JP3407320B2 - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料として純水素、また
はメタノールや化石燃料からの改質水素などの還元剤を
用い、空気や酸素を酸化剤とする固体高分子型燃料電池
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】固体高分子型燃料電池は作動温度が６０
〜１５０℃と低いため、電極には高活性な貴金属触媒、
とくに白金触媒が用いられている。その特性向上にはそ
の電極に用いる貴金属触媒の形態及びその分散状態が関
与するところが大きく、特に炭素微粉末上に高活性な貴
金属粒子を高分散な状態で担持させることが重要な技術
とされる。従って貴金属触媒の担持方法に関しても多く
の研究がなされている。例えば、貴金属粒子を高分散の
状態で炭素微粉末上に担持させるために担体である炭素
微粉末の三次元構造を破壊し、貴金属粒子の吸着サイト
を増加させる方法が提案されていた（特開昭６３−３１
９０５０号公報）。また、固体高分子型燃料電池と同じ
く低温で作動し、貴金属触媒を用いるメタノール燃料電
池用のメタノール酸化触媒については、２０〜４０Åの
貴金属のコロイド粒子を調製し、そのコロイド粒子を市
販の５０〜３００ｍ2／ｇの比表面積を持つ炭素微粉末
上に沈着させる方法（特開昭６３−９７２３２号公報）
や、担体となる炭素微粉末の細孔分布や比表面積に関す
る報告がされていた（特開平３−１０１０５７号公
報）。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】このような従来の貴金
属触媒では、固体高分子型燃料電池用触媒としての担体
となる炭素微粉末に関する検討が十分にされておらず、
炭素微粉末の種類によって貴金属粒子の分散状態が異な
り、十分な放電特性が得られていないという欠点を有し
ていた。また、担体となる炭素微粉末に触媒被毒物質で
ある塩素や硫黄などの不純物が含まれるために十分な寿
命特性が得られていないという欠点を有していた。 【０００４】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、貴金属触媒の担体となる炭素微粉末の細孔分布、比
表面積などの最適条件をみつけだし、かつ不純物の含有
量が少ない炭素微粉末を用いることによって、高い放電
特性を示し、しかも寿命特性の優れた固体高分子型燃料
電池を提供することを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
本発明の固体高分子型燃料電池は、直径２５〜７０Åの
細孔の占める容積が全細孔容積の３０．１％以上であ
り、かつ比表面積が８００ｍ２／ｇ以上の炭素微粉末に
高分散された貴金属からなる触媒と、撥水化処理した炭
素微粉末との混合物層を導電性カーボンペーパー上に形
成し、前記混合物層の表面にイオン交換樹脂を塗布した
電極を用いたことを特徴とする。 【０００６】 【作用】この構成によって、炭素微粉末の直径２５〜７
０Åの細孔が直径１０〜３０Åの触媒貴金属粒子の吸着
核となり、炭素微粉末上の反応に有効なサイトに高活性
な貴金属粒子を微粒子状態のまま担持させることができ
る。さらに、上記の範囲の細孔径を持ち、比表面積が８
００ｍ２／ｇ以上である炭素微粉末を用いることによ
り、炭素微粉末上に吸着した貴金属粒子を凝集させるこ
となく、より高分散な状態で担持することができ、触媒
活性を向上させて高い放電特性を有する固体高分子型燃
料電池を得ることができる。さらにアセチレンを原料と
する不純物の含有量が少ない炭素微粉末を用いることに
より、不純物による特性劣化を防ぎ、燃料電池の寿命特
