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公開番号2024040693
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-26
出願番号2022145204
出願日2022-09-13
発明の名称膜電極接合体
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C25B 11/053 20210101AFI20240318BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】水素のクロスオーバーによる酸素中の水素濃度の増加を抑制することができる膜電極接合体を提供する。
【解決手段】カソード触媒層と、アノード触媒層と、電解質層と、中間層と、を有し、電解質層はカソード触媒層及びアノード触媒層の間に配置されており、中間層はアノード触媒層及び電解質層の間に配置されており、中間層は絶縁性の担体に担持された再結合触媒を含む、膜電極接合体である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
カソード触媒層と、アノード触媒層と、電解質層と、中間層と、を有し、
前記電解質層は前記カソード触媒層及び前記アノード触媒層の間に配置されており、
前記中間層は前記アノード触媒層及び前記電解質層の間に配置されており、
前記中間層は絶縁性の担体に担持された再結合触媒を含む、
膜電極接合体。
続きを表示（約 230 文字）【請求項２】
前記再結合触媒は白金又は白金合金であり、前記白金合金における合金元素はＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｗ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｓｉからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属元素である、請求項１に記載の膜電極接合体。
【請求項３】
前記担体は酸化錫、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化モリブデン、及び酸化タングステンからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属酸化物である、請求項１又は２に記載の膜電極接合体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は膜電極接合体に関し、詳しくは水電解用の膜電極接合体に関する
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＯ
２
フリーなエネルギー源として水素が注目されている。水素の製造方法としては、アルカリ水電解や、ＰＥＭ型水電解（ＰＥＭ：ＰｏｌｙｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＭｅｎｂｒａｎｅ）等がある。中でも、ＰＥＭ型水電解は高効率であるため、注目されている。
【０００３】
ところで、水電解の際、カソード触媒層（水素極触媒層）で生成した水素が電解質膜を透過して、アノード触媒層（酸素極触媒層）側へと移動するという、いわゆる水素のクロスオーバーが発生する。これにより、アノード触媒層で発生した酸素に水素が混合され、酸素中の水素濃度が高まる。そして、酸素中の水素濃度が約４％を超えると爆発につながる危険性がある。従って、水素のクロスオーバーによるアノード触媒層側の酸素中の水素濃度の増加を抑制する必要がある。
【０００４】
特許文献１、２には、ＰＥＭ型水電解用の膜電極接合体において、再結合触媒を用いてクロスオーバーによって移動した水素と酸素とを反応させることで、酸素中の水素濃度の増加を抑制する技術が開示されている。具体的には、次のとおりである。
【０００５】
特許文献１には、第１電解質膜と、第２電解質膜と、第１電解質膜と第２電解質膜の間に設けられ、複数のナノシート状触媒が間隙をもって積層された積層構造体を含むナノシート積層触媒層と、を具備する積層電解質膜が開示されている。特許文献１ではナノシート状触媒が再結合触媒として機能する。
【０００６】
特許文献２には、水電解槽における使用のための、第１の膜要素を含む第１の層であって、第１の膜要素がその第１の面上に配置されたカソード触媒層を有する、第１の層；第２の膜要素を含む第２の層であって、第２の膜要素がその第１の面上に配置されたアノード触媒層を有する、第２の層；及び第３の膜要素を含む、第１の層と第２の層との間に配置された中間層であって、第３の膜要素がその第１の面上に配置された再結合触媒層を有する、中間層；を含む積層構造を有する触媒コーティングされた膜が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１９－１６７６１９号公報
特表２０２０－５１４５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１、２に記載されているように、水電解用の膜電極接合体に再結合触媒を配置することにより、酸素中の水素濃度の増加の抑制が可能である。しかしながら、特許文献１、２の膜電極接合体の構成は複雑であり、繰り返し接合工程を要するため、作製の工程が多いことが課題である。そこで、発明者らは酸素極側の電解質層を取り除いたより簡素な構成の膜電極接合体を試作した。その結果、再結合触媒の水素濃度低減効果が弱まるという新たな課題が発生した。
【０００９】
そこで、本開示の目的は、簡単な構成の触媒層で水素のクロスオーバーによる酸素中の水素濃度の増加を抑制することができる膜電極接合体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示は上記課題を解決するための一つの態様として、カソード触媒層と、アノード触媒層と、電解質層と、中間層とを有し、電解質層はカソード触媒層及びアノード触媒層の間に配置されており、中間層はアノード触媒層及び電解質層の間に配置されており、中間層は絶縁性の担体に担持された再結合触媒を含む、膜電極接合体を提供する。
（【００１１】以降は省略されています）

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