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公開番号2025124538
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-26
出願番号2024020661
出願日2024-02-14
発明の名称電極触媒層、及び、膜電極接合体
出願人TOPPANホールディングス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C25B 11/097 20210101AFI20250819BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】高い機械的高度、及び、高い電解性能を実現できる電極触媒層及び膜電極接合体を提供する。
【解決手段】電極触媒層は、触媒担持粒子と、高分子電解質と、被覆層を有する薄片化黒鉛と、を備える。薄片化黒鉛の被覆層は、ルイス塩基性官能基を含む高分子を含有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
触媒担持粒子と、高分子電解質と、被覆層を有する薄片化黒鉛と、を備え、
前記被覆層は、ルイス塩基性官能基を含む高分子を含有する、電極触媒層。
続きを表示（約 530 文字）【請求項２】
前記被覆層の前記高分子は、イミド構造、又は、アゾール構造を有する、請求項１に記載の電極触媒層。
【請求項３】
前記被覆層の前記高分子は、ベンゾアゾール構造を有する、請求項１に記載の電極触媒層。
【請求項４】
前記被覆層の前記高分子は、ポリベンゾイミダゾールである、請求項１に記載の電極触媒層。
【請求項５】
前記薄片化黒鉛のアスペクト比Ｌ／Ｄ（ただし、Ｌは前記薄片化黒鉛の長径、Ｄは前記薄片化黒鉛の短径）の算術平均値が１０～２００である、請求項１～４のいずれか一項に記載の電極触媒層。
【請求項６】
前記長径Ｌの算術平均値は１～２０μｍである、請求項５に記載の電極触媒層。
【請求項７】
電解セル用である、請求項１又は２に記載の電極触媒層。
【請求項８】
電解セルのカソード用である、請求項１又は２に記載の電極触媒層。
【請求項９】
高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟持するアノード側電極触媒層及びカソード側電極触媒層と、を備え、
前記カソード側電極触媒層は、請求項１又は２に記載の電極触媒層である、膜電極接合体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、水電解・有機ハイドライド合成向け電解セルに適する電極触媒層および膜電極接合体に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、カーボンニュートラルの達成に向けて様々な資源から生成できるＣＯ
２
フリーなエネルギーとしての水素を主要なエネルギーとして利用する動きが加速している。このような水素を製造する方法として、再生可能エネルギーを用いて水の電解を行う手法が有望視されている。水の電解を行う手法としては一般に、アルカリ水電解及び固体高分子電解質膜（ＰＥＭ：ＰｏｌｙｍｅｒＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＭｅｍｂｒａｎｅ）水電解が知られている。アルカリ水電解は大型化が容易であるが変動対応性に劣り、ＰＥＭ水電解は変動対応性に優れていて、再生可能エネルギーとの親和性が高いことから近年注目されている。
【０００３】
電解セルは一般に、一対の主電極と、一対の主電極の間に設けられる膜電極接合体とを備えており、膜電極接合体は、例えば水の電気分解であれば、プロトンや水酸化物イオンが伝導する固体高分子電解質膜と、電解質膜の一面上に設けられたアノード側電極触媒層と、電解質膜の反対面上に設けられたアノード側電極触媒層とを有する。
【０００４】
外部の電力をアノード側電極触媒層とカソード側電極触媒層に印加すると、それぞれの電極触媒層内の触媒上で水の電気分解反応が進み、アノードで酸素を、カソードで水素を生じる。
【０００５】
上記膜電極接合体は、固体高分子電解質膜の一面に、例えば塗布法を用いて電極触媒層を形成することにより得られる（例えば下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
国際公開第２０１７／１５９８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１に記載の膜電極接合体は、電極触媒層にクラックが発生する場合があり、クラックの発生抑制の点で改善の余地を有していた。クラックの発生は、触媒に対する水酸化物イオンと電子の移動を阻害し、水の電解性能を低下させる場合がある。
【０００８】
本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高い機械的高度、及び、高い電解性能を実現できる電極触媒層及び膜電極接合体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［１］触媒担持粒子と、高分子電解質と、被覆層を有する薄片化黒鉛と、を備え、前記被覆層は、ルイス塩基性官能基を含む高分子を含有する、電極触媒層。
［２］前記被覆層の前記高分子は、イミド構造、又は、アゾール構造を有する、［１］に記載の電極触媒層。
［３］前記被覆層の前記高分子は、ベンゾアゾール構造を有する、［１］に記載の電極触媒層。
［４］前記被覆層の前記高分子化合物は、ポリベンゾイミダゾールである、［１］に記載の電極触媒層。
［５］前記薄片化黒鉛のアスペクト比Ｌ／Ｄ（ただし、Ｌは前記薄片化黒鉛の長径、Ｄは前記薄片化黒鉛の短径）の算術平均値が１０～２００である、［１］～［４］のいずれか一項に記載の電極触媒層。
［６］前記長径Ｌの算術平均値は１μｍ以上２０μｍ以下の範囲内である、［５］に記載の電極触媒層。
［７］電解セル用である、［１］～［６］のいずれか一項に記載の電極触媒層。
［８］電解セルのカソード用である、［１］～［６］のいずれか一項に記載の電極触媒層。
［９］高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟持するアノード側電極触媒層及びカソード側電極触媒層と、を備え、前記カソード側電極触媒層は、［１］～［８］のいずれか一項に記載の電極触媒層である、膜電極接合体。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様の電極触媒層及び膜電極接合体によれば、高い機械的強度、及び、高い電解性能を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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