性を向上させることができる。 【０００７】 【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明する。 【０００８】表面積の異なる炭素微粉末担体として、導
電性カーボンブラック、アセチレンブラックの中から表
１に示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５種類の炭素微粉末を選
定した。炭素微粉末担体の比表面積および細孔容積分布
の測定にはＮ2吸着装置（カルロエルバ社製ソフトマチ
ック１８００）を用いＢ．Ｅ．Ｔ法およびＢ．Ｊ．Ｔ法
により算出した。 【０００９】 【表１】 【００１０】（実施例１）触媒の調製方法として、まず
塩化白金酸（Ｈ2ＰｔＣｌ6）１ｇの水溶液３００ｍｌに
還元剤として亜硫酸水素ナトリウム（ＮａＨＳＯ3）１
０ｇ、コロイド凝集防止剤として過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）
１５０ｍｌを添加して白金酸化物のコロイドの水溶液１
００ｍｌを加えて生成させた白金コロイドと、比表面積
８３５ｍ2／ｇのアセチレンブラックＡの分散液とを混
合して白金触媒を担持させた炭素微粉末触媒Ａ’を作製
した。つぎにこのＡ’とフッ素樹脂により撥水化処理し
た炭素微粉末とを混合し、導電性カーボンペーパーに加
圧成型して電極を作製した。白金触媒量は両極とも電極
面積当たりの白金重量で０．０１〜０．５mg／cm2とし
た。つぎに、この電極表面に電極面積当たり０．１〜
３．０mg／cm2のイオン交換樹脂を塗布した。この電極
とイオン交換膜とを１２０〜１５０℃、２０〜６０kg／
cm2でホットプレスして負極とイオン交換膜と正極との
接合を行った。この接合体を用いて、図１に示した固体
高分子型燃料電池の単電池Ａｃを作製した。図１中、１
０はイオン交換膜を示し、本実施例では米国デュポン社
製のＮａｆｉｏｎ１１７を用いた。１１および１２はそ
れぞれ負極および正極を示す。 【００１１】（実施例２）実施例１において、触媒担体
である炭素微粉末に比表面積１５００ｍ2／ｇのカーボ
ンブラックＢを用いた以外は実施例１と全く同じとし
た。本実施例の触媒担持炭素微粉末Ｂ’とし、この触媒
Ｂ’を用いて電極を作製し、この電極を用いて作製した
固体高分子型燃料電池の単電池をＢｃとする。 【００１２】（比較例１）実施例１において、触媒担体
である炭素微粉末に比表面積１４７５ｍ2／ｇのカーボ
ンブラックＣを用いた以外は実施例１と全く同じとし
た。本実施例の触媒担持炭素微粉末をＣ’とし、この触
媒Ｃ’を用いて電極を作製し、この電極を用いて作製し
た固体高分子型燃料電池の単電池をＣｃとする。 【００１３】（比較例２）実施例１において、触媒担体
である炭素微粉末に比表面積５８ｍ2／ｇのアセチレン
ブラックを用いた以外は実施例１と全く同じとした、本
実施例の触媒担持炭素微粉末をＤ’とし、この触媒Ｄ’
を用いて電極を作製し、この電極を用いて作製した固体
高分子型燃料電池の単電池をＤｃとする。 【００１４】（比較例３）実施例１において、触媒担体
である炭素微粉末に比表面積２５４ｍ2／ｇのカーボン
ブラックＥを用いた以外は実施例１と全く同じとした。
本実施例の触媒担持炭素微粉末をＥ’とし、この触媒
Ｅ’を用いて電極を作製し、この電極を用いて作製した
固体高分子型燃料電池の単電池をＥｃとする。 【００１５】以上本発明の実施例および比較例の単電池
の負極側に９０℃の温度で加湿した水素ガスを、正極側
に８０℃の温度で加湿した酸素ガスをそれぞれ供給して
放電試験を行った。 【００１６】図２に本発明の実施例および比較例の単電
池の放電特性を示した。比較例の単電池Ｃｃ、Ｄｃ、Ｅ
ｃは電流密度２００ｍＡ／ｃｍ2においてそれぞれ０．
５８Ｖ，０．５４Ｖ，０．５６Ｖであるのに対し、本実
施例の単電池Ａｃ，Ｂｃは電流密度２００ｍＡ／ｃｍ2
においてそれぞれ０．６９Ｖ，０．６６Ｖであった。す
