JP2006185855A - Method of producing electrode catalyst ink and electrode catalyst layer obtained from the electrode catalyst ink - Google Patents

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学 加世田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of producing an electrode catalyst ink for forming a catalyst layer in which platinum black is highly dispersed. <P>SOLUTION: The temperature of a mixture comprising a polymer electrolyte and a fluorine compound is controlled to 40 to 70°C, and the platinum black is added to the mixture. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電極触媒インクの製造方法に関し、より詳細には白金黒を用いた電極触媒インクの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an electrode catalyst ink, and more particularly to a method for producing an electrode catalyst ink using platinum black.

燃料電池は、電極反応による生成物が原理的に水であるクリーンな発電システムであり、その中でも固体高分子型燃料電池は、他の燃料電池と比較し低温で動作することから、自動車等の移動体用動力源として期待されている。   A fuel cell is a clean power generation system in which the product of an electrode reaction is water in principle. Among them, a polymer electrolyte fuel cell operates at a lower temperature than other fuel cells. Expected to be a power source for moving objects.

しかし燃料電池には、長時間の連続運転や起動停止などの様々な原因によって生じる燃料(アノード)極および酸素(カソード)極の電位の変化に伴い、電極触媒層中のカーボンを主成分とする触媒担体に腐食が発生して電極性能が低下するという、改善すべき点がある。例えば、固体高分子型燃料電池の燃料極および酸素極において、電極が貴な電位環境(>約1.0V)になった場合、電極触媒層中のカーボンの電気化学的な酸化反応、つまりカーボンの腐食が進行する。カーボンの腐食が進行すると、カーボンから剥離した白金が他の白金と凝集することにより、白金の表面積が低下し、有効に使用される触媒量が減少するため電池性能が低下する。カーボンの腐食反応は、下記化学式1に示すように水を酸化剤として二酸化炭素を生成する反応が進行していると考えられる。   However, in fuel cells, the main component is carbon in the electrode catalyst layer as the potential of the fuel (anode) electrode and oxygen (cathode) electrode changes due to various causes such as long-term continuous operation and start / stop. There is a point to be improved in that corrosion of the catalyst carrier occurs and the electrode performance deteriorates. For example, when the electrode is in a noble potential environment (> about 1.0 V) at the fuel electrode and oxygen electrode of the polymer electrolyte fuel cell, the electrochemical oxidation reaction of carbon in the electrode catalyst layer, that is, carbon Corrosion progresses. As the corrosion of the carbon progresses, the platinum peeled off from the carbon aggregates with other platinum, thereby reducing the surface area of the platinum and reducing the amount of the catalyst that is effectively used, thereby reducing the battery performance. As shown in the following chemical formula 1, the carbon corrosion reaction is considered to be a reaction in which carbon dioxide is generated using water as an oxidizing agent.

Figure 2006185855
Figure 2006185855

そこで、従来ではカーボンを主成分とする担体および触媒の代わりに、白金が非常に細かな海綿状になった白金黒を用いることにより、カーボン腐食の影響を受けない電極触媒層を作製しようとする試みがある。特許文献1には、含フッ素イオン交換樹脂と、含フッ素化合物溶媒とを含む溶液を調製し、次いで当該溶液に平均粒径3μmの白金黒を分散させ、得られる混合液の粘度を100〜20000cPとなるよう調製した前記混合液を電極触媒インクとして用い、電極触媒層を作製する方法が開示されている。
特開2002−151088号公報
Therefore, in the past, an attempt was made to produce an electrocatalyst layer that was not affected by carbon corrosion by using platinum black in which platinum was formed in a very fine spongy form instead of a carrier and catalyst mainly composed of carbon. There is an attempt. In Patent Document 1, a solution containing a fluorine-containing ion exchange resin and a fluorine-containing compound solvent is prepared, platinum black having an average particle size of 3 μm is then dispersed in the solution, and the viscosity of the resulting mixture is 100 to 20000 cP. A method for producing an electrode catalyst layer using the mixed liquid prepared as described above as an electrode catalyst ink is disclosed.
JP 2002-151088 A

しかしながら、従来の方法では電極触媒インクを調製する過程において白金黒の粒子が著しく凝集するため、触媒利用率およびガス拡散性に優れる電極触媒層を得ることが困難であった。特許文献1に記載の方法も、白金黒を加えたと同時に白金黒の粒子が凝集・沈降するため得られた電極触媒インクを基板上に塗布することが困難であり、さらに白金黒の粒子が凝集しているため白金黒を高分散した電極触媒層を得ることはできない。   However, in the conventional method, platinum black particles are remarkably agglomerated in the process of preparing the electrocatalyst ink, and it is difficult to obtain an electrocatalyst layer excellent in catalyst utilization and gas diffusibility. In the method described in Patent Document 1, it is difficult to apply the obtained electrocatalyst ink on the substrate because platinum black particles are aggregated and settled at the same time as platinum black is added. Therefore, an electrode catalyst layer in which platinum black is highly dispersed cannot be obtained.

本発明は、白金黒を高分散した電極触媒層を作製するための電極触媒インクの製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for producing an electrode catalyst ink for producing an electrode catalyst layer in which platinum black is highly dispersed.

本発明者は、電極触媒インクの製造方法を詳細に検討した結果、白金黒を添加する際の混合液の温度を調節することにより上記問題を解決できることを見出した。すなわち本発明は、高分子電解質およびフッ素化合物を含む混合液の温度を40〜70℃に調節し、前記混合液中に白金黒を添加することを特徴とする電極触媒インクの製造方法により上記課題を解決する。   As a result of examining the production method of the electrocatalyst ink in detail, the present inventor has found that the above problem can be solved by adjusting the temperature of the mixed liquid when adding platinum black. That is, the present invention provides a method for producing an electrocatalyst ink characterized by adjusting the temperature of a mixed solution containing a polymer electrolyte and a fluorine compound to 40 to 70 ° C. and adding platinum black to the mixed solution. To solve.

本発明により白金黒の分散度の高い電極触媒インクを得ることができる。   According to the present invention, an electrocatalyst ink having a high degree of dispersion of platinum black can be obtained.

本発明の第一は、高分子電解質、フッ素化合物および白金黒を含む電極触媒インクの製造方法であり、高分子電解質およびフッ素化合物からなる混合液の温度を40〜70℃にし、混合液中に白金黒を添加する電極触媒インクの製造方法である。   The first of the present invention is a method for producing an electrocatalyst ink containing a polymer electrolyte, a fluorine compound and platinum black. The temperature of the mixed liquid comprising the polymer electrolyte and the fluorine compound is set to 40 to 70 ° C. It is a manufacturing method of the electrode catalyst ink which adds platinum black.

