JP5423062B2 - 膜電極接合体及びその製造方法並びに固体高分子形燃料電池 - Google Patents
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Description
白金担持量が30質量%である白金担持カーボン触媒(担体:Ketjen)と、20質量%高分子電解質溶液のナフィオン(Dupont社製、登録商標)を容器にとり、水、エタノールの混合溶媒を固形分が5質量%となる割合で加え、遊星型ボールミルで分散処理をおこなった。
触媒インクを、PTFEシートを基材としてドクターブレードを用いて塗布し、80℃に設定したオーブン内で5分間乾燥させて。これを正方形に一組打ち抜き、高分子電解質膜にナフィオン212(登録商標、Dupont社製)を用いて、高分子電解質膜の両面にそれぞれ対面するように配置し、130℃で10分間ホットプレスした。ホットプレスの後、基材であるPTFEを剥離することで、膜電極接合体12を作製した。
実施例1と同一の白金担持カーボン触媒と高分子電解質に、水、エタノールの混合溶媒を固形分が20質量%となる割合で加え、さらに分散剤として固体酸(固形分の1質量%)を加えて、遊星型ボールミルで分散処理をおこなった。
実施例1と同様の方法で膜電極接合体を作製した。
(触媒インクの調製)
白金担持量が30質量%である白金担持カーボン触媒(担体:Ketjen)と、20質量%高分子電解質溶液のナフィオン(Dupont社製、登録商標)を容器にとり、水、エタノールの混合溶媒を固形分が20質量%となる割合で加え、遊星型ボールミルで分散処理をおこなった。
触媒インクを、PTFEシートを基材としてドクターブレードを用いて塗布し、80℃に設定したオーブン内で5分間乾燥させて、これを正方形に一組打ち抜き、高分子電解質膜にナフィオン212(登録商標、Dupont社製)を用いて、高分子電解質膜の両面にそれぞれ対面するように配置し、130℃で10分間ホットプレスした。ホットプレスの後、基材であるPTFEを剥離することで、膜電極接合体を作製した。
(触媒インクの粘度の時間変化測定)
触媒インクを攪拌脱泡機で処理し、脱泡処理を行うとともにせん断を加えた。脱泡処理の後、振動式粘度計(ビスコメイト、山一電機株式会社製)を用い、脱泡処理終了から5分後の触媒インクの粘度の変化率[%]を求めた。
実施例1、実施例2及び比較例1の各膜電極接合体にガス拡散層としてのカーボンクロスを挟持するように貼り合わせ、発電評価セル内に設置した。これを、燃料電池測定装置を用いてセル温度80℃で電流電圧測定を行った。加湿条件は、アノード(燃料極8)、カソード(空気極6)ともに25%RHとした。燃料ガスとして水素、酸化剤ガスとして空気を用いた。背圧は100kPaとした。3枚の膜電極接合体の発電特性評価を行い、図4に示すように、電流密度値0.2A/cm2、1.0A/cm2、1.2A/cm2の3点での起電力の標準偏差を求めた。
表1には、触媒インクの粘度の変化率を示す。表1に示すように、5分後の粘度の変化率は、実施例1及び実施例2の触媒インクでは20%以下であったが、比較例1の触媒インクでは71%であった。
Claims (4)
- 一対の電極触媒層で高分子電解質膜を挟持した構造を備える膜電極接合体の製造方法であって、
ダイコータを使用して、白金担持量が30質量%である白金担持カーボン触媒と20質量%高分子電解質溶液のナフィオンと水及びエタノールの混合溶媒を固形分が5質量%となる割合で加えて分散処理を行った触媒インクを基材に塗布し前記基材上に塗膜を形成し、
前記基材上に塗布された前記触媒インクからなる前記塗膜の溶媒を除去し前記一対の電極触媒層を形成し、
前記一対の電極触媒層を前記高分子電解質膜に転写する膜電極接合体の製造方法において、
前記触媒インクは、800s−1以上のせん断速度を与えた後、前記せん断速度を除いて静置するとき、前記せん断速度を除いた直後の粘度(A)に対する5分後の粘度(B)の変化率{(B−A)/A}×100[%]が、4≦{(B−A)/A}×100≦20の範囲であることを特徴とする膜電極接合体の製造方法。 - 前記塗布する際は、触媒インクに800s−1以上のせん断速度が加わることを特徴とする、請求項1に記載の膜電極接合体の製造方法。
- 請求項1または2に記載の膜電極接合体の製造方法により製造されることを特徴とする膜電極接合体。
- 請求項3に記載の膜電極接合体が一対のガス拡散層で挟持され、さらに、前記一対のガス拡散層は一対のセパレータで挟持されていることを特徴とする固体高分子形燃料電池。
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