JPH05182671A - イオン交換膜燃料電池用電極の製造方法 - Google Patents
イオン交換膜燃料電池用電極の製造方法Info
- Publication number
- JPH05182671A JPH05182671A JP4000623A JP62392A JPH05182671A JP H05182671 A JPH05182671 A JP H05182671A JP 4000623 A JP4000623 A JP 4000623A JP 62392 A JP62392 A JP 62392A JP H05182671 A JPH05182671 A JP H05182671A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exchange membrane
- ion exchange
- electrode
- fuel cell
- alcohol
- 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.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 イオン交換膜燃料電池に使用される電極にお
いて、電極内部へのイオン交換膜樹脂の付与を十分に行
うことによって、三相界面を増大させ、より高い性能を
発揮するイオン交換膜燃料電池を実現するための電極の
製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 低級飽和一価アルコールの水溶液に、イオン
交換膜樹脂と貴金属触媒を担持した炭素微粉末とを添加
してイオン交換膜樹脂と炭素微粉末触媒の分散液を形成
する工程と、この分散液をろ過、乾燥後、粉砕する工程
から得られたこの電池用触媒と、フッ素樹脂で撥水処理
した炭素微粉末とを混合し、これを導伝性電極基板上に
加圧成型する製法を用いることにより、高い放電性能を
発揮するイオン交換膜燃料電池が得られる。
いて、電極内部へのイオン交換膜樹脂の付与を十分に行
うことによって、三相界面を増大させ、より高い性能を
発揮するイオン交換膜燃料電池を実現するための電極の
製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 低級飽和一価アルコールの水溶液に、イオン
交換膜樹脂と貴金属触媒を担持した炭素微粉末とを添加
してイオン交換膜樹脂と炭素微粉末触媒の分散液を形成
する工程と、この分散液をろ過、乾燥後、粉砕する工程
から得られたこの電池用触媒と、フッ素樹脂で撥水処理
した炭素微粉末とを混合し、これを導伝性電極基板上に
加圧成型する製法を用いることにより、高い放電性能を
発揮するイオン交換膜燃料電池が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料として純水素、ま
たはメタノール及び化石燃料からの改質水素などの還元
剤を用い、空気や酸素を酸化剤とする燃料電池に関する
ものであり、特にイオン交換膜燃料電池用の電極の製造
方法に関するものである。
たはメタノール及び化石燃料からの改質水素などの還元
剤を用い、空気や酸素を酸化剤とする燃料電池に関する
ものであり、特にイオン交換膜燃料電池用の電極の製造
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】イオン交換膜燃料電池の放電性能を左右
する最も重要な因子の１つは、イオン交換膜と電極の界
面近傍において、反応ガスの供給路となる細孔とプロト
ン導電体であるイオン交換樹脂と電子伝導体である電極
材料とが形成する三相界面の広さである。そこで、従
来、この三相界面を増大させるために、電極材料とイオ
ン交換膜樹脂を混合させた層を、膜と多孔質電極の界面
に付与する試みがなされてきた。例えば、特公昭６２−
６１１１８、特公昭６２−６１１１９では、イオン交換
膜樹脂の溶液と触媒化合物の混合物をイオン交換膜上に
塗着し、電極材料とホットプレス後、触媒化合物を還元
する方法、もしくは還元後、塗着し、ホットプレスを行
う方法を用いていた。また、特公平２−４８６３２で
は、多孔質電極を成型後、電極上にイオン交換膜樹脂の
溶液を散布し、この電極とイオン交換膜とをホットプレ
スする方法を用いていた。
する最も重要な因子の１つは、イオン交換膜と電極の界
面近傍において、反応ガスの供給路となる細孔とプロト
ン導電体であるイオン交換樹脂と電子伝導体である電極
材料とが形成する三相界面の広さである。そこで、従
来、この三相界面を増大させるために、電極材料とイオ
ン交換膜樹脂を混合させた層を、膜と多孔質電極の界面
に付与する試みがなされてきた。例えば、特公昭６２−
６１１１８、特公昭６２−６１１１９では、イオン交換
膜樹脂の溶液と触媒化合物の混合物をイオン交換膜上に
塗着し、電極材料とホットプレス後、触媒化合物を還元
する方法、もしくは還元後、塗着し、ホットプレスを行
う方法を用いていた。また、特公平２−４８６３２で
は、多孔質電極を成型後、電極上にイオン交換膜樹脂の
溶液を散布し、この電極とイオン交換膜とをホットプレ
スする方法を用いていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の方法では、イオン交換膜及び電極基板上に塗着したイ
オン交換膜樹脂の溶液が電極内部への浸透が不十分な状
態で、乾燥させるために電極とイオン交換膜の十分な接
合がなされず、広い三相界面が得られないという欠点を
有していた。
の方法では、イオン交換膜及び電極基板上に塗着したイ
オン交換膜樹脂の溶液が電極内部への浸透が不十分な状
態で、乾燥させるために電極とイオン交換膜の十分な接
合がなされず、広い三相界面が得られないという欠点を
有していた。
【０００４】本発明は上記従来の課題を解決するもので
電極内部へのイオン交換膜樹脂の付与を十分に行うこと
によって、三相界面を増大させ、より高い性能を発揮す
るイオン交換膜燃料電池を実現するための電極の製造方
法を提供することを目的とする。
電極内部へのイオン交換膜樹脂の付与を十分に行うこと
によって、三相界面を増大させ、より高い性能を発揮す
るイオン交換膜燃料電池を実現するための電極の製造方
法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のイオン交換膜燃料電池用電極は、低級飽和
一価アルコールの水溶液に、イオン交換膜樹脂と貴金属
触媒を担持した炭素微粉末とを添加してイオン交換膜樹
脂と炭素微粉末触媒の分散液を形成する工程と、このイ
オン交換膜樹脂と炭素微粉末との分散液をろ過、乾燥
後、粉砕する工程とから得られた炭素微粉末にイオン交
換膜樹脂を付与した電池用触媒と、フッ素樹脂で撥水処
理した炭素微粉末とを混合し、これを導伝性電極基板上
に加圧成型する製法を用いた。また、本発明のイオン交
換膜燃料電池用電極は、低級飽和一価アルコールの水溶
液に、イオン交換膜樹脂と貴金属触媒を担持した炭素微
粉末とフッ素樹脂で撥水処理した炭素微粉末とを添加し
て、イオン交換膜樹脂と炭素微粉末触媒と撥水処理炭素
微粉末との分散液を形成する工程と、このイオン交換膜
樹脂と炭素微粉末触媒と撥水処理炭素微粉末との分散液
を多孔質導電性電極基板上に、電極基板の下方から吸引
した状態で、塗布する工程から得られた電極を、加圧成
型する製法を用いた。さらに、本発明のイオン交換膜燃
料電池用電極は、貴金属触媒を担持した炭素微粉末とフ
ッ素樹脂で撥水処理した炭素微粉末とを混合し、この混
合粉末を多孔質導電性電極基板上に加圧成型した電極成
型体上に、低級飽和一価アルコールの水溶液にイオン交
換膜樹脂を加えた分散液を、電極基板の下方から吸引し
た状態で、塗布する製法を用いた。
に、本発明のイオン交換膜燃料電池用電極は、低級飽和
一価アルコールの水溶液に、イオン交換膜樹脂と貴金属
触媒を担持した炭素微粉末とを添加してイオン交換膜樹
脂と炭素微粉末触媒の分散液を形成する工程と、このイ
オン交換膜樹脂と炭素微粉末との分散液をろ過、乾燥
後、粉砕する工程とから得られた炭素微粉末にイオン交
換膜樹脂を付与した電池用触媒と、フッ素樹脂で撥水処
理した炭素微粉末とを混合し、これを導伝性電極基板上
に加圧成型する製法を用いた。また、本発明のイオン交
換膜燃料電池用電極は、低級飽和一価アルコールの水溶
液に、イオン交換膜樹脂と貴金属触媒を担持した炭素微
粉末とフッ素樹脂で撥水処理した炭素微粉末とを添加し
て、イオン交換膜樹脂と炭素微粉末触媒と撥水処理炭素
微粉末との分散液を形成する工程と、このイオン交換膜
樹脂と炭素微粉末触媒と撥水処理炭素微粉末との分散液
を多孔質導電性電極基板上に、電極基板の下方から吸引
した状態で、塗布する工程から得られた電極を、加圧成
型する製法を用いた。さらに、本発明のイオン交換膜燃
料電池用電極は、貴金属触媒を担持した炭素微粉末とフ
ッ素樹脂で撥水処理した炭素微粉末とを混合し、この混
合粉末を多孔質導電性電極基板上に加圧成型した電極成
型体上に、低級飽和一価アルコールの水溶液にイオン交
換膜樹脂を加えた分散液を、電極基板の下方から吸引し
た状態で、塗布する製法を用いた。
【０００６】
【作用】この製造方法によって、電極の触媒層内部の深
部にイオン交換膜樹脂を分散させることが可能になっ
た。この触媒層構成によって、水素などの燃料ガスもし
くは酸素などの酸化剤ガスの供給路となる撥水処理炭素
微粉末の形成するガスチャネルと、イオン交換膜樹脂が
形成するプロトン導電チャネルと、炭素微粉末材料の形
成する電子伝導チャネルの３つの相が、同じ触媒層内部
の極近傍に形成される。
部にイオン交換膜樹脂を分散させることが可能になっ
た。この触媒層構成によって、水素などの燃料ガスもし
くは酸素などの酸化剤ガスの供給路となる撥水処理炭素
微粉末の形成するガスチャネルと、イオン交換膜樹脂が
形成するプロトン導電チャネルと、炭素微粉末材料の形
成する電子伝導チャネルの３つの相が、同じ触媒層内部
の極近傍に形成される。
【０００７】そこで、水素極では、
【０００８】
【化１】
【０００９】の反応において、また、酸素極では、
【００１０】
【化２】
【００１１】の反応において、水素及び酸素ガスの供給
と、プロトン及び電子の伝達がスムーズかつ広範囲に行
われるようになり、反応速度及び反応面積が増大して、
より高い放電性能を発揮するイオン交換膜燃料電池を実
現することが可能となる。
と、プロトン及び電子の伝達がスムーズかつ広範囲に行
われるようになり、反応速度及び反応面積が増大して、
より高い放電性能を発揮するイオン交換膜燃料電池を実
現することが可能となる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
【００１３】（実施例１）図１は、本発明の実施例１の
イオン交換膜燃料電池用電極の製造方法の工程を示すも
のである。まず、イオン交換膜樹脂として、米国デュポ
