JPH10334925A - Ｐｅｍ燃料電池の陽極のための白金担体触媒、その製造方法、ｐｅｍ燃料電池の陽極側のためのガス拡散電極、触媒により被覆されたプロトン伝導性重合体膜及びｐｅｍ燃料電池の陽極側のための膜電極ユニット - Google Patents

Ｐｅｍ燃料電池の陽極のための白金担体触媒、その製造方法、ｐｅｍ燃料電池の陽極側のためのガス拡散電極、触媒により被覆されたプロトン伝導性重合体膜及びｐｅｍ燃料電池の陽極側のための膜電極ユニット

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JPH10334925A
JPH10334925A JP10138130A JP13813098A JPH10334925A JP H10334925 A JPH10334925 A JP H10334925A JP 10138130 A JP10138130 A JP 10138130A JP 13813098 A JP13813098 A JP 13813098A JP H10334925 A JPH10334925 A JP H10334925A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 殊に１００ｐｐｍを越える一酸化炭素に対す
る改善された許容度を有する、貴金属即ち白金及びルテ
ニウムを微細な導電性の担体材料上に含有する、一酸化
炭素による被毒に対する良好な抵抗性を有するＰＥＭ燃
料電池の陽極のための白金担体触媒の提供。 【解決手段】 ２つの貴金属が相互に合金されておらず
かつ高分散された形で担体材料上に存在しており、この
際白金のクリスタリットの大きさは、２ｎｍ未満であり
かつルテニウムのクリスタリットの大きさは、１ｎｍ未
満である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一酸化炭素による
被毒に対して良好な抵抗性を有する、ＰＥＭ燃料電池の
陽極のための白金担体触媒に関する。該触媒は、微粒状
導電性担体材料上の貴金属即ち白金及びルテニウムを含
有している。該触媒は、特に、重合体電解質膜を有する
燃料電池の陽極触媒として適当である。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、原理的に、水素と酸素の反
応から得られたエネルギーが直接電気エネルギーに変換
される、ガスにより運転される電池である。本発明に
は、燃料電池のための触媒の製造、殊にＰＥＭ燃料電池
（ＰＥＭ＝重合体電解質膜）のための白金−及び白金合
金を基礎とする担体触媒の製造が記載されている。この
種の燃料電池は、その高いエネルギー密度及び頑丈さと
いう理由から、自動車分野での使用に対して、即ち電気
運転のための自動車への使用に対してますます重要にな
っている。
【０００３】燃料電池で運転される自動車の利点は、常
用の内燃機関と比較しての著しく僅かな放出物及び高い
効率にある。燃料ガスとして水素が使用される場合に
は、唯一の放出物として水が電池の陽極側に発生する。
これは、いわゆるＺＥＶ（ゼロ・エミッション・ヴィー
クル）のことである。しかしながら、水素は、現時点で
はなお高価であり、かつ貯蔵時及び自動車の燃料供給時
における問題を有している。上記の理由から、水素を直
接自動車の車体内でメタノールのリフォーミングによっ
て発生させる代替物は、ますます重要となっている。自
動車のタンク中に貯蔵されたメタノールは、スチームリ
フォーミング法で２００〜３００℃で、副成分として二
酸化炭素及び一酸化炭素を含有する水素豊富な燃料ガス
に変換される。シフト反応、優先酸化(preferential ox
idation)（ＰＲＯＸ）又は他の精製方法による一酸化炭
素の変換後に上記燃料ガスは、ＰＥＭ燃料電池の陽極側
に直接供給される。このリフォーメートガスは、理論上
は水素容量７５％及び二酸化炭素２５容量％からなる。
しかしながら、実際には該ガスは、なお窒素、酸素及
び、精製度に応じて一酸化炭素の変化する量（１容量％
まで）を含有している。
【０００４】ＰＥＭ燃料電池の陽極側及び陰極側での触
媒として白金−及び白金合金を基礎とする担体触媒は、
使用される。該触媒は、導電性担体材料（通常カーボン
ブラック又は黒鉛）上に析出されている微細な貴金属粒
子からなる。貴金属の含量は、１０〜４０重量％であ
り、導電性担体材料の含量は、相応して６０〜９０重量
％である。Ｘ線回折法（ＸＲＤ）によって測定された粒
子のクリスタリットの大きさは、約２〜１０ｎｍであ
る。
【０００５】これまでの白金触媒は、一酸化炭素による
被毒に対して著しく敏感であり、従って、陽極の触媒の
被毒による燃料電池の性能損失を回避するために燃料ガ
スのＣＯ含量は、１０ｐｐｍ未満に下げなければならな
い。このことは殊に、７０〜１００℃のその作業温度に
よってＣＯによる被毒に特に敏感であるＰＥＭ燃料電池
に該当する。
【０００６】本発明は、一酸化炭素による被毒に対して
高い抵抗を示す白金及びルテニウムを基礎とする担体触
媒の製造を内容とする。１００ｐｐｍを越えるＣＯ含量
は、可能であり、かつＰＥＭ燃料電池の顕著な性能損失
には至らない。ＰＥＭ燃料電池の陽極側へのこのような
新しい種類の触媒の使用によって、燃料ガスからの一酸
化炭素の除去に必要な工程段階数を減少させることがで
きる。このことは、装置経費の著しい減少、装置効率の
改善及び装置全体の縮小をもたらす。従ってこの新規の
触媒は、自動車分野におけるＰＥＭ燃料電池の導入にと
って著しく重要である。一酸化炭素による白金触媒の被
毒の問題は、かなり以前から知られている。ＣＯは、そ
の特殊な分子構造のために白金表面に吸着され、かつ従
って白金の触媒活性中心への燃料ガスの水素分子の到達
を阻止する。
【０００７】水の添加によって吸着された一酸化炭素
は、二酸化炭素へと酸化することができ、かつこの場合
には触媒表面から除去されうる。一酸化炭素による被毒
に対する白金触媒の許容度をルテニウムによる白金の合
金又はドーピングによって改善することも知られてい
る。
【０００８】L.W. Niedrach他（J. Electrochemical Te
chn. 5, 1967, 318頁）は、硫酸燃料電池のためのＣＯ
許容の陽極触媒としてのＰｔ／Ｒｕ触媒の使用を記載し
ている。この物質は、極めて特別な表面を有する微細な
Ｐｔ／Ｒｕ合金粒子からなる。該物質は、いわゆるアダ
ムス法(ADAMS process)によって溶融物の形で塩化白
金、ルテニウム及び硝酸ナトリウムから５００℃で製造
される。製造の際の高い温度によって上記触媒は、Ｐｔ
／Ｒｕ合金として存在する。該物質は、担体上に固定さ
れているのではなく、かつ従って担体触媒ではない。Ｐ
ＥＭ燃料電池への該物質の使用についても記載はない。
Ｐｔ／Ｒｕ担体触媒は、しばらく前から購入することも
できる。即ちＥＴＥＫ社、米国Massachusetts州、Natic
k、によってＰＥＭ燃料電池の場合の陽極触媒としての
使用のための相応する物質が提供されている。
【０００９】この物質は、貴金属の負荷５〜４０重量％
及びＰｔ／Ｒｕ原子比１：１を有するＰｔ／Ｒｕ合金触
媒である。この触媒は、均一の、ＸＲＤによって分析可
能な合金相(alloy phase)を有している。しかしなが
ら、該触媒は、殊に１００ｐｐｍを越える一酸化炭素濃
度及び燃料ガス中の酸素残留の場合には一酸化炭素に対
する不十分な許容度を示す。
【００１０】イワセ(M. Iwase)及びカワツ(S. Kawatsu)
の最近の論文にてＣＯ許容の陽極触媒について報告され
ている（M. Iwase及びS. Kawatsu, Electrochemical So
