JP2010040515A - Electrolyte membrane for solid alkali type fuel cell, electrolyte membrane-catalyst layer assembly for solid alkali type fuel cell, electrolyte membrane-electrode assembly for solid alkali type fuel cell, and solid alkali type fuel cell - Google Patents

Electrolyte membrane for solid alkali type fuel cell, electrolyte membrane-catalyst layer assembly for solid alkali type fuel cell, electrolyte membrane-electrode assembly for solid alkali type fuel cell, and solid alkali type fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2010040515A
JP2010040515A JP2009158574A JP2009158574A JP2010040515A JP 2010040515 A JP2010040515 A JP 2010040515A JP 2009158574 A JP2009158574 A JP 2009158574A JP 2009158574 A JP2009158574 A JP 2009158574A JP 2010040515 A JP2010040515 A JP 2010040515A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrolyte membrane
fuel cell
catalyst layer
alkaline fuel
gasket
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.)
Withdrawn
Application number
JP2009158574A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuki Yoshida
安希 吉田
Rei Hiromitsu
礼 弘光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dai Nippon Printing Co Ltd filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority to JP2009158574A priority Critical patent/JP2010040515A/en
Publication of JP2010040515A publication Critical patent/JP2010040515A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolyte membrane for a solid alkali type fuel cell, an electrolyte membrane-catalyst layer assembly for a solid alkali type fuel cell, an electrolyte membrane-electrode assembly for a solid alkali type fuel cell and a solid alkali type fuel cell, with influence of swelling or contraction of the electrolyte membrane alleviated with the use of an anion conductive solid polymer electrolyte membrane for an electrolyte membrane as well as a frame-shaped gasket for disposing the catalyst layer on the electrolyte membrane, capable of forming a catalyst layer of a desired shape, and excellent in mass production. <P>SOLUTION: The electrolyte membrane 10 for a solid alkali type fuel cell is provided with an anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1, and a frame-shaped gasket 2 having an alkali-proof adhesion layer 3 on one surface and an opening 4 for arranging a catalyst layer at its center. The gasket 2 is arranged on one surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 through the adhesion layer 3. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体アルカリ形燃料電池用電解質膜、固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体、固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−電極接合体及び固体アルカリ形燃料電池に関する   The present invention relates to an electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell, an electrolyte membrane-catalyst layer assembly for a solid alkaline fuel cell, an electrolyte membrane-electrode assembly for a solid alkaline fuel cell, and a solid alkaline fuel cell.

近年、燃料電池が、次世代エネルギーシステムのひとつとして有望視されている。燃料電池には、アルカリ形燃料電池,リン酸形燃料電池,固体高分子形燃料電池,固体酸化物形燃料電池,および溶融炭酸塩形燃料電池等の種類があるが、それぞれの目的に応じた特徴を有している。その中で、固体高分子形燃料電池は、作動温度が低く、電解質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る。そのため、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に向けた開発が進められている。   In recent years, fuel cells are considered promising as one of the next generation energy systems. There are various types of fuel cells, such as alkaline fuel cells, phosphoric acid fuel cells, polymer electrolyte fuel cells, solid oxide fuel cells, and molten carbonate fuel cells. It has characteristics. Among them, the polymer electrolyte fuel cell has a low operating temperature and a low electrolyte resistance, and also uses a highly active catalyst, so it can obtain a high output even in a small size. Therefore, development for early commercialization of home cogeneration systems and the like is underway.

従来、固体高分子形燃料電池は、電解質膜としてカチオン(H)伝導性高分子電解質膜を用い、その両面に触媒層及び電極基材を積層したものをセパレータで挟んだ構造をしたカチオン伝導性固体高分子形燃料電池がよく知られている。カチオン伝導性固体高分子形燃料電池においては、電解質膜への触媒層の形成には触媒ペーストを直接電解質膜に塗工する方法が開示されている。(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, a polymer electrolyte fuel cell uses a cation (H + ) conductive polymer electrolyte membrane as an electrolyte membrane, and has a structure in which a catalyst layer and an electrode base material are laminated on both sides and sandwiched between separators. A polymer electrolyte fuel cell is well known. In the cation conductive polymer electrolyte fuel cell, a method of directly applying a catalyst paste to an electrolyte membrane is disclosed for forming a catalyst layer on the electrolyte membrane. (For example, refer to Patent Document 1).

しかしながら、カチオン伝導性高分子電解質膜は触媒ペーストに含まれる溶媒成分によって膨潤し、乾燥により収縮するという問題があった。さらに、膨潤することにより電解質膜上に所望の形状を確保した触媒層を形成するのが困難であるという問題があった。   However, the cation conductive polymer electrolyte membrane has a problem that it is swollen by a solvent component contained in the catalyst paste and contracts by drying. Furthermore, there is a problem that it is difficult to form a catalyst layer having a desired shape on the electrolyte membrane by swelling.

一方、近年、高分子電解質膜として、アニオン(OH)を通過させるアニオン伝導性固体高分子電解質膜を使用したアニオン伝導性固体高分子形燃料電池(固体アルカリ形燃料電池とも称されている。)が注目されている。例えば、アニオン伝導性固体高分子電解質膜としてフッ素系陰イオン交換膜を用いた固体アルカリ形燃料電池が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。 On the other hand, in recent years, an anion-conducting solid polymer fuel cell (also called a solid alkaline fuel cell) using an anion-conducting solid polymer electrolyte membrane that allows anion (OH ) to pass therethrough as the polymer electrolyte membrane has been called. ) Is attracting attention. For example, a solid alkaline fuel cell using a fluorine-based anion exchange membrane as an anion conductive solid polymer electrolyte membrane has been disclosed (for example, see Patent Document 2).

特開2006−120433号公報JP 2006-120433 A 特開2006−244961号公報JP 2006-244961 A

アニオン伝導性固体高分子電解質膜は、カチオン伝導性固体高分子電解質膜に比べ、一般に上述したような溶媒による膨潤や乾燥による収縮が起こりにくく、電解質膜への直接塗工が可能である。しかしながら、触媒形成用ペーストに含まれる触媒金属粒子とイオン伝導性電解質の分散により、触媒層形成用ペーストが低粘度化しやすいという問題があり、触媒層の形成時に形状を保てないという問題が生じる。また、電極端面においては、低粘度化した触媒層形成用ペーストの塗液ダレによる触媒層の剥離が生じるといった問題があった。一方で高粘度化した場合は、形状の維持は確保できるものの、触媒層の形成が困難であったり、触媒層のひび割れが生じやすいといった問題があった。   Compared with a cation conductive solid polymer electrolyte membrane, an anion conductive solid polymer electrolyte membrane is generally less likely to swell or shrink due to drying as described above, and can be directly applied to the electrolyte membrane. However, due to the dispersion of the catalyst metal particles and the ion conductive electrolyte contained in the catalyst forming paste, there is a problem that the viscosity of the catalyst layer forming paste tends to be low, and the shape cannot be maintained when the catalyst layer is formed. . Further, the electrode end face has a problem in that the catalyst layer is peeled off due to the sagging of the paste for forming the catalyst layer with reduced viscosity. On the other hand, when the viscosity is increased, the shape can be maintained, but there are problems that formation of the catalyst layer is difficult and cracking of the catalyst layer is likely to occur.

本発明の目的は、電解質膜にアニオン伝導性固体高分子電解質膜を用い、電解質膜上に触媒層を配置するための枠状のガスケットを用いることで、電解質膜の膨潤や収縮の影響が低減されるとともに、所望の形状の触媒層を形成することができ、量産性に優れた固体アルカリ形燃料電池用電解質膜、固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体、固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−電極接合体及び固体アルカリ形燃料電池を提供することにある。   The object of the present invention is to use an anion conductive solid polymer electrolyte membrane for the electrolyte membrane, and to use a frame-shaped gasket for arranging the catalyst layer on the electrolyte membrane, thereby reducing the influence of swelling and shrinkage of the electrolyte membrane. In addition, an electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell, an electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell-catalyst layer assembly, and a solid alkaline fuel cell that can form a catalyst layer in a desired shape and have excellent mass productivity An electrolyte membrane-electrode assembly for use and a solid alkaline fuel cell are provided.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、アニオン伝導性固体高分子電解質膜と、一方の面に耐アルカリ性の接着層を有し、中央に触媒層を配置するための開口部を有する枠状のガスケットと、を備え、前記ガスケットは、前記アニオン伝導性固体高分子電解質膜の一方の面に前記接着層を介して配置されたことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池用電解質膜である。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is provided with an anion conductive solid polymer electrolyte membrane, an alkali-resistant adhesive layer on one surface, and an opening for disposing a catalyst layer in the center. A gasket having a frame shape, and the gasket is disposed on one surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane via the adhesive layer, for a solid alkaline fuel cell It is an electrolyte membrane.

また、請求項2に記載の発明は、前記ガスケットは、前記アニオン伝導性固体高分子電解質膜の他方の面に前記接着層を介してさらに配置されたことを特徴とする請求項1に記載の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜である。   The invention according to claim 2 is characterized in that the gasket is further disposed on the other surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane via the adhesive layer. It is an electrolyte membrane for solid alkaline fuel cells.

また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜と、前記アニオン伝導性固体高分子電解質膜の表面上でかつ前記開口部の領域内に配置された触媒層と、を備えたことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体である。   The invention according to claim 3 is disposed on the surface of the electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell according to claim 1 and the anion conductive solid polymer electrolyte membrane and in the region of the opening. An electrolyte membrane-catalyst layer assembly for a solid alkaline fuel cell, comprising: a catalyst layer.

また、請求項4に記載の発明は、請求項2に記載の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜と、前記アニオン伝導性固体高分子電解質膜のそれぞれの表面上でかつ前記開口部のそれぞれの領域内に配置された触媒層と、を備えたことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体である。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell according to the second aspect and each region of the opening on each surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane. An electrolyte membrane-catalyst layer assembly for a solid alkaline fuel cell, comprising: a catalyst layer disposed therein.

また、請求項5に記載の発明は、前記触媒層は、厚みが前記ガスケットの厚みより小さいことを特徴とする請求項3又は4に記載の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体である。   The invention according to claim 5 is the electrolyte membrane-catalyst layer assembly for a solid alkaline fuel cell according to claim 3 or 4, wherein the catalyst layer has a thickness smaller than that of the gasket. It is.

また、請求項6に記載の発明は、前記ガスケットは、前記アニオン伝導性固体高分子電解質膜の外側端面をさらに覆っており、前記アニオン伝導性固体高分子電解質膜の外側に位置する前記接着層同士が接着していることを特徴とする請求項4又は5に記載の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体である。   In the invention according to claim 6, the gasket further covers an outer end face of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane, and the adhesive layer is located outside the anion conductive solid polymer electrolyte membrane. The electrolyte membrane-catalyst layer assembly for a solid alkaline fuel cell according to claim 4 or 5, wherein the two are bonded together.

また、請求項7に記載の発明は、請求項4〜6のいずれか1項に記載の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体と、前記触媒層のそれぞれの表面上でかつ前記開口部のそれぞれの領域内に配置された拡散層と、を備えたことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−電極接合体である。   The invention according to claim 7 is the electrolyte membrane-catalyst layer assembly for a solid alkaline fuel cell according to any one of claims 4 to 6, on each surface of the catalyst layer, and An electrolyte membrane-electrode assembly for a solid alkaline fuel cell, comprising: a diffusion layer disposed in each region of the opening.

また、請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−電極接合体と、一対のセパレータと、を備え、前記固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−電極接合体は、前記セパレータに挟持されたことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池である。   The invention according to claim 8 comprises the electrolyte membrane-electrode assembly for a solid alkaline fuel cell according to claim 7 and a pair of separators, and the electrolyte membrane-electrode for the solid alkaline fuel cell. The joined body is a solid alkaline fuel cell characterized by being sandwiched between the separators.

本発明によれば、電解質膜にアニオン伝導性固体高分子電解質膜を用い、電解質膜上に触媒層を配置するための枠状のガスケットを用いることで、電解質膜の膨潤や収縮の影響が低減されるとともに、所望の形状の触媒層を形成することができ、量産性に優れた固体アルカリ形燃料電池用電解質膜、固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体、固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−電極接合体及び固体アルカリ形燃料電池を提供することができる。   According to the present invention, an anion conductive solid polymer electrolyte membrane is used as an electrolyte membrane, and a frame-like gasket for arranging a catalyst layer on the electrolyte membrane is used, thereby reducing the influence of swelling and shrinkage of the electrolyte membrane. In addition, an electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell, an electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell-catalyst layer assembly, and a solid alkaline fuel cell that can form a catalyst layer in a desired shape and have excellent mass productivity An electrolyte membrane-electrode assembly for use and a solid alkaline fuel cell can be provided.

