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JP7725865B2 - Electrode material, and electrodes, fuel cells, and water electrolysis cells using the same - Google Patents
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JP7725865B2 - Electrode material, and electrodes, fuel cells, and water electrolysis cells using the same - Google Patents

Electrode material, and electrodes, fuel cells, and water electrolysis cells using the same

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Description

本発明は、電極材料及びそれを用いた電極、燃料電池、水電解セルに関する。 The present invention relates to electrode materials and electrodes, fuel cells, and water electrolysis cells that use the same.

燃料電池は、水素やアルコール等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、電解質や作動温度等によって、固体高分子形(PEFC)、リン酸形(PAFC)、溶融炭酸塩形(MCFC)、固体酸化物形(SOFC)等に分けられる。例えば、固体高分子形燃料電池は、定置型電源や燃料電池車用途で使用されており、長期にわたって所望の発電性能を維持することが求められている。 Fuel cells are devices that generate electricity by electrochemically reacting fuels such as hydrogen or alcohol with oxygen. They are classified into polymer electrolyte fuel cells (PEFC), phosphoric acid fuel cells (PAFC), molten carbonate fuel cells (MCFC), solid oxide fuel cells (SOFC), etc. depending on the electrolyte and operating temperature. For example, polymer electrolyte fuel cells are used in stationary power sources and fuel cell vehicles, and are required to maintain the desired power generation performance over the long term.

これらの燃料電池のうち、固体高分子形燃料電池(PEFC)は、電解質としてイオン伝導性を有する高分子膜(イオン交換膜)を用いる燃料電池であり、一般に導電性材料であるカーボンに白金(Pt)を担持した電極材料が使用されている。PEFCには、燃料流路の水詰まりや水分の凍結等により水素の供給不足状態が発生することがあり、この状態になると、アノード電位が急上昇してセルの極性が反転する転極状態となる。転極状態のアノードでは、水素が酸化される反応に代わって、水分が分解される反応や、カーボンが酸化(腐食)される反応がプロトンを供給するため、即座に1.5VvsRHEを超える電位となり、カーボンの酸化(C+2HO→CO+4H++4e)による消失を引き起こし、電池性能を著しく低下させることになる。このような電池性能の低下を回避するため、カーボンの代わりに担体として酸化消失しない導電性酸化物として、IrOなどの伝導性酸化物をコーティングした比表面積50~400m/gの範囲のTiOなどの非電気伝導性無機酸化物を用いる手法が提案されている(特許文献1)。また、比表面積1m/g以上のSiOナノファイバーにPtなどの薄層貴金属とテフロン(登録商標)などの疎水性分子を担持する手法が提案されている(特許文献2)。また、白金またはその合金からなる金属粒子をSiOを主成分とする触媒担体表面に担持する触媒粒子と、グラファイトなどの導電性粒子と、プロトン伝導性物質とを電極に用いる手法が提案されている(特許文献3)。
また、水素を製造するための最も現実的な方法である水の電気分解は、燃料電池の逆反応であり、電力によって水を水素と酸素に分解する。水電解の方式としては、固体高分子形水電解とアルカリ電解と呼ばれる2種類の方式が主に使用されており、このうち固体高分子形水電解は、アルカリ電解と比較して高い電流密度で運転することが出来るため、システムを小型化出来るメリットがある。水の電気分解反応には、標準状態(25℃、1気圧)で1.23V以上の電圧が理論的に必要となり、水電解セルでは通常、2.0V程度までの高い電圧が使用される。水電解セルにおけるアノード(酸素発生極)には、酸素発生反応活性を有する触媒が必要であり、イリジウムが高い活性を有することが知られている(特許文献4、5)。
Among these fuel cells, polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) use an ion-conductive polymer membrane (ion exchange membrane) as an electrolyte, and generally use an electrode material in which platinum (Pt) is supported on carbon, a conductive material. In PEFCs, a hydrogen supply shortage can occur due to water clogging of the fuel flow path or freezing of water. When this occurs, the anode potential rises sharply, causing the cell polarity to reverse, resulting in a polarity reversal state. At the anode in a polarity reversal state, instead of the hydrogen oxidation reaction, reactions that decompose water and carbon oxidation (corrosion) supply protons, instantly raising the potential to above 1.5 V vs. RHE, causing carbon oxidation (C + 2H 2 O → CO 2 + 4H++ 4e ) and resulting in loss of protons, significantly reducing cell performance. To avoid such a decline in battery performance, a method has been proposed in which a non-conductive inorganic oxide such as TiO2 with a specific surface area of 50 to 400 m2 /g coated with a conductive oxide such as IrO2 is used as a support instead of carbon as a conductive oxide that does not oxidize and disappear (Patent Document 1). Another method has been proposed in which a thin layer of a precious metal such as Pt and hydrophobic molecules such as Teflon (registered trademark) are supported on SiO2 nanofibers with a specific surface area of 1 m2 /g or more (Patent Document 2). Another method has been proposed in which catalyst particles, in which metal particles made of platinum or its alloy are supported on the surface of a catalyst support mainly composed of SiO2 , are used as electrodes, along with conductive particles such as graphite and a proton-conducting material (Patent Document 3).
Furthermore, water electrolysis, the most practical method for producing hydrogen, is the reverse reaction of a fuel cell, in which water is decomposed into hydrogen and oxygen using electricity. Two types of water electrolysis are mainly used: solid polymer water electrolysis and alkaline electrolysis. Of these, solid polymer water electrolysis can be operated at a higher current density than alkaline electrolysis, which has the advantage of allowing the system to be more compact. Theoretically, a voltage of 1.23 V or more is required for the water electrolysis reaction under standard conditions (25°C, 1 atmosphere), and water electrolysis cells typically use high voltages of up to about 2.0 V. The anode (oxygen-evolving electrode) in a water electrolysis cell requires a catalyst active in the oxygen-evolving reaction, and iridium is known to have high activity (Patent Documents 4 and 5).

国際公開第2013/092568号International Publication No. 2013/092568 特開2016-71960号公報JP 2016-71960 A 特許第3576108号公報Patent No. 3576108 特開2008-274326号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-274326 特開2003-166093号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-166093

上述した固体高分子形燃料電池の電位が急上昇した際に起こるカーボンの腐食に対して、特許文献1~3に示されるような電極の報告があるが、更に高性能な燃料電池を実現するためには燃料電池の設計自由度を広げることが重要であり、固体高分子形燃料電池に用いた場合に、高い発電性能と、電位の急上昇に対する高い耐久性を有する新たな電極の開発が求められている。
また固体高分子形水電解セルにおけるアノードの触媒としてイリジウムを使用する場合、コスト等の点から担体にイリジウムを担持して使用できることが望ましいが、固体高分子形水電解セルのアノードは固体高分子形燃料電池の電極が晒される電位よりも更に高い電位で使用されるため、導電性と電位耐久性に優れた、イリジウムの担体に使用出来る材料が乏しいのが現状である。このため、通常は担体を有しないイリジウムまたは酸化イリジウムのみを触媒として用いている。アノードを形成するためには一定の触媒嵩が必要であるため、イリジウムを多量に使用しているが、イリジウムは高価であるため、イリジウム使用量を削減可能な高い水電解性能を有する電極の開発が求められている。
Regarding the above-mentioned carbon corrosion that occurs when the potential of a polymer electrolyte fuel cell suddenly rises, there have been reports of electrodes such as those shown in Patent Documents 1 to 3. However, in order to realize fuel cells with even higher performance, it is important to increase the degree of freedom in fuel cell design, and there is a need to develop new electrodes that, when used in polymer electrolyte fuel cells, have high power generation performance and high durability against sudden rises in potential.
Furthermore, when using iridium as an anode catalyst in a polymer electrolyte water electrolysis cell, it is desirable to use iridium supported on a carrier from the standpoint of cost, etc. However, because the anode of a polymer electrolyte water electrolysis cell is used at a potential even higher than the potential to which the electrodes of a polymer electrolyte fuel cell are exposed, there are currently few materials that can be used as an iridium carrier and that have excellent conductivity and potential durability. For this reason, only iridium or iridium oxide without a carrier is usually used as a catalyst. Because a certain catalyst volume is required to form the anode, a large amount of iridium is used. However, because iridium is expensive, there is a need to develop an electrode with high water electrolysis performance that can reduce the amount of iridium used.

本発明は、上記現状に鑑み、高い発電性能と、電位の急上昇に対する高い耐久性を有する新たな燃料電池の電極の材料を提供することを目的とする。また、高い水電解性能を有する新たな水電解セルの電極の材料を提供することを目的とする。 In light of the above-mentioned current situation, the present invention aims to provide a new fuel cell electrode material that has high power generation performance and high durability against sudden increases in potential. It also aims to provide a new water electrolysis cell electrode material that has high water electrolysis performance.

