JP2013030286A - Catalyst ink for fell cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for improving a catalyst ink to improve durability of a fuel cell, and a technique for evaluating a catalyst ink capable of forming a fuel cell with high durability.SOLUTION: A catalyst ink for forming an electrode of a fuel cell includes: an aggregate of carbon carrying a catalyst; and ionomers. When the state of the aggregate and the ionomers is identified by a contrast modulated small angle neutron scattering method, the ionomers are substantially uniformly adsorbed on the surface of the aggregate.

Description

本発明は、燃料電池の電極を作製するために用いられる触媒インクに関する。   The present invention relates to a catalyst ink used for producing an electrode of a fuel cell.

従来から、燃料電池の発電性能や耐久性の向上を図るために、燃料電池の触媒層を作製するために用いられる触媒インクの改良が行われている。例えば、触媒インクに含まれる高分子電解質の平均慣性半径を150〜300nmとすることによって、高分子電解質の偏在を減らしてガス拡散性に優れた触媒層を作製する技術が知られている(特許文献1)。   Conventionally, in order to improve the power generation performance and durability of the fuel cell, the catalyst ink used for producing the catalyst layer of the fuel cell has been improved. For example, there is known a technique for producing a catalyst layer having excellent gas diffusibility by reducing the uneven distribution of the polymer electrolyte by setting the average inertia radius of the polymer electrolyte contained in the catalyst ink to 150 to 300 nm (patent) Reference 1).

特開2005−108827号公報JP 2005-10827 A

しかし、触媒インクを改良して燃料電池の発電性能や耐久性の向上を図る技術については、なお改善の余地があった。例えば、触媒インクを改良して触媒層のひび割れの発生を抑制する技術や、触媒インクを評価する技術については、改善の余地があった。   However, there is still room for improvement in the technology for improving the power generation performance and durability of the fuel cell by improving the catalyst ink. For example, there is room for improvement in the technology for improving the catalyst ink to suppress the cracking of the catalyst layer and the technology for evaluating the catalyst ink.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、触媒インクを改良して燃料電池の耐久性の向上を図る技術の提供を第1の目的とする。また、耐久性の高い燃料電池を形成することができる触媒インクを評価する技術の提供を第2の目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and a first object of the present invention is to provide a technique for improving the durability of the fuel cell by improving the catalyst ink. A second object is to provide a technique for evaluating a catalyst ink capable of forming a highly durable fuel cell.

上記課題の少なくとも一部を解決するために、本願発明は、以下の態様または適用例として実現することが可能である。   In order to solve at least a part of the above problems, the present invention can be realized as the following aspects or application examples.

[適用例1]
燃料電池の電極を作製するために用いられる触媒インクであって、
触媒を担持したカーボンの凝集体と、アイオノマーと、を含み、
コントラスト変調小角中性子散乱法によって前記凝集体と前記アイオノマーの状態を特定すると、前記凝集体の表面には、前記アイオノマーがほぼ均一に吸着している、触媒インク。
[Application Example 1]
A catalyst ink used to fabricate fuel cell electrodes,
A carbon agglomerate carrying a catalyst, and an ionomer,
A catalyst ink in which the state of the aggregate and the ionomer is specified by a contrast modulation small angle neutron scattering method, and the ionomer is adsorbed almost uniformly on the surface of the aggregate.

この構成によれば、凝集体の表面にアイオノマーがほぼ均一に吸着していることで、触媒電極層のひび割れの発生が抑制されるため、燃料電池の耐久性の向上を図ることができる。   According to this configuration, since the ionomer is adsorbed almost uniformly on the surface of the aggregate, the occurrence of cracks in the catalyst electrode layer is suppressed, so that the durability of the fuel cell can be improved.

[適用例2]
適用例1に記載の触媒インクであって、
前記触媒インクに含まれる溶媒の散乱長密度を変化させて複数の試料を作製し、各前記試料の散乱曲線から前記凝集体と前記アイオノマーとの相互作用を示す部分散乱関数を算出したときに、
前記部分散乱関数は、正の値を持つ曲線であり、適合度の高いフィッティングが可能である、触媒インク。
[Application Example 2]
The catalyst ink according to application example 1,
When the scattering length density of the solvent contained in the catalyst ink is changed to prepare a plurality of samples, and the partial scattering function indicating the interaction between the aggregate and the ionomer is calculated from the scattering curve of each sample,
The partial scattering function is a catalyst ink that is a curve having a positive value and can be fitted with a high degree of fitness.

この構成によれば、凝集体の表面にアイオノマーがほぼ均一に吸着しているため、燃料電池の耐久性の向上を図ることができる。   According to this configuration, since the ionomer is adsorbed almost uniformly on the surface of the aggregate, the durability of the fuel cell can be improved.

[適用例3]
適用例1または適用例2に記載の触媒インクであって、
前記アイオノマーは、前記凝集体に吸着している吸着アイオノマーと、前記凝集体に吸着していない非吸着アイオノマーとを含み、
前記触媒インクの体積に占める、前記非吸着アイオノマーの体積の割合である非吸着アイオノマー体積分率をφp_matrixとし、
前記触媒インクに含まれる前記凝集体を同体積の溶媒に置き換えた溶液の前記溶液の体積に占める、前記アイオノマーの体積の割合である全アイオノマー体積分率をφp_prepとすると、
φp_matrix/φp_prep≦0.98
となる、触媒インク。
[Application Example 3]
The catalyst ink according to Application Example 1 or Application Example 2,
The ionomer includes an adsorbed ionomer adsorbed on the aggregate and a non-adsorbed ionomer not adsorbed on the aggregate,
The non-adsorbed ionomer volume fraction, which is the ratio of the volume of the non-adsorbed ionomer to the volume of the catalyst ink, is φp_matrix,
When the total ionomer volume fraction, which is the ratio of the volume of the ionomer in the volume of the solution in which the aggregate contained in the catalyst ink is replaced with the same volume of solvent, is φp_prep,
φp_matrix / φp_prep ≦ 0.98
Catalyst ink.

この構成によれば、アイオノマーの一部が吸着アイオノマーとして凝集体の表面に吸着しているため、燃料電池の耐久性の向上を図ることができる。   According to this configuration, since a part of the ionomer is adsorbed on the surface of the aggregate as an adsorbed ionomer, the durability of the fuel cell can be improved.

[適用例4]
適用例3に記載の触媒インクであって、
前記凝集体をコア、前記吸着アイオノマーをシェルとしたシェル−コア構造を有する複合体の前記シェル部分において、前記シェル全体の体積に占める前記吸着アイオノマーの体積の割合である吸着アイオノマー体積分率をφp_shellとすると、
φp_shell/φp_matrix≧2.0
となる、触媒インク。
[Application Example 4]
The catalyst ink according to application example 3,
In the shell part of the composite having a shell-core structure in which the aggregate is a core and the adsorbed ionomer is a shell, an adsorbed ionomer volume fraction that is a ratio of the adsorbed ionomer volume to the entire shell volume is φp_shell. Then,
φp_shell / φp_matrix ≧ 2.0
Catalyst ink.

この構成によれば、吸着アイオノマーは、非吸着アイオノマーの2倍以上の体積分率で凝集対の表面に寄り集まっているため、燃料電池の耐久性の向上を図ることができる。   According to this configuration, the adsorbed ionomer is gathered near the surface of the aggregate pair at a volume fraction more than twice that of the non-adsorbed ionomer, so that the durability of the fuel cell can be improved.

[適用例5]
適用例4に記載の触媒インクであって、
前記凝集体の半径をRc、前記複合体の半径をRp、とすると、
Rp−Rc≧20〔Å〕
となる、触媒インク。
[Application Example 5]
The catalyst ink according to application example 4,
When the radius of the aggregate is Rc and the radius of the complex is Rp,
Rp−Rc ≧ 20 [Å]
Catalyst ink.

この構成によれば、凝集体の表面には、20〔Å〕以上の厚さを有する吸着アイオノマーの分子層が形成されているため、燃料電池の耐久性の向上を図ることができる。   According to this configuration, since the molecular layer of the adsorbed ionomer having a thickness of 20 [Å] or more is formed on the surface of the aggregate, the durability of the fuel cell can be improved.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、上記触媒インクにより作製された触媒電極層を含む膜電極接合体や燃料電池、触媒インクの評価方法、触媒インクの製造方法、燃料電池の製造方法などの形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various modes. For example, a membrane electrode assembly or a fuel cell including a catalyst electrode layer produced from the catalyst ink, a method for evaluating the catalyst ink, and production of the catalyst ink It is realizable with forms, such as a manufacturing method of a method and a fuel cell.