本発明の第1の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜の模式的断面構造図。1 is a schematic cross-sectional structure diagram of an electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜の製造方法の説明図であって、(a)接着層3の形成されたガスケット2を準備する工程図、(b)接着層3をアニオン伝導性固体高分子電解質膜1に向けてガスケット2をアニオン伝導性固体高分子電解質膜1上に形成する工程図。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the electrolyte membrane for solid alkaline fuel cells which concerns on the 1st Embodiment of this invention, Comprising: (a) Process drawing which prepares the gasket 2 in which the contact bonding layer 3 was formed, (b) FIG. 3 is a process diagram for forming the gasket 2 on the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 with the adhesive layer 3 facing the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1. 本発明の第3の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the electrolyte membrane-catalyst layer assembly for solid alkaline fuel cells concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体において、電解質膜1と触媒層5間に易接着層19を配置した場合の模式的断面構造図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional structure diagram in the case where an easy adhesion layer 19 is disposed between an electrolyte membrane 1 and a catalyst layer 5 in an electrolyte membrane-catalyst layer assembly for a solid alkaline fuel cell according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the electrolyte membrane-catalyst layer assembly for solid alkaline fuel cells concerning a 4th embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the electrolyte membrane-catalyst layer assembly for solid alkaline fuel cells concerning a 5th embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−電極接合体の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the electrolyte membrane-electrode assembly for solid alkaline fuel cells which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the solid alkaline fuel cell which concerns on the 7th Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態による固体アルカリ形燃料電池用電解質膜、固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体、固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−電極接合体及び固体アルカリ形燃料電池を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なり、また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることに留意すべきである。   Hereinafter, an electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell, an electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell-catalyst layer assembly, an electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell-electrode assembly according to an embodiment of the present invention with reference to the drawings, and A solid alkaline fuel cell will be described. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, differ from actual ones, and also include portions having different dimensional relationships and ratios between the drawings.

[第1の実施の形態]
(電解質膜)
本発明の第1の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜10は、図1に示すように、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1と、一方の面に耐アルカリ性の接着層3を有し、中央に触媒層を配置するための開口部4を有する枠状のガスケット2と、を備える。ガスケット2は、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1の一方の面に接着層3を介して配置されている。
[First embodiment]
(Electrolyte membrane)
As shown in FIG. 1, an electrolyte membrane 10 for a solid alkaline fuel cell according to a first embodiment of the present invention has an anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 and an alkali-resistant adhesive layer 3 on one surface. And a frame-shaped gasket 2 having an opening 4 for disposing a catalyst layer in the center. The gasket 2 is disposed on one surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 via an adhesive layer 3.

(アニオン伝導性固体高分子電解質膜)
アニオン伝導性固体高分子電解質膜1は、アニオンとして水酸化物イオン(OH)を伝導するためのものであり、平面視において、例えば、略四角形状を有しており、厚みは、例えば、約10〜300μm程度であり、好ましくは、約20〜200μm程度である。なお、形状は、平面視において略四角形状に限定されるものでなく、多角形状、略円形状、略楕円形状等であってもよい。
(Anion conductive solid polymer electrolyte membrane)
The anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 is for conducting hydroxide ions (OH ) as anions, and has, for example, a substantially square shape in plan view. It is about 10-300 micrometers, Preferably, it is about 20-200 micrometers. The shape is not limited to a substantially rectangular shape in plan view, and may be a polygonal shape, a substantially circular shape, a substantially elliptical shape, or the like.

本実施の形態に係るアニオン伝導性固体高分子電解質膜1としては、アニオン伝導性を有し、後述する触媒ペースト組成物の溶媒成分等で膨潤しない固体高分子電解質膜であれば、特に限定されないが、例えば、炭化水素系樹脂又はフッ素系樹脂等からなる電解質膜を用いることができる。   The anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 according to the present embodiment is not particularly limited as long as it is a solid polymer electrolyte membrane that has anion conductivity and does not swell with a solvent component or the like of a catalyst paste composition described later. However, for example, an electrolyte membrane made of a hydrocarbon resin or a fluorine resin can be used.

電解質膜に高濃度のアルカリ水溶液を含浸させる場合は、耐アルカリ性の観点から、フッ素系樹脂電解質膜を使用することが好ましい。なお、耐アルカリ性のフッ素系樹脂を用いることにより、アニオン伝導性を向上することができる。   When the electrolyte membrane is impregnated with a high concentration alkaline aqueous solution, it is preferable to use a fluororesin electrolyte membrane from the viewpoint of alkali resistance. In addition, anion conductivity can be improved by using an alkali-resistant fluorine resin.

低濃度のアルカリ水溶液を使用する場合、又はアルカリ水溶液を使用しない場合は、低コストの観点から、炭化水素系電解質膜を用いるのが好ましい。   When using a low concentration alkaline aqueous solution or not using an alkaline aqueous solution, it is preferable to use a hydrocarbon-based electrolyte membrane from the viewpoint of low cost.

上述したアルカリ水溶液において、高濃度とは、アルカリ水溶液の種類等によって適宜変更することができるが、本実施の形態では、約2モル/リットル程度以上をいい、低濃度とは、約2モル/リットル程度未満をいう。   In the alkaline aqueous solution described above, the high concentration can be appropriately changed depending on the type of the alkaline aqueous solution and the like, but in the present embodiment, it means about 2 mol / liter or more, and the low concentration is about 2 mol / liter. Less than about a liter.

フッ素系樹脂電解質膜の具体例としては、例えば、東ソー(株)製のトスフレックス(登録商標)IE−SF34,FuMatech社製fumapem(登録商標)FAA等が挙げられる。炭化水素系樹脂電解質膜の具体例としては、例えば、旭化成(株)製のAciplex(登録商標)A201,211,221や、トクヤマ(株)製のネオセプタ(登録商標)AM−1,AHA等が挙げられる。   Specific examples of the fluororesin electrolyte membrane include Tosflex (registered trademark) IE-SF34 manufactured by Tosoh Corporation, and fumapem (registered trademark) FAA manufactured by FuMatech. Specific examples of the hydrocarbon-based resin electrolyte membrane include, for example, Aciplex (registered trademark) A201, 2111, 221 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd. and Neocepta (registered trademark) AM-1, AHA manufactured by Tokuyama Corporation. Can be mentioned.

(ガスケット)
ガスケット2は、触媒層の形状を保持するとともに、燃料や酸化剤の外部への漏出を防ぐためのものである。ガスケット2は、中央に、後述の触媒層を配置するための開口部4を有し、平面視において略矩形枠状の形状を有している。なお、形状はこれに限定されるものでなく、多角形枠状、略円形枠状、略楕円形枠状等であってもよい。好ましくは、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1の形状に合わせるのがよい。
(gasket)
The gasket 2 is for keeping the shape of the catalyst layer and preventing leakage of fuel and oxidant to the outside. The gasket 2 has an opening 4 for disposing a later-described catalyst layer in the center, and has a substantially rectangular frame shape in plan view. The shape is not limited to this, and may be a polygonal frame shape, a substantially circular frame shape, a substantially elliptical frame shape, or the like. The shape of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 is preferably matched.

ガスケット2には、一方の面に耐アルカリ性を有する接着層3が形成されている。ガスケット2は、接着層3を介して、少なくともアニオン伝導性固体高分子電解質膜1表面の周縁部を覆っている。その覆っている周縁部の幅は、例えば、約1〜50mm程度、好ましくは、約2〜30mm程度、さらに好ましくは、約5〜20mm程度である。また、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1の外周縁からガスケット2の外周縁までの距離は、例えば、約1〜100mm程度であるのが好ましい。ガスケット2の厚さは、例えば、約250〜3000μm程度であり、好ましくは、約350〜2000μm程度、さらに好ましくは、約400〜1500μm程度である。   An adhesive layer 3 having alkali resistance is formed on one surface of the gasket 2. The gasket 2 covers at least the peripheral portion of the surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 through the adhesive layer 3. The width of the covering peripheral edge is, for example, about 1 to 50 mm, preferably about 2 to 30 mm, and more preferably about 5 to 20 mm. Moreover, it is preferable that the distance from the outer periphery of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 to the outer periphery of the gasket 2 is, for example, about 1 to 100 mm. The thickness of the gasket 2 is, for example, about 250 to 3000 μm, preferably about 350 to 2000 μm, and more preferably about 400 to 1500 μm.

ガスケット2の材質としては、熱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液体及び/又はガスバリア性を有しているものであれば、特に、限定はされない。例えば、ポリエチレンテレフタレートシートやフッ素系樹脂シート、シリコーンゴムシート等を例示することができる。   The material of the gasket 2 is not particularly limited as long as it is strong enough to withstand heat and has a liquid and / or gas barrier property that does not leak fuel and oxidant to the outside. For example, a polyethylene terephthalate sheet, a fluorine resin sheet, a silicone rubber sheet, etc. can be exemplified.

(接着層)
接着層3は、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1とガスケット2を接合するためのものである。接着層3の厚みは、例えば、約1〜50μm程度であり、好ましくは、約3〜30μm程度、さらに好ましくは、約5〜25μm程度である。
(Adhesive layer)
The adhesive layer 3 is for joining the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 and the gasket 2. The thickness of the adhesive layer 3 is, for example, about 1 to 50 μm, preferably about 3 to 30 μm, and more preferably about 5 to 25 μm.

接着層3の材質としては、耐アルカリ性を有するものであれば、特に限定はされない。例えば、アクリル系樹脂,エポキシ系樹脂,サルホン系樹脂,塩化ビニル系樹脂,エチレン−酢酸ビニル系樹脂,ポリアミド系樹脂,エポキシアクリレート系樹脂,ABS等のスチレン−ブタジエンゴム系樹脂,等を含む接着剤,或いは、スチレン,環式骨格含有(メタ)アクリル酸エステルモノマー,(メタ)アクリル酸アルキルエステルモノマー等の材料を含む接着剤を挙げることができる。   The material of the adhesive layer 3 is not particularly limited as long as it has alkali resistance. For example, an adhesive containing acrylic resin, epoxy resin, sulfone resin, vinyl chloride resin, ethylene-vinyl acetate resin, polyamide resin, epoxy acrylate resin, styrene-butadiene rubber resin such as ABS, etc. Or an adhesive containing materials such as styrene, a cyclic skeleton-containing (meth) acrylic acid ester monomer, and a (meth) acrylic acid alkyl ester monomer.

(電解質膜の製造方法)
本発明の第1の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜の製造方法は、図2に示すように、耐アルカリ性を有する接着層3が予め表面に形成された、中央に触媒層を形成するための開口部4を有する枠状のガスケット2、及びアニオン伝導性固体高分子電解質膜1を準備する工程と、接着層3をアニオン伝導性固体高分子電解質膜1側に向けたガスケット2をアニオン伝導性固体高分子電解質膜1に接着して形成する工程と、を備える。
(Method for manufacturing electrolyte membrane)
As shown in FIG. 2, the method for producing an electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell according to the first embodiment of the present invention has an adhesive layer 3 having alkali resistance formed on the surface in advance, and a catalyst layer in the center. The step of preparing the frame-shaped gasket 2 having the opening 4 for forming the anion and the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1, and the gasket in which the adhesive layer 3 faces the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 side 2 is formed by adhering 2 to the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1.

以下に、製造工程を詳述する。
(a)まず、図2(a)に示すように、片面に、例えば、厚さ約3〜30μm程度のエポキシ系の耐アルカリ性樹脂からなる接着層3が形成された、触媒層を形成するための開口部4を有するガスケット2を準備する。ガスケット2は、例えば、テフロン(登録商標)シートからなり、平面視において、例えば、約10〜80mm角程度、枠の幅約5〜50mm程度の略四角枠形状を有する。
Below, a manufacturing process is explained in full detail.
(A) First, as shown in FIG. 2 (a), for forming a catalyst layer on one surface, for example, an adhesive layer 3 made of an epoxy-based alkali-resistant resin having a thickness of about 3 to 30 μm is formed. The gasket 2 having the opening 4 is prepared. The gasket 2 is made of, for example, a Teflon (registered trademark) sheet, and has a substantially square frame shape in a plan view, for example, about 10 to 80 mm square and a frame width of about 5 to 50 mm.

(b)次いで、平面視において、例えば、約10〜80mm角程度、厚み約20〜200μm程度の、例えば、炭化水素系樹脂からなるアニオン伝導性固体高分子電解質膜1を準備する。 (B) Next, in a plan view, for example, an anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 made of, for example, a hydrocarbon resin having about 10 to 80 mm square and a thickness of about 20 to 200 μm is prepared.

(c)最後に、図2(b)に示すように、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1上に、接着層3をアニオン伝導性固体高分子電解質膜1側に向けてガスケット2を位置決めした後、接着して、図1に示す固体アルカリ形燃料電池用電解質膜10が完成する。 (C) Finally, as shown in FIG. 2B, the gasket 2 was positioned on the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 with the adhesive layer 3 facing the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 side. Thereafter, adhesion is performed to complete the electrolyte membrane 10 for a solid alkaline fuel cell shown in FIG.

