JP2009301938A - Evaluation method of catalyst ink for manufacturing electrode for fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an evaluation method of mixed state of catalyst carrying conductive particles and a polymer electrolyte in a catalyst ink for manufacturing a fuel cell electrode. <P>SOLUTION: This is an evaluation method of a mixed state of the catalyst carrying conductive particles and polymer electrolyte in the catalyst ink in which the catalyst carrying conductive particles and the polymer electrolyte are mixed for manufacturing a fuel cell electrode. With the catalyst ink as an object, measurement is carried out by a pulse NMR method, and by analyzing the measurement result, the polymer electrolyte is separated into a hard component which has a comparatively short horizontal (spin-spin) relaxation time (T<SB>2</SB>) and a soft component which has a comparatively long relaxation time (T<SB>2</SB>), evaluation is carried out based on the abundance ratio of the hard component. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池用電極を製造するための触媒インクにおける、触媒担持導電性粒子と高分子電解質との混合状態の評価方法に関する。   The present invention relates to a method for evaluating a mixed state of catalyst-carrying conductive particles and a polymer electrolyte in a catalyst ink for producing a fuel cell electrode.

燃料電池の性能を向上させるための方法の一つとして、電極の改良を挙げることができる。電極を改良するためには、電極を評価することが必要である。このような電極の評価方法の一つとして、電極を構成する触媒の性能評価の方法が知られている。具体的には、分子シミュレーション解析から得られる触媒金属表面における酸素原子吸着エネルギを性能評価の指標とする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   One method for improving the performance of a fuel cell is to improve the electrode. In order to improve the electrode, it is necessary to evaluate the electrode. As one of such electrode evaluation methods, a method for evaluating the performance of a catalyst constituting the electrode is known. Specifically, a method has been proposed in which oxygen atom adsorption energy on the catalyst metal surface obtained from molecular simulation analysis is used as an index for performance evaluation (see, for example, Patent Document 1).

特開2007−273099JP2007-273099A 特開平7−333178JP-A-7-333178 特開2003−254907JP 2003-254907 A

しかしながら、燃料電池用電極は、触媒を担持した導電性粒子と高分子電解質とが混在して成るため、電極としての性能を評価するためには、導電性粒子と高分子電解質とが混在する状態で評価することが望ましい。このような導電性粒子と高分子電解質とが混在する状態を表わす性質の中で、特に、触媒担持導電性粒子と高分子電解質との混合状態は、燃料電池の出力や電極の耐久性に大きく影響する性質であるといえる。そのため、燃料電池用電極における触媒担持導電性粒子と高分子電解質との混合状態の評価方法が望まれていた。   However, since the fuel cell electrode is composed of a mixture of conductive particles carrying a catalyst and a polymer electrolyte, in order to evaluate the performance as an electrode, a state in which the conductive particles and the polymer electrolyte are mixed is used. It is desirable to evaluate with. Among the properties representing the state where such conductive particles and polymer electrolyte are mixed, the mixed state of the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte has a large effect on the output of the fuel cell and the durability of the electrode. It can be said that this is an influencing property. Therefore, a method for evaluating the mixed state of the catalyst-supporting conductive particles and the polymer electrolyte in the fuel cell electrode has been desired.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池用電極を製造するための触媒インクにおいて、触媒担持導電性粒子と高分子電解質との混合状態を評価することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and evaluates a mixed state of catalyst-supporting conductive particles and a polymer electrolyte in a catalyst ink for manufacturing an electrode for a fuel cell. With the goal.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実施することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]
燃料電池用電極を製造するための、触媒担持導電性粒子と高分子電解質とを混合して成る触媒インクにおける、前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、前記触媒インクを対象としてパルスNMR法による測定を行ない、前記測定の結果の解析により、前記高分子電解質を、横(スピン−スピン)緩和時間(T2)が比較的短いハード成分と緩和時間(T2)が比較的長いソフト成分とに分離し、前記ハード成分の存在比に基づいて、前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態を評価する評価方法。
[Application Example 1]
A method for evaluating a mixed state of the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte in a catalyst ink comprising a mixture of catalyst-carrying conductive particles and a polymer electrolyte for producing a fuel cell electrode. The catalyst ink was measured by a pulsed NMR method, and the analysis of the measurement results showed that the polymer electrolyte was separated from the hard component having a relatively short transverse (spin-spin) relaxation time (T 2 ) and the relaxation time. An evaluation method in which (T 2 ) is separated into soft components having a relatively long length, and the mixed state of the catalyst-supporting conductive particles and the polymer electrolyte is evaluated based on the abundance ratio of the hard components.

適用例1に記載の評価方法では、触媒インクを対象としてパルスNMR法により測定して求められる、緩和時間(T2)が比較的短いハード成分の存在比に基づいて、触媒担持導電性粒子と高分子電解質との混合状態を評価している。そのため、ハード成分の存在比は、触媒担持導電性粒子に対する高分子電解質の吸着状態を反映する値であることにより、触媒インクにおける触媒担持導電性粒子と高分子電解質との混合状態を、特に触媒担持導電性粒子に対する高分子電解質の吸着の程度の観点から評価することができる。 In the evaluation method described in Application Example 1, the catalyst-supporting conductive particles and the catalyst-supporting conductive particles are obtained on the basis of the abundance ratio of the hard component having a relatively short relaxation time (T 2 ), which is obtained by measuring the catalyst ink by the pulse NMR method. The mixed state with the polymer electrolyte is evaluated. Therefore, the abundance ratio of the hard component is a value reflecting the adsorption state of the polymer electrolyte with respect to the catalyst-carrying conductive particles, so that the mixed state of the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte in the catalyst ink, particularly the catalyst It can be evaluated from the viewpoint of the degree of adsorption of the polymer electrolyte to the supported conductive particles.

[適用例2]
適用例1記載の前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、前記触媒担持導電性粒子を含有することなく前記触媒インクと同等の濃度で前記高分子電解質を含有する高分子電解質溶液を対象としてパルスNMR法により測定して求められる前記ハード成分の存在比に対する、前記触媒インクにおける前記ハード成分の存在比の増加率により、前記混合状態を評価する評価方法。適用例2の評価方法によれば、高分子電解質溶液におけるハード成分の存在比は、高分子電解質の触媒担持導電性粒子への吸着には関わらない値であるため、このような値に対するハード成分の存在比の増加率を用いることで、高分子電解質の触媒担持導電性粒子への吸着の影響を、より明確に評価することが可能になる。
[Application Example 2]
The method for evaluating a mixed state of the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte according to Application Example 1, wherein the polymer electrolyte is contained in the same concentration as the catalyst ink without containing the catalyst-carrying conductive particles. Evaluation method for evaluating the mixed state by an increase rate of the abundance ratio of the hard component in the catalyst ink with respect to the abundance ratio of the hard component obtained by measurement by a pulse NMR method for a polymer electrolyte solution containing . According to the evaluation method of Application Example 2, the abundance ratio of the hard component in the polymer electrolyte solution is a value that is not related to the adsorption of the polymer electrolyte to the catalyst-carrying conductive particles. By using the increase rate of the abundance ratio, it becomes possible to more clearly evaluate the influence of adsorption of the polymer electrolyte on the catalyst-carrying conductive particles.

[適用例3]
適用例1または2記載の前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、前記パルスNMR法による測定は、前記燃料電池の運転温度に対応する温度条件下で行なわれる評価方法。適用例3の評価方法によれば、発電時の燃料電池の電極における触媒担持導電性粒子と高分子電解質との吸着状態により近い状態に基づいて、上記混合状態の評価を行なうことができる。
[Application Example 3]
The method for evaluating a mixed state of the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte according to Application Example 1 or 2, wherein the measurement by the pulse NMR method is performed under a temperature condition corresponding to an operating temperature of the fuel cell. Evaluation method performed. According to the evaluation method of Application Example 3, the mixed state can be evaluated based on a state closer to the adsorption state of the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte in the electrode of the fuel cell during power generation.

[適用例4]
適用例1ないし3いずれか記載の前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、前記高分子電解質は、フッ素系高分子電解質であり、前記触媒担持導電性粒子は、実質的にフッ素を含有しない粒子であり、前記緩和時間(T2)は、19F核磁気横(スピン−スピン)緩和時間(T2)である評価方法。適用例4の評価方法によれば、高分子電解質のみが有するフッ素に対応する測定核を選択してハード成分の存在比を求めることにより、高分子電解質の運動性に着目して、高分子電解質と触媒担持導電性粒子との混合状態を評価することができる。
[Application Example 4]
The method for evaluating a mixed state of the catalyst-supporting conductive particles and the polymer electrolyte according to any one of Application Examples 1 to 3, wherein the polymer electrolyte is a fluorine-based polymer electrolyte, and the catalyst-supporting conductivity The evaluation method wherein the particles are particles substantially not containing fluorine, and the relaxation time (T 2 ) is 19 F nuclear magnetic transverse (spin-spin) relaxation time (T 2 ). According to the evaluation method of Application Example 4, by paying attention to the mobility of the polymer electrolyte by selecting the measurement nucleus corresponding to the fluorine contained only in the polymer electrolyte and determining the abundance ratio of the hard component, the polymer electrolyte And the mixed state of the catalyst-carrying conductive particles can be evaluated.

