JPH01122565A - 燃料電池用複合電極 - Google Patents
燃料電池用複合電極Info
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- JPH01122565A JPH01122565A JP62280601A JP28060187A JPH01122565A JP H01122565 A JPH01122565 A JP H01122565A JP 62280601 A JP62280601 A JP 62280601A JP 28060187 A JP28060187 A JP 28060187A JP H01122565 A JPH01122565 A JP H01122565A
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- Japan
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
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- H01M8/02—Details
- H01M8/0297—Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Sustainable Energy (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は燃料電池用複合電極の構成に係り、特に複合
電極電極触媒層の撥水剤の構成に関する。
電極電極触媒層の撥水剤の構成に関する。
燃料電池は燃料の持つ化学エネルギを直接電気のエネル
ギに変換するものであり、その構成は第３図に示すよう
なアノード９八とカソード９Ｂとをリン酸を含むマトリ
ックス８をはさんで配置したものをセパレート板１０を
介して積層し、外部のガス供給系より前記各電極へ燃料
ガスおよび酸化剤ガスを供給し、各電極の電極触媒層５
Ａ、５Ｂ上で燃料ガスおよび酸化剤ガスを電気化学的に
反応させ、その結果として系外に電気エネルギーを取り
出すようになっている。
ギに変換するものであり、その構成は第３図に示すよう
なアノード９八とカソード９Ｂとをリン酸を含むマトリ
ックス８をはさんで配置したものをセパレート板１０を
介して積層し、外部のガス供給系より前記各電極へ燃料
ガスおよび酸化剤ガスを供給し、各電極の電極触媒層５
Ａ、５Ｂ上で燃料ガスおよび酸化剤ガスを電気化学的に
反応させ、その結果として系外に電気エネルギーを取り
出すようになっている。
アノード９Ａ、カソード９Ｂの各電極は第４図に示すよ
うにリブ付電極基材４の上に電極触媒層５を被着させて
構成される。電極触媒層５は触媒担体２の表面に貴金属
微粒子１を担持させた触媒微粒子７がフッ素樹脂の微粒
子３により結着されて構成される。この電極触媒層５の
内部ではリブ付電極基材４側からのガスとマトリックス
８側からの電解液とが接触し、三相界面が形成され電気
化学的反応が進行する。
うにリブ付電極基材４の上に電極触媒層５を被着させて
構成される。電極触媒層５は触媒担体２の表面に貴金属
微粒子１を担持させた触媒微粒子７がフッ素樹脂の微粒
子３により結着されて構成される。この電極触媒層５の
内部ではリブ付電極基材４側からのガスとマトリックス
８側からの電解液とが接触し、三相界面が形成され電気
化学的反応が進行する。
この電気化学的反応を効率良く安定して行わせるために
は電極触媒層内の触媒微粒子７と電解液とガスの接する
三相界面を多くするとともに供給ガス、生成ガスの拡散
を良くすることが必要である。例えば燃料ガス供給側で
あるアノードの電極反応は、 Ｈ、−＝ ２ Ｈ” ＋ ２ ｅ−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−（１）であり、酸化
剤ガス供給側であるカソードの電極反応は、 １／２０ｚ ＋２ Ｈ” ＋２ ｅ ”Ｈｚ Ｏ・−−
−−−−−（２１である。上記の反応が示すようにカソ
ード電極内部は電極反応で水蒸気が発生するのであるが
、この水蒸気の拡散能はアノード反応で必要とされる水
素の拡散能に比べ小さいため、電極内の電解質量はアノ
ードに比しカソードの方を相対的に少なくし水蒸気の拡
散量を高めることが必要とな・る。
は電極触媒層内の触媒微粒子７と電解液とガスの接する
三相界面を多くするとともに供給ガス、生成ガスの拡散
を良くすることが必要である。例えば燃料ガス供給側で
あるアノードの電極反応は、 Ｈ、−＝ ２ Ｈ” ＋ ２ ｅ−−−−−−−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−（１）であり、酸化
剤ガス供給側であるカソードの電極反応は、 １／２０ｚ ＋２ Ｈ” ＋２ ｅ ”Ｈｚ Ｏ・−−
−−−−−（２１である。上記の反応が示すようにカソ
ード電極内部は電極反応で水蒸気が発生するのであるが
、この水蒸気の拡散能はアノード反応で必要とされる水
素の拡散能に比べ小さいため、電極内の電解質量はアノ
ードに比しカソードの方を相対的に少なくし水蒸気の拡
散量を高めることが必要とな・る。
そのために従来は撥水剤としてのフッ素樹脂を含む各電
極の焼成温度を変化させて電極触媒層の撥水性を変化さ
せ、これによってアノードとカソードの電解質量を調整
していた。
極の焼成温度を変化させて電極触媒層の撥水性を変化さ
せ、これによってアノードとカソードの電解質量を調整
していた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが最近燃料電池のアノード９Ａとカソード９Ｂを
別々に形成するのではなく、アノードとカソードを一体
に形成する複合電極が提案されるに至った。この複合電
極は第５図に示すようにアノード９Ａとカソード９Ｂと
がセパレート板１０を介して接合された構成を有するも
のである。このような複合電極はリプ付電極基材をセパ
レート板１０を介して接合して複合電極基板としたのち
各電極側の電極触媒層５Ａ、５Ｂを同時に被着させて形
成される。
別々に形成するのではなく、アノードとカソードを一体
に形成する複合電極が提案されるに至った。この複合電
極は第５図に示すようにアノード９Ａとカソード９Ｂと
がセパレート板１０を介して接合された構成を有するも
のである。このような複合電極はリプ付電極基材をセパ
レート板１０を介して接合して複合電極基板としたのち
各電極側の電極触媒層５Ａ、５Ｂを同時に被着させて形
成される。
複合電極はセパレート板】０とアノード９八やカソード
９Ｂとの間の電気抵抗や熱抵抗を減少させ、電極の取扱
いを容易にする効果がある。しかしながらこのような複
合電極においては電極触媒層５が同一温度で焼成される
ため、焼成温度を変化させて各電極の撥水性を調整する
ことができないという問題を生ずる。
９Ｂとの間の電気抵抗や熱抵抗を減少させ、電極の取扱
いを容易にする効果がある。しかしながらこのような複
合電極においては電極触媒層５が同一温度で焼成される
ため、焼成温度を変化させて各電極の撥水性を調整する
ことができないという問題を生ずる。
この発明は上記の点に鑑みてなされ、その目的は同一温
度で焼成してもアノードとカソードの撥水性を異ならし
めることの可能な複合電極を提供することにある。
度で焼成してもアノードとカソードの撥水性を異ならし
めることの可能な複合電極を提供することにある。
上述の目的はこの発明によればリプ付電極基材をセパレ
ート板を介して接合した複合電極基板の両面に撥水剤を
含む電極触媒層を加熱圧着してアノードとカソードの各
電極を一体に形成してなる燃料電池用複合電極において
、アノード側の電極触媒層５Ａ中に含まれる撥水剤３の
含有量がカソード側の電極触媒層５Ｂ中に含まれる撥水
剤３の含有量よりも少ない電極触媒層を備えることによ
り達成される。撥水剤としてはフッ素樹脂のディスバー
ジョン等が用いられる。アノード側の電極触媒層中の撥
水剤の量はカソード側の電極触媒層中の撥水剤の量の３
０〜８０％になるよう調整される。
ート板を介して接合した複合電極基板の両面に撥水剤を
含む電極触媒層を加熱圧着してアノードとカソードの各
電極を一体に形成してなる燃料電池用複合電極において
、アノード側の電極触媒層５Ａ中に含まれる撥水剤３の
含有量がカソード側の電極触媒層５Ｂ中に含まれる撥水
剤３の含有量よりも少ない電極触媒層を備えることによ
り達成される。撥水剤としてはフッ素樹脂のディスバー
ジョン等が用いられる。アノード側の電極触媒層中の撥
水剤の量はカソード側の電極触媒層中の撥水剤の量の３
０〜８０％になるよう調整される。
フッ素樹脂は撥水性がある。アノード側の電極癩媒雇触
媒層中のフッ素樹脂の量はカソード側の電極触媒層中の
フン素樹脂の量よりも少ないため、同一温度で焼成して
もアノード電極触媒層の撥水性がカソードの撥水性より
も小さくなる。
媒層中のフッ素樹脂の量はカソード側の電極触媒層中の
フン素樹脂の量よりも少ないため、同一温度で焼成して
もアノード電極触媒層の撥水性がカソードの撥水性より
も小さくなる。
白金の微粒子１を担持させたカーボン触媒担体２に界面
活性剤を含む水を加え、超音波によりよく触媒担体を分
散させてからフッ素樹脂ディスバージョンをフン素樹脂
として４０〜６０重量％添加してよく混合し触媒担体と
フッ素樹脂の分散液を調製する。この分散液に水溶性を
機溶剤を加え混合して、フン素樹脂と触媒担体とをとも
に凝集させ固液分離を行う。得られた固形分をよく混練
し電極用ペーストが調製される。このペーストをカレン
ダロールにより圧延し、シート化してから乾燥し、カソ
ード側の電極触媒層に用いる電極膜が調製される。アノ
ード側の電極触媒層に用いる電極膜は上記と同様である
がただフッ素樹脂量がカソードの電極膜の場合の３〜８
割量となるように調整される。両電極膜はセパレート板
を中心として両側に多孔質のリプ付電極基材を有する一
体型の複合電極基板の両面へ３２０〜３８０℃のフッ素
樹脂溶融温度で同時結着される。得られた複合電極を用
い燃料電池を構成し、電池の電流電圧特性、耐久性能を
試験した。
活性剤を含む水を加え、超音波によりよく触媒担体を分
散させてからフッ素樹脂ディスバージョンをフン素樹脂
として４０〜６０重量％添加してよく混合し触媒担体と
フッ素樹脂の分散液を調製する。この分散液に水溶性を
機溶剤を加え混合して、フン素樹脂と触媒担体とをとも
に凝集させ固液分離を行う。得られた固形分をよく混練
し電極用ペーストが調製される。このペーストをカレン
ダロールにより圧延し、シート化してから乾燥し、カソ
ード側の電極触媒層に用いる電極膜が調製される。アノ
ード側の電極触媒層に用いる電極膜は上記と同様である
がただフッ素樹脂量がカソードの電極膜の場合の３〜８
割量となるように調整される。両電極膜はセパレート板
を中心として両側に多孔質のリプ付電極基材を有する一
体型の複合電極基板の両面へ３２０〜３８０℃のフッ素
樹脂溶融温度で同時結着される。得られた複合電極を用
い燃料電池を構成し、電池の電流電圧特性、耐久性能を
試験した。
複合電極基板の両面にカソード側の電極触媒層に用いる
電極膜を被着させて複合電極とし、この複合電極を用い
た燃料電池の特性を測定した。
電極膜を被着させて複合電極とし、この複合電極を用い
た燃料電池の特性を測定した。
第１図は燃料電池の電流電圧特性、第２図は電流密度２
００ｍＡ ／−における時間と電圧の関係の耐久性を示
す。第１図、第２図で２１Ａ、２１Ｂは複合電極方式を
とらない従来方式のアノードとカソードを別々に形成す
る場合、２２Ａ 、 ２２Ｂは比較例による場合、２３
Ａ、２３Ｂは本発明の実施例に係る場合である。本実施
例による場合の特性が良好である。
００ｍＡ ／−における時間と電圧の関係の耐久性を示
す。第１図、第２図で２１Ａ、２１Ｂは複合電極方式を
とらない従来方式のアノードとカソードを別々に形成す
る場合、２２Ａ 、 ２２Ｂは比較例による場合、２３
Ａ、２３Ｂは本発明の実施例に係る場合である。本実施
例による場合の特性が良好である。
この発明によればリブ付電極基材をセパレート板を介し
て接合した複合電極基板の両面に撥水剤を含む電極触媒
層を加熱圧着してアノードとカソードの各電極を一体に
形成してなる燃料電池用複合電極において、アノード側
の電極触媒層中に含まれる撥水剤の含有量がカソード側
電極触媒層中に含まれる撥水剤の含有量よりも少ない電
極触媒層を備えるので、アノード側の電極触媒層の撥水
性がカソード側の電極触媒層の撥水性よりも少なく、ア
ノードにはカソードに比し相対的により多くの電解質が
含まれ、カソードには電解質がより少なく含まれ、その
ために水分子の拡散が良好となり燃料電池の特性、耐久
性が良好となる。
て接合した複合電極基板の両面に撥水剤を含む電極触媒
層を加熱圧着してアノードとカソードの各電極を一体に
形成してなる燃料電池用複合電極において、アノード側
の電極触媒層中に含まれる撥水剤の含有量がカソード側
電極触媒層中に含まれる撥水剤の含有量よりも少ない電
極触媒層を備えるので、アノード側の電極触媒層の撥水
性がカソード側の電極触媒層の撥水性よりも少なく、ア
ノードにはカソードに比し相対的により多くの電解質が
含まれ、カソードには電解質がより少なく含まれ、その
ために水分子の拡散が良好となり燃料電池の特性、耐久
性が良好となる。
第１図はこの発明の実施例に係る複合電極を使用した燃
料電池の電流電圧特性図、第２図はこの発明の実施例に
係る複合電極を使用した燃料電池の時間電圧特性図、第
３図は従来の燃料電池の構成を示す斜視図、第４図は電
極の構成を示す断面図、第５図は複合電極の構成を示す
斜視図である。 ３：撥水剤、５八ニアノード側の電極触媒層、５Ｂ：カ
ソード側の電極触媒層。 ＜＜＜ （△）工専ｑ乎 ＣＤ ｃｏ ｃ。 （△）Ｔ７専ｔ１．乎
料電池の電流電圧特性図、第２図はこの発明の実施例に
係る複合電極を使用した燃料電池の時間電圧特性図、第
３図は従来の燃料電池の構成を示す斜視図、第４図は電
極の構成を示す断面図、第５図は複合電極の構成を示す
斜視図である。 ３：撥水剤、５八ニアノード側の電極触媒層、５Ｂ：カ
ソード側の電極触媒層。 ＜＜＜ （△）工専ｑ乎 ＣＤ ｃｏ ｃ。 （△）Ｔ７専ｔ１．乎
Claims (1)
- １）リブ付電極基材をセパレート板を介して接合した複
合電極基板の両面に撥水剤を含む電極触媒層を加熱圧着
してアノードとカソードの両電極を一体に形成してなる
燃料電池用複合電極において、アノード側の電極触媒層
中に含まれる撥水剤の含有量がカソード側の電極触媒層
中に含まれる撥水剤の含有量よりも少ない電極触媒層を
備えることを特徴とする燃料電池用複合電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280601A JPH061700B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 燃料電池用複合電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280601A JPH061700B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 燃料電池用複合電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01122565A true JPH01122565A (ja) | 1989-05-15 |
| JPH061700B2 JPH061700B2 (ja) | 1994-01-05 |
Family
ID=17627306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62280601A Expired - Lifetime JPH061700B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 燃料電池用複合電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH061700B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007214102A (ja) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Samsung Sdi Co Ltd | 膜電極接合体、膜電極接合体の製造方法、および燃料電池 |
| DE112008002184T5 (de) | 2007-07-18 | 2010-08-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi | Brennstoffzelle, die einen Anoden-Dead-End-Betrieb durchführt |
| EP1947717A4 (en) * | 2005-11-01 | 2011-01-26 | Jsr Corp | Electrode catalyst layer |
-
1987
- 1987-11-06 JP JP62280601A patent/JPH061700B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1947717A4 (en) * | 2005-11-01 | 2011-01-26 | Jsr Corp | Electrode catalyst layer |
| US8236206B2 (en) | 2005-11-01 | 2012-08-07 | Jsr Corporation | Electrode catalyst layer |
| JP2007214102A (ja) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Samsung Sdi Co Ltd | 膜電極接合体、膜電極接合体の製造方法、および燃料電池 |
| DE112008002184T5 (de) | 2007-07-18 | 2010-08-26 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi | Brennstoffzelle, die einen Anoden-Dead-End-Betrieb durchführt |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH061700B2 (ja) | 1994-01-05 |
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