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JP2010033731A - Manufacturing method of catalyst layer for solid polymer fuel cell and catalyst layer-electrolyte film laminate - Google Patents

Manufacturing method of catalyst layer for solid polymer fuel cell and catalyst layer-electrolyte film laminate Download PDF

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JP2010033731A
JP2010033731A JP2008191726A JP2008191726A JP2010033731A JP 2010033731 A JP2010033731 A JP 2010033731A JP 2008191726 A JP2008191726 A JP 2008191726A JP 2008191726 A JP2008191726 A JP 2008191726A JP 2010033731 A JP2010033731 A JP 2010033731A
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electrolyte membrane
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catalyst
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Rei Hiromitsu
礼 弘光
Hironobu Nishimura
浩宣 西村
Yoshikazu Osada
美和 長田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simple manufacturing method of a catalyst layer with swelling or generation of cracks of an electrolyte film restrained, and capable of exerting superb cell performance. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the catalyst layer for a solid polymer fuel cell by coating a paste composition for forming a catalyst layer containing catalyst particles, ion-conductive electrolyte and a dispersant directly on at least one of the faces of an ion-conductive electrolyte film and drying the same includes (1) a process of coating the paste composition for forming a catalyst layer on at least one of the faces of the ion-conductive electrolyte film, and (2) a process of forming a catalyst layer by decompressing and drying at ambient temperatures the coated paste composition for forming the catalyst layer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体高分子形燃料電池用触媒層の製造方法及び触媒層−電解質膜積層体に関する。   The present invention relates to a method for producing a catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell and a catalyst layer-electrolyte membrane laminate.

燃料電池は、電解質膜の両面に触媒層を配置し、水素と酸素との電気化学反応により発電するシステムである。発電時に発生するのは水のみであり、従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しない為、次世代のクリーンエネルギーシステムとして注目されている。   A fuel cell is a system in which a catalyst layer is disposed on both sides of an electrolyte membrane, and power is generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Only water is generated during power generation, and unlike conventional internal combustion engines, it does not generate environmental load gas such as carbon dioxide. Therefore, it is attracting attention as a next-generation clean energy system.

固体高分子形燃料電池を構成する固体高分子形燃料電池用触媒層−電解質膜積層体のうち、電解質膜の両面に触媒層を配置したもの(即ち、触媒層/電解質膜/触媒層の層構成のもの)は、3層MEAと称されており、更に、その3層MEAの両面にそれぞれ電極基材を配置したもの(即ち、電極基材/触媒層/電解質膜/触媒層/電極基材の層構成のもの)は、5層MEAと称されている。   Among the polymer polymer fuel cell catalyst layer-electrolyte membrane laminate constituting the polymer electrolyte fuel cell, the catalyst layers are arranged on both sides of the electrolyte membrane (that is, catalyst layer / electrolyte membrane / catalyst layer) The one having a structure is called a three-layer MEA, and an electrode substrate is disposed on each side of the three-layer MEA (that is, an electrode substrate / catalyst layer / electrolyte membrane / catalyst layer / electrode base). The material layer structure) is called a five-layer MEA.

固体高分子形燃料電池の性能向上においては、触媒層−電解質膜積層体の構造の最適化が鍵となっている。このうち、特に触媒層は、電池反応の中心的役割を果たすものであるため、高性能化が盛んに進められている。この触媒層は、通常、触媒粒子、イオン伝導性高分子電解質及び溶剤を含む触媒層形成用ペースト組成物を基材等に塗布及び乾燥することにより製造される。触媒層−電解質膜積層体の製造方法としては、例えば、電解質膜に触媒層形成用ペースト組成物を直接塗工する方法が一般的である。   In order to improve the performance of the polymer electrolyte fuel cell, the optimization of the structure of the catalyst layer-electrolyte membrane laminate is the key. Among these, since the catalyst layer plays a central role in the battery reaction, high performance is being actively promoted. This catalyst layer is usually produced by applying and drying a catalyst layer forming paste composition containing catalyst particles, an ion conductive polymer electrolyte and a solvent on a substrate or the like. As a method for producing a catalyst layer-electrolyte membrane laminate, for example, a method of directly applying a paste composition for forming a catalyst layer to an electrolyte membrane is common.

しかしながら、この直接塗工法において、電解質膜として一般的に用いられるNafion(登録商標)膜等のパーフルオロスルホン酸系の電解質膜を用いた場合、(1)触媒層形成用ペースト組成物中の溶媒が原因で、電解質膜が著しく膨潤する問題、(2)乾燥後の触媒層にクラック(ひび割れ)が生じる問題等がある。触媒層のクラックは、電池性能の低下を招くため、クラックの発生を極力回避する必要がある。   However, in this direct coating method, when a perfluorosulfonic acid electrolyte membrane such as a Nafion (registered trademark) membrane generally used as an electrolyte membrane is used, (1) a solvent in the paste composition for forming a catalyst layer For this reason, there are problems such as significant swelling of the electrolyte membrane, and (2) cracks in the dried catalyst layer. Since cracks in the catalyst layer cause a decrease in battery performance, it is necessary to avoid the generation of cracks as much as possible.

電解質膜の膨潤を回避する方法としては、例えば、一部が電極形状に対応して切り抜かれたマスクフィルムを電解質膜の一方の面に、電極形状に対応して弱化線が施されたマスクフィルムを電解質膜の他方の面に、それぞれ熱圧着により貼り付け、次いで、その一部が電極形状に対応して切り抜かれたマスクフィルムをマスクとしてカソード層形成用ペースト組成物を塗布して第1触媒層を形成し、更に、弱化線で囲まれているマスクフィルムを剥離し、露出された電解質膜上にアノード層形成用ペースト組成物を塗布して第2触媒層を形成する方法(特許文献1)が知られている。   As a method for avoiding swelling of the electrolyte membrane, for example, a mask film partially cut out corresponding to the electrode shape is provided with a weakening line corresponding to the electrode shape on one surface of the electrolyte membrane. Is applied to the other surface of the electrolyte membrane by thermocompression bonding, and then a cathode layer forming paste composition is applied using a mask film partially cut out corresponding to the electrode shape as a mask. A method of forming a second catalyst layer by forming a layer, further peeling off a mask film surrounded by a weakening line, and applying an anode layer forming paste composition on the exposed electrolyte membrane (Patent Document 1) )It has been known.

