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固体高分子形燃料電池用高電位安定担体および電極触媒

国内特許コード P140011061
整理番号 P09-018-D1
掲載日 2014年10月30日
出願番号 特願2014-060159
公開番号 特開2014-146602
登録番号 特許第5858077号
出願日 平成26年3月24日(2014.3.24)
公開日 平成26年8月14日(2014.8.14)
登録日 平成27年12月25日(2015.12.25)
発明者
  • 渡辺 政廣
  • 柿沼 克良
  • 山下 壽生
  • 矢野 啓
出願人
  • 国立大学法人山梨大学
発明の名称 固体高分子形燃料電池用高電位安定担体および電極触媒
発明の概要 【課題】白金を担持するカーボン粒子の代替物として使用でき、高電位にて、溶解やキノンの生成などの腐食等が生じないで、しかも白金の使用量を大幅に減らすことのできる可能性を持つ、微粒子担体およびナノメートルサイズの貴金属粒子を担持した電極用触媒を提供する。
【解決手段】ある特定な組成、結晶構造を持つ金属酸化物および金属窒化物の中には0.9V以上の高電位において溶解や腐食等が生じず安定に存在するものがあり、さらに10S/cm以上の高い導電率を示すランタンとストロンチウムと鉄を含有する酸化物を電極触媒用微粒子担体とした。
【選択図】図7
従来技術、競合技術の概要



従来、貴金属微粒子を炭素担体粒子に担持させたものは、燃料電池の電極触媒として多用されている。この場合の担体粒子としては主に、比表面積が100m/g以上の微粒子が用いられている。特に高い導電性を持つ炭素粒子は燃料電池の電極用触媒の担体として有効なものである。





その炭素粒子に、白金や白金とルテニウムもしくは白金と鉄といった貴金属合金粒子を担持させた粉末は、高性能な高分子形燃料電池用電極触媒として知られている。例えば特許文献1、2には、白金や白金と他の1種以上の金属による合金を炭素に担持させることにより固体高分子形燃料電池用電極ができると記載されている。





また特許文献3、4、5、6では、白金代替触媒としてペロブスカイト型酸化物微粒子や卑な金属酸化物を用い、それらを炭素へ担持させた触媒が燃料電池用電極触媒としての効果を発揮すると記載されている。さらに、特許文献7では白金を主として二酸化チタン等の酸化物からなる担体材料に担持させ、それに導電性を付与させるため炭素を混ぜることにより燃料電池等の電気化学デバイスの出力特性および耐久性を効果的に向上させると記載されている。また特許文献8、9では白金代替触媒として酸窒化物、窒化物、遷移金属四窒化物を利用し、それらを炭素に担持させることで電極触媒として使用する例も挙げられている。

産業上の利用分野



本発明は、温度の降下と共に導電率が上がる、もしくは一定となる金属的な伝導性を有することを特徴とする電極触媒用微粒子担体であり、さらに詳しくは、10S/cm以上の導電性をもつ酸化物および/または窒化物で、3m/g以上の比表面積があり、0.9V以上の電位にて化学的に安定な性質をもつ微粒子について、これを担体として、その表面上に1nm~20nmの粒径をもつ貴金属微粒子を担持させた、燃料電池用電極に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
導電性を有する、ランタンとストロンチウムと鉄と酸素からなるペロブスカイト型酸化物であることを特徴とする電極触媒用微粒子担体。

【請求項2】
平均粒子径が1~20nmのPtを、請求項1に記載の電極触媒用微粒子担体に担持させたことを特徴とする電極触媒。

【請求項3】
金属イオンを含む水溶液をミスト化することと、
前記ミスト化した水溶液をプラズマ炎中に導入し熱処理を行うこと、
を特徴とする請求項1に記載の電極触媒用微粒子担体の製造方法。

【請求項4】
前記プラズマ炎のプラズマはアルゴンガスプラズマであることを特徴とする請求項3に記載の電極触媒用微粒子担体の製造方法。

【請求項5】
白金錯体を含む有機溶液を調製することと、
前記白金錯体を含む有機溶液と界面活性剤を混合し、ミセル溶液を調製することと、
前記ミセル溶液を還元し、白金微粒子の分散液を調製することと、
前記白金微粒子の分散液に、請求項3又は4のいずれかに記載の製造方法により製造された電極触媒用微粒子担体の分散液を混合し、前記白金微粒子を前記電極触媒用微粒子担体に担持させることと、
を特徴とする電極触媒の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014060159thum.jpg
出願権利状態 登録
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