电极催化剂油墨组合物制造技术

提供一种能够不产生破裂地形成电极催化剂层的电极催化剂油墨组合物。一种电极催化剂油墨组合物，包含金属氧化物系电极催化剂粒子、电解质和混合液介质，所述混合液介质(将混合液介质的总量设为100质量％)包含：40～85质量％的水；5～30质量％的水溶性溶剂(A)，在将25℃时水的蒸发速度设为1时，其蒸发速度为2.0以下，且溶度参数(SP值)为9以上；以及10～30质量％的一元醇(B)，在将25℃时水的蒸发速度设为1时，其蒸发速度大于2.0，且碳原子数为3以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电极催化剂油墨组合物。
技术介绍
固体高分子型燃料电池，是用阳极和阴极夹持固体高分子电解质，向阳极供给燃料，向阴极供给氧或空气，在阳极还原氧而取出电的形式的燃料电池。燃料中主要使用氢或甲醇等。在阳极和阴极形成有包含电极催化剂和被称为离聚物的电解质的电极催化剂层。这样的电极催化剂层的形成，以往采用催化剂和电解质溶液，以及使用甲醇等的挥发性溶剂作为分散介质的电极催化剂层形成用墨。作为电极催化剂，以往采用在碳粒子上担载贵金属粒子的碳系催化剂。作为包含碳系电极催化剂的电极催化剂层形成用墨的例子，例如日本特开2004-95553号公报(专利文献1)中，作为实施例，公开了通过利用分散机搅拌混合10g的担载铂的碳催化剂(Pt：20重量％)和作为电解质溶液的40g的5重量％的全氟磺酸(Nafion)(注册商标)溶液(杜邦公司制，溶剂：正丙醇)而调制出的墨。另外，在日本特表平9-501535号公报(专利文献2)中，作为实施例，公开了由2.6mg的全氟磺酸(Nafion)溶液(杜邦公司制，(由5重量％的全氟磺酸、50重量％的异丙醇、25重量％的甲醇和20重量％的水制作))、390mg的1-甲氧基-2-丙醇、2ml的异丙醇、在VULCAN(注册商标)碳支持体上具有20％铂的487.9mg的催化剂(プリシアスメタルズコーポレーション制)调制的墨。另一方面，在WO2009/017011(专利文献3)等中，公开了成为铂代替催化剂的金属氧化物系电极催化剂。另外，在日本特开2013-30470号公报、日本特开2013-116458号公报(专利文献4、5)中，公开了在金属氧化物粒子上担载贵金属粒子的类型的催化剂电极。在这些文献的实施例中，使用混合了25ml的水和25ml的丙醇而成的水溶液，调制阴极用催化剂墨。在先技术文献专利文献1：日本特开2004-95553号公报专利文献2：日本特表平9-501535号公报专利文献3：国际公开2009/017011号手册专利文献4：日本特开2013-30470号公报专利文献5：日本特开2013-116458号公报
技术实现思路
对于包含金属氧化物系电极催化剂粒子的油墨组合物，以往，有时在向薄膜等的基材涂布并干燥而形成的电极催化剂层会产生裂纹。本专利技术是为了解决这样的问题而完成的，目的是提供一种能够不产生破裂地形成电极催化剂层的电极催化剂油墨组合物。本专利技术人为解决上述以往技术的问题而认真研讨，结果发现在将金属氧化物系电极催化剂粒子和电解质分散而成的油墨组合物中，通过使用含有特定的水溶性溶剂和乙醇、并以高比例含有水的水溶液作为分散介质，可得到催化剂粒子的分散性良好的油墨组合物，通过使用它能够形成没有裂纹的电极催化剂层，从而完成了本专利技术。本专利技术涉及例如以下的[1]～[14]。[1]一种电极催化剂油墨组合物，包含金属氧化物系电极催化剂粒子、电解质和混合液介质，所述混合液介质(将混合液介质的总量设为100质量％)包含：40～85质量％的水；5～30质量％的水溶性溶剂(A)，在将25℃时水的蒸发速度设为1时，其蒸发速度为2.0以下，且溶度参数(SP值)为9以上；以及10～30质量％的一元醇(B)，在将25℃时水的蒸发速度设为1时，其蒸发速度大于2.0，且碳原子数为3以下。[2]根据上述[1]所述的电极催化剂油墨组合物，所述水溶性溶剂(A)是溶度参数(SP值)为10以上、且具有醚基或酯基的醇。[3]根据上述[1]或[2]所述的电极催化剂油墨组合物，所述水溶性溶剂(A)是选自二醇单烷基醚和乳酸酯中的至少1种。[4]根据上述[3]所述的电极催化剂油墨组合物，所述二醇单烷基醚是选自乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单丙基醚、乙二醇单正丁基醚、乙二醇单叔丁基醚、丙二醇单甲基醚、丙二醇单乙基醚、丙二醇单丙基醚和3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇中的至少1种，所述乳酸酯是选自乳酸甲酯和乳酸乙酯中的至少1种。[5]根据上述[1]～[4]的任一项所述的电极催化剂油墨组合物，所述一元醇(B)是选自甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇中的至少1种。[6]根据上述[1]～[5]的任一项所述的电极催化剂油墨组合物，所述混合液介质含有51～70质量％的水。[7]根据上述[1]～[6]的任一项所述的电极催化剂油墨组合物，所述金属氧化物系电极催化剂粒子的含量为0.5～25质量％(将所述电极催化剂油墨组合物的总量设为100质量％)。[8]根据上述[1]～[7]的任一项所述的电极催化剂油墨组合物，所述金属氧化物系电极催化剂粒子是包含ⅣB族和/或ⅤB族的金属元素、碳、氮和氧的催化剂粒子，或在包含ⅣB族和/或ⅤB族的金属元素、碳、氮和氧的粒子上担载贵金属粒子而成的担载型催化剂粒子。[9]一种电极催化剂层的制造方法，在基材上涂布上述[1]～[8]的任一项所述的电极催化剂油墨组合物，接着除去所述混合液介质，在基材上形成电极催化剂层。[10]一种具备电极催化剂层的电极的制造方法，实施以下工序1或工序2：工序(1)：在气体扩散层上涂布上述[1]～[8]的任一项所述的电极催化剂油墨组合物，接着除去所述混合液介质；工序(2)：在转印用基材上涂布上述[1]～[8]的任一项所述的电极催化剂油墨组合物，接着除去所述混合液介质，在转印用基材上形成电极催化剂层，将该电极催化剂层转印到气体扩散层上。[11]一种具备电极催化剂层的膜电极接合体用电解质膜的制造方法，实施以下工序1或工序2：工序(1)：在膜电极接合体用电解质膜上涂布上述[1]～[8]的任一项所述的电极催化剂油墨组合物，接着除去所述混合液介质；工序(2)：在转印用基材上涂布上述[1]～[8]的任一项所述的电极催化剂油墨组合物，接着除去所述混合液介质，在转印用基材上形成电极催化剂层，将该电极催化剂层转印到膜电极接合体用电解质膜上。[12]一种膜电极接合体的制造方法，实施以下工序1或工序2：工序(1)：使用上述[1]～[8]的任一项所述的电极催化剂油墨组合物，在电解质膜的两面形成电极催化剂层，将2个电极催化剂层分别与气体扩散层接合；工序(2)：使用上述[1]～[8]的任一项所述的电极催化剂油墨组合物，在2个气体扩散层的表面形成电极催化剂层，将所述2个气体扩散层隔着所述电极催化剂层与电解质膜接合。[13]一种膜电极接合体的制造方法，是实施所述工序(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极催化剂油墨组合物，包含金属氧化物系电极催化剂粒子、电解质和混合液介质，将所述混合液介质的总量设为100质量％时，所述混合液介质包含：40～85质量％的水；5～30质量％的水溶性溶剂(A)，在将25℃时水的蒸发速度设为1时，其蒸发速度为2.0以下，且溶度参数即SP值为9以上；以及10～30质量％的一元醇(B)，在将25℃时水的蒸发速度设为1时，其蒸发速度大于2.0，且碳原子数为3以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.27 JP 2013-2722611.一种电极催化剂油墨组合物，包含金属氧化物系电极催化剂粒子、
电解质和混合液介质，
将所述混合液介质的总量设为100质量％时，所述混合液介质包含：
40～85质量％的水；5～30质量％的水溶性溶剂(A)，在将25℃时水的蒸
发速度设为1时，其蒸发速度为2.0以下，且溶度参数即SP值为9以上；
以及10～30质量％的一元醇(B)，在将25℃时水的蒸发速度设为1时，
其蒸发速度大于2.0，且碳原子数为3以下。
2.根据权利要求1所述的电极催化剂油墨组合物，所述水溶性溶剂(A)
是溶度参数即SP值为10以上且具有醚基或酯基的一元醇。
3.根据权利要求1或2所述的电极催化剂油墨组合物，所述水溶性溶
剂(A)是选自二醇单烷基醚和乳酸酯中的至少1种。
4.根据权利要求3所述的电极催化剂油墨组合物，所述二醇单烷基醚
是选自乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单丙基醚、乙二醇单正
丁基醚、乙二醇单叔丁基醚、丙二醇单甲基醚、丙二醇单乙基醚、丙二醇
单丙基醚和3-甲氧基-3-甲基-1-丁醇中的至少1种，所述乳酸酯是选自乳酸
甲酯和乳酸乙酯中的至少1种。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的电极催化剂油墨组合物，所述一
元醇(B)是选自甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇中的至少1种。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的电极催化剂油墨组合物，所述混
合液介质含有51～70质量％的水。
7.根据权利要求1～6的任一项所述的电极催化剂油墨组合物，将所述
电极催化剂油墨组合物的总量设为100质量％时，所述金属氧化物系电极
催化剂粒子的含量为0.5～25质量％。
8.根据权利要求1～7的任一项所述的电极催化剂油墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：福田龙也，佐藤孝志，吉村真幸，伊藤祐司，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP