JP2000106200A - Gas diffused electrode-electrolyte film joint body and fuel cell - Google Patents

Gas diffused electrode-electrolyte film joint body and fuel cell

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JP2000106200A
JP2000106200A JP10291438A JP29143898A JP2000106200A JP 2000106200 A JP2000106200 A JP 2000106200A JP 10291438 A JP10291438 A JP 10291438A JP 29143898 A JP29143898 A JP 29143898A JP 2000106200 A JP2000106200 A JP 2000106200A
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electrolyte
electrolyte membrane
gas diffusion
porous
layer
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure, capable of preventing lowering of ion conductivity due to the contamination of the electrolyte with the impure material and the deterioration of the electrolyte by making the contact area of an interface between the electrolyte film of the gas diffused electrode-electrolyte film joint body and the catalyst large so as to improve the output of the fuel cell. SOLUTION: At least one surface of a solid high polymer electrolyte film is formed with a porous solid high polymer electrolyte layer having three- dimensional communicating holes, and platinum group metal is carried by the porous solid high polymer electrolyte layer. A gas diffused electrode formed of a layered structure of a catalyst layer and a gas diffused layer is bonded onto the porous solid high polymer electrolyte layer so that the catalyst layer makes contact therewith, and a gas diffused electrode-electrolyte film joint body is thereby structured, and this is used in fuel cell.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス拡散電極−電
解質膜接合体、およびこれを用いた燃料電池に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly and a fuel cell using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、電解質膜の片側にカソー
ド、もう一方の側にアノードが配された構造をしてお
り、電解質膜とカソードもしくはアノードとは、互いに
一体化されている場合とそうでない場合とがある。そし
て、一体化されたものとしてガス拡散電極−電解質膜接
合体があり、このような接合体は、電解質としてイオン
交換膜に代表される固体高分子電解質が用いられた固体
高分子電解質型燃料電池、燃料としてメタノールが用い
られる直接メタノール型燃料電池などに用いられてい
る。
2. Description of the Related Art A fuel cell has a structure in which a cathode is provided on one side of an electrolyte membrane and an anode is provided on the other side. The electrolyte membrane and the cathode or anode are integrated with each other. May not be. There is a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly as an integrated body. Such a assembly is a solid polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer electrolyte represented by an ion exchange membrane as an electrolyte. It is used in direct methanol fuel cells using methanol as a fuel.

【0003】例えば、固体高分子電解質型燃料電池で
は、カソードおよびアノードとして触媒層とガス拡散層
とからなるガス拡散電極が用いられ、触媒層が電解質膜
と接触するように電解質膜に接合されたガス拡散電極−
電解質膜接合体が用いられている。そして、ガス拡散電
極−電解質膜接合体をガス供給路が形成されたガス不透
過性の一対のセパレータで挟持して基本単位となる単電
池を構成し、この単電池を複数個積層して固体高分子電
解質型燃料電池が構成されている。
For example, in a solid polymer electrolyte fuel cell, a gas diffusion electrode composed of a catalyst layer and a gas diffusion layer is used as a cathode and an anode, and the catalyst layer is joined to the electrolyte membrane so as to be in contact with the electrolyte membrane. Gas diffusion electrode
Electrolyte membrane assemblies have been used. Then, the gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly is sandwiched between a pair of gas-impermeable separators having a gas supply passage formed therein to form a unit cell serving as a basic unit. A polymer electrolyte fuel cell is configured.

【0004】上記触媒層は、白金族金属触媒粒子又は白
金族金属触媒粒子を担持したカーボン粉末等の触媒体を
結着剤等で結着して形成され、触媒層には電解質が添加
されることもある。結着剤としては、一般にポリテトラ
フロロエチレン(PTFE)などのフッ素系の樹脂が用
いられる。この場合、このフッ素系の樹脂は、触媒層に
適度な撥水性を付与する撥水剤でもある。また、ガス拡
散層としては撥水性を付与したカーボンペーパーなどが
用いられる。
The above-mentioned catalyst layer is formed by binding a catalyst such as platinum group metal catalyst particles or carbon powder carrying the platinum group metal catalyst particles with a binder or the like, and an electrolyte is added to the catalyst layer. Sometimes. Generally, a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) is used as the binder. In this case, the fluorine-based resin is also a water repellent that imparts appropriate water repellency to the catalyst layer. Further, as the gas diffusion layer, carbon paper having water repellency is used.

【0005】このような固体高分子電解質型燃料電池で
は、例えば、カソードに酸化剤として酸素が、アノード
に燃料として水素が供給されてこれらが電気化学的に反
応させられ、電力が取り出されるのであるが、その反応
は、アノードでは、 2H2 → 4H+ + 4e- カソードでは O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O で示される。すなわち、プロトンは電解質を介してアノ
ードからカソードに移動し、電子はアノードから外部負
荷に導かれた後カソードに移動する。
In such a solid polymer electrolyte fuel cell, for example, oxygen is supplied to the cathode as an oxidizing agent, and hydrogen is supplied to the anode as a fuel, and these are electrochemically reacted to extract electric power. However, the reaction is represented by 2H 2 → 4H + + 4e at the anode and O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O at the cathode. That is, protons move from the anode to the cathode via the electrolyte, and electrons move to the cathode after being guided from the anode to an external load.

【0006】そして、カソード反応およびアノード反応
は、カソードやアノードに含まれる触媒と電解質膜との
界面で進行するため、高出力を得るには、触媒と電解質
膜との界面の接触面積を増大することが要求される。そ
のために、電解質膜の表面に凹凸を設けて触媒を含む電
極とくにその触媒層との接触面積を増大する方法が提案
されている。
[0006] Since the cathode reaction and the anode reaction proceed at the interface between the catalyst and the electrolyte membrane contained in the cathode or anode, the contact area of the interface between the catalyst and the electrolyte membrane is increased to obtain high output. Is required. Therefore, a method has been proposed in which the surface of the electrolyte membrane is provided with irregularities to increase the contact area with the electrode containing the catalyst, particularly the catalyst layer.

【0007】例えば、凹凸を付けることによって電解質
膜の表面積を増大して電極との接触界面を増大させる方
法が提案されており、具体的には特開平3―15848
6号公報に記載のある凹凸を有するロールを用いる方
法、特開平4―169069号公報に記載のあるスパッ
タリングを用いる方法、特開平4―220957号公報
に記載のあるプラズマエッチングを用いる方法、特開平
6―279600号公報に記載のある布を埋め込んだ後
に引き剥がす方法等が提案されている。また、電解質膜
の表面に孔を設けて電解質膜と触媒層との接触面積を増
大する方法が提案されており、具体的には特開昭58―
7432号公報に記載のある電解質を溶解する分散媒体
を小滴に結晶化させた後これを取り除く方法、特開昭6
2―146926号公報に記載のある粒子を埋め込んだ
後にこれを取り除く方法、特開平5―194764号公
報に記載のある低分子有機材料を混合した後これを取り
除く方法等が提案されている。さらに、電解質膜の表面
に白金族金属を胆持して電解質と触媒との接触界面を増
大させる方法が提案されており、具体的には特公昭59
−42078号公報、特公平2−43830号公報に記
載のある電解質膜の表面に無電解メッキを施す方法が提
案されている。
For example, a method has been proposed in which the surface area of the electrolyte membrane is increased by providing irregularities to increase the contact interface with the electrode. Specifically, Japanese Patent Laid-Open No. 15848/1991 has been proposed.
6, a method using a roll having irregularities, a method using a sputtering method described in JP-A-4-169069, a method using plasma etching described in JP-A-4-220957, No. 6,279,600 discloses a method of embedding a cloth and then peeling it off. Further, a method has been proposed in which holes are provided in the surface of the electrolyte membrane to increase the contact area between the electrolyte membrane and the catalyst layer.
No. 7432, a method of crystallizing a dispersion medium in which an electrolyte is dissolved into small droplets and then removing the droplets;
A method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-146926, in which certain particles are embedded and then removed, and a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-194766, in which a low molecular organic material is mixed and then removed, have been proposed. Further, a method has been proposed in which a platinum group metal is adhered to the surface of the electrolyte membrane to increase the contact interface between the electrolyte and the catalyst.
JP-A-42078 and JP-B-2-43830 have proposed a method of performing electroless plating on the surface of an electrolyte membrane.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記のような、ロール
を用いる方法、スパッタリングを用いる方法、プラズマ
エッチングを用いる方法あるいは布を用いる方法では、
凹凸を設ける処理工程が煩雑であり生産性に劣ること
や、形成された凹凸が粗くて電極との界面の接触面積を
増大させるには不十分であるという問題がある。
As described above, in the method using a roll, the method using sputtering, the method using plasma etching, or the method using cloth,
There are problems in that the process of providing the unevenness is complicated and the productivity is poor, and that the formed unevenness is rough and insufficient to increase the contact area at the interface with the electrode.

