JP2008140763A - 燃料電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】触媒金属を担持した担体と、イオン交換樹脂とを水の中で分散させて、分散液を作製する、分散工程と、該分散工程後に、分散液に有機溶媒を添加して触媒インクを作製する、触媒インク作製工程と、該触媒インク作製工程で作製された触媒インクを、電解質膜又は拡散層に塗布することにより、触媒層を作製する触媒層作製工程と、を備える、燃料電池の製造方法とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、触媒金属を担持した担体と、イオン交換樹脂とを水中で分散させて、分散液を作製する、分散工程と、分散工程後に、分散液に有機溶媒を添加して触媒インクを作製する、触媒インク作製工程と、触媒インク作製工程で作製された触媒インクを、電解質膜又は拡散層に塗布することにより、触媒層を作製する触媒層作製工程と、を備えることを特徴とする、燃料電池の製造方法である。
工程S1は、純水中で、担体2、2、…(以下、「C」ということがある。)に触媒金属1、1、…(以下、「Pt」ということがある。)が担持された、触媒金属を担持した担体3、3、…(以下、「Pt/C」ということがある。)と、イオン交換樹脂(以下、「Nafion」ということがある。)と、を分散して分散液を作製する工程である。純水中において、いわゆるミセル状で存在するNafionは、その大きさが小さいと考えられるため、複数のPt/Cが集まって凝集体を形成しているPt/C凝集体10の細孔4、4、…へ入り込む割合が高い。当該細孔4、4、…へNafionが入り込むと、細孔4、4、…にNafionが入り込んでいない形態と比較して、Nafionと接触し得るPt量を増加させることができる。そのため、上記工程を経ることで、PtとNafionとの界面の面積が大きい、すなわち、Ptの電気化学的表面積が大きい分散液を作製することができる。
工程S2は、上記工程S1の後に備えられ、上記工程S1で作製した分散液に有機溶媒(例えば、エタノール等。以下、「エタノール」という。)を添加して触媒インクを作成する工程である。上記工程S1にて作製された分散液を電解質膜又は拡散層に塗布して触媒層を作製すると、後述するように、電解質膜又は拡散層から剥がれ易い触媒層が形成される。このように剥がれ易い触媒層を備える燃料電池を製造すると、触媒層と電解質膜又は拡散層との接触抵抗が大きくなるため、良好な発電性能を有する燃料電池が得られない。また、Pt/Cの歩留まりが悪い等の問題も生じる。したがって、電解質膜又は拡散層から剥がれ難い触媒層を作製するため、本発明の製造方法では、上記工程S1にて作製された分散液にエタノールを添加することにより、触媒インクを作製する。
工程S3は、上記工程S2の後に備えられる工程であり、上記工程S2で作製した触媒インクを、電解質膜又は拡散層に塗布することにより、電解質膜の表面、又は、拡散層の表面に、触媒層を作製する工程である。ここで、触媒インクを塗布する方法は、特に限定されるものではなく、その具体例としては、刷毛塗りやスプレー塗布のほか、スクリーン印刷、キャスト法等を挙げることができる。
工程S4は、一対の集電体によって狭持される積層体を作製する工程である。当該積層体には、少なくとも、電解質膜とアノード触媒層とカソード触媒層とを有するMEAが備えられ、さらに、水素又は酸素をMEAへ均一に拡散させ得る構成とする等の目的で、単セルに拡散層が備えられる場合には、上記MEAに加え、拡散層が、積層体に備えられる。工程S4は、積層体を作製可能であれば、その形態は特に限定されるものではない。上記工程S3において、電解質膜に触媒インクを塗布することにより触媒層が作製される場合には、電解質膜の一方の面及び他方の面のそれぞれへ触媒層を作製してMEAを作製した後、当該MEAの両側に、例えば、カーボンペーパー等からなる拡散層をそれぞれ配置し、一対の拡散層とMEAとを熱圧着する等の方法により、積層体を作製することができる。このほか、上記工程S3において、拡散層に触媒インクを塗布することにより触媒層が作製される場合には、カーボンペーパー等からなる2つの拡散層それぞれの表面に触媒層を作製することにより、一対の、触媒層付き拡散層を作製し、当該一対の触媒層付き拡散層の間に電解質膜を配置して、例えば、これらを熱圧着する等の方法により、積層体を作製することができる。
