JP2003173786A - Forming method and device of catalyst layer for solid polymer fuel cell - Google Patents

Forming method and device of catalyst layer for solid polymer fuel cell

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JP2003173786A
JP2003173786A JP2001371523A JP2001371523A JP2003173786A JP 2003173786 A JP2003173786 A JP 2003173786A JP 2001371523 A JP2001371523 A JP 2001371523A JP 2001371523 A JP2001371523 A JP 2001371523A JP 2003173786 A JP2003173786 A JP 2003173786A
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catalyst layer
droplet
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electrolyte material
catalyst
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Yasuhiro Yoshida
育弘 吉田
Osamu Hiroi
治 廣井
Hisatoshi Fukumoto
久敏 福本
Hideo Maeda
秀雄 前田
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a forming method of a catalyst layer for a solid polymer fuel cell having a good ion conductivity, gas permeability and electron conductivity which can avoid such problems as swelling of an electrolyte material and permeation into a gas supply layer and minimize loss of catalyst or the like in manufacturing. <P>SOLUTION: Liquid drops, formed of mixture liquid containing catalyst- supporting carbon powder, a proton conductive polymer and solvent, is applied on an electrolyte material to form a catalyst layer for a solid polymer fuel cell. Here, during the processes of forming liquid drops and application, the amount of evaporation of the solvent from the liquid drops or the amount of moisture absorption by the liquid drops are controlled in the forming method of the catalyst layer. With this, a catalyst layer can be made in a fine structure having a good ion conductivity, gas permeability and electron conductivity, so that a fuel cell equipped with the same can be improved in power generation. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、固体高分子型燃料
電池用触媒層の形成方法及びその形成装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for forming a catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell and an apparatus for forming the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、水素やメタノール等の燃料
を電気化学的に酸化し、燃料の化学エネルギーを直接電
気エネルギーとして取り出すため高効率であり、また、
その反応生成物が原理的に水のみであるためクリーンな
発電システムとして注目されている。この燃料電池に
は、使用される電解質の種類から、リン酸型、溶融炭酸
塩型、固体高分子型などがあるが、中でも低温で作動
し、小型化が可能な点で優位である固体高分子型燃料電
池については、研究開発が盛んに進められつつある。
2. Description of the Related Art A fuel cell is highly efficient because it electrochemically oxidizes a fuel such as hydrogen or methanol and directly extracts the chemical energy of the fuel as electrical energy.
Since the reaction product is only water in principle, it is attracting attention as a clean power generation system. Depending on the type of electrolyte used, there are phosphoric acid type, molten carbonate type, solid polymer type, etc. in this fuel cell. Among them, the solid high type which is advantageous in that it operates at low temperature and can be downsized Research and development of molecular fuel cells are being actively pursued.

【0003】固体高分子型燃料電池の基本構成は、固体
高分子電解質膜の両面に触媒層を形成し、導電性の多孔
体膜からなる燃料ガス供給層と空気供給層でこれを挟み
込む形で積層されたものである。この燃料電池の発電能
力に影響を与える最も重要な因子の1つは触媒層であ
り、触媒を担持した炭素粉末とプロトン伝導性ポリマー
からなる多孔体である。触媒層中の空孔を通して反応ガ
スや生成水、含水したプロトン伝導性ポリマーを通して
プロトン、炭素粉末を通して電子が、それぞれ供給ある
いは取り出され、これらの物質移動が効率良くできる微
細構造を形成することが高い発電能力実現のために重要
である。
The basic structure of a solid polymer electrolyte fuel cell is such that a catalyst layer is formed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and a fuel gas supply layer and an air supply layer made of a conductive porous membrane sandwich the catalyst layer. It is laminated. One of the most important factors affecting the power generation capacity of this fuel cell is the catalyst layer, which is a porous body composed of carbon powder carrying a catalyst and a proton conductive polymer. Reaction gas, generated water, protons through the proton-conducting polymer containing water, and electrons through the carbon powder, respectively, are supplied or taken out through the pores in the catalyst layer, which often form a fine structure capable of efficient mass transfer. It is important for realizing the power generation capacity.

【0004】触媒層の形成法は、触媒を担持した炭素粉
末、プロトン伝導性ポリマー、フッ素樹脂等の添加物を
分散させた混合液を調整し、固体高分子電解質膜上ある
いはガス供給層に直接塗布する方法が一般的である。混
合液を固体高分子電解質膜上に塗布する場合には、混合
液の溶剤によって固体高分子電解質膜が膨潤してしまっ
たり、ガス拡散層上に塗布した場合には、混合液がガス
拡散層の内部にまで染み込むという問題があり、これら
を回避することが良好な触媒層の形成に必要な条件であ
る。また、混合液が希釈されたものである場合、及び混
合液組成が適正でない場合には触媒層の望ましい微細構
造が得られない。
The catalyst layer is formed by preparing a mixed solution in which additives such as carbon powder carrying a catalyst, a proton conductive polymer, and a fluororesin are dispersed, and directly on the solid polymer electrolyte membrane or on the gas supply layer. The application method is generally used. When the mixed solution is applied on the solid polymer electrolyte membrane, the solvent of the mixed solution causes the solid polymer electrolyte membrane to swell, or when applied on the gas diffusion layer, the mixed solution is mixed with the gas diffusion layer. There is a problem that it penetrates into the interior of the catalyst, and avoiding these is a necessary condition for forming a good catalyst layer. Further, when the mixed solution is diluted or when the composition of the mixed solution is not proper, the desired fine structure of the catalyst layer cannot be obtained.

【0005】例えば、米国特許5,211,984号で
は、一旦テフロン(登録商標)膜上に形成した触媒層を
転写することによって、固体高分子電解質膜の膨潤を抑
制している。また、特開平7−183035号では、ス
ラリー中の固体高分子電解質をコロイド状にして塗布す
ることによって、ガス拡散層への染み込みを防止して好
ましい触媒層を形成する方法が開示されている。
For example, in US Pat. No. 5,211,984, swelling of a solid polymer electrolyte membrane is suppressed by transferring a catalyst layer once formed on a Teflon (registered trademark) membrane. Further, Japanese Patent Laid-Open No. 7-183035 discloses a method of forming a preferable catalyst layer by coating a solid polymer electrolyte in a slurry in a colloidal form to prevent the gas diffusion layer from seeping.

