(57)【要約】ａ）触媒インクをガス拡散基材に塗布する工程、ｂ）焼成する工程、ｃ）プロトン伝導性重合体溶液を塗布する工程、およびｄ）乾燥させる工程を含んでなる新規なガス拡散電極の製造方法であって、プロトン伝導性重合体溶液が、構造Ａ（式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、独立して、Ｈ、メチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルから選択される）を有する溶剤の群から選択された一種以上の溶剤を含んでなることを特徴とする方法。メンブラン電極機構の新規な製造方法も開示する。
2005528763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス拡散電極の製造方法であって、
ａ）触媒インクをガス拡散基材に塗布する工程と、
ｂ）焼成する工程と、
ｃ）プロトン伝導性重合体溶液を塗布する工程と、および
ｄ）乾燥させる工程とを含んでなり、
前記プロトン伝導性重合体溶液が、下記構造Ａ：
【化１】
2005528763.tif 000005
（上記式中、
Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、独立して、Ｈ、メチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルから選択されるものである）
を有する溶剤の群から選択された一種以上の溶剤を含んでなる、方法。
【請求項２】
前記プロトン伝導性重合体溶液がＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記触媒インクが、電気触媒、溶剤、所望により一種以上の結合剤および所望により一種以上のレオロジー変性剤を含んでなる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記電気触媒が、担持されていない金属触媒である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記電気触媒が、担持された金属触媒である、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記触媒インクがＰＴＦＥ結合剤を含んでなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記プロトン伝導性重合体溶液が過フッ化重合体を含んでなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
メンブラン電極機構の製造方法であって、
ａ）触媒インクをガス拡散基材に塗布し、ガス拡散電極を形成する工程と、
ｂ）前記ガス拡散電極を焼成する工程と、
ｃ）プロトン伝導性重合体溶液を前記ガス拡散電極に塗布する工程と、
ｄ）所望により前記ガス拡散電極を乾燥させる工程と、および
ｅ）前記ガス拡散電極をプロトン伝導性重合体メンブランと組み合わせる工程とを含んでなり、
前記プロトン伝導性重合体溶液が、下記構造Ａ：
【化２】
2005528763.tif 000006
（上記式中、
Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、独立して、Ｈ、メチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルから選択されるものである）
を有する溶剤の群から選択された一種以上の溶剤を含んでなる、方法。
【請求項９】
前記プロトン伝導性重合体溶液がＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドを含んでなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記触媒インクが、電気触媒、溶剤、所望により一種以上の結合剤および所望により一種以上のレオロジー変性剤を含んでなる、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記電気触媒が、担持されていない金属触媒である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電気触媒が、担持された金属触媒である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記触媒インクがＰＴＦＥ結合剤を含んでなる、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記プロトン伝導性重合体溶液が過フッ化重合体を含んでなる、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池メンブラン電極機構の成分として使用するのに好適である電極の製造方法に関する。
