JPH07201334A - 燃料電池用電極およびその製造方法 - Google Patents
燃料電池用電極およびその製造方法Info
- Publication number
- JPH07201334A JPH07201334A JP5350838A JP35083893A JPH07201334A JP H07201334 A JPH07201334 A JP H07201334A JP 5350838 A JP5350838 A JP 5350838A JP 35083893 A JP35083893 A JP 35083893A JP H07201334 A JPH07201334 A JP H07201334A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- catalyst layer
- electrode catalyst
- carbon
- cell
- 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.)
- Granted
Links
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
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 セル電圧が高く、セル電圧の経時低下の小さ
い長期寿命特性の良好な燃料電池用電極及びその製造方
法を得ることを目的とする。 【構成】 燃料電池の電極触媒層のカーボン担体の体積
比率を１０〜２５［％］（好ましくは１５〜２０
［％］）とする。また、電極触媒層を温度５０〜３００
℃、圧力１０〜５０［kgf／cm2］でプレス成形する。 【効果】 電極触媒層の電気抵抗率を低くでき、低コス
トで高信頼性の燃料電池用電極が得られる。
い長期寿命特性の良好な燃料電池用電極及びその製造方
法を得ることを目的とする。 【構成】 燃料電池の電極触媒層のカーボン担体の体積
比率を１０〜２５［％］（好ましくは１５〜２０
［％］）とする。また、電極触媒層を温度５０〜３００
℃、圧力１０〜５０［kgf／cm2］でプレス成形する。 【効果】 電極触媒層の電気抵抗率を低くでき、低コス
トで高信頼性の燃料電池用電極が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、燃料電池用電極およ
びその製造方法、特に、リン酸形燃料電池等の燃料電池
用電極の触媒層およびその製造方法に関するものであ
る。
びその製造方法、特に、リン酸形燃料電池等の燃料電池
用電極の触媒層およびその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】リン酸形燃料電池等の燃料電池は、例え
ば、電解質を含浸したマトリックスの両側に一対の燃料
極および空気極の電極、さらにその外側に一対の燃料流
路および空気流路を有する電解質貯蔵用リブ付多孔質カ
ーボン板を配置してなる単位セルをセパレータを介して
複数個積層して形成されている。また、燃料極および空
気極の電極、マトリックス、電解質貯蔵用リブ付多孔質
カーボン板等の構成部材には、電気化学反応が起こり易
いようにリン酸等の電解質が含浸されている。
ば、電解質を含浸したマトリックスの両側に一対の燃料
極および空気極の電極、さらにその外側に一対の燃料流
路および空気流路を有する電解質貯蔵用リブ付多孔質カ
ーボン板を配置してなる単位セルをセパレータを介して
複数個積層して形成されている。また、燃料極および空
気極の電極、マトリックス、電解質貯蔵用リブ付多孔質
カーボン板等の構成部材には、電気化学反応が起こり易
いようにリン酸等の電解質が含浸されている。
【０００３】以下、リン酸形燃料電池を例にとり、従来
の燃料電池について説明する。リン酸形燃料電池の実用
化のためには、(イ)大幅なコスト低減、(ロ)信頼性の向
上が重要である。大幅なコスト低減のためには、例えば
出力密度を向上させて、言いかえれば、電流密度を増加
したときにセル電圧が高くなるように、セル電圧−電流
密度特性を向上させて、積層セル数を低減させる必要が
ある。また、燃料電池の信頼性の向上のためには、例え
ば、電極の構造を改善して、セルの長期寿命特性を向上
させる必要がある。リン酸形燃料電池のセル電圧は実用
的には式(1)で表される。
の燃料電池について説明する。リン酸形燃料電池の実用
化のためには、(イ)大幅なコスト低減、(ロ)信頼性の向
上が重要である。大幅なコスト低減のためには、例えば
出力密度を向上させて、言いかえれば、電流密度を増加
したときにセル電圧が高くなるように、セル電圧−電流
密度特性を向上させて、積層セル数を低減させる必要が
ある。また、燃料電池の信頼性の向上のためには、例え
ば、電極の構造を改善して、セルの長期寿命特性を向上
させる必要がある。リン酸形燃料電池のセル電圧は実用
的には式(1)で表される。
【０００４】
【数１】
【０００５】ここで、Ｅｔは燃料極に燃料、空気極に空
気を供給したときのセル電圧、Ｅｏは燃料極にＨ2、空
気極にＯ2を供給したときのセル電圧、ＥH2は燃料極に
Ｈ2、空気極に空気を供給したときのセル電圧、Ｅｏ2は
燃料極に燃料、空気極にＯ2を供給したときのセル電
圧、Ｉは電流密度、Ｒはセル内部抵抗（単位面積当た
り）、△ＨH2はＨ2ゲイン（燃料極のガス拡散性を表す
指標であり、小さいほど拡散性がよい）、△Ｅｏ2はＯ2
ゲイン（空気極のガス拡散性を表す指標であり、小さい
ほど拡散性がよい）、およびＩＲはセル内部抵抗による
電圧降下（電流密度とセルの内部抵抗の積）である。
気を供給したときのセル電圧、Ｅｏは燃料極にＨ2、空
気極にＯ2を供給したときのセル電圧、ＥH2は燃料極に
Ｈ2、空気極に空気を供給したときのセル電圧、Ｅｏ2は
燃料極に燃料、空気極にＯ2を供給したときのセル電
圧、Ｉは電流密度、Ｒはセル内部抵抗（単位面積当た
り）、△ＨH2はＨ2ゲイン（燃料極のガス拡散性を表す
指標であり、小さいほど拡散性がよい）、△Ｅｏ2はＯ2
ゲイン（空気極のガス拡散性を表す指標であり、小さい
ほど拡散性がよい）、およびＩＲはセル内部抵抗による
電圧降下（電流密度とセルの内部抵抗の積）である。
【０００６】式(1)において、Ｅｏが大きいほど、△Ｅ
H2、△Ｅｏ2・ＩＲが小さいほどセル電圧Ｅｔが高くな
る。従来、Ｅｏを大きくするために、電極触媒層の単位
面積当たりの白金量を増加させることが行われており、
またＨ2ゲイン△ＥH2、Ｏ2ゲイン△Ｅｏ2やセル内部抵
抗による電圧降下ＩＲを小さくするために、電極触媒層
の厚さを薄くすることが行われている。
H2、△Ｅｏ2・ＩＲが小さいほどセル電圧Ｅｔが高くな
る。従来、Ｅｏを大きくするために、電極触媒層の単位
面積当たりの白金量を増加させることが行われており、
またＨ2ゲイン△ＥH2、Ｏ2ゲイン△Ｅｏ2やセル内部抵
抗による電圧降下ＩＲを小さくするために、電極触媒層
の厚さを薄くすることが行われている。
【０００７】図４５は、例えば特開平３−３７９６３号
公報に示された従来の電極触媒層の構成を示す説明図で
ある。図において、カーボンブラック坦体に白金を坦持
した触媒を結着した電極触媒層の厚さＬ［μm］と白金
量Ｄ［mg／cm2］とが直角座標（Ｄ，Ｌ）で表したと
き、次式(4)、(5)、(6)を同時に満足する領域内にある
ように電極触媒層が構成されている。
公報に示された従来の電極触媒層の構成を示す説明図で
ある。図において、カーボンブラック坦体に白金を坦持
した触媒を結着した電極触媒層の厚さＬ［μm］と白金
量Ｄ［mg／cm2］とが直角座標（Ｄ，Ｌ）で表したと
き、次式(4)、(5)、(6)を同時に満足する領域内にある
ように電極触媒層が構成されている。
【０００８】
【数２】
【０００９】しかし、触媒粉末の組成としては白金とカ
ーボンブラック坦体のみであり、白金を除く金属元素の
含有については考慮されていなかった。
ーボンブラック坦体のみであり、白金を除く金属元素の
含有については考慮されていなかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述したようなリン酸
形燃料電池等の電極触媒層では、電極触媒層が緻密にな
り過ぎ、電気抵抗は小さくなるもののガス拡散性が悪く
セル電圧・電流密度が高く取れず、積層セル数を低減で
きないという問題点があり、長期寿命特性においても、
セル電圧の終時低下が大きく、信頼性の向上が図れない
という問題点があった。また、電極触媒層が、緻密にな
りすぎているために、電極触媒層へのリン酸等の電解質
の含浸が速やかに行われないという問題点があった。さ
らに、触媒粉末中に白金を除く金属元素を含有する場
合、電極触媒層の導電性物質であるカーボンブラック坦
体の体積比率が小さくなり電極触媒層の電気抵抗率や電
気抵抗が大きくなる場合があるという問題点があった。
形燃料電池等の電極触媒層では、電極触媒層が緻密にな
り過ぎ、電気抵抗は小さくなるもののガス拡散性が悪く
セル電圧・電流密度が高く取れず、積層セル数を低減で
きないという問題点があり、長期寿命特性においても、
セル電圧の終時低下が大きく、信頼性の向上が図れない
という問題点があった。また、電極触媒層が、緻密にな
りすぎているために、電極触媒層へのリン酸等の電解質
の含浸が速やかに行われないという問題点があった。さ
らに、触媒粉末中に白金を除く金属元素を含有する場
合、電極触媒層の導電性物質であるカーボンブラック坦
体の体積比率が小さくなり電極触媒層の電気抵抗率や電
気抵抗が大きくなる場合があるという問題点があった。
【００１１】この発明はこのような問題点を解決するた
めになされたものであり、セル電圧−電流密度特性が高
く、かつ、セル電圧の終時低下が小さく、長期寿命特性
の良好な燃料電池用電極を得ることを目的とする。ま
た、リン酸等の電解質の含浸が速やかに行われ、電気抵
抗値の大きさが適正な電極触媒層を得ることも目的とす
る。あわせて、低コストで信頼性の高い燃料電池用電極
およびその製造方法を得ることを目的とする。
めになされたものであり、セル電圧−電流密度特性が高
く、かつ、セル電圧の終時低下が小さく、長期寿命特性
の良好な燃料電池用電極を得ることを目的とする。ま
た、リン酸等の電解質の含浸が速やかに行われ、電気抵
抗値の大きさが適正な電極触媒層を得ることも目的とす
る。あわせて、低コストで信頼性の高い燃料電池用電極
およびその製造方法を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項第１項
に係る発明は、電解質を含浸したマトリックスと、この
マトリックスの両側に設けられた一対の燃料極及び空気
極からなる電極と、これらの電極の外側に形成された一
対の燃料流路及び空気流路とから構成される単位セルを
セパレータを介して複数個積層して形成された燃料電池
の電極において、上記燃料極及び空気極の少なくとも一
方の電極触媒層は、カーボンブラック担体に白金及び白
金を除く１種以上の金属元素である灰分を担持した触媒
粉末と、フッ素樹脂とからなり、上記カーボンブラック
担体の体積比率は、上記電極触媒層に対して１０％〜２
５％としたものである。
に係る発明は、電解質を含浸したマトリックスと、この
マトリックスの両側に設けられた一対の燃料極及び空気
極からなる電極と、これらの電極の外側に形成された一
対の燃料流路及び空気流路とから構成される単位セルを
セパレータを介して複数個積層して形成された燃料電池
の電極において、上記燃料極及び空気極の少なくとも一
方の電極触媒層は、カーボンブラック担体に白金及び白
金を除く１種以上の金属元素である灰分を担持した触媒
粉末と、フッ素樹脂とからなり、上記カーボンブラック
担体の体積比率は、上記電極触媒層に対して１０％〜２
５％としたものである。
【００１３】この発明の請求項第２項に係る発明は、電
極触媒層の気孔率を５０％〜８０％としたものである。
極触媒層の気孔率を５０％〜８０％としたものである。
【００１４】この発明の請求項第３項に係る発明は、電
極触媒層のフッ素樹脂含有率を２０％〜６０％としたも
のである。
極触媒層のフッ素樹脂含有率を２０％〜６０％としたも
のである。
【００１５】この発明の請求項第４項に係る発明は、触
媒粉末中の白金含有率を１０％〜４０％としたものであ
る。
媒粉末中の白金含有率を１０％〜４０％としたものであ
る。
【００１６】この発明の請求項第５項に係る発明は、触
媒粉末中の灰分含有率を１５％以下としたものである。
媒粉末中の灰分含有率を１５％以下としたものである。
【００１７】この発明の請求項第６項に係る発明は、電
極触媒層の空隙率を２０％〜４５％としたものである。
極触媒層の空隙率を２０％〜４５％としたものである。
【００１８】この発明の請求項第７項に係る発明は、カ
ーボンブラック担体を密度が１．８mg／cm3以上の熱処
理カーボンとしたものである。
ーボンブラック担体を密度が１．８mg／cm3以上の熱処
理カーボンとしたものである。
【００１９】この発明の請求項第８項に係る発明は、空
気極の電極触媒層の厚さを１００μm〜３５０μmとした
ものである。
気極の電極触媒層の厚さを１００μm〜３５０μmとした
ものである。
【００２０】この発明の請求項第９項に係る発明は、燃
料極の電極触媒層の厚さを５０μm〜２５０μmとしたも
のである。
料極の電極触媒層の厚さを５０μm〜２５０μmとしたも
のである。
【００２１】この発明の請求項第１０項に係る発明は、
カーボンブラック担体に白金及び白金を除く１種以上の
金属元素である灰分を担持した触媒粉末と、フッ素樹脂
とからなる電極触媒層を、５０℃〜３００℃の範囲の温
度及び１０kgf／cm2〜５０kgf／cm2の範囲の圧力でプレ
ス成形する工程を含むものである。
カーボンブラック担体に白金及び白金を除く１種以上の
金属元素である灰分を担持した触媒粉末と、フッ素樹脂
とからなる電極触媒層を、５０℃〜３００℃の範囲の温
度及び１０kgf／cm2〜５０kgf／cm2の範囲の圧力でプレ
ス成形する工程を含むものである。
【００２２】この発明の請求項第１１項に係る発明は、
プレス成形前の電極触媒層を有機溶剤に侵漬し、次い
で、上記電極触媒層の超音波振動を加えながら電極触媒
層中の有機溶剤を抽出除去する工程を含むものである。
プレス成形前の電極触媒層を有機溶剤に侵漬し、次い
で、上記電極触媒層の超音波振動を加えながら電極触媒
層中の有機溶剤を抽出除去する工程を含むものである。
【００２３】
【作用】この発明の請求項第１項においては、カーボン
ブラック担体の体積比率を所定の範囲とすることによ
り、空気極の電極触媒層の電圧降下とセルのＯ2ゲイン
の和を小さくし、かつセル電圧を高くする。
ブラック担体の体積比率を所定の範囲とすることによ
り、空気極の電極触媒層の電圧降下とセルのＯ2ゲイン
の和を小さくし、かつセル電圧を高くする。
【００２４】この発明の請求項第２項においては、電極
触媒層の気孔率を所定の範囲とすることにより、電気抵
抗による電圧降下等を小さくし、セル電圧を高くする。
触媒層の気孔率を所定の範囲とすることにより、電気抵
抗による電圧降下等を小さくし、セル電圧を高くする。
【００２５】この発明の請求項第３項においては、電極
触媒層のフッ素樹脂含有率を所定の範囲とすることによ
り、電気抵抗による電圧降下とＯ2ゲインの和を小さく
し、セル電圧を高くする。
触媒層のフッ素樹脂含有率を所定の範囲とすることによ
り、電気抵抗による電圧降下とＯ2ゲインの和を小さく
し、セル電圧を高くする。
【００２６】この発明の請求項第４項においては、触媒
粉末中の白金含有率を所定の範囲とすることにより、電
気抵抗による電圧降下とＯ2ゲインの和を小さくし、セ
ル電圧を高くする。
粉末中の白金含有率を所定の範囲とすることにより、電
気抵抗による電圧降下とＯ2ゲインの和を小さくし、セ
ル電圧を高くする。
【００２７】この発明の請求項第５項においては、触媒
粉末中の灰分含有率を所定の範囲以下とすることによ
り、電極触媒層の電気抵抗率および電気抵抗を小さくす
る。
粉末中の灰分含有率を所定の範囲以下とすることによ
り、電極触媒層の電気抵抗率および電気抵抗を小さくす
る。
【００２８】この発明の請求項第６項においては、電極
触媒層の空隙率を所定の範囲とすることにより、セル電
圧を高くする。
触媒層の空隙率を所定の範囲とすることにより、セル電
圧を高くする。
【００２９】この発明の請求項第７項においては、カー
ボンブラック担体の密度を所定の範囲とし、熱処理カー
ボン担体としたので、セル電圧やＯ2ゲインの経時特性
を改善する。
ボンブラック担体の密度を所定の範囲とし、熱処理カー
ボン担体としたので、セル電圧やＯ2ゲインの経時特性
を改善する。
【００３０】この発明の請求項第８項においては、空気
極の厚さを所定の範囲とすることにより、電気抵抗によ
る電圧降下とＯ2ゲインの和を小さくし、セル電圧を高
くする。
極の厚さを所定の範囲とすることにより、電気抵抗によ
る電圧降下とＯ2ゲインの和を小さくし、セル電圧を高
くする。
【００３１】この発明の請求項第９項においては、燃料
極の厚さを所定の範囲とすることにより、電気抵抗によ
る電圧降下とＨ2ゲインの和を小さくし、セル電圧を高
くする。
極の厚さを所定の範囲とすることにより、電気抵抗によ
る電圧降下とＨ2ゲインの和を小さくし、セル電圧を高
くする。
【００３２】この発明の請求項第１０項においては、電
極触媒層の電気抵抗率を低くする。
極触媒層の電気抵抗率を低くする。
【００３３】この発明の請求項第１１項においては、電
極触媒層の電気抵抗率を低くする。
極触媒層の電気抵抗率を低くする。
【００３４】
【実施例】この発明による燃料電池用電極は、電解質を
含浸したマトリックスと、このマトリックスの両側に設
けられた一対の燃料極及び空気極からなる電極と、これ
らの電極の外側に形成された一対の燃料流路及び空気流
路とから構成される単位セルをセパレータを介して複数
個積層して形成された燃料電池の電極において、上記燃
料極及び空気極の少なくとも一方の電極触媒層は、カー
ボンブラック担体に白金及び白金を除く１種以上の金属
元素である灰分を担持した触媒粉末と、フッ素樹脂とか
らなる。
含浸したマトリックスと、このマトリックスの両側に設
けられた一対の燃料極及び空気極からなる電極と、これ
らの電極の外側に形成された一対の燃料流路及び空気流
路とから構成される単位セルをセパレータを介して複数
個積層して形成された燃料電池の電極において、上記燃
料極及び空気極の少なくとも一方の電極触媒層は、カー
ボンブラック担体に白金及び白金を除く１種以上の金属
元素である灰分を担持した触媒粉末と、フッ素樹脂とか
らなる。
【００３５】上記カーボンブラック担体の体積比率は、
上記電極触媒層に対して１０％〜２５％（さらに好まし
くは１５％〜２０％）である。これにより、電極触媒層
の各組成の分配が適正化され、セル電圧−電流密度特性
が高く、かつ、セル電圧の終時低下の小さい長期寿命特
性の良好な燃料電池が得られる。この発明における電極
触媒層は白金、灰分、熱処理カーボンブラック坦体、フ
ッ素樹脂、空孔より構成されている。ここで、電極触媒
層の単位体積を考え、電極触媒層の体積は白金の体積＋
灰分の体積＋熱処理カーボンブラック坦体の体積＋フッ
素樹脂＋空孔の体積とする。
上記電極触媒層に対して１０％〜２５％（さらに好まし
くは１５％〜２０％）である。これにより、電極触媒層
の各組成の分配が適正化され、セル電圧−電流密度特性
が高く、かつ、セル電圧の終時低下の小さい長期寿命特
性の良好な燃料電池が得られる。この発明における電極
触媒層は白金、灰分、熱処理カーボンブラック坦体、フ
ッ素樹脂、空孔より構成されている。ここで、電極触媒
層の単位体積を考え、電極触媒層の体積は白金の体積＋
灰分の体積＋熱処理カーボンブラック坦体の体積＋フッ
素樹脂＋空孔の体積とする。
【００３６】以下、次のように定義する。熱処理カーボ
ンブラック坦体の体積比率は熱処理カーボンブラック坦
体の体積／電極触媒層の体積×１００［％］、（電解質
含浸前の）電極触媒層の気孔率は（電極触媒層の電解質
含浸前の）空孔の体積／電極触媒層の体積×１００
［％］、電極触媒層の電解質占有率は（電極触媒層中
の）電解質の体積／（電極触媒層の電解質含浸前の）空
孔の体積×１００［％］、（電解質含浸後の）電極触媒
層の空隙率は（電極触媒層の）気孔率／１００×（１０
０−（電極触媒層の）電解質占有率）［％］である。
ンブラック坦体の体積比率は熱処理カーボンブラック坦
体の体積／電極触媒層の体積×１００［％］、（電解質
含浸前の）電極触媒層の気孔率は（電極触媒層の電解質
含浸前の）空孔の体積／電極触媒層の体積×１００
［％］、電極触媒層の電解質占有率は（電極触媒層中
の）電解質の体積／（電極触媒層の電解質含浸前の）空
孔の体積×１００［％］、（電解質含浸後の）電極触媒
層の空隙率は（電極触媒層の）気孔率／１００×（１０
０−（電極触媒層の）電解質占有率）［％］である。
【００３７】また、電極触媒層や触媒粉末の単位重量を
考え、電極触媒層重量は白金の重量＋灰分の重量＋熱処
理カーボンブラック坦体の重量＋フッ素樹脂の重量、触
媒粉末の重量は白金の重量＋灰分の重量＋熱処理カーボ
ンブラック坦体の重量、フッ素樹脂含有率はフッ素樹脂
の重量／電極触媒層の重量×１００［％］、白金含有率
（白金濃度）は白金の重量／触媒粉末の重量×１００
［％］、灰分含有率は灰分の重量／触媒粉末の重量×１
００［％］と定義する。
考え、電極触媒層重量は白金の重量＋灰分の重量＋熱処
理カーボンブラック坦体の重量＋フッ素樹脂の重量、触
媒粉末の重量は白金の重量＋灰分の重量＋熱処理カーボ
ンブラック坦体の重量、フッ素樹脂含有率はフッ素樹脂
の重量／電極触媒層の重量×１００［％］、白金含有率
（白金濃度）は白金の重量／触媒粉末の重量×１００
［％］、灰分含有率は灰分の重量／触媒粉末の重量×１
００［％］と定義する。
【００３８】この発明における電極触媒層のフッ素樹脂
は、ポリテトラフルオロエチレン、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、テトラフル
オロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共
重合体などのうち少なくとも１種よりなるものである。
この発明における電極触媒層の灰分は、ニッケル、クロ
ム、鉄、コバルト、銅などのうち、少なくとも１種の金
属よりなるものである。
は、ポリテトラフルオロエチレン、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、テトラフル
オロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共
重合体などのうち少なくとも１種よりなるものである。
この発明における電極触媒層の灰分は、ニッケル、クロ
ム、鉄、コバルト、銅などのうち、少なくとも１種の金
属よりなるものである。
【００３９】この発明における電極触媒層の熱処理カー
ボン坦体の体積比率を１０〜２５［％］（好ましくは１
５〜２０［％］）にすることに加えて、電極触媒層の気
孔率を５０〜８０［％］（好ましくは６０〜７０
［％］）、フッ素樹脂占有率を２０〜６０［％］（好ま
しくは３０〜５０［％］）、白金濃度を１０〜４０
［％］（好ましくは１５〜３０［％］）、灰分含有率を
１５［％］（好ましくは１０［％］）以下、カーボンブ
ラック坦体を密度１.８［ｇ／cm3］以上の熱処理カーボ
ン、空隙率を２０〜４５［％］（好ましくは２５〜４０
［％］）、空気極触媒層の厚さを１００〜３５０［μ
m］（好ましくは１５０〜３００［μm］）、燃料極触媒
層の厚さを５０〜２５０［μm］（好ましくは１００〜
２００［μm］）とする。これにより、セル電圧−電流
密度特性および、セル電圧の終時特性をより高めること
ができるとともに、電極触媒層へのリン酸等の電解質の
含浸が速やかになる。
ボン坦体の体積比率を１０〜２５［％］（好ましくは１
５〜２０［％］）にすることに加えて、電極触媒層の気
孔率を５０〜８０［％］（好ましくは６０〜７０
［％］）、フッ素樹脂占有率を２０〜６０［％］（好ま
しくは３０〜５０［％］）、白金濃度を１０〜４０
［％］（好ましくは１５〜３０［％］）、灰分含有率を
１５［％］（好ましくは１０［％］）以下、カーボンブ
ラック坦体を密度１.８［ｇ／cm3］以上の熱処理カーボ
ン、空隙率を２０〜４５［％］（好ましくは２５〜４０
［％］）、空気極触媒層の厚さを１００〜３５０［μ
m］（好ましくは１５０〜３００［μm］）、燃料極触媒
層の厚さを５０〜２５０［μm］（好ましくは１００〜
２００［μm］）とする。これにより、セル電圧−電流
密度特性および、セル電圧の終時特性をより高めること
ができるとともに、電極触媒層へのリン酸等の電解質の
含浸が速やかになる。
【００４０】また、本発明の電極触媒層の製造方法は、
電極触媒層を温度５０〜３００［℃］、圧力１０〜５０
［kgf／cm］でプレス成形し、熱処理前にアセトン等の
有機溶剤に浸漬して値超音波振動を与えながら有機物を
抽出除去する工程を含むようにしたので、電極触媒層の
電気抵抗率を低くでき、したがって、低コストで高信頼
性の燃料電池を提供できる。
電極触媒層を温度５０〜３００［℃］、圧力１０〜５０
［kgf／cm］でプレス成形し、熱処理前にアセトン等の
有機溶剤に浸漬して値超音波振動を与えながら有機物を
抽出除去する工程を含むようにしたので、電極触媒層の
電気抵抗率を低くでき、したがって、低コストで高信頼
性の燃料電池を提供できる。
【００４１】以下、実施例１〜１４及び比較例に基づ
き、この発明をさらに詳細に説明する。 実施例１．まず、燃料電池における空気極の電極触媒層
を作製するために、触媒粉末とフッ素樹脂であるポリテ
トラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略す）のディ
スパージョンを準備した。触媒粉末は重量比で白金が２
０［％］、カーボンブラック坦体（以下、カーボン坦体
と略す）が７２［％］、ニッケルを主成分とする灰分が
８［％］のものを使用した。また、ＰＴＦＥディスパー
ジョンは、固形分のＰＴＦＥが６０［％］、分散剤が４
［％］、残部が水のものを用いた。触媒粉末の白金を坦
持しているカーボンは、坦体に２５００℃の熱処理を施
した密度１.８［ｇ／cm3］のグラファイト化したカーボ
ン（以下熱処理カーボンと略す）を用いた。この触媒粉
末及びＰＴＦＥを用いて水性触媒ペーストを調製した。
触媒ペーストを薄くフイルム状に形成後、水分を乾燥除
去して電極触媒層を得た。さらに、この電極触媒層を超
音波振動を与えたアセトンに２０時間（以下、単に
［ｈ］とする）浸漬して電極触媒層中の分散剤等の有機
物の大部分を抽出除去して乾燥した後、最終的に３６０
［℃］の温度で焼成し、その後室温約２０［℃］でプレ
ス成形を行った。
き、この発明をさらに詳細に説明する。 実施例１．まず、燃料電池における空気極の電極触媒層
を作製するために、触媒粉末とフッ素樹脂であるポリテ
トラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略す）のディ
スパージョンを準備した。触媒粉末は重量比で白金が２
０［％］、カーボンブラック坦体（以下、カーボン坦体
と略す）が７２［％］、ニッケルを主成分とする灰分が
８［％］のものを使用した。また、ＰＴＦＥディスパー
ジョンは、固形分のＰＴＦＥが６０［％］、分散剤が４
［％］、残部が水のものを用いた。触媒粉末の白金を坦
持しているカーボンは、坦体に２５００℃の熱処理を施
した密度１.８［ｇ／cm3］のグラファイト化したカーボ
ン（以下熱処理カーボンと略す）を用いた。この触媒粉
末及びＰＴＦＥを用いて水性触媒ペーストを調製した。
触媒ペーストを薄くフイルム状に形成後、水分を乾燥除
去して電極触媒層を得た。さらに、この電極触媒層を超
音波振動を与えたアセトンに２０時間（以下、単に
［ｈ］とする）浸漬して電極触媒層中の分散剤等の有機
物の大部分を抽出除去して乾燥した後、最終的に３６０
［℃］の温度で焼成し、その後室温約２０［℃］でプレ
ス成形を行った。
【００４２】この方法で、重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝６０／４０、単位面積当たりの電極触媒層の重量（坪
量）１５.０［mg／cm2］の空気極の電極触媒層を作製し
た。同一の方法で、重量比で白金が１０［％］、カーボ
ン坦体（熱処理カーボン）９０［％］の触媒粉末とＰＴ
ＦＥを用いて、重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４
０、坪量６.０［mg／cm2］、気孔率６５［％］の燃料極
の触媒層を作製した。空気極の電極触媒層を成形すると
きプレス圧力Ｐを変化させて、電極触媒層中のカーボン
坦体の体積比率Ｃを変化させ、このとき電極触媒体の気
孔率εと厚さＬを測定した。その結果を図１と図２に示
す。また、電極触媒層の電気抵抗率ρと電気抵抗Ｒｃを
測定した。その結果を図３に示す。
＝６０／４０、単位面積当たりの電極触媒層の重量（坪
量）１５.０［mg／cm2］の空気極の電極触媒層を作製し
た。同一の方法で、重量比で白金が１０［％］、カーボ
ン坦体（熱処理カーボン）９０［％］の触媒粉末とＰＴ
ＦＥを用いて、重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４
０、坪量６.０［mg／cm2］、気孔率６５［％］の燃料極
の触媒層を作製した。空気極の電極触媒層を成形すると
きプレス圧力Ｐを変化させて、電極触媒層中のカーボン
坦体の体積比率Ｃを変化させ、このとき電極触媒体の気
孔率εと厚さＬを測定した。その結果を図１と図２に示
す。また、電極触媒層の電気抵抗率ρと電気抵抗Ｒｃを
測定した。その結果を図３に示す。
【００４３】図１によれば、プレス圧力Ｐの大きさによ
って電極触媒層のカーボン坦体の体積比率Ｃが変化して
いる。プレス圧力Ｐが大きいほどカーボン坦体の体積比
率Ｃも大きくなっている。また、図２によれば電極触媒
層のカーボン坦体の体積比率Ｃが大きくなるにつれて、
電極触媒層の気孔率ε及び厚さＬが小さくなっている。
電極触媒層の厚さＬはセルのコンパクト化の点からは小
さい方が好ましいが、カーボン坦体の体積比率Ｃが１０
〜１５［％］以上で飽和する傾向にある。
って電極触媒層のカーボン坦体の体積比率Ｃが変化して
いる。プレス圧力Ｐが大きいほどカーボン坦体の体積比
率Ｃも大きくなっている。また、図２によれば電極触媒
層のカーボン坦体の体積比率Ｃが大きくなるにつれて、
電極触媒層の気孔率ε及び厚さＬが小さくなっている。
電極触媒層の厚さＬはセルのコンパクト化の点からは小
さい方が好ましいが、カーボン坦体の体積比率Ｃが１０
〜１５［％］以上で飽和する傾向にある。
【００４４】また、同様に図３によれば、電極触媒層の
カーボン坦体の体積比率Ｃが大きくなるにつれて、電極
触媒層の電気抵抗率ρ及び電気抵抗Ｒｃが小さくなって
いる。セル内部の電流分布を均一化し、ジュール損を小
さく抑制するためには電気抵抗率ρは小さい方が望まし
く、また、前述のセル内部抵抗Ｒによる電圧降下ＩＲを
小さくするためには電気抵抗Ｒｃは小さい方が望ましい
が、カーボン坦体の体積比率Ｃが１０〜１５［％］以上
で飽和する傾向にある。以上、電極触媒層のカーボン坦
体の体積比率Ｃを１０［％］（好ましくは１５［％］）
以上の範囲に管理することにより、電極触媒層の厚さ
Ｌ、電気抵抗率ρ及び電気抵抗Ｒｃの大きさを適正化で
きる効果がある。
カーボン坦体の体積比率Ｃが大きくなるにつれて、電極
触媒層の電気抵抗率ρ及び電気抵抗Ｒｃが小さくなって
いる。セル内部の電流分布を均一化し、ジュール損を小
さく抑制するためには電気抵抗率ρは小さい方が望まし
く、また、前述のセル内部抵抗Ｒによる電圧降下ＩＲを
小さくするためには電気抵抗Ｒｃは小さい方が望ましい
が、カーボン坦体の体積比率Ｃが１０〜１５［％］以上
で飽和する傾向にある。以上、電極触媒層のカーボン坦
体の体積比率Ｃを１０［％］（好ましくは１５［％］）
以上の範囲に管理することにより、電極触媒層の厚さ
Ｌ、電気抵抗率ρ及び電気抵抗Ｒｃの大きさを適正化で
きる効果がある。
【００４５】次に、燃料極及び空気極の電極触媒層にカ
ーボンペーパを接合して、各々、燃料極及び空気極の電
極としてセルに組み立てた。厚さ１００［μm］のマト
リックスの両側に上記燃料極及び空気極の電極、その外
側に一対の燃料流路及び空気流路を有する電解質貯蔵用
リブ付多孔質カーボン板、さらにその外側に一対のセパ
レータ板を配してセルを組み立てた。マトリックスには
空孔容積の１００［％］、電極及び多孔質カーボン板に
は空孔容積の約４０［％］のリン酸を含浸した。空気極
には電極触媒層のカーボン坦体の体積比率Ｃを種々に変
化させたものを用いた。セルを温度２００［℃］で燃料
（Ｈ2：ＣＯ2＝８０：２０）及び空気をガス利用率がそ
れぞれ８０［％］及び６０［％］で供給して運転して、
特性が安定してから、セル電圧Ｅ、空気極のガス拡散性
の指標のＯ2ゲイン△Ｅｏ2及び空気極の電極触媒層の電
圧降下ＩＲｃを測定した。いずれも電流密度Ｉは３００
［mA／cm2］で実施した。その結果を図４及び図５に示
す。
ーボンペーパを接合して、各々、燃料極及び空気極の電
極としてセルに組み立てた。厚さ１００［μm］のマト
リックスの両側に上記燃料極及び空気極の電極、その外
側に一対の燃料流路及び空気流路を有する電解質貯蔵用
リブ付多孔質カーボン板、さらにその外側に一対のセパ
レータ板を配してセルを組み立てた。マトリックスには
空孔容積の１００［％］、電極及び多孔質カーボン板に
は空孔容積の約４０［％］のリン酸を含浸した。空気極
には電極触媒層のカーボン坦体の体積比率Ｃを種々に変
化させたものを用いた。セルを温度２００［℃］で燃料
（Ｈ2：ＣＯ2＝８０：２０）及び空気をガス利用率がそ
れぞれ８０［％］及び６０［％］で供給して運転して、
特性が安定してから、セル電圧Ｅ、空気極のガス拡散性
の指標のＯ2ゲイン△Ｅｏ2及び空気極の電極触媒層の電
圧降下ＩＲｃを測定した。いずれも電流密度Ｉは３００
［mA／cm2］で実施した。その結果を図４及び図５に示
す。
【００４６】図４によれば、空気極の電極触媒層のカー
ボン坦体の体積比率Ｃが大きくなるにつれて、空気極の
電極触媒層の電圧降下ＩＲｃは小さくなり、カーボン坦
体の体積比率Ｃが１０〜１５［％］以上で飽和する傾向
にある。また、空気極の電極触媒層のカーボン坦体の体
積比率Ｃが大きくなるにつれて、セル運転時の空気極の
ガス拡散性指標のＯ2ゲイン△Ｅｏ2が大きくなり、空気
極の電極触媒層のカーボン坦体の体積比率Ｃが２０〜２
５［％］以上で急増する傾向にある。以上より、図４か
らは空気極の電極触媒層のカーボン坦体の体積比率Ｃは
１０〜２５［％］（好ましくは１５〜２０［％］）が望
ましい範囲としての一応の目安となることが分かる。
ボン坦体の体積比率Ｃが大きくなるにつれて、空気極の
電極触媒層の電圧降下ＩＲｃは小さくなり、カーボン坦
体の体積比率Ｃが１０〜１５［％］以上で飽和する傾向
にある。また、空気極の電極触媒層のカーボン坦体の体
積比率Ｃが大きくなるにつれて、セル運転時の空気極の
ガス拡散性指標のＯ2ゲイン△Ｅｏ2が大きくなり、空気
極の電極触媒層のカーボン坦体の体積比率Ｃが２０〜２
５［％］以上で急増する傾向にある。以上より、図４か
らは空気極の電極触媒層のカーボン坦体の体積比率Ｃは
１０〜２５［％］（好ましくは１５〜２０［％］）が望
ましい範囲としての一応の目安となることが分かる。
【００４７】以上の関係を総合的に調べたものが図５で
ある。図５によれば、空気極の電極触媒層のカーボン坦
体の体積比率Ｃが１０〜２０［％］で空気極の電極触媒
層の電圧降下ＩＲｃとセルのＯ2ゲイン△Ｅｏ2の和が小
さくなっている。特にカーボン坦体の体積比率Ｃが１５
〜２０［％］では１２０［mv］前後のの小さい値となっ
ており好ましい。これらに対応して空気極の電極触媒層
のカーボン坦体の体積比率Ｃが１０〜２５［％］でセル
電圧Ｅが高くなっている。特にカーボン坦体の体積比率
Ｃが１５〜２０［％］では６５０［mv］前後の高い値と
なっており好ましい。また、この範囲では∂Ｅ／∂Ｃが
小さくなっておりセル電圧Ｅがカーボン坦体の体積比率
Ｃの影響を受けにくくなっている。
ある。図５によれば、空気極の電極触媒層のカーボン坦
体の体積比率Ｃが１０〜２０［％］で空気極の電極触媒
層の電圧降下ＩＲｃとセルのＯ2ゲイン△Ｅｏ2の和が小
さくなっている。特にカーボン坦体の体積比率Ｃが１５
〜２０［％］では１２０［mv］前後のの小さい値となっ
ており好ましい。これらに対応して空気極の電極触媒層
のカーボン坦体の体積比率Ｃが１０〜２５［％］でセル
電圧Ｅが高くなっている。特にカーボン坦体の体積比率
Ｃが１５〜２０［％］では６５０［mv］前後の高い値と
なっており好ましい。また、この範囲では∂Ｅ／∂Ｃが
小さくなっておりセル電圧Ｅがカーボン坦体の体積比率
Ｃの影響を受けにくくなっている。
【００４８】例えば、リン酸形燃料電池のセルを量産化
する場合には、空気極の電極触媒層のカーボン坦体の体
積比率Ｃを１０〜２５［％］（好ましくは１０〜２０
［％］）の範囲になるように制御すれば、空気極の電極
触媒層の電圧降下ＩＲｃとセルＯ2ゲイン△Ｅｏ2の和が
小さく、それに対応してセル電圧Ｅが高く、しかも電圧
がカーボン坦体の体積比率Ｃの影響を受けにくいものが
得られるという効果がある。
する場合には、空気極の電極触媒層のカーボン坦体の体
積比率Ｃを１０〜２５［％］（好ましくは１０〜２０
［％］）の範囲になるように制御すれば、空気極の電極
触媒層の電圧降下ＩＲｃとセルＯ2ゲイン△Ｅｏ2の和が
小さく、それに対応してセル電圧Ｅが高く、しかも電圧
がカーボン坦体の体積比率Ｃの影響を受けにくいものが
得られるという効果がある。
【００４９】実施例２．実施例１と同様な方法で電極触
媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン坦体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン坦体は
熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝６０／４０、坪量６.０［mg／cm2］の燃料極の電極触
媒層、及び重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４０、
坪量１５.０［mg／cm2］の空気極の電極触媒層を作製し
た。これらの燃料極及び空気極の電極触媒層を成形する
ときにプレス圧Ｐを変化させて、気孔率εを変化させ、
このときのカーボン坦体の体積比率Ｃと電気抵抗率ρを
測定した。その結果を図６及び図７に示す。
媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン坦体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン坦体は
熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝６０／４０、坪量６.０［mg／cm2］の燃料極の電極触
媒層、及び重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４０、
坪量１５.０［mg／cm2］の空気極の電極触媒層を作製し
た。これらの燃料極及び空気極の電極触媒層を成形する
ときにプレス圧Ｐを変化させて、気孔率εを変化させ、
このときのカーボン坦体の体積比率Ｃと電気抵抗率ρを
測定した。その結果を図６及び図７に示す。
【００５０】この実施例２では、燃料極及び空気極の電
極触媒層の組成が同じため、燃料極が空気極の電極触媒
層のカーボン坦体の体積比率Ｃと電気抵抗率ρは同じ値
となった。また、図６によれば、プレス圧力Ｐの大きさ
によって電極触媒層の気孔率εが変化している、プレス
圧力Ｐが大きいほど気孔率εが小さくなっている。さら
に、図７によれば、燃料極及び空気極の電極触媒層の気
孔率εが大きくなるにつれて電極触媒層のカーボン坦体
の体積比率Ｃは小さくなり、電極触媒層の電気抵抗率ρ
は大きくなっている。反対に、電極触媒層の電気抵抗率
ρは電極触媒層の気孔率εが７５〜８０［％］以下で小
さくなり、飽和する傾向にある。また、このときの電極
触媒層のカーボン坦体の体積比率Ｃは１０〜１５［％］
以上となっている。
極触媒層の組成が同じため、燃料極が空気極の電極触媒
層のカーボン坦体の体積比率Ｃと電気抵抗率ρは同じ値
となった。また、図６によれば、プレス圧力Ｐの大きさ
によって電極触媒層の気孔率εが変化している、プレス
圧力Ｐが大きいほど気孔率εが小さくなっている。さら
に、図７によれば、燃料極及び空気極の電極触媒層の気
孔率εが大きくなるにつれて電極触媒層のカーボン坦体
の体積比率Ｃは小さくなり、電極触媒層の電気抵抗率ρ
は大きくなっている。反対に、電極触媒層の電気抵抗率
ρは電極触媒層の気孔率εが７５〜８０［％］以下で小
さくなり、飽和する傾向にある。また、このときの電極
触媒層のカーボン坦体の体積比率Ｃは１０〜１５［％］
以上となっている。
【００５１】上記燃料極及び空気極の電極触媒層にカー
ボンペーパを接合して各々、燃料極及び空気極の電極と
した。これらの燃料極及び空気極の電極を実施例１と同
じ条件でセルを組み立ててセルの運転を行った。２００
［℃］で運転して、特性が安定してから、電流密度Ｉが
３００［mA／cm2］の状態でガス拡散性の評価を行っ
た。燃料極のガス拡散性の指標であるＨ2ゲイン△ＥH2
と空気極のガス拡散性の指標であるＯ2ゲイン△Ｅｏ2を
測定した。その結果をそれぞれ図８及び図９に示す。
ボンペーパを接合して各々、燃料極及び空気極の電極と
した。これらの燃料極及び空気極の電極を実施例１と同
じ条件でセルを組み立ててセルの運転を行った。２００
［℃］で運転して、特性が安定してから、電流密度Ｉが
３００［mA／cm2］の状態でガス拡散性の評価を行っ
た。燃料極のガス拡散性の指標であるＨ2ゲイン△ＥH2
と空気極のガス拡散性の指標であるＯ2ゲイン△Ｅｏ2を
測定した。その結果をそれぞれ図８及び図９に示す。
【００５２】図８は、空気極の電極触媒層の気孔率εを
６５［％］一定として、燃料極の電極触媒層の気孔率ε
を変化させた場合のものである。燃料極の電極触媒層の
気孔率εが大きくなるにつれて、セルのＨ2ゲイン△Ｅ
H2が小さくなっており、燃料極の電極触媒層の気孔率ε
が５０〜５５［％］以上で飽和する傾向がある。また、
このときの燃料極の電極触媒層のカーボン坦体の体積比
率Ｃは２０〜２５［％］程度となっている。
６５［％］一定として、燃料極の電極触媒層の気孔率ε
を変化させた場合のものである。燃料極の電極触媒層の
気孔率εが大きくなるにつれて、セルのＨ2ゲイン△Ｅ
H2が小さくなっており、燃料極の電極触媒層の気孔率ε
が５０〜５５［％］以上で飽和する傾向がある。また、
このときの燃料極の電極触媒層のカーボン坦体の体積比
率Ｃは２０〜２５［％］程度となっている。
【００５３】同様に図９は燃料極の電極触媒層の気孔率
εを６５［％］で一定として、空気極の電極触媒層の気
孔率εを変化させた場合のものである。空気極の電極触
媒層の気孔率εが大きくなるにつれて、セルのＯ2ゲイ
ン△Ｅｏ2が小さくなっており、空気極の電極触媒層の
気孔率εが５０〜５５［％］以上で飽和する傾向にあ
る。また、このときの空気極の電極触媒層のカーボン坦
体の体積比率Ｃは２０〜２５［％］程度となっている。
εを６５［％］で一定として、空気極の電極触媒層の気
孔率εを変化させた場合のものである。空気極の電極触
媒層の気孔率εが大きくなるにつれて、セルのＯ2ゲイ
ン△Ｅｏ2が小さくなっており、空気極の電極触媒層の
気孔率εが５０〜５５［％］以上で飽和する傾向にあ
る。また、このときの空気極の電極触媒層のカーボン坦
体の体積比率Ｃは２０〜２５［％］程度となっている。
【００５４】以上、図７〜図９より次のことが言える。
すなわち、燃料極及び空気極の電極触媒層の気孔率εが
７５〜８０［％］以下（カーボン坦体の体積比率Ｃが１
０〜１５［％］程度以上）で電極触媒層の電気抵抗ρが
小さくなり望ましい。また、燃料極の電極触媒層の気孔
率εが５０〜５５［％］以上（カーボン坦体の体積比率
Ｃが２０〜２５［％］程度以下）でセルのＨ2ゲイン△
ＥH2が小さくなり望ましい。さらに、空気極の電極触媒
層の気孔率εが５０〜５５［％］以上（カーボン坦体の
体積比率Ｃが２０〜２５［％］程度以下）でセルのＯ2
ゲイン△Ｅｏ2が小さくなり望ましい。
すなわち、燃料極及び空気極の電極触媒層の気孔率εが
７５〜８０［％］以下（カーボン坦体の体積比率Ｃが１
０〜１５［％］程度以上）で電極触媒層の電気抵抗ρが
小さくなり望ましい。また、燃料極の電極触媒層の気孔
率εが５０〜５５［％］以上（カーボン坦体の体積比率
Ｃが２０〜２５［％］程度以下）でセルのＨ2ゲイン△
ＥH2が小さくなり望ましい。さらに、空気極の電極触媒
層の気孔率εが５０〜５５［％］以上（カーボン坦体の
体積比率Ｃが２０〜２５［％］程度以下）でセルのＯ2
ゲイン△Ｅｏ2が小さくなり望ましい。
【００５５】したがって、燃料極及び空気極の電極触媒
層の気孔率εを５０〜８０［％］（好ましくは６０〜７
０［％］程度）かつ、燃料極及び空気極の電極触媒層の
カーボン坦体の体積比率Ｃを１０〜２５［％］（好まし
くは１５〜２０［％］程度）にすることにより、電極触
媒層の電気抵抗率ρが小さく、電気抵抗による電圧降下
が小さいものが得られ、さらにセルのＨ2ゲイン△Ｅｏ2
の小さいものが得られ、セルの内部損失が小さくなり、
セル電圧の高いものが得られる効果がある。
層の気孔率εを５０〜８０［％］（好ましくは６０〜７
０［％］程度）かつ、燃料極及び空気極の電極触媒層の
カーボン坦体の体積比率Ｃを１０〜２５［％］（好まし
くは１５〜２０［％］程度）にすることにより、電極触
媒層の電気抵抗率ρが小さく、電気抵抗による電圧降下
が小さいものが得られ、さらにセルのＨ2ゲイン△Ｅｏ2
の小さいものが得られ、セルの内部損失が小さくなり、
セル電圧の高いものが得られる効果がある。
【００５６】実施例３．実施例１と同様に方法で電極触
媒層を作成した。すなわち、原料の触媒粉末の組成は重
量比で次のものを用いた。カーボンブラック坦体は熱処
理カーボンを用いた。灰分はニッケルを主成分とする金
属である。試料Ａは白金１０［％］、カーボン坦体８６
［％］、灰分 ４［％］、試料Ｂは白金２０［％］、カ
ーボン坦体７２［％］、灰分 ８［％］、試料Ｃは白金
３０［％］、カーボン坦体５８［％］、灰分１２
［％］、試料Ｄは白金４０［％］、カーボン坦体４４
［％］、灰分１６［％］を含む。重量比で触媒粉末／Ｐ
ＴＦＥ＝６０／４０、坪量１５.０［mg／cm2］の空気極
の電極触媒層を作成した。これらの電極触媒層は気孔率
εを変化させ、このときの電極触媒層のカーボン坦体の
体積比率Ｃと電気抵抗率ρを測定した。その結果を図１
０及び図１１に示す。
媒層を作成した。すなわち、原料の触媒粉末の組成は重
量比で次のものを用いた。カーボンブラック坦体は熱処
理カーボンを用いた。灰分はニッケルを主成分とする金
属である。試料Ａは白金１０［％］、カーボン坦体８６
［％］、灰分 ４［％］、試料Ｂは白金２０［％］、カ
ーボン坦体７２［％］、灰分 ８［％］、試料Ｃは白金
３０［％］、カーボン坦体５８［％］、灰分１２
［％］、試料Ｄは白金４０［％］、カーボン坦体４４
［％］、灰分１６［％］を含む。重量比で触媒粉末／Ｐ
ＴＦＥ＝６０／４０、坪量１５.０［mg／cm2］の空気極
の電極触媒層を作成した。これらの電極触媒層は気孔率
εを変化させ、このときの電極触媒層のカーボン坦体の
体積比率Ｃと電気抵抗率ρを測定した。その結果を図１
０及び図１１に示す。
【００５７】図１０によれば、空気極の電気触媒層の気
孔率εが大きくなるにつれて、電極触媒層の電気抵抗率
ρが大きくなっており、その程度は原料の触媒粉末の白
金濃度の大きいものほど著しい。一方、図１１によれ
ば、空気極の電極触媒層のカーボン坦体の体積比率Ｃが
大きくなるにつれて電極触媒層の電気抵抗率ρが小さく
なっているが、原料の触媒粉末の白金濃度の影響を殆ど
受けずに大略１本の曲線で表せる。この図１１による表
示形式、すなわち、電極触媒層のカーボン坦体の体積比
率Ｃに対する電気抵抗率ρの影響を考えることにより、
電極触媒層の電気抵抗、さらには電極の電気抵抗による
電圧降下を見積もることが容易となる効果がある。
孔率εが大きくなるにつれて、電極触媒層の電気抵抗率
ρが大きくなっており、その程度は原料の触媒粉末の白
金濃度の大きいものほど著しい。一方、図１１によれ
ば、空気極の電極触媒層のカーボン坦体の体積比率Ｃが
大きくなるにつれて電極触媒層の電気抵抗率ρが小さく
なっているが、原料の触媒粉末の白金濃度の影響を殆ど
受けずに大略１本の曲線で表せる。この図１１による表
示形式、すなわち、電極触媒層のカーボン坦体の体積比
率Ｃに対する電気抵抗率ρの影響を考えることにより、
電極触媒層の電気抵抗、さらには電極の電気抵抗による
電圧降下を見積もることが容易となる効果がある。
【００５８】これらの空気極の電極触媒層にカーボンペ
ーパを接合して空気極の電極とした。さらに、実施例１
で作製した燃料極と上記空気極を用いて実施例１と同じ
条件でセルを組み立ててセルの運転を行った。２００
［℃］で運転して、特性が安定してから、電流密度Ｉが
３００［mA／cm2］の状態でガス拡散性の評価を行っ
た。空気極のガス拡散性の指標であるＯ2ゲイン△Ｅｏ2
を測定した。その結果を図１２に示す。図１２によれ
ば、空気極の電極触媒層の気孔率εが大きくなるにつれ
て、セルのＯ2ゲイン△Ｅｏ2が小さくなっているが、原
料の触媒粉末の白金濃度の影響をあまり受けず、大略１
本の曲線の周辺に分布している。
ーパを接合して空気極の電極とした。さらに、実施例１
で作製した燃料極と上記空気極を用いて実施例１と同じ
条件でセルを組み立ててセルの運転を行った。２００
［℃］で運転して、特性が安定してから、電流密度Ｉが
３００［mA／cm2］の状態でガス拡散性の評価を行っ
た。空気極のガス拡散性の指標であるＯ2ゲイン△Ｅｏ2
を測定した。その結果を図１２に示す。図１２によれ
ば、空気極の電極触媒層の気孔率εが大きくなるにつれ
て、セルのＯ2ゲイン△Ｅｏ2が小さくなっているが、原
料の触媒粉末の白金濃度の影響をあまり受けず、大略１
本の曲線の周辺に分布している。
【００５９】従って、図１１により、電極触媒層のカー
ボン坦体の体積比率Ｃを１０［％］以上（好ましくは１
５［％］以上）に選ぶことにより電気抵抗率ρを小さく
することができ、図１２より電極触媒層の気孔率εを５
０［％］以上（好ましくは６０［％］以上）に選ぶこと
によりセルのＯ2ゲイン△Ｅｏ2を小さくすることがで
き、さらに、両者を組み合わせることにより電気抵抗率
ρとセルのＯ2ゲイン△Ｅｏ2の両方を共に小さくするこ
とができる相乗効果が得られる。
ボン坦体の体積比率Ｃを１０［％］以上（好ましくは１
５［％］以上）に選ぶことにより電気抵抗率ρを小さく
することができ、図１２より電極触媒層の気孔率εを５
０［％］以上（好ましくは６０［％］以上）に選ぶこと
によりセルのＯ2ゲイン△Ｅｏ2を小さくすることがで
き、さらに、両者を組み合わせることにより電気抵抗率
ρとセルのＯ2ゲイン△Ｅｏ2の両方を共に小さくするこ
とができる相乗効果が得られる。
【００６０】実施例４．実施例１と同様の方法で電極触
媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン担体は
熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝１００／０〜４０／６０に変化させ白金量が１.８［m
g／cm2］気孔率εが６５［％］の空気極の電極触媒層を
作製した。触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４０の場合に、
電極触媒層の坪量が１５［mg／cm2］である。この電極
触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃ、厚さＬ、電気抵抗
率ρ、及び電気抵抗Ｒｃを測定した。その結果を図１３
及び図１４に示す。
媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン担体は
熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝１００／０〜４０／６０に変化させ白金量が１.８［m
g／cm2］気孔率εが６５［％］の空気極の電極触媒層を
作製した。触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４０の場合に、
電極触媒層の坪量が１５［mg／cm2］である。この電極
触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃ、厚さＬ、電気抵抗
率ρ、及び電気抵抗Ｒｃを測定した。その結果を図１３
及び図１４に示す。
【００６１】図１３によれば、空気極の電極触媒層のＰ
ＴＦＥ含有率［％］（重量比）が大きくなるにつれて、
カーボン担体の体積比率Ｃは小さくなり、反対に電極触
媒層の厚さＬが大きくなっている。また、ＰＴＦＥ含有
率が２０〜６０［％］程度の場合にカーボン担体の体積
比率Ｃが１０〜２５［％］程度になっている。図１４に
よれば、空気極の電極触媒層のカーボン担体の体積比率
Ｃが大きくなるにつれて、電極触媒層の電気抵抗率ρ及
び電気抵抗Ｒｃが小さくなっており、カーボン担体の体
積比率Ｃが１５〜２０［％］程度以上で飽和する傾向に
ある。これらの空気極の電極触媒層にカーボンペーパを
接合して空気極の電極とした。
ＴＦＥ含有率［％］（重量比）が大きくなるにつれて、
カーボン担体の体積比率Ｃは小さくなり、反対に電極触
媒層の厚さＬが大きくなっている。また、ＰＴＦＥ含有
率が２０〜６０［％］程度の場合にカーボン担体の体積
比率Ｃが１０〜２５［％］程度になっている。図１４に
よれば、空気極の電極触媒層のカーボン担体の体積比率
Ｃが大きくなるにつれて、電極触媒層の電気抵抗率ρ及
び電気抵抗Ｒｃが小さくなっており、カーボン担体の体
積比率Ｃが１５〜２０［％］程度以上で飽和する傾向に
ある。これらの空気極の電極触媒層にカーボンペーパを
接合して空気極の電極とした。
【００６２】さらに、実施例１で作製した燃料極と上記
空気極を用いて実施例１と同じ条件でセルを組み立てて
セルの運転を行った。２００［℃］で運転して、特性が
安定してから電流密度Ｉが３００［mA／cm2］の状態で
セル電圧Ｅ、空気極のガス拡散性の指標であるＯ2ゲイ
ンΔＥｏ2及び空気極の電極触媒層の電圧降下ＩＲｃを
測定した。その結果を図１５及び図１６に示す。図１５
によれば、空気極の電極触媒層のカーボン担体の体積比
率Ｃが大きくなるにつれて、空気極の電極触媒層の電圧
降下ＩＲｃは小さくなり、カーボン担体の体積比率Ｃが
１０〜１５［％］程度以上で飽和する傾向にある。ま
た、空気極の電極触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃが
大きくなるにつれて、セル運転時の空気極のガス拡散性
指標のＯ2ゲインΔＥｏ2が大きくなり、空気極の電極触
媒層のカーボン担体の体積比率Ｃが２０〜２５［％］程
度以上で急増する傾向にある。
空気極を用いて実施例１と同じ条件でセルを組み立てて
セルの運転を行った。２００［℃］で運転して、特性が
安定してから電流密度Ｉが３００［mA／cm2］の状態で
セル電圧Ｅ、空気極のガス拡散性の指標であるＯ2ゲイ
ンΔＥｏ2及び空気極の電極触媒層の電圧降下ＩＲｃを
測定した。その結果を図１５及び図１６に示す。図１５
によれば、空気極の電極触媒層のカーボン担体の体積比
率Ｃが大きくなるにつれて、空気極の電極触媒層の電圧
降下ＩＲｃは小さくなり、カーボン担体の体積比率Ｃが
１０〜１５［％］程度以上で飽和する傾向にある。ま
た、空気極の電極触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃが
大きくなるにつれて、セル運転時の空気極のガス拡散性
指標のＯ2ゲインΔＥｏ2が大きくなり、空気極の電極触
媒層のカーボン担体の体積比率Ｃが２０〜２５［％］程
度以上で急増する傾向にある。
【００６３】以上より、図１５からは、空気極の電極触
媒層のカーボン担体の体積比率Ｃは１０〜２５［％］程
度、好ましくは１５〜２０［％］程度が望ましいことが
分かる。以上の関係を総合的に調べたものが図１６であ
る。図１６によれば、空気極の電極触媒層のカーボン担
体の体積比率Ｃが１０〜２５［％］程度で空気極の電極
触媒層の電圧降下ＩＲｃとセルのＯ2ゲインΔＥｏ2の和
が小さくなっている。特にカーボン担体の体積比率Ｃが
１５〜２０［％］程度では１１０［mv］前後の小さい値
となっており好ましい。以上に対応して、空気極の電極
触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃが１０〜２５［％］
程度でセル電圧が高くなっている。特にカーボン担体の
体積比率Ｃが１５〜２０［％］程度では６５０［mv］前
後の高い値となっており好ましい。
媒層のカーボン担体の体積比率Ｃは１０〜２５［％］程
度、好ましくは１５〜２０［％］程度が望ましいことが
分かる。以上の関係を総合的に調べたものが図１６であ
る。図１６によれば、空気極の電極触媒層のカーボン担
体の体積比率Ｃが１０〜２５［％］程度で空気極の電極
触媒層の電圧降下ＩＲｃとセルのＯ2ゲインΔＥｏ2の和
が小さくなっている。特にカーボン担体の体積比率Ｃが
１５〜２０［％］程度では１１０［mv］前後の小さい値
となっており好ましい。以上に対応して、空気極の電極
触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃが１０〜２５［％］
程度でセル電圧が高くなっている。特にカーボン担体の
体積比率Ｃが１５〜２０［％］程度では６５０［mv］前
後の高い値となっており好ましい。
【００６４】したがって、空気極の電極触媒層のカーボ
ン担体の体積比率Ｃを１０〜２５［％］程度（好ましく
は１５〜２０［％］程度）の範囲に管理することによ
り、空気極の電極触媒層の電圧降下ＩＲｃとセルのＯ2
ゲインΔＥｏ2の和を小さく、それに対応して、セル電
圧Ｅを高くすることができるという効果がある。具体的
には図１３により、空気極の電極触媒層のＰＴＦＥ含有
率（重量比）を２０〜６０［％］程度（好ましくは３０
〜５０［％］程度）の範囲に管理することにより、カー
ボン担体の体積比率Ｃが１０〜２５［％］程度（好まし
くは１５〜２０［％］程度）の範囲に管理され上記の効
果が得られる。
ン担体の体積比率Ｃを１０〜２５［％］程度（好ましく
は１５〜２０［％］程度）の範囲に管理することによ
り、空気極の電極触媒層の電圧降下ＩＲｃとセルのＯ2
ゲインΔＥｏ2の和を小さく、それに対応して、セル電
圧Ｅを高くすることができるという効果がある。具体的
には図１３により、空気極の電極触媒層のＰＴＦＥ含有
率（重量比）を２０〜６０［％］程度（好ましくは３０
〜５０［％］程度）の範囲に管理することにより、カー
ボン担体の体積比率Ｃが１０〜２５［％］程度（好まし
くは１５〜２０［％］程度）の範囲に管理され上記の効
果が得られる。
【００６５】例えば、リン酸型燃料電池のセルを量産化
する場合には、空気極の電極触媒層のカーボン担体の体
積比率Ｃを１０〜２５［％］程度（好ましくは１５〜２
０［％］程度）の範囲になるように電極触媒層のＰＴＦ
Ｅ含有率を制御すれば、電極触媒層作製時にＰＴＦＥ含
有率に若干の変動があっても製作されたセルはセル電圧
が高く、しかもバラツキの小さいものが得られるという
効果がある。
する場合には、空気極の電極触媒層のカーボン担体の体
積比率Ｃを１０〜２５［％］程度（好ましくは１５〜２
０［％］程度）の範囲になるように電極触媒層のＰＴＦ
Ｅ含有率を制御すれば、電極触媒層作製時にＰＴＦＥ含
有率に若干の変動があっても製作されたセルはセル電圧
が高く、しかもバラツキの小さいものが得られるという
効果がある。
【００６６】実施例５．実施例１と同様の方法で電極触
媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン担体は
熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝６０／４０で気孔率εが６５［％］でカーボン担体の
体積比率Ｃが１９.３［％］の空気極の電極触媒層を作
製した。電極触媒層の厚さＬを５０〜４００［μm］に
変化させて作製した。これらの空気極の電極触媒層にカ
ーボンペーパを接合して空気極の電極とした。さらに実
施例１で作製した燃料極と上記空気極を用いて実施例１
と同じ条件でセルを組み立ててセルの運転を行った。２
００［℃］で運転して特性が安定してから電流密度Ｉが
３００［mA／cm2］の状態でセル電圧Ｅ、空気極のガス
拡散性の指標であるＯ2ゲインΔＥｏ2及び空気極の電極
触媒層の電圧降下ＩＲｃを測定した。その結果を図１７
及び図１８に示す。
媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン担体は
熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝６０／４０で気孔率εが６５［％］でカーボン担体の
体積比率Ｃが１９.３［％］の空気極の電極触媒層を作
製した。電極触媒層の厚さＬを５０〜４００［μm］に
変化させて作製した。これらの空気極の電極触媒層にカ
ーボンペーパを接合して空気極の電極とした。さらに実
施例１で作製した燃料極と上記空気極を用いて実施例１
と同じ条件でセルを組み立ててセルの運転を行った。２
００［℃］で運転して特性が安定してから電流密度Ｉが
３００［mA／cm2］の状態でセル電圧Ｅ、空気極のガス
拡散性の指標であるＯ2ゲインΔＥｏ2及び空気極の電極
触媒層の電圧降下ＩＲｃを測定した。その結果を図１７
及び図１８に示す。
【００６７】セル電圧を高めるために、電極触媒層の厚
さを厚くして白金量を増加させる方法が従来より知られ
ている。図１７及び図１８はそれに対応するものであ
る。図１７によれば、空気極の電極触媒層の厚さＬに比
例して空気極の電極触媒層の電圧降下ＩＲｃは大きくな
っている。一方、セルのＯ2ゲインΔＥｏ2は電極触媒層
の厚さＬが３００〜３５０［μm］以上で急増してい
る。以上の関係を総合的に調べたものが図１８である。
図１８によれば、空気極の電極触媒層の厚さＬが３００
〜３５０［μm］以上で、空気極の電極触媒層の電圧降
下ＩＲｃとセルのＯ2ゲインΔＥｏ2の和が急増してい
る。空気極の電極触媒層の厚さを厚くしてセル電圧を高
くすることを期待しているわけであるが、上記の理由に
より、セル電圧は空気極の電極触媒層の厚さＬが１００
〜３５０［μm］程度の範囲で高くなっている。特に、
空気極の電極触媒層の厚さＬが１５０〜３００［μm］
程度の範囲では６５０［mv］前後の高い値となっており
好ましい。
さを厚くして白金量を増加させる方法が従来より知られ
ている。図１７及び図１８はそれに対応するものであ
る。図１７によれば、空気極の電極触媒層の厚さＬに比
例して空気極の電極触媒層の電圧降下ＩＲｃは大きくな
っている。一方、セルのＯ2ゲインΔＥｏ2は電極触媒層
の厚さＬが３００〜３５０［μm］以上で急増してい
る。以上の関係を総合的に調べたものが図１８である。
図１８によれば、空気極の電極触媒層の厚さＬが３００
〜３５０［μm］以上で、空気極の電極触媒層の電圧降
下ＩＲｃとセルのＯ2ゲインΔＥｏ2の和が急増してい
る。空気極の電極触媒層の厚さを厚くしてセル電圧を高
くすることを期待しているわけであるが、上記の理由に
より、セル電圧は空気極の電極触媒層の厚さＬが１００
〜３５０［μm］程度の範囲で高くなっている。特に、
空気極の電極触媒層の厚さＬが１５０〜３００［μm］
程度の範囲では６５０［mv］前後の高い値となっており
好ましい。
【００６８】したがって、空気極の電極触媒層の厚さＬ
を１００〜３５０［μm］程度（好ましくは１５０〜３
００［μm］程度）の範囲に制御することにより高いセ
ル電圧のものが得られ、本発明の効果をより高めること
ができる。また、空気極の電極触媒層の必要な触媒量を
適正化することにより触媒の使用にむだがなくなり、セ
ルのコスト低減に貢献できる効果がある。
を１００〜３５０［μm］程度（好ましくは１５０〜３
００［μm］程度）の範囲に制御することにより高いセ
ル電圧のものが得られ、本発明の効果をより高めること
ができる。また、空気極の電極触媒層の必要な触媒量を
適正化することにより触媒の使用にむだがなくなり、セ
ルのコスト低減に貢献できる効果がある。
【００６９】実施例６．実施例１と同様な方法で電極触
媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン担体は
熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝６０／４０、坪量１５.０［mg／cm2］、気孔率εが６
５［％］、カーボン担体の体積比率Ｃが１９.３［％］
の空気極の電極触媒層を作製した。この空気極の電極触
媒層にカーボンペーパを接合して空気極の電極とした。
同じようにして、重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／
４０、気孔率εが６５［％］、カーボン担体の体積比率
Ｃが１９.３［％］の燃料極の電極触媒層を作製した。
電極触媒層の厚さＬを３０〜３５０［μm］に変化させ
て作製した。これらの燃料極の電極触媒層にカーボンペ
ーパを接合して燃料極の電極とした。
媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン担体は
熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝６０／４０、坪量１５.０［mg／cm2］、気孔率εが６
５［％］、カーボン担体の体積比率Ｃが１９.３［％］
の空気極の電極触媒層を作製した。この空気極の電極触
媒層にカーボンペーパを接合して空気極の電極とした。
同じようにして、重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／
４０、気孔率εが６５［％］、カーボン担体の体積比率
Ｃが１９.３［％］の燃料極の電極触媒層を作製した。
電極触媒層の厚さＬを３０〜３５０［μm］に変化させ
て作製した。これらの燃料極の電極触媒層にカーボンペ
ーパを接合して燃料極の電極とした。
【００７０】さらに、上記燃料極と空気極を用いて実施
例１と同じ条件でセルを組み立ててセルの運転を行っ
た。２００［℃］で運転して特性が安定してから電流密
度Ｉが３００［mA／cm2］の状態で燃料極のガス拡散性
の指標であるＨ2ゲインΔＥH2及び燃料極の電極触媒層
の電圧降下ＩＲｃを測定した。その結果を図１９及び図
２０に示す。セル電圧を高めるために、電極触媒層の厚
さを厚くして白金量を増加させる方法が従来より知られ
ている。図１９及び図２０はそれに対応するものであ
る。図１９によれば燃料極の電極触媒層の厚さＬに比例
して燃料極の電極触媒層の電圧降下ＩＲｃは大きくなっ
ている。一方、セルのＨ2ゲインΔＥH2は電極触媒層の
厚さＬが２００〜２５０［μm］以上で急増している。
例１と同じ条件でセルを組み立ててセルの運転を行っ
た。２００［℃］で運転して特性が安定してから電流密
度Ｉが３００［mA／cm2］の状態で燃料極のガス拡散性
の指標であるＨ2ゲインΔＥH2及び燃料極の電極触媒層
の電圧降下ＩＲｃを測定した。その結果を図１９及び図
２０に示す。セル電圧を高めるために、電極触媒層の厚
さを厚くして白金量を増加させる方法が従来より知られ
ている。図１９及び図２０はそれに対応するものであ
る。図１９によれば燃料極の電極触媒層の厚さＬに比例
して燃料極の電極触媒層の電圧降下ＩＲｃは大きくなっ
ている。一方、セルのＨ2ゲインΔＥH2は電極触媒層の
厚さＬが２００〜２５０［μm］以上で急増している。
【００７１】以上の関係を総合的に調べたものが図２０
である。図２０によれば、燃料極の電極触媒層の厚さＬ
が２００〜２５０［μm］以上で、燃料極の電極触媒層
の電圧降下ＩＲｃとセルのＨ2ゲインΔＥH2の和が急増
している。燃料極の電極触媒層の厚さを厚くしてセル電
圧を高くすることを期待しているわけであるが、上記の
理由により、セル電圧は燃料極の電極触媒層の厚さＬが
５０〜２５０［μm］程度の範囲で高くなっている。特
に、燃料極の電極触媒層の厚さＬが１００〜２００［μ
m］程度の範囲では６５０［mv］前後の高い値となって
おり好ましい。したがって、燃料極の電極触媒層の厚さ
Ｌを５０〜２５０［μm］程度（好ましくは１００〜２
００［μm］程度）の範囲に制御することにより高いセ
ル電圧のものが得られ、本発明の効果をより高めること
ができる。また、燃料極の電極触媒層の必要な触媒量を
適正化することにより触媒の使用にむだがなくなり、セ
ルのコスト低減に貢献できる効果がある。
