JP2010021023A - 触媒層転写シート、並びにこれを用いた触媒層−電解質膜積層体の製造方法、電極−電解質膜積層体の製造方法、及び固体高分子形燃料電池の製造方法 - Google Patents
触媒層転写シート、並びにこれを用いた触媒層−電解質膜積層体の製造方法、電極−電解質膜積層体の製造方法、及び固体高分子形燃料電池の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】剥離不良を減少させて歩留まりを向上させることのできる触媒層転写シートを提供することを課題とする。
【解決手段】電解質膜6に触媒層3を転写するための触媒層転写シート1であって、シート状の基材2と、基材2の上面全体に形成された触媒層3と、触媒層3の外周縁部上に形成された非転写層4と、を備えている。
【選択図】図2
【解決手段】電解質膜6に触媒層3を転写するための触媒層転写シート1であって、シート状の基材2と、基材2の上面全体に形成された触媒層3と、触媒層3の外周縁部上に形成された非転写層4と、を備えている。
【選択図】図2
Description
本発明は、触媒層転写シート、並びにこれを用いた触媒層−電解質膜積層体の製造方法、電極−電解質膜積層体の製造方法、及び固体高分子形燃料電池の製造方法に関するものである。
燃料電池は、電解質膜の両面に電極が配置され、水素と酸素の電気化学反応により発電する電池であり、発電時に発生するのは水のみである。このように従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないために次世代のクリーンエネルギーシステムとして普及が見込まれている。その中でも特に固体高分子形燃料電池は、作動温度が低く、電解質膜の抵抗が少ないことに加え、活性の高い触媒を用いるので小型でも高出力を得ることができ、家庭用コージェネレーションシステム等として早期の実用化が見込まれている。
この固体高分子形燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用い、この電解質膜の両面に触媒層及びガス拡散層を順に積層している。そして、この触媒層及びガス拡散層からなる電極の周囲を囲むようにガスケットを配置し、さらにこれをセパレータで挟んだ構造を有している。(例えば特許文献1の図1参照)。この触媒層を、電解質膜上またはガス拡散層上に形成する方法の一つとして、触媒層転写シートを用いる方法がある。この触媒層転写シートを用いて電解質膜に触媒層を形成する方法は、まず基材上に触媒層が形成された触媒層転写シートを2枚準備し、これら触媒層転写シートを触媒層が電解質膜側を向くように電解質膜の両面にそれぞれ配置する。そして、各触媒層転写シートの背面側から熱プレスなどを施すことによって、触媒層を電解質膜上に転写し、その後、基材のみを剥離することで電解質膜上に触媒層を形成する(特許文献1参照)。
特開2006−286560号公報
しかしながら、上述したような触媒層転写シートを用いた触媒層の形成方法において基材を剥離する際に、基材の剥離開始部分において触媒層が電解質膜上に転写されずに基材側に残ったまま基材と一緒に剥離されてしまうことがある。このように触媒層が電解質膜に転写されずに基材と一緒に剥離されてしまうと、いわゆる剥離不良という不良品として処理している。
そこで、本発明は、剥離不良を減少させて歩留まりを向上させることのできる触媒層転写シート、並びにこれを用いた触媒層−電解質膜層の製造方法、電極−電解質膜の製造方法、及び固体高分子形燃料電池の製造方法を提供することを課題とする。
本発明に係る触媒層転写シートは、上記課題を解決するためになされたものであり、被転写物に触媒層を転写するためのシートであって、シート状の基材と、前記基材の一方面全体に形成された触媒層と、前記触媒層の外周縁部の少なくとも一部上に形成された非転写層と、を備えている。
上記触媒層転写シートによれば、触媒層の外周縁部の少なくとも一部上に非転写層が形成されているため、以下のような効果を得ることができる。すなわち、この触媒層転写シートの触媒層を電解質膜やガス拡散層などの被転写物に転写した際、非転写層は被転写物に転写されないため、非転写層が形成された部分から基材を容易に剥離することができる。そして、剥離不良が最も多く発生する剥離開始箇所を触媒層ではなく非転写層とすることで、触媒層の剥離不良を低減することができ、ひいては歩留まりを解消することができる。なお、触媒層は、被転写層が形成された部分を除いた部分において所望の発電性能が得られるように設計されている。
上記触媒層転写シートは種々の構成をとることができるが、例えば、上記非転写層は、触媒層の外周縁部全てに形成されていることが好ましい。電解質膜やガス拡散層などの被転写物に触媒層を転写するために触媒層転写シートを被転写物に熱プレスした際に、触媒層転写シートの外周縁のエッジ部分が被転写物に食い込むことがある。しかし、上記触媒層転写シートは触媒層の外周縁部全てに非転写層が形成されているため、仮に食い込みが発生した場合であっても食い込みが発生した部分には触媒層が転写されず、この結果、発電性能には影響を及ぼすことがない。
また、上記非転写層は、厚さが10μm以下であることが好ましい。このように非転写層を薄膜とすることによって、触媒層を転写する際に被転写物に掛かる圧力を均一にすることができる。
また、上記非転写層は、被転写物に対する離型性の観点から、フッ素樹脂を含んだ材料から構成されていることが好ましく、より具体的にはポリテトラフルオロエチレンを含んだ材料から構成されていることが好ましい。
また、本発明に係る触媒層−電解質膜積層体の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記いずれかの触媒層転写シートを準備する工程と、電解質膜の両面に、前記触媒層転写シートを触媒層が前記電解質膜と対向するように配置する工程と、前記触媒層転写シートの基材側から熱プレスを行い前記触媒層を前記電解質膜に転写する工程と、前記転写工程後、前記非転写層から前記基材を剥離する工程と、を含んでいる。
また、本発明に係る電極−電解質膜積層体の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記触媒層−電解質膜積層体の製造方法と、前記基材の剥離工程後、前記電解質膜の両面に転写形成された各触媒層上にガス拡散層をそれぞれ形成する工程と、を含んでいる。
また、本発明に係る他の電極−電解質膜積層体の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、請求項1〜4のいずれかに記載の触媒層転写シートを準備する工程と、ガス拡散層の一方面に、前記触媒層転写シートを触媒層が前記ガス拡散層と対向するように配置する工程と、前記触媒層転写シートの基材側から熱プレスを行い前記触媒層を前記ガス拡散層に転写して電極を形成する工程と、前記電極を電解質膜の両面にそれぞれ接着させる工程と、を含んでいる。
また、本発明に係る固体高分子形燃料電池の製造方法は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記いずれかの電極−電解質膜積層体の製造方法と、前記触媒層及びガス拡散層からなる各電極を囲むようにガスケットをそれぞれ設置する工程と、前記電極及びガスケット上にセパレータを設置する工程と、を含んでいる。
本発明によれば、剥離不良を減少させて歩留まりを向上させることのできる触媒層転写シート、並びにこれを用いた触媒層−電解質膜層の製造方法、電極−電解質膜の製造方法、及び固体高分子形燃料電池の製造方法を提供することができる。
以下、本発明に係る触媒層転写シート、並びにこれを用いた触媒層−電解質膜積層体の製造方法、電極−電解質膜積層体の製造方法、及び固体高分子形燃料電池の製造方法の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は触媒層転写シートの平面図、図2は図1のA−A線断面図である。
図1及び図2に示すように、本実施形態に係る触媒層転写シート1は、平面視矩形状の基材2と、基材2上面全体に形成された触媒層3と、触媒層3の外周縁部上に形成された枠状の非転写層4とを備えている。
