JP2019075305A - Electrode carrier material and manufacturing method thereof, electrode material, electrode, and solid polymer fuel cell - Google Patents

Electrode carrier material and manufacturing method thereof, electrode material, electrode, and solid polymer fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2019075305A
JP2019075305A JP2017201181A JP2017201181A JP2019075305A JP 2019075305 A JP2019075305 A JP 2019075305A JP 2017201181 A JP2017201181 A JP 2017201181A JP 2017201181 A JP2017201181 A JP 2017201181A JP 2019075305 A JP2019075305 A JP 2019075305A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
titanium
silica
carrier material
titanium oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017201181A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
顕光 石原
Akimitsu Ishihara
顕光 石原
永炳 馬
Yong Bing Ma
永炳 馬
重徳 光島
Shigenori Mitsushima
重徳 光島
幸一 松澤
Koichi Matsuzawa
幸一 松澤
義之 黒田
Yoshiyuki Kuroda
義之 黒田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokohama National University NUC
Original Assignee
Yokohama National University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokohama National University NUC filed Critical Yokohama National University NUC
Priority to JP2017201181A priority Critical patent/JP2019075305A/en
Publication of JP2019075305A publication Critical patent/JP2019075305A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

To provide an electrode carrier material that is excellent in durability and in which the ORR activity of the electrode is not easily reduced, and a manufacturing method thereof.SOLUTION: An electrode carrier material according to the present disclosure is formed of burr-like titanium suboxide. Further, a manufacturing method of the electrode carrier material according to the present disclosure includes a step of obtaining a burr-like titanium oxide, a step of coating the burr-like titanium oxide with silica, a step of reducing the burr-like titanium dioxide coated with silica and a step of removing the silica to obtain a burr-like titanium suboxide.SELECTED DRAWING: None

Description

本開示は、電極用担体材料及びその製造方法、電極材料、電極、並びに固体高分子形燃料電池に関する。   The present disclosure relates to a carrier material for an electrode and a method for producing the same, an electrode material, an electrode, and a polymer electrolyte fuel cell.

燃料電池は、水素、アルコールなどの燃料を酸素と電気化学的に反応させて電力を発生させる装置であり、電解質、作動温度などにより、固体高分子形燃料電池(PEFC)、リン酸形燃料電池(PAFC)、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)、固体酸化物形燃料電池(SOFC)などに分類される。その中でもPEFCは、イオン電導性を有する高分子膜(イオン交換膜)を電解質として用いる燃料電池であり、カーボン担体上に白金を担持した材料が電極材料として一般に用いられている(例えば、特許文献1)。   A fuel cell is a device that generates electric power by electrochemically reacting a fuel such as hydrogen or alcohol with oxygen to generate a polymer electrolyte fuel cell (PEFC), a phosphoric acid fuel cell or the like depending on the electrolyte, operating temperature, etc. (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC) and the like. Among them, PEFC is a fuel cell using a polymer membrane (ion exchange membrane) having ion conductivity as an electrolyte, and a material in which platinum is supported on a carbon carrier is generally used as an electrode material (for example, patent documents 1).

特開2012-17490号公報JP, 2012-17490, A

しかしながら、カーボン担体上に白金を担持した材料は、運転サイクル中(例えば、高電位で使用された場合)に、白金によってカーボン担体の酸化反応が進行するため、カーボン担体が腐食し易い。また、カーボン担体上に白金を担持した材料は、固体高分子形燃料電池の空気極(カソード)に用いた場合、過酷な環境(酸性及び酸化性雰囲気)にさらされるため、カーボン担体の腐食が特に進行し易い傾向にある。そして、カーボン担体が腐食すると、カーボン担体から白金が脱落したり、白金の凝集又は焼結が生じたりするため、反応表面積が減少してORR活性(酸素還元反応活性)が低下してしまう。このようにカーボン担体は、耐久性が乏しいという問題があり、カーボン担体に代わる電極用担体材料の開発が必要とされていた。   However, in a material in which platinum is supported on a carbon support (e.g., when it is used at a high potential), the carbon support is susceptible to corrosion because the oxidation reaction of the carbon support proceeds with platinum. In addition, since a material in which platinum is supported on a carbon support is used in the air electrode (cathode) of a polymer electrolyte fuel cell, it is exposed to severe environments (acidic and oxidizing atmospheres), and therefore corrosion of the carbon support is It tends to be particularly easy to progress. Then, when the carbon support is corroded, platinum is detached from the carbon support, or aggregation or sintering of platinum occurs, so that the reaction surface area is reduced and the ORR activity (oxygen reduction reaction activity) is reduced. Thus, the carbon support has a problem that the durability is poor, and development of a support material for an electrode that replaces the carbon support has been required.

本開示は、上記の問題を解決するためになされたものであり、耐久性に優れ、ORR活性が低下し難い電極を作製可能な電極用担体材料及びその製造方法、並びに電極材料を提供することを目的とする。
また、本開示は、耐久性に優れ、ORR活性が低下し難い電極、及び当該電極を有する固体高分子形燃料電池を提供することを目的とする。
The present disclosure has been made to solve the above problems, and provides an electrode carrier material capable of producing an electrode excellent in durability and difficult to reduce the ORR activity, a method of manufacturing the same, and an electrode material. With the goal.
Another object of the present disclosure is to provide an electrode excellent in durability and difficult to reduce ORR activity, and a polymer electrolyte fuel cell having the electrode.

本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を行った結果、イガグリ状の亜酸化チタンが電極用担体材料として用いるのに適した特性を有していることを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention conducted intensive studies to solve the above problems, and as a result, found that igagli-like titanium suboxide had properties suitable for use as a carrier material for electrodes, and the present invention It came to complete.

すなわち、本開示は、イガグリ状の亜酸化チタンから形成される電極用担体材料に関する。
また、本開示は、イガグリ状の酸化チタンを得る工程と、前記イガグリ状の酸化チタンをシリカで被覆する工程と、前記シリカで被覆された前記イガグリ状の酸化チタンを還元処理する工程と、前記シリカを除去してイガグリ状の亜酸化チタンを得る工程とを含む、電極用担体材料の製造方法に関する。
That is, the present disclosure relates to a support material for an electrode formed from titanium suboxide in the form of a gore.
In the present disclosure, a step of obtaining titanium oxide in the form of igaguri, a step of coating the titanium oxide in the form of igagri with silica, a step of reducing the titanium oxide in the form of igagri coated with the silica, and And C. removing the silica to obtain non-greasy titanium suboxide.

また、本開示は、前記電極用担体材料と、前記電極用担体材料に担持された貴金属とを含む電極材料に関する。
また、本開示は、前記電極材料を含む触媒層を有する電極に関する。
さらに、本開示は、前記電極を有する固体高分子形燃料電池に関する。
In addition, the present disclosure relates to an electrode material including the electrode carrier material and a noble metal supported on the electrode carrier material.
The present disclosure also relates to an electrode having a catalyst layer containing the electrode material.
Furthermore, the present disclosure relates to a polymer electrolyte fuel cell having the electrode.

本開示によれば、耐久性に優れ、ORR活性が低下し難い電極を作製可能な電極用担体材料及びその製造方法、並びに電極材料を提供することができる。
また、本開示によれば、耐久性に優れ、ORR活性が低下し難い電極、及び当該電極を有する固体高分子形燃料電池を提供することができる。
According to the present disclosure, it is possible to provide a carrier material for an electrode capable of producing an electrode having excellent durability and in which the ORR activity is unlikely to be reduced, a method for producing the same, and an electrode material.
Further, according to the present disclosure, it is possible to provide an electrode which is excellent in durability and in which the ORR activity does not easily decrease, and a polymer electrolyte fuel cell having the electrode.

