JP4826190B2 - Catalyst layer forming paste composition, catalyst layer-electrolyte membrane laminate transfer sheet, and catalyst layer-electrolyte membrane laminate - Google Patents
Catalyst layer forming paste composition, catalyst layer-electrolyte membrane laminate transfer sheet, and catalyst layer-electrolyte membrane laminate Download PDFInfo
- Publication number
- JP4826190B2 JP4826190B2 JP2005280221A JP2005280221A JP4826190B2 JP 4826190 B2 JP4826190 B2 JP 4826190B2 JP 2005280221 A JP2005280221 A JP 2005280221A JP 2005280221 A JP2005280221 A JP 2005280221A JP 4826190 B2 JP4826190 B2 JP 4826190B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst layer
- electrolyte membrane
- paste composition
- catalyst
- transfer sheet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Description
本発明は、燃料電池に関するものであり、特に固体高分子を電解質膜に利用した燃料電池の電極を構成する触媒層の触媒層形成用ペースト組成物、転写シート及び触媒層−電解質膜積層体に関する。 The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a paste composition for forming a catalyst layer of a catalyst layer constituting a fuel cell electrode using a solid polymer as an electrolyte membrane, a transfer sheet, and a catalyst layer-electrolyte membrane laminate. .
燃料電池は、電解質膜の両面に触媒層を配置し、水素と酸素の電気化学反応により発電するシステムであり、発電時に発生するのは水のみである。燃料電池は、従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないために次世代のクリーンエネルギーシステムとして注目されている。 A fuel cell is a system in which a catalyst layer is disposed on both surfaces of an electrolyte membrane and generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and only water is generated during power generation. Unlike conventional internal combustion engines, fuel cells are attracting attention as next-generation clean energy systems because they do not generate environmentally harmful gases such as carbon dioxide.
固体高分子形燃料電池は、電解質膜層として水素イオン伝導性高分子電解質膜を用い、その両面に触媒層を配置し、次いでその両面に電極基材を配置し、更にこれをセパレータで挟んだ構造をしている。電解質膜層の両面に触媒層を配置し、次いでその両面に電極基材を配置したもの（即ち、電極基材／触媒層／電解質膜／触媒層／電極基材の層構成のもの）は、電極−電解質膜接合体と称されている。 A polymer electrolyte fuel cell uses a hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane as an electrolyte membrane layer, a catalyst layer is arranged on both sides thereof, an electrode substrate is arranged on both sides thereof, and this is further sandwiched between separators. Has a structure. A catalyst layer is arranged on both sides of the electrolyte membrane layer, and then an electrode substrate is arranged on both sides thereof (that is, electrode substrate / catalyst layer / electrolyte membrane / catalyst layer / electrode substrate layer configuration) It is called an electrode-electrolyte membrane assembly.
従来、電極−電解質膜接合体の製造方法としては（１）片面に印刷法又はスプレー法を適用して触媒層を形成した２個の電極基材を用い、該電極基材の触媒層面が電解質膜の両面に接するように配置し、熱プレスする方法（例えば特許文献１、特許文献２等）、（２）電解質膜の両面に印刷法またはスプレー法を適用して触媒層を形成し、各々の触媒層面に電極基材が接するように配置し、熱プレスする方法（例えば、特許文献３等）等が知られている。 Conventionally, as a method for producing an electrode-electrolyte membrane assembly, (1) two electrode base materials on which a catalyst layer is formed by applying a printing method or a spray method on one side are used, and the catalyst layer surface of the electrode base material is an electrolyte. A method of placing the film in contact with both sides of the membrane and hot pressing (for example, Patent Document 1, Patent Document 2, etc.), (2) forming a catalyst layer on both surfaces of the electrolyte membrane by applying a printing method or a spray method, A method of placing the electrode base material in contact with the surface of the catalyst layer and hot pressing (for example, Patent Document 3) is known.
上記各種の方法で使用される触媒層形成用ペースト組成物は、いずれも触媒を担持した炭素粒子及び水素イオン伝導性電解質を低級脂肪族アルコールに溶解ないし分散させたものである。 Each of the catalyst layer forming paste compositions used in the above-mentioned various methods is obtained by dissolving or dispersing carbon particles carrying a catalyst and a hydrogen ion conductive electrolyte in a lower aliphatic alcohol.
しかしながら、斯かる触媒層形成用ペースト組成物は触媒と低級脂肪族アルコールとが直接接触し、触媒の活性により発火する危険性を有している。そのためペースト組成物を調整する際、予め触媒を水に溶解ないし分散させておき、これに低級脂肪族アルコールとが直接接触することを防止する措置が講じられている。しかるに、このような措置を講じた場合でも、発火の危険性が全く無くなった訳ではない。上記アルコールに対する水の割合を高くすることにより、発火の危険性を低くすることができるが、水の含有量が高くなると、ペースト組成物調整の際に触媒の分散性が悪くなり、その結果、該ペースト組成物を用いて形成される触媒層の性能が低下する。 However, such a paste composition for forming a catalyst layer has a risk that the catalyst and the lower aliphatic alcohol come into direct contact with each other and ignite due to the activity of the catalyst. Therefore, when preparing the paste composition, a measure is taken in which the catalyst is previously dissolved or dispersed in water to prevent direct contact with the lower aliphatic alcohol. However, even if such measures are taken, the risk of ignition is not completely eliminated. By increasing the proportion of water relative to the alcohol, the risk of ignition can be reduced, but when the water content is increased, the dispersibility of the catalyst is deteriorated during paste composition adjustment, and as a result, The performance of the catalyst layer formed using the paste composition is lowered.
特許文献４は、触媒担持炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を含有する懸濁液に、１−ブタノール、グリセリン、２−エトキシエタノール等の高沸点溶剤を添加したペースト組成物を開示している。 Patent Document 4 discloses a paste composition in which a high-boiling solvent such as 1-butanol, glycerin, and 2-ethoxyethanol is added to a suspension containing catalyst-carrying carbon particles and a hydrogen ion conductive polymer electrolyte. Yes.
しかしながら、これらの高沸点溶剤を含有するペースト組成物は、溶剤を揮発させるため高温での乾燥が必須であり、高温で乾燥させた場合、発火の危険性が大きい。特許文献４では乾燥時についての記載も示唆もなく、発火しない温度で乾燥させる場合著しく生産性が悪いという問題がある。 However, these paste compositions containing high-boiling solvents must be dried at a high temperature in order to volatilize the solvent, and when dried at a high temperature, there is a high risk of ignition. In Patent Document 4, there is no description about the time of drying, and there is a problem that productivity is remarkably poor when drying is performed at a temperature that does not ignite.
