JP5968737B2 - Manufacturing method of fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池の製造方法、詳しくは、液体燃料が供給される燃料電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell, and more particularly to a method for manufacturing a fuel cell to which liquid fuel is supplied.

従来、燃料電池として、アルカリ型(AFC)、固体高分子型(PEFC)、リン酸型(PAFC)、溶融炭酸塩型(MCFC)、固体電解質型(SOFC)など、各種燃料電池が知られている。これらの燃料電池は、例えば、自動車用途など、各種用途での使用が検討されている。   Conventionally, various fuel cells such as alkaline type (AFC), solid polymer type (PEFC), phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate type (MCFC), and solid electrolyte type (SOFC) are known as fuel cells. Yes. These fuel cells are being studied for use in various applications such as automobile applications.

例えば、固体高分子型燃料電池は、燃料が供給される燃料側電極(アノード触媒層)と、酸素が供給される酸素側電極(カソード触媒層)とを備えており、これらの電極は、固体高分子膜からなる電解質層を挟んで対向配置されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell includes a fuel-side electrode (anode catalyst layer) to which fuel is supplied and an oxygen-side electrode (cathode catalyst layer) to which oxygen is supplied. Oppositely arranged with an electrolyte layer made of a polymer membrane in between.

このような固体高分子型燃料電池として、具体的には、アニオン交換膜からなる電解質層と、電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極とを備え、燃料としてヒドラジン類などの液体燃料が供給され、また、燃料側電極がコバルトなどの金属の微粉末から形成される燃料電池が知られている(例えば、特許文献1参照。)。   Specifically, such a polymer electrolyte fuel cell includes an electrolyte layer made of an anion exchange membrane, and a fuel side electrode and an oxygen side electrode that are arranged to face each other with the electrolyte layer interposed therebetween, and hydrazines as a fuel There is known a fuel cell in which the liquid fuel is supplied and the fuel side electrode is formed of a fine powder of a metal such as cobalt (for example, see Patent Document 1).

また、このような燃料電池において、酸素側電極を金属単体の微粉末から形成することも知られている(例えば、特許文献2参照。)。   In such a fuel cell, it is also known that the oxygen-side electrode is formed from a fine powder of a single metal (see, for example, Patent Document 2).

そして、このような燃料電池では、燃料側電極に燃料が供給されるとともに、酸素側電極に空気が供給されることによって、燃料側電極−酸素側電極間に起電力が生じる。   In such a fuel cell, fuel is supplied to the fuel side electrode and air is supplied to the oxygen side electrode, whereby an electromotive force is generated between the fuel side electrode and the oxygen side electrode.

特開2006−244961号公報JP 2006-244961 A 特開2006−244960号公報JP 2006-244960 A

しかし、このような燃料電池の燃料側電極および/または酸素側電極に用いられる金属単体は、通常、金属前駆体(金属塩など)を還元焼成することによって得られるが、その焼成時に金属同士が凝集して比表面積が小さくなり、発電性能の低下を惹起するおそれがある。   However, the simple metal used for the fuel-side electrode and / or the oxygen-side electrode of such a fuel cell is usually obtained by reducing and firing a metal precursor (metal salt or the like). Aggregation may reduce the specific surface area, which may cause a decrease in power generation performance.

また、上記の方法では、金属塩を還元焼成する工程を必要とするため、より簡易かつ低コストで燃料電池を製造することが要求される。   In addition, since the above method requires a step of reducing and firing the metal salt, it is required to manufacture a fuel cell more simply and at low cost.

そこで、本発明の目的は、発電性能に優れる燃料電池を簡易かつ低コストで得ることができる燃料電池の製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a fuel cell, which can obtain a fuel cell excellent in power generation performance easily and at low cost.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池の製造方法は、還元により金属単体化する金属前駆体を含有する電極インクを調製するインク調製工程、電解質層に前記電極インクを塗布することにより電極を形成し、燃料電池セルを得るセル形成工程、前記燃料電池セルを複数積層し、セル積層体を得る組立工程、および、前記セル積層体に対して、前記金属前駆体を還元可能な液体燃料を供給し、前記金属前駆体を還元する還元工程を含むことを特徴としている。   In order to achieve the above object, a method for producing a fuel cell according to the present invention includes an ink preparation step of preparing an electrode ink containing a metal precursor that is converted into a simple metal by reduction, and applying the electrode ink to an electrolyte layer. A cell forming step of forming an electrode and obtaining a fuel cell, an assembly step of stacking a plurality of the fuel cells to obtain a cell laminate, and a liquid capable of reducing the metal precursor to the cell laminate It includes a reduction step of supplying fuel and reducing the metal precursor.

本発明の燃料電池の製造方法では、まず、還元により金属単体化する金属前駆体を含有する電極インクを電解質層に塗布し、電極を形成した後、このような電極を備えるセル積層体に、液体燃料が供給され、金属前駆体が還元および金属単体化される。   In the method for producing a fuel cell of the present invention, first, an electrode ink containing a metal precursor that becomes a metal simple substance by reduction is applied to an electrolyte layer, and after an electrode is formed, a cell laminate including such an electrode is used. Liquid fuel is supplied, and the metal precursor is reduced and metalized.

すなわち、このような燃料電池の製造方法では、還元焼成工程を不要として金属単体を得ることができる。   That is, in such a fuel cell manufacturing method, a simple metal can be obtained without the reduction firing step.

そのため、このようにして得られた燃料電池は、金属単体が凝集されることなく、電極内に高分散されているので、優れた発電性能を備えることができる。   Therefore, the fuel cell obtained in this way can be provided with excellent power generation performance because the single metal is highly dispersed in the electrode without being agglomerated.

さらに、本発明の燃料電池の製造方法では、液体燃料を供給することによって、セル積層体において発電させるとともに、金属前駆体を還元し、金属単体を得ることができる。   Furthermore, in the fuel cell manufacturing method of the present invention, by supplying liquid fuel, it is possible to generate power in the cell stack and reduce the metal precursor to obtain a single metal.

そのため、本発明の燃料電池の製造方法では、燃料電池の製造時に、別途、金属前駆体を還元焼成する工程などを不要とし、簡易かつ低コストで燃料電池を得ることができる。   Therefore, in the method for producing a fuel cell according to the present invention, a separate step of reducing and firing the metal precursor is not required at the time of producing the fuel cell, and the fuel cell can be obtained simply and at low cost.

