JPH08117598A - 高分子固体電解質型燃料電池用触媒 - Google Patents
高分子固体電解質型燃料電池用触媒Info
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- JPH08117598A JPH08117598A JP6279865A JP27986594A JPH08117598A JP H08117598 A JPH08117598 A JP H08117598A JP 6279865 A JP6279865 A JP 6279865A JP 27986594 A JP27986594 A JP 27986594A JP H08117598 A JPH08117598 A JP H08117598A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来の高分子固体電解質型燃料電池用電極触
媒では、担体の物性の活性への影響は殆ど考慮されなか
った。本発明は、活性の向上を図るための高価な触媒金
属の選択に代えて、担体の物性の適宜選択することによ
り高活性化を図ることのできる高分子固体電解質型燃料
電池用電極触媒を提供することを目的とする。 【構成】 比表面積が250 〜350 ｍ2 ／ｇ、粒径が150
〜350 Å、担体に対する触媒担持量が20〜55重量％であ
る難グラファイト性カーボンブラック、あるいは比表面
積が900 〜1500ｍ2 ／ｇ、粒径が200 〜400 Å、担体に
対する触媒担持量が20〜55重量％である易グラファイト
性カーボンブラックを担体として使用する高分子固体電
解質型燃料電池用電極触媒。この範囲の物性を有するカ
ーボンブラックを担体として使用すると、従来のカーボ
ンブラックを使用する場合より高活性の高分子固体電解
質型燃料電池用電極触媒を提供できる。
媒では、担体の物性の活性への影響は殆ど考慮されなか
った。本発明は、活性の向上を図るための高価な触媒金
属の選択に代えて、担体の物性の適宜選択することによ
り高活性化を図ることのできる高分子固体電解質型燃料
電池用電極触媒を提供することを目的とする。 【構成】 比表面積が250 〜350 ｍ2 ／ｇ、粒径が150
〜350 Å、担体に対する触媒担持量が20〜55重量％であ
る難グラファイト性カーボンブラック、あるいは比表面
積が900 〜1500ｍ2 ／ｇ、粒径が200 〜400 Å、担体に
対する触媒担持量が20〜55重量％である易グラファイト
性カーボンブラックを担体として使用する高分子固体電
解質型燃料電池用電極触媒。この範囲の物性を有するカ
ーボンブラックを担体として使用すると、従来のカーボ
ンブラックを使用する場合より高活性の高分子固体電解
質型燃料電池用電極触媒を提供できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高分子固体電解質型燃
料電池の電極として使用される難グラファイト性又は易
グラファイト性カーボンブラック担体に白金又は白金合
金を担持した燃料電池用触媒に関する。
料電池の電極として使用される難グラファイト性又は易
グラファイト性カーボンブラック担体に白金又は白金合
金を担持した燃料電池用触媒に関する。
【０００２】
【従来技術及び問題点】電気化学セル、例えば高分子固
体電解質型燃料電池はリン酸型燃料電池と比較してコン
パクトで高い電流密度を取り出せることから電気自動
車、宇宙船用の電源として注目されている。又この分野
の開発においても種々の電極構造や触媒作製方法、シス
テム構成等に関する提案がなされている。従来の高分子
固体電解質型燃料電池の電極構造は、例えばカソード用
集電体／カソード／高分子固体電解質（イオン交換膜）
／アノード／アノード用集電体の５層サンドイッチ構造
となっている。
体電解質型燃料電池はリン酸型燃料電池と比較してコン
パクトで高い電流密度を取り出せることから電気自動
車、宇宙船用の電源として注目されている。又この分野
の開発においても種々の電極構造や触媒作製方法、シス
テム構成等に関する提案がなされている。従来の高分子
固体電解質型燃料電池の電極構造は、例えばカソード用
集電体／カソード／高分子固体電解質（イオン交換膜）
／アノード／アノード用集電体の５層サンドイッチ構造
となっている。
【０００３】この燃料電池用の電極つまりアノード及び
カソードを作製するに当たり特に留意すべきことは、供
給される燃料に含まれる一酸化炭素による電極の被毒防
