JP2010065283A - Catalyst layer paste composition, catalyst layer with transfer substrate, electrode of electrolytic cell for hydrogen generation and method for manufacturing the electrode, membrane catalyst layer assembly, electrolytic cell for hydrogen generation, and method for manufacturing the cell - Google Patents

Catalyst layer paste composition, catalyst layer with transfer substrate, electrode of electrolytic cell for hydrogen generation and method for manufacturing the electrode, membrane catalyst layer assembly, electrolytic cell for hydrogen generation, and method for manufacturing the cell Download PDF

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安希 吉田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst layer paste composition for forming a catalyst layer substantially free of cracks or pinholes and excellent in stability, and to provide a catalyst layer with a transfer substrate using the composition, an electrode of an electrolytic cell for hydrogen generation and a method for manufacturing the electrode, a membrane catalyst layer joined body, an electrolytic cell for hydrogen generation, and a method for manufacturing the cell. <P>SOLUTION: The catalyst layer paste composition includes a catalyst powder, a binder, a solvent and water, to be used for an electrolytic cell for hydrogen generation, wherein the binder includes an anionic conductive polyelectrolyte. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、触媒層ペースト組成物、転写基材付き触媒層、水素発生用電気分解セルの電極及びその製造方法、並びに膜触媒層接合体、水素発生用電気分解セルとその製造方法に関し、特に、アンモニア又は窒素化合物を含む水溶液から水素を発生させる触媒層ペースト組成物、転写基材付き触媒層、水素発生用電気分解セルの電極及びその製造方法、並びに膜触媒層接合体、水素発生用電気分解セルとその製造方法に関する。   The present invention relates to a catalyst layer paste composition, a catalyst layer with a transfer substrate, an electrode for an electrolysis cell for hydrogen generation and a method for producing the same, and a membrane catalyst layer assembly, an electrolysis cell for hydrogen generation and a method for producing the same. Catalyst layer paste composition for generating hydrogen from an aqueous solution containing ammonia or nitrogen compound, catalyst layer with transfer substrate, electrode for electrolysis cell for hydrogen generation and method for producing the same, membrane catalyst layer assembly, and electricity for hydrogen generation The present invention relates to a decomposition cell and a manufacturing method thereof.

水素は石油精製、化学産業などをはじめとしてあらゆる産業分野において広く用いられている。特に近年、将来のエネルギーとして水素エネルギーが注目されてきており、燃料電池を中心に研究が進められている。しかし、水素ガスは熱量あたりの体積が大きく、また液化に必要なエネルギーも大きいため、そのまま貯蔵したり、輸送することは難しいことが知られている。
従って、燃料電池自動車のような移動体および分散電源として燃料電池を用いる場合など、燃料電池を使用する場に水素を供給する必要がある場合において効率的な水素供給方法の開発が求められていた。
Hydrogen is widely used in various industrial fields including the oil refining and chemical industries. In particular, in recent years, hydrogen energy has attracted attention as a future energy, and research is being conducted focusing on fuel cells. However, it is known that hydrogen gas has a large volume per calorie and requires a large amount of energy for liquefaction, so that it is difficult to store or transport it as it is.
Accordingly, there has been a demand for the development of an efficient hydrogen supply method when it is necessary to supply hydrogen to a place where the fuel cell is used, such as when a fuel cell is used as a mobile body and a distributed power source such as a fuel cell vehicle. .

以下、水素の供給方法の現状について述べる。
まず、水素を高圧ガスとして運搬し使用する方法を挙げることができる。しかし、この方法は危険な高圧ガスを取り扱うこと、かなり高圧にしても体積が過大になり小型化が困難なことなどに問題がある。一方、水素を液体水素として貯蔵・運搬し使用する方法も開示されているが、20K(−253℃)という極低温であるため取り扱いにくいという問題がある。
The current state of hydrogen supply methods will be described below.
First, a method of transporting and using hydrogen as a high-pressure gas can be mentioned. However, this method has problems in that it handles dangerous high-pressure gas, and it is difficult to miniaturize because the volume becomes excessive even at a considerably high pressure. On the other hand, a method of storing and transporting and using hydrogen as liquid hydrogen is also disclosed, but there is a problem that it is difficult to handle because it is an extremely low temperature of 20K (−253 ° C.).

次に、水素を使用する場で水素を製造する方法を挙げることができる。このような方法として、改質法が知られている。改質法は、メタンや軽質パラフィンの水蒸気改質法、自己熱改質法、部分酸化法など公知の技術により広く行われているが、一般に700℃以上の高温を必要とする。メタノールやジメチルエーテルの改質も広く認知された方法であるが、通常200℃以上の反応温度で行われる。このように改質法は高温を必要とするため、小型化、起動性向上などが困難である。   Next, a method for producing hydrogen in a place where hydrogen is used can be mentioned. A reforming method is known as such a method. The reforming method is widely performed by a known technique such as a steam reforming method of methane or light paraffin, an autothermal reforming method, or a partial oxidation method, but generally requires a high temperature of 700 ° C. or higher. Although reforming of methanol and dimethyl ether is a widely recognized method, it is usually carried out at a reaction temperature of 200 ° C. or higher. As described above, since the reforming method requires high temperature, it is difficult to reduce the size and improve the startability.

また、シクロヘキサン,メチルシクロヘキサン,テトラリン,デカリンなどシクロヘキサン環を有する炭化水素を脱水素し水素を得る方法も提案されているが、この方法も200℃の比較的高温が必要とされる。   In addition, a method of dehydrogenating hydrocarbons having a cyclohexane ring such as cyclohexane, methylcyclohexane, tetralin, decalin, etc., to obtain hydrogen has also been proposed, but this method also requires a relatively high temperature of 200 ° C.

水素吸蔵合金に吸蔵された水素を用いるのも有力である。しかし、水素吸蔵量は水素吸蔵合金全体の3%程度であり、移動体などに用いるためには重量が重くなりすぎ不十分である。   It is also effective to use hydrogen stored in the hydrogen storage alloy. However, the hydrogen storage amount is about 3% of the entire hydrogen storage alloy, and the weight is too high to be used for a moving body or the like.

一方、水の電気分解により水素を発生させる方法が、従来より知られている。水の電気分解に用いられている方法として、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液を電気分解するアルカリ電解液型電解法、フッ素系イオン交換膜を用いた固体高分子型電解法等がある(例えば、特許文献1,2参照。)。これらの方法によれば、電気分解される水溶液に電圧を印加することにより常温・常圧で水素を発生させることができる。
特開平8−314372号公報 特開平8−269761号公報
On the other hand, a method of generating hydrogen by electrolysis of water has been conventionally known. Methods used for water electrolysis include alkaline electrolyte electrolysis that electrolyzes aqueous sodium hydroxide and potassium hydroxide, and solid polymer electrolysis using a fluorine ion exchange membrane ( For example, see Patent Documents 1 and 2.) According to these methods, hydrogen can be generated at room temperature and pressure by applying a voltage to the aqueous solution to be electrolyzed.
JP-A-8-314372 JP-A-8-269761

上記の固体高分子型電解法による電気分解セルでは、触媒層にクラックやピンホール等が実質的に生じないことが求められ、触媒層ペーストには触媒粉の分散性が求められる。
しかしながら、触媒と高分子電解質からなるペーストを用いた特許文献2に記載の触媒層形成方法では、分散性の良好な触媒層が形成できず、触媒層のひび割れのおそれがあるといった課題が残されている。
In the electrolysis cell by the above solid polymer electrolysis method, it is required that the catalyst layer is substantially free from cracks, pinholes, etc., and the catalyst layer paste is required to have dispersibility of the catalyst powder.
However, in the catalyst layer forming method described in Patent Document 2 using a paste comprising a catalyst and a polymer electrolyte, there remains a problem that a catalyst layer with good dispersibility cannot be formed and the catalyst layer may be cracked. ing.

本発明の目的は、クラックやピンホール等が実質的に生じず、安定性に優れた触媒層を形成するための触媒層ペースト組成物、これを用いた、転写基材付き触媒層、水素発生用電気分解セルの電極及びその製造方法、並びに膜触媒層接合体、水素発生用電気分解セルとその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a catalyst layer paste composition for forming a catalyst layer having substantially no cracks, pinholes, etc. and excellent stability, a catalyst layer with a transfer substrate using the same, and hydrogen generation It is an object to provide an electrode for an electrolysis cell and a production method thereof, a membrane catalyst layer assembly, an electrolysis cell for hydrogen generation, and a production method thereof.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、触媒粉、バインダー、溶剤、及び水を含有した、水素発生用電気分解セルに用いる触媒層ペースト組成物であって、前記バインダーは、アニオン伝導性高分子電解質で構成されていることを特徴とする触媒層ペースト組成物である。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a catalyst layer paste composition for use in an electrolysis cell for hydrogen generation, which contains catalyst powder, a binder, a solvent, and water, A catalyst layer paste composition comprising an anion conductive polymer electrolyte.

また、請求項2に記載の発明は、前記バインダーは、非アニオン伝導性高分子を含有したことを特徴とする請求項1に記載の触媒層ペースト組成物である。   The invention according to claim 2 is the catalyst layer paste composition according to claim 1, wherein the binder contains a non-anion conductive polymer.

また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の触媒層ペースト組成物を転写基材上に形成して構成したことを特徴とする転写基材付き触媒層である。   The invention described in claim 3 is a catalyst layer with a transfer substrate, characterized in that the catalyst layer paste composition according to claim 1 or 2 is formed on a transfer substrate.

また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の転写基材付き触媒層の前記触媒層ペースト組成物上に金属多孔質体を形成して構成したことを特徴とする転写基材付き電極である。   The invention according to claim 4 is a transfer substrate comprising a metal porous body formed on the catalyst layer paste composition of the catalyst layer with a transfer substrate according to claim 3. It is an attached electrode.

また、請求項5に記載の発明は、前記金属多孔質体が、発泡ニッケル、発泡チタン、発泡銀から選択される少なくとも1種からなることを特徴とする請求項4に記載の転写基材付き電極である。   The invention according to claim 5 is characterized in that the metal porous body is made of at least one selected from foamed nickel, foamed titanium and foamed silver. Electrode.

また、請求項6に記載の発明は、請求項4又は5に記載の転写基材付き電極の前記転写基材を剥離して構成したことを特徴とする水素発生用電気分解セルの電極である。   The invention described in claim 6 is an electrode of an electrolysis cell for generating hydrogen, characterized in that the transfer substrate with the transfer substrate according to claim 4 or 5 is peeled off. .

また、請求項7に記載の発明は、請求項1又は2に記載の触媒層ペースト組成物を金属多孔質体上に形成して構成したことを特徴とする水素発生用電気分解セルの電極である。   The invention according to claim 7 is an electrode of an electrolysis cell for hydrogen generation, characterized in that the catalyst layer paste composition according to claim 1 or 2 is formed on a metal porous body. is there.

また、請求項8に記載の発明は、前記金属多孔質体が、発泡ニッケル、発泡チタン、発泡銀から選択される少なくとも1種からなることを特徴とする請求項7に記載の水素発生用電気分解セルの電極である。   The invention according to claim 8 is the electricity for hydrogen generation according to claim 7, wherein the metal porous body is made of at least one selected from foamed nickel, foamed titanium, and foamed silver. It is an electrode of a decomposition cell.

また、請求項9に記載の発明は、請求項1又は2に記載の触媒層ペースト組成物をアニオン伝導性高分子電解質膜の両面に形成して構成したことを特徴とする膜触媒層接合体である。   The invention according to claim 9 is a membrane / catalyst layer assembly comprising the catalyst layer paste composition according to claim 1 or 2 formed on both sides of an anion conductive polymer electrolyte membrane. It is.

また、請求項10に記載の発明は、請求項6〜8のいずれか1項に記載の電極をアニオン伝導性高分子電解質膜の両面に配置したことを特徴とする水素発生用電気分解セルである。   The invention according to claim 10 is an electrolysis cell for hydrogen generation, characterized in that the electrode according to any one of claims 6 to 8 is arranged on both surfaces of an anion conductive polymer electrolyte membrane. is there.