【０００２】
電気化学的電池は、それらの基本的なレベルで、固体または液体の電解質および所望の電気化学的反応が起こる２個の電極、アノードおよびカソード、を常に含んでなる。燃料電池は、燃料および酸化体の貯蔵された化学的エネルギーを電気的エネルギーに効率的に変換するエネルギー変換装置である。燃料は、通常、ガスとして貯蔵された水素、または液体またはガスとして貯蔵されたメタノールであり、酸化体は空気または酸素である。水素またはメタノールはアノードで酸化され、酸素がカソードで還元される。これらの電池では、気体状反応物および／または生成物が電池の電極構造の中に、および／またはその電極構造から外に拡散する必要がある。従って、電極は、電極における反応物と反応箇所の接触を最適化して反応速度を最大限にするために、多孔質であり、ガスおよび／または液体が拡散する様に特に設計される。両方の電極と接触し、燃料電池中で電気的接触を維持する必要がある電解質は、本来、酸性またはアルカリ性の液体または固体でよい。プロトン交換メンブラン燃料電池（ＰＥＭＦＣ）では、水素またはメタノールを燃料としていても、電解質は、一般的にペルフルオロスルホン酸材料を基剤とする固体のプロトン伝導性重合体メンブランである。ＰＥＭＦＣは、固定型および携帯用の発電装置を包含する市場で、より効率的で低排出物の発電技術として、および輸送用内燃機関の代替手段として、広く使用される型の燃料電池である。
【０００３】
ＰＥＭＦＣでは、メンブランおよび２個の電極から形成された組合せラミネート構造が、メンブラン電極機構（ＭＥＡ）として公知である。ＭＥＡは、典型的には幾つかの層を含んでなるが、一般的には、その基本的なレベルで、それらの機能により限定される５個の層を有すると考えられる。メンブランのどちらかの側に、所望の電極反応速度を増加するためのアノードおよびカソード電気触媒が配合されている。電気触媒含有層と接触して、メンブランと接触している面と反対側の面上に、アノードおよびカソードガス拡散基材（ＧＤＳ）がある。アノードＧＤＳは、多孔質であり、反応物の水素またはメタノールが、その基材の、反応物である燃料の供給部に露出されている面から進入し、次いで、基材の厚さを通り、通常は白金金属系である電気触媒を含む層に拡散し、水素またはメタノールの電気化学的酸化を最大限にする様に設計されている。反応物がメタノールである場合、アノードＧＤＳは、一酸化炭素も逃がさなければならない。カソードＧＤＳも、多孔質であり、酸素または空気が基材中に進入し、電気触媒層反応箇所に拡散できるように設計される。さらに、カソードＧＤＳは、生成物の水を除去できなければならない。
【０００４】
ＭＥＡ全体は幾つかの方法により構築することができる。電気触媒層をＧＤＳの一方の表面に結合し、ガス拡散電極（ＧＤＥ）と呼ばれるものを形成することができる。次いで、２個のＧＤＥを固体のプロトン伝導性メンブランと結合することにより、ＭＥＡを形成する。あるいは、２個の多孔質ＧＤＳおよび両側で触媒作用する固体のプロトン伝導性重合体メンブランからＭＥＡを形成する（以下、触媒被覆メンブランまたはＣＣＭと呼ぶ）か、または１個のＧＤＥおよび１個のＧＤＳからＭＥＡを形成し、固体のプロトン伝導性重合体に、ＧＤＳに面した側で触媒作用させることもできる。
【０００５】
アノードおよびカソード用の電気触媒材料は、典型的には貴金属、特に白金、を含んでなるが、これは、これらの金属が、すべての低温燃料電池、例えばＰＥＭＦＣ、に最も効率的で安定した電気触媒であることが分かっているためである。白金は、唯一の電気触媒金属としてそれ自体で、または他の貴金属または卑金属との組合せで使用される。白金系の電気触媒は、高表面積の非常に小さな粒子（約２０〜５０Å）として提供され、より大きな巨視的な電子伝導性炭素粒子上に分散、担持され、所望の触媒装填量を与えることが多い。導電性炭素が触媒を担持するのに好ましい材料である。典型的に使用される粒子状カーボンブラック材料は、Vulcan XC72RおよびShawiniganを包含する。また、白金系電気触媒は、担体を配合しなくてもよく、この場合、担持されていないＰｔ電気触媒と呼ばれる。
【０００６】
電気触媒層は、ある量の、電気触媒反応箇所と接触しているプロトン伝導性重合体を含んでなるのが好適である。これによってプロトンをアノード反応箇所から重合体メンブランを通してカソード反応箇所に効率的に搬送することができる。
【０００７】
プロトン伝導性重合体を電気触媒層中に取り入れる一つの方法は、触媒層をＧＤＳに塗布し、続いてプロトン伝導性重合体の溶液を触媒層に塗布する方法である。電気触媒は、水中に分散させ、好適な結合剤を加えることにより、触媒インク中に配合する。触媒インクは、好適な方法、例えばスクリーン印刷またはスプレー、によりＧＤＳに塗布する。その後、プロトン伝導性重合体の溶液を電気触媒層に塗布する。そのような方法は、ヨーロッパ特許第ＥＰ５７７２９１号明細書に記載されている。
【０００８】
プロトン伝導性重合体を触媒層に取り入れることにより、触媒反応に実際に関与する白金系触媒の比率が増加し、触媒の有効性を改良することができる。触媒の有効性は、触媒、気体状反応物、およびプロトン伝導性重合体の間の３相界面により影響される。触媒の有効性を改良することにより、白金系触媒の量を増加せずに、ＭＥＡ性能（特定電流密度における電池電圧として測定）を向上させることができる。
【０００９】
触媒有効性を改良する問題は、ヨーロッパ特許第ＥＰ６３７８５１号明細書に記載されている。プロトン伝導性重合体のコロイド状分散液を担持された触媒と混合し、ＧＤＳに塗布して触媒層を製造する。コロイド状分散液は、水酸基以外の極性基、例えばエステル、エーテル、カルボニル、アミノまたはカルボキシル基、を有する有機溶剤を含む。
【００１０】
本発明は、触媒有効性の高い触媒を製造するための別の方法を追求した。
【００１１】
そこで、本発明は、
ａ）触媒インクをガス拡散基材に塗布する工程、
ｂ）焼成する工程、
ｃ）プロトン伝導性重合体溶液を塗布する工程、および
ｄ）乾燥させる工程
を含んでなるガス拡散電極の製造方法であって、
プロトン伝導性重合体溶液が、構造Ａ
【化１】
2005528763.tif 000003
（式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、独立して、Ｈ、メチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルから選択される）
を有する溶剤の群から選択された一種以上の溶剤を含んでなることを特徴とする方法を提供する。
【００１２】
好適には、プロトン伝導性重合体溶液は、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−エチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジプロピルアセトアミドおよびＮ−メチル,Ｎ−エチルアセトアミドから選択された一種以上の溶剤を含んでなる。
【００１３】
好ましくは、プロトン伝導性重合体溶液は、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（Ｒ１、Ｒ２およびＲ３がメチルである）を含んでなる。
【００１４】
触媒インクは、電気触媒、溶剤、所望により一種以上の結合剤および所望により一種以上のレオロジー変性剤を含んでなるのが好適である。本発明の一実施態様では、電気触媒は、担持されていない金属触媒、例えば白金黒、である。本発明の第二の実施態様では、電気触媒は、担持された金属触媒、例えば導電性炭素担体上に担持された白金または白金合金、である。金属触媒は、溶剤、好ましくは水中に分散させる。好適な結合剤は、疎水性重合体、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはフッ素化エチレン−プロピレン（ＦＥＰ）、を包含する。レオロジー変性剤は、好適にはセルロース系、例えばメチルセルロースである。
【００１５】
触媒インクは、当業者には公知のいずれかの技術を使用してＧＤＳに塗布することができる。好適な技術には、スクリーン印刷、スプレー、Ｋ−バー技術およびドクターブレード法が挙げられる。
【００１６】
ＧＤＳは、多孔質導電性シート材料で製造する。好適な材料は、炭素繊維紙、例えばToray Industries、日本国から市販（Toray TGP-H-60またはTGP-H-90）、および炭素繊維織布、例えばZoltek Corporation、米国から市販（Zoltek PWB-3）、を包含する。これらの基材は、通常、繊維網目中に埋め込んだ、または大きい平らな表面上に被覆した、または両方を組み合わせた粒子状材料で変性される。典型的には、これらの粒子状材料は、カーボンブラックおよび重合体混合物を含んでなる。粒子状カーボンブラック材料は、例えばオイルファーネスブラック，例えばVulcan XC72R（Cabot Chemicals、米国製）またはアセチレンブラック、例えばShawinigan（Chevron Chemicals、米国製））である。最も頻繁に使用される重合体は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。被覆または埋込は、水管理特性を改良し、ガス拡散特性を改良し、触媒層を塗布する連続表面を形成し、導電性を改良するために行う。同等の性能を示す、炭素紙または炭素布に代わる材料は、炭素繊維の不織網目（炭素繊維構造、例えばTechnical Fibre Products、英国、製のOptimat 203）を含んでなり、粒子状材料を繊維網目中に埋め込んだ基材である。そのような材料は、ヨーロッパ特許第ＥＰ０７９１９７４号、国際特許第ＷＯ００／４７８１６号、第ＷＯ００／５５９３３号および第ＥＰ１０６３７１６号の各明細書に開示されている。