図1は、本発明の燃料電池の製造方法の一実施形態により得られる燃料電池を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell obtained by an embodiment of a fuel cell manufacturing method of the present invention. 図2は、本発明の燃料電池の製造方法の一実施形態を示す工程図であって、(a)は、金属前駆体を含有する電極インクを調製する工程、(b)は、電解質層の一方側面に燃料側電極を形成するとともに、電解質層の他方側面に酸素側電極を形成し、燃料電池セルを得る工程を、それぞれ示す。FIG. 2 is a process diagram showing one embodiment of a method for producing a fuel cell of the present invention, wherein (a) is a process for preparing an electrode ink containing a metal precursor, and (b) is a process for preparing an electrolyte layer. The steps of forming a fuel side electrode on one side and forming an oxygen side electrode on the other side of the electrolyte layer to obtain a fuel cell are shown respectively. 図3は、図2に続いて、本発明の燃料電池の製造方法の一実施形態を示す工程図であって、(c)は、燃料電池セルを複数積層し、セル積層体を得る工程、(d)は、セル積層体に対して金属前駆体を還元可能な液体燃料を供給し、金属前駆体を還元することによって、金属前駆体を金属単体化する工程を、それぞれ示す。FIG. 3 is a process diagram showing an embodiment of the method for producing a fuel cell of the present invention, following FIG. 2, wherein (c) is a process of stacking a plurality of fuel cells to obtain a cell stack, (D) shows the process of supplying the liquid fuel which can reduce | restore a metal precursor with respect to a cell laminated body, and reducing a metal precursor, and making a metal precursor into a metal simple substance, respectively.

図1は、本発明の燃料電池の製造方法の一実施形態により得られる燃料電池を示す概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell obtained by an embodiment of a fuel cell manufacturing method of the present invention.

図1において、燃料電池1は、固体高分子型燃料電池であって、複数の燃料電池セルSを備えており、これらの燃料電池セルSが積層されたスタック構造(セル積層体15(後述))として形成されている。   In FIG. 1, a fuel cell 1 is a polymer electrolyte fuel cell, and includes a plurality of fuel cells S, and a stack structure in which these fuel cells S are stacked (cell stack 15 (described later)). ).

なお、図1においては、図解しやすいように1つの燃料電池セルSを取り出して示している。   In FIG. 1, one fuel cell S is taken out for easy illustration.

燃料電池セルSは、電解質層4、電解質層4の一方側面に形成される電極としての燃料側電極2、および、電解質層4の他方側面に形成される電極としての酸素側電極3を備えている。   The fuel cell S includes an electrolyte layer 4, a fuel side electrode 2 as an electrode formed on one side surface of the electrolyte layer 4, and an oxygen side electrode 3 as an electrode formed on the other side surface of the electrolyte layer 4. Yes.

電解質層4は、アニオン成分が移動可能な層であり、例えば、アニオン交換膜を用いて形成されている。   The electrolyte layer 4 is a layer in which an anion component can move, and is formed using, for example, an anion exchange membrane.

アニオン交換膜としては、アニオン成分(例えば、水酸化物イオン(OH)など)が移動可能な媒体であれば、特に限定されず、例えば、4級アンモニウム基、ピリジニウム基などのアニオン交換基を有する固体高分子膜(アニオン交換樹脂)が挙げられる。 The anion exchange membrane is not particularly limited as long as it is a medium in which an anion component (for example, hydroxide ion (OH )) can move, and for example, an anion exchange group such as a quaternary ammonium group or a pyridinium group can be used. And a solid polymer membrane (anion exchange resin).

アニオン交換膜を形成する固体高分子としては、例えば、ポリスチレンおよびその変性体などの炭化水素系の固体高分子膜などが挙げられる。   Examples of the solid polymer forming the anion exchange membrane include hydrocarbon-based solid polymer membranes such as polystyrene and modified products thereof.

また、アニオン交換膜を形成する固体高分子は、その分子構造において、架橋構造を有していてもよい。   The solid polymer forming the anion exchange membrane may have a cross-linked structure in its molecular structure.

また、アニオン交換膜は、市販品として入手可能であり、例えば、セレミオン(旭硝子社製)、ネオセプタ(アストム社製)などが挙げられる。   Moreover, an anion exchange membrane is available as a commercial item, for example, Selemion (made by Asahi Glass Co., Ltd.), Neoceptor (made by Astom Corp.), etc. are mentioned.

また、電解質層4の膜厚は、例えば、10〜100μmである。   Moreover, the film thickness of the electrolyte layer 4 is 10-100 micrometers, for example.

燃料側電極2は、例えば、触媒を担持した触媒担体などの電極材料により形成されている。また、触媒担体を用いずに、電極材料として触媒を用い、その触媒を、直接、燃料側電極2として形成してもよい。   The fuel side electrode 2 is formed of, for example, an electrode material such as a catalyst carrier carrying a catalyst. Alternatively, a catalyst may be used as the electrode material without using the catalyst carrier, and the catalyst may be formed directly as the fuel-side electrode 2.

触媒としては、特に制限されず、例えば、白金族元素(ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt))、鉄族元素(鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni))などの周期表(IUPAC Periodic Table of the Elements(version date 22 June 2007)に従う。以下同じ。)第8〜10(VIII)族元素や、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)などの周期表第11(IB)族元素などの金属単体が挙げられる。   The catalyst is not particularly limited, and examples thereof include platinum group elements (ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt)), iron group elements ( According to a periodic table such as iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)) (IUPAC Periodic Table of the Elements (version date 22 June 2007), the same applies hereinafter) Group 8 to 10 (VIII) elements, For example, simple metals such as Group 11 (IB) elements of the periodic table such as copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au) can be used.

これらは、単独使用または2種以上併用することができる。   These can be used alone or in combination of two or more.

触媒担体としては、例えば、カーボンなどの多孔質物質が挙げられる。   Examples of the catalyst carrier include porous substances such as carbon.

触媒の触媒担体に対する担持量は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。   The amount of the catalyst supported on the catalyst carrier is not particularly limited, and is appropriately set according to the purpose and application.

燃料側電極2の厚みは、例えば、10〜200μm、好ましくは、20〜100μmである。   The thickness of the fuel side electrode 2 is, for example, 10 to 200 μm, preferably 20 to 100 μm.

酸素側電極3は、例えば、上記した燃料側電極2と同様に、触媒を担持した触媒担体などの電極材料により形成されている。また、触媒担体を用いずに、電極材料として触媒を用い、その触媒を、直接、酸素側電極3として形成してもよい。   The oxygen side electrode 3 is formed of, for example, an electrode material such as a catalyst carrier carrying a catalyst, similarly to the fuel side electrode 2 described above. Alternatively, a catalyst may be used as the electrode material without using the catalyst carrier, and the catalyst may be formed directly as the oxygen side electrode 3.

また、酸素側電極3では、電極材料として、例えば、錯体形成有機化合物および/または導電性高分子とカーボンとからなる複合体(以下、この複合体を「カーボンコンポジット」という。)に、遷移金属が担持されている触媒を用いることもできる。   In the oxygen-side electrode 3, as the electrode material, for example, a complex formed of a complex-forming organic compound and / or a conductive polymer and carbon (hereinafter, this complex is referred to as “carbon composite”), a transition metal. A catalyst on which is supported can also be used.

遷移金属としては、例えば、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、ランタン(La)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、金(Au)などが挙げられる。これらのうち、好ましくは、銀、コバルトが挙げられる。また、これらは、単独使用または2種以上併用することができる。   Examples of the transition metal include scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu ), Yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), lanthanum (La) ), Hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au), and the like. Among these, Preferably, silver and cobalt are mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

錯体形成有機化合物は、金属原子に配位することによって、当該金属原子と錯体を形成する有機化合物であって、例えば、ピロール、ポルフィリン、テトラメトキシフェニルポルフィリン、ジベンゾテトラアザアヌレン、フタロシアニン、コリン、クロリンなどの錯体形成有機化合物またはこれらの重合体が挙げられる。これらのうち、好ましくは、ピロールの重合体であるポリピロールが挙げられる。また、これらは、単独使用または2種以上併用することができる。   A complex-forming organic compound is an organic compound that forms a complex with a metal atom by coordinating with the metal atom. And complex-forming organic compounds such as these or polymers thereof. Among these, Preferably, the polypyrrole which is a polymer of pyrrole is mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

導電性高分子としては、上記錯体形成有機化合物と重複する化合物もあるが、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリビニルカルバゾール、ポリトリフェニルアミン、ポリピリジン、ポリピリミジン、ポリキノキサリン、ポリフェニルキノキサリン、ポリイソチアナフテン、ポリピリジンジイル、ポリチエニレン、ポリパラフェニレン、ポリフルラン、ポリアセン、ポリフラン、ポリアズレン、ポリインドール、ポリジアミノアントラキノンなどが挙げられる。これらのうち、好ましくは、ポリピロールが挙げられる。また、これらは、単独使用または2種以上併用することができる。   As the conductive polymer, there is a compound overlapping with the above complex-forming organic compound, for example, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyvinylcarbazole, polytriphenylamine, polypyridine, polypyrimidine, polyquinoxaline, polyphenylquinoxaline, Examples include polyisothianaphthene, polypyridinediyl, polythienylene, polyparaphenylene, polyflurane, polyacene, polyfuran, polyazulene, polyindole, and polydiaminoanthraquinone. Among these, Preferably, a polypyrrole is mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

酸素側電極3の厚みは、例えば、10〜300μm、好ましくは、20〜150μmである。   The thickness of the oxygen side electrode 3 is, for example, 10 to 300 μm, preferably 20 to 150 μm.

また、この燃料電池セルSにおいては、上記した燃料側電極2および酸素側電極3のうち、少なくとも一方の電極材料として、金属単体(触媒担体に担持されていない触媒)が用いられる。   Further, in this fuel cell S, as a material of at least one of the fuel side electrode 2 and the oxygen side electrode 3 described above, a metal simple substance (a catalyst not supported on the catalyst carrier) is used.

好ましくは、燃料側電極2の電極材料として、金属単体が用いられる。   Preferably, a metal simple substance is used as the electrode material of the fuel side electrode 2.

金属単体が燃料側電極2に含有されていれば、優れた効率で燃料側電極2内に液体燃料を拡散させることができ、優れた発電性能を得ることができる。   If the metal simple substance is contained in the fuel side electrode 2, the liquid fuel can be diffused into the fuel side electrode 2 with excellent efficiency, and excellent power generation performance can be obtained.

また、好ましくは、酸素側電極3の電極材料として、カーボンコンポジットに遷移金属が担持されている触媒が用いられる。   Preferably, a catalyst in which a transition metal is supported on a carbon composite is used as the electrode material of the oxygen side electrode 3.

カーボンコンポジットに遷移金属が担持されている触媒が、酸素側電極3に含有されていれば、優れた発電性能を得ることができる。   If the catalyst in which the transition metal is supported on the carbon composite is contained in the oxygen-side electrode 3, excellent power generation performance can be obtained.

また、燃料電池セルSには、さらに、燃料供給部材5と酸素供給部材6とを備えている。   The fuel cell S further includes a fuel supply member 5 and an oxygen supply member 6.

燃料供給部材5は、ガス不透過性の導電性部材からなり、その一方の面が、燃料側電極2における電解質層4と接触している表面とは反対側の表面に、対向接触されている。そして、この燃料供給部材5には、燃料側電極2の全体に燃料を接触させるための燃料側流路7が、一方の面から凹む葛折状の溝として形成されている。なお、この燃料側流路7は、その上流側端部および下流側端部に、燃料供給部材5を貫通する供給口8および排出口9がそれぞれ連続して形成されている。   The fuel supply member 5 is made of a gas impermeable conductive member, and one surface thereof is opposed to the surface of the fuel side electrode 2 opposite to the surface in contact with the electrolyte layer 4. . The fuel supply member 5 is formed with a fuel-side flow path 7 for bringing fuel into contact with the entire fuel-side electrode 2 as a distorted groove recessed from one surface. The fuel-side flow path 7 has a supply port 8 and a discharge port 9 that pass through the fuel supply member 5 formed continuously at the upstream end and the downstream end, respectively.

また、酸素供給部材6も、燃料供給部材5と同様に、ガス不透過性の導電性部材からなり、その一方の面が、酸素側電極3における電解質層4と接触している表面とは反対側の表面に、対向接触されている。そして、この酸素供給部材6にも、酸素側電極3の全体に酸素(空気)を接触させるための酸素側流路10が、一方の面から凹む葛折状の溝として形成されている。なお、この酸素側流路10にも、その上流側端部および下流側端部に、酸素供給部材6を貫通する供給口11および排出口12がそれぞれ連続して形成されている。   Similarly to the fuel supply member 5, the oxygen supply member 6 is made of a gas impermeable conductive member, and one surface thereof is opposite to the surface in contact with the electrolyte layer 4 in the oxygen side electrode 3. Opposite contact is made with the side surface. The oxygen supply member 6 is also formed with an oxygen-side flow channel 10 for contacting oxygen (air) with the entire oxygen-side electrode 3 as a distorted groove recessed from one surface. The oxygen-side flow path 10 also has a supply port 11 and a discharge port 12 that pass through the oxygen supply member 6 continuously formed at the upstream end portion and the downstream end portion thereof.

そして、この燃料電池1は、上述したように、燃料電池セルSが、複数積層されるスタック構造として形成されている。そのため、燃料供給部材5および酸素供給部材6は、図示されていないが、両面に燃料側流路7および酸素側流路10が形成されるセパレータとして構成(兼用)される。   The fuel cell 1 is formed as a stack structure in which a plurality of fuel cells S are stacked as described above. Therefore, although not shown, the fuel supply member 5 and the oxygen supply member 6 are configured (also used) as separators in which the fuel side flow path 7 and the oxygen side flow path 10 are formed on both surfaces.

