JP2011014406A - Ink for catalyst and catalyst layer formed using ink for catalyst - Google Patents
Ink for catalyst and catalyst layer formed using ink for catalyst Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011014406A JP2011014406A JP2009158147A JP2009158147A JP2011014406A JP 2011014406 A JP2011014406 A JP 2011014406A JP 2009158147 A JP2009158147 A JP 2009158147A JP 2009158147 A JP2009158147 A JP 2009158147A JP 2011014406 A JP2011014406 A JP 2011014406A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- ink
- ionomer
- saccharide
- catalyst layer
- 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.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
本発明は、固体高分子電解質膜を備える膜電極接合体における触媒層を形成するための触媒用インクと該触媒用インクを用いて形成された触媒層および膜電極接合体に関する。 The present invention relates to a catalyst ink for forming a catalyst layer in a membrane electrode assembly including a solid polymer electrolyte membrane, a catalyst layer formed using the catalyst ink, and a membrane electrode assembly.
燃料ガス（例えば、水素）と酸化剤ガス（例えば、空気）との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池には、電解質膜として固体高分子膜を用いた固体高分子型燃料電池がある。そして、固体高分子型燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体高分子膜の両面に、それぞれガス拡散電極（アノードおよびカソード）を接合してなる膜電極接合体を備えている。そして、アノードおよびカソードは、それぞれ上記電気化学反応を促進するための触媒層を備えている。 A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas (for example, hydrogen) and an oxidant gas (for example, air) has attracted attention as an energy source. As this fuel cell, there is a solid polymer fuel cell using a solid polymer membrane as an electrolyte membrane. The polymer electrolyte fuel cell includes a membrane electrode assembly formed by bonding gas diffusion electrodes (anode and cathode) to both surfaces of a proton conductive solid polymer membrane, respectively. Each of the anode and the cathode includes a catalyst layer for promoting the electrochemical reaction.
従来、電解質膜上に触媒層を形成するために、いわゆる触媒用インクが用いられることが多い。この触媒用インクは、一般に、水や低級アルコール等の溶媒に、白金等の貴金属触媒を担持したカーボンブラック(触媒担持粒子）と、アイオノマー(イオン交換性高分子（例えば、ナフィオン（登録商標））を分散させることによって製造される。 Conventionally, so-called catalyst ink is often used to form a catalyst layer on an electrolyte membrane. This catalyst ink is generally composed of carbon black (catalyst-supported particles) in which a noble metal catalyst such as platinum is supported in a solvent such as water or lower alcohol, and an ionomer (ion exchange polymer (for example, Nafion (registered trademark)). It is manufactured by dispersing.
触媒担持粒子を構成するカーボンブラックは表面が疎水性であり、触媒とイオン交換性高分子であるアイオノマーとを複合化する際に、アイオノマーに位置するスルホン酸基などの親水性官能基と触媒との親和性が低下する。電極反応は、触媒、アイオノマー、反応ガスの三相界面で進行する反応であるため、アイオノマーと触媒との親和性が低いと、電気化学的活性表面積が低くなる問題がある。 The carbon black constituting the catalyst-supporting particles has a hydrophobic surface, and when the catalyst and an ionomer that is an ion-exchange polymer are combined, a hydrophilic functional group such as a sulfonic acid group located on the ionomer and the catalyst The affinity of is reduced. Since the electrode reaction is a reaction that proceeds at the three-phase interface of the catalyst, the ionomer, and the reaction gas, there is a problem that the electrochemically active surface area is lowered when the affinity between the ionomer and the catalyst is low.
そのために、担体として用いられるカーボンブラックとアイオノマーとの親和性を向上させる手段が種々提案されており、特許文献１には、燃料電池用触媒として、燃料電池の稼動中に消失する親水性官能基または化学処理によって除去されうる親水性化合物を表面に有する黒鉛化カーボンと、前記黒鉛化カーボンに担持されてなる触媒金属とを有するものが記載されており、その燃料電池用触媒とアイオノマーと溶媒とで触媒用インクを調製ようにしている。
For this purpose, various means for improving the affinity between carbon black and ionomer used as a carrier have been proposed.
特許文献１に記載の触媒用インクでは、黒鉛化カーボンの親水化によりアイオノマーとの親和性が向上し、アイオノマーによる被覆が良好になっており、触媒層としたときに広い三相界面が得られるのを期待することができる。しかし、親水性官能基を付与する場合には、一般に、カーボン表面の官能基の吸着力は高くないために、触媒用インクの調合および分散の工程において、官能基が脱落しやすく、親水基による被覆性の向上効果が十分に得られないことが起こり得る。また、官能基付与に酸処理を適用する場合には、１．製造設備に金属を利用することが困難となる、２．酸処理および乾燥の工程が必要となる、３．官能基脱落防止のための雰囲気制御が必要となる、などから高コストになりやすい。
In the catalyst ink described in
また、親水化化合物を付与する場合には、化合物の添加および除去の過程で電解質に金属イオンが不純物として取り込まれ、その結果、触媒層でのプロトン伝導性が低下することが起こり得る。そのために、カチオンを完全除去することが望まれるが、それには十分な酸洗浄が必要となり、そのための設備投資が増加するのを避けられない。 In addition, when a hydrophilic compound is added, metal ions are taken into the electrolyte as impurities during the process of addition and removal of the compound, and as a result, proton conductivity in the catalyst layer may decrease. For this reason, it is desired to completely remove cations. However, sufficient acid washing is required for this purpose, and it is inevitable that the capital investment for this purpose increases.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、より簡単な手法でもってかつ低コストで調整することができながら、アイオノマーが表面に強固に結着した触媒担持粒子を得ることのできる触媒用インクを得ることを課題とする。また、前記触媒用インクを用いて形成された触媒層および膜電極接合体を得ることを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and obtains catalyst-carrying particles in which an ionomer is firmly bound to the surface while being able to be adjusted by a simpler method and at a lower cost. It is an object of the present invention to obtain a catalyst ink that can be used. Another object of the present invention is to obtain a catalyst layer and a membrane electrode assembly formed using the catalyst ink.
本発明による触媒用インクは、固体高分子電解質膜を備える膜電極接合体における触媒層を形成するための触媒用インクであって、触媒担持粒子とアイオノマーと溶媒と両親媒性を有する糖類とを混合し、攪拌および分散処理して得られる触媒用インクであることを特徴とする。 The catalyst ink according to the present invention is a catalyst ink for forming a catalyst layer in a membrane electrode assembly including a solid polymer electrolyte membrane, comprising catalyst-supporting particles, an ionomer, a solvent, and an amphiphilic saccharide. It is a catalyst ink obtained by mixing, stirring and dispersing treatment.
本発明において、「両親媒性を有する糖類」とは、親水性と疎水性の両方の特性を持つ糖類をいっており、単糖であってもよくオリゴ糖であってもよい。そのような糖類の例として、グルコース、マルトース、スクロース、ラクトース、セロビオース、トレハロース、シクロデキストリン、ガラクトースなどが挙げられる。中でも、ヒドロキシ基を持ち、金属カチオンを持たない糖類は好ましく、強い酸性環境でも酸化されにくいことから、トレハロースは特に好ましい。 In the present invention, “amphiphilic saccharide” refers to a saccharide having both hydrophilic and hydrophobic characteristics, and may be a monosaccharide or an oligosaccharide. Examples of such saccharides include glucose, maltose, sucrose, lactose, cellobiose, trehalose, cyclodextrin, galactose and the like. Among them, saccharides having a hydroxy group and having no metal cation are preferable, and trehalose is particularly preferable because it is difficult to be oxidized even in a strong acidic environment.
本発明による触媒層は、上記の触媒用インクを電解質膜に塗布して乾燥させることにより、または、電解質膜以外の基材（ＰＴＦＥシートや拡散層など）に触媒用インクを塗布して乾燥させることにより形成される。 The catalyst layer according to the present invention is dried by applying the catalyst ink to the electrolyte membrane and drying, or by applying the catalyst ink to a substrate other than the electrolyte membrane (PTFE sheet, diffusion layer, etc.). Is formed.
本発明による膜電電極接合体は、そのようにして形成された触媒層を電解質膜の少なくとも一方の面に備える。 The membrane / electrode assembly according to the present invention comprises the catalyst layer thus formed on at least one surface of the electrolyte membrane.