止と、単位触媒金属量当たりの活性を高めることであ
る。従来から前記被毒回避及び高活性化のため、担持触
媒金属を選択し単味又は合金として担持することが鋭意
試みられ、高性能の燃料電池用触媒及び電極が実用化さ
れている。
カソードを作製するに当たり特に留意すべきことは、供
給される燃料に含まれる一酸化炭素による電極の被毒防
止と、単位触媒金属量当たりの活性を高めることであ
る。従来から前記被毒回避及び高活性化のため、担持触
媒金属を選択し単味又は合金として担持することが鋭意
試みられ、高性能の燃料電池用触媒及び電極が実用化さ
れている。
【０００４】一方燃料電池用触媒を構成する他の成分で
あるカーボン担体は活性に対する寄与はないかあるいは
極めて少ないと考えられ、該カーボン担体の改良につい
ては殆ど考慮されていないのが実情である。本出願人は
このような実情に鑑み、カーボン担体の各種物性を検討
し、一定範囲の見掛け密度が活性に良好な影響を及ぼす
ことを明らかにした（特開平６−103984号公報）。又担
体の主要な物性である比表面積については、大きい方が
粒径が細かい触媒粒子が得られるという認識はあった
が、より以上の考察は行なわれていない。
あるカーボン担体は活性に対する寄与はないかあるいは
極めて少ないと考えられ、該カーボン担体の改良につい
ては殆ど考慮されていないのが実情である。本出願人は
このような実情に鑑み、カーボン担体の各種物性を検討
し、一定範囲の見掛け密度が活性に良好な影響を及ぼす
ことを明らかにした（特開平６−103984号公報）。又担
体の主要な物性である比表面積については、大きい方が
粒径が細かい触媒粒子が得られるという認識はあった
が、より以上の考察は行なわれていない。
【０００５】
【発明の目的】本発明者は、カーボン担体の物性のうち
前述の見掛け比重以外にも活性を高めることのできる物
性があることを見出して本発明を成すに至ったものであ
り、本発明は、従来のカーボンブラック担体と異なった
物性を有するカーボンブラック担体を使用することによ
り、更に高活性の高分子固体電解質型燃料電池用触媒を
提供することを目的とする。
前述の見掛け比重以外にも活性を高めることのできる物
性があることを見出して本発明を成すに至ったものであ
り、本発明は、従来のカーボンブラック担体と異なった
物性を有するカーボンブラック担体を使用することによ
り、更に高活性の高分子固体電解質型燃料電池用触媒を
提供することを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】本発明に係わる高分子
固体電解質型燃料電池用触媒は、担体が難グラファイト
性カーボンブラックである場合にはその比表面積を250
〜350 ｍ2 ／ｇ、粒径を150 〜350 Å、前記担体に対す
る触媒担持量を20〜55重量％とし、担体が易グラファイ
ト性カーボンブラックである場合にはその比表面積を90
0 〜1500ｍ2 ／ｇ、粒径を200 〜400 Å、前記担体に対
する触媒担持量を20〜55重量％とした触媒である。
固体電解質型燃料電池用触媒は、担体が難グラファイト
性カーボンブラックである場合にはその比表面積を250
〜350 ｍ2 ／ｇ、粒径を150 〜350 Å、前記担体に対す
る触媒担持量を20〜55重量％とし、担体が易グラファイ
ト性カーボンブラックである場合にはその比表面積を90
0 〜1500ｍ2 ／ｇ、粒径を200 〜400 Å、前記担体に対
する触媒担持量を20〜55重量％とした触媒である。
【０００７】以下、本発明の詳細について説明する。カ
ーボンブラックにはいくつかの種類があり、その中に難
グラファイト性カーボンブラックと易グラファイト性カ
ーボンブラックがある。前者のカーボンブラックはアセ
チレン系であり、燃焼しても容易にはグラファイト化し
ない性質を有し、後者のカーボンブラックはファーネス
系であり燃焼により比較的容易にグラファイト化する性
質を有している。従来からこれらのカーボンブラックは
燃料電池用電極触媒の担体として使用されているが、該
カーボンブラックの物性の触媒活性に対する寄与は殆ど
考慮されなかった。
ーボンブラックにはいくつかの種類があり、その中に難
グラファイト性カーボンブラックと易グラファイト性カ
ーボンブラックがある。前者のカーボンブラックはアセ
チレン系であり、燃焼しても容易にはグラファイト化し
ない性質を有し、後者のカーボンブラックはファーネス
系であり燃焼により比較的容易にグラファイト化する性
