JP2017091736A - Laminate and method for producing the same, membrane-electrode assembly for fuel cell, polymer electrolyte fuel cell, and direct methanol fuel cell - Google Patents

Laminate and method for producing the same, membrane-electrode assembly for fuel cell, polymer electrolyte fuel cell, and direct methanol fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2017091736A
JP2017091736A JP2015218695A JP2015218695A JP2017091736A JP 2017091736 A JP2017091736 A JP 2017091736A JP 2015218695 A JP2015218695 A JP 2015218695A JP 2015218695 A JP2015218695 A JP 2015218695A JP 2017091736 A JP2017091736 A JP 2017091736A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
fuel cell
carbon
laminate
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
Application number
JP2015218695A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
健生 市原
Takeo Ichihara
健生 市原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Kasei Corp filed Critical Asahi Kasei Corp
Priority to JP2015218695A priority Critical patent/JP2017091736A/en
Publication of JP2017091736A publication Critical patent/JP2017091736A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a laminate including a catalyst layer which exhibits high power generation performance, and a method of industrially producing the same; a membrane-electrode assembly for a fuel cell; a polymer electrolyte fuel cell; and a direct methanol fuel cell.SOLUTION: A laminate includes a base material and a catalyst layer including a carbon catalyst, and the catalyst layer has a pore shape index I of 0-0.4, the index being represented by the following expression (1). (pore shape index I)=(volume V[cc/g] of pores with a pore size (diameter) of 0.1-1 μm obtained by a mercury pressing method)/(volume of pores with a pore size (diameter) of 0.01-0.1 μm obtained by a mercury pressing method)SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、積層体及びその製造方法、燃料電池用膜電極接合体、固体高分子形燃料電池、並びに、直接メタノール形燃料電池に関する。   The present invention relates to a laminate and a method for producing the same, a membrane electrode assembly for a fuel cell, a solid polymer fuel cell, and a direct methanol fuel cell.

固体高分子形燃料電池は、発電効率が高い、出力密度が高い、急速な起動停止が可能である、小型軽量化が可能であるといった利点を持ち、携帯用電源、移動用電源、小型定置用発電機等への適用が期待されている。   The polymer electrolyte fuel cell has advantages such as high power generation efficiency, high output density, rapid start / stop, small size and light weight. Portable power source, mobile power source, small stationary device Application to generators is expected.

固体高分子形燃料電池では、その正極で起こる酸素還元反応を促進するために、一般に白金又は白金合金が触媒として用いられるが、白金の資源量が極めて少なく、また高価であるために実用化への大きな障壁となっている。   In a polymer electrolyte fuel cell, platinum or a platinum alloy is generally used as a catalyst in order to promote the oxygen reduction reaction occurring at the positive electrode. However, since the amount of platinum resources is extremely small and expensive, it is put to practical use. It has become a big barrier.

そこで、白金等の貴金属を必要としない燃料電池用電極触媒として窒素及び/又は遷移金属を含有することによって酸素還元活性を発現した炭素触媒が注目を集めている。例えば、窒素原子を含む有機物と鉄及び/又はコバルトと、銅とを含む原料を炭素化して得られる炭素触媒が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, carbon catalysts that have developed oxygen reduction activity by containing nitrogen and / or transition metals have attracted attention as electrode catalysts for fuel cells that do not require noble metals such as platinum. For example, a carbon catalyst obtained by carbonizing a raw material containing an organic substance containing nitrogen atoms, iron and / or cobalt, and copper has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、固体高分子形燃料電池において、触媒層は主に触媒粒子、及び高分子電解質からなり、空孔を含むが、効率的に反応を起こすためには触媒層の構造、特に空孔形状の設計が重要となる。例えば、特許文献2では、白金触媒を用い、触媒層に造孔剤として炭素ウィスカーを添加することで空孔を制御して、直径60〜1000nmの空孔容積が、0.15〜0.25cm3/gである触媒層とすることが提案されている。 In a polymer electrolyte fuel cell, the catalyst layer is mainly composed of catalyst particles and a polymer electrolyte, and includes pores. However, in order to cause a reaction efficiently, the structure of the catalyst layer, particularly the pore shape, is required. Design becomes important. For example, in Patent Document 2, a platinum catalyst is used, and pores are controlled by adding carbon whiskers as a pore-forming agent to the catalyst layer, so that the pore volume with a diameter of 60 to 1000 nm is 0.15 to 0.25 cm. It has been proposed to have a catalyst layer of 3 / g.

特開2012−101155号公報JP2012-101155A 特開2003−151564号公報JP 2003-151564 A

しかしながら、炭素触媒における発電性能はいまだ低く、その一因は触媒層の好ましい空孔形状が知られていないことにあると考えられる。なお、直接メタノール形燃料電池においても、固体高分子形燃料電池と同様の課題があると考えられる。   However, the power generation performance of the carbon catalyst is still low, and one reason for this is thought to be that the preferred pore shape of the catalyst layer is not known. The direct methanol fuel cell is considered to have the same problems as those of the solid polymer fuel cell.

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高い発電性能を示す触媒層を含む積層体及びその工業的な製造方法、燃料電池用膜電極接合体、固体高分子形燃料電池、並びに、直接メタノール形燃料電池を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, a laminate including a catalyst layer exhibiting high power generation performance, an industrial production method thereof, a membrane electrode assembly for a fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell, It is another object of the present invention to provide a direct methanol fuel cell.

本発明者らは、上記課題を解決するために、炭素触媒を有する触媒層の空孔形状に着目して鋭意研究を重ねた結果、水銀圧入法による細孔径(直径)0.1〜1μmの範囲の細孔の容積V1[cc/g]と、水銀圧入法による細孔径(直径)0.01〜0.1μmの範囲の細孔の容積V2[cc/g]との比率を調整することにより、上記課題を解決し得ることを見出して、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made extensive studies focusing on the pore shape of a catalyst layer having a carbon catalyst. As a result, the pore diameter (diameter) of 0.1 to 1 μm by a mercury intrusion method has been obtained. Adjusting the ratio between the pore volume V 1 [cc / g] in the range and the pore volume V 2 [cc / g] in the pore diameter (diameter) range of 0.01 to 0.1 μm by mercury porosimetry As a result, the present inventors have found that the above problems can be solved, and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、下記のとおりである。
〔1〕
炭素触媒を有する触媒層と、基材と、を含み、
前記触媒層の下記式(1)で表される空孔形状の指標Iが、0〜0.4である、
積層体。
(空孔形状の指標I)=(水銀圧入法による細孔径(直径)0.1〜1μmの細孔容積V1[cc/g])/(水銀圧入法による細孔径(直径)0.01〜0.1μmの細孔容積V2[cc/g])・・・・式(1)
〔2〕
前記炭素触媒の窒素原子と炭素原子との原子比(N/C)が、0.005〜0.3である、〔1〕に記載の積層体。
〔3〕
前記炭素触媒が遷移金属をさらに含む、〔1〕又は〔2〕に記載の積層体。
〔4〕
前記遷移金属が、鉄及び/又はコバルトを含む、〔3〕に記載の積層体。
〔5〕
前記遷移金属の含有量が、前記炭素触媒100質量%に対して、0.1〜20質量%である、〔3〕又は〔4〕に記載の積層体。
〔6〕
〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の積層体を含む正極、高分子電解質膜、及び負極がこの順に積層されてなる電極体を含む、燃料電池用膜電極接合体。
〔7〕
炭素触媒、アイオノマー、及び溶媒を含むスラリーをビーズミルで混合することによって触媒インクを調製するインク調製工程と、
前記触媒インクを基材に塗布する塗布工程と、
前記基材に塗布された前記触媒インクを乾燥させて、前記炭素触媒を有する前記触媒層を形成することにより、前記触媒層と前記基材とを含む積層体を得る乾燥工程と、を有する、
積層体の製造方法。
〔8〕
前記ビーズミルで使用するビーズの材質が、ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、及びイットリア部分安定化ジルコニアからなる群より選択される1種以上である、〔7〕に記載の積層体の製造方法。
〔9〕
前記ビーズミルで使用するビーズの平均直径が、0.1〜5mmである、〔7〕又は〔8〕に記載の積層体の製造方法。
〔10〕
前記触媒インクを前記基材にスクリーンプリンターで塗布する塗布工程を有する、〔7〕〜〔9〕のいずれか1項に記載の積層体の製造方法。
〔11〕
〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の積層体、及び/又は、請求項6に記載の燃料電池用膜電極接合体を含む、固体高分子形燃料電池。
〔12〕
〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の積層体、及び/又は、請求項6に記載の燃料電池用膜電極接合体を含む、直接メタノール形燃料電池。
That is, the present invention is as follows.
[1]
Including a catalyst layer having a carbon catalyst, and a substrate,
The pore shape index I represented by the following formula (1) of the catalyst layer is 0 to 0.4,
Laminated body.
(Indicator I of pore shape) = (pore diameter (diameter) by mercury intrusion method 0.1 to 1 μm pore volume V 1 [cc / g]) / (pore diameter (diameter) 0.01 by mercury intrusion method) ~ 0.1 μm pore volume V 2 [cc / g]) Formula (1)
[2]
The laminate according to [1], wherein an atomic ratio (N / C) between a nitrogen atom and a carbon atom of the carbon catalyst is 0.005 to 0.3.
[3]
The laminate according to [1] or [2], wherein the carbon catalyst further contains a transition metal.
[4]
The laminate according to [3], wherein the transition metal includes iron and / or cobalt.
[5]
The laminate according to [3] or [4], wherein the content of the transition metal is 0.1 to 20% by mass with respect to 100% by mass of the carbon catalyst.
[6]
[1] to [5] A fuel cell membrane electrode assembly comprising an electrode body comprising a laminate comprising the laminate according to any one of [1] to [5], and an electrode body in which a negative electrode is laminated in this order.
[7]
An ink preparation step of preparing a catalyst ink by mixing a slurry containing a carbon catalyst, an ionomer, and a solvent in a bead mill;
An application step of applying the catalyst ink to a substrate;
Drying the catalyst ink applied to the substrate to form the catalyst layer having the carbon catalyst, thereby obtaining a laminate including the catalyst layer and the substrate, and
A manufacturing method of a layered product.
[8]
The method for producing a laminate according to [7], wherein the material of the beads used in the bead mill is at least one selected from the group consisting of zirconia, yttria stabilized zirconia, and yttria partially stabilized zirconia.
[9]
The method for producing a laminate according to [7] or [8], wherein an average diameter of beads used in the bead mill is 0.1 to 5 mm.
[10]
The manufacturing method of the laminated body of any one of [7]-[9] which has an application | coating process which apply | coats the said catalyst ink to the said base material with a screen printer.
[11]
A solid polymer fuel cell comprising the laminate according to any one of [1] to [5] and / or the membrane electrode assembly for a fuel cell according to claim 6.
[12]
A direct methanol fuel cell comprising the laminate according to any one of [1] to [5] and / or the membrane electrode assembly for a fuel cell according to claim 6.

本発明によれば、高い発電性能を示す触媒層を含む積層体及びその工業的な製造方法、燃料電池用膜電極接合体、固体高分子形燃料電池、並びに、直接メタノール形燃料電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the laminated body containing the catalyst layer which shows high power generation performance, its industrial manufacturing method, the membrane electrode assembly for fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell, and a direct methanol fuel cell are provided. be able to.

本実施形態の積層体の一例の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of an example of the laminated body of this embodiment. 本実施形態の燃料電池用膜電極接合体の一例の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of an example of the membrane electrode assembly for fuel cells of this embodiment. 実施例1及び比較例1の積層体の触媒層の空孔形状分布を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a pore shape distribution of a catalyst layer of a laminate of Example 1 and Comparative Example 1.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。   Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter, simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Deformation is possible.