基材2の材質としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド(ナイロン)、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリオレフィン等の高分子フィルムを挙げることができる。また、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。さらには、高分子フィルム以外にアート紙、コート紙、軽量コート紙等の塗工紙、ノート用紙、コピー用紙などの非塗工紙であっても良い。基材2の厚さは、取り扱い性及び経済性の観点から通常6〜100μm程度、好ましくは10〜30μm程度程度とするのがよい。したがって、基材2としては、安価で入手が容易な高分子フィルムが好ましく、ポリエチレンテレフタレート等がより好ましい。
触媒層3の材質としては、公知の白金含有の触媒層(カソード触媒及びアノード触媒)である。詳しくは、触媒層3は、触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を含有する。触媒粒子としては、例えば、白金や白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属と、白金との合金等が挙げられる。なお、通常は、カソード触媒層に含まれる触媒粒子は白金であり、アノード触媒層に含まれる触媒粒子は前記金属と白金との合金である。また、水素イオン伝導性高分子電解質としては、後述する電解質膜6に使用されるものと同じ材料を使用することができる。なお、触媒層3の膜厚は、ダイレクトメタノール形燃料電池の場合は20〜100μmが好ましく、固体高分子形燃料電池の場合は15〜30μmが好ましい。
非転写層4は、離型性のある材料を使用することが好ましく、例えば、フッ素樹脂を含んだ材料、シリコーンオイルなどによって形成することができる。フッ素樹脂を含んだ材料としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)や、フッ素樹脂含有オイルが好ましい。なお、非転写層4の膜厚は、1〜10μmであることが好ましい。
次に上記触媒層転写シート1の製造方法について図3を参照しつつ説明する。なお、図3は触媒層転写シート1の製造方法を示す平面図である。
まず、上述した材料からなる基材2を準備する(図3(a))。次に、上述した触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を適当な溶剤に混合、分散して触媒ペーストを作製する。そして、形成される触媒層3が所望の膜厚になるように触媒ペーストを公知の方法に従い、必要に応じて離型層を介して基材2上に塗工する。触媒ペーストの塗工方法としては、スクリーン印刷や、スプレーコーティング、ダイコーティング、ナイフコーティングなどの公知の塗工方法を挙げることができる。触媒ペーストを塗工した後、所定の温度及び時間で乾燥することにより基材上に触媒層3が形成される(図3(b))。乾燥温度は、通常40〜100℃程度、好ましくは60〜80℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常5分〜2時間程度、好ましくは10分〜1時間程度である。上記触媒ペーストを作製する際に使用する溶剤としては、各種アルコール類、各種エーテル類、各種ジアルキルスルホキシド類、水またはこれらの混合物等が挙げられ、これらの中でもアルコール類が好ましい。アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、tert−ブタノール、等の炭素数1〜4の一価アルコール、各種の多価アルコール等が挙げられる。
続いて、触媒層3の電解質膜やガス拡散層に転写する部分をマスク5で覆う(図3(c))。そして、上述した非転写層4の材料をマスクで覆われていない触媒層3の外周縁部にスプレーコーティングにより塗装する(図3(d))。そして、約10〜30分間、常温〜70℃程度で放置することで非転写層4を触媒層3に馴染ませ、最後にマスク5を取り外すことで非転写層4が触媒層3の外周縁部に形成された触媒層転写シート1が完成する(図3(e))。なお、マスク5の材質は特に限定されるものではなく、例えば上記基材2と同じものを使用することができ、安価で入手容易な高分子フィルムが好ましい。
次に、上記触媒層転写フィルム1を用いた、触媒層−電解質膜積層体、電極−電解質膜積層体、及び固体高分子形燃料電池の製造方法について、図4を参照しつつ説明する。なお、図4は、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池の製造方法の流れを示す正面断面図である。
まず、平面視矩形状の電解質膜(被転写物)6を準備し、この上方に、アノード触媒層転写シート1をアノード触媒層3が電解質膜6側を向くように配置する。そして、電解質膜6の下方に、カソード触媒層転写シート1をカソード触媒層3が電解質膜6側を向くように配置する(図4(a))。
続いて、各触媒層転写シート1の背面側である基材2側から加熱プレスを施して、アノード触媒層3を電解質膜6の上面に転写させるとともにカソード触媒層3を電解質膜6の下面に転写させる(図4(b))。そして、アノード触媒層転写シート1の基材2を非転写層4から剥離するとともに、カソード触媒層転写シート1の基材2を非転写層4から剥離する(図4(c))。なお、このとき、非転写層4は電解質膜6に転写されないため、非転写層4及び非転写層4が形成された部分の触媒層3は基材2と一緒に剥離される。以上のように各触媒層転写シート1の基材2を剥離して、電解質膜6の上面にアノード触媒層3を形成するとともに下面にカソード触媒層3を形成し、触媒層−電解質膜積層体10を作製する。なお、作業性を考慮すると、触媒層3を電解質膜6に転写させる工程について、両面同時に触媒層3を転写させることが好ましいが、片面ずつ触媒層3を転写させることもできる。加熱プレスの加圧レベルは、転写不良を避けるために、通常0.5〜20MPa程度、好ましくは1〜10MPa程度がよい。また、この加圧操作の際に、転写不良を極力少なくするために加圧面を加熱するのが好ましい。加熱温度は、電解質膜6の破損、変形等を避けるために、通常200℃以下、好ましくは150℃以下がよい。また、上記電解質膜6に転写形成された各触媒層3は、非転写層4が形成された外周縁部を除いた部分で所望の電池性能が得られるように設計されている。
このように作製された触媒層−電解質膜積層体10の各触媒層3上に、ガス拡散層7を圧着により積層形成して、電極−電解質膜積層体20を作製する(図4(d))。そして、この各触媒層3とガス拡散層7からなる各電極Eの周囲を囲むように枠状のガスケット8を設置し、最後にセパレータ9を、ガス流路91がガス拡散層7と対向するように、ガス拡散層7及びガスケット8上に配置して、ガス拡散層7とセパレータ9とが電気的に接続するようにセパレータ9で電極−電解質膜積層体20を挟持することによって、固体高分子形燃料電池30が完成する(図4(e))。
なお、上記電解質膜6の材質としては、例えば、基材上に水素イオン伝導性高分子電解質を含有する溶液を塗工し、乾燥することにより形成される。水素イオン伝導性高分子電解質としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂、より具体的には、炭化水素系イオン交換膜のC−H結合をフッ素で置換したパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー(PFS系ポリマー)等が挙げられる。電気陰性度の高いフッ素原子を導入することで、化学的に非常に安定し、スルホン酸基の解離度が高く、高いイオン伝導性が実現できる。このような水素イオン伝導性高分子電解質の具体例としては、デュポン社製の「Nafion」(登録商標)、旭硝子(株)製の「Flemion」(登録商標)、旭化成(株)製の「Aciplex」(登録商標)、ゴア(Gore)社製の「Gore Select」(登録商標)等が挙げられる。水素イオン伝導性高分子電解質含有溶液中に含まれる水素イオン伝導性高分子電解質の濃度は、通常5〜60重量%程度、好ましくは20〜40重量%程度である。なお、電解質膜6の膜厚は通常20〜250μm程度、好ましくは20〜80μm程度である。
また、ガス拡散層7の材質としては、公知であり、燃料極、空気極を構成する各種のガス拡散層を使用でき、燃料である燃料ガス及び酸化剤ガスを効率よく触媒層3に供給するため、多孔質の導電性基材からなっている。多孔質の導電性基材としては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等が挙げられる。
ガスケット8の材質としては、熱プレスに耐えうる強度を保ち、かつ、外部に燃料及び酸化剤を漏出しない程度のガスバリア性を有しているものを使用することができ、例えば、ポリエチレンテレフタレートシートやテフロン(登録商標)シート、シリコンゴムシート等を例示することができる。
セパレータ9の材質としては、公知であり、燃料電池内の環境においても安定な導電性板であればよく、一般的には、カーボン板にガス流路91を形成したものが用いられる。また、セパレータ9をステンレス等の金属により構成し、金属の表面にクロム、白金族金属又はその酸化物、導電性ポリマーなどの導電性材料からなる被膜を形成したものや、同様にセパレータを金属によって構成し、該金属の表面に銀、白金族の複合酸化物、窒化クロム等の材料によるメッキ処理を施したもの等も使用可能である。
以上、本実施形態によれば、基材2を非転写層4から剥離し始めるため、電解質膜6に転写された触媒層3のエッジ部分は、一般的に剥離不良が多く発生する剥離開始箇所ではない。この結果、触媒層3の剥離不良を低減することができ、ひいては歩留まりを向上させることができる。またさらには、触媒層転写シート1の触媒層3を電解質膜6に転写させる際に熱プレスを施すが、この熱プレスによって触媒層転写シート1のエッジ部が電解質膜6に食い込みが発生することがある。しかし、本実施形態では仮にこのような食い込みが発生しても、電解質膜6の食い込まれる部分は触媒層3が形成される部分ではなく発電に寄与しない部分であるため、発電性能に影響を及ぼすおそれがない。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば図5に示すように、非転写層4を触媒層3の外周縁部全てに形成するのではなく、触媒層3の外周縁部の一部のみに非転写層4を形成することもできる。この場合は、この非転写層4が形成された部分から剥離を開始することで剥離不良を低減することができる。
また、上記実施形態ではマスク5を使用して触媒層3の外周縁部に非転写層4を形成していたが、マスク5を使用せずに、スクリーン印刷やディスペンサーなど公知の塗工方法によって触媒層3の外周縁部のみに非転写層4を形成することもできる。
また、上記実施形態では、電解質膜6に触媒層3を転写して触媒層−電解質膜積層体10を作製した後にガス拡散層7を形成したが、ガス拡散層7に触媒層3を転写して電極Eを形成し、この電極Eを電解質膜6に形成することもできる。なお、この場合はガス拡散層7が本発明の被転写物に相当する。
以下に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
触媒層転写シート1を次の要領で作製した。まず、白金触媒担持カーボン(白金担持量:45.7wt%、田中貴金属社製、TEC10E50E)2gに、IPA10g、フッ素樹脂(5wt%ナフィオンバインダー、デュポン社製)20g及び水16gを加え、これらを分散機にて攪拌混合することにより、触媒層形成用インク組成物を調製した。次に、該インクを基材2であるPETフィルム(E5100、東洋紡績製、12μm)に触媒層乾燥後の白金重量が0.4mg/cm2となるように塗工した。
触媒層転写シート1を次の要領で作製した。まず、白金触媒担持カーボン(白金担持量:45.7wt%、田中貴金属社製、TEC10E50E)2gに、IPA10g、フッ素樹脂(5wt%ナフィオンバインダー、デュポン社製)20g及び水16gを加え、これらを分散機にて攪拌混合することにより、触媒層形成用インク組成物を調製した。次に、該インクを基材2であるPETフィルム(E5100、東洋紡績製、12μm)に触媒層乾燥後の白金重量が0.4mg/cm2となるように塗工した。
そして、上述した触媒層形成用インクが塗工されたPETフィルムを60×60mmの大きさに切断し、このシートの中央に合わせて、50×50mmの大きさに切断したPETフィルム(E5100、東洋紡績製、12μm)をマスク5として設置する。そしてマスク5の上から触媒層形成用インク全体にPTFEスプレー(フッ素セパレート、東洋化学商会社製)を吹きつけ、乾燥後(70℃、15分乾燥)の幅が5μmとなる非転写層4を外周縁部に形成した。次にマスク5であるPETフィルムを除去して、非転写部4が形成された触媒層転写シート1を作製した。
次に、80×80mmの大きさに切断された膜厚53μmのNRE212CS(Dupont社製)を電解質膜6として準備し、この電解質膜6の両面それぞれに、上記触媒層転写シート1を触媒層3が電解質膜6側を向くように中心を合わせて配置した。そして、135℃、5.0MPa、300秒の条件で熱プレスし、基材2を剥離することで、電解質膜6の両面に触媒層3を転写形成し、触媒層−電解質膜積層体10を作製した。なお、触媒層3の厚さは20μmである。
続いて、触媒層3上に、50×50mmのガス拡散層7(東レ社製 カーボンペーパー TGP−H090)を形成し、電極−電解質膜積層体20を形成した。
(実施例2)
触媒層転写シート1を50×55mmの大きさに形成し、非転写層4を図5に示すように右辺のみに5mm×50mmのサイズで形成した以外、実施例1と同一の材料、製造方法で、電極−電解質膜積層体20を作製した。なお、触媒層3を電解質膜6に転写して基材2を剥離する際は、非転写層4が形成されている箇所から剥離した。
触媒層転写シート1を50×55mmの大きさに形成し、非転写層4を図5に示すように右辺のみに5mm×50mmのサイズで形成した以外、実施例1と同一の材料、製造方法で、電極−電解質膜積層体20を作製した。なお、触媒層3を電解質膜6に転写して基材2を剥離する際は、非転写層4が形成されている箇所から剥離した。
(実施例3)
非転写層4としてシリコーンオイル(KF96、信越化学社製)を用いた以外、実施例1と同一の材料、製造方法で、電極−電解質膜積層体20を作製した。
非転写層4としてシリコーンオイル(KF96、信越化学社製)を用いた以外、実施例1と同一の材料、製造方法で、電極−電解質膜積層体20を作製した。
(比較例1)
触媒層転写シートを50×50mmの大きさに切断し、非転写層4が形成されていない点以外は、実施例1と同一の材料、製造方法で、電極−電解質膜積層体を作製した。
触媒層転写シートを50×50mmの大きさに切断し、非転写層4が形成されていない点以外は、実施例1と同一の材料、製造方法で、電極−電解質膜積層体を作製した。
(評価方法1)
転写後の触媒層転写シートから、転写率を算出した結果、実施例1〜3の転写は良好であり、触媒層転写シート1の基材2から電解質膜6への触媒層3の転写率は100%であった。一方、比較例1の転写率は95%であった。
転写後の触媒層転写シートから、転写率を算出した結果、実施例1〜3の転写は良好であり、触媒層転写シート1の基材2から電解質膜6への触媒層3の転写率は100%であった。一方、比較例1の転写率は95%であった。
(評価方法2)
電解質膜6の断面形状を走査型電子顕微鏡SEMにより観察した結果、実施例1〜3の電解質膜の膜厚は電極作製前と同一の厚さの53μmであったのに対して、比較例1は触媒層が電解質膜にめり込み、電解質膜の膜厚が45μmであった。
電解質膜6の断面形状を走査型電子顕微鏡SEMにより観察した結果、実施例1〜3の電解質膜の膜厚は電極作製前と同一の厚さの53μmであったのに対して、比較例1は触媒層が電解質膜にめり込み、電解質膜の膜厚が45μmであった。
(評価方法3)
実施例1〜3及び比較例1の電極−電解質膜積層体について、ガスケット8及びセパレータ9を設置して固体高分子形燃料電池30をそれぞれ作製し、負荷変動サイクル試験を実施した。このときの測定条件は、セル温度80℃、燃料利用率70%、酸化剤利用率40%、加湿温度50℃とした。電流電圧測定評価の結果、実施例1の燃料電池セルの耐久性時間は1000時間、実施例2の燃料電池セルの耐久性時間は600時間、実施例3の燃料電池セルの耐久性時間は1000時間であり、評価後、電解質膜の破損は見られなった。一方、比較例1の燃料電池セルの耐久性時間は300時間であり、300時間評価後、電解質膜の破損が見られた。