【0006】また、塗布方法については、スクリーン印
刷、ローラー塗布、スプレー塗布等が用いられる。触媒
をインクジェットで塗布する方法についても、汚染物質
処理装置として特公表2001−504755号に開示
されている。スクリーン印刷やローラー塗布は、容易に
高粘度の混合液が塗布できることから良く用いられる方
法である。インクジェット塗布、あるいは、スプレー塗
布については、共に、スラリーを微小な液滴にして適用
するという方法であるため、微量の塗布が容易に実現で
きるという利点がある。また、固体高分子電解質膜をガ
スシール等の枠に固定した後でも容易に塗布可能である
ため、製造方法の選択性が広がり有利である。特にイン
クジェット塗布に関しては、高価な触媒層材料を無駄な
く塗布できるという利点もある。
As a coating method, screen printing, roller coating, spray coating and the like are used. A method for applying a catalyst by ink jet is also disclosed in Japanese Patent Publication No. 2001-504755 as a pollutant treatment device. Screen printing and roller coating are commonly used methods because a highly viscous liquid mixture can be easily coated. Both inkjet coating and spray coating have a merit that a minute amount of coating can be easily realized because they are methods of applying slurry in the form of minute droplets. Further, since the solid polymer electrolyte membrane can be easily applied even after being fixed to a frame such as a gas seal, the selectivity of the production method is widened, which is advantageous. Particularly in the case of inkjet coating, there is also an advantage that expensive catalyst layer materials can be coated without waste.

【0007】しかしながら、上記文献等に記載されてい
る触媒層の転写等の方法では工程が複雑になるという問
題があり、また混合液のコロイド化等の調整によって良
好な触媒層形成を行う方法では、使用できる溶剤が限定
される上に、混合液の安定性も低くなり、安定した生産
を行うことが困難であるという問題がある。塗布方法に
関しても、一般的に用いられるスクリーン印刷やローラ
ー塗布においては、前記コロイド状混合液等の高粘度の
混合液が塗布可能であるものの、塗布量を微量に抑える
ことが困難なことから過剰な混合液が塗布されるという
問題がある。塗布量を抑えるために希釈して塗布した場
合には、固体高分子電解質膜の膨潤やガス供給層への染
み込みを起こし易くなり、触媒層の微細構造も良好なも
のでなくなってしまうという問題もある。スプレー塗布
やインクジェットでは、塗布量を低減できるものの、適
用できる混合液の粘度は低いものだけであるという制約
があり、低粘度の混合液を単純に塗布すれば、結局、ス
クリーン印刷やローラー塗布の場合と同様の問題が起こ
ることになる。
However, the methods such as the transfer of the catalyst layer described in the above documents have a problem that the process is complicated, and the method of forming a good catalyst layer by adjusting the colloidalization of the mixed solution and the like. However, there is a problem that the solvent that can be used is limited and the stability of the mixed solution becomes low, which makes it difficult to perform stable production. Regarding the coating method, in commonly used screen printing or roller coating, although a highly viscous mixed solution such as the colloidal mixed solution can be coated, it is difficult to suppress the coating amount to a very small amount. There is a problem that a different mixed solution is applied. When the coating is diluted to suppress the coating amount, swelling of the solid polymer electrolyte membrane and penetration into the gas supply layer are likely to occur, and there is also a problem that the fine structure of the catalyst layer is not good. is there. Although spray coating and ink jet can reduce the coating amount, there is a restriction that the viscosity of the mixed liquid that can be applied is only low, so if you simply apply a low viscosity mixed liquid, you will end up with screen printing or roller coating. Similar problems will occur.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、固体高分子電解質膜の膨潤、ガス供給層への染
み込み等の問題を回避でき、製造における触媒等のロス
が少なく、ガス透過性、電子電導性、イオン伝導性に優
れた固体高分子型燃料電池用触媒層の形成方法を提供す
ることである。
Therefore, the object of the present invention is to avoid the problems such as swelling of the solid polymer electrolyte membrane and soaking into the gas supply layer, the loss of the catalyst, etc. in the production, and the gas permeability. Another object of the present invention is to provide a method for forming a catalyst layer for polymer electrolyte fuel cells, which is excellent in electron conductivity and ionic conductivity.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、触媒担持炭素
粉末、プロトン伝導性ポリマー及び溶剤を含有する混合
液から液滴を形成し、電解質材料に適用して固体高分子
型燃料電池用触媒層を形成する際に、液滴の形成から適
用までの過程において、該液滴からの溶剤蒸発量又は該
液滴の吸湿量を制御することを特徴とする触媒層の形成
方法である。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is directed to a catalyst for polymer electrolyte fuel cells by forming droplets from a mixed liquid containing a catalyst-supporting carbon powder, a proton conductive polymer and a solvent and applying the droplets to an electrolyte material. A method for forming a catalyst layer, which comprises controlling the amount of solvent evaporated from the droplets or the amount of moisture absorption of the droplets in the process from the formation of the droplets to the application when forming the layer.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明における触媒担持炭素粉末
とは、水素の酸化反応と酸素の還元反応を促進する触媒
が炭素粉末に担持されたものであればよい。ここでの触
媒は、水素の酸化反応と酸素の還元反応を促進し、微粉
末状であり水に不溶であればどのようなものでも使用可
能であるが、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウ
ム、ロジウム、オスミウムの白金族元素の他、鉄、鉛、
銅、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウ
ム、モリブデン、ガリウム、アルミニウムなどの金属や
これらの合金、または酸化物、複酸化物等が使用でき
る。これらの触媒の粒径は、5〜500オングストロー
ムが好ましく、10〜150オングストロームがさらに
好ましい。粒径が小さすぎると触媒の安定性が欠ける場
合があり、粒径が大きすぎると、触媒の活性に劣る場合
がある。これらの触媒を担持する炭素粉末は、微粉末状
で導電性を有し、触媒に犯されないものであれば良く、
カーボンブラック、黒鉛、グラファイト、活性炭、フラ
ーレンやカーボンナノチューブの凝集体等が使用可能で
ある。粒径は5〜5000nmが好ましく、10〜50
0nmがさらに好ましい。粒径が小さすぎると触媒層を
形成したときに十分な導電性が得られないことがある。
粒径が大きすぎると、これを含有する混合液を微細な液
滴とすることが困難になるおそれがあり好ましくない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The catalyst-supporting carbon powder according to the present invention may be any carbon powder on which a catalyst for promoting hydrogen oxidation reaction and oxygen reduction reaction is supported. The catalyst here promotes the oxidation reaction of hydrogen and the reduction reaction of oxygen, and any material can be used as long as it is in the form of fine powder and insoluble in water, but platinum, palladium, ruthenium, iridium, rhodium can be used. , Osmium platinum group elements, iron, lead,
Metals such as copper, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, and aluminum, alloys thereof, oxides, double oxides, and the like can be used. The particle size of these catalysts is preferably 5 to 500 angstroms, more preferably 10 to 150 angstroms. If the particle size is too small, the catalyst may lack stability, and if the particle size is too large, the catalyst activity may be poor. The carbon powder carrying these catalysts may be in the form of a fine powder having conductivity, so long as it is not violated by the catalyst,
Carbon black, graphite, graphite, activated carbon, fullerenes, aggregates of carbon nanotubes and the like can be used. The particle size is preferably 5 to 5000 nm, 10 to 50
0 nm is more preferable. If the particle size is too small, sufficient conductivity may not be obtained when the catalyst layer is formed.
If the particle size is too large, it may be difficult to form a mixed liquid containing the same into fine liquid droplets, which is not preferable.

