(57)【要約】【課題】安定した状態で高分子電解質を含む触媒層の形成を可能とし、作製時の安全性に優れた固体高分子電解型燃料電池用の電極インクを提供する。【解決手段】触媒担持導電性炭素粉末と第一の高分子電解質分散液とを混合して乾燥した後、得られた混合物を熱処理して、高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末を得、ついで前記高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末に、第二の高分子電解質分散液を混合して固体高分子電解質型燃料電池用の電極インクを製造する。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末と、高分子電解質と、分散媒とを含むことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池用の電極インク。
【請求項２】
前記分散媒が実質的に水だけであることを特徴とする請求項１記載の固体高分子電解質型燃料電池用の電極インク。
【請求項３】
（１）触媒担持導電性炭素粉末と第一の高分子電解質分散液とを混合して乾燥した後、得られた混合物を熱処理して、高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末を得る工程、および（２）前記高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末に、第二の高分子電解質分散液を混合して電極インクを得る工程を有する固体高分子電解質型燃料電池用の電極インクの製造方法。
【請求項４】
前記分散液の分散媒が実質的に水だけであることを特徴とする請求項３記載の固体高分子電解質型燃料電池用の電極インクの製造方法。
【請求項５】
前記工程（１）における前記第一の高分子電解質分散液に含まれる高分子電解質の量が、前記工程（２）における前記第二の高分子電解質分散液に含まれる高分子電解質の量の０．１〜２倍であることを特徴とする請求項３または４記載の固体高分子電解質型燃料電池用の電極インクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子電解質型燃料電池用の電極インクおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子電解質型燃料電池の電極としては、一般的に触媒層を多孔質導電性電極基材上に形成して得られる電極が用いられる。通常、このような触媒層は、つぎのようにして作製する。まず、貴金属を担持した炭素微粉末と水素イオン伝導性を有する高分子電解質とを含む分散液に、水またはイソプロピルアルコールなどの分散媒を混合して電極インクを作製する。
【０００３】
ついで、この電極インクの状態を最適な状態に調製した後、スクリーン印刷法またはスプレー法などを用いて、電極基材となるカーボンペーパーまたはカーボンクロスなどの上に塗工し、乾燥または焼成して形成するのが一般的である。このようにして作製した電極を電解質膜を介してホットプレスにより接合し、電解質膜電極接合体（ＭＥＡ）を得る。このＭＥＡを用いて燃料電池を作製する。
【０００４】
これ以外の方法として、高分子フィルム上にグラビア印刷またはコーター法などによって電極インクを塗工し、乾燥させて触媒層を形成した後、この触媒層を電解質膜に転写および接合し、ＭＥＡを作製する方法も考えられている。この場合も、塗工する前には電極インクの調製を行うのが一般的である。
【０００５】
しかし、電極インクの分散媒は、高分子電解質分散液の分散媒に左右されることが多い。一般的に、高分子電解質分散液の分散媒としては、有機系分散媒が用いられている。この場合、電極インク形成時に、発火などが生じ得るというおそれがある。また、このような電極インクを用いて電極基材上に触媒層を形成する場合、電極インクを塗布した後、乾燥させる際に発火のおそれがある。このようなおそれを回避するために、電極インク中に水を添加したとしても、触媒層が部分的に乾燥した場合などは完全にこのおそれを回避することはできない。
【０００６】
また、電極インクの塗布および乾燥を窒素ガス雰囲気下で行うことも可能であるが、製造コストが非常に高くなる。さらに、電極インクに有機系分散媒が使用されていると、これを用いて固体高分子電解質型燃料電池を構成したときに、電極中に残存する有機物成分、および有機系溶媒が変質して生じる副生成物などにより、電池性能が低下する可能性もある。
【０００７】