特許文献５は、固体高分子形燃料電池の電極形成に用いる電極触媒溶液であって、水より沸点が高く水溶液としたときに所定の温度以下で共沸する共沸溶剤（たとえば多価アルコール等）の水溶液に触媒を担持する触媒担持炭素粒子を分散してなる分散液を開示している。該文献の００１５段落に『共沸溶剤の水分散液に触媒担持カーボンを分散させることにより、触媒担持カーボンへの分散の際に生じる発熱や発火を防止することができる。』と記され、また、請求項７には『粘度が３０〜２００ｃｐｓで含水率が５０％以上に調整される』と記されている。
しかしながら、特許文献５に記載の分散溶液は、共沸溶剤の水溶液に触媒担持炭素粒子を分散させる際に、触媒が発火する危険性が残っている。また、触媒層を形成させる際に、プロピレングリコールは高沸点のため乾燥しにくく、水は飽和蒸気圧が低いために乾燥が非効率である。水溶液とした場合でも水分量が多いと乾燥効率が良いとは言えない。効率を上げるために高温で乾燥させた場合は発火の危険性が大きく、従って該分散液は実用に適していない。また、特許文献５では乾燥に関し乾燥性を向上させることができると記載しているものの具体的な記載はなく、発火しない温度で乾燥させる場合著しく生産性が悪いという問題がある。
However, the dispersion solution described in
本発明者は、上記課題を解決するために、触媒層の分散性が良好で発火の危険性の無いペースト組成物を開発した（特許文献６）。このようなペースト組成物は上記観点から十分に満足できるものであるが、より一層乾燥効率を高め、更なる生産効率を向上させ得るペースト組成物の開発が望まれている。
本発明は、触媒の分散性が良好で、発火の危険性がなく、さらに乾燥効率を著しく改善した触媒層形成用ペースト組成物を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a paste composition for forming a catalyst layer, which has good dispersibility of the catalyst, no risk of ignition, and further has drastically improved drying efficiency.
また、本発明は、発電効率が高く優れた電池性能、電池寿命等を備えた燃料電池を製造することができる触媒層形成用ペースト組成物を提供することを課題とする。 Another object of the present invention is to provide a catalyst layer forming paste composition that can produce a fuel cell having high power generation efficiency and excellent battery performance, battery life, and the like.
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねてきた。その結果、触媒担持炭素粒子の水分散液に水素イオン伝導性高分子電解質及び特定の溶剤を配合して得られる触媒層形成用ペースト組成物が所望のペースト組成物になり得ることを見出した。本発明は、このような知見に基づき完成されたものである。 The present inventor has intensively studied to solve the above problems. As a result, it has been found that a paste composition for forming a catalyst layer obtained by blending a hydrogen ion conductive polymer electrolyte and a specific solvent into an aqueous dispersion of catalyst-carrying carbon particles can be a desired paste composition. The present invention has been completed based on such findings.
すなわち、本発明は、下記に示す触媒層形成用ペースト組成物、触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート及び触媒層−電解質膜積層体に係る。
１． （１）触媒担持炭素粒子の水分散液に（２）水素イオン伝導性高分子電解質、（３）１価のアルコール系溶剤、及び（４）多価アルコール系溶剤、を含む触媒層形成用ペースト組成物であって、
ａ）前記多価アルコール系溶剤の溶解性パラメータが１４〜２０であり、
ｂ）前記多価アルコール系溶剤の沸点が１５０℃以上であり、
ｃ）前記多価アルコール系溶剤の含有量が組成物全量中０．０５〜５重量％である、
ことを特徴とする触媒層形成用ペースト組成物。
２． （４）多価アルコール系溶剤の含有量が、組成物全量中０．５〜３重量％である、上記項１記載のペースト組成物。
３． （４）多価アルコール系溶剤が、プロピレングリコールである、上記項１又は２に記載のペースト組成物。
４． （３）１価のアルコール系溶剤の炭素数が３〜５である上記項１〜３のいずれかに記載のペースト組成物。
５． 基材の少なくとも一方面上に、上記項１〜４のいずれかに記載のペースト組成物を塗布し、乾燥することにより触媒層を形成させてなる触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート。
６． 少なくとも一方面上に離型層が形成された基材の離型層上に、上記項１〜４のいずれかに記載のペースト組成物を塗布し、乾燥することにより触媒層を形成させてなる触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート。
７． 離型層が融点６０〜１００℃のワックスからなる上記項６記載の転写シート。
８． 上記項５〜７のいずれかに記載の転写シートを電解質膜に転写することにより得られる触媒層−電解質膜積層体。
９． 上記項８記載の触媒層−電解質膜積層体の両面に、電極基材を備えた電極−電解質膜接合体。
１０．上記項９記載の電極−電解質膜接合体をセパレータで挟み込んだ構成を有する、固体高分子形燃料電池。
That is, the present invention relates to the following catalyst layer forming paste composition, catalyst layer-electrolyte membrane laminate transfer sheet, and catalyst layer-electrolyte membrane laminate.
1. (1) A catalyst layer forming paste containing (2) a hydrogen ion conductive polymer electrolyte, (3) a monohydric alcohol solvent, and (4) a polyhydric alcohol solvent in an aqueous dispersion of catalyst-supporting carbon particles. A composition comprising:
a) The solubility parameter of the polyhydric alcohol solvent is 14 to 20,
b) The boiling point of the polyhydric alcohol solvent is 150 ° C. or higher,
c) The content of the polyhydric alcohol solvent is 0.05 to 5% by weight in the total amount of the composition.
A paste composition for forming a catalyst layer.
2. (4) The paste composition according to item 1, wherein the content of the polyhydric alcohol solvent is 0.5 to 3% by weight in the total amount of the composition.
3. (4) The paste composition according to Item 1 or 2, wherein the polyhydric alcohol solvent is propylene glycol.
4 . (3) The paste composition according to any one of Items 1 to 3, wherein the monovalent alcohol solvent has 3 to 5 carbon atoms.
5 . A transfer sheet for producing a catalyst layer-electrolyte membrane laminate, wherein the paste composition according to any one of Items 1 to 4 is applied to at least one surface of a substrate and dried to form a catalyst layer.
6 . The catalyst composition is formed by applying and drying the paste composition according to any one of the above items 1 to 4 on a release layer of a substrate having a release layer formed on at least one surface. A transfer sheet for producing a catalyst layer-electrolyte membrane laminate.
7 . Item 7. The transfer sheet according to Item 6, wherein the release layer is made of wax having a melting point of 60 to 100 ° C.
8 . 8. A catalyst layer-electrolyte membrane laminate obtained by transferring the transfer sheet according to any one of
9. 9. An electrode-electrolyte membrane assembly comprising an electrode substrate on both sides of the catalyst layer-electrolyte membrane laminate according to Item 8.
10. A solid polymer fuel cell having a configuration in which the electrode-electrolyte membrane assembly according to Item 9 is sandwiched between separators.
触媒層形成用ペースト組成物
本発明の触媒層形成用ペースト組成物は、（１）触媒担持炭素粒子の水分散液に（２）水素イオン伝導性高分子電解質、（３）１価のアルコール系溶剤、及び（４）多価アルコール系溶剤、を含む触媒層形成用ペースト組成物であって、
ａ）前記多価アルコール系溶剤の溶解性パラメータが１４〜２０であり、
ｂ）前記多価アルコール系溶剤の沸点が１５０℃以上であり、
ｃ）前記多価アルコール系溶剤の含有量が組成物全量中０．０５〜５重量％である、ことを特徴とする。
Catalyst layer forming paste composition The catalyst layer forming paste composition of the present invention comprises (1) an aqueous dispersion of catalyst-supporting carbon particles, (2) a hydrogen ion conductive polymer electrolyte, and (3) a monovalent alcohol system. A catalyst layer forming paste composition comprising a solvent, and (4) a polyhydric alcohol solvent,
a) The solubility parameter of the polyhydric alcohol solvent is 14 to 20,
b) The boiling point of the polyhydric alcohol solvent is 150 ° C. or higher,
c) The content of the polyhydric alcohol solvent is 0.05 to 5% by weight in the total amount of the composition.
