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JPS6347115B2 - - Google Patents
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JPS6347115B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6347115B2
JPS6347115B2 JP56091606A JP9160681A JPS6347115B2 JP S6347115 B2 JPS6347115 B2 JP S6347115B2 JP 56091606 A JP56091606 A JP 56091606A JP 9160681 A JP9160681 A JP 9160681A JP S6347115 B2 JPS6347115 B2 JP S6347115B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
platinum
noble metal
water
fuel cell
Prior art date
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Expired
Application number
JP56091606A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS57208072A (en
Inventor
Seiji Takeuchi
Shinpei Matsuda
Kenzo Ishii
Toshiki Kahara
Jinichi Imahashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP56091606A priority Critical patent/JPS57208072A/en
Publication of JPS57208072A publication Critical patent/JPS57208072A/en
Publication of JPS6347115B2 publication Critical patent/JPS6347115B2/ja
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96Carbon-based electrodes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Inert Electrodes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、燃料電池用の電極の製造方法に係
り、特に、貴金属微粒子を炭素粉体上に沈着させ
た電極触媒から、燃料電池の電極を製造する方法
に関する。 一般に白金触媒の触媒活性は、白金粒子を微細
化し担体上に均一に分散させることにより増大
し、また、担体上に白金粒子を一様に沈着させる
ことにより、白金の使用量も低減することができ
ることが知られている。 白金触媒を調製する方法は、従来から多数知ら
れており、一般的には活性炭又はカーボンブラツ
クに白金含有溶液を含浸させ、これを化学薬品等
による湿式還元あるいは還元ガスによる乾式法に
より担体上に白金粒子を析出させる方法がある。 最近では、ヘンリー・ジ・ペトロウ(特開昭51
−88478号)が亜硫酸プラチナ錯塩を形成させ、
その後酸化処理することにより、微細な白金粒子
を担体上に沈着させている。また、ヴイノツド・
モチラル・ジヤラン(特開昭54−92588号)が二
チオン酸ナトリウムと過酸化水素を用いて塩化白
金酸溶液から炭素担体上に50Å以下の白金粒子を
沈着させることが可能であることを開示してい
る。更には、フレツド・スタンレイ・ケンプは
(特開昭50−56545号)、炭素粉体に白金ジアミド
亜硝酸塩を含浸し熱分解することにより、20Å程
度の白金粒子を炭素担体上に沈着させている。 一方、ポリビニルアルコール(以下PVAと略
記する)等を保護コロイドとして、コロイド白金
の分散液を調製する方法は、古くはノード
(Nord)らの報告〔ジヤーナル オブ ジ アメ
リカン ソサイエテイ(J.Am.Chem.Soc.)第63
巻2745頁以下(1941)〕があり、最近では中尾幸
道、平井英史による解説〔「表面」第17巻4号、
279〜289頁(1979)〕によつて開示されている。 しかしながら、前者においては複雑な工程を要
したり、担体によつては白金粒子の担体への沈着
率が悪いという欠点がある。また後者について
は、担体の表面状態(ゼータポテンシヤルに関係
する)と保護コロイドとの関係が明確でなく、炭
素担体が共存した場合、担体に沈着する白金粒子
の分散性及び担体への沈着する度合に関しては全
く開示されていない。 本発明の目的は、炭素担体の表面状態と、保護
コロイドの種類及び添加量を変化させることによ
り、担体上に10〜30Åの貴金属微粒子を均一に分
散担持させた電極触媒を調製し、それと、はつ水
剤及び水、更に場合により炭素繊維とを混合し、
その混合物を導電性多孔質基材に塗布して成型さ
れた電極を焼成することにより、性能の良い燃料
電池用電極を得る点にある。 すなわち、本発明を概説すれば、本発明は、貴
金属イオン又はその錯イオン、保護コロイド及び
炭素粉体を含有する水溶液に、還元剤を作用させ
て、該炭素粉体上に貴金属微粒子を沈着させるこ
とにより電極触媒を造る工程、該電極触媒を、は
つ水剤及び水、更に場合により炭素繊維とを混合
する工程、得られた混合物を、導電性多孔質基材
に塗布する工程、及び得られた成型体を焼成する
工程の各工程を包含することを特徴とする、燃料
電池の電極を製造する方法に関する。 以下、本発明を、工程ごとに詳細に説明する。 本発明で使用する貴金属は、周期律表第8族貴
金属の一種又はそれらの混合物が好ましいが、中
でも普通、白金が好適であるので、以下、白金を
代表例として説明するが、白金に限定されない。 燃料電池の電極触媒として用いられる白金触媒
の白金担持量は、一般に0.1〜20重量%であり、
電極の単位面積当たりの白金量と電池性能との関
係からすると、1〜10重量%が望ましい。 このような白金担持量において、白金が微細且
つ一様に分散したものを得るには、還元剤の種
類、及び保護コロイドと白金の重量比率に注意を
払わねばならない。 還元剤には、種々のものを使用することができ
る。しかし、アルコール又はエーテルが望まし
く、なかでもメタノールが最も望ましい。担体上