【００１７】
焼成工程（ｂ）は、好適には空気中で行い、触媒インク中に配合したレオロジー変性剤をすべて燃焼させるのに十分な温度で行わなければならない。この温度は、すべての重合体結合剤、例えばＰＴＦＥ、を流動させるのにも十分でなければならない。ＰＴＦＥを含んでなる触媒層に好適な焼成温度は３００〜４００℃である。
【００１８】
本発明で使用するのに好適なプロトン伝導性重合体には、下記の重合体が挙げられるが、これらに限定するものではない。
１）所望により実質的にフッ素化された側鎖が付加している、実質的にフッ素化された炭素鎖を含む構造を有する重合体。これらの重合体は、スルホン酸基またはスルホン酸基の誘導体、カルボン酸基またはカルボン酸基の誘導体、ホスホン酸基またはホスホン酸基の誘導体および／またはこれらの基の混合物を含む。過フッ化重合体には、E.I. DuPont de Nemours（米国特許第３，２８２，８７５号、第４，３２９，４３５号、第４，３３０，６５４号、第４，３５８，５４５号、第４，４１７，９６９号、第４，６１０，７６２号、第４，４３３，０８２号、および第５，０９４，９９５号の各明細書）、Asahi Glass KKおよびAsahi Chemical Industryからそれぞれ市販のNafion（商品名）、Flemion（商品名）およびAciplex（商品名）が挙げられる。他の重合体は、米国特許第５，５９５，６７６号明細書(Imperial Chemical Industries plc)および米国特許第４，９４０，５２５号明細書(Dow Chemical Co.)に開示されている重合体を包含する。
２）芳香族環を含む過フッ化または部分的にフッ素化された重合体、例えば国際特許第ＷＯ９５／０８５８１号明細書および第ＷＯ９７／２５３６９号明細書(Ballard Power Systems)に記載されている、ＳＯ３Ｈ、ＰＯ２Ｈ２、ＰＯ３Ｈ２、ＣＨ２ＰＯ３Ｈ２、ＣＯＯＨ、ＯＳＯ３Ｈ、ＯＰＯ２Ｈ２、ＯＰＯ３Ｈ２で官能化された重合体。放射線により、または化学的にグラフト化された過フッ化重合体も含まれるが、そこでは過フッ化炭素鎖、例えばＰＴＦＥ、フッ素化エチレン−プロピレン（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン（ＥＴＦＥ）共重合体、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）共重合体、ポリ（フッ化ビニル）（ＰＶＦ）およびポリ（フッ化ビニリデン）（ＰＶＤＦ）、が、官能化されてイオン交換基を含むことができるモノマー、例えばスチレン、の存在下で、放射線または化学的開始により活性化される。
３）ペンダント飽和化環状基を有する重合体鎖、および環状基を通して重合体鎖に結合した少なくとも１個のイオン交換基を含むフッ素化された重合体、例えばヨーロッパ特許第ＥＰ０３３１３２１号明細書および第ＥＰ０３４５９６４号明細書(Imperial Chemical Industries plc)に開示されている重合体。
４）芳香族重合体、例えばヨーロッパ特許第ＥＰ０５７４７９１号明細書および米国特許第５、４３８，０８２号明細書(Hoechst AG)、例えばスルホン化ポリアリールエーテルケトン。芳香族重合体、例えばイオン交換官能基を含む重合体で化学的にグラフト化し得るポリエーテルスルホン、例えば国際特許第ＷＯ９４／１６００２号明細書(Allied Signal Inc.)に記載されている重合体も。
５）非フッ素化重合体は、米国特許第５，４６８，５７４号明細書(Dais Corporation)に記載されている重合体、例えば炭化水素、例えばスチレン成分がスルホネートおよび／またはホスホン酸基で官能化されているスチレン−（エチレン−ブチレン）−スチレン、スチレン−（エチレン−プロピレン）−スチレンおよびアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体およびターポリマー、を包含する。
６）米国特許第５，５９９，６３９号明細書(Hoechst Celanese Corporation)に開示されている重合体を包含する窒素含有重合体、例えばポリベンズイミダゾールアルキルスルホン酸およびポリベンズイミダゾールアルキルまたはアリールホスホネート。
【００１９】
