JP5217131B2 - Catalyst ink for fuel cell, membrane electrode assembly, and production method thereof - Google Patents
Catalyst ink for fuel cell, membrane electrode assembly, and production method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP5217131B2 JP5217131B2 JP2006216526A JP2006216526A JP5217131B2 JP 5217131 B2 JP5217131 B2 JP 5217131B2 JP 2006216526 A JP2006216526 A JP 2006216526A JP 2006216526 A JP2006216526 A JP 2006216526A JP 5217131 B2 JP5217131 B2 JP 5217131B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- polymer electrolyte
- particles
- catalyst ink
- fuel cell
- 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
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims description 275
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims description 83
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 65
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 25
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 161
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 claims description 120
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 69
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 34
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 24
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 125000001165 hydrophobic group Chemical group 0.000 claims description 14
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 claims description 7
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 claims description 2
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 105
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 30
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 20
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 17
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 11
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 8
- 235000019241 carbon black Nutrition 0.000 description 8
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 8
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 6
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 5
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- -1 air Chemical compound 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000002479 acid--base titration Methods 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 125000003158 alcohol group Chemical group 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000000416 hydrocolloid Substances 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
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、燃料電池に使用される触媒インクおよび膜電極接合体およびそれらの製造方法に関するものであり、特に固体高分子型燃料電池に使用される触媒インクおよび膜電極接合体およびそれらの製造方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a catalyst ink and membrane electrode assembly used in a fuel cell and a method for producing the same, and more particularly to a catalyst ink and membrane electrode assembly used in a polymer electrolyte fuel cell and a method for producing the same. It is about.
燃料電池は、燃料ガスを、空気など酸素を含む酸化ガスと電気化学的に反応させて電力を発生させるものであり、燃料電池の触媒は、燃料電池の性能を左右する。燃料電池の触媒は、高分子電解質膜に触媒インクを塗布することにより形成され、従来の燃料電池の触媒インクとして、高分子電解質のコロイドを生成させ、高分子電解質のコロイドを、貴金属を担持させた炭素粉末に吸着させ、フッ素樹脂を質量比で総量の25〜70%有する触媒インクが知られている(特許文献1)。 In a fuel cell, electric power is generated by electrochemically reacting a fuel gas with an oxidizing gas containing oxygen such as air, and the catalyst of the fuel cell determines the performance of the fuel cell. A fuel cell catalyst is formed by applying a catalyst ink to a polymer electrolyte membrane. As a conventional fuel cell catalyst ink, a polymer electrolyte colloid is generated, and the polymer electrolyte colloid is supported on a noble metal. A catalyst ink having a fluororesin adsorbed on carbon powder and having a fluororesin in a mass ratio of 25 to 70% of the total amount is known (Patent Document 1).
従来の触媒インクでは、貴金属を担持させた炭素粉末に、高分子電解質が均一に吸着しにくく、固液分離が起きやすいという問題がある。その結果、触媒インクの分散の経時安定性が低下し、触媒インクを高分子電解質膜に塗布して膜電極接合体を形成しても、電圧のバラツキが大きくなり、燃料電池の性能を向上させることができない。 The conventional catalyst ink has a problem that the polymer electrolyte is difficult to uniformly adsorb on the carbon powder supporting the noble metal, and solid-liquid separation is likely to occur. As a result, the stability of the dispersion of the catalyst ink over time decreases, and even when the catalyst ink is applied to the polymer electrolyte membrane to form a membrane electrode assembly, the voltage variation increases and the performance of the fuel cell is improved. I can't.
本発明の目的は、上記課題を解決し、触媒インクの分散の経時安定性を向上させて、燃料電池の性能向上を実現することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and improve the performance of the fuel cell by improving the temporal stability of the dispersion of the catalyst ink.
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池用触媒インクは、貴金属を担持体上に担持させてなる疎水性触媒粒子と、疎水基と親水基とを有する高分子電解質であって、前記疎水基が前記触媒粒子に向け配向され、前記触媒粒子の外周をほぼ覆う高分子電解質と、を備える触媒インク粒子を備える。本発明に係る触媒インクによれば、触媒インク粒子は、疎水基が触媒粒子に向かって配向される高分子電解質により外周をほぼ覆われている。したがって、高分子電解質の親水基は外側に向かって配向されるため、触媒インクの分散の経時安定性を向上させ、燃料電池の電圧のバラツキを少なくし、燃料電池の性能を向上させることができる。 In order to solve the above problems, a fuel cell catalyst ink according to the present invention is a polymer electrolyte having hydrophobic catalyst particles obtained by supporting a noble metal on a support, a hydrophobic group and a hydrophilic group, A catalyst ink particle comprising: a polymer electrolyte having the hydrophobic group oriented toward the catalyst particle and substantially covering an outer periphery of the catalyst particle. According to the catalyst ink of the present invention, the outer periphery of the catalyst ink particles is substantially covered with the polymer electrolyte in which the hydrophobic groups are oriented toward the catalyst particles. Therefore, since the hydrophilic group of the polymer electrolyte is oriented outward, the dispersion with time of the dispersion of the catalyst ink can be improved, the variation in the voltage of the fuel cell can be reduced, and the performance of the fuel cell can be improved. .
本発明に係る燃料電池用触媒インクにおいて、前記触媒粒子は、前記触媒粒子の質量に対して、30質量パーセント以上の高分子電解質によって被覆されていることが好ましい。本発明に係る触媒インクによれば、触媒粒子は前記触媒粒子の質量に対して、30質量パーセント以上の高分子電解質で被覆されているので、触媒粒子の外周のほぼ全体が高分子電解質により被覆されている。その結果、触媒インクの分散の経時安定性を向上させ、燃料電池の電圧のバラツキを少なくし、燃料電池の性能を向上させることができる。 In the fuel cell catalyst ink according to the present invention, the catalyst particles, relative to the weight of the catalyst particles, it is preferably covered by a 30% by mass or more polyelectrolytes. According to the catalyst ink according to the present invention, catalyst particles relative to the weight of the catalyst particles, because they are coated with a polymeric electrolyte above 30% by mass, almost the entire outer periphery of the catalyst particles coated with a polyelectrolyte Has been. As a result, it is possible to improve the temporal stability of the dispersion of the catalyst ink, reduce the variation in the voltage of the fuel cell, and improve the performance of the fuel cell.
