JP2006202598A - Fuel cell electrode and fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell electrode excellent in durability against fuel and industrial productivity, and to provide a fuel cell using the same. <P>SOLUTION: The fuel cell electrode comprises a catalyst layer composed of metal particles and/or metal carrying particles and a binder, and the binder contains alkylcellulose having an ionic group. The fuel cell using the fuel cell electrode is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料に対する耐久性が優れ、また工業生産性に優れた燃料電池用電極および該電極を使用した燃料電池に関するものである。   The present invention relates to an electrode for a fuel cell which is excellent in durability against fuel and excellent in industrial productivity, and a fuel cell using the electrode.

燃料電池は、排出物が少なく、かつエネルギー効率が高く、環境への負担の低い発電装置である。このため、近年の地球環境保護への高まりの中で再び脚光を浴びている。従来の大規模発電施設に比べ、比較的小規模の分散型発電施設、自動車や船舶など移動体の発電装置として、将来的にも期待されている発電装置である。また、小型移動機器、携帯機器の電源としても注目されており、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池の代替として、あるいは二次電池の充電器として、またあるいは二次電池との併用(ハイブリッド)により、携帯電話などの携帯機器やパソコンなどへの搭載が期待されている。   A fuel cell is a power generation device with low emissions, high energy efficiency, and low burden on the environment. For this reason, it is in the spotlight again in recent years to the protection of the global environment. Compared to conventional large-scale power generation facilities, this is a power generation device expected in the future as a relatively small-scale distributed power generation facility, and as a power generation device for mobile objects such as automobiles and ships. It is also attracting attention as a power source for small mobile devices and portable devices, as an alternative to secondary batteries such as nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries, as a charger for secondary batteries, or in combination with secondary batteries. (Hybrid) is expected to be installed in mobile devices such as mobile phones and personal computers.

高分子電解質型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell)においては、水素ガスを燃料とする従来の高分子電解質型燃料電池(以下、PEFCと記載する場合がある)に加えて、メタノールなどの燃料を直接供給する直接型燃料電池も注目されている。直接型燃料電池は、従来のPEFCに比べて出力が低いものの、燃料が液体で改質器を用いないために、エネルギー密度が高くなり、一充填あたりの携帯機器の使用時間が長時間になるという利点がある。   In polymer electrolyte fuel cells, in addition to conventional polymer electrolyte fuel cells using hydrogen gas as fuel (hereinafter sometimes referred to as PEFC), fuel such as methanol is directly used. Direct fuel cells to be supplied are also attracting attention. The direct fuel cell has a lower output than the conventional PEFC, but the fuel is liquid and does not use a reformer, so the energy density is high and the usage time of the portable device per filling is long. There is an advantage.

高分子電解質型燃料電池は通常、発電を担う反応の起こるアノードとカソードの電極と、アノードとカソードとの間でプロトン伝導体となる高分子電解質膜とが、膜電極複合体(MEA)を構成し、このMEAがセパレーターによって挟まれたセルをユニットとして構成されている。ここで、電極は、ガス拡散の促進と集(給)電を行う電極基材(ガス拡散電極あるいは集電体とも云う)と、実際に電気化学的反応場となる触媒層とから構成されている。たとえばPEFCのアノード電極では、水素ガスなどの燃料がアノード電極の触媒層で反応してプロトンと電子を生じ、電子は電極基材に伝導し、プロトンは高分子電解質膜へと伝導する。このため、アノード電極には、ガスの拡散性、電子伝導性、プロトン伝導性が良好なことが要求される。一方、カソード電極では、酸素や空気などの酸化ガスがカソード電極の触媒層で、高分子電解質膜から伝導してきたプロトンと、電極基材から伝導してきた電子とが反応して水を生成する。このため、カソード電極においては、ガス拡散性、電子伝導性、プロトン伝導性とともに、生成した水を効率よく排出することも必要となる。   In a polymer electrolyte fuel cell, an anode electrode and a cathode electrode in which a reaction responsible for power generation occurs, and a polymer electrolyte membrane serving as a proton conductor between the anode and the cathode constitute a membrane electrode assembly (MEA). A cell in which the MEA is sandwiched between separators is configured as a unit. Here, the electrode is composed of an electrode base material (also referred to as a gas diffusion electrode or a current collector) that promotes gas diffusion and collects (supply) electricity, and a catalyst layer that actually becomes an electrochemical reaction field. Yes. For example, in the anode electrode of PEFC, a fuel such as hydrogen gas reacts in the catalyst layer of the anode electrode to generate protons and electrons, and the electrons are conducted to the electrode substrate, and the protons are conducted to the polymer electrolyte membrane. For this reason, the anode electrode is required to have good gas diffusivity, electron conductivity, and proton conductivity. On the other hand, in the cathode electrode, an oxidizing gas such as oxygen or air is reacted with protons conducted from the polymer electrolyte membrane and electrons conducted from the electrode base material in the catalyst layer of the cathode electrode to produce water. For this reason, in the cathode electrode, it is necessary to efficiently discharge the generated water in addition to gas diffusibility, electron conductivity, and proton conductivity.

また、PEFCの中でも、メタノールなどを燃料とする直接型燃料電池においては、水素ガスを燃料とする従来のPEFCとは異なる性能が要求される。すなわち、直接型燃料電池においては、アノード電極ではメタノール水溶液などの燃料がアノード電極の触媒層で反応してプロトン、電子、二酸化炭素を生じ、電子は電極基材に伝導し、プロトンは高分子電解質に伝導し、二酸化炭素は電極基材を通過して系外へ放出される。このため、従来のPEFCのアノード電極の要求特性に加えて、メタノール水溶液などの燃料透過性や二酸化炭素の排出性も要求される。さらに、直接型燃料電池のカソード電極では、従来のPEFCと同様な反応に加えて、電解質膜を透過したメタノールなどの燃料と酸素あるいは空気などの酸化ガスがカソード電極の触媒層で、二酸化炭素と水を生成する反応も起こる。このため、従来のPEFCよりも生成水が多くなるため、さらに効率よく水を排出することが必要となる。   Among PEFCs, a direct fuel cell using methanol or the like as a fuel requires performance different from that of a conventional PEFC using hydrogen gas as a fuel. That is, in a direct type fuel cell, a fuel such as a methanol aqueous solution reacts with the catalyst layer of the anode electrode to produce protons, electrons, and carbon dioxide at the anode electrode, and the electrons are conducted to the electrode substrate, and the protons are polymer electrolyte. The carbon dioxide passes through the electrode substrate and is released out of the system. For this reason, in addition to the required characteristics of the anode electrode of the conventional PEFC, fuel permeability such as aqueous methanol solution and carbon dioxide emission are also required. Further, in the cathode electrode of the direct type fuel cell, in addition to the reaction similar to that of the conventional PEFC, fuel such as methanol that has permeated through the electrolyte membrane and oxidizing gas such as oxygen or air are mixed with carbon dioxide in the catalyst layer of the cathode electrode. Reactions that produce water also occur. For this reason, since generated water becomes more than conventional PEFC, it is necessary to discharge water more efficiently.

従来、触媒粒子の結着剤として “ナフィオン”(R)(デュポン社製)に代表されるパーフルオロ系プロトン伝導性ポリマーが使用されてきた(特許文献1)。しかし、これらのパーフルオロ系プロトン伝導性ポリマーを使用する場合、メタノール水溶液などを燃料とした直接液体燃料供給型燃料電池においては燃料の中のメタノールなどの濃度が高くなると、パーフルオロ系プロトン伝導性ポリマーが過度に膨潤し、触媒の脱落や流出が起こり、電池出力や耐久性に悪影響をおよぼすという問題があった。さらに、パーフルオロ系プロトン伝導性ポリマーはフッ素を使用するという点から価格も非常に高いものである。また、該文献には、アルコキシセルロースなどのパーフルオロ系プロトン伝導性ポリマー以外の結着剤も記載されているが、いずれも触媒層の耐久性と電池出力(結着剤のイオン伝導性不十分)を両立できなかった。   Conventionally, a perfluoro proton conductive polymer represented by “Nafion” (R) (manufactured by DuPont) has been used as a binder for catalyst particles (Patent Document 1). However, when these perfluoro proton conducting polymers are used, in the direct liquid fuel supply type fuel cell using methanol aqueous solution as the fuel, if the concentration of methanol in the fuel becomes high, the perfluoro proton conducting property is increased. There was a problem that the polymer swelled excessively, causing the catalyst to fall off or flow out, adversely affecting battery output and durability. Furthermore, perfluoro proton conductive polymers are very expensive in that they use fluorine. The document also describes binders other than perfluoro proton conductive polymers such as alkoxycellulose, but both of them show the durability of the catalyst layer and the battery output (insufficient ion conductivity of the binder). ) Was not compatible.

