(57)【要約】【課題】  燃料電池スタックおよびシステムを構成する部品や配管が劣化することを抑制できる燃料電池用触媒層の製造方法の提供。【解決手段】  （１）付着により触媒活性を低下させる活性低下性物質を触媒に付着させる付着工程１と、活性低下性物質が付着した触媒と溶媒とを含む溶液を被塗布媒体に塗布する塗布工程３と、を有する燃料電池用触媒層の製造方法。（２）付着工程１後塗布工程前に活性低下性物質が付着した触媒と溶媒とを含む溶液を調合する調合工程２を有する。（３）塗布工程後３に、塗布された溶液のうち溶媒が蒸発した後に活性低下性物質を触媒から除去する除去工程５を有する。（４）調合工程２と塗布工程３は不活性ガス雰囲気下で行われる。（５）塗布工程３で塗布された溶液に含まれる溶媒を不活性ガス雰囲気下で蒸発させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
付着により触媒活性を低下させる活性低下性物質を触媒に付着させる付着工程と、
活性低下性物質が付着した触媒と溶媒とを含む溶液を被塗布媒体に塗布する塗布工程と、
を有する燃料電池用触媒層の製造方法。
【請求項２】
前記付着工程後前記塗布工程前に、活性低下性物質が付着した触媒と溶媒とを含む溶液を調合する調合工程を有する請求項１記載の燃料電池用触媒層の製造方法。
【請求項３】
前記塗布工程後に、塗布された溶液のうち溶媒が蒸発した後に活性低下性物質を触媒から除去する除去工程を有する請求項１記載の燃料電池用触媒層の製造方法。
【請求項４】
前記調合工程は不活性ガス雰囲気下で行われる請求項２記載の燃料電池用触媒層の製造方法。
【請求項５】
前記塗布工程は不活性ガス雰囲気下で行われる請求項１記載の燃料電池用触媒層の製造方法。
【請求項６】
前記塗布工程で塗布された溶液に含まれる溶媒を不活性ガス雰囲気下で蒸発させる請求項３記載の燃料電池用触媒層の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用触媒層の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平９−１９９１３８号公報は、溶媒を含む触媒インクにて触媒層を生成した、燃料電池用触媒層の製造方法を開示している。
【０００３】
しかし、溶媒を含む触媒インクにて生成された触媒層を有する燃料電池では、溶媒の残留物またはこの残留物が変質したものによって燃料電池スタックおよびシステムを構成する部品や配管等が劣化することがある。そのため、劣化を抑制することが必要である。
【特許文献１】特開平９−１９９１３８号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする問題点は、燃料電池スタックおよびシステムを構成する部品や配管等が劣化することである。
本発明の目的は、燃料電池スタックおよびシステムを構成する部品や配管が劣化することを抑制できる燃料電池用触媒層の製造方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  付着により触媒活性を低下させる活性低下性物質を触媒に付着させる付着工程と、
活性低下性物質が付着した触媒と溶媒とを含む溶液を被塗布媒体に塗布する塗布工程と、
を有する燃料電池用触媒層の製造方法。
（２）  前記付着工程後前記塗布工程前に、活性低下性物質が付着した触媒と溶媒とを含む溶液を調合する調合工程を有する（１）記載の燃料電池用触媒層の製造方法。
（３）  前記塗布工程後に、塗布された溶液のうち溶媒が蒸発した後に活性低下性物質を触媒から除去する除去工程を有する（１）記載の燃料電池用触媒層の製造方法。
（４）  前記調合工程は不活性ガス雰囲気下で行われる（２）記載の燃料電池用触媒層の製造方法。
（５）  前記塗布工程は不活性ガス雰囲気下で行われる（１）記載の燃料電池用触媒層の製造方法。
（６）  前記塗布工程で塗布された溶液に含まれる溶媒を不活性ガス雰囲気下で蒸発させる（３）記載の燃料電池用触媒層の製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
上記（１）〜（３）の燃料電池用触媒層の製造方法では、実験的に、付着により触媒活性を低下させる活性低下性物質を触媒に付着させ、活性低下性物質が付着した触媒と溶媒とを含む溶液を被塗布媒体に塗布した結果、スタックやスタックに接続される配管等が劣化することを従来に比べて抑制できた。
上記（４）の燃料電池用触媒層の製造方法では、調合工程を不活性ガス雰囲気下で行った結果、調合工程を不活性ガス雰囲気下で行わない場合に比べて、スタックや配管が劣化することを抑制できた。
上記（５）の燃料電池用触媒層の製造方法では、塗布工程を不活性ガス雰囲気下で行った結果、塗布工程を不活性ガス雰囲気下で行わない場合に比べて、スタックや配管が劣化することを抑制できた。
上記（６）の燃料電池用触媒層の製造方法では、塗布工程で塗布された溶液に含まれる溶媒を不活性ガス雰囲気下で蒸発させた結果、塗布工程で塗布された溶液に含まれる溶媒を不活性ガス雰囲気下で蒸発させない場合に比べて、スタックや配管が劣化することを抑制できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明の燃料電池用触媒層の製造方法を図１〜図４を参照して説明する。
本発明の製造方法が適用される燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池１０である。燃料電池１０は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
固体高分子電解質型燃料電池（セル）１０は、図２〜図４に示すように、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータ１８との積層体からなる。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜１１とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極（アノード、燃料極）１４および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極（カソード、空気極）１７とからなる。アノード１４とカソード１７（触媒層）は、同じ成分で構成される。膜−電極アッセンブリとセパレータ１８との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層１３、１６が設けられる。
膜−電極アッセンブリとセパレータ１８を重ねてセルモジュール１９（１セルモジュールの場合は、セル１０はセルモジュール１９と同じになる）を構成し、セルモジュール１９を積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル２０、インシュレータ２１、エンドプレート２２を配置し、両端のエンドプレート２２をセル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材（たとえば、テンションプレート２４）にボルト・ナット２５にて固定し、燃料電池スタック２３を構成する。一端のエンドプレートに設けた調整ネジにてその内側に設けたバネを介してセル積層体にセル積層方向の締結荷重をかける。
【０００８】
セパレータ１８は、カーボンセパレータ、メタルセパレータ、導電性樹脂セパレータ、メタルセパレータと樹脂フレームとの組合せ、等からなる。
セパレータ１８には、発電領域において、アノード１４に燃料ガス（水素）を供給するための燃料ガス流路２７が形成され、カソード１７に酸化ガス（酸素、通常は空気）を供給するための酸化ガス流路２８が形成されている。また、セパレータ１８には冷媒（通常、冷却水）を流すための冷媒流路２６も形成されている。セパレータ１８には、非発電領域において、燃料ガスマニホールド３０、酸化ガスマニホールド３１、冷媒マニホールド２９が形成されている。燃料ガスマニホールド３０は燃料ガス流路２７と連通しており、酸化ガスマニホールド３１は酸化ガス流路２８と連通しており、冷媒マニホールド２９は冷媒流路２６と連通している。
燃料ガス、酸化ガス、冷媒は、セル内において互いにシールされている。各セルモジュール１９のＭＥＡを挟む２つのセパレータ１８間は、第１のシール部材（たとえば、接着剤）３３によってシールされており、隣接するセルモジュール１９同士の間は、第２のシール部材（たとえば、ガスケット）３２によってシールされている。ただし、第１のシール部材３３がガスケットで形成されてもよいし、第２のシール部材３２が接着剤で形成されてもよい。
【０００９】
各セル１０の、アノード１４側では、水素を水素イオン（プロトン）と電子に変換する電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜１１中をカソード１７側に移動し、カソード１７側では酸素と水素イオンおよび電子（隣りのＭＥＡのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる）から水が生成され、次式にしたがって発電が行われる。
アノード側：Ｈ2 →２Ｈ+＋２ｅ-
カソード側：２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ
【００１０】
本発明では、触媒層（アノード１４とカソード１７）は、図１に示すように、以下の方法により製造される。
（ｉ）[付着工程]１
まず、付着により触媒活性を低下させる活性低下性物質を触媒に付着（吸着）させる。
触媒は、触媒金属と担体が合わさったものをいう。
活性低下性物質は、触媒で酸化したり分解したときに、燃料電池スタック２３および図示略のシステムを構成する部品や図示略の配管等を劣化させることがなく、人体や環境に対して有害な物質を発生しない物質である。また、活性低下性物質は、触媒に付着して一時的に触媒活性を低下させることができ、後工程で容易に触媒から除去でき、電池性能に悪影響を及ぼさない物質である。これらの条件を満たす物質として、一酸化炭素、一酸化窒素、二酸化窒素、窒素などが考えられる。このうち、一酸化炭素、一酸化窒素、二酸化窒素については、常温でそれぞれの雰囲気下に触媒を放置することにより触媒に付着させることができる。
【００１１】
（ｉｉ）[調合工程]２
次いで、活性低下性物質が付着した触媒と溶媒とを含む溶液（触媒インク）を調合する。
触媒インクの調合は、活性低下性物質が付着した触媒と、水と、アルコール（エタノール等）と、電解質とを混ぜあわせることで行われる。触媒存在下では、アルコールは容易に酸化してしまうが、触媒に活性低下性物質が付着されているので、アルコールが酸化することを抑制できる。
【００１２】
（ｉｉｉ）[塗布工程]３
次いで、調合した触媒インクを被塗布媒体に塗布する。
触媒インクは、溶媒が蒸発しきっていない状態で（乾燥していない状態で）、被塗布媒体に塗布される。
被塗布媒体は、電解質膜１１自体であってもよく、拡散層１３、１６自体であってもよく、図示略のシートに触媒インクを塗布して乾燥させた後に電解質膜１１とホットプレスして電解質膜１１の両面に触媒層１４、１７を配置する場合には図示略のシートであってもよい。
塗布の方法は任意である。
【００１３】
（ｉｖ）[溶媒蒸発工程]４
次いで、触媒インク中の溶媒を蒸発させる。
（ｖ）[除去工程]５
次いで、活性低下性物質を触媒から除去する。
活性低下性物質の触媒からの除去は、活性低下性物質を含有しない燃料ガス、酸化ガスを用いて発電することによって行われる。
【００１４】
上記の（ｉｉ）〜（ｉｖ）の工程のうちのいずれか少なくとも１工程は、不活性ガス雰囲気下で行われる。ただし、上記の（ｉｉ）〜（ｉｖ）の全ての工程が不活性ガス雰囲気下で行われることが望ましい。不活性ガス雰囲気下で行われる理由は、不活性ガス雰囲気下で行うことにより、触媒インクの周囲に存在する酸素の量を少なくでき、触媒インク中の溶媒が変質（酸化）することを抑制できるからである。
不活性ガスは、たとえば、窒素ガス、ネオンガス、アルゴンガス等である。
【００１５】
本発明実施例の作用、効果を説明する。
本発明実施例では、実験的に、活性低下性物質を触媒に付着させ、活性低下性物質が付着した触媒と溶媒とを含む溶液を被塗布媒体に塗布した結果、燃料電池スタック２３およびシステムを構成する部品や配管等が劣化することを従来に比べて抑制できた。
また、調合工程を不活性ガス雰囲気下で行った結果、調合工程を不活性ガス雰囲気下で行わない場合に比べて、燃料電池スタック２３およびシステムを構成する部品や配管が劣化することを抑制できた。
塗布工程を不活性ガス雰囲気下で行った結果、塗布工程を不活性ガス雰囲気下で行わない場合に比べて、燃料電池スタック２３およびシステムを構成する部品や配管が劣化することを抑制できた。
塗布工程で塗布された溶液に含まれる溶媒を不活性ガス雰囲気下で蒸発させた結果、塗布工程で塗布された溶液に含まれる溶媒を不活性ガス雰囲気下で蒸発させない場合に比べて、燃料電池スタック２３およびシステムを構成する部品や配管が劣化することを抑制できた。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明実施例の燃料電池用触媒層の製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明実施例の燃料電池用触媒層の製造方法が適用される固定高分子型燃料電池スタックの側面図である。
【図３】図２の燃料電池の一部の拡大断面図である。
【図４】図２の燃料電池のセルの正面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１０  （固体高分子電解質型）燃料電池
１１  電解質膜
１３、１６  拡散層
１４  触媒層（アノード、燃料極）
１７  触媒層（カソード、空気極）
１８  セパレータ
１９  セルモジュール
２０  ターミナル
２１  インシュレータ
２２  エンドプレート
２３  燃料電池スタック
２４  締結部材（テンションプレート）
２５  ボルト
２６  冷媒流路（冷却水流路）
２７  燃料ガス流路
２８  酸化ガス流路
２９  冷媒マニホールド（冷却水マニホールド）
３０  燃料ガスマニホールド
３１  酸化ガスマニホールド
３２  ガスケット
３３  接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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