(57)【要約】【課題】触媒電極において、反応ガスの流通の阻害を抑制すること。【解決手段】燃料電池で用いられる触媒電極の製造方法であって、分散媒と、電解質と、触媒とを含有する触媒インクを層状にして、層状インクを形成する第１工程と、層状インクを密閉空間に配置し、密閉空間の圧力を変動させる第２工程と、を備えることを特徴とする製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池で用いられる触媒電極の製造方法であって、
分散媒と、電解質と、触媒とを含有する触媒インクを層状にして、層状インクを形成する第１工程と、
前記層状インクを密閉空間に配置し、前記密閉空間の圧力を変動させる第２工程と、
を備えることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の製造方法において、
前記第２工程は、
前記密閉空間内の圧力を変動させる場合において、前記層状インクの前記密閉空間配置時の前記密閉空間の圧力よりも低い圧力で、圧力変動させる工程を含むことを特徴とする製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の製造方法において、
前記密閉空間内の圧力を変動させる場合において、前記層状インクの前記密閉空間配置時の前記密閉空間の圧力よりも高い圧力に上昇させた後、前記層状インクの前記密閉空間配置時の前記密閉空間の圧力よりも低い圧力に下降させる工程を含むことを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池で用いられる触媒電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池で用いられる触媒電極は、電解質と複数の触媒とが一体となった電解質触媒粒子が分散して配置される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４６１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記電解質触媒粒子において、内部の細孔が電解質で塞がれて、閉塞空間が形成されるおそれがあった。このように電解質触媒粒子において、閉塞空間が形成されると、触媒電極では、反応ガスの流通が阻害され、その結果、発電効率が低下するおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、触媒電極において、反応ガスの流通の阻害を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
[適用例１]
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の触媒電極の製造方法では、燃料電池で用いられる触媒電極の製造方法であって、分散媒と、電解質と、触媒とを含有する触媒インクを層状にして、層状インクを形成する第１工程と、前記層状インクを密閉空間に配置し、前記密閉空間の圧力を変動させる第２工程と、を備えることを要旨とする。
【０００８】
上記構成の触媒電極の製造方法によれば、触媒電極において、反応ガスの流通の阻害を抑制することができる。
【０００９】
[適用例２]
適用例１に記載の製造方法において、前記第２工程は、前記密閉空間内の圧力を変動させる場合において、前記層状インクの前記密閉空間配置時の前記密閉空間の圧力よりも低い圧力で、圧力変動させる工程を含むことを特徴とする製造方法。
【００１０】
このようにすれば、触媒電極において、反応ガスの流通の阻害を抑制することができる。
【００１１】
[適用例３]
適用例１に記載の製造方法において、前記密閉空間内の圧力を変動させる場合において、前記層状インクの前記密閉空間配置時の前記密閉空間の圧力よりも高い圧力に上昇させた後、前記層状インクの前記密閉空間配置時の前記密閉空間の圧力よりも低い圧力に下降させる工程を含むことを特徴とする製造方法。
【００１２】
このようにすれば、触媒電極において、反応ガスの流通の阻害を抑制することができる。
【００１３】
なお、本発明は、上記した触媒電極の製造方法に限られず、膜電極接合体の製造方法や燃料電池の製造方法など、他の方法発明の態様で実現することも可能である。さらには、それら方法で形成された触媒電極、または、膜電極接合体、または、燃料電池などの装置発明の態様で実現することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例における燃料電池に用いられる触媒電極の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】基材Ｋ上に触媒インクを塗工し層状インクＳを形成した状態を示す図である。
【図３】密閉容器Ｍに層状インクＳを基材Ｋごと配置した様子を示す図である。
【図４】密閉空間圧力Ｐを変動させた際の変化を示す図である。
【図５】図３のステップＳ１２０の工程で作成した触媒インク中における電解質および白金担持カーボンから成る粒子Ｒを模式的に示した図である。
【図６】密閉容器Ｍに加圧ポンプＬ２を接続させた様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
Ａ．実施例：
Ａ１．触媒電極の製造方法：
図１は、本実施例における燃料電池に用いられる触媒電極の製造方法を示すフローチャートである。本実施例における触媒電極の製造方法では、まず、電解質と、分散媒と、触媒粒子が担持された白金担持担体と、基材Ｋとを用意する（ステップＳ１１０）。分散媒としては、例えば、水やエタノールなどのアルコール、または、それらの混合液が用いられ、触媒担持担体としては、例えば、白金粒子が担持された白金担持カーボンが用いられ、電解質としては、例えば、フッ素系樹脂や炭化水素系樹脂が用いられる。
