固体高分子電解質膜、その製造方法、および電気分解素子
【課題】触媒が固体高分子電解質内に残留することによって発生する不具合を抑制し、電極としての寿命を延ばすことを課題とする。
【解決手段】 膜状の固体高分子電解質膜を、あらかじめ還元剤水溶液に浸し、その後、触媒化合物水溶液に浸漬することで、触媒イオンと触媒の固体高分子電解質の内部への残留量を削減する。またさらに固体高分子電解質を還元剤水溶液に浸漬して表面に存在することのある触媒イオンを還元する。電気分解素子では、固体高分子電解質膜の一方の触媒層を陽極とし、他方の触媒層を陰極とする。
【解決手段】 膜状の固体高分子電解質膜を、あらかじめ還元剤水溶液に浸し、その後、触媒化合物水溶液に浸漬することで、触媒イオンと触媒の固体高分子電解質の内部への残留量を削減する。またさらに固体高分子電解質を還元剤水溶液に浸漬して表面に存在することのある触媒イオンを還元する。電気分解素子では、固体高分子電解質膜の一方の触媒層を陽極とし、他方の触媒層を陰極とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質膜、その製造方法、および電気分解素子に関し、詳しくは両面に触媒層を有する固体高分子電解質膜、その製造方法、および上記固体高分子電解質膜を電極材として使用してなり、水の電気分解素子、燃料電池、湿度調節素子などとして好適な電気分解素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固体高分子電解質と触媒粒子とを含んでなる多孔性の固体高分子電解質―触媒複合電極母体を作製した後、該電極母体に無電解めっき処理を施すことによって電子伝導性物質を該電極母体に担持させ、電極母体表面に電子導電性物質層を形成し、または、電極本体内の細孔内表面に電子伝導性物質を担持させ、または、固体高分子電解質層中のイオン伝導領域に電子伝導性物質を担持させる固体高分子電解質電極の製造方法は、後記の特許文献1から公知である。また上記の無電解めっき処理の方法としては、例えば、電極母体中の固体高分子電解質に白金族金属化合物イオンを吸着せしめ、該白金族金属化合物イオンを、水素化硼素塩水溶液または水素ガスで還元処理することも特許文献1から公知である。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１７６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来技術によって製造された白金族金属化合物を担持させた固体高分子電解質膜において、当該電解質膜を電極として、水が存在する状態でその両面から直流電流を流すと、触媒作用により固体高分子電解質膜の内部に蓄えられたプロトンが膜内部を移動し、その結果、電極表面のアノード側では酸素が、カソード側では水素が発生する。またそれと同時に、膜表面や膜内に存在する白金イオンが白金となる。この白金部が、酸化、還元反応の触媒となるため、この部分で、酸素、水、水素等の気体が発生し、その気体によって固体高分子膜が膨張、破断し、電極としての性能が失われるといった問題点があった。本発明は、この触媒が固体高分子電解質内に残留することによって発生する不具合を抑制し、電極としての寿命を延ばすことを課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る固体高分子電解質膜は、膜状の固体高分子電解質の両面に、白金族金属またはその化合物、金またはその化合物、およびニッケルまたはその化合物のうちの少なくとも１種からなる触媒層を有する固体高分子電解質膜であって、上記固体高分子電解質の内部に存在する上記触媒の質量が０．１質量％以下であることを特徴するものである。
【０００６】
本発明に係る他の固体高分子電解質膜は、膜状の固体高分子電解質の両面に、白金族金属またはその化合物、金またはその化合物、およびニッケルまたはその化合物のうちの少なくとも１種からなる触媒層を有する固体高分子電解質膜であって、上記固体高分子電解質の内部に存在する上記触媒の質量を、上記固体高分子電解質の乾燥質量で除した値が０．００１以下であることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係る固体高分子電解質膜の製造方法は、膜状の固体高分子電解質を還元剤水溶液に浸漬する第一工程、上記第一工程から得た固体高分子電解質を白金族金属またはその化合物、金またはその化合物、およびニッケルまたはその化合物のうちの少なくとも１種の水溶液に浸漬する第二工程を含むことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る電気分解素子は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固体高分子電解質膜における一方の触媒層を陽極とし、他方の触媒層を陰極とすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の固体高分子電解質膜によれば、固体高分子電解質中に存在する触媒残留量が、０．１質量％以下と少ないので、あるいは上記固体高分子電解質中に存在する触媒質量を、上記固体高分子電解質膜の乾燥質量で除した値が０．００１以下であるので、当該固体高分子電解質膜を電気分解素子の電極として使用した場合には、その寿命が従来の固体高分子電解質膜を電極として使用した場合より長くなる極めて優れた効果がある。本発明の固体高分子電解質膜の製造方法によれば、固体高分子電解質中に存在する触媒残留量を０．１質量％以下とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明で使用されるプロトン伝導性を有する膜状固体高分子電解質を構成する固体高分子電解質としては、デュポン社の商品名ナフィオン、旭硝子の商品名フレミオン、旭化成（株）アシプレックスやW．L．ゴア＆アソシエーツ社の商品名ゴアセレクト等で、斯界で従来から公知あるいは周知のものであってよい。その厚さは、５０μｍ〜５００μｍ、好ましくは５０μｍ〜３００μｍである。
【００１１】