本発明の方法では、白金黒を添加する際の混合液の温度を40〜70℃、好ましくは50〜65℃とする。これにより、白金黒を高分散させた電極触媒インクが得られる。混合液の温度を上記範囲に調整することで白金黒の分散性が改善するメカニズムは明らかではないが、混合液の温度を上げることによって、フッ素化合物の分子鎖が十分に伸びた構造に変化し、これらが三次元的に空間配列することで白金黒の凝集・沈降を抑制した結果であると予想される。混合液の温度が上記範囲内であると、添加した白金黒が混合液中で凝集しにくく塗布性に優れるために好ましい。また、70℃を超過すると、電極触媒インクがゲル化するおそれがある。混合液を上記所定の温度に調節するには、ウォーターバス、オイルバスなどの手段を用いて行えばよい。   In the method of the present invention, the temperature of the mixed solution when adding platinum black is 40 to 70 ° C, preferably 50 to 65 ° C. Thereby, an electrode catalyst ink in which platinum black is highly dispersed is obtained. Although the mechanism by which the dispersibility of platinum black is improved by adjusting the temperature of the mixed solution to the above range is not clear, increasing the temperature of the mixed solution changes the structure of the fluorine compound molecular chain to a sufficiently elongated structure. These are expected to be the result of suppressing the aggregation and sedimentation of platinum black by spatially arranging these three-dimensionally. It is preferable that the temperature of the mixed solution is within the above range because the added platinum black is less likely to aggregate in the mixed solution and has excellent coating properties. Moreover, when it exceeds 70 degreeC, there exists a possibility that an electrode catalyst ink may gelatinize. In order to adjust the mixed solution to the predetermined temperature, a water bath, an oil bath or the like may be used.

混合液に白金黒を添加した後の攪拌時間は、白金黒の分散度合いや溶媒の揮発性などにより適宜決定することができるが、60分以上混合攪拌すると白金黒の分散性が向上するため好ましい。攪拌手段としてホモジナイザーなどを用いてもよいし、前記攪拌手段に加えてボールミル、ビーズミル、ジェットミル、超音波装置などを用いることもできる。このとき、電極触媒インク温度は上記所定の温度に維持する必要がある。   The stirring time after adding platinum black to the mixed solution can be appropriately determined depending on the degree of dispersion of platinum black, the volatility of the solvent, etc., but it is preferable because mixing and stirring for 60 minutes or more improves the dispersibility of platinum black. . A homogenizer or the like may be used as the stirring means, and in addition to the stirring means, a ball mill, a bead mill, a jet mill, an ultrasonic device, or the like may be used. At this time, the electrode catalyst ink temperature needs to be maintained at the predetermined temperature.

電極触媒インクの粘度は1〜20Pa・s(1,000〜20,000cps)であることが好ましく、より好ましくは1.2〜18Pa・s(1,200〜18,000cps)であり、更に好ましくは1.5〜15Pa・s(1,500〜15,000cps)である。電極触媒インクの粘度が1Pa・s(1,000cps)以上であると、白金黒が混合液中で凝集しにくく電極触媒インクの塗布性に優れるために好ましく、20Pa・s(20,000cps)以下であると、高分子電解質と白金黒とを均一に混合できることや、粘度が大きすぎず塗布性に優れるため好ましい。上述の粘度は電極触媒インクの温度が40〜70℃の際の値である。粘度は電極触媒インクの構成要素の比を変えることにより適宜調整することができ、粘度調整剤を用いることによっても適宜調整することができる。粘度の測定はB形粘度計、TV−10形粘度計、TV−20形粘度計などを用いて行うことができる。   The viscosity of the electrode catalyst ink is preferably 1 to 20 Pa · s (1,000 to 20,000 cps), more preferably 1.2 to 18 Pa · s (1,200 to 18,000 cps), and still more preferably. Is 1.5 to 15 Pa · s (1,500 to 15,000 cps). It is preferable that the viscosity of the electrode catalyst ink is 1 Pa · s (1,000 cps) or more because platinum black is less likely to aggregate in the mixed solution and is excellent in the application property of the electrode catalyst ink, and is 20 Pa · s (20,000 cps) or less It is preferable that the polymer electrolyte and platinum black can be uniformly mixed, and the viscosity is not too high and the coating property is excellent. The above-mentioned viscosity is a value when the temperature of the electrode catalyst ink is 40 to 70 ° C. The viscosity can be adjusted as appropriate by changing the ratio of the constituent elements of the electrode catalyst ink, and can also be adjusted as appropriate by using a viscosity modifier. Viscosity can be measured using a B type viscometer, a TV-10 type viscometer, a TV-20 type viscometer, or the like.

次に、電極触媒インクの構成要素について詳細に説明する。   Next, components of the electrode catalyst ink will be described in detail.

(白金黒)
本発明で用いられる白金黒の平均粒径は2〜20nmであることが好ましく、より好ましくは2〜18nm、更に好ましくは2〜15nmである。白金黒の平均粒径が2nm以上であると電極触媒インクを用いて作製した電極触媒層が貴な電位環境下に曝されても白金黒が溶解・溶出が進行しにくいため好ましく、20nm以下であると望ましい触媒活性を得られるため好ましい。
(Platinum black)
The average particle diameter of platinum black used in the present invention is preferably 2 to 20 nm, more preferably 2 to 18 nm, and still more preferably 2 to 15 nm. It is preferable that the average particle diameter of platinum black is 2 nm or more because platinum black does not easily dissolve and dissolve even when an electrode catalyst layer prepared using an electrode catalyst ink is exposed to a noble potential environment. It is preferable because a desired catalytic activity can be obtained.

平均粒径は、X線回析における白金の回析ピークの半値幅より求められる結晶子径、または透過型電子顕微鏡における観察結果から得られる粒径をもとに、平均値を算出することで得られる。   The average particle size is calculated by calculating the average value based on the crystallite size determined from the half-value width of the diffraction peak of platinum in X-ray diffraction or the particle size obtained from the observation result in a transmission electron microscope. can get.

(フッ素化合物)
フッ素化合物は、炭素数1〜6の含フッ素アルコール、炭素数1〜6の含フッ素エーテル、および炭素数1〜6の含フッ素アルカンからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。上述のフッ素化合物を用いることにより電極触媒インク中の白金黒の分散性を高めることができ、分散状態を安定化させることができる。
(Fluorine compound)
The fluorine compound is preferably at least one selected from the group consisting of a fluorine-containing alcohol having 1 to 6 carbon atoms, a fluorine-containing ether having 1 to 6 carbon atoms, and a fluorine-containing alkane having 1 to 6 carbon atoms. By using the above-mentioned fluorine compound, the dispersibility of platinum black in the electrode catalyst ink can be enhanced, and the dispersion state can be stabilized.

炭素数1〜6の含フッ素アルコールとして、2,2,2−トリフルオロエタノール、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパノール、2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブタノール、および1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノールなどが挙げられる。炭素数1〜6の含フッ素化エーテルとして、2,2,3,3,3,−ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルフルオロメチルエーテル、および1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−トリフルオロメチルプロピルメチルエーテルなどが挙げられる。炭素数1〜6の含フッ素アルカンとして、1,3−ジクロロ−1,1,2,2,3−ペンタフルオロプロパン、1,1−ジクロロ−2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパン、1,1,1,2,3,4,4,5,5,5−デカフルオロペンタン、および1,1,1−トリクロロ−2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパンなどが挙げられる。   As the fluorine-containing alcohol having 1 to 6 carbon atoms, 2,2,2-trifluoroethanol, 2,2,3,3,3-pentafluoropropanol, 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutanol , And 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-propanol. Examples of the fluorinated ether having 1 to 6 carbon atoms include 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl methyl ether, 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl fluoromethyl ether, and 1,1 , 3,3,3-pentafluoro-2-trifluoromethylpropyl methyl ether and the like. 1,3-dichloro-1,1,2,2,3-pentafluoropropane, 1,1-dichloro-2,2,3,3,3-pentafluoropropane as a fluorine-containing alkane having 1 to 6 carbon atoms 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-decafluoropentane, 1,1,1-trichloro-2,2,3,3,3-pentafluoropropane, etc. It is done.

フッ素化合物は、分子中にトリフルオロメチル基および/またはクロロジフルオロメチル基と、水酸基および/または水素とを有していることが好ましい。上述の官能基を有するフッ素化合物を用いることにより混合液の粘度を適切な範囲にすることができる。   The fluorine compound preferably has a trifluoromethyl group and / or chlorodifluoromethyl group, a hydroxyl group and / or hydrogen in the molecule. By using the above-mentioned fluorine compound having a functional group, the viscosity of the mixed solution can be adjusted to an appropriate range.

電極触媒インクにおける白金黒とフッ素化合物との質量比は1:10〜1:500であることが好ましく、より好ましくは1:25〜1:350である。白金黒とフッ素化合物との質比量が上述の範囲内であると、混合液の粘度を好ましい範囲に維持することができ、その結果、白金黒の分散性に優れ、塗布性に優れる電極触媒インクを作製できるため好ましい。フッ素化合物は、電極触媒インクを乾燥させる際にフッ素原子を電極触媒層に残し、他の大部分は揮発する。燃料電池を長時間運転すると余剰な水分が電極触媒層内に蓄積され、フラッディングなどを引き起こすおそれがある。フッ素原子が電極触媒層内に残留することにより、余剰水分の除去能力を向上させることができる。   The mass ratio of platinum black and fluorine compound in the electrode catalyst ink is preferably 1:10 to 1: 500, more preferably 1:25 to 1: 350. When the mass ratio of platinum black and fluorine compound is within the above range, the viscosity of the mixed liquid can be maintained within a preferable range, and as a result, the electrode catalyst having excellent dispersibility of platinum black and excellent coating properties. This is preferable because an ink can be produced. The fluorine compound leaves fluorine atoms in the electrode catalyst layer when the electrode catalyst ink is dried, and most of the other is volatilized. When the fuel cell is operated for a long time, excessive moisture is accumulated in the electrode catalyst layer, which may cause flooding. Since the fluorine atoms remain in the electrode catalyst layer, the ability to remove excess water can be improved.

(高分子電解質)
高分子電解質としては特に限定されず公知のものを用いることができるが、高いプロトン伝導性を有するものが好ましい。高いプロトン伝導性を有する高分子電解質としては、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体、リン酸などの無機酸を炭化水素系高分子化合物にドープさせたもの、一部がプロトン伝導性の官能基で置換された有機/無機ハイブリッドポリマー、高分子マトリックスにリン酸溶液や硫酸溶液を含浸させたプロトン伝導体などが挙げられる。スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体としては、デュポン株式会社製NAFION(登録商標)、旭硝子株式会社製FLEMION(登録商標)、旭化成ケミカルズ株式会社製ACIPLEX(登録商標)などが挙げられる。
(Polymer electrolyte)
The polymer electrolyte is not particularly limited and known ones can be used, but those having high proton conductivity are preferable. Polymer electrolytes having high proton conductivity include perfluorocarbon polymers having a sulfonic acid group, those obtained by doping a hydrocarbon polymer compound with an inorganic acid such as phosphoric acid, and some proton-conducting functional groups And an organic / inorganic hybrid polymer substituted with a proton conductor in which a polymer matrix is impregnated with a phosphoric acid solution or a sulfuric acid solution. Examples of the perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid group include NAFION (registered trademark) manufactured by DuPont Co., Ltd., FLEMION (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., and ACIPLEX (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation.

電極触媒インクにおける白金黒と高分子電解質との質量比は1:0.1〜1:10であることが好ましく、より好ましくは1:0.5〜1:5である。白金黒に対する高分子電解質の質量比が0.1以上であると、高分子電解質が白金黒を十分に被覆した電極触媒層が得られるため電池初期において十分な性能を得ることができる。一方、高分子電解質の質量比が10以下であると、得られる電極触媒層において反応ガスの拡散に必要な細孔を確保できフラッディングの発生を防止することができる。また、高分子電解質の質量比が10を超過すると、得られる電極触媒層において白金黒を被覆する高分子電解質の層が厚くなり、反応ガスの拡散速度が低下するおそれがある。   The mass ratio of platinum black and polymer electrolyte in the electrode catalyst ink is preferably 1: 0.1 to 1:10, more preferably 1: 0.5 to 1: 5. When the mass ratio of the polymer electrolyte to platinum black is 0.1 or more, an electrode catalyst layer in which the polymer electrolyte is sufficiently coated with platinum black can be obtained, so that sufficient performance can be obtained at the initial stage of the battery. On the other hand, when the mass ratio of the polymer electrolyte is 10 or less, pores necessary for the diffusion of the reaction gas can be secured in the obtained electrode catalyst layer, and flooding can be prevented. On the other hand, when the mass ratio of the polymer electrolyte exceeds 10, the layer of the polymer electrolyte covering platinum black in the obtained electrode catalyst layer becomes thick, and the reaction gas diffusion rate may decrease.

なお、高分子電解質とフッ素化合物とを混合する際に、高分子電解質は、固体高分子電解質を水および/またはメタノール、エタノール、プロパノールアルコール系溶媒に混合した溶液として用いてもよい。   In mixing the polymer electrolyte and the fluorine compound, the polymer electrolyte may be used as a solution in which the solid polymer electrolyte is mixed with water and / or methanol, ethanol, propanol alcohol solvent.

上記電極触媒インクの構成要素の混合比を調整しても、希望する粘度が得られなかった場合には、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、1,4−ジオキサン、n−プロピルエーテル、ジメチルスルホキシドなどの有機溶媒を混合液または電極触媒インクにさらに添加して粘度を調整してもよい。   If the desired viscosity is not obtained even after adjusting the mixing ratio of the constituent elements of the electrode catalyst ink, methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 1, An organic solvent such as 4-dioxane, n-propyl ether, or dimethyl sulfoxide may be further added to the mixed solution or the electrode catalyst ink to adjust the viscosity.

電極触媒インクには、PTFE、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)またはパーフルオロアルコキシ樹脂(PFA)などの撥水剤が含まれていてもよい。これらの撥水剤が含まれることにより、余剰水分の除去能力をより向上させることができる。   The electrode catalyst ink may contain a water repellent such as PTFE, polyvinylidene fluoride (PVDF), or perfluoroalkoxy resin (PFA). By including these water repellents, the ability to remove excess water can be further improved.

従来の方法により得られる電極触媒インクに含まれる白金黒の集合体の粒度分布のメジアン径は5〜30μmの範囲にあったが、本発明では、メジアン径が0.1〜2μmの範囲となるように白金黒を分散させることができ、白金黒を高分散させることができる。さらに、メジアン径が0.1〜2μmの範囲にあると電極触媒層の膜厚を後述の好ましい範囲にすることができる。   The median diameter of the particle size distribution of the platinum black aggregate contained in the electrocatalyst ink obtained by the conventional method was in the range of 5 to 30 μm. In the present invention, the median diameter is in the range of 0.1 to 2 μm. Thus, platinum black can be dispersed, and platinum black can be highly dispersed. Furthermore, when the median diameter is in the range of 0.1 to 2 μm, the film thickness of the electrode catalyst layer can be set to a preferable range described later.

本発明の第二は上述の製造方法により得られることを特徴とする電極触媒インクである。   A second aspect of the present invention is an electrode catalyst ink obtained by the above-described production method.

本発明の電極触媒インクは白金黒の分散性および塗布性に優れる。なお電極触媒インクはインク温度を40〜70℃に維持して攪拌を続けることにより白金黒が高分散した状態で保存することができる。また、上述の方法により得られた電極触媒インクはインク温度を39℃以下にしても、再び40〜70℃にして攪拌すると、沈殿した白金黒を再び高分散な状態にすることも可能である。   The electrode catalyst ink of the present invention is excellent in platinum black dispersibility and coatability. The electrode catalyst ink can be stored in a highly dispersed state of platinum black by maintaining the ink temperature at 40 to 70 ° C. and continuing stirring. In addition, the electrocatalyst ink obtained by the above-described method can make the precipitated platinum black into a highly dispersed state again by stirring at 40 to 70 ° C. even when the ink temperature is 39 ° C. or lower. .

本発明の第三は上述の電極触媒インクから得られる電極触媒層である。   The third of the present invention is an electrode catalyst layer obtained from the above-mentioned electrode catalyst ink.

本発明の電極触媒層は白金黒が高分散しているため、触媒利用率が高くガス拡散性にも優れ、また、貴な電位環境下に曝されても電池性能が低下し難くい。本発明の電極触媒層は、上述した電極触媒インクを固体高分子電解質膜上などに塗布および乾燥させる従来公知の方法を用いて作製することができる。   In the electrode catalyst layer of the present invention, platinum black is highly dispersed, so that the catalyst utilization rate is high and the gas diffusibility is excellent, and the battery performance is not easily lowered even when exposed to a noble potential environment. The electrode catalyst layer of the present invention can be produced by a conventionally known method in which the above-described electrode catalyst ink is applied and dried on a solid polymer electrolyte membrane or the like.

電極触媒インクの塗布は、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、またはカーテンコーター法などを用いることができる。電極触媒層は固体高分子電解質膜の他に、ガス拡散層上に形成してもよい。また、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製シートなどの基材上に形成した場合には、電極触媒層が形成されたPTFE製シートを、固体高分子電解質膜と電極触媒層とが接触するように積層してホットプレスした後に、PTFE製シートのみを剥がすなどすればよい。電極触媒層の厚みは1〜40μmとなるよう形成することが好ましく、より好ましくは5〜35μmである。電極触媒層の厚みが1μm以上であると、均一に成膜することができるため好ましく、40μm以下であるとフラッディングを抑えることができるため好ましい。   The electrode catalyst ink can be applied by a die coater method, a screen printing method, a doctor blade method, a spray method, a curtain coater method, or the like. The electrode catalyst layer may be formed on the gas diffusion layer in addition to the solid polymer electrolyte membrane. In addition, when formed on a base material such as a polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet, the PTFE sheet on which the electrode catalyst layer is formed is brought into contact with the solid polymer electrolyte membrane and the electrode catalyst layer. After lamination and hot pressing, only the PTFE sheet may be peeled off. The thickness of the electrode catalyst layer is preferably 1 to 40 μm, more preferably 5 to 35 μm. When the thickness of the electrode catalyst layer is 1 μm or more, a uniform film can be formed, and when the thickness is 40 μm or less, flooding can be suppressed.

前記電極触媒層は本発明の第一の方法により得られた電極触媒インクを用いることにより、白金黒の分散性に優れる。   The electrode catalyst layer is excellent in platinum black dispersibility by using the electrode catalyst ink obtained by the first method of the present invention.

また、触媒粒子が導電性担体に担持されてなる電極触媒と固体高分子電解質とにより構成される従来一般的な電極触媒層の一部分、特に導電性担体の腐食が生じ易い部分に、本発明の電極触媒層が配置されてもよい。これによっても耐久性に優れる電極触媒層が得られる。   In addition, in a part of a conventional general electrode catalyst layer composed of an electrode catalyst in which catalyst particles are supported on a conductive carrier and a solid polymer electrolyte, particularly in a portion where corrosion of the conductive carrier is likely to occur, An electrode catalyst layer may be disposed. This also provides an electrode catalyst layer with excellent durability.

本発明の第四は、上述した電極触媒層を有する燃料電池用膜・電極接合体(単に「MEA」とも記載する)である。本発明の白金黒が高分散された電極触媒層によれば、耐久性および発電性能に優れるMEAが得られる。   A fourth aspect of the present invention is a fuel cell membrane-electrode assembly (also simply referred to as “MEA”) having the above-described electrode catalyst layer. According to the electrode catalyst layer in which platinum black of the present invention is highly dispersed, an MEA excellent in durability and power generation performance can be obtained.

MEAの構成は、特に制限されないが、固体高分子電解質膜の両側に、アノード側電極触媒層およびアノード側ガス拡散層と、カソード側電極触媒層およびカソード側ガス拡散層とが、それぞれ対向して配置された構成を有する。   The structure of the MEA is not particularly limited, but the anode side electrode catalyst layer and the anode side gas diffusion layer, and the cathode side electrode catalyst layer and the cathode side gas diffusion layer are opposed to each other on both sides of the solid polymer electrolyte membrane. It has an arranged configuration.

本発明のMEAにおいて、上述した電極触媒層は、アノード側電極触媒層およびカソード側電極触媒層の少なくとも一方に用いられればよいが、カーボン担体の腐食が生じ易いカソード側電極触媒層に用いるのが好ましい。カソード側電極触媒層に上述した電極触媒層を用いた場合、アノード側電極触媒層には上述した電極触媒層の他、MEAに用いられる従来公知のアノード用電極触媒層を適用すればよい。しかし、耐久性などに優れることからアノード側電極触媒層およびカソード側電極触媒層の双方に、上述した本発明の電極触媒層が用いられるのがより好ましい。   In the MEA of the present invention, the above-described electrode catalyst layer may be used for at least one of the anode side electrode catalyst layer and the cathode side electrode catalyst layer, but it is used for the cathode side electrode catalyst layer in which corrosion of the carbon support is likely to occur. preferable. When the above-described electrode catalyst layer is used for the cathode-side electrode catalyst layer, a conventionally known anode electrode catalyst layer used for MEA may be applied to the anode-side electrode catalyst layer in addition to the above-described electrode catalyst layer. However, it is more preferable that the above-described electrode catalyst layer of the present invention is used for both the anode-side electrode catalyst layer and the cathode-side electrode catalyst layer because of excellent durability and the like.

なお、前記MEAは、上述した本発明の第三の電極触媒層を用いたことを特徴とするものであり、その他の固体高分子電解質膜、ガス拡散層などは従来公知のMEAにおいて一般的に用いられているものであれば特に制限なく用いることができる。従って、固体高分子電解質膜、ガス拡散層などの詳細な説明を省略する。   The MEA is characterized by using the above-mentioned third electrode catalyst layer of the present invention, and other solid polymer electrolyte membranes, gas diffusion layers and the like are generally used in conventionally known MEAs. If it is used, it can be used without particular limitation. Therefore, detailed description of the solid polymer electrolyte membrane, the gas diffusion layer, and the like is omitted.

本発明の第五は、上述したMEAを有する燃料電池である。述した通り本発明の電極触媒層は各特性に優れることから、これらを用いることにより高い発電性能を有する燃料電池が得られる。   A fifth aspect of the present invention is a fuel cell having the above-described MEA. As described above, since the electrode catalyst layer of the present invention is excellent in each characteristic, a fuel cell having high power generation performance can be obtained by using these.

前記燃料電池の種類としては、小型かつ高密度・高出力化が可能である固体高分子型燃料電池が好ましく挙げられる。   As the type of the fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell that is small in size and capable of high density and high output is preferably exemplified.

前記燃料電池の構成としては、特に限定されず、従来公知の技術を適宜利用すればよいが、一般的にはMEAをセパレータで挟持した構造を有する。MEAを挟持するセパレータとしては、緻密カーボングラファイト、炭素板等のカーボン製や、ステンレス等の金属製のものなど、従来公知のものであれば制限なく用いることができる。セパレータは、空気と燃料ガスとを分離する機能を有するものであり、それらの流路を確保するための流路溝が形成されてもよい。セパレータの厚さや大きさ、流路溝の形状などについては、特に限定されず、得られる燃料電池の出力特性などを考慮して適宜決定すればよい。   The configuration of the fuel cell is not particularly limited, and a conventionally known technique may be used as appropriate. Generally, the fuel cell has a structure in which an MEA is sandwiched between separators. As the separator for sandwiching the MEA, any conventionally known separator such as a carbon made of dense carbon graphite, a carbon plate, or a metal such as stainless steel can be used without limitation. The separator has a function of separating air and fuel gas, and a channel groove for securing the channel may be formed. The thickness and size of the separator, the shape of the flow channel, and the like are not particularly limited, and may be appropriately determined in consideration of the output characteristics of the obtained fuel cell.

さらに、燃料電池が所望する電圧等を得られるように、セパレータを介してMEAを複数積層して直列に繋いだスタックを形成してもよい。燃料電池の形状などは、特に限定されず、所望する電圧などの電池特性が得られるように適宜決定すればよい。   Furthermore, a stack in which a plurality of MEAs are stacked via a separator and connected in series may be formed so that the fuel cell can obtain a desired voltage or the like. The shape of the fuel cell is not particularly limited, and may be determined as appropriate so that desired battery characteristics such as voltage can be obtained.

以下、本発明に関して実施例を用いてより具体的に説明する。なお、本発明は、下記実施例のみに限定されることはない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, this invention is not limited only to the following Example.

(実施例1)
[ガス拡散層の作製]
カーボンペーパー(東レ株式会社製TGP−H−060、厚さ180μm)を、55×55mm角に打ち抜いた後、PTFEの水性ディスパージョン溶液(ダイキン工業株式会社製D1、PTFE60質量%含有)を純水で所定の濃度に希釈した溶液中に2分浸漬させた後、オーブン内にて60℃、10分間乾燥させ、カーボンペーパーを撥水処理した。このとき、カーボンペーパー中のPTFE含有量は25質量%であった。
Example 1
[Production of gas diffusion layer]
Carbon paper (TGP-H-060 manufactured by Toray Industries, Inc., 180 μm thick) is punched into a 55 × 55 mm square, and then an aqueous dispersion solution of PTFE (D1 manufactured by Daikin Industries, Ltd., containing 60% by mass of PTFE) is purified water. Then, the carbon paper was dipped in a solution diluted to a predetermined concentration for 2 minutes and then dried in an oven at 60 ° C. for 10 minutes to give the carbon paper a water repellent treatment. At this time, the PTFE content in the carbon paper was 25% by mass.

次に、撥水処理されたカーボンペーパー片側に、カーボンブラック(Cabot社製バルカンXC72R、比表面積220m/g)とポリテトラフルオロエチレン(三井・デュポンフロロケミカル株式会社製)とを2−プロパノール(和光純薬工業株式会社製、特級試薬)に均一に分散させたスラリー溶液を、スプレー法により塗布した。次に、乾燥させて、カーボンペーパー上にカーボン層(膜厚50μm)が形成されたガス拡散層を得た。ガス拡散層は、さらに不活性ガス雰囲気下350℃にて5分間熱処理を行った。カーボン層におけるカーボンとポリテトラフルオロエチレン(PTFE)との質量比は50:50であった。 Next, carbon black (Valcan XC72R manufactured by Cabot, specific surface area 220 m 2 / g) and polytetrafluoroethylene (manufactured by Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.) and 2-propanol (on one side of the water repellent treated carbon paper) A slurry solution uniformly dispersed in Wako Pure Chemical Industries, Ltd. (special grade reagent) was applied by a spray method. Next, it was dried to obtain a gas diffusion layer in which a carbon layer (film thickness 50 μm) was formed on carbon paper. The gas diffusion layer was further heat-treated at 350 ° C. for 5 minutes in an inert gas atmosphere. The mass ratio of carbon to polytetrafluoroethylene (PTFE) in the carbon layer was 50:50.

[電極触媒層の作製]
20℃で保持するよう設定したウォーターバス中のガラス容器に、高分子電解質溶液(デュポン株式会社製ナフィオン溶液DE520、高分子電解質含量5質量%)2.0gを加え、次いで2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパノール(アルドリッチ株式会社製)8.0gを徐々に滴下し、ホモジナイザーを用いて10分間混合・攪拌した。次いで、ウォーターバスの温度を50℃まで上昇させ、30分間混合・攪拌を行った。次に、この溶液に市販の白金黒触媒(ジョンソン・マッセイ株式会社製、HISPEC1000、平均粒径10nm)80mgを加え、50℃で3時間混合・攪拌を行い、電極触媒インクとした。この時の電極触媒インクの粘度は10Pa・s(10,000cps)であった。粘度は50℃で、B形粘度計(株式会社東京計器製、型番B−8L)を用いて測定を行った。この電極触媒インクを、固体高分子電解質膜(商品名ナフィオン112、デュポン株式会社製、膜厚50μm)の両面にダイコーター法により塗布、風乾し、電極触媒層を得た。得られた燃料極、酸素極の電極触媒層は、それぞれ、白金黒担持量0.50mg/cm、電極触媒層の厚み20μm、塗布面積50×50mm、固体高分子電解質と白金黒との質量比(固体高分子電解質/白金黒)は1.25であった。
[Production of electrode catalyst layer]
To a glass container in a water bath set to be kept at 20 ° C., 2.0 g of a polymer electrolyte solution (Nafion solution DE520 manufactured by DuPont, polymer electrolyte content 5 mass%) is added, and then 2, 2, 3, 8.0 g of 3,3-pentafluoropropanol (manufactured by Aldrich Co., Ltd.) was gradually added dropwise and mixed and stirred for 10 minutes using a homogenizer. Next, the temperature of the water bath was raised to 50 ° C., and mixing and stirring were performed for 30 minutes. Next, 80 mg of a commercially available platinum black catalyst (manufactured by Johnson Matthey, HISPEC 1000, average particle size 10 nm) was added to this solution, and the mixture was stirred and stirred at 50 ° C. for 3 hours to obtain an electrode catalyst ink. The viscosity of the electrode catalyst ink at this time was 10 Pa · s (10,000 cps). The viscosity was 50 ° C., and measurement was performed using a B-type viscometer (manufactured by Tokyo Keiki Co., Ltd., model number B-8L). This electrode catalyst ink was applied to both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane (trade name Nafion 112, manufactured by DuPont Co., Ltd., film thickness 50 μm) by a die coater method and air-dried to obtain an electrode catalyst layer. The obtained fuel electrode and oxygen electrode electrode catalyst layers each have a platinum black loading of 0.50 mg / cm 2 , an electrode catalyst layer thickness of 20 μm, a coating area of 50 × 50 mm, and a mass of the solid polymer electrolyte and platinum black. The ratio (solid polymer electrolyte / platinum black) was 1.25.

[MEAおよび単セルの組立て]
燃料極電極触媒層と酸素極電極触媒層とが両面に形成された固体高分子電解質膜を、予め作製しておいたガス拡散層2枚を用いて挟持した。その後、120℃、20kgf/cmの条件で、3分間ホットプレスすることによりMEAを作製し、これをグラファイト製セパレータで挟持し、さらに金メッキしたステンレス製集電板で挟持して、評価用単セルとした。
[Assembly of MEA and single cell]
A solid polymer electrolyte membrane having a fuel electrode electrode catalyst layer and an oxygen electrode electrode catalyst layer formed on both sides was sandwiched between two gas diffusion layers prepared in advance. Thereafter, an MEA was produced by hot pressing for 3 minutes at 120 ° C. and 20 kgf / cm 2 , and this was sandwiched between graphite separators and further sandwiched between gold-plated stainless steel current collector plates. A cell.

[初期特性と耐久性の評価]
燃料電池の初期特性と耐久性評価は、大気圧、セル温度70℃、燃料に水素ガス、酸化剤に空気ガスを用い、いずれのガスともに60℃で加湿を行い、セルへ供給した。この条件下で電流密度0.5A/cm時のセル電圧を測定した。一方、耐久性評価としては、上記と同じ条件で10分間連続発電を行った後、発電を終了し、終了時には燃料極、酸素極ともに単セルへのガス供給を停止し、10分間単セルを放置して、再度同条件で連続運転を行った。この操作を起動停止の条件とし、5,000回実施し、初期のセル電圧に対する起動停止後のセル電圧の保持率{(起動停止5,000回後のセル電圧/初期のセル電圧)×100(%)}を耐久性評価とした。その時の初期セル電圧は0.70Vであり、セル電圧保持率は97%であった。
[Evaluation of initial characteristics and durability]
The initial characteristics and durability of the fuel cell were evaluated by atmospheric pressure, a cell temperature of 70 ° C., hydrogen gas as a fuel, and air gas as an oxidant. Both gases were humidified at 60 ° C. and supplied to the cell. Under this condition, the cell voltage at a current density of 0.5 A / cm 2 was measured. On the other hand, as durability evaluation, after performing continuous power generation for 10 minutes under the same conditions as described above, power generation is terminated, and at the end of time, gas supply to the single cell is stopped for both the fuel electrode and the oxygen electrode, The operation was continued again under the same conditions. This operation is performed as a start / stop condition, and is performed 5,000 times. The cell voltage holding ratio after start / stop with respect to the initial cell voltage {(cell voltage after 5,000 start / stop / initial cell voltage) × 100 (%)} Was defined as durability evaluation. The initial cell voltage at that time was 0.70 V, and the cell voltage holding ratio was 97%.