クラックの発生を回避する方法としては、例えば、触媒インク面と基材シート面とを異なる湿度雰囲気に曝し双方の収縮速度をほぼ一致させた状態で乾燥させる方法(特許文献2)、触媒層形成用ペースト組成物を電極基板上に塗布した後、複数の燃料電池セルの電極基板をほぼ同一の水分量に保持した後、真空下で乾燥して水分を除去する方法(特許文献3)等が提案されている。   As a method for avoiding the occurrence of cracks, for example, a method in which the catalyst ink surface and the base sheet surface are exposed to different humidity atmospheres and dried in a state where the shrinkage rates of the two are substantially the same (Patent Document 2), catalyst layer formation After applying the paste composition on the electrode substrate, the electrode substrate of the plurality of fuel cells is held at substantially the same amount of water, and then dried under vacuum to remove moisture (Patent Document 3), etc. Proposed.

しかしながら、特許文献1に記載された製造方法では、電解質膜の一方の面に、その一部が電極形状に対応して切り抜かれたマスクフィルムを熱圧着により貼り付けるので、電解質膜の一方の面のマスクフィルムに接する部分がへこみ、電解質膜にダメージが生じる欠点がある。また、マスクフィルムを構成するタック樹脂層に含まれ、耐熱性及び耐酸性が低いスチレン−エチレン−ブタジエン共重合体の一部が、第2触媒層に転移して、長期耐久性等の電池特性に悪い影響を及ぼす。   However, in the manufacturing method described in Patent Document 1, a mask film, a part of which is cut out in accordance with the electrode shape, is attached to one surface of the electrolyte membrane by thermocompression bonding. The portion in contact with the mask film is dented, and the electrolyte membrane is damaged. In addition, a part of the styrene-ethylene-butadiene copolymer that is contained in the tack resin layer constituting the mask film and has low heat resistance and acid resistance is transferred to the second catalyst layer, and battery characteristics such as long-term durability are obtained. Adversely affect

また、特許文献2に記載の乾燥方法では、触媒インク面と基材シート面とを異なる湿度雰囲気に曝すため、特殊且つ複雑な乾燥装置が必要となる。また、当該方法は、収縮速度をほぼ一致させた状態の判断が難しく、再現性に問題があり、所望の触媒層を工業的に製造できない。   Further, in the drying method described in Patent Document 2, the catalyst ink surface and the base sheet surface are exposed to different humidity atmospheres, so that a special and complicated drying apparatus is required. In addition, this method makes it difficult to determine a state in which the shrinkage rates are substantially matched, has a problem in reproducibility, and cannot produce a desired catalyst layer industrially.

特許文献3に記載の乾燥方法では、高温多湿条件下におくことにより水分量を調整し、その後水蒸気の供給を止めた後、0.1〜0.5kPaで急激に真空乾燥を行う必要がある。従って、急激な真空乾燥により触媒層構造中の微細な空隙(細孔径10nm〜200nmの空隙)が閉塞されてしまい(例えば、当該空隙の空隙率は5%程度であり)、却って電池性能が低下した触媒層が製造される問題を有している。
特開2006−120433号公報 特開2004−259509号公報 特開2005−302538号公報
In the drying method described in Patent Document 3, it is necessary to adjust the amount of water by placing it under high-temperature and high-humidity conditions, and then stop the supply of water vapor, and then perform rapid vacuum drying at 0.1 to 0.5 kPa . Therefore, the fine voids (voids having a pore diameter of 10 nm to 200 nm) in the catalyst layer structure are closed by rapid vacuum drying (for example, the void ratio is about 5%), and the battery performance is deteriorated. The catalyst layer thus produced has a problem.
JP 2006-120433 A Japanese Patent Laid-Open No. 2004-259509 JP 2005-302538 A

本発明は、電解質膜の膨潤及びクラックの発生が抑制され、電解質膜に機械的ダメージを与えず、良好な電池性能を発揮できる触媒層の簡便な製造方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a simple method for producing a catalyst layer in which the swelling of an electrolyte membrane and the generation of cracks are suppressed, mechanical damage is not given to the electrolyte membrane, and good battery performance can be exhibited.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、触媒層形成用ペースト組成物から触媒層を製造するに当たり、特定の条件下で乾燥を行うことにより、電解質膜の膨潤及びクラックが少ない所望の触媒層を簡易に製造できることを見い出した。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。   The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above problems. As a result, when manufacturing a catalyst layer from the paste composition for forming a catalyst layer, it was found that a desired catalyst layer with less swelling and cracking of the electrolyte membrane can be easily manufactured by drying under specific conditions. The present invention has been completed based on such findings.

本発明は、下記項1〜項7に示す触媒層の製造方法、触媒層−電解質膜積層体及び電解質膜−電極接合体を提供する。
項1.イオン伝導性電解質膜の少なくとも一方の面に、触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を含む触媒層形成用ペースト組成物を直接塗布し、乾燥することにより固体高分子形燃料電池用触媒層を製造する方法であって、
(1)前記イオン伝導性電解質膜の少なくとも一方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布する工程、及び
(2)塗布した触媒層形成用ペースト組成物を常温にて減圧乾燥させて触媒層を形成する工程
を備えた、触媒層の製造方法。
項2.イオン伝導性電解質膜の両面に、触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を含む触媒層形成用ペースト組成物を直接塗布し、乾燥することにより固体高分子形燃料電池用触媒層を製造する方法であって、
(1)前記イオン伝導性電解質膜の一方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布する工程、
(2)上記(1)で塗布した触媒層形成用ペースト組成物を常温にて減圧乾燥させて触媒層を形成する工程、
(3)前記イオン伝導性電解質膜の他方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布する工程、及び
(4)上記(3)で塗布した触媒層形成用ペースト組成物を常温にて減圧乾燥させて触媒層を形成する工程
を備えた、項1に記載の触媒層の製造方法。
項3.前記イオン伝導性電解質膜の一方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布し、触媒層を形成させるに当たり、電解質膜の他方の面に離型処理された基材フィルムが配置されている、項1又は項2に記載の触媒層の製造方法。
項4.一方の面に触媒層が形成されたイオン伝導性電解質膜の他方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布し、触媒層を形成させるに当たり、触媒層が形成されている面に離型処理された基材フィルムが配置されている、項2に記載の触媒層の製造方法。
項5.一方の面に触媒層が形成されたイオン伝導性電解質膜の他方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布し、触媒層を形成させるに当たり、触媒層が形成されている面に離型処理された導電性多孔質基材が配置されている、項2に記載の触媒層の製造方法。
項6.項1〜5のいずれかに記載の方法により製造された、触媒層−電解質膜積層体。
項7.項6に記載の触媒層−電解質膜積層体に導電性多孔質基材を配置した、電解質膜−電極接合体。
項8.項7に記載の電解質膜−電極接合体を含む固体高分子形燃料電池。
The present invention provides a method for producing a catalyst layer, a catalyst layer-electrolyte membrane laminate, and an electrolyte membrane-electrode assembly according to items 1 to 7 below.
Item 1. A catalyst layer forming paste composition containing catalyst particles, an ion conductive electrolyte and a dispersion medium is directly applied to at least one surface of the ion conductive electrolyte membrane, and dried to form a catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell. A method of manufacturing comprising:
(1) applying the catalyst layer forming paste composition to at least one surface of the ion conductive electrolyte membrane; and (2) drying the applied catalyst layer forming paste composition at room temperature under reduced pressure. The manufacturing method of a catalyst layer provided with the process of forming a catalyst layer.
Item 2. A method for producing a catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell by directly applying and drying a catalyst layer forming paste composition containing catalyst particles, an ion conductive electrolyte and a dispersion medium on both surfaces of an ion conductive electrolyte membrane Because
(1) A step of applying the catalyst layer forming paste composition to one surface of the ion conductive electrolyte membrane,
(2) forming a catalyst layer by drying the paste composition for forming a catalyst layer applied in (1) above under reduced pressure at room temperature;
(3) applying the catalyst layer forming paste composition to the other surface of the ion conductive electrolyte membrane; and (4) applying the catalyst layer forming paste composition applied in (3) above at room temperature. Item 2. The method for producing a catalyst layer according to Item 1, comprising a step of drying under reduced pressure to form a catalyst layer.
Item 3. In applying the catalyst layer forming paste composition on one surface of the ion conductive electrolyte membrane and forming the catalyst layer, a release-treated base film is disposed on the other surface of the electrolyte membrane. Item 3. The method for producing a catalyst layer according to Item 1 or Item 2.
Item 4. When the catalyst layer forming paste composition is applied to the other surface of the ion conductive electrolyte membrane having the catalyst layer formed on one surface and the catalyst layer is formed, the surface is separated from the surface on which the catalyst layer is formed. Item 3. The method for producing a catalyst layer according to Item 2, wherein the mold-treated substrate film is disposed.
Item 5. When the catalyst layer forming paste composition is applied to the other surface of the ion conductive electrolyte membrane having the catalyst layer formed on one surface and the catalyst layer is formed, the surface is separated from the surface on which the catalyst layer is formed. Item 3. The method for producing a catalyst layer according to Item 2, wherein the mold-treated conductive porous substrate is disposed.
Item 6. Item 6. A catalyst layer-electrolyte membrane laminate produced by the method according to any one of Items 1 to 5.
Item 7. Item 7. An electrolyte membrane-electrode assembly in which a conductive porous substrate is disposed on the catalyst layer-electrolyte membrane laminate according to Item 6.
Item 8. Item 8. A polymer electrolyte fuel cell comprising the electrolyte membrane-electrode assembly according to Item 7.

本発明の製造方法は、燃料電池用触媒層の製造方法であって、触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を含む触媒層形成用ペースト組成物を、電解質膜上に塗布した後に、常温にて減圧乾燥を行う工程を備えている。   The production method of the present invention is a method for producing a catalyst layer for a fuel cell, wherein the paste composition for forming a catalyst layer containing catalyst particles, an ion conductive electrolyte, and a dispersion medium is applied on the electrolyte membrane, and then at room temperature. A step of drying under reduced pressure.

触媒層形成用ペースト組成物
本発明の触媒層形成用ペースト組成物は、例えば、触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を含有する。
Catalyst Layer Forming Paste Composition The catalyst layer forming paste composition of the present invention contains, for example, catalyst particles, an ion conductive electrolyte, and a dispersion medium.

触媒粒子は、公知又は市販のものを使用することができ、燃料電池のアノード又はカソードにおける燃料電池反応を起こさせるものであれば特に限定されない。例えば白金、白金合金、白金化合物等が挙げられる。白金合金としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属と白金との合金等が挙げられる。一般的に、カソード用触媒層として用いられる場合の触媒粒子は白金、アノード用触媒層として用いられる場合の触媒粒子は上述した合金である。   Known or commercially available catalyst particles can be used, and are not particularly limited as long as they cause a fuel cell reaction at the anode or cathode of the fuel cell. For example, platinum, a platinum alloy, a platinum compound, etc. are mentioned. Examples of the platinum alloy include an alloy of platinum and at least one metal selected from the group consisting of ruthenium, palladium, nickel, molybdenum, iridium, iron and the like. In general, the catalyst particles when used as the cathode catalyst layer are platinum, and the catalyst particles when used as the anode catalyst layer are the alloys described above.

また、触媒粒子は、触媒微粒子が炭素粉に担持された、いわゆる触媒担持炭素粉であってもよい。触媒担持炭素粉の平均粒子径は、通常10〜100nm程度、好ましくは20〜80nm程度、最も好ましくは40〜50nm程度である。触媒担持炭素粉を構成する炭素粒子は特に制限されず、例えば、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ランプブラック等のカーボンブラック、黒鉛、活性炭、カーボン繊維、カーボンナノチューブ等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。   The catalyst particles may be so-called catalyst-supported carbon powder in which catalyst fine particles are supported on carbon powder. The average particle size of the catalyst-supported carbon powder is usually about 10 to 100 nm, preferably about 20 to 80 nm, and most preferably about 40 to 50 nm. The carbon particles constituting the catalyst-supported carbon powder are not particularly limited, and examples thereof include carbon black such as channel black, furnace black, ketjen black, acetylene black, and lamp black, graphite, activated carbon, carbon fiber, and carbon nanotube. . These may be used alone or in combination of two or more.

イオン伝導性高分子電解質は、水素イオン伝導性のものであればよく、公知又は市販のものを使用することができる。例えば、パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂等が挙げられる。また、電気陰性度の高いフッ素原子を導入することにより、化学的に非常に安定し、スルホン酸基の乖離度が高く、良好な水素イオン伝導性が実現できる。このような水素イオン伝導性高分子電解質の具体例としては、例えば、デュポン社製の「Nafion」、旭硝子(株)製の「Flemion」、旭化成(株)製の「Aciplex」、ゴア(Gore)社製の「Gore Select」等が挙げられる。また、炭化水素系電解質イオン伝導性高分子電解質としては、アルドリッチ社のスルホン化(ポリスチレン−ブロック−ポリ(エチレン−ran−ブチレン)−block−ポリスチレン)等が挙げられる。   The ion conductive polymer electrolyte may be a hydrogen ion conductive one, and a known or commercially available one can be used. Examples thereof include perfluorosulfonic acid-based fluorine ion exchange resins. Moreover, by introducing a fluorine atom having a high electronegativity, it is chemically very stable, the degree of dissociation of the sulfonic acid group is high, and good hydrogen ion conductivity can be realized. Specific examples of such a hydrogen ion conductive polymer electrolyte include, for example, “Nafion” manufactured by DuPont, “Flemion” manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., “Aciplex” manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., and Gore. “Gore Select” manufactured by the company can be used. Examples of the hydrocarbon electrolyte ion conductive polymer electrolyte include sulfonation (polystyrene-block-poly (ethylene-ran-butylene) -block-polystyrene) manufactured by Aldrich.

なお、「−ran−」はランダム型のコポリマー(共重合体)の命名に用いられる接続記号であって、例えば、モノマーAとモノマーBとからなるランダム型のコポリマーに対して「poly-(A−ran−B)」と表記する。同様に「−block−」はブロック型のコポリマーを示す接続記号である。   Note that “-ran-” is a connection symbol used for naming a random type copolymer (copolymer). For example, “-poly- (A -Ran-B) ". Similarly, “-block-” is a connection symbol indicating a block-type copolymer.

上記イオン伝導性高分子電解質には、液状物質(リン酸、硫酸等の酸性物質等)が含浸されていない。   The ion conductive polymer electrolyte is not impregnated with a liquid substance (an acidic substance such as phosphoric acid or sulfuric acid).

電解質膜の膜厚は、通常10μm〜500μm程度、好ましくは15μm〜300μm程度、より好ましくは20〜150μm程度である。   The thickness of the electrolyte membrane is usually about 10 μm to 500 μm, preferably about 15 μm to 300 μm, more preferably about 20 to 150 μm.

使用される分散媒としては公知又は市販のものを使用することができる。例えば、各種アルコール、各種エーテル、各種ジアルキルスルホキシド、水又はこれらの混合物等が挙げられる。これらのうち、炭素数1〜4のアルコールが好ましく、具体的には、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、イソブタノール、t−ブタノール等が挙げられる。これらの中では、2−プロパノールが最も好ましい。   A known or commercially available dispersion medium can be used. Examples thereof include various alcohols, various ethers, various dialkyl sulfoxides, water, or a mixture thereof. Among these, alcohols having 1 to 4 carbon atoms are preferable, and specific examples include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutanol, and t-butanol. Of these, 2-propanol is most preferred.

本発明では、特に、分散媒に含まれる主分散媒が1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、t−ブタノール等からなる群から選択される1種もしくは2種以上であることが好ましい。より好ましくは2−プロパノール、1−ブタノール及びt−ブタノールである。   In the present invention, in particular, the main dispersion medium contained in the dispersion medium is preferably one or more selected from the group consisting of 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, t-butanol, and the like. More preferred are 2-propanol, 1-butanol and t-butanol.

本発明において、主分散媒とは、ペースト組成物に含まれる全分散媒のうち、最も多く含まれている分散媒であり、好ましくは全分散媒中において25重量%以上、より好ましくは50重量%以上含まれる分散媒をいう。   In the present invention, the main dispersion medium is a dispersion medium contained in the largest amount among all the dispersion media contained in the paste composition, preferably 25% by weight or more, more preferably 50% by weight in the total dispersion medium. A dispersion medium containing at least%.

本発明の触媒層形成用ペースト組成物中に含まれる上記触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒の割合は限定されるものではなく、広い範囲内で適宜選択できる。   The ratios of the catalyst particles, the ion conductive electrolyte, and the dispersion medium contained in the catalyst layer forming paste composition of the present invention are not limited and can be appropriately selected within a wide range.

例えば、触媒粒子1重量部(触媒担持炭素粉の場合は、当該触媒担持炭素粉1重量部)に対して、イオン伝導性電解質が0.1〜2重量部(好ましくは0.2〜1重量部)程度、分散媒が5〜35重量部(好ましくは10〜25重量部)程度含まれていればよい。   For example, with respect to 1 part by weight of catalyst particles (in the case of catalyst-supported carbon powder, 1 part by weight of the catalyst-supported carbon powder), the ion conductive electrolyte is 0.1 to 2 parts by weight (preferably 0.2 to 1 part by weight). Part) and about 5 to 35 parts by weight (preferably 10 to 25 parts by weight) of the dispersion medium.

触媒層形成用ペースト組成物は、上記触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を混合することにより、製造される。上記触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒の混合順序は、特に制限されない。例えば、上記触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を順次又は同時に混合し、触媒粒子を分散させることにより、触媒層形成用ペースト組成物を調製できる。   The paste composition for forming a catalyst layer is produced by mixing the catalyst particles, the ion conductive electrolyte, and the dispersion medium. The mixing order of the catalyst particles, the ion conductive electrolyte, and the dispersion medium is not particularly limited. For example, the catalyst particle forming paste composition can be prepared by mixing the catalyst particles, the ion conductive electrolyte, and the dispersion medium sequentially or simultaneously to disperse the catalyst particles.

なお、本発明の触媒層形成用ペースト組成物には、本発明の効果を阻害しない程度であれば、その他の公知の添加剤等を含有していてもよい。   The catalyst layer forming paste composition of the present invention may contain other known additives as long as the effects of the present invention are not impaired.

触媒層の製造方法
本発明の製造方法は、上記触媒層形成用ペースト組成物を用いて燃料電池用触媒層を製造するに当たり、常温にて減圧乾燥を行う工程を備えている。
Production method of catalyst layer The production method of the present invention comprises a step of drying under reduced pressure at room temperature when producing a catalyst layer for a fuel cell using the paste composition for forming a catalyst layer.

この乾燥工程では、例えば、上記触媒層形成用ペースト組成物を、公知のイオン伝導性電解質膜(液状物質を含浸していないイオン伝導性電解質膜)に所望の層厚となるように塗布してから、乾燥すればよい。   In this drying step, for example, the catalyst layer forming paste composition is applied to a known ion conductive electrolyte membrane (an ion conductive electrolyte membrane not impregnated with a liquid substance) so as to have a desired layer thickness. And then dry.

触媒層形成用ペースト組成物の塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。   The method for applying the catalyst layer forming paste composition is not particularly limited, and examples thereof include knife coaters, bar coaters, sprayers, dip coaters, spin coaters, roll coaters, die coaters, curtain coaters, and screen printing. General methods can be applied.

斯かる触媒層形成用ペースト組成物を塗布した後、本発明の乾燥工程を経ることにより、イオン伝導性電解質膜上に触媒層が形成される。本発明の乾燥工程は、常温にて減圧乾燥を行うことを必須とする。これにより、イオン伝導性電解質膜にダメージを与えることなく、かつ適度な乾燥速度により触媒層を乾燥させることができる。この結果、他方の面に触媒層を形成する際に、下敷きとした基材フィルムへの触媒層の転写によるイオン伝導性電解質膜上からの剥落が抑制され、優れた電池性能を発揮する触媒層を製造できる。また、この工程は、特殊な装置及び複雑な工程を必要としない。   After applying such a paste composition for forming a catalyst layer, a catalyst layer is formed on the ion conductive electrolyte membrane through the drying step of the present invention. In the drying process of the present invention, it is essential to carry out vacuum drying at room temperature. Thereby, the catalyst layer can be dried at an appropriate drying speed without damaging the ion conductive electrolyte membrane. As a result, when the catalyst layer is formed on the other side, the catalyst layer that exhibits excellent battery performance is prevented from being peeled off from the ion conductive electrolyte membrane due to the transfer of the catalyst layer to the underlying base film. Can be manufactured. Also, this process does not require special equipment and complicated processes.

具体的には、例えば、真空乾燥機等の乾燥装置内に、触媒層形成用ペースト組成物が塗布されたイオン伝導性電解質膜を静置し、次いで、当該乾燥装置内を常温にて減圧することにより、乾燥させればよい。必要に応じて、減圧時に連続的又は断続的に装置内を脱気すればよい。   Specifically, for example, an ion conductive electrolyte membrane coated with the catalyst layer forming paste composition is allowed to stand in a drying device such as a vacuum dryer, and then the inside of the drying device is decompressed at room temperature. By doing so, it may be dried. What is necessary is just to deaerate the inside of an apparatus continuously or intermittently at the time of pressure reduction as needed.

更に必要に応じて、上記乾燥工程終了後、更に圧力を下げることにより、触媒層に残存しているごく少量の分散媒を確実に除去してもよい。   Furthermore, if necessary, a very small amount of the dispersion medium remaining in the catalyst layer may be reliably removed by further reducing the pressure after the drying step.

乾燥時の圧力は10〜60hPaであり、好ましくは15〜45hPaである。また、特に本発明では、乾燥工程において最終的に、上記触媒層形成用ペースト組成物に含まれる主分散媒の飽和蒸気圧以下まで減圧することが好ましい。また、減圧度は、主分散媒の突沸を防ぐためにも段階的に減圧することができる。例えば、主分散媒が2−プロパノールである場合、20℃で44hPa(±4hPa)以下まで減圧することが好ましく、同様に、1−プロパノールの場合20℃で20hPa(±4hPa)以下まで、1−ブタノールの場合20℃で5.8hPa(±4hPa)以下まで、t−ブタノールの場合20℃で41hPa(±4hPa)以下まで減圧することが好ましい。これによって、より完全に、触媒層内の残留分散媒を除去することができる。また、蒸気圧が4hPa未満であるような分散媒は、触媒層形成用ペースト組成物の調製及びその塗布による触媒層形成が困難になるので、好ましくない。   The pressure during drying is 10 to 60 hPa, preferably 15 to 45 hPa. In particular, in the present invention, in the drying step, it is preferable to finally reduce the pressure to the saturation vapor pressure or less of the main dispersion medium contained in the catalyst layer forming paste composition. Further, the degree of decompression can be reduced stepwise to prevent bumping of the main dispersion medium. For example, when the main dispersion medium is 2-propanol, the pressure is preferably reduced to 44 hPa (± 4 hPa) or less at 20 ° C. Similarly, in the case of 1-propanol, the pressure is reduced to 20 hPa (± 4 hPa) or less at 20 ° C. In the case of butanol, the pressure is preferably reduced to 5.8 hPa (± 4 hPa) or less at 20 ° C., and in the case of t-butanol, the pressure is reduced to 41 hPa (± 4 hPa) or less at 20 ° C. Thereby, the residual dispersion medium in the catalyst layer can be removed more completely. A dispersion medium having a vapor pressure of less than 4 hPa is not preferable because it makes it difficult to prepare a catalyst layer forming paste composition and to form a catalyst layer by coating.

乾燥時間は乾燥時の圧力、分散媒等の種類に応じて決定されるが、通常1〜120分程度、好ましくは5分〜60分程度、より好ましくは15分〜30分程度とすればよい。   The drying time is determined depending on the pressure during drying, the type of dispersion medium, etc., but is usually about 1 to 120 minutes, preferably about 5 to 60 minutes, more preferably about 15 to 30 minutes. .

乾燥時の温度は限定的でないが、常温が好ましく、例えば15〜30℃程度、より好ましくは20〜25℃程度とすればよい。   Although the temperature at the time of drying is not limited, normal temperature is preferable, for example, about 15 to 30 ° C, and more preferably about 20 to 25 ° C.

触媒層の厚さは限定的でなく、例えば、通常5μm〜120μm程度、好ましくは10μm〜50μm程度、より好ましくは15μm〜30μm程度とすればよい。   The thickness of the catalyst layer is not limited. For example, the thickness is usually about 5 μm to 120 μm, preferably about 10 μm to 50 μm, more preferably about 15 μm to 30 μm.

触媒層中の触媒粒子の含量(触媒担持炭素粉の場合は、当該触媒担持炭素粉の含量)は、触媒層全量に対して、通常10〜90重量%程度、好ましくは40〜80重量%程度である。   The content of catalyst particles in the catalyst layer (in the case of catalyst-supported carbon powder, the content of the catalyst-supported carbon powder) is usually about 10 to 90% by weight, preferably about 40 to 80% by weight, based on the total amount of the catalyst layer. It is.

本発明の触媒層は、例えば、電解質膜に高分子からなる電解質膜を用いた固体高分子形燃料電池、直接燃料形燃料電池、固体アルカリ形燃料電池に用いることができる。   The catalyst layer of the present invention can be used in, for example, a solid polymer fuel cell, a direct fuel fuel cell, and a solid alkaline fuel cell using an electrolyte membrane made of a polymer as the electrolyte membrane.

本発明の触媒層−電解質膜積層体は、電解質膜の一方面又は両面に本発明の製造方法によって得られた触媒層が形成されたものである。   In the catalyst layer-electrolyte membrane laminate of the present invention, the catalyst layer obtained by the production method of the present invention is formed on one or both surfaces of the electrolyte membrane.

本発明の触媒層が積層された電解質膜(触媒層−電解質膜積層体)は、例えば、イオン伝導性電解質膜の一方の面に、触媒層形成用ペースト組成物を塗布した後に、常温にて減圧乾燥を行うことにより製造される。この操作を1回又は2回繰り返すことにより、触媒層面がイオン伝導性電解質膜の両面に積層された触媒層−電解質膜積層体が製造される。   The electrolyte membrane (catalyst layer-electrolyte membrane laminate) on which the catalyst layer of the present invention is laminated is, for example, at room temperature after applying the catalyst layer forming paste composition on one surface of the ion conductive electrolyte membrane. Manufactured by vacuum drying. By repeating this operation once or twice, a catalyst layer-electrolyte membrane laminate in which the catalyst layer surface is laminated on both surfaces of the ion conductive electrolyte membrane is produced.

この際、一方の面に触媒層を形成する工程において、触媒層が形成される面の他方の面に下敷きとする基材として離型処理された基材フィルムを配置することで、電解質膜の膨潤を抑制することができる。また、一方の面に触媒層が形成されたイオン伝導性電解質膜に対して、他方の面に触媒層を形成する工程において、下敷きとする基材として離型処理された基材フィルムを上記触媒層に接する側に配置することが好ましい。これにより、イオン伝導性電解質膜からの触媒層の剥落を抑制する効果が得られる。   At this time, in the step of forming the catalyst layer on one surface, by disposing a release film as a base material on the other surface of the surface on which the catalyst layer is formed, Swelling can be suppressed. In addition, in the step of forming the catalyst layer on the other surface of the ion conductive electrolyte membrane having the catalyst layer formed on one surface, the base film that has been subjected to a release treatment as a base material used as an underlay is used as the catalyst. It is preferable to arrange on the side that contacts the layer. Thereby, the effect which suppresses peeling of the catalyst layer from an ion conductive electrolyte membrane is acquired.

基材フィルムとしては、離型処理が可能であり、取り扱い性及び経済性に優れれば特に材質は問わない。また、基材フィルム自身が離型性を有していてもよい。   The material for the base film is not particularly limited as long as it can be released from the mold and is excellent in handleability and economy. Moreover, the base film itself may have releasability.

例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、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の高分子フィルムを挙げることができる。   For example, polymer films such as polyimide, polyethylene terephthalate, polypalvanic acid aramid, polyamide (nylon), polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polyetherimide, polyarylate, polyethylene naphthalate Can do.

また、基材フィルムは、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)等の耐熱性樹脂を用いることもできる。   The base film is made of ethylene tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroperfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), polytetrafluoroethylene ( A heat resistant resin such as PTFE) can also be used.

更に、基材フィルムは、高分子フィルム以外にアート紙、コート紙、軽量コート紙等の塗工紙、ノート用紙、コピー用紙等の非塗工紙であってもよい。   Furthermore, the base film may be coated paper such as art paper, coated paper, and lightweight coated paper, non-coated paper such as notebook paper and copy paper, in addition to the polymer film.

離型処理は、例えば、基材フィルム上にワックスを塗布することで行ってよい。ワックスとしては、具体的には、石油系ワックス、植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、合成系ワックス等を挙げることができる。本発明で用いられるワックスには、例えば、C16〜C32の脂肪酸とアルコールとのエステルが包含される。本発明において、これらワックスは、1種単独で又は2種以上混合して使用される。 The mold release treatment may be performed, for example, by applying a wax on the base film. Specific examples of the wax include petroleum wax, plant wax, animal wax, mineral wax, and synthetic wax. The wax used in the present invention includes, for example, esters of C 16 -C 32 fatty acids and alcohols. In the present invention, these waxes are used singly or in combination of two or more.

また、離型処理は公知のフッ素系樹脂やシリコーン等をコーティングすることで行われてもよい。   Further, the mold release treatment may be performed by coating a known fluorine resin, silicone or the like.

基材フィルム上に離型処理を施すに当たっては、所望の層厚になるように、上記ワックスもしくはフッ素系樹脂、シリコーン等を公知の方法に従い塗布するのがよい。また、塗布作業を容易にするために、適当な溶剤に溶解又は適当な分散媒に分散して溶液又はエマルジョン液の形態で使用してもよい。塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。また、基材フィルム上に離型層を構成する成分を公知の方法で押出してもよい。   When the mold release treatment is performed on the base film, the wax, fluorine resin, silicone or the like is preferably applied according to a known method so as to have a desired layer thickness. Moreover, in order to make an application | coating operation | work easy, you may melt | dissolve in a suitable solvent or disperse | distribute to a suitable dispersion medium, and you may use it in the form of a solution or an emulsion liquid. The coating method is not particularly limited, and general methods such as knife coater, bar coater, spray, dip coater, spin coater, roll coater, die coater, curtain coater, and screen printing can be applied. Moreover, you may extrude the component which comprises a release layer on a base film by a well-known method.

また、一方の面上に触媒層が形成されたイオン伝導性電解質膜の他方の面上に、触媒層形成用ペースト組成物を塗布する工程において、下敷きとする基材として上記触媒層に接する側に導電性多孔質基材を配置してもよい。これにより、触媒層−電解質膜積層体に導電性多孔質基材を配置して電極−電解質膜接合体を形成する工程を短縮することができる。   In the step of applying the paste composition for forming a catalyst layer on the other surface of the ion conductive electrolyte membrane having the catalyst layer formed on one surface, the side that contacts the catalyst layer as a base material used as an underlay A conductive porous substrate may be disposed on the substrate. Thereby, the process of arrange | positioning a conductive porous base material in a catalyst layer-electrolyte membrane laminated body, and forming an electrode-electrolyte membrane assembly can be shortened.

導電性多孔質基材には、公知のものが利用でき、例えば、導電性の炭素紙からなるカーボンペーパー、カーボンフェルト、カーボンクロス等を使用することができる。具体例としては、東レ社製のカーボンペーパー「TGP−H」シリーズ、SGLカーボンジャパン社製のカーボンフェルト「SIGRACTE GDL」シリーズ等を挙げることができる。   A well-known thing can be utilized for a conductive porous base material, For example, carbon paper, carbon felt, carbon cloth, etc. which consist of conductive carbon paper can be used. Specific examples include carbon paper “TGP-H” series manufactured by Toray Industries, Inc., carbon felt “SIGRATETE GDL” series manufactured by SGL Carbon Japan.

導電性多孔質基材の膜厚は、通常20〜400μm程度、好ましくは100〜300μm程度である。   The film thickness of the conductive porous substrate is usually about 20 to 400 μm, preferably about 100 to 300 μm.

本発明によれば、電解質膜の膨潤を抑制することができ、その結果、触媒層のクラック発生が抑えられ、剥離することなく均一で均質な触媒層を製造できるため、本発明で得られた触媒層は良好な電池性能を発揮できる。また、本発明の製造方法は、特殊な装置及び複雑な工程を必要としない。   According to the present invention, the swelling of the electrolyte membrane can be suppressed. As a result, the occurrence of cracks in the catalyst layer can be suppressed, and a uniform and homogeneous catalyst layer can be produced without peeling. The catalyst layer can exhibit good battery performance. Moreover, the manufacturing method of the present invention does not require special equipment and complicated processes.

以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明をより一層詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. In addition, this invention is not limited to a following example.

実施例1
白金担持カーボン(Pt:45.6重量%、田中貴金属工業(株)製、TEC10E50E)1重量部及び5重量%電解質溶液(5wt%Nafion溶液、Aldrich社製、分散媒「水:1−プロパノール:2−プロパノール=1:1.5:2(重量比)」)10重量部を、2−プロパノール10重量部に添加し、混合及び分散を行い、触媒層形成用ペースト組成物を調製した。
Example 1
Platinum-supported carbon (Pt: 45.6 wt%, Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd., TEC10E50E) 1 part by weight and 5 wt% electrolyte solution (5 wt% Nafion solution, manufactured by Aldrich, dispersion medium “water: 1-propanol: 10 parts by weight of 2-propanol = 1: 1.5: 2 (weight ratio) ”was added to 10 parts by weight of 2-propanol, and mixed and dispersed to prepare a paste composition for forming a catalyst layer.

イオン伝導性電解質膜(「Nafion NRE 212CS」(登録商標)シート、50μm、Dupont社製)の一方面上に、基材フィルムを配置した。基材フィルムとして離型処理されたフィルム(「ピューレックス」(登録商標、50μm、帝人デュポン社製)を配置し、他方面に上記触媒層形成用ペースト組成物をブレードコーターにて乾燥前の触媒層の厚さが100μmになるように塗布した後、真空乾燥機内に静置した。   A base film was disposed on one surface of an ion conductive electrolyte membrane (“Nafion NRE 212CS” (registered trademark) sheet, 50 μm, manufactured by Dupont). A release-treated film (“Purex” (registered trademark, 50 μm, manufactured by Teijin DuPont)) is disposed as a base film, and the catalyst layer-forming paste composition on the other side is dried with a blade coater. After coating so that the thickness of the layer was 100 μm, it was allowed to stand in a vacuum dryer.

次いで、減圧ポンプを用いて、5分間かけてデシケータ内を40hPaまで減圧し、40hPaの状態を10分間保持することにより、触媒層形成用ペースト組成物を乾燥させ、本発明の触媒層を作製した。なお、真空乾燥機内の温度は約25℃とした。   Next, using a vacuum pump, the desiccator was depressurized to 40 hPa over 5 minutes, and the state of 40 hPa was maintained for 10 minutes, whereby the catalyst layer forming paste composition was dried to produce the catalyst layer of the present invention. . The temperature in the vacuum dryer was about 25 ° C.

このようにして一方の面に触媒層が形成されたイオン伝導性電解質膜を、触媒層が対する面に基材フィルムが接するように基材フィルムを配置した。基材フィルムとして離型処理されたフィルム(「ピューレックス」(登録商標、50μm、帝人デュポン社製)を配置した後、触媒層の形成されていない電解質膜の面の基材フィルムを剥離し、上記と同様の操作を繰り返すことにより、触媒層の形成を行い、本発明の触媒層−電解質膜積層体を製造した。なお、乾燥後の触媒層の厚さは両面ともに、25μmであった。   Thus, the base film was arrange | positioned so that the base film may contact | connect the ion conductive electrolyte membrane in which the catalyst layer was formed in one surface, and the surface which a catalyst layer opposes. After disposing a release-treated film ("Purex" (registered trademark, 50 μm, manufactured by Teijin DuPont)) as a base film, the base film on the surface of the electrolyte membrane where the catalyst layer is not formed is peeled off, By repeating the same operation as described above, a catalyst layer was formed to produce a catalyst layer-electrolyte membrane laminate of the present invention, and the thickness of the catalyst layer after drying was 25 μm on both sides.

実施例2
5分間かけて真空乾燥機内を30hPaまで減圧し、30hPaの状態を30分間保持する以外は実施例1と同様にして、本発明の触媒層−電解質膜積層体を製造した。なお、乾燥後の触媒層の厚さは両面ともに、25μmであった。
Example 2
A catalyst layer-electrolyte membrane laminate of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that the pressure in the vacuum dryer was reduced to 30 hPa over 5 minutes and the state of 30 hPa was maintained for 30 minutes. The thickness of the catalyst layer after drying was 25 μm on both sides.

実施例3
5分間かけて真空乾燥機内を50hPaまで減圧し、50hPaの状態を30分間保持する以外は実施例1と同様にして、本発明の触媒層−電解質膜積層体を製造した。なお、乾燥後の触媒層の厚さは両面ともに、25μmであった。
Example 3
A catalyst layer-electrolyte membrane laminate of the present invention was produced in the same manner as in Example 1 except that the pressure in the vacuum dryer was reduced to 50 hPa over 5 minutes and the state of 50 hPa was maintained for 30 minutes. In addition, the thickness of the catalyst layer after drying was 25 μm on both sides.

比較例1
基材フィルムを用いずに、触媒層形成用ペースト組成物を形成した。ただし、電解質膜の膨潤により電解質膜への触媒層形成は困難であった。
Comparative Example 1
A paste composition for forming a catalyst layer was formed without using a base film. However, formation of a catalyst layer on the electrolyte membrane was difficult due to swelling of the electrolyte membrane.

比較例2
離型処理された基材フィルムの代わりに、離型処理されていないポリエチレンテレフタラートフィルムを使用し、触媒層形成用触媒組成物の乾燥を大気中にて30分乾燥させる以外は実施例1と同様にして触媒層−電解質膜積層体を製造した。なお、乾燥後の触媒層は一部がポリエチレンテレフタラートフィルムに転写されており、電解質膜から剥離していた。
Comparative Example 2
Example 1 except that a polyethylene terephthalate film that has not been subjected to mold release treatment is used instead of the substrate film that has been subjected to mold release treatment, and the catalyst composition for forming a catalyst layer is dried in air for 30 minutes. Similarly, a catalyst layer-electrolyte membrane laminate was produced. A part of the dried catalyst layer was transferred to a polyethylene terephthalate film and was peeled off from the electrolyte membrane.

評価試験
実施例1〜3及び比較例1〜2で製造された触媒層−電解質膜積層体について、触媒層の形成、電解質膜の膨潤抑制及び触媒層のクラック抑制を調べた。
Evaluation test About the catalyst layer-electrolyte membrane laminated body manufactured by Examples 1-3 and Comparative Examples 1-2, formation of a catalyst layer, swelling suppression of an electrolyte membrane, and crack suppression of a catalyst layer were investigated.

評価基準は、次の通りである。
触媒層の形成;
○:電解質膜上への触媒層形成ができた
×:電解質膜上への触媒層形成ができなかった
電解質膜の膨潤抑制;
○:電解質膜の膨潤が抑制されていた
×:電解質膜の膨潤が抑制されていなかった
触媒層のクラック抑制;
○:触媒層のクラックが抑制されていた
×:触媒層のクラックが抑制されていなかった
総合判定;
○:合格
×:不合格
結果を表1に示す。
The evaluation criteria are as follows.
Formation of a catalyst layer;
○: The catalyst layer could be formed on the electrolyte membrane. ×: Swelling suppression of the electrolyte membrane where the catalyst layer could not be formed on the electrolyte membrane;
○: Swelling of electrolyte membrane was suppressed ×: Crack suppression of catalyst layer where swelling of electrolyte membrane was not suppressed;
○: Cracks in the catalyst layer were suppressed ×: Overall judgment that cracks in the catalyst layer were not suppressed;
○: Pass ×: Fail The results are shown in Table 1.

Figure 2010033731
Figure 2010033731

Claims (8)

イオン伝導性電解質膜の少なくとも一方の面に、触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を含む触媒層形成用ペースト組成物を直接塗布し、乾燥することにより固体高分子形燃料電池用触媒層を製造する方法であって、
(1)前記イオン伝導性電解質膜の少なくとも一方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布する工程、及び
(2)塗布した触媒層形成用ペースト組成物を常温にて減圧乾燥させて触媒層を形成する工程
を備えた、触媒層の製造方法。
A catalyst layer forming paste composition containing catalyst particles, an ion conductive electrolyte and a dispersion medium is directly applied to at least one surface of the ion conductive electrolyte membrane, and dried to form a catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell. A method of manufacturing comprising:
(1) applying the catalyst layer forming paste composition to at least one surface of the ion conductive electrolyte membrane; and (2) drying the applied catalyst layer forming paste composition at room temperature under reduced pressure. The manufacturing method of a catalyst layer provided with the process of forming a catalyst layer.
イオン伝導性電解質膜の両面に、触媒粒子、イオン伝導性電解質及び分散媒を含む触媒層形成用ペースト組成物を直接塗布し、乾燥することにより固体高分子形燃料電池用触媒層を製造する方法であって、
(1)前記イオン伝導性電解質膜の一方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布する工程、
(2)上記(1)で塗布した触媒層形成用ペースト組成物を常温にて減圧乾燥させて触媒層を形成する工程、
(3)前記イオン伝導性電解質膜の他方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布する工程、及び
(4)上記(3)で塗布した触媒層形成用ペースト組成物を常温にて減圧乾燥させて触媒層を形成する工程
を備えた、請求項1に記載の触媒層の製造方法。
A method for producing a catalyst layer for a polymer electrolyte fuel cell by directly applying and drying a catalyst layer forming paste composition containing catalyst particles, an ion conductive electrolyte and a dispersion medium on both surfaces of an ion conductive electrolyte membrane Because
(1) A step of applying the catalyst layer forming paste composition to one surface of the ion conductive electrolyte membrane,
(2) forming a catalyst layer by drying the paste composition for forming a catalyst layer applied in (1) above under reduced pressure at room temperature;
(3) applying the catalyst layer forming paste composition to the other surface of the ion conductive electrolyte membrane; and (4) applying the catalyst layer forming paste composition applied in (3) above at room temperature. The method for producing a catalyst layer according to claim 1, comprising a step of forming a catalyst layer by drying under reduced pressure.
前記イオン伝導性電解質膜の一方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布し、触媒層を形成させるに当たり、電解質膜の他方の面に離型処理された基材フィルムが配置されている、請求項1又は請求項2に記載の触媒層の製造方法。   In applying the catalyst layer forming paste composition on one surface of the ion conductive electrolyte membrane and forming the catalyst layer, a release-treated base film is disposed on the other surface of the electrolyte membrane. The manufacturing method of the catalyst layer of Claim 1 or Claim 2. 一方の面に触媒層が形成されたイオン伝導性電解質膜の他方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布し、触媒層を形成させるに当たり、触媒層が形成されている面に離型処理された基材フィルムが配置されている、請求項2に記載の触媒層の製造方法。   When the catalyst layer forming paste composition is applied to the other surface of the ion conductive electrolyte membrane having the catalyst layer formed on one surface and the catalyst layer is formed, the surface is separated from the surface on which the catalyst layer is formed. The manufacturing method of the catalyst layer of Claim 2 with which the base film by which the mold process was carried out is arrange | positioned. 一方の面に触媒層が形成されたイオン伝導性電解質膜の他方の面に、前記触媒層形成用ペースト組成物を塗布し、触媒層を形成させるに当たり、触媒層が形成されている面に離型処理された導電性多孔質基材が配置されている、請求項2に記載の触媒層の製造方法。   When the catalyst layer forming paste composition is applied to the other surface of the ion conductive electrolyte membrane having the catalyst layer formed on one surface and the catalyst layer is formed, the surface is separated from the surface on which the catalyst layer is formed. The manufacturing method of the catalyst layer of Claim 2 with which the electroconductive porous base material by which the mold process was carried out is arrange | positioned. 請求項1〜5のいずれかに記載の方法により製造された、触媒層−電解質膜積層体。   A catalyst layer-electrolyte membrane laminate produced by the method according to claim 1. 請求項6に記載の触媒層−電解質膜積層体に導電性多孔質基材を配置した、電解質膜−電極接合体。   An electrolyte membrane-electrode assembly in which a conductive porous substrate is disposed on the catalyst layer-electrolyte membrane laminate according to claim 6. 請求項7に記載の電解質膜−電極接合体を含む固体高分子形燃料電池。   A polymer electrolyte fuel cell comprising the electrolyte membrane-electrode assembly according to claim 7.
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