[適用例5]
適用例4記載の前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、前記パルスNMR法は、ソリッドエコー法である評価方法。適用例5の評価方法によれば、高分子電解質が、運動性が比較的低いフッ素系高分子電解質である場合に、高分子電解質の運動性に基づいて、高分子電解質と触媒担持導電性粒子との混合状態を、良好に評価することができる。
[Application Example 5]
The method for evaluating a mixed state of the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte according to Application Example 4, wherein the pulse NMR method is a solid echo method. According to the evaluation method of Application Example 5, when the polymer electrolyte is a fluorine-based polymer electrolyte with relatively low mobility, the polymer electrolyte and the catalyst-carrying conductive particles are based on the mobility of the polymer electrolyte. The mixed state can be evaluated well.

[適用例6]
適用例1ないし3いずれか記載の前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、前記高分子電解質は、炭化水素系高分子電解質であり、前記触媒担持導電性粒子は、実質的に水素を含有しない粒子であり、前記緩和時間(T2)は、1H核磁気横(スピン−スピン)緩和時間(T2)である評価方法。適用例6の評価方法によれば、高分子電解質のみが有する水素に対応する測定核を選択してハード成分の存在比を求めることにより、高分子電解質の運動性に着目して、高分子電解質と触媒担持導電性粒子との混合状態を評価することができる。
[Application Example 6]
The method for evaluating a mixed state of the catalyst-carrying conductive particles according to any one of Application Examples 1 to 3 and the polymer electrolyte, wherein the polymer electrolyte is a hydrocarbon polymer electrolyte, and the catalyst-carrying conductivity sex particles are particles containing substantially no hydrogen, the relaxation time (T 2) is 1 H nuclear magnetic transverse (spin - spin) evaluation method is the relaxation time (T 2). According to the evaluation method of Application Example 6, by paying attention to the mobility of the polymer electrolyte by selecting the measurement nucleus corresponding to hydrogen contained only in the polymer electrolyte and determining the abundance ratio of the hard component, the polymer electrolyte And the mixed state of the catalyst-carrying conductive particles can be evaluated.

[適用例7]
燃料電池用電極を製造するための、触媒担持導電性粒子と高分子電解質とを混合して成る触媒インクにおける、前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、前記触媒インクにおいて前記触媒担持導電性粒子に吸着する前記高分子電解質の吸着状態に基づいて、吸着の量および/または吸着の程度が大きいほど、前記混合状態が良好であると評価する評価方法。
[Application Example 7]
A method for evaluating a mixed state of the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte in a catalyst ink comprising a mixture of catalyst-carrying conductive particles and a polymer electrolyte for producing a fuel cell electrode. Evaluation method for evaluating that the mixed state is better as the amount of adsorption and / or degree of adsorption is larger based on the adsorption state of the polymer electrolyte adsorbed on the catalyst-supporting conductive particles in the catalyst ink .

適用例7に記載の評価方法では、触媒インクにおいて触媒担持導電性粒子に吸着する高分子電解質の吸着状態に基づいて、吸着の量および/または吸着の程度が大きいほど、混合状態が良好であると評価している。上記した触媒担持導電性粒子に対する高分子電解質の吸着状態は、電池反応が進行する際の電極性能に直接影響する性質であるため、このような方法を用いて触媒インクの混合状態を評価することにより、触媒インクから作製される電極の性能を予測し、あるいは評価することが可能になる。   In the evaluation method described in Application Example 7, based on the adsorption state of the polymer electrolyte adsorbed on the catalyst-carrying conductive particles in the catalyst ink, the larger the amount of adsorption and / or the degree of adsorption, the better the mixed state. It is evaluated. Since the adsorption state of the polymer electrolyte to the catalyst-supporting conductive particles described above directly affects the electrode performance when the battery reaction proceeds, the mixed state of the catalyst ink should be evaluated using such a method. Thus, it becomes possible to predict or evaluate the performance of the electrode made from the catalyst ink.

[適用例8]
適用例7記載の前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、前記触媒インクを対象としてパルスNMR法による測定を行ない、前記測定の結果の解析により、前記高分子電解質を、横(スピン−スピン)緩和時間(T2)が比較的短いハード成分と緩和時間(T2)が比較的長いソフト成分とに分離し、前記ハード成分の存在比が高いほど、前記高分子電解質が前記触媒担持導電性粒子に吸着する量および/または吸着する程度が大きいと判断する評価方法。適用例8記載の評価方法によれば、触媒インクをそのままの状態で測定の対象とすることができるため、触媒インクにおける実際の吸着状態に基づいて、触媒担持導電性粒子と高分子電解質との混合状態を評価することができる。
[Application Example 8]
A method for evaluating a mixed state of the catalyst-supporting conductive particles and the polymer electrolyte according to Application Example 7, wherein the catalyst ink is subjected to measurement by a pulsed NMR method, and analysis of the measurement result is performed, The polymer electrolyte is separated into a hard component having a relatively short transverse (spin-spin) relaxation time (T 2 ) and a soft component having a relatively long relaxation time (T 2 ). The evaluation method for determining that the amount and / or the degree of adsorption of the polymer electrolyte to the catalyst-carrying conductive particles is large. According to the evaluation method described in Application Example 8, since the catalyst ink can be used as a measurement target as it is, based on the actual adsorption state in the catalyst ink, the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte The mixed state can be evaluated.

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本願の評価方法を用いた燃料電池用電極の設計方法や、本願の評価方法により評価された触媒インクを用いて製造された燃料電池用電極、あるいは、このような燃料電池用電極を備える燃料電池などの形態で実現することが可能である。   The present invention can be realized in various forms other than the above, and is manufactured using, for example, a fuel cell electrode design method using the evaluation method of the present application or a catalyst ink evaluated by the evaluation method of the present application. It can be realized in the form of a fuel cell electrode or a fuel cell including such a fuel cell electrode.

A.電極の構成:
図1は、燃料電池の電極の一例として、電極10の概略構成を模式的に表わす説明図である。図1に表わす電極10を備える燃料電池は、固体高分子型燃料電池であり、高分子電解質から成る電解質膜20を備えている。燃料電池においては、電解質膜20の両面に、アノードあるいはカソードとして、一対の電極が形成されている。図1では、一方の電極10の様子のみを拡大して示しているが、他方の電極も同様の構造を有している。
A. Electrode configuration:
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a schematic configuration of an electrode 10 as an example of an electrode of a fuel cell. The fuel cell including the electrode 10 shown in FIG. 1 is a solid polymer fuel cell, and includes an electrolyte membrane 20 made of a polymer electrolyte. In the fuel cell, a pair of electrodes is formed on both surfaces of the electrolyte membrane 20 as an anode or a cathode. In FIG. 1, only the state of one electrode 10 is shown enlarged, but the other electrode also has the same structure.

電極10は、触媒金属(例えば、白金、あるいは白金合金)である触媒12を担持した複数の導電性粒子(例えばカーボン粒子)14と、高分子電解質16とを備え、ガスが流通する空間が内部に形成された多孔質な層である。高分子電解質16は、フッ素を含有する樹脂であり、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂とすることができる。この高分子電解質16は、上記複数の触媒担持導電性粒子14間に介在すると共に、各々の触媒担持導電性粒子14の表面の少なくとも一部を被覆する。なお、図1では、電極10上に、さらに、ガス透過性を有する導電性部材から成るガス拡散層22が配置される様子を示している。   The electrode 10 includes a plurality of conductive particles (for example, carbon particles) 14 carrying a catalyst 12 that is a catalyst metal (for example, platinum or a platinum alloy), and a polymer electrolyte 16, and a space in which gas flows is inside. It is a porous layer formed. The polymer electrolyte 16 is a resin containing fluorine, and can be, for example, a fluorine-based resin including perfluorocarbon sulfonic acid. The polymer electrolyte 16 is interposed between the plurality of catalyst-carrying conductive particles 14 and covers at least a part of the surface of each catalyst-carrying conductive particle 14. FIG. 1 shows a state in which a gas diffusion layer 22 made of a conductive material having gas permeability is further disposed on the electrode 10.

図2は、電極10の製造工程を表わす説明図である。電極10を作製する際には、まず、カーボン粒子(カーボン粉末)を用意する(ステップS100)。ここでは、種々のカーボン粒子を選択可能であり、例えば、カーボンブラックやグラファイトを用いることができる。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the electrode 10. When producing the electrode 10, first, carbon particles (carbon powder) are prepared (step S100). Here, various carbon particles can be selected, and for example, carbon black or graphite can be used.

次に、ステップS100で用意したカーボン粒子上に、触媒金属(ここでは白金(Pt))を液中で担持させる(ステップS110)。Ptを担持させるには、上記カーボン粒子を、Pt化合物の溶液中に分散させて、含浸法や共沈法、あるいはイオン交換法を行なえばよい。Pt化合物の溶液としては、例えば、テトラアンミン白金塩溶液やジニトロジアンミン白金溶液や白金硝酸塩溶液、あるいは塩化白金酸溶液などを用いることができる。このとき、白金担持カーボン粒子重量全体に対する担持された触媒金属の重量の割合、すなわち、触媒担持率は、例えば、10〜80wt%とすることができる。   Next, a catalyst metal (here, platinum (Pt)) is supported in the liquid on the carbon particles prepared in step S100 (step S110). In order to support Pt, the carbon particles may be dispersed in a solution of a Pt compound and an impregnation method, a coprecipitation method, or an ion exchange method may be performed. As the Pt compound solution, for example, a tetraammine platinum salt solution, a dinitrodiammine platinum solution, a platinum nitrate solution, or a chloroplatinic acid solution can be used. At this time, the ratio of the weight of the supported catalyst metal to the total weight of the platinum-supported carbon particles, that is, the catalyst support ratio can be set to, for example, 10 to 80 wt%.

ステップS110において、Pt化合物溶液中にカーボン粒子を分散させてカーボン粒子にPtを担持させると、次にこれを乾燥・焼成させる(ステップS120)。これによって、Pt微粒子を分散担持するカーボン粒子が得られる。例えば、含浸法による場合には、カーボン粒子を、上記した量のPtを含有する溶液中に分散させた後に、溶媒を蒸発させて乾燥し、還元処理(還元雰囲気下での焼成)を行なえばよい。   In step S110, when carbon particles are dispersed in the Pt compound solution and Pt is supported on the carbon particles, the carbon particles are then dried and fired (step S120). As a result, carbon particles carrying and supporting Pt fine particles are obtained. For example, in the case of the impregnation method, after the carbon particles are dispersed in a solution containing the above amount of Pt, the solvent is evaporated and dried, and reduction treatment (firing in a reducing atmosphere) is performed. Good.

その後、ステップS120で得たPt担持カーボン粒子を、適当な水及び有機溶剤中に分散させると共に、既述したプロトン伝導性を有する電解質を含有する電解質溶液(例えば、DuPont社、Nafion PFSA Polymer Dispersions)をさらに混合して、触媒インクを作製する(ステップS130)。そして、上記触媒インクを電解質膜20上に塗布する(ステップS140)。   Thereafter, the Pt-supported carbon particles obtained in step S120 are dispersed in an appropriate water and an organic solvent, and an electrolyte solution containing an electrolyte having the above-described proton conductivity (for example, DuPont, Nafion PFSA Polymer Dispersions). Are further mixed to prepare a catalyst ink (step S130). Then, the catalyst ink is applied on the electrolyte membrane 20 (step S140).

触媒インクの電解質膜20上への塗布は、例えば、ドクターブレード法により行なうことができる。また、触媒インクを用いた電解質膜20上へのスクリーン印刷により行なうこととしてもよい。あるいは、スプレー印刷法や、インクジェット法により行なうこともできる。さらに、触媒インクを塗布する他の方法として、触媒インクを他の基材(例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリテトラフルオロエチレン(PTFE)から成る基材)上に塗布した後に、この塗布した触媒インクを電解質膜20に熱圧転写し、その後基材を剥離して除去する方法も可能である。また、ガス拡散層22上に触媒インクを塗布後、このガス拡散層22と電解質膜20とを熱圧接合しても良い。   Application of the catalyst ink onto the electrolyte membrane 20 can be performed by, for example, a doctor blade method. Moreover, it is good also as performing by screen printing on the electrolyte membrane 20 using a catalyst ink. Alternatively, it can be performed by a spray printing method or an ink jet method. Further, as another method for applying the catalyst ink, the catalyst ink is applied on another substrate (for example, a substrate made of polyethylene terephthalate (PET) or polytetrafluoroethylene (PTFE)), and then the applied catalyst is applied. A method is also possible in which the ink is hot-pressure transferred to the electrolyte membrane 20 and then the substrate is peeled off and removed. Further, after applying the catalyst ink on the gas diffusion layer 22, the gas diffusion layer 22 and the electrolyte membrane 20 may be hot-pressure bonded.

その後、電解質膜20上に塗布した触媒インクを乾燥させることで(ステップS150)、内部に微細な細孔を有する多孔質な電極10が完成する。   Thereafter, the catalyst ink applied on the electrolyte membrane 20 is dried (step S150), thereby completing the porous electrode 10 having fine pores therein.

ここで、燃料電池において発電が行なわれる際には、以下の(1)および(2)式に示す反応が進行する。(1)式はアノードにおける反応を示し、(2)式はカソードにおける反応を示す。   Here, when power generation is performed in the fuel cell, the reactions shown in the following equations (1) and (2) proceed. Equation (1) represents the reaction at the anode, and equation (2) represents the reaction at the cathode.

2 → 2H+ + 2e- …(1)
2H+ + 2e- + (1/2)O2 → H2O …(2)
H 2 → 2H + + 2e (1)
2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O (2)

水素が供給されて上記(1)式に示す反応が進行するアノードでは、触媒12上で、供給された水素からプロトンおよび電子が生じる。触媒12上で生じたプロトンは、アノードが備える高分子電解質16を介して電解質膜20へと移動する。また、触媒12上で生じた電子は、複数の触媒担持導電性粒子14を介してガス拡散層22側へと移動する。これに対して、酸素が供給されて上記(2)式に示す反応が進行するカソードでは、電解質膜20から触媒12へと、カソードが備える高分子電解質16を介してプロトンが移動する。また、ガス拡散層22側から触媒12へと、複数の触媒担持導電性粒子14を介して電子が移動する。そして、触媒12上では、電解質膜20から移動したプロトンと、ガス拡散層22側から移動した電子とが、供給された酸素と反応して水を生じる。   At the anode where the reaction shown in the above formula (1) proceeds by supplying hydrogen, protons and electrons are generated from the supplied hydrogen on the catalyst 12. Protons generated on the catalyst 12 move to the electrolyte membrane 20 through the polymer electrolyte 16 provided in the anode. Further, the electrons generated on the catalyst 12 move to the gas diffusion layer 22 side via the plurality of catalyst-supporting conductive particles 14. On the other hand, in the cathode where the reaction shown in the above formula (2) proceeds by supplying oxygen, protons move from the electrolyte membrane 20 to the catalyst 12 through the polymer electrolyte 16 provided in the cathode. Further, electrons move from the gas diffusion layer 22 side to the catalyst 12 through the plurality of catalyst-carrying conductive particles 14. On the catalyst 12, protons moved from the electrolyte membrane 20 and electrons moved from the gas diffusion layer 22 side react with the supplied oxygen to generate water.

上記のような反応が進行するためには、いずれの電極においても、触媒12に対してガスが効率良く供給される必要があると共に、触媒12と電解質膜20との間のプロトンの移動、および、触媒12とガス拡散層22側との間の電子の移動が、スムーズに行なわれる必要がある。ここで、電極において高分子電解質16の存在部位に偏りがあると、高分子電解質16に厚く覆われる触媒12では、この触媒12に対するガスの供給が阻害される可能性があり、また、表面を覆う高分子電解質16が少ない触媒担持導電性粒子14では、触媒12と高分子電解質16との間のプロトンの受け渡しが不十分になる可能性がある。また、複数の触媒担持導電性粒子14間が、偏りなく互いに充分に近接していないと、電極内における電子の移動効率が抑えられる可能性がある。そのため、燃料電池の電極10においては、触媒12を担持した複数の導電性粒子14と高分子電解質16とが充分に良く混ざり合っていること、具体的には、触媒担持導電性粒子14、特に触媒12と高分子電解質16とが充分に接触しつつ、電極全体として良好に分散していることが、電極の性能を確保する上で重要といえる。   In order for the reaction as described above to proceed, in any electrode, it is necessary to efficiently supply a gas to the catalyst 12, transfer of protons between the catalyst 12 and the electrolyte membrane 20, and The movement of electrons between the catalyst 12 and the gas diffusion layer 22 side needs to be performed smoothly. Here, if the position where the polymer electrolyte 16 exists in the electrode is biased, in the catalyst 12 that is thickly covered with the polymer electrolyte 16, there is a possibility that the supply of gas to the catalyst 12 may be hindered, In the catalyst-supporting conductive particles 14 with a small amount of the polymer electrolyte 16 to be covered, there is a possibility that protons are not sufficiently transferred between the catalyst 12 and the polymer electrolyte 16. If the plurality of catalyst-carrying conductive particles 14 are not biased and sufficiently close to each other, the efficiency of electron movement in the electrode may be suppressed. Therefore, in the electrode 10 of the fuel cell, the plurality of conductive particles 14 carrying the catalyst 12 and the polymer electrolyte 16 are sufficiently well mixed. Specifically, the catalyst-carrying conductive particles 14, It can be said that it is important for ensuring the performance of the electrode that the catalyst 12 and the polymer electrolyte 16 are sufficiently in contact with each other and are well dispersed as a whole.

B.評価方法の概要:
本実施例の評価方法は、このような複数の触媒担持導電性粒子14と高分子電解質16との混合状態を評価するための方法である。上記混合状態が良好であるということは、触媒担持導電性粒子14と高分子電解質16との分散状態が良好であるということであり、両者の分散状態が良好であるならば、触媒担持導電性粒子14表面への高分子電解質16の吸着状態が良好になると考えられる。本実施例の評価方法は、パルスNMR(Nuclear Magnetic Resonance、核磁気共鳴)法の測定結果から、上記吸着状態を間接的に評価することにより、このような吸着状態に基づいて、触媒担持導電性粒子14と高分子電解質16との混合状態を評価するものである。
B. Summary of evaluation method:
The evaluation method of this example is a method for evaluating the mixed state of the plurality of catalyst-supporting conductive particles 14 and the polymer electrolyte 16. The good mixing state means that the dispersion state of the catalyst-carrying conductive particles 14 and the polymer electrolyte 16 is good. If the dispersion state of both is good, the catalyst-carrying conductivity is good. It is considered that the adsorption state of the polymer electrolyte 16 on the surface of the particle 14 is improved. The evaluation method of the present embodiment is based on the measurement result of pulse NMR (Nuclear Magnetic Resonance, Nuclear Magnetic Resonance) method, by indirectly evaluating the adsorption state, and based on such adsorption state, the catalyst-supporting conductivity The mixed state of the particles 14 and the polymer electrolyte 16 is evaluated.

本実施例の評価方法では、燃料電池用電極を作製するための既述した触媒インクを対象として、パルスNMR法を用いて19F核磁気横(スピン−スピン)緩和時間(T2)を測定している。パルスNMR法としては、例えば、ソリッドエコー(Solid Echo)法を用いることができる。触媒インクを対象として測定する際には、燃料電池の運転温度に対応する80℃の温度条件下で、緩和時間(T2)を測定している。パルスNMR法によれば、運動性に差がある複数の成分が存在すれば、成分ごとに減衰の速さ(横緩和時間T2)が異なるため、緩和時間(T2)の違いを利用して、運動性の異なる各成分の量を求めることが可能になる。本実施例の評価方法は、高分子電解質16を構成する19Fを測定核としている。高分子電解質16は、触媒担持導電性粒子14に吸着することにより運動性が低下するため、高分子電解質16が触媒担持導電性粒子14と良く混合されて、触媒担持導電性粒子14への高分子電解質16の吸着量が増加すると、このような運動性の低下に対応する成分が増加する。 In the evaluation method of this example, 19 F nuclear magnetic transverse (spin-spin) relaxation time (T 2 ) is measured using the pulse NMR method for the catalyst ink described above for producing a fuel cell electrode. is doing. As the pulse NMR method, for example, a solid echo method can be used. When measuring the catalyst ink, the relaxation time (T 2 ) is measured under a temperature condition of 80 ° C. corresponding to the operating temperature of the fuel cell. According to the pulse NMR method, if there are a plurality of components having a difference in mobility, the decay speed (transverse relaxation time T 2 ) differs for each component, and therefore the difference in relaxation time (T 2 ) is used. Thus, the amount of each component having different motility can be obtained. The evaluation method of this example uses 19 F constituting the polymer electrolyte 16 as a measurement nucleus. Since the mobility of the polymer electrolyte 16 is reduced by adsorbing to the catalyst-carrying conductive particles 14, the polymer electrolyte 16 is well mixed with the catalyst-carrying conductive particles 14, so As the amount of adsorption of the molecular electrolyte 16 increases, components corresponding to such a decrease in mobility increase.

既述した構成の触媒インクを対象として、ソリッドエコー法により得られた信号の一例を図3に示す。触媒インクを対象にしてソリッドエコー法による測定を行なうと、図3に示すように、緩和時間(T2)が比較的短いハード成分(運動性が比較的低く、水溶液でも完全に膨潤されていない固体状態に近い樹脂に該当する成分)と、緩和時間(T2)が比較的長いソフト成分(運動性が比較的高い成分)の2成分が得られる。測定結果は、以下の(3)式に示す多成分のカーブフィッティングにより解析を行なっている。 FIG. 3 shows an example of a signal obtained by the solid echo method for the catalyst ink having the above-described configuration. When the measurement by the solid echo method is performed on the catalyst ink, as shown in FIG. 3, a hard component having a relatively short relaxation time (T 2 ) (relative mobility is relatively low, and it is not completely swollen even in an aqueous solution). Two components are obtained: a component corresponding to a resin close to a solid state) and a soft component (a component having a relatively high mobility) having a relatively long relaxation time (T 2 ). The measurement results are analyzed by multi-component curve fitting shown in the following equation (3).

M(t)=A・exp(-1/2・(t/T2A)2)+B・(-1/2・(t/T2B)2)+… …(3)
ただし、A,Bは存在比、T2A,T2Bは横緩和時間、MはNMR信号(磁化)、tは測定時間、である。
M (t) = A ・ exp (-1/2 ・ (t / T 2A ) 2 ) + B ・ (-1/2 ・ (t / T 2B ) 2 ) + ... (3)
A and B are abundance ratios, T 2A and T 2B are transverse relaxation times, M is an NMR signal (magnetization), and t is a measurement time.

本実施例では、種々の条件で触媒インクを対象としてパルスNMR法による測定を行ない、測定結果の解析により、高分子電解質16をハード成分とソフト成分とに分離し、ハード成分の存在比によって、高分子電解質16の吸着状態を評価している。すなわち、触媒担持導電性粒子14に高分子電解質16が吸着する程度が向上するほど、あるいは、触媒担持導電性粒子14に吸着する高分子電解質16の量が増加するほど、高分子電解質16において運動性が低いハード成分が増加するため、このようなハード成分の割合に基づいて、高分子電解質16の吸着状態を評価している。なお、本実施例では、触媒担持導電性粒子14に対する高分子電解質16の吸着状態が向上すると、運動性が低いハード成分が増加することから、ハード成分の存在比およびその増加率に基づいて吸着状態、すなわち触媒インクにおける混合状態を評価しているが、異なる構成としても良い。例えば、ソフト成分の存在比およびその減少率に基づいて、同様の評価を行なうこととしても良い。   In this example, measurement by the pulse NMR method is performed on the catalyst ink under various conditions, and by analyzing the measurement results, the polymer electrolyte 16 is separated into a hard component and a soft component. The adsorption state of the polymer electrolyte 16 is evaluated. That is, as the degree of adsorption of the polymer electrolyte 16 on the catalyst-carrying conductive particles 14 is improved, or as the amount of the polymer electrolyte 16 adsorbed on the catalyst-carrying conductive particles 14 increases, the movement in the polymer electrolyte 16 increases. Since hard components having low properties increase, the adsorption state of the polymer electrolyte 16 is evaluated based on the ratio of such hard components. In this embodiment, when the adsorption state of the polymer electrolyte 16 with respect to the catalyst-carrying conductive particles 14 is improved, the hard component having low mobility is increased. Therefore, the adsorption based on the abundance ratio of the hard component and the rate of increase thereof. Although the state, that is, the mixed state in the catalyst ink is evaluated, a different configuration may be used. For example, the same evaluation may be performed based on the abundance ratio of the soft component and the reduction rate thereof.

C.19F核磁気緩和時間(T2)の解析結果:
(C−1)触媒インク等の調製:
触媒インク等、条件の異なる種々のインクを調製し、パルスNMR法を用いて19F核磁気緩和時間(T2)を測定した結果を以下に示す。触媒インクとしては、触媒担持導電性粒子14を構成するカーボン粒子の種類を異ならせた3種類の触媒インクを調製した。さらに、触媒担持導電性粒子14に代えて、触媒を担持しないカーボン粒子を備えるカーボンインクを調製すると共に、カーボン粒子を含有せず高分子電解質16のみを含有する樹脂インクを調製した。各インクの作製条件を以下に説明する。
C. 19 F Nuclear magnetic relaxation time (T 2 ) analysis results:
(C-1) Preparation of catalyst ink and the like:
Various inks having different conditions such as catalyst ink were prepared, and the 19 F nuclear magnetic relaxation time (T 2 ) was measured using a pulse NMR method. As catalyst inks, three types of catalyst inks were prepared in which the types of carbon particles constituting the catalyst-carrying conductive particles 14 were different. Furthermore, in place of the catalyst-carrying conductive particles 14, a carbon ink including carbon particles that do not carry a catalyst was prepared, and a resin ink containing only the polymer electrolyte 16 without containing carbon particles was prepared. The production conditions for each ink will be described below.

図4は、触媒インクの製造工程を表わす説明図である。触媒インクを製造するには、まず、触媒担持導電性粒子14を乾燥状態で用意した(ステップS200)。本実施例では、異なる3種類のカーボン粒子を用いて、触媒担持導電性粒子14としてのPt担持カーボン粒子を作製した。各々のPt担持カーボン粒子におけるPt担持量は、50wt%とした。ここで、3種類用意したカーボン粒子の一種としては、ケッチェンブラック(以下、カーボンKと表わす)を用いた。他の2種のカーボン粒子は、以下、カーボンG1およびG2と表わす。なお、カーボンKは、カーボンG1およびG2に比べて結晶性が顕著に低いことが、ラマン分析によるR値から確認されている(データ示さず)。   FIG. 4 is an explanatory diagram showing the manufacturing process of the catalyst ink. To manufacture the catalyst ink, first, the catalyst-carrying conductive particles 14 were prepared in a dry state (step S200). In this example, Pt-supported carbon particles as the catalyst-supporting conductive particles 14 were produced using three different types of carbon particles. The amount of Pt supported in each Pt-supported carbon particle was 50 wt%. Here, Ketjen black (hereinafter referred to as carbon K) was used as one of the three types of carbon particles prepared. The other two types of carbon particles are hereinafter referred to as carbon G1 and G2. In addition, it is confirmed from the R value by Raman analysis that carbon K has significantly lower crystallinity than carbons G1 and G2 (data not shown).

