JPH07211329A - ガス拡散電極の製造方法 - Google Patents
ガス拡散電極の製造方法Info
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- JPH07211329A JPH07211329A JP6015797A JP1579794A JPH07211329A JP H07211329 A JPH07211329 A JP H07211329A JP 6015797 A JP6015797 A JP 6015797A JP 1579794 A JP1579794 A JP 1579794A JP H07211329 A JPH07211329 A JP H07211329A
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- Japan
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- gas diffusion
- reaction layer
- hydrophilic
- diffusion electrode
- layer sheet
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 反応層の表面を改質することにより、触媒担
持を容易とし、かつ電解液の反応層への侵入を容易とし
得、ひいては電極性能を高め得るガス拡散電極の製造方
法を提供する。 【構成】 ガス拡散層シート、集電網、ガス拡散層シー
ト及び反応層シートを重ねてホットプレス後に反応層表
面を親水化処理することにより、反応層表面を完全に親
水性にする。
持を容易とし、かつ電解液の反応層への侵入を容易とし
得、ひいては電極性能を高め得るガス拡散電極の製造方
法を提供する。 【構成】 ガス拡散層シート、集電網、ガス拡散層シー
ト及び反応層シートを重ねてホットプレス後に反応層表
面を親水化処理することにより、反応層表面を完全に親
水性にする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池等の電極とし
て用いられるガス拡散電極の製造方法にかんする。
て用いられるガス拡散電極の製造方法にかんする。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のガス拡散電極は、撥水性
カーボンブラックとＰＴＦＥ（ポリテットラフルオロエ
チレン）等のフッ素樹脂からなるガス拡散層シート、ニ
ッケル網からなる集電網、上記のものと同様のガス拡散
層シート、及び親水性カーボンブラックと撥水性カーボ
ンブラックとＰＴＦＥ等のフッ素樹脂からなる反応層シ
ートを順に積み重ねてホットプレスした後、反応層に白
金等の触媒を塗布法により担持させて製造されている。
又、触媒を担持した親水性カーボンブラックとＰＴＦＥ
等のフッ素樹脂からなる反応層シートを用い、ガス拡散
層シート及び集電網と共に上述したようにホットプレス
して製造することも行なわれている。
カーボンブラックとＰＴＦＥ（ポリテットラフルオロエ
チレン）等のフッ素樹脂からなるガス拡散層シート、ニ
ッケル網からなる集電網、上記のものと同様のガス拡散
層シート、及び親水性カーボンブラックと撥水性カーボ
ンブラックとＰＴＦＥ等のフッ素樹脂からなる反応層シ
ートを順に積み重ねてホットプレスした後、反応層に白
金等の触媒を塗布法により担持させて製造されている。
又、触媒を担持した親水性カーボンブラックとＰＴＦＥ
等のフッ素樹脂からなる反応層シートを用い、ガス拡散
層シート及び集電網と共に上述したようにホットプレス
して製造することも行なわれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガス拡散電極の製造方法では、 300℃以上の温度でプレ
ス時間を30秒以上長くすると、反応層内部のＰＴＦＥ等
のフッ素樹脂が反応層表面に滲み出し、表面の撥水性が
強固になっていた。このため、触媒担持を塗布法により
行なう場合、触媒溶液が反応層表面から内部に浸透せ
ず、触媒が表面にのみ付着して有効に使用できないの
で、電極性能が著しく悪くなる不具合がある。又、触媒
担持の親水性カーボンブラックを用いたガス拡散電極で
は、使用時に電極液の反応層への侵入がなく、触媒と電
解液が接触しないので、同様に電極性能が悪くなる不具
合がある。
ガス拡散電極の製造方法では、 300℃以上の温度でプレ
ス時間を30秒以上長くすると、反応層内部のＰＴＦＥ等
のフッ素樹脂が反応層表面に滲み出し、表面の撥水性が
