JPH04162365A - 燃料電池用電極の作製法 - Google Patents

燃料電池用電極の作製法

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JPH04162365A
JPH04162365A JP2287824A JP28782490A JPH04162365A JP H04162365 A JPH04162365 A JP H04162365A JP 2287824 A JP2287824 A JP 2287824A JP 28782490 A JP28782490 A JP 28782490A JP H04162365 A JPH04162365 A JP H04162365A
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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】 ４産業上の利用分野） 本発明は、固体高分子電解質型Ｐ　Ｅ　Ｍ　（Ｐｒｏｔ
ｏｎＥｘｃｈａｎｇｅ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ）燃料電池や
直接型メタノール燃料電池に使用する電極に関するもの
である。
（従来の技術） ＰＥＭ燃料電池は、小型高出力密度燃料電池として期待
されている。このＰＥＭ燃料電池の電極の作製法として
は、次の方法がある。
（１）予め調整した電極触媒粒子とポリ四弗化エチレン
とを混合して電極シートを成形し、これをイオン交換樹
脂膜に熱圧着する方法。（公知文献として、米国特許第
３１３４６９７号、第３２９７４８４号、第３４３２３
５５号の各明細書がある。）（２）イオン交換樹脂膜内
の表面近くに触媒粒子を化学的還元により析出させる方
法。（公知文献として、特公昭５６−３６９７３号公報
、特公昭５ｇ−４７４７１号公報がある。） （発明か解決しようとする課題） ところで、上記の方法は、いずれも触媒利用率が低く、
高特性を得るためには２０ｍｇ／ｃＪ程度の白金触媒量
を必要とし、安価な燃料電池用電極を実現できない。
触媒が有効に働くためには、 （イ）触媒が十分に膜と電気的接触を有すること。
（ロ）触媒がイオン交換樹脂膜中にできるだけ微粒子と
して存在し、換言すれば高分散して存在し且つ微粒子同
志が電気的接触を保つこと。
（ハ）触媒表面を被覆する膜厚は、イオン伝導性を十分
有しながら、しかし厚過ぎて反応ガスの触媒への拡散を
妨げることのないように、必要最小限の厚さを有するこ
と。
が必須条件である。
しかしながら、前述の従来の（１）の方法では（イ）が
、また（２）の方法では（ロ）が満足されない。
最近、（１）の方法の改良として、成形された電極シー
トの表面に触媒をスパッター法で二次的に付与し、ある
程度の触媒利用率の向上が図られている。（公知文献と
して、Ｅ、Ａ、Ｔｉｃｉｏｎｅｌｌｅ　ｅｔａｌ、　、
　Ｊ、　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ、　、　１
３５（１９８８）２２０９がある。）しかし、この方法
では、ごく薄い層で触媒が存在するため、イオン交換樹
脂膜との熱圧着条件の僅かな変化で触媒がイオン交換樹
脂膜に奥深く入り込み、反応ガス供給不足を来たし、特
性が著しく低下する。また、スパッター工程が入り、作
製能率が低下し、量産性に欠ける。
前述の（ハ）の要件における要求事項は、互いに相反す
る事柄で、条件の最適化による性能改善には限界がある
。
そこで本発明は、従来の電極の作製法の全ての欠点を解
決し、イオン交換樹脂膜中に高分散させた触媒を有効に
利用できるように触媒とイオン交換樹脂膜との完全接触
及び触媒粒子同志の完全接触を図り、且つ容易に作製で
きるようにし、その上−層の特性の向上を図った燃料電
池用電極の作製法を提供しようとするものである。
（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するための本発明の燃料電池用電極の作
製法は、触媒微粒子をイオン交換樹脂溶解液に浸漬し、
乾燥させて、その表面にイオン交換樹脂薄膜を形成し、
次に別途用意した無触媒微粒子をイオン交換樹脂溶解液
に浸漬し、乾燥させてその表面にイオン交換樹脂厚膜を
形成し、次いで前記のイオン交換樹脂を被覆した２種類
の微粒子を撥水性バインダーと混合した後冷間プレスま
たはホットプレスによりシート状触媒層を形成すると同
時にまたはそれに続く工程でこのシート状触媒層とイオ
ン交換膜とを熱圧着することを特徴とするものである。
（作用） 上記のように本発明の燃料電池用電極の作製法では、触
媒微粒子をイオン交換樹脂溶解液に浸漬し、乾燥させて
、その表面にイオン交換樹脂薄膜を形成するので、触媒
とイオン交換樹脂膜とか完全に接触する。また別途用意
した無触媒微粒子をイオン交換樹脂溶解液に浸漬し、乾
燥させて、その表面にイオン交換樹脂厚膜を形成するの
で、無触媒微粒子表面はイオン伝導を十分に確保できる
。
さらに前記のイオン交換樹脂を被覆した２種類の微粒子
を撥水性バインダーと混合した後冷間プレスまたはホッ
トプレスによりシート状触媒層を形成するので、触媒微
粒子同志が完全に接触する。
そしてさらに前記プレスと同時にまたはそれに続く工程
でシート状触媒層とイオン交換樹脂膜とを熱圧着するの
で、触媒微粒子の表面にあったイオン交換樹脂薄膜はイ
オン交換樹脂膜と容易に電気的接触が確保される。
か（して、スパッター法の採用やスパッター法を有効に
生かすための微妙な工程を用いずとも少量の触媒で高性
能の電極、低コストの電極の実現が可能となる。
（実施例） 本発明の燃料電池用電極の作製法の一実施例を説明する
。３０重量％の単味白金を担持したカーボンブラック０
．５ｇを、ナフィオンの０．１重量％ブタノール溶液に
浸漬した後、５０℃で真空乾燥し、表面にナフィオンを
約４重量％付与した触媒微粒子を作成した。次に別途用
意した無触媒カーボンブラック０．５ｇを、ナフィオン
の０，１重量％ブタノール溶液に浸漬した後、５０℃で
真空乾燥し、表面にナフィオンを約１０重量％付与した
無触媒微粒子を作成した。次いでこの２種類の微粒子の
混合物（１：　ｌ）をポリテトラフロロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）ディスバージョンと混合した後、濾過乾燥した。
こうして得た混合物微粉体を、燃料電池電極暴利として
通常用いられているカーホンペーパー（２０重量％ＰＴ
ＦＥで撥水化処理済）上に、白金重量が０．５ｍｇ１　
ｃｒ＆となるように散布後、　Ｉ　３０　’Ｃで４０　
ｋｇ　／　ａｄの加圧下で５秒間プレスして電極に成形
した。そしてこの電極２枚の間に、市販のイオン交換樹
脂膜ナフィオン１１７をはさみ、　］　６０　’Ｃ１４
０ｋｇ／ａｎ？の加圧下で５秒間プレスして一体化し、
燃料電池用電極を作成した。
これを図示せぬ電池ホルダーに組み込み、水素−酸素燃
料電池の特性試験を行った。その性能を下記の表−１に
示す。
表−Ｉ　電池性能（６０°ＣＩＲフリー性能）触媒量ニ
アノード、カソード共に０，５■白金／ｃｄ水素ガス加
湿温度、９０°Ｃ 反応ガス：Ｈ２１０２＝　１　／　１　　（］　ａｔｍ
）上記で判るように両電極合わせても白金触媒量は、リ
ン酸型燃料電池で受は入れられている僅か１ｍｇ／ｃｎ
ｒの触媒量で０．６Ｖにおいて６００ｍＡ／ｃＪと大き
な電流密度が得られた。この性能はスパッター法など複
雑な処理を施した電極を用いた燃料電池の性能に匹敵す
る。
（発明の効果） 以」二の通り本発明の燃料電池用電極の作製法によれば
、触媒とイオン交換樹脂膜とを完全接触でき、また無触
媒微粒子表面におけるイオン伝導を十分に確保でき、さ
らに触媒微粒子同志を完全に接触でき、その上触媒微粒
子表面のイオン交換樹脂薄膜とイオン交換樹脂膜との電
気的接触を容易に確保できるので、少量の触媒で高性能
の電極、低コストの電極が容易に得られ、小型高出力密
度の燃料電池の作成の実現に寄与するところ大なるもの
がある。
出願人　　田中貴金属工業株式会社 同　渡辺政廣

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １）触媒微粒子をイオン交換樹脂溶解液に浸漬し、乾燥
    させて、その表面にイオン交換樹脂薄膜を形成し、次に
    別途用意した無触媒微粒子をイオン交換樹脂溶解液に浸
    漬し、乾燥させて、その表面にイオン交換樹脂厚膜を形
    成し、次いで前記のイオン交換樹脂を被覆した２種類の
    微粒子を撥水性バインダーと混合した後冷間プレスまた
    はホットプレスによりシート状触媒層を形成すると同時
    にまたはそれに続く工程でこのシート状触媒層とイオン
    交換膜とを熱圧着することを特徴とする燃料電池用電極
    の作製法。
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