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METHOD AND DEVICE FOR FORMING ELECTRODE CATALYST LAYER BY ELECTROSPRAY METHOD

Foreign code F180009519
File No. (S2017-0294-N0)
Posted date Nov 2, 2018
Country WIPO
International application number 2018JP001540
International publication number WO 2018135611
Date of international filing Jan 19, 2018
Date of international publication Jul 26, 2018
Priority data
  • P2017-009373 (Jan 23, 2017) JP
Title METHOD AND DEVICE FOR FORMING ELECTRODE CATALYST LAYER BY ELECTROSPRAY METHOD
Abstract Provided is a method for forming an electrode catalyst layer by the electrospray deposition method (deposition) which also allows a low-viscosity catalyst ink to be used. The method comprises introducing a catalyst ink into an insulating container having an electrically conductive nozzle communicating with the container interior, applying an electrospray voltage to the nozzle thereby causing electrospraying of the catalyst ink to occur from the nozzle tip so as to form the electrode catalyst layer. The catalyst ink containing a mixture of at least the electrode catalyst, a polyelectrolyte binder, a volatile organic compound and/or water is prepared, the catalyst ink is introduced into the container such that a space is left therein and the container is sealed airtight, and electrospraying is performed with the space inside the sealed container being adjusted to a negative pressure to such an extent that the catalyst ink does not drip from the nozzle.
Outline of related art and contending technology BACKGROUND ART
The fuel cell, water electrolysis focused on the development of the item as one of a platinum catalyst (Pt) expensive electrode to reduce the amount of use has been demanded.To reduce the amount used of Pt from the viewpoint of the chemical active material has been done, the electrode catalyst layer is prepared by the actual study from the viewpoint of processes, the development of the eye is not directed so much in the current.
Form an electrode catalyst layer to a polymer electrolyte membrane (coating) to the processes, screen printing method (screen printing, screen printing), doctor blade method (coating), a squeegee method, a spray (printing, coating, coating) method, a bar coater method or the like is, it is possible to reduce the amount of use of the Pt, the polymer electrolyte membrane can be coated over the electrode surface of the catalyst particles and the like in order to solve the problem of not directly.
Electrode catalyst layer is superior to the method of the electrospray as the electrospray (ES) (ES) method or the deposition method is also the study of interest, a report of the following non-patent document 1-3.However, these reports are not very specific description, electrospray (ES) formation of the electrode catalyst layer according to the method with respect to the study is still just originate.
The inventors have found that as shown in Non-Patent Document 4, an electrode catalyst layer formed using the electrospray method, the amount of Pt can be greatly reduced.The present invention, as described below, the non-patent document 4 is basically of the electrospray method are further improved.
Scope of claims (In Japanese)請求の範囲
[請求項1]
 少なくとも電極触媒と,高分子電解質バインダーと,揮発性有機化合物及び/又は水との混合物を含有する触媒インクを絶縁性容器内に,前記容器内部に空間を残した状態で入れ,かつ前記容器を気密に密閉し,
 前記容器内部と連通する導電性ノズルから触媒インクが滴下しない程度に前記密閉容器内の空間を負圧に調整した状態で,前記ノズルにエレクトロスプレー電圧を印加することによって前記ノズル先端から触媒インクのエレクトロスプレーを生じさせ,これによって電極触媒層を形成する,
 エレクトロスプレー法による電極触媒層の形成方法。
[請求項2]
 容器内部と連通するノズルを有する容器内に触媒インクを入れ,前記触媒インクにエレクトロスプレー電圧を印加することによって前記ノズル先端から触媒インクのエレクトロスプレーを生じさせ,これによって電極触媒層を形成する方法において,
 少なくとも電極触媒と,高分子電解質バインダーと,揮発性有機化合物及び/又は水との混合物を含有する触媒インクを用意し,
 この触媒インクを前記容器内にその内部に空間を残した状態で入れかつ前記容器を気密に密閉し,
 前記ノズルから触媒インクが滴下しない程度に前記密閉容器内の空間を負圧に調整した状態でエレクトロスプレーする,
 エレクトロスプレー法による電極触媒層の形成方法。
[請求項3]
 前記触媒インクの粘度に応じて前記密閉容器内の空間の負圧を調整する,請求項1または2に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成方法。
[請求項4]
 前記密閉容器内の空間の負圧の範囲が0~0.47kPaである(0kPaを含まない),請求項1から3のいずれか一項に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成方法。
[請求項5]
 前記密閉容器内の空間の負圧の範囲が0.05~0.4kPaである,請求項1から3のいずれか一項に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成方法。
[請求項6]
 前記ノズルが前記容器の下部に設けられ,前記ノズルの先端が下方を向いている,請求項1または2に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成方法。
[請求項7]
 前記ノズルの下方に,電極触媒層を形成すべきフィルム状媒体を配置する,請求項6に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成方法。
[請求項8]
 フィルム状媒体を載置する基板を設ける,請求項7に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成方法。
[請求項9]
 前記ノズルを上下動自在で所望位置に固定可能に支持する,請求項1または2に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成方法。
[請求項10]
 前記ノズルと,電極触媒層を形成すべきフィルム状媒体とを,少なくともフィルム状媒体の広さの範囲で相対的にかつ2次元的にスキャニングする,請求項1,2,6から9のいずれか一項に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成方法。
[請求項11]
 前記容器内の空間の圧力を測定する,請求項1から10のいずれか一項に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成方法。
[請求項12]
 前記ノズルと,電極触媒層を形成すべきフィルム状媒体との間に,前記ノズルの延長上に中心を有する制御穴があけられた導電性ゲート板を配置する,請求項1,2,6から10のいずれか一項に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成方法。
[請求項13]
 前記ノズルと前記ゲート板とを,その配置関係を保って一緒に移動させる,請求項12に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成方法。
[請求項14]
 触媒インクをその内部に気体が満たされた空間を残した状態で入れるための気密に密閉可能な容器と,前記容器の内部下部と連通するノズルとを保持するための保持機構,
 前記保持機構に保持されるノズルの延長上に配置され,その表面に電極触媒層を形成すべきフィルム状媒体を保持する媒体保持部材,
 前記保持機構に保持される容器内の空間の圧力を測定する圧力測定手段,
 前記保持機構に保持される容器内の空間を負圧に調整するための圧力調整手段,及び
 前記容器内の触媒インク又は前記ノズルと前記フィルム状媒体又は媒体保持部材との間にエレクトロスプレー電圧を印加する電圧調整可能な高電圧発生装置,
 を備えるエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成装置。
[請求項15]
 前記ノズルの延長上に中心を有する制御穴があけられた導電性ゲート板が,前記ノズルと前記媒体保持部材との間に配置されている,請求項14に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成装置。
[請求項16]
 前記保持機構が前記容器を位置調整自在に保持するものである,請求項14または15に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成装置。
[請求項17]
 前記ゲート板を位置調整自在に保持するゲート板保持機構を有する,請求項15に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成装置。
[請求項18]
 前記保持機構と前記媒体保持部材とを相対的に平行移動させるスキャニング機構を有する,請求項14から17のいずれか一項に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成装置。
[請求項19]
 前記保持機構及び前記ゲート板保持機構と,前記媒体保持部材とを相対的に平行移動させるスキャニング機構を有する,請求項17に記載のエレクトロスプレー法による電極触媒層の形成装置。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • UNIVERSITY OF YAMANASHI
  • Inventor
  • UCHIDA Makoto
  • KAKINUMA Katsuyoshi
IPC(International Patent Classification)
Specified countries National States: AE AG AL AM AO AT AU AZ BA BB BG BH BN BR BW BY BZ CA CH CL CN CO CR CU CZ DE DJ DK DM DO DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM GT HN HR HU ID IL IN IR IS JO JP KE KG KH KN KP KR KW KZ LA LC LK LR LS LU LY MA MD ME MG MK MN MW MX MY MZ NA NG NI NO NZ OM PA PE PG PH PL PT QA RO RS RU RW SA SC SD SE SG SK SL SM ST SV SY TH TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN ZA ZM ZW
ARIPO: BW GH GM KE LR LS MW MZ NA RW SD SL SZ TZ UG ZM ZW
EAPO: AM AZ BY KG KZ RU TJ TM
EPO: AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
OAPI: BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW KM ML MR NE SN ST TD TG
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