JP2002063911A - 高分子電解質型燃料電池の製造方法 - Google Patents
高分子電解質型燃料電池の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高分子電解質型燃料電池の製造方法におい
て、高分子電解質膜や基材シートの臨界表面張力と電極
インク中の分散媒の表面張力を制御することにより、電
極インクの塗工および触媒層の転写を良好にする。 【解決手段】 電極インクを高分子電解質膜の両側に塗
工し、電極インク中の分散媒を除去して触媒層−電解質
膜接合体を形成する工程、または電極インクを基材シー
トに塗工し、電極インク中の分散媒を除去して触媒層を
形成する工程と高分子電解質膜の両側に前記触媒層を転
写することにより、触媒層−電解質膜接合体を形成する
工程とを有する高分子電解質型燃料電池の製造方法にお
いて、前記分散媒の表面張力を、前記高分子電解質膜ま
たは基材シートの臨界表面張力よりも小さくする。
て、高分子電解質膜や基材シートの臨界表面張力と電極
インク中の分散媒の表面張力を制御することにより、電
極インクの塗工および触媒層の転写を良好にする。 【解決手段】 電極インクを高分子電解質膜の両側に塗
工し、電極インク中の分散媒を除去して触媒層−電解質
膜接合体を形成する工程、または電極インクを基材シー
トに塗工し、電極インク中の分散媒を除去して触媒層を
形成する工程と高分子電解質膜の両側に前記触媒層を転
写することにより、触媒層−電解質膜接合体を形成する
工程とを有する高分子電解質型燃料電池の製造方法にお
いて、前記分散媒の表面張力を、前記高分子電解質膜ま
たは基材シートの臨界表面張力よりも小さくする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高分子電解質型燃
料電池の製造方法、特に電極の触媒層の形成方法に関す
るものである。
料電池の製造方法、特に電極の触媒層の形成方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】高分子電解質型燃料電池の電極として
は、一般的に触媒層を多孔質導電性電極基材上に形成し
たものが用いられる。通常、これらの触媒層は、貴金属
を担持した炭素粉末と、高分子電解質の分散液と、水や
イソプロピルアルコールなどの有機溶媒とを混合してイ
ンク化し、得られた電極インクをスクリーン印刷法やス
プレー法を用いて電極基材となるカーボンペーパー上に
塗工して形成するのが一般的である。このようにして作
製された電極基材および触媒層からなる電極は、高分子
電解質膜を挟んでホットプレスにより接合され、電極−
電解質膜接合体となる。
は、一般的に触媒層を多孔質導電性電極基材上に形成し
たものが用いられる。通常、これらの触媒層は、貴金属
を担持した炭素粉末と、高分子電解質の分散液と、水や
イソプロピルアルコールなどの有機溶媒とを混合してイ
ンク化し、得られた電極インクをスクリーン印刷法やス
プレー法を用いて電極基材となるカーボンペーパー上に
塗工して形成するのが一般的である。このようにして作
製された電極基材および触媒層からなる電極は、高分子
電解質膜を挟んでホットプレスにより接合され、電極−
電解質膜接合体となる。
【０００３】一方、高分子電解質膜に直接電極インクを
塗工して触媒層−電解質膜接合体を形成する方法も試ら
れている。しかしこの場合、高分子電解質膜上で電極イ
ンクが弾かれてしまい、均一に塗工できないという問題
がある。また、高分子フィルムなどの基材シート上に触
媒層を形成した後に、これを高分子電解質膜に転写し、
触媒層−電解質膜接合体を形成する方法もある。しか
し、この場合も電極インクが基材シート上で弾かれてし
まい、均一に塗工できない場合がある。また、電極イン
クを基材シート上に均一に塗工できたとしても、乾燥し
て分散媒を除去すると、触媒層にクラックが発生した
り、高分子電解質膜への転写時に触媒層の一部が転写で
きなかったりする、という問題がある。
塗工して触媒層−電解質膜接合体を形成する方法も試ら
れている。しかしこの場合、高分子電解質膜上で電極イ
ンクが弾かれてしまい、均一に塗工できないという問題
がある。また、高分子フィルムなどの基材シート上に触
媒層を形成した後に、これを高分子電解質膜に転写し、
触媒層−電解質膜接合体を形成する方法もある。しか
し、この場合も電極インクが基材シート上で弾かれてし
まい、均一に塗工できない場合がある。また、電極イン
クを基材シート上に均一に塗工できたとしても、乾燥し
て分散媒を除去すると、触媒層にクラックが発生した
り、高分子電解質膜への転写時に触媒層の一部が転写で
きなかったりする、という問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】高分子電解質膜に直接
触媒層を形成する場合、電極インクと高分子電解質膜と
の親和性が良くなければ、電極インクが弾かれてしま
い、均一な塗工が困難になる。また、基材シート上に触
媒層を形成した後に、これを高分子電解質膜に転写する
場合、電極インクの塗工性のみならず、高分子電解質膜
への触媒層の転写性もよくなければならない。
触媒層を形成する場合、電極インクと高分子電解質膜と
の親和性が良くなければ、電極インクが弾かれてしま
い、均一な塗工が困難になる。また、基材シート上に触
媒層を形成した後に、これを高分子電解質膜に転写する
場合、電極インクの塗工性のみならず、高分子電解質膜
への触媒層の転写性もよくなければならない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の高分子電解質型
燃料電池の製造方法は、触媒粉末、高分子電解質および
分散媒からなる電極インクを高分子電解質膜の両側に塗
工し、前記分散媒を除去して触媒層−電解質膜接合体を
形成する工程を有する高分子電解質型燃料電池の製造方
法において、前記分散媒の表面張力が、前記高分子電解
質膜の臨界表面張力よりも小さいことを特徴とする。前
記分散媒は、少なくとも有機溶媒を含んでいることが望
ましい。
燃料電池の製造方法は、触媒粉末、高分子電解質および
分散媒からなる電極インクを高分子電解質膜の両側に塗
工し、前記分散媒を除去して触媒層−電解質膜接合体を
形成する工程を有する高分子電解質型燃料電池の製造方
法において、前記分散媒の表面張力が、前記高分子電解
質膜の臨界表面張力よりも小さいことを特徴とする。前
記分散媒は、少なくとも有機溶媒を含んでいることが望
ましい。
【０００６】本発明の高分子電解質型燃料電池の製造方
法は、また、触媒粉末、高分子電解質および分散媒から
なる電極インクを基材シートに塗工し、前記分散媒を除
去して基材シート上に触媒層を形成する工程、および高
分子電解質膜の両側に前記触媒層を転写することによ
り、触媒層−電解質膜接合体を形成する工程を有する高
分子電解質型燃料電池の製造方法において、前記分散媒
の表面張力が、前記基材シートの臨界表面張力よりも小
さいことを特徴とする。ここでも前記分散媒は、少なく
とも有機溶媒を含んでいることが望ましい。
法は、また、触媒粉末、高分子電解質および分散媒から
なる電極インクを基材シートに塗工し、前記分散媒を除
去して基材シート上に触媒層を形成する工程、および高
分子電解質膜の両側に前記触媒層を転写することによ
り、触媒層−電解質膜接合体を形成する工程を有する高
分子電解質型燃料電池の製造方法において、前記分散媒
の表面張力が、前記基材シートの臨界表面張力よりも小
さいことを特徴とする。ここでも前記分散媒は、少なく
とも有機溶媒を含んでいることが望ましい。
【０００７】高分子電解質膜に転写される前の基材シー
ト上に形成された触媒層の臨界表面張力は、高分子電解
質膜の臨界表面張力よりも小さい方が望ましい。また、
基材シートの臨界表面張力は、２０〜４５ｄｙｎｅ／ｃ
ｍ（１ｄｙｎｅ＝１０μＮ）であることが望ましく、基
材シートは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチ
レンテレフタレートおよびポリカーボネートよりなる群
から選ばれた少なくとも１種からなることが望ましい。
ト上に形成された触媒層の臨界表面張力は、高分子電解
質膜の臨界表面張力よりも小さい方が望ましい。また、
基材シートの臨界表面張力は、２０〜４５ｄｙｎｅ／ｃ
ｍ（１ｄｙｎｅ＝１０μＮ）であることが望ましく、基
材シートは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチ
レンテレフタレートおよびポリカーボネートよりなる群
から選ばれた少なくとも１種からなることが望ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】固体表面の濡れ性は、固体と液体
の表面張力の関係で決まると考えられている。具体的に
は、液体の表面張力（γＬ）が、固体の臨界表面張力
（γｃ）よりも小さい場合（γＬ＜γｃの場合）、固体
表面が液体で濡れやすくなる。逆に、γｃ＜γＬの場
合、固体表面が液体を弾く現象がみられる。本発明の製
造方法は、高分子電解質膜または基材シートの濡れ性を
好適な範囲に制御することにより、電極インクの塗工性
を向上させ、触媒層の転写を容易に行えるようにしたも
のである。
の表面張力の関係で決まると考えられている。具体的に
は、液体の表面張力（γＬ）が、固体の臨界表面張力
（γｃ）よりも小さい場合（γＬ＜γｃの場合）、固体
表面が液体で濡れやすくなる。逆に、γｃ＜γＬの場
合、固体表面が液体を弾く現象がみられる。本発明の製
造方法は、高分子電解質膜または基材シートの濡れ性を
好適な範囲に制御することにより、電極インクの塗工性
を向上させ、触媒層の転写を容易に行えるようにしたも
のである。
【０００９】高分子電解質膜に電極インクを塗工する場
合、高分子電解質膜の臨界表面張力は、電極インクの分
散媒の表面張力の１．２倍以上であることが好ましい。
合、高分子電解質膜の臨界表面張力は、電極インクの分
散媒の表面張力の１．２倍以上であることが好ましい。
【００１０】また、基材シートに電極インクを塗工して
基材シート上に触媒層を形成し、得られた触媒層を高分
子電解質膜に転写する場合、触媒層の転写は、基材シー
トの臨界表面張力が低い方が容易になるので、電極イン
クの塗工性がよくなるからといって、基材シートの臨界
表面張力が高い程よいというわけではない。従って、基
