(57)【要約】高い電気化学的活性を有するタングステン含有燃料電池触媒及びその製造方法について記載する。タングステン含有触媒は、燃料電池を組み立てた後に燃料電池中で現場で形成させてもよい。触媒は、カーボン担体上に付着させておいたタングステン含有前駆物質を低温電気化学的活性化することによって形成する。2004510316.tif 000004
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タングステンを含有する表面層を有するカーボン担体を含み、同様にして調製される白金触媒の、水素の電気化学的酸化を用いて同じ条件下で作動する時の出力の約２０％よりも大きい出力を発生するタングステン含有燃料電池触媒。
【請求項２】
タングステン含有触媒の出力が白金触媒の出力の約４０％よりも大きい請求項１のタングステン含有触媒。
【請求項３】
タングステン含有触媒の出力が白金触媒の出力の約８０％よりも大きい請求項１のタングステン含有触媒。
【請求項４】
タングステン含有触媒の出力が白金触媒の出力の約１００％である請求項１のタングステン含有触媒。
【請求項５】
タングステンを含有する表面層を有するカーボン担体を含み、負荷１０００オームでセル電圧約０．７５ボルトを生じる単一の５ｃｍ２セルを有する水素：空気ＰＥＭ燃料電池中のタングステン含有燃料電池触媒。
【請求項６】
タングステンを含有する表面層を有するカーボン担体を含み、温度約２５℃及び圧力０．２ＭＰａ（約１気圧）において電流密度約２〜約６ｍＡ／ｃｍ２で電位約０．２５ボルトを生じるタングステン含有燃料電池触媒。
【請求項７】
電位が、タングステン含有触媒で造られたアノード及び白金触媒で造られたカソードを有する水素：空気燃料電池において測定される請求項６のタングステン含有触媒。
【請求項８】
タングステン約２０重量％のタングステン添加量を有する請求項１のタングステン含有触媒。
【請求項９】
タングステン約４０重量％のタングステン添加量を有する請求項１のタングステン含有触媒。
【請求項１０】
下記の工程：
（ａ）タングステン含有前駆物質をカーボン担体上に付着させ；
（ｂ）担体を電解質の溶液と接触させ；
（ｃ）担体に、タングステン含有触媒を形成する程の電圧をかける
を含むタングステン含有燃料電池触媒の製造方法。
【請求項１１】
電解質溶液が、流体ベースのカーボン源を含有する請求項１０の方法。
【請求項１２】
流体ベースのカーボン源が、アルコール、水性カーボネート、有機酸溶液、又は泡立たされたＣＯもしくはＣＯ２ガスである請求項１１の方法。
【請求項１３】
電解質が２Ｍ　Ｎａ２ＣＯ３である請求項１０の方法。
【請求項１４】
かける電圧が約０．５〜約３０ＶＤＣである請求項１０の方法。
【請求項１５】
かける電圧が４ＶＤＣである請求項１３の方法。
【請求項１６】
タングステン含有前駆物質が、タングステン酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸又はタングステンヘテロポリ塩である請求項１０の方法。
【請求項１７】
タングステン含有前駆物質が、メタタングステン酸アンモニウムである請求項１０の方法。
【請求項１８】
電解質溶液が、流体ベースのカーボン源を含有する請求項１７の方法。
【請求項１９】
流体ベースのカーボン源が、アルコール、水性カーボネート、有機酸溶液、又は泡立たされたＣＯもしくはＣＯ２ガスである請求項１７の方法。
【請求項２０】
電解質溶液が２Ｍ　Ｎａ２ＣＯ３である請求項１７の方法。
【請求項２１】
カーボン担体が、カチオン性界面活性剤で前処理しておいたカーボンブラックである請求項１０の方法。
【請求項２２】
カチオン性界面活性剤がセチルピリジニウムクロリドである請求項２１の方法。
【請求項２３】
下記の工程：
