JP2010218914A - Anode for fuel cell, membrane electrode assembly, and fuel cell - Google Patents
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Abstract
【課題】 高出力の燃料電池が得られる燃料電池用アノードを提供する。
【解決手段】 導電性担持材および前記導電性担持材に担持された触媒微粒子を含み、重量WCで配合された担持触媒、重量WSiO2の酸化ケイ素および重量WSAのプロトン伝導性無機酸化物を含有し総重量WSA+SiO2の酸化ケイ素含有プロトン伝導性無機酸化物と、重量WBPの塩基性高分子との複合体、および、重量WPで配合されたプロトン伝導性有機高分子バインダーを含む電極触媒層を具備することを特徴とする。
【選択図】 なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide an anode for a fuel cell from which a high output fuel cell can be obtained.
SOLUTION: A supported catalyst containing a conductive support material and catalyst fine particles supported on the conductive support material, compounded at a weight W C , silicon oxide with a weight W SiO2 , and proton conductive inorganic oxide with a weight W SA A composite of a silicon oxide-containing proton conductive inorganic oxide having a total weight of W SA + SiO2 and a basic polymer of weight W BP , and a proton conductive organic polymer binder blended with a weight W P It comprises the electrode catalyst layer containing.
[Selection figure] None
Description
本発明は、燃料電池用アノード、膜電極複合体、および燃料電池に関する。 The present invention relates to an anode for a fuel cell, a membrane electrode assembly, and a fuel cell.
プロトン伝導性無機酸化物とプロトン伝導性有機高分子バインダーとを用いた燃料電池用電極として、プロトン伝導性無機酸化物に固体超強酸性を有する硫酸担持金属酸化物が知られている(例えば特許文献1参照)。かかる電極は、発電の過程で水を生じる燃料電池、特に液体燃料を用いる燃料電池のプロトン伝導体としては不安定である。 As an electrode for a fuel cell using a proton conductive inorganic oxide and a proton conductive organic polymer binder, a sulfuric acid-supported metal oxide having a solid super strong acid property in the proton conductive inorganic oxide is known (for example, patent) Reference 1). Such an electrode is unstable as a proton conductor of a fuel cell that generates water during power generation, particularly a fuel cell that uses liquid fuel.
一方、Ti等の酸化物担体、W等の酸化物の粒子、およびこれらを結着するバインダーを含有する燃料電池用電極が本発明者らによって提案されている(例えば、特許文献2参照)。TiやW等の酸化物(プロトン伝導性無機酸化物)、Pt触媒、およびバインダーが複合化された電極触媒層においては、プロトン伝導性無機酸化物同士の連続性やPt触媒担持材同士の連続性がバインダーによって阻害される。また、プロトン伝導性無機酸化物やPt触媒の表面に付着したバインダーは、プロトン伝導性無機酸化物への水の供給を妨げる。この場合には、プロトンの発生に必要な水分が不足してPt触媒への空気の供給が不十分となり、電極反応が起こる三相界面が不足する。 On the other hand, the present inventors have proposed an electrode for a fuel cell containing an oxide carrier such as Ti, oxide particles such as W, and a binder that binds these particles (see, for example, Patent Document 2). In an electrode catalyst layer in which an oxide such as Ti or W (proton conductive inorganic oxide), a Pt catalyst, and a binder are combined, continuity between proton conductive inorganic oxides or continuity between Pt catalyst support materials. The properties are inhibited by the binder. Moreover, the binder adhering to the surface of the proton conductive inorganic oxide or the Pt catalyst hinders the supply of water to the proton conductive inorganic oxide. In this case, the water necessary for the generation of protons is insufficient, the supply of air to the Pt catalyst is insufficient, and the three-phase interface where the electrode reaction occurs is insufficient.
電極触媒層のプロトン伝導性や電極反応を向上させるために、プロトン伝導体の開発がさかんに行なわれているものの、その性能はまだ改良の余地が残されている。 Although proton conductors have been extensively developed to improve the proton conductivity and electrode reaction of the electrode catalyst layer, there is still room for improvement in performance.
また、従来のプロトン伝導性無機酸化物は合成時にナノサイズの粒子同士が融着して粒成長を起こし、比表面積が低下し有効なプロトン伝導サイトが少なくなる傾向があった。その結果、プロトン伝導性の低下が生じていたので、燃料電池全体として出力を十分高くすることができなかった。 In addition, conventional proton conductive inorganic oxides have a tendency that nano-sized particles are fused to each other at the time of synthesis to cause grain growth, the specific surface area is decreased, and effective proton conductive sites are decreased. As a result, the proton conductivity was lowered, so that the output of the fuel cell as a whole could not be sufficiently increased.
本発明は、高出力の燃料電池が得られる燃料電池用アノードを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the anode for fuel cells from which a high output fuel cell is obtained.
本発明の一態様にかかる燃料電池用アノードは、導電性担持材および前記導電性担持材に担持された触媒微粒子を含み、重量WCで配合された担持触媒、
重量WSiO2の酸化ケイ素および重量WSAのプロトン伝導性無機酸化物を含有し総重量WSA+SiO2の酸化ケイ素含有プロトン伝導性無機酸化物と、重量WBPの塩基性高分子との複合体、および
重量WPで配合されたプロトン伝導性有機高分子バインダー
を含む電極触媒層を具備することを特徴とする。
An anode for a fuel cell according to an aspect of the present invention includes a supported catalyst that includes a conductive support material and catalyst fine particles supported on the conductive support material, and is blended at a weight W C.
Complex of the silicon oxide-containing proton-conductive inorganic oxide of silicon oxide and the weight W total weight containing a proton-conductive inorganic oxides SA W SA + SiO2 weight W SiO2, a basic polymer having a weight W BP and characterized by including an electrode catalyst layer containing a proton conductive organic polymer binder which is at a weight W P.
本発明の一態様にかかる膜電極複合体は、燃料極、酸化剤極、および前記燃料極と前記酸化剤極との間に配置された電解質膜を具備する膜電極複合体であって、
前記燃料極は、前述の燃料電池用アノードを有することを特徴とする。
A membrane electrode assembly according to an aspect of the present invention is a membrane electrode assembly comprising a fuel electrode, an oxidant electrode, and an electrolyte membrane disposed between the fuel electrode and the oxidant electrode,
The fuel electrode has the fuel cell anode described above.
本発明の一態様にかかる燃料電池は、前述の膜電極複合体を具備することを特徴とする。 A fuel cell according to one embodiment of the present invention includes the above-described membrane electrode assembly.
本発明によれば、高出力の燃料電池が得られる燃料電池用アノード、これを用いた膜電極複合体、および燃料電池が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the anode for fuel cells from which a high output fuel cell is obtained, a membrane electrode assembly using the same, and a fuel cell are provided.
以下、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
本実施形態にかかる燃料電池用アノードは、担持触媒、プロトン伝導性無機酸化物と塩基性高分子との複合体、およびプロトン伝導性有機高分子バインダーを含む電極触媒層を具備する。 The anode for a fuel cell according to the present embodiment includes a supported catalyst, a composite of a proton conductive inorganic oxide and a basic polymer, and an electrode catalyst layer including a proton conductive organic polymer binder.
担持触媒は、導電性担持体と、その導電性担持体に担持された触媒微粒子とを含む。 The supported catalyst includes a conductive support and catalyst fine particles supported on the conductive support.
導電性担持体としては、例えばカーボンブラックを挙げることができるが、これに限定されるものではない。担体として十分な導電性および安定性を有する任意のものを、使用することができる。最近、ナノカーボン材料、例えば、ファイバー状、チューブ状、コイル状などが開発されている。さらに、導電性を有するセラミックス材料を担持体として使用してもよい。 Examples of the conductive carrier include carbon black, but are not limited thereto. Any carrier having sufficient conductivity and stability can be used. Recently, nanocarbon materials, such as fibers, tubes, coils, etc., have been developed. Furthermore, you may use the ceramic material which has electroconductivity as a support body.
触媒微粒子としては、任意の燃料電池用アノード触媒を用いることができる。主要触媒元素としては、PtおよびRuが一般的に用いられる。さらに触媒活性を高める目的で、助触媒成分としてFe、Co、Ni、Pd、Os、Ir等が添加されてもよい。通常は、PtとRuとの合金が広く用いられている。Ptは水素の酸化反応および有機燃料の脱水素反応に有効であり、RuはCO被毒抑制に極めて有効である。Ruの量が過度に少ないと、十分な活性を得られないおそれがある。Ruは、触媒微粒子中の少なくとも1mol%以上含まれることが望まれる。 As the catalyst fine particles, any anode catalyst for a fuel cell can be used. Pt and Ru are generally used as the main catalyst elements. Further, for the purpose of enhancing the catalytic activity, Fe, Co, Ni, Pd, Os, Ir, etc. may be added as a promoter component. Usually, an alloy of Pt and Ru is widely used. Pt is effective for the oxidation reaction of hydrogen and the dehydrogenation reaction of organic fuel, and Ru is extremely effective for suppressing CO poisoning. If the amount of Ru is excessively small, sufficient activity may not be obtained. It is desirable that Ru is contained in at least 1 mol% or more in the catalyst fine particles.