【0009】また、結晶化した分散媒体、埋め込んだ粒
子あるいは混合した低分子有機材料を取り除くことによ
り孔を形成する方法では、分散媒体、粒子あるいは低分
子有機材料を完全に取り除くことは困難であり、これら
の残留物は電解質膜と電極との接触の妨げとなり活性の
低下の原因となり、また、これらの残留物は電解質膜と
電極との間のイオン伝導の妨げとなるという問題があ
る。
In the method of forming pores by removing the crystallized dispersion medium, embedded particles or mixed low molecular weight organic material, it is difficult to completely remove the dispersion medium, particles or low molecular weight organic material. These residues have a problem that they hinder contact between the electrolyte membrane and the electrode and cause a decrease in activity, and that these residues hinder ion conduction between the electrolyte membrane and the electrode.

【0010】また、これらを取り除く工程において施さ
れる加熱や溶媒処理により電解質の劣化がおこり、イオ
ン伝導性が低下し、例えばこのような電解質膜を用いた
燃料電池では、その性能が低下するという問題がある。
[0010] In addition, the electrolyte is deteriorated by the heating or solvent treatment performed in the step of removing them, and the ionic conductivity is reduced. For example, in a fuel cell using such an electrolyte membrane, the performance is reduced. There's a problem.

【0011】さらに、無電解メッキなどの方法で電解質
膜の表面に形成される白金族金属は、表面積が小さく触
媒としての活性は低く、上記従来の方法による電解質膜
表面積の増大は、触媒活性の向上には不十分であるとい
う問題がある。
Further, the platinum group metal formed on the surface of the electrolyte membrane by a method such as electroless plating has a small surface area and a low activity as a catalyst. There is a problem that it is insufficient for improvement.

【0012】そこで、本発明は、電解質膜と触媒との界
面の接触面積が大きく、不純物の混入や電解質の劣化に
よるイオン導電性の低下を引き起こすことなく製造する
ことが可能であるガス拡散電極−電解質膜接合体とこれ
を用いた高出力な燃料電池を提供することを目的とす
る。
Accordingly, the present invention provides a gas diffusion electrode which has a large contact area at the interface between the electrolyte membrane and the catalyst and can be manufactured without causing a decrease in ionic conductivity due to contamination of impurities or deterioration of the electrolyte. An object of the present invention is to provide an electrolyte membrane assembly and a high-output fuel cell using the same.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】三次元連通性の孔を有す
る多孔質電解質は、それ自体が多数の孔を備えているも
のであって、このような多孔質電解質からなる膜では、
孔が厚み方向および面方向に連通した状態で三次元的に
形成されており、電解質も厚み方向および面方向に連通
した状態で三次元的に形成されており、その電解質部分
の表面積は、三次元的に微細孔が形成されるために著し
く増大する。すなわち、三次元連通性の孔を有する多孔
質電解質の電解質部分の表面に触媒としての白金族金属
を付与することにより、触媒と電解質との接触面積を増
大し、電気化学反応が進行する部位を増大し、もって燃
料電池の高出力化が可能となる。
A porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores has a large number of pores per se, and a membrane made of such a porous electrolyte has the following problems.
The holes are three-dimensionally formed in a state communicating with the thickness direction and the plane direction, and the electrolyte is also formed three-dimensionally in a state communicating with the thickness direction and the plane direction. It is significantly increased because micropores are originally formed. That is, by applying a platinum group metal as a catalyst to the surface of the electrolyte portion of the porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores, the contact area between the catalyst and the electrolyte is increased, and the site where the electrochemical reaction proceeds is increased. As a result, the output of the fuel cell can be increased.

【0014】本願発明は上記の点を見出すことにより成
されたものであって、第一の発明は、電解質膜の少なく
とも一方の面に三次元連通性の孔を有する多孔質電解質
層が形成され、該多孔質電解質層上にガス拡散電極が接
合されてなるガス拡散電極−電解質膜接合体であって、
前記多孔質電解質層に白金族金属が担持されていること
を特徴とするガス拡散電極−電解質膜接合体である。
The invention of the present application has been made by finding the above points. The first invention is to form a porous electrolyte layer having three-dimensionally communicating pores on at least one surface of an electrolyte membrane. A gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly obtained by bonding a gas diffusion electrode on the porous electrolyte layer,
A gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly, wherein a platinum group metal is supported on the porous electrolyte layer.

【0015】上記本発明のガス拡散電極−電解質膜接合
体においては、上記多孔質電解質層に担持された白金族
金属が、主として上記多孔質電解質層のガス拡散電極側
表面近傍に分布しているのがより好ましい。
In the gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly of the present invention, the platinum group metal supported on the porous electrolyte layer is mainly distributed near the surface of the porous electrolyte layer on the gas diffusion electrode side. Is more preferred.

【0016】本願第3の発明の燃料電池は、固体高分子
電解質膜の少なくとも一方の面に三次元連通性の孔を有
する多孔質固体高分子電解質層が形成され、触媒層とガ
ス拡散層との積層体からなるガス拡散電極が前記多孔質
固体高分子電解質層上に前記触媒層が接するように接合
されてなるガス拡散電極−電解質膜接合体を備え、前記
多孔質固体高分子電解質層に白金族金属が担持されてい
ることを特徴とする。この場合においても、多孔質固体
高分子電解質層に担持された白金族金属は、主として触
媒層との界面近傍に分布しているのがより好ましい。ま
た、本発明の燃料電池は、特に直接メタノール型燃料電
池に適している。
In the fuel cell according to the third aspect of the present invention, a porous solid polymer electrolyte layer having three-dimensionally communicating pores is formed on at least one surface of the solid polymer electrolyte membrane, and the catalyst layer and the gas diffusion layer are formed. A gas diffusion electrode comprising a laminate of the gas diffusion electrode and an electrolyte membrane joined together so that the catalyst layer is in contact with the porous solid polymer electrolyte layer, the porous solid polymer electrolyte layer It is characterized in that a platinum group metal is supported. Also in this case, the platinum group metal supported on the porous solid polymer electrolyte layer is more preferably distributed mainly near the interface with the catalyst layer. Further, the fuel cell of the present invention is particularly suitable for a direct methanol fuel cell.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明のガス拡散電極−電解質膜
接合体の製造方法について具体的に説明する。本発明の
ガス拡散電極−電解質膜接合体は、例えば、電解質膜の
少なくとも一方の面に三次元連通性の孔を有する多孔質
電解質層を形成する工程、その多孔質電解質層の表面に
白金族金属を付与する工程、さらにこれにガス拡散電極
の形成およびガス拡散電極−電解質膜接合体の形成を行
う工程を経て製造することができる。以下、この場合に
ついて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for producing a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly according to the present invention will be specifically described. The gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly of the present invention is, for example, a step of forming a porous electrolyte layer having three-dimensionally communicating pores on at least one surface of the electrolyte membrane, a platinum group on the surface of the porous electrolyte layer It can be manufactured through a step of applying a metal, and further a step of forming a gas diffusion electrode and a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly. Hereinafter, this case will be described.

【0018】はじめに、三次元連通性の孔を有する多孔
質電解質層を形成する工程について説明する。
First, the step of forming a porous electrolyte layer having three-dimensionally connected pores will be described.

【0019】三次元連通性の孔を有する多孔質電解質層
は、アルコール類を含有する溶媒に濃度を調整しながら
電解質を溶解して濃度の調整された電解質溶液を作製
し、電解質溶液塗布体の面にこの溶液を層状に塗布した
後、これに多孔化処理を施すことによって作製する。多
孔化処理はアルコール性水酸基以外の極性基を有する有
機溶媒に電解質溶液の塗布層を浸漬することによって行
うことができ、この処理により溶解している電解質が固
化して三次元連通性の孔を有する多孔質電解質層が形成
される。
The porous electrolyte layer having three-dimensionally connected pores is prepared by dissolving the electrolyte while adjusting the concentration in a solvent containing alcohols to prepare an electrolyte solution having a controlled concentration. This is prepared by applying this solution in layers on the surface and then subjecting the solution to a porous treatment. The porous treatment can be performed by immersing the coating layer of the electrolyte solution in an organic solvent having a polar group other than an alcoholic hydroxyl group, and the dissolved electrolyte is solidified by this treatment to form pores having three-dimensional communication. Is formed.

【0020】より具体的に説明すると、例えば、以下の
ようにして形成される。アルコールを含有する溶媒に電
解質を溶解して電解質溶液を作製する。既に溶液とされ
て市販されているものとして、パーフロロスルホン酸樹
脂の溶液である5wt%ナフィオン溶液(米国、アルド
リッチ社)があり、これをこのまま用いることもでき
る。この場合、この電解質溶液を濃縮や希釈することに
より、種々の濃度の電解質溶液を調製する。
More specifically, it is formed, for example, as follows. An electrolyte is dissolved in a solvent containing alcohol to prepare an electrolyte solution. As a commercially available solution in the form of a solution of perfluorosulfonic acid resin, there is a 5 wt% Nafion solution (Aldrich, USA), which can be used as it is. In this case, various concentrations of the electrolyte solution are prepared by concentrating or diluting the electrolyte solution.

【0021】この溶液を用いて塗布、多孔化処理を行う
が、電解質膜との接合を同時に行う方法について説明す
る。この場合、電解質溶液塗布体としては、例えば市販
のパーフロロスルホン酸樹脂膜であるナフィオン115
膜(米国、デュポン社製)を用いることができる。な
お、ナフィオン115膜は無孔性膜である。
A coating and a porous treatment are performed using this solution, and a method for simultaneously bonding with the electrolyte membrane will be described. In this case, for example, Nafion 115, which is a commercially available perfluorosulfonic acid resin film, is used as the electrolyte solution coated body.
A membrane (manufactured by DuPont, USA) can be used. The Nafion 115 film is a non-porous film.

【0022】まず、ナフィオン115膜を精製水で1時
間煮沸してから室温の精製水に保存する。その後、たと
えばエタノールなどのアルコールに浸漬してナフィオン
115膜をさらに膨潤させる。この膨潤したナフィオン
115膜をエタノールから取り出して膜の表面の余分な
エタノールを拭き取り等により除去し、多孔質電解質を
形成したい面に濃度を調製したナフィオン溶液をスプレ
ーなどの手段により塗布する。この後、たとえば酢酸ブ
チルなどアルコール性水酸基以外の極性基を有する有機
溶媒にこの塗布体を浸漬し、これを取り出して室温で乾
燥する。この操作により塗布した溶液が、三次元連通性
の孔を有する多孔質電解質となり、同時に電解質との接
合も完了する。なお、ナフィオンはデュポン社の登録商
標である。
First, the Nafion 115 membrane is boiled with purified water for 1 hour and stored in purified water at room temperature. Thereafter, the Nafion 115 film is further swelled by immersion in an alcohol such as ethanol. The swollen Nafion 115 film is taken out of ethanol, excess ethanol on the surface of the film is removed by wiping or the like, and a Nafion solution having a adjusted concentration is applied to the surface on which the porous electrolyte is to be formed by spraying or the like. Thereafter, the coated body is immersed in an organic solvent having a polar group other than an alcoholic hydroxyl group such as butyl acetate, taken out and dried at room temperature. The solution applied by this operation becomes a porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores, and the bonding with the electrolyte is completed at the same time. Nafion is a registered trademark of DuPont.

【0023】上記で用いるアルコールを含有する溶媒に
電解質を溶解した溶液としては、パーフロロスルホン酸
樹脂の溶液であれば上記市販の5wt%ナフィオン溶液
以外のものも用いることができ、たとえばフレミオン
(旭ガラス製)など他のパーフロロスルホン酸樹脂の溶
液を用いることができる。
As the solution obtained by dissolving the electrolyte in the alcohol-containing solvent used above, any solution other than the commercially available 5 wt% Nafion solution can be used as long as it is a perfluorosulfonic acid resin solution. A solution of another perfluorosulfonic acid resin such as glass) can be used.

【0024】また、この溶液の濃度は希釈あるいは濃縮
などの方法により任意に変更することができる。例え
ば、アルコール、水、またはこれらの混合物を電解質の
溶液に添加して希釈する方法や加熱などの方法により電
解質溶液の溶媒の一部を除いて濃縮する方法を用いるこ
とができる。この場合、アルコールとしては炭素数が4
以下のメタノール、エタノール、1−プロパノール、2
−プロパノール、1−ブタノールあるいは2−ブタノー
ルを用いることができる。
The concentration of the solution can be arbitrarily changed by a method such as dilution or concentration. For example, a method of adding and diluting alcohol, water, or a mixture thereof to the electrolyte solution, or a method of removing a part of the solvent of the electrolyte solution by a method such as heating or the like to concentrate the solution can be used. In this case, the alcohol has 4 carbon atoms.
The following methanol, ethanol, 1-propanol, 2
-Propanol, 1-butanol or 2-butanol can be used.

【0025】電解質溶液塗布体も、ナフィオン115以
外の他のパーフロロスルホン酸膜、パーフロロカルボン
酸膜などフッ素系の電解質膜あるいはスチレンビニルベ
ンゼンスルホン酸など炭化水素系の電解質膜など含水状
態でプロトン伝導性を示す高分子膜を広く用いることが
できる。なお、燃料電池に用いる場合には、これらの高
分子膜の中でも、耐熱性に優れたパーフロロスルホン酸
膜やパーフロロカルボン酸膜などのフッ素系電解質膜が
特に好ましい。
The electrolyte solution coated body is also made of a proton-containing material such as a perfluorosulfonic acid film other than Nafion 115, a perfluorosulfonic acid film such as a perfluorocarboxylic acid film, or a hydrocarbon-based electrolyte film such as styrene vinylbenzene sulfonic acid. A polymer film exhibiting conductivity can be widely used. When used in a fuel cell, among these polymer membranes, a fluorine-based electrolyte membrane such as a perfluorosulfonic acid membrane or a perfluorocarboxylic acid membrane having excellent heat resistance is particularly preferred.

【0026】なお、単なる塗布体としては、電解質膜以
外にも高分子、セラミックスあるいは金属などのシート
もしくは板状のものを用いることができる。この場合、
電解質溶液塗布体上に形成した三次元連通性の孔を有す
る多孔質電解質を電解質膜へ転写する方法などにより接
合体を形成する。
In addition, as a mere application body, a sheet or plate-like material such as a polymer, ceramics, or metal can be used other than the electrolyte membrane. in this case,
A joined body is formed by, for example, transferring a porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores formed on an electrolyte solution coated body to an electrolyte membrane.

【0027】電解質膜への電解質溶液の塗布は、スプレ
ー以外の方法として例えばドクターブレード法、スクリ
ーン印刷法等により行うことができ、種々の方法を用い
ることができる。
The application of the electrolyte solution to the electrolyte membrane can be performed by a method other than spraying, for example, a doctor blade method, a screen printing method, etc., and various methods can be used.

【0028】含水状態の電解質膜を湿潤させるアルコー
ルとしては、エタノールの他に炭素数が4以下のメタノ
ール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタ
ノールあるいは2−ブタノールを用いることもできる。
As the alcohol for moistening the electrolyte membrane in a water-containing state, methanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol or 2-butanol having 4 or less carbon atoms can be used in addition to ethanol.

【0029】アルコール性水酸基以外の極性基を有する
有機溶媒としては、上述の酢酸ブチル以外にも、分子内
にアルコキシカルボニル基を有する炭素鎖の炭素数が1
〜7の有機溶媒、たとえば、ぎ酸プロピル、ぎ酸ブチ
ル、ぎ酸イソブチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸
イソプロピル、酢酸アリル、酢酸ブチル、酢酸イソブチ
ル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、プロピオン酸メ
チル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、ア
クリル酸メチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸イソブ
チル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、酪酸エチル、イソ
酪酸エチル、メタクリル酸メチル、酪酸プロピル、イソ
酪酸イソプロピル、酢酸2−エトキシエチル、酢酸2−
(2エトキシエトキシ)エチル等を単独で若しくは混合
して、又は分子内にエーテル結合を有する炭素鎖の炭素
数が3〜5の有機溶媒、たとえば、ジプロピルエーテ
ル、ジブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエ
ーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、トリプ
ロピレングリコールモノメチルエーテル、テトラヒドロ
フラン等を単独で若しくは混合して、又は分子内にカル
ボニル基を有する炭素鎖の炭素数が4〜8の有機溶媒、
たとえば、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケト
ン、メチルヘキシルケトン、ジプロピルケトン等を単独
で若しくは混合して、又は分子内にアミノ基を有する炭
素鎖の炭素数が1〜5の有機溶媒、たとえば、イソプロ
ピルアミン、イソブチルアミン、ターシャルブチルアミ
ン、イソペンチルアミン、ジエチルアミン等を単独で若
しくは混合して、又は分子内にカルボキシル基を有する
炭素鎖の炭素数が1〜6の有機溶媒、たとえば、プロピ
オン酸、吉草酸、カプロン酸、ヘプタン酸等を単独で若
しくは混合して、又はこれらの組み合わせから得られる
ものを用いることができる。そして、多孔化処理には、
これらの有機溶媒の中でもアルコキシカルボニル基を有
するものが特に好ましい。
Examples of the organic solvent having a polar group other than the alcoholic hydroxyl group include, in addition to the above-mentioned butyl acetate, a carbon chain having an alkoxycarbonyl group in the molecule having 1 carbon atom.
To 7 organic solvents, for example, propyl formate, butyl formate, isobutyl formate, ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate, allyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, pentyl acetate, isopentyl acetate, methyl propionate, propionic acid Ethyl, propyl propionate, methyl acrylate, butyl acrylate, isobutyl acrylate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, ethyl butyrate, ethyl isobutyrate, methyl methacrylate, propyl butyrate, isopropyl isobutyrate, 2-ethoxyethyl acetate, acetic acid 2-
(2ethoxyethoxy) ethyl or the like alone or in combination, or an organic solvent having a carbon chain having an ether bond in the molecule and having 3 to 5 carbon atoms, for example, dipropyl ether, dibutyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol Glycol diethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, tetrahydrofuran or the like alone or as a mixture, or an organic solvent having 4 to 8 carbon atoms in the carbon chain having a carbonyl group in the molecule;
For example, methyl butyl ketone, methyl isobutyl ketone, methylhexyl ketone, dipropyl ketone, etc., alone or in combination, or an organic solvent having 1 to 5 carbon atoms in the carbon chain having an amino group in the molecule, for example, isopropyl Amine, isobutylamine, tertiary butylamine, isopentylamine, diethylamine, etc., alone or as a mixture, or an organic solvent having a carboxyl group in the molecule having 1 to 6 carbon atoms such as propionic acid, It is possible to use varic acid, caproic acid, heptanoic acid, etc., alone or in combination, or those obtained from a combination thereof. And in the porous treatment,
Among these organic solvents, those having an alkoxycarbonyl group are particularly preferred.

