JP7172021B2 - METHOD FOR MANUFACTURING MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池の膜電極接合体(MEA:membrane-electrode assembly)の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a membrane-electrode assembly (MEA) for a fuel cell.
従来、膜電極接合体の製造方法としては、所望の形状を有する触媒層が付与された転写基材と固体高分子電解質膜をホットプレス、熱ラミネートロールなどで熱圧着した後、基材を剥離する熱転写方法が提案されている。 Conventionally, as a method for manufacturing a membrane electrode assembly, a transfer substrate having a catalyst layer having a desired shape and a solid polymer electrolyte membrane are thermocompressed with a hot press or a hot laminate roll, and then the substrate is peeled off. A thermal transfer method has been proposed.
例えば、特許文献1には、ホットプレスを用いる手法、及び熱ラミネートロールを用いる手法が開示されている。上記熱ラミネートロールを用いる手法は、長尺の固体高分子電解質膜とその表裏面に配された所望の形状を有する触媒層が付与された転写基材とを接触させ、一対の熱ラミネートロールで熱圧着することによって、固体高分子電解質膜と触媒層とを一体的に接合し、その後転写基材から基材のみを一対の剥離ロールを用いて触媒層から剥離し、触媒層を固体高分子電解質膜表面に転写している。
For example,
特許文献1のような触媒層を固体高分子電解質膜に熱転写する方式において、触媒インクの調製が必要である。
この触媒インク中には、触媒、電解質膜同様の導電性高分子、溶媒、水が含まれている。触媒インク中に含まれる水の比率が低く、かつ水分量が少ないと、触媒インク調製中や触媒インクの塗工・乾燥工程で、触媒の作用により溶媒が酸化され、発熱・発火してしまう危険性がある。
In the method of thermally transferring a catalyst layer to a solid polymer electrolyte membrane as in
This catalyst ink contains a catalyst, a conductive polymer similar to the electrolyte membrane, a solvent, and water. If the ratio of water contained in the catalyst ink is low and the water content is low, the solvent will be oxidized by the action of the catalyst during the preparation of the catalyst ink and during the coating and drying process of the catalyst ink, resulting in heat generation and ignition. have a nature.
燃料電池の触媒インクに用いられる触媒はカーボンの粉末からなるのが一般的で、このカーボンは疎水性であるため、水との相性が悪い。また、導電性高分子においても、水との相溶性が低いため、触媒インク中の水の比率が高くなると、触媒インクを塗工・乾燥して形成された触媒層にクラックが発生しやすい。クラックのある触媒層が形成されたMEAは、燃料電池として用いた際に、固体高分子電解質膜が破膜する恐れがあるため、MEAの耐久性が劣るという問題がある。加えて、水の比率が高い触媒インク中では導電性高分子の高分子鎖が広がりにくいため、発電性能に寄与する導電パスの形成が不十分になるため、発電性能が低下するという問題がある。 Catalysts used in catalyst inks for fuel cells are generally made of carbon powder, and since this carbon is hydrophobic, it has poor compatibility with water. Also, since the conductive polymer has low compatibility with water, cracks are likely to occur in the catalyst layer formed by coating and drying the catalyst ink when the proportion of water in the catalyst ink is high. An MEA with a cracked catalyst layer has a problem that the durability of the MEA is inferior because the solid polymer electrolyte membrane may break when used as a fuel cell. In addition, since the polymer chains of the conductive polymer are difficult to spread in the catalyst ink with a high water ratio, the formation of conductive paths that contribute to power generation performance becomes insufficient, resulting in a problem of lower power generation performance. .
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、触媒層にクラックのない外観が良好な膜電極接合体が得られる膜電極接合体の製造方法および触媒インクを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for producing a membrane electrode assembly and a catalyst ink that can obtain a membrane electrode assembly having a good appearance without cracks in the catalyst layer. and
上記の課題を解決するための手段として、本発明の一態様に係る膜電極接合体の製造方法は、触媒インクを調液する工程と、転写基材上に上記触媒インクを塗工して触媒層を形成する工程と、熱転写方式により固体高分子電解質膜の表面に前記触媒層を転写する工程とを含み、
上記触媒インクを調液する工程は、揮発成分の重量比が、90%以上95%以下であり、且つ、上記揮発成分中の水の比率が15%以上40%未満の触媒インクを調製する工程である。
As a means for solving the above problems, a method for manufacturing a membrane electrode assembly according to one aspect of the present invention includes a step of preparing a catalyst ink, and applying the catalyst ink onto a transfer substrate to obtain a catalyst. forming a layer; and transferring the catalyst layer to the surface of the solid polymer electrolyte membrane by a thermal transfer method,
The step of preparing the catalyst ink is a step of preparing a catalyst ink in which the weight ratio of volatile components is 90% or more and 95% or less and the ratio of water in the volatile components is 15% or more and less than 40%. is.
また、本発明の一態様に係る膜電極接合体の製造方法においては、上記膜電極接合体の製造方法における上記触媒インクの揮発成分が、水及びアルコールであり、上記アルコールは水よりも揮発性が高いことが好ましい。 Further, in the method for manufacturing a membrane electrode assembly according to one aspect of the present invention, the volatile components of the catalyst ink in the method for manufacturing a membrane electrode assembly are water and alcohol, and the alcohol is more volatile than water. is preferably high.
また、本発明の一態様に係る膜電極接合体の製造方法においては、上記触媒インクを調液する工程を除く全工程又は一部工程が連続であってもよい。 Further, in the method for manufacturing a membrane electrode assembly according to one aspect of the present invention, all or part of the steps excluding the step of preparing the catalyst ink may be continuous.
また、本発明の一態様に係る膜電極接合体の製造方法においては、全工程が不連続であってもよい。 Further, in the method for manufacturing a membrane electrode assembly according to one aspect of the present invention, all steps may be discontinuous.
また、上記の課題を解決するための手段として、本発明の一態様に係る触媒インクは、含有する揮発成分の重量比が、90%以上95%以下であり、且つ、前記揮発成分中の水の比率が15%以上40%未満である。 Further, as a means for solving the above problems, a catalyst ink according to an aspect of the present invention contains volatile components in a weight ratio of 90% or more and 95% or less, and water in the volatile components is ratio is 15% or more and less than 40%.
本発明の膜電極接合体の製造方法の一態様によれば、触媒層にクラックのない外観が良好なMEAを製造することができる。外観が良好なMEAが得られることによって、発電性能や耐久性の低下を抑制することができ且つ触媒の作用による発火の危険性を低減することができる。 According to one aspect of the method for producing a membrane electrode assembly of the present invention, it is possible to produce an MEA with good appearance without cracks in the catalyst layer. By obtaining an MEA with a good appearance, it is possible to suppress deterioration in power generation performance and durability, and to reduce the risk of ignition due to the action of the catalyst.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。ただし、以下に説明する各図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適宜省略する。また、本発明の実施形態は、本発明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、各部の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, in each drawing described below, the same reference numerals are given to the parts that correspond to each other, and the description of overlapping parts will be omitted as appropriate. Further, the embodiment of the present invention exemplifies the configuration for embodying the technical idea of the present invention, and the material, shape, structure, arrangement, dimensions, etc. of each part are specified as follows. not. Various modifications can be made to the technical idea of the present invention within the technical scope defined by the claims.
図1は、本発明の膜電極接合体の製造方法の一実施形態を説明するための概略図である。本実施形態の膜電極接合体の製造方法は、触媒インク(以下、インクということがある)を調液する工程(触媒インク調液工程)と、触媒インクを塗工する工程(触媒インク塗工工程)と、触媒層を転写する工程(熱転写工程)とを含む。 FIG. 1 is a schematic diagram for explaining one embodiment of the method for manufacturing a membrane electrode assembly of the present invention. The method for manufacturing a membrane electrode assembly according to the present embodiment comprises a step of preparing catalyst ink (hereinafter sometimes referred to as ink) (catalyst ink preparation step), and a step of applying catalyst ink (catalyst ink coating step) and a step of transferring the catalyst layer (thermal transfer step).
<触媒インクを調液する工程>
まず、触媒インク1を調液(調製)する。触媒インク1には、不揮発成分として、触媒担持カーボン、導電性高分子、揮発成分として、水、溶媒が含まれる。この触媒インク1に含まれる揮発成分の重量比は、90%以上95%以下であり、且つ、上記揮発成分中の水の比率が15%以上40%未満である。
<Step of preparing catalyst ink>
First, the
上記触媒には、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、オスミウムの白金族元素のほか、鉄、鉛、銅、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウムなどの金属もしくは白金とこれらの合金、又はこれらの酸化物、複酸化物などを用いることができる。これらの中でも、白金や白金合金がより好ましい。 In addition to platinum group elements such as platinum, palladium, ruthenium, iridium, rhodium, and osmium, the above catalysts include metals such as iron, lead, copper, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, and aluminum, or platinum. These alloys, their oxides, multiple oxides, etc. can be used. Among these, platinum and platinum alloys are more preferable.
上記触媒の粒径は、大きすぎると触媒の活性が低下し、小さすぎると触媒の安定性が低下するため、0.5nm以上20nm以下が好ましい。 If the particle size of the catalyst is too large, the activity of the catalyst will decrease, and if it is too small, the stability of the catalyst will decrease.
上記触媒担持カーボンとしては、微粒子状で導電性を有し、触媒に侵さないものであれば特に限定されない。具体的には、カーボンブラックやグラファイト、黒鉛、活性炭、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、フラーレンなどを用いることができる。上記触媒担持カーボンの粒径は、10nm以上100nm以下程度が好適に用いられる。 The catalyst-carrying carbon is not particularly limited as long as it is particulate, has electrical conductivity, and does not attack the catalyst. Specifically, carbon black, graphite, graphite, activated carbon, carbon fiber, carbon nanotube, fullerene, etc. can be used. The particle size of the catalyst-carrying carbon is preferably about 10 nm or more and 100 nm or less.
初めに、上記触媒担持カーボンに水を加え、十分にカーボンの表面が水に濡れた状態になるように混錬する。最初の段階で十分に表面が濡れることにより、発火の危険性が低減する。次に良好なプロトン導電性を示す導電性高分子を加え、更に攪拌し、ペースト状にする。 First, water is added to the catalyst-carrying carbon, and kneaded so that the surface of the carbon is sufficiently wet with water. Good surface wetting in the first stage reduces the risk of ignition. Next, a conductive polymer exhibiting good proton conductivity is added and further stirred to form a paste.
上記導電性高分子材料としては、具体的には、炭化水素系高分子電解質、フッ素系高分子電解質といった材料を用いることができる。
上記炭化水素系高分子電解質材料としては、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などの電解質材料を用いることができる。
Specifically, materials such as hydrocarbon-based polymer electrolytes and fluorine-based polymer electrolytes can be used as the conductive polymer material.
Electrolyte materials such as sulfonated polyetherketone, sulfonated polyethersulfone, sulfonated polyetherethersulfone, sulfonated polysulfide, and sulfonated polyphenylene can be used as the hydrocarbon-based polymer electrolyte material.
上記フッ素系高分子電解質材料としては、例えば、デュポン製Nafion(登録商標)、旭硝子製Flemion(登録商標)、旭化成製Aciplex(登録商標)、ゴア製Gore Select(登録商標)などを用いることができる。 As the fluorine-based polymer electrolyte material, for example, Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont, Flemion (registered trademark) manufactured by Asahi Glass, Aciplex (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei, Gore Select (registered trademark) manufactured by Gore, etc. can be used. .
その後、ペースト状の混合物に溶媒を加えて、更に攪拌、分散することで、触媒インク1を調液する。溶媒には、水よりも沸点の低いアルコールであることが好ましく、更にエタノール、1-プロパノール、2-プロパノールなどの低級アルコール類を用いることがより好ましい。低級アルコール類は水との相溶性が比較的高いため、安定な触媒インク1を作製することができる。触媒インクを調液するための分散方法には、各種分散方法を用いることができる。分散方法としては、例えば、超音波分散、ボールミル分散、ビーズミル分散、ホモジナイザー分散などを用いることができる。
After that, the
<触媒インクを塗工する工程>
次いで、触媒インク1を高分子フィルムからなる転写フィルム2上に、ダイコーター10を用いて塗工する。塗工には大量且つ安定して触媒層塗工が可能なダイコート方式が好ましい。転写フィルム2には触媒インク1の濡れが良好で、乾燥後に形成される触媒層5a(アノード)及び5c(カソード)を固体高分子電解質膜4表面に熱転写装置20にて熱転写することができれば、特に限定されるものではない。
転写フィルムとしては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタラート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド(ナイロン)、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、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、ポリアクリレート、ポリエチレンナフタレート等の高分子フィルムを用いることができる。また、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、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、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、ポリテトラフルオロエチレン等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。
<Step of applying catalyst ink>
Next, the
Examples of transfer films include polyimide, polyethylene terephthalate, polyparvanic aramid, polyamide (nylon), polysulfone, polyethersulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone, polyetherimide, polyacrylate, polyethylene. A polymer film such as naphthalate can be used. Heat-resistant fluororesins such as ethylenetetrafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroperfluoroalkylvinylether copolymer, and polytetrafluoroethylene can also be used.
<触媒層を転写する工程>
次に、固体高分子電解質膜4の対向する表面に、上記で作製した触媒層付き転写基材3a及び3cを配置し、熱転写装置20により、熱加圧を行った後、転写基材2のみを剥離し、固体高分子電解質膜4表面に触媒層5a及び5cが形成された膜電極接合体6を得る。熱加圧による熱転写には、熱ラミネートロールによる方法、熱プレスによる方法などを用いることができる。また、固体高分子電解質膜材料としては、触媒インク1に含まれる導電性高分子材料と同様の材料を用いることができる。
<Step of transferring catalyst layer>
Next, the catalyst layer-attached
ここで、上記触媒インク調液工程を除く工程は、全て連続であることが、生産性を考慮した場合好ましい。しかし、歩留まりを考慮した場合には、全工程は不連続であるが、各工程がロールtoロールで連続した工程であっても良い。また、材料のロスなどを考慮した場合は、全ての工程が不連続であっても良い。 Here, in consideration of productivity, it is preferable that all the steps except for the catalyst ink liquid preparation step are continuous. However, when the yield is considered, the entire process is discontinuous, but each process may be a continuous roll-to-roll process. Moreover, all steps may be discontinuous in consideration of loss of materials.
以下に、本発明の製造方法を実施例によって具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。 EXAMPLES The production method of the present invention will be specifically described below with reference to examples. However, the invention is not limited to only these examples.
(実施例1)
<膜電極接合体の製造>
触媒インク1の調液は、白金触媒(田中貴金属製TEC10E50E)に水を加えて触媒を混錬する。次に、フッ素系高分子電解質膜分散溶液(ケマーズ製20%Nafion分散液 DE2020CS)を加えた後、攪拌装置にて攪拌を行った。次に、1-プロパノールを追加し、再度攪拌を行った後、ビーズミル分散装置を用いて分散を行った。このとき、揮発成分の重量比が90%、揮発成分中の水の比率が15%になるよう、各材料の量を調整した。
(Example 1)
<Production of membrane electrode assembly>
転写基材(旭硝子製アフレックス、厚み50μm)上にダイコーター10にて触媒インク1を塗工し、乾燥し、アノード用カソード用触媒層付き転写基材3a及び3cを得た。
アノード触媒層用には、不揮発成分中に含まれる白金量が0.1mg/cm2になるように厚み調整をし、触媒層付き転写基材3aを、カソード触媒層用には、0.4mg/cm2になるように厚みを調整し、触媒層付き転写基材3cを作製した。得られた触媒層付き転写基材3a及び3cでフッ素系電解質膜4(ケマーズ製Nafion HP)の表面を狭持し、130℃の熱ラミネートロール20で加圧した後、転写基材2のみを剥離し、膜電極接合体6を得た。
For the anode catalyst layer, the thickness was adjusted so that the amount of platinum contained in the non-volatile component was 0.1 mg/cm 2 . /cm 2 to prepare a
(実施例2)
実施例2として、触媒インクの揮発成分中の水の比率が35%にした以外には実施例1と同様の方法で、触媒層付き転写基材を作製した後、膜電極接合体を作製した。
(Example 2)
As Example 2, a transfer base material with a catalyst layer was produced in the same manner as in Example 1, except that the ratio of water in the volatile components of the catalyst ink was changed to 35%, and then a membrane electrode assembly was produced. .
(実施例3)
実施例3として、触媒インクの揮発成分の重量比95%にした以外には実施例1と同様の方法で、触媒層付き転写基材を作製した後、膜電極接合体を作製した。
(Example 3)
As Example 3, a transfer base material with a catalyst layer was produced in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the volatile components in the catalyst ink was changed to 95%, and then a membrane electrode assembly was produced.
(比較例1~3)
触媒インクの水の比率を12%(比較例1)、40%(比較例2)、58%(比較例3)とした以外には実施例1と同様の方法で、触媒層付き転写基材を作製した後、膜電極接合体を作製した。実施例1と同様の方法で評価を行った結果を表1、図2に示す。
(Comparative Examples 1 to 3)
A transfer substrate with a catalyst layer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the ratio of water in the catalyst ink was changed to 12% (Comparative Example 1), 40% (Comparative Example 2), and 58% (Comparative Example 3). After producing, a membrane electrode assembly was produced. Table 1 and FIG. 2 show the results of evaluation performed in the same manner as in Example 1.
(比較例4,5)
触媒インクの揮発成分の重量比を88%(比較例4)、96%(比較例5)にした以外には実施例1と同様の方法で、触媒層付き転写基材を作製した後、膜電極接合体を作製した。
(Comparative Examples 4 and 5)
A transfer substrate with a catalyst layer was produced in the same manner as in Example 1, except that the weight ratio of the volatile components in the catalyst ink was changed to 88% (Comparative Example 4) and 96% (Comparative Example 5). An electrode assembly was produced.
(評価結果1)
実施例1,2、および比較例1~3について、「触媒インクの揮発成分中の水の比率」による触媒インク温度および外観を評価した。触媒インク調液時の触媒インクの発熱の目安である温度の評価結果、および触媒層の外観の評価結果を表1に示し、膜電極接合体の発電性能結果を図2に示す。
表1における触媒インク温度の良否判断は、ビーズミル分散中の触媒インクの温度上昇が10℃未満であるケースを○、10℃以上であるケースを×判断とした。これは、触媒インク温度が上昇することで溶媒の揮発が進みやすく、触媒インクの組成に変化が生じる恐れがあることによる。
実施例1より、揮発成分における水の比率が15%以上であると触媒インク温度評価が良好なのは、最初に触媒が水で十分濡れるため、溶媒を混合したときの触媒反応による触媒インクの発熱が抑制されたのが原因である。
比較例1の水の比率12%の場合では、10℃以上の触媒インクの温度上昇がみられたため、×評価とした。また、最初に投入する水の量が少なかったため、調液容器底部に触媒のダマ残りの発生が確認された。
(Evaluation result 1)
For Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, the temperature and appearance of the catalyst ink were evaluated according to the "proportion of water in the volatile components of the catalyst ink." Table 1 shows the evaluation results of the temperature, which is a measure of the heat generation of the catalyst ink during preparation of the catalyst ink, and the evaluation results of the appearance of the catalyst layer, and FIG. 2 shows the power generation performance results of the membrane electrode assembly.
In Table 1, the temperature rise of the catalyst ink during bead mill dispersion was judged to be ◯ when the temperature rise of the catalyst ink was less than 10°C, and X was judged to be 10°C or more. This is because the increase in the temperature of the catalyst ink facilitates volatilization of the solvent, possibly causing a change in the composition of the catalyst ink.
From Example 1, the catalyst ink temperature evaluation is good when the ratio of water in the volatile components is 15% or more. This is because it was suppressed.
In the case of Comparative Example 1, in which the proportion of water was 12%, the temperature of the catalyst ink increased by 10° C. or more. In addition, since the amount of water initially charged was small, it was confirmed that lumps of the catalyst remained at the bottom of the liquid preparation container.
次に外観の評価では、実施例1、2、比較例1では外観に不良が確認されなかったため、○評価とした。しかし、比較例2の水の比率40%以上であると、触媒層付き転写基材の外観にクラックが多数確認されたため、×評価とした。 Next, in the evaluation of the appearance, in Examples 1, 2, and Comparative Example 1, no defect was found in the appearance, so the evaluation was given as ◯. However, when the ratio of water in Comparative Example 2 was 40% or more, a large number of cracks were observed in the appearance of the catalyst layer-attached transfer base material, so the evaluation was made as x.
実施例1、2、および比較例1~3の膜電極接合体の発電性能をそれぞれ評価したところ、図2の発電評価結果が得られた。クラックの多い比較例2及び3において顕著に性能低下が生じた。 When the power generation performance of the membrane electrode assemblies of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 were evaluated, the power generation evaluation results shown in FIG. 2 were obtained. In Comparative Examples 2 and 3, which had many cracks, the performance was remarkably deteriorated.
(評価結果2)
次に、実施例1,3、および比較例1~3について、「触媒インクの揮発成分の重量比」による触媒インク温度および外観を評価した。評価結果を表2に示す。なお、評価基準は表1と同様である。
(Evaluation result 2)
Next, for Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1 to 3, the temperature and appearance of the catalyst ink were evaluated according to the "weight ratio of the volatile components of the catalyst ink." Table 2 shows the evaluation results. The evaluation criteria are the same as those in Table 1.
表2に示すように、重量比が90%以上95%以下である実施例1,3は、ビーズミル分散中の触媒インクの温度上昇が10℃未満であり良好であった。また、触媒層付き転写基材の外観にも不良は発見されなかった。 As shown in Table 2, in Examples 1 and 3 in which the weight ratio was 90% or more and 95% or less, the temperature rise of the catalyst ink during bead mill dispersion was less than 10°C, which was favorable. Also, no defects were found in the appearance of the transfer base material with the catalyst layer.
一方、比較例4に示すように、重量比が90%より小さいと、触媒表面を水で十分に濡らすことができないため、触媒インク温度が上昇した。また、分散時にダマになりやすく、塗工時に凹凸が生じ、乾燥後の触媒層にムラが発生したため、外観評価を×評価とした。
また、比較例5に示すように重量比が95%より大きいと、水の絶対量が増えすぎてしまい、乾燥の過程で水比率が上がってしまい、クラックが生じてしまったため、外観評価を×評価とした。
On the other hand, as shown in Comparative Example 4, when the weight ratio was less than 90%, the surface of the catalyst could not be sufficiently wetted with water, resulting in an increase in catalyst ink temperature. In addition, the appearance was evaluated as x because lumps were likely to occur during dispersion, unevenness occurred during coating, and unevenness occurred in the catalyst layer after drying.
In addition, when the weight ratio was more than 95% as shown in Comparative Example 5, the absolute amount of water increased too much, and the water ratio increased during the drying process, causing cracks. was evaluated.
以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、触媒インクの水比率を低く維持することで、膜電極接合体の外観及び発電性能低下を抑制し、揮発成分の比率を高くすることで安全性を考慮した、膜電極接合体の製造方法およびそれに用いられる有用な触媒インクを提供することができる。 As described above, according to one embodiment of the present invention, by keeping the water ratio of the catalyst ink low, deterioration of the appearance and power generation performance of the membrane electrode assembly can be suppressed, and the ratio of volatile components can be increased. Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing a membrane electrode assembly and a useful catalyst ink for use in the method, taking safety into consideration.
1・・・触媒インク
2・・・転写基材
3a、3c・・・触媒層付き転写基材
4・・・固体高分子電解質膜
5a、5c・・・触媒層
6・・・膜電極接合体
10・・・ダイコーター
20・・・熱転写装置
Claims (6)
前記触媒インクを調液する工程は、触媒担持カーボンに水を加えて前記触媒担持カーボンを混錬し、その混錬した前記触媒担持カーボンに、揮発成分である水及びアルコール溶媒を含む導電性高分子分散溶液を加えて攪拌し、その攪拌した前記触媒担持カーボン及び前記導電性高分子分散溶液を含む混合物に、揮発成分であるアルコール溶媒をさらに加えて攪拌することで、前記揮発成分である前記水及び前記アルコール溶媒の合計重量比が、90%以上95%以下となるように、且つ、前記揮発成分中の前記水の合計比率が15%以上40%未満となるように触媒インクを調製する工程であり、
前記触媒層を転写する工程は、前記固体高分子電解質膜の両面に、前記触媒層が接するように前記触媒層を転写する工程であり、
前記アルコールは1-プロパノールであることを特徴とする膜電極接合体の製造方法。 A step of preparing a catalyst ink, a step of coating the catalyst ink on a transfer substrate to form a catalyst layer, and a step of transferring the catalyst layer to the surface of a solid polymer electrolyte membrane by a thermal transfer method. including
The step of preparing the catalyst ink includes: adding water to the catalyst-carrying carbon to knead the catalyst-carrying carbon; A molecular dispersion solution is added and stirred, and an alcohol solvent, which is a volatile component, is further added to the stirred mixture containing the catalyst-carrying carbon and the conductive polymer dispersion solution, and the mixture is stirred to obtain the volatile component, the The catalyst ink is prepared so that the total weight ratio of water and the alcohol solvent is 90% or more and 95% or less, and the total weight ratio of the water in the volatile component is 15% or more and less than 40%. is a process,
The step of transferring the catalyst layer is a step of transferring the catalyst layer so that the catalyst layer is in contact with both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane,
A method for manufacturing a membrane electrode assembly, wherein the alcohol is 1-propanol.
前記分散処理中における前記触媒インクの温度上昇を10℃未満とすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の膜電極接合体の製造方法。 In the step of preparing the catalyst ink, an alcohol solvent, which is a volatile component, is further added to the mixture containing the catalyst-supporting carbon and the conductive polymer dispersion solution, and the mixture is stirred. The total weight ratio of the water and the alcohol solvent is 90% or more and 95% or less, and the total weight ratio of the water in the volatile component is 15% or more and less than 40%. A step of preparing
4. The method for manufacturing a membrane electrode assembly according to any one of claims 1 to 3 , wherein the temperature rise of the catalyst ink during the dispersing process is less than 10[deg.]C.
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