JP5761014B2 - Method for producing fuel cell catalyst - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池に用いられる触媒層の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a catalyst layer used in a fuel cell.
電解質膜をアノードとカソードとで挟持して構成される膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly、MEAとも呼ぶ)を備えた燃料電池が知られている。このような燃料電池のアノードおよびカソードは、触媒層を備えている。この触媒層において、高分子電解質の親水性官能基がそれぞれ触媒側に配向しているPFF(Proton Film flow)構造(登録商標)が、提案されている(特許文献1参照)。また、触媒層で、PFF構造をより安定させるために、触媒層中の触媒の表面を酸性官能基(例えば、硝酸基)で修飾した構成が提案されている(特許文献2参照)。この技術では、錯体溶液(白金化合物溶液)に触媒を投入して、撹拌した後、撹拌した溶液を濾過し、濾物(錯体溶液と触媒との混合物)を乾燥させることによって、触媒を酸性官能基で修飾するようにしている。なお、触媒とは、触媒金属粒子(例えば、白金)が担持された担体(例えば、カーボン)を含む物質である。 2. Description of the Related Art There is known a fuel cell including a membrane electrode assembly (also referred to as a MEA) that is configured by sandwiching an electrolyte membrane between an anode and a cathode. The anode and cathode of such a fuel cell are provided with a catalyst layer. In this catalyst layer, a PFF (Proton Film flow) structure (registered trademark) in which the hydrophilic functional groups of the polymer electrolyte are oriented on the catalyst side has been proposed (see Patent Document 1). In addition, in order to further stabilize the PFF structure in the catalyst layer, a configuration in which the surface of the catalyst in the catalyst layer is modified with an acidic functional group (for example, nitric acid group) has been proposed (see Patent Document 2). In this technique, a catalyst is added to a complex solution (platinum compound solution) and stirred, and then the stirred solution is filtered, and the filtrate (mixture of the complex solution and the catalyst) is dried to thereby make the catalyst acidic. It is modified with a group. The catalyst is a substance containing a carrier (for example, carbon) on which catalytic metal particles (for example, platinum) are supported.
しかしながら、上述の特許文献2の技術では、撹拌した溶液を濾過した場合に、濾液の酸性官能基の量を制御することが難しかった。従って、濾物に残留する錯体溶液の量を制御することができず、その結果、触媒を修飾する酸性官能基の量を制御することが難しかった。 However, in the technique of Patent Document 2 described above, when the stirred solution is filtered, it is difficult to control the amount of acidic functional groups in the filtrate. Therefore, the amount of the complex solution remaining in the filtrate cannot be controlled, and as a result, it is difficult to control the amount of the acidic functional group that modifies the catalyst.
本発明は、燃料電池用触媒層の触媒を修飾する酸性官能基の量を制御することが可能な技術を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the technique which can control the quantity of the acidic functional group which modifies the catalyst of the catalyst layer for fuel cells.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
[形態1] 燃料電池用触媒の製造方法であって、
触媒金属粒子が担持された担体を含む触媒と、酸性官能基を含む白金化合物の溶液と、水と、を含む第1混合液を準備する第1混合液準備工程と、
前記第1混合液準備工程で準備された前記第1混合液から水分を蒸発させて、前記触媒と、前記白金化合物に含まれる前記酸性官能基と、を少なくとも含む混合物を生成する混合物生成工程と、
前記混合物生成工程で生成された前記混合物を熱処理する熱処理工程であって、前記酸性官能基を前記触媒に定着させる作用を少なくとも有する熱処理工程と、
を備え、
前記第1混合液準備工程後であって前記混合物生成工程前に、前記第1混合液中の前記触媒を前記第1混合液の一部分に集めて、前記第1混合液の上澄み液を除去する工程を備える、
燃料電池用触媒の製造方法。
[形態2] 燃料電池用触媒の製造方法であって、
触媒金属粒子が担持された担体を含む触媒と、酸性官能基を含む白金化合物の溶液と、水と、を含む第1混合液を準備する第1混合液準備工程と、
前記第1混合液準備工程で準備された前記第1混合液から水分を蒸発させて、前記触媒と、前記白金化合物に含まれる前記酸性官能基と、を少なくとも含む混合物を生成する混合物生成工程と、
前記混合物生成工程で生成された前記混合物を熱処理する熱処理工程であって、前記酸性官能基を前記触媒に定着させる作用を少なくとも有する熱処理工程と、
を備え、
前記第1混合液準備工程後であって前記混合物生成工程前に、前記第1混合液中の前記触媒を前記第1混合液の一部分に集めて、前記第1混合液の上澄み液を除去する工程を備える、
燃料電池用触媒の製造方法。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[Mode 1] A method for producing a catalyst for a fuel cell, comprising:
A first mixed solution preparing step of preparing a first mixed solution including a catalyst including a carrier on which catalytic metal particles are supported, a solution of a platinum compound including an acidic functional group, and water;
Said water is evaporated from the first mixture preparing step wherein the first mixture is prepared by, and the catalyst, and the acidic functional groups contained in the platinum compound, and a mixture generating step of generating a mixture including at least ,
A heat treatment step of heat treating the mixture produced in the mixture production step, the heat treatment step having at least an action of fixing the acidic functional group to the catalyst;
With
After the first mixed solution preparation step and before the mixture generating step, the catalyst in the first mixed solution is collected in a part of the first mixed solution, and the supernatant of the first mixed solution is removed. Comprising the steps,
A method for producing a catalyst for a fuel cell.
[Mode 2] A method for producing a catalyst for a fuel cell, comprising:
A first mixed solution preparing step of preparing a first mixed solution including a catalyst including a carrier on which catalytic metal particles are supported, a solution of a platinum compound including an acidic functional group, and water;
Said water is evaporated from the first mixture preparing step wherein the first mixture is prepared by, and the catalyst, and the acidic functional groups contained in the platinum compound, and a mixture generating step of generating a mixture including at least ,
A heat treatment step of heat treating the mixture produced in the mixture production step, the heat treatment step having at least an action of fixing the acidic functional group to the catalyst;
With
After the first mixed solution preparation step and before the mixture generating step, the catalyst in the first mixed solution is collected in a part of the first mixed solution, and the supernatant of the first mixed solution is removed. Comprising the steps,
A method for producing a catalyst for a fuel cell.
[適用例1]
燃料電池用触媒層の製造方法であって、
触媒金属粒子が担持された担体を含む触媒と、白金化合物溶液と、水と、を含む第1混合液を準備する第1混合液準備工程と、
前記第1混合液準備工程で準備された前記第1混合液から水分を蒸発させて、前記触媒と酸性官能基とを少なくとも含む混合物を生成する混合物生成工程と、
前記混合物生成工程で生成された前記混合物を熱処理する熱処理工程であって、前記酸性官能基を前記触媒に定着させる作用を少なくとも有する熱処理工程と、
を備える、燃料電池用触媒層の製造方法。
[Application Example 1]
A method for producing a catalyst layer for a fuel cell, comprising:
A first mixed solution preparing step of preparing a first mixed solution including a catalyst including a carrier on which catalytic metal particles are supported, a platinum compound solution, and water;
A mixture generating step of evaporating water from the first mixed solution prepared in the first mixed solution preparing step to generate a mixture containing at least the catalyst and an acidic functional group;
A heat treatment step of heat treating the mixture produced in the mixture production step, the heat treatment step having at least an action of fixing the acidic functional group to the catalyst;
A method for producing a fuel cell catalyst layer.