本発明の触媒層形成用ペースト組成物は、好ましくは、電子線硬化型モノマー及び／又はポリマーを含有していない。 The paste composition for forming a catalyst layer of the present invention preferably does not contain an electron beam curable monomer and / or polymer.
（１）の触媒担持炭素粒子は、公知である。 The catalyst-supporting carbon particles (1) are known.
触媒としては、例えば白金、白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、白金と、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄、コバルト等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属との合金等が挙げられる。 Examples of the catalyst include platinum and a platinum compound. Examples of the platinum compound include an alloy of platinum and at least one metal selected from the group consisting of ruthenium, palladium, nickel, molybdenum, iridium, iron, cobalt, and the like.
触媒担持炭素粒子の水分散液は、触媒担持炭素粒子を水に分散させることにより得られる。触媒担持炭素粒子を水に分散させるに当たっては、公知の方法を広く用いることができる。 An aqueous dispersion of the catalyst-supporting carbon particles can be obtained by dispersing the catalyst-supporting carbon particles in water. In dispersing the catalyst-carrying carbon particles in water, known methods can be widely used.
本発明においては、予め、触媒担持炭素粒子を水に分散させておくことが必須である。これによって、触媒の発火が実質的に起こらないようにすることができる。 In the present invention, it is essential that the catalyst-supporting carbon particles be dispersed in water in advance. Thereby, the ignition of the catalyst can be substantially prevented.
（２）の水素イオン伝導性高分子電解質は、公知である。 The hydrogen ion conductive polymer electrolyte (2) is known.
水素イオン伝導性高分子電解質としては、例えばパーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂、炭化水素系のイオン交換樹脂等が挙げられる。 Examples of the hydrogen ion conductive polymer electrolyte include perfluorosulfonic acid-based fluorine ion exchange resins and hydrocarbon-based ion exchange resins.
パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂の具体例としては、例えば、テトラフルオロエチレンに基づく重合単位と、スルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）及びカルボン酸基（−ＣＯＯＨ）からなる群より選ばれた少なくとも１種の官能基を有するパーフルオロビニルエーテルに基づく重合単位とを含む共重合体等を挙げることができる。 Specific examples of the perfluorosulfonic acid-based fluorine ion exchange resin are selected from the group consisting of a polymer unit based on tetrafluoroethylene, a sulfonic acid group (—SO 3 H), and a carboxylic acid group (—COOH), for example. And a copolymer containing a polymer unit based on perfluorovinyl ether having at least one functional group.
このような水素イオン伝導性高分子電解質の具体例としては、デュポン社製の「Nafion」、旭硝子（株）製の「Flemion」、旭化成（株）製の「Aciplex」、ゴア（Gore）社製の「Gore Select」等が挙げられる。これらの市販品においては、水素イオン伝導性高分子電解質が、アルコールと水との混合溶剤に５〜３０重量％程度の濃度で分散されている。 Specific examples of such a hydrogen ion conductive polymer electrolyte include “Nafion” manufactured by DuPont, “Flemion” manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., “Aciplex” manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., and Gore manufactured by Gore. "Gore Select" and so on. In these commercially available products, the hydrogen ion conductive polymer electrolyte is dispersed in a mixed solvent of alcohol and water at a concentration of about 5 to 30% by weight.
ここで、アルコールは、一般的には第一級アルコール等であり、具体的には、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール等が挙げられる。これらは、１種単独又は２種以上混合して用いられる。 Here, the alcohol is generally a primary alcohol or the like, and specifically includes methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol and the like. These are used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
（３）の１価のアルコール系溶剤としては、公知のアルコールを広く使用でき、例えば、炭素数が５以下のアルコール系溶剤が好適に挙げられる。このようなアルコールとしては、例えば、沸点１４０℃以下のアルコール、より具体的には、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、ｔ−ブタノール、イソブチルアルコール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール等が挙げられる。中でも、炭素数３〜５の１価のアルコール系溶剤が好ましく、炭素数３〜４の１価のアルコール系溶剤が最も好ましい。これらのアルコール系溶剤は、１種単独で又は２種以上混合して使用される。 As the monohydric alcohol solvent of (3), known alcohols can be widely used. For example, an alcohol solvent having 5 or less carbon atoms is preferable. Examples of such alcohol include alcohols having a boiling point of 140 ° C. or lower, more specifically, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, t-butanol, isobutyl alcohol, 1-pentanol, Examples include 2-pentanol and 3-pentanol. Among these, a monovalent alcohol solvent having 3 to 5 carbon atoms is preferable, and a monovalent alcohol solvent having 3 to 4 carbon atoms is most preferable. These alcohol solvents are used singly or in combination of two or more.
（４）の多価アルコール系溶剤は、溶解性パラメータ（「溶解度パラメータ」ともいう。以下、「ＳＰ値」と略す。）が１４〜２０である。より好ましくは、１４〜１８である。沸点は１５０℃以上である。沸点の上限は限定的でなく、通常２５０℃程度である。 The polyhydric alcohol solvent (4) has a solubility parameter (also referred to as “solubility parameter”, hereinafter abbreviated as “SP value”) of 14-20. More preferably, it is 14-18. The boiling point is 150 ° C. or higher. The upper limit of the boiling point is not limited and is usually about 250 ° C.
これらの多価アルコール系溶剤としては、イオン伝導性電解質との相溶性及びペーストとした場合の沸点の問題から、例えば、プロピレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等が好ましく、中でもプロピレングリコール等がより好ましい。これらは、１種単独で又は２種以上混合して使用される。 As these polyhydric alcohol solvents, for example, propylene glycol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol and the like are preferable from the viewpoint of compatibility with the ion conductive electrolyte and boiling point when used as a paste. Is more preferable. These are used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
ペースト組成物中に含まれる（４）の多価アルコール溶剤の配合量は、ペースト組成物中の全重量に対して、０．０５〜５重量％程度であり、好ましくは０．５ 〜３重量％程度である。この範囲の配合量にすることにより、ペースト組成物の乾燥効率がより一層向上する（より乾燥しやすくなる）。よって、ペースト組成物から得られる触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートの生産効率をより向上させることができる。さらには、均一にむらなくペースト組成物を乾燥させることができるため、転写シート表面に大きなクラックは発生せず、面質の良好な転写シートを製造できる。よって、その転写シート用いて得られる触媒層−電解質膜積層体を使用すれば、発電効率等がより一層高く優れた電池性能、電池寿命等を備えた高品質の燃料電池を製造することができる。 The blending amount of the polyhydric alcohol solvent (4) contained in the paste composition is about 0.05 to 5% by weight, preferably 0.5 to 3% by weight based on the total weight in the paste composition. %. By making it the compounding quantity of this range, the drying efficiency of a paste composition improves further (it becomes easier to dry). Therefore, the production efficiency of the transfer sheet for producing the catalyst layer-electrolyte membrane laminate obtained from the paste composition can be further improved. Furthermore, since the paste composition can be uniformly dried, no large cracks are generated on the transfer sheet surface, and a transfer sheet with good surface quality can be produced. Therefore, if the catalyst layer-electrolyte membrane laminate obtained using the transfer sheet is used, a high-quality fuel cell having even higher power generation efficiency etc. and excellent battery performance, battery life, etc. can be produced. .