ciety Proceedings, 第９５〜２３巻, １２頁）。この
論文の場合には、合金形成のための特殊なアニーリング
工程によって製造されたＰｔ／Ｒｕ合金触媒を用いて最
良の結果が達成されている。電流密度０．４Ａ／ｃｍ2
の場合の電圧降下は、ＣＯ含量１００ｐｐｍの場合に、
それにも拘わらずなお約２００ｍＶであった。これは、
実際の運転にはなお高すぎる。これに対して非合金Ｐｔ
／Ｒｕ系を用いて、さらに不良な結果が得られ、その結
果、この記述に基づいて、合金Ｐｔ／Ｒｕ担体触媒のみ
が、ＰＥＭ燃料電池の場合のＣＯ許容度についての最良
の結果をもたらすということから出発しなければならな
い。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、一酸
化炭素、殊に１００ｐｐｍを越える含量の場合、に対す
る改善された許容度を有する担体触媒を提供することで
ある。この触媒は、一酸化炭素含有、窒素含有及び酸素
含有の燃料ガスを用いた運転に適当でなければならず、
かつ高い電流密度でのできるだけ僅かな電圧降下を示さ
なければならない。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題は、貴金属即ち
白金及びルテニウムを微細な導電性の担体材料上に含有
する、一酸化炭素による被毒に対する良好な抵抗性を有
するＰＥＭ燃料電池の陽極のための白金担体触媒によっ
て解決される。該触媒は、２つの貴金属が相互に合金さ
れていないことを特徴とする。該貴金属は、むしろ高分
散された形で担体材料上に存在しており、この際白金の
クリスタリットの大きさは、２ｎｍ未満でありかつルテ
ニウムのクリスタリットの大きさは、１ｎｍ未満であ
る。
【００１３】意外にも、本発明によれば、合金形成を抑
制する特殊な方法で製造された非合金Ｐｔ／Ｒｕ担体触
媒は、ＣＯ１５０ｐｐｍまでの濃度に対して著しく良好
なＣＯ許容度を示す。
【００１４】触媒の改善されたＣＯ許容度の原因は、ま
だ完全には解明されていない。１つの可能な説明は、Ｃ
Ｏ酸化の速度一定の段階がＲｕ表面の酸素との反応では
なく、触媒表面上でのＣＯの拡散であるということであ
る。Ｐｔ−クリスタリットとＲｕ−クリスタリットの距
離が小さい場合、即ち２つの金属間に高い分散性が存在
する場合には、ＣＯの拡散は、迅速に行なうことができ
る。このことによって触媒の酸化性質は、有利に影響を
及ぼされる。
【００１５】これに対して、２つの金属の合金形成の場
合には格子点の交換が起こり、このことによってルテニ
ウムの部分がもはや粒子表面で利用することができな
い。
【００１６】本発明によるＰｔ／Ｒｕ担体触媒の製造方
法は、貴金属の合金形成を回避すること及び同時に高い
分散性を達成することに特別に適応している。
【００１７】担体材料上への白金及びルテニウムの析出
のために担体材料は、先ず水中に分散される。この分散
液に貴金属即ち白金及び／又はルテニウムの前駆物質化
合物の水溶液が添加され、かつ担体材料と貴金属溶液か
らなる分散液のｐＨ値は、アルカリ溶液の添加によって
７〜９の値に調整される。その上、分散液の温度は、貴
金属化合物の添加の前又は後に５０〜８０℃の一定温度
に高められる。引き続き、白金及び／又はルテニウム
は、還元剤を用いた還元によって完全に担体材料上に析
出され、このようにして得られた触媒は、濾別され、洗
浄されかつ乾燥される。
【００１８】高められた温度でのアニーリング工程、例
えば合金の生成のために使用される高められた温度での
アニーリング工程は、回避される。温度及び乾燥として
は最大２００℃までの温度での真空乾燥は、有効であ
る。
【００１９】上記の２つの貴金属は、同時にか又は逐次
任意の順序で担体材料上に析出することができる。逐次
の析出が選択された場合には、第２の貴金属は、触媒の