材シートの臨界表面張力は、電極インクの分散媒の表面
張力の１．１倍以上であることが好ましい。
基材シート上に触媒層を形成し、得られた触媒層を高分
子電解質膜に転写する場合、触媒層の転写は、基材シー
トの臨界表面張力が低い方が容易になるので、電極イン
クの塗工性がよくなるからといって、基材シートの臨界
表面張力が高い程よいというわけではない。従って、基
材シートの臨界表面張力は、電極インクの分散媒の表面
張力の１．１倍以上であることが好ましい。
【００１１】従来、電極インク中の分散媒としては、純
水が多く用いられていたが、純水の表面張力は７２ｄｙ
ｎｅ／ｃｍと高いため、電極インクの表面張力を高分子
電解質膜や基材シートより小さくすることが困難であ
る。そこで、有機溶媒を含む分散媒を用いることが好ま
しい。分散媒に有機溶媒を含ませると電極インクの表面
張力を著しく低下させることができる。また、水を用い
ずに有機溶媒を単独で用いてもよい。有機溶媒として
は、表面張力が低く、乾燥し易いなどの点からイソプロ
ピルアルコール（２−プロパノール）を用いることが好
ましい。
水が多く用いられていたが、純水の表面張力は７２ｄｙ
ｎｅ／ｃｍと高いため、電極インクの表面張力を高分子
電解質膜や基材シートより小さくすることが困難であ
る。そこで、有機溶媒を含む分散媒を用いることが好ま
しい。分散媒に有機溶媒を含ませると電極インクの表面
張力を著しく低下させることができる。また、水を用い
ずに有機溶媒を単独で用いてもよい。有機溶媒として
は、表面張力が低く、乾燥し易いなどの点からイソプロ
ピルアルコール（２−プロパノール）を用いることが好
ましい。
【００１２】基材シート上に形成された触媒層は、その
臨界表面張力が高分子電解質膜の臨界表面張力よりも小
さいと転写が容易になる。これは、触媒層の臨界表面張
力が高分子電解質膜の臨界表面張力よりも小さいと、基
材シートと触媒層との接着力よりも、高分子電解質膜と
触媒層との接着力の方が強くなるためと考えられる。
臨界表面張力が高分子電解質膜の臨界表面張力よりも小
さいと転写が容易になる。これは、触媒層の臨界表面張
力が高分子電解質膜の臨界表面張力よりも小さいと、基
材シートと触媒層との接着力よりも、高分子電解質膜と
触媒層との接着力の方が強くなるためと考えられる。
【００１３】電極インクを基材シートに塗工して一旦基
材シート上に触媒層を形成し、得られた触媒層を高分子
電解質膜に転写する場合、特に基材シートの臨界表面張
力が２０〜４５ｄｙｎｅ／ｃｍである場合に、電極イン
クの塗工性が良好で、かつ、触媒層の高分子電解質膜へ
の転写も容易となる。
材シート上に触媒層を形成し、得られた触媒層を高分子
電解質膜に転写する場合、特に基材シートの臨界表面張
力が２０〜４５ｄｙｎｅ／ｃｍである場合に、電極イン
クの塗工性が良好で、かつ、触媒層の高分子電解質膜へ
の転写も容易となる。
【００１４】
【実施例】以下、実施例に基いて、本発明の高分子電解
質型燃料電池の製造方法について、図面を参照しながら
述べる。
質型燃料電池の製造方法について、図面を参照しながら
述べる。
【００１５】《実施例１》電極インクを高分子電解質膜
の両側に直接塗工して触媒層−電解質膜接合体を形成す
る方法について検討した。まず、使用する高分子電解質
膜の臨界表面張力を測定した。測定は、固体表面の表面
張力測定に一般的に使用されるＺｉｓｍａｎ法を用い
た。すなわち各種表面張力の標準溶液を用いてＺｉｓｍ
ａｎプロットを行い、ｃｏｓθ＝１．０の時の表面張力
（臨界表面張力）を求めた。高分子電解質膜にはパーフ
ルオロカーボンスルホン酸からなる膜であるＮａｆｉｏ
ｎ１１２（デュポン社製）を使用した。この高分子電解
質膜の臨界表面張力は３１ｄｙｎｅ／ｃｍであった。
の両側に直接塗工して触媒層−電解質膜接合体を形成す
る方法について検討した。まず、使用する高分子電解質
膜の臨界表面張力を測定した。測定は、固体表面の表面
張力測定に一般的に使用されるＺｉｓｍａｎ法を用い
た。すなわち各種表面張力の標準溶液を用いてＺｉｓｍ
ａｎプロットを行い、ｃｏｓθ＝１．０の時の表面張力
（臨界表面張力）を求めた。高分子電解質膜にはパーフ
ルオロカーボンスルホン酸からなる膜であるＮａｆｉｏ
ｎ１１２（デュポン社製）を使用した。この高分子電解
質膜の臨界表面張力は３１ｄｙｎｅ／ｃｍであった。
【００１６】次に、電極インクを調製した。分散媒とし
ては先の高分子電解質膜の臨界表面張力よりも小さい２
−プロパノール（表面張力：２１ｄｙｎｅ／ｃｍ）を使
用した。触媒粉末としては白金を担持した炭素粉末（白
金：４０重量％、炭素粉末：６０重量％）を使用した。
高分子電解質としては５％のＮａｆｉｏｎ分散液（アル
ドリッチ社製）から分散媒成分を除去して得たパーフル
オロカーボンスルホン酸を使用した。触媒粉末９．６
ｇ、高分子電解質５．１ｇおよび２−プロパノール８
５．３ｇをボールミルにより混合し、電極インクＡを得
た。
ては先の高分子電解質膜の臨界表面張力よりも小さい２
−プロパノール（表面張力：２１ｄｙｎｅ／ｃｍ）を使
用した。触媒粉末としては白金を担持した炭素粉末（白
金：４０重量％、炭素粉末：６０重量％）を使用した。
高分子電解質としては５％のＮａｆｉｏｎ分散液（アル
