JPH02226659A - 燃料電池の電極構造 - Google Patents
燃料電池の電極構造Info
- Publication number
- JPH02226659A JPH02226659A JP1044668A JP4466889A JPH02226659A JP H02226659 A JPH02226659 A JP H02226659A JP 1044668 A JP1044668 A JP 1044668A JP 4466889 A JP4466889 A JP 4466889A JP H02226659 A JPH02226659 A JP H02226659A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- electrode
- water repellent
- base material
- porous structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
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】
〔発明の技術分野〕
本発明は燃料電池のセルを構成する電極板の構造に関す
る。
る。
〔従来技術］
燃料電池のセルは、陽極と陰極との間に電解液保持用の
マトリクス層を介在させて構成されている。また、陽極
や陰極などの電極は、一般に炭素繊維からなるカーボン
ペーパを基板とし、その基板のマトリクス層側に対面す
る表面に触媒層を一体に積層して構成されている。この
ような構成において、上記陽極の背面に空気（酸素）を
供給透過させ、また陰極の背面に水素を供給透過させ、
それぞれを触媒層でマトリクス層の電解液でイオン化さ
せて互いに反応させ、水と電気エネルギを発生させて発
電を行うようになっている。
マトリクス層を介在させて構成されている。また、陽極
や陰極などの電極は、一般に炭素繊維からなるカーボン
ペーパを基板とし、その基板のマトリクス層側に対面す
る表面に触媒層を一体に積層して構成されている。この
ような構成において、上記陽極の背面に空気（酸素）を
供給透過させ、また陰極の背面に水素を供給透過させ、
それぞれを触媒層でマトリクス層の電解液でイオン化さ
せて互いに反応させ、水と電気エネルギを発生させて発
電を行うようになっている。
このような燃料電池における電極基板は、導電性と、酸
素、水素などのガスを透過するガス透過性とを有すると
共に、さらに圧力に絶える十分な強度を有しているもの
でなければならない。しかるに、従来の電極基板は、炭
素繊維をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）など
の撥水剤で処理したカーボンペーパから構成されている
。ところが、このカーボンペーパは、塩水剤の量が多い
と電気抵抗が大きくなって導電性を阻害し、また逆に撥
水剤の量が少ないと電解液が浸透してガス透過性を阻害
してしまという問題があった。
素、水素などのガスを透過するガス透過性とを有すると
共に、さらに圧力に絶える十分な強度を有しているもの
でなければならない。しかるに、従来の電極基板は、炭
素繊維をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）など
の撥水剤で処理したカーボンペーパから構成されている
。ところが、このカーボンペーパは、塩水剤の量が多い
と電気抵抗が大きくなって導電性を阻害し、また逆に撥
水剤の量が少ないと電解液が浸透してガス透過性を阻害
してしまという問題があった。
（発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、上述した従来の問題を解消し、導電性
とガス透過性とを両立させることができる燃料電池の電
極構造を提供することにある。
とガス透過性とを両立させることができる燃料電池の電
極構造を提供することにある。
上記目的を達成する本発明の電極構造は、導電性粉末と
撥水剤との混合物をプレス成形してなる結着層を電極基
板とし、該電極基板の上に触媒層を一体に積層してなる
ことを特徴とするものである。
撥水剤との混合物をプレス成形してなる結着層を電極基
板とし、該電極基板の上に触媒層を一体に積層してなる
ことを特徴とするものである。
また、本発明の他の電極構造は、導電性粉末と撥水剤と
の混合物を結着させてなる結着層を、炭素繊維からなる
カーボンペーパに一体に積層した板状体を電極基板とし
、該電極基板の上に触媒層を一体に積層してなることを
特徴とするものである。
の混合物を結着させてなる結着層を、炭素繊維からなる
カーボンペーパに一体に積層した板状体を電極基板とし
、該電極基板の上に触媒層を一体に積層してなることを
特徴とするものである。
本発明において電極基材の結着層に使用される導電性粉
末としては、良好な導電性を有すると共に、リン酸など
の電解液に対して腐蝕されない耐薬品性を有し、かつ燃
料電池が発生する２００°Ｃ程度の温度に対して安定で
ある特性をもつものであれば特に限定されない。このよ
うな導電性粉末の特に好ましい例として、カーボンブラ
ック粉末を挙げることができる。
末としては、良好な導電性を有すると共に、リン酸など
の電解液に対して腐蝕されない耐薬品性を有し、かつ燃
料電池が発生する２００°Ｃ程度の温度に対して安定で
ある特性をもつものであれば特に限定されない。このよ
うな導電性粉末の特に好ましい例として、カーボンブラ
ック粉末を挙げることができる。
また、上記導電性粉末のバインダーとして使用される撥
水剤としては、良好な撥水性を有すると共に、電解液に
