JP2007123253A - 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
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Abstract
【解決手段】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有機溶剤を混合して得られるペースト組成物であって、(1)前記有機溶剤は、溶解性パラメータが9〜12であり、かつ、沸点が60〜150℃であり、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
(1)前記有機溶剤は、溶解性パラメータが9〜12であり、かつ、沸点が60〜150℃であり、
(2)前記組成物は、多価アルコールを含まない、
ことを特徴とする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、 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有機溶剤を混合して得られるペースト組成物であって、(1)前記有機溶剤は、溶解性パラメータが9〜12であり、かつ、沸点が60〜150℃であり、(2)前記組成物は、多価アルコールを含まない、
ことを特徴とする。
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−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。
白金ルテニウム触媒担持カーボン(触媒担持炭素粒子、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。
1−ブタノール50g及び2−プロパノール50gの代わりに、2-プロパノール50g及びt−ブタノール(SP値:10.5、キシダ化学製、沸点82.5℃)50g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。
白金触媒担持カーボン(Pt:46.5wt%、田中貴金属工業製、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。
1−ブタノール50g及び2−プロパノール50gの代わりに、エタノール(SP値:12.7、キシダ化学製、沸点78℃)100g及びプロピレングリコール2g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整した。
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/cm2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3と同様にして本発明の転写シートを製造した。
参考例1で調製したペースト組成物を用いる以外は、実施例3と同様にして転写シートを製造した。
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3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3で作製した転写シートを用い、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。
実施例4で作製した転写シートを電解質膜の一方面に用いる以外(他方面は参考例2で作製した転写シートを用いた)は、実施例5と同様に触媒層−電解質膜積層体を作製した。
比較例2で作製した転写シートを電解質膜の一方面に用いる以外(他方面は参考例2で作製した転写シートを用いた)は、実施例5と同様に触媒層−電解質膜積層体を作製した。
実施例1で調製した水分散液40gに、5wt%ナフィオン溶液120g及び、2-プロパノール50g及びt−ブタノール50gを配合し、さらにカーボンナノワイヤー(昭和電工製、「VGCF」、平均繊維径150nm、平均繊維長9μm、アスペクト比60)を2g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。
実施例7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作製した。
実施例8で作製した本発明転写シートを用いる以外は、実施例8で作製した転写シートを電解質膜の一方面に用いる以外(他方面は参考例2で作製した転写シートを用いた)は、実施例5と同様に触媒層−電解質膜積層体を作製した。
実施例1、7及び比較例1のペースト組成物を乾燥させて、各ペースト組成物の表面が乾燥するのに要した時間を計測した。実施例1の場合は約360秒間、実施例7の場合は約400秒間要した。比較例1は約900秒間要した。
実施例3、4、8及び比較例2の転写シートをそれぞれ巻き取り、巻回構造とした。実施例3、4及び8の転写シートの場合は、転写基材から触媒層の剥離が生じなかった。一方、比較例2の転写シートの場合は、転写基材から触媒層の剥離が生じた。
作製した実施例5〜6及び比較例3の触媒層−電解質膜積層体の両側に、電極基材(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。
また、実施例9で作製した触媒層−電解質膜積層体についても、上記と同様に電流密度と電圧との関係を調べたところ、実施例5と同様の優れた測定結果を示した。
Claims (5)
- 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有機溶剤を混合して得られるペースト組成物であって、
(1)前記有機溶剤は、溶解性パラメータが9〜12であり、かつ、沸点が60〜150℃であり、
(2)前記組成物は、多価アルコールを含まない、
ことを特徴とする触媒層形成用ペースト組成物。 - 基材の少なくとも一方面上に、請求項1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。
- 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。
- 離型層が融点60〜100℃のワックスからなる請求項3記載の転写シート。
- 請求項2〜4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。
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