第1実施例に係る燃料電池電極用触媒インクの概略構成を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating schematic structure of the catalyst ink for fuel cell electrodes which concerns on 1st Example. 触媒インク試料の散乱曲線を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the scattering curve of a catalyst ink sample. 触媒インクの散乱強度と各成分の部分散乱関数との関係を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the relationship between the scattering intensity of a catalyst ink, and the partial scattering function of each component. 触媒インクに含まれる各成分の散乱長密度差を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the scattering length density difference of each component contained in a catalyst ink. 触媒カーボンの部分散乱関数Scc(q)のグラフを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the graph of the partial scattering function Scc (q) of catalytic carbon. 触媒カーボンとアイオノマーとの相互作用を表す部分散乱関数Scp(q)のグラフを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the graph of the partial scattering function Scp (q) showing the interaction of catalytic carbon and ionomer. アイオノマーの部分散乱関数Spp(q)のグラフを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the graph of the partial scattering function Spp (q) of an ionomer. サイクル耐久性試験の試験結果を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the test result of a cycle durability test.

A.第1実施例:
図1は、第1実施例に係る燃料電池電極用触媒インクの概略構成を説明するための説明図である。本実施例の燃料電池電極用触媒インク100は、固体高分子燃料電池の電極(触媒電極層)の前駆体であって、固体高分子電解質膜の両側に塗布し乾燥させることによって、電極(触媒電極層)を構成する。この燃料電池電極用触媒インク100は、触媒金属(ここでは、白金)111を担持したカーボン粒子(導電性担体)110と、高分子電解質(例えば、フッ素系樹脂)120と、これらを分散させるための分散溶媒と、を含んで構成される多成分系ディスパージョンである。この触媒インクの作製方法については、後述する。以後、燃料電池電極用触媒インク100を「触媒インク100」とも呼び、触媒金属111を担持したカーボン粒子110を「触媒カーボン110」とも呼び、高分子電解質120を「アイオノマー120」とも呼ぶ。
A. First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a schematic configuration of the catalyst ink for a fuel cell electrode according to the first embodiment. The catalyst ink 100 for a fuel cell electrode according to the present embodiment is a precursor of an electrode (catalyst electrode layer) of a solid polymer fuel cell, and is applied to both sides of the solid polymer electrolyte membrane and dried to obtain an electrode (catalyst). Electrode layer). This catalyst ink 100 for a fuel cell electrode is for dispersing carbon particles (conductive carrier) 110 carrying a catalyst metal (here, platinum) 111, a polymer electrolyte (for example, a fluorine resin) 120, and these. A multi-component dispersion comprising: A method for producing this catalyst ink will be described later. Hereinafter, the fuel cell electrode catalyst ink 100 is also referred to as “catalyst ink 100”, the carbon particles 110 supporting the catalyst metal 111 are also referred to as “catalyst carbon 110”, and the polymer electrolyte 120 is also referred to as “ionomer 120”.

図1に示すように、触媒カーボン110は、触媒インク100中において、一次粒子が凝集したアグロメレート粒子130として存在している。以後、このアグロメレート粒子130を「凝集体130」とも呼ぶ。図1では、説明の便宜のために凝集体130が、完全な球体として示されているが、凝集体130の表面には、凹凸形状や触媒が存在している。   As shown in FIG. 1, the catalyst carbon 110 is present as agglomerate particles 130 in which primary particles are aggregated in the catalyst ink 100. Hereinafter, the agglomerate particles 130 are also referred to as “aggregates 130”. In FIG. 1, for convenience of explanation, the aggregate 130 is shown as a perfect sphere, but the surface of the aggregate 130 has uneven shapes and a catalyst.

本実施例の触媒インク100では、一部のアイオノマー120がこの凝集体130に吸着して、凝集体130の表面にアイオノマーの分子層を形成している。また、このアイオノマーの分子層は、凝集体130の表面をほぼ均一に被覆している。すなわち、本実施例の触媒インク100では、凝集体130の表面にアイオノマー120がほぼ均一に吸着している。このように、触媒インクにおいて、凝集体130の表面にアイオノマー120がほぼ均一に吸着しているか否かを確認する方法については後述する。   In the catalyst ink 100 of this embodiment, a part of the ionomer 120 is adsorbed on the aggregate 130 to form an ionomer molecular layer on the surface of the aggregate 130. The ionomer molecular layer covers the surface of the aggregate 130 substantially uniformly. That is, in the catalyst ink 100 of the present embodiment, the ionomer 120 is adsorbed almost uniformly on the surface of the aggregate 130. As described above, a method for confirming whether or not the ionomer 120 is adsorbed almost uniformly on the surface of the aggregate 130 in the catalyst ink will be described later.

以後、触媒インク100に含まれるアイオノマー120のうち、凝集体130に吸着して分子層を形成しているアイオノマーを特に「吸着アイオノマー120s」とも呼び、凝集体130に吸着せずに遊離しているアイオノマーを特に「非吸着アイオノマー120m」とも呼ぶ。また、凝集体130をコア、吸着アイオノマー120sによって形成される分子層をシェルとしたシェル−コア構造を有している複合体を「複合体140」とも呼ぶ。   Hereinafter, among the ionomers 120 included in the catalyst ink 100, the ionomer that is adsorbed on the aggregate 130 to form a molecular layer is also referred to as “adsorption ionomer 120 s”, and is released without being adsorbed on the aggregate 130. The ionomer is also specifically referred to as “non-adsorbing ionomer 120 m”. A complex having a shell-core structure in which the aggregate 130 is a core and the molecular layer formed by the adsorbed ionomer 120s is a shell is also referred to as a “composite 140”.

本実施例の触媒インク100に関して、下記の式(1)が成立することが好ましい。   Regarding the catalyst ink 100 of the present embodiment, it is preferable that the following formula (1) is satisfied.

Figure 2013030286
ここで、Rcは、凝集体130の半径を表し、Rpは、複合体140の半径を表している(図1参照)。
Figure 2013030286
Here, Rc represents the radius of the aggregate 130, and Rp represents the radius of the composite 140 (see FIG. 1).

すなわち、本実施例の触媒インク100には、凝集体130の表面に吸着アイオノマー120sの分子層が20〔Å〕以上の厚さで形成されていた複合体140が含まれていることが好ましい。触媒インクから、凝集体130の半径Rcと、複合体140の半径Rpを算出する方法については後述する。   That is, it is preferable that the catalyst ink 100 of this embodiment includes the composite 140 in which the molecular layer of the adsorbed ionomer 120s is formed on the surface of the aggregate 130 with a thickness of 20 [Å] or more. A method for calculating the radius Rc of the aggregate 130 and the radius Rp of the composite 140 from the catalyst ink will be described later.

また、本実施例の触媒インク100は、下記の式(2)(3)が成り立つように作製されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the catalyst ink 100 of the present embodiment is manufactured so that the following formulas (2) and (3) are satisfied.

Figure 2013030286
Figure 2013030286
ここで、
φp_shellは、複合体140のシェル部分において、シェル全体の体積に占める吸着アイオノマー120sの体積の割合である吸着アイオノマー体積分率を表す。
φp_matrixは、触媒インク100の体積に占める、非吸着アイオノマー120mの体積の割合である非吸着アイオノマー体積分率を表す。
φp_prepは、触媒インク100に含まれるアイオノマー120がすべて凝集体130に吸着していないと仮定したときの触媒インク100の体積に占める、アイオノマー120の体積の割合である全アイオノマー体積分率を表す。
Figure 2013030286
Figure 2013030286
here,
φp_shell represents the adsorption ionomer volume fraction, which is the proportion of the volume of the adsorbed ionomer 120s in the total shell volume in the shell portion of the composite 140.
φp_matrix represents a non-adsorbed ionomer volume fraction, which is a ratio of the volume of the non-adsorbed ionomer 120 m to the volume of the catalyst ink 100.
φp_prep represents the total ionomer volume fraction, which is the ratio of the volume of the ionomer 120 to the volume of the catalyst ink 100 when it is assumed that all of the ionomer 120 included in the catalyst ink 100 is not adsorbed to the aggregate 130.

なお、全アイオノマー体積分率φPp_prepは、触媒インク100に含まれる凝集体130を同体積の溶媒に置き換えた溶液において、溶液の体積に占める、アイオノマー120の体積の割合と等しい。全アイオノマー体積分率φp_prepは、溶媒、アイオノマー120それぞれの重さと比重から算出することができる。吸着アイオノマー体積分率φp_shellと、非吸着アイオノマー体積分率φp_matrixの算出方法については後述する。   The total ionomer volume fraction φPp_prep is equal to the ratio of the volume of the ionomer 120 to the volume of the solution in the solution in which the aggregate 130 included in the catalyst ink 100 is replaced with the same volume of solvent. The total ionomer volume fraction φp_prep can be calculated from the weight and specific gravity of the solvent and ionomer 120, respectively. A method for calculating the adsorption ionomer volume fraction φp_shell and the non-adsorption ionomer volume fraction φp_matrix will be described later.

