(57)【要約】【課題】良好な三相界面を有し、高い反応性をもつアルカリ燃料電池用電極を提供する。【解決手段】電解質膜の少なくとも一方の面に配設されたアルカリ燃料電池用電極であって、導電性担体、並びに、当該導電性担体に担持された触媒及び層状複水酸化物を有することを特徴とする、アルカリ燃料電池用電極。【選択図】図２
2010113889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の少なくとも一方の面に配設されたアルカリ燃料電池用電極であって、
アニオン伝導性物質、導電性担体、当該導電性担体に担持された触媒を有し、当該アニオン伝導性物質が層状複水酸化物であることを特徴とする、アルカリ燃料電池用電極。
【請求項２】
前記層状複水酸化物が、少なくとも１種の２価の金属イオン及び少なくとも１種の３価の金属イオンを有する、請求項１に記載のアルカリ燃料電池用電極。
【請求項３】
前記層状複水酸化物が、マグネシウム‐アルミニウム複水酸化物、又はニッケル‐アルミニウム複水酸化物である、請求項１又は２に記載のアルカリ燃料電池用電極。
【請求項４】
前記触媒が、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、銀から選ばれる少なくとも１つの金属元素を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアルカリ燃料電池用電極。
【請求項５】
前記触媒が、鉄、コバルト、ニッケル、チタン、マンガン、銅から選ばれる少なくとも１つの金属元素を有し、且つ、ペロブスカイト構造、スピネル構造及びパイクロア構造からなる少なくとも１つの構造を有する複合酸化物である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアルカリ燃料電池用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、良好な三相界面を有し、高い反応性をもつアルカリ燃料電池用電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料と酸化剤を電気的に接続された２つの電極に供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。火力発電とは異なり、燃料電池はカルノーサイクルの制約を受けないので、高いエネルギー変換効率を示す。燃料電池は、通常、電解質膜を一対の電極で挟持した膜・電極接合体を基本構造とする単セルを複数積層して構成されている。中でも、電解質膜としてアニオン伝導性の固体高分子電解質膜を用いたアルカリ燃料電池は、小型化が容易であること、低い温度で作動すること、などの利点があることから、特に携帯用、移動体用電源として注目されている。
【０００３】
アニオン伝導性の固体高分子電解質膜を用いたアルカリ燃料電池では、水素を燃料とした場合、アノード（燃料極）では式（１）の反応が進行する。
Ｈ２  ＋  ２ＯＨ−  →  ２Ｈ２Ｏ  ＋  ２ｅ−    …（１）
前記式（１）で生じる電子は、外部回路を経由し、外部の負荷で仕事をした後、カソード（酸化剤極）に到達する。そして、前記式（１）で生成した水は、主としてガス拡散層を通り、外部へと排出されるか、又は、固体高分子電解質膜内をアノードからカソードへと透過し、カソードにおいて後述する式（２）の反応に用いられる。
【０００４】
また、酸素を酸化剤とした場合、カソード（酸素極）では式（２）の反応が進行する。
（１／２）Ｏ２  ＋  Ｈ２Ｏ  ＋  ２ｅ−  →  ２ＯＨ−    …（２）
前記式（２）で生じた水酸化物イオンは、水和した状態で、固体高分子電解質膜内をカソード側からアノード側に、電気浸透により移動する。
【０００５】
