JP5285225B2 - Method for producing solid polymer electrolyte membrane electrode assembly - Google Patents
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Description
本発明は、固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a solid polyelectrolyte film electrode conjugate.
従来の固体高分子電解質膜電極接合体(以下「セル」という)の一例の概略構成を図10に示す。 FIG. 10 shows a schematic configuration of an example of a conventional solid polymer electrolyte membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “cell”).
図10に示すように、プロトン(H+)伝導性を有する固体高分子電解質膜111の一方の面には、触媒粒子(例えば、Pt−Ru系金属等)を担持させた導電性粉末(例えば、カーボン粉末等)を、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質材料からなるバインダで結着させた燃料極膜112が配設されている。固体高分子電解質膜111の他方の面には、触媒粒子(例えば、Pt系金属等)を担持させた導電性粉末(例えば、カーボン粉末等)を、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質材料からなるバインダで結着させた酸化極膜113が配設されている。なお、図10中、114は、導電性を有するガス拡散層、101は外部回路である。
As shown in FIG. 10, on one surface of the solid
このようにして構成されるセル110を複数積層したスタックを備えた固体高分子電解質形燃料電池においては、水素(H2)を含有する燃料ガス1をセル110の燃料極膜112側に供給すると共に、酸素(O2)を含有する酸化ガス2を酸化極膜113側に供給すると、水素が、ガス拡散層114を介して燃料極膜112の上記触媒粒子と接触してプロトン(H+)及び電子(e-)を生じ、当該プロトンが、当該燃料極膜112の上記バインダ及び固体高分子電解質膜111を伝導して酸化極膜113側に到達すると共に、上記電子が、ガス拡散層114及び外部回路101を介して酸化極膜113側に到達する一方、酸素が、ガス拡散層114を介して酸化極膜113の上記触媒粒子上で上記プロトン及び上記電子と接触して水(H2O)となる電気化学反応を生じることにより、上記外部回路101に電気が流れるようになっている。
In a solid polymer electrolyte fuel cell having a stack in which a plurality of
ところで、前述したような固体高分子電解質形燃料電池においては、セル110の発電性能の向上を図ることが求められている。このため、例えば、上記特許文献1等においては、カーボン粒子を孔形成剤と共に溶媒中で混合し、乾燥して得られた固化物を粉砕して溶媒に分散させ、膜状に成形して乾燥させて、上記孔形成剤を除去することにより、多孔質のカーボン膜を形成した後、触媒金属を担持させると共に、孔中に固体高分子電解質材料を充填して乾燥させることにより、カーボン粒子間に孔を形成した電極膜を得て、当該電極膜を固体高分子電解質膜に接合したセルにより、発電性能を高めることを提案している。
Incidentally, in the solid polymer electrolyte fuel cell as described above, it is required to improve the power generation performance of the
しかしながら、現在、市場においては、上記特許文献1で提案されているセルよりも発電性能をさらに向上させたセルが強く要求されている。
However, at present, there is a strong demand in the market for a cell with further improved power generation performance compared to the cell proposed in
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法は、プロトン伝導性を有する炭化水素系樹脂の固体高分子電解質材料からなる固体高分子電解質膜と、触媒粒子を担持した導電性粉末を、プロトン伝導性を有する炭化水素系樹脂の固体高分子電解質材料からなるバインダで結着させて、前記固体高分子電解質膜の一方の面に配設した燃料極膜と、触媒粒子を担持した導電性粉末を、プロトン伝導性を有する炭化水素系樹脂の固体高分子電解質材料からなるバインダで結着させて、前記固体高分子電解質膜の他方の面に配設した酸化極膜とを備えている固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法であって、前記酸化極膜及び前記燃料極膜の少なくとも一方の前記バインダが、隣り合う高分子鎖の間にガス分子を通過させる高分子鎖間隙を有するように、前記触媒粒子を担持した前記導電性粉末と、前記バインダと、有機溶媒及び水に溶解する高分子材料からなる高分子鎖間隙形成剤とを有機溶媒に混合した混合物から膜状物を形成する膜状物形成工程と、前記膜状物を前記固体高分子電解質膜に設ける膜状物配設工程と、前記膜状物を水で洗浄することにより、当該膜状物から前記高分子鎖間隙形成剤を除去する高分子鎖間隙形成剤除去工程とを行うものであり、前記有機溶媒が、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、アセトンのうちの少なくとも一種からなり、前記高分子鎖間隙形成剤が、ポリエチレングリコール(PEG)からなることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, a method for producing a solid polymer electrolyte membrane / electrode assembly according to the first invention comprises a solid polymer electrolyte made of a hydrocarbon-based solid polymer electrolyte material having proton conductivity. A membrane and a conductive powder carrying catalyst particles are bound by a binder made of a solid polymer electrolyte material of a hydrocarbon resin having proton conductivity, and disposed on one surface of the solid polymer electrolyte membrane The other electrode of the solid polymer electrolyte membrane is formed by binding the fuel electrode membrane and the conductive powder carrying the catalyst particles with a binder made of a solid polymer electrolyte material of a hydrocarbon resin having proton conductivity. A solid polymer electrolyte membrane electrode assembly comprising: an oxide electrode membrane disposed on the at least one of the oxide electrode membrane and the fuel electrode membrane; A polymer chain gap forming agent comprising the conductive powder supporting the catalyst particles so as to allow gas molecules to pass through, a binder, and a polymer material dissolved in an organic solvent and water; Forming a film-like material from a mixture obtained by mixing an organic solvent with the organic solvent, forming a film-like material on the solid polymer electrolyte membrane, and washing the film-like material with water A polymer chain gap forming agent removing step of removing the polymer chain gap forming agent from the film-like material , and the organic solvent is dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc) In addition, the polymer chain gap forming agent is made of at least one of acetone, and the polymer chain gap forming agent is made of polyethylene glycol (PEG) .
第二番目の発明に係る固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法は、第一番目の発明において、前記酸化極膜の、前記触媒粒子を担持した前記導電性粉末が、Pt金属を担持したカーボン粉末であり、前記酸化極膜が、親水性カーボン粉末を含有していることを特徴とする。 Method for producing a solid polymer electrolyte membrane electrode assembly according to a second invention, in the first-th invention, the oxide electrode film, the conductive powder carrying the catalyst particles, carrying a Pt metal It is carbon powder, The said oxidation electrode film contains the hydrophilic carbon powder, It is characterized by the above-mentioned.
第三番目の発明に係る固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法は、第一番目の発明において、前記酸化極膜の、前記触媒粒子を担持した前記導電性粉末が、Pt金属を担持した親水性を有するカーボン粉末、Pt−Co合金を担持した親水性を有するカーボン粉末、Pt金属とPt−Co合金との混合物を担持した親水性を有するカーボン粉末、Pt金属を担持した親水性を有するカーボン粉末とPt−Co合金を担持した親水性を有するカーボン粉末との混合物、Pt金属とPt−Ru合金との混合物を担持した親水性を有するカーボン粉末、Pt金属を担持した親水性を有するカーボン粉末とPt−Ru合金を担持した親水性を有するカーボン粉末との混合物、のうちのいずれかであることを特徴とする。 Method for producing a solid polymer electrolyte membrane electrode assembly according to a third invention, in the first-th invention, the oxide electrode film, the conductive powder carrying the catalyst particles, carrying a Pt metal a carbon powder having a hydrophilic carbon powder having a hydrophilic supporting Pt-Co alloy, a carbon powder having a mixture carrying hydrophilic and Pt metal and Pt-Co alloy, a hydrophilic support Pt metal carbon with a mixture of carbon powder having a hydrophilic carrying carbon powder and Pt-Co alloy, a carbon powder having a mixture carrying hydrophilic and Pt metal and Pt-Ru alloy, a hydrophilic support Pt metal It is one of a mixture of powder and hydrophilic carbon powder carrying a Pt—Ru alloy.
第四番目の発明に係る固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法は、第一番目から第三番目の発明のいずれかにおいて、前記高分子鎖間隙形成剤の混合量が、前記バインダと当該高分子鎖間隙形成剤との合計重量に対して、1〜80重量%の割合であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a solid polymer electrolyte membrane electrode assembly according to any one of the first to third aspects, wherein the polymer chain gap forming agent is mixed in the binder and the binder. The ratio is 1 to 80% by weight based on the total weight of the polymer chain gap forming agent.
本発明に係る固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法によれば、電極膜のバインダが、隣り合う高分子鎖の間にガス分子を通過させる高分子鎖間隙を有している固体高分子電解質膜電極接合体を容易に製造することができるので、導電性粉末に担持されている触媒粒子へのガスの供給を促進して、電極反応の分極抵抗を大幅に低減することができ、発電性能をさらに向上させた固体高分子電解質膜電極接合体を容易に製造することができる。 According to the manufacturing method of the solid polymer electrolyte membrane electrode assembly according to the present invention, a solid polymer binder of the electrode film has a polymer chain gap for passing the gas molecules between adjacent polymer chains Since the electrolyte membrane electrode assembly can be easily manufactured , the supply of gas to the catalyst particles supported on the conductive powder can be promoted, and the polarization resistance of the electrode reaction can be greatly reduced. the solid polymer electrolyte membrane electrode assembly having further improved performance can it to easily manufactured.
本発明に係る固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法の実施形態を図1〜4に基づいて説明する。図1は、固体高分子電解質膜電極接合体の概略構成図、図2は、Aが図1の燃料極膜の抽出拡大図、Bがバインダの抽出拡大図、図3は、Aが図1の酸化極膜の抽出拡大図、Bがバインダの抽出拡大図、図4は、図1の固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法の実施形態の手順フロー図である。 An embodiment of the method for producing a solid polymer electrolyte membrane electrode assembly according to the present invention will be described with reference to Figures 1-4. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solid polymer electrolyte membrane electrode assembly, FIG. 2 is an enlarged view of extraction of the fuel electrode membrane of FIG. 1, B is an enlarged view of extraction of a binder, and FIG. FIG. 4 is a procedure flow diagram of an embodiment of the method for producing the solid polymer electrolyte membrane electrode assembly of FIG. 1.
本実施形態に係る固体高分子電解質膜電極接合体(以下「セル」という。)は、図1〜3に示すように、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質材料からなる固体高分子電解質膜11と、触媒粒子12bを担持した導電性粉末12aを、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質材料からなるバインダ12cで結着させて、固体高分子電解質膜11の一方の面に配設した燃料極膜12と、触媒粒子13bを担持した導電性粉末13aを、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質材料からなるバインダ13cで結着させて、固体高分子電解質膜11の他方の面に配設した酸化極膜13とを備えているセル10であって、燃料極膜12及び酸化極膜13のバインダ12c,13cが、隣り合う高分子鎖12ca,13caの間にガス分子を通過させる高分子鎖間隙12cb,13cbを有しているものである。
The solid polymer electrolyte membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “cell”) according to the present embodiment includes a solid
前記固体高分子電解質膜11は、プロトン伝導性基(例えば、スルホン酸基(SO3 -)等)を有する、フッ素系樹脂又は炭化水素系樹脂からなる陽イオン交換体である。
The solid
前記燃料極膜12は、触媒粒子12bを担持する導電性粉末12aを、プロトン伝導性を有する、フッ素系樹脂又は炭化水素系樹脂の固体高分子電解質材料からなるバインダ12cで結着させたものであり、導電性粉末12aの間に、固体高分子電解質膜11側の面と当該面と対向する側の面との間を連絡する細孔(径方向のサイズ:サブミクロンからミクロンサイズレベル)12dを有すると共に、バインダ12cが、隣り合う高分子鎖12caの間に水素分子(H2)を通過させる高分子鎖間隙(分子サイズレベル)12cbを有しているものである。
The
前記酸化極膜13は、触媒粒子13bを担持した導電性粉末13aを、プロトン伝導性を有する、フッ素系樹脂又は炭化水素系樹脂の固体高分子電解質材料からなるバインダ13cで結着させたものであり、導電性粉末13aの間に、固体高分子電解質膜11側の面と当該面と対向する側の面との間を連絡する細孔(径方向のサイズ:サブミクロンからミクロンサイズレベル)13dを有すると共に、バインダ13cが、隣り合う高分子鎖13caの間に酸素分子(O2)を通過させる高分子鎖間隙(分子サイズレベル)13cbを有しているものである。
The
ここで、前記固体高分子電解質材料としては、フッ素系樹脂の場合、骨格となる樹脂として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、四フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン−四フッ化エチレン共重合体(ETFE)、四フッ化エチレン−六フッ化エチレン共重合体(FEP)、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体(PFEP)、ポリ三フッ化塩化エチレン(PCTFE)、三フッ化塩化エチレン−エチレン共重合体(ECTFE)、四フッ化エチレン−パーフルオロジオキソール共重合体(TFE/PDD)のうちの少なくとも一種、又は、その誘導体等を挙げることができ、具体的には、例えば、デュポン社製「ナフィオン(登録商標)」、旭硝子株式会社製「フレミオン(登録商標)」、旭化成株式会社製「アシプレックス(登録商標)」等を挙げることができる。 Here, as the solid polymer electrolyte material, in the case of a fluorine-based resin, examples of the resin serving as a skeleton include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl fluoride (PVF), polyvinylidene fluoride (PVDF), and four fluorine. Ethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-6 hexafluoride Propylene copolymer (PFEP), polytrifluoroethylene chloride (PCTFE), ethylene trifluoride-ethylene copolymer (ECTFE), tetrafluoroethylene-perfluorodioxole copolymer (TFE / PDD) ) At least one of them, or a derivative thereof. , Manufactured by DuPont, "Nafion (registered trademark)", manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. "Flemion (registered trademark)", mention may be made of Asahi Chemical Industry Co., Ltd. "reed plex (registered trademark)", and the like.