本開示の電極用担体材料に用いられるイガグリ状の亜酸化チタンの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a red iron-like titanium suboxide used for the electrode carrier material of the present disclosure. 実施例1で製造した亜酸化チタン及びその製造途中に得られた生成物のFE−SEM像である。It is a FE-SEM image of the titanium suboxide manufactured in Example 1, and the product obtained in the middle of the manufacture. 実施例1で製造した亜酸化チタン及びその製造途中に得られた酸化チタンのX線回折パターンである。It is a X-ray-diffraction pattern of the titanium suboxide manufactured in Example 1, and the titanium oxide obtained in the middle of the manufacture. 実施例1及び比較例1における、加速耐久試験前及び起動停止模擬電位サイクルを5000回行った後の分極曲線(電流−電位曲線)である。It is a polarization curve (current-potential curve) in Example 1 and comparative example 1 before an acceleration endurance test, and after performing 5000 start-and-stop imitation cycle cycles. 実施例1及び比較例1における、加速耐久試験のサイクル数と電圧が0.8Vの時の電流との関係を示すグラフである。It is a graph in Example 1 and Comparative Example 1 which shows the relationship between the cycle number of an accelerated endurance test, and the electric current when voltage is 0.8V. 実施例1及び比較例1の作用電極のTEM像である。It is a TEM image of the working electrode of Example 1 and Comparative Example 1. 実施例1及び比較例1における、加速耐久試験の前及び加速耐久試験の所定のサイクル後のECSAを示すグラフである。It is a graph which shows ECSA before an accelerated endurance test in Example 1 and comparative example 1, and after a predetermined cycle of an accelerated endurance test.

(電極用担体材料及びその製造方法)
図1は、本開示の電極用担体材料に用いられるイガグリ状の亜酸化チタン1の断面図を示す。
ここで、本明細書において「イガグリ状」は、棘状の突起物で包まれた形状のことを意味する。具体的には、図1に示されるように、核部2と、核部2から放射状に伸びた突起部3とを有する形状のことを意味する。また、「亜酸化チタン1」とは、酸素原子とチタン原子とで構成される連続した結晶構造において、一部の酸素が脱離したチタンの酸化物のことを意味する。
(Carrier material for electrode and method for producing the same)
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a red iron like titanium suboxide 1 used for the electrode carrier material of the present disclosure.
Here, in the present specification, the term "unguri-like" means a shape wrapped in a bowl-like protrusion. Specifically, as shown in FIG. 1, it means a shape having a core 2 and protrusions 3 radially extending from the core 2. Further, "titanium suboxide 1" means an oxide of titanium from which a part of oxygen is eliminated in a continuous crystal structure composed of oxygen atoms and titanium atoms.

核部2の形状は、特に限定されず、図1に示す球状以外の構造(例えば、楕円体など)であってもよい。
突起部3の形状は、特に限定されず、図1に示す円錐状以外の構造(例えば、円柱状など)であってもよい。また、放射状に延びた突起部3の先端は、必ずしも尖っている必要はなく、円弧状、平面状などの他の形状であってもよい。
The shape of the core portion 2 is not particularly limited, and may be a structure other than the spherical shape (for example, an ellipsoid etc.) shown in FIG.
The shape of the protrusion 3 is not particularly limited, and may be a structure (for example, a cylindrical shape) other than the conical shape shown in FIG. 1. In addition, the tip of the radially extending protrusion 3 does not have to be sharp, and may have another shape such as an arc shape or a planar shape.

突起部3の平均高さは、特に限定されないが、好ましくは5〜100nm、より好ましくは10〜80nmである。突起部3の平均高さが上記の範囲であれば、電極の耐久性が向上し易くなるため、ORR活性が低下し難くなる。
ここで、本明細書において「突起部3の平均高さ」とは、亜酸化チタン1の表面をTEM(透過型電子顕微鏡)で観察し、そのTEM像から測定される突起部3の高さの平均値のことを意味する。この平均値は、10箇所以上の突起部3の高さから算出することが好ましい。また、「突起部3の高さ」とは、核部2から突起部3の頂点までの高さを意味する。
The average height of the protrusions 3 is not particularly limited, but is preferably 5 to 100 nm, more preferably 10 to 80 nm. If the average height of the protrusions 3 is in the above range, the durability of the electrode is likely to be improved, and the ORR activity is less likely to be reduced.
Here, in the present specification, the “average height of the protrusions 3” refers to the height of the protrusions 3 measured from the TEM image of the surface of the titanium suboxide 1 observed by TEM (transmission electron microscope) Means the average value of It is preferable to calculate this average value from the heights of ten or more protrusions 3. Further, “the height of the protrusion 3” means the height from the core 2 to the top of the protrusion 3.

突起部3の平均幅は、特に限定されないが、好ましくは1〜50nm、より好ましくは3〜30nmである。突起部3の平均幅が上記の範囲であれば、電極の耐久性が向上し易くなるため、ORR活性が低下し難くなる。
ここで、本明細書において「突起部3の平均幅」とは、亜酸化チタン1の表面をTEM(透過型電子顕微鏡)で観察し、そのTEM像から測定される突起部3の幅の平均値のことを意味する。この平均値は、10箇所以上の突起部3の幅から算出することが好ましい。また、「突起部3の幅」とは、突起部3の高さの半分の位置での幅のことを意味する。
The average width of the protrusions 3 is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 nm, more preferably 3 to 30 nm. If the average width of the protrusions 3 is in the above range, the durability of the electrode is likely to be improved, and the ORR activity is less likely to be reduced.
Here, in the present specification, the “average width of the projections 3” refers to the average of the widths of the projections 3 measured from the TEM image of the surface of the titanium suboxide 1 observed with a TEM (transmission electron microscope) It means the value. The average value is preferably calculated from the width of ten or more protrusions 3. Further, “the width of the protrusion 3” means the width at a half position of the height of the protrusion 3.

亜酸化チタン1の組成は、特に限定されないが、一般に、Tin2n-1(式中、nは2〜10、より好ましくは2〜8の数を表す)によって表すことができる。その中でも亜酸化チタン1は、Ti47、Ti59又はそれらの混合物であることが好ましい。このような亜酸化チタン1であれば、電極の耐久性が向上し易くなるため、ORR活性が低下し難くなる。 The composition of the titanium suboxide 1 is not particularly limited, in general, (wherein, n 2-10, more preferably a number of 2~8) Ti n O 2n-1 can be represented by. Among them, titanium suboxide 1 is preferably Ti 4 O 7 , Ti 5 O 9 or a mixture thereof. With such titanium suboxide 1, the durability of the electrode is likely to be improved, so the ORR activity is unlikely to be reduced.

亜酸化チタン1のBET比表面積は、特に限定されないが、好ましくは10m2/g以上、より好ましくは20m2/g超過、さらに好ましくは25m2/g以上、最も好ましくは30m2/g以上である。亜酸化チタン1のBET比表面積が上記範囲であれば、電極の耐久性が向上し易いと共にORR活性が低下し難くなる。なお、BET比表面積は、市販の測定装置を用いて測定することができる。 BET specific surface area of titanium suboxides 1 is not particularly limited, preferably 10 m 2 / g or more, more preferably 20 m 2 / g excess, more preferably at 25m 2 / g or more and most preferably 30 m 2 / g or more is there. If the BET specific surface area of titanium suboxide 1 is in the above range, the durability of the electrode is likely to be improved and the ORR activity is unlikely to be reduced. The BET specific surface area can be measured using a commercially available measuring device.

