(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも溶媒、アイオノマ、および触媒粒子を混合して電極触媒インクを作製する電極触媒インク作製方法であって、
前記アイオノマが表面に吸着した前記触媒粒子のゼータ電位を測定し、前記触媒粒子への前記アイオノマの吸着量の多少を、前記ゼータ電位を用いて判定し、前記吸着量が少ないと判定した場合、前記アイオノマの吸着量が増加するように前記電極触媒インクを調整する、電極触媒インク作製方法。
【請求項２】
前記電極触媒インクの調整は、前記電極触媒インクに前記アイオノマを投入することを含み、当該投入によって、前記アイオノマの吸着量を増加させる、請求項１に記載の電極触媒インク作製方法。
【請求項３】
前記電極触媒インクの調整は、前記電極触媒インクに機械的エネルギーを加えることを含み、当該機械的エネルギーを加えて前記アイオノマおよび前記触媒粒子の分散を促すことによって、前記アイオノマの吸着量を増加させる、請求項１または請求項２に記載の電極触媒インク作製方法。
【請求項４】
前記混合の前に前記アイオノマを加熱しておき、当該加熱しておいたアイオノマを、少なくとも前記溶媒および前記触媒粒子と加熱しつつ混合する、請求項１〜請求項３のうちのいずれか１つに記載の電極触媒インク作製方法。
【請求項５】
前記触媒粒子を、粉末の状態で少なくとも前記溶媒および前記アイオノマと混合する、請求項１〜請求項４のうちのいずれか１つに記載の電極触媒インク作製方法。
【請求項６】
一の前記電極触媒インクを作製するために、前記アイオノマを含む一のアイオノマ分散液と、前記触媒粒子を含む一の触媒粒子分散液とを混合する前、
他の前記電極触媒インクの作製に用いる他のアイオノマ分散液と、前記一のアイオノマ分散液との間で、それらのゼータ電位のばらつきが抑制されるように、前記一のアイオノマ分散液を調整するとともに、
前記他の電極触媒インクの作製に用いる他の触媒粒子分散液と、前記一の触媒粒子分散液との間で、それらのゼータ電位のばらつきが抑制されるように、前記一の触媒粒子分散液を調整する、請求項１〜請求項４のうちのいずれか１つに記載の電極触媒インク作製方法。
【請求項７】
少なくとも溶媒、アイオノマ、および触媒粒子を混合して電極触媒インクを作製する混合部と、
前記アイオノマが表面に吸着した前記触媒粒子のゼータ電位を測定するゼータ電位測定部と、
前記ゼータ電位が変化するような調整を前記電極触媒インクに対して行う電極触媒インク調整部と、を有し、
前記ゼータ電位測定部は、前記触媒粒子への前記アイオノマの吸着量の多少を、前記ゼータ電位を用いて判定し、前記吸着量が少ないと判定された場合、前記電極触媒インク調整部は、前記アイオノマの吸着量が増加するように前記電極触媒インクを調整する、電極触媒インク作製装置。
【請求項８】
前記混合部への前記アイオノマの導入経路に設けられた開閉部を含む前記電極触媒インク調整部を有し、当該電極触媒インク調整部は、前記開閉部を開いて前記混合部に前記アイオノマを投入することによって、前記アイオノマの吸着量を増加させる、請求項７に記載の電極触媒インク作製装置。
【請求項９】
前記混合部から導出された前記電極触媒インクを前記混合部に再導入させる循環経路に設けられた分散部を含む前記電極触媒インク調整部を有し、当該電極触媒インク調整部は、前記分散部で前記電極触媒インクに機械的エネルギーを加え、前記アイオノマおよび前記触媒粒子の分散を促すことによって、前記アイオノマの吸着量を増加させる、請求項７または請求項８に記載の電極触媒インク作製装置。
【請求項１０】
前記アイオノマを加熱する第１のヒータと、
前記混合部内の前記電極触媒インクを加熱する第２のヒータと、を有する、請求項７〜請求項９のうちのいずれか１つに記載の電極触媒インク作製装置。
【請求項１１】
前記混合部を収容し不活性ガスを導入自在なボックスを有し、前記触媒粒子が、粉末の状態で前記ボックス内にある、請求項７〜請求項１０のうちのいずれか１つに記載の電極触媒インク作製装置。
【請求項１２】
前記混合部に投入される一のアイオノマ分散液と、当該分散液とは別途で前記混合部に投入される他のアイオノマ分散液との間で、それらのゼータ電位のばらつきが抑制されるように、前記アイオノマ分散液を調整するアイオノマ分散液調整部と、
前記混合部に投入される一の触媒粒子分散液と、当該分散液とは別途で前記混合部に投入される他の触媒粒子分散液との間で、それらのゼータ電位のばらつきが抑制されるように、前記触媒粒子分散液を調整する触媒粒子分散液調整部と、を有する、請求項７〜請求項１０のうちのいずれか１つに記載の電極触媒インク作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極触媒インク作製方法および電極触媒インク作製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車等で用いられる固体高分子型燃料電池は、電気化学反応が進行する膜電極接合体をセパレータによって挟み、これらを積層した構造を有する。膜電極接合体は、電解質膜と、電解質膜の面に配置された電極触媒層と、を有する。
【０００３】
電極触媒層の形成方法は、様々であるが、そのうちの１つに転写シートを利用した方法がある。この方法は、液状の電極触媒インクを転写シートに塗工し、それを乾燥させて転写シート上に電極触媒層を形成した後、これを電解質膜に転写することによって、電極触媒層を電解質膜に配置する。
【０００４】
電極触媒インクは、溶媒、アイオノマ、および触媒粒子を含んでいる。膜電極接合体の発電性能は、発電に有効なプロトン伝導に寄与するアイオノマが触媒粒子に吸着した吸着量によって左右される。具体的に、触媒粒子へのアイオノマの吸着量が多ければプロトン伝導抵抗が下がり、発電性能が高まる。
【０００５】
従って、電極触媒インクの状態で触媒粒子へのアイオノマの吸着量を評価できれば、製造工程の上流側で膜電極接合体の発電性能の良否をある程度判断できるが、アイオノマの吸着量を簡便に評価する方法は確立されていない。
【０００６】
例えば特許文献１では、カーボン粉末分散液について、ゼータ電位を指標とする評価が行われているものの、この従来技術がゼータ電位を指標として評価しているのは、あくまで粒子の分散性および凝集性であり、触媒粒子へのアイオノマの吸着量は評価していない。従来技術による評価から分かることは、ゼータ電位の絶対値が大きいと、コロイド粒子同士の反発力が大きく、分散性が高い（凝集し難い）ということであり、触媒粒子へのアイオノマの吸着量が多いか少ないかということについては評価されていない。
【０００７】
そのため、一旦、膜電極接合体を作り上げて実際の発電性能を測定し、その測定結果から電極触媒インクを評価しなければ、電極触媒インクの良し悪しを判断できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第５０９３８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、そのような評価方法では、電極触媒インク作製以降の要因も評価結果に含まれることになり、さらに、その影響の度合いも不明である。このため、電極触媒インクについて評価しているとは言えない。誤った評価に基づき不良の電極触媒インクがそのまま用いられた場合、所望の発電性能を発揮しない膜電極接合体が作製され、歩留まり低下を招く虞がある。
【００１０】
そこで、本発明者らは、電極触媒インクの状態でその良否を評価する方法について鋭意検討した。その結果、本発明者らは、プロトン伝導ひいては発電性能に寄与するアイオノマの触媒粒子への吸着量と、触媒粒子のゼータ電位との間に相関関係があることを見出し、この相関関係を利用して電極触媒インクを評価することを案出した。
【００１１】
すなわち、本発明は、従来にない新たな知見に基づいてなされたものであり、電極触媒インクの状態でプロトン伝導性に関する評価を行い、これに基づいて歩留まりを向上させることができる電極触媒インク作製方法および電極触媒インク作製装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の電極触媒インク作製方法は、少なくとも溶媒、アイオノマ、および触媒粒子を混合して電極触媒インクを作製する。本発明の電極触媒インク作製方法は、アイオノマが表面に吸着した触媒粒子のゼータ電位を測定し、触媒粒子へのアイオノマの吸着量の多少を、ゼータ電位を用いて判定する。本発明の電極触媒インク作製方法は、触媒粒子へのアイオノマの吸着量が少ないと判定した場合、アイオノマの吸着量が増加するように電極触媒インクを調整する。
【００１３】
上記目的を達成するための本発明の電極触媒インク作製装置は、少なくとも溶媒、アイオノマ、および触媒粒子を混合して電極触媒インクを作製する混合部を有する。また、本発明の電極触媒インク作製装置は、アイオノマが表面に吸着した触媒粒子のゼータ電位を測定するゼータ電位測定部と、ゼータ電位が変化するような調整を電極触媒インクに対して行う電極触媒インク調整部と、を有する。ゼータ電位測定部は、触媒粒子へのアイオノマの吸着量の多少を、ゼータ電位を用いて判定する。触媒粒子へのアイオノマの吸着量が少ないと判定された場合、電極触媒インク調整部は、アイオノマの吸着量が増加するように電極触媒インクを調整する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、触媒粒子へのアイオノマの吸着量とゼータ電位との相関を基に、発電に有効なプロトン伝導性に関する評価が電極触媒インクの状態で行われ、その評価結果に基づいて、良好なプロトン伝導性を有する電極触媒インクが提供される。このため、不良な電極触媒インクが後工程で使用されることが防止され、歩留まりを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の電極触媒インク作製装置の概要を示す図である。
【図２】分散機の一例を示す図である。
【図３】分散機の他の例を示す図である。
【図４】分散機のさらに他の例を示す図である。
【図５】第１実施形態の電極触媒インク作製方法の概要を示すフローチャートである。
【図６】触媒粒子にアイオノマが吸着した状態を模式的に示す図である。
【図７】触媒粒子へのアイオノマの吸着量が増加した状態を模式的に示す図である。
【図８】触媒粒子へのアイオノマの吸着量とゼータ電位との相関関係を示すグラフである。
【図９】第２実施形態の電極触媒インク作製装置の概要を示す図である。
【図１０】第２実施形態の電極触媒インク作製方法の概要を示すフローチャートである。
【図１１】第３実施形態の電極触媒インク作製装置の概要を示す図である。
【図１２】第３実施形態の電極触媒インク作製方法の概要を示すフローチャートである。
【図１３】加熱温度を変えて測定したアイオノマの粒子径分布を示すグラフである。
【図１４】アイオノマの加熱温度とゼータ電位差との関係を示すグラフである。
【図１５】アイオノマと他の構成成分との混合前および混合時で加熱の有無を変えたときのゼータ電位差を示すグラフである。
【図１６】第４実施形態の電極触媒インク作製装置の概要を示す図である。
【図１７】触媒粒子の粉末に液体を含ませた触媒含有物において、触媒粒子に形成されている孔に液体が入り込んだ状態を模式的に示す図である。
【図１８】粉末状の触媒粒子における空隙の空いた孔を模式的に示す図である。
【図１９】触媒含有物に含まれる触媒粒子の固形分比率とゼータ電位差との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる。
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、第１実施形態の電極触媒インク作製装置１００は、インクタンク１１０（混合部）と、インク調整装置１２０（電極触媒インク調整部）と、インク調整装置１３０（電極触媒インク調整部）と、ゼータ電位測定装置１４０（ゼータ電位測定部）と、を有する。
【００１８】
インクタンク１１０は、電極触媒インク１１１を収容している。電極触媒インク１１１は、溶媒、アイオノマ、および触媒粒子を含む。電極触媒インク１１１は、これらに加えてさらに、撥水剤、分散剤、増粘剤、造孔剤等の添加剤を含んでもよい。電極触媒インク１１１は、インクタンク１１０内で撹拌されている。
【００１９】
溶媒は、例えば、水道水、純水、イオン交換水、蒸留水等の水、シクロヘキサノール、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール（ｎ−プロピルアルコール）、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、イソブタノール、およびｔｅｒｔ−ブタノール等の炭素数１〜４の低級アルコール、プロピレングリコール、ベンゼン、トルエン、キシレン等であるが、これらに限定されない。これらの他にも、酢酸ブチルアルコール、ジメチルエーテル、エチレングリコール等が溶媒として用いられてもよい。これらの溶剤は、１種を単独で使用してもあるいは２種以上の混合液の状態で使用してもよい。
【００２０】
アイオノマとしては、例えば、フッ素系高分子電解質材料、および炭化水素系高分子電解質材料を挙げることができるが、これらに限定されない。フッ素系高分子電解質材料としては、例えば、ナフィオン（登録商標）、アシプレックス（登録商標）、フレミオン（登録商標）等のパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー、パーフルオロカーボンホスホン酸系ポリマー、トリフルオロスチレンスルホン酸系ポリマー、エチレンテトラフルオロエチレン−ｇ−スチレンスルホン酸系ポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオリド−パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー等が挙げられる。炭化水素系高分子電解質材料としては、例えば、スルホン化ポリエーテルスルホン（Ｓ−ＰＥＳ）、スルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、ホスホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、スルホン化ポリスチレン、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン（ＳＰＥＥＫ）、スルホン化ポリフェニレン（Ｓ−ＰＰ）等が挙げられる。
【００２１】
触媒粒子は、少なくとも触媒作用を有する物質を含み、例えば、触媒作用を有する触媒金属と、これを担持する触媒担体と、を有する。
【００２２】
触媒金属は、例えば白金含有触媒金属であるが、これに限定されない。白金含有触媒金属としては、例えば、白金（Ｐｔ）の単体粒子、または白金粒子とルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、タングステン（Ｗ）、鉛（Ｐｂ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、バナジウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）、ガリウム（Ｇａ）及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選ばれる少なくとも１種の他の金属粒子との混合物、白金と他の金属との合金等を挙げることができる。
【００２３】
触媒担体は、例えば、電子伝導性を有し、主成分がカーボンからなる。触媒担体としては、例えば、カーボンブラック（ケッチェンブラック、オイルファーネスブラック、チャネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなど）、活性炭等からなるカーボン粒子が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２４】
インク調整装置１２０は、アイオノマ収容部１２１と、アイオノマ導入管１２２と、バルブ１２３（開閉部）と、を有する。
【００２５】
アイオノマ収容部１２１は、アイオノマ分散液１２４を収容するタンクである。アイオノマ分散液１２４は、溶媒と、溶媒中に分散したアイオノマと、を含む。
【００２６】
アイオノマ導入管１２２は、アイオノマ収容部１２１をインクタンク１１０と連通させる。アイオノマ導入管１２２は、インクタンク１１０へのアイオノマ分散液１２４の導入経路を構成する。この導入経路にバルブ１２３が設けられている。
【００２７】
バルブ１２３は、特に限定されないが、例えば、電気信号に応じて開閉する電磁バルブである。バルブ１２３の開閉によって、インクタンク１１０へのアイオノマの投入量が調整される。バルブ１２３が開くように動作すると、インクタンク１１０へアイオノマが投入される。バルブ１２３が閉じるように動作すると、インクタンク１１０へのアイオノマの投入が停止する。
【００２８】
インク調整装置１３０は、循環管１３１と、ポンプ１３２と、分散機１３３（分散部）と、を有する。
【００２９】
循環管１３１は、インクタンク１１０と連通している。循環管１３１は、インクタンク１１０から導出された電極触媒インク１１１を、インクタンク１１０に再導入させる循環経路を構成する。この循環経路にポンプ１３２および分散機１３３は設けられている。
【００３０】
ポンプ１３２は、循環管１３１における電極触媒インク１１１の流動を促し、電極触媒インク１１１を円滑に循環させる。
【００３１】
分散機１３３は、インクタンク１１０から導出される電極触媒インク１１１に対し、機械的エネルギーを加え、電極触媒インク１１１におけるアイオノマおよび触媒粒子の分散を促す。
【００３２】
分散機１３３は、例えば、図２に示すようなメディア撹拌式分散機１３３Ａ、図３に示すような超音波ホモジナイザー１３３Ｂ、または図４に示すような湿式ジェットミル１３３Ｃであるが、これらに限定されない。
【００３３】
図２に示すように、メディア撹拌式分散機１３３Ａは、循環経路上流側の循環管１３１Ａと、循環経路下流側の循環管１３１Ｂとの間に設けられる。メディア撹拌式分散機１３３Ａは、循環管１３１Ａを通じ、ベッセルＡ１内に電極触媒インク１１１を導入し、回転ローターＡ３によって、球形状を有するメディアＡ２とともに電極触媒インク１１１を撹拌する。こうして電極触媒インク１１１に機械的エネルギーが加えられ、電極触媒インク１１１中のアイオノマおよび触媒粒子の分散が促される。電極触媒インク１１１は、メディア撹拌式分散機１３３Ａを通過後、循環管１３１Ｂを通じてインクタンク１１０へと戻される。
【００３４】
図３に示すように、超音波ホモジナイザー１３３Ｂは、循環経路上流側の循環管１３１Ａと、循環経路下流側の循環管１３１Ｂとの間に設けられる。超音波ホモジナイザー１３３Ｂは、循環管１３１Ａを通じ、容器Ｂ１内に電極触媒インク１１１を導入する。超音波ホモジナイザー１３３Ｂは、チップＢ２から電極触媒インク１１１に超音波を加え、電極触媒インク１１１を振動させる。こうして電極触媒インク１１１に機械的エネルギーが加えられ、電極触媒インク１１１中のアイオノマおよび触媒粒子の分散が促される。電極触媒インク１１１は、超音波ホモジナイザー１３３Ｂを通過後、循環管１３１Ｂを通じてインクタンク１１０へと戻される。
【００３５】
図４に示すように、湿式ジェットミル１３３Ｃは、循環経路上流側の循環管１３１Ａと、循環経路下流側の循環管１３１Ｂとの間に設けられる。湿式ジェットミル１３３Ｃは、循環管１３１Ａを通じて電極触媒インク１１１を導入し、プランジャポンプＣ１による加圧噴射を利用して、電極触媒インク１１１同士の衝突を生じさせる。こうして電極触媒インク１１１に機械的エネルギーが加えられ、電極触媒インク１１１中のアイオノマおよび触媒粒子の分散が促される。電極触媒インク１１１は、湿式ジェットミル１３３Ｃを通過後、循環管１３１Ｂを通じてインクタンク１１０へと戻される。次に、再び図１を参照する。
【００３６】
図１に示すように、ゼータ電位測定装置１４０は、電極触媒インク導入管１４１を通じてインクタンク１１０と連通している。電極触媒インク導入管１４１は、循環管１３１から分岐している。電極触媒インク１１１の一部は、電極触媒インク導入管１４１を通り、ゼータ電位測定装置１４０に導入される。
【００３７】
ゼータ電位測定装置１４０は、導入された電極触媒インク１１１から、例えば電気泳動光散乱測定法（レーザードップラー法）に準じてゼータ電位を求める。電気泳動光散乱測定法（レーザードップラー法）自体は、従来公知であるため、ゼータ電位の導出についてのここでの詳述は省略する。概説すれば、電極触媒インク１１１に照射されたレーザー光のドップラー効果による周波数のシフト量、および電極触媒インク１１１に印加する電場等が測定され、それらの値から、泳動速度および電気移動度を算出し、さらに、Ｓｍｏｌｕｃｈｏｗｓｋｉの式に基づき、電気移動度からゼータ電位が導出される。
【００３８】
このような測定法を実行するため、ゼータ電位測定装置１４０は、例えば、電極触媒インク１１１に電場をかける電極、電極触媒インク１１１にレーザーを照射するレーザー装置、および、電極触媒インク１１１からの散乱光を検出する検出器を含む。また、ゼータ電位測定装置１４０は、電極触媒インク１１１から得られる実測値等を用いて計算を行うとともに計算結果に基づいて制御信号を発生させる例えばコンピュータ等の計算機を含む。
【００３９】
ゼータ電位測定装置１４０の構成は、特に限定されない。ゼータ電位測定装置１４０は、前述のようなレーザー装置および検出器等を含み測定が行われる測定実行部と、前述のような計算機を含みゼータ電位の算出および算出結果に基づく制御を行う制御部とが、ユニット化されて一体となった構成を有してもよいし、それらが別体として別々に設けられた構成を有してもよい。
【００４０】
次に、第１実施形態の電極触媒インク作製方法について説明する。
【００４１】
図５に示すように、本実施形態の電極触媒インク作製方法は、インクタンク投入工程Ｓ１と、ゼータ電位測定工程Ｓ２と、判定工程Ｓ３と、インク調整工程Ｓ４と、を有する。
【００４２】
インクタンク投入工程Ｓ１では、溶媒、アイオノマ、および触媒粒子が、インクタンク１１０に投入される。これらの投入順序は特に限定されず、それらを別々に投入してもよいし、同時に投入してもよい。また、溶媒、アイオノマ、および触媒粒子に加えてさらに、撥水剤、分散剤、増粘剤、造孔剤等の添加剤がインクタンク１１０に投入されてもよい。
【００４３】
本実施形態では、インクタンク１１０へのアイオノマの投入は、バルブ１２３が開けられ、アイオノマ導入管１２２を通じてアイオノマ分散液１２４が導入されることによって行われるが、これに限定されない。作業者がインクタンク１１０にアイオノマを直接投入してもよい。
【００４４】
また、インクタンク投入工程Ｓ１では、溶媒、アイオノマ、および触媒粒子が、インクタンク１１０内で撹拌されて混ぜ合わされる。こうすることによって電極触媒インク１１１が形成される。溶媒、アイオノマ、および触媒粒子の混合によって、触媒粒子の表面にアイオノマが吸着する。
【００４５】
インクタンク投入工程Ｓ１後、ゼータ電位測定工程Ｓ２では、電極触媒インク１１１に対してゼータ電位測定が行われ、アイオノマが表面に吸着した触媒粒子のゼータ電位が求められる。ゼータ電位測定装置１４０がゼータ電位を測定する。インクタンク１１０内で作製された電極触媒インク１１１の一部がゼータ電位測定装置１４０内に導入され、ゼータ電位測定装置１４０は、それに対してゼータ電位測定を行い、アイオノマが表面に吸着した触媒粒子のゼータ電位を導出する。
【００４６】
ゼータ電位測定工程Ｓ２後、判定工程Ｓ３では、測定されたゼータ電位を用いて、触媒粒子へのアイオノマの吸着量が多いか少ないか判定される。ゼータ電位測定装置１４０がこのような判定を行う。
【００４７】
従来、ゼータ電位は、コロイド粒子の分散性および凝集性を評価する指標として知られていたが、これと異なり、本発明者らは、ゼータ電位と、触媒粒子へのアイオノマの吸着量との間の相関関係に新たに着目した。具体的に、アイオノマの一例であるナフィオン（登録商標、以下省略）が触媒粒子に吸着した場合を例に挙げて、アイオノマの吸着量とゼータ電位との関係を以下に説明する。
【００４８】
図６に示すように、ナフィオンからなるアイオノマ１０は、触媒粒子２０のまわりに吸着する。触媒粒子２０は、触媒担体粒子２１と、触媒担体粒子に担持された触媒金属粒子２２と、を含む。
【００４９】
ナフィオンからなるアイオノマ１０は、疎水基１１と、親水基１２とを有しており、親水基１２によって、触媒粒子２０のゼータ電位は負となる。
【００５０】
そして、図７に示すように、アイオノマ１０の吸着量が増えると、それに応じて触媒粒子２０のゼータ電位は低下（絶対値は増加）する。
【００５１】
実際、図８に示すように、アイオノマの吸着量は、アイオノマが吸着した触媒粒子のゼータ電位（−Ｖ１）と、所定のゼータ電位値（−Ｖ２）との間のゼータ電位差ΔＶ（ΔＶ＝−Ｖ２−（−Ｖ１））が増加するにつれて、大きくなった。ここで、所定のゼータ電位値（−Ｖ２）は、アイオノマ吸着前の触媒粒子のゼータ電位である。また、アイオノマの吸着量の大小は、アイオノマを吸着させる前後で触媒粒子について測定した電気抵抗の大小から推定した。
【００５２】
アイオノマは、発電に有効なプロトン伝導に寄与する。このため、電極触媒インク１１１から電極触媒層を形成し、これを電解質膜に配置して膜電極接合体を作製した際、膜電極接合体の発電性能は、上述のゼータ電位差ΔＶが大きく、触媒粒子へのアイオノマの吸着量が大きい方が高くなる。
【００５３】
このことに基づき、本実施形態の判定工程Ｓ３では、ゼータ電位差ΔＶが、予め設定された基準値以上であれば、アイオノマの吸着量が多く、所望のプロトン伝導性を発揮するのに必要な量以上のアイオノマが触媒粒子に吸着していると判定される。
【００５４】
一方、ゼータ電位差ΔＶが、予め設定された基準値より小さければ、アイオノマの吸着量が少なく、所望のプロトン伝導性を発揮するのに必要な量のアイオノマが触媒粒子に吸着していないと判定される。
【００５５】