〔積層体〕
本実施形態の積層体は、炭素触媒を有する触媒層と、基材と、を含み、前記触媒層の下記式(1)で表される空孔形状の指標Iが、0〜0.4である。本実施形態の積層体は、燃料電池用膜電極接合体(以下「MEA」ともいう。)を製造する部材として好ましく使用できる。
(空孔形状の指標I)=(水銀圧入法による細孔径(直径)0.1〜1μmの細孔容積V1[cc/g])/(水銀圧入法による細孔径(直径)0.01〜0.1μmの細孔容積V2[cc/g])・・・・式(1)
[Laminate]
The laminate of this embodiment includes a catalyst layer having a carbon catalyst and a base material, and the pore-shaped index I represented by the following formula (1) of the catalyst layer is 0 to 0.4. is there. The laminated body of this embodiment can be preferably used as a member for producing a membrane electrode assembly for fuel cells (hereinafter also referred to as “MEA”).
(Indicator I of pore shape) = (pore diameter (diameter) by mercury intrusion method 0.1 to 1 μm pore volume V 1 [cc / g]) / (pore diameter (diameter) 0.01 by mercury intrusion method) ~ 0.1 μm pore volume V 2 [cc / g]) Formula (1)

〔触媒層〕
触媒層は、炭素触媒を有し、水銀圧入法による細孔径(直径)0.01〜0.1μmの範囲の細孔の容積V2[cc/g]に対する、水銀圧入法による細孔径(直径)0.1〜1μmの範囲の細孔の容積V1[cc/g]の比率(空孔形状の指標I:V1/V2)が、0〜0.4であり、好ましくは0.01〜0.3であり、より好ましくは0.05〜0.3である。空孔形状の指標Iが上記範囲内であることにより、触媒層の発電性能がより向上する。空孔形状の指標Iを上述の範囲に制御することにより触媒層の発電性能が向上する理由は明らかではないが、下記のように考えている。燃料電池用膜電極接合体において、触媒層中の空孔は反応物質である酸素や反応で生成した水、水蒸気の拡散経路となり、この観点では空孔径が大きいことが好ましい。一方、空孔径が大きくなると、単位体積当たりの触媒量が減少することになる。そのため、空孔形状の指標Iが上記範囲内であることにより、両者がバランスされ、高い発電性能を示すものと考えられる。
(Catalyst layer)
The catalyst layer has a carbon catalyst, and the pore diameter (diameter) by the mercury intrusion method with respect to the pore volume V 2 [cc / g] in the range of 0.01 to 0.1 μm pore diameter (diameter) by the mercury intrusion method. ) The ratio of pore volume V 1 [cc / g] in the range of 0.1 to 1 μm (pore shape index I: V 1 / V 2 ) is 0 to 0.4, preferably 0. It is 01-0.3, More preferably, it is 0.05-0.3. When the pore shape index I is within the above range, the power generation performance of the catalyst layer is further improved. The reason why the power generation performance of the catalyst layer is improved by controlling the index I of the pore shape to the above range is not clear, but is considered as follows. In the membrane electrode assembly for a fuel cell, the pores in the catalyst layer serve as a diffusion path for oxygen as a reactant, water generated by the reaction, and water vapor. From this viewpoint, the pore diameter is preferably large. On the other hand, when the pore diameter increases, the amount of catalyst per unit volume decreases. Therefore, it is considered that when the hole shape index I is within the above range, both are balanced and show high power generation performance.

空孔形状の指標Iは、容積V1及び容積V2をそれぞれ制御することにより調製することができる。容積V1の制御方法としては、特に限定されないが、例えば、後述する積層体の製造方法におけるインク調製工程での混合条件を変えることが挙げられる。また、容積V2の制御方法としては、特に限定されないが、例えば、使用する炭素触媒の粒径を変えることが挙げられる。 The hole shape index I can be prepared by controlling the volume V 1 and the volume V 2 , respectively. The method for controlling the volume V 1 is not particularly limited, and examples thereof include changing the mixing conditions in the ink preparation step in the laminate manufacturing method described later. Further, the method for controlling the volume V 2 is not particularly limited, and examples thereof include changing the particle diameter of the carbon catalyst to be used.

空孔形状の指標Iは、積層体の場合は、触媒層を基材及びその他の層から剥がし、その細孔径分布を測定する。後述する燃料電池用膜電極接合体(以下、MEAともいう。)の場合は、触媒層を切り出し、その細孔径分布を測定する。なお、容積V1及び容積V2は、実施例に記載の方法により測定することができる。 In the case of a laminate, the pore shape index I is measured by removing the catalyst layer from the substrate and other layers and measuring the pore size distribution. In the case of a membrane electrode assembly for fuel cells (hereinafter also referred to as MEA) to be described later, the catalyst layer is cut out and the pore size distribution is measured. The volume V 1 and the volume V 2 can be measured by the method described in the examples.

容積V1は、好ましくは0.010〜0.500cc/gであり、より好ましくは0.015〜0.250cc/gであり、さらに好ましくは0.020〜0.100cc/gである。容積V1が上記範囲内であることにより、発電性能がより向上する傾向にある。 Volume V 1 was, preferably 0.010~0.500cc / g, more preferably 0.015~0.250cc / g, more preferably from 0.020~0.100cc / g. When the volume V 1 is within the above range, the power generation performance tends to be further improved.

また、容積V2は、好ましくは0.100〜1.000cc/gであり、より好ましくは0.150〜0.750cc/gであり、さらに好ましくは0.200〜0.500cc/gである。容積V2が上記範囲内であることにより、発電性能がより向上する傾向にある。 Further, the volume V 2 is preferably 0.100 to 1.000 cc / g, more preferably 0.150 to 0.750 cc / g, and further preferably 0.200 to 0.500 cc / g. . When the volume V 2 is within the above range, the power generation performance tends to be further improved.

(炭素触媒)
炭素触媒としては、特に限定されないが、例えば、窒素及び/又は遷移金属を含有した炭素材料が好ましい。また、燃料電池触媒層の発電性能の観点から、炭素触媒の酸素還元活性は高いことが好ましい。
(Carbon catalyst)
Although it does not specifically limit as a carbon catalyst, For example, the carbon material containing nitrogen and / or a transition metal is preferable. Moreover, it is preferable that the oxygen reduction activity of a carbon catalyst is high from a viewpoint of the electric power generation performance of a fuel cell catalyst layer.

(原子比(N/C))
炭素触媒中の窒素原子と炭素原子との原子比(N/C)は、好ましくは0.005〜0.3であり、より好ましくは0.01〜0.2であり、さらに好ましくは0.02〜0.15である。炭素触媒は、原子比(N/C)が上記範囲内であることにより、酸素還元活性がより向上する傾向にある。原子比(N/C)は、後述する炭素触媒の製造方法において、炭素原料と窒素原料との比率を調整することにより、制御することができる。また、原子比(N/C)は、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
(Atomic ratio (N / C))
The atomic ratio (N / C) of nitrogen atoms to carbon atoms in the carbon catalyst is preferably 0.005 to 0.3, more preferably 0.01 to 0.2, and still more preferably 0.00. 02 to 0.15. The carbon catalyst has a tendency that the oxygen reduction activity is further improved when the atomic ratio (N / C) is within the above range. The atomic ratio (N / C) can be controlled by adjusting the ratio of the carbon raw material and the nitrogen raw material in the carbon catalyst production method described later. Moreover, atomic ratio (N / C) can be measured by the method as described in the Example mentioned later.

(遷移金属)
炭素触媒は、遷移金属をさらに含むことが好ましい。炭素触媒は、窒素及び遷移金属を含むことによってより高い酸素還元活性を発揮し得る。炭素触媒において、遷移金属原子の含有量は、炭素触媒100質量%に対して、好ましくは0.1〜20質量%であり、より好ましくは0.3〜15質量%であり、さらに好ましくは0.5〜10質量%である。遷移金属原子の含有量が上記範囲内であることにより、酸素還元活性がより向上する傾向にある。
(Transition metal)
The carbon catalyst preferably further contains a transition metal. A carbon catalyst can exhibit higher oxygen reduction activity by including nitrogen and a transition metal. In the carbon catalyst, the content of the transition metal atom is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.3 to 15% by mass, and further preferably 0 to 100% by mass of the carbon catalyst. 5 to 10% by mass. When the content of the transition metal atom is within the above range, the oxygen reduction activity tends to be further improved.

遷移金属原子としては、特に限定されないが、例えば、Fe,Co,Ni,Cu,Mn,及び/又はCrが好ましく、Fe,Co,及び/又はCuがより好ましく、Fe,及び/又はCoがさらに好ましい。このような遷移金属を含むことにより、炭素触媒の酸素還元活性がより向上する傾向にある。なお、本実施形態において、遷移金属原子の含有量は後述の実施例に記載の方法により測定することができる。   Although it does not specifically limit as a transition metal atom, For example, Fe, Co, Ni, Cu, Mn, and / or Cr are preferable, Fe, Co, and / or Cu are more preferable, Fe and / or Co are further preferable. By including such a transition metal, the oxygen reduction activity of the carbon catalyst tends to be further improved. In addition, in this embodiment, content of a transition metal atom can be measured by the method as described in the below-mentioned Example.

〔基材〕
基材としては、特に限定されないが、後述するMEAの構造及びMEAの製造方法に応じて基材を選定することができる。
〔Base material〕
Although it does not specifically limit as a base material, A base material can be selected according to the structure of MEA mentioned later and the manufacturing method of MEA.

第一の実施態様においては、第一の基材上に触媒層が積層され、第一の基材と該触媒層からなる積層体が、そのままMEAの構成部材となる。たとえば、正極マイクロポーラス層付き正極ガス拡散層を第一の基材として使用することができる。また、高分子電解質膜を第一の基材として使用することができる。   In the first embodiment, the catalyst layer is laminated on the first base material, and the laminate composed of the first base material and the catalyst layer becomes the constituent member of the MEA as it is. For example, a positive electrode gas diffusion layer with a positive microporous layer can be used as the first substrate. In addition, a polymer electrolyte membrane can be used as the first substrate.

第二の実施態様においては、第一の基材上に触媒層が積層され、さらに該触媒層上に第二の基材が積層され、その後第一の基材が触媒層上から除去され、第二の基材と触媒層からなる積層体がMEAの構成部材となる。たとえば、ポリテトラフルオロエチレン等のフィルムを第一の基材として使用し、高分子電解質膜を第二の基材として使用することができる。   In the second embodiment, a catalyst layer is laminated on the first substrate, and further a second substrate is laminated on the catalyst layer, and then the first substrate is removed from the catalyst layer, A laminate composed of the second base material and the catalyst layer is a constituent member of the MEA. For example, a film such as polytetrafluoroethylene can be used as the first substrate, and a polymer electrolyte membrane can be used as the second substrate.

〔積層体の製造方法〕
積層体の製造方法としては、基材上に触媒層を形成する方法であれば特に限定されないが、例えば、炭素触媒とアイオノマーを溶媒中で混合してインクとするインク調製工程、前記インクを基材に塗布する塗布工程、塗布されたインクを乾燥させて触媒層を形成する乾燥工程を含む方法が挙げられる。より具体的には、炭素触媒、アイオノマー、及び溶媒を含むスラリーをビーズミルで混合することによって触媒インクを調製するインク調製工程と、前記触媒インクを基材に塗布する塗布工程と、前記基材に塗布された前記触媒インクを乾燥させて、前記炭素触媒を有する前記触媒層を形成することにより、前記触媒層と前記基材とを含む積層体を得る乾燥工程を有する製造方法が好ましい。
[Method for producing laminate]
The method for producing the laminate is not particularly limited as long as it is a method for forming a catalyst layer on a substrate. For example, an ink preparation step in which a carbon catalyst and an ionomer are mixed in a solvent to form an ink, Examples thereof include a method including an application step of applying to a material and a drying step of drying the applied ink to form a catalyst layer. More specifically, an ink preparation step of preparing a catalyst ink by mixing a slurry containing a carbon catalyst, an ionomer, and a solvent by a bead mill, a coating step of applying the catalyst ink to a substrate, The manufacturing method which has a drying process which obtains the laminated body containing the said catalyst layer and the said base material by drying the said applied catalyst ink and forming the said catalyst layer which has the said carbon catalyst is preferable.

(インク調製工程)
インク調製工程では、炭素触媒、アイオノマー(高分子電解質)、及び溶媒を含むスラリーをビーズミルで混合することによって触媒インクを調製する。なお、炭素触媒の製造法については後述する。
(Ink preparation process)
In the ink preparation step, a catalyst ink is prepared by mixing a slurry containing a carbon catalyst, an ionomer (polymer electrolyte), and a solvent with a bead mill. In addition, the manufacturing method of a carbon catalyst is mentioned later.

アイオノマーとしては、特に限定されないが、例えば、ナフィオン(製品名)分散液を用いることができる。溶媒としては、特に限定されないが、炭素触媒及びアイオノマーの分散性の観点から、水、低級アルコール(メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール等)及びその混合物を好ましく用いることができる。   Although it does not specifically limit as an ionomer, For example, a Nafion (product name) dispersion liquid can be used. Although it does not specifically limit as a solvent, From a viewpoint of the dispersibility of a carbon catalyst and an ionomer, water, lower alcohol (methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, etc.) and its mixture can be used preferably.

炭素触媒粉体は一般的に乾燥状態では凝集しているので、触媒層の空孔形状の指標Iを0〜0.4の範囲に制御するためには、この凝集物を解砕し、インク中に均一に分散させる必要がある。そのための混合装置として、解砕力の強いビーズミルを用いる。   Since the carbon catalyst powder is generally agglomerated in a dry state, in order to control the pore shape index I of the catalyst layer within the range of 0 to 0.4, the agglomerate is crushed and the ink is removed. It is necessary to disperse it uniformly. For this purpose, a bead mill having a strong crushing power is used.

使用するビーズの材質は、特に限定されないが、解砕力と不純物混入抑制の観点から、摩耗の少ない材質が好ましく、ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、及びイットリア部分安定化ジルコニアからなる群より選択される1種以上を好ましく用いることができる。   The material of the beads to be used is not particularly limited, but a material with less wear is preferable from the viewpoint of crushing force and impurity mixing suppression, and one kind selected from the group consisting of zirconia, yttria stabilized zirconia, and yttria partially stabilized zirconia. The above can be preferably used.