また、炭化水素系樹脂の場合、骨格となる樹脂として、例えば、ポリベンゾオキサゾール(PBO)、ポリベンゾチアゾール(PBT)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、ポリフェニレンオキシド(PPO)、ポリフェニレンスルホキシド(PPSO)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリフェニレンスルフィドスルホン(PPS/SO2)、ポリパラフェニレン(PPP)、ポリスルホン(PSU)、ポリフェニレンスルホン(PPSU)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルエーテルスルホン(PEES)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスチレン(PS)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリアリールエーテルスルホン(PAS)のうちの少なくとも一種、又は、その誘導体等を挙げることができると共に、ビニル系高分子、ジエン系高分子、エーテル系高分子、縮合系エステル型高分子、縮合系アミド型高分子のうちの少なくとも一種(例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルペンテン(TPX)、エチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)、エチレン−酢酸ビニル共重合体(EVA)、熱可塑性ウレタン(TPU)、セルローストリアセテート(CTA)等)、又は、その誘導体、主鎖にベンゼン環を設けたもの等を挙げることができる。 In the case of a hydrocarbon resin, examples of the resin serving as a skeleton include polybenzoxazole (PBO), polybenzothiazole (PBT), polybenzimidazole (PBI), polyphenylene oxide (PPO), polyphenylene sulfoxide (PPSO), Polyphenylene sulfide (PPS), polyphenylene sulfide sulfone (PPS / SO2), polyparaphenylene (PPP), polysulfone (PSU), polyphenylene sulfone (PPSU), polyether sulfone (PES), polyether ether sulfone (PEES), polyether Ketone (PEK), polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK), polyimide (PI), polyetherimide (PEI), polystyrene (PS), polystyrene Examples thereof include at least one of phenylene ether (PPE) and polyaryl ether sulfone (PAS), or derivatives thereof, vinyl polymers, diene polymers, ether polymers, and condensed ester types. At least one of a polymer and a condensed amide polymer (for example, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinylidene chloride (PVDC), polyethernitrile (PEN), polyacrylonitrile (PAN), polymethylpentene (TPX), ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH), ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), thermoplastic urethane (TPU), cellulose triacetate (CTA), etc.), or derivatives thereof, benzene in the main chain The thing etc. which provided the ring can be mentioned.
ところで、前記固体高分子電解質材料のプロトン伝導性基のカウンタイオンが、プロトン(H+)ではなく、例えば、ナトリウムイオン等の金属イオンの場合には、当該金属イオンを酸でイオン交換してプロトン伝導性基のカウンタイオンを最終的にプロトンに置換すればよい。 By the way, when the counter ion of the proton conductive group of the solid polymer electrolyte material is not a proton (H + ) but a metal ion such as a sodium ion, for example, the metal ion is ion-exchanged with an acid to generate a proton. The counter ion of the conductive group may be finally replaced with a proton.
そして、前記燃料極膜12の前記触媒粒子12bとしては、例えば、Pt−Ru合金等を挙げることができ、前記燃料極膜12の前記導電性粉末12aとしては、例えば、カーボン粉末等を挙げることができる。
Examples of the
また、前記酸化極膜13の前記触媒粒子13bとしては、例えば、Pt金属、Pt−Co合金等を挙げることができ、前記酸化極膜13の前記導電性粉末13cとしては、例えば、カーボン粉末等を挙げることができる。
Examples of the
なお、図1中、14は、導電性を有するガス拡散層、101は外部回路である。 In FIG. 1, 14 is a conductive gas diffusion layer, and 101 is an external circuit.
