TW200401469A - Catalytic electrode for fuel cell and fuel cell having the catalytic electrode as well as method of forming the same - Google Patents

Description

200401469

一、 【發明所屬之技術頜域】 本發明係關於一種燃料電池用觸媒電極及具有該觸媒 電極之燃料電池與前述各物品之製造方法，將由氫與碳所 形成的燃料直接供應至電池的類型。 …、為求更充分說明關於本發明現階段之技術水準，本專 利況月θ中所引用或所指定之所有專利、專利申請案 '專 利Α報、科學淪文等，此等刊物之所有的說明均列入作 本申請案之參考。 ’ 二、 【先前技術】

^固體電解質型燃料電池係一種裝置，將全氟磺酸膜等 口體電解貝膜作為電解質，於此膜之兩面接合燃料極與氧 化劑^而構成，將氫氣或曱醇供應至燃料極、益將氧氣供 應至氧化劑極’再利用電化學反應進行發電。 使用甲醇作為燃料之情形，於燃料極產生式[1 ]所示 之電化學反應： cH30H +H20 ->6H+ +C02 +6e~ [ 1 ] 另外’於氧化劑極產生式[2 ]所示之電化學反應： 3 / 202 +6H+ + 6e- —3H20 [2] 為了進行此等反應，各個燃料極電極及氧化劑極電極 係由載持觸媒之碳微粒子與固體電解質膜之混合物所構成 的0

200401469 五、發明說明（2) 於此構造中，使用甲醇作為燃料之 極的甲醇係通過電極中之細孔而到 ^形二供應至燃料 J醇：以該反應式⑴所示之電化 產’猎/觸媒：解 子。氫離子通過電極中之電解質及兩屋生/子與虱離 膜而到達氧化劑極，該氫離子盥供應 間之固體電解質 以及經由外部電路而流入氧化劍極：電；：劑=氧氣、 反應式[2]所示而產生水。 電子進仃反應，如該 醇所子所示之電化學反應，從甲 外部電路，隔觸？載體及電極基板而導向 隔莩冰如兩 P電路而流入氧化劑極。Α仕旲，田盔 取出。°路’電子從燃料極流向氧化劑極，電力因而被 習知之直接子醇型燁料 生的二氧化碳或反應式「，丨由於該反應式[1]所產 留於燃料極電：中：：乂之中間產生物的-氧化碳，殘 而降低，使得有效觸媒之礙燃料之供應，發電效率因 了避免此等門g s、表面積減少而導致輪出降低。為 氣化切二'氧，二去4吸嶋 二、【發明内容】 用於燃料電池之二之二t係在於提供一種觸媒電極，於使 氣體吸附於電極二而f t制於燃料極所產生的副產物之 狀之該氣體A°t 2 ’同時，迅速去除暫時被吸附的氣泡 電池輪=降；免燃料極有表面積之減少，防止燃料 200401469

五、發明說明（3) 另外，本發明之目的在於提供一 法，於使用於燃料電池之際，葬由' 某電極的製造方 副產物之氣體吸附於電極表❺f :產生的 附的氣泡狀之該氣體1夠避免燃料極= : = :吸 少，防止燃料電池輸出之降低。 又 積之減 另外，本發明之目的在於提供一種烬 於燃料電池之際，藉由抑制於燃料極所產生產^吏用 體吸附於電極表面，同時，迅速去除暫 b田 物之虱 < <方κ于、货日守破吸附的 之該氣體，能夠避免燃料極有效表面積之止 電池輸出之降低。 丨万止燃料 ，另外，本發明之目的係在於提供—種燃料電池的 方法，於使用於燃料電池之際，藉由抑制於燃料極所 的副產物之氣體吸附於電極表面，同時，迅速去除暫昉 吸附的氣泡狀之該氣體，能夠避免燃料極有效表面:ζ 少，防止燃料電池輸出之降低。 發明之描示 本：:月之第要點’為一種燃料電池用觸媒電極 = 觸媒層，鄰接於該基板所形成之含有觸： Α把厌子^體聚合物電解質；以及其.特徵為：至少卞 基板及該觸媒禺丄 ^ > 3¾ 本發明之：料：的任一個’含有至少一種消泡劑。 作用，包含：=池用觸媒電極中所含之消泡劑的消泡 形成氣泡而被吸=料電池燃料極之反應所產生的氣體 氣泡之作用。因此：用，以弄破、去除所產生的 此’由於燃料電池用觸媒電極含有消泡

第10頁 200401469 五、發明說明（4) 劑，可以防止該燃料 料電池輸出之降低。 本發明之燃料電 包含：至少由脂肪酸 消泡劑、醚系消泡劑 胺系消泡劑、金屬肥 消泡劑、礦物油系消 基乙二醇油酸醋、壬 藍尼克（Pluronic)型 之中所選出的任一個 料嚅池用觸媒電極之 的氣泡’防止燃料電 另外，至少本發 觸媒層之中的任一個 再者，至少本發 觸媒層之中的任一個 安定化劑之至少一個 用觸媒電極之有效表 還有’本發明之 s亥觸媒層二者含有消 反應所產生的氣體形 而’能夠提供—種更 極。 本發明之第二要 極有政表面積之減少，並可 池用觸 系消泡 、磷酸 皂系消 泡劑、 基苯紛 環氧乙 。能夠 吸附， 池輸出 明燃料 ’能夠 明燃料 ，能夠 。藉此 面積。 燃料電 泡劑， 成氣泡 增加有點，為 媒電極， 劑、脂肪 酯系消泡 泡劑 '疏 以及聚丙 環氡乙烷 烷低莫耳 藉由更進 另外’迅 之降低。 電池用觸 含有一種 電池用觸 含有該消 ，能夠進 其中，該消 酸酯系消泡 劑、胺系消 酸酯系消泡 二醇、低分 低莫耳添加 添加物所形 一步抑制氣 速弄破、去 媒電極之該 或數種之該 媒電極之該 泡劑之混合 以防止燃 泡劑能夠 劑、醇系 泡劑 '醯 劑、矽系 子量聚乙 物、普盧 成的集合 泡對該燃 除所產生 基板及該 消泡劑。 基板及該 促進劑及 一步增加該燃料電池 池用觸媒電極，藉由 能夠進一步提高抑制 而被吸附於該電極的 效表面積的燃料電池 該基板及 因與燃料 效果。因 用觸媒電 種燃料電池，包含：a)固體

第11頁 200401469 五、發明說明（5) 電解質膜；b) C )氧化劑極， 為：該燃料極 板所形成之含 及至少該燃料 該至少一種消 由於本發 於燃料極之反 能夠迅速弄破 之有效表面積 t另外，供 化合物與至少 含之該消泡劑 肪酸酯系消泡 泡劑、胺系消 硫酸酯系消泡 丙二醇、低分 烧低莫耳添加 耳添加物所形 於該液體 板及該觸媒層 可以相同，也 本發明之 造方法，將包 燃料極，鄰 鄰接於該固 包含基板與 有觸媒載持 極之該基板 泡劑。 明之燃料電 應所產生之 、去除發生 增加’提供 應至該燃料 一種消泡劑 ’也可以包 劑、醇系消 泡劑、醯胺 劑、矽系消 子量聚乙基 物、普盧藍 成的集合之 燃料中所含 之中的任一 可以不同。 第三要點， 含載持觸媒 劑，抑制 ，另外， 該燃料極 包含有機 燃料中所 泡劑、脂 酸酯系消 消 >包劑、 、以及聚 盼環氧乙 乙烷低莫 至少該基 消泡劑， 接於該固體電解質膜之第一面； 體電解質膜之第二面；其特徵 觸媒層’此觸媒層係鄰接於該基 碳粒子與固體聚合物電解質；以 及該觸媒層之中的任一個，含有 池，於燃料極含有消泡 氣體形成氣泡而被吸附 的氣泡。因而，能夠使 局的輸出。 極的液體燃料，也可以 。此情形下，於該液體 含：至少由脂肪酸系消 泡劑、醚系消泡劑、磷 系消泡劑、金屬肥皂系 泡劑、礦物油系消泡劑 乙二醇油酸酯、壬基苯 尼克（Pluronic)型環氧 中所選出的任一個。 之至少一種消泡劑，與 個中所含之該至少—種 為一種燃料電池用觸媒電極的製 之導電粒子、固體聚合物電解質

