[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2002134122A - メタノール燃料電池用燃料極材料及びメタノール燃料電池、並びにこれらの製造方法 - Google Patents

メタノール燃料電池用燃料極材料及びメタノール燃料電池、並びにこれらの製造方法

Info

Publication number
JP2002134122A
JP2002134122A JP2000327710A JP2000327710A JP2002134122A JP 2002134122 A JP2002134122 A JP 2002134122A JP 2000327710 A JP2000327710 A JP 2000327710A JP 2000327710 A JP2000327710 A JP 2000327710A JP 2002134122 A JP2002134122 A JP 2002134122A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heteropolyacid
group
metal
fuel cell
platinum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000327710A
Other languages
English (en)
Inventor
Junichiro Otomo
順一郎 大友
Keijiyo On
慶茹 温
Koichi Eguchi
浩一 江口
Hiroshi Takahashi
高橋  宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP2000327710A priority Critical patent/JP2002134122A/ja
Publication of JP2002134122A publication Critical patent/JP2002134122A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非常に安価な直接型メタノール燃料電池のメ
タノール燃料極用触媒もしくは材料、該触媒もしくは材
料を有するメタノール燃料極、及び/又は該触媒もしく
は材料を有する直接型メタノール燃料電池の提供。 【解決手段】 HPW1240などの、その構成元
素が水素、酸素、リン及び第1の金属からなるヘテロポ
リ酸と第2の金属及び/又は炭素とを有する直接型メタ
ノール燃料電池用メタノール燃料極材料により、上記課
題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、直接型メタノール
燃料電池用のメタノール燃料極(アノード極)材料に関
する。特に、比較的安価で高活性を示すメタノール燃料
極(アノード極)材料用の触媒に関する。また、本発明
は、これらの材料又は触媒の製造方法、並びに燃料電池
及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】地球温暖化問題を引き起こしている二酸
化炭素の排出を削減する技術として、燃料電池が注目さ
れている。燃料電池は、使用される電解質の違いによ
り、いくつかの種類に分類でき、リン酸型(AFC)、
溶融炭酸塩型(MCFC)、固体高分子型(PEF
C)、及び固体酸化物型(SOFC)などがある。この
中で、PEFCは、常温〜100℃での低温で運転可能
であるため、その利用が期待されているが、水素を直
接、その燃料とするPEFCは、水素の貯蔵方法の点及
びエネルギーの体積密度が小さい点に問題がある。
【0003】一方、液体燃料であるメタノールから改質
した水素を用いる方法は、水素を直接用いる方法で生じ
る問題点が抑えられ、有力な方法である。メタノールを
用いる方法のうち、メタノールを直接電極上で反応させ
る直接メタノール型燃料電池(DMFC、Direct Metha
nol Fuel Cell)が特に注目されている。即ち、DMF
Cは、改質器が不要であり、小型、軽量化が可能である
ため、自動車用電力源、携帯電話などの携帯用電源とし
て期待されている。
【0004】DMFCの電極反応は、次のようになる。
即ち、メタノール燃料極(アノード極)ではCHOH
+HO→CO+6H+6e、空気極(カソード
極)ではO+4H+4e→2HOである。上記
メタノール燃料極では、触媒、特にPtを用いた触媒に
より、その反応を促進している。Ptは、メタノールの
解離吸着過程に対する活性は高いが、メタノール酸化過
程で生成するCO及び/又はCHOなどの中間生成物の
酸化活性は低い。
【0005】そのため、中間生成物の酸化除去を促進す
るために、a)Ptと他の金属、例えばRu、Os、I
r及び/又はSnとの合金;並びにb)酸化物、例えば
ZrO、TiO、Nb、Ta又はWO
などにPtを担持した二元触媒;などが試されてい
る。これらの中で、Pt−Ru触媒は、Ruが水の吸着
を促進しOHが生成されるため、最も高い活性を有して
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現段階
において、最も高い活性を示すPt−Ru触媒でさえ、
実用化に十分な性能が得られていない。また、Pt及び
Ruは、双方共に高価である。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の目的
は、上記課題を解決することにある。具体的には、本発
明の目的は、非常に安価なメタノール燃料極用触媒、該
触媒を有するメタノール燃料極、及び/又は該触媒を有
する直接型メタノール燃料電池を提供することにある。
【0008】また、本発明の目的は、上記目的に加え
て、又は上記目的の他に、Pt−Ru触媒と同程度か又
はそれ以上の性能を有するメタノール燃料極用触媒もし
くは材料、該触媒もしくは材料を有するメタノール燃料
極、及び/又は該触媒もしくは材料を有する直接型メタ
ノール燃料電池を提供することにある。さらに、本発明
の目的は、上記目的に加えて、又は上記目的の他に、上
記触媒もしくは材料の製造方法、及び燃料電池の製造方
法を提供することにある。
【0009】本発明者らは、鋭意検討の結果、プロトン
伝導性及び酸化力の双方、並びに還元雰囲気下での電子
伝導性を兼ね備えるヘテロポリ酸を用いることにより、
上記課題を解決できることを見出した。即ち、以下の発
明を見出した。
【0010】<1> ヘテロポリ酸と第1の金属及び/
又は炭素とを有してなる直接型メタノール燃料電池用メ
タノール燃料極材料。 <2> 上記<1>において、材料は、ヘテロポリ酸と
第1の金属と炭素とを有してなるのがよい。
【0011】<3> 上記<1>又は<2>において、
第1の金属が、白金、ルテニウム、白金及びルテニウム
の合金、ニッケル、銅、鉄、マンガン、コバルト、パラ
ジウム、並びにセシウムからなる群から選ばれるのがよ
い。 <4> 上記<1>又は<2>において、ヘテロポリ酸
は、その構成元素がリン、ケイ素及びゲルマニウムから
なる群から選ばれる第1の元素;第2の元素;水素;並
びに酸素を有してなるのがよい。
【0012】<5> 上記<4>において、第2の元素
が、モリブデン、タングステン、バナジウム、ニオブ及
びタンタルからなる群から選ばれるのがよい。 <6> 上記<4>又は<5>において、ヘテロポリ酸
は、前記水素の一部を第3の元素で置換してなり、且つ
該第3の元素が白金、ニッケル、銅、鉄、セシウム、マ
ンガン、コバルト及びパラジウムからなる群から選ばれ
る1種以上であるのがよい。
【0013】<7> 上記<6>において、第3の元素
が2種以上であり、2種以上のうちの第1の種が白金、
ニッケル、銅及び鉄からなる群から選ばれ、第2の種が
セシウムであるのがよい。 <8> 上記<1>〜<7>のいずれかにおいて、ヘテ
ロポリ酸が、HPM (式中、Mは第2の金属を
示し、l、m及びnは1以上の整数である)であるのが
よい。
【0014】<9> 上記<1>〜<8>のいずれかに
おいて、ヘテロポリ酸が、HPW (式中、q、
r及びsは1以上の整数である)であるのがよい。 <10> 上記<1>〜<9>のいずれかにおいて、ヘ
テロポリ酸が、HPW1240であるのがよい。
【0015】<11> カソード極、アノード極、及び
該両極に挟まれた電解質を有してなる燃料電池であっ
て、前記アノード極がヘテロポリ酸と第1の金属及び/
又は炭素とを有することを特徴とする燃料電池。 <12> 上記<11>において、電解質は、ヘテロポ
リ酸と第1の金属と炭素とを有するのがよい。
【0016】<13> 上記<11>又は<12>にお
いて、第1の金属が、白金、ルテニウム、白金及びルテ
ニウムの合金、ニッケル、銅、鉄、マンガン、コバル
ト、パラジウム、並びにセシウムからなる群から選ばれ
るのがよい。 <14> 上記<11>〜<13>のいずれかにおい
て、ヘテロポリ酸は、その構成元素がリン、ケイ素及び
ゲルマニウムからなる群から選ばれる第1の元素;第2
の元素;水素;並びに酸素を有してなるのがよい。
【0017】<15> 上記<14>において、第2の
元素が、モリブデン、タングステン、バナジウム、ニオ
ブ及びタンタルからなる群から選ばれるのがよい。 <16> 上記<14>又は<15>において、ヘテロ
ポリ酸は、前記水素の一部を第3の元素で置換してな
り、且つ該第3の元素が白金、ニッケル、銅、鉄、セシ
ウム、マンガン、コバルト及びパラジウムからなる群か
ら選ばれる1種以上であるのがよい。
【0018】<17> 上記<16>において、第3の
元素が2種以上であり、2種以上のうちの第1の種が白
金、ニッケル、銅及び鉄からなる群から選ばれ、第2の
種がセシウムであるのがよい。 <18> 上記<11>〜<17>のいずれかにおい
て、ヘテロポリ酸が、H PM(式中、Mは第2
の金属を示し、l、m及びnは1以上の整数である)で
あるのがよい。
【0019】<19> 上記<11>〜<18>のいず
れかにおいて、ヘテロポリ酸が、H PW(式
中、q、r及びsは1以上の整数である)であるのがよ
い。 <20> 上記<11>〜<19>のいずれかにおい
て、ヘテロポリ酸が、H PW1240であるのがよ
い。 <21> 上記<11>〜<20>のいずれかにおい
て、燃料電池が、直接型メタノール固体高分子燃料電池
であるのがよい。
【0020】<22> ヘテロポリ酸と第1の金属及び
/又は炭素とを有してなる直接型メタノール燃料電池用
メタノール燃料極材料の製造方法であって、ヘテロポリ
酸−溶解性溶媒に前記ヘテロポリ酸を溶解して溶液を得
る工程、該溶液に第1の金属及び/又は炭素を均一に懸
濁して懸濁液を得る工程、及び該懸濁液を乾燥して前記
材料を得る工程を有する、上記方法。
【0021】<23> 上記<22>において、材料
は、ヘテロポリ酸と第1の金属と炭素とを有してなるの
がよい。 <24> 上記<22>又は<23>において、第1の
金属が、白金、ルテニウム、白金及びルテニウムの合
金、ニッケル、銅、鉄、マンガン、コバルト、パラジウ
ム、並びにセシウムからなる群から選ばれるのがよい。
【0022】<25> 上記<22>〜<24>のいず
れかにおいて、ヘテロポリ酸は、その構成元素がリン、
ケイ素及びゲルマニウムからなる群から選ばれる第1の
元素;第2の元素;水素;並びに酸素を有してなるのが
よい。<26> 上記<25>において、第2の元素
が、モリブデン、タングステン、バナジウム、ニオブ及
びタンタルからなる群から選ばれるのがよい。
【0023】<27> 上記<25>又は<26>にお
いて、ヘテロポリ酸は、前記水素の一部を第3の元素で
置換してなり、且つ該第3の元素が白金、ニッケル、
銅、鉄、セシウム、マンガン、コバルト及びパラジウム
からなる群から選ばれる1種以上であるのがよい。 <28> 上記<27>において、第3の元素が2種以
上であり、2種以上のうちの第1の種が白金、ニッケ
ル、銅及び鉄からなる群から選ばれ、第2の種がセシウ
ムであるのがよい。
【0024】<29> 上記<22>〜<28>のいず
れかにおいて、ヘテロポリ酸が、H PM(式
中、Mは第2の金属を示し、l、m及びnは1以上の整
数である)であるのがよい。 <30> 上記<22>〜<29>のいずれかにおい
て、ヘテロポリ酸が、H PW(式中、q、r及
びsは1以上の整数である)であるのがよい。 <31> 上記<22>〜<30>のいずれかにおい
て、ヘテロポリ酸が、H PW1240であるのがよ
い。
【0025】<32> カソード極、アノード極、及び
該両極に挟まれた電解質を有してなる燃料電池であって
前記アノード極がヘテロポリ酸と第1の金属及び/又は
炭素とを有する燃料電池の製造方法であって、ヘテロポ
リ酸−溶解性溶媒に前記ヘテロポリ酸を溶解して溶液を
得る工程、該溶液に第1の金属及び/又は炭素を均一に
懸濁して懸濁液を得る工程、該懸濁液を支持体に塗布し
て乾燥して前記カソード極を得る工程、及び前記電解質
を挟むようにして該カソード極と前記アノード極とを密
着させる工程を有する、上記方法。
【0026】<33> 上記<32>において、カソー
ド極は、ヘテロポリ酸と第1の金属と炭素とを有するの
がよい。 <34> 上記<32>又は<33>において、第1の
金属が、白金、ルテニウム、白金及びルテニウムの合
金、ニッケル、銅、鉄、マンガン、コバルト、パラジウ
ム、並びにセシウムからなる群から選ばれるのがよい。
【0027】<35> 上記<32>〜<34>のいず
れかにおいて、ヘテロポリ酸は、その構成元素がリン、
ケイ素及びゲルマニウムからなる群から選ばれる第1の
元素;第2の元素;水素;並びに酸素を有してなるのが
よい。 <36> 上記<35>において、第2の金属が、元素
が、モリブデン、タングステン、バナジウム、ニオブ及
びタンタルからなる群から選ばれるのがよい。
【0028】<37> 上記<35>又は<36>にお
いて、ヘテロポリ酸は、前記水素の一部を第3の元素で
置換してなり、且つ該第3の元素が白金、ニッケル、
銅、鉄、セシウム、マンガン、コバルト及びパラジウム
からなる群から選ばれる1種以上であるのがよい。 <38> 上記<37>において、第3の元素が2種以
上であり、2種以上のうちの第1の種が白金、ニッケ
ル、銅及び鉄からなる群から選ばれ、第2の種がセシウ
ムであるのがよい。
【0029】<39> 上記<32>〜<38>のいず
れかにおいて、ヘテロポリ酸が、H PM(式
中、Mは第2の金属を示し、l、m及びnは1以上の整
数である)であるのがよい。 <40> 上記<32>〜<39>のいずれかにおい
て、ヘテロポリ酸が、H PW(式中、q、r及
びsは1以上の整数である)であるのがよい。 <41> 上記<32>〜<40>のいずれかにおい
て、ヘテロポリ酸が、H PW1240であるのがよ
い。
【0030】
【発明の実施の形態】以下、本発明をより詳細に説明す
る。本発明の直接型メタノール燃料電池用メタノール燃
料極材料は、ヘテロポリ酸と第1の金属及び/又は炭素
とを有する。即ち、本発明の材料は、ヘテロポリ酸と第
1の金属とを有するか、ヘテロポリ酸と炭素とを有する
か、又はヘテロポリ酸と第1の金属と炭素とを有する。
好ましくは、本発明の材料は、ヘテロポリ酸と第1の金
属と炭素とを有するのがよい。
【0031】(ヘテロポリ酸)本発明のメタノール燃料
極材料は、ヘテロポリ酸を含有する。本明細書におい
て、ヘテロポリ酸とは、その構成元素が水素、酸素、第
1の元素及び第2の元素金属を有してなるものをいう。
第1の元素は、リン、ケイ素及びゲルマニウムからなる
群から選ばれる。特に第1の元素はリンであるのがよ
い。
【0032】また、ヘテロポリ酸中の第2の元素とし
て、モリブデン(Mo)及びタングステン(W)、バナ
ジウム(V)、ニオブ(Nb)及びタンタル(Ta)を
挙げることができる。
【0033】さらに、ヘテロポリ酸の水素の一部が第3
の元素で置換されていてもよい。第3の元素は、1種で
あっても、2種であっても、3種以上であってもよい。
第3の元素は、白金、ニッケル、銅、鉄、セシウム、マ
ンガン、コバルト及びパラジウムからなる群から選ばれ
るのがよい。なお、第3の元素が2種以上である場合、
第1の種が白金、ニッケル、銅及び鉄からなる群から選
ばれ、第2の種がセシウムであるのがよい。
【0034】即ち、本発明において用いることができる
ヘテロポリ酸は、H (式中、E
は第1の元素を示し、Eは第2の元素を示し、l、
m、m’及びnは1以上の整数である)と表すことがで
きる。また、水素の一部が第3の元素で置換されている
場合、ヘテロポリ酸は、Hl’ m” m’
(式中、Eは第1の元素を示し、Eは第2の元
素を示し、Eは第3の元素を示し、l’、m、m’、
m”及びnは1以上の整数である)と表すことができ
る。これらのうち、Eがリン(P)であるのがよい。
さらに、Eがタングステン(W)又はモリブデン(M
o)であるのがよい。即ち、HPW(式中、
q、r及びsは1以上の整数である)、又はHq’PM
r’s’(式中、q’、r’及びs’は1以上の整
数である)であるのがよく、好ましくはHPW
、より好ましくはHPW1240であるのが
よい。
【0035】さらに、HPW1240の水素(H)
の一部が、上述のように、第3の元素で置換されている
ものも用いることができる。例えば、H3−x
1240又はH3−x−y PW12
40に(E及びEは、上述の第3の元素を示し、x
及びyは1以上の整数を示す)などを挙げることができ
る。なお、第1の金属を用いる場合、該第1の金属と上
記第3の元素とが同じであってもよい。
【0036】(第1の金属)本発明のメタノール燃料極
材料に用いられる第1の金属は、白金(Pt)、ルテニ
ウム(Ru)、白金及びルテニウムの合金;並びにニッ
ケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、マンガン(M
n)、コバルト(Co)、パラジウム(Pd)及びセシ
ウム(Cs)、並びにこれらのうちの2種以上からなる
合金からなる群から選ばれるのがよく、特に白金(P
t)、ルテニウム(Ru)、白金及びルテニウムの合金
からなる群から選ばれるのがよい。即ち、第1の金属
は、1種であっても、2種であっても、3種以上であっ
てもよい。
【0037】(その他の成分)また、本発明のメタノー
ル燃料極材料は、上記の他に、プロトン伝導性を有し且
つ電子伝導性を有する材料を有するのがよく、例えばNa
fionなどを有しているのがよい。
【0038】(各成分の量)上述した、本発明のメタノ
ール燃料極材料に用いられる各成分の量は、次のような
範囲であるのがよい。即ち、ヘテロポリ酸は、メタノー
ル燃料極材料100重量%中、10〜70重量%、好ま
しくは30〜40重量%であるのがよい。
【0039】炭素を本発明の材料に用いる場合、該炭素
の量は、メタノール燃料極材料100重量%中、5〜4
0重量%、好ましくは15〜20重量%であるのがよ
い。また、本発明の材料中のヘテロポリ酸:炭素(重量
比率)は、1:4〜14:1、好ましくは2:1である
のがよい。
【0040】第1の金属を本発明の材料に用いる場合、
該第1の金属の量は、メタノール燃料極材料100重量
%中、5〜50重量%、好ましくは10〜20重量%で
あるのがよい。また、本発明の材料中のヘテロポリ酸:
第1の金属(重量比率)は、1:5〜14:1、好まし
くは2:1であるのがよい。
【0041】(製法)本発明のメタノール燃料極材料
は、例えば、次のように調製することができる。即ち、
ヘテロポリ酸−溶解性溶媒にヘテロポリ酸を加えて溶解
させて溶液を得る。次いで、該溶液に、炭素及び/又は
第1の金属を加えて、均一な懸濁液を得る。懸濁液から
溶媒を乾燥することにより除去して、メタノール燃料極
材料を得る。より具体的には、上記溶媒として水を用い
る。また、例えばカーボンペーパーなどの所望なメタノ
ール燃料極用支持体上に得られた懸濁液を塗布し、その
後乾燥することにより、メタノール燃料極材料を得るこ
とができる。
【0042】(燃料電池)本発明は、上述のメタノール
燃料極材料を有する燃料電池も提供する。燃料電池は、
上述のメタノール燃料極材料を有するアノード極、カソ
ード極、及び両極に挟まれた電解質を有してなる。
【0043】本発明の燃料電池のアノード極は、上述の
メタノール燃料極材料を有していれば、その他の材料を
有していてもよい。このアノード極は、上述のように、
調製することができる。また、カソード極は、メタノー
ル燃料電池に所望な特性を有するものであれば、従来よ
り公知のものであっても、将来開発されるものであって
もよい。さらに、電解質は、メタノール燃料電池に所望
な特性、例えばプロトン伝導性を有するものであれば、
従来より公知のものであっても、将来開発されるもので
あってもよい。
【0044】本発明の燃料電池は、上記で得られたアノ
ード極を、電解質を挟むように、カソード極と密着させ
ることにより、得ることができる。
【0045】
【実施例】以下、実施例を用いて、本発明をより具体的
に説明する。但し、本実施例は単に例示であって、本発
明を限定するものと解釈してはならない。 (実施例1)ヘテロポリ酸HPW1240、0.1
0gを水1.45gに溶解し、HPW1240水溶
液を調製した。この水溶液にPt/C(炭素0.05g
に対してPt0.05gを担持したもの)0.10gを
入れ、均一に混合して懸濁液を得た。懸濁液を乾燥し
て、HPW1240−Pt−C触媒0.22gを得
た。
【0046】得られたHPW1240−Pt−C触
媒0.22gを、予め用意した5%Nafion溶液
1.96cmに入れて、20分間超音波処理すること
により、触媒を十分に分散させたペーストを得た。得ら
れたペースト60mgを円形カーボンペーパー(直径1
4mm、厚さ0.30mm)上に均一に塗布した後、1
時間乾燥して、厚さ0.40mm、直径14mmのアノ
ード極A−1を得た。
【0047】アノード極A−1とは別に、カソード極B
−1及び電解質C−1を用意した。カソード極B−1
は、Pt−Ru1.0mg/cm;カーボン1.0m
g/cm;及びNafion1.7mg/cmから
なる、厚さ0.4mm、直径14mmの円形状であっ
た。また、電解質C−1は、膜厚89μm、直径40m
mの円形状Nafionであった。電解質C−1を挟む
ようにアノード極A−1とカソード極B−1とを配置
し、130℃、6.0MPaで5分間熱圧着して電極−
電解質接合体X−1を得た。
【0048】(比較例1)ヘテロポリ酸を含めないアノ
ード極A−2を、実施例1のアノード極A−1と同様
に、調製した。実施例1のカソード極B−1及び電解質
C−1と同じカソード極及び電解質を用いて、電極−電
解質接合体X−2を得た。なお、実施例1及び比較例1
で得られた電極−電解質接合体X−1及びX−2の成分
を以下の表1にまとめた。
【0049】
【表1】
【0050】また、X−1及びX−2の燃料電池として
のアノード極(燃料極)過電圧及びI−V特性を測定し
た。測定に際し、以下の条件で行った。
【0051】温度90℃; アノード極(燃料極)ガス:CHOH 10ml/
分、HO 60ml/分、Ar 30ml/分; カソード極(空気極)ガス:O 100ml/分(H
Oバブリング)。
【0052】得られた結果を図1及び図2に示す。図1
は、X−1及びX−2のアノード極(燃料極)過電圧を
示すグラフであり、図2は、X−1及びX−2のI−V
特性を示すグラフである。図1から、X−1を用いた本
発明の燃料電池は、40mA/cm2以上の高電流密度
領域において、小さくなることがわかった。即ち、X−
1を用いた本発明の燃料電池は、ヘテロポリ酸を用いる
ことにより、反応で生じたプロトンの伝導経路が増大
し、且つヘテロポリ酸のCO酸化反応が促進されたた
め、上記結果を得たものと考えられる。
【0053】また、I−V特性より、X−1を用いた本
発明の燃料電池は、電圧降下の程度が抑えられ、高性能
の電池が得られることがわかった。
【0054】
【発明の効果】本発明により、非常に安価なメタノール
燃料極用触媒、該触媒を有するメタノール燃料極、及び
/又は該触媒を有する直接型メタノール燃料電池を提供
することができる。
【0055】また、本発明により、上記効果に加えて、
又は上記効果の他に、Pt−Ru触媒と同程度か又はそ
れ以上の性能を有するメタノール燃料極用触媒もしくは
材料、該触媒もしくは材料を有するメタノール燃料極、
及び/又は該触媒もしくは材料を有する直接型メタノー
ル燃料電池を提供することができる。さらに、本発明に
より、上記効果に加えて、又は上記効果の他に、上記触
媒もしくは材料の製造方法、及び燃料電池の製造方法を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1及び比較例1の燃料電池のアノード
極(燃料極)過電圧を示すグラフである。
【図2】 実施例1及び比較例1の燃料電池のI−V特
性を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500498279 江口 浩一 京都府京都市左京区吉田本町 京都大学大 学院工学研究科物質エネルギー化学専攻 (71)出願人 500498914 高橋 宏 東京都文京区弥生2−11−16 東京大学大 学院工学系研究科化学システム工学専攻 工学部9号館 (72)発明者 大友 順一郎 東京都文京区弥生2−11−16 東京大学大 学院工学系研究科化学システム工学専攻 工学部9号館 (72)発明者 温 慶茹 東京都文京区弥生2−11−16 東京大学大 学院工学系研究科化学システム工学専攻 工学部9号館 (72)発明者 江口 浩一 京都府京都市左京区吉田本町 京都大学大 学院工学研究科物質エネルギー化学専攻 (72)発明者 高橋 宏 東京都文京区弥生2−11−16 東京大学大 学院工学系研究科化学システム工学専攻 工学部9号館 Fターム(参考) 4G069 AA03 AA08 AA09 BA08A BA08B BB07A BB07B BC06A BC23A BC31A BC54A BC55A BC56A BC59A BC62A BC66A BC67A BC68A BC70A BC72A BC75A BC75B BD05A BD07A BD07B CC32 DA06 EA08 FA03 FB23 5H018 AA07 AS07 EE02 EE03 EE04 EE11 5H026 AA08 EE02 EE11

Claims (41)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヘテロポリ酸と第1の金属及び/又は炭
    素とを有してなる直接型メタノール燃料電池用メタノー
    ル燃料極材料。
  2. 【請求項2】 前記材料は、ヘテロポリ酸と第1の金属
    と炭素とを有してなる請求項1記載の材料。
  3. 【請求項3】 前記第1の金属が、白金、ルテニウム、
    白金及びルテニウムの合金、ニッケル、銅、鉄、マンガ
    ン、コバルト、パラジウム、並びにセシウムからなる群
    から選ばれる請求項1又は請求項2記載の材料。
  4. 【請求項4】 前記ヘテロポリ酸は、その構成元素がリ
    ン、ケイ素及びゲルマニウムからなる群から選ばれる第
    1の元素;第2の元素;水素;並びに酸素を有してなる
    請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の材料。
  5. 【請求項5】 前記第2の元素が、モリブデン、タング
    ステン、バナジウム、ニオブ及びタンタルからなる群か
    ら選ばれる請求項4記載の材料。
  6. 【請求項6】 前記ヘテロポリ酸は、前記水素の一部を
    第3の元素で置換してなり、且つ該第3の元素が白金、
    ニッケル、銅、鉄、セシウム、マンガン、コバルト及び
    パラジウムからなる群から選ばれる1種以上である請求
    項4又は請求項5記載の材料。
  7. 【請求項7】 前記第3の元素が2種以上であり、2種
    以上のうちの第1の種が白金、ニッケル、銅及び鉄から
    なる群から選ばれ、第2の種がセシウムである請求項6
    記載の材料。
  8. 【請求項8】 前記ヘテロポリ酸が、HPM
    (式中、Mは第2の金属を示し、l、m及びnは1以
    上の整数である)である請求項1〜請求項7のいずれか
    1項記載の材料。
  9. 【請求項9】 前記ヘテロポリ酸が、HPW
    (式中、q、r及びsは1以上の整数である)である
    請求項1〜請求項8のいずれか1項記載の材料。
  10. 【請求項10】 前記ヘテロポリ酸が、HPW12
    40である請求項1〜請求項9のいずれか1項記載の材
    料。
  11. 【請求項11】 カソード極、アノード極、及び該両極
    に挟まれた電解質を有してなる燃料電池であって、前記
    アノード極がヘテロポリ酸と第1の金属及び/又は炭素
    とを有することを特徴とする燃料電池。
  12. 【請求項12】 前記電解質は、ヘテロポリ酸と第1の
    金属と炭素とを有する請求項11記載の燃料電池。
  13. 【請求項13】 前記第1の金属が、白金、ルテニウ
    ム、白金及びルテニウムの合金、、ニッケル、銅、鉄、
    マンガン、コバルト、パラジウム、並びにセシウムから
    なる群から選ばれる請求項11又は請求項12記載の燃
    料電池。
  14. 【請求項14】 前記ヘテロポリ酸は、その構成元素が
    リン、ケイ素及びゲルマニウムからなる群から選ばれる
    第1の元素;第2の元素;水素;並びに酸素を有してな
    る請求項11〜請求項13のいずれか1項記載の燃料電
    池。
  15. 【請求項15】 前記第2の元素が、モリブデン、タン
    グステン、バナジウム、ニオブ及びタンタルからなる群
    から選ばれる請求項12記載の燃料電池。
  16. 【請求項16】 前記ヘテロポリ酸は、前記水素の一部
    を第3の元素で置換してなり、且つ該第3の元素が白
    金、ニッケル、銅、鉄、セシウム、マンガン、コバルト
    及びパラジウムからなる群から選ばれる1種以上である
    請求項14又は請求項15記載の材料。
  17. 【請求項17】 前記第3の元素が2種以上であり、2
    種以上のうちの第1の種が白金、ニッケル、銅及び鉄か
    らなる群から選ばれ、第2の種がセシウムである請求項
    16記載の材料。
  18. 【請求項18】 前記ヘテロポリ酸が、HPM
    (式中、Mは第2の金属を示し、l、m及びnは1以上
    の整数である)である請求項11〜請求項17のいずれ
    か1項記載の燃料電池。
  19. 【請求項19】 前記ヘテロポリ酸が、HPW
    (式中、q、r及びsは1以上の整数である)である請
    求項11〜請求項18のいずれか1項記載の燃料電池。
  20. 【請求項20】 前記ヘテロポリ酸が、HPW12
    40である請求項11〜請求項19のいずれか1項記載
    の燃料電池。
  21. 【請求項21】 前記燃料電池が、直接型メタノール固
    体高分子燃料電池である請求項11〜請求項20のいず
    れか1項記載の燃料電池。
  22. 【請求項22】 ヘテロポリ酸と第1の金属及び/又は
    炭素とを有してなる直接型メタノール燃料電池用メタノ
    ール燃料極材料の製造方法であって、ヘテロポリ酸−溶
    解性溶媒に前記ヘテロポリ酸を溶解して溶液を得る工
    程、該溶液に第1の金属及び/又は炭素を均一に懸濁し
    て懸濁液を得る工程、及び該懸濁液を乾燥して前記材料
    を得る工程を有する、上記方法。
  23. 【請求項23】 前記材料は、ヘテロポリ酸と第1の金
    属と炭素とを有してなる請求項22記載の方法。
  24. 【請求項24】 前記第1の金属が、白金、ルテニウ
    ム、白金及びルテニウムの合金、ニッケル、銅、鉄、マ
    ンガン、コバルト、パラジウム、並びにセシウムからな
    る群から選ばれる請求項22又は請求項23記載の方
    法。
  25. 【請求項25】 前記ヘテロポリ酸は、その構成元素が
    リン、ケイ素及びゲルマニウムからなる群から選ばれる
    第1の元素;第2の元素;水素;並びに酸素を有してな
    る請求項22〜請求項24のいずれか1項記載の方法。
  26. 【請求項26】 前記第2の元素が、モリブデン、タン
    グステン、バナジウム、ニオブ及びタンタルからなる群
    から選ばれる請求項25記載の方法。
  27. 【請求項27】 前記ヘテロポリ酸は、前記水素の一部
    を第3の元素で置換してなり、且つ該第3の元素が白
    金、ニッケル、銅、鉄、セシウム、マンガン、コバルト
    及びパラジウムからなる群から選ばれる1種以上である
    請求項25又は請求項26記載の材料。
  28. 【請求項28】 前記第3の元素が2種以上であり、2
    種以上のうちの第1の種が白金、ニッケル、銅及び鉄か
    らなる群から選ばれ、第2の種がセシウムである請求項
    27記載の材料。
  29. 【請求項29】 前記ヘテロポリ酸が、HPM
    (式中、Mは第2の金属を示し、l、m及びnは1以上
    の整数である)である請求項22〜請求項28のいずれ
    か1項記載の方法。
  30. 【請求項30】 前記ヘテロポリ酸が、HPW
    (式中、q、r及びsは1以上の整数である)である請
    求項22〜請求項29のいずれか1項記載の方法。
  31. 【請求項31】 前記ヘテロポリ酸が、HPW12
    40である請求項22〜請求項30のいずれか1項記載
    の方法。
  32. 【請求項32】 カソード極、アノード極、及び該両極
    に挟まれた電解質を有してなる燃料電池であって前記ア
    ノード極がヘテロポリ酸と第1の金属及び/又は炭素と
    を有する燃料電池の製造方法であって、ヘテロポリ酸−
    溶解性溶媒に前記ヘテロポリ酸を溶解して溶液を得る工
    程、該溶液に第1の金属及び/又は炭素を均一に懸濁し
    て懸濁液を得る工程、該懸濁液を支持体に塗布して乾燥
    して前記カソード極を得る工程、及び前記電解質を挟む
    ようにして該カソード極と前記アノード極とを密着させ
    る工程を有する、上記方法。
  33. 【請求項33】 前記カソード極は、ヘテロポリ酸と第
    1の金属と炭素とを有する請求項32記載の方法。
  34. 【請求項34】 前記第1の金属が、白金、ルテニウ
    ム、白金及びルテニウムの合金、ニッケル、銅、鉄、マ
    ンガン、コバルト、パラジウム、並びにセシウムからな
    る群から選ばれる請求項32又は請求項33記載の方
    法。
  35. 【請求項35】 前記ヘテロポリ酸は、その構成元素が
    リン、ケイ素及びゲルマニウムからなる群から選ばれる
    第1の元素;第2の元素;水素;並びに酸素を有してな
    る請求項32〜請求項34のいずれか1項記載の方法。
  36. 【請求項36】 前記第2の元素が、モリブデン、タン
    グステン、バナジウム、ニオブ及びタンタルからなる群
    から選ばれる請求項35記載の方法。
  37. 【請求項37】 前記ヘテロポリ酸は、前記水素の一部
    を第3の元素で置換してなり、且つ該第3の元素が白
    金、ニッケル、銅、鉄、セシウム、マンガン、コバルト
    及びパラジウムからなる群から選ばれる1種以上である
    請求項35又は請求項36記載の材料。
  38. 【請求項38】 前記第3の元素が2種以上であり、2
    種以上のうちの第1の種が白金、ニッケル、銅及び鉄か
    らなる群から選ばれ、第2の種がセシウムである請求項
    37記載の材料。
  39. 【請求項39】 前記ヘテロポリ酸が、HPM
    (式中、Mは第2の金属を示し、l、m及びnは1以上
    の整数である)である請求項32〜請求項38のいずれ
    か1項記載の方法。
  40. 【請求項40】 前記ヘテロポリ酸が、HPW
    (式中、q、r及びsは1以上の整数である)である請
    求項32〜請求項39のいずれか1項記載の方法。
  41. 【請求項41】 前記ヘテロポリ酸が、HPW12
    40である請求項32〜請求項39のいずれか1項記載
    の方法。
JP2000327710A 2000-10-26 2000-10-26 メタノール燃料電池用燃料極材料及びメタノール燃料電池、並びにこれらの製造方法 Pending JP2002134122A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000327710A JP2002134122A (ja) 2000-10-26 2000-10-26 メタノール燃料電池用燃料極材料及びメタノール燃料電池、並びにこれらの製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000327710A JP2002134122A (ja) 2000-10-26 2000-10-26 メタノール燃料電池用燃料極材料及びメタノール燃料電池、並びにこれらの製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002134122A true JP2002134122A (ja) 2002-05-10

Family

ID=18804680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000327710A Pending JP2002134122A (ja) 2000-10-26 2000-10-26 メタノール燃料電池用燃料極材料及びメタノール燃料電池、並びにこれらの製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002134122A (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004045009A1 (ja) * 2002-11-13 2004-05-27 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology 燃料電池用触媒及びそれを用いた電極
JP2006507637A (ja) * 2002-11-26 2006-03-02 デ・ノラ・エレートローディ・ソチエタ・ペル・アツィオーニ 電気化学的酸化反応のための金属合金及びこの製造方法
CN1300879C (zh) * 2004-10-20 2007-02-14 华南理工大学 以杂多酸为促进剂的燃料电池阳极催化剂的制备方法
JP2008108735A (ja) * 2006-10-26 2008-05-08 Samsung Sdi Co Ltd 燃料電池用電極、これを含む燃料電池用膜−電極接合体及びこれを含む燃料電池システム
JP2008218098A (ja) * 2007-03-01 2008-09-18 Sharp Corp 燃料電池および電子機器
JP2012525246A (ja) * 2009-04-28 2012-10-22 サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク メタンの電気化学的酸化のための触媒及び方法
JP2013126651A (ja) * 2011-11-17 2013-06-27 Nippon Shokubai Co Ltd 電極用触媒及びその製造方法
US8741504B2 (en) 2007-11-26 2014-06-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid catalysts and fuel cell employing the solid catalysts

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004045009A1 (ja) * 2002-11-13 2004-05-27 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology 燃料電池用触媒及びそれを用いた電極
JPWO2004045009A1 (ja) * 2002-11-13 2006-04-06 独立行政法人産業技術総合研究所 燃料電池用触媒及びそれを用いた電極
JP2006507637A (ja) * 2002-11-26 2006-03-02 デ・ノラ・エレートローディ・ソチエタ・ペル・アツィオーニ 電気化学的酸化反応のための金属合金及びこの製造方法
CN1300879C (zh) * 2004-10-20 2007-02-14 华南理工大学 以杂多酸为促进剂的燃料电池阳极催化剂的制备方法
JP2008108735A (ja) * 2006-10-26 2008-05-08 Samsung Sdi Co Ltd 燃料電池用電極、これを含む燃料電池用膜−電極接合体及びこれを含む燃料電池システム
JP2008218098A (ja) * 2007-03-01 2008-09-18 Sharp Corp 燃料電池および電子機器
US8741504B2 (en) 2007-11-26 2014-06-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid catalysts and fuel cell employing the solid catalysts
JP2012525246A (ja) * 2009-04-28 2012-10-22 サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク メタンの電気化学的酸化のための触媒及び方法
JP2013126651A (ja) * 2011-11-17 2013-06-27 Nippon Shokubai Co Ltd 電極用触媒及びその製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5407065B2 (ja) 直接アルコール型燃料電池及びその製造方法
JP4083721B2 (ja) 高濃度炭素担持触媒、その製造方法、該触媒を利用した触媒電極及びそれを利用した燃料電池
JP4772741B2 (ja) 燃料電池用カソード触媒、これを含む燃料電池用膜−電極接合体、及びこれを含む燃料電池システム
JP4786453B2 (ja) 燃料電池カソード用触媒、これを含む膜−電極接合体及び燃料電池システム
US20060264319A1 (en) Method of preparing electrochemical catalyst for proton exchange membrane fuel cell
JP2007157711A (ja) 燃料電池用カソード触媒、燃料電池用膜電極接合体及び燃料電池システム
JP2007066908A (ja) 燃料電池のカソード電極用触媒とその製造方法、燃料電池用膜電極接合体
CN102895984B (zh) 电催化触媒及包含该电催化触媒的燃料电池
JP2002134122A (ja) メタノール燃料電池用燃料極材料及びメタノール燃料電池、並びにこれらの製造方法
JP2006127979A (ja) 燃料電池用電極触媒及び燃料電池
JP2005353408A (ja) 燃料電池
KR100668356B1 (ko) 산소환원전극 및 이를 구비한 연료전지
JP2002343403A (ja) 燃料電池の運転方法
JP2006224095A (ja) 燃料電池用電極触媒
JP6956851B2 (ja) 燃料電池用電極触媒及びそれを用いた燃料電池
JP4937527B2 (ja) 燃料電池用白金触媒及びこれを含む燃料電池
JP2006179427A (ja) 燃料電池用電極触媒及び燃料電池
JP6728006B2 (ja) 燃料電池の運転方法、燃料電池システム及び車両
JP2005135752A (ja) 燃料電池用酸素還元反応触媒
JP2008288006A (ja) エタノール燃料電池電極用触媒、エタノール燃料電池用膜・電極接合体およびエタノール燃料電池
JP2012110839A (ja) 触媒組成物
JP2001126738A (ja) 燃料電池用電極の製造方法およびそれを用いた直接メタノール燃料電池
JP2009117355A (ja) 燃料極触媒、燃料極触媒の製造方法、燃料電池および燃料電池の製造方法
JP2008119685A (ja) 燃料電池用燃料酸化触媒とその製造方法、燃料電池システムの改質部及び燃料電池システム
KR20120052799A (ko) 알칼리 전해질형 전지용 촉매 복합체, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 연료 전지용 막-전극 어셈블리, 및 이를 포함하는 연료 전지