対して腐蝕されない耐薬品性を有し、かつ燃料電池が発
生する２００″Ｃ程度の温度に安定であるような特性を
もつものであれば特に限定されない。このような撥水剤
の好ましい例として、ポリテトラフルオロエチレン（Ｐ
ＴＦＥ） 、フッ化アルコキシエチレン（ＰＦＡ）、フ
ッ化エチレンプロピレンエーテル（ＦＥＰ）などのフッ
素樹脂を挙げることができる。
水剤としては、良好な撥水性を有すると共に、電解液に
対して腐蝕されない耐薬品性を有し、かつ燃料電池が発
生する２００″Ｃ程度の温度に安定であるような特性を
もつものであれば特に限定されない。このような撥水剤
の好ましい例として、ポリテトラフルオロエチレン（Ｐ
ＴＦＥ） 、フッ化アルコキシエチレン（ＰＦＡ）、フ
ッ化エチレンプロピレンエーテル（ＦＥＰ）などのフッ
素樹脂を挙げることができる。
上述した導電性粉末と撥水剤とは、その混合物を焼結し
て板状の多孔構造の結着層にするが、このときの両者の
混合比（導電性粉末／澄水性バインダー）は重量比で４
０／６０〜７０／３０の範囲であることが好ましい。こ
のような結着層のうち、特にプレス成形したものは、そ
れ自体が高い強度を発揮するため、単独で電極基板とし
て使用することができる。また、プレス成形しない結着
層の場合は、単独で使用するには十分な強度を持たない
ので、その強度を補うためカーボンペーパと併用すると
よい。ただし、このときのカーボンペーパは、従来の電
極基板に使用されているものほど大きな強度は必要でな
いので、撥水剤の量の少ないカーボンペーパを使用する
のがよい。
て板状の多孔構造の結着層にするが、このときの両者の
混合比（導電性粉末／澄水性バインダー）は重量比で４
０／６０〜７０／３０の範囲であることが好ましい。こ
のような結着層のうち、特にプレス成形したものは、そ
れ自体が高い強度を発揮するため、単独で電極基板とし
て使用することができる。また、プレス成形しない結着
層の場合は、単独で使用するには十分な強度を持たない
ので、その強度を補うためカーボンペーパと併用すると
よい。ただし、このときのカーボンペーパは、従来の電
極基板に使用されているものほど大きな強度は必要でな
いので、撥水剤の量の少ないカーボンペーパを使用する
のがよい。
上記多孔構造の結着層は、導電性粉末と撥水剤とがミク
ロな水準で混合分散するので、ｔａ水剤の量が少量であ
っても良好な澄水能を有し、それによって優れたガス透
過性を有するものとなる。また、導電性粉末が多量成分
であるため導電性が大きく、電気抵抗を小さくする。特
にプレス成形された結着層の場合には、−層小さな電気
抵抗を示し、電極基材としての導電性とガス透過性とを
完全に両立させることができる。
ロな水準で混合分散するので、ｔａ水剤の量が少量であ
っても良好な澄水能を有し、それによって優れたガス透
過性を有するものとなる。また、導電性粉末が多量成分
であるため導電性が大きく、電気抵抗を小さくする。特
にプレス成形された結着層の場合には、−層小さな電気
抵抗を示し、電極基材としての導電性とガス透過性とを
完全に両立させることができる。
本発明において、電極基板に対して一体に積層する触媒
層は、従来公知のものがいずれも適用可能である。この
ような触媒層としては、例えば炭素繊維からなるカーボ
ンペーパに、白金などの触媒を担持したカーボンブラッ
ク粉末とＰＴＦＢなどのフッ素樹脂とのペースト状混練
物を焼結して多孔構造にしたものが好ましく使用される
。勿論、触媒層のバインダーとしては、上記ＰＴＦＥの
ほかＰＦ＾、 Ｆｔ！Ｐなども使用することができる。
層は、従来公知のものがいずれも適用可能である。この
ような触媒層としては、例えば炭素繊維からなるカーボ
ンペーパに、白金などの触媒を担持したカーボンブラッ
ク粉末とＰＴＦＢなどのフッ素樹脂とのペースト状混練
物を焼結して多孔構造にしたものが好ましく使用される
。勿論、触媒層のバインダーとしては、上記ＰＴＦＥの
ほかＰＦ＾、 Ｆｔ！Ｐなども使用することができる。
第１図は、本発明の実施例からなる電極構造を有する燃
料電池のセルの説明図である。
料電池のセルの説明図である。
図において、１は陽極、２は陰極であり、画電極の間に
マトリクス層３が介在している。二つの電極は、それぞ
れ基材４に触媒層５を一体に積層させ、かつその触媒層
５をマトリクス層３側に対面させるように配置されてい
る。
マトリクス層３が介在している。二つの電極は、それぞ
れ基材４に触媒層５を一体に積層させ、かつその触媒層
５をマトリクス層３側に対面させるように配置されてい
る。
この実施例において、上記基材４はカーボンブラック粉
末４５重量％とＰＴＦＥ ５５重量％との混合物がプレ
ス成形された多孔構造からなっている。触媒層５は白金
を担持したカーボンブラック粉末がＰＴＦＥを撥水性バ
インダーとして結着された多孔構造からなっている。ま
た、マトリクス層３は、シリコンカーバイド粉末とＰＴ
ＦＥの混練物が焼結されてできた多孔構造からなってお
り、かつリン酸などの電解液が含浸されている。勿論、
上述したいずれの多孔構造に使用される撥水剤も、上記
ＰＴＰＩ！のほかＰＦＡ。
末４５重量％とＰＴＦＥ ５５重量％との混合物がプレ
ス成形された多孔構造からなっている。触媒層５は白金
を担持したカーボンブラック粉末がＰＴＦＥを撥水性バ
インダーとして結着された多孔構造からなっている。ま
た、マトリクス層３は、シリコンカーバイド粉末とＰＴ
ＦＥの混練物が焼結されてできた多孔構造からなってお
り、かつリン酸などの電解液が含浸されている。勿論、
上述したいずれの多孔構造に使用される撥水剤も、上記
ＰＴＰＩ！のほかＰＦＡ。
