JP2006012449A - Membrane electrode junction body and solid polymer fuel cell using above - Google Patents

Membrane electrode junction body and solid polymer fuel cell using above Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve a durability of a material structuring an electrode catalyst layer of a PEFC and provide a means capable of stably generating power for a long period in the PEFC. <P>SOLUTION: The membrane electrode junction body includes a polyelectrolyte membrane, a pair of electrode catalyst layers pinching the polyelectrolyte membrane and a pair of gas diffusion layers arranged to pinch the polyelectrolyte membrane and the electrode catalyst layers on a surface facing the polyelectrolyte membrane of the electrode catalyst layers. The electrode catalyst layers include a conductive carbon, a catalyst active material supported by the conductive carbon and a proton conductive polymer, and at least one of the electrode catalyst layers includes at least a conductive carbon (A), a conductive carbon (B) with a larger value of a lattice spacing (d<SB>002</SB>) than the conductive carbon (A) and a conductive carbon (C) with a larger value of a lattice spacing (d<SB>002</SB>) than the conductive carbon (B). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体高分子型燃料電池に用いられる膜電極接合体に関する。詳細には、本発明は、前記膜電極接合体の耐久性を向上させる技術に関する。   The present invention relates to a membrane electrode assembly used for a polymer electrolyte fuel cell. Specifically, the present invention relates to a technique for improving the durability of the membrane electrode assembly.

燃料電池は、電極反応による生成物が原理的に水であり、地球環境への悪影響がほとんど無いクリーンな発電システムである。燃料電池としては、固体高分子型燃料電池、固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、リン酸型燃料電池など、各種燃料電池が提案されている。この中で、固体高分子型燃料電池は、比較的低温で作動可能であることから、自動車等の移動体用動力源として期待され、開発が進められている。   A fuel cell is a clean power generation system in which the product of an electrode reaction is water in principle and has almost no adverse effect on the global environment. Various fuel cells such as a polymer electrolyte fuel cell, a solid oxide fuel cell, a molten carbonate fuel cell, and a phosphoric acid fuel cell have been proposed as fuel cells. Among these, the polymer electrolyte fuel cell can be operated at a relatively low temperature, and thus is expected as a power source for moving bodies such as automobiles and is being developed.

固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池、PEFCとも呼ばれる、プロトン伝導性の高分子電解質を用いた燃料電池である。以下の説明においては、PEFCとも記載する。PEFCは、プロトン伝導性の高分子電解質の両側に、水素を含む燃料ガスが供給される電極触媒層(アノード)および酸素を含む酸化剤が供給される電極触媒層(カソード)が配置された構造を、基本的に有する。アノード、高分子電解質膜、およびカソードは、まとめて、膜電極接合体(MEA)とも呼ばれる。   The polymer electrolyte fuel cell is a fuel cell using a proton conductive polymer electrolyte, also called a polymer electrolyte fuel cell or PEFC. In the following description, it is also referred to as PEFC. The PEFC has a structure in which an electrode catalyst layer (anode) to which a fuel gas containing hydrogen is supplied and an electrode catalyst layer (cathode) to which an oxidant containing oxygen is supplied are disposed on both sides of a proton conductive polymer electrolyte. Is basically included. The anode, polymer electrolyte membrane, and cathode are collectively referred to as a membrane electrode assembly (MEA).

電極触媒層は、一般に多孔性であり、通常、電極反応を媒介する触媒活物質、触媒を担持する導電性の担体(例えば、導電性カーボン)、およびプロトン伝導性高分子を有する。電極触媒層の有する孔を経て、触媒へ反応ガスが供給され、また、発電反応により生成した水が排出される。   The electrode catalyst layer is generally porous, and usually has a catalyst active material that mediates an electrode reaction, a conductive carrier that supports the catalyst (for example, conductive carbon), and a proton conductive polymer. The reaction gas is supplied to the catalyst through the holes of the electrode catalyst layer, and water generated by the power generation reaction is discharged.

アノード側に供給された燃料ガスに含まれる水素は、アノード側の電極触媒層に存在する触媒によって酸化され、下記の反応式(1)に示す反応によりプロトンおよび電子を生成する。   Hydrogen contained in the fuel gas supplied to the anode side is oxidized by the catalyst existing in the electrode catalyst layer on the anode side, and protons and electrons are generated by the reaction shown in the following reaction formula (1).

Figure 2006012449
Figure 2006012449

生成したプロトンは、電極触媒層を構成するプロトン伝導性高分子、および電極触媒層と接触している固体高分子電解質膜を通り、カソード側の電極触媒層に達する。一方、アノード側の電極触媒層において生成した電子は、電極触媒層を構成する導電性の担体、電極触媒層の高分子電解質膜に対向する面に配置されているガス拡散層、セパレータ、および外部回路を経由して、カソード側の電極触媒層に達する。   The produced protons pass through the proton conductive polymer constituting the electrode catalyst layer and the solid polymer electrolyte membrane in contact with the electrode catalyst layer, and reach the electrode catalyst layer on the cathode side. On the other hand, the electrons generated in the electrode catalyst layer on the anode side are the conductive carrier constituting the electrode catalyst layer, the gas diffusion layer disposed on the surface of the electrode catalyst layer facing the polymer electrolyte membrane, the separator, and the outside. It reaches the cathode electrode catalyst layer via the circuit.

カソード側の電極触媒層に到達したプロトンおよび電子は、カソード側の電極触媒層に供給された酸化剤に含まれる酸素と反応し、下記の反応式(2)に示す反応により水を生成する。   Protons and electrons that have reached the cathode-side electrode catalyst layer react with oxygen contained in the oxidant supplied to the cathode-side electrode catalyst layer, and produce water by the reaction shown in the following reaction formula (2).

Figure 2006012449
Figure 2006012449

上記の一連の反応によって、PEFCは外部に電気を供給することが可能となる。PEFCの性能を長期間安定して保つためには、PEFCの構成部材を安定した状態に保つ必要がある。特に、PEFCが、車両などの使用期間の長い用途に用いられる場合には、PEFCは高い耐久性を有しているべきである。   Through the above series of reactions, the PEFC can supply electricity to the outside. In order to keep the performance of the PEFC stable for a long period of time, it is necessary to keep the constituent members of the PEFC stable. In particular, when the PEFC is used for an application having a long use period such as a vehicle, the PEFC should have high durability.

PEFCの耐久性向上に関する技術としては、電極触媒層における導電性の担体の劣化を防止する技術が提案されている。例えば、腐食に対する耐性をほとんど示さない第一の炭素系成分(導電性の担体)と、第一の炭素系成分より耐腐食性が高い第二の炭素系成分(導電性の担体)とを含む燃料電池用アノードが開示されている(特許文献1を参照)。前記文献1に記載の技術は、犠牲成分である第一の炭素系成分(導電性の担体)を優先的に腐食させることにより、第二の炭素系成分(導電性の担体)の腐食を遅延させて、アノードにおける発電性能の低下を抑制することを目的としている。
特表2003−523056号公報
As a technique for improving the durability of PEFC, a technique for preventing deterioration of a conductive carrier in an electrode catalyst layer has been proposed. For example, including a first carbon-based component (conductive carrier) that hardly exhibits resistance to corrosion and a second carbon-based component (conductive carrier) having higher corrosion resistance than the first carbon-based component An anode for a fuel cell is disclosed (see Patent Document 1). The technique described in Document 1 delays corrosion of the second carbon-based component (conductive carrier) by preferentially corroding the first carbon-based component (conductive carrier) that is a sacrificial component. Thus, an object is to suppress a decrease in power generation performance at the anode.
Special table 2003-523056 gazette

しかしながら、長期間にわたる連続運転や、頻繁な起動停止の繰り返しによって、犠牲成分である第一の炭素系成分が完全に腐食し、犠牲成分としての機能を消失する場合がある。その結果、耐腐食性が比較的高い第二の炭素系成分までもが腐食劣化し、結局は発電性能が低下してしまうという問題があった。   However, there are cases where the first carbon-based component, which is a sacrificial component, is completely corroded due to continuous operation over a long period of time or frequent repeated starting and stopping, and the function as the sacrificial component is lost. As a result, there was a problem that even the second carbon-based component having relatively high corrosion resistance was corroded and deteriorated, resulting in a decrease in power generation performance.

そこで、本発明の目的は、PEFCの電極触媒層を構成する材料の耐久性を向上させ、PEFCにおける長期間の安定した発電を可能とする手段を提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide means for improving the durability of the material constituting the electrode catalyst layer of PEFC and enabling stable power generation for a long time in PEFC.

本発明は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟持する、1対の電極触媒層と、前記電極触媒層の前記高分子電解質膜に対向する面に、前記高分子電解質膜、前記電極触媒層を挟持するように配置された、1対のガス拡散層と、を有する膜電極接合体であって、前記電極触媒層は、導電性カーボン、前記導電性カーボンに担持されてなる触媒活物質、およびプロトン伝導性高分子を含み、前記電極触媒層の少なくとも一方が、導電性カーボン(A)と、格子面間隔(d002)の値が前記導電性カーボン(A)より大きい導電性カーボン(B)と、前記格子面間隔(d002)の値が前記導電性カーボン(B)より大きい導電性カーボン(C)とを含む、膜電極接合体である。 The present invention provides a polymer electrolyte membrane, a pair of electrode catalyst layers sandwiching the polymer electrolyte membrane, and a surface of the electrode catalyst layer facing the polymer electrolyte membrane, the polymer electrolyte membrane, A membrane electrode assembly having a pair of gas diffusion layers arranged so as to sandwich an electrode catalyst layer, wherein the electrode catalyst layer is a conductive carbon, a catalyst supported on the conductive carbon An active material and a proton conductive polymer are included, and at least one of the electrode catalyst layers is conductive carbon (A) and has a larger lattice spacing (d 002 ) value than the conductive carbon (A). A membrane / electrode assembly including carbon (B) and conductive carbon (C) having a lattice spacing (d 002 ) value larger than that of the conductive carbon (B).

本発明によれば、電極触媒層に含まれる導電性カーボンの劣化が抑制されうる。その結果、PEFCの長期にわたる安定性が保証されうる。   According to the present invention, deterioration of the conductive carbon contained in the electrode catalyst layer can be suppressed. As a result, the long-term stability of PEFC can be guaranteed.

PEFCにおいては、上記の電極触媒層(アノードおよびカソード)における反応によって電力が発生する。この際、アノード側の電極触媒層に存在する触媒活物質の周辺において生成したプロトンは、電極触媒層内に分散しているプロトン伝導性高分子を介して固体高分子電解質膜へ到達し、さらに固体高分子電解質膜を通過してカソード側の電極触媒層へと移行する。その後、カソード側の電極触媒層内に分散しているプロトン伝導性高分子を介して触媒活物質へ到達し、酸素ガスおよび外部回路を通ってきた電子と反応して水を生成する。   In PEFC, electric power is generated by the reaction in the electrode catalyst layer (anode and cathode). At this time, protons generated in the vicinity of the catalytic active material present in the electrode catalyst layer on the anode side reach the solid polymer electrolyte membrane via the proton conductive polymer dispersed in the electrode catalyst layer, and It passes through the solid polymer electrolyte membrane and moves to the electrode catalyst layer on the cathode side. Thereafter, it reaches the catalyst active material via the proton conductive polymer dispersed in the cathode-side electrode catalyst layer, and reacts with oxygen gas and electrons that have passed through the external circuit to generate water.

このように、燃料電池においては発電反応に伴い水が生成するが、この水がPEFC内に滞留すると、燃料電池の性能を劣化させる場合がある。すなわち、生成した水がセパレータ内のガス流路の閉塞や電極触媒層内における不均一な水分布を引き起こす場合がある。これにより、電極触媒層が腐食劣化し、PEFCの電池性能が低下する結果となる。   As described above, in the fuel cell, water is generated along with the power generation reaction. If this water stays in the PEFC, the performance of the fuel cell may be deteriorated. In other words, the generated water may cause gas channel blockage in the separator and uneven water distribution in the electrode catalyst layer. As a result, the electrode catalyst layer is corroded and deteriorated, resulting in a decrease in PEFC battery performance.