触媒微粒子は、例えば含浸法、沈殿法、およびコロイド法などの溶液法を用いて、導電性担持体に担持させることができる。水と反応して酸化される金属の場合には、スパッタ法、蒸着法などによって、導電性担持体に直接担持させることができる。こうした方法によれば、金属結合を有する触媒を作製しやすい。いずれの方法によって触媒を導電性担持体に担持してもよく、これらに限定されるものではない。 The catalyst fine particles can be supported on the conductive support using, for example, a solution method such as an impregnation method, a precipitation method, and a colloid method. In the case of a metal that reacts with water and is oxidized, it can be directly supported on the conductive support by sputtering, vapor deposition or the like. According to such a method, it is easy to produce a catalyst having a metal bond. The catalyst may be supported on the conductive support by any method, but is not limited thereto.
触媒微粒子の平均粒子径が小さいほど高い活性が得られるので、触媒微粒子の平均粒子径は10nm以下であることが好ましい。平均粒子径が小さすぎる場合には、触媒合成プロセスの制御が困難で、触媒合成コストが高くなることから、最小でも0.5nm程度にとどめることが望まれる。 Since the higher activity is obtained as the average particle size of the catalyst fine particles is smaller, the average particle size of the catalyst fine particles is preferably 10 nm or less. If the average particle size is too small, it is difficult to control the catalyst synthesis process and the catalyst synthesis cost becomes high. Therefore, it is desired that the average particle size be at least about 0.5 nm.
触媒微粒子としては、平均粒子径が10nm以下の微粒子を単独で使用することができる。あるいは、こうした微粒子からなる一次粒子の凝集体(二次粒子)を使用してもよい。触媒微粒子の平均粒子径は、XRD測定によるピーク半値幅からSherrer式を用いて算出することができる。 As the catalyst fine particles, fine particles having an average particle diameter of 10 nm or less can be used alone. Alternatively, an aggregate (secondary particle) of primary particles made of such fine particles may be used. The average particle diameter of the catalyst fine particles can be calculated from the half width of the peak by XRD measurement using the Scherrer equation.
プロトン伝導性無機酸化物は、酸化物担体とこの酸化物担体の表面に担持された酸化物粒子とを含む。酸化物担体は、例えば、Ti、Zr、およびSnからなる群から選択される少なくとも一種の第1の元素を含むことができ、酸化物粒子は、W、MoおよびVからなる群から選択される少なくとも一種の第2の元素を含むことができる。 The proton conductive inorganic oxide includes an oxide carrier and oxide particles supported on the surface of the oxide carrier. The oxide support can include, for example, at least one first element selected from the group consisting of Ti, Zr, and Sn, and the oxide particles are selected from the group consisting of W, Mo, and V At least one second element can be included.
第1の元素を含有する酸化物担体としては、具体的には、TiO2、ZrO2、およびSnO2などが挙げられ、第2の元素を含有する酸化物粒子としては、具体的には、WO2、MoO2、およびV2O5などが挙げられる。このような酸化物担体の表面に酸化物粒子が担持されることによって、酸化物粒子の構造内にルイス酸点が生成する。このルイス酸点が水和することでブレンステッド酸点になり、プロトンの伝導場が形成されるものと推測される。また、プロトン伝導性無機酸化物が非晶質構造を有すると、ルイス酸点生成が促進される。 Specific examples of the oxide carrier containing the first element include TiO 2 , ZrO 2 , and SnO 2. Specific examples of the oxide particles containing the second element include: WO 2, MoO 2, and the like V 2 O 5 and the like. When the oxide particles are supported on the surface of such an oxide carrier, Lewis acid points are generated in the structure of the oxide particles. It is presumed that when this Lewis acid point is hydrated, it becomes a Bronsted acid point and a proton conduction field is formed. In addition, when the proton conductive inorganic oxide has an amorphous structure, the generation of Lewis acid points is promoted.
プロトン伝導性無機酸化物は、ルイス酸点によるプロトン生成反応に加えて、プロトン伝達に必要な同伴水の分子数を少なくすることができる。このため、プロトン伝導性無機酸化物の表面に存在する少量の水分子で高いプロトン伝導性を得ることが可能になり、発電時の厳密な水管理を行なわずに大きな発電量を得ることができる。 The proton conductive inorganic oxide can reduce the number of molecules of entrained water necessary for proton transfer in addition to the proton generation reaction by the Lewis acid point. For this reason, it becomes possible to obtain high proton conductivity with a small amount of water molecules present on the surface of the proton conductive inorganic oxide, and a large amount of power generation can be obtained without strict water management during power generation. .
第2の元素を含む酸化物粒子は、元素やpHの環境によってその水に対する溶解度が変動し、水溶性を呈する場合がある。一方、第1の元素を含む酸化物担体は水溶性が低い。酸化物粒子を水溶性の低い酸化物担体に担持させることによって、酸化物粒子が水へ溶解するのを抑えることができる。その結果、酸化物粒子が単独で存在する場合に較べてプロトン伝導性無機酸化物の水および液体燃料に対する安定性が向上する。また、溶出した酸化物粒子のイオンによる他の燃料電池材料や装置の汚染も、回避することができる。 The oxide particles containing the second element may have water solubility due to fluctuations in water solubility depending on the element and pH environment. On the other hand, the oxide carrier containing the first element has low water solubility. By supporting the oxide particles on an oxide carrier having low water solubility, it is possible to suppress dissolution of the oxide particles in water. As a result, the stability of the proton conductive inorganic oxide to water and liquid fuel is improved as compared with the case where the oxide particles are present alone. Also, contamination of other fuel cell materials and devices by ions of the eluted oxide particles can be avoided.
したがって、こうしたプロトン伝導性無機酸化物を用いることにより、長期にわたって高い信頼性を有する燃料電池を得ることができる。さらに、安価な酸化物担体を母材として用いることができ、電池の製造コストを抑えることも可能である。 Therefore, a fuel cell having high reliability over a long period can be obtained by using such a proton conductive inorganic oxide. Furthermore, an inexpensive oxide carrier can be used as a base material, and the manufacturing cost of the battery can be suppressed.
しかも、プロトン伝導性無機酸化物の表面には、酸化ケイ素が担持される。酸化ケイ素は微粒子として担持されていても、あるいはプロトン伝導性無機酸化物の表面に層状に堆積していてもよい。いずれの状態であっても、プロトン伝導性無機酸化物の表面に酸化ケイ素が担持されていれば、プロトン伝導性無機酸化物同士が融着して粒成長するのを防ぐことができる。 Moreover, silicon oxide is supported on the surface of the proton conductive inorganic oxide. Silicon oxide may be supported as fine particles or may be deposited in layers on the surface of the proton conductive inorganic oxide. In any state, as long as silicon oxide is supported on the surface of the proton conductive inorganic oxide, it is possible to prevent the proton conductive inorganic oxide from fusing together and grain growth.
第1の元素を含む酸化物担体に、第2の元素を含む酸化物粒子および酸化ケイ素が担持されていることは、例えば、透過電子顕微鏡(TEM)、X線回折(XRD)、X線光電子分光法(XPS)などの機器分析により確認することが可能である。 The fact that the oxide carrier containing the first element and the oxide particles containing the second element and the silicon oxide are supported on the oxide carrier containing the first element are, for example, transmission electron microscope (TEM), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron It can be confirmed by instrumental analysis such as spectroscopy (XPS).
第1の元素を含む酸化物担体は、任意の方法により合成することができる。例えば、第1の元素を含むガスを分解して酸化物を作製する気相法、あるいは第1の元素を含む溶液または金属アルコキシドを原料としたゾル−ゲル法などが挙げられる。酸化物担体は、複数種類の金属元素を含む複合酸化物であってもよい。 The oxide carrier containing the first element can be synthesized by any method. For example, a vapor phase method in which a gas containing a first element is decomposed to produce an oxide, or a sol-gel method using a solution containing a first element or a metal alkoxide as a raw material can be given. The oxide carrier may be a complex oxide containing a plurality of types of metal elements.
第1の元素としてSnを用いた場合には、プロトン伝導性を十分に高くすることができる。また、第1の元素としてTiを用いた場合には、製造コストを抑えつつ高いプロトン伝導性が得られる。酸化物担体は、粒子状、繊維状、平板状、層状および多孔性などの種々の形状とすることができ、その形状は特に限定されない。酸化物担体においては、表面がプロトン伝導サイトとして作用する。このため、ナノサイズの微粒子状の酸化物を酸化物担体として使用することによって、十分なプロトン伝導サイトが得られる。 When Sn is used as the first element, the proton conductivity can be sufficiently increased. In addition, when Ti is used as the first element, high proton conductivity can be obtained while suppressing the manufacturing cost. The oxide carrier can have various shapes such as a particle shape, a fiber shape, a flat plate shape, a layer shape, and a porous shape, and the shape is not particularly limited. In the oxide carrier, the surface acts as a proton conduction site. For this reason, sufficient proton conduction sites can be obtained by using nano-sized fine particle oxide as an oxide carrier.
