JP2009129853A - Membrane electrode assembly, manufacturing method thereof, and solid polymer fuel cell - Google Patents
Membrane electrode assembly, manufacturing method thereof, and solid polymer fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009129853A JP2009129853A JP2007306462A JP2007306462A JP2009129853A JP 2009129853 A JP2009129853 A JP 2009129853A JP 2007306462 A JP2007306462 A JP 2007306462A JP 2007306462 A JP2007306462 A JP 2007306462A JP 2009129853 A JP2009129853 A JP 2009129853A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fibrous conductive
- solid polymer
- mold
- polymer electrolyte
- electrode assembly
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、膜電極接合体及びその製造方法、並びに、固体高分子型燃料電池に関し、さらに詳しくは、触媒を担持するための担体として、繊維状導電性材料からなる担体を用いた膜電極接合体及びその製造方法、並びに、このような膜電極接合体を用いた固体高分子型燃料電池に関する。 The present invention relates to a membrane electrode assembly, a method for producing the same, and a polymer electrolyte fuel cell. More specifically, the present invention relates to a membrane electrode junction using a carrier made of a fibrous conductive material as a carrier for supporting a catalyst. And a solid polymer fuel cell using such a membrane electrode assembly.
固体高分子型燃料電池や水電解装置などの各種電気化学デバイスにおいて、固体高分子電解質は、膜状に成形され、その両面に電極を接合した膜電極接合体(MEA)の状態で使用される。また、固体高分子型燃料電池において、電極は、一般に、拡散層と触媒層の二層構造をとる。拡散層は、触媒層に反応ガス及び電子を供給するためのものであり、カーボン繊維、カーボンペーパー等が用いられる。また、触媒層は、電極反応の反応場となる部分であり、一般に、電極触媒と固体高分子電解質との複合体からなる。 In various electrochemical devices such as a polymer electrolyte fuel cell and a water electrolysis apparatus, the polymer electrolyte is used in the form of a membrane electrode assembly (MEA) in which a membrane is formed and electrodes are bonded to both sides thereof. . In the polymer electrolyte fuel cell, the electrode generally has a two-layer structure of a diffusion layer and a catalyst layer. The diffusion layer is for supplying reaction gas and electrons to the catalyst layer, and carbon fiber, carbon paper, or the like is used. The catalyst layer is a part that becomes a reaction field for electrode reaction, and is generally composed of a composite of an electrode catalyst and a solid polymer electrolyte.
このような各種電気化学デバイスに用いられる電極触媒には、従来、Ptなどの貴金属の微粒子(Ptブラックなど)、カーボンブラックなどの炭素質担体上にPtなどの貴金属の微粒子を担持したもの、電解質膜の表面にメッキやスパッタなどの方法で形成された貴金属の薄膜等が用いられている。 Electrocatalysts used in such various electrochemical devices conventionally include fine particles of noble metals such as Pt (Pt black and the like), those in which noble metal fine particles such as Pt are supported on a carbonaceous carrier such as carbon black, electrolytes A noble metal thin film formed on the surface of the film by a method such as plating or sputtering is used.
しかしながら、Pt等の貴金属は、高い触媒活性と高い触媒活性の安定性を示すが、高価であり、資源的にも限られている。そのため、電極触媒が各種電気化学デバイスのコストを高くする一因となっている。特に、燃料電池は、所定の出力を得るために多数のMEAが積層された状態で使用されるので、燃料電池1個当たりの電極触媒の使用量も多く、これが燃料電池の普及を妨げている。 However, noble metals such as Pt exhibit high catalytic activity and high catalytic activity stability, but are expensive and limited in terms of resources. For this reason, the electrode catalyst contributes to increase the cost of various electrochemical devices. In particular, since a fuel cell is used in a state where a large number of MEAs are stacked in order to obtain a predetermined output, the amount of electrode catalyst used per fuel cell is also large, which hinders the spread of fuel cells. .
そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
例えば、非特許文献1には、
(1) 熱分解法を用いて、Fe触媒を担持させたSi基板上に、密度:0.18g/cm2、直径:20nm、長さ:40μmの垂直配向したカーボンナノチューブ(CNT)を成長させ、
(2) Pt(NO2)2(NH3)2溶液を用いた注入/H2還元法を繰り返すことにより、CNT表面に0.09mg/cm2(アノード)又は0.26〜0.52mg/cm2(カソード)のPtを担持させ、
(3) Ptを析出させた後、Pt/CNTの表面をナフィオン(登録商標)で被覆してCNT電極とし、
(4) CNT電極を電解質膜にホットプレスにより転写する、
MEAの製造方法が開示されている。
同文献には、
(a) Pt/CNT電極を用いたMEA(CNT−MEAs)は、ガス拡散性に優れているので、Pt/C電極を用いた従来のMEAに比べて高い限界電流密度が得られる、
(b) CNT−MEAsの触媒層のプロトン伝導抵抗は、従来のMEAに比べて著しく小さくなる、及び、
(c) CNT−MEAsの触媒層の全オーム抵抗は、湿潤条件下及び乾燥条件下のいずれにおいても小さくなる、
点が記載されている。
In order to solve this problem, various proposals have heretofore been made.
For example, in Non-Patent Document 1,
(1) using a thermal decomposition method, on the Si substrate was supported Fe catalyst, density: 0.18 g / cm 2, diameter: 20 nm, length: grown 40μm vertically aligned carbon nanotubes (CNT) ,
(2) By repeating injection / H 2 reduction method using Pt (NO 2 ) 2 (NH 3 ) 2 solution, 0.09 mg / cm 2 (anode) or 0.26-0.52 mg / to support Pt of cm 2 (cathode),
(3) After depositing Pt, the surface of Pt / CNT is coated with Nafion (registered trademark) to form a CNT electrode.
(4) The CNT electrode is transferred to the electrolyte membrane by hot pressing.
A method for manufacturing an MEA is disclosed.
In the same document,
(A) MEA (CNT-MEAs) using a Pt / CNT electrode is excellent in gas diffusivity, so that a higher limit current density can be obtained compared to a conventional MEA using a Pt / C electrode.
(B) The proton conduction resistance of the catalyst layer of CNT-MEAs is significantly smaller than that of conventional MEA, and
(C) The total ohmic resistance of the catalyst layer of CNT-MEAs is small under both wet and dry conditions,
Points are listed.
また、特許文献1には、燃料電池用の電極ではないが、
(1) 膜面に対してほぼ垂直配向した複数のナノホールを有する陽極酸化アルミナ膜をガラス基板表面に形成し、
(2) プロピレンとブタジエンの混合ガスを用いて、陽極酸化アルミナ膜のナノホール内にカーボンナノファイバーを気相成長させ、
(3) 酸素プラズマエッチングにより、陽極酸化アルミナの表面に堆積した炭素を除去し、
(4) 水酸化ナトリウム水溶液を用いて、陽極酸化アルミナを除去する、
炭素質ナノ構造体の製造方法が開示されている。
同文献には、
(a) 原料ガスとしてプロピレンとブタジエンの混合ガスを用いると、炭素化合物の熱分解性が向上するので、触媒金属を用いることなく、より低温で陽極酸化アルミナのナノホール内に炭素を気相成長させることができる点、及び、
(b) このような方法により得られた炭素質ナノ構造体は、低駆動電圧で十分な電流を放出できるので、フィールドエミッションディスプレイ用の電子銃あるいは電子放出素子として好適である点、
が記載されている。
In addition, Patent Document 1 is not an electrode for a fuel cell,
(1) Anodized alumina film having a plurality of nanoholes oriented substantially perpendicular to the film surface is formed on the glass substrate surface,
(2) Using a mixed gas of propylene and butadiene, vapor-grown carbon nanofibers in the nanoholes of the anodized alumina film,
(3) Carbon deposited on the surface of the anodized alumina is removed by oxygen plasma etching.
(4) Anodized alumina is removed using an aqueous sodium hydroxide solution.
A method for producing a carbonaceous nanostructure is disclosed.
In the same document,
(A) When a mixed gas of propylene and butadiene is used as a raw material gas, the thermal decomposability of the carbon compound is improved, so that carbon is vapor-phase grown in nanoholes of anodized alumina at a lower temperature without using a catalytic metal. Points that can and
(B) Since the carbonaceous nanostructure obtained by such a method can emit a sufficient current at a low driving voltage, it is suitable as an electron gun or an electron-emitting device for a field emission display,
Is described.
CNTは、黒鉛の一層に相当するグラフェンシート(炭素原子が六角網目状に配列したシート)を筒状に丸めた立体構造を持つ。CNTは、1枚の円筒状グラフェンシートからなる単層CNTと、複数枚の円筒状グラフェンシートが同心円状に重なった多層CNTとがある。また、合成された未処理のCNTの先端は、通常、「キャップ」と呼ばれる半球状のグラファイト層で閉じられた構造になっている。
CNTは、nmオーダーの直径と、μm〜cmオーダーの長さを有しており、アスペクト比が極めて大きく、先端の曲率半径が数nm〜数十nmと極めて小さいという特徴がある。CNTは、機械的にも強靱で、化学的・熱的安定性に優れ、円筒部のらせん構造に応じて金属にも半導体にもなるという特徴がある。
The CNT has a three-dimensional structure in which a graphene sheet corresponding to one layer of graphite (a sheet in which carbon atoms are arranged in a hexagonal network) is rolled into a cylindrical shape. The CNT includes a single-walled CNT made of one cylindrical graphene sheet and a multi-walled CNT in which a plurality of cylindrical graphene sheets are concentrically overlapped. In addition, the tip of the synthesized unprocessed CNT usually has a structure closed with a hemispherical graphite layer called “cap”.
CNTs have a diameter on the order of nm and a length on the order of μm to cm, have an extremely large aspect ratio, and have a feature that the radius of curvature of the tip is as small as several nm to several tens of nm. CNT is mechanically tough, has excellent chemical and thermal stability, and is characterized by being both a metal and a semiconductor depending on the helical structure of the cylindrical portion.
このようなCNTを基板表面に対して垂直配向させ、電解質膜に転写することにより得られる触媒層は、従来の方法で作製した触媒層に比べて高いガス拡散性、プロトン伝導性及び電子伝導性を示す。また、ガス拡散性が高いために、高電流域において高い性能を示す。
しかしながら、垂直配向したCNTを電解質膜に接合するためには、所定の温度と圧力による熱圧着が必要となる。そのため、条件が適切でないと、CNTが電解質膜を貫通してショートするなどの不具合が懸念されている。また、CNTを電解質膜に転写する際には、CNT成長用触媒がコンタミとなって触媒層内に残存し、燃料電池の性能低下を引き起こすおそれがある。
The catalyst layer obtained by orienting such CNTs perpendicularly to the substrate surface and transferring it to the electrolyte membrane has higher gas diffusivity, proton conductivity and electron conductivity than the catalyst layer produced by the conventional method. Indicates. Moreover, since the gas diffusibility is high, high performance is exhibited in a high current region.
However, in order to join vertically aligned CNTs to the electrolyte membrane, thermocompression bonding with a predetermined temperature and pressure is required. For this reason, if the conditions are not appropriate, there is a concern that CNT penetrates the electrolyte membrane and shorts. In addition, when transferring CNTs to the electrolyte membrane, the CNT growth catalyst may become a contaminant and remain in the catalyst layer, which may cause a reduction in fuel cell performance.
一方、陽極酸化アルミナなどの鋳型を用いたCNTの合成技術は、必ずしも触媒を使用する必要がないので、CNT合成用触媒に起因する燃料電池の性能低下が生ずるおそれは少ない。また、鋳型を変えることで、CNTの直径や単位面積当たりの本数などのCNTの構造制御も可能である。
しかしながら、鋳型表面に堆積した炭素堆積層を残したまま、CNTを電解質膜に転写すると、CNTの配向構造は維持できるが、炭素堆積層によって反応ガスの拡散が阻害されるので、電極として成立しない。一方、炭素堆積層を除去すると、鋳型を除去する過程でCNTがバラバラになり、配向構造を維持できないという問題がある。
On the other hand, since the CNT synthesis technique using a template such as anodized alumina does not necessarily require the use of a catalyst, there is little possibility that the performance of the fuel cell is reduced due to the CNT synthesis catalyst. In addition, by changing the template, it is possible to control the structure of the CNT, such as the diameter of the CNT and the number of CNTs per unit area.
However, if the CNTs are transferred to the electrolyte membrane while leaving the carbon deposition layer deposited on the mold surface, the orientation structure of the CNTs can be maintained, but the diffusion of the reaction gas is inhibited by the carbon deposition layer, so that it does not hold as an electrode. . On the other hand, when the carbon deposition layer is removed, there is a problem that the alignment structure cannot be maintained because the CNTs fall apart in the process of removing the template.
本発明が解決しようとする課題は、電極触媒を担持するための担体として、CNTなどの繊維状導電性材料からなる担体を用いた場合であっても、繊維状導電性担体による電解質膜の損傷が少ない膜電極接合体及びその製造方法、並びに、このような膜電極接合体を用いた固体高分子型燃料電池を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、電極触媒を担持するための担体として繊維状導電性担体を用いた場合であっても、ガス拡散性が阻害されることのない膜電極接合体及びその製造方法、並びに、このような膜電極接合体を用いた固体高分子型燃料電池を提供することにある。
さらに、本発明が解決しようとする他の課題は、繊維状導電性担体の配向構造を維持することが可能であり、電池性能の高い膜電極接合体及びその製造方法、並びに、このような膜電極接合体を用いた固体高分子型燃料電池を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is that even if a carrier made of a fibrous conductive material such as CNT is used as a carrier for supporting an electrode catalyst, the electrolyte membrane is damaged by the fibrous conductive carrier. It is an object of the present invention to provide a membrane electrode assembly and a method for producing the same, and a polymer electrolyte fuel cell using such a membrane electrode assembly.
In addition, another problem to be solved by the present invention is membrane electrode bonding in which gas diffusivity is not hindered even when a fibrous conductive support is used as a support for supporting an electrode catalyst. It is an object of the present invention to provide a solid polymer fuel cell using such a membrane electrode assembly.
Furthermore, another problem to be solved by the present invention is that it is possible to maintain the orientation structure of the fibrous conductive support, and the membrane electrode assembly having high battery performance, the method for producing the same, and such a membrane. An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell using an electrode assembly.
上記課題を解決するために本発明に係る膜電極接合体の製造方法は、
表面に対してほぼ垂直に配列したナノ細孔を有する鋳型を用いて、前記ナノ細孔内に繊維状導電性担体を形成する繊維状導電性担体形成工程と、
前記鋳型の表面のみを溶解させ、前記繊維状導電性担体の先端を前記鋳型の表面から露出させる露出工程と、
前記鋳型表面に固体高分子電解質(A)を含む溶液又は融液を塗布し、前記繊維状導電性担体の先端を前記固体高分子電解質(A)からなる固定被膜で固定する固定被膜形成工程と、
前記固定被膜を介して前記鋳型と固体高分子電解質(B)からなる電解質膜とを接合する接合工程と、
前記鋳型を除去し、前記繊維状導電性担体を露出させる鋳型除去工程と、
前記繊維状導電性担体表面に触媒粒子を担持させる触媒担持工程と、
前記触媒粒子が担持された前記繊維状導電性担体と、固体高分子電解質(C)とを複合化させる複合工程と、
を備えていることを要旨とする。
また、本発明に係る膜電極接合体は、本発明に係る方法により得られたものからなる。
さらに、本発明に係る固体高分子型燃料電池は、本発明に係る膜電極接合体を用いたことを要旨とする。
In order to solve the above problems, a method for producing a membrane electrode assembly according to the present invention includes:
Using a template having nanopores arranged substantially perpendicular to the surface, a fibrous conductive carrier forming step of forming a fibrous conductive carrier in the nanopores;
An exposure step of dissolving only the surface of the mold and exposing the tip of the fibrous conductive carrier from the surface of the mold;
A fixed film forming step of applying a solution or melt containing the solid polymer electrolyte (A) to the mold surface and fixing the tip of the fibrous conductive carrier with a fixed film made of the solid polymer electrolyte (A); ,
A bonding step of bonding the template and an electrolyte membrane made of a solid polymer electrolyte (B) through the fixed coating;
A mold removing step of removing the mold and exposing the fibrous conductive carrier;
A catalyst supporting step for supporting catalyst particles on the surface of the fibrous conductive support;
A composite step of combining the fibrous conductive support on which the catalyst particles are supported and a solid polymer electrolyte (C);
The main point is that
Moreover, the membrane electrode assembly which concerns on this invention consists of what was obtained by the method which concerns on this invention.
The gist of the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention is that the membrane electrode assembly according to the present invention is used.
鋳型のナノ細孔内に繊維状導電性担体を形成した後、鋳型の表面のみを溶解させ、繊維状導電性担体の先端のみを固体高分子電解質(A)からなる固定被膜で固定すると、繊維状導電性担体の配向構造を維持したまま、繊維状導電性担体を電解質膜に転写することができる。また、繊維状導電性担体の先端が固定被膜で被覆されるので、電解質膜と接合する際に、繊維状導電性担体による電解質膜の損傷を抑制することができる。さらに、繊維状導電性担体と電解質膜の界面に炭素堆積層がないので、ガス拡散性が阻害されることもない。 After forming the fibrous conductive carrier in the nanopores of the template, only the surface of the template is dissolved, and only the tip of the fibrous conductive carrier is fixed with the fixed coating made of the solid polymer electrolyte (A), the fiber The fibrous conductive carrier can be transferred to the electrolyte membrane while maintaining the orientation structure of the fibrous conductive carrier. In addition, since the tip of the fibrous conductive carrier is covered with the fixed coating, damage to the electrolyte membrane due to the fibrous conductive carrier can be suppressed when joining the electrolyte membrane. Furthermore, since there is no carbon deposition layer at the interface between the fibrous conductive support and the electrolyte membrane, gas diffusivity is not hindered.
以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. 膜電極接合体の製造方法]
本発明に係る膜電極接合体(MEA)の製造方法は、繊維状導電性担体形成工程と、露出工程と、固定工程と、接合工程と、鋳型除去工程と、触媒担持工程と、複合工程とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
[1. Manufacturing method of membrane electrode assembly]
The manufacturing method of the membrane electrode assembly (MEA) according to the present invention includes a fibrous conductive carrier forming step, an exposing step, a fixing step, a joining step, a template removing step, a catalyst supporting step, a composite step, It has.
[1.1. 繊維状導電性担体形成工程]
繊維状導電性担体形成工程は、表面に対してほぼ垂直に配列したナノ細孔を有する鋳型を用いて、ナノ細孔内に繊維状導電性担体を形成する工程である。
「表面に対してほぼ垂直」とは、ナノ細孔が表面に対して完全に垂直に配向している場合だけではなく、ナノ細孔が多少傾いている場合も含まれるが、全体としてみるとナノ細孔が特定の方向に向かって並んでいる状態を表す。
「繊維状導電性担体」とは、炭素質の繊維(カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー(CNF)など)からなり、かつ、電子伝導性を有する担体をいう。特に、気相成長させたCNTは、ガス拡散性、プロトン伝導性、及び電子伝導性に優れた電極が得られるので、繊維状導電性担体として好適である。
[1.1. Fibrous conductive carrier forming step]
The fibrous conductive carrier forming step is a step of forming a fibrous conductive carrier in the nanopores using a template having nanopores arranged substantially perpendicular to the surface.
The term “substantially perpendicular to the surface” includes not only the case where the nanopores are oriented completely perpendicular to the surface, but also the case where the nanopores are slightly tilted. This represents a state in which nanopores are arranged in a specific direction.
“Fibrous conductive support” refers to a support made of carbonaceous fibers (carbon nanotubes (CNT), carbon nanofibers (CNF), etc.) and having electron conductivity. In particular, vapor-grown CNT is suitable as a fibrous conductive support because an electrode excellent in gas diffusibility, proton conductivity, and electron conductivity can be obtained.
表面に対してほぼ垂直に配列したナノ細孔を有する鋳型としては、陽極酸化アルミナ、陽極化成シリコンなどがある。
陽極酸化アルミナは、アルミニウム基板又は表面にアルミニウム薄膜を形成した基板を酸性溶液中(例えば、20%の硫酸水溶液)に浸漬し、アルミニウム基板又はアルミニウム薄膜を陽極として、電圧を印加することにより製造することができる。この時、印加電圧を制御すると、ナノ細孔の直径や密度を任意に制御することができる。陽極酸化アルミナの場合、印加電圧を制御することによって、直径:10〜300nm、密度:5×108〜2×1011個/cm2程度のナノ細孔を形成することができる。
陽極化成シリコンは、シリコン基板を陽極として、HF溶液中において低電流密度で電解研磨することにより製造することができる。この時、電流密度を制御すると、ナノ細孔構造を制御することができる。陽極化成シリコンの場合、電流密度を制御することによって、細孔径10〜500nmの不規則な枝分かれ構造を形成することができる。
Examples of the template having nanopores arranged substantially perpendicular to the surface include anodized alumina and anodized silicon.
Anodized alumina is produced by immersing an aluminum substrate or a substrate having an aluminum thin film formed on the surface thereof in an acidic solution (for example, a 20% aqueous sulfuric acid solution) and applying a voltage using the aluminum substrate or the aluminum thin film as an anode. be able to. At this time, when the applied voltage is controlled, the diameter and density of the nanopores can be arbitrarily controlled. In the case of anodized alumina, nanopores having a diameter of about 10 to 300 nm and a density of about 5 × 10 8 to 2 × 10 11 pieces / cm 2 can be formed by controlling the applied voltage.
Anodized silicon can be produced by electrolytic polishing at a low current density in an HF solution using a silicon substrate as an anode. At this time, the nanopore structure can be controlled by controlling the current density. In the case of anodized silicon, an irregular branched structure having a pore diameter of 10 to 500 nm can be formed by controlling the current density.
繊維状導電性担体は、鋳型表面に炭素源を供給し、鋳型表面において炭素源を熱分解させることにより得られる(気相成長法)。このような気相成長法を用いると、ナノ細孔内に繊維状導電性担体を形成することができる。ナノ細孔内には、予め繊維状導電性担体の合成用触媒を担持させても良いが、ナノ細孔を有する鋳型を用いると、合成用触媒を用いなくてもナノ細孔内に繊維状導電性担体を形成することができる。
炭素源には、メタン、エタン、プロパン等の炭化水素ガス、プロピレン等のモノオレフィン化合物、ブタジエン等のジオレフィン化合物などを用いることができる。特に、モノオレフィン化合物とジオレフィン化合物の混合物は、比較的低温でナノ細孔内に繊維状導電性担体を形成することができるので、炭素源として特に好適である。
The fibrous conductive support is obtained by supplying a carbon source to the mold surface and thermally decomposing the carbon source on the mold surface (vapor phase growth method). When such a vapor phase growth method is used, a fibrous conductive support can be formed in the nanopore. In the nanopores, a catalyst for synthesis of the fibrous conductive support may be supported in advance. However, if a template having nanopores is used, the fibrous pores are not contained in the nanopores without using the catalyst for synthesis. A conductive carrier can be formed.
As the carbon source, hydrocarbon gases such as methane, ethane, and propane, monoolefin compounds such as propylene, and diolefin compounds such as butadiene can be used. In particular, a mixture of a monoolefin compound and a diolefin compound is particularly suitable as a carbon source because a fibrous conductive support can be formed in the nanopores at a relatively low temperature.
繊維状導電性担体の形成は、具体的には、以下のようにして行う。すなわち、鋳型を反応容器に入れ、常圧あるいは所定の圧力(例えば、10-5Torr(1.3×10-3Pa)以下)まで減圧する。次いで、加熱装置を用いて、鋳型を合成温度まで昇温させる。合成温度は、500〜900℃が好ましい。鋳型が合成温度に達したところで、反応ガス供給装置を用いて数分〜数時間、キャリアガスと炭素源とを所定の流量比で圧力を調整しながら流すと、ナノ細孔内に繊維状導電性担体を成長させることができる。
鋳型表面において炭素源を熱分解させると、ナノ細孔内に繊維状導電性担体が形成されるだけではなく、通常は、鋳型表面に炭素堆積層が形成される。炭素堆積層は、酸素プラズマエッチングなどの方法を用いて除去しておく。
Specifically, the fibrous conductive carrier is formed as follows. That is, the template is placed in a reaction vessel and the pressure is reduced to normal pressure or a predetermined pressure (for example, 10 −5 Torr (1.3 × 10 −3 Pa or less)). Next, the mold is heated up to the synthesis temperature using a heating device. The synthesis temperature is preferably 500 to 900 ° C. When the mold has reached the synthesis temperature, if a carrier gas and a carbon source are flowed while adjusting the pressure at a predetermined flow rate ratio for several minutes to several hours using a reaction gas supply device, the fibrous conductive material flows into the nanopores. Sex carriers can be grown.
When the carbon source is thermally decomposed on the mold surface, not only a fibrous conductive support is formed in the nanopores, but also a carbon deposition layer is usually formed on the mold surface. The carbon deposition layer is removed using a method such as oxygen plasma etching.
[1.2. 露出工程]
露出工程は、鋳型の表面のみを溶解させ、繊維状導電性担体の先端を鋳型の表面から露出させる工程である。
繊維状導電性担体の先端の露出は、鋳型のみを溶解可能な溶液中に浸漬することにより行う。例えば、鋳型として陽極酸化アルミナを用いた場合、鋳型の溶解液には、水酸化ナトリウム水溶液、HF水溶液、リン酸などを用いるのが好ましい。また、鋳型として陽極化成シリコンを用いた場合、鋳型の溶解液には、HF水溶液などを用いるのが好ましい。
溶解液の濃度、溶解液への鋳型の浸漬時間、溶解液の温度等を最適化すると、鋳型の表面のみが溶解し、繊維状導電性担体の先端を鋳型の表面から露出させることができる。
繊維状導電性担体の先端の露出長さは、目的に応じて任意に選択することができる。一般に、露出長さが短すぎると、固定被膜による繊維状導電性担体の固定が不十分となる。一方、露出長さが長すぎると、繊維状導電性担体の配向構造の乱れが大きくなり、電極性能が低下するおそれがある。
[1.2. Exposure process]
The exposing step is a step of dissolving only the surface of the mold and exposing the tip of the fibrous conductive carrier from the surface of the mold.
The tip of the fibrous conductive carrier is exposed by immersing only the mold in a solution that can be dissolved. For example, when anodized alumina is used as the template, it is preferable to use a sodium hydroxide aqueous solution, an HF aqueous solution, phosphoric acid, or the like as the template solution. Further, when anodized silicon is used as a template, it is preferable to use an HF aqueous solution or the like as the template solution.
By optimizing the concentration of the dissolving solution, the immersion time of the template in the dissolving solution, the temperature of the dissolving solution, etc., only the surface of the template is dissolved, and the tip of the fibrous conductive carrier can be exposed from the surface of the template.
The exposed length of the tip of the fibrous conductive carrier can be arbitrarily selected according to the purpose. In general, if the exposed length is too short, the fibrous conductive carrier is not sufficiently fixed by the fixed coating. On the other hand, when the exposed length is too long, the disorder of the orientation structure of the fibrous conductive support increases, and the electrode performance may be deteriorated.
[1.3. 固定被膜形成工程]
固定被膜形成工程は、鋳型表面に固体高分子電解質(A)を含む溶液又は融液を塗布し、繊維状導電性担体の先端を固体高分子電解質(A)からなる固定被膜で固定する工程である。
固定被膜に用いられる固体高分子電解質(A)は、通常、電解質膜に用いられる固体高分子電解質(B)と同一材料が用いられるが、異なる材料を用いても良い。
[1.3. Fixed film formation process]
The fixed film forming process is a process in which a solution or melt containing the solid polymer electrolyte (A) is applied to the mold surface, and the tip of the fibrous conductive carrier is fixed with a fixed film made of the solid polymer electrolyte (A). is there.
The solid polymer electrolyte (A) used for the fixed coating is usually the same material as the solid polymer electrolyte (B) used for the electrolyte membrane, but a different material may be used.
