燃料電池電極催化劑層用漿液、電極催化劑層、膜電極組件及燃料電池制造技術

本發明專利技術以簡便地提供在燃料電池電極中、于低增濕以及高增濕條件下都能夠顯示優良輸出特性的燃料電池電極催化劑層作為發明專利技術要解決的問題。并且本發明專利技術涉及一種漿液，其中至少含有電解質、催化劑粒子以及溶劑，所述溶劑由兩種以上組成，并且所述溶劑發生相分離，由此能夠解決問題。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及能夠構成固體高分子型燃料電池的燃料電池電極催化劑層的燃料電池電極催 化劑層用漿液(slurry)，以及使用該漿液的電極催化劑層、膜電極組件及燃料電池。
技術介紹
近幾年來，作為環境問題和能源問題的有效解決對策，燃料電池一直受到關注。燃料電池是指，使用氧等氧化劑對氫等燃料進行氧化，并將伴隨該氧化的化學能轉換成電能。燃料電池因電解質種類的不同而分為堿型、磷酸型、固體高分子型、熔融碳酸鹽型、固體氧化物型等。由于固體高分子型燃料電池(PEFC)在低溫下工作，具有高輸出密度，井能夠實現小型化、輕量化，所以被期待用作便攜式電源、家庭用電源、車輛用動カ源。固體高分子型燃料電池(PEFC)具有用燃料極(陽極)和空氣電極(陰極)夾持電解質膜即高分子電解質膜的結構，通過向燃料極側供給含有氫的燃料氣體，向空氣電極側供給含有氧的氧化劑氣體，從而利用下述的電化學反應進行發電。陽極H2— 2H++2e-· · .(1)陰極(1/2)02+2H++2e_ — H2O · · · (2)供給到陽極側的燃料氣體通過電極催化劑變成質子和電子(反應I)。質子穿過陽極電極催化劑層內的高分子電解質、固體高分子電解質膜，移動至陰扱。電子通過外部電路移動至陰扱。在陰極，質子、電子和從外部供給的氧化劑氣體發生反應，并生成水(反應2)。因此，上述電化學反應發生在質子(電解質)、電子(催化劑、載體)和反應氣體的三相界面。目前，面臨燃料電池的低成本化，期待有一種即使在低增濕條件下也顯示優良輸出特性的燃料電池。但是，在低增濕條件下，電解質的含水量降低，質子傳導降低。因此，質子無法到達三相界面，導致輸出特性降低。為了提高質子傳導性和保水性，而優選為，増加電極催化劑層內的電解質含量，但是，如果增加電解質含量，則妨礙反應氣體的供給，并引起輸出功率的降低。并且，在高增濕條件下，電解質的膨潤會進ー步妨礙氣體的供給，并引起輸出功率顯著降低。為了解決這些問題，提出了 ー種使電極催化劑層內的電解質含量在電解質膜ー側較多，而在氣體供給側較少的電極催化劑層，但是存在増加制造エ序的問題(專利文獻I)。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2009-295341號公報
技術實現思路
本專利技術簡便地提供燃料電池電極催化劑層，其能夠在燃料電池電極中于低增濕及高增濕條件下都顯示出優良的輸出特性。為了解決以上問題，本專利技術人等反復進行深入研究，結果獲得以下發現如果使用一種至少含有電解質、催化劑粒子以及溶劑，并且上述溶劑由兩種以上組成且上述溶劑發生相分離的燃料電池電極催化劑層用漿液，則能夠提供ー種氣體擴散性、保水性、質子傳導都優良，并且在低增濕及高增濕條件下都能夠顯示優良輸出特性的燃料電池，從而完成了本專利技術。即，本申請第一項專利技術是ー種電池電極催化劑層用漿液，其中至少含有電解質、催化劑粒子以及溶劑，所述漿液的特征在于，上述溶劑由兩種以上組成，并且上述兩種以上溶劑發生相分離。其次，第二項專利技術的特征在于，在第一項專利技術記載的結構中，上述電解質和上述溶劑的混合溶液形成膠體。接著，第三項專利技術的特征在于，在第一項專利技術記載的結構中，上述電解質和上述溶劑的混合溶液形成為乳狀液(emulsion)。 然后，第四項專利技術的特征在于，在第一至第三項專利技術中的任ー項所記載的結構中，上述溶劑由上述電解質的不良溶劑和上述電解質的良溶劑組成。接著，第五項專利技術的特征在于，在第四項專利技術記載的結構中，上述良溶劑相對于上述不良溶劑的質量比在O. 8以上至10以下的范圍。然后，第六項專利技術提供一種電極催化劑層，其特征在于，使用第一至第五項專利技術中任ー項所記載的燃料電池電極催化劑層用漿液。接著，第七項專利技術提供ー種膜電極組件，其特征在于，使用第一至第五項專利技術中任ー項所記載的燃料電池電極催化劑層用漿液。然后，第八項專利技術提供ー種燃料電池，其特征在于，使用第一至第五項專利技術中任一項所記載的燃料電池電極催化劑層用漿液。第一項專利技術的燃料電池電極催化劑層用漿液發揮以下顯著效果，即能夠簡便地制造氣體擴散性、保水性、質子傳導都優良，并且在低增濕及高增濕條件下都顯示優良輸出特性的燃料電池電極催化劑層。第二項專利技術的燃料電池電極催化劑層用漿液由于電解質大量覆蓋在催化劑上，所以發揮更顯著的效果，即能夠提供質子傳導優良的燃料電池催化劑電扱。第三項專利技術的燃料電池電極催化劑層用漿液由于是乳狀液的狀態，所以可發揮更顯著的效果，即能夠提供氣體擴散性優良的燃料電池催化劑電扱。第四項專利技術的燃料電池電極催化劑層用漿液發揮更顯著的效果，即能夠提供具有電極催化劑層的燃料電池催化劑電極，所述電極催化劑層形成有良好的電解質的網狀物inetworkj。第五項專利技術的燃料電池電極催化劑層用漿液發揮更顯著的效果，即能夠提供具有電極催化劑層的燃料電池催化劑電極，所述電極催化劑層具有最佳空孔量。第六項專利技術發揮更顯著的效果，即能夠簡便地制造質子傳導、氣體擴散性及保水性都優良的催化劑層。第七項專利技術發揮更顯著的效果，即能夠制造質子傳導、氣體擴散性及保水性都優良的膜電極組件。第八項專利技術發揮更顯著的效果，即能夠制造質子傳導、氣體擴散性及保水性都優良，并且在低增濕及高增濕條件下都顯示優良輸出特性的燃料電池。附圖說明圖I是示意性地表示本專利技術實施方式的燃料電池電極催化劑層用漿液的說明圖。圖2是表示本專利技術實施方式的膜電極組件之一例的剖面說明圖。圖3是表示安裝有圖3所示的膜電極組件的燃料電池的單電池結構的分解剖視圖。具體實施例方式以下參照附圖，對本專利技術的實施方式進行說明。 本實施方式涉及固體高分子型燃料電池的燃料電池電極催化劑層，并涉及燃料電池電極催化劑層用漿液，其特征在于，所述漿液至少含有電解質13、催化劑14即催化劑粒子、溶劑，上述溶劑由兩種以上組成，并且上述溶劑發生相分離。(燃料電池電極催化劑層用漿液)圖I是本實施方式的燃料電池電極催化劑層用漿液的示意圖。圖I (a)表示電解質和溶劑的混合溶液形成膠體時的例子，圖I (b)表示電解質和溶劑的混合溶液形成為乳狀液時的例子。如圖I所示，本專利技術的燃料電池電極催化劑層用漿液的溶劑，例如由電解質的不良溶劑15 (a)和電解質的良溶劑15 (b)這兩種溶劑組成，這兩種溶劑15 (a)、15 (b)不混合，而發生相分離。由于兩種溶劑15 (a)、15 (b)發生相分離，所以能夠在漿液中的局部存在電解質13。由此，能夠很好地形成電解質13的網狀物，并且能夠得到質子傳導性及保水性都優良的電極催化劑層。電解質13分散在溶劑(不良溶劑15 (a))中并形成膠體粒子(圖I (a))。或者，電解質13集中于發生層分離的溶剤-溶劑界面，并形成乳狀液(圖I (b))。在電解質13形成膠體粒子的情況下，或者，在電解質13集中于溶劑-溶劑界面并形成乳狀液的情況下，與電解質13分散在良溶劑15 (b)中的情況相比，電解質13的濃度在局部會變高。通過形成膠體粒子或乳狀液，由此，形成良好的電解質13的網狀物，并且通過使用含有良好的電解質13的網狀物的燃料電池電極催化劑層用漿液，由此，能夠提高電極催化劑層的質子傳導性及保水性。另外，通過控制不良溶劑15 (a)的量，能夠控制電解質13的網狀物。為了控制網狀物，良溶劑15 (b)相對于不良溶劑15 (a)的最佳質量比優選為，相對于不良溶劑1本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.03.15 JP 2010-0573681.一種燃料電池電極催化劑層用漿液，其中至少含有電解質、催化劑粒子以及溶劑，其特征在于， 所述溶劑由兩種以上組成，并且所述兩種以上溶劑發生相分離。2.根據權利要求I所述的燃料電池電極催化劑層用漿液，其特征在于，所述電解質和所述溶劑的混合溶液形成膠體。3.根據權利要求I所述的燃料電池電極催化劑層用漿液，其特征在于，所述電解質和所述溶劑的混合溶液形成為乳狀液。4.根據權利要求Γ3中任一項所述的燃...

【專利技術屬性】
技術研發人員：岸克行，
申請(專利權)人：凸版印刷株式會社，
類型：
國別省市：