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公開番号2024072199
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-27
出願番号2022182922
出願日2022-11-15
発明の名称水電解セル、及び水電解セルスタック
出願人東京瓦斯株式会社
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類C25B 11/093 20210101AFI20240520BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】高い触媒活性を示しかつ安定した触媒活性を持続できるアノード触媒層の提供。
【解決手段】Aサイトイオンにアルカリ土類金属イオンを含み、Bサイトイオンにイリジウムイオン及びルテニウムイオンからなる群より選択される少なくとも1種と金属イオンとを含む、ペロブスカイト型構造を有する酸化物触媒と、アイオノマーと、を含むアノード触媒層。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
Ａサイトイオンにアルカリ土類金属イオンを含み、Ｂサイトイオンにイリジウムイオン及びルテニウムイオンからなる群より選択される少なくとも１種と金属イオン（但し、イリジウムイオン及びルテニウムイオンを除く）とを含む、ペロブスカイト型構造を有する酸化物触媒と、
アイオノマーと、
を含むアノード触媒層。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
前記アイオノマーの含有量（Ｘ）と、前記Ｂサイトイオンに含まれる前記イリジウムイオン及びルテニウムイオンの合計含有量（Ｙ）と、の質量比の対数値（ｌｏｇ（Ｘ／Ｙ））が－０．８６０～０．０６０である、請求項１に記載のアノード触媒層。
【請求項３】
前記アイオノマーの含有量（Ｘ）と、前記Ｂサイトイオンに含まれる前記イリジウムイオン及びルテニウムイオンの合計含有量（Ｙ）と、の質量比の対数値（ｌｏｇ（Ｘ／Ｙ））が－０．６２０～－０．０９０である、請求項２に記載のアノード触媒層。
【請求項４】
前記アイオノマーの含有量（Ｘ）と、前記Ｂサイトイオンに含まれる前記イリジウムイオン及びルテニウムイオンの合計含有量（Ｙ）と、の質量比の対数値（ｌｏｇ（Ｘ／Ｙ））が－０．５００～－０．１８０である、請求項３に記載のアノード触媒層。
【請求項５】
前記アルカリ土類金属イオンとして、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、及びバリウムイオンからなる群より選択される少なくとも１種を含み、
前記金属イオンとして、チタンイオン、ジルコニウムイオン、及びスズイオンからなる群より選択される少なくとも１種を含み、
前記Ｂサイトイオンにおける前記イリジウムイオン及びルテニウムイオンの合計モル濃度が５ｍｏｌ％以上６７ｍｏｌ％以下である、請求項１に記載のアノード触媒層。
【請求項６】
前記アルカリ土類金属イオンとして、ストロンチウムイオンを含み、前記金属イオンとして、チタンイオンを含む、請求項１に記載のアノード触媒層。
【請求項７】
前記アルカリ土類金属イオンとして、ストロンチウムイオンを含み、前記金属イオンとしてジルコニウムイオンを含む、請求項１に記載のアノード触媒層。
【請求項８】
前記アイオノマーが、パーフルオロスルホン酸基を含む、請求項１に記載のアノード触媒層。
【請求項９】
アノードガス拡散層と、請求項１に記載のアノード触媒層と、電解質膜と、カソード触媒層と、カソードガス拡散層と、セパレータと、を備える水電解セル。
【請求項１０】
請求項９に記載の水電解セルが積層された水電解セルスタック。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、アノード触媒層、水電解セル、及び水電解セルスタックに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
水の電気分解（以下、「水電解」という場合がある。）は、電気分解によって水から水素及び酸素を生成する方法である。例えば、エネルギー源として水素を利用する技術において、水電解は、持続可能な水素生成のための有望な技術である。
【０００３】
水電解に用いる水電解セルは、アノードセパレータ、アノードガス拡散層、アノード触媒、電解質膜、カソード触媒、カソードガス拡散層、カソードセパレータ等を備えている。アノード触媒及びカソード触媒については、水電解に適した触媒が検討されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ナノ構造化ウィスカーの上に、少なくとも１つの層を含む酸素発生反応電解触媒を有し、前記酸素発生反応電解触媒のいずれの層も、各層のカチオン及び元素金属の総計含有量に対して、少なくとも９５原子パーセントのＩｒ及び５原子パーセント以下のＰｔを全体で含む、ナノ構造化ウィスカーを含む酸素発生反応電極が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特表２０１８－５１９４２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
イリジウム、ルテニウム等のアノード活性を有する元素を含むアノード触媒は高い触媒活性を有する。しかし、アノード触媒は水電解中に強酸化雰囲気に晒されるため、例えば、ルテニウム、イリジウム等の元素は溶解しやすく、当該元素を含むアノード触媒は不安定化しやすい。
【０００７】
例えば、特許文献１のようなイリジウムを含む触媒ではイリジウムが溶解しやすく、当該触媒は不安定化するおそれがある。
【０００８】
本開示の目的は、高い触媒活性を示し、かつ安定した触媒活性を持続できるアノード触媒層、並びに、このアノード触媒層を含む水電解セル及び水電解セルスタックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、以下の態様を含む。
＜１＞
トイオンにアルカリ土類金属イオンを含み、Ｂサイトイオンにイリジウムイオン及びルテニウムイオンからなる群より選択される少なくとも１種と金属イオン（但し、イリジウムイオン及びルテニウムイオンを除く）とを含む、ペロブスカイト型構造を有する酸化物触媒と、
アイオノマーと、
を含むアノード触媒層。
＜２＞
前記アイオノマーの含有量（Ｘ）と、前記Ｂサイトイオンに含まれる前記イリジウムイオン及びルテニウムイオンの合計含有量（Ｙ）と、の質量比の対数値（ｌｏｇ（Ｘ／Ｙ））が－０．８６０～０．０６０である、＜１＞に記載のアノード触媒層。
＜３＞
前記アイオノマーの含有量（Ｘ）と、前記Ｂサイトイオンに含まれる前記イリジウムイオン及びルテニウムイオンの合計含有量（Ｙ）と、の質量比の対数値（ｌｏｇ（Ｘ／Ｙ））が－０．６２０～－０．０９０である、＜２＞に記載のアノード触媒層。
＜４＞
前記アイオノマーの含有量（Ｘ）と、前記Ｂサイトイオンに含まれる前記イリジウムイオン及びルテニウムイオンの合計含有量（Ｙ）と、の質量比の対数値（ｌｏｇ（Ｘ／Ｙ））が－０．５００～－０．１８０である、＜３＞に記載のアノード触媒層。
＜５＞
前記アルカリ土類金属イオンとして、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、及びバリウムイオンからなる群より選択される少なくとも１種を含み、
前記金属イオンとして、チタンイオン、ジルコニウムイオン、及びスズイオンからなる群より選択される少なくとも１種を含み、
前記Ｂサイトイオンにおける前記イリジウムイオン及びルテニウムイオンの合計モル濃度が５ｍｏｌ％以上６７ｍｏｌ％以下である、＜１＞～＜４＞のいずれか１項に記載のアノード触媒層。
＜６＞
前記アルカリ土類金属イオンとして、ストロンチウムイオンを含み、前記金属イオンとして、チタンイオンを含む、＜１＞～＜５＞のいずれか１項に記載のアノード触媒層。
＜７＞
前記アルカリ土類金属イオンとして、ストロンチウムイオンを含み、前記金属イオンとしてジルコニウムイオンを含む、＜１＞～＜５＞のいずれか１項に記載のアノード触媒層。
＜８＞
前記アイオノマーが、パーフルオロスルホン酸基を含む、＜１＞～＜７＞のいずれか１項に記載のアノード触媒層。
＜９＞
アノードガス拡散層と、＜１＞～＜８＞のいずれか１項に記載のアノード触媒層と、電解質膜と、カソード触媒層と、カソードガス拡散層と、セパレータと、を備える水電解セル。
＜１０＞
＜９＞に記載の水電解セルが積層された水電解セルスタック。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、高い触媒活性を示し、かつ安定した触媒活性を持続できるアノード触媒層、並びに、このアノード触媒層を含む水電解セル及び水電解セルスタックが提供される。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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