（ａ）カーボンブラックをタングステン含有前駆物質の溶液と混合して分散体を形成し；
（ｂ）分散体を乾燥させて担持された触媒前駆物質を形成し；
（ｃ）担持された触媒前駆物質を用いてアノード電極を形成し；
（ｄ）触媒前駆物質を電解質の溶液と接触させ；及び
（ｅ）アノードに、タングステン含有触媒を形成する程の電圧をかける
を含むタングステン含有燃料電池触媒の製造方法。
【請求項２４】
タングステン含有前駆物質が、タングステン酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸、又はタングステンヘテロポリ塩である請求項２３の方法。
【請求項２５】
電解質が、流体ベースのカーボン源を含有する請求項２３の方法。
【請求項２６】
流体ベースのカーボン源が、アルコール、水性カーボネート、有機酸溶液、又は泡立たされたＣＯもしくはＣＯ２ガスである請求項２５の方法。
【請求項２７】
タングステン含有前駆物質がメタタングステン酸アンモニウムであり、電解質溶液が２Ｍ　Ｎａ２ＣＯ３である請求項２４の方法。
【請求項２８】
タングステン含有触媒をプロトン交換膜燃料電池中で現場で形成する請求項２３の方法。
【請求項２９】
かける電圧が約０．５〜約３０ＶＤＣである請求項２８の方法。
【請求項３０】
タングステン含有前駆物質がメタタングステン酸アンモニウムであり、電解質溶液が２Ｍ　Ｎａ２ＣＯ３である請求項２９の方法。
【請求項３１】
かける電圧が４ＶＤＣである請求項３０の方法。
【請求項３２】
カーボンブラックをカチオン性界面活性剤で前処理しておいた請求項２３の方法。
【請求項３３】
カチオン性界面活性剤がセチルピリジニウムクロリドである請求項３２の方法。
【請求項３４】
下記の工程：
（ａ）触媒を流体ベースのカーボン源と接触させ；
（ｂ）触媒に、触媒を実質的に再生する程の電圧をかける
を含むタングステン含有燃料電池触媒の再生方法。
【請求項３５】
触媒を初めに希薄なタングステート溶液と接触させる請求項３４の方法。
【請求項３６】
かける電圧が約０．５〜約３０ＶＤＣである請求項３４の方法。
【請求項３７】
再生を燃料電池中で現場で遂行される請求項３４の方法。
【請求項３８】
流体ベースのカーボン源が炭酸ナトリウムの水溶液である請求項３４の方法。
【請求項３９】
希薄なタングステート溶液がメタタングステン酸アンモニウムの溶液である請求項３５の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、燃料電池用触媒に関する。一層特に、本発明は、燃料電池触媒として使用できるタングステン含有化合物に関する。
【０００２】
従来技術
燃料電池は、水素、炭化水素、及び酸素のような反応体を水及び二酸化カーボンのような生成物に転化させることによって電気を生成する。典型的な低温燃料電池は、アノード及びカソードを電解質によって分離させてなるのが普通である。アノード及びカソードは、触媒の薄い層を担体の表面上に均一に分散させた導電性担体からなる。作動中、燃料の連続した流れがアノードに供給され、同時に、オキシダントの連続した流れがカソードに供給される。
【０００３】
従来の低温Ｈ２／Ｏ２燃料電池では、水素ガス燃料がアノードで白金触媒の助けによって酸化されて電子及びプロトンを発生し、これらは別々の路によってカソードに移動する。電子は、外部回路を通って伝導され、プロトンは、電解質を通って伝導される。カソードにおいて、酸素ガスは、再び白金触媒の助けによって電子及びプロトンと組み合わさって水を生成する。電子によって発生されて外部回路を通って流れる電流を仕事に使用することができる。
【０００４】