本発明者らは、球状のSiO上に所定の貴金属及び/又はその酸化物を担持した材料を燃料電池の電極の材料として用いると、高い発電性能と電位の急上昇に対する高い耐久性を有する電極となり、水電解セルの電極の材料として用いると、高い水電解性能を有する水電解セルとなることを見出した。更に本発明者らは、このような電極材料の好適な製造方法も見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have discovered that when a material having a predetermined noble metal and/or its oxide supported on spherical SiO2 is used as an electrode material for a fuel cell, the electrode has high power generation performance and high durability against a sudden rise in potential, and when used as an electrode material for a water electrolysis cell, the cell has high water electrolysis performance. Furthermore, the present inventors have discovered a suitable method for producing such an electrode material, which has led to the completion of the present invention.

すなわち本発明は、球状のSiO上にRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物が担持された構造を有することを特徴とする電極材料である。 That is, the present invention provides an electrode material characterized by having a structure in which at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or its oxide is supported on spherical SiO 2 .

上記Ru、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属は、Ru及び/又はIrであることが好ましい。 The at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd is preferably Ru and/or Ir.

上記電極材料は、球状のSiO上にRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物が担持された後に、更にPt及び/又はその酸化物が担持された構造を有することが好ましい。 The electrode material preferably has a structure in which at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or its oxide is supported on spherical SiO2 , and then Pt and/or its oxide is further supported thereon.

上記電極材料は、燃料電池又は水電解セルの電極材料であることが好ましい。 The above electrode material is preferably an electrode material for a fuel cell or a water electrolysis cell.

本発明はまた、本発明の電極材料から構成された電極でもある。 The present invention also relates to an electrode constructed from the electrode material of the present invention.

本発明はまた、本発明の電極を備えることを特徴とする燃料電池でもある。 The present invention also relates to a fuel cell comprising the electrode of the present invention.

本発明はまた、本発明の電極を備えることを特徴とする水電解セルでもある。 The present invention also relates to a water electrolysis cell comprising the electrode of the present invention.

本発明はまた、本発明の電極材料を製造する方法であって、
該製造方法は、球状のSiO上にRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物を担持する工程を含むことを特徴とする電極材料の製造方法でもある。
The present invention also provides a method for producing the electrode material of the present invention, comprising the steps of:
The production method is also a method for producing an electrode material, characterized by including a step of supporting at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or its oxide on spherical SiO2 .

本発明は更に、本発明の電極材料を製造する方法であって、
該製造方法は、球状のSiO上にRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物を担持する工程(1)と、
該工程(1)の後にPt及び/又はその酸化物を担持する工程(2)を含むことを特徴とする電極材料の製造方法でもある。
The present invention further provides a method for producing the electrode material of the present invention, comprising the steps of:
The production method includes a step (1) of supporting at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or its oxide on spherical SiO 2 ;
The method for producing an electrode material is also characterized by comprising, after the step (1), a step (2) of supporting Pt and/or an oxide thereof.

本発明の電極材料は、高電位にも充分に耐えることができ、かつ高導電性を有する電極を形成することができる材料である。従って、固体高分子形燃料電池等の燃料電池や、水電解セル、太陽電池、トランジスタ、液晶等の表示装置等の電極の材料の他、帯電防止材、熱線遮蔽材等に使用する導電性材料として極めて有用である。中でも特に、固体高分子形燃料電池または固体高分子形水電解セルの電極の材料として有用である。 The electrode material of the present invention is a material that can adequately withstand high potentials and can form highly conductive electrodes. Therefore, it is extremely useful as a conductive material for use in electrodes of fuel cells such as polymer electrolyte fuel cells, water electrolysis cells, solar cells, transistors, and displays such as liquid crystal displays, as well as antistatic materials and heat-shielding materials. It is particularly useful as an electrode material for polymer electrolyte fuel cells or polymer electrolyte water electrolysis cells.

実施例1~3、7、比較例1で使用した球状SiO(Sciqas 0.15μm)の電子顕微鏡観察結果を示した図である。1 is a diagram showing the results of electron microscope observation of spherical SiO 2 (Sciqas 0.15 μm) used in Examples 1 to 3 and 7 and Comparative Example 1. FIG. 実施例4、8で使用した球状SiO(Sciqas 0.4μm)の電子顕微鏡観察結果を示した図である。1 is a diagram showing the results of electron microscope observation of spherical SiO 2 (Sciqas 0.4 μm) used in Examples 4 and 8. FIG. 実施例5で使用した球状SiO(Sciqas 0.05μm)の電子顕微鏡観察結果を示した図である。10 is a diagram showing the results of electron microscope observation of spherical SiO 2 (Sciqas 0.05 μm) used in Example 5. FIG. 実施例6で使用した球状SiO(クォートロン SP-03F)の電子顕微鏡観察結果を示した図である。1 shows the results of electron microscope observation of spherical SiO 2 (Quatron SP-03F) used in Example 6. FIG. 比較例2で使用した非球状SiO(ニップシールEL)の電子顕微鏡観察結果を示した図である。1 is a diagram showing the results of electron microscope observation of non-spherical SiO 2 (Nipsil EL) used in Comparative Example 2. FIG.

以下、本発明の好ましい形態について具体的に説明するが、本発明は以下の記載のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。 The following describes in detail preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to the following description and can be modified and applied as appropriate within the scope of the present invention.

1.電極材料
本発明の電極材料は、球状のSiO上にRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物が担持された構造を有する。
SiOが球状の形状であると、電極を形成した場合に電極材料が電子伝導に必要な適度な緻密さと、反応ガスや水分の拡散に適した適度な空隙を有する電極となるため、電極材料が有する特性を十分に発揮することができる。
このような球状のSiO上にRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物が担持されたものが本発明の電極材料であり、この材料を用いることで高い発電性能と、電位の急上昇に対する高い耐久性を有する電極を得ることができる。
ここで、球状のSiOとは、以下の式に示す円形度が0.7以上であるSiOである。円形度は、0~1の間の値を取り、1に近いほど円に近いことを示す。球状のSiOの円形度は、0.75以上であることが好ましい。より好ましくは0.80以上である。
(円形度)=4×π(粒子の面積)÷(粒子の周囲長)
なお、粒子中に穴を含む場合は、穴の面積も粒子の面積に含むものとする。粒子の面積および周囲長は、画像解析ソフトウェアWinROOFにより算出することができる。
1. Electrode Material The electrode material of the present invention has a structure in which at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or its oxide is supported on spherical SiO2 .
When SiO2 has a spherical shape, when an electrode is formed, the electrode material has the appropriate density necessary for electron conduction and the appropriate voids suitable for the diffusion of reaction gases and moisture, so the properties of the electrode material can be fully exhibited.
The electrode material of the present invention is formed by supporting at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or its oxide on such spherical SiO2 . By using this material, an electrode having high power generation performance and high durability against a sudden rise in potential can be obtained.
Here, spherical SiO2 is SiO2 having a circularity of 0.7 or more as shown in the following formula. The circularity takes a value between 0 and 1, and the closer to 1 it is, the closer it is to a circle. The circularity of spherical SiO2 is preferably 0.75 or more, and more preferably 0.80 or more.
(Circularity) = 4 × π (area of particle) ÷ (perimeter of particle) 2
When a particle contains a hole, the area of the hole is included in the area of the particle. The area and perimeter of a particle can be calculated using image analysis software WinROOF.

上記SiOは、比表面積が1m/g以上、100m/g以下であることが好ましい。このような比表面積を有する球状のSiOに対してRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物、又は更に後述するPt及び/又はその酸化物が担持してSiO粒子表面を覆うことで、これらを担持することの効果をより十分に発揮することができる。また、このような球状のSiOを用いることで、電極をより性能の高いものとすることができる。SiOの比表面積は、より好ましくは、5m/g以上、80m/g以下であり、更に好ましくは、10m/g以上、60m/g以下である。
SiOの比表面積は、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
The SiO 2 preferably has a specific surface area of 1 m 2 /g or more and 100 m 2 /g or less. By supporting at least one noble metal and/or its oxide selected from Ru, Ir, Rh, and Pd, or Pt and/or its oxide, as described below, on spherical SiO 2 having such a specific surface area and covering the SiO 2 particle surface, the effect of supporting these metals can be more fully exhibited. Furthermore, the use of such spherical SiO 2 can improve the performance of the electrode. The specific surface area of SiO 2 is more preferably 5 m 2 /g or more and 80 m 2 /g or less, and even more preferably 10 m 2 /g or more and 60 m 2 /g or less.
The specific surface area of SiO2 can be measured by the method described in the examples below.

上記SiOは、平均粒子径が0.01~1.0μmのものであることが好ましい。このような粒子径のものを用い、Ru、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物、又は更に後述するPt及び/又はその酸化物によってSiO粒子表面を被覆することで、これらを担持することの効果をより十分に発揮することができる。また、このような球状のSiOを用いることで、電極をより性能の高いものとすることができる。SiOの平均粒子径は、より好ましくは、0.02~0.8μmであり、更に好ましくは、0.03~0.5μmである。
SiOの平均粒子径は、電子顕微鏡により撮影した画像の任意の40粒子における粒子径を平均することにより測定することができる。
The SiO2 preferably has an average particle size of 0.01 to 1.0 μm. By using SiO2 with such particle sizes and coating the SiO2 particle surfaces with at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or its oxide, or with Pt and/or its oxide, as described below, the effects of supporting these metals can be more fully realized. Furthermore, the use of such spherical SiO2 can enhance the performance of the electrode. The average particle size of SiO2 is more preferably 0.02 to 0.8 μm, and even more preferably 0.03 to 0.5 μm.
The average particle size of SiO2 can be measured by averaging the particle sizes of 40 randomly selected particles in an image taken with an electron microscope.