本発明に係る燃料電池用膜電極接合体は、燃料電池用触媒インクが高分子電解質膜に塗布されている膜電極接合体であって、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の両面に形成されている触媒層であって、触媒粒子の外周が高分子電解質によってほぼ覆われている触媒粒子を有する触媒層と、を備える。本発明に係る膜電極接合体によれば、触媒粒子は、ほぼ高分子電解質に被覆されているため、燃料電池の電圧のバラツキを少なくし、燃料電池の性能を向上させることができる。 A fuel cell membrane electrode assembly according to the present invention is a membrane electrode assembly in which a fuel cell catalyst ink is applied to a polymer electrolyte membrane, on both sides of the polymer electrolyte membrane and the polymer electrolyte membrane. And a catalyst layer having catalyst particles in which the outer periphery of the catalyst particles is substantially covered with a polymer electrolyte. According to the membrane electrode assembly according to the present invention, since the catalyst particles are almost covered with the polymer electrolyte, the variation in the voltage of the fuel cell can be reduced and the performance of the fuel cell can be improved.
本発明に係る燃料電池は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜上の両面に形成されている触媒層であって、触媒粒子の外周が高分子電解質によってほぼ覆われている触媒粒子を有する触媒層とを備える膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両側に配置されているセパレータとを備える。本発明によれば、膜電極接合体の触媒粒子は、その外周が高分子電解質によりほぼ覆われているので、当該膜電極接合体を燃料電池に用いれば、燃料電池の電気化学反応を促進させ、燃料電池の性能を向上させることができる。 A fuel cell according to the present invention comprises a polymer electrolyte membrane and a catalyst layer formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane, the catalyst particles having catalyst particles substantially covered with a polymer electrolyte. A membrane electrode assembly including the catalyst layer, and separators disposed on both sides of the membrane electrode assembly. According to the present invention, since the outer periphery of the catalyst particles of the membrane electrode assembly is substantially covered with the polymer electrolyte, if the membrane electrode assembly is used for a fuel cell, the electrochemical reaction of the fuel cell is promoted. The performance of the fuel cell can be improved.
本発明に係る触媒インクの製造方法は、貴金属を担持体上に担持させてなる触媒粒子と高分子電解質溶液と水とを混合して攪拌する工程と、攪拌した溶液にエタノールを加えて攪拌混合する工程と、混合溶液に対して分散処理する工程とを備える。本発明に係る触媒インクの製造方法によれば、貴金属を担持体上に担持してなる触媒粒子と高分子電解質溶液と水とを攪拌する工程でエタノールを加えないので、触媒粒子は高分子電解質膜によりほぼ被覆される。したがって触媒インクの分散の経時安定性を向上させ、燃料電池の電圧のバラツキを少なくし、燃料電池の性能を向上させることができる。 The method for producing a catalyst ink according to the present invention includes a step of mixing and stirring catalyst particles obtained by supporting a noble metal on a support, a polymer electrolyte solution, and water, and stirring and mixing ethanol to the stirred solution. And a step of dispersing the mixed solution. According to the method for producing a catalyst ink according to the present invention, since no ethanol is added in the step of stirring the catalyst particles, the polymer electrolyte solution and the water in which the noble metal is supported on the support, the catalyst particles are polymer electrolyte. It is almost covered by the membrane. Therefore, it is possible to improve the temporal stability of the dispersion of the catalyst ink, reduce the variation in the voltage of the fuel cell, and improve the performance of the fuel cell.
本発明に係る触媒インクの製造方法は、前記貴金属を担持体上に担持させてなる触媒粒子と高分子電解質溶液と水とを加えて攪拌する工程は、減圧下で実行される。本発明によれば、当該工程を減圧下で実行することにより、触媒粒子の表面あるいはその細孔に付着している気泡を除去することができ、高分子電解質の吸着量を多くすることができる。その結果、燃料電池の性能を向上させることができる。 In the method for producing a catalyst ink according to the present invention, the step of adding and stirring the catalyst particles obtained by supporting the noble metal on the support, the polymer electrolyte solution, and water is performed under reduced pressure. According to the present invention, by carrying out the process under reduced pressure, it is possible to remove bubbles adhering to the surfaces of the catalyst particles or the pores thereof, and to increase the amount of adsorption of the polymer electrolyte. . As a result, the performance of the fuel cell can be improved.
本発明に係る燃料電池用膜電極接合体の製造方法は、前記製造方法で製造した燃料電池用触媒インクを、高分子電界質膜に塗布する工程と、前記高分子電解質膜に塗布した前記燃料電池用触媒インクを乾燥させる工程とを有する。本発明に係る燃料電池用膜電極接合体の製造方法によれば、燃料電池に用いたときに電圧のバラツキが少なく性能のよい燃料電池用膜電極接合体を容易に製造することができる。 The method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell according to the present invention comprises a step of applying a catalyst ink for a fuel cell produced by the production method to a polymer electrolyte membrane, and the fuel applied to the polymer electrolyte membrane. And drying the battery catalyst ink. According to the method for producing a membrane electrode assembly for a fuel cell according to the present invention, it is possible to easily produce a membrane electrode assembly for a fuel cell having good performance with little voltage variation when used in a fuel cell.
A.触媒インク100の構造
図1、図2、図3を用いて本実施例に係る触媒インク100について説明する。図1は、第1の実施例に係る触媒インク100の構造を模式的に示す説明図である。図2は、高分子電解質108の構造を示す化学式である。図3は、従来の触媒インク400の構造を模式的に示す説明図である。
A. Structure of
触媒インク100は、触媒インク粒子101を溶媒に分散させてなる混合液である。触媒インク粒子101は、略球体状であり、中心部の触媒粒子102と触媒粒子102の回りを覆う高分子電解質108とから形成されている。触媒粒子102は、担持体104に貴金属106が担持されたものである。本実施例においては、担持体104として、例えば、疎水性のカーボンブラック(粒径約0.1〜20μm)が用いられている。また担持される貴金属106として、例えば、白金あるいは白金合金が用いられている。
The
本実施例における高分子電解質108は、疎水基112と、親水基113を有している。触媒粒子102は疎水性であるため、高分子電解質108は疎水基112を触媒粒子102側に向けて触媒粒子102に吸着され、触媒インク粒子101が形成される。触媒インク粒子101は、球体表面に向かって高分子電解質108の親水基113を露出している。その結果、触媒インク粒子101は親水コロイドを形成し、沈降しにくくなり、分散の経時安定性が良くなる。
The
高分子電解質108としては、例えば、図2に示すパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマ110を用いることができる。パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマ110は、疎水性の主鎖114と、親水基113としてスルホン酸基116をもつ側鎖115とを有する。
As the
一方、従来の触媒インク400においては、図3に示すように、触媒粒子102に、例えば、エタノールが吸着するため、触媒粒子102は、高分子電解質108によって十分に覆われることができない。一方、触媒粒子102の担持体104にはカーボンブラックが用いられており、カーボンブラック同士はお互いに吸着しやすい。その結果、触媒粒子102は、高分子電解質108により覆われていない部分が吸着し、大きな触媒インク粒子401が形成され易い。大きな触媒インク粒子401は、触媒インク粒子101に比べて触媒粒子102が占める割合が多いので比重が重い。したがって、触媒インク粒子401は沈降しやすくなり、触媒インク400の分散の経時安定性は悪い。
On the other hand, in the
B.触媒インク100の製造方法
次に、図4を参照して、触媒インク100の製造方法について説明する。図4は、触媒インク100の製造方法を説明する工程図である。
B. Method for Producing
貴金属106を担持した担持体104(触媒粒子102)と高分子電解質溶液と水とを混合し攪拌する(第1工程)。攪拌によって、触媒粒子102表面に高分子電解質溶液中の高分子電解質108が吸着しコロイドが形成される。
The support 104 (catalyst particles 102) supporting the
次に、攪拌溶液にエタノールを加えてさらに攪拌する(第2工程)。エタノールを加えることにより、触媒インクを電解質膜に塗布した後、容易に余分な溶媒を蒸発させて触媒インクを乾燥させることができる。 Next, ethanol is added to the stirring solution and further stirred (second step). By adding ethanol, after applying the catalyst ink to the electrolyte membrane, the excess solvent can be easily evaporated to dry the catalyst ink.
次に、エタノールを加えた攪拌した溶液を超音波等の手段により分散処理し、触媒インク100を得る(第3工程)。攪拌溶液のコロイドは、一般的に、エタノールを加えて攪拌した段階では、触媒インク粒子101の親水基同士が吸着しあって、かなり大きな固まりで凝集している。ここで超音波による振動により、触媒インク粒子101の親水基同士の吸着を切り、凝集している固まりを分解し、凝集サイズを小さくする。触媒インク粒子101は、比重が軽くなり、溶媒中に浮遊しやすくなる。この結果、触媒インク粒子101は、沈降しにくくなり、分散の経時安定性が増す。また、触媒インク100を高分子電解質膜にスプレーで塗布するときに、触媒インクが均一に分布するように塗布することができ、燃料電池の性能を向上させることができる。
Next, the stirred solution to which ethanol has been added is dispersed by means of ultrasonic waves or the like to obtain the catalyst ink 100 (third step). In general, the colloid of the stirring solution is agglomerated in a considerably large mass because the hydrophilic groups of the
なお、触媒粒子102と高分子電解質溶液と水とを混合し攪拌する工程(第1工程)は、減圧下で行ってもよい。触媒粒子102の担持体104の表面あるいは表面に形成されている細孔には気泡が付着している。気泡部分には高分子電解質108は吸着しにくいが、減圧することにより、付着している気泡を除去することができ、より多くの高分子電解質108を触媒粒子102に吸着させることができる。その結果、触媒インク粒子101の比重が軽くなり、さらに触媒インクの分散の経時安定性が増し、燃料電池の性能を向上させることができる。
The step of mixing and stirring the
上記触媒インクの製造方法により得られた触媒インクについて、従来の製法の触媒インクと比較する。 The catalyst ink obtained by the catalyst ink production method is compared with the catalyst ink of the conventional production method.
(実施例1)
白金合金粒子をカーボンブラック(ケッチェンブラックインターナショナル社製 Ketjen EC)上に担持させた触媒粒子10gに対してナフィオン(登録商標:NAFION)溶液(DuPont社製 DE−2020 20%溶液)20gと水60gを加えて12時間攪拌した。次に攪拌溶液にエタノール50gを加え、よく攪拌し、混合させた。この混合溶液に対して超音波ホモジナイザーにより分散処理を行い、触媒インクを作製した。
Example 1
20 g of Nafion (registered trademark: NAFION) solution (DuPont DE-2020 20% solution) and 60 g of water with respect to 10 g of catalyst particles having platinum alloy particles supported on carbon black (Ketjen EC made by Ketjen Black International) And stirred for 12 hours. Next, 50 g of ethanol was added to the stirring solution, and the mixture was thoroughly stirred and mixed. The mixed solution was subjected to a dispersion treatment using an ultrasonic homogenizer to prepare a catalyst ink.
(実施例2)
白金合金粒子をカーボンブラック(ケッチェンブラックインターナショナル社製 Ketjen EC)上に担持させた触媒粒子10gに対してナフィオン溶液(DuPont社製 DE−2020 20%溶液)20g、水60gを加えて、13.3kPaに減圧し、12時間攪拌した。次に常圧に戻して攪拌溶液にエタノール50gを加え、よく攪拌し、混合させた。この混合溶液に対して超音波ホモジナイザーにより分散処理を行い、触媒インクを作製した。
(実施例3)
白金合金粒子を担持させた触媒粒子とナフィオン溶液と水を混合して攪拌する時間を24時間とした以外、実施例2と同様に触媒インクを作製した。
(Example 2)
12. 20 g of Nafion solution (DE-2020 20% solution manufactured by DuPont) and 60 g of water are added to 10 g of catalyst particles in which platinum alloy particles are supported on carbon black (Ketjen EC manufactured by Ketjen Black International). The pressure was reduced to 3 kPa, and the mixture was stirred for 12 hours. Next, the pressure was returned to normal pressure, 50 g of ethanol was added to the stirred solution, and the mixture was stirred well and mixed. The mixed solution was subjected to a dispersion treatment using an ultrasonic homogenizer to prepare a catalyst ink.