亜酸化チタン1の平均粒径は、特に限定されないが、好ましくは0.1〜10μm、より好ましくは0.1〜8μm、さらに好ましくは0.1〜5μmである。亜酸化チタン1の平均粒径が上記範囲であれば、電極の耐久性が向上し易くなるため、ORR活性が低下し難くなる。
ここで、本明細書において「亜酸化チタン1の平均粒径」とは、亜酸化チタン1をFE−SEM(電界放出形走査電子顕微鏡)で観察し、そのSEM像から測定される粒径の平均値のことを意味する。この平均値は、10個以上の亜酸化チタン1の粒径から算出することが好ましい。
The average particle size of titanium suboxide 1 is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10 μm, more preferably 0.1 to 8 μm, and still more preferably 0.1 to 5 μm. If the average particle diameter of titanium suboxide 1 is in the above range, the durability of the electrode is likely to be improved, and the ORR activity is unlikely to be reduced.
Here, in the present specification, the “average particle diameter of titanium suboxide 1” refers to the particle diameter of titanium suboxide 1 observed by FE-SEM (field emission scanning electron microscope) and measured from its SEM image. It means the average value. It is preferable to calculate this average value from the particle size of ten or more titanium suboxides 1.

上記のような特徴を有するイガグリ状の亜酸化チタン1は、イガグリ状の酸化チタンを得る工程(第1工程)と、イガグリ状の酸化チタンをシリカで被覆する工程(第2工程)と、シリカで被覆されたイガグリ状の酸化チタンを還元処理する工程(第3工程)と、シリカを除去してイガグリ状の亜酸化チタン1を得る工程(第4工程)とを含む方法によって製造することができる。この方法によれば、イガグリ状の酸化チタンをシリカで被覆した後に還元処理を行うことにより、イガグリ状の酸化チタンの焼結を抑制することができるため、電極用担体材料として用いるのに適したイガグリ状の亜酸化チタン1を得ることができる。   The iagori-like titanium suboxide 1 having the above-mentioned characteristics is provided with a step (first step) of obtaining an iagari-like titanium oxide, a step of coating the igagli-like titanium oxide with silica (a second step), and silica Manufacturing by a method including a step of reducing (S3) a reduction treatment of titanium oxide coated like in (a), and a step (a fourth step) of obtaining a titanium suboxide 1 in the shape of a sinter by removing silica it can. According to this method, it is possible to suppress sintering of the titanium oxide in the form of igagiri by covering the titanium oxide in the form of igagri with silica followed by reduction treatment, so that it is suitable for use as a carrier material for an electrode It is possible to obtain a titanium suboxide 1 in the form of raguri.

第1工程において、イガグリ状の酸化チタンを得る方法としては、特に限定されず、公知の方法(Jing Sun外2名、「Synthesizing and Comparing the Photocatalytic Properties of High Surface Area Rutile and Anatase Titania Nanoparticles」、Journal of the American Ceramic Society、第86巻、第10号、第1677〜1682頁、2003年)に準じて行うことができる。具体的には、湿式化学法、例えば、四塩化チタンの水溶液を原料として用いた加水分解反応によってイガグリ状の酸化チタンを得ることができる。   There is no particular limitation on the method of obtaining titanium oxide in the first step, which is not particularly limited, and a known method (2 persons from Jing Sun, "Synthesizing and Comparing the Photocatalytic Properties of High Surface Area Rutile and Anatase Nanoparticles", Journal 86, No. 10, pages 1677 to 1682 (2003)). Specifically, a wet chemical method, for example, a hydrolysis reaction using an aqueous solution of titanium tetrachloride as a raw material can obtain a red oxide like titanium oxide.

第2工程において、イガグリ状の酸化チタンをシリカで被覆する方法としては、特に限定されず、公知の方法に準じて行うことができる。例えば、シリカ源であるアルコキシシラン、水、アルカリ及び有機溶媒を含む混合物にイガグリ状の酸化チタンを加えて混合した後、乾燥させればよい。
アルコキシシランとしては、特に限定されず、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラn−プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラn−ブトキシシランなどのテトラアルコキシシランを用いることができる。これらは、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
There is no particular limitation on the method of coating the raguri titanium oxide with silica in the second step, and it can be carried out according to a known method. For example, titanium oxide in the form of rags may be added to and mixed with a mixture containing an alkoxysilane which is a silica source, water, an alkali and an organic solvent, and then dried.
The alkoxysilane is not particularly limited, and tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra n-propoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetra n-butoxysilane and the like can be used. These can be used alone or in combination of two or more.

アルカリとしては、特に限定されないが、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機アルカリ類;炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどの無機アルカリ塩類;モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ピリジン、アニリン、コリン、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、グアニジンなどの有機アルカリ類;蟻酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、蟻酸モノメチルアミン、酢酸ジメチルアミン、乳酸ピリジン、グアニジノ酢酸、酢酸アニリンなどの有機酸アルカリ塩を用いることができる。これらは、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   Examples of the alkali include, but are not limited to, inorganic alkalis such as ammonia, sodium hydroxide and potassium hydroxide; inorganic alkali salts such as ammonium carbonate, ammonium hydrogencarbonate, sodium carbonate and sodium hydrogencarbonate; monomethylamine, dimethylamine and trimethylamine , Monoethylamine, diethylamine, triethylamine, pyridine, aniline, choline, tetramethyl ammonium hydroxide, organic alkalis such as guanidine; ammonium formate, ammonium acetate, ammonium monoformate formate, dimethylamine acetate, pyridine pyridine, guanidinoacetate, aniline acetate etc Organic acid alkali salts of These can be used alone or in combination of two or more.

有機溶媒としては、特に限定されないが、メタノール、エタノール、プロパノール、ペンタノールなどのアルコール類;テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンなどのエーテル・アセタール類;アセトアルデヒドなどのアルデヒド類;アセトン、ジアセトンアルコール、メチルエチルケトンなどのケトン類;エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコールなどの多価アルコール誘導体を用いることができる。これらは、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   The organic solvent is not particularly limited, but alcohols such as methanol, ethanol, propanol and pentanol; ethers and acetals such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane; aldehydes such as acetaldehyde; acetone, diacetone alcohol and methyl ethyl ketone And ketones; polyhydric alcohol derivatives such as ethylene glycol, propylene glycol and diethylene glycol can be used. These can be used alone or in combination of two or more.

イガグリ状の酸化チタンは、表面全体がシリカで完全に被覆されていることが好ましい。このように被覆することにより、還元処理を行う際に、イガグリ状の酸化チタン同士の焼結を抑制する効果が高くなる。
イガグリ状の酸化チタンのシリカによる被覆状態は、アルコキシシランの使用量を調整することによって制御することができる。なお、アルコキシシランの使用量は、イガグリ状の酸化チタンの量及び大きさ、アルコキシシランの種類などに応じて適宜調整すればよい。
It is preferable that the entire surface of the titanium oxide-like titanium oxide is completely covered with silica. By performing coating in this manner, the effect of suppressing sintering of titanium oxide-like titanium oxide when the reduction treatment is performed is enhanced.
The coated state of titanium oxide like silica gel with silica can be controlled by adjusting the amount of alkoxysilane used. The amount of the alkoxysilane to be used may be appropriately adjusted according to the amount and size of the titanium oxide in the form of gogari, the type of the alkoxysilane, and the like.

第3工程において、シリカで被覆されたイガグリ状の酸化チタンを還元する方法としては、特に限定されず、還元雰囲気下で焼成を行えばよい。
還元雰囲気としては、特に限定されず、水素雰囲気、一酸化炭素雰囲気、水素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気などが挙げられる。その中でも水素雰囲気であれば、イガグリ状の酸化チタンを効率良く還元することができる。
焼成温度としては、還元反応を行うのに十分な温度であれば特に限定されない。焼成温度は、還元雰囲気の条件(例えば、水素の濃度など)にもよるが、好ましくは400〜1100℃、より好ましくは500〜1050℃、さらに好ましくは600〜1000℃である。上記の範囲の焼成温度であれば、酸化チタンを亜酸化チタン1に効率良く還元することができる。
焼成時間は、焼成温度や還元雰囲気の条件によるが、好ましくは5分〜100時間、より好ましくは30分〜20時間、さらに好ましくは1〜10時間である。
In the third step, the method for reducing silica-coated titanium oxide coated in silica is not particularly limited, and firing may be performed in a reducing atmosphere.
The reducing atmosphere is not particularly limited, and examples thereof include a hydrogen atmosphere, a carbon monoxide atmosphere, and a mixed gas atmosphere of hydrogen and an inert gas. Among them, the hydrogen-rich titanium oxide can be efficiently reduced if it is in a hydrogen atmosphere.
The calcination temperature is not particularly limited as long as it is a temperature sufficient to carry out the reduction reaction. The firing temperature is preferably 400 to 1100 ° C., more preferably 500 to 1050 ° C., and still more preferably 600 to 1000 ° C., although it depends on the conditions of the reducing atmosphere (eg, concentration of hydrogen). If the firing temperature is in the above range, titanium oxide can be efficiently reduced to titanium suboxide 1.
The firing time is preferably 5 minutes to 100 hours, more preferably 30 minutes to 20 hours, and still more preferably 1 to 10 hours, depending on the conditions of the firing temperature and the reducing atmosphere.

第4工程において、還元処理後にシリカを除去する方法としては、特に限定されないが、シリカを溶解し且つ亜酸化チタン1を溶解しない溶液を用いて処理すればよい。
シリカの除去に用いられる溶液としては、特に限定されないが、水酸化ナトリウムの水溶液などのアルカリ性の溶液が挙げられる。この溶液による処理時間は、特に限定されず、シリカの量などに応じて適宜調整すればよい。
In the fourth step, the method for removing the silica after the reduction treatment is not particularly limited, but it may be treated with a solution in which the silica is dissolved and the titanium suboxide 1 is not dissolved.
Although it does not specifically limit as a solution used for the removal of a silica, Alkaline solutions, such as aqueous solution of sodium hydroxide, are mentioned. The treatment time with this solution is not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the amount of silica and the like.

上記のようにして製造されるイガグリ状の亜酸化チタン1は、導電性を有し、高電位、酸性及び酸化性雰囲気下でも腐食し難く、耐久性に優れるため、電極用担体材料として用いるのに最適である。   The igagli-like titanium suboxide 1 produced as described above has conductivity, is resistant to corrosion even under high potential, acidic and oxidizing atmospheres, and is excellent in durability, so it is used as a carrier material for electrodes Best for

(電極材料)
本開示の電極材料は、上記のイガグリ状の亜酸化チタン1から形成される電極用担体材料と、電極用担体材料に担持された貴金属とを含む。本開示の電極材料は、各種燃料電池用の電極に用いることができるが、その中でも本開示の電極材料は、固体高分子形燃料電池用の電極に用いるのに適している。また、本開示の電極材料は、空気極(カソード)、燃料極(アノード)のいずれにも用いることができるが、特に耐食性が要求される空気極に用いるのに最適である。
(Electrode material)
The electrode material of the present disclosure includes a support material for an electrode formed from the above-described iron goblet-like titanium suboxide 1 and a noble metal supported on the support material for an electrode. The electrode material of the present disclosure can be used as an electrode for various fuel cells, and among them, the electrode material of the present disclosure is suitable for use as an electrode for a polymer electrolyte fuel cell. Moreover, although the electrode material of this indication can be used for any of an air electrode (cathode) and a fuel electrode (anode), it is optimal for using it especially for the air electrode in which corrosion resistance is requested | required.

貴金属の種類としては、特に限定されず、燃料電池用電極において一般的に使用されているものを用いることができる。このような貴金属の例としては、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、オスミウム、金、銀などを挙げることができる。また、貴金属は、単一金属に限定されず、合金であってもよい。合金は、貴金属と貴金属以外の金属との合金であってもよい。合金の例としては、白金−コバルト合金、白金−ルテニウム合金、白金−イリジウム合金などを挙げることができる。貴金属は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。2種以上の貴金属を組み合わせて使用する場合には、貴金属を合金として使用してもよいし、単なる混合物として使用してもよいし、コアシェル構造物として使用してもよい。貴金属の中でも、触媒活性の観点から白金が好ましい。   The type of noble metal is not particularly limited, and those generally used in fuel cell electrodes can be used. Examples of such noble metals include platinum, palladium, ruthenium, rhodium, iridium, osmium, gold, silver and the like. Also, the noble metal is not limited to a single metal, and may be an alloy. The alloy may be an alloy of a noble metal and a metal other than the noble metal. Examples of alloys include platinum-cobalt alloys, platinum-ruthenium alloys, platinum-iridium alloys and the like. The noble metals may be used alone or in combination of two or more. When two or more noble metals are used in combination, the noble metals may be used as an alloy, may be used as a mere mixture, or may be used as a core-shell structure. Among the noble metals, platinum is preferred from the viewpoint of catalytic activity.

本開示の電極材料は、電極用担体材料に貴金属を担持させることによって製造することができる。
貴金属の担持方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。貴金属の担持方法の例としては、熱還元法、スパッタ法、パルスレーザー蒸着法、真空蒸着法、プラズマ蒸着法などが挙げられる。その中でもプラズマ蒸着法は、微細な貴金属粒子をイガグリ状の亜酸化チタン1に安定して担持させることができるため好ましい。
The electrode material of the present disclosure can be manufactured by supporting a noble metal on a carrier material for an electrode.
The method of supporting the noble metal is not particularly limited, and any method known in the art can be used. Examples of the method of supporting the noble metal include a thermal reduction method, a sputtering method, a pulsed laser deposition method, a vacuum deposition method, a plasma deposition method and the like. Among them, the plasma deposition method is preferable because fine noble metal particles can be stably supported on the titanium suboxide 1 in the form of sparkly.

貴金属の担持量(貴金属を担持した電極用担体材料における貴金属の割合)としては特に限定されないが、好ましくは1〜70質量%、より好ましくは3〜50質量%、さらに好ましくは4〜30質量%、特に好ましくは5〜20質量%である。貴金属の担持量が上記の範囲であれば、貴金属が凝集し難くなるため、触媒活性の低下を抑制することができる。   The supported amount of the noble metal (proportion of the noble metal in the electrode carrier material supporting the noble metal) is not particularly limited, but preferably 1 to 70% by mass, more preferably 3 to 50% by mass, and still more preferably 4 to 30% by mass And particularly preferably 5 to 20% by mass. If the loading amount of the precious metal is in the above range, the precious metal is less likely to agglomerate, and therefore, it is possible to suppress the decrease in the catalytic activity.