例えば、触媒活物質を担持するための担体として導電性カーボン、触媒活物質として白金を用いた場合には、起動停止および電池運転時に発生する燃料欠乏に伴う電極電位の上昇により、担体である導電性カーボンが下記の反応式(3)に示す反応により腐食する。   For example, when conductive carbon is used as the carrier for supporting the catalyst active material and platinum is used as the catalyst active material, the conductivity of the carrier is increased due to an increase in electrode potential accompanying fuel depletion that occurs during battery operation. Carbon corrodes by the reaction shown in the following reaction formula (3).

Figure 2006012449
Figure 2006012449

導電性カーボンの腐食が発生すると、電極触媒層のポーラス構造が破壊され、燃料ガスおよび酸素ガスの拡散性の低下や、電極触媒層内のプロトン伝導パスの減少および遮断によって、電池性能が低下する。また、電子伝導性の低下により電池抵抗が増大することも、電池性能の低下の一因となる。さらには、白金と導電性カーボンとの接合部が剥離することにより白金粒子どうしが融着し、白金粒子の表面積が減少すると、電池性能が低下する。ここで、かような電池性能の低下を防止するためには、電極触媒層内における導電性カーボンの劣化を抑制しうる対策を講じることが好ましい。   When the conductive carbon is corroded, the porous structure of the electrode catalyst layer is destroyed, and the battery performance deteriorates due to a decrease in the diffusibility of the fuel gas and oxygen gas, and a decrease and interruption of the proton conduction path in the electrode catalyst layer. . Further, an increase in battery resistance due to a decrease in electronic conductivity also contributes to a decrease in battery performance. Furthermore, when the joining part of platinum and conductive carbon peels, the platinum particles are fused together, and the battery performance decreases when the surface area of the platinum particles decreases. Here, in order to prevent such a decrease in battery performance, it is preferable to take measures that can suppress the deterioration of the conductive carbon in the electrode catalyst layer.

電極触媒層内における導電性カーボンの劣化を抑制するための対策としては、前記特許文献1に記載のように、耐食性をほとんど示さない成分を犠牲成分として含ませる方法があるが、上述したように、かような手段では導電性カーボンの劣化が充分に防止されない虞がある。   As a measure for suppressing deterioration of the conductive carbon in the electrode catalyst layer, there is a method of including a component that hardly exhibits corrosion resistance as a sacrificial component as described in Patent Document 1, but as described above. Such means may not sufficiently prevent the deterioration of the conductive carbon.

これに対し、本発明では、電極触媒層において、耐食性の異なる少なくとも3種の導電性カーボンを含ませることにより、電極触媒層の耐久性と触媒性能とをバランスさせた。耐食性とは、化学的反応により劣化損傷する現象に対する、電極触媒層に含まれる導電性カーボンの耐性を意味する。なお、詳細は後述するが、本発明においては、導電性カーボンの耐食性の指標として、X線回折法(XRD)により測定される導電性カーボンの格子面間隔(d002)(以下、単に「面間隔」とも称する)を採用した。 In contrast, in the present invention, the electrode catalyst layer includes at least three kinds of conductive carbons having different corrosion resistances, thereby balancing the durability and the catalyst performance of the electrode catalyst layer. The corrosion resistance means the resistance of the conductive carbon contained in the electrode catalyst layer against the phenomenon of deterioration damage due to a chemical reaction. Although details will be described later, in the present invention, as an index of the corrosion resistance of the conductive carbon, the lattice spacing (d 002 ) of the conductive carbon measured by X-ray diffraction (XRD) (hereinafter simply referred to as “plane”). Also referred to as “interval”).

ここで、導電性カーボンの面間隔が、電極触媒層の触媒性能および導電性カーボンの耐食性に対して及ぼす影響について説明する。   Here, the influence of the surface spacing of the conductive carbon on the catalyst performance of the electrode catalyst layer and the corrosion resistance of the conductive carbon will be described.

まず、導電性カーボンの面間隔が小さいほど、導電性カーボンの形状はグラファイト(面間隔:約3.36Å)に近くなり、その耐食性は向上する。これは、カーボンの腐食抵抗が構造中のグラファイト化の程度に関連しているためと考えられる。しかしながら、導電性カーボンの面間隔が小さいほど導電性カーボンの比表面積は減少し、担持される触媒粒子の分散性が低下する。その結果、触媒粒子は凝集して粒子径は増大し、触媒性能が低下してしまう。   First, the smaller the plane spacing of the conductive carbon, the closer the shape of the conductive carbon is to graphite (plane spacing: about 3.36 mm), and the corrosion resistance is improved. This is probably because the corrosion resistance of carbon is related to the degree of graphitization in the structure. However, the smaller the interplanar spacing of the conductive carbon, the smaller the specific surface area of the conductive carbon and the lower the dispersibility of the supported catalyst particles. As a result, the catalyst particles are aggregated, the particle diameter is increased, and the catalyst performance is lowered.

一方、導電性カーボンの面間隔が大きくなると、導電性カーボンの比表面積が増加する結果、触媒粒子の分散性が向上し、触媒性能も向上する。しかしながら、導電性カーボンの面間隔が大きくなるにつれて、導電性カーボンの形状はグラファイトから遠ざかり、その耐食性は低下してしまう。   On the other hand, when the interplanar spacing of the conductive carbon is increased, the specific surface area of the conductive carbon is increased. As a result, the dispersibility of the catalyst particles is improved and the catalyst performance is also improved. However, as the surface spacing of the conductive carbon increases, the shape of the conductive carbon moves away from the graphite, and its corrosion resistance decreases.

このように、導電性カーボンの耐食性と電極触媒層における触媒性能とはトレードオフの関係にある。本発明者は、この点に着目して種々の検討を行った結果、電極触媒層において、耐食性の異なる少なくとも3種の導電性カーボンを含ませることにより、これらをバランスさせうることを見出し、本発明を完成させるに至ったのである。   Thus, there is a trade-off relationship between the corrosion resistance of the conductive carbon and the catalyst performance in the electrode catalyst layer. As a result of various studies paying attention to this point, the present inventor found that the electrode catalyst layer can be balanced by including at least three kinds of conductive carbons having different corrosion resistances. The invention has been completed.

すなわち、本発明の第1は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟持する、1対の電極触媒層と、前記電極触媒層の前記高分子電解質膜に対向する面に、前記高分子電解質膜、前記電極触媒層を挟持するように配置された、1対のガス拡散層と、を有する膜電極接合体であって、前記電極触媒層は、導電性カーボン、前記導電性カーボンに担持されてなる触媒活物質、およびプロトン伝導性高分子を含み、前記電極触媒層の少なくとも一方が、少なくとも、導電性カーボン(A)と、格子面間隔(d002)の値が前記導電性カーボン(A)より大きい導電性カーボン(B)と、前記格子面間隔(d002)の値が前記導電性カーボン(B)より大きい導電性カーボン(C)とを含む、膜電極接合体である。 That is, the first of the present invention is a polymer electrolyte membrane, a pair of electrode catalyst layers sandwiching the polymer electrolyte membrane, and a surface of the electrode catalyst layer facing the polymer electrolyte membrane, A membrane electrode assembly having a molecular electrolyte membrane and a pair of gas diffusion layers arranged so as to sandwich the electrode catalyst layer, wherein the electrode catalyst layer is formed of conductive carbon and conductive carbon. A catalyst active material that is supported; and a proton conductive polymer, wherein at least one of the electrode catalyst layers has at least a conductive carbon (A) and a lattice spacing (d 002 ) value of the conductive carbon. (A) It is a membrane electrode assembly containing larger conductive carbon (B) and conductive carbon (C) having a larger lattice spacing (d 002 ) value than the conductive carbon (B).

以下、本発明の膜電極接合体(以下、「MEA」とも称する)について、図面を用いながら、詳細に説明する。なお、本発明においては、電極触媒層に含まれる導電性カーボンの形態が規定される点を除いては、従来のMEAにおいて用いられていた材料が、同様に用いられうる。このため、高分子電解質膜、ガス拡散層(以下、「GDL」とも称する)等の基本構成については、簡単に説明するが、例示する材料や形状に、これらの材料が限定されるわけではない。   Hereinafter, the membrane electrode assembly of the present invention (hereinafter also referred to as “MEA”) will be described in detail with reference to the drawings. In the present invention, materials used in conventional MEAs can be used in the same manner except that the form of conductive carbon contained in the electrode catalyst layer is defined. For this reason, although basic structures, such as a polymer electrolyte membrane and a gas diffusion layer (henceforth "GDL"), are demonstrated easily, these materials are not necessarily limited to the illustrated material and shape. .

まず、MEAの基本的な構成について、その概要を説明する。図1は、本発明のMEAの一実施形態の断面模式図である。   First, an outline of the basic configuration of the MEA will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of one embodiment of the MEA of the present invention.

MEA10の中央には、高分子電解質膜110が配置される。高分子電解質膜110のアノード側には、電極触媒層120a、およびGDL130aが、この順序で配置される。一方、高分子電解質膜110のカソード側にも、電極触媒層120c、およびGDL130cが、この順序で配置される。   A polymer electrolyte membrane 110 is disposed in the center of the MEA 10. On the anode side of the polymer electrolyte membrane 110, the electrode catalyst layer 120a and the GDL 130a are arranged in this order. On the other hand, the electrode catalyst layer 120c and the GDL 130c are also arranged in this order on the cathode side of the polymer electrolyte membrane 110.

本発明のMEAにおいて、前記電極触媒層(120a、120c)は、導電性カーボン、前記導電性カーボンに担持されてなる触媒活物質、およびプロトン伝導性高分子を含む。また、前記電極触媒層(120a、120c)の少なくとも一方が、X線回折法により測定される格子面間隔(d002)の値の異なる少なくとも3種の導電性カーボンを含む。なお、本願においては、便宜上、電極触媒層に含まれる、面間隔の異なる3種の導電性カーボンを、面間隔の小さい順に導電性カーボン(A)、導電性カーボン(B)および導電性カーボン(C)と表記する。 In the MEA of the present invention, the electrode catalyst layers (120a, 120c) include conductive carbon, a catalyst active material supported on the conductive carbon, and a proton conductive polymer. Further, at least one of the electrode catalyst layers (120a, 120c) contains at least three types of conductive carbons having different values of the lattice spacing (d 002 ) measured by the X-ray diffraction method. In addition, in this application, for convenience, three types of conductive carbons having different face spacings included in the electrode catalyst layer are divided into conductive carbon (A), conductive carbon (B) and conductive carbon ( C).

また、本願において「膜電極接合体(MEA)」とは、高分子電解質膜、高分子電解質膜を挟持する1対の電極触媒層、並びに、高分子電解質膜および電極触媒層を挟持する1対のGDLを有する集合体を意味する。   Further, in the present application, “membrane electrode assembly (MEA)” means a polymer electrolyte membrane, a pair of electrode catalyst layers that sandwich the polymer electrolyte membrane, and a pair that sandwiches the polymer electrolyte membrane and the electrode catalyst layer. Means an aggregate having the GDL.

MEAを用いてPEFCを作製する場合には、MEA10の外側に、MEA10を挟持するように1対のセパレータ(図示せず)を配置する。セパレータは、GDLと接する面にガス流路を有する。その他にも、必要に応じて、種々の部材が設置されうる。例えば、PEFCに供給されたガスの外部へのリークを防止するためのシール材(図示せず)が配置されうる。   When a PEFC is manufactured using the MEA, a pair of separators (not shown) are arranged outside the MEA 10 so as to sandwich the MEA 10. The separator has a gas flow path on the surface in contact with the GDL. In addition, various members can be installed as necessary. For example, a sealing material (not shown) for preventing leakage of gas supplied to the PEFC to the outside can be arranged.

