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公開番号2025112925
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024007465
出願日2024-01-22
発明の名称触媒層の製造方法、膜・触媒層接合体、および水電解装置
出願人株式会社SCREENホールディングス
代理人個人
主分類C25B 11/031 20210101AFI20250725BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】触媒層中に複数の空洞を形成できる技術を提供する。
【解決手段】複数の触媒粒子、アイオノマー、溶媒、および臨界ミセル濃度以上の界面活性剤を混合し、界面活性剤の分子81によりミセル80が形成された触媒インクを調製する。そして、当該触媒インクを電解質膜の表面に塗布する。このようにして製造された触媒層から界面活性剤を除去することにより、触媒層中に複数の空洞を形成できる。
【選択図】図4

特許請求の範囲【請求項１】
触媒層の製造方法であって、
複数の触媒粒子、アイオノマー、溶媒、および臨界ミセル濃度以上の界面活性剤を混合し、前記界面活性剤の分子によりミセルが形成された触媒インクを調製する調製工程と、
前記触媒インクを電解質膜の表面に塗布する塗布工程と、
を有する、製造方法。
続きを表示（約 620 文字）【請求項２】
請求項１に記載の製造方法であって、
前記触媒インク中の前記溶媒に対する前記界面活性剤の重量比が０．０１ｗｔ％以上かつ２０．０ｗｔ％以下である、製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の製造方法であって、
前記触媒インク中の前記ミセルの直径が、１０ｎｍ以上かつ１００ｎｍ以下である、製造方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の製造方法であって、
前記塗布工程の後に、前記界面活性剤の分解温度未満の温度で前記触媒インクを乾燥させる乾燥工程
をさらに有する、製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の製造方法であって、
前記乾燥工程の後に、前記触媒層中に水を流すことにより、前記触媒層から前記界面活性剤を除去するコンディショニング工程
をさらに有する、製造方法。
【請求項６】
電解質膜と、
前記電解質膜の表面に形成された触媒層と、
を備えた膜・触媒層接合体であって、
前記触媒層は、複数の触媒粒子、アイオノマー、および界面活性剤を含み、
前記触媒層中に前記界面活性剤が分散されている、膜・触媒層接合体。
【請求項７】
請求項６に記載の膜・触媒層接合体を備えた水電解装置であって、
前記触媒層はアノード触媒層である、水電解装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒層の製造方法、膜・触媒層接合体、および水電解装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、水（Ｈ
２
Ｏ）を電気分解することにより水素（Ｈ
２
）を製造する、固体高分子形の水電解装置が知られている。水電解装置は、セルとセパレータとが交互に積層されたセルスタックを有する。各セルは、電解質膜と、電解質膜の両面に形成された触媒層とを有する。ＰＥＭ（Proton Exchange Membrane：プロトン交換膜）型水電解装置の使用時には、アノード側の触媒層とカソード側の触媒層との間に、電圧を印加するとともに、アノード側の触媒層に水を供給する。これにより、アノード側の触媒層と、カソード側の触媒層とにおいて、次の電気化学反応が生じる。その結果、カソード側の触媒層から、水素が排出される。
（アノード側）２Ｈ
２
Ｏ → ４Ｈ
＋
＋Ｏ
２
＋４ｅ
－
（カソード側）２Ｈ
＋
＋２ｅ
－
→ Ｈ
２
【０００３】
従来の水電解装置については、例えば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－０２３９９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水電解装置の使用時には、上記のように、アノード側の触媒層において、水が水素イオン（Ｈ
＋
）、酸素（Ｏ
２
）、および電子（ｅ
－
）に電気分解される。このため、アノード側の触媒層においては、液体の水を供給するとともに、気体の酸素を排出する必要がある。しかしながら、酸素の排出性が低い場合、触媒層中に酸素が滞留し、滞留した酸素によって水の供給が阻害される。その結果、アノード側における電気分解の効率が低下するという問題がある。
【０００６】
アノード側の触媒層から酸素を効率よく排出するためには、触媒層中に適度な空洞を設けることが望ましい。そこで、本発明は、触媒層中に複数の空洞を形成できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本願の第１発明は、触媒層の製造方法であって、複数の触媒粒子、アイオノマー、溶媒、および臨界ミセル濃度以上の界面活性剤を混合し、前記界面活性剤の分子によりミセルが形成された触媒インクを調製する調製工程と、前記触媒インクを電解質膜の表面に塗布する塗布工程と、を有する。
【０００８】
本願の第２発明は、第１発明の製造方法であって、前記触媒インク中の前記溶媒に対する前記界面活性剤の重量比が０．０１ｗｔ％以上かつ２０．０ｗｔ％以下である。
【０００９】
本願の第３発明は、第１発明または第２発明の製造方法であって、前記触媒インク中の前記ミセルの直径が、１０ｎｍ以上かつ１００ｎｍ以下である。
【００１０】
本願の第４発明は、第１発明または第２発明の製造方法であって、前記塗布工程の後に、前記界面活性剤の分解温度未満の温度で前記触媒インクを乾燥させる乾燥工程をさらに有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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