JP2018198182A - Electrode catalyst layer for fuel cell and method of producing the same - Google Patents

Electrode catalyst layer for fuel cell and method of producing the same Download PDF

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Abstract

To suppress a decrease in proton conductivity of an electrode catalyst layer for a fuel cell and furthermore improve durability of a metal catalyst particle included in the electrode catalyst layer.SOLUTION: An electrode catalyst layer 900 for a fuel cell is constituted of: an electrode catalyst 500 in which a metal catalyst particle 400 is carried by a carrier particle 300; and an electrolyte resin 800. Surfaces of the metal catalyst particle 400 and the carrier particle 300 are coated with the electrolyte resin 800. Concentration of an ion exchange group of an electrolyte resin 600 in a region in proximity to a surface of the metal catalyst particle 400 is lower than concentration of an ion exchange group of an electrolyte resin 700 in a region with which the surface of the carrier particle 300 is coated.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ポータブル電源、携帯機器用電源、電気自動車用電源、家庭内コージェネレーションシステム等に使用する燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell for use in a portable power source, a power source for portable devices, a power source for electric vehicles, a domestic cogeneration system, and the like.

従来の一般的な燃料電池は、電解質膜の両側にアノードとカソードを形成した電解質膜−電極接合体を備え、少なくとも水素を含む燃料ガスをアノードに供給し、少なくとも酸素を含む酸化剤ガスをカソードに供給することにより発電する。   A conventional general fuel cell includes an electrolyte membrane-electrode assembly in which an anode and a cathode are formed on both sides of an electrolyte membrane, supplies a fuel gas containing at least hydrogen to the anode, and an oxidant gas containing at least oxygen as a cathode. To generate electricity.

また、アノードおよびカソードは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応を促進するために、化学的に安定な担体粒子の表面に金属触媒粒子が高分散担持された電極触媒と、プロトン伝導性の電解質樹脂からなる電極触媒層を有している。   In addition, the anode and the cathode are provided with an electrocatalyst in which metal catalyst particles are supported in a highly dispersed manner on the surface of a chemically stable carrier particle in order to promote an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and proton conductivity. The electrode catalyst layer is made of an electrolyte resin.

通常、電解質樹脂のイオン交換基には、強酸性のスルホン酸基が用いられている。この強酸性のスルホン酸基を有する電解質樹脂が、電極触媒を構成する金属触媒粒子に近接する領域に被覆されることで、金属触媒粒子のイオン化が促進され、燃料電池用電極触媒層の電極触媒の活性が低下してしまう。   Usually, a strongly acidic sulfonic acid group is used as the ion exchange group of the electrolyte resin. The electrolyte resin having a strongly acidic sulfonic acid group is coated in a region close to the metal catalyst particles constituting the electrode catalyst, whereby ionization of the metal catalyst particles is promoted, and the electrode catalyst of the electrode catalyst layer for the fuel cell The activity of is reduced.

その課題を解決するために、イオン交換基を含まないフッ素化合物の分散液と電極触媒とを混合することで、金属触媒粒子および担体粒子の表面にイオン交換基を含まないフッ素化合物を被覆した電極触媒を燃料電池に用いることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In order to solve the problem, an electrode in which the surface of metal catalyst particles and carrier particles is coated with a fluorine compound not containing an ion exchange group by mixing a dispersion of the fluorine compound not containing an ion exchange group and an electrode catalyst. It has been proposed to use a catalyst for a fuel cell (see, for example, Patent Document 1).

この電極触媒と電解質樹脂とで構成された燃料電池用電極触媒層では、電解質樹脂の強酸性のイオン交換基が電極触媒の金属触媒粒子と接触することを抑制できるため、金属触媒粒子のイオン化が低減され、金属触媒粒子の耐久性を向上させている。   In the fuel cell electrode catalyst layer composed of the electrode catalyst and the electrolyte resin, since the strongly acidic ion exchange groups of the electrolyte resin can be prevented from coming into contact with the metal catalyst particles of the electrode catalyst, the ionization of the metal catalyst particles is prevented. As a result, the durability of the metal catalyst particles is improved.

国際公開第2014/126077号International Publication No. 2014/126077

しかしながら、前記従来の構成では、金属触媒粒子の表面だけでなく、担体粒子の表面にも、イオン交換基を含まないフッ素化合物が被覆されるため、この電極触媒と電解質樹脂とで構成された燃料電池用電極触媒層では、担体粒子に被覆された電解質樹脂のイオン交換基の濃度が低下するため、酸性度の低下やプロトンの拡散経路の減少が生じる。   However, in the conventional structure, not only the surface of the metal catalyst particles but also the surface of the carrier particles are coated with a fluorine compound that does not contain an ion exchange group. Therefore, a fuel composed of this electrode catalyst and an electrolyte resin is used. In the battery electrode catalyst layer, the concentration of the ion exchange groups of the electrolyte resin coated with the carrier particles is lowered, so that the acidity is lowered and the proton diffusion path is reduced.

また、イオン交換基の外周部には水が配位するため、イオン交換基の濃度の低下に伴って、担体粒子の表面に被覆された電解質樹脂の含水率も減少する。その結果、担体粒子の表面の電解質樹脂のプロトン伝導率が低下するという課題があった。   In addition, since water is coordinated on the outer peripheral portion of the ion exchange group, the water content of the electrolyte resin coated on the surface of the carrier particles is reduced as the concentration of the ion exchange group is decreased. As a result, there has been a problem that the proton conductivity of the electrolyte resin on the surface of the carrier particles is lowered.

更に、従来のフッ素化合物の分散液と電極触媒とを混合する製造方法では、イオン交換基を含まないフッ素化合物の層が、金属触媒粒子の表面に厚く被覆される領域が形成されるので、金属触媒粒子の近傍のプロトン伝導率も低下するという課題を有していた。   Furthermore, in the conventional manufacturing method in which the dispersion of the fluorine compound and the electrode catalyst are mixed, a region in which the surface of the metal catalyst particle is thickly coated with the fluorine compound layer not containing the ion exchange group is formed. There was a problem that the proton conductivity in the vicinity of the catalyst particles also decreased.

そこで、本発明は、従来の課題に鑑み、燃料電池用電極触媒層のプロトン伝導率の低下
を抑制しながら、金属触媒粒子の耐久性を向上させることを目的としている。
Then, in view of the conventional subject, this invention aims at improving the durability of a metal catalyst particle, suppressing the fall of the proton conductivity of the electrode catalyst layer for fuel cells.

前記従来の課題を解決するために、本発明による燃料電池用電極触媒層は、金属触媒粒子が担体粒子に担持された電極触媒と、電解質樹脂と、で構成された燃料電池用電極触媒層であって、金属触媒粒子と担体粒子の表面は電解質樹脂で被覆され、金属触媒粒子の表面に近接する領域の電解質樹脂のイオン交換基の濃度が、担体粒子の表面を被覆している領域の電解質樹脂のイオン交換基の濃度よりも低いことを特徴とする燃料電池用電極触媒層とする。   In order to solve the above-mentioned conventional problems, a fuel cell electrode catalyst layer according to the present invention is a fuel cell electrode catalyst layer comprising an electrode catalyst in which metal catalyst particles are supported on carrier particles and an electrolyte resin. The surfaces of the metal catalyst particles and the carrier particles are coated with an electrolyte resin, and the concentration of the ion exchange group of the electrolyte resin in the region close to the surface of the metal catalyst particles is the region of the electrolyte that covers the surface of the carrier particles. The electrode catalyst layer for a fuel cell is characterized by being lower than the concentration of ion exchange groups in the resin.

この構成により、担体粒子の表面に被覆された電解質樹脂のイオン交換基の濃度および含水率を低下させることなく、金属触媒粒子の表面近傍に被覆された電解質樹脂のイオン交換基の濃度のみを低下させることができる。また、電解質樹脂のイオン交換基が金属触媒粒子と接触することを抑制できる。   This configuration reduces only the ion exchange group concentration of the electrolyte resin coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particles without reducing the ion exchange group concentration and moisture content of the electrolyte resin coated on the surface of the carrier particles. Can be made. Moreover, it can suppress that the ion exchange group of electrolyte resin contacts a metal catalyst particle.

その結果、燃料電池用電極触媒層のプロトン伝導率の低下を抑制しながら、金属触媒粒子の耐久性を向上させることができる。また、本発明の燃料電池用電極触媒層を用いて燃料電池を構成することで、プロトン伝導抵抗および反応抵抗が低く、且つ、電極触媒の耐久性が高い燃料電池を実現することができる。   As a result, the durability of the metal catalyst particles can be improved while suppressing a decrease in proton conductivity of the fuel cell electrode catalyst layer. Further, by constituting a fuel cell using the electrode catalyst layer for a fuel cell of the present invention, a fuel cell having low proton conduction resistance and reaction resistance and high durability of the electrode catalyst can be realized.

本発明の燃料電池用電極触媒層は、担体粒子の表面に被覆された電解質樹脂のイオン交換基の濃度および含水率を低下させることなく、金属触媒粒子の表面近傍に被覆された電解質樹脂のイオン交換基の濃度のみを低下させることができる。また、電解質樹脂のイオン交換基が金属触媒粒子と接触することを抑制し、金属触媒粒子のイオン化を低減させることができる。   The electrode catalyst layer for a fuel cell according to the present invention has an ion of the electrolyte resin coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particle without reducing the concentration and moisture content of the ion exchange group of the electrolyte resin coated on the surface of the carrier particle. Only the concentration of exchange groups can be reduced. Moreover, it can suppress that the ion exchange group of electrolyte resin contacts a metal catalyst particle, and can reduce ionization of a metal catalyst particle.

その結果、燃料電池用電極触媒層のプロトン伝導率の低下を抑制しながら、金属触媒粒子の耐久性を向上させることができる。また、本発明の燃料電池用電極触媒層を用いて燃料電池を構成することで、プロトン伝導抵抗および反応抵抗が低く、且つ、電極触媒の耐久性が高い燃料電池を実現することができる。   As a result, the durability of the metal catalyst particles can be improved while suppressing a decrease in proton conductivity of the fuel cell electrode catalyst layer. Further, by constituting a fuel cell using the electrode catalyst layer for a fuel cell of the present invention, a fuel cell having low proton conduction resistance and reaction resistance and high durability of the electrode catalyst can be realized.

本発明の実施の形態1にかかる燃料電池用電極触媒層の概略構成を示す断面図Sectional drawing which shows schematic structure of the electrode catalyst layer for fuel cells concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる燃料電池用電極触媒層の製造工程を示すフローチャートThe flowchart which shows the manufacturing process of the electrode catalyst layer for fuel cells concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる燃料電池の概略構成を示す断面図Sectional drawing which shows schematic structure of the fuel cell concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる燃料電池用電極触媒層の概略構成を示す断面図Sectional drawing which shows schematic structure of the electrode catalyst layer for fuel cells concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる燃料電池用電極触媒層の製造工程を示すフローチャートA flowchart which shows the manufacturing process of the electrode catalyst layer for fuel cells concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる燃料電池の概略構成を示す断面図Sectional drawing which shows schematic structure of the fuel cell concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる燃料電池用電極触媒層の概略構成を示す断面図Sectional drawing which shows schematic structure of the electrode catalyst layer for fuel cells concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる燃料電池用電極触媒層の製造工程を示すフローチャートA flowchart which shows the manufacturing process of the electrode catalyst layer for fuel cells concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる燃料電池用電極触媒層の製造工程に用いる電気化学セルの概略構成を示す断面図Sectional drawing which shows schematic structure of the electrochemical cell used for the manufacturing process of the electrode catalyst layer for fuel cells concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる燃料電池の概略構成を示す断面図Sectional drawing which shows schematic structure of the fuel cell concerning Embodiment 3 of this invention.

