JPH07130376A - 固体高分子型燃料電池用電極の触媒処理法 - Google Patents
固体高分子型燃料電池用電極の触媒処理法Info
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- JPH07130376A JPH07130376A JP5297279A JP29727993A JPH07130376A JP H07130376 A JPH07130376 A JP H07130376A JP 5297279 A JP5297279 A JP 5297279A JP 29727993 A JP29727993 A JP 29727993A JP H07130376 A JPH07130376 A JP H07130376A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】固体高分子型燃料電池用電極の製造方法におい
て、予め触媒粒子と溶液中に溶解した固体高分子電解質
とを混合した懸濁液から溶媒を蒸発、除去するに際し、
その蒸発、除去操作を制御し、その懸濁液を攪拌しなが
ら加熱し、沸騰状態となる直前まで減圧して溶媒を蒸発
させる。 【効果】予め触媒粒子と溶液に溶解した固体高分子電解
質とを混合した懸濁液を攪拌しながら加熱し、沸騰状態
となる直前まで減圧して溶媒を蒸発させることにより、
この工程を経て得られる電極の特性を向上させ、この電
極を使用した固体高分子型燃料電池の特性を大幅に改善
することができる。
て、予め触媒粒子と溶液中に溶解した固体高分子電解質
とを混合した懸濁液から溶媒を蒸発、除去するに際し、
その蒸発、除去操作を制御し、その懸濁液を攪拌しなが
ら加熱し、沸騰状態となる直前まで減圧して溶媒を蒸発
させる。 【効果】予め触媒粒子と溶液に溶解した固体高分子電解
質とを混合した懸濁液を攪拌しながら加熱し、沸騰状態
となる直前まで減圧して溶媒を蒸発させることにより、
この工程を経て得られる電極の特性を向上させ、この電
極を使用した固体高分子型燃料電池の特性を大幅に改善
することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子型燃料電池
用電極の製造方法に関し、より具体的には、固体高分子
型燃料電池用電極に使用する触媒の処理法に関する。
用電極の製造方法に関し、より具体的には、固体高分子
型燃料電池用電極に使用する触媒の処理法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、イオン伝導体
すなわち電解質が固体で且つ高分子である点に特徴を有
するものであるが、その固体高分子電解質としては、具
体的にはイオン交換樹脂膜等が使用され、この電解質を
挟んで負極及び正極の両電極を配置し、例えば、負極側
に燃料としての水素を、また正極側には酸素又は空気を
供給することにより電気化学反応を起こさせ、電気を発
生させるものである。
すなわち電解質が固体で且つ高分子である点に特徴を有
するものであるが、その固体高分子電解質としては、具
体的にはイオン交換樹脂膜等が使用され、この電解質を
挟んで負極及び正極の両電極を配置し、例えば、負極側
に燃料としての水素を、また正極側には酸素又は空気を
供給することにより電気化学反応を起こさせ、電気を発
生させるものである。
【０００３】その固体高分子電解質に接する負極及び正
極の両電極としては、その中に反応を促進させるための
触媒が添加、使用される形式のものがあるが、この形式
の電極の製造法としては、これまで種々のものが提案さ
れてきている。
極の両電極としては、その中に反応を促進させるための
触媒が添加、使用される形式のものがあるが、この形式
の電極の製造法としては、これまで種々のものが提案さ
れてきている。
【０００４】例えば、米国特許第３２９７４８４号明細
書及び図面には、白金ブラック、パラジウムブラック等
の触媒粒子或いはこれらをカ−ボン粒子に担持させた粒
子をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と混合し
て電極シ−トとし、これをイオン交換樹脂膜に熱圧着す
る方法が、また特公昭５８−４７４７１号公報では、イ
オン交換樹脂膜の内表面に触媒金属層を析出させた後、
さらにその表面に触媒金属層を成長させる方法が紹介さ
れており、ここでの触媒成分としては白金その他の白金
族金属が示されている。
書及び図面には、白金ブラック、パラジウムブラック等
の触媒粒子或いはこれらをカ−ボン粒子に担持させた粒
子をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と混合し