(実施例2)
実施例1の2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパノールの重量を8.0gから4.0gとして電極触媒層を作製した以外は実施例1と同様にして、燃料電池単セルを組み立てて評価を行った。初期セル電圧は0.72Vであり、セル電圧保持率は92%であった。
(Example 2)
A fuel cell single cell was assembled in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst layer was prepared by changing the weight of 2,2,3,3,3-pentafluoropropanol of Example 1 from 8.0 g to 4.0 g. And evaluated. The initial cell voltage was 0.72 V, and the cell voltage holding ratio was 92%.

(実施例3)
実施例1の2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパノールの重量を8.0gから20gとして電極触媒層を作製した以外は実施例1と同様にして、燃料電池単セルを組み立てて評価を行った。このとき、50℃で測定した際の電極触媒インクの粘度は10Pa・s(10,000cps)であった。初期セル電圧は0.67Vであり、セル電圧保持率は94%であった。
(Example 3)
A fuel cell single cell was assembled and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst layer was prepared by changing the weight of 2,2,3,3,3-pentafluoropropanol of Example 1 from 8.0 g to 20 g. Went. At this time, the viscosity of the electrode catalyst ink measured at 50 ° C. was 10 Pa · s (10,000 cps). The initial cell voltage was 0.67 V, and the cell voltage holding ratio was 94%.

(実施例4)
実施例1の2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパノールを2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブタノールにして電極触媒層を作製した以外は実施例1と同様にして、燃料電池単セルを組み立てて評価を行った。このとき、50℃で測定した際の電極触媒インクの粘度は10Pa・s(10,000cps)であった。初期セル電圧は0.70Vであり、セル電圧保持率は97%であった。
Example 4
Except that a 2,2,3,3,3-pentafluoropropanol of Example 1 was changed to 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutanol and an electrode catalyst layer was prepared, the same as in Example 1 A fuel cell single cell was assembled and evaluated. At this time, the viscosity of the electrode catalyst ink measured at 50 ° C. was 10 Pa · s (10,000 cps). The initial cell voltage was 0.70 V, and the cell voltage holding ratio was 97%.

(実施例5)
実施例1の高分子電解質溶液の重量を2.0gから3.0gにして電極触媒層を作製した以外は実施例1と同様にして、燃料電池単セルを組み立てて評価を行った。このとき、50℃で測定した際の電極触媒インクの粘度は10Pa・s(10,000cps)であった。初期セル電圧は0.72Vであり、セル電圧保持率は92%であった。
(Example 5)
A fuel cell single cell was assembled and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst layer was prepared by changing the weight of the polymer electrolyte solution of Example 1 from 2.0 g to 3.0 g. At this time, the viscosity of the electrode catalyst ink measured at 50 ° C. was 10 Pa · s (10,000 cps). The initial cell voltage was 0.72 V, and the cell voltage holding ratio was 92%.

(実施例6)
実施例1の高分子電解質溶液の重量を2.0gから5.0gにして電極触媒層を作製した以外は実施例1と同様にして、燃料電池単セルを組み立てて評価を行った。このとき、50℃で測定した際の電極触媒インクの粘度は10Pa・s(10,000cps)であった。初期セル電圧は0.73Vであり、セル電圧保持率は91%であった。
(Example 6)
A fuel cell single cell was assembled and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst layer was prepared by changing the weight of the polymer electrolyte solution of Example 1 from 2.0 g to 5.0 g. At this time, the viscosity of the electrode catalyst ink measured at 50 ° C. was 10 Pa · s (10,000 cps). The initial cell voltage was 0.73 V, and the cell voltage holding ratio was 91%.

(実施例7)
実施例1のウォーターバスの温度を50℃から65℃にして電極触媒層を作製した以外は実施例1と同様にして、燃料電池単セルを組み立てて評価を行った。このとき、65℃で測定した際の電極触媒インクの粘度は14Pa・s(14,000cps)であった。初期セル電圧は0.67Vであり、セル電圧保持率は94%であった。
(Example 7)
A fuel cell single cell was assembled and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the electrode catalyst layer was produced by changing the temperature of the water bath of Example 1 from 50 ° C to 65 ° C. At this time, the viscosity of the electrode catalyst ink as measured at 65 ° C. was 14 Pa · s (14,000 cps). The initial cell voltage was 0.67 V, and the cell voltage holding ratio was 94%.

(実施例8)
実施例1のウォーターバスの温度を50℃から65℃にし、2−プロパノールを使用して、65℃で測定した際の電極触媒インクの粘度を10Pa・s(10,000cps)に調製して電極触媒層を作製した以外は実施例1と同様にして、燃料電池単セル評価を行った。初期セル電圧は0.70Vであり、セル電圧保持率は97%であった。
(Example 8)
The temperature of the water bath in Example 1 was changed from 50 ° C. to 65 ° C., and the viscosity of the electrode catalyst ink measured at 65 ° C. using 2-propanol was adjusted to 10 Pa · s (10,000 cps). A fuel cell single cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that the catalyst layer was prepared. The initial cell voltage was 0.70 V, and the cell voltage holding ratio was 97%.

(比較例1)
ウォーターバスの温度を20℃のまま維持する以外は実施例1と同様に電極触媒インクを調製したが、白金黒を添加したと同時に、ガラス容器内の電極触媒インク中で白金黒が凝集・沈降した。そのため、ダイコーター法による塗布ができず、ドクターブレード法による塗布も試みたが、白金黒の凝集・沈降が激しく、塗布を行うことができなかった。このため、比較例1の電極触媒インクでは所望の電極触媒層の形成はできず、膜・電極接合体を得ることはできなかった。
(Comparative Example 1)
An electrode catalyst ink was prepared in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the water bath was maintained at 20 ° C., but platinum black aggregated and settled in the electrode catalyst ink in the glass container at the same time as platinum black was added. did. For this reason, coating by the die coater method could not be performed and coating by the doctor blade method was attempted, but platinum black was agglomerated and settled so that coating could not be performed. For this reason, the electrode catalyst ink of Comparative Example 1 could not form a desired electrode catalyst layer, and a membrane / electrode assembly could not be obtained.

