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JP2005285511A - Electrode catalyst ink for fuel cell and manufacturing method of electrode catalyst ink for fuel cell - Google Patents

Electrode catalyst ink for fuel cell and manufacturing method of electrode catalyst ink for fuel cell Download PDF

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JP2005285511A
JP2005285511A JP2004096882A JP2004096882A JP2005285511A JP 2005285511 A JP2005285511 A JP 2005285511A JP 2004096882 A JP2004096882 A JP 2004096882A JP 2004096882 A JP2004096882 A JP 2004096882A JP 2005285511 A JP2005285511 A JP 2005285511A
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fuel cell
electrode
peak
catalyst ink
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JP2004096882A
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Toshihiro Takegawa
寿弘 竹川
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide electrode ink or the like for a fuel cell electrode with high mass activity. <P>SOLUTION: The electrode catalyst ink for the fuel cell contains an electrolyte polymer, and catalyst particles carrying catalyst metal on a conductive carrier with a peak of a particle size distribution of 1 μm or less and a ratio of a C-O peak to a C-C peak obtained by the peak division of C(1s) measured by XPS of 5% or more. By the introduction of a hydrophilic group, the catalyst particle in the electrode catalyst is excellent in dispersion property and mass activity. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、粒径範囲が特定範囲にある燃料電池用電極触媒、および親水性基の導入量が増加した燃料電池用電極触媒の製造方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell electrode catalyst having a particle size range in a specific range, and a method for producing a fuel cell electrode catalyst having an increased amount of introduction of hydrophilic groups.

近年、エネルギー・環境問題を背景とした社会的要求や動向と対応して、常温でも作動し高出力密度が得られる固体高分子型燃料電池が電気自動車用電源、定置型電源として注目されている。固体高分子型燃料電池は、アノード、カソードの両電極と、ガス流路を形成するセパレータ、フィルム状の固体高分子電解質膜からなり、前記固体高分子電解質膜と両電極との接合体(以下、「MEA」とも称する。)をセパレータで積層した構造を内蔵し、両電極は電解質ポリマーと電極触媒とから構成されることが一般的である。   In recent years, in response to social demands and trends against the background of energy and environmental issues, polymer electrolyte fuel cells that can operate at room temperature and obtain high output density have attracted attention as power sources for electric vehicles and stationary power sources. . The solid polymer fuel cell comprises an anode and a cathode, a separator that forms a gas flow path, and a film-like solid polymer electrolyte membrane, and a joined body of the solid polymer electrolyte membrane and both electrodes (hereinafter referred to as “solid polymer electrolyte membrane”). In general, a structure in which a separator is laminated with a separator is built-in, and both electrodes are generally composed of an electrolyte polymer and an electrode catalyst.

アノードやカソードは、一般にカーボンブラック等のカーボン粉末を導電性担体とし、この担体に貴金属粒子等を担持した電極触媒を、プロトン伝導性をもつ電解質ポリマーに高分散させてなる電極触媒層を有する。アノードに水素などの燃料ガスを供給すると、アノード側電極触媒層に含まれる触媒粒子によって水素が酸化されプロトンおよび電子となる。生成したプロトンは、アノードに含まれる電解質ポリマー、およびアノードに隣接する固体高分子電解質膜を介してカソードに達し、ここでカソードに供給される酸素と反応して水を生成するとともに電気エネルギーを得る。電池性能は、両極間のイオン伝導抵抗に大きく影響される。このため、両電極に含まれる触媒と固体高分子電解質膜とをイオン伝導パスで接合してイオン伝導抵抗を低減させる必要が生じる。現状では、電解質ポリマーと触媒粒子とを混合および攪拌して得た触媒インクを塗布および乾燥してなる電極触媒を調製し、前記電極触媒と固体高分子電解質膜とを加熱下でプレスし、MEAが製造されている。   The anode and the cathode generally have an electrode catalyst layer in which a carbon powder such as carbon black is used as a conductive carrier, and an electrode catalyst having noble metal particles supported on the carrier is highly dispersed in an electrolyte polymer having proton conductivity. When a fuel gas such as hydrogen is supplied to the anode, the hydrogen is oxidized by the catalyst particles contained in the anode-side electrode catalyst layer to become protons and electrons. The generated protons reach the cathode via the electrolyte polymer contained in the anode and the solid polymer electrolyte membrane adjacent to the anode, where they react with oxygen supplied to the cathode to generate water and obtain electric energy. . Battery performance is greatly affected by the ionic conduction resistance between the two electrodes. For this reason, it is necessary to reduce the ion conduction resistance by joining the catalyst and the solid polymer electrolyte membrane contained in both electrodes through an ion conduction path. At present, an electrode catalyst obtained by applying and drying a catalyst ink obtained by mixing and stirring an electrolyte polymer and catalyst particles is prepared, the electrode catalyst and the solid polymer electrolyte membrane are pressed under heating, and MEA Is manufactured.

一方、イオン伝導を担う電解質ポリマーには、一般に、パーフルオロ系主鎖にスルホン酸基が導入されたポリマーが使用されている。具体的な商品としては、デュポン社製のナフィオン、旭硝子(株)製のフレミオン、旭化成(株)製のアシプレックスなどがある。パーフルオロ系の高分子電解質は、パーフルオロ系主鎖とスルホン酸基をもつ側鎖からなり、高分子電解質は、スルホン酸基を主体とする領域とパーフルオロ主鎖を主体とする領域とにミクロ相分離し、スルホン酸基の相はクラスターを形成するといわれている。イオン伝導に寄与するのは、スルホン酸基が集まってクラスターを形成している部分である。燃料電池における触媒反応は、電極触媒粒子と水素や酸素などの反応ガスと電解質ポリマーとの三相界面で行われる。三相界面における触媒表面でのイオンのやりとりを効率的に行うには触媒表面積を大きく確保することが望ましく、よって触媒粒子粒径分布は小さいことが望ましい。また、イオン導電性を確保するには触媒表面にイオン伝導に寄与するスルホン酸基が配向していることが好ましく、そのために触媒表面が親水性であることが好ましい。   On the other hand, a polymer in which a sulfonic acid group is introduced into a perfluoro main chain is generally used as an electrolyte polymer responsible for ion conduction. Specific products include Nafion manufactured by DuPont, Flemion manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., and Aciplex manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd. A perfluoro polymer electrolyte is composed of a perfluoro main chain and a side chain having a sulfonic acid group. The polymer electrolyte is divided into a region mainly composed of a sulfonic acid group and a region mainly composed of a perfluoro main chain. Microphase separation occurs, and the sulfonic acid group phase is said to form clusters. What contributes to ionic conduction is the portion where sulfonic acid groups are gathered to form clusters. A catalytic reaction in a fuel cell is performed at a three-phase interface between electrode catalyst particles, a reaction gas such as hydrogen or oxygen, and an electrolyte polymer. In order to efficiently exchange ions on the catalyst surface at the three-phase interface, it is desirable to ensure a large catalyst surface area, and thus it is desirable that the catalyst particle size distribution is small. Moreover, in order to ensure ionic conductivity, it is preferable that the sulfonic acid group which contributes to ionic conduction is orientated on the catalyst surface, and it is preferable that the catalyst surface is hydrophilic.

触媒粒子へ親水性基を導入した触媒層を用いてMEAを製造する方法として、親水処理が施されている触媒粒子と水素イオン伝導性高分子電解質と溶媒とを混合して触媒インクを作成する行程と、前記触媒インク中の触媒粒子を担持した炭素粒子の粒度分布を所定範囲に分散させる行程とを含む、MEAの製造方法が開示されている(特許文献1)。触媒粉末の親水性が低下すると触媒インクの凝集性が増大し、スターラーや超音波バスなどの通常の攪拌・分散方法では緻密で平滑な塗膜が得られない。このため、触媒担持導電性担体の分散性や親水性を最適化し、緻密で平滑な触媒層を実現してより高い性能を発揮する膜電極接合体を製造する、というものである。なお、親水性処理として、過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウム、過マンガン酸カリウムなどの酸化剤を使用している。
特開2002−63909号公報
As a method for producing MEA using a catalyst layer having a hydrophilic group introduced into catalyst particles, catalyst ink is prepared by mixing catalyst particles that have been subjected to hydrophilic treatment, a hydrogen ion conductive polymer electrolyte, and a solvent. An MEA manufacturing method including a process and a process of dispersing a particle size distribution of carbon particles carrying catalyst particles in the catalyst ink in a predetermined range is disclosed (Patent Document 1). When the hydrophilicity of the catalyst powder decreases, the cohesiveness of the catalyst ink increases, and a dense and smooth coating film cannot be obtained by a normal stirring / dispersing method such as a stirrer or an ultrasonic bath. For this reason, the dispersibility and hydrophilicity of the catalyst-carrying conductive carrier are optimized, and a dense and smooth catalyst layer is realized to produce a membrane electrode assembly that exhibits higher performance. As hydrophilic treatment, an oxidizing agent such as hydrogen peroxide, sodium hypochlorite, potassium permanganate is used.
JP 2002-63909 A

電極触媒は、カーボンブラック粒子表面に白金などの触媒活性を有する金属が担持されたものである。カーボンブラック粒子表面は元来疎水性であり、触媒活性を有する金属の表面も不純物などの影響で表面の状態が制御できてはいない。このような触媒粒子と親水性のポリマー溶液とを混合すると、触媒粒子の表面張力によって混合直後は粒子がままこ状態になり、触媒粒子を均一に分散させることが困難となり、または攪拌に多大な時間や回転力を必要とする。   The electrode catalyst is obtained by supporting a metal having catalytic activity such as platinum on the surface of carbon black particles. The surface of the carbon black particles is originally hydrophobic, and the surface state of the metal surface having catalytic activity cannot be controlled by the influence of impurities. When such catalyst particles and a hydrophilic polymer solution are mixed, the particles remain in the state immediately after mixing due to the surface tension of the catalyst particles, and it becomes difficult to uniformly disperse the catalyst particles, or a large amount of stirring is required. Requires time and rotational force.

上記特許文献1記載の方法は平滑な触媒層を製造する点に特徴があるが、粘度の高い電解質ポリマー溶液に触媒粒子を混合しているため、各触媒粒子の表面に均一に電解質ポリマーが被覆されることが困難であり、または触媒粒子と電解質ポリマーとの混合に強力な攪拌力が必要となる。   The method described in Patent Document 1 is characterized in that a smooth catalyst layer is produced. However, since catalyst particles are mixed in an electrolyte polymer solution having a high viscosity, the surface of each catalyst particle is uniformly coated with the electrolyte polymer. Or a strong stirring force is required to mix the catalyst particles and the electrolyte polymer.

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、触媒粒子をH溶液に分散させることで導電性担体の粒径分布状態を特定範囲に制御し、触媒表面のイオン伝導性を向上し、燃料電池の性能を向上することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. The catalyst particles are dispersed in an H 2 O 2 solution to control the particle size distribution state of the conductive support within a specific range. It aims at improving the ion conductivity of the surface and improving the performance of the fuel cell.

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を行った結果、触媒金属を担持した導電性担体をH溶液に添加すると、前記触媒粒子の分散性が向上し均一に分散されること、しかもHよって導電性担体が酸化されて親水性基が導入され、これに希釈電解質ポリマーを添加すると各触媒粒子の表面に電解質ポリマーが均一に被覆されるためイオン伝導性に優れる触媒インクが得られることを見出し、本発明を完成させた。また、このような工程を経て得た触媒インクは、触媒粒子の粒度分布のピークが1μm以下であり、C−Oピーク値が特定範囲含まれるため分散性よく混合され、電極性能に優れる電極触媒インクとなる。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have added a conductive support carrying a catalyst metal to the H 2 O 2 solution, whereby the dispersibility of the catalyst particles is improved and uniformly dispersed. In addition, the conductive carrier is oxidized by H 2 O 2 to introduce a hydrophilic group, and when a diluted electrolyte polymer is added thereto, the surface of each catalyst particle is uniformly coated with the electrolyte polymer, so that ion conductivity is improved. The present inventors have found that an excellent catalyst ink can be obtained and completed the present invention. In addition, the catalyst ink obtained through such a process has a catalyst particle size distribution peak of 1 μm or less and a C—O peak value within a specific range. Become ink.

本発明の触媒インクの製造方法によれば、H溶液を使用することで触媒粒子を触媒インク中に高分散させることができる。また、H溶液に触媒粒子が曝されることで触媒粒子表面に酸化形態の化学種が増加し、親水性基の導入によって触媒粒子と電解質ポリマーとの親和性を向上させることができる。また、ガス拡散領域及びプロトン伝導パスの制御が可能になり、任意に触媒層のデザインができる。このため、燃料電池の水分管理にも貢献することができ、セル性能能向上となる。 According to the method for producing a catalyst ink of the present invention, the catalyst particles can be highly dispersed in the catalyst ink by using the H 2 O 2 solution. In addition, exposure of the catalyst particles to the H 2 O 2 solution increases the number of oxidized chemical species on the surface of the catalyst particles, and the affinity between the catalyst particles and the electrolyte polymer can be improved by introducing hydrophilic groups. . Further, the gas diffusion region and the proton conduction path can be controlled, and the catalyst layer can be arbitrarily designed. For this reason, it can contribute also to the water management of a fuel cell, and it becomes cell performance capability improvement.

本発明では、希釈電解質ポリマーの添加後に電解質ポリマーの濃度を調整することで、高分散した触媒粒子の乾燥を防ぎ、これによって電解質ポリマー被覆粒子同士による副次的な粒子の凝集を防ぐことができる。濃度調整方法として、触媒粒子を沈降させ上澄みを除去する方法を行うと、触媒粒子の分離・濃縮に要するエネルギーを最小限に抑制することができる。   In the present invention, by adjusting the concentration of the electrolyte polymer after the addition of the diluted electrolyte polymer, drying of the highly dispersed catalyst particles can be prevented, thereby preventing secondary particle aggregation by the electrolyte polymer-coated particles. . As a method for adjusting the concentration, when the method of sedimenting the catalyst particles and removing the supernatant is performed, the energy required for the separation and concentration of the catalyst particles can be minimized.

本発明の製造方法によれば、高い分散状態を保持したまま触媒インクを作成することができる。このため、該電極触媒インクを用いて製造された触媒担持電極やMEAは、プロトン導電率の向上及びセル性能が向上し、その結果、高い耐久性及び高性能触媒層の構築が可能となる。   According to the production method of the present invention, a catalyst ink can be produced while maintaining a high dispersion state. For this reason, the catalyst-carrying electrode and MEA produced using the electrode catalyst ink have improved proton conductivity and improved cell performance. As a result, it is possible to construct a high durability and high-performance catalyst layer.

本発明の第一は、粒度分布のピークが1μm以下であり、かつXPSで測定したC(1s)のピーク分割によって得られるC−Cピークに対するC−Oピークの割合が5%以上である、導電性担体に触媒金属を担持した触媒粒子と電解質ポリマーとを含む、燃料電池用電極触媒インクである。   In the first aspect of the present invention, the particle size distribution peak is 1 μm or less, and the ratio of the C—O peak to the C—C peak obtained by peak splitting of C (1s) measured by XPS is 5% or more. An electrode catalyst ink for a fuel cell comprising catalyst particles carrying a catalyst metal on a conductive carrier and an electrolyte polymer.

燃料電池用電極触媒インクは、少なくとも導電性担体に触媒金属を担持させた触媒粒子と電解質ポリマーとを含み、これによって触媒粒子と反応性ガスおよび電解質ポリマーとから構成される三相界面の増加や導電性担体への親水性基の導入によって発電効率を向上させることができる。本発明では、触媒担持電極を調製する際に使用する触媒インクにおいて、触媒粒子表面積を増大し、および親水性基を導入して三相界面が増大させ、発電効率を増加させるため、触媒粒子の粒度分布のピークを1μm以下とし、XPSで測定したC(1s)のピーク分割によって得られるC−Cピークに対するC−Oピークの割合を5%以上とした。以下、本発明を詳細に説明する。   The electrode catalyst ink for fuel cells includes at least catalyst particles in which a catalyst metal is supported on a conductive carrier and an electrolyte polymer, thereby increasing the three-phase interface composed of the catalyst particles, the reactive gas, and the electrolyte polymer. Power generation efficiency can be improved by introducing a hydrophilic group into the conductive carrier. In the present invention, in the catalyst ink used for preparing the catalyst-carrying electrode, the surface area of the catalyst particles is increased, and a hydrophilic group is introduced to increase the three-phase interface, thereby increasing the power generation efficiency. The peak of the particle size distribution was 1 μm or less, and the ratio of the C—O peak to the C—C peak obtained by C (1s) peak division measured by XPS was 5% or more. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明で使用できる導電性担体としては、触媒を高分散担持させるために十分なBET比表面積をもち、集電体として十分な電子導電性を有しているものであれば特に制限されるべきものではない。   The conductive carrier that can be used in the present invention should be particularly limited as long as it has a BET specific surface area sufficient for carrying the catalyst in a highly dispersed manner and has sufficient electronic conductivity as a current collector. It is not a thing.

このような導電性担体としては、カーボン粒子、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カップ積層型ナノ構造体またはカーボン繊維のうちの少なくとも1種を原料とすることができる。これら導電性担体のサイズには特に制限はないが、触媒インク調製の際の混合および攪拌によって粉砕または凝集塊が解離する。本発明では、触媒粒子の粒度分布のピークを1μm以下に特定するため、触媒成分担持前の導電性担体の平均粒子径は10nm〜数μmであるが、実際はnmオーダーの一次粒子がさらに結合して集合体となっており、非常に凝集しやすく幅広い粒度分布を持っている。また、BET比表面積は数10〜数1,000m/gであることが好ましく、より好ましくは200〜1,000m/gである。 As such a conductive carrier, at least one of carbon particles, carbon nanotubes, carbon nanohorns, cup-stacked nanostructures, or carbon fibers can be used as a raw material. The size of these conductive carriers is not particularly limited, but the pulverized or aggregated mass is dissociated by mixing and stirring during the preparation of the catalyst ink. In the present invention, in order to specify the particle size distribution peak of the catalyst particles to be 1 μm or less, the average particle size of the conductive carrier before supporting the catalyst component is 10 nm to several μm. It is an aggregate and is very easy to aggregate and has a wide particle size distribution. Further, the BET specific surface area is preferably several tens to several 1,000 m 2 / g, more preferably 200 to 1,000 m 2 / g.

触媒金属としては、貴金属、貴金属と卑金属との合金などがある。   Examples of the catalyst metal include noble metals and alloys of noble metals and base metals.

前記貴金属は、白金、パラジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、およびイリジウムからなる群より選択される1種以上の金属である。これらの中でも、白金が好ましい。導電性担体に担持する貴金属微粒子量は、触媒あたり10〜80質量%、より好ましくは10〜70質量%、特に好ましくは30〜50質量%である。80質量%を超えると均一に分散し難く、貴金属微粒子の高分散担持が困難となる。   The noble metal is one or more metals selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, osmium, ruthenium, and iridium. Among these, platinum is preferable. The amount of noble metal fine particles supported on the conductive support is 10 to 80% by mass, more preferably 10 to 70% by mass, and particularly preferably 30 to 50% by mass per catalyst. When it exceeds 80% by mass, it is difficult to uniformly disperse, and it becomes difficult to carry highly dispersed noble metal fine particles.

また、卑金属としては、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅および亜鉛からなる群より選ばれた1種以上であることが好ましい。その平均粒子径は、1〜10nm、より好ましくは2〜5nmである。この範囲で特に触媒活性に優れるからである。従来から、電極触媒の触媒金属にはプロトンと酸素の反応触媒として、貴金属の中でも白金やルテニウムが用いられているが、貴金属単体を電極触媒に用いただけではその活性が不十分な場合が多い。貴金属と卑金属の合金を使用すると、貴金属単体からなる電極触媒より活性が向上する。   The base metal is preferably at least one selected from the group consisting of vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper and zinc. The average particle diameter is 1 to 10 nm, more preferably 2 to 5 nm. This is because the catalyst activity is particularly excellent within this range. Conventionally, platinum and ruthenium are used as the catalyst catalyst for the electrode catalyst as a reaction catalyst for protons and oxygen, but the activity is often insufficient only by using the noble metal alone as the electrode catalyst. When an alloy of a noble metal and a base metal is used, the activity is improved as compared with an electrode catalyst made of a noble metal alone.

卑金属の担持量は、貴金属量に対して、0.1〜1モル%、より好ましくは0.3〜1モル%である。1モル%を超えると均一に分散し難く、卑金属微粒子の高分散担持が困難となる。なお、貴金属と卑金属とはそれぞれ別個に導電性担体の内表面および外表面に担持されていてもよいが、貴金属と卑金属とが複合微粒子や合金微粒子となって該導電性担体の内外表面に担持されていてもよい。   The amount of base metal supported is 0.1 to 1 mol%, more preferably 0.3 to 1 mol%, based on the amount of noble metal. If it exceeds 1 mol%, it is difficult to uniformly disperse, and it becomes difficult to carry highly dispersed base metal fine particles. The noble metal and the base metal may be separately supported on the inner surface and the outer surface of the conductive carrier, but the noble metal and the base metal are supported on the inner and outer surfaces of the conductive carrier as composite fine particles or alloy fine particles. May be.

導電性担体に触媒金属を担持させるには、触媒金属含有溶液に導電性担体を均一に分散および含浸させ、後記する還元剤などを投与すると、導電性担体に触媒金属を容易に担持させることができる。   In order to support the catalyst metal on the conductive support, the catalyst support can be easily supported on the conductive support by uniformly dispersing and impregnating the conductive support in the catalyst metal-containing solution and administering a reducing agent described later. it can.

貴金属の供給源としては特に制限されず、広く白金、パラジウム、ロジウム、オスミウム、ルテニウム、およびイリジウムを含有する化合物を使用することができる。このような化合物としては、上記貴金属の硝酸塩、硫酸塩、アンモニウム塩、アミン、炭酸塩、重炭酸塩、ハロゲン塩、亜硝酸塩、蓚酸などの無機塩類、ギ酸塩などのカルボン酸塩および水酸化物、アルコキサイド、酸化物などが例示でき、これらを溶解する溶媒の種類やpHなどによって適宜選択することができる。これらの中でも、工業的に使用するにあたっては硝酸塩、炭酸塩、酸化物、水酸化物、白金の場合には塩化白金やジニトロジアミン白金などが好ましい。これらの貴金属濃度は、金属換算で0.1〜1.0質量%であることが好ましく、より好ましくは0.3〜60質量%である。   The source of the noble metal is not particularly limited, and compounds containing platinum, palladium, rhodium, osmium, ruthenium, and iridium can be widely used. Examples of such compounds include nitrates, sulfates, ammonium salts, amines, carbonates, bicarbonates, inorganic salts such as halogen salts, nitrites, and oxalic acid, carboxylates and hydroxides such as formate. , Alkoxides, oxides, and the like can be exemplified, and can be appropriately selected depending on the type and pH of the solvent in which these are dissolved. Among these, in the case of industrial use, nitrate, carbonate, oxide, hydroxide, platinum, platinum chloride, dinitrodiamine platinum and the like are preferable. The concentration of these noble metals is preferably 0.1 to 1.0% by mass, more preferably 0.3 to 60% by mass in terms of metal.

また、貴金属を沈殿または還元するための還元剤としては、ギ酸、酢酸、クエン酸などの炭素数1〜6の有機酸、ホルムアルデヒドなどの炭素数1〜3のアルデヒド類、水素、ヒドラジン、ホウ素化水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、クエン酸、クエン酸ナトリウム、L−アスコルビン酸、水素化ホウ素ナトリウム、メタノール、エタノール、エチレン、一酸化炭素等が挙げられる。なお、水素、一酸化炭素などの常温でガス状の物質は、バブリングで供給することもできる。本発明では、これらの中でもギ酸、酢酸、クエン酸などの炭素数1〜6の有機酸、ホルムアルデヒドなどの炭素数1〜3のアルデヒド類を使用することが好ましい。   Moreover, as a reducing agent for precipitating or reducing precious metals, organic acids having 1 to 6 carbon atoms such as formic acid, acetic acid and citric acid, aldehydes having 1 to 3 carbon atoms such as formaldehyde, hydrogen, hydrazine, and boronation Sodium hydrogen, sodium thiosulfate, citric acid, sodium citrate, L-ascorbic acid, sodium borohydride, methanol, ethanol, ethylene, carbon monoxide and the like can be mentioned. Note that a gaseous substance such as hydrogen or carbon monoxide at room temperature can be supplied by bubbling. In the present invention, among these, it is preferable to use organic acids having 1 to 6 carbon atoms such as formic acid, acetic acid and citric acid, and aldehydes having 1 to 3 carbon atoms such as formaldehyde.

卑金属の供給源としては、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅および亜鉛の硝酸塩、硫酸塩、アンモニウム塩、アミン、炭酸塩、重炭酸塩、ハロゲン塩、亜硝酸塩、蓚酸などの無機塩類、ギ酸塩などのカルボン酸塩および水酸化物、アルコキサイドなどが例示でき、これらを溶解する溶媒の種類やpHなどによって適宜選択することができる。   Base metal sources include inorganic vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper and zinc nitrates, sulfates, ammonium salts, amines, carbonates, bicarbonates, halogen salts, nitrites, oxalic acid, etc. Examples thereof include carboxylates such as salts and formate, hydroxides, alkoxides, and the like, which can be appropriately selected depending on the type and pH of the solvent in which these are dissolved.

このような卑金属を導電性担体に担持させるには、卑金属に対する還元剤を使用することが好ましい。このような還元剤としては、アンモニア、アンモニア水、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。なお、アンモニアはバブリングで供給することもできる。なお、導電性担体上への触媒粒子の担持は、貴金属と卑金属とのいずれを先に担持させてもよい。   In order to support such a base metal on a conductive carrier, it is preferable to use a reducing agent for the base metal. Examples of such a reducing agent include ammonia, aqueous ammonia, tetramethylammonium hydroxide, and the like. Ammonia can also be supplied by bubbling. Note that the catalyst particles may be supported on the conductive support by first supporting either a noble metal or a base metal.

導電性担体に貴金属および/または卑金属の微粒子を担持した後は、溶液から単離した後に、乾燥し、次いで該担体を400〜800℃で焼成する。   After the noble metal and / or base metal fine particles are supported on the conductive support, it is isolated from the solution, dried, and then the support is fired at 400 to 800 ° C.

乾燥は、例えば自然乾燥、蒸発乾固法、ロータリーエバポレーター、噴霧乾燥機、ドラムドライヤーによる乾燥などを用いることができる。乾燥時間は、使用する方法に応じて適宜選択すればよい。場合によっては、乾燥工程を行わずに、焼成工程において乾燥させることとしてもよい。   Drying can be performed by, for example, natural drying, evaporation to dryness, rotary evaporator, spray dryer, drum dryer, or the like. What is necessary is just to select drying time suitably according to the method to be used. Depending on the case, it is good also as drying in a baking process, without performing a drying process.

焼成温度は、導電性担体に貴金属のみを担持させた場合には500〜800℃で焼成することが好ましい。電極触媒の性能劣化の一因として、触媒金属微粒子のシンタリングがあり、シンタリングによって触媒金属微粒子の粒子径が大きくなる。500℃は白金の結晶化温度であり、これよりも高い温度で焼成すると触媒金属微粒子をより強固かつ安定な構造体とすることができ、触媒金属微粒子の溶出や溶解、凝集やシンタリングを減少させることができ、これにより耐久性が向上する。なお、800℃を超えると、担持粒子のシンタリングが多くなり、粒子径が成長することで表面積が小さくなり、不適である。なお、貴金属と卑金属との合金の場合には、400〜800℃で焼成するとよい。この温度範囲で焼成することにより、シンタリングを抑制し、耐久性を向上させることができる。   The firing temperature is preferably 500 to 800 ° C. when only the noble metal is supported on the conductive support. As a cause of performance deterioration of the electrode catalyst, there is sintering of the catalytic metal fine particles, and the particle diameter of the catalytic metal fine particles is increased by the sintering. 500 ° C is the crystallization temperature of platinum, and firing at a higher temperature can make the catalyst metal fine particles stronger and more stable, reducing the elution, dissolution, aggregation and sintering of the catalyst metal fine particles. This can improve durability. If the temperature exceeds 800 ° C., the sintering of the supported particles increases, and the particle diameter grows to reduce the surface area, which is not suitable. In the case of an alloy of a noble metal and a base metal, it may be fired at 400 to 800 ° C. By firing in this temperature range, sintering can be suppressed and durability can be improved.

これによって触媒金属の平均粒子径が1〜10nm、より好ましくは2〜5nmの触媒粒子が得られる。前記触媒金属の平均粒子径は小さいほど電気化学反応が進行する有効電極面積が増加するため酸素還元活性も高くなる。しかし、実際には触媒粒子径が小さくなりすぎるとむしろ活性が低下する現象が見られる。平均粒子径が1〜10nmであれば、触媒活性に必要な表面積が確保でき、触媒金属微粒子の単位質量あたりの触媒活性を増大することができる。なお平均粒子径は、X線回析における金属微粒子の回析ピークの半値幅より求められる結晶子径や、透過型電子顕微鏡より調べられる金属微粒子の平均粒子径の平均値で算出することができる。   As a result, catalyst particles having an average particle diameter of the catalyst metal of 1 to 10 nm, more preferably 2 to 5 nm are obtained. The smaller the average particle size of the catalyst metal, the higher the effective electrode area where the electrochemical reaction proceeds, and thus the higher the oxygen reduction activity. However, in practice, there is a phenomenon that the activity is rather lowered when the catalyst particle diameter is too small. When the average particle diameter is 1 to 10 nm, a surface area necessary for the catalyst activity can be secured, and the catalyst activity per unit mass of the catalyst metal fine particles can be increased. The average particle diameter can be calculated from the crystallite diameter obtained from the half-value width of the diffraction peak of the metal fine particles in X-ray diffraction, or the average value of the average particle diameter of the metal fine particles examined by a transmission electron microscope. .

本発明で使用する電解質ポリマーとしては、少なくとも高いプロトン導電性を有する部材であり、デュポン社製の各種のナフィオン(デュポン社登録商標:Nafion)やダウケミカル社製のイオン交換樹脂、その他イオン性共重合体(電解質ポリマー)、旭硝子(株)製のフレミオン、旭化成(株)製のアシプレックスが利用可能である。触媒インクにおける電解質ポリマーの配合量は、触媒粒子1質量部に対して0.3〜1.0質量部、より好ましくは0.4〜0.6質量部である。この範囲でイオン伝導性に優れる触媒担持電極を調製することができるからである。   The electrolyte polymer used in the present invention is a member having at least high proton conductivity, such as various Nafion manufactured by DuPont (registered trademark: Nafion), ion exchange resin manufactured by Dow Chemical, and other ionic co-polymers. A polymer (electrolyte polymer), Flemion manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., and Aciplex manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd. can be used. The compounding amount of the electrolyte polymer in the catalyst ink is 0.3 to 1.0 part by mass, more preferably 0.4 to 0.6 part by mass with respect to 1 part by mass of the catalyst particles. This is because a catalyst-supporting electrode having excellent ion conductivity can be prepared within this range.

本発明では、触媒インクに含まれる触媒粒子の粒度分布のピークは1μm以下であり、好ましくは250〜950nm、特に好ましくは350〜750nmである。図1に従来の触媒粒子(電解質ポリマーに混合した直後のもの)、従来品を1時間ホモジナイザーで処理したもの、および後記する実施例1で調製した本発明の触媒粒子(電解質ポリマーと共に30分ホモジナイズしたもの)の粒度分布を示す。図1から明らかなように、ホモジナイズする前の従来品のピークはおよそ10μm近傍に存在し、これを1時間ホモジナイズしてもピークは1μmを超える範囲に存在する。しかしながら本発明の触媒インクに含まれる触媒粒子は、30分のホモジナイズによっておよそ0.5μmの位置に粒度分布のピークが存在する。1μmを超えると単位重量当たりの表面積が減少するため三相界面が低減し、発電効率が低下する場合がある。ピーク位置が1μm以下の粒度分布とするには、少なくも触媒粒子と電解質ポリマーとを混合および攪拌、ホモジナイズすることで調製できるが、触媒粒子を構成する導電性担体は本来の疎水性に由来して凝集塊を形成しやすく、また触媒粒子の乾燥および焼成工程において触媒粒子が凝集する場合もある。本発明ではこの点に着目し、親水性基を導入し、および触媒粒子を電解質ポリマーと混合および攪拌することでこのような凝集を解離し、最終的に粒度分布のピークを1μm以下としている。なお、従来の触媒粒子を1時間ホモジナイザーで処理したものはピークがおよそ1μmの位置にピークを有し、本願実施例1で調製した触媒粒子は30分のホモジナイズによっておよそ0.5μmの位置にピークを有することから、本発明において粒度分布のピークが1μmとなるのは、単にホモジナイズによる攪拌力の増加ではなく、後記する親水性基の導入に依存するものと考えられる。   In the present invention, the peak of the particle size distribution of the catalyst particles contained in the catalyst ink is 1 μm or less, preferably 250 to 950 nm, particularly preferably 350 to 750 nm. FIG. 1 shows conventional catalyst particles (immediately after mixing with an electrolyte polymer), conventional products treated with a homogenizer for 1 hour, and catalyst particles of the present invention prepared in Example 1 described later (30 minutes with the electrolyte polymer). Particle size distribution). As is apparent from FIG. 1, the peak of the conventional product before homogenization exists in the vicinity of about 10 μm, and even if this is homogenized for 1 hour, the peak exists in a range exceeding 1 μm. However, the catalyst particles contained in the catalyst ink of the present invention have a particle size distribution peak at a position of about 0.5 μm by homogenization for 30 minutes. If it exceeds 1 μm, the surface area per unit weight is reduced, so that the three-phase interface is reduced and the power generation efficiency may be lowered. In order to obtain a particle size distribution with a peak position of 1 μm or less, it can be prepared by mixing, stirring and homogenizing at least the catalyst particles and the electrolyte polymer. However, the conductive support constituting the catalyst particles is derived from the inherent hydrophobicity. Thus, agglomerates are easily formed, and the catalyst particles may aggregate in the drying and firing steps of the catalyst particles. In the present invention, focusing on this point, such agglomeration is dissociated by introducing a hydrophilic group and mixing and stirring the catalyst particles with the electrolyte polymer, and finally the peak of the particle size distribution is set to 1 μm or less. A conventional catalyst particle treated with a homogenizer for 1 hour has a peak at a position of about 1 μm, and the catalyst particle prepared in Example 1 of the present application has a peak at a position of about 0.5 μm by homogenization for 30 minutes. Therefore, the reason why the particle size distribution peak in the present invention is 1 μm is not simply an increase in stirring force due to homogenization, but is considered to depend on introduction of a hydrophilic group described later.

また、XPSで測定したC(1s)のピーク分割によるC−Cピークに対するC−Oピークの割合は、5%以上であることが好ましく、より好ましくは5〜50%、特に好ましくは20〜40%である。図2にXPSで測定したC(1s)のピーク分割によって得られるC−Cピークに対するC−Oピークを示す。実線は前ピークの合計を破線は各ピークを示し、結合エネルギー286e.V.近傍のピークはC−Oピークを、284e.V.近傍のピークはC−Cピークを示す。従来は、触媒粒子は乾燥や焼結などによって凝集しやすく、このため粒度分布のピークの1μm以下の触媒粒子を調製することが困難であり、例え親水性基が導入されてもその後に乾燥させると触媒粒子の凝集が発生しやすかった。しかしながら本発明では、上記測定方法によって親水性基の導入を評価することができ、親水性基の導入によって各触媒粒子の粒度分布におけるピークを1μm以下に調製することができ、かつ三相界面の増加にも寄与することができる。C−Oピークの割合が5%を下回ると親水性に劣り、触媒インクの調製においても電解質ポリマーとの分散性に優れず、発電効率に優れる電極触媒を調製することが困難となる。なお、本発明における触媒粒子のXPS測定は、後記する実施例記載の方法によるものとする。   Further, the ratio of the C—O peak to the C—C peak by C (1s) peak division measured by XPS is preferably 5% or more, more preferably 5 to 50%, and particularly preferably 20 to 40. %. FIG. 2 shows a C—O peak relative to a C—C peak obtained by C (1s) peak splitting measured by XPS. The solid line indicates the sum of the previous peaks, the broken line indicates each peak, and the binding energy 286 e. V. The nearby peak is the C—O peak and 284 e. V. A nearby peak indicates a CC peak. Conventionally, catalyst particles tend to agglomerate by drying, sintering, etc., and therefore it is difficult to prepare catalyst particles having a particle size distribution peak of 1 μm or less. For example, even if hydrophilic groups are introduced, the catalyst particles are subsequently dried. Aggregation of catalyst particles was likely to occur. However, in the present invention, the introduction of the hydrophilic group can be evaluated by the above measurement method, and the peak in the particle size distribution of each catalyst particle can be adjusted to 1 μm or less by the introduction of the hydrophilic group, and at the three-phase interface. It can also contribute to the increase. When the ratio of the C—O peak is less than 5%, the hydrophilicity is inferior, and even in the preparation of the catalyst ink, the dispersibility with the electrolyte polymer is not excellent, and it becomes difficult to prepare an electrode catalyst having excellent power generation efficiency. In addition, the XPS measurement of the catalyst particle in this invention shall be based on the method of the Example description described later.

このような範囲の触媒粒子を得るには、予め過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウム、過マンガン酸カリウム、塩酸、硝酸、燐酸、硫酸、フッ酸、酢酸、オゾンから選ばれた少なくとも1種以上の酸化剤で処理した導電性担体を使用して触媒粒子を調製する方法、触媒粒子を得た後に上記した親水処理に用いる酸化剤で親水性基を導入する方法などがある。   In order to obtain catalyst particles in such a range, at least one selected from hydrogen peroxide, sodium hypochlorite, potassium permanganate, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, acetic acid, and ozone in advance. There are a method of preparing catalyst particles using a conductive carrier treated with an oxidizing agent, and a method of introducing a hydrophilic group with an oxidizing agent used for the above-mentioned hydrophilic treatment after obtaining catalyst particles.

本発明の触媒インクを用いて燃料電池用電極を調製すると、親水性基の導入によって触媒粒子が電解質ポリマーで均一に被覆され、三相界面が広がり、触媒活性に優れる電極となる。なお、本発明の触媒インクは、更にその特定を損なわない範囲で、撥水剤、造孔剤、増粘剤、希釈溶媒などを混合してもよい。   When an electrode for a fuel cell is prepared using the catalyst ink of the present invention, the catalyst particles are uniformly coated with the electrolyte polymer by introducing the hydrophilic group, and the three-phase interface is widened, resulting in an electrode having excellent catalytic activity. The catalyst ink of the present invention may be mixed with a water repellent, a pore former, a thickener, a diluting solvent, etc., as long as the specification is not impaired.

本発明の第二は、導電性担体に触媒金属を担持した電極触媒をH溶液に分散させる工程、次いで該電極触媒に希釈電解質ポリマーを添加して攪拌する工程、該触媒粒子に対する電解質ポリマー濃度を高める工程を含むことを特徴とする、燃料電池用電極触媒インクの製造方法である。触媒粒子に親水性基が導入され、かつ触媒粒子の粒度分布におけるピークが1μm以下の触媒インクを使用すると質量活性に優れる触媒担持電極が得られる。このような電極を使用した燃料電池用電極の調製方法について検討したところ、第一の発明の触媒粒子の特性に限定されず、電極触媒のH溶液による分散工程と、該電極触媒に希釈電解質ポリマーを添加して攪拌する工程、および該溶液の濃縮工程を行うと質量活性に優れる燃料電池用電極が得られることが判明した。第一の発明との相違は、触媒粒子の粒度分布におけるピークの限定が無いこと、およびXPS測定によるC(1s)のピーク分割によって得られるC−Cピークに対するC−Oピークの割合を問われないことにある。本発明の触媒インクの製造方法および該触媒インクを用いてMEAを製造する工程を図3に示す。 The second of the present invention is a step of dispersing an electrode catalyst supporting a catalytic metal on a conductive carrier in an H 2 O 2 solution, then adding a dilute electrolyte polymer to the electrode catalyst and stirring, an electrolyte for the catalyst particles It is a manufacturing method of the electrode catalyst ink for fuel cells characterized by including the process of raising a polymer concentration. When a catalyst ink having a hydrophilic group introduced into the catalyst particles and having a peak in the particle size distribution of the catalyst particles of 1 μm or less is used, a catalyst-supporting electrode having excellent mass activity can be obtained. When a method for preparing an electrode for a fuel cell using such an electrode was examined, the method was not limited to the characteristics of the catalyst particles of the first invention, and the electrode catalyst was dispersed in an H 2 O 2 solution, It has been found that an electrode for a fuel cell excellent in mass activity can be obtained by performing a step of adding a dilute electrolyte polymer and stirring and a step of concentrating the solution. The difference from the first invention is that there is no limitation of the peak in the particle size distribution of the catalyst particles, and the ratio of the C—O peak to the C—C peak obtained by the peak splitting of C (1s) by XPS measurement. There is nothing. FIG. 3 shows a method for producing the catalyst ink of the present invention and a process for producing MEA using the catalyst ink.

第二の発明で使用する触媒粒子としては、第一の発明で記載したものを好ましく使用することができる。   As the catalyst particles used in the second invention, those described in the first invention can be preferably used.

次いで該触媒粒子をH溶液に分散させるが、H溶液の濃度は3〜10質量%、より好ましくは5〜8質量%である。H溶液で処理すると導電性担体が酸化処理されるため、親水性基が導入され、上記C−Cピークに対するC−Oピークの割合を5%以上に調整することができる。また、Hによる酸化反応に応じて酸素ガスの気泡が発生し、これによって触媒粒子塊が分離し溶液中に均一に分散される。10質量%を超えると、発生する酸素量が大量となり溶液が飛散する怖れがあり、飛散した溶液に触媒粒子が含まれると触媒のロスとなる。一方、3質量%を下回ると分散効果や酸化効果を得るのに長持間が必要となる。 Then but dispersing the catalyst particles in the H 2 O 2 solution, the concentration of the H 2 O 2 solution is 3 to 10 wt%, more preferably 5-8 wt%. Since the conductive support is oxidized when it is treated with the H 2 O 2 solution, a hydrophilic group is introduced, and the ratio of the C—O peak to the C—C peak can be adjusted to 5% or more. Also, oxygen gas bubbles are generated in response to the oxidation reaction with H 2 O 2 , whereby the catalyst particle mass is separated and uniformly dispersed in the solution. If the amount exceeds 10% by mass, the amount of generated oxygen may be large and the solution may be scattered. If the dispersed solution contains catalyst particles, the catalyst is lost. On the other hand, if it is less than 3% by mass, it takes a long time to obtain a dispersion effect and an oxidation effect.

また、前記H溶液の添加量は、触媒粒子1質量部に対して100〜1,000質量部、より好ましくは200〜500質量部である。100質量部を下回ると、触媒粒子に対するH溶液の液比が少なくなるため、触媒の分散性が低下することとなり、一方、1,000質量部を越えると触媒粒子に対するH溶液の液比が大きくなりすぎるため、次に控える能集区の工程への負荷が大きくなるため非効率となる。 The amount of the H 2 O 2 solution, 100-1,000 parts by weight with respect to catalyst particle 1 part by weight, more preferably from 200 to 500 parts by weight. When the amount is less than 100 parts by mass, the liquid ratio of the H 2 O 2 solution to the catalyst particles decreases, so that the dispersibility of the catalyst decreases. On the other hand, when the amount exceeds 1,000 parts by mass, the H 2 O 2 to the catalyst particles decreases. Since the liquid ratio of the solution becomes too large, the load on the process of the Noh district that is refrained next becomes large, which is inefficient.

前記H溶液に分散させる際の溶液温度は、触媒粒子の状態、具体的には触媒金属の含有量や凝集状態により適宜調整することができる。しかしながら、一般には、溶液温度30℃〜90℃、より好ましくは40〜80℃で行う。30℃〜90℃の範囲であれば、触媒粒子表面を効率的に酸化作用によって親水化することができる。温度が高い方が反応速度は速くなるが、30℃を下回ると反応速度が遅いため見た目ではわずかな気泡の発生を認める程度となり反応完了までに長時間を要する。一方、90℃を越えても熱量の無駄であり、かつ急激な突沸を引き起こす場合があり、不利である。 The solution temperature at the time of dispersing in the H 2 O 2 solution can be appropriately adjusted depending on the state of the catalyst particles, specifically the content of the catalyst metal and the aggregation state. However, in general, the solution temperature is 30 ° C to 90 ° C, more preferably 40 to 80 ° C. If it is the range of 30 to 90 degreeC, the catalyst particle surface can be efficiently hydrophilized by an oxidizing action. The higher the temperature is, the faster the reaction rate is. However, when the temperature is lower than 30 ° C., the reaction rate is slow. Therefore, the appearance of slight bubbles is noticeable, and it takes a long time to complete the reaction. On the other hand, even if it exceeds 90 ° C., the amount of heat is wasted and a sudden bumping may be caused, which is disadvantageous.

次いで、該溶液を攪拌し、またはこれに電解質ポリマーを添加した後にホモジナイザーなどを用いて、平均10,000〜15,000回転/分にて1〜5時間程度攪拌すれば、触媒粒子を攪拌しつつ粉砕することができる。   Next, the catalyst particles are stirred by stirring the solution, or adding an electrolyte polymer to the solution and then stirring the mixture at an average of 10,000 to 15,000 rpm for about 1 to 5 hours. It can be pulverized.

次いで、該溶液に希釈電解質ポリマーを添加し攪拌する。添加する希釈電解質ポリマーの濃度は、0.1〜10質量%、より好ましくは0.3〜3質量%である。10質量%を超えると添加する電解質ポリマー溶液の粘度が高くなりすぎ、電解質ポリマー溶液中のポリマーが保管の間に凝集を起こして、十分な性能を得ることが出来なくなる。一方、0.1質量%を下回ると電解質ポリマー層が薄くなりすぎ、その後の濃縮が困難となる場合がある。なお、電解質ポリマーを希釈するための溶媒としては、メタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブチルアルコール、イソブチルアルコール、メトキシエタノール、メトキシプロパノール、エトキシエタノール、メチルエチルケトン等の水溶性の有機溶剤のうち、少なくとも一つまたは複数を混合した有機溶剤を用いることができる。   The diluted electrolyte polymer is then added to the solution and stirred. The density | concentration of the diluted electrolyte polymer to add is 0.1-10 mass%, More preferably, it is 0.3-3 mass%. When the amount exceeds 10% by mass, the viscosity of the electrolyte polymer solution to be added becomes too high, and the polymer in the electrolyte polymer solution aggregates during storage, so that sufficient performance cannot be obtained. On the other hand, if the amount is less than 0.1% by mass, the electrolyte polymer layer may become too thin, and subsequent concentration may be difficult. The solvent for diluting the electrolyte polymer is at least one or more of water-soluble organic solvents such as methanol, propanol, isopropanol, butyl alcohol, isobutyl alcohol, methoxyethanol, methoxypropanol, ethoxyethanol, and methyl ethyl ketone. An organic solvent mixed with can be used.

また、前記希釈電解質ポリマーの添加量は、触媒粒子1質量部に対して電解質ポリマーが0.2〜0.6質量部、より好ましくは0.2〜0.3質量部となるように添加する。0.2質量部を下回るとポリマーの被覆が十分でなく、0.6質量部を超えると次工程で添加を行う電解質ポリマー溶液での調整幅が狭くなるため、好ましくない。   The diluted electrolyte polymer is added so that the electrolyte polymer is 0.2 to 0.6 parts by mass, more preferably 0.2 to 0.3 parts by mass with respect to 1 part by mass of the catalyst particles. . When the amount is less than 0.2 parts by mass, the coating of the polymer is not sufficient, and when the amount exceeds 0.6 parts by mass, the adjustment range in the electrolyte polymer solution to be added in the next step becomes narrow, which is not preferable.

攪拌は、回転数9,500〜17,500rpm、より好ましくは12,000〜15,000rpm、攪拌時間10分〜5時間、より好ましくは30分〜1時間で行う。これによって電極触媒の表面に電解質ポリマーを均一に被覆すると共に電極触媒の凝集を抑制し、溶液中に電極触媒を均一に分散させることができる。   Stirring is performed at a rotational speed of 9,500 to 17,500 rpm, more preferably 12,000 to 15,000 rpm, and a stirring time of 10 minutes to 5 hours, more preferably 30 minutes to 1 hour. As a result, the surface of the electrode catalyst can be uniformly coated with the electrolyte polymer, and aggregation of the electrode catalyst can be suppressed, so that the electrode catalyst can be uniformly dispersed in the solution.

本発明では、次いで該溶液を濃縮する。触媒インクは、プロトンの移動に最適な伝導性を確保するために触媒粒子1質量部に対して0.3〜1.0質量部の電解質ポリマーを含むことが好ましい。本発明では、上記のごとく希釈電解質ポリマーを使用したためその後に電解質ポリマーの濃度を高める必要がある。このような方法としては特に制限はないが、例えば、触媒粒子を含む電解質ポリマー溶液を静置して触媒粒子を沈降させ、上澄み溶液を目視で確認しながらデカンテーションし、これに濃度の高い電解質ポリマーを混合して最終濃度を調製すればよい。この方法によれば触媒粒子が外気に触れることがないため乾燥せず、従って乾燥時に発生する触媒粒子の凝集を防止することができる。   In the present invention, the solution is then concentrated. The catalyst ink preferably contains 0.3 to 1.0 parts by mass of an electrolyte polymer with respect to 1 part by mass of the catalyst particles in order to ensure optimal conductivity for proton transfer. In the present invention, since the diluted electrolyte polymer is used as described above, it is necessary to increase the concentration of the electrolyte polymer thereafter. The method is not particularly limited. For example, the electrolyte polymer solution containing the catalyst particles is allowed to stand, the catalyst particles are allowed to settle, and the supernatant solution is decanted while visually confirming the electrolyte solution. The final concentration can be adjusted by mixing the polymers. According to this method, since the catalyst particles do not come into contact with the outside air, the catalyst particles are not dried. Therefore, aggregation of the catalyst particles generated during drying can be prevented.

なお、このような濃度調整方法によらず、例えば蒸留や脱水などによって濃度を調整することもできる。なお、第二の発明で使用できる電解質ポリマーとしても、第一の発明で記載したものを使用することができる。また、触媒粒子や電解質ポリマーに加えて、その特定を損なわない範囲で、撥水剤、造孔剤、増粘剤、希釈溶媒などを混合してもよい。   Note that the concentration can be adjusted by distillation or dehydration, for example, without depending on such a concentration adjustment method. In addition, as the electrolyte polymer that can be used in the second invention, those described in the first invention can be used. Further, in addition to the catalyst particles and the electrolyte polymer, a water repellent, a pore-forming agent, a thickener, a diluting solvent, and the like may be mixed as long as the specification is not impaired.

本発明の第三は、上記燃料電池用電極触媒インク、または上記燃料電池用電極触媒インクの製造方法で得た触媒インクを用いて調製された触媒担持電極である。   A third aspect of the present invention is a catalyst-carrying electrode prepared by using the fuel cell electrode catalyst ink or the catalyst ink obtained by the method for producing the fuel cell electrode catalyst ink.

触媒担持電極の調製方法としては特に制限はなく、従来の触媒インクに代えて本発明の触媒インクを使用すればよい。例えば、上記触媒インクをペースト状あるいはスラリー状にして、これをガス拡散層や後記する固体高分子電解質膜上にスクリーン印刷法、沈積法、あるいはスプレー法などで所望の厚さに塗布・乾燥させ、電極触媒層を形成し、これを触媒担持電極として使用する方法などがある。   There is no restriction | limiting in particular as a preparation method of a catalyst carrying electrode, What is necessary is just to use the catalyst ink of this invention instead of the conventional catalyst ink. For example, the catalyst ink is made into a paste or slurry, and is applied and dried to a desired thickness by a screen printing method, a deposition method, or a spray method on a gas diffusion layer or a solid polymer electrolyte membrane described later. There is a method of forming an electrode catalyst layer and using it as a catalyst-carrying electrode.

本発明では、更に固体高分子電解質膜とカソードおよびアノードとを含み、上記触媒担持電極をカソードとして含む、燃料電池用MEAとすることもできる。例えば、MEAとしては、固体高分子電解質膜や上記触媒担持電極に加えてガス拡散層を用いて、ガス拡散層/電極(アノード)/固体高分子電解質膜/電極(カソード)/ガス拡散層となるように配置してもよい。   In the present invention, the fuel cell MEA may further include a solid polymer electrolyte membrane, a cathode and an anode, and the catalyst-supporting electrode as a cathode. For example, as MEA, a gas diffusion layer / electrode (anode) / solid polymer electrolyte membrane / electrode (cathode) / gas diffusion layer is used by using a gas diffusion layer in addition to the solid polymer electrolyte membrane and the catalyst supporting electrode. You may arrange so that it may become.

ガス拡散層としては、一般的に繊維織布などを使用できる。また、固体高分子電解質膜は特に限定されず、従来からMEAに一般的に用いられているものであれば、如何なるものも適用し得る。例えば、少なくとも高いプロトン伝導性を有する部材からなるものが挙げられ、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体、リン酸などの無機酸を炭化水素系高分子化合物にドープさせたもの、一部がプロトン伝導性の官能基で置換された有機/無機ハイブリッドポリマー、高分子マトリックスにリン酸溶液や硫酸溶液を含浸させたプロトン伝導体などの固体高分子電解質からなる膜が挙げられる。より具体的には、デュポン社製の各種のNAFIONやフレミオンに代表されるパーフルオロスルホン酸膜、ダウケミカル社製のイオン交換樹脂、エチレン-四フッ化エチレン共重合体樹脂膜、トリフルオロスチレンをベースポリマーとする樹脂膜などのフッ素系高分子電解質や、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂系膜などの市販品がある。   As the gas diffusion layer, a fiber woven fabric or the like can be generally used. Further, the solid polymer electrolyte membrane is not particularly limited, and any solid polymer electrolyte membrane can be applied as long as it is conventionally used in MEA. For example, a material composed of a member having at least high proton conductivity is exemplified. A perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid group, a material obtained by doping a hydrocarbon polymer compound with an inorganic acid such as phosphoric acid, partly proton Examples include organic / inorganic hybrid polymers substituted with conductive functional groups, and membranes made of solid polymer electrolytes such as proton conductors in which a polymer matrix is impregnated with a phosphoric acid solution or a sulfuric acid solution. More specifically, perfluorosulfonic acid membranes represented by various NAFION and Flemion manufactured by DuPont, ion exchange resin, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer resin membrane, trifluorostyrene manufactured by Dow Chemical Co., Ltd. There are commercially available products such as a fluorine-based polymer electrolyte such as a resin film as a base polymer, and a hydrocarbon-based resin film having a sulfonic acid group.

本発明のMEAは、本発明の触媒担持電極を使用する点に特徴があり、従来の触媒担持電極に代えて本発明の触媒担持電極を使用すれば従来法に従ってMEAを製造することができる。例えば、上記固体高分子電解質膜の上に電極を直接形成した後、これをガス拡散層で挟持する方法、セパレータ上にガス拡散層、電極を形成しこれを固体高分子電解質膜と接合する方法、離型フィルムなどの平板上に電極を形成しこれを固体高分子電解質膜に転写した後、ガス拡散層で挟持する方法等の種々の方法が挙げられる。なお、電極を固体高分子電解質膜とは別個に形成した場合には、電極と固体高分子電解質膜とは、ホットプレス法等により接合することが好ましい。   The MEA of the present invention is characterized in that the catalyst-carrying electrode of the present invention is used. If the catalyst-carrying electrode of the present invention is used instead of the conventional catalyst-carrying electrode, the MEA can be produced according to the conventional method. For example, a method in which an electrode is directly formed on the solid polymer electrolyte membrane and then sandwiched by a gas diffusion layer, a method in which a gas diffusion layer and an electrode are formed on a separator, and this is joined to a solid polymer electrolyte membrane Examples thereof include various methods such as a method of forming an electrode on a flat plate such as a release film, transferring the electrode to a solid polymer electrolyte membrane, and sandwiching it with a gas diffusion layer. When the electrode is formed separately from the solid polymer electrolyte membrane, the electrode and the solid polymer electrolyte membrane are preferably joined by a hot press method or the like.

本発明の第四は、上記触媒担持電極または燃料電池用MEAを用いた燃料電池である。前記燃料電池は、車両などの移動体用電源、定置用電源などとして有用であり、高電流密度の運転条件下などで高い発電量を安定して供給することができる。   A fourth aspect of the present invention is a fuel cell using the catalyst-carrying electrode or the fuel cell MEA. The fuel cell is useful as a power source for a moving body such as a vehicle, a stationary power source, and the like, and can stably supply a high power generation amount under a high current density operation condition.

燃料電池の種類としては、所望する電池特性が得られるのであれば特に限定されないが、実用性・安全性などの観点から固体高分子型燃料電池(単に「PEFC」とも記載する。)として用いるのが好ましい。   The type of fuel cell is not particularly limited as long as desired cell characteristics can be obtained, but it is used as a polymer electrolyte fuel cell (also simply referred to as “PEFC”) from the viewpoints of practicality and safety. Is preferred.

本発明の燃料電池は、従来の触媒担持電極やMEAに代えて本発明のこれらを使用することで、従来法によって調製することができる。本発明の触媒担持電極やMEAを用いた燃料電池は、質量活性が高いため従来のものと比較して小型で優れた発電量を供給することができる。従って、車両などの移動体用電源、定置用電源などとして小スペースで効率的な燃料電池を提供することができる。   The fuel cell of the present invention can be prepared by a conventional method by using these of the present invention instead of the conventional catalyst-carrying electrode and MEA. Since the fuel cell using the catalyst-carrying electrode and MEA of the present invention has high mass activity, the fuel cell is small and can supply an excellent power generation amount as compared with the conventional one. Therefore, it is possible to provide an efficient fuel cell in a small space as a power source for a moving body such as a vehicle or a stationary power source.

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されることはない。また、当該実施例において、「%」は特記しない限り質量百分率を表わすものとする。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. In addition, this invention is not limited only to these Examples. In the examples, “%” represents a mass percentage unless otherwise specified.

(実施例1)
導電性カーボンブラック(Vulcan XC−72:Cabot社製)粉末1gを0.4質量%の白金を含有する塩化白金酸水溶液100g中にホモジナイザを用いて十分に分散させた後、これにクエン酸ナトリウム3gを加え、還流反応装置を使用して80℃に加熱し、白金の還元担持を行った。該溶液を30℃まで放冷した後、白金が担持されたカーボンを濾別して、Pt担持カーボンブラック粉末(Pt/C)を得た。このPt/Cにおける白金の平均粒子径は透過型電子顕微鏡観察の結果から約2.9nmであった。また、Pt担持量を誘導結合プラズマ発光分光法によって調べた結果、40.6質量%のPtが担持されていることが確認された。
(Example 1)
1 g of conductive carbon black (Vulcan XC-72: manufactured by Cabot) powder was sufficiently dispersed in 100 g of a chloroplatinic acid aqueous solution containing 0.4% by mass of platinum using a homogenizer, and then sodium citrate was added thereto. 3 g was added, and the mixture was heated to 80 ° C. using a reflux reactor, and platinum was supported for reduction. After the solution was allowed to cool to 30 ° C., the carbon on which platinum was supported was filtered off to obtain Pt-supported carbon black powder (Pt / C). The average particle diameter of platinum in Pt / C was about 2.9 nm from the result of observation with a transmission electron microscope. Further, as a result of examining the amount of Pt supported by inductively coupled plasma emission spectroscopy, it was confirmed that 40.6% by mass of Pt was supported.

得られたPt担持触媒10gを3質量%に調整した過酸化水素水1L(40℃)に添加した。触媒粒子を添加した後に十分に酸素を発生させ、触媒粒子を溶液中で分散させた。酸素の発生が収まったときを見計らって、5質量%の電解質ポリマー(デュポン社製、商品名 5% Nafion Dispersion Solution DE520、溶媒 水/イソプロパノール混合溶液)溶液40gを攪拌しながら徐々に添加を行った。30分間攪拌した後に、静置して触媒粒子を沈降させた。   10 g of the obtained Pt-supported catalyst was added to 1 L of hydrogen peroxide (40 ° C.) adjusted to 3% by mass. After adding the catalyst particles, oxygen was sufficiently generated to disperse the catalyst particles in the solution. In anticipation of the generation of oxygen, 40 g of 5% by weight electrolyte polymer (DuPont, 5% Nafion Dispersion Solution DE520, solvent water / isopropanol mixed solution) solution was gradually added with stirring. . After stirring for 30 minutes, the catalyst particles were allowed to stand to settle.

上澄み溶液を目視で確認しながらデカンテーションして電解質ポリマー被覆触媒を回収した。触媒粒子を乾燥させること無く回収を行うことができ、電解質ポリマー被覆触媒の凝集体は形成されなかった。   The supernatant solution was decanted while visually confirmed to recover the electrolyte polymer-coated catalyst. The catalyst particles could be recovered without drying, and an aggregate of the electrolyte polymer-coated catalyst was not formed.

回収した電解質ポリマー被覆触媒を秤量し、5質量%の電解質ポリマー溶液を先に回収した電解質ポリマーと合わせて、触媒粒子に担持した白金質量と同量となるように該ポリマー溶液を添加した。その後、攪拌混合を行いながら粘度150〜300mPa・secとなるように溶媒として水を添加した。   The collected electrolyte polymer-coated catalyst was weighed, and 5% by mass of the electrolyte polymer solution was combined with the previously collected electrolyte polymer, and the polymer solution was added so as to have the same amount as the platinum mass supported on the catalyst particles. Then, water was added as a solvent so that it might become a viscosity of 150-300 mPa * sec, stirring and mixing.

得られた電極用ペーストをホモジナイザーにて30分攪拌混合を行った。これを電極用ペーストとした。   The obtained electrode paste was stirred and mixed in a homogenizer for 30 minutes. This was used as an electrode paste.

得られた電極用ペーストについて、触媒粒子の粒径分布を計測したところ、粒径分布曲線のピークトップは1μm以下となっていた。   When the particle size distribution of the catalyst particles was measured for the obtained electrode paste, the peak top of the particle size distribution curve was 1 μm or less.

また、電極用ペーストに含まれる触媒粒子のXPS測定を行うには際し、溶媒が共存すると溶媒に含まれるC−C信号の影響が発生する。従って、電極用ペーストに含まれる溶媒を除去して固体状態とし、この固体物に含まれる触媒粒子についてXPS測定を行い、触媒インクに含まれる触媒粒子のXPS測定とした。具体的には、電極用ペーストを内の電極触媒についてPTFEなどのベースフィルム状に平滑に塗布を行い、60〜100℃にて乾燥または、減圧乾燥させることによっての溶媒を除去したものを分析に供した。得られた固形物について、X線光電子分光法(XPS:PHI社製ESCA−5600)による測定からC(ls)ピークのピーク分割を行った。C(ls)ピークの(C−Oピーク面積)/(C−Cピーク面積)比は、0.05以上となっていた。   Further, when performing XPS measurement of the catalyst particles contained in the electrode paste, the influence of the CC signal contained in the solvent occurs when the solvent coexists. Therefore, the solvent contained in the electrode paste was removed to obtain a solid state, and the XPS measurement was performed on the catalyst particles contained in the solid material to obtain the XPS measurement of the catalyst particles contained in the catalyst ink. Specifically, the electrode paste was applied smoothly to a base film such as PTFE on the electrode catalyst, and the solvent was removed by drying at 60 to 100 ° C. or by drying under reduced pressure. Provided. About the obtained solid substance, the peak division of the C (ls) peak was performed from the measurement by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS: ESCA-5600 manufactured by PHI). The (CO peak area) / (CC peak area) ratio of the C (ls) peak was 0.05 or more.

上記記載の電極用ペーストをガス拡散層〈GDL〉としてカーボンペーパーの片面にスクリーン印刷法によって、最終的にホットプレス後に切断して計測した電極触媒層の厚さが10μmとなる条件をあらかじめ求め、その条件で触媒スラリーを印刷し、60℃で24時間乾燥させた。触媒層を塗布した面を電解質膜に合わせて120℃、0.1MPaで10分間ホットプレスを行うことによりカソードと電解質膜(Nafionl12、厚さ:約50μm)との接合を行った。   The electrode paste described above as a gas diffusion layer <GDL> is obtained in advance by a screen printing method on one side of carbon paper, and finally obtained a condition that the electrode catalyst layer thickness measured by cutting after hot pressing is 10 μm, Under the conditions, the catalyst slurry was printed and dried at 60 ° C. for 24 hours. The cathode and the electrolyte membrane (Nafion12, thickness: about 50 μm) were joined by hot pressing the surface on which the catalyst layer was applied to the electrolyte membrane at 120 ° C. and 0.1 MPa for 10 minutes.

次に、アノードもカソードと同様にして作製し、触媒層を電解質膜のカソード接合面と反対の面に接合して電極(膜−電極接合体;MEA)とした。アノードおよびカソード触媒層の厚さはいずれのセルについても8〜12μmの範囲内とした。   Next, the anode was prepared in the same manner as the cathode, and the catalyst layer was bonded to the surface opposite to the cathode bonding surface of the electrolyte membrane to form an electrode (membrane-electrode assembly; MEA). The thickness of the anode and cathode catalyst layers was in the range of 8 to 12 μm for both cells.

得られたMEAは、アノード、カソードともにPt使用量を見かけの電極面積1cmあたり0.5mgとし、電極面積は9cmとした。 In the obtained MEA, the amount of Pt used for both the anode and the cathode was 0.5 mg per 1 cm 2 of the apparent electrode area, and the electrode area was 9 cm 2 .

得られたMEAを、ガス流路溝を設けたカーボン板で挟み、燃料電池セルを構成した。   The obtained MEA was sandwiched between carbon plates provided with gas flow channel grooves to form fuel cells.

この燃料電池セルについて、発電耐久性試験を行った。まず、アノード側に燃料として水素を供給し、カソード側には空気を供給した。両ガスとも供給圧力は大気圧とし、水素は80℃・空気は50℃で飽和加湿し、燃料電池セル本体の温度は65℃に設定し、水素利用率は50%、空気利用率は33%として、運転を行った。発電特性を図4に示す。   This fuel cell was subjected to a power generation durability test. First, hydrogen was supplied as fuel to the anode side, and air was supplied to the cathode side. The supply pressure for both gases is atmospheric pressure, hydrogen is saturated at 80 ° C and air is 50 ° C, the temperature of the fuel cell body is set to 65 ° C, the hydrogen utilization rate is 50%, and the air utilization rate is 33%. As a driving. The power generation characteristics are shown in FIG.

(比較例1)
実施例1と同様に処理してPt担持触媒粒子を得た。このPt担持触媒粒子9gに5質量%の電解質ポリマー溶液を、担持Pt質量と電解質ポリマー質量とが1:1となるように添加し、粘度が300mPa・secとなるようにアルコール・純水混合溶液にて調整し、得られた粘調物を30分ホモジナイザーで攪拌混合を行い、比較電極用ペーストを得た。
(Comparative Example 1)
The same treatment as in Example 1 was performed to obtain Pt-supported catalyst particles. A 5% by mass electrolyte polymer solution is added to 9 g of the Pt-supported catalyst particles so that the supported Pt mass and the electrolyte polymer mass are 1: 1, and an alcohol / pure water mixed solution is used so that the viscosity becomes 300 mPa · sec. The mixture was stirred and mixed with a homogenizer for 30 minutes to obtain a paste for a comparative electrode.

実施例1と同様に操作して、比較電極用ペースト内における触媒粒子の粒径分布を計測したところ、分布曲線のピークトップは1μm以上となっていた。また、同様に得られた比較電極用ペースト内の電極触媒について、X線光電子分光法(XPS)による測定からC(ls)ピークのピーク分割を行ったところ、C(ls)ピークの(C−Oピーク面積)/(C−Cピーク面積)の算出のためにピーク分割を行ったが、ピーク分割の結果に有意性が認められなかった。   When the particle size distribution of the catalyst particles in the reference electrode paste was measured in the same manner as in Example 1, the peak top of the distribution curve was 1 μm or more. Moreover, about the electrode catalyst in the paste for comparison electrodes obtained similarly, when the peak division of C (ls) peak was performed from the measurement by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the (C- Peak splitting was performed for the calculation of (O peak area) / (CC peak area), but no significance was found in the peak splitting results.

比較電極用ペーストを用いて、実施例1と同様にしてMEAを作製し、燃料電池セルを構成し、発電特性を評価した。結果を図4に示す。本発明による燃料電池セルは、比較例の燃料電池セルよりセル電圧が高かった。   Using the comparative electrode paste, an MEA was produced in the same manner as in Example 1, a fuel cell was constructed, and the power generation characteristics were evaluated. The results are shown in FIG. The fuel cell according to the present invention had a higher cell voltage than the fuel cell of the comparative example.

本発明の燃料電池用電極触媒インクは、触媒粒子が均一に分散されるため三相界面が増加し、イオン伝導性に優れ、質量活性が高く、燃料電池用電極として有用である。   The fuel cell electrode catalyst ink of the present invention is useful as a fuel cell electrode because the catalyst particles are uniformly dispersed, the three-phase interface is increased, the ion conductivity is excellent, the mass activity is high.

従来品および本発明品の触媒粒子の粒度分布を示す図である。It is a figure which shows the particle size distribution of the catalyst particle | grains of a conventional product and this invention product. XPSで測定したC(1s)のピーク分割によって得られるC−CピークおよびC−Oピークを示す図である。It is a figure which shows the CC peak and CO peak which are obtained by the peak division of C (1s) measured by XPS. 本発明の触媒インクを製造する工程図である。It is process drawing which manufactures the catalyst ink of this invention. 実施例1および比較例1で調製したMEAから燃料電池セルを構成し、その発電特性を評価した図である。It is the figure which comprised the fuel cell from MEA prepared in Example 1 and Comparative Example 1, and evaluated the electric power generation characteristic.

Claims (10)

粒度分布のピークが1μm以下であり、かつXPSで測定したC(1s)のピーク分割によって得られるC−Cピークに対するC−Oピークの割合が5%以上である、導電性担体に触媒金属を担持した触媒粒子と電解質ポリマーとを含む、燃料電池用電極触媒インク。   A catalyst metal is applied to a conductive support having a particle size distribution peak of 1 μm or less and a ratio of C—O peak to C—C peak obtained by C (1s) peak division measured by XPS of 5% or more. A fuel cell electrode catalyst ink comprising supported catalyst particles and an electrolyte polymer. 導電性担体に触媒金属を担持した電極触媒をH溶液に分散させる工程、次いで該電極触媒に希釈電解質ポリマーを添加して攪拌する工程、該触媒粒子に対する電解質ポリマー濃度を高める工程を含むことを特徴とする、燃料電池用電極触媒インクの製造方法。 A step of dispersing an electrocatalyst carrying a catalytic metal on a conductive support in an H 2 O 2 solution, a step of adding a dilute electrolyte polymer to the electrocatalyst and stirring, and a step of increasing the concentration of the electrolyte polymer relative to the catalyst particles A method for producing an electrode catalyst ink for a fuel cell. 前記H溶液のH濃度は3〜10質量%である、請求項2に記載の燃料電池用電極触媒インクの製造方法。 The H 2 O 2 H 2 O 2 concentrations the solution is 3 to 10 wt%, the manufacturing method of a fuel cell electrode catalyst ink according to claim 2. 前記H溶液の添加量は、触媒粒子1質量部に対して100〜1,000質量部である、請求項2または3記載の燃料電池用電極触媒インクの製造方法。 4. The method for producing an electrode catalyst ink for a fuel cell according to claim 2, wherein the amount of the H 2 O 2 solution added is 100 to 1,000 parts by mass with respect to 1 part by mass of the catalyst particles. 前記H溶液に分散させる工程は、溶液温度30〜90℃で行うものである、請求項2〜4のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒インクの製造方法。 The method for producing an electrode catalyst ink for a fuel cell according to any one of claims 2 to 4, wherein the step of dispersing in the H 2 O 2 solution is performed at a solution temperature of 30 to 90 ° C. 前記希釈電解質ポリマーの濃度は、0.1〜10質量%である、請求項2〜5のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒インクの製造方法。   The manufacturing method of the electrode catalyst ink for fuel cells in any one of Claims 2-5 whose density | concentration of the said diluted electrolyte polymer is 0.1-10 mass%. 前記希釈電解質ポリマーの添加量は、触媒粒子1質量部に対して0.2〜0.6質量部である、請求項2〜6のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒インクの製造方法。   The method for producing a fuel cell electrode catalyst ink according to any one of claims 2 to 6, wherein the addition amount of the diluted electrolyte polymer is 0.2 to 0.6 parts by mass with respect to 1 part by mass of the catalyst particles. 請求項1記載の燃料電池用電極触媒インク、または請求項2〜7の何れかに記載の燃料電池用電極触媒インクの製造方法で得た触媒インクから調製された触媒担持電極。   A catalyst-carrying electrode prepared from the catalyst ink obtained by the method for producing a fuel cell electrode catalyst ink according to claim 1 or the fuel cell electrode catalyst ink according to any one of claims 2 to 7. 固体高分子電解質膜とカソードおよびアノードとを含み、請求項8記載の触媒担持電極をカソードとして含む、燃料電池用MEA。   An MEA for a fuel cell comprising a solid polymer electrolyte membrane, a cathode and an anode, and comprising the catalyst-supporting electrode according to claim 8 as a cathode. 請求項8記載の触媒担持電極、または請求項9記載の燃料電池用MEAを用いた燃料電池。   A fuel cell using the catalyst-carrying electrode according to claim 8 or the MEA for fuel cell according to claim 9.
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