(57)【要約】一種以上の電気触媒金属および一種以上のプロトン伝導性重合体を含んでなる電気触媒インクであって、電気触媒の重量に対して１〜４０重量％の量で存在する粒子状グラファイトをさらに含んでなることを特徴とする電気触媒インクを開示する。該インクの、ガス拡散電極、特にＰＥＭ燃料電池における使用も開示する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
一種以上の電気触媒金属および一種以上のプロトン伝導性重合体を含んでなる電気触媒インクであって、
前記電気触媒の重量に対して１〜４０重量％の量で存在する粒子状グラファイトをさらに含んでなる、電気触媒インク。
【請求項２】
前記粒子状グラファイトが、前記電気触媒の重量に対して２〜２５重量％の量で存在する、請求項１に記載の電気触媒インク。
【請求項３】
前記電気触媒金属が白金である、請求項１または２に記載の電気触媒インク。
【請求項４】
前記電気触媒が、担持された金属触媒であるか、または担持されていない、細かく分割されたメタルブラックである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気触媒インク。
【請求項５】
前記電気触媒金属が、高表面積粒子状炭素上に担持されている、請求項４に記載の電気触媒インク。
【請求項６】
溶剤の少なくとも７５重量％が水である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気触媒インク。
【請求項７】
前記電気触媒インクの固体含有量が５〜５０重量％である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気触媒インク。
【請求項８】
前記電気触媒：プロトン伝導性重合体の重量比が１：１〜１０：１である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気触媒インク。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気触媒インクの製造方法であって、
１種以上の電気触媒材料を一種以上のプロトン伝導性重合体および粒子状グラファイトと、水性でも有機系でもよい液体媒体中で混合することを含んでなる、方法。
【請求項１０】
前記電気触媒インクを基材に塗布することを含んでなる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気触媒インクを使用する電気触媒作用層の製造方法。
【請求項１１】
ガス拡散基材および請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気触媒インクを使用して製造した電気触媒作用層を備えてなる、ガス拡散電極。
【請求項１２】
固体重合体メンブランおよび請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気触媒インクを使用して製造した電気触媒作用層を備えてなる、触媒被覆したメンブラン。
【請求項１３】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気触媒インクを使用して製造した電気触媒作用層を備えてなる、メンブラン電極機構。
【請求項１４】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気触媒インクを使用して製造した電気触媒作用層を備えてなる、燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、粒子状グラファイトを含んでなる改良された電気触媒インクおよびその製造方法に関する。さらに、本発明は、この改良された電気触媒インクの使用に、特に燃料電池および他の電気化学的装置に応用するための高性能触媒層構造の製造における使用に関する。
【背景技術】
【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、その燃料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り、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を酸素と結合させて電力を発生する。水素またはメタノールは電気化学的電池の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、多孔質にしてガスが拡散する様に特に設計される。燃料電池中で両方の電極と接触し、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）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、および輸送における内燃機関の代替機関として、広く使用される最も一般的な型の燃料電池である。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。