このような不都合を回避するために、特許文献１に記載されているように、電極インク中の分散媒を本質的に水にする方法では、燃焼などのおそれは回避することができる。しかし、この電極インクの作製方法は、いったん有機系分散媒を含む電極インクを作製し、これを加熱し有機系分散媒を揮発させる。これでは、電極インク製造時のおそれを回避することはできない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−２５９８７３号公報
【０００９】
ここで、電極インクの状態を塗工前に最適化することは、平滑で均一な触媒層を形成するためには必要不可欠である。しかし、多くの場合、電極インクの状態は、混合する高分子電解質分散液の粘度および固形分比などに依存することから、電極インクの最適化が行われる。通常、市販されている高分子電解質分散液の固形分比は５〜１０％程度と低い。また、このような高分子電解質分散液の粘度は、０．０１〜０．１Ｐａ・ｓ程度と非常に低い。
【００１０】
このため、上記特許文献１においては、電極インクに揮発性の低いポリオールまたは水溶性セルロースなどの改質剤を加えて電極インクを安定化させることも行われている。このような増粘剤を別途添加して、電極インクの粘度を上昇させる場合は、触媒層中に不純物を添加することになり、触媒層内で十分なプロトンパスが形成されず、電池性能の低下を引き起こすおそれがある。
【００１１】
これに対し、特許文献２には、高分子電解質と触媒粉末と分散媒とを混合して分散させる際に、分散媒の一部を除去したり、撥水性樹脂を添加したりして、増粘剤を用いずに粘度を調整することが記載されている。しかし、プロセス的な観点からは、分散媒を所定の量だけ除去することは非常に困難であり、再現性という観点からも好ましくない。そして、以上のような方法では、触媒層形成のための工程が複雑になったり、電池特性が低下するという問題がある。
【００１２】
【特許文献２】
特開平１１−８６８８２号公報
【００１３】
さらに、特許文献３には、触媒層中の高分子電解質を安定化させるために、触媒層を形成した後に熱処理することが記載されている。確かに、電池の耐久性の観点からは、かかる方法も有用である。しかし、触媒層を形成した後では、触媒層の形状および寸法変化を考慮すると、充分な熱処理を行なうことができないのが実情である。
【００１４】
【特許文献３】
日本国特許第２７８１６３０号明細書
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、安定した状態で高分子電解質を含む触媒層の形成を可能とし、作製時の安全性に優れた固体高分子電解型燃料電池用の電極インク、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末と、高分子電解質と、分散媒とを含むことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池用の電極インクを提供する。
前記分散媒が実質的に水だけであるのが有効である。
【００１７】
また、本発明は、（１）触媒担持導電性炭素粉末と第一の高分子電解質分散液とを混合して乾燥した後、得られた混合物を熱処理して、高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末を得る工程、および（２）前記高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末に、第二の高分子電解質分散液を混合して電極インクを得る工程を有する固体高分子電解質型燃料電池用の電極インクの製造方法を提供する。
【００１８】
この場合も、前記分散液の分散媒が実質的に水だけであるのが有効である。
また、前記工程（１）における前記第一の高分子電解質分散液に含まれる高分子電解質の量が、前記工程（２）における前記第二の高分子電解質分散液に含まれる高分子電解質の量の０．１〜２倍であるのが有効である。
【００１９】
また、本発明は、上記電極インクを用いた固体高分子電解質型燃料電池の製造方法にも関する。かかる製造方法は、（Ａ）基材フィルム上に第一の電極インクを塗布して第１の触媒層を形成する工程、（Ｂ）前記第１の触媒層上に高分子電解質を含む高分子電解質分散液を塗布し、高分子電解質層を形成する工程、（Ｃ）前記高分子電解質層上に第二の電極インクを塗布して第２の触媒層を形成する工程を含み、前記第一の電極インクおよび前記第二の電極インクとして前記電極インクを用いることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明は、高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末と、高分子電解質と、分散媒とを含むことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池用の電極インクに関する。このように、本発明の固体高分子電解質型燃料電池用の電極インクは、あらかじめ高分子電解質を触媒担持導電性炭素粉末に付着させたものと、高分子電解質と、分散媒とで構成されている。