強固になっていた。このため、触媒担持を塗布法により
行なう場合、触媒溶液が反応層表面から内部に浸透せ
ず、触媒が表面にのみ付着して有効に使用できないの
で、電極性能が著しく悪くなる不具合がある。又、触媒
担持の親水性カーボンブラックを用いたガス拡散電極で
は、使用時に電極液の反応層への侵入がなく、触媒と電
解液が接触しないので、同様に電極性能が悪くなる不具
合がある。
【０００４】かかる不具合に対処するため、図４に示す
ように、集電網21を介在したガス拡散層22に反応層23を
接合し、かつ反応層23の上に親水層24を設けることも勘
案されるているが、結着剤であるＰＴＦＥ等のフッ素樹
脂の量が少なくなるので、親水層24の強度が小さく剥離
し易いと共に、電解液の移動が妨げられるので電極性能
が低下する。又、触媒を塗布法で担持する場合、触媒が
親水層にのみ担持され、必要とする反応層に担持できな
いという欠点があった。そこで、本発明は、反応層の表
面を改質することにより、触媒担持を容易とし、かつ電
解液の反応層への侵入を容易とし得、ひいては電極性能
を高め得るガス拡散電極の製造方法を提供することを目
的とする。
ように、集電網21を介在したガス拡散層22に反応層23を
接合し、かつ反応層23の上に親水層24を設けることも勘
案されるているが、結着剤であるＰＴＦＥ等のフッ素樹
脂の量が少なくなるので、親水層24の強度が小さく剥離
し易いと共に、電解液の移動が妨げられるので電極性能
が低下する。又、触媒を塗布法で担持する場合、触媒が
親水層にのみ担持され、必要とする反応層に担持できな
いという欠点があった。そこで、本発明は、反応層の表
面を改質することにより、触媒担持を容易とし、かつ電
解液の反応層への侵入を容易とし得、ひいては電極性能
を高め得るガス拡散電極の製造方法を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明のガス拡散電極の製造方法は、ガス拡散層シ
ート、集電網、ガス拡散層シート及び反応層シートを重
ねてホットプレスするガス拡散電極の製造方法におい
て、前記ホットプレス後に反応層表面を水との接触角が
90°未満となるよう、親水化処理することを特徴とす
る。前記親水化処理を、親水性微粒子のスプレーとする
ことが好ましい。前記親水化処理を、親水性微粒子の擦
り込みとしてもよい。又、前記親水化処理を、ブラズマ
処理としてもよい。更に、ガス拡散層シート、集電網、
ガス拡散層シート及び反応層シートを重ねてホットプレ
スするガス拡散電極の製造方法において、前記ホットプ
レス時に反応層シートと接する治具表面に予め親水性微
粒子をスプレーしておくことを特徴とする。なお、ここ
で言う親水性微粒子としては、シリカ、アルミナ、及び
表面に−ＣＯＯＨ等の水と親和性のある活性基を持つ親
水性カーボンブラック等の微粒子が用いられる。
め、本発明のガス拡散電極の製造方法は、ガス拡散層シ
ート、集電網、ガス拡散層シート及び反応層シートを重
ねてホットプレスするガス拡散電極の製造方法におい
て、前記ホットプレス後に反応層表面を水との接触角が
90°未満となるよう、親水化処理することを特徴とす
る。前記親水化処理を、親水性微粒子のスプレーとする
ことが好ましい。前記親水化処理を、親水性微粒子の擦
り込みとしてもよい。又、前記親水化処理を、ブラズマ
処理としてもよい。更に、ガス拡散層シート、集電網、
ガス拡散層シート及び反応層シートを重ねてホットプレ
スするガス拡散電極の製造方法において、前記ホットプ
レス時に反応層シートと接する治具表面に予め親水性微
粒子をスプレーしておくことを特徴とする。なお、ここ
で言う親水性微粒子としては、シリカ、アルミナ、及び
表面に−ＣＯＯＨ等の水と親和性のある活性基を持つ親
水性カーボンブラック等の微粒子が用いられる。
【０００６】
【作用】本発明のガス拡散電極の製造方法においては、
反応層の表面が完全に親水性となる。
反応層の表面が完全に親水性となる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。なお、以下の実施例においても親水性カーボンブラ
ックは表面に−ＣＯＯＨ等の水と親和性のある活性基を
持つもので、水に分散する性質を有し、撥水性カーボン
ブラックはグラファイト化が進行しており、水と親和性
のある活性基を持たず、そのままでは水に分散しないも
のを使用する。
る。なお、以下の実施例においても親水性カーボンブラ
ックは表面に−ＣＯＯＨ等の水と親和性のある活性基を
持つもので、水に分散する性質を有し、撥水性カーボン
