JP2021027048A - Membrane-electrode assembly for fuel battery, and solid polymer fuel battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池用膜電極接合体及び固体高分子形燃料電池に関する。 The present invention relates to a membrane electrode assembly for a fuel cell and a polymer electrolyte fuel cell.
燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを用いて、触媒を含む電極で水の電気分解の逆反応を起こさせ、熱と同時に電気を生み出す発電システムである。この発電システムは、従来の発電方式と比較して高効率で低環境負荷、低騒音などの特徴を有し、将来のクリーンなエネルギー源として注目されている。燃料電池は、燃料電池に用いるイオン伝導体の種類によってタイプがいくつかあり、プロトン伝導性高分子膜を用いた燃料電池は、固体高分子形燃料電池と呼ばれる。 A fuel cell is a power generation system that uses a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen to cause an inverse reaction of electrolysis of water at an electrode containing a catalyst to generate electricity at the same time as heat. This power generation system has features such as high efficiency, low environmental load, and low noise as compared with the conventional power generation method, and is attracting attention as a clean energy source in the future. There are several types of fuel cells depending on the type of ionic conductor used in the fuel cell, and a fuel cell using a proton conductive polymer membrane is called a polymer electrolyte fuel cell.
燃料電池のなかでも固体高分子形燃料電池は、室温付近で使用可能なことから、車載用電源や家庭据置用電源などへの使用が有望視されており、近年、様々な研究開発が行われている。固体高分子形燃料電池は、高分子電解質膜の各面に電極触媒層を配置させた膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly:以下、MEAと称すことがある)を、一対のセパレータで挟持した電池である。 Among fuel cells, polymer electrolyte fuel cells can be used near room temperature, and are expected to be used as in-vehicle power supplies and household stationary power supplies. In recent years, various research and development have been carried out. ing. A polymer electrolyte fuel cell is a battery in which a membrane electrode assembly (Membrane Electrode Assembly: hereinafter, sometimes referred to as MEA) in which an electrode catalyst layer is arranged on each surface of a polymer electrolyte membrane is sandwiched between a pair of separators. Is.
一方のセパレータには、電極の一方に水素を含有する燃料ガスを供給するためのガス流路が形成されており、他方のセパレータには、電極の他方に酸素を含む酸化剤ガスを供給するためのガス流路が形成されている。 One separator has a gas flow path for supplying a fuel gas containing hydrogen to one of the electrodes, and the other separator has an oxidizing agent gas containing oxygen to the other of the electrodes. Gas flow path is formed.
ここで、燃料ガスが供給される上述した一方の電極を燃料極、酸化剤ガスが供給される上述した他方の電極を空気極とする。これらの電極は、高分子電解質、白金系の貴金属などの触媒を担持したカーボン粒子(触媒担持粒子)を有する電極触媒層、及びガス通気性と電子伝導性とを兼ね備えたガス拡散層を備えている。これらの電極を構成するガス拡散層は、セパレータと対向するように、すなわち電極触媒層とセパレータとの間に配置される。 Here, the above-mentioned one electrode to which the fuel gas is supplied is referred to as a fuel electrode, and the above-mentioned other electrode to which the oxidant gas is supplied is referred to as an air electrode. These electrodes include an electrode catalyst layer having carbon particles (catalyst-supported particles) carrying a catalyst such as a polymer electrolyte and a platinum-based noble metal, and a gas diffusion layer having both gas permeability and electron conductivity. There is. The gas diffusion layer constituting these electrodes is arranged so as to face the separator, that is, between the electrode catalyst layer and the separator.
電極触媒層に対しては、燃料電池の出力密度を向上させるため、ガス拡散性を高める取り組みがなされてきた。その一つが電極触媒層中の細孔に関するものである。電極触媒層中の細孔は、セパレータからガス拡散層を通じた先に位置し、複数の物質を輸送する通路の役割を果たす。細孔は、燃料極では、酸化還元の反応場である三相界面に燃料ガスを円滑に供給するだけでなく、生成したプロトンを高分子電解質膜内で円滑に伝導させるための水を供給する機能を果たす。細孔は、空気極では、酸化剤ガスの供給と共に、電極反応で生成した水を円滑に除去する機能を果たす。 For the electrode catalyst layer, efforts have been made to increase the gas diffusivity in order to improve the output density of the fuel cell. One of them relates to the pores in the electrode catalyst layer. The pores in the electrode catalyst layer are located ahead of the separator through the gas diffusion layer and serve as a passage for transporting a plurality of substances. At the fuel electrode, the pores not only smoothly supply the fuel gas to the three-phase interface, which is the reaction field for redox, but also supply water for smoothly conducting the generated protons in the polymer electrolyte membrane. Fulfill function. At the air electrode, the pores serve to smoothly remove water generated by the electrode reaction as well as supply the oxidant gas.
現在の固体高分子形燃料電池には、高価な白金が電極触媒として用いられており、本格普及には、代替材料の開発が強く求められている。特に、空気極では、燃料極よりも多くの白金を使用しているため、空気極において高い酸素還元触媒能を示す白金代替材料(非白金触媒)の開発が盛んである。 Expensive platinum is used as an electrode catalyst in current polymer electrolyte fuel cells, and the development of alternative materials is strongly required for full-scale spread. In particular, since the air electrode uses more platinum than the fuel electrode, the development of a platinum alternative material (non-platinum catalyst) showing high oxygen reduction catalytic ability at the air electrode is active.
空気極における非白金触媒の例として、例えば特許文献1には、遷移金属である鉄の窒化物と貴金属の混合物が記載されている。また、特許文献2には、遷移金属であるモリブデンの窒化物が記載されている。しかし、特許文献1及び特許文献2で記載されているような触媒物質は、酸性電解質中での酸素還元能が不充分であり、且つ、触媒物質が溶解する場合がある。 As an example of a non-platinum catalyst in an air electrode, for example, Patent Document 1 describes a mixture of a transition metal, an iron nitride and a noble metal. Further, Patent Document 2 describes a nitride of molybdenum, which is a transition metal. However, the catalytic substance as described in Patent Document 1 and Patent Document 2 may have insufficient oxygen reducing ability in the acidic electrolyte, and the catalytic substance may dissolve.
本発明は、固体高分子形燃料電池に用いられた場合に、高い発電特性を示す電極触媒層を有した燃料電池用膜電極接合体を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a membrane electrode assembly for a fuel cell having an electrode catalyst layer exhibiting high power generation characteristics when used in a polymer electrolyte fuel cell.
上記課題を解決する燃料電池用膜電極接合体は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟持する一対の電極触媒層と、を備え、前記一対の電極触媒層の少なくとも一方は、貴金属成分からなる触媒担持粒子と、高分子電解質と、繊維状の酸化物系触媒物質と、を含み、前記繊維状の酸化物系触媒物質は、燃料電池の正極として用いられる酸素還元電極用の電極活物質であって、Ta、Nb、Ti、Zrから選択される少なくとも一つの遷移金属元素を含むことを特徴とする。 The fuel cell membrane electrode joint that solves the above problems includes a polymer electrolyte membrane and a pair of electrode catalyst layers that sandwich the polymer electrolyte membrane, and at least one of the pair of electrode catalyst layers is a noble metal. The fibrous oxide-based catalyst substance contains a catalyst-supporting particle composed of components, a polymer electrolyte, and a fibrous oxide-based catalyst substance, and the fibrous oxide-based catalyst substance is an electrode for an oxygen reduction electrode used as a positive electrode of a fuel cell. It is an active material and is characterized by containing at least one transition metal element selected from Ta, Nb, Ti, and Zr.
本発明によれば、固体高分子形燃料電池に用いられた場合に、高い発電特性を示す電極触媒層を備えることができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electrode catalyst layer exhibiting high power generation characteristics when used in a polymer electrolyte fuel cell.
以下に、本開示の実施形態について添付図面を参照して説明する。
ここで、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。また、以下に示す実施形態は、本開示の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本開示の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定されるものではない。本開示の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings.
Here, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the plane dimension, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Further, the embodiments shown below exemplify a configuration for embodying the technical idea of the present disclosure, and the technical idea of the present disclosure describes the materials, shapes, structures, etc. of the components as follows. It is not specific to anything. The technical idea of the present disclosure may be modified in various ways within the technical scope specified by the claims stated in the claims.
〔膜電極接合体〕
本実施形態の膜電極接合体11は、図1に示すように、高分子電解質膜1と、高分子電解質膜1を上下から挟持する一対の電極触媒層2、3とを備える。
[Membrane electrode assembly]
As shown in FIG. 1, the membrane electrode assembly 11 of the present embodiment includes a polymer electrolyte membrane 1 and a pair of electrode catalyst layers 2 and 3 that sandwich the polymer electrolyte membrane 1 from above and below.
また、各電極触媒層2、3は、少なくとも貴金属成分からなる触媒を担持した粒子と高分子電解質とを備える。一対の電極触媒層2、3の少なくとも一方の電極触媒層(以下、第1電極触媒層とも記載する)は、繊維状の酸化物系触媒物質を有する。 Further, each of the electrode catalyst layers 2 and 3 includes particles carrying a catalyst composed of at least a noble metal component and a polymer electrolyte. At least one of the pair of electrode catalyst layers 2 and 3 (hereinafter, also referred to as a first electrode catalyst layer) has a fibrous oxide-based catalyst substance.
第1電極触媒層が含有する繊維状の酸化物系触媒物質は、Ta、Nb、Ti、Zrから構成される群から選択される少なくとも一つの遷移金属元素を含む。酸化物系触媒物質は、置換原子としてPを導入した窒化物を部分酸化したものが好ましく、遷移金属元素がTiであることがより好ましい。すなわち、酸化物系触媒物質は、置換原子であるPを含む遷移金属元素の窒化物の一部が酸化された物質からなる。 The fibrous oxide-based catalyst substance contained in the first electrode catalyst layer contains at least one transition metal element selected from the group composed of Ta, Nb, Ti, and Zr. The oxide-based catalyst substance is preferably a partially oxidized nitride having P introduced as a substituent atom, and more preferably Ti as the transition metal element. That is, the oxide-based catalyst substance is composed of a substance in which a part of the nitride of the transition metal element containing P which is a substitution atom is oxidized.
繊維状の酸化物系触媒物質において、平均繊維径が20nm以上1μm以下の範囲内に含まれ、かつ、平均繊維長が1.2μm以上30μm以下の範囲内に含まれることが好ましい。繊維状の酸化物系触媒物質において、平均繊維径80nm以上200nm以下の範囲内に含まれ、かつ、平均繊維長が10μm以上20μm以下の範囲内に含まれることがより好ましい。 In the fibrous oxide-based catalyst substance, it is preferable that the average fiber diameter is contained in the range of 20 nm or more and 1 μm or less, and the average fiber length is contained in the range of 1.2 μm or more and 30 μm or less. In the fibrous oxide-based catalyst substance, it is more preferable that the average fiber diameter is contained in the range of 80 nm or more and 200 nm or less, and the average fiber length is contained in the range of 10 μm or more and 20 μm or less.
第1電極触媒層において、触媒を担持した粒子における担体の質量(MA)に対する、繊維状の酸化物系触媒物質の質量(MB)の比(MB/MA)は、0.1倍以上10倍以下であることが好ましく、0.5倍以上3倍以下であることがより好ましい。 In the first electrode catalyst layer, the ratio (MB / MA) of the mass (MB) of the fibrous oxide-based catalyst substance to the mass (MA) of the carrier in the particles carrying the catalyst is 0.1 times or more and 10 times. It is preferably 0.5 times or more, and more preferably 3 times or less.
第1電極触媒層において、触媒担持粒子における担体の質量(MA)に対する、高分子電解質の質量(MC)の比(MC/MA)は、0.1倍以上1.4倍以下であることが好ましく、0.5倍以上1.0倍以下であることがより好ましい。 In the first electrode catalyst layer, the ratio (MC / MA) of the mass (MC) of the polymer electrolyte to the mass (MA) of the carrier in the catalyst-supporting particles is 0.1 times or more and 1.4 times or less. It is preferably 0.5 times or more and 1.0 times or less, more preferably.