また、請求項11に記載の発明は、請求項9に記載の膜触媒層接合体の両面に金属多孔質体を配置したことを特徴とする水素発生用電気分解セルである。   An eleventh aspect of the invention is an electrolysis cell for hydrogen generation, characterized in that a metal porous body is disposed on both surfaces of the membrane-catalyst layer assembly according to the ninth aspect.

また、請求項12に記載の発明は、前記金属多孔質体が、発泡ニッケル、発泡チタン、発泡銀から選択される少なくとも1種からなることを特徴とする請求項11に記載の水素発生用電気分解セルである。   The invention according to claim 12 is the electricity for hydrogen generation according to claim 11, wherein the metal porous body is made of at least one selected from foamed nickel, foamed titanium, and foamed silver. It is a decomposition cell.

また、請求項13に記載の発明は、触媒粉、少なくともアニオン伝導性高分子電解質で構成されたバインダー、溶剤、及び水をそれぞれ所定の分量で混合・分散して触媒層ペースト組成物を形成する工程と、前記触媒層ペースト組成物を転写基材上に塗布・乾燥させて転写基材付き触媒層を形成する工程と、前記転写基材付き触媒層を金属多孔質体の表面に形成して圧着により接合させた後、前記転写基材を剥離する工程とを備えたことを特徴とする水素発生用電気分解セルの電極の製造方法である。   The invention according to claim 13 forms a catalyst layer paste composition by mixing and dispersing catalyst powder, a binder composed of at least an anion conducting polymer electrolyte, a solvent, and water in predetermined amounts, respectively. A step of applying and drying the catalyst layer paste composition onto a transfer substrate to form a catalyst layer with a transfer substrate, and forming the catalyst layer with a transfer substrate on the surface of the metal porous body. A method for producing an electrode for an electrolysis cell for hydrogen generation, comprising: a step of peeling the transfer substrate after bonding by pressure bonding.

また、請求項14に記載の発明は、触媒粉、少なくともアニオン伝導性高分子電解質で構成されたバインダー、溶剤、及び水をそれぞれ所定の分量で混合・分散して触媒層ペースト組成物を形成する工程と、前記触媒層ペースト組成物をアニオン伝導性高分子電解質膜の両面に塗布・乾燥させて膜触媒層接合体を形成する工程と、前記膜触媒層接合体の両面に金属多孔質体を形成して圧着により接合させる工程とを備えたことを特徴とする水素発生用電気分解セルの製造方法である。   In the invention described in claim 14, a catalyst layer paste composition is formed by mixing and dispersing catalyst powder, a binder composed of at least an anion conductive polymer electrolyte, a solvent, and water in predetermined amounts. A step of coating and drying the catalyst layer paste composition on both sides of the anion conducting polymer electrolyte membrane to form a membrane catalyst layer assembly, and a metal porous body on both sides of the membrane catalyst layer assembly. And a step of bonding by pressure bonding. A method for producing an electrolysis cell for hydrogen generation.

また、請求項15に記載の発明は、触媒粉、少なくともアニオン伝導性高分子電解質で構成されたバインダー、溶剤、及び水をそれぞれ所定の分量で混合・分散して触媒層ペースト組成物を形成する工程と、前記触媒層ペースト組成物を金属多孔質体に塗布・乾燥させて電極を形成する工程と、前記電極をアニオン伝導性高分子電解質膜の両面に前記触媒層ペースト組成物側が接するように形成して圧着により接合させる工程とを備えたことを特徴とする水素発生用電気分解セルの製造方法である。   The invention according to claim 15 is to form a catalyst layer paste composition by mixing and dispersing catalyst powder, a binder composed of at least an anion conductive polymer electrolyte, a solvent, and water in predetermined amounts, respectively. A step of coating and drying the catalyst layer paste composition on a metal porous body to form an electrode, and the electrode so that the catalyst layer paste composition side is in contact with both surfaces of the anion conductive polymer electrolyte membrane. And a step of bonding by pressure bonding. A method for producing an electrolysis cell for hydrogen generation.

また、請求項16に記載の発明は、触媒粉、少なくともアニオン伝導性高分子電解質で構成されたバインダー、溶剤、及び水をそれぞれ所定の分量で混合・分散して触媒層ペースト組成物を形成する工程と、前記触媒層ペースト組成物を転写基材上に塗布・乾燥させて転写基材付き触媒層を形成する工程と、前記転写基材付き触媒層をアニオン伝導性高分子電解質膜の両面に前記触媒層ペースト組成物側が接するように形成して圧着により接合させた後、前記転写基材を剥離して膜触媒層接合体を形成する工程と前記膜触媒層接合体の両面に金属多孔質体を形成して圧着により接合させる工程とを備えたことを特徴とする水素発生用電気分解セルの製造方法である。   The invention according to claim 16 forms a catalyst layer paste composition by mixing and dispersing catalyst powder, a binder composed of at least an anion conductive polymer electrolyte, a solvent, and water in predetermined amounts, respectively. A step of coating and drying the catalyst layer paste composition on a transfer substrate to form a catalyst layer with a transfer substrate, and the catalyst layer with a transfer substrate on both sides of the anion conductive polymer electrolyte membrane. The catalyst layer paste composition side is formed so as to be in contact with each other and bonded by pressure bonding, and then the transfer substrate is peeled to form a membrane catalyst layer assembly and metal porous on both surfaces of the membrane catalyst layer assembly A process for forming a body and joining them by pressure bonding.

また、請求項17に記載の発明は、触媒粉、少なくともアニオン伝導性高分子電解質で構成されたバインダー、溶剤、及び水をそれぞれ所定の分量で混合・分散して触媒層ペースト組成物を形成する工程と、前記触媒層ペースト組成物を転写基材上に塗布・乾燥させて転写基材付き触媒層を形成する工程と、前記転写基材付き触媒層を金属多孔質体の表面に形成して圧着により接合させて電極を形成する工程と、前記電極をアニオン伝導性高分子電解質膜の両面に前記触媒層ペースト組成物側が接するように形成して圧着により接合させる工程とを備えたことを特徴とする水素発生用電気分解セルの製造方法である。   The invention according to claim 17 forms a catalyst layer paste composition by mixing and dispersing catalyst powder, a binder composed of at least an anion conductive polymer electrolyte, a solvent, and water in predetermined amounts, respectively. A step of applying and drying the catalyst layer paste composition onto a transfer substrate to form a catalyst layer with a transfer substrate, and forming the catalyst layer with a transfer substrate on the surface of the metal porous body. A step of forming an electrode by bonding by pressure bonding, and a step of forming the electrode so that the catalyst layer paste composition side is in contact with both surfaces of the anion conductive polymer electrolyte membrane and bonding by pressure bonding And a method for producing an electrolysis cell for hydrogen generation.

本発明によれば、クラックやピンホール等が実質的に生じず、安定性に優れた、すなわち触媒の分散性が良好な触媒層を形成するための触媒層ペースト組成物、これを用いた、転写基材付き触媒層、水素発生用電気分解セルの電極及びその製造方法、並びに膜触媒層接合体、水素発生用電気分解セルとその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, a catalyst layer paste composition for forming a catalyst layer that is substantially free of cracks, pinholes, etc. and has excellent stability, that is, good dispersibility of the catalyst, was used. It is possible to provide a catalyst layer with a transfer substrate, an electrode for an electrolysis cell for hydrogen generation and a method for producing the same, a membrane catalyst layer assembly, an electrolysis cell for hydrogen generation and a method for producing the same.

以下、図面を参照して本発明の第1乃至第6の実施の形態を説明する。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, first to sixth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 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.

また、以下に示す第1乃至第6の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Further, the following first to sixth embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the component parts. The material, shape, structure, arrangement, etc. are not specified below. The technical idea of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

[第1の実施の形態]
(触媒層ペースト組成物)
本発明の第1の実施の形態に係る触媒層ペースト組成物は、触媒粉、バインダー、溶剤、及び水を含有した、水素発生用電気分解セルに用いる触媒層ペースト組成物であって、バインダーは、アニオン伝導性高分子電解質で構成される。
[First embodiment]
(Catalyst layer paste composition)
The catalyst layer paste composition according to the first embodiment of the present invention is a catalyst layer paste composition for use in an electrolysis cell for hydrogen generation, which contains catalyst powder, a binder, a solvent, and water. , Composed of an anion conductive polymer electrolyte.

(触媒粉)
本実施の形態に係る触媒粉は、触媒金属微粒子からなり、公知又は市販のものを使用することができる。
触媒金属微粒子としては、例えば、Co,Ni,Pt,Ru,B,C,Mn,Fe,Pd,Rh,Li,Na,Mg,K,Ir,Nd,La,Ca,V,Ti,Cr,Cu,Zn,Al,Si,Mo,W,Ta,Zr,Hf,Agから選ばれた1種または2種以上の金属が挙げられ、また、その化合物もしくはその合金でもよい。
(Catalyst powder)
The catalyst powder according to the present embodiment is made of catalyst metal fine particles, and known or commercially available products can be used.
Examples of the catalyst metal fine particles include Co, Ni, Pt, Ru, B, C, Mn, Fe, Pd, Rh, Li, Na, Mg, K, Ir, Nd, La, Ca, V, Ti, Cr, One kind or two or more kinds of metals selected from Cu, Zn, Al, Si, Mo, W, Ta, Zr, Hf, and Ag are exemplified, and the compound or an alloy thereof may be used.

触媒金属微粒子が2種以上からなる合金である場合は、白金(Pt),鉄(Fe),コバルト(Co),ニッケル(Ni),ロジウム(Rh),ルテニウム(Ru),イリジウム(Ir)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、白金−鉄合金,白金−コバルト合金,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。   When the catalyst metal fine particles are an alloy composed of two or more kinds, platinum (Pt), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), iridium (Ir) Of these, alloy fine particles containing at least two kinds are preferred. For example, in addition to platinum-iron alloy, platinum-cobalt alloy, iron-cobalt alloy, cobalt-nickel alloy, iron-nickel alloy, iron-cobalt-nickel alloy can be used. Each ratio of these metals is not limited and can be appropriately selected from a wide range.

触媒金属微粒子の平均粒径は限定的でないが、例えば、約1〜20nm程度のコロイド状粒子や、約20〜500μm程度の粉末状のものが使用できる。   The average particle diameter of the catalyst metal fine particles is not limited, but for example, colloidal particles of about 1 to 20 nm or powders of about 20 to 500 μm can be used.

市販の触媒金属微粒子の具体例としては、例えば、新光化学工業所社製のニッケルコロイド粒子、高純度化学研究所社製のニッケル−コバルト合金粒子(「NIA07PB」)等が挙げられる。   Specific examples of commercially available catalytic metal fine particles include nickel colloidal particles manufactured by Shinko Chemical Industry Co., Ltd., nickel-cobalt alloy particles (“NIA07PB”) manufactured by High Purity Chemical Laboratory.

上記触媒金属微粒子は、担体に担持されていてもよい。上記触媒金属微粒子が担持される担体は限定的でなく、公知又は市販のものが使用できる。例えば、アルミナ粒子,シリカ粒子,炭素粒子等が好適に挙げられる。耐食性及び導電性が良好な点から、炭素粒子、特に導電性炭素粒子が好ましい。   The catalyst metal fine particles may be supported on a carrier. The carrier on which the catalyst metal fine particles are supported is not limited, and a known or commercially available carrier can be used. For example, an alumina particle, a silica particle, a carbon particle etc. are mentioned suitably. From the viewpoint of good corrosion resistance and conductivity, carbon particles, particularly conductive carbon particles are preferred.

このような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等のカーボンブラックのほか、黒鉛,活性炭等が挙げられる。これらは1種又は2種以上使用してもよい。導電性炭素粒子の比表面積は限定されないが、例えば、通常約10〜1500m/g程度、好ましくは、約10〜500m/g程度である。平均粒径は、一般的には平均一次粒子径として、例えば、約0.01〜1μm程度、好ましくは、約0.01〜0.2μm程度のものを使用すればよい。 Examples of such conductive carbon particles include carbon black such as acetylene black, furnace black, channel black, ketjen black, graphite, activated carbon, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. The specific surface area of the conductive carbon particles is not limited, but is usually about 10 to 1500 m 2 / g, preferably about 10 to 500 m 2 / g. The average particle diameter is generally about 0.01 to 1 μm, preferably about 0.01 to 0.2 μm, for example, as the average primary particle diameter.

また、本実施の形態では、担体として、上記粒子状物質のほか、繊維状物質、特に、気相法炭素繊維(VGCF),カーボンナノチューブ,カーボンナノワイヤー等の炭素繊維であってもよい。   In the present embodiment, the carrier may be a fibrous material, in particular, a carbon fiber such as a vapor grown carbon fiber (VGCF), a carbon nanotube, or a carbon nanowire, in addition to the particulate material.

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、例えば、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 amount of the catalyst metal fine particles supported is appropriately determined depending on the types of the catalyst metal fine particles and the carrier, and is, for example, 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. About a part.

市販の触媒を担持したものの具体例としては、例えば、田中貴金属(株)製の触媒担持カーボン(TEC10E50E,TEC35E51等)、ACTA社製のHyperMec(商標登録)が挙げられる。   Specific examples of a catalyst that supports a commercially available catalyst include catalyst-supporting carbon (TEC10E50E, TEC35E51, etc.) manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd., and HyperMec (registered trademark) manufactured by ACTA.

(バインダー)
本実施の形態に係るバインダーは、アニオン伝導性高分子電解質からなる。アニオン伝導性高分子電解質は、アニオンとして水酸化物イオン(OHイオン)を伝導できる電解質である限り特に制限されず、公知又は市販のものを使用できる。例えば、炭化水素系及びフッ素樹脂系のいずれの高分子電解質でも用いることができる。
(binder)
The binder according to the present embodiment is made of an anion conductive polymer electrolyte. The anion conductive polymer electrolyte is not particularly limited as long as it is an electrolyte capable of conducting a hydroxide ion (OH - ion) as an anion, and a known or commercially available one can be used. For example, any polymer electrolyte of hydrocarbon type and fluororesin type can be used.

炭化水素系高分子電解質としては、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。   Examples of the hydrocarbon-based polymer electrolyte include an electrolyte obtained by aminating a chloromethylated product of a copolymer of aromatic polyether sulfonic acid and aromatic polythioether sulfonic acid.

フッ素樹脂系高分子電解質としては、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、或いはポリクロロメチルスルチレンの4級化物等のポリマー等が挙げられる。これらの中でも、特に、溶媒可溶性のものが好ましい。   Examples of the fluororesin-based polymer electrolyte include a polymer obtained by treating the terminal of a perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid group with a diamine to be quaternized, or a polymer such as a quaternized product of polychloromethylsulfylene. Among these, a solvent-soluble one is particularly preferable.

上記電解質は、例えば、特開2003−86193号公報、特開2000−331693号公報で開示されたものを使用してもよい。
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,ホルムアルデヒド−塩化水素,パラホルムアルデヒド−塩化水素等が使用できる。
As the electrolyte, for example, those disclosed in JP2003-86193A and JP2000-331693A may be used.
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, chloromethoxymethane, 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、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 and morpholine Monoamines such as heterocyclic amines, and polyamine compounds such as m-phenylenediamine, pyridazine, and pyrimidine can be used.

本実施の形態に係るバインダーは、非アニオン伝導性高分子を含有することが好ましい。非アニオン伝導性高分子は、触媒層形成においてバインダーとして機能するものであればよい。   The binder according to the present embodiment preferably contains a non-anion conductive polymer. Any non-anion conducting polymer may be used as long as it functions as a binder in forming the catalyst layer.

非アニオン伝導性高分子としては、例えば、非アニオン伝導性フッ素系樹脂が挙げられる。このフッ素系樹脂を含有することにより、触媒層成分の結着性が向上し、より強固な触媒層が形成されると共に、撥水性を付与することができる。   Examples of non-anion conductive polymers include non-anion conductive fluororesins. By containing this fluororesin, the binding property of the catalyst layer components is improved, a stronger catalyst layer is formed, and water repellency can be imparted.

フッ素樹脂としては、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が良好な点から、ポリテトラフルオロエチレンが好ましい。   Examples of the fluororesin 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 and water repellency.

また、本実施の形態のバインダーには、上記非アニオン伝導性高分子の他に導電性材料を加えても良い。この導電性材料は、非アニオン伝導性高分子と同様、触媒層形成においてバインダーとして機能し、導電性を有するものであればよい。   In addition to the non-anion conductive polymer, a conductive material may be added to the binder of the present embodiment. Similar to the non-anion conductive polymer, this conductive material only needs to function as a binder in forming the catalyst layer and have conductivity.

導電性材料としては、上述した導電性炭素粒子が挙げられる。また、上述の粒子状物質の他、繊維状物質、特に、気相法炭素繊維(VGCF),カーボンナノチューブ,カーボンナノワイヤー等の炭素繊維であってもよい。この導電性材料を含有することにより、触媒層成分の結着性が向上し、より強固な触媒層を形成することができる。   Examples of the conductive material include the conductive carbon particles described above. In addition to the particulate matter described above, fibrous materials, particularly carbon fibers such as vapor grown carbon fibers (VGCF), carbon nanotubes, and carbon nanowires may be used. By containing this conductive material, the binding property of the catalyst layer components is improved, and a stronger catalyst layer can be formed.

このように、本実施の形態に係るバインダーは、アニオン伝導性高分子電解質に、さらに非アニオン伝導性高分子及び/又は導電性材料を適宜使用することができる。   Thus, the binder which concerns on this Embodiment can use a non-anion conductive polymer and / or a conductive material suitably for an anion conductive polymer electrolyte further.

(溶剤)
本実施の形態に係る溶剤は、特に限定されるものではなく、幅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。
(solvent)
The solvent according to the present embodiment is not particularly 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.

本実施の形態における溶剤を用いることにより、触媒層ペースト組成物における触媒粉の分散性をより良好なものとすることができる。   By using the solvent in this Embodiment, the dispersibility of the catalyst powder in a catalyst layer paste composition can be made more favorable.

本実施の形態の触媒層ペースト組成物において、上述した触媒粉及びバインダーの含有量(質量比)は使用するバインダーに応じて、適宜設定することができる。例えば、バインダーがアニオン伝導性高分子電解質のみの場合、触媒粉1質量部に対して、アニオン伝導性高分子電解質(固形分)は、例えば、約0.02〜2質量部程度である。バインダーが非アニオン伝導性高分子(固形分)をさらに含有する場合、非アニオン伝導性高分子の含有量は、触媒粉1質量部に対して、例えば、通常約0.01〜0.3質量部程度、好ましくは、約0.05〜0.15質量部程度である。   In the catalyst layer paste composition of the present embodiment, the content (mass ratio) of the catalyst powder and the binder described above can be appropriately set according to the binder to be used. For example, when the binder is only an anion conductive polymer electrolyte, the anion conductive polymer electrolyte (solid content) is, for example, about 0.02 to 2 parts by mass with respect to 1 part by mass of the catalyst powder. When the binder further contains a non-anion conductive polymer (solid content), the content of the non-anion conductive polymer is usually about 0.01 to 0.3 mass per 1 part by mass of the catalyst powder. Part, preferably about 0.05 to 0.15 part by weight.

また、触媒粉及び溶剤の含有量(質量比)は、例えば、触媒粉1質量部に対して、溶剤約1〜100質量部程度、好ましくは、約3〜80質量部程度である。
そして、触媒粉及び水の含有量(質量比)は、例えば、触媒粉1質量部に対して、水約0.5〜20質量部程度、好ましくは、約1〜10質量部程度である。
Further, the content (mass ratio) of the catalyst powder and the solvent is, for example, about 1 to 100 parts by mass, preferably about 3 to 80 parts by mass with respect to 1 part by mass of the catalyst powder.
And content (mass ratio) of catalyst powder and water is about 0.5-20 mass parts of water with respect to 1 mass part of catalyst powder, for example, Preferably, it is about 1-10 mass parts.

本実施の形態の触媒層ペースト組成物は、上述した、触媒粉、バインダー、溶剤、及び水をそれぞれ所定の分量で混合・分散することにより製造することができる。上述した触媒層ペースト組成物の混合順序は特に限定されない。混合・分散には、公知の手段を広く利用できる。例えば、超音波分散,スターラー攪拌,ボールミル等が挙げられる。   The catalyst layer paste composition of the present embodiment can be produced by mixing and dispersing the above-described catalyst powder, binder, solvent, and water in predetermined amounts. The mixing order of the catalyst layer paste composition described above is not particularly limited. Known means can be widely used for mixing and dispersing. For example, ultrasonic dispersion, stirrer stirring, ball mill and the like can be mentioned.

本実施の形態の触媒層ペースト組成物によれば、クラックやピンホール等が実質的に生じず、安定性に優れた、すなわち触媒の分散性が良好な触媒層を形成することができる。
また、本実施の形態に係る触媒層ペースト組成物を用いて得られる触媒層を使用すれば、電気分解中での触媒層の欠落・剥離を抑えることができる。
また、本実施の形態によれば、触媒層の膜厚調整が容易となり、均一な触媒層を容易に形成させることができる。これにより、耐久性において水素発生に優れた水素発生用電気分解セルを提供することができる。
According to the catalyst layer paste composition of the present embodiment, cracks, pinholes and the like are not substantially generated, and a catalyst layer having excellent stability, that is, good dispersibility of the catalyst can be formed.
Moreover, if the catalyst layer obtained by using the catalyst layer paste composition according to the present embodiment is used, it is possible to suppress the missing / peeling of the catalyst layer during electrolysis.
Moreover, according to this Embodiment, the film thickness adjustment of a catalyst layer becomes easy and a uniform catalyst layer can be formed easily. Thereby, the electrolysis cell for hydrogen generation excellent in hydrogen generation in durability can be provided.

[第2の実施の形態]
(転写基材付き触媒層)
本発明の第2の実施の形態に係る転写基材付き触媒層7は、図1に示すように、転写基材6上に上述した触媒層ペースト組成物からなる触媒層2,3を配置したものである。
[Second Embodiment]
(Catalyst layer with transfer substrate)
In the catalyst layer 7 with a transfer substrate according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the catalyst layers 2 and 3 made of the catalyst layer paste composition described above are arranged on the transfer substrate 6. Is.

転写基材6としては、シート状或いはフィルム状のものであれば、特に限定されないが、例えば、高分子フィルム等が挙げられる。高分子フィルムの他、アート紙,コート紙,軽量コート紙等の塗工紙,ノート用紙,コピー用紙等の非塗工紙等であってもよい。   The transfer substrate 6 is not particularly limited as long as it is in the form of a sheet or film, and examples thereof include a polymer film. In addition to the polymer film, art paper, coated paper, coated paper such as lightweight coated paper, non-coated paper such as notebook paper, copy paper, and the like may be used.

転写基材6の材質としては、高分子フィルムの場合、ポリイミド,ポリエチレンテレフタレート(PET),ポリパルバン酸アラミド,ポリアミド(ナイロン),ポリサルホン,ポリエーテルサルホン,ポリフェニレンサルファイド,ポリエーテル・エーテルケトン,ポリエーテルイミド,ポリアリレート,ポリエチレンナフタレート等が挙げられる。   As the material of the transfer substrate 6, in the case of a polymer film, polyimide, polyethylene terephthalate (PET), polyparvanic acid aramid, polyamide (nylon), polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyether etherketone, polyether Examples thereof include imide, polyarylate, and polyethylene naphthalate.

また、ポリエチレンテトラフルオロエチレン共重合体(ETFE),テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP),テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA),テトラフルオロエチレン(PTFE)等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。   Also, heat resistance of polyethylene tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroperfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene (PTFE), etc. A fluororesin can also be used.

本実施の形態に係る転写基材付き触媒層7は、触媒層ペースト組成物を転写基材6上の一方の面に形成し、乾燥することにより触媒層2,3を形成して製造することができる。   The catalyst layer 7 with a transfer substrate according to the present embodiment is manufactured by forming the catalyst layer paste composition on one surface on the transfer substrate 6 and drying to form the catalyst layers 2 and 3. Can do.

触媒層2,3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決定すればよいが、通常約100〜3000μm程度、好ましくは、約300〜2000μm程度であるのがよい。   The thickness of the catalyst layers 2 and 3 may be appropriately determined in consideration of the type of electrode substrate, the thickness of the electrolyte membrane, etc., but is usually about 100 to 3000 μm, preferably about 300 to 2000 μm. Good.

触媒層ペースト組成物の転写基材6上への形成方法としては、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,圧延法等の一般的な方法を適用することができる。 厚塗りの場合は、圧延法を用いるのが好ましい。   A method for forming the catalyst layer paste composition on the transfer substrate 6 is not particularly limited, and examples thereof include a knife coater, a bar coater, a spray, a dip coater, a spin coater, a roll coater, a die coater, and a curtain coater. General methods such as screen printing and rolling can be applied. In the case of thick coating, it is preferable to use a rolling method.

ペースト組成物の乾燥において、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。   In drying the paste composition, 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.

本実施の形態によれば、クラックやピンホール等が実質的に生じず、安定性に優れた触媒層を有する転写基材付き触媒層7を提供することができる。   According to the present embodiment, it is possible to provide the catalyst layer 7 with a transfer substrate having a catalyst layer that is substantially free from cracks and pinholes and has excellent stability.

[第3の実施の形態]
(転写基材付き電極)
本発明の第3の実施の形態に係る転写基材付き電極7Aは、図2に示すように、転写基材付き触媒層7の触媒層2,3上に、金属多孔質体4,5を配置したものである。その他の構成は、第2の実施の形態と同様であるので説明は省略する。
[Third embodiment]
(Electrode with transfer substrate)
As shown in FIG. 2, an electrode 7A with a transfer substrate according to a third embodiment of the present invention has metal porous bodies 4 and 5 on catalyst layers 2 and 3 of the catalyst layer 7 with transfer substrate. It is arranged. Since other configurations are the same as those of the second embodiment, description thereof will be omitted.

金属多孔質体4,5としては、後述する第4の実施の形態における金属多孔質体4,5を用いればよい。   As the metal porous bodies 4 and 5, the metal porous bodies 4 and 5 in the fourth embodiment to be described later may be used.

本実施の形態に係る転写基材付き電極7Aの製造方法は、金属多孔質体4,5を転写基材付き触媒層7の触媒層2,3上に積層して形成する方法が第2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2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 transfer substrate-attached electrode 7A according to the present embodiment is a method in which the metal porous bodies 4 and 5 are formed on the catalyst layers 2 and 3 of the transfer substrate-attached catalyst layer 7 by a second method. This is different from the manufacturing method according to the embodiment, and the others are the same as those of the second embodiment, and thus a duplicate description is omitted.

本実施の形態に係る転写基材付き電極7Aの製造方法において、転写基材付き触媒層7の触媒層2,3が金属多孔質体4,5に対面するように、転写基材付き触媒層7を金属多孔質体4,5表面上に配置して加圧・接合することにより転写基材付き電極7Aを製造することができる。   In the manufacturing method of electrode 7A with transfer base according to the present embodiment, the catalyst layer with transfer base so that the catalyst layers 2 and 3 of catalyst layer 7 with transfer base face metal porous bodies 4 and 5, respectively. An electrode 7A with a transfer substrate can be manufactured by placing 7 on the surfaces of the metal porous bodies 4 and 5 and applying pressure and bonding.

本実施の形態によれば、クラックやピンホール等が実質的に生じず、安定性に優れた触媒層を有する転写基材付き電極7Aを提供することができる。   According to the present embodiment, it is possible to provide the transfer substrate-attached electrode 7A having a catalyst layer that is substantially free from cracks and pinholes and has excellent stability.

[第4の実施の形態]
(水素発生用電気分解セルの電極)
本発明の第4の実施の形態に係る水素発生用電気分解セルの電極8は、図3に示すように、金属多孔質体4,5上に上述した触媒層ペースト組成物からなる触媒層2,3を配置したものである。
[Fourth embodiment]
(Electrode for electrolysis cell for hydrogen generation)
As shown in FIG. 3, an electrode 8 of an electrolysis cell for hydrogen generation according to a fourth embodiment of the present invention has a catalyst layer 2 made of the catalyst layer paste composition described above on the metal porous bodies 4 and 5. , 3 are arranged.

本実施の形態に係る金属多孔質体4,5は、その厚みは限定的でないが、通常約200〜2000μm程度、好ましくは、約300〜600μm程度であるのがよい。   The thicknesses of the porous metal bodies 4 and 5 according to the present embodiment are not limited, but are usually about 200 to 2000 μm, preferably about 300 to 600 μm.

金属多孔質体4,5の呼び口径(多孔質体の平均孔径)は限定的でないが、通常約30〜700μm程度、好ましくは、約50〜300μm程度である。また、金属多孔質体4,5の気孔率は限定的でなく、例えば、約75〜98%程度、好ましくは、約80〜95%程度である。    The nominal pore diameter (average pore diameter of the porous body) of the metal porous bodies 4 and 5 is not limited, but is usually about 30 to 700 μm, and preferably about 50 to 300 μm. Further, the porosity of the metal porous bodies 4 and 5 is not limited, and is, for example, about 75 to 98%, preferably about 80 to 95%.

金属多孔質体4,5の材質としては、金属からなる多孔質体である限り、特に限定的でなく、公知又は市販のものを用いることができる。具体的に、発泡ニッケル、発泡チタン、発泡銀等が好適に挙げられる。なお、これらには、クロム,ジルコニア,モリブデン,タングステン等の他の成分を含有していてもよく、例えば、本実施の形態における発泡ニッケルには、クロム含有発泡ニッケル等も含まれる。   The material of the metal porous bodies 4 and 5 is not particularly limited as long as it is a porous body made of metal, and known or commercially available materials can be used. Specific examples include nickel foam, titanium foam, and silver foam. These may contain other components such as chromium, zirconia, molybdenum and tungsten. For example, the foamed nickel in the present embodiment includes chromium-containing foamed nickel and the like.

本実施の形態に係る水素発生用電気分解セルの電極8の製造方法は、第2の実施の形態と同様の方法を用いることができる。すなわち、第2の実施の形態と同様の方法で、触媒層ペースト組成物を金属多孔質体4,5上に形成し、乾燥することにより触媒層2,3を形成して製造することができる。ただし、金属多孔質体4,5に触媒層ペースト組成物を塗布する方法としては、金属多孔質体4,5の表面に凹凸があり均一な塗布が難しいため、浸漬法、刷毛塗り、圧延法等によるものが好ましい。より好ましくは、圧延法を用いるのがよい。   The method for manufacturing the electrode 8 of the electrolysis cell for hydrogen generation according to the present embodiment can use the same method as in the second embodiment. That is, the catalyst layer paste composition can be formed on the metal porous bodies 4 and 5 and dried to form the catalyst layers 2 and 3 by the same method as in the second embodiment. . However, as a method of applying the catalyst layer paste composition to the metal porous bodies 4 and 5, since the surfaces of the metal porous bodies 4 and 5 are uneven and difficult to apply uniformly, a dipping method, brush coating, rolling method Etc. are preferred. More preferably, a rolling method is used.

また、本実施の形態に係る水素発生用電気分解セルの電極8は、第3の実施の形態における転写基材付き電極7Aの転写基材6を剥離することにより製造することもできる。   Moreover, the electrode 8 of the electrolysis cell for hydrogen generation which concerns on this Embodiment can also be manufactured by peeling the transfer base material 6 of the electrode 7A with a transfer base material in 3rd Embodiment.

本実施の形態によれば、クラックやピンホール等が実質的に生じず、安定性に優れた触媒層を有する水素発生用電気分解セルの電極8を提供することができる。   According to the present embodiment, it is possible to provide an electrode 8 of an electrolysis cell for hydrogen generation having a catalyst layer that is substantially free from cracks and pinholes and has excellent stability.

[第5の実施の形態]
(膜触媒層接合体)
本発明の第5の実施の形態に係る膜触媒層接合体9は、図4に示すように、アニオン伝導性高分子電解質膜(以下、「電解質膜」ともいう。)1の両面に、上述した触媒層ペースト組成物からなる触媒層2,3を配置したものである。
[Fifth embodiment]
(Membrane / catalyst layer assembly)
As shown in FIG. 4, the membrane-catalyst layer assembly 9 according to the fifth embodiment of the present invention is formed on both surfaces of an anion conductive polymer electrolyte membrane (hereinafter also referred to as “electrolyte membrane”) 1 as described above. The catalyst layers 2 and 3 made of the catalyst layer paste composition are disposed.

(アニオン伝導性高分子電解質膜)
アニオン伝導性高分子電解質膜1は、上記のアニオン伝導性高分子電解質を含有している限り特に制限されず、公知又は市販のものを使用できる。
(Anion conductive polymer electrolyte membrane)
The anion conductive polymer electrolyte membrane 1 is not particularly limited as long as it contains the anion conductive polymer electrolyte, and a known or commercially available one can be used.

アニオン伝導性高分子電解質膜1の厚みは、触媒層2,3の厚み等に応じて適宜決定すればよいが、通常、約10〜300μm程度、好ましくは、約20〜200μm程度である。   The thickness of the anion conductive polymer electrolyte membrane 1 may be appropriately determined according to the thickness of the catalyst layers 2 and 3 and the like, but is usually about 10 to 300 μm, and preferably about 20 to 200 μm.

アニオン伝導性高分子電解質膜1としては、例えば、炭化水素系及びフッ素樹脂系のいずれの電解質から構成されていてもよい。これら炭化水素系及びフッ素樹脂系の電解質は上述したものと同様のものが挙げられる。必要に応じて、電解質膜1にアルカリ水溶液等の溶媒を含浸してもよい。   The anion conductive polymer electrolyte membrane 1 may be composed of, for example, any one of hydrocarbon type and fluororesin type electrolytes. Examples of the hydrocarbon-based and fluororesin-based electrolytes are the same as those described above. If necessary, the electrolyte membrane 1 may be impregnated with a solvent such as an alkaline aqueous solution.

低濃度のアルカリ水溶液を使用する場合、或いはアルカリ性水溶液を使用しない場合には、低コストの観点から、炭化水素系電解質膜が好ましい。   When using a low concentration alkaline aqueous solution or when not using an alkaline aqueous solution, a hydrocarbon electrolyte membrane is preferred from the viewpoint of low cost.

電解質膜1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、フッ素樹脂系電解質膜を使用することが好ましい。なお、フッ素樹脂系電解質膜を用いることにより、アニオン伝導性をより一層向上させることができる。   When the electrolyte membrane 1 is impregnated with a high concentration aqueous alkali solution, it is preferable to use a fluororesin-based electrolyte membrane from the viewpoint of alkali resistance. In addition, anion conductivity can be further improved by using a fluororesin electrolyte membrane.

アルカリ水溶液は、通常pHが、例えば、約9〜14程度であればよい。具体的には、例えば、KOH水溶液、NaOH水溶液等を使用すればよい。アルカリ水溶液には、例えば、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;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混合させることができる。   The alkaline aqueous solution may usually have a pH of about 9 to 14 for example. Specifically, for example, an aqueous KOH solution or an aqueous NaOH solution may be used. In the alkaline aqueous solution, for example, a monohydric alcohol such as methanol, ethanol or propanol; an alcohol such as a polyhydric alcohol such as ethylene glycol or propylene glycol can be mixed.

高濃度とは、使用するアルカリ水溶液の種類等によって適宜変更するが、本実施の形態においては、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。   The high concentration is appropriately changed depending on the type of the alkaline aqueous solution used, etc., but in the present embodiment, it means about 2 mol / liter or more, and the low concentration means less than about 2 mol / liter.

本実施の形態に係るアニオン伝導性高分子電解質膜1は、アニオン伝導性高分子電解質を溶媒に含有させてなる触媒層ペースト組成物を塗布及び乾燥することにより形成されるものであってもよく、また、市販のアニオン伝導性高分子電解質膜をそのまま使用してもよい。   The anion conductive polymer electrolyte membrane 1 according to the present embodiment may be formed by applying and drying a catalyst layer paste composition containing an anion conductive polymer electrolyte in a solvent. Further, a commercially available anion conductive polymer electrolyte membrane may be used as it is.

市販のフッ素樹脂系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等が挙げられる。炭化水素系電解質膜の具体例としては、例えば、旭化成(株)製のアシプレックス(登録商標)A−201,211,221;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 commercially available fluororesin-based electrolyte membranes include Tosflex (registered trademark) IE-SF34 manufactured by Tosoh Corporation. Specific examples of the hydrocarbon-based electrolyte membrane include, for example, Aciplex (registered trademark) A-201, 211, 221 manufactured by Asahi Kasei Corporation; Neocepta (registered trademark) AM-1, AHA manufactured by Tokuyama Corporation Is mentioned.

