JPH0629026A - 燃料電池およびその製造方法 - Google Patents
燃料電池およびその製造方法Info
- Publication number
- JPH0629026A JPH0629026A JP4182727A JP18272792A JPH0629026A JP H0629026 A JPH0629026 A JP H0629026A JP 4182727 A JP4182727 A JP 4182727A JP 18272792 A JP18272792 A JP 18272792A JP H0629026 A JPH0629026 A JP H0629026A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- platinum
- fuel cell
- electrode
- vanadium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】初期特性と経時安定性に優れる燃料電池用触媒
を得る。 【構成】白金とバナジウムとクロムの三元系合金触媒と
する。白金を担持したカーボンにバナジウムとクロムの
水酸化物を沈着し１０００乃至１２００℃の温度で熱処
理しついで電極基材上にバインダーで結着して積層す
る。
を得る。 【構成】白金とバナジウムとクロムの三元系合金触媒と
する。白金を担持したカーボンにバナジウムとクロムの
水酸化物を沈着し１０００乃至１２００℃の温度で熱処
理しついで電極基材上にバインダーで結着して積層す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は燃料電池の電極触媒層
に係り、特にその触媒物質およびその製造方法に関す
る。
に係り、特にその触媒物質およびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に燃料電池用ガス拡散電極は電気伝
導性に優れた多孔質なカーボン電極基材上に、貴金属を
担持した触媒粉末をポリテトラフロロエチレンで結着し
た電極触媒層を積層して形成される。
導性に優れた多孔質なカーボン電極基材上に、貴金属を
担持した触媒粉末をポリテトラフロロエチレンで結着し
た電極触媒層を積層して形成される。
【０００３】この電極触媒層において供給される反応ガ
スである酸素または水素と、リン酸電解質および触媒の
三相共存が均一に起こることで電気化学的反応を直接電
気エネルギーとして取り出すことができる。
スである酸素または水素と、リン酸電解質および触媒の
三相共存が均一に起こることで電気化学的反応を直接電
気エネルギーとして取り出すことができる。
【０００４】図１は燃料電池の電極構造を示す模式的断
面図である。燃料電池は空気または水素の流通路を有し
た多孔質カーボンを用いた電極基材１と、白金触媒２を
担持した触媒３に適度なはっ水性を付与するPTFE４を混
合した電極触媒層５よりなっている。この電極触媒層に
おいて、供給される反応ガスである空気および水素と電
解質であるリン酸が触媒粒子表面で三相共存状態を起こ
すことで電気化学的反応が生じて直接電気エネルギーを
取り出すことができる。
面図である。燃料電池は空気または水素の流通路を有し
た多孔質カーボンを用いた電極基材１と、白金触媒２を
担持した触媒３に適度なはっ水性を付与するPTFE４を混
合した電極触媒層５よりなっている。この電極触媒層に
おいて、供給される反応ガスである空気および水素と電
解質であるリン酸が触媒粒子表面で三相共存状態を起こ
すことで電気化学的反応が生じて直接電気エネルギーを
取り出すことができる。
【０００５】従来よりリン酸型燃料電池用触媒としては
高温リン酸に対して耐食性のある白金を用いた触媒が使
用されている。触媒は電極反応に極めて重要な役割を果
たしており、電池の出力と寿命の向上のために触媒の活
性度と安定性を高めることが必要である。
高温リン酸に対して耐食性のある白金を用いた触媒が使
用されている。触媒は電極反応に極めて重要な役割を果
たしており、電池の出力と寿命の向上のために触媒の活
性度と安定性を高めることが必要である。
【０００６】従来の白金触媒の製造方法は、一般に液相
還元法が用いられている。具体的に説明すると白金を担
持するカーボンブラックを液相中に分散し易くするため
に、硝酸や氷酢酸等の酸処理を行い、次に塩化白金酸水
溶液を担持するに必要な白金を加え、液温を40〜90℃に
してから還元剤としてヒドラジンやギ酸を滴加して白金