第1電極触媒層において、貴金属成分からなる触媒を担持した粒子は、疎水性被膜によって覆われていることが好ましい。 In the first electrode catalyst layer, the particles carrying the catalyst composed of the noble metal component are preferably covered with a hydrophobic film.
本願発明者は、以下の構成からなる第1電極触媒層が排水性を有していることを確認した。なお、第1電極触媒層が排水性を有する詳細なメカニズムは、以下のように推測される。なお、本発明は下記メカニズムに何ら拘束されるものではない。 The inventor of the present application has confirmed that the first electrode catalyst layer having the following structure has drainage properties. The detailed mechanism by which the first electrode catalyst layer has drainage is presumed as follows. The present invention is not bound by the following mechanism.
第1電極触媒層では、繊維状の酸化物系触媒物質が絡み合うことによって、第1電極触媒層の耐久性を低下させる電極触媒層のクラックの発生を抑制することが可能である。これにより、高い耐久性と機械特性を有した第1電極触媒層が得られる。また、貴金属成分からなる触媒を担持した粒子と、繊維状の酸化物系触媒物質との絡み合いによって電極触媒層に細孔が形成される。第1電極触媒層を備える固体高分子形燃料電池を高電流域で駆動した場合には、細孔によって、電極反応で生成された水を排出することができ、反応ガスの拡散性を高めることができると推定される。一方、繊維状でない酸化物系触媒物質を使用した場合、貴金属成分からなる触媒を担持した粒子と酸化物系触媒物質との絡み合いがないため、電極触媒層に細孔が形成されにくい。そのため、電極反応で生成された水の排出が困難であり、結果として、電極触媒層を備える固体高分子形燃料電池を高電流域で駆動した場合には、反応ガスの拡散性を高めることができないと推定される。 In the first electrode catalyst layer, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the electrode catalyst layer, which reduces the durability of the first electrode catalyst layer, by entwining the fibrous oxide-based catalyst substances. As a result, a first electrode catalyst layer having high durability and mechanical properties can be obtained. Further, pores are formed in the electrode catalyst layer by the entanglement of the particles carrying the catalyst composed of the noble metal component and the fibrous oxide-based catalyst substance. When the polymer electrolyte fuel cell provided with the first electrode catalyst layer is driven in a high current range, the water generated by the electrode reaction can be discharged by the pores, and the diffusibility of the reaction gas is enhanced. Is presumed to be possible. On the other hand, when a non-fibrous oxide-based catalyst substance is used, pores are less likely to be formed in the electrode catalyst layer because there is no entanglement between the particles carrying the catalyst composed of the noble metal component and the oxide-based catalyst substance. Therefore, it is difficult to discharge the water generated by the electrode reaction, and as a result, when the polymer electrolyte fuel cell provided with the electrode catalyst layer is driven in a high current range, the diffusibility of the reaction gas can be improved. It is estimated that it cannot be done.
繊維状の酸化物系触媒物質の平均繊維径が20nmに満たない場合は、酸化物系触媒物質の屈曲性が強い影響で、電極触媒層に細孔が形成されにくい場合があると推定される。すなわち、酸化物系触媒物質の平均繊維径が20nm以下であることによって、酸化物系触媒物質の屈曲性が過剰に強くなることが抑えられる。これにより、電極触媒層中に細孔が形成されやすくなる。 When the average fiber diameter of the fibrous oxide-based catalyst substance is less than 20 nm, it is presumed that pores may not be easily formed in the electrode catalyst layer due to the strong flexibility of the oxide-based catalyst substance. .. That is, when the average fiber diameter of the oxide-based catalyst substance is 20 nm or less, it is possible to prevent the oxide-based catalyst substance from becoming excessively flexible. This facilitates the formation of pores in the electrode catalyst layer.
また、繊維状の酸化物系触媒物質の平均繊維径が1μmを超える場合は、酸化物系触媒物質の直進性が強い影響で、インクとして分散できない場合があると推定される。すなわち、酸化物系触媒物質の平均繊維径が1μm以下であることによって、酸化物系触媒物質の直進性が過剰に強くなることが抑えられる。これにより、電極触媒層を形成するためのインク中に酸化物系触媒物質が分散されやすくなる。 Further, when the average fiber diameter of the fibrous oxide-based catalyst substance exceeds 1 μm, it is presumed that the oxide-based catalyst substance may not be dispersed as an ink due to the strong influence of the straightness of the oxide-based catalyst substance. That is, when the average fiber diameter of the oxide-based catalyst substance is 1 μm or less, it is possible to prevent the oxide-based catalyst substance from becoming excessively straight. As a result, the oxide-based catalyst substance is easily dispersed in the ink for forming the electrode catalyst layer.
繊維状の酸化物系触媒物質の平均繊維長が1.2μmに満たない場合は、電極触媒層の機械特性が低下する場合があると推定される。すなわち、酸化物系触媒物質の平均繊維長が1.2μm以上であることによって、電極触媒層が有する機械特性の低下を抑えることが可能である。また、平均繊維長が30μmを超える場合は、インクとして分散できない場合があると推定される。すなわち、酸化物系触媒物質の平均繊維長が30μm以下である場合には、電極触媒層を形成するためのインク中に酸化物系触媒物質が分散されやすくなる。 If the average fiber length of the fibrous oxide-based catalyst substance is less than 1.2 μm, it is presumed that the mechanical properties of the electrode catalyst layer may deteriorate. That is, when the average fiber length of the oxide-based catalyst substance is 1.2 μm or more, it is possible to suppress the deterioration of the mechanical properties of the electrode catalyst layer. If the average fiber length exceeds 30 μm, it is estimated that the ink may not be dispersed. That is, when the average fiber length of the oxide-based catalyst substance is 30 μm or less, the oxide-based catalyst substance is likely to be dispersed in the ink for forming the electrode catalyst layer.
繊維状の酸化物系触媒物質の質量が、触媒担持粒子における担体の質量の0.1倍未満の場合は、酸化物系触媒物質の触媒活性が少ない影響で、十分な電流を引き出すことが困難な場合があると推定される。すなわち、触媒を担持した粒子における担体の質量に対する、酸化物系触媒物質の質量の比が0.1倍以上であることによって、酸化物系触媒物質の触媒活性が小さくなることが抑えられ、これによって、十分な電流を生じさせることが可能である。 When the mass of the fibrous oxide-based catalyst substance is less than 0.1 times the mass of the carrier in the catalyst-supporting particles, it is difficult to draw a sufficient current due to the influence of the small catalytic activity of the oxide-based catalyst substance. It is estimated that there are cases. That is, when the ratio of the mass of the oxide-based catalytic substance to the mass of the carrier in the particles carrying the catalyst is 0.1 times or more, the catalytic activity of the oxide-based catalytic substance is suppressed from being reduced. It is possible to generate a sufficient current.
また、10倍を超える場合は、電極触媒層が厚くなった影響で、電流が減少する場合があると推定される。すなわち、触媒を担持した粒子における担体の質量に対する、酸化物系触媒物質の質量の比が10倍以下であることによって、電極触媒層が過剰に厚くなることが抑えられ、これによって、電流の減少を抑えることが可能である。 If it exceeds 10 times, it is estimated that the current may decrease due to the thickening of the electrode catalyst layer. That is, when the ratio of the mass of the oxide-based catalyst substance to the mass of the carrier in the particles carrying the catalyst is 10 times or less, it is possible to prevent the electrode catalyst layer from becoming excessively thick, thereby reducing the current. It is possible to suppress.
高分子電解質の質量が、触媒担持粒子における担体の質量の0.1倍未満の場合は、電極触媒層のプロトン伝導性が低下する影響で、十分な電流を引き出すことが困難な場合があると推察される。すなわち、触媒を担持した粒子における担体の質量に対する、酸化物系触媒物質の質量の比が0.1倍以上であることによって、電極触媒槽のプロトン伝導性が低下することが抑えられ、これによって、十分な電流を生じさせることが可能である。 If the mass of the polymer electrolyte is less than 0.1 times the mass of the carrier in the catalyst-supporting particles, it may be difficult to draw a sufficient current due to the effect of lowering the proton conductivity of the electrode catalyst layer. Inferred. That is, when the ratio of the mass of the oxide-based catalyst substance to the mass of the carrier in the particles carrying the catalyst is 0.1 times or more, the decrease in proton conductivity of the electrode catalyst tank is suppressed, thereby suppressing the decrease. , It is possible to generate a sufficient current.
また、1.4倍を超える場合は、電極触媒層に形成される細孔が減少する影響で、反応ガスの拡散性を高めることができない場合があると推定される。すなわち、触媒を担持した粒子における担体の質量に対する、酸化物系触媒物質の質量の比が1.4倍以下であることによって、電極触媒槽における細孔の減少を抑え、これによって、反応ガスの拡散性を高めることが可能である。 If it exceeds 1.4 times, it is presumed that the diffusibility of the reaction gas may not be enhanced due to the effect of reducing the pores formed in the electrode catalyst layer. That is, the ratio of the mass of the oxide-based catalyst substance to the mass of the carrier in the particles carrying the catalyst is 1.4 times or less, thereby suppressing the decrease of pores in the electrode catalyst tank, thereby suppressing the decrease of the reaction gas. It is possible to increase the diffusivity.
本実施形態の膜電極接合体11によれば、従来のような電極触媒層の構成変更によって排水性を高める場合とは異なり、界面抵抗の増大による発電特性の低下が見られない。これにより、膜電極接合体11を備える固体高分子形燃料電池によれば、従来の膜電極接合体を備えた固体高分子形燃料電池と比較して、多くの生成水が生じる高電流域での発電特性が高くなる。 According to the membrane electrode assembly 11 of the present embodiment, unlike the case where the drainage property is improved by changing the configuration of the electrode catalyst layer as in the conventional case, the power generation characteristic is not deteriorated due to the increase in the interface resistance. As a result, according to the polymer electrolyte fuel cell provided with the membrane electrode assembly 11, in the high current region where a large amount of generated water is generated, as compared with the conventional polymer electrolyte fuel cell provided with the membrane electrode assembly. The power generation characteristics of the
〔固体高分子形燃料電池〕
次に、図2を用いて、実施形態の膜電極接合体11を備えた固体高分子形燃料電池について説明する。
[Proton electrolyte fuel cell]
Next, the polymer electrolyte fuel cell provided with the membrane electrode assembly 11 of the embodiment will be described with reference to FIG.
図2に示す固体高分子形燃料電池12は、一対のガス拡散層4、5を備える。ガス拡散層4は、膜電極接合体11の電極触媒層2と対向するように配置される。ガス拡散層5は、電極触媒層3と対向するように配置される。電極触媒層2とガス拡散層4とによって、空気極(カソード、正極)6が形成される。電極触媒層3とガス拡散層5とによって、燃料極(アノード、負極)7が形成される。 The polymer electrolyte fuel cell 12 shown in FIG. 2 includes a pair of gas diffusion layers 4 and 5. The gas diffusion layer 4 is arranged so as to face the electrode catalyst layer 2 of the membrane electrode assembly 11. The gas diffusion layer 5 is arranged so as to face the electrode catalyst layer 3. An air electrode (cathode, positive electrode) 6 is formed by the electrode catalyst layer 2 and the gas diffusion layer 4. The fuel electrode (anode, negative electrode) 7 is formed by the electrode catalyst layer 3 and the gas diffusion layer 5.
また、一組のセパレータ10a、10bが、ガス拡散層4、5の外側にそれぞれ配置される。すなわち、膜電極接合体11は、膜電極接合体11の厚さ方向において、一つのセパレータ10a、10bに挟まれている。セパレータ10a、10bは、ガス流通用のガス流路8a、8bと、冷却水流通用の冷却水流路9a、9bとを備えている。セパレータ10a、10bは、導電性及び不透過性を有する材料によって形成される。 Further, a set of separators 10a and 10b are arranged outside the gas diffusion layers 4 and 5, respectively. That is, the membrane electrode assembly 11 is sandwiched between the separators 10a and 10b in the thickness direction of the membrane electrode assembly 11. The separators 10a and 10b include gas flow paths 8a and 8b for gas flow and cooling water flow paths 9a and 9b for cooling water flow. The separators 10a and 10b are made of a conductive and impermeable material.
燃料極7と向かい合うセパレータ10bのガス流路8bには、燃料ガスとして例えば水素ガスが供給される。一方、空気極6と向かい合うセパレータ10aのガス流路8aには、酸化剤ガスとして例えば酸素ガスが供給される。燃料ガスの水素と、酸化剤ガスの酸素とをそれぞれ触媒の存在下において電極反応させることにより、燃料極7と空気極6との間に起電力を生じさせることができる。 For example, hydrogen gas is supplied as a fuel gas to the gas flow path 8b of the separator 10b facing the fuel electrode 7. On the other hand, for example, oxygen gas is supplied as an oxidizing agent gas to the gas flow path 8a of the separator 10a facing the air electrode 6. An electromotive force can be generated between the fuel electrode 7 and the air electrode 6 by causing an electrode reaction between hydrogen as a fuel gas and oxygen as an oxidant gas in the presence of a catalyst.
固体高分子形燃料電池12において、一対のセパレータ10a、10bが、高分子電解質膜1、一対の電極触媒層2、3、及び、一対のガス拡散層4、5を挟持する。図2に示す固体高分子形燃料電池12は、単セル構造を有した燃料電池の一例であるが、固体高分子形燃料電池は、セパレータ10a又はセパレータ10bを介して複数のセルが積層された構造を有してもよい。 In the polymer electrolyte fuel cell 12, a pair of separators 10a and 10b sandwich a polymer electrolyte membrane 1, a pair of electrode catalyst layers 2 and 3, and a pair of gas diffusion layers 4 and 5. The polymer electrolyte fuel cell 12 shown in FIG. 2 is an example of a fuel cell having a single cell structure, but in the polymer electrolyte fuel cell, a plurality of cells are laminated via a separator 10a or a separator 10b. It may have a structure.
〔電極触媒層の製造方法〕
次に、第1電極触媒層の製造方法における一例を説明する。
第1電極触媒層は、下記の第一工程と第二工程とを含む方法によって製造される。第一工程は、触媒担持粒子、酸化物系触媒物質、高分子電解質、及び溶媒を含む触媒インクを製造する工程である。第二工程は、第一工程によって得られた触媒インクを基材上に塗布して溶媒を乾燥させることで、第1電極触媒層を形成する工程である。なお、第1電極触媒層ではない電極触媒層、すなわち、第2電極触媒層も同様の工程によって製造すればよい。ただし、第2電極触媒層は、第1電極触媒層が含む繊維状の酸化物系触媒物質を含まない。そして、作製した一対の電極触媒層2、3を高分子電解質膜1において対向する各面に貼り付けることによって、膜電極接合体11が得られる。
[Manufacturing method of electrode catalyst layer]
Next, an example of the method for manufacturing the first electrode catalyst layer will be described.
The first electrode catalyst layer is manufactured by a method including the following first step and second step. The first step is a step of producing a catalyst ink containing catalyst-supporting particles, an oxide-based catalyst substance, a polymer electrolyte, and a solvent. The second step is a step of forming the first electrode catalyst layer by applying the catalyst ink obtained in the first step onto the substrate and drying the solvent. An electrode catalyst layer other than the first electrode catalyst layer, that is, a second electrode catalyst layer may be manufactured by the same step. However, the second electrode catalyst layer does not contain the fibrous oxide-based catalyst substance contained in the first electrode catalyst layer. Then, the membrane electrode assembly 11 is obtained by attaching the produced pair of electrode catalyst layers 2 and 3 to the opposing surfaces of the polymer electrolyte membrane 1.
〔詳細〕
以下、膜電極接合体11及び固体高分子形燃料電池12について更に詳細に説明する。
高分子電解質膜1としては、プロトン伝導性を有するものであれば良く、例えば、フッ素系高分子電解質膜、炭化水素系高分子電解質膜を用いることができる。フッ素系高分子電解質膜として、例えば、デュポン社製Nafion(登録商標)、旭硝子(株)製Flemion(登録商標)、旭化成(株)製Aciplex(登録商標)、ゴア社製Gore Select(登録商標)等を用いることができる。
[Details]
Hereinafter, the membrane electrode assembly 11 and the polymer electrolyte fuel cell 12 will be described in more detail.
The polymer electrolyte membrane 1 may be any one having proton conductivity, and for example, a fluorine-based polymer electrolyte membrane or a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane can be used. Examples of the fluorine-based polymer electrolyte membrane include Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont, Flemion (registered trademark) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., AGClex (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei Corporation, and Gore Select (registered trademark) manufactured by Gore Co., Ltd. Etc. can be used.
また、炭化水素系高分子電解質膜としては、例えば、スルホン化ポリエーテルケトン、
スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等の電解質膜を用いることができる。特に、高分子電解質膜1として、デュポン社製Nafion(登録商標)系材料を用いることが好適である。
Examples of the hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane include sulfonated polyetherketone.
Electrolyte films such as sulfonated polyether sulfone, sulfonated polyether ether sulfone, sulfonated polysulfide, and sulfonated polyphenylene can be used. In particular, it is preferable to use a Nafion (registered trademark) -based material manufactured by DuPont as the polymer electrolyte membrane 1.
電極触媒層2、3は、触媒インクを用いて高分子電解質膜1の両面に形成される。電極触媒層2、3用の触媒インクは、触媒を担持した粒子と高分子電解質と溶媒を含む。また、第1電極触媒層用の触媒インクは、触媒担持粒子、酸化物系触媒物質、高分子電解質、及び溶媒を含む。 The electrode catalyst layers 2 and 3 are formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane 1 using catalyst ink. The catalyst ink for the electrode catalyst layers 2 and 3 contains particles carrying a catalyst, a polymer electrolyte, and a solvent. Further, the catalyst ink for the first electrode catalyst layer contains catalyst-supporting particles, an oxide-based catalyst substance, a polymer electrolyte, and a solvent.
触媒インクに含まれる高分子電解質は、プロトン伝導性を有するものであれば良い。高分子電解質には、高分子電解質膜1と同様の材料を用いることができる。高分子電解質には、例えば、フッ素系高分子電解質、炭化水素系高分子電解質を用いることができる。フッ素系高分子電解質として、例えば、デュポン社製Nafion(登録商標)系材料等を用いることができる。また、炭化水素系高分子電解質としては、例えば、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等の電解質を用いることができる。特に、フッ素系高分子電解質として、デュポン社製Nafion(登録商標)系材料を用いることが好適である。 The polymer electrolyte contained in the catalyst ink may be any one having proton conductivity. As the polymer electrolyte, the same material as that of the polymer electrolyte membrane 1 can be used. As the polymer electrolyte, for example, a fluorine-based polymer electrolyte or a hydrocarbon-based polymer electrolyte can be used. As the fluorine-based polymer electrolyte, for example, Nafion (registered trademark) -based material manufactured by DuPont can be used. Further, as the hydrocarbon-based polymer electrolyte, for example, an electrolyte such as a sulfonated polyether ketone, a sulfonated polyether sulfone, a sulfonated polyether ether sulfone, a sulfonated polysulfide, or a sulfonated polyphenylene can be used. In particular, it is preferable to use a Nafion (registered trademark) -based material manufactured by DuPont as the fluorine-based polymer electrolyte.
本実施形態において用いられる貴金属成分からなる触媒としては、例えば、金属又は合金、金属酸化物もしくは金属複酸化物等を用いることができる。金属としては、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウムから構成される群から選ばれた1種又は2種以上の金属等が例示できる。なお、ここでいう複酸化物とは2種類の金属からなる酸化物のことである。 As the catalyst composed of the noble metal component used in the present embodiment, for example, a metal or alloy, a metal oxide, a metal compound oxide, or the like can be used. Examples of the metal include one or more metals selected from the group composed of platinum, palladium, ruthenium, iridium, and rhodium. The compound oxide referred to here is an oxide composed of two types of metals.
また、上述した触媒の平均粒子径は、0.5nm以上20nm以下の範囲内に含まれることが好ましく、1nm以上5nm以下の範囲内に含まれるがより好ましい。ここで、平均粒子径とは、カーボン粒子などの担体と、担体に担持された触媒とを含む触媒を担持した粒子では、X線回折法から求めた平均粒子径である。また、担体に担持されていない触媒では、粒度測定から求めた算術平均粒子径である。触媒粒子の平均粒子径が0.5nm以上20nm以下の範囲内に含まれる場合、触媒の活性及び安定性が向上するため好ましい。 The average particle size of the catalyst described above is preferably contained in the range of 0.5 nm or more and 20 nm or less, and more preferably in the range of 1 nm or more and 5 nm or less. Here, the average particle size is an average particle size obtained by an X-ray diffraction method for a particle carrying a catalyst including a carrier such as carbon particles and a catalyst supported on the carrier. Further, in the case of a catalyst not supported on a carrier, it is the arithmetic mean particle size obtained from the particle size measurement. When the average particle size of the catalyst particles is contained in the range of 0.5 nm or more and 20 nm or less, the activity and stability of the catalyst are improved, which is preferable.
上述の触媒を担持する電子伝導性の粉末、すなわち担体としては、一般的にカーボン粒子が使用される。カーボン粒子の種類は、微粒子状で導電性を有し、触媒におかされないものであれば限定されるものではない。カーボン粒子としては、例えば、カーボンブラックやグラファイト、活性炭、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、フラーレンを用いることができる。 Carbon particles are generally used as the electron-conducting powder carrying the above-mentioned catalyst, that is, the carrier. The type of carbon particles is not limited as long as it is fine particles, has conductivity, and is not affected by a catalyst. As the carbon particles, for example, carbon black, graphite, activated carbon, carbon fiber, carbon nanotubes, and fullerenes can be used.
カーボン粒子の平均粒子径は、10nm以上1000nm以下の範囲内に含まれることが好ましく、10nm以上100nm以下の範囲内に含まれることがより好ましい。ここで、平均粒子径とは、SEM像から求めた平均粒子径である。カーボン粒子の平均粒子径が10nm以上1000nm以下の範囲内に含まれる場合、触媒の活性及び安定性が向上するため好ましい。また、カーボン粒子の平均粒子径が10nm以上1000nm以下の範囲に含まれる場合には、電子伝導パスが形成されやすくなり、また、2つの電極触媒層2、3のガス拡散性及び触媒の利用率が向上するため好ましい。 The average particle size of the carbon particles is preferably contained in the range of 10 nm or more and 1000 nm or less, and more preferably contained in the range of 10 nm or more and 100 nm or less. Here, the average particle size is the average particle size obtained from the SEM image. When the average particle size of the carbon particles is contained in the range of 10 nm or more and 1000 nm or less, the activity and stability of the catalyst are improved, which is preferable. Further, when the average particle size of the carbon particles is included in the range of 10 nm or more and 1000 nm or less, an electron conduction path is likely to be formed, and the gas diffusivity and the utilization rate of the catalyst of the two electrode catalyst layers 2 and 3 are likely to be formed. Is preferable because it improves.
上述の触媒担持粒子は、疎水性被膜を備えたものでも良い。言い換えれば、触媒を担持した粒子は、疎水性被膜によって覆われてもよい。この場合、疎水性被膜は、十分に反応ガスを透過する膜厚を有することが好ましい。疎水性被膜の膜厚は、具体的には40nm以下であることが好ましい。これよりも厚くなると活性点への反応ガスの供給が阻害される場合がある。一方、疎水性被膜が40nm以下であれば十分に反応ガスが疎水性被膜を透過するため、触媒担持粒子に疎水性を付与することができる。 The catalyst-supporting particles described above may have a hydrophobic coating. In other words, the particles carrying the catalyst may be covered with a hydrophobic coating. In this case, the hydrophobic coating preferably has a film thickness that allows the reaction gas to sufficiently permeate. Specifically, the film thickness of the hydrophobic film is preferably 40 nm or less. If it is thicker than this, the supply of the reaction gas to the active site may be hindered. On the other hand, if the hydrophobic coating is 40 nm or less, the reaction gas sufficiently permeates the hydrophobic coating, so that the catalyst-supported particles can be imparted with hydrophobicity.
