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公開番号2024127510
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-20
出願番号2023036704
出願日2023-03-09
発明の名称燃料電池用電極触媒及びそれを備える固体高分子型燃料電池
出願人トヨタ自動車株式会社,株式会社キャタラー
代理人弁理士法人平木国際特許事務所
主分類H01M 4/96 20060101AFI20240912BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高活性及び高耐久を同時に有する燃料電池用電極触媒を提供する。
【解決手段】本発明は、カーボン担体と、該カーボン担体に担持されているPt又はPt合金からなる触媒金属粒子とを含む燃料電池用電極触媒であって、前記カーボン担体のBET比表面積、微細孔面積、及びラマン分光分析における1340cm^-1付近(Dバンド)及び1580cm^-1付近(Gバンド)ピークの強度比R値(=D/G)が特定されている電極触媒に関する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
カーボン担体と、該カーボン担体に担持されている白金（Ｐｔ）又はＰｔ合金からなる触媒金属粒子とを含む燃料電池用電極触媒であって、
前記カーボン担体では、
（ｉ）ＢＥＴ比表面積が６００ｍ
２
／ｇ～７４０ｍ
２
／ｇであり、
（ｉｉ）微細孔面積が１５ｍ
２
／ｇ～４０ｍ
２
／ｇであり、かつ
（ｉｉｉ）ラマン分光分析における１３４０ｃｍ
－１
付近（Ｄバンド）及び１５８０ｃｍ
－１
付近（Ｇバンド）ピークの強度比Ｒ値（＝Ｄ／Ｇ）が１．８以下である、
燃料電池用電極触媒。
続きを表示（約 170 文字）【請求項２】
アノード触媒層と、カソード触媒層と、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層との間に配置された固体高分子電解質膜とを有する膜電極接合体を備える固体高分子型燃料電池であって、
前記アノード触媒層及び／又はカソード触媒層の電極触媒が、請求項１に記載の燃料電池用電極触媒である
固体高分子型燃料電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用電極触媒及びそれを備える固体高分子型燃料電池に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池として固体高分子型燃料電池がエネルギー源として注目されている。固体高分子型燃料電池は、室温作動が可能であり、出力密度も高いため、自動車用途などに適した形態として、活発に研究されている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池では、一般に、電解質膜である固体高分子電解質膜の両面に、それぞれ、触媒層からなる電極（燃料極（アノード触媒層）及び空気極（カソード触媒層））を接合してなる膜電極接合体（「燃料極－固体高分子電解質膜－空気極」）（以下、「ＭＥＡ」ともいう）が使用される。また、ＭＥＡの両面には、さらにガス拡散層が接合されることもあり、これは、膜電極ガス拡散層接合体（「ガス拡散層－ＭＥＡ－ガス拡散層」）（以下、「ＭＥＧＡ」ともいう）と呼ばれる。
【０００４】
各電極は、触媒層から形成され、触媒層は、触媒層中に含まれる電極触媒によって電極反応をおこなわせるための層である。電極反応を進行させるためには、電解質、電極触媒及び反応ガスの三相が共存する三相界面が必要であることから、触媒層は、一般に、電極触媒と、電解質とを含む層からなっている。また、ガス拡散層は、触媒層への反応ガスの供給及び電子の授受をおこなうための層であり、多孔質かつ電子伝導性を有する材料が用いられる。
【０００５】
このような固体高分子型燃料電池に用いる電極触媒として、例えば、特許文献１には、（ｉ）一次金属又は一次金属を含む合金若しくは混合物と、（ｉｉ）一次金属又は一次金属を含む合金若しくは混合物用の導電性カーボン担体材料とを含む触媒において、カーボン担体材料が、（ａ）１００～６００ｍ
２
／ｇの比表面積（ＢＥＴ）を有し、（ｂ）１０～９０ｍ
２
／ｇの微細孔面積を有することを特徴とする触媒が開示されている。
【０００６】
特許文献２には、ポアを有する導電性担体と、前記導電性担体のポアに白金合金が担持される触媒と、を含み、前記触媒は、ポア直径と容積との関係をプロットしたときに、ポア直径２～６ｎｍの範囲におけるピーク値が１ｃｍ
３
／ｇを超え、かつＢＥＴ比表面積が１３００ｍ
２
／ｇである、燃料電池用カソード電極が開示されている。当該燃料電池用カソード電極では、前記導電性担体は、ラマン分光法による、１３４０ｃｍ
－１
付近（Ｄバンド）及び１５８０ｃｍ
－１
付近（Ｇバンド）ピークの強度比Ｒ値（＝Ｄ／Ｇ）が０．７よりも大きく、１．８よりも小さい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特表２０１４－５３４０５２号公報
国際公開第２０１３／１２９４１７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
長距離運転が想定される商用車向けの燃料電池車両（ＦＣＥＶ）を実現するために、高耐久性を有する電極触媒が求められている。同時に、積載可能範囲の観点からスタックの小型化、さらに高性能化（高活性化）も同時に求められている。しかしながら、性能と耐久性とは背反の関係であり、両立することは困難であった。
【０００９】
したがって、本発明は、高活性及び高耐久を同時に有する燃料電池用電極触媒を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
電極触媒の耐久性及び性能には、カーボン担体の比表面積が相関している。耐久性向上のためには、カーボン担体の比表面積を低減することが必要であり、一方で、性能向上のためには比表面積を増加させることが必要である。つまり、それぞれがトレードオフの関係になっているため、高性能かつ高耐久を両立することが困難である。したがって、従来では、耐久性に影響するカーボン担体の比表面積を抑制しつつ、性能を維持する物性範囲が提示されてきた。
（【００１１】以降は省略されています）

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