このような構造をなすセル10の製造方法を次に説明する。
Next, a method for manufacturing the
図4に示すように、燃料極膜12用の触媒粒子12bを導電性粉末12aに担持させると共に(S11A)、バインダ12c及び高分子鎖間隙形成剤(例えば、ポリエチレングリコール等)を溶媒(例えば、ジメチルアセトアミド等)中に加えて均一となるように溶解して、これに上記導電性粉末12aを加えて混合分散させ(S12A)、この混合物を固体高分子電解質膜11の一方の面に塗布や噴霧等して乾燥させて上記溶媒を除去することにより、当該固体高分子電解質膜11の一方の面に膜状物として形成する(S13A)。
As shown in FIG. 4, the
また、酸化極膜13用の触媒粒子13bを導電性粉末13aに担持させると共に(S11B)、バインダ13c及び高分子鎖間隙形成剤(例えば、ポリエチレングリコール等)を溶媒(例えば、ジメチルアセトアミド等)中に加えて均一となるように溶解して、これに上記導電性粉末12aを加えて混合分散させ(S12B)、この混合物を固体高分子電解質膜11の他方の面に塗布や噴霧等して乾燥させて上記溶媒を除去することにより、当該固体高分子電解質膜11の他方の面に膜状物として形成する(S13B)。
Further, the
そして、両面に上記膜状物を設けた固体高分子電解質膜11を水槽中に浸漬して水で洗浄して、前記高分子鎖間隙形成剤を上記膜状物から溶出除去し(S14)、乾燥させて水分を除去する(S15)ことにより、導電性粉末12a,13aの間に、固体高分子電解質膜11側の面と当該面と対向する側の面との間を連絡する細孔12d,13dが形成されると共に、バインダ12c,13cの隣り合う高分子鎖12ca,13caの間に、ガス分子(H2やO2)を通過させる分子サイズレベルの高分子鎖間隙12cb,13cbが形成された電極膜12,13を備えた上記セル10を製造することが容易にできる。
Then, the solid
つまり、前記電極膜12,13は、導電性粉末12a,13aの結着及びプロトン伝導性を必要十分に発現し得ながらも、固体高分子電解質膜11側の面と当該面と対向する側の面との間でガスを必要十分に流通し得る程度にバインダ12c,13cの使用量を調整することによって、導電性粉末12a,13aの間にサブミクロンからミクロンサイズレベルの上記細孔12d,13dが形成されると共に、上記バインダ12c,13cと前記高分子鎖間隙形成剤とが上記溶媒中で均一に混合溶解されることにより当該高分子鎖間隙形成剤が当該バインダ12c,13cの隣り合う高分子鎖12ca,13caの間に分子レベルで介在し、当該バインダ12c,13cから溶出除去されることによって、当該バインダ12c,13cに分子サイズレベルの上記高分子鎖間隙12cb,13cbが形成されるのである(図2,3参照)。
That is, the
なお、触媒粒子12b,13bを導電性粉末12a,13aに担持させる上記ステップS11A,S11Bは、触媒粒子12b,13bを予め担持されている市販の導電性粉末12a,13aを用いた場合、省略される。また、上記ステップS12A,S12Bにおいて、溶媒に予め溶解させたバインダ12c,13cを用いることも可能である。
The steps S11A and S11B for supporting the
ここで、前記溶媒としては、エタノール、プロパノール、アセトン、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、N−メチルピロリドン(NMP)等やこれらの混合物等のような有機溶媒等を挙げることができ、前記高分子鎖間隙形成剤としては、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリメチルメタクリレート(PMM)、ポリアクリル酸ナトリウム、ヒドロキシエチルメチルセルロース(HEMC)やヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)等の水溶性セルロース(例えば、信越化学工業株式会社製「メトローズ(登録商標)」等)等のような、上記溶媒及び水に溶解する高分子材料等を挙げることができる。 Here, examples of the solvent include organic solvents such as ethanol, propanol, acetone, dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), N-methylpyrrolidone (NMP), and mixtures thereof. Examples of the polymer chain gap forming agent include polyethylene glycol (PEG), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polymethyl methacrylate (PMM), sodium polyacrylate, hydroxyethyl methylcellulose (HEMC) and hydroxypropyl. Examples thereof include a water-soluble cellulose such as methylcellulose (HPMC) (for example, “Metroze (registered trademark)” manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) and the like, and a polymer material that dissolves in the solvent and water.
なお、前記高分子鎖間隙形成剤として、ポリアクリル酸ナトリウム等のように上記溶媒及び水に溶解する金属塩タイプの高分子材料を用いた場合には、バインダ12c,13cの固体高分子電解質材料のプロトン伝導性基のカウンタイオンが上記金属のイオン(例えばナトリウムイオン等)に置換されてしまう可能性があるため、電極膜を作製した後に酸洗してプロトン伝導性基のカウンタイオンを確実にプロトンに置換しておくと好ましい。
When the polymer chain gap forming agent is a metal salt type polymer material that dissolves in the solvent and water, such as sodium polyacrylate, the solid polymer electrolyte material of the
このような水及び上記溶媒に溶解する高分子材料を高分子鎖間隙形成剤として用いると、バインダ12c,13cと高分子鎖間隙形成剤とを分子レベルで均一に溶解混合することが容易にできると共に、バインダ12c,13cから水によって悪影響を与えることなく高分子鎖間隙形成剤を除去することができるばかりか、作業性及び低コスト性に優れるので、非常に好ましい。
By using such water and a polymer material that dissolves in the solvent as the polymer chain gap forming agent, the
そして、ガス透過性及び導電性を有するガス拡散層14を上記電極膜12,13側に配設した上記セル10と、水素(H2)を含有する燃料ガス1を流通させる燃料ガス流通路を一方の面に形成されると共に、酸素(O2)を含有する酸化ガス2を流通させる酸化ガス流通路を他方の面に形成された導電性を有するセパレータとを交互に複数積層することにより、スタックを製造することができ、当該スタックを備えることにより、本実施形態に係る固体高分子電解質形燃料電池とすることができる。
Then, with the
このような固体高分子電解質形燃料電池においては、上記スタックの各セパレータの上記燃料ガス流通路に上記燃料ガス1をそれぞれ流通させて当該燃料ガス1を各セル10の燃料極膜12側にそれぞれ供給すると共に、上記スタックの各セパレータの上記酸化ガス流通路に上記酸化ガス2をそれぞれ流通させて当該酸化ガス2を各セル10の酸化極膜13側にそれぞれ供給すると、各セル10において、水素が、ガス拡散層14を介して燃料極膜12の上記触媒粒子12bと接触してプロトン(H+)及び電子(e-)を生じ、当該プロトンが、当該燃料極膜12の上記バインダ12c及び固体高分子電解質膜11を伝導して酸化極膜13側に到達すると共に、上記電子が、ガス拡散層14及び上記セパレータ等並びに外部回路101を介して酸化極膜13側に到達する一方、酸素が、ガス拡散層14を介して酸化極膜13の上記触媒粒子13b上で上記プロトン及び上記電子と接触して水(H2O)となる電気化学反応を生じることにより、上記外部回路101に電気が流れる。
In such a solid polymer electrolyte fuel cell, the
このとき、上記セル10は、上記電極膜12,13において、導電性粉末12a,13aの間にサブミクロンからミクロンサイズレベルの上記細孔12d,13dが形成されていることから、前記ガス1,2が当該電極膜12,13内を流通すると共に、バインダ12c,13cが分子サイズレベルの上記高分子鎖間隙12cb,13cbを有していることから、上記細孔12d,13dを流通する前記ガス1,2が、導電性粉末12a,13aに担持されている触媒粒子12b,13bに対して非常に接触しやすくなる。
At this time, since the
つまり、前述した特許文献1等で提案されている従来のセルでは、触媒金属を担持させた多孔質のカーボン膜の孔中に必要十分量の固体高分子電解質材料を充填することにより、カーボン粒子の間にサブミクロンからミクロンサイズレベルの細孔が形成されるだけの電極膜であったが、本発明者らが鋭意研究したところ、導電性粉末に担持されている触媒粒子に対して、ガスを接触しやすくするように、電極膜に用いているバインダ自身のガス透過性を高めると、電極反応の分極抵抗を大幅に低減できるという新たな知見を得ることができ、そこで、本実施形態に係るセル10においては、触媒金属12b,13bを担持する導電性粉末12a,13aを、前記高分子鎖間隙形成剤を分子レベルで均一に含有する必要十分量のバインダ12c,13cで結着させて、当該高分子鎖間隙形成剤を除去することにより、導電性粉末12a,13aの間にサブミクロンからミクロンサイズレベルの細孔12d,13dを形成するだけでなく、当該バインダ12c,13cに分子サイズレベルの高分子鎖間隙12cb,13cbもさらに形成した電極膜12,13としたのである。
In other words, in the conventional cell proposed in the above-mentioned
このため、本実施形態に係るセル10においては、前述した特許文献1等で提案されている従来のセルよりも、導電性粉末12a,13aに担持されている触媒粒子12b,13bへのガス1,2の供給を促進することができ、電極反応の分極抵抗を大幅に低減することができる。
Therefore, in the
したがって、本実施形態によれば、従来の場合よりも発電性能をさらに向上させることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the power generation performance can be further improved as compared with the conventional case.