また、触媒担持粒子を覆う疎水性被膜の膜厚は、十分に生成水を撥水する膜厚であることが好ましい。疎水性被膜の膜厚は、具体的には2nm以上であることが好ましい。疎水性被膜がこれよりも薄くなると生成水が滞留し、活性点への反応ガスの供給が阻害される場合がある。すなわち、疎水性被膜が2nm以上の厚さを有することによって、生成水の滞留を抑え、これによって、活性点に対する反応ガスの供給が阻害されることが抑えられる。 Further, the film thickness of the hydrophobic film covering the catalyst-supporting particles is preferably a film thickness that sufficiently repels the generated water. Specifically, the film thickness of the hydrophobic film is preferably 2 nm or more. If the hydrophobic film becomes thinner than this, the generated water may stay and the supply of the reaction gas to the active site may be hindered. That is, when the hydrophobic film has a thickness of 2 nm or more, the retention of the produced water is suppressed, and thereby the supply of the reaction gas to the active site is suppressed.
触媒担持粒子を覆う疎水性被膜は、例えば、少なくとも一つの極性基を有するフッ素系化合物から形成される。極性基には、例えば、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシル基、エステル基、エーテル基、カーボネート基、アミド基などが挙げられる。極性基の存在により、電極触媒層の最表面にフッ素系化合物を固定化することができる。フッ素系化合物における極性基以外の部分は、疎水性及び化学的安定性の高さからフッ素及びカーボンからなる構造であることが好ましい。しかし、疎水性被膜が十分な疎水性及び化学的安定性を有するならばこのような構造に限られるものではない。 The hydrophobic film covering the catalyst-supported particles is formed, for example, from a fluorine-based compound having at least one polar group. Examples of the polar group include a hydroxyl group, an alkoxy group, a carboxyl group, an ester group, an ether group, a carbonate group and an amide group. Due to the presence of the polar group, the fluorine-based compound can be immobilized on the outermost surface of the electrode catalyst layer. The portion of the fluorine-based compound other than the polar group preferably has a structure composed of fluorine and carbon because of its high hydrophobicity and chemical stability. However, it is not limited to such a structure as long as the hydrophobic film has sufficient hydrophobicity and chemical stability.
本開示において、酸化物系触媒物質には、Ta、Nb、Ti、Zrから構成される群から選択される少なくとも一つを含む物質を使用することができる。酸化物系触媒物質は、空気極すなわち正極が備える電極触媒層において、白金の代替となる材料として用いられることが好ましい。 In the present disclosure, as the oxide-based catalyst substance, a substance containing at least one selected from the group composed of Ta, Nb, Ti, and Zr can be used. The oxide-based catalyst substance is preferably used as a substitute material for platinum in the electrode catalyst layer provided in the air electrode, that is, the positive electrode.
また、より好ましくは、これら遷移金属元素の窒化物に、置換原子としてPを導入し、酸素を含む雰囲気中で部分酸化した物質が使用できる。すなわち、酸化物系触媒物質は、リン(P)を含む遷移金属窒化物の一部が酸化された物質である。言い換えれば、酸化物系物質は、遷移金属原子、窒素原子、リン原子、及び、酸素原子を含む。なお、遷移金属窒化物において、遷移金属原子の一部がリン原子と置換されている。 Further, more preferably, a substance in which P is introduced as a substitution atom into the nitride of these transition metal elements and partially oxidized in an atmosphere containing oxygen can be used. That is, the oxide-based catalyst substance is a substance in which a part of the transition metal nitride containing phosphorus (P) is oxidized. In other words, oxide-based substances include transition metal atoms, nitrogen atoms, phosphorus atoms, and oxygen atoms. In the transition metal nitride, a part of the transition metal atom is replaced with a phosphorus atom.
具体的には、置換原子としてPを導入したTiの窒化物(TiNP)を、酸素を含む雰囲気中で部分酸化した物質(TiONP)である。この場合には、チタン窒化物(TiN)において、チタン原子の一部がリン原子と置換されている。また、チタン窒化物の一部が酸化されている。 Specifically, it is a substance (TiONP) in which a nitride (TiNP) of Ti having P introduced as a substitution atom is partially oxidized in an atmosphere containing oxygen. In this case, in the titanium nitride (TiN), a part of the titanium atom is replaced with a phosphorus atom. In addition, a part of titanium nitride is oxidized.
触媒インクの分散媒として使用される溶媒は、触媒担持粒子、酸化物系触媒物質、高分子電解質を浸食することがなく、高分子電解質を流動性の高い状態で溶解又は微細ゲルとして分散できるものあれば特に限定されるものではない。しかしながら、溶媒には、揮発性の有機溶媒が少なくとも含まれていることが望ましい。触媒インクの分散媒として使用される溶媒は、アルコール類、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、極性溶剤等であってよい。アルコール類は、例えば、メタノール、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、イソブチルアルコール、tert‐ブチルアルコール、ペンタノール等であってよい。ケトン系溶剤は、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ペンタノン、メチルイソブチルケトン、へプタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、アセトニルアセトン、ジイソブチルケトン等であってよい。エーテル系溶剤は、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、アニソール、メトキシトルエン、ジブチルエーテル等であってよい。極性溶剤は、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N‐メチルピロリドン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジアセトンアルコール、1‐メトキシ‐2‐プロパノール等であってよい。また、溶媒は、上述の材料のうち2種以上を混合させた混合溶媒であってもよい。 The solvent used as the dispersion medium for the catalyst ink is one that can dissolve the polymer electrolyte in a highly fluid state or disperse it as a fine gel without eroding the catalyst-supporting particles, the oxide-based catalyst substance, and the polymer electrolyte. If there is, it is not particularly limited. However, it is desirable that the solvent contains at least a volatile organic solvent. The solvent used as the dispersion medium of the catalyst ink may be alcohols, ketone solvents, ether solvents, polar solvents and the like. The alcohols may be, for example, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutyl alcohol, tert-butyl alcohol, pentanol and the like. The ketone solvent may be, for example, acetone, methyl ethyl ketone, pentanone, methyl isobutyl ketone, heptanone, cyclohexanone, methylcyclohexanone, acetonyl acetone, diisobutyl ketone and the like. The ether solvent may be, for example, tetrahydrofuran, dioxane, diethylene glycol dimethyl ether, anisole, methoxytoluene, dibutyl ether and the like. The polar solvent may be, for example, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, ethylene glycol, diethylene glycol, diacetone alcohol, 1-methoxy-2-propanol and the like. Further, the solvent may be a mixed solvent in which two or more of the above-mentioned materials are mixed.
また、低級アルコールを用いた分散媒は発火の危険性が高いため、低級アルコールを分散媒として用いる場合は、低級アルコールと水との混合溶媒を用いることが好ましい。更に、分散媒には、高分子電解質となじみが良い水、すなわち高分子電解質に対する親和性が高い水が含まれていても良い。分散媒における水の添加量は、高分子電解質が分離して白濁を生じたり、ゲル化したりしない程度であれば特に制限されるものではない。 Further, since the dispersion medium using the lower alcohol has a high risk of ignition, when the lower alcohol is used as the dispersion medium, it is preferable to use a mixed solvent of the lower alcohol and water. Further, the dispersion medium may contain water that is familiar with the polymer electrolyte, that is, water that has a high affinity for the polymer electrolyte. The amount of water added to the dispersion medium is not particularly limited as long as the polymer electrolyte does not separate and cause cloudiness or gelation.
触媒担持粒子を触媒インクにおいて分散させるために、触媒インクに分散剤が含まれていても良い。分散剤としては、例えば、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤等を挙げることができる。 In order to disperse the catalyst-supported particles in the catalyst ink, the catalyst ink may contain a dispersant. Examples of the dispersant include anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, nonionic surfactants and the like.
アニオン界面活性剤の例として、アルキルエーテルカルボン酸塩、エーテルカルボン酸塩、アルカノイルザルコシン、アルカノイルグルタミン酸塩、アシルグルタメート、オレイン酸・N‐メチルタウリン、オレイン酸カリウム・ジエタノールアミン塩、アルキルエーテルサルフェート・トリエタノールアミン塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェート・トリエタノールアミン塩、特殊変成ポリエーテルエステル酸のアミン塩、高級脂肪酸誘導体のアミン塩、特殊変成ポリエステル酸のアミン塩、高分子量ポリエーテルエステル酸のアミン塩、特殊変成リン酸エステルのアミン塩、高分子量ポリエステル酸アミドアミン塩、特殊脂肪酸誘導体のアミドアミン塩、高級脂肪酸のアルキルアミン塩、高分子量ポリカルボン酸のアミドアミン塩、ラウリン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム等のカルボン酸型界面活性剤、ジアルキルスルホサクシネート、スルホコハク酸ジアルキル塩、1,2‐ビス(アルコキシカルボニル)‐1‐エタンスルホン酸塩、アルキルスルホン酸塩、パラフィンスルホン酸塩、α‐オレフィンスルホネート、直鎖アルキルベンゼンスルホネート、アルキルベンゼンスルホネート、ポリナフチルメタンスルホン酸塩、ナフタレンスルホネート‐ホルマリン縮合物、アルキルナフタレンスルホネート、アルカノイルメチルタウリド、ラウリル硫酸エステルナトリウム塩、セチル硫酸エステルナトリウム塩、ステアリル硫酸エステルナトリウム塩、オレイル硫酸エステルナトリウム塩、ラウリルエーテル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、油溶性アルキルベンゼンスルホン酸塩、α‐オレフィンスルホン酸塩等のスルホン酸型界面活性剤、アルキル硫酸エステル塩、硫酸アルキル塩、アルキルサルフェート、アルキルエーテルサルフェート、ポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェート、アルキルポリエトキシ硫酸塩、ポリグリコールエーテルサルフェート、アルキルポリオキシエチレン硫酸塩、硫酸化油、高度硫酸化油等の硫酸エステル型界面活性剤、リン酸(モノ又はジ)アルキル塩、(モノ又はジ)アルキルホスフェート、(モノ又はジ)アルキルリン酸エステル塩、リン酸アルキルポリオキシエチレン塩、アルキルエーテルホスフェート、アルキルポリエトキシ・リン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、リン酸アルキルフェニル・ポリオキシエチレン塩、アルキルフェニルエーテル・ホスフェート、アルキルフェニル・ポリエトキシ・リン酸塩、ポリオキシエチレン・アルキルフェニル・エーテルホスフェート、高級アルコールリン酸モノエステルジナトリウム塩、高級アルコールリン酸ジエステルジナトリウム塩、ジアルキルジチオリン酸亜鉛等のリン酸エステル型界面活性剤等が挙げられる。 Examples of anionic surfactants include alkyl ether carboxylate, ether carboxylate, alkanoyl zarcosine, alkanoyl glutamate, acyl glutamate, oleic acid / N-methyl taurine, potassium oleate / diethanolamine salt, alkyl ether sulfate tri. Ethanolamine salt, polyoxyethylene alkyl ether sulfate triethanolamine salt, amine salt of special modified polyether ester acid, amine salt of higher fatty acid derivative, amine salt of special modified polyester acid, amine salt of high molecular weight polyether ester acid , Special modified phosphoric acid ester amine salt, high molecular weight polyesteric acid amidamine salt, special fatty acid derivative amidamine salt, higher fatty acid alkylamine salt, high molecular weight polycarboxylic acid amidamine salt, sodium laurate, sodium stearate, oleic acid Carboxylic acid type surfactants such as sodium, dialkyl sulfosuccinate, dialkyl sulfosuccinate, 1,2-bis (alkoxycarbonyl) -1-ethanesulfonate, alkylsulfonate, paraffin sulfonate, α-olefin Sulfonate, linear alkylbenzene sulfonate, alkylbenzene sulfonate, polynaphthylmethane sulfonate, naphthalene sulfonate-formalin condensate, alkylnaphthalene sulfonate, alkanoylmethyl tauride, lauryl sulfate sodium salt, cetyl sulfate sodium salt, stearyl sulfate sodium salt , Sulfonic acid type surfactants such as oleyl sulfate sodium salt, lauryl ether sulfate ester salt, sodium alkylbenzene sulfonate, oil-soluble alkylbenzene sulfonate, α-olefin sulfonate, alkyl sulfate ester salt, alkyl sulfate, alkyl Sulfate, alkyl ether sulfate, polyoxyethylene alkyl ether sulfate, alkyl polyethoxysulfate, polyglycol ether sulfate, alkyl polyoxyethylene sulfate, sulfated oil, highly sulfated oil and other sulfate ester type surfactants, phosphoric acid (Mono or di) alkyl salt, (mono or di) alkyl phosphate, (mono or di) alkyl phosphate ester salt, alkyl polyoxyethylene phosphate salt, alkyl ether phosphate, alkyl polyethoxy phosphate, polyoxyethylene Alkyl ether, al-phosphate Kilphenyl polyoxyethylene salt, alkylphenyl ether phosphate, alkylphenyl polyethoxy phosphate, polyoxyethylene alkylphenyl ether phosphate, higher alcohol phosphate monoester disodium salt, higher alcohol phosphate diester disodium salt , Phosphate ester type surfactants such as zinc dialkyldithiophosphate and the like.
カチオン界面活性剤の例として、ベンジルジメチル{2‐[2‐(P‐1,1,3,3‐テトラメチルブチルフェノオキシ)エトキシ]エチル}アンモニウムクロライド、オクタデシルアミン酢酸塩、テトラデシルアミン酢酸塩、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド、牛脂トリメチルアンモニウムクロライド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ヤシトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ベヘニルトリメチルアンモニウムクロライド、ヤシジメチルベンジルアンモニウムクロライド、テトラデシルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、オクタデシルジメチルベンジルアンモニウムクロライド、ジオレイルジメチルアンモニウムクロライド、1‐ヒドロキシエチル‐2‐牛脂イミダゾリン4級塩、2‐ヘプタデセニルーヒドロキシエチルイミダゾリン、ステアラミドエチルジエチルアミン酢酸塩、ステアラミドエチルジエチルアミン塩酸塩、トリエタノールアミンモノステアレートギ酸塩、アルキルピリジウム塩、高級アルキルアミンエチレンオキサイド付加物、ポリアクリルアミドアミン塩、変成ポリアクリルアミドアミン塩、パーフルオロアルキル第4級アンモニウムヨウ化物等が挙げられる。 Examples of cationic surfactants are benzyldimethyl {2- [2- (P-1,1,3,3-tetramethylbutylphenoxy) ethoxy] ethyl} ammonium chloride, octadecylamine acetate, tetradecylamine acetate. , Octadecyltrimethylammonium chloride, beef trimethylammonium chloride, dodecyltrimethylammonium chloride, palm trimethylammonium chloride, hexadecyltrimethylammonium chloride, behenyltrimethylammonium chloride, palm dimethylbenzylammonium chloride, tetradecyldimethylbenzylammonium chloride, octadecyldimethylbenzylammonium chloride , Dioleyl dimethylammonium chloride, 1-hydroxyethyl-2-beef imidazoline quaternary salt, 2-heptadecenyl-hydroxyethyl imidazoline, stearamide ethyldiethylamine acetate, stearamide ethyldiethylamine hydrochloride, triethanolamine monostearate Examples thereof include formates, alkylpyridium salts, higher alkylamine ethylene oxide adducts, polyacrylamideamine salts, modified polyacrylamideamine salts, and perfluoroalkyl quaternary ammonium iodide.
両性界面活性剤の例として、ジメチルヤシベタイン、ジメチルラウリルベタイン、ラウリルアミノエチルグリシンナトリウム、ラウリルアミノプロピオン酸ナトリウム、ステアリルジメチルベタイン、ラウリルジヒドロキシエチルベタイン、アミドベタイン、イミダゾリニウムベタイン、レシチン、3‐[ω‐フルオロアルカノイル‐N‐エチルアミノ]
‐1‐プロパンスルホン酸ナトリウム、N‐[3‐(パーフルオロオクタンスルホンアミド)プロピル]‐N,N‐ジメチル‐N‐カルボキシメチレンアンモニウムベタイン等が挙げられる。
Examples of amphoteric tensides include dimethyl coconut betaine, dimethyl lauryl betaine, sodium lauryl aminoethylglycine, sodium lauryl aminopropionate, stearyl dimethyl betaine, lauryl dihydroxyethyl betaine, amide betaine, imidazolinium betaine, lecithin, 3-[ ω-fluoroalkanoyl-N-ethylamino]
Examples thereof include sodium -1-propanesulfonate, N- [3- (perfluorooctane sulfonamide) propyl] -N, N-dimethyl-N-carboxymethylene ammonium betaine and the like.
非イオン界面活性剤の例として、ヤシ脂肪酸ジエタノールアミド(1:2型)、ヤシ脂肪酸ジエタノールアミド(1:1型)、牛脂肪酸ジエタノールアミド(1:2型)、牛脂肪酸ジエタノールアミド(1:1型)、オレイン酸ジエタノールアミド(1:1型)、ヒドロキシエチルラウリルアミン、ポリエチレングリコールラウリルアミン、ポリエチレングリコールヤシアミン、ポリエチレングリコールステアリルアミン、ポリエチレングリコール牛脂アミン、ポリエチレングリコール牛脂プロピレンジアミン、ポリエチレングリコールジオレイルアミン、ジメチルラウリルアミンオキサイド、ジメチルステアリルアミンオキサイド、ジヒドロキシエチルラウリルアミンオキサイド、パーフルオロアルキルアミンオキサイド、ポリビニルピロリドン、高級アルコールエチレンオキサイド付加物、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物、脂肪酸エチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物、グリセリンの脂肪酸エステル、ペンタエリスリットの脂肪酸エステル、ソルビットの脂肪酸エステル、ソルビタンの脂肪酸エステル、砂糖の脂肪酸エステル等が挙げられる。 Examples of nonionic surfactants are coconut fatty acid diethanolamide (1: 2 type), coconut fatty acid diethanolamide (1: 1 type), bovine fatty acid diethanolamide (1: 2 type), bovine fatty acid diethanolamide (1: 1 type). Type), oleate diethanolamide (1: 1 type), hydroxyethyl laurylamine, polyethylene glycol laurylamine, polyethylene glycol palmamine, polyethylene glycol stearylamine, polyethylene glycol beef fat amine, polyethylene glycol beef fat propylenediamine, polyethylene glycol dioleylamine, Dimethyllaurylamine oxide, dimethylstearylamine oxide, dihydroxyethyllaurylamine oxide, perfluoroalkylamine oxide, polyvinylpyrrolidone, higher alcohol ethylene oxide adduct, alkylphenol ethylene oxide adduct, fatty acid ethylene oxide adduct, polypropylene glycol ethylene oxide adduct , Glycerin fatty acid ester, pentaerythlit fatty acid ester, sorbit fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester, sugar fatty acid ester and the like.
上述した界面活性剤の中でも、アルキルベンゼンスルホン酸、油溶性アルキルベンゼンスルホン酸、α‐オレフィンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、油溶性アルキルベンゼンスルホン酸塩、α‐オレフィンスルホン酸塩等のスルホン酸型の界面活性剤は、カーボンの分散効果、分散剤の残存による触媒性能の変化等の観点から、分散剤として好適である。 Among the above-mentioned surfactants, sulfonic acid type surfactants such as alkylbenzene sulfonic acid, oil-soluble alkylbenzene sulfonic acid, α-olefin sulfonic acid, sodium alkylbenzene sulfonate, oil-soluble alkylbenzene sulfonate, α-olefin sulfonate, etc. The agent is suitable as a dispersant from the viewpoints of carbon dispersion effect, change in catalytic performance due to residual dispersant, and the like.
触媒インク中における高分子電解質の量を多くすると細孔容積は一般に小さくなる。一方、触媒インク中におけるカーボン粒子の量を多くすると、細孔容積は大きくなる。また、分散剤を使用すると、細孔容積は小さくなる。 Increasing the amount of polymer electrolyte in the catalyst ink generally reduces the pore volume. On the other hand, when the amount of carbon particles in the catalyst ink is increased, the pore volume becomes large. Also, when a dispersant is used, the pore volume becomes smaller.
また、触媒インクには、必要に応じて分散処理が行われてもよい。触媒インクの粘度と、触媒インクに含まれる粒子のサイズとを、触媒インクの分散処理の条件によって制御することができる。分散処理は、様々な装置を採用して行うことができる。特に、分散処理の方法は限定されるものではない。例えば、分散処理としては、ボールミル及びロールミルによる処理、せん断ミルによる処理、湿式ミルによる処理、超音波分散処理等が挙げられる。また、分散処理には、遠心力によって攪拌を行うホモジナイザー等を採用しても良い。触媒インクに分散処理を行う分散時間が長くなることに伴い、触媒担持粒子の凝集体が破壊されるから、触媒インクを用いて形成された電極触媒層において、細孔容積は小さくなる。 Further, the catalyst ink may be subjected to a dispersion treatment if necessary. The viscosity of the catalyst ink and the size of the particles contained in the catalyst ink can be controlled by the conditions of the dispersion treatment of the catalyst ink. The distributed processing can be performed by adopting various devices. In particular, the method of distributed processing is not limited. For example, examples of the dispersion treatment include treatment with a ball mill and a roll mill, treatment with a shear mill, treatment with a wet mill, ultrasonic dispersion treatment, and the like. Further, a homogenizer or the like that agitates by centrifugal force may be adopted for the dispersion treatment. As the dispersion time for performing the dispersion treatment on the catalyst ink becomes longer, the agglomerates of the catalyst-supporting particles are destroyed, so that the pore volume becomes smaller in the electrode catalyst layer formed by using the catalyst ink.
触媒インク中の固形分含有量が多すぎる場合、触媒インクの粘度が高くなるため、電極触媒層2、3の表面にクラックが入りやすくなる。一方、触媒インク中の固形分含有量が少なすぎる場合、成膜レートが非常に遅く、生産性が低下してしまう。したがって、触媒インク中の固形分含有量は、1質量%(wt%)以上50質量%以下であることが好ましい。すなわち、触媒インク中の固形分含有量が1質量%以上であることによって、成膜レートが過剰に遅くなることを抑え、これによって、生産性の低下を抑えることが可能である。触媒インク中の固形分含有量が50質量%以下であることによって、触媒インクの粘度が過剰に高くなることを抑え、これによって、電極触媒層2、3の表面にクラックが生じることが抑えられる。 If the solid content in the catalyst ink is too high, the viscosity of the catalyst ink becomes high, so that the surfaces of the electrode catalyst layers 2 and 3 are likely to be cracked. On the other hand, if the solid content in the catalyst ink is too small, the film formation rate is very slow and the productivity is lowered. Therefore, the solid content in the catalyst ink is preferably 1% by mass (wt%) or more and 50% by mass or less. That is, when the solid content in the catalyst ink is 1% by mass or more, it is possible to prevent the film formation rate from becoming excessively slow, thereby suppressing a decrease in productivity. When the solid content in the catalyst ink is 50% by mass or less, it is possible to prevent the viscosity of the catalyst ink from becoming excessively high, thereby suppressing cracks on the surfaces of the electrode catalyst layers 2 and 3. ..
触媒インク中の固形分は、触媒担持粒子、酸化物系触媒物質、及び、高分子電解質からなる。固形分のうち、触媒担持粒子及び酸化物系触媒物質の含有量を多くすると、固形分含有量が同一であっても、高分子電解質の含有量がより多い場合に比べて粘度は高くなる。一方、固形分のうち、触媒担持粒子と酸化物系触媒物質の含有量を少なくすると、固形分含有量が同一であっても、高分子電解質の含有量がより少ない場合に比べて粘度は低くなる。したがって、固形分に占める触媒担持粒子及び酸化物系触媒物質の割合は、10質量%以上80質量%以下であることが好ましい。また、触媒インクの粘度は、0.1cP以上500cP以下(0.0001Pa・s以上0.5Pa・s以下)程度であることが好ましく、5cP以上100cP以下(0.005Pa・s以上0.1Pa・s以下)であることがより好ましい。また、触媒インクの分散時に分散剤を添加することによって、触媒インクの粘度を制御することもできる。 The solid content in the catalyst ink is composed of catalyst-supporting particles, an oxide-based catalyst substance, and a polymer electrolyte. When the contents of the catalyst-supporting particles and the oxide-based catalyst substance are increased in the solid content, the viscosity becomes higher than that in the case where the content of the polymer electrolyte is higher even if the solid content is the same. On the other hand, when the contents of the catalyst-supporting particles and the oxide-based catalyst substance are reduced in the solid content, the viscosity is lower than that in the case where the content of the polymer electrolyte is smaller even if the solid content is the same. Become. Therefore, the ratio of the catalyst-supporting particles and the oxide-based catalyst substance to the solid content is preferably 10% by mass or more and 80% by mass or less. The viscosity of the catalyst ink is preferably about 0.1 cP or more and 500 cP or less (0.0001 Pa · s or more and 0.5 Pa · s or less), and 5 cP or more and 100 cP or less (0.005 Pa · s or more and 0.1 Pa · s or less). s or less) is more preferable. Further, the viscosity of the catalyst ink can be controlled by adding a dispersant when the catalyst ink is dispersed.
また、触媒インクに造孔剤が含まれていても良い。造孔剤によれば、電極触媒層の形成後に造孔剤を除去することによって、電極触媒層に細孔を形成することができる。造孔剤には、酸、アルカリ、水に溶ける物質、ショウノウ等の昇華する物質、熱分解する物質等を挙げることができる。例えば、造孔剤が温水で溶ける物質であれば、電極触媒層を備える固体高分子形燃料電池の発電時に発生する水によって、電極触媒層から造孔剤を取り除いても良い。 Further, the catalyst ink may contain a pore-forming agent. According to the pore-forming agent, pores can be formed in the electrode catalyst layer by removing the pore-forming agent after the formation of the electrode catalyst layer. Examples of the pore-forming agent include acids, alkalis, substances that dissolve in water, substances that sublimate such as camphor, and substances that thermally decompose. For example, if the pore-forming agent is a substance that dissolves in warm water, the pore-forming agent may be removed from the electrode catalyst layer by water generated during power generation of the polymer electrolyte fuel cell provided with the electrode catalyst layer.
酸、アルカリ、水に溶ける造孔剤としては、例えば、酸可溶性無機塩類、アルカリ水溶液に可溶性の無機塩類、酸又はアルカリに可溶性の金属類、水溶性無機塩類、水溶性有機化合物類等が挙げられる。酸可溶性無機塩類としては、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、酸化マグネシウム等が例示できる。アルカリ水溶液に可溶性の無機塩類としては、アルミナ、シリカゲル、シリカゾル等が例示できる。酸又はアルカリに可溶性の金属類としては、アルミニウム、亜鉛、スズ、ニッケル、鉄等が例示できる。水溶性無機塩類としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、リン酸一ナトリウム等が例示できる。水溶性有機化合物類としては、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等が例示できる。 Examples of pore-forming agents that are soluble in acids, alkalis, and water include acid-soluble inorganic salts, inorganic salts that are soluble in alkaline aqueous solutions, metals that are soluble in acids or alkalis, water-soluble inorganic salts, and water-soluble organic compounds. Be done. Examples of acid-soluble inorganic salts include calcium carbonate, barium carbonate, magnesium carbonate, magnesium sulfate, magnesium oxide and the like. Examples of inorganic salts soluble in an alkaline aqueous solution include alumina, silica gel, and silica sol. Examples of metals soluble in acid or alkali include aluminum, zinc, tin, nickel, iron and the like. Examples of the water-soluble inorganic salts include sodium chloride, potassium chloride, ammonium chloride, sodium carbonate, sodium sulfate, monosodium phosphate and the like. Examples of the water-soluble organic compounds include polyvinyl alcohol and polyethylene glycol.
上述した造孔剤は単独であるいは2種以上を組み合わせて用いても良いが、2種以上を組み合わせて用いることが好ましい。 The above-mentioned pore-forming agents may be used alone or in combination of two or more, but it is preferable to use two or more in combination.
触媒インクを基材上に塗布する塗布方法としては、例えば、ドクターブレード法、ディッピング法、スクリーン印刷法、ロールコーティング法等を採用することができる。 As a coating method for coating the catalyst ink on the substrate, for example, a doctor blade method, a dipping method, a screen printing method, a roll coating method and the like can be adopted.
電極触媒層2、3の製造に用いる基材としては、転写シートを挙げることができる。基材として用いられる転写シートは、転写性が良い材質を有した材料によって形成されれば良い。転写シートを形成するための材料には、フッ素系樹脂を用いることができる。フッ素系樹脂は、例えば、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、テトラフルオロエチレン‐ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等であってよい。また、基材は、高分子シート又は高分子フィルムであってよい。高分子シート又は高分子フィルムを形成するための材料は、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタラート、ポリアミド(ナイロン(商標登録))、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート等であってよい。また、基材として転写シートを用いた場合には、高分子電解質膜1の両面に、溶媒を除去した塗膜である電極膜をそれぞれ接合した後に、電極膜から転写シートを剥離することによって、高分子電解質膜1の両面に電極触媒層2、3を備える膜電極接合体11を形成することができる。 Examples of the base material used for producing the electrode catalyst layers 2 and 3 include a transfer sheet. The transfer sheet used as the base material may be formed of a material having a material having good transferability. A fluororesin can be used as the material for forming the transfer sheet. The fluororesins include, for example, ethylene tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroperfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), and polytetrafluoroethylene (PFA). It may be PTFE) or the like. Further, the base material may be a polymer sheet or a polymer film. Materials for forming the polymer sheet or polymer are, for example, polyimide, polyethylene terephthalate, polyamide (nylon (registered trademark)), polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, polyether. It may be imide, polyarylate, polyethylene naphthalate or the like. When a transfer sheet is used as the base material, the transfer sheet is peeled off from the electrode film after bonding the electrode film, which is a coating film from which the solvent has been removed, to both surfaces of the polymer electrolyte membrane 1. A membrane electrode assembly 11 having electrode catalyst layers 2 and 3 on both sides of the polymer electrolyte membrane 1 can be formed.
ガス拡散層4、5を形成する材料としては、ガス拡散性と導電性とを有する材質の材料を用いることができる。例えば、ガス拡散層4、5として、ポーラスカーボン材を用いることができる、ポーラスカーボン材は、例えば、カーボンクロス、カーボンペーパー、不織布等であってよい。 As the material for forming the gas diffusion layers 4 and 5, a material having gas diffusivity and conductivity can be used. For example, as the gas diffusion layers 4 and 5, a porous carbon material can be used. The porous carbon material may be, for example, carbon cloth, carbon paper, non-woven fabric, or the like.
セパレータ10a、10bとしては、カーボンタイプあるいは金属タイプのセパレータ等を用いることができる。なお、ガス拡散層4、5とセパレータ10a、10bはそれぞれ一体構造となっていても良い。すなわち、ガス拡散層4とセパレータ10aとは一体に成形されてもよく、また、ガス拡散層5とセパレータ10bとは一体に成形されてもよい。また、セパレータ10a、10bもしくは電極触媒層2、3が、ガス拡散層4、5の機能を果たす場合は、ガス拡散層4、5は省略されても良い。固体高分子形燃料電池12は、図示されないガス供給装置、冷却装置等の付随する装置を組み立てることにより製造される。 As the separators 10a and 10b, carbon type or metal type separators and the like can be used. The gas diffusion layers 4 and 5 and the separators 10a and 10b may have an integral structure, respectively. That is, the gas diffusion layer 4 and the separator 10a may be integrally formed, or the gas diffusion layer 5 and the separator 10b may be integrally formed. Further, when the separators 10a and 10b or the electrode catalyst layers 2 and 3 perform the functions of the gas diffusion layers 4 and 5, the gas diffusion layers 4 and 5 may be omitted. The polymer electrolyte fuel cell 12 is manufactured by assembling accompanying devices such as a gas supply device and a cooling device (not shown).
<作用その他>
上述したように本実施形態では、高加湿条件下において高い発電特性を示す膜電極接合体11と、当該膜電極接合体11の製造方法、当該膜電極接合体11を備える固体高分子形燃料電池12について説明している。本実施形態の膜電極接合体11の電極触媒層2、3において、繊維状を有した酸化物系触媒物質の絡み合いによって、耐久性の低下を生じさせる電極触媒層でのクラックの発生を抑制し、これによって、高い耐久性と機械特性が得られる。
<Action and others>
As described above, in the present embodiment, the polymer electrolyte fuel cell including the membrane electrode assembly 11 exhibiting high power generation characteristics under high humidification conditions, the method for manufacturing the membrane electrode assembly 11, and the membrane electrode assembly 11 12 is described. In the electrode catalyst layers 2 and 3 of the membrane electrode assembly 11 of the present embodiment, the occurrence of cracks in the electrode catalyst layer that causes a decrease in durability due to entanglement of fibrous oxide-based catalyst substances is suppressed. , This provides high durability and mechanical properties.
また、触媒担持粒子と繊維状を有した酸化物系触媒物質との絡み合いによって電極触媒層に細孔が形成される。電極触媒層が有する細孔によって、固体高分子形燃料電子の駆動時において、高電流域では電極反応で生成した水を排出することができ、反応ガスの拡散性を高めることができる。 Further, pores are formed in the electrode catalyst layer by the entanglement of the catalyst-supporting particles and the fibrous oxide-based catalyst substance. Due to the pores of the electrode catalyst layer, when the polymer electrolyte fuel electrons are driven, water generated by the electrode reaction can be discharged in a high current region, and the diffusivity of the reaction gas can be enhanced.
本実施形態に係る電極触媒層の製造方法によって製造された膜電極接合体は、低加湿条件下での保水性を阻害せずに、多くの生成水が生じる高電流域における排水性が改善され、また、高加湿条件下でも高い発電性能と耐久性を示す。また、本実施形態に係る電極触媒層の製造方法は、上述したような膜電極接合体を効率良く、かつ、経済的に容易に、すなわち安価に製造することができる。 The membrane electrode assembly produced by the method for producing an electrode catalyst layer according to the present embodiment has improved drainage in a high current region where a large amount of generated water is generated without impairing water retention under low humidification conditions. In addition, it exhibits high power generation performance and durability even under high humidification conditions. Further, the method for producing the electrode catalyst layer according to the present embodiment can efficiently and economically easily produce the membrane electrode assembly as described above, that is, at low cost.
つまり、白金担持カーボン触媒(触媒担持粒子)、すなわち白金触媒を担持したカーボン粒子と、繊維状を有した酸化物系触媒物質と、高分子電解質とを溶媒に分散させた触媒インクを用いて電極触媒層を形成することによって、上述の膜電極接合体を製造することができる。 That is, an electrode using a platinum-supported carbon catalyst (catalyst-supported particles), that is, a catalyst ink in which a platinum catalyst-supported carbon particles, a fibrous oxide-based catalyst substance, and a polymer electrolyte are dispersed in a solvent. By forming the catalyst layer, the above-mentioned film electrode junction can be produced.
したがって、複雑な製造工程を伴うことなく製造することができると共に、上述の手順で作製した電極触媒層を用いることで保水性及び反応ガスの拡散性を共に向上させることができる。そのため、例えば加湿器等の特別な手段を設けることなく電極触媒層の製造を運用することができ、結果として、コスト削減を図ることができる。 Therefore, it can be manufactured without complicated manufacturing steps, and both water retention and diffusibility of the reaction gas can be improved by using the electrode catalyst layer prepared by the above procedure. Therefore, for example, the production of the electrode catalyst layer can be operated without providing a special means such as a humidifier, and as a result, the cost can be reduced.
なお、高分子電解質膜1の両面に形成される電極触媒層2、3のうち一方のみを、第1電極触媒層としてもよい。その場合、上述したように、第1電極触媒層は、電極反応により水が発生する空気極(カソード)、すなわち正極を形成する電極触媒層であることが好ましい。 Only one of the electrode catalyst layers 2 and 3 formed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane 1 may be used as the first electrode catalyst layer. In that case, as described above, the first electrode catalyst layer is preferably an air electrode (cathode) in which water is generated by the electrode reaction, that is, an electrode catalyst layer forming a positive electrode.
以上、本開示の実施形態を詳述してきたが、実際には、上記の実施形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本開示に含まれる。 Although the embodiments of the present disclosure have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and any changes within the scope not deviating from the gist of the present disclosure are included in the present disclosure.
以下に、本実施形態における固体高分子形燃料電池用の第1電極触媒層及び膜電極接合体の製造方法について、具体的な実施例及び比較例を挙げて説明する。ただし、本実施形態は下記の実施例及び比較例によって制限されるものではない。 Hereinafter, a method for producing the first electrode catalyst layer and the membrane electrode assembly for the polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment will be described with reference to specific examples and comparative examples. However, this embodiment is not limited by the following examples and comparative examples.
以下の実施例及び比較例では、一対の電極触媒層をともに第1電極触媒層とした場合を例示している。なお上述したように、一対の電極触媒層のうち一方のみが、第1電極触媒層であってもよい。 In the following Examples and Comparative Examples, the case where the pair of electrode catalyst layers are both used as the first electrode catalyst layer is illustrated. As described above, only one of the pair of electrode catalyst layers may be the first electrode catalyst layer.
<実施例1>
〔触媒インクの調整〕
担持密度が50質量%である白金担持カーボン触媒(触媒担持粒子)と、平均繊維径が100nmであり、かつ、平均繊維長が15μmである繊維状の酸化物系触媒物質(TiONP)と、25質量%の高分子電解質溶液とを溶媒中で混合し、遊星型ボールミルを用いて溶媒に対する分散処理を行った。このとき、分散時間を30分間に設定し、触媒インクを調整した。調整した触媒インクにおける出発原料の組成比を以下のように設定した。すなわち、カーボン担体:酸化物系触媒物質:高分子電解質において、質量比を1:1.5:0.7に設定した。触媒インクの溶媒として、超純水と1‐プロパノールとを混合した溶媒を用いた。溶媒において、超純水と1‐プロパノールとの体積比を1:1に設定した。また、触媒インクにおける固形分含有量が12質量%となるように触媒インクを調整した。
<Example 1>
[Adjustment of catalyst ink]
A platinum-supported carbon catalyst (catalyst-supported particles) having a loading density of 50% by mass, a fibrous oxide-based catalyst substance (TiONP) having an average fiber diameter of 100 nm and an average fiber length of 15 μm, and 25 A mass% polymer electrolyte solution was mixed in the solvent, and dispersion treatment was performed on the solvent using a planetary ball mill. At this time, the dispersion time was set to 30 minutes, and the catalyst ink was adjusted. The composition ratio of the starting material in the adjusted catalyst ink was set as follows. That is, the mass ratio was set to 1: 1.5: 0.7 in the carbon carrier: oxide-based catalyst substance: polymer electrolyte. As the solvent for the catalyst ink, a solvent obtained by mixing ultrapure water and 1-propanol was used. In the solvent, the volume ratio of ultrapure water to 1-propanol was set to 1: 1. Further, the catalyst ink was adjusted so that the solid content in the catalyst ink was 12% by mass.
〔基材〕
転写シートを構成する基材として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シートを用いた。
〔Base material〕
A polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet was used as a base material constituting the transfer sheet.
〔基材上への電極触媒層の形成方法〕
ドクターブレード法により、上記調整した触媒インクを基材上に塗布し、大気雰囲気中において80℃で乾燥させた。触媒インクの塗布量を、燃料極(アノード)を形成する電極触媒層では白金担持量が0.05mg/cm2であるように、又、空気極(カソード)を形成する電極触媒層では白金担持量が0.1mg/cm2であるようにそれぞれ調整した。
[Method of forming an electrode catalyst layer on a substrate]
The catalyst ink prepared above was applied onto the substrate by the doctor blade method and dried at 80 ° C. in the air atmosphere. The amount of catalyst ink applied should be such that the electrode catalyst layer forming the fuel electrode (anode) has a platinum loading of 0.05 mg / cm 2 , and the electrode catalyst layer forming the air electrode (cathode) has platinum loading. Each was adjusted so that the amount was 0.1 mg / cm 2.
〔膜電極接合体の作製〕
アノード用の電極触媒層を形成した基材、及び、カソード用の電極触媒層を形成した基材を、5cm×5cmの四角形状にそれぞれ打ち抜き、高分子電解質膜の両面に転写した。すなわち、高分子電解質膜において対向する一対の面において、第1の面にアノード用の電極触媒層を転写し、かつ、第2の面にカソード用の電極触媒層を転写した。この際に、転写温度を130℃に設定し、転写圧力を5.0×106Paに設定した。これにより、実施例1の膜電極接合体を作製した。
[Preparation of membrane electrode assembly]
The base material on which the electrode catalyst layer for the anode was formed and the base material on which the electrode catalyst layer for the cathode was formed were punched into a square shape of 5 cm × 5 cm and transferred to both sides of the polymer electrolyte membrane. That is, on the pair of facing surfaces of the polymer electrolyte membrane, the electrode catalyst layer for the anode was transferred to the first surface, and the electrode catalyst layer for the cathode was transferred to the second surface. In this case, setting the transfer temperature to 130 ° C., was set transfer pressure to 5.0 × 10 6 Pa. As a result, the membrane electrode assembly of Example 1 was produced.
<比較例1>
〔触媒インクの調整〕
担持密度が50質量%である白金担持カーボン触媒(触媒担持粒子)と、25質量%の高分子電解質溶液とを溶媒中で混合し、遊星型ボールミルを用いて溶媒に対する分散処理を行った。このとき、分散時間を30分間に設定し、触媒インクを調整した。調整した触媒インクにおける出発原料の組成比を以下のように設定した。すなわち、カーボン担体:高分子電解質において、質量比を1:0.7に設定した。触媒インクの溶媒として、超純水と1‐プロパノールとを混合した溶媒を用いた。溶媒において、超純水と1‐プロパノールとの体積比を1:1に設定した。また、触媒インクにおける固形分含有量が12質量%となるように触媒インクを調整した。
<Comparative example 1>
[Adjustment of catalyst ink]
A platinum-supported carbon catalyst (catalyst-supported particles) having a loading density of 50% by mass and a polymer electrolyte solution of 25% by mass were mixed in a solvent, and dispersion treatment was performed on the solvent using a planetary ball mill. At this time, the dispersion time was set to 30 minutes, and the catalyst ink was adjusted. The composition ratio of the starting material in the adjusted catalyst ink was set as follows. That is, the mass ratio was set to 1: 0.7 in the carbon carrier: polymer electrolyte. As the solvent for the catalyst ink, a solvent obtained by mixing ultrapure water and 1-propanol was used. In the solvent, the volume ratio of ultrapure water to 1-propanol was set to 1: 1. Further, the catalyst ink was adjusted so that the solid content in the catalyst ink was 12% by mass.
〔基材〕
転写シートを構成する基材として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シートを用いた。
〔Base material〕
A polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet was used as a base material constituting the transfer sheet.
〔基材上への電極触媒層の形成方法〕
ドクターブレード法により、上記調整した触媒インクを基材上に塗布し、大気雰囲気中において80℃で乾燥させた。触媒インクの塗布量を、燃料極(アノード)を形成する電極触媒層では白金担持量が0.05mg/cm2であるように、又、空気極(カソード)を形成する電極触媒層では白金担持量が0.1mg/cm2であるようにそれぞれ調整した。
[Method of forming an electrode catalyst layer on a substrate]
The catalyst ink prepared above was applied onto the substrate by the doctor blade method and dried at 80 ° C. in the air atmosphere. The amount of catalyst ink applied should be such that the electrode catalyst layer forming the fuel electrode (anode) has a platinum loading of 0.05 mg / cm 2 , and the electrode catalyst layer forming the air electrode (cathode) has platinum loading. Each was adjusted so that the amount was 0.1 mg / cm 2.
〔膜電極接合体の作製〕
アノード用の電極触媒層を形成した基材、及び、カソード用の電極触媒層を形成した基材を、5cm×5cmの四角形状にそれぞれ打ち抜き、高分子電解質膜の両面に転写した。すなわち、高分子電解質膜において対向する一対の面において、第1の面にアノード用の電極触媒層を転写し、かつ、第2の面にカソード用の電極触媒層を転写した。この際に、転写温度を130℃に設定し、転写圧力を5.0×106Paに設定した。これにより、比較例1の膜電極接合体を作製した。
[Preparation of membrane electrode assembly]
The base material on which the electrode catalyst layer for the anode was formed and the base material on which the electrode catalyst layer for the cathode was formed were punched into a square shape of 5 cm × 5 cm and transferred to both sides of the polymer electrolyte membrane. That is, on the pair of facing surfaces of the polymer electrolyte membrane, the electrode catalyst layer for the anode was transferred to the first surface, and the electrode catalyst layer for the cathode was transferred to the second surface. In this case, setting the transfer temperature to 130 ° C., was set transfer pressure to 5.0 × 10 6 Pa. As a result, the membrane electrode assembly of Comparative Example 1 was produced.
<比較例2>
〔触媒インクの調整〕
担持密度が50質量%である白金担持カーボン触媒(触媒担持粒子)と、平均粒径が0.1μmである粒子状の酸化物系触媒物質(TiONP)と、25質量%の高分子電解質溶液とを溶媒中で混合し、遊星型ボールミルを用いて溶媒に対する分散処理を行った。このとき、分散時間を30分間に設定し、触媒インクを調整した。調整した触媒インクにおける出発原料の組成比を以下のように設定した。すなわち、カーボン担体:酸化物系触媒物質:高分子電解質において、質量比を1:1.5:0.7に設定した。触媒インクの溶媒として、超純水と1‐プロパノールとを混合した溶媒を用いた。溶媒において、超純水と1‐プロパノールとの体積比を1:1に設定した。また、触媒インクにおける固形分含有量が12質量%となるように触媒インクを調整した。
<Comparative example 2>
[Adjustment of catalyst ink]
A platinum-supported carbon catalyst (catalyst-supported particles) having a loading density of 50% by mass, a particulate oxide-based catalyst substance (TiONP) having an average particle size of 0.1 μm, and a polymer electrolyte solution of 25% by mass. Was mixed in a solvent, and dispersion treatment was performed on the solvent using a planetary ball mill. At this time, the dispersion time was set to 30 minutes, and the catalyst ink was adjusted. The composition ratio of the starting material in the adjusted catalyst ink was set as follows. That is, the mass ratio was set to 1: 1.5: 0.7 in the carbon carrier: oxide-based catalyst substance: polymer electrolyte. As the solvent for the catalyst ink, a solvent obtained by mixing ultrapure water and 1-propanol was used. In the solvent, the volume ratio of ultrapure water to 1-propanol was set to 1: 1. Further, the catalyst ink was adjusted so that the solid content in the catalyst ink was 12% by mass.
〔基材〕
転写シートを構成する基材として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シートを用いた。
〔Base material〕
A polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet was used as a base material constituting the transfer sheet.
〔基材上への電極触媒層の形成方法〕
ドクターブレード法により、上記調整した触媒インクを基材上に塗布し、大気雰囲気中において80℃で乾燥させた。触媒インクの塗布量を、燃料極(アノード)を形成する電極触媒層では白金担持量が0.05mg/cm2であるように、又、空気極(カソード)を形成する電極触媒層では白金担持量0.1mg/cm2であるようにそれぞれ調整した。
[Method of forming an electrode catalyst layer on a substrate]
The catalyst ink prepared above was applied onto the substrate by the doctor blade method and dried at 80 ° C. in the air atmosphere. The amount of the catalyst ink applied should be such that the electrode catalyst layer forming the fuel electrode (anode) has a platinum loading of 0.05 mg / cm 2 , and the electrode catalyst layer forming the air electrode (anode) has platinum loading. The amount was adjusted to 0.1 mg / cm 2.