また、特許文献2、3においては、カルボキシメチルセルロース樹脂のアンモニウム塩やメチルセルロースを電極の結着剤に使用した例が記載されているが、用途が非水電解液を使用する電気二重層キャパシタの分野であり、燃料電池に使用できることは全く記載されていない。これは、要求される条件が、電気二重層キャパシタでは活性炭などの炭素材料との結着力と集電体金属との接着性などであり、燃料電池用途で要求される水(湿気)を含む燃料に対する耐久性、発電に伴う生成物の排出性(出力に影響)などと異なるためであり、通常、水または湿気を含む燃料が供給される電極に、耐水性に劣るカルボキシメチルセルロース樹脂のアンモニウム塩を結着剤に使用することは一般的には考えられない。
特表平10−507872号明細書 特公昭59−42448号明細書 特開平11−102844号明細書
Patent Documents 2 and 3 describe examples in which an ammonium salt of carboxymethylcellulose resin or methylcellulose is used as a binder for electrodes. The field of electric double layer capacitors uses a non-aqueous electrolyte. It is not described at all that it can be used for a fuel cell. This is because, in the electric double layer capacitor, the required conditions are a binding force with a carbon material such as activated carbon and an adhesive property with a current collector metal, and a fuel containing water (humidity) required for fuel cell applications. This is because the product is different from the durability of the product, the discharge of the product accompanying the power generation (influence on the output), etc., and the ammonium salt of carboxymethyl cellulose resin with poor water resistance is usually applied to the electrode supplied with water or fuel containing moisture It is not generally considered to use it as a binder.
No. 10-507872 specification Japanese Patent Publication No.59-42448 JP-A-11-102844

本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、燃料に対する耐久性が優れ、工業生産性に優れた燃料電池用電極および該電極を使用した燃料電池を提供しようとするものである。   In view of the background of the prior art, the present invention intends to provide a fuel cell electrode excellent in durability against fuel and excellent in industrial productivity, and a fuel cell using the electrode.

本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の燃料電池用電極は、金属粒子および/または金属担持体粒子および結着剤から構成される触媒層を有し、該結着剤としてイオン性基を有するアルキルセルロースを含有することを特徴とし、燃料電池は該燃料電池用電極を用いることを特徴とする。   The present invention employs the following means in order to solve such problems. That is, the fuel cell electrode of the present invention has a catalyst layer composed of metal particles and / or metal carrier particles and a binder, and contains an alkyl cellulose having an ionic group as the binder. The fuel cell is characterized by using the fuel cell electrode.

本発明によれば、燃料に対する耐久性が優れ、工業生産性に優れた燃料電池用電極を提供可能であり、かかる燃料電池用電極を用いることによって、耐久性の優れた高出力密度の燃料電池を提供することが可能となる。特に、水を含む液体燃料をアノードに供給するタイプの燃料電池に好適である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to provide a fuel cell electrode that is excellent in durability against fuel and excellent in industrial productivity. By using such a fuel cell electrode, a fuel cell having high durability and excellent durability. Can be provided. In particular, it is suitable for a fuel cell of a type that supplies liquid fuel containing water to the anode.

以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.

本発明の燃料電池用電極は、金属粒子および/または金属担持体粒子および結着剤から構成される触媒層を有し、該結着剤としてイオン性基を有するアルキルセルロースを含有することが必要である。   The fuel cell electrode of the present invention has a catalyst layer composed of metal particles and / or metal support particles and a binder, and needs to contain an alkyl cellulose having an ionic group as the binder. It is.

発明者らは、従来から結着剤として使用されていた高価なパーフルオロ系プロトン伝導性ポリマーに代わる安価な材料として、イオン性基を有するアルキルセルロースが意外にも燃料に対する耐久性が優れていることを見出し、さらに燃料電池としての出力に悪影響をおよぼさず、後述する電解質膜との組み合わせると高出力密度が得られることを突き止め本発明に至った。また、該結着剤前駆体(イオン性基を有するアルキルセルロースの塩)を含む触媒ペーストは、イオン性基を有するアルキルセルロースの塩を少量含むだけで増粘効果があり、非常に塗工性および保存安定性の優れた水系ペーストが得られる。   The inventors unexpectedly have superior durability to fuels of alkyl cellulose having an ionic group as an inexpensive material to replace the expensive perfluoro proton conductive polymer conventionally used as a binder. As a result, the present inventors have found that a high output density can be obtained when combined with an electrolyte membrane described later without adversely affecting the output as a fuel cell. In addition, the catalyst paste containing the binder precursor (alkyl cellulose salt having an ionic group) has a thickening effect only by containing a small amount of an alkyl cellulose salt having an ionic group, and is very coatable. In addition, an aqueous paste having excellent storage stability can be obtained.

すなわち、金属粒子および/または金属担持体粒子に対してイオン性基を有するアルキルセルロースの塩の少量の添加でこれらの粒子の結着性とペースト塗液の安定性を得ることができる。   That is, the binding property of these particles and the stability of the paste coating liquid can be obtained by adding a small amount of an alkyl cellulose salt having an ionic group to the metal particles and / or metal carrier particles.

イオン性基を有するアルキルセルロースのイオン性基としては、スルホン酸基( −SO(OH) )、硫酸基( −OSO(OH) )、スルホンイミド基( −SONHSOR(Rは有機基を表す。) )、ホスホン酸基( −PO(OH) )、リン酸基( −OPO(OH) )、カルボン酸基( −CO(OH) )、水酸基(−OH)およびこれらの塩等が挙げられる。また、これらのイオン性基は前記高分子材料中に2種類以上含むことができる。組み合わせはポリマーの構造などにより適宜決められる。これらのイオン性基のなかでも耐燃料性の観点からカルボン酸基が好ましく、イオン性基を有するアルキルセルロースとしてはカルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等が挙げられ、これらのNa塩、Mg塩、Ca塩、アンモニウム塩などが含まれていてもよい。
触媒層に含まれる結着剤の量としては、特に限定されるものではないが、重量比で0.1%以上50%以下の範囲が好ましく、1%以上30%以下の範囲がさらに好ましい。0.1%以上であれば、金属粒子の滑落が防げ、50%未満であれば、燃料やガス透過性の透過を阻害せず、燃料電池としての性能に対する悪影響が小さい。
As the ionic group of the alkyl cellulose having an ionic group, a sulfonic acid group (—SO 2 (OH)), a sulfuric acid group (—OSO 2 (OH)), a sulfonimide group (—SO 2 NHSO 2 R (R is Represents an organic group.)), Phosphonic acid group (—PO (OH) 2 ), phosphoric acid group (—OPO (OH) 2 ), carboxylic acid group (—CO (OH) 2), hydroxyl group (—OH) and these And the like. Further, two or more kinds of these ionic groups can be contained in the polymer material. The combination is appropriately determined depending on the structure of the polymer. Among these ionic groups, a carboxylic acid group is preferable from the viewpoint of fuel resistance, and examples of the alkyl cellulose having an ionic group include carboxymethyl cellulose and hydroxypropyl cellulose. These Na salts, Mg salts, and Ca salts , Ammonium salts and the like may be included.
The amount of the binder contained in the catalyst layer is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1% to 50% by weight, and more preferably in the range of 1% to 30%. If it is 0.1% or more, the metal particles can be prevented from sliding off, and if it is less than 50%, the permeation of fuel and gas permeability is not inhibited, and the adverse effect on the performance as a fuel cell is small.

また、本発明の燃料電池用電極には、前記イオン性基を有するアルキルセルロース以外のポリマーも結着剤として併用可能である。特にイオン伝導性を向上させる目的で、触媒の耐久性を損なわない程度に、イオン性基を有した高分子材料が使用できる。耐久性やコストの観点から、結着剤中のイオン性基を有するアルキルセルロースの含有率は30%以上100%以下が好ましく、50%以上がさらに好ましい。   In addition, in the fuel cell electrode of the present invention, a polymer other than the alkyl cellulose having the ionic group can be used as a binder. In particular, for the purpose of improving ionic conductivity, a polymer material having an ionic group can be used to the extent that the durability of the catalyst is not impaired. From the viewpoint of durability and cost, the content of the alkyl cellulose having an ionic group in the binder is preferably 30% or more and 100% or less, and more preferably 50% or more.

イオン性基を有した高分子材料の具体例としては、イオン伝導度、燃料耐久性などの観点から、主鎖に芳香環を有する高分子電解質材料が好ましく、イオン性基含有ポリフェニレンオキシド、イオン性基含有ポリエーテルケトン、イオン性基含有ポリエーテルエーテルケトン、イオン性基含有ポリエーテルスルホン、イオン性基含有ポリエーテルエーテルスルホン、イオン性基含有ポリエーテルホスフィンオキシド、イオン性基含有ポリエーテルエーテルホスフィンオキシド、イオン性基含有ポリフェニレンスルフィド、イオン性基含有ポリアミド、イオン性基含有ポリイミド、イオン性基含有ポリエーテルイミド、イオン性基含有ポリイミダゾール、イオン性基含有ポリオキサゾール、イオン性基含有ポリフェニレンなどの、イオン性基を有する芳香族炭化水素系ポリマーが挙げられる。また、燃料の種類や燃料濃度によっては、イオン性基含有ポリオレフィン、イオン性基含有パーフルオロポリマーも併用可能である。   As specific examples of the polymer material having an ionic group, a polymer electrolyte material having an aromatic ring in the main chain is preferable from the viewpoints of ionic conductivity, fuel durability, and the like. Group-containing polyetherketone, ionic group-containing polyetheretherketone, ionic group-containing polyethersulfone, ionic group-containing polyetherethersulfone, ionic group-containing polyetherphosphine oxide, ionic group-containing polyetheretherphosphine oxide , Ionic group-containing polyphenylene sulfide, ionic group-containing polyamide, ionic group-containing polyimide, ionic group-containing polyetherimide, ionic group-containing polyimidazole, ionic group-containing polyoxazole, ionic group-containing polyphenylene, Ionic group Aromatic hydrocarbon-based polymer and the like. Depending on the type of fuel and the fuel concentration, an ionic group-containing polyolefin or an ionic group-containing perfluoropolymer can be used in combination.