なお、本実施形態においては、燃料極膜12及び酸化極膜13の両方に、前記高分子鎖間隙12cb,13cbを有するセル10の場合について説明したが、燃料極膜及び酸化極膜の少なくとも一方に、前記高分子鎖間隙を有するセルであっても、従来の場合よりも発電性能を向上させることができる。
In the present embodiment, the case of the
しかしながら、酸化極膜は、前記電気化学反応で生じた水によって、導電性粉末に担持されている触媒粒子への酸化ガスの供給が阻害されやすく、酸素還元反応抵抗が大きくなりやすいと共に、酸素分子(O2)が水素分子(H2)よりも大きな分子サイズでバインダの内部を通過しにくいことから、少なくとも酸化極膜に前記高分子鎖間隙を有するセルであると好ましい。 However, in the oxidation electrode film, the water generated by the electrochemical reaction tends to hinder the supply of the oxidizing gas to the catalyst particles supported on the conductive powder, the oxygen reduction reaction resistance tends to increase, Since (O 2 ) has a larger molecular size than hydrogen molecules (H 2 ) and does not easily pass through the inside of the binder, it is preferable that the cell has at least the polymer chain gap in the oxide electrode film.
また、前記触媒粒子13bを担持する前記導電性粉末13aが、Pt金属を担持したカーボン粉末であって前記酸化極膜13に親水性カーボン粉末を含有している、又は、Pt金属を担持したカーボン粉末、Pt−Co合金を担持したカーボン粉末、Pt金属とPt−Co合金との混合物を担持したカーボン粉末、Pt金属を担持したカーボン粉末とPt−Co合金を担持したカーボン粉末との混合物、Pt金属とPt−Ru合金との混合物を担持したカーボン粉末、Pt金属を担持したカーボン粉末とPt−Ru合金を担持したカーボン粉末との混合物、のうちのいずれか、さらには、上記カーボン粉末が親水性を有していると、発電性能をさらに向上させることができるので、非常に好ましい。この理由は定かではないが、上記触媒粒子13bを担持する上記導電性粉末13aと上記バインダ13cとの馴染み性が高くなり、当該バインダ13cが当該導電性粉末13a及び当該触媒粒子13bをまんべんなく被覆して、当該導電性粉末13a及び当該触媒粒子13bと当該バインダ13cとの接触面積が増加して、反応効率が高くなるからと考えられる。
The
ここで、Pt金属を担持したカーボン粉末とPt−Ru合金を担持したカーボン粉末との混合物のとき、Pt金属を担持したカーボン粉末とPt−Ru合金を担持したカーボン粉末との割合が、99:1〜50:50(好ましくは95:5〜90:10)であると、上述した効果を効率よく得ることができるので好ましく、Pt金属とPt−Ru合金との混合物を担持したカーボン粉末のとき、Pt金属とPt−Ru合金との割合が、99:1〜50:50(好ましくは95:5〜90:10)であると、上述した効果を効率よく得ることができるので好ましく、Pt金属を担持したカーボン粉末であって上記酸化極膜13が親水性カーボン粉末を含有しているとき、カーボン粉末と親水性カーボン粉末との割合が、99.8:0.2〜80:20(好ましくは99.5:0.5〜95:5)であると、上述した効果を効率よく得ることができるので好ましい。
Here, in the case of a mixture of carbon powder supporting Pt metal and carbon powder supporting Pt—Ru alloy, the ratio of carbon powder supporting Pt metal to carbon powder supporting Pt—Ru alloy is 99: 1 to 50:50 (preferably 95: 5 to 90:10) is preferable because the above-described effects can be obtained efficiently. When carbon powder carrying a mixture of a Pt metal and a Pt—Ru alloy is used. When the ratio of Pt metal to Pt—Ru alloy is 99: 1 to 50:50 (preferably 95: 5 to 90:10), the above-described effects can be obtained efficiently. When the
また、本実施形態では、バインダ12c,13c及び高分子鎖間隙形成剤を均一に混合溶解した溶媒に、触媒粒子12b,13bを担持した導電性粉末12a,13aを混合分散させた混合物を固体高分子電解質膜11に塗布や噴霧等して乾燥させて当該固体高分子電解質膜11に膜状物を設けるようにした、すなわち、膜状物形成工程と膜状物配設工程とを同時に行うようにしたが、他の実施形態として、例えば、上記混合物をフッ素樹脂シートやガラス板等に塗布や噴霧等して乾燥させて当該シートや当該板等に膜状物を形成した後(膜状物形成工程)、これを固体高分子電解質膜11に押し付けて当該固体高分子電解質膜11から当該シートや当該板等を引き離して当該固体高分子電解質膜11に当該膜状物を移載する(膜状物配設工程)ことや、上記混合物をガス拡散層14に塗布や噴霧等して乾燥させて当該ガス拡散層14に膜状物を形成した後(膜状物形成工程)、このガス拡散層14を固体高分子電解質膜11に設ける(膜状物配設工程)、すなわち、膜状物形成工程の後に膜状物配設工程を行うことも可能である。
In this embodiment, a mixture obtained by mixing and dispersing the
また、本実施形態では、固体高分子電解質膜11に上記膜状物を設けた(膜状物配設工程)後に、当該膜状物を固体高分子電解質膜11と共に水で洗浄して、当該膜状物から前記高分子鎖間隙形成剤を溶出除去する(高分子鎖間隙形成剤除去工程)ようにした、すなわち、膜状物配設工程の後に高分子鎖間隙形成剤除去工程を行うようにしたが、他の実施形態として、例えば、上述の他の実施形態のようにフッ素樹脂シートやガラス板やガス拡散層14等に形成した上記膜状物を、当該フッ素樹脂シートやガラス板やガス拡散層14等と共に水で洗浄して、当該膜状物から前記高分子鎖間隙形成剤を溶出除去した(高分子鎖間隙形成剤除去工程)後に、これを固体高分子電解質膜11に押し付けることにより、当該固体高分子電解質膜11に膜状物(電極膜12,13)を設ける(膜状物配設工程)、すなわち、高分子鎖間隙形成剤除去工程の後に膜状物配設工程を行うようにすることも可能である。