また、炭素触媒を均一に分散させる観点から、ビーズの平均直径は、好ましくは0.1〜5mmであり、より好ましくは0.2〜4mmであり、さらに好ましくは0.3〜3mmである。   Moreover, from a viewpoint of disperse | distributing a carbon catalyst uniformly, the average diameter of a bead becomes like this. Preferably it is 0.1-5 mm, More preferably, it is 0.2-4 mm, More preferably, it is 0.3-3 mm.

(塗布工程および乾燥工程)
前記インク調製工程で得られた触媒インクは、塗布工程において基材に塗布され、乾燥工程において触媒インク中の溶媒が除去され炭素触媒を有する触媒層が基材上に形成される。基材は後述するMEAの構造及びMEAの製造方法に応じて選定する。
(Coating process and drying process)
The catalyst ink obtained in the ink preparation step is applied to the substrate in the application step, and the solvent in the catalyst ink is removed in the drying step to form a catalyst layer having a carbon catalyst on the substrate. The substrate is selected according to the structure of MEA and the MEA manufacturing method described later.

塗布工程で使用する塗布装置としては、スクリーンプリンター、バーコーター、スプレーコーター等を用いることができるが、空孔形状の指標Iを0〜0.4の範囲に制御する観点からスクリーンプリンターを好ましく用いることができる。   As a coating apparatus used in the coating process, a screen printer, a bar coater, a spray coater, or the like can be used, but a screen printer is preferably used from the viewpoint of controlling the pore shape index I in the range of 0 to 0.4. be able to.

乾燥工程で使用する乾燥装置としては、特に限定されず、加熱乾燥機、熱風乾燥機、真空乾燥機等を用いることができる。   It does not specifically limit as a drying apparatus used at a drying process, A heat dryer, a hot air dryer, a vacuum dryer etc. can be used.

〔炭素触媒の製造方法〕
炭素触媒の製造方法としては、特に限定されないが、例えば、炭素原料と、窒素原料と、を含む前駆体を調製する前駆体調製工程、前記前駆体を焼成し炭素触媒を得る第1の熱処理工程、前記第1の熱処理工程で得られ炭素触媒の粒子径を調整する粒子径調整工程、並びに、前記炭素触媒を更に熱処理する第2の熱処理工程を有する方法が好ましい。
[Method for producing carbon catalyst]
Although it does not specifically limit as a manufacturing method of a carbon catalyst, For example, the precursor preparation process which prepares the precursor containing a carbon raw material and a nitrogen raw material, The 1st heat treatment process of baking the said precursor and obtaining a carbon catalyst A method having a particle diameter adjusting step for adjusting the particle diameter of the carbon catalyst obtained in the first heat treatment step and a second heat treatment step for further heat treating the carbon catalyst is preferable.

〔前駆体調製工程〕
前駆体調製工程は、炭素原料及び窒素原料、又は、炭素原料、窒素原料及び遷移金属原料を複合化して前駆体を調製する工程である。
[Precursor preparation step]
The precursor preparation step is a step of preparing a precursor by combining a carbon raw material and a nitrogen raw material, or a carbon raw material, a nitrogen raw material, and a transition metal raw material.

(前駆体)
前駆体は、炭素原料及び窒素原料を複合化したものであっても、炭素原料、窒素原料、及び遷移金属原料を複合化したものであってもよい。前駆体は、必要に応じて他の成分も含むことができる。他の成分としては、特に限定されないが、例えば、ホウ素及び/又はリンを含有する化合物などが挙げられる。
(precursor)
The precursor may be a composite of a carbon raw material and a nitrogen raw material, or a composite of a carbon raw material, a nitrogen raw material, and a transition metal raw material. The precursor can also contain other components as required. Although it does not specifically limit as another component, For example, the compound etc. which contain boron and / or phosphorus are mentioned.

炭素原料、窒素原料、及び遷移金属原料は、それぞれ炭素原子、窒素原子、遷移金属原子を含有しているものであれば特に限定されず、一種類の化合物を複数の原子の原料としてもよいし、ある原子の原料として複数の化合物を用いてもよい。例えば、炭素原子、窒素原子及び遷移金属原子を含有する金属フタロシアニンのみを前駆体としてもよいし、炭素原子を含有するカーボンブラックと炭素原子及び窒素原子を含有するポリアニリンとを複合化したものを前駆体としてもよい。   The carbon raw material, the nitrogen raw material, and the transition metal raw material are not particularly limited as long as they each contain a carbon atom, a nitrogen atom, and a transition metal atom, and one kind of compound may be used as a raw material for a plurality of atoms. A plurality of compounds may be used as a raw material for a certain atom. For example, only a metal phthalocyanine containing a carbon atom, a nitrogen atom and a transition metal atom may be used as a precursor, or a composite of carbon black containing a carbon atom and polyaniline containing a carbon atom and a nitrogen atom is used as a precursor. It may be a body.

ここで、「複合化」とは、炭素原料及び窒素原料、又は、炭素原料、窒素原料及び遷移金属原料が物理的に混合している状態であってもよいし、炭素原料及び窒素原料、又は、炭素原料、窒素原料及び遷移金属原料が化学結合を形成している状態であってもよいが、それぞれが均一に分散していることが好ましい。   Here, “composite” may be a state in which a carbon raw material and a nitrogen raw material, or a carbon raw material, a nitrogen raw material and a transition metal raw material are physically mixed, a carbon raw material and a nitrogen raw material, or The carbon raw material, the nitrogen raw material, and the transition metal raw material may be in a state in which a chemical bond is formed, but it is preferable that they are uniformly dispersed.

(炭素原料)
炭素原料としては、特に限定されないが、例えば、炭化収率の高い有機化合物及び炭素材料そのものが挙げられる。ここで、「炭化収率の高い」とは、窒素ガス流通下で、1000℃、1時間熱処理を施して得られる炭素材料の収率が1質量%以上のことをいう。
(Carbon raw material)
Although it does not specifically limit as a carbon raw material, For example, the organic compound and carbon material itself with a high carbonization yield are mentioned. Here, “high carbonization yield” means that the yield of the carbon material obtained by heat treatment at 1000 ° C. for 1 hour under nitrogen gas flow is 1% by mass or more.

炭化収率の高い有機化合物としては、特に限定されないが、例えば、フェノール樹脂、ポリフルフリルアルコール、フラン、フラン樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂、ポリ塩化ビニリデン、ポリチオフェン、ポリスルフォン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリエステル、ポリ乳酸、ポリエ−テル、ポリエーテルエーテルケトン、セルロース、カルボキシメチルセルロース、リグニン、ピッチ、ポリカルバゾール、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル及びポリメタクリル酸が挙げられる。   The organic compound having a high carbonization yield is not particularly limited. For example, phenol resin, polyfurfuryl alcohol, furan, furan resin, phenol formaldehyde resin, epoxy resin, polyvinylidene chloride, polythiophene, polysulfone, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral. , Polyester, polylactic acid, polyether, polyetheretherketone, cellulose, carboxymethylcellulose, lignin, pitch, polycarbazole, polyacrylic acid, polyacrylic acid ester, polymethacrylic acid ester and polymethacrylic acid.

炭化収率の高い炭素材料そのものとしては、特に限定されないが、例えば、黒鉛、活性炭、アモルファスカーボン、カーボンブラック、石炭、木炭、コークス、カーボンナノチューブ、フラーレン及びグラフェンが挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   The carbon material itself having a high carbonization yield is not particularly limited, and examples thereof include graphite, activated carbon, amorphous carbon, carbon black, coal, charcoal, coke, carbon nanotube, fullerene, and graphene. These are used singly or in combination of two or more.

(窒素原料)
窒素原料としては、特に限定されないが、例えば、窒素原子を有する低分子の有機化合物、窒素原子を有する高分子の有機化合物を用いることができ、それらの2種以上の混合物であってもよい。
(Nitrogen raw material)
Although it does not specifically limit as a nitrogen raw material, For example, the low molecular organic compound which has a nitrogen atom, the high molecular organic compound which has a nitrogen atom can be used, and those 2 or more types of mixtures may be sufficient.

窒素原子を有する低分子の有機化合物としては、特に限定されないが、例えば、窒素原子を有する数平均分子量1000未満の有機化合物が挙げられる。このような有機化合物としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、ジアミノマレオニトリル、フタロシアニン、ポルフィリン、フェナントロリン、メラミン、アクリロニトリル、ピロール、ピリジン、ビニルピリジン、アニリン、イミダゾール、1−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾ−ル、ベンゾイミダゾ−ル、ピリダジン、ピリミジン、ピペラジン、キノキサリン、ピラゾール、モルホリン、ヒドラジン、ヒドラジド、尿素、サレン、トリアジン及びシアヌル酸が挙げられる。   Although it does not specifically limit as a low molecular organic compound which has a nitrogen atom, For example, the organic compound with a number average molecular weight less than 1000 which has a nitrogen atom is mentioned. Such an organic compound is not particularly limited, and specifically, for example, diaminomaleonitrile, phthalocyanine, porphyrin, phenanthroline, melamine, acrylonitrile, pyrrole, pyridine, vinylpyridine, aniline, imidazole, 1-methylimidazole, Examples include 2-methylimidazole, benzimidazole, pyridazine, pyrimidine, piperazine, quinoxaline, pyrazole, morpholine, hydrazine, hydrazide, urea, salen, triazine and cyanuric acid.

窒素原子を有する高分子の有機化合物としては、特に限定されないが、例えば、窒素原子を有する数平均分子量1000以上の有機化合物が挙げられる。このような有機化合物としては、特に限定されないが、具体的には、例えば、アズルミン酸、ジアミノマレオニトリル重合体、メラミン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−ポリメタクリル酸共重合体、ポリピロール、ポリビニルピロール、ポリビニルピリジン、ポリアニリン、ポリベンゾイミダゾ−ル、ポリイミド、ポリアミド、キチン、キトサン、ポリアミノ酸、絹、毛、核酸、DNA、RNA、ポリウレタン、ポリアミドアミン、ポリカルボジイミド、ポリビスマレイミド及びポリアミノビスマレイミドが挙げられる。炭素触媒は、このような窒素原料を用いて製造することにより、原子比(N/C)を適切な範囲内に保つことができる。   Although it does not specifically limit as a high molecular organic compound which has a nitrogen atom, For example, the organic compound with a number average molecular weight 1000 or more which has a nitrogen atom is mentioned. Such an organic compound is not particularly limited. Specifically, for example, azulmic acid, diaminomaleonitrile polymer, melamine resin, polyamideimide resin, polyacrylonitrile, polyacrylonitrile-polymethacrylic acid copolymer, polypyrrole. , Polyvinyl pyrrole, polyvinyl pyridine, polyaniline, polybenzimidazole, polyimide, polyamide, chitin, chitosan, polyamino acid, silk, hair, nucleic acid, DNA, RNA, polyurethane, polyamidoamine, polycarbodiimide, polybismaleimide and polyaminobis Maleimide is mentioned. A carbon catalyst can maintain an atomic ratio (N / C) in an appropriate range by manufacturing using such a nitrogen raw material.

このなかでも、窒素原料及び炭素原料として、アズルミン酸及び/又はジアミノマレオニトリルを含むことが好ましく、ジアミノマレオニトリルがより好ましい。アズルミン酸及び/又はジアミノマレオニトリルを含むことにより、炭素触媒の酸素還元活性がより向上する傾向にある。また、溶媒への溶解性がより高いジアミノマレオニトリルを含むことにより、遷移金属と窒素原料及び炭素原料との錯体形成が好適に進行し、ひいては、遷移金属がより均等に分散した炭素触媒が得られるため、炭素触媒の酸素還元活性がより向上する傾向にある。   Among these, it is preferable that azurmic acid and / or diaminomaleonitrile is included as a nitrogen raw material and a carbon raw material, and diaminomaleonitrile is more preferable. By including azulmic acid and / or diaminomaleonitrile, the oxygen reduction activity of the carbon catalyst tends to be further improved. Further, by containing diaminomaleonitrile having higher solubility in a solvent, complex formation of the transition metal with the nitrogen raw material and the carbon raw material proceeds favorably, and as a result, a carbon catalyst in which the transition metal is more evenly dispersed is obtained. Therefore, the oxygen reduction activity of the carbon catalyst tends to be further improved.

(遷移金属原料)
遷移金属原料としては、特に限定されないが、例えば、遷移金属塩、遷移金属錯体を用いることができ、それらの2種類以上の混合物であってもよい。遷移金属としては、特に限定されないが、例えば、Fe,Co,Ni,Cu,Mn,Crが好ましく、Fe,Co,Cuがより好ましく、Fe,Coがさらに好ましい。遷移金属塩としては、特に限定されないが、例えば、遷移金属の塩化物、臭化物、ヨウ化物、硝酸化物、硫酸化物、リン酸化物、酢酸化物、シアン化物が挙げられる。遷移金属錯体としては、例えば、遷移金属のアセチルアセトン錯体、シクロペンタジエニル錯体、フタロシアニン錯体、ポルフィリン錯体、フェナントロリン錯体が挙げられる。炭素触媒は、このような遷移金属を用いて製造することにより、酸素還元活性がより向上する傾向にある。
(Transition metal raw material)
Although it does not specifically limit as a transition metal raw material, For example, a transition metal salt and a transition metal complex can be used, and those 2 or more types of mixtures may be sufficient. Although it does not specifically limit as a transition metal, For example, Fe, Co, Ni, Cu, Mn, and Cr are preferable, Fe, Co, and Cu are more preferable, Fe and Co are further more preferable. The transition metal salt is not particularly limited, and examples thereof include transition metal chlorides, bromides, iodides, nitrates, sulfates, phosphates, acetates, and cyanides. Examples of transition metal complexes include transition metal acetylacetone complexes, cyclopentadienyl complexes, phthalocyanine complexes, porphyrin complexes, and phenanthroline complexes. A carbon catalyst tends to improve oxygen reduction activity by producing using such a transition metal.

