JPH067489B2 - Flexible water-repellent firing carbon substrate and its manufacturing method, fuel cell electrode and fuel cell - Google Patents

Flexible water-repellent firing carbon substrate and its manufacturing method, fuel cell electrode and fuel cell

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JPH067489B2
JPH067489B2 JP59216229A JP21622984A JPH067489B2 JP H067489 B2 JPH067489 B2 JP H067489B2 JP 59216229 A JP59216229 A JP 59216229A JP 21622984 A JP21622984 A JP 21622984A JP H067489 B2 JPH067489 B2 JP H067489B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、可撓性をもたせた撥水性焼成カーボン基板と
その製造法、該カーボン基板を用いた燃料電池用電極並
びに燃料電池に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a water-repellent fired carbon substrate having flexibility, a method for producing the same, a fuel cell electrode using the carbon substrate, and a fuel cell.

本発明のカーボン基板は、メタノール燃料電池の電極用
基板として使用するのに好適であり、特に単電池を複数
個積層し積層地としたものに使用するのが好適である。
The carbon substrate of the present invention is suitable for use as an electrode substrate of a methanol fuel cell, and particularly preferably for use as a laminated base formed by laminating a plurality of unit cells.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

メタノール燃料電池或はリン酸を電解質とし水素を燃料
とする燃料電蓄において、電極は通常、多孔質導電性基
板と触媒層とから構成される。多孔質導電性基板にはカ
ーボン基板が多く用いられており、なかでもメタノール
燃料電都ではカーボンペーパが用いられることが多い。
この種の燃料電池用電極の一例が特開昭56−96458号公
報に記載されている。
In a methanol fuel cell or fuel storage using phosphoric acid as an electrolyte and hydrogen as a fuel, the electrode is usually composed of a porous conductive substrate and a catalyst layer. A carbon substrate is often used as the porous conductive substrate, and in particular, carbon paper is often used in the methanol fuel cell.
An example of this type of fuel cell electrode is described in JP-A-56-96458.

この公報には、開放細孔を有する導電性炭素布の表面
に、触媒炭素粒子と撥水性結着剤との均一混合物よりな
る触媒層を形成して燃料電池用電極とすることが記載さ
れている。開放細孔を有する導電性炭素布は、予備焼成
炭素質織物類を高温で炭化して作られること、触媒炭素
粒子は炭素担体粒子上に析出した触媒金属粒子を含むこ
とが記載されている。
This publication describes forming a catalyst layer composed of a uniform mixture of catalytic carbon particles and a water-repellent binder on the surface of a conductive carbon cloth having open pores to form a fuel cell electrode. There is. It is described that the conductive carbon cloth having open pores is made by carbonizing a pre-fired carbonaceous fabric at a high temperature, and the catalytic carbon particles include catalytic metal particles deposited on the carbon support particles.

本発明者らの研究によれば、炭素質織物類を炭化したも
のは非常に脆い。たとえばカーボン繊維と有機系バイン
ダーよりなるカーボンペーパは、わん曲されるとたやす
く折れて分断してしまう。カーボンペーパが脆いこと
は、前記公報の中でも記載されている。たとえば第4頁
左下欄5〜10行参照。
According to the study by the present inventors, carbonized carbonaceous fabrics are very brittle. For example, carbon paper consisting of carbon fibers and an organic binder easily breaks and divides when bent. The brittleness of carbon paper is also described in the above publication. See, for example, page 4, lower left column, lines 5-10.

このように脆いカーボン基板を用いて電極を作り、積層
構造の燃料電池を組み立てるときには非常に問題が多
い。たとえば単電池を積層し締付けを行う際にカーボン
基板が破断してしまう。カーボン基板が破断すると燃料
洩れ或は酸化剤洩れが生じる。更に燃料電池を移動電源
として使用するときにも問題が多く、何度かくり返し使
用しているうちにカーボン基板が破損し、やはり燃料洩
れ或は酸化剤洩れを生じてしまう。
There are many problems when assembling a fuel cell having a laminated structure by forming electrodes using such a brittle carbon substrate. For example, the carbon substrate is broken when the cells are stacked and tightened. When the carbon substrate is broken, fuel leakage or oxidant leakage occurs. Further, there are many problems when the fuel cell is used as a mobile power source, and the carbon substrate is damaged during repeated use, resulting in fuel leakage or oxidant leakage.

メタノール燃料電池は、燃料の安全性や電池電圧が低い
ことなどから小型移動電源に適しており、たとえば家庭
電気製品の移動電源、レジャー用電気製品の電源として
有望である。したがつて電力用燃料電池等の静置型に比
し、電池形状そのものの多様化や製品としての振動等に
対する耐久性が要求される。脆いカーボン基板を、この
ような移動電源用メタノール燃料電池に使用するのは不
適当である。
The methanol fuel cell is suitable for a small mobile power source because of safety of fuel and low battery voltage, and is promising as a mobile power source for household electric appliances and a power source for leisure electric appliances, for example. Therefore, compared with the stationary type such as a fuel cell for electric power, it is required to have durability against diversification of cell shape and vibration as a product. It is inappropriate to use a brittle carbon substrate in such a methanol fuel cell for a mobile power source.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、カーボンペーパを用いた可撓性を有す
る燃焼基板を提供するにある。
An object of the present invention is to provide a flexible combustion substrate using carbon paper.

本発明の他の目的は、カーボンペーパを用いた可撓性を
有する焼成基板の製造法を提供するにある。
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a flexible fired substrate using carbon paper.

本発明の更に他の目的は、カーボンペーパを用い可撓性
を付与した撥水性焼成基板を導電性基板として有する燃
料電池用電極およびかかる電極を用いた燃料電極を提供
するにある。
Yet another object of the present invention is to provide an electrode for a fuel cell having a water-repellent fired substrate made of carbon paper and having flexibility as a conductive substrate, and a fuel electrode using such an electrode.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明の焼成基板は、カーボンペーパの空隙部にポリテ
トラフルオロエチレンが含浸されたものからなり且つカ
ーボンペーパを構成するカーボン繊維が細かく切断さ
れ、該切断部の1箇所以上に前記ポリテトラフルオロエ
チレンが含浸されている。
The fired substrate of the present invention comprises a carbon paper in which voids are impregnated with polytetrafluoroethylene, and the carbon fibers constituting the carbon paper are finely cut, and the polytetrafluoroethylene is cut at one or more locations of the cut portion. Is impregnated.

本発明は、市販のカーボンペーパにポリテトラフルオロ
エチレンを被覆し焼成したのち圧延加工したものが可撓
性を有するという発見に基づいている。
The present invention is based on the discovery that commercially available carbon paper is coated with polytetrafluoroethylene, fired, and then rolled to have flexibility.

