[发明专利]催化剂油墨的制造方法、以及燃料电池的制造方法、燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种负载有催化剂的催化剂电极以及具备该催化剂电极的燃料电池。

背景技术

燃料电池通常具备作为在电解质膜的两面上配置电极的发电体的膜电极接合体。膜电极接合体的电极，作为负载有用于促进燃料电池反应的催化剂的催化剂电极而形成。催化剂电极一般情况下通过使作为浆料的催化剂油墨涂敷、干燥而形成，其中，所述浆料为，使催化剂负载于具有导电性的粒子上的催化剂负载粒子和离聚物分散于有机溶剂或无机溶剂中(下述专利文献1等)。

在此，优选为，催化剂电极在电极表面上的发电分布被均匀化，电极表面的损伤或劣化被抑制，以及使反应气体的透过性或扩散性提高，以使燃料电池的发电性能或耐久性提高。目前，为了提高催化剂电极的性能，则对催化剂油墨逐渐提出了催化剂负载粒子被均匀分散等的结构的均匀性、或在干燥后难以产生裂纹、微小孔穴等裂纹、以及在干燥后易于确保多孔介质状态等要求。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2010－257929号公报

专利文献2：日本特开平9－075698号公报

发明内容

发明所要解决的课题

本发明目的在于提供一种能够使催化剂电极性能提高的催化剂油墨。

用于解决课题的方法

本发明为了解决上述问题的至少一部分而被完成的，并且可作为以下方式或应用例而实现。

应用例1

一种制造方法，其为在催化剂电极的形成中所使用的催化剂油墨的制造方法，

所述制造方法具备以下工序：

(a)使作为负载有催化剂的导电性粒子的催化剂负载粒子分散于溶剂中，而生成催化剂分散液的工序；

(b)将离聚物和挥发性溶剂混合而制备出凝胶体的工序；

(c)将所述催化剂分散液和所述凝胶体搅拌混合而制备出催化剂油墨的工序。

根据该制造方法，能够有效制备出催化剂负载粒子的分散性较高且具有适当粘性的涂敷性能较高的催化剂油墨。因此，使催化剂油墨的涂敷性能提高，且促进了催化剂电极的结构的均匀化，并且使其耐久性或发电性能提高。

此外可推测出，只要是通过该制造工序而制备出的催化剂油墨，则在干燥时在凝胶体中被包含在离聚物中的挥发性溶剂挥发，从而形成被包含在该离聚物中的细孔空间。因此，由该催化剂油墨所形成的涂膜易于成为多孔介质，并且可易于获得气体的透过性、扩散性较高的催化剂电极。由此，只要是该应用例的制造方法所制备出催化剂油墨，则容易地形成具有较高发电性能或耐久性的催化剂电极。

应用例2

一种制造方法，其为应用例1所述的制造方法，其中，所述工序(a)包括添加用于使所述催化剂负载粒子的分散性提高的表面活性剂的工序，并且所述表面活性剂为，与在所述工序(b)中所使用的离聚物同类的离聚物。

根据该制造方法，可以将作为催化剂油墨的主要材料的离聚物作为促进催化剂负载粒子的分散的分散促进剂而发挥作用，从而使催化剂电极中的催化剂负载粒子的分散性提高。

在此，在添加非离聚物的其它物质作为分散促进剂时，则存在杂质残留在催化剂电极中的可能性。然而，只要是该应用例的制造方法，由于将原本应含有在催化剂电极中的离聚物作为分散促进剂而使用，因此使前述的催化剂电极中的杂质的残留的可能性被降低。

应用例3

一种制造方法，其为应用例2所述的制造方法，其中，相对于在所述工序(c)中制备出的所述催化剂油墨中所含有的离聚物重量的、在所述工序(a)中被添加至所述催化剂分散液中的离聚物重量的比率Wp为约5％≤Wp≤约25％。

根据该制造方法，能够使离聚物的催化剂负载粒子的分散性的促进效果进一步增大。此外，在工序(c)中，能够适当确保作为凝胶体的含有材料而被投入的离聚物的量，并且能够抑制催化剂油墨的涂膜强度的下降。

应用例4

一种制造方法，其为应用例1～3中任意一项所述的制造方法，其中，所述工序(b)包括通过加热而使所述凝胶体增粘的工序。

根据该制造方法，可通过加热处理而使凝胶体易于具有预期的粘弹性。通过使凝胶体具有适当的粘弹性，从而可使催化剂油墨具有适当的涂膜强度。因此，能够容易地制备出涂敷性能更好的催化剂油墨。

应用例5

一种制造方法，其为应用例1～4中任意一项所述的制造方法，其中，所述工序(b)包括通过施加剪切力而使所述凝胶体增粘的工序。