具体的な鉄塩としては、特に限定されないが、例えば、塩化鉄(II)、塩化鉄(II)四水和物、塩化鉄(III)、塩化鉄(III)六水和物、臭化鉄(II)、臭化鉄(II)六水和物、臭化鉄(III)、臭化鉄(III)六水和物、ヘキサシアノ鉄(II)酸アンモニウム三水和物、ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム三水和物、ヘキサシアノ鉄(III)酸アンモニウム、ヘキサシアノ鉄(III)カリウム、ヘキサシアノ鉄(II)酸ナトリウム十水和物、ヘキサシアノ鉄(III)酸ナトリウム一水和物、硝酸鉄(II)六水和物、硝酸鉄(III)九水和物、チオシアン酸鉄(III)、炭酸鉄(II)、炭酸鉄(II)一水和物、ヘキサクロロ鉄(III)酸メチルアンモニウム、テトラクロロ鉄(II)酸テトラメチルアンモニウム、ペンタシアノニトロシル鉄(III)酸カリウム二水和物、ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム鉄(III)水和物、ペンタシアノニトロシル鉄(III)酸ナトリウム二水和物、アンミンペンタシアノ鉄(II)酸ナトリウム三水和物、アクアペンタシアノ鉄(II)酸ナトリウム七水和物、チオシアン酸鉄(II)三水和物、酢酸鉄、シュウ酸鉄(III)五水和物、シュウ酸鉄(II)二水和物、クエン酸鉄(III)三水和物、ヨウ化鉄(II)、ヨウ化鉄(II)四水和物、硫酸鉄(III)、硫酸鉄(III)九水和物、テトラクロロ鉄(II)酸アンモニウム、過塩素酸鉄(II)六水和物、過塩素酸鉄(III)六水和物、アクアペンタフルオロ鉄(III)酸カリウム、硫酸カリウム鉄(III)十二水和物、ビス(スルファト)鉄(II)二アンモニウム六水和物、トリス(硫酸)鉄(III)酸ナトリウム三水和物、リン酸鉄(III)二水和物、リン酸鉄(II)八水和物、硫酸鉄(II)七水和物、など等が例示できるが挙げられる。好ましくは、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、臭化鉄(II)、臭化鉄(III)、硝酸鉄(III)九水和物が例示できるが挙げられる。   Specific iron salts are not particularly limited. For example, iron (II) chloride, iron (II) chloride tetrahydrate, iron (III) chloride, iron (III) chloride hexahydrate, iron bromide (II), iron (II) bromide hexahydrate, iron (III) bromide, iron (III) bromide hexahydrate, ammonium hexacyanoferrate (II) trihydrate, iron hexacyanoferrate (II) Potassium acid trihydrate, ammonium hexacyanoferrate (III), potassium hexacyanoiron (III), sodium hexacyanoferrate (II) decahydrate, sodium hexacyanoferrate (III) monohydrate, iron nitrate (II ) Hexahydrate, iron (III) nitrate nonahydrate, iron (III) thiocyanate, iron (II) carbonate, iron (II) carbonate monohydrate, methylammonium hexachloroferrate (III), tetrachloro Tetramethy iron (II) acid Ammonium, potassium pentacyanonitrosyl iron (III) dihydrate, potassium iron (III) hexacyanoferrate (II), sodium pentacyanonitrosyl iron (III) dihydrate, ammine pentacyanoiron ( II) Sodium acid trihydrate, aquapentacyanoiron iron (II) sodium heptahydrate, iron (II) thiocyanate trihydrate, iron acetate, iron (III) oxalate pentahydrate, oxalic acid Iron (II) dihydrate, iron (III) citrate trihydrate, iron (II) iodide, iron (II) iodide tetrahydrate, iron (III) sulfate, iron (III) sulfate nine Hydrates, ammonium tetrachloroferrate (II), iron (II) perchlorate hexahydrate, iron (III) perchlorate hexahydrate, potassium aquapentafluoroiron (III), potassium iron sulfate (III) Twelve water Bis (sulfato) iron (II) diammonium hexahydrate, tris (sulfate) iron (III) sodium trihydrate, iron (III) phosphate dihydrate, iron (II) phosphate eight Examples thereof include hydrates, iron (II) sulfate heptahydrate, and the like. Preferable examples include iron (II) chloride, iron (III) chloride, iron (II) bromide, iron (III) bromide, and iron (III) nitrate nonahydrate.

具体的なコバルト塩としては、特に限定されないが、例えば、ヘキサシアノコバルト(III)酸カリウム、硝酸コバルト(II)六水和物、フッ化コバルト(II)、臭化コバルト(II)、臭化コバルト(II)六水和物、炭酸コバルト(II)、チオシアン酸コバルト(II)三水和物、酢酸コバルト(II)四水和物、酢酸コバルト(III)、塩化コバルト(II)、塩化コバルト(II)六水和物、テトラクロロコバルト(II)酸セシウム、ヘキサフルオロコバルト(III)酸カリウム、ヨウ化コバルト(II)、ヨウ化コバルト(II)六水和物、ヘキサニトロコバルト(III)酸カリウム、リン酸コバルト(II)、リン酸コバルト(II)八水和物、硫酸コバルト(II)、硫酸コバルト(II)七水和物、等が例示できるが挙げられる。好ましくは、塩化コバルト(II)、臭化コバルト(II)、硝酸コバルト(II)六水和物が例示できるが挙げられる。
具体的なニッケル塩としては、特に限定されないが、例えば、塩化ニッケル(II)、塩化ニッケル(II)六水和物、臭化ニッケル(II)、硝酸ニッケル(II)六水和物等が挙げられる。
Specific cobalt salts are not particularly limited, and examples thereof include potassium hexacyanocobalt (III), cobalt nitrate (II) hexahydrate, cobalt (II) fluoride, cobalt (II) bromide, and cobalt bromide. (II) hexahydrate, cobalt carbonate (II), cobalt thiocyanate (II) trihydrate, cobalt acetate (II) tetrahydrate, cobalt acetate (III), cobalt chloride (II), cobalt chloride ( II) Hexahydrate, cesium tetrachlorocobalt (II), potassium hexafluorocobalt (III), cobalt (II) iodide, cobalt (II) iodide hexahydrate, hexanitrocobalt (III) acid Examples include potassium, cobalt (II) phosphate, cobalt (II) phosphate octahydrate, cobalt (II) sulfate, cobalt (II) sulfate heptahydrate, etc. It can can be mentioned. Preferred examples include cobalt (II) chloride, cobalt (II) bromide, and cobalt (II) nitrate hexahydrate.
Specific nickel salts are not particularly limited, and examples thereof include nickel chloride (II), nickel chloride (II) hexahydrate, nickel bromide (II), nickel nitrate (II) hexahydrate and the like. It is done.

具体的な銅塩としては、特に限定されないが、例えば、塩化銅(II)、塩化銅(II)二水和物、臭化銅(II)、硝酸銅(II)二水和物等が挙げられる。   Specific copper salts are not particularly limited, and examples include copper (II) chloride, copper (II) chloride dihydrate, copper (II) bromide, copper nitrate (II) dihydrate, and the like. It is done.

具体的なマンガン塩としては、特に限定されないが、例えば、塩化マンガン(II)、臭化マンガン(II)、硝酸マンガン(II)四水和物等が挙げられる。   Specific examples of the manganese salt include, but are not limited to, manganese chloride (II), manganese bromide (II), manganese nitrate (II) tetrahydrate, and the like.

具体的なクロム塩としては、特に限定されないが、例えば、塩化クロム(III)、臭化クロム(III)、硝酸クロム(III)九水和物等が挙げられる。   Specific examples of the chromium salt include, but are not limited to, chromium (III) chloride, chromium (III) bromide, and chromium (III) nitrate nonahydrate.

前駆体中の遷移金属原子の含有量は、好ましくは0.01質量%〜10質量%であり、より好ましくは0.03質量%〜5質量%であり、さらに好ましくは0.05質量%〜3質量%である。前駆体中の遷移金属原子の含有量が上記範囲内であることにより、炭素触媒の酸素還元活性がより向上する傾向にある。   The content of the transition metal atom in the precursor is preferably 0.01% by mass to 10% by mass, more preferably 0.03% by mass to 5% by mass, and further preferably 0.05% by mass to 3% by mass. When the content of the transition metal atom in the precursor is within the above range, the oxygen reduction activity of the carbon catalyst tends to be further improved.

また、用いる炭素原料及び窒素原料によって、熱処理工程によって得られる炭素触媒中の窒素含有量が大きく異なるため、炭素触媒粉体の窒素原子と炭素原子との原子比(N/C)が上記範囲になるよう炭素原料と窒素原料との比率を調整することが好ましい。原子比(N/C)は、原子比(N/C)の高い窒素原料を用いる及び/又は前駆体中の窒素原料の比率を上げることにより大きく制御することができ、原子比(N/C)の低い窒素原料を用いる及び/又は前駆体中の窒素原料の比率を下げることにより小さく制御することができる。   In addition, since the nitrogen content in the carbon catalyst obtained by the heat treatment step varies greatly depending on the carbon raw material and nitrogen raw material used, the atomic ratio (N / C) of nitrogen atoms to carbon atoms in the carbon catalyst powder is within the above range. It is preferable to adjust the ratio of the carbon raw material and the nitrogen raw material. The atomic ratio (N / C) can be largely controlled by using a nitrogen raw material having a high atomic ratio (N / C) and / or increasing the ratio of the nitrogen raw material in the precursor. ) And / or lowering the ratio of the nitrogen source in the precursor can be controlled to be small.

窒素原料、炭素原料、及び遷移金属原料の複合化の方法としては、特に限定されないが、例えば、各原料が予め複合化した原料を前駆体として用いる方法、各原料を溶媒に溶かした後に蒸発乾固する方法、各原料をボールミル等で物理混合する方法等が挙げられる。また、複合化方法としては、特に限定されないが、例えば、一つの溶媒に全ての原料を溶解させてもよいが、それぞれ異なる溶媒に各原料を溶解させた後に各溶媒を混合してもよい。「各原料が予め複合化した」とは、例えば鉄フタロシアニン錯体のように単独の化合物で窒素原料、炭素原料及び遷移金属原料になるものを前駆体として用いる場合を指す。   The method for compounding the nitrogen material, the carbon material, and the transition metal material is not particularly limited. For example, a method using a material in which each material is compounded in advance as a precursor, evaporating and drying each material in a solvent. Examples thereof include a method of solidifying, a method of physically mixing each raw material with a ball mill or the like. The composite method is not particularly limited. For example, all raw materials may be dissolved in one solvent, but the respective solvents may be mixed after dissolving the respective raw materials in different solvents. “Each raw material is pre-complexed” refers to a case where a single compound such as an iron phthalocyanine complex that becomes a nitrogen raw material, a carbon raw material, and a transition metal raw material is used as a precursor.

溶媒として用いることができるものとしては、特に限定されないが、例えば、各原料の溶解度が高いものを好ましく用いることができる。溶媒は、1種類の溶液単独で用いてもよいし、2種以上の溶液を併用してもよい。   Although what can be used as a solvent is not specifically limited, For example, what has high solubility of each raw material can be used preferably. As the solvent, one type of solution may be used alone, or two or more types of solutions may be used in combination.

〔熱処理工程〕
熱処理工程は、炭素原料と、窒素原料と、を含む前駆体を熱処理して、炭素触媒を得る工程である。熱処理工程は、一段階の熱処理であってもよいが、二段階以上の熱処理であってもよい。また、熱処理工程を二段階以上で行う場合は、その間に他の工程を組み込んでもよい。熱処理工程は、前記前駆体を不活性ガス雰囲気下で熱処理する第1の熱処理工程と、前記第1の熱処理工程で処理された前駆体をアンモニア含有ガス雰囲気下で熱処理する第2の熱処理工程と、を含むことが好ましい。
[Heat treatment process]
The heat treatment step is a step of obtaining a carbon catalyst by heat-treating a precursor containing a carbon raw material and a nitrogen raw material. The heat treatment step may be a one-step heat treatment, but may be a two-step or more heat treatment. Moreover, when performing a heat processing process in two or more steps, you may incorporate another process in the meantime. The heat treatment step includes a first heat treatment step of heat-treating the precursor in an inert gas atmosphere, and a second heat treatment step of heat-treating the precursor treated in the first heat treatment step in an ammonia-containing gas atmosphere; It is preferable to contain.