【0011】本発明におけるプロトン伝導性ポリマーと
は、プロトンを伝導するポリマーであれば良く、特に限
定するものではないが、ナフィオン(デュポン社製)に
代表されるような、含フッ素ポリマーを骨格として少な
くともスルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基、リ
ン酸基等のプロトン交換基を有するものである。また、
ポリオレフィンのような炭化水素を骨格とするもの、ポ
リフェニルエーテルのような芳香族を骨格とするものも
使用可能である。
The proton-conducting polymer in the present invention is not particularly limited as long as it is a polymer that conducts protons, but a fluorinated polymer such as Nafion (manufactured by DuPont) is used as a skeleton. It has at least a proton exchange group such as a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphonic acid group, and a phosphoric acid group. Also,
Those having a hydrocarbon skeleton such as polyolefin and those having an aromatic skeleton such as polyphenyl ether can also be used.

【0012】本発明における電解質材料には、上記のプ
ロトン伝導性ポリマー等を用いることができ、単一のプ
ロトン伝導性ポリマーからなってもよいし、2種以上の
プロトン伝導性ポリマーを混合したものであってもよ
い。電解質材料には、プロトン伝導性ポリマーを押し出
し製膜し、膜厚を20〜300μm、好ましくは40〜
200μmとした固体高分子電解質膜を使用することが
好ましい。
The above-mentioned proton-conducting polymer or the like can be used as the electrolyte material in the present invention, and it may consist of a single proton-conducting polymer or a mixture of two or more kinds of proton-conducting polymers. May be As the electrolyte material, a proton conductive polymer is extruded to form a film, and the film thickness is 20 to 300 μm, preferably 40 to 300 μm.
It is preferable to use a solid polymer electrolyte membrane having a thickness of 200 μm.

【0013】本発明における溶剤は、流動性が高い状態
でプロトン伝導性ポリマーを溶解又は微細ゲルとして分
散できるものであればよく、特に限定するものではない
が、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、2−ブタノール、イソ
ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、ペンタノ
ール等のアルコール類、乳酸、ギ酸、酢酸、プロピオン
酸等の酸と炭素数1〜5のアルコールが脱水縮合した形
のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、ペンタ
ノン、メチルイソブチルケトン、ヘプタノン、シクロヘ
キサノン、メチルシクロヘキサノン、アセトニルアセト
ン、ジイソブチルケトン等のケトン系溶剤、テトラヒド
ロフラン、ジオキサン、ジエチレングリコールジメチル
エーテル、アニソール、メトキシトルエン、ジブチルエ
ーテル等のエーテル系、その他、エチレングリコール、
ジエチレングリコール、ジアセトンアルコール、1−メ
トキシ−2−プロパノール、ジメチルホルムアミド、N
−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド等の極性溶
剤等、及び上記溶剤群から選ばれた2種以上の混合物が
使用可能である。さらには、プロトン伝導性ポリマーが
分離して白濁を生じたり、ゲル化したりしない程度にお
いて、上記溶媒群に炭化水素や水を加えることも可能で
ある。
The solvent in the present invention is not particularly limited as long as it can dissolve the proton conductive polymer or disperse it as a fine gel in a state of high fluidity, and is not particularly limited, but methanol, ethanol, 1-propanol, 2 −
Alcohols such as propanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, pentanol, etc., acids such as lactic acid, formic acid, acetic acid, propionic acid and alcohols having 1 to 5 carbon atoms are dehydrated and condensed. Ketone type solvents such as esters, acetone, methyl ethyl ketone, pentanone, methyl isobutyl ketone, heptanone, cyclohexanone, methyl cyclohexanone, acetonyl acetone, diisobutyl ketone, etc., ether type such as tetrahydrofuran, dioxane, diethylene glycol dimethyl ether, anisole, methoxytoluene, dibutyl ether, etc. , Other, ethylene glycol,
Diethylene glycol, diacetone alcohol, 1-methoxy-2-propanol, dimethylformamide, N
-A polar solvent such as methylpyrrolidone or dimethylacetamide, and a mixture of two or more selected from the above solvent group can be used. Furthermore, it is also possible to add hydrocarbons and water to the above solvent group to the extent that the proton-conducting polymer does not separate and cause white turbidity or gelation.

【0014】混合液中の構成成分の含有量は、溶剤の種
類、プロトン伝導性ポリマーの違いによって大きく変動
するものの、触媒担持炭素粉末は、1〜70質量%が好
ましく、3〜50質量%がさらに好ましい、プロトン伝
導性ポリマーは、0.01〜20質量%が好ましく、
0.1〜10質量%がさらに好ましい。これらの範囲内
であれば、形成された触媒層を望ましい微細構造を有す
るものにすることが可能である。触媒担持炭素粉末が少
なすぎる場合には、触媒層の導電性が不足したり、酸化
還元の反応効率が低下したりする。多すぎる場合には、
添加した程には反応効率が向上せずコスト的に無駄が多
くなり好ましくない。プロトン伝導性ポリマーが少なす
ぎる場合には、触媒層のプロトン伝導性が不足する。多
すぎる場合には混合液の粘度が高くなり塗布が困難にな
るばかりでなく、形成された触媒層のガス拡散が不足す
る傾向がある。ここに示した成分の他に、従来公知のポ
リテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−
ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリ
デン等の撥水剤、アルミナ、シリカ、酸化チタン、酸化
セリウム等の親水剤を混合することもできる。
The content of the constituent components in the mixed solution varies greatly depending on the type of solvent and the difference in the proton conductive polymer, but the catalyst-supporting carbon powder is preferably 1 to 70% by mass, and 3 to 50% by mass. More preferably, the proton conductive polymer is preferably 0.01 to 20% by mass,
0.1 to 10 mass% is more preferable. Within these ranges, the formed catalyst layer can have a desired fine structure. If the amount of the catalyst-supporting carbon powder is too small, the conductivity of the catalyst layer will be insufficient and the reaction efficiency of redox will be reduced. If too much,
The more it is added, the more the reaction efficiency is not improved and the cost is wasted, which is not preferable. If the amount of the proton conductive polymer is too small, the proton conductivity of the catalyst layer will be insufficient. If the amount is too large, not only the viscosity of the mixed solution becomes high and coating becomes difficult, but also the gas diffusion of the formed catalyst layer tends to be insufficient. In addition to the components shown here, conventionally known polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene-
A hexafluoropropylene copolymer, a water repellent agent such as polyvinylidene fluoride, and a hydrophilic agent such as alumina, silica, titanium oxide, or cerium oxide can also be mixed.