〔膜電極接合体の作製〕
アノード用の電極触媒層を形成した基材、及び、カソード用の電極触媒層を形成した基材を、5cm×5cmの四角形状にそれぞれ打ち抜き、高分子電解質膜の両面に転写した。この際に、転写温度を130℃に設定し、転写圧力を5.0×106Paに設定した。これにより、比較例2の膜電極接合体を作製した。
[Preparation of membrane electrode assembly]
The base material on which the electrode catalyst layer for the anode was formed and the base material on which the electrode catalyst layer for the cathode was formed were punched into a square shape of 5 cm × 5 cm and transferred to both sides of the polymer electrolyte membrane. In this case, setting the transfer temperature to 130 ° C., was set transfer pressure to 5.0 × 10 6 Pa. As a result, the membrane electrode assembly of Comparative Example 2 was produced.
<評価>
〔発電特性〕
実施例1及び比較例1、2の膜電極接合体の各々を挟持するように、ガス拡散層であるカーボンペーパーを貼りあわせてサンプルを作製した。そして各サンプルを、発電評価セル内に設置し、燃料電池測定装置を用いて電流電圧測定を行った。測定時のセル温度を65℃に設定し、運転条件を以下に示す高加湿と低加湿とに設定した。また、燃料ガスとして水素を用い、かつ、酸化剤ガスとして空気を用いた。この際に、水素の流量を水素利用率が90%となる流量に設定し、空気の流量を酸素利用率が40%となる流量に設定した。なお、背圧を50kPaに設定した。
<Evaluation>
[Power generation characteristics]
A sample was prepared by laminating carbon paper as a gas diffusion layer so as to sandwich each of the membrane electrode assemblies of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. Then, each sample was installed in the power generation evaluation cell, and the current and voltage were measured using the fuel cell measuring device. The cell temperature at the time of measurement was set to 65 ° C., and the operating conditions were set to high humidification and low humidification as shown below. Further, hydrogen was used as the fuel gas and air was used as the oxidant gas. At this time, the hydrogen flow rate was set to a flow rate at which the hydrogen utilization rate was 90%, and the air flow rate was set to a flow rate at which the oxygen utilization rate was 40%. The back pressure was set to 50 kPa.
〔運転条件〕
条件1(高加湿):相対湿度 アノード:90%RH、カソード:80%RH
条件2(低加湿):相対湿度 アノード:90%RH、カソード:30%RH
[Operating conditions]
Condition 1 (high humidification): Relative humidity Anode: 90% RH, Cathode: 80% RH
Condition 2 (low humidification): Relative humidity Anode: 90% RH, Cathode: 30% RH
〔測定結果〕
実施例1の膜電極接合体を備える固体高分子形燃料電池は、比較例1、2の膜電極接合体を備える固体高分子形燃料電池よりも、高加湿の運転条件下で優れた発電性能を示した。また、実施例1の膜電極接合体は、高加湿の運転条件下においても、低加湿の運転条件下と同等の発電性能を有することが認められた。特に、実施例1の膜電極接合体によれば、電流密度が1.5A/cm2付近での発電性能が向上した。
〔Measurement result〕
The polymer electrolyte fuel cell provided with the membrane electrode assembly of Example 1 is superior to the polymer electrolyte fuel cell provided with the membrane electrode assembly of Comparative Examples 1 and 2 under high humidification operating conditions. showed that. Further, it was found that the membrane electrode assembly of Example 1 had the same power generation performance as the low humidification operating condition even under the high humidification operating condition. In particular, according to the membrane electrode assembly of Example 1, the power generation performance was improved when the current density was around 1.5 A / cm 2.
高加湿の運転条件下において、実施例1の膜電極接合体を備える固体高分子形燃料電池では、1.5A/cm2の電流密度でのセル電圧が、比較例1の膜電極接合体における1.5A/cm2の電流密度でのセル電圧と比べて0.28V高いことが認められた。また、高加湿の運転条件下において、実施例1の膜電極接合体を備える固体高分子形燃料電子では、1.5A/cm2の電流密度でのセル電圧が、比較例2の膜電極接合体を備える固体高分子形燃料電池における1.5A/cm2の電流密度でのセル電圧と比べて0.24V高いことが認められた。 Under high humidification operating conditions, in the solid polymer fuel cell provided with the membrane electrode assembly of Example 1 , the cell voltage at a current density of 1.5 A / cm 2 was found in the membrane electrode assembly of Comparative Example 1. It was found to be 0.28 V higher than the cell voltage at a current density of 1.5 A / cm 2. Further, under highly humidified operating conditions, in the polymer electrolyte fuel electron provided with the membrane electrode assembly of Example 1 , the cell voltage at a current density of 1.5 A / cm 2 is the membrane electrode assembly of Comparative Example 2. It was found to be 0.24 V higher than the cell voltage at a current density of 1.5 A / cm 2 in the polymer electrolyte fuel cell equipped with the body.
実施例1の膜電極接合体を備える固体高分子形燃料電池の発電性能と、比較例1、2の膜電極接合体を備える固体高分子形燃料電池の発電特性との測定結果から、実施例1の膜電極接合体によれば、排水性が高まり、これによって、高加湿の運転条件下における発電特性が、低加湿の運転条件下と同等の発電特性を示すことが確認された。 From the measurement results of the power generation performance of the polymer electrolyte fuel cell including the membrane electrode assembly of Example 1 and the power generation characteristics of the polymer electrolyte fuel cell including the membrane electrode assembly of Comparative Examples 1 and 2, Examples According to the membrane electrode assembly of No. 1, it was confirmed that the drainage property was enhanced, and thus the power generation characteristics under the operating conditions of high humidification showed the same power generation characteristics as those under the operating conditions of low humidification.
また、低加湿の運転条件下では、実施例1の膜電極接合体を備える固体高分子形燃料電池では、1.5A/cm2の電流密度でのセル電圧が、比較例1の膜電極接合体を備える固体高分子形燃料電池における1.5A/cm2の電流密度でのセル電圧と比べて0.31V高いことが認められた。また、低加湿の運転条件下において、実施例1の膜電極接合体を備える固体高分子形燃料電池では、1.5A/cm2の電流密度でのセル電圧が、比較例2の膜電極接合体を備える固体高分子形燃料電池における1.5A/cm2の電流密度でのセル電圧と比べて0.27V高いことが認められた。 Further, under low humidification operating conditions, in the polymer electrolyte fuel cell provided with the membrane electrode assembly of Example 1 , the cell voltage at a current density of 1.5 A / cm 2 is the membrane electrode assembly of Comparative Example 1. It was found to be 0.31 V higher than the cell voltage at a current density of 1.5 A / cm 2 in the polymer electrolyte fuel cell equipped with the body. Further, under the operating conditions of low humidification, in the polymer electrolyte fuel cell provided with the membrane electrode assembly of Example 1 , the cell voltage at a current density of 1.5 A / cm 2 is the membrane electrode assembly of Comparative Example 2. It was found to be 0.27 V higher than the cell voltage at a current density of 1.5 A / cm 2 in the polymer electrolyte fuel cell equipped with the body.
実施例1の膜電極接合体を備える固体高分子形燃料電池の発電性能と、比較例1、2の膜電極接合体を備える固体高分子形燃料電池の発電特性との測定結果から、実施例1の膜電極接合体によれば、電極反応で生成した水の排水性が高く、低加湿の運転条件下における保水性が阻害されないことが確認された。 From the measurement results of the power generation performance of the polymer electrolyte fuel cell including the membrane electrode assembly of Example 1 and the power generation characteristics of the polymer electrolyte fuel cell including the membrane electrode assembly of Comparative Examples 1 and 2, Examples According to the membrane electrode assembly of No. 1, it was confirmed that the drainage property of the water generated by the electrode reaction was high and the water retention under the operating conditions of low humidification was not hindered.
1…高分子電解質膜
2…電極触媒層
3…電極触媒層
4…ガス拡散層
5…ガス拡散層
6…空気極(カソード)
7…燃料極(アノード)
8a、8b…ガス流路
9a、9b…冷却水流路
10a、10b…セパレータ
11…膜電極接合体
12…固体高分子形燃料電池
1 ... Polymer electrolyte membrane 2 ... Electrode catalyst layer 3 ... Electrode catalyst layer 4 ... Gas diffusion layer 5 ... Gas diffusion layer 6 ... Air electrode (cathode)
7 ... Fuel electrode (anode)
8a, 8b ... Gas flow path 9a, 9b ... Cooling water flow path 10a, 10b ... Separator 11 ... Membrane electrode assembly 12 ... Solid polymer fuel cell
Claims (9)
前記一対の電極触媒層のうちの少なくとも一方は、貴金属成分からなる触媒を担持した粒子と、高分子電解質と、繊維状の酸化物系触媒物質と、を含み、
前記繊維状の酸化物系触媒物質は、Ta、Nb、Ti、Zrから構成される群から選択される少なくとも一つの遷移金属元素を含む
燃料電池用膜電極接合体。 A polymer electrolyte membrane and a pair of electrode catalyst layers that sandwich the polymer electrolyte membrane are provided.
At least one of the pair of electrode catalyst layers contains particles carrying a catalyst composed of a noble metal component, a polymer electrolyte, and a fibrous oxide-based catalyst substance.
The fibrous oxide catalyst substance is a membrane electrode assembly for a fuel cell containing at least one transition metal element selected from the group composed of Ta, Nb, Ti, and Zr.
請求項1に記載の燃料電池用膜電極接合体。 The fuel cell according to claim 1, wherein the electrode catalyst layer containing the particles, the polymer electrolyte, and the fibrous oxide meter catalyst material includes an electrode catalyst layer for a positive electrode in a polymer electrolyte fuel cell. Membrane electrode assembly.
請求項1又は2に記載した燃料電池用膜電極接合体。 The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the fibrous oxide-based catalyst substance is a substance in which the nitride of the transition metal element contains P as a substitution atom and the nitride is partially oxidized. Membrane electrode assembly.
請求項1から3のいずれか一項に記載の燃料電池用膜電極接合体。 The membrane electrode assembly for a fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the transition metal element is Ti.
請求項1から4のいずれか一項に記載の燃料電池用膜電極接合体。 Any one of claims 1 to 4, wherein the average fiber diameter of the oxide-based catalyst substance is contained in the range of 20 nm or more and 1 μm or less, and the average fiber length is contained in the range of 1.2 μm or more and 30 μm or less. The membrane electrode assembly for a fuel cell according to the section.
請求項1から5のいずれか一項に記載の燃料電池用膜電極接合体。 The ratio (MB / MA) of the mass (MB) of the oxide-based catalyst substance to the mass (MA) of the carrier in the catalyst-supporting particles composed of the noble metal component is contained in the range of 0.1 times or more and 10 times or less. The membrane electrode assembly for a fuel cell according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から6のいずれか一項に記載の燃料電池用膜電極接合体。 The ratio (MC / MA) of the mass (MC) of the polymer electrolyte to the mass (MA) of the carrier in the catalyst-supporting particles composed of the noble metal component is included in the range of 0.1 times or more and 1.4 or less. The membrane electrode assembly for a fuel cell according to any one of claims 1 to 6.
請求項1から7のいずれか一項に記載の燃料電池用膜電極接合体。 The membrane electrode assembly for a fuel cell according to any one of claims 1 to 7, wherein the particles carrying the catalyst composed of the noble metal component are covered with a hydrophobic film.
前記燃料電池用膜電極接合体を挟持する一対のガス拡散層と、
前記一対のガス拡散層を挟む一対のセパレータと、を備える
固体高分子形燃料電池。 The membrane electrode assembly for a fuel cell according to any one of claims 1 to 8.
A pair of gas diffusion layers that sandwich the membrane electrode assembly for a fuel cell,
A polymer electrolyte fuel cell comprising a pair of separators sandwiching the pair of gas diffusion layers.
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