乾燥前に第１の貴金属の場合と同様にして担体材料上に
析出される。
【００２０】還元剤として有利にアルデヒド基を有する
還元剤、例えばホルムアルデヒド又はギ酸ナトリウム
は、使用される。
【００２１】導電性担体材料として、比表面積（ＢＥ
Ｔ）約４０〜１５００ｍ2／ｇを有するカーボンブラッ
ク、黒鉛化カーボンブラック、黒鉛又は活性炭は、使用
される。貴金属の析出は、水溶液からの相応する白金塩
及びルテニウム塩の化学的還元によって行なわれる。こ
の場合には塩素含有の出発化合物、例えばヘキサクロロ
白金酸及び塩化ルテニウムならびに塩素不含の化合物、
例えば硝酸白金、重亜硫酸白金又はルテニウムニトロシ
ルニトレートは、使用することができる。白金及びルテ
ニウムの含量は、１０〜４０重量％であり、導電性担体
材料の含量は、６０〜９０重量％である。白金／ルテニ
ウムの原子比は、１：４〜４：１、有利に１：１〜２：
１である。
【００２２】本発明による触媒は、ＰＥＭ燃料電池のた
めの種々の構成要素の製造に使用することができる。こ
のような構成要素の例は、図１〜３に示されている：図
１は、撥水処理された導電性支持体材料上の多孔質触媒
層からなるガス拡散電極を示す断面図である。
【００２３】図２は、触媒層で被覆されたプロトン伝導
性重合体膜を示す断面図である。
【００２４】図３は、ＰＥＭ燃料電池のための膜電極ユ
ニット示す断面図である。
【００２５】図１は、触媒を有する、いわゆるガス拡散
電極を示している。該電極は、触媒（１）の多孔質層が
施与されている撥水処理された導電性支持体材料（２）
（例えば撥水処理されたカーボン紙）からなる。
【００２６】上記ガス拡散電極を用いて、重合体膜
（４）の両側でこのようなガス拡散電極と接触させるこ
とによって、図３に示されたＰＥＭ燃料電池のための膜
電極ユニットを組み立てることができる。この場合には
陽極側に、本発明による触媒（１）を含有しているガス
拡散電極が使用される。陰極側で、陰極触媒（３）を有
するガス拡散電極は、膜に取り付けられている。
【００２７】これとは別に、重合体膜は、分離したガス
拡散電極の製造による中間段階なしでも、図２に示され
いるとおり、ガス拡散電極で被覆することができる。こ
の場合には第１の段階の際に重合体膜（４）は、両側に
触媒層（１、３）が備えられ、これら触媒層のうちの１
つが本発明による陽極触媒（１）を有している。撥水処
理されたカーボン紙との触媒層との接触によって、これ
から完全な膜電極ユニットが得られる。
【００２８】下記の例の本発明による触媒は、Ｘ線分光
法（ＸＲＤ）及び分析学によって特性決定された。引き
続き、該触媒は、ガス拡散電極及び膜電極ユニット（Ｍ
ＥＵ）に加工され、この際触媒は、ＭＥＵの陽極側に使
用された。
【００２９】ＣＯ許容度の測定は、セル面積２５ｃｍ2
を有するＰＥＭ燃料電池の形で行なわれた。陽極燃料ガ
スとして、水素５０〜６０容量％、窒素１０〜１５容量
％、二酸化炭素２０〜２５容量％及び酸素０〜５容量％
の組成の擬似メタノールリフォーメートガスは、使用さ
れた。一定量のＣＯの供給後に生じる電圧降下ΔＵ（ｍ
Ｖ）は、触媒のＣＯ許容度についての尺度である。この
電圧降下が小さければ小さいほど、触媒のＣＯ許容度は
良好である。本発明による触媒は、通常、市販の触媒の
比較値より５０％まで良好であるΔＵ値を示す。
【００３０】次に、本発明を例につき詳説する。
【００３１】
【実施例】
例 １ 本発明によるＰｔ／Ｒｕ担体触媒 脱イオン水２０００ｍｌ中のカーボンブラック即ちバル
カンＸＣ７２(VulcanXC 72)（残留湿分１．３９重量
％）８１．１ｇの懸濁液に十分に撹拌しながら室温で１
０分間、脱イオン水２００ｍｌ中のヘキサクロロ白金酸
５２．７ｇ（白金２５重量％）及び塩化ルテニウム(II
I)溶液４８．４ｇ（ルテニウム１４重量％）の溶液を添