本開示の電極材料は、上記の電極用担体材料を有しているため、耐久性に優れ、ORR活性が低下し難い電極を作製することができる。   Since the electrode material of the present disclosure has the above-described electrode carrier material, it is possible to produce an electrode which is excellent in durability and in which the ORR activity does not easily decrease.

(電極)
本開示の電極は、上記の電極材料を含む触媒層を有する。そのため、本開示の電極は、耐久性に優れ、ORR活性が低下し難い。
本開示の電極において、触媒層以外の構成(基材など)は、特に限定されず、公知の構成を採用することができる。
また、本開示の電極の製造方法は、上記の電極材料を用いること以外は特に限定されず、公知の方法に準じて製造することができる。例えば、電解質と必要に応じて結着剤とを溶剤に溶解した溶液に、電極材料を添加して混合することにより触媒インクを調製し、これを電解質膜又は電極用基材などに塗布し、乾燥することによって電極を作製することができる。
(electrode)
The electrode of the present disclosure has a catalyst layer containing the above electrode material. Therefore, the electrode of the present disclosure is excellent in durability, and the ORR activity is unlikely to be reduced.
In the electrode of the present disclosure, the configuration (base and the like) other than the catalyst layer is not particularly limited, and a known configuration can be adopted.
Moreover, the manufacturing method of the electrode of this indication is not specifically limited except using the said electrode material, According to a well-known method, it can manufacture. For example, a catalyst ink is prepared by adding an electrode material to a solution in which an electrolyte and, if necessary, a binder are dissolved in a solvent, and mixed, and this is applied to an electrolyte membrane or a substrate for an electrode, The electrode can be produced by drying.

触媒インクの塗布方法としては、特に限定されず、スプレー法、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、グラビア印刷法、ダイコート法などの公知の方法を用いることができる。
触媒インクの乾燥方法としては、減圧乾燥、加熱乾燥、減圧加熱乾燥などの公知の方法を用いることができる。
The application method of the catalyst ink is not particularly limited, and known methods such as a spray method, a screen printing method, a doctor blade method, a gravure printing method, and a die coating method can be used.
As a method of drying the catalyst ink, known methods such as vacuum drying, heat drying, vacuum heat drying and the like can be used.

(固体高分子形燃料電池)
本開示の固体高分子形燃料電池は、上記の電極を有する。
上記の電極は、空気極(カソード)、燃料極(アノード)のいずれにも用いることができるが、特に耐食性が要求される空気極に用いることが好ましい。
本開示の固体高分子形燃料電池は、運輸用、家庭用、携帯機器用など様々な用途で用いることができる。運輸用途としては、自動車(乗用車、貨物車、二輪車、個人用ビーグル)、船舶、家庭用としてはコジェネシステム、掃除機、ロボット、携帯機器としては携帯電話、ノートパソコン、電子スチルカメラ、PDA、ビデオカメラ、携帯ゲーム機などが挙げられる。また、本開示の固体高分子形燃料電池は、ポータブル発電機、野外照明機器、産業用や家庭用などのロボット又はその他の玩具の電源、これらの機器に搭載された2次電池、キャパシタの充電用電源などにも用いることができる。
(Polymer electrolyte fuel cell)
The polymer electrolyte fuel cell of the present disclosure has the above-described electrode.
The above-mentioned electrode can be used for either an air electrode (cathode) or a fuel electrode (anode), but it is preferable to use it for an air electrode which is required to be particularly resistant to corrosion.
The polymer electrolyte fuel cell of the present disclosure can be used in various applications such as transportation, home, and portable devices. For transportation applications, cars (cars, freight cars, motorcycles, personal beagles), ships, cogeneration systems for household use, vacuum cleaners, robots, mobile phones for mobile devices, laptop computers, electronic still cameras, PDAs, video A camera, a portable game machine, etc. are mentioned. In addition, the polymer electrolyte fuel cell of the present disclosure is a portable generator, an outdoor lighting device, a power source for industrial or household robots or other toys, a secondary battery mounted on these devices, and a capacitor. It can also be used as a power source.

以下に、実施例、比較例を挙げてさらに詳細に内容を説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples and comparative examples, but the present invention is not construed as being limited thereto.

(実施例1)
<イガグリ状の亜酸化チタン(電極用担体材料)の製造>
四塩化チタン(TiCl4)の水溶液(和光純薬工業社製塩化チタン(IV)溶液;チタン濃度16〜17質量%)を、氷浴を用いて低温に保持し、2Mのオキシ塩化チタン(TiOCl2)を調製した。次に、2Mのオキシ塩化チタン10mLを1Mの塩酸(HCl)と氷浴中で30分間混合して0.3Mのオキシ塩化チタンに希釈した。次に、得られた溶液を油浴に移し、攪拌しながら70℃で3時間反応させた。反応終了後、沈殿物を濾過して水で洗い、乾燥させることにより、酸化チタンを得た。
次に、1gの酸化チタンを10mLのエタノール(和光純薬工業社製;濃度99.5質量%)に加えた後、1.9mLのTEOS(シグマアルドリッチ社製)及び1.5mLのアンモニア溶液(和光純薬工業社製;濃度28質量%)をさらに加えた。次に、この懸濁液を室温で24時間攪拌した後、濾過して乾燥させることにより、シリカ(SiO2)で被覆された酸化チタンを得た。
次に、シリカで被覆された酸化チタン0.2gを純水素雰囲気下、900℃で2時間加熱して還元処理を行うことにより、シリカで被覆された亜酸化チタンを得た。
次に、シリカで被覆された亜酸化チタンを2Mの水酸化ナトリウム(和光純薬工業製)に加えて80℃で24時間攪拌することにより、シリカを溶解して除去した。その後、この溶液を濾過して水で洗い、真空乾燥させることにより、亜酸化チタンを得た。
Example 1
<Manufacture of ragari-like titanium suboxide (support material for electrodes)>
An aqueous solution of titanium tetrachloride (TiCl 4 ) (a titanium (IV) solution manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; titanium concentration 16 to 17% by mass) is kept at a low temperature using an ice bath, and 2M titanium oxychloride (TiOCl 4) 2 ) was prepared. Next, 10 mL of 2 M titanium oxychloride was mixed with 1 M hydrochloric acid (HCl) in an ice bath for 30 minutes to dilute to 0.3 M titanium oxychloride. The resulting solution was then transferred to an oil bath and allowed to react at 70 ° C. for 3 hours with stirring. After completion of the reaction, the precipitate was filtered, washed with water and dried to obtain titanium oxide.
Next, 1 g of titanium oxide was added to 10 mL of ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; concentration 99.5 mass%), and then 1.9 mL of TEOS (manufactured by Sigma Aldrich) and 1.5 mL of an ammonia solution ( Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; concentration: 28% by mass) was further added. Next, this suspension was stirred at room temperature for 24 hours, then filtered and dried to obtain silica (SiO 2 ) coated titanium oxide.
Next, 0.2 g of silica-coated titanium oxide was heated at 900 ° C. for 2 hours in a pure hydrogen atmosphere for reduction treatment to obtain silica-coated titanium suboxide.
Next, silica was dissolved and removed by adding silica-coated titanium suboxide to 2 M sodium hydroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and stirring at 80 ° C. for 24 hours. Thereafter, this solution was filtered, washed with water and vacuum dried to obtain titanium suboxide.

<FE−SEM(電界放出形走査電子顕微鏡)による評価>
FE−SEM(日本電子社製、JSM−7100F)を用いて、実施例1で製造した亜酸化チタン及びその製造途中に得られた生成物のFE−SEM像を得た。その結果を図2に示す。図2において、(a)は酸化チタン、(b)はシリカで被覆された酸化チタン、(c)はシリカで被覆された亜酸化チタン、(d)は亜酸化チタンのFE−SEM像である。
図2に示されるように、酸化チタンはイガグリ状であり、酸化チタンをシリカで被覆して還元処理した後、シリカを除去することにより、亜酸化チタンもイガグリ状となることが確認された。
<Evaluation by FE-SEM (field emission scanning electron microscope)>
The FE-SEM image of the titanium suboxide manufactured in Example 1 and the product obtained in the middle of the manufacture was obtained using FE-SEM (made by JEOL Ltd., JSM-7100F). The results are shown in FIG. In FIG. 2, (a) is titanium oxide, (b) is silica-coated titanium oxide, (c) is silica-coated titanium suboxide, (d) is an FE-SEM image of titanium suboxide .
As shown in FIG. 2, it was confirmed that titanium oxide was in the form of gogari, and after the titanium oxide was coated with silica and subjected to reduction treatment, titanium suboxide was also brought into the form of gouguri by removing the silica.

<X線回折による評価>
X線回折装置(リガク社製、UltimaIV)を用いて、実施例1で製造した亜酸化チタン及びその製造途中に得られた酸化チタンのX線回折パターンを測定した。測定条件は下記の条件とした。
X線源:Cu−Kα線
測定範囲2θ:20〜80°
その結果を図3に示す。図3において、(a)は酸化チタン、(b)は亜酸化チタンのX線回折パターンである。
図3に示されるように、酸化チタンはルチル型であることが確認された。また、亜酸化チタンは、Ti47及びTi59を含む組成を有することが確認された。
<Evaluation by X-ray diffraction>
The X-ray diffraction pattern of the titanium suboxide produced in Example 1 and the titanium oxide obtained in the process of production was measured using an X-ray diffractometer (Ultima IV, manufactured by Rigaku Corporation). The measurement conditions were as follows.
X-ray source: Cu-Kα ray Measurement range 2θ: 20-80 °
The results are shown in FIG. In FIG. 3, (a) is a titanium oxide and (b) is an X-ray diffraction pattern of titanium suboxide.
As shown in FIG. 3, it was confirmed that titanium oxide was rutile type. Further, it was confirmed that titanium suboxide had a composition containing Ti 4 O 7 and Ti 5 O 9 .

<平均粒径の測定>
実施例1で製造した亜酸化チタンから粒子10個を選択し、FE−SEM(日本電子製、JSM−7100F)で観察して粒径を測定し、その平均値を算出することによって平均粒径を求めた。
<Measurement of average particle size>
Ten particles are selected from titanium suboxide produced in Example 1, observed by FE-SEM (Nippon Denshi Co., Ltd., JSM-7100F), the particle diameter is measured, and the average particle diameter is calculated by calculating the average value thereof. I asked for.

<BET比表面積の測定>
マイクロトラック・ベル社製のBELSCORP−miniを用いて、実施例1で製造した亜酸化チタンのBET比表面積を測定した。その結果、亜酸化チタンのBET比表面積は32.6m2/gであった。
<Measurement of BET specific surface area>
The BET specific surface area of the titanium suboxide prepared in Example 1 was measured using BELSCORP-mini manufactured by Microtrac Bell. As a result, the BET specific surface area of titanium suboxide was 32.6 m 2 / g.

<亜酸化チタンの突起部の評価>
TEM(日本電子社製、JEM−2100F)を用いて、実施例1で製造した亜酸化チタンの表面を観察した。得られたTEM像から10箇所の突起部について高さ及び幅を測定し、それらの平均値を算出した。その結果、平均高さは34.25nm、平均幅が12.51nmであった。
<Evaluation of projections of titanium suboxide>
The surface of the titanium suboxide produced in Example 1 was observed using a TEM (manufactured by JEOL Ltd., JEM-2100F). From the obtained TEM image, heights and widths of ten protrusions were measured, and their average value was calculated. As a result, the average height was 34.25 nm and the average width was 12.51 nm.

<電極材料の製造>
アークプラズマ法ナノ粒子形成装置(アドバンス理工社製、APD−P)を用い、真空下、下記の条件で実施例1において得られたイガグリ状の亜酸化チタンの表面に白金を蒸着した。白金の担持量は5質量%とした。
放電電圧:150V
容量:1080μF
周波数:3Hz
<Manufacture of electrode material>
Platinum was vapor-deposited on the surface of the titanium suboxide in a scaly state obtained in Example 1 under vacuum under the following conditions using an arc plasma method nanoparticle forming apparatus (APD-P, manufactured by Advance Riko Co., Ltd.). The supported amount of platinum was 5% by mass.
Discharge voltage: 150V
Capacity: 1080 μF
Frequency: 3 Hz

(比較例1)
比較用の電極材料として、市販の白金担持カーボン(田中貴金属社製、TEC10E50E)を用いた。この白金担持カーボンの白金担持量は50質量%である。
(Comparative example 1)
Commercially available platinum-supporting carbon (TEC10E50E, manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.) was used as an electrode material for comparison. The amount of platinum supported on this platinum-supported carbon is 50% by mass.

<ORR活性評価>
600μLの1−ヘキサノール及び5μLのナフィオン(登録商標)の混合溶液に上記の各電極材料を加えて超音波処理で分散させることにより、触媒インクを調製した。次に、作用電極用基材としてグラッシーカーボンロッド(φ5×10mm、密度100%)を用い、グラッシーカーボンロッド上に分散液を塗布して室温で一晩乾燥させることにより、作用電極を作製した。
電気化学測定は、三電極式セルを用いて行った。また、電解質には0.1mol/dm3のHClO4を用い、30℃の温度で測定した。参照電極には可逆水素電極(RHE)、カウンター電極にはグラッシーカーボンプレートをそれぞれ用いた。前処理として、窒素雰囲気にて、走査速度150mV/s、0.05〜1.2Vの範囲で300サイクルのサイクリックボルタンメトリーを行った。その後、酸素雰囲気及び窒素雰囲気のそれぞれにおいて、走査速度5mV/s、0.2〜1.2Vの範囲で低速スキャンボルタンメトリーを行った。ORR電流密度は、酸素雰囲気及び窒素雰囲気の電流密度の差をとることによって算出した。
<ORR activity evaluation>
A catalyst ink was prepared by adding each of the above electrode materials to a mixed solution of 600 μL of 1-hexanol and 5 μL of Nafion (registered trademark) and dispersing the resultant by ultrasonication. Next, using a glassy carbon rod (φ 5 × 10 mm, density 100%) as a substrate for a working electrode, the dispersion was applied onto the glassy carbon rod and dried overnight at room temperature to produce a working electrode.
Electrochemical measurements were performed using a three-electrode cell. The electrolyte was measured at a temperature of 30 ° C. using 0.1 mol / dm 3 of HClO 4 . A reversible hydrogen electrode (RHE) was used as a reference electrode, and a glassy carbon plate was used as a counter electrode. As a pretreatment, cyclic voltammetry of 300 cycles was performed at a scanning rate of 150 mV / s and a range of 0.05 to 1.2 V in a nitrogen atmosphere. Thereafter, slow scan voltammetry was performed at a scanning rate of 5 mV / s and in a range of 0.2 to 1.2 V in an oxygen atmosphere and a nitrogen atmosphere, respectively. The ORR current density was calculated by taking the difference between the current density of the oxygen atmosphere and the nitrogen atmosphere.