質を有している。従来からこれらのカーボンブラックは
燃料電池用電極触媒の担体として使用されているが、該
カーボンブラックの物性の触媒活性に対する寄与は殆ど
考慮されなかった。
【０００８】本発明者は、従来は高分子固体電解質型燃
料電池用電極触媒の担体としては使用されていなかった
物性のカーボンブラックを種々検討したところ、ある一
定範囲の物性を有するカーボンブラックを担体として使
用することにより、高分子固体電解質型燃料電池として
の性能が著しく向上することを見出した。つまり難グラ
ファイト性カーボンブラックの場合、カーボンブラック
担体の比表面積（ＢＥＴ法により測定した比表面積）が
250 〜350 ｍ2 ／ｇ、粒径が150〜350 Åで、白金又は
白金合金担持量が前記担体に対し20〜55重量％の範囲で
あり、易グラファイト性の場合、カーボンブラック担体
の比表面積が900 〜1500ｍ2 ／ｇ、粒径が150 〜350 Å
で、白金又は白金合金担持量が前記担体に対し20〜55重
量％の範囲において高活性が得られる。なお白金合金を
使用する場合の合金形成金属は、活性の向上及び一酸化
炭素被毒防止を考慮して、パラジウム、ロジウム等の貴
金属や、スズ等の卑金属から選択する。
料電池用電極触媒の担体としては使用されていなかった
物性のカーボンブラックを種々検討したところ、ある一
定範囲の物性を有するカーボンブラックを担体として使
用することにより、高分子固体電解質型燃料電池として
の性能が著しく向上することを見出した。つまり難グラ
ファイト性カーボンブラックの場合、カーボンブラック
担体の比表面積（ＢＥＴ法により測定した比表面積）が
250 〜350 ｍ2 ／ｇ、粒径が150〜350 Åで、白金又は
白金合金担持量が前記担体に対し20〜55重量％の範囲で
あり、易グラファイト性の場合、カーボンブラック担体
の比表面積が900 〜1500ｍ2 ／ｇ、粒径が150 〜350 Å
で、白金又は白金合金担持量が前記担体に対し20〜55重
量％の範囲において高活性が得られる。なお白金合金を
使用する場合の合金形成金属は、活性の向上及び一酸化
炭素被毒防止を考慮して、パラジウム、ロジウム等の貴
金属や、スズ等の卑金属から選択する。
【０００９】カーボンブラック担体の比表面積とその粒
径はある程度の相関関係があり、一方が増加すると他方
は減少する傾向にあるが、両カーボンブラックは前述の
範囲内の比表面積及び粒径で前述の白金又は白金合金を
担持すると、最適な粒径の担体上に最適粒径の触媒粒子
が担持され、最良の活性が得られる。最適の、換言する
と最高活性の触媒粒子の粒径は20〜37Å程度であり、こ
の範囲未満であると活性が低下し易く、この範囲を超え
ると触媒粒子全体の比表面積の低下が大きく活性の低下
に繋がる。
径はある程度の相関関係があり、一方が増加すると他方
は減少する傾向にあるが、両カーボンブラックは前述の
範囲内の比表面積及び粒径で前述の白金又は白金合金を
担持すると、最適な粒径の担体上に最適粒径の触媒粒子
が担持され、最良の活性が得られる。最適の、換言する
と最高活性の触媒粒子の粒径は20〜37Å程度であり、こ
の範囲未満であると活性が低下し易く、この範囲を超え
ると触媒粒子全体の比表面積の低下が大きく活性の低下
に繋がる。
【００１０】又前記カーボンブラック担体の粒径が大き
くなるとその比表面積が小さくなって、該担体に担持さ
れる触媒粒子の数が少なくなり該触媒粒子の粒径が大き
くなって前記範囲に入り難くなり活性が低下しやすい。
逆に担体の粒径が小さくなると比表面積が大きくなり、
該担体に担持される触媒粒子の数が多くなり該触媒粒子
の粒径が小さくなり活性が高くなる。単位担体量当たり
の白金又は白金合金の触媒担持量は20〜55％とし、この
値を超えると粒径が大きくかつ不均一になり、一方この
値未満では粒径が小さく活性も低くなり、前述の触媒粒
子の粒径範囲に入らなくなる。
くなるとその比表面積が小さくなって、該担体に担持さ
れる触媒粒子の数が少なくなり該触媒粒子の粒径が大き
くなって前記範囲に入り難くなり活性が低下しやすい。
逆に担体の粒径が小さくなると比表面積が大きくなり、
該担体に担持される触媒粒子の数が多くなり該触媒粒子
の粒径が小さくなり活性が高くなる。単位担体量当たり
の白金又は白金合金の触媒担持量は20〜55％とし、この
値を超えると粒径が大きくかつ不均一になり、一方この
値未満では粒径が小さく活性も低くなり、前述の触媒粒
子の粒径範囲に入らなくなる。