式(2)は、触媒インク100において、吸着アイオノマー120sは、非吸着アイオノマー120mの2倍以上の体積分率で凝集体130の表面に寄り集まっていることを意味している。また、式(3)は、触媒インク100では、溶媒中の非吸着アイオノマー120mの体積分率は、すべてのアイオノマー120が凝集体130に吸着せずに溶媒中に分散していると仮定したときの溶媒中のアイオノマー120の体積分率の98%以下となっていることを意味している。これは、触媒インク100では、アイオノマー120の一部が吸着アイオノマー120sとして凝集体130に吸着していることを意味している。   The expression (2) means that in the catalyst ink 100, the adsorbed ionomer 120s is gathered near the surface of the aggregate 130 at a volume fraction more than twice that of the non-adsorbed ionomer 120m. Further, in the formula (3), in the catalyst ink 100, when the volume fraction of the non-adsorbed ionomer 120m in the solvent is assumed that all the ionomers 120 are not adsorbed on the aggregate 130 but are dispersed in the solvent. This means that it is 98% or less of the volume fraction of the ionomer 120 in the solvent. This means that in the catalyst ink 100, a part of the ionomer 120 is adsorbed on the aggregate 130 as the adsorbed ionomer 120s.

触媒インク100の作製方法と評価方法を以下に示す。まず、触媒カーボンとアイオノマー(EW800)を分散溶液に加えて攪拌した。触媒カーボンは、触媒(白金)平均粒子径が2nmであり、カーボン粒子と触媒(白金)との重量比率である白金担持重量比率が30%であった。アイオノマー(EW800)は、触媒カーボンに含まれるカーボン粒子単体の重量と重量比率が1:1となるように調整した。分散溶液は、触媒カーボンとアイオノマーの重量の合計が触媒インクの全体重量の10%となるように調整した。上述の攪拌の後に、この溶液を磁製(ZrO2)ジャーに移し、遊星ビーズミル(150rpm/3hr)によって高分散させることによって触媒インクを作製した。   The preparation method and evaluation method of the catalyst ink 100 are shown below. First, catalytic carbon and ionomer (EW800) were added to the dispersion and stirred. The catalyst carbon had a catalyst (platinum) average particle diameter of 2 nm, and the platinum-supported weight ratio, which is the weight ratio between the carbon particles and the catalyst (platinum), was 30%. The ionomer (EW800) was adjusted so that the weight and weight ratio of the carbon particles contained in the catalyst carbon were 1: 1. The dispersion solution was adjusted so that the total weight of the catalyst carbon and ionomer was 10% of the total weight of the catalyst ink. After the above stirring, this solution was transferred to a magnetic (ZrO2) jar and highly dispersed by a planetary bead mill (150 rpm / 3 hr) to prepare a catalyst ink.

ここでは、分散溶媒として、軽水(H2O)と重水(D2O)とを様々な軽水/重水比率で混合した溶媒を使用して、複数の触媒インクを作製した。具体的には、D20の分子数比率が、0%、10%、20%、60%、70%、80%、の6種類の分散溶媒を用いて触媒インクを作製した。以後、溶媒のD20比率が0%の触媒インク試料を「D0」、溶媒のD20比率が10%の触媒インク試料を「D10」、溶媒のD20比率が20%の触媒インク試料を「D20」、溶媒のD20比率が60%の触媒インク試料を「D60」、溶媒のD20比率が70%の触媒インク試料を「D70」、溶媒のD20比率が80%の触媒インク試料を「D80」とも呼ぶ。なお、上述の重水(D2O)とは、軽水(H2O)の軽水素(H)を重水素(D)に置換したものである。 Here, a plurality of catalyst inks were prepared using a solvent in which light water (H 2 O) and heavy water (D 2 O) were mixed at various light water / heavy water ratios as a dispersion solvent. Specifically, catalyst inks were prepared using six types of dispersion solvents in which the molecular number ratio of D 2 0 was 0%, 10%, 20%, 60%, 70%, and 80%. Thereafter, the catalyst ink sample having a D 2 0 ratio of the solvent of 0% is “D0”, the catalyst ink sample having the D 2 0 ratio of the solvent of 10% is “D10”, and the catalyst ink having the D 2 0 ratio of the solvent of 20%. The sample is “D20”, the catalyst ink sample having a solvent D 2 0 ratio of 60% is “D60”, the catalyst ink sample having a solvent D 2 0 ratio of 70% is “D70”, and the solvent D 2 0 ratio is 80 % Catalyst ink sample is also referred to as “D80”. The above-mentioned heavy water (D 2 O) is obtained by replacing light hydrogen (H) in light water (H 2 O) with deuterium (D).

この6種類の触媒インク試料を用いて、コントラスト変調小角中性子散乱(CV−SANS)によって、触媒インク100中の吸着アイオノマー120sの構造(形態/密度/厚み)の定量化をおこなった。ここで、コントラスト変調小角中性子散乱(CV−SANS)とは、コントラスト変調(Contrast Variation:CV)をおこなった複数の試料の小角中性子散乱(small-angle neutron scattering:SANS)から、試料に含まれる複数物質の構造解析等をおこなう技術をいう。   Using these six types of catalyst ink samples, the structure (morphology / density / thickness) of the adsorbed ionomer 120s in the catalyst ink 100 was quantified by contrast modulation small angle neutron scattering (CV-SANS). Here, contrast-modulated small-angle neutron scattering (CV-SANS) refers to a plurality of samples included in a sample from small-angle neutron scattering (SANS) of a plurality of samples subjected to contrast modulation (CV). This is a technology for conducting structural analysis of substances.

ここでは、コントラスト変調(Contrast Variation:CV)とは、上述したように、溶媒の軽水/重水比率を変化させることによって溶媒の散乱長密度を変化させ、溶液(触媒インク100)に含まれる複数の物質(触媒カーボン110、アイオノマー120)の各散乱長密度との差である散乱長密度差(コントラスト)を変化させることである。小角中性子散乱とは、中性子を試料(物質)に照射し、散乱された中性子の波の干渉現象を観察することによって、その試料(物質)の構造特性等を明らかにする技術である。本実施例では、東京大学物性研究所の小角中性子散乱装置SANS−Uにおいて、20MWの実験用原子炉JRR−3から取り出された波長λ=7.0〔Å〕の連続中性子線を用いてコントラスト変調小角中性子散乱(CV−SANS)をおこなった。   Here, the contrast variation (CV) is, as described above, changing the scattering length density of the solvent by changing the light water / heavy water ratio of the solvent, and a plurality of contained in the solution (catalyst ink 100). This is to change the scattering length density difference (contrast), which is the difference from each scattering length density of the substance (catalyst carbon 110, ionomer 120). Small-angle neutron scattering is a technique for clarifying structural characteristics of a sample (material) by irradiating the sample (material) with neutrons and observing the interference phenomenon of the scattered neutron wave. In this example, in the small-angle neutron scattering apparatus SANS-U of the University of Tokyo Institute of Physical Properties, contrast is obtained using a continuous neutron beam with a wavelength λ = 7.0 [Å] taken out from the 20 MW experimental reactor JRR-3. Modulated small angle neutron scattering (CV-SANS) was performed.

図2は、触媒インク試料の散乱曲線を説明するための説明図である。図2の横軸は、散乱ベクトルの大きさq〔Å-1〕を示しており、縦軸は、散乱強度I(q)〔cm-1〕を示している。横軸の散乱ベクトルの大きさqは、入射中性子の波動ベクトルと散乱中性子の波動ベクトルとがなす角である散乱角を2θ、中性子線の波長をλとしたときに、下記の式(4)により表すことができる。 FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a scattering curve of a catalyst ink sample. The horizontal axis of FIG. 2 indicates the scattering vector magnitude q [Å −1 ], and the vertical axis indicates the scattering intensity I (q) [cm −1 ]. The size q of the scattering vector on the horizontal axis is given by the following equation (4), where 2θ is the scattering angle formed by the wave vector of the incident neutron and the wave vector of the scattered neutron, and λ is the wavelength of the neutron beam. Can be represented by

Figure 2013030286
Figure 2013030286

ここでは、中性子線の波長λは一定であるため、散乱ベクトルの大きさqは、散乱角2θに依存する。図2には、上述した6種類(D0、D10、D20、D60、D70、D80)の触媒インク試料のそれぞれについての散乱曲線が示されている。図2から、溶媒のD20比率が低い触媒インク試料では、溶媒とアイオノマー120との散乱長密度差(コントラスト)が小さくなるため、触媒カーボン110からの散乱が支配的な結果となった。一方、溶媒のD20比率が高い触媒インク試料になるほど、溶媒と触媒カーボン110との散乱長密度差が小さくなるため、触媒カーボン110からの散乱が抑制され、アイオノマー120からの散乱が支配的な結果となった。この理由については、図4を用いて後述する。 Here, since the wavelength λ of the neutron beam is constant, the magnitude q of the scattering vector depends on the scattering angle 2θ. FIG. 2 shows scattering curves for each of the six types of catalyst ink samples (D0, D10, D20, D60, D70, and D80) described above. From FIG. 2, in the catalyst ink sample having a low D 2 0 ratio of the solvent, the scattering length density difference (contrast) between the solvent and the ionomer 120 is small, so that the scattering from the catalytic carbon 110 is dominant. On the other hand, as the catalyst ink sample has a higher D 2 0 ratio of the solvent, the scattering length density difference between the solvent and the catalyst carbon 110 becomes smaller, so that the scattering from the catalyst carbon 110 is suppressed and the scattering from the ionomer 120 is dominant. It became a result. The reason for this will be described later with reference to FIG.