第12頁 一種消泡劑之混合促 的製造方法’也可以更包 —種消泡劑的液體及氣體 質’於該基板賦予該至少 為：於賦予該消泡劑的基 200401469 五、發明說明（6) 之粒子及至少一種消泡劑的溶液，塗布於基板表面 一部分而於該基板表面形成觸媒層的步驟。 該消泡劑也可以包含：至少由脂肪酸系消泡劑、 酸醋系消泡劑、醇系消泡劑、醚系消泡劑、磷酸賴 劑、胺系消泡劑、醢胺系消泡劑、金屬肥皂系消泡节、 酸酯系消泡劑、矽系消泡劑、礦物油系消泡劑 '以W 二醇、低分子量聚乙基乙二醇油酸酯、壬基苯酚環$ 低莫耳添加物、普盧藍尼克（Plur〇nic)型環氧乙产 添加物所形成的集合之中所選出的任一個。 ""5* 該塗布液也可以含有該至少 及"安定化劑之至少一個。 該燃料電池用觸媒電極 使基板接觸於處於含有至少 的任一種狀態之含消泡劑物 消泡劑的步驟；以及其特徵 上’塗布含消泡劑溶液。 該燃料電池用觸媒電極的谇古 衣这々洗，也可以争£ 使至少一種消泡劑分散於基板之原料中， ^ -種消泡劑之基板的步驟；以及其 : 劑之基板，塗布含有消泡劑之溶液。 ； 本發明之弟四要點，為一種辦粗泰 、丄古. Λ . ^ . ^ ^科電池用觸媒電才 以方法，匕3 .使基板接觸於處於含有、一 液體及氣體之中的任一種狀態之含 夕一種/肖/j 賦予該至少一種消泡劑的步驟；以於蜊物質，於1 以及於該基板表面i -至少 脂肪 消泡 、碌 聚丙 乙坑 莫耳 進劑 含： 之中 —種 板 含： 至少 消泡 的製 劑的 基板 至少

第13頁 200401469 五、發明說明（7) 一部分，形成觸媒層的步驟。 形成該觸媒層的步驟，也可以包含：將含有載持觸媒 物質之導電粒子與固體聚合物電解質之粒子的塗布液，塗 布於該基板上的步驟。

該消泡劑也可以包含：至少由脂肪酸系消泡劑、脂肪 酸酯系消泡劑、醇系消泡劑、醚系消泡劑、磷酸酯系消泡 劑、胺系消泡劑、醯胺系消泡劑、金屬肥皂系消泡劑、硫 酸酯系消泡劑、矽系消泡劑、礦物油系消泡劑、以及聚丙 二醇、低分子量聚乙基乙二醇油酸酯、壬基苯酚環氧乙烷 低莫耳添加物、普盧藍尼克（Pluronic)型環氧乙烧低莫耳 添功口物所形成的集合之中所選出的任一個。 該含消泡劑物質也可以包含該至少一種消泡劑之混合 促進劑及安定化劑之至少一個。 使接觸於該含消泡劑物質的步驟，也可以包含：將處 於液體狀態之該含消泡劑物質，塗布於該基板的步驟。 使接觸於該含消泡劑物質的步驟，也可以包含：將該 基板浸潰於處於液體狀態之該含消泡劑物質中的步驟。

使接觸於該含消泡劑物質的步驟，也可以包含：將處 於氣體狀態之該含消泡劑物質，喷塗於該基板的步驟。 形成該觸媒層的步驟，也可以包含：將含有載持觸媒 之導電粒子、固體聚合物電解質之粒子及至少一種消泡劑 的溶液，塗布於基板表面之至少一部分，於該基板表面形 成觸媒層的步驟。 本發明之第五要點，為一種燃料電池用觸媒電極的製

第14頁 200401469 五、發明說明（8) 造方法，包含：使至少 形成分散該至少一種消 表面之至少一部分，形 形成該觸媒層的步 物質之導電粒子與含有 液’塗布於該基板上的 該消泡劑也可以包 酸S旨系消泡劑、醇系消 劑、胺系消泡劑、醯胺 酸酯系消泡劑、石夕系消 二裤、低分子量聚乙基 低莫耳添加物、普盧藍 添加物所形成的集合之 也可以使該至少 之至少一個，進一步分 形成該觸媒 之導電粒子、固 的溶液，塗布於 成觸媒層的步驟 本發明之第 造方法，包含： 電解質之粒子的 該基板表面形成 於處於含有至少 層的步· 體聚合 基板表 —種消泡劑分散於基板之 泡劑之基板的步驟；以及 成觸媒層的步驟。 驟’也可以包含：將含有 固體聚合物電解質之粒子 步驟。 含：至少由脂肪酸系消泡 泡劑、醚系消泡劑、磷酸 系消泡劑、金屬肥皂系消 泡劑、礦物油系消泡劑、 乙二醇油酸醋、壬基苯紛 尼克（Pluron ic)型環氧乙 中所選出的任一個。 種消泡劑之混合促進劑及安定化劑 散於該基板之原料中。 驟’也可以包含：將含有載持觸媒 物電解質之粒子及至少一種消泡劑 面之至少一部分而於該基板表面形 原料中， 於該基板 載持觸媒 的塗布 劑、脂肪 酯系消泡 泡劑、硫 以及聚丙 環氧乙烷 烷低莫耳 /、要點’為一種燃料電池用觸媒電極的製 將含有栽持觸媒之導電粒子與固體聚合物 浴液’塗布於基板表面之至少一部分而於 觸媒層的步驟；以及藉由使該觸媒層接觸 一種消泡劑之液體及氣體之中的任一狀態

第15頁 200401469 五、發明說明（9) 之含消泡劑物質，於該觸媒層中賦予該至少一種消泡劑的 步驟。 該消泡劑也可以含有至少由脂肪酸系消泡劑、脂肪酸 酯系消泡劑、醇系消泡劑、醚系消泡劑、磷酸酯系消泡 劑、胺系消泡劑、醯胺系消泡劑、金屬肥皂系消泡劑、硫 酸酯系消泡劑、矽系消泡劑、礦物油系消泡劑、以及聚丙 二醇、低分子量聚乙基乙二醇油酸酯、壬基苯酚環氧乙烷 低莫耳添加物、普盧藍尼克（Pluronic)型環氧乙烧低莫耳 添加物所形成的集合之中所選出的任一個。 該含消泡劑物質，也可以含有該至少一種消泡劑之混 合嘥進劑及安定化劑之至少一個。 使接觸於該含消泡劑物質的步驟，也可以含有將處於 液體狀態之該含消泡劑物質，塗布於該基板的步驟。 使接觸於該含消泡劑物質的步驟，也可以含有將該基 板浸潰於處於液體狀態之該含消泡劑物質中的步驟。 使接觸於該含消泡劑物質的步驟，也可以含有將處於 氣體狀態之該含消泡劑物質，喷塗於該基板的步驟。 本發明之第七要點，為一種燃料電池用觸媒電極的製 造方法，包含：將含有載持觸媒之導電粒子、固體聚合物 電解質之粒子及至少一種消泡劑的溶液，塗布於基板表面 之至少一部分而於該基板表面形成觸媒層，得到觸媒電極 的步驟；以及使該觸媒電極與固體電解質膜相抵接而進行 壓合的步驟。 本發明之第八要點，為一種燃料電池用觸媒電極的製

第16頁 200401469 五、發明說明（ίο) 造方法，包含 液體及氣體之 賦予該至少一 分形成觸媒層 與固體電解質 本發明之 造方法，包含 形成分散該至 之至少一部分 該觸媒電極與 —本發明之 造方法，包含 電解質之粒子 該基板表面形 於含有至少一 含消泡劑物質 劑’得到觸媒 質膜相抵接而 四、【實施方 本發明提 極之燃料電池 池之際，藉由 極表面，另外 加燃料極之有 :使基板接觸於處 狀態之 步驟； 電極的 中的任一種 於含有至少 含消泡劑物 於該基板表 步驟；以及 合的步驟。 燃料電池用 劑分散於基 板的步驟； 觸媒電極的 接而進行壓 燃料電池用 之導電粒子 板表面之至 藉由使該觸 氣體之中的 層中賦予該 使該觸媒電 一種消泡劑的 質，於該基板 面之至少一部 使該觸媒電極 種消泡劑的 ’得到觸媒 膜相抵接而進行壓 第九要點’為一種 :使至少一種消泡 少一種消泡劑之基 形成觸媒層，得到 固體電解質膜相抵 弟十要點，為·-種 :將含有載持觸媒 的溶液，塗布於基 成觸媒層的步驟； 種消泡劑的液體及 ’並藉由於該觸媒 電極的步驟；以及 進行壓合的步驟。式】 供一種燃料電池用觸媒電極及具有該觸媒電 品之製造方法’於使用於燃料電 極所產生的副產物氣體吸附於電 地去除被吸附的氣泡狀氣體，增 ，提高燃料電池之輪出。 與前述各物 抑制於燃料 ，能夠迅速 效接觸面積 觸媒電 板之原 於該基 步驟； 合的步 觸媒電 與固體 少一部 媒層接 任一種 至少一 極與固 極的製 料中， 板表面 以及使 驟。 極的製 聚合物 分而於 觸於處 狀態之 種消泡 體電解

第17頁 200401469 五、發明說明（Η) 為了實施 明之揭示已充 型例，本發明 的内容，藉由 個或一個以上 的最佳 有 b)觸媒 聚合物 中的任 ，將 形，為 氣體， 個中所 面，同 將氣泡 媒電極 燃料電 藉 泡劑， 能夠進 本 劑、脂 酯系消 態樣。 關本發 層，於 電解質 —個， 液體燃 燃料主 進而形 含之至 時，即 弄破， 之有效 池之輸 由本發 於將該 —步抑 發明之 肪酸酯 泡劑、 =下之發明的最佳態樣，係為了實現於本發 分說明過的本發明數個態樣之最佳態樣的典 之主題係如同本發明之揭示已充分說明過 參，附隨的圖示，以下進一步說明本發明一 之最適實施態樣，為了便於理解實施本發明 明之燃料電 該基板所形 ;以及其特 含有至少一 料供應至本 成分之有機 成氣泡，至 少一種消泡 使§亥氣泡附 或是從電極 表面積的降 出降低。 明該觸媒電 觸媒電極作 制氣泡對電 消泡劑的典 系消泡劑、 胺系消泡劑 池用觸 成之含 徵為： 種消泡 發明燃 物的反 少該基 劑，抑 著於電 表面去 低而導 極之基 為燃料 接表面 型例， 醇系消 、醯胺 媒電 有觸 至少 劑。 料電 應產 板及 制該 極表 除。 致發 極，具備 媒載持碳 該基板及 池用觸媒 生物或副 該觸媒層 氣泡附著 面之情形 因而，能 電效率之 • a)基板； 粒子與固體 該觸媒層之 電極之情 產物將產生 之中的任--於電極表 ’也迅速地 夠抑制因觸 降低，或是 板與觸媒層_ 9 —有含有讀 電池之揪粗扛处 、料極使用之際, 之吸附。 Ι；Γ' 可以含有. ’·月曰肪酸系消.；> 泡劑、喊系消泡劑： 系消泡剤、么s %δ J金屬肥皂系

200401469 五、發明說明（12) 泡劑、硫酸酯系消泡劑、矽系消泡劑、其他有機極性化合 物系消泡劑、以及礦物油系消泡劑；但是並不受限於此等 消泡劑。 該脂肪酸系消泡劑之典型例，可以含有：硬脂酸、油 酸、棕櫚酸，但是並不受限於此等脂肪酸類。 該脂肪酸酯系消泡劑之典型例，可以含有：硬脂酸異 戊酯、琥珀酸二硬脂醯、乙基乙二醇二硬脂酸酯、山梨糖 醇酐一月桂酸酯、山梨糖醇酐油酸三酯、硬脂酸丁酯、甘 油一蓖麻醇酸酯、二乙基乙二醇一油酸酯、二乙二醇二環 烷酸酯、一甘油酯，但是並不受限於此等脂肪酸酯類。 f本實施態樣之醇系消泡劑係含有高級醇系消泡劑及長 鏈醇系消泡劑。醇系消泡劑之典型例，可以使用：聚羥烷 基乙二醇與其衍生物、聚羥烷基一水合醇二-t -戊基苯氧 基乙醇、3 -庚醇、2-乙基己醇、二異丁基甲醇，但是並不 受限於此等醇類。 醚系消泡劑之典型例，可以含有：二-t-戊基苯氧基 乙醇、3_庚基乙氧基乙醇壬基乙氧基乙醇、3 -庚基甲醇， 但是並不受限於此等醚類。 磷酸酯系消泡劑之典型例，可以含有：三丁基磷酸 鹽、辛基磷酸鈉鹽、三（丁氧基乙基）磷酸鹽，但是並不 受限於此等磷酸酯類。 胺系消泡劑之典型例，可以含有：二戊胺，但是並不 受限於此等胺類。 醯胺系消泡劑之典型例，可以含有：聚烯烴醯胺、醯

第19頁 200401469 (十八醯基）°底.，但是並不受限於此等綠 五、發明說明（13) 化物聚胺、_ 胺類。 金屬肥皂系消泡劑之典型例， 硬脂酸詞、油酸鉀、含羊毛油酸 趟,a =脂酸銘、 此等金屬肥皂類。 肌仁疋並不受限於 硫酸酯系消泡劑之典型例，可以含 鈉，但是並不受限於此等硫酸酯類。 . 土硫酸酯 石夕系消泡劑之典型例’可以含有._ 矽膏、矽乳脒、石々處理扒士 士 ，有.—甲基聚矽氧烷、 石々相日夕處粉末 '有機改質聚石夕氧烧、人& 矽，但疋並不受限於此等矽類。 3鼠 丙其^機極性化合物U肖泡劑之典型例，彳以含有. 醇、低分子量聚乙基乙二醇油酸_、壬美有二 乙烷（E0)低莫耳添加物 '以及 土本酚％軋 E0低莫耳添加物，作是i不心阳认成尼克（Pluronic)蜇 “ ^ : 疋並不文限於此等有機極性化合物。 礦物油系消泡劑之典型例，可LV人士 λ 视 活性劑攙厶σ 、濟物4 孓例可以含有：礦物油系界面 品，a ° κ /，、脂肪酸金屬鹽之界面活性劑攙合 仁疋並不受限於此等礦物油類。 ^發明之燃料電池用觸媒電極係藉由含有例如前述物 綰:'肖泡劑’於適用於燃料電池之際’由於能夠迅速去 2 =媒表面所產生之二氧化碳或一氧化碳等氣泡，維持觸 ί之有效表面積，因而能夠提高燃料電池之輸出。 還有，可以單獨使用該消泡劑之一種，也可以混合— 梗以上而使用。 另外，必要的話，例如可以使用一種或數種界面活性

第20頁 200401469 五、發明說明（14) ，二？酸鈣等之無機粉末等作為消泡劑之混合促進劑、八 j =疋化劑。又，例如可以使用聚乙基乙二刀 作為界面活性劑。 吁乃桂酉夂一知 另外，關於本發明之燃料電池，包含：姆 劑極以及電解質層。將燃料極 ^ =桎乳化 極。將含有包含碳原子及氫觸媒電 用液體燃料供應至燃料極。’、 ·"的燃料電池 圖1二示意顯示本實施態樣燃料電池之構造 圖。二個觸媒電極與固體電解質 f2、1化劑極108、固體電解質膜114所構成= 者，燃料極丨02係由基板1〇4及觸媒層1〇6所構成 電池100係由該數個觸媒電極與固夢枓 1〇卜與失住該接合體m之燃料極側隔膜二 側隔膜122所構成的。 久乳化剤極 如上所示之構造的燃料雷味彳^ ^ 1 20供庫燁枓1 ?4 s寸齦碰+丨0 ’ ^者燃料極側隔膜 120,ί、應燃料124至该觸媒電極_固體電解質膜接合 燃料極1 G2。另外’隔錢化劑極側隔膜丨22供* #氣 氣等氧化劑126至該制電極1體 合m乳 氧化劑極108。 饮〇微101之 本發明之燃料電池上的固辨带 極1 02與氧化劑極1 08分隔之同护，且二、# 、4、係將燃料 分子於燃料極1 0 2與氧化劑極】銘^氫離子或水 ..L ^ ^ f ^ f mi 14 t ^ 另外，固體電解質膜114最好為: ―¥’生同的薄膜。 圩為化性安定且高機械強度。

第21頁 200401469 五、發明說明（15) - 構成固體電解質膜114之材料的典型例，最好使用具有颯 基、磷酸基、膦基、次膦基等強酸基或羧基等弱酸基等之 極性基的有機聚合物’但是並不受限於此等有機聚合物。 此等有+機聚合物，可以含有：磺化聚（4_笨氧基苯醯 -1,4-苯撐）、烷基磺化聚苯并咪唑等含有芳香族之聚合 物，^苯乙烯磺酸共聚合物、聚乙烯磺酸共聚合物、架橋 烧基4 &衍生物、含有由氟樹脂主鏈及續酸所形成的含氟 聚合物等之共聚合物；使丙烯醯胺—2_甲基丙碏酸般之丙 烯醯，類與n-丁基曱基丙烯酸酯般之丙烯酸酯類進行共聚 合而得到的共聚合物；含有颯基之全氟碳（Nafion (&upont公司製；註冊商標）' Aci plex (日 ，製：註冊商標））；含有羧基之全氣碟⑴emi“膜 (曰本旭硝子公司製；註冊商標）），但是不受限於此等 =聚合物。其中’藉由選擇磺化聚（4_苯氧基苯醯 一Z &本&撐）、烷基磺化聚苯并味唑等之含有芳香族聚合 π夠抑制有機液體燃料之透過’ 1能夠抑制因交換而 導致電池效率之降低。 圖2係示意顯示燃料極丨〇2、氧化劑極丨〇8以及固體電 構造的剖面圖。如圖所示，本實施態樣之燃 化劑極108，例如’ 夠含有載持觸媒的碳粒 子.、口體來合物電解質的微粒子。燃料極1〇2係由基板1〇4 該基板104上之觸媒層106所構成的。氧化劑極 沾，^"板11 〇及形成於該基板110上之觸媒層112所構成 .定 基板104及基板110之各表面均可以進行撥水處

第22頁 200401469 五、發明說明（16) 理。 能夠使用破紙、礙之成型體、碳之燒結體、燒結金 屬、發泡金屬等多孔性基板作為基板1 〇 4及基板11 0。另 外，能夠使用聚四氟乙烯等撥水劑進行基板之撥水處理。 可列舉：翻、姥、le、銀、餓 '釕、銖、金、銀、 鎳、銘、鋰、鑭、鋰、釔等，作為燃料極1 〇 2之觸媒，可 以單獨使用此等觸媒或組合二種以上使用。另一方面，可 以使用與燃料極1 〇 2之觸媒相同，也能夠使用該列舉之物 質’氧化劑極1 0 8之觸媒。還有，燃料極1 〇 2及氧化劑極 1 0 8之觸媒可以使用相同之觸媒，也可以使用不同之觸 媒，。 勹列 製，註冊 碳黑 '無 之碳粒子 以下，最 另外 造成分的 連接載持 機液體燃 或水移動 體燃料的 透過性。 用對於氫 商標） 定形碳 。例如 好為〇. ，作為 固體聚 觸媒的 料到達 性。進 透過<( 生 固體聚 離子傳 炔碳黑（Denka碳黑（日本電氣化學公司 、XC72 (Vulcan 公司製）等）、K-chain 、碳奈米管、碳奈米角等，作為載持觸媒 ，碳粒子之粒徑為〇 . 〇 1 # m以上、〇 . 1以m 〇2 /zm 以上、0.06 /zm 以下。 觸媒電極之燃料極1 〇 2及氧化劑極10 8之構 合物電解質’於觸媒電極表面，具有電性 喊粒子與固體電解質膜丨丨4之同時，使有 觸媒表面之功能，要求具有氫離子傳導性 而可以求出燃料極1 〇 2中之曱醇等有機液 。另外，可以求出氧化劑極1 0 8中之氧氣 合物電解質為了滿足如此之要求，最好使 導性或甲醇等有機液體燃料透過性極佳的

第23頁 200401469 五、發明說明（17) 材料。 具體而言，最好使用具有諷基、磷酸基等強酸基’或 羧基等弱酸基等之極性基的有機聚合物。作為如此之有機 聚合物典型例，可以含有：含有諷基之全氟碳（Nafion (Dupont公司製）、Aciplex (日本旭化成公司製）等 );含有羧基之全氟碟（Flemin S膜（日本旭硝子公司製 )等）； 架橋烷基 含氟聚合 之丙稀醯 共货合而 另外 以含有： 啶架橋物 取代苯乙 丙烯酸酯 烷、代表 酯；代表 是益不受 另外 基，例如 醯基、羥 於燃 以相同， 聚苯乙烯磺酸共聚合物 續酸衍生物、含有由I 物等之共聚合物；使丙 胺類與Π- 丁基甲基丙烯 得到的共聚合物等，但 ，鍵結極性基之對象聚 聚笨并咪峻衍生物、聚 、聚酪胺衍生物、聚二 烯、二乙基氨乙基聚甲 等之具有氣或經基的樹 羥乙基聚甲基丙烯酸酯 對位羥基苯乙烯之含有 限於此等組合。 ，對於該聚合物，也可 ，乙稀基、環氧基、丙 甲基、疊氮基、萘醌二 料極102及氧化劑極1〇8 也可以不同。 稀酿胺-2-甲基丙石黃酸般 酸酯般之丙烯酸酯類進行 是並不受限於此等組合。 合物的其他之典型例，可 并噁二唑衍生物、聚。丫丙 乙基氨乙基苯乙烯等之胺 基丙烯酸酯等之氮取 脂;含有矽烷醇之聚矽^ j含羥基之聚丙烯酸樹 羥基的笨乙烯樹脂等，曰 以導入適當之架抵k 烯義、甲A屯、性取代 =基、甲基丙烯基 疊氮基。 π # 的該固體聚合物電解質

第24頁 200401469 五、發明說明（18) 本發明之液體燃料中所含之有機化合物，例如，可以 使用：甲醇、乙醇、丙醇等醇類；二甲基醚等醚類；環己 烷等環烷烴類；含有羥基、羧基、氨基、醯胺基等親水基 之環烷烴類；環烷烴之一取代物或二取代物等。於此，環 烷烴類係指環烷烴及其取代物，為芳香族化合物以外的有 機化合物。

還有，對於本發明而言，重要的是該觸媒電極含有至 少一種消泡劑，適當的變更例，可列舉：除該觸媒電極之 外，該燃料電池用液體燃料，可以更含有該至少一種消泡 劑。藉由於該觸媒電極及該燃料電池用液體燃料之二者含 有销泡劑，能夠更進一步提高於該觸媒電極中所含之該消 泡劑產生的前述效果。該液體燃料中所含之消泡劑與該觸 媒電極中所含之消泡劑，可以使用同一種的消泡劑，也可 以使用不同種的消泡劑。另外，對於該液體燃料，可以單 獨使用一種消泡劑，或是也可以組合數種消泡劑而予以使 用。

本發明之液體燃料_所含之消泡劑的典型例，可以含 有：脂肪酸系消泡劑、脂肪酸酯系消泡劑、醇系消泡劑、 醚系消泡劑、填酸酯系消泡劑、胺系消泡劑、醢胺系消泡 劑、金屬肥皂系消泡劑、硫酸醋系消泡劑、石夕系消泡劑、 其他有機極性化合物系消泡劑、以及礦物油系消泡劑；但 是並不受限於此等消泡劑。 對於含有該有機化合物之液體而言，該消泡劑之適宜 的添加量，雖然與該消泡劑之種類有關，典型為例，最好

第25頁 200401469

Si!：，1*以上、2w編f。藉由將該消泡劑之 '小 σ 里 δ又為 〇 · 〇 〇 〇 〇 1 w/w% ，^ ^ ^ ^ 冰收:一夠迅迷發揮去除電極表面之氣泡的效要。另 :该消泡劑之添加量設為2w/w%以 泡劑之分散安定狀態。 ，准持忒4 酸、=:酸;系？泡劑之典型例’可以含有：硬脂酸、油 棕櫚奴，但疋並不受限於此等脂肪酸類。此 系请泡劑於挣宙夕π 寺月曰肪知 言，最好六,ί 有機化合物之液體而 ，好添加例如於0.001W/W%以上、2w/w%以下 以吐错ΐ::等脂肪酸系消泡劑之添加量設為0.〇〇i:/w% 於使用於燃料電池用觸媒電極之際，能夠 揮迅速去除電極表面之氣泡的效果…卜 ；：：： 肪斿条冶义精田將此等脂 、’、/ /背丨之添加量設為2 w / w %以下，能 消泡劑之分散安定狀態。 、田地維持该 m酸系消泡劑之典型例’可以含有：硬脂酸里 =二琥轴醆二硬脂醯、乙基乙二醇二硬脂酸酯、山梨糖 一 *月桂酸酯、山梨糠醇酐油酸三酯、硬脂酸丁酯、甘 > 一萬麻醇酸酯、二乙基乙二醇一油酸酯、_ : 掠酿拆 —° 一醇二環 ^知、一甘油酯，但是並不受限於此等脂肪酸酯類。使 用硬脂酸異戊酯、琥珀酸二硬脂醯或乙基' m ^ A ^ U — % 一 硬脂醍 入：ίΐί肪酸醋系消泡劑之情形’對於含有該有機化 口物之液體而t，能夠添加消'泡劑之含量為〇. 〇5w/w%以 泡，=以下。另外，於使用此等之外 也y之it形，對於含有該有機化合物之液體而言，添加消

第26頁 200401469 五、發明說明（20) 泡劑之含量，最好為0.0 02w/w%以上、〇2w/w%以下。於 述各個情形，藉由將脂肪酸酯系消泡劑之添加量，分 為〇.〇5w/w%以上及0.002w/w%以上，於使用於燃料電池用又 觸媒電極之際，能夠顯著地發揮迅速去除電極表面之氣泡 的效果。另外，於前述各個之情形，#由將脂肪酸醋系消 泡劑之添加量，分別設為2w/w%以下及〇 2w/w%以下，能 當地維持消泡劑之分散安定狀態。 >本貫施恕樣之醇系消泡劑係含有高級醇系消泡劑及 鏈醇系消泡劑。I系消泡劑之典型例，可以含有：聚心 基乙二醇與其衍生物、$羥烷基一水合工凡 基工醇、3-庚醇、2_乙基己醇、二異丁基甲 € π ilb # # #。# π ^ p ~ ' —疋並不 寸奸蛾於使用聚羥烷基乙二醇與Jl衍生物作盔 醇系消泡劑之情形，對於含有兮右^h入：、丁 5物作為 。< 3 里為0, 00 lw/w% 以上、〇 化=用此等之外的醇系消泡劑之情形，料含 為。.0 25w/w%以上、。體二；；=V 含I，最好 形，#由將醇系以下。另外，於前述各個之情 精由將％糸消泡劑之添加量，分 上及0. 025w/w% 以上，於社 m a t , 〇υ. uuiw/w/o u π，此豹齠基从& 於使用於燃料電池用觸媒電極之 ^卜，:二I彳么揮迅速去除電極表面之氣泡的效果。另 設為。.〇1潔以Γί二將醇系消泡劑之添加量，分別 劑之分散安定狀態疋·3^/°以下’能適當地維持消泡 醚系消泡劑之典型例’可以含有：二卞戍基苯氧基

第27頁 200401469

乙醇、3-但是並不 形，對於 含量，最 由將該消 料電池用 面之氣泡 2 5 w / w % 以 磷酸 鹽、辛基 受+限於此 形，對於 含量，最 該消泡劑 池用觸媒 氣泡的效 以下，能 胺系 限於此胺類。於使用二戊胺作為消泡劑之情形，對於含有 該有機化合物之液體而言’添加該消泡劑之含量，最好為 0. 0 2w/w%以上、2w/w%以下。另外，藉由將該消泡劑之添 加量設為0. 02w/w%以上，於使用於燃料電池用觸媒電極之 際’能夠顯著地發揮迅速去除電極表面之氣泡的效果。另 外，藉由將該消泡劑之添加量設為2 w/w%以下，能適當地 庚基乙氧基乙酵壬基乙氧基乙醇、3_ 受限於此等醚類。於使用 &基曱私’ 会袁节右h :札 4喊系消泡劑之情 好為〇.〇25w/w%以上、〇 2二二加該消泡劑之 U.QW/W%以下。另外，葬 為0.°25w/w%以上，於使… 極之際’施夠顯著地發揮迅速去除電極表 的效果H藉由將該消泡劑之添加量設為0. 下，能適當地維持消泡劑之分散安定狀能。 1旨系消泡劑之典型例’可以含有：三丁 ^磷酸 磷酸鈉鹽、三（丁氧基乙基）磷酸鹽’但是並不 等磷酸酯類。於使用此等磷酸酯系消泡劑之情 含有該有機化合物之液體而言，添加該消泡劑之 好為O.OOlw/w%以上、2w/w%以下。另外，藉由將 之添加量設為0.001 w/w%以上’於使用於婵料電 電極之際，能夠顯著地發揮迅速去除電極表面之 果。另外，藉由將該消泡劑之添加量設為2w/w〇/〇 適當地維持消泡劑之分散安定狀態。 消泡劑之典型例’可以含有二戊胺，但是並不受

第28頁 200401469 五、發明說明（22) 維持消泡劑之分散安定狀態。 醯胺系消泡劑之典型例，可以含有：聚烯烴醯胺、醯 化物聚胺、二（十八酿基）旅嗔，但是並不受限於此等醢 胺類。於使用此等醯胺系消泡劑之情形，對於含有該有機 化合物之液體而言，添加該消泡劑之含量，最好為 0.0 0 2W/W%以上、〇.〇〇5w/w%以下。藉由將該消泡劑之添加 量設為0.002w/w%以上’於使用於燃料電池用觸媒電極之 際此夠顯著地發揮迅速去除電極表面之氣泡的效果。另 外藉由將該消泡劑之添加里設為0 . 0 〇 5 w / w %以下，能適 當地維持消泡劑之分散安定狀態。 ，金屬肥皂系消泡劑之典型例，可以含有：硬脂酸鋁、 硬脂酸鈣、油酸鉀、含羊毛油酸之鈣鹽，但是並不受限於 此等金屬肥皂類。於使用此等金屬肥皂系消泡劑之情形， 對於含有該有機化合物之液體而言，添加該消泡劑之含 量’最好為〇 . 〇 1 w / w %以上、0. 5 w / w %以下。藉由將該消泡 劑之添加量設為〇 · 〇 ][ w/w%以上，於使用於燃料電池用觸媒 電極之際’能夠顯著地發揮迅速去除電極表面之氣泡的效 果。另外，藉由將該消泡劑之添加量設為〇. 5w/w%以下， 能適當地維持消泡劑之分散安定狀態。 碳酸酯系消泡劑之典型例，可以含有月桂基硫酸酯 納’值是並不受限於此硫酸酯類。於使用月桂基硫酸酯鈉 作為消泡劑之情形，對於含有該有機化合物之液體而言， 添加該消泡劑之含量，最好為〇. 〇〇2w/w°/Q以上、〇. 1 w/w%以 下。藉由將該消泡劑之添加量設為0 · 002w/w%以上，於使

第29頁 200401469 五、發明說明（23) _ 用於燃料電池用觸媒電極之際，能夠顯$ 電極表面之氣泡的效果。另外，藉由將發揮迅速去除 設為0. 1 w/w%以下’能適當地維持消 '、包/消泡劑之添加量 態。 / M之分散安定狀 矽系消泡劑之典型例，可以含有：_ 石夕T、石夕乳膠、破處理粉末、有機改質取 基來石夕氧燒、 矽，但是並不受限於此等矽類。於使s = f氧烧、含氟 情形，對於含有該有機化合物之液體而t等妙系消泡劑之 之含量，最好為0· 0 0 0 〇2w/w%以上、〇 〇1δ ’ β添加該消泡劑 將該消泡劑之添加量設為〇. 〇 〇 0 0 2 w/ w%以/ W/°以下。藉由 料賓池用觸媒電極之際，能夠顯著地“上’於使用於燃 面之氣泡的效果。另外，藉由將該消泡劑之界，極表 Olw/w%以下，能適當地維持消泡劑之分散=° ，為〇· 其他有機極性化合物系消泡劑之典型例疋可2含有 聚丙二醇、低分子量聚乙基乙二醇油 ^ E乙。耳添力:物、以及普盧藍尼克⑻ 於使用此^算右趟*但疋亚不受限於此等有機極性化合物。 化合物系消泡劑之情形，對於含有今 有機化合物之液體而古，、夭 成 0 0 0 0 1 w/w%以上、2w/二以：；加=f泡劑之含量，最好為〇. 為〇._〇1w/w%以上=。藉由將該消泡劑之添加量幾 際，能夠顯著地發揮迅Λ料電池用觸媒電極之 ... χ揮^逮去除電極表面之氣泡的效果。另 外’措由將該消泡劑之添加量設為2遍以下，能適當地 維持消泡劑之分散安定狀態。 ^曰地 200401469 五 發明說明（24) 礦物油系消泡劑之典型例， 活性劑攙合品、礦物油與脂肪酸金屬^有：礦物油系界面 品，但是並不受限於此等礦物 < 之界面活性劑攙合 之情形’對於含有該有機化合：使用：等礦物油系 該4泡劑之含量，最好為〇 〇lw/之液體而言，添加 由將垓消泡劑之添加量設為 上、2w/w%以下。藉 之氣泡的效果…卜，藉由揮迅速去除電極表面 2,下，能適之添加量設為 除該觸媒電極之外，炒料 刀政安定狀態。 例如前述所示之物f ς ^冤池用夜體燃料藉由更含有 際，由扒处执 為#〉包劑’於適用於婵料雷砷夕 化破等氣泡，更提高維持觸某之二氧化碳或-氧 也能=更提高燃料電池之輪出電之有效表面積的效果， 還有，除該觸媒電極卜 電池用液體燃料中所含r，冉者，可以單獨使用燃料 種以上而予以使用。最好i::的-種’也可以混合二 料中。級合數種消泡劑之二σ '肩/包劑能溶解或分散於燃 脂酸、0. Olw/w%三丁其跋二例，可以含有：〇.丨^“硬 烧之組合；〇· 05w/w%: ‘ =?°5w/w%二甲基聚石夕氧 基甲醇、0. lw/w%二戊脍、糖醇酐油I三酯、0. lw/w%3一庚 月桂基硫酸酯鈉11且人、〇. 05w/w%硬脂酸鋁及〇· 〇5w/w% 另外，除該觸媒；极：此等组合。 所…“泡劑’必要的話，例如可以將一種或 200401469 五、發明說明（25) 數種界面活性劑、 混合促進劑、分散 乙二醇月桂酸二酯 該有機化合物之液 0.0000lw/w% 以上 雖然本發明之 別加以限制，例如 首先，對燃觸 一般使用之浸潰法 固體聚合物電解質 能狗藉由將之塗布 媒層而能夠得到含 於此，藉由使 能夠使該基板中含 含有消泡劑之液體 消泡劑之液體或是 可以將甲醇、乙醇 使用。另外，於基 中 〇 另外，於形成 於觸媒層之材料中 中，能夠使消泡劑 例如，觸媒糊 上、0.1 //m以下。 或碳酸 安定化 作為界 體而言 ‘ 2w/w% 燃料電 能夠以 媒電極 進行。 粒子分 於基板 有消泡 基板接 有消泡 中。另 噴塗含 等醇類 板製作 舞等之 劑使用 面活性 ，添加 以下。 池用觸 下列方 之觸媒 接著， 散於溶 後進行 劑之觸 觸於含 劑。例 外，也 有消泡 水溶液 時，也 無機粉末等作為 又，例如可以 劑使用。另外， 該消泡劑之含量 媒電極 式予以 碳粒子 使载持 劑中， 乾燥， 媒電極 有消泡 如，能 可以於 劑之氣 作為使 可以使 之製造方 製作。 的栽持， 觸媒的碳 於形成糊 於該基板 〇 劑之液體 夠使該基 基板表面 體。另外 消泡劑分 消泡劑分 消泡劑之 將聚乙基 對於含有 ，最好為 法並未特 月έ夠藉由 粒子與該 狀之後， 上形成觸 或氣體， 板浸潰於 塗布含有 ，例如， 散的溶齊ij 散於原料 觸媒層的步驟 。例如，藉由 分散於觸媒層 漿中之碳粒子 例如，觸媒粒 中，也可以使消泡劑分散 將消泡劑混入觸媒糊漿 之中。 的粒徑設為0. 〇 1 Π1以 子的粒徑設為1 nm以上、

第32頁 200401469 五、發明說明（26) 1 0 n m以下。另外，例如，固薇咿入此；π U體t合物電解質粒子的粒徑設 為0.05 以上、1 以下。例如碳粒子與固體聚合物電 解質粒子之重量比係於2 :丨〜40 :丨之範圍内使用。另 外，例如，設定糊襞中之水與溶質之重量比設為約丨：2〜 1 〇 . 1。此時，藉由將消泡劑混入觸媒糊漿中/能夠使消 泡劑分散於觸媒層之中。 針對基板上糊漿之塗布方法’並未特別加以限制，例 可以制毛刷塗布、喷霧塗布以及網版印刷等方法。 =如，將糊漿塗布成約i以上、2mm以下之厚度。於塗 間，：漿之後，目f於所使用的氟樹脂之加熱溫度及加熱時 ‘係：：：用料極或氧化劑極。加熱溫度及加熱時 熱溫产Α 厂而加以適當選擇，例如，能夠設定加 ’、卜、恤又為〇 C以上、2 5 0 °C以下，加熱時間為30秒鐘以 上、3 0分鐘以下。 法，f外丨於觸媒層製作時添加消泡劑的另一種替代方 紘π ΐ由將消泡劑分散液塗布於觸媒電極表面，也能夠使 觸媒電極中含有消泡劑。 “。使 泡劑4製ϋ方法’不僅能夠使基板與觸媒層二者均含有消 声-者t=夠使任意一個含有消泡劑。藉由使基板及觸媒 曰均含有消泡劑，能夠更進一步抑制氣泡之吸附。 、另外’利用該方法所製作的燃料電池用觸媒電極，可 進行=下方式製作燃料電池。 用=發明固體電解質膜能夠因應於所使用之材料，而採 、當的法而進行製作。例如，利用有機聚合物材料構成

第33頁 200401469

第34頁 200401469 五、發明說明（28) 各種含消泡劑之觸媒糊漿。對於5%Naf i〇n溶液體 如表1所示之消泡劑濃度。 、添加 將 lcm X lcm 之碳紙（TGp_H_12〇 : T〇ray 公司製 於3有表1 έ己載之消泡劑的3〇v/v%乙醇溶液中，分別又你 3有消泡劑的各種碳紙。對於3〇 v/v%乙 如表1所示之消泡劑濃度。 積添加 分2別於得到的基板上，塗布含有與基板相同消泡劑 觸媒糊漿，於120 °C進行乾燥而製得各種觸媒電 於旎夠將燃料電池用燃料連續地於 並利用光學顯微鏡能觀察表面的容器之中， 到的觸媒電極。 T 1入所得 以 5 m 1 / m i η 之、;*η Λ , „ ^ ^ 速’將3〇V/V%乙醇溶液流入各個顧Λ甘 電極’利用光學顯微鏡觀察觸觸媒 種觸媒電極，分別重複1〇次該觀察實驗。m、針對― ”、’Ό果使用任何一種消泡劑的情形下，於餹 ，產生的氣泡之粒徑均為1〇 一V 於產觸f 即脫離電極表^隨著燃料流走。 U產生後立 還有回收所產生的氣體，利用氣體# 分析’檢測出二氧化碳及 J用：：層析儀進行化學 子顯微鏡及電子探# 、 厌另卜，利用掃瞄式電 各個觸媒電極之表、、’ W儀（epma )，觀察、分析 覆蓋金屬觸媒+ 包劑分散於觸媒電極表面， 乂板子以及Naficm之一部分。 200401469 發明說明（29) 【表1】 種類 消泡劑 濃度〔w/w%〕 脂肪酸系 ~- 一 0.1 脂肪酸酯系 峽脂酸異戊酯 0.5 山梨糖醇it 一月桂酸醋 0.05 醇系 聚羥烷基乙二醇 0.01 3·庚醇 0.05 鍵系 二+戊基苯氡基乙醇 0.1 為酸酯系 iT基磷酸邊 —-- 0.01 胺系 --戌胺 0.1 醞胺系 聚烯烴醯胺 —— 0.003 金屬肥皂系 硬脂酸鋁 0.1 硫酸酯系 月桂基硫酸酯鈉 0.05 矽系 二甲基聚矽氡烷 0.005 有機極性化合物系 聚丙二醇 0.01 (比較例1 ) 與實施例1同樣地’製作不含消泡劑的基板及使用觸 媒糊漿的觸媒電極，利用與實施例1同樣的方法，進行i 〇 _入光學顯微鏡觀察。 ^ 其結果，從燃料開始接觸觸媒電極表面起5分鐘之 後’於觸媒電極表面產生粒徑約3min的氣泡。產生的氣泡 之一部分’隨著燃料之通過而離開電極表面，但是於i小 夺之後’為3〜5個氣泡附著於觸媒電極表面的狀態。

200401469 、發明說明（30) ^ 還有，回收所產生的氣體，利用氣體層析儀進行化學 刀折，檢測出二氧化碳及一氧化碳。 由實施例1及比較例1，確認有關本實施例之觸媒電 ’並不會使氣泡吸附著於表面，具有將氣泡迅速去除的 作用。 (實施例2 )

將實施例1的觸媒電極使用於燃料極，將比較例1之觸 ，電極使用於氧化劑極而製成燃料電池。亦即，於丨2 〇 面’於Naf ion 1 17 (Dupont公司製；註冊商標）薄膜之兩 ’加熱壓接此等燃料極及氧化劑極，將得到的觸媒電極 ~野體電解質膜接合體作成燃料電池槽。 到的於槽咖'度6 〇 C下’分別將3 〇 v / v %甲醇水溶液供應至得 ’燃料電池槽之燃料極，將氧氣供應至氧化劑極。 〇 U V" / v y ΐτ^ ητ« - ^ 電池0 Z醇水溶液及氧氣之流速均設為1 0〇m 1 /m 1 n。利用 特It〖生忐5平估裝置，評估供應各個燃料之際的電壓—電流 所示針ί於燃料極含有各個消泡劑之燃料電池’得到表2 之結果。 (比較例2 )

施例H料極-及氧化劑極均利用比較例1之觸媒電極，與實 同樣的^丁同樣的方式而製作燃料電池槽。與實施例2進行 至悔料雷f秘於槽溫度6〇1下，將3〇v/V%f醇水溶液供應 、=池槽之燃料極，評估電壓-電流特性。 此時之最大輸出為43mW/cn]2(表2、表3 )。

第37頁 200401469 五、發明說明（31) 由實施例2及比較例2之結果得知，藉由使燃料極中含 有消泡劑，能夠提高燃料電池之輸出。 【表2】 種類 消泡劑 最大輸出 (mW/cm2) 腊肪酸系 硬脂酸 50 脂肪酸酯系 硬脂酸異戊酯 49 山梨糖醇酐一月桂酸酯 48 醇系 聚羥烷基己二醇 48 3-庚醇 47 醚系 二-t·戊基苯氡基乙醇 49 填酸酿系 三丁基磷酸鹽 47 胺系 二戊胺 50 醯胺系 聚烯烴醯胺 49 金屬月巴皂系 硬腊酸鋁 47 硫酸酯系 月桂基疏酸酯納 49 矽系 二甲基聚矽氡烷 48 有機極性化合物系 聚丙二醇 49 無消泡劑（比較例2) 1 43 (實施例3 ) 於製作實施例1之觸媒糊漿時，以及於碳紙之前處理 時，進一步添加聚乙基乙二醇月桂酸二酯作為消泡劑之混 合促進劑及安定化劑並予以混合而製成觸媒電極。利用掃

第38頁 200401469 五、發明說明（32) 瞄式電子顯微鏡及ΕΡΜΑ，觀察觸媒電極表面。 其結果，相較於實施例1所製作的電極觸媒，確認本 實施例所製作的電極觸媒上，消泡劑分散得較細。將所得 到的觸媒電極作為燃料極，評估與實施例2同樣的電壓-電 流特性。 針對燃料極中含有各個消泡劑的燃料電池，得到表3 所示之結果。

由表3，藉由使用除消泡劑之外，也添加聚乙基乙二 醇月桂酸二醋作為混合促進劑及安定化劑的觸媒電極，能 夠更進一步提高燃料電池之輸出。

第39頁 200401469 五、發明說明（33) 【表3】 種類 消泡劑 最大輸出 (mW/cm2) 脂肪酸系 硬脂酸 53 腊肪酸酯系 硬脂酸異戊酯 53 山梨糖醇酐一月桂酸酯 54 醇系 聚羥烷基乙二醇 53 3-庚醇 54 域系 二!>戌基苯氣基己醇 52 磷酸酯系 三丁基磷酸鹽 53 胺系 二戊胺 53 醞胺系 聚烯烴醞胺 54 金屬肥皂系 硬腊酸鋁 53 硫酸醋系 月桂基疏酸酯納 54 矽系 二甲基聚矽氣烷 53 有機極性化合物系 聚丙二醇 54 無消泡劑（比較例2〕 43 (實施例4 ) 由表3，目的在於確認使觸媒電極中含有二種以上消 泡劑所造成的效果，於製作實施例1記載的觸媒電極時， 分別調製使用消泡劑A :混合0. 1 w/w%之硬脂酸、0· 0 1 w/w°/〇 之三丁基磷酸鹽以及0 . 0 0 5 w / w%之二甲基聚矽氧烷的燃

200401469

料；另外’消泡劑B :混合〇. 〇5w/w%之山梨糖醇奸油妒 酯、0. lw/w%之二戊胺、〇. 05w/w%之硬脂酸鋁以及/次 0. 0 5 w / W %之月桂基硫酸酯鈉的觸媒電極。 將各個觸媒電極作為燃料極，進行與實施例2 式而製作燃料電池槽，並利用與實施例2同樣的方樣方 估電壓-電流特性。 / ’評 出 其 分 消泡劑 一種消 ’ 由 消泡劑 外，確 燃料電 還 為燃料 醚類； 基等親 得到與 產業上 若 之際， 極表面 有效接 結果， 別為5 0 之觸媒 泡劑之 以上之 而迅速 5忍由於 池之燃 有，本 之情形 環己烷 水基之 前述同 利用之 根據本 可以抑 ，或是 觸面積 消泡劑A之情形及消泡劑B之情形的 、48mW/cm2。藉此，得知針對含有 電極’於供應燃料極之際，能夠維 情形同樣的效果。 實施例，確認本發明之觸媒電極係 弄破或去除產生於觸媒電極表面之 藉此增加觸媒電極之有效表面積， 料極使用’導致燃料電池之輸出提 實施例顯示使用曱醇水溶液及乙醇 ’另外，針對使用丙醇等醇類；二 等環烷烴類；具有羥基、羧基、氨 環院烴類；環烷烴類取代物之情形 樣的結果。 可能性 發明’藉由含有消泡劑，於使用於 制於燃料極所產生的副產物之氣體 迅速去除吸附的氣泡狀氣體，增加 ’提高燃料電池之輸出而實現觸媒 持與含有 藉由含有 氣泡。另 藉由作為 高。 水溶液作 甲基醚等 基、SI胺 ’也可以 燃料電池 吸附於電 燃料極之 電極及其

第41頁 200401469 五、發明說明（35) 製造方法。 另外，若根據本發明，藉由燃料極中含有消泡劑，可 以抑制於燃料極所產生的副產物之氣體吸附於電極表面， 或是迅速去除吸附的氣泡狀氣體，增加燃料極之有效接觸 面積，發揮高的輸出而實現燃料電池及其製造方法。

第42頁 200401469 圖式簡單說明 五、【圖式簡單說明】 圖1係示意顯示有關本發明燃料電池内部構造之典型 一例的剖面圖。 圖2係示意顯示有關本發明燃料電池典型一例之燃料 極、氧化劑極及固體聚合物電解質膜的剖面圖。 元件符號說明 1 0 0〜燃料電池 1 0 1〜電池槽構造 1 0 2〜燃料極 1 0 4〜基板 1 0 6〜觸媒層 1 0 8〜氧化劑極 1 1 0〜基板 1 1 2〜觸媒層 114〜固體電解質膜 1 2 0〜燃料極側隔膜 1 2 2〜氧化劑極侧隔膜 1 2 4〜燃料 1 2 6〜氧化劑

第43頁

Claims (1)

1. 200401469 六、申請專利範圍 1 · 一種燃料電池用觸媒電極，包含：基板；及觸媒 層，鄰接於該基板而形成，含有觸媒載持碳粒子與固體聚 合物電解質； 其特徵為： 該基板及該觸媒層中的至少任一個，含有至少一種消 泡劑。 2. 如申請專利範圍第1項之燃料電池用觸媒電極，其 中，該消泡劑包含：選自於由脂肪酸系消泡劑、脂肪酸酯 系消泡劑、醇系消泡劑、醚系消泡劑、填酸酯系消泡劑、 胺系消泡劑、醯胺系消泡劑、金屬肥皂系消泡劑、硫酸酯 系，肖泡劑、矽系消泡劑、礦物油系消泡劑、及聚丙二醇、 低分子量聚乙基乙二醇油酸酯、壬基苯酚環氧乙烷低莫耳 添加物、普盧藍尼克（Pluronic)型環氧乙烧低莫耳添加物 所構成之族群中的至少任一個。 3. 如申請專利範圍第1項之燃料電池用觸媒電極，其 中，該基板及該觸媒層二者，均含有該至少一種消泡劑。 4. 如申請專利範圍第1項之燃料電池用觸媒電極，其 中，該基板及該觸媒層之中的至少任一個，含有該至少一 種消泡劑之混合促進劑及安定化劑中的至少一個。 5. 如申請專利範圍第1項之燃料電池用觸媒電極，其 中，該觸媒電極為燃料電池之燃料極。 6. 如申請專利範圍第5項之燃料電池用觸媒電極，其 中，供應至該燃料極之液體燃料，包含·有機化合物與至 少一種消泡劑。

   項之燃料 該消泡劑 泡劑、醇 消泡劑、 泡劑、矽 子量聚乙 物、普盧 成之族群 項之燃料 至少一種 任一個中 極，其 由脂肪 系消泡 、金屬 物油系 S旨、壬 n i c )型 個。 極，其 電池用觸媒電 消泡劑，係相同於該 所含之該至少一種消 種消 -- || — 六、申請專利範圍 7.如申請專利範圍第6 中，於該液體燃料中所人 酸系消泡劑、脂肪酸酯;' : 劑、磷酸酷系消泡劑、：年 消泡劑、及聚丙二醇、;手氏ί 基苯酚環氧乙烷低莫耳六刀 環氧乙燒低莫耳：力莫：添加 夭斗添加物所構 如申清專利範圍第7 中，於該液體燃料中所含 基舨及該觸媒㉟之中的至少 泡劑。 ν 9 ·如申請專利範圍第7 中，於該液體燃料中所含之 基板及該觸媒層之中的 泡劑。 夕 1〇，—種燃料電池，包 鄰接於該固體電解質膜之第 固體電解質膜之第二面； 其特徵為： '忒燃料極包含：基板； 成之含有觸媒載持碳粒子與 該燃料極之該基板及該 電池用觸媒電 包含：選自於 系消泡劑、謎 醯胺系消泡劑 系消泡劑、礦 基乙二醇油酸 藍尼克（Ρ 1 uro 中的至少任一 項之燃料電池用觸媒電極，其 至少一種消泡劑，係不同於該 任一個中所含之該至少 含：固體電解質膜；燃料極， 一面；及氧化劑極，鄰接於該 與觸媒層，鄰接於該基板所形 固體聚合物電解質；且 觸媒層中的至少任一個，含有 至少一種消泡劑

   200401469 六、申請專利範圍 11·如申請專利範圍第1 0項之燃料電池，其中，該消 泡劑包含：選自於由脂肪酸系消泡劑、脂肪酸酯系消泡 劑、醇系消泡劑、醚系消泡劑、磷酸酯系消泡劑、胺系消 泡劑、醯胺系消泡劑、金屬肥皂系消泡劑、硫酸酯系消泡 劑、矽系消泡劑、礦物油系消泡劑、及聚丙二醇、低分子 量聚乙基乙二醇油酸酯、壬基苯酚環氧乙烷低莫耳添加 物、普盧藍尼克（Pluronic)型環氧乙烧低莫耳添加物所構 成之族群中的至少任一個。 12. 如申請專利範圍第1 0項之燃料電池，其中，該燃 料極之該基板及該觸媒層之二者均含有該至少一種消泡 劑，。 13. 如申請專利範圍第1 0項之燃料電池，其中，該燃 料極之該基板及該觸媒層中的至少任一個，含有該至少一 種消泡劑之混合促進劑及安定化劑中之至少一個。 14. 如申請專利範圍第1 0項之燃料電池，其中，供應 至該燃料極之液體燃料，包含有機化合物與至少一種消泡 劑。 15. 如申請專利範圍第1 4項之燃料電池，其中，於該 液體燃料中所含之該消泡劑包含：選自於由脂肪酸系消泡 劑、脂肪酸酯系消泡劑、醇系消泡劑、醚系消泡劑、磷酸 酯系消泡劑、胺系消泡劑、醯胺系消泡劑、金屬肥皂系消 泡劑、硫酸I旨系消泡劑、石夕系消泡劑、礦物油系消泡劑、 及聚丙二醇、低分子量聚乙基乙二醇油酸酯、壬基苯酚環 氧乙烷低莫耳添加物、普盧藍尼克（Pluronic)型環氧乙烷

   第46頁 200401469 六、申請專利範圍 低莫耳添加物所構成之族 I6.如申請專利範圍中的至少任一個。 其中，於該液體燃料中項之燃料電池用觸媒= 該基板及該觸媒層中的$ 2之至少一種消泡劑，係相同於 泡劑。 、至v任~個中所含之該至少一種消 液體燃料Ϊ : : 2 :第15項之燃料電池，，中’於該 觸媒層中的至少杯一二二種消泡劑，係不同於該基板及該 18 _ _ 個中所含之該至少一種消泡劑。 含有載持觸媒ΐΪίΚ觸媒電極的製造方法，包含：將 i該液’塗布於基板表面之至少-部分，而 及基板表面形成觸媒層的步驟。 製造方 > 女11專利範圍第18項之燃料電池用觸媒電極的 劑、脂肪酸醋系消泡劑m:選自於由脂肪酸系” 酯系消泡劑、胺车、、亩冶如知系消泡劑、醚系消泡劑、&鲅 泡添彳、炉砂龄/二&'包背、酿胺系消泡劑、金屬月巴皂系消 /匕μ、硫酸酯系消泡劑、 及聚丙二醇、低分子旦取夕糸消泡劑、礦物油系消泡劑、 氧乙院低莫耳添加物$2 ^•醇油酸s旨、*基苯紛環 低莫耳添加物所構成之族^:尼克（piurQnic)型環氧乙烷 ?η Λ ^ ^偁戍之知群中的至少任一個。 製造方 > 二專利範圍第丨8項之燃料電池用觸媒電極的 法’其中’該塗布液含有該至少一種消泡劑之混合 促進劑及安定化劑中的至少一個。之 1 ·如申明專利範圍第丨8項之燃料電池用觸媒電極的

   200401469 六、申請專利範圍 製造方法，更 使基板和 任一種狀態之 一種消泡劑的 消泡劑溶液。 2 2.如申 製造方 使 有該至 對 23 使 任—種 一種消 於 24 製造方 有载持 塗布液 25 製造方 劑、脂 酯系消 泡劑、 法，其 至少一 少一種 已賦予 .一種 基板和 狀態之 泡劑的 該基板 .如申 法，其 觸媒物 ，塗布 . 如申 法，其 肪酸酯 泡劑、 硫酸酯 包含： 處於含有至 含消泡劑物 步驟；且對 請專利範圍 中’更包含 種消泡劑分 消泡劑之基 该消泡劑的 燃料電池用 處於含有至 含消泡劑物 步驟；以及 表面之至少 請專利範圍 中’形成該 質之導電粒 於該基板上 請專利範圍 中’該消泡 系消泡劑、 胺系消泡劑 系消泡劑、 7 種消泡劑的液體及氣體中的 質相接觸’對該基板賦予該至少 已賦予該消泡劑的基板，塗布含 第18項之燃料電池用觸媒電極的 散於基板之原料中，而形成分散 板的步驟；且 基板，塗布含消泡劑溶液。 觸媒電極的製造方法，包含： 少一種消泡劑的液體及氣體中的 質相接觸，對該基板賦予該至少 一部分形成觸媒層的步驟。 第2 3項之燃料電池用觸媒電極的 觸媒層的步驟，包含··將一種含 子與固體聚合物電解質之粒子的 的步驟。 第2 3項之燃料電池用觸媒電極的 劑包含.選自於由脂肪酸系消泡 醇系消泡劑、醚系消泡劑、鱗酸 、醯胺系消泡劑、金屬肥皂系消 石夕糸消泡劑、礦物油系消泡劑、 200401469 六、申請專利範圍 及聚丙二醇、低分子量聚乙基乙二醇油酸酯、壬基苯酚環 氧乙烧低莫耳添加物、普盧藍尼克（Pluronic)型環氧乙烷 低莫耳添加物所構成之族群中的至少任一個。 2 6.如申請專利範圍第2 3項之燃料電池用觸媒電極的 製造方法，其中，該含消泡劑物質包含該至少一種消泡劑 之混合促進劑及安定化劑中之至少一個。 27.如申請專利範圍第23項之燃料電池用觸媒電極的 製造方法，其申，使接觸於該含消泡劑物質的步驟包含： 將處於液體狀態之該含消泡劑物質塗布於該基板的步 驟。 ，2 8 .如申請專利範圍第2 3項之燃料電池用觸媒電極的 製造方法，其中，使接觸於該含消泡劑物質的步驟包含： 將該基板浸潰於處於液體狀態之該含消泡劑物質中的 步驟。 29. 如申請專利範圍第2 3項之燃料電池用觸媒電極的 製造方法，其中，使接觸於該含消泡劑物質的步驟包含： 將處於氣體狀態之該含消泡劑物質喷塗於該基板的步 驟。 30. 如申請專利範圍第23項之燃料電池用觸媒電極的 製造方法，其中，形成該觸媒層的步驟包含： 將含有載持觸媒之導電粒子、固體聚合物電解質之粒 子及至少一種消泡劑的溶液，塗布於基板表面之至少一部 分，而於該基板表面形成觸媒層的步驟。 31. —種燃料電池用觸媒電極的製造方法，包含：

   200401469 六、申請專利範圍 使至少一 有該至少一種 於該基板 3 2.如申 製造方法，其 將含有載 解質之粒子的 3 3. 如申 製造方法，其 劑、脂肪酸酯 S旨'^消泡劑、 泡劑、硫酸酯 及聚丙二醇、 軋乙院低莫耳 低莫耳添加物 34.如申 製造方法，其 定化劑中之至 3 5. 如申 製造方法，其 將含有載 子及至少一種 分而於該基板 3 6, —種 種消泡劑分散於基板之原料中，而形成分散 消泡劑之基板的步驟；以及 表面之至少一部分形成觸媒層的步驟。 请專利範圍第3 1項之燃料電池用觸媒電極的 中’形成該觸媒層的步驟包含： 持觸媒物質之導電粒子與含有固體聚合物電 =布液’塗布於該基板上的步驟。 。月專，fc圍第3丨項之燃料電池用觸媒電極的 中_ & '肖泡劑包含：選自於由脂肪酸系消泡 t 1肖，劑、醇系消泡劑、醚系消泡劑、鱗酸 ，系消泡劑、醯胺系消泡劑、金屬肥皂系消 消泡^、石夕系消泡劑、礦物油系消泡劑、 . %匕基乙二醇油酸酯、壬基苯酚環 二力物音盧藍尼克（P1 uron i c )型環氧乙烷 &構成之知群中的至少任一個。 =專利圍第3 1項之燃料電池用觸媒電極的 中，使該5 W、 μ , 尺X主 > —種消泡劑之混合促進劑及安 少一個，丨隹 ^ 運—步分散於該基板之原料中。 =專利圍第3 1項之燃料電池用觸媒電極的 形成該觸媒層的步驟，包含： 2觸媒之導電粒子、固體聚合物電解質之粒 '包对彳的溶液，塗布於基板表面之至少一部 表面形成觸媒層的步驟。 楚’：料電池用觸媒電極的製造方法，包含··

   200401469 六、申請專利範圍 將含有載持觸媒之導電粒子與固體聚合物電解質之粒 子的溶液，塗布於基板表面之至少一部分而於該基板表面 形成觸媒層的步驟；以及藉由使該觸媒層和處於含有至少 一種消泡劑之液體及氣體之中的任一狀態之含消泡劑物質 相接觸，而對該觸媒層賦予該至少一種消泡劑的步驟。 3 7.如申請專利範圍第3 6項之燃料電池用觸媒電極的 製造方法，其中，該消泡劑包含：選自於由脂肪酸系消泡 劑、脂肪酸酯系消泡劑、醇系消泡劑、醚系消泡劑、磷酸 酯系消泡劑、胺系消泡劑、醯胺系消泡劑、金屬肥皂系消 泡劑、硫酸酯系消泡劑、矽系消泡劑、礦物油系消泡劑、 及嗲丙二醇、低分子量聚乙基乙二醇油酸酯、壬基苯酚環 氧乙烧低莫耳添加物、普盧藍尼克（Pluronic)型環氧乙烧 低莫耳添加物所構成之族群中的至少任一個。 38. 如申請專利範圍第36項之燃料電池用觸媒電極的 製造方法，其中，該含消泡劑物質包含該至少一種消泡劑 之混合促進劑及安定化劑中之至少一個。 39. 如申請專利範圍第36項之燃料電池用觸媒電極的 製造方法，其中，該和含消泡劑物質相接觸的步驟包含將 處於液體狀態之該含消泡劑物質塗布於該基板的步驟。 40. 如申請專利範圍第3 6項之燃料電池用觸媒電極的 製造方法，其中，該和含消泡劑物質相接觸的步驟包含將 該基板浸潰於處於液體狀態之該含消泡劑物質中的步驟。 41. 如申請專利範圍第3 6項之燃料電池用觸媒電極的 製造方法，其中，該和含消泡劑物質相接觸的步驟包含將

   200401469 六、申請專利範圍 處於氣體狀態之該含消泊节丨丨札併‘ 42 —種辦料^劑物質喷塗於該基板的步驟。 槿燃抖電池的製造方法，包含： 將含有載持觸媒之道+ ， 子及至少-種消泡劑的a '立、固體聚合物電解質之粒 從柯也W的溶液，塗布於 分而於該基板表面形成 二土板表面之至少一部 以及 觸媒層，以得到觸媒電極的步驟； ^使該觸媒電極舆固體電解質膜相抵接而進行Μ合❹ :其料電池的製造方法，包含： 的1壬一種狀態i Ϊ ^〗丨少一•消泡劑的液體&氣體之中 至少-種消泡劑的步驟物質相接觸，而對該基板賦予該 於該基板表面之$小 電極的步驟；以及 夕—。卩分形成觸媒層，以得到觸媒 驟。使該觸媒電極與固體電解質膜相抵接而進行壓合的步 44. 一種燃料電池的製造方法，包含： ❿ 有該ΪΪ:種劑分散於基板之原料中，㈣成分散 m V m削之基板的步驟； 於该基板表面之曼，丨、— 電極的步驟；以及 ^ 一。卩为形成觸媒層，以得到觸媒 驟。吏x觸冑電極與固體電解質膜相抵接而進行壓合的步 45. 一種燃料電池的製造方法，包含： 第52頁 200401469 六、申請專利範圍 將含有載持觸媒之導電粒子與固體聚合物電解質之粒 子的溶液，塗布於基板表面之至少一部分而於該基板表面 形成觸媒層的步驟； 藉由使該觸媒層和處於含有至少一種消泡劑的液體及 氣體之中的任一種狀態之含消泡劑物質相接觸，而對該觸 媒層賦予該至少一種消泡劑，俾得到觸媒電極的步驟；以 及 使該觸媒電極與固體電解質膜相抵接而進行壓合的步 驟。

   第53頁