このなかでも、熱処理工程において、前駆体を不活性ガス雰囲気下で熱処理する第1の熱処理工程と、前記第1の熱処理工程で得られた炭素触媒の粒子径を調整する粒子径調整工程と、前記粒子径を調整した炭素触媒をアンモニア含有ガス雰囲気下で熱処理する第2の熱処理工程とをこの順に行なうことが好ましい。不活性ガス雰囲気下における第1の熱処理工程は主に炭素化を目的とするものであり、アンモニア含有ガス雰囲気下における第2の熱処理工程は主に賦活化を目的とするものであり、このような熱処理工程を行うことで、酸素還元活性により優れる炭素触媒が得られる傾向にある。   Among these, in the heat treatment step, a first heat treatment step of heat-treating the precursor in an inert gas atmosphere, a particle diameter adjustment step of adjusting the particle size of the carbon catalyst obtained in the first heat treatment step, It is preferable to perform in this order the second heat treatment step in which the carbon catalyst having the adjusted particle diameter is heat-treated in an ammonia-containing gas atmosphere. The first heat treatment step in the inert gas atmosphere is mainly for the purpose of carbonization, and the second heat treatment step in the ammonia-containing gas atmosphere is mainly for the purpose of activation. By performing an appropriate heat treatment step, a carbon catalyst that is superior in oxygen reduction activity tends to be obtained.

(第1の熱処理工程)
第1の熱処理工程は、前記前駆体を不活性ガス雰囲気下で熱処理する。上記不活性ガスとしては、特に限定されないが、例えば、窒素、希ガス、真空等を用いることができる。不活性ガス雰囲気下における熱処理温度は、好ましくは400〜1500℃であり、より好ましくは500〜1400℃であり、さらに好ましくは550〜1300℃である。熱処理温度が400℃以上であることにより、前駆体の炭素化が十分に進行する傾向にある。また、熱処理温度が1500℃以下であることにより、十分な収率が得られる傾向にある。
(First heat treatment step)
In the first heat treatment step, the precursor is heat-treated in an inert gas atmosphere. Although it does not specifically limit as said inert gas, For example, nitrogen, a noble gas, a vacuum etc. can be used. The heat treatment temperature in an inert gas atmosphere is preferably 400 to 1500 ° C, more preferably 500 to 1400 ° C, and further preferably 550 to 1300 ° C. When the heat treatment temperature is 400 ° C. or higher, the carbonization of the precursor tends to proceed sufficiently. Further, when the heat treatment temperature is 1500 ° C. or less, a sufficient yield tends to be obtained.

不活性ガス雰囲気下における熱処理時間は、好ましくは5分〜50時間であり、より好ましくは10分〜20時間であり、さらに好ましくは20分〜10時間である。熱処理時間が5分以上であることにより、前駆体の炭素化が十分に進行する傾向にある。また、熱処理時間が50時間以下であることにより、十分な収率が得られる傾向にある。   The heat treatment time in an inert gas atmosphere is preferably 5 minutes to 50 hours, more preferably 10 minutes to 20 hours, and further preferably 20 minutes to 10 hours. When the heat treatment time is 5 minutes or longer, carbonization of the precursor tends to proceed sufficiently. Moreover, it exists in the tendency for sufficient yield to be acquired because heat processing time is 50 hours or less.

(第2の熱処理工程)
第2の熱処理工程は、第1の熱処理工程で処理された前駆体をアンモニア含有ガス雰囲気下で熱処理する。第2の熱処理工程における熱処理の対象は、上述したとおり粒子径調整工程を行った後の炭素触媒であってもよい。
(Second heat treatment step)
In the second heat treatment step, the precursor treated in the first heat treatment step is heat-treated in an ammonia-containing gas atmosphere. The target of the heat treatment in the second heat treatment step may be the carbon catalyst after performing the particle size adjustment step as described above.

アンモニア含有ガスとしては、特に限定されないが、例えば、アンモニアのみ、又はアンモニアを窒素や希ガスで希釈したガスを用いることが好ましい。アンモニア含有ガス雰囲気下における熱処理温度は、好ましくは600〜1200℃であり、より好ましくは700〜1100℃であり、さらに好ましくは800〜1050℃である。熱処理温度が600℃以上であることにより、前記細孔を形成した炭素触媒の賦活化が十分に進行し、酸素還元活性により優れる炭素触媒が得られる傾向にある。また、熱処理温度が1200℃以下であることにより、十分な収率が得られる傾向にある。   The ammonia-containing gas is not particularly limited. For example, it is preferable to use only ammonia or a gas obtained by diluting ammonia with nitrogen or a rare gas. The heat treatment temperature in an ammonia-containing gas atmosphere is preferably 600 to 1200 ° C, more preferably 700 to 1100 ° C, and still more preferably 800 to 1050 ° C. When the heat treatment temperature is 600 ° C. or higher, activation of the carbon catalyst having the pores proceeds sufficiently, and a carbon catalyst excellent in oxygen reduction activity tends to be obtained. Moreover, it exists in the tendency for sufficient yield to be acquired because heat processing temperature is 1200 degrees C or less.

アンモニア含有ガス雰囲気下における熱処理時間は、好ましくは5分〜5時間であり、より好ましくは10分〜3時間であり、さらに好ましくは15分〜2時間である。熱処理時間が5分以上であることにより、前記細孔を形成した炭素触媒の賦活化が十分に進行し、酸素還元活性により優れる炭素触媒が得られる傾向にある。また、熱処理時間が5時間以下であることにより、十分な収率が得られる傾向にある。   The heat treatment time in an ammonia-containing gas atmosphere is preferably 5 minutes to 5 hours, more preferably 10 minutes to 3 hours, and even more preferably 15 minutes to 2 hours. When the heat treatment time is 5 minutes or more, activation of the carbon catalyst having the pores proceeds sufficiently, and a carbon catalyst excellent in oxygen reduction activity tends to be obtained. Moreover, it exists in the tendency for sufficient yield to be acquired because heat processing time is 5 hours or less.

(遷移金属除去工程)
不活性ガス雰囲気下における第1の熱処理工程及び/又はアンモニア含有ガス雰囲気下における第2の熱処理工程の前後には、塩酸や硫酸等を用いて遷移金属の一部を除去してもよい。特に、熱処理によって表面に遷移金属粒子が生成する場合には、炭素触媒中の窒素原子濃度の低下の抑制の観点から、該熱処理工程後に遷移金属粒子を除去することが好ましい。遷移金属粒子のできやすさは遷移金属の種類、濃度、分散性、又は熱処理温度等によって変化する。また、遷移金属粒子の除去率を高めるために、不活性ガス雰囲気下での第1の熱処理工程及び/又はアンモニア含有ガス雰囲気下での第2の熱処理工程を複数のサブ工程に分割し、熱処理工程と遷移金属除去工程とを繰り返し行うことも好ましい。
(Transition metal removal process)
Before and after the first heat treatment step in the inert gas atmosphere and / or the second heat treatment step in the ammonia-containing gas atmosphere, a part of the transition metal may be removed using hydrochloric acid, sulfuric acid, or the like. In particular, when transition metal particles are generated on the surface by heat treatment, it is preferable to remove the transition metal particles after the heat treatment step from the viewpoint of suppressing a decrease in the concentration of nitrogen atoms in the carbon catalyst. The ease with which transition metal particles can be produced varies depending on the type, concentration, dispersibility, or heat treatment temperature of the transition metal. Further, in order to increase the removal rate of the transition metal particles, the first heat treatment step in the inert gas atmosphere and / or the second heat treatment step in the ammonia-containing gas atmosphere is divided into a plurality of sub-steps, and the heat treatment is performed. It is also preferable to repeat the process and the transition metal removing process.

〔粒子径調整工程〕
酸素還元活性の観点から、炭素触媒の平均粒子径(凝集粒子を含まない一次粒子の平均粒子径を意味する。)は60〜800nmであることが好ましく、80〜600nmであることがより好ましく、100〜500nmであることが更に好ましい。
平均粒子径の調整方法は、前駆体調製工程において前駆体の平均粒子径を制御してもよいし、熱処理工程後の炭素触媒を粉砕して調整してもよい。
[Particle size adjustment step]
From the viewpoint of oxygen reduction activity, the average particle size of the carbon catalyst (meaning the average particle size of primary particles not containing aggregated particles) is preferably 60 to 800 nm, more preferably 80 to 600 nm, More preferably, it is 100-500 nm.
In the method for adjusting the average particle size, the average particle size of the precursor may be controlled in the precursor preparation step, or the carbon catalyst after the heat treatment step may be pulverized and adjusted.

前駆体調製工程において前駆体の平均粒子径を制御する場合は、特に限定されないが、例えば、炭素原料、窒素原料及び遷移金属原料を含む溶液をスプレードライヤーにて造粒する方法や、重合によって微粒子を得る方法を用いることができる。   When controlling the average particle size of the precursor in the precursor preparation step, it is not particularly limited. For example, a method of granulating a solution containing a carbon raw material, a nitrogen raw material and a transition metal raw material with a spray dryer, or fine particles by polymerization Can be used.

また、粉砕方法としては、特に限定されないが、例えば、前駆体又は炭素触媒を、乾式ボールミル、乾式ジェットミル、湿式ビーズミル、湿式ジェットミル等にて粉砕する方法が挙げられる。投入可能な粒子径及び粉砕後の粒子径は粉砕装置によって異なるため、造粒法や複数の粉砕装置を組み合わせて段階的に微粒化することができる。乾式粉砕の場合は、必要に応じて分級してもよい。好ましい平均粒子径の範囲に効率的に調整するためには、まず乾式ボールミル、乾式ジェットミルで数十μm以下に粉砕した後に、湿式ビーズミル、湿式ジェットミルで60〜800nmの範囲に調整する方法が好ましい。   The pulverization method is not particularly limited, and examples thereof include a method of pulverizing the precursor or the carbon catalyst with a dry ball mill, a dry jet mill, a wet bead mill, a wet jet mill or the like. Since the particle diameter that can be charged and the particle diameter after pulverization differ depending on the pulverizing apparatus, it can be atomized stepwise by combining a granulation method and a plurality of pulverizing apparatuses. In the case of dry pulverization, classification may be performed as necessary. In order to efficiently adjust to a preferable average particle diameter range, first, a method of adjusting to a range of 60 to 800 nm with a wet bead mill or a wet jet mill after pulverizing to a few tens of μm or less with a dry ball mill or a dry jet mill. preferable.

湿式ビーズミル、湿式ジェットミルの溶媒は前駆体又は炭素触媒が分散しやすいものが好ましく、特に限定されないが、例えば、水、エタノール、イソプロピルアルコールやこれらの混合溶媒が挙げられる。湿式ビーズミル、湿式ジェットミルにて粒径を調整した場合の溶媒除去方法としては、特に限定されないが、生産性の観点から噴霧乾燥を好ましく用いることができる。   The solvent of the wet bead mill or the wet jet mill is preferably one in which the precursor or the carbon catalyst is easily dispersed, and is not particularly limited, and examples thereof include water, ethanol, isopropyl alcohol, and a mixed solvent thereof. The solvent removal method when the particle size is adjusted by a wet bead mill or a wet jet mill is not particularly limited, but spray drying can be preferably used from the viewpoint of productivity.

〔燃料電池用膜電極接合体〕
本実施形態の燃料電池用膜電極接合体は、上記積層体を含む正極、高分子電解質膜、及び負極がこの順に積層されてなる電極体を含む。
[Membrane electrode assembly for fuel cells]
The fuel cell membrane electrode assembly of the present embodiment includes an electrode body in which a positive electrode, a polymer electrolyte membrane, and a negative electrode including the laminate are laminated in this order.

〔高分子電解質膜〕
高分子電解質膜としては、特に限定されないが、例えば、ナフィオン(製品名)膜のような一般的な高分子電解質膜が挙げられる。
[Polymer electrolyte membrane]
The polymer electrolyte membrane is not particularly limited, and examples thereof include a general polymer electrolyte membrane such as a Nafion (product name) membrane.

〔正極〕
正極の構造は、触媒層(以下、負極触媒層と区別する必要がある場合は、「正極触媒層」と示す。)を含む一層または多層構造である。発電性能の観点から、図2に記載の正極触媒層、正極マイクロポーラス層、及び正極ガス拡散層からなる三層構造の正極が好ましい。正極は、上記積層体を含むものであり、上記積層体に含まれる上記触媒層を含むものである。
[Positive electrode]
The structure of the positive electrode is a single layer or a multilayer structure including a catalyst layer (hereinafter referred to as “positive electrode catalyst layer” when it is necessary to distinguish from the negative electrode catalyst layer). From the viewpoint of power generation performance, a positive electrode having a three-layer structure including the positive electrode catalyst layer, the positive electrode microporous layer, and the positive electrode gas diffusion layer shown in FIG. 2 is preferable. A positive electrode contains the said laminated body, and contains the said catalyst layer contained in the said laminated body.