工程S5は、上記工程S4の後に備えられる工程であり、上記工程S4で作製した積層体の両側に、集電体をそれぞれ配設する工程である。このように、積層体の両側に集電体をそれぞれ配置する工程を経ることで、燃料電池を製造することができる。ここで、集電体を構成する材料は、導電性を有し、かつ、燃料電池の運転時の環境に耐え得る耐食性を有するものであれば、特に限定されるものではない。集電体構成材料の具体例としては、ステンレス鋼等に代表される金属材料のほか、PEFCのセパレータを構成し得る炭素材料等を挙げることができる。
カーボンブラックの一次粒子径(以下「R1」ということがある。)が小さすぎると、カーボンブラック同士が凝集しやすく、一次凝集体や、当該一次凝集体が集まって形成される二次凝集体の多孔度が低下して三相界面が形成され難くなる一方、R1が大きすぎると、触媒インク作製時に使用するカーボンブラックの質量を一定にした場合、触媒インクに含有されるカーボンブラックの表面積が小さくなって、触媒を担持させ難くなる。そこで、一次凝集体や二次凝集体の多孔度の低下を抑制する等の観点から、15nm≦R1とすることが好ましい。さらに、表面に触媒を担持しやすくして、三相界面を増大させやすい形態のカーボンブラックとする等の観点から、R1≦30nmとすることが好ましい。
燃料電池の性能を向上させるためには、アノード触媒層で生じた電子がカソード触媒層へ伝導される際の抵抗(電気抵抗)を小さくすることが重要である。電気抵抗を小さくするには、アノード触媒層で生じた電子をアノード触媒層から取り出しやすい状態にすること、及び、カソード触媒層の表面に達した電子がカソード触媒層に分散された触媒の下へ伝導されやすい状態にすること、が重要である。アノード触媒層及びカソード触媒層(以下これらをまとめて単に「触媒層」ということがある。)を、電子が伝導されやすい形態とするには、触媒層の厚みの略全体に亘って、導電性物質による電子伝導経路が形成された形態とすることが有効であり、触媒層にカーボンブラックが分散されている場合には、カーボンブラックによって、当該電子伝導経路を構成することができる。かかる観点から、カーボンブラックの一次凝集体の長さ(カーボンブラックの一次粒子が連なった長さ)Dstは、80<Dstとすることが好ましい。一方、絡まって分散しにくくなるという観点からは、Dst<1000とすることが好ましい。より好ましくは、80<Dst<200である。
DBP吸収量は、カーボンブラックの凝集体に含まれる空隙の量を評価可能な指標であり、カーボンブラックのDBP吸収量Aが大きいほど、カーボンブラックの凝集体に含まれる空隙に触媒及びイオン交換樹脂が入り込みやすく、さらに、反応ガスも拡散しやすい。すなわち、DBP吸収量Aが大きいほど、三相界面が形成されやすい。それゆえ、三相界面が形成されやすい形態の触媒層を形成可能とする観点からは、150<Aとすることが好ましい。一方、絡まって分散しにくくなるという観点からは、A<500とすることが好ましい。より好ましくは、200<A<400である。
PEFCの運転時には、MEAが酸性環境に曝されることがあり、酸性環境に曝されると、触媒を担持しているカーボンブラックが腐食して触媒が脱落し、性能が低下する恐れがある。触媒の脱落に起因する性能低下を抑制するには、優れた耐食性を有するカーボンブラックを使用することが好ましい。かかる観点から、ラマン分光法で測定したカーボンブラックのGバンドの半値幅B[cm−1]は、B<50とすることが好ましい。一方、理論的に導出される半値幅Bの最小値は、14[cm−1]である。したがって、14≦B<50とすることが好ましい。より好ましくは、14≦B<40である。
触媒層に含有されるカーボンブラックは、上記一次凝集体の形態で存在するほか、当該一次凝集体が集まって形成される二次凝集体の形態でも存在すると考えられる。ここで、触媒層に含有されるカーボンブラックの一次凝集体の大きさのバラツキ(一次凝集体の分布幅ΔDst/Dst)が小さいと、絡まって凝集体となりやすい。これに対し、触媒層に含有されるカーボンブラックの一次凝集体の大きさのバラツキ(一次凝集体の分布幅ΔDst/Dst)が大きいと、分散しやすい。そこで、本発明では、分散性を高め、三相界面の面積を大きくするという観点から、1.0<ΔDst/Dstとすることが好ましい。一方、単分散しにくいという観点から、ΔDst/Dst<2.0とすることが好ましい。
1.1.実施例1
0.4gの20%Pt/Cと、10gの純水と、2.6gのナフィオン分散溶液(DE1020、米国デュポン社製)とを混合し、液温が15℃以下となるように冷却しながら超音波ホモジナイザーで分散することにより、分散液を作製した。続いて、当該分散液に、エタノールを2g添加し、液温が30℃以下となるように冷却しながら遠心攪拌を行うことで、実施例1にかかる触媒インクを作製した。その後、電解質膜(Nafion117、米国デュポン社製)の一方の面及び他方の面のそれぞれに、実施例1にかかる触媒インクをスプレー塗布することにより、実施例1にかかるMEAを作製した。その後、実施例1にかかるMEAを、カーボンペーパーからなる一対の拡散層で挟み、120℃の温度条件下で熱圧着することにより、実施例1にかかる積層体を作製し、実施例1にかかる積層体の両側に、セパレータを配設することにより、実施例1にかかる燃料電池を作製した。なお、実施例1にかかるMEAの作製時に、電解質膜へスプレー塗布した実施例1にかかる触媒インクは、電解質膜から脱離しなかった。
1gの30%Pt/Cと、3mlの純水と、10mlのエタノールと、5mlのプロピレングリコールと、5.3mlのナフィオン分散溶液(DE2020、米国デュポン社製)とを混合し、超音波ホモジナイザーで分散することにより触媒インクを作製した。この触媒インクを基材(ニトフロンフィルムNo.900UL、日東電工株式会社製)の上に塗布し乾燥して触媒層を形成した後、120℃の温度条件下で、当該触媒層を電解質膜(Nafion117、米国デュポン社製)の一方の面へ熱圧着して転写することにより、電解質膜の一方の面へ触媒層を形成した。
一方、0.6gの40%Pt/C(以下において「第1のPt/C」ということがある。)と、12mlの純水と、2.4mlのナフィオン分散溶液(DE1020、米国デュポン社製)とを混合し、超音波ホモジナイザーで1時間に亘って分散することにより、分散液を作製した。その後、当該分散液を、室温(約20℃)で、20時間に亘ってスターラーで攪拌した(熟成工程)後、6mlのエタノールを添加し、遠心攪拌で5分間に亘って攪拌することにより、実施例2にかかる触媒インクを作製した。そして、触媒層が形成されていない側の上記電解質膜の表面に、実施例2にかかる触媒インクをスプレー塗布することにより、実施例2にかかるMEAを作製した。その後、実施例2にかかるMEAを、カーボンペーパーからなる一対の拡散層で挟み、120℃の温度条件下で熱圧着することにより、実施例2にかかる積層体を作製し、実施例2にかかる積層体の両側に、セパレータを配設することにより、実施例2にかかる燃料電池を作製した。
0.4gの20%Pt/Cと、10gの純水と、2.6gのナフィオン分散溶液(DE1020、米国デュポン社製)とを混合し、液温が15℃以下となるように冷却しながら超音波ホモジナイザーで分散することにより、分散液を作製した。続いて、当該分散液を、電解質膜(Nafion117、米国デュポン社製)の一方の面及び他方の面のそれぞれに、スプレー塗布することにより、比較例1にかかるMEAを作製した。その後、比較例1にかかるMEAを、カーボンペーパーからなる一対の拡散層で挟み、120℃の温度条件下で熱圧着することにより比較例1にかかる積層体を作製し、比較例1にかかる積層体の両側に、セパレータを配設することにより、比較例1にかかる燃料電池を作製した。なお、比較例1にかかるMEAの作製時に、電解質膜へスプレー塗布した分散液は、電解質膜から脱離した。
0.4gの20%Pt/Cと、8gの純水と、3.7gのエタノールと、1.7gのナフィオン分散溶液(DE2020、米国デュポン社製)とを混合し、液温が15℃以下となるように冷却しながら超音波ホモジナイザーで分散することにより、比較例2にかかる触媒インクを作製した。続いて、電解質膜(Nafion117、米国デュポン社製)の一方の面及び他方の面のそれぞれに、比較例2にかかる触媒インクをスプレー塗布することにより、比較例2にかかるMEAを作製した。その後、比較例2にかかるMEAを、カーボンペーパーからなる一対の拡散層で挟み、120℃の温度で熱圧着することにより、比較例2にかかる積層体を作製し、比較例2にかかる積層体の両側に、セパレータを配設することにより、比較例2にかかる燃料電池を作製した。なお、比較例2にかかるMEAの作製時に、電解質膜へスプレー塗布した比較例2にかかる触媒インクは、電解質膜から脱離しなかった。
1gの30%Pt/Cと、3mlの純水と、10mlのエタノールと、5mlのプロピレングリコールと、5.3mlのナフィオン分散溶液(DE2020、米国デュポン社製)とを混合し、超音波ホモジナイザーで分散することにより触媒インクを作製した。この触媒インクを基材(ニトフロンフィルムNo.900UL、日東電工株式会社製)の上に塗布し乾燥して触媒層を形成した後、120℃の温度条件下で、当該触媒層を電解質膜(Nafion117、米国デュポン社製)の一方の面へ熱圧着して転写することにより、電解質膜の一方の面へ触媒層を形成した。
一方、0.6gの第1のPt/Cと、3mlの純水と、12mlのエタノールと、2.4mlのナフィオン分散溶液(DE1020、米国デュポン社製)とを混合し、超音波ホモジナイザーで1時間に亘って分散することにより、触媒インクを作製した。その後、当該触媒インクを、室温(約20℃)で、20時間に亘ってスターラーで攪拌した(熟成工程)後、触媒層が形成されていない側の上記電解質膜の表面へ、熟成工程を経た触媒インクをスプレー塗布することにより、比較例3にかかるMEAを作製した。その後、比較例3にかかるMEAを、カーボンペーパーからなる一対の拡散層で挟み、120℃の温度条件下で熱圧着することにより、比較例3にかかる積層体を作製し、比較例3にかかる積層体の両側に、セパレータを配設することにより、比較例3にかかる燃料電池を作製した。
1gの30%Pt/Cと、3mlの純水と、10mlのエタノールと、5mlのプロピレングリコールと、5.3mlのナフィオン分散溶液(DE2020、米国デュポン社製)とを混合し、超音波ホモジナイザーで分散することにより触媒インクを作製した。この触媒インクを基材(ニトフロンフィルムNo.900UL、日東電工株式会社製)の上に塗布し乾燥して触媒層を形成した後、120℃の温度条件下で、当該触媒層を電解質膜(Nafion117、米国デュポン社製)の一方の面へ熱圧着して転写することにより、電解質膜の一方の面へ触媒層を形成した。
一方、DBP吸収量の異なる種々のカーボンブラックにPtを担持して調整した40%Pt/Cを0.6gと、6mlの純水と、6mlのエタノールと、3mlのナフィオン分散溶液(DE2020、米国デュポン社製)とを混合し、超音波ホモジナイザーで1時間に亘って分散することにより触媒インクを作製した。次いで、この触媒インクを、カーボンクロスからなる拡散層にスプレー塗布することにより、拡散層の表面に触媒層を形成し、当該触媒層と、上記電解質膜の触媒層が形成されていない側の表面とを、120℃の温度条件下で熱圧着することにより、一方の面に拡散層が接合された比較例4にかかるMEAを作製した。そして、拡散層が接合されていない側の触媒層と、カーボンクロスからなる拡散層とを、120℃の温度条件下で熱圧着することにより、比較例4にかかる積層体を作製し、比較例4にかかる積層体の両側に、セパレータを配設することにより、比較例4にかかる燃料電池を作製した。
実施例1にかかる燃料電池、比較例1にかかる燃料電池、及び、比較例2にかかる燃料電池を、それぞれ80℃に維持し、各燃料電池のアノード側に80℃フル加湿の水素を、カソード側に80℃フル加湿の空気を、背圧0.1MPaでそれぞれ供給することにより、実施例1にかかる燃料電池、比較例1にかかる燃料電池、及び、比較例2にかかる燃料電池を作動させ、発電性能(IV特性)を評価した。結果を図3に併せて示す。図3の縦軸は電圧[V]、横軸は電流密度[A/cm2]である。
一方、実施例2にかかる燃料電池、及び、比較例3にかかる燃料電池を、上記実施例1にかかる燃料電池等と同様の条件で作動させ、発電性能(IV特性)を評価した。結果を図4に併せて示す。図4の縦軸は電圧[V]、横軸は電流密度[A/cm2]である。
実施例1にかかる燃料電池、比較例1にかかる燃料電池、及び、比較例2にかかる燃料電池を、それぞれ40℃に維持し、各燃料電池のアノード側に60℃フル加湿の水素を、カソード側に60℃フル加湿の窒素を、背圧0.1MPaでそれぞれ供給することにより、実施例1にかかる燃料電池、比較例1にかかる燃料電池、及び、比較例2にかかる燃料電池について、Ptの電気化学的表面積を測定した。結果を図5に併せて示す。図5の縦軸はPtの電気化学的表面積[m2/g−Pt]である。
一方、実施例2にかかる燃料電池、及び、比較例3にかかる燃料電池を、それぞれ40℃に維持し、各燃料電池のアノード側に60℃フル加湿の水素を、カソード側に60℃フル加湿の窒素を、背圧0.1MPaでそれぞれ供給することにより、実施例2にかかる燃料電池、及び、比較例3にかかる燃料電池について、Ptの電気化学的表面積を測定した。結果を図6にあわせて示す。図6の縦軸はPtの電気化学的表面積[m2/g−Pt]である。
比較例4にかかる各燃料電池(DBP吸収量の異なるカーボンブラックを用いた各燃料電池)を、それぞれ80℃に維持し、各燃料電池のアノード側に80℃フル加湿の水素を、カソード側に80℃フル加湿の空気を、背圧0.1MPaでそれぞれ供給することにより、比較例4にかかる各燃料電池を作動させ、発電性能(IV特性)を評価した。各燃料電池の電圧が0.6Vの時の電流密度と、DBP吸収量との関係を、図7に示す。図7の縦軸は電流密度[A/cm2]、横軸はDBP吸収量[ml/100g]である。
2200℃で熱処理した5種類のカーボンブラックにPtを担持した、5種類のPt/Cを純水中へ添加し、スターラーを用いて1時間に亘って攪拌し、さらに、超音波ホモジナイザーを用いて1分間に亘って分散した後の、Pt/Cの粒度分布を光散乱法により測定した。使用した5種類のカーボンブラックの性質を表1に、Pt/Cの粒度分布測定結果を表2に、併せて示す。なお、上記「第1のPt/C」は、表1に記載のNo.1のカーボンブラックに、Ptを担持させたPt/Cを意味する。
以上より、本発明では、ΔDst/Dstの大きいカーボンブラックを用いることが好ましく、具体的には、1.0<ΔDst/Dstとすることが好ましい。より好ましくは、1.0<ΔDst/Dst<2.0である。
実施例2にかかる燃料電池を作製する際に用いた第1のPt/Cに代えて、表1に記載のNo.2のカーボンブラックにPtを担持して作製した40%Pt/Cを用いたほかは、実施例2にかかる燃料電池の作製手順と同様の手順により燃料電池を作製した(以下において当該燃料電池を「実施例3にかかる燃料電池」という。)。そして、実施例2にかかる燃料電池、及び、実施例3にかかる燃料電池を、それぞれ80℃に維持し、各燃料電池のアノード側に80℃フル加湿の水素を、カソード側に80℃フル加湿の空気を、背圧0.1MPaでそれぞれ供給することにより、実施例2にかかる燃料電池、及び、実施例3にかかる燃料電池を作動させ、発電性能(IV特性)を評価した。結果を図8に併せて示す。図8の縦軸は電圧[V]、横軸は電流密度[A/cm2]である。
一方、実施例2にかかる燃料電池、及び、実施例3にかかる燃料電池を、それぞれ40℃に維持し、各燃料電池のアノード側に60℃フル加湿の水素を、カソード側に60℃フル加湿の窒素を、背圧0.1MPaでそれぞれ供給することにより、実施例2にかかる燃料電池、及び、実施例3にかかる燃料電池について、Ptの電気化学的表面積を測定した。結果を図9に併せて示す。図9の縦軸はPtの電気化学的表面積[m2/g−Pt]である。
図8及び図9に示すように、本発明により、分散性を向上させて二次凝集体のサイズを小さくしたPt/Cを用いて燃料電池を作製すると、性能が向上し、電気化学的表面積が増大する。それゆえ、本発明によれば、Pt/Cの二次凝集体の中にアイオノマーを入り込ませることができたと考えられる。
7.1.結晶性の評価
熱処理温度を変えて結晶化度の異なるカーボンブラックを作製し、ラマン分光法測定により、各カーボンブラックのGバンド(1580[cm−1])の半値幅を測定した。なお、Gバンドの半値幅を測定したカーボンブラックは5種類であり、当該5種類の内訳は、購入したまま熱処理を施さないカーボンブラック2種、1500℃の温度で熱処理を施したカーボンブラック2種、及び、2200℃の温度で熱処理を施したカーボンブラック1種であった。
Gバンドの半値幅を測定した上記5種類のカーボンブラックにPtを担持させることにより、5種類の40%Pt/Cを作製した。そして、第1のPt/Cに代えて、当該5種類の40%Pt/Cをそれぞれ用いたほかは、上記実施例2にかかる燃料電池の作製手順と同様の手順により、5つの燃料電池を作製した(以下、熱処理を施さないカーボンブラックを用いて作製した燃料電池を、「実施例4にかかる燃料電池」及び「実施例5にかかる燃料電池」といい、1500℃の温度で熱処理を施したカーボンブラックを用いて作製した燃料電池を、「実施例6にかかる燃料電池」及び「実施例7にかかる燃料電池」といい、2200℃の温度で熱処理を施したカーボンブラックを用いて作製した燃料電池を、「実施例8にかかる燃料電池」という。)。
実施例4にかかる燃料電池、実施例5にかかる燃料電池、実施例6にかかる燃料電池、実施例7にかかる燃料電池、及び、実施例8にかかる燃料電池を、それぞれ80℃に維持し、各燃料電池のアノード側に80℃フル加湿の水素を、カソード側に80℃フル加湿の空気を、背圧0.1MPaでそれぞれ供給することにより、各燃料電池を作動させ、耐久試験前の発電性能(IV特性)を評価した。そして、耐久試験前の各燃料電池の電位が0.6Vの時における、電流密度の値(以下「Ia」ということがある。)を測定した。
次いで、各燃料電池を80℃に維持し、各燃料電池のアノード側に80℃フル加湿の水素を、カソード側に80℃フル加湿の窒素を、背圧0.1MPaでそれぞれ供給しながら、カソード電位が1.3Vの状態で2時間に亘って保持する耐久試験を行った。かかる耐久試験終了後に、再び、各燃料電池を80℃に維持し、各燃料電池のアノード側に80℃フル加湿の水素を、カソード側に80℃フル加湿の空気を、背圧0.1MPaでそれぞれ供給することにより、各燃料電池を作動させ、耐久試験後の発電性能(IV特性)を評価した。そして、耐久試験後の各燃料電池の電位が0.6Vの時における、電流密度の値(以下「Ib」ということがある。)を測定した。耐久試験前のIV特性、及び、耐久試験後のIV特性の概念図を図11に示す。
このようにして測定した各燃料電池のIa及びIbから、性能低下率X(X=100×(Ia−Ib)/Ia)を算出した。性能低下率とGバンドの半値幅との関係を、図12に併せて示す。なお、Gバンドの半値幅はカーボンブラックの結晶化度を評価する指標の一つであり、当該半値幅が14[cm−1]に近づくほど、カーボンブラックの結晶化度が高いことを示している。
1gの40%Pt/Cと5mlの超純水とを容器に入れ、遠心攪拌した後、ナフィオンの質量:40%Pt/Cを構成するカーボンブラックの質量=4:5となるように秤量したナフィオン分散溶液(DE1020、米国デュポン社製)を添加し、ビーズミルにて30分間に亘って分散することにより、分散液を作製した。その後、当該分散液を、スターラーを用いて攪拌することにより、Pt/Cとナフィオンとを馴染ませた(熟成工程)。その後、溶媒中のアルコールの質量比率が、純水に対して所定の値(0%、25%、50%、70%、85%)となるように秤量したエタノールを、熟成工程を経た分散液に添加し、5分間に亘って遠心攪拌して、5種類の触媒インクを作製した。このようにして作製した5種類の触媒インクを基材に塗布し、乾燥させて溶媒を揮発させることにより5種類の触媒層を形成した後、窒素吸着法によって当該5種類の触媒層の比表面積(単位質量あたりの表面積。ここにいう「表面積」は、触媒層を構成する物質が気体と接触する表面の面積の総和を意味する。)を測定した。結果を図13に併せて示す。図13において、比較例5はアルコール比率が0%の触媒インクを用いて形成した触媒層の結果を、実施例9はアルコール比率が25%の触媒インクを用いて形成した触媒層の結果を、実施例10はアルコール比率が50%の触媒インクを用いて形成した触媒層の結果を、実施例11はアルコール比率が70%の触媒インクを用いて形成した触媒層の結果を、実施例12はアルコール比率が85%の触媒インクを用いて形成した触媒層の結果を、それぞれ示している。
2…担体
3…触媒金属を担持した担体
4…細孔
5…アイオノマー(イオン交換樹脂)
10…Pt/C凝集体(触媒金属を担持した担体の凝集体)
20…Pt/Cの二次凝集体
Claims (5)
- 触媒金属を担持した担体と、イオン交換樹脂とを水の中で分散させて、分散液を作製する、分散工程と、
前記分散工程後に、前記分散液に有機溶媒を添加して触媒インクを作製する、触媒インク作製工程と、
前記触媒インク作製工程で作製された前記触媒インクを、電解質膜又は拡散層に塗布することにより、触媒層を作製する触媒層作製工程と、
を備えることを特徴とする、燃料電池の製造方法。 - 前記触媒インク作製工程が、前記有機溶媒を添加した後に、分散処理を行わないで、前記触媒インクを作製する工程であることを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池の製造方法。
- 前記触媒インクの溶媒の質量をM1、前記触媒インクに含有される前記有機溶媒の質量をM2、とするとき、20≦100×M2/M1≦50であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の燃料電池の製造方法。
- 前記触媒金属が白金又は白金合金であり、前記担体がカーボンブラックであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池の製造方法。
- 前記カーボンブラックが、下記(1)乃至(4)の少なくとも一以上を充足することを特徴とする、請求項4に記載の燃料電池の製造方法。
(1)前記カーボンブラックの一次粒子径をR1[nm]とするとき、15≦R1≦30とする。
(2)前記カーボンブラックの一次凝集体の長さをDst[nm]とするとき、80<Dstとする。
(3)前記カーボンブラック100gへのDBP吸収量をA[ml/100g]とするとき、150<Aとする。
(4)ラマン分光法で測定した前記カーボンブラックのGバンドの半値幅をB[cm−1]とするとき、14≦B<50とする。
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