判定工程Ｓ３におけるこれらの判定は、ゼータ電位測定装置１４０によって実行される。ゼータ電位測定装置１４０は、ゼータ電位差ΔＶを求めるとともに、これと予め記憶している基準値とを比較し、ゼータ電位差ΔＶが基準値以上か否か判定する。
【００５６】
判定工程Ｓ３において、ゼータ電位差ΔＶが所定値より小さい（アイオノマの吸着量が少ない）と判定された場合、インク調整工程Ｓ４において、電極触媒インク１１１が調整される。
【００５７】
インク調整工程Ｓ４では、電極触媒インク１１１は、ゼータ電位差ΔＶが増加する、すなわちアイオノマの吸着量が増加するように調整される。このような調整は、インク調整装置１２０およびインク調整装置１３０によって行われる。ゼータ電位測定装置１４０は、ゼータ電位差ΔＶが所定値より小さいと判定すると、インク調整装置１２０およびインク調整装置１３０に制御信号１４２、１４３を送り、ゼータ電位差ΔＶを増加させるようにそれらを動作させる。ゼータ電位測定工程Ｓ２、判定工程Ｓ３、およびインク調整工程Ｓ４は、ゼータ電位差ΔＶが所定値以上となるまで、繰り返される。
【００５８】
インク調整装置１２０は、ゼータ電位測定装置１４０からの制御信号１４２を受けると、バルブ１２３を開き、インクタンク１１０内の電極触媒インク１１１にアイオノマを投入する。これによって、電極触媒インク１１１に含まれるアイオノマの量、ひいては触媒粒子表面へのアイオノマの吸着量が増え、その結果、ゼータ電位差ΔＶが増加する。
【００５９】
インク調整装置１３０は、ゼータ電位測定装置１４０からの制御信号１４３を受けると、循環路を通じて移動する電極触媒インク１１１に対し、分散機１３３で機械的エネルギーを加える。これによって、電極触媒インク１１１に含まれるアイオノマおよび触媒粒子の分散が促され、これらの接触頻度が上がる。その結果、触媒粒子表面へのアイオノマの吸着量が増え、ゼータ電位差ΔＶが増加する。
【００６０】
分散機１３３が、例えば図２に示すメディア撹拌式分散機１３３Ａの場合、機械的エネルギーを増加させる因子として、例えば、ローターＡ３の回転数、処理時間、メディアＡ２の比重、メディアＡ２の充填率、およびベッセルＡ１の内部圧力等が挙げられる。
【００６１】
分散機１３３が、例えば図３に示す超音波ホモジナイザー１３３Ｂの場合、機械的エネルギーを増加させる因子として、例えば、超音波の出力、および超音波を加える時間等が挙げられる。
【００６２】
分散機１３３が、例えば図４に示す湿式ジェットミル１３３Ｃの場合、機械的エネルギーを増加させる因子として、例えば、流速、圧力、処理時間等が挙げられる。
【００６３】
電極触媒インク１１１について測定されるゼータ電位差ΔＶが、所定値以上であると判定されると、電極触媒インク１１１の作製が終了する。作製された電極触媒インク１１１は、その後、すぐに膜電極接合体の作製に使用されてもよいし、貯蔵されてもよい。
【００６４】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００６５】
本実施形態では、電極触媒インク１１１につき、触媒粒子へのアイオノマの吸着量の多少が、ゼータ電位の測定結果を用いて判定され、アイオノマの吸着量が少ないものについては、アイオノマの吸着量、すなわちプロトン伝導性が改善される。
【００６６】
このため、電極触媒インク１１１は、良好なプロトン伝導性を有する状態で膜電極接合体作製の次工程へと提供され、プロトン伝導性が不良なまま使用されることが防止される。従って本実施形態によれば歩留まりを向上できる。
【００６７】
本実施形態と異なり、アイオノマの官能基のカウンターイオン濃度を測定することによって、触媒粒子へのアイオノマの吸着量を推定することが考えられる。例えば上述の図６に示すナフィオンの例では、官能基中のＳＯ３−のカウンターイオンである水素イオンＨ＋の濃度（ｐＨ）を測定することによって、アイオノマの吸着量を推定できる可能性がある。
【００６８】
しかしながら、電極触媒インク１１１に溶解する例えば空気中の炭酸ガス由来の炭酸イオン、およびコンタミネーションに由来するアニオン等も水素イオンのカウンターイオンとなり得るため、水素イオン濃度によってアイオノマの吸着量を正確に評価することは困難である。
【００６９】
一方、本実施形態では、ゼータ電位を用いてアイオノマの吸着量の多少を判定するため、アイオノマの吸着量をより正確に評価できる。
【００７０】
また、ゼータ電位の測定それ自体は、コロイドの分散性等の評価において行っているため、ゼータ電位測定のための新たな装置を設計しなくて済む。従って、本実施形態によれば簡便にアイオノマの吸着量を評価できる。
【００７１】
本実施形態は、触媒粒子へのアイオノマの吸着量を増加させるように電極触媒インク１１１を調整する際、バルブ１２３を開き、電極触媒インク１１１へのアイオノマの投入量を増やす。その結果、電極触媒インク１１１に含まれるアイオノマの量が増す。親水基を含むアイオノマは、水分を保持する性質を有しており、プロトンは水分を介して移動する。このため、電極触媒インク１１１にアイオノマを投入し、アイオノマの含有量を増加させれば、プロトン伝導性をより効果的に高めることができる。
【００７２】
また、本実施形態の分散機１３３のように、機械的エネルギーを加えることによってアイオノマの吸着量を増加させるようにすれば、電極触媒インク１１１へのアイオノマの投入量を増やさなくて済む。このため、アイオノマの使用量が抑えられ、原材料を節約できる。
【００７３】
＜第２実施形態＞
図９に示すように、第２実施形態の電極触媒インク作製装置２００は、第１実施形態の構成に加え、分散液調整装置２１０（アイオノマ分散液調整部）と、分岐管２２０とを有する。また、電極触媒インク作製装置２００は、触媒粒子収容部２３０と、触媒粒子導入管２５０と、分散液調整装置２６０（触媒粒子分散液調整部）と、分岐管２７０とを有する。第１実施形態と同一の構成については、図中で第１実施形態と同一の符号を付し、ここでの重複する説明は省略する。
【００７４】
分散液調整装置２１０は、インクタンク１１０へ向かうアイオノマ分散液１２４の導入経路に設けられる。分散液調整装置２１０は、例えば、図２〜図４で示したような、メディア撹拌式分散機１３３Ａ、超音波ホモジナイザー１３３Ｂ、または湿式ジェットミル１３３Ｃであるが、これらに限定されない。
【００７５】
分岐管２２０は、アイオノマ導入管１２２から分岐し、アイオノマ導入管１２２とゼータ電位測定装置２４０とを連通させる。
【００７６】
触媒粒子収容部２３０は、触媒粒子分散液２３１を収容するタンクである。触媒粒子分散液２３１は、溶媒と、溶媒中に分散した触媒粒子と、を含む。
【００７７】
触媒粒子導入管２５０は、触媒粒子収容部２３０をインクタンク１１０と連通させ、インクタンク１１０へ向かう触媒粒子分散液２３１の導入経路を構成する。この導入経路に分散液調整装置２６０が設けられている。
【００７８】
分散液調整装置２６０は、例えば、図２〜図４で示したような、メディア撹拌式分散機１３３Ａ、超音波ホモジナイザー１３３Ｂ、または湿式ジェットミル１３３Ｃであるが、これらに限定されない。
【００７９】
分岐管２７０は、触媒粒子導入管２５０から分岐し、触媒粒子導入管２５０とゼータ電位測定装置２４０とを連通させる。
【００８０】
ゼータ電位測定装置２４０は、アイオノマ分散液１２４のゼータ電位、および触媒粒子分散液２３１のゼータ電位を測定し、それらのゼータ電位に基づいて、分散液調整装置２１０、２６０を制御する点で、第１実施形態のゼータ電位測定装置１４０と異なる。その他の構成および動作については、ゼータ電位測定装置２４０は、第１実施形態のゼータ電位測定装置１４０と同様である。
【００８１】
ゼータ電位測定装置２４０は、電極触媒インク１１１についてのゼータ電位測定と同様にして、アイオノマ分散液１２４のゼータ電位、および触媒粒子分散液２３１のゼータ電位を測定する。アイオノマ分散液１２４は、分岐管２２０を通じてゼータ電位測定装置２４０に導入される。触媒粒子分散液２３１は、分岐管２７０を通じてゼータ電位測定装置２４０に導入される。
【００８２】
次に、第２実施形態の電極触媒インク作製方法について述べる。
【００８３】
図１０に示すように、第２実施形態の電極触媒インク作製方法は、ゼータ電位測定工程Ｓ１０と、判定工程Ｓ１１と、分散液調整工程Ｓ１２と、を有する。これらの工程は、インクタンク投入工程Ｓ１の前に行われる。
【００８４】
また、本実施形態の電極触媒インク作製方法は、ゼータ電位測定工程Ｓ２０と、判定工程Ｓ２１と、分散液調整工程Ｓ２２と、を有する。これらの工程は、インクタンク投入工程Ｓ１の前に行われる。インクタンク投入工程Ｓ１、およびそれ以降の工程Ｓ２〜Ｓ４は、第１実施形態同様であるため、ここでの重複する説明は省略する。
【００８５】
ゼータ電位測定工程Ｓ１０では、アイオノマ分散液１２４のゼータ電位が測定される。アイオノマ分散液１２４は、分岐管２２０を通じてゼータ電位測定装置２４０に導入され、ゼータ電位測定装置２４０によって、ゼータ電位を測定される。
【００８６】
判定工程Ｓ１１では、アイオノマ分散液１２４のゼータ電位が、所定値であるかどうか判定される。ゼータ電位測定装置２４０は、測定したアイオノマ分散液１２４のゼータ電位と、予め記憶している基準値とを比較し、測定したゼータ電位が基準値と略等しいか判定する。
【００８７】
判定工程Ｓ１１において、ゼータ電位が基準値の範囲外であると判定された場合、アイオノマ分散液１２４は、分散液調整工程Ｓ１２において、ゼータ電位が基準値と略等しくなるように調整される。
【００８８】
ゼータ電位測定装置２４０は、測定したゼータ電位に基づく判定結果に応じて、制御信号２４１を分散液調整装置２１０に送る。これに従って、分散液調整装置２１０は、ゼータ電位が基準値と略等しくなるようにアイオノマ分散液１２４を調整する。
【００８９】
分散液調整装置２１０は、アイオノマ導入管１２２を移動するアイオノマ分散液１２４に対し、機械的エネルギーを加えることによってゼータ電位を調整する。例えば、分散液調整装置２１０が、図２に示すようなメディア撹拌式分散機１３３Ａの場合、ローターＡ３の回転数を上げ、アイオノマ分散液１２４に含まれるアイオノマの分散を促すことによって、ゼータ電位を調整する。
【００９０】
アイオノマ分散液１２４のゼータ電位が所定値と略等しくなるまで、ゼータ電位測定工程Ｓ１０、判定工程Ｓ１１、および分散液調整工程Ｓ１２は繰り返される。アイオノマ分散液１２４は、所望のゼータ電位に調整された状態で、インクタンク１１０に投入される。
【００９１】
ゼータ電位測定工程Ｓ２０では、触媒粒子分散液２３１のゼータ電位が測定される。触媒粒子分散液２３１は、分岐管２７０を通じてゼータ電位測定装置２４０に導入され、ゼータ電位測定装置２４０によって、ゼータ電位を測定される。
【００９２】
判定工程Ｓ２１では、触媒粒子分散液２３１のゼータ電位が、所定値であるかどうか判定される。ゼータ電位測定装置２４０は、測定した触媒粒子分散液２３１のゼータ電位と、予め記憶している基準値とを比較し、測定したゼータ電位が基準値と略等しいか判定する。
【００９３】
判定工程Ｓ２１において、ゼータ電位が基準値の範囲外であると判定された場合、触媒粒子分散液２３１は、分散液調整工程Ｓ２２において、ゼータ電位が基準値と略等しくなるように調整される。
【００９４】
ゼータ電位測定装置２４０は、測定したゼータ電位に基づく判定結果に応じて、制御信号２４２を分散液調整装置２６０に送る。これに従って、分散液調整装置２６０は、ゼータ電位が基準値と略等しくなるように触媒粒子分散液２３１を調整する。
【００９５】
分散液調整装置２６０は、触媒粒子導入管２５０を移動する触媒粒子分散液２３１に対し、機械的エネルギーを加えることによってゼータ電位を調整する。例えば、分散液調整装置２６０が、図２に示すようなメディア撹拌式分散機１３３Ａの場合、ローターＡ３の回転数を上げ、触媒粒子分散液２３１に含まれる触媒粒子の分散を促すことによって、ゼータ電位を調整する。
【００９６】
触媒粒子分散液２３１のゼータ電位が所定値と略等しくなるまで、ゼータ電位測定工程Ｓ２０、判定工程Ｓ２１、および分散液調整工程Ｓ２２は繰り返される。触媒粒子分散液２３１は、所望のゼータ電位に調整された状態で、インクタンク１１０に投入される。
【００９７】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００９８】
本実施形態では、分散液調整工程Ｓ１２において、アイオノマ分散液１２４のゼータ電位が、分散液調整装置２１０によって所定値になるように調整される。
【００９９】
これによって、一の電極触媒インク１１１を作製する際にインクタンク１１０に投入される一のアイオノマ分散液１２４と、さらに他の電極触媒インク１１１を作製する際にインクタンク１１０に別途に投入される他のアイオノマ分散液１２４との間で、ゼータ電位のばらつきが抑制される。
【０１００】
また、本実施形態では、分散液調整工程Ｓ２２において、触媒粒子分散液２３１のゼータ電位が、分散液調整装置２６０によって所定値になるように調整される。
【０１０１】
これによって、一の電極触媒インク１１１を作製する際にインクタンク１１０に投入される一の触媒粒子分散液２３１と、さらに他の電極触媒インク１１１を作製する際にインクタンク１１０に別途に投入される他の触媒粒子分散液２３１との間で、ゼータ電位のばらつきが抑制される。
【０１０２】
このように、電極触媒インク１１１の原材料についてロット毎のゼータ電位のばらつきが抑制されるため、電極触媒インク１１１が所望のアイオノマ吸着量ひいてはプロトン伝導性を有するように調整する際の調整条件が、原材料のロット毎に変わり難い。従って、本実施形態によれば、所望のアイオノマ吸着量ひいてはプロトン伝導性を有する電極触媒インク１１１を、安定して作製できる。
【０１０３】
また、本実施形態は、第１実施形態と共通する構成によって、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。
【０１０４】
＜第３実施形態＞
図１１に示すように、第３実施形態の電極触媒インク作製装置３００は、第１のヒータ３０１および第２のヒータ３０２を有する点で、第１実施形態の電極触媒インク作製装置１００と異なる。他の構成については、電極触媒インク作製装置３００は、第１実施形態の電極触媒インク作製装置１００と略同様であり、図中で第１実施形態と同一の符号を付し、ここでの重複する説明は省略する。
【０１０５】
第１のヒータ３０１は、例えば、アイオノマ収容部１２１のまわりに設けられたジャケットヒータであるが、アイオノマを加熱可能であれば特に限定されない。第１のヒータ３０１は、温度調整可能であり、アイオノマ分散液１２４を加熱することによって、そこに含まれるアイオノマを所望の温度に加熱する。
【０１０６】
第２のヒータ３０２は、例えば、インクタンク１１０のまわりに設けられたジャケットヒータであるが、電極触媒インク１１１を加熱可能であれば特に限定されない。第２のヒータ３０２は、温度調整可能であり、インクタンク１１０内の電極触媒インク１１１を所望の温度に加熱する。
【０１０７】
次に、本実施形態の電極触媒インク作製方法について述べる。
【０１０８】
図１２に示すように、本実施形態の電極触媒インク作製方法は、アイオノマ加熱工程Ｓ３０を有する点で、第１実施形態の電極触媒インク作製方法と異なる。また、本実施形態では、インクタンク投入工程Ｓ１ａが、第１実施形態のインクタンク投入工程Ｓ１と異なる。その他の工程やそれらの順序等については、本実施形態の電極触媒インク作製方法は第１実施形態と同様であるため、ここでの重複する説明を省略する。
【０１０９】
アイオノマ加熱工程Ｓ３０では、第１のヒータ３０１によって、アイオノマが加熱される。
【０１１０】
インクタンク投入工程Ｓ１ａでは、アイオノマ加熱工程Ｓ３０で加熱されたアイオノマが、インクタンク１１０に投入される。また、インクタンク投入工程Ｓ１ａでは、投入されたアイオノマが、第２のヒータ３０２によって、溶媒や触媒粒子等の他の構成成分とともに加熱されながら混合される。
【０１１１】
アイオノマ加熱工程Ｓ３０およびインクタンク投入工程Ｓ１ａの各々での加熱温度は、特に限定されないが、好ましくは５０℃以上である。アイオノマの粒子は、加熱によって小径化する。
【０１１２】
図１３に示すように、本発明者らが実際に行ったアイオノマの粒子径分布の測定結果では、粒子径のピーク（図１３の実線で示す曲線の頂点）は、加熱温度の上昇とともに小径側へシフトしており、アイオノマの粒子が加熱によって小径化することが確認された。図１３のグラフは、アイオノマの粒子径分布を動的光散乱法（ＤＬＳ）に基づいて測定した結果であり、実線は頻度分布を示し、点線は積算分布を示す。
【０１１３】
加熱温度を例えば５０℃以上にすることによって、好ましい粒子径のアイオノマを得ることができる。アイオノマの種類が異なっていても、それらの粒子は、加熱温度の上昇とともに略同様に小径化する。
【０１１４】
アイオノマの粒子が小さくなると、アイオノマは触媒粒子に形成されている微細な孔や凹部に入り込み易くなるため、触媒粒子へのアイオノマの吸着量がより増加する。
【０１１５】
図１４に示す実験結果からそのことが理解され、加熱温度が高く、アイオノマの小径化が促された方が、第１実施形態で述べたゼータ電位差ΔＶが大きくなる、すなわちアイオノマの吸着量が増加することが確認された。
【０１１６】
また、本実施形態では、アイオノマを、溶媒や触媒粒子等と混合する前に加熱しておくだけでなく、混合の際も、第２のヒータ３０２によってそれらを加熱する。このため、混合前に加熱されて小径化したアイオノマの粒子が、他の構成成分との混合にともなって温度低下して元の大きさに戻ることが防止される。アイオノマの粒子が小径化したまま維持されるので、アイオノマが触媒粒子に吸着し易い。
【０１１７】
図１５に示す実験結果からそのことが理解される。アイオノマを他の構成成分との混合の前および混合時の両方で加熱した場合（図１５中の◎印）では、それらのいずれかで加熱しなかった場合（図１５中の○印および●印）に比べ、ゼータ電位差ΔＶが一段と大きくなり、アイオノマの吸着量がより増加することが確認された。
【０１１８】
ここで、○印は、混合前にアイオノマを◎印と同様に加熱していたが、混合時には常温に戻した場合である。●印は、アイオノマを、混合前には加熱せず、他の構成成分と混合した後に加熱した場合である。
【０１１９】
また、先に示した図１３の粒子径分布についても、６０℃に加熱したアイオノマ、５０℃に加熱したアイオノマを、３０℃に冷却すると、元々加熱しなかった３０℃の場合と略同様の測定結果が得られ、アイオノマの粒子径が元に戻ることが確認された。
【０１２０】
以上述べたように、本実施形態では、第１のヒータ３０１が設けられ、アイオノマは溶媒や触媒粒子等の他の構成成分との混合前に加熱されて小径化され、さらに、第２のヒータ３０２が設けられ、それらが加熱されつつ混合されることによって、アイオノマは小径化した状態を維持する。
【０１２１】
そのため、アイオノマは、触媒粒子に形成されている微細な孔や凹部に入り込み易くなり、本実施形によれば、第１実施形態の効果に加え、より多くのアイオノマを触媒粒子に吸着できるという効果を得られる。
【０１２２】
＜第４実施形態＞
図１６に示すように、第４実施形態の電極触媒インク作製装置４００は、インクタンク１１０を収容するボックス４０１を有する点で、第１実施形態の電極触媒インク作製装置１００と異なる。他の構成については、電極触媒インク作製装置４００は、第１実施形態の電極触媒インク作製装置１００と略同様であり、図中で第１実施形態と同一の符号を付し、ここでの重複する説明は省略する。
【０１２３】
ボックス４０１は、例えば、インクタンク１１０を収容するグローブボックスであるが、インクタンク１１０を収容し不活性ガスを導入自在なものであれば、特に限定されない。例えば、ボックス４０１が外部から操作可能なマニピュレータを内部に備え、これによってインクタンク１１０への原材料の投入を行ってもよい。ボックス４０１に導入される不活性ガスは、例えば窒素であるが、これに限定されない。
【０１２４】
本実施形態の電極触媒インク作製方法は、図５に示した第１実施形態の電極触媒インク作製方法と略同様であるが、インクタンク投入工程Ｓ１において、触媒粒子が粉末の状態で溶媒やアイオノマと混合される点に特徴を有する。
【０１２５】
本実施形態では、触媒粒子は、粉末の状態でボックス４０１内に用意され、不活性ガス雰囲気下で、粉末の状態のまま直接、インクタンク１１０に投入され、溶媒やアイオノマと混合される。
【０１２６】
本実施形態と異なり、触媒粒子の粉末に水を多く含ませてペースト状または液状にした触媒含有物を、インクタンク１１０に投入して溶媒やアイオノマ等と混合してもよい。
【０１２７】
この場合、図１７に示すように、触媒粒子２０によって構成される凝集体の隙間２５、および触媒粒子２０に形成されている微細な孔２３の多くには、水２４が入り込んでいる。
【０１２８】
これに対し、図１８に示すように、粉末状の触媒粒子２０では、隙間２５および孔２３の多くは水を含まず空隙が空いたままである。このため、触媒粒子２０がアイオノマと混合された際、アイオノマが隙間２５および孔２３に入り込み易く、アイオノマの吸着量がより増加する。
【０１２９】
図１９に示す実験結果からそのことが理解される。図１９に示すグラフの左側の２点のように、触媒粒子の固形分比率が５０ｗｔ％以下で水を多く含む触媒含有物に比べ、グラフ右側の固形分比率が１００ｗｔ％の粉末状の触媒粒子では、第１実施形態で述べたゼータ電位差ΔＶが大きくなる、すなわちアイオノマの吸着量が増加することが確認された。ここで、触媒粒子の固形分比率は、触媒含有物に含まれる触媒粒子の重量を、触媒含有物の重量（触媒粒子の重量と水の重量との和）によって除して得られる。
【０１３０】
このように、本実施形態では、触媒粒子が粉末の状態でボックス４０１内に用意され、そのままアイオノマ等との混合に用いられるため、触媒粒子に形成されている微細な孔もしくは凹部の多くが水等の液体によって満たされておらず空隙が空いたままである。
【０１３１】
従って、触媒粒子とアイオノマとが混合された際、アイオノマが触媒粒子の微細な孔や凹部に入り込み易く、本実施形によれば、第１実施形態の効果に加え、より多くのアイオノマを触媒粒子に吸着できるという効果を得られる。
【０１３２】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変できる。
【０１３３】
例えば、上記実施形態は、電極触媒インク１１１について、ゼータ電位差ΔＶが所定値以上か否かによって、触媒粒子へのアイオノマの吸着量を判定しているが、本発明はゼータ電位を用いてアイオノマの吸着量を判定するものあればよく、上記実施形態に限定されない。
【０１３４】
例えば、電極触媒インクについて測定された負のゼータ電位が基準値以下、または測定された負のゼータ電位の絶対値が基準値以上であれば、アイオノマの吸着量が多くプロトン伝導性が良好であると判定するようにしてもよい。
【０１３５】
また、上記実施形態では、電極触媒インク調整部として、インク調整装置１２０およびインク調整装置１３０が設けられているが、これらのうちの一方だけが設けられた形態を本発明は含む。
【０１３６】
また、第３実施形態のような第１のヒータおよび第２のヒータを他の実施形態に適用してもよい。それらを例えば第４実施形態と組み合わせることによって、アイオノマの小径化が促されるとともに、触媒粒子は多くの孔が空隙の空いた状態のまま混合されるため、触媒粒子へのアイオノマの吸着量をより顕著に増加させることができる。
【０１３７】
また、第４実施形態の触媒粒子は、粉末の状態であれば、多少の水を含んでいてもよく、必ずしも固形分比率が１００％である必要はない。
【符号の説明】
【０１３８】
１０    アイオノマ、
１１    疎水基、
１２    親水基、
２０    触媒粒子、
２１    触媒担体粒子、
２２    触媒金属粒子、
２３    孔、
２４    水、
２５    隙間、
１００    電極触媒インク作製装置、
１１０    インクタンク（混合部）、
１１１    電極触媒インク、
１２０    インク調整装置（電極触媒インク調整部）、
１２１    アイオノマ収容部、
１２２    アイオノマ導入管、
１２３    バルブ（開閉部）、
１２４    アイオノマ分散液、
１３０    インク調整装置（電極触媒インク調整部）、
１３１、１３１Ａ、１３１Ｂ    循環管、
１３２    ポンプ、
１３３    分散機（分散部）、
１３３Ａ    メディア撹拌式分散機、
１３３Ｂ    超音波ホモジナイザー、
１３３Ｃ    湿式ジェットミル、
１４０    ゼータ電位測定装置（ゼータ電位測定部）、
１４１    電極触媒インク導入管、
１４２、１４３    制御信号、
２００    電極触媒インク作製装置、
２１０    分散液調整装置（アイオノマ分散液調整部）、
２２０    分岐管、
２３０    触媒粒子収容部、
２３１    触媒粒子分散液、
２４０    ゼータ電位測定装置（ゼータ電位測定部）、
２４１、２４２    制御信号、
２５０    触媒粒子導入管、
２６０    分散液調整装置（触媒粒子分散液調整部）、
２７０    分岐管、
３００    電極触媒インク作製装置、
３０１    第１のヒータ、
３０２    第２のヒータ、
４００    電極触媒インク作製装置、
４０１    ボックス、
Ｓ１    インクタンク投入工程、
Ｓ１ａ    インクタンク投入工程、
Ｓ２    ゼータ電位測定工程、
Ｓ３    判定工程、
Ｓ４    インク調整工程、
Ｓ１０    ゼータ電位測定工程、
Ｓ１１    判定工程、
Ｓ１２    分散液調整工程、
Ｓ２０    ゼータ電位測定工程、
Ｓ２１    判定工程、
Ｓ２２    分散液調整工程、
Ｓ３０    アイオノマ加熱工程。
【図１】
0006672931.tif 000002
【図２】
0006672931.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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