第1の発明は、金属触媒粒子が担体粒子に担持された電極触媒と、電解質樹脂と、で構成された燃料電池用電極触媒層であって、金属触媒粒子と担体粒子の表面は電解質樹脂で被覆され、金属触媒粒子の表面に近接する領域の電解質樹脂のイオン交換基の濃度が、担体粒子の表面を被覆している領域の電解質樹脂のイオン交換基の濃度よりも低いことを特徴とする。   A first invention is an electrode catalyst layer for a fuel cell comprising an electrode catalyst in which metal catalyst particles are supported on carrier particles and an electrolyte resin, and the surfaces of the metal catalyst particles and the carrier particles are made of an electrolyte resin. The concentration of the ion exchange group of the electrolyte resin in the region that is coated and close to the surface of the metal catalyst particle is lower than the concentration of the ion exchange group of the electrolyte resin in the region that covers the surface of the carrier particle. .

これにより、担体粒子の表面に被覆された電解質樹脂のイオン交換基の濃度および含水率を低下させることなく、金属触媒粒子の表面近傍に被覆された電解質樹脂のイオン交換基の濃度のみを低下させることが可能となる。また、電解質樹脂のイオン交換基が金属触媒粒子と接触することを抑制して、金属触媒粒子のイオン化を低減させることができる。   This reduces only the ion exchange group concentration of the electrolyte resin coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particles without reducing the ion exchange group concentration and moisture content of the electrolyte resin coated on the surface of the carrier particles. It becomes possible. Moreover, it can suppress that the ion exchange group of electrolyte resin contacts a metal catalyst particle, and can reduce ionization of a metal catalyst particle.

その結果、燃料電池用電極触媒層のプロトン伝導率の低下を抑制しながら、金属触媒粒子の耐久性を向上させることが可能となる。   As a result, it is possible to improve the durability of the metal catalyst particles while suppressing a decrease in proton conductivity of the fuel cell electrode catalyst layer.

第2の発明は、特に、第1の発明において、金属触媒粒子の表面に近接する領域の電解質樹脂がイオン交換基を有していないことを特徴とする。   In particular, the second invention is characterized in that, in the first invention, the electrolyte resin in a region close to the surface of the metal catalyst particles does not have an ion exchange group.

これにより、電解質樹脂のイオン交換基が金属触媒粒子と接触することを防止して、金属触媒粒子の耐久性をより向上させることができる。また、金属触媒粒子の表面への電解質樹脂のイオン交換基の吸着を解消して、金属触媒粒子の有効反応サイトを増加させることが可能となる。   Thereby, it can prevent that the ion exchange group of electrolyte resin contacts a metal catalyst particle, and can improve the durability of a metal catalyst particle more. Moreover, adsorption of the ion exchange group of the electrolyte resin on the surface of the metal catalyst particles can be eliminated, and the effective reaction sites of the metal catalyst particles can be increased.

第3の発明は、第1または第2の発明において、金属触媒粒子の表面に近接する領域の電解質樹脂が撥水性を有することを特徴とする。   The third invention is characterized in that, in the first or second invention, the electrolyte resin in a region close to the surface of the metal catalyst particles has water repellency.

これにより、金属触媒粒子の表面に近接する領域の電解質樹脂の含水率を低下させることで、水による金属触媒粒子の酸化を抑制し、金属触媒粒子の耐久性を更に向上させることが可能となる。   Thereby, by reducing the water content of the electrolyte resin in the region close to the surface of the metal catalyst particles, it is possible to suppress the oxidation of the metal catalyst particles by water and further improve the durability of the metal catalyst particles. .

第4の発明は、第1から第3のいずれか1つの発明において、担体粒子の表面を被覆している領域の電解質樹脂が親水性を有することを特徴とする。   A fourth invention is characterized in that, in any one of the first to third inventions, the electrolyte resin in a region covering the surface of the carrier particles has hydrophilicity.

これにより、担体粒子の表面の含水率が増加し、プロトンの拡散経路を増加させることができるので、燃料電池用電極触媒層のプロトン伝導率の低下をより抑制することが可能となる。   As a result, the moisture content on the surface of the carrier particles can be increased and the proton diffusion path can be increased, so that it is possible to further suppress the decrease in proton conductivity of the electrode catalyst layer for fuel cells.

第5の発明は、金属触媒粒子が担体粒子に担持された電極触媒に、イオン交換基を有する電解質樹脂を被覆した後、金属触媒粒子の表面に近接する領域の電解質樹脂からイオン交換基を除去する燃料電池用電極触媒層の製造方法である。   5th invention removes an ion exchange group from the electrolyte resin of the area | region close to the surface of a metal catalyst particle, after coat | covering the electrolyte resin which has an ion exchange group to the electrode catalyst with which the metal catalyst particle was carry | supported by the support particle This is a method for producing a fuel cell electrode catalyst layer.

この方法により、金属触媒粒子の表面に近接する領域の電解質樹脂のみからイオン交換基を除去して、金属触媒粒子の表面のプロトン伝導率が低い電解質樹脂の厚みを低減させることで、燃料電池用電極触媒層のプロトン伝導率の低下を更に抑制することが可能となる。   By this method, the ion exchange group is removed only from the electrolyte resin in the region close to the surface of the metal catalyst particles, and the thickness of the electrolyte resin having a low proton conductivity on the surface of the metal catalyst particles is reduced. It is possible to further suppress a decrease in proton conductivity of the electrode catalyst layer.

第6の発明は、特に、第5の発明において、求電子置換反応により、金属触媒粒子の表面に近接する領域の電解質樹脂からイオン交換基を除去するものである。   In the sixth invention, in particular, in the fifth invention, the ion exchange group is removed from the electrolyte resin in the region close to the surface of the metal catalyst particle by electrophilic substitution reaction.

この方法により、電子密度が高く、且つ、結合エネルギーが低い分子鎖を有するイオン交換基を選択的に切断できるようになるため、イオン交換基の除去反応の反応サイトの選択性および反応速度を向上させることが可能となり、効率的に燃料電池用電極触媒層を製造することができる。   This method makes it possible to selectively cleave ion exchange groups having molecular chains with high electron density and low binding energy, thus improving the selectivity and reaction rate of the reaction site for ion exchange group removal reaction. Therefore, the fuel cell electrode catalyst layer can be produced efficiently.

第7の発明は、特に、第5または第6の発明において、極低湿度の雰囲気で、金属触媒粒子の表面に近接する領域の電解質樹脂からイオン交換基を除去するものである。   In particular, the seventh invention removes the ion exchange groups from the electrolyte resin in a region close to the surface of the metal catalyst particles in an extremely low humidity atmosphere in the fifth or sixth invention.

この方法により、電解質樹脂のイオン交換基のイオンの解離度が低下し、イオン交換基とイオンとの間に弱い結合が形成され、その弱い結合部分を起点に、イオン交換基の除去反応を進行させることができる。これにより、イオン交換基の除去反応における、反応サイトの選択性および反応速度を向上させることが可能となり、より効率的に燃料電池用電極触媒層を製造することができる。   By this method, the degree of ion dissociation of the ion exchange group of the electrolyte resin is reduced, a weak bond is formed between the ion exchange group and the ion, and the removal reaction of the ion exchange group proceeds from the weak bond part. Can be made. Thereby, it becomes possible to improve the selectivity and reaction rate of the reaction site in the ion exchange group removal reaction, and the fuel cell electrode catalyst layer can be more efficiently produced.

第8の発明は、特に、第5から第7のいずれか1つの発明において、標準水素電極に対して、燃料電池用電極触媒層の電極電位を0.3V以下に保持した状態で、イオン交換基を除去するものである。   In an eighth aspect of the invention, in particular, in any one of the fifth to seventh aspects of the invention, the ion exchange is performed in a state where the electrode potential of the fuel cell electrode catalyst layer is maintained at 0.3 V or less with respect to the standard hydrogen electrode. The group is removed.

この方法により、イオン交換基の除去反応の反応種の生成量を増加させることが可能となり、更に効率的に燃料電池用電極触媒層を製造することができる。   By this method, it is possible to increase the amount of reactive species generated in the ion exchange group removal reaction, and it is possible to more efficiently produce an electrode catalyst layer for a fuel cell.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1にかかる燃料電池用電極触媒層の概略構成を示す断面図である。図2は、本発明の実施の形態1にかかる燃料電池用電極触媒層の製造工程を示すフローチャートである。図3は、本発明の実施の形態1にかかる燃料電池の概略構成を示す断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an electrode catalyst layer for a fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing manufacturing steps of the fuel cell electrode catalyst layer according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention.

図1に示すように、本実施の形態の燃料電池用電極触媒層900は、担体粒子300の表面に金属触媒粒子400が担持された電極触媒500と、電解質樹脂800と、から構成されている。また、燃料電池用電極触媒層900は、ガス拡散層40の表面に形成されている。   As shown in FIG. 1, the fuel cell electrode catalyst layer 900 of the present embodiment includes an electrode catalyst 500 in which metal catalyst particles 400 are supported on the surface of carrier particles 300, and an electrolyte resin 800. . The fuel cell electrode catalyst layer 900 is formed on the surface of the gas diffusion layer 40.

なお、電解質樹脂800は、相対的にイオン交換基の濃度が低い電解質樹脂600と、相対的にイオン交換基の濃度が高い電解質樹脂700と、から構成されている。   The electrolyte resin 800 is composed of an electrolyte resin 600 having a relatively low ion exchange group concentration and an electrolyte resin 700 having a relatively high ion exchange group concentration.

ここで、本実施の形態における、燃料電池用電極触媒層900と、その製造方法、および、燃料電池用電極触媒層900を用いた燃料電池100についてより詳細に説明する。   Here, the fuel cell electrode catalyst layer 900, the manufacturing method thereof, and the fuel cell 100 using the fuel cell electrode catalyst layer 900 in the present embodiment will be described in more detail.

まず、燃料電池用電極触媒層900について説明する。   First, the fuel cell electrode catalyst layer 900 will be described.

燃料電池用電極触媒層900は、電極触媒500の金属触媒粒子400および担体粒子300の表面に電解質樹脂800が被覆されている。また、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂600は、担体粒子300および金属触媒粒子400の表面遠方に被覆された電解質樹脂700よりも、低いイオン交換基の濃度を有する。   In the fuel cell electrode catalyst layer 900, the surfaces of the metal catalyst particles 400 and the carrier particles 300 of the electrode catalyst 500 are coated with an electrolyte resin 800. In addition, the electrolyte resin 600 coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particles 400 has a lower ion exchange group concentration than the electrolyte resin 700 coated on the surface of the carrier particles 300 and the metal catalyst particles 400 far away.

本実施の形態では、担体粒子300には炭素粒子を用い、金属触媒粒子400には白金コバルト合金触媒粒子を用いる。なお、白金コバルト合金触媒粒子には、炭素粒子に52
wt%担持された白金コバルト合金触媒担持炭素を用いる。
In the present embodiment, carbon particles are used for the carrier particles 300, and platinum-cobalt alloy catalyst particles are used for the metal catalyst particles 400. The platinum-cobalt alloy catalyst particles include carbon particles 52
A platinum-cobalt alloy catalyst-supported carbon supported by wt% is used.

また、担体粒子300および金属触媒粒子400の表面遠方に被覆された電解質樹脂700には、パーフルオロスルホン酸を用い、イオン交換基にはスルホン酸基を用いる。また、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂600は、電解質樹脂700のパーフルオロスルホン酸から、イオン交換基の一部を除去したものである。   Further, perfluorosulfonic acid is used for the electrolyte resin 700 coated on the surface of the carrier particles 300 and the metal catalyst particles 400, and a sulfonic acid group is used for the ion exchange group. The electrolyte resin 600 coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particles 400 is obtained by removing a part of ion exchange groups from the perfluorosulfonic acid of the electrolyte resin 700.

金属触媒粒子400および担体粒子300の表面遠方に被覆された電解質樹脂700のイオン交換基のモル濃度は、200mol/mである。また、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂600のイオン交換基量のモル濃度は、40mol/mである。 The molar concentration of the ion exchange groups of the electrolyte resin 700 coated on the surface of the metal catalyst particles 400 and the carrier particles 300 is 200 mol / m 3 . Further, the molar concentration of the ion exchange group amount of the electrolyte resin 600 coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particle 400 is 40 mol / m 3 .

