材料 |
-
1990
- 1990-02-28 JP JP2048217A patent/JPH03252058A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5975560A (ja) * | 1982-10-21 | 1984-04-28 | Toshiba Corp | 燃料電池の触媒製造方法 |
| JPS59169069A (ja) * | 1983-03-16 | 1984-09-22 | Hitachi Ltd | 燃料電池用電極 |
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| JP2006179463A (ja) * | 2004-11-25 | 2006-07-06 | Nissan Motor Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| US8329359B2 (en) | 2004-11-25 | 2012-12-11 | Nissan Motor Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
| JP2014517985A (ja) * | 2011-04-25 | 2014-07-24 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション | 燃料電池用の触媒材料 |
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