また、燃料耐久性をさらに向上させるためには、前記ポリマー群のイオン性基を含有しないものも併用可能である。また、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリパーフルオロアルキルビニルエーテルなどのフッ素原子を含むポリマーを添加することもできる。さらに、必要に応じて、放射線や金属アルコキシドなどを用いて架橋構造を導入してもよいし、多官能モノマーなどで架橋体のネットワークを形成されていてもよい。   Further, in order to further improve the fuel durability, those not containing an ionic group of the polymer group can be used in combination. Further, a polymer containing a fluorine atom such as polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyperfluoroalkyl vinyl ether, or the like can be added. Furthermore, if necessary, a crosslinked structure may be introduced using radiation, metal alkoxide, or the like, or a network of crosslinked bodies may be formed with a polyfunctional monomer or the like.

また、作業環境や、生産性、コスト等の観点からポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどの水溶性ポリマーの併用もでき、金属カップリング剤やエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ホルムアルデヒドなどによる架橋で耐水性をあげてもよい。   In addition, water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol and polyvinyl pyrrolidone can be used from the viewpoint of work environment, productivity, cost, etc., and water resistance is increased by crosslinking with metal coupling agents, epoxy resins, urethane resins, formaldehyde, etc. Also good.

金属粒子および/または金属担持体粒子については、一般公知のものが使用できる。例えば、金属粒子としては、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、金などの貴金属が好ましく用いられる。これらの内の1種類を単独で用いてもよいし、合金、混合物など、2種類以上を併用してもよい。   As the metal particles and / or metal carrier particles, generally known particles can be used. For example, noble metals such as platinum, palladium, ruthenium, rhodium, iridium and gold are preferably used as the metal particles. One of these may be used alone, or two or more of them, such as alloys and mixtures, may be used in combination.

また、上記金属を担持した粒子を使用することで、金属触媒の利用効率が向上し、電池性能の向上および低コスト化に寄与できることがある。担持体としては、炭素材料、SiO、TiO、ZrO、RuO、ゼオライトなどが使用できるが電子伝導性観点からの炭素材料が好ましい。 In addition, the use of the metal-supported particles may improve the utilization efficiency of the metal catalyst, and may contribute to improvement of battery performance and cost reduction. As the support, a carbon material, SiO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , RuO 2 , zeolite, or the like can be used, but a carbon material from the viewpoint of electron conductivity is preferable.

炭素材料としては、非晶質、結晶質の炭素材料が挙げられる。例えば、チャネルブラック、サーマルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックが電子伝導性と比表面積の大きさから好ましく用いられる。ファーネスブラックとしては、キャボット社製“バルカンXC−72”(R)、“バルカンP”(R)、“ブラックパールズ880”(R)、“ブラックパールズ1100”(R)、“ブラックパールズ1300”(R)、“ブラックパールズ2000”(R)、“リーガル400”(R)、ケッチェンブラック・インターナショナル社製“ケッチェンブラック”EC(R)、EC600JD、三菱化学社製#3150、#3250などが挙げられ、アセチレンブラックとしては電気化学工業社製“デンカブラック”(R)などが挙げられる。またカーボンブラックのほか、天然の黒鉛、ピッチ、コークス、ポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、フラン樹脂などの有機化合物から得られる人工黒鉛や炭素なども使用することができる。これらの炭素材料の形態としては、不定形粒子状のほか繊維状、鱗片状、チューブ状、円錐状、メガホン状のものも用いることができる。また、これら炭素材料を後処理加工したものを用いてもよい。これらは、前記、金属の担持体として使用しても、触媒層の電子伝導向上剤として単独で使用してもよい。   Examples of the carbon material include amorphous and crystalline carbon materials. For example, carbon black such as channel black, thermal black, furnace black, and acetylene black is preferably used because of its electron conductivity and specific surface area. Furnace Black includes “Vulcan XC-72” (R), “Vulcan P” (R), “Black Pearls 880” (R), “Black Pearls 1100” (R), “Black Pearls 1300” R), "Black Pearls 2000" (R), "Legal 400" (R), "Ketjen Black" EC (R), EC600JD, Mitsubishi Chemical Corporation # 3150, # 3250, etc. Examples of acetylene black include “DENKA BLACK” (R) manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd. In addition to carbon black, artificial graphite or carbon obtained from organic compounds such as natural graphite, pitch, coke, polyacrylonitrile, phenol resin, and furan resin can also be used. As the form of these carbon materials, in addition to irregular particles, fibers, scales, tubes, cones, and megaphones can also be used. Moreover, you may use what post-processed these carbon materials. These may be used as the metal carrier, or may be used alone as an electron conductivity improver for the catalyst layer.

本発明の燃料電池用電極の作製方法としては、通常公知の方法が適用できる。例えば、結着剤を溶媒で溶解後、金属粒子および/または金属担持体粒子を加え、撹拌混練することで触媒ペーストを作製し、電極用基材や電解質膜上に塗工、乾燥、必要によってはプレスを行うことで作製できる。   As a method for producing the fuel cell electrode of the present invention, a generally known method can be applied. For example, after dissolving the binder in a solvent, add metal particles and / or metal support particles, and knead and knead to prepare a catalyst paste, which is applied to the electrode substrate or electrolyte membrane, dried, and if necessary Can be produced by pressing.

本発明はイオン性基を有するアルキルセルロースを含むが、触媒ペーストとしてはイオン性基を有するアルキルセルロースの金属塩、またはアンモニウム塩の状態で使用することが好ましい。これらは、塗工後、塩酸や硫酸などの酸でプロトン置換を行うことができる。さらに、アンモニウム塩は、加熱して除去することもできるので、生産性の観点から特に好ましい。   The present invention includes an alkyl cellulose having an ionic group, but the catalyst paste is preferably used in the form of a metal salt of an alkyl cellulose having an ionic group or an ammonium salt. These can be proton-substituted with an acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid after coating. Furthermore, ammonium salts are particularly preferable from the viewpoint of productivity because they can be removed by heating.

結着剤の溶解に使用できる溶媒としては特に制限はないが、イオン性基を有するアルキルセルロースの誘導体を使用する場合は水が好ましい。また、併用するポリマーによっては、水と有機溶剤との混合系や水と有機溶剤とのエマルジョンで使用できる。有機溶剤の例としては、例えば、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ヘキサメチルホスホントリアミド等の非プロトン性極性溶媒、γ−ブチロラクトン、酢酸ブチルなどのエステル系溶媒、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート系溶媒、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のアルキレングリコールモノアルキルエーテル、あるいはイソプロパノール、n−プロパノール、エタノール、メタノールなどのアルコール系溶媒、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒などが挙げられる。   Although there is no restriction | limiting in particular as a solvent which can be used for melt | dissolution of a binder, Water is preferable when using the derivative | guide_body of the alkyl cellulose which has an ionic group. Further, depending on the polymer used in combination, it can be used in a mixed system of water and an organic solvent or an emulsion of water and an organic solvent. Examples of organic solvents include, for example, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, hexamethylphosphone. Aprotic polar solvents such as triamide, ester solvents such as γ-butyrolactone and butyl acetate, carbonate solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene Alkylene glycol monoalkyl ethers such as glycol monoethyl ether, alcohol solvents such as isopropanol, n-propanol, ethanol, methanol, , And the like aromatic solvents xylene.

触媒ペーストの塗工方法としては、通常公知の方法が使用でき、スプレーコート、刷毛塗り、ディップコート、スリットダイコート、カーテンコート、フローコート、スピンコート、スクリーン印刷などの手法が適用できる。   As a method for applying the catalyst paste, generally known methods can be used, and techniques such as spray coating, brush coating, dip coating, slit die coating, curtain coating, flow coating, spin coating, and screen printing can be applied.

また、本発明の燃料電池用電極は、燃料が液体や気体の場合には、その液体や気体が透過しやすい構造を有していることが好ましく、電極反応に伴う副生成物質の排出も促す構造が好ましい。その例として電極基材に触媒層を形成する方法が挙げられる。   In addition, when the fuel is a liquid or gas, the fuel cell electrode of the present invention preferably has a structure through which the liquid or gas easily permeates, and promotes the discharge of by-products due to the electrode reaction. A structure is preferred. An example thereof is a method of forming a catalyst layer on an electrode substrate.

また、電極基材としては、電気抵抗が低く、集電あるいは給電を行えるものを用いることができる。また、前記触媒層を集電体兼用で使用する場合は、特に電極基材を用いなくてもよい。電極基材の構成材としては、たとえば、炭素質、導電性無機物質が挙げられ、例えば、ポリアクリロニトリルからの焼成体、ピッチからの焼成体、黒鉛及び膨張黒鉛などの炭素材、ステンレススチール、モリブデン、チタンなどが例示される。これらの、形態は特に限定されず、たとえば繊維状あるいは粒子状で用いられるが、燃料透過性の点から炭素繊維などの繊維状導電性物質(導電性繊維)が好ましい。導電性繊維を用いた電極基材としては、織布あるいは不織布いずれの構造も使用可能である。たとえば、東レ(株)製カーボンペーパーTGPシリーズ、SOシリーズ、E-TEK社製カーボンクロスなどが用いられる。かかる織布としては、平織、斜文織、朱子織、紋織、綴織など、特に限定されること無く用いられる。また、不織布としては、抄紙法、ニードルパンチ法、スパンボンド法、ウォータージェットパンチ法、メルトブロー法によるものなど特に限定されること無く用いられる。また編物であってもよい。これらの布帛において、特に炭素繊維を用いた場合、耐炎化紡績糸を用いた平織物を炭化あるいは黒鉛化した織布、耐炎化糸をニードルパンチ法やウォータージェットパンチ法などによる不織布加工した後に炭化あるいは黒鉛化した不織布、耐炎化糸あるいは炭化糸あるいは黒鉛化糸を用いた抄紙法によるマット不織布などが好ましく用いられる。特に、薄く強度のある布帛が得られる点から不織布、やクロスを用いるのが好ましい。   Moreover, as an electrode base material, an electrical resistance is low and what can collect or supply electric power can be used. Further, when the catalyst layer is used also as a current collector, it is not necessary to use an electrode substrate. Examples of the constituent material of the electrode base material include carbonaceous and conductive inorganic substances. For example, a fired body from polyacrylonitrile, a fired body from pitch, a carbon material such as graphite and expanded graphite, stainless steel, molybdenum And titanium. These forms are not particularly limited, and are used, for example, in the form of fibers or particles. From the viewpoint of fuel permeability, fibrous conductive materials (conductive fibers) such as carbon fibers are preferable. As an electrode base material using conductive fibers, either a woven fabric or a non-woven fabric structure can be used. For example, carbon paper TGP series, SO series manufactured by Toray Industries, Inc., carbon cloth manufactured by E-TEK, etc. are used. Examples of the woven fabric include plain weave, oblique weaving, satin weaving, crest weaving, binding weaving, and the like. Moreover, as a nonwoven fabric, it does not specifically limit, such as a paper making method, a needle punch method, a spun bond method, a water jet punch method, and a melt blow method. It may also be a knitted fabric. In these fabrics, especially when carbon fibers are used, a plain fabric using flame-resistant spun yarn is carbonized or graphitized woven fabric, and the flame-resistant yarn is carbonized after being processed into a nonwoven fabric by the needle punch method or water jet punch method. Alternatively, a graphitized nonwoven fabric, a flameproof yarn, a carbonized yarn, or a mat nonwoven fabric by a paper making method using a graphitized yarn is preferably used. In particular, it is preferable to use a nonwoven fabric or cloth from the viewpoint of obtaining a thin and strong fabric.

かかる電極基材に用いられる炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、フェノール系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などがあげられる。     Examples of the carbon fiber used for the electrode substrate include polyacrylonitrile (PAN) carbon fiber, phenolic carbon fiber, pitch carbon fiber, and rayon carbon fiber.

また、かかる電極基材には、水の滞留によるガス拡散・透過性の低下を防ぐための撥水処理や、水の排出路を形成するための部分的撥水、親水処理や、抵抗を下げるための炭素粉末の添加等を行うこともできる。また、電極基材と触媒層の間に、少なくとも無機導電性物質と疎水性ポリマーを含む導電性中間層を設けることもできる。特に、電極基材が空隙率の大きい炭素繊維織物や不織布である場合、導電性中間層を設けることで、触媒層が電極基材にしみ込むことによる性能低下を抑えることができる。   In addition, the electrode base material has a water repellent treatment for preventing gas diffusion / permeability deterioration due to water retention, a partial water repellent treatment for forming a water discharge path, a hydrophilic treatment, and a resistance reduction. For example, carbon powder can be added. Further, a conductive intermediate layer containing at least an inorganic conductive substance and a hydrophobic polymer can be provided between the electrode substrate and the catalyst layer. In particular, when the electrode base material is a carbon fiber woven fabric or a nonwoven fabric having a large porosity, by providing the conductive intermediate layer, it is possible to suppress performance degradation due to the catalyst layer soaking into the electrode base material.

また、電解質膜上に触媒層を形成する場合でも、前記電極基材を触媒層上に重ねて使用し、集電効率や燃料や副生成物の拡散性の向上を促しても特に問題ない。   Further, even when a catalyst layer is formed on the electrolyte membrane, there is no particular problem if the electrode base material is used in an overlapping manner on the catalyst layer to improve the current collection efficiency and the diffusibility of fuel and by-products.

次に、本発明の燃料電池用電極を使用した燃料電池を説明する。燃料電池としては、本発明の燃料電池用電極をアノードおよびカソードの少なくとも何れか一方に使用し、電解質膜を挟んだ状態の膜電極複合体(MEA)で使用する。燃料電池の燃料の種類によって前述の金属種および付着量を適宜実験的に決定することができ、アノード、カソード同種の金属を使用した一対の電極を使用してもよいし、アノード、カソードで異なる金属を使用した電極を使用してもよい。例えば、アノードに水素、カソードに空気または酸素を使用する燃料電池は両極とも金属としてPtを使用することが好ましく、アノードにメタノール水、カソードに空気または酸素を使用する燃料電池の場合アノードはPtRu、カソードはPtを使用することが好ましい。   Next, a fuel cell using the fuel cell electrode of the present invention will be described. As the fuel cell, the fuel cell electrode of the present invention is used in at least one of an anode and a cathode, and is used in a membrane electrode assembly (MEA) in a state of sandwiching an electrolyte membrane. Depending on the type of fuel in the fuel cell, the above-mentioned metal species and adhesion amount can be determined experimentally as appropriate, and a pair of electrodes using the same type of metal may be used for the anode and cathode, and the anode and cathode may differ. An electrode using metal may be used. For example, a fuel cell using hydrogen for the anode and air or oxygen for the cathode preferably uses Pt as the metal for both electrodes. In the case of a fuel cell using methanol water for the anode and air or oxygen for the cathode, the anode is PtRu, It is preferable to use Pt for the cathode.

本発明の燃料電池用電極は特に、水を含む液体燃料に対する耐久性がよく、かつ液体燃料保持性がよいことから液体燃料供給型の燃料電池に好適で、少なくともアノードに使用することが好ましい。   The electrode for a fuel cell of the present invention is particularly suitable for a liquid fuel supply type fuel cell because of its good durability against liquid fuel containing water and good liquid fuel retention, and is preferably used at least for the anode.

次に燃料電池として使用する電解質膜の説明をする。電解質膜としては、“ナフィオン”(R)(デュポン社製)に代表されるパーフルオロ系電解質膜や炭化水素系電解質膜など特に制限無く適用できる。   Next, an electrolyte membrane used as a fuel cell will be described. As the electrolyte membrane, a perfluoro electrolyte membrane represented by “Nafion” (R) (manufactured by DuPont) or a hydrocarbon electrolyte membrane can be used without particular limitation.

特に、アノードにメタノール水などの液体燃料を供給するタイプの燃料電池には、高耐熱性、高強度、高引っ張り弾性率および低含水率の電解質膜を使用することが好ましい。その理由としてパーフルオロ系電解質膜では、メタノールの濃度が高くなると、メタノールが電解質膜を透過する量が大きくなり(燃料クロスオーバー現象)、燃料電池の性能を低下させるためである。また、水素ガスをアノードに供給するタイプでも、パーフルオロ系電解質膜ではフッ素イオンによるフッ酸が発生し燃料電池の劣化の原因となる。使用する電解質膜としては、具体的にはガラス転移温度130℃以上、引っ張り弾性率100MPa以上、含水率40重量%以下などの膜が挙げられ、イオン性基含有ポリフェニレンオキシド、イオン性基含有ポリエーテルケトン、イオン性基含有ポリエーテルエーテルケトン、イオン性基含有ポリエーテルスルホン、イオン性基含有ポリエーテルエーテルスルホン、イオン性基含有ポリエーテルホスフィンオキシド、イオン性基含有ポリエーテルエーテルホスフィンオキシド、イオン性基含有ポリフェニレンスルフィド、イオン性基含有ポリアミド、イオン性基含有ポリイミド、イオン性基含有ポリエーテルイミド、イオン性基含有ポリイミダゾール、イオン性基含有ポリオキサゾール、イオン性基含有ポリフェニレン、イオン性基含有ポリアゾメチン、イオン性基含有ポリイミドアゾメチン、イオン性基含有ポリスチレンおよびイオン性基含有スチレン−マレイミド系架橋共重合体などのイオン性基含有ポリオレフィン系高分子およびその架橋体などのイオン性基を有する芳香族炭化水素系高分子が挙げられる。特に、メタノール水溶液などの液体を供給するタイプの燃料電池では、耐メタノール性の観点から、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン由来の成分および/または4,4’−ジヒドロキシテトラフェニルメタン由来の成分を含有するスルホン酸基含有芳香族炭化水素系高分子からなる膜が好適である。
これらの高分子材料は単独、あるいは二種以上併用して使用でき、ポリマーブレンド、ポリマーアロイ、また二層以上の積層膜として使用できる。
In particular, it is preferable to use an electrolyte membrane having a high heat resistance, a high strength, a high tensile elastic modulus, and a low water content in a fuel cell that supplies a liquid fuel such as methanol water to the anode. The reason for this is that in a perfluoro-based electrolyte membrane, when the concentration of methanol increases, the amount of methanol permeating the electrolyte membrane increases (fuel crossover phenomenon), and the performance of the fuel cell is reduced. Further, even in a type in which hydrogen gas is supplied to the anode, the perfluoro-based electrolyte membrane generates hydrofluoric acid due to fluorine ions, which causes deterioration of the fuel cell. Specific examples of the electrolyte membrane to be used include membranes having a glass transition temperature of 130 ° C. or higher, a tensile elastic modulus of 100 MPa or higher, and a moisture content of 40 wt% or lower. Ionic group-containing polyphenylene oxide, ionic group-containing polyether Ketone, ionic group-containing polyether ether ketone, ionic group-containing polyether sulfone, ionic group-containing polyether ether sulfone, ionic group-containing polyether phosphine oxide, ionic group-containing polyether ether phosphine oxide, ionic group Containing polyphenylene sulfide, ionic group containing polyamide, ionic group containing polyimide, ionic group containing polyetherimide, ionic group containing polyimidazole, ionic group containing polyoxazole, ionic group containing polyphenylene, ionic group containing poly Aromatic compounds having ionic groups such as azomethine, ionic group-containing polyimide azomethine, ionic group-containing polystyrene and ionic group-containing polyolefin polymers such as styrene-maleimide cross-linked copolymers and cross-linked products thereof A hydrocarbon polymer is mentioned. In particular, in a fuel cell that supplies a liquid such as an aqueous methanol solution, from the viewpoint of methanol resistance, a component derived from 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene and / or 4,4′-dihydroxytetraphenylmethane is used. A membrane made of a sulfonic acid group-containing aromatic hydrocarbon polymer containing a component derived therefrom is suitable.
These polymer materials can be used alone or in combination of two or more, and can be used as a polymer blend, a polymer alloy, or a laminated film of two or more layers.