上記のように気体を燃料又は酸化剤として用いた燃料電池において、電極反応は、気体である燃料や酸素の移動相、電子伝導相及びイオン伝導相の三相からなる界面で起こるため、反応に適した良好な三相界面を形成することが燃料電池の性能向上のために極めて重要である。
【０００６】
従来のアルカリ燃料電池においては、電極にイオン伝導性付与剤としてフッ素樹脂系のアニオン交換樹脂を用いた場合、炭化水素系陰イオン交換膜と電極の接合界面において両者の馴染みが悪くなり、結着剤を添加しても接合強度が低下する場合があること、更にイオン伝導性付与剤として炭化水素系のアニオン交換樹脂を用いた場合にも長期間使用すると性能が低下する場合があることが分かっている。
【０００７】
アルカリ燃料電池における電極に関する上記問題点を克服するための技術開発が、これまでにも試みられている。特許文献１は、分子内に陰イオン交換基を有し、水及びメタノールに難溶な炭化水素系高分子エラストマー、又はその溶液或いは懸濁液からなることを特徴とする高分子型燃料電池のガス拡散電極用イオン伝導性付与剤に関する技術を開示している。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３６７６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１は、炭化水素系高分子エラストマーを有する付与剤を電極中に含有させることによって、イオン伝導性を良好に発揮することができると述べているが、このような高分子エラストマーは有機物であるため、酸化雰囲気で長期間使用した場合には酸化劣化が起こり、良好な三相界面を維持できないと考えられる。
【００１０】
本発明は、上記実状を鑑みて成し遂げられたものであり、良好な三相界面を有し、高い反応性をもつアルカリ燃料電池用電極を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のアルカリ燃料電池用電極は、電解質膜の少なくとも一方の面に配設されたアルカリ燃料電池用電極であって、アニオン伝導性物質、導電性担体、当該導電性担体に担持された触媒を有し、当該アニオン伝導性物質が層状複水酸化物であることを特徴とする。
【００１２】
このような構成のアルカリ燃料電池用電極は、規則正しい層構成を有する層状複水酸化物を有することにより、アニオン伝導路を当該層間や、当該層の表面近傍において確保することができる。また、本発明のアルカリ燃料電池用電極は、従来の有機系電解質を有するアルカリ燃料電池用電極よりも水に対する濡れ性がよく、より剛直であり、加圧による変形を受けにくいため、良好な三相界面を形成し、維持できると考えられる。さらに、本発明のアルカリ燃料電池用電極は、従来の有機系電解質を有するアルカリ燃料電池用電極より耐酸化性に優れており、厳しい酸化環境である酸素極においても劣化を受けにくいと考えられる。
【００１３】
本発明のアルカリ燃料電池用電極の一形態としては、前記層状複水酸化物が、少なくとも１種の２価の金属イオン及び少なくとも１種の３価の金属イオンを有するという構成をとることができる。
【００１４】
本発明のアルカリ燃料電池用電極の一形態としては、前記層状複水酸化物が、マグネシウム‐アルミニウム複水酸化物、又はニッケル‐アルミニウム複水酸化物であるという構成をとることができる。
【００１５】
本発明のアルカリ燃料電池用電極の一形態としては、前記触媒が、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、銀から選ばれる少なくとも１つの金属元素を有するという構成をとることができる。
【００１６】
本発明のアルカリ燃料電池用電極の一形態としては、前記触媒が、鉄、コバルト、ニッケル、チタン、マンガン、銅から選ばれる少なくとも１つの金属元素を有し、且つ、ペロブスカイト構造、スピネル構造及びパイクロア構造からなる少なくとも１つの構造を有する複合酸化物であるという構成をとることができる。
【００１７】
