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カーボンナノウォール及びその製造方法、酸素還元触媒、酸素還元電極及び燃料電池

国内特許コード P170013860
整理番号 (S2013-0540-N0)
掲載日 2017年3月17日
出願番号 特願2014-560814
登録番号 特許第6080056号
出願日 平成26年2月7日(2014.2.7)
登録日 平成29年1月27日(2017.1.27)
国際出願番号 JP2014052860
国際公開番号 WO2014123213
国際出願日 平成26年2月7日(2014.2.7)
国際公開日 平成26年8月14日(2014.8.14)
優先権データ
  • 特願2013-021911 (2013.2.7) JP
発明者
  • 吉村 昭彦
  • 松尾 貴寛
  • 河口 紀仁
  • 義久 久美子
  • 橘 勝
  • シン ソクチョル
出願人
  • 株式会社IHI
  • 公立大学法人横浜市立大学
発明の名称 カーボンナノウォール及びその製造方法、酸素還元触媒、酸素還元電極及び燃料電池
発明の概要 本発明は窒素がドープされたカーボンナノウォールを有する酸素還元触媒、酸素還元電極及び燃料電池に関する。本発明によれば、安価に酸素還元触媒、酸素還元電極及び燃料電池を提供することができる。
従来技術、競合技術の概要


近年、クリーンエネルギー源として、燃料電池が注目されている。燃料電池にはいくつかの種類があり、その1つである固体高分子形燃料電池では、電極用の触媒として白金を担持したカーボン材料を利用している。例えば、カーボンナノウォールに白金を担持し、これを触媒とすることができる。一方、白金は、希少で高価な物質である。したがって、白金を担持したカーボン材料を触媒として利用する電極は製造コストが高い。そのため、白金の使用は、燃料電池が十分に普及していない一因となっている。



白金を担持したカーボン材料に代えて触媒に利用可能な物質として、窒素をドーピングしたカーボン材料が提案されている(例えば、非特許文献1又は2参照)。窒素は手軽に入手可能な物質であるため、仮に、窒素を触媒用材料に使用することで、燃料電池で利用する触媒を安価に生成することができる。

産業上の利用分野


本発明は、カーボンナノウォール及びその製造方法、カーボンナノウォールを利用する酸素還元触媒、酸素還元電極及び燃料電池に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
プラズマによる窒素励起を利用する窒化時に600~800℃の間(但し、600℃を除く)で温度制御をして0.98~1.88at%の窒素がドープされたカーボンナノウォールを有する酸素還元触媒。

【請求項2】
窒素がドープされた前記カーボンナノウォールの結晶化度が0.5~3.5である請求項1記載の酸素還元触媒。

【請求項3】
ガス拡散層と、
前記ガス拡散層上に配置され、プラズマによる窒素励起を利用する窒化時に600~800℃の間(但し、600℃を除く)で温度制御をして0.98~1.88at%の窒素がドープされたカーボンナノウォールを有する酸素還元触媒である触媒層と、
を有する酸素還元電極。

【請求項4】
窒素がドープされた前記カーボンナノウォールの結晶化度が0.5~3.5である請求項3記載の酸素還元電極。

【請求項5】
前記ガス拡散層はカーボン基板であって、
前記触媒層は、前記カーボン基板から成るガス拡散層上に形成された酸素還元触媒である
請求項3又は4に記載の酸素還元電極。

【請求項6】
電解質膜と、
前記電解質膜の両側にそれぞれ配置されるガス拡散層と、前記ガス拡散層上に配置され、プラズマによる窒素励起を利用する窒化時に600~800℃の間(但し、600℃を除く)で温度制御をして0.98~1.88at%の窒素がドープされたカーボンナノウォールを有する酸素還元触媒である触媒層とを有する酸素還元電極と、
前記酸素還元電極の外側にそれぞれ位置するセパレータと、
を有する燃料電池。

【請求項7】
窒素がドープされた前記カーボンナノウォールの結晶化度が0.5~3.5である請求項6記載の燃料電池。

【請求項8】
前記酸素還元電極の前記ガス拡散層はカーボン基板であって、前記酸素還元電極の前記触媒層は、前記カーボン基板から成るガス拡散層上に形成された酸素還元触媒である請求項6又は7に記載の燃料電池。

【請求項9】
カーボンナノウォールを用意し、
適正量の窒素をドープ可能なように600~800℃の間(但し、600℃を除く)で制御された温度で加熱しながら、プラズマ発生によって窒素分子を励起させて前記カーボンナノウォールを窒化する
ことを有する、窒素がドープされたカーボンナノウォールの製造方法。

【請求項10】
前記窒化によってドープされる窒素の量は、0.98~1.88at%である請求項に記載の窒素がドープされたカーボンナノウォールの製造方法。

【請求項11】
前記窒化によって、結晶化度が0.5~3.5である酸素還元触媒用カーボンナノウォールが得られる請求項9又は10に記載の窒素がドープされたカーボンナノウォールの製造方法。

【請求項12】
前記カーボンナノウォールは、0.36Pa以上0.67Pa以下の圧力で窒化する請求項9~11の何れか一項に記載の窒素がドープされたカーボンナノウォールの製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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