【００１１】これら以外で触媒活性に影響を与える物性
として、層間距離（Ｃｏ／２）とＤＢＰ吸油量及び熱処
理温度がある。層間距離は、炭素原子から成る隣接する
格子層間の距離であり、この距離が小さ過ぎるとカーボ
ンブラックの耐食性が失われ触媒粒子の粒径が大きくな
るため、3.4 以上に維持することが望ましい。又ＤＢＰ
吸油量は、カーボンブラック担体に油を浸み込ませたと
きに該担体が吸収する油の量であり、この値が大きいほ
どカーボンブラック内の空間が大きいことを示し、従っ
てこの値が小さいとガス透過性が劣り、この値が大き過
ぎると電解質が多量に必要となる。従ってこのＤＢＰ吸
油量は200 〜650 ミリリットル／100 ｇ−カーボンブラ
ックとすることが好ましい。
として、層間距離（Ｃｏ／２）とＤＢＰ吸油量及び熱処
理温度がある。層間距離は、炭素原子から成る隣接する
格子層間の距離であり、この距離が小さ過ぎるとカーボ
ンブラックの耐食性が失われ触媒粒子の粒径が大きくな
るため、3.4 以上に維持することが望ましい。又ＤＢＰ
吸油量は、カーボンブラック担体に油を浸み込ませたと
きに該担体が吸収する油の量であり、この値が大きいほ
どカーボンブラック内の空間が大きいことを示し、従っ
てこの値が小さいとガス透過性が劣り、この値が大き過
ぎると電解質が多量に必要となる。従ってこのＤＢＰ吸
油量は200 〜650 ミリリットル／100 ｇ−カーボンブラ
ックとすることが好ましい。
【００１２】又熱処理温度は生ずる触媒粒子の凝集度に
影響を及ぼし、温度が高いと凝集が進んで粒径が大きく
なり過ぎ、低過ぎると粒径が過度に小さくなるため、前
記熱処理温度は400 〜750 ℃とすることが望ましい。こ
のようにして前記カーボンブラック担体上に白金等の触
媒粒子を担持させて作製された高分子固体電解質型燃料
電池用触媒は、通常該触媒に対し30〜60重量％、好まし
くは45〜55重量％のナフィオン（デュポン社製）等のイ
オン交換樹脂とともにカーボンペーパ等の多孔質の集電
体上に担持させると、ガス透過性に優れ活性の最も高い
高分子固体電解質型燃料電池用電極を構成することがで
きる。
影響を及ぼし、温度が高いと凝集が進んで粒径が大きく
なり過ぎ、低過ぎると粒径が過度に小さくなるため、前
記熱処理温度は400 〜750 ℃とすることが望ましい。こ
のようにして前記カーボンブラック担体上に白金等の触
媒粒子を担持させて作製された高分子固体電解質型燃料
電池用触媒は、通常該触媒に対し30〜60重量％、好まし
くは45〜55重量％のナフィオン（デュポン社製）等のイ
オン交換樹脂とともにカーボンペーパ等の多孔質の集電
体上に担持させると、ガス透過性に優れ活性の最も高い
高分子固体電解質型燃料電池用電極を構成することがで
きる。
【００１３】
【実施例】次に本発明に係わる燃料電池用触媒に関する
実施例を説明するが、本実施例は本発明を限定するもの
ではない。
実施例を説明するが、本実施例は本発明を限定するもの
ではない。
【実施例１】カーボンブラック担体の比表面積が1475ｍ
2 ／ｇ、カーボンブラック粒径が150 Å、層間距離（Ｃ
ｏ／２）が3.56ÅでＤＢＰ吸油量が330 ミリリットル／
100ｇであるキャボット株式会社製易グラファイト性カ
ーボンブラックＢＰ−2000を塩化白金酸水溶液（白金濃
度：７ｇ／リットル）に懸濁させ、85〜90℃の加熱下で
30分攪拌した後、室温まで冷却した。
2 ／ｇ、カーボンブラック粒径が150 Å、層間距離（Ｃ
ｏ／２）が3.56ÅでＤＢＰ吸油量が330 ミリリットル／
100ｇであるキャボット株式会社製易グラファイト性カ
ーボンブラックＢＰ−2000を塩化白金酸水溶液（白金濃
度：７ｇ／リットル）に懸濁させ、85〜90℃の加熱下で
30分攪拌した後、室温まで冷却した。
【００１４】還元剤チオ硫酸ナトリウム（Ｎａ2 Ｓ2 Ｏ
3 ）10ミリリットルを一度に添加し、更に５分後に65ミ
リリットルを添加し、ホモジナイザで10分間強く攪拌
し、濾過及び乾燥を行なった。その後、水素50重量％を
含む窒素雰囲気中450 ℃で熱処理を行なった（白金担持
量：40重量％）。更に市販のイオン交換樹脂分散液（ナ
フィオン溶液）に浸漬し、超音波ホモジナイザを使用し
て分散させてペーストを生成した（ナフィオン量：カー
ボンブラック担体に対して50重量％）。このペーストを
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で撥水化処理
したカーボンペーパ上に展開して、燃料電池用カソード