【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は、メンブラン電極機構（ＭＥＡ）と呼ばれる。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層がある。アノードガス拡散基材は、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、反応物燃料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。アノード電気触媒層も、あるレベルの、同じ電気触媒反応箇所と接触しているプロトン伝導性電解質を含んでなる様に設計されている。酸性電解質型では、アノードで起こる反応の生成物としてプロトンが発生し、これらのプロトンが、アノード反応箇所から電解質を通り、カソード層に効率的に搬送される。カソードガス拡散層も多孔質であり、酸素または空気がその基材に進入し、電気触媒層反応箇所を通して拡散する様に設計されている。カソード電気触媒は、プロトンを酸素と組み合わせて水を生成し、やはりあるレベルの、同じ電気触媒反応箇所と接触しているプロトン伝導性電解質を含んでなる様に設計されている。次いで、生成物の水はカソード構造から外に拡散しなければならない。カソードの構造は、生成物の水を効率的に除去できる様に設計する必要がある。水がカソード中で蓄積すると、反応物の酸素が反応箇所に拡散するのがより困難になり、そのために燃料電池の性能が低下する。メタノールを燃料とするＰＥＭＦＣの場合、メタノール中に含まれる水がさらに存在し、この水がアノードからメンブランを通り、カソード側に運ばれることがある。カソードで増加する水は除去しなければならない。しかし、プロトン伝導性メンブラン電解質の場合には、カソード構造から水を過剰に除去すると、メンブランが乾燥し、燃料電池の性能が低下することもある。
【０００４】
ＭＥＡ全体は幾つかの方法により構築することができる。電気触媒層をガス拡散基材の一方の表面に結合し、ガス拡散電極と呼ばれるものを形成することができる。次いで、２個のガス拡散電極を固体のプロトン伝導性メンブランと組み合わせ、ＭＥＡを形成する。あるいは、２個の多孔質のガス拡散基材からＭＥＡを形成し、固体のプロトン伝導性重合体メンブランに両側で触媒作用させる（触媒被覆されたメンブランまたはＣＣＭとも呼ばれる）か、または１個のガス拡散電極および１個のガス拡散基材からＭＥＡを形成し、固体のプロトン伝導性重合体に、ガス拡散基材に面した側で触媒作用させることもできる。
【０００５】
ＭＥＡのガス拡散基材層の製造に典型的に使用される材料は、高密度材料、例えば剛性炭素繊維紙（例えば、Toray Industries、日本国から供給されるToray TGP-H-60またはTGP-H-90）または織った炭素布地、例えばZoltek PWB-3(Zoltek Corporation, 3101 McKelvey Road, St. Louis, Missouri 63044、米国）を含んでなる。基材、例えばこれらの基材は、通常、繊維網目中に埋め込まれているか、または大きい平らな表面上に被覆された、またはそれらを組み合わせた粒子状材料で変成されている。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, Billerica, Ma、米国、から市販）、またはアセチレンブラック、例えばShawinigan（Chevron Chemicals, Houston, Texas、米国、から市販）である。最も頻繁に使用されてい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、水管理特性を改良するため、ガス拡散特性を改良するため、触媒層を上に施す連続表面を与えるため、および導電性を改良するために行われる。さらに最近では、ヨーロッパ特許第０７９１９７４号明細書に記載されている様な、炭素繊維の不織網目（炭素繊維構造、例えばOptimat 203、Technical Fibre Products, Kendal, Cumbria、英国、から市販）を、繊維網目中に埋め込まれた粒子状材料と共に含んでなるガス拡散基材を使用する電極構造が、炭素繊維紙または布地を基材とする構造に匹敵する性能を示している。
【０００６】
アノードおよびカソード構造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、これは貴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。白金系電気触媒は、高表面積の非常に小さい粒子（〜２−５ｎｍ）として供給され、通常は、より大きな巨視的導電性炭素粒子上に分散、担持され、所望の触媒量を与える。導電性炭素は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、Vulkan XC72RおよびShawiniganを包含する。白金系電気触媒は、担体を含まなくてもよく、この場合、非担持Ｐｔ電気触媒と呼ばれる。
【０００７】
ＰＥＭＦＣ中の各ＭＥＡは導電性のフローフィールドプレート間に挟まれており、これらのフローフィールドプレートは、通常は炭素を基材としており、ＭＥＡに反応物を供給する通路を含み、生成物はその通路を通って除去される。各ＭＥＡは、典型的には０．６〜０．７Ｖで少なくとも５００ｍＡｃｍ−２を発生する必要があるので、通常は１０〜３００個のその様なＭＥＡがフローフィールドプレート間に配置され、積重構造を形成する。これらの積重構造が電気的に直列または並列に組み合わされ、特定の用途に望まれる出力を与える。
