燃料电池用电极的制造方法技术

本发明专利技术提供一种燃料电池用电极的制造方法，该电极具备含有碳载催化剂复合体的催化剂层，该碳载催化剂复合体含有铂、钛氧化物和导电性碳。本发明专利技术的燃料电池用电极的制造方法的特征在于，包括：第1工序，通过将碳载催化剂复合体在非活性气体环境下在250℃以上进行烧制，使该碳载催化剂复合体表面的酸性官能团量减少；第2工序，将在第1工序中得到的碳载催化剂复合体、离聚物和如下溶剂混合来制造催化剂油墨，上述溶剂至少包含水、醇和乙酸并且乙酸相对于水、醇和乙酸的总量的含量为29～63质量％；第3工序，使用在第2工序中得到的催化剂油墨形成催化剂层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃料电池用电极的制造方法。
技术介绍
燃料电池通过向电连接的2个电极供给燃料和氧化剂，电化学地发生燃料的氧化，从而将化学能直接转换为电能。因此，燃料电池不受卡诺循环的制约，显示高的能量转换效率。通常燃料电池层叠多个单电池而构成，上述单电池以用一对电极夹持电解质膜而成的膜电极接合体(MEA)作为基本结构。以往，采用铂和铂合金材料作为燃料电池的燃料极(阳极电极)和氧化剂极(阴极电极)的电极催化剂。但是，因为铂昂贵，所以尝试将廉价的材料与铂复合使用来减少催化剂中使用的铂的量。在这样的尝试中，作为燃料电池的电极催化剂，将铂-金属氧化物复合粒子载持于导电性载体而成的燃料电池用催化剂受到关注。例如，专利文献1中公开了一种固体高分子型燃料电池用电极催化剂，其特征在于，是具有膜电极接合体的固体高分子型燃料电池的空气极所使用的电极催化剂，上述膜电极接合体由透过质子的固体高分子电解质膜、具有包含电极催化剂的催化剂层的燃料极和空气极构成，所述固体高分子型燃料电池用电极催化剂由复合粒子构成，上述复合粒子由铂或含有铂的贵金属合金和贵金属以外的金属氧化物构成。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2006-134613号公报
技术实现思路
然而，以往的将铂-金属氧化物复合粒子载持于导电性载体而成的燃料电池用催化剂存在如下问题：以膜电极接合体的状态得不到与铂的每单位质量的催化剂活性(以下，有时称为铂质量活性)相当的发电性能，该发电性能是在催化剂粉的状态下的基于旋转圆盘电极(RDE)的电化学测定而得到的。该问题在温度、湿度等外部环境条件的变化大的情况下特别显著。以往技术中，在使铂-金属氧化物复合粒子载持于导电性载体的工序中，有时导电性载体的表面性状变化，在催化剂油墨中，使上述导电性载体表面与离聚物、溶剂的亲和性劣化。如果催化剂油墨中各成分间的亲和性劣化，则在形成催化剂层时，不能通过离聚物充分地被覆铂-金属氧化物复合粒子、导电性载体。可知使用了这样被覆不充分的电极的膜电极接合体因外部环境的变化而无法稳定地发挥发电性能。另一方面，基于RDE的电化学测定中，因为电解液承担质子传导和氧扩散，所以没有外部环境的变化，离聚物的被覆率的影响在测定结果中没有体现。本专利技术是鉴于上述实际情况而完成的，目的在于提供一种即使外部环境条件变化也能够稳定地发挥发电性能的燃料电池用电极的制造方法，上述燃料电池用电极具备含有碳载催化剂复合体的催化剂层，上述碳载催化剂复合体含有铂、钛氧化物和导电性碳。本专利技术的燃料电池用电极的制造方法的特征在于，是具备含有碳载催化剂复合体(即，载持有催化剂复合体的碳)的催化剂层的燃料电池用电极的制造方法，上述碳载催化剂复合体含有铂、钛氧化物和导电性碳，上述制造方法包括如下工序：第1工序，通过将碳载催化剂复合体在非活性气体环境下在250℃以上进行烧制，从而使该碳载催化剂复合体表面的酸性官能团量减少；第2工序，将在第1工序中得到的碳载催化剂复合体、离聚物和溶剂混合来制造催化剂油墨，上述溶剂至少含有水、醇和乙酸并且乙酸相对于水、醇和乙酸的总量的含量为29～63质量％；第3工序，使用在第2工序中得到的催化剂油墨形成催化剂层。本专利技术的燃料电池用催化剂的制造方法中，第1工序中得到的碳载催化剂复合体表面的酸性官能团量优选为1.20μmol/m2以下。本专利技术的燃料电池用催化剂的制造方法中，第2工序中使用的溶剂中，水相对于水、醇和乙酸的总量的含量优选为3.4～9.8质量％。本专利技术的燃料电池用电极的制造方法中，第1工序中使用的碳载催化剂复合体优选进行了酸处理。根据本专利技术，能够提供一种即使外部环境的湿度条件变化也能够稳定地发挥发电性能的燃料电池用电极的制造方法，上述燃料电池用电极具备含有碳载催化剂复合体的催化剂层，上述碳载催化剂复合体含有铂、钛氧化物和导电性碳。附图说明图1是表示本专利技术的燃料电池用电极的制造方法的制造工序的流程图。具体实施方式本专利技术的燃料电池用电极的制造方法的特征在于，是具备含有碳载催化剂复合体的催化剂层的燃料电池用电极的制造方法，上述碳载催化剂复合体含有铂、钛氧化物和导电性碳，上述制造方法包括如下工序：第1工序，通过将碳载催化剂复合体在非活性气体环境下在250℃以上进行烧制，从而使该碳载催化剂复合体表面的酸性官能团量减少；第2工序，将在第1工序中得到的碳载催化剂复合体、离聚物和溶剂混合来制造催化剂油墨，上述溶剂至少含有水、醇和乙酸并且乙酸相对于水、醇和乙酸的总量的含量为29～63质量％；第3工序，使用在第2工序中得到的催化剂油墨形成催化剂层。根据本专利技术，能够制造无论湿度条件如何都能够稳定地发挥发电性能的燃料电池用电极，该燃料电池用电极具备含有碳载催化剂复合体的催化剂层，上述碳载催化剂复合体含有铂、钛氧化物和导电性碳。本专利技术的制造方法中，(1)通过将碳载催化剂复合体在非活性气体环境下进行烧制而使表面的酸性官能团量减少，能够使离聚物对碳载催化剂复合体进行吸附，(2)通过在一般使用的由水和醇构成的催化剂油墨的溶剂中添加一定量以上的乙酸，能够提高酸性官能团量减少了的碳载催化剂与催化剂油墨的溶剂的亲和性，(3)通过使添加于催化剂油墨的溶剂中的乙酸为一定量以下，能够提高催化剂油墨中的离聚物的分散性。通过上述方法，改善了碳载催化剂复合体表面、离聚物和催化剂油墨的溶剂相互间的亲和性，因此推测能够制造无论湿度条件如何都能够稳定地发挥发电性能的燃料电池用电极。图1是表示本专利技术的燃料电池用电极的制造方法的制造工序的流程图。如图1所示本专利技术的燃料电池用电极的制造方法具有第1(碳载催化剂复合体烧制)工序、第2(催化剂油墨制造)工序和第3(催化剂层形成)工序。以下，对各工序依次进行说明。(1)第1(碳载催化剂复合体烧制)工序第1工序是通过将含有铂、钛氧化物和导电性碳的碳载催化剂复合体在非活性气体环境下在250℃以上进行烧制，从而使该碳载催化剂复合体表面的酸性官能团量减少的工序。如上所述，以往技术在使催化剂复合体载持于导电性碳时，有时碳载体表面的酸性官能团量增加。特别是在对碳载催化剂复合体进行酸处理的情况下，酸性官能团量显著增加。第1工序中通过将含有铂、钛氧化物和导电性碳的碳载催化剂复合体在非活性气体环境下进行烧制，能够使碳载催化剂复合体表面的酸性官能团量减少。认为通过该烧制而酸性官能团量减少时，碳载体表面变得更加疏水性，与疏水性的离聚物之间的疏水相互作用增强，因此离聚物容易吸附于碳载催化剂复合体。本专利技术中，催化剂复合体只要含有铂、钛氧化物，就没有特别限定，但优选为铂与钛氧化物的复合氧化物，优选为在铂与钛暂时合金化后钛被氧化而得到的催化剂复合体。另外，通过用铂被覆钛氧化物表面，能够维持高的催化剂活性且减少铂使用量，因此优选。该碳载催化剂复合体中含有的导电性碳只要能够载持上述催化剂复合体就没有特别限定，例如可举出CA250(商品名：电气化学工业株式会社制)、OSAB(商品名：电气化学工业株式会社制)、Vulcan(商品名：Cabot公司制)、科琴黑(商品名：Ketchen Black International公司制)、NORIT(商品名：Norit公司制)、BLACK PEARL(商品名：Cabot公司制)、乙炔黑(商品名：Chevron本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，是具备含有碳载催化剂复合体的催化剂层的燃料电池用电极的制造方法，所述碳载催化剂复合体含有铂、钛氧化物和导电性碳，所述制造方法包括如下工序：第1工序，通过将碳载催化剂复合体在非活性气体环境下在250℃以上进行烧制，从而使该碳载催化剂复合体表面的酸性官能团量减少；第2工序，将在第1工序中得到的碳载催化剂复合体、离聚物和溶剂混合来制造催化剂油墨，所述溶剂至少包含水、醇和乙酸，并且乙酸相对于水、醇和乙酸的总量的含量为29～63质量％；第3工序，使用在第2工序中得到的催化剂油墨形成催化剂层。

【技术特征摘要】
2015.04.13 JP 2015-0819621.一种燃料电池用电极的制造方法，其特征在于，是具备含有碳载催化剂复合体的催化剂层的燃料电池用电极的制造方法，所述碳载催化剂复合体含有铂、钛氧化物和导电性碳，所述制造方法包括如下工序：第1工序，通过将碳载催化剂复合体在非活性气体环境下在250℃以上进行烧制，从而使该碳载催化剂复合体表面的酸性官能团量减少；第2工序，将在第1工序中得到的碳载催化剂复合体、离聚物和溶剂混合来制造催化剂油墨，所述溶剂至少包含水、醇和乙酸，并且乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：新井龙哉，政所敬济，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP