JP2019220304A - 燃料電池用触媒インク、燃料電池用触媒インクの製造方法、燃料電池用触媒層、電解質膜−電極接合体、および、燃料電池 - Google Patents

燃料電池用触媒インク、燃料電池用触媒インクの製造方法、燃料電池用触媒層、電解質膜−電極接合体、および、燃料電池 Download PDF

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Abstract

【課題】燃料電池用触媒層において、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーの触媒担持粒子への被覆を無くし、触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制することができる燃料電池用触媒インクを提供する。【解決手段】アイオノマー１７は、触媒担持粒子１６に吸着してアイオノマー被覆触媒担持粒子１２を形成して溶媒１３中に存在し、触媒担持粒子１６に吸着しないアイオノマー１７は溶媒１３中に存在しない燃料電池用触媒インク１１を用いて燃料電池用触媒層を形成することにより、触媒担持粒子１６に吸着しないアイオノマー１７の触媒担持粒子１６への被覆が無くなる。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池用触媒インクおよび燃料電池用触媒インクの製造方法と、この燃料電池用触媒インクを用いて、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に電極として形成される燃料電池用触媒層と、この燃料電池用触媒層を電極として電解質膜両面に接合した電解質膜−電極接合体と、この電解質膜？電極接合体を用いた燃料電池に関する。
燃料電池は、燃料と酸化剤、例えば、水素と酸素の電気化学反応によって発電する。この燃料電池では、プロトン伝導性を有する電解質膜（例えば、固体高分子膜）の両面に形成したアノードとカソードの両電極に、燃料ガスと酸化剤ガス、例えば水素ガスと空気を供給する。
これら電極は、カーボン粒子等の導電性担体に金属触媒粒子を担持した触媒担持粒子とプロトン導電性を有するアイオノマーとが混在して燃料電池用触媒層を形成している。
このような燃料電池用触媒層は、触媒担持粒子と、アイオノマーと、溶媒と、を混合して触媒インクを調製し、この触媒インクを用いて形成される。
ここで、触媒インクに触媒担持粒子の凝集物や、アイオノマーの粗大粒子がある場合、燃料電池用触媒層に微細な凹凸が生じ、燃料電池用触媒層の性能が低下してしまうことが知られている。
そこで、例えば、特許文献１では、触媒インクを濾過し、触媒インク中の、触媒担持粒子の凝集物や、アイオノマーの粗大粒子を除去した触媒インクが提案されている。
特開２０１６−８５９０７号公報
しかしながら、従来の構成では、触媒インクを濾過することで粗大な触媒担持粒子、粗大なアイオノマーを除去することができるが、触媒インク中に含まれる触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーを除去することができない。
その結果、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーが存在する触媒インクを用いて燃料電池用触媒層を形成すると、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーは、触媒担持粒子を被覆する。この触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーの触媒担持粒子への被覆は、触媒への反応ガス拡散を阻害するという課題を有していた。
本発明は、従来の課題を解決するもので、燃料電池用触媒層において、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーの触媒担持粒子への被覆を無くし、触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制することができる燃料電池用触媒インクを提供することを目的とする。
従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池用触媒インクは、触媒担持粒子とアイ
オノマーと溶媒とで構成された燃料電池用触媒インクであって、アイオノマーは触媒担持粒子に吸着しアイオノマー被覆触媒担持粒子を形成して溶媒中に存在し、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーは溶媒中に存在しないことを特徴とする。
これにより、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーが溶媒中に存在しない燃料電池用触媒インクを用いて形成した燃料電池用触媒層において、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーの触媒担持粒子への被覆が無くなり、触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制することができる。
本発明の燃料電池用触媒インク中には、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーは存在しない。その結果、この燃料電池用触媒インクを用いて形成した燃料電池用触媒層において、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーの触媒担持粒子への被覆が無くなり、触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制することができる。
よって、本発明の燃料電池用触媒インクを用いて燃料電池を構成することで、触媒への反応ガス拡散の阻害が抑制され、発電効率を向上させることが可能となる。
本発明の実施の形態１に係る燃料電池用触媒インクの構成を示す模式図 本発明の実施の形態１に係る燃料電池の概略構成断面図 本発明の実施の形態２に係る燃料電池用触媒インクの製造工程を説明するためのフローチャート 本発明の実施の形態２に係る秤量したプレインクの構成部材を示す模式図 本発明の実施の形態２に係るプレインクの構成を示す模式図 本発明の実施の形態２に係る分離したプレインクの構成部材を示す模式図 本発明の実施の形態２に係る秤量した燃料電池用触媒インクの構成部材を示す模式図 本発明の実施の形態２に係る燃料電池用触媒インクの構成を示す模式図 本発明の実施の形態２に係る燃料電池の概略構成断面図
第１の発明は、触媒担持粒子と、アイオノマーと、溶媒と、で構成された燃料電池用触媒インクであって、アイオノマーは触媒担持粒子に吸着しアイオノマー被覆触媒担持粒子を形成して溶媒中に存在し、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーは溶媒中に存在しないことを特徴とする、燃料電池用触媒インクである。
第２の発明は、第１の発明の燃料電池用触媒インクを用いて形成された燃料電池用触媒層である。
これにより、燃料電池用触媒インク中には、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーは存在せず、この燃料電池用触媒インクを用いて形成した燃料電池用触媒層において、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーの触媒担持粒子への被覆が無くなり、触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制することができる燃料電池用触媒インクおよび燃料電池用触媒層を提供することができる。
第３の発明は、プロトン伝導性を有する電解質膜と、電解質膜の両主面に配置される燃料電池用触媒層と、を有する電解質膜−電極接合体であって、電解質膜の少なくとも一方の主面に配置される燃料電池用触媒層が、第２の発明の燃料電池用触媒層である、電解質膜−電極接合体である。
これにより、触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制する燃料電池用触媒層を有する電解質膜−電極接合体を形成することができる。
第４の発明は、第３の発明の触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制する燃料電池用触媒層を有する電解質膜−電極接合体を備える、燃料電池である。
これにより、触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制する燃料電池用触媒層を有する電解質膜−電極接合体を備える燃料電池を構成することができ、構成された燃料電池の発電効率を向上することができる。
第５の発明は、触媒担持粒子と、アイオノマーと、溶媒と、を混合し、アイオノマーの一部が触媒担持粒子に吸着しアイオノマー被覆触媒担持粒子を形成し、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーが溶媒中に存在するプレインクを調製する第１工程と、プレインク中の触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーを除去する第２工程と、を有する第１の発明の燃料電池用触媒インクの製造方法である。
これにより、まず第１工程で、溶媒中に、アイオノマーが触媒担持粒子に吸着するアイオノマー被覆触媒担持粒子と、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーと、が存在するプレインクとなる。
次に、第２工程で、プレインク中の触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーを除去し、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーが溶媒中に存在しない燃料電池用触媒インクとなる。
この燃料電池用触媒インクを用いて形成した燃料電池用触媒層において、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーの触媒担持粒子への被覆が無くなり、触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制する燃料電池用触媒インクの製造方法を提供することができる。
第６の発明は、第５の発明の燃料電池用触媒インクの製造方法の第２工程が、比重差を利用して触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーを除去することを特徴とする燃料電池用触媒インクの製造方法である。
これにより、簡単な構成で、プレインク中の触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーを除去し、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーが溶媒中に存在しない燃料電池用触媒インクとなり、この燃料電池用触媒インクを用いて形成した燃料電池用触媒層において、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーの触媒担持粒子への被覆が無くなり、触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制する燃料電池用触媒インクの製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明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。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る燃料電池用触媒インクの構成を示す模式図である。図２は本発明の実施の形態１に係る燃料電池の概略構成断面図である。
以下、添付の図面を参照しながら、実施の形態１に係る燃料電池用触媒インクについて説明する。
図１に示すように、燃料電池用触媒インク１１は、アイオノマー被覆触媒担持粒子１２
と、溶媒１３と、から構成されている。溶媒１３は水とする。アイオノマー被覆触媒担持粒子１２は、触媒担持粒子１６と、アイオノマー１７と、から構成されている。
この燃料電池用触媒インク１１において、アイオノマー１７は触媒担持粒子１６に吸着しアイオノマー被覆触媒担持粒子１２を形成して溶媒１３中に存在し、触媒担持粒子１６に吸着しないアイオノマーは溶媒１３中に存在しない。
以下、本実施の形態に係る燃料電池用触媒インク１１についてより詳細に説明する。
触媒担持粒子１６は、カーボン担体にＰｔ触媒が５０ｗｔ％担持されたものとする。アイオノマー１７はパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマーとし、触媒担持粒子１６の重量の半分の重量が触媒担持粒子１６の表面に吸着することで被覆し、アイオノマー被覆触媒担持粒子１２を形成している。
燃料電池用触媒インク１１は、アイオノマー被覆触媒担持粒子１２が溶媒１３に分散され、溶媒１３の重量がアイオノマー被覆触媒担持粒子１２の重量の１０倍である。
次に、実施の形態１に係る燃料電池について説明する。
図２に示すように、燃料電池１０１は、電解質膜−電極接合体１１１とアノードセパレータ１１５ａと、カソードセパレータ１１５ｂと、が積層されている。
アノードセパレータ１１５ａの電解質膜−電極接合体１１１に臨む面には、燃料ガス流路１１７ａが設けられている。同様に、カソードセパレータ１１５ｂの電解質膜−電極接合体１１１に臨む面には、酸化剤ガス流路１１７ｂが設けられている。アノードセパレータ１１５ａおよびカソードセパレータ１１５ｂは、カーボンセパレータを用いる。
電解質膜−電極接合体１１１は、電解質膜１２１と、電解質膜１２１の両主面に配置されるアノード１２５ａと、カソード１２５ｂを備える。電解質膜１２１には、プロトン伝導性を有するパーフルオロスルホン酸膜を用いる。
アノード１２５ａは、燃料電池用触媒層１２７と、ガス拡散層１２９と、から構成されている。カソード１２５ｂは、燃料電池用触媒層１２７と、ガス拡散層１２９と、から構成されている。
燃料電池用触媒層１２７は、燃料電池用触媒インク１１を電解質膜１２１の両側に白金量で０．１ｍｇ／ｃｍ２になるよう塗布し、６０℃で乾燥させることで、燃料電池用触媒インク１１に含まれる溶媒１３を除去して作製されたものを用いる。
燃料電池用触媒インク１１中に触媒担持粒子１６に吸着しないアイオノマーは存在しないので、この燃料電池用触媒インク１１を用いて形成した燃料電池用触媒層１２７において、触媒担持粒子１６に吸着しないアイオノマーの触媒担持粒子１６への被覆が無い。
電解質膜−電極接合体１１１には、両側に燃料電池用触媒層１２７が形成された電解質膜１２１の両側にガス拡散層１２９を積層した状態で、１２０℃、１０ｋｇｆ／ｃｍ２で熱圧着することで、アノード１２５ａおよびカソード１２５ｂを電解質膜１２１に接合させたものを用いる。
燃料電池１０１は、アノード１２５ａに供給される反応ガスである燃料ガスと、カソード１２５ｂに供給される反応ガスであ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、酸化剤ガスには、空気を用いる。
以上のように、実施の形態１の燃料電池用触媒インク１１は、触媒担持粒子１６とアイオノマー１７と溶媒１３とで構成された燃料電池用触媒インク１１であって、アイオノマー１７は触媒担持粒子１６に吸着しアイオノマー被覆触媒担持粒子１２を形成して溶媒１３中に存在し、触媒担持粒子１６に吸着しないアイオノマーは溶媒１３中に存在しない。
これにより、燃料電池用触媒インク１１中には、触媒担持粒子１６に吸着しないアイオノマーは存在しない。よって、この燃料電池用触媒インク１１を用いて形成した燃料電池用触媒層１２７において、触媒担持粒子１６に吸着しないアイオノマーの触媒担持粒子１６への被覆が無くなり、触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制する燃料電池用触媒インク１１および燃料電池用触媒層１２７を提供できる。
