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公開番号2024148374
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-18
出願番号2023061468
出願日2023-04-05
発明の名称アノード触媒、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 11/081 20210101AFI20241010BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】高触媒活性と長寿命とが両立されたアノード触媒を提供する。
【解決手段】Aサイトイオンにアルカリ土類金属イオンと、Bサイトイオンに4価の金属イオン及びIrイオンと、を含むペロブスカイト型酸化物を含み、Aサイトイオンに含まれるアルカリ土類金属イオンが、CaイオンとSrイオン、CaイオンとBaイオン、又は、CaイオンとSrイオンとBaイオンを含み、Bサイトイオンに含まれる4価の金属イオンが、Zrイオン及び/又はTiイオンを含み、Bサイトイオンに含まれるIrイオンのモル濃度が35mol%以上であり、Aサイトイオンのイオン半径をr_A、Aサイトイオンに含まれる、アルカリ土類金属イオンのイオン半径をr_i、アルカリ土類金属イオンのモル濃度をm_i、Caイオンのイオン半径をr_caとした場合、下記の式で定義されるイオン半径差(r_A-r_Ca)が、0.0175Å～0.2616Åであるアノード触媒。
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【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と、Ｂサイトイオンに４価の金属イオン及びイリジウムイオンと、を含むペロブスカイト型構造を有する酸化物を含み、
前記Ａサイトイオンに含まれるアルカリ土類金属イオンが、カルシウムイオンとストロンチウムイオンとの組み合わせ、カルシウムイオンとバリウムイオンとの組み合わせ、又は、カルシウムイオンとストロンチウムイオンとバリウムイオンとの組み合わせを含み、
前記Ｂサイトイオンに含まれる前記４価の金属イオンが、ジルコニウムイオン及びチタンイオンから選ばれる少なくとも１種を含み、
前記Ｂサイトイオンに含まれる前記イリジウムイオンのモル濃度が、３５ｍｏｌ％以上であり、
前記Ａサイトイオンのイオン半径をｒ
Ａ
、並びに、前記Ａサイトイオンに含まれる、前記アルカリ土類金属イオンのイオン半径をｒ
ｉ
、前記アルカリ土類金属イオンのモル濃度をｍ
ｉ
、及び、前記カルシウムイオンのイオン半径をｒ
ｃａ
とした場合、下記の式で定義される前記Ａサイトイオンと前記カルシウムイオンのイオン半径差（ｒ
Ａ
－ｒ
Ｃａ
）が、０．０１７５Å～０．２６１６Åであるアノード触媒。
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2024148374000005.jpg
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続きを表示（約 310 文字）【請求項２】
前記イオン半径差（ｒ
Ａ
－ｒ
Ｃａ
）が、０．０４７４Å～０．２３１６Åである請求項１に記載のアノード触媒。
【請求項３】
前記イオン半径差（ｒ
Ａ
－ｒ
Ｃａ
）が、０．０６６８Å～０．２１２２Åである請求項１に記載のアノード触媒。
【請求項４】
アノードガス拡散層と、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のアノード触媒と、電解質膜と、カソード触媒と、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５】
請求項４に記載の水電解セルを複数積層させ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、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 1,400 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では、パラジウム（Ｐｄ）とルテニウム（Ｒｕ）を含むＰｄＲｕ固溶体ナノ粒子が開示され、このナノ粒子は、水電解反応用触媒として用いられることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０１８／１５９６４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ルテニウム、イリジ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が溶解し、短寿命化しやすい。
【０００７】
例えば、特許文献１のようなルテニウムを含む水電解反応用触媒では、ルテニウムが溶解し、触媒が短寿命化するおそれがある。
【０００８】
本開示の目的は、高触媒活性と長寿命とが両立されたアノード触媒、並びに、これ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＞Ａサイトイオンにアルカリ土類金属イオンと、Ｂサイトイオンに４価の金属イオン及びイリジウムイオンと、を含むペロブスカイト型構造を有する酸化物を含み、
上記Ａサイトイオンに含まれる上記アルカリ土類金属イオンが、カルシウムイオンとストロンチウムイオンとの組み合わせ、カルシウムイオンとバリウムイオンとの組み合わせ、又は、カルシウムイオンとストロンチウムイオンとバリウムイオンとの組み合わせを含み、
上記Ｂサイトイオンに含まれる上記４価の金属イオンが、ジルコニウムイオン及びチタンイオンから選ばれる少なくとも１種を含み、
上記Ｂサイトイオンに含まれる上記イリジウムイオンのモル濃度が、３５ｍｏｌ％以上であり、
上記Ａサイトイオンのイオン半径をｒ
Ａ
、並びに、上記Ａサイトイオンに含まれる、上記アルカリ土類金属イオンのイオン半径をｒ
ｉ
、上記アルカリ土類金属イオンのモル濃度をｍ
ｉ
、及び、上記カルシウムイオンのイオン半径をｒ
ｃａ
とした場合、下記の式で定義される上記Ａサイトイオンと上記カルシウムイオンのイオン半径差（ｒ
Ａ
－ｒ
Ｃａ
）が、０．０１７５Å～０．２６１６Åであるアノード触媒。
【００１０】
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（【００１１】以降は省略されています）

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