本発明のMEA10では、電極触媒層(120a、120c)の少なくとも一方が、面間隔の異なる少なくとも3種の導電性カーボンを含む。双方の電極触媒層(120a、120c)が、少なくとも3種の導電性カーボンを含んでもよい。   In the MEA 10 of the present invention, at least one of the electrode catalyst layers (120a, 120c) contains at least three kinds of conductive carbons having different face spacings. Both electrode catalyst layers (120a, 120c) may contain at least three types of conductive carbon.

このように、面間隔の異なる少なくとも3種の導電性カーボンを電極触媒層に含ませると、上述したような起動停止および電池運転時に発生する燃料欠乏に伴う電極電位の上昇による導電性カーボンの劣化は、耐食性に劣る、すなわち面間隔の大きい導電性カーボン(C)においてまず進行し、続いて導電性カーボン(B)および導電性カーボン(A)の順に進行する。したがって、耐食性の高い導電性カーボン(B)および導電性カーボン(A)の劣化が抑制され、その結果、PEFCの長期にわたる安定性が保証されうる。   As described above, when at least three kinds of conductive carbons having different face spacings are included in the electrode catalyst layer, the deterioration of the conductive carbon due to the increase in electrode potential due to the start-stop and the fuel deficiency generated during battery operation as described above. First proceeds in the conductive carbon (C) which is inferior in corrosion resistance, that is, has a large interplanar spacing, and then proceeds in the order of the conductive carbon (B) and the conductive carbon (A). Therefore, deterioration of the conductive carbon (B) and the conductive carbon (A) having high corrosion resistance is suppressed, and as a result, the long-term stability of the PEFC can be guaranteed.

続いて、MEAを構成する部材について、順に説明する。   Then, the member which comprises MEA is demonstrated in order.

高分子電解質膜110は、プロトン伝導性を有する高分子膜である。高分子電解質膜を構成する材料としては各種の材料が提案されている。例えば、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる膜が挙げられる。高分子電解質膜としては、自ら合成した膜が用いられてもよいし、市販の製品が用いられてもよい。   The polymer electrolyte membrane 110 is a polymer membrane having proton conductivity. Various materials have been proposed as materials constituting the polymer electrolyte membrane. For example, the film | membrane which consists of a perfluorocarbon polymer which has a sulfonic acid group is mentioned. As the polymer electrolyte membrane, a membrane synthesized by itself may be used, or a commercially available product may be used.

電極触媒層(120a、120c)は、電極反応を媒介する電極触媒が配置される部位である。本発明において、電極触媒層は、導電性カーボン、前記導電性カーボンに担持されてなる触媒活物質、およびプロトン伝導性高分子を含む。この電極触媒層によって、高分子電解質膜が挟持される。すなわち、電極触媒層120a/高分子電解質膜110/電極触媒層120cの順に、積層される。なお、本発明において「挟持」とは、ある部材が、2つの他の部材の間に介在している状態を意味する。部材間の接触面積は特に制限されない。   The electrode catalyst layers (120a, 120c) are portions where electrode catalysts that mediate electrode reactions are disposed. In the present invention, the electrode catalyst layer includes conductive carbon, a catalyst active material supported on the conductive carbon, and a proton conductive polymer. The polymer electrolyte membrane is sandwiched between the electrode catalyst layers. That is, the electrode catalyst layer 120a / polymer electrolyte membrane 110 / electrode catalyst layer 120c are laminated in this order. In the present invention, “clamping” means a state in which a certain member is interposed between two other members. The contact area between the members is not particularly limited.

本発明において電極触媒層に含まれる導電性カーボンは導電性であり、発生した電子は導電性カーボンを通じて移動しうる。導電性カーボンとしては、種々のカーボンブラックや活性炭が挙げられる。カーボンブラックは、炭化水素の液体や気体を熱分解することにより得られ、例えば、VulcanTM、ケッチェンブラックTM、チャンネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック等がこれに含まれる。活性炭は、木材、のこくず、ヤシ殻、パルプ廃液等の植物系原料や、石炭、石油コークス、石油ピッチ等の鉱物系原料を炭化し、さらに水蒸気賦活や薬品賦活等を行うことにより得られる。この導電性カーボンは、炭素原子のみからなることが好ましいが、2〜3質量%以下程度の不純物が混入していてもよい。 In the present invention, the conductive carbon contained in the electrode catalyst layer is conductive, and the generated electrons can move through the conductive carbon. Examples of the conductive carbon include various carbon blacks and activated carbon. The carbon black is obtained by thermally decomposing a hydrocarbon liquid or gas, and examples thereof include Vulcan , Ketjen Black , channel black, furnace black, thermal black, acetylene black, and the like. Activated carbon is obtained by carbonizing plant-based raw materials such as wood, sawdust, coconut husk and pulp waste liquid, and mineral-based raw materials such as coal, petroleum coke, and petroleum pitch, and further performing steam activation and chemical activation. . The conductive carbon is preferably composed of only carbon atoms, but impurities of about 2 to 3% by mass or less may be mixed therein.

上述したように、本発明においては、電極触媒層の少なくとも一方が、格子面間隔(d002)の異なる少なくとも3種の導電性カーボンを含む。ここで「格子面間隔(d002)」とは、導電性カーボンの黒鉛構造に基づく六角網面の面間隔を意味する。 As described above, in the present invention, at least one of the electrode catalyst layers contains at least three types of conductive carbon having different lattice spacings (d 002 ). Here, “lattice plane spacing (d 002 )” means the plane spacing of the hexagonal mesh plane based on the graphite structure of conductive carbon.

本発明において、格子面間隔(d002)は、X線回折法(XRD)を用いた学振法(稲垣道夫、炭素 No.36、25−34(1963))により測定される。正確な値が測定できるのであれば、その他の手段により代替されてもよい。 In the present invention, the lattice spacing (d 002 ) is measured by the Gakushin method (Michio Inagaki, Carbon No. 36, 25-34 (1963)) using X-ray diffraction (XRD). If an accurate value can be measured, it may be replaced by other means.

電極触媒層に含まれる面間隔の異なる3種の導電性カーボンの面間隔は、特に制限されない。ただし、面間隔の最も小さい導電性カーボン(A)の面間隔は、好ましくは3.48Å未満である。導電性カーボン(A)の面間隔がかような範囲の値であると、導電性カーボン(A)の構造はグラファイトに近くなり、耐食性に優れる。また、面間隔の最も大きい導電性カーボン(C)の面間隔は、好ましくは3.66Åより大きい。導電性カーボン(C)の面間隔がかような範囲の値であると、導電性カーボン(C)が犠牲となって他の導電性カーボンに優先して劣化することにより、他の導電性カーボンの劣化を効果的に防止しうる。さらに、これらの間の面間隔を有する導電性カーボン(B)の面間隔は、好ましくは3.48〜3.66Åである。導電性カーボン(B)の面間隔がかような範囲の値であると、導電性カーボン(B)の有する比表面積が適度な値となり、触媒活物質が担持される際の分散性が向上しうる。   The face spacing of the three types of conductive carbons having different face spacings included in the electrode catalyst layer is not particularly limited. However, the plane spacing of the conductive carbon (A) having the smallest plane spacing is preferably less than 3.48 mm. When the plane spacing of the conductive carbon (A) is in such a range, the structure of the conductive carbon (A) is close to that of graphite and excellent in corrosion resistance. The plane spacing of the conductive carbon (C) having the largest plane spacing is preferably greater than 3.66 mm. When the surface spacing of the conductive carbon (C) is in such a range, the conductive carbon (C) is sacrificed and deteriorates in preference to the other conductive carbon. Can be effectively prevented. Furthermore, the plane spacing of the conductive carbon (B) having a plane spacing between them is preferably 3.48 to 3.66 mm. When the surface spacing of the conductive carbon (B) is in such a range, the specific surface area of the conductive carbon (B) becomes an appropriate value, and the dispersibility when the catalyst active material is supported is improved. sell.

本発明において、電極触媒層に含まれる面間隔の異なる3種の導電性カーボンは、同一の原料からなっていてもよく、異なる原料からなっていてもよい。また、市販の製品が用いられてもよく、市販の製品を自ら加工して得られる材料が用いられてもよい。   In the present invention, the three kinds of conductive carbons having different face spacings included in the electrode catalyst layer may be made of the same raw material or different raw materials. Moreover, a commercially available product may be used, and a material obtained by processing a commercially available product by itself may be used.

面間隔が制御された導電性カーボンを自ら製造する場合には、例えば、市販の導電性カーボン材料を熱処理することにより加工するとよい。導電性カーボン材料を熱処理すると、一般に、処理温度が高くなるにつれて、得られる導電性カーボンの面間隔は小さくなり、その構造はグラファイトに近づく傾向にある。すなわち、より高温で熱処理することによって、より耐食性の高い導電性カーボンが製造される。この傾向に基づき、本発明の電極触媒層に含まれる導電性カーボン(A)、(B)、および(C)を製造するには、導電性カーボン(C)の原料、導電性カーボン(B)の原料、および導電性カーボン(A)の原料を、この順に処理温度を上昇させて熱処理すればよい。   In the case where the conductive carbon whose surface spacing is controlled is manufactured by itself, for example, a commercially available conductive carbon material may be processed by heat treatment. When the conductive carbon material is heat-treated, generally, as the processing temperature is increased, the surface spacing of the obtained conductive carbon is reduced, and the structure tends to approach graphite. That is, conductive carbon with higher corrosion resistance is produced by heat treatment at a higher temperature. Based on this tendency, in order to produce the conductive carbon (A), (B), and (C) contained in the electrode catalyst layer of the present invention, the raw material of the conductive carbon (C), the conductive carbon (B) The raw material and the conductive carbon (A) raw material may be heat-treated by increasing the processing temperature in this order.

導電性カーボン材料を熱処理して本発明に用いられる導電性カーボンを製造する際の具体的な条件は、特に制限されず、既に得られている知見に基づいて、適宜決定されうる。一例を挙げると、処理温度は、導電性カーボン(A)を製造する場合には、好ましくは1000℃以上である。また、導電性カーボン(B)を製造する場合には、好ましくは500〜1000℃である。さらに、導電性カーボン(C)を製造する場合には、好ましくは500℃未満である。また、処理雰囲気は、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。   Specific conditions for producing the conductive carbon used in the present invention by heat-treating the conductive carbon material are not particularly limited, and can be appropriately determined based on the knowledge already obtained. For example, the treatment temperature is preferably 1000 ° C. or higher when the conductive carbon (A) is produced. Moreover, when manufacturing electroconductive carbon (B), Preferably it is 500-1000 degreeC. Furthermore, when manufacturing electroconductive carbon (C), Preferably it is less than 500 degreeC. Moreover, it is preferable that processing atmosphere is inert gas atmosphere, such as nitrogen gas, helium gas, and argon gas.

なお、カーボンブラック等の導電性カーボンは、その表面にカルボキシル基などの官能基を有しており、室温においても空気中でさらにある程度酸化される。導電性カーボンの表面が酸化されることで、担持された触媒活物質粒子が燃料電池の運転中に脱離してしまう場合がある。導電性カーボンを熱処理することによって、表面に存在する官能基が除去され、導電性カーボンと触媒活物質との界面が化学的に安定するという効果も得られる。   Note that conductive carbon such as carbon black has a functional group such as a carboxyl group on its surface and is further oxidized to some extent in air even at room temperature. When the surface of the conductive carbon is oxidized, the supported catalyst active material particles may be detached during the operation of the fuel cell. By heat-treating the conductive carbon, the functional group present on the surface is removed, and the effect that the interface between the conductive carbon and the catalyst active material is chemically stabilized is also obtained.

触媒活物質は、水素の酸化反応および/または酸素の還元反応に対して触媒作用を示すことが求められる。触媒活物質としては、例えば白金、イリジウム、銀、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、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、銅等の金属、およびこれらの合金等が挙げられる。触媒活性の観点からは、白金、イリジウム、銀、パラジウムが好ましく用いられる。これらの触媒活物質は、触媒活物質粒子として担体である導電性カーボンに担持された状態で、電極触媒層に含まれる。   The catalytic active material is required to exhibit a catalytic action with respect to an oxidation reaction of hydrogen and / or a reduction reaction of oxygen. Examples of the catalyst active material include platinum, iridium, silver, palladium, ruthenium, rhodium, osmium, tungsten, lead, iron, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, aluminum, copper and the like, and these And the like. From the viewpoint of catalytic activity, platinum, iridium, silver and palladium are preferably used. These catalyst active materials are contained in the electrode catalyst layer in a state of being supported on conductive carbon as a carrier as catalyst active material particles.

導電性カーボンに担持される触媒活物質粒子の粒子径は、一般的には1〜30nm程度であり、好ましくは1.5〜10nmである。担持の容易さという観点からは、1nm以上であることが好ましく、触媒利用率の観点からは、20nm以下であることが好ましい。ただし、場合によっては、この範囲から外れる粒子径であってもよい。電極触媒層単位面積あたりの、触媒活物質の質量は、通常0.01〜5mg/cm程度であり、好ましくは0.1〜1mg/cmである。触媒活物質の質量が0.01mg/cm未満であると、触媒性能が低下する虞があり、一方、担持量が5mg/cmを超えると、担持量に見合うだけの効果が得られず、コストが増加する。 The particle diameter of the catalyst active material particles supported on the conductive carbon is generally about 1 to 30 nm, preferably 1.5 to 10 nm. From the viewpoint of ease of loading, it is preferably 1 nm or more, and from the viewpoint of catalyst utilization, it is preferably 20 nm or less. However, in some cases, the particle diameter may be out of this range. The mass of the catalyst active material per unit area of the electrode catalyst layer is usually about 0.01 to 5 mg / cm 2 , preferably 0.1 to 1 mg / cm 2 . If the mass of the catalyst active material is less than 0.01 mg / cm 2 , the catalyst performance may be deteriorated. On the other hand, if the supported amount exceeds 5 mg / cm 2 , an effect corresponding to the supported amount cannot be obtained. , The cost increases.

触媒活物質を導電性カーボンに担持させる方法は、特に制限されず、従来一般に用いられている方法が適宜採用されうる。例えば、含浸法、液相還元担持法、蒸発乾固法、コロイド吸着法、噴霧熱分解法、逆ミセル法(マイクロエマルジョン法)等の方法が用いられうる。   The method for supporting the catalyst active material on the conductive carbon is not particularly limited, and a conventionally used method can be appropriately employed. For example, methods such as impregnation method, liquid phase reduction support method, evaporation to dryness method, colloid adsorption method, spray pyrolysis method, reverse micelle method (microemulsion method) and the like can be used.

なお、触媒活物質を導電性カーボンに担持させる際の、触媒活物質と導電性カーボンとの組み合わせについては、特に制限されない。触媒活物質の耐食性に関する従来公知の知見に基づき、面間隔が小さく耐食性の高い導電性カーボンに耐食性の高い触媒活物質を担持させ、面間隔が大きく耐食性の低い導電性カーボンに耐食性の低い触媒活物質を担持させてもよいし、その逆であってもよい。導電性カーボンが劣化した場合の触媒活性の低下を抑制する観点からは、面間隔が大きく耐食性の低い導電性カーボンに耐食性の低い触媒活物質が担持されるべきかもしれない。   Note that the combination of the catalyst active material and the conductive carbon when the catalyst active material is supported on the conductive carbon is not particularly limited. Based on the conventionally known knowledge about the corrosion resistance of the catalyst active material, the catalyst active material having high corrosion resistance is supported on the conductive carbon having a small face spacing and high corrosion resistance, and the catalyst activity having low corrosion resistance is provided on the conductive carbon having a large face spacing and low corrosion resistance. A substance may be carried or vice versa. From the viewpoint of suppressing a decrease in catalytic activity when the conductive carbon deteriorates, a catalytic active material having low corrosion resistance may be supported on the conductive carbon having a large interplanar spacing and low corrosion resistance.

本発明においては、電極触媒層に含まれる3種全ての導電性カーボンに触媒活物質が担持されていなくてもよい。すなわち、前記3種の導電性カーボンのうち1種または2種が、触媒活物質を担持していなくてもよい。また、触媒活物質が担持されない導電性カーボンが含まれる場合、触媒活物質を担持しない導電性カーボンは、耐食性の低い導電性カーボンであることが好ましい。すなわち、触媒活物質を担持しない導電性カーボンが1種である場合には、触媒活物質を担持しない導電性カーボンは、面間隔が最も大きい導電性カーボン(C)であることが好ましい。また、触媒活物質を担持しない導電性カーボンが2種である場合には、触媒活物質を担持しない導電性カーボンは、面間隔が最も大きい導電性カーボン(C)、および面間隔が次に大きい導電性カーボン(B)であることが好ましい。耐食性の高い導電性カーボンにより多くの触媒活物質が担持されると、導電性カーボンが腐食した場合の触媒活性の低下が抑制されうる。なお、触媒活性をより向上させるという観点からは、触媒活物質を担持しない導電性カーボンは1種であることが好ましい。言い換えれば、本発明のMEAにおいては、導電性カーボン(A)および導電性カーボン(B)には触媒活物質が担持されてなり、導電性カーボン(C)には触媒活物質が担持されていないことが好ましい。   In the present invention, the catalyst active material may not be supported on all three types of conductive carbon contained in the electrode catalyst layer. That is, one or two of the three kinds of conductive carbon may not carry a catalyst active material. Moreover, when the conductive carbon which does not carry | support a catalyst active material is contained, it is preferable that the conductive carbon which does not carry a catalyst active material is conductive carbon with low corrosion resistance. That is, when there is only one kind of conductive carbon that does not support the catalyst active material, the conductive carbon that does not support the catalyst active material is preferably conductive carbon (C) having the largest interplanar spacing. In addition, when there are two types of conductive carbons that do not carry the catalyst active material, the conductive carbons that do not carry the catalyst active material are the conductive carbon (C) having the largest face spacing and the next largest face spacing. The conductive carbon (B) is preferable. When a large amount of the catalyst active material is supported by the conductive carbon having high corrosion resistance, a decrease in the catalyst activity when the conductive carbon is corroded can be suppressed. From the viewpoint of further improving the catalytic activity, it is preferable that the conductive carbon not supporting the catalytic active material is one kind. In other words, in the MEA of the present invention, the conductive carbon (A) and the conductive carbon (B) carry a catalyst active material, and the conductive carbon (C) does not carry a catalyst active material. It is preferable.

本発明のMEAにおいて、電極触媒層は、少なくとも3種の面間隔の異なる導電性カーボン(導電性カーボン(A)、(B)、および(C))を含めば、その構造については特に制限されず、均一な電極触媒層であってもよい。ただし、好ましくは、導電性カーボンを含む電極触媒層は、MEAの構成要素が積層される方向に積層された2つの層からなり、前記電極触媒層を構成する2つの層は、前記高分子電解質膜側に配置されている、前記導電性カーボン(B)を含む層と、前記ガス拡散層側に配置されている、前記導電性カーボン(A)および前記導電性カーボン(C)を含む層とからなる。   In the MEA of the present invention, the structure of the electrode catalyst layer is particularly limited as long as it includes at least three kinds of conductive carbons (conductive carbons (A), (B), and (C)) having different face spacings. Alternatively, a uniform electrode catalyst layer may be used. However, preferably, the electrode catalyst layer containing conductive carbon is composed of two layers stacked in the direction in which the MEA components are stacked, and the two layers constituting the electrode catalyst layer are the polymer electrolyte. A layer containing the conductive carbon (B) disposed on the membrane side, and a layer containing the conductive carbon (A) and the conductive carbon (C) disposed on the gas diffusion layer side; Consists of.

図2は、本発明のMEAにおいて、上記のような好ましい実施形態を示す断面模式図である。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a preferred embodiment as described above in the MEA of the present invention.

電極触媒層(120a、120c)は、それぞれ、第1触媒層(121a、121c)と第2触媒層(122a、122c)とからなる。第1触媒層121aおよび第2触媒層122a、並びに第1触媒層121cおよび第2触媒層122cは、それぞれ、MEA10の構成要素が積層される方向に積層されてなる。さらに、第1触媒層(121a、121c)は、高分子電解質膜110側に配置されており、導電性カーボン(B)を含む。一方、第2触媒層(122a、122c)は、ガス拡散層(GDL)(130a、130c)側に配置されており、導電性カーボン(A)および導電性カーボン(C)を含む。   The electrode catalyst layers (120a, 120c) are each composed of a first catalyst layer (121a, 121c) and a second catalyst layer (122a, 122c). The first catalyst layer 121a and the second catalyst layer 122a, and the first catalyst layer 121c and the second catalyst layer 122c are laminated in the direction in which the components of the MEA 10 are laminated. Furthermore, the first catalyst layers (121a, 121c) are disposed on the polymer electrolyte membrane 110 side and contain conductive carbon (B). On the other hand, the second catalyst layer (122a, 122c) is disposed on the gas diffusion layer (GDL) (130a, 130c) side, and includes conductive carbon (A) and conductive carbon (C).

図2に示す形態によれば、高分子電解質膜110側の第1触媒層(121a、121c)には優れた触媒活性を提供しうる導電性カーボン(B)が含まれている。これにより、電池性能の向上が期待される。その一方で、前記第1触媒層(121a、121c)に隣接する第2触媒層(122a、122c)においては、耐食性に優れる導電性カーボン(A)および犠牲成分として機能しうる導電性カーボン(C)が含まれている。このため、第2触媒層(122a、122c)においては、導電性カーボン(C)が優先的に劣化することで、導電性カーボン(A)の劣化が抑制され、ひいてはMEA全体の劣化が防止されうる。図2に示す形態においても、上述したように、導電性カーボン(A)および導電性カーボン(B)には触媒活物質が担持されてなり、導電性カーボン(C)には触媒活物質が担持されていないことが好ましい。   According to the form shown in FIG. 2, the first catalyst layer (121a, 121c) on the polymer electrolyte membrane 110 side contains conductive carbon (B) that can provide excellent catalytic activity. Thereby, improvement of battery performance is expected. On the other hand, in the second catalyst layer (122a, 122c) adjacent to the first catalyst layer (121a, 121c), the conductive carbon (A) having excellent corrosion resistance and the conductive carbon (C) that can function as a sacrificial component. )It is included. For this reason, in the second catalyst layer (122a, 122c), the conductive carbon (C) is preferentially deteriorated, so that the deterioration of the conductive carbon (A) is suppressed, and the deterioration of the entire MEA is prevented. sell. Also in the embodiment shown in FIG. 2, as described above, the conductive carbon (A) and the conductive carbon (B) carry the catalyst active material, and the conductive carbon (C) carries the catalyst active material. Preferably not.

図2には、アノード側およびカソード側双方の電極触媒層が2層からなる形態を示したが、かかる形態のみに制限されず、いずれか一方のみが2層からなっていてもよい。また、各電極触媒層は3層以上からなっていてもよく、この場合には、高分子電解質膜に隣接する最内層に導電性カーボン(B)が含まれ、GDLに隣接する最外層に導電性カーボン(A)および導電性カーボン(C)が含まれることが好ましい。しかしかような形態のみに制限されず、種々の改良が施されてもよい。   Although FIG. 2 shows a form in which the electrode catalyst layers on both the anode side and the cathode side are composed of two layers, it is not limited to such a form, and only one of them may be composed of two layers. Each electrode catalyst layer may be composed of three or more layers. In this case, the innermost layer adjacent to the polymer electrolyte membrane contains conductive carbon (B), and the outermost layer adjacent to the GDL is conductive. The conductive carbon (A) and the conductive carbon (C) are preferably contained. However, the present invention is not limited to such a form, and various improvements may be made.

電極触媒層には、プロトン伝導性高分子が含まれる。プロトン伝導性高分子としては、前記高分子電解質膜と同様の重合体が用いられうる。プロトン伝導性高分子を電極触媒層中に含ませることによって、アノード側の触媒活物質周辺で生成したプロトンが高分子電解質膜へと輸送され、さらに、このプロトンがカソード側の触媒活物質周辺へと輸送されうる。   The electrode catalyst layer includes a proton conductive polymer. As the proton conductive polymer, the same polymer as the polymer electrolyte membrane can be used. By including a proton conductive polymer in the electrode catalyst layer, protons generated around the anode-side catalyst active material are transported to the polymer electrolyte membrane, and this proton is further transferred to the cathode-side catalyst active material. And can be transported.

電極触媒層には、他の成分が含まれていてもよい。例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、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といった撥水性高分子などが、電極触媒層に含まれうる。   The electrode catalyst layer may contain other components. For example, a water repellent polymer such as polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer can be included in the electrode catalyst layer.

電極触媒層の厚さは、特に制限されないが、一般に、1〜30μm程度である。電極触媒層の厚さが薄すぎると、均一な成膜が難しく、十分な機能を得ることができなくなる虞がある。一方、厚すぎると、触媒層に水が滞溜しやすくなり、効率よく排水できなくなる虞がある。さらには、ガス拡散性が低下するとともに触媒層の抵抗が大きくなり、良好な電池性能が得られなくなる虞もある。図2に示すように、電極触媒層が2層からなる場合、高分子電解質膜側に配置される第1触媒層の厚さの、GDL側に配置される第2触媒層の厚さに対する比は、特に制限されないが、好ましくは0.1〜9程度であり、より好ましくは0.8〜4.5である。第1触媒層が第2触媒層に比して薄すぎると、耐腐食特性は高くなるものの、良好な電池性能が得られなくなる虞がある。一方、第1触媒層が第2触媒層に比して厚すぎると、良好な電池性能が得られやすいものの、全電極触媒層における耐腐食特性の占める割合が小さくなるため、耐久性が低下する虞がある。   The thickness of the electrode catalyst layer is not particularly limited, but is generally about 1 to 30 μm. If the thickness of the electrode catalyst layer is too thin, uniform film formation is difficult and sufficient functions may not be obtained. On the other hand, if it is too thick, water tends to stay in the catalyst layer, and there is a possibility that it cannot be drained efficiently. Furthermore, the gas diffusibility is lowered and the resistance of the catalyst layer is increased, which may result in failure to obtain good battery performance. As shown in FIG. 2, when the electrode catalyst layer consists of two layers, the ratio of the thickness of the first catalyst layer disposed on the polymer electrolyte membrane side to the thickness of the second catalyst layer disposed on the GDL side Although it does not restrict | limit in particular, Preferably it is about 0.1-9, More preferably, it is 0.8-4.5. If the first catalyst layer is too thin as compared with the second catalyst layer, the corrosion resistance is improved, but good battery performance may not be obtained. On the other hand, if the first catalyst layer is too thick compared to the second catalyst layer, good battery performance is easily obtained, but the proportion of the anti-corrosion characteristics in all electrode catalyst layers is small, and thus the durability is lowered. There is a fear.

電極触媒層における、導電性カーボン、触媒活物質、およびプロトン伝導性高分子の配合量については、特に限定されない。既に得られている知見に基づき、適切な配合量が決定されればよい。   There are no particular limitations on the amount of conductive carbon, catalyst active material, and proton conductive polymer in the electrode catalyst layer. An appropriate blending amount may be determined based on the knowledge already obtained.

本発明においては、電極触媒層に面間隔の異なる少なくとも3種の導電性カーボン(導電性カーボン(A)、(B)、および(C))が含まれる。これら3種の導電性カーボンの配合量の比は、特に制限されず、所望の特性等を考慮して適宜決定されうる。電極触媒層の耐食性と触媒性能とのバランスを考慮すると、導電性カーボン(B)と導電性カーボン(A)との合計量に対する前記導電性カーボン(B)の質量比Xは、好ましくは0.3≦X≦0.9であり、より好ましくは0.4≦X≦0.85である。ここで、X<0.3であると、触媒性能が低下する虞がある。一方、X>0.9であると、電極触媒層の耐食性が低下する虞がある。また、導電性カーボン(A)と導電性カーボン(C)との合計量に対する前記導電性カーボン(A)の質量比Yは、好ましくは0.5≦Y<1.0であり、より好ましくは0.6≦Y≦0.9である。Y<0.5であると、面間隔が小さく耐食性の低い導電性カーボン(C)の配合量が相対的に増加する結果、電極触媒層の耐食性が全体として低下する虞がある。このことは、図2に示す実施形態において、特に顕著である。   In the present invention, the electrode catalyst layer contains at least three kinds of conductive carbons (conductive carbons (A), (B), and (C)) having different face spacings. The ratio of the blending amounts of these three types of conductive carbon is not particularly limited, and can be appropriately determined in consideration of desired characteristics and the like. Considering the balance between the corrosion resistance of the electrode catalyst layer and the catalyst performance, the mass ratio X of the conductive carbon (B) to the total amount of the conductive carbon (B) and the conductive carbon (A) is preferably 0.00. 3 ≦ X ≦ 0.9, and more preferably 0.4 ≦ X ≦ 0.85. Here, if X <0.3, the catalyst performance may be reduced. On the other hand, if X> 0.9, the corrosion resistance of the electrode catalyst layer may be reduced. The mass ratio Y of the conductive carbon (A) to the total amount of the conductive carbon (A) and the conductive carbon (C) is preferably 0.5 ≦ Y <1.0, more preferably 0.6 ≦ Y ≦ 0.9. If Y <0.5, the amount of the conductive carbon (C) having a small interplanar spacing and low corrosion resistance is relatively increased. As a result, the corrosion resistance of the electrode catalyst layer may be lowered as a whole. This is particularly noticeable in the embodiment shown in FIG.

電極触媒層に含まれるプロトン伝導性高分子の濃度は、好ましくは、隣接するGDLから高分子電解質膜の方向に増加する。つまり、電極触媒層に含まれるプロトン伝導性高分子の濃度が、GDLから高分子電解質膜に近づくにつれて高くなる。濃度の上昇の仕方は、段階的であっても、連続的であってもよい。図2に示す実施形態のように、電極触媒層が2層からなる場合には、電極触媒層を構成するそれぞれの層ごとにプロトン伝導性高分子の濃度を変化させると、製造が容易である。電極触媒層におけるプロトン伝導性高分子の濃度が増加すると、プロトン移動抵抗が減少する。このため、高分子電解質膜に近接する部位においては、プロトン電導性高分子の濃度を上昇させることによって、充分なプロトン伝導性が確保される。一方、プロトン伝導性高分子の濃度が増加すると、ガス拡散性や排水性が低下する虞がある。このため、GDLに近接する部位においては、プロトン伝導性高分子の濃度を低下させて、ガス拡散性および排水性を確保するとよい。   The concentration of the proton conductive polymer contained in the electrode catalyst layer preferably increases from the adjacent GDL to the polymer electrolyte membrane. That is, the concentration of the proton conductive polymer contained in the electrode catalyst layer increases as it approaches the polymer electrolyte membrane from the GDL. The method of increasing the concentration may be stepwise or continuous. In the case where the electrode catalyst layer is composed of two layers as in the embodiment shown in FIG. 2, the production is easy if the concentration of the proton conductive polymer is changed for each layer constituting the electrode catalyst layer. . As the concentration of the proton conducting polymer in the electrode catalyst layer increases, the proton transfer resistance decreases. For this reason, sufficient proton conductivity is ensured in the part close to the polymer electrolyte membrane by increasing the concentration of the proton conducting polymer. On the other hand, when the concentration of the proton conductive polymer is increased, gas diffusibility and drainage may be deteriorated. For this reason, in the part close | similar to GDL, it is good to reduce the density | concentration of a proton conductive polymer, and to ensure gas diffusibility and drainage.

ガス拡散層(GDL)(130a、130c)は、一般に多孔性の材料からなり、多孔性のGDLによって、燃料電池に供給されたガスが分散して、電極触媒層(120a、120c)に供給される。GDL(130a、130c)は、電極触媒層(120a、120c)の高分子電解質膜110に対向する面に、高分子電解質膜110および電極触媒層(120a、120c)を挟持するように配置される。すなわち、GDL130aは、電極触媒層120aの高分子電解質膜110が配置された面の反対側の面に、配置される。GDL130cは、電極触媒層120cの高分子電解質膜110が配置された面の反対側の面に、配置される。全体としては、GDL130aおよびGDL130cによって、高分子電解質膜110および電極触媒層(120a、120c)が、挟持される。その結果、GDL130a/電極触媒層120a/高分子電解質膜110/電極触媒層120c/GDL130cの順に配置された積層体が得られる。   The gas diffusion layers (GDL) (130a, 130c) are generally made of a porous material, and the gas supplied to the fuel cell is dispersed by the porous GDL and supplied to the electrode catalyst layers (120a, 120c). The The GDL (130a, 130c) is disposed so that the polymer electrolyte membrane 110 and the electrode catalyst layers (120a, 120c) are sandwiched between the surfaces of the electrode catalyst layers (120a, 120c) facing the polymer electrolyte membrane 110. . That is, the GDL 130a is disposed on the surface of the electrode catalyst layer 120a opposite to the surface on which the polymer electrolyte membrane 110 is disposed. The GDL 130c is disposed on the surface of the electrode catalyst layer 120c opposite to the surface on which the polymer electrolyte membrane 110 is disposed. As a whole, the polymer electrolyte membrane 110 and the electrode catalyst layers (120a, 120c) are sandwiched between the GDL 130a and the GDL 130c. As a result, a laminate in which GDL 130a / electrode catalyst layer 120a / polymer electrolyte membrane 110 / electrode catalyst layer 120c / GDL 130c are arranged in this order is obtained.

GDL(130a、130c)に用いられる材料としては、カーボンペーパー、カーボンクロス、不織布、炭素性の織物、紙状抄紙体、フェルト等からなるシート状材料が提案されている。GDLには、電子伝導性、撥水性などの機能も求められる。GDLが優れた電子伝導性を有していると、発電反応により生成した電子の効率的な運搬が達成され、燃料電池の性能が向上する。また、GDLが優れた撥水性を有していると、生成した水が効率的に排出される。   As a material used for GDL (130a, 130c), a sheet-like material made of carbon paper, carbon cloth, non-woven fabric, carbon woven fabric, paper-like paper body, felt or the like has been proposed. GDL is also required to have functions such as electron conductivity and water repellency. When GDL has excellent electron conductivity, efficient transport of electrons generated by the power generation reaction is achieved, and the performance of the fuel cell is improved. Moreover, if GDL has excellent water repellency, the generated water is efficiently discharged.

高い撥水性を確保するために、GDLを構成する材料を撥水化処理する技術も提案されている。例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂を含む溶液中にカーボンペーパーなどのGDLを構成する材料を含浸させ、大気中または窒素などの不活性ガス中で乾燥させる。場合によっては、親水化処理が、GDLを構成する材料に施されてもよい。乾燥後に、カーボンブラック粉末とPTFE等により形成されるカーボン層を配置してもよい。   In order to ensure high water repellency, a technique for water repellency treatment of a material constituting the GDL has also been proposed. For example, a solution containing a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) is impregnated with a material constituting GDL such as carbon paper and dried in the air or an inert gas such as nitrogen. Depending on the case, the hydrophilization treatment may be performed on the material constituting the GDL. After drying, a carbon layer formed of carbon black powder and PTFE may be disposed.

GDL(130a、130c)には、性能を向上させる目的で各種の改良が施されてもよい。例えば、カーボン繊維織布の表面に、フッ素樹脂とカーボンブラックとからなる層を形成することによって、GDLのガス拡散性や耐圧縮性の向上が図られてもよい(例えば、特開平10−261421号公報、特開平11−273688号公報参照)。   Various improvements may be applied to the GDL (130a, 130c) for the purpose of improving performance. For example, GDL gas diffusibility and compression resistance may be improved by forming a layer composed of a fluororesin and carbon black on the surface of the carbon fiber woven fabric (for example, JP-A-10-261421). No. JP, 11-273688, A).

本発明のMEAの製造方法は、特に制限されず、従来公知の方法が適宜採用されうる。一例を挙げると、まず、導電性カーボン(例えば、導電性カーボン(A)、および導電性カーボン(B)に触媒活物質が担持されてなる触媒担時導電性カーボンと、プロトン伝導性高分子とを、水やアルコール系溶媒等の溶媒に添加して電極触媒層インクを調製する。電極触媒層インクには、触媒活物質が担持されていない導電性カーボン(例えば、導電性カーボン(C))が含まれてもよい。得られた電極触媒層インクを、高分子電解質膜110のアノード側に塗布し、乾燥させて、電極触媒層120aを形成する。この際、塗布手段は特に制限されず、ダイコーター法、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、スプレー法等の従来公知の手段が用いられうる。同様に、高分子電解質膜110のカソード側にも電極触媒層インクを塗布し、乾燥させて、電極触媒層120cを形成する。なお、MEAを製造するにあたって、ある層を形成する際には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの所定のシート上に所望の層を形成させた後、当該層を配置したい面に転写し、シートを剥離することによって、所望の層を形成してもよい。   The MEA production method of the present invention is not particularly limited, and a conventionally known method can be appropriately employed. As an example, first, conductive carbon (for example, conductive carbon (A) and conductive carbon (B) having a catalyst active material supported on a catalytic active material, a proton-conductive polymer, Is added to a solvent such as water or an alcohol-based solvent to prepare an electrode catalyst layer ink, which contains conductive carbon (for example, conductive carbon (C)) that does not carry a catalyst active material. The obtained electrode catalyst layer ink is applied to the anode side of the polymer electrolyte membrane 110 and dried to form the electrode catalyst layer 120a, in which case the application means is not particularly limited. Conventionally known means such as a die coater method, a screen printing method, a doctor blade method, a spray method, etc. can be used, and the electrode catalyst layer ink is also applied to the cathode side of the polymer electrolyte membrane 110. The electrode catalyst layer 120c is formed by drying, and when the MEA is manufactured, when forming a certain layer, a desired layer is formed on a predetermined sheet such as polytetrafluoroethylene (PTFE). Thereafter, the desired layer may be formed by transferring the layer to a surface on which the layer is desired and peeling the sheet.

得られた積層体を、2枚のGDL(130a、130c)で挟持し、ホットプレスすることによって、本発明のMEAが製造される。この際、ホットプレスは、好ましくは、120〜150℃の温度で、電極面に対して5〜50kgf/cmの圧力で行うとよい。これにより、高分子電解質膜と電極触媒層との間の接合性が向上しうる。 The obtained laminate is sandwiched between two GDLs (130a, 130c) and hot pressed to produce the MEA of the present invention. At this time, the hot pressing is preferably performed at a temperature of 120 to 150 ° C. and a pressure of 5 to 50 kgf / cm 2 with respect to the electrode surface. Thereby, the bondability between the polymer electrolyte membrane and the electrode catalyst layer can be improved.

上記の形態に制限されず、例えば、アノード側およびカソード側の双方のGDL(130a、130c)に前記電極触媒層インクを塗布し、乾燥させて2枚の積層体を作製し、これらによって高分子電解質膜110を挟持することによって、MEAを製造してもよい。   For example, the electrode catalyst layer ink is applied to both the anode-side and cathode-side GDLs (130a, 130c) and dried to produce two laminates. The MEA may be manufactured by sandwiching the electrolyte membrane 110.

図2に示す形態のMEAを製造する際にも、その製造方法は特に制限されず、上記で説明した方法をもとに種々の方法が採用されうる。アノード側を例に挙げて説明すれば、まず高分子電解質膜110上に第1触媒層121aを形成するための電極触媒層インクを塗布し、乾燥させて、第1触媒層121aを形成する。続いて、同様の手法により、第2触媒層122a、およびGDL130aをこの順に形成する。カソード側についても同様に、高分子電解質膜110上に、第1触媒層121c、第2触媒層122c、およびガス拡散層130cをこの順に形成する。最後に、上記で説明したようにホットプレスを行って、図2に示す形態のMEAが製造されうる。なお、かような形態のみに制限されず、例えば、高分子電解質膜110上に第1触媒層(121a、121c)を形成し、GDL(130a、130c)上に第2触媒層(122a、122c)を形成して、第1触媒層と第2触媒層とが隣接する(121aと122aが隣接し、121cと122cとが隣接する)ように積層して、ホットプレスすることによっても、本発明のMEAが製造されうる。   When manufacturing the MEA having the form shown in FIG. 2, the manufacturing method is not particularly limited, and various methods can be employed based on the method described above. If the anode side is described as an example, first, an electrode catalyst layer ink for forming the first catalyst layer 121a is applied on the polymer electrolyte membrane 110 and dried to form the first catalyst layer 121a. Subsequently, the second catalyst layer 122a and the GDL 130a are formed in this order by the same method. Similarly, on the cathode side, a first catalyst layer 121c, a second catalyst layer 122c, and a gas diffusion layer 130c are formed in this order on the polymer electrolyte membrane 110. Finally, hot pressing is performed as described above, and the MEA having the configuration shown in FIG. 2 can be manufactured. Note that the present invention is not limited to such a form. For example, the first catalyst layer (121a, 121c) is formed on the polymer electrolyte membrane 110, and the second catalyst layer (122a, 122c) is formed on the GDL (130a, 130c). ), The first catalyst layer and the second catalyst layer are adjacent to each other (121a and 122a are adjacent, 121c and 122c are adjacent), and hot pressed. MEAs can be manufactured.

本発明のMEAは、PEFCの製造に用いられる。PEFCを製造する際には、本発明のMEAを挟持するように1対のセパレータを配置する。すなわち、本発明の第2は、本発明のMEAと、前記MEAを挟持するように配置された、1対のセパレータとを有するPEFCである。PEFCには、その他にも、必要に応じて種々の部材が設置されうる。例えば、PEFCに供給されたガスの外部へのリークを防ぐガスケットが配置されうる。   The MEA of the present invention is used for the production of PEFC. When manufacturing PEFC, a pair of separators are arranged so as to sandwich the MEA of the present invention. That is, the second of the present invention is a PEFC having the MEA of the present invention and a pair of separators arranged so as to sandwich the MEA. In addition, various members can be installed in the PEFC as necessary. For example, a gasket that prevents leakage of gas supplied to the PEFC to the outside can be arranged.

セパレータは、MEAで発生した電流を隣接する燃料電池に伝達する機能を有する。PEFCが多数のPEFCからなるスタックの端部に配置されている場合には、最外部に配置されたセパレータから電流が取り出されるか、または、最外部に配置されたセパレータに電流が流れ込む。   The separator has a function of transmitting current generated by the MEA to the adjacent fuel cell. When the PEFC is arranged at the end of a stack composed of a large number of PEFCs, current is taken out from the separator arranged at the outermost part, or current flows into the separator arranged at the outermost part.

セパレータは、GDLの触媒層に対向する面に、高分子電解質膜、電極触媒層、およびGDLを挟持するように配置される。すなわち、一方のセパレータは、GDL130aの電極触媒層120aが配置された面の反対側の面に、配置される。他方のセパレータは、GDL130cの電極触媒層120cが配置された面の反対側の面に、配置される。全体としては、2枚のセパレータによって、高分子電解質膜110、電極触媒層(120a、120c)、およびGDL(130a、130c)が、挟持される。その結果、セパレータ/GDL130a/電極触媒層120a/高分子電解質膜110/電極触媒層120c/GDL130c/セパレータの順に配置された積層体(PEFC)が得られる。   The separator is disposed so as to sandwich the polymer electrolyte membrane, the electrode catalyst layer, and the GDL on the surface facing the GDL catalyst layer. That is, one separator is arrange | positioned on the surface on the opposite side to the surface where the electrode catalyst layer 120a of GDL130a is arrange | positioned. The other separator is disposed on the surface opposite to the surface on which the electrode catalyst layer 120c of the GDL 130c is disposed. As a whole, the polymer electrolyte membrane 110, the electrode catalyst layers (120a, 120c), and the GDL (130a, 130c) are sandwiched by two separators. As a result, a laminate (PEFC) in which separator / GDL 130a / electrode catalyst layer 120a / polymer electrolyte membrane 110 / electrode catalyst layer 120c / GDL 130c / separator is arranged in this order is obtained.

セパレータのGDL側の表面にはガス流路が形成され、ガス流路に所定のガスが供給される。ガス流路を流通するガスは、GDLに流入し、GDLで拡散されて、最終的にはMEAに供給される。ガス流路は、MEAにおける発電反応に伴って生成した水を外部に排出するためにも用いられる。MEAで生成した水は、GDLを介してセパレータのガス流路に搬送され、ガス流路を経てPEFCの外部に排出される。ガス流路は、セパレータがGDL側の表面に有する凹凸によって形成される。   A gas channel is formed on the GDL side surface of the separator, and a predetermined gas is supplied to the gas channel. The gas flowing through the gas flow path flows into the GDL, is diffused by the GDL, and is finally supplied to the MEA. The gas flow path is also used to discharge water generated along with the power generation reaction in the MEA to the outside. The water produced by the MEA is transported to the gas flow path of the separator via the GDL, and is discharged outside the PEFC through the gas flow path. The gas flow path is formed by irregularities that the separator has on the surface on the GDL side.

PEFCの製造方法については、特に限定されない。公知技術や新たに得られた知見が適宜参照されうる。本発明のPEFCは、種々の用途に用いられうる。特に、長期間にわたる耐久性が求められる用途、例えば、車両や定置用電源として、本発明のPEFCは有益である。すなわち、本発明の第3は、本発明のPEFCを搭載する車両である。   The method for producing PEFC is not particularly limited. Known techniques and newly obtained knowledge can be referred to as appropriate. The PEFC of the present invention can be used for various applications. In particular, the PEFC of the present invention is useful for applications requiring durability over a long period of time, for example, a vehicle or a stationary power source. That is, the third aspect of the present invention is a vehicle equipped with the PEFC of the present invention.

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。しかし、下記実施例は、一実施例を例示したに過ぎず、本発明の技術的範囲は、下記の形態に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following embodiment only illustrates one embodiment, and the technical scope of the present invention is not limited to the following form.

以下の実施例においては、導電性カーボンとして、X線回折法(XRD)を用いた学振法(稲垣道夫、炭素 No.36、25−34(1963))により測定された格子面間隔(d002)の値がそれぞれ異なる、以下の3種のカーボンブラックを用いた。
・カーボンブラック(A):VulcanXC72R(Cabot社製)を2700℃で熱処理して得たカーボンブラック(比表面積:70m/g、格子面間隔(d002):3.43Å)
・カーボンブラック(B):VulcanXC72R(Cabot社製)を800℃で熱処理して得たカーボンブラック(比表面積:220m/g、格子面間隔(d002):3.63Å)
・カーボンブラック(C):ブラックパール2000(Cabot社製)を400℃で熱処理して得たカーボンブラック(比表面積:1500m/g、格子面間隔(d002):3.69Å)
<実施例1>
以下に示す方法により、アノード側およびカソード側ともに2層からなる電極触媒層が形成されたMEAを作製した。
In the following examples, the lattice spacing (d) measured by the Gakushin method (Michio Inagaki, Carbon No. 36, 25-34 (1963)) using X-ray diffraction (XRD) as conductive carbon. The following three types of carbon black having different values of ( 002 ) were used.
Carbon black (A): carbon black obtained by heat-treating Vulcan XC72R (manufactured by Cabot) at 2700 ° C. (specific surface area: 70 m 2 / g, lattice spacing (d 002 ): 3.43 mm)
Carbon black (B): carbon black obtained by heat-treating Vulcan XC72R (manufactured by Cabot) at 800 ° C. (specific surface area: 220 m 2 / g, lattice spacing (d 002 ): 3.63 mm)
Carbon black (C): carbon black obtained by heat-treating Black Pearl 2000 (manufactured by Cabot) at 400 ° C. (specific surface area: 1500 m 2 / g, lattice spacing (d 002 ): 3.69 mm)
<Example 1>
By the method described below, an MEA having an electrode catalyst layer composed of two layers on both the anode side and the cathode side was produced.