実施例1〜3及び比較例1の電極−電解質膜積層体について、ガスケット8及びセパレータ9を設置して固体高分子形燃料電池30をそれぞれ作製し、負荷変動サイクル試験を実施した。このときの測定条件は、セル温度80℃、燃料利用率70%、酸化剤利用率40%、加湿温度50℃とした。電流電圧測定評価の結果、実施例1の燃料電池セルの耐久性時間は1000時間、実施例2の燃料電池セルの耐久性時間は600時間、実施例3の燃料電池セルの耐久性時間は1000時間であり、評価後、電解質膜の破損は見られなった。一方、比較例1の燃料電池セルの耐久性時間は300時間であり、300時間評価後、電解質膜の破損が見られた。
このように、実施例1〜3の固体高分子形燃料電池では、電解質膜に触媒層がめり込むことや転写不良もなく、また耐久時間の上昇もみられたことから、固体高分子形燃料電池として高品質であることが分かった。
1 触媒層転写シート
2 基材
3 触媒層
4 非転写層
6 電解質膜(被転写物)
7 ガス拡散層
8 ガスケット
9 セパレータ
2 基材
3 触媒層
4 非転写層
6 電解質膜(被転写物)
7 ガス拡散層
8 ガスケット
9 セパレータ
Claims (9)
- 被転写物に触媒層を転写するためのシートであって、
シート状の基材と、
前記基材の一方面全体に形成された触媒層と、
前記触媒層の外周縁部の少なくとも一部上に形成された非転写層と、
を備えた触媒層転写シート。 - 前記非転写層は、前記触媒層の外周縁部全てに形成されている、請求項1に記載の触媒層転写シート。
- 前記非転写層は、フッ素樹脂を含む、請求項1又は2に記載の触媒層転写シート。
- 前記非転写層は、ポリテトラフルオロエチレンを含む、請求項3に記載の触媒層転写シート。
- 前記非転写層は、厚さが10μm以下である、請求項1〜4のいずれかに記載の触媒層転写シート。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の触媒層転写シートを準備する工程と、
電解質膜の両面に、前記触媒層転写シートを触媒層が前記電解質膜と対向するように配置する工程と、
前記触媒層転写シートの基材側から熱プレスを行い前記触媒層を前記電解質膜に転写する工程と、
前記転写工程後、前記非転写層から前記基材を剥離する工程と、
を含む、触媒層−電解質膜積層体の製造方法。 - 請求項6に記載の触媒層−電解質膜積層体の製造方法と、
前記基材の剥離工程後、前記電解質膜の両面に転写形成された各触媒層上にガス拡散層をそれぞれ形成する工程と、
を含む、電極−電解質膜積層体の製造方法。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の触媒層転写シートを準備する工程と、
ガス拡散層の一方面に、前記触媒層転写シートを触媒層が前記ガス拡散層と対向するように配置する工程と、
前記触媒層転写シートの基材側から熱プレスを行い前記触媒層を前記ガス拡散層に転写して電極を形成する工程と、
前記電極を電解質膜の両面にそれぞれ接着させる工程と、
を含む、電極−電解質膜積層体の製造方法。 - 請求項7又は8に記載の電極−電解質膜積層体の製造方法と、
前記触媒層及びガス拡散層からなる各電極を囲むようにガスケットをそれぞれ設置する工程と、
前記電極及びガスケット上にセパレータを設置する工程と、
を含む、固体高分子形燃料電池の製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2015098180A1 (ja) * | 2013-12-27 | 2015-07-02 | 昭和電工株式会社 | 電極触媒インク組成物 |
JP2015521786A (ja) * | 2012-06-29 | 2015-07-30 | コミサリア ア レネルジ アトミクエ オウ エネルジ アルタナティヴ | 電極/プロトン交換膜接合体の製造方法 |
-
2008
- 2008-07-10 JP JP2008180564A patent/JP2010021023A/ja active Pending
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US10205174B2 (en) | 2013-12-27 | 2019-02-12 | Showa Denko K.K. | Electrode catalyst ink composition |
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