また、触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制する燃料電池用触媒層１２７を有する電解質膜−電極接合体１１１を備える燃料電池１０１を構成することができ、構成された燃料電池１０１の発電効率を向上することができる。
なお、本実施の形態においては、触媒担持粒子１６を、カーボン担体にＰｔ触媒が５０ｗｔ％担持されたものとしたが、Ｐｔ触媒以外にも、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、等の金属およびこれらの合金などを担持したものを用いることができる。
また、アイオノマー１７を、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマーとしたが、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ものを含むポリマーや、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ポリマーを用いることもできる。
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２に係る燃料電池用触媒インクの製造工程を説明するためのフローチャートである。図４は本発明の実施の形態２に係る秤量したプレインクの構成部材を示す模式図である。図５は本発明の実施の形態２に係るプレインクの構成を示す模式図である。
また、図６は本発明の実施の形態２に係る分離したプレインクの構成部材を示す模式図である。図７は本発明の実施の形態２に係る秤量した燃料電池用触媒インクの構成部材を示す模式図である。図８は本発明の実施の形態２に係る燃料電池用触媒インクの構成を示す模式図である。図９は本発明の実施の形態２に係る燃料電池の概略構成断面図である。
以下、添付の図面を参照しながら、実施の形態２に係る燃料電池用触媒インクの製造方法について説明する。
図３に示すように、燃料電池用触媒インク２１の製造工程は、Ｓ１１工程、Ｓ２１工程から構成される第１工程と、Ｓ３１工程、Ｓ４１工程、Ｓ５１工程から構成される第２工程と、から構成される。ここで、Ｓ１１工程、Ｓ２１工程、Ｓ３１工程、Ｓ４１工程、Ｓ５１工程について、より詳細に説明する。
Ｓ１１工程は、触媒担持粒子２６と、アイオノマー３４と、溶媒２３と、を秤量する工程である。溶媒２３は、水とエタノールが重量比で１：１に混合されたものとする。図４に示すように、秤量した部材は、触媒担持粒子２６と、アイオノマー３４と、溶媒２３である。
ここで、触媒担持粒子２６は、カーボン担体にＰｔ触媒が５０ｗｔ％担持されたものとする。アイオノマー３４はパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマーとし、秤量する重量は、触媒担持粒子２６の重量の半分とする。溶媒２３を秤量する重量は、触媒担持粒子２６の重量の１０倍とする。
次にＳ２１工程は、Ｓ１１工程で秤量した触媒担持粒子２６と、アイオノマー３４と、溶媒２３と、を混合してプレインク３１を調製する工程である。ビーカーに秤量した触媒担持粒子２６と、アイオノマー３４と、溶媒２３と、を投入した後に、攪拌棒で混合し、プレインク３１を調製する。
これにより、図５に示すように、アイオノマー３４の一部であるアイオノマー２７は、触媒担持粒子２６の表面に吸着し、アイオノマー２７が触媒担持粒子２６に吸着するアイオノマー被覆触媒担持粒子２２となる。また、触媒担持粒子２６の表面に吸着しない残りのアイオノマー３８は、溶媒２３に分散され、触媒担持粒子２６に吸着していない。
次にＳ３１工程は、Ｓ２１工程で調製されたプレインク３１中の構成材料を遠心分離する工程である。
遠心分離機を用いてプレインク３１中の構成材料が比重に応じて分離され、図６に示すように、アイオノマー２７が触媒担持粒子２６の表面に吸着するアイオノマー被覆触媒担持粒子２２と、触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８と、溶媒２３と、にそれぞれ分離される。
次にＳ４１工程は、Ｓ３１工程で分離した構成材料のうち、触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８を除いた、アイオノマー被覆触媒担持粒子２２と、溶媒２３と、を秤量する工程である。
図７に示すように、秤量した部材は、アイオノマー被覆触媒担持粒子２２と、溶媒２３と、から構成され、溶媒２３を秤量する重量は、アイオノマー被覆触媒担持粒子２２の重量の１０倍とする。
次にＳ５１工程は、Ｓ４１工程で秤量したアイオノマー被覆触媒担持粒子２２と、溶媒２３と、を混合して燃料電池用触媒インク２１を調製する工程である。
ビーカーに秤量したアイオノマー被覆触媒担持粒子２２と、溶媒２３と、を投入した後に、攪拌棒で混合し、燃料電池用触媒インク２１を調製することで、図８に示すように、Ｓ２１工程で調製されたプレインク３１中の触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８を除去した燃料電池用触媒インク２１となる。