本発明による触媒層用インクでは、組成の１つとして、両親媒性を有する糖類を有しており、該糖類は、カーボン等である疎水性の導電性材料と、親水性であるアイオノマーの両方になじみやすいため、両者が結着することを効果的に補助する。その結果、アイオノマーの導電性材料への被覆がされやすくなり、十分な被覆が完成する。それにより、触媒担持粒子での触媒の利用効率が向上する。そのために、本発明による触媒用インクを用いて形成した触媒層を持つ膜電極接合体では、三相界面が良好に形成されて広い電気化学的活性表面積を持つことができ、燃料電池としての発電性能が向上する。 The ink for a catalyst layer according to the present invention has a saccharide having amphiphilic properties as one of the compositions, and the saccharide is both a hydrophobic conductive material such as carbon and a hydrophilic ionomer. Because it is easy to become familiar with, it effectively assists the binding of both. As a result, the ionomer is easily coated on the conductive material, and a sufficient coating is completed. Thereby, the utilization efficiency of the catalyst in the catalyst-supporting particles is improved. Therefore, in the membrane electrode assembly having a catalyst layer formed using the catalyst ink according to the present invention, the three-phase interface is well formed and has a wide electrochemically active surface area. Performance is improved.
以下、本発明を、実施の形態に基づきに、より詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on embodiments.
図１に示すように、触媒用インクを調整するに当たり、最初に、触媒担持粒子と、アイオノマーと、溶媒(この例では、水と低級アルコール）と、糖類とを調合し、攪拌する。 As shown in FIG. 1, in preparing the catalyst ink, first, catalyst-carrying particles, an ionomer, a solvent (in this example, water and lower alcohol), and a saccharide are mixed and stirred.
触媒担持粒子は、従来の燃料電池で触媒層を形成するときに用いられる触媒担持粒子であってよく、導電性材料とその表面に担持された触媒からなる。触媒種としては白金および白金系合金が好適である。触媒を担持する導電性材料には、限定されないが、カーボンブラックのようなカーボン粒子が好適であるが、これに限定されるものではない。 The catalyst-carrying particles may be catalyst-carrying particles used when forming a catalyst layer in a conventional fuel cell, and are composed of a conductive material and a catalyst carried on the surface thereof. Platinum and platinum-based alloys are suitable as the catalyst species. The conductive material for supporting the catalyst is not limited, but carbon particles such as carbon black are suitable, but not limited thereto.
アイオノマーはイオン交換性高分子であり、従来の燃料電池で用いられている電解質樹脂のアイオノマーを適宜用いうるが、パーフルオロスルホン酸系のアイオノマーはより適切である。 The ionomer is an ion-exchange polymer, and an ionomer of an electrolyte resin used in a conventional fuel cell can be used as appropriate, but a perfluorosulfonic acid ionomer is more appropriate.
溶媒は、従来の燃料電池での触媒層用インクを作るときの溶媒を適宜用いることができ、好ましくは、水と有機溶媒とである。有機溶媒は、その表面張力の低さによって触媒担持粒子の微細孔内に浸入して、図２に示すように、電解質樹脂（アイオノマー）を微細孔に送り届ける役割を持つ。このため、電解質樹脂とよくなじみ、水よりも表面張力が低く、沸点が低い有機溶媒であればすべて適用が可能であるが、安全性・入手の容易さなどから、１−プロパノールやエタノールのような低級アルコールは特に好適である。水は、アイオノマーで被覆された触媒担持粒子を安定化するために必要となる。好ましくは、浸透性と分散安定性のバランスがとれるように、低級アルコールおよび水を、Ｒ−ＯＨ：Ｈ２Ｏ＝１：３〜３：１の割合で含むことが好ましく、さらに好ましくは、２：３〜３：２の範囲であることが好ましい。なお、図２において、１は触媒担持粒子、２は触媒、３は電解質樹脂（アイオノマー）による被覆を示す。
As the solvent, a solvent for making a catalyst layer ink in a conventional fuel cell can be appropriately used, and preferably water and an organic solvent. The organic solvent has a role of penetrating into the fine pores of the catalyst-carrying particles due to its low surface tension and delivering electrolyte resin (ionomer) to the fine pores as shown in FIG. For this reason, it can be applied to any organic solvent that is well compatible with electrolyte resins, has a lower surface tension than water, and has a low boiling point. However, from the viewpoint of safety and availability, 1-propanol, ethanol, etc. Such lower alcohols are particularly preferred. Water is required to stabilize the catalyst-carrying particles coated with the ionomer. Preferably, the lower alcohol and water are preferably contained in a ratio of R—OH: H 2 O = 1: 3 to 3: 1 so as to achieve a balance between permeability and dispersion stability, more preferably 2 : It is preferable that it is the range of 3-3: 2. In FIG. 2,
糖類は、前記したよう、両親媒性を有する糖類であって、金属カチオンを含まず容易に水に溶解する、および／または、燃料電池稼働中に電極反応の電位で容易に酸化される特性のものが好適である。前記したように、トレハロースは、ヒドロキシ基を持ち、金属カチオンを持たない糖類であり、かつ強い酸性環境でも酸化されにくいことから、特に好ましい。 As described above, saccharides are amphiphilic saccharides that do not contain metal cations and are easily dissolved in water and / or easily oxidized at the electrode reaction potential during fuel cell operation. Those are preferred. As described above, trehalose is particularly preferable because it is a saccharide having a hydroxy group and having no metal cation, and is hardly oxidized even in a strong acidic environment.