である。図２０によれば、燃料極の電極触媒層の厚さＬ
が２００〜２５０［μm］以上で、燃料極の電極触媒層
の電圧降下ＩＲｃとセルのＨ2ゲインΔＥH2の和が急増
している。燃料極の電極触媒層の厚さを厚くしてセル電
圧を高くすることを期待しているわけであるが、上記の
理由により、セル電圧は燃料極の電極触媒層の厚さＬが
５０〜２５０［μm］程度の範囲で高くなっている。特
に、燃料極の電極触媒層の厚さＬが１００〜２００［μ
m］程度の範囲では６５０［mv］前後の高い値となって
おり好ましい。したがって、燃料極の電極触媒層の厚さ
Ｌを５０〜２５０［μm］程度（好ましくは１００〜２
００［μm］程度）の範囲に制御することにより高いセ
ル電圧のものが得られ、本発明の効果をより高めること
ができる。また、燃料極の電極触媒層の必要な触媒量を
適正化することにより触媒の使用にむだがなくなり、セ
ルのコスト低減に貢献できる効果がある。
【００７２】実施例７．実施例１と同様な方法で７種の
電極触媒層を作製した。原料の触媒粉末は組成の重量比
で次のものを用いた。白金濃度は５〜５０［％］であ
る。カーボン担体は熱処理カーボンを用いた。灰分はニ
ッケルを主成分とする金属である。試料Ｅは白金 ５
［％］、カーボン担体９３［％］、灰分 ２［％］、試
料Ｆは白金１０［％］、カーボン担体８６［％］、灰分
４［％］、試料Ｇは白金１５［％］、カーボン担体７
９［％］、灰分 ６［％］、試料Ｈは白金２０［％］、
カーボン担体７２［％］、灰分 ８［％］、試料Ｉは白
金３０［％］、カーボン担体５８［％］、灰分１２
［％］、試料Ｊは白金４０［％］、カーボン担体４４
［％］、灰分１６［％］、試料Ｋは白金５０［％］、カ
ーボン担体３０［％］、灰分２０［％］を含む。
電極触媒層を作製した。原料の触媒粉末は組成の重量比
で次のものを用いた。白金濃度は５〜５０［％］であ
る。カーボン担体は熱処理カーボンを用いた。灰分はニ
ッケルを主成分とする金属である。試料Ｅは白金 ５
［％］、カーボン担体９３［％］、灰分 ２［％］、試
料Ｆは白金１０［％］、カーボン担体８６［％］、灰分
４［％］、試料Ｇは白金１５［％］、カーボン担体７
９［％］、灰分 ６［％］、試料Ｈは白金２０［％］、
カーボン担体７２［％］、灰分 ８［％］、試料Ｉは白
金３０［％］、カーボン担体５８［％］、灰分１２
［％］、試料Ｊは白金４０［％］、カーボン担体４４
［％］、灰分１６［％］、試料Ｋは白金５０［％］、カ
ーボン担体３０［％］、灰分２０［％］を含む。
【００７３】重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４
０、坪量１５.０［mg／cm2］の空気極の電極触媒層を作
製した。これらの電極触媒層は気孔率εを変化させ、こ
のときの電極触媒層の電気抵抗率ρ及び電気抵抗Ｒｃを
測定した。その結果を図２１及び図２２に示す。図２１
によれば、空気極の電極触媒層の触媒粉末の白金濃度が
大きくなるにつれて電極触媒層の電気抵抗率ρが大きく
なっており、その程度は気孔率εの大きいものほど大き
い。触媒粉末の白金濃度が４０［％］以上で電極触媒層
の電気抵抗率ρが急増する傾向にある。
０、坪量１５.０［mg／cm2］の空気極の電極触媒層を作
製した。これらの電極触媒層は気孔率εを変化させ、こ
のときの電極触媒層の電気抵抗率ρ及び電気抵抗Ｒｃを
測定した。その結果を図２１及び図２２に示す。図２１
によれば、空気極の電極触媒層の触媒粉末の白金濃度が
大きくなるにつれて電極触媒層の電気抵抗率ρが大きく
なっており、その程度は気孔率εの大きいものほど大き
い。触媒粉末の白金濃度が４０［％］以上で電極触媒層
の電気抵抗率ρが急増する傾向にある。
【００７４】さらに、図２２によれば、空気極の電極触
媒層の触媒粉末の白金濃度が大きくなるにつれて、空気
極の電極触媒層の電気抵抗Ｒｃが大きくなっており、そ
の程度は気孔率εの大きいものほど大きい。触媒粉末の
白金濃度が３０〜４０［％］程度以上で電極触媒層の電
気抵抗Ｒｃが急増する傾向にある。したがって、空気極
の電極触媒層の触媒粉末の白金濃度が４０［％］程度以
下（好ましくは３０［％］程度以下）の範囲のものを使
用することにより電極触媒層の電気抵抗率ρ及び電気抵
抗Ｒｃを小さくできるのでセル内部の電流分布を均一化
し、ジュール損を小さく抑制でき、本発明の効果をより
高めることができる。
媒層の触媒粉末の白金濃度が大きくなるにつれて、空気
極の電極触媒層の電気抵抗Ｒｃが大きくなっており、そ
の程度は気孔率εの大きいものほど大きい。触媒粉末の
白金濃度が３０〜４０［％］程度以上で電極触媒層の電
気抵抗Ｒｃが急増する傾向にある。したがって、空気極
の電極触媒層の触媒粉末の白金濃度が４０［％］程度以
下（好ましくは３０［％］程度以下）の範囲のものを使
用することにより電極触媒層の電気抵抗率ρ及び電気抵
抗Ｒｃを小さくできるのでセル内部の電流分布を均一化
し、ジュール損を小さく抑制でき、本発明の効果をより
高めることができる。
【００７５】また、空気極の電極触媒層の触媒粉末の白
金濃度を適正化することにより、高コストの必要以上の
高白金濃度の触媒を使用するむだがなくなりセルのコス
ト低減に貢献できる効果がある。これらの空気極の電極
触媒層のうち、気孔率εが６５［％］のものに、カーボ
ンペーパを接合して空気極の電極とした。さらに実施例
１で作製した燃料極と上記空気極を用いて実施例１と同
じ条件でセルを組み立ててセルの運転を行った。２００
［℃］で運転して特性が安定してから電流密度Ｉが３０
０［mA／cm2］の状態でセル電圧Ｅ、空気極のガス拡散
性の指標であるＯ2ゲインΔＥｏ2及び空気極の電極触媒
層の電圧降下ＩＲｃを測定した。その結果を図２３及び
図２４に示す。
金濃度を適正化することにより、高コストの必要以上の
高白金濃度の触媒を使用するむだがなくなりセルのコス
ト低減に貢献できる効果がある。これらの空気極の電極
触媒層のうち、気孔率εが６５［％］のものに、カーボ
ンペーパを接合して空気極の電極とした。さらに実施例
１で作製した燃料極と上記空気極を用いて実施例１と同
じ条件でセルを組み立ててセルの運転を行った。２００
［℃］で運転して特性が安定してから電流密度Ｉが３０
０［mA／cm2］の状態でセル電圧Ｅ、空気極のガス拡散
性の指標であるＯ2ゲインΔＥｏ2及び空気極の電極触媒
層の電圧降下ＩＲｃを測定した。その結果を図２３及び
図２４に示す。
【００７６】図２３によれば、空気極の電極触媒層の触
媒粉末の白金濃度が大きくなるにつれて、空気極の電極
触媒層の電圧降下ＩＲｃが大きくなり、触媒粉末の白金
濃度が３０〜４０［％］程度以上で急増する傾向にあ
る。また、空気極の電極触媒層の触媒粉末の白金濃度が
大きくなるにつれて、セル運転時の空気極のガス拡散性
指標のＯ2ゲインΔＥｏ2が大きくなっており、空気極の
電極触媒層の触媒粉末の白金濃度が３０〜４０［％］程
度以上で急増する傾向にある。以上により、図２３から
は空気極の電極触媒層の触媒粉末の白金濃度４０［％］
程度以下、好ましくは３０［％］以下が望ましいことが
分かる。
媒粉末の白金濃度が大きくなるにつれて、空気極の電極
触媒層の電圧降下ＩＲｃが大きくなり、触媒粉末の白金
濃度が３０〜４０［％］程度以上で急増する傾向にあ
る。また、空気極の電極触媒層の触媒粉末の白金濃度が
大きくなるにつれて、セル運転時の空気極のガス拡散性
指標のＯ2ゲインΔＥｏ2が大きくなっており、空気極の
電極触媒層の触媒粉末の白金濃度が３０〜４０［％］程
度以上で急増する傾向にある。以上により、図２３から
は空気極の電極触媒層の触媒粉末の白金濃度４０［％］
程度以下、好ましくは３０［％］以下が望ましいことが
分かる。
【００７７】以上の関係を総合的に調べたものが図２４
である。図２４によれば、空気極の電極触媒層の触媒粉
末の白金濃度が３０〜４０［％］程度以上で空気極の電
極触媒層の電圧降下ＩＲｃとセルのＯ2ゲインΔＥｏ2の
和が急増している。以上に対応して空気極の電極触媒層
の触媒粉末の白金濃度が３０〜４０［％］程度以下でセ
ル電圧が高くなっている。触媒粉末の白金濃度が１０
［％］程度以下では電極触媒層中の白金量が少ないた
め、セル電圧は低くなっている。空気極の電極触媒層の
触媒粉末の白金濃度を大きくしてセル電圧を高くするこ
とを期待しているわけであるが、上記の理由によりセル
電圧は空気極の電極触媒層の触媒粉末の白金濃度が１０
〜４０［％］程度の範囲で高くなっている。特に、空気
極の電極触媒層の触媒粉末の白金濃度が１５〜３０
［％］程度の範囲では６５０［mv］前後の高い値となっ
ており好ましい。
である。図２４によれば、空気極の電極触媒層の触媒粉
末の白金濃度が３０〜４０［％］程度以上で空気極の電
極触媒層の電圧降下ＩＲｃとセルのＯ2ゲインΔＥｏ2の
和が急増している。以上に対応して空気極の電極触媒層
の触媒粉末の白金濃度が３０〜４０［％］程度以下でセ
ル電圧が高くなっている。触媒粉末の白金濃度が１０
［％］程度以下では電極触媒層中の白金量が少ないた
め、セル電圧は低くなっている。空気極の電極触媒層の
触媒粉末の白金濃度を大きくしてセル電圧を高くするこ
とを期待しているわけであるが、上記の理由によりセル
電圧は空気極の電極触媒層の触媒粉末の白金濃度が１０
〜４０［％］程度の範囲で高くなっている。特に、空気
極の電極触媒層の触媒粉末の白金濃度が１５〜３０
［％］程度の範囲では６５０［mv］前後の高い値となっ
ており好ましい。
【００７８】したがって、空気極の電極触媒層の触媒粉
末の白金濃度を１０〜４０［％］程度（好ましくは、１
５〜３０［％］程度）の範囲にすることにより高いセル
電圧のものが得られ、本発明の効果をより高めることが
できる。また、空気極の電極触媒層の触媒粉末の白金濃
度を適正化することにより、高コストの必要以上の高白
金濃度の触媒を使用するむだがなくなり、セルのコスト
低減に貢献できる効果がある。
末の白金濃度を１０〜４０［％］程度（好ましくは、１
５〜３０［％］程度）の範囲にすることにより高いセル
電圧のものが得られ、本発明の効果をより高めることが
できる。また、空気極の電極触媒層の触媒粉末の白金濃
度を適正化することにより、高コストの必要以上の高白
金濃度の触媒を使用するむだがなくなり、セルのコスト
低減に貢献できる効果がある。
【００７９】実施例８．実施例１と同様な方法で電極触
媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン担体は
熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝１００／０〜１０／９０に変化させ白金量が１.８［m
g／cm2］の空気極の電極触媒層を作製した。触媒粉末／
ＰＴＦＥ＝６０／４０の場合に、電極触媒層の坪量が１
５［mg／cm2］であり、気孔率εが６５［％］のとき、
カーボン担体の体積比率が１９.３［％］である。これ
らの電極触媒層は気孔率εを変化させ、このときの電極
触媒層の電気抵抗率ρ及び電極触媒層の厚さＬを測定し
た。その結果を図２５〜図３０に示す。
媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン担体は
熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝１００／０〜１０／９０に変化させ白金量が１.８［m
g／cm2］の空気極の電極触媒層を作製した。触媒粉末／
ＰＴＦＥ＝６０／４０の場合に、電極触媒層の坪量が１
５［mg／cm2］であり、気孔率εが６５［％］のとき、
カーボン担体の体積比率が１９.３［％］である。これ
らの電極触媒層は気孔率εを変化させ、このときの電極
触媒層の電気抵抗率ρ及び電極触媒層の厚さＬを測定し
た。その結果を図２５〜図３０に示す。
【００８０】図２５によれば、空気極の電極触媒層のＰ
ＴＦＥ含有率が大きくなるにつれて、電極触媒層の電気
抵抗率ρが大きくなっており、その程度は気孔率εの大
きいものほど大きい。電極触媒層のＰＴＦＥ含有率が５
０〜６０［％］程度以上で電極触媒層の電気抵抗率ρが
急増する傾向にある。また、図２６によれば空気極の電
極触媒層のＰＴＦＥ含有率が大きくなるにつれて、電極
触媒層の厚さＬが大きくなっており、その程度は気孔率
εの大きいものほど大きい。電極触媒層のＰＴＦＥ含有
率が５０〜６０［％］程度以上で電極触媒層の厚さＬが
急増する傾向にある。
ＴＦＥ含有率が大きくなるにつれて、電極触媒層の電気
抵抗率ρが大きくなっており、その程度は気孔率εの大
きいものほど大きい。電極触媒層のＰＴＦＥ含有率が５
０〜６０［％］程度以上で電極触媒層の電気抵抗率ρが
急増する傾向にある。また、図２６によれば空気極の電
極触媒層のＰＴＦＥ含有率が大きくなるにつれて、電極
触媒層の厚さＬが大きくなっており、その程度は気孔率
εの大きいものほど大きい。電極触媒層のＰＴＦＥ含有
率が５０〜６０［％］程度以上で電極触媒層の厚さＬが
急増する傾向にある。
【００８１】さらに、図２７によれば、空気極の電極触
媒層のＰＴＦＥ含有率が大きくなるにつれて、電極触媒
層の電気抵抗Ｒｃが大きくなっており、その程度は気孔
率εの大きいものほど大きい。電極触媒層のＰＴＦＥ含
有率が５０〜６０［％］程度以上で電極触媒層の電気抵
抗Ｒｃが著しく急増する傾向にある。図２８〜図３０に
よれば、空気極の電極触媒層の気孔率εが大きくなるに
つれて、電極触媒層の電気抵抗率ρ、電極触媒層の厚さ
Ｌ、電極触媒層の電気抵抗Ｒｃが大きくなっており、そ
の程度は電極触媒層のＰＴＦＥ含有率が大きいものほど
大きい。電極触媒層の気孔率εが７０〜７５［％］程度
以上で電極触媒層の電気抵抗率ρ、電極触媒層の厚さ
Ｌ、電極触媒層の電気抵抗Ｒｃが急増する傾向にある。
媒層のＰＴＦＥ含有率が大きくなるにつれて、電極触媒
層の電気抵抗Ｒｃが大きくなっており、その程度は気孔
率εの大きいものほど大きい。電極触媒層のＰＴＦＥ含
有率が５０〜６０［％］程度以上で電極触媒層の電気抵
抗Ｒｃが著しく急増する傾向にある。図２８〜図３０に
よれば、空気極の電極触媒層の気孔率εが大きくなるに
つれて、電極触媒層の電気抵抗率ρ、電極触媒層の厚さ
Ｌ、電極触媒層の電気抵抗Ｒｃが大きくなっており、そ
の程度は電極触媒層のＰＴＦＥ含有率が大きいものほど
大きい。電極触媒層の気孔率εが７０〜７５［％］程度
以上で電極触媒層の電気抵抗率ρ、電極触媒層の厚さ
Ｌ、電極触媒層の電気抵抗Ｒｃが急増する傾向にある。
【００８２】したがって、空気極の電極触媒層のＰＴＦ
Ｅ含有率を６０［％］程度（好ましくは５０［％］程
度）以下、気孔率εを７０［％］程度以下にすることに
より、電極触媒層の電気抵抗率ρを小さくできるので、
セル内部の電流分布を均一化し、ジュール損を小さく抑
制でき、本発明の効果をより高めることができる。ま
た、空気極の電極触媒層のＰＴＦＥ含有率を６０［％］
程度（好ましくは５０［％］程度）以下、気孔率εを７
０［％］程度以下にすることにより、電極触媒層の厚さ
Ｌを薄くできセル及び燃料電池スタックのコンパクト化
に貢献できる効果がある。
Ｅ含有率を６０［％］程度（好ましくは５０［％］程
度）以下、気孔率εを７０［％］程度以下にすることに
より、電極触媒層の電気抵抗率ρを小さくできるので、
セル内部の電流分布を均一化し、ジュール損を小さく抑
制でき、本発明の効果をより高めることができる。ま
た、空気極の電極触媒層のＰＴＦＥ含有率を６０［％］
程度（好ましくは５０［％］程度）以下、気孔率εを７
０［％］程度以下にすることにより、電極触媒層の厚さ
Ｌを薄くできセル及び燃料電池スタックのコンパクト化
に貢献できる効果がある。
【００８３】さらに、空気極の電極触媒層のＰＴＦＥ含
有率を６０［％］程度（好ましくは５０［％］程度）以
下、気孔率εを７０［％］程度以下にすることにより、
電極触媒層の電気抵抗Ｒｃ及びその電圧降下ＩＲｃを小
さくできる効果がある。尚、空気極の電極触媒層のＰＴ
ＦＥ含有率の下限値については実施例４の図１３〜図１
６より２０［％］程度（好ましくは３０［％］程度）以
上が望ましい。また、フッ素樹脂の例としてＰＴＦＥに
ついて述べたが、フッ素樹脂が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、テトラフルオロ
エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合
体などであっても同様の効果を奏するのは勿論である。
有率を６０［％］程度（好ましくは５０［％］程度）以
下、気孔率εを７０［％］程度以下にすることにより、
電極触媒層の電気抵抗Ｒｃ及びその電圧降下ＩＲｃを小
さくできる効果がある。尚、空気極の電極触媒層のＰＴ
ＦＥ含有率の下限値については実施例４の図１３〜図１
６より２０［％］程度（好ましくは３０［％］程度）以
上が望ましい。また、フッ素樹脂の例としてＰＴＦＥに
ついて述べたが、フッ素樹脂が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、テトラフルオロ
エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合
体などであっても同様の効果を奏するのは勿論である。
【００８４】実施例９．実施例１と同様な方法で８種の
電極触媒層を作製した。原料の触媒粉末は、組成の重量
比で次のものを用いた。白金濃度は２０［％］、灰分は
ニッケルを主成分とする金属であり、カーボン担体は熱
処理カーボンを用いた。試料Ｌは白金２０［％］、カー
ボン担体８０［％］、灰分 ０［％］、試料Ｍは白金２
０［％］、カーボン担体７６［％］、灰分 ４［％］、
試料Ｎは白金２０［％］、カーボン担体７２［％］、灰
分 ８［％］、試料Ｏは白金２０［％］、カーボン担体
６８［％］、灰分１２［％］、試料Ｐは白金２０
［％］、カーボン担体６４［％］、灰分１６［％］、試
料Ｑは白金２０［％］、カーボン担体６０［％］、灰分
２０［％］、試料Ｒは白金２０［％］、カーボン担体５
６［％］、灰分２４［％］、試料Ｓは白金２０［％］、
カーボン担体５２［％］、灰分２８［％］を含む。
電極触媒層を作製した。原料の触媒粉末は、組成の重量
比で次のものを用いた。白金濃度は２０［％］、灰分は
ニッケルを主成分とする金属であり、カーボン担体は熱
処理カーボンを用いた。試料Ｌは白金２０［％］、カー
ボン担体８０［％］、灰分 ０［％］、試料Ｍは白金２
０［％］、カーボン担体７６［％］、灰分 ４［％］、
試料Ｎは白金２０［％］、カーボン担体７２［％］、灰
分 ８［％］、試料Ｏは白金２０［％］、カーボン担体
６８［％］、灰分１２［％］、試料Ｐは白金２０
［％］、カーボン担体６４［％］、灰分１６［％］、試
料Ｑは白金２０［％］、カーボン担体６０［％］、灰分
２０［％］、試料Ｒは白金２０［％］、カーボン担体５
６［％］、灰分２４［％］、試料Ｓは白金２０［％］、
カーボン担体５２［％］、灰分２８［％］を含む。
【００８５】重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４
０、坪量１５.０［mg／cm2］、白金量１.８［mg／cm2］
の空気極の電極触媒層を作製した。これらの電極触媒層
は気孔率εを変化させ、このときの電極触媒層の電気抵
抗率ρ及び電気抵抗Ｒｃを測定した。その結果を図３１
及び図３２に示す。図３１によれば、空気極の電極触媒
層の灰分含有率が大きくなるにつれて、電極触媒層の電
気抵抗率ρが大きくなっており、その程度は気孔率εの
大きいものほど大きい。電極触媒層の灰分含有率が１０
〜１５［％］程度以上で電極触媒層の電気抵抗率ρが急
増する傾向にある。また、図３２によれば、空気極の電
極触媒層の灰分含有率が大きくなるにつれて、電極触媒
層の電気抵抗Ｒｃが大きくなっており、その程度は気孔
率εの大きいものほど大きい。電極触媒層の灰分含有率
が１０〜１５［％］程度以上で電極触媒層の電気抵抗Ｒ
ｃが急増する傾向にある。
０、坪量１５.０［mg／cm2］、白金量１.８［mg／cm2］
の空気極の電極触媒層を作製した。これらの電極触媒層
は気孔率εを変化させ、このときの電極触媒層の電気抵
抗率ρ及び電気抵抗Ｒｃを測定した。その結果を図３１
及び図３２に示す。図３１によれば、空気極の電極触媒
層の灰分含有率が大きくなるにつれて、電極触媒層の電
気抵抗率ρが大きくなっており、その程度は気孔率εの
大きいものほど大きい。電極触媒層の灰分含有率が１０
〜１５［％］程度以上で電極触媒層の電気抵抗率ρが急
増する傾向にある。また、図３２によれば、空気極の電
極触媒層の灰分含有率が大きくなるにつれて、電極触媒
層の電気抵抗Ｒｃが大きくなっており、その程度は気孔
率εの大きいものほど大きい。電極触媒層の灰分含有率
が１０〜１５［％］程度以上で電極触媒層の電気抵抗Ｒ
ｃが急増する傾向にある。
【００８６】したがって、空気極の電極触媒層の灰分含
有率を１５［％］程度（好ましくは１０［％］程度）以
下にすることにより電極触媒層の電気抵抗率ρを小さく
できるのでセル内部の電流分布を均一化し、ジュール損
を小さく抑制でき、本発明の効果をより高めることがで
きる。また、空気極の電極触媒層の灰分含有率を１５
［％］程度（好ましくは１０［％］程度）以下にするこ
とにより電極触媒層の電気抵抗Ｒｃ、さらには電極触媒
層の電圧降下ＩＲｃを小さくできる効果がある。なお、
本実施例では灰分としてニッケルの場合について述べた
が、灰分が、クロム、鉄、コバルト、銅やそれらの合金
であっても同様の効果を奏するのは勿論である。
有率を１５［％］程度（好ましくは１０［％］程度）以
下にすることにより電極触媒層の電気抵抗率ρを小さく
できるのでセル内部の電流分布を均一化し、ジュール損
を小さく抑制でき、本発明の効果をより高めることがで
きる。また、空気極の電極触媒層の灰分含有率を１５
［％］程度（好ましくは１０［％］程度）以下にするこ
とにより電極触媒層の電気抵抗Ｒｃ、さらには電極触媒
層の電圧降下ＩＲｃを小さくできる効果がある。なお、
本実施例では灰分としてニッケルの場合について述べた
が、灰分が、クロム、鉄、コバルト、銅やそれらの合金
であっても同様の効果を奏するのは勿論である。
【００８７】比較例 比較のために、図４４に示す従来の電極触媒層の構成図
を用いて、従来技術により電極触媒層を作成した。図４
４に示す斜線の領域内のほぼ中央になるように仕様を決
めた。図４４において、触媒粉末の白金濃度（白金担持
費、重量比）を３０［％］、電極触媒層のＰＴＦＥ含有
率（重量比）を５０［％］、電極触媒層の白金量を２.
７［mg／cm2］、厚さを１１０［μm］とした。 比較例Ａ．触媒粉末は重量比で白金が３０［％］、カー
ボン担体が５８［％］、ニッケルを主成分とする灰分が
１２［％］のものを用いた。カーボン担体は熱処理カー
ボンを用いた。作製した電極触媒層の体積比率は次のよ
うであった。
を用いて、従来技術により電極触媒層を作成した。図４
４に示す斜線の領域内のほぼ中央になるように仕様を決
めた。図４４において、触媒粉末の白金濃度（白金担持
費、重量比）を３０［％］、電極触媒層のＰＴＦＥ含有
率（重量比）を５０［％］、電極触媒層の白金量を２.
