JP2007048524A - Catalyst layer of solid polymer fuel cell, mea, and manufacturing method of them - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst layer contributing to restriction of a solid polymer electrolyte film. <P>SOLUTION: The catalyst layer 2 of the solid polymer fuel cell is composed of: a porous sheet 20; a catalyst part 21 formed by filling catalyst component 220 in the middle part of the porous sheet 20; and a protection part 22 formed by filling the catalyst component 220 in the porous sheet 20 so as to surround the catalyst part 21, or composed of: the porous sheet 20 composed of a porous part arranged at the middle part and the protection part 22 surrounding the porous part; and the catalyst part 21 formed by filling the catalyst component 210 in the porous part. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は固体高分子型燃料電池用触媒層に関り、より詳細にはMEAを形成した際に固体高分子電解質膜の破損の抑制に寄与する触媒層に関る。   The present invention relates to a catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell, and more particularly to a catalyst layer that contributes to suppression of breakage of a polymer electrolyte membrane when an MEA is formed.

固体高分子型燃料電池は燃料ガス供給溝を備えた燃料極側セパレータ、燃料極側ガス拡散層、燃料極触媒層、固体高分子電解質膜、酸化剤極触媒層、酸化剤極側ガス拡散層、および酸化剤ガス供給溝を備えた酸化剤極側セパレータから構成されている。前記固体高分子電解質膜は膜厚が薄いため、燃料電池の製造時や使用時などに破損し易いという問題を有している。固体高分子電解質膜が破損すると、燃料電池の耐久性が低下するおそれがある。   The polymer electrolyte fuel cell has a fuel electrode side separator having a fuel gas supply groove, a fuel electrode side gas diffusion layer, a fuel electrode catalyst layer, a solid polymer electrolyte membrane, an oxidant electrode catalyst layer, and an oxidant electrode side gas diffusion layer. And an oxidant electrode side separator provided with an oxidant gas supply groove. Since the solid polymer electrolyte membrane is thin, it has a problem that it is easily damaged when the fuel cell is manufactured or used. If the solid polymer electrolyte membrane is damaged, the durability of the fuel cell may be reduced.

この様な問題に対し、例えば、特許文献1では電解質膜の中央部両面に電極触媒層を接合し、電解質膜の電極触媒層を接合していない面に、額縁状に樹脂を溶融固化して形成した補強層を設けることによって電解質膜を補強したMEAを開示している。
特開2003−82488号公報
For such a problem, for example, in Patent Document 1, an electrode catalyst layer is bonded to both surfaces of the center portion of the electrolyte membrane, and a resin is melted and solidified in a frame shape on the surface of the electrolyte membrane where the electrode catalyst layer is not bonded. An MEA in which an electrolyte membrane is reinforced by providing a formed reinforcing layer is disclosed.
JP 2003-82488 A

しかしながら、特許文献1に記載のMEAは補強層と電極触媒層との間に大きな隙間が形成され易く、隙間から電解質膜が剥き出しになる。このため、特許文献1に記載のMEAを用いて燃料電池を作製した際には、電解質膜が剥き出しとなった部分に、電解質膜を貫通するピンホールが生じて燃料ガスと酸化剤ガスとがクロスオーバーするおそれがある。また、熱や荷重による伸縮やたわみにより、補強層がずれたり、補強層の端部が電解質膜から剥離したりするおそれがある。   However, in the MEA described in Patent Document 1, a large gap is easily formed between the reinforcing layer and the electrode catalyst layer, and the electrolyte membrane is exposed from the gap. For this reason, when a fuel cell is manufactured using the MEA described in Patent Document 1, a pinhole penetrating the electrolyte membrane is generated in a portion where the electrolyte membrane is exposed, and the fuel gas and the oxidant gas are generated. There is a risk of crossover. In addition, there is a risk that the reinforcing layer may be displaced due to expansion and contraction or deflection due to heat or load, or an end portion of the reinforcing layer may be peeled off from the electrolyte membrane.

そこで、本発明は、固体高分子電解質膜の破損の抑制に寄与する触媒層を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the catalyst layer which contributes to suppression of the damage of a solid polymer electrolyte membrane.

また、本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとのクロスオーバーが抑制されたMEAを提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide an MEA in which crossover between fuel gas and oxidant gas is suppressed.

さらに、本発明は、固体高分子電解質膜と保護部との解離が抑制されたMEAを提供することを目的とする。   Furthermore, an object of the present invention is to provide an MEA in which dissociation between the solid polymer electrolyte membrane and the protective part is suppressed.

本発明者は、水素酸化反応または酸素還元反応を行うための触媒部と固体高分子電解質膜を補強するための保護部とを一体に形成したものを触媒層として作製し、前記触媒層を用いて固体高分子電解質膜を挟持することにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。   The inventor made a catalyst layer by integrally forming a catalyst portion for performing a hydrogen oxidation reaction or an oxygen reduction reaction and a protection portion for reinforcing a solid polymer electrolyte membrane, and using the catalyst layer The inventors have found that the above problems can be solved by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane, and have completed the present invention.

すなわち本発明は、多孔質シートと、前記多孔質シートの中央部に触媒成分が充填されてなる触媒部と、前記触媒部を囲むように前記多孔質シートに保護成分が充填されてなる保護部とからなることを特徴とする固体高分子型燃料電池用触媒層である。   That is, the present invention includes a porous sheet, a catalyst portion in which a central portion of the porous sheet is filled with a catalyst component, and a protective portion in which the porous sheet is filled with a protective component so as to surround the catalyst portion. A catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell, comprising:

また、本発明は中央に配置された多孔質部位および前記多孔質部位を囲む保護部からなる多孔質シートと、前記多孔質部位に触媒成分が充填されてなる触媒部とからなることを特徴とする固体高分子型燃料電池用触媒層である。   Further, the present invention comprises a porous sheet comprising a porous portion disposed in the center and a protective portion surrounding the porous portion, and a catalyst portion in which the porous portion is filled with a catalyst component. This is a catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell.

本発明により、固体高分子電解質膜の破損の抑制に寄与する触媒層を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a catalyst layer that contributes to suppression of breakage of the solid polymer electrolyte membrane.

本発明の触媒層を用いることにより、固体高分子電解質膜の破損を抑制しつつ、さらに燃料ガスと酸化剤ガスとのクロスオーバーを抑制しうるMEAを提供することができる。   By using the catalyst layer of the present invention, it is possible to provide an MEA that can suppress the crossover between the fuel gas and the oxidant gas while suppressing breakage of the solid polymer electrolyte membrane.

本発明の第一は図1のAに例示するように、多孔質シート20と、前記多孔質シート20の中央部に触媒成分210が充填されてなる触媒部21と、前記触媒部21を囲むように前記多孔質シート20に保護成分220が充填されてなる保護部22とからなることを特徴とする固体高分子型燃料電池用の触媒層2である。   As illustrated in FIG. 1A, the first of the present invention surrounds the porous sheet 20, a catalyst part 21 in which a central part of the porous sheet 20 is filled with a catalyst component 210, and the catalyst part 21. Thus, the catalyst layer 2 for a polymer electrolyte fuel cell is characterized by comprising a protective part 22 in which the porous sheet 20 is filled with a protective component 220.

また、本発明の第二は図1のBに例示するように、中央に配置された多孔質部位および前記多孔質部位を囲む保護部22からなる多孔質シート20と、前記多孔質部位に触媒成分210が充填されてなる触媒部21とからなることを特徴とする固体高分子型燃料電池用の触媒層2である。   In addition, as illustrated in FIG. 1B, the second aspect of the present invention is a porous sheet 20 comprising a porous portion disposed in the center and a protective portion 22 surrounding the porous portion, and a catalyst in the porous portion. It is a catalyst layer 2 for a polymer electrolyte fuel cell, characterized by comprising a catalyst part 21 filled with a component 210.

図1のAに例示するように多孔質シートを骨格として、この多孔質シートに従来の触媒層の役割を果たす触媒部と、MEAを形成した際に固体高分子電解質膜を補強する役割を果たす保護部とを形成したものを触媒層とするか、または、図1のBに例示するように、MEAを形成した際に固体高分子電解質膜を補強する役割を果たす保護部および多孔質部位からなる多孔質シートを骨格として、多孔質シートの多孔質部位に、従来の触媒層の役割を果たす触媒部を形成したものを触媒層とすることにより、固体高分子電解質膜の破損の抑制に寄与する触媒層が得られる。   As illustrated in FIG. 1A, a porous sheet is used as a skeleton, and a catalyst portion serving as a conventional catalyst layer is formed on the porous sheet, and a solid polymer electrolyte membrane is reinforced when an MEA is formed. From the protective part and the porous part that serve to reinforce the solid polymer electrolyte membrane when the MEA is formed as illustrated in FIG. Contributing to the prevention of breakage of the solid polymer electrolyte membrane by using the porous sheet as a skeleton and forming a catalyst layer in the porous part of the porous sheet that forms the catalyst part that functions as a conventional catalyst layer A catalyst layer is obtained.

図1のA’に図1のAの平面概略図を示し、図1のB’に図1のBの平面概略図を示す。本発明の触媒層において、触媒部の面積は、触媒層の面積に対して0.4倍以上であることが好ましく、より好ましくは0.8倍以上である。   1A is a schematic plan view of A in FIG. 1, and B ′ of FIG. 1 is a schematic plan view of B in FIG. In the catalyst layer of the present invention, the area of the catalyst portion is preferably 0.4 times or more, more preferably 0.8 times or more with respect to the area of the catalyst layer.

本発明の触媒層において保護部の内周と触媒部の外周とが重複して、これらの混合部位が形成されていても良いし、これらの間には隙間が形成されていても良いし、重複部位と隙間とが形成されていなくても良い。   In the catalyst layer of the present invention, the inner periphery of the protective portion and the outer periphery of the catalyst portion overlap, and these mixing sites may be formed, or a gap may be formed between them, The overlapping part and the gap may not be formed.

保護部の内周と触媒部の外周とが重複してこれらの混合部位が形成されている場合には、燃料ガスと酸化剤ガスとがクロスオーバーしにくくなるという観点から好ましい。この場合、混合部位の平面方向の幅は5mm以下であることが好ましく、より好ましくは1mm以下、更に好ましくは0.1mm以下である。混合部位には燃料ガスまたは酸化剤ガスが到達しないため、混合部位が5mm超であると水素酸化反応または酸素還元反応に寄与しない触媒が増加するおそれがある。   When the inner periphery of the protective portion and the outer periphery of the catalyst portion overlap to form these mixed portions, it is preferable from the viewpoint that the fuel gas and the oxidant gas are less likely to cross over. In this case, the width of the mixed portion in the planar direction is preferably 5 mm or less, more preferably 1 mm or less, and still more preferably 0.1 mm or less. Since the fuel gas or the oxidant gas does not reach the mixing site, if the mixing site exceeds 5 mm, the number of catalysts that do not contribute to the hydrogen oxidation reaction or the oxygen reduction reaction may increase.

保護部の内周と触媒部の外周との間に隙間が形成されている場合には、水素酸化反応または酸素還元反応に寄与しない触媒の増加を抑制できるという観点から好ましい。この場合、隙間の平面方向の幅は1mm以下であることが好ましく、より好ましくは0.1mm以下である。隙間の幅が1mm超であると電解質膜を貫通するピンホールが生じ、燃料ガスと酸化剤ガスとがクロスオーバーするおそれがある。   In the case where a gap is formed between the inner periphery of the protective part and the outer periphery of the catalyst part, it is preferable from the viewpoint that the increase of the catalyst that does not contribute to the hydrogen oxidation reaction or the oxygen reduction reaction can be suppressed. In this case, the width of the gap in the planar direction is preferably 1 mm or less, more preferably 0.1 mm or less. If the width of the gap exceeds 1 mm, a pinhole penetrating the electrolyte membrane is generated, and the fuel gas and the oxidant gas may cross over.

上記理由から、保護部の内周と触媒部の外周とは重複せず、尚且つこれらの間に隙間を形成していない触媒層は特に好ましい。   For the above reasons, a catalyst layer in which the inner periphery of the protective part and the outer periphery of the catalyst part do not overlap and a gap is not formed between them is particularly preferable.

以下、本発明の触媒層の構成要素である多孔質シート、触媒部および保護部について詳細に説明する。   Hereinafter, the porous sheet, the catalyst part, and the protective part, which are constituent elements of the catalyst layer of the present invention, will be described in detail.

(多孔質シート)
本発明における多孔質シートは触媒層の骨格となり、触媒部と保護部とを保持し、さらにこれらを連結する役割を果たす。
(Porous sheet)
The porous sheet in the present invention serves as a skeleton of the catalyst layer, holds the catalyst part and the protective part, and further plays a role of connecting them.

多孔質シートは、図1のAに示すように全面が多孔質構造のものでも良いし、図1のBに示すように中央部が多孔質構造であって他の部位は非多孔質構造のものでも良い。   As shown in FIG. 1A, the entire surface of the porous sheet may be a porous structure, or as shown in FIG. 1B, the central portion has a porous structure and the other part has a non-porous structure. Things can be used.

多孔質シートの触媒層形成部位の空隙率は60〜99%が好ましく、より好ましくは85〜95%である。多孔質シートの空隙率が60%未満であると、多孔質シートの細孔内に触媒成分を充填して触媒部を形成した際に、面に対して垂直な方向に電子伝導性を確保することができないおそれがあり、空隙率が99%超であると、多孔質シートの剛性が低下するおそれがある。空隙率は水銀圧入法により測定することができる。   The porosity of the catalyst layer forming portion of the porous sheet is preferably 60 to 99%, more preferably 85 to 95%. When the porosity of the porous sheet is less than 60%, when a catalyst component is formed by filling the pores of the porous sheet to form a catalyst portion, electron conductivity is ensured in a direction perpendicular to the surface. If the porosity is over 99%, the rigidity of the porous sheet may be reduced. The porosity can be measured by a mercury intrusion method.

多孔質シートが図1のAに示すように全面が多孔質の構造のものにおける、保護部形成部位の空隙率は特に限定されず、用いる保護成分などにより適宜決定することができる。   In the case where the porous sheet has a porous structure as shown in FIG. 1A, the porosity of the protective part forming portion is not particularly limited, and can be appropriately determined depending on the protective component used.

多孔質シートは、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、カーボンクロス、またはポリイミドからなることが好ましく、より好ましくはPTFEである。   The porous sheet is preferably made of polytetrafluoroethylene (PTFE), carbon cloth, or polyimide, and more preferably PTFE.

多孔質シートの厚みは特に限定されず、触媒部と保護部との厚みが同じものを用いても良いし、触媒部と保護部との厚みが異なるものを用いても良い。   The thickness of a porous sheet is not specifically limited, The thing with the same thickness of a catalyst part and a protection part may be used, and the thing from which the thickness of a catalyst part and a protection part differs may be used.

触媒部と保護部との厚みが同じものを用いると、多孔質シートのコストを抑えられるため好ましい。この場合の多孔質シートの厚みは1〜100μmが好ましく、より好ましくは1〜20μmである。多孔質シートの厚みが1μm以上であると所望する発電量が得られる点で好ましく、100μm以下であると高出力を維持できる点で好ましい。   It is preferable to use a catalyst part and a protective part having the same thickness because the cost of the porous sheet can be suppressed. In this case, the thickness of the porous sheet is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 20 μm. When the thickness of the porous sheet is 1 μm or more, it is preferable in that a desired power generation amount can be obtained, and when it is 100 μm or less, it is preferable in that a high output can be maintained.

触媒部と保護部との厚みが異なるものを用いる場合、例えば、触媒部に比べて保護部の厚みが大きなものを用いると、保護部の一部がガス拡散層を包囲することで、ガス拡散層に過大な加重がかかる場合でもガス拡散層が潰れすぎてガス拡散性が著しく低下することを抑制することができる点で好ましい。部位により厚みが異なる多孔質シートの好ましい厚みは、触媒部の好ましい厚みおよび保護部の好ましい厚みとして後述する。   When using a catalyst part and a protective part having different thicknesses, for example, when a protective part having a larger thickness than the catalyst part is used, a part of the protective part surrounds the gas diffusion layer, thereby causing gas diffusion. Even when an excessive load is applied to the layer, it is preferable in that it is possible to suppress the gas diffusion layer from being crushed so much that the gas diffusibility is significantly lowered. The preferable thickness of the porous sheet having different thickness depending on the part will be described later as the preferable thickness of the catalyst part and the preferable thickness of the protective part.

(触媒部)
本発明における触媒部は、従来の燃料電池における触媒層の役割を果たす。つまり、触媒部は、燃料電池の稼動時に水素酸化反応、または酸素還元反応などを行う。
(Catalyst part)
The catalyst part in the present invention serves as a catalyst layer in a conventional fuel cell. That is, the catalyst unit performs a hydrogen oxidation reaction or an oxygen reduction reaction when the fuel cell is in operation.

図1のAまたはBに示すように、触媒部21は、多孔質シート20に触媒成分210が充填されてなる。触媒成分としては特に限定されないが、例えば、触媒金属を担持したカーボン担体または白金黒と、電解質との混合物が好ましく挙げられる。前記触媒金属としては、水素酸化反応または酸素還元反応に対して触媒作用を有するものであれば特に限定されないが、例えば、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム、または、これらの合金からなる群より選択される少なくとも1種が好ましく挙げられる。前記カーボン担体としてはケッチェンブラック(登録商標)、およびバルカン(登録商標)などが好ましく挙げられる。   As shown in A or B of FIG. 1, the catalyst portion 21 is formed by filling a porous sheet 20 with a catalyst component 210. Although it does not specifically limit as a catalyst component, For example, the carbon support or platinum black which carry | supported the catalyst metal, and the mixture of electrolyte are mentioned preferably. The catalyst metal is not particularly limited as long as it has a catalytic action for hydrogen oxidation reaction or oxygen reduction reaction. For example, platinum, ruthenium, iridium, rhodium, palladium, osmium, tungsten, lead, iron, chromium Preferred is at least one selected from the group consisting of cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, aluminum, and alloys thereof. Preferred examples of the carbon carrier include Ketjen Black (registered trademark) and Vulcan (registered trademark).

前記電解質としては、デュポン株式会社製ナフィオン(登録商標)、旭硝子株式会社製フレミオン(登録商標)、旭化成ケミカルズ株式会社製アシプレックス(登録商標)およびザ・ダウ・ケミカル・コンパニー製ダウエックス(登録商標)、エンジニアリングプラスチック、またはその共重合体に酸基を導入したものなどが好ましく挙げられる。また、触媒成分には撥水性高分子などの各種添加剤が含まれていてもよい。   Examples of the electrolyte include Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont Co., Ltd., Flemion (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., Aciplex (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation, and Dowex (registered trademark) manufactured by The Dow Chemical Company. ), An engineering plastic, or a copolymer thereof having an acid group introduced therein. The catalyst component may contain various additives such as a water repellent polymer.

触媒部の厚みは特に限定されないが、0.1〜100μmが好ましく、より好ましくは1〜20μmである。触媒部の厚みが0.1μm以上であると所望する発電量が得られる点で好ましく、100μm以下であると高出力を維持できる点で好ましい。   Although the thickness of a catalyst part is not specifically limited, 0.1-100 micrometers is preferable, More preferably, it is 1-20 micrometers. When the thickness of the catalyst portion is 0.1 μm or more, it is preferable in that a desired power generation amount can be obtained, and when it is 100 μm or less, it is preferable in that high output can be maintained.

(保護部)
本発明における保護部は、MEAを形成した際に固体高分子電解質膜を補強する役割を果たす。
(Protection part)
The protective part in the present invention plays a role of reinforcing the solid polymer electrolyte membrane when the MEA is formed.

多孔質シートとして、図1のAに示すように一面が多孔質構造のものを用いる場合には、多孔質シートに保護成分が充填されている部位を保護部とし、図1のBに示すように中央部が多孔質構造であって、中央部の周囲が非多孔質構造のものの場合には非多孔質構造を有する部位を保護部とする。   As shown in FIG. 1A, when a porous sheet having a porous structure as shown in FIG. 1A is used, a portion where the porous sheet is filled with a protective component is used as a protective portion. In addition, when the central portion has a porous structure and the periphery of the central portion has a non-porous structure, a portion having the non-porous structure is defined as a protective portion.

保護部のガス透過係数は1×10−9cc・cm/cm・sec・cmHg以下が好ましく、より好ましくは1×10−8cc・cm/cm・sec・cmHg以下であり、更に好ましくは0cc・cm/cm・sec・cmHgである。1×10−9cc・cm/cm・sec・cmHg以下であると燃料ガスまたは酸化剤ガスの過度な漏れを抑制することができる。ガス透過係数はポロシメーターにより測定することができる。 The gas permeability coefficient of the protective part is preferably 1 × 10 −9 cc · cm / cm 2 · sec · cmHg or less, more preferably 1 × 10 −8 cc · cm / cm 2 · sec · cmHg or less, and still more preferably Is 0 cc · cm / cm 2 · sec · cmHg. Excessive leakage of fuel gas or oxidant gas can be suppressed when it is 1 × 10 −9 cc · cm / cm 2 · sec · cmHg or less. The gas permeability coefficient can be measured with a porosimeter.

図1のAに示すように保護部22が、多孔質シート20に保護成分220を充填してなる場合、保護成分としては特に限定されないが、樹脂からなることが好ましい。前記樹脂としては電解質、シリコン樹脂、またはPTFEなどが好ましく挙げられ、より好ましくは電解質またはシリコン樹脂である。これらは酸化還元雰囲気における耐久性や、ガスバリア性に優れる。   As shown to A of FIG. 1, when the protection part 22 fills the porous sheet 20 with the protection component 220, it is although it does not specifically limit as a protection component, It is preferable to consist of resin. Preferred examples of the resin include an electrolyte, a silicon resin, or PTFE, and more preferably an electrolyte or a silicon resin. These are excellent in durability in an oxidation-reduction atmosphere and gas barrier properties.

電解質としては上述の触媒部の項に記載したものを好ましく用いることができる。シリコン樹脂としては信越シリコーン社製のTRVゴムなどを好ましく用いることができる。PTFEとしては旭硝子株式会社のサイトップ(登録商標)などを好ましく用いることができる。   As the electrolyte, those described in the above-mentioned section of the catalyst part can be preferably used. As the silicone resin, TRV rubber manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd. can be preferably used. As PTFE, Cytop (registered trademark) of Asahi Glass Co., Ltd. can be preferably used.

保護部の厚みは1〜100μmが好ましく、より好ましくは5〜20μmである。保護部の厚みが1μm未満であると、MEAまたは燃料電池を形成した際に触媒部に過度な荷重がかかり、触媒部が閉塞するおそれがあり、100μm超であると、触媒層と電解質膜とが十分に接触せず、抵抗が高くなるおそれがある。   1-100 micrometers is preferable and, as for the thickness of a protection part, More preferably, it is 5-20 micrometers. If the thickness of the protective part is less than 1 μm, an excessive load may be applied to the catalyst part when the MEA or fuel cell is formed, and the catalyst part may be clogged. If the thickness exceeds 100 μm, the catalyst layer and the electrolyte membrane May not be in sufficient contact, and the resistance may increase.

また、MEAを形成する際には、ガス拡散層からのガス漏れを抑制するためにガスケットや接着層をMEA内に形成することがあるが、厚みが100〜1000μmであり、燃料電池スタックを締結した際の反力が1〜10MPaのである保護部を用いると、保護部がガスケットや接着層の役割を兼ね備えることができる。反力は、例えばサーボモーター式のプレス機などを用いて潰れ高さを調べることにより、測定することができる。燃料電池スタックの締結とは、MEAをセパレータ、GDL、ガスケットなどを合わせて単位燃料電池とした後、単位燃料電池を積層し、積層体をエンドプレートで挟持し、ボルトなどを用いて締結することを指す。   When forming the MEA, a gasket or adhesive layer may be formed in the MEA to suppress gas leakage from the gas diffusion layer, but the thickness is 100 to 1000 μm and the fuel cell stack is fastened. When a protective part having a reaction force of 1 to 10 MPa is used, the protective part can also serve as a gasket or an adhesive layer. The reaction force can be measured, for example, by examining the crushing height using a servo motor type press. The fastening of the fuel cell stack means that the MEA is combined with a separator, GDL, gasket, etc. to form a unit fuel cell, the unit fuel cells are stacked, the stacked body is sandwiched between end plates, and tightened using bolts or the like. Point to.

本発明の第三は図2に示すように燃料極側ガス拡散層3a、燃料極側触媒層2a、固体高分子電解質膜1、酸化剤極側触媒層2cおよび酸化剤極側ガス拡散層3cを含むMEA10であって、燃料極側触媒層2aまたは酸化剤極側触媒層2cが上述の触媒層からなることを特徴とするMEA10である。   The third aspect of the present invention is a fuel electrode side gas diffusion layer 3a, a fuel electrode side catalyst layer 2a, a solid polymer electrolyte membrane 1, an oxidant electrode side catalyst layer 2c and an oxidant electrode side gas diffusion layer 3c as shown in FIG. The fuel electrode side catalyst layer 2a or the oxidant electrode side catalyst layer 2c is composed of the catalyst layer described above.

固体高分子電解質膜の少なくとも片面に本発明の触媒層を配置することにより、固体高分子電解質膜に与えられる機械的付加を軽減させるため、MEAの製造時、燃料電池の製造時、または燃料電池の稼動時などに生じる固体高分子電解質膜の破損を抑制することができる。   By disposing the catalyst layer of the present invention on at least one surface of the solid polymer electrolyte membrane, the mechanical addition given to the solid polymer electrolyte membrane is reduced, so that the MEA is manufactured, the fuel cell is manufactured, or the fuel cell is manufactured. It is possible to suppress damage to the solid polymer electrolyte membrane that occurs during operation.

上述したように、本発明の触媒層は固体高分子電解質膜の少なくとも片面に配置されていればよいが、より好ましくは固体高分子電解質膜の両面に配置される。両面に配置することにより、固体高分子電解質膜の破損をさらに抑制することができる。   As described above, the catalyst layer of the present invention may be disposed on at least one side of the solid polymer electrolyte membrane, but more preferably on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane. By disposing on both surfaces, damage to the solid polymer electrolyte membrane can be further suppressed.

MEAに含まれる燃料極側ガス拡散層、固体高分子電解質膜、および酸化剤極側ガス拡散層としては、特に限定されず従来公知のものを用いることができる。   The fuel electrode side gas diffusion layer, the solid polymer electrolyte membrane, and the oxidant electrode side gas diffusion layer included in the MEA are not particularly limited, and conventionally known ones can be used.

図3に示すMEA部分断面概略図のように、本発明のMEAは燃料極側ガス拡散層3aまたは酸化剤極側ガス拡散層3cを包囲するように、保護部22上にガスケット31を配置しても良い。ガスケットを配置することにより、燃料極側ガス拡散層側面からの燃料ガスの漏れ、または酸化剤極側ガス拡散層側面からの酸化剤ガスの漏れを抑制することができる。ガスケットとしては特に限定されないが、シリコーンゴムまたはフッ素ゴムなどが好ましく挙げられる。   As shown in the MEA partial cross-sectional schematic diagram shown in FIG. 3, the MEA of the present invention has a gasket 31 disposed on the protective portion 22 so as to surround the fuel electrode side gas diffusion layer 3a or the oxidant electrode side gas diffusion layer 3c. May be. By disposing the gasket, leakage of fuel gas from the side surface of the fuel electrode side gas diffusion layer or leakage of oxidant gas from the side surface of the oxidant electrode side gas diffusion layer can be suppressed. Although it does not specifically limit as a gasket, Silicone rubber or fluororubber etc. are mentioned preferably.

図4に示すMEA部分断面概略図のように、本発明のMEAは燃料極側ガス拡散層3aまたは酸化剤極側ガス拡散層3cを包囲するように、保護部22上に接着層32を配置しても良い。接着層を配置することにより、燃料極側ガス拡散層側面からの燃料ガスの漏れ、または酸化剤極側ガス拡散層側面からの酸化剤ガスの漏れを抑制することがでる。接着層を用いる場合、保護層22と接着層31とをあわせた厚みが、触媒層21とガス拡散層(3a、3c)とをあわせた厚みに対して、0.5〜0.8倍であることが好ましい。0.5倍未満であると一対のセパレータによりMEAを挟持して固体高分子型燃料電池を形成した際に、ガス拡散層に過度な荷重がかかり、セパレータに設けられたガス流路がガス拡散層により閉塞するおそれがある。0.8倍超であると、ガス拡散層と触媒層との接触が十分とれず、抵抗が増大するおそれがある。   As shown in the MEA partial cross-sectional schematic diagram shown in FIG. 4, the MEA of the present invention has an adhesive layer 32 disposed on the protective portion 22 so as to surround the fuel electrode side gas diffusion layer 3a or the oxidant electrode side gas diffusion layer 3c. You may do it. By disposing the adhesive layer, it is possible to suppress leakage of fuel gas from the side surface of the fuel electrode side gas diffusion layer or leakage of oxidant gas from the side surface of the oxidant electrode side gas diffusion layer. When the adhesive layer is used, the total thickness of the protective layer 22 and the adhesive layer 31 is 0.5 to 0.8 times the total thickness of the catalyst layer 21 and the gas diffusion layers (3a, 3c). Preferably there is. When it is less than 0.5 times, when a polymer electrolyte fuel cell is formed by sandwiching MEA with a pair of separators, an excessive load is applied to the gas diffusion layer, and the gas flow path provided in the separator diffuses gas. May be clogged by layers. If it exceeds 0.8 times, the gas diffusion layer and the catalyst layer may not be sufficiently contacted and the resistance may increase.

接着層としては特に限定されないが、シリコン系接着剤などが好ましく挙げられる。   Although it does not specifically limit as an adhesive layer, A silicon type adhesive agent etc. are mentioned preferably.

本発明の第四は上述の触媒層の製造方法である。   A fourth aspect of the present invention is the above-described method for producing a catalyst layer.

図1のAに例示される多孔質シートを骨格として多孔質シートに、触媒部と保護部とを形成した触媒層の製造方法を触媒層製造方法1、図1のBに例示される保護部および多孔質部位からなる多孔質シートを骨格として、多孔質シートの多孔質部位に触媒部を形成した触媒層の製造方法を触媒層製造方法2として以下に記載するが、本発明はこれらに限定されない。   1A and 1B, a method for producing a catalyst layer in which a catalyst sheet and a protective part are formed on a porous sheet using the porous sheet exemplified in FIG. And a method for producing a catalyst layer in which a catalyst portion is formed in a porous portion of the porous sheet using a porous sheet composed of a porous portion as a skeleton, is described below as catalyst layer production method 2, but the present invention is limited to these. Not.

(触媒層製造方法1)
図1のAに例示される、多孔質シート20と、前記多孔質シート20の中央部に触媒成分210が充填されてなる触媒部21と、前記触媒部21を囲むように前記多孔質シート20に保護成分220が充填されてなる保護部22とからなる触媒層2を製造する場合には、多孔質シートに保護成分混合液を塗布および乾燥して保護部を形成する段階(i)および多孔質シートの中央部に触媒スラリーを塗布および乾燥して触媒部を形成する段階(ii)を含み、前記保護部は前記触媒部を囲むように形成する方法が好ましく挙げられる。前記段階(i)および段階(ii)は順不同であり、これらの段階の実施の順序は適宜決定することができる。
(Catalyst layer production method 1)
1A, the porous sheet 20, the catalyst part 21 in which the catalyst component 210 is filled in the center of the porous sheet 20, and the porous sheet 20 so as to surround the catalyst part 21. In the case of producing the catalyst layer 2 composed of the protective part 22 filled with the protective component 220, the step (i) of forming the protective part by applying and drying the protective component mixed solution on the porous sheet and drying the porous part A method of forming the catalyst part by applying and drying the catalyst slurry on the central part of the quality sheet and forming the catalyst part (ii), and forming the protective part so as to surround the catalyst part is preferable. The steps (i) and (ii) are in no particular order, and the order of performing these steps can be determined as appropriate.

以下に、触媒層を段階(i)段階(ii)の順で作製する方法を示す。但し本発明は以下の工程に限定されない。   Below, the method of producing a catalyst layer in order of step (i) step (ii) is shown. However, the present invention is not limited to the following steps.

段階(i)として、まず、多孔質シートを用意する。多孔質シートは上述の触媒層の項に記載したものを好ましく用いることができる。   As step (i), first, a porous sheet is prepared. As the porous sheet, those described in the above-mentioned section of the catalyst layer can be preferably used.

次に、多孔質シートに保護成分混合液を塗布する。保護成分混合液としては、溶媒に樹脂を添加したものなどが好ましく挙げられる。樹脂としては、保護部の項に記載したものが好ましい。溶媒としては前記樹脂を溶解し、多孔質シートを溶解しないものであれば特に限定されない。保護成分混合液を多孔質シートに塗布する方法としては特に限定されないが、スプレー法、スクリーン印刷または保護成分混合液を多孔質シートに垂らしてから、ガラスやPTFRなどからなる棒や箆などでなぞり、圧入する方法などが好ましく挙げられる。保護成分混合液は、多孔質シート中央部の触媒部形成予定部位を囲むように充填する。   Next, the protective component mixture is applied to the porous sheet. Preferred examples of the protective component mixture include those obtained by adding a resin to a solvent. As resin, what was described in the term of the protection part is preferable. The solvent is not particularly limited as long as it dissolves the resin and does not dissolve the porous sheet. The method for applying the protective component mixed liquid to the porous sheet is not particularly limited, but the spray method, screen printing, or the protective component mixed liquid is dropped on the porous sheet, and then traced with a rod or a rod made of glass or PTFR. A method of press-fitting is preferable. The protective component mixed solution is filled so as to surround the catalyst portion formation planned portion in the center of the porous sheet.

次に、保護成分混合液を乾燥して多孔質シートの細孔内に保護部を形成する。保護成分混合液から溶媒を除去する方法としては、自然乾燥、通風乾燥、加熱乾燥または減圧などが好ましく挙げられる。   Next, the protective component mixed solution is dried to form protective portions in the pores of the porous sheet. Preferable examples of the method for removing the solvent from the protective component mixture include natural drying, ventilation drying, heat drying, and reduced pressure.

続いて、段階(ii)として、触媒スラリーを多孔質シート中央部に塗布する。触媒スラリーとしては特に限定されないが、溶媒に、保護成分として触媒金属を担持したカーボン担体または白金黒と電解質とを混合したものなどが好ましく挙げられる。触媒金属を担持したカーボン担体、白金黒、および電解質としては上述の触媒部の項に記載したとおりである。溶媒としては前記保護成分を溶解し、多孔質シートを溶解しないものであれば特に限定されないが、例えば、アルコール、水、またはアルコールと水との混合物が好ましい。アルコールとしてはメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、sec−ブタノール、およびtert−ブタノールなどが好ましく挙げられ、より好ましくはエタノールまたはイソプロパノールである。これらは、電解質および電極触媒との非反応性、分散性、および揮発性に優れる。触媒スラリーを多孔質シートに塗布する方法としては特に限定されないが、スプレー法、ダイコーター法、ドクターブレード法、グラビアコート、スクリーン印刷または混合液ジェット印刷などが好ましく挙げられる。   Subsequently, as a step (ii), the catalyst slurry is applied to the central portion of the porous sheet. Although it does not specifically limit as a catalyst slurry, The thing etc. which mixed the carbon support | carrier which carry | supported the catalyst metal as a protective component, or platinum black and an electrolyte in a solvent are mentioned preferably. The carbon carrier, platinum black, and electrolyte supporting the catalyst metal are as described in the above-mentioned section of the catalyst part. The solvent is not particularly limited as long as it dissolves the protective component and does not dissolve the porous sheet. For example, alcohol, water, or a mixture of alcohol and water is preferable. Preferred examples of the alcohol include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, sec-butanol, and tert-butanol, and more preferably ethanol or isopropanol. These are excellent in non-reactivity with electrolytes and electrode catalysts, dispersibility, and volatility. The method for applying the catalyst slurry to the porous sheet is not particularly limited, and preferred examples include a spray method, a die coater method, a doctor blade method, gravure coating, screen printing, or mixed liquid jet printing.

次に、触媒スラリーを乾燥して多孔質シートの細孔内に触媒部を形成する。触媒スラリーから溶媒を除去する方法としては、自然乾燥、通風乾燥、加熱乾燥または減圧などが好ましく挙げられる。   Next, the catalyst slurry is dried to form catalyst parts in the pores of the porous sheet. Preferred examples of the method for removing the solvent from the catalyst slurry include natural drying, ventilation drying, heat drying or reduced pressure.

保護成分混合液を塗布する際には、触媒部または触媒部形成予定部位をマスキングし、触媒スラリーを塗布する際には、保護部または保護部形成予定部位をマスキングすることが好ましい。マスキングをすることにより連続生産することができる。マスキングのためのマスキングシートとしては樹脂シートなどが用いられる。   When applying the protective component mixture, it is preferable to mask the catalyst portion or the catalyst portion formation planned portion, and when applying the catalyst slurry, masking the protection portion or the protection portion formation planned portion. Continuous production is possible by masking. A resin sheet or the like is used as a masking sheet for masking.

保護成分混合液または触媒スラリーを多孔質シートに塗布する際には、通気性を有する板の上に多孔質シートを戴せて、多孔質シートを戴せていない方の面を負圧にすることにより、保護成分混合液または触媒スラリーの浸透を促進することができ、また、保護成分混合液または触媒スラリーを多孔質シートの隅々にまで浸透させることができる。   When applying the protective component mixture or the catalyst slurry to the porous sheet, place the porous sheet on a plate with air permeability, and make the surface that does not have the porous sheet a negative pressure. Thus, the penetration of the protective component mixture or the catalyst slurry can be promoted, and the protective component mixture or the catalyst slurry can be penetrated to every corner of the porous sheet.

上述の触媒層の項において、保護部の内周と触媒部の外周とが重複してこれらの混合部位が形成されている利点として、燃料ガスと酸化剤ガスとがクロスオーバーしにくくなることを挙げたが、以下に、保護部の内周と触媒部の外周とを重複させてこれらの混合部位を形成する方法を述べる。   In the above-mentioned catalyst layer section, as an advantage that the inner periphery of the protective portion and the outer periphery of the catalyst portion overlap to form these mixed portions, the fuel gas and the oxidant gas are less likely to cross over. Although mentioned, below, the method of overlapping the inner periphery of a protection part and the outer periphery of a catalyst part and forming these mixing parts is described.

多孔質シートの触媒部形成予定箇所をマスキングした後に、多孔質シートの保護部形成予定箇所に保護成分混合液を塗布および乾燥して保護部を形成する段階(i)を行い、その次にマスキングを外し、保護部の内周が露出するように保護部をマスキングし、多孔質シートに触媒スラリーを塗布および乾燥して触媒部を形成する段階(ii)を行うと、保護部の内周と触媒部の外周とを重複させてこれらの混合部位を形成することができる。この方法によると、保護部と触媒部との混合部位の幅が広がりすぎないため触媒反応に寄与しない触媒の量を減らすことができる。保護部をマスキングする際にマスキングシートから露出する内周の幅により、混合部位の幅を調節することができる。混合部位の好ましい幅については、上述の触媒層の項に記載したとおりである。   Step (i) of forming a protective part by applying and drying a protective component mixture on the porous part of the porous sheet after masking the catalyst part formation planned part of the porous sheet, followed by masking The protective part is masked so that the inner periphery of the protective part is exposed, and the step (ii) of forming the catalyst part by applying and drying the catalyst slurry on the porous sheet, These mixed portions can be formed by overlapping the outer periphery of the catalyst portion. According to this method, the amount of the catalyst that does not contribute to the catalytic reaction can be reduced because the width of the mixing portion between the protective portion and the catalyst portion is not excessively widened. The width of the mixed portion can be adjusted by the width of the inner periphery exposed from the masking sheet when masking the protective part. The preferable width of the mixing part is as described in the above-mentioned section of the catalyst layer.

上述の触媒層の項において、保護部の内周と触媒部の外周との間に隙間が形成されている利点として、水素酸化反応または酸素還元反応に寄与しない触媒の増加を抑制できることを挙げたが、以下に、保護部の内周と触媒部の外周との間に隙間を形成する方法を述べる。   In the above-mentioned catalyst layer section, as an advantage that a gap is formed between the inner periphery of the protective part and the outer periphery of the catalyst part, an increase in the catalyst that does not contribute to the hydrogen oxidation reaction or the oxygen reduction reaction can be suppressed. However, a method for forming a gap between the inner periphery of the protective part and the outer periphery of the catalyst part will be described below.

多孔質シートの触媒部形成予定箇所をマスキングした後に保護成分混合液を塗布および乾燥して保護部を形成する段階(i)、マスキングを外し、保護部と触媒部形成予定箇所との境に離隔成分が充填されてなる境界部を形成する段階(i’)、保護部をマスキングし、多孔質シートに触媒スラリーを塗布および乾燥し、マスキングを外して触媒部を形成する段階(ii)、ならびに、離隔成分を除去する段階(ii’)をこの順で行うことにより、保護部の内周と触媒部の外周との間に隙間を形成することができる。この方法によると、保護部と触媒部との隙間の幅が広がりすぎないため燃料ガスと酸化剤ガスとのクロスオーバーを抑制することができる。隙間の好ましい幅については、上述の触媒層の項に記載したとおりである。   Step (i) of forming a protection part by applying and drying a protective component mixture after masking the catalyst part formation planned part of the porous sheet, removing the masking, and separating the boundary between the protection part and the catalyst part formation planned part Forming a boundary portion filled with components (i ′), masking the protective portion, applying and drying the catalyst slurry on the porous sheet, removing the mask to form the catalyst portion (ii), and By performing the step (ii ′) of removing the separation component in this order, a gap can be formed between the inner periphery of the protection part and the outer periphery of the catalyst part. According to this method, since the width of the gap between the protective part and the catalyst part does not spread too much, the crossover between the fuel gas and the oxidant gas can be suppressed. The preferable width of the gap is as described in the above-mentioned section of the catalyst layer.

また、以下に示す手順で触媒層を形成することも好ましい。多孔質シートの触媒部形成予定箇所に離隔成分を充填した後に保護成分混合液を塗布および乾燥して保護部を形成する段階、ならびに、離隔成分を除去し、多孔質シートに触媒スラリーを塗布および乾燥する段階をこの順で行うことにより、保護部の内周と触媒部の外周との間に隙間を形成することもできる。この方法によると、保護部と触媒部との隙間の幅が広がりすぎないため燃料ガスと酸化剤ガスとのクロスオーバーを抑制することができる。隙間の好ましい幅については、上述の触媒層の項に記載したとおりである。   Moreover, it is also preferable to form a catalyst layer in the procedure shown below. Applying the protective component mixture liquid to the catalyst portion formation planned portion of the porous sheet and then drying it to form the protective portion, and removing the separation component and applying the catalyst slurry to the porous sheet and By performing the drying steps in this order, a gap can also be formed between the inner periphery of the protective part and the outer periphery of the catalyst part. According to this method, since the width of the gap between the protective part and the catalyst part does not spread too much, the crossover between the fuel gas and the oxidant gas can be suppressed. The preferable width of the gap is as described in the above-mentioned section of the catalyst layer.

離隔成分としては、パラフィン、またはオクチルフェノキシポリエトキシエタノールなどが好ましく挙げられ、より好ましくはパラフィンである。   Preferred examples of the separation component include paraffin and octylphenoxypolyethoxyethanol, and paraffin is more preferable.

離隔成分を除去する方法としては、昇温気化、または溶媒による洗浄などが好ましく挙げられ、これらは用いる多孔質シート、および離隔成分などにより適宜決定することができる。これらの中で昇温気化による除去方法は簡便な手段であるためより好ましい。昇温気化による除去方法として、例えば、段階(i’)において、多孔質シートの融点未満の温度の沸点を有する離隔成分を用い、段階(ii’)において、離隔成分の沸点以上、多孔質シートの融点未満の温度で加熱処理をすると、多孔質シートの変形または劣化を抑制しつつ、離隔成分を除去できるため好ましい。   Preferred examples of the method for removing the separation component include vaporization at elevated temperature, washing with a solvent, and the like, which can be appropriately determined depending on the porous sheet to be used, the separation component, and the like. Of these, the removal method by vaporization at elevated temperature is more preferable because it is a simple means. As a removal method by temperature rising vaporization, for example, in step (i ′), a separation component having a boiling point lower than the melting point of the porous sheet is used, and in step (ii ′), the porous sheet has a boiling point equal to or higher than the boiling point of the separation component. It is preferable to perform the heat treatment at a temperature lower than the melting point because the separation component can be removed while suppressing deformation or deterioration of the porous sheet.

離隔成分を充填する幅により、境界部の幅を調節することができる。   The width of the boundary portion can be adjusted by the width of filling the separation component.

(触媒層製造方法2)
図1のBに例示される、中央に配置された多孔質部位および前記多孔質部位を囲む保護部22からなる多孔質シート20と、前記多孔質部位に触媒成分210が充填されてなる触媒部21とからなる触媒層2を製造する場合には、中央に多孔質部位を有する多孔質シートの前記多孔質部位に触媒スラリーを塗布、含浸させた後に、乾燥することにより触媒層を製造する方法が好ましく挙げられる。また、全面が多孔質構造の多孔質シートに触媒スラリーを塗布および乾燥して触媒部を形成したものと、フィルムを額縁状に成形した保護部とを用意し、前記触媒部を前記保護部の空洞に嵌め込んで、加熱などの手段により、触媒部と保護部とを一体化して触媒層を形成する方法も好ましく挙げられる。
(Catalyst layer production method 2)
The porous part 20 which consists of the porous part arrange | positioned in the center illustrated in FIG. 1B and the protection part 22 surrounding the said porous part, and the catalyst part by which the catalyst component 210 is filled into the said porous part When the catalyst layer 2 comprising 21 is produced, a catalyst slurry is applied to the porous part of the porous sheet having a porous part at the center, impregnated and impregnated, and then dried to produce the catalyst layer Are preferred. In addition, a catalyst sheet is formed by applying and drying a catalyst slurry on a porous sheet having a porous structure on the entire surface, and a protective part in which a film is formed into a frame shape, and the catalyst part is formed on the protective part. A method in which the catalyst layer is formed by integrating the catalyst portion and the protection portion by means of heating or the like by fitting in the cavity is also preferred.

触媒スラリーとしては上述の触媒層製造方法1に記載したものが好ましく、触媒スラリーから溶媒を除去する方法、または触媒スラリーを塗布する方法としては上述の触媒層製造方法1に記載した方法が好ましい。   As the catalyst slurry, those described in the above-mentioned catalyst layer production method 1 are preferable, and as the method for removing the solvent from the catalyst slurry or the method for applying the catalyst slurry, the method described in the above-mentioned catalyst layer production method 1 is preferable.

本発明の第五は上述のMEAの製造方法である。   A fifth aspect of the present invention is the above-described MEA manufacturing method.

本発明のMEAは、燃料極側触媒層、固体高分子電解質膜、および酸化剤極側触媒層;または燃料極側ガス拡散層、燃料極側触媒層、固体高分子電解質膜、および酸化剤極側触媒層、酸化剤極側ガス拡散層(以下、これらを積層体とも記載する)を積層してホットプレスすることにより作製し、前記燃料極側触媒層または前記酸化剤極側触媒層として、上述の触媒層のいずれかを用いる。前記燃料極側触媒層および前記酸化剤極側触媒層として上述の触媒層を用いると、固体高分子電解質膜の破損をさらに抑制することができるためより好ましい。   The MEA of the present invention comprises a fuel electrode side catalyst layer, a solid polymer electrolyte membrane, and an oxidant electrode side catalyst layer; or a fuel electrode side gas diffusion layer, a fuel electrode side catalyst layer, a solid polymer electrolyte membrane, and an oxidant electrode. A side catalyst layer and an oxidant electrode side gas diffusion layer (hereinafter also referred to as a laminate) are produced by hot pressing, and as the fuel electrode side catalyst layer or the oxidant electrode side catalyst layer, Any of the catalyst layers described above is used. It is more preferable to use the above-mentioned catalyst layers as the fuel electrode side catalyst layer and the oxidant electrode side catalyst layer because the damage of the solid polymer electrolyte membrane can be further suppressed.

前記積層体は、燃料極側ガス拡散層、燃料極側触媒層、固体高分子電解質膜、酸化剤極側触媒層および酸化剤極側ガス拡散層をそれぞれ積層したものでも良いし、燃料極側触媒層、固体高分子電解質膜および酸化剤極側触媒層を予め一体化したものを燃料極側ガス拡散層と酸化剤極側ガス拡散層とで挟持したものでも良いし、燃料極側ガス拡散層と燃料極側触媒層とを一体化し、酸化剤極側ガス拡散層と酸化剤側触媒層とを一体化して、これらで固体高分子電解質膜を挟持し、更に一体化させたものでも良い。燃料極側触媒層、固体高分子電解質膜および酸化剤極側触媒層を一体化する方法や、燃料極側ガス拡散層と燃料極側触媒層とを一体化する方法や、酸化剤極側ガス拡散層と酸化剤側触媒層とを一体化する方法は、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができる。   The laminate may be a laminate of a fuel electrode side gas diffusion layer, a fuel electrode side catalyst layer, a solid polymer electrolyte membrane, an oxidant electrode side catalyst layer, and an oxidant electrode side gas diffusion layer, or a fuel electrode side. A catalyst layer, a solid polymer electrolyte membrane, and an oxidant electrode side catalyst layer integrated in advance may be sandwiched between a fuel electrode side gas diffusion layer and an oxidant electrode side gas diffusion layer, or fuel electrode side gas diffusion The layer and the fuel electrode side catalyst layer may be integrated, the oxidant electrode side gas diffusion layer and the oxidant side catalyst layer may be integrated, and the solid polymer electrolyte membrane may be sandwiched between these layers and further integrated. . A method for integrating the fuel electrode side catalyst layer, the solid polymer electrolyte membrane and the oxidant electrode side catalyst layer, a method for integrating the fuel electrode side gas diffusion layer and the fuel electrode side catalyst layer, and an oxidant electrode side gas The method for integrating the diffusion layer and the oxidant side catalyst layer is not particularly limited, and a conventionally known method can be used.

前記プレスは1〜8MPaで行うことが好ましく、より好ましくは2〜3MPaである。プレス圧力が1MPa未満であると、積層体の構成要素同士が密着せず電池性能が低下するおそれがあり、8MPa超であるとガス拡散層または触媒層の細孔が閉塞するおそれがある。また、前記プレスは120〜180℃で行うことが好ましく、より好ましくは120〜130℃である。プレス温度が120℃未満であると、積層体の構成要素同士が密着せず電池性能が低下するおそれがあり、180℃超であると固体高分子電解質膜、燃料極側触媒層、または酸化剤極側触媒層に含まれる電解質が劣化するおそれがある。   The pressing is preferably performed at 1 to 8 MPa, more preferably 2 to 3 MPa. If the pressing pressure is less than 1 MPa, the constituent elements of the laminate may not be in close contact with each other, and the battery performance may be deteriorated. If it exceeds 8 MPa, the pores of the gas diffusion layer or the catalyst layer may be blocked. Moreover, it is preferable to perform the said press at 120-180 degreeC, More preferably, it is 120-130 degreeC. If the press temperature is less than 120 ° C, the components of the laminate may not be in close contact with each other, and the battery performance may be deteriorated. If it exceeds 180 ° C, the solid polymer electrolyte membrane, the fuel electrode side catalyst layer, or the oxidant There is a possibility that the electrolyte contained in the electrode catalyst layer may deteriorate.

ただし、上述の触媒層製造方法1に記載した、多孔質シートに触媒スラリーを塗布および乾燥して触媒部を形成する段階(ii)において乾燥を行わず、触媒層に触媒スラリーが充填されている状態で積層体を形成した場合には、より低い圧力および温度でプレスをすることができる。これは、触媒スラリーはこれを固化したものよりも柔軟であるため、より低い圧力および温度でプレスしても積層体の構成要素同士を密着させられるためである。この場合、前記プレスは2〜4MPa、20〜140℃で行うことが好ましく、より好ましくは2〜2.5MPa、20〜120℃である。上述の圧力および温度でプレスを行うことにより、ガス拡散層もしくは触媒層の細孔の閉塞、または、固体高分子電解質膜、燃料極側触媒層、もしくは酸化剤極側触媒層に含まれる電解質の劣化を、さらに抑制することができる。   However, in the step (ii) of forming the catalyst part by applying and drying the catalyst slurry on the porous sheet described in the catalyst layer production method 1 above, the catalyst layer is filled with the catalyst slurry without being dried. When a laminated body is formed in a state, pressing can be performed at a lower pressure and temperature. This is because the catalyst slurry is softer than the solidified catalyst slurry, so that the components of the laminate can be brought into close contact with each other even when pressed at a lower pressure and temperature. In this case, the pressing is preferably performed at 2 to 4 MPa and 20 to 140 ° C, more preferably 2 to 2.5 MPa and 20 to 120 ° C. By pressing at the pressure and temperature described above, the pores of the gas diffusion layer or catalyst layer are blocked, or the electrolyte contained in the solid polymer electrolyte membrane, the fuel electrode side catalyst layer, or the oxidant electrode side catalyst layer Deterioration can be further suppressed.

保護部の融点が固体高分子電解質膜、燃料極側触媒層、または酸化剤極側触媒層に含まれる電解質の劣化温度未満となるように、保護成分または多孔質シートを選択し、保護部または電解質における高い方の融点以上、電解質の劣化温度未満の温度条件下でプレスを行うことが好ましい。これによると、電解質の劣化を抑制することができる。   The protective component or the porous sheet is selected so that the melting point of the protective part is lower than the deterioration temperature of the electrolyte contained in the solid polymer electrolyte membrane, the fuel electrode side catalyst layer, or the oxidant electrode side catalyst layer. It is preferable to perform pressing under a temperature condition that is higher than the higher melting point of the electrolyte and lower than the deterioration temperature of the electrolyte. According to this, deterioration of the electrolyte can be suppressed.

MEAの項に記載したように、燃料極側ガス拡散層または酸化剤極側ガス拡散層を包囲するように、保護部上にガスケットを配置することにより、燃料ガスまたは酸化剤ガスの漏れを抑制できる。   As described in the MEA section, by disposing a gasket on the protective part so as to surround the fuel electrode side gas diffusion layer or oxidant electrode side gas diffusion layer, leakage of fuel gas or oxidant gas is suppressed. it can.

ガスケットの配置は特に限定されないが、一体形成により行うことが好ましい。   The arrangement of the gasket is not particularly limited, but it is preferably performed by integral formation.

MEAの項に記載したように、燃料極側ガス拡散層または酸化剤極側ガス拡散層を包囲するように、保護部上に接着層を配置することにより、燃料ガスまたは酸化剤ガスの漏れを抑制でき、さらに保護部と固体高分子電解質膜との解離を抑制することができる。   As described in the MEA section, by disposing an adhesive layer on the protective portion so as to surround the fuel electrode side gas diffusion layer or the oxidant electrode side gas diffusion layer, leakage of the fuel gas or oxidant gas can be prevented. In addition, dissociation between the protective part and the solid polymer electrolyte membrane can be suppressed.

接着層の配置は特に限定されないが、ディスペンサー、またはスクリーン印刷による塗布により行うことが好ましい。   The arrangement of the adhesive layer is not particularly limited, but is preferably performed by application by a dispenser or screen printing.

上述の触媒層もしくはMEA、または上述の方法により製造された触媒層もしくはMEAを含む固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜の破損が抑制されているため、燃料電池の耐久性に優れる。   The polymer electrolyte fuel cell including the above-described catalyst layer or MEA or the catalyst layer or MEA produced by the above-described method has excellent durability of the fuel cell because damage to the solid polymer electrolyte membrane is suppressed. .

次に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらの実施例は何ら本発明を制限するものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, these Examples do not restrict | limit this invention at all.

(実施例1)
以下の手法により、図3に示す形態のMEAを作製した。ガス拡散層として、カーボン層付きカーボンペーパー(ジャパンゴアテックス株式会社製、CFP200)を純水に浸けて洗浄した後、乾燥炉にて80℃で乾燥した。保護成分混合液として、電解質溶液(デュポン株式会社製、DE520)を用意した。触媒スラリーとして、白金担持カーボン(田中貴金属株式会社製、TEC10E50E)10g、パーフルオロスルホン酸電解質溶液(デュポン株式会社製、ナフィオン 5%溶液)100g、純水100g、およびイソプロパノール100gを混合し、これらを均一に分散させたものを用意した。
Example 1
The MEA having the form shown in FIG. 3 was produced by the following method. As a gas diffusion layer, carbon paper with a carbon layer (manufactured by Japan Gore-Tex Co., Ltd., CFP200) was immersed in pure water and washed, and then dried at 80 ° C. in a drying furnace. An electrolyte solution (Du Pont Corp., DE520) was prepared as a protective component mixture. As catalyst slurry, 10 g of platinum-supporting carbon (manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd., TEC10E50E), 100 g of perfluorosulfonic acid electrolyte solution (manufactured by DuPont, 5% Nafion solution), 100 g of pure water, and 100 g of isopropanol are mixed. A uniform dispersion was prepared.