構造Ａの溶剤の一種以上を含んでなるプロトン伝導性重合体溶液は、溶剤交換技術により製造することができる。プロトン伝導性重合体は、アルコールと水の混合物中の溶液、例えばDuPontから市販のEW1100 Nafion（商品名）５％溶液、として購入することができる。溶剤交換技術は、構造Ａの溶剤が、購入した状態にある溶液中の溶剤よりも高い沸点を有する場合に使用することができる。構造Ａの溶剤、例えばＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、を、購入した状態にある溶液に加え、低沸点の溶剤を蒸発させる。これは、回転蒸発装置または分別カラムを使用して行うことができる。
【００２０】
一種以上の構造Ａの溶剤を含んでなるプロトン伝導性重合体溶液は、重合体を適切な溶剤に、好ましくはオートクレーブ中で溶解させることにより、製造することもできる。
【００２１】
プロトン伝導性重合体溶液は、焼成した触媒層に、スクリーン印刷、スプレー、Ｋ−バー法またはドクターブレード技術などの技術により塗布することができる。好ましい技術は、スクリーン印刷である。
【００２２】
プロトン伝導性重合体溶液を塗布した後、触媒層を乾燥させて触媒層から溶剤を除去する。これは、減圧するか、またはしない加熱炉中で行うことができる。好適な乾燥温度は１００〜１３０℃である。
【００２３】
本発明は、
ａ）触媒インクをガス拡散基材に塗布し、ガス拡散電極を形成する工程、
ｂ）ガス拡散電極を焼成する工程、
ｃ）プロトン伝導性重合体溶液をガス拡散電極に塗布する工程、
ｄ）所望によりガス拡散電極を乾燥させる工程、および
ｅ）ガス拡散電極をプロトン伝導性重合体メンブランと組み合わせる工程
を含んでなるＭＥＡの新規な製造方法であって、
プロトン伝導性重合体溶液が、構造Ａ
【化２】
2005528763.tif 000004
（式中、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、独立して、Ｈ、メチル、エチル、ｎ−プロピルおよびイソプロピルから選択される）
を有する溶剤の群から選択された一種以上の溶剤を含んでなることを特徴とする方法をさらに提供する。
【００２４】
好適には、プロトン伝導性重合体溶液は、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−エチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジプロピルアセトアミドおよびＮ−メチル,Ｎ−エチルアセトアミドから選択された一種以上の溶剤を含んでなる。
【００２５】
好ましくは、プロトン伝導性重合体溶液は、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（Ｒ１、Ｒ２およびＲ３がメチルである）を含んでなる。
【００２６】
好ましくは、ＧＤＥはプロトン伝導性重合体メンブランと組み合わせる。電極とメンブランを組み合わせるには、圧力および所望により熱を作用させることにより構成成分を組み合わせる、張り合わせ方法が好ましい。好適なＭＥＡ張り合わせ方法は、ヨーロッパ特許第ＥＰ５７７２９１号明細書に記載されている。本発明の一実施態様では、メンブランおよびＧＤＥを、ＧＤＥがまだ湿っている、すなわち溶剤が触媒層中にまだ存在する間に組み合わせることができるので、乾燥工程（ｄ）は、所望により行う。張りあわせ工程を湿ったＧＤＥを使用して行う場合、張りあわせ後にＭＥＡを乾燥させ、残留溶剤をすべて除去する必要があろう。
【００２７】
メンブランのガラス転移温度（Ｔｇ）が高い場合、乾燥工程（ｄ）を行わず、ＧＤＥが湿っている間にメンブランとＧＤＥを組み合わせるのが特に好ましい。ある種のポリ芳香族重合体、例えばスルホン化ポリアリールエーテル重合体、は、重合体電解質メンブランとして使用され、非常に高いＴｇを有する。これらの重合体は、Ｔｇが低い重合体、例えば過フッ化スルホン酸重合体、を含む電極と組み合わせることができる。張りあわせ工程を「湿った」条件下で行わない場合、重合体メンブランが分解するか、または温度が低すぎ、重合体メンブランが流動せず、メンブラン中の重合体と電極中の重合体との間の効果的な結合が形成されないことがある。
【００２８】
プロトン伝導性重合体メンブランは、触媒層に塗布されるプロトン伝導性重合体溶液と同じプロトン伝導性重合体を含むことができる。しかし、メンブラン中のプロトン伝導性重合体および触媒層に塗布される溶液は異なっていてもよい。
【００２９】
本発明の方法により製造される電極およびＭＥＡは、燃料電池に使用するのに好適であるが、他の用途、例えばガスセンサーまたは電解反応器、にも使用できる。担持されていない触媒を含んでなる電極およびＭＥＡは、直接メタノール燃料電池に使用した場合に特に有用である。
【００３０】
以下に本発明を例としてのみ説明する。
【００３１】
比較例１