ブラックはグラファイト化が進行しており、水と親和性
のある活性基を持たず、そのままでは水に分散しないも
のを使用する。
【０００８】
【実施例１】治具内に、撥水性カーボンブラックとＰＴ
ＦＥからなる厚さ 0.2mmのガス拡散層シート、集電網と
なるニッケル網、上記のものと同様のガス拡散層シー
ト、及び親水性カーボンブラックと撥水性カーボンブラ
ックとＰＴＦＥかなる厚さ 0.2mmの反応層シートを順に
積み重ね、50kgf/cm2 の圧力、 380℃の温度、10分間の
プレス時間でホットプレスした。得られた反応層１の表
面には、図１に示すように、親水性カーボンブラック２
の粒子間に存在するＰＴＦＥ３が滲み出し、その撥水性
が強固であった。ついで、反応層１の表面を指等で擦る
ことによって、図２に示すように、滲み出したＰＴＦＥ
３が擦り落とされ、表面が親水性となった。そして、反
応層２の表面に、図３に示すように、親水性カーボンブ
ラック、シリカ、アルミナ等の親水性微粒子４を擦り込
んで、表面を完全に親水性とした後、塗布法により反応
層１に白金を触媒として担持させてガス拡散電極を得
た。
ＦＥからなる厚さ 0.2mmのガス拡散層シート、集電網と
なるニッケル網、上記のものと同様のガス拡散層シー
ト、及び親水性カーボンブラックと撥水性カーボンブラ
ックとＰＴＦＥかなる厚さ 0.2mmの反応層シートを順に
積み重ね、50kgf/cm2 の圧力、 380℃の温度、10分間の
プレス時間でホットプレスした。得られた反応層１の表
面には、図１に示すように、親水性カーボンブラック２
の粒子間に存在するＰＴＦＥ３が滲み出し、その撥水性
が強固であった。ついで、反応層１の表面を指等で擦る
ことによって、図２に示すように、滲み出したＰＴＦＥ
３が擦り落とされ、表面が親水性となった。そして、反
応層２の表面に、図３に示すように、親水性カーボンブ
ラック、シリカ、アルミナ等の親水性微粒子４を擦り込
んで、表面を完全に親水性とした後、塗布法により反応
層１に白金を触媒として担持させてガス拡散電極を得
た。
【０００９】得られたガス拡散電極を、20％のＫＯＨを
電解液とする水素−酸素燃料電池の電極として用いて電
極性能を測定したところ、電池出力は、電圧 0.6Ｖで電
流密度 0.5A/cm2 以上となり、親水化処理をしなかった
従来のもの（電力 0.6Ｖで電流密度0.04A/cm2 ）の12倍
以上であった。
電解液とする水素−酸素燃料電池の電極として用いて電
極性能を測定したところ、電池出力は、電圧 0.6Ｖで電
流密度 0.5A/cm2 以上となり、親水化処理をしなかった
従来のもの（電力 0.6Ｖで電流密度0.04A/cm2 ）の12倍
以上であった。
【００１０】
【実施例２】実施例１と同様に反応層の表面のＰＴＦＥ
を擦り落とした後、反応層の表面にＬＢ（Ｌａｎｇｍｕ
ｉｒ Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）膜を形成して完全に親水性と
した。ついで、実施例１と同様に塗布法により反応層に
白金を触媒として担持させてガス拡散電極を得、実施例
１と同様にして電極性能を測定したところ、同様の性能
をしめした。
を擦り落とした後、反応層の表面にＬＢ（Ｌａｎｇｍｕ
ｉｒ Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）膜を形成して完全に親水性と
した。ついで、実施例１と同様に塗布法により反応層に
白金を触媒として担持させてガス拡散電極を得、実施例
１と同様にして電極性能を測定したところ、同様の性能
をしめした。
【００１１】
【実施例３】実施例１と同様にホットプレスした後、反
応層表面をプラズマ処理することにより完全に親水性と
した。ついで、実施例１と同様に塗布法により反応層に
白金を触媒として担持させてガス拡散電極を得、実施例
１と同様にして電極性能を測定したところ、同様の性能
を示した。
応層表面をプラズマ処理することにより完全に親水性と
した。ついで、実施例１と同様に塗布法により反応層に
白金を触媒として担持させてガス拡散電極を得、実施例
１と同様にして電極性能を測定したところ、同様の性能
を示した。
【００１２】
【実施例４】実施例１と同様にホットプレスした後、反
応層表面にスプレーで親水性カーボンブラック、シリ
カ、アルミナ等の親水性微粒子を吹き付けて乾燥させて
から、高級アルコール、界面活性剤を小量吹き付けるこ
とにより、完全に親水性とした。界面活性剤は、固体で
内部に浸透しないものが好ましく、かつ加熱時に脱離す
ることが望ましい。ついで、実施例１と同様に塗布法に
より反応層に白金を触媒として担持させてガス拡散電極
を得、実施例１と同様にして電極性能を測定したとこ
ろ、同様の性能を示した。
応層表面にスプレーで親水性カーボンブラック、シリ
カ、アルミナ等の親水性微粒子を吹き付けて乾燥させて
から、高級アルコール、界面活性剤を小量吹き付けるこ
とにより、完全に親水性とした。界面活性剤は、固体で
内部に浸透しないものが好ましく、かつ加熱時に脱離す
ることが望ましい。ついで、実施例１と同様に塗布法に
より反応層に白金を触媒として担持させてガス拡散電極
を得、実施例１と同様にして電極性能を測定したとこ
ろ、同様の性能を示した。
【００１３】
【実施例５】治具の表面にスプレーで親水性カーボンブ
ラック、シリカ、アルミナ等の親水性微粒子を吹き付け
乾燥させた後、その上に反応層シート、ガス拡散層シー
ト、集電網、及びガス拡散層シートを順に積み重ね、実
施例１と同様の条件でホットプレスし、余分を親水性微
粒子を除いた。ついで、実施例１と同様に塗布法により
反応層に白金を触媒として担持させてガス拡散電極を
得、実施例１と同様にして電極性能を測定したところ、
同様の性能を示した。なお、上記実施例において白金触
媒を反応層に前もって担持しておいてからホットプレス
しても、上記と同様の結果がえられた。
ラック、シリカ、アルミナ等の親水性微粒子を吹き付け
乾燥させた後、その上に反応層シート、ガス拡散層シー
ト、集電網、及びガス拡散層シートを順に積み重ね、実
施例１と同様の条件でホットプレスし、余分を親水性微
粒子を除いた。ついで、実施例１と同様に塗布法により
反応層に白金を触媒として担持させてガス拡散電極を
得、実施例１と同様にして電極性能を測定したところ、
同様の性能を示した。なお、上記実施例において白金触
媒を反応層に前もって担持しておいてからホットプレス
しても、上記と同様の結果がえられた。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のガス拡散
電極の製造方法によれば、反応層の表面が水との接触角
90°未満の親水性となるので、塗布法による反応層に対
する触媒担持を容易に行なうことができると共に、触媒
担持の親水性カーボンブラックを用いたものでも、反応
層に対する電解液の侵入を容易とすることができ、ひい
ては電極性能を高くすることができる。
電極の製造方法によれば、反応層の表面が水との接触角
90°未満の親水性となるので、塗布法による反応層に対
する触媒担持を容易に行なうことができると共に、触媒
担持の親水性カーボンブラックを用いたものでも、反応
層に対する電解液の侵入を容易とすることができ、ひい
ては電極性能を高くすることができる。
【図１】本発明のガス拡散電極の製造方法の一実施例を
示す各工程の断面説明図である。
示す各工程の断面説明図である。
【図２】本発明のガス拡散電極の製造方法の一実施例を
示す各工程の断面説明図である。
示す各工程の断面説明図である。
【図３】本発明のガス拡散電極の製造方法の一実施例を
示す各工程の断面説明図である。
示す各工程の断面説明図である。
【図４】従来の方法によるガス拡散電極の断面図であ
る。
る。
１ 反応層 ２ 親水性カーボンブラック ３ ＰＴＦＥ ４ 親水性微粒子
Claims (5)
- 【請求項１】 ガス拡散層シート、集電網、ガス拡散シ
ート及び反応層シートを重ねてホットプレスするガス拡
散電極の製造方法において、前記ホットプレス後に反応
層表面を水との接触角が90°未満となるよう親水化処理
することを特徴とするガス拡散電極の製造方法。 - 【請求項２】 前記親水化処理を、親水性微粒子のスプ
レーとすることを特徴とする請求項１記載のガス拡散電
極の製造方法。 - 【請求項３】 前記親水化処理を、親水性微粒子の擦り
込みとすることを特徴とする請求項１記載のガス拡散電
極の製造方法。 - 【請求項４】 前記親水化処理を、プラズマ処理とする
ことを特徴とする請求項１記載のガス拡散電極の製造方
法。 - 【請求項５】 ガス拡散層シート、集電網、ガス拡散層
シート及び反応層シートを重ねてホットプレスするガス
拡散電極の製造方法において、前記ホットプレス時に反
応層シートを接する治具表面に予め親水性微粒子をスプ
