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複合材料からなるカーボン系触媒 新技術説明会

国内特許コード P190015980
整理番号 15-16-03
掲載日 2019年4月23日
出願番号 特願2017-565633
出願日 平成29年2月2日(2017.2.2)
国際出願番号 JP2017003857
国際公開番号 WO2017135386
国際出願日 平成29年2月2日(2017.2.2)
国際公開日 平成29年8月10日(2017.8.10)
優先権データ
  • 特願2016-019615 (2016.2.4) JP
発明者
  • 石崎 貴裕
  • 木口 崇彦
出願人
  • 学校法人芝浦工業大学
発明の名称 複合材料からなるカーボン系触媒 新技術説明会
発明の概要 耐久性を有するとともに、十分な酸素還元反応活性を発揮する、燃料電池のカソードに好適なカーボン材料からなる触媒を提供することにある。炭素と炭素、水素及び酸素以外の異種元素とを含みかつ環構造及び不飽和結合のうちの少なくとも一つを有する炭素化合物からなるカーボン粒子、及び、カーボンナノファイバー、を含み、前記炭素化合物から生成されるカーボン粒子が前記カーボンナノファイバーに凝集していること、を特徴とする複合材料からなるカーボン系触媒、を提供する。
従来技術、競合技術の概要

近年、自動車の排気ガスによる大都市の大気汚染の緩和、石油代替エネルギーの利用促進、地球温暖化防止に資する二酸化炭素の排出量低減等の観点から、燃料電池の研究開発及び実用化が盛んである。


燃料電池は、比較的高効率で起電力を得られ、排ガスもクリーンであることから、環境負荷の少ない新しい電源として注目を集めており、なかでも、プロトン導電性の高分子電解質膜を使用する固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)が注目されている。


このPEFCは、一般的にアノードと、カソードと、アノードとカソードとの間に配される高分子電解質膜とを含む、膜電極接合体によって構成されており、小型軽量化が可能で、100℃以下という低い温度で動作する。


そして、PEFCは、アノードには、水素を酸化する水素酸化反応(HOR:Hydrogen Oxidation Reaction)を促進させる触媒が備えられ、カソードには、酸化剤を還元する酸素還元反応(ORR:Oxygen Reduction Reaction)を促進させる触媒が備えられている。


ここで、反応速度の遅いカソードには、高いORR活性を示す白金触媒が広く一般に使用されているが、白金触媒は価格が高いことや、PEFCに使用した場合の耐久性が低いこと等から、白金触媒に代わる新たな触媒が求められている。


例えば、特許文献1~4においては、白金代替触媒の一つとして、異種元素含有カーボン材料等に代表されるカーボン系触媒が提案されている。異なる混成軌道を有する炭素は異なる成分系で構成されると捉えられ、それらの間に物理的・化学的な相互作用を見出すことができ、特にカーボン材料の結晶格子点に異種原子を置換した異種元素含有カーボン材料は、ORR活性を発現する。

産業上の利用分野

本発明は、触媒活性サイトを豊富に有し、燃料電池に好適に用いられるカーボン系触媒に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
炭素と炭素、水素及び酸素以外の異種元素とを含みかつ環構造及び不飽和結合のうちの少なくとも一つを有する炭素化合物からなるカーボン粒子、及び、
カーボンナノファイバー、を含み、
前記カーボン粒子が前記カーボンナノファイバーに凝集していること、
を特徴とする複合材料からなるカーボン系触媒。

【請求項2】
前記異種元素がホウ素及び/又はチッ素であること、を特徴とする請求項1に記載の複合材料からなるカーボン系触媒。

【請求項3】
前記環構造が、5員環及び/又は6員環を含む環構造であること、を特徴とする請求項1又は2に記載の複合材料からなるカーボン系触媒。

【請求項4】
前記環式炭素化合物が、アニリン、ピリジン、ピラジン、トリアジン及びこれらの誘導体よりなる群から選択される少なくとも1種であること、を特徴とする請求項1~3のうちのいずれかに記載の複合材料からなるカーボン系触媒。

【請求項5】
前記環式炭素化合物が2-シアノピリジンであること、と特徴とする請求項1に記載の複合材料からなるカーボン系触媒。

【請求項6】
前記不飽和結合を有する炭素化合物がエチレン性不飽和モノマーであること、を特徴とする請求項1又は2に記載の複合材料からなるカーボン系触媒。

【請求項7】
前記不飽和結合を有する炭素化合物がアクリロニトリルであること、を特徴とする請求項1に記載の複合材料からなるカーボン系触媒。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 公開


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