上記Ru、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物は、これらのうちいずれの元素であってもよく、金属単体でも酸化物でもよいが、Ru及び/又はIrの単体及び/又はその酸化物であることが好ましい。これらのいずれかがSiO上に担持されたものであると、得られる電極材料から作製した電極が、発電性能及び電位の急上昇に対する耐久性により優れたものとなる。より好ましくは、Ruの単体及び/又はその酸化物である。 The at least one noble metal and/or oxide thereof selected from Ru, Ir, Rh, and Pd may be any of these elements, and may be either a metal or an oxide thereof. However, Ru and/or Ir are preferably used as a metal and/or an oxide thereof. When any of these elements is supported on SiO2 , an electrode made from the resulting electrode material has better power generation performance and durability against sudden increases in potential. Ru and/or an oxide thereof are more preferably used.

本発明の電極材料におけるRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物の担持量は、電極材料100質量%に対して、5質量%以上であることが好ましい。このような担持量であると、これらの貴金属及び/又はその酸化物を担持することの効果がより十分に発揮され、電極材料から作製される電極がより高い性能を有するものとなる。担持量は、より好ましくは、電極材料100質量%に対して、10質量%以上であり、更に好ましくは、電極材料100質量%に対して、20質量%以上である。またこの担持量は多いほど好ましいが、通常、電極材料100質量%に対して、60質量%以下である。
なお、本発明の電極材料において、Ru、Ir、Rh、Pdから選ばれる2種以上の貴金属及び/又はその酸化物を担持させる場合、それら2種以上の貴金属及び/又はその酸化物の合計担持量が上記の割合であることが好ましい。
The amount of at least one noble metal and/or oxide thereof selected from Ru, Ir, Rh, and Pd supported in the electrode material of the present invention is preferably 5% by mass or more relative to 100% by mass of the electrode material. With such a supported amount, the effect of supporting these noble metals and/or oxides thereof is more fully exhibited, and the electrode produced from the electrode material has higher performance. The supported amount is more preferably 10% by mass or more relative to 100% by mass of the electrode material, and even more preferably 20% by mass or more relative to 100% by mass of the electrode material. While a larger supported amount is preferable, it is typically 60% by mass or less relative to 100% by mass of the electrode material.
In the electrode material of the present invention, when two or more kinds of noble metals selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or oxides thereof are supported, it is preferable that the total amount of the two or more kinds of noble metals and/or oxides thereof supported is in the above-mentioned ratio.

本発明の電極材料は、球状のSiO上にRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物が担持された後に、更にPt及び/又はその酸化物が担持された構造を有するものであることが好ましい。電極材料がこのようなものであると、電極材料を用いた電極が、発電性能や電位の急上昇に対する耐久性により優れたものとなる。 The electrode material of the present invention preferably has a structure in which at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or its oxide is supported on spherical SiO2, and then Pt and/or its oxide is further supported on the noble metal. When such an electrode material is used, the electrode using the electrode material has better power generation performance and durability against a sudden rise in potential.

本発明の電極材料が、球状のSiO上にRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物が担持された後に、更にPt及び/又はその酸化物が担持されたものである場合、Pt及び/又はその酸化物の担持量は、電極材料100質量%に対して、5質量%以上であることが好ましい。このような担持量であると、Pt及び/又はその酸化物を担持することの効果がより十分に発揮され、電極材料から作製される電極がより高い性能を有するものとなる。担持量は、より好ましくは、電極材料100質量%に対して、8質量%以上であり、更に好ましくは、電極材料100質量%に対して、10質量%以上である。またこの担持量は多いほど好ましいが、通常、電極材料100質量%に対して、50質量%以下である。 When the electrode material of the present invention is formed by supporting at least one noble metal and/or its oxide selected from Ru, Ir, Rh, and Pd on spherical SiO 2 , and then further supporting Pt and/or its oxide, the amount of Pt and/or its oxide supported is preferably 5% by mass or more relative to 100% by mass of the electrode material. With such a supported amount, the effect of supporting Pt and/or its oxide is more fully exhibited, and the electrode produced from the electrode material exhibits higher performance. The supported amount is more preferably 8% by mass or more relative to 100% by mass of the electrode material, and even more preferably 10% by mass or more relative to 100% by mass of the electrode material. Although a larger amount is preferable, the supported amount is typically 50% by mass or less relative to 100% by mass of the electrode material.

なお、本発明の電極材料において、球状のSiO上に担持されたRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物と、更にその後に担持されたPt及び/又はその酸化物の間には、炭素のみで構成される材料は存在しない方が良い。この材料が存在すると、後に示す高電位保持後電圧が低下する可能性がある。また、上記の球状のSiO上に担持されたRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物と、更にその後に担持されたPt及び/又はその酸化物の間には、イオン伝導性樹脂は存在しない方が良い。この材料を含むと、後に示す初期電圧が低下する可能性がある。 In the electrode material of the present invention, it is preferable that a material composed only of carbon is not present between the at least one noble metal and/or oxide thereof selected from Ru, Ir, Rh, and Pd supported on the spherical SiO 2 and the Pt and/or oxide thereof supported thereafter. If this material is present, the voltage after high potential holding described below may decrease. Furthermore, it is preferable that an ion-conductive resin is not present between the at least one noble metal and/or oxide thereof selected from Ru, Ir, Rh, and Pd supported on the spherical SiO 2 and the Pt and/or oxide thereof supported thereafter. If this material is present, the initial voltage described below may decrease.

本発明の電極材料は、燃料電池又は水電解セルの電極の材料として用いた場合に、高い発電又は水電解性能と、電位の急上昇に対する高い耐久性を有する電極を得ることができるものである。
このような本発明の電極材料から構成された電極や、該電極を備える燃料電池又は水電解セルもまた、本発明の1つである。本発明の電極材料を用いて作製された電極は、電位の急上昇に対する高い耐久性を有するため、燃料電池や水電解セルの中でも電位の急上昇が発生し得る固体高分子形燃料電池又は固体高分子形水電解セルに用いられる電極の材料として好適である。
また本発明の電極材料は、燃料電池や水電解セル以外にも、COやNH等の各種ガス電解セル、太陽電池、トランジスタ、液晶等の表示装置等の電極の材料として使用でき、更に帯電防止材、熱線遮蔽材等に使用する導電性材料としても好適に使用することができる。
When the electrode material of the present invention is used as a material for electrodes of fuel cells or water electrolysis cells, it is possible to obtain electrodes that have high power generation or water electrolysis performance and high durability against sudden increases in potential.
The present invention also includes an electrode made from the electrode material of the present invention, and a fuel cell or water electrolysis cell including the electrode. Because the electrode made using the electrode material of the present invention has high durability against a sudden rise in potential, it is suitable as an electrode material for a polymer electrolyte fuel cell or a polymer electrolyte water electrolysis cell, which are fuel cells and water electrolysis cells in which a sudden rise in potential may occur.
The electrode material of the present invention can be used as an electrode material for various gas electrolysis cells such as CO2 and NH3 gas electrolysis cells, solar cells, transistors, liquid crystal and other display devices, and can also be suitably used as an electrically conductive material for use in antistatic materials, heat ray shielding materials, etc., in addition to fuel cells and water electrolysis cells.

2.電極材料の製造方法
球状のSiO上にRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物が担持された構造を有する本発明の電極材料の製造方法は、そのような構造のものが得られる限り特に制限されないが、以下の第一の製造方法や第二の製造方法が好適である。
(第一の製造方法)
球状SiOスラリーにRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属塩水溶液を添加して混合液1を得る第一工程、第一工程で得た混合液1のpHを5~9に調整した後、沈殿を分離する第二工程、第二工程で得られた沈殿を焼成する第三工程を行って、Ru、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び又はその酸化物が担持した球状SiO(以下、貴金属1担持SiOとも記載する)を製造する方法。
(第二の製造方法)
球状SiOスラリーにRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属塩水溶液を添加して混合液1を得る第一工程、第一工程で得た混合液1に還元剤を添加してRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属粒子を析出させ、生成した沈殿を分離する第二工程、第二工程で得られた沈殿を焼成する第三工程を行って、貴金属1担持SiOを製造する方法。
2. Manufacturing Method of Electrode Material The manufacturing method of the electrode material of the present invention having a structure in which at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or its oxide is supported on spherical SiO2 is not particularly limited as long as such a structure can be obtained, but the following first manufacturing method and second manufacturing method are preferred.
(First manufacturing method)
The method for producing spherical SiO 2 supported with at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or its oxide (hereinafter also referred to as noble metal 1-supported SiO 2) comprises the steps of: a first step of adding an aqueous solution of at least one noble metal salt selected from Ru, Ir, Rh, and Pd to a spherical SiO 2 slurry to obtain a mixed solution 1; a second step of adjusting the pH of the mixed solution 1 obtained in the first step to 5 to 9, and then separating the precipitate; and a third step of calcining the precipitate obtained in the second step.
(Second manufacturing method)
A method for producing SiO2 supported on a precious metal 1, comprising the steps of: a first step of adding an aqueous solution of at least one precious metal salt selected from Ru, Ir, Rh, and Pd to a spherical SiO2 slurry to obtain a mixed solution 1; a second step of adding a reducing agent to the mixed solution 1 obtained in the first step to precipitate particles of at least one precious metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd, and separating the resulting precipitate; and a third step of calcining the precipitate obtained in the second step.

上記第一の製造方法、第二の製造方法のいずれにおいても、第一工程から第三工程を複数回繰り返し、Ru、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属粒子の球状SiOへの担持を複数回行ってもよい。複数回行う場合、同じ貴金属の塩を用いてもよく、異なる貴金属の塩を用いてもよい。また、第三工程は必要に応じて行わなくてもよい。 In either the first or second manufacturing method, the first to third steps may be repeated multiple times to support at least one kind of noble metal particles selected from Ru, Ir, Rh, and Pd on the spherical SiO2 multiple times. When repeated multiple times, the same noble metal salt may be used, or different noble metal salts may be used. Furthermore, the third step may not be performed if necessary.

また本発明の電極材料のうち、球状のSiO上にRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物が担持された後に、更にPt及び/又はその酸化物が担持された構造を有するものについても、そのような構造のものが得られる限り製造方法は特に制限されないが、上記第一又は第二の製造方法で得られた貴金属1担持SiOのスラリーに対して、更に以下の第三の製造方法や第四の製造方法を行う方法が好適である。
(第三の製造方法)
第一又は第二の製造方法で得られた貴金属1担持SiOのスラリーにPt塩水溶液を添加して混合液2を得る第一工程、第一工程で得た混合液2のpHを5~9に調整した後、沈殿を分離する第二工程、第二工程で得られた沈殿を焼成する第三工程を行う方法。
(第四の製造方法)
第一又は第二の製造方法で得られた貴金属1担持SiOのスラリーにPt塩水溶液を添加して混合液2を得る第一工程、第一工程で得た混合液2に還元剤を用いてPt粒子を析出させ、生成した沈殿を分離する第二工程、第二工程で得られた沈殿を焼成する第三工程を行う方法。
Furthermore, among the electrode materials of the present invention, those having a structure in which at least one kind of precious metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or an oxide thereof is supported on spherical SiO2, and then Pt and/or an oxide thereof is further supported thereon are not particularly limited to the production method as long as such a structure can be obtained, but a method in which the following third production method or fourth production method is further applied to the slurry of precious metal 1- supported SiO2 obtained by the above-mentioned first or second production method is preferred.
(Third manufacturing method)
This method comprises a first step of adding a Pt salt aqueous solution to a slurry of SiO2 carrying a precious metal 1 obtained by the first or second manufacturing method to obtain a mixed solution 2, a second step of adjusting the pH of the mixed solution 2 obtained in the first step to 5 to 9, and then separating the precipitate, and a third step of calcining the precipitate obtained in the second step.
(Fourth manufacturing method)
This method includes a first step of adding a Pt salt aqueous solution to a slurry of SiO2 carrying precious metal 1 obtained by the first or second manufacturing method to obtain a mixed solution 2, a second step of precipitating Pt particles from the mixed solution 2 obtained in the first step using a reducing agent and separating the resulting precipitate, and a third step of calcining the precipitate obtained in the second step.

上記第三の製造方法、第四の製造方法のいずれにおいても、第一工程から第三工程を複数回繰り返し、Pt及び/又はその酸化物粒子の球状SiOへの担持を複数回行ってもよい。また、第三工程は必要に応じて行わなくてもよい。 In either the third or fourth production method, the first to third steps may be repeated multiple times to support Pt and/or its oxide particles on the spherical SiO2 multiple times. In addition, the third step may not be performed if necessary.

なお、上記第三の製造方法、第四の製造方法を実施する前に、炭素のみで構成される材料によって球状のSiO上にRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物が担持された構造を有する本発明の電極材料が被覆されることになる工程は含まない方が良い。この工程を含むと、後に示す高電位保持後電圧が低下する可能性がある。また、上記第三の製造方法、第四の製造方法を実施する前に、イオン伝導性樹脂によって球状のSiO上にRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物が担持された構造を有する本発明の電極材料が被覆されることになる工程は含まない方が良い。この工程を含むと、後に示す初期電圧が低下する可能性がある。 It is preferable not to include a step of coating the electrode material of the present invention, which has a structure in which at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or its oxide is supported on spherical SiO 2 with a material composed only of carbon, before carrying out the third and fourth manufacturing methods. Including this step may result in a decrease in the voltage after high potential holding, as described below. It is also preferable not to include a step of coating the electrode material of the present invention, which has a structure in which at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or its oxide is supported on spherical SiO 2 with an ion conductive resin, before carrying out the third and fourth manufacturing methods. Including this step may result in a decrease in the initial voltage, as described below.

上記第一及び第二の製造方法の第一工程において用いるRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属塩や、第三及び第四の製造方法の第一工程において用いるPt塩としては、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩等の無機酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩等の有機酸塩、あるいは、ナノサイズのRu、Ir、Rh、Pd、Pt等の分散溶液が挙げられる。中でも、塩化物溶液、硝酸塩溶液等が好ましい。 The at least one precious metal salt selected from Ru, Ir, Rh, and Pd used in the first step of the first and second manufacturing methods, and the Pt salt used in the first step of the third and fourth manufacturing methods, may be an inorganic acid salt such as a chloride, sulfate, nitrate, or phosphate, an organic acid salt such as an acetate or oxalate, or a dispersion solution of nano-sized Ru, Ir, Rh, Pd, Pt, or the like. Among these, a chloride solution, a nitrate solution, or the like is preferred.

上記第一及び第三の製造方法の第二工程においては、混合水溶液1、2のpHを5~9に調整すればよいが、より十分に沈殿を生成させる点からpHは6~8であることが好ましい。より好ましくは、6.5~7.5である。
上記第二工程において、pHを5~9に調整する際の混合水溶液の温度は、Ru、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属やPtの水酸化物の沈殿の生成速度と作業性の点から、50~100℃であることが好ましい。より好ましくは、60~80℃である。
In the second step of the first and third production methods, the pH of the mixed aqueous solutions 1 and 2 may be adjusted to 5 to 9, but in order to more sufficiently generate a precipitate, the pH is preferably 6 to 8, and more preferably 6.5 to 7.5.
In the second step, the temperature of the mixed aqueous solution when adjusting the pH to 5 to 9 is preferably 50 to 100°C, more preferably 60 to 80°C, from the viewpoints of the rate of precipitation of hydroxides of at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd, or Pt, and workability.

上記第一及び第二の製造方法の第三工程において、沈殿を焼成する温度は、第一の製造方法の第二工程で得られた貴金属の水酸化物沈殿や、第二の製造方法の第二工程で得られた貴金属単体の沈殿とSiOとを含む沈殿の焼成が十分に行われる限り特に制限されないが、200~750℃であることが好ましい。より好ましくは、250~600℃であり、更に好ましくは、300~500℃である。
焼成する時間も焼成が十分に行われる限り特に制限されないが、1~8時間であることが好ましい。より好ましくは、1.5~6時間であり、更に好ましくは、2~4時間である。
In the third step of the first and second production methods, the temperature at which the precipitate is calcined is not particularly limited as long as the precious metal hydroxide precipitate obtained in the second step of the first production method and the precipitate containing the precious metal elemental precipitate and SiO2 obtained in the second step of the second production method are sufficiently calcined, but is preferably 200 to 750°C, more preferably 250 to 600°C, and even more preferably 300 to 500°C.
The calcination time is not particularly limited as long as the calcination is carried out sufficiently, but is preferably 1 to 8 hours, more preferably 1.5 to 6 hours, and even more preferably 2 to 4 hours.

上記第三及び第四の製造方法の第三工程において、沈殿を焼成する温度は第三の製造方法の第二工程で得られたPtの水酸化物沈殿や、第四の製造方法の第二工程で得られたPt単体の沈殿と貴金属1担持SiOとを含む沈殿の焼成が十分に行われる限り特に制限されないが、50~900℃であることが好ましい。より好ましくは、100~700℃であり、更に好ましくは、150~600℃である。
焼成する時間も焼成が十分に行われる限り特に制限されないが、0.1~6時間であることが好ましい。より好ましくは、0.5~5時間であり、更に好ましくは、1~4時間である。
また焼成は、焼成ガス雰囲気下で行うことが好ましい。焼成ガスとしては、例えばNガスやHガス等が挙げられ、これらを任意の割合で混合してもよい。
In the third step of the third and fourth production methods, the temperature for calcining the precipitate is not particularly limited as long as the Pt hydroxide precipitate obtained in the second step of the third production method and the precipitate containing the Pt simple substance precipitate and the precious metal 1-supported SiO 2 obtained in the second step of the fourth production method are sufficiently calcined, but is preferably 50 to 900°C, more preferably 100 to 700°C, and even more preferably 150 to 600°C.
The calcination time is not particularly limited as long as the calcination is carried out sufficiently, but is preferably 0.1 to 6 hours, more preferably 0.5 to 5 hours, and even more preferably 1 to 4 hours.
The firing is preferably carried out in an atmosphere of a firing gas, such as N2 gas or H2 gas, which may be mixed in any ratio.

上記第二の製造方法及び第四の製造方法は貴金属を還元剤を用いて還元する方法である。上記還元剤は特に限定されるものではないが、例えば、塩化ヒドラジン、ヒドラジン、水素化ホウ素ナトリウム、アルコール、水素、チオ硫酸ナトリウム、クエン酸、クエン酸ナトリウム、L-アスコルビン酸、ホルムアルデヒド、エチレン、一酸化炭素等が挙げられる。これらの中でも還元剤としてはエタノールが好ましい。 The second and fourth manufacturing methods involve reducing precious metals using a reducing agent. The reducing agent is not particularly limited, but examples include hydrazine chloride, hydrazine, sodium borohydride, alcohol, hydrogen, sodium thiosulfate, citric acid, sodium citrate, L-ascorbic acid, formaldehyde, ethylene, and carbon monoxide. Among these, ethanol is preferred as the reducing agent.

上記第一、第三の製造方法の第一工程においては、必要に応じて混合液1に還元剤を添加して還元処理を行ってもよい。還元処理を行うことで貴金属塩の価数を調整して沈殿を形成させることができる。
還元剤としては上記第二の製造方法及び第四の製造方法で用いられるものと同様のものが挙げられるが、それらの中でも好ましくは塩化ヒドラジンである。
還元剤の添加量は特に限定されるものではないが、混合液1に含まれる貴金属のモル当量の0.1~1倍量であることが好ましい。
In the first step of the first and third production methods, a reduction treatment may be carried out as needed by adding a reducing agent to the mixed solution 1. By carrying out the reduction treatment, the valence of the noble metal salt can be adjusted to form a precipitate.
The reducing agent may be the same as those used in the second and fourth production methods, and among them, hydrazine chloride is preferred.
The amount of the reducing agent to be added is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 1 times the molar equivalent of the noble metal contained in the mixed solution 1.

上記電極材料の製造方法は、上述した工程以外のその他の工程を含んでいてもよい。上記第一~第四の製造方法の第二工程で沈殿を分離した後、次の工程での沈殿の焼成の前に沈殿を水洗する工程や沈殿を乾燥する工程、沈殿を粉砕する工程、沈殿を分級する工程等が挙げられる。 The manufacturing method of the electrode material may include other steps in addition to those described above. These steps include washing the precipitate with water after separating it in the second step of the first to fourth manufacturing methods and before firing it in the next step, drying the precipitate, pulverizing the precipitate, and classifying the precipitate.

本発明を詳細に説明するために以下に具体例を挙げるが、本発明はこれらの例のみに限定されるものではない。特に断りのない限り、「%」及び「wt%」とは「質量%」を意味する。なお、各物性の測定方法は以下の通りである。 Specific examples are given below to explain the present invention in detail, but the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, "%" and "wt%" mean "% by mass." The methods for measuring each physical property are as follows:

<Pt担持量、Ir担持量、Ru担持量>
走査型蛍光X線分析装置ZSX PrimusII(リガク社製)を用いて、試料中のPt含有量を測定し、Ir担持量、Ru担持量を算出した。
<比表面積(BET-SSA)>
JIS Z8830(2013年)の規定に準じ、試料を窒素雰囲気中、200℃で60分間熱処理した後、比表面積測定装置(マウンテック社製、商品名「Macsorb HM-1220」)を用いて、比表面積(BET-SSA)を測定した。
<円形度>
SiO粒子を電子顕微鏡で観察し、粒子の画像から画像解析ソフトウェアWinROOFにより粒子の面積および周囲長を求め、以下の式により円形度を求めた。なお、粒子中に穴を含む場合は、穴の面積も粒子の面積に含むものとした。
(円形度)=4×π(粒子の面積)÷(粒子の周囲長)
<膜電極接合体 初期発電試験>
膜電極接合体をアノード側、Pt目付け0.2mgPt/cmPt担持カーボン電極をカソード側にして、膜電極接合体を単セル(ミックラボ社製、電極面積1cm×1cm、Au10μmめっきCuセパレータ ストレート流路仕様)に組み込み、PEFC単セル評価装置(東陽テクニカ社製)を用いて、セル温80℃、アノード側77℃加湿100%H 500ml/min、カソード側77℃加湿20%O/N2000ml/minに設定し、開放電圧から0.2Vまで掃引し、1.0A/cm時点の電圧とセル抵抗を測定した。
<膜電極接合体 高電位保持後発電試験>
初期発電試験を実施後に、単セルを反転させ、セル温80℃、アノード側77℃加湿100%H 500ml/min、カソード側77℃加湿100%N 500ml/minに設定し、1.7Vを10分印加した後、単セルを反転させ、再度発電試験を行い、1.0A/cm時点の電圧を測定した。
<膜電極接合体 水電解電流密度測定>
実施例、比較例で作製した膜電極接合体を用いた電極をアノード側、Pt目付け0.2mgPt/cmPt担持カーボン電極をカソード側にして、ガス拡散層(SGLカーボン製SIGRACET 28BA)と共に単セル(ミックラボ社製、電極面積1cm×1cm、Au10μmめっきCuセパレータ ストレート流路仕様)に組み込み、PEFC単セル評価装置(東陽テクニカ製)を用いて、セル温70℃、アノード側80℃加湿4%H/N 1L/min、カソード側80℃加湿100%N 1L/minに設定し、1.0Vから2.0Vまで掃引し、1.5V時点の電流密度を測定した。
<電子顕微鏡写真観察>
電界放出形走査電子顕微鏡JSM-7000F(日本電子社製)を用いて、観察を実施した。
<Supported Pt Amount, Supported Ir Amount, Supported Ru Amount>
The Pt content in the sample was measured using a scanning X-ray fluorescence analyzer ZSX Primus II (manufactured by Rigaku Corporation), and the amount of supported Ir and Ru was calculated.
<Specific surface area (BET-SSA)>
In accordance with the provisions of JIS Z8830 (2013), the sample was heat-treated in a nitrogen atmosphere at 200°C for 60 minutes, and then the specific surface area (BET-SSA) was measured using a specific surface area measuring device (manufactured by Mountech Co., Ltd., product name "Macsorb HM-1220").
<Circularity>
The SiO2 particles were observed under an electron microscope, and the particle area and perimeter were determined from the particle images using image analysis software WinROOF, and the circularity was calculated using the following formula: When the particles contained holes, the area of the holes was also included in the particle area.
(Circularity) = 4 × π (area of particle) ÷ (perimeter of particle) 2
<Initial power generation test of membrane electrode assembly>
The membrane electrode assembly was placed on the anode side and a Pt-loaded carbon electrode with a Pt basis weight of 0.2 mg Pt/cm 2 on the cathode side, and the membrane electrode assembly was incorporated into a single cell (manufactured by Miklab, electrode area 1 cm x 1 cm, Au 10 μm plated Cu separator, straight flow path specification). Using a PEFC single cell evaluation device (manufactured by Toyo Corporation), the cell temperature was set to 80°C, the anode side was set to 77°C and humidified with 100% H 2 at 500 ml/min, and the cathode side was set to 77°C and humidified with 20% O 2 /N 2 at 2000 ml/min. The open circuit voltage was swept from 0.2 V, and the voltage and cell resistance at 1.0 A/cm 2 were measured.
<Membrane electrode assembly power generation test after holding high potential>
After the initial power generation test, the single cell was inverted, and the cell temperature was set to 80°C, the anode side was set to 77°C and humidified 100% H2 at 500 ml/min, and the cathode side was set to 77°C and humidified 100% N2 at 500 ml/min. After applying 1.7 V for 10 minutes, the single cell was inverted and a power generation test was conducted again, and the voltage at 1.0 A/ cm2 was measured.
<Membrane electrode assembly water electrolysis current density measurement>
The electrode using the membrane electrode assembly prepared in the Examples and Comparative Examples was placed on the anode side, and the Pt-supported carbon electrode with a Pt basis weight of 0.2 mg Pt/cm 2 was placed on the cathode side, and together with a gas diffusion layer (SIGRACET 28BA manufactured by SGL Carbon), they were assembled into a single cell (manufactured by Miklab, electrode area 1 cm x 1 cm, Au 10 μm plated Cu separator, straight flow path specification). Using a PEFC single cell evaluation device (manufactured by Toyo Corporation), the cell temperature was set to 70°C, the anode side was set to 80°C and humidified at 4% H 2 /N 2 1 L/min, and the cathode side was set to 80°C and humidified at 100% N 2 1 L/min. The voltage was swept from 1.0 V to 2.0 V, and the current density at 1.5 V was measured.
<Electron microscope photograph observation>
Observation was carried out using a field emission scanning electron microscope JSM-7000F (manufactured by JEOL Ltd.).

