[發明專利]導電性材料和電極材料

有效

• 申請號: 201880015218.0
• 申請日: 2018-02-21
• 公開（公告）號: CN110383394B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 矢野誠一;堤裕司;岸美保;植村啟宏;太田麻友
• 申請（專利權）人: 堺化學工業株式會社
• 主分類號: H01B1/08
• 分類號: H01B1/08;C01G23/04;H01B1/00;H01M4/92;H01M4/90;H01M4/86;H01M8/10
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本發明提供對高電位且強酸性環境的耐性優異并且具有高導電性的導電性材料、使用其的電極材料和燃料電池。另外，還提供用于簡便且容易地得到這種導電性材料的制造方法。本發明為一種導電性材料，其為包含低價氧化鈦粉粒體的導電性材料，該低價氧化鈦粉粒體的組成由TiO_n(n表示1.5以上且1.90以下的數。)表示，將金紅石型晶相作為主相，L^＊a^＊b^＊色度體系中的亮度L^＊為35～45。

技術領域

本發明涉及導電性材料和電極材料。更具體而言，涉及導電性材料、使用其的電極材料和燃料電池，以及導電性材料的制造方法。

背景技術

燃料電池為使氫氣、醇等燃料與氧氣發生電化學反應而產生電力的裝置，根據電解質、工作溫度等被分為固體高分子型(PEFC)、磷酸型(PAFC)、熔融碳酸鹽型(MCFC)、固體氧化物型(SOFC)等。例如，固體高分子型燃料電池被用于定置型電源、燃料電池車用途，要求長期維持所希望的發電性能。

固體高分子型燃料電池為使用具有離子傳導性的高分子膜(離子交換膜)作為電解質的燃料電池，通常，電極中使用在作為導電性材料的碳上負載有鉑(Pt)的催化劑。但是，在將這種固體高分子型燃料電池用于例如汽車用途時，起動停止等引起的大的負荷變動會導致構成電極用催化劑的碳的氧化反應(C+2H₂O→CO₂+4H⁺+4e^-)進行。例如負極的電位為0.9V以上時，碳的氧化反應容易進行，在該情況下，由于碳上的鉑發生聚集、脫落，因此電池性能顯著下降。為此，近年來，提出了使用鈦等替代碳的催化劑(例如，參見專利文獻1)。另外，還提出了使用單晶的Ti₄O₇的技術(參見非專利文獻1)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開第2013/141063號

非專利文獻

非專利文獻1：J.R.SMITH及其他2名，“Electrodes based on Magneli phasetitanium oxides:the properties and applications of Ebonex(R)materials”，J.APPL.ELECTROCHEM，1998年10月，第28卷，第10號，p.1021-1033

發明內容

發明要解決的問題

如上所述，作為用于電極的導電性材料，通常使用碳，但是高電位下使用時等，碳的氧化反應進行所導致的腐蝕成為技術問題。除此之外，由于電極的使用環境通常是pH為1以下的強酸性，因此導電性材料要求對于強酸性環境的耐性。但是，現狀是，迄今為止沒有發現可以替代碳，并且能夠耐高電位和強酸性環境的導電性材料。

作為替代技術，例如，在高電位和強酸性環境下的耐性較高的鈦氧化物，其中的低價氧化鈦、尤其是Ti₄O₇具有較高的導電性(也稱為電子傳導性)，因此有可能可以替代廉價的碳。的確，單晶的Ti₄O₇具有與碳同等的導電性(參見非專利文獻1)。但是，本發明人進行研究時發現，為了在Ti₄O₇上負載鉑等貴金屬而將例如比表面積設為10m²/g以上時，存在導電性下降的技術問題

(參見后述比較例5)。

專利文獻1中記載了，在由組成式TiO_x(x為1.5＜x＜2的范圍)表示且比表面積為50m²/g以上的低次氧化鈦上負載金屬而形成的催化劑。該催化劑為黑色顆粒。但是，即使是該催化劑，導電性也不充分，并未發現可以替代碳的導電性材料。