図3は、触媒インクの散乱強度と各成分の部分散乱関数との関係を説明するための説明図である。触媒インク100の散乱強度I(q)は、触媒インク100に含まれる各成分の部分散乱関数の和として表すことができる。ここでは、上記6種類の触媒インク試料の各散乱強度I(q)から、触媒インク100に含まれる触媒カーボン110の散乱関数Scc(q)と、アイオノマー120の部分散乱関数Spp(q)と、触媒カーボン110とアイオノマー120との相互作用を表す部分散乱関数Scp(q)を算出した。触媒インク100の散乱強度I(q)は、下記の式(5)で与えられる。 FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the scattering intensity of the catalyst ink and the partial scattering function of each component. The scattering intensity I (q) of the catalyst ink 100 can be expressed as the sum of the partial scattering functions of the components included in the catalyst ink 100. Here, the scattering function S cc (q) of the catalyst carbon 110 contained in the catalyst ink 100 and the partial scattering function S pp (q) of the ionomer 120 are calculated from the scattering intensities I (q) of the six types of catalyst ink samples. The partial scattering function S cp (q) representing the interaction between the catalytic carbon 110 and the ionomer 120 was calculated. The scattering intensity I (q) of the catalyst ink 100 is given by the following formula (5).

Figure 2013030286
ここで、ρcは、触媒カーボン110の散乱長密度を表し、ρwは溶媒の散乱長密度を表し、ρpは、アイオノマー120の散乱長密度を表している。また、(ρc−ρw)は、触媒カーボン110と溶媒の散乱長密度差(コントラスト)を表し、(ρp−ρw)は、アイオノマー120と溶媒の散乱長密度差を表している。
Figure 2013030286
Here, ρ c represents the scattering length density of the catalytic carbon 110, ρ w represents the scattering length density of the solvent, and ρ p represents the scattering length density of the ionomer 120. Further, (ρ c −ρ w ) represents the scattering length density difference (contrast) between the catalytic carbon 110 and the solvent, and (ρ p −ρ w ) represents the scattering length density difference between the ionomer 120 and the solvent.

図4は、触媒インクに含まれる各成分の散乱長密度差を説明するための説明図である。図4の上段に示されている表の横軸は、触媒インクに含まれる溶媒のD20比率を示し、縦軸は、各触媒インクに含まれる物質の散乱長密度を示している。重水の散乱長密度は6.38×1010〔cm-2〕であり、軽水の散乱長密度は、−0.563×1010〔cm-2〕である。そのため、D20比率を増やすにつれて溶媒の散乱長密度が増大する。一方、触媒カーボンの散乱長密度とアイオノマーの散乱長密度は、ともに正の値でほぼ一定であり、また、触媒カーボンの散乱長密度がアイオノマーの散乱長密度よりも高い。 FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the scattering length density difference of each component contained in the catalyst ink. The horizontal axis of the table shown in the upper part of FIG. 4 shows the D 20 ratio of the solvent contained in the catalyst ink, and the vertical axis shows the scattering length density of the substance contained in each catalyst ink. The scattering length density of heavy water is 6.38 × 10 10 [cm −2 ], and the scattering length density of light water is −0.563 × 10 10 [cm −2 ]. Therefore, the scattering length density of the solvent increases as the D 2 0 ratio increases. On the other hand, the scattering length density of the catalytic carbon and the scattering length density of the ionomer are both positive values and almost constant, and the scattering length density of the catalytic carbon is higher than the scattering length density of the ionomer.

触媒カーボンと溶媒の散乱長密度差(ρc−ρw)をΔρc、アイオノマーと溶媒の散乱長密度差(ρp−ρw)をΔρp、とすると、溶媒のD20比率が低い触媒インク試料(D0、D10、D20)では、アイオノマーと溶媒の散乱長密度差Δρpと比較して、触媒カーボンと溶媒の散乱長密度差Δρcが大きいことがわかる。一方、溶媒のD20比率が高い触媒インク試料(D60、D70、D80)では、D20比率が増えるにつれて、触媒カーボンと溶媒の散乱長密度差Δρcが小さくなり、アイオノマーと溶媒の散乱長密度差Δρpが大きくなることがわかる。この結果、溶媒のD20比率が低いD0、D10、D20では、触媒カーボンと溶媒の散乱長密度差Δρcが大きく、得られる散乱曲線は触媒カーボン110からの散乱が支配的な結果となる(図2)。一方、溶媒のD20比率が高いD60、D70、D80では、溶媒のD20比率が高い触媒インクになるほど、散乱曲線は触媒カーボン110からの散乱が抑制され、アイオノマー120からの散乱が支配的な結果となる(図2)。 When the scattering length density difference (ρ c −ρ w ) between the catalyst carbon and the solvent is Δρ c , and the scattering length density difference (ρ p −ρ w ) between the ionomer and the solvent is Δρ p , the solvent D 20 ratio is low. It can be seen that the catalyst ink samples (D0, D10, D20) have a larger scattering length density difference Δρ c between the catalytic carbon and the solvent than the scattering length density difference Δρ p between the ionomer and the solvent. On the other hand, in the catalyst ink sample (D60, D70, D80) having a high D 2 0 ratio of the solvent, as the D 2 0 ratio increases, the scattering length density difference Δρ c between the catalytic carbon and the solvent decreases, and the ionomer and the solvent scatter. It can be seen that the long density difference Δρ p increases. As a result, in D0, D10, and D20 where the D 2 0 ratio of the solvent is low, the scattering length density difference Δρ c between the catalytic carbon and the solvent is large, and the resulting scattering curve is the result of the scattering from the catalytic carbon 110 being dominant. (FIG. 2). On the other hand, D 2 0 ratio of the solvent is high D60, D70, the D80, as D 2 0 ratio of solvent becomes high catalyst ink, scattering curve scattering from the catalyst the carbon 110 is suppressed, dominated scattering from ionomer 120 Result (FIG. 2).

上記6種類の触媒インクの各散乱強度In(q)(n=1〜6)と、各触媒インクの、触媒カーボンと溶媒の散乱長密度差Δρc、アイオノマーと溶媒の散乱長密度差Δρpから式(6)によって、触媒カーボンの部分散乱関数Scc(q)、アイオノマーの部分散乱関数Spp(q)、触媒カーボンとアイオノマーとの相互作用を表す部分散乱関数Scp(q)を算出することができる。式(6)は、上記6種類の触媒インクについての式(5)を行列で表したものであり、その特異値分解によって、Scc(q)、Scp(q)、Spp(q)を決定することができる。 The scattering intensities I n (q) (n = 1 to 6) of the six types of catalyst ink, the scattering length density difference Δρ c between the catalyst carbon and the solvent, and the scattering length density difference Δρ between the ionomer and the solvent. From p , the partial scattering function S cc (q) of the catalytic carbon, the partial scattering function S pp (q) of the ionomer, and the partial scattering function S cp (q) representing the interaction between the catalytic carbon and the ionomer are obtained from p. Can be calculated. Equation (6) is a matrix representation of Equation (5) for the above six types of catalyst ink, and S cc (q), S cp (q), S pp (q) are obtained by singular value decomposition. Can be determined.