とした。このカソードの白金粒径を測定したところ、26
Åであった。
3 ）10ミリリットルを一度に添加し、更に５分後に65ミ
リリットルを添加し、ホモジナイザで10分間強く攪拌
し、濾過及び乾燥を行なった。その後、水素50重量％を
含む窒素雰囲気中450 ℃で熱処理を行なった（白金担持
量：40重量％）。更に市販のイオン交換樹脂分散液（ナ
フィオン溶液）に浸漬し、超音波ホモジナイザを使用し
て分散させてペーストを生成した（ナフィオン量：カー
ボンブラック担体に対して50重量％）。このペーストを
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で撥水化処理
したカーボンペーパ上に展開して、燃料電池用カソード
とした。このカソードの白金粒径を測定したところ、26
Åであった。
【００１５】前述のＢＰ−2000の代わりに、カーボンブ
ラック担体の比表面積が300 ｍ2 ／ｇ、カーボンブラッ
ク粒径が300 Å、層間距離（Ｃｏ／２）が3.59ÅでＤＢ
Ｐ吸油量が390 ミリリットル／100 ｇである電気化学工
業株式会社製難グラファイト性カーボンブラックＡＢ−
12を使用して同様に電極を作製し、これをアノードと
し、前記カソード及び該アノードをデュポン社製イオン
交換膜であるナフィオン膜を挟んで一体化し、燃料電池
を構成した。この燃料電池を60℃で作動させ、0.9 Ｖ及
び0.7 Ｖにおける電流密度を測定したところ、それぞれ
95ｍＡ／ｃｍ2 及び910 ｍＡ／ｃｍ2 であった。
ラック担体の比表面積が300 ｍ2 ／ｇ、カーボンブラッ
ク粒径が300 Å、層間距離（Ｃｏ／２）が3.59ÅでＤＢ
Ｐ吸油量が390 ミリリットル／100 ｇである電気化学工
業株式会社製難グラファイト性カーボンブラックＡＢ−
12を使用して同様に電極を作製し、これをアノードと
し、前記カソード及び該アノードをデュポン社製イオン
交換膜であるナフィオン膜を挟んで一体化し、燃料電池
を構成した。この燃料電池を60℃で作動させ、0.9 Ｖ及
び0.7 Ｖにおける電流密度を測定したところ、それぞれ
95ｍＡ／ｃｍ2 及び910 ｍＡ／ｃｍ2 であった。
【００１６】
【実施例２】カソード用担体として、カーボンブラック
担体の比表面積が1310ｍ2 ／ｇ、カーボンブラック粒径
が300 Å、層間距離（Ｃｏ／２）が3.60ÅでＤＢＰ吸油
量が500 ミリリットル／100 ｇである三菱油化株式会社
製易グラファイト性カーボンブラックケッチェンブラッ
クＥＣ600 ＪＤを使用したこと及び熱処理温度を700℃
としたこと以外は実施例１と同様にして、カソード及び
アノードを作製し、かつ燃料電池を構成した（白金担持
量：40重量％）。このカソードの白金粒径を測定したと
ころ、21Åであった。この燃料電池を60℃で作動させ、
0.9 Ｖ及び0.7 Ｖにおける電流密度を測定したところ、
それぞれ102 ｍＡ／ｃｍ2 及び970 ｍＡ／ｃｍ2 であっ
た。
担体の比表面積が1310ｍ2 ／ｇ、カーボンブラック粒径
が300 Å、層間距離（Ｃｏ／２）が3.60ÅでＤＢＰ吸油
量が500 ミリリットル／100 ｇである三菱油化株式会社
製易グラファイト性カーボンブラックケッチェンブラッ
クＥＣ600 ＪＤを使用したこと及び熱処理温度を700℃
としたこと以外は実施例１と同様にして、カソード及び
アノードを作製し、かつ燃料電池を構成した（白金担持
量：40重量％）。このカソードの白金粒径を測定したと
ころ、21Åであった。この燃料電池を60℃で作動させ、
0.9 Ｖ及び0.7 Ｖにおける電流密度を測定したところ、
それぞれ102 ｍＡ／ｃｍ2 及び970 ｍＡ／ｃｍ2 であっ
た。
【００１７】
【実施例３】カソード用担体として、前述の難グラファ
イト性カーボンブラックＡＢ−12を使用したこと以外は
実施例１と同様にして、カソード及びアノードを作製
し、かつ燃料電池を構成した（白金担持量：30重量
％）。このカソードの白金粒径を測定したところ、35Å
であった。この燃料電池を60℃で作動させ、0.9 Ｖ及び
0.7 Ｖにおける電流密度を測定したところ、それぞれ90
ｍＡ／ｃｍ2 及び860 ｍＡ／ｃｍ2 であった。
イト性カーボンブラックＡＢ−12を使用したこと以外は
実施例１と同様にして、カソード及びアノードを作製
し、かつ燃料電池を構成した（白金担持量：30重量
％）。このカソードの白金粒径を測定したところ、35Å