触媒活物質として白金(Pt、平均粒径3nm)を担持するカーボンブラック(B)を準備した。触媒活物質である白金と導電性カーボンであるカーボンブラック(B)との質量比は、50:50であった。これに、プロトン伝導性高分子としてイオン交換容量が1100g/ewのナフィオン水溶液(アルドリッチ社製、5質量%ナフィオン溶液)、およびエチレングリコールを加えて混合し、導電性カーボン(カーボンブラック(B))、触媒活物質、およびプロトン伝導性高分子を含む電極触媒層インクAを調製した。   Carbon black (B) carrying platinum (Pt, average particle diameter 3 nm) as a catalyst active material was prepared. The mass ratio of platinum as the catalyst active material and carbon black (B) as the conductive carbon was 50:50. To this, a Nafion aqueous solution (5% by mass Nafion solution manufactured by Aldrich) having an ion exchange capacity of 1100 g / ew as a proton conductive polymer and ethylene glycol are added and mixed to form conductive carbon (carbon black (B)). Electrode catalyst layer ink A containing a catalyst active material and a proton conductive polymer was prepared.

プロトン伝導性高分子電解質膜(デュポン社製、商品名ナフィオン112、膜厚:50μm)の片側に、白金担持量が0.30mg/cm、触媒層の厚みが5μm、塗布面積が50×50mmとなるように、ダイコーター法により電極触媒層インクAを塗布した。塗布後、塗膜を風乾し、プロトン伝導性高分子電解質膜のカソード側に電極触媒層(カソード側第1触媒層)を成膜した。同様の方法を用いて、プロトン伝導性高分子電解質膜の逆側(アノード側)に、白金担持量が0.30mg/cm、触媒層の厚みが8μm、塗布面積が50×50mmである電極触媒層(アノード側第1触媒層)を成膜した。なお、上記で成膜された各第1触媒層において、導電性カーボン(白金を担持するカーボンブラック(B))に対するプロトン伝導性高分子の質量比(プロトン伝導性高分子の質量/導電性カーボンの質量)は、0.85であった。 On one side of a proton conductive polymer electrolyte membrane (DuPont, Nafion 112, film thickness: 50 μm), the amount of platinum supported is 0.30 mg / cm 2 , the catalyst layer thickness is 5 μm, and the coating area is 50 × 50 mm. Then, the electrode catalyst layer ink A was applied by a die coater method. After coating, the coating film was air-dried, and an electrode catalyst layer (cathode side first catalyst layer) was formed on the cathode side of the proton conducting polymer electrolyte membrane. Using the same method, an electrode having a platinum loading of 0.30 mg / cm 2 , a catalyst layer thickness of 8 μm, and a coating area of 50 × 50 mm on the opposite side (anode side) of the proton conductive polymer electrolyte membrane A catalyst layer (anode-side first catalyst layer) was formed. In each first catalyst layer formed as described above, the mass ratio of proton conductive polymer to conductive carbon (carbon black (B) supporting platinum) (mass of proton conductive polymer / conductive carbon). ) Was 0.85.

電極のガス拡散層として、アノード側およびカソード側ともに、カーボンペーパー(東レ株式会社製、TGP−H−060)を55×55mmに切り出したものを準備した。カーボンペーパーは、フッ素樹脂の水性ディスパージョン(ダイキン工業株式会社製、D1)を純水で希釈した溶液に2分間浸漬した後、60℃にて10分間乾燥することにより、撥水処理した。撥水処理後のカーボンペーパー中には、テトラフルオロエチレン粒子が25質量%含浸されていた。   As the gas diffusion layer of the electrode, a carbon paper (TGP-H-060, manufactured by Toray Industries, Inc.) cut out to 55 × 55 mm was prepared on both the anode side and the cathode side. The carbon paper was subjected to water repellent treatment by immersing it in a solution obtained by diluting an aqueous dispersion of fluororesin (D1 manufactured by Daikin Industries, Ltd.) with pure water for 2 minutes and then drying at 60 ° C. for 10 minutes. The carbon paper after the water repellent treatment was impregnated with 25% by mass of tetrafluoroethylene particles.

続いて、触媒活物質として白金(Pt、平均粒径3nm)を担持するカーボンブラック(A)を準備した。触媒活物質である白金と導電性カーボンであるカーボンブラック(A)との質量比は、50:50であった。これに、触媒活物質を担持していないカーボンブラック(C)、プロトン伝導性高分子であるイオン交換容量が1100g/ewのナフィオン水溶液(アルドリッチ社製、5質量%ナフィオン溶液)、およびエチレングリコールを加えて混合し、導電性カーボン(カーボンブラック(A)およびカーボンブラック(C))、触媒活物質、およびプロトン伝導性高分子を含む電極触媒層インクBを調製した。   Subsequently, carbon black (A) carrying platinum (Pt, average particle diameter 3 nm) as a catalyst active material was prepared. The mass ratio of platinum as the catalyst active material and carbon black (A) as the conductive carbon was 50:50. Carbon black (C) which does not carry a catalyst active material, Nafion aqueous solution (5% by mass Nafion solution manufactured by Aldrich) having an ion exchange capacity of 1100 g / ew, which is a proton conductive polymer, and ethylene glycol In addition, an electrode catalyst layer ink B containing conductive carbon (carbon black (A) and carbon black (C)), a catalyst active material, and a proton conductive polymer was prepared by mixing.

上記で作製した撥水処理後のカーボンペーパー(カソード側)の片面に、白金担持量が0.10mg/cm、触媒層の厚みが4μm、カーボンブラック(C)の含有量が0.05mg/cmとなるように、スプレー法により電極触媒層インクBを塗布した。塗布後、塗膜を風乾し、片面に電極触媒層(カソード側第2触媒層)を有するガス拡散基板を得た。同様の方法を用いて、撥水処理後のカーボンペーパー(アノード側)の片面に電極触媒層インクBを塗布し、片面に電極触媒層(アノード側第2触媒層)を有するガス拡散基板を得た。なお、上記で成膜された各第2触媒層において、導電性カーボン(白金を担持するカーボンブラック(B))に対するプロトン伝導性高分子の質量比(プロトン伝導性高分子の質量/導電性カーボンの質量)は、0.85であった。 On one side of the water-repellent treated carbon paper (cathode side) produced above, the platinum loading amount is 0.10 mg / cm 2 , the catalyst layer thickness is 4 μm, and the carbon black (C) content is 0.05 mg / cm 2 . Electrode catalyst layer ink B was applied by a spray method so as to be cm 2 . After coating, the coating film was air-dried to obtain a gas diffusion substrate having an electrode catalyst layer (cathode side second catalyst layer) on one side. Using a similar method, the electrode catalyst layer ink B is applied to one side of the carbon paper (anode side) after the water repellent treatment, and a gas diffusion substrate having an electrode catalyst layer (anode side second catalyst layer) on one side is obtained. It was. In each of the second catalyst layers formed as described above, the mass ratio of proton conductive polymer to conductive carbon (carbon black (B) supporting platinum) (mass of proton conductive polymer / conductive carbon). ) Was 0.85.

次に、プロトン伝導性高分子電解質膜の両側に電極触媒層が形成された積層体とガス拡散基板とを、カソード側およびアノード側ともに、第1触媒層と第2触媒層とが隣接するように配置し、120℃、20kgf/cmの条件で1分間ホットプレスすることによって、MEAを作製した。作製されたMEAについて、燃料電池としての性能(初期セル電圧およびセル電圧保持率)を評価した。結果を表1に示す。なお、表1には、導電性カーボン(B)と導電性カーボン(A)との合計量に対する前記導電性カーボン(B)の質量比Xの値、および、導電性カーボン(A)と導電性カーボン(C)との合計量に対する前記導電性カーボン(A)の質量比Yの値も併せて示す。 Next, the laminated body in which the electrode catalyst layer is formed on both sides of the proton conductive polymer electrolyte membrane and the gas diffusion substrate are arranged so that the first catalyst layer and the second catalyst layer are adjacent to each other on the cathode side and the anode side. The MEA was manufactured by placing the film on the substrate and hot pressing it under conditions of 120 ° C. and 20 kgf / cm 2 for 1 minute. About the produced MEA, the performance (initial cell voltage and cell voltage holding ratio) as a fuel cell was evaluated. The results are shown in Table 1. Table 1 shows the value of the mass ratio X of the conductive carbon (B) to the total amount of the conductive carbon (B) and the conductive carbon (A), and the conductive carbon (A) and the conductive carbon. The value of the mass ratio Y of the conductive carbon (A) to the total amount with the carbon (C) is also shown.

初期セル電圧は、大気圧、セル温度70℃の条件下で、電流密度1.0A/cmで発電させた際のセル電圧を測定することにより評価した。燃料ガスとしては水素ガス、酸化剤としては空気を供給し、いずれのガスも60℃で加湿を行った上で、セルに供給した。 The initial cell voltage was evaluated by measuring the cell voltage when power was generated at a current density of 1.0 A / cm 2 under conditions of atmospheric pressure and cell temperature of 70 ° C. Hydrogen gas was supplied as the fuel gas, and air was supplied as the oxidant. Both gases were humidified at 60 ° C. and then supplied to the cell.

セル電圧保持率は、以下の手順で評価した。初期セル電圧を評価した条件と同一の条件で1時間連続発電を行った後、発電を終了した。発電終了後、アノード極、カソード極ともに、10分間セルへの窒素パージを行った。1時間セルを放置して、再度同条件で連続運転を行った。この一連の操作を起動停止の条件とし、初期のセル電圧に対する1000回起動停止を繰り返した後のセル電圧のセル電圧保持率{(起動停止1000回後のセル電圧/初期セル電圧)×100(%)}を算出した。セル電圧保持率が高いほど、耐久性が優れていることを示す。   The cell voltage holding ratio was evaluated by the following procedure. After continuous power generation for 1 hour under the same conditions as those for evaluating the initial cell voltage, power generation was terminated. After power generation was completed, the cell was purged with nitrogen for 10 minutes for both the anode and cathode. The cell was left for 1 hour and continuously operated again under the same conditions. With this series of operations as conditions for starting and stopping, the cell voltage holding ratio of the cell voltage after repeating the starting and stopping 1000 times with respect to the initial cell voltage {(cell voltage after starting and stopping 1000 times / initial cell voltage) × 100 ( %)} Was calculated. The higher the cell voltage holding ratio, the better the durability.

<実施例2>
アノード側およびカソード側双方の第1触媒層において、カーボンブラック(B)の含有量を0.24mg/cmとし、双方の第2触媒層において、カーボンブラック(A)の含有量を0.16mg/cmとしたこと以外は、実施例1と同様の手法により、MEAを作製し、燃料電池としての性能を評価した。結果を表1に示す。
<Example 2>
In both the anode side and cathode side first catalyst layers, the carbon black (B) content is 0.24 mg / cm 2, and in both second catalyst layers, the carbon black (A) content is 0.16 mg. An MEA was produced in the same manner as in Example 1 except that the density was set to / cm 2, and the performance as a fuel cell was evaluated. The results are shown in Table 1.

<実施例3>
アノード側およびカソード側双方の第1触媒層において、カーボンブラック(B)の含有量を0.20mg/cmとし、双方の第2触媒層において、カーボンブラック(A)の含有量を0.20mg/cmとしたこと以外は、実施例1と同様の手法により、MEAを作製し、燃料電池としての性能を評価した。結果を表1に示す。
<Example 3>
In both the anode side and cathode side first catalyst layers, the carbon black (B) content is 0.20 mg / cm 2, and in both second catalyst layers, the carbon black (A) content is 0.20 mg. An MEA was produced in the same manner as in Example 1 except that the density was set to / cm 2, and the performance as a fuel cell was evaluated. The results are shown in Table 1.

