JP2007095364A - 触媒層形成用ペースト組成物、触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート及び触媒層−電解質膜積層体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、触媒層−電解質膜積層体を容易に製造するための転写シート、及び該転写シートを製造するための触媒層形成用ペースト組成物を提供する。
【解決手段】（１）触媒担持炭素粒子の水分散液に（２）水素イオン伝導性高分子電解質、（３）１価のアルコール系溶剤、及び（４）多価アルコール系溶剤、を含む触媒層形成用ペースト組成物であって、
ａ）前記多価アルコール系溶剤の溶解性パラメータが１４〜２０であり、
ｂ）前記多価アルコール系溶剤の沸点が１５０℃以上であり、
ｃ）前記多価アルコール系溶剤の含有量が組成物全量中０．０５〜５重量％である、
ことを特徴とする触媒層形成用ペースト組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、燃料電池に関するものであり、特に固体高分子を電解質膜に利用した燃料電池の電極を構成する触媒層の触媒層形成用ペースト組成物、転写シート及び触媒層−電解質膜積層体に関する。

燃料電池は、電解質膜の両面に触媒層を配置し、水素と酸素の電気化学反応により発電するシステムであり、発電時に発生するのは水のみである。燃料電池は、従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないために次世代のクリーンエネルギーシステムとして注目されている。

固体高分子形燃料電池は、電解質膜層として水素イオン伝導性高分子電解質膜を用い、その両面に触媒層を配置し、次いでその両面に電極基材を配置し、更にこれをセパレータで挟んだ構造をしている。電解質膜層の両面に触媒層を配置し、次いでその両面に電極基材を配置したもの（即ち、電極基材／触媒層／電解質膜／触媒層／電極基材の層構成のもの）は、電極−電解質膜接合体と称されている。

従来、電極−電解質膜接合体の製造方法としては（１）片面に印刷法又はスプレー法を適用して触媒層を形成した２個の電極基材を用い、該電極基材の触媒層面が電解質膜の両面に接するように配置し、熱プレスする方法（例えば特許文献１、特許文献２等）、（２）電解質膜の両面に印刷法またはスプレー法を適用して触媒層を形成し、各々の触媒層面に電極基材が接するように配置し、熱プレスする方法（例えば、特許文献３等）等が知られている。

上記各種の方法で使用される触媒層形成用ペースト組成物は、いずれも触媒を担持した炭素粒子及び水素イオン伝導性電解質を低級脂肪族アルコールに溶解ないし分散させたものである。

しかしながら、斯かる触媒層形成用ペースト組成物は触媒と低級脂肪族アルコールとが直接接触し、触媒の活性により発火する危険性を有している。そのためペースト組成物を調整する際、予め触媒を水に溶解ないし分散させておき、これに低級脂肪族アルコールとが直接接触することを防止する措置が講じられている。しかるに、このような措置を講じた場合でも、発火の危険性が全く無くなった訳ではない。上記アルコールに対する水の割合を高くすることにより、発火の危険性を低くすることができるが、水の含有量が高くなると、ペースト組成物調整の際に触媒の分散性が悪くなり、その結果、該ペースト組成物を用いて形成される触媒層の性能が低下する。

特許文献４は、触媒担持炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を含有する懸濁液に、１−ブタノール、グリセリン、２−エトキシエタノール等の高沸点溶剤を添加したペースト組成物を開示している。

しかしながら、これらの高沸点溶剤を含有するペースト組成物は、溶剤を揮発させるため高温での乾燥が必須であり、高温で乾燥させた場合、発火の危険性が大きい。特許文献４では乾燥時についての記載も示唆もなく、発火しない温度で乾燥させる場合著しく生産性が悪いという問題がある。