【００２１】
そのため、触媒担持炭素粉末と高分子電解質分散液から電極インクを作製する場合に比べて、電極インクの固形分および粘度などを調整し易く、混合後分散媒を揮発させたり、増粘剤のような粘度調整剤を添加する必要がない。また、分散媒を揮発させる必要がないので、揮発時の発火の危険性を回避できると同時に、粘度調整剤の電極中への残存による電池性能低下を抑制することができる。
【００２２】
前記分散媒としては、例えば水、アルコールなどの有機分散媒などを用いることができる。なかでも、前記分散媒は実質的に水だけであるのが好ましく、この場合、本発明の電極インクは分散媒として水を用いているので、電極インク作製時の発火の危険性をより回避することができる。
【００２３】
さらに、単に触媒担持炭素粉末と高分子電解質分散媒からなる電極インクでは、電極インクの粘度および固形分比が低くなるため増粘剤などを入れる必要があるが、本発明の電極インクは、高分子電解質付着触媒担持炭素粉末と高分子電解質分散媒とから作製するため、あらかじめ高分子電解質が触媒担持炭素粉末に付着しており、電極インクの固形分および粘度の調整が容易で、電極インクの安定化を実現することができる。また、増粘剤などの添加物が触媒層中に残存しないので、プロトンパスが阻害されたり、触媒表面を添加物が覆ったりするようなことがなく、電池性能の低下が起こりにくいという効果がある。
【００２４】。
また、本発明は、（１）触媒担持導電性炭素粉末と第一の高分子電解質分散液とを混合して乾燥した後、得られた混合物を熱処理して、高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末を得る工程、および（２）前記高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末に、第二の高分子電解質分散液を混合して電極インクを得る工程を有する固体高分子電解質型燃料電池用の電極インクの製造方法を提供する。
【００２５】
また、本発明に係る電極インクの製造方法は、分散媒を揮発させる工程を含まないため、工程が簡素化され、電極インク作製時の危険性もない。また、高分子電解質を触媒担持導電性炭素粉末に付着させて熱処理を行っているため、触媒層を形成した後に熱処理する場合に生じる寸法変化および形状変化などがない。また、熱処理を行うことで高分子電解質の状態が安定化し、電池の耐久性が向上する。
【００２６】
上記工程（１）では、触媒担持炭素粉末と、ナフィオン溶液などの第一の高分子電解質分散液とを混合し、乾燥させることにより高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末を作製する。ここで、第一の高分子電解質分散液の分散媒としては、アルコールなどの有機分散媒が挙げられるが、発火などの危険性のない水を用いるのが好ましい。
また、触媒担持導電性炭素粉末としては、白金を２０〜６０重量％担持した各種導電性炭素粉末（ケッチェン、バルカン、アセチレンブラックなど）を用いればよい。
【００２７】
前記混合物の乾燥方法としては、減圧乾燥などを用いてもよいが、乾燥温度は高分子電解質が変質しない５０〜１２０℃の温度に設定するのが好ましい。
また、熱処理については、１００〜１４０℃の温度で、３０分間〜３時間程度行うのが好ましい。なお、熱処理は、空気中で行ってもよいが、チッ素ガスなどの不活性ガスの雰囲気下で行うのがより好ましい。
【００２８】
次に、工程（２）では、前記工程（１）で得た高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末を、第二の高分子電解質分散液と混合し、電極インクを作製する。このとき第二の高分子電解質分散液の分散媒としては、有機分散媒を用いてもよいが、前記工程（１）で用いた第一の高分子電解質分散液と同じく、発火の危険性を考えると水が好ましい。
【００２９】
前記工程（１）および前記工程（２）における高分子電解質分散液の混合するためには、例えばビーズミル、遊星ボールミル、ホモジナイザー、プラネタリーミキサまたは超音波照射などの方法を用いることができる。
ここで、前記工程（２）における混合は、できるだけ電極インクに剪断力がかからない方法を用いるのが好ましい。さらに、電極インクの安定性の観点からは前記工程（２）の第二の高分子電解質分散液に含まれる高分子の量は、前記工程（１）に含まれる第一の高分子電解質の０．１〜３倍であることが好ましい。
【００３０】