Figure 2013030286
Figure 2013030286

図5は、触媒カーボンの部分散乱関数Scc(q)のグラフを説明するための説明図である。図5の横軸は、散乱ベクトルの大きさqを示しており、縦軸は、部分散乱強度を示している。図中のドットが式(6)から得られた部分散乱関数Scc(q)を示している。図中の実線は、下記の式(7)によるフィッティング曲線である。部分散乱関数Scc(q)を、下記の式(7)でフィッティングすることによって凝集体130の半径Rcを算出することができる。 FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a graph of the partial scattering function S cc (q) of catalytic carbon. The horizontal axis in FIG. 5 indicates the magnitude q of the scattering vector, and the vertical axis indicates the partial scattering intensity. The dots in the figure indicate the partial scattering function S cc (q) obtained from the equation (6). The solid line in the figure is a fitting curve according to the following equation (7). The radius Rc of the aggregate 130 can be calculated by fitting the partial scattering function S cc (q) with the following equation (7).

Figure 2013030286
式(7)では、触媒インク100における凝集体130の半径Rcは、ガウス分布(分散σ)しており、また、分布座標xでは、体積Vの凝集体130がn個存在しているものとしている。すなわち、下記の式(7)において、nは、散乱体(凝集体130)の数密度を表し、Vは、散乱体(凝集体130)一個の体積を表し、xは、ガウス分布における分布座標を表している。G(R,x,σ)は、下記式(8)に示すように、確率密度関数を示している。また、Psph(R,q)は、式(9)(10)に示すように、散乱体(凝集体130)が球体である場合の散乱関数である。
Figure 2013030286
In Expression (7), it is assumed that the radius Rc of the aggregate 130 in the catalyst ink 100 has a Gaussian distribution (dispersion σ), and that there are n aggregates 130 of volume V at the distribution coordinate x. Yes. That is, in the following formula (7), n represents the number density of the scatterer (aggregate 130), V represents the volume of one scatterer (aggregate 130), and x is a distribution coordinate in the Gaussian distribution. Represents. G (R, x, σ) represents a probability density function as shown in the following formula (8). P sph (R, q) is a scattering function when the scatterer (aggregate 130) is a sphere as shown in equations (9) and (10).

Figure 2013030286
Figure 2013030286
Figure 2013030286
Figure 2013030286
Figure 2013030286
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上記式(7)により、部分散乱関数Scc(q)のフィッティングをおこなった結果、触媒インク100に含まれる凝集体130の半径Rcは、Rc=570〔Å〕となった。また、式(7)から凝集体130の体積Vと数密度nが算出される。 As a result of fitting the partial scattering function S cc (q) by the above formula (7), the radius Rc of the aggregate 130 contained in the catalyst ink 100 was Rc = 570 [Å]. Further, the volume V and the number density n of the aggregate 130 are calculated from the equation (7).

図6は、触媒カーボンとアイオノマーとの相互作用を表す部分散乱関数Scp(q)のグラフを説明するための説明図である。図6の横軸は、散乱ベクトルの大きさqを示しており、縦軸は、部分散乱強度を示している。図中のドットが式(6)から得られた部分散乱関数Scp(q)を示している。図中の実線は、後述する式(11)によるフィッティング曲線である。 FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a graph of the partial scattering function S cp (q) representing the interaction between the catalytic carbon and the ionomer. The horizontal axis in FIG. 6 indicates the magnitude q of the scattering vector, and the vertical axis indicates the partial scattering intensity. The dots in the figure indicate the partial scattering function S cp (q) obtained from the equation (6). The solid line in the figure is a fitting curve according to equation (11) described later.

本実施例の触媒インク100は、触媒カーボンとアイオノマーとの相互作用を表す部分散乱関数Scp(q)が、正の値を有し、フィッティングしたときに適合度が十分に高いグラフで表されている。このことから、触媒インク100中の触媒カーボン110とアイオノマー120との間には相互作用が生じており、触媒カーボン110の周囲にアイオノマー120がまとまった状態で、全体として触媒カーボン110と同様の形状を有していると考えられる。すなわち、凝集体130の表面にアイオノマー120の一部(吸着アイオノマー120s)がほぼ均一に吸着した複合体140が形成されていると考えられる。なお、仮に、凝集体130の表面にアイオノマー120が吸着していない場合には、部分散乱関数Scp(q)は、負の値になると考えられる。 In the catalyst ink 100 of this example, the partial scattering function S cp (q) representing the interaction between the catalyst carbon and the ionomer has a positive value, and is represented by a graph having a sufficiently high fitness when fitted. ing. Therefore, an interaction occurs between the catalyst carbon 110 and the ionomer 120 in the catalyst ink 100, and the ionomer 120 is gathered around the catalyst carbon 110 and has the same shape as the catalyst carbon 110 as a whole. It is thought that it has. That is, it is considered that a complex 140 in which a part of the ionomer 120 (adsorption ionomer 120s) is adsorbed almost uniformly is formed on the surface of the aggregate 130. If the ionomer 120 is not adsorbed on the surface of the aggregate 130, the partial scattering function S cp (q) is considered to be a negative value.

図6に示すように、触媒カーボンとアイオノマーとの相互作用を表す部分散乱関数Scp(q)を下記の式(11)によってフィッティングし、また、後述する図7に示すように、アイオノマーの部分散乱関数Spp(q)を後述の式(14)によってフィッティングすることによって、複合体140の半径Rp、吸着アイオノマー体積分率φp_shell、および、非吸着アイオノマーの体積分率φp_matrixを算出することができる。 As shown in FIG. 6, the partial scattering function S cp (q) representing the interaction between the catalytic carbon and the ionomer is fitted by the following equation (11). Further, as shown in FIG. By fitting the scattering function S pp (q) by the following equation (14), the radius Rp of the complex 140, the adsorbed ionomer volume fraction φp_shell, and the nonadsorbed ionomer volume fraction φp_matrix can be calculated. .

Figure 2013030286
ここで、nは、式(7)によって算出された散乱体の数密度を表し、Vpは、複合体140の体積を表し、Vcは、式(7)によって算出された凝集体130の体積を表している。また、Φsph(Rp,q)は、複合体140が球体である場合の散乱関数を表し、下記の式(12)で与えられる。
Figure 2013030286
Here, n represents the number density of the scatterers calculated by Expression (7), Vp represents the volume of the composite 140, and Vc represents the volume of the aggregate 130 calculated by Expression (7). Represents. Φ sph (R p , q) represents a scattering function when the composite 140 is a sphere, and is given by the following equation (12).

Figure 2013030286
Figure 2013030286

Φsph(Rc,q)は、式(10)に示すように凝集体130が球体である場合の散乱関数を表している。非吸着アイオノマーの体積分率φp_matrixは、吸着アイオノマー体積分率φp_shellと全アイオノマー体積分率φp_prepとの間で下記の式(13)が成り立つ。式(13)により、φp_prepとφp_shellからφp_matrixを求めることができる。

Figure 2013030286
式(13)において、全アイオノマー体積分率φp_prepは、溶媒、アイオノマー120それぞれの重さと比重から算出することができる。全アイオノマー体積分率φp_prepは、φp_prep=0.02であった。また、凝集体130の体積分率φcは、触媒インク100の体積に占める、凝集体130の比率であり、触媒インク100および凝集体130のそれぞれの重さと比重から算出することができる。凝集体130の体積分率φcは、φc=0.01であった。 Φ sph (R c , q) represents a scattering function when the aggregate 130 is a sphere as shown in the equation (10). As for the volume fraction φp_matrix of the non-adsorbed ionomer, the following equation (13) is established between the adsorbed ionomer volume fraction φp_shell and the total ionomer volume fraction φp_prep. From equation (13), φp_matrix can be obtained from φp_prep and φp_shell.
Figure 2013030286
In equation (13), the total ionomer volume fraction φp_prep can be calculated from the weight and specific gravity of the solvent and ionomer 120, respectively. The total ionomer volume fraction φp_prep was φp_prep = 0.02. Further, the volume fraction φc of the aggregate 130 is the ratio of the aggregate 130 to the volume of the catalyst ink 100, and can be calculated from the weight and specific gravity of the catalyst ink 100 and the aggregate 130, respectively. The volume fraction φc of the aggregate 130 was φc = 0.01.

これらを算出した結果、複合体140の半径Rpは、Rp=650〔Å〕、吸着アイオノマー体積分率φp_shellは、φp_shell=0.35、非吸着アイオノマーの体積分率φp_matrixは、φp_matrix=0.018となった。   As a result of calculating these, the radius Rp of the complex 140 is Rp = 650 [Å], the adsorption ionomer volume fraction φp_shell is φp_shell = 0.35, and the volume fraction of the non-adsorption ionomer φp_matrix is φp_matrix = 0.018. It became.