【0015】本発明に使用できる混合液は以上のように
幅広い組成のものであるが、液滴とするために混合液の
粘度は、300cp以下が好ましく、100cp以下が
さらに好ましい。粘度が高すぎる場合、液滴径が大きく
なりすぎ好ましい微細構造を有する触媒層が形成できな
かったり、ノズル詰まり等の問題が起きやすい。また、
混合液は、構成材料の混合条件によっても最終的な粘度
が大きく変わる場合がある。特に限定するわけではない
が、分散剤を添加し液粘度を下げたり、混合に超音波ホ
モジナイザー等を用いることで激しく攪拌したり、混合
後に回転架台上でゆっくり攪拌すること等の方法で粘度
を調整することも有効である。
The mixed solution which can be used in the present invention has a wide range of compositions as described above, but the viscosity of the mixed solution is preferably 300 cp or less, more preferably 100 cp or less in order to form droplets. If the viscosity is too high, the droplet size becomes so large that a catalyst layer having a preferable fine structure cannot be formed, and problems such as nozzle clogging easily occur. Also,
The final viscosity of the mixed liquid may vary greatly depending on the mixing conditions of the constituent materials. Although not particularly limited, the viscosity of the liquid may be reduced by adding a dispersant to reduce the liquid viscosity, vigorously stirring by using an ultrasonic homogenizer or the like, or slowly stirring on a rotary rack after mixing. Adjustment is also effective.

【0016】液滴の形成は、エアーアトマイジングスプ
レーノズル、又はピエゾ型若しくはサーマル型のインク
ジェットノズルによっておこなう。エアーアトマイジン
グスプレーノズルを用いる場合にはノズルから吐出する
液滴の粒径は50〜500μmが好ましく、100〜2
00μmがさらに好ましい。粒径が小さすぎる場合には
蒸発量が大きくなり過ぎ、適用することが困難である。
粒径が大きすぎる場合には、適用時に十分な濃縮あるい
は吸湿をさせることが困難であり、触媒層に良好な微細
構造を与えることが困難になる。インクジェットノズル
を用いる場合には、液滴の粒径は3〜300μmが好ま
しく、10〜200μmがさらに好ましい。エアーアト
マイジングスプレーの場合との違いはノズルを電解質材
料に近づけることができるという点だけで、粒径が大き
すぎたり小さすぎたりする場合には同様の問題が起こ
る。
The droplets are formed by an air atomizing spray nozzle or a piezo type or thermal type ink jet nozzle. When using an air atomizing spray nozzle, the particle size of the droplets discharged from the nozzle is preferably 50 to 500 μm, and 100 to 2
00 μm is more preferable. If the particle size is too small, the amount of evaporation becomes too large and it is difficult to apply.
If the particle size is too large, it is difficult to cause sufficient concentration or moisture absorption during application, and it becomes difficult to provide the catalyst layer with a fine structure. When an inkjet nozzle is used, the particle size of the liquid droplets is preferably 3 to 300 μm, more preferably 10 to 200 μm. The only difference from the case of the air atomizing spray is that the nozzle can be brought close to the electrolyte material, and the same problem occurs when the particle size is too large or too small.

【0017】液滴からの溶剤蒸発又は液滴の吸湿によっ
て、液滴中のプロトン伝導性ポリマーの溶解あるいは各
種含有成分の分散状態が変化し、流動性が著しく低下す
る。この場合、液滴を、直接、電解質材料上に適用して
も、電解質材料の膨潤が大きく抑制できる。また、液滴
をガス供給層側に適用しても液の染み込みを大きく抑制
することができる。さらに大きな利点は、液滴を適用し
て形成される触媒層が多孔化し、好ましい微細構造が得
られるということである。
Evaporation of the solvent from the droplets or moisture absorption of the droplets changes the dissolution state of the proton conductive polymer in the droplets or the dispersed state of various contained components, resulting in a marked decrease in fluidity. In this case, swelling of the electrolyte material can be greatly suppressed even if the droplet is directly applied onto the electrolyte material. Further, even if the droplets are applied to the gas supply layer side, the permeation of the liquid can be greatly suppressed. A further great advantage is that the catalyst layer formed by applying the droplets becomes porous and a favorable microstructure is obtained.

【0018】このように液滴を電解質材料に塗布して適
用する際の好ましい適用条件は幾つかあり、その一つ
が、加熱した電解質材料に液滴を適用する方法である。
加熱した電解質材料により適用液滴の溶剤蒸発量を促進
できる。温度を調節することでこの溶剤蒸発量を制御
し、望ましい触媒層の形成を行うことができる。電解質
材料の温度は塗布液、塗布条件に依存するものの、10
〜200℃の温度範囲で制御することが好ましく、20
〜150℃がさらに好ましい。以上の温度範囲外では蒸
発速度の制御は困難になり好ましくない。
There are several preferable application conditions for applying the droplets to the electrolyte material as described above, and one of them is a method of applying the droplets to the heated electrolyte material.
The heated electrolyte material can promote solvent evaporation of the applied droplets. By adjusting the temperature, it is possible to control the evaporation amount of the solvent and form the desired catalyst layer. Although the temperature of the electrolyte material depends on the coating solution and coating conditions, it is 10
It is preferable to control in the temperature range of ~ 200 ° C,
-150 degreeC is more preferable. Outside the above temperature range, it becomes difficult to control the evaporation rate, which is not preferable.

【0019】適用条件の制御方法として、ノズルと電解
質材料の間の雰囲気を制御するという方法もある。ノズ
ルと電解質材料間の温度及び湿度の制御により、液滴か
らの溶剤蒸発速度、液滴の吸湿量を制御できる。温度に
関しては塗布液、塗布条件に依存するものの、10〜1
50℃の温度範囲で制御することが好ましく、20〜1
00℃がさらに好ましい。湿度に関しては、相対湿度1
0〜95%で制御することが現実的である。高温化や低
湿度化には、蒸発量を大きくしたり、吸湿量を小さくす
る効果、高湿度化には、蒸発を抑制したり、吸湿量を大
きくしたりする効果がある。
As a method of controlling the application conditions, there is also a method of controlling the atmosphere between the nozzle and the electrolyte material. By controlling the temperature and humidity between the nozzle and the electrolyte material, it is possible to control the evaporation rate of the solvent from the droplet and the amount of moisture absorbed by the droplet. Although the temperature depends on the coating solution and coating conditions, it is 10 to 1
It is preferable to control in the temperature range of 50 ° C., 20 to 1
00 ° C. is more preferable. Regarding humidity, relative humidity 1
It is realistic to control at 0 to 95%. Increasing the amount of evaporation or decreasing the amount of moisture absorption has the effect of increasing the temperature or decreasing the humidity, and suppressing the evaporation or increasing the amount of the moisture absorption has the effect of increasing the humidity.

【0020】適用方法の制御方法として、ノズルと電解
質材料間の距離を制御する方法もある。温度及び湿度に
依存するものの、ノズルと電解質材料間の距離は、イン
クジェットノズルを用いる場合には、5〜150mmが
好ましく、7〜100mmがさらに好ましい。エアーア
トマイジングスプレーの場合には、50〜500mmが
好ましく、70〜250mmがさらに好ましい。距離が
小さすぎると十分な溶剤の蒸発、吸湿の効果が得られな
い。大きすぎると液滴の適用位置の制御が困難になり適
用が不安定になり好ましくない。特にエアーアトマイジ
ングスプレーを用いた場合には、距離が大きい場合に
は、液滴の適用効率が低くなるという欠点がある。この
ノズルと電解質材料の距離が大きいほど、溶剤の蒸発
量、または、吸湿量が大きくなる。この距離を変化させ
ることで、適用状態を容易に調整できるのである。
As a method of controlling the application method, there is also a method of controlling the distance between the nozzle and the electrolyte material. Although depending on temperature and humidity, the distance between the nozzle and the electrolyte material is preferably 5 to 150 mm, more preferably 7 to 100 mm when an inkjet nozzle is used. In the case of air atomizing spray, it is preferably 50 to 500 mm, more preferably 70 to 250 mm. If the distance is too small, sufficient effect of solvent evaporation and moisture absorption cannot be obtained. If it is too large, it becomes difficult to control the application position of the droplet, and the application becomes unstable, which is not preferable. In particular, when an air atomizing spray is used, there is a drawback that the application efficiency of droplets becomes low when the distance is large. The larger the distance between the nozzle and the electrolyte material, the larger the amount of solvent evaporation or the amount of moisture absorption. The application state can be easily adjusted by changing this distance.

【0021】液滴が形成され、電解質材料に適用して安
定化するまでの間に、溶剤の蒸発、空気中からの水分の
侵入が起こる。この溶剤の蒸発、空気中からの水分侵入
は同時に起こるが、次に述べる方法を用いれば定量する
ことが可能である。まず、一定量の吐出量で塗布を行
う。電解質材料の塗布直後の重量変化を測定する。これ
には、液滴適用後の重量変動をさけるため、塗布後、即
座にフィルムで覆うなどして測定する必要がある。さら
に、乾燥後の電解質材料の重量変化を求める。電解質材
料に適用直後の液の水分増加量をカールフィッシャー法
により測定する。以上の測定結果から、液滴の電解質材
料への適用効率、適用時の溶剤蒸発量、適用時の吸湿量
を求めることができる。
During the period in which droplets are formed and applied to the electrolyte material to be stabilized, evaporation of the solvent and penetration of water from the air occur. The evaporation of the solvent and the penetration of water from the air occur at the same time, but it can be quantified by using the method described below. First, application is performed with a constant discharge amount. The weight change immediately after the application of the electrolyte material is measured. For this purpose, it is necessary to measure by covering with a film immediately after coating in order to avoid the weight fluctuation after applying the droplet. Further, the weight change of the electrolyte material after drying is determined. The increase in water content of the liquid immediately after being applied to the electrolyte material is measured by the Karl Fischer method. From the above measurement results, it is possible to determine the application efficiency of the droplet to the electrolyte material, the solvent evaporation amount at the time of application, and the moisture absorption amount at the time of application.

【0022】上記のような条件で適用しながら、溶剤蒸
発量、液滴吸湿量を実測した結果、良好な触媒層を形成
するための簡便な指針が得られた。極端な加湿、乾燥状
態ではない環境では、溶剤蒸発と吸湿が両方起こってい
る。しかし、上記条件での各種の検討結果から、その両
方を監視する必要は無く、電解質材料を加熱したり、低
湿度化等の溶剤蒸発を促進して調整しようとする場合に
は溶剤蒸発量を、高湿度化など吸湿を促進して調整しよ
うとする場合には吸湿量を管理しておけば、実用上問題
なく良好な触媒層が形成できることが分かった。即ち、
現実の液滴形成から適用までの過程においては、溶剤蒸
発量と吸湿量のどちらを管理しても良く、溶剤蒸発量を
管理する場合には、液滴全量から15%〜60%、より
好ましくは20%から50%の範囲で濃縮させることで
良好な触媒層が形成可能である。これらの値の最適値
は、液滴を構成する材料に大きく依存する。吸湿量を管
理する場合には、吸湿量が液滴全量に対し、20%〜5
0%、より好ましくは30%〜45%である場合に良好
な触媒層が形成可能である。これらの値の最適値は、液
滴を構成する材料に大きく依存して決まる。特に液滴に
疎水性を有する物質が含有されている場合には、少ない
吸湿量で良好な触媒層を形成し易い傾向がある。
As a result of actually measuring the solvent evaporation amount and the droplet moisture absorption amount while applying the above conditions, a simple guideline for forming a good catalyst layer was obtained. In an extremely humid and non-dry environment, both solvent evaporation and moisture absorption occur. However, from the results of various examinations under the above conditions, it is not necessary to monitor both of them, and when the electrolyte material is heated or the solvent evaporation such as low humidity is promoted and adjusted, the solvent evaporation amount is adjusted. It has been found that, in the case of promoting moisture absorption such as high humidity, by adjusting the moisture absorption amount, a good catalyst layer can be formed without any practical problem. That is,
In the actual process from droplet formation to application, either the solvent evaporation amount or the moisture absorption amount may be controlled. When controlling the solvent evaporation amount, 15% to 60%, more preferably the total amount of the droplets, is more preferable. A good catalyst layer can be formed by concentrating in the range of 20% to 50%. The optimum value of these values largely depends on the material forming the droplet. When managing the amount of moisture absorption, the amount of moisture absorption is 20% to 5% of the total amount of liquid droplets.
When it is 0%, more preferably 30% to 45%, a good catalyst layer can be formed. The optimum value of these values is largely dependent on the material forming the droplet. In particular, when the droplet contains a substance having hydrophobicity, it tends to form a good catalyst layer with a small amount of moisture absorption.

【0023】本発明の触媒層は、(1)液滴の形成装
置、(2)液滴の形成装置と電解質材料との間の温度、
湿度及び距離の制御装置、(3)電解質材料を加熱する
装置、及び(4)触媒層を乾燥する装置からなる触媒層
形成装置によって形成される。液滴の形成装置として
は、エアーアトマイジングスプレーノズル、あるいは、
ピエゾ型またはサーマル型のインクジェットノズルを備
え、前述の好ましい液滴径を有する液滴が形成できるも
のであればよい。液滴の形成装置と電解質材料との間の
温度、湿度及び距離の制御装置としては、電気ヒーター
等による温度調節部、不活性ガス導入等による湿度調節
部、及び液滴の形成装置と電解質材料間の距離を調節で
きる駆動部を有する装置であればよい。電解質材料を加
熱する装置としては、特に限定するわけではないが、温
度制御の容易な電熱ヒーターを用いたホットプレート等
の間接加熱装置が使用可能である。触媒層の乾燥装置と
しては、電気ヒーターや赤外線ランプ等で雰囲気の温度
を一定の高温に保てる容器であればよく、さらに真空ポ
ンプを併用した真空乾燥装置も使用可能である。
The catalyst layer of the present invention comprises (1) a droplet forming device, (2) a temperature between the droplet forming device and the electrolyte material,
It is formed by a catalyst layer forming device including a humidity and distance control device, (3) a device for heating an electrolyte material, and (4) a device for drying a catalyst layer. As a droplet forming device, an air atomizing spray nozzle, or
Any ink jet nozzle of piezo type or thermal type can be used as long as it can form droplets having the above-mentioned preferable droplet diameter. As a device for controlling the temperature, humidity and distance between the droplet forming device and the electrolyte material, a temperature adjusting part by an electric heater or the like, a humidity adjusting part by introducing an inert gas, a droplet forming device and an electrolyte material. Any device may be used as long as it has a drive unit that can adjust the distance between them. The device for heating the electrolyte material is not particularly limited, but an indirect heating device such as a hot plate using an electric heater whose temperature can be easily controlled can be used. As a drying device for the catalyst layer, a container capable of keeping the temperature of the atmosphere at a constant high temperature with an electric heater, an infrared lamp, or the like may be used, and a vacuum drying device that also uses a vacuum pump may be used.

【0024】[0024]

【実施例】以下に実施例を示し、本発明をさらに詳しく
説明するが、本発明は実施例に制限されるものではな
い。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the examples.

【0025】(実施例1〜3)エチレングリコール55
重量部、乳酸エチル25重量部、触媒として白金とルテ
ニウムの合金をカーボンブラックに担持させた平均二次
粒径が10μmの触媒担持炭素粉末を2重量部、ポリパ
ーフルオロスルホン酸(ナフィオン、デュポン社製)を
エタノールに溶解した混合液(樹脂濃度10質量%)1
0重量部を混合し、十分に攪拌して固形分を分散させる
ことで負極用混合液を調整した。白金とルテニウムの合
金の代わりに白金を触媒として用いて、負極用混合液と
同様にして正極用混合液も調整した。次に、負極および
正極用混合液を、インクジェットノズルから吐出して固
体高分子電解質材料(ポリパーフルオロスルホン酸/商
品名ナフィオン115)上に塗布することで、触媒層を
形成した。インクジェットノズル及び駆動系は、インク
ジェットプリンター hp deskjet 990c(ヒューレットパ
ッカード社製)のものを用いて、本実施例に適合する装
置を作製し、この装置を用いて塗布を行った。混合液の
混合条件による粘度調整、インクジェットプリンターの
塗布条件を調整することで、塗布、乾燥後の固形分適用
量が、正極、負極各触媒層とも、約3mg/cm2となるよう
にした。インクジェットノズルと固体高分子電解質膜の
距離を30mmとし、温度24℃、湿度25%の窒素雰
囲気下で塗布を行った(低湿度状態の空気中でこの塗布
を行うと、触媒による発火の危険性がある。安全のため
に加湿下、あるいは、不活性ガス中で行うことが望まし
い)。塗布の速度は約3cm2/秒とし、負極触媒層塗布
後、60℃で真空乾燥し、同様に正極触媒層の塗布、乾
燥を行った。作製した触媒層を真空乾燥した後、厚さ2
50μmのカーボンペーパーで挟み込み160℃の温
度、50kgf/cm2の圧力でホットプレスを行い電
極膜接合体(MEA)を作成した。このMEAをセパレ
ータ板で挟み込み、負極側に水素ガス、正極側に空気
を、セパレータ板に刻んだ流路を介してMEAに導入
し、常圧下で発電試験を実施した。発電特性を出力電流
密度1.0A/cm2の時の電池電圧で比較した。
(Examples 1 to 3) Ethylene glycol 55
Parts by weight, 25 parts by weight of ethyl lactate, 2 parts by weight of catalyst-supporting carbon powder having an average secondary particle size of 10 μm in which an alloy of platinum and ruthenium is supported on carbon black as a catalyst, polyperfluorosulfonic acid (Nafion, DuPont) Mixed solution (resin concentration 10% by mass) 1 dissolved in ethanol
0 part by weight was mixed and sufficiently stirred to disperse the solid content to prepare a negative electrode mixture liquid. Platinum was used as a catalyst instead of an alloy of platinum and ruthenium, and a positive electrode mixture was prepared in the same manner as the negative electrode mixture. Next, the catalyst liquid was formed by discharging the mixed liquid for the negative electrode and the positive electrode from an inkjet nozzle and applying the mixed liquid on a solid polymer electrolyte material (polyperfluorosulfonic acid / Nafion 115, trade name). An inkjet printer hp deskjet 990c (manufactured by Hewlett-Packard Co.) was used as an inkjet nozzle and a drive system to prepare a device suitable for this example, and coating was performed using this device. By adjusting the viscosity according to the mixing conditions of the mixed liquid and the coating conditions of an inkjet printer, the applied solid amount after coating and drying was set to about 3 mg / cm 2 for both the positive electrode and negative electrode catalyst layers. The distance between the inkjet nozzle and the solid polymer electrolyte membrane was 30 mm, and the coating was performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 24 ° C and a humidity of 25%. (If this coating is performed in air with low humidity, there is a risk of ignition by the catalyst. For safety, it is desirable to perform it under humidified conditions or in an inert gas). The coating speed was about 3 cm 2 / sec. After the negative electrode catalyst layer was coated, it was vacuum dried at 60 ° C., and the positive electrode catalyst layer was similarly coated and dried. After drying the prepared catalyst layer under vacuum,
It was sandwiched by 50 μm carbon paper and hot pressed at a temperature of 160 ° C. and a pressure of 50 kgf / cm 2 to prepare an electrode membrane assembly (MEA). This MEA was sandwiched between separator plates, hydrogen gas was introduced into the negative electrode side, and air was introduced into the positive electrode side into the MEA via the flow path cut in the separator plate, and a power generation test was carried out under normal pressure. The power generation characteristics were compared with the battery voltage when the output current density was 1.0 A / cm 2 .