<実施例4>
アノード側およびカソード側双方の第1触媒層において、カーボンブラック(B)の含有量を0.16mg/cmとし、双方の第2触媒層において、カーボンブラック(A)の含有量を0.24mg/cmとしたこと以外は、実施例1と同様の手法により、MEAを作製し、燃料電池としての性能を評価した。結果を表1に示す。
<Example 4>
In both the anode side and cathode side first catalyst layers, the carbon black (B) content is 0.16 mg / cm 2, and in both second catalyst layers, the carbon black (A) content is 0.24 mg. An MEA was produced in the same manner as in Example 1 except that the density was set to / cm 2, and the performance as a fuel cell was evaluated. The results are shown in Table 1.

<実施例5>
アノード側およびカソード側双方の第1触媒層において、カーボンブラック(B)の含有量を0.37mg/cmとし、双方の第2触媒層において、カーボンブラック(A)の含有量を0.03mg/cmとしたこと以外は、実施例1と同様の手法により、MEAを作製し、燃料電池としての性能を評価した。結果を表1に示す。
<Example 5>
In the first catalyst layer on both the anode side and the cathode side, the carbon black (B) content is 0.37 mg / cm 2, and in both the second catalyst layers, the carbon black (A) content is 0.03 mg. An MEA was produced in the same manner as in Example 1 except that the density was set to / cm 2, and the performance as a fuel cell was evaluated. The results are shown in Table 1.

<実施例6>
アノード側およびカソード側双方の第1触媒層において、カーボンブラック(B)の含有量を0.10mg/cmとし、双方の第2触媒層において、カーボンブラック(A)の含有量を0.30mg/cmとしたこと以外は、実施例1と同様の手法により、MEAを作製し、燃料電池としての性能を評価した。結果を表1に示す。
<Example 6>
In both the anode side and cathode side first catalyst layers, the carbon black (B) content is 0.10 mg / cm 2, and in both second catalyst layers, the carbon black (A) content is 0.30 mg. An MEA was produced in the same manner as in Example 1 except that the density was set to / cm 2, and the performance as a fuel cell was evaluated. The results are shown in Table 1.

<比較例1>
アノード側およびカソード側双方の第1触媒層において、カーボンブラック(B)の含有量を0.40mg/cmとし、双方の第2触媒層を形成しなかったこと以外は、実施例1と同様の手法により、MEAを作製し、燃料電池としての性能を評価した。結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
In the first catalyst layer on both the anode side and the cathode side, the content of carbon black (B) was set to 0.40 mg / cm 2, and both the second catalyst layers were not formed. The MEA was produced by the method described above, and the performance as a fuel cell was evaluated. The results are shown in Table 1.

<比較例2>
アノード側およびカソード側双方の第1触媒層において、カーボンブラック(B)の含有量を0.40mg/cmとし、双方の第2触媒層においては、白金およびカーボンブラック(A)を含有させず、カーボンブラック(C)のみを0.05mg/cmの含有量で含有させたこと以外は、実施例1と同様の手法により、MEAを作製し、燃料電池としての性能を評価した。結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
The carbon black (B) content is 0.40 mg / cm 2 in the first catalyst layer on both the anode side and the cathode side, and platinum and carbon black (A) are not contained in both the second catalyst layers. An MEA was produced by the same method as in Example 1 except that only carbon black (C) was contained at a content of 0.05 mg / cm 2 , and the performance as a fuel cell was evaluated. The results are shown in Table 1.

Figure 2006012449
Figure 2006012449

表1からわかるように、本発明のMEAを備えるPEFCは、セル電圧保持率が高い。したがって、長期間にわたる耐久性に優れる。   As can be seen from Table 1, the PEFC including the MEA of the present invention has a high cell voltage holding ratio. Therefore, it is excellent in durability over a long period of time.

本発明のMEAの一実施形態の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of one Embodiment of MEA of this invention. 本発明のMEAの他の実施形態の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of other embodiment of MEA of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…膜電極接合体、110…高分子電解質膜、120a…アノード側電極触媒層、120c…カソード側電極触媒層、130a…アノード側ガス拡散層、130c…カソード側ガス拡散層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Membrane electrode assembly, 110 ... Polymer electrolyte membrane, 120a ... Anode side electrode catalyst layer, 120c ... Cathode side electrode catalyst layer, 130a ... Anode side gas diffusion layer, 130c ... Cathode side gas diffusion layer

Claims (11)

高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜を挟持する、1対の電極触媒層と、
前記電極触媒層の前記高分子電解質膜に対向する面に、前記高分子電解質膜、前記電極触媒層を挟持するように配置された、1対のガス拡散層と、を有する膜電極接合体であって、
前記電極触媒層は、導電性カーボン、前記導電性カーボンに担持されてなる触媒活物質、およびプロトン伝導性高分子を含み、
前記電極触媒層の少なくとも一方が、少なくとも、導電性カーボン(A)と、格子面間隔(d002)の値が前記導電性カーボン(A)より大きい導電性カーボン(B)と、前記格子面間隔(d002)の値が前記導電性カーボン(B)より大きい導電性カーボン(C)とを含む、膜電極接合体。
A polymer electrolyte membrane;
A pair of electrode catalyst layers sandwiching the polymer electrolyte membrane;
A membrane electrode assembly comprising: a surface of the electrode catalyst layer facing the polymer electrolyte membrane; and a pair of gas diffusion layers disposed so as to sandwich the polymer electrolyte membrane and the electrode catalyst layer. There,
The electrode catalyst layer includes conductive carbon, a catalytic active material supported on the conductive carbon, and a proton conductive polymer,
At least one of the electrode catalyst layers includes at least conductive carbon (A), conductive carbon (B) having a lattice spacing (d 002 ) value greater than the conductive carbon (A), and lattice spacing. A membrane electrode assembly comprising conductive carbon (C) having a value of (d 002 ) greater than the conductive carbon (B).
前記導電性カーボン(A)および前記導電性カーボン(B)には前記触媒活物質が担持されてなり、前記導電性カーボン(C)には前記触媒活物質が担持されていない、請求項1に記載の膜電極接合体。   The conductive carbon (A) and the conductive carbon (B) are loaded with the catalytic active material, and the conductive carbon (C) is not loaded with the catalytic active material. The membrane electrode assembly as described. 前記導電性カーボンを含む電極触媒層は、膜電極接合体の構成要素が積層される方向に積層された2つの層からなり、
前記電極触媒層を構成する2つの層は、前記高分子電解質膜側に配置されている、前記導電性カーボン(B)を含む層と、前記ガス拡散層側に配置されている、前記導電性カーボン(A)および前記導電性カーボン(C)を含む層とからなる、請求項1または2に記載の膜電極接合体。
The electrode catalyst layer containing conductive carbon consists of two layers laminated in the direction in which the constituent elements of the membrane electrode assembly are laminated,
The two layers constituting the electrode catalyst layer are disposed on the polymer electrolyte membrane side, the layer containing the conductive carbon (B), and the conductive layer disposed on the gas diffusion layer side. The membrane electrode assembly according to claim 1 or 2, comprising a layer containing carbon (A) and the conductive carbon (C).
前記導電性カーボン(B)の有する前記格子面間隔(d002)の値は、3.48〜3.66Åである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の膜電極接合体。 The value of the lattice spacing (d 002) having the electrically conductive carbon (B) is a 3.48~3.66A, membrane electrode assembly according to any one of claims 1-3. 前記導電性カーボン(A)の有する前記格子面間隔(d002)の値は、3.48Å未満である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の膜電極接合体。 The value of the lattice spacing (d 002) having the electrically conductive carbon (A) is less than 3.48A, the membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 4. 前記導電性カーボン(C)の有する前記格子面間隔(d002)の値は、3.66Åより大きい、請求項1〜5のいずれか1項に記載の膜電極接合体。 The value of the lattice spacing (d 002) having the electrically conductive carbon (C) is, 3.66A larger, membrane electrode assembly according to any one of claims 1-5. 前記触媒活物質は、白金、イリジウム、銀、およびパラジウムからなる群から選択される1種または2種以上の金属を含有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の膜電極接合体。   The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 6, wherein the catalytic active material contains one or more metals selected from the group consisting of platinum, iridium, silver, and palladium. . 前記導電性カーボン(A)と前記導電性カーボン(B)との合計量に対する前記導電性カーボン(B)の質量比Xは、0.3≦X≦0.9である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の膜電極接合体。   The mass ratio X of the conductive carbon (B) to the total amount of the conductive carbon (A) and the conductive carbon (B) is 0.3 ≦ X ≦ 0.9. The membrane electrode assembly according to any one of the above. 前記導電性カーボン(A)と前記導電性カーボン(C)との合計量に対する前記導電性カーボン(A)の質量比Yは、0.5≦Y<1.0である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の膜電極接合体。   The mass ratio Y of the conductive carbon (A) to the total amount of the conductive carbon (A) and the conductive carbon (C) is 0.5 ≦ Y <1.0. The membrane electrode assembly according to any one of the above. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の膜電極接合体と、
前記膜電極接合体を挟持するように配置された、1対のセパレータと、を有する固体高分子型燃料電池。
The membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 9,
A solid polymer fuel cell comprising: a pair of separators disposed so as to sandwich the membrane electrode assembly.
請求項10に記載の固体高分子型燃料電池を搭載する車両。   A vehicle on which the polymer electrolyte fuel cell according to claim 10 is mounted.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006057139A1 (en) * 2004-11-25 2006-06-01 Nissan Motor Co., Ltd. Solid polymer type fuel cell
JP2007329067A (en) * 2006-06-09 2007-12-20 Shin Etsu Chem Co Ltd Electrolyte membrane/electrode assembly, and solid polymer fuel cell using it
JP2008027848A (en) * 2006-07-25 2008-02-07 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp Fuel cell catalyst layer
WO2009020734A1 (en) * 2007-08-09 2009-02-12 Panasonic Corporation Electrodes for use in hydrocarbon-based membrane electrode assemblies of direct oxidation fuel cells
JP2010205466A (en) * 2009-03-02 2010-09-16 Toppan Printing Co Ltd Membrane electrode assembly, method for manufacturing the same, and polymer electrolyte fuel cell
JP2010212127A (en) * 2009-03-11 2010-09-24 Toppan Printing Co Ltd Membrane electrode assembly, method of manufacturing the same, and polymer electrolyte fuel cell
WO2016152506A1 (en) * 2015-03-23 2016-09-29 日産自動車株式会社 Carbon powder for fuel cell, catalyst using said carbon powder for fuel cell, electrode catalyst layer, membrane electrode assembly, and fuel cell

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006057139A1 (en) * 2004-11-25 2006-06-01 Nissan Motor Co., Ltd. Solid polymer type fuel cell
US7901836B2 (en) 2004-11-25 2011-03-08 Nissan Motor Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell
US8329359B2 (en) 2004-11-25 2012-12-11 Nissan Motor Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell
JP2007329067A (en) * 2006-06-09 2007-12-20 Shin Etsu Chem Co Ltd Electrolyte membrane/electrode assembly, and solid polymer fuel cell using it
JP2008027848A (en) * 2006-07-25 2008-02-07 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp Fuel cell catalyst layer
WO2009020734A1 (en) * 2007-08-09 2009-02-12 Panasonic Corporation Electrodes for use in hydrocarbon-based membrane electrode assemblies of direct oxidation fuel cells
JP2010205466A (en) * 2009-03-02 2010-09-16 Toppan Printing Co Ltd Membrane electrode assembly, method for manufacturing the same, and polymer electrolyte fuel cell
US8617771B2 (en) 2009-03-02 2013-12-31 Toppan Printing Co., Ltd. Membrane electrode assembly, manufacturing method thereof and fuel cell
JP2010212127A (en) * 2009-03-11 2010-09-24 Toppan Printing Co Ltd Membrane electrode assembly, method of manufacturing the same, and polymer electrolyte fuel cell
WO2016152506A1 (en) * 2015-03-23 2016-09-29 日産自動車株式会社 Carbon powder for fuel cell, catalyst using said carbon powder for fuel cell, electrode catalyst layer, membrane electrode assembly, and fuel cell

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