上記構成によれば、第1混合液準備工程で用意された第1混合液から水分を蒸発させることによって、触媒と酸性官能基とを少なくとも含む混合物を生成する混合物生成工程を行い、生成した混合物を熱処理することによって酸性官能基を触媒に定着させる作用を少なくとも有する熱処理工程を行う。このようにすれば、第1混合液を濾過する場合と比較して、第1混合液中の酸性官能基となり得るイオンの消失を抑制することができ、当該イオンから生じる多くの酸性官能基を、触媒を修飾するための酸性官能基として用いることが可能である。従って、例えば、白金化合物溶液の濃度を調整することによって、触媒を修飾する酸性官能基の量を制御することができる。 According to the said structure, the mixture produced | generated process which produces | generates the mixture which contains a catalyst and an acidic functional group at least by evaporating a water | moisture content from the 1st liquid mixture prepared at the 1st liquid mixture preparation process, and produced | generated the mixture. A heat treatment step having at least an action of fixing the acidic functional group to the catalyst is performed by heat-treating. In this way, compared to the case where the first mixed solution is filtered, the disappearance of ions that can be acidic functional groups in the first mixed solution can be suppressed, and many acidic functional groups generated from the ions can be suppressed. It can be used as an acidic functional group for modifying the catalyst. Therefore, for example, by adjusting the concentration of the platinum compound solution, the amount of the acidic functional group that modifies the catalyst can be controlled.
[適用例2]
適用例1に記載の燃料電池用触媒層の製造方法であって、
前記第1混合液準備工程は、
前記触媒と前記水とを含む第2混合液を準備する第2混合液準備工程と、
前記第2混合液準備工程後、前記触媒を湿式粉砕する粉砕工程と、
前記第2混合液準備工程後、前記第2混合液に、前記白金化合物溶液を加えて前記第1混合液を生成する混合液付加工程と、
を備える、燃料電池用触媒層の製造方法。
[Application Example 2]
A method for producing a fuel cell catalyst layer according to Application Example 1,
The first mixed liquid preparation step includes
A second mixed solution preparing step of preparing a second mixed solution containing the catalyst and the water;
After the second mixed liquid preparation step, a pulverization step of wet pulverizing the catalyst;
After the second mixed solution preparing step, a mixed solution adding step of adding the platinum compound solution to the second mixed solution to generate the first mixed solution;
A method for producing a fuel cell catalyst layer.
上記構成によれば、粉砕工程で触媒を湿式粉砕するので、第1混合液中の触媒を細粒化することができる。その結果、触媒の表面積を増大させ、燃料電池の発電効率を向上させることができる。 According to the above configuration, since the catalyst is wet pulverized in the pulverization step, the catalyst in the first mixed solution can be finely divided. As a result, the surface area of the catalyst can be increased and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.
[適用例3]
適用例2に記載の燃料電池用触媒層の製造方法であって、
前記第1混合液準備工程は、
前記第2混合液準備工程後に、前記第1混合液、若しくは、前記第2混合液を遠心撹拌する遠心撹拌工程を備える、
燃料電池用触媒層の製造方法。
[Application Example 3]
A method for producing a fuel cell catalyst layer according to Application Example 2,
The first mixed liquid preparation step includes
After the second mixed solution preparation step, the first mixed solution, or a centrifugal stirring step of centrifugally stirring the second mixed solution,
Manufacturing method of catalyst layer for fuel cell.
上記構成によれば、混合液(第1混合液、若しくは、第2混合液)を遠心撹拌するので、混合液中の細泡を除去することができる。 According to the above configuration, since the mixed liquid (the first mixed liquid or the second mixed liquid) is centrifugally stirred, fine bubbles in the mixed liquid can be removed.
[適用例4]
適用例1ないし適用例3のいずれかに記載の燃料電池用触媒層の製造方法であって、
前記第1混合液準備工程後であって前記混合物生成工程前に、前記第1混合液中の前記触媒を前記第1混合液の一部分に集めて、前記第1混合液の上澄み液を除去する工程を備える、
燃料電池用触媒層の製造方法。
[Application Example 4]
A method for producing a fuel cell catalyst layer according to any one of Application Examples 1 to 3,
After the first mixed solution preparation step and before the mixture generating step, the catalyst in the first mixed solution is collected in a part of the first mixed solution, and the supernatant of the first mixed solution is removed. Comprising the steps,
Manufacturing method of catalyst layer for fuel cell.
上記構成によれば、第1混合液中の触媒を第1混合液の一部分に集めて、第1混合液の上澄み液を除去するので、混合物生成工程で、第1混合液から水分を蒸発させる場合に、水分蒸発量を少なくすることができる。その結果、混合物生成工程の作業時間を短くすることができる。 According to the above configuration, the catalyst in the first mixed liquid is collected in a part of the first mixed liquid, and the supernatant liquid of the first mixed liquid is removed, so that moisture is evaporated from the first mixed liquid in the mixture generation step. In some cases, the amount of moisture evaporation can be reduced. As a result, the working time of the mixture generation process can be shortened.
[適用例5]
適用例1ないし適用例4のいずれかに記載の燃料電池用触媒層の製造方法であって、
前記酸性官能基は、硝酸基、亜硝酸基、スルホン酸基、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、および、ハロゲン基のうちのいずれか1種である、
燃料電池用触媒層の製造方法。
[Application Example 5]
A method for producing a fuel cell catalyst layer according to any one of Application Examples 1 to 4,
The acidic functional group is any one of a nitric acid group, a nitrous acid group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group, and a halogen group.
Manufacturing method of catalyst layer for fuel cell.
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、燃料電池用触媒層の製造方法の他、例えば、燃料電池の製造方法、膜電極接合体の製造方法など他の製造方法の態様で実現することが可能である。また、燃料電池用触媒層、膜電極接合体、および、燃料電池などの装置発明の態様で実現することが可能である。 The present invention can be realized in various forms. In addition to a method for manufacturing a fuel cell catalyst layer, for example, a method for manufacturing a fuel cell, a method for manufacturing a membrane electrode assembly, and the like. It can be realized in a manner. Further, it can be realized in the aspect of the invention of the device such as a fuel cell catalyst layer, a membrane electrode assembly, and a fuel cell.
次に、この発明の実施の形態を実施例に基づいて図1〜図11を参照しながら説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described based on examples with reference to FIGS.