市販のカーボンペーパは、カーボン繊維とバインダーよ
り成つており、2000℃以上の高温で焼成されて炭化して
いる。カーボンペーパとしては、種々の厚さのものが市
販されており、メタノール燃料電池用には0.1〜1mm
の厚さのものが適する。市販のカーボンペーパのバイン
ダーにはフエノール樹脂等の有機系バインダーが使用さ
れており、このバインダーも高温での焼成により炭化し
ている。すなわち市販の焼成カーボンペーパにおいて
は、バインダーは結着剤としての機能を全く有していな
いか或は殆ど有していない。
Commercially available carbon paper is composed of carbon fiber and binder, and is carbonized by firing at a high temperature of 2000 ° C or higher. Carbon paper with various thicknesses is commercially available, and 0.1 to 1 mm for methanol fuel cells.
The thickness of is suitable. An organic binder such as a phenol resin is used as a binder for commercially available carbon paper, and this binder is also carbonized by firing at high temperature. That is, in commercially available calcined carbon paper, the binder has no or almost no function as a binder.

このように炭化したカーボンペーパは、円弧状に少し折
り曲げただけで容易に破断してしまうことは既に述べた
とおりである。
As described above, the carbonized carbon paper is easily broken by simply bending it into an arc shape.

カーボンペーパを燃料電池用電極の基板に用いる場合に
は、撥水化処理して用いることが多い。撥水化処理は、
たとえばポリテトラフルオロエチレンけんだく液をカー
ボンペーパに含浸することにより行われる。
When carbon paper is used as a substrate for a fuel cell electrode, it is often used after being made water repellent. The water repellent treatment is
For example, it is carried out by impregnating carbon paper with polytetrafluoroethylene suspension.

本発明者らは、このようにカーボンペーパをポリテトラ
フルオロエチレンで処理したものを焼成後、圧延するこ
とによつて可撓性を付与させることに成功し、可撓性と
撥水性を具えた焼成カーボン基板を得ることに成功し
た。更に圧延後、焼成するようにしも可撓性を付与でき
ることを知つた。但し、この場合には、圧延後の焼成に
よる基板の変形がごく僅かではある。
The present inventors succeeded in imparting flexibility by firing and rolling carbon paper thus treated with polytetrafluoroethylene, and provided flexibility and water repellency. We succeeded in obtaining a fired carbon substrate. Further, it has been found that flexibility can be imparted by firing after rolling. However, in this case, the deformation of the substrate due to the firing after rolling is very small.

市販のカーボンペーパをポリテトラフルオロエチレンで
処理したのち焼成,圧延したもの或は圧延後焼成したも
のについて、その構造を調べたところ次の構成を有する
ことわかつた。すなわち、カーボンペーパにおけるカー
ボン繊維が細かく切断されており、カーボン繊維間の空
隙部の実質的全部およびカーボン繊維切断部の少なくと
も1つにポリテトラフルオロエチレンが含浸された構造
を有する。
The structure of commercially available carbon paper which had been treated with polytetrafluoroethylene and then calcined and rolled, or calcined and then calcined was found to have the following constitution. That is, the carbon fibers in the carbon paper are finely cut, and substantially all of the voids between the carbon fibers and at least one of the cut portions of the carbon fibers are impregnated with polytetrafluoroethylene.

圧延前のカーボン基板には、カーボン繊維の切断部は殆
ど見られず、カーボン繊維間の空隙部にのみポリテトラ
フルオロエレンが含浸されている。本発明のカーボン基
板は、圧延によつてカーボン繊維が切断され、そこへカ
ーボン繊維間の空隙部に含浸されていたポリテトラフル
オロエチレンの一部が押し流されて侵入している。
On the carbon substrate before rolling, almost no cut portions of carbon fibers were seen, and only the voids between the carbon fibers were impregnated with polytetrafluoroelene. In the carbon substrate of the present invention, the carbon fibers are cut by rolling, and part of the polytetrafluoroethylene impregnated in the voids between the carbon fibers is washed away and invaded therein.

本発明のカーボン基板においてカーボン繊維の切断部の
数は、1mm2当り20個以上が望ましく、なるべく30
0個を超えないことが望ましい。カーボン繊維の切断部
の数が少ないと可撓性が付与されず、多すぎると強度的
に弱いものとなり、燃料電池電極用基板として適さな
い。1mm2当り20個以上のカーボン繊維切断部の数
は、通常の市販の焼成カーボンペーパにおけるカーボン
繊維切断部の数を大きく上回るものであり、圧延又はプ
レス加工等の加工を施すことによつて得られる。カーボ
ン繊維の切断部の数の特に好適な範囲は、50〜150
個である。
In the carbon substrate of the present invention, the number of carbon fiber cut portions is preferably 20 or more per 1 mm 2 , and is preferably 30.
It is desirable not to exceed 0. If the number of cut parts of the carbon fiber is small, flexibility is not imparted, and if it is too large, the strength becomes weak and it is not suitable as a substrate for fuel cell electrodes. The number of carbon fiber cut parts of 20 or more per 1 mm 2 is much larger than the number of carbon fiber cut parts of ordinary commercially available calcined carbon paper, and can be obtained by applying processing such as rolling or pressing. To be A particularly preferable range of the number of cut portions of carbon fiber is 50 to 150.
It is an individual.

カーボン繊維の切断部に侵入したポリテトラフルオロエ
チレンは、切断されたカーボン繊維を接合するバインダ
ーの役目を果している。このようなポリテトラフルオロ
エチレンによるバインダー作用は、市販の焼成カーボン
ペーパをポリテトラフルオロエチレンで処理しただけの
ものにはない。ポリテトラフルオロエチレンは、カーボ
ン繊維切断部の全数に侵入しているのが最も好ましく、
少なくとも切断部の数の1/3以上に侵入していること
が望ましい。
The polytetrafluoroethylene that has penetrated into the cut portion of the carbon fiber serves as a binder for joining the cut carbon fibers. Such a binder action of polytetrafluoroethylene is not found only in the case where commercially available calcined carbon paper is treated with polytetrafluoroethylene. Polytetrafluoroethylene most preferably penetrates into all the carbon fiber cuts,
It is desirable that at least 1/3 of the number of cut portions penetrates.

カーボンペーパをポリテトラフルオロエチレンで処理し
たのち圧延することによつて、カーボン繊維間の空隙部
に含浸されたポリテトラフルオロエチレンとカーボン繊
維との界面の一部に隙間ができる。この隙間はカーボン
基板に可撓性を与えるために、かえつて好ましい。
By treating the carbon paper with polytetrafluoroethylene and then rolling, a gap is formed at a part of the interface between the polytetrafluoroethylene impregnated in the voids between the carbon fibers and the carbon fibers. This gap is rather preferable because it gives flexibility to the carbon substrate.

本発明によるカーボン基板の最終厚さは、0.1〜1mm
であることが望ましい。カーボン基板の厚さが厚くなる
と、基板の内部のカーボン繊維が切断されにくくなり、
可撓性が悪くなる。カーボン基板の最小厚さは、カーボ
ンペーパの製造上から決定されるものであり、製造可能
な最小厚さまで本発明が適用可能であり、可撓性を付与
できる。
The final thickness of the carbon substrate according to the present invention is 0.1 to 1 mm.
Is desirable. When the thickness of the carbon substrate becomes thicker, the carbon fibers inside the substrate become difficult to cut,
Flexibility becomes poor. The minimum thickness of the carbon substrate is determined in terms of manufacturing carbon paper, and the present invention can be applied to the minimum thickness that can be manufactured, and flexibility can be imparted.

本発明のカーボン基板の製造法は、カーボンペーパにポ
リテトラフルオロエチレンけんだく液を含浸する工程、
その後、ポリテトラフルオロエチレンの溶融温度以上且
つ分解温度以下で焼成する工程、圧延又はプレス加工す
る工程とを有する。焼成工程後に圧延又はプレス加工を
行うことが望ましい。逆にしてもよい。前記焼成温度
は、330〜400℃の範囲にすることが望ましい。こ
の焼成工程はポリテトラフルオロエチレンにバインダー
としての機能を与えるために必要である。
The method for manufacturing a carbon substrate of the present invention comprises a step of impregnating carbon paper with polytetrafluoroethylene suspension,
Then, it has the process of baking above the melting temperature of polytetrafluoroethylene, and below decomposition temperature, and the process of rolling or pressing. It is desirable to perform rolling or pressing after the firing step. You may reverse. The firing temperature is preferably in the range of 330 to 400 ° C. This firing step is necessary to give polytetrafluoroethylene a function as a binder.

カーボン繊維を切断する手段として圧延又はプレス加工
を適用することができる。この際の板厚減少率は60〜
80%にするのが望ましい。
Rolling or pressing can be applied as a means for cutting the carbon fibers. The thickness reduction rate at this time is 60-
80% is desirable.

本発明のカーボン基板上に触媒層を形成することにより
燃料電池用電極が得られる。触媒層の構成は、触媒活性
成分担持導電性粒子と結着剤よりなる。導電性粒子はカ
ーボン粒子からなることが望ましく、アセチレンブラツ
ク、フアーネスブラツクなどを用いることができる。触
媒活性成分は元素周期律表のVIII族から選ばれた貴金属
たとえば白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イ
ソジウムなどから選ばれ、特に白金が好ましい。カーボ
ン基板上に触媒層を形成する方法については周知の方法
のいずれも可能であり、たとえば、特開昭56−96458
号公報に記載の手段を適用することができる。
A fuel cell electrode is obtained by forming a catalyst layer on the carbon substrate of the present invention. The catalyst layer is composed of conductive particles carrying a catalytically active component and a binder. The conductive particles are preferably composed of carbon particles, and acetylene black, furnace black or the like can be used. The catalytically active component is selected from the noble metals selected from Group VIII of the Periodic Table of the Elements, such as platinum, ruthenium, rhodium, palladium, isodium, etc., with platinum being particularly preferred. Any known method can be used for forming the catalyst layer on the carbon substrate. For example, JP-A-56-96458.
The means described in the publication can be applied.

触媒層における結着剤にはポリテトラフルオロエチレン
を用いることが望ましく、このポリテトラフルオロエチ
レンをバインダーとして作用させるために触媒層形成
後、ポリテトラフルオロエチレンの溶融温度以上、分解
温度以下で焼成することが必要である。この焼成温度も
330〜400℃の範囲とすることが望ましい。
It is desirable to use polytetrafluoroethylene as the binder in the catalyst layer, and after the catalyst layer is formed in order to cause this polytetrafluoroethylene to act as a binder, it is fired at a melting temperature of polytetrafluoroethylene or higher and a decomposition temperature or lower. It is necessary. This firing temperature is also desirably in the range of 330 to 400 ° C.

ポリテトラフルオロエチレン処理したカーボンペーパを
用いて燃料電池を製造する場合には、カーボン基板製造
時の圧延又はプレス工程を触媒層形成後にずらすことが
できる。すなわち触媒層を形成し焼成したあとに圧延又
はプレス加工してもよい。触媒層の最終厚さは0.05
〜0.5mmの範囲が望ましい。
When a fuel cell is manufactured using polytetrafluoroethylene-treated carbon paper, the rolling or pressing process in manufacturing the carbon substrate can be shifted after the catalyst layer is formed. That is, rolling or pressing may be performed after the catalyst layer is formed and fired. Final thickness of catalyst layer is 0.05
A range of up to 0.5 mm is desirable.

本発明の燃料電池は、対向する一対の電極と燃料室と酸
化剤室を有する。一対の電極のアノードを燃料極と称
し、カソードを酸化剤極と称することができる。メタノ
ール燃料電池では、燃料室にメタノールを含むアノライ
トが導入され、酸化剤室に空気が導入される。一対の電
極間には電解質が導入されるが、この導入は電解質を含
んだイオン交換膜を用いることによつて行うことができ
る。
The fuel cell of the present invention has a pair of electrodes, a fuel chamber, and an oxidant chamber that face each other. The anode of the pair of electrodes can be referred to as a fuel electrode, and the cathode can be referred to as an oxidant electrode. In a methanol fuel cell, anolyte containing methanol is introduced into the fuel chamber and air is introduced into the oxidant chamber. An electrolyte is introduced between the pair of electrodes, and this introduction can be performed by using an ion exchange membrane containing the electrolyte.

メタノール燃料電池は、単電池を複数個積層して用いら
れる。この際に、ボルトなどにより積層した単電池の締
め付けがなされる。締付け圧力は40セルの積層で約3
Kg/mm2にもなる。本発明のカーボン基板を電極用基板
として用いた燃料電池は、この締付け圧力によつて破断
することがない。
The methanol fuel cell is used by stacking a plurality of unit cells. At this time, the stacked unit cells are tightened with bolts or the like. The tightening pressure is about 3 with a 40 cell stack.
It can reach Kg / mm 2 . The fuel cell using the carbon substrate of the present invention as the electrode substrate does not break due to this tightening pressure.

メタノール燃料電池においては、カソードの触媒層の細
孔径及び/又は細孔容積と、アノードの触媒層の細孔径
及び/又は細孔容積を違え、カソードのそれを大にする
ことが望ましい。これにより電池電圧をより高めること
が可能である。触媒層の細孔径及び/又は細孔容積をア
ノードとカソードとの間で違えるために、圧延又はプレ
ス加工を触媒層形成後に行うようにし、且つそのときの
板圧下率を変えることが望ましい。具体的には、アノー
ドについては、板厚が加工前の厚さよりも20〜40%
薄くなるように加工すなわち加工前の板厚の60〜80
%の板厚になるように加工することが望ましい。カソー
ドについては、加工前の板厚の80%よりも薄くしない
こと、望ましくは加工前の厚さの15〜20%未満の板
厚減少にとどめることが望ましい。
In a methanol fuel cell, it is desirable to make the pore size and / or pore volume of the cathode catalyst layer different from the pore size and / or pore volume of the catalyst layer of the anode so as to make it larger in the cathode. This makes it possible to further increase the battery voltage. In order to make the pore diameter and / or the pore volume of the catalyst layer different between the anode and the cathode, it is desirable to perform rolling or pressing after the catalyst layer is formed and to change the plate reduction rate at that time. Specifically, for the anode, the plate thickness is 20 to 40% of the thickness before processing.
Processing to make it thin, that is, 60 to 80 of the plate thickness before processing
It is desirable to process so that the plate thickness becomes%. Regarding the cathode, it is desirable that the thickness is not less than 80% of the plate thickness before processing, and preferably the plate thickness reduction is 15 to less than 20% of the plate thickness before processing.

〔発明の実施例〕Example of Invention

第1図に、一例として本発明によるメタノール燃料電池
の単セル(単電池)の断面図を示す。実際の電池は、こ
れが多数積層された形となる。
FIG. 1 shows a sectional view of a single cell (single cell) of a methanol fuel cell according to the present invention as an example. An actual battery has a form in which a large number of these are stacked.