て電極シ−トとし、これをイオン交換樹脂膜に熱圧着す
る方法が、また特公昭５８−４７４７１号公報では、イ
オン交換樹脂膜の内表面に触媒金属層を析出させた後、
さらにその表面に触媒金属層を成長させる方法が紹介さ
れており、ここでの触媒成分としては白金その他の白金
族金属が示されている。
【０００５】また、「電気化学」、５３、Ｎｏ．１０
（１９８５）、第８１２〜８１７頁には、固体高分子電
解質としてパ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂膜の一
種であるＮＡＦＩＯＮ−１１７膜（Ｄｕ Ｐｏｎｔ社
製、商品名）を用いた燃料電池において、この材質に対
応する材料を用いて、電子−イオン混合伝導体を接合す
ることにより、反応サイト（反応域）を三次元化し、作
用面積を上げる試み等が紹介されている。
（１９８５）、第８１２〜８１７頁には、固体高分子電
解質としてパ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂膜の一
種であるＮＡＦＩＯＮ−１１７膜（Ｄｕ Ｐｏｎｔ社
製、商品名）を用いた燃料電池において、この材質に対
応する材料を用いて、電子−イオン混合伝導体を接合す
ることにより、反応サイト（反応域）を三次元化し、作
用面積を上げる試み等が紹介されている。
【０００６】これによれば、固体高分子電解質としての
ＮＡＦＩＯＮ−１１７膜の片面に対して無電解メッキ法
（浸透法）により白金電極を接合して水素極すなわちア
ノ−ドとする一方、この電極の対極を構成する酸素極す
なわちカソ−ド側電極を、概略、以下の工程により製作
している。
ＮＡＦＩＯＮ−１１７膜の片面に対して無電解メッキ法
（浸透法）により白金電極を接合して水素極すなわちア
ノ−ドとする一方、この電極の対極を構成する酸素極す
なわちカソ−ド側電極を、概略、以下の工程により製作
している。
【０００７】まず、酸素極用の電極触媒粉末として、白
金ブラック粉末又は１０％の白金を担持したカ−ボン粉
末（以下、「白金担持カ−ボン粉末」という）を用い、
これにアンバ−ライトＩＲ−１２０Ｂ（Ｔ−３）〔スチ
レン−ジビニルベンゼンスルホン酸樹脂、Ｎａ型、粒経
３０μｍの粉末、Ｏｒｇａｎｏ社製、商品名〕又はＮＡ
ＦＩＯＮ−１１７（パ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹
脂、Ｈ型、脂肪族アルコ−ルと水との混合溶媒中５％溶
液、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製、商品名）
を、種々の混合比で混合する。
金ブラック粉末又は１０％の白金を担持したカ−ボン粉
末（以下、「白金担持カ−ボン粉末」という）を用い、
これにアンバ−ライトＩＲ−１２０Ｂ（Ｔ−３）〔スチ
レン−ジビニルベンゼンスルホン酸樹脂、Ｎａ型、粒経
３０μｍの粉末、Ｏｒｇａｎｏ社製、商品名〕又はＮＡ
ＦＩＯＮ−１１７（パ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹
脂、Ｈ型、脂肪族アルコ−ルと水との混合溶媒中５％溶
液、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製、商品名）
を、種々の混合比で混合する。
【０００８】次いで、上記で得た各混合物に対し、ＰＴ
ＦＥを、白金ブラック粉末の場合は固形分重量割合で３
０％、白金担持カ−ボン粉末の場合には同じく６０％、
水懸濁液状で加えて混練した後、圧延してシ−ト状と
し、真空乾燥後、このシ−トを固体高分子電解質として
のＮＡＦＩＯＮ膜に対して、温度１００°Ｃ、圧力２１
０ｋｇ／ｃｍ2 でホットプレスする、というものであ
る。
ＦＥを、白金ブラック粉末の場合は固形分重量割合で３
０％、白金担持カ−ボン粉末の場合には同じく６０％、
水懸濁液状で加えて混練した後、圧延してシ−ト状と
し、真空乾燥後、このシ−トを固体高分子電解質として
のＮＡＦＩＯＮ膜に対して、温度１００°Ｃ、圧力２１
０ｋｇ／ｃｍ2 でホットプレスする、というものであ
る。
【０００９】そして、そこでは、固体高分子電解質とし
てのＮＡＦＩＯＮ膜に接合される酸素極にイオン交換樹
脂膜を混入することにより、反応サイトの三次元化を図
り、分極特性を著しく向上させることができ、このイオ
ン交換樹脂膜の混入による効果は、特に白金を担持した
カ−ボンを電極触媒とした場合に大きい旨指摘されてい
る。
てのＮＡＦＩＯＮ膜に接合される酸素極にイオン交換樹
脂膜を混入することにより、反応サイトの三次元化を図
り、分極特性を著しく向上させることができ、このイオ
ン交換樹脂膜の混入による効果は、特に白金を担持した
カ−ボンを電極触媒とした場合に大きい旨指摘されてい
る。
【００１０】このほか、特開平４−１６２３６５号公報
には、白金触媒担持のカ−ボンブラックと触媒無担持の
カ−ボンブラックとを、それぞれ固体高分子電解質の一
種であるＮＡＦＩＯＮのブタノ−ル溶液で浸漬処理し、
次いで両粒子の混合物をＰＴＦＥのディスパ−ジョンで
処理すること等を特徴とする方法が紹介されており、こ
の方法では、使用触媒の量を少なくし、低コストで高性
能の電極が得られ、小型高出力密度の燃料電池の作製が
可能となるとしている。
には、白金触媒担持のカ−ボンブラックと触媒無担持の
カ−ボンブラックとを、それぞれ固体高分子電解質の一
種であるＮＡＦＩＯＮのブタノ−ル溶液で浸漬処理し、
次いで両粒子の混合物をＰＴＦＥのディスパ−ジョンで
処理すること等を特徴とする方法が紹介されており、こ
の方法では、使用触媒の量を少なくし、低コストで高性
能の電極が得られ、小型高出力密度の燃料電池の作製が
可能となるとしている。
【００１１】本発明者は、固体高分子型燃料電池で使用
するこのような電極を製造する方法について、各種研
究、開発を進めてきているが、返ってＰＴＦＥを用いる
ことなく、製造工程を簡略化し、その電池性能上も優れ
た電極を製造する方法を別途開発し、提案しているが、
この場合にも、触媒粒子を高分子電解質でコ−ティング
する点では変りはない。
するこのような電極を製造する方法について、各種研
究、開発を進めてきているが、返ってＰＴＦＥを用いる
ことなく、製造工程を簡略化し、その電池性能上も優れ
た電極を製造する方法を別途開発し、提案しているが、
この場合にも、触媒粒子を高分子電解質でコ−ティング
する点では変りはない。
【００１２】しかし、固体高分子型燃料電池用電極にお
いて、その結合剤としてＰＴＦＥを用いる形式の電極を
も含めて、その製造過程につきさらに研究、検討を続け
ているうち、その電極の製造過程において行う、触媒粒
子と固体高分子電解質溶液とを混合した懸濁液から、溶
媒を抜き、除去する工程の中に、電極そのものの特性を
左右し、延いては電池の出力、持続性、その他電池性能
に微妙に影響している要素があることが観察された。
いて、その結合剤としてＰＴＦＥを用いる形式の電極を
も含めて、その製造過程につきさらに研究、検討を続け
ているうち、その電極の製造過程において行う、触媒粒
子と固体高分子電解質溶液とを混合した懸濁液から、溶
媒を抜き、除去する工程の中に、電極そのものの特性を
左右し、延いては電池の出力、持続性、その他電池性能
に微妙に影響している要素があることが観察された。
【００１３】すなわち、固体高分子型燃料電池用の電極
を製造する工程においては、まず触媒粒子として、例え
ば白金ブラックやこれを担持させたカ−ボンブラック粒
子を製造し、これと固体高分子電解質溶液とを、さらに
溶媒を加えて均一に混合することにより懸濁液を造り、
次いで、必要に応じ、結合剤としてのＰＴＦＥ等を混合
することになるが、この混合工程に先立ち、その懸濁液
からその中の溶媒を除去する工程が必要不可欠である。
を製造する工程においては、まず触媒粒子として、例え
ば白金ブラックやこれを担持させたカ−ボンブラック粒
子を製造し、これと固体高分子電解質溶液とを、さらに
溶媒を加えて均一に混合することにより懸濁液を造り、
次いで、必要に応じ、結合剤としてのＰＴＦＥ等を混合
することになるが、この混合工程に先立ち、その懸濁液
からその中の溶媒を除去する工程が必要不可欠である。
【００１４】この溶媒の除去操作としては、これまで、
ただその溶媒の自然蒸発に任せる場合もあるが、その懸
濁液を加熱して溶媒を気化、蒸発させ、またそれらの促
進を図るため、その操作を真空すなわち減圧状態として
実施し、しかもこの加熱、減圧操作は、その目的上、こ
れまで沸騰状態で実施されているのが通常である。
ただその溶媒の自然蒸発に任せる場合もあるが、その懸
濁液を加熱して溶媒を気化、蒸発させ、またそれらの促
進を図るため、その操作を真空すなわち減圧状態として
実施し、しかもこの加熱、減圧操作は、その目的上、こ
れまで沸騰状態で実施されているのが通常である。
【００１５】しかし、溶媒除去操作における、その沸騰
状態そのものが、その組成中の各成分の分布にバラツキ
等を生じ、これが電極そのものの特性を左右し、延いて
は電池の出力、持続性、その他その性能に微妙に影響し
ていることが観察された。
状態そのものが、その組成中の各成分の分布にバラツキ
等を生じ、これが電極そのものの特性を左右し、延いて
は電池の出力、持続性、その他その性能に微妙に影響し
ていることが観察された。
【００１６】本発明では、この知見に基づき、さらに実
験、検討を進めたところ、この溶媒除去操作自体として
は多少時間を要し、また細心の注意を要するが、その操
作を沸騰状態を回避するよう行うことにより、触媒粒子
と固体高分子電解質とが均一に混合した状態を保持した
ままで、溶媒を蒸発させ、抜くことができ、これを用い
た電池の性能を著しく向上させ得ることを見い出し、本
発明に到達するに至ったものである。
験、検討を進めたところ、この溶媒除去操作自体として
は多少時間を要し、また細心の注意を要するが、その操
作を沸騰状態を回避するよう行うことにより、触媒粒子
と固体高分子電解質とが均一に混合した状態を保持した
ままで、溶媒を蒸発させ、抜くことができ、これを用い
た電池の性能を著しく向上させ得ることを見い出し、本
発明に到達するに至ったものである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、本発明は、
触媒粒子を高分子電解質でコ−ティングする形式の固体
高分子型燃料電池用電極の製造法において、その製造工
程の一環として行う、溶媒中で触媒粒子と高分子電解質
とを混合した懸濁液から、その溶媒を除去する操作にお
いて、その溶媒除去操作を規制することにより、これを
経て得られる電極の特性を向上させ、これを用いた電池
の性能を格段に改善させることを目的とするものであ
る。
触媒粒子を高分子電解質でコ−ティングする形式の固体
高分子型燃料電池用電極の製造法において、その製造工
程の一環として行う、溶媒中で触媒粒子と高分子電解質
とを混合した懸濁液から、その溶媒を除去する操作にお
いて、その溶媒除去操作を規制することにより、これを
経て得られる電極の特性を向上させ、これを用いた電池
の性能を格段に改善させることを目的とするものであ
る。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、固体高分子型
燃料電池用電極の製造方法において、予め触媒粒子と溶
液中に溶解した高分子電解質とを混合した懸濁液から、
その溶媒を除去するに際し、この溶媒除去操作を、その
懸濁液を攪拌しながら加熱し、沸騰状態となる直前まで
減圧することにより行うことを特徴とする固体高分子型
燃料電池用電極の触媒処理法を提供するものである。
燃料電池用電極の製造方法において、予め触媒粒子と溶
液中に溶解した高分子電解質とを混合した懸濁液から、
その溶媒を除去するに際し、この溶媒除去操作を、その
懸濁液を攪拌しながら加熱し、沸騰状態となる直前まで
減圧することにより行うことを特徴とする固体高分子型
燃料電池用電極の触媒処理法を提供するものである。
【００１９】この場合、本発明における、その触媒粒子
の種類としては、特に制限はなく、これまで固体高分子
型燃料電池の電極用として知られた触媒であれば使用す
ることができるが、例えば白金系の場合には、白金ブラ
ック粉末、白金合金の粉末、白金担持カ−ボンブラック
等の形で使用することができる。
の種類としては、特に制限はなく、これまで固体高分子
型燃料電池の電極用として知られた触媒であれば使用す
ることができるが、例えば白金系の場合には、白金ブラ
ック粉末、白金合金の粉末、白金担持カ−ボンブラック
等の形で使用することができる。
【００２０】また、その高分子電解質としては、各種イ
オン交換樹脂等が使用できるが、特にその固体高分子電
解質膜としてＮＡＦＩＯＮ膜系のパ−フルオロカ−ボン
スルホン酸樹脂膜を用いる場合には、同系統のパ−フル
オロカ−ボンスルホン酸樹脂系のものを用いるのが望ま
しい。
オン交換樹脂等が使用できるが、特にその固体高分子電
解質膜としてＮＡＦＩＯＮ膜系のパ−フルオロカ−ボン
スルホン酸樹脂膜を用いる場合には、同系統のパ−フル
オロカ−ボンスルホン酸樹脂系のものを用いるのが望ま
しい。
【００２１】さらに、本発明の処理法で得られた触媒粒
子及び高分子電解質の混合粉末は、次いでシ−ト化され
るが、本発明の触媒処理法は、固体高分子型燃料電池用
電極の製造方法において、その触媒構成材料として、触
媒粒子及び高分子電解質を混合して用いる形式のもので
あれば、そのシ−ト化の態様如何を問わず何れにも有効
に適用することができる。
子及び高分子電解質の混合粉末は、次いでシ−ト化され
るが、本発明の触媒処理法は、固体高分子型燃料電池用
電極の製造方法において、その触媒構成材料として、触
媒粒子及び高分子電解質を混合して用いる形式のもので
あれば、そのシ−ト化の態様如何を問わず何れにも有効
に適用することができる。
【００２２】すなわち、そのシ−ト化の態様としては、
触媒粒子及び高分子電解質の混合物に結合剤を加えて
混練物とし、これを圧延等によりシ−ト化する、その
混合物に結合剤を加えて混練物とし、これを溶液とし
て、多孔性の電極基材面上に堆積、担持させる、その
混合物の溶液を、膜状に塗工するか又は濾過形式により
多孔性の電極基材面上に堆積、担持させる、その他の手
法があるが、本発明の触媒処理法によれば、これに続く
これらの何れの態様を採る場合にも、その電極特性等上
優れた効果を得ることができるものである。
触媒粒子及び高分子電解質の混合物に結合剤を加えて
混練物とし、これを圧延等によりシ−ト化する、その
混合物に結合剤を加えて混練物とし、これを溶液とし
て、多孔性の電極基材面上に堆積、担持させる、その
混合物の溶液を、膜状に塗工するか又は濾過形式により
多孔性の電極基材面上に堆積、担持させる、その他の手
法があるが、本発明の触媒処理法によれば、これに続く
これらの何れの態様を採る場合にも、その電極特性等上
優れた効果を得ることができるものである。
【００２３】このうち、の態様を採る場合、その多孔
性の電極基材としては、その優れた特性から撥水化カ−
ボンペ−パ−を用いるのが有利であり、この撥水化剤と
してはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系ポリ
マ−であるのが望ましい。ここでポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）系ポリマ−とは、テトラフルオロエ
チレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、その他そ
の共重合体等をも含めた意味である。
性の電極基材としては、その優れた特性から撥水化カ−
ボンペ−パ−を用いるのが有利であり、この撥水化剤と
してはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系ポリ
マ−であるのが望ましい。ここでポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）系ポリマ−とは、テトラフルオロエ
チレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、その他そ
の共重合体等をも含めた意味である。
【００２４】また、固体高分子型燃料電池用電極の触媒
層としては、触媒粒子及び高分子電解質からなるもの、
これら触媒粒子及び固体高分子電解質にポリテトラフル
オロエチレン系ポリマ−を加えたもの等があるが、本発
明の触媒処理法によれば、これらの何れの場合にも、そ
の電極特性等上優れた効果を得ることができる。
層としては、触媒粒子及び高分子電解質からなるもの、
これら触媒粒子及び固体高分子電解質にポリテトラフル
オロエチレン系ポリマ−を加えたもの等があるが、本発
明の触媒処理法によれば、これらの何れの場合にも、そ
の電極特性等上優れた効果を得ることができる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の一実施例を説明するが、本発
明がこの実施例に限定されないことは勿論である。
明がこの実施例に限定されないことは勿論である。
【００２６】《実施例》 まず、カ−ボンブラック粒子に対して５０重量％の
白金を担持した触媒粒子とＮＡＦＩＯＮ−１１７（パ−
フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂、固体高分子電解質、
Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製、商品名）のアルコ−ル溶液とを、
水とイソプロパノ−ルとの混合溶媒中に加えて均一に混
合し、懸濁液を得た。
白金を担持した触媒粒子とＮＡＦＩＯＮ−１１７（パ−
フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂、固体高分子電解質、
Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製、商品名）のアルコ−ル溶液とを、
水とイソプロパノ−ルとの混合溶媒中に加えて均一に混
合し、懸濁液を得た。
【００２７】 次いで、この懸濁液から溶媒を除去す
る操作を行ったが、この操作は、その混合懸濁液収容容
器（フラスコ）を回転させながら、その下部から湯浴に
より温度５０゜Ｃに加熱する一方、真空ポンプにより吸
引して容器内圧力を下げることにより、溶媒の気化、蒸
発を促進させた。
る操作を行ったが、この操作は、その混合懸濁液収容容
器（フラスコ）を回転させながら、その下部から湯浴に
より温度５０゜Ｃに加熱する一方、真空ポンプにより吸
引して容器内圧力を下げることにより、溶媒の気化、蒸
発を促進させた。
【００２８】この場合、ここで気化、蒸発した溶媒は、
いわゆる貫流冷却方式により、その排出用導管に連結し
た冷却器により冷却、凝縮させ、他の容器に収容した
が、その減圧操作は、その減圧の程度を懸濁液に沸騰現
象を生じないよう細心の注意を払って制御しながら実施
した。
いわゆる貫流冷却方式により、その排出用導管に連結し
た冷却器により冷却、凝縮させ、他の容器に収容した
が、その減圧操作は、その減圧の程度を懸濁液に沸騰現
象を生じないよう細心の注意を払って制御しながら実施
した。
【００２９】 蒸発が完了した時点で、容器中の圧力
を常圧に戻した後、これに別途純水（蒸留水）を加え
て、水性の懸濁液とした。引続きこの懸濁液にポリフロ
ン（登録商標、ダイキン工業社製、ポリテトラフルオロ
エチレン）のディスパ−ジョンを加え、超音波を用いて
液中に均一に分散させ、コ−ティング触媒粒子が均一に
分散した懸濁液を得た。
を常圧に戻した後、これに別途純水（蒸留水）を加え
て、水性の懸濁液とした。引続きこの懸濁液にポリフロ
ン（登録商標、ダイキン工業社製、ポリテトラフルオロ
エチレン）のディスパ−ジョンを加え、超音波を用いて
液中に均一に分散させ、コ−ティング触媒粒子が均一に
分散した懸濁液を得た。
【００３０】 一方、気孔率８０％、厚さ０．４ｍｍ
のカ−ボンペ−パ−にネオフロン（登録商標、ダイキン
工業社製、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプ
ロピレン共重合体）のディスパ−ジョンを含浸させた
後、熱処理を行い、ネオフロンで撥水化したカ−ボンペ
−パ−を得た。この場合、その量的割合は、ネオフロン
がその全体量中２０重量％占めるよう調製した。
のカ−ボンペ−パ−にネオフロン（登録商標、ダイキン
工業社製、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプ
ロピレン共重合体）のディスパ−ジョンを含浸させた
後、熱処理を行い、ネオフロンで撥水化したカ−ボンペ
−パ−を得た。この場合、その量的割合は、ネオフロン
がその全体量中２０重量％占めるよう調製した。
【００３１】 次に、前記の懸濁液を、上記で得
た撥水化カ−ボンペ−パ−の上面に注ぎながら、下方か
ら吸引、減圧し、いわゆるヌッツェすなわちブフナ−漏
斗形式により、この撥水化カ−ボンペ−パ−の面上にそ
の懸濁液中のコ−ティング触媒粒子を均一に堆積させ
た。
た撥水化カ−ボンペ−パ−の上面に注ぎながら、下方か
ら吸引、減圧し、いわゆるヌッツェすなわちブフナ−漏
斗形式により、この撥水化カ−ボンペ−パ−の面上にそ
の懸濁液中のコ−ティング触媒粒子を均一に堆積させ
た。
【００３２】 さらに、上記のようにして得た、コ−
ティング触媒粒子等を堆積、担持させた撥水化カ−ボン
ペ−パ−におけるその堆積、担持面に対して、固体高分
子電解質の含浸処理を行い、次いで溶媒を除去してポリ
フロン（登録商標、ダイキン工業社製、ポリテトラフル
オロエチレン）の量的割合が１０ｍｇ／ｃｍ2 のシ−ト
状の電極を得た。
ティング触媒粒子等を堆積、担持させた撥水化カ−ボン
ペ−パ−におけるその堆積、担持面に対して、固体高分
子電解質の含浸処理を行い、次いで溶媒を除去してポリ
フロン（登録商標、ダイキン工業社製、ポリテトラフル
オロエチレン）の量的割合が１０ｍｇ／ｃｍ2 のシ−ト
状の電極を得た。
【００３３】 この含浸処理及び溶媒除去は、固体高
分子電解質のアルコ−ル溶液をその堆積面に向けて噴霧
することにより、その触媒粒子層に含浸させた後、溶媒
すなわちアルコ−ルの除去を行ったが、この溶媒除去操
作は、温度８０°Ｃ、真空中で、１２時間加熱すること
により実施した。
分子電解質のアルコ−ル溶液をその堆積面に向けて噴霧
することにより、その触媒粒子層に含浸させた後、溶媒
すなわちアルコ−ルの除去を行ったが、この溶媒除去操
作は、温度８０°Ｃ、真空中で、１２時間加熱すること
により実施した。
【００３４】以上の工程〜で作製した、電極面積１
０ｃｍ2 の電極シ−トを用い、この電極シ−トの２枚間
にＮＡＦＩＯＮ膜（固体高分子電解質膜、Ｄｕ Ｐｏｎ
ｔ社製、商品名）を挿入し、温度１４０°Ｃ、圧力１０
０ｋｇ／ｃｍ2 で６０秒間ホットプレスして一体化し、
実施例用固体高分子型燃料電池としてセットした。
０ｃｍ2 の電極シ−トを用い、この電極シ−トの２枚間
にＮＡＦＩＯＮ膜（固体高分子電解質膜、Ｄｕ Ｐｏｎ
ｔ社製、商品名）を挿入し、温度１４０°Ｃ、圧力１０
０ｋｇ／ｃｍ2 で６０秒間ホットプレスして一体化し、