この燃料電池用触媒インク２１において、アイオノマー２７は触媒担持粒子２６に吸着しアイオノマー被覆触媒担持粒子２２を形成して溶媒２３中に存在し、触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８は溶媒２３中に存在しない。
次に、実施の形態２に係る燃料電池について説明する。
図９に示すように、燃料電池２０１は、電解質膜−電極接合体２１１とアノードセパレータ２１５ａと、カソードセパレータ２１５ｂと、が積層されている。
アノードセパレータ２１５ａの電解質膜−電極接合体２１１に臨む面には、燃料ガス流
路２１７ａが設けられている。同様に、カソードセパレータ２１５ｂの電解質膜−電極接合体２１１に臨む面には、酸化剤ガス流路２１７ｂが設けられている。アノードセパレータ２１５ａおよびカソードセパレータ２１５ｂは、カーボンセパレータを用いる。
電解質膜−電極接合体２１１は、電解質膜２２１と、電解質膜２２１の両主面に配置されるアノード２２５ａと、カソード２２５ｂを備える。電解質膜２２１には、プロトン伝導性を有するパーフルオロスルホン酸膜を用いる。
アノード２２５ａは、燃料電池用触媒層２２７と、ガス拡散層２２９と、から構成されている。カソード２２５ｂは、燃料電池用触媒層２２７と、ガス拡散層２２９と、から構成されている。
燃料電池用触媒層２２７は、燃料電池用触媒インク２１を電解質膜２２１の両側に白金量で０．１ｍｇ／ｃｍ２になるよう塗布し、６０℃で乾燥させることで、燃料電池用触媒インク２１に含まれる溶媒２３を除去して作製されたものを用い、この燃料電池用触媒インク２１中に触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８は存在しない。
その結果、この燃料電池用触媒インク２１を用いて形成した燃料電池用触媒層２２７において、触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８の触媒担持粒子２６への被覆が無い。
電解質膜−電極接合体２１１には、両側に燃料電池用触媒層２２７が形成された電解質膜２２１の両側にガス拡散層２２９を積層した状態で、１２０℃、１０ｋｇｆ／ｃｍ２で熱圧着することで、アノード２２５ａおよびカソード２２５ｂを電解質膜２２１に接合させたものを用いる。
燃料電池２０１は、アノード２２５ａに供給される反応ガスである燃料ガスと、カソード２２５ｂに供給される反応ガスであ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、酸化剤ガスには、空気を用いる。
以上のように、実施の形態２の燃料電池用触媒インク２１は、触媒担持粒子２６と、アイオノマー２７と、溶媒２３と、で構成された燃料電池用触媒インク２１であって、アイオノマー２７は触媒担持粒子２６に吸着しアイオノマー被覆触媒担持粒子２２を形成して溶媒２３中に存在し、触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８は溶媒２３中に存在しない。
これにより、燃料電池用触媒インク２１中には、触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマーは存在せず、この燃料電池用触媒インク２１を用いて形成した燃料電池用触媒層２２７において、触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８の触媒担持粒子２６への被覆が無くなり、触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制する燃料電池用触媒インク２１および燃料電池用触媒層２２７を提供することができる。
また、触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制する燃料電池用触媒層２２７を有する電解質膜−電極接合体２１１を備える燃料電池２０１を構成することができ、構成された燃料電池２０１の発電効率を向上することができる。
また、実施の形態２の燃料電池用触媒インク２１の製造方法は、触媒担持粒子２６とアイオノマー３４と溶媒２３とを混合し、アイオノマー３４の一部が触媒担持粒子２６に吸着しアイオノマー被覆触媒担持粒子２２を形成し、触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８が溶媒２３中に存在するプレインク３１を調製する第１工程と、プレインク３
１中の触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８を除去する第２工程とを有する。
これにより、まず第１工程で、溶媒２３中に、アイオノマー２７が触媒担持粒子２６に吸着するアイオノマー被覆触媒担持粒子２２と、触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８と、が存在するプレインク３１となる。
次に、第２工程で、プレインク３１中の触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８を除去し、触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８が溶媒２３中に存在しない燃料電池用触媒インク２１となる。
