KR101019158B1

KR101019158B1 - 촉매 전극 및 전기화학 디바이스

Info

Publication number: KR101019158B1
Application number: KR1020040023762A
Authority: KR
Inventors: 홈무라하야토; 카토리켄지
Original assignee: 소니 가부시키가이샤
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2011-03-04
Also published as: CN1536695A; CN100521314C; JP4207120B2; EP1467422A3; EP1467422A2; EP1467422B1; US7462575B2; US20040265678A1; KR20040087920A; JP2004311225A

Abstract

본 발명은 출력 특성의 향상을 도모할 수 있는 촉매 분체와 촉매 전극, 및 전기화학 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 그 해결 수단으로서, 전극에 포함되는 촉매 분체(1)로서, 촉매 분체(1)가 도전성 분체(2)에 적어도 촉매(3)로 이루어지는 촉매 물질이 담지되어 이루어지고, 상기 촉매 물질/촉매 분체(1)의 비율이 중량 비율로 55∼75중량%이며, 상기 촉매 물질의 면적밀도가 1∼3㎎/㎠인 촉매 분체(1)를 제공한다. 또한, 도전성 분체(2)에, 적어도 촉매(3)로 이루어지는 촉매 물질이 담지되어 이루어지는 촉매 분체(1)와 고체 고분자 전해질을 함유하는 촉매 전극으로서, 촉매 분체(1)에 대한 상기 촉매 물질의 비율이 중량 비율로 55∼75중량%이고, 또한 촉매 분체(1)에 있어서의 상기 촉매 물질의 면적밀도가 1∼3㎎/㎠인 촉매 전극을 제공한다. 또한, 적어도 2개의 전극과 이들 전극 사이에 협지된 이온 전도체로 이루어지고, 상기의 본 발명의 촉매 전극이 상기 전극 중의 적어도 하나를 구성하고 있는 전기화학 디바이스를 제공한다.

Description

촉매 전극 및 전기화학 디바이스{CATALYST POWDER, CATALYST ELECTRODE AND ELECTROCHEMICAL DEVICE}

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 본 발명에 의거한 촉매 분체의 개략 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 본 발명에 의거한 촉매 물질의 담지율과, 촉매 분체 또는 촉매의 비표면적의 관계를 도시하는 그래프.

도 3은 본 발명에 의거한 전기화학 디바이스의 개략 단면도.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 촉매의 담지율과 최대 출력의 관계를 도시하는 그래프.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 촉매 면적밀도와 최대 출력의 관계를 도시하는 그래프.

도 6은 본 발명의 실시예에 의한 상기 고체 고분자 전해질과 상기 촉매 분체의 혼합물에 대한 상기 고체 고분자 전해질의 비율을 중량비로 X %, 상기 촉매 분체의 비표면적을 Y㎡/g으로 했을 때의 X/Y 와 최대 출력의 관계를 도시하는 그래프.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 촉매의 담지율이 55중량% 미만일 때의 촉매 면적밀도와 최대 출력의 관계를 도시하는 그래프.

도 8은 본 발명의 실시예에 의한 촉매의 담지율이 75중량%를 넘었을 때의 촉매의 면적밀도와 최대 출력의 관계를 도시하는 그래프.

도 9는 본 발명의 실시예에 의한 촉매의 면적밀도가 1㎎/㎠ 미만일 때의 촉매의 담지율과 최대 출력의 관계를 도시하는 그래프.

도 10은 본 발명의 실시예에 의한 촉매의 면적밀도가 3㎎/㎠를 넘었을 때의 촉매의 담지율과 최대 출력의 관계를 도시하는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 촉매 분체 2 : 도전성 분체

3 : 촉매 4, 5 : 단자

6 : 부극 7 : 정극

8 : 이온 전도체 9 : 수소 가스 공급부

10, 14 : 배출구 11, 13 : 유로

12 : 도입구 15 : 촉매층

16 : 집전체

본 발명은 촉매 분체와 촉매 전극 및 전기화학 디바이스에 관한 것이다.

고제 고분자 전해질형 연료 전지는 다른 형식의 연료 전지와 비교하여 높은 에너지 밀도가 얻어지고, 또한 소형화가 용이하다고 생각된다는 점에서, 휴대용 용 도로의 기대가 매우 크다. 이 때문에, 요즈음 전 세계적으로 활발한 개발이 이루어지고 있으며 주목받고 있는 분야이다.

고체 고분자 전해질형 연료 전지의 셀 구조는, 캐소드용 집전체/캐소드 전극 (산소극)측 촉매층/고체 고분자형 전해질/애노드 전극(연료극)측 촉매층/애노드용 집전체의 적층 구조로 되어 있으며, 각각의 재료나 그 제작 방법, 셀 구조의 제작 방법 등에 있어서 여러가지 연구가 실행되고 있다(예를 들면, 후기의 특허 문헌 1 참조.)

또한, 고체 고분자 전해질형 연료 전지는 상술한 캐소드측에 산소가 공급됨과 동시에, 애노드측에는 수소나 알코올 등의 연료가 공급되고, 이것에 의해 발전 (發電)되는 메카니즘으로 되어 있다.

상기한 캐소드 전극 혹은 애노드 전극측의 촉매층은, 고체 고분자 전해질과 카본 분체에 백금 등의 촉매 입자를 담지(擔持)시켜 이루어지는 촉매 분체로 구성되고, 촉매 입자의 비율로서는 20∼55중량%가 최적이라고 생각되고 있다(예를 들면, 후기의 특허 문헌 2 참조.). 이것은 백금 등의 촉매 입자의 사용량과 입자직경, 비표면적으로부터 촉매 입자의 유효 이용률을 고려한 경우에 최적으로 생각되어 왔기 때문이다.

특허 문헌 1 : 일본 특개평 5-36418 호 공보(2 페이지 우하란 42행∼3 페이지 제 3란 9행)

특허 문헌 2 : 일본 특개평 8-117598 호 공보(3 페이지 제 3란 12∼22행)

그러나, 출력 전류를 높이기 위해 촉매층에서의 촉매 입자의 면적밀도를 크게 하기 위해서는, 촉매층의 두께를 크게 할 수 밖에 없었다. 그리고, 상술한 바와 같은 촉매 입자의 담지율(擔持率; support rate)이 20∼55중량%의 촉매 분체를 사용하는 경우, 촉매층의 두께를 크게 하면, 촉매 분체의 비표면적이 크기 때문에 필요로 되는 바인더량이 많아져서, 전극 내부의 전자 저항이 커진다. 또한, 촉매층을 두껍게 형성하면, 그 층에 균열이 생기는 등의 문제가 있어서 촉매층의 안정성이 저하된다.

한편, 촉매 입자의 담지율이 높은 촉매분체를 이용한 경우에는, 촉매 입자의 비표면적이 작다는 점으로부터 충분한 반응 면적을 얻을 수 없어서 양호한 출력 특성이 발현되지 않는다는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적은 출력 특성의 향상을 도모할 수 있는 촉매 분체와 촉매 전극 및 이들을 이용한 전기화학 디바이스를 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은, 도전성 분체에, 적어도 촉매로 이루어지는 촉매 물질이 담지되어 이루어지는 촉매 분체와, 고체 고분자 전해질을 함유하는 촉매 전극으로서, 상기 촉매 분체에 대한 상기 촉매 물질의 비율(촉매 물질/촉매 분체: 상기 촉매 물질의 담지율)이 질량 비율로 55∼75질량%이며, 상기 촉매 분체에 있어서의 상기 촉매 물질의 면적 밀도가 1∼3㎎/㎠이고, 또한 상기 고체 고분자 전해질과 상기 촉매 분체와의 혼합물에 대한 상기 고체 고분자 전해질의 비율을 질량비로 X%, 상기 촉매 분체의 비표면적을 Y㎡/g으로 했을 때,
O.05질량%ㆍg/㎡ ≤(X/Y) ≤O.3질량%ㆍg/㎡
를 만족시키는 촉매 전극에 관한 것이다.

또한, 도전성 분체에 적어도 촉매로 이루어지는 촉매 물질이 담지되어 이루어지는 촉매 분체와 고체 고분자 전해질을 함유하는 촉매 전극으로서, 상기 촉매 분체에 대한 상기 촉매 물질의 비율이 중량 비율로 55∼75중량%이고, 또한 상기 촉 매 분체에 있어서의 상기 촉매 물질의 면적밀도가 1∼3㎎/㎠인 촉매 전극에 관한 것이다.

더욱이, 복수의 전극과 이들 전극 사이에 협지(挾持)된 이온 전도체로 이루어지고, 상기한 본 발명의 촉매 전극이 상기 복수 전극의 적어도 하나를 구성하고 있는 전기화학 디바이스에 관한 것이다.

여기서, 상기 「면적밀도」는 전극의 단위 면적당의 상기 촉매 물질의 중량을 의미한다.

본 발명에 의하면, 상기 촉매 물질의 비율이 중량 비율로 55∼75중량%이고, 또한 상기 촉매 물질의 면적밀도가 1∼3㎎/㎠로 특정되어 있으므로, 전극 내의 상기 촉매의 유효한 반응 면적을 효과적으로 또한 용이하게 크게 할 수 있게 되어 출력 특성의 향상을 도모할 수가 있다.

또한, 상기 촉매 물질의 비율과 상기 촉매 물질의 면적밀도라는 두 조건을 동시에 만족시킴으로써, 예를 들면 상술한 종래예와 같이 촉매층의 두께를 크게 하지 않아도, 상기 촉매의 면적밀도를 크게 할 수가 있다. 이는 종래예에 비해 본 발명의 촉매 분체의 비표면적이 작아지기 때문이며, 이것에 의해 바인더로서도 기능하는 상기 고체 고분자 전해질의 양을 저감시킬 수 있게 된다. 따라서, 전극의 내부 저항을 저감시킬 수 있고, 이것에 기인하는 전압 강하를 억제할 수 있다는 것에서, 전기화학 디바이스의 출력을 증대시킬 수가 있다.

더욱이, 상기 촉매 물질의 비율이 상기한 범위로 특정되어 있으므로, 종래의 촉매 분체에 비해 비표면적은 작으며, 예를 들면 본 발명의 촉매 분체를 용매에 분 산시켜, 종래예와 같은 촉매층용의 도료를 조제할 때 상기 용매의 사용량을 저감 시킬 수 있게 되고, 환경 부하도 저감시킬 수가 있다.

(실시예)

도 1은 본 발명에 의거한 촉매 분체의 개략 단면도이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명에 의거한 촉매 분체(1)는 도전성 분체 (2)의 표면에 상기 촉매 물질로서의 촉매(3)가 담지되어 있고, 촉매 분체(1)에 대한 촉매(3)의 비율이 중량 비율로 55∼75중량%, 보다 바람직하게는 57∼75중량%, 더 바람직하게는 60∼70중량%이며, 또한 촉매(3)의 면적밀도가 1∼3㎎/㎠이다.

여기서, 상기 촉매 물질은 촉매(3)만으로 이루어져 있어도 좋고, 혹은 촉매 (3) 외에 실리콘, 실리콘옥사이드 등의 다른 물질을 가지고 있어도 좋다(이하도 마찬가지).

그리고, 본 발명에 의거한 촉매 분체(1)는 전기화학 디바이스의 촉매 전극에 매우 적합하게 이용할 수가 있다.

즉, 본 발명에 의거한 촉매 전극은 상술한 본 발명에 의거한 촉매 분체와 고체 고분자 전해질을 함유하고, 상기 촉매 분체에 대한 상기 촉매 물질의 비율이 중량 비율로 55∼75중량%(보다 바람직하게는 57∼75중량%, 더 바람직하게는 60∼70중량%)이며, 또한 상기 촉매 분체에 있어서의 상기 촉매 물질의 면적밀도가 1∼3㎎/㎠인 것이 중요하다.

구체적으로는, 본 발명에 의거한 촉매 분체와 상기 고체 고분자 전해질을 함유하는 촉매층을 형성하고, 이 촉매층을 카본 시트 등의 집전체상에 유지시키는 것 이 바람직하다. 상기 촉매층의 두께로서는, 예를 들면 5∼50 ㎛로 할 수가 있다.

여기서, 출력 전류를 높이기 위해 상기 촉매 입자의 면적밀도를 크게 하기 위해서는, 상기 촉매층의 두께를 크게 할 필요가 있다. 그러나, 도 2에 도시하는 바와 같이 상기 촉매 물질의 비율이 55중량% 미만일 경우, 상기 촉매 물질이 적기 때문에 상기 촉매 물질의 담지율이 낮아짐에 따라 촉매 분체의 비표면적이 커지므로, 필요로 하는 상기 고체 고분자 전해질(바인더)량이 많아지고, 상기 촉매층의 두께를 크게 하면 전극 내부의 전자 저항이 커져서 출력 특성이 저하한다. 또한, 상기 촉매층을 두껍게 형성하면, 그 층에 균열(crack)이 생기는 등의 문제가 있어 상기 촉매층의 안정성이 저하한다.

또한, 상기 촉매 물질의 비율이 75중량%를 넘는 경우는, 도 2에 도시하는 바와 같이 상기 촉매의 비표면적이 작아지기 때문에 충분한 반응 면적이 얻어지지 않아 출력 특성이 저하한다. 또한, 상기 촉매를 많이 사용한 경우에는 반응 면적을 크게 할 수는 있지만, 상기 촉매의 사용량이 현저하게 많아지게 되므로 코스트면에서 불리하게 된다.

더욱이, 상기 촉매 물질의 면적밀도가 1㎎/㎠ 미만일 경우, 유효한 반응 면적이 얻어지지 않아 양호한 출력 특성을 얻을 수가 없다. 또한, 3㎎/㎠를 넘을 경우, 상기 촉매 물질의 면적밀도가 과잉하게 크기 때문에, 상기 촉매층의 두께가 커지므로 전극 내부의 전자 저항이 커져 출력 특성이 저하한다. 또한, 상기 촉매층이 두껍게 형성되기 때문에, 그 층에 균열이 생기기 쉬워지는 등의 문제가 있어서 상기 촉매층의 안정성이 저하한다.

따라서, 상기 촉매 물질의 비율과 상기 촉매 물질의 면적밀도를 동시에, 상기한 각 범위내로 함으로써, 전극 내의 상기 촉매의 유효한 반응 면적을 효과적으로 또한 용이하게 크게 하는 것이 가능하게 되어 출력 특성의 향상을 도모할 수가 있다.

또한, 상기 촉매 물질의 비율과 상기 촉매 물질의 면적밀도라는 두 조건을 동시에 만족시킴으로써, 예를 들면 상기 촉매층의 두께를 크게 하지 않아도 상기 촉매의 면적밀도를 크게 할 수가 있다. 이 때문에, 종래예에 비해 본 발명에 의거한 촉매 분체의 비표면적은 작아져서, 바인더로서도 기능하는 상기 고체 고분자 전해질의 양을 저감시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 전극의 내부 저항을 저감시킬 수가 있고, 이것에 기인하는 전압 강하를 억제할 수 있다는 것에서, 전기화학 디바이스의 출력을 증대시킬 수가 있다.

더욱이, 상기 촉매 물질의 비율이 상기한 범위로 특정되어 있으므로, 종래 예의 촉매 분체에 비해 비표면적은 작고, 예를 들면 본 발명에 의거한 촉매 분체를 용매에 분산시켜, 상기 촉매층용의 도료를 조제할 때에, 상기 용매의 사용량을 저감시키는 것이 가능하게 되고, 환경 부하도 저감시킬 수가 있다.

본 발명에 의거한 촉매 전극은 상기 촉매 물질의 비율 및 상기 촉매 물질의 면적밀도를 상기한 각 범위로 특정함과 동시에, 상기 고체 고분자 전해질과 상기 촉매 분체의 혼합물에 대한 상기 고체 고분자의 전해질의 비율을 중량비로 X %, 상기 촉매 분체의 비표면적을 Y㎡/g으로 했을 때,

0.05중량%ㆍg/㎡ ≤(X/Y) ≤0.3중량%ㆍg/㎡

를 만족시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 촉매 물질, 상기 도전성 분체 등의 비표면적은, 가스 흡착법에 의해 구해지고, 그 측정에는 Na, CO 가스 등이 이용된다.

여기서, 상기 X/Y 가 0.05중량%ㆍg/㎡ 미만일 경우, 상기 고체 고분자 전해질과 상기 촉매의 접점이 적은, 즉 반응 면적이 작기 때문에 바람직한 출력 전류가 얻어지지 않는 경우가 있다. 또한 O.3중량%ㆍg/㎡ 를 넘을 경우, 상기 고체 고분자 전해질이 너무 조밀하게 되어 반응 효율이 저하하고, 출력 특성이 저하하기 쉽게 된다.

상기 X/Y 의 값을 상기한 범위 내로 특정함으로써, 전극 내의 유효한 반응 면적을 보다 효과적이고 또한 용이하게 크게 하는 것이 가능해져, 출력 특성을 더 한층 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 의거한 촉매 전극은 본 발명에 의거한 촉매 분체를 상기 고체 고분자 전해질에 의해 결착(結着)시켜 상기 촉매층을 형성함으로써, 상기 촉매 분체를 상기 집전체 상에 충분한 강도로 유지할 수가 있다.

본 발명에 있어서, 상기 도전성 분체로서는 탄소 분체를 이용하는 것이 바람직하고, 상기 탄소 분체의 비표면적이 250㎡/g 이상, 1300㎡/g 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 상기 탄소 분체의 비표면적이 250㎡/g 미만, 혹은 1300㎡/g를 넘을 경우, 촉매 분체로서의 특성이 저하하기 쉬워 출력 특성의 향상을 도모할 수 없는 경우가 있다.

또한, 상기 촉매는 전자 전도성을 가지는 적어도 한 종류의 귀금속인 것이 바람직하고, 예시한다면 백금, 이리듐, 팔라듐, 로듐, 금 및 루테늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 귀금속 등, 혹은 이들의 혼합물을 들 수가 있다.

더욱이, 상기 고체 고분자 전해질로서는, 나피온(등록상표)(듀퐁사제의 퍼플루오로술폰산 수지) 등을 이용할 수가 있다.

본 발명에 의거한 촉매 전극의 제조 방법으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 본 발명에 의거한 촉매 분체와 상기 고체 고분자 전해질과 임의의 그 밖의 재료를 혼합하여 상기 촉매층용의 도료를 제작하고, 상기 집전체 상에 상기 촉매층용 도료를 도포하여 건조시킴으로써 제조할 수가 있다.

본 발명에 의거한 촉매 전극은 예를 들면 연료 전지로서 구성되어 있는 본 발명에 의거한 전기화학 디바이스에 적용할 수가 있다.

즉, 본 발명에 의거한 전기화학 디바이스는 복수의 전극과 이들 전극 사이에 협지된 이온 전도체로 이루어지고, 본 발명에 의거한 촉매 전극이 상기 복수 전극의 적어도 하나를 구성하고 있는 것이 특징적이다.

예를 들면, 제 l극과 제 2극과 이들 양극 사이에 협지된 이온 전도체로 이루어지는 기본적 구조체에 있어서, 상기 제 l극 및 제 2극 중 적어도 상기 제 1극에 본 발명에 의거한 촉매 전극을 적용할 수가 있다.

더 구체적으로 말하자면, 제 1극 및 제 2극 중 적어도 한 쪽이 가스 전극인 전기화학 디바이스 등에 대하여, 본 발명에 의거한 촉매 전극을 바람직하게 적용하는 것이 가능하다.

도 3에는 본 발명에 의거한 촉매 전극을 이용한 연료 전지의 구체예를 도시 한다.

여기서, 도 3 중의 촉매층(15)은 도전성 분체(예를 들면 카본 분체)의 표면에 상기 촉매 물질로서의 상기 촉매가 담지되어 이루어지는 본 발명에 의거한 촉매 분체와 상기 고체 고분자 전해질을 함유하고 있으며, 상기 촉매의 비율이 중량 비율로 55∼75중량%이며, 또한 상기 촉매의 면적밀도가 1∼3㎎/㎠이다. 본 발명에 의거한 촉매 전극은 촉매층(15)과 다공성의 가스 확산성 집전체로서의 예를 들면 카본 시트(16)로 이루어지는 다공성의 가스 확산성 촉매 전극이다. 단, 좁은 의미로는 촉매층(15)만을 가스 확산성 촉매 전극이라 칭해도 좋다. 또한, 본 발명에 의거한 촉매 전극을 이용한 제 1극과 제 2극 사이에는 이온 전도체(8)가 협착되어 있다.

이 연료 전지는 서로 대향하는 단자(4)가 달린 본 발명에 의거한 촉매 전극 (단, 이것은 반드시 부극(負極)으로 이용할 필요는 없다.)을 이용한 부극(연료극 또는 수소극)(6), 및 단자(5)가 달린 본 발명에 의거한 촉매 전극을 이용한 정극 (正極)(산소극)(7)을 가지며, 이들 양극 사이에 이온 전도체(8)가 협지되어 있다.

사용시에는, 부극(6) 측에서는 H₂ 유로(流路)(11) 내로 수소 가스가 통과된다. 연료(H₂)가 유로(11)를 통과하는 동안에 부극(6)으로 확산되어, 부극(6)의 상기 촉매 상에서 프로톤(H⁺)을 발생시키며, 이 발생한 프로톤은 이온 전도체(8) 내를 통과하여 정극(7) 측으로 이동하고, 거기서 O₂ 유로(13)를 통과하여 정극(7)으로 확산되는 산소(공기)와 정극(7)의 상기 촉매 상에서 반응하며, 이것에 의해 소망하는 기전력이 취출(取出)된다.

이러한 연료 전지는 본 발명에 의거한 촉매 전극이 상기 제 1극 및 제 2극을 구성하고, 상기 촉매 물질로서의 상기 촉매의 비율이 중량 비율로 55∼75중량%이고, 또한 상기 촉매의 면적밀도가 1∼3㎎/㎠로 특정되어 있으므로, 전극 내의 상기 촉매의 유효한 반응 면적을 효과적으로 또한 용이하게 크게 하는 것이 가능하게 되어, 출력 특성의 향상을 도모할 수가 있다.

또한, 상기 촉매의 비율과 상기 촉매의 면적밀도라는 두 조건을 동시에 만족시킴으로써, 예를 들면 촉매층(15)의 두께를 크게 하지 않아도 상기 촉매의 면적밀도를 크게 할 수가 있다. 이것은 종래예에 비해 본 발명에 의거한 촉매 분체의 비표면적이 작아지기 때문이며, 이것에 의해 바인더로서도 기능하는 상기 고체 고분자 전해질의 양을 저감시키는 것이 가능해진다. 따라서, 전극의 내부 저항을 저감시킬 수가 있고, 이것에 기인하는 전압 강하를 억제할 수 있다는 점에서, 전기화학 디바이스의 출력을 증대시킬 수가 있다.

더욱이, 상기 촉매의 비율이 상기한 범위로 특정되어 있으므로, 종래예의 촉매 분체에 비해 비표면적은 작고, 예를 들면 본 발명에 의거한 촉매 분체를 용매에 분산시켜, 촉매층(15)용의 도료를 조제할 때에, 상기 용매의 사용량을 저감시키는 것이 가능해지고, 환경 부하도 저감시킬 수가 있다.

또한, 부극(6) 측에 연료로서 수소 가스를 공급하는 예를 설명하였지만, 물의 존재하에서 유효한 퍼플루오로술폰산 수지 등을 고체 전해질 또는/및 이온 전도체에 이용할 때는, 상기 수소 가스 대신에 메탄올, 에탄올 등의 액체 연료를 이용 하는 것이 좋다.

(실시예)

이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

실시예 1

켓첸블랙(KETJENBLACK) EC(켓첸ㆍ블랙ㆍ인터네셔널(주)사제, 비표면적 800㎡/g. 이하도 마찬가지)의 표면에 백금을 65중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 130㎡/g) 10중량부에, 순수한 물 10중량부를 가하여(첨가하여) 잘 습윤시킨 후, 1-프로판올 30중량부, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 60중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된(얻어진) 도료를 발수(撥水) 처리를 한 가스 투과성 집전체 상에 도포하고, 건조시켜 백금 면적밀도가 2㎎/㎠인 산소극(캐소드)를 얻었다.

또한, 켓첸블랙 EC 의 표면에 백금-루테늄 합금을 60중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 230㎡/g) 10중량부에 순수한 물 20중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 1-프로판올 20중량부, 5% 나피온(등록상표) 용액 100중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스 투과성 집전체상에 도포하고 건조시켜 백금-루테늄 합금의 면적밀도가 2㎎/㎠인 연료극(애노드)을 얻었다.

상기와 같이 하여 제작한 전극 사이에 나피온(등록상표)막(듀퐁(주)사제)을 협지시키고, 이들을 접합하여 MEA(Membrane & Electro Assembly : 전극 전해질 형성체)를 제작하여, 도 3에 도시하는 바와 같은 연료 전지로서 구성된 전기화학 디바이스를 얻었다.

실시예 2

켓첸블랙 EC의 표면에 백금을 55중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 200㎡/g) 10중량부에 순수한 물 10중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 1-프로판올 20중량부, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 90중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고 건조시켜 백금 면적밀도가 2㎎/㎠인 산소극(캐소드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

실시예 3

켓첸블랙 EC의 표면에 백금을 75중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 100㎡/g) 10중량부에, 순수한 물 10중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 1-프로판올 10중량부, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 40중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고, 건조시켜 백금 면적밀도가 2㎎/㎠인 산소극(캐소드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

실시예 4

켓첸블랙 EC의 표면에 백금을 65중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 130㎡/g) 10중량부에 순수한 물 20중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 1-프로판올 70중량부, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 20중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고, 건조시켜 백금 면적밀도가 2㎎/㎠인 산소극(캐소드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

실시예 5

켓첸블랙 EC의 표면에 백금을 65중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 130㎡/g) 10중량부에, 순수한 물 20중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 100중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고, 건조시켜 백금 면적밀도가 2㎎/㎠인 산소극(캐소드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

실시예 6

켓첸블랙 EC의 표면에 백금을 65중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 130㎡/g) 10중량부에 순수한 물 10중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 1-프로판올 30중량부, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 60중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고, 건조시켜 백금 면적밀도가 1㎎/㎠인 산소극(캐소드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

실시예 7

켓첸블랙 EC의 표면에 백금을 65중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 130㎡/g) 10중량부에 순수한 물 10중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 1-프로판올 30중량부, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 60중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고, 건조시켜 백금 면적밀도가 3㎎/㎠인 산소극(캐소드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마 찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

실시예 8

켓첸블랙 EC의 표면에 백금을 65중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 130㎡/g) 10중량부에 순수한 물 10중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 160중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고, 건조시켜 백금 면적밀도가 2㎎/㎠인 산소극(캐소드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

실시예 9

켓첸블랙 EC의 표면에 백금을 65중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 130㎡/g) 10중량부에 순수한 물 20중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 1-프로판올 60중량부, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 10중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고, 건조시켜 백금 면적밀도가 2㎎/㎠인 산소극(캐소드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

실시예 10

켓첸블랙 EC의 표면에 백금-루테늄 합금을 70중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 200㎡/g) 10중량부에 순수한 물 20중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 1-프로판올 40중량부, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 80중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고, 건 조시켜 백금-루테늄 합금의 면적밀도가 2㎎/㎠인 연료극(애노드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

실시예 11

켓첸블랙 EC의 표면에 백금-루테늄 합금을 60중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 230㎡/g) 10중량부에 순수한 물 20중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 150중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고, 건조시켜 백금-루테늄 합금의 면적밀도가 2㎎/㎠인 연료극(애노드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

실시예 12

켓첸블랙 EC의 표면에 백금-루테늄 합금을 45중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 280㎡/g) 10중량부에 순수한 물 20중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 1-프로판올 10중량부, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 120중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고, 건조시켜 백금-루테늄 합금의 면적밀도가 2㎎/㎠인 연료극(애노드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

실시예 13

켓첸블랙 EC의 표면에 백금-루테늄 합금을 60중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 230㎡/g) 10중량부에 순수한 물 20중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 1-프로판올 10중량부, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 20중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고, 건조시켜 백금-루테늄 합금의 면적밀도가 2㎎/㎠인 연료극(애노드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

비교예 1

켓첸블랙 EC의 표면에 백금을 45중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 290㎡/g) 10중량부에 순수한 물 20중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 1-프로판올 40중량부, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 120중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고, 건조시켜 백금 면적밀도가 2㎎/㎠인 산소극(캐소드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

비교예 2

켓첸블랙 EC의 표면에 백금을 80중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 85㎡/g) 10중량부에 순수한 물 10중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 1-프로판올 10중량부, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 30중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고, 건조시켜 백금 면적밀도가 2㎎/㎠인 산소극(캐소드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

비교예 3

켓첸블랙 EC의 표면에 백금을 65중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 130㎡/g) 10중량부에 순수한 물 10중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 1-프로판올 30 중량부, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 60중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고, 건조시켜 백금 면적밀도가 0.5㎎/㎠인 산소극(캐소드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

비교예 4

켓첸블랙 EC의 표면에 백금을 65중량% 담지시킨 촉매 분체(비표면적 130㎡/g) 10중량부에 순수한 물 10중량부를 가하여 잘 습윤시킨 후, 1-프로판올 30중량부, 5% 나피온(등록상표) 용액(듀퐁(주)사제) 60중량부를 가하여 충분히 혼합하였다. 수득된 도료를 발수 처리를 한 가스투과성 집전체 상에 도포하고, 건조시켜 백금 면적밀도가 4㎎/㎠인 산소극(캐소드)을 얻은 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 MEA를 제작하고, 전기화학 디바이스를 얻었다.

상기와 같이 하여 제작된 실시예 1∼13 및 비교예 1∼4의 전기화학 디바이스를 이용하여 연료 전지의 출력 특성을 측정하였다. 측정 조건은 80℃, 연료로서 농도가 1 mol/l 인 메탄올 수용액을 사용하고, 메탄올 유량은 5㏄/min으로 하였다. 산소 혹은 공기 유량은 500㏄/min 으로 하여 I-V 특성을 측정하였다. 또한, 각각의 전극 단면 방향의 전기 저항 및 촉매층의 두께를 측정하였다. 결과를 하기의 표 1∼표 4 및 도 4∼6 에 나타낸다.

상기 표 1∼4, 도 2 및 도 4 로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1, 2 및 3은 백금의 담지율이 55∼75중량%(보다 바람직하게는 57∼75중량%, 더 바람직하게는 60∼70중량%)의 범위 내이므로, 우수한 출력 특성을 가지고 있었다. 이에 대해, 비교예 1은 백금의 담지율이 45중량%로 55중량% 미만이었기 때문에, 촉매 분체의 비표면적이 커지고 촉매층의 두께가 현저히 커졌다. 이 때문에, 전극 저항이 커지고 최대 출력이 저하하였다.

또한, 비교예 2는 최대 출력이 90 ㎽/㎠로 양호하기는 하지만, 백금의 담지 율이 75중량%일 때의 최대 출력이 120 ㎽/㎠였던 것에 대해, 백금의 담지율이 80중량%일 때의 최대 출력이 90 ㎽/㎠이고 그 저하율이 크며 출력 특성의 재현성이 없었다.

또한, 상기 표 1∼4 및 도 5로부터 분명한 바와 같이, 실시예 l, 6 및 7은 백금의 면적밀도가 1∼3㎎/㎠의 범위 내이므로, 우수한 출력 특성을 가지고 있었다. 이에 대해, 비교예 3은 백금의 면적밀도가 O.5㎎/㎠로 1㎎/㎠ 미만이었기 때문에, 유효한 반응 면적이 얻어지지 않아 최대 출력이 저하하였다고 생각된다. 또한 비교예 4는 백금의 면적밀도가 4㎎/㎠로 3㎎/㎠를 넘어 있었기 때문에, 촉매층의 두께가 과잉하게 커져서 전극 저항이 크고 최대 출력이 저하하였다.

또한, 본 발명은 상기 고체 고분자 전해질과 상기 촉매 분체의 혼합물에 대한 상기 고체 고분자 전해질의 비율을 중량비로 X %, 상기 촉매 분체의 비표면적을 Y㎡/g로 하였을 때,

0.05중량%ㆍg/㎡ ≤(X/Y) ≤0.3중량%ㆍg/㎡

를 만족시키는 것이 바람직하고, 이것에 의해 출력 특성의 더한층의 향상을 도모할 수가 있다.

즉, 상기 표 1∼4 및 도 6으로부터 분명한 바와 같이, 실시예 8은 85㎽/㎠로 양호한 최대 출력을 얻을 수 있었지만, 상기 X/Y 가 0.34중량%ㆍg/㎡이고, 상기 고체 고분자 전해질의 비율이 컸었기 때문에, 상기 범위를 만족시키고 있는 실시예 1, 4 및 5 에 비해 상기 고체 고분자 전해질이 너무 조밀하게 되어 반응 효율이 저하하고, 더욱이 전극 저항이 커졌기 때문에 출력 특성이 저하하였다. 또한, 실시예 9는, 80 ㎽/㎠로 양호한 최대 출력을 얻을 수 있었지만, 상기 X/Y 가 O.04중량%ㆍg/㎡이고, 상기 고체 고분자 전해질의 비율이 작았기 때문에, 상기 범위를 만족시키고 있는 실시예 1, 4 및 5에 비해 상기 고체 고분자 전해질과 상기 촉매의 접점이 적고, 즉 반응 면적이 작아졌기 때문에 출력 특성이 저하했다고 생각된다.

더욱이, 본 발명의 전기화학 디바이스는 복수의 전극과 이들 전극 사이에 협지된 이온 전도체로 이루어지고, 본 발명에 의거한 촉매 전극이 상기 복수 전극의 적어도 하나를 구성하고 있는 것이 중요하다. 상기에 산소극(캐소드) 측에 대해 비교한 경우를 설명하였지만, 연료극(애노드) 측에 대해서도 마찬가지 결과가 얻어졌다.

즉, 상기 표 1∼4 로부터 분명한 바와 같이, 실시예 12는 연료극에 있어서 백금-루테늄 합금의 담지율이 45중량%로 55중량% 미만이었기 때문에, 예를 들면 실시예 10에 비해 촉매 분체의 비표면적이 커져 최대 출력이 저하하였다.

또한, 실시예 13은 연료극에 있어서 상기 X/Y 의 값이 0.04중량%ㆍg/㎡로 0.05중량%ㆍg/㎡ 미만이었기 때문에, 예를 들면 실시예 11에 비해 이온전도율이 저하하여 최대출력이 저하했다고 생각된다.

이어서, 산소극에 있어서 상기 촉매의 담지율을 45중량%로 고정시키고, 상기 촉매의 면적밀도를 변화시켰을 때의 최대 출력을 측정하였다. 또, 산소극의 상기 촉매의 담지율 및 상기 촉매의 면적밀도 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하였다. 결과를 하기 표 5 및 도 7에 나타낸다.

또한, 산소극에 있어서 상기 촉매의 담지율을 80중량%로 고정시키고, 상기 촉매의 면적밀도를 변화시켰을 때의 최대 출력을 측정하였다. 또, 산소극의 상기 촉매의 담지율 및 상기 촉매의 면적밀도 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하였다. 결과를 하기 표 6 및 도 8에 나타낸다.

상기 표 5 및 도 7로부터 분명한 바와 같이, 상기 촉매의 면적밀도가 1∼3㎎/㎠의 범위 내에 있어서 최대 출력의 피크 값이 얻어지고 있지만, 이 경우는 상기 촉매의 담지율이 55∼75중량%의 범위 밖이므로, 도 5의 상기 촉매의 담지율이 65중량%인 경우와 비교하여 최대 출력의 값이 전체적으로 현저하게 낮은 결과로 되었다.

또한, 상기 표 6 및 도 8로부터 분명한 바와 같이, 상기 촉매의 면적밀도가 1∼3㎎/㎠보다도 큰 범위에서 최대 출력의 피크 값이 얻어지고 있지만, 이 경우에 는 상기 촉매의 담지율이 55∼75중량%의 범위 밖이고, 촉매(이 경우는 백금)의 사용량이 현저히 커진다는 점에서 코스트면에서 불리하게 된다.

이어서, 산소극에 있어서 상기 촉매의 면적밀도를 O.5㎎/㎠로 고정시키고, 상기 촉매의 담지율을 변화시켰을 때의 최대 출력을 측정하였다. 또, 산소극의 상기 촉매의 담지율 및 상기 촉매의 면적밀도 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하였다. 결과를 하기 표 7 및 도 9에 나타낸다.

또한, 산소극에 있어서 상기 촉매의 면적밀도를 4㎎/㎠로 고정시키고, 상기 촉매의 담지율을 변화시켰을 때의 최대 출력을 측정하였다. 또, 산소극의 상기 촉매의 담지율 및 상기 촉매의 면적밀도 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하였다. 결과를 하기 표 8 및 도 10에 나타낸다.

상기 표 7 및 도 9로부터 분명한 바와 같이, 상기 촉매의 담지율이 작아짐에 따라 최대 출력값은 커지고 있지만, 상기 촉매의 면적밀도가 1∼3㎎/㎠의 범위 밖 이고, 면적밀도가 작기 때문에, 최대 출력의 값이 전체적으로 현저하게 낮은 결과로 되었다.

또한, 상기 표 8 및 도 10으로부터 분명한 바와 같이, 상기 촉매의 담지율이 커짐에 따라 최대 출력값도 커지고 있지만, 상기 촉매의 면적밀도가 1∼3㎎/㎠의 범위 밖이기 때문에 최대 출력값이 낮고, 또한 촉매(이 경우는 백금)의 사용량이 현저히 커지게 된다는 점에서 코스트면에서 불리하게 된다. 또, 비교예 21은 상기 촉매층의 두께가 과잉하게 커졌기 때문에 균열이 다수 발생하여, 전기화학 디바이스를 제작하는 것이 불가능하였다.

이상으로부터 분명한 바와 같이, 본 발명에 의거한 촉매 분체와 촉매 전극 및 전기화학 디바이스에 있어서, 상기 촉매 물질로서의 백금(또는 백금-루테늄 합금)의 비율을 중량 비율로 55∼75중량%, 보다 바람직하게는 57∼75중량%, 더 바람직하게는 60∼70중량%로 하고, 또한 상기 촉매 물질의 면적밀도를 1∼3㎎/㎠로 하며, 이들 두 조건을 동시에 만족시키는 것이 중요하다. 이것에 의해, 전극 내의 상기 촉매의 유효한 반응 면적을 효과적으로 또한 용이하게 크게 하는 것이 가능하게 되어, 출력 특성의 향상을 도모할 수가 있다.

또한, 상기 촉매 물질의 비율과 상기 촉매 물질의 면적밀도라는 두 조건을 동시에 만족시킴으로써, 예를 들면 상기 촉매층의 두께를 크게 하지 않아도, 상기 촉매의 면적밀도를 크게 할 수가 있다. 이는 종래예에 비해 본 발명에 의거한 촉매 분체의 비표면적이 작아지기 때문이고, 이것에 의해 바인더로서도 기능하는 상기 고체 고분자 전해질의 양을 저감시키는 것이 가능해진다. 따라서, 전극의 내부 저 항을 저감시킬 수가 있고, 이것에 기인하는 전압 강하를 억제할 수 있다는 점에서 전기화학 디바이스의 출력을 증대시킬 수가 있다.

더욱이, 상기 촉매 물질의 비율이 상기한 범위로 특정되어 있으므로, 종래예의 촉매 분체에 비해 비표면적은 작고, 예를 들면 본 발명에 의거한 촉매 분체를 용매에 분산시켜 상기 촉매층용의 도료를 조제할 때에, 상기 용매의 사용량을 저감 시키는 것이 가능하게 되어 환경 부하도 저감시킬 수가 있다.

이상에서 설명한 실시예는, 본 발명의 기술적 사상에 의거하여 여러 가지로 변형이 가능하다.

예를 들면, 실시예 1∼실시예 5에 있어서, 상기 촉매로서 백금(혹은 백금-루테늄 합금)을 이용하였지만, 본 발명에서는 백금, 이리듐, 팔라듐, 로듐, 금 및 루테늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 귀금속 등, 혹은 이들의 혼합물을 이용할 수가 있다.

또한, 상기 촉매 물질은 상기 촉매만으로 이루어져 있어도 좋고, 혹은 상기 촉매 이외에, 실리콘, 실리콘옥사이드 등의 다른 물질을 가지고 있어도 좋다.

본 발명에 의하면, 상기 촉매 물질의 비율이 중량 비율로 55∼75중량%이고, 또한 상기 촉매 물질의 면적밀도가 1∼3㎎/㎠로 특정되어 있으므로, 전극 내의 상기 촉매의 유효한 반응 면적을 효과적으로 또한 용이하게 크게 하는 것이 가능하게 되어, 출력 특성의 향상을 도모할 수가 있다.

또한, 상기 촉매 물질의 비율과 상기 촉매 물질의 면적밀도라는 두 조건을 동시에 만족시킴으로써, 예를 들면 상술한 종래예와 같이 촉매층의 두께를 크게 하지 않아도, 상기 촉매의 면적밀도를 크게 할 수가 있다. 이것은 종래예에 비해 본 발명의 촉매 분체의 비표면적이 작아지기 때문이며, 이것에 의해 바인더로서도 기능하는 상기 고체 고분자 전해질의 양을 저감시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 전극의 내부 저항을 저감시킬 수가 있고, 이것에 기인하는 전압 강하를 억제할 수 있다는 점에서, 전기화학 디바이스의 출력을 증대시킬 수가 있다.

더욱이, 상기 촉매 물질의 비율이 상기한 범위로 특정되어 있으므로, 종래의 촉매 분체에 비해 비표면적은 작고, 예를 들면 본 발명의 촉매 분체를 용매에 분산시켜 종래예와 같은 촉매층용의 도료를 조제할 때에, 상기 용매의 사용량을 저감시키는 것이 가능하게 되어 환경 부하도 저감시킬 수가 있다.

Claims

도전성 분체에, 적어도 촉매로 이루어지는 촉매 물질이 담지(擔持; support)되어 이루어지는 촉매 분체와, 고체 고분자 전해질을 함유하는 촉매 전극으로서, 상기 촉매 분체에 대한 상기 촉매 물질의 비율(촉매 물질/촉매 분체)이 질량 비율로 55∼75질량%이며, 상기 촉매 분체에 있어서의 상기 촉매 물질의 면적 밀도가 1∼3㎎/㎠이며, 또한 상기 고체 고분자 전해질과 상기 촉매 분체와의 혼합물에 대한 상기 고체 고분자 전해질의 비율을 질량비로 X%, 상기 촉매 분체의 비표면적을 Y㎡/g으로 했을 때,

O.05질량%ㆍg/㎡ ≤(X/Y) ≤O.3질량%ㆍg/㎡

를 만족시키는 촉매 전극.
제 1항에 있어서,

상기 도전성 분체가 탄소 분체이고, 그 비표면적이 250㎡/g 이상, 1300㎡/g 이하인 촉매 전극.
제 1항에 있어서,

상기 촉매가 적어도 한 종류(1種)의 귀금속인 촉매 전극.
제 3항에 있어서,

상기 귀금속이 백금, 이리듐, 팔라듐, 로듐, 금 및 루테늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 촉매 전극.
제 1항에 있어서,

전기화학 디바이스의 촉매 전극으로서 이용되는 촉매 전극.
복수의 전극과, 이들 전극 사이에 협지(挾持)된 이온 전도체로 이루어지고, 청구범위 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 기재된 촉매 전극이, 상기 복수의 전극의 적어도 하나를 구성하고 있는 전기화학 디바이스.
제 6항에 있어서,

연료 전지로서 구성되어 있는 전기화학 디바이스.

를 만족시키는 촉매 전극.
제 7항에 있어서,

연료로서 메탄올, 에탄올 등의 액체 연료가 이용되고 있는 전기화학 디바이스.
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