固体高分子電解質(A)は、高分子鎖内にC−H結合を含み、かつC−F結合を含まない炭化水素系電解質、及び高分子鎖内にC−F結合を含むフッ素系電解質のいずれであっても良い。また、フッ素系電解質は、高分子鎖内にC−H結合とC−F結合の双方を含む部分フッ素系電解質であっても良く、あるいは、高分子鎖内にC−F結合を含み、かつC−H結合を含まない全フッ素系電解質であっても良い。
なお、フッ素系電解質は、フルオロカーボン構造(−CF2−、−CFCl−)の他、クロロカーボン構造(−CCl2−)や、その他の構造(例えば、−O−、−S−、−C(=O)−、−N(R)−等。但し、「R」は、アルキル基)を備えていてもよい。また、固体高分子電解質(A)の分子構造は、特に限定されるものではなく、直鎖状又は分岐状のいずれであっても良く、あるいは環状構造を備えていても良い。
The solid polymer electrolyte (A) is composed of a hydrocarbon electrolyte containing a C—H bond in a polymer chain and no C—F bond, and a fluorine electrolyte containing a C—F bond in a polymer chain. Either may be sufficient. Further, the fluorine-based electrolyte may be a partial fluorine-based electrolyte containing both C—H bonds and C—F bonds in the polymer chain, or contains C—F bonds in the polymer chain, and A perfluorinated electrolyte containing no C—H bond may be used.
In addition to the fluorocarbon structure (—CF 2 —, —CFCl—), the fluorine-based electrolyte includes a chlorocarbon structure (—CCl 2 —) and other structures (eg, —O—, —S—, —C ( ═O) —, —N (R) —, etc. provided that “R” may be an alkyl group). The molecular structure of the solid polymer electrolyte (A) is not particularly limited, and may be linear or branched, or may have a cyclic structure.
また、固体高分子電解質(A)に備えられる酸基の種類についても、特に限定されるものではない。酸基としては、スルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基、スルホンイミド基等がある。固体高分子電解質(A)には、これらの電解質基の内、いずれか1種類のみが含まれていても良く、あるいは、2種以上が含まれていても良い。さらに、これらの酸基は、直鎖状固体高分子化合物に直接結合していても良く、あるいは、分枝状固体高分子化合物の主鎖又は側鎖のいずれかに結合していても良い。 Further, the type of acid group provided in the solid polymer electrolyte (A) is not particularly limited. Examples of the acid group include a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphonic acid group, and a sulfonimide group. The solid polymer electrolyte (A) may contain only one of these electrolyte groups, or may contain two or more. Furthermore, these acid groups may be directly bonded to the linear solid polymer compound, or may be bonded to either the main chain or the side chain of the branched solid polymer compound.
炭化水素系電解質としては、具体的には、
(1) 高分子鎖のいずれかにスルホン酸基等の酸基が導入されたポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル系樹脂、ポリエステル、ポリサルホン、ポリエーテル等、及びこれらの誘導体(脂肪族炭化水素系電解質)、
(2) 高分子鎖のいずれかにスルホン酸基等の酸基が導入されたポリスチレン、芳香環を有するポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリサルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート等、及びこれらの誘導体(部分芳香族炭化水素系電解質)、
(3) 高分子鎖のいずれかにスルホン酸基等の酸基が導入されたポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレン、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド等、及びこれらの誘導体(全芳香族炭化水素系電解質)、
などがある。
Specifically, as the hydrocarbon electrolyte,
(1) Polyamide, polyacetal, polyethylene, polypropylene, acrylic resin, polyester, polysulfone, polyether, etc. in which an acid group such as a sulfonic acid group is introduced into any of the polymer chains, and derivatives thereof (aliphatic hydrocarbons) System electrolyte),
(2) Polystyrene having an acid group such as a sulfonic acid group introduced into any of the polymer chains, polyamide having an aromatic ring, polyamideimide, polyimide, polyester, polysulfone, polyetherimide, polyethersulfone, polycarbonate, and the like, and These derivatives (partial aromatic hydrocarbon electrolytes),
(3) Polyetheretherketone, polyetherketone, polysulfone, polyethersulfone, polyimide, polyetherimide, polyphenylene, polyphenylene ether, polycarbonate, in which an acid group such as a sulfonic acid group is introduced into any of the polymer chains, Polyamide, polyamideimide, polyester, polyphenylene sulfide, etc., and derivatives thereof (fully aromatic hydrocarbon electrolytes),
and so on.
また、部分フッ素系電解質としては、具体的には、高分子鎖のいずれかにスルホン酸基等の酸基が導入されたポリスチレン−グラフト−エチレンテトラフルオロエチレン共重合体(以下、これを「PS−g−ETFE」という。)、ポリスチレン−グラフト−ポリテトラフルオロエチレン等、及びこれらの誘導体などがある。
また、全フッ素系電解質としては、具体的には、デュポン社製ナフィオン(登録商標)、旭化成(株)製アシプレックス(登録商標)、旭硝子(株)製フレミオン(登録商標)等、及びこれらの誘導体などがある。
これらの中でも、フッ素系電解質、特に全フッ素系電解質は、高分子鎖内にC−F結合を有しており、耐酸化性に優れているので、これに対して本発明を適用すれば、耐酸化性及び耐久性に優れた膜電極接合体及び固体高分子型燃料電池が得られる。
Further, as the partial fluorine-based electrolyte, specifically, a polystyrene-graft-ethylenetetrafluoroethylene copolymer (hereinafter referred to as “PS”) in which an acid group such as a sulfonic acid group is introduced into any of the polymer chains. -G-ETFE "), polystyrene-graft-polytetrafluoroethylene, and derivatives thereof.
Further, as the perfluorinated electrolyte, specifically, Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont, Aciplex (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., Flemion (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., etc. There are derivatives.
Among these, fluorinated electrolytes, particularly perfluorinated electrolytes, have a C—F bond in the polymer chain and are excellent in oxidation resistance. Therefore, if the present invention is applied thereto, A membrane electrode assembly and a polymer electrolyte fuel cell excellent in oxidation resistance and durability can be obtained.
固定被膜の形成は、固体高分子電解質(A)又はその誘導体を適当な溶媒に溶解させて溶液とし、繊維状導電性担体の先端を露出させた鋳型の表面にこの溶液を塗布し、溶媒を除去することにより行う。あるいは、固体高分子電解質(A)又はその誘導体を溶融させ、その融液を鋳型の表面に塗布して、固化させても良い。 The fixed coating is formed by dissolving the solid polymer electrolyte (A) or a derivative thereof in a suitable solvent to form a solution, applying this solution to the surface of the mold exposing the tip of the fibrous conductive carrier, This is done by removing. Alternatively, the solid polymer electrolyte (A) or a derivative thereof may be melted, and the melt may be applied to the surface of the mold and solidified.
[1.4. 接合工程]
接合工程は、固定被膜を介して鋳型と固体高分子電解質(B)からなる電解質膜とを接合する工程である。
電解質膜に用いられる固体高分子電解質(B)は、固定被膜に用いられる固体高分子電解質(A)と同一の材料であっても良く、あるいは、異なる材料であっても良い。固体高分子電解質(B)の詳細は、固体高分子電解質(A)と同様であるので、説明を省略する。
接合は、固定被膜を介して鋳型と電解質膜とを重ね合わせ、ホットプレスすることにより行う。ホットプレス条件は、特に限定されるものではなく、固体高分子電解質(A)、(B)の材質に応じて、最適な条件を選択する。あるいは、1−プロパノール等のアルコールで膨潤させた状態で重ね合わせ、その後、乾燥させることによっても可能である。
[1.4. Joining process]
A joining process is a process of joining a casting_mold | template and the electrolyte membrane which consists of a solid polymer electrolyte (B) through a fixed film.
The solid polymer electrolyte (B) used for the electrolyte membrane may be the same material as the solid polymer electrolyte (A) used for the fixed coating, or may be a different material. Since the details of the solid polymer electrolyte (B) are the same as those of the solid polymer electrolyte (A), the description thereof is omitted.
The joining is performed by superposing and hot pressing the mold and the electrolyte membrane through a fixed coating. Hot press conditions are not particularly limited, and optimum conditions are selected according to the materials of the solid polymer electrolytes (A) and (B). Alternatively, it is possible to superimpose in a swollen state with an alcohol such as 1-propanol and then dry.
[1.5. 鋳型除去工程]
鋳型除去工程は、鋳型を除去し、繊維状導電性担体を露出させる工程である。
鋳型の除去には、露出工程で用いた溶解液と同様の溶解液を用いることができる。溶解条件は、特に限定されるものではなく、鋳型を完全に溶解可能なものであればよい。
[1.5. Mold removal process]
The mold removing step is a step of removing the mold and exposing the fibrous conductive carrier.
For removing the template, a solution similar to the solution used in the exposure step can be used. The dissolution conditions are not particularly limited as long as the template can be completely dissolved.
[1.6. 触媒担持工程]
触媒担持工程は、繊維状導電性担体表面に触媒粒子を担持させる工程である。
本発明において、触媒の組成は特に限定されるものではなく、電極反応に寄与するあらゆる材料を触媒として用いることができる。触媒としては、具体的には、
(1) 白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、金、銀等の貴金属、又は、これらのいずれか2以上を含む合金、
(2) 1種又は2種以上の貴金属と、コバルト、ニッケル、鉄、クロム等からなる1種又は2種以上の遷移金属元素との合金、
などがある。
[1.6. Catalyst loading process]
The catalyst supporting step is a step of supporting catalyst particles on the surface of the fibrous conductive support.
In the present invention, the composition of the catalyst is not particularly limited, and any material that contributes to the electrode reaction can be used as the catalyst. Specifically, as a catalyst,
(1) noble metals such as platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium, gold, silver, or alloys containing any two or more thereof,
(2) An alloy of one or more kinds of noble metals and one or more kinds of transition metal elements made of cobalt, nickel, iron, chromium, etc.
and so on.
触媒粒子の粒径は、燃料電池性能に影響を及ぼす。一般に、触媒粒子の粒径が小さくなりすぎると、触媒活性がかえって低下する。一方、触媒粒子の粒径が大きくなりすぎると、触媒の比表面積が低下し、触媒の利用率が低下する。従って、触媒粒子の粒径は、触媒粒子の組成、要求される特性等に応じて、最適なものを選択するのが好ましい。
また、繊維状導電性担体表面への触媒の担持量もまた、燃料電池性能に影響を及ぼす。一般に、触媒粒子の担持密度が低すぎると、高出力は得られない。高出力を得るためには、触媒粒子の担持密度は、大きいほどよい。
The particle size of the catalyst particles affects the fuel cell performance. In general, when the particle size of the catalyst particles becomes too small, the catalytic activity is reduced. On the other hand, when the particle size of the catalyst particles becomes too large, the specific surface area of the catalyst decreases, and the utilization factor of the catalyst decreases. Accordingly, it is preferable to select an optimum particle size of the catalyst particles according to the composition of the catalyst particles, required characteristics, and the like.
In addition, the amount of catalyst supported on the surface of the fibrous conductive support also affects the fuel cell performance. In general, if the loading density of catalyst particles is too low, a high output cannot be obtained. In order to obtain a high output, the loading density of the catalyst particles is preferably as large as possible.
触媒の担持は、具体的には、以下のようにして行う。
[1.6.1. 親水化処理工程]
まず、繊維状導電性担体の表面を親水化処理する(親水化処理工程)。親水化処理は、必ずしも必要ではないが、予め繊維状導電性担体を親水化処理しておくと、触媒の担持が極めて容易になるという利点がある。
親水化処理の方法は、繊維状導電性担体の表面を均一に親水化処理できるものであれば良い。親水化処理方法としては、具体的には、UVオゾン処理、水プラズマ処理、酸素プラズマ処理などがある。特に、UVオゾン処理は、簡便であり、しかも、繊維状導電性担体の撥水性の影響を受けることなく親水化を行うことができるので、親水化処理方法として好適である。
Specifically, the catalyst is supported as follows.
[1.6.1. Hydrophilization process]
First, the surface of the fibrous conductive carrier is subjected to a hydrophilic treatment (a hydrophilic treatment step). Hydrophilic treatment is not always necessary, but if the fibrous conductive support is hydrophilized in advance, there is an advantage that the catalyst can be supported very easily.
Any hydrophilic treatment may be used as long as the surface of the fibrous conductive carrier can be uniformly hydrophilized. Specific examples of the hydrophilic treatment method include UV ozone treatment, water plasma treatment, oxygen plasma treatment, and the like. In particular, the UV ozone treatment is convenient and can be hydrophilized without being affected by the water repellency of the fibrous conductive carrier, and thus is suitable as a hydrophilization treatment method.
[1.6.2. 浸漬工程]
次に、必要に応じて、繊維状導電性担体の表面を親水化処理した後、極性溶媒に触媒金属イオンを溶解させた溶液に、繊維状導電性担体が接合された電解質膜を浸漬する(浸漬工程)。これにより、溶液が繊維状導電性担体の空隙内に侵入する。
触媒金属イオンを溶解させる極性溶媒には、水、エタノール、メタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコールなどを用いることができる。特に、水は、触媒金属を被毒するおそれがないので、溶媒として特に好適である。
[1.6.2. Immersion process]
Next, if necessary, the surface of the fibrous conductive carrier is hydrophilized, and then the electrolyte membrane to which the fibrous conductive carrier is bonded is immersed in a solution in which catalytic metal ions are dissolved in a polar solvent ( Dipping process). Thereby, a solution penetrate | invades in the space | gap of a fibrous conductive support | carrier.
Water, ethanol, methanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol, ethylene glycol, propylene glycol, or the like can be used as the polar solvent for dissolving the catalytic metal ion. In particular, water is particularly suitable as a solvent because there is no risk of poisoning the catalyst metal.
貴金属源及び遷移金属源は、上述した極性溶媒に可溶なものであれば良い。
貴金属源としては、具体的には、以下のようなものがある。これらは、単独で用いても良く、あるいは、2種以上を組み合わせて用いても良い。
(1) ヘキサクロロ白金(IV)酸六水和物、ジニトロジアンミン白金(II)、ヘキサアンミン白金(IV)塩化物、テトラアンミン白金(II)塩化物、ビス(アセチルアセトナト)白金(II)等のPt化合物。
(2) 硫酸パラジウム、塩化パラジウム、硝酸パラジウム、ジニトロジアンミンパラジウム(II)、ビス(アセチルアセトナト)パラジウム(II)、トランス−ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)等のPd化合物。
(3) 塩化ロジウム、硫酸ロジウム、硝酸ロジウム、酢酸ロジウム(II)、トリス(アセチルアセトナト)ロジウム(III)、クロロトリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム(I)、アセチルアセトナトジカルボニルロジウム(I)、テトラカルボニルジ−μ−クロロジロジウム(I)等のRh化合物。
(4) 塩化ルテニウム、硝酸ルテニウム、ドデカカルボニルトリルテニウム(0)、トリス(アセチルアセトナト)ルテニウム(III)等のRu化合物。
(5) ヘキサクロロイリジウム(IV)酸六水和物、ドデカカルボニルテトライリジウム(0)、カルボニルクロロビス(トリフェニルホスフィン)イリジウム(I)、トリス(アセチルアセトナト)イリジウム(III)等のIr化合物。
(6) ヘキサクロロ金(IV)酸六水和物、シアン化金アンモニウム等のAu化合物。
(7) 硝酸銀、シアン化銀等のAg化合物。
The noble metal source and the transition metal source only need to be soluble in the polar solvent described above.
Specific examples of the noble metal source include the following. These may be used alone or in combination of two or more.
(1) Hexachloroplatinum (IV) acid hexahydrate, dinitrodiammineplatinum (II), hexaammineplatinum (IV) chloride, tetraammineplatinum (II) chloride, bis (acetylacetonato) platinum (II), etc. Pt compound.
(2) Pd compounds such as palladium sulfate, palladium chloride, palladium nitrate, dinitrodiammine palladium (II), bis (acetylacetonato) palladium (II), and trans-dichlorobis (triphenylphosphine) palladium (II).
(3) Rhodium chloride, rhodium sulfate, rhodium nitrate, rhodium acetate (II), tris (acetylacetonato) rhodium (III), chlorotris (triphenylphosphine) rhodium (I), acetylacetonatodicarbonyl rhodium (I), Rh compounds such as tetracarbonyldi-μ-chlorodirhodium (I).
(4) Ru compounds such as ruthenium chloride, ruthenium nitrate, dodecacarbonyltriruthenium (0), and tris (acetylacetonato) ruthenium (III).
(5) Ir compounds such as hexachloroiridium (IV) acid hexahydrate, dodecacarbonyltetriiridium (0), carbonylchlorobis (triphenylphosphine) iridium (I), tris (acetylacetonato) iridium (III) and the like.
(6) Au compounds such as hexachlorogold (IV) acid hexahydrate and gold gold cyanide.
(7) Ag compounds such as silver nitrate and silver cyanide.
また、遷移金属源としては、具体的には、以下のようなものがある。これらは、単独で用いても良く、あるいは、2種以上を組み合わせて用いても良い。
(1) Co(NO3)2、Ni(NO3)2、Fe(NO3)2、Cr(NO3)2などの硝酸塩。
(2) Co(OH)2などの水酸化物。
(3) CoSO4、NiSO4、FeSO4、CrSO4などの硫酸塩。
(4) CoCl2、NiCl2、FeCl2、CrCl2などの塩化物。
これらの中でも硝酸塩及び硫酸塩は、極性溶媒に対する溶解性が高く、嫌気下でなくても酸化されにくく、しかも触媒被毒の原因となるイオンを含まないので、遷移金属源として特に好適である。
Specific examples of the transition metal source include the following. These may be used alone or in combination of two or more.
(1) Nitrates such as Co (NO 3 ) 2 , Ni (NO 3 ) 2 , Fe (NO 3 ) 2 , and Cr (NO 3 ) 2 .
(2) Hydroxides such as Co (OH) 2 .
(3) Sulfates such as CoSO 4 , NiSO 4 , FeSO 4 , CrSO 4 .
(4) Chlorides such as CoCl 2 , NiCl 2 , FeCl 2 , and CrCl 2 .
Among these, nitrates and sulfates are particularly suitable as transition metal sources because they are highly soluble in polar solvents, are not easily oxidized even under anaerobic conditions, and do not contain ions that cause catalyst poisoning.
一般に、溶液中の貴金属源及び遷移金属源の濃度が低すぎると、触媒粒子の析出反応が非効率となる。一方、貴金属源及び遷移金属源の濃度が高すぎると、触媒粒子を均一かつ微細に析出させるのが困難となる。従って、溶媒に溶解させる貴金属源及び遷移金属源の濃度は、貴金属源及び遷移金属源の種類、触媒粒子の組成等に応じて最適な濃度を選択するのが好ましい。また、溶液量は、鋳型/電解質膜接合体を浸漬させるのに十分な量であればよい。 In general, if the concentration of the noble metal source and the transition metal source in the solution is too low, the catalyst particle deposition reaction becomes inefficient. On the other hand, if the concentrations of the noble metal source and the transition metal source are too high, it becomes difficult to deposit catalyst particles uniformly and finely. Therefore, it is preferable to select the optimum concentration of the noble metal source and the transition metal source dissolved in the solvent according to the kind of the noble metal source and the transition metal source, the composition of the catalyst particles, and the like. The amount of the solution may be an amount sufficient to immerse the template / electrolyte membrane assembly.
[1.6.3 還元工程]
次に、繊維状導電性担体に注入した触媒金属イオンを還元し、繊維状導電性担体表面に触媒粒子を析出させる(還元工程)。
還元方法には、鋳型/電解質膜接合体を、触媒金属イオンを含む溶液に浸漬した後、この溶液に還元剤を添加し、触媒金属イオンを還元する方法(湿式還元法)を用いる。
[1.6.3 Reduction step]
Next, the catalytic metal ions injected into the fibrous conductive support are reduced to deposit catalyst particles on the surface of the fibrous conductive support (reduction step).
As the reduction method, a method (wet reduction method) is used in which the template / electrolyte membrane assembly is immersed in a solution containing catalytic metal ions and then a reducing agent is added to the solution to reduce the catalytic metal ions.
触媒金属イオンを湿式還元する場合、還元剤は、触媒金属イオンの種類に応じて最適なものを選択する。還元剤としては、具体的には、エタノール、メタノール、ギ酸、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)、ヒドラジン、エチレングリコール、プロピレングリコールなどがある。これらは、それぞれ、単独で用いても良く、あるいは、2種以上を組み合わせて用いても良い。 When the catalytic metal ion is wet-reduced, an optimum reducing agent is selected according to the type of the catalytic metal ion. Specific examples of the reducing agent include ethanol, methanol, formic acid, sodium borohydride (NaBH 4 ), hydrazine, ethylene glycol, and propylene glycol. These may be used alone or in combination of two or more.
還元剤の還元力が相対的に強い場合、溶液中に還元剤を添加するだけで還元反応が進行する。但し、還元剤の還元力が強すぎると、触媒粒子は繊維状導電性担体の表面よりも液中に析出する確率が高くなるので好ましくない。
一方、還元剤として相対的に還元力の弱いものを用いた場合、溶液中に還元剤を添加しただけでは、還元反応はほとんど進行しない。従って、このような場合には、溶液の温度を上昇させて、還元反応の反応速度を速めるのが好ましい。
還元力が相対的に強い還元剤を用いる場合及び還元力が相対的に弱い還元剤を用いる場合のいずれにおいても、還元剤共存下で触媒金属イオンを対流させながら、還元反応を行わせるのが好ましい。対流させながら還元反応を行わせると、貴金属源及び遷移金属源が多孔質カーボン膜に向かって強制的に供給されるので、繊維状導電性担体表面に効率よく触媒粒子を担持させることができる。
特に、相対的に還元力が弱い還元剤を用いて、還元剤共存下で触媒金属イオンを含む溶液を対流させながら温度を上昇させると、繊維状導電性担体表面に触媒粒子を均一かつ微細に担持させることができる。このような方法に適した還元剤としては、エタノール、メタノール、エチレングリコール、プロピレングリコールなどがある。
When the reducing agent has a relatively strong reducing power, the reduction reaction proceeds only by adding the reducing agent to the solution. However, it is not preferable that the reducing agent has too strong reducing power because the probability that the catalyst particles precipitate in the liquid is higher than the surface of the fibrous conductive support.
On the other hand, when a reducing agent having a relatively low reducing power is used, the reduction reaction hardly proceeds only by adding the reducing agent to the solution. Therefore, in such a case, it is preferable to increase the reaction rate of the reduction reaction by increasing the temperature of the solution.
In both cases of using a reducing agent having a relatively strong reducing power and using a reducing agent having a relatively low reducing power, the reduction reaction is performed while convection of catalytic metal ions in the presence of the reducing agent. preferable. When the reduction reaction is performed while convection is performed, the noble metal source and the transition metal source are forcibly supplied toward the porous carbon film, so that the catalyst particles can be efficiently supported on the surface of the fibrous conductive support.
In particular, when a reducing agent having relatively weak reducing power is used and the temperature is raised while convection with a solution containing catalytic metal ions in the presence of the reducing agent, the catalyst particles are uniformly and finely formed on the surface of the fibrous conductive support. It can be supported. Suitable reducing agents for such methods include ethanol, methanol, ethylene glycol, propylene glycol and the like.
還元反応時の温度、反応時間、還元剤の使用量等は、使用する貴金属源、遷移金属源及び還元剤の種類、溶液中の貴金属源及び遷移金属源の濃度等に応じて最適なものを選択する。一般に、温和な条件下で還元反応を進行させた方が、繊維状導電性担体表面に触媒粒子を均一かつ微細に担持させることができる。
また、還元剤の使用量及び使用時期を最適化すると、還元反応速度を制御することができる。一般に、還元剤の使用量が相対的に少なくなる程、還元反応はゆっくり進行するので、触媒粒子径を小さくすることができる。一方、還元反応がある程度進行し、溶液中に残存する触媒金属イオンの濃度が低くなると、還元反応の反応速度が極端に遅くなる。従って、反応初期において相対的に少量の還元剤(具体的には、還元剤の総使用量の1〜20%)を添加して触媒粒子の核生成を促し、反応後期において相対的に多量の還元剤を追加すると、小粒径の触媒粒子を効率よく製造することができる。
The temperature, reaction time, amount of reducing agent used during the reduction reaction, etc. should be optimized according to the type of noble metal source, transition metal source and reducing agent used, the concentration of noble metal source and transition metal source in the solution, etc. select. In general, the catalyst particles can be uniformly and finely supported on the surface of the fibrous conductive support when the reduction reaction proceeds under mild conditions.
In addition, the reduction reaction rate can be controlled by optimizing the amount and timing of use of the reducing agent. Generally, as the amount of the reducing agent used is relatively small, the reduction reaction proceeds more slowly, so that the catalyst particle diameter can be reduced. On the other hand, when the reduction reaction proceeds to some extent and the concentration of catalytic metal ions remaining in the solution becomes low, the reaction rate of the reduction reaction becomes extremely slow. Therefore, a relatively small amount of reducing agent (specifically, 1 to 20% of the total amount of reducing agent used) is added at the beginning of the reaction to promote nucleation of the catalyst particles, When a reducing agent is added, catalyst particles having a small particle size can be produced efficiently.
[1.7. 複合工程]
複合工程は、触媒粒子が担持された繊維状導電性担体と、固体高分子電解質(C)とを複合化させる工程である。
固体高分子電解質(C)は、いわゆる触媒層内電解質であり、触媒粒子の表面を被覆するように複合化される。触媒層内電解質として用いられる固体高分子電解質(C)は、通常、電解質膜に用いられる固体高分子電解質(B)と同一の材料が用いられるが、異なる材料を用いても良い。固体高分子電解質(c)の詳細は、固体高分子電解質(A)と同様であるので、説明を省略する。
[1.7. Combined process]
The compounding step is a step of compounding the fibrous conductive support on which the catalyst particles are supported and the solid polymer electrolyte (C).
The solid polymer electrolyte (C) is a so-called electrolyte in the catalyst layer, and is composited so as to cover the surfaces of the catalyst particles. The solid polymer electrolyte (C) used as the electrolyte in the catalyst layer is usually the same material as the solid polymer electrolyte (B) used for the electrolyte membrane, but a different material may be used. Since the details of the solid polymer electrolyte (c) are the same as those of the solid polymer electrolyte (A), the description thereof is omitted.
固体高分子電解質(C)の複合化は、具体的には、固体高分子電解質(C)を適当な溶媒に溶解させ、触媒を担持させた繊維状導電性担体にこの溶液を滴下した後、溶媒を除去することにより行う。これにより、本発明に係るMEAが得られる。 Specifically, the composite of the solid polymer electrolyte (C) is prepared by dissolving the solid polymer electrolyte (C) in an appropriate solvent and dropping this solution on a fibrous conductive carrier carrying a catalyst. This is done by removing the solvent. Thereby, the MEA according to the present invention is obtained.
なお、MEAを構成する電極は、触媒層のみからなる場合もあるが、通常は、触媒層と拡散層の二層構造を取る。本発明に係るMEAにおいて、電極が二層構造を取る場合には、触媒/繊維状導電性担体/固体高分子電解質(C)からなる触媒層の上に、さらに拡散層を接合又は圧着すればよい。
拡散層は、触媒層との間で電子の授受を行うと同時に、反応ガスを触媒層に供給するためのものである。拡散層には、一般に、カーボンペーパ、カーボンクロス等が用いられる。また、撥水性を高めるために、カーボンペーパ等の表面に、ポリテトラフルオロエチレン等の撥水性高分子の粉末とカーボンの粉末との混合物(撥水層)をコーティングしたものを拡散層として用いても良い。
In addition, although the electrode which comprises MEA may consist only of a catalyst layer, it usually takes a two-layer structure of a catalyst layer and a diffusion layer. In the MEA according to the present invention, when the electrode has a two-layer structure, a diffusion layer is further bonded or pressure-bonded on the catalyst layer made of catalyst / fibrous conductive support / solid polymer electrolyte (C). Good.
The diffusion layer is for supplying and receiving a reaction gas to the catalyst layer at the same time as transferring electrons to and from the catalyst layer. Generally, carbon paper, carbon cloth, or the like is used for the diffusion layer. In order to increase water repellency, a surface of carbon paper or the like coated with a mixture of water repellent polymer powder such as polytetrafluoroethylene and carbon powder (water repellent layer) is used as a diffusion layer. Also good.
[2. MEA及び固体高分子型燃料電池]
本発明に係るMEAは、本発明に係る方法により得られたものからなる。また、本発明に係る固体高分子型燃料電池は、本発明に係るMEAを用いたことを要旨とする。本発明に係るMEAの製造方法は、上述した通りであるので、説明を省略する。
本発明に係るMEAは、配向構造を有する繊維状導電性担体と電解質膜とを固定被膜を介して接合しているので、繊維状導電性担体による電解質膜の損傷が少ない。そのため、クロスリーク確率を5%以下にすることができる。
なお、「クロスリーク確率」とは、同一条件下で製造したMEAの総個数に対するクロスリークが発生したMEAの個数の割合(%)をいう。また、「クロスリークが発生した」とは、CV測定時の二重層容量域の原点からのオフセット電流が5mA/cm2以上となることを言う。
[2. MEA and polymer electrolyte fuel cell]
The MEA according to the present invention is obtained by the method according to the present invention. The gist of the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention is that the MEA according to the present invention is used. Since the MEA manufacturing method according to the present invention is as described above, the description thereof is omitted.
In the MEA according to the present invention, the fibrous conductive carrier having an oriented structure and the electrolyte membrane are joined via the fixed coating, so that the electrolyte membrane is less damaged by the fibrous conductive carrier. Therefore, the cross leak probability can be 5% or less.
The “cross leak probability” refers to the ratio (%) of the number of MEAs in which cross leak has occurred to the total number of MEAs manufactured under the same conditions. Further, “a cross leak has occurred” means that the offset current from the origin of the double layer capacitance region at the time of CV measurement is 5 mA / cm 2 or more.
[3. MEA及びその製造方法、並びに、固体高分子型燃料電池の作用]
図1に、鋳型として陽極酸化アルミナを用いた場合の電極の作製方法の一例を示す。
まず、アルミニウム基板を陽極として電圧を印加し、アルミニウム基板表面にナノ細孔が垂直配向した陽極酸化アルミナ被膜を形成する。この陽極酸化アルミナ被膜を鋳型に用いて、鋳型表面に炭素源を供給し、炭素源を熱分解させる(繊維状導電性担体形成工程)。これにより、ナノ細孔内に炭素質の繊維状導電性担体が形成される。鋳型の外表面に形成された炭素堆積層は、適当な方法により除去しておく。
[3. MEA, production method thereof, and action of polymer electrolyte fuel cell]
FIG. 1 shows an example of a method for producing an electrode when anodized alumina is used as a template.
First, a voltage is applied using an aluminum substrate as an anode to form an anodized alumina coating having nanopores vertically aligned on the surface of the aluminum substrate. Using this anodized alumina coating as a mold, a carbon source is supplied to the mold surface, and the carbon source is thermally decomposed (fibrous conductive support forming step). Thereby, a carbonaceous fibrous conductive support is formed in the nanopore. The carbon deposit layer formed on the outer surface of the mold is removed by an appropriate method.
次に、鋳型をNaOH水溶液に浸漬してアルミナを部分溶解させ、繊維状導電性担体の先端を鋳型表面から露出させる(露出工程)。次いで、鋳型表面に電解質溶液を塗布し、溶媒を揮発させる(固定被膜形成工程)。さらに、固定被膜と電解質膜とを重ね合わせ、ホットプレスにより両者を接合する(接合工程)。接合後、アルミニウム基板及び陽極酸化アルミナを完全に除去する(鋳型除去工程)。露出した繊維状導電性担体の表面に白金などの電極触媒を担持させ(触媒担持工程)、さらにこれを触媒層内電解質と複合化させる(複合工程)。 Next, the mold is immersed in an aqueous NaOH solution to partially dissolve the alumina, and the tip of the fibrous conductive carrier is exposed from the mold surface (exposure process). Next, an electrolyte solution is applied to the mold surface to volatilize the solvent (fixed film forming step). Further, the fixed coating and the electrolyte membrane are overlapped and both are joined by hot pressing (joining step). After the joining, the aluminum substrate and the anodized alumina are completely removed (template removing step). An electrode catalyst such as platinum is supported on the exposed surface of the fibrous conductive support (catalyst support step), and further combined with the electrolyte in the catalyst layer (composite step).
本発明において、繊維状導電性担体の先端は、固定被膜で固定されているので、鋳型を除去しても繊維状導電性担体がバラバラになることはない。そのため、繊維状導電性担体の配向構造を維持したまま、繊維状導電性担体を電解質膜に転写することができる。
また、繊維状導電性担体の先端が固定被膜で被覆されるので、電解質膜と接合する際に、繊維状導電性担体による電解質膜の損傷を抑制することができる。そのため、従来の方法に比べて、クロスリーク確率を大幅に低減することができる。
さらに、繊維状導電性担体と電解質膜の界面に炭素堆積層がないので、ガス拡散性が阻害されることもない。また、固定被膜を介して、電極と電解質膜が確実に接合されるので、電極(触媒層)と電解質膜との接合性が良好となり、電池性能も高い。
In the present invention, since the tip of the fibrous conductive carrier is fixed with the fixed coating, the fibrous conductive carrier does not fall apart even if the template is removed. Therefore, the fibrous conductive carrier can be transferred to the electrolyte membrane while maintaining the orientation structure of the fibrous conductive carrier.
In addition, since the tip of the fibrous conductive carrier is covered with the fixed coating, damage to the electrolyte membrane due to the fibrous conductive carrier can be suppressed when joining the electrolyte membrane. Therefore, the cross leak probability can be greatly reduced as compared with the conventional method.
Furthermore, since there is no carbon deposition layer at the interface between the fibrous conductive support and the electrolyte membrane, gas diffusivity is not hindered. In addition, since the electrode and the electrolyte membrane are securely bonded via the fixed coating, the bondability between the electrode (catalyst layer) and the electrolyte membrane is improved, and the battery performance is high.
(実施例1、比較例1〜2)
[1. MEAの作製]
陽極酸化アルミナ鋳型を用いたCNTの作製に関しては、特許文献1を参考にして行った。陽極酸化アルミナ鋳型のサイズは、1×1cm2とした。気相成長法によりナノ細孔内にCNTを生成させた後、鋳型表面に付着した炭素堆積層を酸素プラズマによって除去した。さらに、陽極酸化アルミナ鋳型表面をNaOH水溶液で処理して部分溶解させ、これにナフィオン(登録商標)溶液を滴下、乾燥させた。これをナフィオン(登録商標)膜に、所定の条件下でホットプレスした。さらに、鋳型/電解質膜の接合体をNaOH水溶液に浸漬し、鋳型をすべて除去した。
続いて、ジニトロジアンミンPt硝酸溶液に接合体を浸漬し、NaBH4水溶液中で還元処理することで、Ptを担持した。Na分を除去する目的で、80℃のH2SO4水溶液に浸漬後、十分水洗を行い、室温で乾燥させた。このPt/CNT層に5%ナフィオン(登録商標)溶液を所定量滴下後、室温で乾燥させた(カソード触媒層の完成)。
さらに、公知の方法を用いてPt/Cからなるアノード触媒層を作製し、ホットプレスにより電解質膜の他方の面に転写した(MEA(実施例1)の完成)
比較として、非特許文献1に記載の方法を用いて、MEA(比較例1、2)を作製した。
(Example 1, Comparative Examples 1-2)
[1. Production of MEA]
Regarding the production of CNTs using an anodized alumina mold, Patent Document 1 was referred to. The size of the anodized alumina mold was 1 × 1 cm 2 . After generating CNTs in the nanopores by vapor deposition, the carbon deposition layer adhering to the mold surface was removed by oxygen plasma. Further, the surface of the anodized alumina mold was partially dissolved by treating with an aqueous NaOH solution, and a Nafion (registered trademark) solution was dropped and dried thereon. This was hot-pressed on a Nafion (registered trademark) film under predetermined conditions. Further, the template / electrolyte membrane assembly was immersed in an aqueous NaOH solution to remove all the template.
Subsequently, the joined body was immersed in a dinitrodiammine Pt nitric acid solution and subjected to reduction treatment in an aqueous NaBH 4 solution to carry Pt. For the purpose of removing Na, it was immersed in an aqueous solution of H 2 SO 4 at 80 ° C., sufficiently washed with water, and dried at room temperature. A predetermined amount of 5% Nafion (registered trademark) solution was dropped on the Pt / CNT layer, and then dried at room temperature (completed cathode catalyst layer).
Further, an anode catalyst layer made of Pt / C was prepared using a known method, and transferred to the other surface of the electrolyte membrane by hot pressing (completion of MEA (Example 1)).
As a comparison, MEA (Comparative Examples 1 and 2) was produced using the method described in Non-Patent Document 1.
[2. 試験方法]
[2.1. 電池性能]
得られたMEAを用いて、電池性能を評価した。試験条件は、セル温度:80℃、ガス圧:0.2MPa、H2:0.5L/min、Air:2.0L/min、フル加湿条件とした。電池性能は、0.6V時の電流値が1A/cm2を超える場合を「○」、劣る場合を「△」で表記した。
[2.2. クロスリーク確率]
作製した10個のMEAについて、それぞれ、クロスリークの有無を評価し、クロスリーク確率を算出した。試験条件は、セル温度:80℃、ガス圧:0.2MPa、H2:0.5L/min、N2:1.0L/min、フル加湿条件、電位範囲:0.09〜1.2V、電位速度:50mV/sとした。
[2. Test method]
[2.1. Battery performance]
Battery performance was evaluated using the obtained MEA. The test conditions were cell temperature: 80 ° C., gas pressure: 0.2 MPa, H 2 : 0.5 L / min, Air: 2.0 L / min, and full humidification conditions. The battery performance was indicated by “◯” when the current value at 0.6 V exceeded 1 A / cm 2 and “Δ” when inferior.
[2.2. Cross leak probability]
For each of the produced 10 MEAs, the presence or absence of cross leak was evaluated, and the cross leak probability was calculated. Test conditions are: cell temperature: 80 ° C., gas pressure: 0.2 MPa, H 2 : 0.5 L / min, N 2 : 1.0 L / min, full humidification condition, potential range: 0.09 to 1.2 V, Potential speed: 50 mV / s.