７［mg／cm2］、厚さを１１０［μm］とした。 比較例Ａ．触媒粉末は重量比で白金が３０［％］、カー
ボン担体が５８［％］、ニッケルを主成分とする灰分が
１２［％］のものを用いた。カーボン担体は熱処理カー
ボンを用いた。作製した電極触媒層の体積比率は次のよ
うであった。
【００８８】
【表１】
【００８９】気孔率εは３３.６［％］、電気抵抗率ρ
は１.０４［Ωcm］であった。 比較例Ｂ．触媒粉末は重量比で白金が３０［％］、カー
ボン担体が７０［％］、灰分を含まないものを用いた。
カーボン担体は熱処理カーボンを用いた。作製した電極
触媒層の体積比率は次のようであった。
は１.０４［Ωcm］であった。 比較例Ｂ．触媒粉末は重量比で白金が３０［％］、カー
ボン担体が７０［％］、灰分を含まないものを用いた。
カーボン担体は熱処理カーボンを用いた。作製した電極
触媒層の体積比率は次のようであった。
【００９０】
【表２】
【００９１】気孔率εは２９.３［％］、電気抵抗率ρ
は０.６８［Ωcm］であった。以上のように比較例Ａ及
びＢでは、電極触媒層中の灰分の有無にかかわらず、従
来技術によって作製した電極触媒層の気孔率εは非常に
小さく約３０［％］であった。また、電極触媒層中に灰
分を含むものは含まないものよりも電気抵抗率ρが大き
くなっていた。
は０.６８［Ωcm］であった。以上のように比較例Ａ及
びＢでは、電極触媒層中の灰分の有無にかかわらず、従
来技術によって作製した電極触媒層の気孔率εは非常に
小さく約３０［％］であった。また、電極触媒層中に灰
分を含むものは含まないものよりも電気抵抗率ρが大き
くなっていた。
【００９２】実施例１０．比較例と比較するために本発
明の方法で電極触媒層を作製した。仕様は実施例１〜９
の結果より次のように決めた。触媒粉末の白金濃度を２
０［％］、電極触媒層のＰＴＦＥ含有率（重量比）を４
０［％］、電極触媒層の白金量を１.８［mg／cm2］、厚
さを１８５［μm］とした。触媒粉末は重量比で白金が
２０［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主
成分とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン担
体は熱処理カーボンを用いた。作製した電極触媒層の体
積比率は次のようであった。
明の方法で電極触媒層を作製した。仕様は実施例１〜９
の結果より次のように決めた。触媒粉末の白金濃度を２
０［％］、電極触媒層のＰＴＦＥ含有率（重量比）を４
０［％］、電極触媒層の白金量を１.８［mg／cm2］、厚
さを１８５［μm］とした。触媒粉末は重量比で白金が
２０［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主
成分とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン担
体は熱処理カーボンを用いた。作製した電極触媒層の体
積比率は次のようであった。
【００９３】
【表３】
【００９４】この実施例では坪量は１５.０［mg／c
m2］、気孔率εは６４.７［％］、電気抵抗率ρは２.０
７［Ωcm］であった。本実施例のものは比較例に比較し
て電気抵抗率ρが若干大きいものの、気孔率εが約２倍
となっていた。本実施例及び比較例Ａの空気極の電極触
媒層にカーボンペーパを接合して空気極の電極とした。
さらに、実施例１で作製した燃料極と上記２種の空気極
を用いて実施例１と同じ条件でセルを組み立ててセルの
運転を行った。セルの組み立て前に上記２種の空気極の
電極触媒層及び燃料極の電極触媒層にリン酸を塗布し
た。リン酸は各々の電極触媒層の空孔容積の約４０
［％］を占有する量を塗布した。リン酸は濃度が約１０
０［％］、温度が約１２０［℃］のものを塗布した。
m2］、気孔率εは６４.７［％］、電気抵抗率ρは２.０
７［Ωcm］であった。本実施例のものは比較例に比較し
て電気抵抗率ρが若干大きいものの、気孔率εが約２倍
となっていた。本実施例及び比較例Ａの空気極の電極触
媒層にカーボンペーパを接合して空気極の電極とした。
さらに、実施例１で作製した燃料極と上記２種の空気極
を用いて実施例１と同じ条件でセルを組み立ててセルの
運転を行った。セルの組み立て前に上記２種の空気極の
電極触媒層及び燃料極の電極触媒層にリン酸を塗布し
た。リン酸は各々の電極触媒層の空孔容積の約４０
［％］を占有する量を塗布した。リン酸は濃度が約１０
０［％］、温度が約１２０［℃］のものを塗布した。
【００９５】リン酸塗布後、燃料極の電極触媒層には約
１［ｈ］で含浸が完了した。また、本実施例により作製
した電極触媒層には約２［ｈ］で含浸が完了したが、比
較例Ａにより作製した電極触媒層には２０［ｈ］以上の
時間を含浸に要した。これは比較例Ａにより作製した電
極触媒層はＰＴＦＥ含有率が５０［％］と高く、揆水性
が強く、かつ気孔率が３３.６［％］と小さく緻密であ
り、リン酸が含浸しにくかったためである。一方、本実
施例により作製した電極触媒層はＰＴＦＥ含有率が４０
［％］と揆水性が適正であり、気孔率も６４.７［％］
と適正な値であり、短時間でリン酸の含浸が完了したた
めである。２００［℃］で電流密度Ｉが３００［mA／cm
2］の状態で約２５００［ｈ］運転後セル電圧−電流密
度特性をとった。さらに、電流密度Ｉが３００［mA／cm
2］の状態で、継続して運転して２種のセルのセル電圧
−運転時間特性及びＯ2ゲイン−運転時間特性を評価し
た。これらの結果を図３３〜３５に示す。
１［ｈ］で含浸が完了した。また、本実施例により作製
した電極触媒層には約２［ｈ］で含浸が完了したが、比
較例Ａにより作製した電極触媒層には２０［ｈ］以上の
時間を含浸に要した。これは比較例Ａにより作製した電
極触媒層はＰＴＦＥ含有率が５０［％］と高く、揆水性
が強く、かつ気孔率が３３.６［％］と小さく緻密であ
り、リン酸が含浸しにくかったためである。一方、本実
施例により作製した電極触媒層はＰＴＦＥ含有率が４０
［％］と揆水性が適正であり、気孔率も６４.７［％］
と適正な値であり、短時間でリン酸の含浸が完了したた
めである。２００［℃］で電流密度Ｉが３００［mA／cm
2］の状態で約２５００［ｈ］運転後セル電圧−電流密
度特性をとった。さらに、電流密度Ｉが３００［mA／cm
2］の状態で、継続して運転して２種のセルのセル電圧
−運転時間特性及びＯ2ゲイン−運転時間特性を評価し
た。これらの結果を図３３〜３５に示す。
【００９６】図３３は、燃料（Ｈ2：ＣＯ2＝８０：２
０）及び空気のガス利用率をそれぞれ８０［％］及び６
０［％］に調整しつつセル電圧−電流密度特性をとった
ものであり、セルの空気極の電極触媒層を比較例Ａによ
り作製したものはセル電圧が低電流密度で高く、高電流
密度で低くなっている。また、本実施例により作製した
ものはセル電圧が低電流密度で低く、高電流密度で高く
なっている。これはセルの空気極の電極触媒層を比較例
Ａにより作製したものは空気極の電極触媒層の白金量が
２.７［mg／cm2］と多いので、低電流密度でセル電圧が
高いか気孔率３３.６［％］と低く、ガス拡散性が悪い
ので、高電流密度ではセル電圧が低くなっている。一
方、電極触媒層を本実施例により作製したものは、空気
極の電極触媒層の白金量が１.８［mg／cm2］と少ないの
で、低電流密度でセル電圧が低いが気孔率が６４.７
［％］と高く、ガス拡散性が良いので高電流密度ではセ
ル電圧が高くなっている。
０）及び空気のガス利用率をそれぞれ８０［％］及び６
０［％］に調整しつつセル電圧−電流密度特性をとった
ものであり、セルの空気極の電極触媒層を比較例Ａによ
り作製したものはセル電圧が低電流密度で高く、高電流
密度で低くなっている。また、本実施例により作製した
ものはセル電圧が低電流密度で低く、高電流密度で高く
なっている。これはセルの空気極の電極触媒層を比較例
Ａにより作製したものは空気極の電極触媒層の白金量が
２.７［mg／cm2］と多いので、低電流密度でセル電圧が
高いか気孔率３３.６［％］と低く、ガス拡散性が悪い
ので、高電流密度ではセル電圧が低くなっている。一
方、電極触媒層を本実施例により作製したものは、空気
極の電極触媒層の白金量が１.８［mg／cm2］と少ないの
で、低電流密度でセル電圧が低いが気孔率が６４.７
［％］と高く、ガス拡散性が良いので高電流密度ではセ
ル電圧が高くなっている。
【００９７】図３４によれば、セルの空気極の電極触媒
層を比較例Ａにより作製したものは本実施例により作製
したものに比較してセル電圧が運転初期では高いが約２
０００［ｈ］後には反転して低くなり、その後のセル電
圧の経時特性が悪くなっている。一方、電極触媒層を本
実施例で作製したものはセル電圧が運転初期では若干低
いものの約２０００［ｈ］以降は極めて安定な経時特性
を示している。これらに対応して図３５によれば、セル
の空気極の電極触媒層を比較例Ａにより作製したもの
は、空気極のガス拡散性の指標であるＯ2ゲインが経時
的に増加している。一方、電極触媒層を本実施例で作製
したものは、空気極のガス拡散性の指標であるＯ2ゲイ
ンの経時的増加が少ない。したがって、本実施例により
作製した空気極の電極触媒層を用いると電極触媒層内の
構造が適正化されているので、セル電圧−電流密度特性
が高くなるとともに、空気極のガス拡散性の指標である
Ｏ2ゲインの経時的増加が少ないという効果がある。
層を比較例Ａにより作製したものは本実施例により作製
したものに比較してセル電圧が運転初期では高いが約２
０００［ｈ］後には反転して低くなり、その後のセル電
圧の経時特性が悪くなっている。一方、電極触媒層を本
実施例で作製したものはセル電圧が運転初期では若干低
いものの約２０００［ｈ］以降は極めて安定な経時特性
を示している。これらに対応して図３５によれば、セル
の空気極の電極触媒層を比較例Ａにより作製したもの
は、空気極のガス拡散性の指標であるＯ2ゲインが経時
的に増加している。一方、電極触媒層を本実施例で作製
したものは、空気極のガス拡散性の指標であるＯ2ゲイ
ンの経時的増加が少ない。したがって、本実施例により
作製した空気極の電極触媒層を用いると電極触媒層内の
構造が適正化されているので、セル電圧−電流密度特性
が高くなるとともに、空気極のガス拡散性の指標である
Ｏ2ゲインの経時的増加が少ないという効果がある。
【００９８】実施例１１．実施例１と同様の方法で電極
触媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン担体は
熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝６０／４０、坪量１５［mg／cm2］、気孔率が約９０
［％］のものを作製した。この電極触媒層を５分割し、
プレス成形した。プレスは温度が２０［℃］から３００
［℃］まで変えられるものを準備した。電極触媒層の仕
上がり寸法で気孔率εやカーボン担体の体積比率Ｃが計
画値になるように電極触媒層の周囲にスペーサ用のシム
を入れて各々の電極触媒層を２０、５０、１００、２０
０、３００［℃］の５条件でプレス成形した。プレス圧
力は１０〜１００［kgf／cm2］の範囲で調整した。
触媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン担体は
熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝６０／４０、坪量１５［mg／cm2］、気孔率が約９０
［％］のものを作製した。この電極触媒層を５分割し、
プレス成形した。プレスは温度が２０［℃］から３００
［℃］まで変えられるものを準備した。電極触媒層の仕
上がり寸法で気孔率εやカーボン担体の体積比率Ｃが計
画値になるように電極触媒層の周囲にスペーサ用のシム
を入れて各々の電極触媒層を２０、５０、１００、２０
０、３００［℃］の５条件でプレス成形した。プレス圧
力は１０〜１００［kgf／cm2］の範囲で調整した。
【００９９】例えば、プレス温度が２０［℃］のものは
１００［kgf／cm2］、５０［℃］のものは５０［kgf／c
m2］、１００［℃］のものは３０［kgf／cm2］、２００
［℃］のものは２０［kgf／cm2］、３００［℃］のもの
は１０［kgf／cm2］程度の面圧でそれぞれ５分間加圧し
てプレス成形した。プレス成形後の電極触媒層の気孔率
εやカーボン担体の体積比率Ｃが計画値とあっているこ
とを確認した後、電気抵抗率ρを測定した。その結果を
図３６に示す。図３６によれば、電極触媒層を５０〜３
００［℃］の温度でプレス成形すれば、カーボン担体の
体積比率Ｃが同じであるにもかかわらず、電極触媒層の
電気抵抗率ρが２０［℃］程度の室温でプレス成形する
場合より小さくなっている。
１００［kgf／cm2］、５０［℃］のものは５０［kgf／c
m2］、１００［℃］のものは３０［kgf／cm2］、２００
［℃］のものは２０［kgf／cm2］、３００［℃］のもの
は１０［kgf／cm2］程度の面圧でそれぞれ５分間加圧し
てプレス成形した。プレス成形後の電極触媒層の気孔率
εやカーボン担体の体積比率Ｃが計画値とあっているこ
とを確認した後、電気抵抗率ρを測定した。その結果を
図３６に示す。図３６によれば、電極触媒層を５０〜３
００［℃］の温度でプレス成形すれば、カーボン担体の
体積比率Ｃが同じであるにもかかわらず、電極触媒層の
電気抵抗率ρが２０［℃］程度の室温でプレス成形する
場合より小さくなっている。
【０１００】これはプレス成形温度を室温以上にあげる
ことにより、プレス成形時に電極触媒層中のＰＴＦＥが
流動しやすくなる等、ＰＴＦＥの挙動に差が生じている
ためと考えられる。以上のように、室温以上の温度、例
えば、５０〜３００［℃］の温度で電極触媒層をプレス
成形することにより、電極触媒層をプレスする圧力を１
０〜５０［kgf／cm2］に低くすることができるととも
に、カーボン担体の体積比率Ｃや気孔率εが一定である
条件下で電極触媒層の電気抵抗率ρを小さくでき、本発
明の効果をより高めることができる。
ことにより、プレス成形時に電極触媒層中のＰＴＦＥが
流動しやすくなる等、ＰＴＦＥの挙動に差が生じている
ためと考えられる。以上のように、室温以上の温度、例
えば、５０〜３００［℃］の温度で電極触媒層をプレス
成形することにより、電極触媒層をプレスする圧力を１
０〜５０［kgf／cm2］に低くすることができるととも
に、カーボン担体の体積比率Ｃや気孔率εが一定である
条件下で電極触媒層の電気抵抗率ρを小さくでき、本発
明の効果をより高めることができる。
【０１０１】実施例１２．実施例１と同様の方法で電極
触媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。ただし、カーボ
ン担体は熱処理カーボンであるものと熱処理を施してい
ないカーボン（非熱処理カーボンと略す）の２種を用い
た。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４０、坪量１
５［mg／cm2］、気孔率が約６５［％］のものを作製し
た。この種の電極触媒層にカーボンペーパを接合して空
気極の電極とした。さらに実施例１で作製した燃料極と
上記２種の空気極を用いて実施例１と同じ条件でセルを
組み立ててセルの運転を行った。２００［℃］で電流密
度Ｉが３００［mA／cm2］の状態で約１０,０００［ｈ］
運転し、セル電圧Ｅの経時変化を測定した。
触媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。ただし、カーボ
ン担体は熱処理カーボンであるものと熱処理を施してい
ないカーボン（非熱処理カーボンと略す）の２種を用い
た。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４０、坪量１
５［mg／cm2］、気孔率が約６５［％］のものを作製し
た。この種の電極触媒層にカーボンペーパを接合して空
気極の電極とした。さらに実施例１で作製した燃料極と
上記２種の空気極を用いて実施例１と同じ条件でセルを
組み立ててセルの運転を行った。２００［℃］で電流密
度Ｉが３００［mA／cm2］の状態で約１０,０００［ｈ］
運転し、セル電圧Ｅの経時変化を測定した。
【０１０２】図３７に示すように、空気極の電極触媒層
のカーボン担体に熱処理カーボンを用いたものは初期６
５０［mv］、途中６６０［mv］まで上昇し、最終６５５
［mv］、非熱処理カーボンを用いたものは初期６６０
［mv］、最終６００［mv］程度であった。また、参考の
ため、図３８に示すように、途中セルのＯ2ゲインΔＥ
ｏ2の経時変化を測定した。この運転試験前と運転試験
後に上記セルの空気極の電極触媒層の厚さＬ及び電気抵
抗率ρ、電気抵抗Ｒｃを測定した。これらの結果を図３
９−図４１に示す。
のカーボン担体に熱処理カーボンを用いたものは初期６
５０［mv］、途中６６０［mv］まで上昇し、最終６５５
［mv］、非熱処理カーボンを用いたものは初期６６０
［mv］、最終６００［mv］程度であった。また、参考の
ため、図３８に示すように、途中セルのＯ2ゲインΔＥ
ｏ2の経時変化を測定した。この運転試験前と運転試験
後に上記セルの空気極の電極触媒層の厚さＬ及び電気抵
抗率ρ、電気抵抗Ｒｃを測定した。これらの結果を図３
９−図４１に示す。
【０１０３】運転試験の前後でカーボン担体の減量を分
析したところ、空気極の電極触媒層のカーボン担体に熱
処理カーボンを用いたものはほとんど減量がなかった
が、非熱処理カーボンを用いたものは重量で２５［％］
以上減量していて、カーボン担体の体積比率Ｃが減少し
ていた。これは非熱処理カーボンが熱処理カーボンに比
較してセル運転中に腐食して消失しやすいためである。
このため、図３９に示すように、空気極の電極触媒層の
カーボン担体に熱処理カーボンを用いたものが運転試験
の前後で電極触媒層の厚さＬがほぼ一定なのに対し、非
熱処理カーボンを用いたものは電極触媒層の厚さＬが２
０［％］近く薄くなっている。これは実質的に電極触媒
層の気孔に占めるリン酸の占有率が上昇しガスの拡散性
が低下することを意味しており、図３７や図３８に示す
ようにセル電圧Ｅの低下や空気極のガス拡散性の指標で
あるＯ2ゲインΔＥｏ2の増加の原因となっている。
析したところ、空気極の電極触媒層のカーボン担体に熱
処理カーボンを用いたものはほとんど減量がなかった
が、非熱処理カーボンを用いたものは重量で２５［％］
以上減量していて、カーボン担体の体積比率Ｃが減少し
ていた。これは非熱処理カーボンが熱処理カーボンに比
較してセル運転中に腐食して消失しやすいためである。
このため、図３９に示すように、空気極の電極触媒層の
カーボン担体に熱処理カーボンを用いたものが運転試験
の前後で電極触媒層の厚さＬがほぼ一定なのに対し、非
熱処理カーボンを用いたものは電極触媒層の厚さＬが２
０［％］近く薄くなっている。これは実質的に電極触媒
層の気孔に占めるリン酸の占有率が上昇しガスの拡散性
が低下することを意味しており、図３７や図３８に示す
ようにセル電圧Ｅの低下や空気極のガス拡散性の指標で
あるＯ2ゲインΔＥｏ2の増加の原因となっている。
【０１０４】図４０によれば、空気極の電極触媒層のカ
ーボン担体に熱処理カーボンを用いたものが運転試験の
前後で電極触媒層の電気抵抗率ρがほぼ一定であるのに
対し、非熱処理カーボンを用いたものは運転試験前の電
気抵抗率ρが大きく、運転試験後はさらに大きくなって
いる。図４１の電極触媒層の電気抵抗Ｒｃについても同
様なことがいえる。本発明の効果を有効に引き出すため
には、運転前のセルの電極触媒層のカーボン担体の体積
比率Ｃ、気孔率ε、電気抵抗率ρ等で表される電極触媒
層の内部構造や物性が運転中経時的にあまり変化しない
ことが重要である。したがって、本実施例では、電極触
媒層のカーボン担体に熱処理カーボンを用いて、セル運
転中のカーボン担体の腐食による消失を抑制することに
より、電極触媒層の内部構造や物性の経時変化が少なく
できるので、セル電圧ＥやＯ2ゲインΔＥｏ2の経時変化
が改善され、本発明の効果をより高めることができる。
ーボン担体に熱処理カーボンを用いたものが運転試験の
前後で電極触媒層の電気抵抗率ρがほぼ一定であるのに
対し、非熱処理カーボンを用いたものは運転試験前の電
気抵抗率ρが大きく、運転試験後はさらに大きくなって
いる。図４１の電極触媒層の電気抵抗Ｒｃについても同
様なことがいえる。本発明の効果を有効に引き出すため
には、運転前のセルの電極触媒層のカーボン担体の体積
比率Ｃ、気孔率ε、電気抵抗率ρ等で表される電極触媒
層の内部構造や物性が運転中経時的にあまり変化しない
ことが重要である。したがって、本実施例では、電極触
媒層のカーボン担体に熱処理カーボンを用いて、セル運
転中のカーボン担体の腐食による消失を抑制することに
より、電極触媒層の内部構造や物性の経時変化が少なく
できるので、セル電圧ＥやＯ2ゲインΔＥｏ2の経時変化
が改善され、本発明の効果をより高めることができる。
【０１０５】実施例１３．実施例１と同様の方法で電極
触媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボンブラッ
ク担体は熱処理カーボンを用いた。仕込みベースで重量
比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４０、坪量１５［mg／
cm2］のものを計画した。電極触媒層は製造途中に分散
剤等の有機物の添加剤が加えられているのでこれらの影
響について検討してみた。まず、電極触媒層の熱処理前
にアセトンで上記添加剤を洗浄したものと洗浄しないも
のの２種を作製した。アセトンの洗浄は電極触媒層をア
セトンに２０［ｈ］浸漬し、アセトンに超音波振動を与
えながら行った。
触媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボンブラッ
ク担体は熱処理カーボンを用いた。仕込みベースで重量
比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４０、坪量１５［mg／
cm2］のものを計画した。電極触媒層は製造途中に分散
剤等の有機物の添加剤が加えられているのでこれらの影
響について検討してみた。まず、電極触媒層の熱処理前
にアセトンで上記添加剤を洗浄したものと洗浄しないも
のの２種を作製した。アセトンの洗浄は電極触媒層をア
セトンに２０［ｈ］浸漬し、アセトンに超音波振動を与
えながら行った。
【０１０６】約３６０［℃］の最終焼成後、完成した上
記２種の電極触媒層の電気抵抗率ρを測定した。その結
果を図４２に示す。また、電極触媒層作製途中の熱処理
前にアセトン洗浄をしなかったものはアセトン洗浄した
ものの約７０［％］にカーボン担体の重量及び体積が減
少していた。一方、アセトン洗浄したものは計画通りの
坪量となっていた。図４２によれば、電極触媒層の作製
途中にアセトン洗浄しないものはアセトンで洗浄したも
のに比較して電気抵抗率ρが１〜２［Ωcm］程度大きく
なっている。
記２種の電極触媒層の電気抵抗率ρを測定した。その結
果を図４２に示す。また、電極触媒層作製途中の熱処理
前にアセトン洗浄をしなかったものはアセトン洗浄した
ものの約７０［％］にカーボン担体の重量及び体積が減
少していた。一方、アセトン洗浄したものは計画通りの
坪量となっていた。図４２によれば、電極触媒層の作製
途中にアセトン洗浄しないものはアセトンで洗浄したも
のに比較して電気抵抗率ρが１〜２［Ωcm］程度大きく
なっている。
【０１０７】これは、電極触媒層の作製途中にアセトン
で洗浄していないものは、最終焼成時に電極触媒層に含
まれている白金と有機物の添加剤が反応してカーボン担
体の一部を消失させたためである。一方、アセトンで洗
浄したものは、残存している有機物の添加剤の量が減少
しているため最終焼成等の熱処理でカーボン担体の消失
が抑制されているため、電極触媒層の体積比率Ｃが大き
く維持されている。本発明の効果を引き出すためには電
極触媒層の内部構造を計画通りに実現させることが重要
である。したがって、本実施例では、電極触媒層の作製
途中の熱処理前にアセトン洗浄を実施して電極触媒層中
の有機物の添加剤の残存量を減少させ、電極触媒層のカ
ーボン担体の体積比率Ｃを適正な状態に維持できるので
本発明の効果をより高めることができる。尚、本実施例
ではアセトンを使用したが、その他の有機溶剤も使用で
きるのは勿論である。
で洗浄していないものは、最終焼成時に電極触媒層に含
まれている白金と有機物の添加剤が反応してカーボン担
体の一部を消失させたためである。一方、アセトンで洗
浄したものは、残存している有機物の添加剤の量が減少
しているため最終焼成等の熱処理でカーボン担体の消失
が抑制されているため、電極触媒層の体積比率Ｃが大き
く維持されている。本発明の効果を引き出すためには電
極触媒層の内部構造を計画通りに実現させることが重要
である。したがって、本実施例では、電極触媒層の作製
途中の熱処理前にアセトン洗浄を実施して電極触媒層中
の有機物の添加剤の残存量を減少させ、電極触媒層のカ
ーボン担体の体積比率Ｃを適正な状態に維持できるので
本発明の効果をより高めることができる。尚、本実施例
ではアセトンを使用したが、その他の有機溶剤も使用で
きるのは勿論である。
【０１０８】実施例１４．実施例１と同様の方法で電極
触媒層を作製した。実施例２と同じく触媒粉末は重量比
で白金が２０［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッ
ケルを主成分とする灰分が８［％］のものを用いた。カ
ーボン担体は熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉
末／ＰＴＦＥ＝６０／４０、坪量６.０［mg／cm2］の燃
料極の電極触媒層、及び重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝
６０／４０、坪量１５.０［mg／cm2］の空気極の電極触
媒層を作製した。上記燃料極及び空気極の電極触媒層の
気孔率εを６５［％］にしてカーボンペーパに接合し
て、それぞれ、燃料極及び空気極の電極とした。
触媒層を作製した。実施例２と同じく触媒粉末は重量比
で白金が２０［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッ
ケルを主成分とする灰分が８［％］のものを用いた。カ
ーボン担体は熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉
末／ＰＴＦＥ＝６０／４０、坪量６.０［mg／cm2］の燃
料極の電極触媒層、及び重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝
６０／４０、坪量１５.０［mg／cm2］の空気極の電極触
媒層を作製した。上記燃料極及び空気極の電極触媒層の
気孔率εを６５［％］にしてカーボンペーパに接合し
て、それぞれ、燃料極及び空気極の電極とした。
【０１０９】さらに、実施例１と同じ条件でセルを組み
立ててセルの運転を行った。ただし、空気極の電極触媒
層のリン酸塗布量は、空気極の電極触媒層のリン酸占有
率を１０〜９０［％］に変化させた。温度２００
［℃］、電流密度Ｉが３００［mA／cm2］で運転し、特
性が安定してから、燃料（Ｈ2：ＣＯ2＝８０：２０）及
び空気をガス利用率をそれぞれ８０［％］、及び６０
［％］に調整しつつ、電流密度Ｉを１００〜８００［mA
／cm2］に変化させその時のセル電圧Ｅを測定した。こ
れを図４３に示す。リン酸占有率が小さ過ぎるとリン酸
が不足し、反対に大き過ぎるとガスの拡散が悪くなるの
で、これがセル電圧に反映している。図４３によれば、
空気極の電極触媒層のリン酸占有率が３０〜７０［％］
の範囲ではセル電圧が高い。特に、リン酸占有率が４０
〜６０［％］の範囲ではセル電圧が最大値を示しており
好ましい。リン酸占有率のかわりに空隙率で表示したの
が図４４である。
立ててセルの運転を行った。ただし、空気極の電極触媒
層のリン酸塗布量は、空気極の電極触媒層のリン酸占有
率を１０〜９０［％］に変化させた。温度２００
［℃］、電流密度Ｉが３００［mA／cm2］で運転し、特
性が安定してから、燃料（Ｈ2：ＣＯ2＝８０：２０）及
び空気をガス利用率をそれぞれ８０［％］、及び６０
［％］に調整しつつ、電流密度Ｉを１００〜８００［mA
／cm2］に変化させその時のセル電圧Ｅを測定した。こ
れを図４３に示す。リン酸占有率が小さ過ぎるとリン酸
が不足し、反対に大き過ぎるとガスの拡散が悪くなるの
で、これがセル電圧に反映している。図４３によれば、
空気極の電極触媒層のリン酸占有率が３０〜７０［％］
の範囲ではセル電圧が高い。特に、リン酸占有率が４０
〜６０［％］の範囲ではセル電圧が最大値を示しており
好ましい。リン酸占有率のかわりに空隙率で表示したの
が図４４である。
【０１１０】図４４によれば、リン酸含浸後の空気極の
電極触媒層の空隙率が２０〜４５［％］の範囲ではセル
電圧が高い。特に、空隙率が２５〜４０［％］の範囲で
はセル電圧が最大値を示しており好ましく、燃料電池の
コスト低減のためには、電流密度を高くとれることが必
