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ACTIVITY EVALUATING METHOD OF ELECTRODE CATALYST, AND TEST ELECTRODE USED FOR IT meetings

Patent code P06P003760
File No. P05-002
Posted date Sep 1, 2006
Application number P2005-034200
Publication number P2006-220538A
Patent number P4560623
Date of filing Feb 10, 2005
Date of publication of application Aug 24, 2006
Date of registration Aug 6, 2010
Inventor
  • (In Japanese)渡辺 政廣
  • (In Japanese)内田 裕之
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人山梨大学
Title ACTIVITY EVALUATING METHOD OF ELECTRODE CATALYST, AND TEST ELECTRODE USED FOR IT meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately evaluate real catalytic activity by preventing flocculation or multiple lamination of catalyst particles, when a catalyst particle layer is formed on the surface of a test electrode and its activity is evaluated.
SOLUTION: In this activity evaluating method of an electrode catalyst, catalytic activity is evaluated by the test electrode which is obtained by applying a catalyst dispersion to the surface of a base material and drying it to form a catalyst layer and further forming an ionomer layer on the surface of the catalyst layer, and the catalyst layer is formed, by arranging catalyst particles or its primary flocs so as to form an almost single layer. As the dispersing medium of the dispersion, a hydrophilic organic solvent of which the surface tension is lower than that of water or its aqueous solution is used, and the dispersion applied to the surface of the base material is dried under the saturated vapor pressure of the hydrophilic organic solvent. Further, the coating amount of the dispersion on the surface of the base material is set to 45-57 μL/cm2.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


固体高分子形燃料電池(PEFC)は、例えば電気自動車、定置コジェネレーションシステム、携帯機器用の電源として研究開発が進められている。PEFCの心臓部は、水素イオン(H)導電性の高分子電解質膜を2枚のガス拡散電極で挟んだ膜電極接合体(MEA)である。ガス拡散電極には触媒層が設けられ、燃料極(アノード触媒層)で水素の酸化(H2→2H+2e)、空気極(カソード触媒層)で酸素の還元(2H+1/2O2+2e→H2O)がおこる。また、触媒層への水素イオンの供給のために、電極触媒粒子はイオノマー(有機溶剤に可溶な水素イオン導電性高分子材料)で被覆されている。



電極触媒としては、カーボンブラック等の導電体微粒子からなる担体に、白金を主体とする活性金属を担持させたもの(以下「Pt/CB触媒」という)が用いられている。この触媒の性能は、活性金属の分散度に依存し、活性金属担持量が同一であればその表面積が大きいほど触媒性能が高くなる。白金は高価であるから、その使用量を低減するためにも、触媒粒子の微粒子化および高分散担持が求められている。



また、この触媒においては、白金担持量(触媒中の白金の重量比)をどのように設定するかも問題となる。本発明者らが市販のPt/CB触媒での白金の平均粒子径を測定した結果では、白金担持量が19.2%、63.2%のものについて、それぞれ2.7nm、2.4nmであり、白金担持量を増加させても白金の粒径すなわち比表面積(単位重量当りの表面積)はほとんど変化しない。もし白金触媒単位量当りの触媒活性が同じで、電極中の触媒利用率が同じであれば、白金担持量が高いほどPt/CB触媒量を減らせることになる。すなわち、63.2%のPt/CB触媒を用いれば、電極触媒層の厚みを19.2%の触媒を用いた場合の約1/3に減少させることができる。これにより、反応物質と生成水の拡散性の向上が期待できる。しかし、従来Pt/CB触媒の真の活性を正確に評価する方法が無かったため、どのような担持量の触媒が有効なのかという設計指針が得られていない。



【非特許文献1】
T.J.Schmidt,U.A.Paulus,H.A.Gasteiger,R.J.Behm:J.Electroanal.Chem.508(2001),41
【非特許文献2】
U.A.Paulus,T.J.Schmidt,H.A.Gasteiger,R.J.Behm:J.Electroanal.Chem.495(2001),134

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、燃料電池等に用いられる触媒の活性の評価方法とこれに用いる試験電極に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
高分散触媒分散液を導電性の基材表面に塗布、乾燥して触媒層を形成し、該触媒層の表面にイオノマー溶液を塗布、乾燥し作成した試験電極を用いてボルタモグラム法により、前記高分散触媒の活性を評価する電極触媒の活性評価方法であり、
前記触媒層は、触媒粒子又はその一次凝集体がほぼ単層に配列されたものであることを特徴とする電極触媒の活性評価方法。

【請求項2】
 
前記分散液の分散媒は、水よりも表面張力の小さい親水性有機溶媒又はその水溶液であることを特徴とする請求項1に記載の電極触媒の活性評価方法。

【請求項3】
 
前記塗布された分散液を該分散液中の分散媒の飽和蒸気圧下で乾燥することを特徴とする請求項2に記載の電極触媒の活性評価方法。

【請求項4】
 
前記分散液の基材表面の塗布量は、45~57μL/cm2であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の活性評価方法。

【請求項5】
 
前記イオノマー溶液は、親水性有機溶媒又はその水溶液であって水より表面張力の小さいものに溶解したものであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の電極触媒の活性評価方法。

【請求項6】
 
前記イオノマー溶液の乾燥を該溶液中の溶媒の飽和蒸気圧下で行うことを特徴とする請求項5に記載の活性評価方法。

【請求項7】
 
導電性の基材表面に高分散触媒層が形成され、該触媒層の表面がイオノマーで被覆された電極触媒の活性評価用試験電極であって、
前記触媒層は、触媒粒子又はその一次凝集体がほぼ単層に配列されて形成されたものであることを特徴とする触媒の活性評価用試験電極。

【請求項8】
 
前記高分散触媒層は、高分散触媒が親水性有機溶媒又はその水溶液であって水より表面張力の小さい液に分散された分散液を塗布・乾燥して形成されたものであることを特徴とする請求項7に記載の触媒の活性評価用試験電極。

【請求項9】
 
前記高分散触媒層は、前記分散液を基材表面に45~57μL/cm2塗布して形成されたものであることを特徴とする請求項7又は8に記載の触媒の活性評価用試験電極。

【請求項10】
 
前記高分散触媒層は、前記塗布された分散液中の分散媒の飽和蒸気圧下で乾燥して形成されたものであることを特徴とする請求項7から9のいずれかに記載の活性評価用試験電極。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2005034200thum.jpg
State of application right Registered
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