本発明の触媒層形成用ペースト組成物中に含まれる上記（４）以外の成分の割合は、限定されるものではなく、広い範囲内で適宜選択され得る。 The proportion of the components other than the above (4) contained in the catalyst layer forming paste composition of the present invention is not limited and can be appropriately selected within a wide range.
例えば、本発明の触媒層形成用ペースト組成物中に、（１）の触媒担持炭素粒子を１重量部に対して、（２）成分が０．３〜３重量部（好ましくは０．４〜２重量部）、（３）成分が５〜５０重量部程度（好ましくは１０〜２５重量部）とすればよい。水の割合は、通常、触媒担持炭素粒子に対して、等重量〜１０倍重量である。 For example, in the paste composition for forming a catalyst layer of the present invention, the component (2) is 0.3 to 3 parts by weight (preferably 0.4 to 4 parts per 1 part by weight of the catalyst-supporting carbon particles of (1). 2 parts by weight) and (3) component may be about 5 to 50 parts by weight (preferably 10 to 25 parts by weight). The ratio of water is usually from 10 to 10 times the weight of the catalyst-supporting carbon particles.
本発明ペースト組成物は、上記（１）〜（４）成分を混合することにより、製造される。（１）〜（４）成分の混合順序は、特に制限されない。例えば、（１）成分、（２）成分、（３）成分及び、（４）成分を順次又は同時に混合し、分散させることにより、本発明ペースト組成物を調製できる。混合には、公知の混合手段を広く適用できる。 The paste composition of the present invention is produced by mixing the components (1) to (4). The order of mixing the components (1) to (4) is not particularly limited. For example, the paste composition of the present invention can be prepared by mixing and dispersing component (1), component (2), component (3) and component (4) sequentially or simultaneously. For mixing, known mixing means can be widely applied.
触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート
本発明の触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートは、基材上に上記ペースト組成物を塗布し、乾燥することにより触媒層を形成したものである。
Catalyst layer-transfer sheet for production of electrolyte membrane laminate The transfer layer for production of catalyst layer-electrolyte membrane laminate of the present invention is obtained by applying the paste composition on a substrate and drying it to form a catalyst layer. is there.
触媒層は、基材の一方面に形成されていてもよく、又は基材の両面に形成されていてもよい。 The catalyst layer may be formed on one surface of the substrate, or may be formed on both surfaces of the substrate.
また、本発明の転写シートは、基材の一方面又は両面に、複数個の触媒層、好ましくは同一形状の複数個の触媒層が一定間隔で形成されていてもよい。 In the transfer sheet of the present invention, a plurality of catalyst layers, preferably a plurality of catalyst layers having the same shape, may be formed at regular intervals on one side or both sides of the substrate.
本発明の触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートの一例を図１及び図２に示す。図１は、本発明の触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートの断面図である。図２は、本発明の触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートの平面図である。 An example of the transfer sheet for producing the catalyst layer-electrolyte membrane laminate of the present invention is shown in FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of a transfer sheet for producing a catalyst layer-electrolyte membrane laminate of the present invention. FIG. 2 is a plan view of a transfer sheet for producing a catalyst layer-electrolyte membrane laminate according to the present invention.
基材としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド（ナイロン）、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート等の高分子フィルムを挙げることができる。 Examples of the base material include polyimide, polyethylene terephthalate, polyparvanic acid aramid, polyamide (nylon), polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyether etherketone, polyetherimide, polyarylate, polyethylene naphthalate, and the like. Mention may be made of molecular films.
また、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。 Further, heat resistance of ethylene tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroperfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), polytetrafluoroethylene (PTFE), etc. Fluorine resin can also be used.
更に、基材は、高分子フィルム以外に、アート紙、コート紙、軽量コート紙等の塗工紙、ノート用紙、コピー用紙等の非塗工紙等の紙であってもよい。また、基材は、カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素繊維からなるシートであってもよい。 Further, the base material may be paper such as art paper, coated paper, light coated paper, and other non-coated paper such as notebook paper and copy paper, in addition to the polymer film. The base material may be a sheet made of carbon fibers such as carbon cloth and carbon paper.
基材の厚さは、取り扱い性及び経済性の観点から、通常６〜１００μｍ程度、好ましくは６〜３０μｍ程度、より好ましくは６〜１５μｍ程度とするのがよい。 The thickness of the substrate is usually about 6 to 100 μm, preferably about 6 to 30 μm, and more preferably about 6 to 15 μm from the viewpoints of handleability and economy.
従って、基材としては、安価で入手が容易な高分子フィルムが好ましく、ポリエチレンテレフタレート等がより好ましい。 Accordingly, the base material is preferably a polymer film that is inexpensive and easily available, and more preferably polyethylene terephthalate.
本発明の触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートは、基材の少なくとも一方面上に、本発明ペースト組成物からなる塗膜を形成することにより製造される。 The transfer sheet for producing a catalyst layer-electrolyte membrane laminate of the present invention is produced by forming a coating film comprising the paste composition of the present invention on at least one surface of a substrate.
基材の少なくとも一方面上に、本発明ペースト組成物からなる塗膜を形成させるに当たっては、形成される塗膜が所望の層厚になるように、本発明ペースト組成物を公知の方法に従い基材上に塗布するのがよい。 In forming a coating film comprising the paste composition of the present invention on at least one surface of the substrate, the paste composition of the present invention is prepared according to a known method so that the formed coating film has a desired layer thickness. It is good to apply on the material.
本発明ペースト組成物の塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。 The method for applying the paste composition of the present invention is not particularly limited. For example, knife coating, bar coating, spraying, dip coating, spin coating, roll coating, die coating, curtain coating, screen printing, etc. Can be applied.
炭素繊維からなるシートに触媒層を形成する場合にも、上記方法が適用できるが、この場合炭素繊維は表面凹凸があり均一な塗布が難しいため、浸漬法、刷毛塗り等によるのが好ましい。 The above method can also be applied to the formation of a catalyst layer on a sheet made of carbon fibers. In this case, since carbon fibers have surface irregularities and are difficult to apply uniformly, it is preferable to use a dipping method, brush coating, or the like.
本発明ペースト組成物を塗布した後、乾燥することにより、塗膜が形成される。乾燥温度は、通常４０〜１００℃程度、好ましくは６０〜８０℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常３分〜１時間程度、好ましくは５分〜３０分程度である。 A coating film is formed by applying and then drying the paste composition of the present invention. A drying temperature is about 40-100 degreeC normally, Preferably it is about 60-80 degreeC. Although depending on the drying temperature, the drying time is usually about 3 minutes to 1 hour, preferably about 5 minutes to 30 minutes.
塗膜の膜厚は、通常１０〜５０μｍ程度、好ましくは１５〜３０μｍ程度がよい。 The film thickness of the coating film is usually about 10 to 50 μm, preferably about 15 to 30 μm.