特にイオン性基としては、前述のようにスルホン酸基を有する高分子材料が最も好ましいが、スルホン酸基を有する高分子材料を使用する一例として、−SOM基(Mは金属)含有のポリマーを溶液状態より製膜し、その後高温で熱処理し溶媒を除去し、プロトン置換して膜とする方法が挙げられる。前記の金属Mはスルホン酸と塩を形成しうるものであればよいが、価格および環境負荷の点からはLi、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Mo、Wなどが好ましく、これらの中でもLi、Na、K、Ca、Sr、Baがより好ましく、Li、Na、Kがさらに好ましい。これらの金属塩の状態で製膜することで高温での熱処理が可能となり、該方法は高ガラス転移点、低吸水率が得られる高分子材料系には好適である。 In particular, as the ionic group, a polymer material having a sulfonic acid group is most preferable as described above. However, as an example of using a polymer material having a sulfonic acid group, a —SO 3 M group (M is a metal) -containing material is used. Examples include a method in which a polymer is formed into a film from a solution state, and then heat-treated at a high temperature to remove the solvent and replace with protons to form a film. The metal M may be any salt as long as it can form a salt with sulfonic acid, but Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Mo, W, and the like are preferable. Among these, Li, Na, K, Ca, Sr, and Ba are more preferable, and Li, Na, and K are more preferable. Film formation in the state of these metal salts enables heat treatment at a high temperature, and this method is suitable for a polymer material system that can obtain a high glass transition point and a low water absorption rate.

前記熱処理の温度としては、得られる膜の吸水性の点で100〜500℃が好ましく、200〜450℃がより好ましく、250〜400℃がさらに好ましい。100℃以上とするのは、低吸水率を得る上で好ましい。一方、500℃以下とすることで、高分子材料が分解するのを防ぐことができる。   The temperature of the heat treatment is preferably 100 to 500 ° C., more preferably 200 to 450 ° C., and further preferably 250 to 400 ° C. in terms of water absorption of the obtained film. A temperature of 100 ° C. or higher is preferable for obtaining a low water absorption rate. On the other hand, by setting the temperature to 500 ° C. or lower, the polymer material can be prevented from being decomposed.

使用する電解質膜の膜厚としては、通常3〜2000μmのものが好適に使用される。実用に耐える膜の強度を得るには3μmより厚い方が好ましく、膜抵抗の低減つまり発電性能の向上のためには2000μmより薄い方が好ましい。膜厚のより好ましい範囲は5〜1000μm、さらに好ましい範囲は10〜500μmである。   As the thickness of the electrolyte membrane to be used, a membrane having a thickness of 3 to 2000 μm is usually preferably used. A thickness of more than 3 μm is preferable to obtain a membrane strength that can withstand practical use, and a thickness of less than 2000 μm is preferable in order to reduce membrane resistance, that is, improve power generation performance. A more preferable range of the film thickness is 5 to 1000 μm, and a more preferable range is 10 to 500 μm.

膜厚は、種々の方法で制御できる。例えば、溶媒キャスト法で製膜する場合は、溶液濃度あるいは基板上への塗布厚により制御することができるし、また、例えばキャスト重合法で製膜する場合は板間のスペーサー厚みによって調製することもできる。   The film thickness can be controlled by various methods. For example, when forming a film by the solvent casting method, it can be controlled by the solution concentration or the coating thickness on the substrate. For example, when forming the film by the cast polymerization method, it is prepared by the spacer thickness between the plates. You can also.

また、本発明の電解質膜は、必要に応じて放射線照射などの手段によって高分子構造全体あるいは一部を架橋せしめることもできる。架橋せしめることにより、燃料クロスオーバーおよび燃料に対する膨潤をさらに抑制する効果が期待でき、機械的強度が向上し、より好ましくなる場合がある。放射線照射の種類としては例えば、電子線照射やγ線照射を挙げることができる。架橋構造を有することにより、水分や燃料の浸入に対する高分子鎖間の広がりを抑えることができる。吸水量を低く抑えることができ、また、燃料に対する膨潤も抑制できることから、結果的に燃料クロスオーバーを低減できる。また、高分子鎖を拘束できるため耐熱性や剛性も付与できる。ここでの架橋は、化学架橋であっても物理架橋であってもよい。この架橋構造は通常公知の方法で形成でき、例えば、多官能単量体の共重合や電子線照射によって形成できる。特に多官能単量体による架橋が経済的観点から好ましく、単官能ビニル単量体と多官能単量体の共重合体やビニル基やアリル基を有する高分子を多官能単量体で架橋したものが挙げられる。ここでの架橋構造とは、熱に対しての流動性が実質的に無い状態か、溶剤に対して実質的に不溶の状態を意味する。   In addition, the electrolyte membrane of the present invention can be crosslinked in whole or in part by a means such as radiation irradiation as necessary. By crosslinking, an effect of further suppressing fuel crossover and swelling with respect to fuel can be expected, and mechanical strength is improved, which may be more preferable. Examples of radiation irradiation include electron beam irradiation and γ-ray irradiation. By having a cross-linked structure, it is possible to suppress the spread between polymer chains with respect to moisture and fuel intrusion. Since the amount of water absorption can be kept low and the swelling with respect to the fuel can also be suppressed, the fuel crossover can be reduced as a result. Moreover, since a polymer chain can be restrained, heat resistance and rigidity can be imparted. The crosslinking here may be chemical crosslinking or physical crosslinking. This crosslinked structure can be formed by a generally known method, for example, by copolymerization of a polyfunctional monomer or electron beam irradiation. In particular, crosslinking with a polyfunctional monomer is preferable from an economical viewpoint, and a copolymer of a monofunctional vinyl monomer and a polyfunctional monomer or a polymer having a vinyl group or an allyl group is crosslinked with a polyfunctional monomer. Things. The cross-linked structure here means a state where there is substantially no fluidity to heat or a state where it is substantially insoluble in a solvent.

また、本発明の電解質膜中には、イオン伝導性や燃料クロスオーバーの抑制効果を阻害しない範囲内において、機械的強度の向上、イオン性基の熱安定性向上、加工性の向上などの目的のために、フィラーや無機微粒子を含有しても、ポリマーや金属酸化物からなるネットワークや微粒子を形成させても構わないし、支持体などに含浸した膜でも差し支えない。   In the electrolyte membrane of the present invention, the purpose of improving the mechanical strength, improving the thermal stability of the ionic group, improving the workability, etc. within a range that does not impair the ionic conductivity and the suppression effect of the fuel crossover. Therefore, a filler or inorganic fine particles may be contained, a network or fine particles made of a polymer or metal oxide may be formed, or a film impregnated in a support may be used.

本発明の燃料電池の燃料としては、酸素、水素およびメタン、エタン、プロパン、ブタンメタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、グリセリン、エチレングリコール、ギ酸、酢酸、ジメチルエーテル、ハイドロキノン、シクロヘキサンなどの炭素数1〜6の有機化合物およびこれらと水との混合物等が挙げられ、1種または2種以上の混合物でもよい。特に発電効率や電池全体のシステム簡素化の観点から水素、炭素数1〜6の有機化合物を含む燃料が好適に使用され、発電効率の点でとりわけ好ましいのは水素およびメタノール水溶液である。   The fuel of the fuel cell of the present invention includes oxygen, hydrogen and methane, ethane, propane, butanemethanol, isopropyl alcohol, acetone, glycerin, ethylene glycol, formic acid, acetic acid, dimethyl ether, hydroquinone, cyclohexane and the like having 1 to 6 carbon atoms. Examples thereof include organic compounds and mixtures of these with water, and one or a mixture of two or more may be used. In particular, a fuel containing hydrogen and an organic compound having 1 to 6 carbon atoms is preferably used from the viewpoint of power generation efficiency and simplification of the entire battery system, and hydrogen and aqueous methanol are particularly preferable in terms of power generation efficiency.

メタノール水溶液を用いる場合、メタノールの濃度としては、使用する燃料電池のシステムによって適宜選択されるが、できる限り高濃度のほうが長時間駆動の観点から好ましい。例えば、送液ポンプや送風ファンなど発電に必要な媒体を膜電極複合体に送るシステムや、冷却ファン、燃料希釈システム、生成物回収システムなどの補機を有するアクティブ型燃料電池はメタノールの濃度30〜100%以上の燃料を燃料タンクや燃料カセットにより注入し、0.5〜29%程度に希釈して、またはそのまま膜電極複合体に送ることが好ましく、補機がないパッシブ型の燃料電池はメタノールの濃度が10〜100%の範囲の燃料が好ましい。   In the case of using an aqueous methanol solution, the concentration of methanol is appropriately selected depending on the fuel cell system to be used. A concentration as high as possible is preferable from the viewpoint of long-time driving. For example, an active fuel cell having a system for sending a medium necessary for power generation, such as a liquid feed pump or a blower fan, to a membrane electrode assembly, or an auxiliary machine such as a cooling fan, a fuel dilution system, or a product recovery system has a methanol concentration of 30. It is preferable to inject a fuel of 100% or more by a fuel tank or a fuel cassette and dilute it to about 0.5-29% or send it directly to the membrane electrode assembly. A fuel having a methanol concentration in the range of 10 to 100% is preferred.

また、本発明の膜電極複合体は複数枚のスタック状で使用しても並べた状態で使用してもよい。また、燃料電池は使用する機器に内蔵してもよいし、外付けのユニットとして使用してもよい。また、メンテナンスの観点から、燃料電池セルから膜電極複合体が脱着可能な構成であることも好ましい。   Moreover, the membrane electrode assembly of the present invention may be used in the form of a stack of a plurality of sheets or in a state of being arranged. Further, the fuel cell may be built in the device to be used, or may be used as an external unit. From the viewpoint of maintenance, it is also preferable that the membrane electrode assembly is detachable from the fuel cell.

本発明の燃料電池の用途としては、移動体の電力供給源が好ましいものである。特に、携帯電話、パソコン、PDA、ビデオカメラ(カムコーダー)、デジタルカメラ、ハンディターミナル、PFIDリーダー、各種ディスプレー類などの携帯機器、電動シェーバー、掃除機等の家電、電動工具、家庭用電力供給機、乗用車、バスおよびトラックなどの自動車、二輪車、電動アシスト付自転車、電動カート、電動車椅子や船舶および鉄道などの移動体の電力供給源として好ましく用いられる。特に携帯用機器では、電力供給源だけではなく、携帯機器に搭載した二次電池の充電用にも使用され、さらには二次電池や太陽電池と併用するハイブリッド型電力供給源としても好適に利用できる。   As a use of the fuel cell of the present invention, a power supply source of a moving body is preferable. In particular, mobile devices such as mobile phones, personal computers, PDAs, video cameras (camcorders), digital cameras, handy terminals, PFID readers, various displays, home appliances such as electric shavers and vacuum cleaners, electric tools, household power supplies, It is preferably used as a power supply source for mobile bodies such as passenger cars, automobiles such as buses and trucks, motorcycles, bicycles with electric assist, electric carts, electric wheelchairs, ships, and railways. Especially in portable devices, it is used not only for power supply sources, but also for charging secondary batteries installed in portable devices, and also suitable for use as a hybrid power supply source used in combination with secondary batteries and solar cells. it can.

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、これらの例は本発明をよりよく理解するためのものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。
[測定方法]
(1)燃料電池用電極の金属量の定量
セイコーインスツルメンツ社製卓上蛍光X線分析計“SEA2120”を使用して測定した。
(2)燃料浸漬評価
60%メタノール水溶液を60℃に加熱し、燃料電池用電極を4cm角に切り取って1週間浸漬し、下記(式1)で重量保持率を計算し、90%以上なら耐久性良好とした。試験前後の乾燥は100℃で8時間熱風乾燥した値を用いた。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, these examples are for understanding this invention better, and this invention is not limited to these.
[Measuring method]
(1) Quantitative determination of metal amount of electrode for fuel cell It was measured using a tabletop fluorescent X-ray analyzer “SEA2120” manufactured by Seiko Instruments Inc.
(2) Fuel immersion evaluation A 60% methanol aqueous solution is heated to 60 ° C, the fuel cell electrode is cut into 4 cm 2 squares and immersed for 1 week, and the weight retention is calculated by the following (Equation 1). Good durability. For the drying before and after the test, a value obtained by drying with hot air at 100 ° C. for 8 hours was used.

重量保持率(%)=(W−W)/(W−W)×100 (式1)
基材のみの4cmの乾燥重量 :W(g)
試験前の基材込みの電極の乾燥重量:W(g)
試験後の基材込みの電極の乾燥重量:W(g)
(3)スルホン酸基密度
25℃の純水中で24時間以上撹拌洗浄したのち、100℃で24時間真空乾燥した後精製、乾燥後のポリマーについて、元素分析により測定した。C、H、Nの分析は、全自動元素分析装置varioELで、また、Sの分析はフラスコ燃焼法・酢酸バリウム滴定、Pの分析についてはフラスコ燃焼法・リンバナドモリブデン酸比色法で実施した。それぞれのポリマーの組成比から単位グラムあたりのスルホン酸基密度(mmol/g)を算出した。
(4)重量平均分子量
ポリマーの重量平均分子量をGPCにより測定した。紫外検出器と示差屈折計の一体型装置として東ソー製HLC−8022GPCを、またGPCカラムとして東ソー製TSK gel SuperHM−H(内径6.0mm、長さ15cm)2本を用い、N−メチル−2−ピロリドン溶媒(臭化リチウムを10mmol/L含有するN−メチル−2−ピロリドン溶媒)にて、流量0.2mL/minで測定し、標準ポリスチレン換算により重量平均分子量を求めた。
(5)膜厚
ミツトヨ製グラナイトコンパレータスタンドBSG−20にセットしたミツトヨ製ID−C112型を用いて測定した。
(6)引っ張り弾性率
株式会社オリエンテック社製“テンシロン”を用いて、ロードセル50N、レンジ40%、チャック間距離3cm、クロスヘッドスピード100mm/min、n=5の条件で引っ張りモードの弾性率を測定した。
Weight retention (%) = (W 2 −W 0 ) / (W 1 −W 0 ) × 100 (Formula 1)
4 cm 2 dry weight of substrate only: W 0 (g)
Dry weight of electrode including base material before test: W 1 (g)
Dry weight of electrode including substrate after test: W 2 (g)
(3) Density of sulfonic acid group After stirring and washing in pure water at 25 ° C. for 24 hours or more, vacuum drying was performed at 100 ° C. for 24 hours, and then the purified and dried polymer was measured by elemental analysis. Analysis of C, H, and N was performed by a fully automatic elemental analyzer varioEL, analysis of S was performed by a flask combustion method / barium acetate titration, and analysis of P was performed by a flask combustion method / phosphovanadomolybdic acid colorimetric method. . The sulfonic acid group density per unit gram (mmol / g) was calculated from the composition ratio of each polymer.
(4) Weight average molecular weight The weight average molecular weight of the polymer was measured by GPC. Tosoh's HLC-8022GPC is used as an integrated device of an ultraviolet detector and a differential refractometer, and Tosoh's TSK gel SuperHM-H (inner diameter 6.0 mm, length 15 cm) is used as the GPC column. N-methyl-2 -Measured with a pyrrolidone solvent (N-methyl-2-pyrrolidone solvent containing 10 mmol / L of lithium bromide) at a flow rate of 0.2 mL / min, and the weight average molecular weight was determined in terms of standard polystyrene.
(5) Film thickness It measured using Mitutoyo ID-C112 type | mold set to Mitutoyo granite comparator stand BSG-20.
(6) Tensile modulus Using “Tensilon” manufactured by Orientec Co., Ltd., the tensile modulus of elasticity in the tensile mode was obtained under the conditions of load cell 50N, range 40%, distance between chucks 3 cm, crosshead speed 100 mm / min, n = 5. It was measured.

試験サンプルは、フィルム状に製膜したポリマーを25℃の水中に24時間浸漬し、長さ約5cm、幅2mmの短冊状に切り出して作製した。
[参考例]
(1)イオン性基を有した高分子材料の合成例
4,4’−ジフルオロベンゾフェノン109.1gを発煙硫酸(50%SO)150mL中、100℃で10h反応させた。その後、多量の水中に少しずつ投入し、NaOHで中和した後、食塩200gを加え合成物を沈殿させた。得られた沈殿を濾別し、エタノール水溶液で再結晶し、ジソジウム 3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロベンゾフェノンを得た。(収量181g、収率86%)。
The test sample was prepared by immersing the polymer formed into a film in water at 25 ° C. for 24 hours, and cutting it into a strip having a length of about 5 cm and a width of 2 mm.
[Reference example]
(1) Synthesis Example of Polymer Material Having Ionic Group 109.1 g of 4,4′-difluorobenzophenone was reacted at 100 ° C. for 10 hours in 150 mL of fuming sulfuric acid (50% SO 3 ). Thereafter, the mixture was poured little by little into a large amount of water, neutralized with NaOH, and 200 g of sodium chloride was added to precipitate the composite. The resulting precipitate was filtered off and recrystallized with an aqueous ethanol solution to obtain disodium 3,3′-disulfonate-4,4′-difluorobenzophenone. (Yield 181 g, 86% yield).

炭酸カリウムを6.9g、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンを14g、および4,4'−ジフルオロベンゾフェノンを2.6g、および前記ジソジウム 3,3’−ジスルホネート−4,4’−ジフルオロベンゾフェノン12gを用いて、N−メチル−2−ピロリドン中、190℃で重合を行った。多量の水で再沈することで精製を行い、ポリマー(A)を得た。   6.9 g of potassium carbonate, 14 g of 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene, and 2.6 g of 4,4′-difluorobenzophenone, and the disodium 3,3′-disulfonate-4,4 ′ Polymerization was performed at 190 ° C. in N-methyl-2-pyrrolidone using 12 g of difluorobenzophenone. Purification was performed by reprecipitation with a large amount of water to obtain a polymer (A).

得られたポリマー(A)のプロトン置換膜のスルホン酸基密度は、元素分析より2.4mmol/g、重量平均分子量24万であった。
(2)電解質膜の作製例
上記ポリマー(A)をN−メチル−2−ピロリドンに溶解し固形分25%の塗液とした。当該塗液をガラス板上に流延塗布し、70℃にて30分さらに100℃にて1時間乾燥して72μmのフィルムを得た。さらに、窒素ガス雰囲気下、200〜300℃まで1時間かけて昇温し、300℃で10分間加熱する条件で熱処理した後、放冷し、1N塩酸に12時間以上浸漬してプロトン置換した後に、大過剰量の純水に1日間以上浸漬して充分洗浄し電解質膜(A)を得た。膜の引っ張り弾性率は1300MPaであった。
(3)界面抵抗低減性ペーストの作製
上記ポリマー(A)を10g、可塑剤としてN−メチル−2−ピロリドン60g、グリセリン40gを容器にとり、80℃に加熱して均一になるまで撹拌して界面抵抗低減性ペースト(A)とした。
[実施例1]
カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩(ダイセル化学工業株式会社製“DN−800H”)1.5gを水98.5gに撹拌しながらゆっくり添加しカルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩の水溶液とした。
The density of the sulfonic acid group of the proton-substituted membrane of the obtained polymer (A) was 2.4 mmol / g and the weight average molecular weight was 240,000 according to elemental analysis.
(2) Preparation Example of Electrolyte Membrane The polymer (A) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a coating solution having a solid content of 25%. The coating solution was cast on a glass plate and dried at 70 ° C. for 30 minutes and further at 100 ° C. for 1 hour to obtain a 72 μm film. Furthermore, after heat-treating under conditions of heating to 200 to 300 ° C. over 1 hour in a nitrogen gas atmosphere and heating at 300 ° C. for 10 minutes, the mixture was allowed to cool and immersed in 1N hydrochloric acid for 12 hours or more to perform proton substitution. The electrolyte membrane (A) was obtained by immersing it in a large excess of pure water for at least one day and thoroughly washing it. The tensile elastic modulus of the film was 1300 MPa.
(3) Preparation of interfacial resistance reducing paste 10 g of the polymer (A), 60 g of N-methyl-2-pyrrolidone as a plasticizer, and 40 g of glycerin are placed in a container, heated to 80 ° C. and stirred until uniform. A resistance-reducing paste (A) was obtained.
[Example 1]
1.5 g of ammonium salt of carboxymethyl cellulose (“DN-800H” manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) was slowly added to 98.5 g of water to obtain an aqueous solution of ammonium salt of carboxymethyl cellulose.

次にジョンソンマッセイ(Johson&Matthey)社製Pt−Ru担持カーボン触媒“HiSPEC”(R)7000とPt/Ruブラック“HiSPEC”(R)6000をそれぞれ1g量りとり、前記カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩の水溶液を7g加え、乳鉢で混練し触媒ペースト(A)を作製した。   Next, 1 g each of Pt-Ru-supported carbon catalyst “HiSPEC” (R) 7000 and Pt / Ru black “HiSPEC” (R) 6000 manufactured by Johnson & Matthey was used, and 7 g of an aqueous solution of the ammonium salt of carboxymethylcellulose was measured. In addition, a catalyst paste (A) was produced by kneading in a mortar.

触媒ペースト(A)を電極基材(東レ(株)製カーボンペーパーTGP−H−060)にナイフコーターで塗布し、100℃の熱風乾燥機で30分間乾燥し、ついで130℃で15分間熱処理を行いカルボキシメチルセルロースのカルボン酸アンモニウム塩をカルボン酸とし燃料電池用電極(A)を作製した。この電極の単位面積あたりのPt付着量は2.0mg/cmであった。 The catalyst paste (A) is applied to an electrode base material (carbon paper TGP-H-060 manufactured by Toray Industries, Inc.) with a knife coater, dried with a hot air dryer at 100 ° C. for 30 minutes, and then heat treated at 130 ° C. for 15 minutes. A fuel cell electrode (A) was prepared using carboxylic acid ammonium salt of carboxymethyl cellulose as carboxylic acid. The amount of Pt deposited per unit area of this electrode was 2.0 mg / cm 2 .

この電極について燃料浸漬評価を行ったところ、重量保持率99%であり優れた耐久性を示した。
[実施例2]
田中貴金属工業株式会社製燃料電池用触媒“TEC10V50E”を2g、前記カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩の水溶液を7g、N−メチル−2−ピロリドンを2g加え、乳鉢で混練し触媒ペースト(B)を作製した。
When this fuel was evaluated for fuel immersion, the weight retention was 99%, indicating excellent durability.
[Example 2]
2 g of fuel cell catalyst “TEC10V50E” manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd., 7 g of an aqueous solution of the ammonium salt of carboxymethylcellulose and 2 g of N-methyl-2-pyrrolidone were added and kneaded in a mortar to prepare catalyst paste (B). .

触媒ペースト(B)を電極基材(炭素繊維の織物からなる米国イーテック(E−TEK)社製カーボンクロス“W1400”)にナイフコーターで塗布し、100℃の熱風乾燥機で30分間乾燥し、ついで130℃で15分間熱処理を行い、燃料電池用電極(B)を作製した。この電極の単位面積あたりのPt付着量は1.0mg/cmであった。
この電極について燃料浸漬評価をおこなったところ、重量保持率98%であり優れた耐久性を示した。
[比較例1]
ジョンソンマッセイ(Johson&Matthey)社製Pt−Ru担持カーボン触媒“HiSPEC”(R)7000とPt/Ruブラック“HiSPEC”(R)6000をそれぞれ1g量りとり、Aldrich社製“ナフィオン(R)”溶液を1.1g加え、さらにイソプロピルアルコールを2g加え乳鉢で混練し触媒ペースト(C)を作製した。
The catalyst paste (B) was applied to an electrode substrate (carbon cloth “W1400” manufactured by E-TEK, Inc. made of carbon fiber fabric) with a knife coater, and dried with a hot air dryer at 100 ° C. for 30 minutes. Then, heat treatment was performed at 130 ° C. for 15 minutes to produce a fuel cell electrode (B). The amount of Pt deposited per unit area of this electrode was 1.0 mg / cm 2 .
When this fuel was evaluated for fuel immersion, the weight retention was 98%, indicating excellent durability.
[Comparative Example 1]
Weigh 1 g each of Pt-Ru supported carbon catalyst “HiSPEC” (R) 7000 and Johnson / Matthey's “HiSPEC” (R) 6000 and 1 “Nafion (R)” solution from Aldrich. 0.1 g was added, and 2 g of isopropyl alcohol was further added and kneaded in a mortar to prepare catalyst paste (C).

触媒ペースト(C)を電極基材(東レ(株)製カーボンペーパーTGP−H−060)にナイフコーターで塗布し、100℃の熱風乾燥機で30分間乾燥し、ついで130℃で15分間熱処理を行ない、燃料電池用電極(C)を作製した。この電極の単位面積あたりのPt付着量は2.0mg/cmであった。 The catalyst paste (C) is applied to an electrode base material (carbon paper TGP-H-060 manufactured by Toray Industries, Inc.) with a knife coater, dried with a hot air dryer at 100 ° C. for 30 minutes, and then heat treated at 130 ° C. for 15 minutes. Then, a fuel cell electrode (C) was produced. The amount of Pt deposited per unit area of this electrode was 2.0 mg / cm 2 .

この電極について燃料浸漬評価をおこなったところ、重量保持率3%であり耐久性が不十分であった。
[比較例2]
田中貴金属工業株式会社製燃料電池用触媒“TEC10V50E”を2g、Aldrich社製“ナフィオン(R)”溶液を1.1g加え、N−メチル−2−ピロリドンを2g加え、乳鉢で混練し触媒ペースト(D)を作製した。
触媒ペースト(D)を電極基材(炭素繊維の織物からなる米国イーテック(E−TEK)社製カーボンクロス“W1400”)にナイフコーターで塗布し、100℃の熱風乾燥機で30分間乾燥し、ついで130℃で15分間熱処理を行い、燃料電池用電極(D)を作製した。この電極の単位面積あたりのPt付着量は4.0mg/cmであった。
When the fuel immersion evaluation was performed on this electrode, the weight retention was 3% and the durability was insufficient.
[Comparative Example 2]
2 g of fuel cell catalyst “TEC10V50E” manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd., 1.1 g of “Nafion (R)” solution manufactured by Aldrich, 2 g of N-methyl-2-pyrrolidone, kneaded in a mortar and catalyst paste ( D) was prepared.
The catalyst paste (D) was applied to an electrode substrate (carbon cloth “W1400” manufactured by E-TEK, Inc. made of carbon fiber fabric) with a knife coater, and dried with a hot air dryer at 100 ° C. for 30 minutes. Then, heat treatment was performed at 130 ° C. for 15 minutes to produce a fuel cell electrode (D). The amount of Pt deposited per unit area of this electrode was 4.0 mg / cm 2 .

