JPH0520868B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0520868B2 JPH0520868B2 JP60223047A JP22304785A JPH0520868B2 JP H0520868 B2 JPH0520868 B2 JP H0520868B2 JP 60223047 A JP60223047 A JP 60223047A JP 22304785 A JP22304785 A JP 22304785A JP H0520868 B2 JPH0520868 B2 JP H0520868B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- gas diffusion
- electrode
- ptfe
- powder
- 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
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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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
この発明は燃料として純水素又はメタノール、
メタン、LNG等を改質して得られる水素リツチ
な改質ガスを用い、酸化剤として空気又は酸素を
用いて電気化学的反応により発電を行う燃料電池
の多孔性ガス拡散電極の製造方法に関する。
メタン、LNG等を改質して得られる水素リツチ
な改質ガスを用い、酸化剤として空気又は酸素を
用いて電気化学的反応により発電を行う燃料電池
の多孔性ガス拡散電極の製造方法に関する。
この種の多孔性ガス拡散電極は、一般にカーボ
ン繊維又はカーボン粉末からなる多孔性電極基材
の一方面に、カーボン微粉末に基金属を担持させ
た触媒粉末とこれら触媒粉末を結合させるための
結合剤であると同時に撥水剤であるポリテトラフ
ルオロエチレン（PTFE）を均等分散させた触媒
層から構成されている。
ン繊維又はカーボン粉末からなる多孔性電極基材
の一方面に、カーボン微粉末に基金属を担持させ
た触媒粉末とこれら触媒粉末を結合させるための
結合剤であると同時に撥水剤であるポリテトラフ
ルオロエチレン（PTFE）を均等分散させた触媒
層から構成されている。
かかる電極の触媒層における電気化学反応は、
触媒層の一方面より電解液が浸透し、電極基材側
より反応ガスが拡散し、電解液と反応ガスが貴金
属触媒部で接触する三相界面にて起る。この電気
化学反応を長期間安定に維持させるには電池作動
条件下における貴金属触媒の安定性の向上を図る
ことが重要であるが、更に重要な事は、前記三相
界面に反応ガスを供給し得るガス拡散通路を長期
間安定に確保することである。かかるガス拡散通
路を触媒層に作製するにあたつて、従来技術にお
いては、イオン交換水等の分散媒に貴金属担持触
媒を超音波分散させたのち、触媒重量当り所定量
のPTFEを添加した分散混合液をPTFE等で撥水
処理を施した電極基材上に塗布し、PTFEが溶融
する温度にて焼成することにより多孔性ガス拡散
電極を作製していた。かかる方法によつて作製さ
れる電極では、電解液側から電極基材側への撥水
性を強化するためPTFE量を電解液側から基材側
へ増やした多層構成としたものが考えられてい
る。
触媒層の一方面より電解液が浸透し、電極基材側
より反応ガスが拡散し、電解液と反応ガスが貴金
属触媒部で接触する三相界面にて起る。この電気
化学反応を長期間安定に維持させるには電池作動
条件下における貴金属触媒の安定性の向上を図る
ことが重要であるが、更に重要な事は、前記三相
界面に反応ガスを供給し得るガス拡散通路を長期
間安定に確保することである。かかるガス拡散通
路を触媒層に作製するにあたつて、従来技術にお
いては、イオン交換水等の分散媒に貴金属担持触
媒を超音波分散させたのち、触媒重量当り所定量
のPTFEを添加した分散混合液をPTFE等で撥水
処理を施した電極基材上に塗布し、PTFEが溶融
する温度にて焼成することにより多孔性ガス拡散
電極を作製していた。かかる方法によつて作製さ
れる電極では、電解液側から電極基材側への撥水
性を強化するためPTFE量を電解液側から基材側
へ増やした多層構成としたものが考えられてい
る。
しかしながら、かかる構成の電極においても、
各層の微細構造をながめた場合には、触媒粉末と
PTFEとは層内において均一分散させたもので、
電気化学的反応を長期間安定に行なわせるための
ガス拡散通路網を配置させた構造とはなつていな
いため、かかる方法にて作製された電極を電池に
組み込み長期間作動させた場合、電解液が徐々に
触媒層内を浸透していきガス拡散阻害を引き起
し、所期の電池出力が得られなくなるという欠点
があつた。
各層の微細構造をながめた場合には、触媒粉末と
PTFEとは層内において均一分散させたもので、
電気化学的反応を長期間安定に行なわせるための
ガス拡散通路網を配置させた構造とはなつていな
いため、かかる方法にて作製された電極を電池に
組み込み長期間作動させた場合、電解液が徐々に
触媒層内を浸透していきガス拡散阻害を引き起
し、所期の電池出力が得られなくなるという欠点
があつた。
この発明は上記に鑑みなされたもので、電極の
厚さ方向に連続したガス拡散通路網を形成して燃
料電池作動条件下において長期間安定した出力を
得ることのできるガス拡散電極を提供することを
目的とする。
厚さ方向に連続したガス拡散通路網を形成して燃
料電池作動条件下において長期間安定した出力を
得ることのできるガス拡散電極を提供することを
目的とする。
この目的は本発明によれば、貴金属担持炭素質
粉末と弗素樹脂の水性分散液に、あらかじめ作成
した弗素樹脂凝集液を混合して触媒合剤を形成
し、これを多孔質基体へ塗布した後焼成して、触
媒層内に弗素樹脂の凝集体による連続したガス拡
散通路網を形成することにより達成される。
粉末と弗素樹脂の水性分散液に、あらかじめ作成
した弗素樹脂凝集液を混合して触媒合剤を形成
し、これを多孔質基体へ塗布した後焼成して、触
媒層内に弗素樹脂の凝集体による連続したガス拡
散通路網を形成することにより達成される。
以下に本発明の実施例を説明する。10wt％の
白金をカーボンブラツク微粉末に担持させた貴金
属担持カーボンブラツク触媒６ｇを、１〜2wt％
の界面活性剤を含むイオン交換水150c.c.の中に約
５分間超音波分散させたのち、触媒重量当り30〜
40wt％のPTFEが含まれるに相当するテフロン
30J（三井・デユポンフロロケミカル製PTFE分散
懸濁液）を触媒分散液に攪拌機にて攪拌しながら
徐々に添加し、触媒塗布液を作製する。一方、触
媒層内にガス拡散通路網を作成するため、テフロ
ン30J懸濁液２c.c.を20c.c.のインプロピルアルコー
ル中に滴下し、５〜10分間攪拌機にて攪拌を行い
テフロン凝集液を作製する。続いて、これら触媒
塗布液とテフロン凝集液とを混合して触媒合剤を
形成し、予じめ撥水処理を施した電極基材上に吸
引塗布を行い、乾燥後、330℃で５分間焼成する
ことによつて多孔性ガス拡散電極を作製した。
白金をカーボンブラツク微粉末に担持させた貴金
属担持カーボンブラツク触媒６ｇを、１〜2wt％
の界面活性剤を含むイオン交換水150c.c.の中に約
５分間超音波分散させたのち、触媒重量当り30〜
40wt％のPTFEが含まれるに相当するテフロン
30J（三井・デユポンフロロケミカル製PTFE分散
懸濁液）を触媒分散液に攪拌機にて攪拌しながら
徐々に添加し、触媒塗布液を作製する。一方、触
媒層内にガス拡散通路網を作成するため、テフロ
ン30J懸濁液２c.c.を20c.c.のインプロピルアルコー
ル中に滴下し、５〜10分間攪拌機にて攪拌を行い
テフロン凝集液を作製する。続いて、これら触媒
塗布液とテフロン凝集液とを混合して触媒合剤を
形成し、予じめ撥水処理を施した電極基材上に吸
引塗布を行い、乾燥後、330℃で５分間焼成する
ことによつて多孔性ガス拡散電極を作製した。
第１図はこのようにして形成されたガス拡散電
極の構成を示すもので、ガス拡散電極１はカーボ
ン繊維からなる多孔性電極基材２の一方面に、電
気化学的反応を引き起すための触媒層３から構成
されている。かかる構成の中で触媒層３は、白金
等の貴金属を担持したカーボン触媒粉末４及び前
記カーボン触媒粉末を結合させるための結合剤で
あると同時に、触媒層に撥水性を付与するための
役割を有するPTFE粉末５、更にはPTFEからな
り前記PTFE粉末が塊状に凝集し、触媒層の厚さ
方向に対して連続したガス拡散通路網を成すテフ
ロンの凝集体から構成される。
極の構成を示すもので、ガス拡散電極１はカーボ
ン繊維からなる多孔性電極基材２の一方面に、電
気化学的反応を引き起すための触媒層３から構成
されている。かかる構成の中で触媒層３は、白金
等の貴金属を担持したカーボン触媒粉末４及び前
記カーボン触媒粉末を結合させるための結合剤で
あると同時に、触媒層に撥水性を付与するための
役割を有するPTFE粉末５、更にはPTFEからな
り前記PTFE粉末が塊状に凝集し、触媒層の厚さ
方向に対して連続したガス拡散通路網を成すテフ
ロンの凝集体から構成される。
第２図には、本発明の実施例で作製した電極及
び従来技術にて作製した電極をリン酸型燃料電池
に組み立て、作動温度190℃、電流密度200ｍＡ／
cm3で作動させたときの連続放電試験結果を示した
ものである。同図から明らかなように、従来技術
の電極では特性が時間と共に徐々に低下し、約
8000時間で急激な特性低下が認められたが、本発
明の電極では経時的な特性低下はほとんど認めら
れない。これは、本発明のガス拡散電極では、触
媒層内にテフロン凝集体からなるガス拡散通路網
が電極の厚さ方向に連続して形成されるため、電
池を長期作動させた場合でも電解液の浸透に伴う
ガス拡散通路の閉塞が防止されるためと考えられ
る。
び従来技術にて作製した電極をリン酸型燃料電池
に組み立て、作動温度190℃、電流密度200ｍＡ／
cm3で作動させたときの連続放電試験結果を示した
ものである。同図から明らかなように、従来技術
の電極では特性が時間と共に徐々に低下し、約
8000時間で急激な特性低下が認められたが、本発
明の電極では経時的な特性低下はほとんど認めら
れない。これは、本発明のガス拡散電極では、触
媒層内にテフロン凝集体からなるガス拡散通路網
が電極の厚さ方向に連続して形成されるため、電
池を長期作動させた場合でも電解液の浸透に伴う
ガス拡散通路の閉塞が防止されるためと考えられ
る。
以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、貴金属担持炭素質粉末と弗素樹脂の水性分散
液に、あらかじめ作成した弗素樹脂凝集液を混合
して触媒合剤を形成し、これを多孔質基体へ塗布
した後焼成して、触媒層内に弗素樹脂の凝集体に
よる連続したガス拡散通路網を形成するようにし
たことにより、電池を長期作動させた場合でも電
解液の浸透に伴うガス拡散通路の閉塞が防止さ
れ、もつて電極の寿命が長くなるという効果が得
られる。
ば、貴金属担持炭素質粉末と弗素樹脂の水性分散
液に、あらかじめ作成した弗素樹脂凝集液を混合
して触媒合剤を形成し、これを多孔質基体へ塗布
した後焼成して、触媒層内に弗素樹脂の凝集体に
よる連続したガス拡散通路網を形成するようにし
たことにより、電池を長期作動させた場合でも電
解液の浸透に伴うガス拡散通路の閉塞が防止さ
れ、もつて電極の寿命が長くなるという効果が得
られる。
第１図は本発明の実施例により得られた電極の
構成を示す要部断面図、第２図は本発明の実施例
電極を使用したときの電池寿命特性を示すグラフ
である。 １……ガス拡散電極、２……多孔性電極基材、
３……触媒層、４……貴金属担持カーボン触媒粉
末、５……PTFE粉末、６……ガス拡散通路網。
構成を示す要部断面図、第２図は本発明の実施例
電極を使用したときの電池寿命特性を示すグラフ
である。 １……ガス拡散電極、２……多孔性電極基材、
３……触媒層、４……貴金属担持カーボン触媒粉
末、５……PTFE粉末、６……ガス拡散通路網。
Claims (1)
- １ 貴金属担持炭素質粉末と弗素樹脂の水性分散
液に、あらかじめ作成した弗素樹脂凝集液を混合
して触媒合剤を形成し、これを多孔質基体へ塗布
した後焼成することを特徴とするガス拡散電極の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60223047A JPS6282652A (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | ガス拡散電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60223047A JPS6282652A (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | ガス拡散電極の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6282652A JPS6282652A (ja) | 1987-04-16 |
| JPH0520868B2 true JPH0520868B2 (ja) | 1993-03-22 |
Family
ID=16792004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60223047A Granted JPS6282652A (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | ガス拡散電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6282652A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2921725B2 (ja) * | 1993-06-30 | 1999-07-19 | 三洋電機株式会社 | 固体高分子電解質型燃料電池電極の製造方法 |
| JP6186959B2 (ja) * | 2013-07-05 | 2017-08-30 | 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 | 触媒インキの製造方法、触媒インキ、触媒電極、燃料電池、および空気電池 |
-
1985
- 1985-10-07 JP JP60223047A patent/JPS6282652A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6282652A (ja) | 1987-04-16 |
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