燃料電池触媒層のクラックの起点解析

摘要

固体高分子形燃料電池の触媒層は，触媒インクと呼ばれる粒子分散液（スラリー）を塗布•乾燥させることで製造している力S，その際にクラックが発生し問題となることがある.粒子が分散しただけの単純なスラリ一の場合についてはクラックの耍因や対策が明らかにされている力5',燃料電池の触媒インクは，アイオノマ一を含むより複雑なスラリ一であり，クラック発生のメカニズムが卜分に明らかになっていない.今回，固体高分子形燃料電池の触媒層におけるメカニズムを解明するため，乾燥.クラック発生時の触媒層内部の疎密構造を放射光を用t^たX線ラジォグラフィ一により測定した.その結果，触媒インク中に含まれる凝集物がクラックの起点になる場合と乾燥時に周囲よりも疎な部位がクラックの起点になる場合の二種類の場合が存在することを明らかにした.触媒ィンク中の凝集物と，乾燥時の疎密を制御することでクラック密度を制御できるようになると考えられる.%The catalyst layers in fuel cells are manufactured by drying slurries called catalyst inks. Since cracks which often appear in the catalyst layer affect the performance of fuel cell, it is important to control the formation of the cracks in the manufacturing processes. Understanding the formation mechanisms of cracks helps to control the crack formation. However, the mechanisms are not sufficiently clarified because catalyst inks are complex slurries. In this paper, we investigated the density structures during the drying processes of catalyst layers in a fuel cell by radiography observations using synchrotron X-rays at the SPring-8 BL33XU beam line in order to clarify the crack formations. The results reveal that the cracks are generated at lower density areas than the surroundings as well as at clumps in the drying film. We conclude that controlling both the density distribution during the drying process and the clumps in the catalyst ink is effective for controlling the size and concentration of the cracks.