この電極について燃料浸漬評価をおこなったところ、重量保持率5%であり耐久性が不十分であった。
[実施例3]
前記、燃料電池用電極(A)および燃料電池用電極(D)の表面に界面抵抗低減性ペースト(A)を、3mg/cmとなるように塗工し、100℃で1分間熱処理した。これらの電極を電極面積5cmとなるようにカットし、電解質膜(A)を挟むように設置し、100℃で5分間、5MPaの条件でプレスし、純水に30分間浸漬し可塑剤および残存溶媒を洗浄し膜電極複合体を得た。
When this fuel was evaluated for fuel immersion, the weight retention was 5% and the durability was insufficient.
[Example 3]
The interface resistance-reducing paste (A) was applied to the surfaces of the fuel cell electrode (A) and the fuel cell electrode (D) to 3 mg / cm 2 and heat-treated at 100 ° C. for 1 minute. These electrodes were cut so as to have an electrode area of 5 cm 2 , placed so as to sandwich the electrolyte membrane (A), pressed at 100 ° C. for 5 minutes at 5 MPa, immersed in pure water for 30 minutes, a plasticizer and The remaining solvent was washed to obtain a membrane electrode assembly.

燃料電池用電極(A)側に30%メタノール水溶液を0.5ml/minで供給し、燃料電池用電極(D)側に空気を50ml/minで流して発電評価を行った。また、セパレーターの裏側に温調水を流し、50℃に調整した。評価は、膜電極複合体に定電流を流し、そのときの電圧を測定した。電流を順次増加させ、電圧が10mV以下になるまで測定を行った。各測定点での電流と電圧の積が出力となる。この燃料電池の電圧−電流特性を第1図に示す。燃料電池用電極(D)は燃料浸漬評価では耐久性不十分であったが、空気極に使用したことおよび燃料クロスオーバーの少ない電解質膜を使用したことで触媒層の崩壊は見られなかった。
[実施例4]
実施例3の燃料電池用電極を燃料電池用電極(A)および燃料電池用電極(B)に変更した以外は実施例3と同様に使用して燃料電池を作製し評価した。燃料電池の電圧−電流特性を第1図に示す。
[比較例3]
実施例3の燃料電池用電極を燃料電池用電極(C)および燃料電池用電極(D)に変更した以外は実施例3と同様に使用して燃料電池を作製し評価した。燃料電池の電圧−電流特性を第1図に示す。
A 30% aqueous methanol solution was supplied to the fuel cell electrode (A) side at 0.5 ml / min, and air was flowed to the fuel cell electrode (D) side at 50 ml / min for power generation evaluation. Moreover, the temperature-controlled water was poured on the back side of the separator, and it adjusted to 50 degreeC. In the evaluation, a constant current was passed through the membrane electrode assembly, and the voltage at that time was measured. The measurement was performed until the current was increased and the voltage was 10 mV or less. The product of the current and voltage at each measurement point is the output. FIG. 1 shows the voltage-current characteristics of this fuel cell. Although the fuel cell electrode (D) was insufficient in durability in the fuel immersion evaluation, the catalyst layer was not collapsed because it was used for an air electrode and an electrolyte membrane with little fuel crossover was used.
[Example 4]
A fuel cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 3 except that the fuel cell electrode of Example 3 was changed to the fuel cell electrode (A) and the fuel cell electrode (B). FIG. 1 shows the voltage-current characteristics of the fuel cell.
[Comparative Example 3]
A fuel cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 3 except that the fuel cell electrode of Example 3 was changed to the fuel cell electrode (C) and the fuel cell electrode (D). FIG. 1 shows the voltage-current characteristics of the fuel cell.

図1から明らかなように、実施例3、4の方が比較例3より燃料電池として優れた電圧−電流特性を示した。
[実施例5]
電極として前記燃料電池用電極(B)を2枚使用した以外は、実施例3と同様に燃料電池を作製した。この燃料電池セルをセル温度:60℃、燃料ガス:水素、酸化ガス:空気、ガス利用率:アノード70%/カソード40%において電流−電圧(I−V)測定を行ったところ、最大出力は400mW/cmであった。
[実施例6]
電解質膜(A)を基材として使用し、スリットダイコーターで触媒ペースト(A)を電極面積5cmとなるように塗工し、100℃で乾燥し電極(E)を形成した。さらに電解質膜(A)のもう一方の面に電極(E)と対向するようにスリットダイコーターで触媒ペースト(B)を電極面積5cmとなるように塗工し、100℃で乾燥し電極(F)を形成した。次にこれを130℃で30分間熱処理し、膜電極複合体を作製した。この膜電極複合体の電極部分を切り出し、燃料浸漬評価をしたところ触媒層の崩壊、触媒粒子の滑落が見られず、優れた耐久性を示した。重量保持率は97%であった。
As is clear from FIG. 1, Examples 3 and 4 exhibited better voltage-current characteristics as a fuel cell than Comparative Example 3.
[Example 5]
A fuel cell was produced in the same manner as in Example 3, except that two of the fuel cell electrodes (B) were used as electrodes. When this fuel cell was measured at a cell temperature: 60 ° C., fuel gas: hydrogen, oxidizing gas: air, gas utilization: anode 70% / cathode 40%, the maximum output was It was 400 mW / cm 2 .
[Example 6]
The electrolyte membrane (A) was used as a substrate, and the catalyst paste (A) was applied with a slit die coater so as to have an electrode area of 5 cm 2 and dried at 100 ° C. to form an electrode (E). Further, the catalyst paste (B) was applied to the other surface of the electrolyte membrane (A) with a slit die coater so as to face the electrode (E) so as to have an electrode area of 5 cm 2 and dried at 100 ° C. F) was formed. Next, this was heat-treated at 130 ° C. for 30 minutes to produce a membrane electrode assembly. When the electrode portion of this membrane electrode composite was cut out and evaluated for fuel immersion, the catalyst layer did not collapse and the catalyst particles did not slide off, and excellent durability was exhibited. The weight retention rate was 97%.

本発明の燃料電池用電極は、種々の燃料電池用に好適であり、特に液体を燃料とする燃料電池に好適である。   The electrode for a fuel cell of the present invention is suitable for various fuel cells, and particularly suitable for a fuel cell using liquid as fuel.

本発明の燃料電池の用途としては、特に限定されないが、携帯電話、パソコン、PDA、ビデオカメラ、デジタルカメラなどの携帯機器、コードレス掃除機等の家電、玩具類、電動自転車、自動二輪、自動車、バス、トラックなどの車両や船舶、鉄道などの移動体の電力供給源、据え置き型の発電機など従来の一次電池、二次電池の代替、もしくはこれらや太陽電池とのハイブリッド電源、もしくは充電用として好ましく用いられる。   Although it does not specifically limit as a use of the fuel cell of this invention, Mobile devices, such as a mobile phone, a personal computer, PDA, a video camera, a digital camera, household appliances, such as a cordless vacuum cleaner, toys, an electric bicycle, a motorcycle, a car, For power supply sources for vehicles such as buses and trucks, ships, and mobiles such as railways, stationary primary generators, such as conventional primary batteries, secondary batteries, or hybrid power sources with these or solar cells, or for charging Preferably used.

は本発明の実施例3、4および比較例3の燃料電池の電圧―電流特性図である。These are voltage-current characteristic diagrams of the fuel cells of Examples 3 and 4 and Comparative Example 3 of the present invention.

Claims (5)

金属粒子および/または金属担持体粒子および結着剤から構成される触媒層を有し、該結着剤としてイオン性基を有するアルキルセルロースを用いることを特徴とする燃料電池用電極。   An electrode for a fuel cell having a catalyst layer composed of metal particles and / or metal carrier particles and a binder, and using an alkyl cellulose having an ionic group as the binder. 該イオン性基を有するアルキルセルロースがカルボキシメチルセルロースである請求項1に記載の燃料電池用電極。   The fuel cell electrode according to claim 1, wherein the alkyl cellulose having an ionic group is carboxymethyl cellulose. 請求項1または2に記載の燃料電池用電極を少なくともアノードに使用した燃料電池。   A fuel cell using the fuel cell electrode according to claim 1 for at least an anode. 9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン由来の成分および/または4,4’−ジヒドロキシテトラフェニルメタン由来の成分を含有するスルホン酸基含有芳香族炭化水素系高分子からなる膜を有することを特徴とする請求項3に記載の燃料電池。   It has a membrane made of a sulfonic acid group-containing aromatic hydrocarbon polymer containing a component derived from 9,9-bis (4-hydroxyphenyl) fluorene and / or a component derived from 4,4′-dihydroxytetraphenylmethane. The fuel cell according to claim 3. アノードに水を含む液体燃料を供給することを特徴とする請求項3または4に記載の燃料電池。
5. The fuel cell according to claim 3, wherein a liquid fuel containing water is supplied to the anode.
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