ドリッチ社製）から分散媒成分を除去して得たパーフル
オロカーボンスルホン酸を使用した。触媒粉末９．６
ｇ、高分子電解質５．１ｇおよび２−プロパノール８
５．３ｇをボールミルにより混合し、電極インクＡを得
た。
【００１７】また、触媒粉末として白金ルテニウムを担
持した炭素粉末（白金ルテニウム：５０重量％、炭素粉
末：５０重量％）を用いたこと以外、電極インクＡと同
様にして、電極インクＢを得た。
持した炭素粉末（白金ルテニウム：５０重量％、炭素粉
末：５０重量％）を用いたこと以外、電極インクＡと同
様にして、電極インクＢを得た。
【００１８】また、比較のために、分散媒として水（表
面張力：７３ｄｙｎｅ／ｃｍ）を用いたこと以外、電極
インクＡおよびＢと同様にして、それぞれ電極インクＣ
および電極インクＤを得た。
面張力：７３ｄｙｎｅ／ｃｍ）を用いたこと以外、電極
インクＡおよびＢと同様にして、それぞれ電極インクＣ
および電極インクＤを得た。
【００１９】次いで、得られたインクを高分子電解質膜
上にスクリーン印刷法で塗工し、触媒層−電解質膜接合
体を作製した。まず、所定の大きさの高分子電解質膜を
スクリーン印刷機にセットし、膜上に電極インクＡを塗
工した。この時、スクリーンはステンレス鋼製の２００
メッシュのものを使用した。これを６０℃に設定された
乾燥器中で乾燥させた後、膜の反対側に電極インクＢを
塗工することによって触媒層−電解質膜接合体ＡＢを得
た。
上にスクリーン印刷法で塗工し、触媒層−電解質膜接合
体を作製した。まず、所定の大きさの高分子電解質膜を
スクリーン印刷機にセットし、膜上に電極インクＡを塗
工した。この時、スクリーンはステンレス鋼製の２００
メッシュのものを使用した。これを６０℃に設定された
乾燥器中で乾燥させた後、膜の反対側に電極インクＢを
塗工することによって触媒層−電解質膜接合体ＡＢを得
た。
【００２０】また、電極インクＣおよびＤを用いたこと
以外、触媒層−電解質膜接合体ＡＢと同様にして、触媒
層−電解質膜接合体ＣＤを得た。
以外、触媒層−電解質膜接合体ＡＢと同様にして、触媒
層−電解質膜接合体ＣＤを得た。
【００２１】なお、電極インクＡおよびＢを用いた場
合、スクリーン印刷時に高分子電解質膜上にインクを均
一に塗工できたが、電極インクＣおよびＤを用いた場
合、高分子電解質膜上でインクが弾かれ、均一に塗工す
ることができなかった。
合、スクリーン印刷時に高分子電解質膜上にインクを均
一に塗工できたが、電極インクＣおよびＤを用いた場
合、高分子電解質膜上でインクが弾かれ、均一に塗工す
ることができなかった。
【００２２】得られた触媒層−電解質膜接合体ＡＢおよ
びＣＤの両側にカーボンペーパ（東レ（株）製のＴＧＰ
−Ｈ−１２０）と所定のシール材を配して単電池を構成
した。そして、電極インクＡまたはＣを塗工した面が空
気極側に、電極インクＢまたはＤを塗工した面が燃料極
側になるようにして、単電池試験装置にセットし、電池
特性を調べた。単電池の燃料極には二酸化炭素２５％お
よび一酸化炭素５０ｐｐｍを含む水素ガスを、空気極に
空気を流し、電池温度を８０℃、燃料利用率を８０％、
空気利用率を４０％、水素ガスの露点を７５℃、空気の
露点を６０℃に設定した。
びＣＤの両側にカーボンペーパ（東レ（株）製のＴＧＰ
−Ｈ−１２０）と所定のシール材を配して単電池を構成
した。そして、電極インクＡまたはＣを塗工した面が空
気極側に、電極インクＢまたはＤを塗工した面が燃料極
側になるようにして、単電池試験装置にセットし、電池
特性を調べた。単電池の燃料極には二酸化炭素２５％お
よび一酸化炭素５０ｐｐｍを含む水素ガスを、空気極に
空気を流し、電池温度を８０℃、燃料利用率を８０％、
空気利用率を４０％、水素ガスの露点を７５℃、空気の
露点を６０℃に設定した。
【００２３】図１に、それぞれの単電池の電流−電圧特
性を比較して示した。図１は、触媒層−電解質膜接合体
ＡＢを用いた単電池の特性（曲線ａ）が、触媒層−電解
質膜接合体ＣＤを用いた単電池の特性（曲線ｂ）よりも
優れていることを示している。この違いは、得られた触
媒層の均一性に起因するものと考えられる。
性を比較して示した。図１は、触媒層−電解質膜接合体
ＡＢを用いた単電池の特性（曲線ａ）が、触媒層−電解
質膜接合体ＣＤを用いた単電池の特性（曲線ｂ）よりも
優れていることを示している。この違いは、得られた触
媒層の均一性に起因するものと考えられる。
【００２４】以上より、本発明によれば、電極インク中
の分散媒の表面張力を高分子電解質膜の臨界表面張力よ
りも小さくすることにより、優れた高分子電解質型燃料
電池を提供できることが示された。また、高分子電解質
膜の臨界表面張力と電極インク中の分散媒の表面張力を
把握することにより、電極インクの塗工性を把握できる
ため、塗工時のインクの管理が容易に行え、高価な電極
インクを無駄にすることがなくなるという利点もある。
の分散媒の表面張力を高分子電解質膜の臨界表面張力よ
りも小さくすることにより、優れた高分子電解質型燃料
電池を提供できることが示された。また、高分子電解質
膜の臨界表面張力と電極インク中の分散媒の表面張力を
把握することにより、電極インクの塗工性を把握できる