第2の元素を含む酸化物粒子は、例えば次のような方法によって、第1の元素を含む酸化物担体の表面に担持させることができる。溶媒としては、例えば水、アルコールを用いることができる。まず、第2の元素を含む物質を溶媒に溶解した溶液、例えば塩化物、硝酸塩、水素酸、オキソ酸塩などの酸性またはアルカリ性水溶液、あるいは金属アルコキシドのアルコール溶液を調製する。ここに、第1の元素を含む酸化物担体を分散し、溶媒を除去する。それによって、第2の元素を含む酸化物粒子の原料を担持させた後、熱処理を施して酸化物粒子が得られる。 The oxide particles containing the second element can be supported on the surface of the oxide carrier containing the first element, for example, by the following method. As the solvent, for example, water or alcohol can be used. First, a solution in which a substance containing the second element is dissolved in a solvent, for example, an acidic or alkaline aqueous solution such as chloride, nitrate, hydrogen acid, or oxo acid salt, or an alcohol solution of a metal alkoxide is prepared. Here, the oxide carrier containing the first element is dispersed, and the solvent is removed. Thereby, after supporting the raw material of the oxide particles containing the second element, heat treatment is performed to obtain oxide particles.
第2の元素を含む酸化物粒子は、複数の元素を含む複合酸化物の状態で酸化物担体に担持されていてもよい。溶媒は、加熱により除去するのが一般的であるが、これに限定されない。加熱せずに減圧して溶媒を除去することができる。さらには、加熱と減圧とを同時に行なって、溶媒を除去してもよい。 The oxide particles containing the second element may be supported on the oxide carrier in the state of a composite oxide containing a plurality of elements. The solvent is generally removed by heating, but is not limited thereto. The solvent can be removed under reduced pressure without heating. Furthermore, the solvent may be removed by simultaneously performing heating and decompression.
第2の元素を含む酸化物粒子は、第1の元素を含む酸化物担体の表面の少なくとも一部に担持されていれば、その効果が発揮される。例えば、酸化物担体の表面に点在したり、あるいは酸化物担体の表面を覆うような層状物であってもよい。酸化物粒子が酸化物担体の表面に担持されていればよく、酸化物粒子または酸化物担体の結晶性は限定されるものではない。 The effect is exhibited if the oxide particles containing the second element are supported on at least a part of the surface of the oxide carrier containing the first element. For example, it may be a layered material that is scattered on the surface of the oxide support or covers the surface of the oxide support. The oxide particles may be supported on the surface of the oxide carrier, and the crystallinity of the oxide particles or the oxide carrier is not limited.
ルイス酸点生成の促進、酸性度の向上に寄与する可能性、製造コストの低下、および製造プロセスの容易さを考慮すると、酸化物粒子および酸化物担体はいずれも非晶質であることが望ましい。酸化物粒子は非晶質であって、酸化物担体は結晶であることがより望ましい。これとは逆に、酸化物粒子および酸化物担体のいずれも結晶で使用する場合、あるいは酸化物粒子が結晶であり、酸化物担体が非晶質で使用する場合も可能である。 Considering the promotion of Lewis acid point generation, the possibility of contributing to the improvement of acidity, the reduction of the manufacturing cost, and the ease of the manufacturing process, it is desirable that both the oxide particles and the oxide support are amorphous. . More preferably, the oxide particles are amorphous and the oxide support is crystalline. On the contrary, it is also possible to use both the oxide particles and the oxide support in the crystal form, or the oxide particles are in the crystal form and the oxide support is used in the amorphous form.
なお、酸化物担体の表面に酸化物粒子の原料が担持された状態が、プロトン伝導性無機酸化物の前駆体粒子である。溶媒を除去して、酸化物担体の表面に酸化物粒子を担持させる際、前駆体粒子は強く凝集して粗大な凝集体となる。この凝集状態を解除することは容易ではなく、製造コストの増大につながる。一方、凝集状態のまま引き続いて熱処理をすると、酸化物担体同士が融着して粒成長を起こす。 The state in which the raw material of the oxide particles is supported on the surface of the oxide carrier is the proton conductive inorganic oxide precursor particles. When the solvent is removed and the oxide particles are supported on the surface of the oxide carrier, the precursor particles are strongly aggregated into coarse aggregates. It is not easy to release this aggregation state, leading to an increase in manufacturing cost. On the other hand, when the heat treatment is continued in the agglomerated state, the oxide carriers are fused to cause grain growth.
特に、酸化物担体がナノ粒子のような微小な粒子である場合には、酸化物担体の融点よりもかなり低い温度で粒成長が生じやすい。粒成長が起こると粒子の比表面積が低下して、プロトン伝導サイトが減少する。その結果、セル抵抗が増大し、電池全体としては高い出力を得られない傾向が強くなる。 In particular, when the oxide carrier is a fine particle such as a nanoparticle, grain growth tends to occur at a temperature considerably lower than the melting point of the oxide carrier. When grain growth occurs, the specific surface area of the particles decreases and proton conduction sites decrease. As a result, the cell resistance increases, and the tendency that a high output cannot be obtained as a whole battery becomes strong.
本実施形態においては、第2の元素を含む物質を溶解した溶液に酸化物担体を分散する際、酸化ケイ素の粒子を添加した後、溶媒を除去する。これによって、酸化物担体の表面に酸化ケイ素粒子が付着する。あるいは、溶液に溶解した酸化ケイ素が酸化物担体の表面に析出して堆積し、酸化ケイ素を酸化物担体の表面に担持させることができる。このように酸化ケイ素の粒子を添加した状態で熱処理を行なうことによって、酸化物担体の融着および粒成長を抑制できる。すなわち、プロトン伝導性無機酸化物の前駆体粒子の凝集は、解除されることとなる。 In this embodiment, when the oxide carrier is dispersed in a solution in which the substance containing the second element is dissolved, the silicon oxide particles are added, and then the solvent is removed. As a result, silicon oxide particles adhere to the surface of the oxide support. Alternatively, silicon oxide dissolved in the solution can be deposited and deposited on the surface of the oxide support, and the silicon oxide can be supported on the surface of the oxide support. By performing the heat treatment in the state where the silicon oxide particles are added in this manner, it is possible to suppress fusion of the oxide carrier and grain growth. That is, the aggregation of the proton conductive inorganic oxide precursor particles is released.
この現象のメカニズムは、次のように考察される。酸化ケイ素は難焼結性の酸化物であり、凝集した酸化物担体の粒子の間に酸化ケイ素が存在することによって、酸化物担体同士の間の融着が抑制されるためである。上述の手法により合成されたプロトン伝導性無機酸化物においては、酸化物粒子は、酸化物担体の表面のみならず酸化ケイ素粒子の表面にも担持される。酸化ケイ素粒子の表面に担持された酸化物粒子のみを分離除去することは、困難である。 The mechanism of this phenomenon is considered as follows. This is because silicon oxide is a hardly sinterable oxide, and the presence of silicon oxide between the aggregated oxide carrier particles suppresses fusion between the oxide carriers. In the proton conductive inorganic oxide synthesized by the above method, the oxide particles are supported not only on the surface of the oxide carrier but also on the surface of the silicon oxide particles. It is difficult to separate and remove only the oxide particles supported on the surface of the silicon oxide particles.
上述したように酸化ケイ素は難焼結性の酸化物であり、酸化物粒子が結合しにくい。このため、酸化物粒子が発電中に溶出して、その成分により燃料電池の構成部材が汚染されるおそれがある。こうした不都合を避けるために、水または熱湯により予め洗浄して、酸化ケイ素粒子の表面に担持された酸化物粒子を除去することが望まれる。 As described above, silicon oxide is a hardly sinterable oxide, and oxide particles are difficult to bond. For this reason, oxide particles may elute during power generation, and the components of the fuel cell may be contaminated by the components. In order to avoid such an inconvenience, it is desired to remove the oxide particles supported on the surface of the silicon oxide particles by washing in advance with water or hot water.
洗浄によって、酸化物担体と、その表面に担持された酸化物粒子および酸化ケイ素粒子とからなるプロトン伝導性無機酸化物が得られる。酸化ケイ素は難焼結性の酸化物であり、合成条件によっては、酸化物担体との結合が弱い場合がある。この場合、酸化ケイ素粒子は予め水または熱湯により洗浄することにより、除去することも可能である。 By washing, a proton conductive inorganic oxide composed of an oxide carrier and oxide particles and silicon oxide particles supported on the surface thereof is obtained. Silicon oxide is a hardly sinterable oxide, and the bond with the oxide carrier may be weak depending on the synthesis conditions. In this case, the silicon oxide particles can be removed by washing with water or hot water in advance.
表面に担持される酸化ケイ素(SiO2)の重量(WSiO2)は、プロトン伝導性無機酸化物(SA)の重量(WSA)の0.1〜0.5倍であることが好ましい。すなわち、酸化ケイ素粒子とプロトン伝導性無機酸化物との重量比(WSiO2/WSA)は、0.1〜0.5の範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、プロトン伝導性や電子伝導性の低下を引き起こすことなしに、粒成長抑制効果を十分に得ることができる。 The weight (W SiO2 ) of silicon oxide (SiO 2 ) supported on the surface is preferably 0.1 to 0.5 times the weight (W SA ) of the proton conductive inorganic oxide (SA). That is, the weight ratio (W SiO2 / W SA ) between the silicon oxide particles and the proton conductive inorganic oxide is preferably in the range of 0.1 to 0.5. Within this range, a grain growth suppressing effect can be sufficiently obtained without causing a decrease in proton conductivity or electron conductivity.
酸化ケイ素の平均粒子径は、酸化物担体の平均粒子径を越えないことが好ましい。扱いやすさおよび粒成長の抑制効果を考慮すれば、酸化ケイ素の平均粒子径は1〜15nmの範囲が好ましい。酸化ケイ素の平均粒子径が1nmより小さいと、プロトン伝導性無機酸化物の粒成長抑制効果を得るには担持量が多くなり、酸化ケイ素によってプロトン伝導性無機酸化物の表面のプロトン発生サイトが隠蔽される。それによって、プロトン伝導抵抗が大きくなるおそれがある。酸化ケイ素の平均粒子径が15nmより大きいと、均一な合成の制御が困難となる。入手し易さも考慮すると、3〜10nmの範囲がより好ましい。粒子の結晶性や形状などは特に制限されはないので、コストなどを勘案して適切なものを選択すればよい。 It is preferable that the average particle diameter of silicon oxide does not exceed the average particle diameter of the oxide carrier. Considering the ease of handling and the effect of suppressing grain growth, the average particle diameter of silicon oxide is preferably in the range of 1 to 15 nm. When the average particle size of silicon oxide is smaller than 1 nm, the supported amount increases to obtain the effect of suppressing grain growth of the proton conductive inorganic oxide, and the silicon oxide masks the proton generation site on the surface of the proton conductive inorganic oxide. Is done. As a result, proton conduction resistance may increase. When the average particle diameter of silicon oxide is larger than 15 nm, uniform synthesis control becomes difficult. In view of availability, the range of 3 to 10 nm is more preferable. The crystallinity and shape of the particles are not particularly limited, and an appropriate one may be selected in consideration of the cost.
プロトン伝導性無機酸化物の比表面積は、10〜2000m2/gの範囲であることが好ましい。比表面積が2000m2/gを越えると、取り扱い性や均一な合成の制御が難しく、10m2/g未満の場合には十分なプロトン伝導性が得られない。なお、プロトン伝導性無機酸化物の比表面積はプロトン伝導性無機酸化物の単位重量当たりの比表面積であり、BET法を用いて測定することができる。 The specific surface area of the proton conductive inorganic oxide is preferably in the range of 10 to 2000 m 2 / g. When the specific surface area exceeds 2000 m 2 / g, it is difficult to control handling and uniform synthesis, and when it is less than 10 m 2 / g, sufficient proton conductivity cannot be obtained. The specific surface area of the proton conductive inorganic oxide is the specific surface area per unit weight of the proton conductive inorganic oxide, and can be measured using the BET method.
プロトン伝導性無機酸化物においては、酸化物粒子に含有される第2の元素(M2)と、酸化物担体に含有される第1の元素(M1)との原子比(M2の原子数/M1の原子数)は、0.0001〜5の範囲内であることが好ましい。原子比(M2の原子数/M1の原子数)が0.0001未満の場合には、担持量が少なくプロトンの伝導場が少ない。一方、5を越えると、担持量が多すぎて、プロトンの伝導場が酸化物粒子により覆われてしまう。いずれの場合も、十分なプロトン伝導度が得られないおそれがある。原子比(M2の原子数/M1の原子数)は、0.01〜1の範囲であることがより望ましい。 In the proton conductive inorganic oxide, the atomic ratio between the second element (M2) contained in the oxide particles and the first element (M1) contained in the oxide carrier (number of M2 atoms / M1). Is preferably in the range of 0.0001-5. When the atomic ratio (number of M2 atoms / number of M1 atoms) is less than 0.0001, the supported amount is small and the proton conduction field is small. On the other hand, if it exceeds 5, the supported amount is too large and the proton conduction field is covered with oxide particles. In either case, sufficient proton conductivity may not be obtained. The atomic ratio (number of M2 atoms / number of M1 atoms) is more preferably in the range of 0.01 to 1.
プロトン伝導性無機酸化物は、例えば、酸化物担体に酸化物粒子の前駆体を担持した後、例えば大気中のような酸化雰囲気で熱処理することにより得られる。熱処理の温度は、200〜1000℃とすることが好ましい。200℃より低い場合には、酸化物粒子の前駆体が酸化物となりにくく、酸化物担体と酸化物粒子との間に十分な化学結合が形成されない。一方、1000℃を越えと、粒子同士の融着に加えて粒成長が生じて比表面積が小さくなる。いずれの場合も、十分なプロトン伝導性を得られないおそれがある。熱処理温度は、400〜800℃がより望ましい。なお、1000℃付近の高温での処理を行なった場合には、熱処理時間を短縮することができる。 The proton conductive inorganic oxide can be obtained, for example, by supporting a precursor of oxide particles on an oxide carrier and then heat-treating it in an oxidizing atmosphere such as the air. It is preferable that the temperature of heat processing shall be 200-1000 degreeC. When the temperature is lower than 200 ° C., the precursor of the oxide particles hardly becomes an oxide, and a sufficient chemical bond is not formed between the oxide carrier and the oxide particles. On the other hand, when the temperature exceeds 1000 ° C., grain growth occurs in addition to the fusion between the particles, and the specific surface area decreases. In either case, there is a possibility that sufficient proton conductivity cannot be obtained. The heat treatment temperature is more preferably 400 to 800 ° C. In addition, when the process is performed at a high temperature around 1000 ° C., the heat treatment time can be shortened.
プロトン伝導性無機酸化物は、固体超強酸性を示すことが望ましい。プロトンの解離度は酸強度として表現することができ、固体酸の酸強度はHammettの酸度関数H0として表わされる。例えば硫酸(100wt%)の酸性度(H0)は−11.93であり、プロトン伝導性無機酸化物は、H0<−11.93となる固体超強酸性を示すことがより好ましい。また、プロトン伝導性無機酸化物は、合成法を最適化することによって、H0=−20.00まで酸性度を高めることが可能である。したがって、−20.00<H0<−11.93の範囲の酸強度を有するプロトン伝導性無機酸化物を使用することが望ましい。 It is desirable that the proton conductive inorganic oxide exhibits a solid superacidity. The degree of proton dissociation can be expressed as acid strength, and the acid strength of solid acid is expressed as Hammett acidity function H 0 . For example, the acidity (H 0 ) of sulfuric acid (100 wt%) is −11.93, and it is more preferable that the proton-conductive inorganic oxide exhibits a solid superacidity where H 0 <−11.93. Further, the proton conductive inorganic oxide, by optimizing the synthesis method, it is possible to increase the acidity to H 0 = -20.00. Therefore, it is desirable to use a proton conductive inorganic oxide having an acid strength in the range of −20.00 <H 0 <−11.93.
固体超強酸の酸性度は、例えばアンモニア昇温脱理法(TPD)法を用いて測定することができる。具体的には、固体酸試料にアンモニアガスを吸着させ、試料を昇温する。脱離したアンモニアの脱離量と脱離温度を検出して、固体酸性が解析される。 The acidity of the solid superacid can be measured using, for example, an ammonia temperature rising desorption method (TPD) method. Specifically, ammonia gas is adsorbed on the solid acid sample, and the sample is heated. Solid acidity is analyzed by detecting the desorption amount and desorption temperature of the desorbed ammonia.
プロトン伝導性無機酸化物は、塩基性高分子との複合体として、本実施形態のアノードに用いられる。 The proton conductive inorganic oxide is used in the anode of this embodiment as a complex with a basic polymer.
塩基性高分子は、塩基性を示す官能基を有する高分子である。官能基としては、例えば、アミノ基、ピリジル基、およびイミダゾール基からなる群から選択される少なくとも一種を含むことが望ましい。このような官能基を含む塩基性高分子は、具体的には、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、ポリビニルピリジン、およびポリビニルイミダゾールなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 The basic polymer is a polymer having a functional group showing basicity. As the functional group, for example, it is desirable to include at least one selected from the group consisting of an amino group, a pyridyl group, and an imidazole group. Specific examples of the basic polymer containing such a functional group include, but are not limited to, polyethyleneimine, polyvinylamine, polyallylamine, polyvinylpyridine, and polyvinylimidazole.
プロトン伝導性無機酸化物は酸性物質であるので、酸塩基相互作用によって塩基性高分子と複合体が形成される。 Since the proton conductive inorganic oxide is an acidic substance, a complex with a basic polymer is formed by acid-base interaction.
塩基性高分子とプロトン伝導性無機酸化物との複合体は、例えば、塩基性高分子を溶媒に溶解して溶液を得、この中に溶液にプロトン伝導性無機酸化物を分散することによって調製することができる。複合化されることによって、溶媒に溶解していた塩基性高分子はプロトン伝導性無機酸化物の表面に析出して、プロトン伝導性無機酸化物の凝集体を形成する。 A complex of a basic polymer and a proton conductive inorganic oxide is prepared by, for example, dissolving a basic polymer in a solvent to obtain a solution, and dispersing the proton conductive inorganic oxide in the solution therein. can do. By being complexed, the basic polymer dissolved in the solvent is deposited on the surface of the proton conductive inorganic oxide to form an aggregate of the proton conductive inorganic oxide.
プロトン伝導性無機酸化物から生じたプロトンは、塩基性高分子の塩基性を示す官能基に遷移し、塩基性高分子はカチオン型をとる。さらに塩基性高分子のプロトンは再びプロトン伝導性無機酸化物やプロトン伝導性バインダーに遷移する。 Protons generated from the proton conductive inorganic oxide transition to a basic functional group of the basic polymer, and the basic polymer takes a cation type. Furthermore, the proton of the basic polymer again transitions to a proton conductive inorganic oxide or a proton conductive binder.
