催化剂、电极、燃料电池、气体毒害消除装置、以及制造催化剂和电极的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了催化剂、电极、燃料电池、气体毒害消除装置等，所述催化剂、电极、燃料电池、气体毒害消除装置等能够促进引起气体分解等的一般电化学反应。根据本发明专利技术的催化剂用于促进电化学反应，该催化剂是由合金颗粒形成的链颗粒3，所述合金颗粒含有镍（Ni）和选自由铁（Fe）、钴（Co）、铬（Cr）、钨（W）和铜（Cu）所构成的组中的至少一种。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及催化剂、电极、燃料电池、气体毒害消除装置、以及制造催化剂和电极的方法；尤其涉及（例如）可以促进气体等的分解的催化剂、电极、燃料电池和气体毒害消除装置，以及制造催化剂和电极的方法。
技术介绍
尽管氨是农业与工业中必不可少的化合物，但它对人体有害，因此已经公开了用于将水和空气中的氨分解的多种方法。例如，提出了一种通过分解从而将含有高浓度氨的水中去除氨的方法：使喷雾状的氨水与空气流接触以将氨分离到空气中，并使氨与次溴酸溶液或硫酸接触（专利文献1）。还公开了另一种方法：通过上述相同的工序将氨分离到空气中，并利用催化剂使氨燃烧（专利文献2）。还公开了另一种方法：利用催化剂将含有氨的废水分解为氮和水（专利文献3）。通常，来自于半导体制造设备的废气含有氨和氢等。为了完全去除氨的气味，需要将氨的量减少至ppm级。出于这个目的，普遍使用的方法是：使从半导体制造设备中释放出来的废气通过涤气器，以使含有化学品的水对有害气体进行吸收。另一方面，为了在不投入能量和化学品等的情况下实现低的运作成本，提出这样一种对来自于半导体制造设备的废气进行处理的方案：利用磷酸燃料电池来分解氨（专利文献4）。引用列表专利文献专利文献1：日本未审查专利申请公开No.7-31966专利文献2：日本未审查专利申请公开No.7-116650专利文献3：日本未审查专利申请公开No.11-347535专利文献4：日本未审查专利申请公开No.2003-45472
技术实现思路
技术问题如上所述，可以通过（例如）使用诸如中和剂等化学溶液的方法（专利文献1）、燃烧法（专利文献2）、或者采用热分解反应（使用了催化剂）的方法（专利文献3）来分解氨。然而，这些方法具有以下问题：它们需要化学品和外部能量（燃料），并且还需要定期更换催化剂，从而导致了高运行成本。此外，这种装置体型大，并且（例如）有时可能难以将该装置另外安装在现有设备上。关于其中使用磷酸燃料电池以对来自化合物半导体制造的废气中的氨进行解毒的设备（专利文献4），没有为了解决压力损失增加和电阻增加等的问题而进行深入研究，而压力损失增加和电阻增加等问题会抑制解毒性能的增强。当使用电化学反应对氨等进行解毒时，在高温环境下，除非利用新型的结构来抑制（例如）电极/集电体间的压力损失的增加以及电阻的增加，否则便不能获得达到实用水平的高处理性能。因此，该设备仍是一个设想。使用高性能催化剂可以促进所述电化学反应并将该电化学反应投入实际运用。高性能催化剂促进了分解氨等电化学反应，从而提高了处理容量。本专利技术的目的是提供催化剂、电极、燃料电池和气体毒害消除装置，以及制造催化剂和电极的方法，其中所述催化剂、电极、燃料电池和气体毒害消除装置可以促进引起气体分解等的一般电化学反应。问题的解决手段根据本专利技术的催化剂用于促进电化学反应。该催化剂包括：含有镍（Ni）和选自由铁（Fe）、钴（Co）、铬（Cr）、钨（W）和铜（Cu）所构成的组中的至少一种的合金。上述构成促进了气体等的分解，并使气体毒害消除装置和燃料电池等具有小尺寸和高处理容量。催化剂可以是链颗粒，其中直径为0.5μm以下并由所述合金形成的颗粒连接形成为细长形状。在链颗粒中，合金颗粒相互连接从而以线绳的形式延伸，同时残留有少数个体颗粒形式。因此，在链颗粒的表面中，由颗粒的凸面与颗粒连接部位的凹部构成的凹凸不平沿着线绳状的纵向延伸。在合金颗粒的表面上，密集分布着微小的突起。因此，凸部和突起以高密度分布于链颗粒的表面上。根据本专利技术的催化剂在具有突起形状的特定位点表现出非常高的催化作用。在这种情况下，与块状或板状等形式的合金所提供的催化作用相比，这种特定位点以很高的密度分布。