JPH061700B2 - 燃料電池用複合電極 - Google Patents
燃料電池用複合電極Info
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- JPH061700B2 JPH061700B2 JP62280601A JP28060187A JPH061700B2 JP H061700 B2 JPH061700 B2 JP H061700B2 JP 62280601 A JP62280601 A JP 62280601A JP 28060187 A JP28060187 A JP 28060187A JP H061700 B2 JPH061700 B2 JP H061700B2
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- electrode
- catalyst layer
- cathode
- anode
- fuel cell
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
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- H—ELECTRICITY
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- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0297—Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は燃料電池用複合電極の構成に係り、特に複合
電極電極触媒層の撥水剤の構成に関する。
電極電極触媒層の撥水剤の構成に関する。
燃料電池は燃料の持つ化学エネルギを直接電気のエネル
ギに変換するものであり、その構成は第３図に示すよう
なアノード9Aとカソード9Bとをリン酸を含むマトリック
ス８をはさんえ配置したものをセパレート板10を介して
積層し、外部のガス供給系より前記各電極へ燃料ガスお
よび酸化剤ガスを供給し、各電極の電極触媒層5A，5B上
で燃料ガスおよび酸化剤ガスを電気化学的に反応させ、
その結果として系外に電気エネルギーを取り出すように
なっている。
ギに変換するものであり、その構成は第３図に示すよう
なアノード9Aとカソード9Bとをリン酸を含むマトリック
ス８をはさんえ配置したものをセパレート板10を介して
積層し、外部のガス供給系より前記各電極へ燃料ガスお
よび酸化剤ガスを供給し、各電極の電極触媒層5A，5B上
で燃料ガスおよび酸化剤ガスを電気化学的に反応させ、
その結果として系外に電気エネルギーを取り出すように
なっている。
アノード9A，カソード9Bの各電極は第４図に示すように
リブ付電極基材４の上に電極触媒層５を被着させて構成
される。電極触媒層５は触媒担体２の表面に貴金属微粒
子１を担持させた触媒微粒子７がフッ素樹脂の微粒子３
により結着されて構成される。この電極触媒層５の内部
ではリブ付電極基材４側からのガスとマトリックス８側
からの電解液とが接触し、三相界面が形成され電気化学
的反応が進行する。
リブ付電極基材４の上に電極触媒層５を被着させて構成
される。電極触媒層５は触媒担体２の表面に貴金属微粒
子１を担持させた触媒微粒子７がフッ素樹脂の微粒子３
により結着されて構成される。この電極触媒層５の内部
ではリブ付電極基材４側からのガスとマトリックス８側
からの電解液とが接触し、三相界面が形成され電気化学
的反応が進行する。
この電気化学的反応を効率良く安定して行わせるために
は電極触媒層内の触媒微粒子７と電解液のガスの接する
三相界面を多くするとともに供給ガス，生成ガスの拡散
を良くすることが必要である。例えば燃料ガス供給側で
あるアノードの電極反応は、 Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ………………… (1) であり、酸化剤ガス供給側であるカソードの電極反応
は、 1/2Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ→Ｈ２Ｏ……… (2) である。上記の反応が示すようにカソード電極内部は電
極反応で水蒸気が発生するのであるが、この水蒸気の拡
散能わアノード反応で必要とされる水素の拡散能に比べ
小さいため、電極内の電解質量はアノードに比しカソー
ドの方を相対的に少なくし水蒸気の拡散量の高めること
が必要となる。
は電極触媒層内の触媒微粒子７と電解液のガスの接する
三相界面を多くするとともに供給ガス，生成ガスの拡散
を良くすることが必要である。例えば燃料ガス供給側で
あるアノードの電極反応は、 Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ………………… (1) であり、酸化剤ガス供給側であるカソードの電極反応
は、 1/2Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ→Ｈ２Ｏ……… (2) である。上記の反応が示すようにカソード電極内部は電
極反応で水蒸気が発生するのであるが、この水蒸気の拡
散能わアノード反応で必要とされる水素の拡散能に比べ
小さいため、電極内の電解質量はアノードに比しカソー
ドの方を相対的に少なくし水蒸気の拡散量の高めること
が必要となる。
そのために従来は撥水剤としてのフッ素樹脂を含む各電
極の焼成温度を変化させて電極触媒層の撥水性を変化さ
せ、これによってアノードとカソードの電解質量を調整
していた。
極の焼成温度を変化させて電極触媒層の撥水性を変化さ
せ、これによってアノードとカソードの電解質量を調整
していた。
ところが最近燃料電池のアノード9Aとカソード9Bを別々
に形成するのではなく、アノードとカソードを一体に形
成する複合電極が提案されるに至った。この複合電極は
第５図に示すようにアノード9Aとカソード9Bとがセパレ
ート板10を介して接合された構成を有するものである。
このような複合電極はリブ付電極基材をセパレート板10
を介して接合して複合電極基板としたのち各電極側の電
極触媒層5A，5Bを同時に被着させて形成される。複合電
極はセパレート板10とアノード9Aやカソード9Bとの間の
電気抵抗や熱抵抗を減少させ、電極の取扱いを容易にす
る効果がある。しかしながらこのような複合電極におい
ては電極触媒層５が同一温度で焼成されるため、焼成温
度を変化させて各電極の撥水性を調整することができな
いという問題を生ずる。
に形成するのではなく、アノードとカソードを一体に形
成する複合電極が提案されるに至った。この複合電極は
第５図に示すようにアノード9Aとカソード9Bとがセパレ
ート板10を介して接合された構成を有するものである。
このような複合電極はリブ付電極基材をセパレート板10
を介して接合して複合電極基板としたのち各電極側の電
極触媒層5A，5Bを同時に被着させて形成される。複合電
極はセパレート板10とアノード9Aやカソード9Bとの間の
電気抵抗や熱抵抗を減少させ、電極の取扱いを容易にす
る効果がある。しかしながらこのような複合電極におい
ては電極触媒層５が同一温度で焼成されるため、焼成温
度を変化させて各電極の撥水性を調整することができな
いという問題を生ずる。
この発明は上記の点に鑑みてなされ、その目的は同一温
度で焼成してもアノードとカソードの撥水性を異ならし
めることの可能の複合電極を提供することにある。
度で焼成してもアノードとカソードの撥水性を異ならし
めることの可能の複合電極を提供することにある。
上述の目的はこの発明によればリブ付電極基材をセパレ
ート板を介して接合した複合電極基板の両面に撥水剤を
含む電極触媒層を加熱圧着してアノードとカソードの各
電極を一体に形成してなる燃料電池用複合電極におい
て、アノード側の電極触媒中5A中に含まれる撥水剤３の
含有量がカソード側の電極触媒層5B中に含まれる撥水剤
３の含有量よりも少ない電極触媒層を備えることにより
達成される。撥水剤としてはフッ素樹脂のディスパージ
ョン等が用いられる。アノード側の電極触媒層中の撥水
剤の量はカソード側の電極触媒層中の撥水剤の量30〜80
％になるよう調整される。
ート板を介して接合した複合電極基板の両面に撥水剤を
含む電極触媒層を加熱圧着してアノードとカソードの各
電極を一体に形成してなる燃料電池用複合電極におい
て、アノード側の電極触媒中5A中に含まれる撥水剤３の
含有量がカソード側の電極触媒層5B中に含まれる撥水剤
３の含有量よりも少ない電極触媒層を備えることにより
達成される。撥水剤としてはフッ素樹脂のディスパージ
ョン等が用いられる。アノード側の電極触媒層中の撥水
剤の量はカソード側の電極触媒層中の撥水剤の量30〜80
％になるよう調整される。
〔作用〕 フッ素樹脂は撥水性がる。アノード側の電極触媒層中の
フッ素樹脂の量はカソード側の電極触媒層中のフッ素樹
脂の量よりも少ないため、同一温度で焼成してもアノー
ド電極触媒層の撥水性がカソードの撥水性よりも小さく
なる。
フッ素樹脂の量はカソード側の電極触媒層中のフッ素樹
脂の量よりも少ないため、同一温度で焼成してもアノー
ド電極触媒層の撥水性がカソードの撥水性よりも小さく
なる。
白金の微粒子１を担持させたカーボン触媒担体２に界面
活性剤を含む水を加え、超音波によりよく触媒担体を分
散させてからフッ素樹脂デイスパージョンをフッ素樹脂
して40〜60重量％添加してよく混合し触媒担体とフッ素
樹脂の分散液を調製する。この分散液に水溶液有機溶剤
を加え混合して、フッ素樹脂と触媒担体とをともに凝集
させ固液分離を行う。得られた固形分をよく混練し電極
用ペーストが調製される。このペーストをカレンダロー
ルにより圧延し、シート化してから乾燥し、カソード側
の電極触媒層に用いる電極膜が調製される。アノード側
の電極触媒層に用いる電極膜は上記と同様であるがただ
フッ素樹脂量がカソードの電極膜の場合の３〜８割量と
なるように調整される。両電極膜はセパレート板を中心
として両側に多孔質のリブ付電極基材を有する一体型の
複合電極基板の両面へ320〜380℃のフッ素樹脂溶融温度
で同時結着される。得られた複合電極を用い燃料電池を
構成し、電池を電流電圧特性、耐久性能を試験した。
活性剤を含む水を加え、超音波によりよく触媒担体を分
散させてからフッ素樹脂デイスパージョンをフッ素樹脂
して40〜60重量％添加してよく混合し触媒担体とフッ素
樹脂の分散液を調製する。この分散液に水溶液有機溶剤
を加え混合して、フッ素樹脂と触媒担体とをともに凝集
させ固液分離を行う。得られた固形分をよく混練し電極
用ペーストが調製される。このペーストをカレンダロー
ルにより圧延し、シート化してから乾燥し、カソード側
の電極触媒層に用いる電極膜が調製される。アノード側
の電極触媒層に用いる電極膜は上記と同様であるがただ
フッ素樹脂量がカソードの電極膜の場合の３〜８割量と
なるように調整される。両電極膜はセパレート板を中心
として両側に多孔質のリブ付電極基材を有する一体型の
複合電極基板の両面へ320〜380℃のフッ素樹脂溶融温度
で同時結着される。得られた複合電極を用い燃料電池を
構成し、電池を電流電圧特性、耐久性能を試験した。
複合電極基板の両面にカソード側の電極触媒層に用いる
電極膜を被着させて複合電極とし、この複合電極を用い
た燃料電池を特性を測定した。
電極膜を被着させて複合電極とし、この複合電極を用い
た燃料電池を特性を測定した。
第１図は燃料電池の電流電圧特性、第２図は電流密度20
0mA／cm2における時間と電圧の関係の耐久性を示す。第