触媒として用いられる白金族金属およびその化合物、金またはその化合物、あるいはニッケルまたはその化合物としては、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕ、Nｉなどの金属類、［Ｐｔ（ＮＨ3）4］Ｃｌ2、Ｈ2ＰｔＣｌ6、Ｃｏ[（ＮＨ3）6]Ｃｌ3、Ｃｏ[（ＮＯ2）（ＮＨ3）5]Ｃｌ2、Ｒｈ[(ＮＨ3)6]Ｃｌ3、[Ｐｄ(ＮＨ3)4]Ｃｌ2、[Ｉｒ(ＮＨ3)6]Ｃｌ6、ＮＨ4[ＡｕＣｌ4]、ＡｕＣｌ3、ＮｉＣｌ2、Ｎｉ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏなどの錯体であり、就中、白金およびその化合物類が好ましい。
【００１２】
本発明の製造方法で用いられる上記金属およびその化合物の水溶液としては、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕ、Nｉなどの金属類、［Ｐｔ（ＮＨ3）4］Ｃｌ2、Ｈ2ＰｔＣｌ6、Ｃｏ[（ＮＨ3）6]Ｃｌ3、Ｃｏ[（ＮＯ2）（ＮＨ3）5]Ｃｌ2、Ｒｈ[(ＮＨ3)6]Ｃｌ3、[Ｐｄ(ＮＨ3)4]Ｃｌ2、[Ｉｒ(ＮＨ3)6]Ｃｌ6、ＮＨ4[ＡｕＣｌ4]、ＡｕＣｌ3、ＮｉＣｌ2、Ｎｉ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏなどの水溶液が例示される。
【００１３】
本発明の製造方法で用いられる還元剤としては、上記水溶液中で上記金属類のイオンを還元して金属を析出させることができる物質が用いられ、例えばホルムアルデヒド、次亜リン酸、水素化ホウ酸ナトリウム、ヒドラジン、ジメチルアミンボラン等である。これらのうちでは、水素化ホウ酸ナトリウム、ヒドラジン、ジメチルアミンボランが好ましく、それらは特に白金イオンを金属に還元析出するうえで特に効果が高い。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における固体高分子電解質膜の概略断面図であり、図２は従来の固体高分子電解質膜の概略断面図である。図１、２において、膜状固体高分子電解質２の両面には触媒層１が存在するが、図２に示す従来の膜状固体高分子電解質２の内部には触媒イオン３が数１０質量％オーダの多量で存在する。これに対して図１の実施の形態では、触媒イオン３は存在しないか、あるいは存在しても０．１質量％以下の少量に過ぎないので図示していない。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態１と従来技術との相違に就き、詳細に説明する。従来技術においては、触媒を担持させる膜状固体高分子電解質の両面の清浄化処理、触媒化合物水溶液吸収処理、還元処理（触媒担持処理）、清浄化処理の４工程を順次経て製造される。この場合、清浄化処理後、膜状固体高分子電解質を触媒化合物水溶液に浸漬して膜中に触媒化合物を吸着させ、その後、還元剤に浸漬することで触媒イオンを還元して、膜表面に触媒を担持させる。還元剤は、液中から膜状固体高分子電解質の表面へ供給されるため、還元反応の進行と共に膜表面が触媒で覆われると、触媒イオンへの還元剤の供給も停止する。その結果、担持反応は停止し、膜内部に未反応の触媒イオンが残る。
【００１６】
これに対して本発明の実施の形態では、従来技術と同様の清浄化処理の後、還元剤吸収処理、触媒化合物水溶液への浸漬処理（触媒担持処理）、清浄化処理の４工程を順次経て製造される。なお、各工程間にはイオン交換水もしくは純水での洗浄行われる。本発明では、特に膜状固体高分子電解質中に事前に吸着させる物質が、（触媒イオンでなく）還元剤であることに特徴がある。
【００１７】
次に、本発明の実施の形態においては、実質的に表面にだけ触媒が選択的に担持される理由を説明する。還元剤は予め、膜状固体高分子電解質に吸収されている。この還元剤を含んだ膜状固体高分子電解質を触媒イオンの水溶液に浸すと、還元剤が固体高分子電解質の内部から表面へ、触媒イオンが水溶液から固体高分子電解質の表面へ移動する。固体高分子電解質の表面から滲み出た還元剤と水溶液中の触媒イオンは、固体高分子電解質の表面で電子を受授し、表面に触媒が担持される。反応が進行し、固体高分子電解質の表面が触媒で覆われると、膜中への触媒イオンの拡散と水溶液中に存在する触媒イオンへの還元剤供給が阻害され、反応は停止する。すなわち、反応停止時点で、固体高分子電解質の表面は触媒で覆われ、触媒イオンの内部拡散が阻害されるため、その結果、固体高分子電解質の内部における触媒残留が防止できる。
【００１８】
実施の形態２．
実施の形態２では、本発明の固体高分子電解質膜の具体的な製造方法について説明する。ここでは、触媒としては白金を、膜状固体高分子電解質としてナフィオン１１７（デュポン社製：厚さ１７０μm）を用いた。なお上記ナフィオンなど、本発明で使用される固体高分子電解質は、一般的に、その表面から内部にかけてプロトンを保持・透過する微細経路があるため、希硫酸水溶液などと同様に電解質として挙動する。
【００１９】
先ず清浄化処理について述べると、ナフィオンには前述したプロトン伝達用の微細経路がある。そのため、この微細経路に空気中の有機物や無機物が吸着され易い。ナフィオンの実質的に表面にのみに触媒を担持させるには、表面と微細経路内を清浄にしておくことが好ましく、その方法として、例えば７０℃に加熱した３０質量％濃度の希塩酸中でナフィオンを２０分程度煮沸した。なお、その清浄化を一層高めるために塩酸と等量の過酸化水素水を混合させてもよい。続いて、清浄化で用いた塩素イオンをナフィオン内部から十分に除去するために、ナフィオンを２５℃の純水あるいはイオン交換水に１５分以上浸漬して水洗した。
【００２０】
次の還元剤吸収処理において、還元剤として、水素化ホウ素ナトリウム２．０ｇ／リットルの濃度の水溶液を水酸化ナトリウムでｐHを１２に調節して用いた。前述したプロセスを完了させたナフィオンをこの還元剤水溶液に浸漬し、還元剤成分をナフィオンに吸収させた。実施の形態２の場合、還元剤の温度は５０℃、浸漬時間は２時間とした。吸収した還元剤の流出を防ぐため、吸収完了後の水洗は１分とし、表面近傍の余剰成分を洗浄する程度にとどめた。洗浄が過剰に行われると、ナフィオンに吸収させる還元剤のpHが下がり、還元力が低下する。その結果、白金イオンが還元できず、触媒が担持できなくなるため注意が必要である。なお、上記浸漬時間と還元剤温度とを調節することによりナフィオンに吸収させる還元剤の量を任意に制御できる。例えば温度を上げるとナフィオンが膨張し、還元剤の吸収量を増加させることができる。
【００２１】