なわち、電流密度２００ｍＡ／ｃｍ2においてＡｃ，Ｂ
ｃの電圧はＣｃ，Ｄｃ，Ｅｃと比較して約０．１Ｖ程高
性能であることがわかる。 【００１７】図３に本発明の触媒の炭素微粉末担体の比
表面積と白金粒子径との関係を示した。炭素微粉末担体
の比表面積が増加するほど白金粒子径が小さくなる一般
的な傾向を示した。ここで白金粒子径の測定にはＣｏ吸
着装置（大倉理研（株）製モデルＲ６０１５）を用い
た。白金粒子径が小さいほど、即ち触媒表面積が大きい
ほど電極反応の活性が向上し、単電池の放電特性が向上
することが推察されたが、図２に示したように、各単電
池の電流密度２００ｍＡ／ｃｍ2における放電特性は比
表面積の大きい炭素微粉末を用いた単電池が必ずしも高
い特性を示さなかった。 【００１８】 【表２】 【００１９】表２に炭素微粉末Ａ、ＢおよびＣの直径２
５〜７０Åの細孔容積の全細孔容積に対する割合を示し
た。また、図４に炭素微粉末Ａ〜Ｅの細孔容積の分布を
示した。高い特性を示した順に、その電池に使用した炭
素微粉末の直径２５〜７０Åの占める細孔容積の割合が
大きくなっている。また、炭素微粉末Ａと比較してＢ及
びＣは約２倍の比表面積を有するが、２５〜７０Åの細
孔容積の全細孔容積に対する割合はＡよりも小さく、そ
の比表面積の多くが２５Å以下の細孔で占められてい
る。特に炭素微粉末Ｃは１４７５ｍ２／ｇの比表面積を
有するが、直径２５〜７０Åの細孔の占める容積の全細
孔容積に対する割合が１１．６％とかなり低いため、触
媒反応への担体の効果が小さくなっている。よって、触
媒反応には直径２５〜７０Åの細孔に担持された触媒が
寄与しており、本発明の直径２５〜７０Åの細孔によっ
て表面積の大部分を占める炭素微粉末を用いた触媒が有
効であると考えられる。本実施例では特に、直径２５〜
７０Åの細孔部の容積が全細孔容積の３０．１％以上を
占める炭素微粉末を用いた触媒が効果的であったが、２
５％以上であれば同様の効果が得られた。 【００２０】図５に本発明の実施例および比較例の単電
池の定電流放電（２００ｍＡ／ｃｍ 2）における電池電
圧を示した。本発明の実施例Ａｃおよび比較例Ｄｃは１
０００時間経過後も電圧は低下しなかったが、実施例Ｂ
ｃおよび比較例Ｃｃ、Ｅｃは徐々に電圧が低下した。 【００２１】 【表３】 【００２２】表３に本実施例および比較例の炭素微粉末
Ａ、Ｅ、および触媒Ａ’、Ｅ’の蛍光Ｘ線分析の結果を
示す。本発明の実施例のアセチレンブラック系の炭素微
粉末Ａにはごく微量の硫黄が含まれているが塩素は全く
含まれていなかった。触媒Ａ’は硫黄、塩素は全く含ま
れなかった。一方比較例のカーボンブラック系の炭素微
粉末Ｅには硫黄、塩素がともに大量に含まれており、触
媒Ｅ’には硫黄が残留している。また、本発明及び比較
例の触媒担持炭素微粉末を８０℃の硫酸（１．５Ｍ）中
に浸漬し、耐久性を検討したところ、カーボンブラック
系の炭素微粉末はアセチレンブラック系の炭素微粉末に
比べて腐食劣化する傾向が見られた。 【００２３】以上のことよりカーボンブラック系の炭素
微粉末を担体とした触媒担持炭素微粉末は触媒被毒物質
である硫黄を含有するため貴金属触媒の被毒が起こり、
電池電圧の低下が起こると考えられる。一方、アセチレ
ンブラック系の炭素微粉末を担体とした触媒担持炭素微
粉末は触媒被毒物質である塩素や硫黄を含有しないため
に貴金属触媒の被毒が起こらず、電池電圧の低下は起こ
らない。従って電池の寿命特性を考慮すると、固体高分
子型燃料電池にはより不純物の少ない炭素微粉末、例え
ばアセチレンブラック系の炭素微粉末を触媒担体として
用いた貴金属触媒が有効であると考えられる。 【００２４】また、本発明では、貴金属触媒として塩化
白金酸を用いたが、他の貴金属塩を用いても、酸化還元
されやすい材料については同様の効果が期待できる。さ
らに本実施例では、固体高分子型燃料電池の一例として