なお、図1には表われていないが、燃料電池1には、導電性材料によって形成される集電板が備えられており、燃料電池1で発生した起電力は、集電板に備えられた端子から外部に取り出される。   Although not shown in FIG. 1, the fuel cell 1 is provided with a current collector plate formed of a conductive material, and the electromotive force generated in the fuel cell 1 is provided in the current collector plate. It is taken out from the terminal.

また、試験的(モデル的)には、燃料供給部材5と酸素供給部材6とを、外部回路13によって接続し、その外部回路13に電圧計14を介在させることにより、燃料電池1で発生する電圧を計測することもできる。   Further, on a test (model) basis, the fuel supply member 5 and the oxygen supply member 6 are connected by an external circuit 13, and a voltmeter 14 is interposed in the external circuit 13, thereby generating the fuel cell 1. The voltage can also be measured.

図2は、本発明の燃料電池の製造方法の一実施形態を示す工程図、図3は、図2に続いて、本発明の燃料電池の製造方法の一実施形態を示す工程図である。   FIG. 2 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a fuel cell of the present invention, and FIG. 3 is a process diagram showing an embodiment of a method for producing a fuel cell of the present invention following FIG.

以下において、このような燃料電池1を製造するための燃料電池1の製造方法について、図2および図3を参照して詳述する。   Below, the manufacturing method of the fuel cell 1 for manufacturing such a fuel cell 1 is explained in full detail with reference to FIG. 2 and FIG.

この方法では、まず、図2(a)に示すように、還元により金属単体化する金属前駆体を含有する電極インクを調製する(インク調製工程)。   In this method, first, as shown in FIG. 2A, an electrode ink containing a metal precursor that is converted into a simple metal by reduction is prepared (ink preparation step).

より具体的には、まず、燃料側電極2の形成に用いられる燃料側電極インクを調製する。   More specifically, first, a fuel side electrode ink used for forming the fuel side electrode 2 is prepared.

燃料側電極インクの調製では、例えば、還元により金属単体化する金属前駆体と、溶媒とを、混合および撹拌する。   In the preparation of the fuel side electrode ink, for example, a metal precursor that becomes a metal simple substance by reduction and a solvent are mixed and stirred.

還元により金属単体化する金属前駆体は、還元されることによって上記した金属単体になる化合物であって、例えば、上記した金属単体の、硝酸塩、水酸化物、酢酸塩などが挙げられ、好ましくは、金属単体の硝酸塩が挙げられる。   The metal precursor that is converted into a simple metal by reduction is a compound that becomes a simple metal as described above by reduction, and examples thereof include nitrates, hydroxides, acetates, and the like of the simple metal described above, preferably And nitrates of simple metals.

これら金属前駆体は、単独使用または2種類以上併用することができる。   These metal precursors can be used alone or in combination of two or more.

溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノールなどの低級アルコール類、例えば、テトラヒドロフランなどのエーテル類、水など、公知の溶媒が挙げられる。これら溶媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。   Examples of the solvent include known solvents such as lower alcohols such as methanol, ethanol and 1-propanol, ethers such as tetrahydrofuran, and water. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

これら各成分の混合割合は、金属前駆体100質量部に対して、溶媒が、例えば、50質量部以上、好ましくは、180質量部以上であり、例えば、300質量部以下、好ましくは、190質量部以下である。   The mixing ratio of these components is, for example, 50 parts by mass or more, preferably 180 parts by mass or more, for example, 300 parts by mass or less, preferably 190 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the metal precursor. Or less.

混合方法としては、公知の混合方法が採用される。また、混合温度は、例えば、10〜30℃、混合時間は、例えば、1〜60分間である。   A known mixing method is employed as the mixing method. The mixing temperature is, for example, 10 to 30 ° C., and the mixing time is, for example, 1 to 60 minutes.

これにより、燃料側電極インクを調製することができる。   Thereby, fuel side electrode ink can be prepared.

また、燃料側電極インクには、さらに、例えば、電極材料を高分散させ、さらに、イオン伝導性および接着性を向上させるためのイオノマー、撥水性を付与するための樹脂成分(例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)など)などの公知の添加剤を添加することができる。なお、添加剤の配合割合は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。   In addition, the fuel-side electrode ink further includes, for example, an ionomer for highly dispersing the electrode material and further improving ion conductivity and adhesion, and a resin component for imparting water repellency (for example, polytetrafluoro Known additives such as ethylene (PTFE) and the like can be added. In addition, the mixture ratio of an additive is not restrict | limited in particular, According to the objective and a use, it sets suitably.

また、このインク調製工程では、燃料側電極インクとは別途、酸素側電極3の形成に用いられる酸素側電極インクを調製する。   In this ink preparation step, oxygen-side electrode ink used for forming the oxygen-side electrode 3 is prepared separately from the fuel-side electrode ink.

酸素側電極インクの調製では、電極材料と溶媒とを、混合および撹拌する。   In the preparation of the oxygen side electrode ink, the electrode material and the solvent are mixed and stirred.

これら各成分の混合割合は、電極材料100質量部に対して、溶媒が、例えば、1000質量部以上、好ましくは、1600質量部以上であり、例えば、2500質量部以下、好ましくは、1700質量部以下である。   The mixing ratio of these components is, for example, 1000 parts by mass or more, preferably 1600 parts by mass or more, for example, 2500 parts by mass or less, preferably 1700 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the electrode material. It is as follows.

また、混合方法としては、公知の混合方法が採用される。また、混合温度は、例えば、10〜30℃、混合時間は、例えば、1〜60分間である。   Moreover, a well-known mixing method is employ | adopted as a mixing method. The mixing temperature is, for example, 10 to 30 ° C., and the mixing time is, for example, 1 to 60 minutes.

これにより、酸素側電極インクを調製することができる。   Thereby, oxygen side electrode ink can be prepared.

また、燃料側電極インクと同様に、酸素側電極インクには、さらに、例えば、イオノマー、撥水性付与樹脂(例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)など)などの公知の添加剤を、適宜の割合で添加することができる。   Similarly to the fuel-side electrode ink, the oxygen-side electrode ink is further added with a known additive such as an ionomer or a water repellency imparting resin (for example, polytetrafluoroethylene (PTFE)) in an appropriate ratio. Can be added.

次いで、この方法では、図2(b)に示すように、電解質層4の一方側面に燃料側電極2を形成するとともに、電解質層4の他方側面に酸素側電極3を形成し、燃料電池セルSを得る(セル形成工程)。   Next, in this method, as shown in FIG. 2B, the fuel side electrode 2 is formed on one side surface of the electrolyte layer 4, and the oxygen side electrode 3 is formed on the other side surface of the electrolyte layer 4. S is obtained (cell formation step).