実施例1
(1)Ru担持SiO粉末の作製
球状SiO(堺化学工業社製 製品名『Sciqas』 粒子径0.15μm)8.0gとイオン交換水1600mlをビーカーに計量して撹拌混合し、SiOスラリー1を得た。
別のビーカーにて、塩化ルテニウム酸溶液(Ruとして8.369質量%、田中貴金属工業社製)を2.2質量%にイオン交換水で希釈したものを準備した(これを「Ru水溶液1」と称す)。
SiOスラリー1攪拌しながら、上記のRu水溶液1を90.9g添加し、液温70℃に加熱保持しながら撹拌混合した。更に、1.0mоl/Lの水酸化カリウム水溶液をpH7となるように滴下した後、液温70℃に1時間加熱保持した後、常法に従い、濾過、水洗、乾燥して水分を全て蒸発させた。得られた粉末全量をアルミナボートに入れ、電気炉にて450℃まで135分かけて昇温し、450℃で4時間保持した後、室温まで自然冷却し、Ru担持SiO粉末1を得た。
(2)Pt、Ru担持SiO粉末の作製
得られたRu担持SiO粉末1を7.0gと、イオン交換水を778gビーカーに計量して撹拌混合し、Ru担持SiOスラリー1を得た。
別のビーカーにて、塩化白金酸溶液(Ptとして15.343質量%、田中貴金属工業社製)を2.2質量%にイオン交換水で希釈した水溶液(これを「Pt水溶液1」と称す)を35.4gと、塩化ヒドラジン(東京化成工業社製、商品名「Hydrazine Dihydrochloride」)0.2gを添加し、撹拌混合したものを準備した(これを「混合Pt水溶液1」と称す)。
Ru担持SiOスラリー1を攪拌しながら、別のビーカーにて準備した上記の混合Pt水溶液1を添加し、その後、液温70℃に加熱保持しながら撹拌混合した。更に、1.0mоl/Lの水酸化ナトリウム水溶液をpH7となるように滴下した後、液温70℃に1時間加熱保持し、その後、常法に従い、濾過、水洗、乾燥して水分を全て蒸発させた。得られた粉末全量をアルミナボートに入れ、雰囲気焼成炉にて100vol%水素を400mL/分で流通しながら、560℃まで60分かけて昇温し、560℃で3時間保持した後、室温まで自然冷却してPt、Ru担持SiO粉末1を得た。
(3)膜電極接合体の作製
得られたPt、Ru担持SiO粉末1を0.2gと、20質量%Nafion溶液(シグマアルドリッチ社製)168μl、t-ブチルアルコール(和光純薬社製)120μL、イオン交換水24μL、2mmφZrOビーズ1.4gをスクリュー管に入れ、超音波洗浄機を用いて、150分間分散し、Pt、Ru担持SiOインク1を得た。
得られたPt、Ru担持SiOインク1をテフロン(登録商標)シートに40μL滴下し、バーコーターを用いて塗工後、自然乾燥させ、Pt使用量のPt、Ru担持SiOシート1(Pt使用量0.05mgPt/cm)を得た。
市販の50質量%Pt担持カーボン(エヌイーケムキャット社製)を0.02gと、20質量%Nafion溶液(シグマアルドリッチ社製)61μL、t-ブチルアルコール(和光純薬社製)179μL、イオン交換水89μL、2mmφZrOビーズ1.6gをスクリュー管に入れ、超音波洗浄機を用いて、150分間分散し、Pt担持カーボンインク1を得た。
得られたPt担持カーボンインク1をテフロン(登録商標)シートに40μL滴下し、バーコーターを用いて塗工後、自然乾燥させ、Pt担持カーボンシート1(Pt使用量0.2mgPt/cm)を得た。
電解質膜(デュポン社製、製品名NR-212)を3cm×3cmに切り抜いた後、RuIr担持亜酸化チタンシート1と、Pt担持カーボンシート1をそれぞれ1cm×1cmに切り抜き、Pt、Ru担持SiOシート1、電解質膜、Pt担持カーボンシート1の順に重ね合わせ、加熱式油圧プレス機(東洋精機製作所製、製品名 ミニテストプレスMP-WNH)を用いて1MPaの設定圧力で140℃で6分間ホットプレスした。
その後、Pt、Ru担持SiOシート1、Pt担持カーボンシート1からテフロン(登録商標)シートを剥がし、膜電極接合体1を得た。
Example 1
(1) Preparation of Ru-supported SiO 2 powder 8.0 g of spherical SiO 2 (product name "Sciqas" manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., particle size 0.15 μm) and 1600 ml of ion-exchanged water were weighed into a beaker and mixed with stirring to obtain SiO 2 slurry 1.
In another beaker, a ruthenic chloride solution (8.369 mass % as Ru, manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) was diluted with ion-exchanged water to 2.2 mass % to prepare a solution (hereinafter referred to as "Ru aqueous solution 1").
While stirring the SiO2 slurry 1, 90.9 g of the above Ru aqueous solution 1 was added, and the mixture was stirred and mixed while heating and maintaining the liquid temperature at 70°C. Furthermore, a 1.0 mol/L potassium hydroxide aqueous solution was added dropwise to adjust the pH to 7, and the mixture was heated and maintained at 70°C for 1 hour. Then, according to the usual method, it was filtered, washed with water, and dried to evaporate all the water. The entire amount of the obtained powder was placed in an alumina boat, heated to 450°C in an electric furnace over 135 minutes, maintained at 450°C for 4 hours, and then naturally cooled to room temperature to obtain Ru-supported SiO2 powder 1.
(2) Preparation of Pt and Ru-supported SiO 2 powder 7.0 g of the obtained Ru-supported SiO 2 powder 1 and 778 g of ion-exchanged water were weighed into a beaker and mixed with stirring to obtain Ru-supported SiO 2 slurry 1.
In another beaker, 35.4 g of an aqueous solution (referred to as "Pt aqueous solution 1") prepared by diluting a chloroplatinic acid solution (15.343 mass% as Pt, manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) with ion-exchanged water to a concentration of 2.2 mass% was added to 0.2 g of hydrazine chloride (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., trade name "Hydrazine Dihydrochloride") and stirred to prepare a mixture (referred to as "mixed Pt aqueous solution 1").
While stirring the Ru-supported SiO2 slurry 1, the above-mentioned mixed Pt aqueous solution 1 prepared in another beaker was added, and then the mixture was stirred and mixed while heating and maintaining the liquid temperature at 70 ° C. Furthermore, 1.0 mol/L sodium hydroxide aqueous solution was added dropwise to adjust the pH to 7, and then the mixture was heated and maintained at 70 ° C for 1 hour, and then filtered, washed with water, and dried according to the usual method to evaporate all water. The entire amount of the obtained powder was placed in an alumina boat, and while flowing 100 vol% hydrogen at 400 mL/min in an atmospheric firing furnace, the temperature was raised to 560 ° C over 60 minutes, and the mixture was maintained at 560 ° C for 3 hours, and then naturally cooled to room temperature to obtain Pt, Ru-supported SiO2 powder 1.
(3) Preparation of membrane electrode assembly 0.2 g of the obtained Pt, Ru-supported SiO2 powder 1, 168 μL of 20 mass % Nafion solution (manufactured by Sigma-Aldrich Corporation), 120 μL of t-butyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 24 μL of ion-exchanged water, and 1.4 g of 2 mmφ ZrO2 beads were placed in a screw tube and dispersed for 150 minutes using an ultrasonic cleaner to obtain Pt, Ru-supported SiO2 ink 1.
40 μL of the obtained Pt, Ru supported SiO 2 ink 1 was dropped onto a Teflon (registered trademark) sheet, coated using a bar coater, and then naturally dried to obtain Pt, Ru supported SiO 2 sheet 1 (Pt amount: 0.05 mg Pt/cm 2 ).
0.02 g of commercially available 50% by mass Pt-loaded carbon (manufactured by NE Chemcat Corporation), 61 μL of 20% by mass Nafion solution (manufactured by Sigma-Aldrich Corporation), 179 μL of t-butyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 89 μL of ion-exchanged water, and 1.6 g of 2 mm diameter ZrO2 beads were placed in a screw tube and dispersed for 150 minutes using an ultrasonic cleaner to obtain Pt-loaded carbon ink 1.
40 μL of the obtained Pt-supported carbon ink 1 was dropped onto a Teflon (registered trademark) sheet, coated using a bar coater, and then allowed to dry naturally to obtain Pt-supported carbon sheet 1 (Pt usage amount 0.2 mgPt/cm 2 ).
An electrolyte membrane (manufactured by DuPont, product name NR-212) was cut to a size of 3 cm x 3 cm, and then a Ru/Ir-supported titanium suboxide sheet 1 and a Pt-supported carbon sheet 1 were each cut to a size of 1 cm x 1 cm. The Pt, Ru-supported SiO2 sheet 1, electrolyte membrane, and Pt-supported carbon sheet 1 were stacked in this order, and hot-pressed at 140°C for 6 minutes using a heated hydraulic press (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho, product name Mini Test Press MP-WNH) at a set pressure of 1 MPa.
Thereafter, the Teflon (registered trademark) sheets were peeled off from the Pt- and Ru-supported SiO 2 sheet 1 and the Pt-supported carbon sheet 1 to obtain a membrane electrode assembly 1.

実施例2
実施例1の(1)Ru担持SiO粉末の作製におけるSiOスラリー1に添加するRu水溶液1を155.8gにした以外は実施例1と同様にして、Pt、Ru担持SiO粉末2を得た。また、得られたPt、Ru担持SiO粉末2を用いて膜電極接合体2を得た。
Example 2
A Pt- and Ru-supported SiO2 powder 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of Ru aqueous solution 1 added to the SiO2 slurry 1 in (1) Preparation of Ru-supported SiO2 powder in Example 1 was changed to 155.8 g. The obtained Pt- and Ru-supported SiO2 powder 2 was used to obtain a membrane electrode assembly 2.

実施例3
実施例1の(1)Ru担持SiO粉末の作製におけるSiOスラリー1に添加するRu水溶液1を363.6gにした以外は実施例1と同様、Pt、Ru担持SiO粉末3を得た。また、得られたPt、Ru担持SiO粉末3を用いて膜電極接合体3を得た。
Example 3
A Pt- and Ru-supported SiO2 powder 3 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the amount of Ru aqueous solution 1 added to the SiO2 slurry 1 in (1) Preparation of Ru-supported SiO2 powder in Example 1 was changed to 363.6 g. Furthermore, a membrane electrode assembly 3 was obtained using the obtained Pt- and Ru-supported SiO2 powder 3.

実施例4
実施例2の(1)Ru担持SiO粉末の作製における球状SiO(堺化学工業社製 製品名『Sciqas』 粒子径0.15μm)を球状SiO(堺化学工業社製 製品名『Sciqas』 粒子径0.40μm)にした以外は実施例2と同様にして、Pt、Ru担持SiO粉末4を得た。また、得られたPt、Ru担持SiO粉末4を用いて膜電極接合体4を得た。
Example 4
A Pt and Ru-supported SiO2 powder 4 was obtained in the same manner as in Example 2, except that the spherical SiO2 (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., product name "Sciqas", particle size 0.15 μm) used in (1) Preparation of Ru-supported SiO2 powder in Example 2 was replaced with spherical SiO2 (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., product name "Sciqas " , particle size 0.40 μm). Furthermore, a membrane electrode assembly 4 was obtained using the obtained Pt and Ru-supported SiO2 powder 4 .

実施例5
実施例3の(1)Ru担持SiO粉末の作製における球状SiO(堺化学工業社製 製品名『Sciqas』 粒子径0.15μm)を球状SiO(堺化学工業社製 製品名『Sciqas』 粒子径0.05μm)にした以外は実施例3と同様にして、Pt、Ru担持SiO粉末5を得た。また、得られたPt、Ru担持SiO粉末5を用いて膜電極接合体5を得た。
Example 5
A Pt and Ru-supported SiO2 powder 5 was obtained in the same manner as in Example 3, except that the spherical SiO2 (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., product name "Sciqas", particle size 0.15 μm) used in (1) Preparation of Ru-supported SiO2 powder in Example 3 was changed to spherical SiO2 (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., product name "Sciqas " , particle size 0.05 μm). Furthermore, a membrane electrode assembly 5 was obtained using the obtained Pt and Ru-supported SiO2 powder 5 .

実施例6
実施例2の(1)Ru担持SiO粉末の作製における球状SiO(堺化学工業社製 製品名『Sciqas』 粒子径0.15μm)を球状SiO(扶桑化学工業社製 製品名『クォートロン SP-03F』)にした以外は実施例2と同様にして、Pt、Ru担持SiO粉末6を得た。また、得られたPt、Ru担持SiO粉末6を用いて膜電極接合体6を得た。
Example 6
A Pt and Ru-supported SiO2 powder 6 was obtained in the same manner as in Example 2, except that the spherical SiO2 (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., product name "Sciqas", particle size 0.15 μm) in (1) Preparation of Ru-supported SiO2 powder was changed to spherical SiO2 (manufactured by Fuso Chemical Industry Co., Ltd., product name "Quatron SP-03F") The obtained Pt and Ru-supported SiO2 powder 6 was used to obtain a membrane electrode assembly 6.

実施例7
実施例1の(1)Ru担持SiO粉末の作製における90.9gのRu水溶液1のSiOスラリー1への添加を、塩化イリジウム酸溶液(Irとして8.604質量%、田中貴金属工業社製)を2.2質量%にイオン交換水で希釈したもの(これを「Ir水溶液1」と称す)90.9gと、塩化ヒドラジン0.55gを混合したもの(これを「混合Ir水溶液1」と称す)のSiOスラリー1への添加に変更した以外は実施例1と同様にして、Ir担持SiO粉末1及びPt、Ir担持SiO粉末1を得た。また、得られたPt、Ir担持SiO粉末1を用いて膜電極接合体7を得た。
Example 7
In (1) Preparation of Ru-supported SiO2 powder in Example 1, the addition of 90.9 g of Ru aqueous solution 1 to SiO2 slurry 1 was changed to the addition of 90.9 g of a chloroiridic acid solution (8.604 mass% Ir, manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) diluted with ion-exchanged water to 2.2 mass% (hereinafter referred to as "Ir aqueous solution 1") and 0.55 g of hydrazine chloride (hereinafter referred to as "mixed Ir aqueous solution 1") to SiO2 slurry 1. Ir-supported SiO2 powder 1 and Pt, Ir-supported SiO2 powder 1 were obtained in the same manner as in Example 1. Furthermore, a membrane electrode assembly 7 was obtained using the obtained Pt, Ir-supported SiO2 powder 1 .

実施例8
実施例4の(1)Ru担持SiO粉末の作製におけるRu水溶液1をIr水溶液1に変更し、(2)Pt、Ru担持SiO粉末の作製における混合Pt水溶液1の代わりに、Pt水溶液1を136.4gと塩酸ヒドラジン0.81gを攪拌混合した混合Pt水溶液2を調整して使用した以外は実施例4と同様にして、Pt、Ir担持SiO粉末2を得た。また、得られたPt、Ir担持SiO粉末2を用いて膜電極接合体8を得た。
Example 8
The same procedures as in Example 4 were carried out except that (1) in the preparation of Ru-supported SiO2 powder in Example 4, Ru aqueous solution 1 was replaced with Ir aqueous solution 1, and (2) in the preparation of Pt, Ru-supported SiO2 powder, mixed Pt aqueous solution 2 was prepared by stirring and mixing 136.4 g of Pt aqueous solution 1 and 0.81 g of hydrazine hydrochloride, and this mixed Pt aqueous solution 2 was used instead. Pt, Ir-supported SiO2 powder 2 was also obtained using the obtained Pt, Ir-supported SiO2 powder.

実施例9
実施例1の(1)Ru担持SiO粉末の作製においてRu水溶液1を103.9g添加すると同時に実施例7におけるIr水溶液1を51.9g添加した以外は実施例1と同様にして、Pt、Ru、Ir担持SiO粉末1を得た。また、得られたPt、Ru、Ir担持SiO粉末1を用いて膜電極接合体9を得た。
Example 9
A Pt, Ru, and Ir-supported SiO2 powder 1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that 103.9 g of Ru aqueous solution 1 was added in (1) Preparation of Ru-supported SiO2 powder in Example 1, and 51.9 g of Ir aqueous solution 1 in Example 7 was added at the same time. In addition, a membrane electrode assembly 9 was obtained using the obtained Pt, Ru, and Ir-supported SiO2 powder 1.

実施例10
Ir水溶液1を79.5gと、塩化ヒドラジン0.48gを混合したもの(これを「混合Ir水溶液2」と称す)を調整した。実施例1(2)Pt、Ru担持SiO粉末の作製におけるRu担持SiO粉末を実施例7で得たIr担持SiO粉末1に変更し、混合Pt水溶液1を上記で作製した混合Ir水溶液2に変更した以外は実施例1(2)と同様にしてIr担持SiO粉末2を得た。また、得られたIr担持SiO粉末2を用いて膜電極接合体10(Ir使用量0.1mgIr/cm)を得た。
Example 10
A mixture of 79.5 g of Ir aqueous solution 1 and 0.48 g of hydrazine chloride (hereinafter referred to as "mixed Ir aqueous solution 2") was prepared. Example 1 (2) Ir-supported SiO2 powder 2 was obtained in the same manner as in Example 1 (2), except that the Ru-supported SiO2 powder used in the preparation of the Pt, Ru-supported SiO2 powder was changed to the Ir-supported SiO2 powder 1 obtained in Example 7, and the mixed Pt aqueous solution 1 was changed to the mixed Ir aqueous solution 2 prepared above. Furthermore, a membrane electrode assembly 10 (Ir usage amount 0.1 mgIr/ cm2 ) was obtained using the obtained Ir-supported SiO2 powder 2 .

実施例11
Ru水溶液79.5gと、塩化ヒドラジン0.91gを混合したもの(これを「混合Ru水溶液1」と称す)を調整した。実施例1(2)Pt、Ru担持SiO粉末の作製におけるRu担持SiO粉末を実施例7で得たIr担持SiO粉末1に変更し、混合Pt水溶液1を上記で作製した混合Ru水溶液1に変更した以外は実施例1(2)と同様にして、Ru、Ir担持SiO粉末1を得た。また、得られたRu、Ir担持SiO粉末1を用いて膜電極接合体11を得た。
Example 11
A mixture of 79.5 g of Ru aqueous solution and 0.91 g of hydrazine chloride (referred to as "mixed Ru aqueous solution 1") was prepared. Example 1 (2) Ru- and Ir-supported SiO2 powder 1 was obtained in the same manner as in Example 1 (2), except that the Ru-supported SiO2 powder used in the preparation of the Pt and Ru-supported SiO2 powder was changed to the Ir-supported SiO2 powder 1 obtained in Example 7, and the mixed Pt aqueous solution 1 was changed to the mixed Ru aqueous solution 1 prepared above. In addition, a membrane electrode assembly 11 was obtained using the obtained Ru and Ir-supported SiO2 powder 1.

比較例1
実施例1におけるRu担持を除いた以外は実施例1と同様にして、比較例1のPt担持SiO粉末を得た。また、得られたPt担持SiO粉末を用いて比較例1の膜電極接合体を得た。
Comparative Example 1
A Pt-supported SiO2 powder of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that Ru support in Example 1 was omitted. In addition, a membrane electrode assembly of Comparative Example 1 was obtained using the obtained Pt-supported SiO2 powder.

比較例2
実施例2における球状SiO(堺化学工業社製 製品名『Sciqas』 粒子径0.15μm)を非球状SiO(東ソー・シリカ社製 製品名『ニップシールEL』)に変更した以外は実施例2と同様にして、比較例2のPt、Ru担持SiO粉末を得た。また、得られたPt、Ru担持SiO粉末8を用いて比較例2の膜電極接合体を得た。
Comparative Example 2
A Pt and Ru-supported SiO2 powder of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 2, except that the spherical SiO2 (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., product name "Sciqas", particle size 0.15 μm) in Example 2 was changed to non-spherical SiO2 (manufactured by Tosoh Silica Corporation, product name "Nipsil EL") The obtained Pt and Ru-supported SiO2 powder 8 was used to obtain a membrane electrode assembly of Comparative Example 2.

比較例3
市販の50質量%Pt担持カーボン(エヌイーケムキャット社製)を使用して実施例1と同様の方法により比較例3の膜電極接合体を得た。
Comparative Example 3
A membrane electrode assembly of Comparative Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1, using commercially available 50% by mass Pt-supported carbon (manufactured by NE Chemcat Corporation).

比較例4
実施例10のIr担持SiO粉末2の代わりにイリジウムブラック(Alfa Aesar社製)を用いたこと以外は実施例10と同様にして、比較例4の膜電極接合体を作製した。
Comparative Example 4
A membrane electrode assembly of Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 10, except that iridium black (manufactured by Alfa Aesar) was used instead of the Ir-supported SiO 2 powder 2 of Example 10.

実施例1~11、比較例1、2で得られた貴金属担持SiO粉末について、貴金属の担持量、使用したSiO粉末の比表面積、円形度を上述した方法で測定した。更に実施例1~11、比較例1~3で得られた膜電極接合体を用いて初期発電試験、高電位保持後発電試験を行った。結果を表1に示す。更に実施例10、11、比較例4で得られた膜電極接合体を用いて水電解電流密度測定を行った。結果を表2に示す。更に実施例、比較例で使用した球状SiO、非球状SiOの電子顕微鏡観察結果を図1~5に示す。 The amount of precious metal supported, the specific surface area, and circularity of the SiO2 powders used were measured using the methods described above for the precious metal-supported SiO2 powders obtained in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 and 2. Furthermore, initial power generation tests and power generation tests after high potential holding were conducted using the membrane electrode assemblies obtained in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3. The results are shown in Table 1. Furthermore, water electrolysis current density measurements were conducted using the membrane electrode assemblies obtained in Examples 10 and 11 and Comparative Example 4. The results are shown in Table 2. Furthermore, electron microscope observation results for the spherical SiO2 and non-spherical SiO2 used in the examples and comparative examples are shown in Figures 1 to 5.

担体:
A:球状SiO(堺化学工業社製 製品名『Sciqas』 粒子径0.15μm)
B:球状SiO(堺化学工業社製 製品名『Sciqas』 粒子径0.4μm)
C:球状SiO(堺化学工業社製 製品名『Sciqas』 粒子径0.05μm)
D:球状SiO(扶桑化学工業社製 製品名『クォートロン SP-03F』)
E:非球状SiO(東ソー・シリカ社製 製品名『ニップシールEL』)
Carrier:
A: Spherical SiO2 (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., product name "Sciqas", particle size 0.15 μm)
B: Spherical SiO2 (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., product name "Sciqas", particle size 0.4 μm)
C: Spherical SiO2 (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., product name "Sciqas", particle size 0.05 μm)
D: Spherical SiO 2 (manufactured by Fuso Chemical Co., Ltd., product name "Quattron SP-03F")
E: Non-spherical SiO 2 (manufactured by Tosoh Silica Corporation, product name "Nipsil EL")

表1の結果から、本発明の電極材料から得られた実施例1~11の膜電極接合体は初期電圧が高く、かつセル抵抗が低く、また高電位保持後にも電圧が高い値を示すことから高い発電性能と高電位に対する高い耐久性を有し、電極材料として有効であることが確認された。
なお、実施例9と比較例2の電圧差20mV(電力として0.02W)について、本測定は電極面積1cmの電極1枚で測定を行っているが、出力約100kWの燃料電池車の場合は、千倍以上の電極面積の膜電極接合体が数百枚積層されており、電極面積として数十万倍以上となるため、電力として少なくとも数kW以上の差となり、非常に大きな差である。
更に表2の結果から、発明の電極材料から得られた実施例10、11の膜電極接合体は水電解電流密度が高いことが確認された。
From the results in Table 1, it was confirmed that the membrane electrode assemblies of Examples 1 to 11 obtained from the electrode material of the present invention had a high initial voltage, a low cell resistance, and showed a high voltage even after maintaining a high potential, and therefore had high power generation performance and high durability against a high potential, and were effective as an electrode material.
Regarding the voltage difference of 20 mV (0.02 W in terms of power) between Example 9 and Comparative Example 2, this measurement was performed using a single electrode with an electrode area of 1 cm2 . However, in the case of a fuel cell vehicle with an output of approximately 100 kW, several hundred membrane electrode assemblies with an electrode area more than a thousand times larger are stacked, resulting in an electrode area more than several hundred thousand times larger, which results in a difference in power of at least several kW, which is an extremely large difference.
Furthermore, it was confirmed from the results in Table 2 that the membrane electrode assemblies of Examples 10 and 11 obtained from the electrode materials of the present invention had a high water electrolysis current density.

Claims (9)

球状のSiO上に直接Ru、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物が担持された構造を有することを特徴とする電極材料。 An electrode material characterized by having a structure in which at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or its oxide is supported directly on spherical SiO2 . 前記Ru、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属は、Ru及び/又はIrであることを特徴とする請求項1に記載の電極材料。 The electrode material described in claim 1, characterized in that the at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd is Ru and/or Ir. 球状のSiO上に直接Ru、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物が担持された後に、更にPt及び/又はその酸化物が担持された構造を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の電極材料。 3. The electrode material according to claim 1 , wherein the electrode material has a structure in which at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or an oxide thereof is directly supported on spherical SiO2, and then Pt and/or an oxide thereof is further supported. 燃料電池又は水電解セルの電極材料であることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の電極材料。 An electrode material according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is an electrode material for a fuel cell or a water electrolysis cell. 請求項1~4のいずれかに記載の電極材料から構成された電極。 An electrode constructed from the electrode material described in any one of claims 1 to 4. 請求項5に記載の電極を備えることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell comprising the electrode described in claim 5. 請求項5に記載の電極を備えることを特徴とする水電解セル。 A water electrolysis cell comprising the electrode described in claim 5. 請求項1又は2に記載の電極材料を製造する方法であって、
該製造方法は、球状のSiO上にRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物を直接担持する工程を含むことを特徴とする電極材料の製造方法。
A method for producing the electrode material according to claim 1 or 2, comprising:
The manufacturing method is a method for manufacturing an electrode material, characterized by comprising a step of directly supporting at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or its oxide on spherical SiO2 .
請求項3に記載の電極材料を製造する方法であって、
該製造方法は、球状のSiO上にRu、Ir、Rh、Pdから選ばれる少なくとも1種の貴金属及び/又はその酸化物を直接担持する工程(1)と、
該工程(1)の後にPt及び/又はその酸化物を担持する工程(2)を含むことを特徴とする電極材料の製造方法。
A method for producing the electrode material according to claim 3, comprising the steps of:
The production method includes a step ( 1) of directly supporting at least one noble metal selected from Ru, Ir, Rh, and Pd and/or its oxide on spherical SiO2 ;
The method for producing an electrode material comprises, after the step (1), a step (2) of supporting Pt and/or an oxide thereof.
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