メタノール燃料電池の単セル構成において、一対の対向
配置された電極すなわちアノード3及びカソード8とそ
れらの電極間に挾まれた電解質保持イオン交換膜11を
有する。アノード3は導電性多孔質基板4と該基板の少
なくとも電解質側表面に形成された触媒活性成分担持導
電性多孔質粒子層5とよりなる。カソード8は、導電性
多孔質基板9と該基板の少なくとも電解質側表面に形成
された触媒活性成分担持導電性多孔質粒子層10とより
なる。
A single cell structure of a methanol fuel cell has a pair of opposed electrodes, that is, an anode 3 and a cathode 8, and an electrolyte-retaining ion exchange membrane 11 sandwiched between these electrodes. The anode 3 comprises a conductive porous substrate 4 and a catalytically active component-supporting conductive porous particle layer 5 formed on at least the surface of the substrate on the electrolyte side. The cathode 8 comprises a conductive porous substrate 9 and a catalytically active component-supporting conductive porous particle layer 10 formed on at least the electrolyte-side surface of the substrate.

アノード3の電解質側に対して反対側には燃料分離板1
を有し、この燃料分離板(集電板)1のアノードに接す
る面には、メタノールを含むアノーライトを供給するた
めの複数個の溝を有する。これらの溝と各溝の開口部を
覆うアノードとによつて燃料室2と称する空間が形成さ
れる。
The fuel separating plate 1 is provided on the side opposite to the electrolyte side of the anode 3.
The surface of the fuel separation plate (collector plate) 1 in contact with the anode has a plurality of grooves for supplying annolyte containing methanol. A space called a fuel chamber 2 is formed by these grooves and the anode covering the openings of the respective grooves.

同様にカソード8の電解質側に対して反対側にはガス分
離板(集電板)6を有し、ガス分離板6のカソード側に
は酸素を含むガスを供給するための複数個の溝を有す
る。これらの溝と各溝の開口部を覆うアノードによつて
酸化剤室7と称する空間が形成される。
Similarly, a gas separating plate (current collecting plate) 6 is provided on the opposite side of the cathode 8 from the electrolyte side, and a plurality of grooves for supplying a gas containing oxygen are provided on the cathode side of the gas separating plate 6. Have. A space called an oxidant chamber 7 is formed by these grooves and the anode covering the openings of the grooves.

第1図に示す構造は、メタノール燃料電池の単セルのき
わめて一般的な構造と同じである。このような単セルを
積層して電池を形成するとき、セル間の接触抵抗をでき
るだけ小さくするため締め付けを十分行う。その際、分
離板(集電板)1と6のリブ12により電極3と8が押
しつけられる結果、比較的硬い電極は部分的に破損す
る。その結果、燃料であるメタノールの酸化剤極への回
り込みや酸化剤室への電解液の漏れ込み等により、電池
性能は低下する。
The structure shown in FIG. 1 is the same as a very general structure of a single cell of a methanol fuel cell. When stacking such single cells to form a battery, sufficient tightening is performed to minimize the contact resistance between the cells. At that time, the ribs 12 of the separation plates (current collectors) 1 and 6 press the electrodes 3 and 8 together, so that the relatively hard electrode is partially damaged. As a result, the battery performance deteriorates due to the fact that methanol, which is the fuel, goes around to the oxidizer electrode and the electrolyte solution leaks into the oxidizer chamber.

以上のことから、積層電池の締付けによる電極の損傷を
防止する必要がある。そのためには、電極全体を可撓性
にする必要がある。
From the above, it is necessary to prevent damage to the electrodes due to tightening of the laminated battery. For that purpose, it is necessary to make the entire electrode flexible.

電極を可撓性にする一つの手段としては、電極基板であ
る導電性多孔質基板としてカーボンペーパの代りに、カ
ーボンフエルトを用いる方法がある。しかしながらこの
種のもので市販されているものは全て電気抵抗が高く
(1Ω・cm2以上)IR損による出力低下が大きく実用
的な基板材とはいえない。
One way to make the electrodes flexible is to use carbon felt instead of carbon paper as the conductive porous substrate which is the electrode substrate. However, all of the commercially available products of this type have high electric resistance (1 Ω · cm 2 or more), and output reduction due to IR loss is large, and it cannot be said to be a practical substrate material.

そこで従来用いてきた電極を圧延加工した場合について
検討した。
Therefore, we examined the case where the electrode used conventionally is rolled.

その結果、従来型電極をローラにかけることにより大き
な可撓性がもたらせることを見い出した。又、プレス加
工しても同様の結果が得られた。
As a result, they have found that applying conventional electrodes to the rollers provides great flexibility. Also, the same result was obtained by pressing.

アノードにおいては、液状の燃料を用いることから初期
電極厚みの80%以下に設定したローラ間を数回以上通
過させることにより良好な燃料極とすることができた。
この圧延寸法は望ましくは、電極初期厚みの60〜80
%である。一方空気極においては、ガス拡散電極なの
で、電極を圧延して薄くすると電解液によつてガス拡散
が阻害され性能が低下するので、電極初期厚みの80%
以上にするのが望ましい。
Since the liquid fuel is used in the anode, a good fuel electrode can be obtained by passing the liquid between the rollers set to 80% or less of the initial electrode thickness several times or more.
This rolling dimension is preferably 60 to 80 of the initial electrode thickness.
%. On the other hand, in the air electrode, since it is a gas diffusion electrode, if the electrode is rolled and thinned, gas diffusion is hindered by the electrolytic solution and the performance deteriorates.
It is desirable to make it above.

実施例1 市販の0.4mm厚さのカーボンペーパを圧延した。この
市販のカーボンペーパは、カーボン繊維と有機バインダ
ーにより構成され、高温焼成により炭化している。圧延
前のカーボンペーパは、折り曲げると曲げ角度60゜で
割れて破断してしまつた。圧延したものは60゜の角度
に折り曲げても割れず、直径5cmの円筒を作ることがで
きた。
Example 1 Commercially available 0.4 mm thick carbon paper was rolled. This commercially available carbon paper is composed of carbon fibers and an organic binder and carbonized by high temperature firing. When the carbon paper before rolling was bent, it cracked and broke at a bending angle of 60 °. The rolled product did not break even when bent at an angle of 60 °, and a cylinder having a diameter of 5 cm could be produced.

前述の2つのカーボンペーパおよび市販のカーボンフエ
ルトについて、燃料電池用電極への適用可能性をみるた
め電気抵抗を測定した。電気抵抗の測定は、集電板とな
る2つの金属板間にカーボンペーパ又はカーボンフエル
トを挾み、金属板を押しつけることによつて測定した。
電気抵抗と押付け圧力との関係を第2図に示す。
The electric resistances of the above-mentioned two carbon papers and commercially available carbon felts were measured in order to see the applicability to electrodes for fuel cells. The electric resistance was measured by sandwiching a carbon paper or carbon felt between two metal plates serving as a current collector and pressing the metal plate.
The relationship between the electric resistance and the pressing pressure is shown in FIG.