本実施の形態に係る膜触媒層接合体9の製造方法は、第2の実施の形態と同様の方法を用いることができる。すなわち、第2の実施の形態と同様の方法で、触媒層ペースト組成物をアニオン伝導性高分子電解質膜1の両面に形成し、乾燥することにより触媒層2,3を形成して製造することができる。   The manufacturing method of the membrane catalyst layer assembly 9 according to the present embodiment can use the same method as in the second embodiment. That is, the catalyst layer paste composition is formed on both surfaces of the anion conductive polymer electrolyte membrane 1 and dried to form the catalyst layers 2 and 3 in the same manner as in the second embodiment. Can do.

本実施の形態によれば、クラックやピンホール等が実質的に生じず、安定性に優れた触媒層を有する膜触媒層接合体9を提供することができる。   According to the present embodiment, it is possible to provide the membrane-catalyst layer assembly 9 having a catalyst layer that is substantially free from cracks and pinholes and has excellent stability.

[第6の実施の形態]
(水素発生用電気分解セル)
本発明の第6の実施の形態に係る水素発生用電気分解セル10は、図5に示すように、アニオン伝導性高分子電解質膜1とこの電解質膜1の両面に配置した第4の実施の形態に記載の水素発生用電気分解セルの電極8、すなわちアノード側及びカソード側電極12,13とから構成される。アノード側電極12はアノード側触媒層2とアノード側金属多孔質体4からなり、カソード側電極13はカソード側触媒層3とカソード側金属多孔質体5からなる。
[Sixth embodiment]
(Electrolysis cell for hydrogen generation)
As shown in FIG. 5, an electrolysis cell 10 for hydrogen generation according to a sixth embodiment of the present invention has a fourth embodiment in which the anion conductive polymer electrolyte membrane 1 and the electrolyte membrane 1 are disposed on both surfaces. The electrode 8 of the electrolysis cell for hydrogen generation described in the embodiment, that is, the anode side and cathode side electrodes 12 and 13 is constituted. The anode side electrode 12 is composed of the anode side catalyst layer 2 and the anode side metal porous body 4, and the cathode side electrode 13 is composed of the cathode side catalyst layer 3 and the cathode side metal porous body 5.

水素発生用電気分解セル10の形状は、限定的ではなく、平板型であっても筒型であってもよい。平板型の形状としては、例えば、平板型や、平板型のものを波形に折曲した平板波形一体型等が挙げられる。筒型の形状としては、例えば、平板型のものを円筒状に形成した、円筒型や円錐台型、或いは円周方向に波形の形状をした円筒波形一体型等が挙げられる。また、筒型形状の内側がハニカム構造をしたハニカム型等も挙げることができる。   The shape of the electrolysis cell 10 for hydrogen generation is not limited, and may be a flat plate type or a cylindrical type. Examples of the shape of the flat plate include a flat plate and a flat plate corrugated integrated type obtained by bending a flat plate into a waveform. Examples of the cylindrical shape include a cylindrical shape or a truncated cone shape in which a flat plate shape is formed in a cylindrical shape, or a cylindrical corrugated shape shape having a waveform shape in the circumferential direction. In addition, a honeycomb type in which the inside of the cylindrical shape has a honeycomb structure can also be exemplified.

(燃料)
本実施の形態に係る水素発生用電気分解セル10は、後述するように、液体の燃料等を供給することにより水素を発生させる。
(fuel)
The hydrogen generation electrolysis cell 10 according to the present embodiment generates hydrogen by supplying liquid fuel or the like, as will be described later.

液体の燃料としては、カソード側電極13側には、例えば、水やイオン性水溶液等が挙げられ、好ましくは、水を用いるのが良い。アノード側電極12側には、例えば、アンモニア又は窒素含有化合物を含む水溶液が挙げられる。窒素含有化合物として、具体的には、例えば、ジメチルアミン,トリメチルアミン,エチルアミン,イソプロピルアミン,ブチルアミン,フェニルアミン,アミルアミン等のアミン、若しくはトリメチルアミン,エチルアミン,イソプロピルアミン,ブチルアミン,フェニルアミン,アミルアミン等のアミン、さらにヒドラジン,インドール,ピリジン,ニコチン酸,カフェイン酸,スルファニル酸,スルファニルアミド等が挙げられ、これらを混合する水溶液等も挙げることができる。好ましくは、アンモニア水溶液を用いるのがよい。   Examples of the liquid fuel include water and an ionic aqueous solution on the cathode side electrode 13 side. Preferably, water is used. Examples of the anode side electrode 12 include an aqueous solution containing ammonia or a nitrogen-containing compound. Specific examples of nitrogen-containing compounds include amines such as dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, isopropylamine, butylamine, phenylamine, and amylamine, or amines such as trimethylamine, ethylamine, isopropylamine, butylamine, phenylamine, and amylamine, Furthermore, hydrazine, indole, pyridine, nicotinic acid, caffeic acid, sulfanilic acid, sulfanilamide and the like can be mentioned, and an aqueous solution in which these are mixed can also be mentioned. Preferably, an aqueous ammonia solution is used.

液体の燃料は、必要に応じて、アルカリ水溶液を添加することができる。アルカリ水溶液を添加する場合は、添加後のpHが通常約9〜14程度となるように添加すればよい。このようなアルカリ水溶液としては、具体的には、KOH溶液、NaOH溶液等を使用すればよい。   An aqueous alkaline solution can be added to the liquid fuel as necessary. When adding an aqueous alkali solution, it may be added so that the pH after the addition is usually about 9 to 14. Specifically, as such an alkaline aqueous solution, a KOH solution, an NaOH solution, or the like may be used.

本実施の形態に係る水素発生用電気分解セル10の使用に際し、燃料として、液体燃料を使用するので、必要に応じて、燃料吸い上げ材をさらに配置してもよい。燃料吸い上げ材は、金属多孔質体4,5の液体燃料と接する表面側に配置する。これにより、燃料を効率的に金属多孔質体4,5に供給することができる。燃料吸い上げ材の材質としては、例えば、発泡ウレタン,発泡ポリプロピレン等が挙げられる。   When using the electrolysis cell 10 for generating hydrogen according to the present embodiment, liquid fuel is used as the fuel. Therefore, a fuel suction material may be further disposed as necessary. The fuel suction material is disposed on the surface side of the metal porous bodies 4 and 5 in contact with the liquid fuel. Thereby, fuel can be efficiently supplied to the metal porous bodies 4 and 5. Examples of the material for the fuel suction material include urethane foam and polypropylene foam.

(中間層)
本実施の形態においては、アノード側触媒層2とアノード側金属多孔質体4との間及び/又はカソード側触媒層3とカソード側金属多孔質体5との間に中間層を形成(積層)していてもよい。また、アノード側触媒層2と電解質膜1との間及び/又はカソード側触媒層3と電解質膜1との間に中間層を形成することもできる。中間層は、上記の配置を組み合わせて形成してもよく、また、その数は限定的でなく1層のみであってもよく、複数の層であってもよい。
(Middle layer)
In the present embodiment, an intermediate layer is formed (laminated) between the anode side catalyst layer 2 and the anode side metal porous body 4 and / or between the cathode side catalyst layer 3 and the cathode side metal porous body 5. You may do it. In addition, an intermediate layer may be formed between the anode side catalyst layer 2 and the electrolyte membrane 1 and / or between the cathode side catalyst layer 3 and the electrolyte membrane 1. The intermediate layer may be formed by combining the above arrangements, and the number thereof is not limited, and may be only one layer or a plurality of layers.

中間層は、導電性材料を含有する多孔質体であるのが好ましい。多孔質体の気孔率として、例えば、約10〜80%程度、好ましくは、約30〜70%程度である。中間層の膜厚は限定的でなく、例えば、約0.5〜50μm程度、好ましくは、約1〜20μm程度、より好ましくは、約1〜10μm程度である。   The intermediate layer is preferably a porous body containing a conductive material. The porosity of the porous body is, for example, about 10 to 80%, preferably about 30 to 70%. The film thickness of the intermediate layer is not limited, and is, for example, about 0.5 to 50 μm, preferably about 1 to 20 μm, and more preferably about 1 to 10 μm.

中間層の材質としては、特に制限されないが、導電性の観点から、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,マンガン等の金属又はこれらの合金のほか、導電性炭素材料が好適に挙げられる。また、中間層は触媒層2,3と同一の材料であってもよい。   The material of the intermediate layer is not particularly limited, but from the viewpoint of conductivity, for example, metals such as iron, cobalt, nickel, palladium, silver, ruthenium, iridium, molybdenum, manganese, or alloys thereof, conductive carbon Materials are preferred. The intermediate layer may be made of the same material as the catalyst layers 2 and 3.

中間層が金属である場合は、触媒活性作用に優れる点から、上記の中でも、特にニッケル、銀等が好ましい。中間層が導電性炭素材料である場合は、ガス拡散性及び導電性に優れる観点から、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等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などが好適に挙げられる。   When the intermediate layer is a metal, nickel, silver, and the like are particularly preferable among the above from the viewpoint of excellent catalytic activity. When the intermediate layer is a conductive carbon material, from the viewpoint of excellent gas diffusion and conductivity, carbon black such as acetylene black, furnace black, channel black, ketjen black, graphite, activated carbon, carbon fiber, carbon Preferred examples include nanotubes and carbon nanowires.

中間層には、水素発生用電気分解セルの使用方法により、必要に応じて、親水性又は撥水性を付与してもよい。親水性又は撥水性を備えた材料は、公知又は市販の材料から幅広く選択することができる。   The intermediate layer may be imparted with hydrophilicity or water repellency, if necessary, depending on the method of using the electrolysis cell for generating hydrogen. The material having hydrophilicity or water repellency can be widely selected from known or commercially available materials.

中間層を配置することにより、電気分解セル10内に導入する燃料液体を触媒層2,3や電解質膜1等に、より一層浸透させやすくなり、また、触媒層2,3と金属多孔質体4,5等との接触抵抗を低減できるため、電気分解性能をより向上させることができる。   By disposing the intermediate layer, the fuel liquid introduced into the electrolysis cell 10 can be more easily penetrated into the catalyst layers 2 and 3 and the electrolyte membrane 1 and the catalyst layers 2 and 3 and the metal porous body. Since the contact resistance with 4, 5, etc. can be reduced, the electrolysis performance can be further improved.

(水素発生方法)
本実施の形態に係る水素発生用電気分解セル10は、図6に示すように、アノード側電極12とカソード側電極13を接続した外部回路11を介して外部電圧(例えば、約500mV程度)を印加することにより、アンモニアと水の電気分解を行い、これにより水素を発生させる。以下、これらを詳細に説明する。
(Hydrogen generation method)
As shown in FIG. 6, the hydrogen generation electrolysis cell 10 according to the present embodiment applies an external voltage (for example, about 500 mV) via an external circuit 11 in which an anode side electrode 12 and a cathode side electrode 13 are connected. By applying, electrolysis of ammonia and water is performed, thereby generating hydrogen. These will be described in detail below.

まず、アノード側金属多孔質体4を介して、アノード側触媒層2に燃料として、例えば、アンモニア水溶液を供給し、また、カソード側金属多孔質体5を介して、カソード側触媒層3に水(HO)を供給する。アノード側電極12においては、アニオン伝導性高分子電解質膜1を通過した水酸化物イオン(OH)とアンモニア水溶液中のアンモニア(NH)が反応して窒素(N)、水及び電子(e)が生成され、式(1)の酸化反応が進行する。
アノード側:2NH+6OH→N+6HO+6e・・・(1)
First, for example, an aqueous ammonia solution is supplied as fuel to the anode-side catalyst layer 2 through the anode-side metal porous body 4, and water is supplied to the cathode-side catalyst layer 3 through the cathode-side metal porous body 5. (H 2 O) is supplied. In the anode side electrode 12, hydroxide ions (OH ) that have passed through the anion conductive polymer electrolyte membrane 1 react with ammonia (NH 3 ) in the aqueous ammonia solution to react with nitrogen (N 2 ), water, and electrons ( e ) is generated, and the oxidation reaction of the formula (1) proceeds.
Anode side: 2NH 3 + 6OH → N 2 + 6H 2 O + 6e (1)

カソード側電極13においては、供給した水と外部回路11を介して到達した電子とが反応して、水素(H)と水酸化物イオンが生成され、式(2)の還元反応が進行する。
カソード側:6HO+6e→3H+6OH ・・・(2)
In the cathode-side electrode 13, the supplied water reacts with the electrons that have reached through the external circuit 11 to generate hydrogen (H 2 ) and hydroxide ions, and the reduction reaction of formula (2) proceeds. .
Cathode side: 6H 2 O + 6e → 3H 2 + 6OH (2)

そして、生成した水酸化物イオンは、アニオン伝導性高分子電解質膜1を介してカソード側電極13側からアノード側電極12側へ供給される。全体として、アンモニアが酸化されて窒素と水素が生成される式(3)の電気分解反応が進行し、水素が発生する。
電気分解反応:2NH→N+3H ・・・(3)
The generated hydroxide ions are supplied from the cathode side electrode 13 side to the anode side electrode 12 side through the anion conductive polymer electrolyte membrane 1. As a whole, the electrolysis reaction of the formula (3) in which ammonia is oxidized to generate nitrogen and hydrogen proceeds to generate hydrogen.
Electrolysis reaction: 2NH 3 → N 2 + 3H 2 ... (3)

アノード側電極12側で発生した窒素と水は、残余のアンモニア水溶液とともに外部に排出される。そして、カソード側電極13側に発生した水素は、残余の水とともに外部に排出され、捕集される。   Nitrogen and water generated on the anode side electrode 12 side are discharged to the outside together with the remaining aqueous ammonia solution. The hydrogen generated on the cathode side electrode 13 side is discharged to the outside together with the remaining water and collected.

(水素発生用電気分解セルの製造方法)
まず、触媒層ペースト組成物を第1の実施の形態と同様の方法で作製する。次いで、アニオン伝導性高分子電解質膜1の表面に触媒層ペースト組成物からなる触媒層2,3、及び金属多孔質体4,5を形成する。これらの形成方法として、例えば、次のような方法が挙げられる。
(i)図7(a)に示すように、第5の実施の形態で示した方法により、触媒層ペースト組成物をアニオン伝導性高分子電解質膜1の両面に直接塗布し、乾燥して触媒層2,3を形成して膜触媒層接合体9を作製した後、膜触媒層接合体9の両面に金属多孔質体4,5を積層する方法、
(ii)図7(b)に示すように、第4の実施の形態で示した方法により、触媒層ペースト組成物からなる触媒層2,3が形成された金属多孔質体4,5である電極8を作製した後、この電極8をアニオン伝導性高分子電解質膜1の両面に直接積層する方法、
(iii)図7(c)に示すように、第2の実施の形態で示した方法により、触媒層ペースト組成物を転写基材6に塗布し、乾燥させて触媒層2,3を形成した転写基材付き触媒層7を得た後、得られた転写基材付き触媒層7の触媒層2,3が電解質膜1に対面するように、転写基材付き触媒層7を電解質膜1表面上に配置して加圧・接合し、転写基材6を剥離して膜触媒層接合体9を作製した後、膜触媒層接合体9の触媒層2,3上に金属多孔質体4,5をそれぞれ積層する方法。
(vi)図7(d)に示すように、第2及び第3の実施の形態で示した方法により、触媒層ペースト組成物を転写基材6に塗布し、乾燥させて触媒層2,3を形成した転写基材付き触媒層7を得た後、得られた転写基材付き触媒層7の触媒層2,3が金属多孔質体4,5の片側面に対面するように、転写基材付き触媒層7を金属多孔質体4,5表面上に配置して加圧・接合し転写基材付き電極7Aを作製する。次いで、転写基材付き電極7Aの転写基材6を剥離して電極8を作製した後、電極8をアニオン伝導性高分子電解質膜1の両面に触媒層2,3側が接するように積層する方法。
なお、図7(a)〜(d)では、便宜上、アニオン伝導性高分子電解質膜1の片側面への各層の形成方法を示してある。
(Method for producing electrolysis cell for hydrogen generation)
First, a catalyst layer paste composition is produced by the same method as in the first embodiment. Next, the catalyst layers 2 and 3 and the metal porous bodies 4 and 5 made of the catalyst layer paste composition are formed on the surface of the anion conductive polymer electrolyte membrane 1. Examples of these forming methods include the following methods.
(I) As shown in FIG. 7 (a), the catalyst layer paste composition was directly applied to both surfaces of the anion conductive polymer electrolyte membrane 1 by the method shown in the fifth embodiment and dried to form a catalyst. A method of laminating metal porous bodies 4 and 5 on both sides of the membrane catalyst layer assembly 9 after forming the layers 2 and 3 to produce the membrane catalyst layer assembly 9;
(Ii) As shown in FIG. 7B, the metal porous bodies 4 and 5 are formed with the catalyst layers 2 and 3 made of the catalyst layer paste composition by the method shown in the fourth embodiment. A method of directly laminating the electrode 8 on both sides of the anion conductive polymer electrolyte membrane 1 after the electrode 8 is produced;
(Iii) As shown in FIG. 7C, the catalyst layer paste composition was applied to the transfer substrate 6 and dried to form the catalyst layers 2 and 3 by the method shown in the second embodiment. After obtaining the catalyst layer 7 with the transfer substrate, the catalyst layer 7 with the transfer substrate is placed on the surface of the electrolyte membrane 1 so that the catalyst layers 2 and 3 of the obtained catalyst layer 7 with the transfer substrate face the electrolyte membrane 1. After placing and pressurizing and joining the transfer base material 6 to produce the membrane catalyst layer assembly 9, the metal porous body 4 is formed on the catalyst layers 2 and 3 of the membrane catalyst layer assembly 9. A method of laminating 5 respectively.
(Vi) As shown in FIG. 7 (d), the catalyst layer paste composition is applied to the transfer substrate 6 by the method shown in the second and third embodiments and dried to form catalyst layers 2 and 3. After obtaining the catalyst layer 7 with the transfer substrate having formed thereon, the transfer group is formed so that the catalyst layers 2 and 3 of the obtained catalyst layer 7 with the transfer substrate face one side surface of the metal porous bodies 4 and 5. The material-attached catalyst layer 7 is placed on the surfaces of the metal porous bodies 4 and 5 and pressed and joined to produce an electrode 7A with a transfer substrate. Next, after the transfer substrate 6 of the electrode 7A with the transfer substrate is peeled to produce the electrode 8, the electrode 8 is laminated so that the catalyst layers 2 and 3 are in contact with both surfaces of the anion conductive polymer electrolyte membrane 1 .
7A to 7D show a method of forming each layer on one side surface of the anion conductive polymer electrolyte membrane 1 for convenience.

上述した方法により、アニオン伝導性高分子電解質膜1の両面に、触媒層2,3及び金属多孔質体4,5からなる電極8(12,13)を形成した後、図8に示すように、各触媒層2,3と電解質膜1が接するように両電極8(12,13)の上面を加圧する。加圧は、通常約0.1〜15MPa程度、好ましくは、約0.5〜10MPa程度で行えばよい。また、加圧の際には、加圧面を加熱することが好ましい。加熱面の温度は、電解質膜1の破損、変性等を避けるために、通常は約20〜100℃程度、好ましくは、約30〜85℃程度とすればよい。このように、アニオン伝導性高分子電解質膜1と電極12,13を圧着により接合して、図5に示す水素発生用電気分解セル10を製造することができる。   After forming the electrodes 8 (12, 13) composed of the catalyst layers 2 and 3 and the metal porous bodies 4 and 5 on both surfaces of the anion conductive polymer electrolyte membrane 1 by the method described above, as shown in FIG. The upper surfaces of the electrodes 8 (12, 13) are pressurized so that the catalyst layers 2, 3 and the electrolyte membrane 1 are in contact with each other. Pressurization is usually about 0.1 to 15 MPa, preferably about 0.5 to 10 MPa. In addition, it is preferable to heat the pressure surface during pressurization. The temperature of the heating surface is usually about 20 to 100 ° C., preferably about 30 to 85 ° C., in order to avoid breakage, modification and the like of the electrolyte membrane 1. In this way, the anion conducting polymer electrolyte membrane 1 and the electrodes 12 and 13 are joined by pressure bonding, whereby the hydrogen generating electrolysis cell 10 shown in FIG. 5 can be manufactured.

本実施の形態によれば、クラックやピンホール等が実質的に生じず、安定性に優れた触媒層を有するので、優れた水素発生性能を発揮できる水素発生用電気分解セル10を提供することができる。   According to the present embodiment, there is provided a hydrogen generation electrolysis cell 10 that can exhibit excellent hydrogen generation performance because it has a catalyst layer that is substantially free of cracks and pinholes and has excellent stability. Can do.

以下において、本発明を実施例に基づいてさら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](電極)
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をクロロメチル化及びアミノ化を順次行うことにより、アニオン(OHイオン)伝導性高分子電解質を得た。これを溶媒(テトラヒドロフラン)に添加し、5質量%アニオン伝導性高分子電解質溶液100gを得た。
[Example 1] (Electrode)
By performing a copolymer of aromatic polyether sulfonic acid and aromatic polythioether sulfonic acid sequence chloromethylated and aminated anion - was obtained (OH ion) conductive polymer electrolyte. This was added to a solvent (tetrahydrofuran) to obtain 100 g of a 5% by mass anion conductive polymer electrolyte solution.

ニッケル−コバルト合金粒子(高純度化学研究所、「NIA07PB」)と上記で得られた5質量%アニオン伝導性高分子電解質溶液(固形分)とが質量比で1:0.1となるようにニッケル−コバルト合金粒子を10g、5質量%アニオン伝導性高分子電解質溶液を20g混合し、これを水30g及びエタノール50g、イソプロピルアルコール50g、に添加することにより、触媒層形成用ペースト組成物を調製した。   Nickel-cobalt alloy particles (High Purity Chemical Laboratory, “NIA07PB”) and the 5% by mass anionic conductive polymer electrolyte solution (solid content) obtained above are in a mass ratio of 1: 0.1. A paste composition for forming a catalyst layer is prepared by mixing 10 g of nickel-cobalt alloy particles and 20 g of a 5% by mass anion conductive polymer electrolyte solution and adding the mixture to 30 g of water, 50 g of ethanol and 50 g of isopropyl alcohol. did.

電極基材として金属多孔質体シート状の発泡ニッケル(三菱マテリアル社製、厚み500μm、呼び口径150μm、気孔率85%)を用い、これに圧延法により上記触媒層形成用ペースト組成物を乾燥後のニッケル−コバルト質量が約4mg/cmとなるように塗工した後、約85℃で約15分間乾燥させることによりアノード側電極12及びカソード側電極13の計2枚の電極を作製した。 A porous metal sheet-like foamed nickel (Mitsubishi Materials Corp., thickness 500 μm, nominal diameter 150 μm, porosity 85%) is used as an electrode substrate, and after the catalyst layer forming paste composition is dried by a rolling method, After coating so that the mass of nickel-cobalt was about 4 mg / cm 2 , it was dried at about 85 ° C. for about 15 minutes to produce a total of two electrodes, an anode side electrode 12 and a cathode side electrode 13.

[実施例2](電極)
ニッケル−コバルト合金粒子(高純度化学研究所、「NIA07PB」)とアニオン伝導性高分子電解質溶液(固形分)、非アニオン伝導性高分子(固形分)とが質量比で2:0.2:0.3となるようにニッケル−コバルト合金粒子を10g、上記で得られた5質量%アニオン伝導性高分子電解質溶液を20g混合し、これを水30g及びエタノール50g、イソプロピルアルコール50g、60質量%ポリテトラフルオロエチレン溶液(PTFEディスパージョン:アルドリッチ社製)2.5gに添加することにより、触媒層形成用ペースト組成物を調製した。
[Example 2] (Electrode)
Nickel-cobalt alloy particles (High Purity Chemical Laboratory, “NIA07PB”), anionic conductive polymer electrolyte solution (solid content), and non-anionic conductive polymer (solid content) are in a mass ratio of 2: 0.2: 10 g of nickel-cobalt alloy particles and 20 g of the 5% by mass anion conductive polymer electrolyte solution obtained above were mixed so as to be 0.3, and this was mixed with 30 g of water and 50 g of ethanol, 50 g of isopropyl alcohol, 60% by mass. A catalyst layer forming paste composition was prepared by adding 2.5 g of a polytetrafluoroethylene solution (PTFE dispersion: manufactured by Aldrich).

実施例1と同様に、電極基材として金属多孔質体シート状の発泡ニッケル(三菱マテリアル社製、厚み500μm、呼び口径150μm、気孔率85%)を用い、これに圧延法により上記触媒層形成用ペースト組成物を乾燥後のニッケル−コバルト質量が約4mg/cmとなるように塗工した後、約85℃で約15分間乾燥させることによりアノード側電極12及びカソード側電極13の計2枚の電極を作製した。 As in Example 1, a metal porous sheet-like foamed nickel (Mitsubishi Materials Co., Ltd., thickness: 500 μm, nominal diameter: 150 μm, porosity: 85%) was used as the electrode substrate, and the catalyst layer was formed thereon by rolling. The paste composition for coating was applied so that the mass of nickel-cobalt after drying was about 4 mg / cm 2, and then dried at about 85 ° C. for about 15 minutes to obtain a total of 2 anode side electrodes 12 and cathode side electrodes 13. Sheet electrodes were produced.

[実施例3](転写基材付き触媒層)
転写基材としてPETフィルム(E3120、東洋紡績社製、厚さ12μm)を用いて、その片面に、実施例1で調製した触媒層ペースト組成物を、ドクターブレードにより形成する。触媒層形成用ペースト組成物を乾燥後のニッケル−コバルト質量が約4mg/cmとなるように塗工した後、約85℃で約15分間乾燥させることで転写基材付き触媒層7(カソード触媒層用及びアノード触媒層用の計2枚)を作製した。
[Example 3] (Catalyst layer with transfer substrate)
Using a PET film (E3120, manufactured by Toyobo Co., Ltd., thickness 12 μm) as a transfer substrate, the catalyst layer paste composition prepared in Example 1 is formed on one side with a doctor blade. The catalyst layer forming paste composition was applied so that the nickel-cobalt mass after drying was about 4 mg / cm 2, and then dried at about 85 ° C. for about 15 minutes, whereby catalyst layer 7 with a transfer substrate (cathode) 2 sheets in total for the catalyst layer and the anode catalyst layer) were produced.

[実施例4](転写基材付き触媒層)
転写基材としてPETフィルム(E3120、東洋紡績社製、厚さ12μm)を用いて、その片面に、実施例2で調製した触媒層ペースト組成物を、ドクターブレードにより形成する。触媒層形成用ペースト組成物を乾燥後のニッケル−コバルト質量が約4mg/cmとなるように塗工した後、約85℃で約15分間乾燥させることで転写基材付き触媒層7(カソード触媒層用及びアノード触媒層用の計2枚)を作製した。
[Example 4] (Catalyst layer with transfer substrate)
Using a PET film (E3120, manufactured by Toyobo Co., Ltd., thickness 12 μm) as a transfer substrate, the catalyst layer paste composition prepared in Example 2 is formed on one side with a doctor blade. The catalyst layer forming paste composition was applied so that the nickel-cobalt mass after drying was about 4 mg / cm 2, and then dried at about 85 ° C. for about 15 minutes, whereby catalyst layer 7 with a transfer substrate (cathode) 2 sheets in total for the catalyst layer and the anode catalyst layer) were produced.

[実施例5](電極)
白金粉末(高純度化学研究所、「PTE02PB」)を触媒粉として用いた以外、実施例1と同様の方法で触媒層形成用ペースト組成物を調製した。
実施例1と同様に、電極基材として金属多孔質体シート状の発泡ニッケル(三菱マテリアル社製、厚み500μm、呼び口径150μm、気孔率85%)を用い、これにスプレー法により上記触媒層形成用ペースト組成物を乾燥後の白金重量が約1mg/cmとなるように塗工した後、約85℃で約15分間乾燥させることによりアノード側電極12及びカソード側電極13の計2枚の電極を作製した。
Example 5 (Electrode)
A paste composition for forming a catalyst layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that platinum powder (Pure Chemical Laboratory, “PTE02PB”) was used as the catalyst powder.
In the same manner as in Example 1, a metal porous sheet-like foamed nickel (Mitsubishi Materials Co., Ltd., thickness: 500 μm, nominal diameter: 150 μm, porosity: 85%) was used as the electrode substrate, and the catalyst layer was formed by spraying on this The paste composition for coating was applied so that the weight of platinum after drying was about 1 mg / cm 2, and then dried at about 85 ° C. for about 15 minutes, whereby a total of two sheets of anode side electrode 12 and cathode side electrode 13 were obtained. An electrode was produced.

[比較例1](電極)
ニッケル−コバルト合金粒子(高純度化学研究所、「NIA07PB」)を10gと水30g及びエタノール50g、イソプロピルアルコール50gを混合することにより、触媒層形成用ペースト組成物を調製した。
[Comparative Example 1] (Electrode)
A paste composition for forming a catalyst layer was prepared by mixing 10 g of nickel-cobalt alloy particles (High Purity Chemical Laboratory, "NIA07PB"), 30 g of water, 50 g of ethanol, and 50 g of isopropyl alcohol.

実施例1と同様に、電極基材として金属多孔質体シート状の発泡ニッケル(三菱マテリアル社製、厚み500μm、呼び口径150μm、気孔率85%)を用い、これに圧延法により上記触媒層形成用ペースト組成物を乾燥後のニッケル−コバルト質量が4mg/cmとなるように塗工した後、約85℃で約15分間乾燥させることによりアノード側電極12及びカソード側電極13の計2枚の電極を作製した。 As in Example 1, a metal porous sheet-like foamed nickel (Mitsubishi Materials Co., Ltd., thickness: 500 μm, nominal diameter: 150 μm, porosity: 85%) was used as the electrode substrate, and the catalyst layer was formed thereon by rolling. After coating the paste composition for drying so that the mass of nickel-cobalt after drying was 4 mg / cm 2 , it was dried at about 85 ° C. for about 15 minutes to obtain a total of two sheets of anode side electrode 12 and cathode side electrode 13 An electrode was prepared.

(評価試験1)
実施例1〜5、比較例1で作製した電極及び転写基材付き触媒層の性能を次の方法で調べた。すなわち、各電極及び転写基材付き触媒層を10cm×10cmの大きさに切り出し、その表面をデジタルマイクロスコープ(キーエンス社製、VH-8000)を用いて、50倍、300倍で観察し、ピンホールの有無を目視により確認した。
(Evaluation Test 1)
The performance of the electrodes prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 and the catalyst layer with a transfer substrate was examined by the following method. That is, each electrode and a catalyst layer with a transfer substrate were cut into a size of 10 cm × 10 cm, and the surface thereof was observed with a digital microscope (manufactured by Keyence Corporation, VH-8000) at 50 times and 300 times. The presence or absence of holes was confirmed visually.

その結果、実施例1〜5の表面では、ピンホールが全く生じておらず、触媒層の欠落が認められなかった。一方、比較例1の表面では、数多くのピンホールとひび割れが生じており、この時点で触媒層の欠落が認められた。   As a result, no pinholes occurred on the surfaces of Examples 1 to 5, and no catalyst layer was observed. On the other hand, many pinholes and cracks were generated on the surface of Comparative Example 1, and the catalyst layer was missing at this point.

(評価試験2)
実施例1〜5、比較例1で得られた電極及び転写基材付き触媒層の触媒層を熱プレス機を用いて、温度約80℃、プレス圧約3MPa、約3分間の熱圧着により、アニオン伝導性高分子電解質膜1(旭化成社製、アシプレックスA−221、厚さ150μm)に接合・転写を行い、水素発生用電気分解セル10を作製した。
(Evaluation test 2)
The catalyst layers of the electrodes and the catalyst layer with the transfer base material obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 were subjected to thermocompression using a hot press machine at a temperature of about 80 ° C., a press pressure of about 3 MPa, for about 3 minutes. The conductive polymer electrolyte membrane 1 (Asaplex A-221 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., thickness 150 μm) was bonded and transferred to produce an electrolysis cell 10 for hydrogen generation.

熱プレス後の実施例1,2及び5、比較例1の層構成は、金属多孔質体/触媒層/電解質膜/触媒層/金属多孔質体となり、実施例3及び4の層構成は、転写基材/触媒層/電解質膜/触媒層/転写基材となる。実施例3及び4では転写基材を剥離後、各触媒層上に金属多孔質体を配置し、再び圧力約1MPa、温度約80℃で約3分間熱圧着した。   The layer configurations of Examples 1, 2 and 5 and Comparative Example 1 after hot pressing were metal porous body / catalyst layer / electrolyte membrane / catalyst layer / metal porous body, and the layer configurations of Examples 3 and 4 were It becomes transfer substrate / catalyst layer / electrolyte membrane / catalyst layer / transfer substrate. In Examples 3 and 4, after the transfer substrate was peeled off, a metal porous body was placed on each catalyst layer, and again subjected to thermocompression bonding at a pressure of about 1 MPa and a temperature of about 80 ° C. for about 3 minutes.

上記で製造した水素発生用電気分解セル10について、液体の燃料として、カソード側には水、アノード側には1Mのアンモニア水溶液+5MのKOHを供給することにより、水素発生試験を行なった。   The hydrogen generation electrolysis cell 10 produced above was subjected to a hydrogen generation test by supplying water to the cathode side and 1M aqueous ammonia solution + 5M KOH to the anode side as liquid fuel.

その結果、実施例1〜5で得られた電極を用いた水素発生用電気分解セル10は、連続して水素を発生させる水素発生耐久性試験において、1時間後、10時間後もガスクロマトグラフィー(島津製作所社製)を用いた測定により水素発生を確認することができた。さらに目視においても、電極の触媒層の欠落は認められなかった。   As a result, the hydrogen generation electrolysis cell 10 using the electrodes obtained in Examples 1 to 5 was gas chromatographed after 1 hour and 10 hours in a hydrogen generation durability test in which hydrogen was continuously generated. Hydrogen generation could be confirmed by measurement using Shimadzu Corporation. Furthermore, the lack of a catalyst layer of the electrode was not observed visually.

一方、比較例1の電極を用いた水素発生用電気分解セル10は、水素発生耐久性試験において、1時間後では水素発生が確認できず、目視において、電極の触媒層がアニオン伝導性高分子電解質膜から欠落していることが確認できた。   On the other hand, in the hydrogen generation electrolysis cell 10 using the electrode of Comparative Example 1, hydrogen generation was not confirmed after 1 hour in the hydrogen generation durability test, and the catalyst layer of the electrode was visually anion conductive polymer. It was confirmed that it was missing from the electrolyte membrane.

以上のことから、本発明による触媒層ペースト組成物を用いた水素発生用電気分解セル10は、水素発生能力等に優れ、クラックやピンホール等が実質的に生じず、安定性に優れた触媒層を形成していることがわかった。   From the above, the electrolysis cell for hydrogen generation 10 using the catalyst layer paste composition according to the present invention is excellent in hydrogen generation capacity and the like, and is substantially free from cracks and pinholes and has excellent stability. It was found that a layer was formed.

