JP2007157630A - Manufacturing method of membrane electrode conjugant, membrane electrode conjugant, and polymer electrolyte type fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、膜電極接合体の製造方法、膜電極接合体及び高分子電解質形燃料電池に関する。 The present invention relates to a method for producing a membrane electrode assembly, a membrane electrode assembly, and a polymer electrolyte fuel cell.
高分子電解質形燃料電池は、水素を含む燃料ガスと空気などの酸素を含む酸化剤ガスを電気化学的に反応させることで、化学エネルギーを電力と熱に同時に変換させるシステムである。高分子電解質形燃料電池は、エネルギー問題、地球環境問題の改善を契機にして、家庭用コジェネレーションシステムや電気自動車用の電源として技術開発が急速に進められている。特に近年は、高分子電解質形燃料電池の実用化に向けて、耐久性の向上、十分な電池性能の発揮を図ることを目的とした様々な検討が行われている。 A polymer electrolyte fuel cell is a system that converts chemical energy into electric power and heat simultaneously by electrochemically reacting a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen such as air. Polymer electrolyte fuel cells have been rapidly developed as a power source for household cogeneration systems and electric vehicles, with the improvement of energy problems and global environmental problems. Particularly in recent years, various studies have been conducted for the purpose of improving durability and exhibiting sufficient battery performance toward the practical application of polymer electrolyte fuel cells.
一般的に、プロトン伝導性を有する高分子電解質を用いた従来の高分子電解質形燃料電池は、高分子電解質膜の両面に、電極触媒を導電性の炭素粉末に担持させて得られる触媒担持カーボンと、水素イオン伝導性を有する高分子電解質と、を含む触媒層を少なくとも備えている。電極触媒としては、白金または白金合金が用いられている。そして、触媒層の外面には、通気性及び電子伝導性を併せもつガス拡散層(撥水処理を施したカーボンペーパーなど)が配置されている。触媒層とガス拡散層の組み合わせによりガス拡散電極、即ち、アノードまたはカソードが構成される。 Generally, a conventional polymer electrolyte fuel cell using a proton conductive polymer electrolyte is a catalyst-supported carbon obtained by supporting an electrode catalyst on a conductive carbon powder on both sides of a polymer electrolyte membrane. And a catalyst layer including a polymer electrolyte having hydrogen ion conductivity. Platinum or a platinum alloy is used as the electrode catalyst. A gas diffusion layer (such as carbon paper subjected to water repellent treatment) having both air permeability and electron conductivity is disposed on the outer surface of the catalyst layer. The combination of the catalyst layer and the gas diffusion layer constitutes a gas diffusion electrode, that is, an anode or a cathode.
高分子電解質形燃料電池、特にコジェネレーションシステムの電源として用いられる定置用の高分子電解質形燃料電池のアノードに送られる燃料ガスには、天然ガスを脱硫処理し、水蒸気改質反応により得られる一酸化炭素と水素とを含む混合ガスが用いられている。ところで、一酸化炭素ガスが多く混入した燃料ガスがアノードに供給されると、一酸化炭素がアノードの白金触媒上に強く吸着されるため、水素が触媒に吸着しにくくなってアノードの電極特性が低下するという触媒被毒現象が発生する。 The fuel gas sent to the anode of a polymer electrolyte fuel cell, particularly a stationary polymer electrolyte fuel cell used as a power source for a cogeneration system, is obtained by desulfurizing natural gas and obtained by a steam reforming reaction. A mixed gas containing carbon oxide and hydrogen is used. By the way, when fuel gas mixed with a large amount of carbon monoxide gas is supplied to the anode, carbon monoxide is strongly adsorbed on the platinum catalyst of the anode, so that hydrogen is difficult to adsorb on the catalyst, and the electrode characteristics of the anode are reduced. The catalyst poisoning phenomenon of decreasing occurs.
ここで、燃料ガスに一酸化炭素が混入した場合であっても、一酸化炭素によるアノードの電極特性の低下を抑制できる一酸化炭素に対する良好な耐久性を持つ触媒が要求されており、従来から、PtRu触媒を用いる技術が検討されていた(非特許文献1参照)。 Here, even when carbon monoxide is mixed into the fuel gas, a catalyst having good durability against carbon monoxide that can suppress the deterioration of the electrode characteristics of the anode due to carbon monoxide has been demanded. A technique using a PtRu catalyst has been studied (see Non-Patent Document 1).
これらのPtRu触媒は、通常、表面積の大きなカーボン材料に微粒子として担持したものが使用され、例えば水素雰囲気下で280℃の熱処理を行って合成される(非特許文献2参照)。
しかしながら、上述の従来技術における熱処理方法で形成されたPtRu触媒を含むアノード触媒層を有する高分子電解質形燃料電池であっても、高分子電解質膜の分解劣化の抑制を意図して、触媒層のカーボン量を低減する場合(特にカーボン担体を無くする場合)の一酸化炭素に対する良好な耐久性、更には良好な発電特性を併有する高分子電解質形燃料電池を提供する観点からは未だ改善の余地があった。 However, even in a polymer electrolyte fuel cell having an anode catalyst layer containing a PtRu catalyst formed by the above-described heat treatment method in the prior art, in order to suppress degradation and degradation of the polymer electrolyte membrane, From the viewpoint of providing a polymer electrolyte fuel cell having good durability against carbon monoxide and further good power generation characteristics when reducing the amount of carbon (especially when eliminating the carbon support), there is still room for improvement. was there.
具体的に説明すると、高分子電解質膜の分解劣化の原因の一つである過酸化物の生成反応がカーボン粉末上で主として進行し、特に燃料電池稼動時の電位が低いアノード極においては過酸化水素などの過酸化物がより発生しやすいため、高分子電解質膜及び膜電極接合体の耐久性に大きく影響を与えている。これに対し、高分子電解質膜の分解劣化の抑制を意図して、アノード触媒としてPtRu黒などのPtRu触媒を用いた場合、又はカーボンに担持されたPtRu粒子の担持率が高い割合の触媒においては、熱処理を行うことによって、Pt粒子同士、Ru粒子同士、またはPt粒子とRu粒子同士が結合して粒径が増大してしまい、アノード電極特性が低下することがあり、未だ改善の余地があった。 More specifically, the peroxide generation reaction, which is one of the causes of degradation of the polymer electrolyte membrane, proceeds mainly on the carbon powder, and particularly at the anode electrode where the potential when the fuel cell is operating is low. Since peroxides such as hydrogen are more likely to be generated, the durability of the polymer electrolyte membrane and the membrane electrode assembly is greatly affected. On the other hand, in the case of using a PtRu catalyst such as PtRu black as an anode catalyst with the intention of suppressing decomposition degradation of the polymer electrolyte membrane, or in a catalyst having a high loading ratio of PtRu particles supported on carbon. By performing the heat treatment, the Pt particles, the Ru particles, or the Pt particles and the Ru particles may be combined to increase the particle size, and the anode electrode characteristics may be deteriorated. There is still room for improvement. It was.
本発明は、以上の観点に鑑みてなされたものであり、アノードの触媒層のカーボン担体を低減する場合(特にカーボン担体を無くする場合)であっても、一酸化炭素に対する良好な耐久性と、良好な電極特性を得ることのできるアノードを備えた膜電極接合体を容易かつ確実に得ることのできる膜電極接合体の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記の本発明の膜電極接合体の製造方法により形成される、一酸化炭素に対する良好な耐久性と良好な発電特性とを併有する膜電極接合体を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、上記の本発明の膜電極接合体を備えており、一酸化炭素に対する良好な耐久性と良好な発電特性とを併有する高分子電解質形燃料電池を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above viewpoint. Even when the carbon support of the catalyst layer of the anode is reduced (particularly when the carbon support is eliminated), it has good durability against carbon monoxide. Another object of the present invention is to provide a method for producing a membrane / electrode assembly, which can easily and reliably obtain a membrane / electrode assembly including an anode capable of obtaining good electrode characteristics.
Another object of the present invention is to provide a membrane / electrode assembly that is formed by the method for producing a membrane / electrode assembly of the present invention and that has both good durability against carbon monoxide and good power generation characteristics. And
Another object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell comprising the membrane electrode assembly of the present invention as described above and having both good durability against carbon monoxide and good power generation characteristics. To do.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、膜電極接合体を製造する際、膜電極接合体のアノードに以下に示す酸化処理を少なくとも施すことが、上記目的を達成する上で極めて有効であることを見出し、本発明に達した。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors achieve at least the following oxidation treatment on the anode of the membrane electrode assembly when producing the membrane electrode assembly. And the present invention has been reached.
すなわち、本発明は、
Pt及びRuを構成元素として含む微粒子を電極触媒として含むアノードを有する膜電極接合体を製造する第1工程と、
アノードの電位を+0.98Vvs.SHE以上の電位に保持する第2工程と、を含むこと、
を特徴とする膜電極接合体の製造方法を提供する。
That is, the present invention
A first step of producing a membrane electrode assembly having an anode containing fine particles containing Pt and Ru as constituent elements as an electrode catalyst;
The anode potential was set to +0.98 Vvs. A second step of maintaining the potential at SHE or higher,
A method for producing a membrane electrode assembly is provided.
以上のように、本発明は、第1工程において膜電極接合体を作製した後、第2工程においてアノード側の電位をPtおよびRuが溶解する電位まで上昇させる処理を行う。 As described above, according to the present invention, after the membrane electrode assembly is produced in the first step, the anode side potential is increased to the potential at which Pt and Ru are dissolved in the second step.
このように、本発明の方法により製造された膜電極接合体においては、従来のような熱処理を行っていないため、熱処理を行うことで金属触媒の粒径が増大することを抑制することができる。しかも、本発明は、膜電極接合体を製造した後に、第2工程でアノードの触媒表面の活性化処理を行うので作業が容易にできる。更に、本発明の第2工程における操作、即ち、電気化学的な電位操作は、温度管理する熱処理よりも容易、かつ高精度で行うことができる。従って、高分子電解質の分解劣化を抑制する観点からアノード触媒層のカーボン担体を低減する場合(特にカーボン担体を無くする場合)であっても、一酸化炭素に対する良好な耐久性と良好な発電特性とを併有する膜電極接合体を容易かつ確実に実現することができる。 Thus, in the membrane electrode assembly manufactured by the method of the present invention, since the conventional heat treatment is not performed, the increase in the particle size of the metal catalyst can be suppressed by performing the heat treatment. . In addition, according to the present invention, after the membrane electrode assembly is manufactured, the activation process of the catalyst surface of the anode is performed in the second step, so that the operation can be facilitated. Furthermore, the operation in the second step of the present invention, that is, the electrochemical potential operation can be performed more easily and with higher accuracy than the heat treatment for temperature control. Therefore, good durability against carbon monoxide and good power generation characteristics even when the carbon support of the anode catalyst layer is reduced (especially when the carbon support is eliminated) from the viewpoint of suppressing decomposition degradation of the polymer electrolyte. Can be realized easily and reliably.
ここで、本発明において「Pt及びRuを構成元素として含む微粒子」とは、(i)P
t微粒子とRu微粒子との混合物からなる粒子、(ii)PtとRuとの合金からなる粒子
、及び(iii)(i)と(ii)の混合物、のうちの少なくとも一種である。なお、上記の粒
子の粒径については本発明の効果が得られる範囲であれば特に限定されるものではないが、本発明の効果をより確実に得る観点から10nm以下であることが好ましい。
Here, in the present invention, “fine particles containing Pt and Ru as constituent elements” means (i) P
It is at least one of particles made of a mixture of t fine particles and Ru fine particles, (ii) particles made of an alloy of Pt and Ru, and (iii) a mixture of (i) and (ii). The particle size of the particles is not particularly limited as long as the effect of the present invention is obtained, but is preferably 10 nm or less from the viewpoint of obtaining the effect of the present invention more reliably.
上述の本発明の効果が得られる詳細なメカニズムについては、明確には解明されていないが、本発明者らは以下のように推察している。 The detailed mechanism by which the above-described effects of the present invention can be obtained has not been clearly clarified, but the present inventors presume as follows.
以下に、酸化還元電位対が、RuとRu酸化物、PtとPt酸化物である標準酸化還元電位を示す。 Hereinafter, standard redox potentials in which the redox potential pair is Ru and Ru oxide, and Pt and Pt oxide are shown.
RuO2+4H++4e-→Ru+2H2O +0.68V・・・(1)
RuO4+4H++4e-→RuO2+2H2O +1.387V・・・(2)
PtO2+2H++2e-→PtO+H2O +1.045V・・・(3)
PtO+2H++2e-→Pt+H2O +0.98V・・・(4)
RuO 2 + 4H + + 4e − → Ru + 2H 2 O +0.68 V (1)
RuO 4 + 4H + + 4e − → RuO 2 + 2H 2 O +1.387 V (2)
PtO 2 + 2H + + 2e − → PtO + H 2 O + 1.045V (3)
PtO + 2H + + 2e − → Pt + H 2 O +0.98 V (4)
実際の酸化還元電位は、酸化還元反応時の温度、還元体及び酸化体の濃度活量により多少変動するが、上記式(1)で示されるようにPt及びRuを構成元素として含む微粒子(触媒)の表面のRuの溶解は+0.68Vvs.SHE(「SHE」は、標準水素電極を示す)以上の電位(+側の電位)から多くなり、上記式(4)で示されるようにPt及びRuを構成元素として含む微粒子(触媒)の表面のPtの溶解は+0.98Vvs.SHE以上の電位(+側の電位)から多くなる。 The actual oxidation-reduction potential varies somewhat depending on the temperature during the oxidation-reduction reaction, the concentration activity of the reductant and the oxidant, but fine particles (catalyst containing Pt and Ru as constituent elements as shown in the above formula (1). ) Surface Ru dissolution was +0.68 Vvs. Surfaces of fine particles (catalysts) that increase from a potential higher than SHE (“SHE” indicates a standard hydrogen electrode) (positive potential) and contain Pt and Ru as constituent elements as shown in the above formula (4) Dissolution of Pt was +0.98 Vvs. The potential increases from the potential above SHE (the potential on the + side).
従って、ポテンショスタットなどの電位掃引手段を用い、電位掃引を行うことにより、アノード電位を+0.98Vvs.SHE以上に上昇させると、Pt及びRuを構成元素として含む微粒子(触媒)の表面のPtおよびRu両方の溶解を起こさせることができるようになる。アノードの高電位保持の時間と電位を最適な条件に調整すると、PtとRuを触媒表面上に再析出させることができる。ここで、PtとRuの溶解析出を行うことにより、触媒表面において、一酸化炭素の吸着がより起こりにくく、かつ良好な電極反応特性を得ることができる、PtとRuからなる良好な触媒の表面(例えばPt原子のそばにRu原子が存在するようなPtとRuの配列状態が実現できる表面)が形成されるようになると考えている。 Therefore, by performing a potential sweep using a potential sweep means such as a potentiostat, the anode potential is set to +0.98 Vvs. If the temperature is raised to be higher than SHE, both Pt and Ru on the surface of fine particles (catalyst) containing Pt and Ru as constituent elements can be dissolved. Pt and Ru can be reprecipitated on the catalyst surface by adjusting the anode holding time and potential to the optimum conditions. Here, by carrying out dissolution and precipitation of Pt and Ru, adsorption of carbon monoxide is less likely to occur on the catalyst surface, and good electrode reaction characteristics can be obtained. (For example, a surface on which an arrangement state of Pt and Ru in which Ru atoms exist beside Pt atoms) can be formed.
なお、本発明における第2工程において、「アノードの電位を+0.98Vvs.SHE以上の電位」をE1とする場合、製造作業を容易とする観点から、カソードに水素ガスを流して参照電極とし、このカソード(参照電極)に対するアノードの電位を上記E1に調整しても良い。この場合、カソード(参照電極)の電位は、厳密には理論上のSHEとは完全に一致していないが、この場合であっても本発明の効果が得られることを本発明者らは確認している(後述の実施例参照)。 In the second step of the present invention, when “the potential of the anode is +0.98 Vvs. SHE or higher” is E1, from the viewpoint of facilitating the manufacturing work, hydrogen gas is flowed to the cathode as a reference electrode. The potential of the anode with respect to the cathode (reference electrode) may be adjusted to E1. In this case, strictly speaking, the potential of the cathode (reference electrode) does not completely match the theoretical SHE, but the present inventors have confirmed that even in this case, the effect of the present invention can be obtained. (Refer to Examples described later).
また、本発明は上記第2工程の後、アノードの電位を+0.68Vvs.SHE以下の電位に保持する第3工程を更に含むこと、を特徴とする膜電極接合体の製造方法を提供する。 In the present invention, after the second step, the anode potential is set to +0.68 Vvs. There is further provided a method for producing a membrane electrode assembly, further comprising a third step of maintaining the potential at SHE or lower.
この第3工程を更に設けることにより、第2工程で触媒表面から溶解させたPtおよびRuの触媒表面への再析出をより確実に行うことができ、先に述べた良好な触媒表面をより確実に形成できるようになる。本発明者らは、この第3工程により、触媒表面におけるPtとRuの再配列を更に確実に行わせて、より一酸化炭素の吸着が起こりにくい表面状態に変化させることができると考えている。 By further providing this third step, Pt and Ru dissolved from the catalyst surface in the second step can be more reliably re-deposited on the catalyst surface, and the good catalyst surface described above can be more reliably obtained. Can be formed. The present inventors believe that, by this third step, rearrangement of Pt and Ru on the catalyst surface can be performed more reliably, and the surface state can be changed to a state where adsorption of carbon monoxide is less likely to occur. .
更に、本発明は、上記第2工程と上記第3工程を繰り返すことを特徴とする膜電極接合体の製造方法を提供する。 Furthermore, this invention provides the manufacturing method of the membrane electrode assembly characterized by repeating the said 2nd process and the said 3rd process.
このように第2工程と第3工程とを繰り返すことにより、第2工程で触媒表面から溶解したPtとRuが触媒層の外(膜中やガス拡散層)へ逸散するのをより確実に予防しつつ、先に述べた良好な一酸化炭素に対する耐久性と良好な発電特性とを併有する良好な触媒表面をより確実に、かつより容易に形成することができる。 By repeating the second step and the third step in this way, it is more reliable that Pt and Ru dissolved from the catalyst surface in the second step are dissipated out of the catalyst layer (in the film or in the gas diffusion layer). While preventing, it is possible to more reliably and easily form a good catalyst surface having both the above-mentioned good durability against carbon monoxide and good power generation characteristics.