【００１６】
次に、用意した分散媒、触媒担持担体、および、電解質を混合し、その混合液を、超音波ホモジナイザ（図示せず）を用いて攪拌して触媒インクを作成する（ステップＳ１２０）。
【００１７】
図２は、基材Ｋ上に触媒インクを塗工し、層状インクＳを形成した状態を示す図である。続いて、作成した触媒インクを基材Ｋ上にデカール法で塗工して、図２に示すように、層状インクＳを形成する（ステップＳ１３０）。
【００１８】
図３は、密閉容器Ｍに層状インクＳを基材Ｋごと配置した様子を示す図である。次に、図３に示すように、密閉容器Ｍの内部に層状インクＳを基材Ｋごと配置する（ステップＳ１４０）。密閉容器Ｍは、内部が密閉された空間となっている。また、密閉容器Ｍには、配管Ｈ１が接続されている。配管Ｈ１上には、減圧ポンプＬ１が配置される。減圧ポンプＬ１は、配管Ｈ１を介して、密閉容器Ｍの密閉空間内の気体を吸い出して、密閉容器Ｍ内の圧力（以下では、密閉空間圧力Ｐとも呼ぶ）を減圧させることが可能であると共に、密閉容器Ｍ内部を大気開放して、減圧した密閉空間圧力Ｐを大気圧（以下では、大気圧Ｐ１とも呼ぶ）に戻すことも可能である。なお、密閉容器Ｍの内部に層状インクＳを配置した際の密閉空間圧力Ｐは、大気圧Ｐ１である。
【００１９】
図４は、密閉空間圧力Ｐを変動させた際の変化を示す図である。密閉容器Ｍ内に層状インクＳを配置した後、続いて、密閉空間圧力Ｐを変動させる（ステップＳ１５０）。具体的には、図４に示すように、密閉空間圧力Ｐを、減圧ポンプＬ１を駆動させて、大気圧Ｐ１からほぼ真空状態である真空圧Ｐ２まで減圧した後、減圧ポンプＬ１を制御して、密閉容器Ｍ内部を大気開放し、密閉空間圧力Ｐを、真空圧Ｐ２から大気圧Ｐ１まで上昇させる工程を、所定回数繰り返す。この繰り返し回数は、層状インクＳの状態等、具体的な設計によって、適宜決定される。
【００２０】
続いて、密閉空間圧力Ｐを変動後、層状インクＳを密閉容器Ｍから取り出して、乾燥させる（ステップＳ１６０）。以上のようにして、触媒電極を製造する。
【００２１】
図５は、図３のステップＳ１２０の工程で作成した触媒インク中における電解質および白金担持カーボンから成る粒子Ｒを模式的に示した図である。以下では、電解質および白金担持カーボンから成る粒子Ｒを、電解質白金担持カーボン粒子Ｒとも呼ぶ。電解質白金担持カーボン粒子Ｒにおいて、この図５に示すように、電解質や白金担持カーボンによって、内部に閉塞空間Ｑが形成される場合がある。この場合の閉塞空間Ｑの内部圧力は、大気圧Ｐ１程度となっている。このような閉塞空間Ｑが形成されると、触媒電極を作成した際に、反応ガスが、閉塞空間Ｑ内部に流通せず、言い換えれば、有効触媒面積が減少し、その結果、触媒電極を用いた燃料電池の発電効率が低下するおそれがあった。
【００２２】
一方、以上のように、本実施例の触媒電極の製造方法では、層状インクＳを密閉容器Ｍ内部（密閉空間）に配置した後、密閉空間圧力Ｐを変動させるようにしている。このようにすれば、層状インクＳにおいて、電解質白金担持カーボン粒子Ｒの外部圧力が変動するので、外部圧力と、電解質白金担持カーボン粒子Ｒにおける閉塞空間Ｑの圧力（大気圧Ｐ１と同圧）との圧力差により、電解質白金担持カーボン粒子Ｒの一部を破壊し、電解質白金担持カーボン粒子Ｒの外部と閉塞空間Ｑとを連通させることができる。その結果、層状インクＳから作成される触媒電極において、有効触媒面積を向上させることができ、この触媒電極を用いた燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００２３】
本実施例の触媒電極の製造方法では、密閉空間圧力Ｐを変動させる場合において、層状インクＳの密閉空間配置時の密閉空間圧力Ｐ（＝大気圧Ｐ１）よりも低い圧力で、圧力変動させるようにしている。このようにすれば、電解質白金担持カーボン粒子Ｒを圧縮して潰したり、変形させたりすることなく、電解質白金担持カーボン粒子Ｒの一部を破壊し、電解質白金担持カーボン粒子Ｒの外部と閉塞空間Ｑとを連通させることができる。
【００２４】
Ｂ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００２５】
Ｂ１．変形例１：
図６は、密閉容器Ｍに加圧ポンプＬ２を接続させた様子を示す図である。加圧ポンプＬ２は、配管Ｈ２を介して、密閉容器Ｍ外部の空気を圧縮して密閉容器Ｍに導入し、密閉空間圧力Ｐを昇圧させることが可能である。上記実施例では、密閉空間圧力Ｐを変動させる場合において、層状インクＳの密閉空間配置時の密閉空間圧力Ｐ（＝大気圧Ｐ１）よりも低い圧力で、圧力変動させるようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、密閉空間圧力Ｐを変動させる場合において、加圧ポンプＬ２を用いて、層状インクＳの密閉空間配置時の密閉空間圧力Ｐ（＝大気圧Ｐ１）の圧力よりも高い圧力（例えば、４気圧程度）に上昇させた後、減圧ポンプＬ１を用いて、層状インクＳの密閉空間配置時の密閉空間圧力Ｐ（＝大気圧Ｐ１）の圧力よりも低い圧力に下降させるようにしてもよい。このようにすれば、より大きな圧力変動を生じさせることができるので、電解質白金担持カーボン粒子Ｒの一部を効率的に破壊することができ、電解質白金担持カーボン粒子Ｒの外部と閉塞空間Ｑとを連通させることができる。
【符号の説明】
【００２６】
Ｋ…基材
Ｓ…層状インク
Ｍ…密閉容器
Ｐ…密閉空間圧力
Ｒ…電解質白金担持カーボン粒子
Ｑ…閉塞空間
Ｈ１…配管
Ｌ１…減圧ポンプ
Ｐ１…大気圧
Ｌ２…加圧ポンプ
Ｈ２…配管
Ｐ２…真空圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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