続いて担持処理について説明する。白金水溶液として、４０℃に保持したテトラアンミン白金ジクロライド０．２５ｇ／リットル水溶液を用い、還元剤吸収処理されたナフィオンをそれに１０分浸漬した。この浸漬により、ナフィオンの両面のそれぞれに１．１ｍｇ／ｃｍ2の白金層が形成担持された。なお浸漬だけでは触媒付着量が不足し、電気抵抗が大きくなる場合には、必要に応じて触媒担持後、無電解めっき、電解めっきなどによって上記触媒上に金属を成長させ、触媒面での電気抵抗を下げても良い。
【００２２】
最後に、清浄化処理を施す。これは、担持処理完了後、ナフィオンに付着した余分の白金イオンを除去し、触媒の安定化を図るために行うものであって、具体的には、最初の正常化処理と同じく、７０℃に熱した３０質量％の希塩酸中でナフィオンを１０分程度煮沸する。ついで２５℃の純水あるいはイオン交換水に１５分以上浸漬して塩素を十分に除去する。
【００２３】
以上の方法で試作したナフィオンの表面状態を撮影した図３の写真に示す。図３に示された通り、ナフィオンの表面には、白金触媒が鱗片状に担持されていることが分かる。ナフィオンを断面方向にＥＰMＡで分析したところ、ナフィオン内部の白金濃度は０．１質量％以下であった。さらに、実施の形態２で得られた固体高分子電解質膜を電極（電極面積：１６．５ｃｍ2）とした湿度調製素子を組み立て、両表面間に直流電流を通じて特性評価を行った。その結果、電流０．５Ａ、電流密度３Ａ／ｄｍ2の時に、１時間あたりの除放湿水分量が１７０ｍｇという結果が得られた。この条件で３０００時間の連続通電テストを行ったところ、除湿性能は低下しないことが確認できた。
【００２４】
なお、ナフィオン内部への白金の拡散を防止するためには、還元剤はできるだけ多くナフィオンに吸着させること、および還元剤の濃度はできるだけ高くすることが重要である。また、触媒浸漬処理液の白金濃度はできるだけ高く、担持処理時間はできるだけ短く、短時間で触媒を担持させることが好ましい。
【００２５】
また還元剤として、ヒドラジン、ジメチルアミンボランを利用することも可能である。なお、還元剤は触媒イオンを還元すると共に水素ガスを発生して分解する。そのため、ナフィオン内に吸着した還元剤のpHが大きくなり還元力が変動するが、ナフィオン内部にはプロトンが蓄えられており、この部分から還元剤にプロトンが供給されるため、pＨは一定に保たれるといった効果もある。触媒担持処理液として、実施の形態２で示した以外の材料、たとえば、四誌塩化白金をアンモニア水溶液に溶解した水溶液でも同様の効果を得ることができる。
【００２６】
実施の形態３．
実施の形態３は、前記実施の形態２とは、担持処理における白金水溶液として、テトラアンミン白金ジクロライド０．５ｇ／リットル水溶液を用いたことのみが異なり、その他の条件は同じであって、この水溶液への浸漬により、ナフィオン膜の両面のそれぞれに１．７ｍｇ／ｃｍ2の白金が形成担持された。
【００２７】
実施の形態４．
実施の形態４は、前記実施の形態２とは、担持処理における白金水溶液として、テトラアンミン白金ジクロライド１．０ｇ／リットル水溶液を用いたことのみが異なり、その他の条件は同じであって、この水溶液への浸漬により、ナフィオン膜の両面のそれぞれに１．８ｍｇ／ｃｍ2の白金が形成担持された。
【００２８】
実施の形態５．
実施の形態５は．前記実施の形態２とは、還元剤吸収処理において前記還元剤の温度を４０℃、浸漬時間は４時間としたこと、担持処理において２５℃に保持した前記テトラアンミン白金ジクロライド水溶液に２時間浸漬したのみが異なり、その他の条件は同じであって、この水溶液への浸漬により、ナフィオン膜の両面のそれぞれに０．９ｍｇ／ｃｍ2の白金が形成担持された。
【００２９】
実施の形態６．
本発明の固体高分子電解質膜、例えば前記ナフィオン膜における触媒活性を向上させるには、それに担持された触媒と反応に寄与する液体、ないし気体との接触面積を増加させれば良いことが知られている。そのため、一般に固体高分子電解質膜の触媒活性を向上させるため、次に述べる方策を行う。はじめに、固体高分子電解質の表面に平均表面粗さ０．５〜１．０μm程度の粗面化処理を施す。その後、表面の凹凸上に触媒を担持させて触媒と反応物との接触面積を増やし、かつ、析出した触媒粒子の連続性を確保しつつ、各触媒核を粒状に析出させる。しかしながら、この粒状析出物では、粒と固体高分子電解質の表面との間に微小な空隙が存在するため、前記実施の形態１で示した還元方法によると、図４に示す通り、触媒１における最表面の粒子の一部がイオン状態（白丸で示す。）で残留することがある。かかる残留イオンがあると、通電初期に残留イオンの還元反応のために通電した電流が消費されるため、電極性能が不安定となり、最悪の場合、本発明の電気分解素子の動作が正常になされないことがある。この現象を防止するには、実施の形態１の方法で触媒１を担持した固体高分子電解質２の表面を再度還元すればよい。以下その手法について説明する。
【００３０】
実施の形態１において触媒イオンが、図４に示すように、表面に担持した触媒１の空隙部に存在する場合は、固体高分子電解質膜を再度還元剤水溶液に浸漬して、空隙部の触媒イオンの還元処理を実施する。即ち、前記実施の形態１において説明した、清浄化処理、還元剤吸収処理、触媒化合物水溶液浸漬処理（触媒担持処理）、清浄化処理の４工程の内の触媒化合物水溶液浸漬処理と清浄化処理との間に空隙部触媒イオンの再還元処理を挿入する。
【００３１】
上記再還元処理における再還元剤としては、水素化ホウ素ナトリウムの０．５ｇ／リットル水溶液を水酸化ナトリウムでpHを１２に調製したものが用られる。これは前記還元剤吸収処理の場合と同じ水溶液を用いているが、還元すべき触媒イオンの絶対量が触媒担持処理の場合より少ないため、その濃度を吸収処理のものより低くしても良い。一例として、具体的な条件を示すと、実施例３の場合から、担持処理に用いる触媒化合物水溶液のテトラアンミン白金クロライドの濃度を０．２５ｇ／リットル、浸漬温度を４０℃、浸漬時間を１０分とし、続く再還元処理の温度は５０℃、浸漬時間は２時間とした。この浸漬により、ナフィオンの両面のそれぞれに２．２ｍｇ／ｃｍ2の白金層が形成担持された。以上の方法で作製した固体高分子電解質膜の表面触媒再還元処理後の断面の概略図を図５に示す。図５に示した通り、表面の触媒は、再還元処理によって空隙部に存在した触媒イオンは触媒に還元されていることが分かる。
【００３２】
また、実施の形態１において述べたように、実施の形態６においても、触媒量が不足し電気抵抗が上昇してしまう場合は、必要に応じて再還元処理後に無電解めっきや電解めっきによって触媒上に金属を成長させて触媒面での電気抵抗を下げても良い。