糖類の添加量は、用いる触媒担持粒子の表面積や官能基の量、糖類の種類、アイオノマーのＥＷ値や添加量にも依存するが、触媒担持粒子が触媒担持カーボンの場合、カーボン重量に対して、１０〜２００ｗｔ％の量が必要かつ十分となる。さらに好ましくは３０〜６０ｗｔ％の範囲である。１０ｗｔ％未満では、アイオノマーに配位する糖類の量が少なすぎて、微細孔への浸入に十分な親和性を保てず、他方、２００ｗｔ％を超える過剰な場合は、カーボンが糖類に被覆されて安定となり、アイオノマーによる被覆が達成されにくくなる。 The amount of saccharide added depends on the surface area of the catalyst-carrying particles to be used, the amount of functional groups, the type of saccharide, the EW value of the ionomer, and the amount added. 10 to 200 wt% is necessary and sufficient. More preferably, it is the range of 30-60 wt%. If it is less than 10 wt%, the amount of saccharide coordinated to the ionomer is too small to maintain sufficient affinity for intrusion into the micropores. On the other hand, if it exceeds 200 wt%, carbon is coated on the saccharide. And it is difficult to achieve ionomer coating.
また、糖類の触媒用インク全量に対する添加量は、１０ｗｔ％を超えない比とすることが望ましい。１０ｗｔ％以上を添加すると、触媒（Ｐｔ等）表面への被毒による触媒活性低下を引き起こす恐れがある。 Further, it is desirable that the amount of saccharide added relative to the total amount of the catalyst ink is a ratio not exceeding 10 wt%. When 10 wt% or more is added, there is a risk of causing a decrease in catalyst activity due to poisoning on the surface of the catalyst (such as Pt).
上記のようにして調合したものを攪拌し、さらに分散・攪拌などの方法で剪断を加えながら、分散処理を行うことで、本発明による触媒用インクとなる。前記したように、添加した糖類は疎水性のカーボンと親水性のアイオノマーの両方になじみやすい性質であるため、該糖類は両者が強く結着するのを補助することができ、この結果、図２に示すように、アイオノマーのカーボンへの被覆がされやすくなり、三相界面の拡大によって、白金の有効利用効率が向上する。 A catalyst ink according to the present invention is obtained by stirring the mixture prepared as described above and further performing a dispersion treatment while applying shearing by a method such as dispersion and stirring. As described above, since the added saccharide is easily compatible with both the hydrophobic carbon and the hydrophilic ionomer, the saccharide can assist the strong binding between the two, and as a result, FIG. As shown in Fig. 5, the ionomer is easily coated on carbon, and the effective utilization efficiency of platinum is improved by expanding the three-phase interface.