次に、燃料電池実用化推進協議会(FCCJ)が提案した触媒耐久性評価プロトコル(「固体高分子形燃料電池の目標・研究開発課題と評価方法の提案」、平成23年1月発行)に従い、加速耐久試験を行った。この評価方法は、PEFCの起動停止を模擬した電位サイクルを負荷することによって電極材料の劣化挙動を評価する方法である。具体的には、起動停止模擬電位サイクルとして、電位を1.0Vから1.5Vまで50mV/秒で走査させて、三角波で加速試験を行い、所定のサイクル後に上記と同様にして低速スキャンボルタンメトリーを行った。   Next, according to the Catalyst Durability Evaluation Protocol proposed by the Fuel Cell Commercialization Promotion Council (FCCJ) ("Proposal for R & D tasks and evaluation methods for polymer electrolyte fuel cells", published in January 2011) , Accelerated endurance test. This evaluation method is a method of evaluating the degradation behavior of the electrode material by applying a potential cycle that simulates the start and stop of PEFC. Specifically, as a start-stop simulated potential cycle, the potential is scanned at 50 mV / sec from 1.0 V to 1.5 V, an acceleration test is performed with a triangular wave, and after a predetermined cycle, slow scan voltammetry is performed in the same manner as above. went.

図4は、加速耐久試験前、及び起動停止模擬電位サイクルを5000回行った後の分極曲線(電流−電位曲線)を示す。
図4に示されるように、実施例1では、加速耐久試験前後で分極曲線がほとんど変化しなかったのに対し、比較例1では、加速耐久試験後に分極曲線が低電圧側にシフトした。
FIG. 4 shows polarization curves (current-potential curves) before the accelerated endurance test and after 5000 start / stop simulated potential cycles.
As shown in FIG. 4, in Example 1, the polarization curve hardly changed before and after the accelerated endurance test, whereas in Comparative Example 1, the polarization curve was shifted to the low voltage side after the accelerated endurance test.

図5は、加速耐久試験のサイクル数と電圧が0.8Vの時の電流との関係を示すグラフである。
図5に示されるように、実施例1では、サイクル数が増加しても電流がほとんど変化しなかったのに対し、比較例1では、サイクル数の増加に伴って電流が大きく変化した。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of cycles in the accelerated endurance test and the current when the voltage is 0.8V.
As shown in FIG. 5, in Example 1, the current hardly changed even if the number of cycles increased, whereas in Comparative Example 1, the current changed significantly as the number of cycles increased.

<TEMによる評価>
TEM(日本電子社製、JEM−2100F)を用いて、実施例1及び比較例1の作用電極の表面を観察した。TEM像の結果を図6に示す。ここで、加速耐久試験後の作用電極とは、起動停止模擬電位サイクルを5000回行った後の作用電極を意味する。
図6に示されるように、実施例1の作用電極では、加速耐久試験前後で白金の担持状態はほとんど変わっておらず、いずれも細かな白金粒子が確認された。これに対して比較例1の作用電極では、加速耐久試験後に白金粒子が大きくなっていることが確認された。これは、白金の溶解及び析出の繰り返しや、担体(カーボン)の酸化消失によって白金が粗大化したものと考えられる。
なお、図6では、比較例1に比べて実施例1で確認される白金が少ないが、これは白金の担持量の違いによるものである。
<Evaluation by TEM>
The surface of the working electrode of Example 1 and Comparative Example 1 was observed using TEM (manufactured by JEOL Ltd., JEM-2100F). The result of the TEM image is shown in FIG. Here, the working electrode after the accelerated endurance test means the working electrode after 5000 start / stop simulated potential cycles.
As shown in FIG. 6, in the working electrode of Example 1, the supported state of platinum was hardly changed before and after the accelerated durability test, and fine platinum particles were confirmed in all cases. On the other hand, in the working electrode of Comparative Example 1, it was confirmed that the platinum particles became large after the accelerated endurance test. This is considered to be the result of platinum being coarsened due to repeated dissolution and precipitation of platinum and oxidation loss of the support (carbon).
In FIG. 6, the amount of platinum confirmed in Example 1 is smaller than that in Comparative Example 1, but this is due to the difference in the amount of platinum carried.

<ECSA(電気化学的有効面積)による評価>
加速耐久試験の前、及び加速耐久試験の所定のサイクル後にECSAを求めた。その結果を図7に示す。
図7に示されるように、実施例1の作用電極では、サイクル数が増大しても白金のECSAがほとんど変化しなかったのに対し、比較例1の作用電極では、サイクル数の増加に伴ってECSAが低下した。
<Evaluation by ECSA (electrochemical effective area)>
ECSA was determined before the accelerated endurance test and after a predetermined cycle of the accelerated endurance test. The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 7, in the working electrode of Example 1, the ECSA of platinum hardly changed even when the cycle number increased, whereas in the working electrode of Comparative Example 1, the cycle number increased. ECSA decreased.

以上の結果からわかるように、本開示によれば、耐久性に優れ、ORR活性が低下し難い電極を作製可能な電極用担体材料及びその製造方法、並びに電極材料を提供することができる。また、本開示によれば、耐久性に優れ、ORR活性が低下し難い電極、及び当該電極を有する固体高分子形燃料電池を提供することができる。   As can be seen from the above results, according to the present disclosure, it is possible to provide an electrode carrier material capable of producing an electrode excellent in durability and difficult to reduce the ORR activity, a method for producing the same, and an electrode material. Further, according to the present disclosure, it is possible to provide an electrode which is excellent in durability and in which the ORR activity does not easily decrease, and a polymer electrolyte fuel cell having the electrode.

1 亜酸化チタン
2 核部
3 突起部
1 titanium suboxide 2 core 3 protrusion

Claims (16)