(Example 3)
A catalyst ink was prepared in the same manner as in Example 2 except that the catalyst particles carrying platinum alloy particles, the Nafion solution, and water were mixed and stirred for 24 hours.
(比較例1)
白金合金粒子をカーボンブラック(ケッチェンブラックインターナショナル社製 Ketjen EC)上に担持させた触媒粒子10gに対してナフィオン溶液(DuPont社製 DE−2020 20%溶液)20g、水60g、エタノール50gを加え、よく攪拌し、混合させた。この混合溶液に対して超音波ホモジナイザーにより分散処理を行い、触媒インクを作製した。
(Comparative Example 1)
20 g of Nafion solution (DE-2020 20% solution manufactured by DuPont), 60 g of water, and 50 g of ethanol are added to 10 g of catalyst particles on which platinum alloy particles are supported on carbon black (Ketjen EC manufactured by Ketjen Black International). Stir well and mix. The mixed solution was subjected to a dispersion treatment using an ultrasonic homogenizer to prepare a catalyst ink.
実施例1では、白金合金粒子を担持させた触媒粒子とナフィオン溶液と水を混合し攪拌した後、攪拌溶液にエタノールを加えて攪拌しているが、比較例1では、最初から白金合金粒子を担持させた触媒粒子とナフィオン溶液と水とエタノールを混合して攪拌している点が異なる。 In Example 1, the catalyst particles supporting the platinum alloy particles, the Nafion solution, and water were mixed and stirred, and then ethanol was added to the stirring solution and stirred. In Comparative Example 1, the platinum alloy particles were initially mixed. The difference is that the supported catalyst particles, Nafion solution, water and ethanol are mixed and stirred.
実施例1では、触媒粒子とナフィオン溶液と水を混合して攪拌する工程を常圧で行っているが、実施例2では、減圧で行っている点が異なる。 また、実施例2と実施例3では、触媒粒子とナフィオン溶液と水を混合して攪拌する工程での攪拌時間が異なる。 In Example 1, the step of mixing and stirring the catalyst particles, the Nafion solution, and water is performed at normal pressure, but Example 2 is different in that it is performed at reduced pressure. Moreover, in Example 2 and Example 3, the stirring time in the process which mixes and stirs a catalyst particle, a Nafion solution, and water differs.
C.触媒インクの評価
生成した触媒インクの高分子電界質108の吸着比率、触媒インクの沈降速度を評価した。触媒インクの沈降速度により、触媒インクの分散の経時安定性がわかる。すなわち、触媒インク100の沈降速度が小さいほど触媒インク100はインク溶液中を浮遊でき、経持安定性が高い。高分子電解質吸着比率は、触媒粒子102に吸着している高分子電解質108の量を触媒粒子102の質量に対する質量パーセントで示したものである。
C. Evaluation of catalyst ink The adsorption ratio of the
本実施例では、ナフィオン溶液を高分子電解質溶液として使用しているため、高分子電解質108の成分は、ナフィオン溶液に含まれているパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマ110である。触媒粒子102に吸着している高分子電解質108の量は、以下の様にして求めることができる。
In this embodiment, since the Nafion solution is used as the polymer electrolyte solution, the component of the
作製した触媒インク100をろ過して残渣118とろ液120に分離する。残渣118には、触媒粒子102と触媒粒子102に吸着している高分子電解質108とが含まれ、ろ液120には、触媒粒子102に吸着していない高分子電解質108が含まれる。高分子電解質108にはスルホン酸基116があるので、酸塩基滴定により、ろ液の高分子電解質108のスルホン酸基116の量を測定することができる。ろ液120中のスルホン酸基116の量がわかれば、ろ液120の中の高分子電解質108の量がわかる。したがって、投入したナフィオン溶液に含まれている高分子電界質108の量からろ液120中の高分子電解質108の量を引けば、触媒粒子102に吸着している高分子電解質108の量を求めることができる。
The produced
また、高分子電解質108の量は、ろ液120を乾燥させて、残った高分子電解質108の量を、投入した高分子電解質108の量から引くことによっても求めることができる。なお、残渣118を乾燥させて、残渣118の質量を計り、残渣118の質量から投入した触媒粒子102の質量を引いても吸着している高分子電解質108の量を求めることができるが、触媒粒子102には貴金属106(白金合金)が担持されているので、残渣118の乾燥時に発火する場合がある。
The amount of the
触媒インク100の沈降速度については、遠心沈降法により測定した。ガラス製シリンジに2mlの触媒インクを入れ、3000rpmで回転させながらシリンジに光を当てた。シリンジの触媒インク部分を透過する光量を測定し、透過する光量の変化の割合から触媒インクの沈降速度を見積もった。
The sedimentation speed of the
表1および図5を用いて電解質吸着比率と沈降速度の関係を説明する。図5は、電解質吸着比率と沈降速度の関係を示すグラフである。 The relationship between the electrolyte adsorption ratio and the sedimentation rate will be described with reference to Table 1 and FIG. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the electrolyte adsorption ratio and the sedimentation rate.