【表1】 表1の実施例1〜3は、固体高分子電解質膜の温度を変
化させ触媒層を塗布した結果である。溶剤蒸発量、吸湿
量は、アルミ箔上に形成した触媒層で前述の方法により
測定したものである。実施例3の場合は温度が高すぎる
ため正確な測定ができなかったが、溶剤蒸発量は大きな
ものとなっていると考えられる。同量の触媒量であるに
もかかわらず、実施例2,3の場合には発電特性が大き
く向上している。1.0A/cm2の電流密度において
このレベルの電圧が維持できていることから良好な微細
構造が得られていることが分かる。
[Table 1] Examples 1 to 3 in Table 1 are the results of applying the catalyst layer while changing the temperature of the solid polymer electrolyte membrane. The solvent evaporation amount and the moisture absorption amount are measured by the above-mentioned method in the catalyst layer formed on the aluminum foil. In the case of Example 3, the temperature was too high to perform accurate measurement, but it is considered that the solvent evaporation amount is large. Despite the same amount of catalyst, the power generation characteristics are greatly improved in Examples 2 and 3. Since the voltage of this level can be maintained at the current density of 1.0 A / cm 2 , it can be seen that a good fine structure is obtained.

【0026】(実施例4〜6)ノズルと固体高分子電解
質膜間の雰囲気を変化させ触媒層の形成を行った。加湿
状態の異なる窒素ガス下で塗布を行っている他は、実施
例1と同様してMEAを作成した。
(Examples 4 to 6) The atmosphere between the nozzle and the solid polymer electrolyte membrane was changed to form the catalyst layer. An MEA was prepared in the same manner as in Example 1 except that the coating was performed under nitrogen gas in a different humidified state.

【表2】 表2の実施例4〜6は、これらの結果をまとめたもので
ある。実施例4は吸湿を加速する条件であり、実施例
5,6は溶剤蒸発を加速する条件である。実施例1と比
較して、同量の触媒量であるにもかかわらず、いずれの
場合も発電特性が良好で、ノズルと固体高分子電解質膜
間の雰囲気を変化させることで溶剤蒸発量、吸湿量の制
御が可能であり良好な微細構造が得られることが分か
る。
[Table 2] Examples 4 to 6 in Table 2 summarize these results. Example 4 is a condition to accelerate moisture absorption, and Examples 5 and 6 are conditions to accelerate solvent evaporation. Compared to Example 1, despite the same amount of catalyst, the power generation characteristics were good in all cases, and the amount of solvent evaporation and moisture absorption were changed by changing the atmosphere between the nozzle and the solid polymer electrolyte membrane. It can be seen that the amount can be controlled and a good microstructure can be obtained.

【0027】(実施例7〜9)インクジェットノズルと
固体高分子電解質膜の間隔を可変とし、固体高分子電解
質膜の温度を26℃に保って行った。そのほかの条件
は、実施例1と同様にしてMEAを作成した。
(Examples 7 to 9) The distance between the ink jet nozzle and the solid polymer electrolyte membrane was made variable, and the temperature of the solid polymer electrolyte membrane was kept at 26 ° C. Other conditions were the same as in Example 1 to produce MEA.

【表3】 表3の実施例7〜9は、これらの結果をまとめたもので
ある。ノズル−膜間隔を大きくすることで溶剤蒸発量、
吸湿量とも大きくなっている。同量の触媒量であるにか
かわらず、実施例8、9の場合の発電特性が良く、ノズ
ル−膜間隔を変化させることで溶剤蒸発量、吸湿量の制
御が可能であり良好な微細構造が得られることが分か
る。
[Table 3] Examples 7 to 9 in Table 3 summarize these results. Solvent evaporation by increasing the nozzle-membrane spacing,
The amount of moisture absorption is also large. Despite the same amount of catalyst, the power generation characteristics in Examples 8 and 9 are good, and the solvent evaporation amount and the moisture absorption amount can be controlled by changing the nozzle-membrane spacing, resulting in a good microstructure. You can see that you can get it.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明の第一の発明によれば、触媒担持
炭素粉末、プロトン伝導性ポリマー及び溶剤を含有する
混合液から液滴を形成し、電解質材料に適用して固体高
分子型燃料電池用触媒層を形成する際に、液滴の形成か
ら適用までの過程において、該液滴からの溶剤蒸発量又
は該液滴の吸湿量を制御して形成した触媒層は、良好な
ガス透過性及び電子伝導性を有した微細構造を持つため
に、それを備えた燃料電池は発電性能を向上させること
が可能となる。
According to the first aspect of the present invention, a solid polymer fuel is produced by forming droplets from a mixed liquid containing a catalyst-supporting carbon powder, a proton conductive polymer and a solvent, and applying the droplets to an electrolyte material. When forming a catalyst layer for a battery, the catalyst layer formed by controlling the amount of solvent evaporation from the droplet or the amount of moisture absorption of the droplet in the process from formation to application of the droplet has good gas permeation. Since it has a fine structure having electrical conductivity and electronic conductivity, a fuel cell provided with it can improve power generation performance.