要であり、本実施例のように、４００［mA／cm2］以上
の高電流密度でも電極触媒層の空隙率を２０〜４５
［％］（好ましくは２５〜４０［％］）に制御すること
により安定して負荷をとれることは、本発明の効果をよ
り高めることができる。
電極触媒層の空隙率が２０〜４５［％］の範囲ではセル
電圧が高い。特に、空隙率が２５〜４０［％］の範囲で
はセル電圧が最大値を示しており好ましく、燃料電池の
コスト低減のためには、電流密度を高くとれることが必
要であり、本実施例のように、４００［mA／cm2］以上
の高電流密度でも電極触媒層の空隙率を２０〜４５
［％］（好ましくは２５〜４０［％］）に制御すること
により安定して負荷をとれることは、本発明の効果をよ
り高めることができる。
【０１１１】なお、この実施例では、空気極について述
べたが、燃料極についても応用できることは勿論であ
る。また、この発明の実施例について、主として空気極
について述べたが、燃料極に対しても同様に適用応用で
きることは勿論である。さらに、触媒金属として白金に
ついて述べたが、白金以外のパラジウム、ロジウム、イ
リジウム、ルテニウム、オスミウム等の触媒金属を含有
する場合についても同様に適用応用できることは勿論で
ある。
べたが、燃料極についても応用できることは勿論であ
る。また、この発明の実施例について、主として空気極
について述べたが、燃料極に対しても同様に適用応用で
きることは勿論である。さらに、触媒金属として白金に
ついて述べたが、白金以外のパラジウム、ロジウム、イ
リジウム、ルテニウム、オスミウム等の触媒金属を含有
する場合についても同様に適用応用できることは勿論で
ある。
【０１１２】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明の請求項
第１項は、電解質を含浸したマトリックスと、このマト
リックスの両側に設けられた一対の燃料極及び空気極か
らなる電極と、これらの電極の外側に形成された一対の
燃料流路及び空気流路とから構成される単位セルをセパ
レータを介して複数個積層して形成された燃料電池の電
極において、上記燃料極及び空気極の少なくとも一方の
電極触媒層は、カーボンブラック担体に白金及び白金を
除く１種以上の金属元素である灰分を担持した触媒粉末
と、フッ素樹脂とからなり、上記カーボンブラック担体
の体積比率は、上記電極触媒層に対して１０〜２５
［％］（好ましくは１５〜２０［％］）としたので、セ
ル電圧−電流密度特性および、セル電圧の経時特性をよ
り高めることができるとともに、電極触媒層へのリン酸
等の電解質の含浸が速やかになるという効果を奏する。
さらに、電気抵抗による電圧降下をＯ2ゲインの和を小
さくできセル電圧を高くできるという効果を奏する。
第１項は、電解質を含浸したマトリックスと、このマト
リックスの両側に設けられた一対の燃料極及び空気極か
らなる電極と、これらの電極の外側に形成された一対の
燃料流路及び空気流路とから構成される単位セルをセパ
レータを介して複数個積層して形成された燃料電池の電
極において、上記燃料極及び空気極の少なくとも一方の
電極触媒層は、カーボンブラック担体に白金及び白金を
除く１種以上の金属元素である灰分を担持した触媒粉末
と、フッ素樹脂とからなり、上記カーボンブラック担体
の体積比率は、上記電極触媒層に対して１０〜２５
［％］（好ましくは１５〜２０［％］）としたので、セ
ル電圧−電流密度特性および、セル電圧の経時特性をよ
り高めることができるとともに、電極触媒層へのリン酸
等の電解質の含浸が速やかになるという効果を奏する。
さらに、電気抵抗による電圧降下をＯ2ゲインの和を小
さくできセル電圧を高くできるという効果を奏する。
【０１１３】この発明の請求項第２項は、電極触媒層の
気孔率を５０〜８０［％］（好ましくは６０〜７０
［％］）としたので、電気抵抗による電圧降下、Ｈ2ゲ
イン、Ｏ2ゲインが小さくなり、セル電圧を高くできる
という効果を奏する。
気孔率を５０〜８０［％］（好ましくは６０〜７０
［％］）としたので、電気抵抗による電圧降下、Ｈ2ゲ
イン、Ｏ2ゲインが小さくなり、セル電圧を高くできる
という効果を奏する。
【０１１４】この発明の請求項第３項は、電極触媒層の
フッ素樹脂含有率を２０〜６０［％］（好ましくは３０
〜５０［％］）としたので、電気抵抗による電圧降下と
Ｏ2ゲインの和を小さくできセル電圧を高くできるとい
う効果を奏する。
フッ素樹脂含有率を２０〜６０［％］（好ましくは３０
〜５０［％］）としたので、電気抵抗による電圧降下と
Ｏ2ゲインの和を小さくできセル電圧を高くできるとい
う効果を奏する。
【０１１５】この発明の請求項第４項は、電極触媒層の
触媒粉末の白金（含有率）濃度を１０〜４０［％］（好
ましくは１５〜３０［％］）としたので、電気抵抗によ
る電圧降下とＯ2ゲインの和を小さくできセル電圧を高
くできるという効果を奏する。
触媒粉末の白金（含有率）濃度を１０〜４０［％］（好
ましくは１５〜３０［％］）としたので、電気抵抗によ
る電圧降下とＯ2ゲインの和を小さくできセル電圧を高
くできるという効果を奏する。
【０１１６】この発明の請求項第５項は、電極触媒層の
触媒粉末の灰分含有率を１５［％］（好ましくは１０
［％］）以下としたので、電気抵抗率および電気抵抗を
小さくできるという効果を奏する。
触媒粉末の灰分含有率を１５［％］（好ましくは１０
［％］）以下としたので、電気抵抗率および電気抵抗を
小さくできるという効果を奏する。
【０１１７】この発明の請求項第６項は、電極触媒層の
空隙率を２０〜４５［％］（好ましくは２５〜４０
［％］）としたので、セル電圧を高くできるという効果
を奏する。
空隙率を２０〜４５［％］（好ましくは２５〜４０
［％］）としたので、セル電圧を高くできるという効果
を奏する。
【０１１８】この発明の請求項第７項は、電極触媒層の
触媒粉末のカーボンブラック担体を密度１.８［g／c
m3］以上の熱処理カーボン担体としたので、セル電圧や
Ｏ2ゲインの経時特性が改善されるという効果を奏す
る。
触媒粉末のカーボンブラック担体を密度１.８［g／c
m3］以上の熱処理カーボン担体としたので、セル電圧や
Ｏ2ゲインの経時特性が改善されるという効果を奏す
る。
【０１１９】この発明の請求項第８項は、空気極触媒層
の厚さを１００〜３５０［μm］（好ましくは１５０〜
３００［μm］）としたので、電気抵抗による電圧降下
とＯ2ゲインの和を小さくでき、セル電圧を高くできる
という効果を奏する。
の厚さを１００〜３５０［μm］（好ましくは１５０〜
３００［μm］）としたので、電気抵抗による電圧降下
とＯ2ゲインの和を小さくでき、セル電圧を高くできる
という効果を奏する。
【０１２０】この発明の請求項第９項は、燃料極触媒層
の厚さを５０〜２５０［μm］（好ましくは１００〜２
００［μm］）としたので、電気抵抗による電圧降下と
Ｈ2ゲインの和を小さくできセル電圧を高くすることが
できるという効果を奏する。
の厚さを５０〜２５０［μm］（好ましくは１００〜２
００［μm］）としたので、電気抵抗による電圧降下と
Ｈ2ゲインの和を小さくできセル電圧を高くすることが
できるという効果を奏する。
【０１２１】この発明の請求項第１０項は、電極触媒層
を５０〜３００［℃］の範囲の温度、１０〜５０［kgf
／cm2］の範囲の圧力でプレス成形する工程を含むの
で、電極触媒層の電気抵抗率を低くできるという効果を
奏する。
を５０〜３００［℃］の範囲の温度、１０〜５０［kgf
／cm2］の範囲の圧力でプレス成形する工程を含むの
で、電極触媒層の電気抵抗率を低くできるという効果を
奏する。
【０１２２】この発明の請求項第１１項は、プレス成形
前にアセトン等の有機溶剤に浸漬して超音波振動を与え
ながら、有機物を抽出除去する工程を含むので、電極触
媒層の電気抵抗率を低くできしたがって、低コストで高
信頼性の燃料電池を提供できるという効果を奏する。
前にアセトン等の有機溶剤に浸漬して超音波振動を与え
ながら、有機物を抽出除去する工程を含むので、電極触
媒層の電気抵抗率を低くできしたがって、低コストで高
信頼性の燃料電池を提供できるという効果を奏する。
【図１】この発明の実施例１におけるプレス圧力と空気
極の電極触媒層のカーボン担体の体積比率との関係を示
す線図である。
極の電極触媒層のカーボン担体の体積比率との関係を示
す線図である。
【図２】この発明の実施例１における空気極の電極触媒
層のカーボン担体の体積比率と気孔率および厚さとの関
係を示す線図である。
層のカーボン担体の体積比率と気孔率および厚さとの関
係を示す線図である。
【図３】この発明の実施例１における空気極の電極触媒
層のカーボン担体の体積比率と電気抵抗率および電気抵
抗との関係を示す線図である。
層のカーボン担体の体積比率と電気抵抗率および電気抵
抗との関係を示す線図である。
【図４】この発明の実施例１における空気極の電極触媒
層のカーボン担体の体積比率と電圧降下およびセルのＯ
2ゲインとの関係を示す線図である。
層のカーボン担体の体積比率と電圧降下およびセルのＯ
2ゲインとの関係を示す線図である。
【図５】この発明の実施例１における空気極の電極触媒
層のカーボン担体の体積比率と電圧降下＋セルのＯ2ゲ
インおよびセル電圧との関係を示す線図である。
層のカーボン担体の体積比率と電圧降下＋セルのＯ2ゲ
インおよびセル電圧との関係を示す線図である。
【図６】この発明の実施例２におけるプレス圧力と燃料
極および空気極の電極触媒層の気孔率との関係を示す線
図である。
極および空気極の電極触媒層の気孔率との関係を示す線
図である。
【図７】この発明の実施例２における燃料極および空気
極の電極触媒層のカーボン担体の体積比率と電気抵抗率
および気孔率との関係を示す線図である。
極の電極触媒層のカーボン担体の体積比率と電気抵抗率
および気孔率との関係を示す線図である。
【図８】この発明の実施例２における燃料極の電極触媒
層の気孔率とセルのＨ2ゲインおよびカーボン担体の体
積比率との関係を示す線図である。
層の気孔率とセルのＨ2ゲインおよびカーボン担体の体
積比率との関係を示す線図である。
【図９】この発明の実施例２における空気極の電極触媒
層の気孔率とセルのＯ2ゲインおよびカーボン担体の体
積比率との関係を示す線図である。
層の気孔率とセルのＯ2ゲインおよびカーボン担体の体
積比率との関係を示す線図である。
【図１０】この発明の実施例３における空気極の電極触
媒層の気孔率と電気抵抗率との関係を示す線図である。
媒層の気孔率と電気抵抗率との関係を示す線図である。
【図１１】この発明の実施例３における空気極の電極触
媒層のカーボン担体の体積比率と電気抵抗率との関係を
示す線図である。
媒層のカーボン担体の体積比率と電気抵抗率との関係を
示す線図である。
【図１２】この発明の実施例３における空気極の電極触
媒層の気孔率とセルのＯ2ゲインとの関係を示す線図で
ある。
媒層の気孔率とセルのＯ2ゲインとの関係を示す線図で
ある。
【図１３】この発明の実施例４における空気極の電極触
媒層のＰＴＦＥ含有率と厚さとの関係を示す線図であ
る。
媒層のＰＴＦＥ含有率と厚さとの関係を示す線図であ
る。
【図１４】この発明の実施例４における空気極の電極触
媒層のカーボン担体の体積比率と電気抵抗率および電気
抵抗との関係を示す線図である。
媒層のカーボン担体の体積比率と電気抵抗率および電気
抵抗との関係を示す線図である。
【図１５】この発明の実施例４における空気極の電極触
媒層のカーボン担体の体積比率と電圧降下およびセルの
Ｏ2ゲインとの関係を示す線図である。
媒層のカーボン担体の体積比率と電圧降下およびセルの
Ｏ2ゲインとの関係を示す線図である。
【図１６】この発明の実施例４における空気極の電極触
媒層のカーボン担体の体積比率と電圧降下＋セルのＯ2
ゲインおよびセル電圧との関係を示す線図である。
媒層のカーボン担体の体積比率と電圧降下＋セルのＯ2
ゲインおよびセル電圧との関係を示す線図である。
【図１７】この発明の実施例５における空気極の電極触
媒層の厚さと電圧降下およびセルのＯ2ゲインとの関係
を示す線図である。
媒層の厚さと電圧降下およびセルのＯ2ゲインとの関係
を示す線図である。
【図１８】この発明の実施例５における空気極の電極触
媒層の厚さと電圧降下＋セルのＯ2ゲインおよびセル電
圧との関係を示す線図である。
媒層の厚さと電圧降下＋セルのＯ2ゲインおよびセル電
圧との関係を示す線図である。
【図１９】この発明の実施例６における燃料極の電極触
媒層の厚さと電圧降下およびセルのＨ2ゲインとの関係
を示す線図である。
媒層の厚さと電圧降下およびセルのＨ2ゲインとの関係
を示す線図である。
【図２０】この発明の実施例６における燃料極の電極触
媒層の厚さと電圧降下＋セルのＨ2ゲインおよびセル電
圧との関係を示す線図である。
媒層の厚さと電圧降下＋セルのＨ2ゲインおよびセル電
圧との関係を示す線図である。
【図２１】この発明の実施例７における空気極の電極触
媒層の触媒粉末の白金濃度と電気抵抗率との関係を示す
線図である。
媒層の触媒粉末の白金濃度と電気抵抗率との関係を示す
線図である。
【図２２】この発明の実施例７における空気極の電極触
媒層の触媒粉末の白金濃度と電気抵抗との関係を示す線
図である。
媒層の触媒粉末の白金濃度と電気抵抗との関係を示す線
図である。
【図２３】この発明の実施例７における空気極の電極触
媒層の触媒粉末の白金濃度と電圧降下およびセルのＯ2
ゲインとの関係を示す線図である。
媒層の触媒粉末の白金濃度と電圧降下およびセルのＯ2
ゲインとの関係を示す線図である。
【図２４】この発明の実施例７における空気極の電極触
媒層の触媒粉末の白金濃度と電圧降下＋セルのＯ2ゲイ
ンおよびセル電圧との関係を示す線図である。
媒層の触媒粉末の白金濃度と電圧降下＋セルのＯ2ゲイ
ンおよびセル電圧との関係を示す線図である。
【図２５】この発明の実施例８における空気極の電極触
媒層のＰＴＦＥ含有率と電気抵抗率との関係を示す線図
である。
媒層のＰＴＦＥ含有率と電気抵抗率との関係を示す線図
である。
【図２６】この発明の実施例８における空気極の電極触
媒層のＰＴＦＥ含有率と厚さとの関係を示す線図であ
る。
媒層のＰＴＦＥ含有率と厚さとの関係を示す線図であ
る。
【図２７】この発明の実施例８における空気極の電極触
媒層のＰＴＦＥ含有率と電気抵抗との関係を示す線図で
ある。
媒層のＰＴＦＥ含有率と電気抵抗との関係を示す線図で
ある。
【図２８】この発明の実施例８における空気極の電極触
媒層の気孔率と電気抵抗率との関係を示す線図である。
媒層の気孔率と電気抵抗率との関係を示す線図である。
【図２９】この発明の実施例８における空気極の電極触
媒層の気孔率と厚さとの関係を示す線図である。
媒層の気孔率と厚さとの関係を示す線図である。
【図３０】この発明の実施例８における空気極の電極触
媒層の気孔率と電気抵抗との関係を示す線図である。
媒層の気孔率と電気抵抗との関係を示す線図である。
【図３１】この発明の実施例９における空気極の電極触
媒層の灰分含有率と電気抵抗率との関係を示す線図であ
る。
媒層の灰分含有率と電気抵抗率との関係を示す線図であ
る。
【図３２】この発明の実施例９における空気極の電極触
媒層の灰分含有率と電気抵抗との関係を示す線図であ
る。
媒層の灰分含有率と電気抵抗との関係を示す線図であ
る。
【図３３】この発明の実施例１０におけるセル電圧−電
流密度特性を示す線図である。
流密度特性を示す線図である。
【図３４】この発明の実施例１０におけるセル電圧−運
転時間特性を示す線図である。
転時間特性を示す線図である。
【図３５】この発明の実施例１０におけるセルのＯ2ゲ
イン−運転時間特性を示す線図である。
イン−運転時間特性を示す線図である。
【図３６】この発明の実施例１１におけるプレス成形温
度と空気極の電極触媒層の電気抵抗率との関係を示す線
図である。
度と空気極の電極触媒層の電気抵抗率との関係を示す線
図である。
【図３７】この発明の実施例１２におけるセル電圧−運
転時間特性を示す線図である。
転時間特性を示す線図である。
【図３８】この発明の実施例１２におけるセルのＯ2ゲ
イン−運転時間特性を示す線図である。
イン−運転時間特性を示す線図である。
【図３９】この発明の実施例１２における空気極の電極
触媒層の厚さを示す線図である。
触媒層の厚さを示す線図である。
【図４０】この発明の実施例１２における空気極の電極
触媒層の電気抵抗率を示す線図である。
触媒層の電気抵抗率を示す線図である。
【図４１】この発明の実施例１２における空気極の電極
触媒層の電気抵抗を示す線図である。
触媒層の電気抵抗を示す線図である。
【図４２】この発明の実施例１３における空気極の電極
触媒層の気孔率と電気抵抗率との関係を示す線図であ
る。
触媒層の気孔率と電気抵抗率との関係を示す線図であ
る。
【図４３】この発明の実施例１４における空気極の電極
触媒層のリン酸占有率とセル電圧との関係を示す線図で
ある。
触媒層のリン酸占有率とセル電圧との関係を示す線図で
ある。
【図４４】この発明の実施例１４における空気極の電極
触媒層の空隙率とセル電圧との関係を示す線図である。
触媒層の空隙率とセル電圧との関係を示す線図である。
【図４５】従来の電極触媒層の白金量と厚さの最適領域
を示す線図である。
を示す線図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年２月１０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】［数１］ Ｅ＝Ｅｏ−△ＥH2−△Ｅｏ2−ＩＲ （セル電圧） ・・・・ (1) △Ｈ2 −ＥH2−Ｅ （Ｈ2ゲイン） ・・・・ (2) △Ｈｏ2＝Ｅｏ2−Ｅ （Ｏ2ゲイン） ・・・・ (3)
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】ここで、Ｅは燃料極に燃料、空気極に空気
を供給したときのセル電圧、Ｅｏは燃料極にＨ2、空気
極にＯ2を供給したときのセル電圧、ＥH2は燃料極に
Ｈ2、空気極に空気を供給したときのセル電圧、Ｅｏ2は
燃料極に燃料、空気極にＯ2を供給したときのセル電
圧、Ｉは電流密度、Ｒはセル内部抵抗（単位面積当た
り）、△ＨH2はＨ2ゲイン（燃料極のガス拡散性を表す
指標であり、小さいほど拡散性がよい）、△Ｅｏ2はＯ2
ゲイン（空気極のガス拡散性を表す指標であり、小さい
ほど拡散性がよい）、およびＩＲはセル内部抵抗による
電圧降下（電流密度とセルの内部抵抗の積）である。
を供給したときのセル電圧、Ｅｏは燃料極にＨ2、空気
極にＯ2を供給したときのセル電圧、ＥH2は燃料極に
Ｈ2、空気極に空気を供給したときのセル電圧、Ｅｏ2は
燃料極に燃料、空気極にＯ2を供給したときのセル電
圧、Ｉは電流密度、Ｒはセル内部抵抗（単位面積当た
り）、△ＨH2はＨ2ゲイン（燃料極のガス拡散性を表す
指標であり、小さいほど拡散性がよい）、△Ｅｏ2はＯ2
ゲイン（空気極のガス拡散性を表す指標であり、小さい
ほど拡散性がよい）、およびＩＲはセル内部抵抗による
電圧降下（電流密度とセルの内部抵抗の積）である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】式(1)において、Ｅｏが大きいほど、△Ｅ
H2、△Ｅｏ2 、ＩＲが小さいほどセル電圧Ｅが高くな
る。従来、Ｅｏを大きくするために、電極触媒層の単位
面積当たりの白金量を増加させることが行われており、
またＨ2ゲイン△ＥH2、Ｏ2ゲイン△Ｅｏ2やセル内部抵
抗による電圧降下ＩＲを小さくするために、電極触媒層
の厚さを薄くすることが行われている。
H2、△Ｅｏ2 、ＩＲが小さいほどセル電圧Ｅが高くな
る。従来、Ｅｏを大きくするために、電極触媒層の単位
面積当たりの白金量を増加させることが行われており、
またＨ2ゲイン△ＥH2、Ｏ2ゲイン△Ｅｏ2やセル内部抵
抗による電圧降下ＩＲを小さくするために、電極触媒層
の厚さを薄くすることが行われている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述したようなリン酸
形燃料電池等の電極触媒層では、電極触媒層が緻密にな
り過ぎ、電気抵抗は小さくなるもののガス拡散性が悪く
セル電圧−電流密度が高く取れず、積層セル数を低減で
きないという問題点があり、長期寿命特性においても、
セル電圧の経時低下が大きく、信頼性の向上が図れない
という問題点があった。また、電極触媒層が、緻密にな
りすぎているために、電極触媒層へのリン酸等の電解質
の含浸が速やかに行われないという問題点があった。さ
らに、触媒粉末中に白金を除く金属元素を含有する場
合、電極触媒層の導電性物質であるカーボンブラック担
体の体積比率が小さくなり電極触媒層の電気抵抗率や電
気抵抗が大きくなる場合があるという問題点があった。
形燃料電池等の電極触媒層では、電極触媒層が緻密にな
り過ぎ、電気抵抗は小さくなるもののガス拡散性が悪く
セル電圧−電流密度が高く取れず、積層セル数を低減で
きないという問題点があり、長期寿命特性においても、
セル電圧の経時低下が大きく、信頼性の向上が図れない
という問題点があった。また、電極触媒層が、緻密にな
りすぎているために、電極触媒層へのリン酸等の電解質
の含浸が速やかに行われないという問題点があった。さ
らに、触媒粉末中に白金を除く金属元素を含有する場
合、電極触媒層の導電性物質であるカーボンブラック担
体の体積比率が小さくなり電極触媒層の電気抵抗率や電
気抵抗が大きくなる場合があるという問題点があった。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】この発明はこのような問題点を解決するた
めになされたものであり、セル電圧−電流密度特性が高
く、かつ、セル電圧の経時低下が小さく、長期寿命特性
の良好な燃料電池用電極を得ることを目的とする。ま
た、リン酸等の電解質の含浸が速やかに行われ、電気抵
抗値の大きさが適正な電極触媒層を得ることも目的とす
る。あわせて、低コストで信頼性の高い燃料電池用電極
およびその製造方法を得ることを目的とする。
めになされたものであり、セル電圧−電流密度特性が高
く、かつ、セル電圧の経時低下が小さく、長期寿命特性
の良好な燃料電池用電極を得ることを目的とする。ま
た、リン酸等の電解質の含浸が速やかに行われ、電気抵
抗値の大きさが適正な電極触媒層を得ることも目的とす
る。あわせて、低コストで信頼性の高い燃料電池用電極
およびその製造方法を得ることを目的とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】この発明の請求項第７項に係る発明は、カ
ーボンブラック担体を密度が１．８ｇ／cm3以上の熱処
理カーボンとしたものである。
ーボンブラック担体を密度が１．８ｇ／cm3以上の熱処
理カーボンとしたものである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２２】この発明の請求項第１１項に係る発明は、
プレス成形前の電極触媒層を有機溶媒に侵漬し、次い
で、上記電極触媒層の超音波振動を加えながら電極触媒
層中の有機物を抽出除去する工程を含むものである。
プレス成形前の電極触媒層を有機溶媒に侵漬し、次い
で、上記電極触媒層の超音波振動を加えながら電極触媒
層中の有機物を抽出除去する工程を含むものである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２４】この発明の請求項第２項においては、電極
触媒層の気孔率を所定の範囲とすることにより、電気抵
抗による電圧降下、Ｈ2ゲイン、Ｏ2ゲインが小さくな
り、セル電圧を高くする。
触媒層の気孔率を所定の範囲とすることにより、電気抵
抗による電圧降下、Ｈ2ゲイン、Ｏ2ゲインが小さくな
り、セル電圧を高くする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３５】上記カーボンブラック担体の体積比率は、
上記電極触媒層に対して１０％〜２５％（さらに好まし
くは１５％〜２０％）である。これにより、電極触媒層
の各組成の分配が適正化され、セル電圧−電流密度特性
が高く、かつ、セル電圧の経時低下の小さい長期寿命特
性の良好な燃料電池が得られる。この発明における電極
触媒層は白金、灰分、熱処理カーボンブラック坦体、フ
ッ素樹脂、空孔より構成されている。ここで、電極触媒
層の単位体積を考え、電極触媒層の体積は白金の体積＋
灰分の体積＋熱処理カーボンブラック坦体の体積＋フッ
素樹脂＋空孔の体積とする。
上記電極触媒層に対して１０％〜２５％（さらに好まし
くは１５％〜２０％）である。これにより、電極触媒層
の各組成の分配が適正化され、セル電圧−電流密度特性
が高く、かつ、セル電圧の経時低下の小さい長期寿命特
性の良好な燃料電池が得られる。この発明における電極
触媒層は白金、灰分、熱処理カーボンブラック坦体、フ
ッ素樹脂、空孔より構成されている。ここで、電極触媒
層の単位体積を考え、電極触媒層の体積は白金の体積＋
灰分の体積＋熱処理カーボンブラック坦体の体積＋フッ
素樹脂＋空孔の体積とする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３６】以下、次のように定義する。熱処理カーボ
ンブラック坦体の体積比率は熱処理カーボンブラック担
体の体積／電極触媒層の体積×１００［％］、（電解質
含浸前の）電極触媒層の気孔率は（電極触媒層の電解質
含浸前の）空孔の体積／電極触媒層の体積×１００
［％］、電極触媒層の電解質占有率は（電極触媒層中
の）電解質の体積／（電極触媒層の電解質含浸前の）空
孔の体積×１００［％］、（電解質含浸後の）電極触媒
層の空隙率は（電極触媒層の）気孔率／１００×（１０
０−（電極触媒層の）電解質占有率）［％］である。
ンブラック坦体の体積比率は熱処理カーボンブラック担
体の体積／電極触媒層の体積×１００［％］、（電解質
含浸前の）電極触媒層の気孔率は（電極触媒層の電解質
含浸前の）空孔の体積／電極触媒層の体積×１００
［％］、電極触媒層の電解質占有率は（電極触媒層中
の）電解質の体積／（電極触媒層の電解質含浸前の）空
孔の体積×１００［％］、（電解質含浸後の）電極触媒
層の空隙率は（電極触媒層の）気孔率／１００×（１０
０−（電極触媒層の）電解質占有率）［％］である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３７】また、電極触媒層や触媒粉末の単位重量を
考え、電極触媒層重量は白金の重量＋灰分の重量＋熱処
理カーボンブラック担体の重量＋フッ素樹脂の重量、触
媒粉末の重量は白金の重量＋灰分の重量＋熱処理カーボ
ンブラック担体の重量、フッ素樹脂含有率はフッ素樹脂
の重量／電極触媒層の重量×１００［％］、白金濃度
（白金含有率）は白金の重量／触媒粉末の重量×１００
［％］、灰分含有率は灰分の重量／触媒粉末の重量×１
００［％］と定義する。
考え、電極触媒層重量は白金の重量＋灰分の重量＋熱処
理カーボンブラック担体の重量＋フッ素樹脂の重量、触
媒粉末の重量は白金の重量＋灰分の重量＋熱処理カーボ
ンブラック担体の重量、フッ素樹脂含有率はフッ素樹脂
の重量／電極触媒層の重量×１００［％］、白金濃度
（白金含有率）は白金の重量／触媒粉末の重量×１００
［％］、灰分含有率は灰分の重量／触媒粉末の重量×１
００［％］と定義する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３８】この発明における電極触媒層のフッ素樹脂
は、ポリテトラフルオロエチレン、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、テトラフル
オロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共
重合体などのうち少なくとも１種よりなるものである。
この発明における電極触媒層の灰分は、ニッケル、クロ
ム、鉄、コバルト、銅、ルテニウム、パラジウムなどの
うち、少なくとも１種の金属よりなるものである。
は、ポリテトラフルオロエチレン、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、テトラフル
オロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共
重合体などのうち少なくとも１種よりなるものである。
この発明における電極触媒層の灰分は、ニッケル、クロ
ム、鉄、コバルト、銅、ルテニウム、パラジウムなどの
うち、少なくとも１種の金属よりなるものである。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】この発明における電極触媒層の熱処理カー
ボン坦体の体積比率を１０〜２５［％］（好ましくは１
５〜２０［％］）にすることに加えて、電極触媒層の気
孔率を５０〜８０［％］（好ましくは６０〜７０
［％］）、フッ素樹脂含有率を２０〜６０［％］（好ま
しくは３０〜５０［％］）、白金濃度を１０〜４０
［％］（好ましくは１５〜３０［％］）、灰分含有率を
１５［％］（好ましくは１０［％］）以下、カーボンブ
ラック担体を密度１.８［ｇ／cm3］以上の熱処理カーボ
ン、空隙率を２０〜４５［％］（好ましくは２５〜４０
［％］）、空気極触媒層の厚さを１００〜３５０［μ