実施例用固体高分子型燃料電池としてセットした。
【００３５】本実施例では、燃料として水素ガスを使用
し、これをアノ−ド側に供給する一方、カソ−ド側には
酸素を供給した。この両ガスの供給圧力はともに２ａｔ
ｍとし、水素は７５°Ｃで、酸素については２５°Ｃで
加湿して供給し、また電池の温度を６０°Ｃに保って操
作し、測定した。
し、これをアノ−ド側に供給する一方、カソ−ド側には
酸素を供給した。この両ガスの供給圧力はともに２ａｔ
ｍとし、水素は７５°Ｃで、酸素については２５°Ｃで
加湿して供給し、また電池の温度を６０°Ｃに保って操
作し、測定した。
【００３６】《比較例》一方、実施例における、以上
〜の工程のうち、の工程、すなわち、その混合懸濁
液からの溶媒除去操作に際して、温度５０゜Ｃに加熱
し、真空ポンプにより減圧吸引して行う操作を、従来の
とおり、沸騰状態で実施した以外は、すべて同一にして
電極シ−トを作製し、これを比較例（従来例）とした。
〜の工程のうち、の工程、すなわち、その混合懸濁
液からの溶媒除去操作に際して、温度５０゜Ｃに加熱
し、真空ポンプにより減圧吸引して行う操作を、従来の
とおり、沸騰状態で実施した以外は、すべて同一にして
電極シ−トを作製し、これを比較例（従来例）とした。
【００３７】この比較例で作製した、電極面積１０ｃｍ
2 の電極シ−トを用い、この電極シ−トの２枚間にＮＡ
ＦＩＯＮ膜（固体高分子電解質膜、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社
製、商品名）を挿入し、温度１４０°Ｃ、圧力１００ｋ
ｇ／ｃｍ2 で６０秒間ホットプレスして一体化し、比較
例用固体高分子型燃料電池としてセットし、またこの電
池の操作、測定についても、実施例の場合と同様に行っ
た。
2 の電極シ−トを用い、この電極シ−トの２枚間にＮＡ
ＦＩＯＮ膜（固体高分子電解質膜、Ｄｕ Ｐｏｎｔ社
製、商品名）を挿入し、温度１４０°Ｃ、圧力１００ｋ
ｇ／ｃｍ2 で６０秒間ホットプレスして一体化し、比較
例用固体高分子型燃料電池としてセットし、またこの電
池の操作、測定についても、実施例の場合と同様に行っ
た。
【００３８】図１は、実施例用固体高分子型燃料電池及
び比較例用固体高分子型燃料電池について測定した電流
密度とセル電圧との関係を示すものである。電流密度と
セル電圧とは相関関係にあり、電流密度を増加させるに
伴いセル電圧は徐々に低下するが、図示のとおり、実施
例用固体高分子型燃料電池では、セル電圧は、電流密度
の増加に伴い、徐々に低下するが、比較例では、これを
可成り下回り、急激に低下していることが分かる。
び比較例用固体高分子型燃料電池について測定した電流
密度とセル電圧との関係を示すものである。電流密度と
セル電圧とは相関関係にあり、電流密度を増加させるに
伴いセル電圧は徐々に低下するが、図示のとおり、実施
例用固体高分子型燃料電池では、セル電圧は、電流密度
の増加に伴い、徐々に低下するが、比較例では、これを
可成り下回り、急激に低下していることが分かる。
【００３９】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、固体高
分子型燃料電池用電極の製造方法において、その電極用
触媒粒子を、予め触媒粒子と溶液に溶解した固体高分子
電解質とを混合した懸濁液を、攪拌しながら加熱し、沸
騰状態となる直前まで減圧してその溶媒を気化、蒸発さ
せることにより、この工程を経て得られる電極の特性を
格段に向上させ、この電極を使用した固体高分子型燃料
電池の特性を大幅に改善することができる。
分子型燃料電池用電極の製造方法において、その電極用
触媒粒子を、予め触媒粒子と溶液に溶解した固体高分子
電解質とを混合した懸濁液を、攪拌しながら加熱し、沸
騰状態となる直前まで減圧してその溶媒を気化、蒸発さ
せることにより、この工程を経て得られる電極の特性を
格段に向上させ、この電極を使用した固体高分子型燃料
電池の特性を大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例及び比較例（従来例）で製作した電極シ
−トをセットした固体高分子型燃料電池について測定し
た電流密度とセル電圧との関係を示す図。
−トをセットした固体高分子型燃料電池について測定し
た電流密度とセル電圧との関係を示す図。
Claims (5)
- 【請求項１】固体高分子型燃料電池用電極の製造方法に
おいて、予め触媒粒子と溶液中に溶解した固体高分子電
解質とを混合した懸濁液を、攪拌しながら加熱し、沸騰
状態となる直前まで減圧して溶媒を蒸発、除去すること
を特徴とする固体高分子型燃料電池用電極の触媒処理