次に、ステップS200で用意したカーボン粒子に水を加えて攪拌し(ステップS210)、減圧デシケータにて脱泡した(ステップS220)。その後、さらに高分子電解質溶液を加えて攪拌し(ステップS230)、減圧デシケータにて脱泡した(ステップS240)。ここで、高分子電解質としては、デュポン社製Nafion(登録商標)DE1020を用いた。また、本実施例では、カーボン粒子のうち、カーボンKを用いる触媒インクを作製する際に、ステップS230で混合する高分子電解質量を異ならせて、高分子電解質の割合の異なる4種類の触媒インクを作製した。このとき、ステップS210で加える水の量を調節することによって、最終的に得られるすべての触媒インクにおいて、高分子電解質の濃度を同じにしている。なお、ステップS210およびS230では、遠心脱泡機を用いて攪拌を行なった。その後、直径1mmのジルコニア(ZrO2)ボールを用い、遊星ビーズミルにて攪拌し(ステップS250)、減圧デシケータにて脱泡して(ステップS260)、触媒インクを完成した。 Next, water was added to the carbon particles prepared in Step S200 and stirred (Step S210), and defoamed with a vacuum desiccator (Step S220). Thereafter, the polymer electrolyte solution was further added and stirred (step S230), and defoamed with a vacuum desiccator (step S240). Here, Nafion (registered trademark) DE1020 manufactured by DuPont was used as the polymer electrolyte. Further, in this embodiment, when producing a catalyst ink using carbon K among the carbon particles, four types of catalyst inks having different polymer electrolyte ratios are obtained by changing the polymer electrolysis mass mixed in step S230. Was made. At this time, by adjusting the amount of water added in step S210, the concentration of the polymer electrolyte is made the same in all finally obtained catalyst inks. In steps S210 and S230, stirring was performed using a centrifugal defoamer. Thereafter, using a zirconia (ZrO 2 ) ball having a diameter of 1 mm, the mixture was stirred with a planetary bead mill (step S250) and defoamed with a vacuum desiccator (step S260) to complete a catalyst ink.

カーボンインクを作製する際には、図4のステップS200において、Pt担持カーボン粒子に代えて、Ptを担持しないカーボン粒子を乾燥状態で用意した。そして、ステップS210以降の工程を同様に行なって、カーボンインクを作製した。このとき、カーボンインクを作製する際にも、触媒インクと同様に、K、G1、G2の3種類のカーボン粒子を用意して、それぞれについてカーボンインクを作製した。また、いずれのカーボンインクにおいても、インク中の高分子電解質の濃度を、触媒インクと同じにした。   When producing the carbon ink, carbon particles not supporting Pt were prepared in a dry state in place of the Pt-supporting carbon particles in Step S200 of FIG. And the process after step S210 was performed similarly and the carbon ink was produced. At this time, when producing the carbon ink, similarly to the catalyst ink, three types of carbon particles K, G1, and G2 were prepared, and the carbon ink was produced for each. In any carbon ink, the concentration of the polymer electrolyte in the ink was the same as that of the catalyst ink.

また、樹脂インクを作製する際には、ステップS200ないしS220の工程を行なうことなく、ステップS230において、既述した電解質溶液に対して、高分子電解質の濃度が他のインクと同じ濃度になるように水を加えた。すなわち、樹脂インクにおいても、インク中の高分子電解質の濃度を、触媒インクと同じにした。そして、ステップS240以降の工程を同様に行なって、樹脂インクを作製した。   Further, when producing the resin ink, the steps S200 to S220 are not performed, and in step S230, the concentration of the polymer electrolyte is the same as that of the other inks with respect to the electrolyte solution described above. Water was added to the. That is, also in the resin ink, the concentration of the polymer electrolyte in the ink is the same as that in the catalyst ink. And the process after step S240 was performed similarly and the resin ink was produced.

図5は、上記のようにして作製した触媒インクとカーボンインクと樹脂インクにおける、高分子電解質およびカーボン粒子の割合を表わす説明図である。図5では、それぞれのインクについて、高分子電解質の濃度(樹脂濃度)と、触媒を含むカーボン粒子濃度(粒子濃度)とを示している。試料(1)ないし(3)は、それぞれカーボンの種類の異なるカーボンインクであり、試料(4)ないし(6)は、それぞれカーボンの種類の異なる触媒インクである。また、試料(7)ないし(9)は、備えるカーボンの種類が試料(1)および(4)と同じカーボンKであって、高分子電解質重量のカーボン粒子重量(触媒を含まないカーボン重量)に対する割合(以下、樹脂/カーボン比という)がそれぞれ異なる触媒インクである。試料(10)は、樹脂インクである。ここで、試料名に付した数字は、樹脂/カーボン比を表わす。カーボンインクである試料(1)ないし(3)では、樹脂/カーボン比は0.75である。触媒インクである試料(4)ないし(6)も、樹脂/カーボン比は0.75であるが、カーボン粒子がPtを担持しているため、カーボン粒子濃度(wt%)は試料(1)ないし(3)よりも高くなっている。試料(7)ないし(9)は、樹脂/カーボン比が、それぞれ、0.5、1.0、1.5となっている。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing the ratio of the polymer electrolyte and the carbon particles in the catalyst ink, carbon ink, and resin ink produced as described above. FIG. 5 shows the concentration of the polymer electrolyte (resin concentration) and the concentration of carbon particles containing the catalyst (particle concentration) for each ink. Samples (1) to (3) are carbon inks having different carbon types, and samples (4) to (6) are catalyst inks having different carbon types. Samples (7) to (9) are the same carbon K as the samples (1) and (4), and the weight of the polymer electrolyte is based on the carbon particle weight (carbon weight not including the catalyst). The catalyst inks have different ratios (hereinafter referred to as resin / carbon ratios). Sample (10) is resin ink. Here, the number attached to the sample name represents the resin / carbon ratio. In the samples (1) to (3), which are carbon inks, the resin / carbon ratio is 0.75. Samples (4) to (6), which are catalyst inks, also have a resin / carbon ratio of 0.75, but since the carbon particles carry Pt, the carbon particle concentration (wt%) is from samples (1) to (1). It is higher than (3). Samples (7) to (9) have resin / carbon ratios of 0.5, 1.0, and 1.5, respectively.

(C−2)パルスNMRによる緩和時間(T2)の測定結果:
上記した試料(1)ないし(10)を用いて、パルスNMR法、詳しくはソリッドエコー(Solid Echo)法により、80℃の温度条件下で、19F核磁気横(スピン−スピン)緩和時間(T2)を測定した。詳細な測定条件を、図6に示す。
(C-2) Measurement result of relaxation time (T 2 ) by pulse NMR:
Using the samples (1) to (10) described above, 19 F nuclear magnetic transverse (spin-spin) relaxation time (at a temperature of 80 ° C. by pulse NMR method, more specifically, solid echo method) T 2 ) was measured. Detailed measurement conditions are shown in FIG.

試料(1)ないし(10)の各々について、上記のようにソリッドエコー法による測定を行ない、ハード成分とソフト成分の各々について存在比と緩和時間(T2)とを算出した結果を、図7に示す。図7に示すように、触媒担持カーボン粒子が存在する試料(試料(4)〜(9))、あるいはカーボン粒子が存在する試料(試料(1)〜(3))では、高分子電解質のみを含有する樹脂インク(試料(10))に比べて、ハード成分の存在比が増加した。 For each of the samples (1) to (10), the measurement by the solid echo method was performed as described above, and the abundance ratio and relaxation time (T 2 ) of each of the hard component and the soft component were calculated. Shown in As shown in FIG. 7, in the sample (samples (4) to (9)) in which the catalyst-carrying carbon particles are present, or in the sample (samples (1) to (3)) in which the carbon particles are present, only the polymer electrolyte is used. The abundance ratio of the hard component was increased compared to the resin ink contained (sample (10)).

ここで、試料(10)は、カーボン粒子を含有しない樹脂インクであるため、試料(10)におけるハード成分の存在比は、高分子電解質のカーボン粒子への吸着には関わらない値である。そのため、カーボン粒子を含有する試料(1)〜(9)においては、試料(10)におけるハード成分の存在比に対する、各々の試料におけるハード成分の存在比の増加分が、高分子電解質のカーボン粒子への吸着を反映する値であるといえる。本実施例では、高分子電解質のカーボン粒子への吸着の影響をより明らかにするために、試料(10)におけるハード成分の存在比に対する、各々の試料におけるハード成分の存在比の増加率に基づいて、高分子電解質の吸着状態を評価している。試料(1)〜(9)について、試料(10)におけるハード成分比に対する、各々の試料のハード成分比の増加率を算出した結果を、ハード成分増加率として図8に示す。ハード成分増加率は、以下の(4)式で表わすことができる。   Here, since the sample (10) is a resin ink containing no carbon particles, the abundance ratio of the hard component in the sample (10) is a value that is not related to the adsorption of the polymer electrolyte to the carbon particles. Therefore, in the samples (1) to (9) containing carbon particles, the increase in the abundance ratio of the hard component in each sample relative to the abundance ratio of the hard component in the sample (10) is the carbon particle of the polymer electrolyte. It can be said that it is a value reflecting the adsorption to the surface. In this example, in order to clarify the influence of the adsorption of the polymer electrolyte on the carbon particles, based on the increasing rate of the hard component abundance ratio in each sample with respect to the abundance ratio of the hard component in the sample (10). Thus, the adsorption state of the polymer electrolyte is evaluated. For samples (1) to (9), the calculation result of the increase rate of the hard component ratio of each sample with respect to the hard component ratio of sample (10) is shown in FIG. 8 as the hard component increase rate. The hard component increase rate can be expressed by the following equation (4).