本発明の好ましい電極−電解質膜接合体製造用転写シートは、基材の少なくとも一方面に離型層を介して触媒層が形成されている。 In a preferred transfer sheet for producing an electrode-electrolyte membrane assembly of the present invention, a catalyst layer is formed on at least one surface of a substrate via a release layer.
本発明において、離型層は、例えば、ワックスから構成される。ワックスとしては、具体的には、石油系ワックス、植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、合成系ワックス等を挙げることができる。本発明で用いられるワックスには、例えば、Ｃ１６〜Ｃ３２の脂肪酸とアルコールとのエステルが包含される。本発明において、これらワックスは、１種単独で又は２種以上混合して使用される。 In the present invention, the release layer is made of, for example, wax. Specific examples of the wax include petroleum wax, plant wax, animal wax, mineral wax, and synthetic wax. The wax used in the present invention includes, for example, esters of C16 to C32 fatty acids and alcohols. In the present invention, these waxes are used singly or in combination of two or more.
本発明で用いられるワックスは、好ましくは融点が６０〜１４０℃、より好ましくは融点が６０〜１００℃の範囲にあるのがよい。 The wax used in the present invention preferably has a melting point of 60 to 140 ° C, more preferably a melting point of 60 to 100 ° C.
本発明において、好ましいワックスは植物系ワックスであり、より好ましいワックスはカルナウバワックス、カンデリラワックス等である。 In the present invention, preferred waxes are plant-based waxes, and more preferred waxes are carnauba wax and candelilla wax.
離型層は、公知のフッ素系樹脂でコーティングされたプラスチックフィルム（例えば、ポリエチレンテレフタレート等のフィルム）からなっていてもよい。 The release layer may be made of a plastic film (for example, a film of polyethylene terephthalate or the like) coated with a known fluorine-based resin.
離型層の厚さは、通常０．１〜３μｍ程度、好ましくは０．５〜１μｍ程度がよい。 The thickness of the release layer is usually about 0.1 to 3 μm, preferably about 0.5 to 1 μm.
基材上に離型層を形成させるに当たっては、所望の層厚になるように、上記ワックスを公知の方法に従い塗布するのがよい。また、塗布作業を容易にするために、ワックスを適当な溶剤に溶解又は分散して溶液又はエマルジョン液の形態で使用してもよい。塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。 In forming the release layer on the substrate, the wax is preferably applied according to a known method so as to have a desired layer thickness. In order to facilitate the coating operation, the wax may be dissolved or dispersed in a suitable solvent and used in the form of a solution or an emulsion. The coating method is not particularly limited, and for example, general methods such as knife coater, bar coater, spray, dip coater, spin coater, roll coater, die coater, curtain coater, and screen printing can be applied.
また、基材上に離型層を構成する成分を公知の方法で押出することにより、基材上に離型層を形成させることもできる。 Moreover, a mold release layer can also be formed on a base material by extruding the component which comprises a mold release layer on a base material by a well-known method.
触媒層−電解質膜積層体
触媒層−電解質膜積層体は、電解質膜の両面に、触媒層が形成されている。触媒層−電解質膜積層体は、電解質膜の両面の各々に、複数個の触媒層（好ましくは同一形状の複数個の触媒層）が一定間隔で形成されていてもよい。
In the catalyst layer-electrolyte membrane laminate , a catalyst layer is formed on both surfaces of the electrolyte membrane. In the catalyst layer-electrolyte membrane laminate, a plurality of catalyst layers (preferably a plurality of catalyst layers having the same shape) may be formed at regular intervals on each of both surfaces of the electrolyte membrane.
電解質膜は、公知のものである。電解質膜の膜厚は、通常２０〜２５０μｍ程度、好ましくは２０〜８０μｍ程度である。電解質膜の具体例としては、デュポン社製の「Nafion」膜、旭硝子（株）製の「Flemion」膜、旭化成（株）製の「Aciplex」膜、ゴア（Gore）社製の「Gore Select」膜等が挙げられる。 The electrolyte membrane is a known one. The thickness of the electrolyte membrane is usually about 20 to 250 μm, preferably about 20 to 80 μm. Specific examples of electrolyte membranes include “Nafion” membrane manufactured by DuPont, “Flemion” membrane manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., “Aciplex” membrane manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., and “Gore Select” manufactured by Gore. Examples include membranes.
本発明の触媒層−電解質膜積層体は、例えば本発明転写シートの触媒層面が電解質膜面に対面するように転写シートを配置し、加圧した後、該転写シートの基材を触媒層面から剥離することにより製造される。この操作を２回繰り返すことにより、触媒層面が電解質膜の両面に積層された触媒層−電解質膜積層体が製造される。 In the catalyst layer-electrolyte membrane laminate of the present invention, for example, after the transfer sheet is arranged and pressed so that the catalyst layer surface of the transfer sheet of the present invention faces the electrolyte membrane surface, the substrate of the transfer sheet is removed from the catalyst layer surface. Manufactured by peeling. By repeating this operation twice, a catalyst layer-electrolyte membrane laminate in which the catalyst layer surface is laminated on both surfaces of the electrolyte membrane is produced.
作業性を考慮すると、触媒層面を電解質膜の両面に同時に積層するのがよい。この場合には、例えば、本発明転写シートの触媒層面が電解質膜の両面に対面するように転写シートを配置し、加圧した後、該転写シートの基材を剥離すればよい。 In consideration of workability, the catalyst layer surface is preferably laminated on both surfaces of the electrolyte membrane at the same time. In this case, for example, the transfer sheet may be disposed so that the catalyst layer surface of the transfer sheet of the present invention faces both surfaces of the electrolyte membrane, pressurize, and then the substrate of the transfer sheet may be peeled off.
加圧レベルは、転写不良を避けるために、通常０．５〜２０Ｍｐａ程度、好ましくは１〜１０Ｍｐａ程度がよい。また、この加圧操作の際に、転写不良を避けるために、加圧面を加熱するのが好ましい。加熱温度は、電解質膜の破損、変性等を避けるために、通常２００℃以下、好ましくは２０〜１５０℃程度がよい。 The pressure level is usually about 0.5 to 20 Mpa, preferably about 1 to 10 Mpa in order to avoid transfer defects. Further, it is preferable to heat the pressure surface during this pressure operation in order to avoid transfer failure. The heating temperature is usually 200 ° C. or lower, preferably about 20 to 150 ° C., in order to avoid damage or modification of the electrolyte membrane.
電極−電解質膜接合体
電極−電解質膜接合体は、上記で製造された触媒層−電解質膜積層体の両面に電極基材を配置し、加圧することにより製造される。
Electrode-electrolyte membrane assembly The electrode-electrolyte membrane assembly is produced by placing an electrode substrate on both sides of the catalyst layer-electrolyte membrane laminate produced above and pressurizing it.
電極基材は、公知であり、燃料極、空気極を構成する各種の電極基材を使用できる。 The electrode base material is well known, and various electrode base materials constituting a fuel electrode and an air electrode can be used.
加圧レベルは、通常０．１〜１００Ｍｐａ程度、好ましくは５〜１５Ｍｐａ程度がよい。この加圧操作の際に加熱するのが好ましく、加熱温度は通常１２０〜１５０℃程度でよい。 The pressure level is usually about 0.1 to 100 Mpa, preferably about 5 to 15 Mpa. It is preferable to heat at the time of this pressurization operation, and heating temperature may be about 120-150 degreeC normally.
本発明によれば、触媒の分散性が良好で、発火の危険性のないペースト組成物を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the dispersibility of a catalyst is favorable and the paste composition without the danger of ignition can be provided.
本発明のペースト組成物は乾燥効率が著しく改善されているため、本発明のペースト組成物を用いると、転写シートの生産効率が向上する。 Since the drying efficiency of the paste composition of the present invention is remarkably improved, the use of the paste composition of the present invention improves the transfer sheet production efficiency.
本発明のペースト組成物は、均一にむらなくペースト組成物を乾燥することができる。よって、得られる転写シート表面に大きなクラックが発生せず、面質の良好な転写シートを製造することができる。 The paste composition of the present invention can uniformly dry the paste composition. Therefore, a large crack does not occur on the surface of the obtained transfer sheet, and a transfer sheet with good surface quality can be manufactured.
本発明転写シートを使用すれば、触媒層−電解質膜積層体を容易に、効率的に製造することができる。 If the transfer sheet of the present invention is used, a catalyst layer-electrolyte membrane laminate can be produced easily and efficiently.
本発明転写シートを使用すれば、触媒層が多孔質の電極基材の中に入り込む虞れがないので、触媒層の膜厚調整が容易となり、また均一な触媒層を電極基材上に容易に形成させることができる。 If the transfer sheet of the present invention is used, there is no possibility of the catalyst layer entering the porous electrode substrate, so that the film thickness of the catalyst layer can be easily adjusted, and a uniform catalyst layer can be easily formed on the electrode substrate. Can be formed.
本発明転写シートを使用すれば、電極素材表面乃至内部の孔を塞ぐことはないので、ガスの通流性能を阻害する虞れがない。 If the transfer sheet of the present invention is used, the surface of the electrode material or the inner hole is not blocked, so there is no possibility of hindering the gas flow performance.
従って、本発明転写シートを用いて得られる電極−電解質膜接合体を使用すれば、発電効率がより一層高く優れた電池性能、電池寿命等を備えた高品質の燃料電池を製造することができる。 Therefore, if the electrode-electrolyte membrane assembly obtained using the transfer sheet of the present invention is used, a high-quality fuel cell having higher power generation efficiency and excellent battery performance, battery life, etc. can be produced. .
以下に実施例を掲げて、本発明をより一層明らかにする。なお、本発明は、下記の実施例に制限されるものではない。 The present invention will be further clarified by the following examples. In addition, this invention is not restrict | limited to the following Example.
実施例１（ペースト組成物の調製）
白金ルテニウム触媒担持カーボン（ＰｔＲｕ：５４ｗｔ％、田中貴金属工業製のＴＥＣ６１Ｅ５４）１０ｇを水３０ｇに分散機にて攪拌混合して、白金ルテニウム担持カーボンの水分散液を調製した。
Example 1 (Preparation of paste composition)
10 g of platinum ruthenium catalyst-supported carbon (PtRu: 54 wt%, TEC61E54 manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) was stirred and mixed in 30 g of water with a disperser to prepare an aqueous dispersion of platinum ruthenium-supported carbon.
調製した水分散液にプロピレングリコール（ＳＰ値：１４、キシダ化学製、沸点１８７℃）２ｇ及び５ｗｔ％ナフィオン溶液（水素イオン伝導性高分子電解質（デュポン社製）、溶剤：水４０〜５０ｗｔ％、１−プロパノール４２〜５４ｗｔ％、エタノール８ｗｔ％未満）１００ｇ、溶剤として２-プロパノール（キシダ化学製）１００ｇを配合し、分散機にて攪拌混合することで本発明のペースト組成物を調製した。ペースト組成物全量に対するプロピレングリコールの含有量は０．８３ｗｔ％である。 To the prepared aqueous dispersion, 2 g of propylene glycol (SP value: 14, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd., boiling point 187 ° C.) and 5 wt% Nafion solution (hydrogen ion conductive polymer electrolyte (manufactured by DuPont), solvent: water 40-50 wt%, A paste composition of the present invention was prepared by blending 100 g of 1-propanol 42 to 54 wt%, ethanol less than 8 wt%) and 100 g of 2-propanol (manufactured by Kishida Chemical) as a solvent and stirring and mixing in a disperser. The content of propylene glycol with respect to the total amount of the paste composition is 0.83 wt%.
実施例２（ペースト組成物の調製）
プロピレングリコール２ｇの代わりにプロピレングリコール７ｇを用いる以外は実施例１と同様にして本発明のペースト組成物を調製した。ペースト組成物全量に対するプロピレングリコールの含有量は２．８３ｗｔ％である。
Example 2 (Preparation of paste composition)
A paste composition of the present invention was prepared in the same manner as in Example 1 except that 7 g of propylene glycol was used instead of 2 g of propylene glycol. The content of propylene glycol with respect to the total amount of the paste composition is 2.83 wt%.
実施例３（ペースト組成物の調製）
白金触媒担持カーボン（Ｐｔ：４６．５ｗｔ％、田中貴金属工業製のＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ）１０ｇを水３０ｇに分散機にて攪拌混合して、白金触媒担持カーボンの水分散液を調製した。
Example 3 (Preparation of paste composition)
An aqueous dispersion of platinum catalyst-supported carbon was prepared by stirring and mixing 10 g of platinum catalyst-supported carbon (Pt: 46.5 wt%, TEC10E50E manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) with 30 g of water using a disperser.
上記で調製された水分散液に１−ブタノール５０ｇ、３-ブタノール５０ｇ、５ｗｔ％ナフィオン溶液１００ｇ、及びプロピレングリコール２ｇを配合し、分散機にて攪拌混合することで本発明のペースト組成物を調製した。ペースト組成物全量に対するプロピレングリコールの含有量は０．８３ｗｔ％である。 The paste composition of the present invention is prepared by mixing 50 g of 1-butanol, 50 g of 3-butanol, 100 g of 5 wt% Nafion solution, and 2 g of propylene glycol with the aqueous dispersion prepared above, and stirring and mixing in a disperser. did. The content of propylene glycol with respect to the total amount of the paste composition is 0.83 wt%.
比較例１（ペースト組成物の調製）
プロピレングリコール２ｇの代わりに、プロピレングリコール１５ｇを用いる以外は実施例１と同様にして比較のためのペースト組成物を調製した。ペースト組成物全量に対するプロピレングリコールの含有量は７．６９ｗｔ％である。
Comparative Example 1 (Preparation of paste composition)
A paste composition for comparison was prepared in the same manner as in Example 1 except that 15 g of propylene glycol was used instead of 2 g of propylene glycol. The content of propylene glycol with respect to the total amount of the paste composition is 7.69 wt%.