レーしておくことを特徴とするガス拡散電極の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6015797A JPH07211329A (ja) | 1994-01-14 | 1994-01-14 | ガス拡散電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6015797A JPH07211329A (ja) | 1994-01-14 | 1994-01-14 | ガス拡散電極の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07211329A true JPH07211329A (ja) | 1995-08-11 |
Family
ID=11898839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6015797A Pending JPH07211329A (ja) | 1994-01-14 | 1994-01-14 | ガス拡散電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07211329A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003059506A (ja) * | 2001-08-16 | 2003-02-28 | Mitsubishi Electric Corp | 電気化学素子及び電気化学素子装置 |
| JP2004031326A (ja) * | 2002-04-12 | 2004-01-29 | Sgl Carbon Ag | 電気化学的電池用の炭素繊維電極基板 |
| JP2007506250A (ja) * | 2003-09-18 | 2007-03-15 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 燃料電池ガス拡散層 |
| KR101107076B1 (ko) * | 2006-03-03 | 2012-01-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지시스템 |
| JP2022521156A (ja) * | 2019-02-13 | 2022-04-06 | フラウンホーファー－ゲゼルシャフト ツァー フェルデルング デア アンゲヴァンテン フォーシャング アインゲトラーゲナー フェアアイン | 半完成素子を親水化するための方法およびその半完成素子から製造された電極素子、バイポーラ素子、または熱交換素子 |
-
1994
- 1994-01-14 JP JP6015797A patent/JPH07211329A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003059506A (ja) * | 2001-08-16 | 2003-02-28 | Mitsubishi Electric Corp | 電気化学素子及び電気化学素子装置 |
| JP2004031326A (ja) * | 2002-04-12 | 2004-01-29 | Sgl Carbon Ag | 電気化学的電池用の炭素繊維電極基板 |
| JP2007506250A (ja) * | 2003-09-18 | 2007-03-15 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 燃料電池ガス拡散層 |
| JP2012212686A (ja) * | 2003-09-18 | 2012-11-01 | Three M Innovative Properties Co | 燃料電池ガス拡散層 |
| EP1668729B1 (en) * | 2003-09-18 | 2018-04-25 | 3M Innovative Properties Company | Fuel cell gas diffusion layer |
| KR101107076B1 (ko) * | 2006-03-03 | 2012-01-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지용 막-전극 어셈블리 및 이를 포함하는 연료 전지시스템 |
| JP2022521156A (ja) * | 2019-02-13 | 2022-04-06 | フラウンホーファー－ゲゼルシャフト ツァー フェルデルング デア アンゲヴァンテン フォーシャング アインゲトラーゲナー フェアアイン | 半完成素子を親水化するための方法およびその半完成素子から製造された電極素子、バイポーラ素子、または熱交換素子 |
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