であった。この燃料電池を60℃で作動させ、0.9 Ｖ及び
0.7 Ｖにおける電流密度を測定したところ、それぞれ90
ｍＡ／ｃｍ2 及び860 ｍＡ／ｃｍ2 であった。
【００１８】
【比較例１】カソード用担体として、カーボンブラック
担体の比表面積が1500ｍ2 ／ｇ、カーボンブラック粒径
が150 Å、層間距離（Ｃｏ／２）が3.84ÅでＤＢＰ吸油
量が360 ミリリットル／100 ｇである三菱化成株式会社
製易グラファイト性カーボンブラックＭ−3950を使用し
たこと及び熱処理温度を480 ℃としたこと以外は実施例
１と同様にして、カソード及びアノードを作製し、かつ
燃料電池を構成した（白金担持量：20重量％）。このカ
ソードの白金粒径を測定したところ、15Åであった。こ
の燃料電池を60℃で作動させ、0.9 Ｖ及び0.7 Ｖにおけ
る電流密度を測定したところ、それぞれ48ｍＡ／ｃｍ2
及び350 ｍＡ／ｃｍ2 であった。
担体の比表面積が1500ｍ2 ／ｇ、カーボンブラック粒径
が150 Å、層間距離（Ｃｏ／２）が3.84ÅでＤＢＰ吸油
量が360 ミリリットル／100 ｇである三菱化成株式会社
製易グラファイト性カーボンブラックＭ−3950を使用し
たこと及び熱処理温度を480 ℃としたこと以外は実施例
１と同様にして、カソード及びアノードを作製し、かつ
燃料電池を構成した（白金担持量：20重量％）。このカ
ソードの白金粒径を測定したところ、15Åであった。こ
の燃料電池を60℃で作動させ、0.9 Ｖ及び0.7 Ｖにおけ
る電流密度を測定したところ、それぞれ48ｍＡ／ｃｍ2
及び350 ｍＡ／ｃｍ2 であった。
【００１９】
【比較例２】カソード用担体として、カーボンブラック
担体の比表面積が800 ｍ2 ／ｇ、カーボンブラック粒径
が300 Å、層間距離（Ｃｏ／２）が3.59ÅでＤＢＰ吸油
量が365 ミリリットル／100 ｇである三菱油化株式会社
製易グラファイト性カーボンブラックケッチェンブラッ
クＥＣを使用したこと及び熱処理温度を450 ℃としたこ
と以外は実施例１と同様にして、カソード及びアノード
を作製し、かつ燃料電池を構成した（白金担持量：20重
量％）。このカソードの白金粒径を測定したところ、18
Åであった。この燃料電池を60℃で作動させ、0.9 Ｖ及
び0.7 Ｖにおける電流密度を測定したところ、それぞれ
68ｍＡ／ｃｍ2 及び500 ｍＡ／ｃｍ2 であった。
担体の比表面積が800 ｍ2 ／ｇ、カーボンブラック粒径
が300 Å、層間距離（Ｃｏ／２）が3.59ÅでＤＢＰ吸油
量が365 ミリリットル／100 ｇである三菱油化株式会社
製易グラファイト性カーボンブラックケッチェンブラッ
クＥＣを使用したこと及び熱処理温度を450 ℃としたこ
と以外は実施例１と同様にして、カソード及びアノード
を作製し、かつ燃料電池を構成した（白金担持量：20重
量％）。このカソードの白金粒径を測定したところ、18
Åであった。この燃料電池を60℃で作動させ、0.9 Ｖ及
び0.7 Ｖにおける電流密度を測定したところ、それぞれ
68ｍＡ／ｃｍ2 及び500 ｍＡ／ｃｍ2 であった。
【００２０】
【比較例３】カソード用担体として、カーボンブラック
担体の比表面積が1120ｍ2 ／ｇ、カーボンブラック粒径
が220 Å、層間距離（Ｃｏ／２）が3.66ÅでＤＢＰ吸油
量が420 ミリリットル／100 ｇである電気化学工業株式
会社製難グラファイト性カーボンブラックＡＢ−７を使
用したこと及び熱処理温度を450 ℃としたこと以外は実
施例１と同様にして、カソード及びアノードを作製し、
かつ燃料電池を構成した（白金担持量：40重量％）。こ
のカソードの白金粒径を測定したところ、50Åであっ
た。この燃料電池を60℃で作動させ、0.9 Ｖ及び0.7 Ｖ
における電流密度を測定したところ、それぞれ46ｍＡ／
ｃｍ2 及び500 ｍＡ／ｃｍ2 であった。
担体の比表面積が1120ｍ2 ／ｇ、カーボンブラック粒径
が220 Å、層間距離（Ｃｏ／２）が3.66ÅでＤＢＰ吸油
量が420 ミリリットル／100 ｇである電気化学工業株式
会社製難グラファイト性カーボンブラックＡＢ−７を使
用したこと及び熱処理温度を450 ℃としたこと以外は実
施例１と同様にして、カソード及びアノードを作製し、
かつ燃料電池を構成した（白金担持量：40重量％）。こ
のカソードの白金粒径を測定したところ、50Åであっ
た。この燃料電池を60℃で作動させ、0.9 Ｖ及び0.7 Ｖ
における電流密度を測定したところ、それぞれ46ｍＡ／
