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ELECTRODE CATALYST HAVING OXYGEN-REDUCING PROPERTY commons

Patent code P120006618
File No. N11058
Posted date Feb 9, 2012
Application number P2011-196798
Publication number P2013-058429A
Patent number P5792567
Date of filing Sep 9, 2011
Date of publication of application Mar 28, 2013
Date of registration Aug 14, 2015
Inventor
  • (In Japanese)杉本 渉
  • (In Japanese)クリストフ ショーバン
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人信州大学
Title ELECTRODE CATALYST HAVING OXYGEN-REDUCING PROPERTY commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode catalyst having an oxygen-reducing property to offer excellent catalytic activity and durability.
SOLUTION: The electrode catalyst which is used with a platinum-based electrode catalyst in a solid polymer fuel cell, for example, is composed of ruthenium oxide nanosheets, and the ruthenium oxide nanosheets have a scaly shape. When the dimensions of the ruthenium oxide nanosheet are represented by the average of the maximum length and the length intersecting the maximum length at the midpoint at a right angle, the dimensions of 65% or more of all the nanosheets are in the range of 50 to 350 nm, and the mode diameter is in the range of 100 to 250 nm. The ruthenium oxide nanosheets and an electrode catalyst containing a platinum catalyst supported by a carbon black support, preferably form a composite electrode catalyst.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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)。

Field of industrial application (In Japanese)


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。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
State of application right Registered
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