JP6900893B2 - 燃料電池用電極の製造方法 - Google Patents
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Description
導電性の担体に触媒を担持させた触媒担体と、温度80℃及び相対湿度50%の環境下において2.2×10−14mol/(m・s・Pa)未満の酸素透過性を有する低酸素透過性の第1電解質樹脂とを溶媒に分散させた第1触媒インクを調製する工程と、
前記第1触媒インクに、温度80℃及び相対湿度50%の環境下において2.2×10−14mol/(m・s・Pa)以上の酸素透過性を有する高酸素透過性の第2電解質樹脂を分散させた第2触媒インクを調製する工程と、
前記第2触媒インクを電極用基材に塗布し乾燥させる工程と、
を備え、
前記触媒担体における前記第1電解質樹脂及び前記第2電解質樹脂の被覆割合に相当するアイオノマー被覆率(%)を取得し、下記式(1)により得られる値が2〜20(%)になるように、前記第1電解質樹脂及び前記第2電解質樹脂の量を調節する、燃料電池用電極の製造方法。
本実施形態の燃料電池用電極の製造方法は、導電性の担体に触媒を担持させた触媒担体と、温度80℃及び相対湿度50%の環境下において2.2×10−14mol/(m・s・Pa)未満の酸素透過性を有する低酸素透過性の第1電解質樹脂とを溶媒に分散させた第1触媒インクを調製する工程と、その第1触媒インクに、温度80℃及び相対湿度50%の環境下において2.2×10−14mol/(m・s・Pa)以上の酸素透過性を有する高酸素透過性の第2電解質樹脂を分散させた第2触媒インクを調製する工程と、得られた第2触媒インクを電極用基材に塗布し乾燥させる工程と、を備える。
二重層容量(Dry)/二重層容量(Wet)×100
(Wet測定条件)
参照極側:水素雰囲気(湿度80%RH以上)
対極側(測定対象の電極側):不活性ガス雰囲気N2等(湿度80%RH以上)
(Dry測定条件)
参照極側:水素雰囲気(湿度50%RH以下)
対極側(測定対象の電極側):不活性ガス雰囲気N2等(湿度50%RH以下)
又は、
参照極側:水素雰囲気(湿度30%RH以上)
対極側(測定対象の電極側):フッ素系不活性液体充填(3M製フロリナート等)
(電気化学測定条件)
CV:電圧を掃引して電流を計測
下限電圧:0.4V、上限電圧:0.6V以上、この範囲で繰返し電位を掃引
0.4〜0.5Vの範囲でアノーディック掃引時の電流最小値をIa、カソーディック掃引時の電流最大値をIcとした時に、
(Ia−Ic)/2=二重層容量×掃引速度
の式から二重層容量を算出する。
3種類の担体として、BET比表面積が250m2/gのVulcan(担体A)、BET比表面積が800m2/gのKetjen(担体B)及びBET比表面積が1000m2/gの多孔質カーボン(非市販品)(担体C)を用いた。それぞれの担体に触媒として白金を担持させ、触媒担体を調製した。触媒担体における白金の量は50重量%である。これら3種類の触媒担体のそれぞれを、第1電解質樹脂とともに超音波ホモジナイザーにより溶媒(水及びエタノール)に分散させ、第1触媒インクを調製した。続いて、第1触媒インクに、第2電解質樹脂をボールミルを用いて分散させ、第2触媒インクを調製した。得られた第2触媒インクを、電極用基材としての電解質膜の両面にバーコータにより塗布し、温風により乾燥させて溶媒を除去し、目的の燃料電池用電極(カソード側電極及びアノード側電極)を製造した。
その後、カソード側電極及びアノード側電極が形成された電解質膜を、カソード側ガス拡散層及びアノード側ガス拡散層で両面から挟み、ホットプレスにより接合することで、膜電極接合体を形成した。さらに、形成された膜電極接合体にカソード側セパレータ及びアノード側セパレータを接合し、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路を形成し、燃料電池を作製した。
作製した燃料電池について、電流密度−電圧特性を調べた。電流密度−電圧特性は、アノードガスとして水素ガスを0.5L/min、カソードガスとして1%酸素と99%窒素の混合ガスを1.0L/minで供給して燃料電池を発電させ、電流密度を変えて電圧を測定することにより取得した。なお、ガス圧は0.05MPaであり、アノードガス及びカソードガスは、いずれもバブラー方式により77℃に加湿した。セル温度は80℃、電極面積は1cm2とした。
Claims (2)
- 燃料電池用電極の製造方法であって、
導電性の担体に触媒を担持させた触媒担体と、温度80℃及び相対湿度50%の環境下において2.2×10−14mol/(m・s・Pa)未満の酸素透過性を有する低酸素透過性の第1電解質樹脂とを溶媒に分散させた第1触媒インクを調製する工程と、
前記第1触媒インクに、温度80℃及び相対湿度50%の環境下において2.2×10−14mol/(m・s・Pa)以上の酸素透過性を有する高酸素透過性の第2電解質樹脂を分散させた第2触媒インクを調製する工程と、
前記第2触媒インクを電極用基材に塗布し乾燥させる工程と、
を備え、
前記第1電解質樹脂は、前記第2電解質樹脂と比較して、基本骨格に含まれる環状構造を有する環式化合物が少ないか、もしくは含まれていない電解質樹脂であり、
前記第2電解質樹脂は、基本骨格として環状構造を有する環式化合物であり、
前記触媒担体における前記第1電解質樹脂及び前記第2電解質樹脂の被覆割合に相当するアイオノマー被覆率(%)を取得し、下記式(1)により得られる値が2〜20(%)になるように、前記第1電解質樹脂及び前記第2電解質樹脂の量を調節する、燃料電池用電極の製造方法。
- 式(1)により得られる値が10〜20(%)になるように、前記第1電解質樹脂及び前記第2電解質樹脂の量を調節する、請求項1に記載の燃料電池用電極の製造方法。
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JP2017237079A JP6900893B2 (ja) | 2017-12-11 | 2017-12-11 | 燃料電池用電極の製造方法 |
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