また、本発明は、上記電極インクを用いた固体高分子電解質型燃料電池の製造方法にも関する。かかる製造方法は、（Ａ）基材フィルム上に第一の電極インクを塗布して第１の触媒層を形成する工程、（Ｂ）前記第１の触媒層上に高分子電解質を含む高分子電解質分散液を塗布し、高分子電解質層を形成する工程、（Ｃ）前記高分子電解質層上に第二の電極インクを塗布して第２の触媒層を形成する工程を含み、前記第一の電極インクおよび前記第二の電極インクとして前記電極インクを用いることを特徴とする。
【００３１】
本発明の固体高分子電解質型燃料電池の製造方法は、工程（Ａ）〜（Ｃ）によって、基材フィルム上に第１の触媒層を形成し、この上に高分子電解質層を、またその上に第２の触媒層を形成する。これらの工程（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ前工程で形成される層が分散媒成分を除去した乾燥状態で形成することもできるが、これら分散媒成分が残っている未乾燥の状態で行ってもよい。
【００３２】
ここで、工程（Ａ）および（Ｃ）の電極インクは、実質的に溶媒が水だけであり、それぞれの層を乾燥させる場合には、発火の危険性をなくすことが出来る。また、工程Ｂの高分子溶液は実質的に水だけであることが好ましい。工程（Ｂ）の高分子電解質分散液に有機分散媒を用いると、工程（Ａ）で形成された触媒層に有機分散媒が浸透して触媒と反応して発火などの危険性が増大してしまう。さらに、前工程の分散媒を水に統一することができるため、固体高分子電解質型燃料電池中に有機分散媒由来の副生成物が残存せず、高性能で耐久性のある固体高分子電解質型燃料電池を実現することができる。
【００３３】
さらに、各工程はそれぞれ１回だけの塗布によって各層を形成するだけでなく、繰り返し塗布を行って所定の厚みを得てもよい。
工程（Ａ）で使用する基材フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリプロピレン（ＰＰ）などを用いることができる。
また、触媒層を塗布する面にＳｉまたはフッ素などをコートすることにより、離型性を調節したシートを用いることもできる。電極インクを塗布する方法については、例えばダイコータ法、カーテンコータ法もしくはグラビアコータ法などのコータ法、またはスクリーン印刷法を使用することができる。
【００３４】
以上のように、本発明に係る固体高分子電解質型燃料電池の製造方法は、上記電極インクを用いて触媒層を形成した後、高分子電解質分散液を塗布し高分子電解質層を形成する際に、高分子電解質分散液の分散媒として水を用いるため、実質的に有機分散媒を使用することがない。このため、安全性に優れた低コストな固体高分子電解質型燃料電池の製造方法を提供することができる。
以下に、実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【００３５】
【実施例】
《実施例１》
まず、はじめに高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末を作製した。白金担持導電性炭素粉末（５０重量％が白金）に、高分子電解質分散液である１０％Ｎａｆｉｏｎ水溶液（ＳＥ−１００７２、米国デュポン社製）を、高分子電解質と触媒担持導電性炭素粉末との比が所定の比となるように混合し、インクＡを調製した。インクＡの作製は、空気中で全１０回行ったが、一度も発火などの現象は起こらなかった。このインクＡを減圧乾燥させ乾式粉砕した後、１００℃で１時間熱処理を行い、粉末Ａを得た。粉末Ａの作製も同様に全１０回行ったが、一度も発火などの現象は起こらなかった。この粉末Ａと１０％Ｎａｆｉｏｎ水溶液（ＳＥ−１００７２、米国デュポン社製）とを、プラネタリーミキサを用いて混合し電極インクＡを得た。電極インクＡの作製も同様に１０回行ったが、一度も発火などの現象は生じなかった。
【００３６】
電極インクＡの調製時に最後に混合する第二の高分子電解質分散液に含まれる第二の高分子電解質量Ｐ２と、高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末を作製する際に使用する第一の高分子電解質分散液に含まれる第一の高分子電解質の量Ｐ１の比Ｒ（＝Ｐ２／Ｐ１）は、０．４とした。作製した電極インクＡの固形分は３５％で、粘度は剪断速度が１（１／ｓ）のときに３Ｐａ・ｓｅｃであり、１週間放置後のインク状態は安定で、粘度特性もほとんど変わらなかった。
【００３７】
比較のために、５０重量％白金担持導電性炭素粉末と９％フレミオンエタノール溶液（旭硝子（株）製）とを混合して電極インクの作製を行った。しかし、空気中条件下では高分子電解質溶液混合時に触媒が発火してインクを作製することができなかった。そこで、５０重量％白金担持導電性炭素粉末をあらかじめ水で湿潤させた後、高分子電解質分散液を混合し、電極インクＢ（比較例１）を作製した。この作製は全１０回行ったが、このうち４回発火が生じた。