図7は、アイオノマーの部分散乱関数Spp(q)のグラフを説明するための説明図である。図7の横軸は、散乱ベクトルの大きさqを示しており、縦軸は、部分散乱強度を示している。図中のドットが式(6)から得られた部分散乱関数Spp(q)を示している。図中の一点鎖線は、アイオノマー120溶液の実験結果の絶対値をSpp(q)に合わせたアイオノマーの散乱関数f(ionomer)を示している。図中の破線は、触媒カーボンとアイオノマーとの相互作用を表す部分散乱関数Scp(q)のフィッティング曲線(図6)を示している。図中の実線は、下記式(14)によるフィッティング曲線である。 FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a graph of the ionomer partial scattering function S pp (q). The horizontal axis of FIG. 7 shows the magnitude q of the scattering vector, and the vertical axis shows the partial scattering intensity. The dots in the figure indicate the partial scattering function S pp (q) obtained from the equation (6). The alternate long and short dash line in the figure shows the ionomer scattering function f (ionomer) obtained by matching the absolute value of the experimental result of the ionomer 120 solution with S pp (q). The broken line in the figure shows the fitting curve (FIG. 6) of the partial scattering function S cp (q) representing the interaction between the catalytic carbon and the ionomer. The solid line in the figure is a fitting curve according to the following equation (14).

Figure 2013030286
Figure 2013030286

部分散乱関数Spp(q)は、散乱関数f(ionomer)と一致しないことから、触媒インク100中のアイオノマー120は、触媒インク100中において均一に分散しておらず、一部のアイオノマー120が寄り集まって特定の構造を有していることがわかる。具体的には、散乱ベクトルの大きさqが小さい領域では、部分散乱関数Spp(q)は、触媒カーボンとアイオノマーとの相互作用を表す部分散乱関数Scp(q)のフィッティング曲線(図6)とほぼ一致しているため、上述の特定の構造を有しているアイオノマー120とは、吸着アイオノマー120sであり、凝集体130に吸着していることがわかる。一方、散乱ベクトルの大きさqが大きい領域では、部分散乱関数Spp(q)は、散乱関数f(ionomer)とほぼ一致しているため、溶媒中に遊離している非吸着アイオノマー120mが存在していることがわかる。 Since the partial scattering function S pp (q) does not coincide with the scattering function f (ionomer), the ionomer 120 in the catalyst ink 100 is not uniformly dispersed in the catalyst ink 100, and some of the ionomers 120 are not. It turns out that it has a specific structure. Specifically, in the region where the magnitude q of the scattering vector is small, the partial scattering function S pp (q) is a fitting curve of the partial scattering function S cp (q) representing the interaction between the catalytic carbon and the ionomer (FIG. 6). The ionomer 120 having the specific structure described above is an adsorbed ionomer 120s and is adsorbed on the aggregate 130. On the other hand, in the region where the magnitude q of the scattering vector is large, the partial scattering function S pp (q) is almost the same as the scattering function f (ionomer), and therefore there is a non-adsorbing ionomer 120m free in the solvent. You can see that

本実施例の触媒インク100では、上述のように算出した吸着アイオノマー体積分率φp_shellと、非吸着アイオノマーの体積分率φp_matrixから上記式(2)で示した、φp_shell、/φp_matrixを算出すると、φp_shell、/φp_matrix≒19.4(0.35/0.018)となった。このことから、触媒インク100中において、吸着アイオノマー120sは、非吸着アイオノマー120mの約19倍以上の体積分率で凝集体130の表面に寄り集まっていることがわかる。よって、本実施例の触媒インク100は、吸着アイオノマー120sが凝集体130を均一かつ緻密に被覆しているといえる。なお、吸着アイオノマー120sの体積分率は、必ずしも非吸着アイオノマー120mの体積分率の約19倍以上である必要はなく、非吸着アイオノマー120mの体積分率の2倍以上であれば、吸着アイオノマー120sが凝集体130を均一かつ緻密に被覆しているといえる。   In the catalyst ink 100 of the present embodiment, when φp_shell and / φp_matrix shown in the above equation (2) are calculated from the adsorption ionomer volume fraction φp_shell calculated as described above and the non-adsorption ionomer volume fraction φp_matrix, φp_shell , /Φp_matrix≈19.4 (0.35 / 0.018). From this, it can be seen that in the catalyst ink 100, the adsorbed ionomer 120s is gathered near the surface of the aggregate 130 at a volume fraction of about 19 times or more of the non-adsorbed ionomer 120m. Therefore, in the catalyst ink 100 of this example, it can be said that the adsorbed ionomer 120s covers the aggregate 130 uniformly and densely. The volume fraction of the adsorbed ionomer 120s is not necessarily about 19 times or more than the volume fraction of the non-adsorbed ionomer 120m. If the volume fraction of the non-adsorbed ionomer 120m is two times or more, the adsorbed ionomer 120s. It can be said that the aggregate 130 is uniformly and densely coated.

また、本実施例の触媒インク100は、式(3)で示した、φp_matrix、/φp_prepが、φp_matrix、/φp_prep≒0.9(0.018/0.02)となった。このことから、触媒インク100中において、アイオノマー120の約90%が非吸着アイオノマー120mとして存在し、約10%が吸着アイオノマー120sとして存在していることがわかる。よって、本実施例の触媒インク100は、十分な量の吸着アイオノマー120sが凝集体130を被覆しているといえる。なお、凝集体130を被覆する吸着アイオノマー120sの量は、必ずしも触媒インク100中のアイオノマー120の10%以上である必要はなく、アイオノマー120の2%以上であれば、凝集体130を十分に被覆することができる。   In addition, in the catalyst ink 100 of this example, φp_matrix and / φp_prep shown in Expression (3) are φp_matrix and /φp_prep≈0.9 (0.018 / 0.02). From this, it can be seen that in the catalyst ink 100, about 90% of the ionomer 120 exists as the non-adsorbed ionomer 120m, and about 10% exists as the adsorbed ionomer 120s. Therefore, it can be said that the catalyst ink 100 of this example covers the aggregate 130 with a sufficient amount of adsorbed ionomer 120s. The amount of the adsorbed ionomer 120s that covers the aggregate 130 is not necessarily 10% or more of the ionomer 120 in the catalyst ink 100. If the amount of the ionomer 120 is 2% or more of the ionomer 120, the aggregate 130 is sufficiently covered. can do.

また、本実施例の触媒インク100は、式(1)で示した、Rp−Rcが、Rp−Rc≒80(650−570)〔Å〕となった。このことから、触媒インク100中には、凝集体130の表面に吸着アイオノマー120sの分子層が約80〔Å〕の厚さで形成されていた複合体140が含まれていることがわかる。よって、本実施例の触媒インク100は、十分な厚さを有する吸着アイオノマー120sの分子層が凝集体130を被覆しているといえる。なお、凝集体130を被覆する吸着アイオノマー120sの分子層は、必ずしも厚さが80〔Å〕以上である必要はなく、20〔Å〕以上であれば、凝集体130を十分に被覆することができる。   Further, in the catalyst ink 100 of this example, Rp−Rc represented by the formula (1) was Rp−Rc≈80 (650−570) [Å]. From this, it can be seen that the catalyst ink 100 contains the composite 140 in which the molecular layer of the adsorbed ionomer 120s is formed on the surface of the aggregate 130 with a thickness of about 80 [Å]. Therefore, it can be said that the catalyst ink 100 of this example covers the aggregate 130 with the molecular layer of the adsorbed ionomer 120s having a sufficient thickness. The molecular layer of the adsorbed ionomer 120s that covers the aggregate 130 does not necessarily have a thickness of 80 [Å] or more. If the thickness is 20 [Å] or more, the aggregate 130 can be sufficiently covered. it can.

本実施例の触媒インク100を用いて製造した膜電極接合体の耐クロスリーク性についての評価をおこなうために、サイクル耐久試験をおこなった。サイクル耐久試験は、2つの膜電極接合体(サンプル1、サンプル2)に対しておこなった。サンプル1は、上述した触媒インク100を電解質膜に塗布、乾燥して形成した。比較例としてのサンプル2は、触媒カーボンとアイオノマーとの相互作用を表す部分散乱関数Scp(q)が、負の値となる触媒インクを電解質膜に塗布、乾燥して形成した。 In order to evaluate the cross leak resistance of the membrane / electrode assembly produced using the catalyst ink 100 of this example, a cycle durability test was conducted. The cycle endurance test was performed on two membrane electrode assemblies (Sample 1 and Sample 2). Sample 1 was formed by applying the catalyst ink 100 described above to an electrolyte membrane and drying. Sample 2 as a comparative example was formed by applying a catalyst ink having a negative partial scattering function S cp (q) representing the interaction between catalytic carbon and ionomer to the electrolyte membrane and drying.