本発明の第2の実施の形態に係る転写基材付き触媒層の模式的断面図。The typical sectional view of the catalyst layer with a transfer substrate concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施の形態に係る転写基材付き電極の模式的断面図。The typical sectional view of the electrode with a transfer substrate concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施の形態に係る水素発生用電気分解セルの電極の模式的断面図。The typical sectional view of the electrode of the electrolysis cell for hydrogen generation concerning the 4th embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施の形態に係る膜触媒層接合体の模式的断面図。The typical sectional view of the membrane catalyst layer zygote concerning the 5th embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施の形態に係る水素発生用電気分解セルの模式的断面図。The typical sectional view of the electrolysis cell for hydrogen generation concerning the 6th embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施の形態に係る水素発生用電気分解セルの動作を説明する図。The figure explaining operation | movement of the electrolysis cell for hydrogen generation which concerns on the 6th Embodiment of this invention. アニオン伝導性固体高分子電解質膜に電極を形成する方法の説明図であって、(a)触媒層ペースト組成物をアニオン伝導性高分子電解質膜に直接塗布及び乾燥した後、金属多孔質体を積層する方法、(b)水素発生用電気分解セルの電極をアニオン伝導性高分子電解質膜上に直接積層する方法、(c)転写基材付き触媒層をアニオン伝導性高分子電解質膜に形成する方法、(d)転写基材付き電極の転写基材を剥離して電極とし、この電極をアニオン伝導性高分子電解質膜に形成する方法、を示す図。It is explanatory drawing of the method of forming an electrode in an anion conductive solid polymer electrolyte membrane, Comprising: (a) After apply | coating and drying a catalyst layer paste composition directly on an anion conductive polymer electrolyte membrane, a metal porous body is formed. A layering method, (b) a method of directly stacking electrodes of an electrolysis cell for hydrogen generation on an anion conductive polymer electrolyte membrane, and (c) forming a catalyst layer with a transfer substrate on the anion conductive polymer electrolyte membrane. The method which shows the method and (d) peeling the transfer base material of an electrode with a transfer base material to make an electrode, and forming this electrode in an anion conductive polymer electrolyte membrane. 本発明の第6の実施の形態に係る水素発生用電気分解セルの製造方法の説明図であって、水素発生用電気分解セルの電極をアニオン伝導性固体高分子電解質膜の両面に圧着して形成する工程図。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the electrolysis cell for hydrogen generation which concerns on the 6th Embodiment of this invention, Comprising: The electrode of the electrolysis cell for hydrogen generation is crimped | bonded to both surfaces of the anion conductive solid polymer electrolyte membrane. Process drawing to form.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・アニオン伝導性高分子電解質膜
2・・・触媒層(アノード側)
3・・・触媒層(カソード側)
4・・・金属多孔質体(アノード側)
5・・・金属多孔質体(カソード側)
6・・・転写基材
7・・・転写基材付き触媒層
7A・・転写基材付き電極
8・・・水素発生用電気分解セルの電極(12:アノード側、13:カソード側)
9・・・膜触媒層接合体
10・・水素発生用電気分解セル
11・・外部回路
1 ... anion conductive polymer electrolyte membrane 2 ... catalyst layer (anode side)
3 ... Catalyst layer (cathode side)
4 ... Metal porous body (anode side)
5 ... Metal porous body (cathode side)
6 ... Transfer base material 7 ... Catalyst layer 7A with transfer base material ... Electrode with transfer base material 8 ... Electrode of electrolysis cell for hydrogen generation (12: anode side, 13: cathode side)
9 ... Membrane / catalyst layer assembly 10 ... Electrolysis cell 11 for hydrogen generation ... External circuit

Claims (17)

触媒粉、バインダー、溶剤、及び水を含有した、水素発生用電気分解セルに用いる触媒層ペースト組成物であって、
前記バインダーは、アニオン伝導性高分子電解質で構成されていることを特徴とする触媒層ペースト組成物。
A catalyst layer paste composition for use in an electrolysis cell for hydrogen generation, containing catalyst powder, a binder, a solvent, and water,
The catalyst layer paste composition, wherein the binder is composed of an anion conductive polymer electrolyte.
前記バインダーは、非アニオン伝導性高分子を含有したことを特徴とする請求項1に記載の触媒層ペースト組成物。   The catalyst layer paste composition according to claim 1, wherein the binder contains a non-anion conductive polymer. 請求項1又は2に記載の触媒層ペースト組成物を転写基材上に形成して構成したことを特徴とする転写基材付き触媒層。   A catalyst layer with a transfer substrate, comprising the catalyst layer paste composition according to claim 1 or 2 formed on a transfer substrate. 請求項3に記載の転写基材付き触媒層の前記触媒層ペースト組成物上に金属多孔質体を形成して構成したことを特徴とする転写基材付き電極。   An electrode with a transfer substrate, comprising a metal porous body formed on the catalyst layer paste composition of the catalyst layer with a transfer substrate according to claim 3. 前記金属多孔質体が、発泡ニッケル、発泡チタン、発泡銀から選択される少なくとも1種からなることを特徴とする請求項4に記載の転写基材付き電極。   The electrode with a transfer substrate according to claim 4, wherein the metal porous body is made of at least one selected from foamed nickel, foamed titanium, and foamed silver. 請求項4又は5に記載の転写基材付き電極の前記転写基材を剥離して構成したことを特徴とする水素発生用電気分解セルの電極。   6. An electrode for an electrolysis cell for hydrogen generation, wherein the transfer substrate of the electrode with transfer substrate according to claim 4 or 5 is peeled off. 請求項1又は2に記載の触媒層ペースト組成物を金属多孔質体上に形成して構成したことを特徴とする水素発生用電気分解セルの電極。   An electrode of an electrolysis cell for hydrogen generation, wherein the catalyst layer paste composition according to claim 1 or 2 is formed on a metal porous body. 前記金属多孔質体が、発泡ニッケル、発泡チタン、発泡銀から選択される少なくとも1種からなることを特徴とする請求項7に記載の水素発生用電気分解セルの電極。   The electrode of the electrolysis cell for hydrogen generation according to claim 7, wherein the metal porous body is made of at least one selected from foamed nickel, foamed titanium, and foamed silver. 請求項1又は2に記載の触媒層ペースト組成物をアニオン伝導性高分子電解質膜の両面に形成して構成したことを特徴とする膜触媒層接合体。   3. A membrane / catalyst layer assembly comprising the catalyst layer paste composition according to claim 1 or 2 formed on both sides of an anion conductive polymer electrolyte membrane. 請求項6〜8のいずれか1項に記載の電極をアニオン伝導性高分子電解質膜の両面に配置したことを特徴とする水素発生用電気分解セル。   An electrolysis cell for hydrogen generation, wherein the electrode according to any one of claims 6 to 8 is disposed on both sides of an anion conductive polymer electrolyte membrane. 請求項9に記載の膜触媒層接合体の両面に金属多孔質体を配置したことを特徴とする水素発生用電気分解セル。   An electrolysis cell for hydrogen generation, wherein a metal porous body is disposed on both surfaces of the membrane-catalyst layer assembly according to claim 9. 前記金属多孔質体が、発泡ニッケル、発泡チタン、発泡銀から選択される少なくとも1種からなることを特徴とする請求項11に記載の水素発生用電気分解セル。   12. The electrolysis cell for hydrogen generation according to claim 11, wherein the metal porous body is made of at least one selected from foamed nickel, foamed titanium, and foamed silver. 触媒粉、少なくともアニオン伝導性高分子電解質で構成されたバインダー、溶剤、及び水をそれぞれ所定の分量で混合・分散して触媒層ペースト組成物を形成する工程と、
前記触媒層ペースト組成物を転写基材上に塗布・乾燥させて転写基材付き触媒層を形成する工程と、
前記転写基材付き触媒層を金属多孔質体の表面に形成して圧着により接合させた後、前記転写基材を剥離する工程と
を備えたことを特徴とする水素発生用電気分解セルの電極の製造方法。
A step of mixing and dispersing catalyst powder, at least a binder composed of an anion-conducting polymer electrolyte, a solvent, and water in respective predetermined amounts to form a catalyst layer paste composition;
Applying the catalyst layer paste composition onto a transfer substrate and drying to form a catalyst layer with a transfer substrate; and
An electrode of an electrolysis cell for hydrogen generation comprising: a step of forming the catalyst layer with a transfer substrate on the surface of a metal porous body, bonding the substrate by pressure bonding, and then peeling the transfer substrate. Manufacturing method.
触媒粉、少なくともアニオン伝導性高分子電解質で構成されたバインダー、溶剤、及び水をそれぞれ所定の分量で混合・分散して触媒層ペースト組成物を形成する工程と、
前記触媒層ペースト組成物をアニオン伝導性高分子電解質膜の両面に塗布・乾燥させて膜触媒層接合体を形成する工程と、
前記膜触媒層接合体の両面に金属多孔質体を形成して圧着により接合させる工程と
を備えたことを特徴とする水素発生用電気分解セルの製造方法。
A step of mixing and dispersing catalyst powder, at least a binder composed of an anion-conducting polymer electrolyte, a solvent, and water in respective predetermined amounts to form a catalyst layer paste composition;
Applying the catalyst layer paste composition to both sides of the anion conductive polymer electrolyte membrane and drying to form a membrane catalyst layer assembly;
Forming a metal porous body on both surfaces of the membrane-catalyst layer assembly and bonding them by pressure bonding. A method for producing an electrolysis cell for hydrogen generation, comprising:
触媒粉、少なくともアニオン伝導性高分子電解質で構成されたバインダー、溶剤、及び水をそれぞれ所定の分量で混合・分散して触媒層ペースト組成物を形成する工程と、
前記触媒層ペースト組成物を金属多孔質体に塗布・乾燥させて電極を形成する工程と、
前記電極をアニオン伝導性高分子電解質膜の両面に前記触媒層ペースト組成物側が接するように形成して圧着により接合させる工程と
を備えたことを特徴とする水素発生用電気分解セルの製造方法。
A step of mixing and dispersing catalyst powder, at least a binder composed of an anion-conducting polymer electrolyte, a solvent, and water in respective predetermined amounts to form a catalyst layer paste composition;
Applying the catalyst layer paste composition to a metal porous body and drying to form an electrode;
A process for producing an electrolysis cell for hydrogen generation, comprising: forming the electrode on both surfaces of an anion conductive polymer electrolyte membrane so that the catalyst layer paste composition side is in contact with the electrode layer, and bonding them by pressure bonding.
触媒粉、少なくともアニオン伝導性高分子電解質で構成されたバインダー、溶剤、及び水をそれぞれ所定の分量で混合・分散して触媒層ペースト組成物を形成する工程と、
前記触媒層ペースト組成物を転写基材上に塗布・乾燥させて転写基材付き触媒層を形成する工程と、
前記転写基材付き触媒層をアニオン伝導性高分子電解質膜の両面に前記触媒層ペースト組成物側が接するように形成して圧着により接合させた後、前記転写基材を剥離して膜触媒層接合体を形成する工程と
前記膜触媒層接合体の両面に金属多孔質体を形成して圧着により接合させる工程と
を備えたことを特徴とする水素発生用電気分解セルの製造方法。
A step of mixing and dispersing catalyst powder, at least a binder composed of an anion-conducting polymer electrolyte, a solvent, and water in respective predetermined amounts to form a catalyst layer paste composition;
Applying the catalyst layer paste composition onto a transfer substrate and drying to form a catalyst layer with a transfer substrate; and
The catalyst layer with the transfer substrate is formed so that the catalyst layer paste composition side is in contact with both surfaces of the anion conductive polymer electrolyte membrane and bonded by pressure bonding, and then the transfer substrate is peeled off to bond the membrane catalyst layer. A method for producing an electrolysis cell for hydrogen generation, comprising: forming a body; and forming a metal porous body on both surfaces of the membrane-catalyst layer assembly and bonding them by pressure bonding.
触媒粉、少なくともアニオン伝導性高分子電解質で構成されたバインダー、溶剤、及び水をそれぞれ所定の分量で混合・分散して触媒層ペースト組成物を形成する工程と、
前記触媒層ペースト組成物を転写基材上に塗布・乾燥させて転写基材付き触媒層を形成する工程と、
前記転写基材付き触媒層を金属多孔質体の表面に形成して圧着により接合させて電極を形成する工程と、
前記電極をアニオン伝導性高分子電解質膜の両面に前記触媒層ペースト組成物側が接するように形成して圧着により接合させる工程と
を備えたことを特徴とする水素発生用電気分解セルの製造方法。

A step of mixing and dispersing catalyst powder, at least a binder composed of an anion-conducting polymer electrolyte, a solvent, and water in respective predetermined amounts to form a catalyst layer paste composition;
Applying the catalyst layer paste composition onto a transfer substrate and drying to form a catalyst layer with a transfer substrate; and
Forming an electrode by forming the catalyst layer with the transfer substrate on the surface of the metal porous body and bonding it by pressure bonding; and
A process for producing an electrolysis cell for hydrogen generation, comprising: forming the electrode on both surfaces of an anion conductive polymer electrolyte membrane so that the catalyst layer paste composition side is in contact with the electrode layer, and bonding them by pressure bonding.

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