(正極触媒層)
正極触媒層は炭素触媒を含み、更に、高分子電解質、導電助剤、例えばカーボンブラック等の添加物を含んでもよい。高分子電解質としては特に限定されないが、例えば、ナフィオンが挙げられる。電極触媒である炭素材料粉体と高分子電解質との重量比i/C(正極)=(高分子電解質の重量)/(炭素材料粉体の重量)は、好ましくは0.2〜5であり、より好ましくは0.3〜3であり、さらに好ましくは0.4〜2.5である。
(Cathode layer)
The positive electrode catalyst layer contains a carbon catalyst, and may further contain an additive such as a polymer electrolyte and a conductive additive such as carbon black. Although it does not specifically limit as a polymer electrolyte, For example, Nafion is mentioned. The weight ratio i / C (positive electrode) = (weight of polymer electrolyte) / (weight of carbon material powder) between the carbon material powder as the electrode catalyst and the polymer electrolyte is preferably 0.2 to 5. More preferably, it is 0.3-3, More preferably, it is 0.4-2.5.

酸素還元活性と酸素の供給速度との観点から炭素材料粉体の単位面積当たりの目付は、好ましくは0.1〜10mg/cm2であり、より好ましくは0.2〜5mg/cm2であり、さらに好ましくは0.3〜3mg/cm2である。 From the viewpoint of oxygen reduction activity and oxygen supply rate, the basis weight per unit area of the carbon material powder is preferably 0.1 to 10 mg / cm 2 , more preferably 0.2 to 5 mg / cm 2 . More preferably, it is 0.3-3 mg / cm < 2 >.

正極触媒層の膜厚は、好ましくは5〜500μmであり、より好ましくは10〜250μmであり、さらに好ましくは20〜100μmである。   The film thickness of the positive electrode catalyst layer is preferably 5 to 500 μm, more preferably 10 to 250 μm, and still more preferably 20 to 100 μm.

(正極マイクロポーラス層及び正極ガス拡散層)
正極マイクロポーラス層及び正極ガス拡散層は、反応基質(酸素)や反応生成物(水)の拡散の促進及び集電の役割を担う層である。正極マイクロポーラス層及び正極ガス拡散層としては、市販のガス拡散層やマイクロポーラス層付きガス拡散層及びそれらに撥水化もしくは親水化処理を施したものを好ましく用いることができる。
(Positive electrode microporous layer and positive electrode gas diffusion layer)
The positive electrode microporous layer and the positive electrode gas diffusion layer are layers that play a role of promoting diffusion of the reaction substrate (oxygen) and reaction product (water) and collecting current. As the positive electrode microporous layer and the positive electrode gas diffusion layer, commercially available gas diffusion layers, gas diffusion layers with a microporous layer, and those subjected to water repellency or hydrophilic treatment can be preferably used.

正極ガス拡散層としては、特に限定されないが、例えば、カーボンペーパー(例えば、東レ製TGP−H−030、060、090、120、SGL製Sigracet 10AA、24AA、25AA、34AA、35AA)、カーボンクロス(例えば、NuVant製Hydrophilic ELAT)、撥水処理カーボンペーパー(例えば、SGL製Sigracet 10BA,24BA、25BA、34BA、35BA)、撥水処理カーボンクロス(市販カーボンクロスをPTFE溶液に浸し、乾燥させることで得られる。)を好ましく用いることができる。   The positive electrode gas diffusion layer is not particularly limited. For example, carbon paper (for example, TGP-H-030, 060, 090, 120 manufactured by Toray, Sigracet 10AA, 24AA, 25AA, 34AA, 35AA manufactured by SGL), carbon cloth ( For example, NuVant Hydrophilic ELAT), water repellent treated carbon paper (for example, SGL's Sigracet 10BA, 24BA, 25BA, 34BA, 35BA), water repellent treated carbon cloth (obtained by dipping a commercially available carbon cloth in a PTFE solution and drying. Can be preferably used.

正極マイクロポーラス層付き正極ガス拡散層としては、特に限定されないが、例えば、カーボンペーパーにマイクロポーラス層をつけたもの(例えば、FuelCellsEtc製Freudenberg C2、C4、H2415C5)、撥水処理カーボンペーパーにマイクロポーラス層をつけたもの(例えば、SGL製Sigracet 10BB、10BC、24BC、25BC、34BC、35BC)、撥水処理カーボンクロスにマイクロポーラス層をつけたもの(例えば、NuVant製ELAT LT1400W、2400W)を好ましく用いることができる。   Although it does not specifically limit as a positive electrode gas diffusion layer with a positive electrode microporous layer, For example, what attached the microporous layer to carbon paper (For example, Freudenberg C2, C4, H2415C5 made from FuelCellsEtc), microporous to water-repellent treatment carbon paper It is preferable to use a layer with a layer (for example, SGRACE 10BB, 10BC, 24BC, 25BC, 34BC, 35BC manufactured by SGL), a water repellent carbon cloth with a microporous layer (for example, ELAT LT1400W, 2400W manufactured by NuVant). be able to.

〔負極〕
負極の構造は、触媒層(以下、正極触媒層と区別する必要がある場合は、「負極触媒層」と示す。)を含む一層または多層構造である。発電性能の観点から、図2に記載の負極触媒層、負極マイクロポーラス層、及び負極ガス拡散層からなる三層構造の負極が好ましい。
[Negative electrode]
The structure of the negative electrode is a single layer or a multilayer structure including a catalyst layer (hereinafter referred to as “negative electrode catalyst layer” when it is necessary to distinguish from the positive electrode catalyst layer). From the viewpoint of power generation performance, a negative electrode having a three-layer structure composed of the negative electrode catalyst layer, the negative electrode microporous layer, and the negative electrode gas diffusion layer shown in FIG. 2 is preferable.

(負極触媒層)
負極触媒層は、金属微粒子、例えば白金や白金ルテニウムを担体、例えばカーボンブラックに担持したものからなる電極触媒、及び高分子電解質を含み、更に導電助剤、例えばカーボンブラック等の添加物を含んでもよい。高分子電解質としては特に限定されないが、例えば、ナフィオンが挙げられる。負極の電極触媒と高分子電解質との重量比i/C(負極)=(高分子電解質の重量)/(負極の電極触媒の重量)は、好ましくは0.1〜3であり、より好ましくは0.2〜2であり、さらに好ましくは0.3〜1.5である。
(Negative electrode catalyst layer)
The negative electrode catalyst layer includes metal fine particles, for example, an electrode catalyst made of platinum or platinum ruthenium supported on a carrier, for example, carbon black, and a polymer electrolyte, and further includes a conductive additive, for example, an additive such as carbon black. Good. Although it does not specifically limit as a polymer electrolyte, For example, Nafion is mentioned. The weight ratio i / C (negative electrode) = (weight of polymer electrolyte) / (weight of negative electrode catalyst) of the negative electrode catalyst to the polymer electrolyte is preferably 0.1 to 3, more preferably. It is 0.2-2, More preferably, it is 0.3-1.5.

負極の電極触媒の塗布量は、好ましくは0.01〜10mgであり、より好ましくは0.02〜5mgであり、さらに好ましくは0.03〜3mgである。   The coating amount of the negative electrode catalyst is preferably 0.01 to 10 mg, more preferably 0.02 to 5 mg, and still more preferably 0.03 to 3 mg.

負極触媒層の膜厚は、好ましくは0.5〜500μmであり、より好ましくは1〜250μmであり、さらに好ましくは2〜100μmである。   The film thickness of the negative electrode catalyst layer is preferably 0.5 to 500 μm, more preferably 1 to 250 μm, and further preferably 2 to 100 μm.

(負極マイクロポーラス層及び負極ガス拡散層)
負極マイクロポーラス層及び負極ガス拡散層は反応基質(水素、メタノール)や反応生成物(二酸化炭素)の拡散の促進及び集電の役割を担う層であり、正極マイクロポーラス層および正極負極ガス拡散層と同様に市販のガス拡散層やマイクロポーラス層付きガス拡散層及びそれらに撥水化もしくは親水化処理を施したものを好ましく用いることができる。マイクロポーラス層及びガス拡散層は正極と負極で同じものを用いてもよいし、異なるものを用いてもよい。
(Negative electrode microporous layer and negative electrode gas diffusion layer)
The negative electrode microporous layer and the negative electrode gas diffusion layer are layers that play a role of promoting diffusion and collecting current of the reaction substrate (hydrogen, methanol) and the reaction product (carbon dioxide). The positive electrode microporous layer and the positive electrode negative electrode gas diffusion layer Similarly, commercially available gas diffusion layers, gas diffusion layers with a microporous layer, and those subjected to water repellency or hydrophilic treatment can be preferably used. The same microporous layer and gas diffusion layer may be used for the positive electrode and the negative electrode, or different ones may be used.

〔燃料電池用膜電極接合体の製造方法〕
MEAの製造方法は特に限定されず、例えば、触媒層の構成成分を溶媒中に分散させた触媒インクを負極側、正極側の両方用意し、高分子電解質膜の片方の主面ともう片方の主面にそれぞれ塗布して乾燥させ、乾燥後の触媒層にマイクロポーラス層付きガス拡散層を圧着する方法が挙げられる。この方法においては、高分子電解質膜が基材となる積層体が形成される。また、触媒インクをポリテトラフルオロエチレン等のフィルムに塗布・乾燥し、負極側と正極側で高分子電解質膜を挟んで熱圧着した後に両側の該フィルムを剥がして触媒層を高分子電解質膜上に転写し、マイクロポーラス層付きガス拡散層を該触媒層上に圧着する方法が挙げられる。この方法においては、ポリテトラフルオロエチレン等のフィルムが基材となる第一の積層体と、高分子電解質膜が基材となる第二の積層体とが形成される。また、前記インクをマイクロポーラス層付きガス拡散層に塗布・乾燥して触媒層を形成し、負極側と正極側で高分子電解質膜を挟んで熱圧着する方法等の一般的な方法を用いることができる。この方法においては、マイクロポーラス層付きガス拡散層が基材となる積層体が形成される。前述の項に記載したように、マイクロポーラス層付きガス拡散層は市販のものを使用することができる。
[Method for producing membrane electrode assembly for fuel cell]
The MEA production method is not particularly limited. For example, a catalyst ink in which constituent components of the catalyst layer are dispersed in a solvent is prepared on both the negative electrode side and the positive electrode side, and one main surface and the other of the polymer electrolyte membrane are prepared. Examples thereof include a method in which each of the main surfaces is applied and dried, and a gas diffusion layer with a microporous layer is pressure-bonded to the dried catalyst layer. In this method, a laminate having a polymer electrolyte membrane as a base material is formed. In addition, the catalyst ink is applied to a film such as polytetrafluoroethylene, dried, and thermocompression bonded with the polymer electrolyte membrane sandwiched between the negative electrode side and the positive electrode side, and then the catalyst layer is peeled off on the polymer electrolyte membrane. And a method in which a gas diffusion layer with a microporous layer is pressure-bonded onto the catalyst layer. In this method, a first laminate in which a film of polytetrafluoroethylene or the like is a base material and a second laminate in which a polymer electrolyte membrane is a base material are formed. In addition, a general method such as a method in which the ink is applied to a gas diffusion layer with a microporous layer and dried to form a catalyst layer, and a polymer electrolyte membrane is sandwiched between the negative electrode side and the positive electrode side is used. Can do. In this method, a laminate having a gas diffusion layer with a microporous layer as a base material is formed. As described in the foregoing section, a commercially available gas diffusion layer with a microporous layer can be used.

〔用途〕
本実施形態に係る積層体を含む膜電極接合体は、固体高分子形燃料電池及び直接メタノール形燃料電池に好適に用いることができる。本実施形態の固体高分子形燃料電池及び直接メタノール形燃料電池は、上記積層体及び/又は上記燃料電池用膜電極接合体を含み、高い発電性能を有する。
[Use]
The membrane electrode assembly including the laminate according to this embodiment can be suitably used for a polymer electrolyte fuel cell and a direct methanol fuel cell. The polymer electrolyte fuel cell and the direct methanol fuel cell of this embodiment include the laminate and / or the membrane electrode assembly for a fuel cell and have high power generation performance.

以下に実施例等を挙げて本実施形態をさらに詳細に説明するが、これらは例示的なものであり、本実施形態は以下の実施例に限定されるものではない。当業者は、以下に示す実施例に様々な変更を加えて本実施形態として実施することができ、係る変更は本発明の範囲に包含される。
分析方法は以下のとおりとした。
Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail with reference to examples and the like. However, these are illustrative, and the present embodiment is not limited to the following examples. A person skilled in the art can implement the present embodiment by making various modifications to the examples described below, and such modifications are included in the scope of the present invention.
The analysis method was as follows.

(V1及びV2の測定)
JIS R1655「ファインセラミックスの水銀圧入法による成形体気孔径分布試験方法」に従って実施例及び比較例で得られた触媒層の細孔径分布を測定した。具体的には、実施例及び比較例における積層体の作製工程の後に、触媒層をマイクロポーラス層付きガス拡散層から剥がし、その細孔径分布を測定した。測定装置には島津製作所製のオートポアIV9500を使用し、細孔径(直径)0.1〜1μmの範囲の細孔容積を積算しV1[cc/g]、0.01〜0.1μmの範囲の細孔容積を積算しV2[cc/g]とした。
(Measurement of V 1 and V 2)
The pore size distribution of the catalyst layers obtained in Examples and Comparative Examples was measured in accordance with JIS R1655 “Method for testing pore size distribution of molded ceramics by mercury porosimetry”. Specifically, the catalyst layer was peeled off from the gas diffusion layer with a microporous layer after the production steps of the laminates in Examples and Comparative Examples, and the pore size distribution was measured. Autopore IV9500 manufactured by Shimadzu Corporation is used as the measuring device, and the pore volume in the range of pore diameter (diameter) of 0.1 to 1 μm is integrated to obtain V 1 [cc / g], in the range of 0.01 to 0.1 μm. The pore volume was integrated to obtain V 2 [cc / g].

(空孔形状の指標I)
上記により測定されたV1及びV2に基づいて、実施例及び比較例で得られた触媒層におけるI=V1/V2を算出した。
(Indicator I of hole shape)
Based on V 1 and V 2 measured as described above, I = V 1 / V 2 in the catalyst layers obtained in Examples and Comparative Examples was calculated.

(N/C測定)
JIS M8819「石炭類及びコークス類−機器分析装置による元素分析方法」に従って実施例及び比較例で得られた炭素触媒中の炭素及び窒素の質量濃度を測定した。これを原子比に換算したものをN/Cとした。なお、測定装置にはヤナコテクニカルサイエンス製のCHNコーダーMT−6を使用した。
(N / C measurement)
The mass concentrations of carbon and nitrogen in the carbon catalysts obtained in Examples and Comparative Examples were measured according to JIS M8819 “Coal and cokes—elemental analysis method using instrumental analyzer”. N / C was calculated by converting this to an atomic ratio. Note that a CHN coder MT-6 manufactured by Yanaco Technical Science was used as the measuring apparatus.

(遷移金属の含有量の測定)
実施例及び比較例で得られた炭素触媒を空気流通下900℃で1時間熱処理して炭素及び窒素を焼き飛ばし、残渣を王水に溶解させてICP発光分光分析することによって炭素材料粉体中の遷移金属の含有量を測定した。測定装置にはエスアイアイ・ナノテクノロジー製のSPS3520UV−DDを使用した。
(Measurement of transition metal content)
The carbon catalysts obtained in the examples and comparative examples were heat-treated at 900 ° C. for 1 hour under air flow to burn off carbon and nitrogen, and the residue was dissolved in aqua regia and analyzed by ICP emission spectroscopic analysis. The transition metal content of was measured. SPS3520UV-DD made by SII Nano Technology was used as the measuring device.

[実施例1]
<前駆体調製工程>
2Lのナス型フラスコにジアミノマレオニトリル20g、塩化鉄(II)0.045g及びメタノール500gを加え、室温で12時間撹拌した。その後、50℃の水浴中にて、ロータリーエバポレーターを用いて溶媒を除去し、真空乾燥機にて80℃で2時間乾燥させて前駆体を得た。
[Example 1]
<Precursor preparation step>
To a 2 L eggplant-shaped flask, 20 g of diaminomaleonitrile, 0.045 g of iron (II) chloride and 500 g of methanol were added and stirred at room temperature for 12 hours. Then, the solvent was removed using a rotary evaporator in a 50 ° C. water bath, and the precursor was obtained by drying at 80 ° C. for 2 hours using a vacuum dryer.

<第1の熱処理工程>
調製した前駆体のうち20gをアルミナボートに載置し、それをボックス炉に収容した。炉内を大気圧、1NL/minの窒素流通下で60分間かけて室温から900℃まで昇温し、900℃のまま1時間保持することで4.1gの炭素触媒を得た。
<First heat treatment step>
20 g of the prepared precursor was placed on an alumina boat and accommodated in a box furnace. The inside of the furnace was heated from room temperature to 900 ° C. over 60 minutes under a nitrogen flow of 1 NL / min at atmospheric pressure, and kept at 900 ° C. for 1 hour to obtain 4.1 g of a carbon catalyst.

<平均粒子径調整工程>
前記炭素触媒を遊星ボールミル(フリッチュ・ジャパン(株)製のPulverisette−5を使用)にて直径10mmのジルコニアボールを用いて乾式粉砕することにより、平均粒子径を980nmに調整した。
<Average particle size adjustment step>
The carbon catalyst was dry-ground using a zirconia ball having a diameter of 10 mm in a planetary ball mill (Pulverisete-5 manufactured by Fritsch Japan Co., Ltd.) to adjust the average particle size to 980 nm.

次に、前記乾式粉砕した炭素触媒10g、イオン交換水300mL、エタノール300mLからなるスラリーを直径0.3mmのジルコニアビーズで粉砕し平均粒子径290nmの炭素触媒を含むスラリーを得た。ビーズミルには寿工業(株)製のウルトラアペックスミルを使用し、周速は2m/s、運転時間は2時間とした。   Next, a slurry comprising 10 g of the dry pulverized carbon catalyst, 300 mL of ion exchange water, and 300 mL of ethanol was pulverized with zirconia beads having a diameter of 0.3 mm to obtain a slurry containing a carbon catalyst having an average particle size of 290 nm. An ultra apex mill manufactured by Kotobuki Industries Co., Ltd. was used as the bead mill, the peripheral speed was 2 m / s, and the operation time was 2 hours.

前記スラリーを噴霧乾燥機(藤崎電機(株)製のMDL−015MGCを使用)にて乾燥した。具体的には、乾燥ガスとして200℃に加熱した窒素を350L/min、噴霧ガスとして窒素を36L/min、スラリーを15g/min流して噴霧乾燥した。   The slurry was dried with a spray dryer (using MDL-015MGC manufactured by Fujisaki Electric Co., Ltd.). Specifically, nitrogen heated to 200 ° C. as a drying gas was 350 L / min, nitrogen was sprayed as 36 L / min, and the slurry was sprayed and dried at 15 g / min.

<第2の熱処理工程>
前記の平均粒子径を調整した炭素触媒2.0gを石英ボートに載置し、それを内径36mmの石英管状炉に収容した。炉内を大気圧、1NL/minのアンモニアガス流通下で60分間かけて室温から975℃まで昇温し、975℃のまま1時間保持した。
<Second heat treatment step>
The carbon catalyst (2.0 g) having an adjusted average particle diameter was placed on a quartz boat and accommodated in a quartz tube furnace having an inner diameter of 36 mm. The inside of the furnace was heated from room temperature to 975 ° C. over 60 minutes under an atmospheric pressure, 1 NL / min ammonia gas flow, and kept at 975 ° C. for 1 hour.

<積層体の作製>
前記の第2の熱処理を行った炭素触媒から以下の方法で積層体を作製した。まず炭素触媒50mg、エタノール390mg及び直径1mmのジルコニアビーズ1.5gをポリプロピレン製のマイクロチューブに入れ、ビーズミル(サイエンティフィックインダストリーズ製、ディスラプター・ジェニー)で2850rpmにて10分混合した。次に、このマイクロチューブに20%ナフィオン溶液(和光純薬(株)製、DE2021CS)313mgを添加し、前記ビーズミルで2850rpmにて10分間混合し、インクを作製した。この正極インクをスクリーンプリンター(ミタニマイクロニクス(株)製のMEC−2400)にてマイクロポーラス層付きガス拡散層(SGL製、25BC)に塗布し、120℃で30分間乾燥して積層体を得た。基材の単位面積当たりの炭素触媒の塗布量(目付)は2.5mg/cm2だった。触媒層の空孔分布を図2に示すものであり、空孔形状の指標I=0.13だった。
<Production of laminate>
A laminate was produced from the carbon catalyst subjected to the second heat treatment by the following method. First, 50 mg of a carbon catalyst, 390 mg of ethanol, and 1.5 g of zirconia beads having a diameter of 1 mm were placed in a polypropylene microtube, and mixed at 2850 rpm for 10 minutes with a bead mill (manufactured by Scientific Industries, Disruptor Jenny). Next, 313 mg of a 20% Nafion solution (DE2021CS, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to the microtube and mixed at 2850 rpm for 10 minutes with the bead mill to prepare an ink. This positive electrode ink was applied to a gas diffusion layer with a microporous layer (SGL, 25BC) with a screen printer (MEC-2400 manufactured by Mitani Micronics Co., Ltd.) and dried at 120 ° C. for 30 minutes to obtain a laminate. It was. The carbon catalyst coating amount (unit weight) per unit area of the substrate was 2.5 mg / cm 2 . The pore distribution of the catalyst layer is shown in FIG. 2, and the pore shape index I = 0.13.

<MEAの作製>
前記の正極(正極触媒層−正極マイクロポーラス層−正極ガス拡散層)の上に、高分子電解質膜(ナフィオン膜:デュポン製、NR211)、負極(白金−ルテニウム担持触媒付きガス拡散層:(株)ケミックス製、白金−ルテニウム0.5mg/cm2担持)を載せた電極体を作製し、150℃、0.2MPaにて熱圧着してMEAを得た。
<Production of MEA>
On the positive electrode (positive electrode catalyst layer-positive electrode microporous layer-positive electrode gas diffusion layer), a polymer electrolyte membrane (Nafion membrane: manufactured by DuPont, NR211), a negative electrode (platinum-ruthenium-supported gas diffusion layer: (stock) ) Produced an electrode body on which platinum-ruthenium 0.5 mg / cm 2 supported by Chemix was mounted, and thermocompression bonded at 150 ° C. and 0.2 MPa to obtain MEA.

<燃料電池評価>
上記のMEAの発電評価をポテンショスタット(ソーラトロン製)にて実施した。負極には80℃で加湿した水素を0.1MPaGで供給し、正極には80℃で加湿した空気を0.1MPaGで供給し、セル温度は80℃にして電流電圧特性を測定した。0.6Vでの電流密度は150mA/cm2であった。当該電流密度が高いほど発電性能が高いと判定した。
<Fuel cell evaluation>
The power generation evaluation of the above MEA was performed with a potentiostat (manufactured by Solartron). Hydrogen that was humidified at 80 ° C. was supplied at 0.1 MPaG to the negative electrode, air that was humidified at 80 ° C. was supplied at 0.1 MPaG, and the cell voltage was 80 ° C., and current-voltage characteristics were measured. The current density at 0.6 V was 150 mA / cm 2 . It was determined that the power generation performance was higher as the current density was higher.

[比較例1]
<積層体の作製>
実施例1の第2の熱処理後に得られた炭素触媒から以下の方法で積層体を作製した。まず炭素触媒50mg、エタノール390mgをガラス瓶に入れ、マグネチックスターラーで1時間撹拌した。次に、このガラス瓶に20%ナフィオン溶液(和光純薬(株)製、DE2021CS)313mgを添加し、マグネチックスターラーで一晩撹拌しインクを作製した。この正極インクをスクリーンプリンターにてマイクロポーラス層付きガス拡散層(SGL製、25BC)に塗布し、120℃で30分間乾燥して積層体を得た。基材単位面積あたりの炭素触媒の塗布量(目付)は2.5mg/cm2だった。触媒層の空孔分布を図2に示すものであり、空孔形状の指標I=0.56だった。
[Comparative Example 1]
<Production of laminate>
A laminate was produced from the carbon catalyst obtained after the second heat treatment in Example 1 by the following method. First, 50 mg of a carbon catalyst and 390 mg of ethanol were placed in a glass bottle and stirred for 1 hour with a magnetic stirrer. Next, 313 mg of 20% Nafion solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., DE2021CS) was added to this glass bottle and stirred overnight with a magnetic stirrer to prepare ink. This positive electrode ink was applied to a gas diffusion layer with a microporous layer (manufactured by SGL, 25BC) with a screen printer and dried at 120 ° C. for 30 minutes to obtain a laminate. The coating amount (weight per unit area) of the carbon catalyst per unit substrate area was 2.5 mg / cm 2 . The pore distribution of the catalyst layer is shown in FIG. 2, and the pore shape index I = 0.56.

<MEAの作製>
前記の正極(正極触媒層−正極マイクロポーラス層−正極ガス拡散層)から、実施例1と同様にMEAを作製した。
<Production of MEA>
An MEA was produced in the same manner as in Example 1 from the positive electrode (positive electrode catalyst layer-positive electrode microporous layer-positive electrode gas diffusion layer).

<燃料電池評価>
前記のMEAの発電性能を実施例1と同様に評価した。0.6Vでの電流密度は50mA/cm2であった。当該電流密度は実施例1のMEAと比べて発電性能が低いものであった。
<Fuel cell evaluation>
The power generation performance of the MEA was evaluated in the same manner as in Example 1. The current density at 0.6 V was 50 mA / cm 2 . The current density was lower in power generation performance than the MEA of Example 1.