作製した2つのサンプルに対して、それぞれ両側にガス拡散層を配置して、燃料電池セルに挟み込んだ。この燃料電池のアノードに水素ガスを供給し、カソードに酸素ガスを供給した状態で、開回路状態と端子電圧が0.6Vになる状態とを30秒ずつ繰り返した。水素ガスの供給速度は0.5L/minであり、酸素ガスの供給速度は1.0L/minである。セル温度は80℃であり、アノードおよびカソードに供給されるガスの相対湿度は50%である。また、アノードおよびカソードのガスの出口圧力は、両極ともに絶対値で200kPaである。   For the two prepared samples, gas diffusion layers were arranged on both sides and sandwiched between fuel cells. With the hydrogen gas supplied to the anode of the fuel cell and the oxygen gas supplied to the cathode, the open circuit state and the state where the terminal voltage was 0.6 V were repeated for 30 seconds. The supply rate of hydrogen gas is 0.5 L / min, and the supply rate of oxygen gas is 1.0 L / min. The cell temperature is 80 ° C., and the relative humidity of the gas supplied to the anode and cathode is 50%. The anode and cathode gas outlet pressures are 200 kPa in absolute value for both electrodes.

燃料電池セルを上記の状態にして、所定の時間が経過する度にクロスリーク試験をおこなった。クロスリーク試験では、燃料電池セルのアノード側を200kPaにした状態で封圧し、カソード側を大気開放した状態で10分間経過後のアノード側の圧力降下量を計測した。   The fuel cell was made into the above state, and a cross leak test was performed every time a predetermined time passed. In the cross leak test, the pressure drop on the anode side after 10 minutes was measured with the anode side of the fuel battery cell sealed at 200 kPa and the cathode side opened to the atmosphere.

図8は、サイクル耐久性試験の試験結果を説明するための説明図である。図8の横軸は、サイクル耐久性の耐久時間(Hr)を示し、縦軸は、クロスリーク量(MPa)を示している。クロスリーク量とは、上述したアノード側の圧力降下量である。図8から、本実施例の触媒インク100を使用したサンプル1は、比較例としてのサンプル2よりも耐久性が高いことがわかる。これは、本実施例の触媒インク100で形成した触媒電極層は、比較例の触媒インクで形成した触媒電極層よりも、触媒カーボンの表面積に対するアイオノマーの吸着面積が大きいために、触媒カーボン110とアイオノマー120とが分離するひび割れが発生しにくく、その結果、クロスリークの発生が抑制されたと考えられる。   FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the test results of the cycle durability test. The horizontal axis in FIG. 8 indicates the cycle durability endurance time (Hr), and the vertical axis indicates the cross leak amount (MPa). The cross leak amount is the above-described pressure drop amount on the anode side. FIG. 8 shows that sample 1 using the catalyst ink 100 of this example has higher durability than sample 2 as a comparative example. This is because the adsorption area of the ionomer with respect to the surface area of the catalytic carbon is larger than that of the catalytic electrode layer formed of the catalytic ink of the comparative example. It is thought that the crack which isolate | separates from the ionomer 120 does not generate | occur | produce easily, As a result, generation | occurrence | production of a cross leak is suppressed.

以上説明した、本実施例の触媒インクによれば、アイオノマー120の一部が凝集体130の表面にほぼ均一に吸着しているため、触媒電極層のひび割れの発生を抑制することができる。すなわち、触媒インク100により形成された触媒電極層は、触媒カーボン110の表面全体にアイオノマー120が吸着しているため、触媒カーボン110とアイオノマー120とが分離することによるひび割れの発生を抑制することができる。よって、燃料電池の耐久性の向上を図ることができる。   According to the catalyst ink of the present embodiment described above, since a part of the ionomer 120 is adsorbed almost uniformly on the surface of the aggregate 130, the occurrence of cracks in the catalyst electrode layer can be suppressed. That is, since the ionomer 120 is adsorbed on the entire surface of the catalyst carbon 110, the catalyst electrode layer formed by the catalyst ink 100 can suppress the occurrence of cracks due to the separation of the catalyst carbon 110 and the ionomer 120. it can. Therefore, the durability of the fuel cell can be improved.

従来から、触媒電極層のひび割れによって、燃料電池の発電性能や耐久性が低下する問題があった。燃料電池は、発電時の電気化学反応によって水や電気のほかに、副産物としての水酸化ラジカルが発生する。発生した水酸化ラジカルは、正常の燃料電池中では、電極中の白金などの触媒微粒子上で無効化される。しかし、触媒電極層にひび割れが生じている燃料電池中では、一部の水酸化ラジカルは、無効化されることなく電解質膜に到達し、電解質膜を侵食する。その結果、電解質膜に穴が生じてクロスリークが発生する。触媒インク100により形成された触媒電極層は、上述したようにひび割れの発生を抑制することができるため、クロスリークの発生を抑制することができる。   Conventionally, there has been a problem that the power generation performance and durability of the fuel cell are reduced due to cracks in the catalyst electrode layer. Fuel cells generate hydroxyl radicals as a by-product in addition to water and electricity by an electrochemical reaction during power generation. The generated hydroxyl radical is invalidated on catalyst fine particles such as platinum in the electrode in a normal fuel cell. However, in the fuel cell in which the catalyst electrode layer is cracked, some hydroxyl radicals reach the electrolyte membrane without being invalidated and erode the electrolyte membrane. As a result, a hole is generated in the electrolyte membrane and cross leak occurs. Since the catalyst electrode layer formed of the catalyst ink 100 can suppress the occurrence of cracks as described above, the occurrence of cross leak can be suppressed.

また、従来から、高耐久かつ高性能な燃料電池用触媒層を形成可能な触媒インクを評価する技術が望まれていた。本発明者らは、コントラスト変調小角中性子散乱(CV−SANS)によって、触媒インク100中のアイオノマー120の構造を特定したときに、吸着アイオノマー120sが凝集体130の表面にほぼ均一に吸着していると、触媒電極層のひび割れの発生が抑制できることを見出した。このコントラスト変調小角中性子散乱によって触媒インクを評価する技術を、燃料電池の製造法や触媒インクの検査方法等に適用することによって、高耐久かつ高性能な燃料電池を提供することができる。   Conventionally, a technique for evaluating a catalyst ink capable of forming a highly durable and high performance fuel cell catalyst layer has been desired. When the present inventors specify the structure of the ionomer 120 in the catalyst ink 100 by contrast modulation small angle neutron scattering (CV-SANS), the adsorbed ionomer 120s is adsorbed almost uniformly on the surface of the aggregate 130. And the occurrence of cracks in the catalyst electrode layer was found to be suppressed. By applying this technology for evaluating catalyst ink by contrast-modulated small-angle neutron scattering to a fuel cell manufacturing method, a catalyst ink inspection method, and the like, a highly durable and high-performance fuel cell can be provided.

B.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
B. Variations:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

B−1.変形例1:
本実施例の触媒インク100には、導電性担体として、カーボン粒子が使用されているものとして説明したが、カーボン粒子の他に、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの炭素材料のほか、炭化ケイ素などに代表される炭素化合物等を導電性担体として用いてもよい。また、触媒金属としては、白金の他に、例えば、白金合金、パラジウム、ロジウム、金、銀、オスミウム、イリジウム等を用いてもよい。
B-1. Modification 1:
The catalyst ink 100 of the present embodiment has been described on the assumption that carbon particles are used as the conductive carrier. However, in addition to the carbon particles, for example, carbon materials such as carbon black, carbon nanotubes, and carbon nanofibers are used. In addition, a carbon compound typified by silicon carbide or the like may be used as the conductive carrier. In addition to platinum, for example, platinum alloy, palladium, rhodium, gold, silver, osmium, iridium, or the like may be used as the catalyst metal.

B−2.変形例2:
本実施例では、触媒インク100は、上記式(1)(2)(3)を満たすものとして説明した。しかし、触媒インク100は、コントラスト変調小角中性子散乱によって凝集体130とアイオノマー120の状態を特定したときに、凝集体130の表面に、吸着アイオノマー120sがほぼ均一に吸着していれば、仮に、上記式(1)(2)(3)の1つ以上を満たしていなくても、生成される触媒電極層のひび割れの発生を抑制することができる。なお、上記式(1)(2)(3)の1つ以上を満たした触媒インクの方が、より触媒電極層のひび割れの発生を抑制することができる。
B-2. Modification 2:
In this embodiment, the catalyst ink 100 has been described as satisfying the above formulas (1), (2), and (3). However, if the state of the aggregate 130 and the ionomer 120 is specified by the contrast-modulated small-angle neutron scattering, the catalyst ink 100 may temporarily have the above-described adsorption ionomer 120s adsorbed on the surface of the aggregate 130. Even if one or more of the formulas (1), (2), and (3) are not satisfied, the generation of cracks in the generated catalyst electrode layer can be suppressed. The catalyst ink satisfying one or more of the above formulas (1), (2), and (3) can further suppress the occurrence of cracks in the catalyst electrode layer.