イガグリ状の亜酸化チタンから形成される電極用担体材料。   A carrier material for an electrode formed from titanium suboxide in the form of a goblet. 前記イガグリ状の亜酸化チタンが、核部と、前記核部から放射状に伸びた突起部とを有する、請求項1に記載の電極用担体材料。   2. The electrode carrier material according to claim 1, wherein the greasy titanium suboxide has a core and protrusions protruding radially from the core. 前記突起部の平均高さが5〜100nmである、請求項2に記載の電極用担体材料。   The electrode carrier material according to claim 2, wherein the average height of the protrusions is 5 to 100 nm. 前記イガグリ状の亜酸化チタンが、Tin2n-1(式中、nは2〜10の数を表す)で表される組成を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電極用担体材料。 The burr-like titanium suboxide is, (wherein, n represents the number of 2~10) Ti n O 2n-1 having a composition represented by, according to any one of claims 1 to 3 Carrier material for electrodes. 前記イガグリ状の亜酸化チタンが、Ti47、Ti59又はそれらの混合物である、請求項4に記載の電極用担体材料。 The electrode support material according to claim 4, wherein the sparkling-like titanium suboxide is Ti 4 O 7 , Ti 5 O 9 or a mixture thereof. 前記イガグリ状の亜酸化チタンのBET比表面積が10m2/g以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電極用担体材料。 The carrier material for electrodes according to any one of claims 1 to 5, wherein a BET specific surface area of the titanium suboxide in the form of goblet is 10 m 2 / g or more. 前記イガグリ状の亜酸化チタンの平均粒径が0.1〜10μmである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の電極用担体材料。   The carrier material for electrodes according to any one of claims 1 to 6, wherein an average particle diameter of the titanium carbide in the form of a goblet is 0.1 to 10 μm. イガグリ状の酸化チタンを得る工程と、
前記イガグリ状の酸化チタンをシリカで被覆する工程と、
前記シリカで被覆された前記イガグリ状の酸化チタンを還元処理する工程と、
前記シリカを除去してイガグリ状の亜酸化チタンを得る工程と
を含む、電極用担体材料の製造方法。
Obtaining raguri-like titanium oxide;
Coating the unglazed titanium oxide with silica;
Reducing the silica-coated titanium oxide coated in the form of silica;
And C. removing the silica to obtain a titanium suboxide in the form of a goblet.
前記イガグリ状の酸化チタンが湿式化学法によって製造される、請求項8に記載の電極用担体材料の製造方法。   The manufacturing method of the support | carrier material for electrodes of Claim 8 in which the said ligagli-like titanium oxide is manufactured by a wet-chemical method. 前記シリカは前記イガグリ状の酸化チタンの表面全体を被覆している、請求項8又は9に記載の電極用担体材料の製造方法。   The method for producing a support material for an electrode according to claim 8 or 9, wherein the silica covers the entire surface of the titanium oxide in the form of gore. 前記シリカはアルカリ性の溶液と接触させることによって除去される、請求項8〜10のいずれか一項に記載の電極用担体材料の製造方法。   The method for producing a support material for an electrode according to any one of claims 8 to 10, wherein the silica is removed by contacting with an alkaline solution. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の電極用担体材料と、前記電極用担体材料に担持された貴金属とを含む電極材料。   The electrode material containing the support material for electrodes as described in any one of Claims 1-7, and the noble metal carry | supported by the support material for electrodes. 前記貴金属が白金である、請求項12に記載の電極材料。   The electrode material according to claim 12, wherein the noble metal is platinum. 請求項12又は13の電極材料を含む触媒層を有する電極。   An electrode comprising a catalyst layer comprising the electrode material of claim 12 or 13. 請求項14に記載の電極を有する固体高分子形燃料電池。   A polymer electrolyte fuel cell comprising the electrode according to claim 14. 前記電極が空気極として用いられる請求項15に記載の固体高分子形燃料電池。   The polymer electrolyte fuel cell according to claim 15, wherein the electrode is used as an air electrode.
JP2017201181A 2017-10-17 2017-10-17 Electrode carrier material and manufacturing method thereof, electrode material, electrode, and solid polymer fuel cell Pending JP2019075305A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017201181A JP2019075305A (en) 2017-10-17 2017-10-17 Electrode carrier material and manufacturing method thereof, electrode material, electrode, and solid polymer fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017201181A JP2019075305A (en) 2017-10-17 2017-10-17 Electrode carrier material and manufacturing method thereof, electrode material, electrode, and solid polymer fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2019075305A true JP2019075305A (en) 2019-05-16

Family

ID=66543304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017201181A Pending JP2019075305A (en) 2017-10-17 2017-10-17 Electrode carrier material and manufacturing method thereof, electrode material, electrode, and solid polymer fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2019075305A (en)

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020175114A1 (en) * 2019-02-26 2020-09-03 堺化学工業株式会社 Electrode material and electrode using same
JP2020178801A (en) * 2019-04-24 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178799A (en) * 2019-04-24 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178872A (en) * 2019-04-25 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178802A (en) * 2019-04-24 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178800A (en) * 2019-04-24 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178798A (en) * 2019-04-24 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178874A (en) * 2019-04-25 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178871A (en) * 2019-04-25 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178873A (en) * 2019-04-25 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178870A (en) * 2019-04-25 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003402A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003403A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003410A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003409A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003407A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003405A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003408A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003406A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003404A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020175114A1 (en) * 2019-02-26 2020-09-03 堺化学工業株式会社 Electrode material and electrode using same
JP2020178798A (en) * 2019-04-24 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178801A (en) * 2019-04-24 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178799A (en) * 2019-04-24 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178802A (en) * 2019-04-24 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178800A (en) * 2019-04-24 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178870A (en) * 2019-04-25 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178874A (en) * 2019-04-25 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178871A (en) * 2019-04-25 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178873A (en) * 2019-04-25 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020178872A (en) * 2019-04-25 2020-11-05 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003410A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003403A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003402A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003409A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003407A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003405A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003408A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003406A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine
JP2021003404A (en) * 2019-06-27 2021-01-14 株式会社三洋物産 Game machine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2019075305A (en) Electrode carrier material and manufacturing method thereof, electrode material, electrode, and solid polymer fuel cell
Gonçalves et al. Recent advances in ternary layered double hydroxide electrocatalysts for the oxygen evolution reaction
Lu et al. Promoting the methanol oxidation catalytic activity by introducing surface nickel on platinum nanoparticles
CA2857111C (en) Electrocatalyst for fuel cells and method for producing said electrocatalyst
Jukk et al. Platinum nanoparticles supported on nitrogen-doped graphene nanosheets as electrocatalysts for oxygen reduction reaction
Duan et al. Carbon supported Cu-Pd nanoparticles as anode catalyst for direct borohydride-hydrogen peroxide fuel cells
JP5254975B2 (en) Metal oxide electrode catalyst and use thereof, and method for producing metal oxide electrode catalyst
JP5220411B2 (en) Platinum / ruthenium catalysts for direct methanol fuel cells
JP5426405B2 (en) Electrocatalyst composition and method for producing and using the same
JP5474250B2 (en) Electrode catalyst layer, membrane electrode assembly, and fuel cell
Yang et al. Effect of pretreatment atmosphere on the particle size and oxygen reduction activity of low-loading platinum impregnated titanium carbide powder electrocatalysts
Duan et al. Investigation of carbon-supported Ni@ Ag core-shell nanoparticles as electrocatalyst for electrooxidation of sodium borohydride
JP2015032468A (en) Electrode catalyst for fuel cell, method for producing the same, catalyst carrying electrode for fuel cell, and fuel cell
Han et al. Highly stable and active Pt electrocatalysts on TiO2-Co3O4-C composite support for polymer exchange membrane fuel cells
JP2008041498A (en) Method of manufacturing catalyst support body for polymer electrolyte fuel cell, and polymer electrolyte fuel cell
JP2008077999A (en) Catalyst used for electrochemical electrode and its manufacturing method
KR102475880B1 (en) Oxygen Evolution Reaction catalyst comprising Copper-Iridium core-shell structure and Manufacturing method of the Same
Salarizadeh et al. Comparison of methanol oxidation reaction process for NiCo2O4/X (X= rGO, MWCNTs, HCNs) nanocatalyst
Rutkowska et al. Polyoxometallate-assisted integration of nanostructures of Au and ZrO2 to form supports for electrocatalytic PtRu nanoparticles: enhancement of their activity toward oxidation of ethanol
US8980786B2 (en) Metal oxide-platinum compound catalyst and method for producing same
Taei et al. Electrocatalytic oxidation of ethanol on a glassy carbon electrode modified with a gold nanoparticle-coated hydrolyzed CaFe–Cl layered double hydroxide in alkaline medium
WO2019177060A1 (en) Electrode catalyst for fuel cell, and fuel cell using same
Zeng et al. Highly ordered and surfactant-free PtxRuy bimetallic nanocomposites synthesized by electrostatic self assembly for methanol oxidation reaction
JP4919309B2 (en) Metal oxide platinum composite catalyst for oxygen reduction and production method thereof
KR102385067B1 (en) Co catalyst for oxygen evolution reaction and The manufacturing method for the same