JPH0519264B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0519264B2 JPH0519264B2 JP59130693A JP13069384A JPH0519264B2 JP H0519264 B2 JPH0519264 B2 JP H0519264B2 JP 59130693 A JP59130693 A JP 59130693A JP 13069384 A JP13069384 A JP 13069384A JP H0519264 B2 JPH0519264 B2 JP H0519264B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fluororesin
- particle size
- particles
- carbon particles
- electrode
- 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.)
- Expired - Lifetime
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
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8807—Gas diffusion layers
-
- 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
- H01M4/8663—Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/8668—Binders
-
- 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
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8828—Coating with slurry or ink
- H01M4/8835—Screen printing
-
- 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
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
-
- 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
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
-
- 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)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Description
本発明は燃料電池の電極基材に設けられる触媒
層に関する。
層に関する。
例えば燐酸を電解質とする燃料電池は燐酸電解
液を保持したマトリツクスを挟持する空気電極と
水素電極を備え、これら両電極はいずれも多孔性
の電極基材に貴金属の触媒を担持したカーボン粉
末を弗素樹脂で結合した触媒層を設けることによ
り、両電極に供給され拡散する空気または水素と
燐酸電解液おらび触媒の三相共存における電気化
学的反応を連続的に行わせて、直接電気エネルギ
ーを取り出す装置であつて、電池の寿命と単位電
液密度当りの出力電圧などの電池特性は両電極に
設けられる触媒層の性能に影響される所が大き
い。 第４図は燃料電池に用いられる空気または水素
の拡散電極の構造を模式的な断面図で示したもの
である。第４図においてガス拡散電極は電極基材
と触媒層のＡ，Ｂ二つの領域からなつている。Ａ
領域の電極基材は空気または水素の流通路Ｃを有
し、耐熱性、耐腐食性および電気伝導性に優れた
多孔質カーボンが用いられる。Ｂ領域の触媒層は
貴金属を担持したカーボン粉末に、電気化学的反
応を行わせるのに必要な適度の撥水性を持たせる
ように弗素樹脂が添加され両者が混全一体となつ
ている。この触媒層を形成するための貴金属を担
持したカーボン粉末と分散液に分散された弗素樹
脂の粒子をそれぞれ粒度分布計により粒度分布を
測定すると例えば第５図のようになる。第５図は
横軸に対数目盛で各粒子の粒径、縦軸は全粒子量
に対する重量比率で示してあるが、曲線イはカー
ボン粉末、曲線ロは弗素樹脂のそれぞれ粒度分布
を表してい。第５図からわかるように弗素樹脂粒
子は大部分が0.1〜0.4μmの粒径の狭い範囲にあつ
て急峻な山をもつた分布となるのに対してカーボ
ン粒子は粒径0.1〜5μmにわたる広い範囲に分布
している。すなわち弗素樹脂粒子はほぼ均一な粒
径となつているがカーボン粒子はかなり不均一な
粒径をもつたものである。 このように不均一な粒径を有するカーボン粒子
に貴金属を担持した触媒を用いて触媒層を製作し
た場合、カーボン粒子と弗素樹脂粒子が互に凝集
または偏在するようになり、両者が均一に混合さ
れないために、このような触媒層をもつ電極を用
いた燃料電池は電池特性を長時間安定に保持する
ことができず、運転中の劣化がはやいという欠点
がある。
液を保持したマトリツクスを挟持する空気電極と
水素電極を備え、これら両電極はいずれも多孔性
の電極基材に貴金属の触媒を担持したカーボン粉
末を弗素樹脂で結合した触媒層を設けることによ
り、両電極に供給され拡散する空気または水素と
燐酸電解液おらび触媒の三相共存における電気化
学的反応を連続的に行わせて、直接電気エネルギ
ーを取り出す装置であつて、電池の寿命と単位電
液密度当りの出力電圧などの電池特性は両電極に
設けられる触媒層の性能に影響される所が大き
い。 第４図は燃料電池に用いられる空気または水素
の拡散電極の構造を模式的な断面図で示したもの
である。第４図においてガス拡散電極は電極基材
と触媒層のＡ，Ｂ二つの領域からなつている。Ａ
領域の電極基材は空気または水素の流通路Ｃを有
し、耐熱性、耐腐食性および電気伝導性に優れた
多孔質カーボンが用いられる。Ｂ領域の触媒層は
貴金属を担持したカーボン粉末に、電気化学的反
応を行わせるのに必要な適度の撥水性を持たせる
ように弗素樹脂が添加され両者が混全一体となつ
ている。この触媒層を形成するための貴金属を担
持したカーボン粉末と分散液に分散された弗素樹
脂の粒子をそれぞれ粒度分布計により粒度分布を
測定すると例えば第５図のようになる。第５図は
横軸に対数目盛で各粒子の粒径、縦軸は全粒子量
に対する重量比率で示してあるが、曲線イはカー
ボン粉末、曲線ロは弗素樹脂のそれぞれ粒度分布
を表してい。第５図からわかるように弗素樹脂粒
子は大部分が0.1〜0.4μmの粒径の狭い範囲にあつ
て急峻な山をもつた分布となるのに対してカーボ
ン粒子は粒径0.1〜5μmにわたる広い範囲に分布
している。すなわち弗素樹脂粒子はほぼ均一な粒
径となつているがカーボン粒子はかなり不均一な
粒径をもつたものである。 このように不均一な粒径を有するカーボン粒子
に貴金属を担持した触媒を用いて触媒層を製作し
た場合、カーボン粒子と弗素樹脂粒子が互に凝集
または偏在するようになり、両者が均一に混合さ
れないために、このような触媒層をもつ電極を用
いた燃料電池は電池特性を長時間安定に保持する
ことができず、運転中の劣化がはやいという欠点
がある。
本考案の目的は上述の欠点を除去し、貴金属を
担持したカーボン粒子と弗素樹脂との均一な混合
が容易で、高い触媒活性が得られ、電池特性を向
上させるガス拡散電極触媒の製造方法を提供する
ことにある。
担持したカーボン粒子と弗素樹脂との均一な混合
が容易で、高い触媒活性が得られ、電池特性を向
上させるガス拡散電極触媒の製造方法を提供する
ことにある。
本発明の方法は溶媒中に分散したカーボン粉末
から遠心分離法を用いて弗素樹脂とほぼ同一粒径
を有するカーボン粒子を選別して、これに貴金属
を担持させた後、弗素樹脂と混合することにより
電極触媒を得るものである。
から遠心分離法を用いて弗素樹脂とほぼ同一粒径
を有するカーボン粒子を選別して、これに貴金属
を担持させた後、弗素樹脂と混合することにより
電極触媒を得るものである。
以下本発明を実施例に基づき説明する。
貴金属を担持していないカーボン粒子を超音波
分散器などにより溶媒中に分散したとき、カーボ
ン粒子の沈降速度がその粒子径により異なること
を利用して遠心分分離法を用いて、分散された溶
媒中のカーボン粒子から弗素樹脂粒子とほぼ同一
のカーボン粒子を分離選別することができる。遠
心分離法によるカーボン粒径に対する沈降速度は
溶媒に純水を用い遠心分離器の回転数を
2000rpm、沈降距離を10cmとして計算すると第１
表に示すような概算値が得られる。
分散器などにより溶媒中に分散したとき、カーボ
ン粒子の沈降速度がその粒子径により異なること
を利用して遠心分分離法を用いて、分散された溶
媒中のカーボン粒子から弗素樹脂粒子とほぼ同一
のカーボン粒子を分離選別することができる。遠
心分離法によるカーボン粒径に対する沈降速度は
溶媒に純水を用い遠心分離器の回転数を
2000rpm、沈降距離を10cmとして計算すると第１
表に示すような概算値が得られる。
【表】
【表】
実際に必要な粒径を有するカーボン粒子を選別
するには第１表の関係から、カーボン粒子の分散
液を遠心分離器にセツトして回転数2000rpmで
13.8分間回転させて弗素樹脂の粒子径より大きい
0.4μm以上のカーボン粒子を沈澱分離し、次に上
澄液を再び220分間回転させることにより、0.1〜
0.4μmの粒径をもつカーボン粒子を沈澱分離させ
これを乾燥する。この方法により第５図に示した
ような粒径が0.1〜5μmに分布しているカーボン
粒子から粒径が0.1〜0.4μmに分布している弗素樹
脂粒子とほぼ同じ径を有するカーボン粒子を得る
ことができる。 このカーボン粒子に貴金属を担持し触媒を作製
し、さらに電気化学反応を起こすに必要な適度の
撥水性を持たせる弗素樹脂を添加混合した後、こ
れを電極基材の上にスクリーン印刷法やスプレー
法により塗布乾燥して触媒層が得られる。かくし
て得られた電極構造を第４図と同様に模式的断面
図で示したのが第１図である。第１図のように本
発明の適用されたＢ領域の触媒層はほぼ同一粒子
径のカーボン粒子と弗素樹脂が互に擬集または偏
在することなく均一に混合さている。 なお本実施例では第５図に示したような粒度分
布をもつた弗素樹脂のデイスパージヨンを用いた
ときにこの弗素樹脂の粒度に合わせるようにカー
ボン粒子径を選別する方法を述べたが、これとは
異なる弗素樹脂粒度分布を有するデイスパージヨ
ンを用いた場合には、カーボン粒子はその弗素樹
脂の粒度とほぼ同じ粒径のものを選別すればよ
く、その分離選別方法は実施例に述べたのと全く
同様の手法を用いることができる。 次に本発明が適用された電極を備えた燃料電池
の特性を第２図および第３図に示す。第２図は單
セルにおける電流電圧特性を示したものである
が、比較のため従来電極の場合を併記してあり、
曲線イが本発明電極、曲線ロが従来電極を用いた
ときの特性である。第２図から本発明電極は均一
な粒度の触媒層としたために、高電流密度に至る
まで高い出力電圧を示し、不均一粒度の触媒層を
もつた従来電極に比べて高い触媒活性とガス拡散
性が得られ、良好な電気化学的反応を生じている
ことがわかる。また第３図は単セルでの寿命を表
すものであり、長期間運転したときの電池の劣化
速度に対応している。運転条件は電流密度
200mA／cm2、温度190℃である。第３図において
曲線イが本発明による電極、曲線ロが従来電極を
用いたときの電池の性能を示している。第３図か
らわかるように本発明による電極をもつ電池では
長時間運転しても出力電圧が低下することなく、
ほぼフラツトな直線となつているのに対し、広い
粒度分布の触媒と弗素樹脂が均一に混合されない
ために弗素樹脂の偏在によるピンホールの発生や
撥水性の不均一が見られる従来電極の電池は性能
劣化が速い。
するには第１表の関係から、カーボン粒子の分散
液を遠心分離器にセツトして回転数2000rpmで
13.8分間回転させて弗素樹脂の粒子径より大きい
0.4μm以上のカーボン粒子を沈澱分離し、次に上
澄液を再び220分間回転させることにより、0.1〜
0.4μmの粒径をもつカーボン粒子を沈澱分離させ
これを乾燥する。この方法により第５図に示した
ような粒径が0.1〜5μmに分布しているカーボン
粒子から粒径が0.1〜0.4μmに分布している弗素樹
脂粒子とほぼ同じ径を有するカーボン粒子を得る
ことができる。 このカーボン粒子に貴金属を担持し触媒を作製
し、さらに電気化学反応を起こすに必要な適度の
撥水性を持たせる弗素樹脂を添加混合した後、こ
れを電極基材の上にスクリーン印刷法やスプレー
法により塗布乾燥して触媒層が得られる。かくし
て得られた電極構造を第４図と同様に模式的断面
図で示したのが第１図である。第１図のように本
発明の適用されたＢ領域の触媒層はほぼ同一粒子
径のカーボン粒子と弗素樹脂が互に擬集または偏
在することなく均一に混合さている。 なお本実施例では第５図に示したような粒度分
布をもつた弗素樹脂のデイスパージヨンを用いた
ときにこの弗素樹脂の粒度に合わせるようにカー
ボン粒子径を選別する方法を述べたが、これとは
異なる弗素樹脂粒度分布を有するデイスパージヨ
ンを用いた場合には、カーボン粒子はその弗素樹
脂の粒度とほぼ同じ粒径のものを選別すればよ
く、その分離選別方法は実施例に述べたのと全く
同様の手法を用いることができる。 次に本発明が適用された電極を備えた燃料電池
の特性を第２図および第３図に示す。第２図は單
セルにおける電流電圧特性を示したものである
が、比較のため従来電極の場合を併記してあり、
曲線イが本発明電極、曲線ロが従来電極を用いた
ときの特性である。第２図から本発明電極は均一
な粒度の触媒層としたために、高電流密度に至る
まで高い出力電圧を示し、不均一粒度の触媒層を
もつた従来電極に比べて高い触媒活性とガス拡散
性が得られ、良好な電気化学的反応を生じている
ことがわかる。また第３図は単セルでの寿命を表
すものであり、長期間運転したときの電池の劣化
速度に対応している。運転条件は電流密度
200mA／cm2、温度190℃である。第３図において
曲線イが本発明による電極、曲線ロが従来電極を
用いたときの電池の性能を示している。第３図か
らわかるように本発明による電極をもつ電池では
長時間運転しても出力電圧が低下することなく、
ほぼフラツトな直線となつているのに対し、広い
粒度分布の触媒と弗素樹脂が均一に混合されない
ために弗素樹脂の偏在によるピンホールの発生や
撥水性の不均一が見られる従来電極の電池は性能
劣化が速い。
以上実施例で説明したように、燃料電池のガス
拡散電極に触媒層を設けるに当り、従来貴金属を
担持するカーボン粒子と、撥水性を付与する弗素
樹脂粒子とそれぞれ粒度分布が著しく異るため
に、両者が均一に混合されず、電池の特性が阻害
されていたのに対し、本発明では貴金属を担持す
る前のカーボン粒子の分散液を遠心分離器にかけ
て弗素樹脂粒子とほぼ同じ粒径を有するカーボン
粒子のみを沈澱分離することにより抽出し、この
カーボン粉末に貴金属を担持させた後弗素樹脂粒
子を添加混合し触媒層を形成するようにしたため
に、触媒粒子と弗素樹脂粒子とはほぼ同一粒径同
志のものが混合され結着されるから、一様にまざ
り合つたものとなり弗素樹脂が局部的に偏在する
ことなく、ピンホールの発生もなく高い触媒活性
が得られ、また電極のガス拡散性を向上させその
結果本発明による触媒層を有する電極を用いた電
池は長時間の運転においても従来電池のように早
期に劣化することなく、優れた性能を持続するこ
とができる。
拡散電極に触媒層を設けるに当り、従来貴金属を
担持するカーボン粒子と、撥水性を付与する弗素
樹脂粒子とそれぞれ粒度分布が著しく異るため
に、両者が均一に混合されず、電池の特性が阻害
されていたのに対し、本発明では貴金属を担持す
る前のカーボン粒子の分散液を遠心分離器にかけ
て弗素樹脂粒子とほぼ同じ粒径を有するカーボン
粒子のみを沈澱分離することにより抽出し、この
カーボン粉末に貴金属を担持させた後弗素樹脂粒
子を添加混合し触媒層を形成するようにしたため
に、触媒粒子と弗素樹脂粒子とはほぼ同一粒径同
志のものが混合され結着されるから、一様にまざ
り合つたものとなり弗素樹脂が局部的に偏在する
ことなく、ピンホールの発生もなく高い触媒活性
が得られ、また電極のガス拡散性を向上させその
結果本発明による触媒層を有する電極を用いた電
池は長時間の運転においても従来電池のように早
期に劣化することなく、優れた性能を持続するこ
とができる。
第１図は本発明による電極の模式的断面図、第
２図は本発明の適用された電池と従来電池との比
較を示す電流電圧特性線図、第３図は同じく寿命
特性線図、第４図は従来電極の模式的断面図、第
５図はカーボン粒子と弗素樹脂粒子の粒度分布を
示す線図である。 Ａ……電極基材、Ｂ……触媒層。
２図は本発明の適用された電池と従来電池との比
較を示す電流電圧特性線図、第３図は同じく寿命
特性線図、第４図は従来電極の模式的断面図、第
５図はカーボン粒子と弗素樹脂粒子の粒度分布を
示す線図である。 Ａ……電極基材、Ｂ……触媒層。
Claims (1)
- １ 貴金属を担持したカーボン粒子に弗素樹脂粒
子を添加混合して燃料電池の電極触媒を製造する
に当り、カーボン粒子担体の分散液を遠心分離器
を用いて前記弗素樹脂とほぼ同一粒径を有するカ
ーボン粒子のみ沈澱分離させて抽出し、該カーボ
ン粒子に貴金属を担持させた後前記弗素樹脂を添
加することを特徴とする燃料電池の電極触媒の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59130693A JPS6110867A (ja) | 1984-06-25 | 1984-06-25 | 燃料電池の電極触媒の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59130693A JPS6110867A (ja) | 1984-06-25 | 1984-06-25 | 燃料電池の電極触媒の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6110867A JPS6110867A (ja) | 1986-01-18 |
| JPH0519264B2 true JPH0519264B2 (ja) | 1993-03-16 |
Family
ID=15040360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59130693A Granted JPS6110867A (ja) | 1984-06-25 | 1984-06-25 | 燃料電池の電極触媒の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6110867A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0467569A (ja) * | 1990-07-09 | 1992-03-03 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池の電極 |
-
1984
- 1984-06-25 JP JP59130693A patent/JPS6110867A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6110867A (ja) | 1986-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Uchida et al. | Effects of microstructure of carbon support in the catalyst layer on the performance of polymer‐electrolyte fuel cells | |
| JP4944345B2 (ja) | 高分子電解質型燃料電池、ならびにその電極の製造方法および製造装置 | |
| JP3869568B2 (ja) | 燃料電池用電極 | |
| Yang et al. | Particle size effects for oxygen reduction on dispersed silver+ carbon electrodes in alkaline solution | |
| JP2017041454A (ja) | 伝導ネットワークを有する燃料電池の電極 | |
| US4851377A (en) | Fuel cell, a fuel cell electrode, and a method for making a fuel cell electrode | |
| JP2013534707A5 (ja) | ||
| US4808493A (en) | Fuel cell, a fuel cell electrode, and a method for making a fuel cell electrode | |
| US3438815A (en) | Electrochemical cell containing an electrode comprising a catalytic layer consisting of uniformly dispersed catalytic metal particles and a hydrophobic polymer,and (in contact with the cell electrolyte) a separate porous metal layer | |
| US4810594A (en) | Fuel cell electrode and method of making and using same | |
| JPH09257687A (ja) | 固体高分子型燃料電池の貴金属触媒の反応比表面積と利用率測定法および固体高分子型燃料電池用電極の触媒層 | |
| JP2007311026A (ja) | 燃料電池用電極触媒及びその製造方法並びに該触媒を用いた燃料電池 | |
| JPS6340356B2 (ja) | ||
| JPH0519264B2 (ja) | ||
| JP2003115299A (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
| JPH0218862A (ja) | 燃料電池用電極触媒層の製造方法 | |
| JP5217131B2 (ja) | 燃料電池用触媒インクおよび膜電極接合体およびそれらの製造方法 | |
| JP2010129457A (ja) | 燃料電池用電極触媒層及び燃料電池用電極触媒層の製造方法 | |
| JPH0218861A (ja) | 燃料電池用電極触媒層 | |
| JPS60262356A (ja) | 燃料電池用ガス拡散電極の製造方法 | |
| JP3456270B2 (ja) | 電極触媒層形成用ペースト | |
| JP2712699B2 (ja) | 燃料電池用ガス拡散電極 | |
| Wang et al. | Preparation and Electrochemical Performance of a Graphene Cathode Catalyst Decorated With Pt by Prolysis | |
| JP5440107B2 (ja) | 触媒ペーストの製造装置及び製造方法 | |
| JPH02210761A (ja) | リン酸型燃料電池の製造方法 |