【００３３】
比較例１．
前記実施の形態例２と同じナフィオンに対して、７０℃に加熱した３０質量％濃度の希塩酸中で２０分煮沸して清浄化処理し、次いで２５℃に保持したテトラアンミン白金ジクロライド１．０ｇ／リットル水溶液に２時間浸漬して触媒担持つ処理し、次いで水素化ホウ素ナトリウムの０．５ｇ／リットル水溶液を水酸化ナトリウムでpHを１２に調節したものに４０℃で２時間浸漬して還元処理し、７０℃に加熱した３０質量％濃度の希塩酸中で１０分煮沸して清浄化処理して、比較例１の固体高分子電解質膜を得た。
【００３４】
比較例２．
前記比較例１とは、水素化ホウ素ナトリウムの０．５ｇ／リットル水溶液を水酸化ナトリウムでpHを１２に調製したものに６０℃で２時間浸漬した以外は同じ条件の処理を行って、比較例２の固体高分子電解質膜を得た。
【００３５】
比較例３．
前記比較例２とは、触媒担持処理液として２５℃に保持したテトラアンミン白金ジクロライド０．２５ｇ／リットル水溶液を用いたこと、および還元処理に水素化ホウ素ナトリウムの１．０ｇ／リットル水溶液を水酸化ナトリウムでpHを１２に調節したものを用いた以外は同じ条件の処理を行って、比較例３の固体高分子電解質膜を得た。
【００３６】
前記実施の形態２〜６および比較例１〜３の各固体高分子電解質膜を電極とし、電極面積が１６．５ｃｍ2、電流密度が３Ａ／ｄｍ2の除湿素子を作成し、下記の測定方法および条件にて初期除湿量（ｍｇ／時間）、除湿素子の寿命、および固体高分子電解質膜の内部に存在する白金量（質量％）を測定した。なお、除湿量は、除湿素子を３０℃６０％の雰囲気に密閉空間に設置し、その後、素子を動作させ、単位時間あたりの湿度変化を記録し、その湿度変化から、測定した。除湿素子の寿命は、除湿素子の初期除湿量の値が５０％以下となる時間、あるいは電流が流れなくなった時点とした。固体高分子電解質膜の内部に存在する白金量はＸ線マイクロアナライザー（検出限界量：０．１質量％）で測定した。
【００３７】
上記の測定の結果、初期除湿量については、実施の形態２では１７０ｍｇ／時間、実施の形態３では１６５ｍｇ／時間、実施の形態４では１６８ｍｇ／時間、実施の形態５では１５９ｍｇ／時間、実施の形態６では１８５ｍｇ／時間であり、除湿素子の寿命については、実施の形態２〜６のいずれも３０００時間以上であり、内部に存在する白金量については実施の形態２〜６のいずれもが白金検出限界量以下、固体高分子電解質中に存在する触媒質量を固体高分子電解質膜の乾燥質量で除した値は、０．００１以下であり、当該固体高分子電解質膜を電気分解素子の電極として使用した場合には、実施の形態２〜６のいずれもが３０００時間後も除湿素子としての特性および機能を維持しており、また各除湿素子の固体高分子電解質膜器の断面を観察したところ、白金の凝集は認められなかった。
【００３８】
これに対して、比較例１では初期除湿量が９８ｍｇ／時間、除湿素子の寿命が４７時間、内部に存在する白金量が２．５質量％であり、比較例２では初期除湿量が１０２ｍｇ／時間、除湿素子の寿命が７８時間、内部に存在する白金量が１．２質量％であり、比較例３では初期除湿量が１２１ｍｇ／時間、除湿素子の寿命が２４０時間、内部に存在する白金量が０
．５質量％であった。
【００３９】
本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、触媒として白金以外の白金族金属あるいはその化合物、金またはその化合物、あるいはニッケルまたはその化合物を用いても白金に場合と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の固体高分子電解質膜は、水の電気分解素子、燃料電池、湿度調節素子などにおける電極としての利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１における固体高分子電解質膜の概略断面図である。
【図２】従来の固体高分子電解質膜の概略断面図である。
【図３】実施の形態１における固体高分子電解質膜の表面の電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明の実施の形態６における表面触媒再還元処理前の固体高分子電解質膜の概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態６における表面触媒再還元処理後の固体高分子電解質膜の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１：触媒、２：膜状固体高分子電解質、３：触媒イオン、
４：再還元処理で還元された触媒。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子電解質膜、その製造方法、および電気分解素子に関し、詳しくは両面に触媒層を有する固体高分子電解質膜、その製造方法、および上記固体高分子電解質膜を電極材として使用してなり、水の電気分解素子、燃料電池、湿度調節素子などとして好適な電気分解素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固体高分子電解質と触媒粒子とを含んでなる多孔性の固体高分子電解質―触媒複合電極母体を作製した後、該電極母体に無電解めっき処理を施すことによって電子伝導性物質を該電極母体に担持させ、電極母体表面に電子導電性物質層を形成し、または、電極本体内の細孔内表面に電子伝導性物質を担持させ、または、固体高分子電解質層中のイオン伝導領域に電子伝導性物質を担持させる固体高分子電解質電極の製造方法は、後記の特許文献1から公知である。また上記の無電解めっき処理の方法としては、例えば、電極母体中の固体高分子電解質に白金族金属化合物イオンを吸着せしめ、該白金族金属化合物イオンを、水素化硼素塩水溶液または水素ガスで還元処理することも特許文献1から公知である。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１７６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来技術によって製造された白金族金属化合物を担持させた固体高分子電解質膜において、当該電解質膜を電極として、水が存在する状態でその両面から直流電流を流すと、触媒作用により固体高分子電解質膜の内部に蓄えられたプロトンが膜内部を移動し、その結果、電極表面のアノード側では酸素が、カソード側では水素が発生する。またそれと同時に、膜表面や膜内に存在する白金イオンが白金となる。この白金部が、酸化、還元反応の触媒となるため、この部分で、酸素、水、水素等の気体が発生し、その気体によって固体高分子膜が膨張、破断し、電極としての性能が失われるといった問題点があった。本発明は、この触媒が固体高分子電解質内に残留することによって発生する不具合を抑制し、電極としての寿命を延ばすことを課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る固体高分子電解質膜は、膜状の固体高分子電解質の両面に、白金族金属またはその化合物、金またはその化合物、およびニッケルまたはその化合物のうちの少なくとも１種からなる触媒層を有する固体高分子電解質膜であって、上記固体高分子電解質の内部に存在する上記触媒の質量が０．１質量％以下であることを特徴するものである。