ため、塗工時のインクの管理が容易に行え、高価な電極
インクを無駄にすることがなくなるという利点もある。
【００２５】《実施例２》電極インクを基材シートに塗
工して触媒層を形成後、これを高分子電解質膜に転写す
る方法について検討した。電極インクとしては、実施例
１で使用した電極インクＡおよびＢを用いた。基材シー
トとしては、電極インク中の２−プロパノールの表面張
力よりも大きな臨界表面張力を有するポリエチレンテレ
フタレート（臨界表面張力：４３ｄｙｎｅ／ｃｍ）のフ
ィルムを使用した。
工して触媒層を形成後、これを高分子電解質膜に転写す
る方法について検討した。電極インクとしては、実施例
１で使用した電極インクＡおよびＢを用いた。基材シー
トとしては、電極インク中の２−プロパノールの表面張
力よりも大きな臨界表面張力を有するポリエチレンテレ
フタレート（臨界表面張力：４３ｄｙｎｅ／ｃｍ）のフ
ィルムを使用した。
【００２６】インクＡおよびＢを、図２に示す塗工装置
１を用いて、基材シート上に塗工し、触媒層を形成し
た。基材シートの厚さは５０μｍである。タンク２に
は、まず、電極インクＡを入れ、塗工装置１の巻出し部
３から基材シート４を送りだし、塗工ロール５の上部で
インクの塗工を行い、触媒層付きフィルムＡを得た。図
２中、６で示される電極インクＡは、タンク２からスリ
ット状のノズル７を経て基材シート４上に塗布される。
この時、ノズル７と基材シート４とのギャップは５０〜
２５０μｍ、基材シートの送り速度は１ｍ／分に設定し
た。触媒層付きフィルムＡは、温度１００℃、風量１０
ｍ3／分に設定された乾燥室８に送ることにより、分散
媒成分を除去した。その後、触媒層付きフィルムＡはガ
イドロール９を介して巻き取り部１０で巻き取った。
１を用いて、基材シート上に塗工し、触媒層を形成し
た。基材シートの厚さは５０μｍである。タンク２に
は、まず、電極インクＡを入れ、塗工装置１の巻出し部
３から基材シート４を送りだし、塗工ロール５の上部で
インクの塗工を行い、触媒層付きフィルムＡを得た。図
２中、６で示される電極インクＡは、タンク２からスリ
ット状のノズル７を経て基材シート４上に塗布される。
この時、ノズル７と基材シート４とのギャップは５０〜
２５０μｍ、基材シートの送り速度は１ｍ／分に設定し
た。触媒層付きフィルムＡは、温度１００℃、風量１０
ｍ3／分に設定された乾燥室８に送ることにより、分散
媒成分を除去した。その後、触媒層付きフィルムＡはガ
イドロール９を介して巻き取り部１０で巻き取った。
【００２７】次に、タンク２に電極インクＢを入れて基
材シート上に先と同様に塗工を行い、触媒層付きフィル
ムＢを得た。
材シート上に先と同様に塗工を行い、触媒層付きフィル
ムＢを得た。
【００２８】また、比較のために、実施例１で用いた電
極インクＣおよびＤを用いたこと以外、触媒層付きフィ
ルムＡおよびＢと同様にして、触媒層付きフィルムＣお
よびＤを得た。
極インクＣおよびＤを用いたこと以外、触媒層付きフィ
ルムＡおよびＢと同様にして、触媒層付きフィルムＣお
よびＤを得た。
【００２９】なお、電極インクＡおよびＢを使用した場
合、塗工時に電極インクの弾きや偏りがなく、均一な塗
工ができた。しかし、水を分散媒とする電極インクＣお
よびＤを用いた場合、電極インクの弾きや偏りが見ら
れ、また、乾燥時に触媒層にクラックが発生した。
合、塗工時に電極インクの弾きや偏りがなく、均一な塗
工ができた。しかし、水を分散媒とする電極インクＣお
よびＤを用いた場合、電極インクの弾きや偏りが見ら
れ、また、乾燥時に触媒層にクラックが発生した。
【００３０】次いで、触媒層付きフィルムＡおよびＢの
間に高分子電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ１１２）を挟み、ホ
ットローラを用いて各触媒層を高分子電解質膜上に転写
し、ポリエチレンテレフタレートのフィルムを取り外し
て、触媒層−電解質膜接合体ＡＢ’を得た。ホットロー
ラの温度は１００℃、圧力は３×１０7Ｐａで行った。
このとき、転写は良好に行うことができ、触媒層の一部
が転写されずにポリエチレンテレフタレートのフィルム
に残ることはなかった。
間に高分子電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ１１２）を挟み、ホ
ットローラを用いて各触媒層を高分子電解質膜上に転写
し、ポリエチレンテレフタレートのフィルムを取り外し
て、触媒層−電解質膜接合体ＡＢ’を得た。ホットロー
ラの温度は１００℃、圧力は３×１０7Ｐａで行った。
このとき、転写は良好に行うことができ、触媒層の一部
が転写されずにポリエチレンテレフタレートのフィルム
に残ることはなかった。
【００３１】一方、触媒層付きフィルムＣおよびＤを用
いて、触媒層−電解質膜接合体ＡＢ’と同様にして、触
媒層−電解質膜接合体ＣＤ’を作製したところ、触媒層
の一部が膜から脱落したり、触媒層の一部が転写されず
にフィルム上に残ったりした。
いて、触媒層−電解質膜接合体ＡＢ’と同様にして、触
媒層−電解質膜接合体ＣＤ’を作製したところ、触媒層
の一部が膜から脱落したり、触媒層の一部が転写されず
にフィルム上に残ったりした。
【００３２】触媒層−電解質膜接合体ＡＢ’およびＣ
Ｄ’を実施例１と同様に単電池試験装置にセットして、
電池特性を調べた。単電池の作製方法、電池動作条件等
は実施例１と同じにした。その結果、触媒層−電解質膜
接合体ＡＢ’を用いた単電池は、触媒層−電解質膜接合
体ＣＤ’を用いた単電池よりも高い特性を示すことが分
かった。
Ｄ’を実施例１と同様に単電池試験装置にセットして、
電池特性を調べた。単電池の作製方法、電池動作条件等
は実施例１と同じにした。その結果、触媒層−電解質膜
接合体ＡＢ’を用いた単電池は、触媒層−電解質膜接合
体ＣＤ’を用いた単電池よりも高い特性を示すことが分
かった。
【００３３】次に、電極インクＡの高分子電解質量を半
分にしたこと以外、電極インクＡと同様にして、電極イ
ンクＥを得た。そして、先と同様にして、ポリエチレン
テレフタレートのフィルム上に塗工し、触媒層付きフィ
ルムＥを得た。このとき塗膜に弾きや塗りムラは見られ
なかった。しかし、高分子電解質膜に触媒層付きフィル
ムＢとともに転写したところ、触媒層付きフィルムＥの
触媒層の一部がフィルム側に残り、均一に転写すること
ができなかった。
分にしたこと以外、電極インクＡと同様にして、電極イ
ンクＥを得た。そして、先と同様にして、ポリエチレン
テレフタレートのフィルム上に塗工し、触媒層付きフィ
ルムＥを得た。このとき塗膜に弾きや塗りムラは見られ
なかった。しかし、高分子電解質膜に触媒層付きフィル
ムＢとともに転写したところ、触媒層付きフィルムＥの
触媒層の一部がフィルム側に残り、均一に転写すること
ができなかった。
【００３４】そこで、分散媒除去後の触媒層付きフィル
ムＡと触媒層付きフィルムＥの触媒層の臨界表面張力
を、実施例１と同様に、Ｚｉｓｍａｎ法を用いて測定し
たところ、触媒層付きフィルムＡの触媒層の臨界表面張
力は、高分子電解質膜の臨界表面張力よりも小さい２９
ｄｙｎｅ／ｃｍであったのに対し、触媒層付きフィルム
Ｅの触媒層の臨界表面張力は３５ｄｙｎｅ／ｃｍであっ
た。このことから、分散媒除去後の触媒層の臨界表面張
力が、高分子電解質膜の臨界表面張力よりも小さい方
が、転写性が良好であることがわかる。
ムＡと触媒層付きフィルムＥの触媒層の臨界表面張力
を、実施例１と同様に、Ｚｉｓｍａｎ法を用いて測定し
たところ、触媒層付きフィルムＡの触媒層の臨界表面張
力は、高分子電解質膜の臨界表面張力よりも小さい２９
ｄｙｎｅ／ｃｍであったのに対し、触媒層付きフィルム
Ｅの触媒層の臨界表面張力は３５ｄｙｎｅ／ｃｍであっ
た。このことから、分散媒除去後の触媒層の臨界表面張
力が、高分子電解質膜の臨界表面張力よりも小さい方
が、転写性が良好であることがわかる。
【００３５】これらの結果より、本発明によれば、電極
インク中の分散媒の表面張力を基材シートの臨界表面張
力よりも小さくすることにより、優れた高分子電解質型
燃料電池を提供できることが示された。
インク中の分散媒の表面張力を基材シートの臨界表面張
力よりも小さくすることにより、優れた高分子電解質型
燃料電池を提供できることが示された。
【００３６】本実施例では、基材シートとしてポリエチ
レンテレフタレートのフィルムを用いたが、ポリプロピ
レン、ポリ−４−メチルペンテン−１などのフィルムを
用いてもよく、特に限定されるものではない。また、基
材シートの表面をコロナ放電処理したり、他の材料をコ
ートすることにより、臨界表面張力を調整したフィルム
を用いることもできる。
レンテレフタレートのフィルムを用いたが、ポリプロピ
レン、ポリ−４−メチルペンテン−１などのフィルムを
用いてもよく、特に限定されるものではない。また、基
材シートの表面をコロナ放電処理したり、他の材料をコ
ートすることにより、臨界表面張力を調整したフィルム
を用いることもできる。
【００３７】《実施例３》基材シートとして、表１に示
す高分子フィルムを使用し、これらのフィルム上に実施
例２と同様にして電極インクＡおよびＢを塗工し、得ら
れた触媒層を高分子電解質膜に転写して、インクの塗工
性と触媒層の転写性を調べた。また、得られた触媒層−
電解質膜接合体を、実施例２と同様に単電池にセット
し、電池特性を調べた。表１には、各フィルムの臨界表
面張力と、得られた電池特性のうちの０．３Ａ／ｃｍ2
における電池電圧を示す。
す高分子フィルムを使用し、これらのフィルム上に実施
例２と同様にして電極インクＡおよびＢを塗工し、得ら
れた触媒層を高分子電解質膜に転写して、インクの塗工
性と触媒層の転写性を調べた。また、得られた触媒層−
電解質膜接合体を、実施例２と同様に単電池にセット
し、電池特性を調べた。表１には、各フィルムの臨界表
面張力と、得られた電池特性のうちの０．３Ａ／ｃｍ2
における電池電圧を示す。
【００３８】ポリテトラフルオロエチレンのフィルムを
用いた場合、臨界表面張力が電極インク中の分散媒成分
である２−プロパノールの表面張力よりも小さいため、
電極インクの弾きや偏りが起こり、インクをフィルム上
に均一に塗工することができなかった。これに対してナ
イロン−６，６を用いた場合、電極インクの塗工性は良
好であったが、触媒層の転写時にフィルム側に触媒層の
一部が残ってしまった。これは、インクの塗工性が良好
である反面、フィルムと触媒層との密着性が強くなりす
