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酸素還元能を有する電極触媒 コモンズ

国内特許コード P120006618
整理番号 N11058
掲載日 2012年2月9日
出願番号 特願2011-196798
公開番号 特開2013-058429
登録番号 特許第5792567号
出願日 平成23年9月9日(2011.9.9)
公開日 平成25年3月28日(2013.3.28)
登録日 平成27年8月14日(2015.8.14)
発明者
  • 杉本 渉
  • クリストフ ショーバン
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 酸素還元能を有する電極触媒 コモンズ
発明の概要 【課題】触媒活性及び耐久性をより向上させることができる酸素還元能を有する電極触媒を提供する。
【解決手段】例えば固体高分子形燃料電池用の白金系電極触媒とともに用いられる酸化ルテニウムナノシートかならる電極触媒であって、その酸化ルテニウムナノシートは、鱗片形状からなり、最大長さと該最大長さの中点で直交する長さとの平均を該酸化ルテニウムナノシートの寸法としたとき、その寸法を50nm以上350nm以下のものが全体の65%以上であるようにし、且つモード径を100nm以上250nm以下であるようにして、上記課題を解決した。また、その酸化ルテニウムナノシートと、カーボンブラック担体上に白金触媒を担持した電極触媒とで複合電極触媒とすることが好ましい。
【選択図】なし
従来技術、競合技術の概要


固体高分子形燃料電池(PEFC)は、小型軽量で高出力を発揮できるため、主に燃料電池自動車や家庭用のコージェネレーション電源として注目を集めている。こうした固体高分子形燃料電池は、水素と酸素の化学反応を利用した地球に優しい新エネルギー源として期待されている。その基本構造は、負極(燃料極)、電解質(固体高分子膜)及び正極(空気極)を貼り合わせて一体化した膜/電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEAともいう。)を、反応ガスの供給流路が形成されたバイポーラプレート(bipolar plate。「導電板」ともいう。)で挟んで1つの基本単位(「単セル(single cell)」ともいう。)が構成されている。そして、その単セルを積層して直列接続したセルスタック(fuel cell stack)構造にして高電圧を得ている。



負極では、水素やメタノール等の燃料が供給され、水素イオンと電子に分解し、生成した水素イオンは固体電解質膜内を移動し、電子は導線内を通って正極へと移動する。この負極では、一般にカーボンブラック担体上に白金触媒を担持したものや、カーボンブラック担体上にルテニウム-白金合金触媒を担持したものが用いられている。また、固体高分子膜は、負極で生成した水素イオンを正極に移動するように作用し、ナフィオン(Nafion、デュポン社の登録商標)等が用いられている。そして、水素イオンは水和され、固体電解質膜中の水分が負極から正極に移動することになる。また、正極では、固体電解質膜内を移動した水素イオンと、導線内を移動した電子とが空気中の酸素に反応して水を生成する。



こうした構成の固体高分子形燃料電池では、理論上は高い電圧が得られるが、電極反応の損失等で実際の電圧が低くなってしまうという問題がある。また、燃料効率、触媒の耐性を含む電極寿命、触媒として使用する白金コストと入手性等の問題がある。



こうした中、本発明者は、固体高分子形燃料電池用電極の触媒(以下「電極触媒」ともいう。)として、カーボンブラック担体上に白金触媒を担持した電極触媒に、酸化ルテニウムナノシート(「ルテニウム酸ナノシート」ともいう。)を添加した複合電極触媒を用い、電極を作製した(特許文献1)。また、本発明者は、その酸化ルテニウムナノシート及びその製造方法についても検討している(特許文献2)。

産業上の利用分野


本発明は、酸素還元能を有する電極触媒に関し、さらに詳しくは、固体高分子形燃料電池用電極の触媒として好ましく用いられ、触媒活性及び耐久性をより向上させることができる酸素還元能を有する電極触媒に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
白金又は白金合金を含む白金系電極触媒とともに用いられる酸化ルテニウムナノシートかならなる電極触媒であって、
前記酸化ルテニウムナノシートが、鱗片形状からなり、最大長さと該最大長さの中点で直交する長さとの平均を該酸化ルテニウムナノシートの寸法としたとき、該寸法が50nm以上350nm以下のものが全体の65%以上であり、且つモード径が100nm以上250nm以下であることを特徴とする酸素還元能を有する電極触媒。

【請求項2】
白金又は白金合金を含む白金系電極触媒と、酸化ルテニウムナノシート触媒とを有する複合電極触媒であって、
前記酸化ルテニウムナノシートが、鱗片形状からなり、最大長さと該最大長さの中点で直交する長さとの平均を該酸化ルテニウムナノシートの寸法としたとき、該寸法が50nm以上350nm以下のものが全体の65%以上であり、且つモード径が100nm以上250nm以下であることを特徴とする酸素還元能を有する電極触媒。

【請求項3】
前記白金系電極触媒が、カーボンブラック担体上に白金触媒を担持した電極触媒である、請求項2に記載の酸素還元能を有する電極触媒。

【請求項4】
固体高分子形燃料電池用の負極に用いられる、請求項1~3のいずれか1項に記載の酸素還元能を有する電極触媒。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
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