【0029】本発明の第二の発明によれば、液滴の形成
を、エアーアトマイジングスプレーノズル、又はピエゾ
型若しくはサーマル型のインクジェットノズルによって
行うことにより、製造における触媒のロスが少なく、電
解質材料の膨潤、ガス供給層への染み込みを回避でき
る。
According to the second aspect of the present invention, the formation of droplets is performed by an air atomizing spray nozzle or a piezo type or thermal type ink jet nozzle, so that the loss of the catalyst in the production is small and the electrolyte material. It is possible to avoid the swelling and the soaking into the gas supply layer.

【0030】本発明の第三の発明によれば、液滴からの
溶剤蒸発量又は液滴の吸湿量を、液滴の形成から適用ま
での過程における温度、湿度及び距離からなる群より選
ばれる少なくとも一種により制御して形成した触媒層
は、良好なガス透過性及び電子伝導性を有した微細構造
を持つために、それを備えた燃料電池は発電性能を向上
させることが可能となる。
According to the third aspect of the present invention, the solvent evaporation amount from the droplet or the moisture absorption amount of the droplet is selected from the group consisting of temperature, humidity and distance in the process from formation of the droplet to application. Since the catalyst layer formed by controlling at least one kind has a fine structure having good gas permeability and electron conductivity, the fuel cell provided with the catalyst layer can improve the power generation performance.

【0031】本発明の第四の発明によれば、加熱した電
解質材料に液滴を適用して形成した触媒層は、良好なガ
ス透過性及び電子伝導性を有した微細構造を持つため
に、それを備えた燃料電池は発電性能を向上させること
が可能となる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the catalyst layer formed by applying droplets to the heated electrolyte material has a fine structure having good gas permeability and electron conductivity, A fuel cell equipped with it can improve power generation performance.

【0032】本発明の第五の発明によれば、電解質材料
に固体高分子電解質膜を用いることにより、イオン伝導
性に優れた固体高分子型燃料電池用触媒層を形成するこ
とができる。
According to the fifth aspect of the present invention, by using the solid polymer electrolyte membrane as the electrolyte material, it is possible to form a solid polymer electrolyte fuel cell catalyst layer having excellent ion conductivity.

【0033】本発明の第六の発明によれば、(1)液滴
の形成装置、(2)液滴の形成装置と電解質材料との間
の温度、湿度及び距離の制御装置、(3)電解質材料を
加熱する装置、及び(4)触媒層を乾燥する装置からな
る触媒層形成装置を用いて形成した固体高分子型燃料電
池用触媒層は、電解質材料の膨潤、ガス供給層への染み
込み等の問題を回避でき、製造における触媒のロスが少
なく、ガス透過性、電子伝導性に優れる。
According to the sixth aspect of the present invention, (1) a droplet forming device, (2) a temperature, humidity and distance control device between the droplet forming device and the electrolyte material, (3) A catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell formed by using a catalyst layer forming device including a device for heating an electrolyte material and (4) a device for drying a catalyst layer, swells the electrolyte material, and permeates the gas supply layer. It is possible to avoid such problems as described above, the loss of the catalyst in the production is small, and the gas permeability and the electron conductivity are excellent.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/02 H01M 8/02 P 8/10 8/10 (72)発明者 福本 久敏 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 前田 秀雄 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 4D075 AA02 BB24Z CA47 DA04 DA06 DC18 EA10 EB31 EC01 4F041 AA02 AA06 AB02 5H018 AA06 AS01 BB01 BB06 BB08 BB12 EE03 EE04 EE05 EE06 EE07 EE08 EE12 EE13 EE17 EE18 HH03 HH08 5H026 AA06 BB01 BB03 CX05 EE05 EE18 HH03 HH08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01M 8/02 H01M 8/02 P 8/10 8/10 (72) Inventor Hisatoshi Fukumoto Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo 2-chome 2-3 Sanryo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Hideo Maeda 2-3-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Sanryo Electric Co., Ltd. F-term (reference) 4D075 AA02 BB24Z CA47 DA04 DA06 DC18 EA10 EB31 EC01 4F041 AA02 AA06 AB02 5H018 AA06 AS01 BB01 BB06 BB08 BB12 EE03 EE04 EE05 EE06 EE07 EE08 EE12 EE13 EE17 EE18 HH03 HH08 5H026 AA06 BB01 BB03 CX05 EE05 EE18 HH03 H08

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 触媒担持炭素粉末、プロトン伝導性ポリ
マー及び溶剤を含有する混合液から液滴を形成し、電解
質材料に適用して固体高分子型燃料電池用触媒層を形成
する際に、液滴の形成から適用までの過程において、該
液滴からの溶剤蒸発量又は該液滴の吸湿量を制御するこ
とを特徴とする触媒層の形成方法。
1. A liquid when a droplet is formed from a mixed liquid containing a catalyst-supporting carbon powder, a proton conductive polymer and a solvent and applied to an electrolyte material to form a catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell. A method for forming a catalyst layer, which comprises controlling the amount of solvent evaporated from the droplet or the amount of moisture absorbed by the droplet in the process from the formation of the droplet to the application.
【請求項2】 液滴の形成を、エアーアトマイジングス
プレーノズル、又はピエゾ型若しくはサーマル型のイン
クジェットノズルによって行うことを特徴とする請求項
1に記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the droplets are formed by an air atomizing spray nozzle or a piezo type or thermal type ink jet nozzle.
【請求項3】 液滴からの溶剤蒸発量又は液滴の吸湿量
を、液滴の形成から適用までの過程における温度、湿度
及び距離からなる群より選ばれる少なくとも一種により
制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の方
法。
3. The amount of solvent evaporated from a droplet or the amount of moisture absorbed by a droplet is controlled by at least one selected from the group consisting of temperature, humidity and distance in the process from formation to application of the droplet. The method according to claim 1 or 2.
【請求項4】 加熱した電解質材料に液滴を適用するこ
とを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の方
法。
4. The method according to claim 1, wherein the droplets are applied to a heated electrolyte material.
【請求項5】 電解質材料が固体高分子電解質膜である
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の
方法。
5. The method according to claim 1, wherein the electrolyte material is a solid polymer electrolyte membrane.
【請求項6】 (1)液滴の形成装置、(2)液滴の形
成装置と電解質材料との間の温度、湿度及び距離の制御
装置、(3)電解質材料を加熱する装置、及び(4)触
媒層を乾燥する装置からなる請求項1〜5のいずれか一
項に記載の方法に用いられる触媒層形成装置。
6. (1) Droplet forming device, (2) Temperature, humidity and distance control device between the droplet forming device and the electrolyte material, (3) Device for heating the electrolyte material, and ( 4) A catalyst layer forming device used in the method according to any one of claims 1 to 5, which comprises a device for drying the catalyst layer.
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