【００３８】
また、これとは別に、５０重量％白金担持導電性炭素粉末に、１０％Ｎａｆｉｏｎ水溶液（ＳＥ−１００７２、米国デュポン社製）を混合しただけで得られた電極インクＣ（比較例２）を作製した。この場合は、電極インクＢと異なり、発火などは生じなかった。電極インクＢおよび電極インクＣの固形分比は、それぞれ１１％および２４％であった。また、インクの粘度は、剪断速度が１（１／ｓ）のときにそれぞれ０．１Ｐａ・ｓｅｃおよび０．５Ｐａ・ｓｅｃであった。これらの電極インクの１週間後放置したところ、分散媒と分散成分とが分離する現象が観られた。
【００３９】
以上のようにして作製した電極インクＡ〜Ｃを基材シート（テフロン製）上に塗布し、単位面積当たりの白金重量が０．５ｍｇ／ｃｍ２になるように触媒層を形成した。ここで、電極インクＢおよびＣについては、インク粘度が低く塗布時に電極インクが基材上に広がり、所定の触媒層を形成するのが困難であった。作製した触媒層を電極サイズに切り抜き、高分子電解質膜（Ｎａｆｉｏｎ１１２、米国デュポン社製）に熱転写し、ガス拡散層となるカーボンペーパー（ＴＧＰ−Ｈ−９０、（株）東レ製）とガスケットを取り付けた。これらを単電池測定用治具に設置して単電池Ａ〜Ｃを作製した。
【００４０】
［評価］
単電池Ａ〜Ｃを単電池試験装置にセットし、電池特性を調べた。作製した単電池には、燃料極に水素ガスを流し、空気極に空気を流し、電池温度を８０℃、燃料利用率を８０％、空気利用率を４０％、加湿は水素ガスを７５℃、空気を６０℃の露点になるように調整した。
【００４１】
単電池Ａ〜Ｃの初期の電流−電圧特性を図２に示し、単電池Ａ〜Ｃの０．２Ａ／ｃｍ２における寿命特性を図３に示した。これより、単電池Ａが電池特性および寿命特性ともに優れていることがわかる。単電池Ｂの電池特性および寿命特性は、単電池Ａに比べて低くなった。これは、電極インク作製に由来する不純物が触媒層中に残存したためと考えられる。また、単電池Ｃでは、寿命試験時の劣化率は単電池Ｂよりは低かったが、初期特性は単電池Ｂと同様に低くなった。これは、電極インクの安定性が悪く、電極インク塗布時の平坦性や触媒層の形成状態が悪くなったためと思われる。さらに、単電池ＢおよびＣは、出発原料にあらかじめ熱処理を行った高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末を用いていないため、高分子電解質が安定化せず電池の耐久性が低下したと考えられる。
【００４２】
以上のように、電極インクとして、あらかじめ高分子電解質を触媒担持導電性炭素粉末に付着させたものと、高分子電解質と、分散媒とから構成されているため、電極インクの固形分や粘度を調整し易く、揮発時の発火の危険性を回避でき、電極中への残存による電池性能低下を抑制でき、従来よりも耐久性に優れた固体高分子電解質型燃料電池を構成できる。あらかじめ高分子電解質を触媒担持導電性炭素粉末に付着させる方法については、触媒担持導電性炭素粉末に高分子電解質分散液をスプレーし乾燥することで作製することもでき、本発明が適用できるのであればどんな方法を用いても構わない。また、高分子電解質の種類やイオン交換容量、触媒担持触媒組成、電極インクの組成、塗布量なども本実施例に限るものではなく、本発明が適応できるものであればどんなものでも構わない。
【００４３】
《実施例２》
次に、本実施例においては、電極インク作製時の最後に混合する第二の高分子電解質分散液に含まれる第二の高分子電解質の量Ｐ２と、高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末を作製する際に使用する第一の高分子電解質分散液に含まれる第一の高分子電解質の量Ｐ１の比Ｒ（＝Ｐ２／Ｐ１）を変えた。このほかの条件はすべて実施例１と同様にして、単電池を構成し、その電池性能を調べた。
【００４４】
表１に、作製した電極インクのＲ値、１週間放置後のインク状態、および０．３Ａ／ｃｍ２時の初期電池電圧を比較して示した。１週間放置のインク状態については、完全に分散成分が沈降したものは×、全く変化なかったものは○、その間のものはすべて△で示した。これより、Ｒ値が０．１〜２において電極インクの状態および電池性能ともに良好であった。Ｒ値が０．１よりも小さい場合には工程（２）で添加する第二の高分子電解質の量が極端に少なくなるため、電極インク中にバインダー成分としての機能も有する高分子電解質の量が少なくなり、電極インク状態が悪くなったためと考えられる。また、Ｒ値が２よりも多い場合には、工程（２）で添加する高分子電解質の量が多くなるため、あらかじめ熱処理を行った高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末の割合が少なくなって、高分子電解質が安定化せず電池特性が低下したためと考えられる。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
以上のことから、電極インク作製時の最後に混合する第二の高分子電解質分散液に含まれる第二の高分子電解質の量Ｐ２と、高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末を作製する際に使用する第一の高分子電解質分散液中に含まれる第一の高分子電解質の量Ｐ１の比Ｒは０．１〜２．０であることが、電極インクの安定性と電池特性の観点からは有効であることがわかった。また、高分子電解質の種類やイオン交換容量、触媒担持触媒組成、電極インクの組成、塗布量なども本実施例に限るものではなく、本発明が適応できるものであればどんなものでも構わない。
【００４７】
《参考例》
ここでは、本発明の固体高分子電解質型燃料電池の製造方法について説明する。実施例１で作製した電極インクＡを基材フィルムとなるＰＥＴフィルム上に塗布し、８０℃で乾燥して単位面積当たりの白金量が０．５ｍｇ／ｃｍ２になるように触媒層Ａを作製した。次に、形成した触媒層Ａ上に、１０％Ｎａｆｉｏｎ水溶液（ＳＥ−１００７２、米国デュポン社製）を塗布し、８０℃で乾燥し、厚み３０μｍの高分子電解質層を形成した。
【００４８】
次に、５０重量％白金担持導電性炭素粉末の代わりに、白金とルテニウムが重量比で４：６の合金を担持した炭素粉末を用い、その他の構成はすべて同じにして電極インクＥを作製した。これを先の高分子電解質層の上に塗布し、８０℃で乾燥して触媒層Ｅを形成して、「触媒層Ａ−高分子電解質層−触媒層Ｅ」の構造を有する電解質膜電極接合体（ＭＥＡ）を作製した。この方法によって１０回、このＭＥＡを作製したが、発火などは一度も起こらなかった。また、インク特性が良好で塗りムラなどの現象も観られなかった。
【００４９】
このＭＥＡを１３０℃で３０分ベーキング処理をした後、ガス拡散層となるカーボンペーパー（ＴＧＰ−Ｈ−９０、（株）東レ製）とガスケットを取付けた。これらを単電池測定用治具に設置して単電池Ｅを作製した。
【００５０】
これらを実施例１と同様に単電池試験装置にセットし電池特性を調べた。図４に、初期の電流−電圧特性を単電池Ａと比較して示す。これより、単電池Ｅの電池特性は単電池Ａよりも高くなった。これは、本実施例で作製したＭＥＡの方が、高分子電解質分散液を直接塗布することにより作製しているため、高分子電解質層と触媒層の接触面積が大きくなりその接合状態が、単電池Ａよりも選れているためと考得られた。また、本実施例のＭＥＡでは、各工程で使用する材料中の分散媒成分がすべて水であるため、ＭＥＡ中に反応を阻害するような物質が残っていないために、電池特性が向上したと考得られた。
【００５１】
比較のために、高分子電解質層を形成する高分子電解質分散液として９％フレミオンエタノール溶液（旭硝子（株）製）を用いて行った。この場合、高分子電解質分散液塗布後の乾燥時に発火が生じ、ＭＥＡを形成することができなかった。
【００５２】
以上のことから、本発明を用いれば、環境に優しく、安全性に選れ、低コストで高性能な燃料電池を提供することができる。また、高分子電解質の種類やイオン交換容量、触媒担持触媒組成、電極インクの組成、塗布量なども本実施例に限るものではない。また、乾燥温度や塗布方法、電極インク塗布の順番、ベーキング条件なども、本発明が適応できるものであればどんなものでも構わない。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の電極インクは、高分子電解質を付着させた触媒担持導電性炭素粉末と高分子電解質と水で構成されているため、固形分や粘度管理が容易で、インク状態が安定で、発火などの危険のない電極インクを提供できる。
また、本発明の電極インクの製造方法は、溶媒を揮発させる工程がないため、工程が簡素化され、電極インク作製時の危険性がない。また、高分子電解質を触媒担持導電性炭素粉末に付着させ熱処理を行っているため、触媒層を形成した後に熱処理する場合の寸法変化や形状変化がない。また、熱処理を行うことで高分子電解質が安定化し電池の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電極インクの製造方法を説明するための工程図である。
【図２】本発明の実施例１で作製した単電池の電流と電圧の関係を示す図である。
【図３】本発明の実施例１で作製した単電池の寿命特性を示す図である。
【図４】本発明の実施例３で作製した単電池の電流と電圧の関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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