ン社製のＮａｆｉｏｎを用いた米国アルドリッチ・ケミ
カル社製のイオン交換膜樹脂粉末の５重量％溶液を用
い、このイオン交換膜樹脂溶液１ｍｌ当り、イソプロピ
ルアルコール４ｍｌ及び水２５０ｍｌと混合する。これ
を超音波ホモジナイザーを用いて約５分間分散処理し
た。つぎに、この分散液に触媒を１０〜２５重量％担持
させた炭素微粉末を添加した。ここではイオン交換樹脂
の添加量が貴金属触媒を担持した炭素微粉末に対する重
量比で１０〜３０％となるようにした。ついで超音波ホ
モジナイザーを用いて約１０分間分散処理した。この分
散液をろ過し、１１０℃で乾燥し、溶媒を除去した後粉
砕し、イオン交換膜樹脂付きの触媒担持炭素微粉末を作
成した。このイオン交換膜樹脂付きの触媒担持炭素微粉
末を、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと
いう）を２５〜７０重量％添加することによって撥水処
理した炭素微粉末と混合した。この触媒層用の混合粉末
を、ＰＴＦＥを重量比で５０〜７０％添加した炭素微粉
末からなる導伝性シートである電極基板上に、または、
４フッ化エチレンと６フッ化プロピレンとの共重合体か
らなるフッ素樹脂を重量比で２０〜４０％添加した多孔
質炭素焼成板である電極基板上に、散布し、このフッ素
樹脂を結着材として予備成型した。この成型体を３４０
〜３８０℃の温度、５〜２０kg／cm2の圧力でホットプ
レスすることにより、本発明の実施例１のイオン交換膜
燃料電池用電極を作製した。
イオン交換膜燃料電池用電極の製造方法の工程を示すも
のである。まず、イオン交換膜樹脂として、米国デュポ
ン社製のＮａｆｉｏｎを用いた米国アルドリッチ・ケミ
カル社製のイオン交換膜樹脂粉末の５重量％溶液を用
い、このイオン交換膜樹脂溶液１ｍｌ当り、イソプロピ
ルアルコール４ｍｌ及び水２５０ｍｌと混合する。これ
を超音波ホモジナイザーを用いて約５分間分散処理し
た。つぎに、この分散液に触媒を１０〜２５重量％担持
させた炭素微粉末を添加した。ここではイオン交換樹脂
の添加量が貴金属触媒を担持した炭素微粉末に対する重
量比で１０〜３０％となるようにした。ついで超音波ホ
モジナイザーを用いて約１０分間分散処理した。この分
散液をろ過し、１１０℃で乾燥し、溶媒を除去した後粉
砕し、イオン交換膜樹脂付きの触媒担持炭素微粉末を作
成した。このイオン交換膜樹脂付きの触媒担持炭素微粉
末を、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと
いう）を２５〜７０重量％添加することによって撥水処
理した炭素微粉末と混合した。この触媒層用の混合粉末
を、ＰＴＦＥを重量比で５０〜７０％添加した炭素微粉
末からなる導伝性シートである電極基板上に、または、
４フッ化エチレンと６フッ化プロピレンとの共重合体か
らなるフッ素樹脂を重量比で２０〜４０％添加した多孔
質炭素焼成板である電極基板上に、散布し、このフッ素
樹脂を結着材として予備成型した。この成型体を３４０
〜３８０℃の温度、５〜２０kg／cm2の圧力でホットプ
レスすることにより、本発明の実施例１のイオン交換膜
燃料電池用電極を作製した。
【００１４】（実施例２）図２は、本発明の実施例２の
イオン交換膜燃料電池用電極の製造方法の工程を示すも
のである。まず、イオン交換膜樹脂として、米国デュポ
ン社製のＮａｆｉｏｎを用いた米国アルドリッチ・ケミ
カル社製のイオン交換膜樹脂粉末の５重量％溶液を用
い、このイオン交換膜樹脂溶液１ｇ当り、イソプロピル
アルコール１０ｍｌと、水１０ｍｌと、所定量の触媒を
１０〜２５重量％担持させた炭素微粉末と、ＰＴＦＥを
２５〜７０重量％添加することによって撥水処理した炭
素微粉末とを混合し、超音波ホモジナイザーを用いて約
５分間分散処理した。この分散液を、ＰＴＦＥを重量比
で５０〜７０％添加した炭素微粉末からなる導伝性シー
トである電極基板上に、または、４フッ化エチレンと６
フッ化プロピレンとの共重合体からなるフッ素樹脂を重
量比で２０〜４０％添加した多孔質炭素焼成板である電
極基板上に、電極基板の下方からポンプによって吸引し
た状態で、塗布した。この分散液の溶媒を、分散液が流
れ落ちない程度まで吸引した後、真空乾燥機を用いて、
７０℃で真空加熱しアルコールおよび水を除去した。こ
の電極を３４０〜３８０℃の温度、５〜２０kg／cm2の
圧力でホットプレスすることにより、本発明の実施例２
のイオン交換膜燃料電池用電極を作製した。
イオン交換膜燃料電池用電極の製造方法の工程を示すも
のである。まず、イオン交換膜樹脂として、米国デュポ
ン社製のＮａｆｉｏｎを用いた米国アルドリッチ・ケミ
カル社製のイオン交換膜樹脂粉末の５重量％溶液を用
い、このイオン交換膜樹脂溶液１ｇ当り、イソプロピル
アルコール１０ｍｌと、水１０ｍｌと、所定量の触媒を
１０〜２５重量％担持させた炭素微粉末と、ＰＴＦＥを
２５〜７０重量％添加することによって撥水処理した炭
素微粉末とを混合し、超音波ホモジナイザーを用いて約
５分間分散処理した。この分散液を、ＰＴＦＥを重量比
で５０〜７０％添加した炭素微粉末からなる導伝性シー
トである電極基板上に、または、４フッ化エチレンと６
フッ化プロピレンとの共重合体からなるフッ素樹脂を重
量比で２０〜４０％添加した多孔質炭素焼成板である電
極基板上に、電極基板の下方からポンプによって吸引し
た状態で、塗布した。この分散液の溶媒を、分散液が流
れ落ちない程度まで吸引した後、真空乾燥機を用いて、
７０℃で真空加熱しアルコールおよび水を除去した。こ
の電極を３４０〜３８０℃の温度、５〜２０kg／cm2の
圧力でホットプレスすることにより、本発明の実施例２
のイオン交換膜燃料電池用電極を作製した。
【００１５】（実施例３）図３は、本発明の実施例３の
イオン交換膜燃料電池用電極の製造方法の工程を示すも
のである。まず、触媒を１０〜２５重量％担持させた炭
素微粉末を、ＰＴＦＥを２５〜７０重量％添加すること
によって撥水処理した炭素微粉末と混合した。この触媒
層用の混合粉末を、ＰＴＦＥを重量比で５０〜７０％添
加した炭素微粉末からなる導伝性シートである電極基板
上に、または、４フッ化エチレンと６フッ化プロピレン
との共重合体からなるフッ素樹脂を重量比で２０〜４０
％添加した多孔質炭素焼成板である電極基板上に、散布
し、このフッ素樹脂を結着材として予備成型した。この
成型体を３４０〜３８０℃の温度、５〜２０kg／cm2の
圧力でホットプレスし、ガス拡散電極を作成した。ま
た、イオン交換膜樹脂として、米国デュポン社製のＮａ
ｆｉｏｎを用いた米国アルドリッチ・ケミカル社製のイ
オン交換膜樹脂粉末の５重量％溶液を用い、このイオン
交換膜樹脂溶液１ｇ当り、７ｍｌのイソプロピルアルコ
ールに分散した。前記ガス拡散電極上に、このイオン交
換膜樹脂溶液の分散液を、電極基板の下方からポンプに
よって吸引した状態で、塗布した。この分散液の溶媒
を、分散液が流れ落ちない程度まで吸引した後、真空乾
燥機を用いて、７０℃で真空加熱しアルコールおよび水
を除去し、本発明の実施例３のイオン交換膜燃料電池用
電極を作製した。
イオン交換膜燃料電池用電極の製造方法の工程を示すも
のである。まず、触媒を１０〜２５重量％担持させた炭
素微粉末を、ＰＴＦＥを２５〜７０重量％添加すること
によって撥水処理した炭素微粉末と混合した。この触媒
層用の混合粉末を、ＰＴＦＥを重量比で５０〜７０％添
加した炭素微粉末からなる導伝性シートである電極基板
上に、または、４フッ化エチレンと６フッ化プロピレン
との共重合体からなるフッ素樹脂を重量比で２０〜４０
％添加した多孔質炭素焼成板である電極基板上に、散布
し、このフッ素樹脂を結着材として予備成型した。この
成型体を３４０〜３８０℃の温度、５〜２０kg／cm2の
圧力でホットプレスし、ガス拡散電極を作成した。ま
た、イオン交換膜樹脂として、米国デュポン社製のＮａ
ｆｉｏｎを用いた米国アルドリッチ・ケミカル社製のイ
オン交換膜樹脂粉末の５重量％溶液を用い、このイオン
交換膜樹脂溶液１ｇ当り、７ｍｌのイソプロピルアルコ
ールに分散した。前記ガス拡散電極上に、このイオン交
換膜樹脂溶液の分散液を、電極基板の下方からポンプに
よって吸引した状態で、塗布した。この分散液の溶媒
を、分散液が流れ落ちない程度まで吸引した後、真空乾
燥機を用いて、７０℃で真空加熱しアルコールおよび水
を除去し、本発明の実施例３のイオン交換膜燃料電池用
電極を作製した。
【００１６】（比較例）図４は、従来の技術によるイオ
ン交換膜燃料電池用電極の製造方法の一例を示すもので
ある。実施例３のガス拡散電極上にイオン交換膜樹脂溶
液の分散液を塗布する工程において、電極基板の下方か
らのポンプによる吸引をしない状態で、塗布した他は、
本発明の実施例３と全く同じ工程で、電極を作製した。
ン交換膜燃料電池用電極の製造方法の一例を示すもので
ある。実施例３のガス拡散電極上にイオン交換膜樹脂溶
液の分散液を塗布する工程において、電極基板の下方か
らのポンプによる吸引をしない状態で、塗布した他は、
本発明の実施例３と全く同じ工程で、電極を作製した。
【００１７】以上の本発明の実施例及び比較例の電極
と、イオン交換膜とを１２０〜１５０℃の温度、２０〜
６０kg／cm2の圧力でホットプレスし、負極とイオン交
換膜と正極との接合を行った。この接合体を用いて、図
５に示したイオン交換膜燃料電池の単セルを作成した。
図５中、１０はイオン交換膜を示し、本実施例では米国
デュポン社製のＮａｆｉｏｎ１１７膜を用いた。１１及
び１２は、それぞれ負極及び正極を示した。負極側に、
９０℃の温度で加湿した水素ガスを、また、正極側に、
８０℃の温度で加湿した酸素ガスをそれぞれ供給して、
放電試験を行った。
と、イオン交換膜とを１２０〜１５０℃の温度、２０〜
６０kg／cm2の圧力でホットプレスし、負極とイオン交
換膜と正極との接合を行った。この接合体を用いて、図
５に示したイオン交換膜燃料電池の単セルを作成した。
図５中、１０はイオン交換膜を示し、本実施例では米国
デュポン社製のＮａｆｉｏｎ１１７膜を用いた。１１及
び１２は、それぞれ負極及び正極を示した。負極側に、
９０℃の温度で加湿した水素ガスを、また、正極側に、
８０℃の温度で加湿した酸素ガスをそれぞれ供給して、
放電試験を行った。
【００１８】図６に、本発明の実施例１，２，３及び比
較例の製造方法による電極を用いたイオン交換膜燃料電
池の電圧−電流特性をそれぞれ示した。本発明の実施例
１，２及び３の燃料電池は、電流密度２００ｍＡ／cm2
において、それぞれ電池電圧０．６５Ｖ，０．６７Ｖ，
０．６４Ｖを示した。一方、比較例の燃料電池は、電流
密度２００ｍＡ／cm2において、電池電圧０．５３Ｖを
示した。
較例の製造方法による電極を用いたイオン交換膜燃料電
池の電圧−電流特性をそれぞれ示した。本発明の実施例
１，２及び３の燃料電池は、電流密度２００ｍＡ／cm2