実施例1と比較例1の電解質吸着比率を比較すると、実施例1の方が高い。触媒粒子102と水とナフィオン溶液を混合して攪拌するときに、同時にエタノールを入れた場合の高分子電解質の吸着量は、同時にエタノールを入れない場合に比較して、少なくなっている。エタノールは疎水性のエチル基と親水性のアルコール基を有するため、触媒粒子102と水を混合して攪拌するときに、同時にエタノールを入れた場合には、エタノールも触媒粒子102に吸着しようとする。すなわち、エタノールが触媒粒子102に吸着した分、触媒粒子102への高分子電解質108の吸着量が減少することになる。
When the electrolyte adsorption ratios of Example 1 and Comparative Example 1 are compared, Example 1 is higher. When the
したがって、触媒粒子102への高分子電解質108の吸着量を増加させるためには、エタノールを加えずに触媒粒子102と水とナフィオン溶液を混合して攪拌し、触媒粒子102へ高分子電解質108が吸着した後にエタノールを加えて攪拌するとよい。エタノールが触媒粒子102に吸着することを抑制し、より多くの高分子電解質108を触媒粒子102に吸着させることができる。
Therefore, in order to increase the adsorption amount of the
実施例1と実施例2とを比較して、高分子電解質108の吸着比率をみると、実施例2の方が高分子電解質108の吸着比率が高い。触媒粒子102と水とナフィオン溶液を混合して攪拌するときに、減圧した方が、高分子電解質108の吸着量が多くなっている。触媒粒子102の担持体104にはカーボンブラックを用いている。その表面には多数の細孔があり、その細孔あるいは、カーボンブラックの表面には気泡が付着しており、気泡部分には高分子電解質が吸着しにくい。しかし、減圧することにより、付着している気泡を除去することができ、触媒粒子102表面への高分子電解質16の吸着を促進できる。
Comparing Example 1 and Example 2, and looking at the adsorption ratio of the
実施例2と実施例3の結果を比較すると、沈降速度はほとんど変わりない。沈降速度は、触媒粒子102の表面のうち高分子電解質108に覆われていない表面の大きさに依存し、高分子電解質108に覆われていない表面が少ないほど小さい。高分子電解質108の吸着量が触媒粒子102の質量の30質量パーセントを超えると沈降速度はほぼ一定になることから、触媒粒子102に吸着している高分子電解質108の質量が触媒粒子102の質量の30質量パーセント以上あれば、触媒粒子102はほぼ高分子電解質に覆われていると考えられる。
Comparing the results of Example 2 and Example 3, the sedimentation rate is almost unchanged. The settling velocity depends on the size of the surface of the
実施例2と実施例3の高分子電解質吸着比率を比較すると、実施例3の方が高い。触媒粒子102と水とナフィオン溶液を合わせて攪拌する攪拌時間を長くすれば、高分子電解質吸着比率を高めることができるといえる。高分子電解質108の吸着に関してエタノールの影響がない実施例1では、電解質吸着比率は30%にわずかに満たなかったが、26.8%の電界質吸着比率を達成している。したがって、実施例1において、さらに長時間攪拌すれば、電解質吸着比率30%を達成し、触媒粒子102を高分子電解質108でほぼ覆うことが期待される。
Comparing the polymer electrolyte adsorption ratios of Example 2 and Example 3, Example 3 is higher. It can be said that the polymer electrolyte adsorption ratio can be increased by increasing the stirring time for stirring the
本実施例によれば、白金合金粒子を担持した担持体104とナフィオン溶液と水とをエタノールを加えずに攪拌し、十分攪拌した後にエタノールを加える。したがって触媒粒子102の表面は高分子電解質108によってほぼ覆われる。その結果、超音波振動により触媒インク粒子101の親水基同士の吸着を切り凝集を細かくした後に、触媒粒子102同士の吸着が起こりにくくなる。触媒インク粒子101は沈降しにくくなり、触媒インク100の分散の経時安定性を増すことができる。
According to the present example, the
また、本実施例によれば、白金合金粒子を担持した担持体104とナフィオン溶液と水を混合して攪拌するときに減圧下で攪拌することにより、短時間で、触媒粒子102への高分子電解質108の吸着量を、触媒粒子102の質量の30質量パーセント以上とすることができる。なお、触媒粒子102への高分子電解質108の吸着量が触媒粒子102の質量の30質量パーセント以上あれば、触媒インクの沈降速度の結果から、触媒粒子102の表面がほぼ高分子電解質108で覆われていると判断することができる。
Further, according to the present example, when the
D.膜電極接合体の構成
図6を用いて、膜電極接合体触媒層200について説明する。図6は、膜電極接合体の構成を模式的に示す説明図である。
D. Configuration of Membrane / Electrode Assembly A membrane / electrode
膜電極接合体200は、高分子電解質膜202と、触媒層204とを備えている。触媒層204は、触媒粒子102と触媒粒子102をほぼ覆う高分子電解質108とを備えている。触媒層204は、高分子電解質膜202の両面に形成され、それぞれアノード側の触媒層204a、カソード側の触媒層204bとなる。触媒層204の隙間には空間206が形成されている。アノード側の空間206aに対して、燃料ガス(水素ガス)を供給し、カソード側の空間206bに酸化ガス(空気)を供給する。
The
本実施例に係る膜電極接合体200によれば、触媒層204の触媒粒子102は高分子電解質108によりほぼ覆われているので、触媒粒子102と高分子電解質108との界面の面積が広い。燃料電池の電気化学反応は触媒粒子102と高分子電解質108との界面で起こるため、電気化学反応は、触媒粒子102と高分子電解質108との界面の面積が広い方が促進される。したがって、膜電極接合体200を燃料電池に用いたときには、電圧のバラツキも少なくなり、燃料電池の性能を向上させることができる。
According to the
E.膜電極接合体200の作製方法
図7を用いて、膜電極接合体200の作製方法について説明する。図7は膜電極接合体200の作製方法を示す模式図である。上述した製造方法により作製した触媒インク100を噴霧器208に入れ、圧力をかけて、ノズル210から高分子電解質膜202に対して触媒インク100を霧状に噴出させて吹きつける。これにより触媒インク100を高分子電解質膜202上に均一に分布するように吹きつけることができる。その後、余分な溶媒を乾燥させて、膜電極接合体200を作製する。なお、触媒インクの吹きつけは、高分子電解質膜の両面に対して行う。
E. Method for Producing Membrane / Electrode Assembly 200 A method for producing the membrane /
F.膜電極接合体200の評価
以下、実施例1〜3および比較例1により作製した触媒インクを使って形成した膜電極接合体200の電圧安定性およびセル電圧を比較する。
F. Evaluation of Membrane /