ｃｍ2 及び500 ｍＡ／ｃｍ2 であった。
【００２１】実施例１〜３及び比較例１〜３で使用され
たカーボンブラックの物性等を表１に纏めた（なお易グ
ラファイト性カーボンブラックを易ＣＢと、難グラファ
イト性カーボンブラックを難ＣＢと略した）。
たカーボンブラックの物性等を表１に纏めた（なお易グ
ラファイト性カーボンブラックを易ＣＢと、難グラファ
イト性カーボンブラックを難ＣＢと略した）。
【００２２】
【表１】
【００２３】実施例１〜３と比較例１〜３を比較すると
分かるように、同じ種類の難グラファイト性又は易グラ
ファイト性カーボンブラックを担体として使用しても、
その物性特に比表面積と粒径が異なると得られる電流密
度に大きな差異が生ずる。例えば易グラファイト性カー
ボンブラックを担体として使用する場合、担体比表面積
が900 〜1500ｍ2 ／ｇで担体粒径が200 〜400 Åの場合
には（実施例１及び２）電流密度は0.9 Ｖで95〜102 ｍ
Ａ／ｃｍ2 と高いのに対し、比表面積の上限である1500
ｍ2 ／ｇに達すると（比較例１）取り出せる電流密度は
大きく減少する。同様に難グラファイト性カーボンブラ
ックを担体として使用する場合にも担体比表面積を250
〜350 ｍ2 ／ｇの範囲に維持すると（実施例３）高電流
密度を得ることができるのに対し、この比表面積の範囲
を超えると（比較例２及び３）、取り出せる電流密度は
大きく減少する。
分かるように、同じ種類の難グラファイト性又は易グラ
ファイト性カーボンブラックを担体として使用しても、
その物性特に比表面積と粒径が異なると得られる電流密
度に大きな差異が生ずる。例えば易グラファイト性カー
ボンブラックを担体として使用する場合、担体比表面積
が900 〜1500ｍ2 ／ｇで担体粒径が200 〜400 Åの場合
には（実施例１及び２）電流密度は0.9 Ｖで95〜102 ｍ
Ａ／ｃｍ2 と高いのに対し、比表面積の上限である1500
ｍ2 ／ｇに達すると（比較例１）取り出せる電流密度は
大きく減少する。同様に難グラファイト性カーボンブラ
ックを担体として使用する場合にも担体比表面積を250
〜350 ｍ2 ／ｇの範囲に維持すると（実施例３）高電流
密度を得ることができるのに対し、この比表面積の範囲
を超えると（比較例２及び３）、取り出せる電流密度は
大きく減少する。
【００２４】
【発明の効果】本発明は、難グラファイト性カーボンブ
ラック担体に白金又は白金合金触媒粒子を担持して成る
高分子固体電解質型燃料電池用触媒において、前記難グ
ラファイト性カーボンブラック担体の比表面積が250 〜
350 ｍ2 ／ｇ、粒径が150 〜350 Åであり、前記担体に
対する担持触媒量が20〜55重量％であることを特徴とす
る燃料電池用触媒であり、易グラファイト性の場合に
は、比表面積が900 〜1500ｍ2 ／ｇ、粒径が200 〜400
Å、前記担体に対する触媒担持量が20〜55重量％（請求
項２）となる。
ラック担体に白金又は白金合金触媒粒子を担持して成る
高分子固体電解質型燃料電池用触媒において、前記難グ
ラファイト性カーボンブラック担体の比表面積が250 〜
350 ｍ2 ／ｇ、粒径が150 〜350 Åであり、前記担体に
対する担持触媒量が20〜55重量％であることを特徴とす
る燃料電池用触媒であり、易グラファイト性の場合に
は、比表面積が900 〜1500ｍ2 ／ｇ、粒径が200 〜400
Å、前記担体に対する触媒担持量が20〜55重量％（請求
項２）となる。
【００２５】従来の難グラファイト性カーボンブラック
及び易グラファイト性カーボンブラック担体では、カー
ボンブラックの物性自体の活性等への影響は殆ど検討さ
れていない。本発明者が各カーボンブラックの物性、特
にその比表面積、粒径及び該カーボンブラックへの触媒
担持量について検討したところ、使用するカーボンブラ
ックの物性によって作製される高分子固体電解質型燃料
電池用触媒を用いて電極を形成した際の電極としての活
性が大きく変化することを見出した。従って本発明によ
ると、担体の物性を選択するという簡単な手法により、
電極触媒の活性を向上させることができるため、経済的
に高活性の燃料電池を提供できる。
及び易グラファイト性カーボンブラック担体では、カー
ボンブラックの物性自体の活性等への影響は殆ど検討さ
れていない。本発明者が各カーボンブラックの物性、特
にその比表面積、粒径及び該カーボンブラックへの触媒
担持量について検討したところ、使用するカーボンブラ
