JP5230064B2 - 電極触媒層、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 - Google Patents
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Description
1)前記触媒層は、厚み方向に貫通する複数の亀裂を有しており、
2)前記各亀裂の幅は、前記触媒層の一方面側Aより他方面側Bが狭くなっており、
3)前記触媒層の一方面側Aの開口率が2〜50%であり、
4)一方面側Aの各亀裂の最大幅が1〜20μmである、
ことを特徴とする電極触媒層。
本発明の電極触媒層は、
1)前記触媒層は、厚み方向に貫通する複数の亀裂を有しており、
2)前記各亀裂の幅は、前記触媒層の一方面側Aより他方面側Bが狭くなっており、
3)前記触媒層の一方面側Aの開口率が2〜50%である、
ことを特徴とする。
本発明の触媒層の一方面側Aの開口率は、2〜50%程度であることを必須とする。好ましくは、3〜40%程度である。なお、本発明の開口率とは、一方面側Aの写真を取り込み、その写真を2値化(白/黒)し、各面積率(%)を算出して決定されるものである。2値化は、写真の色彩を255段階に分割し、0〜50までを触媒層部分、51〜255までを触媒層が存在しない部分(亀裂部分)と判断する。この亀裂部分の面積率を開口率という。写真は、デジタルマイクロスコープによって撮影されたものである。
本発明の触媒層−電解質膜積層体製造用転写シートは、上述した触媒層が、他方面側B(亀裂の幅が狭い面)が転写基材に接するように、前記転写基材上に積層されている。
本発明の触媒層−電解質膜積層体は、上記触媒層の一方面側Aが電解質膜に接するように、上記触媒層が当該電解質膜の少なくとも一方面上に積層されてなる。触媒層−電解質膜積層体は、電解質の少なくとも一方面上に、複数個の触媒層(好ましくは同一形状の複数個の触媒層)一定間隔で形成されていてもよい。
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。
(1)白金担持触媒(Pt:46.5wt%、田中貴金属工業株式会社製、TEC10E50E)20gをNafion溶液(Dupont製)200g及び2−プロパノール200g(キシダ化学製)に分散させることにより、触媒と電解質との重量比が2/1となる触媒層形成用ペーストを調整した。12μmPETフィルム(東洋紡績株式会社製)に上記ペーストをドクターブレードにて20g/cm2となるように塗布してこれを85℃で10分間乾燥することにより、本発明のカソード極触媒層用転写シート(カソード極に用いる触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート)を形成した。膜厚は15μmであった。2値化による触媒層部分の面積は70.5%、亀裂部分の面積(開口率)は29.5%であった。
(2)白金ルテニウム合金担持触媒(PtRu:53.3wt%、田中貴金属工業株式会社製、TEC61E54)20gをNafion溶液(Dupont製)200g及び2−プロパノール200gに分散させることにより、触媒と電解質との重量比が2/1となる触媒層形成用ペーストを調整した。12μmPETフィルム(東洋紡績株式会社製)に上記ペーストをドクターブレードにて20g/cm2塗布してこれを85℃で10分間乾燥することにより、本発明のアノード極触媒層用転写シート(アノード極に用いる触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート)を形成した。膜厚は25μmであった。2値化による触媒層部分の面積は60%、亀裂部分の面積(開口率)は40%であった。
(3) (1)及び(2)で作製したカソード極触媒層用及びアノード極触媒層用転写シートを用い水素イオン伝導性高分子電解質膜(Dupont製)に熱プレスを施して実施例1の触媒層−電解質膜積層体を作製した。
(1) 白金担持触媒20g(Pt:46.5wt%、田中貴金属工業株式会社製、TEC10E50E)をNafion溶液(Dupont製)200g、3−ブタノール100g及び1−ブタノール100g(キシダ化学製)に分散させることにより、触媒と電解質の比が2/1になる触媒層形成用ペーストを調整した。12μmPETフィルム(東洋紡績株式会社製)に上記ペーストをドクターブレードにて20g/cm2となるように塗布してこれを85℃で10分間乾燥することにより、本発明のカソード極触媒層用転写シートを形成した。膜厚は15μmであった。2値化による触媒層部分の面積は96%。亀裂部分の面積(開口率)は4%であった。
(2) 白金ルテニウム合金担持触媒20g(PtRu:53.3wt%、田中貴金属工業株式会社製、TEC61E54)をNafion溶液(Dupont製)200g及び2−プロパノール200gに分散させることにより、触媒と電解質との重量比が1/1になる触媒層形成用ペーストを調整した。12μmPETフィルム(東洋紡績株式会社製)に上記ペーストをドクターブレードにて20g/cm2となるように塗布してこれを85℃で10分間乾燥することにより、本発明のアノード極触媒層用転写シートを形成した。膜厚は15μmであった。2値化による触媒層部分の面積は75%、亀裂部分の面積(開口率)は25%であった。
(3) (1)及び(2)で作製したカソード極触媒層用及びアノード極触媒層用転写シートを用い水素イオン伝導性高分子電解質膜(Dupont製)に熱プレスを施して実施例2の触媒層−電解質膜積層体を作製した。
白金担持触媒20g(Pt:46.5wt%、田中貴金属工業株式会社製、TEC10E50E)をNafion溶液(Dupont製)33.35gに分散させることにより、触媒と電解質の比が3/1になる触媒層形成用ペーストを調整した。12μmPETフィルム(東洋紡績株式会社製)に上記ペーストをドクターブレードにて20g/cm2となるように塗布してこれを85℃で10分間乾燥することにより、比較例1のカソード極触媒層用転写シートを形成した。膜厚は25μmであった。2値化による触媒層部分の面積は40%。亀裂部分の面積(開口率)は60%であった。
白金ルテニウム合金担持触媒20g(PtRu:53.3wt%、田中貴金属工業株式会社製、TEC61E54)をNafion溶液(Dupont製)33.35g及び2−プロパノール200gに分散させることにより、触媒と電解質との重量比が3/1になる触媒層形成用ペーストを調整した。12μmPETフィルム(東洋紡績株式会社製)に上記ペーストをドクターブレードにて20g/cm2となるように塗布してこれを85℃で10分間乾燥することにより、比較例2のアノード極触媒層用転写シートを形成した。膜厚は25μmであった。2値化による触媒層部分の面積は30%、亀裂部分の面積(開口率)は70%であった。
以上のような方法で作製した実施例1〜2及び比較例1〜2の触媒層−電解質膜積層体を用いて電池を組み立てカソード極に合成空気を、アノード極に高純度水素を導入し、電池性能を測定した。測定結果を図12に示す。
Claims (5)
- 固体高分子形燃料電池用の電極触媒層であって、
1)前記触媒層は、厚み方向に貫通する複数の亀裂を有しており、
2)前記各亀裂の幅は、前記触媒層の一方面側Aより他方面側Bが狭くなっており、
3)前記触媒層の一方面側Aの開口率が2〜50%であり、
4)一方面側Aの各亀裂の最大幅が1〜20μmである、
ことを特徴とする電極触媒層。 - 電極触媒層の厚みが1〜35μmである、請求項1に記載の電極触媒層。
- 請求項1又は2に記載の電極触媒層が、他方面側Bが転写基材に接するように、前記転写基材上の少なくとも一方面上に積層されてなる、触媒層−電解質膜積層体製造用転写シート。
- 転写基材と電極触媒層との間に離型層が介在されてなる、請求項3に記載の転写シート。
- 請求項1又は2に記載の電極触媒層が、一方面側Aが電解質膜に接するように、前記電解質膜の少なくとも一方面上に積層されてなる、触媒層−電解質膜積層体。
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