膜電極接合体200の電圧安定性およびセル電圧については、図8に示す燃料電池性能評価測定装置300を用いて測定した。図8は、燃料電池性能評価測定装置300を模式的に示す説明図である。膜電極接合体200は、水素ガスを供給する水素ガス流路310と、空気を供給し生成する水を排出する酸化ガス流路312の間に挟まれている水素ボンベ314とガスの流路310の間には、加湿器316および断熱材318で断熱されたパイプ320が設けられている。空気および水の流路312側には、加湿器322および断熱材324で断熱されたパイプ326が設けられている。膜電極接合体のアノード側触媒層204aとカソード側触媒層204bの間には負荷328が接続されている。
The voltage stability and cell voltage of the
水素ガスは、ボンベ314から出た後、加湿器316で70℃の温度に加温され、断熱材318で断熱されたパイプ320を通って水素ガス流路310に供給される。水素ガスは水素ガス流路310からアノード側触媒層204aに拡散する。膜電極接合体200は80℃に加温されている。水素ガスは、アノード側触媒層204a上で下記の反応を起こす。
After leaving the
アノード電極: H2 → 2H+ + 2e- (1) Anode electrode: H 2 → 2H + + 2e − (1)
発生した水素イオンは高分子電解質膜202を通過し、カソード側触媒層204bに移動する。一方、発生した電子はアノード側触媒層204aから負荷328を通ってカソード側触媒層204bに移動する。すなわち、膜電極接合体200は、負荷328に電流を流す電池の一部となる。
The generated hydrogen ions pass through the
空気は、加湿器322で70℃に加温され、断熱材324で断熱されたパイプ326を通って酸化ガス流路312に供給される。空気は、カソード電極板側の触媒層204bに拡散する。空気は、触媒層204b上で、電解質膜を通過してきた水素イオンおよび負荷328を通ってきた電子と以下の反応を起こす。
The air is heated to 70 ° C. by the
カソード電極: (1/2)O2 + 2H+ + 2e- → H20 (2) Cathode electrode: (1/2) O 2 + 2H + + 2e − → H 2 0 (2)
触媒層の電圧安定性およびセル電圧の測定は、燃料電池性能評価測定装置300の負荷328の両端の電圧を測定することにより行う。表2に測定結果を示す。
The voltage stability of the catalyst layer and the cell voltage are measured by measuring the voltage across the
実施例1、実施例2、実施例3と比較例1を用いて作製した触媒インクを塗布した膜電極接合体について、負荷328の両端の電圧を測定し、電圧安定性を比較すると、電圧のばらつきは、実施例2または実施例3で作製した触媒インクを用いた膜電極接合体では5〜6mV、実施例1で作製した触媒インクを用いた膜電極接合体では10mV、比較例1で作製した触媒インクを用いた膜電極接合体では13mVであり、電解質吸着比率が高い方(沈降速度が低い方)が電圧のばらつきが低く、電圧安定性が高い結果となった。また、セル電圧については、実施例2、3で作製した触媒インクを用いた膜電極接合体では0.63から0.65V、実施例1で作製した触媒インクを用いた膜電極接合体では0.60V、比較例で作製した触媒インクを用いた膜電極接合体では0.55Vであり、セル電圧は、高分子電解質108の吸着比率が高い方が高い結果となった。
For the membrane / electrode assembly coated with the catalyst ink produced using Example 1, Example 2, Example 3 and Comparative Example 1, the voltage across the
上記(1)および(2)の化学反応は、触媒粒子102と高分子電解質108との界面で起こるため、触媒粒子102に高分子電解質108がより多く吸着している方が、触媒粒子102表面が高分子電解質108に覆われていない面積が少なく、触媒粒子102と高分子電解質の界面の面積が広いため、電圧安定性が高く、セル電圧も高くなると考えられる。
Since the chemical reactions (1) and (2) occur at the interface between the
G.燃料電池
図9を参照して、膜電極接合体200を用いた燃料電池400について説明する。図9は、燃料電池400を模式的に示す説明図である。燃料電池400は、セパレータ402と膜電極接合体200とが交互に重なり合ったスタック構造をしている。膜電極接合体200は、上述したように、高分子電解質膜202に触媒インク100を塗布したものである。セパレータ402は、燃料ガス(水素ガス)と酸化ガス(空気)とが直接接触しないように分離しているプレートである。燃料電池には、また、連通孔404から414が設けられている。連通孔404は燃料ガスの供給口であり、連通孔406は燃料ガスの排出口である。連通孔408は酸化ガス(空気)の供給口であり、連通孔410は酸化ガスおよび反応で生成した水の排出口である。連通孔412は冷却水の供給口であり、連通孔414は、冷却水の排出口である。
G. Fuel Cell
本実施例に係る燃料電池400は膜電極接合体200として、高分子電解質膜202と、前記高分子電解質膜上に吸着している触媒粒子102と、前記触媒粒子の外周をほぼ覆っている高分子電解質108と、を有する膜電極接合体200を備える。したがって、膜電極接合体200の電圧安定性が高く、セル電圧も大きい。したがって、燃料電池400を高性能にすることができる。
The
以上説明したように、触媒粒子102と水とナフィオン溶液とをエタノールを加えずに混合して攪拌して高分子電解質108を触媒粒子102に吸着させた後、混合攪拌溶液にエタノールを加えて攪拌し、攪拌溶液を超音波により分散処理することにより得られる触媒インク100は、触媒粒子102が高分子電解質108によりほぼ覆われているので、触媒粒子102同士が吸着して大きな触媒インク粒子を形成することが抑制し、触媒インク100の分散の経時安定性を向上させることができる。
As described above, the
触媒インク100を作製するとき、触媒粒子102と水とナフィオン溶液を合わせて攪拌する工程では、減圧して行うと、なお好ましい。触媒粒子102を構成する担持体104の表面には多数の細孔があり、担持体104の表面あるいはその細孔には気泡が付着しているが、減圧することにより、付着している気泡を除去することができ、高分子電解質108の吸着量を多くすることができるため、触媒インク100の分散の経時安定性を向上させることができる。
When the
また、かかる触媒インクを高分子電解質膜202に塗布することにより、触媒粒子102が高分子電解質108にほぼ覆われた構造を有する触媒層204を有する膜電極接合体200を作製することができる。本実施例に係る膜電極接合体は、触媒粒子102と高分子電解質108の界面の面積が広いため、膜電極接合体200の電圧安定性が高く、セル電圧も大きい。したがって、かかる膜電極接合体200を用いれば、燃料電池400の性能を向上させることができる。
In addition, by applying such a catalyst ink to the
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。 The embodiments of the present invention have been described above based on some examples. However, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.
100…触媒インク
101…触媒インク粒子
102…触媒粒子
104…担持体
106…貴金属
108…高分子電解質
110…パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマ
112…疎水基
113…親水基
114…主鎖
115…側鎖
116…スルホン酸基
118…残渣
120…ろ液
200…膜電極接合体
202…高分子電解質層
204…触媒層
206…空間
300…燃料電池性能評価測定装置
310…水素ガス流路
312…酸化ガス流路
314…水素ボンベ
316、322…加湿器
318、324…断熱材
320、326…パイプ
328…負荷
400…従来の触媒インク
401…触媒インク粒子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記触媒インク粒子は、
貴金属を担持体上に担持させてなる疎水性の触媒粒子と、
疎水基と親水基とを有する高分子電解質であって、前記疎水基が前記触媒粒子に向け配向され、前記親水基が前記触媒インク粒子の表面に露出して前記触媒粒子を覆う高分子電解質と、
を備え、
前記触媒粒子は、前記触媒粒子の質量に対して、30質量パーセント以上の高分子電解質によって被覆されている、
燃料電池用触媒インク。 A catalyst ink for fuel cells containing catalyst ink particles,
The catalyst ink particles are
Hydrophobic catalyst particles having a noble metal supported on a support, and
A polymer electrolyte having a hydrophobic group and a hydrophilic group, wherein the hydrophobic group is oriented toward the catalyst particle, and the hydrophilic group is exposed on the surface of the catalyst ink particle to cover the catalyst particle; ,
Equipped with a,
The catalyst particles, relative to the weight of the catalyst particles, that are covered by 30 mass% or more polyelectrolytes,
Catalyst ink for fuel cells.
高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜の両面に形成されている触媒層であって、触媒インク粒子を有する触媒層と、
を備え、
前記触媒インク粒子は、
貴金属を担持体上に担持させてなる疎水性の触媒粒子と、
疎水基と親水基とを有する高分子電解質であって、前記疎水基が前記触媒粒子に向け配向され、前記親水基が前記触媒インク粒子の表面に露出して前記触媒粒子を覆う高分子電解質と、を備え、
前記触媒粒子は、前記触媒粒子の質量に対して、30質量パーセント以上の高分子電解質によって被覆されている、
膜電極接合体。 A membrane electrode assembly in which a fuel cell catalyst ink is applied to a polymer electrolyte membrane,
A polymer electrolyte membrane;
A catalyst layer formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane, the catalyst layer having catalyst ink particles;
With
The catalyst ink particles are
Hydrophobic catalyst particles having a noble metal supported on a support, and
A polymer electrolyte having a hydrophobic group and a hydrophilic group, wherein the hydrophobic group is oriented toward the catalyst particle, and the hydrophilic group is exposed on the surface of the catalyst ink particle to cover the catalyst particle; , equipped with a,
The catalyst particles, relative to the weight of the catalyst particles, that are covered by 30 mass% or more polyelectrolytes,
Membrane electrode assembly .
高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜上の両面に形成されている触媒層であって、触媒インク粒子を有する触媒層とを備える膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の両側に配置されているセパレータと、
を備え、
前記触媒インク粒子は、
貴金属を担持体上に担持させてなる疎水性の触媒粒子と、
疎水基と親水基とを有する高分子電解質であって、前記疎水基が前記触媒粒子に向け配向され、前記親水基が前記触媒インク粒子の表面に露出して前記触媒粒子を覆う高分子電解質と、を備え、
前記触媒粒子は、前記触媒粒子の質量に対して、30質量パーセント以上の高分子電解質によって被覆されている、
燃料電池。 A fuel cell,
A membrane electrode assembly comprising a polymer electrolyte membrane and a catalyst layer formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane, the catalyst layer having catalyst ink particles;
Separators disposed on both sides of the membrane electrode assembly;
With
The catalyst ink particles are
Hydrophobic catalyst particles having a noble metal supported on a support, and
A polymer electrolyte having a hydrophobic group and a hydrophilic group, wherein the hydrophobic group is oriented toward the catalyst particle, and the hydrophilic group is exposed on the surface of the catalyst ink particle to cover the catalyst particle; , equipped with a,
The catalyst particles, relative to the weight of the catalyst particles, that are covered by 30 mass% or more polyelectrolytes,
Fuel cell.
貴金属を担持体上に担持させてなる触媒粒子と、疎水基と親水基とを有する高分子電解質の溶液と水とを混合して攪拌して、前記疎水基が前記触媒粒子に向け配向され、前記親水基が前記触媒インク粒子の表面に露出して前記触媒粒子を覆う高分子電解質を有する触媒インク粒子を含む溶液を生成する工程と、
攪拌した溶液にエタノールを加えて攪拌混合する工程と、
混合溶液に対して分散処理する工程と、
を備える燃料電池用触媒インクの製造方法。 A method for producing a catalyst ink for a fuel cell, comprising:
Mixing and stirring catalyst particles obtained by supporting a noble metal on a support, a polymer electrolyte solution having a hydrophobic group and a hydrophilic group, and water, the hydrophobic groups are oriented toward the catalyst particles, Producing a solution containing catalyst ink particles having a polymer electrolyte covering the catalyst particles with the hydrophilic groups exposed on the surfaces of the catalyst ink particles;
Adding ethanol to the stirred solution and stirring and mixing;
A step of dispersing the mixed solution;
A method for producing a fuel cell catalyst ink comprising:
貴金属を担持体上に担持させてなる触媒粒子と高分子電解質の溶液と水とを混合して攪拌する工程は、減圧下で実行される燃料電池用触媒インクの製造方法。 In the manufacturing method of the catalyst ink for fuel cells of Claim 4 ,
The step of mixing and stirring the catalyst particles obtained by supporting the noble metal on the support, the polymer electrolyte solution, and water is a method for producing a catalyst ink for a fuel cell, which is performed under reduced pressure.