多孔質シートとして、厚み20μm、大きさ20×20cm、空孔率90%のPTFEシートを用意し、それぞれ外径20×20cm、内径16×16cmのステンレスからなるワークで多孔質シートを挟持した。   A PTFE sheet having a thickness of 20 μm, a size of 20 × 20 cm, and a porosity of 90% was prepared as a porous sheet, and the porous sheet was sandwiched between workpieces made of stainless steel having an outer diameter of 20 × 20 cm and an inner diameter of 16 × 16 cm.

次に、孔径が100μm以下の焼結金属板の片面にワークを備えた多孔質シートをそれぞれ乗せて、焼結金属板の多孔質シートを乗せていない方の面をアスピレーターにより減圧した。次に、5×6cmにカットしたポリイミド粘着フィルムからなるマスキングシートを多孔質シートの中央部に乗せて、スクリーン印刷法を用いて保護成分混合液を多孔質シートに含浸した後、60℃で加熱乾燥して多孔質シート中に保護部を形成した。   Next, a porous sheet provided with a workpiece was placed on one side of a sintered metal plate having a pore diameter of 100 μm or less, and the surface of the sintered metal plate on which the porous sheet was not placed was decompressed by an aspirator. Next, a masking sheet made of a polyimide adhesive film cut to 5 × 6 cm is placed on the center of the porous sheet, and the porous sheet is impregnated with the protective component mixture using a screen printing method, and then heated at 60 ° C. It dried and formed the protection part in the porous sheet.

次に、保護部上に一体化形成によりシリコンゴムからなるガスケットを形成した。   Next, a gasket made of silicon rubber was formed on the protective portion by integral formation.

次に、マスキングシートを外し、スプレー型の塗布装置を用いて触媒スラリーを多孔質シートに霧化塗布した後、60℃で加熱乾燥して多孔質シート中に触媒部を形成した。   Next, the masking sheet was removed, and the catalyst slurry was atomized and applied to the porous sheet using a spray-type coating apparatus, and then heated and dried at 60 ° C. to form a catalyst portion in the porous sheet.

次に、ワークを外して多孔質シートの外周において保護部が形成されていない箇所を裁断し、触媒層を得た。   Next, the workpiece | work was removed and the location in which the protection part was not formed in the outer periphery of the porous sheet was cut, and the catalyst layer was obtained.

得られた触媒層には保護部と触媒部との間に隙間が形成されており、隙間の幅は0.5mmであった。隙間の幅は光学顕微鏡により測定を行った。   In the obtained catalyst layer, a gap was formed between the protective part and the catalyst part, and the width of the gap was 0.5 mm. The width of the gap was measured with an optical microscope.

得られた保護層のガス透過係数は1×10−9cc・cm/cm・sec・cmHg以下。 The gas permeability coefficient of the protective layer obtained is 1 × 10 −9 cc · cm / cm 2 · sec · cmHg or less.

固体高分子電解質膜として、デュポン社製のナフィオン(登録商標、117)を用意した。一対の触媒層で固体高分子電解質膜を挟持し、さらに一対のガス拡散層で挟持した後、140℃、3MPaで加熱加圧してMEAを得た。   As the solid polymer electrolyte membrane, Nafion (registered trademark, 117) manufactured by DuPont was prepared. The polymer electrolyte membrane was sandwiched between a pair of catalyst layers, and further sandwiched between a pair of gas diffusion layers, and then heated and pressurized at 140 ° C. and 3 MPa to obtain MEA.

(比較例1)
固体高分子電解質膜として、デュポン社製のナフィオン(登録商標、117)を用意した。補強層として、触媒層が中央部に納まるように額縁状に形成した厚さ10μmのポリエチレンナフタレートのシートを用意した。
(Comparative Example 1)
As the solid polymer electrolyte membrane, Nafion (registered trademark, 117) manufactured by DuPont was prepared. As a reinforcing layer, a polyethylene naphthalate sheet having a thickness of 10 μm formed in a frame shape so that the catalyst layer fits in the center portion was prepared.

スプレー型の塗布装置を用いて実施例1で用いた触媒スラリーをテフロンからなる転写シート上に霧化塗布し、触媒スラリーを40℃で60分乾燥して転写シート上に触媒層を形成した。   The catalyst slurry used in Example 1 was atomized and applied onto a transfer sheet made of Teflon using a spray type coating apparatus, and the catalyst slurry was dried at 40 ° C. for 60 minutes to form a catalyst layer on the transfer sheet.

次に、触媒層と固体高分子電解質膜とが接するように一対の転写シートで固体高分子電解質膜を挟持し、140℃、3MPaで加熱加圧した。   Next, the solid polymer electrolyte membrane was sandwiched between a pair of transfer sheets so that the catalyst layer and the solid polymer electrolyte membrane were in contact, and heated and pressurized at 140 ° C. and 3 MPa.

次に、一対の保護部の片面にシリコン系の接着剤(信越シリコーン社製、製品名一液型TRVゴム、KE45)を塗布し、触媒層を囲むように固体高分子電解質膜の両面に貼り付けた。   Next, a silicon adhesive (product name, one-component TRV rubber, KE45) manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd. is applied to one side of the pair of protective parts, and is attached to both sides of the solid polymer electrolyte membrane so as to surround the catalyst layer. I attached.

次に、保護部上に接着によりシリコンゴムからなるガスケットを形成した。   Next, a gasket made of silicon rubber was formed on the protective part by adhesion.

次に、一対のガス拡散層で挟持し、140℃、3MPaで加熱加圧してMEAを得た。比較例1のMEAの断面概略図を図5に示す。図5において符号9は補強層を示す。   Next, it was sandwiched between a pair of gas diffusion layers and heated and pressurized at 140 ° C. and 3 MPa to obtain MEA. A schematic cross-sectional view of the MEA of Comparative Example 1 is shown in FIG. In FIG. 5, the code | symbol 9 shows a reinforcement layer.

(比較例2)
保護部を設けないこと、および、ガスケットがMEAとは別体であること以外は、比較例1と同様にしてMEAを得た。比較例2のMEAの断面概略図を図6に示す。
(Comparative Example 2)
An MEA was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that no protective part was provided and that the gasket was separate from the MEA. FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of the MEA of Comparative Example 2.

(電池の作製および発電評価)
実施例1および比較例1〜2で得られたMEAを用いてセル電池を作製し、耐久性能を測定した結果を図7に示す。
(Battery fabrication and power generation evaluation)
FIG. 7 shows the results of producing a cell battery using the MEAs obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 and measuring the durability performance.

セル電池は、有効触媒面積30cmであり、セルは外側よりエンドプレート、絶縁プレート、集電プレート、セパレータを対になるよう積層してなり、両端のエンドプレートをMEAに3MPaの圧力がかかるようボルトを用いて締結した。 The cell battery has an effective catalyst area of 30 cm 2 , and the cell is formed by laminating an end plate, an insulating plate, a current collecting plate, and a separator in pairs from the outside so that the end plate at both ends is subjected to a pressure of 3 MPa on the MEA. Fastened with bolts.

またアノードには相対湿度70%の水素ガスを、カソードには相対湿度60%の空気を流し、1.2A/cmの負荷を取り、発電評価を実施した。 Further, hydrogen gas having a relative humidity of 70% was flowed to the anode, and air having a relative humidity of 60% was flowed to the cathode, and a load of 1.2 A / cm 2 was taken, and power generation evaluation was performed.

図7からわかるように本発明のMEAを用いた場合、比較例のMEAを用いた場合よりも高い耐久性を示すことがわかる。   As can be seen from FIG. 7, when the MEA of the present invention is used, the durability is higher than when the MEA of the comparative example is used.

発電試験後に、比較例1のMEAを用いたセル電池を観察したところ、保護部のガスケットを配置した部位にヨレが見られ、保護部と触媒層との間に最長500μmの隙間が形成され、電解質膜が剥き出しになっている箇所が見うけられた。更に電解質膜が剥き出しになっている箇所は、リークテストにより電解質膜を貫通するピンホールが生じていることが確認された。   When the cell battery using the MEA of Comparative Example 1 was observed after the power generation test, a twist was observed in the part where the gasket of the protective part was arranged, and a gap of 500 μm at the longest was formed between the protective part and the catalyst layer, The part where the electrolyte membrane was exposed was seen. Further, it was confirmed by a leak test that a pinhole penetrating the electrolyte membrane was generated at a portion where the electrolyte membrane was exposed.

発電試験後に、比較例2のMEAを用いたセル電池を観察したところ、電解質膜が剥き出しになっている箇所は、リークテストにより電解質膜を貫通するピンホールが生じていることが確認された。   When the cell battery using the MEA of Comparative Example 2 was observed after the power generation test, it was confirmed that a pinhole penetrating the electrolyte membrane was generated at a location where the electrolyte membrane was exposed by a leak test.

本発明の触媒層を示す断面概略図および平面概略図である。It is the cross-sectional schematic and planar schematic which show the catalyst layer of this invention. MEAの断面概略図である。It is a section schematic diagram of MEA. ガスケットを備えたMEAの部分断面概略図である。It is a partial section schematic diagram of MEA provided with a gasket. 接着層を備えたMEAの部分断面概略図である。It is a partial section schematic diagram of MEA provided with the adhesion layer. 比較例1のMEAの断面概略図である。3 is a schematic cross-sectional view of an MEA of Comparative Example 1. FIG. 比較例2のMEAの断面概略図である。6 is a schematic cross-sectional view of an MEA of Comparative Example 2. FIG. 実施例1、比較例1または比較例2のMEAを備えたセル電池の耐久性能測定結果を示す図である。It is a figure which shows the durable performance measurement result of the cell battery provided with MEA of Example 1, the comparative example 1, or the comparative example 2.

符号の説明Explanation of symbols

1 固体高分子電解質膜、
2 触媒層、
2a 燃料極側触媒層、
2c 酸化剤極側触媒層、
3a 燃料極側ガス拡散層、
3c 酸化剤極側ガス拡散層、
9 補強層、
10 MEA、
20 多孔質シート、
21 触媒部、
22 保護部、
31 ガスケット、
32 接着層、
210 触媒成分、
220 保護成分。
1 solid polymer electrolyte membrane,
2 catalyst layer,
2a Fuel electrode side catalyst layer,
2c oxidant electrode side catalyst layer,
3a Fuel electrode side gas diffusion layer,
3c Oxidant electrode side gas diffusion layer,
9 Reinforcing layer,
10 MEA,
20 porous sheet,
21 Catalyst part,
22 Protection part,
31 gasket,
32 adhesive layer,
210 catalyst component,
220 Protective ingredient.

Claims (18)

多孔質シートと、
前記多孔質シートの中央部に触媒成分が充填されてなる触媒部と、
前記触媒部を囲むように前記多孔質シートに保護成分が充填されてなる保護部とからなることを特徴とする固体高分子型燃料電池用触媒層。
A porous sheet;
A catalyst portion in which a catalyst component is filled in a central portion of the porous sheet;
A catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell, comprising: a protective portion in which the porous sheet is filled with a protective component so as to surround the catalyst portion.
中央に配置された多孔質部位および前記多孔質部位を囲む保護部からなる多孔質シートと、
前記多孔質部位に触媒成分が充填されてなる触媒部とからなることを特徴とする固体高分子型燃料電池用触媒層。
A porous sheet consisting of a porous part disposed in the center and a protective part surrounding the porous part;
A catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell, comprising a catalyst part in which the porous part is filled with a catalyst component.
前記保護成分が樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の触媒層。   The catalyst layer according to claim 1, wherein the protective component is a resin. 前記樹脂が電解質、シリコン樹脂、またはポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項3に記載の触媒層。   The catalyst layer according to claim 3, wherein the resin is an electrolyte, a silicon resin, or polytetrafluoroethylene. 前記保護部の内周と前記触媒部の外周とが重複して、前記保護部と前記触媒部との混合部位が形成されており、
前記混合部位の平面方向の幅が5mm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の触媒層。
The inner periphery of the protection part and the outer periphery of the catalyst part overlap, and a mixing part of the protection part and the catalyst part is formed,
The catalyst layer according to any one of claims 1 to 4, wherein a width of the mixed portion in a planar direction is 5 mm or less.
前記保護部の内周と前記触媒部の外周との間に隙間が形成されており、
前記隙間の平面方向の幅が1mm以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の触媒層。
A gap is formed between the inner periphery of the protective part and the outer periphery of the catalyst part,
The catalyst layer according to any one of claims 1 to 5, wherein a width of the gap in a planar direction is 1 mm or less.
前記多孔質シートがポリテトラフルオロエチレンからなることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の触媒層。   The catalyst layer according to claim 1, wherein the porous sheet is made of polytetrafluoroethylene. 燃料極側ガス拡散層、燃料極側触媒層、固体高分子電解質膜、酸化剤極側触媒層および酸化剤極側ガス拡散層を含むMEAであって、
前記燃料極側触媒層または前記酸化剤極側触媒層は請求項1〜7のいずれかに記載の触媒層であることを特徴とするMEA。
An MEA comprising a fuel electrode side gas diffusion layer, a fuel electrode side catalyst layer, a solid polymer electrolyte membrane, an oxidant electrode side catalyst layer and an oxidant electrode side gas diffusion layer,
The MEA, wherein the fuel electrode side catalyst layer or the oxidant electrode side catalyst layer is the catalyst layer according to any one of claims 1 to 7.
さらに、前記保護部上にガスケットを含み、
前記ガスケットは、前記燃料極側ガス拡散層または前記酸化剤極側ガス拡散層を囲むように配置されていること特徴とする請求項8に記載のMEA。
Furthermore, a gasket is included on the protective part,
9. The MEA according to claim 8, wherein the gasket is disposed so as to surround the fuel electrode side gas diffusion layer or the oxidant electrode side gas diffusion layer.
さらに、前記保護部上に接着層を含み、
前記接着層は、前記燃料極側ガス拡散層または前記酸化剤極側ガス拡散層を囲むように配置されていることを特徴とする請求項8に記載のMEA。
Furthermore, an adhesive layer is included on the protective part,
9. The MEA according to claim 8, wherein the adhesive layer is disposed so as to surround the fuel electrode side gas diffusion layer or the oxidant electrode side gas diffusion layer.
前記保護層と前記接着層とをあわせた厚みが、前記触媒層と前記ガス拡散層とをあわせた厚みに対して、0.5〜0.8倍であることを特徴とする請求項10に記載のMEA。   The combined thickness of the protective layer and the adhesive layer is 0.5 to 0.8 times the combined thickness of the catalyst layer and the gas diffusion layer. The MEA as described. 多孔質シートに保護成分混合液を塗布および乾燥して保護部を形成する段階(i)および
前記多孔質シートの中央部に触媒スラリーを塗布および乾燥して触媒部を形成する段階(ii)を含み、
前記保護部は前記触媒部を囲むように形成することを特徴とする固体高分子型燃料電池用触媒層の製造方法。
Applying and drying the protective component mixture on the porous sheet and drying to form a protective part (i), and applying and drying the catalyst slurry to the central part of the porous sheet to form the catalyst part (ii) Including
The method for producing a catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell, wherein the protective part is formed so as to surround the catalyst part.
前記段階(i)と前記段階(ii)との間に、前記保護部と前記触媒部形成予定箇所との境に離隔成分を充填して境界部を形成する段階(i’)を含み、
前記段階(ii)の後に、前記離隔成分を除去する段階(ii’)を含むことを特徴とする請求項12に記載の製造方法。
Between the step (i) and the step (ii), a step (i ′) of forming a boundary part by filling a boundary component between the protective part and the catalyst part formation planned part,
The method according to claim 12, further comprising the step (ii ') of removing the separation component after the step (ii).
前記離隔成分の沸点が前記多孔質シートの融点未満であって、
前記段階(ii’)が、前記離隔成分の沸点以上、前記多孔質シートの融点未満の温度で加熱処理することで実施されることを特徴とする請求項13に記載の製造方法。
The boiling point of the separation component is less than the melting point of the porous sheet,
The manufacturing method according to claim 13, wherein the step (ii ′) is performed by heat treatment at a temperature equal to or higher than a boiling point of the separation component and lower than a melting point of the porous sheet.
前記離隔成分がパラフィンまたはオクチルフェノキシポリエトキシエタノールであることを特徴とする請求項13または14に記載の製造方法。   The method according to claim 13 or 14, wherein the separation component is paraffin or octylphenoxypolyethoxyethanol. 燃料極側触媒層、固体高分子電解質膜、および酸化剤極側触媒層を積層して120〜180℃、1〜8MPaでホットプレスする段階と、
前記ホットプレス後に乾燥する段階と、を含み、
前記燃料極側触媒層または前記酸化剤極側触媒層として請求項1〜7のいずれかに記載の触媒層、または請求項12〜15のいずれかに記載の方法により製造された触媒層を用いることを特徴とするMEAの製造方法。
Stacking the fuel electrode side catalyst layer, the solid polymer electrolyte membrane, and the oxidant electrode side catalyst layer and hot pressing at 120 to 180 ° C. and 1 to 8 MPa;
Drying after the hot pressing, and
The catalyst layer according to any one of claims 1 to 7 or the catalyst layer produced by the method according to any one of claims 12 to 15 is used as the fuel electrode side catalyst layer or the oxidant electrode side catalyst layer. MEA manufacturing method characterized by the above-mentioned.
燃料極側触媒層、固体高分子電解質膜、および酸化剤極側触媒層を積層してプレスし、
前記燃料極側触媒層または前記酸化剤極側触媒層として請求項12〜15のいずれかに記載の方法において、段階(ii)における乾燥を行わずに製造された触媒層を用いることを特徴とするMEAの製造方法。
The fuel electrode side catalyst layer, the solid polymer electrolyte membrane, and the oxidant electrode side catalyst layer are laminated and pressed,
The method according to any one of claims 12 to 15, wherein the catalyst layer produced without drying in the step (ii) is used as the fuel electrode side catalyst layer or the oxidant electrode side catalyst layer. The manufacturing method of MEA.
前記保護部の融点が前記固体高分子電解質膜、前記燃料極側触媒層、または前記酸化剤極側触媒層に含まれる電解質の劣化温度未満であって、
前記保護部または前記電解質における高い方の融点以上、前記電解質の劣化温度未満の温度条件下で、前記プレスが行われることを特徴とする請求項16または17に記載の製造方法。
The melting point of the protective part is less than the deterioration temperature of the electrolyte contained in the solid polymer electrolyte membrane, the fuel electrode side catalyst layer, or the oxidant electrode side catalyst layer,
18. The manufacturing method according to claim 16, wherein the pressing is performed under a temperature condition that is equal to or higher than a higher melting point of the protective part or the electrolyte and lower than a deterioration temperature of the electrolyte.
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