加する。この混合物を８０℃に加熱し、かつ苛性ソーダ
液を用いてｐＨ値８．５に調整する。ホルムアルデヒド
水溶液２７．２ｍｌ（３７重量％）を添加した後に濾別
し、湿ったフィルターケークを脱イオン水２０００ｍｌ
で洗浄し、かつ８０℃で真空乾燥庫中で乾燥する。
【００３２】触媒の分析データは、次のとおりである： Ｐｔ含量： １３．１８重量％ Ｒｕ含量： ６．８２重量％ 原子比Ｐｔ／Ｒｕ： １：１。
【００３３】触媒をＸＲＤによって特性決定した。白金
の（１１０）反射がほぼ２θ＝４０゜で得られる。合金
形成を示唆しうる反射のずれは、検出されない。これに
対してルテニウムの（１１１）反射は、２θ＝４４゜で
顕著に視覚可能である。
【００３４】白金のクリスタリットの大きさは、約１．
５ｎｍであり、ルテニウムのクリスタリットの大きさ
は、１ｎｍ未満である。
【００３５】触媒をナフィオン(NAFION(登録商標))の溶
液の使用下にインキに加工し、かつこの形で撥水処理さ
れた導電性カーボン紙（東レ、TGC 90）に施与する。被
覆は、１ｃｍ2あたり貴金属０．１６ｍｇである。この
ようにして得られた陽極は、イオン伝導膜（Nafion(登
録商標) 117）及び陰極電極（被覆 白金０．３ｍｇ／
ｃｍ2）とともに熱間圧縮しかつこのようにして膜電極
ユニット（ＭＥＵ）を製造する。
【００３６】測定をＰＥＭ単セル(single cell)（加圧
せず、温度７５℃）の形で行ない、この際電流密度０．
５Ａ／ｃｍ2に調整する。
【００３７】燃料ガスへのＣＯ１００ｐｐｍないしは１
２０ｐｐｍの供給後に生じる電圧降下ΔＵは、触媒のＣ
Ｏ許容度についての尺度として参照する。
【００３８】結果： 燃料ガス組成： Ｈ2 ５８容量％； Ｎ2 １５容量％ ＣＯ2 ２４容量％、 Ｏ2 ３容量％ ＣＯ濃度： １００ｐｐｍ 電圧降下（ΔＵ）： ４１ｍＶ ＣＯ濃度： １２０ｐｐｍ 電圧降下（ΔＵ）： ７２ｍＶ。
【００３９】電圧降下ΔＵについての値は、比較例１の
比較電極の場合よりほぼ２分の１低い。このことは、触
媒の改善されたＣＯ許容度を示している。
【００４０】例 ２ 本発明によるＰｔ／Ｒｕ担体触媒 脱イオン水２０００ｍｌ中のバルカンＸＣ７２（残留湿
分０．８重量％）８１．１ｇの懸濁液に十分に撹拌しな
がら室温で１０分間、脱イオン水２００ｍｌ中の硝酸白
金４３．２ｇ（Ｐｔ３０．５重量％）及びルテニウム−
ニトロシルニトレート溶液３４．１ｇ（Ｒｕ２０重量
％）の溶液を添加する。この混合物を８０℃に加熱し、
かつ苛性ソーダ液を用いてｐＨ値８．５に調整する。ホ
ルムアルデヒド水溶液２７．２ｍｌ（３７重量％）を添
加した後に濾別し、湿ったフィルターケークを脱イオン
水２０００ｍｌで洗浄し、かつ触媒を１００℃で真空乾
燥庫中で乾燥する。
【００４１】分析データ： Ｐｔ含量： １３．１８重量％ Ｒｕ含量： ６．８２重量％ 原子比Ｐｔ／Ｒｕ： １：１ Ｐｔ−クリスタリットの大きさ（ＸＲＤ） ＜１．５ｎ
ｍ Ｒｕ−クリスタリットの大きさ（ＸＲＤ） ＜１ｎｍ。
【００４２】この場合にも触媒のＸ線分析は、非合金系
の存在を示している。
【００４３】触媒を、例１に記載されているとおりに、
ガス拡散電極及び膜電極ユニットに加工し、かつＰＥＭ
燃料電池の形で同一条件下で測定する。燃料ガスの組成
は、例１に一致する。
【００４４】結果： ＣＯ濃度： １００ｐｐｍ 電圧降下（ΔＵ）： ４０ｍＶ ＣＯ濃度： １２０ｐｐｍ 電圧降下（ΔＵ）： ６７ｍＶ。
【００４５】この場合にも、比較例１と比較して本発明
による触媒の改善されたＣＯ許容度が示されている。
【００４６】例 ３ 本発明によるＰｔ／Ｒｕ担体触媒 脱イオン水１５００ｍｌ中のバルカンＸＣ７２（残留湿
分１．６重量％）４０．６５ｇの懸濁液に８０℃で、脱
イオン水１００ｍｌ中の硝酸白金溶液２６．５ｇ（３０
重量％）の溶液を添加し、かつ苛性ソーダ液を用いてｐ
Ｈ値８に調整する。ホルムアルデヒド水溶液１０．８ｍ
ｌ（３７重量％）を添加した後に濾別し、湿ったフィル
ターケークを脱イオン水３０００ｍｌで洗浄する。
【００４７】この湿った触媒を改めて脱イオン水１００
０ｍｌ中に懸濁し、かつ脱イオン水１００ｍｌ中のルテ
ニウムニトロシルニトレート溶液３０ｇ（Ｒｕ６．８６
重量％）を室温で添加する。８０℃に加熱した後に苛性
ソーダ液を用いてｐＨ値７に調整する。反応溶液を濾別
した後に、湿ったフィルターケークを脱イオン水１００
０ｍｌで洗浄しかつ８０℃で真空中で乾燥する。
【００４８】分析データ： Ｐｔ含量： １５．９重量％ Ｒｕ含量： ４．１重量％ 原子比Ｐｔ／Ｒｕ： ２：１ Ｐｔ−クリスタリットの大きさ（ＸＲＤ） １．８ｎｍ Ｒｕ−クリスタリットの大きさ（ＸＲＤ） ＜１ｎｍ。
【００４９】Ｘ線分析によれば非合金Ｐｔ／Ｒｕ系が存
在する。触媒を前記実施例の場合と同様にしてＭＥＵに
加工し、かつＰＥＭ燃料電池の形でそのＣＯ許容度につ
いて検査する。
【００５０】結果： ＣＯ濃度： １００ｐｐｍ 電圧降下（ΔＵ）： ４５ｍＶ ＣＯ濃度： １２０ｐｐｍ 電圧降下（ΔＵ）： ８９ｍＶ。
【００５１】この場合にも、比較例１と比較して改善さ
れたＣＯ許容度が示されている。
【００５２】比較例 １ 比較試験のために市販のＰｔ／Ｒｕ担体触媒（ＥＭ含量
２０重量％、Ｐｔ／Ｒｕ原子比１：１）を使用する。該
触媒は、当該分野での公知技術水準を代表する。
【００５３】上記物質へのＸ線分析は、合金Ｐｔ／Ｒｕ
系の存在を明らかに証明している。Ｐｔ（１、１、１）
反射のずれが得られ、このことは、Ｐｔ中のＲｕの固溶
体を示唆しており、純粋Ｒｕの相応する反射は、存在し
ていない。Ｐｔ／Ｒｕ−クリスタリットのクリスタリッ
トの大きさ（ＸＲＤ）は、２．７ｎｍである。
【００５４】触媒をナフィオンの溶液の使用下にインキ
に加工し、かつこの形で撥水処理された導電性カーボン
紙（東レ、TGC 90）に施与する。被覆は、貴金属０．１
８ｍｇ／ｃｍ2である。
【００５５】引き続き、陽極としての上記の電極は、イ
オン伝導膜（NAFION(登録商標) 117）及び陰極電極（被
覆 Ｐｔ０．３ｍｇ／ｃｍ2）とともに熱間圧縮しかつ
このようにして膜電極ユニット（ＭＥＵ）を製造する。
測定をＰＥＭ単セル（加圧せず、温度７５℃）の形で行
ない、この際電流密度０．５Ａ／ｃｍ2に調整する。
【００５６】結果： 燃料ガス組成： Ｈ2 ５７容量％； Ｎ2 １５容量％ ＣＯ2 ２５容量％、 Ｏ2 ３容量％ ＣＯ濃度： １００ｐｐｍ 電圧降下（ΔＵ）： ８０ｍＶ ＣＯ濃度： １２０ｐｐｍ 電圧降下（ΔＵ）： １２８ｍＶ。
【００５７】ＣＯの添加の場合の電圧降下ΔＵについて
の値は、本発明による触媒の場合よりほぼ２倍大きい。
殊に１００ｐｐｍを越えるＣＯ濃度の場合の新規の触媒
の卓越性を示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】撥水処理された導電性支持体材料上の多孔質触
媒層からなるガス拡散電極を示す断面図である。
【図２】触媒層で被覆されたプロトン伝導性重合体膜を
示す断面図である。
【図３】ＰＥＭ燃料電池のための膜電極ユニット示す断
面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス レーマン ドイツ連邦共和国 ランゲンゼルボルト シュペッサールトシュトラーセ 47 (72)発明者 カール−アントン シュタルツ ドイツ連邦共和国 ローデンバッハ アド ルフ−ライヒヴァイン−シュトラーセ 12 (72)発明者 ロベルト シュヴァルツ ドイツ連邦共和国 ローデンバッハ リメ スシュトラーセ ９ (72)発明者 ウード シュテンケ ドイツ連邦共和国 マイナシャフ ティル ジッター シュトラーセ ３ (54)【発明の名称】 ＰＥＭ燃料電池の陽極のための白金担体触媒、その製造方法、ＰＥＭ燃料電池の陽極側のための ガス拡散電極、触媒により被覆されたプロトン伝導性重合体膜及びＰＥＭ燃料電池の陽極側のた めの膜電極ユニット