電解質樹脂800の量は、担体粒子300と同量である。ガス拡散層40には、カーボンペーパーを用いる。ガス拡散層40の面積は、200cmである。電極触媒500の担持量は、ガス拡散層40の面積当たり、白金量で0.1mg/cmである。 The amount of the electrolyte resin 800 is the same as that of the carrier particles 300. Carbon gas is used for the gas diffusion layer 40. The area of the gas diffusion layer 40 is 200 cm 2 . The supported amount of the electrode catalyst 500 is 0.1 mg / cm 2 in terms of platinum per area of the gas diffusion layer 40.

次に、燃料電池用電極触媒層900の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the electrode catalyst layer 900 for fuel cells is demonstrated.

図2に示すように、本実施の形態の燃料電池用電極触媒層900の製造方法は、先ず、S10で電極触媒500と、電解質樹脂700と、混合溶媒と、を秤量する。混合溶媒には、水とエタノールの混合溶媒(水:エタノール=1:1)を用いる。   As shown in FIG. 2, in the method of manufacturing the fuel cell electrode catalyst layer 900 of the present embodiment, first, in S10, the electrode catalyst 500, the electrolyte resin 700, and the mixed solvent are weighed. As the mixed solvent, a mixed solvent of water and ethanol (water: ethanol = 1: 1) is used.

次に、S20で電極触媒500と、電解質樹脂700と、混合溶媒と、を分散混合させて、触媒インクを作製する。次に、S30で触媒インクをガス拡散層40に塗布し、乾燥することで、電極触媒500の表面に電解質樹脂700を被覆する。次に、S40で触媒インクを塗布したガス拡散層40を真空容器に入れて、減圧する。   Next, in S20, the electrode catalyst 500, the electrolyte resin 700, and the mixed solvent are dispersed and mixed to produce a catalyst ink. Next, in S30, the catalyst ink is applied to the gas diffusion layer 40 and dried to coat the surface of the electrode catalyst 500 with the electrolyte resin 700. Next, the gas diffusion layer 40 to which the catalyst ink is applied in S40 is placed in a vacuum container and decompressed.

次に、S50で真空容器の圧力が25℃で、絶対圧力が0.5bar以下まで減圧したかどうかを確認する。S50で確認の結果、0.5barより低くなければ、再度S50に戻り、0.5barより低ければ、S60に移る。   Next, in S50, it is confirmed whether the pressure in the vacuum vessel is 25 ° C. and the absolute pressure is reduced to 0.5 bar or less. As a result of the confirmation in S50, if it is not lower than 0.5 bar, the process returns to S50 again, and if it is lower than 0.5 bar, the process proceeds to S60.

最後に、真空容器にいれた触媒インクを塗布したガス拡散層40に酸素ガス4%を含む水素ガスを0.1L/minのガス流量で1分間供給し、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂700から、イオン交換基の一部を除去することで、イオン交換基の濃度が40mol/mとなる電解質樹脂600を有する燃料電池用電極触媒層900の製造が完了する。 Finally, hydrogen gas containing 4% oxygen gas is supplied at a gas flow rate of 0.1 L / min for 1 minute to the gas diffusion layer 40 coated with the catalyst ink in a vacuum vessel to cover the vicinity of the surface of the metal catalyst particles 400. By removing a part of the ion exchange groups from the electrolyte resin 700, the production of the fuel cell electrode catalyst layer 900 having the electrolyte resin 600 having an ion exchange group concentration of 40 mol / m 3 is completed.

S60のイオン交換基を除去する反応についてより詳細に説明する。   The reaction for removing the ion exchange group of S60 will be described in more detail.

まず、金属触媒粒子400の表面で水素と酸素を反応させることで過酸化水素を形成する。次に、形成された過酸化水素が金属触媒粒子400の表面近傍に存在するコバルトイオンと反応することで、求電子置換反応の反応種となる、ヒドロキシルラジカルが形成される。   First, hydrogen peroxide is formed by reacting hydrogen and oxygen on the surfaces of the metal catalyst particles 400. Next, the formed hydrogen peroxide reacts with cobalt ions existing in the vicinity of the surface of the metal catalyst particles 400, thereby forming hydroxyl radicals that are reactive species for the electrophilic substitution reaction.

このヒドロキシルラジカルは、反応性が非常に高く、また、高い電子密度で、且つ、結合エネルギーが低い分子鎖と反応する特徴を有している。   This hydroxyl radical is very reactive and has a feature of reacting with a molecular chain having a high electron density and a low binding energy.

電解質樹脂700として用いているパーフルオロスルホン酸は、イオン交換基であるスルホン酸基の炭素と硫黄の間の結合および酸素と水素の間の結合ネルギーが低いため、これらの反応サイトにヒドロキシルラジカルが攻撃することで、スルホン酸基を電解質樹脂
700から切断することが可能となる。
The perfluorosulfonic acid used as the electrolyte resin 700 has a low bond energy between carbon and sulfur and a bond energy between oxygen and hydrogen of the sulfonic acid group which is an ion exchange group, and therefore hydroxyl radicals are present at these reaction sites. By attacking, the sulfonic acid group can be cleaved from the electrolyte resin 700.

電解質樹脂700から切断されたイオン交換基は、燃料電池の発電環境下で凝縮水に溶解し、硫酸イオンとして、燃料電池の外部に排出される。   The ion exchange groups cleaved from the electrolyte resin 700 are dissolved in condensed water in the power generation environment of the fuel cell and discharged as sulfate ions to the outside of the fuel cell.

次に、燃料電池用電極触媒層900を用いた燃料電池100について説明する。   Next, the fuel cell 100 using the fuel cell electrode catalyst layer 900 will be described.

図3に示すように、本実施の形態の燃料電池100は、電解質膜−電極接合体90とアノードセパレータ70aと、カソードセパレータ70bと、が積層されている。   As shown in FIG. 3, in the fuel cell 100 of the present embodiment, an electrolyte membrane-electrode assembly 90, an anode separator 70a, and a cathode separator 70b are stacked.

アノードセパレータ70aの電解質膜−電極接合体90に臨む面には、燃料ガス流路71aが設けられている。同様に、カソードセパレータ70bの電解質膜−電極接合体90に臨む面には、酸化剤ガス流路71bが設けられている。アノードセパレータ70aおよびカソードセパレータ70bには、カーボンセパレータを用いる。   A fuel gas channel 71a is provided on the surface of the anode separator 70a facing the electrolyte membrane-electrode assembly 90. Similarly, an oxidant gas flow path 71b is provided on the surface of the cathode separator 70b facing the electrolyte membrane-electrode assembly 90. Carbon separators are used for the anode separator 70a and the cathode separator 70b.

電解質膜−電極接合体90は、電解質膜10と、電解質膜10を挟持するアノード60aと、カソード60bとを備える。電解質膜10には、パーフルオロスルホン酸膜を用いる。アノード60aは、燃料電池用電極触媒層900と、ガス拡散層40から構成されている。カソード60bは、燃料電池用電極触媒層900と、ガス拡散層40から構成されている。   The electrolyte membrane-electrode assembly 90 includes an electrolyte membrane 10, an anode 60a that sandwiches the electrolyte membrane 10, and a cathode 60b. As the electrolyte membrane 10, a perfluorosulfonic acid membrane is used. The anode 60 a is composed of a fuel cell electrode catalyst layer 900 and a gas diffusion layer 40. The cathode 60 b is composed of a fuel cell electrode catalyst layer 900 and a gas diffusion layer 40.

電解質膜−電極接合体90には、アノード60aおよびカソード60bを、電解質膜10に積層した状態で、120℃、10kgf/cmで熱圧着することで、アノード60aおよびカソード60bを電解質膜10に接合させたものを用いる。 In the electrolyte membrane-electrode assembly 90, the anode 60 a and the cathode 60 b are bonded to the electrolyte membrane 10 by thermocompression bonding at 120 ° C. and 10 kgf / cm 2 in a state where the anode 60 a and the cathode 60 b are laminated on the electrolyte membrane 10. Use a bonded one.

燃料電池100は、アノード60aに供給される燃料ガスと、カソード60bに供給される酸化剤ガスとの反応により発電を行う。燃料ガスには、水素ガスを用い、酸化剤ガスには、空気を用いる。   The fuel cell 100 generates power by a reaction between the fuel gas supplied to the anode 60a and the oxidant gas supplied to the cathode 60b. Hydrogen gas is used as the fuel gas, and air is used as the oxidant gas.

以上のように、実施の形態1の燃料電池用電極触媒層900は、金属触媒粒子400が担体粒子300に担持された電極触媒500と、電解質樹脂800と、で構成された金属触媒粒子400と担体粒子300の表面は電解質樹脂800で被覆され、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂600のイオン交換基の濃度が、担体粒子300の表面を被覆している領域の電解質樹脂700のイオン交換基の濃度よりも低いことを特徴とする。   As described above, the fuel cell electrode catalyst layer 900 according to the first embodiment includes the metal catalyst particles 400 including the electrode catalyst 500 in which the metal catalyst particles 400 are supported on the carrier particles 300 and the electrolyte resin 800. The surface of the carrier particle 300 is coated with the electrolyte resin 800, and the concentration of the ion exchange groups in the electrolyte resin 600 in the region close to the surface of the metal catalyst particle 400 is in the region covering the surface of the carrier particle 300. It is characterized by being lower than the concentration of the ion exchange group.

これにより、担体粒子300の表面に被覆された電解質樹脂700のイオン交換基の濃度および含水率を低下させることなく、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂600のイオン交換基の濃度のみを低下させることができる。また、電解質樹脂800のイオン交換基が金属触媒粒子400と接触することを抑制して、金属触媒粒子400のイオン化を低減させることができる。   Thereby, the concentration of the ion exchange group of the electrolyte resin 600 coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particle 400 without lowering the concentration and water content of the ion exchange group of the electrolyte resin 700 coated on the surface of the carrier particle 300. Only can be lowered. Further, the ion exchange group of the electrolyte resin 800 can be prevented from coming into contact with the metal catalyst particles 400, and ionization of the metal catalyst particles 400 can be reduced.

その結果、燃料電池用電極触媒層900のプロトン伝導率の低下を抑制しながら、金属触媒粒子400の耐久性を向上させることが可能となる。また、本実施の形態の燃料電池用電極触媒層900を用いて燃料電池100を構成することで、プロトン伝導抵抗が低く、且つ、電極触媒500の耐久性が高い燃料電池100を提供することができる。   As a result, it is possible to improve the durability of the metal catalyst particles 400 while suppressing a decrease in proton conductivity of the fuel cell electrode catalyst layer 900. In addition, by forming the fuel cell 100 using the fuel cell electrode catalyst layer 900 of the present embodiment, it is possible to provide the fuel cell 100 with low proton conduction resistance and high durability of the electrode catalyst 500. it can.

更に、本実施の形態の燃料電池用電極触媒層900の製造方法は、金属触媒粒子400が担体粒子300に担持された電極触媒500に、イオン交換基を有する電解質樹脂700を被覆した後、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂700から、求
電子置換反応により、イオン交換基を除去することで、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂600のイオン交換基の濃度を、担体粒子300の表面を被覆している領域の電解質樹脂700のイオン交換基の濃度よりも低減するのである。
Further, in the method of manufacturing the fuel cell electrode catalyst layer 900 of the present embodiment, the electrode catalyst 500 having the metal catalyst particles 400 supported on the carrier particles 300 is coated with the electrolyte resin 700 having ion exchange groups, The concentration of ion exchange groups in the electrolyte resin 600 in the region close to the surface of the metal catalyst particle 400 is obtained by removing the ion exchange groups from the electrolyte resin 700 in the region close to the surface of the catalyst particle 400 by electrophilic substitution reaction. Is lower than the concentration of ion exchange groups in the electrolyte resin 700 in the region covering the surface of the carrier particle 300.

これにより、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂600のみからイオン交換基を除去して、金属触媒粒子400の表面のプロトン伝導率が低い電解質樹脂600の厚みを低減させることができる。   Thereby, ion exchange groups are removed only from the electrolyte resin 600 in the region close to the surface of the metal catalyst particle 400, and the thickness of the electrolyte resin 600 having a low proton conductivity on the surface of the metal catalyst particle 400 can be reduced. .

これにより、燃料電池用電極触媒層900のプロトン伝導率の低下を更に抑制することが可能となる。また、求電子置換反応を用いることで、電子密度が高く、且つ、結合エネルギーが低い分子鎖を有するイオン交換基を選択的に切断できるようになるため、イオン交換基の除去反応の反応サイトの選択性および反応速度を向上させることが可能となり、効率的に燃料電池用電極触媒層900を製造することができる。   Thereby, it is possible to further suppress the decrease in proton conductivity of the fuel cell electrode catalyst layer 900. Further, by using an electrophilic substitution reaction, an ion exchange group having a molecular chain having a high electron density and a low binding energy can be selectively cleaved. The selectivity and reaction rate can be improved, and the fuel cell electrode catalyst layer 900 can be efficiently produced.

なお、本実施の形態においては、担体粒子300には炭素粒子を用いたが、これ以外にも、酸化物粒子を用いることもできる。   In the present embodiment, carbon particles are used for carrier particles 300, but oxide particles can also be used in addition to this.

なお、本実施の形態においては、金属触媒粒子400には白金コバルト合金触媒粒子を用いたが、これ以外にも、白金、ルテニウム、パラジウム、鉄、銅、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、等の金属およびこれらの合金などを用いることができる。   In the present embodiment, platinum cobalt alloy catalyst particles are used as the metal catalyst particles 400, but other than this, platinum, ruthenium, palladium, iron, copper, chromium, cobalt, nickel, manganese, etc. Metals and alloys thereof can be used.

なお、本実施の形態においては、電解質樹脂700にはパーフルオロスルホン酸を用いたが、これ以外にも、フッ素化合物にスルホン酸基以外のイオン交換基を導入した含む電解質樹脂や、炭化水素にスルホン酸基もしくはスルホン酸基以外のイオン交換基を導入した電解質樹脂を用いることもできる。   In this embodiment, perfluorosulfonic acid is used for the electrolyte resin 700, but in addition to this, an electrolyte resin containing a fluorine compound introduced with an ion exchange group other than a sulfonic acid group or a hydrocarbon is used. It is also possible to use an electrolyte resin into which an ion exchange group other than a sulfonic acid group or a sulfonic acid group is introduced.

なお、電解質膜10には、パーフルオロスルホン酸膜を用いたが、これ以外にも、炭化水素電解質膜などの電解質膜を用いることもできる。   In addition, although the perfluorosulfonic acid film | membrane was used for the electrolyte membrane 10, electrolyte membranes, such as a hydrocarbon electrolyte membrane, can also be used besides this.

なお、実施の形態においては、ガス拡散層40にはカーボンペーパーを用いたが、これ以外にも、カーボンフェルトやカーボンクロスなどを用いることもできる。   In the embodiment, carbon paper is used for the gas diffusion layer 40. However, other than this, carbon felt, carbon cloth, or the like can also be used.

なお、本実施の形態においては、イオン交換基を除去する製造工程に、水素ガスと酸素ガスを用いたが、これ以外にも、過酸化水素を形成できる、酸化物質と還元物質とすることもできる。   In this embodiment, hydrogen gas and oxygen gas are used in the manufacturing process for removing the ion exchange groups. However, in addition to this, an oxidizing substance and a reducing substance that can form hydrogen peroxide may be used. it can.

なお、本実施の形態においては、イオン交換基を除去する製造工程に、ヒドロキシルラジカルを用いたが、これ以外の求電子種とすることもできる。   In the present embodiment, the hydroxyl radical is used in the production process for removing the ion exchange group, but other electrophilic species may be used.

(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2にかかる燃料電池用電極触媒層の概略構成を示す断面図である。図5は、本発明の実施の形態2にかかる燃料電池用電極触媒層の製造工程を示すフローチャートである。図6は、本発明の実施の形態2にかかる燃料電池の概略構成を示す断面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an electrode catalyst layer for a fuel cell according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 5 is a flowchart showing manufacturing steps of the fuel cell electrode catalyst layer according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the fuel cell according to the second embodiment of the present invention.

図4に示すように、本実施の形態の燃料電池用電極触媒層901は、担体粒子300の表面に金属触媒粒子400が担持された電極触媒500と、電解質樹脂801と、から構成されている。また、燃料電池用電極触媒層901は、電解質膜11の表面に形成されている。   As shown in FIG. 4, the fuel cell electrode catalyst layer 901 of this embodiment includes an electrode catalyst 500 in which metal catalyst particles 400 are supported on the surface of carrier particles 300, and an electrolyte resin 801. . The fuel cell electrode catalyst layer 901 is formed on the surface of the electrolyte membrane 11.

なお、電解質樹脂801は、相対的にイオン交換基の濃度が低い電解質樹脂601と、相対的にイオン交換基の濃度が高い電解質樹脂700と、から構成されている。   The electrolyte resin 801 includes an electrolyte resin 601 having a relatively low ion exchange group concentration and an electrolyte resin 700 having a relatively high ion exchange group concentration.

ここで、本実施の形態における、燃料電池用電極触媒層901と、その製造方法、および、燃料電池用電極触媒層901を用いた燃料電池101についてより詳細に説明する。   Here, the fuel cell electrode catalyst layer 901, the manufacturing method thereof, and the fuel cell 101 using the fuel cell electrode catalyst layer 901 in the present embodiment will be described in more detail.

まず、燃料電池用電極触媒層901について説明する。   First, the fuel cell electrode catalyst layer 901 will be described.

燃料電池用電極触媒層901は、電極触媒500の金属触媒粒子400および担体粒子300の表面に電解質樹脂801が被覆されている。   In the fuel cell electrode catalyst layer 901, the surfaces of the metal catalyst particles 400 and the carrier particles 300 of the electrode catalyst 500 are coated with an electrolyte resin 801.

また、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂601は、担体粒子300および金属触媒粒子400の表面遠方に被覆された電解質樹脂700よりも、低いイオン交換基の濃度を有しており、且つ、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂601はイオン交換基を有していない。また、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂601は、撥水性を有する。   In addition, the electrolyte resin 601 coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particle 400 has a lower ion exchange group concentration than the electrolyte resin 700 coated in the distance from the surface of the carrier particle 300 and the metal catalyst particle 400. In addition, the electrolyte resin 601 coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particle 400 does not have an ion exchange group. In addition, the electrolyte resin 601 coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particles 400 has water repellency.

担体粒子300には、炭素粒子を用い、金属触媒粒子400には、白金コバルト合金触媒粒子を用いる。なお、白金コバルト合金触媒粒子は、炭素粒子に52wt%担持された白金コバルト合金触媒担持炭素である。担体粒子300および金属触媒粒子400の表面遠方に被覆された電解質樹脂700には、パーフルオロスルホン酸を用い、イオン交換基はスルホン酸基である。   Carbon particles are used for the carrier particles 300, and platinum-cobalt alloy catalyst particles are used for the metal catalyst particles 400. The platinum-cobalt alloy catalyst particles are platinum-cobalt alloy catalyst-supported carbon that is supported by 52 wt% on carbon particles. Perfluorosulfonic acid is used for the electrolyte resin 700 coated on the surface of the carrier particles 300 and the metal catalyst particles 400, and the ion exchange group is a sulfonic acid group.

また、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂601は、電解質樹脂700のパーフルオロスルホン酸からイオン交換基を除去したものである。電解質樹脂700のパーフルオロスルホン酸からイオン交換基を除去することで、疎水性の主鎖および側鎖が残るため、電解質樹脂601に撥水性を付与することができる。   The electrolyte resin 601 coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particle 400 is obtained by removing ion exchange groups from perfluorosulfonic acid of the electrolyte resin 700. By removing the ion exchange group from the perfluorosulfonic acid of the electrolyte resin 700, the hydrophobic main chain and the side chain remain, so that the electrolyte resin 601 can be provided with water repellency.

電解質樹脂801の量は、担体粒子300と同量とする。   The amount of the electrolyte resin 801 is the same as that of the carrier particles 300.

電解質膜11には、パーフルオロスルホン酸膜を用いる。電解質膜11の面積は、200cmとする。電極触媒500の担持量は、電解質膜11の面積当たり、白金量で0.1mg/cmする。 As the electrolyte membrane 11, a perfluorosulfonic acid membrane is used. The area of the electrolyte membrane 11 is 200 cm 2 . The supported amount of the electrode catalyst 500 is 0.1 mg / cm 2 in terms of platinum per area of the electrolyte membrane 11.

次に、燃料電池用電極触媒層901の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the electrode catalyst layer 901 for fuel cells is demonstrated.

図5に示すように、本実施の形態の燃料電池用電極触媒層901の製造方法は、先ず、S11で電極触媒500と、電解質樹脂700と、混合溶媒と、を秤量する。混合溶媒には、水とエタノールの混合溶媒(水:エタノール=1:1)を用いる。   As shown in FIG. 5, in the method of manufacturing the fuel cell electrode catalyst layer 901 of the present embodiment, first, in S11, the electrode catalyst 500, the electrolyte resin 700, and the mixed solvent are weighed. As the mixed solvent, a mixed solvent of water and ethanol (water: ethanol = 1: 1) is used.

次に、S21で電極触媒500と、電解質樹脂700と、混合溶媒と、を分散混合させて、触媒インクを作製する。次に、S31で触媒インクを電解質膜11に塗布し、乾燥することで、電極触媒500の表面に電解質樹脂700を被覆する。   Next, in S21, the electrode catalyst 500, the electrolyte resin 700, and the mixed solvent are dispersed and mixed to produce a catalyst ink. Next, the catalyst ink is applied to the electrolyte membrane 11 in S31 and dried to coat the surface of the electrode catalyst 500 with the electrolyte resin 700.

次に、S41で触媒インクを塗布した電解質膜11を真空容器に入れて、減圧する。次に、S51で極低湿度の雰囲気に保持するために、真空容器の圧力が60℃で、絶対圧力が0.5bar以下まで減圧したかどうかを確認する。S51で確認の結果、0.5barより低くなければ、再度S51に戻り、0.5barより低ければ、S61に移る。   Next, the electrolyte membrane 11 to which the catalyst ink is applied in S41 is put in a vacuum container and decompressed. Next, in order to maintain an extremely low humidity atmosphere in S51, it is confirmed whether the pressure in the vacuum vessel is 60 ° C. and the absolute pressure is reduced to 0.5 bar or less. If the result of the confirmation in S51 is not lower than 0.5 bar, the process returns to S51 again, and if lower than 0.5 bar, the process proceeds to S61.

最後に、真空容器にいれた触媒インクを塗布した電解質膜11に酸素ガス4%を含む水
素ガスを0.1L/minで3分間供給し、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂700から、イオン交換基を除去することで、イオン交換基の濃度が0mol/mとなる電解質樹脂601を有する燃料電池用電極触媒層901の製造が完了する。
Finally, the electrolyte resin 11 coated with catalyst ink in a vacuum vessel is supplied with hydrogen gas containing 4% of oxygen gas at 0.1 L / min for 3 minutes, and the electrolyte resin coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particles 400 By removing the ion exchange groups from 700, the production of the fuel cell electrode catalyst layer 901 having the electrolyte resin 601 with the ion exchange group concentration of 0 mol / m 3 is completed.

S81のイオン交換基を除去する反応についてより詳細に説明する。   The reaction for removing the ion exchange group of S81 will be described in more detail.

