JP2006351320A - Manufacturing method of fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の製造方法に関し、特に、耐久性を向上させることが可能な燃料電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell, and more particularly to a method for manufacturing a fuel cell capable of improving durability.
燃料電池は、電解質と、当該電解質の両側に配置される電極(カソード及びアノード)とを備える膜電極接合体(以下において、「MEA(Membrane Electrode Assembly)」と記述する。)における電気化学反応により発生した電気エネルギーを、MEAの両側に配設されるセパレータを介して外部に取り出している。燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等に使用される固体高分子型燃料電池(以下において、「PEFC(Polymer Electrolyte Fuel Cell)」と記述する。)は、低温領域での運転が可能であり、80〜100℃の運転温度で使用されるのが一般的である。また、PEFCは、30〜40%の高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車や携帯用電源の最適な動力源として注目されている。 A fuel cell is based on an electrochemical reaction in a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA (Membrane Electrode Assembly)”) including an electrolyte and electrodes (cathode and anode) disposed on both sides of the electrolyte. The generated electric energy is taken out through separators disposed on both sides of the MEA. Among fuel cells, polymer electrolyte fuel cells (hereinafter referred to as “PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell)”) used in household cogeneration systems and automobiles, etc., operate at low temperatures. This is possible and is typically used at operating temperatures of 80-100 ° C. In addition, PEFC has shown high energy conversion efficiency of 30 to 40%, has a short start-up time, and has a small and lightweight system. Therefore, PEFC has attracted attention as an optimal power source for electric vehicles and portable power sources.
PEFCのユニットセルは、電解質膜、触媒層と拡散層とを備えるカソード及びアノード、並びに、セパレータを含み、その理論起電力は1.23Vである。通常のPEFCにおいて、触媒層は電気化学反応の触媒として機能する白金が担持されたカーボンを備えており、PEFCでは、カソード触媒層及びアノード触媒層の触媒(白金)上で生じる電気化学反応を基に起電力を得ている。しかし、上記起電力では電気自動車等の動力源として不十分であるため、通常は、ユニットセルを直列に積層した積層体の積層方向両端にエンドプレート等を配置して構成されるスタック形態の燃料電池が使用されている。 A unit cell of PEFC includes an electrolyte membrane, a cathode and an anode including a catalyst layer and a diffusion layer, and a separator, and the theoretical electromotive force thereof is 1.23V. In a normal PEFC, the catalyst layer includes carbon carrying platinum that functions as a catalyst for electrochemical reaction. In PEFC, the catalyst layer is based on an electrochemical reaction that occurs on the catalyst (platinum) of the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer. To get an electromotive force. However, since the above electromotive force is not sufficient as a power source for an electric vehicle or the like, the fuel in the stack form is usually configured by arranging end plates or the like at both ends in the stacking direction of the stack in which unit cells are stacked in series. Batteries are being used.
他方、燃料電池の発電時にユニットセル内のアノード触媒層で過酸化水素が生成され、この過酸化水素に起因するOHラジカルが起点となってMEAの高分子電解質を劣化させていることが明らかになりつつある。かかる劣化は、燃料電池の耐久性低下や発電性能低下の一因となるため、MEA内の過酸化水素を低減することで上記劣化を抑制し、燃料電池の耐久性及び発電性能を向上させることが望まれている。 On the other hand, it is clear that hydrogen peroxide is generated in the anode catalyst layer in the unit cell during power generation of the fuel cell, and OH radicals originating from this hydrogen peroxide are the starting point, which deteriorates the polymer electrolyte of MEA. It is becoming. Such deterioration contributes to a decrease in the durability and power generation performance of the fuel cell. Therefore, by reducing the hydrogen peroxide in the MEA, the deterioration is suppressed and the durability and power generation performance of the fuel cell are improved. Is desired.
ここに、上記過酸化水素は、カソードへと供給され電解質膜を透過した酸素(以下において、「透過酸素」と記述する。)が、主にアノード触媒層のカーボン上にて還元されることに起因していると考えられる。一方で、燃料電池の発電時に透過酸素がアノードの白金上で還元されれば、過酸化水素の生成量を低減することが可能になる。そのため、例えば、電解質膜とアノード触媒層との間に白金層を介在させれば、透過酸素を白金層にて還元することが可能になるため、過酸化水素の生成量を低減することが可能になると考えられる。 Here, the hydrogen peroxide is supplied to the cathode, and oxygen that has permeated the electrolyte membrane (hereinafter referred to as “permeated oxygen”) is mainly reduced on the carbon of the anode catalyst layer. It is thought to be caused. On the other hand, if permeated oxygen is reduced on the anode platinum during power generation of the fuel cell, the amount of hydrogen peroxide produced can be reduced. Therefore, for example, if a platinum layer is interposed between the electrolyte membrane and the anode catalyst layer, permeated oxygen can be reduced by the platinum layer, so that the amount of hydrogen peroxide generated can be reduced. It is thought that it becomes.
電解質膜とアノードとの間に白金層を備える燃料電池に関する技術は、これまでに開示されてきている。例えば、特許文献1には、凹凸化した電解質膜の表面にスパッタエッチングにより白金層を形成し、続いてカーボン粒子と電解質溶液との混合物を白金層の表面に塗布する工程を含む、燃料電池の反応層形成方法に関する技術が開示されている。
しかし、特許文献1にかかる技術によれば、白金層を形成させる際に白金微粒子を用いる。白金微粒子は不安定な物質であるため、当該技術により白金層を形成させると、層形成時に白金が凝集する虞がある。白金が凝集すると、十分な過酸化水素生成量抑制効果が得られ難く、燃料電池の耐久性を向上させ難いという問題があった。
However, according to the technique according to
そこで本発明は、耐久性を向上させることが可能な燃料電池の製造方法を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the manufacturing method of the fuel cell which can improve durability.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
請求項1に記載の発明は、電解質膜と、当該電解質膜の両側に配設されるアノード触媒層及びカソード触媒層と、電解質膜とアノード触媒層との間に配設される白金析出層とを備える燃料電池の製造方法であって、電解質膜の、アノード触媒層側に、白金含有イオン及び/又は白金含有錯体とプロトン伝導性材料とを備える混合物層を配設する、電解質膜・混合物層作製工程と、当該電解質膜・混合物層作製工程後に、白金含有イオン及び/又は白金含有錯体に含まれる白金を析出させる、白金析出工程と、を備えることを特徴とする、燃料電池の製造方法により、上記課題を解決する。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
The invention according to
ここに、本発明において、白金析出層とは、析出した白金とプロトン伝導性材料とを備える層である。また、白金含有イオン及び/又は白金含有錯体は、白金析出工程において白金を析出させ得るものであれば特に限定されない。白金含有イオンの具体例としては、PtCl6 2−やPt2+等を挙げることができ、白金含有錯体の具体例としては、Pt(NH3)4Cl2等を挙げることができる。また、効果的に白金を析出可能とする観点から、混合物層に白金含有イオンが備えられる場合には、プロトン伝導性材料に含まれるプロトンが当該白金含有イオンに置換された形態で混合されることが好ましく、混合物層に白金含有錯体が備えられる場合には、水に溶かした白金含有錯体をプロトン伝導性材料に含侵させた形態で混合されることが好ましい。さらに、本発明において、プロトン伝導性材料は、プロトン伝導性を有するとともに燃料電池内の環境に耐え得るものであれば特に限定されるものではなく、その具体例としては、通常のPEFCの触媒層にて使用されるフッ素樹脂等のフッ素系材料や炭化水素系材料等を挙げることができる。 Here, in the present invention, the platinum deposition layer is a layer comprising precipitated platinum and a proton conductive material. The platinum-containing ions and / or platinum-containing complexes are not particularly limited as long as they can precipitate platinum in the platinum deposition step. Specific examples of platinum-containing ions include PtCl 6 2− and Pt 2+, and specific examples of platinum-containing complexes include Pt (NH 3 ) 4 Cl 2 . Also, from the viewpoint of effectively depositing platinum, when platinum-containing ions are provided in the mixture layer, the protons contained in the proton conductive material are mixed in a form in which the platinum-containing ions are substituted. In the case where a platinum-containing complex is provided in the mixture layer, it is preferable that the proton-conducting material is impregnated with a platinum-containing complex dissolved in water. Further, in the present invention, the proton conductive material is not particularly limited as long as it has proton conductivity and can withstand the environment in the fuel cell, and specific examples thereof include a normal PEFC catalyst layer. Fluorine-based materials such as fluorinated resins and hydrocarbon-based materials used in the above.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池の製造方法において、電解質膜・混合物層作製工程と白金析出工程との間に、電解質膜・混合物層の両側にアノード触媒層及びカソード触媒層を配設する、電解質膜・混合物・電極作製工程を備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell manufacturing method according to the first aspect, between the electrolyte membrane / mixture layer preparation step and the platinum deposition step, the anode catalyst layer and the both sides of the electrolyte membrane / mixture layer are provided. It comprises an electrolyte membrane / mixture / electrode preparation step in which a cathode catalyst layer is disposed.
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の燃料電池の製造方法において、白金析出工程は、混合物層に還元剤を接触させる工程であることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell manufacturing method according to the first or second aspect, the platinum deposition step is a step of bringing a reducing agent into contact with the mixture layer.
ここに、本発明において、還元剤の具体例としては、水素ガス等を挙げることができる。 In the present invention, specific examples of the reducing agent include hydrogen gas.
請求項4に記載の発明は、電解質膜と、当該電解質膜の両側に配設されるアノード触媒層及びカソード触媒層とを備える燃料電池の製造方法であって、アノード触媒層は、少なくとも白金を含有し、電解質膜の両側にアノード触媒層及びカソード触媒層を配設する、電解質膜・電極作製工程と、当該電解質膜・電極作製工程後に、アノード触媒層から白金を析出させる白金析出工程とを備え、白金析出工程は、燃料電池作動時のカソード触媒層に還元剤を、燃料電池作動時のアノード触媒層に不活性ガスをそれぞれ接触させ、燃料電池作動時のカソード触媒層に対して酸素種の還元反応が起こる電位と起こらない電位との間で電位変動をかける工程であることを特徴とする、燃料電池の製造方法により、上記課題を解決する。
The invention according to
ここに、本発明において、白金とは、白金単体及び白金含有物(例えば、白金含有イオン、白金含有錯体等)を含む概念である。また、本発明において、還元材の具体例としては、水素ガス等を挙げることができ、不活性ガスの具体例としては、窒素ガスのほか、アルゴンガスやヘリウムガス等に代表される希ガス等を挙げることができる。さらに、白金析出工程の電位変動とは、燃料電池作動時のアノード触媒層(以下において、「FCアノード触媒層」と記述する。)に、燃料電池作動時のカソード触媒層(以下において、「FCカソード触媒層」と記述する。)よりも高い電圧をかけ、当該電圧を一定の範囲内で変動させる(電位変動させる)ことを指している。当該電位変動は、酸素種(例えば、水)の還元反応が起こる臨界電位(例えば、0.8〜0.9V程度)をまたぐような変動であれば、その変動幅は特に限定されるものではなく、その具体例としては、0.7Vと1.0Vとの間で電位を変動させる形態等を挙げることができる。なお、ここに言う0.7Vとは、FCアノード触媒層の電位をFCカソード触媒層よりも0.7V高くする状態を意味する一方、1.0Vとは、同様に、FCアノード触媒層の電位をFCカソード触媒層よりも1.0V高くする状態を意味する。 Here, in the present invention, platinum is a concept including platinum alone and a platinum-containing material (for example, platinum-containing ions, platinum-containing complexes, etc.). In the present invention, specific examples of the reducing material include hydrogen gas, and specific examples of the inert gas include nitrogen gas, rare gas typified by argon gas, helium gas, and the like. Can be mentioned. Furthermore, the potential fluctuation in the platinum deposition process is defined as an anode catalyst layer during fuel cell operation (hereinafter referred to as “FC anode catalyst layer”) and a cathode catalyst layer during fuel cell operation (hereinafter referred to as “FC anode catalyst layer”). It is referred to as “cathode catalyst layer”.), And the voltage is varied within a certain range (potential variation). If the potential fluctuation is a fluctuation that crosses a critical potential (for example, about 0.8 to 0.9 V) at which a reduction reaction of oxygen species (for example, water) occurs, the fluctuation range is not particularly limited. As a specific example thereof, a form in which the potential is changed between 0.7 V and 1.0 V can be exemplified. Here, 0.7V means a state in which the potential of the FC anode catalyst layer is 0.7V higher than that of the FC cathode catalyst layer, while 1.0V similarly indicates the potential of the FC anode catalyst layer. Is 1.0 V higher than the FC cathode catalyst layer.
請求項1に記載の発明によれば、白金を析出させ得る物質を備える混合物層を電解質膜とアノード触媒層との間へ配設後に白金を析出させ、電解質膜とアノード触媒層との間に白金析出層を介在させる。かかる構成とすれば、白金微粒子を用いて白金層を形成させる従来技術とは異なり、白金の凝集を抑制することが可能になるため、過酸化水素の生成量を効果的に抑制することが可能になる。したがって、請求項1に記載の発明によれば、耐久性を向上させることが可能な燃料電池の製造方法を提供することが可能になる。 According to the first aspect of the present invention, platinum is deposited after disposing the mixture layer including the substance capable of depositing platinum between the electrolyte membrane and the anode catalyst layer, and between the electrolyte membrane and the anode catalyst layer. A platinum deposition layer is interposed. With this configuration, unlike the conventional technique in which a platinum layer is formed using platinum fine particles, it is possible to suppress the aggregation of platinum, so that the amount of hydrogen peroxide generated can be effectively suppressed. become. Therefore, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a fuel cell capable of improving durability.
請求項2に記載の発明によれば、電解質膜のアノード触媒層側に混合物層が配設された電解質膜・混合物層の両側へアノード触媒層及びカソード触媒層を配設した後に、白金析出層が形成される。かかる構成とすれば、アノード触媒層と電解質膜とにより狭持された混合物層から白金を析出させることが可能になるので、白金をより均一に析出させることが可能になる。したがって、請求項2に記載の発明によれば、より一層耐久性を向上させることが可能な燃料電池の製造方法を提供することが可能になる。
According to the invention described in
請求項3に記載の発明によれば、混合物層に備えられる白金含有イオン及び/又は白金含有錯体と還元剤とを反応させることで白金を析出させるため、簡易な方法で効果的に白金を析出させることが可能になる。したがって、請求項3に記載の発明によれば、効果的に耐久性を向上させ得る燃料電池の製造方法を提供することが可能になる。
According to invention of
請求項4に記載の発明によれば、アノード触媒層に含まれる白金をアノード触媒層と電解質膜との界面に析出させることが可能になるので、アノード触媒層と電解質膜との間に他の層を介在させる必要がない。そのため、製造工程の増加を最小限に止めつつ、アノード触媒層と電解質膜との界面に白金を析出させることが可能になる。したがって、請求項4に記載の発明によれば、製造工程の増加を最小限に止めつつ耐久性を向上させることが可能な燃料電池の製造方法を提供することが可能になる。
According to the fourth aspect of the present invention, platinum contained in the anode catalyst layer can be deposited at the interface between the anode catalyst layer and the electrolyte membrane. There is no need to intervene layers. Therefore, it is possible to deposit platinum at the interface between the anode catalyst layer and the electrolyte membrane while minimizing an increase in manufacturing steps. Therefore, according to the invention described in
PEFCでは、アノードに水素含有ガス(以下において、「水素」と記述する。)が供給される一方、カソードに酸素含有ガス(以下において、「酸素」と記述する。)が供給され、これら水素及び酸素の電気化学反応により発生した電気エネルギーを外部に取り出している。一般に、カソードへと供給される酸素は、カソードにおける電気化学反応で消費され得るが、PEFCの作動時には、当該酸素の一部が電解質膜を透過してアノードへ達する現象(クロスオーバー)が生じる。一方、PEFC作動時のアノードは低電位(例えば、0.1V以下)であるため、透過酸素が還元されて過酸化水素が生成される可能性がある。 In PEFC, a hydrogen-containing gas (hereinafter referred to as “hydrogen”) is supplied to the anode, while an oxygen-containing gas (hereinafter referred to as “oxygen”) is supplied to the cathode. Electric energy generated by the electrochemical reaction of oxygen is extracted outside. In general, oxygen supplied to the cathode can be consumed by an electrochemical reaction at the cathode, but when the PEFC is operated, a phenomenon (crossover) occurs in which part of the oxygen passes through the electrolyte membrane and reaches the anode. On the other hand, since the anode during PEFC operation is at a low potential (for example, 0.1 V or less), there is a possibility that permeated oxygen is reduced and hydrogen peroxide is generated.
通常のPEFCのアノード触媒層は、電気化学反応の触媒として機能する白金と、当該白金を担持すべきカーボンとを備えており、触媒層内におけるカーボンの表面積は、白金の表面積よりも極めて大きいため、上記のようにして透過酸素がアノード触媒層へ達すると、当該透過酸素は白金よりもカーボンと接触しやすい。ここに、上記低電位環境において透過酸素がカーボン上で還元されると、2電子還元反応が起こるため、多量の過酸化水素が生成される。これに対し、同様の環境において透過酸素が白金上で還元されると、当該還元反応は主に4電子還元反応であるため、過酸化水素の生成を抑制することが可能になる。そのため、透過酸素がアノード触媒層のカーボンと接触する前に、透過酸素と白金とを接触させることができれば、過酸化水素の生成量を低減することが可能になる。 A normal PEFC anode catalyst layer includes platinum that functions as a catalyst for an electrochemical reaction and carbon to carry the platinum, and the surface area of carbon in the catalyst layer is extremely larger than the surface area of platinum. When the permeated oxygen reaches the anode catalyst layer as described above, the permeated oxygen is more likely to come into contact with carbon than platinum. Here, when permeated oxygen is reduced on the carbon in the low potential environment, a two-electron reduction reaction occurs, so that a large amount of hydrogen peroxide is generated. On the other hand, when permeated oxygen is reduced on platinum in the same environment, the reduction reaction is mainly a four-electron reduction reaction, so that the production of hydrogen peroxide can be suppressed. Therefore, if the permeated oxygen can be brought into contact with platinum before the permeated oxygen comes into contact with the carbon of the anode catalyst layer, the amount of hydrogen peroxide produced can be reduced.
本発明は、かかる観点からなされたものであり、その要旨は、電解質膜とアノード触媒層との界面に白金を析出させて透過酸素を当該白金と接触させ、アノード触媒層のカーボンと透過酸素との接触を抑制することで過酸化水素の生成量を低減することにある。このようにして過酸化水素の生成量を低減することができれば、過酸化水素から生成されるOHラジカルを低減することが可能になり、電解質膜の劣化を抑制することが可能になる。さらに、上記形態で白金析出層が備えられていれば、透過酸素の一部が白金析出層をすり抜けてアノード触媒層へ達し、過酸化水素が生成された場合であっても、当該過酸化酸素が電解質膜側へ移動する際に、過酸化酸素は白金析出層に接触する。ここで、白金は、過酸化水素分解性能を有するため、過酸化水素が白金析出層に接触すれば、電解質膜へと達する過酸化水素量を低減することが可能になる。したがって、かかる構成の燃料電池が製造されれば、電解質膜の劣化を抑制することが可能になるため、燃料電池の耐久性を向上させることが可能になる。なお、本発明にかかる方法は、白金微粒子を用いて白金層を形成させる従来の方法とは異なるため、白金微粒子を用いる場合に懸念される白金の凝集を防止することが可能であり、均一な白金析出層を形成することが可能である。 The present invention has been made from such a viewpoint, and the gist of the present invention is to deposit platinum at the interface between the electrolyte membrane and the anode catalyst layer and bring the permeated oxygen into contact with the platinum, and the carbon and permeated oxygen in the anode catalyst layer. It is to reduce the amount of hydrogen peroxide produced by suppressing the contact of the water. If the amount of hydrogen peroxide produced can be reduced in this way, OH radicals produced from hydrogen peroxide can be reduced, and deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed. Furthermore, if the platinum deposition layer is provided in the above-described form, even if a part of the permeated oxygen passes through the platinum deposition layer and reaches the anode catalyst layer, hydrogen peroxide is generated. When oxygen moves to the electrolyte membrane side, oxygen peroxide comes into contact with the platinum deposition layer. Here, since platinum has a hydrogen peroxide decomposition performance, the amount of hydrogen peroxide reaching the electrolyte membrane can be reduced if the hydrogen peroxide contacts the platinum deposition layer. Therefore, if the fuel cell having such a configuration is manufactured, it is possible to suppress the deterioration of the electrolyte membrane, so that the durability of the fuel cell can be improved. In addition, since the method according to the present invention is different from the conventional method in which a platinum layer is formed using platinum fine particles, it is possible to prevent aggregation of platinum, which is a concern when using platinum fine particles, and is uniform. It is possible to form a platinum deposition layer.
以下に図面を参照しつつ、本発明の燃料電池の製造方法についてさらに具体的に説明する。 The fuel cell manufacturing method of the present invention will be described more specifically below with reference to the drawings.
図1は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池の製造方法によって製造される、燃料電池の形態例を概略的に示す断面図である。なお、図1において、紙面左右方向が、触媒層の積層方向である。また、以下の説明では、白金単体及び白金含有物(例えば、白金含有イオン、白金含有錯体等)を含む概念として、「白金」と記述する。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a fuel cell manufactured by the method for manufacturing a fuel cell according to the first embodiment. In FIG. 1, the horizontal direction on the paper is the stacking direction of the catalyst layers. In the following description, “platinum” is described as a concept including platinum alone and platinum-containing materials (for example, platinum-containing ions, platinum-containing complexes, etc.).
図示の燃料電池10は、電解質膜1、並びに、電解質膜1の両側に配設されるアノード触媒層2a及びカソード触媒層3aを備えるMEA5と、電解質膜1とアノード触媒層2aとの間に配設される白金析出層6aとを備え、さらに、MEA5の両側に配設されるアノード拡散層2b及びカソード拡散層3bと、拡散層2b、3bの外側に配設されるアノードセパレータ7及びカソードセパレータ8とを備えている。セパレータ7及び8の拡散層2b、3b側の面には反応ガス流路7a、7a、…、及び、8a、8a、…が形成される一方、その反対側の面には冷却媒体流路7b、7b、…、及び、8b、8b、…が形成されている。そして、燃料電池10の作動時には、反応ガス流路7a、7a、…を介してアノード2へ水素が供給されるとともに、反応ガス流路8a、8a、…を介してカソード3へ酸素が供給される。なお、上記白金析出層6aは、燃料電池10の製造工程において電解質膜1のアノード触媒層2a側の面に配設される混合物層に備えられる、白金含有イオン及び/又は白金含有錯体から析出した白金(不図示)を含む層である。
The illustrated fuel cell 10 includes an
本実施形態に係る燃料電池10において、触媒層2a及び3aには電気化学反応時に触媒として機能する白金が備えられているほか、当該燃料電池10の定常運転時には、白金析出層6aに、白金析出工程によって析出した白金が備えられる。この白金析出層6aは、反応ガス流路8a、8a、…を介して供給され電解質膜1を透過した透過酸素がアノード触媒層2aへと達する前に、当該透過酸素と接触する役割を果たすとともに、当該白金析出層6aをすり抜けた一部の透過酸素が還元されて生成される過酸化水素が、電解質膜1へ達することを抑制する役割をも果たしている。これらの役割のうち、前者は、白金析出層6aと透過酸素とを接触させ白金上で透過酸素を還元することで、アノード触媒層2aのカーボン上で還元される透過酸素量を低減している。このようにしてアノード触媒層2aで還元される透過酸素量が低減されれば、アノード2で生成される過酸化水素量を低減することが可能になる。他方、後者は、アノード触媒層2aで生成された過酸化水素と白金析出層6aとを接触させることで、過酸化水素を分解し、アノード触媒層2aから電解質膜1へと移動する過酸化水素量を低減している。図示の燃料電池10には、かかる形態で白金析出層6aが備えられているので、過酸化水素から生成されるOHラジカルの量を低減することが可能になる。すなわち、本実施形態にかかる燃料電池10によれば、OHラジカルによる電解質膜の劣化を抑制することが可能になるため、耐久性を向上させることが可能になる。
In the fuel cell 10 according to the present embodiment, the catalyst layers 2a and 3a are provided with platinum that functions as a catalyst during an electrochemical reaction, and the
以下に、上記混合物層から白金を析出させる方法(白金析出工程)について、説明する。
上記混合物層には、白金含有イオン(PtCl6 2−)とプロトン伝導性材料(パーフルオロスルホン酸系ポリマ)とが備えられており、これらは、プロトン伝導性材料のプロトンが白金含有イオンによって置換される形態で混合されている。そこで、本実施形態では、例えば、図示の形態にかかる燃料電池10を作製した後、混合物層に還元剤としての水素ガスを供給し、白金含有イオンとプロトンとを置換させることで、白金を析出させ、白金析出層6aを形成する。このようにして水素ガスが供給されれば、必然的に、電解質膜のアノード触媒層側に混合物層が配設された後(電解質膜・混合物層作製工程後)に還元剤としての水素ガスが供給されるので、水素ガスを供給する時機は特に限定されない。一方、燃料電池の作動時には、反応ガス流路7a、7a、…に水素が供給され、かかる水素は、混合物層へと達する。そのため、水素ガスを供給する時機の具体例としては、燃料電池の運転時等を挙げることができる。
Below, the method (platinum precipitation process) of depositing platinum from the said mixture layer is demonstrated.
The mixture layer includes a platinum-containing ion (PtCl 6 2− ) and a proton conductive material (perfluorosulfonic acid polymer), and these protons are substituted by protons contained in the proton conductive material. Are mixed in the form. Therefore, in the present embodiment, for example, after the fuel cell 10 according to the illustrated embodiment is manufactured, platinum gas is deposited by supplying hydrogen gas as a reducing agent to the mixture layer and substituting platinum-containing ions and protons. To form a
便宜上、上記説明では、燃料電池を作製した後に還元剤としての水素ガスが供給される形態について記述したが、本実施形態にかかる還元剤は、電解質膜のアノード触媒層側に混合物層が配設された後に供給されれば特に限定されるものではなく、他の時機に供給されても良い。 For convenience, in the above description, the mode in which hydrogen gas as a reducing agent is supplied after the fuel cell is manufactured is described. However, the reducing agent according to the present embodiment has a mixture layer disposed on the anode catalyst layer side of the electrolyte membrane. It is not particularly limited as long as it is supplied after being applied, and may be supplied to other occasions.
本実施形態にかかる燃料電池の製造方法の工程例を、図2に簡略化して示す。なお、図2では、図が煩雑になることを防ぐため、アノード2、カソード3、反応ガス流路7a、7a、…、8a、8a、…、冷却媒体流路7b、7b、…、8b、8b、…、及び、燃料電池10の符号を省略して示す。
上述のように、本実施形態にかかる燃料電池は、電解質膜、混合物層、アノード触媒層及びカソード触媒層、アノード拡散層及びカソード拡散層、並びに、アノードセパレータ及びカソードセパレータを備えている。そのため、かかる構成を備える燃料電池を製造する場合には、例えば、図2に示すように、まず、電解質膜1を用意し(工程S11)、当該電解質膜1の一方の面に混合物層4を配設する(工程S12:電解質膜・混合物層作製工程)。その後、工程S12で作製した電解質膜・混合物層の両側に、アノード触媒層2a及びカソード触媒層3aを配設してMEA5を作製し(工程S13:電解質膜・混合物・電極作製工程)、引き続き、工程S13で作製したMEA5の両側にアノード拡散層2b及びカソード拡散層3bを配設して膜電極拡散層接合体(以下において、「MEGA」と記述する。)9を作製する(工程S14)。そして、工程S14で作製されたMEGA9の両側にアノードセパレータ7及びカソードセパレータ8を配設することにより、燃料電池を製造する(工程S15)。
A process example of the method for manufacturing a fuel cell according to the present embodiment is shown in a simplified manner in FIG. 2, in order to prevent the drawing from becoming complicated, the
As described above, the fuel cell according to this embodiment includes the electrolyte membrane, the mixture layer, the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer, the anode diffusion layer and the cathode diffusion layer, and the anode separator and the cathode separator. Therefore, when manufacturing a fuel cell having such a configuration, for example, as shown in FIG. 2, first, an
ここに、本実施形態にかかる製造方法では、電解質膜1とアノード触媒層2aとの間に白金析出層を均一に形成させることで、効果的な過酸化水素の生成抑制及び過酸化水素の透過抑制を可能にするという観点から、電解質膜1の一方の面(アノード触媒層2a側の面)に混合物層4を配設してから、白金を析出させる。したがって、当該条件が満たされていれば、白金を析出させる白金析出工程(S16)はどこに備えられていても良い。すなわち、本実施形態にかかる製造方法では、白金析出工程を、工程S12と工程S13との間、工程S13と工程S14との間、工程S14と工程S15との間、又は、工程S15の後、の少なくとも1以上の箇所に備えることができる。そこで、図2の、白金析出工程を配置しうる部位に、「S16」と記述する。なお、図2では、便宜上、工程S14の後に白金析出工程S16が配置され、工程S14の後に白金析出層6aが形成される製造方法の形態例を中心に図示している。
上記説明では、便宜上、電解質膜1に混合物層4を配設した後でアノード触媒層2a及びカソード触媒層3aを配設する形態について記述したが、本実施形態にかかる製造方法は当該形態に限定されるものでなく、例えば、予めアノード触媒層2aの電解質膜1側の面に混合物層4が配設されている、混合物層付きアノード触媒層を、電解質膜のアノード側に配設する等の形態であっても良い。
Here, in the manufacturing method according to the present embodiment, the platinum deposition layer is uniformly formed between the
In the above description, for convenience, the embodiment in which the
上記説明では、PtCl6 2−が備えられている形態の混合物層について記述したが、混合物層に備えられ得る白金含有イオンは当該イオンに限定されるものではなく、白金を析出させ得るイオンであれば他のイオンであっても良い。当該他のイオンの具体例としては、Pt2+等を挙げることができる。 In the above description, the mixture layer having PtCl 6 2− is described. However, platinum-containing ions that can be provided in the mixture layer are not limited to the ions, and may be ions that can precipitate platinum. Other ions may be used. Specific examples of the other ions include Pt 2+ and the like.
さらに、上記説明では、白金含有イオンが備えられている形態の混合物層について記述したが、混合物層に備えられ得る白金含有物質は白金含有イオンのみに限定されるものではなく、白金含有イオンと共に、又は、白金含有イオンに代えて、白金含有錯体が備えられていても良い。本実施形態にかかる混合物層に備えられ得る白金含有錯体の具体例としては、Pt(NH3)4Cl2等を挙げることができる。 Furthermore, in the above description, the mixture layer in a form provided with platinum-containing ions has been described, but the platinum-containing material that can be provided in the mixture layer is not limited to only platinum-containing ions, and together with the platinum-containing ions, Alternatively, a platinum-containing complex may be provided instead of the platinum-containing ion. Specific examples of the platinum-containing complex that can be provided in the mixture layer according to this embodiment include Pt (NH 3 ) 4 Cl 2 .
加えて、上記説明では、プロトン伝導性材料としてパーフルオロスルホン酸系ポリマが備えられている形態について記述したが、混合物層に備えられ得るプロトン伝導性材料は当該ポリマに限定されるものではない。本実施形態にかかる混合物層に備えられ得るプロトン伝導性材料の具体例としては、通常のPEFCの触媒層にて使用されるフッ素樹脂等のフッ素系材料のほか、炭化水素系材料等を挙げることができる。 In addition, in the above description, the form in which the perfluorosulfonic acid polymer is provided as the proton conductive material has been described, but the proton conductive material that can be provided in the mixture layer is not limited to the polymer. Specific examples of the proton conductive material that can be provided in the mixture layer according to the present embodiment include a fluorine-based material such as a fluororesin used in a normal PEFC catalyst layer, and a hydrocarbon-based material. Can do.
図3は、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池の製造方法によって製造される、燃料電池の形態例を概略的に示す断面図である。なお、図3において、紙面左右方向が触媒層の積層方向であり、図1及び図2と同じ構成を採る部位には図1及び図2にて使用した符号と同符号を付し、その詳細説明を省略する。 FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a fuel cell manufactured by the method for manufacturing a fuel cell according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the horizontal direction of the paper surface is the stacking direction of the catalyst layer, and parts having the same configuration as in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals as those used in FIGS. 1 and 2. Description is omitted.
図示の燃料電池20は、電解質膜1、並びに、電解質膜1の両側に配設されるアノード触媒層2a及びカソード触媒層3aを備えるMEA5’と、アノード拡散層2bと、カソード拡散層3bと、電解質膜1とアノード触媒層2aとの間に形成される白金析出層6bとを備えるMEGA9’、を備えている。本実施形態において、白金析出層6bは、燃料電池10の運転前に、アノード触媒層2aに備えられる白金を白金析出工程で析出させることにより形成される。そこで、以下に、本実施形態にかかる白金析出工程について説明する。
The illustrated
本実施形態にかかる燃料電池20において、白金析出層6bは、触媒層2aに含まれる白金を析出させることにより形成される。そのため、燃料電池20では、上記第1実施形態にかかる混合物層4に対応する層は存在しない。そこで、本実施形態にかかる燃料電池20の製造工程例を、図4に簡略化して示す。なお、図4では、図が煩雑になることを防ぐため、アノード2、カソード3、反応ガス流路7a、7a、…、8a、8a、…、冷却媒体流路7b、7b、…、8b、8b、…、及び、燃料電池20の符号を省略して示す。
In the
図4に示すように、燃料電池20を製造するためには、まず、電解質膜1を用意し(工程S21)、当該電解質膜1の両側にアノード触媒層2a及びカソード触媒層3aを配設してMEA5’を作製する(工程S22:電解質膜・電極作製工程)。その後、工程S22で作製したMEA5’の両側にアノード拡散層2b及びカソード拡散層3bを配設してMEGA9’を作製し(工程S23)、さらに、工程S23で作製したMEGA9’の両側にアノードセパレータ7及びカソードセパレータ8を配設することにより、燃料電池を製造する(工程S24)。ここに、本実施形態にかかる白金析出層6bは、アノード触媒層2aと電解質膜1との界面に形成され、当該白金析出層6bを構成する白金は、もともとアノード触媒層2aに存在している。そのため、本実施形態において、白金析出工程(S25)は、上記工程S22の後に実施される必要がある。そして、上記第1実施形態にかかる製造方法の場合と以下同様にして、当該白金析出工程(S25)は、上記工程S22の後であれば、どこに備えられていても良い。但し、後述するように、本実施形態にかかる白金析出工程では、アノード触媒層2aに窒素ガス等の不活性ガスを、カソード触媒層3aに水素ガスを供給するため、燃料電池の運転時に触媒層2a、3aへと供給されるガスとは異なるガスを供給する。すなわち、本実施形態にかかる白金析出工程と燃料電池の運転とは両立し得ないため、本実施形態にかかる製造方法では、燃料電池の運転前に、白金析出工程を経る必要がある。
そこで、本実施形態にかかる製造方法において、白金析出工程を配置しうる部位に、「S25」と図示する。なお、図4では、便宜上、工程S24の後に白金析出工程S25が配置され、工程S24の後に白金析出層6bが形成される製造方法の形態例を中心に図示している。
As shown in FIG. 4, in order to manufacture the
Therefore, in the manufacturing method according to the present embodiment, “S25” is illustrated as a portion where the platinum deposition step can be arranged. In FIG. 4, for convenience, the platinum deposition step S25 is arranged after step S24, and the embodiment of the manufacturing method in which the
以下に、本実施形態にかかる白金析出層6bを形成する白金析出工程の形態例について説明する。
本実施形態にかかる製造方法では、例えば、上記工程S24の後に、まず、燃料電池の作動時にアノードとして機能するアノード触媒層2a(以下において、単に「アノード触媒層2a」と記述する。)に窒素ガスを流入させるとともに、燃料電池の作動時にカソードとして機能するカソード触媒層3a(以下において、単に「カソード触媒層3a」と記述する。)に水素ガスをフル加湿(相対湿度100%)で流入する。ここで、「燃料電池の作動時に」としたのは、白金析出工程のみに着目すると、窒素ガスが流入される触媒層2aがカソードであり、水素ガスが流入される触媒層3aがアノードであることから、燃料電池作動時のアノード触媒層2a及びカソード触媒層3aを基準にして説明することを明確にするためである。
本実施形態にかかる白金析出工程では、さらに、上記ガスを流入させつつ、アノード触媒層2aに電圧をかけるとともに当該電圧を変動させ、アノード触媒層2aの電位がカソード触媒層3aの電位よりも0.7〜1.0Vの範囲で高くなるような電位変動を加える。本実施形態では、例えば、上記電位変動の上限である1.0Vの時にアノード触媒層2a内で溶出した白金が、電解質膜1へ透過してきた水素ガスと反応することにより、析出する。そして、白金が析出することにより形成された白金層は、水素ガスとの反応、及び、上記電位変動の下限である0.7Vへの電位低下、によって成長する。すなわち、上記ガスを流入させながら電位変動を繰り返し加えることにより、白金析出層6bを形成させる。なお、上記白金析出工程では、カソード触媒層3aから水素ガスが供給されることから、アノード触媒層2a内の白金は、電解質膜1側の面から当該水素ガスと接触する。そのため、上記白金析出工程によって、アノード触媒層2aの電解質膜1側に白金を析出させることが可能になり、当該部位に白金析出層6bを形成することが可能になる。
Below, the form example of the platinum precipitation process which forms the
In the manufacturing method according to the present embodiment, for example, after step S24, first, nitrogen is added to the
In the platinum deposition step according to the present embodiment, a voltage is applied to the
本実施形態において、電位変動は、酸素種の還元反応が起こる臨界電位(例えば、0.8〜0.9V程度)をまたぐように、変動下限電圧(上記形態では0.7V)及び変動上限電圧(同1.0V)が設定されていれば良く、当該設定下、上記効果を奏し得る形態で白金析出層を形成させることができれば、電位変動の形態や電位変動を加える時間及びサイクル等は特に限定されるものではない。図5に、変動下限電圧を0.7V、変動上限電圧を1.0Vに設定した場合における、電位変動の形態例を概略的に示す。 In the present embodiment, the potential variation is such that the variation lower limit voltage (0.7 V in the above embodiment) and the variation upper limit voltage so as to cross a critical potential (for example, about 0.8 to 0.9 V) at which the reduction reaction of oxygen species occurs. (1.0V) may be set, and if the platinum deposition layer can be formed in a form capable of producing the above effect under the setting, the form of potential fluctuation, the time and cycle for applying the potential fluctuation, etc. It is not limited. FIG. 5 schematically shows an example of a potential variation when the variation lower limit voltage is set to 0.7V and the variation upper limit voltage is set to 1.0V.