A.第1実施例:
A1.燃料電池の構成:
図1は、一実施例としての燃料電池の製造方法で製造された燃料電池100の概略断面図である。図1に示すように、燃料電池100は、電解質膜10と、カソード側触媒層20と、アノード側触媒層30と、ガス拡散層40、50と、セパレータ60、70とを備えている。電解質膜10は、プロトン導電性の高分子材料から形成され、例えば、ナフィオン(ディポン社の登録商標)等のフッ素系樹脂や、炭化水素系樹脂を用いることができる。カソード側触媒層20は、酸化ガス(例えば、空気(酸素))が供給されることで、電気化学反応を生じ、水(H2O)を生成する。アノード側触媒層30は、燃料ガス(例えば、水素)が供給されることで、電気化学反応を生じ、プロトンを生成する。カソード側触媒層20およびアノード側触媒層30の構成についての詳細は、後述する。ガス拡散層40、50は、導電性とガス拡散性を有する材料で形成され、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルト、金属メッシュ、エキスパンドメタル、および、パンチングメタルを用いることができる。ガス拡散層40,50の触媒層側とは反対の表面には、撥水処理(例えば、PTFE(polytetrafluoroethylene)加工)を施すようにしてもよい。セパレータ60、70は、ガス不透過な導電性部材で形成され、外部から供給される反応ガス(燃料ガス、酸化ガス)をガス拡散層へ供給するためのガス供給流路を備える。なお、燃料電池100を複数積層することで、燃料電池スタックが構成される。
A. First embodiment:
A1. Fuel cell configuration:
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a
A2.燃料電池の製造方法:
図2は、第1実施例としての燃料電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。第1実施例における燃料電池100の製造方法では、まず、プレペーストの製造を行う(ステップS100)。プレペーストは、触媒と水とを含む。プレペーストの製造工程についての詳細は、後述する。
A2. Manufacturing method of fuel cell:
FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of manufacturing the fuel cell as the first embodiment. In the manufacturing method of the
続いて、高分子電解質と、アルコール(例えば、エタノール)とを準備し、ステップS100で製造したプレペーストと、準備した高分子電解質と、準備したアルコールとを混合し、触媒ペーストを製造する(ステップS200)。具体的には、自転/公転式の遠心攪拌機内に、プレペーストと、高分子電解質と、アルコールとの混合溶液を収容し、遠心攪拌を実行することで触媒ペーストを製造する。自転/公転式の遠心攪拌機としては、例えば、ハイブリッドミキサを用いることができる。 Subsequently, a polymer electrolyte and an alcohol (for example, ethanol) are prepared, and the pre-paste manufactured in step S100, the prepared polymer electrolyte, and the prepared alcohol are mixed to manufacture a catalyst paste (step S200). Specifically, a catalyst paste is manufactured by storing a mixed solution of a pre-paste, a polymer electrolyte, and alcohol in a rotation / revolution centrifugal stirrer and performing centrifugal stirring. As the rotation / revolution centrifugal agitator, for example, a hybrid mixer can be used.
次に、ステップ200で製造した触媒ペーストを用いて、触媒層を製造する(ステップS300)。具体的には、ガス拡散層を形成するガス拡散基材に、触媒ペーストを塗布してガス拡散基材上に触媒層を形成する。この塗布方法としては、例えば、スクリーン印刷、ドクターブレード法、および、スプレー塗布法などを用いることができる。このようにして、ガス拡散層40上に形成されたカソード側触媒層20と、ガス拡散層50上に形成されたアノード側触媒層30とを製造することができる。各触媒層は、高分子電解質と、後述する処理済み触媒とを含む。
Next, a catalyst layer is manufactured using the catalyst paste manufactured in step 200 (step S300). Specifically, a catalyst paste is applied to the gas diffusion base material that forms the gas diffusion layer to form the catalyst layer on the gas diffusion base material. As this coating method, for example, screen printing, doctor blade method, spray coating method, or the like can be used. In this way, the cathode
続いて、電解質膜10を、ステップ300で製造されたカソード側触媒層20(ガス拡散層40)と、ステップ300で製造されたアノード側触媒層30(ガス拡散層50)とで挟持することで、MEAを製造する(ステップS400)。
Subsequently, the
そして、ステップS400で製造されたMEAをセパレータ60、70で挟持し(ステップS500)、燃料電池100が完成する。
Then, the MEA manufactured in step S400 is sandwiched between the
A3.プレペーストの製造工程:
図3は、第1実施例におけるプレペーストの製造工程を説明するためのフローチャートである。図4は、第1実施例におけるプレペーストを製造するためのプレペースト製造装置1000の機能ブロックを示す図である。図5は、プレペーストの製造工程における静置工程時、上澄み除去工程時、および、水分蒸発工程時の状態を示す模式図である。具体的には、図5(a)は、静置工程時の状態を示し、(b)は、上澄み除去工程時の状態を示し、(c)は、水分蒸発工程時の状態を示す図である。
A3. Pre-paste manufacturing process:
FIG. 3 is a flowchart for explaining a pre-paste manufacturing process in the first embodiment. FIG. 4 is a diagram showing functional blocks of the
プレペースト製造装置1000は、触媒収容部1010と、水収容部1020と、白金化合物溶液収容部1030と、攪拌部1040と、上澄み除去部1050と、蒸発部1060と、乾燥部1070と、乾式粉砕部1080と、水量調整部1090と、を備えている。
The
第1実施例のプレペースト製造工程おいて、図3に示すように、まず、ステップ110の工程では、触媒を触媒収容部1010に、白金化合物溶液を白金化合物溶液収容部1030に、水を水収容部1020に、それぞれ準備する。
In the pre-paste manufacturing process of the first embodiment, as shown in FIG. 3, first, in the process of step 110, the catalyst is placed in the
触媒は、触媒金属粒子を担持させた担体を含む。触媒金属粒子としては、例えば、白金、パラジウム、ルテニウム、コバルト等、もしくは、これらを含む合金を用いることができる。担体は、複数の細孔を有しており、例えば、カーボン、酸化スズ、チタン酸化合物等から構成される。カーボンの担体は、例えば、アセチレンブラック(例えば、デンカブラック)、ケッチェンブラック(例えば、ケッチェンブラックEC600JD)、バルカン XC72、ブラックパール2000、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)から構成される。
The catalyst includes a support on which catalytic metal particles are supported. As the catalyst metal particles, for example, platinum, palladium, ruthenium, cobalt, or an alloy containing these can be used. The carrier has a plurality of pores and is made of, for example, carbon, tin oxide, titanate compound, or the like. The carbon support is composed of, for example, acetylene black (for example, Denka black), ketjen black (for example, ketjen black EC600JD), Vulcan XC72,