に沈着される貴金属粒子の粒径及び粒度分布は、
還元剤の種類によつて変化するが、還元剤にアル
コール、特にメタノールを用いることにより、貴
金属粒子の粒径はきわめて小さくなり、また粒度
分布も狭いものになる。 アルコール又はエーテルには、前記メタノール
のほかに、エタノール、イソプロピルアルコー
ル、2―メトキシエタノール及び1,2―ジメト
キシエタンから選ばれたものを使用することがで
きる。 保護コロイドとしては、親水性高分子化合物が
望ましい。担体上に沈着される貴金属粒子ははつ
水性であり、水中では互いに凝集しやすい。そこ
で貴金属粒子の凝集を防ぎ、分散状態を良くする
ために、保護コロイドを用い、保護コロイドとし
て親水性の高分子化合物を使用するのが最適であ
る。これらは、貴金属粒子の表面に吸着し、凝集
を防止する。 親水性高分子化合物の例としては、PVA、ポ
リメチルビニルエーテル、ポリビニルピロリド
ン、ポリメチルメタクリレート、アルキルフエノ
ールのエチレンオキシド重付加物、ゼラチン及び
アラビアゴム等がある。 担体の材料は、黒鉛、アセチレンブラツク、カ
ーボンブラツク及び活性炭などのように炭素を用
いる。また粉体である必要がある。炭素粉体を用
いることによつて、貴金属粒子の微細且つ均一分
散が達成できる。 本発明における電極触媒の調製工程において、
最も重要なことは、担体―還元剤―保護コロイド
―白金塩の混合系における、還元剤の種類及び濃
度、あるいは保護コロイドと白金重量比によつて
担体に沈着する白金粒子の大きさと分散性は著し
く異なることである。このことは、以下の実験事
実で説明することができる。すなわち、液相で還
元されて生成する白金粒子は、疎水性であり保護
コロイドがない場合、白金粒子はその疎水的引力
により互いに凝集し、粒子の成長が起こる。この
場合、液相に保護コロイドが存在すると、白金粒
子は親水性高分子化合物の表面に吸着し、白金粒
子の表面が親水基で覆われるため凝集しなくな
る。 本発明による電極触媒調製の代表的な例、すな
わちアセチレンブラツク担体上に白金を10重量%
担持させる場合について説明すると、還元剤とし
て(1:1)の水−メタノールを用いた場合、保
護コロイドがない場合、担体上の白金粒子の粒子
径は数百〜数千Åにもなる。しかしながら、保護
コロイドとしてPVAを用いた場合には、PVA/
Ptの重量比を1.0程度にすれば、白金粒子の一次
粒子の径は10〜30Åになり、これが数十個程度の
集落で担体上に一様に分散されるようになる。更
にPVA/Ptの重量比を増大すると担体上の白金
粒子の一次粒子の大きさは変らないが、その集落
の個数は数個程度と分散性は大幅に向上するが、
白金粒子は担体上に定量的に沈着しなくなり、且
つ電極触媒調製後の固―液分離が難しくなる。ま
たPVA/Ptの重量比が1より小さくなると白金
の一次粒子の集落の個数は多くなり、その集落も
担体上に偏差するようになる。PVA/Pt比をか
えて調製したときの電極触媒の担体上の白金粒子
の電子顕微鏡写真においては、一次粒子が10〜30
Åの集合体であるのがうかがわれる。更には、
PVAの添加量を増すと一次粒子の集落の個数が
少なくなり分散性が向上するのがみられる。しか
しながら、PVA量の増大は前述の問題点を有す
るので注意を要する。 したがつて、PVAの比率を増加させずに、全
体の液量を増加させることが望まれる。 本発明の電極触媒調製工程においては、使用す
る保護コロイドの種類によつて、得られた炭素粉
体担持貴金属触媒を熱処理するのが好ましい場合
がある。もちろん、保護コロイドの種類によつて
は、この熱処理を、全く必要としない。この熱処
理は、貴金属粒子表面に存在する保護コロイドを
熱分解するためのものである。 熱処理は、酸化ガス、還元ガス又は不活性なガ
スの雰囲気で行うことができる。熱処理温度は、
酸化ガス雰囲気の場合は50〜350℃が望ましく、
還元ガス及び不活性ガス雰囲気の場合は50〜1000
℃が望ましい。酸化ガスと還元ガスの雰囲気を交
互に繰返して熱処理したときに、最も良好な触媒
活性が得られる。 次に、上記のようにして得られた電極触媒と水
との混合工程について説明する。 はつ水剤は、結着性とはつ水性をもたせるため
に使用する。はつ水剤としては、テフロンデイス
パージヨンを使用するのが好適である。 また、炭素繊維は、触媒層の機械的強度の向上
に役立つ。 そして、これらを混合するには、全体をなじま
せるために、混和剤を使用するのが好ましく、そ
の例には、アルコール、表面活性剤等がある。 成型工程で使用する、導電性多孔質基材は、常
用のものでよく、カーボン・ペーパーが好適であ
る。 焼成は、空気中、又は不活性ガス雰囲気、例え
ば窒素中のいずれで行つてもよく、310〜340℃に
おける焼成で最良の結果が得られた。 以下には、本発明により電極触媒を調製し、こ
れを用いて電極を形成し、焼成して得られた電極
の標準水素極に対する空気極としての性能につい
て記述する。 なお、実施例1〜4、及び比較例1は、電極触
媒の製造について例証したものである。 実施例 1 メタノール250mlに水225mlを混合した溶液に、
市販のPVAを1.0g溶解させた。これに20mgPt/
ml含有する塩化白金酸溶液25mlを加え、次いで市
販のアセチレンブラツク5.0gを加えた。これを
還流冷却器付丸底フラスコに移し、強くかくはん
しながら約70℃で還流加熱した。反応開始後約4
時間で溶液中の白金の99%以上がアセチレンブラ
ツク上に沈着し、アセチレンブラツク担持白金触
媒が得られた。 この触媒を水洗、乾燥し、電子顕微鏡写真によ
つて観察したところ、10〜30Åの白金の一次粒子
が十数個集落を形成し、担体上に一様に分散して
いるのが確認された。 実施例 2 イソプロピルアルコール250mlに水225mlを混合
した溶液に、市販のPVAを1.0g溶解させた。こ
れに20mgPt/ml含有する塩化白金酸溶液25mlを
加え、次いで市販のアセチレンブラツク5.0gを
加えた。これを強くかくはんしながら約70℃で還
流加熱した。反応開始後約4時間で溶液中の白金
の99%以上がアセチレンブラツク担体上に沈着し
た。実施例1と同様に観察したところ、10〜30Å
の白金の一次粒子が20個程度で集落を形成し、担
体上に一様に分散しているのが確認された。 実施例 3 メタノール250mlに水175mlを混合した溶液に、
オクチルフエノキシエトキシエタノール(商品名
トリトンToriton X―100)の10重量%水溶液50
mlを加え、更に20mgPt/ml含有する塩化白金酸
溶液25mlを加え、次いで市販のアセチレンブラツ
ク5.0gを加えた。これを強くかくはんしながら
約70℃で還流加熱した。反応開始後約4時間で溶
液中の白金の99%以上がアセチレンブラツク担体
上に沈着した。実施例1と同様に観察したとこ
ろ、10〜30Åの白金の一次粒子が数個程度で集落
を形成し、担体上に一様に分散しているのが確認
された。 実施例 4 メタノール250mlに水220mlを混合した溶液に
PVAを1.0g溶解した。これに20mgPt/ml含有す
る塩化白金酸25mlと10mgAu/ml含有する塩化金
溶液5mlを加え、次いでアセチレンブラツク5.0
gを加えた。これを強くかくはんしながら約70℃
で還流加熱した。反応開始後約4時間で溶液中の
白金と金の99%以上がアセチレンブラツク担体上
に沈着した。実施例1と同様に観察したところ、
10〜30Åの白金の一次粒子が十数個集落を形成
し、それらの間に金の粒子と推定される15Å程度
の粒子が集落を形成しないで担体上に一様に分散
しているのが確認された。 比較例 1 メタノール250mlに水225mlを混合した溶液に20
mgPt/ml含有する塩化白金酸溶液25mlを加え、
次いでアセチレンブラツク5.0gを加え、強くか
くはんしながら約70℃で還流加熱した。反応開始
後約4時間で溶液中の白金の99%以上がアセチレ
ンブラツク担体上に沈着した。実施例1と同様に
観察したところ、白金の一次粒子の識別は難しく
白金は数千Å程度の巨大集塊で担体上に偏在して
いるのが確認された。 実施例 5 本実施例では、実施例1〜4で調製した電極触
媒を用いて形成した電極の空気極としての単極性
能について評価した。 実施例1〜4で調製した電極触媒をそれぞれ1
gをはかりとり、25容量%のエタノールを含む水
を加えた後、充分混練する。その後テフロンデイ
スパージヨン液を電極触媒当り24重量%になるよ
うに加え、更に混練したものを、カーボンペーパ
ーに塗布し、充分風乾したのち130℃で2時間乾
燥する。このものを空気中340℃で20分焼成し供
試電極とした。 これらの電極は、標準水素電極に対する空気極
の単極電位で性能が評価された。測定は、190℃
のリン酸中で行われた。
The present invention relates to a method for manufacturing an electrode for a fuel cell, and particularly to a method for manufacturing an electrode for a fuel cell from an electrode catalyst in which fine metal particles are deposited on carbon powder. Generally, the catalytic activity of a platinum catalyst can be increased by making the platinum particles finer and uniformly dispersing them on a carrier, and the amount of platinum used can also be reduced by uniformly depositing the platinum particles on the carrier. It is known that it can be done. Many methods for preparing platinum catalysts have been known. Generally, activated carbon or carbon black is impregnated with a platinum-containing solution, and this is transferred onto a carrier by wet reduction using chemicals or dry reduction using reducing gas. There is a method of precipitating platinum particles. Recently, Henry the Petrou (Japanese Patent Publication No. 51
-88478) forms a platinum sulfite complex,
Fine platinum particles are then deposited on the carrier by oxidation treatment. Also, Vinotsudo
Motilal Jiyaran (JP 54-92588) disclosed that it is possible to deposit platinum particles of less than 50 Å on a carbon support from a chloroplatinic acid solution using sodium dithionate and hydrogen peroxide. ing. Furthermore, Fred Stanley Kemp (Japanese Patent Application Laid-Open No. 56545/1983) deposited platinum particles of about 20 Å on a carbon carrier by impregnating carbon powder with platinum diamide nitrite and thermally decomposing it. . On the other hand, a method for preparing a dispersion of colloidal platinum using polyvinyl alcohol (hereinafter abbreviated as PVA) as a protective colloid was previously reported by Nord et al. [J.Am.Chem. Soc.) No. 63
Volume 2,745 et seq. (1941)], and recently there has been a commentary by Yukimichi Nakao and Hidefumi Hirai ["Surface" Vol. 17 No. 4,
279-289 (1979)]. However, the former method has drawbacks such as requiring complicated steps and depending on the carrier, the deposition rate of platinum particles on the carrier is poor. Regarding the latter, the relationship between the surface condition of the carrier (related to zeta potential) and the protective colloid is not clear, and when a carbon carrier coexists, the dispersibility of platinum particles deposited on the carrier and the degree of deposition on the carrier has not been disclosed at all. The purpose of the present invention is to prepare an electrode catalyst in which fine metal particles of 10 to 30 Å are uniformly dispersed and supported on the support by changing the surface condition of the carbon support and the type and amount of protective colloid added, and Mixing a water repellent and water, and optionally carbon fiber,
By applying the mixture to a conductive porous base material and firing the molded electrode, a fuel cell electrode with good performance can be obtained. That is, to summarize the present invention, the present invention involves causing a reducing agent to act on an aqueous solution containing noble metal ions or their complex ions, protective colloid, and carbon powder to deposit noble metal fine particles on the carbon powder. mixing the electrocatalyst with a water repellent and water and optionally carbon fiber; applying the resulting mixture to a conductive porous substrate; The present invention relates to a method for manufacturing an electrode for a fuel cell, which includes the steps of firing a molded body. Hereinafter, the present invention will be explained in detail step by step. The noble metal used in the present invention is preferably one of the group 8 noble metals of the periodic table or a mixture thereof, and among these, platinum is usually preferred, so platinum will be explained below as a representative example, but it is not limited to platinum. . The amount of platinum supported on platinum catalysts used as electrode catalysts for fuel cells is generally 0.1 to 20% by weight,
In view of the relationship between the amount of platinum per unit area of the electrode and battery performance, the amount is preferably 1 to 10% by weight. In order to obtain platinum finely and uniformly dispersed in such a supported amount of platinum, attention must be paid to the type of reducing agent and the weight ratio of protective colloid to platinum. Various reducing agents can be used. However, alcohols or ethers are preferred, with methanol being most preferred. The particle size and particle size distribution of the precious metal particles deposited on the carrier are
Although it varies depending on the type of reducing agent, by using alcohol, particularly methanol, as the reducing agent, the particle size of the noble metal particles becomes extremely small and the particle size distribution becomes narrow. As the alcohol or ether, in addition to the methanol, one selected from ethanol, isopropyl alcohol, 2-methoxyethanol, and 1,2-dimethoxyethane can be used. As the protective colloid, a hydrophilic polymer compound is desirable. The noble metal particles deposited on the carrier are water-repellent and tend to aggregate with each other in water. Therefore, in order to prevent agglomeration of the noble metal particles and improve the dispersion state, it is optimal to use a protective colloid and use a hydrophilic polymer compound as the protective colloid. These adsorb to the surface of noble metal particles and prevent agglomeration. Examples of hydrophilic polymer compounds include PVA, polymethyl vinyl ether, polyvinylpyrrolidone, polymethyl methacrylate, ethylene oxide polyadducts of alkylphenols, gelatin, and gum arabic. As the carrier material, carbon such as graphite, acetylene black, carbon black, activated carbon, etc. is used. It also needs to be a powder. By using carbon powder, fine and uniform dispersion of noble metal particles can be achieved. In the preparation process of the electrode catalyst in the present invention,
The most important thing is that in a mixed system of carrier-reducing agent-protective colloid-platinum salt, the size and dispersibility of the platinum particles deposited on the carrier depend on the type and concentration of the reducing agent or the weight ratio of the protective colloid and platinum. This is a marked difference. This can be explained by the following experimental facts. That is, the platinum particles produced by reduction in the liquid phase are hydrophobic, and in the absence of a protective colloid, the platinum particles aggregate with each other due to their hydrophobic attraction, causing particle growth. In this case, if a protective colloid is present in the liquid phase, the platinum particles will be adsorbed onto the surface of the hydrophilic polymer compound, and the surface of the platinum particles will be covered with hydrophilic groups, so that they will not aggregate. A representative example of the preparation of an electrocatalyst according to the invention, i.e. 10% by weight platinum on an acetylene black support.
To explain the case where the platinum particles are supported, when water-methanol (1:1) is used as the reducing agent and there is no protective colloid, the particle size of the platinum particles on the support is several hundred to several thousand angstroms. However, when PVA is used as a protective colloid, PVA/
If the weight ratio of Pt is set to about 1.0, the diameter of the primary platinum particles will be 10 to 30 Å, and these will be uniformly dispersed on the carrier in clusters of about several dozen particles. Furthermore, when the weight ratio of PVA/Pt is increased, the size of the primary platinum particles on the carrier does not change, but the number of colonies is only a few, and the dispersibility is greatly improved.
Platinum particles are no longer quantitatively deposited on the carrier, and solid-liquid separation after preparing the electrocatalyst becomes difficult. Furthermore, when the weight ratio of PVA/Pt becomes less than 1, the number of primary platinum particle colonies increases, and the colonies also become deviated on the carrier. Electron micrographs of platinum particles on electrocatalyst supports prepared with different PVA/Pt ratios show that the primary particles are 10 to 30
It appears that it is an aggregate of Å. Furthermore,
It can be seen that as the amount of PVA added increases, the number of primary particle colonies decreases and dispersibility improves. However, care must be taken as increasing the amount of PVA has the above-mentioned problems. Therefore, it is desirable to increase the total liquid volume without increasing the proportion of PVA. In the electrode catalyst preparation step of the present invention, depending on the type of protective colloid used, it may be preferable to heat-treat the obtained noble metal catalyst supported on carbon powder. Of course, depending on the type of protective colloid, this heat treatment may not be necessary at all. This heat treatment is for thermally decomposing the protective colloid present on the surface of the noble metal particles. The heat treatment can be performed in an atmosphere of oxidizing gas, reducing gas, or inert gas. The heat treatment temperature is
In the case of an oxidizing gas atmosphere, the temperature is preferably 50 to 350℃.
50 to 1000 for reducing gas and inert gas atmospheres
℃ is preferable. The best catalytic activity can be obtained when the heat treatment is carried out in alternating cycles of oxidizing gas and reducing gas atmospheres. Next, a process of mixing the electrode catalyst obtained as described above and water will be explained. Water-repellent agents are used to provide binding and water-repellent properties. As the water repellent agent, it is preferable to use Teflon dispersion. Carbon fibers also help improve the mechanical strength of the catalyst layer. When mixing these, it is preferable to use an admixture in order to blend them all together, examples of which include alcohol, surfactants, and the like. The conductive porous base material used in the molding process may be any commonly used material, and carbon paper is preferred. Calcination may be carried out either in air or in an inert gas atmosphere, such as nitrogen; best results were obtained with calcination at 310-340°C. The following describes the performance of an electrode obtained by preparing an electrode catalyst according to the present invention, forming an electrode using the same, and firing the electrode as an air electrode compared to a standard hydrogen electrode. In addition, Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 illustrate the production of an electrode catalyst. Example 1 In a solution of 250 ml of methanol and 225 ml of water,
1.0g of commercially available PVA was dissolved. This includes 20mgPt/
ml of chloroplatinic acid solution was added, followed by 5.0 g of commercially available acetylene black. This was transferred to a round bottom flask equipped with a reflux condenser and heated under reflux at about 70°C while stirring vigorously. Approximately 4 after the start of the reaction
More than 99% of the platinum in the solution was deposited on the acetylene black over a period of time, and a platinum catalyst supported on the acetylene black was obtained. When this catalyst was washed with water, dried, and observed using an electron microscope, it was confirmed that more than a dozen primary platinum particles with a size of 10 to 30 Å formed a colony and were uniformly dispersed on the carrier. . Example 2 1.0 g of commercially available PVA was dissolved in a solution of 250 ml of isopropyl alcohol and 225 ml of water. To this was added 25 ml of a chloroplatinic acid solution containing 20 mg Pt/ml, and then 5.0 g of commercially available acetylene black. This was heated under reflux at about 70° C. while stirring vigorously. About 4 hours after the start of the reaction, more than 99% of the platinum in the solution was deposited on the acetylene black carrier. When observed in the same manner as in Example 1, it was found that 10 to 30 Å
It was confirmed that approximately 20 platinum primary particles formed a colony and were uniformly dispersed on the carrier. Example 3 In a solution of 250 ml of methanol and 175 ml of water,
10% by weight aqueous solution of octylphenoxyethoxyethanol (trade name: Toriton X-100) 50
ml, 25 ml of a chloroplatinic acid solution containing 20 mg Pt/ml, and then 5.0 g of commercially available acetylene black. This was heated under reflux at about 70° C. while stirring vigorously. About 4 hours after the start of the reaction, more than 99% of the platinum in the solution was deposited on the acetylene black carrier. When observed in the same manner as in Example 1, it was confirmed that approximately a few primary particles of platinum with a diameter of 10 to 30 Å formed a colony and were uniformly dispersed on the carrier. Example 4 In a solution of 250 ml of methanol and 220 ml of water,
1.0g of PVA was dissolved. To this was added 25 ml of chloroplatinic acid containing 20 mg Pt/ml and 5 ml of gold chloride solution containing 10 mg Au/ml, and then 5.0 ml of acetylene black was added.
g was added. Stir this vigorously and heat to about 70℃.
The mixture was heated to reflux. Approximately 4 hours after the start of the reaction, more than 99% of the platinum and gold in the solution were deposited on the acetylene black carrier. When observed in the same manner as in Example 1,
A dozen or so primary platinum particles with a diameter of 10 to 30 Å form a colony, and between them particles of about 15 Å, which are estimated to be gold particles, are uniformly dispersed on the carrier without forming a colony. confirmed. Comparative Example 1 Add 20% to a solution of 250ml of methanol and 225ml of water.
Add 25 ml of chloroplatinic acid solution containing mgPt/ml,
Next, 5.0 g of acetylene black was added, and the mixture was heated under reflux at about 70° C. while stirring vigorously. About 4 hours after the start of the reaction, more than 99% of the platinum in the solution was deposited on the acetylene black carrier. When observed in the same manner as in Example 1, it was confirmed that it was difficult to identify the primary particles of platinum, and that platinum was unevenly distributed on the carrier in the form of giant agglomerates of approximately several thousand Å. Example 5 In this example, the unipolar performance as an air electrode of the electrode formed using the electrode catalyst prepared in Examples 1 to 4 was evaluated. 1 of each of the electrode catalysts prepared in Examples 1 to 4
Weigh out 1.5 g, add water containing 25% by volume of ethanol, and thoroughly knead. Thereafter, Teflon dispersion liquid was added to give a concentration of 24% by weight based on the electrode catalyst, and the mixture was further kneaded and applied to carbon paper, thoroughly air-dried, and then dried at 130°C for 2 hours. This material was fired in air at 340°C for 20 minutes to form a test electrode. These electrodes were evaluated for performance at the unipolar potential of the air electrode relative to a standard hydrogen electrode. Measured at 190℃
in phosphoric acid.

【表】 比較例 2 本比較例は、比較例1で調製された保護コロイ
ドを用いない電極触媒を実施例5と同様の操作で
形成した電極について、その空気極としての単極
性能を測定した。
[Table] Comparative Example 2 In this comparative example, the monopolar performance as an air electrode was measured for the electrode prepared in Comparative Example 1, which did not use a protective colloid, and formed in the same manner as in Example 5. .

【表】 実施例 6 本実施例では、実施例5で得られた電極〔A〕
について空気中で焼成する温度につて最適範囲を
求めたものである。焼成時間は20分である。
[Table] Example 6 In this example, the electrode [A] obtained in Example 5 was used.
The optimum range of temperature for firing in air was determined. Baking time is 20 minutes.

【表】 上記表から明らかなように、電極形成後の焼成
温度は、310〜340℃の範囲において、性能に差は
認められなかつた。 実施例 7 本実施例では、実施例5で得られる電極〔A〕
に対して更に炭素繊維を加えた場合の効果につい
て検討した。すなわち、電極触媒1gに対し、炭
素繊維(繊維径〜5μm、繊維長0.2mm)を20、40、
60重量%加え充分に乳鉢で混合し、2.5容量%の
エタノールを含む水を加えて混練し、触媒当り24
重量%になるようにテフロンデイスパージヨンを
加え、混練したのち、カーボンペーパーに塗布
し、風乾・乾燥後、空気中340℃―20分焼成した
ものについて、空気極としての単極性能で評価し
た。
[Table] As is clear from the above table, no difference in performance was observed when the firing temperature after electrode formation was in the range of 310 to 340°C. Example 7 In this example, electrode [A] obtained in Example 5
We investigated the effect of adding carbon fiber to the above. That is, for 1 g of electrode catalyst, 20, 40,
Add 60% by weight and thoroughly mix in a mortar, add water containing 2.5% by volume of ethanol and knead to give 24% by weight per catalyst.
After adding Teflon dispersion to the weight percentage and kneading, it was applied to carbon paper, air-dried, and then baked in the air at 340℃ for 20 minutes, and the monopolar performance as an air electrode was evaluated. .

【表】 上述のごとく電極触媒混練時に、炭素繊維を添
加することにより、電極性能は若干向上する傾向
にあるが、これに加えて繊維添加の効果は、電極
基材へ塗布した電極触媒の脱落等の機械的強度の
向上が顕著であつた。 以上、従来の一般的な電極触媒の調製及び該触
媒を用いて造つた電極の性能に比して、本発明方
法によれば、電極触媒としての担体上の白金粒子
は、微細化され、一様に沈着させることができる
ため、燃料電池用電極に使用する白金の使用量を
大幅に低減することができると共に、電極性能も
大幅に向上し、更に炭素繊維の添加により触媒層
の機械的強度も向上することが明らかとなつた。
[Table] As mentioned above, adding carbon fiber during electrode catalyst kneading tends to slightly improve electrode performance. The improvement in mechanical strength was remarkable. As described above, in comparison with the conventional preparation of general electrode catalysts and the performance of electrodes made using the catalysts, according to the method of the present invention, the platinum particles on the carrier as an electrode catalyst are finely divided and uniform. The amount of platinum used in fuel cell electrodes can be significantly reduced, and the electrode performance is also greatly improved, and the mechanical strength of the catalyst layer is also improved by adding carbon fiber. It became clear that the results also improved.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 貴金属イオン又はその錯イオン、保護コロイ
ド及び炭素粉体を含有する水溶液に、還元剤を作
用させて、該炭素粉体上に貴金属微粒子を沈着さ
せることにより電極触媒を造る工程、該電極触媒
を、はつ水剤及び水と混合する工程、得られた混
合物を、導電性多孔質基材に塗布する工程、及び
得られた成型体を焼成する工程の各工程を包含す
ることを特徴とする、燃料電池の電極を製造する
方法。 2 貴金属イオン又はその錯イオン、保護コロイ
ド及び炭素粉体を含有する水溶液に、還元剤を作
用させて該炭素粉体上に貴金属微粒子を沈着させ
ることにより電極触媒を造る工程、該電極触媒
を、はつ水剤、炭素繊維、及び水と混合する工
程、得られた混合物を、導電性多孔質基材に塗布
する工程、及び得られた成型体を焼成する工程の
各工程を包含することを特徴とする、燃料電池の
電極を製造する方法。 3 該貴金属は、周期律表第8族貴金属の一種又
はそれらの混合物である、特許請求の範囲第1項
又は第2項に記載の、燃料電池の電極を製造する
方法。 4 電極触媒を造る工程において、貴金属微粒子
を沈着させた炭素粉体を熱処理する、特許請求の
範囲第1項〜第3項のいずれかに記載の、燃料電
池の電極を製造する方法。 5 電極触媒と水を混合する工程において、混和
剤を使用する、特許請求の範囲第1項〜第4項の
いずれかに記載の、燃料電池の電極を製造する方
法。
[Claims] 1. An electrode catalyst is produced by causing a reducing agent to act on an aqueous solution containing noble metal ions or complex ions thereof, protective colloids, and carbon powder to deposit noble metal fine particles on the carbon powder. a step of mixing the electrode catalyst with a water repellent agent and water, a step of applying the obtained mixture to a conductive porous substrate, and a step of firing the obtained molded body. A method of manufacturing a fuel cell electrode, comprising: 2. A step of producing an electrode catalyst by causing a reducing agent to act on an aqueous solution containing noble metal ions or their complex ions, a protective colloid, and carbon powder to deposit noble metal fine particles on the carbon powder; The process includes the steps of mixing a water repellent agent, carbon fiber, and water, applying the resulting mixture to a conductive porous base material, and firing the resulting molded body. A method for manufacturing a fuel cell electrode. 3. The method for manufacturing a fuel cell electrode according to claim 1 or 2, wherein the noble metal is one of group 8 noble metals of the periodic table or a mixture thereof. 4. A method for producing an electrode for a fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein in the step of producing an electrode catalyst, carbon powder on which fine metal particles are deposited is heat-treated. 5. A method for manufacturing a fuel cell electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein an admixture is used in the step of mixing the electrode catalyst and water.
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