まず、金属触媒粒子400の表面で水素と酸素を反応させることで過酸化水素を形成する。次に、形成された過酸化水素が金属触媒粒子400の表面近傍に存在するコバルトイオンと反応することで、求電子置換反応の反応種となる、ヒドロキシルラジカルが形成される。   First, hydrogen peroxide is formed by reacting hydrogen and oxygen on the surfaces of the metal catalyst particles 400. Next, the formed hydrogen peroxide reacts with cobalt ions existing in the vicinity of the surface of the metal catalyst particles 400, thereby forming hydroxyl radicals that are reactive species for the electrophilic substitution reaction.

このヒドロキシルラジカルは、反応性が非常に高く、また、高い電子密度で、且つ、結合エネルギーが低い分子鎖と反応する特徴を有している。   This hydroxyl radical is very reactive and has a feature of reacting with a molecular chain having a high electron density and a low binding energy.

電解質樹脂700として用いているパーフルオロスルホン酸は、イオン交換基であるスルホン酸基の炭素と硫黄の間の結合、酸素と水素の間の結合が弱い結合エネルギーとなるため、これらの反応サイトにヒドロキシルラジカルが攻撃することで、スルホン酸基を電解質樹脂700から切断することが可能となる。   The perfluorosulfonic acid used as the electrolyte resin 700 has a weak bond energy between the carbon-sulfur bond and the oxygen-hydrogen bond of the sulfonic acid group, which is an ion exchange group. When the hydroxyl radical attacks, the sulfonic acid group can be cleaved from the electrolyte resin 700.

また、触媒インクを塗布した電解質膜11を極低湿度の雰囲気に保持することで、スルホン酸基のプロトンの解離度が低下し、結合エネルギーが弱い、酸素と水素の間の結合を増加させることができ、その弱い結合部分を起点に、イオン交換基の除去反応を進行させることができる。   In addition, by maintaining the electrolyte membrane 11 coated with the catalyst ink in an extremely low humidity atmosphere, the degree of dissociation of protons of the sulfonic acid group is reduced, and the bond between oxygen and hydrogen is increased, and the bond energy is weak. The ion-exchange group removal reaction can proceed with the weak binding moiety as a starting point.

これにより、イオン交換基の除去反応における、反応サイトの選択性および反応速度を向上させることが可能となり、より効率的に燃料電池用電極触媒層901を製造することができる。   This makes it possible to improve the selectivity and reaction rate of the reaction site in the ion exchange group removal reaction, and the fuel cell electrode catalyst layer 901 can be manufactured more efficiently.

次に、燃料電池用電極触媒層901を用いた燃料電池101について説明する。   Next, the fuel cell 101 using the fuel cell electrode catalyst layer 901 will be described.

図6に示すように、本実施の形態の燃料電池101は、電解質膜−電極接合体91とアノードセパレータ70aと、カソードセパレータ70bと、が積層されている。   As shown in FIG. 6, in the fuel cell 101 of the present embodiment, an electrolyte membrane-electrode assembly 91, an anode separator 70a, and a cathode separator 70b are laminated.

アノードセパレータ70aの電解質膜−電極接合体91に臨む面には、燃料ガス流路71aが設けられている。同様に、カソードセパレータ70bの電解質膜−電極接合体91に臨む面には、酸化剤ガス流路71bが設けられている。アノードセパレータ70aおよびカソードセパレータ70bは、カーボンセパレータを用いる。   A fuel gas passage 71a is provided on the surface of the anode separator 70a facing the electrolyte membrane-electrode assembly 91. Similarly, an oxidant gas flow path 71b is provided on the surface of the cathode separator 70b facing the electrolyte membrane-electrode assembly 91. A carbon separator is used for the anode separator 70a and the cathode separator 70b.

アノード61aは、燃料電池用電極触媒層901と、ガス拡散層41から構成されている。カソード61bは、燃料電池用電極触媒層901と、ガス拡散層41から構成されている。ガス拡散層41には、カーボンペーパーを用いる。ガス拡散層41の面積は、200cmである。 The anode 61 a is composed of a fuel cell electrode catalyst layer 901 and a gas diffusion layer 41. The cathode 61 b includes a fuel cell electrode catalyst layer 901 and a gas diffusion layer 41. Carbon gas is used for the gas diffusion layer 41. The area of the gas diffusion layer 41 is 200 cm 2 .

電解質膜−電極接合体91には、燃料電池用電極触媒層901が両側に形成された電解質膜11を、ガス拡散層41に積層した状態で、120℃、10kgf/cmで熱圧着することで、ガス拡散層41を燃料電池用電極触媒層901に接合させたものを用いる。 The electrolyte membrane-electrode assembly 91 is thermocompression bonded at 120 ° C. and 10 kgf / cm 2 with the electrolyte membrane 11 having the fuel cell electrode catalyst layer 901 formed on both sides thereof laminated on the gas diffusion layer 41. Thus, the gas diffusion layer 41 bonded to the fuel cell electrode catalyst layer 901 is used.

燃料電池101は、アノード61aに供給される燃料ガスと、カソード61bに供給される酸化剤ガスとの反応により発電を行う。燃料ガスには、水素ガスを用い、酸化剤ガスには、空気を用いる。   The fuel cell 101 generates power by a reaction between a fuel gas supplied to the anode 61a and an oxidant gas supplied to the cathode 61b. Hydrogen gas is used as the fuel gas, and air is used as the oxidant gas.

以上のように、実施の形態2の燃料電池用電極触媒層901は、金属触媒粒子400が担体粒子300に担持された電極触媒500と、電解質樹脂801と、で構成され、金属触媒粒子400と担体粒子300の表面は電解質樹脂801で被覆され、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂601のイオン交換基の濃度が、担体粒子300の表面を被覆している領域の電解質樹脂700のイオン交換基の濃度よりも低いことを特徴とし、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂601は、イオン交換基を有していないのである。   As described above, the fuel cell electrode catalyst layer 901 of the second embodiment includes the electrode catalyst 500 in which the metal catalyst particles 400 are supported on the carrier particles 300 and the electrolyte resin 801. The surface of the carrier particle 300 is coated with the electrolyte resin 801, and the concentration of the ion exchange group of the electrolyte resin 601 in the region close to the surface of the metal catalyst particle 400 is in the region covering the surface of the carrier particle 300. The electrolyte resin 601 in the region adjacent to the surface of the metal catalyst particle 400 does not have an ion exchange group.

これにより、担体粒子300の表面に被覆された電解質樹脂700のイオン交換基の濃度および含水率を低下させることなく、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂601のイオン交換基の濃度のみを低下させることができる。また、電解質樹脂800のイオン交換基が金属触媒粒子400と接触することを解消して、金属触媒粒子400のイオン化をより低減させることができる。   Thereby, the concentration of the ion exchange group of the electrolyte resin 601 coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particle 400 without reducing the concentration and water content of the ion exchange group of the electrolyte resin 700 coated on the surface of the carrier particle 300. Only can be lowered. Further, the ion exchange group of the electrolyte resin 800 can be prevented from coming into contact with the metal catalyst particles 400, and ionization of the metal catalyst particles 400 can be further reduced.

また、金属触媒粒子400の表面への電解質樹脂601のイオン交換基の吸着を解消して、金属触媒粒子400の有効反応サイトを増加させることができる。その結果、燃料電池用電極触媒層900のプロトン伝導率の低下を抑制しながら、金属触媒粒子400の耐久性および触媒活性を向上させることが可能となる。   Further, adsorption of ion exchange groups of the electrolyte resin 601 on the surface of the metal catalyst particles 400 can be eliminated, and the effective reaction sites of the metal catalyst particles 400 can be increased. As a result, it is possible to improve the durability and catalytic activity of the metal catalyst particles 400 while suppressing a decrease in proton conductivity of the fuel cell electrode catalyst layer 900.

また、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂601が、撥水性を有することで、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂601の含水率を低下させることができる。   In addition, since the electrolyte resin 601 in the region close to the surface of the metal catalyst particle 400 has water repellency, the moisture content of the electrolyte resin 601 in the region close to the surface of the metal catalyst particle 400 can be reduced.

これにより、水による金属触媒粒子400の酸化を抑制し、金属触媒粒子400の耐久性を更に向上させることが可能となる。また、本実施の形態の燃料電池用電極触媒層901を用いて燃料電池101を構成することで、プロトン伝導抵抗および反応抵抗が低く、且つ、電極触媒500の耐久性が高い燃料電池101を提供することができる。   Thereby, the oxidation of the metal catalyst particles 400 by water can be suppressed, and the durability of the metal catalyst particles 400 can be further improved. Further, by configuring the fuel cell 101 using the fuel cell electrode catalyst layer 901 of the present embodiment, the fuel cell 101 having low proton conduction resistance and reaction resistance and high durability of the electrode catalyst 500 is provided. can do.

更に、本実施の形態の燃料電池用電極触媒層901の製造方法は、金属触媒粒子400が担体粒子300に担持された電極触媒500に、イオン交換基を有する電解質樹脂700を被覆した後、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂700から、求電子置換反応により、イオン交換基を除去することで、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂601のイオン交換基の濃度を、担体粒子300の表面を被覆している領域の電解質樹脂700のイオン交換基の濃度よりも低減するのである。   Further, in the method of manufacturing the fuel cell electrode catalyst layer 901 of the present embodiment, the electrode catalyst 500 having the metal catalyst particles 400 supported on the carrier particles 300 is coated with the electrolyte resin 700 having ion exchange groups, The concentration of ion exchange groups in the electrolyte resin 601 in the region close to the surface of the metal catalyst particle 400 is obtained by removing the ion exchange groups from the electrolyte resin 700 in the region close to the surface of the catalyst particle 400 by electrophilic substitution reaction. Is lower than the concentration of ion exchange groups in the electrolyte resin 700 in the region covering the surface of the carrier particle 300.

これにより、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂601のみからイオン交換基を除去することができる。その結果、金属触媒粒子400の表面のプロトン伝導率が低い電解質樹脂601の厚みを低減させることができ、燃料電池用電極触媒層901のプロトン伝導率の低下を更に抑制することが可能となる。   Thereby, the ion exchange group can be removed only from the electrolyte resin 601 in the region close to the surface of the metal catalyst particle 400. As a result, the thickness of the electrolyte resin 601 having a low proton conductivity on the surface of the metal catalyst particles 400 can be reduced, and a decrease in the proton conductivity of the fuel cell electrode catalyst layer 901 can be further suppressed.

また、求電子置換反応を用いることで、電子密度が高く、且つ、結合エネルギーが低い分子鎖を有するイオン交換基を選択的に切断できるようになるため、イオン交換基の除去反応の反応サイトの選択性および反応速度を向上させることが可能となる。   Further, by using an electrophilic substitution reaction, an ion exchange group having a molecular chain having a high electron density and a low binding energy can be selectively cleaved. The selectivity and reaction rate can be improved.

これにより、効率的に燃料電池用電極触媒層901を製造することができる。また、極湿度の雰囲気でイオン交換基を除去することで、電解質樹脂700のイオン交換基のイオンの解離度が低下し、イオン交換基とイオンとの間に弱い結合が形成され、その弱い結合部分を起点に、イオン交換基の除去反応を進行させることができる。   Thereby, the electrode catalyst layer 901 for fuel cells can be manufactured efficiently. Further, by removing the ion exchange group in an atmosphere of extreme humidity, the degree of ion dissociation of the ion exchange group of the electrolyte resin 700 is reduced, and a weak bond is formed between the ion exchange group and the ion. Starting from the portion, the ion exchange group removal reaction can proceed.

これにより、イオン交換基の除去反応における、反応サイトの選択性および反応速度を向上させることが可能となる、より効率的に燃料電池用電極触媒層901を製造することができる。   Thereby, the selectivity of the reaction site and the reaction rate in the ion exchange group removal reaction can be improved, and the fuel cell electrode catalyst layer 901 can be manufactured more efficiently.

なお、本実施の形態においては、担体粒子300には、炭素粒子を用いたが、これ以外にも、酸化物粒子を用いることもできる。   In this embodiment, carbon particles are used for carrier particles 300, but oxide particles can also be used in addition to this.

なお、本実施の形態においては、金属触媒粒子400には白金コバルト合金触媒粒子を用いたが、これ以外にも、白金、ルテニウム、パラジウム、鉄、銅、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、等の金属およびこれらの合金などを用いることができる。   In the present embodiment, platinum cobalt alloy catalyst particles are used as the metal catalyst particles 400, but other than this, platinum, ruthenium, palladium, iron, copper, chromium, cobalt, nickel, manganese, etc. Metals and alloys thereof can be used.

なお、本実施の形態においては、電解質樹脂700にはパーフルオロスルホン酸基を用いたが、これ以外にも、フッ素化合物にスルホン酸基以外のイオン交換基を導入した含む電解質樹脂や、炭化水素にスルホン酸基もしくはスルホン酸基以外のイオン交換基を導入した電解質樹脂を用いることもできる。   In this embodiment, the perfluorosulfonic acid group is used for the electrolyte resin 700, but in addition to this, an electrolyte resin including a fluorine compound introduced with an ion exchange group other than the sulfonic acid group, or a hydrocarbon, It is also possible to use an electrolyte resin into which an ion exchange group other than a sulfonic acid group or a sulfonic acid group is introduced.

なお、電解質膜11には、パーフルオロスルホン酸膜を用いたが、これ以外にも、炭化水素電解質膜などの電解質膜を用いることもできる。   In addition, although the perfluorosulfonic acid film | membrane was used for the electrolyte membrane 11, electrolyte membranes, such as a hydrocarbon electrolyte membrane, can also be used besides this.

なお、実施の形態においては、ガス拡散層41にはカーボンペーパーを用いたが、これ以外にも、カーボンフェルトやカーボンクロスなどを用いることもできる。   In the embodiment, carbon paper is used for the gas diffusion layer 41. However, other than this, carbon felt, carbon cloth, or the like can also be used.

なお、本実施の形態においては、イオン交換基を除去する製造工程に、水素ガスと酸素ガスを用いたが、これ以外にも、過酸化水素を形成できる、酸化物質と還元物質とすることもできる。   In this embodiment, hydrogen gas and oxygen gas are used in the manufacturing process for removing the ion exchange groups. However, in addition to this, an oxidizing substance and a reducing substance that can form hydrogen peroxide may be used. it can.

なお、本実施の形態においては、イオン交換基を除去する製造工程に、ヒドロキシルラジカルを用いたが、これ以外の求電子種とすることもできる。   In the present embodiment, the hydroxyl radical is used in the production process for removing the ion exchange group, but other electrophilic species may be used.

(実施の形態3)
図7は、本発明の実施の形態3にかかる燃料電池用電極触媒層の概略構成を示す断面図である。図8は、本発明の実施の形態3にかかる燃料電池用電極触媒層の製造工程を示すフローチャートである。図9は、本発明の実施の形態3にかかる燃料電池用電極触媒層の製造工程に用いる電気化学セルの概略構成を示す断面図である。図10は、本発明の実施の形態3にかかる燃料電池の概略構成を示す断面図である。
(Embodiment 3)
FIG. 7: is sectional drawing which shows schematic structure of the electrode catalyst layer for fuel cells concerning Embodiment 3 of this invention. FIG. 8 is a flowchart showing manufacturing steps of the fuel cell electrode catalyst layer according to the third embodiment of the present invention. FIG. 9: is sectional drawing which shows schematic structure of the electrochemical cell used for the manufacturing process of the electrode catalyst layer for fuel cells concerning Embodiment 3 of this invention. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the fuel cell according to the third embodiment of the present invention.

図7に示すように、本実施の形態の燃料電池用電極触媒層902は、担体粒子300の表面に金属触媒粒子400が担持された電極触媒500と、電解質樹脂802と、から構成されている。また、燃料電池用電極触媒層902は、ガス拡散層42の表面に形成されている。   As shown in FIG. 7, the fuel cell electrode catalyst layer 902 of this embodiment includes an electrode catalyst 500 in which metal catalyst particles 400 are supported on the surfaces of carrier particles 300, and an electrolyte resin 802. . The fuel cell electrode catalyst layer 902 is formed on the surface of the gas diffusion layer 42.

なお、電解質樹脂802は、相対的にイオン交換基の濃度が低い電解質樹脂602と、相対的にイオン交換基の濃度が高い電解質樹脂702と、から構成されている。   The electrolyte resin 802 includes an electrolyte resin 602 having a relatively low ion exchange group concentration and an electrolyte resin 702 having a relatively high ion exchange group concentration.

ここで、本実施の形態における、燃料電池用電極触媒層902と、その製造方法、および、燃料電池用電極触媒層902を用いた燃料電池102についてより詳細に説明する。   Here, the fuel cell electrode catalyst layer 902, the manufacturing method thereof, and the fuel cell 102 using the fuel cell electrode catalyst layer 902 in the present embodiment will be described in more detail.

まず、燃料電池用電極触媒層902について説明する。   First, the fuel cell electrode catalyst layer 902 will be described.

燃料電池用電極触媒層902は、電極触媒500の金属触媒粒子400および担体粒子
300の表面に電解質樹脂802が被覆されている。
In the fuel cell electrode catalyst layer 902, the surfaces of the metal catalyst particles 400 and the carrier particles 300 of the electrode catalyst 500 are coated with an electrolyte resin 802.

また、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂602は、担体粒子300および金属触媒粒子400の表面遠方に被覆された電解質樹脂702よりも、低いイオン交換基の濃度を有しており、且つ、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂602はイオン交換基を有していないのである。   In addition, the electrolyte resin 602 coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particle 400 has a lower ion exchange group concentration than the electrolyte resin 702 coated in the distance from the surface of the carrier particle 300 and the metal catalyst particle 400. In addition, the electrolyte resin 602 coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particles 400 does not have an ion exchange group.

また、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂602は、撥水性を有するのに対し、担体粒子300の表面近傍に被覆された電解質樹脂702は、親水性を有する。   The electrolyte resin 602 coated near the surface of the metal catalyst particle 400 has water repellency, whereas the electrolyte resin 702 coated near the surface of the carrier particle 300 has hydrophilicity.

担体粒子300には、炭素粒子を用い、金属触媒粒子400には、白金コバルト合金触媒粒子を用いる。なお、白金コバルト合金触媒粒子は、炭素粒子に52wt%担持された白金コバルト合金触媒担持炭素である。担体粒子300および金属触媒粒子400の表面遠方に被覆された電解質樹脂702には、パーフルオロスルホン酸を用い、イオン交換基はスルホン酸基である。   Carbon particles are used for the carrier particles 300, and platinum-cobalt alloy catalyst particles are used for the metal catalyst particles 400. The platinum-cobalt alloy catalyst particles are platinum-cobalt alloy catalyst-supported carbon that is supported by 52 wt% on carbon particles. Perfluorosulfonic acid is used for the electrolyte resin 702 coated on the surface of the carrier particles 300 and the metal catalyst particles 400, and the ion exchange group is a sulfonic acid group.

また、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂602は、電解質樹脂702のパーフルオロスルホン酸からイオン交換基を除去したものである。電解質樹脂702のパーフルオロスルホン酸からイオン交換基を除去することで、疎水性の主鎖および側鎖が残るため、電解質樹脂602の撥水性を向上させることができる。   The electrolyte resin 602 coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particles 400 is obtained by removing ion exchange groups from perfluorosulfonic acid of the electrolyte resin 702. By removing the ion exchange groups from the perfluorosulfonic acid of the electrolyte resin 702, the hydrophobic main chain and side chains remain, so that the water repellency of the electrolyte resin 602 can be improved.

担体粒子300および金属触媒粒子400の表面遠方に被覆された電解質樹脂702のイオン交換基のモル濃度は、305mol/mである。電解質樹脂702のイオン交換基のモル濃度を増加させることで、イオン交換基に配位する水の量が増加し、電解質樹脂702の親水性を向上させることができる。 The molar concentration of the ion exchange group of the electrolyte resin 702 coated on the surface of the carrier particles 300 and the metal catalyst particles 400 is 305 mol / m 3 . By increasing the molar concentration of the ion exchange group of the electrolyte resin 702, the amount of water coordinated to the ion exchange group is increased, and the hydrophilicity of the electrolyte resin 702 can be improved.

金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂602のイオン交換基量のモル濃度は、0mol/mである。また、電解質樹脂802の量は、担体粒子300と同量とする。 The molar concentration of the ion exchange group amount of the electrolyte resin 602 coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particle 400 is 0 mol / m 3 . The amount of the electrolyte resin 802 is the same as that of the carrier particles 300.

ガス拡散層42は、カーボンペーパーとするガス拡散層42の面積は、200cmである。電極触媒500の担持量は、ガス拡散層42の面積当たり、白金量で0.1mg/cmである。 The area of the gas diffusion layer 42 made of carbon paper is 200 cm 2 . The supported amount of the electrode catalyst 500 is 0.1 mg / cm 2 in terms of platinum per area of the gas diffusion layer 42.

次に、燃料電池用電極触媒層902の製造方法について説明する。   Next, a method for producing the fuel cell electrode catalyst layer 902 will be described.

図8に示すように、本実施の形態の燃料電池用電極触媒層902の製造方法は、先ず、S12で電極触媒500と、電解質樹脂702と、混合溶媒と、を秤量する。混合溶媒には、水とエタノールの混合溶媒(水:エタノール=1:1)を用いる。   As shown in FIG. 8, in the method of manufacturing the fuel cell electrode catalyst layer 902 of this embodiment, first, in S12, the electrode catalyst 500, the electrolyte resin 702, and the mixed solvent are weighed. As the mixed solvent, a mixed solvent of water and ethanol (water: ethanol = 1: 1) is used.

次に、S22で電極触媒500と、電解質樹脂702と、混合溶媒と、を分散混合させて、触媒インクを作製する。次に、S32で触媒インクをガス拡散層42に塗布し、乾燥することで、電極触媒500の表面に電解質樹脂702を被覆する。   Next, in S22, the electrode catalyst 500, the electrolyte resin 702, and the mixed solvent are dispersed and mixed to produce a catalyst ink. Next, in S32, the catalyst ink is applied to the gas diffusion layer 42 and dried to coat the surface of the electrode catalyst 500 with the electrolyte resin 702.

次に、図10に示すように、S42で触媒インクを塗布したガス拡散層42を作用極4として、電気化学セル8に設置する。電気化学セル8は、電解液3として1mol/Lの過塩素酸電解液と、参照極7として白金網電極からなる標準水素電極と、対極5として白金網電極と、から構成されている。   Next, as shown in FIG. 10, the gas diffusion layer 42 applied with the catalyst ink in S <b> 42 is set in the electrochemical cell 8 as the working electrode 4. The electrochemical cell 8 includes a 1 mol / L perchloric acid electrolytic solution as the electrolytic solution 3, a standard hydrogen electrode composed of a platinum mesh electrode as the reference electrode 7, and a platinum mesh electrode as the counter electrode 5.

参照極7は、水素を封入した参照極容器6に設置する。次に、S52で電気化学セル8にガス供給経路2から酸素ガスを0.2L/minで供給する。   The reference electrode 7 is installed in a reference electrode container 6 filled with hydrogen. Next, oxygen gas is supplied from the gas supply path 2 to the electrochemical cell 8 at 0.2 L / min in S52.

最後に、S62で酸素ガスを0.2L/minで供給した状態で、電気化学制御装置1を用いて、参照極7に対して、触媒インクを塗布したガス拡散層42の作用極4の電極電位を0.3Vに30秒間保持し、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂702から、イオン交換基を除去することで、イオン交換基の濃度が0mol/mとなる電解質樹脂602を有する燃料電池用電極触媒層902の製造が完了する。 Finally, with the oxygen gas supplied at 0.2 L / min in S62, the electrode of the working electrode 4 of the gas diffusion layer 42 to which the catalyst ink is applied to the reference electrode 7 using the electrochemical control device 1 An electrolyte resin in which the concentration of the ion exchange groups becomes 0 mol / m 3 by removing the ion exchange groups from the electrolyte resin 702 coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particles 400 while maintaining the potential at 0.3 V for 30 seconds. The production of the fuel cell electrode catalyst layer 902 having 602 is completed.

S62のイオン交換基を除去する反応についてより詳細に説明する。   The reaction for removing the ion exchange group of S62 will be described in more detail.

まず、酸素を供給した状態で、過塩素酸電解液中で触媒インクを塗布したガス拡散層42の作用極4の電極電位を標準水素電極に対して、0.3Vに保持することで、金属触媒粒子400の表面で水素と酸素を反応させ、過酸化水素を形成する。   First, in a state where oxygen is supplied, the electrode potential of the working electrode 4 of the gas diffusion layer 42 to which the catalyst ink is applied in the perchloric acid electrolyte is maintained at 0.3 V with respect to the standard hydrogen electrode. Hydrogen and oxygen are reacted on the surface of the catalyst particle 400 to form hydrogen peroxide.

次に、形成された過酸化水素が金属触媒粒子400の表面近傍に存在するコバルトイオンと反応することで、求電子置換反応の反応種となる、ヒドロキシルラジカルが形成される。このヒドロキシルラジカルは、反応性が非常に高く、また、高い電子密度で、且つ、結合エネルギーが低い分子鎖と反応する特徴を有している。   Next, the formed hydrogen peroxide reacts with cobalt ions existing in the vicinity of the surface of the metal catalyst particles 400, thereby forming hydroxyl radicals that are reactive species for the electrophilic substitution reaction. This hydroxyl radical is very reactive and has a feature of reacting with a molecular chain having a high electron density and a low binding energy.

電解質樹脂702として用いているパーフルオロスルホン酸は、イオン交換基であるスルホン酸基の炭素と硫黄の間の結合、酸素と水素の間が弱い結合エネルギーとなるため、これらの反応サイトにヒドロキシルラジカルが攻撃することで、スルホン酸基を電解質樹脂702から切断することが可能となる。   The perfluorosulfonic acid used as the electrolyte resin 702 has a weak bond energy between carbon and sulfur of the sulfonic acid group which is an ion exchange group, and between oxygen and hydrogen. Can attack the sulfonic acid group from the electrolyte resin 702.

また、標準水素電極に対して、0.3Vに保持することで、金属触媒粒子400の表面に吸着する水素量が増加し、過酸化水素の生成量を増加させることができる。また、作用極4が過酸化水素の酸化還元電位よりも低い電位となるため、金属触媒粒子400で過酸化水素が分解し、水になる反応を抑制できる。   In addition, by maintaining the standard hydrogen electrode at 0.3 V, the amount of hydrogen adsorbed on the surface of the metal catalyst particles 400 increases, and the amount of hydrogen peroxide generated can be increased. In addition, since the working electrode 4 has a potential lower than the oxidation-reduction potential of hydrogen peroxide, the reaction in which hydrogen peroxide is decomposed and becomes water by the metal catalyst particles 400 can be suppressed.

これにより、金属触媒粒子400の表面における、イオン交換基の除去反応の反応種の生成量を増加させることができるため、イオン交換基の除去反応における、反応速度を向上させることが可能となり、更に効率的に燃料電池用電極触媒層902を製造することができる。   As a result, the amount of reactive species in the ion exchange group removal reaction on the surface of the metal catalyst particle 400 can be increased, so that the reaction rate in the ion exchange group removal reaction can be improved. The fuel cell electrode catalyst layer 902 can be efficiently produced.

次に、燃料電池用電極触媒層902を用いた燃料電池102について説明する。   Next, the fuel cell 102 using the fuel cell electrode catalyst layer 902 will be described.

図10に示すように、本実施の形態の燃料電池102は、電解質膜−電極接合体92とアノードセパレータ70aと、カソードセパレータ70bと、が積層されている。   As shown in FIG. 10, in the fuel cell 102 of the present embodiment, an electrolyte membrane-electrode assembly 92, an anode separator 70a, and a cathode separator 70b are laminated.

アノードセパレータ70aの電解質膜−電極接合体92に臨む面には、燃料ガス流路71aが設けられている。同様に、カソードセパレータ70bの電解質膜−電極接合体91に臨む面には、酸化剤ガス流路71bが設けられている。アノードセパレータ70aおよびカソードセパレータ70bは、カーボンセパレータを用いる。   A fuel gas flow path 71a is provided on the surface of the anode separator 70a facing the electrolyte membrane-electrode assembly 92. Similarly, an oxidant gas flow path 71b is provided on the surface of the cathode separator 70b facing the electrolyte membrane-electrode assembly 91. A carbon separator is used for the anode separator 70a and the cathode separator 70b.

電解質膜−電極接合体91は、電解質膜12と、電解質膜12を挟持するアノード62aと、カソード62bを備える。電解質膜12は、パーフルオロスルホン酸膜を用いる。また、アノード62aは、燃料電池用電極触媒層902と、ガス拡散層42から構成されている。カソード62bは、燃料電池用電極触媒層902と、ガス拡散層42から構成されている。   The electrolyte membrane-electrode assembly 91 includes an electrolyte membrane 12, an anode 62a that sandwiches the electrolyte membrane 12, and a cathode 62b. The electrolyte membrane 12 uses a perfluorosulfonic acid membrane. Further, the anode 62 a is composed of a fuel cell electrode catalyst layer 902 and a gas diffusion layer 42. The cathode 62 b is composed of a fuel cell electrode catalyst layer 902 and a gas diffusion layer 42.

電解質膜−電極接合体92には、アノード62aおよびカソード62bを、電解質膜10に積層した状態で、140℃、10kgf/cmで熱圧着することで、アノード62aおよびカソード62bを電解質膜12に接合させたものを用いる。 In the electrolyte membrane-electrode assembly 92, the anode 62 a and the cathode 62 b are bonded to the electrolyte membrane 12 by thermocompression bonding at 140 ° C. and 10 kgf / cm 2 in a state where the anode 62 a and the cathode 62 b are laminated on the electrolyte membrane 10. Use a bonded one.

燃料電池102は、アノード62aに供給される燃料ガスと、カソード62bに供給される酸化剤ガスとの反応により発電を行う。燃料ガスには、水素ガスを用い、酸化剤ガスには、空気を用いる。   The fuel cell 102 generates power by a reaction between the fuel gas supplied to the anode 62a and the oxidant gas supplied to the cathode 62b. Hydrogen gas is used as the fuel gas, and air is used as the oxidant gas.

以上のように、実施の形態3の燃料電池用電極触媒層902は、金属触媒粒子400が担体粒子300に担持された電極触媒500と、電解質樹脂802と、で構成され、金属触媒粒子400と担体粒子300の表面は電解質樹脂802で被覆され、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂602のイオン交換基の濃度が、担体粒子300の表面を被覆している領域の電解質樹脂702のイオン交換基の濃度よりも低いことを特徴とし、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂602はイオン交換基を有していないのである。   As described above, the fuel cell electrode catalyst layer 902 of the third embodiment includes the electrode catalyst 500 in which the metal catalyst particles 400 are supported on the carrier particles 300 and the electrolyte resin 802. The surface of the carrier particle 300 is coated with the electrolyte resin 802, and the concentration of the ion exchange group of the electrolyte resin 602 in the region close to the surface of the metal catalyst particle 400 is in the region covering the surface of the carrier particle 300. The electrolyte resin 602 in the region close to the surface of the metal catalyst particle 400 does not have an ion exchange group.

これにより、担体粒子300の表面に被覆された電解質樹脂702のイオン交換基の濃度および含水率を低下させることなく、金属触媒粒子400の表面近傍に被覆された電解質樹脂602のイオン交換基の濃度のみを低下させることができる。   Thereby, the concentration of the ion exchange group of the electrolyte resin 602 coated in the vicinity of the surface of the metal catalyst particle 400 without reducing the concentration and water content of the ion exchange group of the electrolyte resin 702 coated on the surface of the carrier particle 300. Only can be lowered.

また、電解質樹脂802のイオン交換基が金属触媒粒子400と接触することを解消して、金属触媒粒子400のイオン化をより低減させることができる。また、金属触媒粒子400の表面への電解質樹脂602のイオン交換基の吸着を解消し、金属触媒粒子400の有効反応サイトを増加させることができる。   In addition, the ion exchange group of the electrolyte resin 802 can be prevented from coming into contact with the metal catalyst particles 400, and ionization of the metal catalyst particles 400 can be further reduced. Further, adsorption of ion exchange groups of the electrolyte resin 602 on the surface of the metal catalyst particles 400 can be eliminated, and the effective reaction sites of the metal catalyst particles 400 can be increased.

その結果、燃料電池用電極触媒層902のプロトン伝導率の低下を抑制しながら、金属触媒粒子400の耐久性および触媒活性を向上させることが可能となる。   As a result, the durability and catalytic activity of the metal catalyst particles 400 can be improved while suppressing a decrease in proton conductivity of the electrode catalyst layer 902 for the fuel cell.

また、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂602は、撥水性を有することで、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂602の含水率を低下させる。これにより、水による金属触媒粒子400の酸化が抑制でき、金属触媒粒子400の耐久性を更に向上させることが可能となる。   Further, the electrolyte resin 602 in the region close to the surface of the metal catalyst particle 400 has water repellency, thereby reducing the water content of the electrolyte resin 602 in the region close to the surface of the metal catalyst particle 400. Thereby, the oxidation of the metal catalyst particles 400 by water can be suppressed, and the durability of the metal catalyst particles 400 can be further improved.

また、担体粒子300の表面を被覆している領域の電解質樹脂702が親水性を有することで、担体粒子300の表面の含水率が増加し、プロトンの拡散経路とが増加し、燃料電池用電極触媒層902のプロトン伝導率の低下をより抑制することが可能となる。   Further, since the electrolyte resin 702 in the region covering the surface of the carrier particle 300 has hydrophilicity, the water content on the surface of the carrier particle 300 increases, the proton diffusion path increases, and the fuel cell electrode It is possible to further suppress a decrease in proton conductivity of the catalyst layer 902.

また、本実施の形態の燃料電池用電極触媒層902を用いて燃料電池102を構成することで、プロトン伝導抵抗および反応抵抗が低く、且つ、電極触媒500の耐久性が高い燃料電池102を提供することができる。   Further, by forming the fuel cell 102 using the fuel cell electrode catalyst layer 902 of the present embodiment, the fuel cell 102 having low proton conduction resistance and reaction resistance and high durability of the electrode catalyst 500 is provided. can do.

更に、本実施の形態の燃料電池用電極触媒層902の製造方法は、金属触媒粒子400が担体粒子300に担持された電極触媒500に、イオン交換基を有する電解質樹脂702を被覆した後に、金属触媒粒子の表面に近接する領域の電解質樹脂702から、求電子置換反応により、イオン交換基を除去することで、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂602のイオン交換基の濃度を、担体粒子300の表面を被覆している領域の電解質樹脂702のイオン交換基の濃度よりも低減することを特徴とする。   Furthermore, in the method of manufacturing the fuel cell electrode catalyst layer 902 of the present embodiment, the electrode catalyst 500 having the metal catalyst particles 400 supported on the carrier particles 300 is coated with the electrolyte resin 702 having ion exchange groups, By removing the ion exchange groups from the electrolyte resin 702 in the region close to the surface of the catalyst particles by an electrophilic substitution reaction, the concentration of the ion exchange groups in the electrolyte resin 602 in the region close to the surface of the metal catalyst particles 400 is reduced. The concentration of the ion exchange group in the electrolyte resin 702 in the region covering the surface of the carrier particle 300 is reduced.

これにより、金属触媒粒子400の表面に近接する領域の電解質樹脂702のみからイ
オン交換基を除去することで、金属触媒粒子400の表面のプロトン伝導率が低い電解質樹脂602の厚みを低減させることができ、燃料電池用電極触媒層902のプロトン伝導率の低下を更に抑制することが可能となる。
Thereby, the thickness of the electrolyte resin 602 having a low proton conductivity on the surface of the metal catalyst particle 400 can be reduced by removing the ion exchange groups only from the electrolyte resin 702 in the region close to the surface of the metal catalyst particle 400. It is possible to further suppress the decrease in proton conductivity of the fuel cell electrode catalyst layer 902.