水素−酸素燃料電池を取り上げたが、メタノール、天然
ガスやナフサなどを燃料とする改質水素を用いた燃料電
池、また、酸化剤として空気を用いた燃料電池に適用す
ることも可能である。 【００２５】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、炭素微
粉末上の反応に有効なサイトに、高活性な貴金属粒子を
微粒子状態のまま担持させることができ、さらに、２５
〜７０Åの細孔が占める容積が全細孔容積の３０．１％
以上を占め、かつ比表面積が８００ｍ２／ｇ以上である
炭素微粉末を用いることにより、炭素微粉末上に吸着し
た貴金属粒子を凝集させることなくより高分散な状態で
担持することができる。さらにより不純物の少ないアセ
チレン系の炭素微粉末を触媒担体に用いることにより、
不純物による特性劣化を防ぐことができる。よって、優
れた放電特性を持ち、寿命特性の優れた固体高分子型燃
料電池を提供できる。
はメタノールや化石燃料からの改質水素などの還元剤を
用い、空気や酸素を酸化剤とする固体高分子型燃料電池
に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】固体高分子型燃料電池は作動温度が６０
〜１５０℃と低いため、電極には高活性な貴金属触媒、
とくに白金触媒が用いられている。その特性向上にはそ
の電極に用いる貴金属触媒の形態及びその分散状態が関
与するところが大きく、特に炭素微粉末上に高活性な貴
金属粒子を高分散な状態で担持させることが重要な技術
とされる。従って貴金属触媒の担持方法に関しても多く
の研究がなされている。例えば、貴金属粒子を高分散の
状態で炭素微粉末上に担持させるために担体である炭素
微粉末の三次元構造を破壊し、貴金属粒子の吸着サイト
を増加させる方法が提案されていた（特開昭６３−３１
９０５０号公報）。また、固体高分子型燃料電池と同じ
く低温で作動し、貴金属触媒を用いるメタノール燃料電
池用のメタノール酸化触媒については、２０〜４０Åの
貴金属のコロイド粒子を調製し、そのコロイド粒子を市
販の５０〜３００ｍ2／ｇの比表面積を持つ炭素微粉末
上に沈着させる方法（特開昭６３−９７２３２号公報）
や、担体となる炭素微粉末の細孔分布や比表面積に関す
る報告がされていた（特開平３−１０１０５７号公
報）。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】このような従来の貴金
属触媒では、固体高分子型燃料電池用触媒としての担体
となる炭素微粉末に関する検討が十分にされておらず、
炭素微粉末の種類によって貴金属粒子の分散状態が異な
り、十分な放電特性が得られていないという欠点を有し
ていた。また、担体となる炭素微粉末に触媒被毒物質で
ある塩素や硫黄などの不純物が含まれるために十分な寿
命特性が得られていないという欠点を有していた。 【０００４】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、貴金属触媒の担体となる炭素微粉末の細孔分布、比
表面積などの最適条件をみつけだし、かつ不純物の含有
量が少ない炭素微粉末を用いることによって、高い放電
特性を示し、しかも寿命特性の優れた固体高分子型燃料
電池を提供することを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
本発明の固体高分子型燃料電池は、直径２５〜７０Åの
細孔の占める容積が全細孔容積の３０．１％以上であ
り、かつ比表面積が８００ｍ２／ｇ以上の炭素微粉末に
高分散された貴金属からなる触媒と、撥水化処理した炭
素微粉末との混合物層を導電性カーボンペーパー上に形
成し、前記混合物層の表面にイオン交換樹脂を塗布した
電極を用いたことを特徴とする。 【０００６】 【作用】この構成によって、炭素微粉末の直径２５〜７
０Åの細孔が直径１０〜３０Åの触媒貴金属粒子の吸着
核となり、炭素微粉末上の反応に有効なサイトに高活性
な貴金属粒子を微粒子状態のまま担持させることができ
る。さらに、上記の範囲の細孔径を持ち、比表面積が８
００ｍ２／ｇ以上である炭素微粉末を用いることによ
り、炭素微粉末上に吸着した貴金属粒子を凝集させるこ
となく、より高分散な状態で担持することができ、触媒
活性を向上させて高い放電特性を有する固体高分子型燃
料電池を得ることができる。さらにアセチレンを原料と
する不純物の含有量が少ない炭素微粉末を用いることに
より、不純物による特性劣化を防ぎ、燃料電池の寿命特
性を向上させることができる。 【０００７】 【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明する。 【０００８】表面積の異なる炭素微粉末担体として、導
電性カーボンブラック、アセチレンブラックの中から表
１に示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅの５種類の炭素微粉末を選
定した。炭素微粉末担体の比表面積および細孔容積分布
の測定にはＮ2吸着装置（カルロエルバ社製ソフトマチ
ック１８００）を用いＢ．Ｅ．Ｔ法およびＢ．Ｊ．Ｔ法
により算出した。 【０００９】 【表１】 【００１０】（実施例１）触媒の調製方法として、まず
塩化白金酸（Ｈ2ＰｔＣｌ6）１ｇの水溶液３００ｍｌに
還元剤として亜硫酸水素ナトリウム（ＮａＨＳＯ3）１
０ｇ、コロイド凝集防止剤として過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）
１５０ｍｌを添加して白金酸化物のコロイドの水溶液１
００ｍｌを加えて生成させた白金コロイドと、比表面積
８３５ｍ2／ｇのアセチレンブラックＡの分散液とを混
合して白金触媒を担持させた炭素微粉末触媒Ａ’を作製
した。つぎにこのＡ’とフッ素樹脂により撥水化処理し
た炭素微粉末とを混合し、導電性カーボンペーパーに加
圧成型して電極を作製した。白金触媒量は両極とも電極
面積当たりの白金重量で０．０１〜０．５mg／cm2とし
た。つぎに、この電極表面に電極面積当たり０．１〜
３．０mg／cm2のイオン交換樹脂を塗布した。この電極
とイオン交換膜とを１２０〜１５０℃、２０〜６０kg／
cm2でホットプレスして負極とイオン交換膜と正極との
接合を行った。この接合体を用いて、図１に示した固体
高分子型燃料電池の単電池Ａｃを作製した。図１中、１
０はイオン交換膜を示し、本実施例では米国デュポン社
製のＮａｆｉｏｎ１１７を用いた。１１および１２はそ
れぞれ負極および正極を示す。 【００１１】（実施例２）実施例１において、触媒担体
である炭素微粉末に比表面積１５００ｍ2／ｇのカーボ
ンブラックＢを用いた以外は実施例１と全く同じとし
た。本実施例の触媒担持炭素微粉末Ｂ’とし、この触媒
Ｂ’を用いて電極を作製し、この電極を用いて作製した
固体高分子型燃料電池の単電池をＢｃとする。 【００１２】（比較例１）実施例１において、触媒担体
である炭素微粉末に比表面積１４７５ｍ2／ｇのカーボ
ンブラックＣを用いた以外は実施例１と全く同じとし
た。本実施例の触媒担持炭素微粉末をＣ’とし、この触
媒Ｃ’を用いて電極を作製し、この電極を用いて作製し
た固体高分子型燃料電池の単電池をＣｃとする。 【００１３】（比較例２）実施例１において、触媒担体
である炭素微粉末に比表面積５８ｍ2／ｇのアセチレン
ブラックを用いた以外は実施例１と全く同じとした、本
実施例の触媒担持炭素微粉末をＤ’とし、この触媒Ｄ’
を用いて電極を作製し、この電極を用いて作製した固体
高分子型燃料電池の単電池をＤｃとする。 【００１４】（比較例３）実施例１において、触媒担体
