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公開番号2025112796
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024007268
出願日2024-01-22
発明の名称燃料電池用触媒
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 4/86 20060101AFI20250725BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】耐久後のプロトン抵抗の増大を抑制しつつ、耐久後の高負荷性能の低下を抑制することが可能な燃料電池用触媒を提供する。
【解決手段】白金担持カーボンと、該白金担持カーボンを覆うアイオノマーとを含み、白金担持カーボンは、比表面積が950～1350m²/gであるカーボン担体と、該カーボン担体に担持密度52～68質量%で担持された、平均粒径3.5～4.2nmのPt粒子とを含み、カーボン担体の、細孔径が2～10nmの範囲に係る細孔容量が0.4mL/g以上であり、アイオノマーの含有量Iのカーボン担体の含有量Cに対する質量比I/Cが1.1～1.4である、燃料電池用触媒。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池用触媒であって、
白金担持カーボンと、
前記白金担持カーボンを覆うアイオノマーと、
を含み、
前記白金担持カーボンは、
比表面積が９５０～１３５０ｍ
２
／ｇであるカーボン担体と、
前記カーボン担体に担持密度５２～６８質量％で担持された、平均粒径３．５～４．２ｎｍのＰｔ粒子と、
を含み、
前記カーボン担体の、細孔径が２．０～１０．０ｎｍの範囲に係る細孔容積が、０．４０ｍＬ／ｇ以上であり、
前記アイオノマーの含有量Ｉの、前記カーボン担体の含有量Ｃに対する質量比Ｉ／Ｃが、１．１０～１．４０である、燃料電池用触媒。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は、燃料電池用触媒に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池用触媒に関して、特許文献１には、「炭素粉末担体上に、白金粒子が担持されてなる固体高分子形燃料電池用触媒において、前記炭素粉末担体は、０．７～３．０ｍｍｏｌ／ｇ（担体重量基準）の親水基が結合されており、前記白金粒子は、平均粒径３．５～８．０ｎｍであり、ＣＯ吸着による白金比表面積（ＣＯＭＳＡ）が４０～１００ｍ
２
／ｇであることを特徴とする固体高分子形燃料電池用触媒」が記載されている。」
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１２－１２４００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、高い比表面積（ＳＳＡ）及び高い細孔容量を有するカーボン担体を備える触媒は、初期性能が高い一方で、耐久後はプロトン抵抗が高くなり性能が低下する現象が起きやすい。
【０００５】
本発明は、耐久後のプロトン抵抗の増大を抑制しつつ、耐久後の高負荷性能の低下を抑制することが可能な、燃料電池用触媒を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の実施形態は、白金担持カーボンと、前記白金担持カーボンを覆うアイオノマーとを含み、前記白金担持カーボンは、比表面積が９５０～１３５０ｍ
２
／ｇであるカーボン担体と、前記カーボン担体に担持密度５２～６８質量％で担持された平均粒径３．５～４．２ｎｍのＰｔ粒子とを含み、前記カーボン担体の細孔径が２．０～１０．０ｎｍの範囲に係る細孔容量が０．４０ｍＬ／ｇ以上であり、前記アイオノマーの含有量Ｉの前記カーボン担体の含有量Ｃに対する質量比Ｉ／Ｃが１．１０～１．４０である、燃料電池用触媒である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、耐久後のプロトン抵抗の増大を抑制しつつ、耐久後の高負荷性能の低下を低減することが可能な、燃料電池用触媒を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、一の実施形態に係る燃料電池用触媒１００を模式的に説明する断面図である。
図２（Ａ）は、各燃料電池の初期および耐久後のプロトン抵抗を、Ｐｔ粒子の平均粒径に対してプロットした図である。図２（Ｂ）は、各燃料電池の初期および耐久後の高電流密度条件での電圧を、Ｐｔ粒子の平均粒径に対してプロットした図である。図２（Ｃ）は、各燃料電池の初期および耐久後のプロトン抵抗を、Ｐｔ粒子の担持密度に対してプロットした図である。図２（Ｄ）は、各燃料電池の初期および耐久後の高電流密度条件での電圧を、Ｐｔ粒子の担持密度に対してプロットした図である。
図３（Ａ）は、各燃料電池の初期および耐久後のプロトン抵抗を、アイオノマー含有量Ｉとカーボン担体の含有量Ｃとの質量比Ｉ／Ｃに対してプロットした図である。図３（Ｂ）は、各燃料電池の初期および耐久後の高電流密度条件での電圧を、質量比Ｉ／Ｃに対してプロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。なお、図面は必ずしも正確な寸法を反映したものではない。また図では、一部の符号を省略することがある。本明細書においては特に断らない限り、数値Ａ及びＢについて「Ａ～Ｂ」という表記は「Ａ以上Ｂ以下」を意味するものとする。かかる表記において数値Ｂのみに単位を付した場合には、当該単位が数値Ａにも適用されるものとする。また「又は」及び「若しくは」の語は、特に断りのない限り論理和を意味するものとする。また要素Ｅ
１
及びＥ
２
について「Ｅ
１
及び／又はＥ
２
」という表記は「Ｅ
１
若しくはＥ
２
、又はそれらの組み合わせ」を意味するものとし、要素Ｅ
１
、…、Ｅ
Ｎ
（Ｎは３以上の整数）について「Ｅ
１
、…、Ｅ
Ｎ－１
、及び／又はＥ
Ｎ
」という表記は「Ｅ
１
、…、Ｅ
Ｎ－１
、若しくはＥ
Ｎ
、又はそれらの組み合わせ」を意味するものとする。
【００１０】
図１は、一の実施形態に係る燃料電池用触媒１００（以下において単に「触媒１００」ということがある。）を模式的に説明する断面図である。触媒１００は、白金担持カーボン１０と、該白金担持カーボン１０を覆うアイオノマー２０とを含んでなる。白金担持カーボン１０は、カーボン担体１と、該カーボン担体に担持されたＰｔ粒子２、２、…（以下において単に「Ｐｔ粒子２」ということがある。）とを含んでなる。なお燃料電池触媒１００は、複数の白金担持カーボン粒子１０、１０、…を含んで層状に形成されていてもよい。燃料電池用触媒１００が例えば燃料電池用触媒層として層状に形成されている場合には、その厚みは好ましくは例えば３μｍ以上２０μｍ以下であり得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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