また、求電子置換反応を用いることで、電子密度が高く、且つ、結合エネルギーが低い分子鎖を有するイオン交換基を選択的に切断でき、イオン交換基の除去反応の反応サイトの選択性および反応速度を向上させることが可能となる。これにより、効率的に燃料電池用電極触媒層902を製造することができる。   In addition, by using an electrophilic substitution reaction, an ion exchange group having a molecular chain with a high electron density and a low binding energy can be selectively cleaved, and the selectivity and reaction of the reaction site of the ion exchange group removal reaction The speed can be improved. Thereby, the electrode catalyst layer 902 for fuel cells can be manufactured efficiently.

また、標準水素電極に対して、燃料電池用電極触媒層の電極電位を0.3V以下に保持した状態で、イオン交換基を除去することにより、金属触媒粒子400の表面における、イオン交換基の除去反応の反応種の生成量を増加させることが可能となる。これにより、イオン交換基の除去反応における、反応速度を向上させることができるため、更に効率的に燃料電池用電極触媒層902を製造することができる。   Further, the ion exchange groups on the surface of the metal catalyst particles 400 are removed by removing the ion exchange groups while maintaining the electrode potential of the fuel cell electrode catalyst layer at 0.3 V or less with respect to the standard hydrogen electrode. It is possible to increase the amount of reaction species generated in the removal reaction. Thereby, since the reaction rate in the ion-exchange group removal reaction can be improved, the fuel cell electrode catalyst layer 902 can be manufactured more efficiently.

なお、本実施の形態においては、担体粒子300には、炭素粒子を用いたが、これ以外にも、酸化物を用いることもできる。   In the present embodiment, carbon particles are used for carrier particles 300, but oxides can also be used in addition to these.

なお、本実施の形態においては、金属触媒粒子400には白金コバルト合金触媒粒子を用いたが、これ以外にも、白金、ルテニウム、パラジウム、鉄、銅、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、等の金属およびこれらの合金などを用いることができる。   In the present embodiment, platinum cobalt alloy catalyst particles are used as the metal catalyst particles 400, but other than this, platinum, ruthenium, palladium, iron, copper, chromium, cobalt, nickel, manganese, etc. Metals and alloys thereof can be used.

なお、本実施の形態においては、電解質樹脂702にはパーフルオロスルホン酸を用いたが、これ以外にも、フッ素化合物にスルホン酸基以外のイオン交換基を導入した含む電解質樹脂や、炭化水素にスルホン酸基もしくはスルホン酸基以外のイオン交換基を導入した電解質樹脂を用いることもできる。   In this embodiment, perfluorosulfonic acid is used for the electrolyte resin 702. However, in addition to this, an electrolyte resin containing a fluorine compound introduced with an ion exchange group other than a sulfonic acid group or a hydrocarbon is used. It is also possible to use an electrolyte resin into which an ion exchange group other than a sulfonic acid group or a sulfonic acid group is introduced.

なお、電解質膜12には、パーフルオロスルホン酸膜を用いたが、これ以外にも、炭化水素電解質膜などの電解質膜を用いることもできる。   In addition, although the perfluorosulfonic acid film | membrane was used for the electrolyte membrane 12, electrolyte membranes, such as a hydrocarbon electrolyte membrane, can also be used besides this.

なお、実施の形態においては、ガス拡散層42にはカーボンペーパーを用いたが、これ以外にも、カーボンフェルトやカーボンクロスなどを用いることもできる。   In the embodiment, carbon paper is used for the gas diffusion layer 42. However, other than this, carbon felt, carbon cloth, or the like can also be used.

なお、本実施の形態においては、イオン交換基を除去する製造工程に、過塩素酸電解液を用いたが、これ以外にも、プロトンを電離することができる電解液や、パーフルオロスルホン酸膜などの電解質膜とすることもできる。   In the present embodiment, the perchloric acid electrolytic solution is used in the production process for removing the ion exchange groups. However, in addition to this, an electrolytic solution capable of ionizing protons or a perfluorosulfonic acid membrane It can also be used as an electrolyte membrane.

なお、本実施の形態においては、イオン交換基を除去する製造工程に、水素ガスと酸素ガスを用いたが、これ以外にも、過酸化水素を形成できる、酸化物質と還元物質とすることもできる。   In this embodiment, hydrogen gas and oxygen gas are used in the manufacturing process for removing the ion exchange groups. However, in addition to this, an oxidizing substance and a reducing substance that can form hydrogen peroxide may be used. it can.

なお、本実施の形態においては、イオン交換基を除去する製造工程の作用極の電位保持条件を標準水素電極に対して、0.3Vとしたが、0.3Vから0.05Vの電位範囲のいずれかに設定することもできる。   In this embodiment, the potential holding condition of the working electrode in the manufacturing process for removing the ion exchange group is 0.3 V with respect to the standard hydrogen electrode, but the potential range is from 0.3 V to 0.05 V. It can also be set to either.

なお、本実施の形態においては、イオン交換基を除去する製造工程の作用極の電位保持条件を標準水素電極に対して、0.3Vとしたが、水素飽和したアノードに対して0.3Vとすることもできる。   In this embodiment, the potential holding condition of the working electrode in the manufacturing process for removing the ion exchange group is 0.3 V with respect to the standard hydrogen electrode, but 0.3 V with respect to the anode saturated with hydrogen. You can also

なお、本実施の形態においては、イオン交換基を除去する製造工程に、ヒドロキシルラ
ジカルを用いたが、これ以外の求電子種とすることもできる。
In the present embodiment, the hydroxyl radical is used in the production process for removing the ion exchange group, but other electrophilic species may be used.

以上のように、本発明に係る燃料電池用電極触媒層は、プロトン伝導率の低下を抑制しながら、金属触媒粒子の耐久性を向上させることができ、また、本発明の燃料電池用電極触媒層を用いて燃料電池を構成することで、プロトン伝導抵抗および反応抵抗が低く、且つ、電極触媒の耐久性が高い燃料電池を実現できるので、ポータブル電源、携帯機器用電源、電気自動車用電源、家庭内コージェネレーションシステム等に適用できる。   As described above, the electrode catalyst layer for a fuel cell according to the present invention can improve the durability of the metal catalyst particles while suppressing a decrease in proton conductivity, and the electrode catalyst for a fuel cell according to the present invention. By forming a fuel cell using layers, a fuel cell with low proton conduction resistance and reaction resistance and high durability of the electrode catalyst can be realized. Therefore, a portable power source, a power source for portable devices, a power source for electric vehicles, Applicable to home cogeneration systems.

1 電気化学制御装置
2 ガス供給経路
3 電解液
4 作用極
5 対極
6 参照極容器
7 参照極
8 電気化学セル
10,11,12 電解質膜
40,41,42 ガス拡散層
60a,61a,62a アノード
60b,61b,62b カソード
70a アノードセパレータ
70b カソードセパレータ
71a 燃料ガス流路
71b 酸化剤ガス流路
90,91,92 電解質膜−電極接合体
100,101,102 燃料電池
300 担体粒子
400 金属触媒粒子
500 電極触媒
600,601,602 電解質樹脂
700,702 電解質樹脂
800,801,802 電解質樹脂
900,901,902 燃料電池用電極触媒層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrochemical control apparatus 2 Gas supply path 3 Electrolyte solution 4 Working electrode 5 Counter electrode 6 Reference electrode container 7 Reference electrode 8 Electrochemical cell 10, 11, 12 Electrolyte membrane 40, 41, 42 Gas diffusion layer 60a, 61a, 62a Anode 60b , 61b, 62b Cathode 70a Anode separator 70b Cathode separator 71a Fuel gas flow path 71b Oxidant gas flow path 90, 91, 92 Electrolyte membrane-electrode assembly 100, 101, 102 Fuel cell 300 Carrier particle 400 Metal catalyst particle 500 Electrocatalyst 600,601,602 Electrolyte resin 700,702 Electrolyte resin 800,801,802 Electrolyte resin 900,901,902 Electrode catalyst layer for fuel cell

Claims (8)

金属触媒粒子が担体粒子に担持された電極触媒と、電解質樹脂と、で構成された燃料電池用電極触媒層であって、
前記金属触媒粒子と前記担体粒子の表面は前記電解質樹脂で被覆され、前記金属触媒粒子の表面に近接する領域の前記電解質樹脂のイオン交換基の濃度が、前記担体粒子表面を被覆している領域の前記電解質樹脂の前記イオン交換基の濃度よりも低いことを特徴とする燃料電池用電極触媒層。
An electrode catalyst layer for a fuel cell composed of an electrode catalyst in which metal catalyst particles are supported on carrier particles, and an electrolyte resin,
The surface of the metal catalyst particles and the carrier particles are coated with the electrolyte resin, and the concentration of ion exchange groups of the electrolyte resin in the region close to the surface of the metal catalyst particles covers the surface of the carrier particles An electrode catalyst layer for a fuel cell, wherein the concentration is lower than the concentration of the ion exchange group of the electrolyte resin.
前記金属触媒粒子の表面に近接する領域の前記電解質樹脂は、前記イオン交換基を有していないことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用電極触媒層。 2. The fuel cell electrode catalyst layer according to claim 1, wherein the electrolyte resin in a region close to the surface of the metal catalyst particles does not have the ion exchange group. 前記金属触媒粒子の表面に近接する領域の前記電解質樹脂は、撥水性を有することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池用電極触媒層。 3. The electrode catalyst layer for a fuel cell according to claim 1, wherein the electrolyte resin in a region adjacent to the surface of the metal catalyst particles has water repellency. 前記担体粒子表面を被覆している領域の前記電解質樹脂は親水性を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の燃料電池用電極触媒層。 The electrode catalyst layer for a fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrolyte resin in a region covering the surface of the carrier particles has hydrophilicity. 金属触媒粒子が担体粒子に担持された電極触媒に、イオン交換基を有する電解質樹脂を被覆した後、前記金属触媒粒子の表面に近接する領域の前記電解質樹脂から前記イオン交換基を除去する工程を有することを特徴とする燃料電池用電極触媒層の製造方法。 The step of removing the ion exchange groups from the electrolyte resin in the region close to the surface of the metal catalyst particles after coating the electrode catalyst having the metal catalyst particles supported on the carrier particles with the electrolyte resin having ion exchange groups. A method for producing an electrode catalyst layer for a fuel cell, comprising: 求電子置換反応により、前記金属触媒粒子の表面に近接する領域の前記電解質樹脂から前記イオン交換基を除去することを特徴とする請求項5に記載の燃料電池用電極触媒層の製造方法。 6. The method for producing an electrode catalyst layer for a fuel cell according to claim 5, wherein the ion exchange group is removed from the electrolyte resin in a region close to the surface of the metal catalyst particle by an electrophilic substitution reaction. 極低湿度の雰囲気で、前記金属触媒粒子の表面に近接する領域の前記電解質樹脂から前記イオン交換基を除去することを特徴とする請求項5または6に記載の燃料電池用電極触媒層の製造方法。 The production of an electrode catalyst layer for a fuel cell according to claim 5 or 6, wherein the ion-exchange group is removed from the electrolyte resin in a region close to the surface of the metal catalyst particle in an extremely low humidity atmosphere. Method. 標準水素電極に対して、前記燃料電池用電極触媒層の電極電位を0.3V以下に保持した状態で、前記イオン交換基を除去することを特徴とする請求項5から7のいずれか1項に記載の燃料電池用電極触媒層の製造方法。 8. The ion exchange group is removed with the electrode potential of the fuel cell electrode catalyst layer kept at 0.3 V or less with respect to a standard hydrogen electrode. The manufacturing method of the electrode catalyst layer for fuel cells as described in any one of.
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