白金化合物溶液とは、白金化合物を含む溶液である。このような白金化合物溶液としては、塩化白金(IV)酸水和物水溶液(H2PtCl6・nH2O/H2O sol.)、塩化白金(IV)酸塩酸溶液(H2PtCl6/HCl sol.)、塩化白金(IV)酸アンモニウム水溶液((NH4)2PtCl6/H2O sol.)、ジニトロジアンミン白金(II)水溶液(cis−[Pt(NH3)2(NO2)2]/H2O sol.)、ジニトロジアンミン白金(II)硝酸溶液(cis−[Pt(NH3)2(NO2)2]/HNO3 sol.)、ジニトロジアンミン白金(II)硫酸溶液(cis−[Pt(NH3)2(NO2)2]/H2SO4 sol.)、テトラクルル白金(II)酸カリウム水溶液(K2PtCl4)/H2O sol.)、塩化第1白金(II)水溶液(PtCl2/H2O sol.)、塩化第2白金(IV)水溶液(PtCl4/H2O sol.)、テトラアンミン白金(II)ジクロライド水和物水溶液([Pt(NH3)4]Cl2・H2O/H2O sol.)、テトラアンミン白金(II)水酸化物水溶液([Pt(NH3)4](OH)2/H2O sol.)、ヘキサアンミン白金(IV)ジクロライド水溶液([Pt(NH3)6]Cl2/H2O sol.)、ヘキサアンミン白金(IV)水酸化物水溶液([Pt(NH3)6](OH)2/H2O sol.)、ヘキサヒドロキソ白金(IV)酸水溶液(H2[Pt(OH)6]/H2O sol.)、ヘキサヒドロキソ白金(IV)酸硝酸溶液(H2[Pt(OH)6]/HNO3 sol.)、ヘキサヒドロキソ白金(IV)酸硫酸溶液(H2[Pt(OH)6]/H2SO4 sol.)、エタノールアミン白金溶液(H2[Pt(OH)6]/H2NCH2CH2OH sol.)等を用いることができる。このような白金化合物溶液を用いることで、後述するステップS160の水分蒸発工程において、触媒を修飾する酸性官能基として、硝酸基、亜硝酸基、スルホン酸基、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、および、ハロゲン基のうちのいずれか1種を少なくとも付与することができる。 A platinum compound solution is a solution containing a platinum compound. As such a platinum compound solution, platinum chloride (IV) acid hydrate aqueous solution (H 2 PtCl 6 .nH 2 O / H 2 O sol.), Platinum chloride (IV) hydrochloride acid solution (H 2 PtCl 6 / HCl sol.), Platinum chloride (IV) ammonium aqueous solution ((NH 4 ) 2 PtCl 6 / H 2 O sol.), Dinitrodiammine platinum (II) aqueous solution (cis- [Pt (NH 3 ) 2 (NO 2 ) 2 ] / H 2 O sol.), Dinitrodiammine platinum (II) nitric acid solution (cis- [Pt (NH 3 ) 2 (NO 2 ) 2 ] / HNO 3 sol.), Dinitrodiammine platinum (II) sulfuric acid solution ( cis- [Pt (NH 3 ) 2 (NO 2 ) 2 ] / H 2 SO 4 sol.), potassium tetracurl platinum (II) acid aqueous solution (K 2 PtCl 4 ) / H 2 O sol. ), Platinum (II) chloride aqueous solution (PtCl 2 / H 2 O sol.), Aqueous platinum (IV) chloride (PtCl 4 / H 2 O sol.), Tetraammineplatinum (II) dichloride hydrate aqueous solution ([Pt (NH 3 ) 4 ] Cl 2 .H 2 O / H 2 O sol.), Tetraammineplatinum (II) hydroxide aqueous solution ([Pt (NH 3 ) 4 ] (OH) 2 / H 2 O sol. .), Hexaammine platinum (IV) dichloride aqueous solution ([Pt (NH 3 ) 6 ] Cl 2 / H 2 O sol.), Hexaammine platinum (IV) hydroxide aqueous solution ([Pt (NH 3 ) 6 ] ( OH) 2 / H 2 O sol.), Hexahydroxoplatinum (IV) acid aqueous solution (H 2 [Pt (OH) 6 ] / H 2 O sol.), Hexahydroxoplatinum (IV) acid nitric acid solution (H 2 [ Pt (OH) 6] / HNO 3 sol.), hexahydro Seo platinum (IV) acid sulfuric acid solution (H 2 [Pt (OH) 6] / H 2 SO 4 sol.), Ethanolamine platinum solution (H 2 [Pt (OH) 6] / H 2 NCH 2 CH 2 OH sol .) Etc. can be used. By using such a platinum compound solution, as an acidic functional group for modifying the catalyst in the water evaporation step of step S160 described later, a nitrate group, a nitrite group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group, and Any one of halogen groups can be added.
なお、発明者の知見によれば、後述するステップS160の水分蒸発工程において、触媒を修飾する酸性官能基として、硝酸基を付与することが好ましい。そのための白金化合物溶液として、上述した溶液のうち、特に、NO3 -を親水性イオンとするジニトロジアンミン白金(II)硝酸溶液(cis−[Pt(NH3)2(NO2)2]/HNO3 sol.)、ヘキサヒドロキソ白金(IV)酸硝酸溶液((H2Pt(OH)6)/HNO3 sol.)、SO4 2-を親水性イオンとするヘキサヒドロキソ白金(IV)酸硫酸溶液((H2Pt(OH)6)/H2SO4 sol.)、NH4 +を親水性イオンとするテトラアンミン白金(II)水酸化物水溶液([Pt(NH3)4(OH)2]/H2O sln.)等を用いることができる。 According to the knowledge of the inventor, it is preferable to add a nitrate group as an acidic functional group for modifying the catalyst in the water evaporation step of step S160 described later. As a platinum compound solution therefor, among the above-described solutions, in particular, a dinitrodiammine platinum (II) nitric acid solution (cis- [Pt (NH 3 ) 2 (NO 2 ) 2 ] / HNO) having NO 3 − as a hydrophilic ion. 3 sol.), Hexahydroxoplatinum (IV) nitric acid solution ((H 2 Pt (OH) 6 ) / HNO 3 sol.), Hexahydroxoplatinum (IV) sulfuric acid solution containing SO 4 2- as a hydrophilic ion ((H 2 Pt (OH) 6 ) / H 2 SO 4 sol.), Tetraammineplatinum (II) hydroxide aqueous solution ([Pt (NH 3 ) 4 (OH) 2 ]) having NH 4 + as a hydrophilic ion. / H 2 O sln.) Or the like.
ステップ110の工程で、水収容部1020に準備する水の量としては、例えば、触媒中に含まれる担体の重さの170倍とすることができる。水収容部1020に準備する水の量としては、触媒中に含まれる担体の重さの40倍〜300倍の水量とすることが好ましく、触媒中に含まれる担体の重さの105倍〜235倍の水量とすることがさらに好ましく、触媒中に含まれる担体の重さの160倍〜180倍の水量とすることが特に好ましい。
In the step 110, the amount of water prepared in the
続いて、ステップS140の工程では、準備した触媒、白金化合物溶液、および、水とを、攪拌部1040に投入し、攪拌を行い、第1混合液を生成する。そして、その後、第1混合液を静置して、触媒を底部に集める(静置工程)。攪拌部1040としては、例えば、スターラを用いることができる。また、攪拌時間としては、例えば、5時間とすることができる。静置時間としては、例えば、12時間とすることができる。
Subsequently, in the process of step S140, the prepared catalyst, platinum compound solution, and water are charged into the
図5(a)には、攪拌後の静置工程で、第1混合液において、触媒Ctlが、第1混合液が収納された容器Bkの底部に集まった様子が示されている。なお、図5(a)には、第1混合液において、白金化合物溶液PS中のイオンであって、後述のステップS160における水分蒸発工程で、触媒を修飾する酸性官能基に変化し得るイオンが、「A」で示されている。 FIG. 5A shows a state in which the catalyst Ctl is collected at the bottom of the container Bk in which the first mixed solution is stored in the first mixed solution in the standing step after stirring. FIG. 5A shows ions in the platinum compound solution PS that can be changed to acidic functional groups that modify the catalyst in a water evaporation step in step S160 described later in the first mixed solution. , “A”.
次に、ステップS150の工程では、除去部1050を用いて、第1混合液の上澄み液の除去を行う(上澄み除去工程)。除去部1050としては、例えば、吸引装置を用いることができる。図5(b)には、上澄み除去工程で、除去部1050によって、第1混合液の上澄みが除去されて、白金化合物溶液が減少した様子が示されている。
Next, in the process of step S150, the
続いて、ステップS160の工程では、蒸発部1060を用いて、上澄み除去後の第1混合液から水分を蒸発させて、触媒と酸性官能基とを少なくとも含む混合物(以下、酸性官能基含有混合物とも呼ぶ)を生成する(水分蒸発工程)。この場合、酸性官能基含有混合物において、酸性官能基は、触媒に付着している状態である。蒸発部1060としては、湯煎を実行する湯煎装置、スプレードライを実行するスプレードライ装置、および、減圧乾燥を実行する減圧乾燥装置などを用いることができる。図5(c)には、お湯HWを含む蒸発部(湯煎装置)1060が示されている。そして、図5(c)には、水分蒸発工程で、蒸発部(湯煎装置)1060によって、第1混合液から水分を蒸発させて、酸性官能基含有混合物Mixが生成された様子が示されている。詳しくは、図5(c)では、酸性官能基含有混合物Mixにおいて、酸性官能基(図では、「B」で示される)が、触媒Ctlに付着している様子が示されている。なお、この場合、酸性官能基は、触媒Ctlにおける担体内の細孔にも付着している。
Subsequently, in the process of step S160, the
次に、ステップS170の工程では、乾燥部1070を用いて、酸性官能基含有混合物の第1真空乾燥を行う。第1真空乾燥の乾燥温度としては、例えば、60℃とすることができる。また、第1真空乾燥の乾燥時間としては、3時間とすることができる。
Next, in the process of step S170, the
続いて、ステップS180の工程では、乾式粉砕部1080を用いて、ステップS170の工程で乾燥させた酸性官能基含有混合物の乾式粉砕を行う。乾式粉砕部1080としては、例えば、乾式ビーズミル、乾式ジェットミル等を用いることができる。
Subsequently, in the step S180, the
次に、ステップS190の工程では、まず、乾燥部1070を用いて、ステップS180の工程で粉砕された酸性官能基含有混合物の第2真空乾燥を行う。第2真空乾燥の乾燥温度としては、比較的低い温度(後述の第3真空乾燥の乾燥温度よりも低い温度)とすることが好ましく、例えば、60℃とすることができる。また、第2真空乾燥の乾燥時間としては、例えば、3時間とすることができる。次に、ステップS190の工程では、乾燥部1070を用いて、第2真空乾燥を行った酸性官能基含有混合物の第3真空乾燥を行う。第3真空乾燥の乾燥温度としては、比較的高い温度(第2真空乾燥の乾燥温度よりも高い温度)とすることが好ましく、例えば、130℃とすることができる。また、第3真空乾燥の乾燥時間としては、例えば、3時間とすることができる。この第3真空乾燥は、比較的高い温度での乾燥(すなわち、熱処理)を行うことによって、酸性官能基を触媒(担体内の細孔を含む)に定着させる作用を少なくとも有する。このように酸性官能基が定着した触媒を、処理済み触媒とも呼ぶ。
Next, in the process of step S190, first, the
そして、ステップS195の工程では、水量調整部1090を用いて、ステップS190の工程で生成された処理済み触媒に、水を加えて、プレペーストを製造する。水量調整部1090は、例えば、処理済み触媒1gに対して、20gの水を加えることでプレペーストを製造する。
And in the process of step S195, water is added to the processed catalyst produced | generated at the process of step S190 using the water
以上のように、本実施例の燃料電池の製造方法では、プレペースト製造工程(図3)において、ステップS160の水分蒸発工程で、第1混合液から水分を蒸発させることによって、触媒と酸性官能基とを少なくとも含む酸性官能基含有混合物を生成し、ステップS190の第3真空乾燥工程で、生成した酸性官能基含有混合物を熱処理することによって酸性官能基を触媒(担体内の細孔を含む)に定着させる。このようにすれば、第1混合液を濾過する場合と比較して、第1混合液中の酸性官能基となり得るイオンの消失を抑制し、当該イオンから生じる多くの酸性官能基を、触媒を修飾するための酸性官能基として用いることが可能である。従って、例えば、白金化合物溶液の濃度を調整したり、上澄み液の除去量を調整することによって、触媒を修飾する酸性官能基の量を制御することができる。また、この構成によれば、第1混合液を濾過する場合と比較して、第1混合液中の酸性官能基となり得るイオンの消失を抑制し、当該イオンから生じる多くの酸性官能基を、触媒を修飾するための酸性官能基として用いることが可能であるので、燃料電池の触媒層において、触媒と高分子電解質との間に、好適な親水層を形成することができる。その結果、燃料電池の触媒層において、安定したPFF構造を形成することができ、燃料電池の発電効率を向上させることができる。 As described above, in the method of manufacturing the fuel cell according to the present embodiment, in the pre-paste manufacturing process (FIG. 3), the water is evaporated from the first mixed solution in the water evaporation process of step S160, thereby An acidic functional group-containing mixture containing at least a group is generated, and the acidic functional group-containing mixture is heat-treated in the third vacuum drying step of step S190 to catalyst the acidic functional group (including pores in the support). To settle. In this way, compared with the case where the first mixed solution is filtered, the disappearance of ions that can become acidic functional groups in the first mixed solution is suppressed, and many acidic functional groups generated from the ions are removed from the catalyst. It can be used as an acidic functional group for modification. Therefore, for example, the amount of the acidic functional group that modifies the catalyst can be controlled by adjusting the concentration of the platinum compound solution or adjusting the removal amount of the supernatant. Moreover, according to this structure, compared with the case where the 1st liquid mixture is filtered, the loss | disappearance of the ion which can become an acidic functional group in a 1st liquid mixture is suppressed, and many acidic functional groups which arise from the said ion, Since it can be used as an acidic functional group for modifying the catalyst, a suitable hydrophilic layer can be formed between the catalyst and the polymer electrolyte in the catalyst layer of the fuel cell. As a result, a stable PFF structure can be formed in the catalyst layer of the fuel cell, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.
以下に、白金化合物溶液の濃度を調整することによって、触媒を修飾する酸性官能基の量を制御する具体例を示す。すなわち、プレペースト製造工程(図3)における水分蒸発工程(ステップS160)で、酸性官能基含有混合物のうち、触媒に付着させたい酸性官能基の重量を決定する。次に、上澄み除去工程(ステップ150)で上澄みの除去量を決定する。そして、白金化合物溶液準備工程(ステップS110)で、準備する白金化合物の濃度(言い換えれば、白金化合物溶液に含まれる、酸性官能基となり得るイオンの重量)を、決定した酸性官能基の重量と、決定した上澄みの除去量とに基づいて、決定する。 Below, the specific example which controls the quantity of the acidic functional group which modifies a catalyst by adjusting the density | concentration of a platinum compound solution is shown. That is, in the moisture evaporation step (step S160) in the pre-paste manufacturing step (FIG. 3), the weight of acidic functional groups to be attached to the catalyst in the acidic functional group-containing mixture is determined. Next, the removal amount of the supernatant is determined in the supernatant removal step (step 150). Then, in the platinum compound solution preparation step (step S110), the concentration of the platinum compound to be prepared (in other words, the weight of ions that can be an acidic functional group contained in the platinum compound solution), the weight of the acidic functional group determined, Determine based on the determined amount of supernatant removal.
また、上澄み液の除去量を調整することによって、触媒を修飾する酸性官能基の量を制御する具体例を示す。すなわち、プレペースト製造工程(図3)における水分蒸発工程(ステップS160)で、酸性官能基含有混合物のうち、触媒に付着させたい酸性官能基の重量を決定する。次に、白金化合物溶液準備工程(ステップS110)で、準備する白金化合物の濃度(言い換えれば、白金化合物溶液に含まれる、酸性官能基となり得るイオンの重量)を決定する。そして、上澄み除去工程(ステップ150)で、上澄みの除去量を、決定した酸性官能基の重量と、決定した白金化合物の濃度とに基づいて、決定する。 Moreover, the specific example which controls the quantity of the acidic functional group which modifies a catalyst by adjusting the removal amount of a supernatant liquid is shown. That is, in the moisture evaporation step (step S160) in the pre-paste manufacturing step (FIG. 3), the weight of acidic functional groups to be attached to the catalyst in the acidic functional group-containing mixture is determined. Next, in the platinum compound solution preparation step (step S110), the concentration of the platinum compound to be prepared (in other words, the weight of ions that can be an acidic functional group contained in the platinum compound solution) is determined. In the supernatant removal step (step 150), the amount of supernatant removed is determined based on the determined weight of the acidic functional group and the determined concentration of the platinum compound.
本実施例の燃料電池の製造方法では、プレペースト製造工程(図3)において、静置工程(ステップS140)で、第1混合液中の触媒を第1混合液の底部(一部分)に集めて、上澄み除去工程(ステップS150)で、第1混合液の上澄み液を除去するので、水分蒸発工程(ステップS160)で、第1混合液から水分を蒸発させる場合に、水分蒸発量を少なくすることができる。その結果、水分蒸発工程(ステップS160)の作業時間を短くすることができる。 In the fuel cell manufacturing method of the present embodiment, in the pre-paste manufacturing process (FIG. 3), the catalyst in the first mixed solution is collected at the bottom (part) of the first mixed solution in the stationary step (step S140). Since the supernatant liquid of the first mixed solution is removed in the supernatant removing step (step S150), the amount of water evaporation is reduced when the water is evaporated from the first mixed solution in the water evaporation step (step S160). Can do. As a result, the working time of the water evaporation process (step S160) can be shortened.
なお、本実施例におけるプレペースト製造工程(図6)のステップS140の工程が、第1混合液準備工程の例であり、ステップS160の工程が、混合物生成工程の例であり、ステップS190の工程が、熱処理工程の例である。 In addition, the process of step S140 of the pre-paste manufacturing process (FIG. 6) in the present embodiment is an example of the first mixed liquid preparation process, the process of step S160 is an example of the mixture generation process, and the process of step S190. Is an example of a heat treatment step.
B.第2実施例:
図6は、第2実施例のプレペーストの製造工程を説明するためのプロ−チャートである。図7は、第2実施例におけるプレペースト製造装置2000の機能ブロックを示す図である。本実施例の燃料電池の製造方法では、プレペースト製造工程の一部が、第1実施例のプレペースト製造工程と比較して、相違するが、その他の燃料電池の製造方法について、第1実施例の燃料電池の製造方法と同様である。具体的には、本実施例のプレペースト製造工程は、第1実施例のステップS110の工程の代わりに、ステップS115〜S130の工程を備えている。本実施例のプレペースト製造工程において、第1実施例のプレペースト製造工程と同様の工程については、同様のステップ番号を付与して、説明を省略する。
B. Second embodiment:
FIG. 6 is a flowchart for explaining the pre-paste manufacturing process of the second embodiment. FIG. 7 is a diagram showing functional blocks of the
また、本実施例のプレペースト製造装置2000は、第1実施例のプレペースト製造装置1000と比較して、遠心撹拌部2010と、湿式粉砕部2020と、白金化合物溶液付加部2030とを備える点で、相違するが、その他の構成については、同様である。本実施例のプレペースト製造装置2000において、第1実施例のプレペースト製造装置1000と同様の構成については、同様の符号を付与して、説明を省略する。
Moreover, the
本実施例のプレペースト製造工程において、図6に示すように、ステップS115の工程では、触媒を触媒収容部1010に、水を水収容部1020に、それぞれ準備する。水収容部1020に準備する水の量としては、例えば、触媒中に含まれる担体の重さの4倍〜40倍の水量とすることができる。
In the pre-paste manufacturing process of the present embodiment, as shown in FIG. 6, in the process of step S115, a catalyst is prepared in the
次に、ステップS120の工程では、準備した触媒、および、水とを、遠心撹拌部2010に投入し、遠心撹拌を行い、第2混合液を生成する。遠心撹拌部2010としては、例えば、ハイブリッドミキサを用いることができる。
Next, in the process of step S120, the prepared catalyst and water are put into the
続いて、ステップS125の工程では、湿式粉砕部2020を用いて、第2混合液に、水を加えて、第3混合液として、第3混合液中の触媒に対して湿式粉砕を行う。湿式粉砕部2020は、例えば、超音波ホモジナイザ、湿式ジェットミル、ホールミル、および、ビーズミルを用いることができる。湿式粉砕部2020として、超音波ホモジナイザを用いる場合には、例えば、超音波ホモジナイザの振動数を20kHzとし、10分間の湿式粉砕を実行するようにしてもよい。なお、本工程で、第2混合液に加える水の量は、例えば、第3混合液における水の量が、触媒中に含まれる単体の重さの100倍となるように、調整することが好ましい。
Subsequently, in the process of step S125, using the
次に、ステップ130の工程では、白金化合物溶液を白金化合物溶液収容部1030に準備し、水を水収容部1020に新たに準備する。そして、準備した白金化合物溶液と、準備した水と、湿式粉砕を行った第3混合液とを、白金化合物溶液付加部2030を用いて、攪拌部1040に投入する。次のステップS140の工程では、攪拌部1040を用いて、撹拌を行い、上記第1混合液を生成する。なお、本工程で、攪拌部1040に投入する水の量は、例えば、第1混合液における水の量が、触媒中に含まれる単体の重さの170倍となるように、調整することが好ましい。
Next, in step 130, a platinum compound solution is prepared in the platinum compound
以上のように、本実施例の燃料電池の製造方法では、第1実施例の燃料電池の製造方法の作用・効果に加えて、以下の作用・効果を奏することができる。すなわち、プレペースト製造工程(図6)において、ステップS125の工程で、触媒を湿式粉砕するので、第3混合液(第1混合液)中の触媒を細粒化することができる。従って、プレペースト中の触媒の表面積を増大させることができ、燃料電池の発電効率を向上させることができる。 As described above, in the fuel cell manufacturing method of the present embodiment, in addition to the operations and effects of the fuel cell manufacturing method of the first embodiment, the following operations and effects can be achieved. That is, in the pre-paste manufacturing process (FIG. 6), since the catalyst is wet-ground in the process of step S125, the catalyst in the third mixed liquid (first mixed liquid) can be finely divided. Therefore, the surface area of the catalyst in the pre-paste can be increased, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.
本実施例の燃料電池の製造方法では、プレペースト製造工程(図6)において、ステップS120の工程で、第2混合液を遠心撹拌するようにしている。このようにすれば、第3混合液(第1混合液)中の細泡を除去することができる。 In the fuel cell manufacturing method of this embodiment, in the pre-paste manufacturing process (FIG. 6), the second mixed solution is centrifugally stirred in step S120. If it does in this way, the fine bubble in a 3rd liquid mixture (1st liquid mixture) can be removed.
なお、本実施例におけるプレペースト製造工程(図3)のステップS115の工程が、第2混合液準備工程の例であり、ステップS125の工程が、粉砕工程の例であり、ステップS130の工程が、混合液付加工程の例である。また、ステップS120の工程が、遠心撹拌工程の例である。 In addition, the process of step S115 of the pre-paste manufacturing process (FIG. 3) in this embodiment is an example of the second mixed solution preparation process, the process of step S125 is an example of the pulverization process, and the process of step S130 is It is an example of a liquid mixture addition process. Moreover, the process of step S120 is an example of a centrifugal stirring process.
C.第3実施例:
図8は、第3実施例のプレペーストの製造工程を説明するためのプロ−チャートである。図9は、第3実施例におけるプレペースト製造装置3000の機能ブロックを示す図である。本実施例の燃料電池の製造方法では、プレペースト製造工程の一部が、第1実施例のプレペースト製造工程と比較して、相違するが、その他の燃料電池の製造方法について、第1実施例の燃料電池の製造方法と同様である。具体的には、本実施例のプレペースト製造工程は、第1実施例のステップS110の工程の代わりに、ステップS135の工程を備え、ステップS140およびステップS150の代わりに、ステップS145の工程を備えている。本実施例のプレペースト製造工程において、第1実施例のプレペースト製造工程と同様の工程については、同様のステップ番号を付与して、説明を省略する。
C. Third embodiment:
FIG. 8 is a flowchart for explaining the pre-paste manufacturing process of the third embodiment. FIG. 9 is a diagram showing functional blocks of the
また、本実施例のプレペースト製造装置3000は、第1実施例のプレペースト製造装置1000と比較して、攪拌部1040および除去部1050を備えておらず、遠心撹拌部2010を備える点で、相違するが、その他の構成については、同様である。本実施例のプレペースト製造装置3000において、第1実施例のプレペースト製造装置1000と同様の構成については、同様の符号を付与して、説明を省略する。
In addition, the
本実施例のプレペースト製造工程において、図8に示すように、まず、ステップ135の工程では、触媒を触媒収容部1010に、白金化合物溶液を白金化合物溶液収容部1030に、水を水収容部1020に、それぞれ準備する。水収容部1020に準備する水の量としては、触媒中に含まれる担体の重さの4倍〜40倍の水量とすることができる。
In the pre-paste manufacturing process of the present embodiment, as shown in FIG. 8, first, in the process of step 135, the catalyst is stored in the
次に、ステップS145の工程では、準備した触媒、白金化合物溶液、および、水とを、遠心撹拌部2010に投入し、遠心撹拌を行い、第4混合液を生成する。次のステップS160の工程では、第4混合液から水分を蒸発させて、酸性官能基含有混合物を生成する。
Next, in the process of step S145, the prepared catalyst, platinum compound solution, and water are put into the
以上のように、本実施例の燃料電池の製造方法では、第1実施例の燃料電池の製造方法の作用・効果に加えて、以下の作用・効果を奏することができる。すなわち、プレペースト製造工程(図8)において、ステップS145の工程で、触媒と、白金化合物溶液と、水とを混合し、遠心撹拌するので、この混合液(第4混合液)中の細泡を除去することができる。 As described above, in the fuel cell manufacturing method of the present embodiment, in addition to the operations and effects of the fuel cell manufacturing method of the first embodiment, the following operations and effects can be achieved. That is, in the pre-paste manufacturing process (FIG. 8), in the process of step S145, the catalyst, the platinum compound solution, and water are mixed and centrifuged, so the fine bubbles in this mixed liquid (fourth mixed liquid) Can be removed.
なお、本実施例におけるプレペースト製造工程(図8)のステップS135の工程が、第1混合液準備工程の例であり、ステップS145の工程が、遠心撹拌工程の例である。 In addition, the process of step S135 of the pre-paste manufacturing process (FIG. 8) in a present Example is an example of a 1st liquid mixture preparation process, and the process of step S145 is an example of a centrifugal stirring process.
D.第4実施例:
図10は、第4実施例のプレペーストの製造工程を説明するためのプロ−チャートである。図11は、第4実施例におけるプレペースト製造装置4000の機能ブロックを示す図である。本実施例の燃料電池の製造方法では、プレペースト製造工程の一部が、第3実施例のプレペースト製造工程と比較して、相違するが、その他の燃料電池の製造方法について、第1実施例の燃料電池の製造方法と同様である。具体的には、本実施例のプレペースト製造工程は、第3実施例のステップS145とステップS160の工程の間に、ステップS147の工程を備えている。本実施例のプレペースト製造工程において、第3実施例のプレペースト製造工程と同様の工程については、同様のステップ番号を付与して、説明を省略する。
D. Fourth embodiment:
FIG. 10 is a flowchart for explaining the pre-paste manufacturing process of the fourth embodiment. FIG. 11 is a diagram showing functional blocks of the
また、本実施例のプレペースト製造装置4000は、第3実施例のプレペースト製造装置3000と比較して、湿式粉砕部2020を備える点で、相違するが、その他の構成については、同様である。本実施例のプレペースト製造装置4000において、第3実施例のプレペースト製造装置3000と同様の構成については、同様の符号を付与して、説明を省略する。
Further, the
本実施例のプレペースト製造工程において、図10に示すように、ステップ147の工程では、湿式粉砕部2020を用いて、第4混合液中の触媒に対して湿式粉砕を行う。
In the pre-paste manufacturing process of the present embodiment, as shown in FIG. 10, in the process of step 147, wet pulverization is performed on the catalyst in the fourth mixed liquid using the
以上のように、本実施例の燃料電池の製造方法では、第3実施例の燃料電池の製造方法の作用・効果に加えて、以下の作用・効果を奏することができる。すなわち、プレペースト製造工程(図10)において、ステップS147の工程で、触媒を湿式粉砕するので、第4混合液中の触媒を細粒化することができる。従って、プレペースト中の触媒の表面積を増大させることができ、燃料電池の発電効率を向上させることができる。 As described above, in the fuel cell manufacturing method of the present embodiment, in addition to the operations and effects of the fuel cell manufacturing method of the third embodiment, the following operations and effects can be achieved. That is, in the pre-paste manufacturing process (FIG. 10), since the catalyst is wet pulverized in the process of step S147, the catalyst in the fourth mixed solution can be finely divided. Therefore, the surface area of the catalyst in the pre-paste can be increased, and the power generation efficiency of the fuel cell can be improved.
なお、本実施例におけるプレペースト製造工程(図10)のステップS147の工程が、粉砕工程の例である。 In addition, the process of step S147 of the pre-paste manufacturing process (FIG. 10) in a present Example is an example of a grinding | pulverization process.
E.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や適用例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
E. Variation:
The present invention is not limited to the above-described embodiments and application examples, and can be carried out in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
第1変形例:
上記第2実施例のプレペースト製造工程(図6)において、ステップS130の工程は、ステップ125の後に行うようにしているが、これに限られるものではない。例えば、ステップ130の工程を、ステップ125の工程の前に行うようにしてもよい。すなわち、第2混合液に、白金化合物溶液と、水とを加えて混合した後、この混合液中の触媒に対して湿式粉砕をするようにしてもよい。
First modification:
In the pre-paste manufacturing process (FIG. 6) of the second embodiment, the process of step S130 is performed after step 125, but is not limited thereto. For example, the step 130 may be performed before the step 125. That is, a platinum compound solution and water may be added to the second mixed solution and mixed, and then wet pulverization may be performed on the catalyst in the mixed solution.
第2変形例:
上記第3実施例および上記第4実施例のプレペースト製造工程(図8、図10)において、水分蒸発工程(ステップS160)の前に、第1実施例の上澄み除去工程(図3:ステップS150)と同様の工程を行うようにしてもよい。
Second modification:
In the pre-paste manufacturing process (FIGS. 8 and 10) of the third embodiment and the fourth embodiment, the supernatant removal process (FIG. 3: step S150) of the first embodiment is performed before the water evaporation process (step S160). ) May be performed.
第3変形例:
上記第1実施例および上記第2実施例のプレペースト製造工程において、静置工程(図3、図6:ステップ140)の代わりに、遠心分離装置を用いて遠心分離を行い、第1混合液中において触媒を一部分に集めるようにしてもよい。
Third modification:
In the pre-paste manufacturing process of the first embodiment and the second embodiment, instead of the stationary process (FIG. 3, FIG. 6: step 140), the centrifugal separation device is used to perform the centrifugal separation. The catalyst may be collected in a part.
10...電解質膜、20...カソード側触媒層、30...アノード側触媒層、40...ガス拡散層、50...ガス拡散層、60...セパレータ、100...燃料電池、1000、2000、3000、4000...プレペースト製造装置、1010...触媒収容部、1020...水収容部、1030...白金化合物溶液収容部、1040...攪拌部、1050...除去部、1060...蒸発部、1070...乾燥部、1080...乾式粉砕部、1090...水量調整部、2010...遠心撹拌部、2020...湿式粉砕部、2030...白金化合物溶液付加部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
触媒金属粒子が担持された担体を含む触媒と、酸性官能基を含む白金化合物の溶液と、水と、を含む第1混合液を準備する第1混合液準備工程と、
前記第1混合液準備工程で準備された前記第1混合液から水分を蒸発させて、前記触媒と、前記白金化合物に含まれる前記酸性官能基と、を少なくとも含む混合物を生成する混合物生成工程と、
前記混合物生成工程で生成された前記混合物を熱処理する熱処理工程であって、前記酸性官能基を前記触媒に定着させる作用を少なくとも有する熱処理工程と、
を備え、
前記第1混合液準備工程は、
前記触媒と前記水とを含む第2混合液を準備する第2混合液準備工程と、
前記第2混合液準備工程後、前記触媒を湿式粉砕する第1粉砕工程と、
前記第2混合液準備工程後、前記第2混合液に、前記白金化合物の溶液を加えて前記第1混合液を生成する混合液付加工程と、
を備える、
燃料電池用触媒の製造方法。 A method for producing a catalyst for a fuel cell, comprising:
A first mixed solution preparing step of preparing a first mixed solution including a catalyst including a carrier on which catalytic metal particles are supported, a solution of a platinum compound including an acidic functional group, and water;
Said water is evaporated from the first mixture preparing step wherein the first mixture is prepared by, and the catalyst, and the acidic functional groups contained in the platinum compound, and a mixture generating step of generating a mixture including at least ,
A heat treatment step of heat treating the mixture produced in the mixture production step, the heat treatment step having at least an action of fixing the acidic functional group to the catalyst;
With
The first mixed liquid preparation step includes
A second mixed solution preparing step of preparing a second mixed solution containing the catalyst and the water;
A first pulverization step of wet pulverizing the catalyst after the second mixed solution preparation step;
After the second mixture preparing step, the the second mixture, the mixture added to produce the first mixture solution was added of the platinum compound,
Comprising
A method for producing a catalyst for a fuel cell.
触媒金属粒子が担持された担体を含む触媒と、酸性官能基を含む白金化合物の溶液と、水と、を含む第1混合液を準備する第1混合液準備工程と、
前記第1混合液準備工程で準備された前記第1混合液から水分を蒸発させて、前記触媒と、前記白金化合物に含まれる前記酸性官能基と、を少なくとも含む混合物を生成する混合物生成工程と、
前記混合物生成工程で生成された前記混合物を熱処理する熱処理工程であって、前記酸性官能基を前記触媒に定着させる作用を少なくとも有する熱処理工程と、
を備え、
前記第1混合液準備工程後であって前記混合物生成工程前に、前記第1混合液中の前記触媒を前記第1混合液の一部分に集めて、前記第1混合液の上澄み液を除去する工程を備える、
燃料電池用触媒の製造方法。 A method for producing a catalyst for a fuel cell, comprising:
A first mixed solution preparing step of preparing a first mixed solution including a catalyst including a carrier on which catalytic metal particles are supported, a solution of a platinum compound including an acidic functional group, and water;
Said water is evaporated from the first mixture preparing step wherein the first mixture is prepared by, and the catalyst, and the acidic functional groups contained in the platinum compound, and a mixture generating step of generating a mixture including at least ,
A heat treatment step of heat treating the mixture produced in the mixture production step, the heat treatment step having at least an action of fixing the acidic functional group to the catalyst;
With
After the first mixed solution preparation step and before the mixture generating step, the catalyst in the first mixed solution is collected in a part of the first mixed solution, and the supernatant of the first mixed solution is removed. Comprising the steps,
A method for producing a catalyst for a fuel cell.
前記第1混合液準備工程は、
前記第2混合液準備工程後に、前記第1混合液、若しくは、前記第2混合液を遠心撹拌する遠心撹拌工程を備える、
燃料電池用触媒の製造方法。 A method for producing a fuel cell catalyst according to claim 1,
The first mixed liquid preparation step includes
After the second mixed solution preparation step, the first mixed solution, or a centrifugal stirring step of centrifugally stirring the second mixed solution,
A method for producing a catalyst for a fuel cell.
前記酸性官能基は、硝酸基、亜硝酸基、スルホン酸基、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、および、ハロゲン基のうちのいずれか1種である、
燃料電池用触媒の製造方法。 A method for producing a fuel cell catalyst according to any one of claims 1 to 3,
The acidic functional group is any one of a nitric acid group, a nitrous acid group, a sulfonic acid group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group, and a halogen group.
A method for producing a catalyst for a fuel cell.
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