JPH0656554A - 多孔質電極の製造方法 - Google Patents
多孔質電極の製造方法Info
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- JPH0656554A JPH0656554A JP4209122A JP20912292A JPH0656554A JP H0656554 A JPH0656554 A JP H0656554A JP 4209122 A JP4209122 A JP 4209122A JP 20912292 A JP20912292 A JP 20912292A JP H0656554 A JPH0656554 A JP H0656554A
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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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電極内の配向方向が電極の厚み方向に揃い、
かつ、閉気孔が殆どない多孔質電極を得る。 【構成】 長さ方向に磁気極性を有するナイロン短繊維
２ｃと、酸化ニッケルとイットリウム安定化酸化ジルコ
ニウムを混合した導電体粉末２ａと、結合剤や溶剤等２
ｂとで電極原料を作製する。この電極原料に静磁場を印
加してナイロン短繊維２ｃの配向方向を電極の厚み方向
に揃えた状態で、電極原料にて電極グリーンシート２Ｂ
を形成する。この電極グリーンシート２Ｂを固体電解質
グリーンシートに圧着した後、焼成してナイロン短繊維
２ｃを飛散させ、多孔質電極を作製する。
かつ、閉気孔が殆どない多孔質電極を得る。 【構成】 長さ方向に磁気極性を有するナイロン短繊維
２ｃと、酸化ニッケルとイットリウム安定化酸化ジルコ
ニウムを混合した導電体粉末２ａと、結合剤や溶剤等２
ｂとで電極原料を作製する。この電極原料に静磁場を印
加してナイロン短繊維２ｃの配向方向を電極の厚み方向
に揃えた状態で、電極原料にて電極グリーンシート２Ｂ
を形成する。この電極グリーンシート２Ｂを固体電解質
グリーンシートに圧着した後、焼成してナイロン短繊維
２ｃを飛散させ、多孔質電極を作製する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスセンサ、湿度セン
サ及び燃料電池等に用いられている多孔質電極の製造方
法に関する。
サ及び燃料電池等に用いられている多孔質電極の製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】内部に気孔を有する多孔質電極
は、集電性能の他に、ガスを透過させる性能が要求され
る。この多孔質電極のガス透過性を向上させるために
は、電極内の気孔の配向方向を電極の厚み方向に揃えて
ガスの透過経路長を短くし、かつ、電極内の気孔のうち
閉気孔であるものの割合を少なくすればよい。
は、集電性能の他に、ガスを透過させる性能が要求され
る。この多孔質電極のガス透過性を向上させるために
は、電極内の気孔の配向方向を電極の厚み方向に揃えて
ガスの透過経路長を短くし、かつ、電極内の気孔のうち
閉気孔であるものの割合を少なくすればよい。
【０００３】しかし、従来の方法は、導電体粉末と、結
合剤と、有機溶剤と、多孔質にするための有機高分子と
からなる電極原料をセラミック基板に塗布し、焼き付け
るだけなので、作製された電極の気孔の配向方向及び閉
気孔の割合を少なくすることができなかった。そこで、
本発明の課題は、電極内の気孔の配向方向が電極の厚み
方向に揃い、かつ、閉気孔が殆どない多孔質電極を提供
することにある。
合剤と、有機溶剤と、多孔質にするための有機高分子と
からなる電極原料をセラミック基板に塗布し、焼き付け
るだけなので、作製された電極の気孔の配向方向及び閉
気孔の割合を少なくすることができなかった。そこで、
本発明の課題は、電極内の気孔の配向方向が電極の厚み
方向に揃い、かつ、閉気孔が殆どない多孔質電極を提供
することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明に係る多孔質電極の製造方法は、（ａ）磁性
体粉末と複合化して長さ方向に磁気極性を有した有機高
分子繊維と、導電体粉末と、結合剤と、溶剤とを混合し
て電極原料を作製する工程と、（ｂ）前記電極原料に静
磁場を印加して前記有機高分子繊維の配向方向を電極の
厚み方向に揃えた状態で、前記電極原料にて電極を成形
する工程と、（ｃ）前記成形された電極を焼成して前記
有機高分子繊維を飛散させ、多孔質電極を作製する工程
と、を備えたことを特徴とする。
め、本発明に係る多孔質電極の製造方法は、（ａ）磁性
体粉末と複合化して長さ方向に磁気極性を有した有機高
分子繊維と、導電体粉末と、結合剤と、溶剤とを混合し
て電極原料を作製する工程と、（ｂ）前記電極原料に静
磁場を印加して前記有機高分子繊維の配向方向を電極の
厚み方向に揃えた状態で、前記電極原料にて電極を成形
する工程と、（ｃ）前記成形された電極を焼成して前記
有機高分子繊維を飛散させ、多孔質電極を作製する工程
と、を備えたことを特徴とする。
【０００５】
【作用】以上の方法において、磁性体粉末と複合化した
有機高分子繊維は長さ方向に磁気極性を有するものとな
る。この有機高分子繊維は電極原料に混ぜられた状態で
は、その配向方向は無秩序にあらゆる方向に向いてい
る。この電極原料に静磁場を印加すると、有機高分子繊
維は静磁場の方向に配向する。従って、静磁場を印加し
て、有機高分子繊維の配向方向を電極の厚み方向に揃
え、かつ、有機高分子繊維の長さを電極の厚みと略同じ
か若干長めの寸法にした場合、図２に示すように、高分
子繊維の両端部は成形された電極の表裏面に達する。そ
して、この成形された電極を焼成することにより、この
高分子繊維は飛散して高分子繊維跡に電極の厚み方向に
略配向している開気孔が形成されることになる。
有機高分子繊維は長さ方向に磁気極性を有するものとな
る。この有機高分子繊維は電極原料に混ぜられた状態で
は、その配向方向は無秩序にあらゆる方向に向いてい
る。この電極原料に静磁場を印加すると、有機高分子繊
維は静磁場の方向に配向する。従って、静磁場を印加し
て、有機高分子繊維の配向方向を電極の厚み方向に揃
え、かつ、有機高分子繊維の長さを電極の厚みと略同じ
か若干長めの寸法にした場合、図２に示すように、高分
子繊維の両端部は成形された電極の表裏面に達する。そ
して、この成形された電極を焼成することにより、この
高分子繊維は飛散して高分子繊維跡に電極の厚み方向に
略配向している開気孔が形成されることになる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明に係る多孔質電極の製造方法の
一実施例を説明する。実施例として、固体電解質型燃料
電池の空気側電極及び燃料側電極の製造に適用した場合
について説明する。まず、燃料側電極のグリーンシート
製造方法について説明する。
一実施例を説明する。実施例として、固体電解質型燃料
電池の空気側電極及び燃料側電極の製造に適用した場合
について説明する。まず、燃料側電極のグリーンシート
製造方法について説明する。
【０００７】図１は燃料側電極の原料２Ａを示す組成図
である。ナイロン材料と磁性体粉末であるバリウムフェ
ライトとを混ぜ、磁場を射出方向に印加しながら射出成
形し、５０μｍの長さに裁断して、長さ方向に磁気極性
を有するナイロン短繊維２ｃを作製する。次に、粉末状
のセラミックス材料である酸化ニッケルとイットリウム
安定化酸化ジルコニウムとを同重量ずつ混合して導電体
粉末２ａとした後、前記ナイロン短繊維２ｃを所定量加
えて混合する。そして、得られた混合物１００重量％に
対して、１５重量％の結合剤（例えば、ポリビニルブチ
ラール系バインダ）、溶剤（エタノール、トルエン）及
び可塑剤等（これらをまとめて図中２ｂで表示する）を
適当量加えてスラリー（泥しょう）とする。この状態で
は、各ナイロン短繊維２ｃの配向方向は無秩序にあらゆ
る方向に向いている。
である。ナイロン材料と磁性体粉末であるバリウムフェ
ライトとを混ぜ、磁場を射出方向に印加しながら射出成
形し、５０μｍの長さに裁断して、長さ方向に磁気極性
を有するナイロン短繊維２ｃを作製する。次に、粉末状
のセラミックス材料である酸化ニッケルとイットリウム
安定化酸化ジルコニウムとを同重量ずつ混合して導電体
粉末２ａとした後、前記ナイロン短繊維２ｃを所定量加
えて混合する。そして、得られた混合物１００重量％に
対して、１５重量％の結合剤（例えば、ポリビニルブチ
ラール系バインダ）、溶剤（エタノール、トルエン）及
び可塑剤等（これらをまとめて図中２ｂで表示する）を
適当量加えてスラリー（泥しょう）とする。この状態で
は、各ナイロン短繊維２ｃの配向方向は無秩序にあらゆ
る方向に向いている。
【０００８】次に、図２に示すように、このスラリー状
の原料２ＡにＸ方向の静磁場を印加しながら、ドクター
ブレード法によって厚み４０μｍの燃料側電極のグリー
ンシート２Ｂを作製した。このとき、グリーンシート２
Ｂは静磁場に対して、その厚み方向が平行な状態で作製
される。従って、グリーンシート２Ｂに含まれている各
ナイロン短繊維２ｃは、グリーンシート２Ｂの厚み方向
に略配向している。しかも、ナイロン短繊維２ｃの長さ
寸法はグリーンシート２Ｂの厚み寸法より若干長いの
で、ナイロン短繊維２ｃの両端部はグリーンシート２Ｂ
の表裏面に達している。
の原料２ＡにＸ方向の静磁場を印加しながら、ドクター
ブレード法によって厚み４０μｍの燃料側電極のグリー
ンシート２Ｂを作製した。このとき、グリーンシート２
Ｂは静磁場に対して、その厚み方向が平行な状態で作製
される。従って、グリーンシート２Ｂに含まれている各
ナイロン短繊維２ｃは、グリーンシート２Ｂの厚み方向
に略配向している。しかも、ナイロン短繊維２ｃの長さ
寸法はグリーンシート２Ｂの厚み寸法より若干長いの
で、ナイロン短繊維２ｃの両端部はグリーンシート２Ｂ
の表裏面に達している。
【０００９】次に、空気側電極のグリーンシート製造方
法について説明する。燃料側電極のグリーンシート製造
方法と同様に、粉末状のランタンマンガナイトに前記ナ
イロン短繊維を所定量加えて混合する。そして、得られ
た混合物１００重量％に対して１５重量％の結合剤（例
えば、ポリビニルブチラール系バインダ）及び溶剤（エ
タノール、トルエン）、可塑剤等を適当量加えてスラリ
ー状の空気側電極の原料とする。この状態では、各ナイ
ロン短繊維の配向方向は無秩序にあらゆる方向に向いて
いる。このスラリー状の原料に静磁場を印加しながら、
ドクターブレード法によって厚み４０μｍの空気側電極
のグリーンシートを作製した。このとき、グリーンシー
トは静磁場に対して、その厚み方向が平行な状態で作製
される。従って、グリーンシートに含まれている各ナイ
ロン短繊維はグリーンシートの厚み方向に略配向してい
る。
法について説明する。燃料側電極のグリーンシート製造
方法と同様に、粉末状のランタンマンガナイトに前記ナ
イロン短繊維を所定量加えて混合する。そして、得られ
た混合物１００重量％に対して１５重量％の結合剤（例
えば、ポリビニルブチラール系バインダ）及び溶剤（エ
タノール、トルエン）、可塑剤等を適当量加えてスラリ
ー状の空気側電極の原料とする。この状態では、各ナイ
ロン短繊維の配向方向は無秩序にあらゆる方向に向いて
いる。このスラリー状の原料に静磁場を印加しながら、
ドクターブレード法によって厚み４０μｍの空気側電極
のグリーンシートを作製した。このとき、グリーンシー
トは静磁場に対して、その厚み方向が平行な状態で作製
される。従って、グリーンシートに含まれている各ナイ
ロン短繊維はグリーンシートの厚み方向に略配向してい
る。
【００１０】さらに、固体電解質となるイットリウム安
定化酸化ジルコニウムのグリーンシートを作製した。す
なわち、粉末状のイットリウム安定化酸化ジルコニウム
１００重量％に対して１５重量％の結合剤（例えばポリ
ビニルブチラール系バインダ）及び溶剤（エタノール、
トルエン）、可塑剤等を適当量加えてスラリー化し、ド
クターブレード法によって、このスラリーから固体電解
質グリーンシートを作製した。
定化酸化ジルコニウムのグリーンシートを作製した。す
なわち、粉末状のイットリウム安定化酸化ジルコニウム
１００重量％に対して１５重量％の結合剤（例えばポリ
ビニルブチラール系バインダ）及び溶剤（エタノール、
トルエン）、可塑剤等を適当量加えてスラリー化し、ド
クターブレード法によって、このスラリーから固体電解
質グリーンシートを作製した。
【００１１】作製された固体電解質グリーンシートを適
当枚数重ねたものに、燃料側電極のグリーンシートと空
気側電極のグリーンシートをそれぞれ上下から重ねて圧
着し、所定の大きさに裁断して成形体を得た。この成形
体を４００℃の温度下で３時間にわたって加熱して結合
剤を飛散させた後、毎分１℃の速度で１３００℃まで昇
温し、この温度下で２時間焼成した。この焼成によっ
て、ナイロン短繊維は飛散して、ナイロン短繊維跡に成
形体の厚み方向に略配向している開気孔が形成されるこ
ととなる。この後、室温まで冷却することによって、多
孔質電極である燃料側電極２と空気側電極３を表裏面に
設けた固体電解質１を得た（図３参照）。
当枚数重ねたものに、燃料側電極のグリーンシートと空
気側電極のグリーンシートをそれぞれ上下から重ねて圧
着し、所定の大きさに裁断して成形体を得た。この成形
体を４００℃の温度下で３時間にわたって加熱して結合
剤を飛散させた後、毎分１℃の速度で１３００℃まで昇
温し、この温度下で２時間焼成した。この焼成によっ
て、ナイロン短繊維は飛散して、ナイロン短繊維跡に成
形体の厚み方向に略配向している開気孔が形成されるこ
ととなる。この後、室温まで冷却することによって、多
孔質電極である燃料側電極２と空気側電極３を表裏面に
設けた固体電解質１を得た（図３参照）。
【００１２】こうして得られた２種類の実施例品１，２
を気孔率及び発電能力について評価した。評価結果を表
１に示す。比較のために、グリーンシート作製時に静磁
場を印加しないということ以外は、前記製造方法と同様
の方法で作製した従来品１，２の評価結果も合わせて示
す。
を気孔率及び発電能力について評価した。評価結果を表
１に示す。比較のために、グリーンシート作製時に静磁
場を印加しないということ以外は、前記製造方法と同様
の方法で作製した従来品１，２の評価結果も合わせて示
す。
【００１３】
【表１】
【００１４】電極２，３の気孔率は、電極断面のＳＥＭ
写真を撮り、その写真を画像解析することにより算出し
た。また、図４に示すように、電極２，３にそれぞれ燃
料ガス供給管７ａ，空気供給管７ｂを取り付けて燃料電
池を作製した。この燃料電池を測定回路１９に接続し、
発電能力を測定した。すなわち、燃料電池を１０００℃
の温度に保持しながら、燃料ガスと空気をそれぞれ電極
２，３に供給し、固体電解質１を介して電極反応を起こ
させ、かつ、電流計１１にて観察しながら単位電極面積
当たり０．３Ａ／ｃｍ2の電流が流れる状態下の燃料電
池に発生する電圧値を電圧計１０で測定した。なお、８
ａ，８ｂは白金線、９は可変抵抗器である。この発電能
力の値が大きいほど電極のガス透過性が優れ、かつ、電
池としての性能も優れていることになる。表１は、実施
例品１，２が従来例品１，２より大きな発電能力を有し
ていることが示されている。
写真を撮り、その写真を画像解析することにより算出し
た。また、図４に示すように、電極２，３にそれぞれ燃
料ガス供給管７ａ，空気供給管７ｂを取り付けて燃料電
池を作製した。この燃料電池を測定回路１９に接続し、
発電能力を測定した。すなわち、燃料電池を１０００℃
の温度に保持しながら、燃料ガスと空気をそれぞれ電極
２，３に供給し、固体電解質１を介して電極反応を起こ
させ、かつ、電流計１１にて観察しながら単位電極面積
当たり０．３Ａ／ｃｍ2の電流が流れる状態下の燃料電
池に発生する電圧値を電圧計１０で測定した。なお、８
ａ，８ｂは白金線、９は可変抵抗器である。この発電能
力の値が大きいほど電極のガス透過性が優れ、かつ、電
池としての性能も優れていることになる。表１は、実施
例品１，２が従来例品１，２より大きな発電能力を有し
ていることが示されている。
【００１５】以上のことから、実施例品１，２の方が電
極２，３のガス透過性に優れていることがわかる。な
お、本発明に係る多孔質電極の製造方法は前記実施例に
限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形
することができる。特に、前記実施例では固体電解質型
燃料電池の燃料側電極及び空気側電極に適用した場合を
説明したが、これ以外、例えばガスセンサや湿度センサ
の多孔質電極に適用してもよい。
極２，３のガス透過性に優れていることがわかる。な
お、本発明に係る多孔質電極の製造方法は前記実施例に
限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形
することができる。特に、前記実施例では固体電解質型
燃料電池の燃料側電極及び空気側電極に適用した場合を
説明したが、これ以外、例えばガスセンサや湿度センサ
の多孔質電極に適用してもよい。
【００１６】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、静磁場の印加によって、電極の厚み方向に揃え
られ有機高分子繊維を、焼成の際に飛散させて高分子繊
維跡に電極の厚み方向に略配向している開気孔を形成す
ることができる。従って、電極のガス透過性を従来より
アップさせることができ、かつ、集電性にも優れた多孔
質電極を得ることができる。
よれば、静磁場の印加によって、電極の厚み方向に揃え
られ有機高分子繊維を、焼成の際に飛散させて高分子繊
維跡に電極の厚み方向に略配向している開気孔を形成す
ることができる。従って、電極のガス透過性を従来より
アップさせることができ、かつ、集電性にも優れた多孔
質電極を得ることができる。
【００１７】この結果、ガスセンサ、湿度センサ及び燃
料電池等の性能を向上させることが可能になる。
料電池等の性能を向上させることが可能になる。
【図１】本発明に係る多孔質電極の製造方法の一実施例
を示す製造手順を説明するための組成図。
を示す製造手順を説明するための組成図。
【図２】図１に続く製造手順を説明するための組成図。
【図３】図１に示した多孔質電極を表裏面に設けた固体
電解質の構造図。
電解質の構造図。
【図４】図１に示した多孔質電極を備えた燃料電池の発
電能力を測定するための測定回路を示す電気回路図。
電能力を測定するための測定回路を示す電気回路図。
２…燃料側電極 ２Ａ…燃料側電極原料 ２Ｂ…燃料側電極グリーンシート ２ａ…導電体粉末 ２ｂ…結合剤、溶剤及び可塑剤等 ２ｃ…ナイロン短繊維（有機高分子繊維）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｂ 1/20 Ｚ 7244−5Ｇ
Claims (1)
- 【請求項１】 磁性体粉末と複合化して長さ方向に磁気
極性を有した有機高分子繊維と、導電体粉末と、結合剤
と、溶剤とを混合して電極原料を作製する工程と、 前記電極原料に静磁場を印加して前記有機高分子繊維の
配向方向を電極の厚み方向に揃えた状態で、前記電極原
料にて電極を成形する工程と、 前記成形された電極を焼成して前記有機高分子繊維を飛
散させ、多孔質電極を作製する工程と、 を備えたことを特徴とする多孔質電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4209122A JPH0656554A (ja) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | 多孔質電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4209122A JPH0656554A (ja) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | 多孔質電極の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0656554A true JPH0656554A (ja) | 1994-03-01 |
Family
ID=16567656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4209122A Pending JPH0656554A (ja) | 1992-08-05 | 1992-08-05 | 多孔質電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0656554A (ja) |
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1992
- 1992-08-05 JP JP4209122A patent/JPH0656554A/ja active Pending
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