カーボンペーパは、圧延によつて電気抵抗が更に若干低
くなり、燃料電蓄電極用基板としてより適するようにな
る。
Carbon paper has a slightly lower electric resistance due to rolling, and is more suitable as a substrate for fuel storage electrodes.

実施例2 本実施例では、従来使用してきたアノード及びカソード
を電極初期厚みの約70%にローラ圧延したものについ
て、電極の可撓性,電気抵抗,厚みの変化,アノードの
単極電位及びカソードの単極電位の測定結果を述べる。
Example 2 In this example, the conventionally used anode and cathode were rolled to about 70% of the initial electrode thickness, and the flexibility of the electrode, the electrical resistance, the change in thickness, the unipolar potential of the anode and the cathode were measured. The measurement result of the unipolar potential of is described.

アノード及びカソードは以下に記述する手順で作成し
た。
The anode and cathode were prepared by the procedure described below.

アノード:フアーネスブラツクへ白金及びルテニウムを
原子比で1:1になるように湿式還元した触媒粉末(3
0重量%Pt担持)とポリフロンデイスパージヨンD−
1(ダイキン工業k.k製)を加えてポリテトラフルオ
ロエチレン(以下PTFEと略記する)量が30重量%
となるにした混練物を、あらかじめPTFE処理したカ
ーボンペーパ基材(4mgPTFE/cm2)へ塗布し、
空気中で300℃で30分焼成した。
Anode: Fannes Black catalyst powder (3 with wet reduction of platinum and ruthenium in an atomic ratio of 1: 1)
0% by weight Pt supported) and Polyflon Dispersion D-
1 (manufactured by Daikin Industries, Ltd.) was added, and the amount of polytetrafluoroethylene (hereinafter abbreviated as PTFE) was 30% by weight.
The resulting kneaded product is applied to a carbon paper base material (4 mg PTFE / cm 2 ) which has been previously treated with PTFE,
It was calcined in air at 300 ° C. for 30 minutes.

カーソード:フアーネスブラツクへ白金を湿式還元した
触媒粉末(30重量%Pt担持)とPTFEが30重量
%となるようにした混練物を、あらかじめPTFE処理
したカーボンペーパ基材(8mgPTFE/cm2)へ塗
布し空気中で300℃で30分焼成した。
Carsword: A catalyst powder (30% by weight Pt supported) obtained by wet reduction of platinum on a furnace black and a kneaded product in which PTFE is 30% by weight are added to a carbon paper base material (8 mgPTFE / cm 2 ) which has been previously treated with PTFE. It was applied and baked in air at 300 ° C. for 30 minutes.

上述の電極を用いて、電極初期厚みの約70%になるよ
うにローラ圧延した。圧延前(従来型)の電極において
は、曲げ角度が60゜以上の角度になると電極は割れて
2つになる。しかしながら圧延後においては、同じ寸法
の電極を用いた場合において直径3cm程度の円筒を形成
させても電極は何ら損傷を来たさない。
Rolling was performed using the above electrode so that the initial thickness of the electrode was about 70%. In the electrode before rolling (conventional type), when the bending angle is 60 ° or more, the electrode is broken into two pieces. However, after rolling, even if a cylinder having a diameter of about 3 cm is formed, the electrode will not be damaged if electrodes having the same size are used.

従来の電極および本発明の電極について、触媒層を形成
しない面のカーボン繊維の形状を走査型電子顕微鏡写真
に撮つた。第3図が従来の電極、第4図が本発明の実施
例である。倍率はいずれも190倍である。
With respect to the conventional electrode and the electrode of the present invention, the shapes of the carbon fibers on the surface on which the catalyst layer was not formed were taken by scanning electron microscope photographs. FIG. 3 shows a conventional electrode, and FIG. 4 shows an embodiment of the present invention. The magnification is 190 times.

本発明による電極は、カーボン戦域が細かく切断されて
いる。切断部の箇所は第3図の従来例にくらべて圧倒的
に多い。カーボン繊維の切断部のかなりの箇所およそ1
/3以上にはポリテトラフルオロエチレンが入り込み、
切断されたカーボン繊維を接合するバインダーの役目を
している。カーボン繊維とポリテトラフルオロエチレン
の界面の隙間の数も、本発明によるものの方が従来例に
くらべて多く見られる。
In the electrode according to the present invention, the carbon battlefield is finely cut. The number of cut portions is overwhelmingly larger than that of the conventional example shown in FIG. A considerable part of the cut part of carbon fiber About 1
Polytetrafluoroethylene enters above / 3,
It acts as a binder that joins the cut carbon fibers together. The number of gaps at the interface between the carbon fiber and polytetrafluoroethylene is greater in the present invention than in the conventional example.

電極の断面におけるカーボン繊維の形状を示す走査型電
子顕微鏡写真を第5図,第6図に示す。第5図は従来の
電極、第6図は本発明に電極である。倍率はいずれも2
30倍である。
Scanning electron micrographs showing the shape of carbon fibers in the cross section of the electrode are shown in FIGS. 5 and 6. FIG. 5 shows a conventional electrode, and FIG. 6 shows an electrode according to the present invention. Magnification is 2
30 times.

従来の電極では、触媒層厚みが約120μm、基板厚み
が350μmであるのに対し、本発明の電極は触媒層と
基板の境界が明確ではないが、触媒層厚み約52μm、
基材厚み約300μmとなり、初期の電極厚みに対し圧
延後では約75%となる。この内分けをみると触媒層の
厚み変化は43%減、基材の変化は86%減となり圧延
することにより触媒層厚みが著しく変化した。
In the conventional electrode, the catalyst layer has a thickness of about 120 μm and the substrate has a thickness of 350 μm, whereas in the electrode of the present invention, the boundary between the catalyst layer and the substrate is not clear, but the thickness of the catalyst layer is about 52 μm.
The base material thickness is about 300 μm, which is about 75% of the initial electrode thickness after rolling. Looking at this division, the change in the thickness of the catalyst layer was reduced by 43% and the change in the base material was reduced by 86%, and the thickness of the catalyst layer was significantly changed by rolling.

次に電気抵抗の測定結果を第7図に示す。図にみられる
ごとく従来の電極及び本発明の電極とも押しつけ圧力に
よつて抵抗は異なるが、3.5Kg/cm2で0.1Ω・cm2
以下となり、本発明の電極の方が若干低い値を示した。
なお測定は4端子測定によつた。
Next, the measurement result of the electric resistance is shown in FIG. By connexion resistance in the electrode with the pressing pressure of conventional electrodes and the invention as seen in figures differ, 3.5 Kg / cm 2 at 0.1 [Omega · cm 2
Below, the value of the electrode of the present invention was slightly lower.
The measurement was based on 4-terminal measurement.

第8図には、圧延前の従来の電極と圧延後の電極につい
て、10ケ所の厚みを測定した割合の幅を示した。圧延
前の電極については、±10%のバラツキが認められる
が、圧延後においては、±1.5%と電極厚み精度は大
幅に向上する。
FIG. 8 shows the width of the ratio of the thicknesses measured at 10 places for the conventional electrode before rolling and the electrode after rolling. A variation of ± 10% is observed in the electrode before rolling, but the electrode thickness accuracy is significantly improved to ± 1.5% after rolling.