【０００８】
得られる可能性がある高い電流密度を達成するには、ＭＥＡ構造のすべての構成要素が、それらの最大実用レベルで機能し得る必要がある。従って、電気触媒層中で、プロトン伝導性重合体電解質と接触する触媒表面の比率が実用上可能な限り高く、なお且つ、反応物のガスまたは液体が触媒表面に確実に到達できる必要がある。電気触媒層中での、プロトン伝導性重合体の水和レベルも正しいレベルに維持し、プロトン輸送過程に十分な水を確保できる必要がある。電気触媒層の、ｘ−ｙおよびｚの両方向における導電性も、最大限の電池電位を得るのに重要であり、可能な限り高いレベルに維持する必要がある。触媒分散を最大限にし、従って、触媒と電子絶縁性のプロトン伝導性重合体との接触を最大限にする必要性と、触媒粒子間および触媒層とガス拡散基材との間の両方の電子伝導を最大限にする必要性との間の２分性は、容易に解決されていない２分性である。
【０００９】
本発明の目的は、ＭＥＡの一部として組み込んだ時に、ｘ−ｙおよびｚの両方向で改良された導電性を有する電気触媒作用層を形成するのに使用される、改良された電気触媒材料（以下、「電気触媒インク」と呼ぶ）を提供することである。従って、本発明は、一種以上の電気触媒金属および一種以上のプロトン伝導性重合体を含んでなる電気触媒インクであって、電気触媒の重量に対して１〜４０重量％の量で存在する粒子状グラファイトをさらに含んでなることを特徴とする電気触媒インクを提供する。
【００１０】
量は電気触媒の重量に対して測定し、用語「電気触媒」は、一種以上の電気触媒金属および電気触媒金属粒子を担持する担体材料を包含する。
【００１１】
本発明者らは、電気触媒材料およびプロトン伝導性重合体を含んでなり、１〜４０重量％量の粒子状グラファイトをさらに含んでなる電気触媒インクが、改良された導電性を有する電気触媒作用層を形成できることを見出した。グラファイトは、電気触媒作用層中の電気触媒とプロトン伝導性重合体との間の接触を犠牲にすることなく、電気触媒インクに加えることができる。さらに、グラファイトの添加は、触媒層中の水和レベルに重大な影響を及ぼさない。
【００１２】
電気触媒インク中の粒子状グラファイトの量は、電気触媒の重量に対して１〜４０重量％、好ましくは２〜２５重量％、より好ましくは２〜１５重量％である。高レベルのグラファイト（例えば４０重量％を超える）は、触媒層の機能を損ない、触媒とプロトン伝導性重合体との間の相互作用を低下させることがあるので、グラファイトの量は重要である。さらに、高レベルのグラファイトは、電気触媒層中のガス拡散および水和レベルに影響する場合がある。
【００１３】
本発明の説明に使用する用語「インク」は、最終的なインク処方物を、電気触媒作用層を堆積させるための大量生産工程に使用できる様に、ビヒクルキャリヤー中に分散させ、様々な方法、例えば濾過、真空堆積、スプレー堆積、キャスティング、押出、ロール塗りまたは印刷、により基材に塗布できる材料を意味する。本発明のインクは、基材、例えばガス拡散基材、メンブラン、またはデカルブランク、に塗布し、簡単な操作で電気触媒作用層を形成することができる。
【００１４】
用語「電気触媒」は、当業者には良く理解される様に、ガス拡散電極中に配合した時に、電気化学的反応を起こし易くする触媒を意味する。本発明で使用する電気触媒金属は、
(i)白金族金属（すなわち白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウムおよびオスミウム）、
(ii)金または銀、
(iii)卑金属または卑金属酸化物
またはこれらの金属の一種以上を含んでなる合金または混合物から選択することができる。本発明に使用する好ましい電気触媒金属は白金である。電気触媒金属は、担持しなくても、導電性基材上に担持してもよいが、好ましくは例えば高表面積粒子状炭素上に担持する。ＰＥＭ燃料電池に典型的に使用される電気触媒は、金属粒子がカーボンブラックの表面全体にわたって分散された担持された金属触媒であるか、または担持されていない細かく分割されたメタルブラックである。担持された触媒の場合、炭素の個別粒子または小塊は直径が１０〜１００ｎｍであり、個別粒子の融解により形成された典型的な凝集物は、少なくとも一つの方向で１００〜５００ｎｍ（０．１〜０．５μｍ）の最大寸法を有する(T.J. FabishおよびD.E. Schleifer, Carbon, Vol. No.1 19-38, 1984)。炭素上に担持された金属粒子は、典型的には２〜５ｎｍの範囲内にある。担持されていないメタルブラックは、典型的には寸法が１〜１０ｎｍのオーダーにある個別粒子を有し、その様な粒子の凝集物が１００〜５０００ｎｍ（０．１〜５μｍ）のクラスターを形成する。
【００１５】
グラファイトは、異方性形態の炭素であり、平面内で六角形に配置された炭素原子の無限層から構成された構造を有する。平面の積重配置はＡＢＡＢであり、交互の平面内にある原子が互いに整列している。この層構造は、知られている最も異方性の高い構造の一つであり、基底面内の炭素結合が極めて強く、面間の結合が弱い層状構造の直接の結果である。これらの特徴は、例えば基底面における電気抵抗が、基底面を横切る電気抵抗より３等級以上小さいなどの、材料の全体的な物理的特性に反映されている。
【００１６】