電解質層4の一方側面に燃料側電極2を形成するには、まず、上記により得られた燃料側電極インクを、電解質層4の一方の表面を覆うように、例えば、常温および常圧において、塗布する。   In order to form the fuel side electrode 2 on one side surface of the electrolyte layer 4, first, the fuel side electrode ink obtained as described above is formed so as to cover one surface of the electrolyte layer 4, for example, at room temperature and normal pressure. Apply.

燃料側電極インクの塗布方法としては、例えば、スプレー法、ダイコーター法、インクジェット法など公知の塗布方法が挙げられ、好ましくは、スプレー法が挙げられる。   Examples of the application method of the fuel side electrode ink include known application methods such as a spray method, a die coater method, and an ink jet method, and preferably a spray method.

その後、塗布した燃料側電極インクを、例えば、10〜40℃で乾燥する。   Thereafter, the applied fuel-side electrode ink is dried at 10 to 40 ° C., for example.

これによって、電解質層4の一方の表面に、金属前駆体を含む燃料側電極2を形成することができる。   Thereby, the fuel side electrode 2 containing a metal precursor can be formed on one surface of the electrolyte layer 4.

燃料側電極2の厚みは、上記したように、例えば、10〜200μm、好ましくは、20〜100μmである。   As described above, the thickness of the fuel side electrode 2 is, for example, 10 to 200 μm, preferably 20 to 100 μm.

また、電極材料(金属単体換算)の担持量は、例えば、0.01mg/cm以上10mg/cm以下である。 Moreover, the loading amount of electrode material (metal simple substance conversion) is 0.01 mg / cm 2 or more and 10 mg / cm 2 or less.

電解質層4の他方側面に酸素側電極3を形成するには、上記と同様の方法によって、酸素側電極インクを、電解質層4の他方(燃料側電極2が定着された一方に対する他方)の表面に塗布および乾燥させる。   In order to form the oxygen side electrode 3 on the other side surface of the electrolyte layer 4, the oxygen side electrode ink is applied to the other surface of the electrolyte layer 4 (the other side of the one on which the fuel side electrode 2 is fixed) by the same method as described above. Apply and dry.

これにより、電解質層4の他方の表面に、酸素側電極3を形成することができる。   Thereby, the oxygen-side electrode 3 can be formed on the other surface of the electrolyte layer 4.

酸素側電極3の厚みは、上記したように、例えば、10〜300μm、好ましくは、20〜150μmである。   As described above, the oxygen side electrode 3 has a thickness of, for example, 10 to 300 μm, preferably 20 to 150 μm.

また、電極材料の担持量は、例えば、0.09mg/cm以上、好ましくは、0.18mg/cm以上であり、例えば、18mg/cm以下、好ましくは、9mg/cm以下である。 The amount of the electrode material supported is, for example, 0.09 mg / cm 2 or more, preferably 0.18 mg / cm 2 or more, for example, 18 mg / cm 2 or less, preferably 9 mg / cm 2 or less. .

そして、このように燃料側電極2および酸素側電極3を形成することにより、膜−電極接合体として、燃料電池セルSを得ることができる。   And by forming the fuel side electrode 2 and the oxygen side electrode 3 in this way, the fuel cell S can be obtained as a membrane-electrode assembly.

次いで、この方法では、図3(c)に示されるように、上記により得られた燃料電池セルSを複数積層し、セル積層体15を得る(組立工程)。   Next, in this method, as shown in FIG. 3C, a plurality of the fuel cells S obtained as described above are stacked to obtain a cell stack 15 (assembly process).

すなわち、この工程では、まず、上記の燃料電池セルSを複数(例えば、2〜500枚)用意する。そして、各燃料電池セルSの間に、燃料供給部材5および酸素供給部材6を兼ねるセパレータ5、6を介在させるように、複数の燃料電池セルSを順次積層する。これにより、セル積層体15(図1参照)を得る。   That is, in this step, first, a plurality (for example, 2 to 500) of the fuel cells S are prepared. Then, a plurality of fuel cells S are sequentially stacked so that the separators 5 and 6 that also serve as the fuel supply member 5 and the oxygen supply member 6 are interposed between the fuel cells S. Thereby, the cell stack 15 (see FIG. 1) is obtained.

なお、図示しないが、セル積層体15においては、燃料電池セルSおよびセパレータ5、6とともに、公知のガス拡散層などを積層することができ、また、必要に応じて、ガスケットなどを設けることもできる。   Although not shown, in the cell laminate 15, a known gas diffusion layer or the like can be laminated together with the fuel cell S and the separators 5 and 6, and a gasket or the like can be provided as necessary. it can.

次いで、この方法では、図3(d)に示されるように、セル積層体15に対して金属前駆体を還元可能な液体燃料を供給し、金属前駆体を還元することによって、燃料側電極2内の金属前駆体を金属単体化する(還元工程)。   Next, in this method, as shown in FIG. 3 (d), the fuel side electrode 2 is supplied by supplying a liquid fuel capable of reducing the metal precursor to the cell stack 15 and reducing the metal precursor. The metal precursor is made into a single metal (reduction process).

すなわち、詳しくは後述するが、液体燃料(後述)は、金属前駆体を還元可能に調製されている。そして、そのような液体燃料(後述)が、適宜の流速でセル積層体15の燃料側電極2に供給されることによって、金属前駆体が還元され、金属単体化する。これにより、金属単体が燃料側電極2に高分散された燃料電池1を得ることができる。   That is, as will be described in detail later, the liquid fuel (described later) is prepared so that the metal precursor can be reduced. Then, such a liquid fuel (described later) is supplied to the fuel-side electrode 2 of the cell stack 15 at an appropriate flow rate, whereby the metal precursor is reduced to form a single metal. Thereby, the fuel cell 1 in which the metal simple substance is highly dispersed in the fuel side electrode 2 can be obtained.

そして、燃料側電極2に供給された液体燃料(後述)が、後述するように反応し、セル積層体15において電力を生じさせる。   Then, the liquid fuel (described later) supplied to the fuel side electrode 2 reacts as described later, and generates electric power in the cell stack 15.

次に、燃料電池1の発電について説明する。   Next, power generation by the fuel cell 1 will be described.

燃料電池1では、酸素側流路10に空気が供給されるとともに、燃料側流路7に、燃料化合物を含む液体燃料(以下、単に「燃料」と称する場合がある。)が供給されることによって、発電が行なわれる。   In the fuel cell 1, air is supplied to the oxygen-side flow path 10, and liquid fuel containing a fuel compound (hereinafter sometimes simply referred to as “fuel”) is supplied to the fuel-side flow path 7. As a result, power is generated.