(比較例2)
2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパノールの代わりに、同質量のエタノールを使用した以外は実施例1と同様に電極触媒インクを調製したが、白金黒を添加したと同時に、ガラス容器内の電極触媒インク中で白金黒が凝集・沈降した。そのため、ダイコーター法による塗布ができず、ドクターブレード法による塗布も試みたが、白金黒の凝集・沈降が激しく、塗布を行うことができなかった。このため、比較例2の電極触媒インクでは所望の電極触媒層の形成はできず、膜・電極接合体を得ることはできなかった。
(Comparative Example 2)
An electrode catalyst ink was prepared in the same manner as in Example 1 except that ethanol of the same mass was used instead of 2,2,3,3,3-pentafluoropropanol. Platinum black aggregated and settled in the electrode catalyst ink. For this reason, coating by the die coater method could not be performed and coating by the doctor blade method was attempted, but platinum black was agglomerated and settled so that coating could not be performed. For this reason, the electrode catalyst ink of Comparative Example 2 could not form a desired electrode catalyst layer, and a membrane / electrode assembly could not be obtained.

(比較例3)
イオン交換容量が1.1meq/gであるテトラフルオロエチレンに基づく重合単位と、CF=CFOCFCF(CF)OCFCFSOHに基づく重合単位とからなる共重合体をエタノールに溶解させた。得られた混合液における共重合体の濃度を9.0wt%とすることにより高分子電解質溶液とした。この溶液に2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロパノール40.4gを添加して、溶液を調製した。次に、20℃で保持されたこの溶液11.1gに白金黒0.4gを添加したが、添加と同時に、溶液中で凝集・沈降が進んだ。また、20℃で測定した際の電極触媒インクの粘度は24Pa・s(24,000cps)であった。この電極触媒層インクでは、固体高分子電解質膜の両面にダイコーター法により塗布できなかったので、ドクターブレード法により電極触媒層を得た。他の条件は、実施例1に合わせて、膜・電極接合体を作製し、燃料電池単セル評価を行った。初期セル電圧は0.62Vであり、セル電圧保持率は84%であった。
(Comparative Example 3)
A copolymer comprising a polymerized unit based on tetrafluoroethylene having an ion exchange capacity of 1.1 meq / g and a polymerized unit based on CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) OCF 2 CF 2 SO 3 H in ethanol Dissolved. By setting the concentration of the copolymer in the obtained mixed solution to 9.0 wt%, a polymer electrolyte solution was obtained. To this solution, 40.4 g of 2,2,3,3,3-pentafluoropropanol was added to prepare a solution. Next, 0.4 g of platinum black was added to 11.1 g of this solution maintained at 20 ° C., and at the same time as the addition, aggregation and sedimentation proceeded in the solution. The viscosity of the electrode catalyst ink when measured at 20 ° C. was 24 Pa · s (24,000 cps). Since this electrode catalyst layer ink could not be applied to both sides of the solid polymer electrolyte membrane by the die coater method, an electrode catalyst layer was obtained by the doctor blade method. As for other conditions, a membrane / electrode assembly was prepared according to Example 1, and a single fuel cell evaluation was performed. The initial cell voltage was 0.62 V, and the cell voltage holding ratio was 84%.

実施例1〜8および比較例1〜3の結果を表1に示す。表1において、本願でいうフッ素化合物は溶媒の欄に記載してある。   Table 1 shows the results of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3. In Table 1, the fluorine compound referred to in the present application is described in the column of the solvent.

Figure 2006185855
Figure 2006185855

Claims (11)

高分子電解質、フッ素化合物および白金黒を含む電極触媒インクの製造方法であり、
高分子電解質およびフッ素化合物を含む混合液の温度を40〜70℃に調節し、
前記混合液中に白金黒を添加することを特徴とする電極触媒インクの製造方法。
A method for producing an electrocatalyst ink comprising a polymer electrolyte, a fluorine compound and platinum black,
Adjusting the temperature of the mixed solution containing the polymer electrolyte and the fluorine compound to 40 to 70 ° C .;
A method for producing an electrocatalyst ink, comprising adding platinum black to the mixed solution.
前記白金黒の平均粒径が2〜20nmであることを特徴とする請求項1に記載の電極触媒インクの製造方法。   The method for producing an electrocatalyst ink according to claim 1, wherein the platinum black has an average particle diameter of 2 to 20 nm. 前記電極触媒インクの粘度が1〜20Pa・sであることを特徴とする請求項1または2に記載の電極触媒インクの製造方法。   The method for producing an electrode catalyst ink according to claim 1, wherein the electrode catalyst ink has a viscosity of 1 to 20 Pa · s. 前記フッ素化合物は、炭素数1〜6の含フッ素アルコール、炭素数1〜6の含フッ素エーテル、および炭素数1〜6の含フッ素アルカンからなる群より選択される少なくとも1種からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電極触媒インクの製造方法。   The fluorine compound comprises at least one selected from the group consisting of a fluorine-containing alcohol having 1 to 6 carbon atoms, a fluorine-containing ether having 1 to 6 carbon atoms, and a fluorine-containing alkane having 1 to 6 carbon atoms. The method for producing an electrode catalyst ink according to claim 1. 前記フッ素化合物は、トリフルオロメチル基および/またはクロロジフルオロメチル基と、水酸基および/または水素原子と、を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の電極触媒インクの製造方法。   The method for producing an electrocatalyst ink according to claim 1, wherein the fluorine compound has a trifluoromethyl group and / or a chlorodifluoromethyl group, and a hydroxyl group and / or a hydrogen atom. . 前記白金黒と前記フッ素化合物との質量比が1:10〜1:500であることを特徴とする請求項1〜5に記載のいずれか電極触媒インクの製造方法。   The method for producing an electrode catalyst ink according to claim 1, wherein a mass ratio of the platinum black to the fluorine compound is 1:10 to 1: 500. 前記白金黒と前記高分子電解質との質量比が1:0.1〜1:10であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の電極触媒インクの製造方法。   The method for producing an electrocatalyst ink according to claim 1, wherein a mass ratio of the platinum black to the polymer electrolyte is 1: 0.1 to 1:10. 請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法により得られることを特徴とする電極触媒インク。   An electrode catalyst ink obtained by the production method according to claim 1. 請求項8に記載の電極触媒インクから得られる電極触媒層。   An electrode catalyst layer obtained from the electrode catalyst ink according to claim 8. 請求項9記載の電極触媒層を有するMEA。   An MEA having the electrode catalyst layer according to claim 9. 請求項10に記載のMEAを有する燃料電池。   A fuel cell comprising the MEA according to claim 10.
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