比較例２（ペースト組成物の調製）
白金触媒担持カーボン（Ｐｔ：４０ｗｔ％、田中貴金属工業製のＴＥＣ１０Ｅ４０Ｅ）１０ｇに３０％プロプレングリコール水溶液４０ｇ、２０ｗｔ％ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）溶液（水素イオン伝導性高分子電解質、デュポン社製、溶剤：水、プロパノール）２４ｇ、及びエタノール（キシダ化学製）２０ｇを配合し、分散機にて攪拌混合することで本発明のペースト組成物を調製した。ペースト組成物全量に対するプロピレングリコールの含有量は１２ｗｔ％である。
Comparative Example 2 (Preparation of paste composition)
Platinum catalyst supported carbon (Pt: 40 wt%, TEC10E40E manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.), 30 g propylene glycol
実施例４（転写シートの製造）
ＰＥＴフィルム（Ｅ３１２０、東洋紡績（株）製、厚さ１２μｍ）上に上記実施例１で調製した本発明ペースト組成物をドクターブレードにより塗布し、これを大気雰囲気中９０℃で２時間乾燥させることにより、白金量が０．５ｍｇ／ｃｍ２の触媒層を形成し、本発明の転写シートを製造した。
Example 4 (Production of transfer sheet)
Apply the paste composition of the present invention prepared in Example 1 on a PET film (E3120, manufactured by Toyobo Co., Ltd., thickness 12 μm) with a doctor blade, and dry it at 90 ° C. for 2 hours in an air atmosphere. Thus, a catalyst layer having a platinum amount of 0.5 mg / cm 2 was formed, and a transfer sheet of the present invention was produced.
実施例５（転写シートの製造）
実施例２で調製した本発明ペースト組成物を用いる以外は、実施例４と同様にして本発明の転写シートを製造した。
Example 5 (Production of transfer sheet)
A transfer sheet of the present invention was produced in the same manner as in Example 4 except that the paste composition of the present invention prepared in Example 2 was used.
実施例６（転写シートの製造）
実施例３で調製した本発明ペースト組成物を用いる以外は、実施例４と同様にして本発明の転写シートを製造した。
Example 6 (Production of transfer sheet)
A transfer sheet of the present invention was produced in the same manner as in Example 4 except that the paste composition of the present invention prepared in Example 3 was used.
比較例３（転写シートの製造）
比較例１で調製したペースト組成物を用いる以外は、実施例４と同様にして比較のための転写シートを製造した。
Comparative Example 3 (Production of transfer sheet)
A transfer sheet for comparison was produced in the same manner as in Example 4 except that the paste composition prepared in Comparative Example 1 was used.
比較例４（転写シートの製造）
比較例２で調製したペースト組成物を用いる以外は、実施例４と同様にして比較のための転写シートを製造した。
Comparative Example 4 (Production of transfer sheet)
A transfer sheet for comparison was manufactured in the same manner as in Example 4 except that the paste composition prepared in Comparative Example 2 was used.
実施例７（触媒層−電解質膜積層体の作製）
実施例４で作製した触媒層シートを用い、転写法により触媒層と電解質膜との積層体を作製した。触媒層の転写は、一対のプレス型の間に転写シートの触媒層面が、水素イオン伝導性高分子電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ１１２、デュポン社製、膜厚５０μｍ）の一方面と接触するようにして１５０℃、５Ｍｐａの条件で狭持した後、ＰＥＴフィルムを剥離することにより行った。
Example 7 ( Preparation of catalyst layer-electrolyte membrane laminate)
Using the catalyst layer sheet produced in Example 4, a laminate of the catalyst layer and the electrolyte membrane was produced by a transfer method. The transfer of the catalyst layer is performed at 150 ° C. so that the catalyst layer surface of the transfer sheet is in contact with one surface of a hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane (Nafion 112, manufactured by DuPont, film thickness 50 μm) between a pair of press dies. After nipping at 5 Mpa, the PET film was peeled off.
電解質膜の他方面には、実施例３で作製した触媒層シートを用いた。 The catalyst layer sheet produced in Example 3 was used on the other surface of the electrolyte membrane.
これにより、触媒層／電解質膜／触媒層となる触媒層−電解質膜積層体を作製した。 This produced a catalyst layer-electrolyte membrane laminate that would be catalyst layer / electrolyte membrane / catalyst layer.
実施例８（触媒層−電解質膜積層体の作製）
実施例５で作製した触媒層シートを電解質膜の一方面に用いる以外（他方面は実施例３で作製した触媒層シートを用いた）は、実施例７と同様に触媒層／電解質膜／触媒層となる触媒層−電解質膜積層体を作製した。
Example 8 ( Preparation of catalyst layer-electrolyte membrane laminate)
Catalyst layer / electrolyte membrane / catalyst as in Example 7 except that the catalyst layer sheet produced in Example 5 was used on one side of the electrolyte membrane (the other side used the catalyst layer sheet produced in Example 3). A catalyst layer-electrolyte membrane laminate as a layer was prepared.
比較例５（触媒層−電解質膜積層体の作製）
比較例３で作製した触媒層シートを電解質膜の一方面に用いる以外（他方面は実施例３で作製した触媒層シートを用いた）は、実施例７と同様に触媒層／電解質膜／触媒層となる触媒層−電解質膜積層体を作製した。
Comparative Example 5 ( Preparation of catalyst layer-electrolyte membrane laminate)
Catalyst layer / electrolyte membrane / catalyst as in Example 7 except that the catalyst layer sheet prepared in Comparative Example 3 was used on one side of the electrolyte membrane (the other side used the catalyst layer sheet prepared in Example 3). A catalyst layer-electrolyte membrane laminate as a layer was prepared.
比較例６（触媒層−電解質膜積層体の作製）
比較例４で作製した触媒層シートを電解質膜の一方面に用いる以外（他方面は実施例３で作製した触媒層シートを用いた）は、実施例７と同様に触媒層／電解質膜／触媒層となる触媒層−電解質膜積層体を作製した。
Comparative Example 6 ( Preparation of catalyst layer-electrolyte membrane laminate)
Catalyst layer / electrolyte membrane / catalyst as in Example 7 except that the catalyst layer sheet produced in Comparative Example 4 was used on one side of the electrolyte membrane (the other side used the catalyst layer sheet produced in Example 3). A catalyst layer-electrolyte membrane laminate as a layer was prepared.
試験例１（乾燥効率試験）
実施例１、３及び比較例１、２で製造した組成物を下記表１に示した温度及び時間にてＰＥＴフィルム上で乾燥した。その乾燥状態を目視により観察した。完全に乾燥できている場合を「○」、完全には乾燥していない場合を「△」、全く乾燥していない場合を「×」と評価した。この結果を表１に併記する。
Test Example 1 (Drying efficiency test)
The compositions prepared in Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1 and 2 were dried on a PET film at the temperatures and times shown in Table 1 below. The dry state was observed visually. The case where it was completely dried was evaluated as “◯”, the case where it was not completely dried was evaluated as “Δ”, and the case where it was not completely dried was evaluated as “x”. The results are also shown in Table 1.
試験例２（電池特性試験）
作製した実施例７〜８及び比較例５〜６の触媒層−電解質膜積層体の両側に、電極基材（炭素繊維からなるカーボンペーパ、TGP-H-090、東レ（株）製）を配置し、セパレータで挟み込み単電池を作成した。これらの単電池の電流密度と電圧との関係を調べた。この結果を図３に示す。
Test Example 2 (Battery characteristics test)
Electrode substrates (carbon paper made of carbon fiber, TGP-H-090, manufactured by Toray Industries, Inc.) are placed on both sides of the catalyst layer-electrolyte membrane laminates of Examples 7-8 and Comparative Examples 5-6. Then, a single battery was prepared by sandwiching with a separator. The relationship between the current density and voltage of these single cells was investigated. The result is shown in FIG.