１図、第２図で21A，21Bは複合電極方式をとらない従来
方式のアノードとカソードを別々に形成する場合、22
A，22Bは比較例による場合、23A，23Bは本発明の実施例
に係る場合である。本実施例による場合の特性が良好で
ある。
0mA／cm2における時間と電圧の関係の耐久性を示す。第
１図、第２図で21A，21Bは複合電極方式をとらない従来
方式のアノードとカソードを別々に形成する場合、22
A，22Bは比較例による場合、23A，23Bは本発明の実施例
に係る場合である。本実施例による場合の特性が良好で
ある。
この発明によればリブ付電極基材をセパレート板を介し
て接合した複合電極基板の両面に撥水剤を含む電極触媒
層を加熱圧着してアノードとカソードの各電極を一体に
形成してなる燃料電池用複合電極において、アノード側
に電極触媒層中に含まれる撥水剤の含有量がカソード側
電極触媒層中に含まれる撥水剤の含有量よりも少ない電
極触媒層を備えるので、アノード側の電極触媒層の撥水
性がカソード側の電極触媒層の撥水性よりも少なく、ア
ノードにはカソードに比し相対的により多くの電解質が
含まれ、カソードには電解質がより少なく含まれ、その
ために水分子の拡散が良好となり燃料電池の特性、耐久
性が良好となる。
て接合した複合電極基板の両面に撥水剤を含む電極触媒
層を加熱圧着してアノードとカソードの各電極を一体に
形成してなる燃料電池用複合電極において、アノード側
に電極触媒層中に含まれる撥水剤の含有量がカソード側
電極触媒層中に含まれる撥水剤の含有量よりも少ない電
極触媒層を備えるので、アノード側の電極触媒層の撥水
性がカソード側の電極触媒層の撥水性よりも少なく、ア
ノードにはカソードに比し相対的により多くの電解質が
含まれ、カソードには電解質がより少なく含まれ、その
ために水分子の拡散が良好となり燃料電池の特性、耐久
性が良好となる。
第１図はこの発明の実施例に係る複合電極を使用した燃
料電池の電流電圧特性図、第２図はこの発明の実施例に
係る複合電極を使用した燃料電池の時間電圧特性図、第
３図は従来の燃料電池の構成を示す斜視図、第４図は電
極の構成を示す断面図、第５図は複合電極の構成を示す
斜視図である。 ３：撥水剤、5A：アノード側の電極奥倍層、5B：カソー
ド側の電極触媒層。
料電池の電流電圧特性図、第２図はこの発明の実施例に
係る複合電極を使用した燃料電池の時間電圧特性図、第
３図は従来の燃料電池の構成を示す斜視図、第４図は電
極の構成を示す断面図、第５図は複合電極の構成を示す
斜視図である。 ３：撥水剤、5A：アノード側の電極奥倍層、5B：カソー
ド側の電極触媒層。
Claims (1)
- 【請求項１】リブ付電極基材をセパレート板を介して接
合した複合電極基板の両面に撥水剤を含む電極触媒層を
加熱圧着してアノードとカソードの両電極を一体に形成
してなる燃料電池用複合電極において、アノード側の電
極触媒層中に含まれる撥水剤の含有量がカソード側の電
極触媒層中に含まれる撥水剤の含有量よりも少ない電極
触媒層を備えることを特徴とする燃料電池用複合電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280601A JPH061700B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 燃料電池用複合電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62280601A JPH061700B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 燃料電池用複合電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01122565A JPH01122565A (ja) | 1989-05-15 |
| JPH061700B2 true JPH061700B2 (ja) | 1994-01-05 |
Family
ID=17627306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62280601A Expired - Lifetime JPH061700B2 (ja) | 1987-11-06 | 1987-11-06 | 燃料電池用複合電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH061700B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8236206B2 (en) | 2005-11-01 | 2012-08-07 | Jsr Corporation | Electrode catalyst layer |
| KR100659132B1 (ko) * | 2006-02-07 | 2006-12-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지용 막전극 접합체, 그 제조방법 및 이를 채용한연료전지 |
| JP2009026526A (ja) | 2007-07-18 | 2009-02-05 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
-
1987
- 1987-11-06 JP JP62280601A patent/JPH061700B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01122565A (ja) | 1989-05-15 |
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