[3. 結果]
表1に、結果を示す。非特許文献1に記載の方法を用いて、120℃×10minの条件下でホットプレスしたMEA(比較例2)の場合、クロスリーク確率は良好であったが、電池性能が低下した。これは、CNTと電解質膜との接合が不十分であり、界面におけるプロトン伝導抵抗が大きいためと考えられる。一方、140℃×10minの条件下でホットプレスしたMEA(比較例1)の場合、電池性能は良好であったが、クロスリーク確率が上昇した。これは、より高温でホットプレスしたことによって、CNTの一部が電解質膜を突き抜けたためと考えられる。
これに対し、本発明に係る方法で作製したMEA(実施例1)の場合、クロスリーク確率は良好であり、電池性能も高い。これは、予め繊維状導電性担体の先端を固定被膜で固定しているので、繊維状導電性担体による電解質膜の損傷が抑制されるため、及び、繊維状導電性担体が配向構造を維持したまま電解質に転写されるため、と考えられる。
[3. result]
Table 1 shows the results. In the case of MEA (Comparative Example 2) hot-pressed under the condition of 120 ° C. × 10 min using the method described in Non-Patent Document 1, the cross leak probability was good, but the battery performance was lowered. This is presumably because the bonding between the CNT and the electrolyte membrane is insufficient and the proton conduction resistance at the interface is large. On the other hand, in the case of MEA hot-pressed under conditions of 140 ° C. × 10 min (Comparative Example 1), the battery performance was good, but the cross leak probability increased. This is probably because a part of the CNT penetrated the electrolyte membrane by hot pressing at a higher temperature.
On the other hand, in the case of MEA (Example 1) produced by the method according to the present invention, the cross leak probability is good and the battery performance is high. This is because the tip of the fibrous conductive carrier is fixed with a fixed coating in advance, so that damage to the electrolyte membrane due to the fibrous conductive carrier is suppressed, and the fibrous conductive carrier maintains the orientation structure. This is probably because it is transferred to the electrolyte as it is.
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
本発明に係る膜電極接合体及びその製造方法は、固体高分子型燃料電池に用いられるMEA及びその製造方法として特に好適であるが、本発明の用途は、これに限定されるものではなく、各種の電気化学デバイス(例えば、太陽電池、リチウム電池、水電解装置、ハロゲン化水素酸電解装置、食塩電解装置、酸素及び/又は水素濃縮器、湿度センサ、ガスセンサ、光触媒等)用のMEA及びその製造方法として用いることができる。 The membrane electrode assembly and the production method thereof according to the present invention are particularly suitable as an MEA used in a polymer electrolyte fuel cell and the production method thereof, but the application of the present invention is not limited thereto. MEA for various electrochemical devices (for example, solar cell, lithium battery, water electrolysis device, hydrohalic acid electrolysis device, salt electrolysis device, oxygen and / or hydrogen concentrator, humidity sensor, gas sensor, photocatalyst, etc.) and its It can be used as a manufacturing method.
Claims (4)
前記鋳型の表面のみを溶解させ、前記繊維状導電性担体の先端を前記鋳型の表面から露出させる露出工程と、
前記鋳型表面に固体高分子電解質(A)を含む溶液又は融液を塗布し、前記繊維状導電性担体の先端を前記固体高分子電解質(A)からなる固定被膜で固定する固定被膜形成工程と、
前記固定被膜を介して前記鋳型と固体高分子電解質(B)からなる電解質膜とを接合する接合工程と、
前記鋳型を除去し、前記繊維状導電性担体を露出させる鋳型除去工程と、
前記繊維状導電性担体表面に触媒粒子を担持させる触媒担持工程と、
前記触媒粒子が担持された前記繊維状導電性担体と、固体高分子電解質(C)とを複合化させる複合工程と、
を備えた膜電極接合体の製造方法。 Using a template having nanopores arranged substantially perpendicular to the surface, a fibrous conductive carrier forming step of forming a fibrous conductive carrier in the nanopores;
An exposure step of dissolving only the surface of the mold and exposing the tip of the fibrous conductive carrier from the surface of the mold;
A fixed film forming step of applying a solution or melt containing the solid polymer electrolyte (A) to the mold surface and fixing the tip of the fibrous conductive carrier with a fixed film made of the solid polymer electrolyte (A); ,
A bonding step of bonding the template and an electrolyte membrane made of a solid polymer electrolyte (B) through the fixed coating;
A mold removing step of removing the mold and exposing the fibrous conductive carrier;
A catalyst supporting step for supporting catalyst particles on the surface of the fibrous conductive support;
A composite step of combining the fibrous conductive support on which the catalyst particles are supported and a solid polymer electrolyte (C);
The manufacturing method of the membrane electrode assembly provided with this.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007306462A JP2009129853A (en) | 2007-11-27 | 2007-11-27 | Membrane electrode assembly, manufacturing method thereof, and solid polymer fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007306462A JP2009129853A (en) | 2007-11-27 | 2007-11-27 | Membrane electrode assembly, manufacturing method thereof, and solid polymer fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009129853A true JP2009129853A (en) | 2009-06-11 |
Family
ID=40820556
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007306462A Pending JP2009129853A (en) | 2007-11-27 | 2007-11-27 | Membrane electrode assembly, manufacturing method thereof, and solid polymer fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009129853A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011222378A (en) * | 2010-04-13 | 2011-11-04 | Toyota Motor Corp | Fuel cell manufacturing method |
JP2012532435A (en) * | 2009-07-06 | 2012-12-13 | ゼプター コーポレイション | Carbon nanotube composite material structure and manufacturing method thereof |
US8703354B2 (en) | 2012-06-28 | 2014-04-22 | Hyundai Motor Company | Membrane electrode assembly with enhanced hydrophobicity and manufacturing method thereof |
KR20180021401A (en) * | 2016-08-22 | 2018-03-05 | 한국과학기술원 | Hybrid Nanostructures and Method for Preparing the Same |
-
2007
- 2007-11-27 JP JP2007306462A patent/JP2009129853A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012532435A (en) * | 2009-07-06 | 2012-12-13 | ゼプター コーポレイション | Carbon nanotube composite material structure and manufacturing method thereof |
JP2015201434A (en) * | 2009-07-06 | 2015-11-12 | ゼプター コーポレイションZeptor Corporation | Carbon nanotube composite material structure and method of manufacturing the same |
US9257704B2 (en) | 2009-07-06 | 2016-02-09 | Zeptor Corporation | Carbon nanotube composite structures and methods of manufacturing the same |
JP2016026375A (en) * | 2009-07-06 | 2016-02-12 | ゼプター コーポレイションZeptor Corporation | Carbon nanotube composite material structure and method of manufacturing the same |
KR101746551B1 (en) | 2009-07-06 | 2017-06-13 | 젭터 코포레이션 | Carbon nanotube composite structures and methods of manufacturing the same |
JP2011222378A (en) * | 2010-04-13 | 2011-11-04 | Toyota Motor Corp | Fuel cell manufacturing method |
US8703354B2 (en) | 2012-06-28 | 2014-04-22 | Hyundai Motor Company | Membrane electrode assembly with enhanced hydrophobicity and manufacturing method thereof |
KR20180021401A (en) * | 2016-08-22 | 2018-03-05 | 한국과학기술원 | Hybrid Nanostructures and Method for Preparing the Same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8333948B2 (en) | Carbon nanotube for fuel cell, nanocomposite comprising the same, method for making the same, and fuel cell using the same | |
WO2020146402A1 (en) | System and method for methane production | |
US8211593B2 (en) | Low platinum fuel cells, catalysts, and method for preparing the same | |
US8940452B2 (en) | Electrode catalyst substrate and method for producing the same, and polymer electrolyte fuel cell | |
US8409659B2 (en) | Nanowire supported catalysts for fuel cell electrodes | |
JP5055788B2 (en) | Electrocatalyst | |
Daş et al. | Comparison of two different catalyst preparation methods for graphene nanoplatelets supported platinum catalysts | |
CN111527633A (en) | Catalyst, method for preparing the same, electrode, membrane-electrode assembly and fuel cell comprising the catalyst | |
JP5093287B2 (en) | Membrane electrode assembly and fuel cell | |
JP2006156387A (en) | Electrode for fuel cell, fuel cell equipped with this, and manufacturing method of electrode for fuel cell | |
CN103259023B (en) | A kind of hydrogen cell electrode material preparation method | |
Javan et al. | Design of new anodic bimetallic nanocatalyst composed of Ni–Cu supported by reduced carbon quantum dots for the methanol oxidation reaction | |
JP2009129853A (en) | Membrane electrode assembly, manufacturing method thereof, and solid polymer fuel cell | |
JP5052314B2 (en) | Electrode for polymer electrolyte fuel cell | |
JPWO2011136186A1 (en) | Electrode material | |
Guan et al. | Multistage structural self-supported electrode via structural engineering on carbon nanofibers for efficient hydrogen evolution reaction at high current density | |
US9203101B2 (en) | Method of manufacturing fuel cell | |
JP5402662B2 (en) | Membrane electrode assembly and method for producing membrane electrode assembly | |
JP2011129417A (en) | Electrode catalyst and fuel cell using the same | |
JP2012005969A (en) | Method for manufacturing catalyst supporting carrier, and method for manufacturing electrode catalyst | |
JP2010272383A (en) | Fuel cell electrode, and method of manufacturing the same | |
JP2007073283A (en) | Catalytic electrode and its manufacturing method and fuel cell using it | |
Li et al. | Metal hydroxide hybridized Pd catalysts via in-situ etching for high current density and pH-universal hydrogen evolution reaction | |
JP2007184204A (en) | Fuel cell membrane electrode assembly and method for fabrication thereof | |
Osman et al. | Nanocatalysts in direct liquid fuel cells: Advancements for superior performance and energy sustainability |