JP2009224031A - 燃料電池用電極触媒インク、電極触媒層、膜電極接合体および固体高分子型燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固体高分子型燃料電池の電極触媒層の形成に用いる電極触媒インクであって、該電極触媒インクが高分子電解質と触媒を担持した導電性粒子と溶媒とを含み、且つ、該溶媒が2種類以上の溶媒を含むことを特徴とする燃料電池用電極触媒インク、これを用いた電極触媒層、膜電極接合体および固体高分子型燃料電池。
【選択図】図3
Description
該電極触媒インクが高分子電解質と触媒を担持した導電性粒子と溶媒とを含み、且つ、該溶媒が2種類以上の溶媒を含むことを特徴とする燃料電池用電極触媒インクである。
固体高分子電解質膜は、プロトン伝導性を有するものであり、フッ素系高分子電解質膜としては、デュポン社製Nafion(登録商標)、旭硝子(株)製Flemion(登録商標)、旭化成(株)製Aciplex(登録商標)、ゴア社製Gore Select(登録商標)などが挙げられる。炭化水素系高分子電解質膜としては、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等の電解質膜が挙げられるが、特に限定しない。膜厚は20〜100μm程度が好ましい。
田中貴金属工業(株)製白金担持カーボン(白金量47wt%、TEC10E50E)5gに対し、水(溶解度パラメータ23.4、沸点100℃)を6g加え、分散機にて混合させた。更に1−ブタノール(溶解度パラメータ11.3、沸点117.7℃、比誘電率17.1)、エタノール(溶解度パラメータ12.9、沸点78.2℃、比誘電率23.8)をそれぞれ11、11g加え、更に5wt%スルホン化ポリエーテルエーテルケトン分散溶液(溶媒は水及びエタノールを重量比で1:1)30g加え、分散機にて混合させ、燃料電池用電極触媒インクを調液した。インクの25℃での粘度は、150mPa・sであった。
得られたインクを用い、(株)旭硝子社製アフレックスに、乾燥後重量が1mg/cm2になるように塗布した。60℃30分乾燥後、膜厚50μmのスルホン化ポリエーテルエーテルケトン膜に120℃で熱圧着させ電極触媒層を転写し、膜電極接合体を完成させた。
田中貴金属工業(株)製白金担持カーボン(白金量47wt%、TEC10E50E)6.5gに対し、水を16g加え、分散機にて混合させた。更にメタノール(溶解度パラメータ14.5、沸点64.5℃、比誘電率33.1)、エタノールをそれぞれ5、10g加え分散機にて混合させた。15wt%スルホン化ポリエーテルエーテルケトン分散溶液(溶媒は水及びエタノールを重量比で1:1)を40g加え、分散機にて混合させ、燃料電池用電極触媒インクを調液した。インクの25℃での粘度は、140mPa・sであった。
得られたインクを用い、(株)旭硝子社製アフレックスに、乾燥後重量が1mg/cm2になるように塗布した。60℃30分乾燥後、膜厚50μmのスルホン化ポリエーテルエーテルケトン膜に120℃で熱圧着させ電極触媒層を転写し、膜電極接合体を完成させた。
田中貴金属工業(株)製白金担持カーボン(白金量47wt%、TEC10E50E)15gに対し、水を17g加え、更に固体酸を2g加え分散機にて混合させた。更に2−エトキシエタノール(溶解度パラメータ11.44、沸点135.6、比誘電率29.6)、1−ブタノールを14gずつ加え分散機にて混合させた。20wt%スルホン化ポリエーテルエーテルケトン分散溶液(溶媒は水及びエタノールを重量比で1:1)を40g加え、分散機にて混合させ、燃料電池用電極触媒インクを調液した。インクの25℃での粘度は、190mPa・sであった。
得られたインクを用い、(株)旭硝子社製アフレックスに、乾燥後重量が1mg/cm2になるように塗布した。60℃30分乾燥後、膜厚50umのスルホン化ポリエーテルエーテルケトン膜に120℃で熱圧着させ触媒層を転写し、膜電極接合体を完成させた。
田中貴金属工業(株)製白金担持カーボン(白金量47wt%、TEC10E50E)5gに対し、水を6g加え、分散機にて混合させた。更にヘキサン(溶解度パラメータ7.24、沸点68.7、比誘電率1.89)、アセトン(溶解度パラメータ9.8、沸点56.12、比誘電率20.7)をそれぞれ7、7g加え分散機にて混合させた。20wt%スルホン化ポリエーテルエーテルケトン分散溶液(溶媒は水及びγ―ブチルラクトン(溶解度パラメータ12.8、沸点203℃、比誘電率39)を重量比で1:1)を30g加え、分散機にて混合させ、燃料電池用電極触媒インクを調液した。
得られたインクを用い、(株)旭硝子社製アフレックスに、乾燥後重量が1mg/cm2になるように塗布した。60℃30分乾燥後、膜厚50μmのスルホン化ポリエーテルエーテルケトン膜に120℃で熱圧着させ電極触媒層を転写し、膜電極接合体を完成させた。
田中貴金属工業(株)製白金担持カーボン(白金量47wt%、TEC10E50E)8.5gに対し、水を16g加え、分散機にて混合させた。更にエチレングリコール(溶解度パラメータ16.1、沸点197℃、比誘電率38.7)を44g加え分散機にて混合させた。10wt%スルホン化ポリエーテルエーテルケトン分散溶液(溶媒は水及びエタノールを重量比で1:1)を35g加え、分散機にて混合させ、燃料電池用電極触媒インクを調液した。
得られたインクを用い、(株)旭硝子社製アフレックスに、乾燥後重量が1mg/cm2になるように塗布した。60℃30分乾燥後、膜厚50μmのスルホン化ポリエーテルエーテルケトン膜に120℃で熱圧着させ電極触媒層を転写し、膜電極接合体を完成させた。
1 固体高分子電解質膜
2 電極触媒層
3 電極触媒層
4 空気極側ガス拡散層
5 燃料極側ガス拡散層
6 空気極
7 燃料極
8 ガス流路
9 冷却水流路
10 セパレータ
Claims (10)
- 固体高分子型燃料電池の電極触媒層の形成に用いる電極触媒インクであって、
該電極触媒インクが高分子電解質と触媒を担持した導電性粒子と溶媒とを含み、且つ、該溶媒が2種類以上の溶媒を含むことを特徴とする燃料電池用電極触媒インク。 - 前記インクに含まれる溶媒は、溶解度パラメータの最大値と最小値の差が3以上であることを特徴とする、請求項1記載の燃料電池用電極触媒インク。
- 前記インクに含まれる溶媒のうち、少なくとも1種類の溶媒の溶解度パラメータが10以上13以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の燃料電池用電極触媒インク。
- 前記インクに含まれる溶媒のうち、沸点の最大値と最小値の差が60℃以内であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに3記載の燃料電池用電極触媒インク。
- 前記インクに含まれる溶媒のうち、少なくとも1種類の溶媒の比誘電率が15から35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燃料電池用電極触媒インク。
- 前記インクに含まれる、触媒を担持した導電性粒子と高分子電解質との合計の固形分は、5から45wt%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燃料電池用電極触媒インク。
- 前記インクの粘度は50から1500mPa・sであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒インク。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒インクを塗布・乾燥することにより形成した固体高分子型燃料電池の電極触媒層。
- 一対の電極触媒層で高分子電解質膜を狭持した構造を備える膜電極接合体であって、前記一対の電極触媒層の少なくとも一方が、請求項8に記載の電極触媒層であることを特徴とする膜電極接合体。
- 請求項9に記載の膜電極接合体を一対のガス拡散層で狭持し、且つ、前記一対のガス拡散層で狭持された膜電極接合体を一対のセパレータで狭持した構造を備える固体高分子型燃料電池。
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