特に重要な燃料電池構造は、プロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池である。代表的なＰＥＭ燃料電池では、電解質は、プロトンを伝導することができる固体ポリマー物質、例えばペルフルオロスルホン酸ポリマー（例えば、ＤｕＰｏｎｔによるＮａｆｉｏｎ（登録商標））である。プロトン伝導性ポリマー膜は、カーボンブラック上に分散された白金触媒から形成された膜電極アセンブリー（ＭＥＡ）の間にサンドイッチされる。これらの装置の例は、米国特許第６，０３０，７１８号、同第６，０４０，００７号及び同第５，９４５，２３１号に記載されており、これらの米国特許を本明細書中に援用する。
【０００５】
白金触媒は、それらの電気化学的活性が高いことから、燃料電池用に好適である。しかし、白金は、高価でありかつ水素燃料中に典型的に認められる微量の一酸化カーボンにより容易に被毒される。値段の一層安い電気触媒（ｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｔ）を見出そうとする又は白金触媒の一酸化カーボンへの感応性を低減させようとする試みが多数なされてきた。これらの試みの内のいくつかは、タングステン及びモリブデン化合物、特にそれらの炭化物及び酸化物に焦点を合わせてきた。例えば、米国特許第５，９２２，４８８号は、ＣＯ耐性アノード触媒について記載しており、該触媒は、Ｐｔ−ＨｘＷＯ３式（式中、ｘは約０．０５〜約０．３６の範囲である）を有する、カーボン担持され、白金分散された、非化学量論的水素タングステンブロンズを使用するものである。米国特許第５，２９８，３４３号は、好ましくは白金又はパラジウム並びにタングステン酸、モリブデン酸、タングステン酸アンモニウム、モリブデン酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウム及びモリブデン酸ナトリウムからなる群から選ぶ化学成分で構成される多成分電気触媒について記載している。米国特許第５，９４５，２３１号は、炭化タングステンを酸化ルテニウム又はルテニウムと組み合わせて直接液体供給燃料電池用触媒を形成することを意図している。遺憾ながら、これらのタングステン及びモリブデンベースの触媒は、更に高価な助触媒を存在させないで、実用的な燃料電池用途のための許容し得るレベルの電気化学的活性を示さなかった。従って、高価な助触媒を用いないで、高い電気化学的活性を示すタングステン含有燃料電池触媒を有することは、利点になろう。
【０００６】
発明の概要
発明の目的は、従来技術の不利を無くすにある。
【０００７】
発明の別の目的は、白金の電気化学的活性に近い電気化学的活性を有するタングステン含有燃料電池触媒を提供するにある。
【０００８】
発明の更に別の目的は、タングステン含有燃料電池触媒を燃料電池中で現場で製造する方法を提供するにある。
【０００９】
発明のなお別の目的は、タングステン含有燃料電池触媒を燃料電池中で現場で再生する方法を提供するにある。
【００１０】
発明の開示
発明の一つの目的に従えば、タングステンを含有する表面層を有するカーボン担体を含み、同様にして調製される白金触媒の、水素の電気化学的酸化を用いて同じ条件下で作動する時の出力の約２０％よりも大きい出力を発生するタングステン含有燃料電池触媒を提供する。
【００１１】
発明の別の目的に従えば、下記の工程：
（ａ）タングステン含有前駆物質をカーボン担体上に付着させ；
（ｂ）担体を電解質の溶液と接触させ；
（ｃ）担体に、タングステン含有触媒を形成する程の電圧をかける
を含むタングステン含有燃料電池触媒の製造方法を提供する。
【００１２】
発明の更に別の目的に従えば、下記の工程：
（ａ）触媒を流体ベースのカーボン源と接触させ；
（ｂ）触媒に、触媒を実質的に再生する程の電圧をかける
を含むタングステン含有燃料電池触媒の再生方法を提供する。
【００１３】
好ましい具体例の説明
本発明を、それのその他の及びそれ以上の目的、利点及び能力と共に一層良く理解するために、下記の開示及び特許請求の範囲の記載を、添付した図面と関連させて参照のこと。