において、それぞれ電池電圧０．６５Ｖ，０．６７Ｖ，
０．６４Ｖを示した。一方、比較例の燃料電池は、電流
密度２００ｍＡ／cm2において、電池電圧０．５３Ｖを
示した。
【００１９】図７に、本発明の実施例２の製造方法によ
る電極を用いたイオン交換膜燃料電池のイオン交換膜樹
脂添加量と電流密度２００ｍＡ／cm2における電池電圧
の関係を示した。その結果、イオン交換膜樹脂の触媒担
持炭素微粉末に対する添加量が約１０〜３０％の範囲
で、極大値を示した。
る電極を用いたイオン交換膜燃料電池のイオン交換膜樹
脂添加量と電流密度２００ｍＡ／cm2における電池電圧
の関係を示した。その結果、イオン交換膜樹脂の触媒担
持炭素微粉末に対する添加量が約１０〜３０％の範囲
で、極大値を示した。
【００２０】この原因は明確ではないが、イオン交換膜
樹脂自体は電子伝導性は、ほとんどないものであり、イ
オン交換膜樹脂の添加量が３０％以上になると、電極全
体の電気抵抗が高くなり、特性が劣化し、イオン交換膜
樹脂の添加量が１０％以下の場合、放電性能を左右する
三相界面の広さ即ち反応面積が狭く限られてきたためと
考えられる。
樹脂自体は電子伝導性は、ほとんどないものであり、イ
オン交換膜樹脂の添加量が３０％以上になると、電極全
体の電気抵抗が高くなり、特性が劣化し、イオン交換膜
樹脂の添加量が１０％以下の場合、放電性能を左右する
三相界面の広さ即ち反応面積が狭く限られてきたためと
考えられる。
【００２１】また実施例１，３の製造方法においても、
上記実施例２の場合と同様に、イオン交換膜樹脂の触媒
担持炭素微粉末に対する添加量が約１０〜３０％の範囲
で極大値を示した。
上記実施例２の場合と同様に、イオン交換膜樹脂の触媒
担持炭素微粉末に対する添加量が約１０〜３０％の範囲
で極大値を示した。
【００２２】以上のように、本発明の製造方法による電
極を用いて燃料電池を構成することによって、より高い
放電性能を発揮するイオン交換膜燃料電池を実現するこ
とが可能となった。
極を用いて燃料電池を構成することによって、より高い
放電性能を発揮するイオン交換膜燃料電池を実現するこ
とが可能となった。
【００２３】なお、実施例ではイオン交換膜樹脂とし
て、テトラフルオロエチレンとパーフルオロビニルエー
テルとの共重合体からなる高分子電解質の代表例とし
て、米国アルドリッチ・ケミカル社製のイオン交換膜樹
脂粉末の５重量％溶液を用いたが、プロトン交換基をも
つ他の高分子電解質を用いても同様の結果が得られる。
例えば、スチレンとビニルベンゼンとの共重合体からな
る高分子電解質を用いてもよい。
て、テトラフルオロエチレンとパーフルオロビニルエー
テルとの共重合体からなる高分子電解質の代表例とし
て、米国アルドリッチ・ケミカル社製のイオン交換膜樹
脂粉末の５重量％溶液を用いたが、プロトン交換基をも
つ他の高分子電解質を用いても同様の結果が得られる。
例えば、スチレンとビニルベンゼンとの共重合体からな
る高分子電解質を用いてもよい。
【００２４】また、イオン交換膜樹脂の分散媒である、
低級飽和一価アルコールの代表例としてイソプロピルア
ルコールを用いたが、プロピルアルコール、ブチルアル
コール、イソブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコ
ール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコールなどの炭素数４以下
の水溶性のアルコールならば、どのアルコールを用いて
も同様の結果が得られる。
低級飽和一価アルコールの代表例としてイソプロピルア
ルコールを用いたが、プロピルアルコール、ブチルアル
コール、イソブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコ
ール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコールなどの炭素数４以下
の水溶性のアルコールならば、どのアルコールを用いて
も同様の結果が得られる。
【００２５】さらに、本実施例では、イオン交換膜燃料
電池の一例として水素−酸素燃料電池を取り上げたが、
メタノール、天然ガス、ナフサなどを燃料とする改質水
素を用いた燃料電池、また、酸化剤として空気を用いた
燃料電池を適用することも可能である。
電池の一例として水素−酸素燃料電池を取り上げたが、
メタノール、天然ガス、ナフサなどを燃料とする改質水
素を用いた燃料電池、また、酸化剤として空気を用いた
燃料電池を適用することも可能である。
【００２６】
【発明の効果】以上のように本発明は、電極内部へのイ
オン交換膜樹脂の付与を十分に行うことによって、水素
などの燃料ガスもしくは酸素などの酸化剤ガスの供給路
となる撥水処理炭素微粉末の形成するガスチャネルと、
イオン交換膜樹脂が形成するプロトン導電チャネルと、
炭素微粉末材料の形成する電子伝導チャネルの３つの相
が、同じ触媒層内部の極近傍に形成され、三層界面を増
大させ、水素及び酸素ガスの供給と、プロトン及び電子
の伝達がスムーズかつ広範囲に行われるようになり、反
応速度及び反応面積が増大して、より高い放電性能を発
揮するイオン交換膜燃料電池を実現することが可能とな
る。
オン交換膜樹脂の付与を十分に行うことによって、水素
などの燃料ガスもしくは酸素などの酸化剤ガスの供給路
となる撥水処理炭素微粉末の形成するガスチャネルと、
イオン交換膜樹脂が形成するプロトン導電チャネルと、
炭素微粉末材料の形成する電子伝導チャネルの３つの相
が、同じ触媒層内部の極近傍に形成され、三層界面を増
大させ、水素及び酸素ガスの供給と、プロトン及び電子
の伝達がスムーズかつ広範囲に行われるようになり、反
応速度及び反応面積が増大して、より高い放電性能を発
揮するイオン交換膜燃料電池を実現することが可能とな
る。
【図１】本発明の実施例１におけるイオン交換膜燃料電
池用電極の製造工程を示す図
池用電極の製造工程を示す図
【図２】本発明の実施例２におけるイオン交換膜燃料電
池用電極の製造工程を示す図
池用電極の製造工程を示す図
【図３】本発明の実施例３におけるイオン交換膜燃料電
池用電極の製造工程を示す図
池用電極の製造工程を示す図
【図４】比較例におけるイオン交換膜燃料電池用電極の
製造工程を示す図
製造工程を示す図
【図５】本発明の実施例におけるイオン交換膜燃料電池
の単電池の模式断面図
の単電池の模式断面図
【図６】イオン交換膜燃料電池の電圧一電流特性を示す
図
図
【図７】イオン交換膜樹脂の添加量と電池電圧の関係を
示す図
示す図
１０ イオン交換膜 １１ 負極 １２ 正極
Claims (12)
- 【請求項１】低級飽和一価アルコールの水溶液に、イオ
ン交換膜樹脂と貴金属触媒を担持した炭素微粉末とを添
加してイオン交換膜樹脂と炭素微粉末触媒の分散液を形
成する工程と、この分散液をろ過、乾燥後、粉砕する工
程とから得られた炭素微粉末にイオン交換膜樹脂を付与
した電池用触媒と、フッ素樹脂で撥水処理した炭素粉末
とを混合し、これを導伝性電極基板上に加圧成型したこ
とを特徴とするイオン交換膜燃料電池用電極の製造方
法。 - 【請求項２】上記イオン交換膜樹脂の添加量が、貴金属
触媒を担持した炭素微粉末に対する重量比で１０〜３０
％である請求項１記載のイオン交換膜燃料電池用電極の
製造方法。 - 【請求項３】上記イオン交換膜樹脂として、テトラフル
オロエチレンとパーフルオロビニルエーテルの共重合体
からなる高分子電解質を用いたことを特徴とする請求項
１記載のイオン交換膜燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項４】上記低級飽和一価アルコールとして、プロ
ピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアル
コール、イソブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコ
ール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコールからなる炭素数４以
下のアルコールのうちの少なくとも１つを用いた請求項
１記載のイオン交換膜燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項５】低級飽和一価アルコールの水溶液に、イオ
ン交換膜樹脂と貴金属触媒を担持した炭素微粉末とフッ
素樹脂で撥水処理した炭素微粉末とを添加して、インオ
交換膜樹脂と炭素微粉末触媒と撥水処理炭素微粉末との
分散液を形成する工程と、この分散液を多孔質導電性電
極基板上に電極基板の下方から吸引した状態で、塗布す
る工程から得られた電極を加圧成型したことを特徴とす
るイオン交換膜燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項６】上記イオン交換膜樹脂の添加量が、貴金属
触媒を担持した炭素微粉末に対する重量比で１０〜３０
％である請求項５記載のイオン交換膜燃料電池用電極の
製造方法。 - 【請求項７】上記イオン交換膜樹脂として、テトラフル
オロエチレンとパーフルオロビニルエーテルの共重合体
からなる高分子電解質を用いたことを特徴とする請求項
５記載のイオン交換膜燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項８】上記低級飽和一価アルコールとして、プロ
ピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアル
コール、イソブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコ
ール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコールからなる炭素数４以
下のアルコールのうちの少なくとも１つを用いた請求項
５記載のイオン交換膜燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項９】貴金属触媒を担持した炭素微粉末とフッ素
樹脂で撥水処理した炭素微粉末とを混合し、この混合粉
末を多孔質導電性電極基板上に加圧成型した電極成型体
上に、低級飽和一価アルコールの水溶液にイオン交換膜
樹脂を加えた分散液を、電極基板の下方から吸引した状
態で、塗布したことを特徴とするイオン交換膜燃料電池
用電極の製造方法。 - 【請求項１０】上記イオン交換膜樹脂の添加量が、貴金
属触媒を担持した炭素微粉末に対する重量比で１０〜３
０％である請求項９記載のイオン交換膜燃料電池用電極
の製造方法。 - 【請求項１１】上記イオン交換膜樹脂として、テトラフ
ルオロエチレンとパーフルオロビニルエーテルとの共重
合体からなる高分子電解質を用いたことを特徴とする請
求項９記載のイオン交換膜燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項１２】上記低級飽和一価アルコールとして、プ
ロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルア
ルコール、イソブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアル
コール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコールからなる炭素数４
以下のアルコールのうちの少なくとも１つを用いた請求
項９記載のイオン交換膜燃料電池用電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04000623A JP3097258B2 (ja) | 1992-01-07 | 1992-01-07 | イオン交換膜燃料電池用電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04000623A JP3097258B2 (ja) | 1992-01-07 | 1992-01-07 | イオン交換膜燃料電池用電極の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05182671A true JPH05182671A (ja) | 1993-07-23 |
| JP3097258B2 JP3097258B2 (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=11478859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04000623A Expired - Fee Related JP3097258B2 (ja) | 1992-01-07 | 1992-01-07 | イオン交換膜燃料電池用電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3097258B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0722034A (ja) * | 1993-06-30 | 1995-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体高分子電解質型燃料電池電極の製造方法 |
| JPH07134995A (ja) * | 1993-11-09 | 1995-05-23 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 燃料電池 |
| WO2001022514A1 (en) * | 1999-09-21 | 2001-03-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolytic fuel cell and method for producing the same |
| WO2004045009A1 (ja) * | 2002-11-13 | 2004-05-27 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | 燃料電池用触媒及びそれを用いた電極 |
| JP2006073467A (ja) * | 2004-09-06 | 2006-03-16 | Asahi Glass Co Ltd | 固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体 |
| JP2006260909A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Nissan Motor Co Ltd | 膜電極接合体およびこれを用いた固体高分子型燃料電池 |
| WO2008153151A1 (ja) | 2007-06-15 | 2008-12-18 | Sumitomo Chemical Company, Limited | 膜－電極接合体及びその製造方法、並びに固体高分子形燃料電池 |
-
1992
- 1992-01-07 JP JP04000623A patent/JP3097258B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0722034A (ja) * | 1993-06-30 | 1995-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体高分子電解質型燃料電池電極の製造方法 |
| JPH07134995A (ja) * | 1993-11-09 | 1995-05-23 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 燃料電池 |
| WO2001022514A1 (en) * | 1999-09-21 | 2001-03-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolytic fuel cell and method for producing the same |
| US7097932B1 (en) | 1999-09-21 | 2006-08-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolytic fuel cell and method for producing the same |
| CN1311578C (zh) * | 1999-09-21 | 2007-04-18 | 松下电器产业株式会社 | 高分子电解质型燃料电池及其制造方法 |
| WO2004045009A1 (ja) * | 2002-11-13 | 2004-05-27 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | 燃料電池用触媒及びそれを用いた電極 |
| JPWO2004045009A1 (ja) * | 2002-11-13 | 2006-04-06 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 燃料電池用触媒及びそれを用いた電極 |
| JP2006073467A (ja) * | 2004-09-06 | 2006-03-16 | Asahi Glass Co Ltd | 固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体 |
| JP2006260909A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Nissan Motor Co Ltd | 膜電極接合体およびこれを用いた固体高分子型燃料電池 |
| WO2008153151A1 (ja) | 2007-06-15 | 2008-12-18 | Sumitomo Chemical Company, Limited | 膜－電極接合体及びその製造方法、並びに固体高分子形燃料電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3097258B2 (ja) | 2000-10-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4144686B2 (ja) | 高分子電解質型燃料電池の製造方法 | |
| JP3760895B2 (ja) | 液体燃料供給型燃料電池、燃料電池用電極、およびそれらの製造方法 | |
| JP3690651B2 (ja) | 燃料電池 | |
| US8323848B2 (en) | Membrane-electrode assembly for fuel cell, preparation method, and fuel cell comprising the same | |
| JPH09199138A (ja) | 燃料電池用の電極または電極・電解質膜接合体の製造方法および燃料電池用の電極 | |
| JP5013740B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池の疎水性触媒層及びその製造方法、固体高分子型燃料電池及びその製造方法 | |
| JP2004192950A (ja) | 固体高分子型燃料電池及びその製造方法 | |
| JP3504021B2 (ja) | 電気化学装置用電極とその製造方法 | |
| JP2003086190A (ja) | 高分子電解質型燃料電池とその製造法 | |
| CN100479238C (zh) | 具有最小界面阻力的混合膜电极组合件及其制造方法 | |
| US7763374B2 (en) | Membrane fuel cell electrodes incorporated with carbon nanomaterial-supported electrocatalysts and methods of making the same | |
| KR20080105255A (ko) | 전기전도도가 향상된 5-레이어 ｍｅａ 제조 방법 | |
| JP2005032681A (ja) | 燃料電池用電解質膜・電極接合体およびその製造方法 | |
| CN113437338A (zh) | 一种燃料电池膜电极及其制备方法 | |
| JP3097258B2 (ja) | イオン交換膜燃料電池用電極の製造方法 | |
| CN100405654C (zh) | 直接氧化型燃料电池及其制造方法 | |
| KR100722093B1 (ko) | 연료전지용 막전극 어셈블리, 이의 제작방법, 및 이를채용한 연료전지 시스템 | |
| JP3055283B2 (ja) | イオン交換膜燃料電池用電極の製造方法及びイオン交換膜燃料電池 | |
| JP4649094B2 (ja) | 燃料電池用膜電極接合体の製造方法 | |
| JP2003282074A (ja) | 燃料電池用電極とその製造方法 | |
| JP2000235859A (ja) | ガス拡散電極及びそれを備えた燃料電池 | |
| JP7359077B2 (ja) | 燃料電池用の積層体 | |
| JP4529345B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池の製造方法 | |
| JPH1116586A (ja) | 高分子電解質膜−ガス拡散電極体の製造方法 | |
| JPH05190184A (ja) | 電極−電解質接合体、その製造方法、およびそれを用いた燃料電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |