JPH01286257A - 液体燃料電池用電極 - Google Patents

液体燃料電池用電極

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JPH01286257A
JPH01286257A JP63115795A JP11579588A JPH01286257A JP H01286257 A JPH01286257 A JP H01286257A JP 63115795 A JP63115795 A JP 63115795A JP 11579588 A JP11579588 A JP 11579588A JP H01286257 A JPH01286257 A JP H01286257A
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JP
Japan
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electrode
fuel cell
carbon
liquid fuel
catalyst
Prior art date
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Pending
Application number
JP63115795A
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English (en)
Inventor
Nobuyuki Yanagihara
伸行 柳原
Kunio Ito
伊藤 邦夫
Mieko Tanabe
田辺 美恵子
Makoto Uchida
誠 内田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH01286257A publication Critical patent/JPH01286257A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96Carbon-based electrodes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は液体燃料としてメタノール、ヒドラジン、ホル
マリンなどの還元剤を用い、空気、酸素を酸化剤とする
液体燃料電池て関するものであり、とくに液体燃料電池
用電極の改良に関するものである。
従来の技術 この種の燃料電池用電極には、通常、導電性多孔質基体
、例えば、タンタル、白金、炭素質材料などからなる綱
状あるいは布状の基体を介して、その表面て白金などの
触媒を担持しているカーボン質材料、例えば、活性炭、
グラファイト、カーボンブラックなどの炭素質担体を結
着剤、例えば、フッ素樹脂などと共に塗着して触媒層を
構成している。しかしながら、この電極を用いて燃料電
池を組み立てる時に、あるいは燃料電池を発電する時に
、電極を構成する触媒層が基体から剥離したり、触媒層
構成粒子が脱落する現象が起こり、燃料電池の出力が発
電経過と共に低下するなどの技術課題があった。そこで
、基体との密着力、又は触媒粉体間の結着力は結着剤の
量を増加すると大きくなるが、電気抵抗も大きくなるた
め、電極電位が下がってしまう。これを改良するために
、導電性多孔質基体の表面に塗着している触媒層の中に
繊維状物質を6〜30%程含有させて、触媒を担持しで
ある。活性炭、グラファイト、カーボンブラックなどの
多孔質導電性担体と基体との密着力、あるいは触媒粉体
間の結着力を向上させる提案がある(特開昭59−12
7372号公報)。
発明が解決しようとする課題 この様な従来の構成では触媒層中に含有する繊維状物質
が(1)ガラスウール、シリカウール、シリカ・アルミ
ナウール、アルミナウール、 (2)タンタル、その他
耐酸性金属ウール、炭素ウール等であり、(1)に示す
セラミックス材料では導電性がなく、電極自体の電気抵
抗が大きくなる。(2)に示す金属・炭素材料は導電性
はあるがこれら繊維状物質と触媒を担持しである活性炭
、グラファイト、カーボンブラックなどの多孔質導電性
担体との密着力が不十分であるためて、液体燃料電池の
発電初期では高い性能を示すが、発電時間が長くなると
、両者間での密着力が弱くなり、電極自体が膨張し、液
体燃料電池の性能が低下する傾向にあるなどの課題を有
している。
そこで、本発明はこの様な課題を解決するもので、とく
に繊維状物質の表面積を大きくして、触媒を担持しであ
る多孔質導電性担体との結合力をより一層強める事によ
って、電極自体の機械的強度に優れ、しかも長時間、発
電しても電池性能の低下が少ない液体燃料電池用電極を
得ることを目的とするものである。
課題を解決するための手段 この課題を解決するために、本発明は貴金属触媒を担持
したカーボン微粉末と表面にカーボン微粒子が部分的に
被覆されている繊維状黒鉛との混合物を導電性多孔質体
を介して加・成型したものである。また、繊維状黒鉛の
表面に部分的に被覆されているカーボン微粒子がアセチ
レン・ブラック(ム・B)、カーボン・ブラック(C−
B)、活性炭、黒鉛の少なくとも1種であり、このカー
ボン微粒子に貴金属触媒が担持されているものである。
作用 このような構成により、貴金属触媒を担持したカーボン
微粉末と混合する繊維状黒鉛の表面にカーボン微粒子を
被覆、固定させる事が出来るので、繊維状黒鉛の比表面
積が著しく大きくなる。したがって、貴金属触媒を担持
したカーボン微粉末との密着力、結合力が強くなり、電
極自体の耐久性が一層向上し、また電極自体の導電性も
向上するので、燃料電池の性能、寿命がさらに改善され
る。
繊維状黒鉛の表面に固定化するカーボン微粒子にも貴金
属触媒が担持されていると、広範囲に、しかも均質に触
媒を担持する事が出来るので、燃料電池の性能もさらに
向上することとなる。
実施例 以下に実施例によりさらに詳しく説明する。
実施例1 市販の炭素粉末(パルカンXC−72R,キャポット社
製)を塩化白金酸()12 ptc、g6)水溶液の中
て入れ、十分攪拌した後、35%ホルマリン(HCHO
)溶液を適量加える。その後30重1%力性力IJ(K
OH)水溶液を除々に加えてHzPtC16を還元する
。還元反応が完了し、白金(Pt)が炭素微粉末の表面
に担持された状態で、さらに十分水洗、乾燥する。得ら
れた触媒担持炭素微粉末にはPt10重景%が含有する
様に触媒溶液を調整した。これを白金触媒担持カーボン
微粉末(A)とした。つぎに表面にカーボン微粒子(ア
セチレン・ブラック)が部分的に被覆、固定されている
繊維状黒鉛を作り、これをカーボン微粒子被覆(表面改
質)繊維状黒鉛(B)とした。
この両者(ム)と(B)を混合比率80対20の割合で
結合剤であるフッ素樹脂分散液と共に混練し、導電性多
孔質体(カーボン製不織布斤介して加圧。
成型して電極を構成した。ここで用いた撥水性樹脂はフ
ッ素樹脂の分散液であったが、粉末状のフッ素樹脂でも
よい。この電極の構成を第1図て示す。またこの電極を
一部拡大して第2図に示す。
この電極を空気極とし、公知の製法で作った燃料極を用
いた液体燃料電池の構成を第3図に示す。
この電極を用いた電池をmとする。
第1図、第2図において導電性多孔質基体1を介して、
その両面に触媒担持カーボン微粉末(A)2とカーボン
微粒子被覆繊維状黒鉛(B)3の混合物からなる触媒層
4を撥水性樹脂で結合した燃料電池用電極5を第3図に
示す空気極6に用いた。空気極6には空気室7の入口8
より空気を供給し、出口9から排出される。燃料極10
は電解液(硫酸とメタノールとの混合液)11の中に、
浸漬してあり、メタノール燃料はメタノール入口12よ
り供給し、電極反応によって生成した炭酸ガスは出口1
3より排出される。メタノールが空気極に接触しない様
に陽イオン交換膜14が空気極の液側面に配置されてい
る。空気極には■極端子15、燃料極にはe極端子16
が取り付けられ、両端子間から負荷を取り出し、発電す
る事が出来る。
ここで、繊維状黒鉛の表面に微粒子のカーボン粉末を比
較的強固に結合させる方法として、「化学装置J19B
6年9月号CP、19)記載の粉体表面改質方法を採用
した。この表面改質法〔高速気流中衝撃カプセル化)は
繊維状黒鉛の表面に静電気的にカーボン微粒子を付着さ
せる。この状態では繊維状黒鉛とカーボン微粒子間での
結合力が弱く、カーボン微粒子が脱離するので、さらに
カーボン微粒子付着の繊維状黒鉛複合体を回転ドラム中
で高速気流によって回転させて、高速気流の応力によっ
て、打ち込むように両者間で衝撃を与え、強固に繊維状
黒鉛の表面を部分的に被覆した複合体を作ることができ
る。
実施例2 実施例1と同じ製法で作った白金触媒担持カーボン微粉
末ムと表面にカーボン微粒子(カーボンブラック)が部
分的に被覆、固定されている繊維状黒鉛に実施例1と同
じ製法で白金触媒担持した複合体Cとの混合比率80対
20の割合で結合剤であるフッ素樹脂分散液と共に混練
し、導電性多孔質体(カーボン製不織布)を介して加圧
、成型して電極を構成した。この電極を用いた電池をC
IOとする。
比較例 比較のために、実施例1と同じ製法で作った白金触媒担
持カーボン微粉求人に繊維状黒鉛のみを混合比率8o対
2oの割合で結合剤であるフッ素樹脂分散液と共に混練
し、導電性多孔質体(カーボン製不織布)を介して加圧
、成型して電極を構成した、この従来型電極を用いた電
池をし〕 とする。これらの電極を空気極に用いた液体
燃料電池の寿命特性を第4図に示す。
第4図に示すように、従来型電極を用いた電池■では、
電流密度50mム/、l 、 1.6 M)I2So4
に解液1作動温度60℃、メタノール濃度3〜6%。
の条件下で発電時間的2250Hから電池電圧の低下現
象が観察され、発電時間的3750Hに達すると電池電
圧はo、27vまで低下した。これに対して、本発明の
電極を用いた電池Iでは、発電時間的4500Hに達し
ても電池電圧の低下率は約6%程度であり、長寿命化が
図られている。しかも電圧も約0.01v程向上してい
る。一方、本発明の電極を用いた電池■では、発電時間
的4500Hに達しても電池電圧の低下率は約6%程度
であり、長寿命化が図られる上に、電池電圧は約o、0
3V程向上している。電池性能が低下した電池■の電極
を分解して観察すると導電性多孔質基板を境にして剥離
したり、電極自体の膨張などがあり、電極自体の抵抗が
大きくなっている事がわかった。
これに対して本発明の電極を用いた電池I、T[につい
て、電極の状態を観察した所、初期の状態と殆んど変化
が見られなかった。この理由として、第2図に示すよう
に、繊維状黒鉛の表面にカーボン微粒子が強固に固定さ
れているために、繊維状黒鉛の見掛上の比表面積が著し
く大きくなり、電極を構成するカーボン微粉末との密着
力が強く、電極自体の膨張を抑制し、導電性多孔質体で
あるカーボン製不織布との結合力も強く、導電性多孔質
体との剥離を防止しているものと考えられる。
また、繊維状黒鉛の表面に強固て固定しているカーボン
微粒子に貴金属触媒を担持した電極は担持しない電極と
比較して電圧が高い理由として、単にカーボン微粉末に
担持している貴金属触媒と繊維状黒鉛の表面に固定され
ているカーボン微粒子に担持している貴金属触媒とが電
極反応に関与するためと考えられる。
とくに撥水性樹脂として繊維状のフッ素樹脂(PTFΣ
)を用いているので、繊維状黒鉛とが電極内で絡み合っ
て、さらに電極自体の強度を上げ、耐久性を向上させて
いる。また、繊維状黒鉛の表面に固定するカーボン微粒
子である、アセチレンブラック、カーボンブラックを一
例として用いたが、活性炭、黒鉛など他のカーボン材料
でも用いる事が出来る。
本実施例では、燃料電池の一例としてメタノール燃料電
池を取り上げたが、ヒドラジン、ホルマリンを燃料とす
る液体燃料電池にも適用出来る。
また、ガス拡散電極だけでなく、触媒の種類を変える事
により燃料極としても用いる事が出来る。
発明の効果 以上の様に、本発明によれば、電極の耐久性に優れ、電
極性能が高く、長時間発電しても電池性能の低下が少な
い液体燃料電池用電極を提供できるという効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の燃料電池用電極の構造を示した図、第
2図は本発明の燃料電池用電極の内部構造の拡大図、第
3図は本発明の電極を用いた液体燃料電池の構成を示し
た図、第4図はメタノール燃料電池の寿命特性を示し、
従来型電極を用いた電池と本発明の電極を用いた電池を
比較した図である。 1・・・・・・導電性多孔質基体、2・・・・・・貴金
属触媒を担持したカーボン微粉末、3・・・・・・表面
にカーボン微粒子が固定している繊維状黒鉛、4・・・
・・・触媒層、6・・・・・・燃料電池用電極、6・・
・・・・空気極、10・・・・・・燃料極、14・・・
・・・陽イオン交換膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1基筒 
2 図 電沌電氏(Vジ    因

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)貴金属触媒を担持したカーボン微粉末と表面にカ
    ーボン微粒子が部分的に被覆されている繊維状黒鉛との
    混合物を導電性多孔質体を介して加圧、成型した液体燃
    料電池用電極。
  2. (2)繊維状黒鉛の表面に部分的に被覆されているカー
    ボン微粒子が、アセチレン・ブラック、カーボン・ブラ
    ック、活性炭、黒鉛の少なくとも1種である特許請求の
    範囲第1項記載の液体燃料電池用電極。
  3. (3)繊維状黒鉛の表面に部分的に被覆しているカーボ
    ン微粒子に貴金属触媒が担持されている特許請求の範囲
    第1項記載の液体燃料電池用電極。
  4. (4)触媒を担持したカーボン微粉末と、表面にカーボ
    ン微粒子が部分的に被覆されている繊維状黒鉛との混合
    物に撥水性樹脂が含有されている特許請求の範囲第1項
    記載の液体燃料電池用電極。
JP63115795A 1988-05-12 1988-05-12 液体燃料電池用電極 Pending JPH01286257A (ja)

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