【００１４】
高い電気化学的活性を有するタングステン含有燃料電池触媒を発明したもので、該触媒は、燃料電池を組み立てた後に燃料電池中で現場で形成させてもよい。触媒は、カーボン担体、例えばグラファイト、活性炭又はカーボンブラック上に付着させておいたタングステン含有前駆物質を低温（約１００℃よりも低い）電気化学的活性化することによって形成する。カーボン担体上でのタングステン含有触媒層の形成は、スパッター式中性質量分析法（ＳＮＭＳ）及びＸ線光電子分光法（ＸＰＳ、またＥＳＣＡとしても知られている）によって確認した。
【００１５】
好適な方法では、カーボンブラックを前駆物質の水溶液と混合し、機械的にかつ超音波的に攪拌して均一な分散体を生成し、次いで乾燥させる。乾燥された担持された触媒前駆物質を成形して従来のＰＥＭ電池膜−電極アセンブリー（ＭＥＡ）にし、これは、ＰＥＭ電池のアノードを形成する。ＰＥＭ電池のカソードは、白金触媒で造られたＭＥＡである。一旦ＭＥＡ電池を構築したら、電解質溶液を加える。電解質溶液は、流体ベースのカーボン源、例えば、アルコール、水性カーボネート、有機酸溶液、又は泡立たされたＣＯもしくはＣＯ２ガスを含有するのが好ましい。好適な電解質溶液は、２Ｍ　Ｎａ２ＣＯ３である。電圧をかけて前駆物質を活性化してタングステン含有触媒を形成する。かける電圧は、約０．５〜約３０ボルトＤＣにするのが好ましい。電圧は、電流要求量が実質的に減少するまで、通常１分以内かけるだけにする必要があるのが普通である。しかし、触媒の活性化を確実にするために、電圧を約３０分間かけるのが好ましい。ＰＥＭ電池アノードを負のＤＣ源に接続し、ＰＥＭ電池カソードを負のＤＣ源に接続する。正のＤＣ源に接続する。こうして、アノード及びカソードの電気化学的な役割は、通常のＰＥＭ電池作動に対して逆になる。
【００１６】
タングステン含有前駆物質は、水溶液中でタングステートアニオンＷＯ４−２を生じるのが好ましい。そのような好適なタングステン含有前駆物質は、タングステン酸アンモニウム、タングステン酸ナトリウム、又はタングステン酸を含む。タングステン含有前駆物質は、タングステンヘテロポリ塩、例えばメタタングステン酸アンモニウム（ＡＭＴ）のようなものであるのが一層好ましい。カーボン担体への触媒前駆物質の添加量は、カチオン性界面活性剤、例えばセチルピリジニウムクロリドのようなものを用いることによって増大させることができる。好適な方法では、カーボンブラックをカチオン性界面活性剤の溶液と接触させ、混合し、乾燥させ、粉砕した後に、タングステン含有前駆物質の水溶液中に分散させる。界面活性剤の使用は、タングステンの添加量を、典型的な添加量タングステン約２０重量パーセント（ｗｔ．％）からタングステン約４０ｗｔ．％に２倍増大させることができる。
【００１７】
本発明のタングステン含有触媒は、同様にして調製される白金触媒の、水素の電気化学的酸化を用いて同じ条件下で作動する時の出力の約２０％よりも大きい出力を発生することができる。タングステン含有触媒の出力は、白金触媒の出力の約４０％よりも大きいのが好ましい。タングステン含有触媒の出力は、白金触媒の出力の約８０％よりも大きいのが更に一層好ましい。タングステン含有触媒の出力は、白金触媒の出力の約１００％であるのが最も好ましい。
【００１８】
下記の例を提示するが、下記の例は、制限するものではない。
【００１９】
例１
タングステン含有触媒の活性化を、サイクリックボルタンメトリーを使用して観測した。ＡＭＴ触媒前駆物質をガラス状カーボンに結合することによってガラス状カーボン回転ディスク電極を調製した。触媒０．２ｇ量を超純水１００ｍｌ及び５％液状Ｎａｆｉｏｎ溶液１ｍｌと混合し、次いで電極に適用した。電極を水性２Ｍ　Ｎａ２ＣＯ３中でアルゴンガスシールド下で１５００ｒｐｍで回転させた。白金フラグを対電極として使用して、標準カロメル電極（ＳＣＥ）を参照する電位を、２つの完全なサイクルについて対ＳＣＥ８００ｍＶから対ＳＣＥ−１０００ｍＶに掃引した。サイクリックボルタンメトリーカーブを図１に示す。カーブは、対ＳＣＥ−４００ｍＶにおいて反応性領域を示す。第二の掃引Ｂは、初期の掃引Ａの間に不可逆反応が起きていたことを示唆する。
