DE10250884B4 - Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen und Verfahren zur Herstellung derselben Download PDF

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Abstract

Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen, umfassend platintragende elektronenleitende Partikel und ein ionenleitendes Polymer, wobei durch ein Mikroemulsionsverfahren gebildete Platin-Partikel einheitlich in dem ionenleitenden Polymer dispergiert sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen und insbesondere ein Verfahren mit einem effizient arbeitenden Katalysator.
  • Eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle wird gebildet, indem beide Seiten einer dünnen Membranelektrodenanordnung (MEA) mit Trennstücken beschichtet werden. Die Membranelektrodenanordnung ist im Wesentlichen ein Schichtkörper mit einer zwischen einer katalytischen Schicht der Kathode und einer katalytischen Schicht der Anode angeordneten Polymerelektrolytmembran und weist eine Gasdiffusionsschicht auf, die auf der Aussenseite jeder katalytischen Schicht aufgebracht ist. Bei einer solchen Brennstoffzelle reagiert Wasserstoffgas, das durch eine an der Kathodenseite angeordnete Trennstückplatte zugeführt wird elektrochemisch mit einem Oxidationsgas, das durch eine an der Anodenseite angeordnete Trennstückplatte zugeführt wird, wodurch Elektrizität erzeugt wird.
  • Während des Betriebs der Brennstoffzelle werden die in einer elektrochemischen Reaktion erzeugten Elektronen zwischen einer katalytischen Elektrodenschicht und einem Trennstück geleitet und gleichzeitig diffundieren das Brennstoffgas und das Oxidationsgas durch eine Gasdiffusionsschicht. In einer katalytischen Elektrodenschicht der Anode reagiert das Brennstoffgas und erzeugt Protonen und Elektronen und in einer katalytischen Elektrodenschicht der Kathode reagieren Sauerstoff, Protonen und Elektronen und erzeugen Wasser. Eine Elektrolytmembran leitet die Protonen und erzeugt dadurch mittels der katalytischen Elektrodenschicht der Anode und Kathode Elektrizität.
  • Auf der Anodenseite werden Protonen und Elektronen erzeugt, wobei ein Katalysator, elektronenleitende Partikel und ein Elektrolyt gleichzeitig vorhanden sind. Das heisst, dass Wasserstoffgas unter Bedingungen reduziert wird, bei denen ein protonenleitender Elektrolyt, elektronenleitende Partikel, welche Elektronen leiten und ein Katalysator gleichzeitig vorhanden sind.
  • Eine katalytische Elektrodenschicht wird im Allgemeinen durch ein Verfahren gebildet, bei dem elektronenleitende Partikel, die Katalysatorpartikel, wie Pt, auf ihren Oberflächen tragen und ein Elektrolyt, der ein ionenleitendes Polymer umfasst, in einem Lösungsmittel zusammengemischt werden, um eine Katalysatorpaste zu bilden und diese Katalysatorpaste auf eine Membran, eine Kohlenstoffpaste oder eine Tetrafluorethylenhexafluorpropylencopolymer (FEP) folie aufgetragen und getrocknet wird. Folglich ist es wahrscheinlich, dass der Wirkungsgrad erhöht ist, da die Menge des durch die elektronenleitenden Partikel getragenen Katalysators erhöht ist. Sowohl die Kathode als auch die Anode zeigen dieselbe wie oben beschriebene Tendenz.
  • In einer wie oben beschriebenen herkömmlichen Elektrode für Brennstoffzellen ist der Wirkungsgrad des Katalysatormetalls auf katalysatortragenden elektronenleitenden Partikeln jedoch gering und es muss eine überschüssige Menge von getragenem Katalysator verwendet werden. Weil dieser Katalysator aus einem seltenen Metall, wie Pt, besteht, sind des Weiteren die Herstellungskosten der Brennstoffzelle erhöht, da die Menge des durch die elektronenleitenden Partikel getragenen Katalysators hoch ist.
  • DE 197 56 880 offenbart einen Platin/Ruthenium-Legierungskatalysator, welcher fein verteilte Legierungspartikel auf einem pulverförmigen, elektrisch leitfähigen Trägermaterial enthält. D1 offenbart keine Platin-Partikel, welche in einem ionenleitenden Polymer einheitlich dispergiert sind.
  • DE 698 00 361 lehrt Gasdiffusionselektroden für Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen. Die Druckschrift lehrt keine Platin-Partikel, welche in einem ionenleitenden Polymer einheitlich dispergiert sind.
  • DE 198 04 587 offenbart einen Katalysator zur Abgasreinigung und ein verfahren zu dessen Herstellung. Katalytisch aktivierte Teilchen werden dabei auf einem träger getragen. Die Druckschrift gibt keinen Hinweis auf Platin-Partikel, welche in einem ionenleitenden-Polymer einheitlich dispergiert sind.
    •
  • Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen bereitzustellen, bei welcher der Wirkungsgrad verbessert werden kann ohne dabei die Menge des durch die elektronenleitenden Partikel getragenen Katalysators zu erhöhen. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur effizienten Herstellung von Elektroden für Polymerelektrolytbrennstoffzellen bereitzustellen.
  • Die Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Mikroemulsionsverfahren gebildete Platinpartikel zu der Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen, welche platintragende elektronenleitende Partikel und ein ionenleitendes Polymer umfasst, gegeben werden, wobei durch ein Mikroemulsionsverfahren gebildete Platin-Partikel einheitlich in dem ionenleitenden Polymer dispergiert sind.
  • 1 ist eine schematische Darstellung der Effekte der erfindungsgemässen Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen. Wie in 1 gezeigt, umfasst die erfindungsgemässe Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen beispielsweise ein poröses Material mit einer grossen Anzahl von Hohlräumen 3, die durch die elektronenleitenden Partikel 1 und ein ionenleitendes Polymer 2 gebildet werden. Mehrere Pt-Partikel 4 werden auf der Oberfläche der elektronenleitenden Partikel getragen. Die wichtigste Eigenschaft der erfindungsgemässen Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen ist, dass die durch ein Mikroemulsionsverfahren gebildeten Platin-Partikel 5 einheitlich in dem ionenleitenden Polymer 2 dispergiert sind.
  • In der vorliegenden Erfindung können Platin-Partikel mit Durchmessern im Bereich von einigen Nanometern gebildet werden, indem ein Mikroemulsionsverfahren verwendet wird. Die Platin-Partikel aggregieren leicht miteinander, wenn sie auf herkömmliche Art und Weise mit dem ionenleitenden Polymer vermischt werden. Die durch das erfindungsgemässe Verfahren erhaltenen Platin-Partikel bleiben jedoch selbst als Feinpartikel stabil, die Platin-Partikel aggregieren nicht miteinander, selbst wenn sie zu dem ionenleitenden Polymer gemischt werden, um die Katalysatorpaste zu bilden und sie können einheitlich dispergiert werden.
  • Als Ergebnis können die Platin-Partikel 5, die einheitlich in dem ionenleitenden Polymer 2 dispergiert sind, ein leitendes Netzwerk mit den Platin-Partikeln 4, welche auf den elektronenleitenden Partikeln 1 getragen werden, ausbilden und können so ermöglichen, dass Platin in den drei Phasengrenzfläche ausreichend vorkommt. In dem Fall, bei dem nur platintragende elektronenleitende Partikel verwendet werden, kommt Platin, das nicht in Kontakt mit dem ionenleitenden Polymer steht, im Überschuss vor. Bei der erfindungsgemässen Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen kann der Wirkungsgrad von Platin jedoch erhöht werden, indem die Platin-Partikel 5 einheitlich in das ionenleitende Polymer 2 dispergiert werden, wodurch die Anfangsspannung der Brennstoffzelle verbessert wird.
  • Dieser Effekt wird unten ausführlich erklärt. Ein Brenngas, wie Wasserstoffgas, strömt durch die Zwischenräume 3, das Wasserstoffgas kommt in Kontakt mit dem leitenden Netzwerk, das die um die Oberfläche der elektronenleitenden Partikel 1 getragenen Platin-Partikel 4 und die Platin-Partikel 5 umfasst, und das Wasserstoffgas wird reduziert durch Platin als Katalysator, wodurch Protonen und Elektronen erzeugt werden. Die Protonen werden durch das ionenleitende Polymer 2 geleitet und die Elektronen werden durch das leitende Netzwerk zu den elektronenleitenden Partikeln 1 geleitet. Somit kann in der erfindungsgemässen Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen der Wirkungsgrad verbessert werden ohne dabei die Menge von auf elektronenleitenden Partikeln 1 getragenen Platin-Partikel 4 zu erhöhen. Dieser Mechanismus stellt jedoch nur einen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung dar und die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf diesen Effekt beschränkt. „Um die Oberfläche der elektronenleitenden Partikel 1" bedeutet innerhalb etwa 10 nm von der Oberfläche der elektronenleitenden Partikel und einige Platin-Partikel 5 scheinen mit den elektronenleitenden Partikeln 1 in Kontakt zu stehen.
  • Das Mikroemulsionsverfahren der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer äusserst fein dispergierten Emulsion durch Bildung von Micellen, die in ihrem Inneren Tröpfchen des Drittmaterials beinhalten. Genauer gesagt wird eine Lösung einer Chlorplatinsäure zu einer Mischung aus einem organischen Lösungsmittel und einem oberflächenaktiven Mittel gegeben, wodurch sich Umkehrmicellen des oberflächenaktiven Mittels in einer kontinuierlichen Phase des organischen Lösungsmittels bilden und sich Tröpfchen der Chlorplatinsäurelösung im Inneren der Umkehrmicellen bilden. Indem ein Reduktionsmittel zu der Mischung gegeben wird, können in wenigen Minuten durch eine Reduktionsreaktion monodisperse Platin-Partikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mehreren Nanometern erhalten werden. Diese Platin-Partikel sind stabil, da sie durch das oberflächenaktive Mittel geschützt sind. Eine Literaturstelle betreffend das Mikroemulsionsverfahren ist M. Boutonnet, J. Kizling, P. Stenius und G. Maire: Preparation of Monodisperse Colloid Metal Particles from Microemulsion, Colloids Surface, 5, 197 (1982).
  • Ein Lösungsmittel, welches in einem üblichen Verfahren zur Bildung von Micellen verwendet wird, wird als Lösungsmittel verwendet. Bei dem Mikroemulsionsverfahren der vorliegenden Erfindung ist es jedoch bevorzugt, einen Paraffin-basierten Kohlenwasserstoff, wie Hexan oder Octan, zu verwenden. Überdies ist es bevorzugt, als oberflächenaktives Mittel ein nicht-ionisches oberflächenaktives Mittel, wie Pentaethylenglycoldecylether (PEGDE) oder Polyoxyethlenoctylphenylether zu verwenden und insbesondere ist PEGDE besonders bevorzugt. Als Reduktionsmittel ist es bevorzugt, NaBH4, Formaldehyd, Glucose und Hydrazin zu verwenden.
  • Der durchschnittliche Durchmesser der durch das oben beschriebene Mikroemulsionsverfahren gebildeten Platin-Partikel kann durch die Auswahl eines geeigneten oberflächenaktiven Mittels frei eingestellt werden. In der vorliegenden Erfindung ist es jedoch bevorzugt, dass diese in einem Bereich von 0,5 bis 5 nm, mehr bevorzugt von 2 bis 4 nm, gebildet werden. Wenn der durchschnittliche Durchmesser der gebildeten Partikel in dem obigen Bereich liegt, können die Platin-Partikel einheitlich mit dem ionenleitenden Polymer vermischt werden, die Anzahl von Aktivierungsstellen zur Aktivierung des Brennstoffgases sind erhöht und der Wirkungsgrad von Platin ist erhöht.
  • Überdies ist es für die erfindungsgemässe Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen bevorzugt, dass die durch das Mikroemulsionsverfahren gebildeten Platin-Partikel in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-% des gesamten Platins vorliegen. In dem Fall, in dem diese Menge weniger als 5% beträgt, können die Platin-Partikel kein Netzwerk mit dem um die elektronenleitenden Partikel getragenen Platin ausbilden und die oben erwähnte Anfangsspannung kann nicht mehr verbessert werden. Wenn andererseits die Menge mehr als 20% beträgt, ist die Beständigkeit der Elektrode verringert. Genauer gesagt, wird eine Abnahme der Spannung während der kontinuierlichen Entladevorgänge der Brennstoffzelle beobachtet. Als Ursache dieses Phänomens wird angenommen, dass die in dem ionenleitenden Polymer dispergierten Platin-Partikel aggregieren und dass die Partikeldurchmesser grösser werden.
  • Als elektronenleitende Partikel der vorliegenden Erfindung können beispielsweise Russpartikel verwendet werden. Die Platin-Partikel werden auf der Oberfläche der elektronenleitenden Partikel getragen und es ist bevorzugt, dass der durchschnittliche Partikeldurchmesser dieser Platin-Partikel von 1 bis 8 nm, mehr bevorzugt von 3 bis 5 nm, beträgt. Die auf der Oberfläche der elektronenleitenden Partikel getragenen Platin-Partikel verbessern den Wirkungsgrad von Platin und die Ausgangsspannung durch Ausbildung eines wirksamen elektronenleitenden Netzwerks mit den einheitlich in dem ionenleitenden Polymer dispergierten Platin-Partikeln.
  • Die vorliegende Erfindung ist in dem Fall vorteilhaft, bei dem die Oberflächenkennzahl der elektronenleitenden Partikel mehr als 200 m2/g beträgt. Dies bedeutet, dass elektronenleitende Partikel mit einer grossen Oberflächenkennzahl unzählige Mikroporen auf ihren Oberflächen sowie eine gute Gasdiffusion aufweisen. Die in den Mikroporen vorliegenden Platin-Partikel haben nichts mit der Reaktion zu tun, da diese Partikel nicht in Kontakt kommen. Bei der vorliegenden Erfindung werden jedoch die in dem ionenleitenden Polymer dispergierten Platin-Partikel effizient verwendet, da die Platin-Partikel nicht in die Mikroporen eindringen. Bei der vorliegenden Erfindung wird sowohl die Reaktionseffizienz als auch die Gasdiffusion gleichzeitig verbessert.
  • Andererseits ist die vorliegende Erfindung auch in dem Fall vorteilhaft, bei dem die Oberflächenkennzahl der elektronenleitenden Partikel weniger als 200 m2/g beträgt. Dies bedeutet, dass das Wasserabweisungsvermögen erhöht ist und die Gasdiffusion des ionenleitenden Polymers ebenfalls erhöht ist, wenn die Oberflächenkennzahl der elektronenleitenden Partikel gering ist. In einem solchen Fall sind die Abstände zwischen den Platin-Partikeln jedoch verringert und die Platin-Partikel aggregieren oder sintern leicht. Für die vorliegende Erfindung ist es nicht notwendig, dass die elektronenleitenden Partikel grosse Mengen von Platin tragen und folglich kann ein solches Problem vermieden werden.
  • Fluorharz-basierte Ionenaustauschharze können als erfindungsgemässes ionenleitendes Polymer verwendet werden. Es ist bevorzugt, dass das Gewichtsverhältnis des ionenleitenden Polymers zu den elektronenleitenden Partikeln weniger als 1,2 beträgt. Die Menge des ionenleitenden Polymers ist gering, die Porosität erhöht und die Gasdiffusion verbessert. Wenn im Gegensatz dazu die platintragenden elektronenleitenden Partikel nicht ausreichend bedeckt sind, ist die Anzahl von Aktivierungsstellen zur Aktivierung des Brennstoffgases verringert und der Wirkungsgrad des Platins ist verringert. In der vorliegenden Erfindung kann jedoch die Aktivierungsüberspannung verringert werden ohne dass der Wirkungsgrad von Platin verringert wird, da die in dem ionenleitenden Polymer enthaltenen Platin-Partikel die Aktivierungsstellen zur Aktivierung des Brenngases ergänzen.
  • Ferner ist es ein charakteristisches Merkmal der erfindungsgemässen Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen, die Platin-Partikel, elektronenleitende Partikel und ionenleitende Partikel umfasst, dass die platintragenden elektronenleitenden Partikel, das ionenleitende Polymer und die durch das Mikroemulsionsverfahren gebildeten Platin-Partikel als Ausgangsmaterialien verwendet werden. Mit diesem Herstellungsverfahren kann die Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen mit dem oben beschriebenen hervorragenden Wirkungsgrad effizient hergestellt werden.
  • Genau gesagt, werden die durch das oben beschriebene Verfahren erhaltenen Platin-Partikel, die elektronenleitenden Partikel, welche Platin auf ihren Oberflächen tragen und das ionenleitende Polymer gemischt, um eine Elektrodenpaste zu bilden und diese Elektrodenpaste wird zu einer Schicht verarbeitet, wodurch eine Elektrodenschicht gebildet wird. Um die Paste in die Form einer Schicht zu verarbeiten, kann ein Verfahren, bei dem die Elektrodenpaste auf eine Folie aufgetragen wird, wobei die Folie nach der Bildung der Membranelektrodenanordnung abgezogen wird oder ein Verfahren, bei dem die Elektrodenpaste auf ein Kohlepapier oder eine Elektrolytmembran aufgetragen wird oder andere bereits bekannte Verfahren verwendet werden. Bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, nach der Bildung der Elektrodenschicht einen Waschvorgang zu verwenden, um Verunreinigungen, ausgenommen die Platin-Partikel, zu entfernen.
  • Anschliessend wird diese Elektrodenschicht auf beide Oberflächen des Polymerelektrolyten übertragen, um die Membranelektrodenanordnung zu bilden. Als Verfahren zum Übertragen der Elektrodenschicht kann ein Abziehverfahren genannt werden, bei dem die Elektrodenschicht mit dem Polymerelektrolyten durch Thermodruckkleben verbunden werden.
  • Obwohl das auf den elektronenleitenden Partikeln getragene Platin als Katalysator einer Brennstoffzelle fungiert, indem eine Reduktion abläuft, kann dieser Reduktionsprozess des Platins vor oder nach der Bildung der Elektrode oder nach der Bildung der Elektrodenschicht auf die elektronenleitenden Partikel angewendet werden. Ein Verfahren kann verwendet werden, bei dem die Elektrodenpaste getrocknet und zu einem Pulver zerkleinert wird, das Pulver reduziert und in die Form einer Paste gebracht wird und die Paste in die Form einer Schicht gebracht wird. Als Reduktionsverfahren können ein Gasphasenverfahren unter Verwendung eines Reduktionsgases, wie Wasserstoff oder Kohlenmonoxid und ein Flüssigphasenverfahren unter Verwendung von Chemikalien, wie NaBH4, Formaldehyd, Glucose und Hydrazin, verwendet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung der Struktur der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Diagramm, das die Beziehung der zugegebenen Menge von Platin-Partikeln und der Anfangsklemmenspannung in einer Brennstoffzelle zeigt, welche die erfindungsgemässe Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen verwendet.
  • 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung der zugegebenen Menge von Platin-Partikeln und der Klemmenspannung über einen Zeitraum von 500 Stunden nach dem Beginn der Erzeugung für eine Brennstoffzelle zeigt, welche die erfindungsgemässe Elektrode für die Polymerelektrolytbrennstoffzellen verwendet.
    •
  • Beste Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung
  • Als nächstes wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen detailliert erläutert.
  • 1. Herstellen der Platin-Partikel durch das Mikroemulsionsverfahren
  • Eine Chlorplatinsäurelösung wurde zu einer Mischung aus Hexan, Pentaethylenglycoldecylether (PEGDE) und Wasser (Hexan:PEGDE:Wasser = 89,0:10,3:0,4) gegeben. Als Folge bildeten sich Umkehrmicellen in der kontinuierlichen Hexan-Phase und Tröpfchen der Chlorplatinsäurelösung wurden im Inneren der Umkehrmicellen gebildet. Die Grösse eines gesamten Partikels betrug 12 nm und die Grösse des Tröpfchens betrug 6 nm. Als nächstes wurde Hydrazin zu der Mischung gegeben, um eine Reduktion zu bewirken. Die auf diese Art und Weise erhaltenen Platin-Partikel lagen in der Form einer einheitlichen Dispersion mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 3 nm vor.
  • 2. Herstellung der Elektrodenschicht
  • Beispiel 1
  • Es wurden 100 g eines ionenleitenden Polymers (Handelsname: Nafion SE5112, hergestellt durch Du Pont Kabushiki Kaisha), 7,0 g platintragende Kohlepartikel, deren Gewichtsverhältnis von Russ und Platin 50:50 betrug (Handelsname: TEC10E50E, hergestellt durch Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K) und 1,5 g durch das oben beschriebene Mikroemulsionsverfahren hergestellte Platin-Partikel zusammengemischt, um eine Katalysatorpaste zu bilden. Dann wurde diese Katalysatorpaste auf eine Folie aus Tetrafluorethylenhexafluor-propylencopolymer (FEP) aufgetragen und getrocknet, um die Elektrodenschicht des Beispiels 1 zu bilden. Die Menge von Platin in dieser Elektrodenschicht betrug 0,5 mg/cm2. Dann wurde die Elektrodenschicht in einer wässrigen NaBH4-Lösung reduziert, mit Salpetersäure und Wasser gewaschen und bei 100°C getrocknet.
  • Beispiele 2 bis 5 und Vergleichsbeispiel 1
  • Die Elektrodenschichten der Beispiele 2 bis 5 und des Vergleichsbeispiels 1 wurden auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, ausser, dass die zugegebene Menge der ionenleitenden Polymerlösung, der platintragenden Kohlepartikel und der durch das Mikroemulsionsverfahren gebildeten Platin-Partikel geändert wurde.
  • Tabelle 1
    Figure 00120001
  • 3. Herstellen der Membranelektrodenanordnung
  • Die Elektrodenschichten der Beispiele und des Vergleichsbeispiels wurden auf beide Oberflächen des aus Nafion hergestellten Polymerelektrolyten mittels eines Abziehverfahrens aufgebracht und die Membranelektrodenanordnung (MEA) wurde erhalten. Das Aufbringen durch ein Abziehverfahren bedeutet, dass die FEP-Folie abgezogen wird, nachdem die Elektrodenschicht mit dem Polymerelektrolyten durch Thermodruckkleben verbunden wurde.
  • 4. Elektrizitätserzeugung durch die Membranelektrodenanordnung
  • Elektrizität wird erzeugt, indem in den Beispielen 1 bis 5 und dem Vergleichsbeispiel 1 Wasserstoffgas zu einer Seite der Membranelektrodenanordnung und Luft zu der anderen Seite der Membranelektrodenanordnung zugeführt wird. Jedes Gas wurde bei 80 ° C und einer Feuchtigkeit von 50% RH zugeführt und der Wirkungsgrad von jedem Gas (verbrauchte Menge/zugeführte Menge) betrug 50%. Die Anfangsklemmenspannung und die Klemmenspannung nach 500 Stunden der Erzeugung wurden gemessen und die Beziehung zwischen der zugegebenen Menge von Platin-Partikel und den Klemmenspannungen bei einer Stromdichte von 0,5 A/cm2 ist in den 2 und 3 gezeigt.
  • Wie aus 2 ersichtlich, kann die Klemmenspannung bei einer Stromdichte von 0,5 A/cm2 bei der Anfangserzeugung verbessert werden, indem durch das Mikroemulsionsverfahren gebildete Platin-Partikel zugegeben werden. Aus 3 ist auch ersichtlich, dass eine hohe Klemmenspannung selbst 500 Stunden nach Beginn der Stromerzeugung aufrecht erhalten werden kann, indem die durch das Mikroemulsionsverfahren gebildeten Platin-Partikel in einem bestimmten Verhältnis zugegeben werden. Das heisst, dass das Zugabeverhältnis der durch das Mikroemulsionsverfahren gebildeten Platin-Partikel im Bereich von 5 bis 20% der Gesamtmenge von Platin sein sollte.
  • Wie oben erläutert, kann in der erfindungsgemässen Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen der Wirkungsgrad verbessert werden ohne dabei die Menge des Katalysators, der auf den elektronenleitenden Partikeln getragen wird, zu erhöhen, indem die durch das Mikroemulsionsverfahren gebildeten Platin-Partikel ausreichend in dem ionenleitenden Polymer dispergiert werden.

Claims (4)

  1. Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen, umfassend platintragende elektronenleitende Partikel und ein ionenleitendes Polymer, wobei durch ein Mikroemulsionsverfahren gebildete Platin-Partikel einheitlich in dem ionenleitenden Polymer dispergiert sind.
  2. Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen nach Anspruch 1, wobei die durch das Mikroemulsionsverfahren gebildeten Platin-Partikel in einer Menge von 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge des in der Elektrode enthaltenden Platins, enthalten sind.
  3. Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen nach Anspruch 1 oder 2, wobei die durch ein Mikroemulsionsverfahren gebildeten Platin-Partikel einen durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 5 nm aufweisen und von den elektronenleitenden Partikeln getragenes Platin einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1 bis 8 nm aufweist.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für Polymerelektrolytbrennstoffzellen, umfassend ein ionenleitendes Polymer; elektronenleitende Partikel; und von den elektronenleitenden Partikeln getragenes Platin; wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Verwenden von platintragenden elektronenleitenden Partikeln, einem ionenleitenden Polymer und durch ein Mikroemulsionsverfahren gebildeten Platin-Partikeln, einheitliches Dispergieren der durch ein Mikroemulsionsverfahren gebildeten Platin-Partikel in dem ionenleitenden Polymer.
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