[发明专利]燃料电池电极用催化剂墨、膜电极接合体、燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及为了制造燃料电池的电极而使用的催化剂墨、使用该催化剂墨制造的膜电极接合体、具备该膜电极接合体的燃料电池。

背景技术

通过燃料气体和氧化剂气体的电化学反应而发电的燃料电池，作为能源受到注目。该燃料电池有作为电解质膜使用固体高分子电解质膜的固体高分子型燃料电池。而且，在固体高分子型燃料电池中，一般地使用在电解质膜的两面分别接合电极（催化剂层）而成的膜电极接合体。在该膜电极接合体中，电极通过在电解质膜的表面涂布催化剂墨并使其干燥而形成。该催化剂墨包含：担载了催化剂的粒子即催化剂担载粒子、具有质子传导性的离聚物、和使催化剂担载粒子以及离聚物分散的分散溶剂。

可是，在膜电极接合体的制造时，在使涂布于电解质膜的表面的催化剂墨干燥来形成电极时，有时电极发生龟裂。而且，该电极的龟裂促进电解质膜的劣化，使膜电极接合体以及燃料电池的耐久性恶化。于是，以往关于催化剂墨曾提出了各种的技术（例如参照下述专利文献1～3）。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:特开2008-041514号公报

专利文献2:特开2009-059694号公报

专利文献3:特开2004-220979号公报

专利文献4:特开2009-301938号公报

专利文献5:特开2008-047401号公报

发明内容

可是，上述专利文献中记载的催化剂墨，关于抑制膜电极接合体的电极中发生的龟裂，有改善的余地。

本发明是为了解决上述的课题而完成的，其目的是抑制在燃料电池的电极、即用于燃料电池的膜电极接合体的电极中发生的龟裂。

本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够作为以下的方式或应用例实现。

［应用例1］

一种燃料电池电极用催化剂墨，其包含：

担载了催化剂的粒子即催化剂担载粒子；

具有质子传导性的离聚物；和

使上述催化剂担载粒子以及上述离聚物分散的分散溶剂，

上述催化剂担载粒子的每单位比表面积的上述离聚物的吸附量为0.1mg/m²以上。

［应用例2］

一种燃料电池电极用催化剂墨，其包含：

担载了催化剂的粒子即催化剂担载粒子；

具有质子传导性的离聚物；和

使上述催化剂担载粒子以及上述离聚物分散的分散溶剂，

上述离聚物的向上述催化剂担载粒子的表面单层的分子吸附量为0.1mg/m²以上。

［应用例3］

一种燃料电池电极用催化剂墨，其包含：

担载了催化剂的粒子即催化剂担载粒子；

具有质子传导性的离聚物；和

使上述催化剂担载粒子以及上述离聚物分散的分散溶剂，

上述离聚物的向上述催化剂担载粒子的表面单层的分子吸附量的饱和吸附量为0.2mg/m²以上。

本申请发明人对于催化剂墨着眼于以往没有着眼的新的参数、即催化剂担载粒子的每单位比表面积的离聚物的吸附量、离聚物的向催化剂担载粒子的表面单层的分子吸附量、离聚物的向催化剂担载粒子的表面单层的分子吸附量的饱和吸附量。而且，本申请发明人实验性地发现：通过将催化剂担载粒子的每单位比表面积的离聚物的吸附量设为0.1mg/m²以上（应用例1）、或者通过将离聚物的向催化剂担载粒子的表面单层的分子吸附量设为0.1mg/m²以上（应用例2）、或者通过将离聚物的向催化剂担载粒子的表面单层的分子吸附量的饱和吸附量设为0.2mg/m²以上（应用例3），能够抑制在燃料电池（膜电极接合体）的电极中发生的龟裂。

［应用例4］

一种膜电极接合体，是被用于燃料电池的膜电极接合体，具备：

电解质膜；和

电极，该电极是通过在上述电解质膜的表面涂敷应用例1～3的任一项所述的燃料电池用催化剂墨而形成的。

应用例4的膜电极接合体，由于能够抑制膜电极接合体中的电极的龟裂，因此能够使燃料电池的耐久性提高。

［应用例5］

一种燃料电池，其具备：

应用例4所述的膜电极接合体；和

配置于上述膜电极接合体的两面的隔板。

应用例5的燃料电池，由于能够抑制膜电极接合体中的电极的龟裂，因此能够使燃料电池的耐久性を提高。

附图说明