JP5422957B2 - 燃料電池用触媒層を形成するためのインクジェット用インキ、燃料電池用触媒層及びその製造方法並びに触媒層−電解質膜積層体 - Google Patents
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Description
項1.触媒粒子、イオン伝導性高分子電解質、ノニオン系界面活性剤及び溶剤を含有する、燃料電池用触媒層を形成するためのインクジェット用インキであって、前記溶剤は、沸点が120℃以上であり、前記溶剤が、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、アジピン酸ジメチル及びアジピン酸ジエチルからなる群から選ばれた少なくとも1種である、インクジェット用インキ。
項2.イオン伝導性高分子電解質を触媒粒子に対して100重量%以下の割合で含有する、項1に記載のインキ。
項3.項1又は2に記載のインクジェット用インキを用いて製造された燃料電池用触媒層。
項4.項3に記載の触媒層がイオン伝導性電解質膜上に形成されてなる触媒層−電解質膜積層体。
項5.項4に記載の触媒層−電解質膜積層体を用いた燃料電池。
項6.項1又は2に記載のインクジェット用インキを被塗布物に塗布し、減圧乾燥することにより、被塗布物上に触媒層を形成させる工程を備える、触媒層の製造方法。
項7.触媒粒子、イオン伝導性高分子電解質、ノニオン系界面活性剤及び、沸点が120℃以上の溶剤を含有する、燃料電池用触媒層を形成するためのインクジェット用インキを被塗布物に塗布し、減圧乾燥することにより、被塗布物上に触媒層を形成させる工程を備え、前記減圧乾燥は、インキに含まれる溶剤の主溶剤と同一成分の溶剤蒸気圧下に乾燥を行う減圧乾燥である、触媒層の製造方法。
本発明のインクジェット用インキは、例えば、触媒粒子、イオン伝導性高分子電解質、ノニオン系界面活性剤及び溶剤を含有する。
本発明の触媒層は、例えば、本発明インクジェット用インキを被塗布物に塗布し、減圧乾燥することにより、被塗布物上に触媒層を形成させることにより製造される。
本発明の触媒層−電解質膜積層体は、電解質膜の一方面又は両面に本発明の製造方法によって得られた触媒層が形成されたものである。
本発明の触媒層−電解質膜積層体の両面に公知又は市販の電極基材(例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス等)及びセパレータを順次積層させることにより、本発明の固体高分子形燃料電池が得られる。
触媒担持カーボン粒子(田中貴金属製、TEC10E50E)5重量部、イオン伝導性高分子電解質(デュポン社製、NafionDE520CS)25重量部、ノニオン系界面活性剤(花王製、レオドールTW−120V)1重量部及び溶剤(ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、沸点:146℃)69重量部を、分散機を用いて混合分散し、本発明のインクジェット用インキを調製した。
実施例1で調製した本発明のインクジェット用インキを、インクジェットヘッドに充填し、被塗物であるイオン伝導性高分子電解質膜(NafionNRE212CS)に向けて、ヘッドからドロップ径30μmで滴下したところ、当該インキをイオン伝導性高分子電解質膜上に容易に塗布することができた。
実施例1で調製した本発明のインクジェット用インキを、インクジェットヘッドに充填し、被塗物であるイオン伝導性高分子電解質膜(NafionNRE212CS)に向けて、ヘッドからドロップ径30μmで滴下した。
触媒担持カーボン粒子(田中貴金属製、TEC10E50E)5重量部、イオン伝導性高分子電解質(デュポン社製、NafionDE2020CS)6.25重量部、ノニオン系界面活性剤(花王製、レオドールTW−120V)1重量部及び溶剤(イソプロパノール)1.25重量部を、分散機を用いて混合分散し、比較のためのインクジェット用インキを調製した。
比較例1で調製した本発明のインクジェット用インキを、インクジェットヘッドに充填し、被塗物であるイオン伝導性高分子電解質膜(Nafion NRE212CS)に向けて、ヘッドからドロップ径30μmで滴下したところ、当該インキがインクジェットのヘッド部でインキが乾燥してしまい、安定した塗布ができなかった。
実施例1で調製した本発明のインクジェット用インキを、インクジェットヘッドに充填し、転写基材(東洋紡:PET E5100(12μm))に向けて、ヘッドからドロップ径30μmで滴下したところ、当該インキを転写基材上に容易に塗布することができた。
実施例1で調製した本発明のインクジェット用インキを、インクジェットヘッドに充填し、被塗物であるイオン伝導性高分子電解質膜(NafionNRE212CS)に向けて、ヘッドからドロップ径30μmで滴下したところ、当該インキをイオン伝導性高分子電解質膜上に容易に塗布することができた。
実施例1で調製した本発明のインクジェット用インキを、インクジェットヘッドに充填し、被塗物である導電性多孔質基材(SGL34BC、SGLカーボン社)に向けて、ヘッドからドロップ径30μmで滴下したところ、当該インキを導電性多孔質基材上に容易に塗布することができた。
実施例2又は3で作製した触媒層−電解質膜積層体を用い、実施例5の方法に準じて触媒層−電解質膜積層体を作製した。また実施例4の触媒層転写フィルムから転写法を用いてイオン伝導性高分子電解質膜(Nafion NRE212CS)の両面に触媒層を形成し触媒層−電解質膜積層体を作製した。これらの触媒層−電解質膜接合体の両面にガス拡散層(SGL34BC、SGLカーボン社)を接合して、JARI標準セルにセル組みした。また、実施例6をJARI標準セルにセル組みした。 このセルに80℃で燃料極側に加湿水素を供給し、空気極側に加湿空気を供給した。加湿水素及び加湿空気は加えた電流に対して燃料極は燃料利用率が70%に、空気極は燃料利用率が40%になるように供給した。結果、全てのセルは、0.9〜1.1Vの良好な起電力を示した。
Claims (7)
- 触媒粒子、イオン伝導性高分子電解質、ノニオン系界面活性剤及び溶剤を含有する、燃料電池用触媒層を形成するためのインクジェット用インキであって、
前記溶剤は、沸点が120℃以上であり、
前記溶剤が、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、アジピン酸ジメチル及びアジピン酸ジエチルからなる群から選ばれた少なくとも1種である、
インクジェット用インキ。 - イオン伝導性高分子電解質を触媒粒子に対して100重量%以下の割合で含有する、請求項1に記載のインキ。
- 請求項1又は2に記載のインクジェット用インキを用いて製造された燃料電池用触媒層。
- 請求項3に記載の触媒層がイオン伝導性電解質膜上に形成されてなる触媒層−電解質膜積層体。
- 請求項4に記載の触媒層−電解質膜積層体を用いた燃料電池。
- 請求項1又は2に記載のインクジェット用インキを被塗布物に塗布し、減圧乾燥することにより、被塗布物上に触媒層を形成させる工程を備える、触媒層の製造方法。
- 触媒粒子、イオン伝導性高分子電解質、ノニオン系界面活性剤及び、沸点が120℃以上の溶剤を含有する、燃料電池用触媒層を形成するためのインクジェット用インキを被塗布物に塗布し、減圧乾燥することにより、被塗布物上に触媒層を形成させる工程を備え、
前記減圧乾燥は、インキに含まれる溶剤の主溶剤と同一成分の溶剤蒸気圧下に乾燥を行う減圧乾燥である、触媒層の製造方法。
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