Claims (10)
ａ）前記多価アルコール系溶剤の溶解性パラメータが１４〜２０であり、
ｂ）前記多価アルコール系溶剤の沸点が１５０℃以上であり、
ｃ）前記多価アルコール系溶剤の含有量が組成物全量中０．０５〜５重量％である、
ことを特徴とする触媒層形成用ペースト組成物。 (1) A catalyst layer forming paste containing (2) a hydrogen ion conductive polymer electrolyte, (3) a monohydric alcohol solvent, and (4) a polyhydric alcohol solvent in an aqueous dispersion of catalyst-supporting carbon particles. A composition comprising:
a) The solubility parameter of the polyhydric alcohol solvent is 14 to 20,
b) The boiling point of the polyhydric alcohol solvent is 150 ° C. or higher,
c) The content of the polyhydric alcohol solvent is 0.05 to 5% by weight in the total amount of the composition.
A paste composition for forming a catalyst layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005280221A JP4826190B2 (en) | 2005-09-27 | 2005-09-27 | Catalyst layer forming paste composition, catalyst layer-electrolyte membrane laminate transfer sheet, and catalyst layer-electrolyte membrane laminate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005280221A JP4826190B2 (en) | 2005-09-27 | 2005-09-27 | Catalyst layer forming paste composition, catalyst layer-electrolyte membrane laminate transfer sheet, and catalyst layer-electrolyte membrane laminate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2007095364A JP2007095364A (en) | 2007-04-12 |
| JP4826190B2 true JP4826190B2 (en) | 2011-11-30 |
Family
ID=37980827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005280221A Expired - Fee Related JP4826190B2 (en) | 2005-09-27 | 2005-09-27 | Catalyst layer forming paste composition, catalyst layer-electrolyte membrane laminate transfer sheet, and catalyst layer-electrolyte membrane laminate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4826190B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5266832B2 (en) * | 2008-03-27 | 2013-08-21 | 大日本印刷株式会社 | Catalyst layer for polymer electrolyte fuel cell, catalyst layer transfer sheet, catalyst layer-electrolyte membrane laminate, and polymer electrolyte fuel cell |
| DE112012003612T5 (en) | 2011-08-31 | 2014-06-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Production method of a catalyst ink, manufacturing method of a fuel cell and fuel cell |
| JP5967004B2 (en) * | 2013-04-18 | 2016-08-10 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell manufacturing method and catalyst ink |
| US10205174B2 (en) | 2013-12-27 | 2019-02-12 | Showa Denko K.K. | Electrode catalyst ink composition |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2797401B2 (en) * | 1989-04-19 | 1998-09-17 | 日産化学工業株式会社 | Antifungal composition for nails |
| JP2004311057A (en) * | 2003-04-02 | 2004-11-04 | Dainippon Printing Co Ltd | Paste composition for forming catalyst layer, and transfer sheet for manufacturing catalyst layer-electrolyte film laminate |
| JP2005085574A (en) * | 2003-09-08 | 2005-03-31 | Toyota Motor Corp | Electrode catalyst ink, its storing method, and operation |
| JP4241413B2 (en) * | 2004-02-03 | 2009-03-18 | 東洋インキ製造株式会社 | Inkjet ink |
-
2005
- 2005-09-27 JP JP2005280221A patent/JP4826190B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2007095364A (en) | 2007-04-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5266794B2 (en) | Catalyst layer for polymer electrolyte fuel cell and method for producing the same | |
| JP2004311057A (en) | Paste composition for forming catalyst layer, and transfer sheet for manufacturing catalyst layer-electrolyte film laminate | |
| JP5082239B2 (en) | Catalyst layer-electrolyte membrane laminate and method for producing the same | |
| JP2007123253A (en) | Paste composition for catalyst layer formation, transfer sheet for manufacturing catalyst layer-electrolyte membrane laminate, and catalyst layer-electrolyte membrane laminate | |
| JP5230064B2 (en) | Electrode catalyst layer, catalyst layer-electrolyte membrane laminate production transfer sheet and catalyst layer-electrolyte membrane laminate | |
| JP5375898B2 (en) | Method for producing catalyst layer-electrolyte membrane laminate | |
| JP4826190B2 (en) | Catalyst layer forming paste composition, catalyst layer-electrolyte membrane laminate transfer sheet, and catalyst layer-electrolyte membrane laminate | |
| JP4538683B2 (en) | Catalyst layer forming sheet for fuel cell, method for producing the sheet, and method for producing catalyst layer-electrolyte membrane laminate | |
| JP2007103083A (en) | Transfer sheet for manufacturing catalyst layer-electrolyte film laminate for fuel cell, and catalyst layer-electrolyte film laminate | |
| JP5207607B2 (en) | Paste composition for forming catalyst layer and catalyst layer-electrolyte membrane laminate | |
| JP4688453B2 (en) | Paste composition for forming catalyst layer and catalyst layer transfer sheet | |
| JP2006185800A (en) | Transfer sheet for manufacturing electrode-polyelectrolyte membrane junction, electrode-polyelectrolyte membrane junction and their manufacturing methods | |
| JP4538684B2 (en) | Catalyst layer forming sheet for fuel cell, catalyst layer-electrolyte membrane laminate, and production method thereof | |
| JP2010086674A (en) | Inkjet ink for forming catalyst layer for fuel cell, catalyst layer for fuel cell and its manufacturing method, and catalyst layer-electrolyte film laminate | |
| JP4538692B2 (en) | Method for producing catalyst layer-electrolyte membrane laminate | |
| JP5151720B2 (en) | Paste composition for forming catalyst layer and transfer sheet for producing catalyst layer-electrolyte membrane laminate | |
| JP5126292B2 (en) | Transfer sheet for producing catalyst layer-electrolyte membrane laminate and method for producing the same | |
| JP4736385B2 (en) | Transfer sheet for producing catalyst layer-electrolyte membrane laminate and method for producing the same | |
| JP2010033731A (en) | Manufacturing method of catalyst layer for solid polymer fuel cell and catalyst layer-electrolyte film laminate | |
| JP5634013B2 (en) | Method for producing catalyst layer for fuel cell, catalyst layer transfer sheet, and catalyst layer-electrolyte membrane laminate | |
| JP2009048936A (en) | Repair method of electrolyte membrane with catalyst layer, and transcription film for repair | |
| JP2010033897A (en) | Method of manufacturing catalyst layer of solid polymer fuel cell, and catalyst layer-electrolyte film laminate | |
| JP4888237B2 (en) | Catalyst layer for anode electrode and polymer electrolyte fuel cell having the catalyst layer | |
| JP5044959B2 (en) | Catalyst layer for polymer electrolyte fuel cell and catalyst layer-electrolyte membrane laminate | |
| JP7172021B2 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080728 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110225 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110308 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110509 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110531 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110816 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20110802 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110829 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140922 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |