(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質基体に白金触媒を担持させる方法において、ジニトロジアンミン白金の硝酸酸性水溶液を多孔質基体に浸透させ、乾燥させ、２５０〜５００℃で加熱処理し、白金化合物を該多孔質基体上に付着させた後、該白金化合物を電解還元することを特徴とする燃料電池用電極の製造方法。
【請求項２】
多孔質基体がカーボンシートからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、リン酸型燃料電池やメタノール燃料電池用の電極の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術の問題点】
従来、多孔質基体への白金触媒の担持方法としては、該多孔質基体に白金化合物を含む溶液を浸透させた後、熱分解させる方法や該多孔質基体を白金化合物を含む溶液中に浸漬し電気めつきさせる方法が用いられている。
【０００３】
しかし、前者の方法では、熱分解させるため、高温処理する必要があり、この条件下では、白金の凝集が進行してしまい、触媒活性が低く、十分な性能を得るには多量の白金が必要となる。一方、後者の方法では、多孔質基体の表面に白金が析出してしまい、内部に均一に分散させる事が困難であるという問題点があつた。
【０００４】
本発明の目的は、これらの問題点を解決し、白金の分散均一性が高く、高活性の燃料電池用電極を開発することである。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、多孔質基体に白金触媒を担持させる方法において、ジニトロジアンミン白金の硝酸酸性水溶液を多孔質基体に浸透させ、乾燥させた後２５０〜５００℃で加熱処理し、白金化合物を該多孔質基体上に付着させた後、該白金化合物を還元することを特徴とする燃料電池用電極の製造方法を提供するものである。
以下、本発明の方法について詳細に説明する。
【０００６】
【製造方法】
ジニトロジアンミン白金の硝酸酸性水溶液を多孔質基体に浸透させ、乾燥させ、更に、白金まで熱分解しない温度で加熱処理し、必要に応じてこの操作を繰り返した後、還元することによつて高活性な燃料電池用電極を得る。
【０００７】
上記ジニトロジアンミン白金［Ｐｔ（ＮＯ２）２（ＮＨ３）２］の硝酸酸性水溶液は白金換算で３５０〜６００ｇ／ｌ、好ましくは４００〜５５０ｇ／ｌのジニトロジアンミン白金を硝酸濃度４５０〜７００ｇ／ｌ、好ましくは５００〜６５０ｇ／ｌの硝酸酸性水溶液に添加し、常圧下で１０７℃以上の煮沸条件化で３０分間〜７時間保持し溶解させる。次に水にて白金濃度が１〜２００ｇ／ｌ、好ましくは２０〜１５０ｇ／ｌになるように調整される。
【０００８】
該ジニトロジアンミン白金硝酸水溶液の白金換算濃度が１ｇ／ｌより低いと電極を製造する時の作業効率が悪くなり、また２００ｇ／ｌを越えると多孔質基体への浸透性が低下する問題が生じる。
【０００９】
このようにして調製された溶液は、次いで多孔質基体に塗布又は含浸せしめられる。多孔質基体としては、例えば、カーボンシート、カーボンブラツク成型体、焼結チタン材等が挙げられる。これら多孔質基体は、必要に応じてフツ化水素酸水溶液で処理してもかまわない。フツ化水素酸の濃度は、０．１〜１０重量％とすることができる。
【００１０】
該多孔質基体への該溶液の施用は、例えば、該溶液中に該多孔質基体を浸漬させたり、該溶液をスプレーや刷毛で該多孔質基体に塗布することによつて行なうことができる。
【００１１】
該溶液が施用された多孔質基体は乾燥することにより、溶媒の水を除去する。乾燥温度は特に制限されないが、一般には約２０〜約１２０℃、特に４０〜８０℃の範囲内の温度が適当である。乾燥は全溶媒の少なくとも８０％、好ましくは９０％以上が除去されるまで行なうのが望ましい。
【００１２】
乾燥された多孔質基体は次いで加熱処理される。この加熱処理は、一般に空気の如き酸化雰囲気中で、約２５０〜約５００℃、好ましくは、約３００〜約４５０℃の範囲内の温度で約５〜約６０分間加熱することにより行なうことができる。このとき、ジニトロジアンミン白金は別の化合物に変化しているが、白金まで分解していない事を示差熱分析及びＸ線回折分析で確認している。該加熱処理温度が５００℃より高いと、該白金化合物が白金まで分解してしまうと同時に、その白金どうしが凝集してしまい触媒活性が低下してしまう。
【００１３】
次いで多孔質基体上に付着している白金化合物を還元して、該多孔質基体上に白金を担持させる。還元は、白金の凝集が進行しないよう、比較的低温好ましくは１００℃以下で行なう方法がよい。例えば、ヒドラジンやボロシハイドライド等の還元剤による化学還元や電解還元が好ましい。
【００１４】
以上に述べた本発明の方法によれば、白金触媒が多孔質基体に分散性よく均一に担持されており、触媒活性が大きく、触媒性能に優れた燃料電池用電極を製造することができる。
【００１５】
【実施例】
次に実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
【００１６】
実施例１
硝酸濃度５５０ｇ／ｌの硝酸酸性水溶液２００ｍｌに対し、１５０ｇのジニトロジアンミン白金を添加した後、煮沸条件化で３時間保持溶解し、次に水を加えて白金濃度５０ｇ／ｌのジニトロジアンミン白金の硝酸溶液を調製した。
【００１７】
該溶液をｔ２×１０×１５ｍｍのカーボンシートに白金担持量が２ｍｇとなるように該溶液をマイクロピペツトを使つて塗布した。室温中で乾燥させた後、大気中３５０℃で３０分間加熱処理し、白金化合物を該カーボンシートの基体上に付着させた。
【００１８】
次に該カーボンシートを１ｌ中に１モルのメタノールと０．５モルの硫酸を含む６０℃の水溶液中で、白金網電極を対極として０．２Ｖ（ｖｓ．ＳＨＥ）の定電位電解を１分間行ない、カーボンシート上の白金化合物を電解還元し、カーボンシートに白金を担持させた実施例電極−１を作製した。
【００１９】
比較のため、上記において、塩化白金酸水溶液（白金濃度：５０ｇ／ｌ）を使用する以外は、上記と全く同様に操作して、比較例電極−１を作製した。
【００２０】
これらの電極を用い、燃料電池としての電極特性を比較した。
【００２１】
１ｌ中に１モルのメタノールを０．５モルの硫酸を含む６０℃の水溶液中で、０．７Ｖ（ｖｓ．ＳＨＥ）で定電位電解したときのメタノールの酸化電流値を測定し、その結果を表−１に示す。
【００２２】
この結果より、加熱処理した時に白金まで分解している比較例電極−１に比べ、本発明の製造方法による白金触媒の活性が優れていることがわかる。
【００２３】
実施例２
カーボンシートに塗布、乾燥後大気中で加熱処理の操作を繰り返し、白金担持量を変える他は、実施例電極−１と同様にして、実施例電極−２、−３、−４を作製した。
【００２４】
比較のため、塩化白金酸水溶液を使用する以外は、上記と全く同様に操作して、比較例電極−２、−３、−４を作製した。
【００２５】
これらの電極を用い、実施例１に記載した条件と同じ定電位電解したときのメタノールの酸化電流値を測定し、その結果を表−１に示す。
【００２６】
この結果より、本発明の製造方法による電極は比較例電極と異なり、白金の担持量が多くなるとメタノールの酸化電流値も増加し、より高活性な電極を容易に得られることがわかる。
【００２７】
これは、比較例電極の様に白金化合物が加熱処理した時に白金まで分解してしまうと白金どうしが凝集してしまい、担持量を増やしても活性が増加しないのに対し、本発明の製造方法では、加熱処理時に白金まで分解していないので、白金と結合している基によつて白金どうしの凝集がおさえられ、分散性がよいためと考えられる。
【００２８】
【表１】
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