ハード成分増加率=(各試料のハード成分比 − 試料(10)のハード成分比)/
(試料(10)のハード成分比)×100 …(4)
Hard component increase rate = (hard component ratio of each sample−hard component ratio of sample (10)) /
(Hard component ratio of sample (10)) × 100 (4)

図8に、試料(4)および(7)〜(9)の結果として示すように、同じ種類のカーボン粒子を備える触媒担持カーボンを用いた触媒インクでは、樹脂/カーボン比が大きいほど、ハード成分比は樹脂インクの値に近づき、ハード成分増加率は小さくなった。ここで、樹脂/カーボン比が大きいということは、高分子電解質が吸着する対象となるカーボン粒子が相対的に少ないということであり、カーボン粒子に吸着する高分子電解質量が相対的に少なくなるということである。図8に示すように、ハード成分増加率を比較することにより、同じ種類のカーボン粒子を備える触媒担持カーボンを用いた触媒インクでは、樹脂/カーボン比が低いほど、ハード成分増加率が大きくなり、高分子電解質の吸着状態が良好であることが実際に確認できた。   As shown in FIG. 8 as a result of the samples (4) and (7) to (9), in the catalyst ink using the catalyst-supported carbon having the same type of carbon particles, the hard component increases as the resin / carbon ratio increases. The ratio approached the value of the resin ink, and the hard component increase rate decreased. Here, a large resin / carbon ratio means that there are relatively few carbon particles to be adsorbed by the polymer electrolyte, and that the polymer electrolysis mass adsorbed to the carbon particles is relatively small. That is. As shown in FIG. 8, by comparing the hard component increase rate, in the catalyst ink using the catalyst-supported carbon having the same type of carbon particles, the lower the resin / carbon ratio, the greater the hard component increase rate. It was actually confirmed that the adsorption state of the polymer electrolyte was good.

また、図8に、試料(1)〜(3)の結果として示すように、触媒を担持しないカーボン粒子を用いたカーボンインクでは、樹脂/カーボン比を揃えて比較すると、カーボンの種類によって、ハード成分増加率に違いが見られた。具体的には、結晶性が顕著に低いカーボンKから成るカーボン粒子を備える試料(1)では、結晶性が高い他のカーボンG1あるいはG2から成るカーボン粒子を備える試料(2)、(3)に比べて、ハード成分増加率が非常に高かった。ここで、カーボンにおいては、結晶性が低いほど、その表面積が大きいということができる。カーボン粒子の表面積が大きいということは、高分子電解質が吸着する対象となる面積が大きいということであり、高分子電解質がカーボン粒子へとより多く吸着し易くなる。また、カーボンの結晶性の違いにより、カーボン粒子の表面と高分子電解質との間の相互作用の力が異なり、カーボン粒子に吸着する高分子電解質の量や、高分子電解質がカーボン粒子に吸着する程度(吸着力)が異なるとも考えられる。図8に示すように、ハード成分増加率を比較することにより、種類の異なるカーボン粒子を備えるカーボンインクでは、結晶性の低いカーボン粒子を備えるインクほど、ハード成分増加率が大きくなり、高分子電解質の吸着状態が良好であることが実際に確認できた。   Further, as shown in FIG. 8 as a result of the samples (1) to (3), in the carbon ink using the carbon particles that do not carry the catalyst, when the resin / carbon ratio is aligned and compared, There was a difference in the component increase rate. Specifically, in the sample (1) provided with carbon particles composed of carbon K having remarkably low crystallinity, the samples (2) and (3) including carbon particles composed of other carbon G1 or G2 having high crystallinity are used. In comparison, the hard component increase rate was very high. Here, it can be said that the surface area of carbon is larger as the crystallinity is lower. The large surface area of the carbon particles means that the area on which the polymer electrolyte is adsorbed is large, and the polymer electrolyte is more easily adsorbed onto the carbon particles. In addition, due to the difference in crystallinity of carbon, the interaction force between the surface of the carbon particle and the polymer electrolyte differs, and the amount of polymer electrolyte adsorbed on the carbon particle and the polymer electrolyte adsorbed on the carbon particle. It is thought that the degree (adsorption force) is different. As shown in FIG. 8, by comparing the hard component increase rates, the carbon ink having different types of carbon particles increases the hard component increase rate as the ink has carbon particles with lower crystallinity. It was actually confirmed that the adsorption state of was good.

これに対して、図8に、試料(4)〜(6)の結果として示すように、触媒担持カーボン粒子を用いた触媒インクでは、樹脂/カーボン比を同様の値に揃えて比較すると、カーボンの種類の違いによるハード成分増加率の違いは、触媒を備えないカーボンインクの場合とは異なる傾向を示した。具体的には、結晶性が低いカーボンKでは、カーボンインクである試料(1)と触媒インクである試料(4)とで、ハード成分増加率の差は小さかった。一方、結晶性が高いカーボンG1あるいはG2では、カーボンインクである試料(2)、(3)に比べて、触媒インクである試料(5)、(6)では、ハード成分増加率が大きく増加していた。このような、カーボンインクと触媒インクの間でのハード成分増加率の違いは、触媒担持カーボンが担持する触媒(Pt)の影響によるものと考えられる。すなわち、カーボンインクにおけるハード成分増加率に対する、触媒インクにおけるハード成分増加率の増加量は、触媒に吸着した高分子電解質量を反映すると考えられる。いずれの触媒インクが備える触媒担持カーボンにおいても、同量の触媒をカーボン上に担持させているが、カーボンの種類によってカーボン上の触媒の表面状態が異なり、その結果、触媒と高分子電解質との間の相互作用の状態が異なって、触媒に吸着する高分子電解質量が変化すると考えられる。Ptは、磁性を有するため、Ptに充分に近接して高分子電解質が存在すれば、高分子電解質の磁気緩和が促進されることになる。結晶性が高いカーボンを備える触媒インクである試料(5)、(6)では、Ptに充分に近接して高分子電解質が吸着することにより、ハード成分増加率がさらに高まったと考えられる。カーボンの種類を異ならせた触媒インクである試料(4)〜(6)では、ハード成分増加率は同程度であるが、対応するカーボンインクである試料(1)〜(3)のハード成分増加率と比較することにより、結晶性が高いカーボンG1およびG2を用いる場合には、カーボンKに比べて、Ptに近接して吸着する高分子電解質量が多く、吸着状態がより良好であると評価することができる。   On the other hand, as shown in FIG. 8 as the results of samples (4) to (6), in the catalyst ink using the catalyst-supported carbon particles, the carbon / carbon ratio was compared with the same value. The difference in the rate of increase in the hard component due to the difference in the type of the ink showed a tendency different from that in the case of the carbon ink without the catalyst. Specifically, in the carbon K having low crystallinity, the difference in the hard component increase rate was small between the sample (1) that is the carbon ink and the sample (4) that is the catalyst ink. On the other hand, in the case of carbon G1 or G2 having high crystallinity, the hard component increase rate is greatly increased in samples (5) and (6) that are catalyst inks compared to samples (2) and (3) that are carbon inks. It was. Such a difference in the hard component increase rate between the carbon ink and the catalyst ink is considered to be due to the influence of the catalyst (Pt) supported by the catalyst-supported carbon. That is, it is considered that the increase amount of the hard component increase rate in the catalyst ink with respect to the hard component increase rate in the carbon ink reflects the polymer electrolysis mass adsorbed on the catalyst. The catalyst-carrying carbon included in any catalyst ink has the same amount of catalyst supported on the carbon, but the surface state of the catalyst on the carbon differs depending on the type of carbon, and as a result, the catalyst and polymer electrolyte It is considered that the polymer electrolysis mass adsorbed on the catalyst changes due to the difference in the state of interaction between them. Since Pt has magnetism, the magnetic relaxation of the polymer electrolyte is promoted if the polymer electrolyte is sufficiently close to Pt. In samples (5) and (6), which are catalyst inks containing carbon with high crystallinity, it is considered that the rate of increase in the hard component was further increased by the adsorption of the polymer electrolyte sufficiently close to Pt. Samples (4) to (6), which are catalyst inks with different types of carbon, have the same rate of increase in the hard component, but increase in the hard component of samples (1) to (3) that are the corresponding carbon inks. When carbon G1 and G2 having high crystallinity are used, the amount of polymer electrolysis adsorbed close to Pt is larger than that of carbon K, and the adsorbed state is evaluated to be better. can do.

以上のように構成された本実施例の評価方法によれば、パルスNMR法による測定から求められる19F核磁気緩和時間(T2)を用いることで、触媒インクにおける触媒担持導電性粒子と高分子電解質との混合状態を、特に触媒担持導電性粒子に対する高分子電解質の吸着の程度の観点から評価することができる。すなわち、触媒担持導電性粒子と高分子電解質とが良く混合されており、分散状態が良好であると、触媒担持導電性粒子と高分子電解質とが充分に接触し、触媒担持導電性粒子に吸着する高分子電解質量が増加する。そのため、触媒担持導電性粒子に吸着する高分子電解質量を反映する値であるハード成分量やハード成分比、あるいはハード成分増加率を比較することによって、触媒担持導電性粒子と高分子電解質との混合状態を評価することができる。 According to the evaluation method of the present example configured as described above, the 19 F nuclear magnetic relaxation time (T 2 ) obtained from the measurement by the pulse NMR method is used, so that the catalyst-supporting conductive particles in the catalyst ink and the high The mixed state with the molecular electrolyte can be evaluated particularly from the viewpoint of the degree of adsorption of the polymer electrolyte to the catalyst-carrying conductive particles. That is, the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte are well mixed, and if the dispersion state is good, the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte are in sufficient contact and adsorbed on the catalyst-carrying conductive particles. The polymer electrolysis mass increases. Therefore, by comparing the amount of hard components, the ratio of hard components, or the rate of increase in hard components, which is a value reflecting the polymer electrolyte mass adsorbed on the catalyst-carrying conductive particles, the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte are compared. The mixed state can be evaluated.

特に、本実施例の評価方法は、燃料電池用電極を形成するための触媒インクをそのまま用いて測定を行なうことができる点で優れている。触媒インクにおける分散状態を評価する他の方法としては、例えば、触媒インクの粒度分布を測定する方法も考えられる。しかしながら、例えばレーザ回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて触媒インクの粒度分布を測定する場合には、測定に先立って、水などの適当な溶媒に触媒インクを分散させる必要があり、電極における分散状態の測定とは言い難い場合がある。これに対して本実施例の評価方法は、触媒インクをそのまま測定対象とするため、電極における触媒担持導電性粒子と高分子電解質との混合状態により近い状態として、混合状態を評価することが可能になる。このとき、パルスNMR法による測定時の温度条件を、既述したように燃料電池の運転温度に対応する温度とすることで、発電時の燃料電池の電極における状態により近い状態として、評価を行なうことができる。   In particular, the evaluation method of this example is excellent in that the measurement can be performed using the catalyst ink for forming the fuel cell electrode as it is. As another method for evaluating the dispersion state in the catalyst ink, for example, a method of measuring the particle size distribution of the catalyst ink is also conceivable. However, when the particle size distribution of the catalyst ink is measured using, for example, a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus, it is necessary to disperse the catalyst ink in an appropriate solvent such as water before the measurement. It may be difficult to say that it is a measurement of the dispersion state. On the other hand, since the evaluation method of this example uses the catalyst ink as it is, the mixed state can be evaluated as a state closer to the mixed state of the catalyst-supporting conductive particles and the polymer electrolyte in the electrode. become. At this time, the temperature condition at the time of measurement by the pulse NMR method is set to a temperature corresponding to the operating temperature of the fuel cell as described above, so that the evaluation is performed as a state closer to the state of the electrode of the fuel cell at the time of power generation. be able to.

また、本実施例の評価方法によれば、高分子電解質が触媒担持導電性粒子上に吸着して運動性が低下する程度に基づいて、混合状態・分散状態を評価しているため、電極性能に直接的に影響する指標として、評価結果を用いることができる。すなわち、触媒インクにおいて、高分子電解質や触媒担持導電性粒子が、単に細かい粒子となって良く混ざり合っている程度を評価しているのではなく、触媒担持導電性粒子と高分子電解質とが実際に接触して、電池性能に寄与し得る状態であることを評価することができる。例えば、試料(4)、(7)〜(9)について、既述したレーザ回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて触媒インクの粒度分布を測定すると、樹脂/カーボン比が大きい触媒インクほど、粒径が小さい、すなわち、分散度が高いという結果が得られた(データ示さず)。これに対して本実施例の評価方法によれば、図8に示したように、樹脂/カーボン比が小さい触媒インクほどハード成分増加率が高くなり、触媒担持導電性粒子と高分子電解質とが電極内で機能し得るように吸着している状態に着目して、樹脂/カーボン比が小さいほど混合状態が良好であると評価することが可能になる。   Further, according to the evaluation method of this example, since the mixed state / dispersion state is evaluated based on the degree to which the polymer electrolyte is adsorbed on the catalyst-carrying conductive particles and the mobility is lowered, the electrode performance The evaluation result can be used as an index that directly affects the process. That is, the catalyst ink does not evaluate the degree to which the polymer electrolyte and the catalyst-carrying conductive particles are simply mixed finely, but the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte are actually used. It can be evaluated that the battery is in a state that can contribute to battery performance. For example, when the particle size distribution of the catalyst ink is measured for the samples (4) and (7) to (9) using the laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device described above, the catalyst ink having a larger resin / carbon ratio, The result was small particle size, ie high dispersion (data not shown). On the other hand, according to the evaluation method of this example, as shown in FIG. 8, the catalyst component having a smaller resin / carbon ratio has a higher hard component increase rate, and the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte are separated. Focusing on the state of adsorption so as to function in the electrode, it becomes possible to evaluate that the mixed state is better as the resin / carbon ratio is smaller.

また、本実施例の触媒インクの評価方法によれば、評価の対象となる触媒インクを用いて形成した電極の性能を評価する際に、電池性能に直接影響する性質として、高分子電解質と触媒担持導電性粒子との吸着状態を独立して評価することができる。そのため、電極全体としての性能を向上させるために触媒インクの条件を検討する際に、上記吸着状態による影響を踏まえて、他の条件に起因する影響を検討することが可能になる。異なる条件の触媒インクを用いて形成した電極同士の性能を直接比較するには、他の条件を揃えて各々の触媒インクを用いて燃料電池を組み立てて、発電性能(電流−電圧特性など)を比較すれば良い。例えば、図8において試料(4)、(7)〜(9)として示したように、カーボンの種類を同じにして樹脂/カーボン比を異ならせた触媒インクを作製して、それぞれを用いて燃料電池を組み立てて発電を行なわせると、各々の電極性能を比較することができる。このような電極では、既述したように、樹脂/カーボン比が低いほどハード成分増加率が高くなり、高分子電解質と触媒担持導電性粒子との混合状態は良好であると評価される。しかしながら、樹脂/カーボン比を小さくして高分子電解質の割合を抑えすぎると、電極においては、触媒と高分子電解質との間のプロトンの受け渡し効率が低下して、このことは電池性能の低下につながる。本実施例の評価方法を用いて、高分子電解質と触媒担持導電性粒子との混合状態を独立して評価しつつ、電極全体の評価結果を検討すれば、上記混合状態以外の他の要因、すなわち上記したプロトンの受け渡し効率の低下を含む他の要因の影響を、評価することも可能になる。   Further, according to the evaluation method of the catalyst ink of this example, when the performance of the electrode formed using the catalyst ink to be evaluated is evaluated, the polymer electrolyte and the catalyst are directly affected by the battery performance. The adsorption state with the supported conductive particles can be independently evaluated. Therefore, when examining the conditions of the catalyst ink in order to improve the performance of the electrode as a whole, it is possible to examine the effects caused by other conditions based on the influence of the adsorption state. To directly compare the performance of electrodes formed using catalyst inks under different conditions, assemble fuel cells using each catalyst ink under other conditions, and improve power generation performance (current-voltage characteristics, etc.). Compare. For example, as shown as samples (4) and (7) to (9) in FIG. 8, catalyst inks with the same carbon type and different resin / carbon ratios are prepared, and fuel is used using each. When a battery is assembled and power is generated, the performance of each electrode can be compared. As described above, in such an electrode, the lower the resin / carbon ratio, the higher the hard component increase rate, and it is evaluated that the mixed state of the polymer electrolyte and the catalyst-carrying conductive particles is good. However, if the resin / carbon ratio is reduced to reduce the ratio of the polymer electrolyte too much, the efficiency of proton transfer between the catalyst and the polymer electrolyte is reduced in the electrode, which reduces the battery performance. Connected. Using the evaluation method of this example, while independently evaluating the mixed state of the polymer electrolyte and the catalyst-supporting conductive particles, and examining the evaluation results of the entire electrode, other factors other than the mixed state, That is, it becomes possible to evaluate the influence of other factors including a decrease in the proton delivery efficiency described above.

このように高分子電解質と触媒担持導電性粒子との混合状態を評価できることにより、例えば燃料電池の開発時においては、触媒インクを作製するために用いるカーボンの種類や高分子電解質の種類、触媒の種類や触媒の担持量、あるいは触媒の混合方法などを異ならせて比較を行なえば良い。上記のように条件を異ならせた触媒インクについて、ハード成分量やハード成分比、あるいはハード成分増加率を比較することによって、触媒担持導電性粒子と高分子電解質との混合状態を評価して、混合状態がより良好になる条件を設定することができる。あるいは、設定した条件で触媒インクを作製して実際に燃料電池を製造する際には、製造過程の触媒インクについて測定を行ない、ハード成分比を求めることにより、製造過程の触媒インクにおける混合状態のチェックを行なうことも可能である。   The ability to evaluate the mixed state of the polymer electrolyte and the catalyst-carrying conductive particles in this way enables, for example, the development of a fuel cell, the type of carbon used to prepare the catalyst ink, the type of polymer electrolyte, and the catalyst The comparison may be made with different types, catalyst loadings, or catalyst mixing methods. For the catalyst ink with different conditions as described above, the mixed state of the catalyst-supporting conductive particles and the polymer electrolyte was evaluated by comparing the hard component amount, the hard component ratio, or the hard component increase rate, Conditions that make the mixed state better can be set. Alternatively, when the fuel ink is actually manufactured by preparing the catalyst ink under the set conditions, measurement is performed on the catalyst ink in the manufacturing process, and the hard component ratio is obtained to determine the mixed state in the catalyst ink in the manufacturing process. It is also possible to check.

D.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
D. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

D1.変形例1:
実施例では、触媒インクを対象としてパルスNMR法によって19F核磁気緩和時間(T2)を求める際に、ソリッドエコー法を用いたが、異なる構成としても良い。例えば、異なる種類の高分子電解質を用いる場合や、異なる種類の触媒担持導電性粒子を用いる場合には、ソリッドエコー法に代えて、CPMG法やCP法、あるいはスピンエコー法を用いることとしても良い。ハード成分とソフト成分の量に基づいて、触媒担持導電性粒子に吸着する高分子電解質の状態を評価可能であれば良く、対象となる触媒担持導電性粒子や高分子電解質の種類に対応した時間レンジに応じて、適宜、用いるパルスNMR法の種類を選択すれば良い。
D1. Modification 1:
In the embodiment, the solid echo method is used when obtaining the 19 F nuclear magnetic relaxation time (T 2 ) by the pulsed NMR method for the catalyst ink, but a different configuration may be used. For example, when different types of polymer electrolytes are used or when different types of catalyst-supporting conductive particles are used, the CPMG method, the CP method, or the spin echo method may be used instead of the solid echo method. . It is sufficient that the state of the polymer electrolyte adsorbed on the catalyst-carrying conductive particles can be evaluated based on the amount of the hard component and the soft component, and the time corresponding to the target catalyst-carrying conductive particles and the type of polymer electrolyte What is necessary is just to select the kind of pulse NMR method to be used suitably according to a range.

D2.変形例2:
実施例では、フッ素系高分子電解質から成る電解質膜を備えた固体高分子型燃料電池における電極を製造するための触媒インクを評価の対象としたが、異なる構成としても良い。例えば、炭化水素系高分子電解質から成る電解質膜を備えた固体高分子型燃料電池における電極を製造するための触媒インクを評価の対象としても良い。このとき、触媒インクが備える高分子電解質として、フッ素系の固体高分子を用いる場合には、実施例と同様にパルスNMR法によって19F核磁気緩和時間(T2)を求めて評価を行えばよい。これに対して、触媒インクが備える高分子電解質として、電解質膜と同じ炭化水素系の高分子電解質を用いる場合には、パルスNMR法によって1H核磁気横(スピン−スピン)緩和時間(T2)を求めて評価を行えばよい。このように、触媒インクにおいて高分子電解質のみが有する水素に対応する測定核を選択してハード成分の存在比を求めることにより、触媒インクにおける高分子電解質と触媒担持導電性粒子との混合状態を評価することができる。
D2. Modification 2:
In the examples, the catalyst ink for producing an electrode in a polymer electrolyte fuel cell provided with an electrolyte membrane made of a fluorine-based polymer electrolyte was evaluated, but a different configuration may be used. For example, a catalyst ink for producing an electrode in a polymer electrolyte fuel cell including an electrolyte membrane made of a hydrocarbon polymer electrolyte may be evaluated. At this time, when a fluorine-based solid polymer is used as the polymer electrolyte included in the catalyst ink, the 19 F nuclear magnetic relaxation time (T 2 ) is obtained by the pulse NMR method and evaluated in the same manner as in the examples. Good. On the other hand, when the same hydrocarbon polymer electrolyte as the electrolyte membrane is used as the polymer electrolyte included in the catalyst ink, the 1 H nuclear magnetic transverse (spin-spin) relaxation time (T 2 ) is measured by pulse NMR. ) For evaluation. In this way, by selecting the measurement nucleus corresponding to hydrogen contained only in the polymer electrolyte in the catalyst ink and determining the abundance ratio of the hard component, the mixed state of the polymer electrolyte in the catalyst ink and the catalyst-carrying conductive particles is changed. Can be evaluated.

電極10の概略構成を模式的に表わす説明図である。2 is an explanatory diagram schematically showing a schematic configuration of an electrode 10. FIG. 電極10の製造工程を表わす説明図である。3 is an explanatory diagram illustrating a manufacturing process of an electrode 10. FIG. ソリッドエコー法により得られた信号の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the signal obtained by the solid echo method. 触媒インクの製造工程を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the manufacturing process of catalyst ink. 試料(1)〜(10)の組成を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the composition of sample (1)-(10). ソリッドエコー法による測定条件を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the measurement conditions by a solid echo method. ハード成分とソフト成分の存在比と緩和時間(T2)とを算出した結果を示す説明図である。It is an explanatory view showing a result of calculating the hard component and a soft component abundance ratio and relaxation time (T 2). 各試料についてハード成分増加率を求めた結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of having calculated | required the hard component increase rate about each sample.

符号の説明Explanation of symbols

10…電極
12…触媒
14…触媒担持導電性粒子
16…高分子電解質
20…電解質膜
22…ガス拡散層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electrode 12 ... Catalyst 14 ... Catalyst carrying | support conductive particle 16 ... Polymer electrolyte 20 ... Electrolyte membrane 22 ... Gas diffusion layer

Claims (8)

燃料電池用電極を製造するための、触媒担持導電性粒子と高分子電解質とを混合して成る触媒インクにおける、前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、
前記触媒インクを対象としてパルスNMR法による測定を行ない、前記測定の結果の解析により、前記高分子電解質を、横(スピン−スピン)緩和時間(T2)が比較的短いハード成分と緩和時間(T2)が比較的長いソフト成分とに分離し、前記ハード成分の存在比に基づいて、前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態を評価する評価方法。
A method for evaluating a mixed state of the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte in a catalyst ink comprising a mixture of catalyst-carrying conductive particles and a polymer electrolyte for producing a fuel cell electrode. ,
Measurement by the pulsed NMR method is performed on the catalyst ink, and analysis of the measurement results shows that the polymer electrolyte is separated from a hard component having a relatively short lateral (spin-spin) relaxation time (T 2 ) and a relaxation time ( An evaluation method in which T 2 ) is separated into soft components having a relatively long length, and the mixed state of the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte is evaluated based on the abundance ratio of the hard components.
請求項1記載の前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、
前記触媒担持導電性粒子を含有することなく前記触媒インクと同等の濃度で前記高分子電解質を含有する高分子電解質溶液を対象としてパルスNMR法により測定して求められる前記ハード成分の存在比に対する、前記触媒インクにおける前記ハード成分の存在比の増加率により、前記混合状態を評価する評価方法。
A method for evaluating a mixed state of the catalyst-supporting conductive particles according to claim 1 and the polymer electrolyte,
With respect to the abundance ratio of the hard component obtained by measurement by a pulse NMR method for a polymer electrolyte solution containing the polymer electrolyte at a concentration equivalent to the catalyst ink without containing the catalyst-supporting conductive particles, An evaluation method for evaluating the mixed state based on an increase rate of the abundance ratio of the hard component in the catalyst ink.
請求項1または2記載の前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、
前記パルスNMR法による測定は、前記燃料電池の運転温度に対応する温度条件下で行なわれる
評価方法。
A method for evaluating a mixed state of the catalyst-carrying conductive particles according to claim 1 or 2 and the polymer electrolyte,
The measurement by the pulse NMR method is performed under a temperature condition corresponding to the operating temperature of the fuel cell.
請求項1ないし3いずれか記載の前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、
前記高分子電解質は、フッ素系高分子電解質であり、
前記触媒担持導電性粒子は、実質的にフッ素を含有しない粒子であり、
前記緩和時間(T2)は、19F核磁気横(スピン−スピン)緩和時間(T2)である
評価方法。
A method for evaluating a mixed state of the catalyst-carrying conductive particles according to any one of claims 1 to 3 and the polymer electrolyte,
The polymer electrolyte is a fluorine-based polymer electrolyte,
The catalyst-carrying conductive particles are particles that do not substantially contain fluorine,
The relaxation time (T 2 ) is a 19 F nuclear magnetic transverse (spin-spin) relaxation time (T 2 ). Evaluation method.
請求項4記載の前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、
前記パルスNMR法は、ソリッドエコー法である
評価方法。
A method for evaluating a mixed state of the catalyst-supporting conductive particles according to claim 4 and the polymer electrolyte,
The pulse NMR method is a solid echo method.
請求項1ないし3いずれか記載の前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、
前記高分子電解質は、炭化水素系高分子電解質であり、
前記触媒担持導電性粒子は、実質的に水素を含有しない粒子であり、
前記緩和時間T2は、1H核磁気横(スピン−スピン)緩和時間(T2)である
評価方法。
A method for evaluating a mixed state of the catalyst-carrying conductive particles according to any one of claims 1 to 3 and the polymer electrolyte,
The polymer electrolyte is a hydrocarbon polymer electrolyte,
The catalyst-carrying conductive particles are particles that do not substantially contain hydrogen,
The relaxation time T 2 is a 1 H nuclear magnetic transverse (spin-spin) relaxation time (T 2 ).
燃料電池用電極を製造するための、触媒担持導電性粒子と高分子電解質とを混合して成る触媒インクにおける、前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、
前記触媒インクにおいて前記触媒担持導電性粒子に吸着する前記高分子電解質の吸着状態に基づいて、吸着の量および/または吸着の程度が大きいほど、前記混合状態が良好であると評価する評価方法。
A method for evaluating a mixed state of the catalyst-carrying conductive particles and the polymer electrolyte in a catalyst ink comprising a mixture of catalyst-carrying conductive particles and a polymer electrolyte for producing a fuel cell electrode. ,
An evaluation method in which, based on the adsorption state of the polymer electrolyte adsorbed on the catalyst-carrying conductive particles in the catalyst ink, the higher the amount of adsorption and / or the degree of adsorption, the better the mixed state.
請求項7記載の前記触媒担持導電性粒子と前記高分子電解質との混合状態の評価方法であって、
前記触媒インクを対象としてパルスNMR法による測定を行ない、前記測定の結果の解析により、前記高分子電解質を、横(スピン−スピン)緩和時間(T2)が比較的短いハード成分と緩和時間(T2)が比較的長いソフト成分とに分離し、前記ハード成分の存在比が高いほど、前記高分子電解質が前記触媒担持導電性粒子に吸着する量および/または吸着する程度が大きいと判断する
評価方法。
A method for evaluating a mixed state of the catalyst-supporting conductive particles according to claim 7 and the polymer electrolyte,
Measurement by the pulsed NMR method is performed on the catalyst ink, and analysis of the measurement results shows that the polymer electrolyte is separated from a hard component having a relatively short lateral (spin-spin) relaxation time (T 2 ) and a relaxation time ( T 2 ) is separated into a relatively long soft component, and the higher the abundance ratio of the hard component, the greater the amount and / or the degree of adsorption of the polymer electrolyte adsorbed on the catalyst-carrying conductive particles. Evaluation methods.
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