また、本発明による触媒用インクでは、糖類をインクの調合の過程で混合するため、従来のカーボン表面への官能基付与による方法で起こりがちな官能基脱落の問題を回避でき、径時劣化の問題を解消できる。さらに、糖類は水溶性があり、また炭化水素でできているため、添加した糖類は、燃料電池の稼働に伴う溶出あるいは酸化によって自動的に除去されるので、従来法での化合物除去の工程を必要とせず、工程の簡素化が可能となる。 In addition, in the catalyst ink according to the present invention, since sugars are mixed in the process of ink preparation, it is possible to avoid the problem of functional group loss that tends to occur in the conventional method of imparting functional groups to the carbon surface, and the deterioration in diameter is caused. The problem can be solved. Furthermore, since saccharides are water-soluble and are made of hydrocarbons, the added saccharides are automatically removed by elution or oxidation accompanying the operation of the fuel cell. It is not necessary, and the process can be simplified.
上記した触媒用インクを、電解質膜に塗布して乾燥させる、または、電解質膜以外の基材（ＰＴＦＥシートや拡散層など）に触媒用インクを塗布して乾燥させ、電解質膜に熱圧着することで、触媒層とされる。塗布の方法としては、スクリーン印刷法などが適切であるが、その他、スプレー法、インクジェット法などインクを用いるその他のウェット工法も適用することができる。 Apply the above catalyst ink to the electrolyte membrane and dry it, or apply the catalyst ink to a substrate other than the electrolyte membrane (PTFE sheet, diffusion layer, etc.) and dry it, and thermocompression bond to the electrolyte membrane. Thus, the catalyst layer is formed. As a coating method, a screen printing method or the like is appropriate, but other wet methods using ink such as a spray method and an inkjet method can also be applied.
さらに、インク調合前の触媒担持粒子に対して、官能基付与や燃料電池の発電安定性の向上を目的として熱処理などの、従来行われている様々に処理を加えることもできる。また、触媒用インクの固形分比率や材料組成比を変えることで、電解質樹脂の被膜厚さを変えることも可能であり、所望のシステムに適した組成を適宜選択することができる。好ましくは、電解質重量／カーボン重量比で、０．２〜１．５、さらに好ましくは、０．６〜１．０である。さらに、触媒層のより強い保水あるいは撥水性や給水機能を補強する目的で、インクにＰＴＦＥやゼオライトなどを添加するようにしてもよい。 Furthermore, various conventional treatments such as heat treatment can be applied to the catalyst-carrying particles before ink preparation for the purpose of imparting functional groups and improving the power generation stability of the fuel cell. Moreover, it is also possible to change the film thickness of the electrolyte resin by changing the solid content ratio and the material composition ratio of the catalyst ink, and a composition suitable for a desired system can be appropriately selected. The electrolyte weight / carbon weight ratio is preferably 0.2 to 1.5, and more preferably 0.6 to 1.0. Furthermore, PTFE or zeolite may be added to the ink for the purpose of reinforcing the water retention or water repellency and water supply function of the catalyst layer.
以下、実施例と比較例により、本発明を説明する。
（１）白金コバルト合金粒子をカーボンブラック（Ｋｅｔｊｅｎ ＥＣ（ケッチェンブラックインターナショナル社製））上に担持させて白金担持密度を５０％とした触媒担持粒子８ｇに対して、電解質樹脂分散溶液（Ｄｕｐｏｎｔ製ＤＥ−２０２０ ２１％溶液）を１８．３ｇ、水を７３．２ｇ、エタノール７８．６ｇを投入して、よく攪拌、混合した。この混合溶液を超音波ホモジナイザにより、十分に分散させた（以下、これをインクＡと呼び、比較例に相当する）。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples and comparative examples.
(1) Platinum-cobalt alloy particles are supported on carbon black (Ketjen EC (made by Ketjen Black International)) and 8 g of catalyst-supported particles having a platinum-carrying density of 50%, an electrolyte resin dispersion (made by Dupont) 18.3 g of DE-2020 (21% solution), 73.2 g of water, and 78.6 g of ethanol were added and stirred and mixed well. This mixed solution was sufficiently dispersed by an ultrasonic homogenizer (hereinafter referred to as ink A and corresponds to a comparative example).
（２）上記の出発物質同量に加えて、糖類として、トレハロース（林原製トレハ（商標名））８．３ｇを投入して、よく攪拌、混合した。この混合溶液を超音波ホモジナイザにより、十分に分散させた（以下、これをインクＢと呼び、実施例に相当する）。 (2) In addition to the same amount of the above starting material, 8.3 g of trehalose (Trehha (trade name) manufactured by Hayashibara) was added as a saccharide, and the mixture was thoroughly stirred and mixed. This mixed solution was sufficiently dispersed by an ultrasonic homogenizer (hereinafter referred to as ink B, which corresponds to the example).
