(57)【要約】【課題】本発明は、触媒層を電解質膜に良好に転写することができ、しかも燃料電池の性能に悪影響を与えない転写シートを提供することを課題とする。【解決手段】本発明の触媒層転写シートは、基材シートの一方面上に触媒層が形成された転写フィルムであって、前記基材シートは、二軸延伸ポリプロピレンフィルムと金属箔との積層体からなり、前記二軸延伸ポリプロピレンフィルムは、１５０℃におけるＭＤ方向及び／又はＴＤ方向の熱収縮率が２％以上であり、前記触媒層は、積層体の二軸延伸ポリプロピレンフィルム側に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材シートの一方面上に触媒層が形成された転写シートであって、
前記基材シートは、二軸延伸ポリプロピレンフィルムと金属箔との積層体からなり、
前記二軸延伸ポリプロピレンフィルムは、１５０℃におけるＭＤ方向及び／又はＴＤ方向の熱収縮率が２％以上であり、
前記触媒層は、積層体の二軸延伸ポリプロピレンフィルム側に形成されている、
触媒層転写シート。
【請求項２】
積層体の厚さが２０〜１５０μｍである請求項１に記載の触媒層転写シート。
【請求項３】
積層体に占める二軸延伸ポリプロピレンフィルムの厚みの割合は、積層体全体の１０〜５０％である請求項１又は２に記載の触媒層転写シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒層転写シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池等の触媒層を作成する方法として、今日まで様々の方法が提案されている。これらの中でも、一度別の基材を用いて作製した触媒層を電解質膜に転写する転写法は、触媒層を形成することが容易であり、電解質膜及びガス拡散層にも悪影響が少ないため、有利である。
【０００３】
しかしながら、転写法では、触媒層を電解質膜に転写する際、触媒層の一部が転写できない問題点を有している。
【０００４】
このような問題点を解消するために、基材フィルムと触媒層との間にフッ素系の離型成分を積層した転写フィルムが提案されている（特許文献１）。
【０００５】
特許文献１に記載されている転写フィルムを使用すると、触媒層を電解質膜に良好に転写することができる。しかしながら、特許文献１の転写フィルムでは、触媒層と共に、フッ素系の離型成分の一部が固体電解質膜に転写されるのが避けられず、燃料電池の性能に悪影響を及ぼす問題点を有している。
【特許文献１】特開２００３−２８５３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、触媒層を電解質膜に良好に転写することができ、しかも燃料電池の性能に悪影響を与えない転写シートを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねて来た。その結果、転写シートの基材シートとして特定の積層体を使用した場合に、所望の転写シートを得ることができ、上記課題を解決できることを見い出した。本発明は、このような知見に基づき完成されたものである。
【０００８】
本発明は、下記項１〜３に示す触媒層転写シートを提供する。
項１．基材シートの一方面上に触媒層が形成された転写シートであって、前記基材シートは、二軸延伸ポリプロピレンフィルムと金属箔との積層体からなり、前記二軸延伸ポリプロピレンフィルムは、１５０℃におけるＭＤ方向及び／又はＴＤ方向の熱収縮率が２％以上であり、前記触媒層は、積層体の二軸延伸ポリプロピレンフィルム側に形成されている、触媒層転写シート。
項２．積層体の厚さが２０〜１５０μｍである項１に記載の触媒層転写シート。
項３．積層体に占める二軸延伸ポリプロピレンフィルムの厚みの割合は、積層体全体の１０〜５０％である項１又は２に記載の触媒層転写シート。
【０００９】
触媒層転写フィルム
本発明の触媒層転写シートは、基材シートの一方面上に触媒層が形成された転写シートである。本発明の触媒層転写シートの一例を示す断面図を図１に示す。
【００１０】
基材シート
本発明の基材シートは、二軸延伸ポリプロピレンフィルムと金属箔との積層体から構成されている。
【００１１】
二軸延伸ポリプロピレンフィルムとしては、１５０℃におけるＭＤ方向及び／又はＴＤ方向の熱収縮率が２％以上である限り、公知のものを広く使用することができる。二軸延伸ポリプロピレンフィルムの１５０℃におけるＭＤ方向及び／又はＴＤ方向の熱収縮率は、２〜１０％であるのが好ましく、２〜６％であるのがより好ましい。
【００１２】
二軸延伸ポリプロピレンフィルムの厚さは、経済性及び取り扱い性の観点から、通常５〜１００μｍ、好ましくは１０〜４０μｍである。
【００１３】
金属箔としては、公知のものを広く使用でき、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔等を挙げることができる。これらの中では、アルミニウム箔及び銅箔が好ましい。
【００１４】
金属箔の厚さは、作業性、経済性等の観点から、通常１０〜１００μｍ、好ましくは２０〜５０μｍである。
【００１５】
積層体の厚さの合計は、基材フィルム上に触媒層を形成させる作業性、経済性等の観点から、２０〜１５０μｍ、好ましくは３０〜１００μｍであるのが好ましい。
【００１６】
二軸延伸ポリプロピレンフィルムと金属箔との積層体に占める二軸延伸ポリプロピレンフィルムの厚みの割合は、積層体全体の１０〜５０％、好ましくは２０〜４０％である。
【００１７】
二軸延伸ポリプロピレンフィルムと金属箔との積層には、接着剤を使用してもよいし、接着性の樹脂を使用してもよい。
【００１８】
本発明では、二軸延伸ポリプロピレンフィルムと金属箔との積層体を使用することが必須である。二軸延伸ポリプロピレンフィルム及び金属箔をそれぞれ単独で基材シートに使用した場合には、本発明の効果を発現できない。
【００１９】
触媒層
本発明において、触媒層は、積層体の二軸延伸ポリプロピレンフィルム側に形成されている。
【００２０】
触媒層は、公知のものであり、一般的には、触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を含有する。
【００２１】
ここで、触媒粒子としては、例えば、白金、白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属と白金との合金等が挙げられる。
【００２２】
水素イオン伝導性高分子電解質としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂等が挙げられる。
【００２３】
基材シート上に触媒層を形成させるに当っては、触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を適当な溶剤に混合、分散してペースト状にしておき、形成される触媒層が所望の層厚になるように、このペーストを公知の方法に従い基材シートの二軸延伸ポリプロピレンフィルム上に塗布するのがよい。
【００２４】
使用される溶剤としては、例えば、各種アルコール類、各種エーテル類、各種ジアルキルスルホキシド類、水又はこれらの混合物等が挙げられる。
【００２５】
ペーストの塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ナイフコーター、バーコーター、スプレー、ディップコーター、スピンコーター、ロールコーター、ダイコーター、カーテンコーター、スクリーン印刷等の一般的な方法を適用できる。
【００２６】
斯かるペーストを塗布した後、乾燥することにより、触媒層が形成される。乾燥温度は、通常４０〜１００℃程度、好ましくは６０〜８０℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常５分〜２時間程度、好ましくは３０分〜１時間程度である。
【００２７】
触媒層の厚さは、通常１０〜５０μｍ程度、好ましくは１５〜３０μｍ程度がよい。
【００２８】
触媒層−電解質膜積層体
本発明の触媒層−電解質膜積層体は、電解質膜の両面の触媒層が形成されたものである。本発明の触媒層−電解質膜積層体の断面図の一例を図２に示す。
【００２９】
本発明の触媒層が積層された電解質膜（触媒層−電解質膜積層体）は、例えば、本発明転写シートの触媒層面が電解質膜面に対面するように転写シートを配置し、加圧した後、該転写シートの基材シートを剥離することにより製造される。この操作を２回繰り返すことにより、触媒層面が電解質膜の両面に積層された触媒層−電解質膜積層体が製造される。
【００３０】
作業性を考慮すると、触媒層面を電解質膜の両面に同時に積層するのがよい。この場合には、例えば、本発明転写シートの触媒層面が電解質膜の両面に対面するように転写シートを配置し、加圧した後、該転写シートの基材シートを剥離すればよい。
【００３１】
使用される電解質膜は、公知のものである。電解質膜の膜厚は、通常２０〜２５０μｍ程度、好ましくは２０〜８０μｍ程度である。電解質膜の具体例としては、デュポン社製の「Ｎａｆｉｏｎ」（登録商標）膜、旭硝子（株）製の「Ｆｌｅｍｉｏｎ」（登録商標）膜、旭化成（株）製の「Ａｃｉｐｌｅｘ」（登録商標）膜、ゴア（Ｇｏｒｅ）社製の「Ｇｏｒｅ  Ｓｅｌｅｃｔ」（登録商標）膜等が挙げられる。
【００３２】
加圧レベルは、転写不良を避けるために、通常０．５〜１０Ｍｐａ程度、好ましくは１〜１０Ｍｐａ程度がよい。また、この加圧操作の際に、転写不良を避けるために、加圧面を加熱するのが好ましい。加熱温度は、電解質膜の破損、変性等を避けるために、通常８０〜２００℃程度、好ましくは１３５〜１５０℃程度がよい。
【００３３】
電極−電解質膜接合体
本発明の電極−電解質膜接合体は、触媒層−電解質膜積層体の両面に電極基材を配置し、加圧することにより製造される。
【００３４】
電極基材は、公知であり、燃料極、空気極を構成する各種の電極基材を使用できる。
【００３５】
加圧レベルは、通常０．１〜１００Ｍｐａ程度、好ましくは５〜１５Ｍｐａ程度がよい。この加圧操作の際に加熱するのが好ましく、加熱温度は通常１２０〜１５０℃程度でよい。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の転写シートを使用することにより、均一な触媒層を電解質膜上に形成させることができる。
【００３７】
本発明によれば、触媒層を電解質膜に良好に転写することができ、しかも燃料電池の性能に悪影響を与えない触媒層−電解質膜積層体製造用転写フィルムを提供することができる。
【００３８】
従って、本発明の触媒層−電解質膜積層体を使用すれば、優れた電池性能を備えた高品質の燃料電池を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下に実施例を掲げて、本発明をより一層明らかにする。
【００４０】
参考例（基材シートの作成）
厚さが４０μｍのアルミニウム箔（住商アルミ箔（株）製のベスパ８０２１）又は厚さが３５μｍもしくは４５μｍの銅箔（古河サーキットフォイル（株）製のＮＣ−ＷＳ）と厚さが５μｍ、１０μｍ、２０μｍもしくは４０μｍの二軸延伸ポリプロピレン（ＯＰＰ、東レ（株）製のトレファン２５００、１５０℃におけるＭＤ方向の熱収縮率が＞３％、ＴＤ方向の熱収縮率が＞３％）とを、接着剤（東洋モートン（株）製のＡＤ−５０２）を用いて貼り合わせることにより、各種の基材シートを製造した。基材シートの詳細を下記表１に示す。
【００４１】
製造した各種の基材シートについて、カールの有無を以下の基準で評価した。
【００４２】
カールの有無
（１）オーブンにて各種基材シートを１００℃に加熱しながら１０分間静置し、基材シートにカールが発生したかどうかを目視にて判断した。カールしない場合を◎、カールした場合を×とした。
（２）熱プレス機にて、各種基材シートを１５０℃で５０ｋｇ/ｃｍ2の圧力で５分間熱プレスし、基材シートにカールが発生したかどうかを目視にて判断した。カールしない場合を◎、カールして形状を保てない場合を×とした。
【００４３】
これらの試験結果を表１に併せて示す。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
実施例１
白金ルテニウム担持カーボン（Ｐｔ：２７．２重量％、Ｒｕ：２８．７重量％）（田中貴金属（株）製、ＴＥＣ６２Ｅ５８）１０重量部及び５重量％電解質溶液（デュポン社製、ＤＥ−５２０、溶剤：１−プロパノール／水＝１／１（重量比））１００重量部を、イソプロピルアルコール１００重量部及びプロピレングリコール２重量部に加え、混合及び分散を行い、触媒層形成用ペーストを調製した。
【００４６】
基材シートＡの一方面上に触媒層形成用ペーストをブレードコーターを用いて、乾燥後の厚さが２０μｍになるように塗布し、８５℃で乾燥させ、本発明の触媒層転写シートを製造した。
【００４７】
実施例２〜６
基材シートＡの代わりに基材シートＢ〜基材シートＦを使用する以外は、実施例１と同様にして、本発明の触媒層転写シートを製造した。
【００４８】
転写性の評価試験
上記実施例１〜６で製造した触媒層転写シートを２．５ｃｍ×２．５ｃｍに裁断し、３．０ｃｍ×３．０ｃｍに裁断した電解質膜（デュポン社製、ナフィオン１１２）の両側に、転写フィルムの触媒層面が電解質膜の両面に対面するように転写シートを配置し、温度１５０℃、圧力６．５ＭＰａで転写を行い、触媒層−電解質膜積層体を製造した。
【００４９】
実施例１〜６で得られた転写シートの転写性は、いずれも良好であり、触媒層を電解質膜に容易に転写することができた。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明の触媒層転写シートの断面図である。
【図２】図２は、触媒層−電解質膜積層体の断面図である。
【図１】
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【図２】
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