また、本発明はアノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間に配置される高分子電解質膜と、を有する膜電極接合体であって、上述の本発明の膜電極接合体の製造方法のうちの何れかの製造方法を経て形成されること、を特徴とする膜電極接合体を提供する。 The present invention also relates to a membrane electrode assembly comprising an anode, a cathode, and a polymer electrolyte membrane disposed between the anode and the cathode, and the production of the membrane electrode assembly of the present invention described above. A membrane electrode assembly is provided that is formed through a manufacturing method of any one of the methods.
本発明の膜電極接合体は、先に述べた本発明の膜電極接合体の製造方法を経て作製されるため、アノードの触媒層のカーボン担体を低減する場合(特にカーボン担体を無くする場合)であっても、一酸化炭素に対する良好な耐久性と、良好な電極特性を得ることのできるアノードを備えた膜電極接合体を容易かつ確実に得ることができる。 Since the membrane / electrode assembly of the present invention is produced through the production method of the membrane / electrode assembly of the present invention described above, when the carbon support of the catalyst layer of the anode is reduced (particularly when the carbon support is eliminated). Even so, it is possible to easily and surely obtain a membrane / electrode assembly including an anode capable of obtaining good durability against carbon monoxide and good electrode characteristics.
なお、本発明の膜電極接合体は、本発明の効果が得られるのであれば、即ち、先に述べた良好な触媒表面状態が実現できるのであれば、上述の本発明の膜電極接合体の製造方法以外の方法で製造されるものでも良い。 The membrane / electrode assembly of the present invention can be used in the above-described membrane / electrode assembly of the present invention as long as the effects of the present invention can be obtained, that is, if the above-described good catalyst surface state can be realized. It may be manufactured by a method other than the manufacturing method.
更に、本発明は、先に述べた本発明の膜電極接合体を具備していること、を特徴とする、高分子電解質形燃料電池を提供する。 Furthermore, the present invention provides a polymer electrolyte fuel cell comprising the membrane electrode assembly of the present invention described above.
本発明の高分子電解質形燃料電池は、先に述べた本発明の膜電極接合体を具備しているため、高分子電解質膜の分解劣化を抑制する観点から、アノードの触媒層のカーボン担体を低減する構成とする場合(特にカーボン担体を無くする場合)であっても、一酸化炭素に対する良好な耐久性と、良好な電極特性とを同時に得ることができる。 Since the polymer electrolyte fuel cell of the present invention includes the membrane electrode assembly of the present invention described above, the carbon support of the anode catalyst layer is used from the viewpoint of suppressing decomposition degradation of the polymer electrolyte membrane. Even when the configuration is reduced (especially when the carbon support is eliminated), good durability against carbon monoxide and good electrode characteristics can be obtained at the same time.
本発明によれば、アノードの触媒層のカーボン担体を低減する場合(特にカーボン担体を無くする場合)であっても、一酸化炭素に対する良好な耐久性と、良好な電極特性を得ることのできるアノードを備えた膜電極接合体を容易かつ確実に得ることのできる膜電極接合体の製造方法を提供することができる。
また、本発明の製造方法により、アノードの触媒層のカーボン担体を低減する場合(特にカーボン担体を無くする場合)であっても、一酸化炭素に対する良好な耐久性と良好な発電特性とを併有する膜電極接合体、更には該膜電極接合体を備えた、一酸化炭素に対する良好な耐久性と、良好な発電特性とを併有する高分子電解質形燃料電池を提供することができる。
According to the present invention, even when the carbon support of the anode catalyst layer is reduced (particularly when the carbon support is eliminated), good durability against carbon monoxide and good electrode characteristics can be obtained. It is possible to provide a method for producing a membrane electrode assembly capable of easily and reliably obtaining a membrane electrode assembly including an anode.
Further, even when the carbon support in the anode catalyst layer is reduced (particularly when the carbon support is eliminated) by the production method of the present invention, both good durability against carbon monoxide and good power generation characteristics are obtained. It is possible to provide a polymer electrolyte fuel cell having both a good durability against carbon monoxide and a good power generation characteristic, and a membrane electrode assembly having the membrane electrode assembly.
以下、本発明の実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することもある。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part, and the overlapping description may be abbreviate | omitted.
[第1実施形態]
図1は、本発明の膜電極接合体の第1実施形態(本発明の製造方法により製造される膜電極接合体)と、これを備えた単電池の基本構成の一例(本発明の高分子電解質形燃料電池の第1実施形態)を示す概略断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a first embodiment of a membrane / electrode assembly of the present invention (membrane / electrode assembly produced by the production method of the present invention) and an example of a basic configuration of a unit cell having the same (polymer of the present invention). 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of an electrolyte fuel cell.
図1に示す単電池10は、主として膜電極接合体9と、膜電極接合体9のアノード1Aの周囲に配置されるガスケット6aと、膜電極接合体9のカソード1Cの周囲に配置されるガスケット6cと、膜電極接合体9の両側に配置されるセパレーター4a及びセパレーター4cと、セパレーター4aの外側に配置される集電板7aと、セパレーター4cの外側に配置される集電板7cと、から構成されている。
1 includes a
まず、膜電極接合体9について説明する。図1に示すように、膜電極接合体9は、アノード1Aと、カソード1Cと、これらアノード1Aとカソード1Cとの間に配置される高分子電解質膜1と、から構成されている。
First, the
高分子電解質膜1は、固体電解質であり、水素イオンを選択的に輸送する水素イオン伝導性を有する。発電中の膜電極接合体9では、アノード1Aで生成する水素イオンは、この高分子電解質膜1中をカソード1Cに向けて移動する。
The
高分子電解質膜1としては、特に限定されるものではなく、通常の固体高分子形燃料電池に搭載される高分子電解質膜を使用することができる。例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸からなる高分子電解質膜(例えば、米国DuPont社製のNafion(商品名)、旭硝子(株)製のFlemion(商品名)およびAciplex(商品名)、ジャパンゴアテックス(株)製のGSIIなど)を使用することができる。
The
高分子電解質膜1の陽イオン交換基としては、スルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基、及びスルホンイミド基を有するものが好ましくあげられる。プロトン伝導性の観点から、高分子電解質膜1はスルホン酸基を有するものが特に好ましい。
Preferred examples of the cation exchange group of the
スルホン酸基を有する高分子電解質膜を構成する樹脂としては、イオン交換容量が0.5〜1.5meq/g乾燥樹脂であることが好ましい。高分子電解質膜のイオン交換容量が0.5meq/g乾燥樹脂以上であると、発電時における高分子電解質膜の抵抗値の上昇をより十分に低減できるので好ましく、イオン交換容量が1.5meq/g乾燥樹脂以下であると、高分子電解質膜の含水率を適当に保ちつつ、触媒層中の良好なガス拡散特性を十分に確保しやすいため好ましい。以上と同様の観点から、イオン交換容量は0.8〜1.2meq/g乾燥樹脂が特に好ましい。 The resin constituting the polymer electrolyte membrane having a sulfonic acid group is preferably a dry resin having an ion exchange capacity of 0.5 to 1.5 meq / g. It is preferable that the ion exchange capacity of the polymer electrolyte membrane is 0.5 meq / g dry resin or more because an increase in the resistance value of the polymer electrolyte membrane during power generation can be more sufficiently reduced, and the ion exchange capacity is 1.5 meq / g. It is preferable that it is less than g dry resin, since it is easy to sufficiently ensure good gas diffusion characteristics in the catalyst layer while keeping the moisture content of the polymer electrolyte membrane appropriately. From the same viewpoint as described above, the ion exchange capacity is particularly preferably 0.8 to 1.2 meq / g dry resin.
高分子電解質としては、CF2=CF−(OCF2CFX)m−Op−(CF2)n−SO3Hで表されるパーフルオロビニル化合物(mは0〜3の整数を示し、nは1〜12の整数を示し、pは0または1を示し、Xはフッ素原子またはトリフルオロメチル基を示す。)に基づく重合単位と、テトラフルオロエチレンに基づく重合単位とを含む共重合体であることが好ましい。 As the polymer electrolyte, CF 2 = CF- (OCF 2 CFX) m-Op- (CF 2) a perfluorovinyl compound represented by the n-SO 3 H (m is an integer of 0 to 3, n is 1 represents an integer of 1 to 12, p represents 0 or 1, and X represents a fluorine atom or a trifluoromethyl group.) And a copolymer comprising a polymer unit based on tetrafluoroethylene It is preferable.
上記フルオロビニル化合物の好ましい例としては、下記式(5)〜(7)で表される化
合物が挙げられる。ただし、下記式中、qは1〜8の整数、rは1〜8の整数、tは1〜
3の整数を示す。
CF2=CFO(CF2)q−SO3H ・・・(5)
CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF2)r−SO3H ・・・(6)
CF2=CF(OCF2CF(CF3))tO(CF2)2−SO3H ・・・(7)
Preferable examples of the fluorovinyl compound include compounds represented by the following formulas (5) to (7). However, in the following formula, q is an integer of 1 to 8, r is an integer of 1 to 8, and t is 1 to 8.
An integer of 3 is shown.