この燃料電池1において、燃料側流路7に供給される液体燃料は、上記した金属前駆体を還元可能に調製される。   In this fuel cell 1, the liquid fuel supplied to the fuel side flow path 7 is prepared so that the metal precursor can be reduced.

そのような液体燃料としては、例えば、ヒドラジン類を含む液体燃料などが挙げられ、具体的には、例えば、無水ヒドラジン(NHNH)、水加ヒドラジン(NHNH・HO)などのヒドラジンの水溶液、例えば、トリアザン(NHNHNH)、テトラザン(NHNHNHNH)などのヒドラジン類の水溶液が挙げられる。 Examples of such a liquid fuel include a liquid fuel containing hydrazines. Specifically, for example, anhydrous hydrazine (NH 2 NH 2 ), hydrated hydrazine (NH 2 NH 2 .H 2 O), and the like. An aqueous solution of hydrazines such as triazane (NH 2 NHNH 2 ), tetrazane (NH 2 NHNHNH 2 ), and the like.

また、液体燃料には、添加剤として、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物などが添加することができる。添加剤の添加量は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。   Further, for example, alkali metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide can be added to the liquid fuel as additives. The addition amount of the additive is not particularly limited, and is appropriately set according to the purpose and application.

また、燃料は、上述した燃料化合物をそのまま供給してもよいし、例えば、水および/またはアルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの低級アルコール)などの溶液として供給してもよい。この場合、溶液中の燃料化合物の濃度は、燃料化合物の種類によっても異なるが、例えば、1〜90質量%、好ましくは、1〜30質量%である。   The fuel compound may be supplied as it is, or may be supplied as a solution of water and / or alcohol (for example, lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol). In this case, the concentration of the fuel compound in the solution varies depending on the type of the fuel compound, but is, for example, 1 to 90% by mass, preferably 1 to 30% by mass.

そして、燃料電池1における発電を、より具体的に説明すると、酸素供給部材6の酸素側流路10に酸素(空気)を供給しつつ、燃料供給部材5の燃料側流路7に上記した燃料を供給すれば、酸素側電極3においては、次に述べるように、燃料側電極2で発生し、外部回路13を介して移動する電子(e)と、水(HO)と、酸素(O)とが反応して、水酸化物イオン(OH)を生成する。生成した水酸化物イオン(OH)は、アニオン交換膜からなる電解質層4を、酸素側電極3から燃料側電極2へ移動する。そして、燃料側電極2においては、電解質層4を通過した水酸化物イオン(OH)と、燃料とが反応して、電子(e)が生成する。生成した電子(e)は、燃料供給部材5から外部回路13を介して酸素供給部材6に移動され、酸素側電極3へ供給される。このような燃料側電極2および酸素側電極3における電気化学的反応によって、起電力が生じ、発電が行われる。 The power generation in the fuel cell 1 will be described more specifically. While supplying oxygen (air) to the oxygen side channel 10 of the oxygen supply member 6, the fuel described above is supplied to the fuel side channel 7 of the fuel supply member 5. In the oxygen side electrode 3, electrons (e ), water (H 2 O), oxygen, which are generated in the fuel side electrode 2 and move via the external circuit 13, as described below, are supplied. Reaction with (O 2 ) produces hydroxide ions (OH ). The generated hydroxide ions (OH ) move from the oxygen side electrode 3 to the fuel side electrode 2 through the electrolyte layer 4 made of an anion exchange membrane. In the fuel-side electrode 2, the hydroxide ions (OH ) that have passed through the electrolyte layer 4 react with the fuel to generate electrons (e ). The generated electrons (e ) are moved from the fuel supply member 5 to the oxygen supply member 6 via the external circuit 13 and supplied to the oxygen side electrode 3. An electromotive force is generated by such an electrochemical reaction in the fuel side electrode 2 and the oxygen side electrode 3, and power generation is performed.

例えば、燃料としてヒドラジン(NHNH)を用いた場合には、上記反応は、燃料側電極2、酸素側電極3および全体として、次の反応式(1)〜(3)で表すことができる。
(1) NHNH+4OH→4HO+N+4e (燃料側電極)
(2) O+2HO+4e→4OH (酸素側電極)
(3) NHNH+O→2HO+N (全体)
なお、この燃料電池1の運転条件は、特に限定されないが、例えば、燃料側電極2側の加圧が100kPa以下、好ましくは、50kPa以下であり、酸素側電極3側の加圧が100kPa以下、好ましくは、50kPa以下であり、燃料電池セルSの温度が30〜100℃、好ましくは、60〜90℃として設定される。
For example, when hydrazine (NH 2 NH 2 ) is used as the fuel, the above reaction can be expressed by the following reaction formulas (1) to (3) as the fuel side electrode 2, the oxygen side electrode 3 and the whole. it can.
(1) NH 2 NH 2 + 4OH → 4H 2 O + N 2 + 4e (fuel side electrode)
(2) O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH (oxygen side electrode)
(3) NH 2 NH 2 + O 2 → 2H 2 O + N 2 (whole)
The operating conditions of the fuel cell 1 are not particularly limited. For example, the pressure on the fuel side electrode 2 side is 100 kPa or less, preferably 50 kPa or less, and the pressure on the oxygen side electrode 3 side is 100 kPa or less. Preferably, it is 50 kPa or less, and the temperature of the fuel cell S is set to 30 to 100 ° C., preferably 60 to 90 ° C.

そして、上記した燃料電池1では、液体燃料が供給されることによって金属前駆体が還元され、得られる金属単体が、燃料側電極2に高分散されている。そのため、上記した燃料電池1によれば、優れた発電性能を得ることができる。   In the fuel cell 1 described above, the metal precursor is reduced by supplying the liquid fuel, and the obtained metal simple substance is highly dispersed in the fuel side electrode 2. Therefore, according to the fuel cell 1 described above, excellent power generation performance can be obtained.

具体的には、従来の燃料電池1の製造方法では、電極材料として用いられる金属単体は、通常、金属前駆体(金属塩など)を還元焼成することによって得られるが、その焼成時に金属同士が凝集して比表面積が小さくなり、発電性能の低下を惹起するおそれがある。   Specifically, in the conventional manufacturing method of the fuel cell 1, a simple metal used as an electrode material is usually obtained by reducing and firing a metal precursor (metal salt or the like). Aggregation may reduce the specific surface area, which may cause a decrease in power generation performance.

なお、凝集した金属単体の平均粒子径(測定方法:走査型電子顕微鏡)は、例えば、200nm以上であり、比表面積(測定方法:BET法)は、例えば、10m/g以下である。 In addition, the average particle diameter (measurement method: scanning electron microscope) of the aggregated metal simple substance is, for example, 200 nm or more, and the specific surface area (measurement method: BET method) is, for example, 10 m 2 / g or less.

一方、上記した燃料電池1の製造方法では、まず、還元により金属単体化する金属前駆体を含有する電極インクを電解質層4に塗布し、燃料側電極2を形成した後、このような燃料側電極2を備えるセル積層体15に、液体燃料が供給され、金属前駆体が還元および金属単体化される。   On the other hand, in the manufacturing method of the fuel cell 1 described above, first, an electrode ink containing a metal precursor that becomes a metal simple substance by reduction is applied to the electrolyte layer 4 to form the fuel side electrode 2, and then such a fuel side A liquid fuel is supplied to the cell stack 15 including the electrode 2, and the metal precursor is reduced and made into a metal simple substance.

すなわち、このような燃料電池1の製造方法では、還元焼成工程を不要として金属単体を得ることができる。   That is, in such a manufacturing method of the fuel cell 1, a simple metal can be obtained without the reduction firing step.

そのため、このようにして得られた燃料電池1は、金属単体が凝集されることなく、燃料側電極2内に高分散されているので、優れた発電性能を備えることができる。   Therefore, since the fuel cell 1 obtained in this way is highly dispersed in the fuel-side electrode 2 without agglomeration of single metals, it can have excellent power generation performance.

具体的には、上記の方法により得られる金属単体の平均粒子径(1次粒子径、測定方法:走査型電子顕微鏡)は、例えば、10nm以上、好ましくは、20nm以上であり、例えば、50nm以下、好ましくは、40nm以下である。   Specifically, the average particle size (primary particle size, measurement method: scanning electron microscope) of a single metal obtained by the above method is, for example, 10 nm or more, preferably 20 nm or more, for example, 50 nm or less. Preferably, it is 40 nm or less.

また、金属単体の比表面積(測定方法:BET法)は、例えば、100m/g以上、好ましくは、200m/g以上であり、例えば、400m/g以下、好ましくは、300m/g以下である。 The specific surface area (measuring method: BET method) of the single metal is, for example, 100 m 2 / g or more, preferably 200 m 2 / g or more, for example, 400 m 2 / g or less, preferably 300 m 2 / g. It is as follows.

さらに、上記した燃料電池1の製造方法では、液体燃料を供給することによって、セル積層体15において発電させるとともに、金属前駆体を還元し、金属単体を得ることができる。   Furthermore, in the manufacturing method of the fuel cell 1 described above, by supplying liquid fuel, it is possible to generate power in the cell stack 15 and reduce the metal precursor to obtain a single metal.

そのため、上記した燃料電池1の製造方法では、燃料電池1の製造時に、別途、金属前駆体を還元焼成する工程などを不要とし、簡易かつ低コストで燃料電池1を得ることができる。   Therefore, in the manufacturing method of the fuel cell 1 described above, when the fuel cell 1 is manufactured, a separate step of reducing and firing the metal precursor is unnecessary, and the fuel cell 1 can be obtained simply and at low cost.

以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することが可能である。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention can be implemented in other forms.

例えば、上記した実施形態では、燃料側電極2の電極材料として金属単体を用い、燃料側電極インクに金属前駆体を配合しているが、例えば、酸素側電極3の電極材料として金属単体を用い、酸素側電極インクに金属前駆体を配合することもできる。また、燃料側電極2および酸素側電極3の両方において、電極材料として金属単体を用い、燃料側電極インクおよび酸素側電極インクの両方に金属前駆体を配合することもできる。   For example, in the above-described embodiment, a single metal is used as the electrode material of the fuel side electrode 2 and a metal precursor is blended in the fuel side electrode ink. For example, a single metal is used as the electrode material of the oxygen side electrode 3. A metal precursor can also be blended in the oxygen side electrode ink. Moreover, in both the fuel side electrode 2 and the oxygen side electrode 3, a metal simple substance can be used as an electrode material, and a metal precursor can be blended in both the fuel side electrode ink and the oxygen side electrode ink.

このような場合には、セル形成工程の後、酸素側電極3内に金属前駆体が含まれるが、その金属前駆体は、クロスオーバー現象により酸素側電極3側に漏出する液体燃料によって還元され、金属単体化される。   In such a case, a metal precursor is contained in the oxygen-side electrode 3 after the cell formation step, but the metal precursor is reduced by the liquid fuel leaking to the oxygen-side electrode 3 side due to the crossover phenomenon. , It becomes a single metal.

すなわち、燃料電池1による発電においては、上記したように、燃料側電極2に液体燃料が供給されるが、その供給された液体燃料の一部が、燃料側電極2において反応することなく、電解質層4を浸透圧により透過し、酸素側電極3に漏出する場合がある(クロスオーバー現象)。   That is, in the power generation by the fuel cell 1, as described above, the liquid fuel is supplied to the fuel side electrode 2, but a part of the supplied liquid fuel does not react at the fuel side electrode 2, and the electrolyte The layer 4 may permeate through the osmotic pressure and leak to the oxygen side electrode 3 (crossover phenomenon).

そして、このクロスオーバー現象により漏出される液体燃料によって、酸素側電極3内に含まれる金属前駆体を還元することができる。   And the metal precursor contained in the oxygen side electrode 3 can be reduced by the liquid fuel leaked by this crossover phenomenon.

また、例えば、上述の実施形態では、固体高分子型燃料電池を例示して本発明を説明したが、本発明は、例えば、電解質層4としてKOH水溶液やNaOH水溶液などを用いるアルカリ型、例えば、溶融炭酸塩型、固体電解質型など、各種燃料電池にも適用することができる。   Further, for example, in the above-described embodiment, the present invention has been described by exemplifying a solid polymer fuel cell. However, the present invention is, for example, an alkaline type using, for example, an aqueous KOH solution or an aqueous NaOH solution as the electrolyte layer 4, The present invention can also be applied to various fuel cells such as a molten carbonate type and a solid electrolyte type.

そして、このような燃料電池1の用途としては、例えば、自動車、船舶、航空機などにおける駆動用モータの電源、携帯電話機などの通信端末における電源などが挙げられる。   Examples of the use of the fuel cell 1 include a power source for a driving motor in an automobile, a ship, and an aircraft, and a power source in a communication terminal such as a mobile phone.

次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited by the following Example.

実施例1
<燃料側電極インクの調製>
電子天秤にて、硝酸ニッケル・6水和物(Ni(NO2・6HO、金属前駆体)14.86g(ニッケル換算で3.0g)、溶媒28.0g(テトラヒドロフラン14.0gおよび1−プロパノール14.0gの混合溶媒)、および、イオノマー(品番A3、トクヤマ社製)16.632gを秤量し、混合した。
Example 1
<Preparation of fuel side electrode ink>
In an electronic balance, nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O, metal precursor) 14.86 g (3.0 g in terms of nickel), solvent 28.0 g (tetrahydrofuran 14.0 g and 1-propanol 14.0 g mixed solvent) and ionomer (Product No. A3, manufactured by Tokuyama Corporation) 16.632 g were weighed and mixed.

次いで、得られた混合液を、ホモジナイザー(タイテック製、VP−050)を出力約35%で稼動させることにより、約10分間攪拌し、分散液(スラリー)として、燃料側電極インクを得た(図2(a)参照)。
<酸素側電極インクの調製>
電子天秤にて、金属錯体触媒(化合物名コバルトポリピロールカーボン、品番D8L001、北興化学工業社製)2.166g、溶媒36.0g(テトラヒドロフラン18.0gおよび1−プロパノール18.0gの混合溶媒)、イオノマー(品番A3、トクヤマ社製)36.207g、および、ポリテトラフルオロエチレン(品番D−210C、ダイキン工業社製)0.15gを秤量し、混合した。
Next, the obtained mixed liquid was stirred for about 10 minutes by operating a homogenizer (manufactured by Taitec Corp., VP-050) at an output of about 35% to obtain a fuel-side electrode ink as a dispersion (slurry) ( (See FIG. 2 (a)).
<Preparation of oxygen side electrode ink>
In an electronic balance, 2.166 g of a metal complex catalyst (compound name: cobalt polypyrrole carbon, product number D8L001, manufactured by Hokuko Chemical Co., Ltd.), 36.0 g of solvent (a mixed solvent of 18.0 g of tetrahydrofuran and 18.0 g of 1-propanol), ionomer 36.207 g (product number A3, manufactured by Tokuyama Corporation) and 0.15 g of polytetrafluoroethylene (product number D-210C, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) were weighed and mixed.

次いで、得られた混合液を、ホモジナイザー(タイテック製、VP−050)を出力約40%で稼動させることにより、約3分間攪拌し、分散液(スラリー)として、酸素側電極インクを得た(図2(a)参照)。
<燃料電池セルの作製>
ハンドスプレーガンを用いて、電解質層(トクヤマ社製)の一方側面に燃料側電極インクを吹き付け、また、他方側面に酸素側電極インクを吹き付け、乾燥後(溶媒揮発後)の触媒担持量が、燃料側電極で12.38mg/cm(金属前駆体)、酸素側電極で1.0mg/cm(金属錯体触媒)となるよう均一に塗布した。
Subsequently, the obtained liquid mixture was stirred for about 3 minutes by operating a homogenizer (manufactured by Taitec Corp., VP-050) at an output of about 40% to obtain an oxygen-side electrode ink as a dispersion (slurry) ( (See FIG. 2 (a)).
<Fabrication of fuel cell>
Using a hand spray gun, the fuel-side electrode ink was sprayed on one side of the electrolyte layer (manufactured by Tokuyama), and the oxygen-side electrode ink was sprayed on the other side, and the amount of catalyst supported after drying (after solvent volatilization) 12.38mg / cm 2 (metal precursors) in the fuel side electrode, an oxygen side electrode was uniformly applied so as to be 1.0 mg / cm 2 (metal complex catalyst).

その後、25℃において30分間乾燥させることにより、電解質層の一方側面に酸素側電極を、他方側面に燃料側電極をそれぞれ形成した(図2(b)参照)。
<組み立て>
60枚の燃料電池セルを、燃料供給部材および酸素供給部材を介して積層し、セル積層体を形成した(図3(c)参照)。
<粒子除去>
セル積層体の燃料側電極側へ、液体燃料(20%水加ヒドラジン+1MKOH)を、単位セルあたり0.1L/minの流速で約3時間供給した。一方、酸素側電極側へは透過燃料排出の為、窒素等の不活性ガスを単位セルあたり約5L/minの流速で約3時間供給した。
Then, it was made to dry at 25 degreeC for 30 minutes, and the oxygen side electrode was formed in the one side surface of the electrolyte layer, respectively, and the fuel side electrode was formed in the other side surface (refer FIG.2 (b)).
<Assembly>
Sixty fuel cells were stacked through a fuel supply member and an oxygen supply member to form a cell stack (see FIG. 3C).
<Particle removal>
Liquid fuel (20% hydrazine hydrate + 1MKOH) was supplied to the fuel electrode side of the cell stack for about 3 hours at a flow rate of 0.1 L / min per unit cell. On the other hand, an inert gas such as nitrogen was supplied to the oxygen side electrode side for about 3 hours at a flow rate of about 5 L / min per unit cell in order to discharge permeated fuel.

これにより、燃料側電極内の硝酸ニッケル(金属前駆体)を還元し、金属単体化させ、燃料電池を得た。   As a result, nickel nitrate (metal precursor) in the fuel side electrode was reduced to form a single metal to obtain a fuel cell.

得られた燃料電池の燃料側電極を、SEM(走査電子顕微鏡)により観察したところ、燃料側電極内にニッケルの金属単体が確認された。   When the fuel side electrode of the obtained fuel cell was observed by SEM (scanning electron microscope), nickel single metal was confirmed in the fuel side electrode.

また、燃料側電極内の金属単体の平均粒子径(測定方法:走査型電子顕微鏡)は、30nmであり、比表面積(測定方法:BET法)は、100m/gであった。 Moreover, the average particle diameter (measuring method: scanning electron microscope) of the metal simple substance in a fuel side electrode was 30 nm, and the specific surface area (measuring method: BET method) was 100 m < 2 > / g.

1 燃料電池
2 燃料側電極
3 酸素側電極
4 電解質層
15 セル積層体
S 燃料電池セル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Fuel side electrode 3 Oxygen side electrode 4 Electrolyte layer 15 Cell laminated body S Fuel cell

Claims (1)

還元により金属単体化する金属前駆体を含有する電極インクを調製するインク調製工程、
電解質層に前記電極インクを塗布することにより電極を形成し、燃料電池セルを得るセル形成工程、
前記燃料電池セルを複数積層し、セル積層体を得る組立工程、および、
前記セル積層体に対して、前記金属前駆体を還元可能な液体燃料を供給し、前記金属前駆体を還元する還元工程
を含むことを特徴とする、燃料電池の製造方法。
An ink preparation step for preparing an electrode ink containing a metal precursor that is converted into a metal by reduction;
A cell forming step of forming an electrode by applying the electrode ink to the electrolyte layer to obtain a fuel cell;
An assembly step of stacking a plurality of the fuel cells to obtain a cell stack, and
A method for producing a fuel cell, comprising: a reduction step of supplying a liquid fuel capable of reducing the metal precursor to the cell stack and reducing the metal precursor.
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