このような構成のアルカリ燃料電池用電極は、従来のカチオン交換膜を使用した固体高分子電解質形燃料電池の電極において強酸性雰囲気のため溶解してしまい、電極触媒としての役割を果たすことができない金属元素及び結晶構造を有する触媒も採用することができるため、触媒選択の幅が広い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、規則正しい層構成を有する層状複水酸化物を有することにより、アニオン伝導路を当該層間や、当該層の表面近傍において確保することができる。また、本発明によれば、従来の有機系電解質を有するアルカリ燃料電池用電極よりも水に対する濡れ性がよく、より剛直であり、加圧による変形を受けにくいため、良好な三相界面を形成し、維持できると考えられる。さらに、本発明によれば、従来の有機系電解質を有するアルカリ燃料電池用電極より耐酸化性に優れており、厳しい酸化環境である酸素極においても劣化を受けにくいと考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のアルカリ燃料電池用電極は、電解質膜の少なくとも一方の面に配設されたアルカリ燃料電池用電極であって、アニオン伝導性物質、導電性担体、当該導電性担体に担持された触媒を有し、当該アニオン伝導性物質が層状複水酸化物であることを特徴とする。
【００２０】
本発明において、複水酸化物とは、２種（３種以上も含まれることがある）の金属水酸化物が複合して生成した高次化合物のことをいう（化学事典（第一版、丸善）より）。
また、本発明において、層状複水酸化物とは、このような複水酸化物が規則的に配列して二次元的広がりを有する板状の結晶になり、かつ、当該板状の結晶が２以上積層した高次化合物のことである。
【００２１】
層状複水酸化物とは、具体的には、［Ｍ２＋１−ｘＭ３＋ｘ（ＯＨ）２］[Ａｎ−ｘ／ｎ・ｙＨ２Ｏ]（ただし、ｘは０＜ｘ＜１を満たす実数であり、ｙは実数である。また、Ｍ２＋は、Ｍｇ２＋、Ｆｅ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃａ２＋、Ｌｉ２＋、Ｎｉ２＋、Ｃｏ２＋、Ｃｕ２＋等の２価金属イオンであり、Ｍ３＋は、Ａｌ３＋、Ｆｅ３＋、Ｍｎ３＋、Ｃｏ３＋等の３価金属イオンである。また、Ａｎ−は、硝酸イオン、炭酸イオン、塩化物イオンなどの対アニオンである。）の一般式で表される不定比化合物を挙げることができる。
層状複水酸化物は、層状構造を有し、当該層間にアニオンを取り込む性質（いわゆる、インターカレーション）を持つ。当該層状構造のうち、水酸化物基本層は、２価金属イオンの一部を３価金属イオンが置換（固溶）することにより正電荷を持ち、その電荷を補うために中間層へ陰イオンを取り込んで電気的中性を保つ働きがある。
【００２２】
なお、２価金属イオン及び３価金属イオンを１種類ずつ有する層状複水酸化物の例を挙げたが、本発明で用いられる層状複水酸化物は、必ずしもこの例のみに限定されることはなく、例えば、１価金属イオン及び２価金属イオンを１種類ずつ有する層状複水酸化物であってもよいし、２価金属イオンを１種類及び４価金属イオンを２種類有する層状複水酸化物であってもよい。すなわち、互いに価数の異なる金属イオンを１種類以上ずつ有していれば、本発明において層状複水酸化物として採用することができる。なお、価数が互いに異なれば、同じ元素の金属イオンを含んでいてもよい。
【００２３】
本発明の電極内においては、アニオンは、アニオン交換膜と触媒粒子の間に規則的に設けられた層状複水酸化物の各層（水酸化物基本層という）間の間隙となる中間層、及び、層状複水酸化物の層の最表面の少なくともいずれか一方を通過する。したがって、アニオン移動経路は中間層及び層状複水酸化物の層の最表面の少なくともいずれか一方に確保することができる。
層状複水酸化物は、個々の材料によって差はあるものの、一般的に、粒子の平均径が０．１μｍのオーダーから数μｍのオーダーであり、層間の間隔はｎｍ（ナノメートル）オーダーである。
したがって、本発明によれば、燃料及び／又は酸化剤に気体を用いる場合に、ミクロンオーダーの無機化合物である層状複水酸化物をアニオン伝導性物質として用いるため、従来のナノオーダーの有機系電解質を有するアルカリ燃料電池用電極よりも、三相界面を多く形成することができる。
また、本発明のアルカリ燃料電池用電極は、従来の有機系電解質を有するアルカリ燃料電池用電極よりも水に対する濡れ性がよく、より剛直であり、加圧による変形を受けにくいため、良好な三相界面を形成し、維持できると考えられる。
【００２４】
さらに、本発明のアルカリ燃料電池用電極は、従来の有機系電解質を有するアルカリ燃料電池用電極より耐酸化性に優れており、厳しい酸化環境である酸素極においても劣化を受けにくいと考えられる。
【００２５】
本発明のアルカリ燃料電池用電極の一形態としては、前記層状複水酸化物が、少なくとも１種の２価の金属イオン及び少なくとも１種の３価の金属イオンを有するという構成をとることができる。
【００２６】
本発明のアルカリ燃料電池用電極の一形態としては、層状複水酸化物が、マグネシウム‐アルミニウム複水酸化物（［Ｍｇ２＋１−ｘＡｌ３＋ｘ（ＯＨ）２］[Ａｎ−ｘ／ｎ・ｙＨ２Ｏ]（ただし、ｘは０＜ｘ＜１を満たす実数であり、ｙは実数である。また、Ａｎ−は、硝酸イオン、炭酸イオン、塩化物イオンなどの対アニオンである。））、又はニッケル‐アルミニウム複水酸化物（［Ｎｉ２＋１−ｘＡｌ３＋ｘ（ＯＨ）２］[Ａｎ−ｘ／ｎ・ｙＨ２Ｏ]（ただし、ｘは０＜ｘ＜１を満たす実数であり、ｙは実数である。また、Ａｎ−は、硝酸イオン、炭酸イオン、塩化物イオンなどの対アニオンである。））であるという構成をとることができる。
なお、層状複水酸化物の例としては、他にも、コバルト（２価）−コバルト（３価）複水酸化物、鉄（２価）−鉄（３価）複水酸化物、コバルト−鉄複水酸化物、コバルト−アルミニウム複水酸化物等が挙げられる。
【００２７】
アルカリ燃料電池は、上述したように水素を燃料として用いることもできるが、例えばメタノール、エタノール等のアルコール等液体燃料を用いることもできる。その際、アノード電極へ導入された液体燃料は、電解質膜を透過してカソード電極へと到達してしまい（いわゆる、クロスリーク）、燃料電池全体の電位が低下してしまうおそれがある。しかし、本発明のアルカリ燃料電池用電極は、カソード電極において、燃料酸化性が極めて低く、且つ、酸化剤還元性が極めて高いような選択性触媒を用いることによって、燃料のクロスリークが生じたとしても、高い電位を保ったまま作動させることができる。このような選択性触媒の例としては、たとえば、Ｋ．Ｋｉｎｏｓｈｉｔａ，  ”Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，  Ｉｎｃ．，  １９９２）、Ｔ．Ｊ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，  １４７，  ２６２０（２０００）、Ｈ．Ｔｒｉｂｕｔｓｃｈ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，  ３１，  ７３９（２００１）等の公知文献を参照することができる。
このように、本発明のアルカリ燃料電池用電極は、燃料酸化性の高い公知の触媒を用いることによってアノード電極として用いることができ、また、上述した選択性触媒を用いることによってカソード電極として採用することができる。
【００２８】
以下、アニオン伝導性物質として層状複水酸化物を用いた電極触媒層の製造方法の典型例について詳細に述べる。
まず、導電性担体となる導電性シートを用意する。
導電性シートとしては、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルト等の炭素質多孔質体を用いることができる。
【００２９】
次に、導電性シートの片面に、触媒及びアニオン伝導性物質である層状複水酸化物を溶媒と共に混合したものを塗布する。このとき、触媒として、触媒金属そのものを用いてもよいし、触媒担体である導電性粒子に触媒金属を担持したものを用いてもよい。
触媒としては、アノードにおける燃料の酸化反応又はカソードにおける酸化剤の還元反応に対して触媒活性を有しているものであれば、特に限定されず、固体高分子形燃料電池に一般的に用いられているものを使用することができる。
【００３０】
本発明のアルカリ燃料電池用電極の一形態としては、前記触媒が、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、銀から選ばれる少なくとも１つの金属元素を有するという構成をとることができる。これは、従来のカチオン交換膜を使用した固体高分子電解質形燃料電池の電極において強酸性雰囲気のため溶解してしまい、電極触媒としての役割を果たすことができない上記金属元素を有する触媒も採用することができ、触媒選択の幅が広いことによるものである。
【００３１】
本発明のアルカリ燃料電池用電極の一形態としては、前記触媒が、鉄、コバルト、ニッケル、チタン、マンガン、銅から選ばれる少なくとも１つの金属元素を有し、且つ、ペロブスカイト構造、スピネル構造及びパイクロア構造からなる少なくとも１つの構造を有する複合酸化物であるという構成をとることができる。これは、従来のカチオン交換膜を使用した固体高分子電解質形燃料電池の電極において強酸性雰囲気のため溶解してしまい、電極触媒としての役割を果たすことができない金属元素及び結晶構造を有する触媒も採用することができ、触媒選択の幅が広いことによるものである。
なお、上述したカソード電極において用いることができる選択性触媒としては、Ａｇ、Ｒｕ１．９２Ｍｏ０．０８ＳｅＯ４、Ｒｕ−Ｓｅ−Ｃ−Ｏ系触媒等を挙げることができる。
【００３２】
触媒担体である導電性粒子としては、カーボンブラック等の炭素粒子や炭素繊維のような導電性炭素材料、金属粒子や金属繊維等の金属材料も用いることができる。導電性材料は、触媒に導電性を付与するための導電性材料としての役割も担っている。
【００３３】
触媒及び層状複水酸化物と共に混合する溶媒としては、水、又はグリセリン、メタノール、エタノール、２−プロパノール等の有機溶媒若しくはこれらの水溶液等を用いることができる。
【００３４】
導電性シートに、触媒及び層状複水酸化物を溶媒と共に混合したものを塗布する方法としては、予め触媒及び層状複水酸化物を一定の比で混合したものを溶媒に分散させた液体を、スパチュラ等で薄く均一に導電性シートに塗布する方法や、当該液体をスプレー塗布する方法等が例示できる。
【００３５】
このように、導電性シートの片側に、触媒及び層状複水酸化物を塗布した後、必要であれば乾燥させ、さらに当該シートの他方の面にガス拡散層シートを配設することで、本発明のアルカリ燃料電池用電極が完成する。
ガス拡散層シートとしては、触媒に効率良くガスを供給することができるガス拡散性、導電性、及びガス拡散層を構成する材料として要求される強度を有するもの、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルト等の炭素質多孔質体や、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、ニッケル−クロム合金、銅及びその合金、銀、アルミ合金、亜鉛合金、鉛合金、チタン、ニオブ、タンタル、鉄、ステンレス、金、白金等の金属から構成される金属メッシュ又は金属多孔質体等の導電性多孔質体からなるものが挙げられる。
なお、これらのガス拡散シートとして、公知の方法で撥水性を付与させたものを用いることもできる。
【００３６】
なお、導電性シートの一方の面に触媒及び層状複水酸化物を塗布する工程と、導電性シートの他方の面にガス拡散層シートを配設する工程とは、どちらを先に行ってもよい。
【００３７】
完成したアルカリ燃料電池用電極によって、アニオン交換膜を挟持することにより、アルカリ燃料電池用膜・電極接合体が完成する。
本発明のアルカリ燃料電池用電極と共に用いることができるアニオン交換膜としては、アニオン交換膜（トクヤマ製、Ａ−００６）等を用いることができるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００３８】
本発明によれば、規則正しい層構成を有する層状複水酸化物を有することにより、アニオン伝導路を当該層間や、当該層の表面近傍において確保することができる。また、本発明によれば、従来の有機系電解質を有するアルカリ燃料電池用電極よりも水に対する濡れ性がよく、より剛直であり、加圧による変形を受けにくいため、良好な三相界面を形成し、維持できると考えられる。さらに、本発明によれば、従来の有機系電解質を有するアルカリ燃料電池用電極より耐酸化性に優れており、厳しい酸化環境である酸素極においても劣化を受けにくいと考えられる。
【実施例】
【００３９】
１．層状複水酸化物の作製
層状複水酸化物は、従来公知の方法、例えば、Ｎ．ｌｙｉ，  Ｔ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，  Ｙ．Ｋａｎｅｋｏ，  Ｋ．Ｋｉｔａｍｕｒａ，  Ｃｈｅｍ．  Ｌｅｔｔ．，３３，１１２２（２００４）に記載されたような製造方法により作製することができる。以下、当該文献を参考にした製造方法について述べる。
硝酸マグネシウム六水和物（Ｍｇ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）を５．１３ｍｇ（２０ｍｍｏｌ）、硝酸アルミニウム九水和物（Ａｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）を３．７５ｇ（１０ｍｏｌ）、及びヘキサメチレンテトラミンを３．６５ｇ（２６ｍｍｏｌ）、オートクレーブ用耐圧容器の中に加えて密封したのち、オートクレーブ中で１４０℃、２４時間加熱した。その後、耐圧容器の中身を濾過し、水で洗浄したのち、２４時間真空乾燥させたところ、マグネシウム‐アルミニウム層状複水酸化物（［Ｍｇ２＋１−ｘＡｌ３＋ｘ（ＯＨ）２］[ＮＯ３−ｘ・ｙＨ２Ｏ]（ただし、ｘは０＜ｘ＜１を満たす実数であり、ｙは実数である。））の六角形板状の結晶が得られた。
【００４０】
２．アルカリ燃料電池用電極の作製
［実施例］
導電性シートとしては、カーボンクロスを用いた。この導電性シートの一方の面に、触媒（白金担持カーボン（Ｅ‐ＴＥＫ（米）製。Ｐｔ担持量：１ｍｇ／ｃｍ２））（２５０ｍｇ）、前記マグネシウム‐アルミニウム層状複水酸化物（６．２５ｍｇ）を８０質量％グリセリン水溶液（３．７５ｇ）に分散させた液体を塗布後、乾燥させた。なお、塗布する際の構成要素の質量比は、白金担持カーボン：層状複水酸化物：水：グリセリン＝１：０．０２５：３：１２（ただし、層状複水酸化物は乾燥質量）であった。
塗布、乾燥後の導電性シートの他方の面に撥水性カーボンペーパー（Ｅ‐ＴＥＫ（米）製）を貼り付けることにより、本発明のアルカリ燃料電池用電極が完成した。
【００４１】
［比較例１］
導電性シートとしては、カーボンクロスを用いた。この導電性シートの一方の面に、触媒（白金担持カーボン（Ｅ‐ＴＥＫ（米）製。Ｐｔ担持量：１ｍｇ／ｃｍ２））（２５０ｍｇ）、有機アニオン交換体を５％含む溶液（アニオン交換溶液）（１．２５ｇ）を８０質量％グリセリン水溶液（３．７５ｇ）に分散させた液体を塗布後、乾燥させた。なお、塗布する際の構成要素の質量比は、白金担持カーボン：アニオン交換溶液：水：グリセリン＝１：５：３：１２であった。
塗布、乾燥後の導電性シートの他方の面に撥水性カーボンペーパー（Ｅ‐ＴＥＫ（米）製）を貼り付けることにより、比較例１のアルカリ燃料電池用電極が完成した。
【００４２】
［比較例２］
導電性シートとしては、カーボンクロスを用いた。この導電性シートの一方の面に、触媒（白金担持カーボン（Ｅ‐ＴＥＫ（米）製。Ｐｔ担持量：１ｍｇ／ｃｍ２））２５０ｍｇを８０質量％グリセリン水溶液３．７５ｇに分散させた液体を塗布後、乾燥させた。
塗布、乾燥後の導電性シートの他方の面に撥水性カーボンペーパー（Ｅ‐ＴＥＫ（米）製）を貼り付けることにより、比較例２のアルカリ燃料電池用電極が完成した。
【００４３】
３．アルカリ燃料電池用電極の性能評価
カソードにおける酸素還元反応を、３．８ｃｍ２の電極表面面積について、２室セルを用いて詳細に調べた。図１は、実施例、比較例１及び２のアルカリ燃料電池用電極の性能評価に用いた２室セルの断面模式図であり、図下の円内には、２室セルに挟まれたカソード電極付近の様子の拡大断面模式図を示した。
図左側のカソード室には、無加湿の純酸素が５０ｍＬ／分で供給されている。図右側のアノード室は、１ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム水溶液で満たされており、白金線が対電極、銀／塩化銀電極が参照電極としてそれぞれ用いられている。この２室セルを用いて、電位走査法によって、実施例、比較例１及び２で作製したアルカリ燃料電池用電極の性能を、それぞれ評価した。測定温度は３２３Ｋである。
なお、アルカリ燃料電池用電極は、作用電極として、セルの２室の間に挟んで測定を行った。より詳細には、図に示すように、撥水性カーボンペーパー２ａ及び、触媒塗布層２ｂ（実施例：触媒の他に、さらに層状複水酸化物を有する層、比較例１：触媒の他に、さらに有機アニオン交換体を有する層、比較例２：触媒のみのもの）からなるアルカリ燃料電池用電極２を、触媒塗布層２ｂ側をアニオン交換膜３と接触させるようにして、集電体１（金属メッシュの一種として、ニッケルメッシュを使用）とアニオン交換膜３（トクヤマ製、Ａ−００６）とで挟持した。
【００４４】
図２は、実施例並びに比較例１及び２の電極触媒層についてそれぞれ１回の酸素還元反応の電位走査測定結果を示したものである。
層状複水酸化物を含んだ電極触媒層の酸素還元電流密度（実線（実施例））は、電極電位が０．８以下において、有機アニオン交換体を含んだ電極触媒層の酸素還元電流密度（破線（比較例１））、及び白金担持のみの電極触媒層の酸素還元電流密度（点線（比較例２））よりも高い値を示した。
【００４５】
図３は、電極電位０．７Ｖにおける、実施例並びに比較例１及び２の電極触媒層についてそれぞれ４回測定した酸素還元電流密度の平均の結果を、棒グラフにて比較したものである。
グラフから分かるように、層状複水酸化物を含んだ電極触媒層の酸素還元電流密度（実施例）の平均が１０ｍＡ・ｃｍ−１を超えていたのに対し、有機アニオン交換体を含んだ電極触媒層の酸素還元電流密度（比較例１）の平均が６ｍＡ・ｃｍ−１未満であり、白金担持のみの電極触媒層の酸素還元電流密度（比較例２）の平均が２ｍＡ・ｃｍ−１未満である。
これらの結果から、本実施例における、層状複水酸化物を含んだ電極触媒層は、比較例１又は２のような、従来技術における電極触媒層よりも、高いアニオン伝導能を有することが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例、比較例１及び２のアルカリ燃料電池用電極の性能評価に用いたセルを表した図である。
【図２】実施例並びに比較例１及び２の電極触媒層についてそれぞれ１回の酸素還元反応の電位走査測定結果を示したものである。
【図３】電極電位０．７Ｖにおける、実施例並びに比較例１及び２の電極触媒層についてそれぞれ４回測定した酸素還元電流密度の平均の結果を、棒グラフにて比較したものである。
【符号の説明】
【００４７】
１…集電体
２…アルカリ燃料電池用電極
２ａ…撥水性カーボンペーパー
２ｂ…触媒塗布層
３…アニオン交換膜
【図１】
2010113889.tif 000003
【図２】
2010113889.tif 000004
【図３】
2010113889.tif 000005