【０００６】
本発明に係る他の固体高分子電解質膜は、膜状の固体高分子電解質の両面に、白金族金属またはその化合物、金またはその化合物、およびニッケルまたはその化合物のうちの少なくとも１種からなる触媒層を有する固体高分子電解質膜であって、上記固体高分子電解質の内部に存在する上記触媒の質量を、上記固体高分子電解質の乾燥質量で除した値が０．００１以下であることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係る固体高分子電解質膜の製造方法は、膜状の固体高分子電解質を還元剤水溶液に浸漬する第一工程、上記第一工程から得た固体高分子電解質を白金族金属またはその化合物、金またはその化合物、およびニッケルまたはその化合物のうちの少なくとも１種の水溶液に浸漬する第二工程を含むことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明に係る電気分解素子は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固体高分子電解質膜における一方の触媒層を陽極とし、他方の触媒層を陰極とすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の固体高分子電解質膜によれば、固体高分子電解質中に存在する触媒残留量が、０．１質量％以下と少ないので、あるいは上記固体高分子電解質中に存在する触媒質量を、上記固体高分子電解質膜の乾燥質量で除した値が０．００１以下であるので、当該固体高分子電解質膜を電気分解素子の電極として使用した場合には、その寿命が従来の固体高分子電解質膜を電極として使用した場合より長くなる極めて優れた効果がある。本発明の固体高分子電解質膜の製造方法によれば、固体高分子電解質中に存在する触媒残留量を０．１質量％以下とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明で使用されるプロトン伝導性を有する膜状固体高分子電解質を構成する固体高分子電解質としては、デュポン社の商品名ナフィオン、旭硝子の商品名フレミオン、旭化成（株）アシプレックスやW．L．ゴア＆アソシエーツ社の商品名ゴアセレクト等で、斯界で従来から公知あるいは周知のものであってよい。その厚さは、５０μｍ〜５００μｍ、好ましくは５０μｍ〜３００μｍである。
【００１１】
触媒として用いられる白金族金属およびその化合物、金またはその化合物、あるいはニッケルまたはその化合物としては、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕ、Nｉなどの金属類、［Ｐｔ（ＮＨ3）4］Ｃｌ2、Ｈ2ＰｔＣｌ6、Ｃｏ[（ＮＨ3）6]Ｃｌ3、Ｃｏ[（ＮＯ2）（ＮＨ3）5]Ｃｌ2、Ｒｈ[(ＮＨ3)6]Ｃｌ3、[Ｐｄ(ＮＨ3)4]Ｃｌ2、[Ｉｒ(ＮＨ3)6]Ｃｌ6、ＮＨ4[ＡｕＣｌ4]、ＡｕＣｌ3、ＮｉＣｌ2、Ｎｉ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏなどの錯体であり、就中、白金およびその化合物類が好ましい。
【００１２】
本発明の製造方法で用いられる上記金属およびその化合物の水溶液としては、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕ、Nｉなどの金属類、［Ｐｔ（ＮＨ3）4］Ｃｌ2、Ｈ2ＰｔＣｌ6、Ｃｏ[（ＮＨ3）6]Ｃｌ3、Ｃｏ[（ＮＯ2）（ＮＨ3）5]Ｃｌ2、Ｒｈ[(ＮＨ3)6]Ｃｌ3、[Ｐｄ(ＮＨ3)4]Ｃｌ2、[Ｉｒ(ＮＨ3)6]Ｃｌ6、ＮＨ4[ＡｕＣｌ4]、ＡｕＣｌ3、ＮｉＣｌ2、Ｎｉ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏなどの水溶液が例示される。
【００１３】
本発明の製造方法で用いられる還元剤としては、上記水溶液中で上記金属類のイオンを還元して金属を析出させることができる物質が用いられ、例えばホルムアルデヒド、次亜リン酸、水素化ホウ酸ナトリウム、ヒドラジン、ジメチルアミンボラン等である。これらのうちでは、水素化ホウ酸ナトリウム、ヒドラジン、ジメチルアミンボランが好ましく、それらは特に白金イオンを金属に還元析出するうえで特に効果が高い。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における固体高分子電解質膜の概略断面図であり、図２は従来の固体高分子電解質膜の概略断面図である。図１、２において、膜状固体高分子電解質２の両面には触媒層１が存在するが、図２に示す従来の膜状固体高分子電解質２の内部には触媒イオン３が数１０質量％オーダの多量で存在する。これに対して図１の実施の形態では、触媒イオン３は存在しないか、あるいは存在しても０．１質量％以下の少量に過ぎないので図示していない。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態１と従来技術との相違に就き、詳細に説明する。従来技術においては、触媒を担持させる膜状固体高分子電解質の両面の清浄化処理、触媒化合物水溶液吸収処理、還元処理（触媒担持処理）、清浄化処理の４工程を順次経て製造される。この場合、清浄化処理後、膜状固体高分子電解質を触媒化合物水溶液に浸漬して膜中に触媒化合物を吸着させ、その後、還元剤に浸漬することで触媒イオンを還元して、膜表面に触媒を担持させる。還元剤は、液中から膜状固体高分子電解質の表面へ供給されるため、還元反応の進行と共に膜表面が触媒で覆われると、触媒イオンへの還元剤の供給も停止する。その結果、担持反応は停止し、膜内部に未反応の触媒イオンが残る。
【００１６】
これに対して本発明の実施の形態では、従来技術と同様の清浄化処理の後、還元剤吸収処理、触媒化合物水溶液への浸漬処理（触媒担持処理）、清浄化処理の４工程を順次経て製造される。なお、各工程間にはイオン交換水もしくは純水での洗浄行われる。本発明では、特に膜状固体高分子電解質中に事前に吸着させる物質が、（触媒イオンでなく）還元剤であることに特徴がある。
【００１７】
次に、本発明の実施の形態においては、実質的に表面にだけ触媒が選択的に担持される理由を説明する。還元剤は予め、膜状固体高分子電解質に吸収されている。この還元剤を含んだ膜状固体高分子電解質を触媒イオンの水溶液に浸すと、還元剤が固体高分子電解質の内部から表面へ、触媒イオンが水溶液から固体高分子電解質の表面へ移動する。固体高分子電解質の表面から滲み出た還元剤と水溶液中の触媒イオンは、固体高分子電解質の表面で電子を受授し、表面に触媒が担持される。反応が進行し、固体高分子電解質の表面が触媒で覆われると、膜中への触媒イオンの拡散と水溶液中に存在する触媒イオンへの還元剤供給が阻害され、反応は停止する。すなわち、反応停止時点で、固体高分子電解質の表面は触媒で覆われ、触媒イオンの内部拡散が阻害されるため、その結果、固体高分子電解質の内部における触媒残留が防止できる。
【００１８】
実施の形態２．
実施の形態２では、本発明の固体高分子電解質膜の具体的な製造方法について説明する。ここでは、触媒としては白金を、膜状固体高分子電解質としてナフィオン１１７（デュポン社製：厚さ１７０μm）を用いた。なお上記ナフィオンなど、本発明で使用される固体高分子電解質は、一般的に、その表面から内部にかけてプロトンを保持・透過する微細経路があるため、希硫酸水溶液などと同様に電解質として挙動する。
【００１９】
先ず清浄化処理について述べると、ナフィオンには前述したプロトン伝達用の微細経路がある。そのため、この微細経路に空気中の有機物や無機物が吸着され易い。ナフィオンの実質的に表面にのみに触媒を担持させるには、表面と微細経路内を清浄にしておくことが好ましく、その方法として、例えば７０℃に加熱した３０質量％濃度の希塩酸中でナフィオンを２０分程度煮沸した。なお、その清浄化を一層高めるために塩酸と等量の過酸化水素水を混合させてもよい。続いて、清浄化で用いた塩素イオンをナフィオン内部から十分に除去するために、ナフィオンを２５℃の純水あるいはイオン交換水に１５分以上浸漬して水洗した。
【００２０】
次の還元剤吸収処理において、還元剤として、水素化ホウ素ナトリウム２．０ｇ／リットルの濃度の水溶液を水酸化ナトリウムでｐHを１２に調節して用いた。前述したプロセスを完了させたナフィオンをこの還元剤水溶液に浸漬し、還元剤成分をナフィオンに吸収させた。実施の形態２の場合、還元剤の温度は５０℃、浸漬時間は２時間とした。吸収した還元剤の流出を防ぐため、吸収完了後の水洗は１分とし、表面近傍の余剰成分を洗浄する程度にとどめた。洗浄が過剰に行われると、ナフィオンに吸収させる還元剤のpHが下がり、還元力が低下する。その結果、白金イオンが還元できず、触媒が担持できなくなるため注意が必要である。なお、上記浸漬時間と還元剤温度とを調節することによりナフィオンに吸収させる還元剤の量を任意に制御できる。例えば温度を上げるとナフィオンが膨張し、還元剤の吸収量を増加させることができる。
【００２１】
続いて担持処理について説明する。白金水溶液として、４０℃に保持したテトラアンミン白金ジクロライド０．２５ｇ／リットル水溶液を用い、還元剤吸収処理されたナフィオンをそれに１０分浸漬した。この浸漬により、ナフィオンの両面のそれぞれに１．１ｍｇ／ｃｍ2の白金層が形成担持された。なお浸漬だけでは触媒付着量が不足し、電気抵抗が大きくなる場合には、必要に応じて触媒担持後、無電解めっき、電解めっきなどによって上記触媒上に金属を成長させ、触媒面での電気抵抗を下げても良い。
【００２２】
最後に、清浄化処理を施す。これは、担持処理完了後、ナフィオンに付着した余分の白金イオンを除去し、触媒の安定化を図るために行うものであって、具体的には、最初の正常化処理と同じく、７０℃に熱した３０質量％の希塩酸中でナフィオンを１０分程度煮沸する。ついで２５℃の純水あるいはイオン交換水に１５分以上浸漬して塩素を十分に除去する。
【００２３】
以上の方法で試作したナフィオンの表面状態を撮影した図３の写真に示す。図３に示された通り、ナフィオンの表面には、白金触媒が鱗片状に担持されていることが分かる。ナフィオンを断面方向にＥＰMＡで分析したところ、ナフィオン内部の白金濃度は０．１質量％以下であった。さらに、実施の形態２で得られた固体高分子電解質膜を電極（電極面積：１６．５ｃｍ2）とした湿度調製素子を組み立て、両表面間に直流電流を通じて特性評価を行った。その結果、電流０．５Ａ、電流密度３Ａ／ｄｍ2の時に、１時間あたりの除放湿水分量が１７０ｍｇという結果が得られた。この条件で３０００時間の連続通電テストを行ったところ、除湿性能は低下しないことが確認できた。
【００２４】
なお、ナフィオン内部への白金の拡散を防止するためには、還元剤はできるだけ多くナフィオンに吸着させること、および還元剤の濃度はできるだけ高くすることが重要である。また、触媒浸漬処理液の白金濃度はできるだけ高く、担持処理時間はできるだけ短く、短時間で触媒を担持させることが好ましい。
【００２５】
また還元剤として、ヒドラジン、ジメチルアミンボランを利用することも可能である。なお、還元剤は触媒イオンを還元すると共に水素ガスを発生して分解する。そのため、ナフィオン内に吸着した還元剤のpHが大きくなり還元力が変動するが、ナフィオン内部にはプロトンが蓄えられており、この部分から還元剤にプロトンが供給されるため、pＨは一定に保たれるといった効果もある。触媒担持処理液として、実施の形態２で示した以外の材料、たとえば、四誌塩化白金をアンモニア水溶液に溶解した水溶液でも同様の効果を得ることができる。
【００２６】
実施の形態３．
実施の形態３は、前記実施の形態２とは、担持処理における白金水溶液として、テトラアンミン白金ジクロライド０．５ｇ／リットル水溶液を用いたことのみが異なり、その他の条件は同じであって、この水溶液への浸漬により、ナフィオン膜の両面のそれぞれに１．７ｍｇ／ｃｍ2の白金が形成担持された。
【００２７】
実施の形態４．