電極の製造  ２個の炭素繊維紙基材(Toray TGP-H-60)をＰＴＦＥで処理し、カーボンブラックベース層を各基材の片側表面に塗布した。白金黒触媒層をベース層に塗布量４．１９ｍｇ／ｃｍ２で印刷した。これらの層を空気中３８５℃で１６分間焼成した。イオン伝導性重合体溶液のトップコートを各触媒層上にブラシ塗りした。重合体溶液は、ヨーロッパ特許第ＥＰ７３１５２０号明細書に記載されているようにして製造した、実質的に水および１０重量％のNafion（商品名）重合体を含むNafion（商品名）の水溶液であった。重合体被覆を空気中１０５℃で乾燥させて水を除去し、重合体塗布量０．２３ｍｇ／ｃｍ２を得た。
【００３２】
ＭＥＡの製造  ２個の電極をNafion 112メンブラン(DuPont)と、この分野で一般的に行われている標準的なＭＥＡ張りあわせ方法で組み合わせた。
【００３３】
比較例２
各電極上のNafion（商品名）重合体の塗布量が０．７ｍｇ／ｃｍ２である以外は、例１と同様に電極およびＭＥＡを製造した。
【００３４】
例１
電極の製造  第一電極は比較例１に記載するように製造した。第二電極は、イオン伝導性重合体溶液が、Nafion（商品名）重合体のＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド中１０重量％溶液である以外は、同様に製造した。溶液は、DuPontから受領した状態にあるEW1100 Nafion（商品名）溶液を使用し、溶剤交換法により製造した。この溶液を白金黒触媒層上にブラシ塗りし、空気中１０５℃で乾燥させ、重合体塗布量０．３２ｍｇ／ｃｍ２を得た。溶液の第二被覆を電極上にブラシ塗りしたが、第二層は乾燥させなかった。これによって、重合体の公称塗布量０．６ｍｇ／ｃｍ２を有する電極を得た。
【００３５】
ＭＥＡの製造  第一および第二電極を、比較例１と同様に、Nafion 112メンブラン(DuPont)と組み合わせた。ＭＥＡを結合させた時、第二電極は湿っていた（すなわち、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド溶剤が触媒層中に残留していた）。張りあわせ工程の後、ＭＥＡを１０５℃で乾燥させ、残留溶剤をすべて除去した。
【００３６】
ＭＥＡの性能
比較例１と２、および例１で製造したＭＥＡを燃料電池中、８０℃で試験した。水素を２００ｋＰａゲージおよび相対湿度１００％でアノードに供給し、空気または酸素を２００ｋＰａゲージおよび相対湿度１００％でカソードに供給した。反応物の化学量論は、水素と空気が１．５：２であり、水素と酸素が１．５：１０である（両方の場合、ガスの体積流量は等しい）。
【００３７】
図１は、３種類のＭＥＡに対する電池電圧と電流密度の関係を示す。例１に関しては２組のデータがある。第一の実験では、第二電極（Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド溶液を使用して製造）を燃料電池のカソード側に配置した。この実験から得たデータは、単に「例１：空気／酸素」と標記した。第二実験では、第二電極を燃料電池のアノード側に配置した。この実験から得たデータは、「例１逆：空気／酸素」と標記した。性能試験における条件（純粋な水素を供給）下で、ＭＥＡの性能を制限するのはカソードである。カソード中の触媒有効性を改良すると、ＭＥＡの性能が、特に低電流密度で著しく改良される。
【００３８】
図１は、比較例１と「例１逆」の性能は同等であることを示している。Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド溶液を使用して製造した電極を燃料電池のアノード側に配置することにより得られる性能上の有益性は無い。比較例２は、比較例１よりもNafion（商品名）量が高いが、低電流密度では同等の性能を示し、従って、重合体量を増加しても触媒の有効性は大きく変わらない例１は、低電流密度で最良の性能を示している。Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド溶液を使用して製造した電極を燃料電池のカソード側に配置することにより、性能が向上し、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド溶液の使用により、触媒層中の触媒有効性が改良されることを立証している。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、各ＭＥＡに対する電池電圧と電流密度の関係を示す。
【図１】
2005528763.tif 000007
【国際調査報告】
2005528763.tif 000008
2005528763.tif 000009
2005528763.tif 000010
2005528763.tif 000011