电极催化剂层、膜电极接合体以及固体高分子型燃料电池制造技术

一种电极催化剂层，包含：负载有催化剂物质的碳颗粒、高分子电解质的凝聚体、以及作为有机电解质纤维的高分子电解质纤维。高分子电解质纤维的平均纤维直径为2μm以下，优选为1μm以下。膜电极接合体具备：高分子电解质膜、以及夹着高分子电解质膜的一对电极催化剂层，该一对电极催化剂层中的至少一者为包含高分子电解质纤维的电极催化层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电极催化剂层、膜电极接合体以及固体高分子型燃料电池
本专利技术涉及设置在燃料电池中的电极催化剂层、设置有电极催化剂层的膜电极接合体、以及固体高分子型燃料电池。
技术介绍
燃料电池作为有助于解决环境问题和能源问题的电池而受到关注。燃料电池通过利用氢等燃料与氧等氧化剂之间的化学反应来产生电力。在燃料电池中，固体高分子型燃料电池由于可以在低温下工作和小型化，因而被期待用作便携式电源、家用电源、车载电源等。固体高分子型燃料电池具备膜电极接合体，该膜电极接合体具有：构成作为阳极的燃料电极的电极催化剂层、构成作为阴极的空气电极的电极催化剂层、以及夹在这两个电极催化剂层之间的高分子电介质膜。包含氢的燃料气体被供给到构成燃料电极的电极催化剂层，包含氧的氧化剂气体被供给到构成空气电极的电极催化剂层。结果，在燃料电极和空气电极之间发生以下电化学反应，产生电力(例如，参照专利文献1)。燃料电极：H2→2H++2e-空气电极：1/2O2+2H++2e-→H2O即，通过电极催化剂层所包含的催化剂的作用，从供给至燃料电极的燃料气体产生质子和电子。质子通过电极催化剂层和高分子电解质膜中所包含的高分子电解质而传导，并经由高分子电解质膜而移动到空气电极。电子从电极催化剂层逸出至外部电路，并经由外部电路而移动到空气电极。在空气电极处，氧化剂气体与从燃料电极移动过来的质子和电子发生反应而生成水。如此地，电子经过外部电路从而产生电流。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2003-115299号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，由于形成电极催化剂层时的干燥所引起的收缩等，因而有时会在电极催化剂层中产生裂纹。若电极催化剂层中存在裂纹，则在膜电极接合体中，高分子电解质膜会从裂纹部分中暴露出来，而这种高分子电解质膜的暴露会成为膜电极接合体的耐久性降低、以及固体高分子型燃料电池的发电性能降低的重要原因。本专利技术的目的在于提供一种能够抑制裂纹的发生的电极催化剂层、膜电极接合体以及固体高分子型燃料电池。用于解决课题的手段用于解决上述课题的电极催化剂层包含：负载有催化剂物质的碳颗粒、高分子电解质的凝聚体、以及有机电解质纤维，其中所述有机电解质纤维的平均纤维直径为2μm以下。根据上述构成，由于在电极催化剂层中形成了有机电解质纤维彼此缠绕的结构，该结构在电极催化剂层中充当凝聚体的支持体，因而抑制了电极催化剂层中裂纹的发生。在上述构成中，所述有机电解质纤维的平均纤维直径优选为1μm以下。根据上述构成，由于在电极催化剂层中形成了足够的空孔，因而能够提高具备该电极催化剂层的固体高分子型燃料电池的输出。在上述构成中，所述有机电解质纤维的平均纤维长度优选为1μm以上200μm以下。根据上述构成，由于抑制了有机电解质纤维在电极催化剂层中的凝聚，因而容易形成空孔。另外，由于在电极催化剂层中适当地形成了有机电解质纤维彼此缠绕的结构，因而电极催化剂层的强度得以提高，结果，抑制裂纹的产生的效果得以提高。在上述构成中，电极催化剂层可以进一步包含碳纤维。根据上述构成，在电极催化剂层中，由于能够通过有机电解质纤维提高质子传导性、以及能够通过碳纤维提高电子传导性，因而能够提高具备该电极催化剂层的固体高分子型燃料电池的输出。在上述构成中，所述电极催化剂层中所含的所述有机电解质纤维的总质量相对于所述碳颗粒的总质量的比率优选为0.1以上3.0以下。根据上述构成，由于促进了电极催化剂层中的质子传导，因而能够提高具备该电极催化剂层的固体高分子型燃料电池的输出。在上述构成中，所述有机电解质纤维可以由高分子电解质构成。根据上述构成，提高了电极催化剂层中的质子传导性。在上述构成中，优选的是，所述有机电解质纤维由高分子电解质构成，所述电极催化剂层中所含的所述凝聚体的总质量相对于所述碳颗粒的总质量的比率为1.0以下。根据上述构成，在电极催化剂层中容易形成空孔，并且可以减少形成电极催化剂层所需的高分子电解质的量。由于电极催化剂层包含由高分子电解质构成的纤维，因而即使凝聚体的比率不高，也可以获得良好的质子传导性。结果，能够提高具备该电极催化剂层的固体高分子型燃料电池的输出。用于解决上述课题的膜电极接合体具备高分子电解质膜、以及夹着所述高分子电解质膜的一对电极催化剂层，所述一对电极催化剂层中的至少一者为上述电极催化剂层。根据上述构成，实现了这样一种膜电极接合体，其具备裂纹的发生被抑制了的电极催化剂层。用于解决上述课题的固体高分子型燃料电池具备上述膜电极结合体、以及夹着所述膜电极接合体的一对隔板。根据上述构成，实现了这样一种固体高分子型燃料电池，其具备裂纹的发生被抑制了的电极催化剂层。专利技术的效果根据本专利技术，可以抑制电极催化剂层中的裂纹的产生。附图简要说明[图1]是表示膜电极接合体的一个实施方式中的膜电极接合体的截面结构的图。[图2]是示意性地表示一个实施方式的电极催化剂层的第1构成的图。[图3]是示意性地表示一个实施方式的电极催化剂层的第2构成的图。[图4]是表示一个实施方式的固体高分子型燃料电池的透视结构的图。具体实施方式参考图1至图4，对电极催化剂层、膜电极接合体以及固体高分子型燃料电池的一个实施方式进行说明。[电极催化剂层和膜电极接合体]参照图1至图3，对电极催化剂层以及具备电极催化剂层的膜电极接合体的构成进行说明。如图1所示，膜电极接合体10具备高分子电解质膜11、以及燃料电极催化剂层12A和空气电极催化剂层12C这两个电极催化剂层。燃料电极催化剂层12A是作为固体高分子型燃料电池的阳极的燃料电极中所使用的电极催化剂层，空气电极催化剂层12C是作为固体高分子型燃料电池的阴极的空气电极中所使用的电极催化剂层。高分子电解质膜11夹在燃料电极催化剂层12A与空气电极催化剂层12C之间。燃料电极催化剂层12A与高分子电解质膜11所具有的两个面中的一个面接触，空气电极催化剂层12C与高分子电解质膜11所具有的两个面中的另一个面接触。当从与高分子电解质膜11所具有的一个面相对的位置处观察时，燃料电极催化剂层12A的外形与空气电极催化剂层12C的外形大致相同，高分子电解质膜11的外形比这些催化剂层12A、12C的外形大。高分子电解质膜11的外形以及催化剂层12A、12C的外形形状没有特别的限定，例如可以是矩形。高分子电解质膜11包含高分子电解质。用于高分子电解质膜11的高分子电解质只要是具有质子传导性的高分子电解质即可，例如可以使用氟系高分子电解质或烃系高分子电解质。作为氟系高分子电解质，可列举出(例如)Nafion(注册商标，杜邦公司制)。作为烃系高分子电解质，可列举出(例如)工程塑料、将磺酸基引入至工程塑料的共聚物中而得的化合物等。图2示意性地表示本实施方式的电极催化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极催化剂层，包含：负载有催化剂物质的碳颗粒、高分子电解质的凝聚体、以及有机电解质纤维，其中/n所述有机电解质纤维的平均纤维直径为2μm以下。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171002 JP 2017-1925401.一种电极催化剂层，包含：负载有催化剂物质的碳颗粒、高分子电解质的凝聚体、以及有机电解质纤维，其中
所述有机电解质纤维的平均纤维直径为2μm以下。


2.根据权利要求1所述的电极催化剂层，其中，所述有机电解质纤维的平均纤维直径为1μm以下。


3.根据权利要求1或2所述的电极催化剂层，其中，所述有机电解质纤维的平均纤维长度为1μm以上200μm以下。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的电极催化剂层，其进一步包含碳纤维。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的电极催化剂层，其中，所述电极催化剂层中...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷胁和磨，
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