[发明专利]电极材料及其制造方法

说明书

本发明提供对高电位且强酸性环境的耐性优异，并且导电性高、具有高的电化学特性的电极材料，以及使用其的燃料电池。另外也提供用于简便且容易地得到这种电极材料的制造方法。本发明的电极材料具有在结晶相为Ti₄O₇单相、比表面积为10m²/g以上的低价氧化钛载体上负载有贵金属和/或其氧化物的结构。

技术领域

本发明涉及电极材料及其制造方法。

背景技术

燃料电池为使氢、醇等燃料与氧在电化学上反应而产生电力的装置，根据电解质、工作温度等被分为固体高分子型(PEFC)、磷酸型(PAFC)、熔融碳酸盐型(MCFC)、固体氧化物型(SOFC)等。其中，例如固体高分子型燃料电池为使用具有离子传导性的高分子膜(离子交换膜)作为电解质的燃料电池，被用于定置型电源、燃料电池车用途，要求长期维持所希望的发电性能。

这种燃料电池中，作为电极材料，将导电性(也称为电气电导性)高的碳作为载体、在其负载微细的铂而成的材料由于具有高的电化学特性而通常被使用(参照专利文献1)。另外，近年对于形态与此不同的电极材料也进行了各种研究(例如参照专利文献2、3等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-17490号公报

专利文献2：国际公开第2011/065471号

专利文献3：日本特开2004-363056号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述作为电极材料，通常使用在碳载体上负载铂而成的材料(以后也称为“Pt/C”)(参照专利文献1)。电极材料通常以高电位使用时，电极的层叠数减少，是有利的。但是，以高电位使用时等，有可能进行碳载体的氧化反应(C+2H₂O→CO₂+4H⁺+4e^-)。例如电极的电位超过0.9V的情况下，负载有铂的碳载体的氧化反应容易进行，这种情况下，产生所负载的铂的聚集、脱落，有效电极面积降低，因此电池性能显著降低(参照专利文献2、3)。特别是汽车用途中，需要能够耐起因于起动停止等的大的负荷变动的电极，但是实际情况是通过另外设置控制装置以使电极的电位低于0.9V来应付。另外通常使用电极的环境形成pH 1以下的强酸性，因此对于电极材料要求对于强酸性环境的耐性。

专利文献2中公开了在作为金属氧化物一次颗粒融合体的电极催化剂用载体上负载贵金属和/或含有贵金属的合金而成的电极催化剂，作为金属氧化物，公开了氧化钛。但是氧化钛(TiO₂)在导电性不充分方面存在问题。另外，专利文献2中记载了通过将铌掺杂于氧化钛来赋予导电性，但是需要担心掺杂剂向颗粒外溶出的可能性、对燃料电池的发电特性造成的影响。

另一方面，作为不含有金属元素的掺杂剂、表现出导电性的氧化物，已知Ti_nO_2n-1(n≥4)所示的具有玛格奈利相(Magneli phase)结构的低价氧化钛、特别是Ti₄O₇具有比得上碳的高的导电性。但是，Ti₄O₇由于通过将原料的氧化钛(TiO₂)在900℃以上的高温下还原(脱氧)来合成，因此迄今为止，作为Ti₄O₇单一相得到时，通过高温下的热处理来进行颗粒的烧结，因此比表面积低、为1m²/g左右。