JP2002025564A - 高分子電解質型燃料電池とその製造方法 - Google Patents
高分子電解質型燃料電池とその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電極触媒層において導電性高分子が触媒担持
カーボンを被覆し、分散した該触媒担持カーボンを互い
に結びつけ、連続な電子伝導経路を形成することで有効
に触媒を利用することが可能である、高い効率の電池特
性を有する固体高分子型燃料電池、およびその製造方法
を提供する。 【解決手段】 固体高分子電解質膜と、前記固体高分子
電解質膜を挟んだ触媒層を有する一対の電極とを具備し
た燃料電池において、該触媒層は触媒担持カーボンと、
高分子電解質と、ピロール、チオフェン、アニリン、ジ
ハロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化チオフェン、ジハロ
ゲン化ピリジンから選ばれる少なくとも１種のモノマー
を重合した導電性高分子とを有することを特徴とする高
分子電解質型燃料電池。
カーボンを被覆し、分散した該触媒担持カーボンを互い
に結びつけ、連続な電子伝導経路を形成することで有効
に触媒を利用することが可能である、高い効率の電池特
性を有する固体高分子型燃料電池、およびその製造方法
を提供する。 【解決手段】 固体高分子電解質膜と、前記固体高分子
電解質膜を挟んだ触媒層を有する一対の電極とを具備し
た燃料電池において、該触媒層は触媒担持カーボンと、
高分子電解質と、ピロール、チオフェン、アニリン、ジ
ハロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化チオフェン、ジハロ
ゲン化ピリジンから選ばれる少なくとも１種のモノマー
を重合した導電性高分子とを有することを特徴とする高
分子電解質型燃料電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高分子電解質型燃
料電池及びその製造法に関する。
料電池及びその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高分子電解質型燃料電池の構成要素であ
る電極において、反応ガスの供給路となる細孔と、水素
イオン導電性の固体高分子電解質と、電子導電体である
電極材料とが形成する、いわゆる三相界面の面積の大小
は、電池の放電性能を左右する重要な因子の１つであ
る。
る電極において、反応ガスの供給路となる細孔と、水素
イオン導電性の固体高分子電解質と、電子導電体である
電極材料とが形成する、いわゆる三相界面の面積の大小
は、電池の放電性能を左右する重要な因子の１つであ
る。
【０００３】従来、この三相界面を増大させるために、
電極材料と固体高分子電解質とを混合分散させた層を、
膜と多孔質電極の界面に付与する試みがなされてきた。
例えば、特公昭６２−６１１１８号公報、特公昭６２−
６１１１９号公報に記載の技術では、固体高分子電解質
を分散した溶液と、触媒化合物との混合物を固体高分子
膜上に塗着し、電極材料とホットプレスした後触媒化合
物を還元する方法、もしくは還元後塗着しホットプレス
を行う方法が提案されている。
電極材料と固体高分子電解質とを混合分散させた層を、
膜と多孔質電極の界面に付与する試みがなされてきた。
例えば、特公昭６２−６１１１８号公報、特公昭６２−
６１１１９号公報に記載の技術では、固体高分子電解質
を分散した溶液と、触媒化合物との混合物を固体高分子
膜上に塗着し、電極材料とホットプレスした後触媒化合
物を還元する方法、もしくは還元後塗着しホットプレス
を行う方法が提案されている。
【０００４】また、特公平２−４８６３２号公報では、
多孔質電極を成型後、電極上にイオン交換膜樹脂を分散
した溶液を散布し、この電極とイオン交換膜とをホット
プレスする方法が提案されている。さらに、特開平３−
１８４２６６号公報では高分子樹脂表面に固体高分子電
解質を被覆した粉末、特開平３−２９５１７２号公報で
は固体高分子電解質の粉末を電極中に混合する方法が提
案されている。また、特開平５−３６４１８号公報で
は、固体高分子電解質と触媒と炭素粉末とフッ素樹脂を
混合し、成膜して電極とする方法が提案されている。
多孔質電極を成型後、電極上にイオン交換膜樹脂を分散
した溶液を散布し、この電極とイオン交換膜とをホット
プレスする方法が提案されている。さらに、特開平３−
１８４２６６号公報では高分子樹脂表面に固体高分子電
解質を被覆した粉末、特開平３−２９５１７２号公報で
は固体高分子電解質の粉末を電極中に混合する方法が提
案されている。また、特開平５−３６４１８号公報で
は、固体高分子電解質と触媒と炭素粉末とフッ素樹脂を
混合し、成膜して電極とする方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電極材
料に固体高分子電解質を分散させたり、塗布したりする
と、電極材料の一部が高分子電解質でコーティングされ
てしまい、触媒を担持した炭素粉末同士の電気的接触が
切断され、触媒の利用率が下がるという問題がある。
料に固体高分子電解質を分散させたり、塗布したりする
と、電極材料の一部が高分子電解質でコーティングされ
てしまい、触媒を担持した炭素粉末同士の電気的接触が
切断され、触媒の利用率が下がるという問題がある。
【０００６】また、触媒を担持した炭素粉末は、微細な
粒子のため、燃料電池運転中の水分やガスの拡散によ
り、炭素粉末同士の電気的接触が切断され、触媒の利用
率が下がるため、電池の電圧が経時的に低下するという
問題がある。
粒子のため、燃料電池運転中の水分やガスの拡散によ
り、炭素粉末同士の電気的接触が切断され、触媒の利用
率が下がるため、電池の電圧が経時的に低下するという
問題がある。
【０００７】本発明は上記の課題を解決するもので、触
媒を担持した炭素粉末同士の電気的接触を確保すること
により、電極内部の反応面積を増大させ、より高い性能
を発揮する固体高分子型燃料電池、およびその製造方法
を提供することを目的とする。
媒を担持した炭素粉末同士の電気的接触を確保すること
により、電極内部の反応面積を増大させ、より高い性能
を発揮する固体高分子型燃料電池、およびその製造方法
を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明の高分子電解質型燃料電池は、固体高分子
電解質膜と、前記固体高分子電解質膜を挟んだ触媒層を
有する一対の電極とを具備した燃料電池において、該触
媒層は触媒担持カーボンと、高分子電解質と、ピロー
ル、チオフェン、アニリン、ジハロゲン化ベンゼン、ジ
ハロゲン化チオフェン、ジハロゲン化ピリジンから選ば
れる少なくとも１種のモノマーを重合した導電性高分子
とを有することを特徴とする。
めに、本発明の高分子電解質型燃料電池は、固体高分子
電解質膜と、前記固体高分子電解質膜を挟んだ触媒層を
有する一対の電極とを具備した燃料電池において、該触
媒層は触媒担持カーボンと、高分子電解質と、ピロー
ル、チオフェン、アニリン、ジハロゲン化ベンゼン、ジ
ハロゲン化チオフェン、ジハロゲン化ピリジンから選ば
れる少なくとも１種のモノマーを重合した導電性高分子
とを有することを特徴とする。
【０００９】さらに、本発明の高分子電解質型燃料電池
は、導電性高分子は、モノマーをグラフト重合したこと
を特徴とする。
は、導電性高分子は、モノマーをグラフト重合したこと
を特徴とする。
【００１０】また、本発明は、ピロール、チオフェン、
アニリン、ジハロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化チオフ
ェン、ジハロゲン化ピリジンから選ばれる少なくとも１
種のモノマーと、高分子電解質と、触媒担持カーボンと
を含有した混合物を、化学重合または電解重合させる工
程を有し、前記重合により生成した混合物を、多孔質電
極上に析出、塗布または転写することで電極を形成し、
前記電極で固体高分子電解質膜を挟む工程を有する、上
記の高分子電解質型燃料電池の製造方法を提供する。
アニリン、ジハロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化チオフ
ェン、ジハロゲン化ピリジンから選ばれる少なくとも１
種のモノマーと、高分子電解質と、触媒担持カーボンと
を含有した混合物を、化学重合または電解重合させる工
程を有し、前記重合により生成した混合物を、多孔質電
極上に析出、塗布または転写することで電極を形成し、
前記電極で固体高分子電解質膜を挟む工程を有する、上
記の高分子電解質型燃料電池の製造方法を提供する。
【００１１】また、本発明は、ピロール、チオフェン、
アニリン、ジハロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化チオフ
ェン、ジハロゲン化ピリジンから選ばれる少なくとも１
種のモノマーと、高分子電解質と、触媒担持カーボンと
を含有した混合物を、化学重合または電解重合させる工
程を有し、前記重合により生成した混合物を固体高分子
電解質膜上に塗布もしくは転写することで触媒層を形成
し、触媒層を形成した前記固体高分子電解質膜を多孔質
電極で挟む工程を有することを特徴とする請求項１また
は２記載の高分子電解質型燃料電池の製造方法を提供す
る。
アニリン、ジハロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化チオフ
ェン、ジハロゲン化ピリジンから選ばれる少なくとも１
種のモノマーと、高分子電解質と、触媒担持カーボンと
を含有した混合物を、化学重合または電解重合させる工
程を有し、前記重合により生成した混合物を固体高分子
電解質膜上に塗布もしくは転写することで触媒層を形成
し、触媒層を形成した前記固体高分子電解質膜を多孔質
電極で挟む工程を有することを特徴とする請求項１また
は２記載の高分子電解質型燃料電池の製造方法を提供す
る。
【００１２】また、本発明は、多孔質電極上に触媒担持
カーボンを有する触媒層を形成することで触媒層付き電
極を作成する工程と、ピロール、チオフェン、アニリ
ン、ジハロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化チオフェン、
ジハロゲン化ピリジンから選ばれる少なくとも１種のモ
ノマーを含有した溶液に、前記触媒層付き電極を浸し、
前記溶液中で電解重合することで前記電極上に前記モノ
マーの重合体である導電性高分子を析出させる工程と、
導電性高分子を析出させた前記電極で固体高分子電解質
膜を挟む工程とを有することを特徴とする請求項１また
は２記載の高分子電解質型燃料電池の製造方法を提供す
る。
カーボンを有する触媒層を形成することで触媒層付き電
極を作成する工程と、ピロール、チオフェン、アニリ
ン、ジハロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化チオフェン、
ジハロゲン化ピリジンから選ばれる少なくとも１種のモ
ノマーを含有した溶液に、前記触媒層付き電極を浸し、
前記溶液中で電解重合することで前記電極上に前記モノ
マーの重合体である導電性高分子を析出させる工程と、
導電性高分子を析出させた前記電極で固体高分子電解質
膜を挟む工程とを有することを特徴とする請求項１また
は２記載の高分子電解質型燃料電池の製造方法を提供す
る。
【００１３】また、本発明は、ピロール、チオフェン、
アニリン、ジハロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化チオフ
ェン、ジハロゲン化ピリジンから選ばれる少なくとも１
種のモノマーと、イオン交換樹脂前駆体とを含有した混
合物を化学重合もしくは電解重合させる工程と、前記重
合により生成した混合物を加水分解することで、前記イ
オン交換樹脂前駆体をイオン交換樹脂に変える工程と、
前記混合物を固体高分子電解質膜上に塗布もしくは転
写、または多孔質電極上に塗布もしくは転写する工程
と、前記混合物を接合した前記固体高分子電解質膜を多
孔質電極で挟む工程とを有することを特徴とする請求項
１または２記載の高分子電解質型燃料電池の製造方法を
提供する。
アニリン、ジハロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化チオフ
ェン、ジハロゲン化ピリジンから選ばれる少なくとも１
種のモノマーと、イオン交換樹脂前駆体とを含有した混
合物を化学重合もしくは電解重合させる工程と、前記重
合により生成した混合物を加水分解することで、前記イ
オン交換樹脂前駆体をイオン交換樹脂に変える工程と、
前記混合物を固体高分子電解質膜上に塗布もしくは転
写、または多孔質電極上に塗布もしくは転写する工程
と、前記混合物を接合した前記固体高分子電解質膜を多
孔質電極で挟む工程とを有することを特徴とする請求項
１または２記載の高分子電解質型燃料電池の製造方法を
提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、実
施例を用いて具体的に説明する。
施例を用いて具体的に説明する。
【００１５】
【実施例】（実施例１）触媒担持カーボン2ｇ（田中貴
金属製TEC10E50E 白金担持率50wt%）、ピロール2ｇ、
イオン交換樹脂溶液2ｇ（Ｄｕ−Ｐｏｎｔ製 Ｎａｆｉ
ｏｎ５ｗｔ％アルコール溶液）、アセトニトリル10ｇか
らなる混合液に多孔質電極としてカーボンペーパー（東
レ製ＴＧＰ−Ｈ−１２０ 膜厚３６０mm）を浸し、前記
カーボンペーパーを陽極とし、白金板を陰極として浸
し、10Vの直流を10分間印可して電解重合し、前記電極
上に触媒担持カーボンおよび高分子電解質および導電性
高分子の混合物からなる触媒層を析出させ、触媒層付き
電極とした。電極上の白金量は、約0.3mg/cm2であっ
た。析出した触媒層の重量は、約2.0mg/cm2であった。
金属製TEC10E50E 白金担持率50wt%）、ピロール2ｇ、
イオン交換樹脂溶液2ｇ（Ｄｕ−Ｐｏｎｔ製 Ｎａｆｉ
ｏｎ５ｗｔ％アルコール溶液）、アセトニトリル10ｇか
らなる混合液に多孔質電極としてカーボンペーパー（東
レ製ＴＧＰ−Ｈ−１２０ 膜厚３６０mm）を浸し、前記
カーボンペーパーを陽極とし、白金板を陰極として浸
し、10Vの直流を10分間印可して電解重合し、前記電極
上に触媒担持カーボンおよび高分子電解質および導電性
高分子の混合物からなる触媒層を析出させ、触媒層付き
電極とした。電極上の白金量は、約0.3mg/cm2であっ
た。析出した触媒層の重量は、約2.0mg/cm2であった。
【００１６】この電極2組でイオン交換膜（Ｄｕ−Ｐｏ
ｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ112）を挟み、130℃で10分間ホッ
トプレスして電極−膜接合体（ＭＥＡ）を得た。
ｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ112）を挟み、130℃で10分間ホッ
トプレスして電極−膜接合体（ＭＥＡ）を得た。
【００１７】図１に実施例１のMEA構成図を示した。
【００１８】前記MEAを用い、燃料電池特性測定用セル
（単セル）を組み立て試験を行った。図２に実施例１の
単セル構成図を示した。
（単セル）を組み立て試験を行った。図２に実施例１の
単セル構成図を示した。
【００１９】単セルの温度は７５℃に設定し、活物質と
して負極側には水素ガスを露点８０℃で加湿し、利用率
８０％、正極には空気を露点６０℃で加湿し、利用率４
０％に調製し、放電試験を行った。
して負極側には水素ガスを露点８０℃で加湿し、利用率
８０％、正極には空気を露点６０℃で加湿し、利用率４
０％に調製し、放電試験を行った。
【００２０】図３に単セルの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線
を示した。また、表１に8００ｍＡ／ｃｍ２における電
池電圧を示した。
を示した。また、表１に8００ｍＡ／ｃｍ２における電
池電圧を示した。
【００２１】なお、実施例１では、ピロールを用いた
が、ピロールの代わりにチオフェン、アニリンを用いて
も同様の結果が得られた。なお、チオフェンを用いた場
合には、直流電圧を15V程度にした方が良い結果が得ら
れた。
が、ピロールの代わりにチオフェン、アニリンを用いて
も同様の結果が得られた。なお、チオフェンを用いた場
合には、直流電圧を15V程度にした方が良い結果が得ら
れた。
【００２２】
【表１】
【００２３】（実施例２）マグネシウム1.22ｇに2,5-ジ
ブロモチオフェン12.1gのテトラヒドロフラン溶液50ml
を徐々に滴下し、室温で一時間攪拌した。これにNiCl
2(2,2'-bipyridine)51mgを加え、加熱し、テトラヒドロ
フランを還流させ、4時間化学重合させた。
ブロモチオフェン12.1gのテトラヒドロフラン溶液50ml
を徐々に滴下し、室温で一時間攪拌した。これにNiCl
2(2,2'-bipyridine)51mgを加え、加熱し、テトラヒドロ
フランを還流させ、4時間化学重合させた。
【００２４】これにエチルアルコール500mlを加えて生
成物を沈殿させ、沈殿を希塩酸、エチルアルコールで洗
い赤茶色の導電性高分子を得た。
成物を沈殿させ、沈殿を希塩酸、エチルアルコールで洗
い赤茶色の導電性高分子を得た。
【００２５】前記導電性高分子2g、触媒担持カーボン2
ｇ（田中貴金属製TEC10E50E 白金担持率50wt%）、イオ
ン交換樹脂溶液2ｇ（Ｄｕ−Ｐｏｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ
５ｗｔ％アルコール溶液）、PTFEディスパージョン2ｇ
（ダイキン工業製D-1）からなる混合液をカーボンペー
パー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−１２０ 膜厚３６０mm）に塗
布し、130℃で10分間加熱して、触媒層付き電極とし
た。電極上の白金量は、約0.3mg/cm2であった。
ｇ（田中貴金属製TEC10E50E 白金担持率50wt%）、イオ
ン交換樹脂溶液2ｇ（Ｄｕ−Ｐｏｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ
５ｗｔ％アルコール溶液）、PTFEディスパージョン2ｇ
（ダイキン工業製D-1）からなる混合液をカーボンペー
パー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−１２０ 膜厚３６０mm）に塗
布し、130℃で10分間加熱して、触媒層付き電極とし
た。電極上の白金量は、約0.3mg/cm2であった。
【００２６】この電極2組でイオン交換膜（Ｄｕ−Ｐｏ
ｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ112）を挟み、130℃で10分間ホッ
トプレスして電極−膜接合体（ＭＥＡ）を得た。
ｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ112）を挟み、130℃で10分間ホッ
トプレスして電極−膜接合体（ＭＥＡ）を得た。
【００２７】実施例１と同様に放電試験を行った。
【００２８】図３に単セルの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線
を示した。また、表１に8００ｍＡ／ｃｍ２における電
池電圧を示した。
を示した。また、表１に8００ｍＡ／ｃｍ２における電
池電圧を示した。
【００２９】なお、実施例２では、ジブロモチオフェン
を用いたが、ジブロモチオフェンの代わりにジブロモベ
ンゼン、ジブロモピリジン、ジヨードベンゼンを用いて
も同様の結果が得られた。
を用いたが、ジブロモチオフェンの代わりにジブロモベ
ンゼン、ジブロモピリジン、ジヨードベンゼンを用いて
も同様の結果が得られた。
【００３０】（実施例３）実施例２と同様に導電性高分
子を得た。
子を得た。
【００３１】前記導電性高分子2g、触媒担持カーボン2
ｇ（田中貴金属製TEC10E50E 白金担持率50wt%）、イオ
ン交換樹脂溶液2ｇ（Ｄｕ−Ｐｏｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ
５ｗｔ％アルコール溶液）からなる混合液を厚さ５０μ
ｍのポリプロピレンフィルムにバーコーダーで塗布して
触媒層を形成し、イオン交換膜（Ｄｕ−Ｐｏｎｔ製 Ｎ
ａｆｉｏｎ112）に貼り付けて、130℃で10分間ホットプ
レスし、ポリプロピレンフィルムをはがし、イオン交換
膜上に触媒層を転写した。イオン交換膜上の白金量は、
片面約0.3mg/cm2であった。
ｇ（田中貴金属製TEC10E50E 白金担持率50wt%）、イオ
ン交換樹脂溶液2ｇ（Ｄｕ−Ｐｏｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ
５ｗｔ％アルコール溶液）からなる混合液を厚さ５０μ
ｍのポリプロピレンフィルムにバーコーダーで塗布して
触媒層を形成し、イオン交換膜（Ｄｕ−Ｐｏｎｔ製 Ｎ
ａｆｉｏｎ112）に貼り付けて、130℃で10分間ホットプ
レスし、ポリプロピレンフィルムをはがし、イオン交換
膜上に触媒層を転写した。イオン交換膜上の白金量は、
片面約0.3mg/cm2であった。
【００３２】PTFEディスパージョン2ｇ（ダイキン工業
製D-1）、界面活性剤1g（TritonX）、カーボンブラック
粉末10g（電気化学製 アセチレンブラック）、水60ｇ
の混合物をカーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−１２
０ 膜厚３６０mm）に塗布し、350℃で2時間加熱して、
多孔質電極とした。
製D-1）、界面活性剤1g（TritonX）、カーボンブラック
粉末10g（電気化学製 アセチレンブラック）、水60ｇ
の混合物をカーボンペーパー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−１２
０ 膜厚３６０mm）に塗布し、350℃で2時間加熱して、
多孔質電極とした。
【００３３】この電極2組で前記触媒層付きイオン交換
膜を挟んで、130℃で10分間ホットプレスして電極−膜
接合体（ＭＥＡ）を得た。
膜を挟んで、130℃で10分間ホットプレスして電極−膜
接合体（ＭＥＡ）を得た。
【００３４】実施例１と同様に放電試験を行った。
【００３５】図３に単セルの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線
を示した。また、表１に8００ｍＡ／ｃｍ２における電
池電圧を示した。
を示した。また、表１に8００ｍＡ／ｃｍ２における電
池電圧を示した。
【００３６】（実施例４）触媒担持カーボン2ｇ（田中
貴金属製TEC10E50E 白金担持率50wt%）、イオン交換樹
脂溶液2ｇ（Ｄｕ−Ｐｏｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ５ｗｔ％
アルコール溶液）、からなる混合液をカーボンペーパー
（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−１２０ 膜厚３６０mm）に塗布
し、130℃で10分間加熱し、触媒層付き電極とした。
貴金属製TEC10E50E 白金担持率50wt%）、イオン交換樹
脂溶液2ｇ（Ｄｕ−Ｐｏｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ５ｗｔ％
アルコール溶液）、からなる混合液をカーボンペーパー
（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−１２０ 膜厚３６０mm）に塗布
し、130℃で10分間加熱し、触媒層付き電極とした。
【００３７】ピロール2ｇ、Et4NClO4 2g、アセトニト
リル50ｇの混合液に前記電極を陽極として浸し、白金板
を陰極として浸し、5Vの直流を10分間印可して電解重合
し、前記電極上に導電性高分子を析出させた。
リル50ｇの混合液に前記電極を陽極として浸し、白金板
を陰極として浸し、5Vの直流を10分間印可して電解重合
し、前記電極上に導電性高分子を析出させた。
【００３８】この電極2組でイオン交換膜（Ｄｕ−Ｐｏ
ｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ112）を挟み、130℃で10分間ホッ
トプレスして電極−膜接合体（ＭＥＡ）を得た。
ｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ112）を挟み、130℃で10分間ホッ
トプレスして電極−膜接合体（ＭＥＡ）を得た。
【００３９】実施例１と同様に放電試験を行った。
【００４０】図３に単セルの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線
を示した。また、表１に8００ｍＡ／ｃｍ２における電
池電圧を示した。
を示した。また、表１に8００ｍＡ／ｃｍ２における電
池電圧を示した。
【００４１】（実施例５）イオン交換樹脂前駆体（Ｄｕ
−Ｐｏｎｔ製 XRレジン）５ｇ、チオフェン5ｇ、ベン
ゼン50ｇ、無水塩化アルミニウム2ｇ、無水塩化銅1ｇを
混合し、30℃で2時間反応させ、イオン交換樹脂前駆体
にチオフェンをグラフト重合させた。
−Ｐｏｎｔ製 XRレジン）５ｇ、チオフェン5ｇ、ベン
ゼン50ｇ、無水塩化アルミニウム2ｇ、無水塩化銅1ｇを
混合し、30℃で2時間反応させ、イオン交換樹脂前駆体
にチオフェンをグラフト重合させた。
【００４２】希塩酸を加えて沈殿させ、沈殿を希塩酸で
洗い、希塩酸中で5時間沸騰させ、イオン交換樹脂前駆
体を加水分解してイオン交換樹脂に変えた。沈殿をエチ
ルアルコールで洗って高分子を得た。
洗い、希塩酸中で5時間沸騰させ、イオン交換樹脂前駆
体を加水分解してイオン交換樹脂に変えた。沈殿をエチ
ルアルコールで洗って高分子を得た。
【００４３】前記高分子２ｇ、触媒担持カーボン2ｇ
（田中貴金属製TEC10E50E 白金担持率50wt%）、イオン
交換樹脂溶液2ｇ（Ｄｕ−Ｐｏｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ５
ｗｔ％アルコール溶液）からなる混合液をカーボンペー
パー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−１２０膜厚３６０mm）に塗布
し、130℃で10分間加熱し、触媒層付き電極とした。
（田中貴金属製TEC10E50E 白金担持率50wt%）、イオン
交換樹脂溶液2ｇ（Ｄｕ−Ｐｏｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ５
ｗｔ％アルコール溶液）からなる混合液をカーボンペー
パー（東レ製ＴＧＰ−Ｈ−１２０膜厚３６０mm）に塗布
し、130℃で10分間加熱し、触媒層付き電極とした。
【００４４】この電極2組でイオン交換膜（Ｄｕ−Ｐｏ
ｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ112）を挟み、130℃で10分間ホッ
トプレスして電極−膜接合体（ＭＥＡ）を得た。
ｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ112）を挟み、130℃で10分間ホッ
トプレスして電極−膜接合体（ＭＥＡ）を得た。
【００４５】実施例１と同様に放電試験を行った。
【００４６】図３に単セルの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線
を示した。また、表１に8００ｍＡ／ｃｍ２における電
池電圧を示した。
を示した。また、表１に8００ｍＡ／ｃｍ２における電
池電圧を示した。
【００４７】（比較例１）実施例4と同様に触媒担持カ
ーボン、イオン交換樹脂溶液からなる混合液をカーボン
ペーパーに塗布し、130℃で10分間加熱し、触媒層付き
電極とした。
ーボン、イオン交換樹脂溶液からなる混合液をカーボン
ペーパーに塗布し、130℃で10分間加熱し、触媒層付き
電極とした。
【００４８】この電極2組でイオン交換膜（Ｄｕ−Ｐｏ
ｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ112）を挟み、130℃で10分間ホッ
トプレスして電極−膜接合体（ＭＥＡ）を得た。
ｎｔ製 Ｎａｆｉｏｎ112）を挟み、130℃で10分間ホッ
トプレスして電極−膜接合体（ＭＥＡ）を得た。
【００４９】実施例１と同様に放電試験を行った。
【００５０】図３に単セルの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）曲線
を示した。また、表１に8００ｍＡ／ｃｍ２における電
池電圧を示した。
を示した。また、表１に8００ｍＡ／ｃｍ２における電
池電圧を示した。
【００５１】
【発明の効果】本発明により、電極触媒層において導電
性高分子が触媒担持カーボンを被覆し、分散した該触媒
担持カーボンを互いに結びつけ、連続な電子伝導経路を
形成することで有効に触媒を利用することが可能であ
る、高い効率の電池特性を有する固体高分子型燃料電
池、およびその製造方法が提供される。
性高分子が触媒担持カーボンを被覆し、分散した該触媒
担持カーボンを互いに結びつけ、連続な電子伝導経路を
形成することで有効に触媒を利用することが可能であ
る、高い効率の電池特性を有する固体高分子型燃料電
池、およびその製造方法が提供される。
【図１】本発明の燃料電池の構成要素であるＭＥＡの構
成を示した断面図
成を示した断面図
【図２】本発明の燃料電池の構成を示した断面図
【図３】実施例における電池−電圧曲線を示すグラフ
１１ 固体高分子電解質膜 １２ 触媒層 １３ カーボンペーパー １５ ＭＥＡ ２１ セパレータ ２２ ガス流路 ２３ 単セル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 行天 久朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 内田 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 新倉 順二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 羽藤 一仁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 神原 輝壽 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS02 AS03 BB01 BB03 BB05 BB06 BB07 BB08 BB13 BB16 DD08 EE03 EE05 EE17 EE19 5H026 AA06 BB01 BB02 BB03 BB04 BB10 CC03 CX04 CX05 EE02 EE05 EE18 EE19
Claims (6)
- 【請求項１】 固体高分子電解質膜と、前記固体高分子
電解質膜を挟んだ触媒層を有する一対の電極とを具備し
た燃料電池において、該触媒層は触媒担持カーボンと、
高分子電解質と、ピロール、チオフェン、アニリン、ジ
ハロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化チオフェン、ジハロ
ゲン化ピリジンから選ばれる少なくとも１種のモノマー
を重合した導電性高分子とを有することを特徴とする高
分子電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 導電性高分子は、モノマーをグラフト重
合したことを特徴とする請求項１記載の高分子電解質型
燃料電池。 - 【請求項３】 ピロール、チオフェン、アニリン、ジハ
ロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化チオフェン、ジハロゲ
ン化ピリジンから選ばれる少なくとも１種のモノマー
と、高分子電解質と、触媒担持カーボンとを含有した混
合物を、化学重合または電解重合させる工程を有し、前
記重合により生成した混合物を、多孔質電極上に析出、
塗布または転写することで電極を形成し、前記電極で固
体高分子電解質膜を挟む工程を有する請求項１または２
記載の高分子電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項４】 ピロール、チオフェン、アニリン、ジハ
ロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化チオフェン、ジハロゲ
ン化ピリジンから選ばれる少なくとも１種のモノマー
と、高分子電解質と、触媒担持カーボンとを含有した混
合物を、化学重合または電解重合させる工程を有し、前
記重合により生成した混合物を固体高分子電解質膜上に
塗布もしくは転写することで触媒層を形成し、触媒層を
形成した前記固体高分子電解質膜を多孔質電極で挟む工
程を有することを特徴とする請求項１または２記載の高
分子電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項５】 多孔質電極上に触媒担持カーボンを有す
る触媒層を形成することで触媒層付き電極を作成する工
程と、ピロール、チオフェン、アニリン、ジハロゲン化
ベンゼン、ジハロゲン化チオフェン、ジハロゲン化ピリ
ジンから選ばれる少なくとも１種のモノマーを含有した
溶液に、前記触媒層付き電極を浸し、前記溶液中で電解
重合することで前記電極上に前記モノマーの重合体であ
る導電性高分子を析出させる工程と、導電性高分子を析
出させた前記電極で固体高分子電解質膜を挟む工程とを
有することを特徴とする請求項１または２記載の高分子
電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項６】 ピロール、チオフェン、アニリン、ジハ
ロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化チオフェン、ジハロゲ
ン化ピリジンから選ばれる少なくとも１種のモノマー
と、イオン交換樹脂前駆体とを含有した混合物を化学重
合もしくは電解重合させる工程と、前記重合により生成
した混合物を加水分解することで、前記イオン交換樹脂
前駆体をイオン交換樹脂に変える工程と、前記混合物を
固体高分子電解質膜上に塗布もしくは転写、または多孔
質電極上に塗布もしくは転写する工程と、前記混合物を
接合した前記固体高分子電解質膜を多孔質電極で挟む工
程とを有することを特徴とする請求項１または２記載の
高分子電解質型燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000204718A JP2002025564A (ja) | 2000-07-06 | 2000-07-06 | 高分子電解質型燃料電池とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000204718A JP2002025564A (ja) | 2000-07-06 | 2000-07-06 | 高分子電解質型燃料電池とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002025564A true JP2002025564A (ja) | 2002-01-25 |
Family
ID=18701936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000204718A Withdrawn JP2002025564A (ja) | 2000-07-06 | 2000-07-06 | 高分子電解質型燃料電池とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002025564A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005527687A (ja) * | 2002-05-23 | 2005-09-15 | コロンビアン ケミカルズ カンパニー | 燃料電池適用のためのスルホン化導電性ポリマーグラフト化炭素性材料 |
| JP2006147412A (ja) * | 2004-11-22 | 2006-06-08 | Fujikura Ltd | 電極、光電変換素子および色素増感太陽電池 |
| JP2006147411A (ja) * | 2004-11-22 | 2006-06-08 | Fujikura Ltd | 電極、光電変換素子および色素増感太陽電池 |
| JP2006344525A (ja) * | 2005-06-09 | 2006-12-21 | Toyota Motor Corp | ガス拡散体及びその製造方法並びに燃料電池 |
| JP2009523905A (ja) * | 2006-01-23 | 2009-06-25 | ヒタチ ケミカル リサーチ センター インコーポレイテッド | イオン性ポリマーデバイス及びそれを製造する方法 |
| JP2009231158A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Toppan Printing Co Ltd | 燃料電池用電極触媒層、膜電極接合体、燃料電池及び燃料電池用電極触媒層の製造方法 |
| CN104941689A (zh) * | 2015-06-26 | 2015-09-30 | 湖南农业大学 | 直接甲醇燃料电池电催化剂的制备方法 |
-
2000
- 2000-07-06 JP JP2000204718A patent/JP2002025564A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005527687A (ja) * | 2002-05-23 | 2005-09-15 | コロンビアン ケミカルズ カンパニー | 燃料電池適用のためのスルホン化導電性ポリマーグラフト化炭素性材料 |
| JP2006147412A (ja) * | 2004-11-22 | 2006-06-08 | Fujikura Ltd | 電極、光電変換素子および色素増感太陽電池 |
| JP2006147411A (ja) * | 2004-11-22 | 2006-06-08 | Fujikura Ltd | 電極、光電変換素子および色素増感太陽電池 |
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| JP2009231158A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Toppan Printing Co Ltd | 燃料電池用電極触媒層、膜電極接合体、燃料電池及び燃料電池用電極触媒層の製造方法 |
| CN104941689A (zh) * | 2015-06-26 | 2015-09-30 | 湖南农业大学 | 直接甲醇燃料电池电催化剂的制备方法 |
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