m］（好ましくは１５０〜３００［μm］）、燃料極触媒
層の厚さを５０〜２５０［μm］（好ましくは１００〜
２００［μm］）とする。これにより、セル電圧−電流
密度特性および、セル電圧の経時特性をより高めること
ができるとともに、電極触媒層へのリン酸等の電解質の
含浸が速やかになる。
ボン坦体の体積比率を１０〜２５［％］（好ましくは１
５〜２０［％］）にすることに加えて、電極触媒層の気
孔率を５０〜８０［％］（好ましくは６０〜７０
［％］）、フッ素樹脂含有率を２０〜６０［％］（好ま
しくは３０〜５０［％］）、白金濃度を１０〜４０
［％］（好ましくは１５〜３０［％］）、灰分含有率を
１５［％］（好ましくは１０［％］）以下、カーボンブ
ラック担体を密度１.８［ｇ／cm3］以上の熱処理カーボ
ン、空隙率を２０〜４５［％］（好ましくは２５〜４０
［％］）、空気極触媒層の厚さを１００〜３５０［μ
m］（好ましくは１５０〜３００［μm］）、燃料極触媒
層の厚さを５０〜２５０［μm］（好ましくは１００〜
２００［μm］）とする。これにより、セル電圧−電流
密度特性および、セル電圧の経時特性をより高めること
ができるとともに、電極触媒層へのリン酸等の電解質の
含浸が速やかになる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４０】また、本発明の電極触媒層の製造方法は、
電極触媒層を温度５０〜３００［℃］、圧力１０〜５０
［kgf／cm 2 ］でプレス成形し、熱処理前にアセトン等の
有機溶媒に浸漬し、次いで、超音波振動を与えながら有
機物を抽出除去する工程を含むようにしたので、電極触
媒層の電気抵抗率を低くでき、したがって、低コストで
高信頼性の燃料電池を提供できる。
電極触媒層を温度５０〜３００［℃］、圧力１０〜５０
［kgf／cm 2 ］でプレス成形し、熱処理前にアセトン等の
有機溶媒に浸漬し、次いで、超音波振動を与えながら有
機物を抽出除去する工程を含むようにしたので、電極触
媒層の電気抵抗率を低くでき、したがって、低コストで
高信頼性の燃料電池を提供できる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４１】以下、実施例１〜１４及び比較例に基づ
き、この発明をさらに詳細に説明する。 実施例１．まず、燃料電池における空気極の電極触媒層
を作製するために、触媒粉末とフッ素樹脂であるポリテ
トラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略す）のディ
スパージョンを準備した。触媒粉末は重量比で白金が２
０［％］、カーボンブラック担体（以下、カーボン担体
と略す）が７２［％］、ニッケルを主成分とする灰分が
８［％］のものを使用した。また、ＰＴＦＥディスパー
ジョンは、固形分のＰＴＦＥが６０［％］、分散剤が４
［％］、残部が水のものを用いた。触媒粉末の白金を担
持しているカーボンは、担体に２５００［℃］の熱処理
を施した密度１.８［ｇ／cm3］のグラファイト化したカ
ーボン（以下熱処理カーボンと略す）を用いた。この触
媒粉末及びＰＴＦＥを用いて水性触媒ペーストを調製し
た。触媒ペーストを薄くフイルム状に形成後、水分を乾
燥除去して電極触媒層を得た。さらに、この電極触媒層
を超音波振動を与えたアセトンに２０時間（以下、単に
［ｈ］とする）浸漬して電極触媒層中の分散剤等の有機
物の大部分を抽出除去して乾燥した後、最終的に３６０
［℃］の温度で焼成し、その後室温約２０［℃］でプレ
ス成形を行った。
き、この発明をさらに詳細に説明する。 実施例１．まず、燃料電池における空気極の電極触媒層
を作製するために、触媒粉末とフッ素樹脂であるポリテ
トラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略す）のディ
スパージョンを準備した。触媒粉末は重量比で白金が２
０［％］、カーボンブラック担体（以下、カーボン担体
と略す）が７２［％］、ニッケルを主成分とする灰分が
８［％］のものを使用した。また、ＰＴＦＥディスパー
ジョンは、固形分のＰＴＦＥが６０［％］、分散剤が４
［％］、残部が水のものを用いた。触媒粉末の白金を担
持しているカーボンは、担体に２５００［℃］の熱処理
を施した密度１.８［ｇ／cm3］のグラファイト化したカ
ーボン（以下熱処理カーボンと略す）を用いた。この触
媒粉末及びＰＴＦＥを用いて水性触媒ペーストを調製し
た。触媒ペーストを薄くフイルム状に形成後、水分を乾
燥除去して電極触媒層を得た。さらに、この電極触媒層
を超音波振動を与えたアセトンに２０時間（以下、単に
［ｈ］とする）浸漬して電極触媒層中の分散剤等の有機
物の大部分を抽出除去して乾燥した後、最終的に３６０
［℃］の温度で焼成し、その後室温約２０［℃］でプレ
ス成形を行った。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４２】この方法で、重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝６０／４０、単位面積当たりの電極触媒層の重量（坪
量）１５.０［mg／cm2］の空気極の電極触媒層を作製し
た。同一の方法で、重量比で白金が１０［％］、カーボ
ン担体（熱処理カーボン）９０［％］の触媒粉末とＰＴ
ＦＥを用いて、重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４
０、坪量６.０［mg／cm2］、気孔率６５［％］の燃料極
の触媒層を作製した。空気極の電極触媒層を成形すると
きプレス圧力Ｐを変化させて、電極触媒層中のカーボン
担体の体積比率Ｃを変化させ、このとき電極触媒層の気
孔率εと厚さＬを測定した。その結果を図１と図２に示
す。また、電極触媒層の電気抵抗率ρと電気抵抗Ｒｃを
測定した。その結果を図３に示す。
＝６０／４０、単位面積当たりの電極触媒層の重量（坪
量）１５.０［mg／cm2］の空気極の電極触媒層を作製し
た。同一の方法で、重量比で白金が１０［％］、カーボ
ン担体（熱処理カーボン）９０［％］の触媒粉末とＰＴ
ＦＥを用いて、重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４
０、坪量６.０［mg／cm2］、気孔率６５［％］の燃料極
の触媒層を作製した。空気極の電極触媒層を成形すると
きプレス圧力Ｐを変化させて、電極触媒層中のカーボン
担体の体積比率Ｃを変化させ、このとき電極触媒層の気
孔率εと厚さＬを測定した。その結果を図１と図２に示
す。また、電極触媒層の電気抵抗率ρと電気抵抗Ｒｃを
測定した。その結果を図３に示す。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４３】図１によれば、プレス圧力Ｐの大きさによ
って電極触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃが変化して
いる。プレス圧力Ｐが大きいほどカーボン担体の体積比
率Ｃも大きくなっている。また、図２によれば電極触媒
層のカーボン担体の体積比率Ｃが大きくなるにつれて、
電極触媒層の気孔率ε及び厚さＬが小さくなっている。
電極触媒層の厚さＬはセルのコンパクト化の点からは小
さい方が好ましいが、カーボン担体の体積比率Ｃが１０
〜１５［％］以上で飽和する傾向にある。
って電極触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃが変化して
いる。プレス圧力Ｐが大きいほどカーボン担体の体積比
率Ｃも大きくなっている。また、図２によれば電極触媒
層のカーボン担体の体積比率Ｃが大きくなるにつれて、
電極触媒層の気孔率ε及び厚さＬが小さくなっている。
電極触媒層の厚さＬはセルのコンパクト化の点からは小
さい方が好ましいが、カーボン担体の体積比率Ｃが１０
〜１５［％］以上で飽和する傾向にある。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４４】また、同様に図３によれば、電極触媒層の
カーボン担体の体積比率Ｃが大きくなるにつれて、電極
触媒層の電気抵抗率ρ及び電気抵抗Ｒｃが小さくなって
いる。セル内部の電流分布を均一化し、ジュール損を小
さく抑制するためには電気抵抗率ρは小さい方が望まし
く、また、前述のセル内部抵抗Ｒによる電圧降下ＩＲを
小さくするためには電気抵抗Ｒｃは小さい方が望ましい
が、カーボン担体の体積比率Ｃが１０〜１５［％］以上
で飽和する傾向にある。以上、電極触媒層のカーボン担
体の体積比率Ｃを１０［％］（好ましくは１５［％］）
以上の範囲に管理することにより、電極触媒層の厚さ
Ｌ、電気抵抗率ρ及び電気抵抗Ｒｃの大きさを適正化で
きる効果がある。
カーボン担体の体積比率Ｃが大きくなるにつれて、電極
触媒層の電気抵抗率ρ及び電気抵抗Ｒｃが小さくなって
いる。セル内部の電流分布を均一化し、ジュール損を小
さく抑制するためには電気抵抗率ρは小さい方が望まし
く、また、前述のセル内部抵抗Ｒによる電圧降下ＩＲを
小さくするためには電気抵抗Ｒｃは小さい方が望ましい
が、カーボン担体の体積比率Ｃが１０〜１５［％］以上
で飽和する傾向にある。以上、電極触媒層のカーボン担
体の体積比率Ｃを１０［％］（好ましくは１５［％］）
以上の範囲に管理することにより、電極触媒層の厚さ
Ｌ、電気抵抗率ρ及び電気抵抗Ｒｃの大きさを適正化で
きる効果がある。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４５】次に、燃料極及び空気極の電極触媒層にカ
ーボンペーパを接合して、各々、燃料極及び空気極の電
極としてセルに組み立てた。厚さ１００［μm］のマト
リックスの両側に上記燃料極及び空気極の電極、その外
側に一対の燃料流路及び空気流路を有する電解質貯蔵用
リブ付多孔質カーボン板、さらにその外側に一対のセパ
レータ板を配してセルを組み立てた。マトリックスには
空孔容積の１００［％］、電極及び多孔質カーボン板に
は空孔容積の約４０［％］のリン酸を含浸した。空気極
には電極触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃを種々に変
化させたものを用いた。セルを温度２００［℃］で燃料
（Ｈ2：ＣＯ2＝８０：２０）及び空気をガス利用率がそ
れぞれ８０［％］及び６０［％］で供給して運転して、
特性が安定してから、セル電圧Ｅ、空気極のガス拡散性
の指標のＯ2ゲイン△Ｅｏ2及び空気極の電極触媒層の電
圧降下ＩＲｃを測定した。いずれも電流密度Ｉは３００
［mA／cm2］で実施した。その結果を図４及び図５に示
す。
ーボンペーパを接合して、各々、燃料極及び空気極の電
極としてセルに組み立てた。厚さ１００［μm］のマト
リックスの両側に上記燃料極及び空気極の電極、その外
側に一対の燃料流路及び空気流路を有する電解質貯蔵用
リブ付多孔質カーボン板、さらにその外側に一対のセパ
レータ板を配してセルを組み立てた。マトリックスには
空孔容積の１００［％］、電極及び多孔質カーボン板に
は空孔容積の約４０［％］のリン酸を含浸した。空気極
には電極触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃを種々に変
化させたものを用いた。セルを温度２００［℃］で燃料
（Ｈ2：ＣＯ2＝８０：２０）及び空気をガス利用率がそ
れぞれ８０［％］及び６０［％］で供給して運転して、
特性が安定してから、セル電圧Ｅ、空気極のガス拡散性
の指標のＯ2ゲイン△Ｅｏ2及び空気極の電極触媒層の電
圧降下ＩＲｃを測定した。いずれも電流密度Ｉは３００
［mA／cm2］で実施した。その結果を図４及び図５に示
す。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４６】図４によれば、空気極の電極触媒層のカー
ボン担体の体積比率Ｃが大きくなるにつれて、空気極の
電極触媒層の電圧降下ＩＲｃは小さくなり、カーボン担
体の体積比率Ｃが１０〜１５［％］以上で飽和する傾向
にある。また、空気極の電極触媒層のカーボン担体の体
積比率Ｃが大きくなるにつれて、セル運転時の空気極の
ガス拡散性指標のＯ2ゲイン△Ｅｏ2が大きくなり、空気
極の電極触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃが２０〜２
５［％］以上で急増する傾向にある。以上より、図４か
らは空気極の電極触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃは
１０〜２５［％］（好ましくは１５〜２０［％］）が望
ましい範囲としての一応の目安となることが分かる。
ボン担体の体積比率Ｃが大きくなるにつれて、空気極の
電極触媒層の電圧降下ＩＲｃは小さくなり、カーボン担
体の体積比率Ｃが１０〜１５［％］以上で飽和する傾向
にある。また、空気極の電極触媒層のカーボン担体の体
積比率Ｃが大きくなるにつれて、セル運転時の空気極の
ガス拡散性指標のＯ2ゲイン△Ｅｏ2が大きくなり、空気
極の電極触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃが２０〜２
５［％］以上で急増する傾向にある。以上より、図４か
らは空気極の電極触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃは
１０〜２５［％］（好ましくは１５〜２０［％］）が望
ましい範囲としての一応の目安となることが分かる。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４７】以上の関係を総合的に調べたものが図５で
ある。図５によれば、空気極の電極触媒層のカーボン担
体の体積比率Ｃが１０〜２０［％］で空気極の電極触媒
層の電圧降下ＩＲｃとセルのＯ2ゲイン△Ｅｏ2の和が小
さくなっている。特にカーボン担体の体積比率Ｃが１５
〜２０［％］では１２０［mv］前後のの小さい値となっ
ており好ましい。これらに対応して空気極の電極触媒層
のカーボン担体の体積比率Ｃが１０〜２５［％］でセル
電圧Ｅが高くなっている。特にカーボン担体の体積比率
Ｃが１５〜２０［％］では６５０［mv］前後の高い値と
なっており好ましい。また、この範囲では∂Ｅ／∂Ｃが
小さくなっておりセル電圧Ｅがカーボン担体の体積比率
Ｃの影響を受けにくくなっている。
ある。図５によれば、空気極の電極触媒層のカーボン担
体の体積比率Ｃが１０〜２０［％］で空気極の電極触媒
層の電圧降下ＩＲｃとセルのＯ2ゲイン△Ｅｏ2の和が小
さくなっている。特にカーボン担体の体積比率Ｃが１５
〜２０［％］では１２０［mv］前後のの小さい値となっ
ており好ましい。これらに対応して空気極の電極触媒層
のカーボン担体の体積比率Ｃが１０〜２５［％］でセル
電圧Ｅが高くなっている。特にカーボン担体の体積比率
Ｃが１５〜２０［％］では６５０［mv］前後の高い値と
なっており好ましい。また、この範囲では∂Ｅ／∂Ｃが
小さくなっておりセル電圧Ｅがカーボン担体の体積比率
Ｃの影響を受けにくくなっている。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４８】例えば、リン酸形燃料電池のセルを量産化
する場合には、空気極の電極触媒層のカーボン担体の体
積比率Ｃを１０〜２５［％］（好ましくは１０〜２０
［％］）の範囲になるように制御すれば、空気極の電極
触媒層の電圧降下ＩＲｃとセルＯ2ゲイン△Ｅｏ2の和が
小さく、それに対応してセル電圧Ｅが高く、しかも電圧
がカーボン担体の体積比率Ｃの影響を受けにくいものが
得られるという効果がある。
する場合には、空気極の電極触媒層のカーボン担体の体
積比率Ｃを１０〜２５［％］（好ましくは１０〜２０
［％］）の範囲になるように制御すれば、空気極の電極
触媒層の電圧降下ＩＲｃとセルＯ2ゲイン△Ｅｏ2の和が
小さく、それに対応してセル電圧Ｅが高く、しかも電圧
がカーボン担体の体積比率Ｃの影響を受けにくいものが
得られるという効果がある。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４９】実施例２．実施例１と同様な方法で電極触
媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン担体は
熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝６０／４０、坪量６.０［mg／cm2］の燃料極の電極触
媒層、及び重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４０、
坪量１５.０［mg／cm2］の空気極の電極触媒層を作製し
た。これらの燃料極及び空気極の電極触媒層を成形する
ときにプレス圧力Ｐを変化させて、気孔率εを変化さ
せ、このときのカーボン担体の体積比率Ｃと電気抵抗率
ρを測定した。その結果を図６及び図７に示す。
媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボン担体は
熱処理カーボンを用いた。重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ
＝６０／４０、坪量６.０［mg／cm2］の燃料極の電極触
媒層、及び重量比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４０、
坪量１５.０［mg／cm2］の空気極の電極触媒層を作製し
た。これらの燃料極及び空気極の電極触媒層を成形する
ときにプレス圧力Ｐを変化させて、気孔率εを変化さ
せ、このときのカーボン担体の体積比率Ｃと電気抵抗率
ρを測定した。その結果を図６及び図７に示す。
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５０】この実施例２では、燃料極及び空気極の電
極触媒層の組成が同じため、燃料極が空気極の電極触媒
層のカーボン担体の体積比率Ｃと電気抵抗率ρは同じ値
となった。また、図６によれば、プレス圧力Ｐの大きさ
によって電極触媒層の気孔率εが変化している。プレス
圧力Ｐが大きいほど気孔率εが小さくなっている。さら
に、図７によれば、燃料極及び空気極の電極触媒層の気
孔率εが大きくなるにつれて電極触媒層のカーボン坦体
の体積比率Ｃは小さくなり、電極触媒層の電気抵抗率ρ
は大きくなっている。反対に、電極触媒層の電気抵抗率
ρは電極触媒層の気孔率εが７５〜８０［％］以下で小
さくなり、飽和する傾向にある。また、このときの電極
触媒層のカーボン坦体の体積比率Ｃは１０〜１５［％］
以上となっている。
極触媒層の組成が同じため、燃料極が空気極の電極触媒
層のカーボン担体の体積比率Ｃと電気抵抗率ρは同じ値
となった。また、図６によれば、プレス圧力Ｐの大きさ
によって電極触媒層の気孔率εが変化している。プレス
圧力Ｐが大きいほど気孔率εが小さくなっている。さら
に、図７によれば、燃料極及び空気極の電極触媒層の気
孔率εが大きくなるにつれて電極触媒層のカーボン坦体
の体積比率Ｃは小さくなり、電極触媒層の電気抵抗率ρ
は大きくなっている。反対に、電極触媒層の電気抵抗率
ρは電極触媒層の気孔率εが７５〜８０［％］以下で小
さくなり、飽和する傾向にある。また、このときの電極
触媒層のカーボン坦体の体積比率Ｃは１０〜１５［％］
以上となっている。
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５３】同様に図９は燃料極の電極触媒層の気孔率
εを６５［％］で一定として、空気極の電極触媒層の気
孔率εを変化させた場合のものである。空気極の電極触
媒層の気孔率εが大きくなるにつれて、セルのＯ2ゲイ
ン△Ｅｏ2が小さくなっており、空気極の電極触媒層の
気孔率εが５０〜５５［％］以上で飽和する傾向にあ
る。また、このときの空気極の電極触媒層のカーボン担
体の体積比率Ｃは２０〜２５［％］程度となっている。
εを６５［％］で一定として、空気極の電極触媒層の気
孔率εを変化させた場合のものである。空気極の電極触
媒層の気孔率εが大きくなるにつれて、セルのＯ2ゲイ
ン△Ｅｏ2が小さくなっており、空気極の電極触媒層の
気孔率εが５０〜５５［％］以上で飽和する傾向にあ
る。また、このときの空気極の電極触媒層のカーボン担
体の体積比率Ｃは２０〜２５［％］程度となっている。
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５４】以上、図７〜図９より次のことが言える。
すなわち、燃料極及び空気極の電極触媒層の気孔率εが
７５〜８０［％］以下（カーボン担体の体積比率Ｃが１
０〜１５［％］程度以上）で電極触媒層の電気抵抗ρが
小さくなり望ましい。また、燃料極の電極触媒層の気孔
率εが５０〜５５［％］以上（カーボン担体の体積比率
Ｃが２０〜２５［％］程度以下）でセルのＨ2ゲイン△
ＥH2が小さくなり望ましい。さらに、空気極の電極触媒
層の気孔率εが５０〜５５［％］以上（カーボン担体の
体積比率Ｃが２０〜２５［％］程度以下）でセルのＯ2
ゲイン△Ｅｏ2が小さくなり望ましい。
すなわち、燃料極及び空気極の電極触媒層の気孔率εが
７５〜８０［％］以下（カーボン担体の体積比率Ｃが１
０〜１５［％］程度以上）で電極触媒層の電気抵抗ρが
小さくなり望ましい。また、燃料極の電極触媒層の気孔
率εが５０〜５５［％］以上（カーボン担体の体積比率
Ｃが２０〜２５［％］程度以下）でセルのＨ2ゲイン△
ＥH2が小さくなり望ましい。さらに、空気極の電極触媒
層の気孔率εが５０〜５５［％］以上（カーボン担体の
体積比率Ｃが２０〜２５［％］程度以下）でセルのＯ2
ゲイン△Ｅｏ2が小さくなり望ましい。
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５５】したがって、燃料極及び空気極の電極触媒
層の気孔率εを５０〜８０［％］（好ましくは６０〜７
０［％］程度）かつ、燃料極及び空気極の電極触媒層の
カーボン担体の体積比率Ｃを１０〜２５［％］（好まし
くは１５〜２０［％］程度）にすることにより、電極触
媒層の電気抵抗率ρが小さく、電気抵抗による電圧降下
が小さいものが得られ、さらにセルのＨ2ゲイン△Ｅｏ2
の小さいものが得られ、セルの内部損失が小さくなり、
セル電圧の高いものが得られる効果がある。
層の気孔率εを５０〜８０［％］（好ましくは６０〜７
０［％］程度）かつ、燃料極及び空気極の電極触媒層の
カーボン担体の体積比率Ｃを１０〜２５［％］（好まし
くは１５〜２０［％］程度）にすることにより、電極触
媒層の電気抵抗率ρが小さく、電気抵抗による電圧降下
が小さいものが得られ、さらにセルのＨ2ゲイン△Ｅｏ2
の小さいものが得られ、セルの内部損失が小さくなり、
セル電圧の高いものが得られる効果がある。
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５６】実施例３．実施例１と同様に方法で電極触
媒層を作製した。すなわち、原料の触媒粉末の組成は重
量比で次のものを用いた。カーボンブラック担体は熱処
理カーボンを用いた。灰分はニッケルを主成分とする金
属である。試料Ａは白金１０［％］、カーボン担体８６
［％］、灰分 ４［％］、試料Ｂは白金２０［％］、カ
ーボン担体７２［％］、灰分 ８［％］、試料Ｃは白金
３０［％］、カーボン担体５８［％］、灰分１２
［％］、試料Ｄは白金４０［％］、カーボン担体４４
［％］、灰分１６［％］を含む。重量比で触媒粉末／Ｐ
ＴＦＥ＝６０／４０、坪量１５.０［mg／cm2］の空気極
の電極触媒層を作製した。これらの電極触媒層は気孔率
εを変化させ、このときの電極触媒層のカーボン担体の
体積比率Ｃと電気抵抗率ρを測定した。その結果を図１
０及び図１１に示す。
媒層を作製した。すなわち、原料の触媒粉末の組成は重
量比で次のものを用いた。カーボンブラック担体は熱処
理カーボンを用いた。灰分はニッケルを主成分とする金
属である。試料Ａは白金１０［％］、カーボン担体８６
［％］、灰分 ４［％］、試料Ｂは白金２０［％］、カ
ーボン担体７２［％］、灰分 ８［％］、試料Ｃは白金
３０［％］、カーボン担体５８［％］、灰分１２
［％］、試料Ｄは白金４０［％］、カーボン担体４４
［％］、灰分１６［％］を含む。重量比で触媒粉末／Ｐ
ＴＦＥ＝６０／４０、坪量１５.０［mg／cm2］の空気極
の電極触媒層を作製した。これらの電極触媒層は気孔率
εを変化させ、このときの電極触媒層のカーボン担体の
体積比率Ｃと電気抵抗率ρを測定した。その結果を図１
０及び図１１に示す。
【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５７】図１０によれば、空気極の電気触媒層の気
孔率εが大きくなるにつれて、電極触媒層の電気抵抗率
ρが大きくなっており、その程度は原料の触媒粉末の白
金濃度の大きいものほど著しい。一方、図１１によれ
ば、空気極の電極触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃが
大きくなるにつれて電極触媒層の電気抵抗率ρが小さく
なっているが、原料の触媒粉末の白金濃度の影響を殆ど
受けずに大略１本の曲線で表せる。この図１１による表
示形式、すなわち、電極触媒層のカーボン担体の体積比
率Ｃに対する電気抵抗率ρの影響を考えることにより、
電極触媒層の電気抵抗、さらには電極の電気抵抗による
電圧降下を見積もることが容易となる効果がある。
孔率εが大きくなるにつれて、電極触媒層の電気抵抗率
ρが大きくなっており、その程度は原料の触媒粉末の白
金濃度の大きいものほど著しい。一方、図１１によれ
ば、空気極の電極触媒層のカーボン担体の体積比率Ｃが
大きくなるにつれて電極触媒層の電気抵抗率ρが小さく
なっているが、原料の触媒粉末の白金濃度の影響を殆ど
受けずに大略１本の曲線で表せる。この図１１による表
示形式、すなわち、電極触媒層のカーボン担体の体積比
率Ｃに対する電気抵抗率ρの影響を考えることにより、
電極触媒層の電気抵抗、さらには電極の電気抵抗による
電圧降下を見積もることが容易となる効果がある。
【手続補正３１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５９】従って、図１１により、電極触媒層のカー
ボン担体の体積比率Ｃを１０［％］以上（好ましくは１
５［％］以上）に選ぶことにより電気抵抗率ρを小さく
することができ、図１２より電極触媒層の気孔率εを５
０［％］以上（好ましくは６０［％］以上）に選ぶこと
によりセルのＯ2ゲイン△Ｅｏ2を小さくすることがで
き、さらに、両者を組み合わせることにより電気抵抗率
ρとセルのＯ2ゲイン△Ｅｏ2の両方を共に小さくするこ
とができる相乗効果が得られる。
ボン担体の体積比率Ｃを１０［％］以上（好ましくは１
５［％］以上）に選ぶことにより電気抵抗率ρを小さく
することができ、図１２より電極触媒層の気孔率εを５
０［％］以上（好ましくは６０［％］以上）に選ぶこと
によりセルのＯ2ゲイン△Ｅｏ2を小さくすることがで
き、さらに、両者を組み合わせることにより電気抵抗率
ρとセルのＯ2ゲイン△Ｅｏ2の両方を共に小さくするこ
とができる相乗効果が得られる。
【手続補正３２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８６】したがって、空気極の電極触媒層の灰分含
有率を１５［％］程度（好ましくは１０［％］程度）以
下にすることにより電極触媒層の電気抵抗率ρを小さく
できるのでセル内部の電流分布を均一化し、ジュール損
を小さく抑制でき、本発明の効果をより高めることがで
きる。また、空気極の電極触媒層の灰分含有率を１５
［％］程度（好ましくは１０［％］程度）以下にするこ
とにより電極触媒層の電気抵抗Ｒｃ、さらには電極触媒
層の電圧降下ＩＲｃを小さくできる効果がある。なお、
本実施例では灰分としてニッケルの場合について述べた
が、灰分が、クロム、鉄、コバルト、銅、ルテニウム、
パラジウムやそれらの合金であっても同様の効果を奏す
るのは勿論である。
有率を１５［％］程度（好ましくは１０［％］程度）以
下にすることにより電極触媒層の電気抵抗率ρを小さく
できるのでセル内部の電流分布を均一化し、ジュール損
を小さく抑制でき、本発明の効果をより高めることがで
きる。また、空気極の電極触媒層の灰分含有率を１５
［％］程度（好ましくは１０［％］程度）以下にするこ
とにより電極触媒層の電気抵抗Ｒｃ、さらには電極触媒
層の電圧降下ＩＲｃを小さくできる効果がある。なお、
本実施例では灰分としてニッケルの場合について述べた
が、灰分が、クロム、鉄、コバルト、銅、ルテニウム、
パラジウムやそれらの合金であっても同様の効果を奏す
るのは勿論である。
【手続補正３３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００８７】比較例 比較のために、図４４に示す従来の電極触媒層の構成図
を用いて、従来技術により電極触媒層を作成した。図４
４に示す斜線の領域内のほぼ中央になるように仕様を決
めた。図４４において、触媒粉末の白金濃度（白金担持
量、重量比）を３０［％］、電極触媒層のＰＴＦＥ含有
率（重量比）を５０［％］、電極触媒層の白金量を２.