ＦＥＰなどのフッ素樹脂も使用することができる。
上記電極基材４は、それ単独で電極基材に必要な強度を
有しており、かつ良好な導電性とガス透過性とを兼ね備
え、導電性とガス透過性とを両立させることができる。
有しており、かつ良好な導電性とガス透過性とを兼ね備
え、導電性とガス透過性とを両立させることができる。
第２図は電極（陽極ｌまたは陰極２）の他の実施例を示
すものである。基材４は、第１図の場合と同様にカーボ
ンブラック粉末とＰＴＦＨなどのフッ素樹脂との混合物
がプレス成形されてできた結着層であるが、触媒層５と
接する側の表面に凹凸が形成されている。
すものである。基材４は、第１図の場合と同様にカーボ
ンブラック粉末とＰＴＦＨなどのフッ素樹脂との混合物
がプレス成形されてできた結着層であるが、触媒層５と
接する側の表面に凹凸が形成されている。
このように表面を凹凸形状にして触媒層５と一体積層し
たことにより、基材４の外表面から触媒層５の反応点ま
でのガス拡散距離を小さくするため、拡散過電圧を小さ
くし出力の向上を図ることができる。
たことにより、基材４の外表面から触媒層５の反応点ま
でのガス拡散距離を小さくするため、拡散過電圧を小さ
くし出力の向上を図ることができる。
第３図は、さらに他の実施例からなる電極を示したもの
でものである。この電極の基材４は、混合材料は第２図
の場合と同じであるが、プレス成形されたものでない点
で異なっている。このため強度が大きくないため、カー
ボンペーパ６を補強材として、その上に一体に積層され
ている。この場合のカーボンペーパ６に含有された撥水
剤は、従来の電極基材に使用されているカーボンペーパ
のそれよりも少ないものにしである。
でものである。この電極の基材４は、混合材料は第２図
の場合と同じであるが、プレス成形されたものでない点
で異なっている。このため強度が大きくないため、カー
ボンペーパ６を補強材として、その上に一体に積層され
ている。この場合のカーボンペーパ６に含有された撥水
剤は、従来の電極基材に使用されているカーボンペーパ
のそれよりも少ないものにしである。
第２図および第３図の電極基材も、第１図の実施例と同
様に高い撥水能を有し、優れた導電性とガス透過性とを
両立している。
様に高い撥水能を有し、優れた導電性とガス透過性とを
両立している。
上述したように本発明の電極構造は、電極基４゜
板が導電性粉末と撥水剤との混合物の結着層からなるも
のであるため、導電性粉末と撥水剤とがミクロな水準で
分散しており、それによって良好な導電性とガス透過性
とを両立させることができる。
のであるため、導電性粉末と撥水剤とがミクロな水準で
分散しており、それによって良好な導電性とガス透過性
とを両立させることができる。
特に、電極基材がプレス成形されてできた結着層の場合
は、それ自体で大きな強度を有するため、単独での使用
が可能になる。
は、それ自体で大きな強度を有するため、単独での使用
が可能になる。
第１図は本発明の実施例からなる電極構造を有する燃料
電池の概略説明図、第２図および第３図は、それぞれ他
の実施例からなる電極構造の概略説明図である。 １・・・陽極、２・・・陰極、４・・・基材、５・・・
触媒層。
電池の概略説明図、第２図および第３図は、それぞれ他
の実施例からなる電極構造の概略説明図である。 １・・・陽極、２・・・陰極、４・・・基材、５・・・
触媒層。
Claims (2)
- （１）導電性粉末と撥水剤との混合物をプレス成形して
なる結着層を電極基板とし、該電極基板の上に触媒層を
一体に積層してなる燃料電池の電極構造。 - （２）導電性粉末と撥水剤との混合物を結着させてなる
結着層を、炭素繊維からなるカーボンペーパに一体に積
層した板状体を電極基板とし、該電極基板の上に触媒層
を一体に積層してなる燃料電池の電極構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1044668A JPH02226659A (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | 燃料電池の電極構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1044668A JPH02226659A (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | 燃料電池の電極構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02226659A true JPH02226659A (ja) | 1990-09-10 |
Family
ID=12697826
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1044668A Pending JPH02226659A (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | 燃料電池の電極構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02226659A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05326038A (ja) * | 1992-02-21 | 1993-12-10 | Hughes Aircraft Co | 二重孔を有するガス放出電極 |
| JP2007242444A (ja) * | 2006-03-09 | 2007-09-20 | Nitto Denko Corp | 燃料電池用ガス拡散層とそれを用いた燃料電池 |
| US7378450B2 (en) | 2001-12-27 | 2008-05-27 | University Of Connecticut | Aerogel and metallic compositions |
| WO2018042975A1 (ja) * | 2016-09-01 | 2018-03-08 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 膜電極接合体、それを備える燃料電池、および膜電極接合体の製造方法 |
-
1989
- 1989-02-23 JP JP1044668A patent/JPH02226659A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05326038A (ja) * | 1992-02-21 | 1993-12-10 | Hughes Aircraft Co | 二重孔を有するガス放出電極 |
| US7378450B2 (en) | 2001-12-27 | 2008-05-27 | University Of Connecticut | Aerogel and metallic compositions |
| JP2007242444A (ja) * | 2006-03-09 | 2007-09-20 | Nitto Denko Corp | 燃料電池用ガス拡散層とそれを用いた燃料電池 |
| WO2018042975A1 (ja) * | 2016-09-01 | 2018-03-08 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 膜電極接合体、それを備える燃料電池、および膜電極接合体の製造方法 |
| JPWO2018042975A1 (ja) * | 2016-09-01 | 2019-06-24 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 膜電極接合体、それを備える燃料電池、および膜電極接合体の製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101232101B (zh) | 气体扩散电极用基材、气体扩散电极及其制造方法 | |
| EP2671274B1 (en) | Fuel cells | |
| JPH10513600A (ja) | 隔膜電極ユニットを形成する単一セルのアセンブリおよびそれを使用する方法 | |
| KR101019158B1 (ko) | 촉매 전극 및 전기화학 디바이스 | |
| JP4133654B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池 | |
| JP3113499B2 (ja) | イオン導電性付与電極並びにそのような電極を用いた電極・電解質接合体及びセル | |
| US6946214B2 (en) | Manufacturing method of fuel cell electrode and fuel cell using thereof | |
| MX2012007565A (es) | Capas para mejorar el rendimiento de celdas de combustible. | |
| JPS648431B2 (ja) | ||
| US4461813A (en) | Electrochemical power generator | |
| JPH02226659A (ja) | 燃料電池の電極構造 | |
| JP2005339962A (ja) | 高分子膜電極接合体、高分子電解質型燃料電池、および高分子膜電極接合体の製造方法 | |
| US20090117449A1 (en) | Mixed Feed Direct Methanol Fuel Cell Modified By Semipermeable Membrane For Catalyst Layer | |
| JP7658769B2 (ja) | 固体酸化物型燃料電池およびその製造方法 | |
| JP7287347B2 (ja) | 燃料電池用の積層体 | |
| Tamm et al. | Investigation of microstructure of Sr-doped lanthanum vanadium oxide anode based on SDC electrolyte | |
| JP2006294603A (ja) | 直接型燃料電池 | |
| JP2023084320A (ja) | 燃料電池 | |
| JPS63152876A (ja) | 電解液のマトリツクスアセンブリーをもつ燃料電池 | |
| JP2000228205A (ja) | 高分子電解質型燃料電池 | |
| US3496021A (en) | Fuel cell comprising a foraminous electrode consisting essentially of nickel manganese alloy | |
| JP2021184373A (ja) | 燃料電池用のカソード側ガス拡散層 | |
| JP4179847B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池用電極構造体 | |
| WO2008012655A1 (en) | Fuel cell | |
| JPH0258741B2 (ja) |