因此，与块状或板状等形式的合金相比，可以提供非常高的催化作用。此处，链颗粒不是表示由金属环连接而构成的所谓“链”，而是表示这样的结构，在该结构中，金属颗粒连接并延伸，并且形成微小的凹凸不平和密集分布的突起，所述凹凸不平等表现为链的凹凸不平。在所述链颗粒中，链颗粒中的合金颗粒的组成可有所变动，其中合金颗粒含有镍（Ni）和选自由铁（Fe）、钴（Co）、铬（Cr）、钨（W）和铜（Cu）所构成的组中的至少一种。例如，相邻的颗粒没有必要具有同样的组成：例如，其组成可以存在周期性的变化。链颗粒可以具有分枝并形成树枝状链颗粒，其中分枝的链颗粒缠绕在一起。在这种情况下，可以提供这样的多孔催化剂，该多孔催化剂中确保存在微小的孔。因此，待分解气体容易与催化剂接触，并可以使用相对小的膜电极组件（MEA）等来提高对气体分解的处理性能。合金可以含有0.5重量%以下的钛（Ti）。在本专利技术中，在液相法中可以使用三价钛（Ti）作为还原剂，以提供由合金颗粒形成的链颗粒。在这种情况下，镍离子和铁离子等被三价钛还原并接受电子；并且由镍离子和铁离子等析出合金颗粒。三价钛失去电子，并转化为四价钛离子。尽管合金颗粒从含有这些离子的水溶液中析出并因而含有三价钛离子和四价钛离子，但是这些钛离子在合金颗粒中以钛的形式存在，它们之间没有特别的区别。合金中的钛有助于提高催化作用。催化剂可以是由合金的纤维形成的织物，或者是包括合金镀层的金属纤维织物。在这种情况下，这种金属织物可以作为集电体的一部分：金属织物被直接电连接至电极，以促进电极中用于气体分解的电化学反应。由于织物具有挠性、多孔性以及高导电性，因此可以与电极建立接触电阻较低的电连接。多孔是必须的，以确保气体能够充分地与电极接触（电极也是多孔的）。在上述具有催化作用的合金中，一些合金具有高的抗氧化性。当将这种合金用于与氧接触的空气电极时，可以为空气电极提供这样的集电体，该集电体可以保持低电阻并具有高耐久性。催化剂可以是由合金形成的多孔镀覆体，或者是包含合金镀层的多孔镀覆体。当设置这样的多孔镀覆体以防止气体未经处理而通过时，可以采用其中多孔镀覆体与电极直接相互接触的结构。在这种情况下，在与多孔镀覆体接触的电极中的分解反应中，多孔镀覆体可表现出催化作用。与空气电极接触的抗氧化性多孔镀覆体可以提供与上述织物相同的效果。催化剂可以是由合金形成并且平均直径为100μm以下的颗粒。在这种情况下，（例如）以含有合金颗粒的金属浆形式存在的催化剂可以用于帮助建立电极和电极集电体之间的电连接；在使电连接保持...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.01 JP 2010-1513821.一种用于促进电化学反应的催化剂，包括：
含有镍（Ni）和选自由铁（Fe）、钴（Co）、铬（Cr）、钨（W）
和铜（Cu）所构成的组中的至少一种的合金。
2.根据权利要求1所述的催化剂，该催化剂为链颗粒，其中，
直径为0.5μm以下并且由所述合金形成的颗粒连接形成细长形状。
3.根据权利要求2所述的催化剂，其中，所述链颗粒具有分枝
并形成树枝状链颗粒，在该树枝状链颗粒中，所述分枝的链颗粒缠绕
在一起。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的催化剂，其中，所述
合金含有0.5重量%以下的钛（Ti）。
5.根据权利要求1所述的催化剂，该催化剂为由所述合金的纤
维形成的织物、或者为含有所述合金的镀层的金属纤维织物。
6.根据权利要求1所述的催化剂，该催化剂为由所述合金形成
的多孔镀覆体、或者为含有所述合金的镀层的多孔镀覆体。
7.根据权利要求1所述的催化剂，该催化剂为由所述合金形成
的并且平均直径为100μm以下的颗粒。
8.根据权利要求1所述的催化剂，该催化剂与固体电解质同时
存在，并且被设置为所述合金的膜或所述合金的析出物的形态从而覆
盖所述固体电解质的表面。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的催化剂，其中，氧结

\t合于所述合金的表面，或者所述合金被氧化层...

【专利技术属性】
技术研发人员：平岩千寻，真岛正利，桑原铁也，粟津知之，上田登志雄，仓本敏行，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：
国别省市：