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公開番号2024121888
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-09
出願番号2023029104
出願日2023-02-28
発明の名称電気化学触媒、電気化学セル、および、電気化学セルのメンテナンス方法
出願人株式会社デンソー,株式会社豊田中央研究所
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類C25B 11/091 20210101AFI20240902BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】触媒活性の低下抑制による電気化学セルの性能向上を図ることが可能な電気化学触媒、これを用いた電気化学セル、電気化学セルのメンテナンス方法を提供する。
【解決手段】電気化学触媒1は、固体電解質2の表面に形成されており、ネットワーク構造11を有する。ネットワーク構造11は、nmオーダーの多数の金属粒子が連結している金属連結体110が、固体電解質2の表面の面内方向に網目状に発達した第1の領域111を含む。金属連結体110は、隣り合う金属粒子間に金属粒子を構成する金属とは異なる組成物からなる相を有する。電気化学セル3は、電気化学触媒1を有する。電気化学セルのメンテナンス方法は、電気化学セル3が使用に供されてなる使用済み電気化学セルを準備し、使用済み電気化学セルにおける電気化学触媒1に対して、一定時間、正負交互に電圧を印加し、使用によって生じた電気化学触媒1の熱劣化を回復させる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
固体電解質（２）の表面に形成された電気化学触媒（１）であって、
ナノメートルオーダーの多数の金属粒子が連結している金属連結体（１１０）が、上記固体電解質の表面の面内方向に網目状に発達した第１の領域（１１１）を含むネットワーク構造（１１）を有しており、
上記金属連結体は、
隣り合う上記金属粒子間に、上記金属粒子を構成する金属とは異なる組成物からなる相を有している、
電気化学触媒（１）。
続きを表示（約 730 文字）【請求項２】
上記ネットワーク構造は、
網目状に発達した上記第１の領域の上記金属連結体から上記固体電解質の表面の面外方向に上記金属連結体が立体的に発達した第２の領域（１１２）をさらに含む、
請求項１に記載の電気化学触媒。
【請求項３】
上記ネットワーク構造は、さらに、固体電解質粒子を含む、
請求項１または請求項２に記載の電気化学触媒。
【請求項４】
上記金属粒子の平均粒径が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、
請求項１または請求項２に記載の電気化学触媒。
【請求項５】
上記固体電解質粒子の平均粒径が１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である、
請求項３に記載の電気化学触媒。
【請求項６】
上記金属粒子を構成する金属は、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｆｅ、および、これらの合金からなる群より選択される少なくとも１種である、
請求項１または請求項２に記載の電気化学触媒。
【請求項７】
上記組成物は、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｎ、Ｈ、および、Ａｒからなる群より選択される少なくとも１種の元素を含む、
請求項１または請求項２に記載の電気化学触媒。
【請求項８】
請求項１または請求項２に記載の電気化学触媒を有する、電気化学セル（３）。
【請求項９】
請求項８に記載の電気化学セルが使用に供されてなる使用済み電気化学セルを準備し、
上記使用済み電気化学セルにおける上記電気化学触媒に対して、一定時間、正負交互に電圧を印加する、電気化学セルのメンテナンス方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学触媒、電気化学セル、および、電気化学セルのメンテナンス方法に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、固体酸化物形電解セル（Solid Oxide Electrochemical Cell：以下、ＳＯＥＣということがある。）や固体酸化物形燃料電池セル（Solid Oxide Fuel Cell：以下、ＳＯＦＣということがある。）、酸素センサなどの電気化学セルが知られている。これら電気化学セルでは、酸化物イオン伝導性を示す固体電解質の表面に形成された電気化学触媒が電極として使用されている。
【０００３】
先行する特許文献１には、固体電解質板の表面に形成された酸素センサ素子の電極として、貴金属領域と、固体電解質領域と、貴金属と固体電解質とが分布する混在領域と、空隙と、を有する電極に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１７－１５０９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固体電解質の表面に形成された電気化学触媒は、一般に、電子伝導や触媒活性を担う物質として金属粒子を含んでいる。この種の電気化学触媒は、例えば、製造工程において１０００℃以上の高温で処理されることがある。このような高温処理がなされると、熱拡散による金属粒子の凝集などの熱劣化により、電気化学触媒の微細構造が壊れ、その結果、電気化学触媒の触媒活性が低下し、電気化学セルの性能が低下する。
【０００６】
また、電気化学触媒の微細構造を初期状態で構築することができたとしても、電気化学セルや酸素センサの作動温度は、通常、８００℃付近の温度である。そのため、長時間の使用により凝集などの熱劣化が進み、電気化学触媒の触媒活性が低下し、電気化学セルの性能が低下する。
【０００７】
なお、従来技術は、通電処理により巨大な貴金属粒子の表面のみを微細化するものであり、電気化学セルの性能向上については改良の余地がある。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、触媒活性の低下抑制による電気化学セルの性能向上を図ることが可能な電気化学触媒、これを用いた電気化学セル、また、これを用いた電気化学セルのメンテナンス方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、
固体電解質（２）の表面に形成された電気化学触媒（１）であって、
ナノメートルオーダーの多数の金属粒子が連結している金属連結体（１１０）が、上記固体電解質の表面の面内方向に網目状に発達した第１の領域（１１１）を含むネットワーク構造（１１）を有しており、
上記金属連結体は、
隣り合う上記金属粒子間に、上記金属粒子を構成する金属とは異なる組成物からなる相を有している、
電気化学触媒（１）にある。
【００１０】
本発明の他の態様は、
上記電気化学触媒を有する、電気化学セル（３）にある。
（【００１１】以降は省略されています）

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