JP2003178770A - Film-electrode junction, its manufacturing method, and polymer electrolyte type or direct methanol type fuel cell using the same - Google Patents

Film-electrode junction, its manufacturing method, and polymer electrolyte type or direct methanol type fuel cell using the same

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JP2003178770A
JP2003178770A JP2002377330A JP2002377330A JP2003178770A JP 2003178770 A JP2003178770 A JP 2003178770A JP 2002377330 A JP2002377330 A JP 2002377330A JP 2002377330 A JP2002377330 A JP 2002377330A JP 2003178770 A JP2003178770 A JP 2003178770A
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JP
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membrane
electrode assembly
fuel cell
electrode
cured product
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Masanori Nakamura
雅則 中村
Shigeki Nomura
茂樹 野村
Osamu Nishikawa
理 西川
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Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a film-electrode junction, which has high heat resistance and chemical resistance, and moreover functions steady also at high temperature, and its manufacturing method and to provide a solid polymer electrolyte type fuel cell, which is enabled to correspond to high temperature operation by using this, especially a direct methanol type fuel cell. <P>SOLUTION: It is the film-electrode junction, in which the electrode layers have been formed on both sides of a proton conductive film. And the film- electrode junction, which has this electrode layer that consists of a three- dimensional bridge construction structure body containing silane and carbon particles containing a precious-metal catalyst, and its manufacturing method, are provided. <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
電池におけるプロトン伝導性膜とガス拡散電極との接合
体(以下、単に「膜−電極接合体」と略称する)、その
製造方法及びそれを用いた固体高分子電解質型または直
接メタノール型燃料電池に関し、更に詳しくは、耐熱性
・耐薬品性が高く、しかも高温でも安定的に機能する膜
−電極接合体、その製造方法及びこれを用いることで高
温動作に対応し得るようにした固体高分子電解質型また
は直接メタノール型燃料電池に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a bonded body of a proton conductive membrane and a gas diffusion electrode in a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter simply referred to as “membrane-electrode assembly”), a method for producing the same, and a method for manufacturing the same. Regarding a solid polymer electrolyte type or direct methanol type fuel cell using the same, more specifically, a membrane-electrode assembly having high heat resistance and chemical resistance, and stably functioning even at high temperature, a method for producing the same, and the same. The present invention relates to a solid polymer electrolyte type or direct methanol type fuel cell which can be used at high temperatures.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、地球規模で環境問題、エネルギー
問題が大きな課題となっているが、その解決に貢献しう
る次世代の有力な発電装置として、燃料電池が注目され
ている。それは、燃料電池が、化石燃料を用いた火力発
電などと比べ、極めて高い発電効率をもち、大気汚染物
質を排出せず環境性に優れているためである。
2. Description of the Related Art At present, environmental problems and energy problems have become major problems on a global scale, and fuel cells have been attracting attention as a next-generation promising power generator that can contribute to solving them. This is because the fuel cell has an extremely high power generation efficiency as compared with thermal power generation using fossil fuel, does not emit air pollutants, and is environmentally friendly.

【0003】燃料電池は、それを構成する電解質の種類
により、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型、固体
高分子電解質型などに分類されるが、中でも固体高分子
電解質型燃料電池は、他の方式に比べて、装置が小型か
つ高出力であるため、小規模オンサイト型発電用、車両
パワーソースなどの移動用、または携帯機器用の燃料電
池などとして、次世代の主力を担うシステムと位置付け
られている。
A fuel cell is classified into a phosphoric acid type, a molten carbonate type, a solid oxide type, a solid polymer electrolyte type, etc., depending on the type of electrolyte constituting the fuel cell. Among them, a solid polymer electrolyte type fuel cell is used. Compared with other methods, the device has a smaller size and higher output, and as a fuel cell for small-scale on-site power generation, mobile power sources such as vehicle power sources, or mobile devices, will be the mainstay of the next generation. It is positioned as a responsible system.

【0004】燃料電池の基本構造は、プロトン(水素イ
オン)伝導膜の両側に触媒が担持された電極を配置した
構造(接合体)であり、これを単位セルとして、その外
側に、燃料、酸素の通路となる一対のセパレータを設置
するとともに、隣り合う複数セルを相互に連結すること
で、所望の電力を取り出せるよう構成される。このよう
な接合体の片側から、燃料として、例えば、水素を供給
すると、燃料電極側では、触媒によりH2→2H++2e
-の反応が起こり、プロトンと電子が生じる。
The basic structure of a fuel cell is a structure (joint body) in which electrodes carrying a catalyst are arranged on both sides of a proton (hydrogen ion) conducting membrane, and this is used as a unit cell, and fuel and oxygen are provided outside the unit cell. By installing a pair of separators that serve as the passages and connecting a plurality of adjacent cells to each other, a desired power can be taken out. When hydrogen, for example, is supplied as fuel from one side of such a joined body, H 2 → 2H + + 2e is produced by the catalyst on the fuel electrode side.
- the following reaction occurs, protons and electrons are generated.

【0005】ここで、プロトンは、電極に接触している
プロトン伝導性膜を通して酸素極側に供給される。ま
た、電子は、電極で集電され、電気として使用された
後、酸素電極側に供給される。一方、酸素極では、供給
された酸素、プロトン伝導膜を通過してきたプロトン、
電気として使用された電子を受け取り、触媒により、1
/2O2+2H++2e-→H2Oの反応が起こる。
Here, the protons are supplied to the oxygen electrode side through the proton conductive membrane in contact with the electrodes. The electrons are collected by the electrodes, used as electricity, and then supplied to the oxygen electrode side. On the other hand, at the oxygen electrode, the supplied oxygen, the protons that have passed through the proton conductive membrane,
Receives electrons used as electricity and catalyzes 1
The reaction of / 2O 2 + 2H + + 2e → H 2 O occurs.

【0006】このように、燃料電池の作動による化学反
応は、プロトン伝導性膜と触媒担持電極の界面部分でお
こるため、膜、電極、及び触媒の界面構造が発電効率
等、性能面に大きく影響する。
As described above, since the chemical reaction due to the operation of the fuel cell occurs at the interface between the proton conductive membrane and the catalyst-supporting electrode, the interface structure between the membrane, the electrode and the catalyst greatly affects the performance such as power generation efficiency. To do.

【0007】膜、触媒及び電極の接合体は、一般に膜−
電極接合体(MEA)と呼ばれ、燃料電池の主要な技術
開発分野の一つとなっている。MEAにおいては、膜、
触媒、電極が適度な界面を持って混合されている必要が
ある。即ち、燃料極側を例として挙げれば、燃料である
水素等が触媒表面に接触でき、水素から発生したプロト
ンと電子が、それぞれ膜、電極に効率的に受け渡される
必要がある。
The assembly of the membrane, the catalyst and the electrode is generally a membrane-
It is called an electrode assembly (MEA) and is one of the major technological development fields of fuel cells. In MEA, the membrane,
The catalyst and electrode must be mixed with a proper interface. That is, taking the fuel electrode side as an example, it is necessary that hydrogen, which is a fuel, can contact the surface of the catalyst, and the protons and electrons generated from the hydrogen are efficiently transferred to the membrane and the electrode, respectively.

【0008】現在のところ、燃料電池用のプロトン伝導
性膜として最も標準的に使用されているものは、熱可塑
性を有するスルホン化フッ素系樹脂(代表例:DuPo
nt社製、商品名「Nafion」)である。このよう
な熱可塑性膜の場合、触媒を担持した電極を、熱プレス
により接合する方法が一般的である。
At present, the most standardly used proton conductive membrane for fuel cells is a sulfonated fluororesin having a thermoplastic property (typical example: DuPo).
nt, product name "Nafion"). In the case of such a thermoplastic film, a method of joining electrodes supporting a catalyst by hot pressing is generally used.

【0009】しかしながら、熱プレス法では、電極のガ
ス拡散細孔が変形したり、閉塞し、燃料の供給能力が低
下する問題があり、また、短時間といえども膜を強熱す
るために、膜を構成する樹脂の構造変化を引き起こし、
膜のプロトン伝導性を低下させる恐れもある。
However, in the hot pressing method, there is a problem that the gas diffusion pores of the electrode are deformed or clogged, and the fuel supply capacity is lowered, and because the membrane is strongly heated even for a short time, Causes structural changes in the resin that makes up the film,
It may also reduce the proton conductivity of the membrane.

【0010】そこで、熱プレス法ではなく、スルホン化
フッ素樹脂等を適当な溶媒により溶解し、この混合物を
接着剤として用い、膜と電極を接着する方法が提案され
ている。例えば、パーフルオロカーボン重合体からなる
イオン交換樹脂を、炭化水素アルコール系、含フッ素炭
化水素系、又はこれらの混合物からなる溶媒に溶解して
得た接着剤を用いる方法が開示されており(特許文献1
参照。)、このような方法では、あらかじめプロトン伝
導性樹脂、触媒、電極の適度な混合状態及び界面構造を
生成することができる。また、接着剤を用いて界面を形
成してから熱プレスする方法も提案されている(特許文
献2参照。)。これは、触媒層上に溶媒に溶解させたプ
ロトン伝導性ポリマーを塗布し、乾燥してプロトン伝導
性ポリマー層を形成させた後、固体高分子電解質膜と加
熱加圧下に接合する方法である。
Therefore, instead of the hot pressing method, a method has been proposed in which a sulfonated fluororesin or the like is dissolved in a suitable solvent and the mixture is used as an adhesive to bond the membrane and the electrode. For example, a method of using an adhesive obtained by dissolving an ion exchange resin composed of a perfluorocarbon polymer in a solvent composed of a hydrocarbon alcohol system, a fluorine-containing hydrocarbon system, or a mixture thereof is disclosed (Patent Document 1
reference. ), In such a method, an appropriate mixed state and interface structure of the proton conductive resin, the catalyst and the electrode can be generated in advance. In addition, a method of forming an interface using an adhesive and then hot pressing has been proposed (see Patent Document 2). This is a method in which a proton conductive polymer dissolved in a solvent is applied onto a catalyst layer, dried to form a proton conductive polymer layer, and then bonded to a solid polymer electrolyte membrane under heating and pressure.

【0011】このような接着剤を用いる方法は、あらか
じめプロトン伝導性樹脂、触媒、電極の適度な混合状態
及び界面構造を生成できる点で優れているが、接着剤の
バインダーとしてスルホン化フッ素樹脂を用いる場合に
は、耐熱性が不足するという問題がある。Nafion
(登録商標)などのスルホン化フッ素樹脂は、スルホン
基の凝集によりイオンチャネルが形成され、これがプロ
トン伝導性を発揮する。
The method using such an adhesive is excellent in that a proper mixed state of a proton conductive resin, a catalyst and an electrode and an interfacial structure can be produced in advance, but a sulfonated fluororesin is used as a binder of the adhesive. When used, there is a problem of insufficient heat resistance. Nafion
In sulfonated fluororesins such as (registered trademark), ion channels are formed due to aggregation of sulfone groups, and this exhibits proton conductivity.

【0012】ところが、スルホン化フッ素樹脂は、熱可
塑性を有するが故に、特定の温度以上では塑性変形し、
イオンチャネル構造が破壊されてしまう。例えば、Na
fion(登録商標)のガラス転移温度(Tg)は、1
30℃であり、この温度以上では短時間で、また100
〜130℃でも徐々に塑性変形が起こり、イオン伝導性
が極端に低下する。このようなことから、Nafion
(登録商標)の安定的な使用可能温度は、80℃が限界
とされている。
However, since the sulfonated fluororesin has thermoplasticity, it plastically deforms above a specific temperature,
The ion channel structure is destroyed. For example, Na
The glass transition temperature (Tg) of fion (registered trademark) is 1
It is 30 ℃, and above this temperature in a short time, 100
Even at ˜130 ° C., plastic deformation gradually occurs, resulting in extremely low ionic conductivity. From this, Nafion
The stable usable temperature of (registered trademark) is limited to 80 ° C.

【0013】現状の固体高分子電解質型燃料電池では、
ほとんどの場合、電解質膜としてNafion(登録商
標)等のスルホン化フッ素樹脂が用いられているため
に、運転温度は、室温から80℃程度の比較的低い温度
領域に制限されてしまう。ところが、運転温度をこのよ
うに低くすると、燃料電池の発電効率が低下してしま
う。また、燃料である水素に、一酸化炭素などの不純物
が含まれている場合には、触媒被毒が顕著に起こる等の
デメリットを生じ、さらには、運転温度を低く維持する
ために、絶えず冷却水などを供給せねばならず、装置の
高効率化、小型化、コストダウンなどの妨げとなる。
In the current solid polymer electrolyte fuel cell,
In most cases, since a sulfonated fluororesin such as Nafion (registered trademark) is used as the electrolyte membrane, the operating temperature is limited to a relatively low temperature range from room temperature to about 80 ° C. However, if the operating temperature is lowered as described above, the power generation efficiency of the fuel cell is lowered. In addition, when hydrogen, which is the fuel, contains impurities such as carbon monoxide, there are disadvantages such as significant catalyst poisoning.In addition, in order to keep the operating temperature low, it is constantly cooled. Since water or the like must be supplied, it is an obstacle to higher efficiency, downsizing, and cost reduction of the device.

【0014】ところで、装置の運転温度を100℃以上
に高められれば、発電効率は向上し、それと共に排熱利
用が可能となるために、より効率的にエネルギーが活用
される。特に、運転温度を140℃まで上昇させること
ができれば、効率の向上、排熱利用だけではなく、触媒
材料を選択できる幅が広がり、安価な燃料電池を実現す
ることができる。
By the way, if the operating temperature of the apparatus can be raised to 100 ° C. or higher, the power generation efficiency is improved, and at the same time, exhaust heat can be utilized, so that the energy can be utilized more efficiently. In particular, if the operating temperature can be increased to 140 ° C., not only the efficiency improvement and utilization of exhaust heat but also the range of selection of the catalyst material is widened and an inexpensive fuel cell can be realized.

【0015】このような観点から、より高温に耐える膜
の研究開発が推進されつつある。例えば、緒方らは、耐
熱性の芳香族高分子化合物を用いて耐熱性膜を作製して
いる(非特許文献1参照。)。また、本出願人らは、先
に、全く新しい着想に基づいた有機無機複合膜を作製す
ることにより、高温でも安定的にプロトン伝導性を示す
膜材料を既に提案している(特許文献3参照。)。
From this point of view, research and development of a film that can withstand higher temperatures is being promoted. For example, Ogata et al. Manufacture a heat resistant film using a heat resistant aromatic polymer compound (see Non-Patent Document 1). Further, the present applicants have already proposed a membrane material that shows stable proton conductivity even at high temperature by producing an organic-inorganic composite membrane based on a completely new idea (see Patent Document 3). .).

【0016】しかしながら、このような耐熱性を有する
膜が得られても、膜−電極接合体に、前述した特許文献
1や、特許文献2のように、接着剤としてフッ素樹脂を
用いると、膜は高温に対応できても、膜−電極接合体に
耐熱性がないため、結局、燃料電池としては高温運転が
不可能ということになる。また、フッ素系樹脂以外の熱
可塑性材料を接着剤に用いると、そのクリープ性によ
り、性能が変動してしまう。
However, even if such a film having heat resistance is obtained, if a fluororesin is used as an adhesive agent in the membrane-electrode assembly as in the above-mentioned Patent Document 1 and Patent Document 2, the film is Although it can withstand high temperatures, the membrane-electrode assembly does not have heat resistance, which means that the fuel cell cannot operate at high temperatures. Further, if a thermoplastic material other than a fluorine-based resin is used for the adhesive, the creep property thereof causes the performance to vary.

【0017】一方、現状の燃料電池は、メタノールなど
を改質器で処理して水素を抽出し、その水素を燃料とし
て用いているが、近年、メタノールを直接燃料電池に導
入する直接メタノール型燃料電池についても盛んに検討
が行われている。直接メタノール型燃料電池の場合、膜
には耐熱性だけでなく、同時に耐メタノール性も必要と
なる。
On the other hand, in the current fuel cell, hydrogen is extracted as a fuel by treating methanol with a reformer, and the hydrogen is used as a fuel. In recent years, a direct methanol fuel in which methanol is directly introduced into the fuel cell is used. Batteries are also being actively studied. In the case of a direct methanol fuel cell, not only heat resistance but also methanol resistance is required for the membrane.

【0018】例えば、本出願人らは、直接メタノール型
燃料電池にも使用可能な膜を開示(特許文献4参照。)
しているが、ここでも膜−電極接合体を形成するため
に、接着剤としてフッ素系樹脂等の熱可塑性材料を用い
ると、耐熱性が問題となるだけではなく、極端な膨潤や
溶解により、ガス拡散電極の細孔を閉塞したり、触媒が
遊離したりする危険性が生じる。
For example, the present applicants have disclosed a membrane that can also be used in a direct methanol fuel cell (see Patent Document 4).
However, also in this case, in order to form a membrane-electrode assembly, if a thermoplastic material such as a fluorine-based resin is used as an adhesive, not only heat resistance becomes a problem, but also due to extreme swelling and dissolution, There is a risk that the pores of the gas diffusion electrode will be blocked or the catalyst will be liberated.

【0019】また、フッ素系樹脂を触媒界面に存在させ
る場合は、触媒を回収する際にも特殊な処理が必要とな
り、この面からも非ハロゲン系樹脂材料の出現が望まれ
ている。
Further, when the fluororesin is present at the catalyst interface, a special treatment is required also when recovering the catalyst, and from this aspect, the advent of a non-halogen resin material is desired.

【0020】[0020]

【特許文献1】特開平11−339824号公報[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 11-339824

【特許文献2】特開平11−40172号公報[Patent Document 2] Japanese Patent Laid-Open No. 11-40172

【特許文献3】特願2000−38727号[Patent Document 3] Japanese Patent Application No. 2000-38727

【特許文献4】特願平11−264066号[Patent Document 4] Japanese Patent Application No. 11-264066

【非特許文献1】「Solid State Ioni
cs」、106号(1998)、p.219
[Non-Patent Document 1] "Solid State Ioni
cs ", No. 106 (1998), p. 219

【0021】[0021]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
した従来技術の問題点に鑑み、耐熱性・耐薬品性が高
く、しかも高温でも安定的に機能する膜−電極接合体、
その製造方法、及びこれを用いることで高温動作に対応
し得るようにした固体高分子電解質型燃料電池、特に直
接メタノール型燃料電池を提供することにある。
In view of the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a membrane-electrode assembly which has high heat resistance and chemical resistance and which functions stably even at high temperatures.
It is an object of the present invention to provide a method for producing the same, and a solid polymer electrolyte fuel cell, particularly a direct methanol fuel cell, which can be used for high temperature operation by using the method.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために、種々の膜−電極接合方法について鋭
意研究を重ねた結果、電極部に、シランを含有した3次
元架橋構造体を主体としたものを用いることにより、高
温でも構造変化などが起こらず、好適な界面構造を保持
することができるために、100℃以上の高温でも安定
的な性能を発揮する膜−電極接合体が得られることを見
出した。本発明は、これらの知見に基づいて完成するに
至ったものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have conducted extensive studies on various membrane-electrode bonding methods, and as a result, have found that a three-dimensional crosslinked structure containing silane in the electrode portion. By using a body-based one, a structural change does not occur even at high temperature and a suitable interface structure can be maintained, so that a membrane-electrode assembly that exhibits stable performance even at a high temperature of 100 ° C. or higher. It was found that the body can be obtained. The present invention has been completed based on these findings.

【0023】すなわち、本発明の第1の発明によれば、
プロトン伝導性膜の両面に電極層が形成された膜−電極
接合体であって、該電極層は、シランを含有した3次元
架橋構造体および貴金属触媒を担持した炭素微粒子から
なることを特徴とする膜−電極接合体が提供される。
That is, according to the first aspect of the present invention,
A membrane-electrode assembly in which electrode layers are formed on both sides of a proton conductive membrane, wherein the electrode layer comprises a three-dimensional crosslinked structure containing silane and carbon fine particles carrying a noble metal catalyst. A membrane-electrode assembly is provided.

【0024】また、本発明の第2の発明によれば、第1
の発明において、3次元架橋構造体の重合前のモノマー
は、次の化学式(1)で示される極性化合物、化学式
(2)で示される非極性化合物、又はそれらの混合物で
あることを特徴とする膜−電極接合体が提供される。
According to the second aspect of the present invention, the first aspect
In the invention described above, the monomer before the polymerization of the three-dimensional crosslinked structure is a polar compound represented by the following chemical formula (1), a non-polar compound represented by the following chemical formula (2), or a mixture thereof. A membrane-electrode assembly is provided.

【0025】[0025]

【化3】 [Chemical 3]

【0026】(式中、R1は炭素数4以下のアルキル基
を表し、R2は極性基を含む任意の有機基を表し、m、
nは、いずれも1〜3の整数である。ただし、m+n=
4であり、mが2または3のとき、R2は異なる有機基
の混合体であってもよい。)
(In the formula, R 1 represents an alkyl group having 4 or less carbon atoms, R 2 represents any organic group containing a polar group, m,
Each of n is an integer of 1 to 3. However, m + n =
When R is 4 and m is 2 or 3, R 2 may be a mixture of different organic groups. )

【0027】[0027]

【化4】 [Chemical 4]

【0028】(式中、R1、R3は炭素数4以下のアルキ
ル基を表し、R4は炭素数20以下の炭化水素基を表
し、xは1〜3、yは0〜2の整数である。ただし、x
+y=3であり、yが2のとき、R3は異なるアルキル
基の混合体であってもよい。)
(Wherein R 1 and R 3 represent an alkyl group having 4 or less carbon atoms, R 4 represents a hydrocarbon group having 20 or less carbon atoms, x is 1 to 3 and y is an integer of 0 to 2). Where x
When + y = 3 and y is 2, R 3 may be a mixture of different alkyl groups. )

【0029】また、本発明の第3の発明によれば、第1
の発明において、電極層は、無機酸が含有されているこ
とを特徴とする膜−電極接合体が提供される。
According to the third aspect of the present invention, the first aspect
In the invention of 1, the membrane-electrode assembly is provided, wherein the electrode layer contains an inorganic acid.

【0030】さらに、本発明の第4の発明によれば、第
3の発明において、無機酸は、リンタングステン酸、ケ
イタングステン酸、又はリンモリブデン酸から選ばれる
少なくとも一種の化合物であることを特徴とする膜−電
極接合体が提供される。
Furthermore, according to the fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the inorganic acid is at least one compound selected from phosphotungstic acid, silicotungstic acid, and phosphomolybdic acid. A membrane-electrode assembly is provided.

【0031】また、本発明の第5の発明によれば、第2
の発明において、化学式(1)中に示されるR2内の極
性基は、スルホン酸基、又は燐酸基であることを特徴と
する膜−電極接合体が提供される。
According to the fifth aspect of the present invention, the second aspect
In the invention of 1, the polar group in R 2 represented by the chemical formula (1) is a sulfonic acid group or a phosphoric acid group, and a membrane-electrode assembly is provided.

【0032】一方、本発明の第6の発明によれば、プロ
トン伝導性膜の両面に、シランを含有した3次元架橋性
のモノマー、貴金属触媒を担持した炭素微粒子、および
水溶性材料を含む液状物を塗布する第一の工程、該液状
物を硬化させる第二の工程、および硬化物から水溶性材
料を溶出させて硬化物を多孔化する第三の工程を含むこ
とを特徴とする、第1〜5の発明のいずれかの膜−電極
接合体の製造方法が提供される。
On the other hand, according to the sixth aspect of the present invention, a liquid containing a silane-containing three-dimensional crosslinkable monomer, carbon fine particles carrying a noble metal catalyst, and a water-soluble material on both sides of the proton conductive membrane. A first step of applying a product, a second step of curing the liquid material, and a third step of eluting a water-soluble material from the cured product to make the cured product porous, A method for producing a membrane-electrode assembly according to any one of the inventions 1 to 5 is provided.

【0033】また、本発明の第7の発明によれば、プロ
トン伝導性膜の両面に、シランを含有した3次元架橋性
のモノマー、炭素微粒子、および水溶性材料を含む液状
物を塗布する第一の工程、該液状物を硬化させる第二の
工程、硬化物から水溶性材料を溶出させて硬化物を多孔
化する第三の工程、および多孔化した硬化物内に貴金属
を含む溶液を含浸させ、次いで還元することにより多孔
化した硬化物内に貴金属を定着させる第四の工程を含む
ことを特徴とする、第1〜5の発明のいずれかの膜−電
極接合体の製造方法が提供される。
According to the seventh aspect of the present invention, a liquid material containing a three-dimensional crosslinkable monomer containing silane, carbon fine particles, and a water-soluble material is applied to both surfaces of the proton conductive membrane. One step, a second step of hardening the liquid material, a third step of eluting a water-soluble material from the hardened material to make the hardened material porous, and a solution containing a precious metal in the porous hardened material. The method for producing a membrane-electrode assembly according to any one of the first to fifth inventions, characterized in that the method further comprises a fourth step of fixing the noble metal in the cured product which has been made porous by reduction. To be done.

【0034】さらに、本発明の第8の発明によれば、第
1〜5の発明のいずれかの膜−電極接合体を用いてなる
固体高分子電解質型燃料電池が提供される。
Further, according to an eighth aspect of the present invention, there is provided a solid polymer electrolyte fuel cell comprising the membrane-electrode assembly according to any one of the first to fifth aspects.

【0035】また、本発明の第9の発明によれば、第1
〜5の発明のいずれかの膜−電極接合体を用いてなる直
接メタノール型燃料電池が提供される。
According to a ninth aspect of the present invention, the first aspect
A direct methanol fuel cell using the membrane-electrode assembly according to any one of the first to fifth inventions is provided.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下、本発明について、各項目毎
に詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below for each item.

【0037】1.膜−電極接合体 本発明の膜−電極接合体は、プロトン伝導性膜の両面に
電極層が形成されたものであり、その電極層は、シラン
を含有した3次元架橋構造体および貴金属触媒を担持し
た炭素微粒子からなることを特徴とするものである。
1. Membrane-Electrode Assembly The membrane-electrode assembly of the present invention is one in which an electrode layer is formed on both surfaces of a proton conductive membrane, and the electrode layer comprises a three-dimensional crosslinked structure containing silane and a noble metal catalyst. It is characterized in that it is composed of supported carbon fine particles.

【0038】上記のシランを含有した3次元架橋構造体
は、酸(プロトン)に対する安定性や、耐熱性を勘案す
ると、金属アルコキシドやハロゲン化金属の加水分解、
縮合反応によって珪素−酸素結合による3次元架橋構造
体を形成する、いわゆるゾル−ゲル(sol−gel)
反応材料を、特に好ましく用いることができる。
The three-dimensional crosslinked structure containing the above-mentioned silane takes into consideration the stability against an acid (proton) and the heat resistance, so that hydrolysis of a metal alkoxide or a metal halide,
A so-called sol-gel that forms a three-dimensional crosslinked structure by a silicon-oxygen bond by a condensation reaction
Reactive materials can be used with particular preference.

【0039】珪素−酸素結合による3次元架橋構造体を
形成するゾル−ゲル反応とは、アルコキシ基やハロゲン
を有する珪素化合物(プリカーサー)の加水分解、縮合
反応である。ここで使用される珪素化合物とは、例え
ば、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テ
トライソプロポキシシラン、テトラn−プロポキシシラ
ン、テトラn−ブトキシシランなどのアルコキシシラン
類、テトラクロロシランなどのハロゲン化シラン類など
であるが、これらに特に限定されるものではなく、珪素
−酸素結合による3次元架橋構造体を加水分解、縮合反
応にて形成する反応材料で有れば特に制限されない。
The sol-gel reaction for forming a three-dimensional crosslinked structure by a silicon-oxygen bond is a hydrolysis or condensation reaction of a silicon compound (precursor) having an alkoxy group or a halogen. The silicon compound used here is, for example, alkoxysilanes such as tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetra n-propoxysilane, tetra n-butoxysilane, and halogenated silanes such as tetrachlorosilane. However, the reaction material is not particularly limited to these, and is not particularly limited as long as it is a reaction material that forms a three-dimensional crosslinked structure by a silicon-oxygen bond by hydrolysis and condensation reaction.

【0040】本発明において、より好適に用いられるア
ルコキシシラン類としては、次の化学式(1)で示され
るものが挙げられる。
In the present invention, the alkoxysilanes more preferably used include those represented by the following chemical formula (1).

【0041】[0041]

【化5】 [Chemical 5]

【0042】(式中、R1は炭素数4以下のアルキル基
を表し、R2は極性基を含む任意の有機基を表し、m、
nは、いずれも1〜3の整数である。ただし、m+n=
4であり、mが2または3のとき、R2は異なる有機基
の混合体であってもよい。)
(In the formula, R 1 represents an alkyl group having 4 or less carbon atoms, R 2 represents any organic group including a polar group, m,
Each of n is an integer of 1 to 3. However, m + n =
When R is 4 and m is 2 or 3, R 2 may be a mixture of different organic groups. )

【0043】具体的に、R1としては、メチル基、エチ
ル基、プロピル基、ブチル基などが挙げられる。また、
2に含まれる極性基としては、水酸基、スルホン酸
基、リン酸基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基などが挙
げられ、このうち、プロトンに対する親和性が特に高い
点から、スルホン酸基やリン酸基が、特に好ましい。
Specific examples of R 1 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group and a butyl group. Also,
Examples of the polar group contained in R 2 include a hydroxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a cyano group, an amino group, and a nitro group. Of these, a sulfonic acid group and a sulfonic acid group are preferred because of their particularly high affinity for protons. Phosphate groups are particularly preferred.

【0044】電極には、反応により生じる、或いは反応
に必要な電子が移動できるチャンネルと、反応に必要な
酸素、或いは水素を通じるチャンネルと、さらに、反応
により生じる、或いは必要なプロトンが移動できるチャ
ンネルとの合計3つのチャンネルが、貴金属触媒の近傍
に緻密に入り組んだ形で存在している必要がある。
The electrode has a channel through which electrons generated by the reaction or necessary for the reaction can move, a channel through which oxygen or hydrogen necessary for the reaction passes, and a channel through which the proton generated or necessary by the reaction can move. It is necessary that a total of three channels (1) and (2) be present in the vicinity of the noble metal catalyst in a dense and intricate form.

【0045】化学式(1)で示されるシラン化合物(ア
ルコキシシラン類)は、おもにプロトンが移動できるチ
ャンネルを確保するために、プロトン(プロトンを含む
水)に、親和性の高い極性基を与える役目を果たす。本
発明において、このシラン化合物を用いない場合には、
プロトン伝導性付与剤を別途、加える必要が生じる。
The silane compound (alkoxysilanes) represented by the chemical formula (1) plays a role of giving a polar group having a high affinity to protons (water containing protons) in order to mainly secure a channel through which protons can move. Fulfill In the present invention, when this silane compound is not used,
It is necessary to add a proton conductivity imparting agent separately.

【0046】プロトン伝導性付与剤としては、無機酸を
好適に使用することができる。無機酸の一例として、例
えば、ヘテロポリ酸がある。ヘテロポリ酸は、分子サイ
ズが大きく物理的に架橋構造内に閉じこめられ、電極か
らの酸の散逸を防ぐことができる。また、電極中に、シ
リカ微粒子やアルコキシシリル基を有する場合には、こ
れらとのイオン的相互作用により、さらに散逸は、防止
される。ヘテロポリ酸の例としては、ケギン構造、ドー
ソン構造を有し、強い酸性を示すものならば、特に限定
されないが、安定性の面などからリンタングステン酸、
ケイタングステン酸、リンモリブデン酸などが挙げられ
る。
As the proton conductivity imparting agent, an inorganic acid can be preferably used. An example of an inorganic acid is heteropoly acid. Heteropolyacids have a large molecular size and are physically confined within the crosslinked structure to prevent acid dissipation from the electrode. Further, in the case where the electrode has silica fine particles or an alkoxysilyl group, the dissipation is further prevented by the ionic interaction with these. Examples of heteropolyacids include, but are not particularly limited to, those having a Keggin structure, a Dawson structure, and strong acidity, but from the viewpoint of stability, phosphotungstic acid,
Examples thereof include silicotungstic acid and phosphomolybdic acid.

【0047】次に、化学式(2)で示されるシラン化合
物は、おもに酸素、水素等のガスが移動できるチャンネ
ルを確保するために、プロトン(プロトンを含む水)に
親和性の低い、つまり言い換えれば撥水性が高いよう
に、炭化水素を主な構成成分としている。
Next, the silane compound represented by the chemical formula (2) has a low affinity for protons (water containing protons), in other words, in order to secure a channel through which gases such as oxygen and hydrogen can move. Hydrocarbons are the main constituents for high water repellency.

【0048】[0048]

【化6】 [Chemical 6]

【0049】(式中、R1、R3は炭素数4以下のアルキ
ル基を表し、R4は炭素数20以下の炭化水素基を表
し、xは1〜3、yは0〜2の整数である。ただし、x
+y=3であり、yが2のとき、R3は異なるアルキル
基の混合体であってもよい。)
(Wherein R 1 and R 3 represent an alkyl group having 4 or less carbon atoms, R 4 represents a hydrocarbon group having 20 or less carbon atoms, x is 1 to 3 and y is an integer of 0 to 2). Where x
When + y = 3 and y is 2, R 3 may be a mixture of different alkyl groups. )

【0050】化学式(2)で示されるシラン化合物の具
体例としては、ビス(トリエトキシシリル)エタン、ビ
ス(トリエトキシシリル)ブタン、ビス(トリエトキシ
シリル)ヘキサン、ビス(トリエトキシシリル)オクタ
ン、ビス(トリエトキシシリル)ノナン、ビス(トリエ
トキシシリル)デカン、ビス(トリエトキシシリル)ド
デカン、ビス(トリエトキシシリル)テトラドデカン、
ビス(トリエトキシシリルエチル)ベンゼン、及びこれ
らのメトキシ体、プロポキシ体などが挙げられる。これ
らの材料は、Gelest社等から市販されており、容
易に入手でき、また、相当する骨格を有し両末端に不飽
和結合を有する有機原料から、塩化白金酸触媒などを使
用したヒドロシリル化反応を用いることにより、得るこ
とができる。
Specific examples of the silane compound represented by the chemical formula (2) include bis (triethoxysilyl) ethane, bis (triethoxysilyl) butane, bis (triethoxysilyl) hexane, bis (triethoxysilyl) octane, Bis (triethoxysilyl) nonane, bis (triethoxysilyl) decane, bis (triethoxysilyl) dodecane, bis (triethoxysilyl) tetradodecane,
Examples thereof include bis (triethoxysilylethyl) benzene and methoxy and propoxy forms thereof. These materials are commercially available from Gelest and the like, and are easily available, and hydrosilylation reaction using a chloroplatinic acid catalyst or the like from an organic raw material having a corresponding skeleton and having unsaturated bonds at both ends. Can be obtained by using.

【0051】化学式(1)、(2)で示されるシラン化
合物は、ともに、シラノール基の縮合後には、3次元架
橋構造をもつため、本質的に多孔質になりやすい。ま
た、架橋密度が高いために、前述したように、しっかり
とした多孔構造の電極を構成することができ、高温でも
構造変化などが起こらずに、好適な界面構造を保持する
ため、100℃以上の高温でも安定的な性能を発揮する
膜−電極接合体を、得ることができる。
Since the silane compounds represented by the chemical formulas (1) and (2) both have a three-dimensional crosslinked structure after the condensation of silanol groups, they are essentially porous. In addition, since the crosslink density is high, as described above, it is possible to form an electrode having a solid porous structure, and to maintain a suitable interfacial structure without causing structural changes even at high temperatures, 100 ° C or higher. It is possible to obtain a membrane-electrode assembly that exhibits stable performance even at high temperatures.

【0052】本発明において、前述したように、電極層
には、シランを含有した3次元架橋構造体および貴金属
触媒を担持した炭素微粒子からなることを特徴とするも
のであるが、その炭素微粒子としては、カーボンブラッ
クが好適に用いられる。カーボンブラックの種類として
は、難グラファィト性カーボンブラック及び易グラファ
ィト性カーボンブラックの両方があるが、どちらも使用
可能である。触媒の担持のしやすさから、カーボンブラ
ックの表面積は、50m2/g以上が好ましい。また、
その粒径は、100〜400オングストロームのもの
が、好適に使用される。また、貴金属触媒としては、白
金、パラジウム、ルテニウムなどを使用することができ
る。
In the present invention, as described above, the electrode layer is composed of a carbon fine particle carrying a three-dimensional crosslinked structure containing silane and a noble metal catalyst. Is preferably carbon black. The types of carbon black include both difficult-to-graft carbon black and easy-to-graft carbon black, and both can be used. The surface area of carbon black is preferably 50 m 2 / g or more from the viewpoint of easy loading of the catalyst. Also,
The particle size of 100 to 400 angstrom is preferably used. Further, as the noble metal catalyst, platinum, palladium, ruthenium or the like can be used.

【0053】本発明の膜−電極接合体において、用いら
れるプロトン伝導性膜としては、汎用されている熱可塑
性を有するスルホン化フッ素系樹脂(例えば、デュポン
社製、商品名「Nafion」)などを用いることがで
きる。しかし、前述したように、燃料電池は、高温で作
動できるほど、よりエネルギー効率が高まる。こうした
高温作動可能な燃料電池を実現するために、膜や電極部
には、それぞれに耐熱性が要求される。従って、膜に
は、その耐熱性を求めるために、より好ましくは、上記
したシランを含有した3次元架橋構造体を主体としたプ
ロトン伝導性膜が用いられる。
In the membrane-electrode assembly of the present invention, as the proton-conducting membrane to be used, a sulfonated fluororesin having a general thermoplasticity (for example, a product name "Nafion" manufactured by DuPont) is used. Can be used. However, as mentioned above, the higher temperature a fuel cell can operate, the more energy efficient it becomes. In order to realize such a fuel cell capable of operating at high temperatures, the membrane and the electrode portion are required to have heat resistance. Therefore, in order to obtain heat resistance of the membrane, it is more preferable to use a proton conductive membrane mainly composed of the above-mentioned three-dimensional crosslinked structure containing silane.

【0054】また、本発明に係る固体高分子電解質型燃
料電池に包含される、メタノールを改質せず、そのまま
燃料として用いる直接メタノール型燃料電池において
は、例えば、スルホン化フッ素系樹脂をプレスあるいは
接着剤として用いた膜−電極接合体が、最も一般的に用
いられているが、これを高温で作動させると、高温のメ
タノールにより、スルホン化フッ素系樹脂が膨潤あるい
は溶解し、性能が低下するばかりではなく、燃料電池の
故障につながる恐れがある。これに対し、本発明の膜−
電極接合体は、膜に、好ましくは、上記したシランを含
有した3次元架橋構造体を主体としたプロトン伝導性膜
を用い、電極部に、シランを含有した3次元架橋構造体
を主体としたものを用いることにより、樹脂の膨潤が比
較的少なく、メタノールにも溶解しないことから、直接
メタノール型燃料電池に、好適に用いることができる。
Further, in a direct methanol fuel cell which is included in the solid polymer electrolyte fuel cell according to the present invention and which is used as a fuel without reforming methanol, for example, a sulfonated fluororesin is pressed or The membrane-electrode assembly used as an adhesive is most commonly used, but when this is operated at high temperature, the sulfonated fluororesin swells or dissolves due to high temperature methanol, and the performance deteriorates. Not only that, but it may lead to failure of the fuel cell. On the other hand, the film of the present invention
In the electrode assembly, the membrane is preferably a proton conductive membrane mainly composed of the above-mentioned three-dimensional crosslinked structure containing silane, and the electrode part is mainly composed of the three-dimensional crosslinked structure containing silane. By using one, the resin swells relatively little and does not dissolve in methanol, so that it can be suitably used for a direct methanol fuel cell.

【0055】2.膜−電極接合体の製造方法 次に、本発明の膜−電極接合体の製造方法について説明
する。
2. Method for Producing Membrane-Electrode Assembly Next, the method for producing the membrane-electrode assembly of the present invention will be described.

【0056】先ず、本発明の膜−電極接合体の製造方法
において、第一の工程は、プロトン伝導性膜の両面に、
電極を形成するための液状物を塗布する工程である。こ
の液状物とは、前記した化学式(1)、(2)で示され
るシラン化合物を有機溶剤に溶解させた溶液に、さら
に、前記した炭素微粒子、さらに後述する水溶性材料を
分散させたものを用いる。この際に用いる有機溶剤とし
ては、上記シラン化合物を溶解するものであれば、特に
制限されないが、通常、メチルアルコール、エチルアル
コール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール等
のアルコールが用いられる。
First, in the method for producing a membrane-electrode assembly according to the present invention, the first step is to coat both surfaces of the proton conductive membrane with
This is a step of applying a liquid material for forming electrodes. The liquid substance is a solution prepared by dissolving the silane compound represented by the chemical formulas (1) and (2) in an organic solvent, and further dispersing the carbon fine particles and the water-soluble material described later. To use. The organic solvent used at this time is not particularly limited as long as it can dissolve the silane compound, but alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol and butyl alcohol are usually used.

【0057】炭素微粒子には、予め、前記した貴金属触
媒が担持されたものを使用してもよいが、用いる貴金属
触媒の使用量を低減させるために、貴金属触媒は、後述
するように最終工程で加えてもよい。
As the carbon fine particles, those carrying the above-mentioned noble metal catalyst in advance may be used, but in order to reduce the amount of the noble metal catalyst used, the noble metal catalyst is used in the final step as described later. May be added.

【0058】水溶性材料としては、前記したヘテロポリ
酸のような固体酸も用いられるが、上記したアルコール
に十分に分散できるものであれば、特にアルコールに溶
解する必要はない。ただし、分散した際の分散粒子の径
は、10μm以下の微粒状であることが望ましい。この
ような水溶性材料の例としては、各種の塩類、炭水化
物、水溶性樹脂等が挙げられ、具体的には、乳糖、ブド
ウ糖、マンニトール、D−ソルビットなどの糖類、グル
タミン酸ナトリウム、グリシン、グルタミン酸、アラニ
ン、アスパラギン酸等のアミノ酸、またはその塩、ポリ
ビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリ
ル酸等の水溶性樹脂、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫
酸エステル塩、リン酸エステル塩、脂肪族アミン塩、ポ
リオキシエチレンアルキルエーテル、pポリエチレング
リコール脂肪酸エステル等の各種界面活性剤、リン酸ア
ンモニウム、亜硫酸ソーダ、硫酸アンモニウム、塩化ナ
トリウム、などの無機塩が挙げられる。
As the water-soluble material, a solid acid such as the above-mentioned heteropoly acid can be used, but it is not particularly required to dissolve it in the alcohol as long as it can be sufficiently dispersed in the alcohol. However, it is desirable that the dispersed particles have a diameter of 10 μm or less. Examples of such water-soluble materials include various salts, carbohydrates, water-soluble resins, and the like, and specifically, lactose, glucose, mannitol, sugars such as D-sorbit, sodium glutamate, glycine, glutamic acid, Amino acids such as alanine and aspartic acid, or salts thereof, water-soluble resins such as polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol and polyacrylic acid, carboxylates, sulfonates, sulfates, phosphates, aliphatic amines, poly Examples include various surfactants such as oxyethylene alkyl ether and p polyethylene glycol fatty acid ester, and inorganic salts such as ammonium phosphate, sodium sulfite, ammonium sulfate, and sodium chloride.

【0059】第一の工程では、上記した液状物をプロト
ン伝導性膜に塗布するが、塗布する方法は、公知の方法
を用いることができ、バーコート法、ドクターブレード
法、スプレーコート法、カーテンコート法、グラビア印
刷法、電着塗装法、ディッピング法、スピンコート法な
ど、電解質膜等に合った方法を、適宜選択することがで
きる。
In the first step, the above-mentioned liquid material is applied to the proton conductive membrane, and a known method can be used as the applying method, such as a bar coating method, a doctor blade method, a spray coating method and a curtain. A coating method, a gravure printing method, an electrodeposition coating method, a dipping method, a spin coating method, or the like, which is suitable for the electrolyte membrane or the like, can be appropriately selected.

【0060】次に、第二の工程は、プロトン伝導性膜に
塗布した液状物を硬化させる工程である。シラン化合物
は、加水分解に必要な水分が存在すれば、常温でも反応
が進行するが、反応を促進するためには、通常、50〜
100℃の範囲で加熱することが好ましい。50℃未満
では、促進効果が少なく、また、100℃を超えると硬
化物に過度の気泡が入りやすくなる難点がある。時間的
には、10分〜2時間が好ましい。時間が10分未満で
は、未反応物のシラノール基が残りやすく、一方、2時
間を超えて加熱することは、いたずらに工程を長くして
しまうという難点がある。
Next, the second step is a step of curing the liquid material applied to the proton conductive membrane. If the silane compound has water necessary for hydrolysis, the reaction proceeds even at room temperature, but in order to accelerate the reaction, it is usually 50 to 50%.
It is preferable to heat in the range of 100 ° C. If it is lower than 50 ° C., the promoting effect is small, and if it exceeds 100 ° C., excessive bubbles are likely to enter the cured product. Time is preferably 10 minutes to 2 hours. If the time is less than 10 minutes, the silanol groups of the unreacted substances are likely to remain, while heating for more than 2 hours has a disadvantage that the process is unnecessarily lengthened.

【0061】さらに、第三の工程は、第二の工程で得た
硬化物を水と接触させることにより、内部の水溶性材料
を溶出させる工程である。この場合も、溶出を促進する
ために通常、50〜100℃の範囲で加熱することが好
ましい。50℃未満では促進効果が少なく、一方、10
0℃を超えた温度では、硬化物に過度の気泡が入りやす
くなる難点がある。時間的には、10分未満では、溶出
が不十分となる難点があり、10分以上が好ましい。
Further, the third step is a step in which the water-soluble material inside is eluted by bringing the cured product obtained in the second step into contact with water. Also in this case, it is usually preferable to heat in the range of 50 to 100 ° C. in order to promote the elution. If it is less than 50 ° C, the promoting effect is small, while on the other hand, 10
If the temperature exceeds 0 ° C, there is a problem that excessive bubbles are likely to enter the cured product. In terms of time, if it is less than 10 minutes, there is a problem that elution is insufficient, and 10 minutes or more is preferable.

【0062】これらの工程を経て作成された硬化物は、
多くの空隙を含んだ多孔質体となる。電極には、前述し
たように、反応により生じる、或いは反応に必要な電子
が移動できるチャンネルと、反応に必要な酸素、或いは
水素を通じるチャンネルと、さらに、反応により生じ
る、或いは必要なプロトンが移動できるチャンネルとの
合計3つのチャンネルが、貴金属触媒の近傍に緻密に入
り組んだ形で存在している必要がある。上記した硬化物
に多数形成される空隙は、反応に必要な酸素、或いは水
素を通じるチャンネルとして、効果的に作用する。
The cured product produced through these steps is
It becomes a porous body containing many voids. As described above, the electrode has a channel through which electrons generated by the reaction or necessary for the reaction can move, a channel through which oxygen or hydrogen necessary for the reaction passes, and a proton through which the reaction or the necessary moves. It is necessary that a total of three channels including the formed channel are present in the vicinity of the noble metal catalyst in a dense and intricate form. The large number of voids formed in the above-mentioned cured product effectively act as a channel through which oxygen or hydrogen necessary for the reaction passes.

【0063】さらに、上記したように予め、炭素微粒子
に貴金属触媒を担持しないものを使用した場合には、第
四の工程として、上記した多孔化した硬化物内に、貴金
属を定着させる工程が必要となる。この貴金属を定着さ
せる工程は、一般に貴金属の水溶液に、上記多孔質の硬
化物を浸漬し、還元を行う無電解メッキ法で行われる。
具体的には、上記多孔質の硬化物を、貴金属の水溶液、
例えば、塩化白金酸水溶液に浸漬後、乾燥を十分に行
い、次いで、水素を含む不活性雰囲気下で加熱して白金
を定着させる方法、または、浸漬後、還元剤であるチオ
硫酸ナトリウム、ナトリウムボロハイドライド、ヒドラ
ジンヒドラートなどの水溶液を用いて還元を行う方法が
挙げられる。この工程を経ることにより、比較的少ない
貴金属触媒量で、良好な性能を発現することができる。
Further, as described above, when the carbon fine particles that do not carry the noble metal catalyst are used in advance, a step of fixing the noble metal in the above-described porous cured product is required as the fourth step. Becomes The step of fixing the noble metal is generally performed by an electroless plating method in which the porous hardened material is dipped in an aqueous solution of the noble metal to perform reduction.
Specifically, the porous cured product, an aqueous solution of a noble metal,
For example, after immersing in a chloroplatinic acid aqueous solution, sufficiently drying, and then heating in an inert atmosphere containing hydrogen to fix platinum, or after immersing, a reducing agent such as sodium thiosulfate or sodium borosulfate is used. Examples include a method of performing reduction using an aqueous solution of hydride, hydrazine hydrate, or the like. Through this step, good performance can be exhibited with a relatively small amount of precious metal catalyst.

【0064】3.固体高分子電解質型燃料電池 本発明の燃料電池は、上記の膜−電極接合体を単位セル
として組み込んだ燃料電池であり、これには、燃料のタ
イプで表す、直接メタノール型燃料電池が包含される。
前記のとおり、膜−電極接合体、即ちプロトン(水素イ
オン)伝導膜の両側に、電極を配置した構造(接合体)
を単位セルとして、その外側に、燃料、酸素の通路とな
る一対のセパレータを設置するとともに、隣り合う複数
セルを相互に連結することで、所望の電力を取り出せる
よう構成する。本発明においては、耐熱性・耐薬品性が
高く、高温でも安定的に機能する膜−電極接合体を用い
るために、高温動作に対応しうる固体高分子電解質型燃
料電池又は、直接メタノール型燃料電池を提供できる。
3. Solid Polymer Electrolyte Fuel Cell The fuel cell of the present invention is a fuel cell in which the above-mentioned membrane-electrode assembly is incorporated as a unit cell, and this includes a direct methanol fuel cell expressed by the type of fuel. It
As described above, a membrane-electrode assembly, that is, a structure in which electrodes are arranged on both sides of a proton (hydrogen ion) conducting membrane (junction)
As a unit cell, a pair of separators serving as fuel and oxygen passages are installed outside the unit cell, and a plurality of adjoining cells are connected to each other so that desired power can be taken out. In the present invention, since a membrane-electrode assembly having high heat resistance and chemical resistance and stably functioning at high temperature is used, a solid polymer electrolyte fuel cell or direct methanol fuel capable of operating at high temperature is used. Can provide batteries.

【0065】[0065]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明するが、
本発明は、これにより限定されるものではない。なお、
使用する化合物、溶媒等は、市販品をそのまま用いた。
評価法及びプロトン伝導性膜の作製は、次のとおりであ
る。
EXAMPLES The present invention will be described below based on examples.
The present invention is not limited thereby. In addition,
The compounds, solvents, etc. used were commercially available products as they were.
The evaluation method and the production of the proton conductive membrane are as follows.

【0066】[評価法] (1)発電性能の評価 実施例または比較例の膜−電極接合体サンプルを、撥水
性のカーボンペーパー(E−TEK社製)2枚の間に挟
み、さらに全体を、燃料電池用単セル(Elector
o Chem社製)を用いて、図2に示すようにして、
この膜−電極接合体29の両側にセパレータ30及び集
電板27を配置し、ボルト28によりトルク15Kg−
cmで締め付けて、単セルの燃料電池を作製した。この
ように構成した燃料電池の発電性能を、電子負荷装置
(米国スクリブナー社製「890B」)及びガス供給装
置(東洋テクニカ社製「FC−GAS−1」)を用い
て、図1示す要領で評価した。アノード17とカソード
19よりなる評価用セルは、100℃以上では装置内を
加圧する高温セルであり、水素ガス1、酸素ガス3は、
窒素ガス2、4で希釈でき、バブラー13、14および
配管は、温度コントローラによって任意に可変なシステ
ムとし、セルから排出されるガスは、加湿トラップ2
1、22を経て放出した。セル温度を室温から160℃
まで変化させ、それぞれの温度で、本発明の膜−電極接
合体18を用いたセルの発電性能を評価した。評価は、
セルと電子負荷装置20を接続し、徐々に抵抗をかけ、
電池自体の出力(I−V特性)を測定し、最大出力密度
を計測した。代表値として140℃での測定値を示し
た。140℃においては、測定槽内を加圧状態(5気
圧)にして測定を行った。ガス流量は、水素、酸素共
に、500ml/minである。
[Evaluation Method] (1) Evaluation of Power Generation Performance The membrane-electrode assembly sample of the example or the comparative example was sandwiched between two sheets of water-repellent carbon paper (manufactured by E-TEK), and the whole was further assembled. , Single cell for fuel cell
(Chem Co.) as shown in FIG.
A separator 30 and a current collector plate 27 are arranged on both sides of this membrane-electrode assembly 29, and a torque of 15 Kg-
A single-cell fuel cell was produced by tightening at cm. The power generation performance of the fuel cell configured as described above is measured by using an electronic load device (“890B” manufactured by US Scribner Co., Ltd.) and a gas supply device (“FC-GAS-1” manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.) as shown in FIG. evaluated. The evaluation cell composed of the anode 17 and the cathode 19 is a high temperature cell that pressurizes the inside of the apparatus at 100 ° C. or higher, and the hydrogen gas 1 and the oxygen gas 3 are
The system can be diluted with nitrogen gas 2 and 4, and the bubblers 13 and 14 and the piping can be arbitrarily changed by a temperature controller, and the gas discharged from the cell is a humidification trap 2.
It was released via 1, 22. Cell temperature from room temperature to 160 ° C
Up to 30 ° C., and the power generation performance of the cell using the membrane-electrode assembly 18 of the present invention was evaluated at each temperature. Evaluation,
Connect the cell and electronic load device 20, gradually apply resistance,
The output (IV characteristic) of the battery itself was measured, and the maximum output density was measured. As a representative value, the measured value at 140 ° C. is shown. At 140 ° C., the measurement tank was pressurized (5 atm) for measurement. The gas flow rate is 500 ml / min for both hydrogen and oxygen.

【0067】(2)低温プロトン伝導性の評価 実施例または比較例の膜−電極接合体サンプルを、電極
である白金板と密着させた。この白金板に、電気化学イ
ンピーダンス測定装置(ソラトロン社製、1260型)
を用いて周波数0.1Hz〜100kHzの領域で、イ
ンピーダンスを測定し、イオン伝導性膜のプロトン伝導
度を評価した。なお、上記測定では、サンプルは、電気
的に絶縁された密閉容器中に支持され、水蒸気雰囲気
(95〜100%RH)で、温度コントローラーにより
セル温度を室温から160℃まで変化させ、それぞれの
温度でプロトン伝導度の測定を行った。代表値として、
140℃での評価結果を示した。140℃の測定におい
ては、測定槽内を加圧状態(5気圧)にして測定を行っ
た。
(2) Evaluation of low temperature proton conductivity The membrane-electrode assembly sample of the example or comparative example was brought into close contact with a platinum plate which is an electrode. On this platinum plate, an electrochemical impedance measuring device (1260 type, manufactured by Soratron)
Was used to measure the impedance in a frequency range of 0.1 Hz to 100 kHz, and the proton conductivity of the ion conductive membrane was evaluated. In the above measurement, the sample was supported in an electrically insulated airtight container, and the temperature of the cell was changed from room temperature to 160 ° C. by a temperature controller in a steam atmosphere (95 to 100% RH). The proton conductivity was measured at. As a typical value,
The evaluation results at 140 ° C are shown. In the measurement at 140 ° C., the measurement tank was pressurized (5 atm).

【0068】[プロトン伝導性膜の作製]8ビス(トリ
エトキシシリル)オクタン(GELEST社製)7gと
(トリヒドロキシシリル)プロパンスルホン酸(GEL
EST社製)3gを、イソプロピルアルコール15gに
溶解した。この溶液を、内径9cmのポリスチレンシャ
ーレ(山本製作所製)に流し込んだ。このシャーレを、
60℃で加湿した容器内に移し、70℃で発生させた水
蒸気を導入し、12時間加熱したところ、無色透明な膜
が得られた。膜は、平坦であり、その平均厚みは、20
0μmであった。なお、以下の実施例では、プロトン伝
導性膜として、全てこのサンプルを使用し、膜−電極接
合体のサンプルを作製した。
[Preparation of Proton-Conductive Membrane] 7 g of 8 bis (triethoxysilyl) octane (manufactured by GELEST) and (trihydroxysilyl) propanesulfonic acid (GEL)
3 g of EST) was dissolved in 15 g of isopropyl alcohol. This solution was poured into a polystyrene petri dish (made by Yamamoto Seisakusho) having an inner diameter of 9 cm. This petri dish
When it was transferred to a container humidified at 60 ° C., water vapor generated at 70 ° C. was introduced, and it was heated for 12 hours, a colorless transparent film was obtained. The membrane is flat and has an average thickness of 20
It was 0 μm. In the following examples, this sample was used as the proton-conductive membrane, and a membrane-electrode assembly sample was prepared.

【0069】[実施例1]プロトン伝導性膜の両面に、
比表面積250m2/gのカーボンブラック(バルカン
XC72R、キャボット社製)5gと8ビス(トリエト
キシシリル)オクタン(GELEST社製)7gと(ト
リヒドロキシシリル)プロパンスルホン酸(GELES
T社製)3gと、さらに、リン酸アンモニウム塩(和光
純薬社製)10gをイソプロピルアルコール15gに均
一分散した溶液を、厚さ100μmで塗工した。この膜
を80℃で30分加熱して、上記したシリル化合物を高
度に架橋させた。次に、この硬化物を、真空加熱装置内
で減圧下に100℃で加熱して、さらに架橋度を高める
操作を行った。その後、この硬化物を、80℃の熱水中
に1時間浸漬させることにより、硬化物中から水溶性の
リン酸アンモニウム塩を溶出させた。その後に、さらに
100℃の真空加熱装置内で1時間乾燥させることによ
り、プロトン伝導性膜の両面に、多孔質のシランを含有
した3次元架橋硬化物を積層させることができた。さら
に、全体を塩化白金酸(和光純薬特級)のエタノール溶
液(5重量%溶液)に、1時間浸漬し、次いで、水素1
0%、アルゴン90%の比率の混合気体中で、150℃
で2時間還元処理を行い、多孔質硬化物中に、白金を定
着させた。上記、操作を経て、得られたサンプル(膜−
電極接合体)を上記した評価方法により、その発電性能
とプロトン伝導性を評価した。その結果を表1に示す。
Example 1 On both sides of the proton conductive membrane,
5 g of carbon black having a specific surface area of 250 m 2 / g (Vulcan XC72R, manufactured by Cabot), 8 g of bis (triethoxysilyl) octane (manufactured by GELEST) and (trihydroxysilyl) propanesulfonic acid (GELES)
A solution in which 10 g of ammonium phosphate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 10 g of ammonium phosphate (Wako Pure Chemical Industries) were uniformly dispersed in 15 g of isopropyl alcohol were applied to a thickness of 100 μm. The membrane was heated at 80 ° C. for 30 minutes to highly crosslink the silyl compound. Next, this cured product was heated in a vacuum heating device at 100 ° C. under reduced pressure to further increase the degree of crosslinking. Thereafter, this cured product was immersed in hot water at 80 ° C. for 1 hour to elute the water-soluble ammonium phosphate salt from the cured product. Then, by further drying in a vacuum heating device at 100 ° C. for 1 hour, a three-dimensional crosslinked cured product containing porous silane could be laminated on both surfaces of the proton conductive membrane. Further, the whole is immersed in an ethanol solution (5% by weight solution) of chloroplatinic acid (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) for 1 hour, and then hydrogen 1
150 ° C in a gas mixture of 0% and 90% argon.
Then, reduction treatment was carried out for 2 hours to fix platinum in the porous cured product. The sample (membrane-
The electrode assembly) was evaluated for its power generation performance and proton conductivity by the above-described evaluation method. The results are shown in Table 1.

【0070】[実施例2]実施例2は、実施例1におい
て、予め、白金触媒を担持してあるカーボンブラック
(TEC10A30E 田中貴金属社製)5gを用いて
硬化物を作成し、最後の還元処理を行わなかった以外
は、全て実施例1と同様にして、サンプル(膜−電極接
合体)を調製した。得られたサンプル(膜−電極接合
体)を、前記の評価方法により、その発電性能とプロト
ン伝導性を評価した。その結果を表1に示す。
Example 2 In Example 2, a cured product was prepared by using 5 g of carbon black (TEC10A30E manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) on which a platinum catalyst was previously loaded, and the final reduction treatment. A sample (membrane-electrode assembly) was prepared in the same manner as in Example 1 except that the above was not performed. The power generation performance and the proton conductivity of the obtained sample (membrane-electrode assembly) were evaluated by the evaluation method described above. The results are shown in Table 1.

【0071】[実施例3]実施例3は、実施例1におい
て、リン酸アンモニウム塩(和光純薬社製)10gの代
わりに、PWA(12−タングストリン酸)(和光純薬
社製)10gを用いたこと以外は、全て実施例1と同様
にしてサンプルを調製した。得られたサンプル(膜−電
極接合体)を、前記の評価方法により、その発電性能と
プロトン伝導性を評価した。その結果を表1に示す。
Example 3 In Example 3, 10 g of PWA (12-tungstophosphoric acid) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was used instead of 10 g of ammonium phosphate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) in Example 1. A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that was used. The power generation performance and the proton conductivity of the obtained sample (membrane-electrode assembly) were evaluated by the evaluation method described above. The results are shown in Table 1.

【0072】[実施例4]実施例4は、実施例1におい
て、8ビス(トリエトキシシリル)オクタン(アヅマッ
クス社製)7gと(トリヒドロキシシリル)プロパンス
ルホン酸(GELEST社製)3gの混合シラン化合物
を用いる代わりに、8ビス(トリエトキシシリル)オク
タン10gのみを用いたこと以外は、全て実施例1と同
様にしてサンプルを調製した。得られたサンプル(膜−
電極接合体)を、前記の評価方法により、その発電性能
とプロトン伝導性を評価した。その結果を表1に示す。
Example 4 Example 4 is the same as Example 1 except that 7 g of 8 bis (triethoxysilyl) octane (manufactured by Azumax) and 3 g of (trihydroxysilyl) propanesulfonic acid (manufactured by GELEST) are mixed silanes. A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that only 10 g of 8bis (triethoxysilyl) octane was used instead of using the compound. Obtained sample (membrane-
The electrode assembly) was evaluated for its power generation performance and proton conductivity by the evaluation method described above. The results are shown in Table 1.

【0073】[実施例5]実施例5は、実施例1におい
て、8ビス(トリエトキシシリル)オクタン(アヅマッ
クス社製)7gと(トリヒドロキシシリル)プロパンス
ルホン酸(GELEST社製)3gの混合シラン化合物
を用いる代わりに、(トリヒドロキシシリル)プロパン
スルホン酸10gのみを用いたこと以外は、全て実施例
1と同様にしてサンプルを調製した。得られたサンプル
(膜−電極接合体)を、前記の評価方法により、その発
電性能とプロトン伝導性を評価した。その結果を表1に
示す。
Example 5 Example 5 is the same as Example 1 except that 8 g of bis (triethoxysilyl) octane (manufactured by Azumax) and 3 g of (trihydroxysilyl) propanesulfonic acid (manufactured by GELEST) are mixed silanes. A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that only 10 g of (trihydroxysilyl) propanesulfonic acid was used instead of using the compound. The power generation performance and the proton conductivity of the obtained sample (membrane-electrode assembly) were evaluated by the evaluation method described above. The results are shown in Table 1.

【0074】[実施例6]実施例6は、実施例1におい
て、リン酸アンモニウム塩を用いなかったこと以外は、
全て実施例1と同様にしてサンプルを調製した。得られ
たサンプル(膜−電極接合体)を、前記の評価方法によ
り、その発電性能とプロトン伝導性を評価した。その結
果を表1に示す。
Example 6 Example 6 is the same as Example 1 except that the ammonium phosphate salt was not used.
A sample was prepared in the same manner as in Example 1. The power generation performance and the proton conductivity of the obtained sample (membrane-electrode assembly) were evaluated by the evaluation method described above. The results are shown in Table 1.

【0075】[比較例1]比較例1は、白金触媒を担持
してあるカーボンブラック(TEC10A30E田中貴
金属社製)5gと市販のイオン交換樹脂溶液(ナフィオ
ンパーフルオロイオン交換樹脂、アルドリッチ社製品)
10gをイソプロパノール中で、激しく攪拌し、縣濁液
を作製した。この縣濁液を、実施例1で使用したプロト
ン伝導性膜の両面に塗工し、さらに、80℃に加熱して
溶媒のイソプロパノールを蒸発させることにより、膜−
電極接合体のサンプルを調製した。得られたサンプル
(膜−電極接合体)を、前記の評価方法により、その発
電性能とプロトン伝導性を評価した。その結果を表1に
示す。
Comparative Example 1 In Comparative Example 1, 5 g of carbon black (TEC10A30E made by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.) carrying a platinum catalyst and a commercially available ion exchange resin solution (Nafion perfluoroion exchange resin, product of Aldrich Co.)
10 g was vigorously stirred in isopropanol to prepare a suspension. This suspension was applied to both sides of the proton conductive membrane used in Example 1 and further heated to 80 ° C. to evaporate isopropanol as a solvent to form a membrane.
A sample of the electrode assembly was prepared. The power generation performance and the proton conductivity of the obtained sample (membrane-electrode assembly) were evaluated by the evaluation method described above. The results are shown in Table 1.

【0076】[0076]

【表1】 [Table 1]

【0077】上記の評価結果から、実施例1〜6、特に
実施例1〜3の膜−電極接合体は、比較例1と対比し
て、発電性能の最大出力が高く、優れた性能を発揮する
ことが判る。
From the above evaluation results, the membrane-electrode assemblies of Examples 1 to 6, especially Examples 1 to 3, had a high maximum output of power generation performance and exhibited excellent performance as compared with Comparative Example 1. I understand that

【0078】[0078]

【発明の効果】本発明は、100℃以上の高温でも安定
的に、発電機能を発現することができる膜−電極接合体
を得ることができ、高温動作に対応した固体高分子電解
質燃料電池、又は直接メタノール型燃料電池を実現する
ことができ、その工業的価値は、極めて大きい。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention makes it possible to obtain a membrane-electrode assembly capable of stably exhibiting a power generation function even at a high temperature of 100 ° C. or higher, and a solid polymer electrolyte fuel cell capable of operating at a high temperature, Alternatively, a direct methanol type fuel cell can be realized, and its industrial value is extremely large.

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

【図1】本発明の膜−電極接合体の発電性能を評価する
ための装置を示す配置図である。
FIG. 1 is a layout view showing an apparatus for evaluating the power generation performance of a membrane-electrode assembly of the present invention.

【図2】膜−電極接合体を燃料電池用単セルに挟み込ん
だ図である。
FIG. 2 is a view in which a membrane-electrode assembly is sandwiched between fuel cell unit cells.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 水素供給 2 窒素供給 3 酸素供給 4 窒素供給 5 水素供給サーボバルブ 6 窒素供給サーボバルブ 7 酸素供給サーボバルブ 8 窒素供給サーボバルブ 9 MFC 10 MFC 11 MFC 12 MFC 13 水素バブラー 14 酸素バブラー 15 水素ストリーム 16 酸素ストリーム 17 アノード 18 膜−電極接合体 19 カソード 20 電子負荷装置 21 加湿トラップ 22 加湿トラップ 23 BPV 24 BPV 25 VENT 26 VENT 27 集電板 28 挟み込み用ボルト 29 膜−電極接合体 30 セパレータ 1 Hydrogen supply 2 Nitrogen supply 3 oxygen supply 4 Nitrogen supply 5 Hydrogen supply servo valve 6 Nitrogen supply servo valve 7 Oxygen supply servo valve 8 Nitrogen supply servo valve 9 MFC 10 MFC 11 MFC 12 MFC 13 Hydrogen bubbler 14 oxygen bubbler 15 Hydrogen stream 16 oxygen stream 17 Anode 18 Membrane-electrode assembly 19 cathode 20 Electronic load device 21 Humidification trap 22 Humidification trap 23 BPV 24 BPV 25 VENT 26 VENT 27 current collector 28 Clamping bolt 29 Membrane-electrode assembly 30 separator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H018 AA06 AA07 BB00 BB05 BB06 BB07 BB08 BB16 BB17 DD06 DD08 EE03 EE05 EE08 EE11 EE16 EE17 EE18 5H026 AA06 AA08 BB00 BB03 BB04 BB10 CC03 CX05 EE02 EE05 EE11 EE17 EE18    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 5H018 AA06 AA07 BB00 BB05 BB06                       BB07 BB08 BB16 BB17 DD06                       DD08 EE03 EE05 EE08 EE11                       EE16 EE17 EE18                 5H026 AA06 AA08 BB00 BB03 BB04                       BB10 CC03 CX05 EE02 EE05                       EE11 EE17 EE18

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プロトン伝導性膜の両面に電極層が形成
された膜−電極接合体であって、該電極層は、シランを
含有した3次元架橋構造体および貴金属触媒を担持した
炭素微粒子からなることを特徴とする膜−電極接合体。
1. A membrane-electrode assembly in which electrode layers are formed on both sides of a proton conductive membrane, the electrode layer comprising carbon fine particles carrying a three-dimensional crosslinked structure containing silane and a noble metal catalyst. And a membrane-electrode assembly.
【請求項2】 3次元架橋構造体の重合前のモノマー
は、次の化学式(1)で示される極性化合物、化学式
(2)で示される非極性化合物、又はそれらの混合物で
あることを特徴とする請求項1に記載の膜−電極接合
体。 【化1】 (式中、R1は炭素数4以下のアルキル基を表し、R2
極性基を含む任意の有機基を表し、m、nは、いずれも
1〜3の整数である。ただし、m+n=4であり、mが
2または3のとき、R2は異なる有機基の混合体であっ
てもよい。) 【化2】 (式中、R1、R3は炭素数4以下のアルキル基を表し、
4は炭素数20以下の炭化水素基を表し、xは1〜
3、yは0〜2の整数である。ただし、x+y=3であ
り、yが2のとき、R3は異なるアルキル基の混合体で
あってもよい。)
2. The monomer before polymerization of the three-dimensional crosslinked structure is a polar compound represented by the following chemical formula (1), a non-polar compound represented by the following chemical formula (2), or a mixture thereof. The membrane-electrode assembly according to claim 1. [Chemical 1] (In the formula, R 1 represents an alkyl group having 4 or less carbon atoms, R 2 represents any organic group including a polar group, and m and n are both integers of 1 to 3, where m + n = And when m is 2 or 3, R 2 may be a mixture of different organic groups.) (In the formula, R 1 and R 3 represent an alkyl group having 4 or less carbon atoms,
R 4 represents a hydrocarbon group having 20 or less carbon atoms, and x is 1 to
3, y is an integer of 0-2. However, when x + y = 3 and y is 2, R 3 may be a mixture of different alkyl groups. )
【請求項3】 電極層は、無機酸が含有されていること
を特徴とする請求項1に記載の膜−電極接合体。
3. The membrane-electrode assembly according to claim 1, wherein the electrode layer contains an inorganic acid.
【請求項4】 無機酸は、リンタングステン酸、ケイタ
ングステン酸、又はリンモリブデン酸から選ばれる少な
くとも一種の化合物であることを特徴とする請求項3に
記載の膜−電極接合体。
4. The membrane-electrode assembly according to claim 3, wherein the inorganic acid is at least one compound selected from phosphotungstic acid, silicotungstic acid, and phosphomolybdic acid.
【請求項5】 化学式(1)中に示されるR2内の極性
基は、スルホン酸基、又は燐酸基であることを特徴とす
る請求項2に記載の膜−電極接合体。
5. The membrane-electrode assembly according to claim 2 , wherein the polar group in R 2 shown in the chemical formula (1) is a sulfonic acid group or a phosphoric acid group.
【請求項6】 プロトン伝導性膜の両面に、シランを含
有した3次元架橋性のモノマー、貴金属触媒を担持した
炭素微粒子、および水溶性材料を含む液状物を塗布する
第一の工程、該液状物を硬化させる第二の工程、および
硬化物から水溶性材料を溶出させて硬化物を多孔化する
第三の工程を含むことを特徴とする請求項1〜5のいず
れかに記載の膜−電極接合体の製造方法。
6. A first step of applying a liquid containing a silane-containing three-dimensional crosslinkable monomer, carbon fine particles carrying a noble metal catalyst, and a water-soluble material to both surfaces of the proton conductive membrane, the liquid. The film according to any one of claims 1 to 5, comprising a second step of curing the cured product, and a third step of eluting a water-soluble material from the cured product to make the cured product porous. Method for manufacturing electrode assembly.
【請求項7】 プロトン伝導性膜の両面に、シランを含
有した3次元架橋性のモノマー、炭素微粒子、および水
溶性材料を含む液状物を塗布する第一の工程、該液状物
を硬化させる第二の工程、硬化物から水溶性材料を溶出
させて硬化物を多孔化する第三の工程、および多孔化し
た硬化物内に貴金属を含む溶液を含浸させ、次いで還元
することにより多孔化した硬化物内に貴金属を定着させ
る第四の工程を含むことを特徴とする請求項1〜5のい
ずれかに記載の膜−電極接合体の製造方法。
7. A first step of applying a liquid material containing a silane-containing three-dimensional crosslinkable monomer, carbon fine particles, and a water-soluble material to both surfaces of the proton conductive membrane, and curing the liquid material. Second step, third step of elution of water-soluble material from the cured product to make the cured product porous, and impregnation of a solution containing a noble metal into the porous cured product, followed by curing to make porous The method for producing a membrane-electrode assembly according to claim 1, further comprising a fourth step of fixing a noble metal in the material.
【請求項8】 請求項1〜5のいずれかに記載の膜−電
極接合体を用いてなる固体高分子電解質型燃料電池。
8. A solid polymer electrolyte fuel cell comprising the membrane-electrode assembly according to claim 1.
【請求項9】 請求項1〜5のいずれかに記載の膜−電
極接合体を用いてなる直接メタノール型燃料電池。
9. A direct methanol fuel cell comprising the membrane-electrode assembly according to claim 1.
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