B−3.変形例3:
本実施例の触媒インク100によって生成された触媒電極層を、一方の電極のみに用いた燃料電池であっても耐久性や発電性能の向上を図ることができる。しかし、触媒インク100によって生成された触媒電極層を両方の電極に使用すると、より耐久性や発電性能の向上を図ることができる。
B-3. Modification 3:
Even in a fuel cell in which the catalyst electrode layer generated by the catalyst ink 100 of this embodiment is used only for one electrode, durability and power generation performance can be improved. However, when the catalyst electrode layer generated by the catalyst ink 100 is used for both electrodes, durability and power generation performance can be further improved.

B−4.変形例4:
本実施例では、コントラスト変調小角中性子散乱をおこなうために、溶媒のD20比率を変化させた6種類の触媒インク試料を使用しているが、溶媒のD20比率や、触媒インク試料の数は任意に設定することができる。また、本実施例では、東京大学物性研究所の小角中性子散乱装置SANS−Uにおいて、小角中性子散乱をおこなっているが、小角中性子散乱は上記以外の装置によっておこなわれてもよい。
B-4. Modification 4:
In this embodiment, in order to perform the contrast variation SANS, six with varying D 2 0 ratio of solvent, using catalyst ink sample, D 2 0 ratios and a solvent, the catalyst ink sample The number can be set arbitrarily. In this embodiment, the small angle neutron scattering is performed in the small angle neutron scattering apparatus SANS-U of the University of Tokyo Institute of Physical Properties, but the small angle neutron scattering may be performed by an apparatus other than the above.

B−5.変形例5:
本実施例では、触媒インク100は、固体高分子型燃料電池の電極として使用されるものとして説明したが、触媒インク100は、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池に適用することができる。
B-5. Modification 5:
In this embodiment, the catalyst ink 100 has been described as being used as an electrode of a solid polymer fuel cell. However, the catalyst ink 100 may be a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, a solid oxide fuel cell, or the like. The present invention can be applied to various fuel cells such as fuel cells.

100…触媒インク
110…触媒カーボン
111…触媒金属
120…アイオノマー
120m…非吸着アイオノマー
120s…吸着アイオノマー
130…凝集体
140…複合体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Catalyst ink 110 ... Catalyst carbon 111 ... Catalyst metal 120 ... Ionomer 120m ... Non-adsorption ionomer 120s ... Adsorption ionomer 130 ... Aggregate 140 ... Composite

Claims (5)

燃料電池の電極を作製するために用いられる触媒インクであって、
触媒を担持したカーボンの凝集体と、アイオノマーと、を含み、
コントラスト変調小角中性子散乱法によって前記凝集体と前記アイオノマーの状態を特定すると、前記凝集体の表面には、前記アイオノマーがほぼ均一に吸着している、触媒インク。
A catalyst ink used to fabricate fuel cell electrodes,
A carbon agglomerate carrying a catalyst, and an ionomer,
A catalyst ink in which the state of the aggregate and the ionomer is specified by a contrast modulation small angle neutron scattering method, and the ionomer is adsorbed almost uniformly on the surface of the aggregate.
請求項1に記載の触媒インクであって、
前記触媒インクに含まれる溶媒の散乱長密度を変化させて複数の試料を作製し、各前記試料の散乱曲線から前記凝集体と前記アイオノマーとの相互作用を示す部分散乱関数を算出したときに、
前記部分散乱関数は、正の値を持つ曲線であり、適合度の高いフィッティングが可能である、触媒インク。
The catalyst ink according to claim 1,
When the scattering length density of the solvent contained in the catalyst ink is changed to prepare a plurality of samples, and the partial scattering function indicating the interaction between the aggregate and the ionomer is calculated from the scattering curve of each sample,
The partial scattering function is a catalyst ink that is a curve having a positive value and can be fitted with a high degree of fitness.
請求項1または請求項2に記載の触媒インクであって、
前記アイオノマーは、前記凝集体に吸着している吸着アイオノマーと、前記凝集体に吸着していない非吸着アイオノマーとを含み、
前記触媒インクの体積に占める、前記非吸着アイオノマーの体積の割合である非吸着アイオノマー体積分率をφp_matrixとし、
前記触媒インクに含まれる前記凝集体を同体積の溶媒に置き換えた溶液の前記溶液の体積に占める、前記アイオノマーの体積の割合である全アイオノマー体積分率をφp_prepとすると、
φp_matrix/φp_prep≦0.98
となる、触媒インク。
The catalyst ink according to claim 1 or 2,
The ionomer includes an adsorbed ionomer adsorbed on the aggregate and a non-adsorbed ionomer not adsorbed on the aggregate,
The non-adsorbed ionomer volume fraction, which is the ratio of the volume of the non-adsorbed ionomer to the volume of the catalyst ink, is φp_matrix,
When the total ionomer volume fraction, which is the ratio of the volume of the ionomer in the volume of the solution in which the aggregate contained in the catalyst ink is replaced with the same volume of solvent, is φp_prep,
φp_matrix / φp_prep ≦ 0.98
Catalyst ink.
請求項3に記載の触媒インクであって、
前記凝集体をコア、前記吸着アイオノマーをシェルとしたシェル−コア構造を有する複合体の前記シェル部分において、前記シェル全体の体積に占める前記吸着アイオノマーの体積の割合である吸着アイオノマー体積分率をφp_shellとすると、
φp_shell/φp_matrix≧2.0
となる、触媒インク。
The catalyst ink according to claim 3,
In the shell part of the composite having a shell-core structure in which the aggregate is a core and the adsorbed ionomer is a shell, an adsorbed ionomer volume fraction that is a ratio of the adsorbed ionomer volume to the entire shell volume is φp_shell. Then,
φp_shell / φp_matrix ≧ 2.0
Catalyst ink.
請求項4に記載の触媒インクであって、
前記凝集体の半径をRc、前記複合体の半径をRp、とすると、
Rp−Rc≧20〔Å〕
となる、触媒インク。
The catalyst ink according to claim 4,
When the radius of the aggregate is Rc and the radius of the complex is Rp,
Rp−Rc ≧ 20 [Å]
Catalyst ink.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2803982A1 (en) 2013-05-17 2014-11-19 Sumitomo Rubber Industries, Ltd. Method of evaluating neutron scattering length density
JP2018081853A (en) * 2016-11-17 2018-05-24 トヨタ自動車株式会社 Catalyst layer for fuel cell
EP3723177A1 (en) 2019-04-09 2020-10-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for manufacturing membrane electrode assembly for fuel cell

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006253042A (en) * 2005-03-11 2006-09-21 Gs Yuasa Corporation:Kk Manufacturing method of catalyst for polymer electrolyte fuel cell
JP2008117600A (en) * 2006-11-02 2008-05-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Aggregate for forming catalyst layer, solid polymer electrolyte fuel cell, and its manufacturing method
JP2011070984A (en) * 2009-09-28 2011-04-07 Toppan Printing Co Ltd Method of manufacturing electrode catalyst layer for fuel cell, and membrane-electrode assembly having the electrode catalyst layer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006253042A (en) * 2005-03-11 2006-09-21 Gs Yuasa Corporation:Kk Manufacturing method of catalyst for polymer electrolyte fuel cell
JP2008117600A (en) * 2006-11-02 2008-05-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Aggregate for forming catalyst layer, solid polymer electrolyte fuel cell, and its manufacturing method
JP2011070984A (en) * 2009-09-28 2011-04-07 Toppan Printing Co Ltd Method of manufacturing electrode catalyst layer for fuel cell, and membrane-electrode assembly having the electrode catalyst layer

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2803982A1 (en) 2013-05-17 2014-11-19 Sumitomo Rubber Industries, Ltd. Method of evaluating neutron scattering length density
US9395314B2 (en) 2013-05-17 2016-07-19 Sumitomo Rubber Industries, Ltd. Method of evaluating neutron scattering length density
JP2018081853A (en) * 2016-11-17 2018-05-24 トヨタ自動車株式会社 Catalyst layer for fuel cell
EP3723177A1 (en) 2019-04-09 2020-10-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for manufacturing membrane electrode assembly for fuel cell
KR20200119203A (en) 2019-04-09 2020-10-19 도요타지도샤가부시키가이샤 Method for manufacturing membrane electrode assembly for fuel cell
RU2734762C1 (en) * 2019-04-09 2020-10-23 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Method of making a membrane-electrode assembly for a fuel cell
US11569521B2 (en) 2019-04-09 2023-01-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method for manufacturing membrane electrode assembly for fuel cell

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