である炭素微粉末に比表面積２５４ｍ2／ｇのカーボン
ブラックＥを用いた以外は実施例１と全く同じとした。
本実施例の触媒担持炭素微粉末をＥ’とし、この触媒
Ｅ’を用いて電極を作製し、この電極を用いて作製した
固体高分子型燃料電池の単電池をＥｃとする。 【００１５】以上本発明の実施例および比較例の単電池
の負極側に９０℃の温度で加湿した水素ガスを、正極側
に８０℃の温度で加湿した酸素ガスをそれぞれ供給して
放電試験を行った。 【００１６】図２に本発明の実施例および比較例の単電
池の放電特性を示した。比較例の単電池Ｃｃ、Ｄｃ、Ｅ
ｃは電流密度２００ｍＡ／ｃｍ2においてそれぞれ０．
５８Ｖ，０．５４Ｖ，０．５６Ｖであるのに対し、本実
施例の単電池Ａｃ，Ｂｃは電流密度２００ｍＡ／ｃｍ2
においてそれぞれ０．６９Ｖ，０．６６Ｖであった。す
なわち、電流密度２００ｍＡ／ｃｍ2においてＡｃ，Ｂ
ｃの電圧はＣｃ，Ｄｃ，Ｅｃと比較して約０．１Ｖ程高
性能であることがわかる。 【００１７】図３に本発明の触媒の炭素微粉末担体の比
表面積と白金粒子径との関係を示した。炭素微粉末担体
の比表面積が増加するほど白金粒子径が小さくなる一般
的な傾向を示した。ここで白金粒子径の測定にはＣｏ吸
着装置（大倉理研（株）製モデルＲ６０１５）を用い
た。白金粒子径が小さいほど、即ち触媒表面積が大きい
ほど電極反応の活性が向上し、単電池の放電特性が向上
することが推察されたが、図２に示したように、各単電
池の電流密度２００ｍＡ／ｃｍ2における放電特性は比
表面積の大きい炭素微粉末を用いた単電池が必ずしも高
い特性を示さなかった。 【００１８】 【表２】 【００１９】表２に炭素微粉末Ａ、ＢおよびＣの直径２
５〜７０Åの細孔容積の全細孔容積に対する割合を示し
た。また、図４に炭素微粉末Ａ〜Ｅの細孔容積の分布を
示した。高い特性を示した順に、その電池に使用した炭
素微粉末の直径２５〜７０Åの占める細孔容積の割合が
大きくなっている。また、炭素微粉末Ａと比較してＢ及
びＣは約２倍の比表面積を有するが、２５〜７０Åの細
孔容積の全細孔容積に対する割合はＡよりも小さく、そ
の比表面積の多くが２５Å以下の細孔で占められてい
る。特に炭素微粉末Ｃは１４７５ｍ２／ｇの比表面積を
有するが、直径２５〜７０Åの細孔の占める容積の全細
孔容積に対する割合が１１．６％とかなり低いため、触
媒反応への担体の効果が小さくなっている。よって、触
媒反応には直径２５〜７０Åの細孔に担持された触媒が
寄与しており、本発明の直径２５〜７０Åの細孔によっ
て表面積の大部分を占める炭素微粉末を用いた触媒が有
効であると考えられる。本実施例では特に、直径２５〜
７０Åの細孔部の容積が全細孔容積の３０．１％以上を
占める炭素微粉末を用いた触媒が効果的であったが、２
５％以上であれば同様の効果が得られた。 【００２０】図５に本発明の実施例および比較例の単電
池の定電流放電（２００ｍＡ／ｃｍ 2）における電池電
圧を示した。本発明の実施例Ａｃおよび比較例Ｄｃは１
０００時間経過後も電圧は低下しなかったが、実施例Ｂ
ｃおよび比較例Ｃｃ、Ｅｃは徐々に電圧が低下した。 【００２１】 【表３】 【００２２】表３に本実施例および比較例の炭素微粉末
Ａ、Ｅ、および触媒Ａ’、Ｅ’の蛍光Ｘ線分析の結果を
示す。本発明の実施例のアセチレンブラック系の炭素微
粉末Ａにはごく微量の硫黄が含まれているが塩素は全く
含まれていなかった。触媒Ａ’は硫黄、塩素は全く含ま
れなかった。一方比較例のカーボンブラック系の炭素微
粉末Ｅには硫黄、塩素がともに大量に含まれており、触
媒Ｅ’には硫黄が残留している。また、本発明及び比較
例の触媒担持炭素微粉末を８０℃の硫酸（１．５Ｍ）中
に浸漬し、耐久性を検討したところ、カーボンブラック
系の炭素微粉末はアセチレンブラック系の炭素微粉末に
比べて腐食劣化する傾向が見られた。 【００２３】以上のことよりカーボンブラック系の炭素
微粉末を担体とした触媒担持炭素微粉末は触媒被毒物質
である硫黄を含有するため貴金属触媒の被毒が起こり、
電池電圧の低下が起こると考えられる。一方、アセチレ
ンブラック系の炭素微粉末を担体とした触媒担持炭素微
粉末は触媒被毒物質である塩素や硫黄を含有しないため
に貴金属触媒の被毒が起こらず、電池電圧の低下は起こ
らない。従って電池の寿命特性を考慮すると、固体高分
子型燃料電池にはより不純物の少ない炭素微粉末、例え
ばアセチレンブラック系の炭素微粉末を触媒担体として
用いた貴金属触媒が有効であると考えられる。 【００２４】また、本発明では、貴金属触媒として塩化
白金酸を用いたが、他の貴金属塩を用いても、酸化還元
されやすい材料については同様の効果が期待できる。さ
らに本実施例では、固体高分子型燃料電池の一例として
水素−酸素燃料電池を取り上げたが、メタノール、天然
ガスやナフサなどを燃料とする改質水素を用いた燃料電
池、また、酸化剤として空気を用いた燃料電池に適用す
ることも可能である。 【００２５】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、炭素微
粉末上の反応に有効なサイトに、高活性な貴金属粒子を
微粒子状態のまま担持させることができ、さらに、２５
〜７０Åの細孔が占める容積が全細孔容積の３０．１％
以上を占め、かつ比表面積が８００ｍ２／ｇ以上である
炭素微粉末を用いることにより、炭素微粉末上に吸着し
た貴金属粒子を凝集させることなくより高分散な状態で
担持することができる。さらにより不純物の少ないアセ
チレン系の炭素微粉末を触媒担体に用いることにより、
不純物による特性劣化を防ぐことができる。よって、優
れた放電特性を持ち、寿命特性の優れた固体高分子型燃
料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】固体高分子型燃料電池の単電池の断面図
【図２】本発明の実施例および比較例の固体高分子型燃
料電池の電流−電圧特性を示した図 【図３】本発明の実施例および比較例の炭素微粉末の比
表面積と白金粒子径の関係を示した図 【図４】本発明の実施例および比較例の炭素微粉末の細
孔容積の分布を示した図 【図５】本発明の実施例および比較例の単電池の定電流
放電特性を示した図 【符号の説明】 １０ イオン交換膜 １１ 負極 １２ 正極
料電池の電流−電圧特性を示した図 【図３】本発明の実施例および比較例の炭素微粉末の比
表面積と白金粒子径の関係を示した図 【図４】本発明の実施例および比較例の炭素微粉末の細
孔容積の分布を示した図 【図５】本発明の実施例および比較例の単電池の定電流
放電特性を示した図 【符号の説明】 １０ イオン交換膜 １１ 負極 １２ 正極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−208260（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−101057（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 4/86 - 4/96,8/10
B01J 21/18,23/40
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】直径２５〜７０Åの細孔の占める容積が全
細孔容積の３０．１％以上であり、かつ比表面積が８０
０ｍ２／ｇ以上の炭素微粉末に高分散された貴金属から
なる触媒と、撥水化処理した炭素微粉末との混合物層を
導電性カーボンペーパー上に形成し、前記混合物層の表
面にイオン交換樹脂を塗布した電極を用いた固体高分子
型燃料電池。
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