図5に示すように、本実施形態における電位変動の形態例としては、パルス形状(図5(A)参照)やデジタル形状(図5(B)参照)等を挙げることができる。なお、白金の析出効率を向上させるという観点から、上記変動下限・上限電圧(0.7〜1.0V)に設定して電位を変動させる場合には、図5(B)に示すデジタル形状で電位を変動させることが好ましい。他方、本実施形態における電位変動時間及びサイクルの具体例としては、24時間に10000サイクル程度変動させる形態等を挙げることができる。0.7〜1.0Vの範囲で、かかる変動時間及びサイクルに亘って変動させれば、上記効果を奏し得る形態の白金析出層を形成することが可能になる。 As shown in FIG. 5, examples of potential fluctuations in this embodiment include a pulse shape (see FIG. 5A), a digital shape (see FIG. 5B), and the like. In addition, from the viewpoint of improving the deposition efficiency of platinum, when the potential is varied by setting the above-described variation lower limit / upper limit voltage (0.7 to 1.0 V), the digital shape shown in FIG. It is preferable to vary the potential. On the other hand, as a specific example of the potential fluctuation time and cycle in the present embodiment, there can be mentioned a form in which about 10,000 cycles are changed in 24 hours. If the fluctuation time and cycle are in the range of 0.7 to 1.0 V, it is possible to form a platinum deposition layer having a form capable of producing the above-described effect.
なお、本実施形態にかかる上記説明では、便宜上、変動下限電圧を0.7V、変動上限電圧を1.0Vとした場合について記述したが、これらの下限・上限電圧は、酸素種の還元反応が起こる臨界電位(例えば、0.8〜0.9V程度)をまたぐように設定されれば、上記電圧に限定されるものではない。本発明において適用可能な電位変動範囲の具体例としては、0.5〜1.0V、0.7〜1.2V、0.5〜1.2V等を挙げることができる。なお、例えば、電位変動範囲を、酸素種の還元反応が起こる電位よりも高い領域でのみ設定(例えば、1.0〜1.5Vに設定)しても白金析出層を形成することが可能である。しかし、かかる範囲にて電位を変動させると、白金の析出速度が上記範囲の場合と比較して急激に増し、電気化学反応に寄与する白金の量がアノード触媒層において著しく減少する虞があるほか、触媒層に含まれるカーボンまでもが溶け出す虞があるため、燃料電池の発電性能低下が懸念される。そのため、アノードの電気化学反応に寄与する十分な量の白金を確保しつつ、耐久性を向上させ得る燃料電池を製造するという観点からは、酸素種の還元反応が起こる電位をまたぐような形態で、電位変動範囲を設定することが好ましい。 In the above description of the present embodiment, the case where the variation lower limit voltage is set to 0.7 V and the variation upper limit voltage is set to 1.0 V is described for the sake of convenience. The voltage is not limited to the above voltage as long as it is set so as to cross the critical potential (for example, about 0.8 to 0.9 V). Specific examples of the potential fluctuation range applicable in the present invention include 0.5 to 1.0 V, 0.7 to 1.2 V, and 0.5 to 1.2 V. In addition, for example, even if the potential fluctuation range is set only in a region higher than the potential at which the reduction reaction of oxygen species occurs (for example, set to 1.0 to 1.5 V), a platinum deposition layer can be formed. is there. However, if the potential is varied in such a range, the deposition rate of platinum increases rapidly compared to the above range, and the amount of platinum contributing to the electrochemical reaction may be significantly reduced in the anode catalyst layer. Further, since carbon contained in the catalyst layer may be dissolved, there is a concern that the power generation performance of the fuel cell is lowered. Therefore, from the viewpoint of producing a fuel cell capable of improving durability while securing a sufficient amount of platinum that contributes to the electrochemical reaction of the anode, it is in a form that crosses the potential at which the reduction reaction of oxygen species occurs. It is preferable to set a potential fluctuation range.
上記説明では、便宜上、フル加湿の窒素ガスを流入させる形態について記述したが、窒素ガスは、アノード触媒層2a内に、白金の溶出先としての水が存在し得る程度に加湿されていれば、フル加湿でなくても良い。ただし、白金の析出効率を向上させるという観点からは、フル加湿の窒素ガスを流入させることが好ましい。なお、白金の溶出を容易にして白金析出層を効率良く析出させるという観点から、上記ガスはフル加湿状態であることが好ましい。一方、カソード触媒層3aへと供給される水素ガスの湿度は、特に限定されるものではない。
In the above description, for the sake of convenience, a mode in which a fully humidified nitrogen gas is introduced is described. However, if the nitrogen gas is humidified to the extent that water as an elution destination of platinum can be present in the
また、上記説明では、便宜上、カソード触媒層3aに窒素ガスを流入させる形態について記述したが、カソード触媒層3aに流入させるガスは、窒素ガスに限定されるものではなく、アルゴンガスやヘリウムガス等に代表される希ガス等の不活性ガスを流入させても良い。
Further, in the above description, for convenience, a mode in which nitrogen gas is allowed to flow into the
さらに、上記説明では、ガスを流入させる形態の白金析出工程について記述したが、本工程において白金析出層を形成させる際に利用されるガスの供給形態は当該形態に限定されるものではなく、これらのガスはカソード側及びアノード側にそれぞれ封入されていても良い。 Further, in the above description, the platinum deposition step in which gas is introduced is described. However, the gas supply mode used when forming the platinum deposition layer in this step is not limited to this mode. These gases may be sealed on the cathode side and the anode side, respectively.
加えて、上記説明では、MEA5’を備えるMEGA9’と、セパレータ7、8とを備える燃料電池を作製した後(工程S24の後)に白金析出工程を実施する形態について記述したが、本実施形態にかかる製造方法では、MEAを作製した後(電解質膜・電極作製工程後)であり、かつ、燃料電池の運転前に、白金析出工程が備えられていれば、上記形態に限定されるものではない。
In addition, in the above description, the embodiment in which the platinum deposition step is performed after the fuel cell including the
なお、上記説明では、便宜上、セパレータに反応ガス流路が形成されている形態の単セルを備える燃料電池について説明したが、本発明を適用し得る燃料電池の形態は、当該形態に限定されるものではない。セパレータに反応ガス流路が形成されておらず、めっき法や発泡法等により製造されるステンレス鋼、チタン又はニッケル等の発泡金属、あるいは焼結金属等の多孔体により形成される拡散層に反応ガスが供給される形態の単セルを備える燃料電池であっても、本発明を好適に適用することが可能である。 In the above description, for convenience, a fuel cell including a single cell in which a reaction gas flow path is formed in the separator has been described. However, the form of the fuel cell to which the present invention can be applied is limited to the form. It is not a thing. No reaction gas flow path is formed in the separator, and it reacts with a diffusion layer formed by a porous material such as stainless steel, titanium or nickel, or a sintered metal produced by plating or foaming. The present invention can be preferably applied even to a fuel cell including a single cell in a form in which gas is supplied.
上記第2実施形態にかかる燃料電池の製造方法において、アノード触媒層にフル加湿の窒素ガスを、カソード触媒層にフル加湿の水素ガスを流入させ、さらに、変動下限電圧を0.7V、変動上限電圧を1.0Vとする電位変動を3日間に亘って30000サイクル実施した場合に形成された白金析出層の一部断面、及び、当該白金析出層の両側に配設されているアノード触媒層及び電解質膜の一部断面を、図6に示す。図示断面は、走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した結果を表しており、図6(A)は白金析出工程前の断面(初期界面)を、図6(B)は白金析出工程後の断面を、それぞれ示している。なお、図6に示す白金析出層は、デジタル波形の電位変動により形成させた。
図示のように、上記条件にて電位変動を加えることで、アノード触媒層と電解質膜との界面に白金析出層を形成することが可能になる。このような形態で白金析出層が形成されれば、アノード触媒層と電解質膜との界面において過酸化水素の生成を効果的に抑制することが可能になり、加えて、当該界面において、アノード触媒層から電解質膜へと移動する過酸化水素を分解することが可能になる。したがって、本発明によれば、燃料電池の耐久性を向上させることが可能になる。
In the method of manufacturing a fuel cell according to the second embodiment, fully humidified nitrogen gas is allowed to flow into the anode catalyst layer, fully humidified hydrogen gas is allowed to flow into the cathode catalyst layer, the variation lower limit voltage is 0.7 V, and the variation upper limit is A partial cross-section of a platinum deposition layer formed when 30000 cycles of potential fluctuation with a voltage of 1.0 V over 3 days, and an anode catalyst layer disposed on both sides of the platinum deposition layer, and A partial cross section of the electrolyte membrane is shown in FIG. The illustrated cross section represents the result of observation with a scanning electron microscope (SEM). FIG. 6A shows a cross section before the platinum deposition step (initial interface), and FIG. 6B shows the result after the platinum deposition step. Cross sections are shown respectively. Note that the platinum deposition layer shown in FIG. 6 was formed by potential fluctuation of a digital waveform.
As shown in the figure, it is possible to form a platinum deposition layer at the interface between the anode catalyst layer and the electrolyte membrane by applying potential fluctuations under the above conditions. If the platinum deposition layer is formed in such a form, it becomes possible to effectively suppress the production of hydrogen peroxide at the interface between the anode catalyst layer and the electrolyte membrane. It is possible to decompose hydrogen peroxide that migrates from the layer to the electrolyte membrane. Therefore, according to the present invention, it is possible to improve the durability of the fuel cell.
S12 電解質膜・混合物層作製工程
S13 電解質膜・混合物・電極作製工程
S16、S25 白金析出工程
S22 電解質膜・電極作製工程
1 電解質膜
2a アノード触媒層
3a カソード触媒層
4 混合物層
6a、6b 白金析出層
10、20 燃料電池
S12 Electrolyte membrane / mixture layer preparation step S13 Electrolyte membrane / mixture / electrode preparation step S16, S25 Platinum deposition step S22 Electrolyte membrane /
Claims (4)
前記電解質膜の、前記アノード触媒層側に、白金含有イオン及び/又は白金含有錯体とプロトン伝導性材料とを備える混合物層を配設する、電解質膜・混合物層作製工程と、
前記電解質膜・混合物層作製工程後に、前記白金含有イオン及び/又は白金含有錯体に含まれる白金を析出させる、白金析出工程と、
を備えることを特徴とする、燃料電池の製造方法。 A fuel cell manufacturing method comprising an electrolyte membrane, an anode catalyst layer and a cathode catalyst layer disposed on both sides of the electrolyte membrane, and a platinum deposition layer disposed between the electrolyte membrane and the anode catalyst layer Because
An electrolyte membrane / mixture layer preparation step of disposing a mixture layer comprising platinum-containing ions and / or a platinum-containing complex and a proton conductive material on the anode catalyst layer side of the electrolyte membrane;
A platinum deposition step of depositing platinum contained in the platinum-containing ions and / or platinum-containing complex after the electrolyte membrane / mixture layer preparation step;
A method for producing a fuel cell, comprising:
前記アノード触媒層は、少なくとも白金を含有し、
前記電解質膜の両側に前記アノード触媒層及びカソード触媒層を配設する、電解質膜・電極作製工程と、
前記電解質膜・電極作製工程後に、前記アノード触媒層から前記白金を析出させる白金析出工程と、を備え、
前記白金析出工程は、燃料電池作動時のカソード触媒層に還元剤を、燃料電池作動時のアノード触媒層に不活性ガスをそれぞれ接触させ、燃料電池作動時のカソード触媒層に対して酸素種の還元反応が起こる電位と起こらない電位との間で電位変動をかける工程であることを特徴とする、燃料電池の製造方法。
A method of manufacturing a fuel cell comprising an electrolyte membrane, and an anode catalyst layer and a cathode catalyst layer disposed on both sides of the electrolyte membrane,
The anode catalyst layer contains at least platinum,
An electrolyte membrane / electrode manufacturing step of disposing the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer on both sides of the electrolyte membrane;
A platinum deposition step of depositing the platinum from the anode catalyst layer after the electrolyte membrane / electrode preparation step,
In the platinum deposition step, a reducing agent is brought into contact with the cathode catalyst layer during operation of the fuel cell, and an inert gas is contacted with the anode catalyst layer during operation of the fuel cell. A method for producing a fuel cell, comprising a step of changing a potential between a potential at which a reduction reaction occurs and a potential at which a reduction reaction does not occur.
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