（３）固体高分子型燃料電池用の電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ１１７，Ｄｕｐｏｎｔ製）にインクＡをスプレー法で単位面積当たりの白金量が０．１ｍｇ／ｃｍ２となるように塗布した。このときの電極面積は３６×３６ｍｍである。その後、これを乾燥させたて触媒層とした（以下、これをＡカソードとび、比較例に相当する）。 (3) Ink A was applied to an electrolyte membrane for a polymer electrolyte fuel cell (Nafion 117, manufactured by Dupont) by a spray method so that the amount of platinum per unit area was 0.1 mg / cm 2 . The electrode area at this time is 36 × 36 mm. Thereafter, this was dried to obtain a catalyst layer (hereinafter referred to as “A cathode”, which corresponds to a comparative example).
（４）インクＢを用いる以外は、（３）と同様にして触媒層とした（以下、これをＢカソードと呼び、実施例に相当する）。 (4) A catalyst layer was prepared in the same manner as (3) except that ink B was used (hereinafter referred to as B cathode, which corresponds to the example).
（５）前記（３），（４）の電解質膜の裏面に転写法でアノードを形成した。なお、転写に用いた触媒層（電極）は、白金粒子をカーボンブラック（Ｋｅｔｊｅｎ ＥＣ（ケッチェンブラックインターナショナル社製））上に担持させて白金担持密度を６０％とした触媒担持粒子８ｇに対して、電解質樹脂分散溶液（Ｄｕｐｏｎｔ製ＤＥ−２０２０ ２１％溶液）を１４．５ｇ、水を７４．４ｇ、エタノール８１．４ｇを投入して、よく攪拌、混合し、超音波ホモジナイザにより十分に分散させたインクを、ドクターブレード法で単位面積当たり、白金量が０．０２ｍｇ／ｃｍ２となるようにテフロンシート上に塗布し、これを乾燥させたて得た転写シートを１３０℃・４ＭＰａで転写して作製した。 (5) An anode was formed on the back surface of the electrolyte membrane of (3) and (4) by a transfer method. In addition, the catalyst layer (electrode) used for the transfer is based on 8 g of catalyst-carrying particles in which platinum particles are carried on carbon black (Ketjen EC (manufactured by Ketjen Black International)) and the platinum carrying density is 60%. 14.5 g of electrolyte resin dispersion solution (Dupont DE-2020 21% solution), 74.4 g of water, and 81.4 g of ethanol were added, and the mixture was thoroughly stirred and mixed, and sufficiently dispersed by an ultrasonic homogenizer. Ink was applied onto a Teflon sheet so that the amount of platinum was 0.02 mg / cm 2 per unit area by the doctor blade method, and the transfer sheet obtained by drying this was transferred at 130 ° C. and 4 MPa. Produced.
［効果確認］
それぞれの例について作製したインクＡ（比較例），インクＢ（実施例）の粒度分布を下記の取得条件で測定した。その結果を図３に示した。
[Effect confirmation]
The particle size distribution of ink A (comparative example) and ink B (example) prepared for each example was measured under the following acquisition conditions. The results are shown in FIG.
また、それぞれの例について作製したセルの０．２Ａ／ｃｍ２および１．０Ａ／ｃｍ２におけるセル電圧（Ｉ−Ｖ）を下記の取得条件で測定した。その結果を表１に示した。 It was also measured 0.2 A / cm 2 and the cell voltage at 1.0A / cm 2 of cell prepared for each example (I-V) in obtaining the following conditions. The results are shown in Table 1.
また、インクＡ，Ｂで形成した電極（Ａカソード、Ｂカソード）のサイクリックボルタンメトリーから計算される白金表面積Ｑ値、およびＮ２吸着されるφ６ｎｍ以下のＢＥＴ表面積を下記の取得条件で測定した。その結果を表１に示した。 Further, the platinum surface area Q value calculated from the cyclic voltammetry of the electrodes (A cathode, B cathode) formed with the inks A and B and the BET surface area of φ6 nm or less adsorbed with N 2 were measured under the following acquisition conditions. The results are shown in Table 1.