【００２０】
例２
タングステン含有触媒の電気化学的活性化を、触媒をカーボン棒上に形成することによって調べた。直径０．２４２ｉｎ（０．６１５ｃｍ）×長さ１２ｉｎ（３０ｃｍ）のカーボン棒（Ｂａｙ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｉｎｃ．，Ｔｙｐｅ　ＡＧＫＳＰ）を、メタタングステン酸アンモニウム（ＡＭＴ）（ＮＨ４）６Ｈ２Ｗ１２Ｏ４０・２Ｈ２Ｏ（ＯＳＲＡＭ　ＳＹＬＶＡＮＩＡ　Ｉｎｃ．）の水溶液（水２００ｍｌ当たりＡＭＴ３２０ｇを含有する）に浸漬することによってタングステン含有触媒棒を調製した。棒を４８時間の間浸漬した後に、触媒を２Ｍ　Ｎａ２ＣＯ３中で４ＶＤＣにおいて３０分間活性化した。
【００２１】
棒をクロロ白金酸（Ｈ２ＰｔＣｌ６）６ｇの水６ｍｌ中の水溶液に４８時間の間浸漬することによって、同様に添加された白金触媒カーボン棒を調製した。次いで、棒を水素中で焼成して白金を還元させた。
【００２２】
一連の定電位ボルタンメトリー実験を、０．５Ｍ　Ｈ２ＳＯ４中でＰｉｎｅ　ＡＦＣＢＰ１　Ａｎａｌｏｇ　Ｂｉｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔを使用して水素を泡立たせながら実施した。各々のテストについて、棒を電解質の表面に置き、上に上げて棒の端部上にわずかなメニスカスを形成した。白金線対電極を使用して電圧をかけ、標準カロメル電極を参照した。生成した電流出力を定常状態に達しさせた。結果を図２に示し、結果は、タングステン含有触媒の電気化学的活性が白金の活性に近づくことができることを立証する。
【００２３】
例２Ａ
直径０．２４２ｉｎ（０．６１５ｃｍ）×長さ１２ｉｎ（３０ｃｍ）のカーボン棒（Ｂａｙ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｉｎｃ．，Ｔｙｐｅ　ＡＧＫＳＰ）を、メタタングステン酸アンモニウム（ＡＭＴ）（ＮＨ４）６Ｈ２Ｗ１２Ｏ４０・２Ｈ２Ｏ（ＯＳＲＡＭ　ＳＹＬＶＡＮＩＡ　Ｉｎｃ．）の水溶液（水２００ｍｌ当たりＡＭＴ３２０ｇを含有する）に浸漬することによってタングステン含有触媒棒を調製した。棒を４８時間の間浸漬した後に、浸漬された棒を空気中７００℃で１時間焼成してタングステン含有前駆物質を完全に酸化して黄色のＷＯ３にした。次いで、触媒を２Ｍ　Ｎａ２ＣＯ３中で４ＶＤＣにおいて２０分間活性化した。
【００２４】
一連の定電位ボルタンメトリー実験を、０．５Ｍ　Ｈ２ＳＯ４中でＰｉｎｅ　ＡＦＣＢＰ１　Ａｎａｌｏｇ　Ｂｉｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔを使用して水素を泡立たせながら実施した。各々のテストについて、棒を電解質の表面に置き、上に上げて棒の端部上にわずかなメニスカスを形成した。白金線対電極を使用して電圧をかけ、標準カロメル電極を参照した。生成した電流出力を定常状態に達しさせた。結果は、図２に示すものと同様であり、更にタングステン含有触媒の電気化学的活性が白金の活性に近づくことができることを立証する。
【００２５】
例３