７［mg／cm2］、厚さを１１０［μm］とした。 比較例Ａ．触媒粉末は重量比で白金が３０［％］、カー
ボン担体が５８［％］、ニッケルを主成分とする灰分が
１２［％］のものを用いた。カーボン担体は熱処理カー
ボンを用いた。作製した電極触媒層の体積比率は次のよ
うであった。
を用いて、従来技術により電極触媒層を作成した。図４
４に示す斜線の領域内のほぼ中央になるように仕様を決
めた。図４４において、触媒粉末の白金濃度（白金担持
量、重量比）を３０［％］、電極触媒層のＰＴＦＥ含有
率（重量比）を５０［％］、電極触媒層の白金量を２.
７［mg／cm2］、厚さを１１０［μm］とした。 比較例Ａ．触媒粉末は重量比で白金が３０［％］、カー
ボン担体が５８［％］、ニッケルを主成分とする灰分が
１２［％］のものを用いた。カーボン担体は熱処理カー
ボンを用いた。作製した電極触媒層の体積比率は次のよ
うであった。
【手続補正３４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９５】リン酸塗布後、燃料極の電極触媒層には約
１［ｈ］で含浸が完了した。また、本実施例により作製
した電極触媒層には約２［ｈ］で含浸が完了したが、比
較例Ａにより作製した電極触媒層には２０［ｈ］以上の
時間を含浸に要した。これは比較例Ａにより作製した電
極触媒層はＰＴＦＥ含有率が５０［％］と高く、はっ水
性が強く、かつ気孔率が３３.６［％］と小さく緻密で
あり、リン酸が含浸しにくかったためである。一方、本
実施例により作製した電極触媒層はＰＴＦＥ含有率が４
０［％］とはっ水性が適正であり、気孔率も６４.７
［％］と適正な値であり、短時間でリン酸の含浸が完了
したためである。２００［℃］で電流密度Ｉが３００
［mA／cm2］の状態で約２５００［ｈ］運転後セル電圧
−電流密度特性をとった。さらに、電流密度Ｉが３００
［mA／cm2］の状態で、継続して運転して２種のセルの
セル電圧−運転時間特性及びＯ2ゲイン−運転時間特性
を評価した。これらの結果を図３３〜３５に示す。
１［ｈ］で含浸が完了した。また、本実施例により作製
した電極触媒層には約２［ｈ］で含浸が完了したが、比
較例Ａにより作製した電極触媒層には２０［ｈ］以上の
時間を含浸に要した。これは比較例Ａにより作製した電
極触媒層はＰＴＦＥ含有率が５０［％］と高く、はっ水
性が強く、かつ気孔率が３３.６［％］と小さく緻密で
あり、リン酸が含浸しにくかったためである。一方、本
実施例により作製した電極触媒層はＰＴＦＥ含有率が４
０［％］とはっ水性が適正であり、気孔率も６４.７
［％］と適正な値であり、短時間でリン酸の含浸が完了
したためである。２００［℃］で電流密度Ｉが３００
［mA／cm2］の状態で約２５００［ｈ］運転後セル電圧
−電流密度特性をとった。さらに、電流密度Ｉが３００
［mA／cm2］の状態で、継続して運転して２種のセルの
セル電圧−運転時間特性及びＯ2ゲイン−運転時間特性
を評価した。これらの結果を図３３〜３５に示す。
【手続補正３５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００９６】図３３は、燃料（Ｈ2：ＣＯ2＝８０：２
０）及び空気のガス利用率をそれぞれ８０［％］及び６
０［％］に調整しつつセル電圧−電流密度特性をとった
ものであり、セルの空気極の電極触媒層を比較例Ａによ
り作製したものはセル電圧が低電流密度で高く、高電流
密度で低くなっている。また、本実施例により作製した
ものはセル電圧が低電流密度で低く、高電流密度で高く
なっている。これはセルの空気極の電極触媒層を比較例
Ａにより作製したものは空気極の電極触媒層の白金量が
２.７［mg／cm2］と多いので、低電流密度でセル電圧は
高いが気孔率は３３.６［％］と低く、ガス拡散性が悪
いので、高電流密度ではセル電圧が低くなっている。一
方、電極触媒層を本実施例により作製したものは、空気
極の電極触媒層の白金量が１.８［mg／cm2］と少ないの
で、低電流密度でセル電圧が低いが気孔率が６４.７
［％］と高く、ガス拡散性が良いので高電流密度ではセ
ル電圧が高くなっている。
０）及び空気のガス利用率をそれぞれ８０［％］及び６
０［％］に調整しつつセル電圧−電流密度特性をとった
ものであり、セルの空気極の電極触媒層を比較例Ａによ
り作製したものはセル電圧が低電流密度で高く、高電流
密度で低くなっている。また、本実施例により作製した
ものはセル電圧が低電流密度で低く、高電流密度で高く
なっている。これはセルの空気極の電極触媒層を比較例
Ａにより作製したものは空気極の電極触媒層の白金量が
２.７［mg／cm2］と多いので、低電流密度でセル電圧は
高いが気孔率は３３.６［％］と低く、ガス拡散性が悪
いので、高電流密度ではセル電圧が低くなっている。一
方、電極触媒層を本実施例により作製したものは、空気
極の電極触媒層の白金量が１.８［mg／cm2］と少ないの
で、低電流密度でセル電圧が低いが気孔率が６４.７
［％］と高く、ガス拡散性が良いので高電流密度ではセ
ル電圧が高くなっている。
【手続補正３６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１０４】図４０によれば、空気極の電極触媒層のカ
ーボン担体に熱処理カーボンを用いたものが運転試験の
前後で電極触媒層の電気抵抗率ρがほぼ一定であるのに
対し、非熱処理カーボンを用いたものは運転試験前の電
気抵抗率ρが大きく、運転試験後はさらに大きくなって
いる。図４１の電極触媒層の電気抵抗Ｒｃについても同
様なことがいえる。本発明の効果を有効に引き出すため
には、運転前のセルの電極触媒層のカーボン担体の体積
比率Ｃ、気孔率ε、電気抵抗率ρ等で表される電極触媒
層の内部構造や物性が運転中経時的にあまり変化しない
ことが重要である。したがって、本実施例では、電極触
媒層のカーボン担体に熱処理カーボンを用いて、セル運
転中のカーボン担体の腐食による消失を抑制することに
より、電極触媒層の内部構造や物性の経時変化を少なく
できるので、セル電圧ＥやＯ2ゲインΔＥｏ2の経時変化
が改善され、本発明の効果をより高めることができる。
ーボン担体に熱処理カーボンを用いたものが運転試験の
前後で電極触媒層の電気抵抗率ρがほぼ一定であるのに
対し、非熱処理カーボンを用いたものは運転試験前の電
気抵抗率ρが大きく、運転試験後はさらに大きくなって
いる。図４１の電極触媒層の電気抵抗Ｒｃについても同
様なことがいえる。本発明の効果を有効に引き出すため
には、運転前のセルの電極触媒層のカーボン担体の体積
比率Ｃ、気孔率ε、電気抵抗率ρ等で表される電極触媒
層の内部構造や物性が運転中経時的にあまり変化しない
ことが重要である。したがって、本実施例では、電極触
媒層のカーボン担体に熱処理カーボンを用いて、セル運
転中のカーボン担体の腐食による消失を抑制することに
より、電極触媒層の内部構造や物性の経時変化を少なく
できるので、セル電圧ＥやＯ2ゲインΔＥｏ2の経時変化
が改善され、本発明の効果をより高めることができる。
【手続補正３７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１０５】実施例１３．実施例１と同様の方法で電極
触媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボンブラッ
ク担体は熱処理カーボンを用いた。仕込みベースで重量
比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４０、坪量１５［mg／
cm2］のものを計画した。電極触媒層は作製途中に分散
剤等の有機物の添加剤が加えられているのでこれらの影
響について検討してみた。まず、電極触媒層の熱処理前
にアセトンで上記添加剤を洗浄したものと洗浄しないも
のの２種を作製した。アセトンの洗浄は電極触媒層をア
セトンに２０［ｈ］浸漬し、次いで、アセトンに超音波
振動を与えながら行った。
触媒層を作製した。触媒粉末は重量比で白金が２０
［％］、カーボン担体が７２［％］、ニッケルを主成分
とする灰分が８［％］のものを用いた。カーボンブラッ
ク担体は熱処理カーボンを用いた。仕込みベースで重量
比で触媒粉末／ＰＴＦＥ＝６０／４０、坪量１５［mg／
cm2］のものを計画した。電極触媒層は作製途中に分散
剤等の有機物の添加剤が加えられているのでこれらの影
響について検討してみた。まず、電極触媒層の熱処理前
にアセトンで上記添加剤を洗浄したものと洗浄しないも
のの２種を作製した。アセトンの洗浄は電極触媒層をア
セトンに２０［ｈ］浸漬し、次いで、アセトンに超音波
振動を与えながら行った。
【手続補正３８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１０７】これは、電極触媒層の作製途中にアセトン
で洗浄していないものは、最終焼成時に電極触媒層に含
まれている白金と有機物の添加剤が反応してカーボン担
体の一部を消失させたためである。一方、アセトンで洗
浄したものは、残存している有機物の添加剤の量が減少
しているため最終焼成等の熱処理でカーボン担体の消失
が抑制されているため、電極触媒層の体積比率Ｃが大き
く維持されている。本発明の効果を引き出すためには電
極触媒層の内部構造を計画通りに実現させることが重要
である。したがって、本実施例では、電極触媒層の作製
途中の熱処理前にアセトン洗浄を実施して電極触媒層中
の有機物の添加剤の残存量を減少させ、電極触媒層のカ
ーボン担体の体積比率Ｃを適正な状態に維持できるので
本発明の効果をより高めることができる。尚、本実施例
ではアセトンを使用したが、その他の有機溶媒も使用で
きるのは勿論である。
で洗浄していないものは、最終焼成時に電極触媒層に含
まれている白金と有機物の添加剤が反応してカーボン担
体の一部を消失させたためである。一方、アセトンで洗
浄したものは、残存している有機物の添加剤の量が減少
しているため最終焼成等の熱処理でカーボン担体の消失
が抑制されているため、電極触媒層の体積比率Ｃが大き
く維持されている。本発明の効果を引き出すためには電
極触媒層の内部構造を計画通りに実現させることが重要
である。したがって、本実施例では、電極触媒層の作製
途中の熱処理前にアセトン洗浄を実施して電極触媒層中
の有機物の添加剤の残存量を減少させ、電極触媒層のカ
ーボン担体の体積比率Ｃを適正な状態に維持できるので
本発明の効果をより高めることができる。尚、本実施例
ではアセトンを使用したが、その他の有機溶媒も使用で
きるのは勿論である。
【手続補正３９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０１１５】この発明の請求項第４項は、電極触媒層の
触媒粉末の白金濃度（含有率）を１０〜４０［％］（好
ましくは１５〜３０［％］）としたので、電気抵抗によ
る電圧降下とＯ2ゲインの和を小さくできセル電圧を高
くできるという効果を奏する。
触媒粉末の白金濃度（含有率）を１０〜４０［％］（好
ましくは１５〜３０［％］）としたので、電気抵抗によ
る電圧降下とＯ2ゲインの和を小さくできセル電圧を高
くできるという効果を奏する。
【手続補正４０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１７】
【手続補正４１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１８】
【手続補正４２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２０】
【手続補正４３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２５】
【手続補正４４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２６】
【手続補正４５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２７】
Claims (11)
- 【請求項１】 電解質を含浸したマトリックスと、この
マトリックスの両側に設けられた一対の燃料極および空
気極からなる電極と、これらの電極の外側に形成された
一対の燃料流路および空気流路とから構成される単位セ
ルをセパレータを介して複数個積層して形成された燃料
電池の電極において、 上記燃料極および空気極の少なくとも一方の電極触媒層
は、カーボンブラック担体に白金および白金を除く１種
以上の金属元素である灰分を担持した触媒粉末と、フッ
素樹脂とからなり、上記カーボンブラック担体の体積比
率は、上記電極触媒層に対して１０％〜２５％であるこ
とを特徴とする燃料電池用電極。 - 【請求項２】 電極触媒層の気孔率は、５０％〜８０％
であることを特徴とする請求項第１項記載の燃料電池用
電極。 - 【請求項３】 電極触媒層のフッ素樹脂含有率は、２０
％〜６０％であることを特徴とする請求項第１項記載の
燃料電池用電極。 - 【請求項４】 触媒粉末中の白金含有率は、１０％〜４
０％であることを特徴とする請求項第１項記載の燃料電
池用電極。 - 【請求項５】 触媒粉末中の灰分含有率は、１５％以下
であることを特徴とする請求項第１項記載の燃料電池用
電極。 - 【請求項６】 電極触媒層の空隙率は、２０％〜４５％
であることを特徴とする請求項第１項記載の燃料電池用
電極。 - 【請求項７】 カーボンブラック担体は、密度が１．８
mg／cm3以上の熱処理カーボンであることを特徴とする
請求項第１項記載の燃料電池用電極。 - 【請求項８】 空気極の電極触媒層の厚さは、１００μ
m〜３５０μmであることを特徴とする請求項第１項記載
の燃料電池用電極。 - 【請求項９】 燃料極の電極触媒層の厚さは、５０μm
〜２５０μmであることを特徴とする請求項第１項記載
の燃料電池用電極。 - 【請求項１０】 カーボンブラック担体に白金および白
金を除く１種以上の金属元素である灰分を担持した触媒
粉末と、フッ素樹脂とからなる電極触媒層を、５０℃〜
３００℃の範囲の温度および１０kgf／cm2〜５０kgf／c
m2の範囲の圧力でプレス成形する工程を含むことを特徴
とする燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項１１】 プレス成形前の電極触媒層を有機溶剤
に侵漬し、次いで、上記電極触媒層に超音波振動を加え
ながら電極触媒層中の有機溶剤を抽出除去する工程を含
むことを特徴とする請求項第１０項記載の燃料電池用電
極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5350838A JP2859531B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 燃料電池用電極およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5350838A JP2859531B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 燃料電池用電極およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07201334A true JPH07201334A (ja) | 1995-08-04 |
| JP2859531B2 JP2859531B2 (ja) | 1999-02-17 |
Family
ID=18413232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5350838A Expired - Lifetime JP2859531B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 燃料電池用電極およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2859531B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10270055A (ja) * | 1997-03-25 | 1998-10-09 | Mitsubishi Electric Corp | 電気化学触媒並びにそれを用いた電気化学反応装置、電気化学素子、リン酸型燃料電池およびメタノール直接型燃料電池 |
| WO2005057698A1 (ja) * | 2003-12-11 | 2005-06-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池 |
| JP2011023170A (ja) * | 2009-07-14 | 2011-02-03 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池用電極の製造方法 |
| KR101147204B1 (ko) * | 2004-12-14 | 2012-05-25 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지용 전극, 이의 제조방법, 이를 포함하는 막-전극어셈블리, 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 |
| JP2017224607A (ja) * | 2011-11-04 | 2017-12-21 | グリナリティ・ゲーエムベーハー | 触媒被覆膜の調製方法 |
-
1993
- 1993-12-29 JP JP5350838A patent/JP2859531B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10270055A (ja) * | 1997-03-25 | 1998-10-09 | Mitsubishi Electric Corp | 電気化学触媒並びにそれを用いた電気化学反応装置、電気化学素子、リン酸型燃料電池およびメタノール直接型燃料電池 |
| WO2005057698A1 (ja) * | 2003-12-11 | 2005-06-23 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池 |
| US7592092B2 (en) | 2003-12-11 | 2009-09-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell having a hydrogen electrode catalyst layer porosity that is lower than the air electrode catalyst layer porosity |
| KR101147204B1 (ko) * | 2004-12-14 | 2012-05-25 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지용 전극, 이의 제조방법, 이를 포함하는 막-전극어셈블리, 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 |
| JP2011023170A (ja) * | 2009-07-14 | 2011-02-03 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池用電極の製造方法 |
| JP2017224607A (ja) * | 2011-11-04 | 2017-12-21 | グリナリティ・ゲーエムベーハー | 触媒被覆膜の調製方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2859531B2 (ja) | 1999-02-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4894355A (en) | Flexible, water-repellent baked carbon plate, its production, fuel cell electrode, fuel cell electrode plate and its production and fuel cell | |
| KR100824844B1 (ko) | 고체 산화물 연료 전지를 위한 니켈 폼과 니켈 펠트 기반의애노드 | |
| US4215183A (en) | Wet proofed conductive current collector for the electrochemical cells | |
| JP4792160B2 (ja) | ガス拡散電極を製造するためのスクリーン印刷法およびスクリーン印刷ペースト | |
| JP2000311694A (ja) | 電気化学電池用の積層電極 | |
| US20190312284A1 (en) | Composition for manufacturing electrode of membrane-electrode assembly for fuel cells and method for manufacturing electrode of membrane-electrode assembly for fuel cells using the same | |
| Lysik et al. | Silver coated cathode for molten carbonate fuel cells | |
| JP7306548B1 (ja) | 膜電極接合体 | |
| US6946214B2 (en) | Manufacturing method of fuel cell electrode and fuel cell using thereof | |
| KR101213476B1 (ko) | 연료전지용 막전극 접합체 | |
| KR20020070515A (ko) | 연료 전지 | |
| JP5592789B2 (ja) | 全平面内の熱勾配に対処するｓｏｆｃスタック中のセル材料の変動 | |
| JPH07201334A (ja) | 燃料電池用電極およびその製造方法 | |
| KR101763027B1 (ko) | 연료 전지용 전극 촉매층의 제조 방법 및 연료 전지용 전극 촉매층 | |
| JP5311538B2 (ja) | 多孔質炭素電極基材の製造方法 | |
| JP2741574B2 (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 | |
| JP2007214019A (ja) | 燃料電池用膜電極接合体および燃料電池用ガス拡散層 | |
| JP4942362B2 (ja) | 膜−電極接合体及びそれを用いた固体高分子型燃料電池 | |
| JP2948453B2 (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| KR101298622B1 (ko) | 연료전지용 전극체 | |
| JPH11339815A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池およびその製造方法 | |
| JP2008034191A (ja) | 燃料電池用膜・電極接合体の製造法及び燃料電池用触媒粒の検査方法 | |
| KR102948569B1 (ko) | 연료전지용 고분자 전해질막 및 이를 제조하는 방법 | |
| CA2052221C (en) | Fuel cell electrode assembly with hydrophobic polymer loading | |
| JP2005209402A (ja) | 固体高分子型燃料電池の膜電極接合体の製造方法 |