JP2002358971A

JP2002358971A - 燃料電池用電極とその製造方法およびそれを用いた燃料電池

Info

Publication number: JP2002358971A
Application number: JP2001163862A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Tsumura; 直宏津村
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2002-12-13

Abstract

(57)【要約】【課題】高い耐ＣＯ被毒性能を示す燃料電池用電極を得
る。【解決手段】陽イオン交換樹脂とカーボン粒子と触媒金
属とを含み、陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路とカ
ーボン粒子表面との接面に担持された触媒金属量が全触
媒金属担持量の５０ｗｔ％を越える燃料電池用電極にお
いて、前記触媒が白金とルテニウムを含み、白金とルテ
ニウムとの合計原子数に対するルテニウムの原子数比を
６０〜９０％とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用電極と
その製造方法およびそれを用いた燃料電池に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】固体高分子形燃料電池は、固体高分子電
解質膜およびその膜を挟むように配置されたアノ−ドと
カソ−ドとで構成される。アノ−ドおよびカソ−ドにそ
れぞれ水素と酸素とを供給することによってこの装置を
作動させた場合、各電極上ではつぎのような電気化学反
応が進行する。

【０００３】アノ−ド：２Ｈ_２→４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ カソ−ド：Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→Ｈ_２Ｏこの反応式から明らかなように、活物質であるガス（水
素または酸素）の反応は、プロトン（Ｈ^＋）と電子（ｅ
⁻）との授受が同時におこなうことができる場所でのみ
進行する。このことに着目することによって、白金触媒
の担持量を大幅に削減した電極が提案された（人見周二
他、第４０回電池討論会要旨集、１６７−１６８、（１
９９９））。

【０００４】この電極は、まず、陽イオン交換樹脂とカ
ーボン粒子とを含む電極を製作し、つぎにこの電極に白
金の陽イオンを吸着させたのちに、その吸着した白金の
陽イオンを化学的に還元することによって製造すること
ができる。

【０００５】この方法で製造された電極は、陽イオン交
換樹脂のプロトン伝導経路とカーボン粒子表面との接面
に担持された白金量が全白金担持量の５０ｗｔ％を越え
た構造となる。陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路と
カーボン粒子表面との接面は、上で述べたようなプロト
ン（Ｈ^＋）と電子（ｅ⁻）との授受が同時に行うことが
できる場所であるので、この電極では白金利用率が著し
く高くなる。そのため、この電極は、白金をあらかじめ
担持したカーボン粒子と陽イオン交換樹脂とで製作され
る電極に比べてきわめて少ない白金の担持量で同等の活
性を示す。

【０００６】固体高分子形燃料電池の燃料には、貯蔵や
運搬の容易なメタノールや天然ガスなどから製造される
改質ガスが使用される。このガスは、主成分を水素と
し、１０〜１００ｐｐｍのＣＯを含む。そのような燃料
を使用した場合、電極に備えられた白金触媒はＣＯによ
って被毒されることが知られている。

【０００７】これに対して、そのようなＣＯ被毒を受け
にくい触媒として、白金とルテニウムとの二元合金があ
る（Ｍ．Ｗａｔａｎａｂｅ、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥ
ｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｔｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒ
ｙ２２９，（１９８７）３９５）。特に、約５０原子
％のルテニウムを含む白金とルテニウムとの合金は耐Ｃ
Ｏ被毒性能が著しく高いので、そのような組成の合金を
備えた電極は、ＣＯの影響がほとんど見られない（Ｍ．
Ｉｗａｓｅ、ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏｃ
ｉｅｔｙＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓＶｏｌｕｍｅ９５
−２３，（１９９５）１２）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、陽イオン
交換樹脂のプロトン伝導経路とカーボン粒子表面との接
面に担持された触媒金属量が全触媒金属担持量の５０ｗ
ｔ％を越え、その触媒金属が５０原子％のルテニウムを
含む白金とルテニウムとの二元合金である電極を製作し
た。しかし、この電極を備えた燃料電池は、触媒が耐Ｃ
Ｏ被毒性の高いとされている従来の組成の合金であった
にも関わらず、改質ガスを燃料に用いた時、ＣＯ被毒に
よって出力が低下した。すなわち、本発明者が用いたよ
うな特殊な構造の電極では、従来の組成の触媒を担持し
た場合に十分な耐ＣＯ被毒性能を付与することができな
いという問題があった。

【０００９】そこで、本発明者は、陽イオン交換樹脂の
プロトン伝導経路とカーボン粒子表面との接面に担持さ
れた触媒金属量が全触媒金属担持量の５０ｗｔ％を越え
る燃料電池用電極の耐ＣＯ被毒性能を向上させるため
に、白金とルテニウムとを含む触媒に含まれるルテニウ
ムの量について検討した。その結果、本発明者は、この
電極ではその触媒が従来とはまったく異なるルテニウム
の配合量のときに最も高い耐ＣＯ被毒性能を示すととも
に、さらに、この電極を用いた燃料電池の性能が従来の
ものと比べて著しく高いという特異な性質を見出すこと
によって、本発明をなすに至った。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、陽イ
オン交換樹脂とカーボン粒子と触媒金属とを含み、陽イ
オン交換樹脂のプロトン伝導経路とカーボン粒子表面と
の接面に担持された触媒金属量が全触媒金属担持量の５
０ｗｔ％を越える燃料電池用電極において、前記触媒が
白金とルテニウムを含み、白金とルテニウムとの合計原
子数に対するルテニウムの原子数比が６０〜９０％であ
ることを特徴とする。

【００１１】請求項１の発明によれば、耐ＣＯ被毒性能
に優れた燃料電池用電極を得ることができる。

【００１２】請求項２の発明は、上記燃料電池用電極の
製造方法に関するもので、陽イオン交換樹脂とカーボン
粒子とを含む混合体に、白金を含む陽イオンとルテニウ
ムを含む陽イオンとを吸着させる第１の工程と、第１の
工程で得られた混合体中の各陽イオンを還元する第２の
工程とを経ることを特徴とする。

【００１３】請求項３の発明は、上記燃料電池用電極の
製造方法に関するもので、第１の工程において、白金を
含む陽イオンが白金アンミン錯体陽イオン、ルテニウム
を含む陽イオンがルテニウムアンミン錯体陽イオンであ
ることを特徴とする。

【００１４】請求項４の発明は、上記燃料電池用電極の
製造方法に関するもので、第１の工程において、陽イオ
ン交換樹脂とカーボン粒子とを含む混合体を、テトラア
ンミンＰｔ（２価）陽イオンとヘキサアンミンＲｕ（３
価）陽イオンとの合計モル数に対するヘキサアンミンＲ
ｕ（３価）陽イオンのモル数の比率が４０〜９５モル％
の溶液に浸漬する工程を含むことを特徴とする請求項
２、３および４の発明によれば、上記燃料電池用電極を
容易に製造することができる。

【００１５】請求項５の発明は、燃料電池において、上
記燃料電池用電極または上記製造方法で作製した燃料電
池用電極アノードに用いたことを特徴とする。請求項５
の発明によれば、優れた特性を示す燃料電池を得ること
ができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の燃料電池用電極の一例
を、図面を参照して説明する。図１は本発明の燃料電池
用電極に含まれる、陽イオン交換樹脂とカーボン粒子と
触媒の関係を示す概念図である。図１において、１１は
カーボン粒子、１２は陽イオン交換樹脂のプロトン伝導
経路、１３は陽イオン交換樹脂のテフロン（登録商標）
骨格部、１４は白金とルテニウムとを含む触媒金属であ
る。

【００１７】この電極は、カーボン粒子１１の表層を、
プロトン伝導経路１２とテフロン骨格部１３とで構成さ
れる陽イオン交換樹脂が被覆し、陽イオン交換樹脂のプ
ロトン伝導経路１２とカーボン粒子１１の表面との接面
に触媒金属１４が担持され、陽イオン交換樹脂のプロト
ン伝導経路１２とカーボン粒子１１の表面との接面に担
持された触媒金属量が全触媒金属担持量の５０ｗｔ％を
越えた構造である。陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経
路１２とカーボン粒子１１の表面との接面には、カーボ
ン粒子により形成される電子伝導チャンネルと陽イオン
交換樹脂により形成されるプロトン伝導チャンネルとが
存在することによって、電子（ｅ⁻）とプロトン
（Ｈ^＋）との授受が同時におこなうことができる場所と
なっている。

【００１８】すなわち、外部から供給される活物質の反
応は、その場所のみで進行するので、陽イオン交換樹脂
のプロトン伝導経路とカーボン粒子表面との接面に担持
された触媒金属量が全触媒金属担持量の５０ｗｔ％を越
える本発明の電極は、触媒利用率が高い。本発明の電極
において、きわめて少ない触媒担持量でありながら高い
活性を示すためには、陽イオン交換樹脂のプロトン伝導
経路とカーボン粒子表面との接面に担持された触媒量が
全触媒担持量の８０ｗｔ％以上であることが好ましく、
９０ｗｔ％を超えていることがさらに好ましい。

【００１９】また、本発明の燃料電池用電極の白金とル
テニウムとを含む触媒は、白金とルテニウムとの合計原
子数に対するルテニウムの原子数比が６０〜９０％であ
ることが、その耐ＣＯ被毒性能が高くなることから好ま
しい。さらに著しくその性能が向上することから、その
割合が７０〜９０％であることがとくに好ましい。

【００２０】なお、本発明の燃料電池用電極の触媒は、
白金とルテニウムとだけでなく、その他の白金族金属を
含んでもよい。たとえば、ロジウム、イリジウム、パラ
ジウム、オスニウムである。これらの金属を含むことに
よって、触媒活性を高めることができる。

【００２１】さらに、本発明の燃料電池用電極の触媒
は、マグネシウム、アルミニウム、バナジウム、クロ
ム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、
銀、タングステンおよび金からなる群より選ばれた少な
くともひとつ以上の元素を含有させてもよく、その場
合、白金とルテニウムとの触媒活性を向上できること
や、安価で製造できるなどの効果がある。

【００２２】ただし、触媒中に含まれる全ての金属元素
に対する白金とルテニウムの合計重量は、５０％以上と
した場合に、優れた耐ＣＯ被毒性能が得られる。

【００２３】ここで、触媒中のルテニウムは、他の金属
と固溶体を形成した状態、ＲｕＯｘで表されるルテニウ
ム酸化物の状態、またはアンミン錯体やフタロシアニン
錯体やポルフィリン錯体等の錯体の状態で存在してもよ
い。そして、触媒の形状は、触媒の質量活性が高くなる
ことから粒径４ｎｍ以下の粒子状であることが好まし
く、その活性が著しく向上する１．５ｎｍ以下であるこ
とがさらに好ましい。

【００２４】本発明の電極に用いられる陽イオン交換樹
脂としては、パーフルオロカーボンスルフォン酸型また
はスチレン−ジビニルベンゼン系のスルフォン酸型陽イ
オン交換樹脂が好ましい。なかでも、電極に含まれる陽
イオン交換樹脂は、２．５ｍｅｑ／ｇ以下のものを用い
ることができ、高い活性をもつ触媒が得られることから
１．０ｍｅｑ／ｇ以上であることがさらに好ましい。ま
た、カーボン粒子としては、カーボンブラックを用いる
ことができ、例えば、ＤｅｎｋａＢｌａｃｋ、Ｖｕｌ
ｃａｎＸＣ―７２、ＢｌａｃｋＰｅａｒｌ２０００
等のカーボンブラックがとくに好ましい。

【００２５】本発明の燃料電池は、固体高分子電解質膜
の少なくとも一方の面に本発明の燃料電池用電極を配置
した構造である。特に、本発明の燃料電池は、電極のＣ
Ｏ被毒性能が高いことから、その電極をアノードとして
備えていることが好ましい。

【００２６】本発明の燃料電池用電極は、例えば次のよ
うな方法で製造することができる。陽イオン交換樹脂と
カーボン粒子とを含む混合体に、その陽イオン交換樹脂
の対イオンと金属元素を含む陽イオンとのイオン交換反
応により、金属元素を含む陽イオンを陽イオン交換樹脂
に吸着させる第１の工程と、第１の工程で得られた混合
体中の金属元素を含む陽イオンを化学的に還元する第２
の工程とを経る燃料電池用電極の製造方法である。

【００２７】具体的には、陽イオン交換樹脂とカーボン
粒子とを含む混合体に、白金を含む陽イオンとルテニウ
ムを含む陽イオンとを吸着させる第１の工程と、第１の
工程で得られた混合体中の各陽イオンを還元する第２の
工程とを経る燃料電池用電極の製造方法である。

【００２８】ここで、第１の工程は、例えば、水溶液中
またはアルコールを含む溶液中で金属元素を含む陽イオ
ンを生成する化合物を、水またはアルコールを含む溶液
などに溶解し、陽イオン交換樹脂とカーボン粒子とを含
む混合体をその水またはアルコールを含む溶液に浸漬す
ることでなされる。

【００２９】この第１の工程では、含まれる金属元素の
異なる２種類以上の陽イオンを混合体に吸着させるため
に、それらの各種の陽イオンを含む溶液に混合体を浸漬
してもよいし、金属元素を含む陽イオンを含む溶液に浸
漬した後にさらにそれとは異なる金属元素を含む陽イオ
ン含む溶液に浸漬してもよい。

【００３０】特に、２種類以上の陽イオンを含む溶液に
混合体を浸漬する場合では、溶液中の各陽イオンの比率
を調節することによって、電極に担持される各金属の比
率を制御することができる。例えば、白金を含む陽イオ
ンとルテニウムを含む陽イオンとを含む溶液に混合体を
浸漬する場合、各陽イオンの比率を制御することによっ
て、電極に担持される白金とルテニウムとの合計原子数
に対するルテニウムの原子数比を６０〜９０％に制御す
ることができる。

【００３１】また、第２の工程は、混合体を還元雰囲気
下に放置することによってなされる。この工程では、量
産に適した還元剤を用いる化学的な還元方法を用いるこ
とが好ましく、とくに、水素ガスまたは水素を含むガス
によって気相還元する方法またはヒドラジンを含む不活
性ガスによって気相還元する方法が好ましい。

【００３２】ここで、水素ガスを含むガスとは、水素ガ
スと窒素やヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスとの混
合ガスであることが好ましく、水素ガスを１０ｖｏｌ％
以上含むことが好ましい。カーボン粒子は金属元素を含
む陽イオンの還元反応に対して活性であることから、陽
イオン交換樹脂に吸着している金属元素を含む陽イオン
であって、カーボン粒子表面の近傍に存在するものは、
その他の場所に存在する陽イオンに比べて優先的に還元
される。

【００３３】そこで、この工程では、還元剤の種類、還
元圧力、還元剤濃度、還元時間、還元温度を適時調整す
ることによって、カーボン粒子表面近傍の金属元素を含
む陽イオンがその他の場所の陽イオンに比べてより優先
的に還元することができ、そうすることによって、触媒
を主に陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路とカーボン
粒子の表面との接面に担持することができる。

【００３４】具体的には、陽イオン交換樹脂に吸着して
いる金属元素を含む陽イオンであってカーボン粒子表面
の近傍に存在していない陽イオンが還元される温度より
も低く、カーボン粒子表面の近傍に存在している陽イオ
ンを還元する温度よりも高い温度で還元することによっ
て、陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路とカーボン粒
子表面との接面に担持された触媒金属量が全触媒金属担
持量の８０ｗｔ％を越えるようにするのがよい。

【００３５】なお、本発明の製造方法では、第１の工程
と第２の工程とをおこなった後、さらに第１の工程と第
２の工程とを１回以上繰り返すことによって、触媒中の
金属の種類やそれらの金属の担持量の比率を調整するこ
とができる。また、この一連の工程を繰り返すことによ
って、先に担持された触媒金属を核としてさらに触媒の
大きさ増大せることが可能であり、任意の大きさの触媒
を担持させることができる。また、本発明の電極の活性
を向上させるために、第１の工程と第２の工程とを経た
混合体を酸化性ガスを含む雰囲気下、不活性ガスを主成
分とするガスの雰囲気下、酸性の溶液中、あるいは、ア
ルカリ性の溶液中などでエージングしてもよい。

【００３６】本発明の製造方法に用いられる金属元素を
含む陽イオンは、その陽イオンが還元されることで触媒
となることが可能な陽イオンであって、その触媒の形状
等はとくに問わない。上記の製造方法には、たとえば、
白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、パラジウ
ム、オスニウム、マグネシウム、アルミニウム、バナジ
ウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、
銅、亜鉛、銀、タングステンおよび金からなる群より選
ばれた少なくとも一つの元素を含む陽イオンを用いるこ
とができる。

【００３７】中でも、この方法で用いる金属元素を含む
陽イオンは、陽イオン交換樹脂によって被覆されていな
いカーボン表面には吸着し難く、陽イオン交換樹脂の対
イオンとのイオン交換反応により陽イオン交換樹脂のプ
ロトン伝導経路に優先的に吸着するものであることが好
ましい。

【００３８】例えば、そのような吸着特性を持つ白金ま
たはルテニウムを含む陽イオンとして、［Ｐｔ（Ｎ
Ｈ_３）_４］^２＋や［Ｐｔ（ＮＨ_３）_６］^４＋などとあら
わすことができる白金のアンミン錯イオン、または［Ｒ
ｕ（ＮＨ_３）_４］^２＋や［Ｒｕ（ＮＨ_３）_６］^３＋があ
る。

【００３９】そこで、本発明の燃料電池用電極の製造方
法の第１の工程においては、白金を含む陽イオンが白金
アンミン錯体陽イオン、ルテニウムを含む陽イオンがル
テニウムアンミン錯体陽イオンであることが好ましい。

【００４０】さらに、本発明の上記燃料電池用電極の製
造方法の第１の工程においては、陽イオン交換樹脂とカ
ーボン粒子とを含む混合体を、テトラアンミンＰｔ（２
価）陽イオンとヘキサアンミンＲｕ（３価）陽イオンと
の合計モル数に対するヘキサアンミンＲｕ（３価）陽イ
オンのモル数の比率が４０〜９５モル％の溶液に浸漬す
る工程を含むことがより好ましい。

【００４１】本発明の上記燃料電池用電極の製造方法の
第１の工程において、混合体を上記の溶液に浸漬する工
程を含むことにより、作製された燃料電池用電極におい
て、白金とルテニウムとの合計原子数に対するルテニウ
ムの原子数比を６０〜９０％とすることが容易となる。

【００４２】一方、カーボン粒子と陽イオン交換樹脂と
を含む混合体は、陽イオン交換樹脂とカーボン粒子、必
要に応じてＰＴＦＥ粒子とが分散した多孔体として用意
されることが好ましい。混合体は、膜状ものであること
が好ましく、その膜の厚さは３〜３０μｍ以内、さらに
好ましくは３〜２０μｍ以内が好ましい。また、カーボ
ン粒子としては、金属元素を含む陽イオンの還元反応に
対して高い活性を示すカーボンブラックが好ましく、例
えば、、ＤｅｎｋａＢｌａｃｋ、ＶｕｌｃａｎＸＣ
―７２、ＢｌａｃｋＰｅａｒｌ２０００等のカーボン
ブラックが特に好ましい。

【００４３】

【実施例】以下、本発明を好適な実施例を用いて説明す
る。［実施例１］陽イオン交換樹脂（アルドリッチ社
製、ナフィオン５ｗｔ％溶液）とカーボン粒子（Ｖｕｌ
ｃａｎＸＣ―７２）とを混錬し、加熱濃縮してペース
ト状にして、高分子（ＦＥＰ）フィルム上に製膜（膜厚
約１３μｍ）した後、室温で乾燥した。この混合体を
［Ｐｔ（ＮＨ_３）_４］Ｃｌ_２と［Ｒｕ（ＮＨ_３）_６］Ｃ
ｌ_３とを溶解した水溶液中に２４時間浸漬し、２００℃
の水素雰囲気中で７時間放置することによって電極を製
造した。

【００４４】ここで、［Ｐｔ（ＮＨ_３）_４］Ｃｌ_２と
［Ｒｕ（ＮＨ_３）_６］Ｃｌ_３とのそれぞれの配合比を様
々に変更した溶液を用いた電極を製造し、それらの白金
とルテニウムとの担持量を調べた。その結果を図２に示
す。図２は、電極製造時の、原料溶液中と得られた電極
中の、白金とルテニウムとの合計原子数に対するルテニ
ウムの原子数比の関係を示す図であり、この図から明ら
かなように、白金とルテニウムとの異なった配合比の溶
液を用いることによって、担持される各金属の割合を調
節することができる。

【００４５】上記の方法で、白金とルテニウムとの合計
原子数に対するルテニウム原子数の比率が、０．０、
１．０、５．０、１０、２０、３０、４０、５０、６
０、７０、８０、９０、９５、９９および１００％の触
媒を担持した電極を製造した。それぞれの電極の触媒担
持量は０．０５ｍｇ／ｃｍ^２となるようにした。

【００４６】［比較例１］Ｐｔ−Ｒｕ担持カーボン（田
中貴金属株式会社製、白金１８．６ｗｔ％、ルテニウム
１４．４ｗｔ％、担体：ＶｕｌｃａｎＸＣ―７２）と
陽イオン交換樹脂（アルドリッチ社製、ナフィオン５ｗ
ｔ%溶液）とを混錬、加熱濃縮してペースト状にして、
高分子（ＦＥＰ）フィルム上に製膜（膜厚約１３μｍ）
したのち室温で乾燥して比較例の電極Ａを得た。ペース
ト製作時のＰｔ−Ｒｕ担持カーボンの量を調整すること
によって、この電極の触媒担持量を約０．０５ｍｇ／ｃ
ｍ^２となるようにした。電極Ａにおいては、白金とルテ
ニウムとの合計原子数に対するルテニウムの原子数比は
６０％である。

【００４７】［比較例２］Ｐｔ−Ｒｕ担持カーボン（Ｅ
ＴＥＫ社製、白金２０．０ｗｔ％、ルテニウム１０．３
ｗｔ％、担体：ＶｕｌｃａｎＸＣ―７２）と陽イオン
交換樹脂（アルドリッチ社製、ナフィオン５ｗｔ%溶
液）とを混錬、加熱濃縮してペースト状にして、高分子
（ＦＥＰ）フィルム上に製膜（膜厚約１３μｍ）したの
ち室温で乾燥して比較例の電極Ｂを得た。ペースト製作
時のＰｔ−Ｒｕ担持カーボンの量を調整することによっ
て、この電極の触媒担持量を約０．０５ｍｇ／ｃｍ^２と
なるようにした。電極Ｂにおいては、白金とルテニウム
との合計原子数に対するルテニウムの原子数比は５０％
である。

【００４８】［比較例３］白金担持カーボン（田中貴金
属株式会社製、白金３０ｗｔ％、担体：Ｖｕｌｃａｎ
ＸＣ―７２）と陽イオン交換樹脂（アルドリッチ社製、
ナフィオン５ｗｔ%溶液）とを混錬し、加熱濃縮してペ
ースト状にして、高分子（ＦＥＰ）フィルム上に製膜
（膜厚約１３μｍ）したのち室温で乾燥して比較例の電
極Ｃを得た。ペースト製作時の白金担持カーボンの量を
調整することによって、この電極の白金量を約０．０５
ｍｇ／ｃｍ^２となるようにした。

【００４９】実施例で製作した各電極、比較例の電極
Ａ、ＢおよびＣをアノードとして燃料電池を作製した。
その際、それぞれの燃料電池には、カソードとしては、
比較例３の電極Ｃを用いた。つぎに各セルに、燃料とし
て２０ｐｐｍのＣＯを含む水素（２気圧、８０℃）を用
いて、０．５Ｖのセル電圧で運転した際の定常状態での
電流密度を測定した。その結果を図３に示す。

【００５０】図３は、実施例の電極と比較例の電極とを
備えた燃料電池を０．５Ｖで運転した時の、触媒中の白
金とルテニウムとの合計原子数に対するルテニウムの原
子数比（％）と０．５Ｖでの電流密度との関係を示した
ものである。図３において、記号○は実施例の電極の、
記号▲は比較例１の電極Ａの、記号◆は比較例２の電極
Ｂの、記号■は比較例３の電極Ｃの、関係を示す。

【００５１】図３より、比較例１の電極Ａ、比較例２の
電極Ｂおよび比較例３の電極Ｃでは、一般的に知られて
いるように、白金とルテニウムとの合計原子数に対する
ルテニウムの原子数比が５０％のときに最も高い電流値
を示す傾向が得られた。これに対して、実施例の電極で
は、白金とルテニウムとの合計原子数に対するルテニウ
ムの原子数比が６０〜９０原子％の時に特に高い電流値
を示した。これらの結果は、本発明の電極が特異なルテ
ニウムの配合量のときに耐ＣＯ被毒性能が高くなり、本
発明の電極を用いた燃料電池の性能は従来のものよりも
著しく高いことを示している。

【００５２】

【発明の効果】本発明の燃料電池用電極を用いることに
より、ＣＯを含む水素を燃料として用いた場合でも、高
い出力を発生することのできる燃料電池を提供すること
ができる。また、本発明の燃料電池によれば、ＣＯを含
む水素を燃料として用いた場合でも、大電力を供給する
電源システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池用電極に含まれる、陽イオン
交換樹脂とカーボン粒子と触媒の関係を示す概念図。

【図２】電極製造時の、原料溶液中と得られた電極中
の、白金とルテニウムとの合計原子数に対するルテニウ
ムの原子数比の関係を示す図。

【図３】燃料電池を０．５Ｖで運転した時の、触媒中の
白金とルテニウムとの合計原子数に対するルテニウムの
原子数比（％）と０．５Ｖでの電流密度との関係を示す
図。

【符号の説明】

１１カーボン粒子１２陽イオン交換樹脂１３イオン交換膜１４触媒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽イオン交換樹脂とカーボン粒子と触媒
金属とを含み、陽イオン交換樹脂のプロトン伝導経路と
カーボン粒子表面との接面に担持された触媒金属量が全
触媒金属担持量の５０ｗｔ％を越える燃料電池用電極で
あって、前記触媒が白金とルテニウムを含み、白金とル
テニウムとの合計原子数に対するルテニウムの原子数比
が６０〜９０％であることを特徴とする燃料電池用電
極。
【請求項２】陽イオン交換樹脂とカーボン粒子とを含
む混合体に、白金を含む陽イオンとルテニウムを含む陽
イオンとを吸着させる第１の工程と、第１の工程で得ら
れた混合体中の各陽イオンを還元する第２の工程とを経
ることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用電極の製
造方法。
【請求項３】第１の工程において、白金を含む陽イオ
ンが白金アンミン錯体陽イオン、ルテニウムを含む陽イ
オンがルテニウムアンミン錯体陽イオンであることを特
徴とする請求項２記載の燃料電池用電極の製造方法。
【請求項４】第１の工程において、陽イオン交換樹脂
とカーボン粒子とを含む混合体を、テトラアンミンＰｔ
（２価）陽イオンとヘキサアンミンＲｕ（３価）陽イオ
ンとの合計モル数に対するヘキサアンミンＲｕ（３価）
陽イオンのモル数の比率が４０〜９５モル％の溶液に浸
漬する工程を含むことを特徴とする請求項３記載の燃料
電池用電極の製造方法。
【請求項５】請求項１記載の燃料電池用電極または請求
項２、３または４記載の製造方法で作製した燃料電池用
電極をアノードに用いたことを特徴とする燃料電池。