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公開番号2025112401
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024006597
出願日2024-01-19
発明の名称膜電極接合体用の触媒層、膜電極接合体、及び触媒層の製造方法
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人弁理士法人青藍国際特許事務所
主分類H01M 4/86 20060101AFI20250725BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】触媒層における電気化学反応の効率を向上させること。
【解決手段】本開示の触媒層109は、担体粒子11と、担体粒子11に担持された触媒粒子12と、担体粒子11に接するように配置された導電性繊維13と、プロトン伝導性を有する第1樹脂材料を含み、導電性繊維13の表面の少なくとも一部を覆う第1樹脂層15aと、第1樹脂材料よりも低い親水性を有する第2樹脂材料を含み、第1樹脂層15aの外表面の少なくとも一部を覆う第2樹脂層15bと、を備える。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
担体粒子と、
前記担体粒子に担持された触媒粒子と、
前記担体粒子に接するように配置された導電性繊維と、
プロトン伝導性を有する第１樹脂材料を含み、前記導電性繊維の表面の少なくとも一部を覆う第１樹脂層と、
前記第１樹脂材料よりも低い親水性を有する第２樹脂材料を含み、前記第１樹脂層の外表面の少なくとも一部を覆う第２樹脂層と、
を備えた、膜電極接合体用の触媒層。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
膜電極接合体用の触媒層であって、
担体粒子と、
前記担体粒子に担持された触媒粒子と、
前記担体粒子に接するように配置された導電性繊維と、
前記導電性繊維に付着した樹脂材料と、
を備え、
前記樹脂材料は、プロトン伝導性を有する第１樹脂材料と、前記第１樹脂材料よりも低い親水性を有する第２樹脂材料と、を含み、
温度５０℃かつ相対湿度１００％の条件にて前記触媒層を含む前記膜電極接合体の交流インピーダンス測定を行ったときに測定される前記触媒層のプロトン伝導抵抗が２５０ｍΩ／ｃｍ
2
以下である、
膜電極接合体用の触媒層。
【請求項３】
前記第１樹脂材料が高分子電解質を含む、
請求項１又は２に記載の膜電極接合体用の触媒層。
【請求項４】
前記第２樹脂材料がプロトン伝導性の官能基を持たない高分子材料を含む、
請求項１又は２に記載の膜電極接合体用の触媒層。
【請求項５】
前記第１樹脂材料の等価質量が前記第２樹脂材料の等価質量よりも小さい、
請求項１又は２に記載の膜電極接合体用の触媒層。
【請求項６】
前記第２樹脂材料は、１２００ｇ／ｍｏｌ以上２０００ｇ／ｍｏｌ以下の等価質量を有する高分子材料を含む、
請求項１又は２に記載の膜電極接合体用の触媒層。
【請求項７】
前記第２樹脂材料で作られた薄膜の水に対する接触角が前記第１樹脂材料で作られた薄膜の水に対する接触角よりも２０度以上大きい、
請求項１又は２に記載の膜電極接合体用の触媒層。
【請求項８】
前記担体粒子及び前記導電性繊維の合計質量に対する、前記第１樹脂材料及び前記第２樹脂材料の合計質量の比率が０．８０以上１．５０以下の範囲にある、
請求項１又は２に記載の膜電極接合体用の触媒層。
【請求項９】
前記導電性繊維の平均長さが前記担体粒子の平均粒径よりも大きい、
請求項１又は２に記載の膜電極接合体用の触媒層。
【請求項１０】
前記担体粒子、前記触媒粒子及び前記導電性繊維の合計質量に対する前記導電性繊維の質量の比率が０．２０以上０．５０以下の範囲にある、
請求項１又は２に記載の膜電極接合体用の触媒層。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、膜電極接合体用の触媒層、膜電極接合体、及び触媒層の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池などの電気化学デバイスには、アノード、電解質膜及びカソードを有する膜電極接合体が用いられる。膜電極接合体のアノード及びカソードは、それぞれ、触媒層を有する。触媒層には、電極触媒として、触媒粒子を担持したカーボン粒子などが用いられる。触媒層において、電極触媒は、イオン伝導性を有する高分子電解質で覆われている。
【０００３】
特許文献１には、固体高分子形燃料電池用の電極触媒層が記載されている。電極触媒層は、触媒、炭素粒子、高分子電解質及び繊維状物質を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－１６２１１３号公報
特開２０１８－１８１８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術においては、触媒層におけるプロトン伝導性と排水性とを両立させて電気化学反応の効率を向上させることが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
担体粒子と、
前記担体粒子に担持された触媒粒子と、
前記担体粒子に接するように配置された導電性繊維と、
プロトン伝導性を有する第１樹脂材料を含み、前記導電性繊維の表面の少なくとも一部を覆う第１樹脂層と、
前記第１樹脂材料よりも低い親水性を有する第２樹脂材料を含み、前記第１樹脂層の外表面の少なくとも一部を覆う第２樹脂層と、
を備えた、膜電極接合体用の触媒層を提供する。
【０００７】
別の側面において、本開示は、
膜電極接合体用の触媒層であって、
担体粒子と、
前記担体粒子に担持された触媒粒子と、
前記担体粒子に接するように配置された導電性繊維と、
前記導電性繊維に付着した樹脂材料と、
を備え、
前記樹脂材料は、プロトン伝導性を有する第１樹脂材料と、前記第１樹脂材料よりも低い親水性を有する第２樹脂材料と、を含み、
温度５０℃かつ相対湿度１００％の条件にて前記触媒層を含む前記膜電極接合体の交流インピーダンス測定を行ったときに測定される前記触媒層のプロトン伝導抵抗が２５０ｍΩ／ｃｍ
2
以下である、
膜電極接合体用の触媒層を提供する。
【０００８】
更に別の側面において、本開示は、
触媒粒子を担持した担体粒子、導電性繊維、プロトン伝導性を有する第１樹脂材料、及び、溶媒を混合して予備溶液を調製することと、
前記第１樹脂材料よりも低い親水性を有する第２樹脂材料を前記予備溶液に分散させて触媒インクを調製することと、
前記触媒インクを基材に塗布して触媒層を形成することと、
を含む、膜電極接合体用の触媒層の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の技術によれば、触媒層におけるプロトン伝導性と排水性とを両立させて電気化学反応の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施の形態１における燃料電池の概略断面図
カソード触媒層の部分拡大断面図
図２の部分拡大図
カソード触媒層の製造方法を示す工程図
交流インピーダンス測定によって得られた複素インピーダンスプロットからプロトン伝導抵抗を算出する方法を説明する図
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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