Moreover, in this embodiment, after providing the above-mentioned membrane-like material on the solid polymer electrolyte membrane 11 (membrane-like material disposing step), the membrane-like material is washed with water together with the solid
また、前記高分子鎖間隙形成剤の混合量は、バインダ12c,13cと当該高分子鎖間隙形成剤との合計重量に対して、1〜80重量%の割合であると好ましい(より好ましくは10〜50重量%)。なぜなら、1重量%未満であると、前記高分子鎖間隙12cb,13cbを必要十分に形成することができず、80重量%を超えると、プロトン伝導性が低下し過ぎてしまい、十分な発電性能が得られなくなってしまうからである。
The mixing amount of the polymer chain gap forming agent is preferably 1 to 80% by weight (more preferably 10%) with respect to the total weight of the
本発明に係る固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法の効果を確認するため、以下のような確認試験を行った。 In order to confirm the effect of the method for producing a solid polymer electrolyte membrane electrode assembly according to the present invention, the following confirmation test was performed.
[A.ガス透過性確認試験]
(1)試験体の作製
炭化水素系樹脂からなる固体高分子電解質材料と高分子鎖間隙形成剤とを溶媒中に加えて均一となるように溶解した溶液を基板上に塗布して乾燥させた後、水洗して高分子鎖間隙形成剤を除去して基板から剥離することにより、下記の表1に示す条件の膜状の試験体AA1〜AA3,AB1,AB2を作製した。
[A. Gas permeability confirmation test]
(1) Preparation of test body A solid polymer electrolyte material composed of a hydrocarbon resin and a polymer chain gap forming agent were added to a solvent and uniformly dissolved on the substrate and dried. Thereafter, the film-like test bodies AA1 to AA3, AB1 and AB2 having the conditions shown in Table 1 below were prepared by washing with water to remove the polymer chain gap forming agent and peeling off from the substrate.
(2)試験方法
上記試験体AA1〜AA3,AB1,AB2に対して、「JIS K7126−2(等圧法GC式)」に基づいて、ガス透過率を測定した(温度85℃、湿度95%RH、両面加湿)。
(2) Test method The gas permeability was measured for the specimens AA1 to AA3, AB1 and AB2 based on “JIS K7126-2 (isobaric GC method)” (temperature 85 ° C., humidity 95% RH). Humidification on both sides).
(3)試験結果
上述した試験方法に基づいて行った試験結果を図5に示す。
図5からわかるように、炭化水素系固体高分子電解質材料の試験体AB1は、十分なガス透過性を有するフッ素系固体高分子電解質材料の試験体AB2よりもガス透過性が低いものの、高分子鎖間隙を形成した炭化水素系固体高分子電解質材料の試験体AA1〜AA3は、上記試験体AB2よりも高いガス透過性を発現できることが確認できる。
(3) Test Results FIG. 5 shows the test results performed based on the test method described above.
As can be seen from FIG. 5, the hydrocarbon-based solid polymer electrolyte material specimen AB1 has a lower gas permeability than the fluorine-based solid polymer electrolyte material specimen AB2 having sufficient gas permeability. It can be confirmed that the test bodies AA1 to AA3 of the hydrocarbon-based solid polymer electrolyte material in which the chain gap is formed can exhibit higher gas permeability than the test body AB2.
[B.発電性能確認試験]
(1)セルの作製
前述した実施形態で説明した製造方法に基づいて、以下の条件でセルの試験体BA1,BA2,BB1,CA1,CA2,CB1を作製した。
[B. Power generation performance confirmation test]
(1) Manufacture of cells Based on the manufacturing method described in the above-described embodiment, cell specimens BA1, BA2, BB1, CA1, CA2, and CB1 were manufactured under the following conditions.
〈試験体BA1〉
(i)固体高分子電解質膜
米国バテル記念研究所製炭化水素系固体高分子電解質材料「バテリオン(製品名)」
<Specimen BA1>
(I) Solid polymer electrolyte membrane Hydrocarbon solid polymer electrolyte material “Vatelion (product name)” manufactured by Battelle Memorial Laboratory, USA
(ii)燃料極膜
・導電性粉末
Pt−Ru合金触媒粒子担持カーボン粉末/460mg(0.5mgPt/cm2)
・バインダ
米国バテル記念研究所製炭化水素系固体高分子電解質材料「バテリオン(製品名)」/80mg
・高分子鎖間隙形成剤
なし
・溶媒
アセトン(22g)とジメチルアセトアミド(38g)との混合液
(Ii) Fuel electrode membrane / conductive powder Pt—Ru alloy catalyst particle-supported carbon powder / 460 mg (0.5 mg Pt / cm 2 )
・ Binder Hydrocarbon-based solid polymer electrolyte material "Vatelion (product name)" manufactured by Battelle Memorial Laboratory / 80mg
-Polymer chain gap forming agent None-Solvent Mixed liquid of acetone (22g) and dimethylacetamide (38g)
(iii)酸化極膜
・導電性粉末
Pt金属触媒粒子担持カーボン粉末/205mg(0.5mgPt/cm2)
・バインダ
米国バテル記念研究所製炭化水素系固体高分子電解質材料「バテリオン(製品名)」/103mg
・高分子鎖間隙形成剤
ポリエチレングリコール/26mg
(バインダとの合計重量に対する割合:20重量%)
・溶媒
アセトン(7g)とジメチルアセトアミド(12g)との混合液
(Iii) Oxide electrode film / conductive powder Pt metal catalyst particle-supported carbon powder / 205 mg (0.5 mg Pt / cm 2 )
・ Binder Hydrocarbon-based solid polymer electrolyte material “Vatelion (product name)” manufactured by Battelle Memorial Laboratory / 103 mg
・ Polymer chain gap forming agent Polyethylene glycol / 26mg
(Percentage of total weight with binder: 20% by weight)
-Solvent A mixture of acetone (7 g) and dimethylacetamide (12 g)
〈試験体BA2〉
(i)固体高分子電解質膜
※試験体BA1と同一
(ii)燃料極膜
※試験体BA1と同一
(iii)酸化極膜
・高分子鎖間隙形成剤
ポリエチレングリコール/103mg
(バインダとの合計重量に対する割合:50重量%)
※その他は試験体BA1と同一
<Specimen BA2>
(I) Solid polymer electrolyte membrane * Same as specimen BA1 (ii) Fuel electrode membrane * Same as specimen BA1 (iii) Oxide electrode membrane / polymer chain gap forming agent Polyethylene glycol / 103 mg
(Percentage of total weight with binder: 50% by weight)
* Others are the same as specimen BA1
〈試験体BB1〉
(i)固体高分子電解質膜
※試験体BA1と同一
(ii)燃料極膜
※試験体BA1と同一
(iii)酸化極膜
・高分子鎖間隙形成剤の添加なし
※その他は試験体BA1と同一
<Specimen BB1>
(I) Solid polymer electrolyte membrane * Same as test specimen BA1 (ii) Fuel electrode membrane * Same as test specimen BA1 (iii) No addition of oxide electrode membrane / polymer chain gap forming agent * Others are the same as test specimen BA1
〈試験体CA1〉
(i)固体高分子電解質膜
米国バテル記念研究所製炭化水素系固体高分子電解質材料「バテリオン(製品名)」
(ii)燃料極膜
・バインダ
米国バテル記念研究所製炭化水素系固体高分子電解質材料「バテリオン(製品名)」/80mg
※その他は試験体BA1と同一
(iii)酸化極膜
・バインダ
米国バテル記念研究所製炭化水素系固体高分子電解質材料「バテリオン(製品名)」/75mg
・高分子鎖間隙形成剤
ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)/8.3mg
(バインダとの合計重量に対する割合:10重量%)
※その他は試験体BA1と同一
<Specimen CA1>
(I) Solid polymer electrolyte membrane Hydrocarbon solid polymer electrolyte material “Vatelion (product name)” manufactured by Battelle Memorial Laboratory, USA
(Ii) Fuel Electrode Membrane / Binder Hydrocarbon-based solid polymer electrolyte material “Vatelion (product name)” manufactured by Battelle Memorial Laboratory / 80 mg
* Others are the same as specimen BA1 (iii) Oxide electrode membrane / binder Hydrocarbon-based solid polymer electrolyte material “Vatelion (product name)” manufactured by Battelle Memorial Laboratory / 75 mg
・ Polymer chain gap forming agent Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) /8.3mg
(Percentage of total weight with binder: 10% by weight)
* Others are the same as specimen BA1
〈試験体CA2〉
(i)固体高分子電解質膜
※試験体CA1と同一
(ii)燃料極膜
※試験体CA1と同一
(iii)酸化極膜
・高分子鎖間隙形成剤
ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)/40.4mg
(バインダとの合計重量に対する割合:35重量%)
※その他は試験体CA1と同一
<Specimen CA2>
(I) Solid polymer electrolyte membrane * Same as specimen CA1 (ii) Fuel electrode membrane * Same as specimen CA1 (iii) Oxide membrane / polymer chain gap forming agent Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) /40.4mg
(Percentage of total weight with binder: 35% by weight)
* Others are the same as specimen CA1
〈試験体CB1〉
(i)固体高分子電解質膜
※試験体CA1と同一
(ii)燃料極膜
※試験体CA1と同一
(iii)酸化極膜
・高分子鎖間隙形成剤の添加なし
※その他は試験体CA1と同一
<Specimen CB1>
(I) Solid polymer electrolyte membrane * Same as specimen CA1 (ii) Fuel electrode membrane * Same as specimen CA1 (iii) No addition of oxide electrode membrane / polymer chain gap forming agent * Others are the same as specimen CA1
(2)試験条件
前記試験体BA1,BA2,BB1,CA1,CA2,CB1の発電試験を下記の条件で行った。
・燃料ガス
水素ガス(湿度:100%)
・酸化ガス
空気(湿度:100%)
・セル
温度:85℃
圧力:大気圧
水素利用率:75%
酸素利用率:40%
(2) Test conditions A power generation test of the specimens BA1, BA2, BB1, CA1, CA2, and CB1 was performed under the following conditions.
・ Fuel gas Hydrogen gas (humidity: 100%)
・ Oxidizing gas air (humidity: 100%)
・ Cell temperature: 85 ℃
Pressure: Atmospheric pressure Hydrogen utilization rate: 75%
Oxygen utilization rate: 40%
(3)試験結果
前記試験体BA1,BA2,BB1の発電試験結果を図6,7に示し、前記試験体CA1,CA2,CB1の発電試験結果を図8,9に示す。
図6,7からわかるように、試験体BA1,BA2は、試験体BB1よりも発電性能を向上できることが確認できた。また、図8,9からわかるように、試験体CA1,CA2は、試験体CB1よりも発電性能を向上できることが確認できた。
(3) Test results The power generation test results of the test bodies BA1, BA2, and BB1 are shown in FIGS. 6 and 7, and the power generation test results of the test bodies CA1, CA2, and CB1 are shown in FIGS.
