JP7152992B2 - Electrodes for fuel cells - Google Patents

Electrodes for fuel cells Download PDF

Info

Publication number
JP7152992B2
JP7152992B2 JP2019124418A JP2019124418A JP7152992B2 JP 7152992 B2 JP7152992 B2 JP 7152992B2 JP 2019124418 A JP2019124418 A JP 2019124418A JP 2019124418 A JP2019124418 A JP 2019124418A JP 7152992 B2 JP7152992 B2 JP 7152992B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ionomer
catalyst
ratio
fuel cell
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019124418A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021012754A (en
Inventor
憲治 工藤
厚志 神谷
洋 藤本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2019124418A priority Critical patent/JP7152992B2/en
Publication of JP2021012754A publication Critical patent/JP2021012754A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7152992B2 publication Critical patent/JP7152992B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Description

本発明は、燃料電池用電極に関し、さらに詳しくは、電極触媒の表面が高酸素透過アイオノマでコートされた触媒(アイオノマコート触媒)を含む燃料電池用電極に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell electrode, and more particularly to a fuel cell electrode containing a catalyst (ionomer-coated catalyst) in which the surface of the electrode catalyst is coated with a highly oxygen-permeable ionomer.

固体高分子形燃料電池は、固体高分子電解質膜の両面に電極が接合された膜電極接合体(MEA)を基本単位とする。また、固体高分子形燃料電池において、電極は、一般に、拡散層と触媒層の二層構造をとる。拡散層は、触媒層に反応ガス及び電子を供給するためのものであり、カーボンペーパー、カーボンクロス等が用いられる。また、触媒層は、電極反応の反応場となる部分であり、一般に、白金等の電極触媒を担持したカーボンと固体高分子電解質(触媒層アイオノマ)との複合体からなる。 A polymer electrolyte fuel cell is based on a membrane electrode assembly (MEA) in which electrodes are joined to both sides of a solid polymer electrolyte membrane. Moreover, in polymer electrolyte fuel cells, electrodes generally have a two-layer structure of a diffusion layer and a catalyst layer. The diffusion layer is for supplying reaction gas and electrons to the catalyst layer, and is made of carbon paper, carbon cloth, or the like. The catalyst layer is a reaction field for electrode reaction, and is generally composed of a composite of carbon supporting an electrode catalyst such as platinum and a solid polymer electrolyte (catalyst layer ionomer).

固体高分子形燃料電池に用いられる触媒層は、一般に、
(a)電極触媒及びアイオノマを含み、固形分濃度が約10%の触媒インクを作製し、
(b)種々の方法を用いて、触媒インクを基材表面に塗布し、塗膜中の溶媒を揮発させることにより基材表面に触媒層を形成し、
(c)基材表面の触媒層を電解質膜に転写する
ことにより製造されている。
また、基材の代わりに固体高分子電解質膜に触媒インクを直接塗布する方法もある。
A catalyst layer used in a polymer electrolyte fuel cell is generally
(a) preparing a catalyst ink containing an electrocatalyst and an ionomer and having a solids concentration of about 10%;
(b) forming a catalyst layer on the substrate surface by applying a catalyst ink to the substrate surface and evaporating the solvent in the coating film using various methods;
(c) It is manufactured by transferring the catalyst layer on the substrate surface to the electrolyte membrane.
There is also a method of applying the catalyst ink directly to the solid polymer electrolyte membrane instead of the base material.

基材表面への触媒インクの塗布方法としては、例えば、スプレー法、ドクターブレードやアプリケーターを用いたブレードコート法、ダイコート法、リバースロールコータ法、間欠ダイ塗工法などが知られている。いずれの方法を用いる場合であっても、触媒インクの性状は、触媒層の健全性や生産性に影響を与える。そのため、触媒層の健全性や生産性を向上させることを目的として、従来から種々の提案がなされている。 Known methods for applying the catalyst ink to the substrate surface include, for example, a spray method, a blade coating method using a doctor blade or an applicator, a die coating method, a reverse roll coater method, and an intermittent die coating method. Whichever method is used, the properties of the catalyst ink affect the soundness and productivity of the catalyst layer. Therefore, various proposals have been conventionally made for the purpose of improving the soundness and productivity of the catalyst layer.

例えば、特許文献1には、
(a)白金担持カーボン(Pt/C)をナフィオン(登録商標)溶液に分散させた後、溶媒を除去することによりPt/Cの表面をナフィオン(登録商標)で被覆し、
(b)ナフィオン(登録商標)で被覆されたPt/Cを窒素雰囲気中、140℃で熱処理することにより、ナフィオン(登録商標)を溶媒に対して不溶化し、
(c)不溶化したナフィオン(登録商標)で被覆されたPt/Cを、さらにナフィオン(登録商標)溶液に分散させてペーストとし、ペーストをカーボンペーパー上に展開し、乾燥させる
ことにより得られる燃料電池用電極が開示されている。
For example, in Patent Document 1,
(a) After dispersing platinum-supported carbon (Pt / C) in a Nafion (registered trademark) solution, the surface of Pt / C is coated with Nafion (registered trademark) by removing the solvent,
(b) heat treating the Nafion®-coated Pt/C at 140° C. in a nitrogen atmosphere to render Nafion® insoluble in the solvent;
(c) A fuel cell obtained by further dispersing Pt/C coated with insolubilized Nafion (registered trademark) in a Nafion (registered trademark) solution to form a paste, spreading the paste on carbon paper, and drying it. disclosed are electrodes for

同文献には、
(A)高分子電解質で被覆されたPt/Cをそのまま溶媒に再分散させてペーストにすると、高分子電解質が溶媒中に溶出し、電極のイオン伝導度が低下するする点、及び、
(B)ペーストに分散させる前にPt/Cを被覆する高分子電解質を不溶化処理すると、高分子電解質の溶媒中への溶出を抑制することができる点
が記載されている。
In the same document,
(A) When Pt/C coated with a polymer electrolyte is redispersed in a solvent as it is to form a paste, the polymer electrolyte is eluted into the solvent and the ionic conductivity of the electrode is reduced;
(B) It is described that elution of the polymer electrolyte into the solvent can be suppressed by insolubilizing the polymer electrolyte covering the Pt/C before dispersing it in the paste.

特許文献2には、
(a)高酸素透過アイオノマ及び白金担持カーボンを含む分散液を調製し、分散液から溶媒を蒸発させて乾燥粉とし、
(b)乾燥粉、及びナフィオン(登録商標)溶液を含む分散液を調整し、分散液をシート上に塗布する
ことにより得られる燃料電池用電極が開示されている。
同文献には、触媒層アイオノマを二層構造にすることにより、高酸素透過性材料の使用量が少量であっても酸素透過性が向上し、触媒使用量を低減できる点が記載されている。
In Patent Document 2,
(a) preparing a dispersion containing a highly oxygen-permeable ionomer and platinum-supported carbon, and evaporating the solvent from the dispersion to obtain a dry powder;
(b) A fuel cell electrode is disclosed that is obtained by preparing a dispersion containing a dry powder and a Nafion® solution and applying the dispersion onto a sheet.
The document describes that by making the catalyst layer ionomer a two-layer structure, oxygen permeability is improved even if the amount of high oxygen permeability material used is small, and the amount of catalyst used can be reduced. .

特許文献3には、
(a)白金担持カーボン及び高酸素透過アイオノマを、水比率が0.8以上である溶媒に分散させて分散液とし、
(b)分散液を乾燥させて粉末とし、
(c)粉末を130℃以上200℃以下の熱処理温度で熱処理する
ことにより得られるアイオノマコート触媒が開示されている。
同文献には、このようなアイオノマコート触媒を用いると、低粘度、かつ、高固形分濃度の触媒インクを製造することができる点が記載されている。
In Patent Document 3,
(a) platinum-supported carbon and a highly oxygen-permeable ionomer are dispersed in a solvent having a water ratio of 0.8 or more to form a dispersion;
(b) drying the dispersion to a powder;
(c) An ionomer-coated catalyst obtained by heat-treating a powder at a heat-treatment temperature of 130° C. or more and 200° C. or less is disclosed.
The document describes that the use of such an ionomer-coated catalyst makes it possible to produce a catalyst ink having a low viscosity and a high solid content concentration.

特許文献4には、
(a)白金担持カーボン、高酸素溶解性アイオノマ、及び低酸素溶解性アイオノマを含む触媒インクを調製し、
(b)触媒インクを電解質膜表面に塗布する
ことにより得られるカソード電極触媒層が開示されている。
同文献には、酸素溶解性の異なる2種類のアイオノマを用いることによって、プロトン伝導性を低下させずに活性化過電圧を低減することができる点が記載されている。
In Patent Document 4,
(a) preparing a catalyst ink comprising platinum-supported carbon, a high oxygen solubility ionomer, and a low oxygen solubility ionomer;
(b) A cathode electrode catalyst layer obtained by applying a catalyst ink to the electrolyte membrane surface is disclosed.
The document describes that the activation overvoltage can be reduced without lowering the proton conductivity by using two types of ionomers with different oxygen solubility.

特許文献5には、高酸素透過アイオノマを触媒層アイオノマに用いた燃料電池が開示されている。
同文献には、高酸素透過アイオノマを触媒層アイオノマに用いることによって、白金使用量を低減できる点が記載されている。
Patent Literature 5 discloses a fuel cell using a highly oxygen-permeable ionomer as a catalyst layer ionomer.
The document describes that the amount of platinum used can be reduced by using a highly oxygen-permeable ionomer for the catalyst layer ionomer.

特許文献6には、
(a)白金担持カーボン、EWが910であるアイオノマ、及び、EWが1030であるアイオノマを溶媒に分散させてペースト状にし、
(b)ペーストをシートに塗布し、乾燥させる
ことにより得られる触媒シートが開示されている。
同文献には、触媒層アイオノマとしてEWの異なる2種類のアイオノマを用いることによって、触媒層内の水の排出能が向上し、高電流密度領域においても安定した電池電圧が得られる点が記載されている。
In Patent Document 6,
(a) platinum-supporting carbon, an ionomer with an EW of 910, and an ionomer with an EW of 1030 are dispersed in a solvent to form a paste;
(b) A catalyst sheet obtained by applying a paste to a sheet and drying the sheet is disclosed.
The document describes that by using two types of ionomers with different EW as the catalyst layer ionomers, the ability to discharge water in the catalyst layer is improved and a stable battery voltage can be obtained even in a high current density region. ing.

特許文献7には、
(a)白金担持カーボン、EWが700であるアイオノマ、及びEWが1000であるアイオノマを溶媒に分散させて触媒インクとし、
(b)触媒インクを転写シート上に塗布する
ことにより得られる電極触媒層が開示されている。
同文献には、
(A)EWの低いアイオノマで白金担持カーボンの表面を被覆することにより、塗膜のひび割れが抑制される点、及び、
(B)EWの高いアイオノマを添加することで、フラッディングを抑制できる点
が記載されている。
In Patent Document 7,
(a) platinum-supporting carbon, an ionomer having an EW of 700, and an ionomer having an EW of 1000 are dispersed in a solvent to prepare a catalyst ink;
(b) An electrode catalyst layer obtained by applying a catalyst ink onto a transfer sheet is disclosed.
In the same document,
(A) Cracking of the coating film is suppressed by coating the surface of platinum-supported carbon with an ionomer having a low EW, and
(B) It is described that flooding can be suppressed by adding an ionomer with a high EW.

特許文献8、9には、
(a)白金担持カーボン、高酸素透過アイオノマ(例えば、環状構造を有する環式化合物)、及び低酸素透過アイオノマ(例えば、ナフィオン(登録商標))を溶媒に分散させて触媒インクとし、
(b)触媒インクを電解質膜の表面に塗布する
ことにより得られるカソード側電極が開示されている。
同文献には、
(A)高酸素透過アイオノマのみを用いて電極を形成すると、電極にひび割れが生じやすい点、及び、
(B)高酸素透過アイオノマと低酸素透過アイオノマの双方を用いると、電極のひび割れが抑制される点
が記載されている。
In Patent Documents 8 and 9,
(a) platinum-supported carbon, a high oxygen-permeable ionomer (e.g., a cyclic compound having a cyclic structure), and a low oxygen-permeable ionomer (e.g., Nafion (registered trademark)) are dispersed in a solvent to form a catalyst ink;
(b) A cathode-side electrode obtained by applying a catalyst ink to the surface of an electrolyte membrane is disclosed.
In the same document,
(A) If an electrode is formed using only a high oxygen permeability ionomer, cracks are likely to occur in the electrode, and
(B) It is described that cracking of the electrode is suppressed by using both a high oxygen permeability ionomer and a low oxygen permeability ionomer.

さらに、特許文献10には、膨張率(膨潤率)が140%以上200%以下であるアイオノマを用いた電極触媒層が開示されている。
同文献には、膨張率(膨潤率)が上がるにつれて高温性能(Dry性能)は上がる一方、低温性能(Wet性能)は下がる点が記載されている。
Further, Patent Literature 10 discloses an electrode catalyst layer using an ionomer having an expansion rate (swelling rate) of 140% or more and 200% or less.
This document describes that as the coefficient of expansion (swelling rate) increases, the high temperature performance (dry performance) increases, while the low temperature performance (wet performance) decreases.

固体高分子形燃料電池を自動車用の燃料電池システムに用いる場合、燃料電池の触媒層には、低温高湿度条件から高温低湿度条件までの広い作動条件下において高い発電性能を示すことが求められる。一般に、低温高湿度条件では、触媒層中のアイオノマの膨潤や生成水の滞留により触媒層内の空隙が減少するために、発電性能が低下しやすい。一方、高温低湿度条件では、触媒層アイオノマの含水率が低下するために、触媒層中のプロトン移動抵抗が増大しやすい。 When a polymer electrolyte fuel cell is used in an automotive fuel cell system, the catalyst layer of the fuel cell is required to exhibit high power generation performance under a wide range of operating conditions, from low temperature and high humidity conditions to high temperature and low humidity conditions. . In general, under low-temperature and high-humidity conditions, swelling of the ionomer in the catalyst layer and retention of generated water reduce the number of voids in the catalyst layer, so that power generation performance tends to decrease. On the other hand, under high-temperature and low-humidity conditions, the water content of the ionomer in the catalyst layer decreases, so the proton transfer resistance in the catalyst layer tends to increase.

しかしながら、従来の触媒層は、アイオノマの溶出の抑制(特許文献1)、高酸素透過アイオノマを用いた高性能化及び白金使用量の低減(特許文献2~5、8、9)、高電流密度領域での性能向上(特許文献6、7)などを目的としており、低温高湿度条件から高温低湿度条件までの広い作動条件下において性能を向上させることを目的とした触媒層が提案された例は、少ない。
例えば、特許文献10には、触媒層アイオノマの膨張率を最適化することにより、高温性能と低温性能を両立させる点が記載されているが、使用した触媒層アイオノマの種類やイオン交換容量等については示されてない。
However, the conventional catalyst layer suppresses elution of ionomer (Patent Document 1), improves performance using ionomer with high oxygen permeability and reduces the amount of platinum used (Patent Documents 2 to 5, 8, 9), high current density Example of a catalyst layer proposed for the purpose of improving performance in a wide range of operating conditions from low temperature and high humidity conditions to high temperature and low humidity conditions (Patent Documents 6 and 7). is less.
For example, Patent Document 10 describes that both high-temperature performance and low-temperature performance are achieved by optimizing the expansion coefficient of the catalyst layer ionomer. is not shown.

特開平07-254419号公報JP-A-07-254419 特開2014-216157号公報JP 2014-216157 A 特開2018-152333号公報JP 2018-152333 A 特開2011-113739号公報Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2011-113739 特開2010-251086号公報JP 2010-251086 A 特開平10-284087号公報JP-A-10-284087 特開2018-006265号公報JP 2018-006265 A 特開2013-037940号公報JP 2013-037940 A 特開2018-081853号公報JP 2018-081853 A 特開2013-089447号公報JP 2013-089447 A

本発明が解決しようとする課題は、高温低湿度条件及び低温高湿度条件のいずれにおいても高い発電性能を示す燃料電池用電極を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、高温低湿度条件下における発電性能及び/又は低温高湿度条件下における発電性能を犠牲にすることなく、触媒の使用量を低減することが可能な燃料電池用電極を提供することにある。
さらに、本発明が解決しようとする他の課題は、このような性能を備えた燃料電池用電極の製造時間(触媒インクの乾燥時間)を短縮することにある。
The problem to be solved by the present invention is to provide a fuel cell electrode that exhibits high power generation performance under both high-temperature and low-humidity conditions and low-temperature and high-humidity conditions.
Another problem to be solved by the present invention is that the amount of catalyst used can be reduced without sacrificing the power generation performance under high temperature and low humidity conditions and / or the power generation performance under low temperature and high humidity conditions. It is an object of the present invention to provide an electrode for a fuel cell which is capable of
Furthermore, another problem to be solved by the present invention is to shorten the manufacturing time (drying time of the catalyst ink) of a fuel cell electrode having such performance.

上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池用電極は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
(1)前記燃料電池用電極は、
電極触媒の表面が第1アイオノマからなる第1層でコートされたアイオノマコート触媒と、
前記第1アイオノマに接している第2アイオノマからなる第2層と、
を備えている。
(2)前記第1アイオノマは、イオン交換容量が1.1meq/g以上1.25meq/g以下である高酸素透過アイオノマ(A)からなる。
(3)前記高酸素透過アイオノマ(A)は、その分子構造内に酸基及び環状構造を含む高分子化合物からなる。
In order to solve the above problems, the fuel cell electrode according to the present invention has the following configuration.
(1) The fuel cell electrode is
an ionomer-coated catalyst in which the surface of the electrode catalyst is coated with a first layer made of a first ionomer;
a second layer comprising a second ionomer in contact with the first ionomer;
It has
(2) The first ionomer is made of a high oxygen permeability ionomer (A) having an ion exchange capacity of 1.1 meq/g or more and 1.25 meq/g or less.
(3) The highly oxygen-permeable ionomer (A) consists of a polymer compound containing an acid group and a cyclic structure in its molecular structure.

電極触媒の表面を高酸素透過アイオノマ(A)でコートする場合において、高酸素透過アイオノマ(A)のイオン交換容量を最適化すると、高温低湿度条件及び低温高湿度条件のいずれにおいても高い発電性能を示す燃料電池用電極が得られる。これは、
(a)高酸素透過アイオノマ(A)のイオン交換容量を1.1meq/g以上にすることによって、高温低湿度環境下でも触媒層中のプロトン移動抵抗の増大が抑制されるため、及び、
(b)高酸素透過アイオノマ(A)のイオン交換容量を1.25meq/g以下にすることによって、アイオノマの過度の膨潤が抑制され、また、アイオノマ表面がより撥水性となるために、触媒層内に十分な空隙が確保されるため、
と考えられる。
When the surface of the electrode catalyst is coated with the highly oxygen permeable ionomer (A), optimizing the ion exchange capacity of the highly oxygen permeable ionomer (A) results in high power generation performance under both high temperature and low humidity conditions and low temperature and high humidity conditions. is obtained. this is,
(a) By setting the ion exchange capacity of the high oxygen permeation ionomer (A) to 1.1 meq/g or more, an increase in proton transfer resistance in the catalyst layer is suppressed even in a high temperature and low humidity environment, and
(b) By setting the ion exchange capacity of the highly oxygen permeable ionomer (A) to 1.25 meq/g or less, excessive swelling of the ionomer is suppressed and the surface of the ionomer becomes more water repellent. Sufficient space is secured inside the
it is conceivable that.

高酸素透過アイオノマのイオン交換容量と電流密度比との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the ion exchange capacity and current density ratio of a high oxygen permeability ionomer.

以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. 燃料電池用電極]
本発明に係る燃料電池用電極は、以下の構成を備えている。
(1)前記燃料電池用電極は、
電極触媒の表面が第1アイオノマからなる第1層でコートされたアイオノマコート触媒と、
前記第1アイオノマに接している第2アイオノマからなる第2層と、
を備えている。
(2)前記第1アイオノマは、イオン交換容量が1.1meq/g以上1.25meq/g以下である高酸素透過アイオノマ(A)からなる。
(3)前記高酸素透過アイオノマ(A)は、その分子構造内に酸基及び環状構造を含む高分子化合物からなる。
An embodiment of the present invention will be described in detail below.
[1. Fuel cell electrodes]
A fuel cell electrode according to the present invention has the following configuration.
(1) The fuel cell electrode is
an ionomer-coated catalyst in which the surface of the electrode catalyst is coated with a first layer made of a first ionomer;
a second layer comprising a second ionomer in contact with the first ionomer;
It has
(2) The first ionomer is made of a high oxygen permeability ionomer (A) having an ion exchange capacity of 1.1 meq/g or more and 1.25 meq/g or less.
(3) The highly oxygen-permeable ionomer (A) is composed of a polymer compound containing an acid group and a cyclic structure in its molecular structure.

[1.1. アイオノマコート触媒]
アイオノマコート触媒は、電極触媒と、電極触媒の表面に接している第1アイオノマからなる第1層とを備えている。後述する方法を用いると、電極触媒の表面が第1層でコートされた触媒(アイオノマコート触媒)が得られる。本発明に係る燃料電池用電極は、このようなアイオノマコート触媒と、第2アイオノマとの複合体からなる。
[1.1. Ionoma-coated catalyst]
The ionomer-coated catalyst comprises an electrode catalyst and a first layer made of a first ionomer in contact with the surface of the electrode catalyst. By using the method described later, a catalyst (ionomer-coated catalyst) in which the surface of the electrode catalyst is coated with the first layer is obtained. A fuel cell electrode according to the present invention comprises a composite of such an ionomer-coated catalyst and a second ionomer.

[1.1.1. 電極触媒]
本発明において、電極触媒は、特に限定されるものではなく、酸素還元反応活性又は水素酸化反応活性を示す材料であれば良い。電極触媒としては、具体的には、白金、白金合金、パラジウム合金、金属酸窒化物、カーボンアロイなどがある。
電極触媒は、触媒粒子のみからなるものでも良く、あるいは、適当な担体表面に触媒微粒子を担持したものでも良い。担体の材料は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の材料を用いることができる。担体ととしては、例えば、炭素材料(例えば、カーボン、活性炭、フラーレン、カーボンナノフォン、カーボンナノチューブ)、金属酸化物などがある。
[1.1.1. Electrocatalyst]
In the present invention, the electrode catalyst is not particularly limited as long as it exhibits oxygen reduction reaction activity or hydrogen oxidation reaction activity. Specific examples of electrode catalysts include platinum, platinum alloys, palladium alloys, metal oxynitrides, and carbon alloys.
The electrode catalyst may consist of only catalyst particles, or may have catalyst fine particles supported on the surface of an appropriate carrier. The material of the carrier is not particularly limited, and various materials can be used depending on the purpose. Examples of the carrier include carbon materials (eg, carbon, activated carbon, fullerene, carbon nanophone, carbon nanotube), metal oxides, and the like.

電極触媒は、カーボン担体と、前記カーボン担体の表面に担持された触媒微粒子とを備えているものが好ましい。一般に、カーボン担体を含む電極触媒を用いて、低粘度、かつ、高固形分濃度の触媒インクを製造することは難しい。これは、触媒インクの固形分濃度が高くなるほど、溶媒中におけるカーボン間の凝集力が強くなるためと考えられる。
これに対し、カーボン担体を含む電極触媒に対して本発明を適用すると、低粘度、かつ、高固形分濃度の触媒インクを製造することができる。
The electrode catalyst preferably comprises a carbon carrier and fine catalyst particles carried on the surface of the carbon carrier. In general, it is difficult to produce a low-viscosity, high-solid-content catalyst ink using an electrode catalyst containing a carbon carrier. This is probably because the higher the solid content concentration of the catalyst ink, the stronger the cohesive force between carbon atoms in the solvent.
In contrast, when the present invention is applied to an electrode catalyst containing a carbon carrier, it is possible to produce a catalyst ink having a low viscosity and a high solid content concentration.

[1.1.2. 第1アイオノマ]
本発明において、第1層を構成する第1アイオノマは、イオン交換容量が1.1meq/g以上1.25meq/g以下である高酸素透過アイオノマ(A)からなる。この点が従来とは異なる。
[1.1.2. 1st ionomer]
In the present invention, the first ionomer constituting the first layer is made of a high oxygen permeability ionomer (A) having an ion exchange capacity of 1.1 meq/g or more and 1.25 meq/g or less. This point is different from the conventional one.

[A. 定義]
「高酸素透過アイオノマ(A)」とは、その分子構造内に酸基及び環状構造を含む高分子化合物をいう。
高酸素透過アイオノマ(A)は、その分子構造内に環状構造を含むために、酸素透過係数が高く、触媒層アイオノマとして用いた時に、触媒との界面における酸素移動抵抗が相対的に小さくなる。
換言すれば、「高酸素透過アイオノマ(A)」とは、酸素透過係数がナフィオン(登録商標)に代表されるポリパーフルオロカーボンスルホン酸よりも高いアイオノマをいう。
[A. definition]
"High oxygen permeability ionomer (A)" refers to a polymer compound containing an acid group and a cyclic structure in its molecular structure.
Since the highly oxygen permeable ionomer (A) contains a cyclic structure in its molecular structure, it has a high oxygen permeability coefficient, and when used as a catalyst layer ionomer, the oxygen migration resistance at the interface with the catalyst is relatively small.
In other words, "high oxygen permeability ionomer (A)" refers to an ionomer having a higher oxygen permeability coefficient than polyperfluorocarbon sulfonic acid represented by Nafion (registered trademark).

一般に、燃料電池の性能は、触媒表面への酸素の拡散が律速となる。これに対し、電極触媒の表面を高酸素透過アイオノマで被覆すると、触媒層の酸素透過性が向上し、燃料電池の性能が向上する。
高酸素透過アイオノマ(A)の分子構造は、相対的に小さい酸素移動抵抗を示す限りにおいて、特に限定されない。特に、その分子構造内に環状構造(脂肪族環構造)を含むアイオノマは、環状構造を含まないアイオノマに比べて酸素移動抵抗が小さいので、第1層を構成する第1アイオノマとして好適である。
In general, fuel cell performance is rate-determined by the diffusion of oxygen to the catalyst surface. On the other hand, when the surface of the electrode catalyst is coated with a highly oxygen-permeable ionomer, the oxygen permeability of the catalyst layer is improved, and the performance of the fuel cell is improved.
The molecular structure of the highly oxygen permeable ionomer (A) is not particularly limited as long as it exhibits relatively low resistance to oxygen transfer. In particular, an ionomer containing a cyclic structure (aliphatic ring structure) in its molecular structure has lower oxygen transfer resistance than an ionomer not containing a cyclic structure, and is therefore suitable as the first ionomer constituting the first layer.

高酸素透過アイオノマ(A)としては、例えば、
(a)脂肪族環構造を有するパーフルオロカーボンユニットと、パーフルオロスルホン酸を側鎖に持つ酸基ユニットとを含む電解質ポリマー、
(b)脂肪族環構造を有するパーフルオロカーボンユニットと、パーフルオロイミドを側鎖に持つ酸基ユニットとを含む電解質ポリマー、
(c)脂肪族環構造を有するパーフルオロカーボンに直接、パーフルオロスルホン酸が結合したユニットを含む電解質ポリマー、
などがある(参考文献1~4参照)。
[参考文献1]特開2003-036856号公報
[参考文献2]国際公開第2012/088166号
[参考文献3]特開2013-216811号公報
[参考文献4]特開2006-152249号公報
As the high oxygen permeability ionomer (A), for example,
(a) an electrolyte polymer containing a perfluorocarbon unit having an alicyclic structure and an acid group unit having perfluorosulfonic acid as a side chain;
(b) an electrolyte polymer containing a perfluorocarbon unit having an alicyclic structure and an acid group unit having perfluoroimide as a side chain;
(c) an electrolyte polymer containing a unit in which a perfluorosulfonic acid is directly bound to a perfluorocarbon having an alicyclic structure;
etc. (see References 1-4).
[Reference 1] JP 2003-036856 [Reference 2] International Publication No. 2012/088166 [Reference 3] JP 2013-216811 [Reference 4] JP 2006-152249

[B. 酸素透過係数]
「酸素透過係数」とは、白金微小電極を用いたクロノアンペロメトリー法により測定された値をいう(参考文献5)。
[参考文献5]Electrochimica Acta, 209(2016)682-690
[B. Oxygen permeability coefficient]
"Oxygen permeability coefficient" refers to a value measured by a chronoamperometry method using a platinum microelectrode (reference document 5).
[Reference 5] Electrochimica Acta, 209 (2016) 682-690

高い燃料電池特性を得るためには、高酸素透過アイオノマ(A)の酸素透過係数は高いほど良い。具体的には、高酸素透過アイオノマ(A)は、温度80℃、相対湿度30%RHにおける酸素透過係数が2.2×10-14mol/(m・s・Pa)以上であるものが好ましい。同条件下における酸素透過係数は、好ましくは、3.0×10-14mol/(m・s・Pa)以上、さらに好ましくは、5.0×10-14mol/(m・s・Pa)以上である。 In order to obtain high fuel cell characteristics, the higher the oxygen permeability coefficient of the high oxygen permeability ionomer (A), the better. Specifically, the high oxygen permeability ionomer (A) preferably has an oxygen permeability coefficient of 2.2×10 −14 mol/(m·s·Pa) or more at a temperature of 80° C. and a relative humidity of 30% RH. . The oxygen permeability coefficient under the same conditions is preferably 3.0×10 −14 mol/(m·s·Pa) or more, more preferably 5.0×10 −14 mol/(m·s·Pa). That's it.

[C. イオン交換容量]
高酸素透過アイオノマ(A)のイオン交換容量は、高温低湿度条件下での発電性能及び低温高湿度条件下での発電性能の双方に影響を与える。一般に、イオン交換容量が過度に小さくなると、高温低湿度環境下における触媒層中のプロトン移動抵抗が増大する。従って、高酸素透過アイオノマ(A)のイオン交換容量は、1.1meq/g以上である必要がある。イオン交換容量は、好ましくは、1.15meq/g以上である。
[C. Ion exchange capacity]
The ion exchange capacity of the highly oxygen permeable ionomer (A) affects both the power generation performance under high temperature and low humidity conditions and the power generation performance under low temperature and high humidity conditions. In general, when the ion exchange capacity becomes excessively small, the proton transfer resistance in the catalyst layer increases in a high-temperature, low-humidity environment. Therefore, the ion exchange capacity of the high oxygen permeability ionomer (A) should be 1.1 meq/g or more. The ion exchange capacity is preferably 1.15 meq/g or more.

一方、高酸素透過アイオノマ(A)のイオン交換容量が大きくなりすぎると、低温高湿度環境下において大きく膨潤する。アイオノマの膨潤量が過度に大きくなると、触媒層内の空隙が減少するために、発電性能が低下しやすくなる。また、アイオノマ表面が親水的となり、電極の排水性能が低下する。従って、高酸素透過アイオノマ(A)のイオン交換容量は、1.25meq/g以下である必要がある。イオン交換容量は、好ましくは、1.23meq/g以下である。 On the other hand, if the ion exchange capacity of the highly oxygen-permeable ionomer (A) is too large, it swells greatly in a low-temperature, high-humidity environment. If the ionomer swells excessively, the number of voids in the catalyst layer decreases, which tends to lower power generation performance. In addition, the ionomer surface becomes hydrophilic, and the drainage performance of the electrode deteriorates. Therefore, the ion exchange capacity of the high oxygen permeability ionomer (A) should be 1.25 meq/g or less. The ion exchange capacity is preferably 1.23 meq/g or less.

[1.1.3. 残存率]
「残存率」とは、アイオノマコート触媒を水/エタノール混合溶媒に分散させた時に、混合溶媒に溶解することなく、電極触媒の表面に残存しているアイオノマの割合をいう。残存率R(%)は、具体的には、次の式(1)で表される。
R(%)=(x0-x)×100/x0 ・・・(1)
但し、
xは、前記アイオノマコート触媒を水:エタノール=70:30(重量比)の混合溶媒に加えて分散液とした時に、前記混合溶媒中に溶け出した前記第1アイオノマの濃度、
0は、前記混合溶媒に前記第1アイオノマのすべてが溶け出したと仮定した時の、前記混合溶媒中の前記第1アイオノマの濃度の理論値。
[1.1.3. Survival rate]
The term "residual ratio" refers to the ratio of the ionomer remaining on the surface of the electrode catalyst without dissolving in the mixed solvent of water/ethanol when the ionomer-coated catalyst is dispersed in the mixed solvent. Specifically, the residual rate R (%) is represented by the following formula (1).
R (%)=(x 0 −x)×100/x 0 (1)
however,
x is the concentration of the first ionomer dissolved in the mixed solvent when the ionomer-coated catalyst is added to a mixed solvent of water:ethanol = 70:30 (weight ratio) to form a dispersion;
x0 is the theoretical value of the concentration of the first ionomer in the mixed solvent, assuming that all of the first ionomer is dissolved in the mixed solvent.

残存率を測定するに際しては、アイオノマコート触媒に対して過剰の混合溶媒を添加するのが好ましい。具体的には、1gのアイオノマに対して、40g以上の混合溶媒を添加するのが好ましい。
測定時の混合溶媒の温度及び処理時間は、目的に応じて任意に選択することができる。本発明では、混合溶媒の温度は、0~10℃とする。また、可溶性成分を混合溶媒に十分溶解させるために、超音波ホモジナイザー等を用いて、分散液を9分間分散処理を行う。
When measuring the residual rate, it is preferable to add an excess amount of the mixed solvent to the ionomer coat catalyst. Specifically, it is preferable to add 40 g or more of the mixed solvent to 1 g of the ionomer.
The temperature and treatment time of the mixed solvent during measurement can be arbitrarily selected according to the purpose. In the present invention, the temperature of the mixed solvent is 0 to 10°C. In order to sufficiently dissolve the soluble component in the mixed solvent, the dispersion liquid is subjected to dispersion treatment for 9 minutes using an ultrasonic homogenizer or the like.

アイオノマコート触媒を溶媒に分散させて触媒インクを作製した場合において、第1アイオノマの残存率が高くなるほど、第1アイオノマが溶媒に溶解しにくくなる。そのため、触媒インク中の溶媒に溶解している第1アイオノマの濃度が低下する。また、これによって、溶媒中に分散している電極触媒の凝集も抑制される。 When a catalyst ink is prepared by dispersing an ionomer-coated catalyst in a solvent, the higher the residual ratio of the first ionomer, the more difficult it becomes for the first ionomer to dissolve in the solvent. Therefore, the concentration of the first ionomer dissolved in the solvent in the catalyst ink decreases. This also suppresses agglomeration of the electrode catalyst dispersed in the solvent.

さらに、残存率が高くなると、触媒インク中の固形分濃度を高くした場合であっても、触媒インクの粘度が過度に増加するのを抑制することができる。その結果、触媒インクの塗工性を損なうことなく、塗膜の乾燥時間を短縮することができる。
このような効果を得るためには、残存率は、70%以上が好ましい。残存率は、好ましくは、80%以上である。
Furthermore, when the residual ratio is high, even when the solid content concentration in the catalyst ink is increased, it is possible to suppress an excessive increase in the viscosity of the catalyst ink. As a result, the drying time of the coating film can be shortened without impairing the coatability of the catalyst ink.
In order to obtain such effects, the residual rate is preferably 70% or more. The residual rate is preferably 80% or more.

[1.2. 第2アイオノマ]
後述するように、本発明に係る燃料電池用電極は、アイオノマコート触媒を含む触媒インクにさらに第2アイオノマを加え、触媒インクを基材表面に塗工することにより得られる。そのため、燃料電池用電極は、第1アイオノマに接している第2アイオノマからなる第2層をさらに備えている。
[1.2. second ionomer]
As will be described later, the fuel cell electrode according to the present invention is obtained by further adding a second ionomer to a catalyst ink containing an ionomer-coated catalyst and coating the catalyst ink on the substrate surface. Therefore, the fuel cell electrode further comprises a second layer of a second ionomer in contact with the first ionomer.

第2アイオノマは、
(a)高価な高酸素透過アイオノマ(A)の使用量の低減、
(b)高酸素透過性以外の機能(例えば、高プロトン伝導性)の付与、
(c)燃料電池用電極のクラックの抑制、
(d)燃料電池用電極の強度の向上、
などを目的として添加される。
そのため、第2アイオノマは、目的に応じて最適なものを選択することができる。
The second ionomer is
(a) reduction in the amount of expensive high-oxygen-permeable ionomer (A) used;
(b) imparting functions other than high oxygen permeability (for example, high proton conductivity);
(c) suppression of cracks in fuel cell electrodes;
(d) improving the strength of fuel cell electrodes;
It is added for the purpose of
Therefore, the second ionomer can be selected optimally according to the purpose.

第2アイオノマとしては、例えば、
(a)高酸素透過アイオノマ(B)、
(b)ナフィオン(登録商標)、アシプレックス(登録商標)、フレミオン(登録商標)、アクイヴィオン(登録商標)などのポリパーフルオロカーボンスルホン酸、
などがある。
第2アイオノマとして高酸素透過アイオノマ(B)を用いる場合、高酸素透過アイオノマ(B)は、高酸素透過アイオノマ(A)と同一の材料であっても良く、あるいは、異なる材料であっても良い。
As the second ionomer, for example,
(a) high oxygen permeability ionomer (B),
(b) polyperfluorocarbon sulfonic acids such as Nafion®, Aciplex®, Flemion®, Aquivion®;
and so on.
When the high oxygen permeability ionomer (B) is used as the second ionomer, the high oxygen permeability ionomer (B) may be the same material as the high oxygen permeability ionomer (A), or may be a different material. .

[1.3. 含有量]
[1.3.1. 第1アイオノマの含有量]
燃料電池用電極に含まれる第1アイオノマの含有量は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な含有量を選択することができる。第1アイオノマの最適な含有量は、燃料電池用電極を構成する材料の種類に応じて異なる。
[1.3. Content]
[1.3.1. Content of first ionomer]
The content of the first ionomer contained in the fuel cell electrode is not particularly limited, and an optimum content can be selected depending on the purpose. The optimum content of the first ionomer varies depending on the type of material that constitutes the fuel cell electrode.

例えば、電極触媒が、カーボン担体と、カーボン担体の表面に担持された触媒微粒子とを備えている場合(すなわち、電極触媒が触媒担持カーボンである場合)、第1アイオノマの含有量は、I1/C比で表すことができる。
ここで、「I1/C比」とは、カーボン担体の重量(Wc)に対する第1アイオノマの重量(W1)の比(=W1/Wc)をいう。
For example, when the electrode catalyst comprises a carbon support and fine catalyst particles supported on the surface of the carbon support (that is, when the electrode catalyst is catalyst-supporting carbon), the content of the first ionomer is I 1 /C ratio.
Here, the "I 1 /C ratio" refers to the ratio (=W 1 /W c ) of the weight (W 1 ) of the first ionomer to the weight (W c ) of the carbon support.

一般に、I1/C比が小さくなりすぎると、燃料電池用電極の酸素透過性が低下する。従って、I1/C比は、0.2以上が好ましい。I1/C比は、好ましくは、0.3以上、さらに好ましくは、0.4以上である。
一方、I1/C比が大きくなりすぎると、燃料電池用電極の電子伝導性が低下する。従って、I1/C比は、0.7以下が好ましい。I1/C比は、好ましくは、0.6以下、さらに好ましくは、0.5以下である。
In general, if the I 1 /C ratio becomes too small, the oxygen permeability of the fuel cell electrode will decrease. Therefore, the I 1 /C ratio is preferably 0.2 or more. The I 1 /C ratio is preferably 0.3 or higher, more preferably 0.4 or higher.
On the other hand, if the I 1 /C ratio becomes too large, the electronic conductivity of the fuel cell electrode will decrease. Therefore, the I 1 /C ratio is preferably 0.7 or less. The I 1 /C ratio is preferably 0.6 or less, more preferably 0.5 or less.

[1.3.2. 第2アイオノマの含有量]
燃料電池用電極に含まれる第2アイオノマの含有量は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な含有量を選択することができる。第2アイオノマの最適な含有量は、燃料電池用電極を構成する材料の種類に応じて異なる。
[1.3.2. Content of second ionomer]
The content of the second ionomer contained in the fuel cell electrode is not particularly limited, and the optimum content can be selected depending on the purpose. The optimum content of the second ionomer varies depending on the type of material that constitutes the fuel cell electrode.

例えば、電極触媒が触媒担持カーボンである場合、第2アイオノマの含有量は、I2/C比で表すことができる。
ここで、「I2/C比」とは、カーボン担体の重量(Wc)に対する第2アイオノマの重量(W2)の比(=W2/Wc)をいう。
For example, when the electrode catalyst is catalyst-supporting carbon, the content of the second ionomer can be expressed by the I 2 /C ratio.
Here, the "I 2 /C ratio" refers to the ratio (=W 2 /W c ) of the weight (W 2 ) of the second ionomer to the weight (W c ) of the carbon support.

一般に、I2/C比が小さくなりすぎると、アイオノマコート触媒同士のプロトンパスが繋がりにくくなる。従って、I2/C比は、0.2以上が好ましい。I2/C比は、好ましくは、0.4以上、さらに好ましくは、0.6以上である。
一方、I2/C比が大きくなりすぎると、第2アイオノマによって電極中の空隙が減少し、発電性能が低下する。従って、I2/C比は、1.0以下が好ましい。I2/C比は、好ましくは、0.9以下、さらに好ましくは、0.8以下である。
In general, when the I 2 /C ratio becomes too small, it becomes difficult to connect proton paths between ionomer-coated catalysts. Therefore, the I 2 /C ratio is preferably 0.2 or more. The I 2 /C ratio is preferably 0.4 or higher, more preferably 0.6 or higher.
On the other hand, if the I 2 /C ratio becomes too large, the second ionomer will reduce the voids in the electrode, degrading power generation performance. Therefore, the I 2 /C ratio is preferably 1.0 or less. The I 2 /C ratio is preferably 0.9 or less, more preferably 0.8 or less.

[1.3.3. 第1アイオノマ及び第2アイオノマの総含有量]
燃料電池用電極に含まれる第1アイオノマ及び第2アイオノマの総含有量もまた、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な含有量を選択することができる。
例えば、電極触媒が触媒担持カーボンである場合、第1アイオノマ及び第2アイオノマの総含有量は、「I1/C比+I2/C比(以下、これを、「I/C比」ともいう)で表すことができる。「I1/C比」及び「I2/C比」の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
[1.3.3. Total content of first ionomer and second ionomer]
The total content of the first ionomer and the second ionomer contained in the fuel cell electrode is also not particularly limited, and the optimum content can be selected according to the purpose.
For example, when the electrode catalyst is catalyst-supporting carbon, the total content of the first ionomer and the second ionomer is "I 1 /C ratio + I 2 /C ratio (hereinafter also referred to as "I / C ratio" ). The details of the "I 1 /C ratio" and "I 2 /C ratio" are as described above, so the explanation is omitted.

一般に、I/C比が小さくなりすぎると、プロトン伝導抵抗が大きくなる。従って、I/C比は、0.5以上が好ましい。I/C比は、好ましくは、0.7以上、さらに好ましくは、0.9以上である。
一方、I/C比が大きくなりすぎると、アイオノマによって電極中の空隙が減少して発電性能が低下する。従って、I/C比は、1.4以下が好ましい。I/C比は、好ましくは、1.2以下、さらに好ましくは、1.0以下である。
In general, when the I/C ratio becomes too small, the proton conduction resistance increases. Therefore, the I/C ratio is preferably 0.5 or more. The I/C ratio is preferably 0.7 or higher, more preferably 0.9 or higher.
On the other hand, if the I/C ratio becomes too large, the ionomer will reduce the voids in the electrode, resulting in a decrease in power generation performance. Therefore, the I/C ratio is preferably 1.4 or less. The I/C ratio is preferably 1.2 or less, more preferably 1.0 or less.

[1.4. 用途]
本発明に係る燃料電池用電極は、固体高分子形燃料電池の空気極として好適であるが、水素極にも用いることができる。
[1.4. Application]
The fuel cell electrode according to the present invention is suitable as an air electrode for polymer electrolyte fuel cells, but can also be used as a hydrogen electrode.

[2. アイオノマコート触媒の製造方法]
本発明に係るアイオノマコート触媒の製造方法は、
電極触媒、第1アイオノマ、水、及び、必要に応じてアルコールを含み、水比率が0.8以上である分散液を調整する第1工程と、
前記分散液を乾燥させ、粉末を得る第2工程と、
前記粉末を130℃以上200℃以下の熱処理温度で熱処理し、アイオノマコート触媒を得る第3工程と
を備えている。
[2. Method for producing ionomer-coated catalyst]
The method for producing an ionomer-coated catalyst according to the present invention comprises:
A first step of preparing a dispersion containing an electrode catalyst, a first ionomer, water, and alcohol as necessary, and having a water ratio of 0.8 or more;
a second step of drying the dispersion to obtain a powder;
and a third step of heat-treating the powder at a heat-treating temperature of 130° C. or more and 200° C. or less to obtain an ionomer-coated catalyst.

[2.1. 第1工程]
まず、電極触媒、第1アイオノマ、水、及び、必要に応じてアルコールを含み、水比率が0.8以上である分散液を調整する(第1工程)。
[2.1.1. 電極触媒、及び第1アイオノマ]
電極触媒、及び第1アイオノマの詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
[2.1. First step]
First, a dispersion containing an electrode catalyst, a first ionomer, water, and, if necessary, an alcohol and having a water ratio of 0.8 or more is prepared (first step).
[2.1.1. Electrocatalyst and first ionomer]
Since the details of the electrode catalyst and the first ionomer are as described above, the description thereof is omitted.

[2.1.2. 分散媒]
電極触媒、及び第1アイオノマを分散させる分散媒には、水、又は、水とアルコールの混合溶媒を用いる。
アルコールは、第1アイオノマの溶解及び電極触媒の分散が可能なものである限りにおいて、特に限定されない。アルコールとしては、例えば、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、イソブタノール、tert-ブタノールなどがある。
また、分散媒の量は、第1アイオノマの溶解、及び、電極触媒の均一分散が可能である限りにおいて、特に限定されない。
[2.1.2. Dispersion medium]
Water or a mixed solvent of water and alcohol is used as a dispersion medium for dispersing the electrode catalyst and the first ionomer.
Alcohol is not particularly limited as long as it can dissolve the first ionomer and disperse the electrode catalyst. Alcohols include, for example, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutanol, tert-butanol, and the like.
Moreover, the amount of the dispersion medium is not particularly limited as long as the first ionomer can be dissolved and the electrode catalyst can be uniformly dispersed.

[2.1.3. 水比率]
「水比率」とは、分散媒に含まれる水とアルコールの総重量(Wt)に対する水の重量(Ww)の比(=Ww/Wt)をいう。
[2.1.3. Water ratio]
"Water ratio" refers to the ratio (=W w /W t ) of the weight of water (W w ) to the total weight (W t ) of water and alcohol contained in the dispersion medium.

水比率は、第1アイオノマの残存率に影響を与える。一般に、水比率が高くなるほど、第1アイオノマの残存率が高くなる。残存率を30%以上とするためには、水比率は、0.8以上である必要がある。水比率は、さらに好ましくは、0.85以上、さらに好ましくは、0.88以上である。特に、残存率を70%以上とするためには、水比率は、0.87以上が好ましい。 The water ratio affects the survival rate of the first ionomer. In general, the higher the water ratio, the higher the survival rate of the first ionomer. In order to make the residual rate 30% or more, the water ratio needs to be 0.8 or more. The water ratio is more preferably 0.85 or more, more preferably 0.88 or more. In particular, the water ratio is preferably 0.87 or more in order to obtain a residual rate of 70% or more.

[2.2. 第2工程]
次に、前記分散液を乾燥させ、粉末を得る(第2工程)。分散液の乾燥方法、及び乾燥条件は、特に限定されるものではなく、目的に応じて種々の方法及び条件を選択することができる。
[2.2. Second step]
Next, the dispersion is dried to obtain a powder (second step). The method and conditions for drying the dispersion are not particularly limited, and various methods and conditions can be selected according to the purpose.

[2.3. 第3工程]
次に、前記粉末を130℃以上200℃以下の熱処理温度で熱処理する(第3工程)。これにより、アイオノマコート触媒が得られる。
[2.3. Third step]
Next, the powder is heat treated at a heat treatment temperature of 130° C. or higher and 200° C. or lower (third step). This gives an ionomer-coated catalyst.

熱処理温度は、第1アイオノマの残存率に影響を与える。一般に、熱処理温度が高くなるほど、第1アイオノマの残存率が高くなる。残存率を30%以上とするためには、熱処理温度は、130℃以上である必要がある。熱処理温度は、好ましくは、150℃以上、さらに好ましくは、160℃以上である。特に、残存率を70%以上とするためには、熱処理温度は、150℃以上が好ましい。
一方、熱処理温度が高くなりすぎると、第1アイオノマが分解するおそれがある。従って、熱処理温度は、200℃以下が好ましい。熱処理温度は、好ましくは、190℃以下、さらに好ましくは、180℃以下である。
The heat treatment temperature affects the survival rate of the first ionomer. In general, the higher the heat treatment temperature, the higher the residual rate of the first ionomer. In order to obtain a residual rate of 30% or higher, the heat treatment temperature must be 130° C. or higher. The heat treatment temperature is preferably 150° C. or higher, more preferably 160° C. or higher. In particular, the heat treatment temperature is preferably 150° C. or higher in order to obtain a residual rate of 70% or higher.
On the other hand, if the heat treatment temperature is too high, the first ionomer may decompose. Therefore, the heat treatment temperature is preferably 200° C. or less. The heat treatment temperature is preferably 190° C. or lower, more preferably 180° C. or lower.

[3. 燃料電池用電極の製造方法]
本発明に係る燃料電池用電極の製造方法は、
アイオノマコート触媒を製造する工程と、
アイオノマコート触媒、及び第2アイオノマを分散媒に分散させ、触媒インクを得る工程と、
触媒インクを基材表面に塗工し、乾燥させる工程と
を備えている。
[3. Method for manufacturing fuel cell electrode]
A method for manufacturing a fuel cell electrode according to the present invention comprises:
a step of producing an ionomer-coated catalyst;
dispersing an ionomer-coated catalyst and a second ionomer in a dispersion medium to obtain a catalyst ink;
and a step of applying the catalyst ink to the substrate surface and drying the catalyst ink.

[3.1. アイオノマコート触媒製造工程]
まず、電極触媒の表面が第1アイオノマでオートされたアイオノマコート触媒を製造する(アイオノマコート触媒製造工程)。アイオノマコート触媒の製造方法の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
[3.1. Ionoma-coated catalyst manufacturing process]
First, an ionomer-coated catalyst in which the surface of the electrode catalyst is coated with a first ionomer is manufactured (ionomer-coated catalyst manufacturing step). Since the details of the method for producing the ionomer-coated catalyst are as described above, the explanation is omitted.

[3.2. 触媒インク製造工程]
次に、アイオノマコート触媒、及び第2アイオノマを分散媒に分散させ、触媒インクを得る(触媒インク製造工程)。
[3.2.1. 第2アイオノマ]
第2アイオノマの詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
[3.2. Catalyst ink manufacturing process]
Next, the ionomer-coated catalyst and the second ionomer are dispersed in a dispersion medium to obtain a catalyst ink (catalyst ink manufacturing step).
[3.2.1. second ionomer]
The details of the second ionomer are as described above, so the description is omitted.

[3.2.2. 分散媒]
分散媒は、アイオノマコート触媒及び第2アイオノマを分散させることが可能なものである限りにおいて、特に限定されない。分散媒としては、例えば、アルコール、ケトン、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、N-メチルピロリドン、グリコール、エステル、カルボン酸などがある。
[3.2.2. Dispersion medium]
The dispersion medium is not particularly limited as long as it can disperse the ionomer-coated catalyst and the second ionomer. Examples of dispersion media include alcohols, ketones, tetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone, glycols, esters and carboxylic acids.

[3.2.3. 固形分濃度、粘度]
「固形分濃度」とは、触媒インクの全重量に対する電極触媒及びアイオノマの重量の割合をいう。一般に、触媒インクの固形分濃度が高くなるほど、触媒インクの粘度が高くなる。触媒インクの粘度が高くなりすぎると、均一塗工性やインク分散性が悪化するため、良好な塗面ができにくい。そのため、ブレードコート法では塗工できず、塗工方法はリバースロールコーター法などに限定される。
[3.2.3. Solid content concentration, viscosity]
"Solid content concentration" refers to the ratio of the weight of the electrode catalyst and ionomer to the total weight of the catalyst ink. In general, the higher the solid content concentration of the catalyst ink, the higher the viscosity of the catalyst ink. If the viscosity of the catalyst ink is too high, uniform coating properties and ink dispersibility will deteriorate, making it difficult to obtain a good coated surface. Therefore, the blade coating method cannot be used for coating, and the coating method is limited to a reverse roll coater method or the like.

これに対し、本発明に係るアイオノマコート触媒を用いると、低粘度、かつ、高固形分濃度であり、しかもブレードコート法や間欠ダイ塗工法で塗工可能な触媒インクが得られる。製造条件を最適化すると、固形分濃度が14wt%以上40wt%以下であり、かつ、せん断速度:562s-1でのせん断粘度が0.13Pa・s以下である触媒インクが得られる。 In contrast, when the ionomer-coated catalyst according to the present invention is used, a catalyst ink having a low viscosity and a high solid content concentration, which can be coated by a blade coating method or an intermittent die coating method, can be obtained. By optimizing the production conditions, a catalyst ink having a solid content concentration of 14 wt % or more and 40 wt % or less and a shear viscosity of 0.13 Pa·s or less at a shear rate of 562 s −1 can be obtained.

[3.3. 塗工工程]
次に、触媒インクを基材表面に塗工し、乾燥させる(塗工工程)。これにより、本発明に係る燃料電池用電極が得られる。
触媒インクの塗工方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な方法を選択することができる。また、触媒インクを塗布する基材は、転写用の樹脂シートであっても良く、あるいは、電解質膜であっても良い。
[3.3. Coating process]
Next, the catalyst ink is applied to the substrate surface and dried (coating step). Thereby, the fuel cell electrode according to the present invention is obtained.
A method for applying the catalyst ink is not particularly limited, and an optimum method can be selected according to the purpose. Also, the base material to which the catalyst ink is applied may be a resin sheet for transfer, or may be an electrolyte membrane.

[4. 作用]
電極触媒の表面を高酸素透過アイオノマ(A)でコートすると、固形分濃度が高く、かつ、低粘度の触媒インクを作製することができる。そのため、これを用いて燃料電池用電極(触媒層)を作製すると、乾燥時間を短縮することができる。また、電極触媒の表面が高酸素透過アイオノマ(A)でコートされているので、触媒の使用量が相対的に少ない場合であっても、高い性能が得られる。
[4. action]
By coating the surface of the electrode catalyst with the highly oxygen-permeable ionomer (A), a catalyst ink with a high solids concentration and low viscosity can be produced. Therefore, when a fuel cell electrode (catalyst layer) is produced using this, the drying time can be shortened. Moreover, since the surface of the electrode catalyst is coated with the highly oxygen-permeable ionomer (A), high performance can be obtained even when the amount of catalyst used is relatively small.

さらに、電極触媒の表面を高酸素透過アイオノマ(A)でコートする場合において、高酸素透過アイオノマ(A)のイオン交換容量を最適化すると、高温低湿度条件及び低温高湿度条件のいずれにおいても高い発電性能を示す燃料電池用電極が得られる。これは、
(a)高酸素透過アイオノマ(A)のイオン交換容量を1.1meq/g以上にすることによって、高温低湿度環境下でも触媒層中のプロトン移動抵抗の増大が抑制されるため、及び、
(b)高酸素透過アイオノマ(A)のイオン交換容量を1.25meq/g以下にすることによって、アイオノマの過度の膨潤が抑制され、また、アイオノマ表面がより撥水性となるために、触媒層内に十分な空隙が確保されるため、
と考えられる。
Furthermore, when the surface of the electrode catalyst is coated with the highly oxygen permeable ionomer (A), if the ion exchange capacity of the highly oxygen permeable ionomer (A) is optimized, it will be high under both high temperature and low humidity conditions and low temperature and high humidity conditions. A fuel cell electrode exhibiting power generation performance is obtained. this is,
(a) By setting the ion exchange capacity of the high oxygen permeation ionomer (A) to 1.1 meq/g or more, an increase in proton transfer resistance in the catalyst layer is suppressed even in a high temperature and low humidity environment, and
(b) By setting the ion exchange capacity of the highly oxygen permeable ionomer (A) to 1.25 meq/g or less, excessive swelling of the ionomer is suppressed and the surface of the ionomer becomes more water repellent. Sufficient space is secured inside the
it is conceivable that.

(実施例1、比較例1~3)
[1. 試料の作製]
[1.1. アイオノマコート触媒の調製]
白金担持カーボンと、水と、エタノールと、高酸素透過アイオノマ溶液とを混合し、混合液を得た。カーボン重量に対する高酸素透過アイオノマの重量比(I1/C比)は0.4、固形分濃度は6wt%、水比率は94wt%とした。
高酸素透過アイオノマには、脂肪族環構造を有するパーフルオロカーボンユニットと、パーフルオロスルホン酸を側鎖に持つ酸基ユニットからなる電解質ポリマを用いた。高酸素透過アイオノマのイオン交換容量(以下、「IEC」とも表記する)は、1.0meq/g(比較例1)、1.2meq/g(実施例1)、1.3meq/g(比較例2)、又は、1.5meq/g(比較例3)とした。高酸素透過アイオノマの酸素透過係数は、IECによらず、いずれも、2.2×10-14mol/(m・s・Pa)以上であった。
(Example 1, Comparative Examples 1 to 3)
[1. Preparation of sample]
[1.1. Preparation of ionomer-coated catalyst]
A mixed solution was obtained by mixing platinum-supported carbon, water, ethanol, and a highly oxygen-permeable ionomer solution. The weight ratio (I 1 /C ratio) of the highly oxygen permeable ionomer to the carbon weight was 0.4, the solid content concentration was 6 wt %, and the water ratio was 94 wt %.
An electrolyte polymer composed of a perfluorocarbon unit having an alicyclic structure and an acid group unit having perfluorosulfonic acid as a side chain was used for the highly oxygen-permeable ionomer. The ion exchange capacity (hereinafter also referred to as “IEC”) of the high oxygen permeability ionomer is 1.0 meq/g (Comparative Example 1), 1.2 meq/g (Example 1), 1.3 meq/g (Comparative Example 2), or 1.5 meq/g (Comparative Example 3). The oxygen permeability coefficients of the high oxygen permeability ionomers were all 2.2×10 −14 mol/(m·s·Pa) or more regardless of IEC.

次に、混合液を高圧ホモジナイザー((株)スギノマシン製、スターバーストミニ)で分散処理した。ノズル径は100μmφ、処理圧力は75MPaとした。
得られた分散溶液を防爆型乾燥炉で80℃で3時間加熱し、溶媒を蒸発させた。次いで、真空乾燥機で減圧下、160℃で2時間熱処理した。さらに、熱処理後の粉末を電動ミルで粉砕し、アイオノマコート触媒を得た。特許文献3に記載の方法を用いてアイオノマコート触媒の残存率を測定したところ、残存率はいずれも70%以上であった。
Next, the mixed solution was subjected to dispersion treatment using a high-pressure homogenizer (Starburst Mini manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.). The nozzle diameter was 100 μmφ, and the processing pressure was 75 MPa.
The obtained dispersion solution was heated at 80° C. for 3 hours in an explosion-proof drying oven to evaporate the solvent. Then, it was heat-treated at 160° C. for 2 hours under reduced pressure in a vacuum dryer. Further, the heat-treated powder was pulverized with an electric mill to obtain an ionomer-coated catalyst. When the residual rate of the ionomer-coated catalyst was measured using the method described in Patent Document 3, the residual rate was 70% or more in all cases.

[1.2. 触媒インクの調製]
粉砕されたアイオノマコート触媒と、水と、エタノールとを所定の比率で混合し、混合液を得た。混合液を高圧ホモジナイザー((株)スギノマシン製、スターバーストミニ)で分散処理し、触媒インク(A)を得た。ノズル径は150μmφ、処理圧力は75MPaとした。
次に、分散処理した触媒インク(A)に、さらに第2アイオノマを加えて混合し、触媒インク(B)を得た。第2アイオノマには、ナフィオン(登録商標)溶液を用いた。カーボン重量に対する第2アイオノマの重量比(I2/C)は0.7、触媒インク(B)の固形分濃度は20wt%とした。
[1.2. Preparation of catalyst ink]
A pulverized ionomer coat catalyst, water, and ethanol were mixed in a predetermined ratio to obtain a mixed liquid. The mixed liquid was subjected to dispersion treatment using a high-pressure homogenizer (Starburst Mini manufactured by Sugino Machine Co., Ltd.) to obtain catalyst ink (A). The nozzle diameter was 150 μmφ, and the processing pressure was 75 MPa.
Next, a second ionomer was added to and mixed with the catalyst ink (A) subjected to dispersion treatment to obtain a catalyst ink (B). A Nafion (registered trademark) solution was used for the second ionomer. The weight ratio (I 2 /C) of the second ionomer to the carbon weight was set to 0.7, and the solid content concentration of the catalyst ink (B) was set to 20 wt %.

[1.3. 燃料電池の作製]
[1.3.1. 空気極の作製]
触媒インク(B)をベーカー式アプリケーターを用いて、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シート上に塗工し、乾燥させ、触媒層を得た。白金目付量は、0.15mg/cm2とした。この触媒層を電解質膜の一方の面に加熱プレスで転写し、空気極とした。電極面積は、1cm2とした。
[1.3. Fabrication of fuel cell]
[1.3.1. Preparation of air electrode]
The catalyst ink (B) was applied onto a polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet using a Baker applicator and dried to obtain a catalyst layer. The platinum basis weight was 0.15 mg/cm 2 . This catalyst layer was transferred to one surface of the electrolyte membrane by a hot press to form an air electrode. The electrode area was 1 cm 2 .

[1.3.2. 水素極の作製]
白金担持カーボン、及び、アイオノマとしてナフィオン(登録商標)のみを含む触媒インク(C)を調製した。カーボンの重量に対するアイオノマの重量比(I/C)は1.0、触媒インク(C)の固形分濃度は10wt%とした。
触媒インク(C)をPTFE上に塗工し、乾燥させ、触媒層を得た。この触媒層を電解質膜の他方の面に熱転写し、水素極とした。
[1.3.2. Preparation of hydrogen electrode]
A catalyst ink (C) containing only platinum-supported carbon and Nafion® as an ionomer was prepared. The weight ratio (I/C) of the ionomer to the weight of the carbon was set to 1.0, and the solid content concentration of the catalyst ink (C) was set to 10 wt%.
The catalyst ink (C) was applied onto PTFE and dried to obtain a catalyst layer. This catalyst layer was thermally transferred to the other surface of the electrolyte membrane to form a hydrogen electrode.

[1.3.3. 評価セルの作製]
触媒層が形成された電解質膜の両面を撥水層付きカーボンペーパーではさみ、評価セルとした。
[1.3.3. Preparation of evaluation cell]
Both surfaces of the electrolyte membrane on which the catalyst layer was formed were sandwiched between carbon papers with a water-repellent layer to form an evaluation cell.

[2. 試験方法]
評価セルを用いて発電試験を行った。バブラー温度は55℃、背圧は50kPaGとした。カソードには加湿した空気を供給し、アノードには加湿した水素を供給した。セル温度は、45℃(低温高湿条件)、又は82℃(高温低湿条件)とした。
[2. Test method]
A power generation test was conducted using the evaluation cell. The bubbler temperature was 55°C and the back pressure was 50 kPaG. Humidified air was supplied to the cathode and humidified hydrogen was supplied to the anode. The cell temperature was 45° C. (low temperature and high humidity conditions) or 82° C. (high temperature and low humidity conditions).

[3. 結果]
試験を行った4つの電極の中で、セル電圧0.6V時の電流密度が最大となった電極の電流密度(I0)を基準とし、それに対する各電極の電流密度(I)の比(以下、「電流密度比(I/I0)」という)を求めた。図1に、高酸素透過アイオノマのイオン交換容量(IEC)と電流密度比との関係を示す。
[3. result]
Among the four electrodes tested, the current density (I 0 ) of the electrode with the maximum current density at a cell voltage of 0.6 V is used as a reference, and the ratio of the current density (I) of each electrode to it ( Hereinafter, the "current density ratio (I/I 0 )") was determined. FIG. 1 shows the relationship between the ion exchange capacity (IEC) and the current density ratio of high oxygen permeability ionomers.

低温高湿条件では、IECが大きいほど電流密度比が小さいことが分かる。これは、IECが大きいほど、低温高湿条件でのアイオノマの膨潤が大きくなるために、触媒層中の空隙が塞がり、ガスの拡散が阻害されたためと考えられる。また、IECが大きくなるほど、スルホン酸基によりアイオノマ表面の親水性が高くなり、触媒層中に水が溜まりやすくなったために、ガスの拡散が阻害されたことも要因と考えられる。 It can be seen that under low temperature and high humidity conditions, the larger the IEC, the smaller the current density ratio. This is probably because the greater the IEC, the greater the swelling of the ionomer under low-temperature and high-humidity conditions. Moreover, as the IEC increases, the hydrophilicity of the ionomer surface increases due to the sulfonic acid groups, making it easier for water to accumulate in the catalyst layer.

高温低湿条件では、IECが大きいほど電流密度比が高いことが分かる。これは、IECが大きいほど、触媒層中のプロトン移動抵抗が低減されたためと考えられる。
図1より、高温低湿条件下及び低温高湿条件下のいずれにおいても電流密度比が高い値(具体的には、0.95以上)を示すIECの範囲は、1.1meq/g以上1.25meq/g以下であることが分かる。すなわち、この範囲のIECのアイオノマを用いたアイオノマコート触媒であれば、低湿高温から高温低湿の広い温湿度環境下において、高い発電性能が得られることが分かる。
It can be seen that under high temperature and low humidity conditions, the higher the IEC, the higher the current density ratio. This is probably because the higher the IEC, the lower the proton transfer resistance in the catalyst layer.
From FIG. 1, the range of IEC showing a high current density ratio (specifically, 0.95 or more) under both high-temperature and low-humidity conditions and low-temperature and high-humidity conditions is 1.1 meq/g or more. It turns out that it is 25 meq/g or less. That is, it can be seen that an ionomer-coated catalyst using an IEC ionomer within this range can obtain high power generation performance in a wide range of temperature and humidity environments from low humidity and high temperature to high temperature and low humidity.

以上の結果から、高酸素透過アイオノマをコートした触媒を用いることで、低白金目付においても酸素移動抵抗を小さくすることができる。また、アイオノマコート触媒を用いることで、触媒インクの固形分濃度を高くすることができ、触媒インクの乾燥時間を短縮できる。さらに、IECの適正化によって、低温高湿条件から高温低湿条件までの広い範囲の作動環境において、高い発電性能を有する電極、及びそれを用いた固体高分子形燃料電池を提供することができる。 From the above results, by using a catalyst coated with a highly oxygen-permeable ionomer, it is possible to reduce the oxygen transfer resistance even with a low platinum basis weight. Moreover, by using an ionomer-coated catalyst, the solid content concentration of the catalyst ink can be increased, and the drying time of the catalyst ink can be shortened. Furthermore, by optimizing the IEC, it is possible to provide electrodes with high power generation performance in a wide range of operating environments from low temperature and high humidity conditions to high temperature and low humidity conditions, and polymer electrolyte fuel cells using the same.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is by no means limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.

本発明に係る燃料電池用電極は、固体高分子形燃料電池の空気極として用いることができる。 The fuel cell electrode according to the present invention can be used as an air electrode for polymer electrolyte fuel cells.

Claims (6)

以下の構成を備えた燃料電池用電極。
(1)前記燃料電池用電極は、
電極触媒の表面が第1アイオノマからなる第1層でコートされたアイオノマコート触媒と、
前記第1アイオノマに接している第2アイオノマからなる第2層と、
を備えている。
(2)前記第1アイオノマは、イオン交換容量が1.1meq/g以上1.25meq/g以下である高酸素透過アイオノマ(A)からなる。
(3)前記高酸素透過アイオノマ(A)は、その分子構造内に酸基及び環状構造を含む高分子化合物からなる。
(4)前記第2アイオノマは、ポリパーフルオロカーボンスルホン酸からなる。
(5)前記アイオノマコート触媒は、次の式(1)で表される残存率R(%)が70%以上である。
R(%)=(x 0 -x)×100/x 0 ・・・(1)
但し、
xは、前記アイオノマコート触媒を水:エタノール=70:30(重量比)の混合溶媒に加えて分散液とした時に、前記混合溶媒中に溶け出した前記第1アイオノマの濃度、
0 は、前記混合溶媒に前記第1アイオノマのすべてが溶け出したと仮定した時の、前記混合溶媒中の前記第1アイオノマの濃度の理論値。
A fuel cell electrode having the following structure.
(1) The fuel cell electrode is
an ionomer-coated catalyst in which the surface of the electrode catalyst is coated with a first layer made of a first ionomer;
a second layer comprising a second ionomer in contact with the first ionomer;
It has
(2) The first ionomer is made of a high oxygen permeability ionomer (A) having an ion exchange capacity of 1.1 meq/g or more and 1.25 meq/g or less.
(3) The highly oxygen-permeable ionomer (A) consists of a polymer compound containing an acid group and a cyclic structure in its molecular structure.
(4) The second ionomer is made of polyperfluorocarbonsulfonic acid.
(5) The ionomer-coated catalyst has a residual rate R (%) represented by the following formula (1) of 70% or more.
R (%)=(x 0 −x)×100/x 0 (1)
however,
x is the concentration of the first ionomer dissolved in the mixed solvent when the ionomer-coated catalyst is added to a mixed solvent of water:ethanol = 70:30 (weight ratio) to form a dispersion;
x0 is the theoretical value of the concentration of the first ionomer in the mixed solvent, assuming that all of the first ionomer is dissolved in the mixed solvent.
前記高酸素透過アイオノマ(A)は、温度80℃、相対湿度30%RHにおける酸素透過係数が2.2×10-14mol/(m・s・Pa)以上であるアイオノマからなる請求項1に記載の燃料電池用電極。 2. The ionomer according to claim 1, wherein the high oxygen permeability ionomer (A) comprises an ionomer having an oxygen permeability coefficient of 2.2×10 −14 mol/(m·s·Pa) or more at a temperature of 80° C. and a relative humidity of 30% RH. An electrode for a fuel cell as described. 前記電極触媒は、
カーボン担体と、
前記カーボン担体の表面に担持された触媒微粒子と
を備えている請求項1又は2に記載の燃料電池用電極。
The electrode catalyst is
a carbon carrier;
3. The fuel cell electrode according to claim 1 , further comprising fine catalyst particles supported on the surface of said carbon support.
1/C比が0.2以上0.7以下である請求項3に記載の燃料電池用電極。
但し、「I1/C比」とは、前記カーボン担体の重量(Wc)に対する前記第1アイオノマの重量(W1)の比(=W1/Wc)をいう。
4. The fuel cell electrode according to claim 3, wherein the I1 / C ratio is 0.2 or more and 0.7 or less.
However, the “I 1 /C ratio” refers to the ratio (=W 1 /W c ) of the weight (W 1 ) of the first ionomer to the weight (W c ) of the carbon support.
2/C比が0.2以上1.0以下である請求項3又は4に記載の燃料電池用電極。
但し、「I2/C比」とは、前記カーボン担体の重量(Wc)に対する前記第2アイオノマの重量(W2)の比(=W2/Wc)をいう。
5. The fuel cell electrode according to claim 3 , wherein the I2 /C ratio is 0.2 or more and 1.0 or less.
However, the “I 2 /C ratio” refers to the ratio (=W 2 /W c ) of the weight (W 2 ) of the second ionomer to the weight (W c ) of the carbon support.
1/C比+I2/C比が0.5以上1.4以下である請求項3から5までのいずれか1項に記載の燃料電池用電極。
但し、
「I1/C比」とは、前記カーボン担体の重量(Wc)に対する前記第1アイオノマの重量(W1)の比(=W1/Wc)、
「I2/C比」とは、前記カーボン担体の重量(Wc)に対する前記第2アイオノマの重量(W2)の比(=W2/Wc)をいう。
6. The fuel cell electrode according to any one of claims 3 to 5, wherein the I1 / C ratio + I2 /C ratio is 0.5 or more and 1.4 or less.
however,
“I 1 /C ratio” means the ratio of the weight (W 1 ) of the first ionomer to the weight (W c ) of the carbon support (=W 1 /W c ),
“I 2 /C ratio” refers to the ratio (=W 2 /W c ) of the weight (W 2 ) of the second ionomer to the weight (W c ) of the carbon support.
JP2019124418A 2019-07-03 2019-07-03 Electrodes for fuel cells Active JP7152992B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019124418A JP7152992B2 (en) 2019-07-03 2019-07-03 Electrodes for fuel cells

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019124418A JP7152992B2 (en) 2019-07-03 2019-07-03 Electrodes for fuel cells

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021012754A JP2021012754A (en) 2021-02-04
JP7152992B2 true JP7152992B2 (en) 2022-10-13

Family

ID=74227974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019124418A Active JP7152992B2 (en) 2019-07-03 2019-07-03 Electrodes for fuel cells

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7152992B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017073357A (en) 2015-10-09 2017-04-13 トヨタ自動車株式会社 Catalyst layer for fuel cell and fuel cell
WO2018064623A1 (en) 2016-09-30 2018-04-05 Ballard Power Systems Inc. Cathode electrode design for electrochemical fuel cells
JP2018152333A (en) 2017-03-10 2018-09-27 株式会社豊田中央研究所 Ionomer-coated catalyst and method for manufacturing the same, and catalyst ink

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017073357A (en) 2015-10-09 2017-04-13 トヨタ自動車株式会社 Catalyst layer for fuel cell and fuel cell
WO2018064623A1 (en) 2016-09-30 2018-04-05 Ballard Power Systems Inc. Cathode electrode design for electrochemical fuel cells
JP2018152333A (en) 2017-03-10 2018-09-27 株式会社豊田中央研究所 Ionomer-coated catalyst and method for manufacturing the same, and catalyst ink

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021012754A (en) 2021-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5458503B2 (en) Method for producing electrolyte membrane-electrode assembly
US20220278334A1 (en) Membrane electrode assembly with improved electrode
US7910259B2 (en) Anode for fuel cell, manufacturing method thereof, and fuel cell including the same
JP5297786B2 (en) Anode catalyst layer of polymer electrolyte fuel cell
JP7128634B2 (en) Ionoma-coated catalyst, manufacturing method thereof, and catalyst ink
Jung et al. Engineering ionomer homogeneously distributed onto the fuel cell electrode with superbly retrieved activity towards oxygen reduction reaction
EP3416221B1 (en) Method for preparing membrane-electrode assembly
JP7152992B2 (en) Electrodes for fuel cells
JP7498271B2 (en) Highly durable fuel cell electrode, method for producing same, and membrane-electrode assembly including same
JP7152049B2 (en) Method for manufacturing catalyst layer, catalyst layer, membrane-electrode assembly including the same, and fuel cell
Choi et al. Optimization of hydrophobic additives content in microporous layer for air breathing PEMFC
JP2011014406A (en) Ink for catalyst and catalyst layer formed using ink for catalyst
JP6658633B2 (en) Method for producing catalyst ink and catalyst composite
JP2006331845A (en) Catalyst powder for polymer electrolyte fuel cell and its manufacturing method, and electrode for polymer electrolyte fuel cell containing catalyst powder
JP2003086191A (en) Solid polymer fuel cell and its manufacturing method
JP7310855B2 (en) catalyst layer
KR102244711B1 (en) Membrane Electrode Assembly of Dual Catalyst Layer Proton Exchange Membrane Fuel Cell for Portable Electronic Devices
WO2022172947A1 (en) Method of producing electrode catalyst, method of producing gas diffusion electrode, and method of producing membrane/electrode assembly
JP2010238513A (en) Catalyst particle containing aggregate body for solid polymer fuel cell
US6869704B1 (en) Enhancement of electrochemical cell performance
JP2016035868A (en) Cathode catalyst layer for fuel battery
KR20240098207A (en) Slurry for catalyst layer of fuel cell electrode and Method for preparing slurry for catalyst layer of fuel cell electrode
JP2023131046A (en) catalyst layer
CN117976918A (en) Electrocatalyst ink, catalytic layer, membrane electrode, and preparation methods and applications thereof
JP2010160922A (en) Method manufacturing of ink for catalyst layer formation of fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210903

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220613

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220705

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220808

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220906

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220930

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7152992

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150