ックの物性によって作製される高分子固体電解質型燃料
電池用触媒を用いて電極を形成した際の電極としての活
性が大きく変化することを見出した。従って本発明によ
ると、担体の物性を選択するという簡単な手法により、
電極触媒の活性を向上させることができるため、経済的
に高活性の燃料電池を提供できる。
【００２６】又前記比表面積等以外にもカーボンブラッ
クの層間距離及びＤＢＰ吸油量も燃料電池電極触媒の活
性に影響を及ぼし、前者の層間距離は3.4 以上（請求項
３）、後者のＤＢＰ吸油量は200 〜650 ミリリットルと
すると、より以上の高活性を得ることができる。
クの層間距離及びＤＢＰ吸油量も燃料電池電極触媒の活
性に影響を及ぼし、前者の層間距離は3.4 以上（請求項
３）、後者のＤＢＰ吸油量は200 〜650 ミリリットルと
すると、より以上の高活性を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 391016716 ストンハルト・アソシエーツ・インコーポ レーテッド ＳＴＯＮＥＨＡＲＴ ＡＳＳＯＣＩＡＴＥ Ｓ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ アメリカ合衆国 06443 コネチカット州、 マジソン、コテッジ・ロード17、ピー・オ ー・ボックス1220 (72)発明者 山本 夕美 神奈川県平塚市新町２番73号 田中貴金属 工業株式会社技術開発センター内
Claims (4)
- 【請求項１】 難グラファイト性カーボンブラック担体
に白金又は白金合金触媒粒子を担持して成る燃料電池用
触媒において、前記難グラファイト性カーボンブラック
担体の比表面積が250 〜350 ｍ2 ／ｇ、粒径が150 〜35
0 Åであり、前記担体に対する担持触媒量が20〜55重量
％であることを特徴とする高分子固体電解質型燃料電池
用触媒。 - 【請求項２】 易グラファイト性カーボンブラック担体
に白金又は白金合金触媒粒子を担持して成る燃料電池用
触媒において、前記易グラファイト性カーボンブラック
担体の比表面積が900 〜1500ｍ2 ／ｇ、粒径が200 〜40
0 Åであり、前記担体に対する担持触媒量が20〜55重量
％であることを特徴とする高分子固体電解質型燃料電池
用触媒。 - 【請求項３】 カーボンブラックの層間距離が3.4 以上
である請求項２に記載の高分子固体電解質型燃料電池用
触媒。 - 【請求項４】 カーボンブラックのＤＢＰ吸油量が200
〜650 ミリリットルである請求項２又は３に記載の高分
子固体電解質型燃料電池用触媒。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6279865A JPH08117598A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 高分子固体電解質型燃料電池用触媒 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6279865A JPH08117598A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 高分子固体電解質型燃料電池用触媒 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08117598A true JPH08117598A (ja) | 1996-05-14 |
Family
ID=17617028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6279865A Pending JPH08117598A (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 高分子固体電解質型燃料電池用触媒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08117598A (ja) |
Cited By (19)
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-
1994
- 1994-10-19 JP JP6279865A patent/JPH08117598A/ja active Pending
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