第9図には、圧延前の従来の電極と本発明によるアノー
ドについての電流密度−電位特性の測定結果を示した。
メタノール極の性能は電位の低いものほど良い性能を示
す。図にみられるごとく本発明による電極は、60mA
/cm2の電流密度において約25mV良い結果を示し
た。又定電流密度側において、その差が大きく表われて
いる。メタノール極における反応は下に示すごとく、炭
酸ガ CH3OH+H2O→CO2+6H++6e- スを発生する反応である。副反応も多く反応機構も明確
にされていないが、本発明による電極構造変化が何らか
の形で寄与して、定電流密度側で特異な挙動を示したと
思われる。
FIG. 9 shows the measurement results of the current density-potential characteristics of the conventional electrode before rolling and the anode according to the present invention.
The performance of the methanol electrode is better as the potential is lower. As can be seen in the figure, the electrode according to the invention is 60 mA.
It showed a good result of about 25 mV at a current density of / cm 2 . Also, the difference is large on the constant current density side. As shown below, the reaction at the methanol electrode is a reaction that generates carbon dioxide CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e . Although there are many side reactions and the reaction mechanism has not been clarified, it is considered that the change in the electrode structure according to the present invention contributes in some way and exhibits a peculiar behavior on the constant current density side.

次にカソードの測定結果第10図に示す。Next, the measurement result of the cathode is shown in FIG.

図にみられるように、圧延前の電極に比し本発明の電極
は、電気抵抗が小さくなつたにもかかわらず、高電流密
度側において性能の低下が著しい。これは、圧延するこ
とにより触媒層細孔容積が少なくなり、細孔内に一定の
電解液が浸透したとすると気−液−固の三相界面を形成
する気体の場すなわちガス拡散が阻害されるため、性能
が低下するためと考えられる。
As can be seen in the figure, the electrode of the present invention has a lower electric resistance than the electrode before rolling, but the performance is remarkably deteriorated on the high current density side. This is because rolling reduces the pore volume of the catalyst layer, and if a certain amount of electrolyte penetrates into the pores, the gas field forming a gas-liquid-solid three-phase interface, that is, gas diffusion is hindered. Therefore, it is considered that the performance deteriorates.

実施例3 実施例2でアノード及びカソードには圧延による触媒層
の圧密化には最適範囲があると考えられたので、電極初
期厚みからの変化律と性能の関係について測定した。そ
の結果を第11図に示す。図中の電位は、電流密度60
mA/cm2のときの値である。アノードについては、初
期電極厚みの80%〜60%においてほぼ一定の電位を
示し、従来の電極に比し約25mV改善される。一方カ
ソードについては、80%程度まで変化は少ないが、こ
の値を過ぎると性能は大幅に低下する。以上の結果から
電極初期厚みに対しアノードにおいては60〜80%、
カソードにおいては80%が限度であることがわかつ
た。
Example 3 In Example 2, it was considered that the anode and the cathode had an optimum range for consolidation of the catalyst layer by rolling. Therefore, the relationship between the change law from the electrode initial thickness and the performance was measured. The result is shown in FIG. The potential in the figure is the current density 60.
It is a value when it is mA / cm 2 . Regarding the anode, it shows a substantially constant potential at 80% to 60% of the initial electrode thickness, which is improved by about 25 mV as compared with the conventional electrode. On the other hand, with respect to the cathode, there is little change up to about 80%, but if it exceeds this value, the performance will drop significantly. From the above results, 60 to 80% of the initial thickness of the electrode in the anode,
It was found that the cathode had a limit of 80%.

第12図には、圧延後80%の厚みの空気極の電流密度
−電位特性の測定結果を示した。第10図に示した圧延
前の従来型電極と全く同じ特性が得られた。
FIG. 12 shows the measurement results of the current density-potential characteristics of the air electrode having a thickness of 80% after rolling. The same characteristics as the conventional electrode before rolling shown in FIG. 10 were obtained.

実施例4 本実施例では、第9図で得られた本発明によるアノード
と第12図で得られたカソードを用いて単電池での電流
密度−電圧特性を測定した。その結果を第13図に示
す。図には従来用いて来た電極での単電池特性も示し
た。なお本実施例で用いた電池の電極有効面積は25cm
2であり、燃料として用いるアノライトは、1.0mo
l/CH3OH−1.5mol/H2SO4であり、測定温度
は60℃である。
Example 4 In this example, the current density-voltage characteristics of a single cell were measured using the anode according to the present invention obtained in FIG. 9 and the cathode obtained in FIG. The result is shown in FIG. The figure also shows the unit cell characteristics of the electrodes that have been used conventionally. The effective electrode area of the battery used in this example is 25 cm.
2 and the anolyte used as fuel is 1.0mo
l / CH is 3 OH-1.5mol / H 2 SO 4, measurement temperature was 60 ° C..

本発明によるカソードの特性は従来型の電極とほぼ同じ
であり、アノードについてのみ60mA/cm2の電流密
度において25mV程度改善された。しかしながら電池
とした場合、単電極電位差より15mV高い、すなわち
従来型の電池より40mV(60mA/cm2)高い電圧
を示した。このことは、電極を圧密化することにより可
撓性が発現し、電極厚みが一定となつたため電極−イオ
ン交換膜−集電板との密着性が増したためと考えられ
る。
The characteristics of the cathode according to the present invention are almost the same as those of the conventional electrode, and only the anode is improved by about 25 mV at a current density of 60 mA / cm 2 . However, when used as a battery, it showed a voltage 15 mV higher than the single electrode potential difference, that is, 40 mV (60 mA / cm 2 ) higher than the conventional battery. It is considered that this is because the electrode was made compact to exhibit flexibility, and the electrode thickness was kept constant, so that the adhesion between the electrode, the ion exchange membrane, and the current collector plate was increased.

