本发明专利技术提供一种即使在高温低加湿环境下也具有高发电特性的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体、以及使用了该膜电极接合体的固体高分子型燃料电池。在高分子电解质膜4的两面上具有至少包含质子传导性高分子和碳担载催化剂的电极催化剂层2、3的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体中，在相对湿度为20％、交流阻抗为10kHz～100Hz的测定条件下，电极催化剂层2、3的质子传导性高分子的电阻值Ri为2Ωcm2以上5Ωcm2以下。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供一种即使在高温低加湿环境下也具有高发电特性的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体、以及使用了该膜电极接合体的固体高分子型燃料电池。在高分子电解质膜4的两面上具有至少包含质子传导性高分子和碳担载催化剂的电极催化剂层2、3的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体中，在相对湿度为20％、交流阻抗为10kHz～100Hz的测定条件下，电极催化剂层2、3的质子传导性高分子的电阻值Ri为2Ωcm2以上5Ωcm2以下。【专利说明】固体高分子型燃料电池用膜电极接合体及其制造方法、固 体高分子型燃料电池
本专利技术涉及固体高分子型燃料电池用膜电极接合体及其制造方法、以及固体高分 子型燃料电池。
技术介绍
燃料电池是以氢和氧为燃料，通过发生水电解的逆反应来产生电的发电体系。其 与传统的发电方式相比具有诸如高效率、低环境负荷、低噪音的特征，作为未来的绿色能源 而受到关注。其中可以在室温附近使用的固体高分子型燃料电池被视为有望用于车载电源 或家用固定电源等，近年来进行了与固体高分子型燃料电池有关的各种研发。作为面向实 用化的问题，可以列举发电性能或耐久性等电池性能的提高、基础设施设备或制造成本的 降低。 固体高分子型燃料电池通常由多个单电池层叠构成。单电池具有这样的结构：具 有气体流路的隔板夹着膜电极接合体，该膜电极接合体中通过氧化电极和还原电极两个电 极夹着高分子电解质膜并接合。 在固体高分子型燃料电池中，为了确保高分子电解质膜和电极催化剂层中的质子 传导性高分子的质子传导性和导电性，需要对膜电极接合体进行加湿，但是为了加湿，需要 加湿器，这导致燃料电池系统整体的成本变高。因此，优选在低加湿下运行，更希望无加湿 运行。 作为即使在低加湿条件下也能得到高电池特性的方法，例如有如专利文献1中所 述的、通过改变电极催化剂层中的质子传导性聚合物的结构来提高导电性的方法。根据专 利文献1，通过提高电极催化剂层中的质子传导性聚合物的导电性，可以提高电池电压。 另外，作为即使在低加湿条件下也得到高电池特性的其他方法，例如有如专利文 献2中所述的、使高分子电解质相对于导电性载体的比率x(x =高分子电解质的质量/导 电性载体的质量）为〇. 8 = X = 1. 0的方法。根据专利文献2,通过最优化电极催化剂层中 的构成成分及其配比，可以提高燃料电池的初始特性和耐久性。 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :国际公开第2008/050692号小册子 专利文献2 :日本特开2003-115299号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题 然而，在专利文献1的方法中，电极催化剂层中的质子传导性高分子与高分子电 解质膜中的质子传导性高分子的结构不同，有可能发生电极催化剂层与高分子电解质膜的 界面电阻增大、或者由于温度变化时电极催化剂层与高分子电解质膜的尺寸变化率不同而 发生膜电极接合体的变形或损伤。 另外，在专利文献2的方法中，虽然将构成成分及其配比最优化，但是催化剂层的 内部结构不能完全控制，并且根据制造方法的不同电池性能可能会降低。 本专利技术是为了解决上述问题而做出的，目的在于提供一种即使在高温低加湿环境 下也具有高发电特性的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体及其制造方法、以及固体高 分子型燃料电池。 解决问题的手段 为了解决上述问题，权利要求1的专利技术为一种在高分子电解质膜的两面上接合有 至少包含质子传导性高分子和碳担载催化剂的电极催化剂层的固体高分子型燃料电池用 膜电极接合体，其特征在于，在相对湿度为20%、交流阻抗为10kHz?100Hz的测定条件下， 所述电极催化剂层的质子传导性高分子的电阻值Ri在2 Ω cm2以上5 Ω cm2以下的范围内。 权利要求2的专利技术的特征在于，所述电极催化剂层的厚度在1 μ m以上15 μ m以下 的范围内。 权利要求3的专利技术的特征在于，所述质子传导性高分子相对于所述碳担载催化剂 的比率为0.8以上1. 1以下。 权利要求4的专利技术为一种制造根据权利要求1?3中任意一项所述的固体高分子 型燃料电池用膜电极接合体的方法，其特征在于，包括：预分散工序，其中将碳担载催化剂 与溶剂混合，从而使所述碳担载催化剂分散在溶剂中；以及主分散工序，其中向由所述预分 散工序得到的碳担载催化剂分散液中至少添加质子传导性高分子并混合，从而使所述碳担 载催化剂和所述质子传导性高分子分散在溶剂中。 权利要求5的专利技术的特征在于，包括：涂覆工序，其中将由所述主分散工序得到的 催化剂浆料涂覆到基材表面；预干燥工序，其中从涂覆在所述基材表面上的催化剂浆料的 涂膜中除去部分溶剂成分，从而使所述涂膜成为半干燥催化剂层；以及干燥工序，其中从所 述半干燥催化剂层中除去溶剂成分从而使之干燥。 权利要求6的专利技术的特征在于，具有根据权利要求1?3中任意一项所述的固体 高分子型燃料电池用膜电极接合体。 专利技术效果 根据权利要求1的专利技术，可得到即使在高温低加湿环境下也具有高发电特性的固 体高分子型燃料电池用膜电极接合体。 根据权利要求2的专利技术，可以提供在维持高发电性能的同时不存在催化剂层表面 的裂纹等问题的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体。 根据权利要求3的专利技术，可得到在维持气体或水的扩散性的同时具有高质子传导 性的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体。 根据权利要求4的专利技术，可得到通过提高碳担载催化剂的分散性从而催化剂利用 率提高，并具有高发电特性的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体。 根据权利要求5的专利技术，可得到在抑制由催化剂浆料中所含溶剂成分引起的高分 子电解质膜溶胀的同时，具有高质子传导性的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体。 根据权利要求6的专利技术，可得到即使在高温低加湿环境下也具有高发电特性的固 体高分子型燃料电池。 附图简要说明 是根据本专利技术第1实施方案的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体的截 面图。 是示出了根据本专利技术的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体的制造方 法中预分散工序和主分散工序的说明图。 是示出了根据本专利技术的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体的制造方 法中涂覆工序、半干燥工序和干燥工序的说明图。 是示出了根据本专利技术制成固体高分子型燃料电池用膜电极接合体后的电 极催化剂层的状态的说明图。 是示出了采用与本专利技术不同的方法制成燃料电池用膜电极接合体后的电 极催化剂层的状态的说明图。 【具体实施方式】 (第1实施方案） 下面，参照【专利附图】【附图说明】本专利技术的第1实施方案（以下记载为"本实施方案"）。需要 说明的是，本实施方案是本专利技术的一个例子，并不是对本专利技术的限定。 本专利技术提供固体高分子型燃料电池所具有的固体高分子型燃料电池用膜电极接 合体，以及制造固体高分子型燃料电池所具有的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体的 方法（制造方法）。 具体而言，在本专利技术中，对膜电极接合体的高温低加湿环境下的发电特性进行深 入研究，结果发现电极催化剂层中的质子传导性高分子的电阻值Ri对发电性能的高低有 很大影响。因此，在本专利技术中，通过将电极催化剂层中的质子传导性高分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种固体高分子型燃料电池用膜电极接合体，其为在高分子电解质膜的两面上接合有至少包含质子传导性高分子和碳担载催化剂的电极催化剂层的固体高分子型燃料电池用膜电极接合体，其特征在于，在相对湿度为20％、交流阻抗为10kHz～100Hz的测定条件下，所述电极催化剂层的质子传导性高分子的电阻值Ri在2Ωcm2以上5Ωcm2以下的范围内。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：小泽麻都香，
申请(专利权)人：凸版印刷株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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