このような固体アルカリ形燃料電池用電解質膜10は、予め接着層3の形成されたガスケット2をアニオン伝導性固体高分子電解質膜1上に形成するので、製造工程が簡易になる。また、ガスケット2に触媒層を形成するための開口部4が形成されているので、電解質膜1に触媒層を形成する工程が簡易になると共に、形成された触媒層の形状を良好に確保することができる。   Such a solid alkaline fuel cell electrolyte membrane 10 has a gasket 2 on which an adhesive layer 3 has been formed in advance on the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1, thus simplifying the manufacturing process. Moreover, since the opening 4 for forming the catalyst layer in the gasket 2 is formed, the process of forming the catalyst layer in the electrolyte membrane 1 is simplified and the shape of the formed catalyst layer is ensured satisfactorily. be able to.

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜10によれば、所望の形状の触媒層を形成することができ、量産性に優れる。   According to the electrolyte membrane 10 for a solid alkaline fuel cell according to the present embodiment, a catalyst layer having a desired shape can be formed, and the mass productivity is excellent.

[第2の実施の形態]
(電解質膜)
本発明の第2の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜10Aは、第1の実施の形態で示した図1と同様の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜10において、ガスケット2が、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1の他方の面に接着層3を介してさらに配置されている。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
[Second Embodiment]
(Electrolyte membrane)
The electrolyte membrane 10A for a solid alkaline fuel cell according to the second embodiment of the present invention is the same as the electrolyte membrane 10 for a solid alkaline fuel cell shown in FIG. The anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 is further disposed on the other surface via the adhesive layer 3. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜10Aの製造方法は、ガスケット2をアニオン伝導性固体高分子電解質膜1の他方の面に接着層3を介してさらに形成する方法が第1の実施の形態における製造方法と異なる点であり、他は第1の実施の形態と同様であるので、重複した説明は省略する。   The manufacturing method of the solid alkaline fuel cell electrolyte membrane 10A according to the present embodiment is a first method in which the gasket 2 is further formed on the other surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 via the adhesive layer 3. This is different from the manufacturing method according to the present embodiment, and the others are the same as those of the first embodiment, and a duplicate description is omitted.

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜10Aの製造方法において、第1の実施の形態と同様にして、ガスケット2をアニオン伝導性固体高分子電解質膜1の他方の面に接着層3を介して形成することにより、固体アルカリ形燃料電池用電解質膜10Aを製造することができる。   In the method of manufacturing the electrolyte membrane 10A for the solid alkaline fuel cell according to the present embodiment, the gasket 2 is bonded to the other surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 in the same manner as in the first embodiment. Thus, the electrolyte membrane 10A for a solid alkaline fuel cell can be manufactured.

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜10Aによれば、所望の形状の触媒層を形成することができ、量産性に優れる。   According to the solid alkaline fuel cell electrolyte membrane 10A according to the present embodiment, a catalyst layer having a desired shape can be formed, and the mass productivity is excellent.

[第3の実施の形態]
(電解質膜−触媒層接合体)
本発明の第3の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体11は、図3に示すように、第1の実施の形態で示した図1と同様の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜10と、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1の表面上でかつ開口部4の領域内に配置された触媒層5とを備える。その他の構成は、第1の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
[Third embodiment]
(Electrolyte membrane-catalyst layer assembly)
As shown in FIG. 3, the electrolyte membrane-catalyst layer assembly 11 for a solid alkaline fuel cell according to the third embodiment of the present invention has the same solid alkali as in FIG. 1 shown in the first embodiment. The fuel cell electrolyte membrane 10 and a catalyst layer 5 disposed on the surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 and in the region of the opening 4 are provided. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.

(触媒層)
触媒層5は、触媒及びアニオン電解質からなる。触媒層5の厚みは、電極基材の種類、電解質膜の厚み等を考慮して適宜設定すればよい。好ましくは、ガスケット2の厚さより小さい厚みを有するのがよく、例えば、約100〜2500μm程度であり、好ましくは、約150〜2000μm程度、さらに好ましくは、約200〜1500μm程度である。
(Catalyst layer)
The catalyst layer 5 is composed of a catalyst and an anion electrolyte. The thickness of the catalyst layer 5 may be appropriately set in consideration of the type of electrode substrate, the thickness of the electrolyte membrane, and the like. The thickness is preferably smaller than the thickness of the gasket 2, for example, about 100 to 2500 μm, preferably about 150 to 2000 μm, and more preferably about 200 to 1500 μm.

触媒層5の厚みが、ガスケット2の厚みと同等以上である場合には、触媒層5上に、後述の拡散層15を設けると、その厚み分だけ厚くなり、さらにその上に積層する後述のセパレータ21との間に隙間ができ、集電効率が低下してしまう。   When the thickness of the catalyst layer 5 is equal to or greater than the thickness of the gasket 2, when a later-described diffusion layer 15 is provided on the catalyst layer 5, the thickness is increased by that thickness, and further laminated on the later-described layer. A gap is formed between the separator 21 and the current collection efficiency decreases.

(触媒)
触媒は、触媒金属微粒子が担体に担持されてなる。触媒金属微粒子の材質としては、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。また白金を使用しない触媒金属微粒子は、鉄,コバルト,ニッケル,パラジウム,セリウム及び銀からなる群から選ばれる少なくとも1種、又はこれら2種以上からなる合金である。合金である場合は、鉄,コバルト,ニッケルのうち少なくとも2種以上含有する合金微粒子が好ましい。例えば、鉄−コバルト合金,コバルト−ニッケル合金,鉄−ニッケル合金等のほか、鉄−コバルト−ニッケル合金が挙げられる。これらの金属の各比率は限定的でなく、幅広い範囲から適宜選択できる。触媒金属微粒子の粒径は限定的ではないが、通常約0.05〜20nm程度、好ましくは、約0.1〜10nm程度、最も好ましくは、約0.3〜5nm程度である。
(catalyst)
The catalyst comprises catalyst metal fine particles supported on a carrier. Examples of the material for the catalytic metal fine particles include platinum and platinum compounds. Examples of the platinum compound include an alloy of platinum and at least one metal selected from the group consisting of ruthenium, palladium, nickel, molybdenum, iridium, iron and the like. The catalytic metal fine particles not using platinum are at least one selected from the group consisting of iron, cobalt, nickel, palladium, cerium and silver, or an alloy consisting of two or more of these. In the case of an alloy, alloy fine particles containing at least two of iron, cobalt and nickel are preferred. Examples thereof include iron-cobalt-nickel alloys, cobalt-nickel alloys, iron-nickel alloys, and the like, as well as iron-cobalt-nickel alloys. Each ratio of these metals is not limited and can be appropriately selected from a wide range. The particle size of the catalyst metal fine particles is not limited, but is usually about 0.05 to 20 nm, preferably about 0.1 to 10 nm, and most preferably about 0.3 to 5 nm.

触媒金属微粒子が担持される担体としては限定的でなく、公知又は市販のものが使用でき、例えば、アルミナ粒子,シリカ粒子,炭素粒子等が挙げられる。耐食性及び導電性が良好である観点から炭素粒子、特に導電性炭素粒子であるのが好ましい。導電性炭素粒子としては、例えば、アセチレンブラック,ファーネスブラック,チャンネルブラック,ケッチェンブラックなどのカーボンブラックのほか、黒鉛,活性炭,カーボン繊維,カーボンナノチューブ,カーボンナノワイヤー等が挙げられる。これらを1種又は2種以上使用してもよい。   The carrier on which the catalyst metal fine particles are supported is not limited, and a known or commercially available carrier can be used, and examples thereof include alumina particles, silica particles, and carbon particles. From the viewpoint of good corrosion resistance and conductivity, carbon particles, particularly conductive carbon particles are preferred. Examples of the conductive carbon particles include carbon black such as acetylene black, furnace black, channel black, ketjen black, graphite, activated carbon, carbon fiber, carbon nanotube, and carbon nanowire. You may use these 1 type (s) or 2 or more types.

炭素粒子の比表面積は限定されないが、通常約10〜1500m/g程度、好ましくは、約10〜500m/g程度である。粒径は限定されないが、一般的には平均一次粒子径として、約0.01〜1μm程度、好ましくは、約0.01〜0.2μm程度である。触媒金属微粒子の担持量は、触媒金属微粒子及び担体の種類等によって適宜決定されるが、担体100質量部に対して、通常約1〜80質量部程度、好ましくは、約3〜50質量部程度である。 The specific surface area of the carbon particles is not limited, but is usually about 10 to 1500 m 2 / g, preferably about 10 to 500 m 2 / g. The particle size is not limited, but generally the average primary particle size is about 0.01-1 μm, preferably about 0.01-0.2 μm. The amount of the catalyst metal fine particles supported is appropriately determined depending on the type of the catalyst metal fine particles and the carrier, but is usually about 1 to 80 parts by mass, preferably about 3 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carrier. It is.

(アニオン電解質)
アニオン電解質は、特に限定されるものではなく、アニオンとして水酸化物イオン(OH)を伝導できる電解質であればよい。具体的には炭化水素系樹脂及びフッ素系樹脂のいずれかの電解質を用いることができる。
(Anion electrolyte)
The anion electrolyte is not particularly limited as long as it is an electrolyte that can conduct hydroxide ions (OH ) as anions. Specifically, an electrolyte of either a hydrocarbon resin or a fluorine resin can be used.

炭化水素系樹脂電解質としては、例えば、芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体のクロロメチル化物をアミノ化して得られる電解質等が挙げられる。フッ素系樹脂電解質としては、例えば、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボンポリマーの末端をジアミンで処理し4級化したポリマー,ポリクロロメチルスチレンの4級化物等のポリマー,FuMatech社製fumion(登録商標)FAA等が挙げられる。中でも、溶媒可溶性のものであるのが好ましい。   Examples of the hydrocarbon resin electrolyte include an electrolyte obtained by aminating a chloromethylated product of a copolymer of aromatic polyether sulfonic acid and aromatic polythioether sulfonic acid. Examples of the fluororesin electrolyte include, for example, a polymer obtained by treating the terminal of a perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid group with a diamine to be quaternized, a polymer such as a quaternized product of polychloromethylstyrene, or fumate (registered trademark) manufactured by FuMatech. FAA etc. are mentioned. Among them, the solvent-soluble one is preferable.

より具体的に説明すると、クロロメチル化は、芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体にクロロメチル化剤を反応させて行う。クロロメチル化剤としては、例えば、(クロロメトキシ)メタン,1,4−ビス(クロロメトキシ)ブタン,1−クロロメトキシ−4−クロロブタン,ホルムアルデヒト−塩化水素,パラホルムアルデヒト−塩化水素等が使用できる。   More specifically, chloromethylation is carried out by reacting a copolymer of aromatic polyether sulfonic acid and aromatic polythioether sulfonic acid with a chloromethylating agent. As the chloromethylating agent, for example, (chloromethoxy) methane, 1,4-bis (chloromethoxy) butane, 1-chloromethoxy-4-chlorobutane, formaldehyde-hydrogen chloride, paraformaldehyde-hydrogen chloride and the like can be used.

このようにして得られたクロロメチル化物を、アミン化合物と反応させてアニオン交換基を導入する。アミン化合物としては、例えば、モノアミン,1分子中に2個以上のアミノ基を有するポリアミン化合物等が使用できる。具体的にはアンモニアの他、メチルアミン,エチルアミン,プロピルアミン,ブチルアミン等のモノアルキルアミン;ジメチルアミン,ジエチルアミン等のジアルキルアミン;アニリン,N−メチルアニリン等の芳香族アミン;ピロリジン,ピペラジン,モルホリン等の複素環アミン等のモノアミンや、m−フェニレンジアミン,ピリダジン,ピリミジン等のポリアミン化合物が使用できる。   The chloromethylated product thus obtained is reacted with an amine compound to introduce an anion exchange group. As the amine compound, for example, a monoamine, a polyamine compound having two or more amino groups in one molecule, and the like can be used. Specifically, in addition to ammonia, monoalkylamines such as methylamine, ethylamine, propylamine, and butylamine; dialkylamines such as dimethylamine and diethylamine; aromatic amines such as aniline and N-methylaniline; pyrrolidine, piperazine, morpholine, and the like Monoamines such as heterocyclic amines, and polyamine compounds such as m-phenylenediamine, pyridazine, and pyrimidine can be used.

上述したアニオン電解質は、後述する触媒層形成用ペーストを作製する際、アルコール,エーテル等の有機溶剤や有機溶剤と水との混合溶剤に、例えば、約1〜60質量%程度、好ましくは、約5〜30質量%程度の濃度で分散させて用いる。   The above-mentioned anionic electrolyte is, for example, about 1 to 60% by mass, preferably about 1 to 60% by mass in an organic solvent such as alcohol or ether or a mixed solvent of water and water when preparing a catalyst layer forming paste described later. It is used after being dispersed at a concentration of about 5 to 30% by mass.

触媒及びアニオン電解質の含有量(質量比)は限定的でないが、好ましくは前者:後者=9:1〜1:5程度、より好ましくは前者:後者=5:1〜1:4程度である。   The content (mass ratio) of the catalyst and the anion electrolyte is not limited, but preferably the former: the latter = about 9: 1 to 1: 5, more preferably the former: the latter = 5: 1 to 1: 4.

本実施の形態に係る触媒層5は、上記成分に加えてさらに、フッ素系樹脂を含有してもよい。このフッ素系樹脂を含有することにより、当該上記成分の結着性が向上し、より強固な触媒層5となると共に、撥水性を付与することができる。   The catalyst layer 5 according to the present embodiment may further contain a fluorine resin in addition to the above components. By containing this fluororesin, the binding property of the component is improved, and the catalyst layer 5 becomes stronger and water repellency can be imparted.

フッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン,ポリフッ化ビニリデン,テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体,フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体等が挙げられる。これらの中でも、より結着性及び撥水性の良好な点から、ポリテトラフルオロエチレンが好ましい。   Examples of the fluorine resin include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, and the like. Among these, polytetrafluoroethylene is preferable from the viewpoint of better binding properties and water repellency.

フッ素系樹脂を含有する場合の含有量は、触媒100質量部に対して、通常約3〜25質量部程度、好ましくは、約5〜15質量部程度である。   The content in the case of containing a fluororesin is usually about 3 to 25 parts by mass, preferably about 5 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the catalyst.

(電解質膜−触媒層接合体の製造方法)
本発明の第3の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体の製造方法は、固体アルカリ形燃料電池用電解質膜10を形成する工程と、触媒層5を形成する工程とを備える。
(Method for producing electrolyte membrane-catalyst layer assembly)
In the method for producing an electrolyte membrane-catalyst layer assembly for a solid alkaline fuel cell according to the third embodiment of the present invention, the step of forming the electrolyte membrane for solid alkaline fuel cell 10 and the catalyst layer 5 are formed. A process.

以下に、製造工程を詳述する。
(a)まず、固体アルカリ形燃料電池用電解質膜10を、第1の実施の形態における方法と同様にして、形成する。
Below, a manufacturing process is explained in full detail.
(A) First, the electrolyte membrane 10 for a solid alkaline fuel cell is formed in the same manner as in the method of the first embodiment.

(b)次いで、触媒層5を以下のようにして形成する。
まず、例えば、上述した触媒及びアニオン電解質を粘度調整用の溶剤(溶媒)に分散させて触媒層形成用ペースト組成物を調製する。この調製した触媒ペースト組成物をアニオン伝導性固体高分子電解質膜1上のガスケット2開口部4内に塗布等により形成する。
(B) Next, the catalyst layer 5 is formed as follows.
First, for example, the catalyst and the anion electrolyte are dispersed in a viscosity adjusting solvent (solvent) to prepare a paste composition for forming a catalyst layer. This prepared catalyst paste composition is formed in the gasket 2 opening 4 on the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 by coating or the like.

次いで、触媒ペースト組成物を塗布した後、乾燥することにより、触媒層5を形成する。乾燥温度は、通常約40〜100℃程度、好ましくは、約60〜80℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常約5分〜2時間程度、好ましくは、約30分〜1時間程度である。   Subsequently, after apply | coating a catalyst paste composition, the catalyst layer 5 is formed by drying. The drying temperature is usually about 40-100 ° C, preferably about 60-80 ° C. Although depending on the drying temperature, the drying time is usually about 5 minutes to 2 hours, preferably about 30 minutes to 1 hour.

これにより、図3に示す固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体11が完成する。   Thereby, the electrolyte membrane-catalyst layer assembly 11 for a solid alkaline fuel cell shown in FIG. 3 is completed.

粘度調整用の溶剤は限定されるものではなく、広い範囲内で適宜選択される。例えば、各種アルコール,各種エーテル、各種ジアルキルスルホキシド,水又はこれらの混合物等が挙げられる。これらの溶剤の中でも、アルコールが好ましい。アルコールとしては、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の一価アルコール及びプロピレングリコール,ジエチレングリコール等の多価アルコールが挙げられる。   The solvent for adjusting the viscosity is not limited and is appropriately selected within a wide range. Examples thereof include various alcohols, various ethers, various dialkyl sulfoxides, water, or a mixture thereof. Among these solvents, alcohol is preferable. Examples of the alcohol include monohydric alcohols having 1 to 4 carbon atoms such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, and tert-butanol, and polyhydric alcohols such as propylene glycol and diethylene glycol.

上記触媒ペースト組成物には、必要に応じてフッ素系樹脂を加えてもよい。フッ素系樹脂としては、上述したものが挙げられる。   You may add a fluorine-type resin to the said catalyst paste composition as needed. Examples of the fluorine-based resin include those described above.

本実施の形態に係る触媒層形成用ペースト組成物の配合割合は、特に制限されず、広い範囲内で適宜選択され得る。例えば、触媒1質量部に対して、アニオン電解質(固形分)を約0.2〜3質量部程度、粘度調整用の溶剤を約1〜100質量部程度とすればよい。   The mixing ratio of the catalyst layer forming paste composition according to the present embodiment is not particularly limited, and may be appropriately selected within a wide range. For example, the anion electrolyte (solid content) may be about 0.2 to 3 parts by mass and the viscosity adjusting solvent may be about 1 to 100 parts by mass with respect to 1 part by mass of the catalyst.

触媒ペースト組成物の塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター,バーコーター,スプレー,ディップコーター,スピンコーター,ロールコーター,ダイコーター,カーテンコーター,スクリーン印刷,押出しコート等の一般的な方法を適用できる。   The method for applying the catalyst paste composition is not particularly limited, and examples thereof include knife coaters, bar coaters, sprays, dip coaters, spin coaters, roll coaters, die coaters, curtain coaters, screen printing, and extrusion coating. General methods can be applied.

本実施の形態に係る電解質膜−触媒層積層体の製造方法は、上述した触媒層形成用ペースト組成物をアニオン伝導性固体高分子電解質膜1に直接塗布及び乾燥する方法に限定されない。例えば、転写基材に触媒層形成用ペースト組成物を塗布及び乾燥した後、触媒層5がアニオン伝導性固体高分子電解質膜1の表面に対向するように触媒層形成転写基材を配置し加圧して圧着する。次いで、転写基材を剥離して作製する方法等が挙げられる。   The manufacturing method of the electrolyte membrane-catalyst layer laminate according to the present embodiment is not limited to the method of directly applying and drying the above-described catalyst layer forming paste composition to the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1. For example, after applying and drying the catalyst layer forming paste composition on the transfer substrate, the catalyst layer forming transfer substrate is arranged so that the catalyst layer 5 faces the surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1. Press and crimp. Then, the method of peeling and producing a transfer base material etc. are mentioned.

塗布する転写基材は限定的でなく、例えば、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1や、カーボンペーパ,カーボンクロス等のガス拡散基材,或いはプラスチックフィルム等の転写基材など適宜選択できる。   The transfer substrate to be applied is not limited. For example, the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1, a gas diffusion substrate such as carbon paper or carbon cloth, or a transfer substrate such as a plastic film can be appropriately selected.

転写基材を使用する場合、被転写体となるアニオン伝導性固体高分子電解質膜1の表面、又はアニオン伝導性固体高分子電解質膜1に対向する触媒層5の表面の少なくともいずれかの表面に易接着層19を形成してもよい。これにより、図4に示すように、易接着層19の形成された固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体11Aが得られる。   When a transfer substrate is used, it is provided on at least one of the surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 to be transferred and the surface of the catalyst layer 5 facing the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1. The easy adhesion layer 19 may be formed. As a result, as shown in FIG. 4, an electrolyte membrane-catalyst layer assembly 11 </ b> A for a solid alkaline fuel cell in which the easy adhesion layer 19 is formed is obtained.

また、転写基材を使用しないで、上述のように直接塗布する場合でも、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1の触媒層5を形成する面に予め易接着層19を形成してもよい。   Further, the easy adhesion layer 19 may be formed in advance on the surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 on which the catalyst layer 5 is to be formed, even when it is directly applied as described above without using a transfer substrate.

易接着層19は、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1と触媒層5の接着性を向上させるためのものである。材質としては、接着性を保持でき、電池反応を損なわない限り特に限定されないが、例えば、アニオン電解質を用いることが好ましい。   The easy adhesion layer 19 is for improving the adhesion between the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 and the catalyst layer 5. The material is not particularly limited as long as the adhesiveness can be maintained and the battery reaction is not impaired. For example, an anionic electrolyte is preferably used.

アニオン電解質を用いた場合、その電解質膜1への塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター,バーコーター,スプレー,ディップコーター,スピンコーター,ロールコーター,ダイコーター,カーテンコーター,スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。   When an anion electrolyte is used, the method for coating the electrolyte membrane 1 is not particularly limited. For example, a knife coater, a bar coater, a spray, a dip coater, a spin coater, a roll coater, a die coater, or a curtain coater. General methods such as screen printing can be applied.

アニオン電解質を塗布した後、乾燥することにより、易接着層19が形成される。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30分〜1時間程度である。   The easy-adhesion layer 19 is formed by applying and drying the anionic electrolyte. A drying temperature is about 40-100 degreeC normally, Preferably it is about 60-80 degreeC. Although depending on the drying temperature, the drying time is usually about 5 minutes to 2 hours, preferably about 30 minutes to 1 hour.

易接着層19の厚さは限定的ではないが、触媒層5が電解質膜1に接着することができればよい。具体的には易接着層19の厚さは、例えば、約2〜20μm程度、好ましくは約3〜10μm程度である。   The thickness of the easy-adhesion layer 19 is not limited as long as the catalyst layer 5 can adhere to the electrolyte membrane 1. Specifically, the thickness of the easy adhesion layer 19 is, for example, about 2 to 20 μm, preferably about 3 to 10 μm.

易接着層19には導電性を高めるために、導電性材料を添加してもよい。導電性材料としては導電性炭素が好ましく、例えば、アセチレンブラック,ファーネスブラック,チャンネルブラック,ケッチェンブラックなどのカーボンブラックのほか、黒鉛,活性炭,カーボン繊維,カーボンナノチューブ,カーボンナノワイヤー等から製造されるものが挙げられる。   A conductive material may be added to the easy adhesion layer 19 in order to increase conductivity. Conductive carbon is preferable as the conductive material. For example, it is manufactured from carbon black such as acetylene black, furnace black, channel black, ketjen black, graphite, activated carbon, carbon fiber, carbon nanotube, carbon nanowire, etc. Things.

上記導電性材料をアニオン電解質と混ぜ合わせ、電解質膜1に塗布することで、導電性を付与した易接着層19を得ることができる。   By mixing the conductive material with an anion electrolyte and applying it to the electrolyte membrane 1, the easy adhesion layer 19 imparted with conductivity can be obtained.

本実施の形態によれば、易接着層19を形成することで、触媒層5と電解質膜1の接着性がより向上し、MEA(Membrane Electrode Assembly:膜−電極触媒層接合体)一体化と長時間の運転が可能となる。   According to the present embodiment, by forming the easy adhesion layer 19, the adhesion between the catalyst layer 5 and the electrolyte membrane 1 is further improved, and MEA (Membrane Electrode Assembly: membrane-electrode catalyst layer assembly) integration is achieved. Long time operation is possible.

また、本実施の形態によれば、触媒層5がガスケット2の開口部4内に形成されるので、開口部4の形状に応じた所望の形状を確保できると共に、開口部4により触媒層5の形状を良好に保持することができる。   Further, according to the present embodiment, since the catalyst layer 5 is formed in the opening 4 of the gasket 2, a desired shape corresponding to the shape of the opening 4 can be secured, and the catalyst layer 5 is formed by the opening 4. The shape of can be kept good.

また、本実施の形態によれば、ガスケット2を用いることで、低粘度の触媒ペーストを使用する場合でも触媒層5端部での液ダレ等を防止することができる。また、ガスケット2が電解質膜1の周縁部を固定するので、触媒ペースト内の溶媒による電解質膜1の膨潤やペースト乾燥時の電解質膜1の収縮による電解質膜1の変形を抑制することができる。   In addition, according to the present embodiment, by using the gasket 2, it is possible to prevent dripping or the like at the end of the catalyst layer 5 even when a low-viscosity catalyst paste is used. Further, since the gasket 2 fixes the peripheral edge of the electrolyte membrane 1, it is possible to suppress deformation of the electrolyte membrane 1 due to swelling of the electrolyte membrane 1 due to the solvent in the catalyst paste and contraction of the electrolyte membrane 1 when the paste is dried.

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体11によれば、電解質膜の膨潤や収縮の影響が低減されるとともに、所望の形状の触媒層を形成することができ、量産性に優れる。   According to the electrolyte membrane-catalyst layer assembly 11 for a solid alkaline fuel cell according to the present embodiment, the influence of swelling and shrinkage of the electrolyte membrane can be reduced, and a catalyst layer having a desired shape can be formed. Excellent in mass productivity.

[第4の実施の形態]
(電解質膜−触媒層接合体)
本発明の第4の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体12は、図5に示すように、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1の両面に接着層(3,7)を介してガスケット(2,6)が配置された、第2の実施の形態で示したのと同様の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜10Aと、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1のそれぞれの表面上でかつ開口部(4,8)のそれぞれの領域内に配置された触媒層(5,9)とを備える。その他の構成は、第2及び第3の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
[Fourth embodiment]
(Electrolyte membrane-catalyst layer assembly)
As shown in FIG. 5, the electrolyte membrane-catalyst layer assembly 12 for a solid alkaline fuel cell according to the fourth embodiment of the present invention has an adhesive layer (3 on both sides of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1. , 7) through which the gasket (2, 6) is disposed, and the same electrolyte membrane 10A for the solid alkaline fuel cell as shown in the second embodiment, and the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 And catalyst layers (5, 9) disposed on the respective surfaces of the respective openings and in the respective regions of the openings (4, 8). Since other configurations are the same as those of the second and third embodiments, description thereof will be omitted.

本実施の形態に係る電解質膜−触媒層接合体12の製造方法は、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1の他方の面にガスケット6及び触媒層9をさらに形成する方法が第3の実施の形態における製造方法と異なる点であり、他は第3の実施の形態と同様であるので、重複した説明は省略する。   The manufacturing method of the electrolyte membrane-catalyst layer assembly 12 according to the present embodiment is a method in which the gasket 6 and the catalyst layer 9 are further formed on the other surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 according to the third embodiment. This is different from the manufacturing method in the embodiment, and the others are the same as those in the third embodiment, so that the duplicated explanation is omitted.

本実施の形態に係る電解質膜−触媒層接合体12の製造方法において、第3の実施の形態における方法と同様にして、ガスケット6をアニオン伝導性固体高分子電解質膜1の他方の面に接着層7を介して形成し、次いで開口部8に触媒層9を形成することにより、図5に示す電解質膜−触媒層接合体12を製造することができる。   In the method of manufacturing the electrolyte membrane-catalyst layer assembly 12 according to the present embodiment, the gasket 6 is bonded to the other surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 in the same manner as in the method of the third embodiment. The electrolyte membrane-catalyst layer assembly 12 shown in FIG. 5 can be manufactured by forming through the layer 7 and then forming the catalyst layer 9 in the opening 8.

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体12によれば、電解質膜の膨潤や収縮の影響が低減されるとともに、所望の形状の触媒層を形成することができ、量産性に優れる。   According to the electrolyte membrane-catalyst layer assembly 12 for a solid alkaline fuel cell according to the present embodiment, the influence of swelling and shrinkage of the electrolyte membrane can be reduced, and a catalyst layer having a desired shape can be formed. Excellent in mass productivity.

[第5の実施の形態]
(電解質膜−触媒層接合体)
本発明の第5の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体13は、図6に示すように、第4の実施の形態に示した図5と同様の電解質膜−触媒層接合体12において、ガスケット20は、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1の外側端面をさらに覆っており、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1の外側に位置する接着層(3,7)同士が接着している。その他の構成は、第4の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
[Fifth embodiment]
(Electrolyte membrane-catalyst layer assembly)
As shown in FIG. 6, the electrolyte membrane-catalyst layer assembly 13 for a solid alkaline fuel cell according to the fifth embodiment of the present invention has the same electrolyte membrane as that shown in FIG. 5 according to the fourth embodiment. -In the catalyst layer assembly 12, the gasket 20 further covers the outer end face of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1, and the adhesive layer (3, 7) located outside the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 ) Are adhered to each other. The other configuration is the same as that of the fourth embodiment, and a description thereof will be omitted.

本実施の形態に係る電解質膜−触媒層接合体13の製造方法は、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1の外側端面をガスケット20で覆い、外側に位置する接着層(3,7)同士を接着して形成する方法が第4の実施の形態における製造方法と異なる点であり、他は第4の実施の形態と同様であるので、重複した説明は省略する。   In the manufacturing method of the electrolyte membrane-catalyst layer assembly 13 according to the present embodiment, the outer end face of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 is covered with the gasket 20 and the adhesive layers (3, 7) located on the outside are covered with each other. The method of bonding and forming is different from the manufacturing method in the fourth embodiment, and the others are the same as those in the fourth embodiment, and thus the duplicated explanation is omitted.

本実施の形態に係る電解質膜−触媒層接合体13の製造方法において、第4の実施の形態と同様にして、図5に示す電解質膜−触媒層接合体12を形成した後、表面に接着層(3,7)の形成された、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1より大きいガスケット(2,6)を用いて、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1の外側に位置するガスケット(2,6)の周縁部同士が接着するように、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1の両面に形成する。これにより、図6に示す電解質膜−触媒層接合体13を製造することができる。   In the manufacturing method of the electrolyte membrane-catalyst layer assembly 13 according to the present embodiment, the electrolyte membrane-catalyst layer assembly 12 shown in FIG. 5 is formed and then adhered to the surface in the same manner as in the fourth embodiment. Using the gasket (2, 6) larger than the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 formed with the layers (3, 7), the gasket (2, 2) located outside the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 is used. 6) It forms on both surfaces of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 so that the peripheral parts may adhere | attach. Thereby, the electrolyte membrane-catalyst layer assembly 13 shown in FIG. 6 can be manufactured.

本実施の形態によれば、ガスケット(2,6)がアニオン伝導性固体高分子電解質膜1及び接着層(3,7)の外側端面を覆っているので、その外側端面からの液体及びガスの漏洩を抑制することができる。   According to the present embodiment, the gasket (2, 6) covers the outer end faces of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 and the adhesive layers (3, 7). Leakage can be suppressed.

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体13によれば、電解質膜の膨潤や収縮の影響が低減されるとともに、所望の形状の触媒層を形成することができ、量産性に優れる。   According to the electrolyte membrane-catalyst layer assembly 13 for a solid alkaline fuel cell according to the present embodiment, the influence of swelling and shrinkage of the electrolyte membrane can be reduced, and a catalyst layer having a desired shape can be formed. Excellent in mass productivity.

[第6の実施の形態]
(電解質膜−電極接合体)
本発明の第6の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−電極接合体14は、図7に示すように、第4の実施の形態で示した図5と同様の電解質膜−触媒層接合体12と、触媒層(5,9)のそれぞれの表面上でかつ開口部(4,8)のそれぞれの領域内に配置された拡散層(15,16)とを備える。その他の構成は、第4の実施の形態と同様であるので説明は省略する。なお、電解質膜−触媒層接合体12に、第5の実施の形態で示した図6と同様の電解質膜−触媒層接合体13を用いてもよいことはいうまでもない。
[Sixth embodiment]
(Electrolyte membrane-electrode assembly)
As shown in FIG. 7, an electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell-electrode assembly 14 according to a sixth embodiment of the present invention is the same electrolyte membrane as in FIG. 5 shown in the fourth embodiment. The catalyst layer assembly 12 and diffusion layers (15, 16) disposed on the respective surfaces of the catalyst layers (5, 9) and in the respective regions of the openings (4, 8) are provided. The other configuration is the same as that of the fourth embodiment, and a description thereof will be omitted. Needless to say, the electrolyte membrane-catalyst layer assembly 12 may be the same electrolyte membrane-catalyst layer assembly 13 as shown in FIG. 6 in the fifth embodiment.

(拡散層)
拡散層(15,16)は、燃料や酸化剤となる液体又はガスを触媒層(5,9)に拡散して流通させると共に、集電機能を有する。層の厚さは限定的でなく、例えば、約150〜800μm程度、好ましくは、約200〜600μm程度である。
(Diffusion layer)
The diffusion layer (15, 16) diffuses and distributes a liquid or gas that becomes a fuel or an oxidant to the catalyst layer (5, 9) and has a current collecting function. The thickness of the layer is not limited, and is, for example, about 150 to 800 μm, preferably about 200 to 600 μm.

拡散層(15,16)の材料は、液体又はガスを透過させることができる限り、特に制限されない。好ましくは、多孔質の導電性材料からなるのがよい。例えば、鉄,コバルト,ニッケル,パラジウム,銀,ルテニウム,イリジウム,モリブデン,マンガン等の金属のほか、カーボンから広く選択できる。   The material of the diffusion layer (15, 16) is not particularly limited as long as it can transmit liquid or gas. Preferably, it is made of a porous conductive material. For example, in addition to metals such as iron, cobalt, nickel, palladium, silver, ruthenium, iridium, molybdenum, and manganese, carbon can be widely selected.

液体を透過させる拡散層の場合は、多孔質であるのがよく、その空隙率は、例えば、約10〜80%程度、好ましくは約30〜70%程度である。拡散層が金属からなる場合、触媒活性作用に優れる点から、ニッケル又は銀が特に好ましい。   In the case of a diffusion layer that allows liquid to permeate, it should be porous, and its porosity is, for example, about 10 to 80%, preferably about 30 to 70%. When the diffusion layer is made of a metal, nickel or silver is particularly preferable from the viewpoint of excellent catalytic activity.

ガスを透過させる拡散層がカーボンからなる場合、ガス拡散性及び導電性の観点から導電性炭素が好ましい。例えば、アセチレンブラック,ファーネスブラック,チャンネルブラック,ケッチェンブラックなどのカーボンブラックのほか、黒鉛,活性炭,カーボン繊維,カーボンナノチューブ,カーボンナノワイヤー等から製造されるものが挙げられる。   When the diffusion layer that allows gas to pass through is made of carbon, conductive carbon is preferable from the viewpoint of gas diffusibility and conductivity. For example, in addition to carbon black such as acetylene black, furnace black, channel black and ketjen black, those manufactured from graphite, activated carbon, carbon fiber, carbon nanotube, carbon nanowire and the like can be mentioned.

拡散層(15,16)としては、燃料電池用に一般に用いられている、燃料極及び空気極を構成する各種液体及びガスの拡散層を使用することができる。   As the diffusion layers (15, 16), diffusion layers of various liquids and gases constituting a fuel electrode and an air electrode, which are generally used for fuel cells, can be used.

(電極)
本実施の形態において、電極(17,18)は、触媒層(5,9)と拡散層(15,16)とからなる。電極(17,18)は、集電効率の観点から、ガスケット(2,6)及び接着層(3,7)を含む厚みと同じ厚みで形成されることが好ましい。そのため、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1上に形成される触媒層(5,9)はガスケット(2,6)の厚みより小さく形成するのがよい。
(electrode)
In the present embodiment, the electrodes (17, 18) are composed of catalyst layers (5, 9) and diffusion layers (15, 16). The electrodes (17, 18) are preferably formed with the same thickness as that including the gasket (2, 6) and the adhesive layer (3, 7) from the viewpoint of current collection efficiency. Therefore, the catalyst layers (5, 9) formed on the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 are preferably formed smaller than the thickness of the gasket (2, 6).

触媒層(5,9)が、ガスケット(2,6)の厚みと同じかそれより厚く形成された場合、触媒層(5,9)上に拡散層(15,16)が形成された電極(17,18)はガスケット(2,6)の厚みより厚くなる。電極(17,18)の厚みがガスケット(2,6)の厚みより大きくなれば、電極(17,18)上に配置される後述のセパレータとガスケット(17,18)の間に段差が生じてしまう。段差が生じると、外部に燃料及び酸化剤が漏出することになり、集電効率の低下に繋がる。   When the catalyst layers (5, 9) are formed to be equal to or thicker than the gasket (2, 6), the electrodes (15, 16) having the diffusion layers (15, 16) formed on the catalyst layers (5, 9) 17, 18) is thicker than the gasket (2, 6). If the thickness of the electrode (17, 18) is larger than the thickness of the gasket (2, 6), a step is generated between the later-described separator disposed on the electrode (17, 18) and the gasket (17, 18). End up. If a level difference occurs, fuel and oxidant leak to the outside, leading to a decrease in current collection efficiency.

本実施の形態に係る電解質膜−電極接合体14の製造方法は、拡散層(15,16)を形成する方法が第4の実施の形態における製造方法と異なる点であり、他は第4の実施の形態と同様であるので、重複した説明は省略する。   The manufacturing method of the electrolyte membrane-electrode assembly 14 according to the present embodiment is different from the manufacturing method according to the fourth embodiment in the method of forming the diffusion layers (15, 16). Since it is the same as that of embodiment, the overlapping description is abbreviate | omitted.

本実施の形態に係る電解質膜−電極接合体14の製造方法において、第4の実施の形態と同様にして、図5に示す電解質膜−触媒層接合体12を形成した後、拡散層(15,16)を形成することにより、図7に示す電解質膜−電極接合体14を製造することができる。   In the manufacturing method of the electrolyte membrane-electrode assembly 14 according to the present embodiment, after the electrolyte membrane-catalyst layer assembly 12 shown in FIG. 5 is formed in the same manner as in the fourth embodiment, the diffusion layer (15 16), the electrolyte membrane-electrode assembly 14 shown in FIG. 7 can be manufactured.

本実施の形態によれば、拡散層(15,16)を設けることにより、多孔質性の液体及びガス拡散層(15,16)に燃料及びガスが供給されることで燃料及びガスの拡散に優れ、燃料の利用率が高まる。また、液体及びガス拡散層は多孔質の導電性材料から構成されるため、集電効果が向上する。   According to the present embodiment, by providing the diffusion layers (15, 16), the fuel and gas are supplied to the porous liquid and gas diffusion layers (15, 16), thereby diffusing the fuel and gas. Excellent fuel usage rate. Further, since the liquid and gas diffusion layers are made of a porous conductive material, the current collection effect is improved.

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−電極接合体14によれば、電解質膜の膨潤や収縮の影響が低減されるとともに、所望の形状の触媒層を形成することができ、量産性に優れる。   According to the electrolyte membrane-electrode assembly 14 for a solid alkaline fuel cell according to the present embodiment, the influence of swelling and shrinkage of the electrolyte membrane can be reduced, and a catalyst layer having a desired shape can be formed. Excellent mass productivity.

[第7の実施の形態]
(燃料電池)
本発明の第7の実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池25は、図8に示すように、第6の実施の形態で示した図7と同様の電解質膜−電極接合体14と、一対のセパレータ(21,22)とを備える。電解質膜−電極接合体14は、セパレータ(21,22)に挟持されている。その他の構成は、第6の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
[Seventh embodiment]
(Fuel cell)
As shown in FIG. 8, the solid alkaline fuel cell 25 according to the seventh embodiment of the present invention includes an electrolyte membrane-electrode assembly 14 similar to that shown in FIG. Separators (21, 22). The electrolyte membrane-electrode assembly 14 is sandwiched between the separators (21, 22). The other configuration is the same as that of the sixth embodiment, and a description thereof will be omitted.

(セパレータ)
セパレータ21は、酸化剤ガスをカソード電極17に供給するためのものであり、酸化剤ガスを流通するための酸化剤ガス流路23を有する。一方、セパレータ22は、燃料をアノード電極18に供給するためのものであり、燃料を流通するための燃料流路24を有する。
(Separator)
The separator 21 is for supplying an oxidant gas to the cathode electrode 17 and has an oxidant gas flow path 23 for circulating the oxidant gas. On the other hand, the separator 22 is for supplying fuel to the anode electrode 18 and has a fuel flow path 24 for circulating the fuel.

セパレータ(21,22)の材質としては、燃料電池25内の環境においても安定な導電性を有するものであればよい。一般的には、カーボン板に流路を形成したものが用いられる。また、セパレータ(21,22)は、ステンレススチール等の金属により構成し、その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であってもよい。同様に、金属によって構成し、その金属の表面に銀,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。   The separator (21, 22) may be made of any material that has stable conductivity even in the environment within the fuel cell 25. In general, a carbon plate having a flow path is used. The separators (21, 22) are made of a metal such as stainless steel, and a coating made of a conductive material such as chromium, a platinum group metal or oxide thereof, or a conductive polymer is formed on the surface of the metal. There may be. Similarly, it is possible to use a metal made of a metal and plated on the surface of the metal with a material such as silver, a platinum group composite oxide, or chromium nitride.

なお、セパレータ(21,22)は、燃料電池25を複数個積層して構成した燃料電池に用いる場合、集電体としての機能を有することができる。   The separators (21, 22) can have a function as a current collector when used in a fuel cell in which a plurality of fuel cells 25 are stacked.

(燃料)
燃料としては、メタノール,エタノール,プロパノール等の1価アルコールや、エチレングリコール,プロピレングリコール等の多価アルコール等のアルコールを挙げることができる。燃料の水溶液には、アルカリ水溶液を用いるのが好ましい。アルカリ水溶液としては、例えば、KOH溶液,NaOH溶液等が挙げられる。これらアルカリ源と燃料とを混合して燃料水溶液を調製する。
(fuel)
Examples of the fuel include monohydric alcohols such as methanol, ethanol, and propanol, and alcohols such as polyhydric alcohols such as ethylene glycol and propylene glycol. An aqueous alkaline solution is preferably used as the aqueous fuel solution. Examples of the alkaline aqueous solution include KOH solution and NaOH solution. A fuel aqueous solution is prepared by mixing these alkali sources and fuel.

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池25の製造方法は、セパレータ(21,22)を電解質膜−電極接合体14に形成する方法が第6の実施の形態における製造方法と異なる点であり、他は第6の実施の形態と同様であるので、重複した説明は省略する。   The manufacturing method of the solid alkaline fuel cell 25 according to the present embodiment is different from the manufacturing method according to the sixth embodiment in the method of forming the separators (21, 22) on the electrolyte membrane-electrode assembly 14. Since the others are the same as those of the sixth embodiment, a duplicate description is omitted.

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池25の製造方法において、酸化剤ガス流路23が形成されたセパレータ21を酸化剤ガス流路23がカソード電極17側に接するように配置し、燃料流路24が形成されたセパレータ22を燃料流路24がアノード電極18側に接するように配置することにより、図8に示す固体アルカリ形燃料電池25を製造することができる。   In the method of manufacturing the solid alkaline fuel cell 25 according to the present embodiment, the separator 21 in which the oxidant gas flow path 23 is formed is disposed so that the oxidant gas flow path 23 is in contact with the cathode electrode 17 side, and the fuel flow The solid alkaline fuel cell 25 shown in FIG. 8 can be manufactured by disposing the separator 22 in which the passage 24 is formed so that the fuel passage 24 is in contact with the anode electrode 18 side.

(動作原理)
本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池25は、以下に示すようにして、発電させることができる。
(Operating principle)
The solid alkaline fuel cell 25 according to the present embodiment can generate power as described below.

まず、酸化剤ガス流路23を介して、カソード電極17側に酸素(O)を供給し、燃料流路24を介して、アノード電極18側に燃料となる、例えば、エタノール(COH)をKOH水溶液と混合した燃料水溶液を供給する。カソード電極17においては、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1を介して到達した水(HO)と、外部回路(図示略)を介して到達した電子(e)とが、カソード電極17の触媒層5の触媒により、供給した酸素と反応して水酸化物イオン(OH)を生成し、式(1)の還元反応が進行する。
カソード電極:O+2HO+4e→4OH ・・・(1)
First, oxygen (O 2 ) is supplied to the cathode electrode 17 side through the oxidant gas flow path 23, and becomes fuel to the anode electrode 18 side through the fuel flow path 24, for example, ethanol (C 2 H 5 OH) is mixed with an aqueous KOH solution. In the cathode electrode 17, water (H 2 O) that has reached through the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 and electrons (e ) that have reached through an external circuit (not shown) are converted into the cathode electrode 17. The catalyst of the catalyst layer 5 reacts with the supplied oxygen to generate hydroxide ions (OH ), and the reduction reaction of the formula (1) proceeds.
Cathode electrode: O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH (1)

生成した水酸化物イオンは、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1を介してカソード電極17側からアノード電極18側へ移動する。そして、アノード電極18側においては、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1を通過した水酸化物イオンと燃料であるエタノールとが反応して電子を生成し、式(2)の酸化反応が進行する。
アノード電極:(1/3)COH+4OH→(2/3)CO+3HO+4e・・・(2)
The generated hydroxide ions move from the cathode electrode 17 side to the anode electrode 18 side through the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1. On the anode electrode 18 side, hydroxide ions that have passed through the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 react with ethanol as fuel to generate electrons, and the oxidation reaction of formula (2) proceeds. .
Anode electrode: (1/3) C 2 H 5 OH + 4OH → (2/3) CO 2 + 3H 2 O + 4e (2)

生成した電子は、アノード電極18側から外部回路(図示略)を介してカソード電極17側に移動し、カソード電極17へ供給される。全体として、エタノールが酸素により酸化されて二酸化炭素と水が生成する式(3)の電池反応が進行し、発電が行われる。
電池反応:(1/3)COH+O→(2/3)CO+H ・・・(3)
The generated electrons move from the anode electrode 18 side to the cathode electrode 17 side via an external circuit (not shown) and are supplied to the cathode electrode 17. As a whole, the battery reaction of Formula (3) in which ethanol is oxidized by oxygen to generate carbon dioxide and water proceeds to generate power.
Battery reaction: (1/3) C 2 H 5 OH + O 2 → (2/3) CO 2 + H 2 O ... (3)

アノード電極18側で発生した二酸化炭素は、残余のエタノール水溶液とともに外部に排出される。また、カソード電極17側に生じた水は、残余の酸素とともに水蒸気として外部に排出される。   Carbon dioxide generated on the anode electrode 18 side is discharged to the outside together with the remaining ethanol aqueous solution. Further, the water generated on the cathode electrode 17 side is discharged to the outside as water vapor together with the remaining oxygen.

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池25には、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1が設けられている。そのため、高い電解質膜強度と有機燃料の透過(例えば、エタノールクロスオーバー)を抑制して高い発電効率を有する固体アルカリ形燃料電池25を得ることができる。   The solid alkaline fuel cell 25 according to the present embodiment is provided with an anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1. Therefore, it is possible to obtain a solid alkaline fuel cell 25 having high power generation efficiency by suppressing high electrolyte membrane strength and permeation of organic fuel (for example, ethanol crossover).

本実施の形態に係る固体アルカリ形燃料電池25によれば、電解質膜の膨潤や収縮の影響が低減されるとともに、所望の形状の触媒層を形成することができ、量産性に優れる。   According to the solid alkaline fuel cell 25 according to the present embodiment, the influence of swelling and shrinkage of the electrolyte membrane can be reduced, a catalyst layer having a desired shape can be formed, and the mass productivity is excellent.

[その他の実施の形態]
以上、上述した第1乃至第7の実施の形態によって本発明を詳細に説明したが、当業者にとっては、本発明が本明細書中に説明した第1乃至第7の実施の形態に限定されるものではないということは明らかである。本発明は、特許請求の範囲の記載により定まる本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更形態として実施することができる。従って、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本発明に対して何ら制限的な意味を有するものではない。
[Other embodiments]
The present invention has been described in detail with the first to seventh embodiments described above. However, for those skilled in the art, the present invention is limited to the first to seventh embodiments described in this specification. Obviously it is not. The present invention can be implemented as modifications and changes without departing from the spirit and scope of the present invention defined by the description of the scope of claims. Therefore, the description of the present specification is for illustrative purposes and does not have any limiting meaning to the present invention.

以下において、本発明を実施例に基づいて更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更実施可能である。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples. However, the present invention is not limited to these examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

[実施例1]
(触媒層形成用ペースト)
まず、芳香族ポリエーテルスルホン酸と芳香族ポリチオエーテルスルホン酸との共重合体のクロロメチル化合物をアミノ化することにより、5質量%アニオン(水酸化物イオン)電解質100gを得た。
[Example 1]
(Catalyst layer forming paste)
First, a chloromethyl compound of a copolymer of aromatic polyether sulfonic acid and aromatic polythioether sulfonic acid was aminated to obtain 100 g of a 5% by mass anion (hydroxide ion) electrolyte.

次いで、銀触媒担持カーボン(銀担持量:40質量%、E−TEK社製)2gに、イソプロピルアルコール10g、エタノール10g、60質量%ポリテトラフルオロエチレン分散液(アルドリッチ社製)0.2g、上記で得られた5質量%アニオン電解質20g及び水6gを加え、これらを分散機にて攪拌混合することにより、カソード電極17側の触媒層形成用ペースト組成物を調製した。   Next, 2 g of silver catalyst-supported carbon (silver supported amount: 40% by mass, manufactured by E-TEK), 10 g of isopropyl alcohol, 10 g of ethanol, 0.2 g of 60% by mass of polytetrafluoroethylene dispersion (manufactured by Aldrich), the above A paste composition for forming a catalyst layer on the cathode electrode 17 side was prepared by adding 20 g of the 5% by mass anionic electrolyte obtained in the above and 6 g of water and stirring and mixing them with a disperser.

また、ニッケル触媒担持カーボン(Ni担持量:40質量%)2gに、イソプロピルアルコール10g、エタノール10g、60質量%ポリテトラフルオロエチレン分散液(アルドリッチ社製)0.2g、上記で得られた5質量%アニオン電解質20g及び水6gを加え、これらを分散機にて攪拌混合することにより、アノード電極18側の触媒層形成用ペースト組成物を調製した。   Further, 2 g of nickel catalyst-supported carbon (Ni supported amount: 40% by mass), 10 g of isopropyl alcohol, 10 g of ethanol, 0.2 g of 60% by mass of polytetrafluoroethylene dispersion (manufactured by Aldrich), 5 mass obtained above. A paste composition for forming a catalyst layer on the anode electrode 18 side was prepared by adding 20 g of% anionic electrolyte and 6 g of water and stirring and mixing them with a disperser.

(電解質膜−電極接合体)
アニオン伝導性固体高分子電解質膜1として、Aciplex A−221(厚さ130〜190μm:旭化成株式会社製)を用い、60×60mmの大きさに切断されたものを使用した。
(Electrolyte membrane-electrode assembly)
As the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1, Aciplex A-221 (thickness 130 to 190 μm: manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) and cut into a size of 60 × 60 mm were used.

次に、固体アルカリ形燃料電池用電解質膜10を、以下のようにして作製した。50×50mmの開口部4を有するテフロン(登録商標)シートからなるガスケット2の片面にエポキシ系樹脂接着剤(コニシ社製 エフレックス)からなる接着層3が形成されたガスケットを使用した。このガスケットを、60×60mmのアニオン伝導性固体高分子電解質膜1の片面に接着層3が電解質膜1側を向くように位置決めし、接着して形成した。   Next, the electrolyte membrane 10 for solid alkaline fuel cells was produced as follows. A gasket in which an adhesive layer 3 made of an epoxy resin adhesive (Eflex manufactured by Konishi Co., Ltd.) was formed on one surface of a gasket 2 made of a Teflon (registered trademark) sheet having an opening 4 of 50 × 50 mm was used. This gasket was formed by positioning and adhering to one side of a 60 × 60 mm anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 such that the adhesive layer 3 faces the electrolyte membrane 1 side.

次に、カソード電極17側の触媒層形成用ペースト組成物を、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1のガスケット開口部4を通して、触媒層5の乾燥後の銀質量が4mg/cmとなるように塗工し、電解質膜−触媒層接合体11を作製した。なお、触媒層5の厚さは300μmであった。 Next, the catalyst layer-forming paste composition on the cathode electrode 17 side is passed through the gasket opening 4 of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 so that the dried silver mass of the catalyst layer 5 is 4 mg / cm 2. To prepare an electrolyte membrane-catalyst layer assembly 11. The thickness of the catalyst layer 5 was 300 μm.

次に、得られた電解質膜−触媒層接合体11の電解質膜1の他方の面に、上記と同様の50×50mmの開口部8を有するテフロン(登録商標)シートからなるガスケット2の片面にエポキシ系樹脂接着剤(コニシ社製 エフレックス)からなる接着層7が形成されたガスケットを、接着層7が電解質膜1側を向くように位置決めし、接着して形成した。   Next, on the other surface of the electrolyte membrane 1 of the obtained electrolyte membrane-catalyst layer assembly 11, on one side of the gasket 2 made of a Teflon (registered trademark) sheet having an opening 8 of 50 × 50 mm similar to the above. A gasket on which an adhesive layer 7 made of an epoxy resin adhesive (Eflex manufactured by Konishi Co., Ltd.) was formed was positioned and adhered so that the adhesive layer 7 faced the electrolyte membrane 1 side.

次いで、アノード電極18側の触媒層形成用ペースト組成物を、ガスケット開口部8を通して、触媒層9の乾燥後のニッケル質量が4mg/cmとなるように塗工し、電解質膜−触媒層接合体12を作製した。なお、触媒層9の厚さは300μmであった。 Next, the catalyst layer forming paste composition on the anode electrode 18 side is applied through the gasket opening 8 so that the nickel mass after drying of the catalyst layer 9 is 4 mg / cm 2, and the electrolyte membrane-catalyst layer bonding is performed. A body 12 was produced. The thickness of the catalyst layer 9 was 300 μm.

次に、カソード電極17側のガスケット開口部4から露出している触媒層5上に、49×49mmのガス拡散層(カーボンクロス LT−1200W:E−TEK社製)からなる拡散層15を形成した。次いで、アノード電極18側のガスケット開口部8から露出している触媒層9上に、49×49mmの液体拡散層(発泡ニッケル:三菱マテリアル社製)からなる拡散層16を形成して、実施例1の電解質膜−電極接合体14を作製した。   Next, a diffusion layer 15 composed of a 49 × 49 mm gas diffusion layer (carbon cloth LT-1200W: manufactured by E-TEK) is formed on the catalyst layer 5 exposed from the gasket opening 4 on the cathode electrode 17 side. did. Next, a diffusion layer 16 composed of a 49 × 49 mm liquid diffusion layer (foamed nickel: manufactured by Mitsubishi Materials Corporation) is formed on the catalyst layer 9 exposed from the gasket opening 8 on the anode electrode 18 side. 1 electrolyte membrane-electrode assembly 14 was produced.

[実施例2]
接着層(3,7)に、エポキシ系樹脂接着剤に代えて、アクリル系樹脂接着剤(住友スリーエム社製 瞬間接着剤 7005S)を用いた以外は、実施例1と同様にして、電解質膜−電極接合体14を作製した。
[Example 2]
In the same manner as in Example 1, except that an acrylic resin adhesive (instant adhesive 7005S manufactured by Sumitomo 3M Limited) was used instead of the epoxy resin adhesive for the adhesive layer (3, 7), an electrolyte membrane- An electrode assembly 14 was produced.

[実施例3]
接着層(3,7)に、エポキシ系樹脂接着剤に代えて、塩化ビニル系樹脂接着剤(住友スリーエム社製 スコッチ 6252N)を用いた以外は、実施例1と同様にして、電解質膜−電極接合体14を作製した。
[Example 3]
In the same manner as in Example 1, except that a vinyl chloride resin adhesive (Scotch 6252N manufactured by Sumitomo 3M Limited) was used in place of the epoxy resin adhesive for the adhesive layers (3, 7), an electrolyte membrane-electrode A joined body 14 was produced.

[実施例4]
接着層(3,7)に、エポキシ系樹脂接着剤に代えて、エチレン−酢酸ビニル系樹脂接着剤(住友スリーエム社製 スコッチウェルド 3738)を用いた以外は、実施例1と同様にして、電解質膜−電極接合体14を作製した。
[Example 4]
In the same manner as in Example 1, except that an ethylene-vinyl acetate resin adhesive (Scotch Weld 3738 manufactured by Sumitomo 3M) was used instead of the epoxy resin adhesive for the adhesive layers (3, 7), the electrolyte A membrane-electrode assembly 14 was produced.

[実施例5]
電解質膜1と触媒層(5,9)との間に易接着層19を形成した以外は、実施例1と同様にして、電解質膜−電極接合体14を作製した。なお、易接着層19は、電解質膜1両側に接着されたガスケット(2,6)の開口部(4,8)を通して、実施例1で得られた5質量%アニオン電解質溶液をスプレーにより塗布し、50℃で10分間乾燥させて形成した。これにより易接着層19の形成されたガスケット付きアニオン伝導性固体高分子電解質膜1を作製した。
[Example 5]
An electrolyte membrane-electrode assembly 14 was produced in the same manner as in Example 1 except that the easy adhesion layer 19 was formed between the electrolyte membrane 1 and the catalyst layers (5, 9). The easy adhesion layer 19 was applied by spraying the 5% by mass anion electrolyte solution obtained in Example 1 through the openings (4, 8) of the gaskets (2, 6) bonded to both sides of the electrolyte membrane 1. And formed by drying at 50 ° C. for 10 minutes. As a result, an anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 with a gasket on which the easy adhesion layer 19 was formed was produced.

[実施例6]
実施例1と同様にして作製したカソード側及びアノード側ペースト組成物を転写基材(PETフィルム:E3120 東洋紡績株式会社製:厚さ12μm)上に金属量として、カソード側には銀を、アノード側にはニッケルを、乾燥後の重量がそれぞれ4mg/cm、20mg/cmとなるように塗工した後、100℃で15分間乾燥させることにより、触媒層5,9の形成されたアノード側及びカソード側転写フィルムを作製した。
[Example 6]
The cathode-side and anode-side paste compositions prepared in the same manner as in Example 1 were used as a metal amount on a transfer substrate (PET film: E3120, manufactured by Toyobo Co., Ltd .: thickness 12 μm), silver on the cathode side, and anode the on the side nickel, after the weight after drying was coated so that each becomes 4mg / cm 2, 20mg / cm 2, followed by drying for 15 minutes at 100 ° C., which is formed of a catalyst layer 5,9 anode Side and cathode side transfer films were prepared.

次に、実施例1と同様にして作製したガスケット付き電解質膜1の両側に接着されたガスケット(2,6)の開口部(4,8)を通して、実施例1で得られた5質量%アニオン電解質溶液をスプレーにより塗布し、50℃で10分間乾燥させて易接着層19を形成した。   Next, the 5 mass% anion obtained in Example 1 was passed through the openings (4, 8) of the gasket (2, 6) bonded to both sides of the electrolyte membrane with gasket 1 produced in the same manner as in Example 1. The electrolyte solution was applied by spraying and dried at 50 ° C. for 10 minutes to form the easy adhesion layer 19.

次に、電解質膜1の両面に形成された易接着層19上に、上記で作製したアノード側及びカソード側転写フィルム(50×50mm)を配置した後、圧力5MPa、温度60℃で5分間熱圧着した。次いで、転写基材を剥離して電解質膜1と触媒層(5,9)の間に易接着層19の形成された電解質膜−触媒層積層体を製造した。   Next, after placing the anode-side and cathode-side transfer films (50 × 50 mm) prepared above on the easy-adhesion layers 19 formed on both surfaces of the electrolyte membrane 1, heat was applied at a pressure of 5 MPa and a temperature of 60 ° C. for 5 minutes. Crimped. Subsequently, the transfer base material was peeled off to produce an electrolyte membrane-catalyst layer laminate in which an easy adhesion layer 19 was formed between the electrolyte membrane 1 and the catalyst layers (5, 9).

次に、カソード電極17側のガスケット開口部4から露出している触媒層5上に、49
×49mmのガス拡散層(カーボンクロス LT−1200W:E−TEK社製)からなる拡散層15を形成した。次いで、アノード電極18側のガスケット開口部8から露出している触媒層9上に、49×49mmの液体拡散層(発泡ニッケル:三菱マテリアル社製)からなる拡散層16を形成して、実施例6の電解質膜−電極接合体14を作製した。
Next, on the catalyst layer 5 exposed from the gasket opening 4 on the cathode electrode 17 side, 49
A diffusion layer 15 made of a gas diffusion layer of × 49 mm (carbon cloth LT-1200W: manufactured by E-TEK) was formed. Next, a diffusion layer 16 composed of a 49 × 49 mm liquid diffusion layer (foamed nickel: manufactured by Mitsubishi Materials Corporation) is formed on the catalyst layer 9 exposed from the gasket opening 8 on the anode electrode 18 side. 6 electrolyte membrane-electrode assembly 14 was produced.

[実施例7]
実施例1におけるガス拡散層をカーボンクロスに代えて、カーボンペーパ(35BC、SGL社製、厚み320μm)を用いてカソード電極17を作製し、また、実施例1と同様にして、アノード電極18を作製した。次いで、実施例5と同様にして易接着層19の形成されたガスケット付きアニオン伝導性固体高分子電解質膜1を作製した。
[Example 7]
The cathode electrode 17 was prepared using carbon paper (35BC, manufactured by SGL, thickness: 320 μm) instead of the carbon cloth in the gas diffusion layer in Example 1, and the anode electrode 18 was formed in the same manner as in Example 1. Produced. Next, an anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 with a gasket on which an easy adhesion layer 19 was formed was produced in the same manner as in Example 5.

次に、作製したアニオン伝導性固体高分子電解質膜1の両面に、上記で作製したアノード電極(50×50mm)、カソード電極(50×50mm)を配置した後、圧力5MPa、温度60℃で5分間熱圧着し、電解質膜1と触媒層(5,9)の間に易接着層19が形成された、実施例7の電解質膜−電極接合体14を製造した。   Next, the anode electrode (50 × 50 mm) and the cathode electrode (50 × 50 mm) prepared above are arranged on both surfaces of the produced anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1, and then 5 ° C. at a pressure of 5 MPa and a temperature of 60 ° C. The electrolyte membrane-electrode assembly 14 of Example 7 in which the easy-adhesion layer 19 was formed between the electrolyte membrane 1 and the catalyst layers (5, 9) was manufactured by thermocompression bonding for minutes.

[実施例8]
実施例6の易接着層14の形成において、実施例1で得られた5質量%アニオン電解質溶液5gに気相成長法炭素繊維(VGCF;昭和電工株式会社製)1gを混合したアニオン電解質溶液を用いて易接着層19を形成した以外は、実施例6と同様にして、実施例8の電解質膜−電極接合体14を作製した。
[Example 8]
In the formation of the easy-adhesion layer 14 of Example 6, an anion electrolyte solution obtained by mixing 1 g of vapor grown carbon fiber (VGCF; Showa Denko KK) with 5 g of the 5 mass% anion electrolyte solution obtained in Example 1 was used. An electrolyte membrane-electrode assembly 14 of Example 8 was produced in the same manner as in Example 6 except that the easy-adhesion layer 19 was formed using the same.

[比較例1]
テフロン(登録商標)シートに代えて、シリコーン樹脂シートを用い、かつ接着層(3,7)を形成しないガスケットを用いた以外は、実施例1と同様にして、電解質膜−電極接合体14を作製した。なお、シリコーン樹脂シートは自己粘着性を利用して、アニオン伝導性固体高分子電解質膜1に接着した。
[Comparative Example 1]
An electrolyte membrane-electrode assembly 14 was prepared in the same manner as in Example 1 except that a silicone resin sheet was used instead of the Teflon (registered trademark) sheet and a gasket that did not form the adhesive layer (3, 7) was used. Produced. The silicone resin sheet was bonded to the anion conductive solid polymer electrolyte membrane 1 using self-adhesiveness.

[比較例2]
接着層(3,7)に、エポキシ系樹脂接着剤に代えて、ユリア系樹脂接着剤(東洋プライウッド社製 SC)を用いた以外は、実施例1と同様にして、電解質膜−電極接合体14を作製した。
[Comparative Example 2]
In the same manner as in Example 1, except that a urea resin adhesive (SC manufactured by Toyo Plywood Co., Ltd.) was used instead of the epoxy resin adhesive for the adhesive layer (3, 7), an electrolyte membrane-electrode assembly 14 was produced.

[比較例3]
接着層(3,7)に、エポキシ系樹脂接着剤に代えて、フェノール系樹脂接着剤(セメダイン社製 セメダイン575)を用いた以外は、実施例1と同様にして、電解質膜−電極接合体14を作製した。
[Comparative Example 3]
An electrolyte membrane-electrode assembly was obtained in the same manner as in Example 1 except that a phenolic resin adhesive (Cemedine 575, manufactured by Cemedine) was used for the adhesive layers (3, 7) instead of the epoxy resin adhesive. 14 was produced.

[比較例4]
接着層(3,7)に、エポキシ系樹脂接着剤に代えて、ポリウレタン系樹脂接着剤(セメダイン社製 セメダインUM700)を用いた以外は、実施例1と同様にして、電解質膜−電極接合体14を作製した。
[Comparative Example 4]
In the same manner as in Example 1, except that a polyurethane resin adhesive (Cemedine UM700 manufactured by Cemedine Co., Ltd.) was used instead of the epoxy resin adhesive for the adhesive layers (3, 7), an electrolyte membrane-electrode assembly. 14 was produced.

(性能評価)
実施例1〜8及び比較例1〜4で得られた電解質膜−電極接合体14の両主面にそれぞれセパレータ(21,22)を配置して、図8に示すような固体アルカリ形燃料電池25を作製し、電池性能評価を実施した。
(Performance evaluation)
Separators (21, 22) are arranged on both main surfaces of the electrolyte membrane-electrode assemblies 14 obtained in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4, respectively, and a solid alkaline fuel cell as shown in FIG. 25 was produced and the battery performance was evaluated.

性能評価は、以下のようにして行った。すなわち、燃料電池25の作動温度を約60℃に設定し、カソード電極17側セパレータ21の酸化剤ガス流路23には酸素ガス、アノード電極18側セパレータ22の燃料流路24にはエタノール水溶液を供給して、開放起電力(OCV:Open Circuit Voltage)を調べた。結果を表1に示す。   The performance evaluation was performed as follows. That is, the operating temperature of the fuel cell 25 is set to about 60 ° C., oxygen gas is supplied to the oxidant gas flow path 23 of the cathode electrode 17 side separator 21, and ethanol aqueous solution is supplied to the fuel flow path 24 of the anode electrode 18 side separator 22. Then, the open electromotive force (OCV) was examined. The results are shown in Table 1.

Figure 2010040515
Figure 2010040515

表1に示すように、実施例1〜8は、いずれも比較例1〜4に比べ高い開放起電力を示した。   As shown in Table 1, Examples 1 to 8 all exhibited higher open electromotive force than Comparative Examples 1 to 4.

1・・・アニオン伝導性固体高分子電解質膜
2,6,20・・・ガスケット
3,7・・・接着層
4,8・・・開口部
5,9・・・触媒層
10・・・固体アルカリ形燃料電池用電解質膜
11,11A,12,13・・・固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体
14・・・固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−電極接合体
15,16・・・拡散層
17・・・電極(カソード電極)
18・・・電極(アノード電極)
19・・・易接着層
21,22・・・セパレータ
23・・・酸化剤ガス流路
24・・・燃料流路
25・・・固体アルカリ形燃料電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Anion conductive solid polymer electrolyte membrane 2, 6, 20 ... Gasket 3, 7 ... Adhesive layer 4, 8 ... Opening 5,9 ... Catalyst layer 10 ... Solid Electrolyte membrane for alkaline fuel cell 11, 11A, 12, 13 ... Solid alkaline fuel cell electrolyte membrane-catalyst layer assembly 14 ... Solid alkaline fuel cell electrolyte membrane-electrode assembly 15, 16, ..Diffusion layer 17 ... Electrode (cathode electrode)
18 ... Electrode (Anode electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... Easy-adhesion layer 21, 22 ... Separator 23 ... Oxidant gas flow path 24 ... Fuel flow path 25 ... Solid alkaline fuel cell

Claims (8)

アニオン伝導性固体高分子電解質膜と、
一方の面に耐アルカリ性の接着層を有し、中央に触媒層を配置するための開口部を有する枠状のガスケットと、
を備え、前記ガスケットは、前記アニオン伝導性固体高分子電解質膜の一方の面に前記接着層を介して配置されたことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池用電解質膜。
An anion conductive solid polymer electrolyte membrane;
A frame-shaped gasket having an alkali-resistant adhesive layer on one side and an opening for disposing a catalyst layer in the center;
An electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell, wherein the gasket is disposed on one surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane via the adhesive layer.
前記ガスケットは、前記アニオン伝導性固体高分子電解質膜の他方の面に前記接着層を介してさらに配置されたことを特徴とする請求項1に記載の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜。   2. The electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell according to claim 1, wherein the gasket is further disposed on the other surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane via the adhesive layer. 請求項1に記載の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜と、
前記アニオン伝導性固体高分子電解質膜の表面上でかつ前記開口部の領域内に配置された触媒層と、
を備えたことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体。
An electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell according to claim 1,
A catalyst layer disposed on the surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane and in the region of the opening;
An electrolyte membrane-catalyst layer assembly for a solid alkaline fuel cell, comprising:
請求項2に記載の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜と、
前記アニオン伝導性固体高分子電解質膜のそれぞれの表面上でかつ前記開口部のそれぞれの領域内に配置された触媒層と、
を備えたことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体。
The electrolyte membrane for a solid alkaline fuel cell according to claim 2,
A catalyst layer disposed on each surface of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane and in each region of the opening;
An electrolyte membrane-catalyst layer assembly for a solid alkaline fuel cell, comprising:
前記触媒層は、厚みが前記ガスケットの厚みより小さいことを特徴とする請求項3又は4に記載の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体。   The electrolyte membrane-catalyst layer assembly according to claim 3 or 4, wherein the catalyst layer has a thickness smaller than that of the gasket. 前記ガスケットは、前記アニオン伝導性固体高分子電解質膜の外側端面をさらに覆っており、前記アニオン伝導性固体高分子電解質膜の外側に位置する前記接着層同士が接着していることを特徴とする請求項4又は5に記載の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体。   The gasket further covers an outer end face of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane, and the adhesive layers located outside the anion conductive solid polymer electrolyte membrane are bonded to each other. The electrolyte membrane-catalyst layer assembly for a solid alkaline fuel cell according to claim 4 or 5. 請求項4〜6のいずれか1項に記載の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体と、
前記触媒層のそれぞれの表面上でかつ前記開口部のそれぞれの領域内に配置された拡散層と、
を備えたことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−電極接合体。
The electrolyte membrane-catalyst layer assembly for a solid alkaline fuel cell according to any one of claims 4 to 6,
A diffusion layer disposed on each surface of the catalyst layer and in each region of the opening;
An electrolyte membrane-electrode assembly for a solid alkaline fuel cell, comprising:
請求項7に記載の固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−電極接合体と、
一対のセパレータと、
を備え、前記固体アルカリ形燃料電池用電解質膜−電極接合体は、前記セパレータに挟持されたことを特徴とする固体アルカリ形燃料電池。
An electrolyte membrane-electrode assembly for a solid alkaline fuel cell according to claim 7,
A pair of separators;
A solid alkaline fuel cell, wherein the electrolyte membrane-electrode assembly for a solid alkaline fuel cell is sandwiched between the separators.
JP2009158574A 2008-07-10 2009-07-03 Electrolyte membrane for solid alkali type fuel cell, electrolyte membrane-catalyst layer assembly for solid alkali type fuel cell, electrolyte membrane-electrode assembly for solid alkali type fuel cell, and solid alkali type fuel cell Withdrawn JP2010040515A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009158574A JP2010040515A (en) 2008-07-10 2009-07-03 Electrolyte membrane for solid alkali type fuel cell, electrolyte membrane-catalyst layer assembly for solid alkali type fuel cell, electrolyte membrane-electrode assembly for solid alkali type fuel cell, and solid alkali type fuel cell

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008180550 2008-07-10
JP2009158574A JP2010040515A (en) 2008-07-10 2009-07-03 Electrolyte membrane for solid alkali type fuel cell, electrolyte membrane-catalyst layer assembly for solid alkali type fuel cell, electrolyte membrane-electrode assembly for solid alkali type fuel cell, and solid alkali type fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010040515A true JP2010040515A (en) 2010-02-18

Family

ID=42012803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009158574A Withdrawn JP2010040515A (en) 2008-07-10 2009-07-03 Electrolyte membrane for solid alkali type fuel cell, electrolyte membrane-catalyst layer assembly for solid alkali type fuel cell, electrolyte membrane-electrode assembly for solid alkali type fuel cell, and solid alkali type fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010040515A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011198681A (en) * 2010-03-23 2011-10-06 Toppan Printing Co Ltd Membrane electrode assembly for solid polymer fuel cell, method for manufacturing of membrane electrode assembly, and fuel cell
JP2012074314A (en) * 2010-09-29 2012-04-12 Toppan Printing Co Ltd Manufacturing method of membrane electrode assembly, and membrane electrode assembly
JP2014220253A (en) * 2014-07-23 2014-11-20 大日本印刷株式会社 Membrane-electrode assembly intermediate, and method for manufacturing membrane-electrode assembly intermediate, membrane-electrode assembly and solid polymer fuel cell
JP2015050058A (en) * 2013-09-02 2015-03-16 凸版印刷株式会社 Membrane electrode assembly and method for manufacturing the same
WO2022172983A1 (en) * 2021-02-10 2022-08-18 大日本印刷株式会社 Gasket member for solid polymer fuel cell, electrode-electrolyte membrane laminate with gasket member, and solid polymer fuel cell

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011198681A (en) * 2010-03-23 2011-10-06 Toppan Printing Co Ltd Membrane electrode assembly for solid polymer fuel cell, method for manufacturing of membrane electrode assembly, and fuel cell
JP2012074314A (en) * 2010-09-29 2012-04-12 Toppan Printing Co Ltd Manufacturing method of membrane electrode assembly, and membrane electrode assembly
JP2015050058A (en) * 2013-09-02 2015-03-16 凸版印刷株式会社 Membrane electrode assembly and method for manufacturing the same
JP2014220253A (en) * 2014-07-23 2014-11-20 大日本印刷株式会社 Membrane-electrode assembly intermediate, and method for manufacturing membrane-electrode assembly intermediate, membrane-electrode assembly and solid polymer fuel cell
WO2022172983A1 (en) * 2021-02-10 2022-08-18 大日本印刷株式会社 Gasket member for solid polymer fuel cell, electrode-electrolyte membrane laminate with gasket member, and solid polymer fuel cell
JP7173419B1 (en) * 2021-02-10 2022-11-16 大日本印刷株式会社 Gasket member for polymer electrolyte fuel cell, electrode-electrolyte membrane laminate with gasket member, and polymer electrolyte fuel cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8026018B2 (en) Electrolyte membrane-electrode assembly and production method thereof
JP4228911B2 (en) Fuel cell and manufacturing method thereof
JP5064679B2 (en) Direct methanol fuel cell
US8105732B2 (en) Direct oxidation fuel cell
US20110097651A1 (en) Membrane Electrode Assembly (MEA) Fabrication Procedure on Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell
KR20060118345A (en) Direct oxidation fuel cell and manufacturing method therefor
JP5153130B2 (en) Membrane electrode assembly
JP4957047B2 (en) Fuel cell catalyst layer-electrolyte membrane laminate
JP2010040515A (en) Electrolyte membrane for solid alkali type fuel cell, electrolyte membrane-catalyst layer assembly for solid alkali type fuel cell, electrolyte membrane-electrode assembly for solid alkali type fuel cell, and solid alkali type fuel cell
JP2011009146A (en) Solid alkaline fuel cell
JP2010170892A (en) Fuel cell
US20110207016A1 (en) Direct oxidation fuel cell
JP2010021022A (en) Solid alkaline fuel cell and operation method thereof
JP5515241B2 (en) FUEL CELL ELECTRODE, METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL ELECTRODE, ELECTRODE-ELECTROLYTE MEMBRANE LAMINATE, FUEL CELL CELL, AND FUEL CELL
JP4400212B2 (en) Manufacturing method of membrane / electrode assembly for fuel cell
JP5463624B2 (en) Method for producing membrane / electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell
JP5003390B2 (en) Cylindrical solid alkaline fuel cell
JP2011003420A (en) Anode electrode for solid alkaline fuel cell, and anion conductive polymer electrolyte membrane-electrode assembly and solid alkaline fuel cell using the same
JP5320716B2 (en) Solid alkaline fuel cell
JP4905428B2 (en) Electrolysis cell for hydrogen generation and electrolysis cell stack for hydrogen generation
JP5266703B2 (en) Cylindrical solid alkaline fuel cell
JP2011054396A (en) Solid alkaline fuel cell; method for manufacturing and operating the same
JP4229209B2 (en) Fuel cell and manufacturing method thereof
WO2024048586A1 (en) Membrane electrode assembly for water electrolysis tank
JP2010009933A (en) Electrode for fuel cell, manufacturing method of electrode for fuel cell, electrode electrolyte membrane laminate, cell of fuel cell, and fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20120904