CF 2 = CFO (CF 2) q-SO 3 H ··· (5)
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3) O (CF 2) r-SO 3 H ··· (6)
CF 2 = CF (OCF 2 CF (CF 3)) tO (CF 2) 2 -SO 3 H ··· (7)
また、高分子電解質膜1は、一種または複数種の高分子電解質で構成されていてもよい。
The
高分子電解質膜1は、十分な機械的強度を確保する観点から、内部に水素イオン伝導を確保できる状態で配置される補強体(充填材)を含んでいてもよい。このような補強体を構成する材料としては、例えばポリテトラフルオルエチレンまたはポリフルオロアルコキシエチレンが挙げられる。上記補強体としては、その内部に高分子電解質(水素イオン伝導性を有するもの)を充填可能な孔を有する多孔体またはフィブリル状の繊維からなるものなどが挙げられる。
The
なお、フィブリル状の繊維とは、表面に存在するフィブリル(小繊維)が毛羽立ちささくれた状態(フィブリル化した状態)となっている繊維をいい、各フィブリルの間に微細な空気溝(孔)が形成されている繊維をいう。例えば、セルロース系繊維はすべて、フィブリルが多数集まった束であり、各フィブリルの間には微細な空気溝(孔)がある。 Fibril-like fibers are fibers in which fibrils (small fibers) existing on the surface are fluffed (fibrillated), and there are fine air grooves (holes) between each fibril. It refers to the fibers that are formed. For example, all cellulosic fibers are bundles of many fibrils, and there are fine air grooves (holes) between the fibrils.
カソード1Cは、主として、高分子電解質膜1の片側に配置されているカソード触媒層2cと、更にカソード触媒層2cの外側に配置されているカソード拡散層3cと、から構成されている。
The
カソード触媒層2cの構成は、本発明の効果を得られるものであれば特に限定されず、公知の燃料電池に搭載されているガス拡散電極の触媒層と同様の構成を有していても良い。例えば、カソード触媒層2cの構成としては、電極触媒が担持された導電性炭素粒子と、陽イオン(水素イオン)伝導性を有する高分子電解質とを含む構成を有していてもよく、更に、ポリテトラフルオロエチレンなどの撥水材料を含む構成を有していてもよい。尚、高分子電解質としては、上述した高分子電解質膜1の構成材料と同種のものを使用してもよく異なる種類のものを使用してもよい。高分子電解質としては、高分子電解質膜1の構成材料として記載したものを使用することができる。
The configuration of the
上記のカソード電極触媒は、金属粒子(例えば貴金属からなる金属粒子)からなり、導電性炭素粒子(粉末)に担持されて用いられる。当該金属粒子は、特に限定されず種々の金属を使用することができるが、電極反応活性の観点ら、白金、金、銀、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、クロム、鉄、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ケイ素、亜鉛およびスズからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。 The cathode electrode catalyst is made of metal particles (for example, metal particles made of a noble metal) and used by being supported on conductive carbon particles (powder). The metal particles are not particularly limited and various metals can be used, but from the viewpoint of electrode reaction activity, platinum, gold, silver, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, chromium, iron, titanium, manganese It is preferably at least one selected from the group consisting of cobalt, nickel, molybdenum, tungsten, aluminum, silicon, zinc and tin.
また、電極触媒の粒子は平均粒径1〜5nmであることがより好ましい。平均粒径1nm以上の電極触媒は工業的に調製が容易であるため好ましく、また、5nm以下であると、電極触媒質量あたりの活性をより十分に確保しやすくなるため、燃料電池のコストダウンにつながり好ましい。 The electrode catalyst particles more preferably have an average particle size of 1 to 5 nm. An electrode catalyst having an average particle diameter of 1 nm or more is preferable because it is easy to prepare industrially, and if it is 5 nm or less, the activity per mass of the electrode catalyst is more easily secured, thereby reducing the cost of the fuel cell. Connection is preferable.
上記の導電性炭素粒子は比表面積が50〜1500m2/gであることが好ましい。比表面積が50m2/g以上であると、電極触媒の担持率を上げることが容易であり、得られたカソード触媒層2cの出力特性をより十分に確保できることから好ましく、比表面積が1500m2/g以下であると、十分な大きさの細孔をより容易に確保できるようになりかつ高分子電解質による被覆がより容易となり、カソード触媒層2cの出力特性をより十分に確保できることから好ましい。上記と同様の観点から、比表面積は200〜900m2/gが特に好ましい。
The conductive carbon particles preferably have a specific surface area of 50 to 1500 m 2 / g. If the specific surface area is 50 m 2 / g or more, it is easy to increase the supporting rate of the electrode catalyst, preferably because it can more sufficiently ensure the output characteristics of the resulting
また、導電性炭素粒子は、その平均粒径が0.1〜1.0μmであることが好ましい。0.1μm以上であると、カソード触媒層2c中のガス拡散性をより十分に確保し易くなり、フラッディングをより確実に防止できるようになるため好ましい。また、導電性炭素粒子の平均粒径が1.0μm以下であると、高分子電解質による電極触媒の被覆状態をより容易に良好な状態とし易くなり、高分子電解質による電極触媒の被覆面積をより十分に確保し易くなるため、十分な電極性能をより確保し易くなり好ましい。
The conductive carbon particles preferably have an average particle size of 0.1 to 1.0 μm. When the thickness is 0.1 μm or more, gas diffusion in the
カソードガス拡散層3cとしては、ガス透過性を持たせるために、高表面積のカーボン微粉末、造孔材、カーボンペーパーまたはカーボンクロスなどを用いて作製された、多孔質構造を有する導電性基材を用いてもよい。また、十分な排水性を得る観点から、フッ素樹脂を代表とする撥水性高分子などをカソードガス拡散層3cの中に分散させてもよい。さらに、十分な電子伝導性を得る観点から、カーボン繊維、金属繊維またはカーボン微粉末などの電子伝導性材料でカソードガス拡散層3cを構成してもよい。
As the cathode
アノード1Aは、主として、高分子電解質膜1の他方の片側に配置されているアノード触媒層2aと、更にアノード触媒層2aの外側に配置されているアノードガス拡散層3aと、から構成されている。
The
アノード触媒層2aは、電極触媒をカーボン粉末に担持させて得られる触媒担持カーボンと、水素イオン伝導性を有する高分子電解質とを含む構成を有している。上述のアノード電極触媒は、一酸化炭素に対する良好な耐久性を持たせるため、Pt及びRuを構成元素として含む微粒子を用いる。更に、アノード触媒層2aは、過酸化物による高分子電解質膜の分解劣化の抑制を意図する観点から、アノード触媒層2aに含まれるカーボン担体を低減するのが好ましく、カーボン担体が含まれない構成とするのがより好ましい。ここで、上述の図1に示すアノード触媒層2aに含まれているPt及びRuを構成元素として含む微粒子は、一酸化炭素の吸着が起こりにくい触媒表面状態(例えばPt原子のそばにRu原子が存在するようなPtとRuの配列状態)を有している。この良好な触媒表面は後述する本発明の製造方法の第1実施形態等を好ましく採用することにより形成することができる。
The
上述のアノード触媒層2aに含まれている「Pt及びRuを構成元素として含む微粒子」は、具体的に(i)Pt微粒子とRu微粒子との混合物からなる粒子、(ii)PtとR
uとの合金からなる粒子、及び(iii)(i)と(ii)の混合物、のうちの少なくとも一種
から構成されている。なお、上記の粒子の粒径については本発明の効果が得られる範囲であれば特に限定されるものではないが、本発明の効果をより確実に得る観点から10nm以下であることが好ましく、1〜5nmであることがより好ましい。平均粒径1nm以上の電極触媒は工業的に調製が容易であるため好ましく、また、5nm以下であると、電極触媒質量あたりの活性をより十分に確保しやすくなるため、燃料電池のコストダウンにつながり好ましい。
Specifically, “fine particles containing Pt and Ru as constituent elements” included in the
It is comprised from the particle | grains which consist of an alloy with u, and at least 1 type of the mixture of (iii) (i) and (ii). The particle size of the particles is not particularly limited as long as the effect of the present invention can be obtained, but is preferably 10 nm or less from the viewpoint of obtaining the effect of the present invention more reliably. More preferably, it is ˜5 nm. An electrode catalyst having an average particle diameter of 1 nm or more is preferable because it is easy to prepare industrially, and if it is 5 nm or less, the activity per mass of the electrode catalyst is more easily secured, thereby reducing the cost of the fuel cell. Connection is preferable.