この燃料電池用触媒インク２１を用いて形成した燃料電池用触媒層２２７において、触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８の触媒担持粒子２６への被覆が無くなり、触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制する燃料電池用触媒インク２１の製造方法を提供することができる。
また、実施の形態２の燃料電池用触媒インク２１の製造方法の第２工程は、比重差を利用して触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８を除去するものである。
これにより、簡単な構成で、プレインク３１中の触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８を除去し、触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８が溶媒２３中に存在しない燃料電池用触媒インク２１となる。
この燃料電池用触媒インク２１を用いて形成した燃料電池用触媒層２２７において、触媒担持粒子２６に吸着しないアイオノマー３８の触媒担持粒子２６への被覆が無くなり、触媒への反応ガス拡散の阻害を抑制する燃料電池用触媒インク２１の製造方法を提供することができる。
なお、本実施の形態においては、触媒担持粒子２６を、カーボン担体にＰｔ触媒が５０ｗｔ％担持されたものとしたが、Ｐｔ触媒以外にも、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、等の金属およびこれらの合金などを担持したものを用いることができる。
また、アイオノマー３４を、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマーとしたが、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ものを含むポリマーや、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ポリマーを用いることもできる。
以上のように、本発明に係る燃料電池用触媒インクは、触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーは存在しないので、触媒インクを用いて形成する燃料電池用触媒層、その燃料電池用触媒層を用いた電解質膜−電極接合体、その電解質膜−電極接合体を用いた燃料電池に適用できる。
１１ 燃料電池用触媒インク
１２ アイオノマー被覆触媒担持粒子
１３ 溶媒
１６ 触媒担持粒子
１７ アイオノマー
２１ 燃料電池用触媒インク
２２ アイオノマー被覆触媒担持粒子
２３ 溶媒
２６ 触媒担持粒子
２７ アイオノマー
３１ プレインク
３４ アイオノマー
３８ アイオノマー
１０１ 燃料電池
１１１ 電解質膜−電極接合体
１１５ａ アノードセパレータ
１１５ｂ カソードセパレータ
１１７ａ 燃料ガス流路
１１７ｂ 酸化剤ガス流路
１２１ 電解質膜
１２５ａ アノード
１２５ｂ カソード
１２７ 燃料電池用触媒層
１２９ ガス拡散層
２０１ 燃料電池
２１１ 電解質膜−電極接合体
２１５ａ アノードセパレータ
２１５ｂ カソードセパレータ
２１７ａ 燃料ガス流路
２１７ｂ 酸化剤ガス流路
２２１ 電解質膜
２２５ａ アノード
２２５ｂ カソード
２２７ 燃料電池用触媒層
２２９ ガス拡散層

Claims (6)

  1. 触媒担持粒子とアイオノマーと溶媒とで構成された燃料電池用触媒インクであって、前記アイオノマーは前記触媒担持粒子に吸着しアイオノマー被覆触媒担持粒子を形成して前記溶媒中に存在し、前記触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーは前記溶媒中に存在しないことを特徴とする、燃料電池用触媒インク。
  2. 請求項１に記載の燃料電池用触媒インクを用いて形成された燃料電池用触媒層。
  3. プロトン伝導性を有する電解質膜と、前記電解質膜の両主面に配置される燃料電池用触媒層と、を有する電解質膜−電極接合体であって、前記電解質膜の少なくとも一方の主面に配置される前記燃料電池用触媒層が、請求項２に記載の燃料電池用触媒層である、電解質膜−電極接合体。
  4. 請求項３に記載の電解質膜−電極接合体を備える、燃料電池。
  5. 触媒担持粒子と、アイオノマーと、溶媒と、を混合し、
    前記アイオノマーの一部が前記触媒担持粒子に吸着しアイオノマー被覆触媒担持粒子を形成し、前記触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーが前記溶媒中に存在するプレインクを調製する第１工程と、
    前記プレインク中の前記触媒担持粒子に吸着しないアイオノマーを除去する第２工程と、を有する請求項１に記載の燃料電池用触媒インクの製造方法。
  6. 前記第２工程は、比重差を利用して前記触媒担持粒子に吸着しないアイオノマー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触媒インクの製造方法。
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