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公開番号2025118358
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-13
出願番号2024013634
出願日2024-01-31
発明の名称電極および水電解セルならびにそれらの製造方法
出願人JFEスチール株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C25B 11/073 20210101AFI20250805BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】白金族元素やニッケルといった高価な元素を使用することなく、高いエネルギー変換効率が得られる、電極を提供する。
【解決手段】触媒層においてFe_xS:99.999mol%以上とし、かつ、xを1.00超1.20未満とし、触媒層の厚さを5～100μmとする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
陰極と陽極とを隔離する固体高分子電解質膜中を陽イオンが移動する水電解セルの電極であって、
前記電極は、触媒層を有し、
前記触媒層はＦｅ
ｘ
Ｓ：９９．９９９ｍｏｌ％以上であり、かつ、ｘが１．００超１．２０未満であり、
前記触媒層の厚さが５～１００μｍである、電極。
続きを表示（約 560 文字）【請求項２】
前記水電解セルの陰極である、請求項１に記載の電極。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電極を有する、水電解セル。
【請求項４】
０．０５～０．５０ｍｏｌ／ＬのＮａ
２
Ｓ水溶液と０．０５～０．５０ｍｏｌ／ＬのＦｅＳＯ
４
水溶液とを混合して混合水溶液とし、不活性ガス雰囲気中で、前記混合水溶液を１時間以上攪拌する、攪拌工程と、
ついで、不活性ガス雰囲気中で、前記混合水溶液を１日以上静置し、沈殿物を得る、静置工程と、
ついで、前記沈殿物を回収する、回収工程と、
ついで、前記沈殿物を真空中で１日以上乾燥することにより、触媒層を有する電極を形成する、乾燥工程と、
をそなえ、
前記触媒層はＦｅ
ｘ
Ｓ：９９．９９９ｍｏｌ％以上であり、かつ、ｘが１．００超１．２０未満であり、
前記触媒層の厚さが５～１００μｍである、電極の製造方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の電極を給電体と固体高分子電解質膜との間に配置した構造体を、真空中で、プレス圧力：１０～２０ＭＰａ、温度：７０～１５０℃、保持時間：１０分以上の条件でプレスする、水電解セルの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極および水電解セルならびにそれらの製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ＣＯ
２
排出量抑制の社会的要望の高まりを受け、近年、水素の活用、さらには水素の製造方法に関心が向けられている。
【０００３】
従来、水素は、地下資源を改質して製造されてきた。しかし、このような水素の製造方法では、本質的なＣＯ
２
排出量抑制になるとは言い難い。
【０００４】
そこで、よりクリーンな水素の製造方法として、例えば、風力発電や太陽光発電などによって得られた電力を用いて、水を電解して水素を製造する方法、いわゆる水電解による水素の製造方法が注目されている。
【０００５】
水電解による水素の製造方法の一つとして、水素発生極である陰極電極（以下、単に陰極ともいう）と、酸素発生極である陽極電極（以下、単に陽極ともいう）とを隔離する固体高分子電解質膜（イオン交換膜）で陽イオン（特には、水素イオン）が移動するセル（以下、水電解セルともいう）を用いて、水を電解して水素を製造する方法がある。
【０００６】
上記の方法では、一般的に、陰極の触媒として白金族元素が用いられる。
【０００７】
例えば、特許文献１には、
「フッ素樹脂系陽イオン交換膜からなる固体高分子電解質と、その両面に設けられた触媒電極（陽極及び陰極）と、その触媒電極上にそれぞれ設けられた金属粉末の焼結体の表面に白金めっきを施したもの、又は金属粉末の表面に白金めっきを施したものを焼結処理したものからなる給電体とを備えた水電解セルにおいて、
（１）前記触媒電極の陽極が、高分子電解質層を有する、
予めその表面に白金族の金属をめっきした無機粉体と高分子電解質との混合体、
予めその表面に白金族の金属をめっきした無機粉体と、白金族の金属の酸化物と、高分子電解質との混合体、または
予めその表面に白金族の金属をめっきした無機粉体と高分子電解質との混合体上に形成された、白金族の金属の酸化物と高分子電解質との混合体、および
（２）前記触媒電極の陰極が、高分子電解質層を有する、
予めその表面に白金族の金属をめっきした無機粉体と高分子電解質との混合体、
予めその表面に白金族の金属をめっきした無機粉体と、白金族の金属と、高分子電解質との混合体、または
予めその表面に白金族の金属をめっきした無機粉体と高分子電解質との混合体上に形成された、白金族の金属と高分子電解質との混合体、
からそれぞれ形成されてなることを特徴とする水電解セル。」
が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開平９－２４１８８０号公報
特開２０２１－０４６５８５号公報
【０００９】
ところで、白金族元素は、水素発生の触媒活性が高い。しかし、極めて高価な白金族元素の使用は、水電解装置の導入コストの増加を招く。これが、水電解による水素の製造方法の普及を妨げる原因の１つとなっている。そのため、水電解装置に使用される白金族元素の使用量を極力低減する、特には、水素発生極である陰極に、白金族元素を使用しないことが望まれる。
【００１０】
この点、特許文献２には、
「粒子状のニッケルの表面にグラフェンが被覆されてなるニッケル－カーボンナノオニオン（Ｎｉ－ＣＮＯ）を触媒として用いたことを特徴とする水電解用電極。」
が開示されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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