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 貴金属即ち白金及びルテニウムを微細な
    導電性の担体材料上に含有する、一酸化炭素による被毒
    に対する良好な抵抗性を有するＰＥＭ燃料電池の陽極の
    ための白金担体触媒において、２つの貴金属が相互に合
    金されておらずかつ高分散された形で担体材料上に存在
    しており、この際白金のクリスタリットの大きさは、２
    ｎｍ未満でありかつルテニウムのクリスタリットの大き
    さは、１ｎｍ未満であることを特徴とする、ＰＥＭ燃料
    電池の陽極のための白金担体触媒。
  2. 【請求項２】 白金／ルテニウムの原子比が１：４〜
    ４：１である、請求項１記載の担体触媒。
  3. 【請求項３】 導電性担体材料がカーボンブラック、黒
    鉛化カーボンブラック、黒鉛又は活性炭からなる、請求
    項１記載の担体触媒。
  4. 【請求項４】 白金及びルテニウムの含量が１０〜４０
    重量％でありかつ導電性担体材料の含量が６０〜９０重
    量％である、請求項１記載の担体触媒。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の担体触媒の製造方法にお
    いて、導電性担体材料を水中に懸濁し、この懸濁液に貴
    金属即ち白金及び／又はルテニウムの溶性化合物の水溶
    液を添加し、かつ該懸濁液のｐＨ値をアルカリ溶液の添
    加によって７〜９に上昇させ、引き続き、白金及び／又
    はルテニウムを還元剤を用いた還元によって完全に担体
    材料上に析出し、このようにして得られた触媒を、濾別
    し、洗浄し、場合により第２の貴金属を同様にして担体
    材料上に析出し、かつ引き続き、白金／ルテニウム触媒
    を温度２００℃以下で乾燥することを特徴とする、ＰＥ
    Ｍ燃料電池の陽極のための白金担体触媒の製造方法。
  6. 【請求項６】 懸濁液の温度を貴金属化合物の添加の前
    又は後に５０〜８０℃の一定温度に高め、かつこの温度
    で支持体材料上への貴金属の析出を行なう、請求項５記
    載の方法。
  7. 【請求項７】 アルデヒド基を有する還元剤を使用す
    る、請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 撥水処理された導電性支持体上の多孔質
    触媒層を有する、ＰＥＭ燃料電池の陽極側のためのガス
    拡散電極において、請求項１記載の白金担体触媒を含有
    していることを特徴とする、ＰＥＭ燃料電池の陽極側の
    ためのガス拡散電極。
  9. 【請求項９】 ＰＥＭ燃料電池のための触媒により被覆
    された水素イオン伝導性重合体膜において、陽極側の触
    媒層が請求項１記載の白金担体触媒を含有していること
    を特徴とする、ＰＥＭ燃料電池のための触媒により被覆
    された水素イオン伝導性重合体膜。
  10. 【請求項１０】 陽極側及び陰極側の両方に施与された
    水素イオン伝導性重合体膜及びガス拡散電極を有する、
    ＰＥＭ燃料電池のための膜電極ユニットにおいて、陽極
    側の触媒層が請求項１記載の白金担体触媒を含有してい
    ることを特徴とする、ＰＥＭ燃料電池のための膜電極ユ
    ニット。
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