市販グラファイトには２つの主要供給源があり、その第一は天然グラファイト、すなわち世界中の多くの場所で産出する結晶性鉱物形態のグラファイトである。典型的には、その様な材料は幾つかの追加の鉱物元素を含み、それらの物理的外観に層状構造を反映しており、ｘおよびｙ方向に対してｚ寸法が小さいフレークの形態にある。第二は、製造されたグラファイトであり、これは結合された、顆粒状の炭素物体であり、そのマトリックスが典型的には２４００℃を超える温度にさらされており、そのマトリックスはその温度未満では安定している(Standard Definitions of Terms Relating to Manufacturing Carbon and Graphite, American Society for Testing and Materials)。これらの材料の中で、原子構造は層状のままであり、典型的な物理的特性、例えば導電性、を維持しているが、全体的な物理的構造は、フレーク状材料からｘ、ｙおよびｚ寸法が類似している構造まで様々である。
【００１７】
本発明で使用するグラファイトは、粒子状グラファイト、例えばフレークグラファイトまたは球状グラファイト、である。グラファイト粒子の最長寸法は、０．５〜５０μｍが好適であり、好ましくは１〜２０μｍである。これより大きな粒子は、電気触媒作用層の厚さが典型的には５〜４０μｍであり、大きな粒子は層の表面から突き出ることがあるので、好ましくない。さらに、大きなグラファイト粒子は、特定のインク塗布方法、例えば印刷、では使用できない場合がある。
【００１８】
グラファイトの電気抵抗は、０．０５Ωｃｍ未満が好適である。これは、触媒インクで触媒担体として一般的に使用される他の粒子状炭素の抵抗よりも低い。
【００１９】
インクは、一種以上の溶剤を含んでなるが、この溶剤は有機系、例えばアルコール、エステル、低級アミド（例えばジメチルホルムアミドおよびジメチルアセトアミド）およびジメチルスルホキシドでもよいが、水でもよい。好ましくは、溶剤の少なくとも７５重量％は水であり、より好ましくは溶剤の少なくとも９０％は水である。
【００２０】
電気触媒インクの固体含有量は、インクの重量に対して５〜５０重量％が好適であり、好ましくは１０〜４０重量％である。
【００２１】
ＭＥＡは、幾つかの異なった部品中にグラファイトを含んでなることができ、例えば電気触媒金属は、粒子状グラファイト上に担持することができる。本発明では、粒子状グラファイトが電気触媒インク中の追加成分として存在する。好適には、電気触媒金属が担持される場合、担体材料の少なくとも７５％はグラファイトではない。電気触媒金属が担持される場合、担体材料はグラファイトではないのが好ましい。グラファイトは、粒子の表面積が低く、比較的少量の金属しかグラファイト上に堆積させることができないので、通常、好適な担体材料ではない。担体材料のＢＥＴ表面積は４０ｍ２／ｇを超えるのが好ましい。
【００２２】
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材料が挙げられるが、これらに限定するものではない。
１）実質的にフッ素化された炭素鎖を有し、所望により実質的にフッ素化された側鎖がそこに付加している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 Industries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、過フッ化された、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、第ＷＯ９５／０８５８１号および第ＷＯ９７／２５３６９号の各明細書(Ballard Power Systems)に開示されている、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、過フッ化された重合体も包含され、その際、過フッ化された炭素鎖、例えばＰＴＦＥ、フッ素化されたエチレン−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、放射線により、または化学的反応開始により、活性化される。
３）フッ素化された重合体、例えばヨーロッパ特許第０３３１３２１号明細書および第０３４５９６４号明細書(Imperial Chemical Industries plc)に記載されている、ペンダント飽和化された環状基を含む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重合体。
４）芳香族重合体、例えばヨーロッパ特許第０５７４７９１号明細書および米国特許第５，４３８，０８２号明細書(Hoechst AG)に記載されている重合体、例えばスルホン化されたポリアリールエーテルケトン。また、国際特許第ＷＯ９４／１６００２号明細書(Allied Signal Inc.)に記載されている様な、イオン交換官能基を含む重合体で化学的にグラフト化することができる、ポリエーテルスルホンの様な芳香族重合体。
５）フッ素化されていない重合体は、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)に記載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。
【００２３】
電気触媒（一種以上の電気触媒金属＋すべての触媒担体）とプロトン伝導性重合体の重量比は１：１〜１０：１であるのが好適である。
【００２４】
本発明の第二の態様は、本発明の電気触媒インクの製造方法であって、１種以上の電気触媒材料を一種以上のプロトン伝導性重合体および粒子状グラファイトと、水性でも有機系でもよい液体媒体中で混合することを含んでなる方法を提供する。
【００２５】
本発明の第三の態様は、電気触媒インクを基材に塗布することを含んでなる、本発明の電気触媒インクを使用して電気触媒作用層を製造する方法を提供する。基材はガス拡散基材、例えば炭素紙、重合体電解質メンブラン、またはデカルブランク、例えばテフロンブランクでよい。
【００２６】
本発明は、ガス拡散基材および本発明の電気触媒インクを使用して製造した電気触媒作用層を備えてなる、アノードまたはカソードでよいガス拡散電極も提供する。この電極は、濾過、真空堆積、スプレー堆積、キャスティング、押出、ロール塗りまたは印刷を包含する、この分野で公知のいずれかの方法により、電気触媒インクをガス拡散基材（例えば炭素繊維紙製の）に塗布することにより製造される。
【００２７】
本発明は、固体重合体メンブランおよび本発明の電気触媒インクを使用して製造した電気触媒作用層を備えてなる触媒被覆したメンブランも提供する。触媒被覆したメンブランは、濾過、真空堆積、スプレー堆積、キャスティング、押出、ロール塗りまたは印刷を包含する、この分野で公知のいずれかの方法により、電気触媒インクをメンブランの片側または両側に塗布することにより製造される。本発明のさらに別の態様は、i)本発明の電気触媒インクを使用して製造した電気触媒作用層を備えてなるメンブラン電極機構，およびii)本発明の電気触媒インクを使用して製造した電気触媒作用層を備えてなる燃料電池を提供する。
【００２８】
ここで、本発明を例により説明するが、これらの例は本発明を制限するものではない。
【００２９】
比較例１
比較用電気触媒層として使用する触媒インクは、ヨーロッパ特許第０７３１５２０号明細書に記載されている方法により、カーボンブラック上４０重量％白金(Johnson Matthey HiSpec（商品名）4000)１００ｇを、水中に分散させたNafion（商品名）の１３重量％溶液５２０ｇに分散させることにより、調製した。粒子状触媒は、高せん断ミキサー(Silverson L4R)を使用して分散させ、滑らかなインクを製造した。
【００３０】
例１
電気触媒インクは、比較例１と同様に、カーボンブラック上４０重量％白金(Johnson Matthey HiSpec（商品名）4000)４０ｇおよびフレークグラファイトタイプT44（Timcal Ltd., CH-5643 Sins、スイスから供給）４．５ｇを、脱イオン水３１０ｇおよび水中に分散させたNafion（商品名）の２３．３４重量％溶液１２２．１ｇに分散させ、滑らかなインクを形成することにより、調製した。
【００３１】
例２
電気触媒インクは、比較例１と同様に、カーボンブラック上４０重量％白金(Johnson Matthey HiSpec（商品名）4000)４５ｇおよび球状フレークグラファイトタイプSFG 15（Timcal Ltd., CH-5643 Sins、スイスから供給）５ｇを、脱イオン水３１０ｇおよび水中に分散させたNafion（商品名）の２３．３４重量％溶液１２２．１ｇに分散させ、滑らかなインクを形成することにより、調製した。
【００３２】
抵抗測定
抵抗測定に使用した装置を図１に示す。複数の、寸法１０ｃｍｘ２．５ｃｍの銅メッキした繊維ガラスプリント回路基板を、基板の中央部分（７．５ｃｍ）の銅被覆を除去して調製した。次いで、インクの試料を個々の基板上に、印刷された層（３）が末端にある銅細片（２）の上に６ｍｍ延びる様にスクリーン印刷した。印刷された層を常温で乾燥させた。電気接続部（４）を両方の末端細片（２）に取り付けた。次いで、Hewlett Packard 4263A LCR（インダクタンス ／キャパシタンス／抵抗）メーターを使用し、印刷された触媒層の面内抵抗を測定した。
【００３３】
環境の湿度がNafion重合体に影響することがあるので、すべての測定に、密封された環境チャンバーを使用した。湿度レベルを、乾式測定には１８〜２０％に、湿式測定には９４〜９６％に調整した。結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
比抵抗（ρ）は、Ｒ＝ρｘ長さ／断面積により得られ、ここでＲは、オームで表した測定抵抗値である。面内測定は、「乾式」測定と「湿式」測定の両方で極めて再現性が高かった。すべての場合で、「乾式」測定が「湿式」測定より著しく低いことが観察された。しかし、標準カソードインク（比較例１）は、すべての場合で、追加のグラファイトを含むインクよりも大幅に高い抵抗を有していた。２組の結果「乾式」と「湿式」間の傾向は等しい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、抵抗測定に使用した装置を示す図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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