一連の実験を実施してカーボンブラック担体の添加量容量を求めた。カーボンブラック上に担持されたタングステン含有触媒前駆物質のサンプルを、下記の手順を用いて造った。カーボンブラック（Ｃａｂｏｔ　Ｃｏｒｐ．からのＶｕｌｃａｎ−７２Ｒ）５０ｇ量を、カチオン性界面活性剤（１−ヘキサデシルピリジニウムクロリド、Ｓｉｇｍａ　Ａｌｄｒｉｃｈ）であるセチルピリジニウムクロリドの０．１５Ｍ溶液０．５リットルと接触させた。カーボンブラック分散体をペイント振盪機上で２０分間混合し、１１０℃で乾燥させ、３０分間ボールミル粉砕した。乾燥され、粉砕されたカーボンブラック５０ｇ量を、メタタングステン酸アンモニウム６０ｇを含有する脱イオン水０．４リットルと接触させた。ペイント振盪機上で３０分間混合した後に、分散体を約１６時間の間凝固させた。次いで、カーボンブラック分散体を１１０℃で２４時間の間乾燥させ、０．５時間の間ボールミル粉砕して完成触媒前駆物質を生じた。同様の手順を用いたが、カーボンブラックをカチオン性界面活性剤で前処理しないで更なる触媒前駆物質を造った。次いで、触媒前駆物質をＥＳＣＡによって分析して表面添加量を求めた。ＥＳＣＡ分析の結果を下記の表１に挙げる。カーボン担体表面の分析は、カーボンブラックをカチオン性界面活性剤で前処理すると、タングステン添加量をＷ約２０ｗｔ．％からＷ約４０ｗｔ．％に２倍増大させたことを示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
例４−ＰＥＭ燃料電池
ＰＥＭ燃料電池を構築し、本発明のタングステン含有触媒で造ったアノードを使用して作動させた。燃料電池アノード用触媒前駆物質を下記の方法によって調製した。
ａ）メタタングステン酸アンモニウム（ＡＭＴ）（ＮＨ４）６Ｈ２Ｗ１２Ｏ４０・２Ｈ２Ｏ（ＯＳＲＡＭ　ＳＹＬＶＡＮＩＡ　Ｉｎｃ．）８２８グラムを脱イオン水１８リットルに溶解し；
ｂ）ＡＭＴ溶液をカーボンブラック（Ｃａｂｏｔ　Ｃｏｒｐ．からのＶｕｌｃａｎ−７２Ｒ）１．０キログラムに加え；
ｃ）１．５時間の間攪拌し；
ｄ）混合物から水を蒸発させ、カーボン／ＡＭＴ混合物１１０℃で乾燥させ；及び
ｅ）乾燥された物質を０．５時間の間ボールミル粉砕して完成触媒前駆物質を形成する。
【００２８】
触媒前駆物質の表面をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって分析し、それから、カーボン上のタングステン添加量約２０重量％を求めた。
【００２９】
従来の５層フルオロカーボン結合法を用いて膜電極アセンブリー（ＭＥＡ）を調製した。ＭＥＡを面積５ｃｍ２で加工した。ＭＥＡは、Ｔｏｒａｙ紙、ＴＦＥバインダー、及び１平方センチメートル当たり有効触媒０．５ｍｇの添加量を用いて組み立てた。
【００３０】
触媒前駆物質をアノードとして収容するＭＥＡを使用して、５ｃｍ２　ＰＥＭ電池（ＥｌｅｃｔｒｏＣｈｅｍモデルＦＣ０５−０１ＳＰ）を組み立てた。カソードは、白金触媒を含有するＭＥＡからなるものであった。カソード触媒は、カーボン上のＰｔ２０重量％であった。触媒前駆物質を、アノードチャンバー及びカソードチャンバーの両方に２Ｍ　Ｎａ２ＣＯ３の水溶液を満たし、Ｋｅｉｔｈｌｙ　Ｍｏｄｅｌ　２４２０　Ｓｏｕｒｃｅｍｅｔｅｒを使用して４ＶＤＣを３５分間かけることによって活性化し、電圧−優先モードでランした。電池を通る可変液体流れを保つことによって、電池から気泡を排出させた。活性化した後に、各々のチャンバーを脱イオン水３リットルでフラッシュし、アノード側を水素及びカソード側を空気のそれぞれの作業ガスで吹いて乾かした。
【００３１】
カソードで加湿された圧縮空気をかつアノード側で加湿された低温グレードの水素を使用して作業ガス連絡を行った。両方の電池排気を７ｃｍ３／分に設定した別々の排気流量計につなげた。ＰＥＭ電池を電圧ロギングケイパビリティのチャネル６４を装備したデータロギングコンピューターに接続した。アノード及びカソードの両方について担持された白金触媒を用いた第二の５ｃｍ２　ＰＥＭ燃料電池を、対照としてのテスト電池と並行して作動させた。精密電力抵抗器（Ｖｉｓｈａｙ−Ｄａｌｅ　Ｔｙｐｅ　ＲＨ−５０）を使用して種々の負荷を各々の電池に同時にかけた。セル電圧を電流出力の間接尺度として記録し、ワットで表わす電力を、電流及び電圧値から計算した。
【００３２】
各々のＰＥＭ電池を室温でかつ低圧（＜１ｐｓｉｇ（０．１ＭＰａ））作動下でテストした。作業ガスを、室温水を通して泡立たせることによって加湿した。両方のＰＥＭ電池についてのテストデータを図３に示す。タングステン含有触媒を使用するＰＥＭ電池について負荷１０００オーム下で１５０分作動した後の定常状態電圧は、約０．７５Ｖであり、対照電池の電圧にほぼ等しいものであった。３５０分した後に、テストセル電圧は、対照電池について約０．７５Ｖであったのに比べて約０．６５Ｖに低下した。これらの燃料電池についての出力カーブを図４に示す。テスト電池は、温度約２５℃及び圧力約１気圧（０．２ＭＰａ）において電流密度約２〜約６ｍＡ／ｃｍ２で比較的に一定の電位約０．２５ボルトを示した。
【００３３】
タングステン含有触媒の電気化学的活性化の効果を、同様にして構築される燃料電池を、初めにタングステン含有触媒を活性化しないで作動させることによって立証した。＜０．５ｍＡ／ｃｍ２のごくわずかな量の出力だけが達成された、これは、前駆物質の最少の電気化学的活性を示すものと推測され得る。
【００３４】
触媒は、燃料電池中で現場で形成され得ることから、触媒は、酸化及び汚染による老化を逆転させるために周期的基準で再活性化されることができるであろうと考えられる。加えて、失われた触媒は、例えば、希薄なタングステート溶液を加えることによって補給して取り外すことを要しないで触媒前駆物質を現場で供することができよう。次いで、触媒前駆物質は、上記の方法を用いて活性化されることができよう。
【００３５】
例５
例４のＰＥＭ燃料電池は、空気にアノード側電気触媒を酸化させることによって作動させて失敗に至った。スペント触媒を、アノードチャンバー及びカソードチャンバーの両方に２Ｍ　Ｎａ２ＣＯ３の水溶液を満たし、Ｋｅｉｔｈｌｙ　Ｍｏｄｅｌ　２４２０　Ｓｏｕｒｃｅｍｅｔｅｒを使用して４ＶＤＣを３０分間かけることによって活性化し、電圧−優先モードでランした。電池を通る可変液体流れを保つことによって、電池から気泡を排出させた。活性化した後に、各々のチャンバーを脱イオン水３リットルでフラッシュし、アノード側を水素及びカソード側を空気のそれぞれの作業ガスで吹いて乾かした。ＰＥＭ電池作動が、初期の活性化に一致した出力で再開された。
【００３６】
現時点で発明の好適な実施態様と考えられるものを示しかつ説明したが、発明において種々の変更及び変更態様を特許請求の範囲に規定する通りの発明の範囲から逸脱しないでなし得ることは、当業者にとって自明であると思う。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のタングステン含有燃料電池触媒の活性化を立証するサイクリックボルタンメトリー分析である。
【図２】
本発明のタングステン含有燃料電池触媒の電気化学的活性を白金に比べて立証する定電位サイクリックボルタンメトリー分析である。
【図３】
白金触媒カソード及び本発明のタングステン含有燃料電池触媒で造られたアノードを有するＨ２：空気ＰＥＭ燃料電池の時間／電圧／負荷特性を、共に白金触媒のアノード及びカソードを有する同様にして作動される燃料電池に比べて例示する。
【図４】
白金触媒カソード及び本発明のタングステン含有燃料電池触媒で造られたアノードを有するＨ２：空気ＰＥＭ燃料電池の出力を、共に白金触媒のアノード及びカソードを有する同様にして作動される燃料電池に比べて例示する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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