法。 - 【請求項２】電極が触媒粒子及び高分子電解質からなる
混合物を撥水化カ−ボンペ−パ−上に堆積、担持させる
形式のものであることを特徴とする請求項１記載の固体
高分子型燃料電池用電極の触媒処理法。 - 【請求項３】電極が触媒粒子、固体高分子電解質及びポ
リテトラフルオロエチレン系ポリマ−からなる混合物を
撥水化カ−ボンペ−パ−上に堆積、担持させる形式のも
のである請求項１記載の固体高分子型燃料電池用電極の
触媒処理法。 - 【請求項４】撥水化カ−ボンペ−パ−の撥水化剤がポリ
テトラフルオロエチレン系ポリマ−であることを特徴と
する請求項２〜３記載の固体高分子型燃料電池用電極の
触媒処理法。 - 【請求項５】固体高分子電解質がパ−フルオロカ−ボン
スルホン酸樹脂系のものであることを特徴とする請求項
１〜４記載の固体高分子型燃料電池用電極の触媒処理
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5297279A JPH07130376A (ja) | 1993-11-03 | 1993-11-03 | 固体高分子型燃料電池用電極の触媒処理法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5297279A JPH07130376A (ja) | 1993-11-03 | 1993-11-03 | 固体高分子型燃料電池用電極の触媒処理法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07130376A true JPH07130376A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17844470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5297279A Pending JPH07130376A (ja) | 1993-11-03 | 1993-11-03 | 固体高分子型燃料電池用電極の触媒処理法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07130376A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001078173A1 (en) * | 2000-04-05 | 2001-10-18 | Asahi Glass Company, Limited | Method for manufacturing solid polymer type fuel cell and method for manufacturing gas diffusion electrode therefore |
| JP2002525812A (ja) * | 1998-08-26 | 2002-08-13 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 改良されたガス拡散電極、その製造方法及びガス拡散電極の疎水化方法 |
| JP2002313359A (ja) * | 2001-04-17 | 2002-10-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
-
1993
- 1993-11-03 JP JP5297279A patent/JPH07130376A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002525812A (ja) * | 1998-08-26 | 2002-08-13 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 改良されたガス拡散電極、その製造方法及びガス拡散電極の疎水化方法 |
| WO2001078173A1 (en) * | 2000-04-05 | 2001-10-18 | Asahi Glass Company, Limited | Method for manufacturing solid polymer type fuel cell and method for manufacturing gas diffusion electrode therefore |
| JP2002313359A (ja) * | 2001-04-17 | 2002-10-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
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