アノードガス拡散層3aの構成は、本発明の効果を得られるものであれば特に限定されず、公知の燃料電池に搭載されているガス拡散電極のガス拡散層と同様の構成を有していてもよい。例えば、先に述べたカソードガス拡散層3cと同一の構成を有していても良い。
また、アノードガス拡散層3aの構成及びカソードガス拡散層3cの構成は、同一であってもよく、異なっていてもよい。
The configuration of the anode
The configuration of the anode
膜電極接合体9の外側には、膜電極接合体9を機械的に固定するための一対のセパレーター4a及びセパレーター4cが配置されている。セパレーター4aの、膜電極接合体9のガス拡散層3aに接触する内面には、燃料ガスを膜電極接合体9に供給し、かつ、電極反応生成物、未反応の反応ガスを含むガスを反応場から膜電極接合体9の外部に運び去るためのガス流路5aが形成されている。また、セパレーター4cの、膜電極接合体9のガス拡散層3cに接触する内面には、酸化剤ガスを膜電極接合体9に供給し、かつ、電極反応生成物、未反応の反応ガスを含むガスを反応場から膜電極接合体9の外部に運び去るためのガス流路5cが形成されている。
A pair of
ガス流路5a、5cはセパレーター4a及びセパレーター4cとは別に設けることもできるが、図1の燃料電池10においては、セパレーター4aの内面及びセパレーター4cの内面に設けられた溝からなるガス流路5a、5cを有する構成が採用されている。
The
また、セパレーター4aは、膜電極接合体9と反対の側の外面に、切削加工などにより設けられた溝からなる冷却水流路(図示せず)が形成された構成を有していてもよい。更に、セパレーター4cも、膜電極接合体9と反対の側の外面に、切削加工などにより設けられた溝からなる冷却水流路(図示せず)が形成された構成を有していてもよい。
The
更に、図1で示したように、一対のセパレーター4a、4cの外側にそれぞれ銅に金メッキをした金属板を用い、セパレーターから集電する役割を持つ集電板7a、7cを設けることでもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 1,
このように、1対のセパレーター4a及びセパレーター4cの間に膜電極接合体9を固定し、例えば、セパレーター4aのガス流路5aに燃料ガスを供給し、セパレーター4cのガス流路5cに酸化剤ガスを供給することで、数十から数百mA/cm2の実用電流密度通電時において一つの燃料電池10で0.7〜0.8V程度の起電力を発生させることができる。ただし、通常、高分子電解質形燃料電池を電源として使うときは、数ボルトから数百ボルトの電圧が必要とされるため、実際には、燃料電池10を必要とする個数だけ直列に連結し、いわゆるスタック(図示せず)として使用する。例えば、複数の燃料電池10を積層した積層体を、対向配置された2枚のエンドプレートの間に配置し、締結した状態をしたスタックとして使用する。
In this way, the
次に、図2を用いて、図1に示した単電池10の製造方法(本発明の膜電極接合体の製造方法の第1実施形態)について説明する。図2は、図1に示した単電池10の製造方法の一例を示す工程図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、Pt及びRuを構成元素として含む微粒子を電極触媒として用いるアノードを有する膜電極接合体を製造する第1工程について説明する。この第1工程は、公知の薄膜製造技術を用いた膜電極接合体の製造方法を採用することができる。例えば、カソード触媒層2cは、以下に例示するカソード触媒層形成用ペーストを調製し、これを用いて形成することができる。即ち、例えばPtを50wt%担持したカーボン粒子を触媒として、これに陽イオン交換樹脂溶液、例えば高分子電解質膜1と同質のフッ素系スルホン酸高分子樹脂溶液(例えば当該樹脂の固形分10wt%をエタノール、水の混合溶液に配合した溶液)に徐々に加え、触媒の単位面積当たりの樹脂固形分が、例えば2mg/m2相当となるまでPtを担持したカーボン粒子を混合し、カソード触媒層形成用のペーストにする。
First, the first step of manufacturing a membrane electrode assembly having an anode using fine particles containing Pt and Ru as constituent elements as an electrode catalyst will be described. In this first step, a method of manufacturing a membrane electrode assembly using a known thin film manufacturing technique can be employed. For example, the
カソード触媒層形成用ペーストに含有させる陽イオン交換樹脂溶液の量は、カーボン粒子の比表面積、細孔サイズ、分散性により変化する。比表面積が大きいほど、分散性がいいほど、樹脂量は多くなる。例えば、樹脂が進入することができないほど小さな細孔によって比表面積が大きくなっている場合に最適樹脂量は少なくなる。例えば、ケッチェンブラックの場合、単位g当たりの最適樹脂量は1.4g/gである。また、使用するカーボンの種類は結晶化、グラファイト化したものであれば、カーボンの酸化を抑制することができ、より望ましい。 The amount of the cation exchange resin solution contained in the cathode catalyst layer forming paste varies depending on the specific surface area, pore size, and dispersibility of the carbon particles. The greater the specific surface area and the better the dispersibility, the greater the amount of resin. For example, the optimum resin amount decreases when the specific surface area is large due to pores that are so small that the resin cannot enter. For example, in the case of ketjen black, the optimum resin amount per unit g is 1.4 g / g. Further, if the type of carbon used is crystallized or graphitized, it is more desirable because it can suppress the oxidation of carbon.
アノード触媒層2aは、以下に例示するアノード触媒層形成用ペーストを調整し、これを用いて形成することができる。アノード触媒層形成用ペーストは、アノード電極触媒をカーボン粉末に担持させた触媒担持カーボンを用いる場合は、上記のPtを担持したカーボン粒子の代わりに、Pt及びRuを構成元素として含む微粒子を担持したカーボン粒子を用いる以外は、先に述べたカソード触媒層形成用ペーストと同様の方法で調製すればよい。
The
また、触媒担体となるカーボン粉末を入れない構成とする場合は、上記のPtを担持したカーボン粒子の代わりに、Pt及びRuを構成元素として含む微粒子を用いる以外は、先に述べたカソード触媒層形成用ペーストと同様な方法を用いて調製すれば良い。 In the case where the carbon powder as the catalyst carrier is not contained, the cathode catalyst layer described above is used except that fine particles containing Pt and Ru as constituent elements are used instead of the carbon particles supporting Pt. What is necessary is just to prepare using the method similar to the paste for formation.
より詳しくは、電極触媒としてのPt及びRuを構成元素として含む微粒子をカーボンに担持させたもの、好ましくは触媒担体となるカーボン粉末を入れずに、Pt及びRuを構成元素として含む微粒子をアノード電極触媒とし、これに陽イオン交換樹脂溶液、例えば高分子電解質膜1と同質のフッ素系スルホン酸高分子樹脂溶液(例えば当該樹脂の固形分10wt%をエタノール、水の混合溶液に配合した溶液)に徐々に加え、調製する。 More specifically, carbon particles supporting fine particles containing Pt and Ru as constituent elements as an electrode catalyst, preferably fine particles containing Pt and Ru as constituent elements, without containing carbon powder as a catalyst carrier, are anode electrodes. As a catalyst, a cation exchange resin solution, for example, a fluorinated sulfonic acid polymer resin solution having the same quality as the polymer electrolyte membrane 1 (for example, a solution in which a solid content of the resin is mixed in a mixed solution of ethanol and water) is used. Add gradually and prepare.
なお、アノード電極触媒をカーボン粉末に担持させた触媒担持カーボンを用いる場合は、アノード触媒層形成用ペーストに含有させる陽イオン交換樹脂溶液の量は、先に述べたカソード触媒層形成用ペーストと同様に用いればよい。 When the catalyst-supported carbon in which the anode electrode catalyst is supported on carbon powder is used, the amount of the cation exchange resin solution contained in the anode catalyst layer forming paste is the same as that of the cathode catalyst layer forming paste described above. Can be used.
次に、先に述べた製造方法により作製されたカソード触媒層形成用ペースト、またはアノード触媒層形成用ペーストを、それぞれPPフィルムにバーコーターにより塗布した後、乾燥させる。乾燥後、所望の電極サイズにカットして、高分子電解質膜にホットプレスにより転写させ、カソード触媒層20c、及びアノード触媒層20aを形成する。触媒層形成方法はこの方法に限定されるものではなく、膜に触媒層ペーストを印刷する方法や、膜に触媒層ペーストをスプレー塗工する方法などでもよい。その時、用いられる高分子電解質膜については、特に限定はなく、先に述べたように、スルホン酸基を有する高分子電解質交換膜を用いることができる。 Next, the cathode catalyst layer forming paste or the anode catalyst layer forming paste prepared by the manufacturing method described above is applied to a PP film with a bar coater and then dried. After drying, it is cut into a desired electrode size and transferred to the polymer electrolyte membrane by hot pressing to form the cathode catalyst layer 20c and the anode catalyst layer 20a. The method for forming the catalyst layer is not limited to this method, and a method for printing the catalyst layer paste on the film, a method for spraying the catalyst layer paste on the film, or the like may be used. At that time, the polymer electrolyte membrane used is not particularly limited, and as described above, a polymer electrolyte exchange membrane having a sulfonic acid group can be used.
更に、従来公知の方法を用いて、図2に示すようにアノード触媒層20aまたはカソード触媒層20cの外側にそれぞれ、ガス拡散層3aと3cを積層させる。また、供給される燃料ガス及び酸化剤ガスの外部へのリーク防止や混合を防止するガスケット6a及びガスケット6cを、カソード1C及びアノード1Aの周囲に高分子電解質膜1を挟んで配置させる。なお、ガスケット6a及びガスケット6cは、カソード1Cまたはアノード1A及び高分子電解質膜1と予め一体化され、これらすべてを組み合わせたものを膜電極接合体9と呼ぶこともある。
Further, gas diffusion layers 3a and 3c are laminated on the outside of the anode catalyst layer 20a or the cathode catalyst layer 20c, respectively, as shown in FIG. 2 using a conventionally known method. Further, a
次に、膜電極接合体9の外側に、図2で示したように、ガスが流れるように溝を設けた一対のセパレーター板4a、4cを配置させ、単電池10を構成する。ここで、一対のセパレーター4a、4cの外側にはそれぞれ集電板7a、7cを設ける。なお、これらの7a、7cは設けることでもよいが、なくてもよい。
Next, as shown in FIG. 2, a pair of
次に、図2を用いて、アノード電位を+0.98Vvs.SHE以上の電位(E1)に保持する第2工程の一例について説明する。 Next, the anode potential is set to +0.98 Vvs. An example of the second step of maintaining the potential (E1) equal to or higher than SHE will be described.
図2に示したように、第2工程においては、上述の製造方法により作製された単電池10に、ポテンショスタット30を接続させ、アノード1Aを作用極、カソード1Cを参照電極とする2極系の電気化学セルを構成する。
As shown in FIG. 2, in the second step, a
具体的には、単電池10のアノード1A(作用極12)に窒素ガスを流し、カソード1C(参照電極11)に水素ガスを流しながら、ポテンショスタット30を用いてカソード1Cの電位に対するアノードの電位を+0.98Vvs.SHE以上の電位E1に保持して、アノード触媒層20aの電極触媒においての表面処理を行う。このとき、上記E1での保持時間は、予備実験などにより適宜好ましく調整することができる。これは、E1をより高く、時間をより長くするほど、アノード触媒としてのPtおよびRuの溶出量は大きくなり、再析出される量も増加するが、PtおよびRuが電極表面にて再析出せずにアノード触媒層20aの外部(例えば高分子電解質膜中、またはガス拡散層中)に逸散してしまい、反応面積が減少し、電圧の低下を引き起こすことを防止する必要があるからである。
Specifically, the potential of the anode with respect to the potential of the
次に、アノードに水素ガス、カソードに酸化剤ガスを含むガスを供給し、通常の発電を行う。これにより、アノードの電位をアノード触媒としてのPtおよびRuの析出電位まで下げることができる。上述の電位処理により第2工程で溶解されたPtおよびRuがPtRu触媒表面上に再析出される。すなわち、先に述べた図1に示す一酸化炭素に対する良好な耐久性を有する良好なアノード触媒表面を容易に形成することができる。 Next, hydrogen gas is supplied to the anode and a gas containing an oxidant gas is supplied to the cathode to perform normal power generation. Thereby, the potential of the anode can be lowered to the deposition potential of Pt and Ru as the anode catalyst. Pt and Ru dissolved in the second step are reprecipitated on the surface of the PtRu catalyst by the above-described potential treatment. That is, it is possible to easily form a good anode catalyst surface having good durability against the carbon monoxide shown in FIG.
[第2実施形態]
次に、本発明の膜電極接合体の第2実施形態、及び本発明の高分子電解質形燃料電池の第2実施形態について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the membrane electrode assembly of the present invention and a second embodiment of the polymer electrolyte fuel cell of the present invention will be described.
この第2実施形態の膜電極接合体、及び高分子電解質形燃料電池は、後述する製造方法を用いて作製されること以外は、図1に示した単電池10と同様の構成を有している。以下、この第2実施形態の製造方法について図2を用いて説明する。
The membrane electrode assembly and the polymer electrolyte fuel cell according to the second embodiment have the same configuration as that of the
まず、第1工程については、先に述べた第1実施形態の単電池10と同様にして膜電極接合体、及び高分子電解質形燃料電池(単電池)を形成する。
First, in the first step, a membrane electrode assembly and a polymer electrolyte fuel cell (unit cell) are formed in the same manner as the
次に、第1実施形態に述べた図2と同様の電気化学セルを構成した後、アノード1A(作用極12)に窒素ガスを流し、カソード1C(参照電極11)に水素ガスを流しながら、ポテンショスタット30を用いてカソード1Cの電位に対するアノードの電位を+0.98Vvs.SHE以上の電位E1に保持する第2工程を行う。
Next, after the electrochemical cell similar to FIG. 2 described in the first embodiment is configured, nitrogen gas is allowed to flow through the
更に、第2工程の後、ポテンショスタット30を用いてカソード1Cの電位に対するアノード電位を+0.68Vvs.SHE以下の電位E2までさげる第3工程を行う。ここで、第3工程の後、ポテンショスタットを用いてカソード1Cの電位に対するアノードの電位を+0.98Vvs.SHE以上の電位E1にあげる第2工程を行うような、第2工程と第3工程とを繰り返すサイクル操作を行っても良い。
Further, after the second step, the anode potential with respect to the potential of the
この時、設定電位、第2工程と第3工程とを繰り返す回数については、E1電位をより大きくするほど、サイクル回数が多いほどPtおよびRuの溶出量は大きくなり、再析出される量も増加する。しかし、PtおよびRuが電極表面にて再析出せずにアノード触媒層20aの外部(例えば高分子電解質膜中、またはガス拡散層中)に逸散してしまい、反応面積が減少し、電圧の低下を引き起こすことを防止する観点から、上限電位、または第2工程と第3工程とを繰り返す回数を予備実験などにより適切に設定することが好ましい。また、掃引スピードについても、PtおよびRuの溶解量、PtおよびRuの再析出状態を考慮して、予備実験などにより適切に設定することが好ましい。 At this time, regarding the set potential and the number of times of repeating the second step and the third step, the greater the E1 potential, the greater the number of cycles, the greater the elution amount of Pt and Ru, and the greater the amount of reprecipitation. To do. However, Pt and Ru do not reprecipitate on the electrode surface, but dissipate outside the anode catalyst layer 20a (for example, in the polymer electrolyte membrane or in the gas diffusion layer), reducing the reaction area, From the viewpoint of preventing the decrease, it is preferable to appropriately set the upper limit potential or the number of times of repeating the second step and the third step by a preliminary experiment or the like. Also, the sweep speed is preferably set appropriately by a preliminary experiment or the like in consideration of the dissolved amount of Pt and Ru and the reprecipitation state of Pt and Ru.
本実施形態によれば、アノードの触媒層のカーボン担体を低減する場合(特にカーボン担体を無くする場合)であっても、一酸化炭素に対する良好な耐久性を有する良好なアノード触媒表面をより確実に形成することができる。更には、一酸化炭素に対する良好な耐久性と、良好な電極特性を得ることのできるアノードを備えた膜電極接合体をより容易かつより確実に得ることができる。 According to this embodiment, even when the carbon support of the anode catalyst layer is reduced (especially when the carbon support is eliminated), a good anode catalyst surface having good durability against carbon monoxide is more reliably ensured. Can be formed. Furthermore, it is possible to more easily and more reliably obtain a membrane electrode assembly including an anode capable of obtaining good durability against carbon monoxide and good electrode characteristics.
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment.
例えば、上述の第1実施形態及び第2実施形態において、図1に示したアノードガス拡散層3aとアノード触媒層2aとの間、及び、カソードガス拡散層3cとカソード触媒層2cとの間には、撥水性高分子とカーボン粉末とで構成される撥水カーボン層を設けてもよい。これにより、膜電極接合体における水管理(膜電極接合体の良好な特性維持に必要な水の保持、及び、不必要な水の迅速な排水)をより容易かつより確実に行うことができる。
For example, in the first and second embodiments described above, between the anode
また、本発明の単電池10においては、セパレーター4aの外側に配置される集電板7a、セパレーター4cの外側に配置される集電板7cと、を設けなくても良い。
Moreover, in the
以下、実施例を挙げて本発明について更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited to these Examples at all.
《実施例1》
本実施例では、まず、集電板7a及び集電板7bを設けなかったこと以外は図1に示した高分子電解質形燃料電池の単電池と同様の構成を有する単電池を作製した。
Example 1
In this example, first, a unit cell having the same configuration as the unit cell of the polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. 1 was produced except that the current collector plate 7a and the current collector plate 7b were not provided.
〈第1工程〉
アノード触媒(Pt及びRuを構成元素として含む微粒子)としてPtRu黒{HiSPEC6000:(株)ジョンソンマッセイフュエルセルジャパン社製、Pt/Ru=1(物質量比)、結晶子サイズ2.7nm、比表面積73m2/(PtRu黒1g) }と、陽イオン交換樹脂溶液(アルドリッチ(株)製の「Nafion」)とを用いてアノード触媒層形成用ペーストを調製した。
<First step>
PtRu black {HiSPEC6000: manufactured by Johnson Matthey Fuel Cell Japan, Pt / Ru = 1 (substance ratio), crystallite size 2.7 nm, specific surface area as anode catalyst (fine particles containing Pt and Ru as constituent elements) 73 m 2 / (PtRu black 1 g)} and a cation exchange resin solution (“Nafion” manufactured by Aldrich Co.) were used to prepare an anode catalyst layer forming paste.
次に、カソード触媒として、PtC{HiSPEC8000:(株)ジョンソンマッセイフュエルセルジャパン社製、Pt50wt%、結晶子サイズ3.7nm、比表面積60m2/(PtC1g)}と、陽イオン交換樹脂溶液(旭硝子(株)製の「Flemion」)とを用いて、カソード触媒層形成用ペーストを調製した。 Next, as a cathode catalyst, PtC {HiSPEC 8000: manufactured by Johnson Matthey Fuel Cell Japan, Pt 50 wt%, crystallite size 3.7 nm, specific surface area 60 m 2 / (PtC1 g)} and a cation exchange resin solution (Asahi Glass) The cathode catalyst layer forming paste was prepared using “Flemion” manufactured by Co., Ltd.
次に、上記のアノード触媒層形成用ペーストをPPフィルムの一方の主面にバーコーターにより塗布した後、乾燥させた。乾燥後、このPPフィルムを60mm×60mmのサイズにカットし、高分子電解質膜(ゴア社製、商品名「ゴアセレクト」、膜厚:30μm)の一方の主面に乾燥させたペーストの層が載るようにしてホットプレスし、転写した。このようにして、高分子電解質膜の一方の主面に、アノード触媒層(Pt担持量:0.5mg/cm2)を形成した。 Next, the anode catalyst layer forming paste was applied to one main surface of the PP film with a bar coater and then dried. After drying, this PP film is cut into a size of 60 mm × 60 mm, and a dried paste layer is formed on one main surface of a polymer electrolyte membrane (manufactured by Gore, trade name “Gore Select”, film thickness: 30 μm). It was hot-pressed and transferred as described. In this way, an anode catalyst layer (Pt supported amount: 0.5 mg / cm 2 ) was formed on one main surface of the polymer electrolyte membrane.
次に、上記のカソード触媒層形成用ペーストをPPフィルムの一方の主面にバーコーターにより塗布した後、乾燥させた。乾燥後、このPPフィルムを60mm×60mmのサイズにカットし、上記のアノード触媒層を形成した高分子電解質膜のもう一方の主面に乾燥させたペーストの層が載るようにしてホットプレスし、転写した。このようにして、高分子電解質膜の一方の主面に、カソード触媒層(Pt担持量:0.5mg/cm2)を形成した。このようにして、膜触媒層接合体を作製した。 Next, the cathode catalyst layer forming paste was applied to one main surface of the PP film with a bar coater and then dried. After drying, this PP film is cut into a size of 60 mm × 60 mm and hot pressed so that the dried paste layer is placed on the other main surface of the polymer electrolyte membrane on which the anode catalyst layer is formed, Transcribed. In this way, a cathode catalyst layer (Pt supported amount: 0.5 mg / cm 2 ) was formed on one main surface of the polymer electrolyte membrane. In this manner, a membrane catalyst layer assembly was produced.
次に、膜触媒層接合体の両側の外面にガス拡散層を配置し、以下に説明する手順で膜電極接合体を形成した。 Next, gas diffusion layers were arranged on the outer surfaces on both sides of the membrane catalyst layer assembly, and a membrane electrode assembly was formed according to the procedure described below.
すなわち、ガス拡散層を形成するために、寸法が16cm×20cmで厚みが250μmのカーボンペーパー(東レ(株)製のTGP−H−090)を、フッ素樹脂含有の水性ディスパージョン(ダイキン工業(株)製のND−1)に含浸した後、乾燥することで上記カーボンクロスに撥水性を付与した(撥水処理)。 That is, in order to form a gas diffusion layer, carbon paper (TGP-H-090 manufactured by Toray Industries, Inc.) having a size of 16 cm × 20 cm and a thickness of 250 μm was used, and an aqueous dispersion containing a fluororesin (Daikin Industries, Ltd.). After impregnating ND-1), the carbon cloth was dried to impart water repellency (water repellency treatment).
続いて、撥水処理後のカーボンクロスの一方の面(全面)に撥水カーボン層を形成した。導電性カーボン粉末(電気化学工業(株)製のデンカブラック(商品名))と、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)微粉末を分散させた水溶液(ダイキン工業(株)製のD−1)とを混合し、撥水カーボン層形成用インクを調製した。この撥水カーボン層形成用インクを、ドクターブレード法によって、上記撥水処理後のカーボンクロスの一方の面に塗布し、撥水カーボン層を形成した。このとき、撥水カーボン層の一部は、上記カーボンクロスの中に埋めこまれていた。 Subsequently, a water repellent carbon layer was formed on one surface (entire surface) of the carbon cloth after the water repellent treatment. Conductive carbon powder (Denka Black (trade name) manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) and an aqueous solution (D-1 manufactured by Daikin Industries, Ltd.) in which fine powder of polytetrafluoroethylene (PTFE) is dispersed. By mixing, an ink for forming a water-repellent carbon layer was prepared. This water repellent carbon layer forming ink was applied to one surface of the carbon cloth after the water repellent treatment by a doctor blade method to form a water repellent carbon layer. At this time, a part of the water repellent carbon layer was embedded in the carbon cloth.
その後、撥水処理および撥水カーボン層形成後のカーボンクロスを、PTFEの融点以上の温度である400℃で30分間焼成した。最後に上記カーボンクロスの中央部分を抜き型にて切断し、寸法が122.5mm×122.5mmのガス拡散層を得た。 Thereafter, the carbon cloth after the water repellent treatment and the formation of the water repellent carbon layer was baked at 400 ° C., which is a temperature equal to or higher than the melting point of PTFE, for 30 minutes. Finally, the central portion of the carbon cloth was cut with a punching die to obtain a gas diffusion layer with dimensions of 122.5 mm × 122.5 mm.
次に、上記のようにして得たガス拡散層の撥水カーボン層の中央部分がカソード触媒層およびアノード触媒層に接するように、2枚のガス拡散層で上記膜触媒層接合体を挟み、全体をホットプレス機で熱圧着することにより、本発明の膜電極接合体を得た。 Next, the membrane-catalyst layer assembly is sandwiched between two gas diffusion layers so that the central portion of the water-repellent carbon layer of the gas diffusion layer obtained as described above is in contact with the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer, The whole was thermocompression-bonded with a hot press to obtain a membrane electrode assembly of the present invention.
最後に、上記のようにして得た本発明の膜電極接合体を用い、図1に示したものと同様の構造を有する単電池を作製した。上記膜電極接合体を、燃料ガス供給用のガス流路および冷却水流路を有するセパレーター板と、酸化剤ガス供給用のガス流路および冷却水流路を有するセパレーター板とで挟持し、両セパレーター板間でカソードおよびアノードの周囲にフッ素ゴム製のガスケットを配置し、有効電極(アノードまたはカソード)面積が36cm2である単電池を得た。 Finally, a unit cell having the same structure as that shown in FIG. 1 was produced using the membrane electrode assembly of the present invention obtained as described above. The membrane electrode assembly is sandwiched between a separator plate having a gas flow path for supplying fuel gas and a cooling water flow path, and a separator plate having a gas flow path for supplying oxidant gas and a cooling water flow path, and both separator plates A gasket made of fluororubber was placed around the cathode and the anode, and a unit cell having an effective electrode (anode or cathode) area of 36 cm 2 was obtained.
〈第2工程〉
次に、先に図2を用いた説明した手法と同様の手法により第1工程で作製した単電池にポテンショスタット(北斗電工(株)製のHA−151)を接続させた。次に、アノードに窒素ガスを供給し、カソードに水素ガスを供給し、ポテンショスタットを作動させて、カソード(参照電極)に対するアノードの電位を+1.1Vで1時間保持した。
以上のようにして実施例1の単電池を得た。
<Second step>
Next, a potentiostat (HA-151 manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.) was connected to the single cell produced in the first step by the same method as described above with reference to FIG. Next, nitrogen gas was supplied to the anode, hydrogen gas was supplied to the cathode, the potentiostat was operated, and the potential of the anode with respect to the cathode (reference electrode) was maintained at +1.1 V for 1 hour.
A single battery of Example 1 was obtained as described above.
《比較例1》
実施例1における第2工程の処理を行わなかったこと以外は、実施例1の単電池と同様にして比較例1の単電池を作製した。
<< Comparative Example 1 >>
A unit cell of Comparative Example 1 was produced in the same manner as the unit cell of Example 1 except that the treatment in the second step in Example 1 was not performed.
《実施例2》
実施例1と同様にして膜電極接合体及び高分子電解質形燃料電池単電池を作製した。
Example 2
In the same manner as in Example 1, a membrane electrode assembly and a polymer electrolyte fuel cell unit cell were produced.
〈第1工程〉
実施例1における第1工程と同様の手順で単電池を作製した。
<First step>
A unit cell was fabricated in the same procedure as in the first step in Example 1.
〈第2工程及び第3工程を繰り返す工程〉
実施例1における第2工程と同様の手順で、第1工程で作製した単電池にポテンショスタット(北斗電工(株)製のHA−151)を接続させ、次に、アノードに窒素ガスを供給し、カソードに水素ガスを供給した。次に、ポテンショスタットを作動させて、カソード(参照電極)に対するアノードの電位を+1.1V〜+0.6Vの電位掃引幅、0.35V/sの電位掃引速度で、5回の電位掃引処理(+1.1Vから+0.6Vまでの電位掃引を行い、次いで当該+0.6Vから+1.1Vまで逆の電位方向に電位掃引を行う一連の工程を5回繰り返す処理)を行った。
以上のようにして実施例2の単電池を得た。
<Step of repeating the second step and the third step>
In the same procedure as the second step in Example 1, a potentiostat (HA-151 manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.) was connected to the single cell produced in the first step, and then nitrogen gas was supplied to the anode. Hydrogen gas was supplied to the cathode. Next, the potentiostat is operated, and the potential of the anode with respect to the cathode (reference electrode) is changed to five potential sweep processes with a potential sweep width of +1.1 V to +0.6 V and a potential sweep speed of 0.35 V / s ( A process of repeating a potential sweep from +1.1 V to +0.6 V and then performing a potential sweep in the reverse potential direction from +0.6 V to +1.1 V was performed five times).
A single cell of Example 2 was obtained as described above.
《比較例2》
実施例2における第2工程及び第3工程を繰り返す工程の処理を行わなかったこと以外は、実施例2の単電池と同様にして比較例1の単電池を作製した。
<< Comparative Example 2 >>
A unit cell of Comparative Example 1 was produced in the same manner as the unit cell of Example 2 except that the process of repeating the second step and the third step in Example 2 was not performed.
[CO被毒に対する耐久性の評価試験]
以下の手順により、上述の実施例1及び実施例2、並びに、比較例1及び比較例2で得られた単電池のCO被毒に対する耐久性の評価試験を行った。
[Durability evaluation test for CO poisoning]
The durability test against CO poisoning of the unit cells obtained in Example 1 and Example 2 and Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was performed according to the following procedure.
〈活性化処理〉
上記実施例1及び2、並びに、比較例1及び2で得られた単電池を、70℃に制御し、アノード側のガス流路に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード側のガス流路に空気をそれぞれ供給した。この際、水素ガス利用率を70%に設定し、空気利用率を40%に設定し、水素ガスおよび空気の露点がそれぞれ約70℃となるように加湿してから単電池に供給した。そして、電流密度0.16A・cm-2で100時間、単電池を運転して活性化処理(エージング)を行った。
<Activation treatment>
The unit cells obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were controlled at 70 ° C., hydrogen gas was supplied as fuel gas to the anode-side gas flow path, and the cathode-side gas flow path was Each was supplied with air. At this time, the utilization rate of hydrogen gas was set to 70%, the utilization rate of air was set to 40%, and humidification was performed so that the dew points of hydrogen gas and air were about 70 ° C., respectively. Then, the cell was operated at an electric current density of 0.16 A · cm −2 for 100 hours for activation treatment (aging).
〈評価試験1〜3〉
各単電池のCO被毒に対する耐久性を評価するために、電流密度を0.2mA・cm-2とし、カソードに空気を供給し、アノードに水素を主成分とする混合ガス{H2+CO2(20%)+CO(20ppm)}を供給したこと以外は、上記活性化処理と同じ条件下で各単電池を運転し、30分経過後の各単電池の出力電圧を記録した(評価試験1)。その後、アノードに供給するガスをその組成がH2+N2(20%)である混合ガスに切りかえ、300分経過後の各単電池の出力電圧を記録した(評価試験2)。次に、アノードに供給するガスをH2ガスに切りかえ、30分経過後の各単電池の出力電圧を記録した(評価試験3)。その結果を表1に示す。
<Evaluation Tests 1-3>
In order to evaluate the durability of each unit cell against CO poisoning, the current density was set to 0.2 mA · cm −2 , air was supplied to the cathode, and the mixed gas {H 2 + CO 2 containing hydrogen as a main component to the anode. Each cell was operated under the same conditions as the above activation treatment except that (20%) + CO (20 ppm)} was supplied, and the output voltage of each cell after 30 minutes was recorded (Evaluation Test 1 ). Thereafter, the gas supplied to the anode was switched to a mixed gas whose composition was H 2 + N 2 (20%), and the output voltage of each unit cell after 300 minutes was recorded (Evaluation Test 2). Next, the gas supplied to the anode was switched to H 2 gas, and the output voltage of each cell after 30 minutes was recorded (evaluation test 3). The results are shown in Table 1.
表1に示した「ΔCO2+CO」とは、上記評価試験3(アノード供給ガス:H2、カソード供給ガス:空気)で得られる単電池の電圧と、上記評価試験1{アノード供給ガス:(H2+CO2(20%)+CO(20ppm))、カソード供給ガス:空気}で得られる単電池の電圧との電圧差である。 “ΔCO 2 + CO” shown in Table 1 means the voltage of the unit cell obtained in the evaluation test 3 (anode supply gas: H 2 , cathode supply gas: air) and the evaluation test 1 {anode supply gas: (H 2 + CO 2 (20%) + CO (20 ppm)), cathode supply gas: air}.
また、表1に示す「ΔN2」とは、上記評価試験3(アノード供給ガス:H2、カソード供給ガス:空気)で得られる単電池の電圧と、上記評価試験2{アノード供給ガス:(H2+N2(20%)、カソード供給ガス:空気Air) で得られる単電池の電圧との電圧差である。 Further, “ΔN 2 ” shown in Table 1 means the voltage of the unit cell obtained in the evaluation test 3 (anode supply gas: H 2 , cathode supply gas: air) and the evaluation test 2 {anode supply gas: ( It is a voltage difference from the voltage of the unit cell obtained with H 2 + N 2 (20%), cathode supply gas: air Air).
ここで、「ΔCO2+CO」は、COによるアノード電極触媒の被毒の影響と、アノードに供給されるガス中のH2濃度が100%から80%へと減少した影響とを含む各単電池の電圧低下量を示す。 Here, “ΔCO 2 + CO” means each unit cell including the influence of poisoning of the anode electrocatalyst by CO and the effect of reducing the H 2 concentration in the gas supplied to the anode from 100% to 80%. The amount of voltage drop is shown.
そこで、評価試験2において、評価試験1でアノードに供給される上述のCO混合ガスにおけるH2濃度と同じH2濃度となるように、N2を20%添加したH2+N2ガスを供給する試験を行うことによって、H2濃度が低下した影響のみによる各単電池の電圧低下量を測定することができる。従って、表1に示す「ΔCO2+CO−ΔN2」は、各単電池の電圧低下量のうちの、アノード電極触媒のCO被毒による電圧低下量のみを示す値となる。この「ΔCO2+CO−ΔN2」の値が小さいほどCO被毒に対する耐久性が高い単電池であると評価できることになる。
Therefore, the evaluation test 2, so as to have the same concentration of H 2 with H 2 concentration in the above-mentioned CO mixed gas supplied to the anode in
表1に示した結果(特に「ΔCO2+CO−ΔN2」の値)から明らかなように、本発明における第2工程の処理を行った実施例1の単電池は、この処理を行っていない比較例1の単電池に比較して、CO被毒に対する耐久性が約2.4倍高くなることが確認された。 As is clear from the results shown in Table 1 (particularly the value of “ΔCO 2 + CO−ΔN 2 ”), the unit cell of Example 1 that performed the second process in the present invention performed this process. It was confirmed that the durability against CO poisoning was about 2.4 times higher than the unit cell of Comparative Example 1 that was not present.
また、表1に示した結果(特に「ΔCO2+CO−ΔN2」の値)から明らかなように、本発明における第2工程及び第3工程を繰り返す工程の処理を行った実施例2の単電池は、この処理を行っていない比較例2の単電池に比較して、CO被毒に対する耐久性が約3倍高くなることが確認された。 Further, as is clear from the results shown in Table 1 (particularly, the value of “ΔCO 2 + CO−ΔN 2 ”), the second process and the third process in the present invention were repeated in the second embodiment. It was confirmed that the unit cell had about three times higher durability against CO poisoning than the unit cell of Comparative Example 2 in which this treatment was not performed.
以上のように、実施例1の膜電極接合体及び単電池、又は、実施例2の膜電極接合体及び単電池は、アノードの触媒層のカーボン担体を低減する場合(特にカーボン担体を無くする場合)であっても、一酸化炭素に対する良好な耐久性と良好な発電特性とを併有していることが確認された。 As described above, the membrane electrode assembly and unit cell of Example 1 or the membrane electrode assembly and unit cell of Example 2 are used when the carbon support of the catalyst layer of the anode is reduced (particularly, the carbon support is eliminated). Even in this case, it was confirmed that it has both good durability against carbon monoxide and good power generation characteristics.
本発明の製造方法により作製される高分子電解質形燃料電池は、自動車などの移動体、分散型(オンサイト型)発電システム(家庭用コジェネレーションシステム)などの主電源又は補助電源として好適に利用されることが期待される。 The polymer electrolyte fuel cell produced by the production method of the present invention is suitably used as a main power source or auxiliary power source for a moving body such as an automobile, a distributed (on-site) power generation system (home cogeneration system), etc. Is expected to be.
1・・・電解質膜、2a・・・アノード触媒層、2c・・・カソード触媒層、20a・・・電位掃引処理前のアノード触媒層、20c・・・電位掃引処理前のカソード触媒層、3a・・・アノードガス拡散層、3c・・・カソードガス拡散層、1A・・・アノード、1C・・・カソード、4a・・・アノードセパレーター板、4c・・・カソードセパレーター板、5a・・・燃料ガス流路、5c・・・酸化剤ガス流路、6a・・・アノードガスケット、6c・・・カソードガスケット、7a・・・アノード集電板、7c・・・カソード集電板、9・・・膜電極接合体、10・・・単電池、11・・・参照電極、12・・・作用極、30・・・ポテンショスタット。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記アノードの電位を+0.98Vvs.SHE以上の電位に保持する第2工程と、
を含むこと、
を特徴とする膜電極接合体の製造方法。 A first step of producing a membrane electrode assembly having an anode containing fine particles containing Pt and Ru as constituent elements as an electrode catalyst;
The potential of the anode is set to +0.98 Vvs. A second step of maintaining a potential equal to or higher than SHE;
Including,
A method for producing a membrane electrode assembly characterized by the above.
を特徴とする請求項1に記載の膜電極接合体の製造方法。 After the second step, the anode potential is set to +0.68 Vvs. Further including a third step of maintaining the potential at SHE or lower;
The manufacturing method of the membrane electrode assembly of Claim 1 characterized by these.
を特徴とする請求項2又は3に記載の膜電極接合体の製造方法。 Repeating the second step and the third step;
The manufacturing method of the membrane electrode assembly of Claim 2 or 3 characterized by these.
請求項1〜3のうちの何れか1項に記載の製造方法を経て形成されること、
を特徴とする膜電極接合体。 A membrane electrode assembly having an anode, a cathode, and a polymer electrolyte membrane disposed between the anode and the cathode,
Formed through the manufacturing method according to any one of claims 1 to 3,
A membrane electrode assembly characterized by the above.
を特徴とする高分子電解質形燃料電池。
Comprising the membrane electrode assembly according to claim 4;
A polymer electrolyte fuel cell.
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JP2014006978A (en) * | 2012-06-21 | 2014-01-16 | Toho Gas Co Ltd | Manufacturing method of solid oxide fuel cell and solid oxide fuel cell |
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