実施例5 本実施例は、実施例1で得られた単電池の寿命試験に関
したものである。運転は、60mA/cm2の電流密度一
定放電における電圧変化を測定したものである。温度は
60℃、アノライトは1.0mol/CH3OH−1.5
mol/H2SO4である。従来型電極の電池に比べ本発
明による電池は約40mV高い電圧を示し、両者とも初
期の電圧から500時間後において約10mVの電圧低
下を示すがほぼ安定した結果が得られた。
Example 5 This example relates to a life test of the unit cell obtained in Example 1. The operation is a measurement of the voltage change at a constant current density discharge of 60 mA / cm 2 . The temperature is 60 ° C, and anolyte is 1.0 mol / CH 3 OH-1.5.
mol / H 2 SO 4 . The battery according to the present invention showed a voltage about 40 mV higher than that of the conventional electrode battery, and both showed a voltage drop of about 10 mV after 500 hours from the initial voltage, but almost stable results were obtained.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明法によれば、電極に十分な可撓性を付与できるの
で、電極回りの密着性が改善でき電池性能の向上を図る
ことができる。
According to the method of the present invention, since sufficient flexibility can be imparted to the electrodes, the adhesion around the electrodes can be improved and the battery performance can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明の一実施例によるメタノール燃料電池
の構成を示す断面図、第2図は、各種カーボン基板につ
いて電気抵抗と押しつけ圧力の関係を示す特性図、第3
図は従来電極におけるカーボン基板のカーボン繊維形状
を示す走査型電子顕微鏡写真、第4図は同じく本発明に
よる電極のカーボン繊維形状を示す走査型電子顕微鏡写
真、第5図は従来電極の断面についてのカーボン繊維形
状を示す走査型電子顕微鏡写真、第6図は同じく本発明
電極の断面のカーボン繊維形状を示す走査型電子顕微鏡
写真、第7図は、電極の電気抵抗特性図、第8図は、電
極厚みについて測定点と測定点の幅の関係を示す特性
図、第9図は、アノードの電流密度−電位の特性図、第
10図は、カソードの電流密度−電位の特性図、第11
図は、アノード及びカソードの圧密化の割合と電位の関
係を示す特性図、第12図は、カソードの電流密度−電
位の特性図、第13図は、単電池の電流密度−電圧の特
性図、第14図は電池電圧と運転時間の関係を示す特性
図である。 1…燃料分離板、2…燃料室、3…アノード、4…導電
性多孔質基板、5…触媒担持導電性多孔質粒子層、6…
ガス分離板、7…酸化剤室、8…カソード、9…導電性
多孔質基板、10…触媒担持導電性多孔質粒子層、11
…イオン交換膜。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a methanol fuel cell according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a characteristic view showing the relationship between electric resistance and pressing pressure for various carbon substrates, and FIG.
FIG. 4 is a scanning electron microscope photograph showing the carbon fiber shape of the carbon substrate in the conventional electrode, FIG. 4 is a scanning electron microscope photograph showing the carbon fiber shape of the electrode according to the present invention, and FIG. 5 is a cross section of the conventional electrode. A scanning electron micrograph showing the carbon fiber shape, FIG. 6 is a scanning electron micrograph showing the carbon fiber shape of the cross section of the electrode of the present invention, FIG. 7 is an electric resistance characteristic diagram of the electrode, and FIG. FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the measurement points and the widths of the measurement points regarding the electrode thickness, FIG. 9 is a characteristic diagram of the current density-potential of the anode, and FIG. 10 is a characteristic diagram of the current density-potential of the cathode.
The figure is a characteristic diagram showing the relationship between the consolidation ratio of the anode and the cathode and the potential, FIG. 12 is the characteristic diagram of the current density-potential of the cathode, and FIG. 13 is the characteristic diagram of the current density-voltage of the unit cell. FIG. 14 is a characteristic diagram showing the relationship between the battery voltage and the operating time. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel separation plate, 2 ... Fuel chamber, 3 ... Anode, 4 ... Conductive porous substrate, 5 ... Catalyst carrying conductive porous particle layer, 6 ...
Gas separation plate, 7 ... Oxidant chamber, 8 ... Cathode, 9 ... Conductive porous substrate, 10 ... Catalyst-supporting conductive porous particle layer, 11
… Ion exchange membrane.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩本 一男 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 堀場 達雄 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 熊谷 輝夫 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 田村 弘毅 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 北見 訓子 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kazuo Iwamoto 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi, Ibaraki Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd. (72) Inventor Tatsuo Horiba 3-chome, Hitachi-shi, Ibaraki No. 1 in Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Teruo Kumagai, 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture In Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Hiroki Tamura, Hitachi City, Ibaraki Prefecture 3-1-1, Machi, Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor, Noriko Kitami, 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Research Institute, Hitachi Ltd.

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】カーボン繊維と有機系バインダーよりなる
カーボンペーパ、該カーボンペーパの空隙に含浸された
ポリテトラフルオロエチレンよりなる撥水性焼成基板に
おいて、前記カーボン繊維が複数の切断部を有し且つ該
切断部の少なくとも1つに前記ポリテトラフルオロエチ
レンが含浸されていることを特徴とする可撓性を有する
撥水性焼成カーボン基板。
1. A carbon paper comprising carbon fibers and an organic binder, and a water repellent fired substrate comprising polytetrafluoroethylene impregnated in the voids of the carbon paper, wherein the carbon fibers have a plurality of cut portions. A water-repellent fired carbon substrate having flexibility, wherein at least one of the cut portions is impregnated with the polytetrafluoroethylene.
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、前記カー
ボン繊維の切断部を1mm2当り20個以上有することを
特徴とする可撓性を有する撥水性焼成カーボン基板。
2. A flexible water-repellent fired carbon substrate according to claim 1, which has 20 or more cut portions of the carbon fiber per 1 mm 2 .
【請求項3】特許請求の範囲第1項において、前記カー
ボン繊維の切断部を1mm2当り300個以下有すること
を特徴とする可撓性を有する撥水性焼成カーボン基板。
3. A flexible water-repellent fired carbon substrate according to claim 1, which has 300 or less cut portions of the carbon fiber per 1 mm 2 .
【請求項4】特許請求の範囲第1項において、前記カー
ボン繊維切断部の数の1/3以上に前記ポリテトラフル
オロエチレンが含浸されていることを特徴とする可撓性
を有する撥水性焼成カーボン基板。
4. The flexible water-repellent firing according to claim 1, wherein the polytetrafluoroethylene is impregnated in 1/3 or more of the number of cut portions of the carbon fiber. Carbon substrate.
【請求項5】特許請求の範囲第1項において、前記カー
ボン繊維の切断部の実質的全数に前記ポリテトラフルオ
ロエチレンが含浸されていることを特徴とする可撓性を
有する撥水性焼成カーボン基板。
5. The flexible water repellent carbon substrate according to claim 1, wherein substantially all of the cut portions of the carbon fiber are impregnated with the polytetrafluoroethylene. .
【請求項6】特許請求の範囲第1項において、前記基板
の厚さが0.1〜1mmよりなることを特徴とする可撓性
を有する撥水性焼成カーボン基板。
6. A water-repellent fired carbon substrate having flexibility according to claim 1, wherein the substrate has a thickness of 0.1 to 1 mm.
【請求項7】特許請求の範囲第1項において、前記カー
ボンペーパの空隙に含浸されたポリテトラフルオロエチ
レンとカーボン繊維との界面の一部に隙間を有すること
を特徴とする可撓性を有する撥水性焼成カーボン基板。
7. The flexible structure according to claim 1, wherein a gap is provided in a part of an interface between the polytetrafluoroethylene impregnated in the void of the carbon paper and the carbon fiber. Water repellent fired carbon substrate.
【請求項8】カーボン繊維と有機系バインダーよりなる
カーボンペーパにポリテトラフルオロエチレンけんだく
液を含浸する工程、その後焼成する工程および圧延又は
プレス加工を施して前記カーボン繊維を切断し且つ前記
ポリテトラフルオロエチレンの一部を該切断部に含浸さ
せる工程を有することを特徴とする可撓性を有する撥水
性焼成カーボン基板の製造法。
8. A step of impregnating carbon paper comprising carbon fibers and an organic binder with polytetrafluoroethylene suspension, followed by firing and rolling or pressing to cut said carbon fibers and said polytetrafluoroethylene. A method for manufacturing a flexible water-repellent fired carbon substrate, which comprises a step of impregnating a part of fluoroethylene into the cut portion.
【請求項9】特許請求の範囲第8項において、前記焼成
工程を終えたのち前記圧延又はプレス加工を施すことを
特徴とする可撓性を有する撥水性焼成カーボン基板の製
造法。
9. A method for manufacturing a water-repellent fired carbon substrate having flexibility according to claim 8, wherein the rolling or pressing is performed after the firing step is completed.
【請求項10】特許請求の範囲第8項において、前記焼
成工程の加熱温度をポリテトラフルオロエチレンの溶融
温度以上且つ分解温度以下の範囲とすることを特徴とす
る可撓性を有する撥水性焼成カーボン基板の製造法。
10. The flexible water-repellent firing according to claim 8, wherein the heating temperature in the firing step is in the range of the melting temperature of polytetrafluoroethylene or higher and the decomposition temperature or lower. Carbon substrate manufacturing method.
【請求項11】特許請求の範囲第8項において、前記焼
成工程の加熱温度330〜400℃の範囲とすることを
特徴とする可撓性を有する撥水性焼成カーボン基板の製
造法。
11. The method for manufacturing a water-repellent fired carbon substrate having flexibility according to claim 8, wherein the heating temperature in the firing step is in the range of 330 to 400 ° C.
【請求項12】特許請求の範囲第8項において、前記圧
延又はプレスにより、加工前の板厚の60〜80%の厚
さに減少させることを特徴とする可撓性を有する撥水性
焼成カーボン基板の製造法。
12. The water-repellent fired carbon having flexibility according to claim 8, which is reduced to 60 to 80% of the plate thickness before processing by the rolling or pressing. Substrate manufacturing method.
【請求項13】カーボン繊維と有機系バインダーよりな
るカーボンペーパ、害カーボンペーパの空隙に含浸され
たポリテトラフルオロエチレンよりなる撥水性焼成基板
上に、触媒活性成分担持導電性粒子と結着剤よりなる触
媒層を有する燃料電池用電極において、前記焼成基板の
カーボン繊維が1mm2当り20個以上の切断部を有し、
該切断部の少なくとも1つに前記ポリテトラフルオロエ
チレンが含浸され可撓性を有していることを特徴とする
燃料電池用電極。
13. A catalytically active component-supporting conductive particle and a binder are coated on a water-repellent fired substrate made of polytetrafluoroethylene impregnated in the voids of carbon paper and harmful carbon paper, which are made of carbon fiber and an organic binder. In the electrode for a fuel cell having the following catalyst layer, the carbon fiber of the fired substrate has 20 or more cut portions per mm 2 .
A fuel cell electrode, wherein at least one of the cut portions is impregnated with the polytetrafluoroethylene and has flexibility.
【請求項14】特許請求の範囲第13項において、前記
焼成基板が1mm2当り300個以下のカーボン繊維切断
部を有することを特徴とする燃料電池用電極。
14. The fuel cell electrode according to claim 13, wherein the fired substrate has 300 or less carbon fiber cut portions per 1 mm 2 .
【請求項15】特許請求の範囲第13項において、前記
カーボン繊維切断部の数の1/3以上に前記ポリテトラ
フルオロエチレンが含浸されていることを特徴とする燃
料電池用電極。
15. The fuel cell electrode according to claim 13, wherein the polytetrafluoroethylene is impregnated into 1/3 or more of the number of cut portions of the carbon fiber.
【請求項16】特許請求の範囲第13項において、前記
焼成基板の厚さが0.1〜1mmよりなることを特徴とす
る燃料電池用電極。
16. The fuel cell electrode according to claim 13, wherein the thickness of the fired substrate is 0.1 to 1 mm.
【請求項17】特許請求の範囲第13項において、前記
触媒層の厚さが0.05〜0.5mmの範囲であることを
特徴とする燃料電池用電極。
17. The fuel cell electrode according to claim 13, wherein the catalyst layer has a thickness of 0.05 to 0.5 mm.
【請求項18】特許請求の範囲第13項において、前記
触媒層が元素周期律表のVIII族から選ばれた貴金属担持
カーボン粒子と結着剤よりなることを特徴とする燃料電
池用電極。
18. The fuel cell electrode according to claim 13, wherein the catalyst layer is composed of a noble metal-supporting carbon particle selected from Group VIII of the Periodic Table of Elements and a binder.
【請求項19】対向する一対の電極、前記一対の電極間
に位置する電解質、前記一対の電極のアノードに隣接す
る燃料室、前記一対の電極のカソードに隣接する酸化剤
室を有し、前記一対の電極がカーボン繊維と結着剤より
なるカーボンペーパ、該カーボンペーパの空隙に含浸さ
れたポリテトラフルオロエチレンよりなる撥水性焼成基
板と、該基板の少なくとも電解質側に形成された触媒層
とからなり、該触媒層が触媒活性成分担持導電性粒子と
結着剤よりなる燃料電池において、前記焼成基板の少な
くとも一方のカーボン繊維が1mm2当り20個以上の切
断部を有し、該切断部の少なくとも1つに前記ポリテト
ラフルオロエチレンが含浸されていることを特徴とする
燃料電池。
19. A pair of electrodes facing each other, an electrolyte located between the pair of electrodes, a fuel chamber adjacent to an anode of the pair of electrodes, and an oxidant chamber adjacent to a cathode of the pair of electrodes, A pair of electrodes is composed of carbon paper consisting of carbon fibers and a binder, a water repellent fired substrate consisting of polytetrafluoroethylene impregnated in the voids of the carbon paper, and a catalyst layer formed at least on the electrolyte side of the substrate. In the fuel cell in which the catalyst layer is composed of conductive particles carrying a catalytically active component and a binder, at least one carbon fiber of the calcined substrate has 20 or more cut portions per 1 mm 2 , and At least one of the fuel cells is impregnated with the polytetrafluoroethylene.
【請求項20】特許請求の範囲第19項において、前記
燃料室にメタノールを含有するアノライト供給されるこ
とを特徴とするメタノール燃料電池。
20. The methanol fuel cell according to claim 19, wherein anolyte containing methanol is supplied to the fuel chamber.
【請求項21】特許請求の範囲第20項において、前記
アノードの触媒層にくらべて前記カソードの触媒層の細
孔径及び/又は細孔容積が大きいことを特徴とするメタ
ノール燃料電池。
21. The methanol fuel cell according to claim 20, wherein the catalyst layer of the cathode has a larger pore diameter and / or pore volume than the catalyst layer of the anode.
【請求項22】特許請求の範囲第20項において、前記
一対の電極間に電解質を含んだイオン交換膜を有するこ
とを特徴とするメタノール燃料電池。
22. The methanol fuel cell according to claim 20, further comprising an ion exchange membrane containing an electrolyte between the pair of electrodes.
【請求項23】特許請求の範囲第19項において、前記
カーボン繊維の切断部を1mm2当り300個以下有する
ことを特徴とする燃料電池。
23. The fuel cell according to claim 19, wherein the carbon fiber has not more than 300 cut portions per 1 mm 2 .
【請求項24】特許請求の範囲第19項において、前記
一対の電極と燃料室と酸化剤を有する単電池が複数個積
層された積層構造の電池よりなることを特徴とする燃料
電池。
24. The fuel cell according to claim 19, comprising a cell having a laminated structure in which a plurality of unit cells each having the pair of electrodes, the fuel chamber and the oxidant are laminated.
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