特許ウォッチ

公開番号2025148838
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-08
出願番号2024049160
出願日2024-03-26
発明の名称酸素還元電極及びその製造方法
出願人東ソー株式会社,田中貴金属工業株式会社
代理人弁理士法人T.S.パートナーズ
主分類C25B 11/032 20210101AFI20251001BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】高い白金担持率を有する白金担持カーボンを用いた場合であっても、白金の溶出を抑制することができる酸素還元電極を提供する。
【解決手段】本開示は、導電性基材と、導電性基材上に形成された、白金担持カーボン及び疎水性樹脂を含有する反応層とを備え、白金担持カーボンに含有される白金の結晶子径が3nm以上であり、かつ白金担持カーボンのBET比表面積が200m²/g以下である酸素還元電極である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
導電性基材と、該導電性基材上に形成された、白金担持カーボン及び疎水性樹脂を含有する反応層とを備え、
前記白金担持カーボンに含有される白金の結晶子径が３ｎｍ以上であり、かつ前記白金担持カーボンのＢＥＴ比表面積が２００ｍ
２
／ｇ以下である酸素還元電極。
続きを表示（約 450 文字）【請求項２】
前記白金担持カーボンの白金担持率が５９質量％以上である、請求項１に記載の酸素還元電極。
【請求項３】
前記導電性基材が多孔性導電性基材である、請求項１又は２に記載の酸素還元電極。
【請求項４】
前記多孔性導電性基材がカーボン繊維である、請求項３に記載の酸素還元電極。
【請求項５】
前記白金担持カーボンに含有される白金が白金単一金属である、請求項１又は２に記載の酸素還元電極。
【請求項６】
前記疎水性樹脂がフッ素系樹脂である、請求項１又は２に記載の酸素還元電極。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の酸素還元電極を製造する方法であって、
反応層用触媒インクを導電性基材上に塗布する塗布工程、
反応層用触媒インクを有する前記導電性基材を乾燥する乾燥工程、及び、
乾燥後の反応層の前駆体を有する前記導電性基材を、不活性ガス雰囲気で焼成する焼成工程を含む、酸素還元電極の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素還元電極及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
食塩電解工業では、従来、陽極に塩素発生電極、陰極に水素発生電極を用いていたが、近年、カーボンニュートラル推進に向けた省エネルギー化の手段として、陰極を酸素還元電極に置き換えた、いわゆるガス拡散型食塩電解が注目されている。ガス拡散型食塩電解では、酸素還元反応に伴う高い過電圧が発生するため、ガス拡散電極による電圧削減効果は、理論的には１．０Ｖ以上であるが、現状では０．７Ｖ程度に留まっている。ガス拡散型食塩電解の工業的な規模での実用化のため、酸素還元反応に伴う過電圧の更なる低減が検討されている。
【０００３】
酸素還元反応に伴う過電圧の低減技術として、白金又は銀を触媒として使用することが検討されている。例えば、特許文献１には、銀触媒及び銀－白金触媒を用いて電解電圧を低減することが可能な酸素ガス拡散陰極が開示されている。また、非特許文献１には、銀触媒と白金触媒を用いたガス拡散電極が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０１１／１０２３３１号
【非特許文献】
【０００５】
ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａＡｃｔａ、２０００、ｖｏｌ．４５、Ｉｓｓｕｅｓ２５、Ｐ．４２５１－４２５６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の酸素ガス拡散陰極を、食塩電解の稼働電流（通常４．０～８．０ｋＡ／ｍ
２
）に適用すると、酸素還元過電圧が高く、省エネルギー化の点では十分ではないという問題がある。一方、非特許文献１に記載の銀触媒と白金触媒を用いたガス拡散電極は、銀触媒のみを使用するガス拡散電極と比べ、酸素還元過電圧を低減できる。しかしながら、白金触媒を用いた陰極は、継続的な電解により白金が電解液中に溶出するため、触媒として利用可能な白金が減少し、長期間、安定して食塩電解することが難しい。
また、反応層に白金担持カーボンを用いた場合は、白金担持率が高いほど、白金触媒と電解液との接触面積が増大し、それに伴って電解液中に溶出する白金量も増大する。そのため、白金担持率の増大によって酸素還元過電圧の低減効果を高めることが難しいという問題、さらには、電解装置を長期間、安定して運転することが難しいという問題がある。
本開示は、高い白金担持率を有する白金担持カーボンを用いた場合であっても、白金の溶出を抑制することができる酸素還元電極及びその製造方法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】
【０００７】
本開示では、白金触媒を用いたガス拡散型食塩電解において、陰極の白金触媒の物性が、食塩電解中の白金の溶出に顕著に影響を与えることに着目した。さらに、白金をカーボンに担持した白金担持カーボンを、ガス拡散型食塩電解の白金触媒として用いた場合、白金の溶出に特に影響を与える物性を見出し、この物性を制御することにより、上記課題が解決されることを見出した。
すなわち、本発明は特許請求の範囲に記載のとおりであり、また、本開示の要旨は以下のとおりである。
【０００８】
［１］導電性基材と、該導電性基材上に形成された、白金担持カーボン及び疎水性樹脂を含有する反応層とを備え、前記白金担持カーボンに含有される白金の結晶子径が３ｎｍ以上であり、かつ前記白金担持カーボンのＢＥＴ比表面積が２００ｍ
２
／ｇ以下である酸素還元電極。
［２］前記白金担持カーボンの白金担持率が５９質量％以上である上記［１］に記載の酸素還元電極。
［３］前記導電性基材が多孔性導電性基材である、上記［１］又は［２］に記載の酸素還元電極。
［４］前記多孔性導電性基材がカーボン繊維である、上記［３］に記載の酸素還元電極。
［５］前記白金担持カーボンに含有される白金が白金単一金属である、上記［１］乃至［４］のいずれかに記載の酸素還元電極。
［６］前記疎水性樹脂がフッ素系樹脂である、上記［１］乃至［５］のいずれかに記載の酸素還元電極。
［７］上記［１］乃至［５］のいずれかに記載の酸素還元電極を製造する方法であって、反応層用触媒インクを導電性基材上に塗布する塗布工程、反応層用触媒インクを有する前記導電性基材を乾燥する乾燥工程、及び、乾燥後の反応層の前駆体を有する前記導電性基材を、不活性ガス雰囲気で焼成する焼成工程を含む、酸素還元電極の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、高い白金担持率を有する白金担持カーボンを用いた場合であっても、白金の溶出を抑制することができる酸素還元電極を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示について、その実施形態の一例を示して説明する。なお、本開示には、本明細書に開示した構成及び数値の任意の組合せ、並びに、本明細書で開示した数値の上限及び下限の任意の組合せによる範囲を含むものとする。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許