図3に、実施例1及び比較例1の燃料電池用膜電極接合体の触媒層の空孔形状分布を示す。図3に示すように、細孔容積V1と細孔容積V2の比率(空孔形状の指標I)が所定の範囲内であることにより、発電性能に優れることがわかる。 FIG. 3 shows the pore shape distribution of the catalyst layers of the fuel cell membrane electrode assemblies of Example 1 and Comparative Example 1. As shown in FIG. 3, it can be seen that the power generation performance is excellent when the ratio between the pore volume V 1 and the pore volume V 2 (the pore shape index I) is within a predetermined range.

本発明の積層体から得られる膜電極接合体は、固体高分子形燃料電池及び直接メタノール形燃料電池等の電極として産業上の利用可能性を有する。   The membrane electrode assembly obtained from the laminate of the present invention has industrial applicability as an electrode for solid polymer fuel cells and direct methanol fuel cells.

Claims (12)

炭素触媒を有する触媒層と、基材と、を含み、
前記触媒層の下記式(1)で表される空孔形状の指標Iが、0〜0.4である、
積層体。
(空孔形状の指標I)=(水銀圧入法による細孔径(直径)0.1〜1μmの細孔容積V1[cc/g])/(水銀圧入法による細孔径(直径)0.01〜0.1μmの細孔容積V2[cc/g])・・・・式(1)
Including a catalyst layer having a carbon catalyst, and a substrate,
The pore shape index I represented by the following formula (1) of the catalyst layer is 0 to 0.4,
Laminated body.
(Indicator I of pore shape) = (pore diameter (diameter) by mercury intrusion method 0.1 to 1 μm pore volume V 1 [cc / g]) / (pore diameter (diameter) 0.01 by mercury intrusion method) ~ 0.1 μm pore volume V 2 [cc / g]) Formula (1)
前記炭素触媒の窒素原子と炭素原子との原子比(N/C)が、0.005〜0.3である、請求項1に記載の積層体。   The layered product according to claim 1 whose atomic ratio (N / C) of the nitrogen atom of said carbon catalyst and a carbon atom is 0.005-0.3. 前記炭素触媒が遷移金属をさらに含む、請求項1又は2に記載の積層体。   The laminate according to claim 1 or 2, wherein the carbon catalyst further contains a transition metal. 前記遷移金属が、鉄及び/又はコバルトを含む、請求項3に記載の積層体。   The laminate according to claim 3, wherein the transition metal includes iron and / or cobalt. 前記遷移金属の含有量が、前記炭素触媒100質量%に対して、0.1〜20質量%である、請求項3又は4に記載の積層体。   The laminate according to claim 3 or 4, wherein a content of the transition metal is 0.1 to 20% by mass with respect to 100% by mass of the carbon catalyst. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の積層体を含む正極、高分子電解質膜、及び負極がこの順に積層されてなる電極体を含む、燃料電池用膜電極接合体。   A membrane electrode assembly for a fuel cell, comprising an electrode body in which a positive electrode, a polymer electrolyte membrane, and a negative electrode comprising the laminate according to any one of claims 1 to 5 are laminated in this order. 炭素触媒、アイオノマー、及び溶媒を含むスラリーをビーズミルで混合することによって触媒インクを調製するインク調製工程と、
前記触媒インクを基材に塗布する塗布工程と、
前記基材に塗布された前記触媒インクを乾燥させて、前記炭素触媒を有する前記触媒層を形成することにより、前記触媒層と前記基材とを含む積層体を得る乾燥工程と、を有する、
積層体の製造方法。
An ink preparation step of preparing a catalyst ink by mixing a slurry containing a carbon catalyst, an ionomer, and a solvent in a bead mill;
An application step of applying the catalyst ink to a substrate;
Drying the catalyst ink applied to the substrate to form the catalyst layer having the carbon catalyst, thereby obtaining a laminate including the catalyst layer and the substrate, and
A manufacturing method of a layered product.
前記ビーズミルで使用するビーズの材質が、ジルコニア、イットリア安定化ジルコニア、及びイットリア部分安定化ジルコニアからなる群より選択される1種以上である、請求項7に記載の積層体の製造方法。   The manufacturing method of the laminated body of Claim 7 whose material of the bead used with the said bead mill is 1 or more types selected from the group which consists of a zirconia, a yttria stabilized zirconia, and a yttria partially stabilized zirconia. 前記ビーズミルで使用するビーズの平均直径が、0.1〜5mmである、請求項7又は8に記載の積層体の製造方法。   The manufacturing method of the laminated body of Claim 7 or 8 whose average diameter of the bead used with the said bead mill is 0.1-5 mm. 前記触媒インクを前記基材にスクリーンプリンターで塗布する塗布工程を有する、請求項7〜9のいずれか1項に記載の積層体の製造方法。   The manufacturing method of the laminated body of any one of Claims 7-9 which has an application | coating process which apply | coats the said catalyst ink to the said base material with a screen printer. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の積層体、及び/又は、請求項6に記載の燃料電池用膜電極接合体を含む、固体高分子形燃料電池。   A polymer electrolyte fuel cell comprising the laminate according to any one of claims 1 to 5 and / or the membrane electrode assembly for a fuel cell according to claim 6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の積層体、及び/又は、請求項6に記載の燃料電池用膜電極接合体を含む、直接メタノール形燃料電池。   A direct methanol fuel cell comprising the laminate according to any one of claims 1 to 5 and / or the membrane electrode assembly for a fuel cell according to claim 6.
JP2015218695A 2015-11-06 2015-11-06 Laminate and method for producing the same, membrane-electrode assembly for fuel cell, polymer electrolyte fuel cell, and direct methanol fuel cell Pending JP2017091736A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015218695A JP2017091736A (en) 2015-11-06 2015-11-06 Laminate and method for producing the same, membrane-electrode assembly for fuel cell, polymer electrolyte fuel cell, and direct methanol fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015218695A JP2017091736A (en) 2015-11-06 2015-11-06 Laminate and method for producing the same, membrane-electrode assembly for fuel cell, polymer electrolyte fuel cell, and direct methanol fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017091736A true JP2017091736A (en) 2017-05-25

Family

ID=58767959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015218695A Pending JP2017091736A (en) 2015-11-06 2015-11-06 Laminate and method for producing the same, membrane-electrode assembly for fuel cell, polymer electrolyte fuel cell, and direct methanol fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2017091736A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113054210A (en) * 2021-03-22 2021-06-29 中南大学 Oxygen reduced iron-iron nitride @ monoatomic iron and nitrogen co-doped amorphous carbon-carbon black composite catalyst and preparation and application thereof
WO2021132475A1 (en) * 2019-12-27 2021-07-01 Agc株式会社 Catalyst layer, liquid for forming catalyst layer, and membrane electrode assembly
WO2022172947A1 (en) * 2021-02-09 2022-08-18 エヌ・イー ケムキャット株式会社 Method of producing electrode catalyst, method of producing gas diffusion electrode, and method of producing membrane/electrode assembly
WO2022172948A1 (en) * 2021-02-09 2022-08-18 エヌ・イー ケムキャット株式会社 Method for producing electrode catalyst, method for producing gas diffusion electrode, and method for producing film-electrode joint body

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006253030A (en) * 2005-03-11 2006-09-21 Toshiba Corp Cathode electrode for liquid fuel type solid high polymer fuel cell, and the liquid fuel type solid high polymer fuel cell
JP2008071617A (en) * 2006-09-14 2008-03-27 Toppan Printing Co Ltd Electrode catalyst layer for solid polymer fuel cell and its manufacturing method
JP2009199935A (en) * 2008-02-22 2009-09-03 Nissan Motor Co Ltd Membrane electrode assembly
WO2011010339A1 (en) * 2009-07-21 2011-01-27 株式会社 東芝 Fuel cell
JP2012101155A (en) * 2010-11-08 2012-05-31 Gunma Univ Carbon catalyst and process for production thereof, and electrode and battery using the same
JP2012110839A (en) * 2010-11-25 2012-06-14 Daihatsu Motor Co Ltd Catalyst composition

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006253030A (en) * 2005-03-11 2006-09-21 Toshiba Corp Cathode electrode for liquid fuel type solid high polymer fuel cell, and the liquid fuel type solid high polymer fuel cell
JP2008071617A (en) * 2006-09-14 2008-03-27 Toppan Printing Co Ltd Electrode catalyst layer for solid polymer fuel cell and its manufacturing method
JP2009199935A (en) * 2008-02-22 2009-09-03 Nissan Motor Co Ltd Membrane electrode assembly
WO2011010339A1 (en) * 2009-07-21 2011-01-27 株式会社 東芝 Fuel cell
JP2012101155A (en) * 2010-11-08 2012-05-31 Gunma Univ Carbon catalyst and process for production thereof, and electrode and battery using the same
JP2012110839A (en) * 2010-11-25 2012-06-14 Daihatsu Motor Co Ltd Catalyst composition

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021132475A1 (en) * 2019-12-27 2021-07-01 Agc株式会社 Catalyst layer, liquid for forming catalyst layer, and membrane electrode assembly
WO2022172947A1 (en) * 2021-02-09 2022-08-18 エヌ・イー ケムキャット株式会社 Method of producing electrode catalyst, method of producing gas diffusion electrode, and method of producing membrane/electrode assembly
WO2022172948A1 (en) * 2021-02-09 2022-08-18 エヌ・イー ケムキャット株式会社 Method for producing electrode catalyst, method for producing gas diffusion electrode, and method for producing film-electrode joint body
CN113054210A (en) * 2021-03-22 2021-06-29 中南大学 Oxygen reduced iron-iron nitride @ monoatomic iron and nitrogen co-doped amorphous carbon-carbon black composite catalyst and preparation and application thereof
CN113054210B (en) * 2021-03-22 2024-04-16 中南大学 Oxygen reduced iron-ferroferric nitride @ monoatomic iron and nitrogen co-doped amorphous carbon-carbon black composite catalyst and preparation and application thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fu et al. Boosting bifunctional oxygen electrocatalysis with 3D graphene aerogel‐supported Ni/MnO particles
Guo et al. Nitrogen‐doped porous carbon supported nonprecious metal single‐atom electrocatalysts: from synthesis to application
Zhou et al. A review of graphene‐based nanostructural materials for both catalyst supports and metal‐free catalysts in PEM fuel cell oxygen reduction reactions
Chen et al. From bimetallic metal-organic framework to porous carbon: high surface area and multicomponent active dopants for excellent electrocatalysis
Li et al. High‐performance direct methanol fuel cells with precious‐metal‐free cathode
US9502719B2 (en) Cathode catalysts for fuel cell application derived from polymer precursors
Daş et al. Graphene nanoplatelets-carbon black hybrids as an efficient catalyst support for Pt nanoparticles for polymer electrolyte membrane fuel cells
KR101679809B1 (en) Preparation method of N-doped carbon-supported Pt catalyst and N-doped carbon-supported Pt catalyst using the same
US9947936B2 (en) Oxygen reduction catalyst and method for producing same
Daş et al. Comparison of two different catalyst preparation methods for graphene nanoplatelets supported platinum catalysts
Jung et al. Improved durability of Pt catalyst supported on N-doped mesoporous graphitized carbon for oxygen reduction reaction in polymer electrolyte membrane fuel cells
Baruah et al. Performance and application of carbon-based electrocatalysts in direct methanol fuel cell
TW201940423A (en) Carbon-based composite for oxygen reduction catalyst, method for manufacturing the same and use thereof
US9634331B2 (en) Non-PGM cathode catalysts for fuel cell application derived from heat treated heteroatomic amines precursors
WO2015137377A1 (en) Nitrogen-containing carbon material and method for manufacturing same, and slurry, ink, and electrode for fuel cell
Rahsepar et al. A combined physicochemical and electrocatalytic study of microwave synthesized tungsten mono-carbide nanoparticles on multiwalled carbon nanotubes as a co-catalyst for a proton-exchange membrane fuel cell
JP2017091736A (en) Laminate and method for producing the same, membrane-electrode assembly for fuel cell, polymer electrolyte fuel cell, and direct methanol fuel cell
KR101753126B1 (en) Manufacturing method of graphene/platinum-gold nano composite and graphene/platinum-gold 3D nano composite using the same
JP2018012626A (en) Porous carbon material, catalyst for solid polymer shaped fuel cell, solid polymer shaped fuel cell and manufacturing method of porous carbon material
Hassan et al. Cobalt-doped carbon nitride supported on ordered mesoporous carbon as noble metal-free oxygen reduction electrocatalysts
Gupta et al. Highly purified CNTs: an exceedingly efficient catalyst support for PEM fuel cell
Park et al. Pt nanoparticle-reduced graphene oxide nanohybrid for proton exchange membrane fuel cells
Zheng et al. Zn-induced defect engineering to activate bimetallic NiCo alloy@ nitrogen-doped graphene hybrid nanomaterials for enhanced oxygen reduction reaction
JP2019218231A (en) Nitrogen-containing carbon material and method of manufacturing the same, and fuel cell electrode
Oh et al. Spray pyrolysis facilitated construction of carbon nanotube-embedded hollow CoFe electrocatalysts demonstrating excellent durability and activity for the oxygen reduction reaction

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20160401

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160523

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180726

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190612

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190620

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190816

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20191202