［考察］
図３に示すように、粒度分布の比較において、実施例の結果は比較例に対して０．１〜０．２μｍの粒径の体積頻度が増加し、他方で０．３μｍ前後の粒径のビークが減少していることがわかる。
[Discussion]
As shown in FIG. 3, in the comparison of the particle size distribution, the results of the examples show that the volume frequency of the particle size of 0.1 to 0.2 μm is increased compared to the comparative example, while the particle size distribution of about 0.3 μm is obtained. It can be seen that the beak is decreasing.
また、表１に示すように、実施例の結果は比較例に対して、サイクリックボルタンメトリーから求められるＱ値が増え、低負荷、高負荷運転共に出力が向上している。さらに、Ｎ２吸着法による表面積の計測では表面積が低下している。 Further, as shown in Table 1, the results of the examples show that the Q value obtained from cyclic voltammetry is increased as compared with the comparative example, and the output is improved in both low load and high load operation. Furthermore, the surface area is reduced in the measurement of the surface area by the N 2 adsorption method.
以上の結果から、比較例では電解質樹脂（アイオノマー）を吸着できなかった触媒担持カーボジが、実施例では電解質（アイオノマー）でうまく被覆されており、その結果、電気化学表面積が増え、また分散剤たる電解質に均一に被覆されることで粒子の分散性が向上していることが示唆される。また、以上の構造を得られたことによって、結果、白金の利用率が向上し出力の向上に繋がったと考えることができる。 From the above results, the catalyst-carrying carbodies that could not adsorb the electrolyte resin (ionomer) in the comparative example were successfully covered with the electrolyte (ionomer) in the example, and as a result, the electrochemical surface area increased, and as a dispersant It is suggested that the dispersibility of the particles is improved by being uniformly coated with the electrolyte. Moreover, it can be considered that, as a result of obtaining the above structure, the utilization rate of platinum was improved and the output was improved.
［取得条件］
・粒度分布：マイクロトラック粒度分布測定装置ＭＴ３０００ＩＩ，溶媒：エタノール
・Ｉ−Ｖ測定：電極面積：１３ｃｍ２、
セル温度：８０℃、
アノード：８０℃、Ｈ２＝５００ｃｃ／ｍｉｎ，ＲＨ＝４０％
カソード：８０℃、空気＝２０００ｃｃ／ｍｉｎ，ＲＨ＝４０％
・サイクリックボルタンメトリー：
Ｓｏｌａｒｔｒｏｎ１２８０Ｚ
０．０５−１．０Ｖ ０．０５Ｖ／ｓｅｃ ５回繰り返し
セル温度：８０℃、
アノード：８０℃、Ｈ２＝５００ｃｃ／ｍｉｎ，ＲＨ＝４０％
カソード：８０℃、空気＝１０００ｃｃ／ｍｉｎ，ＲＨ＝４０％
・Ｎ２吸着法：ユアサアイオニクス社製 ＡＵＴＯＳＯＲＢ−１−ＭＰ
[Acquisition conditions]
Particle size distribution: Microtrac particle size distribution measuring device MT3000II, solvent: ethanol, IV measurement: electrode area: 13 cm 2
Cell temperature: 80 ° C.
Anode: 80 ° C., H 2 = 500 cc / min, RH = 40%
Cathode: 80 ° C., air = 2000 cc / min, RH = 40%
・ Cyclic voltammetry:
Solartron1280Z
0.05-1.0V 0.05V / sec Repeated 5 times
Cell temperature: 80 ° C.
