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触媒層付きシリコン基体、燃料電池及び触媒層付きシリコン基体の製造方法 新技術説明会

Patent code P170014583
File No. T2016-043
Posted date 2017年9月13日
Application number 特願2016-159735
Publication number 特開2018-027515
Patent number 特許第6784998号
Date of filing 平成28年8月16日(2016.8.16)
Date of publication of application 平成30年2月22日(2018.2.22)
Date of registration 令和2年10月28日(2020.10.28)
Inventor
  • 早瀬 仁則
  • 白井 領
Applicant
  • 学校法人東京理科大学
Title 触媒層付きシリコン基体、燃料電池及び触媒層付きシリコン基体の製造方法 新技術説明会
Abstract 【課題】触媒性能を維持しつつ、パラジウムの使用量が削減された触媒層付きシリコン基体及びその製造方法、並びに、この触媒層付きシリコン基体を用いた燃料電池の提供。
【解決手段】シリコン基体と、前記シリコン基体上の少なくとも一部に設けられた触媒層と、を備え、前記触媒層は、金を含有する金層を備え、パラジウム及び白金が前記金層に担持された触媒層付きシリコン基体及びその製造方法、並びに、この触媒層付きシリコン基体をアノードとして、用いた燃料電池。前記触媒層において、金の含有量は0.1~10mg/cmであり、パラジウムの含有量は0.5~200μg/cmであり、白金の含有量は0.5~200μg/cmである、触媒層付きシリコン基体。
【選択図】なし
Outline of related art and contending technology

近年、各種電気機器の携帯化、小型化及び高性能化に伴い、その電源となる小型電池の性能向上への要求が高まっている。また、これらの発展に伴って電池の更なる薄型化が要求されている。一方、小型化に適した電池としては、特に、高分子電解質型の燃料電池が用いられており、各種研究開発が進められている。

小型化が可能な燃料電池としては、シリコン基体の多孔質層に金属を析出させて触媒層を形成した金属担持シリコン基体を用いたものが挙げられる。例えば、シリコン基体に触媒層として多孔質白金層が形成されたPt担持シリコン基体(例えば、非特許文献1を参照)及びシリコン基体に触媒層として白金-パラジウム層が形成されたPt-Pd担持シリコン基体(例えば、非特許文献2を参照)をそれぞれ用いた小型燃料電池が提案されている。

Field of industrial application

本発明は、触媒層付きシリコン基体、燃料電池及び触媒層付きシリコン基体の製造方法に関する。

Scope of claims 【請求項1】
シリコン基体と、
前記シリコン基体上の少なくとも一部に設けられた触媒層と、を備え、
前記触媒層は、
金を含有する金層を備え、前記金層上にパラジウムを含有するパラジウム層を備え、パラジウム層上に白金を備え、
前記触媒層において、白金の含有量は0.5μg/cm~10μg/cmである触媒層付きシリコン基体。

【請求項2】
前記触媒層において、金の含有量は0.1mg/cm~10mg/cmであり、パラジウムの含有量は0.5μg/cm~200μg/cmある請求項1に記載の触媒層付きシリコン基体。

【請求項3】
パラジウムの含有量は10μg/cm~200μg/cmである請求項1又は請求項2に記載の触媒層付きシリコン基体。

【請求項4】
前記シリコン基体は少なくとも一部に多孔質領域を備え、
前記触媒層は、前記多孔質領域の少なくとも一部に設けられている請求項1請求項3のいずれか1項に記載の触媒層付きシリコン基体。

【請求項5】
前記触媒層は、前記シリコン基体の一方の面の少なくとも一部に設けられており、
前記シリコン基体における前記触媒層が設けられていない面の少なくとも一部に凹部が設けられており、前記凹部の底面及び側面の少なくとも一部に前記触媒層が位置する請求項1~請求項のいずれか1項に記載の触媒層付きシリコン基体。

【請求項6】
請求項1~請求項のいずれか1項に記載の触媒層付きシリコン基体であるアノードと、
シリコン基体と、前記シリコン基体上の少なくとも一部に設けられ、触媒金属を含有する触媒層と、を備えるカソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に配置され、一方の面が前記アノードにおける前記触媒層と対面し、かつ他方の面が前記カソードにおける前記触媒層と対面する電解質層と、を備える燃料電池。

【請求項7】
前記アノードにおける前記触媒層が設けられていない面の少なくとも一部及び前記カソードにおける前記触媒層が設けられていない面の少なくとも一部に凹部がそれぞれ設けられており、前記アノードにおける前記凹部は燃料を流通する流路であり、前記カソードにおける前記凹部は酸化剤を流通する流路である請求項に記載の燃料電池。

【請求項8】
多孔質領域と、前記多孔質領域の周囲にシリコン領域と、を有し、かつ、前記多孔質領域に、第1の触媒層と、電解質層と、第2の触媒層と、をこの順で備えたシリコン基体を備え、
前記第1の触媒層は、金を含有する金層を備え、前記金層上にパラジウムを含有するパラジウム層を備え、パラジウム層上に白金を備え、
前記第2の触媒層は、触媒金属を含有し、
前記第1の触媒層において、白金の含有量は0.5μg/cm~10μg/cmである燃料電池。

【請求項9】
少なくとも一部に多孔質領域を有するシリコン基体を準備する工程と、
前記多孔質領域の少なくとも一部に、金を含有する金層を形成する工程と、
前記金層の表面の少なくとも一部にパラジウム及び白金を担持させ、前記金層上にパラジウムを含有するパラジウム層を備え、パラジウム層上に白金を備える触媒層を形成する工程と、を含み、
前記触媒層において、白金の含有量は0.5μg/cm~10μg/cmである触媒層付きシリコン基体の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
State of application right 登録
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