JP2010257720A - 膜電極接合体及びその製造方法並びに固体高分子形燃料電池 - Google Patents
膜電極接合体及びその製造方法並びに固体高分子形燃料電池 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】一対の電極触媒層は、高分子電解質と触媒物質と電子伝導性物質を有する複合触媒粒子からなり、電極触媒層の厚み方向において、ガス拡散層に接する側と比べて、固体高分子電解質膜に接する側において、複合触媒粒子中の高分子電解質の含有割合が多いことを特徴とする膜電極接合体。
【選択図】図1
Description
触媒物質として白金を50wt%担持したケッチェンブラックを用いて、純水及びデュポン社製Nafion(登録商標)の溶液をFritsch社製Pulverisette7の遊星型ボールミルで分散処理を行った。ボールミルのポット及びボールには、ジルコニア製のものを用いて触媒インクを得た。このとき、ケッチェンブラックの重量(C)1に対して、Nafion溶液中の電解質重量(N)が0.8となるように調整した。
調整した触媒インクを用いて、スプレードライヤ法により、触媒インクを造粒し、複合触媒粒子を作製した。噴霧温度は80℃であり、送液ガスはN2を用いた。得られた複合触媒粒子を分級した。得られた複合触媒粒子径を走査型電子顕微鏡にて観察を行ったところ、平均粒子径が4μmであった。
転写基材上に複合触媒粒子を塗布し、さらに、複合触媒粒子を塗布し電極触媒層を形成した。このとき、単位面積あたりの電極触媒層のPt(白金)質量が0.3mg/cm2となるように形成した。形成後、所定の電極サイズに打ち抜き、転写シートとした。
固体高分子電解質膜1としては、プロトン伝導性高分子膜、デュポン社製Nafion(登録商標)212を用いた。固体高分子電解質膜1の両面に、準備をした転写基材上に電極触媒層を備える転写シートで挟持し、130℃、6.0MPaの条件で熱圧着を行い、転写基材のみを剥がし、膜電極接合体12を得た。
実施例と同様に触媒インクを用いて、転写基材上に触媒インクを塗布、乾燥し、更に、触媒インクを積層させ、単位面積あたりのPt(白金)質量が0.3mg/cm2となるように電極触媒層を形成した。固体高分子電解質膜1としては、プロトン伝導性高分子膜、デュポン社製Nafion212を用いた。固体高分子電解質膜1の両面に、先に準備をした転写基材上に電極触媒層を順に備える転写シートで挟持し、130℃、6.0MPaの条件で熱圧着を行い、転写基材のみを剥がし、膜電極接合体12を得た。得られた膜電極接合体12の両面に、実施例と同様に、ガス拡散層としてカーボンペーパを配置し、更に、一対の焼成カーボン製のセパレータ10で挟持し、単セルの固体高分子形燃料電池13を作製した。
東陽テクニカ社製GFT−SG1の燃料電池測定装置にて発電特性評価を行った。燃料として水素ガス、酸化剤として空気を使用した。
Claims (10)
- 固体高分子電解質膜を一対の電極触媒層で挟持し、前記一対の電極触媒層を一対のガス拡散層で挟持した固体高分子形燃料電池における膜電極接合体において、
前記一対の電極触媒層は、高分子電解質と触媒物質と電子伝導性物質を有する複合触媒粒子からなり、電極触媒層の厚み方向において、ガス拡散層に接する側と比べて、前記固体高分子電解質膜に接する側において、前記複合触媒粒子中の前記高分子電解質の含有割合が多いことを特徴とする膜電極接合体。 - 前記一対の電極触媒層において、前記複合触媒粒子における前記高分子電解質の含有割合が異なる少なくとも2種の前記電極触媒層が積層されていることを特徴とする請求項1に記載の膜電極接合体。
- 前記一対の電極触媒層において、前記複合触媒粒子の平均粒子径が0.5μm以上20μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の膜電極接合体。
- 前記一対の電極触媒層において、前記複合触媒粒子の平均粒子径が1μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の膜電極接合体。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の膜電極接合体を備えることを特徴とする固体高分子形燃料電池。
- 固体高分子電解質膜を一対の電極触媒層で挟持し、前記一対の電極触媒層を一対のガス拡散層で挟持した固体高分子形燃料電池における膜電極接合体の製造方法において、
前記高分子電解質と触媒物質と電子伝導性物質と溶媒を混合して高分子電解質比率の異なる触媒インクを作製し、
前記高分子電解質比率の異なる前記触媒インクをスプレードライすることで、前記高分子電解質の含有割合が異なる前記複合触媒粒子を造粒し、
前記高分子電解質の含有割合が異なる前記複合触媒粒子をそれぞれ所望の平均粒子径に分級し、
前記高分子電解質の含有割合の異なる前記複合触媒粒子を用い、前記固体高分子電解質膜の一方の面に、前記固体高分子電解質膜の側から前記高分子電解質の含有割合が大きくなるように、前記電極触媒層を形成することを特徴とする膜電極接合体の製造方法。 - 前記電極触媒層を形成は、前記一対のガス拡散層のどちらか一方に、前記高分子電解質の含有割合の異なる前記複合触媒粒子を用い、前記固体高分子電解質膜の側から前記高分子電解質の含有割合が大きくなるように、前記電極触媒層を形成することを特徴とする請求項6に記載の膜電極接合体の製造方法。
- 前記電極触媒層を形成は、転写基材上に、前記高分子電解質の含有割合の異なる前記複合触媒粒子を用い、前記固体高分子電解質膜の側から前記高分子電解質の含有割合が大きくなるように、前記電極触媒層を形成することを特徴とする請求項6または7に記載の膜電極接合体の製造方法。
- 請求項6乃至請求項8のいずれかに記載の膜電極接合体の製造方法により製造されることを特徴とする膜電極接合体。
- 請求項9に記載の膜電極接合体を一対のガス拡散層で挟持し、さらに、前記一対のガス拡散層を一対のセパレータで挟持することを特徴とする固体高分子形燃料電池の製造方法。
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