の還元を行う。
還元法が用いられている。具体的に説明すると白金を担
持するカーボンブラックを液相中に分散し易くするため
に、硝酸や氷酢酸等の酸処理を行い、次に塩化白金酸水
溶液を担持するに必要な白金を加え、液温を40〜90℃に
してから還元剤としてヒドラジンやギ酸を滴加して白金
の還元を行う。
【０００７】さらに触媒の活性度を高めるため白金を担
持した触媒にバナジウム、クロム、コバルト、ニッケ
ル、鉄などの第二金属成分を加えて合金化を行う。まず
前述の白金を還元した触媒を再び水溶液中に分散し、第
二金属の硝酸塩を添加し水酸化カリウム、水酸化ナトリ
ウム、アンモニア水などのアルカリ剤により第二金属を
水酸化物としてカーボン表面に沈着させる。これをろ過
水洗, 乾燥後に不活性雰囲気中で800 〜1000℃の熱処理
をして合金触媒を作製していた。このように白金触媒に
他のIV〜VIII族の遷移金属を添加した合金触媒は触媒活
性の向上が図れることは周知の技術であり、さらに活性
の向上と安定性を求めて白金─クロム─コバルト（特開
昭59─141169号公報) 、白金─鉄─コバルト( 特開昭62
─163746号公報) 、白金─ニッケル─コバルト( 特開昭
63─190254号公報) 等の三元系触媒も紹介されている。
持した触媒にバナジウム、クロム、コバルト、ニッケ
ル、鉄などの第二金属成分を加えて合金化を行う。まず
前述の白金を還元した触媒を再び水溶液中に分散し、第
二金属の硝酸塩を添加し水酸化カリウム、水酸化ナトリ
ウム、アンモニア水などのアルカリ剤により第二金属を
水酸化物としてカーボン表面に沈着させる。これをろ過
水洗, 乾燥後に不活性雰囲気中で800 〜1000℃の熱処理
をして合金触媒を作製していた。このように白金触媒に
他のIV〜VIII族の遷移金属を添加した合金触媒は触媒活
性の向上が図れることは周知の技術であり、さらに活性
の向上と安定性を求めて白金─クロム─コバルト（特開
昭59─141169号公報) 、白金─鉄─コバルト( 特開昭62
─163746号公報) 、白金─ニッケル─コバルト( 特開昭
63─190254号公報) 等の三元系触媒も紹介されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の触媒は、初期活性に優れるものの比較的短時間で特性
低下を示すため安定性の向上を図る必要が残されてい
る。この発明は上述の点に鑑みてなされその目的は、新
規な触媒物質とその製法を開発することにより初期特性
と経時安定性に優れる燃料電池を提供することにある。
の触媒は、初期活性に優れるものの比較的短時間で特性
低下を示すため安定性の向上を図る必要が残されてい
る。この発明は上述の点に鑑みてなされその目的は、新
規な触媒物質とその製法を開発することにより初期特性
と経時安定性に優れる燃料電池を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の目的は第一の発明
によれば、電極基材上に電極触媒層を有し、電極触媒層
はカーボン担体上に白金とバナジウムとクロムの三元合
金を担持した触媒をバインダで結着してなるものである
とすること、また第二の発明によれば、第一工程と、第
二工程と、第三工程とを有し、第一工程は白金の担持さ
れたカーボンに水酸化クロムと水酸化バナジウムを沈着
させる工程であり、第二工程は前記水酸化物の沈着した
カーボンを温度１０００ないし１２００℃で熱処理して
触媒を調製する工程であり、第三工程は前記触媒をバイ
ンダーで結着して電極触媒層を調製し次いでこの電極触
媒層を電極基材上に積層する工程であるとすることによ
り達成される。
によれば、電極基材上に電極触媒層を有し、電極触媒層
はカーボン担体上に白金とバナジウムとクロムの三元合
金を担持した触媒をバインダで結着してなるものである
とすること、また第二の発明によれば、第一工程と、第
二工程と、第三工程とを有し、第一工程は白金の担持さ
れたカーボンに水酸化クロムと水酸化バナジウムを沈着
させる工程であり、第二工程は前記水酸化物の沈着した
カーボンを温度１０００ないし１２００℃で熱処理して
触媒を調製する工程であり、第三工程は前記触媒をバイ
ンダーで結着して電極触媒層を調製し次いでこの電極触
媒層を電極基材上に積層する工程であるとすることによ
り達成される。
【００１０】
【作用】二元系触媒で比較的初期活性が高く、安定性に
優れたバナジウムとクロムを組み合わせた白金─バナジ
ウム─クロムの三元系合金触媒にすることで、触媒活性
と経時安定性の両者を向上させることができる。
優れたバナジウムとクロムを組み合わせた白金─バナジ
ウム─クロムの三元系合金触媒にすることで、触媒活性
と経時安定性の両者を向上させることができる。
【００１１】
【実施例】本発明を実施例に基づき説明する。アセチレ
ンブラック等のカーボンブラックを9g秤取し200ml の純
水に加える。次に白金(pt)として1gの塩化白金酸水溶液
を添加して60℃に昇温する。温度が一定になった後にNa
OH 2N 溶液でpH10に調整して3%ヒドラジン溶液を滴加し
て塩化白金酸の還元を行う。還元終了後にガラスフィル
ターでろ過・洗浄し乾燥することで白金担持触媒が得ら
れる。この白金担持触媒の白金結晶子径は28Åであっ
た。
ンブラック等のカーボンブラックを9g秤取し200ml の純
水に加える。次に白金(pt)として1gの塩化白金酸水溶液
を添加して60℃に昇温する。温度が一定になった後にNa
OH 2N 溶液でpH10に調整して3%ヒドラジン溶液を滴加し
て塩化白金酸の還元を行う。還元終了後にガラスフィル
ターでろ過・洗浄し乾燥することで白金担持触媒が得ら
れる。この白金担持触媒の白金結晶子径は28Åであっ
た。
【００１２】このようにして得られた白金担持触媒の合
金化を次に示す。まず白金担持触媒を純水200ml に分散
する。これとは別にクロム(Cr)として0.30g の酢酸クロ
ムとバナジウム（Ｖ）として0.30g の三塩化バナジウム
を秤取し純水30ml中に溶解する。さらにこの溶液中にア
ンモニア水を加えてpH8 に調整し、超音波分散器を用い
て水酸化物となったバナジウムとクロムの均質混合液を
作製する。この溶液を白金担持触媒が分散された溶液中
に加えてアンモニア水を滴加してpH11に調整して1 〜3
時間十分に接触させる。そしてガラスフィルターでろ過
・水洗し乾燥後に窒素気流中で1000〜1200℃で熱処理を
行う。このようにして三元合金２Ａを担持した触媒が得
られる。
金化を次に示す。まず白金担持触媒を純水200ml に分散
する。これとは別にクロム(Cr)として0.30g の酢酸クロ
ムとバナジウム（Ｖ）として0.30g の三塩化バナジウム
を秤取し純水30ml中に溶解する。さらにこの溶液中にア
ンモニア水を加えてpH8 に調整し、超音波分散器を用い
て水酸化物となったバナジウムとクロムの均質混合液を
作製する。この溶液を白金担持触媒が分散された溶液中
に加えてアンモニア水を滴加してpH11に調整して1 〜3
時間十分に接触させる。そしてガラスフィルターでろ過
・水洗し乾燥後に窒素気流中で1000〜1200℃で熱処理を
行う。このようにして三元合金２Ａを担持した触媒が得
られる。
【００１３】この方法により作製した合金化触媒の結晶
子径は32Åであった。得られた白金─バナジウム─クロ
ム三元系合金触媒は従来の合金触媒に比較して初期活性
と安定性の両者にすぐれた特性を得ることができた。表
1 に初期特性と500 h 後の結晶子径の変化を示す。
子径は32Åであった。得られた白金─バナジウム─クロ
ム三元系合金触媒は従来の合金触媒に比較して初期活性
と安定性の両者にすぐれた特性を得ることができた。表
1 に初期特性と500 h 後の結晶子径の変化を示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【発明の効果】第一の発明によれば、電極基材上に電極
触媒層を有し、電極触媒層はカーボン担体上に白金とバ
ナジウムとクロムの三元合金を担持した触媒をバインダ
で結着してなるものであること、また第二の発明によれ
ば第一工程と、第二工程と、第三工程とを有し、第一工
程は白金の担持されたカーボンに水酸化クロムと水酸化
バナジウムを沈着させる工程であり、第二工程は前記水
酸化物の沈着したカーボンを温度１０００ないし１２０
０℃で熱処理して触媒を調製する工程であり、第三工程
は前記触媒をバインダーで結着して電極触媒層を調製し
次いでこの電極触媒層を電極基材上に積層する工程であ
るので、結晶子径が小さい上にその経時変化の少ない三
元系合金触媒が得られ、その結果初期特性と経時安定性
に優れる燃料電池が得られる。
触媒層を有し、電極触媒層はカーボン担体上に白金とバ
ナジウムとクロムの三元合金を担持した触媒をバインダ
で結着してなるものであること、また第二の発明によれ
ば第一工程と、第二工程と、第三工程とを有し、第一工
程は白金の担持されたカーボンに水酸化クロムと水酸化
バナジウムを沈着させる工程であり、第二工程は前記水
酸化物の沈着したカーボンを温度１０００ないし１２０
０℃で熱処理して触媒を調製する工程であり、第三工程
は前記触媒をバインダーで結着して電極触媒層を調製し
次いでこの電極触媒層を電極基材上に積層する工程であ
るので、結晶子径が小さい上にその経時変化の少ない三
元系合金触媒が得られ、その結果初期特性と経時安定性
に優れる燃料電池が得られる。
【図１】燃料電池の電極構造を示す模式的断面図
１ 電極基材 ２ 白金 ２Ａ 三元合金 ３ 触媒 ４ ＰＴＦＥ ５ 電極触媒層
Claims (5)
- 【請求項１】 電極基材上に電極触媒層を有し、 電極触媒層はカーボン担体上に白金とバナジウムとクロ
ムの三元合金を担持した触媒をバインダで結着してなる
ものであることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】請求項１記載の燃料電池において、三元合
金の組成はバナジウムが１０ないし３０％、クロムが１
０ないし３０％、残余が白金であることを特徴とする燃
料電池。 - 【請求項３】 第一工程と、第二工程と、第三工程とを
有し、 第一工程は白金の担持されたカーボンに水酸化クロムと
水酸化バナジウムを沈着させる工程であり、 第二工程は前記水酸化物の沈着したカーボンを温度１０
００ないし１２００℃で熱処理して触媒を調製する工程
であり、 第三工程は前記触媒をバインダーで結着して電極触媒層
を調製し次いでこの電極触媒層を電極基材上に積層する
工程であることを特徴とする燃料電池の製造方法。 - 【請求項４】請求項３記載の製造方法において、水酸化
物の沈着は、酢酸クロムと三塩化バナジウムの混合溶液
にアンモニア水を加えてｐＨを８とした懸濁液を超音波
分散して均質混合液を調製し、この均質混合液を白金の
担持されたカーボンと接触させ、さらにｐＨを１１にす
るものであることを特徴とする燃料電池の製造方法。 - 【請求項５】請求項３記載の製造方法において、熱処理
は窒素気流中で行うものであることを特徴とする燃料電
池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4182727A JPH0629026A (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 燃料電池およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4182727A JPH0629026A (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 燃料電池およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0629026A true JPH0629026A (ja) | 1994-02-04 |
Family
ID=16123392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4182727A Pending JPH0629026A (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 燃料電池およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0629026A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100754379B1 (ko) * | 2006-09-04 | 2007-08-31 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이성분성 또는 다성분성 전극촉매, 그 제조방법 및 상기전극촉매를 채용한 연료전지 |
-
1992
- 1992-07-10 JP JP4182727A patent/JPH0629026A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100754379B1 (ko) * | 2006-09-04 | 2007-08-31 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이성분성 또는 다성분성 전극촉매, 그 제조방법 및 상기전극촉매를 채용한 연료전지 |
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