従来は、触媒層の内部で孤立した一部のプロトン伝導性無機酸化物は発電に寄与しにくかった。しかしながら、プロトン伝導性無機酸化物と塩基性高分子とを複合化することにより、新たなプロトン伝導経路が確立されて、燃料電池の出力を高めることが可能となった。 Conventionally, some proton conductive inorganic oxides isolated inside the catalyst layer have been difficult to contribute to power generation. However, by compositing a proton conductive inorganic oxide and a basic polymer, a new proton conduction path has been established, and the output of the fuel cell can be increased.
プロトン伝導性無機酸化物(SA)の重量(WSA)と塩基性高分子(BP)の重量(WBP)との重量比(WBP/WSA)は、0.001〜0.1の範囲内であることが好ましい。こうした範囲内であれば、何等不都合を伴なわずに十分な出力を得ることができる。 The weight ratio of the weight (W BP) of the weight of the proton conductive inorganic oxide (SA) (W SA) and basic polymer (BP) (W BP / W SA) is 0.001 to 0.1 It is preferable to be within the range. Within this range, a sufficient output can be obtained without any inconvenience.
上述した担持触媒およびプロトン伝導性無機酸化物と塩基性高分子との複合体に加えて、本実施形態にかかる燃料電池用アノードの電極触媒層には、プロトン伝導性有機高分子バインダーが含有される。 In addition to the supported catalyst and the composite of the proton conductive inorganic oxide and the basic polymer described above, the electrode catalyst layer of the anode for the fuel cell according to this embodiment contains a proton conductive organic polymer binder. The
プロトン伝導性が高いことから、スルホン酸基を有する有機高分子材料がプロトン伝導性有機高分子バインダーとして好ましい。例えば、ナフィオン(商品名:デュポン社製)、フレミオン(商品名:旭化成株式会社製)、アシブレック(商品名:旭硝子株式会社製)などのスルホン酸基を有するフッ素樹脂などが挙げられる。スルホン酸基を有する有機高分子材料であれば、特に限定されるものではない。 Since proton conductivity is high, an organic polymer material having a sulfonic acid group is preferable as the proton conductive organic polymer binder. Examples thereof include fluororesins having a sulfonic acid group such as Nafion (trade name: manufactured by DuPont), Flemion (trade name: manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.), and Ashiburek (trade name: manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.). The organic polymer material having a sulfonic acid group is not particularly limited.
本実施形態にかかる電極触媒層においては、担持触媒(C)は重量(WC)で含有される。重量(WSiO2)の酸化ケイ素と重量(WSA)のプロトン伝導性無機酸化物とをあわせて酸化ケイ素含有プロトン伝導性無機酸化物と称し、この酸化ケイ素含有プロトン伝導性無機酸化物の重量は(WSA+SiO2)である。重量比(WSA+SiO2/WC)は、0.05〜0.5の範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、プロトン伝導性や電子伝導性が低下することはないので、十分な出力が得られる。 In the electrode catalyst layer according to the present embodiment, the supported catalyst (C) is contained by weight (W C ). The weight (W SiO2 ) of silicon oxide and the weight (W SA ) of proton conductive inorganic oxide are collectively referred to as silicon oxide-containing proton conductive inorganic oxide. The weight of the silicon oxide-containing proton conductive inorganic oxide is (W SA + SiO2 ). The weight ratio (W SA + SiO 2 / W C ) is preferably in the range of 0.05 to 0.5. Within this range, the proton conductivity and the electron conductivity are not lowered, and a sufficient output can be obtained.
また、プロトン伝導性有機高分子バインダー(P)は重量(WP)で含有され、酸化ケイ素含有プロトン伝導性無機酸化物の重量(WSA+SiO2)との重量比(WP/WSA+SiO2)は、1〜32の範囲内であることが好ましい。この範囲内であれば、プロソン伝導性や電子伝導性が低下することはないので、十分な出力が得られる。このように担持触媒、プロトン伝導性無機酸化物と塩基性高分子との複合体、およびプロトン伝導性有機高分子バインダーの重量比を所定の範囲とすることによって、燃料電池の特性が著しく改良された。これは、本発明者らによって得られた知見である。 The proton conductive organic polymer binder (P) is contained by weight (W P ), and the weight ratio (W P / W SA + ) to the weight (W SA + SiO 2 ) of the silicon oxide-containing proton conductive inorganic oxide. SiO2 ) is preferably in the range of 1-32. If it is within this range, the proson conductivity and the electron conductivity will not be lowered, and a sufficient output can be obtained. Thus, by setting the weight ratio of the supported catalyst, the composite of the proton conductive inorganic oxide and the basic polymer, and the proton conductive organic polymer binder within a predetermined range, the characteristics of the fuel cell are remarkably improved. It was. This is a finding obtained by the present inventors.
上述したようなアノードを用いて、本実施形態にかかる膜電極複合体が構成される。すなわち、実施形態にかかる膜電極複合体は、アノード、カソード、および、前記アノードと前記カソードとの間に配置されるプロトン伝導性膜を具備する。また、本実施形態にかかる燃料電池は、この膜電極複合体を具備する。 The membrane electrode assembly according to the present embodiment is configured using the anode as described above. That is, the membrane electrode assembly according to the embodiment includes an anode, a cathode, and a proton conductive membrane disposed between the anode and the cathode. The fuel cell according to the present embodiment includes this membrane electrode assembly.
図1の断面(側面)図に模式的に示されるように、一実施形態にかかる燃料電池は、膜電極複合体(以下、MEAと称する)12と、酸化剤ガス供給溝8を有するカソードホルダー9と、燃料供給溝10を有するアノードホルダー11とを具備する。
As schematically shown in the cross-sectional (side) view of FIG. 1, a fuel cell according to an embodiment includes a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as MEA) 12 and a cathode holder having an oxidant
MEA12は、アノード(燃料極)2と、カソード(酸化剤極)3と、プロトン伝導性膜1とを具備する。アノード2は、拡散層4と、その上に積層されたアノード触媒層5とを含み、カソード3は、拡散層6と、その上に積層されたカソード触媒層7とを含む。アノード2とカソード3とは、プロトン伝導性膜1を介して、アノード触媒層5とカソード触媒層7とが対向するように積層される。
The
アノード触媒層5は、すでに説明したような担持触媒、プロトン伝導性無機酸化物、塩基性高分子、およびプロトン伝導性有機高分子バインダーを用いて作製することができる。こうした成分に加えて、非プロトン伝導性バインダーがさらに含有されてもよい。この場合には、触媒層の形態を良好に維持することができる。非プロトン伝導性バインダーとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)や四ふっ化エチレン−六ふっ化プロピレン共重合樹脂(FEP)、四ふっ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)などが挙げられる。
The
セル抵抗の上昇などに起因した出力の低下を避けるために、非プロトン伝導性バインダーの含有量は、アノード触媒層5の全重量の10%以下にとどめることが望まれる。非プロトン伝導性バインダーの含有量は、アノード触媒層5の全重量の5%以下がより好ましい。
In order to avoid a decrease in output due to an increase in cell resistance or the like, it is desirable that the content of the aprotic conductive binder be 10% or less of the total weight of the
カソード触媒層7には、カソード触媒、およびプロトン伝導性有機高分子バインダーが含有される。カソード触媒としては、例えばPtを使用することができる。触媒は担体に担持させて用いることができるが、無担持のまま使用してもよい。 The cathode catalyst layer 7 contains a cathode catalyst and a proton conductive organic polymer binder. As the cathode catalyst, for example, Pt can be used. The catalyst can be used by being supported on a carrier, but it may be used without being supported.
拡散層4および6には、導電性多孔質シートを使用することができる。導電性多孔質シートには、例えば、カーボンクロス、カーボンペーパーなどの通気性あるいは通液性を有する材料から形成されたシートを使用することができる。 A conductive porous sheet can be used for the diffusion layers 4 and 6. As the conductive porous sheet, for example, a sheet formed of a material having air permeability or liquid permeability such as carbon cloth or carbon paper can be used.
アノードおよびカソードは、公知の手法により作製することができる。例えば、前述した構成材料を水やアルコールなどの有機溶媒に混合し、分散させて触媒スラリーとし、このスラリーを前記導電性多孔質シートに塗布、乾燥、必要に応じて焼成して触媒層を形成させる。分散方法は特に限定されるものではなく、ディソルバー、ボールミルなどが挙げられる。 The anode and the cathode can be produced by a known method. For example, the above-described constituent materials are mixed in an organic solvent such as water or alcohol and dispersed to form a catalyst slurry, and this slurry is applied to the conductive porous sheet, dried, and fired as necessary to form a catalyst layer. Let The dispersion method is not particularly limited, and examples thereof include a dissolver and a ball mill.
プロトン伝導性膜と電極(アノードおよびカソード)とは、加熱および/または加圧できる装置を用いて接合することができる。一般的には、ホットプレス機により熱圧着(接合)が行なわれる。その際のプレス温度は、結着剤として使用されるプロトン伝導性高分子のガラス転移温度以上であればよく、一般には100〜400℃である。プレス圧は使用する電極の硬さに依存するが、通常、5〜200kg/cm2(0.49〜19.6MPa)である。 The proton conducting membrane and the electrode (anode and cathode) can be joined using an apparatus that can be heated and / or pressurized. Generally, thermocompression bonding (joining) is performed by a hot press machine. The press temperature in that case should just be more than the glass transition temperature of the proton conductive polymer used as a binder, and is generally 100-400 degreeC. The pressing pressure depends on the hardness of the electrode used, but is usually 5 to 200 kg / cm 2 (0.49 to 19.6 MPa).
本実施形態にかかる燃料電池は、前述したMEAと、アノードに燃料を供給する手段と、カソードに酸化剤を供給する手段とを含む。使用するMEAの数は1つでもよいが、複数でもよい。複数使用することにより、より高い起電力を得ることができる。燃料としては、メタノール、エタノール、蟻酸、あるいはこれらから選ばれる1種類以上を含む水溶液等を使用することができる。 The fuel cell according to this embodiment includes the above-described MEA, means for supplying fuel to the anode, and means for supplying an oxidant to the cathode. The number of MEAs to be used may be one or more. By using multiple, higher electromotive force can be obtained. As the fuel, methanol, ethanol, formic acid, or an aqueous solution containing one or more selected from these can be used.
(No.1)
まず、プロトン伝導性無機酸化物を合成した。1.5gの酸化バナジウム(V2O5)をアンモニア水100mLに溶解して、溶液を調製した。蒸留水500mlに9gの酸化チタン(TiO2)を分散させ、先に調製したバナジウムを含む溶液を混合した。得られた混合溶液に3.0gの酸化ケイ素(SiO2)粒子を分散させた。SiO2粒子の平均粒子径は、10nm程度である。混合溶液を常に撹拌しつつ80℃まで加熱した。100ml/時の蒸発速度で水を除去した後、100℃の乾燥器内で12時間保持して粉末を得た。
(No. 1)
First, a proton conductive inorganic oxide was synthesized. A solution was prepared by dissolving 1.5 g of vanadium oxide (V 2 O 5 ) in 100 mL of aqueous ammonia. 9 g of titanium oxide (TiO 2 ) was dispersed in 500 ml of distilled water, and the previously prepared solution containing vanadium was mixed. In the obtained mixed solution, 3.0 g of silicon oxide (SiO 2 ) particles were dispersed. The average particle diameter of the SiO 2 particles is about 10 nm. The mixed solution was heated to 80 ° C. with constant stirring. After removing water at an evaporation rate of 100 ml / hour, the mixture was kept in a dryer at 100 ° C. for 12 hours to obtain a powder.
この粉末をメノウ乳鉢で粉砕した後、アルミナ坩堝に収容し、昇温速度100℃/時で500℃まで加熱した。さらに、500℃で4時間保持することにより、酸化バナジウム担持酸化チタンと酸化バナジウム担持酸化ケイ素の混合物が得られた。 The powder was pulverized in an agate mortar, then housed in an alumina crucible, and heated to 500 ° C. at a temperature increase rate of 100 ° C./hour. Further, by holding at 500 ° C. for 4 hours, a mixture of vanadium oxide-supported titanium oxide and vanadium oxide-supported silicon oxide was obtained.
この混合物を熱水で洗浄して、SiO2粒子が担持されたプロトン伝導性無機酸化物(酸化ケイ素含有プロトン伝導性無機酸化物)を得た。プロトン伝導性無機酸化物における第1の元素および第2の元素は、それぞれチタンおよびバナジウムである。 This mixture was washed with hot water to obtain a proton conductive inorganic oxide (silicon oxide-containing proton conductive inorganic oxide) on which SiO 2 particles were supported. The first element and the second element in the proton conductive inorganic oxide are titanium and vanadium, respectively.
この酸化ケイ素含有プロトン伝導性無機酸化物について、X線回折測定を行なった。観測された回折ピークは全て、酸化チタンに帰属されるものであり、酸化バナジウムおよび酸化ケイ素は非晶質構造を有することが確認された。 The silicon oxide-containing proton conductive inorganic oxide was subjected to X-ray diffraction measurement. All of the observed diffraction peaks are attributed to titanium oxide, and it was confirmed that vanadium oxide and silicon oxide have an amorphous structure.
プロトン伝導性無機酸化物における原子比(M2の原子数/M1の原子数)は、誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP−AES)により求めた。固体酸性度は、酸性指示薬もしくはアンモニア昇温脱理(TPD)法により求めた。得られた結果を、下記表1にまとめる。 The atomic ratio (number of M2 atoms / number of M1 atoms) in the proton conductive inorganic oxide was determined by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES). The solid acidity was determined by an acid indicator or ammonia temperature programmed desorption (TPD) method. The results obtained are summarized in Table 1 below.
塩基性高分子としてはポリビニルピリジンを用意し、2−プロパノールに溶解して1wt%の溶液を調製した。得られた溶液0.5gと前述のプロトン伝導性無機酸化物0.5gとを混合し、さらに3gの2−プロパノールを加えてよく攪拌して分散させた。その結果、プロトン伝導性無機酸化物と塩基性高分子との複合体が、2−プロパノールに分散された分散液4gが調製された。 Polyvinylpyridine was prepared as a basic polymer and dissolved in 2-propanol to prepare a 1 wt% solution. 0.5 g of the obtained solution and 0.5 g of the above-described proton conductive inorganic oxide were mixed, 3 g of 2-propanol was further added, and the mixture was well stirred and dispersed. As a result, 4 g of a dispersion in which a complex of a proton conductive inorganic oxide and a basic polymer was dispersed in 2-propanol was prepared.
得られた分散液4g、2gのPtRu担持触媒、0.5gのプロトン伝導性無機酸化物、12.5gの20wt%ナフィオン溶液(商品名:デュポン社製)、水3g、および1−プロパノール3gをよく攪拌し、分散させてアノード用スラリーを作製した。 4 g of the obtained dispersion, 2 g of PtRu supported catalyst, 0.5 g of proton conductive inorganic oxide, 12.5 g of 20 wt% Nafion solution (trade name: manufactured by DuPont), 3 g of water, and 3 g of 1-propanol The slurry for anode was prepared by thoroughly stirring and dispersing.
撥水処理されたカーボンペーパー(350μm、東レ株式会社製)に、得られたスラリーをコントロールコータで塗布し、乾燥させた。以上の手法により、貴金属触媒のローディング密度が1mg/cm2のアノードを作製した。 The obtained slurry was applied to a water-repellent carbon paper (350 μm, manufactured by Toray Industries, Inc.) with a control coater and dried. By the above method, an anode having a noble metal catalyst loading density of 1 mg / cm 2 was produced.
得られたアノードについて、担持触媒(C)と酸化ケイ素含有プロトン伝導性無機酸化物(SA+SiO2)との重量比(WSA+SiO2/WC)、酸化ケイ素含有プロトン伝導性無機酸化物(SA+SiO2)とプロトン伝導性有機高分子バインダー(P)との重量比(WP/WSA+SiO2)、酸化ケイ素(SiO2)粒子とプロトン伝導性無機酸化物(SA)との重量比(WSiO2/WSA)、および塩基性高分子(BP)とプロトン伝導性無機酸化物(SA)との重量比(WBP/WSA)を求め、下記表2にまとめる。これらの重量比は、仕込み組成から算出した。 For the obtained anode, the weight ratio (W SA + SiO 2 / W C ) between the supported catalyst (C) and the silicon oxide-containing proton conductive inorganic oxide (SA + SiO 2 ), the silicon oxide-containing proton conductive inorganic oxide (SA + SiO 2 ). 2 ) and the proton conductive organic polymer binder (P) in the weight ratio (W P / W SA + SiO 2 ), the weight ratio between the silicon oxide (SiO 2 ) particles and the proton conductive inorganic oxide (SA) (W SiO 2 / W SA ) and the weight ratio (W BP / W SA ) between the basic polymer (BP) and the proton conductive inorganic oxide ( SA ) are determined and summarized in Table 2 below. These weight ratios were calculated from the charged composition.
さらに、以下のように成分の種類や配合量などを変更して、それぞれの手法によりNo.2〜27のアノードを作製した。 Furthermore, by changing the type and blending amount of the components as follows, each method is used for No. 2 to 27 anodes were prepared.
(No.2)
1.5gの酸化バナジウム(V2O5)を2.4gの酸化モリブデン(MoO3)に変更し、酸化ケイ素(SiO2)粒子の配合量を3.2gに変更し、焼成温度を600℃に変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 2)
1.5 g of vanadium oxide (V 2 O 5 ) was changed to 2.4 g of molybdenum oxide (MoO 3 ), the amount of silicon oxide (SiO 2 ) particles was changed to 3.2 g, and the firing temperature was 600 ° C. No. except for change to No. 1 is the same method.
(No.3)
1.5gの酸化バナジウム(V2O5)を4.0gの酸化タングステン(WO3)に変更し、酸化ケイ素(SiO2)粒子の配合量を3.5gに変更し、焼成温度を700℃に変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 3)
1.5 g of vanadium oxide (V 2 O 5 ) is changed to 4.0 g of tungsten oxide (WO 3 ), the amount of silicon oxide (SiO 2 ) particles is changed to 3.5 g, and the firing temperature is 700 ° C. No. except for change to No. 1 is the same method.
(No.4)
9.0gの酸化チタン(TiO2)を13gの酸化ジルコニウム(ZrO2)に変更し、酸化ケイ素(SiO2)粒子の配合量を4.2gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 4)
No. 9 except that 9.0 g of titanium oxide (TiO 2 ) was changed to 13 g of zirconium oxide (ZrO 2 ) and the amount of silicon oxide (SiO 2 ) particles was changed to 4.2 g. 1 is the same method.
(No.5)
9.0gの酸化チタン(TiO2)を13gの酸化ジルコニウム(ZrO2)に変更し、酸化ケイ素(SiO2)粒子の配合量を4.2gに変更した以外はNo.2と同様の手法である。
(No. 5)
No. 9 except that 9.0 g of titanium oxide (TiO 2 ) was changed to 13 g of zirconium oxide (ZrO 2 ) and the amount of silicon oxide (SiO 2 ) particles was changed to 4.2 g. 2 is the same method.
(No.6)
9.0gの酸化チタン(TiO2)を13gの酸化ジルコニウム(ZrO2)に変更し、酸化ケイ素(SiO2)粒子の配合量を4.7gに変更した以外はNo.3と同様の手法である。
(No. 6)
No. 9 except that 9.0 g of titanium oxide (TiO 2 ) was changed to 13 g of zirconium oxide (ZrO 2 ) and the amount of silicon oxide (SiO 2 ) particles was changed to 4.7 g. 3 is the same method.
(No.7)
9.0gの酸化チタン(TiO2)を17gの酸化スズ(SnO2)に変更し、酸化ケイ素(SiO2)粒子の配合量を5.4gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 7)
No. 9 except that 9.0 g of titanium oxide (TiO 2 ) was changed to 17 g of tin oxide (SnO 2 ) and the amount of silicon oxide (SiO 2 ) particles was changed to 5.4 g. 1 is the same method.
(No.8)
9.0gの酸化チタン(TiO2)を17gの酸化スズ(SnO2)に変更し、酸化ケイ素(SiO2)粒子の配合量を5.6gに変更した以外はNo.2と同様の手法である。
(No. 8)
No. 9 except that 9.0 g of titanium oxide (TiO 2 ) was changed to 17 g of tin oxide (SnO 2 ) and the amount of silicon oxide (SiO 2 ) particles was changed to 5.6 g. 2 is the same method.
(No.9)
9.0gの酸化チタン(TiO2)を17gの酸化スズ(SnO2)に変更し、酸化ケイ素(SiO2)粒子の配合量を5.9gに変更した以外はNo.3と同様の手法である。
(No. 9)
No. 9 except that 9.0 g of titanium oxide (TiO 2 ) was changed to 17 g of tin oxide (SnO 2 ) and the amount of silicon oxide (SiO 2 ) particles was changed to 5.9 g. 3 is the same method.
(No.10)
プロトン伝導性無機酸化物の配合量を0.1gに変更し、20wt%ナフィオン(商品名:デュポン社製)溶液の配合量を15.7gに変更し、1wt%ポリビニルピリジン溶液の配合量を0.1gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 10)
The compounding amount of the proton conductive inorganic oxide was changed to 0.1 g, the compounding amount of the 20 wt% Nafion (trade name: DuPont) solution was changed to 15.7 g, and the compounding quantity of the 1 wt% polyvinylpyridine solution was changed to 0. .No. 1 is the same method.
(No.11)
プロトン伝導性無機酸化物の配合量を1.0gに変更し、20wt%ナフィオン(商品名:デュポン社製)溶液の配合量を6.4gに変更し、1wt%ポリビニルピリジン溶液の配合量を1.0gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 11)
The blending amount of the proton conductive inorganic oxide is changed to 1.0 g, the blending amount of the 20 wt% Nafion (trade name: DuPont) solution is changed to 6.4 g, and the blending quantity of the 1 wt% polyvinylpyridine solution is 1 No. except that it was changed to 0.0g. 1 is the same method.
(No.12)
酸化ケイ素(SiO2)粒子の配合量を1.0gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 12)
No. 1 except that the amount of silicon oxide (SiO 2 ) particles was changed to 1.0 g. 1 is the same method.
(No.13)
酸化ケイ素(SiO2)粒子の配合量を5.0gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 13)
No. 1 except that the amount of silicon oxide (SiO 2 ) particles was changed to 5.0 g. 1 is the same method.
(No.14)
1wt%ポリビニルピリジン溶液の配合量を0.05gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 14)
No. 1 except that the amount of the 1 wt% polyvinyl pyridine solution was changed to 0.05 g. 1 is the same method.
(No.15)
1wt%ポリビニルピリジン溶液の配合量を5.0gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 15)
No. 1 except that the blending amount of the 1 wt% polyvinyl pyridine solution was changed to 5.0 g. 1 is the same method.
(No.16)
0.5gの1wt%ポリビニルピリジン溶液を、0.5gの1wt%ポリアリルアミン水溶液に変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 16)
No. 5 except that 0.5 g of 1 wt% polyvinyl pyridine solution was changed to 0.5 g of 1 wt% polyallylamine aqueous solution. 1 is the same method.
(No.17)
0.5gの1wt%ポリビニルピリジン溶液を、0.5gの1wt%ポリビニルイミダゾール水溶液に変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 17)
No. 5 except that 0.5 g of 1 wt% polyvinyl pyridine solution was changed to 0.5 g of 1 wt% polyvinyl imidazole aqueous solution. 1 is the same method.
(No.18)
プロトン伝導性無機酸化物の配合量を0.05gに変更し、20wt%ナフィオン(商品名:デュポン社製)溶液の配合量を4.39gに変更し、1wt%ポリビニルピリジン溶液の配合量を0.05gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 18)
The compounding amount of the proton conductive inorganic oxide was changed to 0.05 g, the compounding amount of the 20 wt% Nafion (trade name: manufactured by DuPont) solution was changed to 4.39 g, and the compounding quantity of the 1 wt% polyvinylpyridine solution was changed to 0. No. 1 is the same method.
(No.19)
プロトン伝導性無機酸化物の配合量を1.5gに変更し、20wt%ナフィオン(商品名:デュポン社製)溶液の配合量を26.2gに変更し、1wt%ポリビニルピリジン溶液の配合量を1.5gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 19)
The blending amount of the proton conductive inorganic oxide is changed to 1.5 g, the blending amount of the 20 wt% Nafion (trade name: manufactured by DuPont) solution is changed to 26.2 g, and the blending amount of the 1 wt% polyvinylpyridine solution is 1 No. except for changing to 5g. 1 is the same method.
(No.20)
プロトン伝導性無機酸化物の配合量を1.5gに変更し、20wt%ナフィオン(商品名:デュポン社製)溶液の配合量を3.1gに変更し、1wt%ポリビニルピリジン溶液の配合量を1.5gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 20)
The blending amount of the proton conductive inorganic oxide is changed to 1.5 g, the blending amount of the 20 wt% Nafion (trade name: manufactured by DuPont) solution is changed to 3.1 g, and the blending amount of the 1 wt% polyvinylpyridine solution is set to 1. No. except for changing to 5g. 1 is the same method.
(No.21)
プロトン伝導性無機酸化物の配合量を0.05gに変更し、20wt%ナフィオン(商品名:デュポン社製)溶液の配合量を10.3gに変更し、1wt%ポリビニルピリジン溶液の配合量を0.05gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 21)
The compounding amount of the proton conductive inorganic oxide was changed to 0.05 g, the compounding amount of the 20 wt% Nafion (trade name: manufactured by DuPont) solution was changed to 10.3 g, and the compounding quantity of the 1 wt% polyvinylpyridine solution was changed to 0. No. 1 is the same method.
(No.22)
酸化ケイ素(SiO2)粒子の配合量を0.1gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 22)
No. 1 except that the amount of silicon oxide (SiO 2 ) particles was changed to 0.1 g. 1 is the same method.
(No.23)
酸化ケイ素(SiO2)粒子の配合量を7.0gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 23)
No. 1 except that the amount of silicon oxide (SiO 2 ) particles was changed to 7.0 g. 1 is the same method.
(No.24)
プロトン伝導性無機酸化物の配合量を1.0gに変更し、20wt%ナフィオン(商品名:デュポン社製)溶液の配合量を15.0gに変更し、1wt%ポリビニルピリジン溶液の配合量を0.05gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 24)
The compounding amount of the proton conductive inorganic oxide was changed to 1.0 g, the compounding amount of the 20 wt% Nafion (trade name: DuPont) solution was changed to 15.0 g, and the compounding quantity of the 1 wt% polyvinylpyridine solution was changed to 0. No. 1 is the same method.
(No.25)
プロトン伝導性無機酸化物の配合量を0.1gに変更し、20wt%ナフィオン(商品名:デュポン社製)溶液の配合量を10.5gに変更し、1wt%ポリビニルピリジン溶液の配合量を2.5gに変更した以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 25)
The compounding amount of the proton conductive inorganic oxide was changed to 0.1 g, the compounding amount of the 20 wt% Nafion (trade name: manufactured by DuPont) solution was changed to 10.5 g, and the compounding quantity of the 1 wt% polyvinylpyridine solution was changed to 2 No. except for changing to 5g. 1 is the same method.
(No.26)
0.5gの1wt%ポリビニルピリジン溶液を使用しない以外はNo.1と同様の手法である。
(No. 26)
No. except that 0.5 g of 1 wt% polyvinylpyridine solution is not used. 1 is the same method.
No.2〜26で用いたプロトン伝導性無機酸化物について、No.1と同様の手法により、原子比(M2の原子数/M1の原子数)および固体酸性度を求めた。その結果を下記表1にまとめる。
さらに、No.2〜26の各アノードについて、No.1と同様の手法により、担持触媒(C)とSiO2含有プロトン伝導性無機酸化物(SA+SiO2)との重量比(WSA+SiO2/WC)、SiO2含有プロトン伝導性無機酸化物(SA+SiO2)とプロトン伝導性有機高分子バインダー(P)との重量比(WP/WSA+SiO2)、SiO2粒子(SiO2)とプロトン伝導性無機酸化物(SA)との重量比(WSiO2/WSA)、および塩基性高分子(BP)とプロトン伝導性無機酸化物(SA)との重量比(WBP/WSA)を求めた。その結果を、下記表2にまとめる。
(No.27)
3gのPtRu担持触媒と、8gの純水と、15gの20wt%ナフィオン(商品名:デュポン社製)溶液と、10gのエタノールとを十分に攪拌し、分散してスラリーを得た。撥水処理したカーボンペーパー(厚さ350μm、東レ株式会社製)に上記のスラリーをコントロールコータで塗布し、乾燥させてアノードを作製した。得られたアノードにおける貴金属触媒のローディング密度は、1mg/cm2であった。
(No. 27)
3 g of PtRu supported catalyst, 8 g of pure water, 15 g of 20 wt% Nafion (trade name: manufactured by DuPont) solution, and 10 g of ethanol were sufficiently stirred and dispersed to obtain a slurry. The above slurry was applied to a carbon paper (thickness 350 μm, manufactured by Toray Industries, Inc.) subjected to water repellent treatment using a control coater and dried to prepare an anode. The loading density of the noble metal catalyst in the obtained anode was 1 mg / cm 2 .
No.1〜27のアノードをそれぞれ用いて、以下示す手法により膜電極複合体を作製した。
No. Using each of the
2gのPt触媒と、5gの純水と、5gの20wt%ナフィオン(商品名:デュポン社製)溶液と、20gの2−エトキシエタノールとを十分に攪拌し、分散させてカソード用スラリーを作製した。得られたスラリーを、撥水処理したカーボンペーパー(厚さ350μm、東レ株式会社製)にコントロールコータで塗布し、乾燥させてカソードを得た。カソードにおける貴金属触媒のローディング密度は、2mg/cm2であった。 2 g of Pt catalyst, 5 g of pure water, 5 g of 20 wt% Nafion (trade name: manufactured by DuPont) solution, and 20 g of 2-ethoxyethanol were sufficiently stirred and dispersed to prepare a cathode slurry. . The obtained slurry was applied to carbon paper (thickness 350 μm, manufactured by Toray Industries, Inc.) treated with water repellency with a control coater and dried to obtain a cathode. The loading density of the noble metal catalyst at the cathode was 2 mg / cm 2 .
アノードおよびカソードは、それぞれを電極面積が10cm2になるよう、3.2cm×3.2cmの正方形に切断した。切断されたカソードとアノードとによって、プロトン伝導性有機高分子膜としてナフィオン117(商品名:デュポン社製)を挟持した。125℃、30kg/cm2の条件で10分間の熱圧着を行なって膜電極複合体を作製した。 The anode and cathode were each cut into a 3.2 cm × 3.2 cm square so that the electrode area was 10 cm 2 . The cut cathode and anode sandwiched Nafion 117 (trade name: manufactured by DuPont) as a proton conductive organic polymer membrane. A membrane electrode assembly was produced by thermocompression bonding for 10 minutes at 125 ° C. and 30 kg / cm 2 .
この膜電極複合体のカソード側およびアノード側には、カソードホルダーおよびアノードホルダーをそれぞれ配置して、燃料直接供給型固体高分子電解質型燃料電池の単セルを作製した。燃料としての1Mメタノール水溶液を、0.6mL/minの流量でアノードに供給するとともに、カソードに空気を200mL/分の流量で供給し、セルを65℃に維持した状態で150mA/cm2電流密度を発電させた。30分後のセル電圧を測定し、その結果を下記表3にまとめる。
上記表3に示されるように、塩基性高分子が含有されないアノードを有するNo.26のMEAでは、セル電圧は0.45Vにとどまっている。プロトン伝導性無機酸化物が含有されないアノードを有するNo.27のMEAでは、セル電圧は0.25Vと著しく低い。これに対し、担持触媒とプロトン伝導性有機高分子バインダーに加えて、プロトン伝導性無機酸化物と塩基性高分子との複合体をさらに含有したアノードを含むMEA(No.1〜25)は、いずれも高いセル電圧が得られている。 As shown in Table 3 above, No. 1 having an anode containing no basic polymer. With 26 MEAs, the cell voltage remains at 0.45V. No. having an anode containing no proton conductive inorganic oxide. In 27 MEAs, the cell voltage is as low as 0.25V. On the other hand, in addition to the supported catalyst and the proton conductive organic polymer binder, MEA (Nos. 1 to 25) including an anode further containing a complex of a proton conductive inorganic oxide and a basic polymer, In both cases, a high cell voltage is obtained.
No.1〜17においては、4種類の重量比は全て、好ましい範囲に規定されている。具体的には、担持触媒(C)とSiO2を含むプロトン伝導性無機酸化物(SA+SiO2)の重量比(WSA+SiO2/WC)は、0.05〜0.5の範囲内であり、SiO2を含むプロトン伝導性無機酸化物(SA+SiO2)とプロトン伝導性有機高分子バインダー(P)の重量比(WP/WSA+SiO2)は、1〜32の範囲内である。さらに、SiO2粒子とプロトン伝導性無機酸化物(SA)の重量比(WSiO2/WSA)は、0.1〜0.5の範囲内であり、プロトン伝導性無機酸化物(SA)と塩基性高分子(BP)の重量比(WBP/WSA)が0.001〜0.1の範囲である。 No. In 1 to 17, all four weight ratios are defined within a preferable range. Specifically, the proton conductive inorganic oxide supported catalyst (C) and including SiO 2 weight ratio of (SA + SiO 2) (W SA + SiO2 / W C) is in the range of 0.05 to 0.5 There, the proton conductive inorganic oxide containing SiO 2 (SA + SiO 2) and the weight ratio of the proton conductive organic polymer binder (P) (W P / W SA + SiO2) is in the range of 1-32. Further, the weight ratio (W SiO2 / W SA ) between the SiO 2 particles and the proton conductive inorganic oxide ( SA ) is in the range of 0.1 to 0.5, and the proton conductive inorganic oxide (SA) and The weight ratio (W BP / W SA ) of the basic polymer (BP) is in the range of 0.001 to 0.1.
このように、重量比が全て好ましい範囲内に規定されているので、No.1〜17のMEAは、0.49V以上と極めて高いセル電圧が得られることが示されている。 As described above, since the weight ratios are all defined within the preferred range, 1 to 17 MEAs are shown to obtain a very high cell voltage of 0.49 V or more.
重量比のいずれかが好ましい範囲から外れた場合であっても、プロトン伝導性無機酸化物と塩基性高分子を複合化したNo.18〜25はNo.26と比較して高いセル電圧を得ており、塩基性高分子による複合化の効果が確認される。 Even when one of the weight ratios is out of the preferred range, No. 1 in which the proton conductive inorganic oxide and the basic polymer are combined. 18-25 are No. The cell voltage is higher than that of No. 26, and the effect of complexing with the basic polymer is confirmed.
以上説明したように、本発明により、従来よりも高い出力を得ることが可能な燃料電池が得られるアノードを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an anode from which a fuel cell capable of obtaining a higher output than before can be obtained.
なお、本発明は上述した実施形態自体に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することが可能である。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせによって、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment itself, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1…プロトン伝導性膜; 2…アノード; 3…カソード; 4…拡散層
5…アノード触媒層; 6…拡散層; 7…カソード触媒層
8…酸化剤供給溝; 9…カソードホルダー; 10…燃料供給溝
11…アノードホルダー; 12…膜電極複合体。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
重量WSiO2の酸化ケイ素および重量WSAのプロトン伝導性無機酸化物を含有し総重量WSA+SiO2の酸化ケイ素含有プロトン伝導性無機酸化物と、重量WBPの塩基性高分子との複合体、および
重量WPで配合されたプロトン伝導性有機高分子バインダー
を含む電極触媒層を具備することを特徴とする燃料電池用アノード。 A supported catalyst containing a conductive support material and catalyst fine particles supported on the conductive support material, and blended at a weight W C ;
Complex of the silicon oxide-containing proton-conductive inorganic oxide of silicon oxide and the weight W total weight containing a proton-conductive inorganic oxides SA W SA + SiO2 weight W SiO2, a basic polymer having a weight W BP , and the anode for a fuel cell characterized by comprising the electrode catalyst layer containing a proton conductive organic polymer binder which is at a weight W P.
−20.00<H0<−11.93
を満たすことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の燃料電池用アノード。 Hammett acidity function H 0 of the proton conductive inorganic oxide is:
-20.00 <H 0 <-11.93
The anode for a fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein:
前記燃料極は、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の燃料電池用アノードを有することを特徴とする膜電極複合体。 A membrane electrode assembly comprising a fuel electrode, an oxidant electrode, and an electrolyte membrane disposed between the fuel electrode and the oxidant electrode,
The membrane electrode assembly, wherein the fuel electrode includes the anode for a fuel cell according to any one of claims 1 to 10.
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