ぎたためと考えられる。
用いた場合、臨界表面張力が電極インク中の分散媒成分
である２−プロパノールの表面張力よりも小さいため、
電極インクの弾きや偏りが起こり、インクをフィルム上
に均一に塗工することができなかった。これに対してナ
イロン−６，６を用いた場合、電極インクの塗工性は良
好であったが、触媒層の転写時にフィルム側に触媒層の
一部が残ってしまった。これは、インクの塗工性が良好
である反面、フィルムと触媒層との密着性が強くなりす
ぎたためと考えられる。
【００３９】また、表１に示すように、ポリテトラフル
オロエチレンとナイロン−６，６のフィルムを用いた場
合、０．３Ａ／ｃｍ2における電池電圧は、その他のフ
ィルムを用いた場合に比べて電池電圧がかなり低くなっ
ている。
オロエチレンとナイロン−６，６のフィルムを用いた場
合、０．３Ａ／ｃｍ2における電池電圧は、その他のフ
ィルムを用いた場合に比べて電池電圧がかなり低くなっ
ている。
【００４０】
【表１】
【００４１】これらの結果より、本発明によれば、臨界
表面張力が２０〜４５ｄｙｎｅ／ｃｍの基材シートを用
いることにより、優れた高分子電解質型燃料電池を提供
できることが示された。なお、ポリテトラフルオロエチ
レンやナイロン−６，６のフィルムでも、表面改質や表
面処理を行うことにより、その臨界表面張力を調整すれ
ば、本発明に適用できる。また、金属薄膜シート、多孔
質シート、２種の高分子シートのラミネート品等を用い
ることもできる。
表面張力が２０〜４５ｄｙｎｅ／ｃｍの基材シートを用
いることにより、優れた高分子電解質型燃料電池を提供
できることが示された。なお、ポリテトラフルオロエチ
レンやナイロン−６，６のフィルムでも、表面改質や表
面処理を行うことにより、その臨界表面張力を調整すれ
ば、本発明に適用できる。また、金属薄膜シート、多孔
質シート、２種の高分子シートのラミネート品等を用い
ることもできる。
【００４２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電極イ
ンク中の分散媒の表面張力が、高分子電解質膜や基材シ
ートの臨界表面張力よりも小さいため、従来よりも電極
インクの塗工性、触媒層の転写性が良好となる。また、
インクの分散媒が有機溶媒を含んでいる場合や基材シー
トの臨界表面張力が２０〜４５ｄｙｎｅ／ｃｍである場
合等には、特に電極インクの塗工性と触媒層の転写性と
のバランスを良好にすることができる。
ンク中の分散媒の表面張力が、高分子電解質膜や基材シ
ートの臨界表面張力よりも小さいため、従来よりも電極
インクの塗工性、触媒層の転写性が良好となる。また、
インクの分散媒が有機溶媒を含んでいる場合や基材シー
トの臨界表面張力が２０〜４５ｄｙｎｅ／ｃｍである場
合等には、特に電極インクの塗工性と触媒層の転写性と
のバランスを良好にすることができる。
【図１】本発明の実施例１で用いた単電池の電池特性を
示す図である。
示す図である。
【図２】本発明の実施例２で用いた塗工装置を示す図で
ある。
ある。
１ 塗工装置 ２ タンク ３ 巻出し部 ４ 基材シート ５ 塗工ロール ６ 電極インク ７ ノズル ８ 乾燥室 ９ ガイドロール １０ 巻き取り部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古佐小 慎也 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 吉田 昭彦 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 森田 純司 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 BB08 BB12 EE03 EE05 HH08 5H026 AA06 BB00 BB04 BB08 CX05 HH09
Claims (5)
- 【請求項１】 触媒粉末、高分子電解質および分散媒か
らなる電極インクを高分子電解質膜の両側に塗工し、前
記分散媒を除去して触媒層−電解質膜接合体を形成する
工程を有する高分子電解質型燃料電池の製造方法におい
て、前記分散媒の表面張力が、前記高分子電解質膜の臨
界表面張力よりも小さいことを特徴とする高分子電解質
型燃料電池の製造方法。 - 【請求項２】 触媒粉末、高分子電解質および分散媒か
らなる電極インクを基材シートに塗工し、前記分散媒を
除去して基材シート上に触媒層を形成する工程、および
高分子電解質膜の両側に前記触媒層を転写することによ
り、触媒層−電解質膜接合体を形成する工程を有する高
分子電解質型燃料電池において、前記分散媒の表面張力
が、前記基材シートの臨界表面張力よりも小さいことを
特徴とする高分子電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項３】 転写される前の触媒層の臨界表面張力
が、高分子電解質膜の臨界表面張力よりも小さい請求項
２記載の高分子電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項４】 前記基材シートの臨界表面張力が、２０
〜４５ｄｙｎｅ／ｃｍである請求項２または３記載の高
分子電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項５】 前記分散媒が、少なくとも有機溶媒を含
んでいる請求項１〜４のいずれかに記載の高分子電解質
型燃料電池の製造方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000248931A JP2002063911A (ja) | 2000-08-18 | 2000-08-18 | 高分子電解質型燃料電池の製造方法 |
| CNB018022898A CN100524914C (zh) | 2000-08-04 | 2001-08-03 | 高分子电解质型燃料电池及其制造方法 |
| KR10-2002-7004313A KR100441800B1 (ko) | 2000-08-04 | 2001-08-03 | 고분자 전해질형 연료전지 및 그 제조방법 |
| EP01954442A EP1306913B1 (en) | 2000-08-04 | 2001-08-03 | Polyelectrolyte fuel cell and production method therefor |
| PCT/JP2001/006716 WO2002013297A1 (fr) | 2000-08-04 | 2001-08-03 | Pile a combustible polyelectrolytique et son procede de fabrication |
| US10/089,814 US7201993B2 (en) | 2000-08-04 | 2001-08-03 | Polymer electrolyte fuel cell |
| US11/425,191 US7455703B2 (en) | 2000-08-04 | 2006-06-20 | Method for manufacturing polymer electrolyte fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000248931A JP2002063911A (ja) | 2000-08-18 | 2000-08-18 | 高分子電解質型燃料電池の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002063911A true JP2002063911A (ja) | 2002-02-28 |
Family
ID=18738741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000248931A Pending JP2002063911A (ja) | 2000-08-04 | 2000-08-18 | 高分子電解質型燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002063911A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009016055A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-22 | Dainippon Printing Co Ltd | ガス拡散層の製造方法及びガス拡散層製造用ペースト組成物 |
| JP2009087604A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Dainippon Printing Co Ltd | 触媒層転写フィルム |
| WO2017154475A1 (ja) | 2016-03-10 | 2017-09-14 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 触媒組成物、高分子電解質膜電極接合体の製造方法、および高分子電解質膜電極接合体 |
-
2000
- 2000-08-18 JP JP2000248931A patent/JP2002063911A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009016055A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-22 | Dainippon Printing Co Ltd | ガス拡散層の製造方法及びガス拡散層製造用ペースト組成物 |
| JP2009087604A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Dainippon Printing Co Ltd | 触媒層転写フィルム |
| WO2017154475A1 (ja) | 2016-03-10 | 2017-09-14 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 触媒組成物、高分子電解質膜電極接合体の製造方法、および高分子電解質膜電極接合体 |
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