As can be seen from FIGS. 6 and 7, it was confirmed that the test bodies BA1 and BA2 can improve the power generation performance more than the test body BB1. Further, as can be seen from FIGS. 8 and 9, it was confirmed that the test bodies CA1 and CA2 can improve the power generation performance more than the test body CB1.
本発明に係る固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法は、発電性能をさらに向上させる固体高分子電解質膜電極接合体を容易に製造することができるので、各種産業において、極めて有益に利用することができる。 The method for producing a solid polymer electrolyte membrane / electrode assembly according to the present invention can easily produce a solid polymer electrolyte membrane / electrode assembly that further improves the power generation performance, and is therefore extremely useful in various industries. be able to.
1 燃料ガス
2 酸化ガス
10 固体高分子電解質膜電極接合体(セル)
11 固体高分子電解質膜
12 燃料極膜
12a 導電性粉末
12b 触媒粒子
12c バインダ
12ca 高分子鎖
12cb 高分子鎖間隙
12d 細孔
13 酸化極膜
13a 導電性粉末
13b 触媒粒子
13c バインダ
13ca 高分子鎖
13cb 高分子鎖間隙
13d 細孔
14 ガス拡散層
101 外部回路
DESCRIPTION OF
11 solid
Claims (4)
触媒粒子を担持した導電性粉末を、プロトン伝導性を有する炭化水素系樹脂の固体高分子電解質材料からなるバインダで結着させて、前記固体高分子電解質膜の一方の面に配設した燃料極膜と、
触媒粒子を担持した導電性粉末を、プロトン伝導性を有する炭化水素系樹脂の固体高分子電解質材料からなるバインダで結着させて、前記固体高分子電解質膜の他方の面に配設した酸化極膜と
を備えている固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法であって、
前記酸化極膜及び前記燃料極膜の少なくとも一方の前記バインダが、隣り合う高分子鎖の間にガス分子を通過させる高分子鎖間隙を有するように、
前記触媒粒子を担持した前記導電性粉末と、前記バインダと、有機溶媒及び水に溶解する高分子材料からなる高分子鎖間隙形成剤とを有機溶媒に混合した混合物から膜状物を形成する膜状物形成工程と、
前記膜状物を前記固体高分子電解質膜に設ける膜状物配設工程と、
前記膜状物を水で洗浄することにより、当該膜状物から前記高分子鎖間隙形成剤を除去する高分子鎖間隙形成剤除去工程と
を行うものであり、
前記有機溶媒が、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、アセトンのうちの少なくとも一種からなり、
前記高分子鎖間隙形成剤が、ポリエチレングリコール(PEG)からなる
ことを特徴とする固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法。 A solid polymer electrolyte membrane made of a hydrocarbon-based resin solid polymer electrolyte material having proton conductivity;
A fuel electrode in which conductive powder supporting catalyst particles is bound with a binder made of a solid polymer electrolyte material of a hydrocarbon resin having proton conductivity, and is disposed on one surface of the solid polymer electrolyte membrane. A membrane,
An oxide electrode provided on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane by binding conductive powder carrying catalyst particles with a binder made of a solid polymer electrolyte material of a hydrocarbon resin having proton conductivity. A method for producing a solid polymer electrolyte membrane electrode assembly comprising a membrane,
The binder of at least one of the oxide electrode membrane and the fuel electrode membrane has a polymer chain gap that allows gas molecules to pass between adjacent polymer chains.
A film that forms a film-like material from a mixture obtained by mixing the conductive powder carrying the catalyst particles, the binder, and a polymer chain gap forming agent made of a polymer material dissolved in an organic solvent and water in an organic solvent. A step of forming a material,
A membranous material disposing step of providing the membranous material on the solid polymer electrolyte membrane;
Performing a polymer chain gap forming agent removing step of removing the polymer chain gap forming agent from the film by washing the film with water ,
The organic solvent comprises at least one of dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), and acetone;
The method for producing a solid polymer electrolyte membrane / electrode assembly, wherein the polymer chain gap forming agent comprises polyethylene glycol (PEG) .
前記酸化極膜の、前記触媒粒子を担持した前記導電性粉末が、Pt金属を担持したカーボン粉末であり、
前記酸化極膜が、親水性カーボン粉末を含有している
ことを特徴とする固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法。 In claim 1 ,
The conductive powder carrying the catalyst particles of the oxide electrode film is a carbon powder carrying Pt metal,
The method for producing a solid polymer electrolyte membrane / electrode assembly, wherein the oxidized electrode membrane contains a hydrophilic carbon powder.
前記酸化極膜の、前記触媒粒子を担持した前記導電性粉末が、Pt金属を担持した親水性を有するカーボン粉末、Pt−Co合金を担持した親水性を有するカーボン粉末、Pt金属とPt−Co合金との混合物を担持した親水性を有するカーボン粉末、Pt金属を担持した親水性を有するカーボン粉末とPt−Co合金を担持した親水性を有するカーボン粉末との混合物、Pt金属とPt−Ru合金との混合物を担持した親水性を有するカーボン粉末、Pt金属を担持した親水性を有するカーボン粉末とPt−Ru合金を担持した親水性を有するカーボン粉末との混合物、のうちのいずれかである
ことを特徴とする固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法。 In claim 1 ,
Wherein the oxide electrode film, the conductive powder carrying the catalyst particles, carbon powder having a carbon powder, a hydrophilic carrying Pt-Co alloy having a hydrophilic supporting Pt metal, Pt metal and Pt-Co a mixture of carbon powder having a carbon powder, a hydrophilic carrying carbon powder and Pt-Co alloy having a hydrophilic supporting Pt metal having a mixture carrying hydrophilic and alloys, Pt metal and Pt-Ru alloys it carbon powder, a mixture of carbon powder having a hydrophilic carrying carbon powder and Pt-Ru alloy having a hydrophilic supporting Pt metal is any one of which having a mixture carrying hydrophilic and A method for producing a solid polymer electrolyte membrane electrode assembly characterized by the following.
前記高分子鎖間隙形成剤の混合量が、前記バインダと当該高分子鎖間隙形成剤との合計重量に対して、1〜80重量%の割合である
ことを特徴とする固体高分子電解質膜電極接合体の製造方法。 In any one of Claims 1-3 ,
The amount of the polymer chain gap forming agent mixed is 1 to 80% by weight with respect to the total weight of the binder and the polymer chain gap forming agent. Manufacturing method of joined body.
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