特許文献５は、固体高分子形燃料電池の電極形成に用いる電極触媒溶液であって、水より沸点が高く水溶液としたときに所定の温度以下で共沸する共沸溶剤（たとえば多価アルコール等）の水溶液に触媒を担持する触媒担持炭素粒子を分散してなる分散液を開示している。該文献の００１５段落に『共沸溶剤の水分散液に触媒担持カーボンを分散させることにより、触媒担持カーボンへの分散の際に生じる発熱や発火を防止することができる。』と記され、また、請求項７には『粘度が３０〜２００ｃｐｓで含水率が５０％以上に調整される』と記されている。

しかしながら、特許文献５に記載の分散溶液は、共沸溶剤の水溶液に触媒担持炭素粒子を分散させる際に、触媒が発火する危険性が残っている。また、触媒層を形成させる際に、プロピレングリコールは高沸点のため乾燥しにくく、水は飽和蒸気圧が低いために乾燥が非効率である。水溶液とした場合でも水分量が多いと乾燥効率が良いとは言えない。効率を上げるために高温で乾燥させた場合は発火の危険性が大きく、従って該分散液は実用に適していない。また、特許文献５では乾燥に関し乾燥性を向上させることができると記載しているものの具体的な記載はなく、発火しない温度で乾燥させる場合著しく生産性が悪いという問題がある。

本発明者は、上記課題を解決するために、触媒層の分散性が良好で発火の危険性の無いペースト組成物を開発した（特許文献６）。このようなペースト組成物は上記観点から十分に満足できるものであるが、より一層乾燥効率を高め、更なる生産効率を向上させ得るペースト組成物の開発が望まれている。
特公昭６２−６１１１８号公報（第１〜２頁） 特公昭６２−６１１１９号公報（第１〜２頁） 特公平２−４８６３２号公報（特許請求の範囲） 特開平９−２２３５０３号公報（特許請求の範囲、０００６段落） 特開２００１−２６６９０１号公報（特許請求の範囲、００１５段落） 特開２００４−３１１０５７号公報（特許請求の範囲）

本発明は、触媒の分散性が良好で、発火の危険性がなく、さらに乾燥効率を著しく改善した触媒層形成用ペースト組成物を提供することを課題とする。

また、本発明は、発電効率が高く優れた電池性能、電池寿命等を備えた燃料電池を製造することができる触媒層形成用ペースト組成物を提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねてきた。その結果、触媒担持炭素粒子の水分散液に水素イオン伝導性高分子電解質及び特定の溶剤を配合して得られる触媒層形成用ペースト組成物が所望のペースト組成物になり得ることを見出した。本発明は、このような知見に基づき完成されたものである。

すなわち、本発明は、下記に示す触媒層形成用ペースト組成物、触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート及び触媒層−電解質膜積層体に係る。
１．（１）触媒担持炭素粒子の水分散液に（２）水素イオン伝導性高分子電解質、（３）１価のアルコール系溶剤、及び（４）多価アルコール系溶剤、を含む触媒層形成用ペースト組成物であって、
ａ）前記多価アルコール系溶剤の溶解性パラメータが１４〜２０であり、
ｂ）前記多価アルコール系溶剤の沸点が１５０℃以上であり、
ｃ）前記多価アルコール系溶剤の含有量が組成物全量中０．０５〜５重量％である、
ことを特徴とする触媒層形成用ペースト組成物。
２．（３）1価のアルコール系溶剤の炭素数が３〜５である上記項１記載のペースト組成物。
３．基材の少なくとも一方面上に、上記項１又は２に記載のペースト組成物を塗布し、乾燥することにより触媒層を形成させてなる触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート。
４．少なくとも一方面上に離型層が形成された基材の離型層上に、上記項１又は２に記載のペースト組成物を塗布し、乾燥することにより触媒層を形成させてなる触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート。
５．離型層が融点６０〜１００℃のワックスからなる上記項４記載の転写シート。
６．上記項３〜５のいずれかに記載の転写シートを電解質膜に転写することにより得られる触媒層−電解質膜積層体。