Anode: 80 ° C., H 2 = 500 cc / min, RH = 40%
Cathode: 80 ° C., air = 1000 cc / min, RH = 40%
N 2 adsorption method: Yuasa Ionics AUTOSORB-1-MP
１…触媒担持粒子（触媒担持カーボン）
２…触媒（白金）
３…電解質樹脂（アイオノマー）
1 ... Catalyst-supported particles (catalyst-supported carbon)
2 ... Catalyst (Platinum)
3… Electrolyte resin (ionomer)
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009158147A JP2011014406A (en) | 2009-07-02 | 2009-07-02 | Ink for catalyst and catalyst layer formed using ink for catalyst |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009158147A JP2011014406A (en) | 2009-07-02 | 2009-07-02 | Ink for catalyst and catalyst layer formed using ink for catalyst |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011014406A true JP2011014406A (en) | 2011-01-20 |
Family
ID=43593086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009158147A Pending JP2011014406A (en) | 2009-07-02 | 2009-07-02 | Ink for catalyst and catalyst layer formed using ink for catalyst |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2011014406A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013168309A (en) * | 2012-02-16 | 2013-08-29 | Toyota Motor Corp | Fuel cell, catalyst ink, and method for manufacturing catalyst ink |
| JP2014524110A (en) * | 2011-07-08 | 2014-09-18 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション | Low platinum loading electrode |
| CN114072473A (en) * | 2019-07-04 | 2022-02-18 | 贺利氏德国有限两合公司 | Method for producing a catalyst-coated membrane |
-
2009
- 2009-07-02 JP JP2009158147A patent/JP2011014406A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014524110A (en) * | 2011-07-08 | 2014-09-18 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイション | Low platinum loading electrode |
| JP2013168309A (en) * | 2012-02-16 | 2013-08-29 | Toyota Motor Corp | Fuel cell, catalyst ink, and method for manufacturing catalyst ink |
| CN114072473A (en) * | 2019-07-04 | 2022-02-18 | 贺利氏德国有限两合公司 | Method for producing a catalyst-coated membrane |
| CN114072473B (en) * | 2019-07-04 | 2023-04-04 | 贺利氏德国有限两合公司 | Method for producing a catalyst-coated membrane |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6309772B1 (en) | Membrane-electrode unit for polymer electrolyte fuel cells and processes for their preparation | |
| EP2990105B1 (en) | Catalyst, and electrode catalyst layer, film electrode assembly, and fuel cell each including said catalyst | |
| JP6956390B2 (en) | Electrocatalysts for electrochemical devices, electrode catalyst layers for electrochemical devices, membrane / electrode assemblies for electrochemical devices, electrochemical devices, methods for manufacturing electrode catalysts for electrochemical devices, and membrane / electrode assemblies for electrochemical devices. Production method | |
| JP5458503B2 (en) | Method for producing electrolyte membrane-electrode assembly | |
| JP2006142293A (en) | Metal catalyst, manufacturing method of metal catalyst, electrode, manufacturing method of electrode and fuel cell | |
| JP7006497B2 (en) | Fuel cell catalyst layer and its manufacturing method | |
| JP2007335338A (en) | Method for manufacturing electrode catalyst for fuel cell, electrode catalyst for fuel cell and polymer electrolyte fuel cell equipped with the same | |
| JP2009252359A (en) | Fuel cell | |
| JP5297786B2 (en) | Anode catalyst layer of polymer electrolyte fuel cell | |
| JP2009026501A (en) | Electrolyte membrane-electrode assembly | |
| JP2005235706A (en) | Electrode for solid polymer fuel cell | |
| JP2011014406A (en) | Ink for catalyst and catalyst layer formed using ink for catalyst | |
| JP7145508B2 (en) | Membrane catalyst layer assembly for electrochemical device, membrane electrode assembly, electrochemical device, method for manufacturing membrane catalyst layer assembly for electrochemical device | |
| JP7116665B2 (en) | catalyst layer | |
| JP5326585B2 (en) | Method for producing metal catalyst-supported carbon powder | |
| JP6819688B2 (en) | Method for manufacturing membrane-electrode assembly, membrane-electrode assembly manufactured from now on, and fuel cell containing this | |
| JP2017188335A (en) | Method for manufacturing membrane-electrode assembly | |
| KR20100068028A (en) | Catalyst layer for fuel cell and method for preparing the same | |
| JP7152992B2 (en) | Electrodes for fuel cells | |
| WO2022172948A1 (en) | Method for producing electrode catalyst, method for producing gas diffusion electrode, and method for producing film-electrode joint body | |
| KR20180052905A (en) | Manufacturing method of catalyst ink for forming fuel cell electrode catalyst layer | |
| WO2022172947A1 (en) | Method of producing electrode catalyst, method of producing gas diffusion electrode, and method of producing membrane/electrode assembly | |
| JP2010160922A (en) | Method manufacturing of ink for catalyst layer formation of fuel cell | |
| JP2005235521A (en) | Electrode for solid polymer fuel cell | |
| JP2010170797A (en) | Manufacturing method of electrode catalyst layer for fuel cell |