実施の形態４は、前記実施の形態２とは、担持処理における白金水溶液として、テトラアンミン白金ジクロライド１．０ｇ／リットル水溶液を用いたことのみが異なり、その他の条件は同じであって、この水溶液への浸漬により、ナフィオン膜の両面のそれぞれに１．８ｍｇ／ｃｍ2の白金が形成担持された。
【００２８】
実施の形態５．
実施の形態５は．前記実施の形態２とは、還元剤吸収処理において前記還元剤の温度を４０℃、浸漬時間は４時間としたこと、担持処理において２５℃に保持した前記テトラアンミン白金ジクロライド水溶液に２時間浸漬したのみが異なり、その他の条件は同じであって、この水溶液への浸漬により、ナフィオン膜の両面のそれぞれに０．９ｍｇ／ｃｍ2の白金が形成担持された。
【００２９】
実施の形態６．
本発明の固体高分子電解質膜、例えば前記ナフィオン膜における触媒活性を向上させるには、それに担持された触媒と反応に寄与する液体、ないし気体との接触面積を増加させれば良いことが知られている。そのため、一般に固体高分子電解質膜の触媒活性を向上させるため、次に述べる方策を行う。はじめに、固体高分子電解質の表面に平均表面粗さ０．５〜１．０μm程度の粗面化処理を施す。その後、表面の凹凸上に触媒を担持させて触媒と反応物との接触面積を増やし、かつ、析出した触媒粒子の連続性を確保しつつ、各触媒核を粒状に析出させる。しかしながら、この粒状析出物では、粒と固体高分子電解質の表面との間に微小な空隙が存在するため、前記実施の形態１で示した還元方法によると、図４に示す通り、触媒１における最表面の粒子の一部がイオン状態（白丸で示す。）で残留することがある。かかる残留イオンがあると、通電初期に残留イオンの還元反応のために通電した電流が消費されるため、電極性能が不安定となり、最悪の場合、本発明の電気分解素子の動作が正常になされないことがある。この現象を防止するには、実施の形態１の方法で触媒１を担持した固体高分子電解質２の表面を再度還元すればよい。以下その手法について説明する。
【００３０】
実施の形態１において触媒イオンが、図４に示すように、表面に担持した触媒１の空隙部に存在する場合は、固体高分子電解質膜を再度還元剤水溶液に浸漬して、空隙部の触媒イオンの還元処理を実施する。即ち、前記実施の形態１において説明した、清浄化処理、還元剤吸収処理、触媒化合物水溶液浸漬処理（触媒担持処理）、清浄化処理の４工程の内の触媒化合物水溶液浸漬処理と清浄化処理との間に空隙部触媒イオンの再還元処理を挿入する。
【００３１】
上記再還元処理における再還元剤としては、水素化ホウ素ナトリウムの０．５ｇ／リットル水溶液を水酸化ナトリウムでpHを１２に調製したものが用られる。これは前記還元剤吸収処理の場合と同じ水溶液を用いているが、還元すべき触媒イオンの絶対量が触媒担持処理の場合より少ないため、その濃度を吸収処理のものより低くしても良い。一例として、具体的な条件を示すと、実施例３の場合から、担持処理に用いる触媒化合物水溶液のテトラアンミン白金クロライドの濃度を０．２５ｇ／リットル、浸漬温度を４０℃、浸漬時間を１０分とし、続く再還元処理の温度は５０℃、浸漬時間は２時間とした。この浸漬により、ナフィオンの両面のそれぞれに２．２ｍｇ／ｃｍ2の白金層が形成担持された。以上の方法で作製した固体高分子電解質膜の表面触媒再還元処理後の断面の概略図を図５に示す。図５に示した通り、表面の触媒は、再還元処理によって空隙部に存在した触媒イオンは触媒に還元されていることが分かる。
【００３２】
また、実施の形態１において述べたように、実施の形態６においても、触媒量が不足し電気抵抗が上昇してしまう場合は、必要に応じて再還元処理後に無電解めっきや電解めっきによって触媒上に金属を成長させて触媒面での電気抵抗を下げても良い。
【００３３】
比較例１．
前記実施の形態例２と同じナフィオンに対して、７０℃に加熱した３０質量％濃度の希塩酸中で２０分煮沸して清浄化処理し、次いで２５℃に保持したテトラアンミン白金ジクロライド１．０ｇ／リットル水溶液に２時間浸漬して触媒担持つ処理し、次いで水素化ホウ素ナトリウムの０．５ｇ／リットル水溶液を水酸化ナトリウムでpHを１２に調節したものに４０℃で２時間浸漬して還元処理し、７０℃に加熱した３０質量％濃度の希塩酸中で１０分煮沸して清浄化処理して、比較例１の固体高分子電解質膜を得た。
【００３４】
比較例２．
前記比較例１とは、水素化ホウ素ナトリウムの０．５ｇ／リットル水溶液を水酸化ナトリウムでpHを１２に調製したものに６０℃で２時間浸漬した以外は同じ条件の処理を行って、比較例２の固体高分子電解質膜を得た。
【００３５】
比較例３．
前記比較例２とは、触媒担持処理液として２５℃に保持したテトラアンミン白金ジクロライド０．２５ｇ／リットル水溶液を用いたこと、および還元処理に水素化ホウ素ナトリウムの１．０ｇ／リットル水溶液を水酸化ナトリウムでpHを１２に調節したものを用いた以外は同じ条件の処理を行って、比較例３の固体高分子電解質膜を得た。
【００３６】
前記実施の形態２〜６および比較例１〜３の各固体高分子電解質膜を電極とし、電極面積が１６．５ｃｍ2、電流密度が３Ａ／ｄｍ2の除湿素子を作成し、下記の測定方法および条件にて初期除湿量（ｍｇ／時間）、除湿素子の寿命、および固体高分子電解質膜の内部に存在する白金量（質量％）を測定した。なお、除湿量は、除湿素子を３０℃６０％の雰囲気に密閉空間に設置し、その後、素子を動作させ、単位時間あたりの湿度変化を記録し、その湿度変化から、測定した。除湿素子の寿命は、除湿素子の初期除湿量の値が５０％以下となる時間、あるいは電流が流れなくなった時点とした。固体高分子電解質膜の内部に存在する白金量はＸ線マイクロアナライザー（検出限界量：０．１質量％）で測定した。
【００３７】
上記の測定の結果、初期除湿量については、実施の形態２では１７０ｍｇ／時間、実施の形態３では１６５ｍｇ／時間、実施の形態４では１６８ｍｇ／時間、実施の形態５では１５９ｍｇ／時間、実施の形態６では１８５ｍｇ／時間であり、除湿素子の寿命については、実施の形態２〜６のいずれも３０００時間以上であり、内部に存在する白金量については実施の形態２〜６のいずれもが白金検出限界量以下、固体高分子電解質中に存在する触媒質量を固体高分子電解質膜の乾燥質量で除した値は、０．００１以下であり、当該固体高分子電解質膜を電気分解素子の電極として使用した場合には、実施の形態２〜６のいずれもが３０００時間後も除湿素子としての特性および機能を維持しており、また各除湿素子の固体高分子電解質膜器の断面を観察したところ、白金の凝集は認められなかった。
【００３８】
これに対して、比較例１では初期除湿量が９８ｍｇ／時間、除湿素子の寿命が４７時間、内部に存在する白金量が２．５質量％であり、比較例２では初期除湿量が１０２ｍｇ／時間、除湿素子の寿命が７８時間、内部に存在する白金量が１．２質量％であり、比較例３では初期除湿量が１２１ｍｇ／時間、除湿素子の寿命が２４０時間、内部に存在する白金量が０
．５質量％であった。
【００３９】
本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、触媒として白金以外の白金族金属あるいはその化合物、金またはその化合物、あるいはニッケルまたはその化合物を用いても白金に場合と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の固体高分子電解質膜は、水の電気分解素子、燃料電池、湿度調節素子などにおける電極としての利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１における固体高分子電解質膜の概略断面図である。
【図２】従来の固体高分子電解質膜の概略断面図である。
【図３】実施の形態１における固体高分子電解質膜の表面の電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明の実施の形態６における表面触媒再還元処理前の固体高分子電解質膜の概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態６における表面触媒再還元処理後の固体高分子電解質膜の概略断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１：触媒、２：膜状固体高分子電解質、３：触媒イオン、
４：再還元処理で還元された触媒。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜状の固体高分子電解質の両面に、白金族金属またはその化合物、金またはその化合物、およびニッケルまたはその化合物のうちの少なくとも１種からなる触媒層を有する固体高分子電解質膜であって、上記固体高分子電解質の内部に存在する上記触媒の質量が０．１質量％以下であることを特徴する固体高分子電解質膜。
【請求項２】
膜状の固体高分子電解質の両面に、白金族金属またはその化合物、金またはその化合物、およびニッケルまたはその化合物のうちの少なくとも１種からなる触媒層を有する固体高分子電解質膜であって、上記固体高分子電解質の内部に存在する上記触媒の質量を、上記固体高分子電解質の乾燥質量で除した値が０．００１以下であることを特徴とする固体高分子電解質膜。
【請求項３】
上記触媒層は、白金またはその化合物からなることを特徴とする請求項1または請求項２に記載の固体高分子電解質膜。
【請求項４】
膜状の固体高分子電解質を還元剤水溶液に浸漬する第一工程、上記第一工程から得た固体高分子電解質を白金族金属またはその化合物、金またはその化合物、およびニッケルまたはその化合物のうちの少なくとも１種の水溶液に浸漬する第二工程を含むことを特徴とする固体高分子電解質膜の製造方法。
【請求項５】
上記第二工程から得た固体高分子電解質を還元剤水溶液に浸漬する第三工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の固体高分子電解質膜の製造方法。
【請求項６】
上記第二工程において、白金またその化合物のうちの少なくとも１種の水溶液に浸漬することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の固体高分子電解質膜の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固体高分子電解質膜の一方の触媒層を陽極とし、他方の触媒層を陰極とすることを特徴とする電気分解素子。
【請求項１】
膜状の固体高分子電解質の両面に、白金族金属またはその化合物、金またはその化合物、およびニッケルまたはその化合物のうちの少なくとも１種からなる触媒層を有する固体高分子電解質膜であって、上記固体高分子電解質の内部に存在する上記触媒の質量が０．１質量％以下であることを特徴する固体高分子電解質膜。
【請求項２】
膜状の固体高分子電解質の両面に、白金族金属またはその化合物、金またはその化合物、およびニッケルまたはその化合物のうちの少なくとも１種からなる触媒層を有する固体高分子電解質膜であって、上記固体高分子電解質の内部に存在する上記触媒の質量を、上記固体高分子電解質の乾燥質量で除した値が０．００１以下であることを特徴とする固体高分子電解質膜。
【請求項３】
上記触媒層は、白金またはその化合物からなることを特徴とする請求項1または請求項２に記載の固体高分子電解質膜。
【請求項４】
膜状の固体高分子電解質を還元剤水溶液に浸漬する第一工程、上記第一工程から得た固体高分子電解質を白金族金属またはその化合物、金またはその化合物、およびニッケルまたはその化合物のうちの少なくとも１種の水溶液に浸漬する第二工程を含むことを特徴とする固体高分子電解質膜の製造方法。
【請求項５】
上記第二工程から得た固体高分子電解質を還元剤水溶液に浸漬する第三工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の固体高分子電解質膜の製造方法。
【請求項６】
上記第二工程において、白金またその化合物のうちの少なくとも１種の水溶液に浸漬することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の固体高分子電解質膜の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固体高分子電解質膜の一方の触媒層を陽極とし、他方の触媒層を陰極とすることを特徴とする電気分解素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２２３１１８（Ｐ２００８−２２３１１８Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６６９７７（Ｐ２００７−６６９７７）
【出願日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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