触媒層形成用ペースト組成物
本発明の触媒層形成用ペースト組成物は、（１）触媒担持炭素粒子の水分散液に（２）水素イオン伝導性高分子電解質、（３）１価のアルコール系溶剤、及び（４）多価アルコール系溶剤、を含む触媒層形成用ペースト組成物であって、
ａ）前記多価アルコール系溶剤の溶解性パラメータが１４〜２０であり、
ｂ）前記多価アルコール系溶剤の沸点が１５０℃以上であり、
ｃ）前記多価アルコール系溶剤の含有量が組成物全量中０．０５〜５重量％である、ことを特徴とする。

本発明の触媒層形成用ペースト組成物は、好ましくは、電子線硬化型モノマー及び／又はポリマーを含有していない。

（１）の触媒担持炭素粒子は、公知である。

触媒としては、例えば白金、白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、白金と、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄、コバルト等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属との合金等が挙げられる。

触媒担持炭素粒子の水分散液は、触媒担持炭素粒子を水に分散させることにより得られる。触媒担持炭素粒子を水に分散させるに当たっては、公知の方法を広く用いることができる。

本発明においては、予め、触媒担持炭素粒子を水に分散させておくことが必須である。これによって、触媒の発火が実質的に起こらないようにすることができる。

（２）の水素イオン伝導性高分子電解質は、公知である。

水素イオン伝導性高分子電解質としては、例えばパーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂、炭化水素系のイオン交換樹脂等が挙げられる。

パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂の具体例としては、例えば、テトラフルオロエチレンに基づく重合単位と、スルホン酸基（−ＳＯ_３Ｈ）及びカルボン酸基（−ＣＯＯＨ）からなる群より選ばれた少なくとも１種の官能基を有するパーフルオロビニルエーテルに基づく重合単位とを含む共重合体等を挙げることができる。

このような水素イオン伝導性高分子電解質の具体例としては、デュポン社製の「Nafion」、旭硝子（株）製の「Flemion」、旭化成（株）製の「Aciplex」、ゴア（Gore）社製の「Gore Select」等が挙げられる。これらの市販品においては、水素イオン伝導性高分子電解質が、アルコールと水との混合溶剤に５〜３０重量％程度の濃度で分散されている。

ここで、アルコールは、一般的には第一級アルコール等であり、具体的には、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール等が挙げられる。これらは、１種単独又は２種以上混合して用いられる。

（３）の１価のアルコール系溶剤としては、公知のアルコールを広く使用でき、例えば、炭素数が５以下のアルコール系溶剤が好適に挙げられる。このようなアルコールとしては、例えば、沸点１４０℃以下のアルコール、より具体的には、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、ｔ−ブタノール、イソブチルアルコール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール等が挙げられる。中でも、炭素数３〜５の１価のアルコール系溶剤が好ましく、炭素数３〜４の１価のアルコール系溶剤が最も好ましい。これらのアルコール系溶剤は、１種単独で又は２種以上混合して使用される。

（４）の多価アルコール系溶剤は、溶解性パラメータ（「溶解度パラメータ」ともいう。以下、「ＳＰ値」と略す。）が１４〜２０である。より好ましくは、１４〜１８である。沸点は１５０℃以上である。沸点の上限は限定的でなく、通常２５０℃程度である。

これらの多価アルコール系溶剤としては、イオン伝導性電解質との相溶性及びペーストとした場合の沸点の問題から、例えば、プロピレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等が好ましく、中でもプロピレングリコール等がより好ましい。これらは、１種単独で又は２種以上混合して使用される。

ペースト組成物中に含まれる（４）の多価アルコール溶剤の配合量は、ペースト組成物中の全重量に対して、０．０５〜５重量％程度であり、好ましくは０．５ 〜３重量％程度である。この範囲の配合量にすることにより、ペースト組成物の乾燥効率がより一層向上する（より乾燥しやすくなる）。よって、ペースト組成物から得られる触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートの生産効率をより向上させることができる。さらには、均一にむらなくペースト組成物を乾燥させることができるため、転写シート表面に大きなクラックは発生せず、面質の良好な転写シートを製造できる。よって、その転写シート用いて得られる触媒層−電解質膜積層体を使用すれば、発電効率等がより一層高く優れた電池性能、電池寿命等を備えた高品質の燃料電池を製造することができる。

本発明の触媒層形成用ペースト組成物中に含まれる上記（４）以外の成分の割合は、限定されるものではなく、広い範囲内で適宜選択され得る。

例えば、本発明の触媒層形成用ペースト組成物中に、（１）の触媒担持炭素粒子を１重量部に対して、（２）成分が０．３〜３重量部（好ましくは０．４〜２重量部）、（３）成分が５〜５０重量部程度（好ましくは１０〜２５重量部）とすればよい。水の割合は、通常、触媒担持炭素粒子に対して、等重量〜１０倍重量である。

本発明ペースト組成物は、上記（１）〜（４）成分を混合することにより、製造される。（１）〜（４）成分の混合順序は、特に制限されない。例えば、（１）成分、（２）成分、（３）成分及び、（４）成分を順次又は同時に混合し、分散させることにより、本発明ペースト組成物を調製できる。混合には、公知の混合手段を広く適用できる。

触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート
本発明の触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートは、基材上に上記ペースト組成物を塗布し、乾燥することにより触媒層を形成したものである。

触媒層は、基材の一方面に形成されていてもよく、又は基材の両面に形成されていてもよい。

また、本発明の転写シートは、基材の一方面又は両面に、複数個の触媒層、好ましくは同一形状の複数個の触媒層が一定間隔で形成されていてもよい。

本発明の触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートの一例を図１及び図２に示す。図１は、本発明の触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートの断面図である。図２は、本発明の触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートの平面図である。

基材としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート等の高分子フィルムを挙げることができる。

また、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。

更に、基材は、高分子フィルム以外に、アート紙、コート紙、軽量コート紙等の塗工紙、ノート用紙、コピー用紙等の非塗工紙等の紙であってもよい。また、基材は、カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素繊維からなるシートであってもよい。

基材の厚さは、取り扱い性及び経済性の観点から、通常６〜１００μｍ程度、好ましくは６〜３０μｍ程度、より好ましくは６〜１５μｍ程度とするのがよい。

従って、基材としては、安価で入手が容易な高分子フィルムが好ましく、ポリエチレンテレフタレート等がより好ましい。

本発明の触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートは、基材の少なくとも一方面上に、本発明ペースト組成物からなる塗膜を形成することにより製造される。

基材の少なくとも一方面上に、本発明ペースト組成物からなる塗膜を形成させるに当たっては、形成される塗膜が所望の層厚になるように、本発明ペースト組成物を公知の方法に従い基材上に塗布するのがよい。

本発明ペースト組成物の塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。

炭素繊維からなるシートに触媒層を形成する場合にも、上記方法が適用できるが、この場合炭素繊維は表面凹凸があり均一な塗布が難しいため、浸漬法、刷毛塗り等によるのが好ましい。

本発明ペースト組成物を塗布した後、乾燥することにより、塗膜が形成される。乾燥温度は、通常４０〜１００℃程度、好ましくは６０〜８０℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常３分〜１時間程度、好ましくは５分〜３０分程度である。

塗膜の膜厚は、通常１０〜５０μｍ程度、好ましくは１５〜３０μｍ程度がよい。

本発明の好ましい電極−電解質膜接合体製造用転写シートは、基材の少なくとも一方面に離型層を介して触媒層が形成されている。

本発明において、離型層は、例えば、ワックスから構成される。ワックスとしては、具体的には、石油系ワックス、植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、合成系ワックス等を挙げることができる。本発明で用いられるワックスには、例えば、Ｃ１６〜Ｃ３２の脂肪酸とアルコールとのエステルが包含される。本発明において、これらワックスは、１種単独で又は２種以上混合して使用される。

本発明で用いられるワックスは、好ましくは融点が６０〜１４０℃、より好ましくは融点が６０〜１００℃の範囲にあるのがよい。

本発明において、好ましいワックスは植物系ワックスであり、より好ましいワックスはカルナウバワックス、カンデリラワックス等である。

離型層は、公知のフッ素系樹脂でコーティングされたプラスチックフィルム（例えば、ポリエチレンテレフタレート等のフィルム）からなっていてもよい。

離型層の厚さは、通常０．１〜３μｍ程度、好ましくは０．５〜１μｍ程度がよい。

基材上に離型層を形成させるに当たっては、所望の層厚になるように、上記ワックスを公知の方法に従い塗布するのがよい。また、塗布作業を容易にするために、ワックスを適当な溶剤に溶解又は分散して溶液又はエマルジョン液の形態で使用してもよい。塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。

また、基材上に離型層を構成する成分を公知の方法で押出することにより、基材上に離型層を形成させることもできる。

触媒層−電解質膜積層体
触媒層−電解質膜積層体は、電解質膜の両面に、触媒層が形成されている。触媒層−電解質膜積層体は、電解質膜の両面の各々に、複数個の触媒層（好ましくは同一形状の複数個の触媒層）が一定間隔で形成されていてもよい。

電解質膜は、公知のものである。電解質膜の膜厚は、通常２０〜２５０μｍ程度、好ましくは２０〜８０μｍ程度である。電解質膜の具体例としては、デュポン社製の「Nafion」膜、旭硝子（株）製の「Flemion」膜、旭化成（株）製の「Aciplex」膜、ゴア（Gore）社製の「Gore Select」膜等が挙げられる。

本発明の触媒層−電解質膜積層体は、例えば本発明転写シートの触媒層面が電解質膜面に対面するように転写シートを配置し、加圧した後、該転写シートの基材を触媒層面から剥離することにより製造される。この操作を２回繰り返すことにより、触媒層面が電解質膜の両面に積層された触媒層−電解質膜積層体が製造される。

作業性を考慮すると、触媒層面を電解質膜の両面に同時に積層するのがよい。この場合には、例えば、本発明転写シートの触媒層面が電解質膜の両面に対面するように転写シートを配置し、加圧した後、該転写シートの基材を剥離すればよい。

加圧レベルは、転写不良を避けるために、通常０．５〜２０Ｍｐａ程度、好ましくは１〜１０Ｍｐａ程度がよい。また、この加圧操作の際に、転写不良を避けるために、加圧面を加熱するのが好ましい。加熱温度は、電解質膜の破損、変性等を避けるために、通常２００℃以下、好ましくは２０〜１５０℃程度がよい。

電極−電解質膜接合体
電極−電解質膜接合体は、上記で製造された触媒層−電解質膜積層体の両面に電極基材を配置し、加圧することにより製造される。

電極基材は、公知であり、燃料極、空気極を構成する各種の電極基材を使用できる。

加圧レベルは、通常０．１〜１００Ｍｐａ程度、好ましくは５〜１５Ｍｐａ程度がよい。この加圧操作の際に加熱するのが好ましく、加熱温度は通常１２０〜１５０℃程度でよい。

本発明によれば、触媒の分散性が良好で、発火の危険性のないペースト組成物を提供できる。

本発明のペースト組成物は乾燥効率が著しく改善されているため、本発明のペースト組成物を用いると、転写シートの生産効率が向上する。

本発明のペースト組成物は、均一にむらなくペースト組成物を乾燥することができる。よって、得られる転写シート表面に大きなクラックが発生せず、面質の良好な転写シートを製造することができる。

本発明転写シートを使用すれば、触媒層−電解質膜積層体を容易に、効率的に製造することができる。

本発明転写シートを使用すれば、触媒層が多孔質の電極基材の中に入り込む虞れがないので、触媒層の膜厚調整が容易となり、また均一な触媒層を電極基材上に容易に形成させることができる。

本発明転写シートを使用すれば、電極素材表面乃至内部の孔を塞ぐことはないので、ガスの通流性能を阻害する虞れがない。

従って、本発明転写シートを用いて得られる電極−電解質膜接合体を使用すれば、発電効率がより一層高く優れた電池性能、電池寿命等を備えた高品質の燃料電池を製造することができる。

以下に実施例を掲げて、本発明をより一層明らかにする。なお、本発明は、下記の実施例に制限されるものではない。

実施例１（ペースト組成物の調製）
白金ルテニウム触媒担持カーボン（ＰｔＲｕ：５４ｗｔ％、田中貴金属工業製のＴＥＣ６１Ｅ５４）１０ｇを水３０ｇに分散機にて攪拌混合して、白金ルテニウム担持カーボンの水分散液を調製した。

調製した水分散液にプロピレングリコール（ＳＰ値：１４、キシダ化学製、沸点１８７℃）２ｇ及び５ｗｔ％ナフィオン溶液（水素イオン伝導性高分子電解質（デュポン社製）、溶剤：水４０〜５０ｗｔ％、１−プロパノール４２〜５４ｗｔ％、エタノール８ｗｔ％未満）１００ｇ、溶剤として２-プロパノール（キシダ化学製）１００ｇを配合し、分散機にて攪拌混合することで本発明のペースト組成物を調製した。ペースト組成物全量に対するプロピレングリコールの含有量は０．８３ｗｔ％である。

実施例２（ペースト組成物の調製）
プロピレングリコール２ｇの代わりにプロピレングリコール７ｇを用いる以外は実施例１と同様にして本発明のペースト組成物を調製した。ペースト組成物全量に対するプロピレングリコールの含有量は２．８３ｗｔ％である。

実施例３（ペースト組成物の調製）
白金触媒担持カーボン（Ｐｔ：４６．５ｗｔ％、田中貴金属工業製のＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ）１０ｇを水３０ｇに分散機にて攪拌混合して、白金触媒担持カーボンの水分散液を調製した。

上記で調製された水分散液に１−ブタノール５０ｇ、３-ブタノール５０ｇ、５ｗｔ％ナフィオン溶液１００ｇ、及びプロピレングリコール２ｇを配合し、分散機にて攪拌混合することで本発明のペースト組成物を調製した。ペースト組成物全量に対するプロピレングリコールの含有量は０．８３ｗｔ％である。

比較例１（ペースト組成物の調製）
プロピレングリコール２ｇの代わりに、プロピレングリコール１５ｇを用いる以外は実施例１と同様にして比較のためのペースト組成物を調製した。ペースト組成物全量に対するプロピレングリコールの含有量は７．６９ｗｔ％である。

比較例２（ペースト組成物の調製）
白金触媒担持カーボン（Ｐｔ：４０ｗｔ％、田中貴金属工業製のＴＥＣ１０Ｅ４０Ｅ）１０ｇに３０％プロプレングリコール水溶液４０ｇ、２０ｗｔ％ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）溶液（水素イオン伝導性高分子電解質、デュポン社製、溶剤：水、プロパノール）２４ｇ、及びエタノール（キシダ化学製）２０ｇを配合し、分散機にて攪拌混合することで本発明のペースト組成物を調製した。ペースト組成物全量に対するプロピレングリコールの含有量は１２ｗｔ％である。

実施例４（転写シートの製造）
ＰＥＴフィルム（Ｅ３１２０、東洋紡績（株）製、厚さ１２μｍ）上に上記実施例１で調製した本発明ペースト組成物をドクターブレードにより塗布し、これを大気雰囲気中９０℃で２時間乾燥させることにより、白金量が０．５ｍｇ／ｃｍ^２の触媒層を形成し、本発明の転写シートを製造した。

実施例５（転写シートの製造）
実施例２で調製した本発明ペースト組成物を用いる以外は、実施例４と同様にして本発明の転写シートを製造した。

実施例６（転写シートの製造）
実施例３で調製した本発明ペースト組成物を用いる以外は、実施例４と同様にして本発明の転写シートを製造した。

比較例３（転写シートの製造）
比較例１で調製したペースト組成物を用いる以外は、実施例４と同様にして比較のための転写シートを製造した。

比較例４（転写シートの製造）
比較例２で調製したペースト組成物を用いる以外は、実施例４と同様にして比較のための転写シートを製造した。

実施例７（触媒層−電解質膜積層体の作製）
実施例４で作製した触媒層シートを用い、転写法により触媒層と電解質膜との積層体を作製した。触媒層の転写は、一対のプレス型の間に転写シートの触媒層面が、水素イオン伝導性高分子電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ１１２、デュポン社製、膜厚５０μｍ）の一方面と接触するようにして１５０℃、５Ｍｐａの条件で狭持した後、ＰＥＴフィルムを剥離することにより行った。

電解質膜の他方面には、実施例３で作製した触媒層シートを用いた。

これにより、触媒層／電解質膜／触媒層となる触媒層−電解質膜積層体を作製した。

実施例８（触媒層−電解質膜積層体の作製）
実施例５で作製した触媒層シートを電解質膜の一方面に用いる以外（他方面は実施例３で作製した触媒層シートを用いた）は、実施例７と同様に触媒層／電解質膜／触媒層となる触媒層−電解質膜積層体を作製した。

比較例５（触媒層−電解質膜積層体の作製）
比較例３で作製した触媒層シートを電解質膜の一方面に用いる以外（他方面は実施例３で作製した触媒層シートを用いた）は、実施例７と同様に触媒層／電解質膜／触媒層となる触媒層−電解質膜積層体を作製した。

比較例６（触媒層−電解質膜積層体の作製）
比較例４で作製した触媒層シートを電解質膜の一方面に用いる以外（他方面は実施例３で作製した触媒層シートを用いた）は、実施例７と同様に触媒層／電解質膜／触媒層となる触媒層−電解質膜積層体を作製した。

試験例１（乾燥効率試験）
実施例１、３及び比較例１、２で製造した組成物を下記表１に示した温度及び時間にてＰＥＴフィルム上で乾燥した。その乾燥状態を目視により観察した。完全に乾燥できている場合を「○」、完全には乾燥していない場合を「△」、全く乾燥していない場合を「×」と評価した。この結果を表１に併記する。

試験例２（電池特性試験）
作製した実施例７〜８及び比較例５〜６の触媒層−電解質膜積層体の両側に、電極基材（炭素繊維からなるカーボンペーパ、TGP-H-090、東レ（株）製）を配置し、セパレータで挟み込み単電池を作成した。これらの単電池の電流密度と電圧との関係を調べた。この結果を図３に示す。

図1は、触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートの断面図である。 図２は、触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートの平面図である。 図３は、実施例７〜８及び比較例５〜６で得られた触媒層−電解質膜を用いて製造した燃料電池の電流密度と電圧との関係を示したグラフである。

Claims (6)

1. （１）触媒担持炭素粒子の水分散液に（２）水素イオン伝導性高分子電解質、（３）１価のアルコール系溶剤、及び（４）多価アルコール系溶剤、を含む触媒層形成用ペースト組成物であって、
   ａ）前記多価アルコール系溶剤の溶解性パラメータが１４〜２０であり、
   ｂ）前記多価アルコール系溶剤の沸点が１５０℃以上であり、
   ｃ）前記多価アルコール系溶剤の含有量が組成物全量中０．０５〜５重量％である、
   ことを特徴とする触媒層形成用ペースト組成物。
2. （３）1価のアルコール系溶剤の炭素数が３〜５である請求項１記載のペースト組成物。
3. 基材の少なくとも一方面上に、請求項１又は２に記載のペースト組成物を塗布し、乾燥することにより触媒層を形成させてなる触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート。
4. 少なくとも一方面上に離型層が形成された基材の離型層上に、請求項１又は２に記載のペースト組成物を塗布し、乾燥することにより触媒層を形成させてなる触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート。
5. 離型層が融点６０〜１００℃のワックスからなる請求項４記載の転写シート。
6. 請求項３〜５のいずれかに記載の転写シートを電解質膜に転写することにより得られる触媒層−電解質膜積層体。

Images