【0030】つぎに、三次元連通性の孔を有する多孔質
電解質膜の表面に白金族金属を付与する工程について説
明する。
Next, the step of applying a platinum group metal to the surface of a porous electrolyte membrane having three-dimensionally communicating pores will be described.

【0031】三次元連通性の孔を有する多孔質電解質の
表面への白金族金属の付与には、たとえば無電解メッキ
の方法を用いることができる。三次元連通性の孔を有す
る多孔質電解質を白金族金属の溶液に浸漬して電解質の
対イオンを白金族金属イオンと置換する。この白金族金
属イオン型になった電解質を還元雰囲気に曝して白金族
金属イオンを還元して白金族金属を電解質の表面の近傍
に析出させる。その後、残留する白金族金属イオンを諸
除するために酸性の水溶液で洗浄してから、さらに精製
水で洗浄する。
For applying the platinum group metal to the surface of the porous electrolyte having three-dimensionally connected pores, for example, an electroless plating method can be used. A porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores is immersed in a solution of a platinum group metal to replace a counter ion of the electrolyte with a platinum group metal ion. The platinum group metal ion type electrolyte is exposed to a reducing atmosphere to reduce the platinum group metal ions and deposit the platinum group metal near the surface of the electrolyte. Thereafter, the substrate is washed with an acidic aqueous solution in order to remove the remaining platinum group metal ions, and further washed with purified water.

【0032】白金族金属は、たとえば、白金系ではヘキ
サアンミン白金(〓)塩などの白金錯体、ルテニウム系
ではヘキサアンミンルテニウムなどのルテニウム錯体、
イリジウム系ではペンタアクアイリジウム(〓)塩など
にイリジウム錯体、あるいはこれらの混合物を用いるこ
とができる。
Platinum group metals include, for example, platinum complexes such as hexaammineplatinum (〓) salts in the case of platinum, ruthenium complexes such as hexaammineruthenium in the case of ruthenium,
In the case of iridium, an iridium complex or a mixture thereof can be used for a pentaaqua iridium (〓) salt or the like.

【0033】還元雰囲気の形成には、白金族金属イオン
型になった電解質を水素化ホウ素ナトリウム水溶液に浸
漬する方法あるいは水素ガス中に保持する方法などを用
いることができる。
For the formation of the reducing atmosphere, a method of immersing the platinum group metal ion type electrolyte in an aqueous solution of sodium borohydride or a method of holding it in a hydrogen gas can be used.

【0034】洗浄には、塩酸、硫酸あるいは硝酸などの
酸性の水溶液を用いることができる。
For washing, an acidic aqueous solution such as hydrochloric acid, sulfuric acid or nitric acid can be used.

【0035】三次元連通性の孔を有する多孔質電解質の
表面への白金族金属の付与は、無電解メッキの方法以外
にもたとえば白金族金属を塗布する方法も可能である
が、電解質との界面に緻密に白金族金属を付与する方法
としては無電解メッキの方法が好ましい。
For the application of the platinum group metal to the surface of the porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores, for example, a method of applying a platinum group metal can be used in addition to the electroless plating method. As a method for providing a platinum group metal densely at the interface, an electroless plating method is preferable.

【0036】つぎに、ガス拡散電極およびガス拡散電極
−電解質膜接合体を形成する工程について説明する。
Next, a process for forming a gas diffusion electrode and a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly will be described.

【0037】ガス拡散電極−電解質膜接合体は、例え
ば、上記したような方法で電解質膜の少なくとも一方の
面に形成した三次元連通性の孔を有する多孔質電解質に
白金族金属の無電解メッキを施してこれを触媒層とし、
この触媒層にガス拡散層としてたとえば撥水性を有する
カーボンペーパーを加熱圧接などの方法により接合する
ことによって作製することもできるが、好ましくは、白
金族金属が担持された多孔質電解質層上にさらに触媒層
を形成し、この上にガス拡散層を形成するのが良い。
The gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly is formed, for example, by electroless plating of a platinum group metal on a porous electrolyte having three-dimensionally communicating holes formed on at least one surface of the electrolyte membrane by the method described above. To make this a catalyst layer,
The catalyst layer may be prepared by bonding a water-repellent carbon paper as a gas diffusion layer, for example, by a method such as heating and pressure welding. Preferably, the catalyst layer is further provided on a porous electrolyte layer carrying a platinum group metal. It is preferable to form a catalyst layer and a gas diffusion layer thereon.

【0038】この場合、予め触媒分散物を調製した後、
白金族金属の無電解メッキを施した三次元連通性の孔を
有する多孔質電解質層上にこの触媒分散物を塗布して触
媒層を形成し、これにガス拡散層としてたとえば撥水性
を有するカーボンペーパーを加熱圧接などの方法により
接合して作製する。この構成では、触媒層は白金族金属
の無電解メッキを施した三次元連通性の孔を有する多孔
質電解質および塗布された触媒分散物とからなる実質2
重構造となる。
In this case, after preparing a catalyst dispersion in advance,
This catalyst dispersion is applied on a porous electrolyte layer having three-dimensionally interconnected pores electrolessly plated with a platinum group metal to form a catalyst layer, on which a gas diffusion layer such as water-repellent carbon is formed. Paper is joined by a method such as heating and pressure welding. In this configuration, the catalyst layer is substantially composed of a porous electrolyte having three-dimensionally interconnected pores electrolessly plated with a platinum group metal and an applied catalyst dispersion.
It becomes a heavy structure.

【0039】この方法の場合、触媒分散物は、触媒体を
分散媒に混合して液状あるはペースト状に調製したもの
であって、触媒体としては白金族金属を担持したカーボ
ン、白金族金属やその酸化物あるいはこれらの混合物を
用いることができる。分散媒としては、炭素数4以下の
アルコールや水あるいはこれらの混合物を用いることが
できる。また触媒分散物に電解質の溶液やフッ素系の粉
末やディスパージョン液を加えても良い。塗布方法とし
ては、スプレー法、ドクターブレード法、スクリーン法
など従来公知の方法を用いることができる。
In this method, the catalyst dispersion is prepared by mixing the catalyst with a dispersion medium and preparing a liquid or a paste. The catalyst may be a carbon carrying a platinum group metal, a platinum group metal. Or an oxide thereof or a mixture thereof. As the dispersion medium, alcohol having 4 or less carbon atoms, water, or a mixture thereof can be used. Further, an electrolyte solution, a fluorine-based powder or a dispersion liquid may be added to the catalyst dispersion. As a coating method, a conventionally known method such as a spray method, a doctor blade method, and a screen method can be used.

【0040】このようにして作製されるガス拡散電極−
電解質膜接合体を直接メタノール型燃料電池に適用する
場合について以下に説明する。まず、アノードとして
は、白金族金属の無電解メッキを施した三次元連通性の
孔を有する多孔質電解質をそのまま触媒層とし、撥水性
を有するカーボンペーパーなどのガス拡散層も接合する
ことなしにこれを電極としてそのまま用いることができ
る。カソードとしては上記の白金族金属の無電解メッキ
を施した三次元連通性の孔を有する多孔質電解質を触媒
層としたガス拡散電極を用いることもできるが、好まし
くは、白金族金属の無電解メッキを施した三次元連通性
の孔を有する多孔質電解質層上にガス拡散電極を接合し
たガス拡散電極−電解質膜接合体を用いるのが良い。
The gas diffusion electrode thus produced
The case where the electrolyte membrane assembly is applied to a direct methanol fuel cell will be described below. First, as the anode, a porous electrolyte having three-dimensionally interconnected pores electrolessly plated with a platinum group metal is used as the catalyst layer as it is, without joining a gas diffusion layer such as water-repellent carbon paper. This can be used as an electrode as it is. As the cathode, a gas diffusion electrode having a catalyst layer made of a porous electrolyte having three-dimensionally interconnected pores, which has been subjected to electroless plating of the above-mentioned platinum group metal, may be used. It is preferable to use a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly in which a gas diffusion electrode is bonded on a plated porous electrolyte layer having three-dimensionally connected pores.

【0041】そして、例えば、上記の組み合わせにより
得られる触媒層―電解質―ガス拡散電極接合体をガス供
給路が形成されたガス不透過性の一対のセパレータで挟
持して基本単位となる単電池とし、この単電池を複数個
積層することで直接メタノール型燃料電池を構成するこ
とができる。
For example, the catalyst layer-electrolyte-gas diffusion electrode assembly obtained by the above-described combination is sandwiched between a pair of gas-impermeable separators having gas supply passages to form a unit cell serving as a basic unit. By stacking a plurality of such cells, a direct methanol fuel cell can be constructed.

【0042】こうして作製される直接メタノール型燃料
電池では、カソードに酸化剤として例えば酸素を、アノ
ードに燃料として例えばメタノールと水の混合物を供給
することによって、下記反応が生じて電力が取出され
る。
In the direct methanol fuel cell thus manufactured, by supplying, for example, oxygen as an oxidizing agent to the cathode and a mixture of methanol and water as the fuel to the anode, the following reaction occurs and power is taken out.

【0043】アノードでは、 CH3OH + H2O → 6H+ + CO2 + 6e- カソードでは 3/2O2 + 6H+ + 6e- → 3H2O の電気化学反応が進行し、プロトンは電解質を介してア
ノードからカソードに移動し、電子はアノードから外部
負荷に導かれた後カソードに移動する。
At the anode, an electrochemical reaction of CH 3 OH + H 2 O → 6H + + CO 2 + 6e − at the cathode proceeds at 3 / 2O 2 + 6H + + 6e → 3H 2 O, and protons convert the electrolyte. The electrons move from the anode to the cathode through, and the electrons move to the cathode after being guided from the anode to an external load.

【0044】[0044]

【実施例】(実施例1)電解質膜の少なくとも一方の面
に三次元連通性の孔を有する多孔質電解質層が形成さ
れ、該多孔質電解質層上にガス拡散電極が接合されてな
るガス拡散電極−電解質膜接合体であって、前記多孔質
電解質層に白金族金属が担持された構造を有するガス拡
散電極−電解質接合体を作製し、これを燃料電池に適用
した場合を例に、以下図面と共に本発明について具体的
に説明する。
(Example 1) Gas diffusion in which a porous electrolyte layer having three-dimensionally communicating pores is formed on at least one surface of an electrolyte membrane, and a gas diffusion electrode is joined on the porous electrolyte layer. An electrode-electrolyte membrane assembly, in which a gas diffusion electrode-electrolyte assembly having a structure in which a platinum group metal is supported on the porous electrolyte layer is produced and applied to a fuel cell, for example, The present invention will be specifically described with reference to the drawings.

【0045】はじめに、電解質膜の両面に三次元連通性
の孔を有する多孔質電解質を形成する方法について説明
する。この方法は、5つの工程からなる。
First, a method for forming a porous electrolyte having three-dimensionally connected pores on both sides of the electrolyte membrane will be described. The method consists of five steps.

【0046】第一の工程では、電解質溶液の濃度を調製
する。市販の5wt%ナフィオン溶液をサンプル瓶に取
り、撹拌しながら60度に加熱して溶液を16wt%ま
で濃縮した。
In the first step, the concentration of the electrolyte solution is adjusted. A commercially available 5 wt% Nafion solution was placed in a sample bottle, and heated to 60 ° C with stirring to concentrate the solution to 16 wt%.

【0047】第二の工程では、電解質膜に前処理を施
す。市販のナフィオン115膜を精製水で3回洗浄した
後、脱脂処理として3%過酸化水素水で1時間煮沸して
から再び精製水で3回洗浄し、さらに、精製水で1時間
煮沸してから室温の精製水に移した。その後、この電解
質膜をエタノールに10分間浸漬してナフィオン115
膜を十分に膨潤させた。
In the second step, a pretreatment is performed on the electrolyte membrane. After washing the commercially available Nafion 115 membrane three times with purified water, it is boiled with 3% hydrogen peroxide for one hour as a degreasing treatment, washed three times again with purified water, and further boiled with purified water for one hour. To purified water at room temperature. After that, the electrolyte membrane was immersed in ethanol for 10 minutes to make Nafion 115
The membrane was fully swollen.

【0048】第三の工程では、ナフィオン115膜の両
面に電解質溶液の塗布層を形成する。脱脂およびエタノ
ール処理を施したナフィオン115膜をエタノール中か
ら取り出し、ろ紙を用いて膨潤状態のナフィオン115
膜の表面に存在する余剰のエタノールを拭き取った後、
ナフィオン115膜が乾燥しないように迅速に、16w
t%ナフィオン溶液をスプレーにより電解質膜の両面に
塗布して、ナフィオン115の両面に電解質溶液の塗布
層を形成した。このナフィオン溶液の塗布量は、一方の
面で約15mg/cm2であった。
In the third step, a coating layer of an electrolyte solution is formed on both sides of the Nafion 115 film. The defatted and ethanol-treated Nafion 115 membrane is removed from the ethanol, and the swollen Nafion 115 membrane is removed using a filter paper.
After wiping off excess ethanol on the surface of the membrane,
16w quickly so that the Nafion 115 membrane does not dry
The t% Nafion solution was applied to both sides of the electrolyte membrane by spraying, and a coating layer of the electrolyte solution was formed on both sides of Nafion 115. The applied amount of this Nafion solution was about 15 mg / cm 2 on one side.

【0049】第四の工程では、ナフィオン115膜の両
面に三次元連通性の孔を有する多孔質電解質を形成す
る。両面に電解質溶液の塗布層を形成したナフィオン1
15を酢酸ブチルに10分間浸漬した後、取り出して室
温で酢酸ブチルを乾燥した。電解質膜の両面に塗布した
16wt%ナフィオン溶液は、固化して三次元連通性の
孔を有する多孔質電解質を形成し、その厚みは約22μ
mであった。
In the fourth step, a porous electrolyte having three-dimensionally connected pores on both sides of the Nafion 115 membrane is formed. Nafion 1 with coated electrolyte solution on both sides
15 was immersed in butyl acetate for 10 minutes, taken out and dried at room temperature. The 16 wt% Nafion solution applied to both sides of the electrolyte membrane solidifies to form a porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores, and the thickness thereof is about 22 μm.
m.

【0050】第五の工程では、電解質膜に前処理を施
す。作製した電解質膜を精製水で3回洗浄した後、0.
5Mの希硫酸で1時間煮沸して電解質の対イオンをプロ
トン型に置換する処理を施し、精製水で5回洗浄して精
製水中に保存した。このようにして作製した両面に三次
元連通性の孔を有する多孔質電解質を備えるナフィオン
115を電解質膜A1とする。電解質膜A1の表面性状
を示す電子顕微鏡写真を図2に示す。
In the fifth step, a pretreatment is performed on the electrolyte membrane. After the produced electrolyte membrane was washed three times with purified water, it was washed with 0.1 mL of water.
The mixture was boiled with 5 M dilute sulfuric acid for 1 hour to replace the counter ion of the electrolyte with the proton type, washed five times with purified water, and stored in purified water. The thus-prepared Nafion 115 having a porous electrolyte having three-dimensionally connected pores on both surfaces is defined as an electrolyte membrane A1. FIG. 2 shows an electron micrograph showing the surface properties of the electrolyte membrane A1.

【0051】同図に示されるように、連通した空孔部分
が三次元的に形成されており、網状に連続した電解質部
分が三次元的に形成されている。
As shown in the figure, the communicating void portions are formed three-dimensionally, and the continuous electrolyte portion is formed three-dimensionally.

【0052】つぎに、電解質膜A1の両面に白金族金属
を担持させる方法について説明する。この方法は、3つ
の工程からなる。
Next, a method for supporting a platinum group metal on both surfaces of the electrolyte membrane A1 will be described. This method consists of three steps.

【0053】第一の工程では、電解質膜A1の対イオン
を白金族金属の錯イオン型に交換する。ヘキサアンミン
白金(〓)塩化物塩を精製水に溶解して0.006Mの
水溶液を調製した。この水溶液に電解質膜A1を2時間
浸漬し、電解質の対イオンを白金アンミン錯イオンに交
換した。
In the first step, the counter ion of the electrolyte membrane A1 is exchanged for a complex ion of a platinum group metal. Hexammineplatinum (〓) chloride salt was dissolved in purified water to prepare a 0.006 M aqueous solution. The electrolyte membrane A1 was immersed in this aqueous solution for 2 hours, and the counter ion of the electrolyte was exchanged for a platinum ammine complex ion.

【0054】第二の工程では、白金アンミン錯イオンを
還元して白金金属を析出させる。水素化ホウ素ナトリウ
ムを精製水に溶解して0.04%および1%の水素化ホ
ウ素ナトリウム水溶液を調製した。まず0.04%の水
素化ホウ素ナトリウム水溶液にイオン交換した電解質膜
A1を30分間浸漬した後、精製水で3回洗浄した。こ
の操作を3回繰り返した。つぎに、1%の水素化ホウ素
ナトリウム水溶液に電解質膜A1を1時間浸漬した後、
精製水で3回洗浄した。この水素化ホウ素ナトリウム水
溶液による還元処理を施すと、白金アンミン錯イオンは
白金金属に還元されて白金金属が三次元通性の孔を有す
る多孔質電解質の表面に析出した。
In the second step, platinum ammine complex ions are reduced to deposit platinum metal. Sodium borohydride was dissolved in purified water to prepare 0.04% and 1% sodium borohydride aqueous solutions. First, the electrolyte membrane A1 ion-exchanged in a 0.04% sodium borohydride aqueous solution was immersed for 30 minutes, and then washed three times with purified water. This operation was repeated three times. Next, after immersing the electrolyte membrane A1 in a 1% aqueous solution of sodium borohydride for 1 hour,
Washed three times with purified water. When the reduction treatment with the aqueous sodium borohydride solution was performed, the platinum ammine complex ion was reduced to platinum metal, and the platinum metal was deposited on the surface of the porous electrolyte having three-dimensionally conductive pores.

【0055】第三の工程では、酸性の水溶液で洗浄す
る。ヘキサアンミン白金(〓)塩化物塩の残留物や不純
物を除去するために、白金金属が析出した電解質膜A1
を0.5Mの希硫酸で1時間煮沸処理した後、精製水で
5回洗浄する。このとき、析出した白金金属は、片側の
面で約1mg/cm2であった。このようにして作製し
たナフィオン115膜の両面に形成した三次元連通性の
孔を有する多孔質電解質の表面に白金金属の無電解メッ
キを施したものを電解質膜A2とする。電解質膜A2の
表面性状を示す電子顕微鏡写真を図1に示す。
In the third step, washing is performed with an acidic aqueous solution. An electrolyte membrane A1 on which platinum metal is deposited to remove residues and impurities of hexaammineplatinum (〓) chloride salt
Is boiled with 0.5 M diluted sulfuric acid for 1 hour, and then washed five times with purified water. At this time, the deposited platinum metal was about 1 mg / cm 2 on one surface. An electrolyte membrane A2 is obtained by subjecting a surface of a porous electrolyte having pores of three-dimensional communication formed on both sides of the thus-prepared Nafion 115 membrane to electroless plating of platinum metal. FIG. 1 shows an electron micrograph showing the surface properties of the electrolyte membrane A2.

【0056】同図に示されるように、電解質膜A1の形
状を引き継ぎ、連通した空孔部分が三次元的に形成され
ており、網状に連続した電解質部分が三次元的に形成さ
れている。三次元連通性の孔を有する多孔質電解質の表
面の基本構成の様子を示した模式図を図3に示す。1は
三次元連通性の孔を有する多孔質電解質の電解質部分
を、2は三次元連通性の孔を有する多孔質電解質の空孔
部分を、3は三次元連通性の孔を有する多孔質電解質の
空孔部分の開口径を、4は三次元連通性の孔を有する多
孔質電解質の電解質部分の径をそれぞれ示す。
As shown in the figure, the shape of the electrolyte membrane A1 is taken over, the communicating holes are formed three-dimensionally, and the continuous electrolyte part is formed three-dimensionally. FIG. 3 is a schematic diagram showing the basic configuration of the surface of the porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores. 1 is an electrolyte part of a porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores, 2 is a pore part of a porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores, and 3 is a porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores. Represents the opening diameter of the pore portion, and 4 represents the diameter of the electrolyte portion of the porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores.

【0057】図1において、三次元連通性の孔を有する
多孔質電解質の空孔部分の開口径は0.3〜5.0μ
m、三次元連通性の孔を有する多孔質電解質の電解質部
分の径は0.2〜1.0μm、多孔度は70%である。
尚、電解質膜に塗布するナフィオン溶液の濃度によっ
て、三次元連通性の孔を有する多孔質電解質の網状骨格
構造の網目部分の開口径を0.1〜10μmの範囲、網
状骨格構造の骨格部分の径を0.1〜30μmの範囲、
多孔度を10〜90%に範囲に調整することができる。
電解質膜の面に形成する三次元連通性の孔を有する多孔
質電解質の厚みは、塗布するナフィオン溶液の量によっ
て、1〜50μmの範囲で調整することができる。
In FIG. 1, the pore diameter of the pore portion of the porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores is 0.3 to 5.0 μm.
m, the diameter of the electrolyte portion of the porous electrolyte having pores having three-dimensional communication is 0.2 to 1.0 μm, and the porosity is 70%.
In addition, depending on the concentration of the Nafion solution applied to the electrolyte membrane, the opening diameter of the mesh portion of the network skeleton structure of the porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores is in the range of 0.1 to 10 μm. A diameter in the range of 0.1 to 30 μm,
Porosity can be adjusted in the range of 10-90%.
The thickness of the porous electrolyte having pores with three-dimensional communication formed on the surface of the electrolyte membrane can be adjusted in the range of 1 to 50 μm depending on the amount of the Nafion solution to be applied.

【0058】つぎに、電解質膜A2を用いたガス拡散電
極−電解質膜接合体を形成する段階について説明する。
この方法は、5つの工程からなる。
Next, the step of forming a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly using the electrolyte membrane A2 will be described.
The method consists of five steps.

【0059】第一の工程では、触媒分散物を調製する。
白金を30wt%担持したカーボン触媒2.6gに精製水
45ml加え、次いで2−プロパノール45mlを徐々
に拡散しながら加えて白金担持カーボン触媒を水/2−
プロパノール混合溶媒に分散し、さらに撹拌器を用いて
30分間混合する。この混合物にPTFEのディスパージョ
ン溶液(三井デュポンフロロケミカル社製、PTFE固形成
分:60%)0.5mlを撹拌しながら徐々に加えて添
加後30分間撹拌した後、5wt%ナフィオン溶液(米
国、アルドリッチ社製)17.5mlを撹拌しながら徐
々に加え、さらに30分間撹拌して触媒分散液を作製し
た。
In the first step, a catalyst dispersion is prepared.
45 ml of purified water was added to 2.6 g of a carbon catalyst supporting 30 wt% of platinum, and then 45 ml of 2-propanol was added while gradually diffusing the platinum-supported carbon catalyst into water / 2-.
Disperse in a propanol mixed solvent, and further mix for 30 minutes using a stirrer. 0.5 ml of a PTFE dispersion solution (manufactured by Du Pont-Mitsui Fluorochemicals, PTFE solid component: 60%) is gradually added to this mixture with stirring, and after addition, the mixture is stirred for 30 minutes, and then a 5 wt% Nafion solution (Aldrich, USA) 17.5 ml) was gradually added with stirring, and further stirred for 30 minutes to prepare a catalyst dispersion.

【0060】第二の工程では、触媒分散液を電解質膜A
2に塗布して触媒層を形成する。スプレー法により、調
製した触媒分散液を5cm×5cmの四角形状に電解質
膜A2の両面に塗布した後、乾燥して電解質膜A2の両
面に触媒層を形成した。この触媒層の白金触媒の含有量
が約0.3mg/cm2になるように触媒分散物を塗布
した。
In the second step, the catalyst dispersion is added to the electrolyte membrane A
2 to form a catalyst layer. The prepared catalyst dispersion was applied to both sides of the electrolyte membrane A2 in a square shape of 5 cm × 5 cm by a spray method, and then dried to form catalyst layers on both sides of the electrolyte membrane A2. The catalyst dispersion was applied such that the content of the platinum catalyst in this catalyst layer was about 0.3 mg / cm 2 .

【0061】第三の工程では、ガス拡散層を形成する。
両面に触媒層を形成した電解質膜A2にガス拡散層とし
て5cm×5cmの四角形状に裁断した撥水性を有する
カーボンペーパーを両側に配置し、120kg/c
2、135℃、5分間の条件で加熱圧接することによ
り接合して本発明に係るガス拡散電極−電解質膜接合体
を作製した。これをガス拡散電極−電解質膜接合体Aと
する。
In the third step, a gas diffusion layer is formed.
A water-repellent carbon paper cut into a square of 5 cm × 5 cm as a gas diffusion layer is disposed on both sides of an electrolyte membrane A2 having a catalyst layer formed on both sides, and 120 kg / c.
Bonding was performed by heating and pressing under a condition of m 2 at 135 ° C. for 5 minutes to produce a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly according to the present invention. This is referred to as a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly A.

【0062】このようにして作製したガス拡散電極−電
解質膜接合体Aを、ガス供給路が形成された金属製のセ
パレータで挟持して本発明に係る固体高分子電解質型の
燃料電池Aを作製した。
The gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly A manufactured as described above is sandwiched between metal separators having gas supply passages formed therein to manufacture a solid polymer electrolyte type fuel cell A according to the present invention. did.

【0063】(比較例1)両面に三次元連通性の孔を有
する多孔質電解質を形成したナフィオン115膜に触媒
層を形成し、ガス拡散層を接合したガス拡散電極−電解
質膜接合体を作製した。すなわち、実施例1で作製した
電解質膜A1の両面に、スプレー法により実施例1で調
製した触媒分散液を5cm×5cmの四角形状に塗布
し、乾燥して触媒層を形成した。この触媒層の白金触媒
の含有量は約0.3mg/cm2であった。
Comparative Example 1 A gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly in which a catalyst layer was formed on a Nafion 115 membrane having a porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores on both surfaces and a gas diffusion layer was bonded. did. That is, the catalyst dispersion prepared in Example 1 was applied to both surfaces of the electrolyte membrane A1 prepared in Example 1 in a square shape of 5 cm × 5 cm by a spray method, and dried to form a catalyst layer. The content of the platinum catalyst in this catalyst layer was about 0.3 mg / cm 2 .

【0064】つぎに、両面に触媒層を形成した電解質膜
A1にガス拡散層として5cm×5cmの四角形状に裁
断した撥水性を有するカーボンペーパーを両側に配置
し、120kg/cm2、135℃、5分間の条件で加
熱圧接することにより接合して比較例のガス拡散電極−
電解質膜接合体を作製した。これをガス拡散電極−電解
質膜接合体Bとする。
Next, a water-repellent carbon paper cut into a square of 5 cm × 5 cm as a gas diffusion layer was placed on both sides of the electrolyte membrane A 1 having a catalyst layer formed on both sides, and 120 kg / cm 2 at 135 ° C. The gas diffusion electrode of the comparative example was joined by heating and pressure welding under the condition of 5 minutes.
An electrolyte membrane assembly was produced. This is referred to as a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly B.

【0065】このようにして作製したガス拡散電極−電
解質膜接合体Bを、ガス供給路が形成された金属製のセ
パレータで挟持して本発明の固体高分子電解質型燃料電
池Bを構成した。
The solid polymer electrolyte fuel cell B of the present invention was constructed by sandwiching the gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly B thus produced by a metal separator having a gas supply passage formed therein.

【0066】(比較例2)ナフィオン115膜を3%濃
度の過酸化水素水で1時間煮沸してから精製水で5回洗
浄し、つぎに0.5Mの希硫酸で1時間煮沸してプロト
ン型に置換した後、精製水で5回洗浄した。こうして得
られた通常の表面の電解質膜を電解質膜C1とした。こ
の電解質膜C1の5cm×5cmの部分の両面に実施例
1と同様の白金アンミン錯体を用いた無電解メッキの方
法で白金金属の析出層を形成した。これを電解質膜C2
とする。このときの白金金属の析出量は、約1mg/c
2であった。
(Comparative Example 2) A Nafion 115 membrane was boiled with a 3% concentration of hydrogen peroxide for 1 hour, washed with purified water five times, and then boiled with 0.5M diluted sulfuric acid for 1 hour to form a proton. After replacing with a mold, the resultant was washed five times with purified water. The normal surface electrolyte membrane thus obtained was used as the electrolyte membrane C1. A platinum metal deposition layer was formed on both sides of a 5 cm × 5 cm portion of the electrolyte membrane C1 by electroless plating using the same platinum ammine complex as in Example 1. This is used as the electrolyte membrane C2.
And The amount of platinum metal deposited at this time is about 1 mg / c
m 2 .

【0067】つぎに、スプレー法により電解質膜C2の
5cm×5cmの部分の両面に実施例1で調製した触媒
分散液を塗布し、乾燥して触媒層を形成した。
Next, the catalyst dispersion prepared in Example 1 was applied to both sides of a 5 cm × 5 cm portion of the electrolyte membrane C2 by a spray method, and dried to form a catalyst layer.

【0068】さらに、両面に触媒層を形成した電解質膜
C2にガス拡散層として5cm×5cmの四角形状に裁
断した撥水性を有するカーボンペーパーを両側に配置
し、120kg/cm2、135℃、5分間の条件で加
熱圧接することにより接合してガス拡散電極−電解質膜
接合体を作製した。これをガス拡散電極−電解質膜接合
体Cとする。
Further, a water-repellent carbon paper cut into a square of 5 cm × 5 cm as a gas diffusion layer was placed on both sides of an electrolyte membrane C 2 having a catalyst layer formed on both sides, and was placed at 120 kg / cm 2 at 135 ° C. By bonding by heating and pressing under the condition of minutes, a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly was produced. This is referred to as a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly C.

【0069】このようにして作製したガス拡散電極−電
解質膜接合体Cを、ガス供給路が形成された金属製のセ
パレータで挟持して本発明の固体高分子電解質型燃料電
池Cを構成した。
The gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly C produced in this manner was sandwiched between metal separators having gas supply passages formed therein to form a solid polymer electrolyte fuel cell C of the present invention.

【0070】上記固体高分子電解質型燃料電池A、Bお
よびCをそれぞれつぎの条件で作動させて、それぞれの
電流−電圧特性を測定した。燃料ガスには純水素を用い
て60℃に設定したバブラー式の加湿器で加湿した後、
利用率が70%になる流量で電池に供給した。酸化ガス
には純酸素を用いて60℃に設定したバブラー式の加湿
器で加湿した後、利用率が50%になる流量で電池に供
給した。反応ガスは、それぞれ大気圧で供給した。電池
には65℃のクーラントを循環して、電池温度を一定に
保った。
The solid polymer electrolyte fuel cells A, B and C were operated under the following conditions, and the current-voltage characteristics were measured. After humidifying with a bubbler humidifier set at 60 ° C using pure hydrogen as the fuel gas,
The battery was supplied at a flow rate at which the utilization factor became 70%. After humidifying with a bubbler humidifier set to 60 ° C. using pure oxygen as the oxidizing gas, the gas was supplied to the battery at a flow rate at which the utilization factor became 50%. The reaction gases were each supplied at atmospheric pressure. Coolant at 65 ° C. was circulated through the battery to keep the battery temperature constant.

【0071】固体高分子電解質型燃料電池A、Bおよび
Cの電流−電圧特性を図4に示す。図4から明らかなよ
うに、本発明のガス拡散電極−電解質膜接合体を備える
固体高分子電解質型燃料電池Aが電流増大にともなう電
圧の低下が少なく高出力であり、ついで、両面に三次元
連通性の孔を有す多孔質電解質を形成した電解質膜を用
いたガス拡散電極−電解質膜接合体を備えた固体高分子
電解質型燃料電池Bが高出力であり、無電解メッキによ
り通常の電解質膜の表面に白金金属を析出させた電解質
膜を用いた従来のガス拡散電極−電解質膜接合体を備え
た固体高分子電解質型燃料電池Cは最も出力が低かっ
た。
FIG. 4 shows current-voltage characteristics of the solid polymer electrolyte fuel cells A, B and C. As is apparent from FIG. 4, the solid polymer electrolyte fuel cell A including the gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly of the present invention has a high output with little decrease in voltage due to an increase in current, and has a three-dimensional structure on both surfaces. A solid polymer electrolyte fuel cell B provided with a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly using an electrolyte membrane formed with a porous electrolyte having communicating pores has a high output. The solid polymer electrolyte fuel cell C provided with a conventional gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly using an electrolyte membrane in which platinum metal was deposited on the surface of the membrane had the lowest output.

【0072】本発明のガス拡散電極−電解質膜接合体
は、三次元連通性の孔を有する多孔質電解質が電解質膜
の表面に形成され、この多孔質電解質の表面積が大き
く、触媒層との接触界面が著しく増大し、さらに電解質
と触媒層との界面の白金を増加することにより、活性の
高い触媒層を形成することができた。
In the gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly of the present invention, a porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores is formed on the surface of the electrolyte membrane, and the surface area of the porous electrolyte is large, and the porous electrolyte has a large surface area. The interface was significantly increased, and the platinum at the interface between the electrolyte and the catalyst layer was increased, whereby a highly active catalyst layer could be formed.

【0073】(実施例2)実施例1で作製した三次元連
通性の孔を有する多孔質電解質を備えるナフィオン11
5膜に白金金属の無電解メッキを施した電解質膜A2を
備える直接メタノール型燃料電池を作製した。はじめ
に、精製水50mlに白金黒3gを分散させた後、5w
t%ナフィオン溶液5.3mlを加えて30分間撹拌し
てインク状の触媒分散物を調製した。これを触媒分散物
Pとする。つぎに、精製水50mlにPt−RuOx
(Pt:Ru=1:1)3gを分散させた後、5wt%
ナフィオン溶液12.5mlを加えて30分間撹拌して
インク状の触媒分散物を調製した。これを触媒分散物R
とする。電解質膜A2の一方の面に、スプレーにより直
径3cmの円形状に触媒分散物Pを塗布して乾燥し、カ
ソードの触媒層を形成した。 白金量は、約2.5mg
/cm2であった。この電解質膜A2のもう一方の面
に、スプレーにより直径3cmの円形状に触媒分散物R
を塗布して乾燥し、アノードの触媒層を形成した。白金
量は、約2.0mg/cm2であった。このカソードと
アノードとを形成した電解質膜Aに、カーボンペーパー
を両側に配置して加熱圧接(120kg/cm2、13
5℃、5分間)により一体に接合して、ガス拡散電極−
電解質膜接合体Dを作製した。
(Example 2) Nafion 11 provided with a porous electrolyte having pores of three-dimensional communication produced in Example 1
A direct methanol fuel cell including an electrolyte membrane A2 in which five films were subjected to electroless plating of platinum metal was manufactured. First, after dispersing 3 g of platinum black in 50 ml of purified water, 5 w
5.3 ml of a t% Nafion solution was added and stirred for 30 minutes to prepare an ink-like catalyst dispersion. This is designated as catalyst dispersion P. Next, Pt-RuOx was added to 50 ml of purified water.
(Pt: Ru = 1: 1) After dispersing 3 g, 5 wt%
12.5 ml of Nafion solution was added and stirred for 30 minutes to prepare an ink-like catalyst dispersion. This is called Catalyst Dispersion R
And On one surface of the electrolyte membrane A2, a catalyst dispersion P was applied in a circular shape having a diameter of 3 cm by spraying and dried to form a cathode catalyst layer. Platinum amount is about 2.5mg
/ Cm 2 . On the other surface of the electrolyte membrane A2, a catalyst dispersion R having a diameter of 3 cm was formed by spraying.
Was applied and dried to form an anode catalyst layer. The amount of platinum was about 2.0 mg / cm 2 . Carbon paper is disposed on both sides of the electrolyte membrane A on which the cathode and the anode are formed, and heated and pressed (120 kg / cm 2, 13 kg).
(5 ° C, 5 minutes) to form a gas diffusion electrode
An electrolyte membrane assembly D was produced.

【0074】このようにして作製したガス拡散電極−電
解質膜接合体Dを、ガス供給路が形成された金属製のセ
パレータで挟持して、本発明に係る直接メタノール型燃
料電池Dを構成した。
The gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly D thus produced was sandwiched between metal separators in which gas supply passages were formed, whereby a direct methanol fuel cell D according to the present invention was constructed.

【0075】(比較例3)実施例1で作製した両面に三
次元連通性の孔を有する多孔質電解質を備えるナフィオ
ン115である電解質膜A1を備える直接メタノール型
燃料電池を作製した。電解質膜A1の一方の面に、スプ
レーにより直径3cmの円形状に実施例2で調製した触
媒分散物Pを塗布して乾燥し、カソードの触媒層を形成
した。白金量は、約2.5mg/cm2であった。この
電解質膜A1のもう一方の面に、スプレーにより直径3
cmの円形状に実施例2で調製した触媒分散物Rを塗布
して乾燥し、アノードの触媒層を形成した。白金量は、
約2.0mg/cm2であった。このカソードとアノー
ドとを形成した電解質膜A1に、カーボンペーパーを両
側に配置して、加熱圧接(120kg/cm2、135
℃、5分間)により接合して、ガス拡散電極−電解質膜
接合体Eを構成した。
(Comparative Example 3) A direct methanol fuel cell provided with the electrolyte membrane A1, which is a Nafion 115 provided with a porous electrolyte having pores having three-dimensional communication on both sides prepared in Example 1 was manufactured. On one surface of the electrolyte membrane A1, the catalyst dispersion P prepared in Example 2 was applied in a circular shape having a diameter of 3 cm by spraying and dried to form a cathode catalyst layer. The amount of platinum was about 2.5 mg / cm 2 . The other surface of the electrolyte membrane A1 is sprayed with a diameter of 3
The catalyst dispersion R prepared in Example 2 was applied in a circular shape having a diameter of 10 cm and dried to form an anode catalyst layer. The amount of platinum is
It was about 2.0 mg / cm 2 . Carbon paper is placed on both sides of the electrolyte membrane A1 on which the cathode and the anode are formed, and heated and pressed (120 kg / cm 2 , 135 kg).
(C, 5 minutes) to form a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly E.

【0076】このガス拡散電極−電解質膜接合体Eを、
ガス供給路が形成された金属製のセパレータで挟持し
て、従来構造の直接メタノール型燃料電池Eを作製し
た。
This gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly E was
A direct methanol fuel cell E having a conventional structure was manufactured by sandwiching the metal separator having a gas supply passage formed therein.

【0077】上記直接メタノール型燃料電池D、Eをつ
ぎの条件で作動させて、電流−電圧特性を測定した。カ
ソードに3気圧に加圧した酸素を供給し、アノードに2
気圧に加圧した1Mのメタノール/水を供給した。電池
には110℃のクーラントを循環して、電池温度を一定
に保った。
The direct methanol fuel cells D and E were operated under the following conditions, and the current-voltage characteristics were measured. Oxygen pressurized to 3 atm is supplied to the cathode, and 2
1M methanol / water pressurized to atmospheric pressure was supplied. A coolant at 110 ° C. was circulated through the battery to keep the battery temperature constant.

【0078】直接メタノール型燃料電池DおよびEの電
流−電圧特性を図5に示す。図5から明らかであるよう
に、本発明のガス拡散電極−電解質膜接合体Dを備える
直接メタノール型燃料電池Dは、両面に三次元連通性の
孔を有する多孔質電解質を備えるがその表面に白金金属
が無電解メッキされていない電解質膜をもちいたガス拡
散電極−電解質膜接合体Eを備える直接メタノール型燃
料電池Eより、高出力である。直接メタノール型燃料電
池においても、電解質と触媒層との界面に白金金属を形
成する方法は、高出力化に有効であった。
FIG. 5 shows the current-voltage characteristics of the direct methanol fuel cells D and E. As is clear from FIG. 5, the direct methanol fuel cell D provided with the gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly D of the present invention has a porous electrolyte having three-dimensionally connected pores on both surfaces, but the surface thereof has The output is higher than that of the direct methanol fuel cell E including the gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly E using an electrolyte membrane in which platinum metal is not electrolessly plated. Even in a direct methanol fuel cell, the method of forming platinum metal at the interface between the electrolyte and the catalyst layer was effective in increasing the output.

【0079】[0079]

【発明の効果】本発明のガス拡散電極−電解質膜接合体
によれば、電解質膜と触媒との界面の接触面積を大きく
でき、不純物の混入や電解質の劣化によるイオン導電性
の低下も引き起こすこともなく、電解質と触媒層との界
面の触媒活性の高い領域を効果的に形成することが可能
となり、また、このようなガス拡散電極−電解質膜接合
体を用いることによって、高出力な燃料電池の製造が可
能となる。
According to the gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly of the present invention, the contact area of the interface between the electrolyte membrane and the catalyst can be increased, and the ionic conductivity is reduced due to the contamination of impurities and the deterioration of the electrolyte. Therefore, it is possible to effectively form a region having a high catalytic activity at the interface between the electrolyte and the catalyst layer, and by using such a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly, a high-output fuel cell Can be manufactured.

【0080】また、本発明の燃料電池によれば、高出力
の固体高分子電解質型燃料電池の製造が可能となる。
Further, according to the fuel cell of the present invention, it is possible to manufacture a high-output solid polymer electrolyte fuel cell.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】電解質膜A2の表面性状を示す図(電子顕微鏡
写真)である。
FIG. 1 is a view (electron micrograph) showing the surface properties of an electrolyte membrane A2.

【図2】電解質膜A1の表面性状を示す図(電子顕微鏡
写真)である。
FIG. 2 is a view (electron micrograph) showing a surface property of an electrolyte membrane A1.

【図3】三次元連通性の孔を有する多孔質電解質の表面
の基本構成の様子を示した模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a basic configuration of a surface of a porous electrolyte having three-dimensionally communicating pores.

【図4】固体高分子電解質型燃料電池A、B、Cの電流
−電圧特性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing current-voltage characteristics of solid polymer electrolyte fuel cells A, B, and C.

【図5】直接メタノール型燃料電池D、Eの電流−電圧
特性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing current-voltage characteristics of direct methanol fuel cells D and E.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:電解質部分 2:空孔部分 3:空孔部分の
開口径 4:電解質部分の径
1: electrolyte part 2: hole part 3: opening diameter of hole part 4: diameter of electrolyte part

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解質膜の少なくとも一方の面に三次元
連通性の孔を有する多孔質電解質層が形成され、該多孔
質電解質層上にガス拡散電極が接合されてなるガス拡散
電極−電解質膜接合体であって、前記多孔質電解質層に
白金族金属が担持されていることを特徴とするガス拡散
電極−電解質膜接合体。
1. A gas diffusion electrode-electrolyte membrane comprising: a porous electrolyte layer having three-dimensionally connected pores formed on at least one surface of an electrolyte membrane; and a gas diffusion electrode joined to the porous electrolyte layer. A gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly, wherein a platinum group metal is supported on the porous electrolyte layer.
【請求項2】 上記多孔質電解質層に担持された白金族
金属が、主として上記多孔質電解質層の表面近傍に分布
していることを特徴とする請求項1記載のガス拡散電極
−電解質膜接合体。
2. The gas diffusion electrode-electrolyte membrane bonding according to claim 1, wherein the platinum group metal carried on the porous electrolyte layer is mainly distributed near the surface of the porous electrolyte layer. body.
【請求項3】 固体高分子電解質膜の少なくとも一方の
面に三次元連通性の孔を有する多孔質固体高分子電解質
層が形成され、触媒層とガス拡散層との積層体からなる
ガス拡散電極が前記多孔質固体高分子電解質層上に前記
触媒層が接するように接合されてなるガス拡散電極−電
解質膜接合体を備え、前記多孔質固体高分子電解質層に
白金族金属が担持されていることを特徴とする燃料電
池。
3. A gas diffusion electrode comprising a porous solid polymer electrolyte layer having three-dimensionally communicating pores formed on at least one surface of the solid polymer electrolyte membrane, and a laminate of a catalyst layer and a gas diffusion layer. Is provided with a gas diffusion electrode-electrolyte membrane assembly joined so that the catalyst layer is in contact with the porous solid polymer electrolyte layer, and a platinum group metal is supported on the porous solid polymer electrolyte layer A fuel cell, characterized in that:
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