請求項4または請求項5のいずれかに記載の製造方法で製造した燃料電池用触媒インクを、高分子電界質膜に塗布する工程と、
前記高分子電解質膜に塗布した前記燃料電池用触媒インクを乾燥させる工程と、
を有する、燃料電池用膜電極接合体の製造方法。 A method for producing a fuel cell membrane electrode assembly comprising:
The fuel cell catalyst ink was prepared by the method of any of claims 4 or claim 5, a step of applying the polymer electrolyte membrane,
Drying the fuel cell catalyst ink applied to the polymer electrolyte membrane;
The manufacturing method of the membrane electrode assembly for fuel cells which has these.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006216526A JP5217131B2 (en) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | Catalyst ink for fuel cell, membrane electrode assembly, and production method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006216526A JP5217131B2 (en) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | Catalyst ink for fuel cell, membrane electrode assembly, and production method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008041514A JP2008041514A (en) | 2008-02-21 |
JP5217131B2 true JP5217131B2 (en) | 2013-06-19 |
Family
ID=39176289
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006216526A Expired - Fee Related JP5217131B2 (en) | 2006-08-09 | 2006-08-09 | Catalyst ink for fuel cell, membrane electrode assembly, and production method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5217131B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5998934B2 (en) * | 2010-09-28 | 2016-09-28 | 凸版印刷株式会社 | Manufacturing method of electrode catalyst layer for fuel cell, membrane electrode assembly for fuel cell, polymer electrolyte fuel cell |
JP5494585B2 (en) | 2011-07-27 | 2014-05-14 | トヨタ自動車株式会社 | Catalyst ink for fuel cell electrode, membrane electrode assembly, fuel cell |
JP2013127865A (en) * | 2011-12-16 | 2013-06-27 | Toyota Motor Corp | Electrode catalyst for fuel cell, method for manufacturing ionomer used for electrode catalyst, method for manufacturing membrane electrode assembly, membrane electrode assembly and fuel cell |
KR102552145B1 (en) * | 2017-12-29 | 2023-07-05 | 현대자동차주식회사 | Method of manufacturing membrane electrode assembly for fuel cell |
JP7119607B2 (en) * | 2018-06-12 | 2022-08-17 | 東レ株式会社 | Coating liquid manufacturing method |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0536418A (en) * | 1991-03-13 | 1993-02-12 | Fuji Electric Co Ltd | Solid polymer electrolytic fuel cell and manufacture of the same |
JP2002352806A (en) * | 2001-05-29 | 2002-12-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Solid polymer fuel cell and automatic control method for cell temperature |
JP5119459B2 (en) * | 2001-09-28 | 2013-01-16 | 新日鐵住金株式会社 | Fuel cell |
JP2005353376A (en) * | 2004-06-09 | 2005-12-22 | Japan Storage Battery Co Ltd | Manufacturing method of electrode for polymer electrolyte fuel cell |
JP2006066309A (en) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Gs Yuasa Corporation:Kk | Method of manufacturing catalyst for solid polymer type fuel cell |
JP4463123B2 (en) * | 2005-01-24 | 2010-05-12 | 三井造船株式会社 | Method for producing electrode catalyst powder for polymer electrolyte fuel cell, electrode catalyst powder for polymer electrolyte fuel cell, and polymer electrolyte fuel cell |
JP2007273138A (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-18 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Gas diffusion electrode, method of manufacturing gas diffusion electrode, and membrane-electrode assembly |
-
2006
- 2006-08-09 JP JP2006216526A patent/JP5217131B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2008041514A (en) | 2008-02-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5495387B2 (en) | POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL ELECTRODE AND METHOD FOR PRODUCING MEMBRANE / ELECTRODE ASSEMBLY USING THE SAME | |
US9640824B2 (en) | Fuel cell electrodes with conduction networks | |
JP7387905B2 (en) | Gas diffusion layer, manufacturing method thereof, membrane electrode assembly and fuel cell | |
EP2048729A1 (en) | Assembly for fuel cell, fuel cell, and method for manufacturing fuel cell | |
JP2013534707A5 (en) | ||
JP2007250274A (en) | Electrode catalyst for fuel cell with enhanced noble metal utilization efficiency, its manufacturing method, and solid polymer fuel cell equipped with this | |
JP5217131B2 (en) | Catalyst ink for fuel cell, membrane electrode assembly, and production method thereof | |
JP2008140763A (en) | Manufacturing method of fuel cell | |
US11121379B2 (en) | Caged nanoparticle electrocatalyst with high stability and gas transport property | |
JP2005235706A (en) | Electrode for solid polymer fuel cell | |
CN111584879B (en) | Gas diffusion layer, method for producing same, and corresponding membrane electrode assembly and fuel cell | |
JP6160591B2 (en) | Catalyst electrode layer, membrane electrode assembly, and fuel cell | |
US7056615B2 (en) | Electrode for polymer electrolyte fuel cells and manufacturing method therefor | |
JP2017188335A (en) | Method for manufacturing membrane-electrode assembly | |
JP2005032668A (en) | Electrode catalyst layer for solid high polymer fuel cell, electrode for solid high polymer fuel cell, and solid high polymer fuel cell | |
JP5332863B2 (en) | Manufacturing method of gas diffusion electrode | |
JP2011081977A (en) | Catalyst layer for fuel cell | |
JP2008123744A (en) | Manufacturing method of catalyst layer for fuel cell, and fuel cell | |
JP4665536B2 (en) | Method for producing electrode catalyst layer for fuel cell and fuel cell having the electrode catalyst layer | |
JP2005285670A (en) | Manufacturing method of film/electrode assembly for polymer electrolyte type fuel cell | |
JP5270936B2 (en) | Manufacturing method of membrane electrode structure for fuel cell | |
JP2006066309A (en) | Method of manufacturing catalyst for solid polymer type fuel cell | |
JP5270939B2 (en) | Membrane electrode structure for fuel cell | |
CN102615026A (en) | Hydrolytically-stable hydrophilic coating for bipolar plates | |
JP2007018801A (en) | Manufacturing method of catalyst mixture for solid polymer fuel cell, and solid polymer fuel cell using electrode containing catalyst mixture obtained by the above manufacturing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090722 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111215 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120221 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120410 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120529 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120724 |
|
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: 20130205 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130218 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160315 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5217131 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160315 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |