JPH0729576A - 燃料電池用電極の製造方法 - Google Patents
燃料電池用電極の製造方法Info
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- JPH0729576A JPH0729576A JP5197729A JP19772993A JPH0729576A JP H0729576 A JPH0729576 A JP H0729576A JP 5197729 A JP5197729 A JP 5197729A JP 19772993 A JP19772993 A JP 19772993A JP H0729576 A JPH0729576 A JP H0729576A
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 反応層とガス供給層とからなる電極におい
て、それらの接合状態を従来の整然と二分された状態か
ら互いに投錨的に浸透された状態とし、反応層における
触媒にガス供給層を通してまんべんなくガスを供給し、
電池性能を向上させる。 【構成】 触媒とイオン導電性ポリマー溶液と水とを混
合してペーストを調整する。このペーストを、所定の反
応ペースト塗布用の枠内に固定された多孔質シート上に
塗布するに際し、該多孔質シートの背面側から吸引しつ
つ該塗布を行う。これによりペーストが多孔質シートに
浸透した状態が得られ、その後ペーストを乾燥固化する
ことにより、ペーストよりなる反応層２と多孔質シート
よりなるガス供給層３とが投錨的に接合されてなる電極
１が製造される。
て、それらの接合状態を従来の整然と二分された状態か
ら互いに投錨的に浸透された状態とし、反応層における
触媒にガス供給層を通してまんべんなくガスを供給し、
電池性能を向上させる。 【構成】 触媒とイオン導電性ポリマー溶液と水とを混
合してペーストを調整する。このペーストを、所定の反
応ペースト塗布用の枠内に固定された多孔質シート上に
塗布するに際し、該多孔質シートの背面側から吸引しつ
つ該塗布を行う。これによりペーストが多孔質シートに
浸透した状態が得られ、その後ペーストを乾燥固化する
ことにより、ペーストよりなる反応層２と多孔質シート
よりなるガス供給層３とが投錨的に接合されてなる電極
１が製造される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池用電極の製造方
法に関し、特に塗布法による燃料電池用電極の製造方法
に関する。
法に関し、特に塗布法による燃料電池用電極の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池において、触媒を含む反応層の
外側に、カーボンシート等の多孔質体よりなるガス供給
層を設けることにより、ガス（水素または酸素）を均等
に拡散しながら反応層に供給して電池反応の効率化を図
ることが行われている。
外側に、カーボンシート等の多孔質体よりなるガス供給
層を設けることにより、ガス（水素または酸素）を均等
に拡散しながら反応層に供給して電池反応の効率化を図
ることが行われている。
【０００３】ガス供給層に反応層を接合させる方法とし
ては、一般に両側より圧接する方法が採用されている
が、圧接による場合は接合面を均一に加圧することが困
難であった。また、圧接の際の高圧によって反応層中の
ガス導入路が破壊され、反応層へのガス供給を妨げてし
まうという欠点もあった。
ては、一般に両側より圧接する方法が採用されている
が、圧接による場合は接合面を均一に加圧することが困
難であった。また、圧接の際の高圧によって反応層中の
ガス導入路が破壊され、反応層へのガス供給を妨げてし
まうという欠点もあった。
【０００４】これらの欠点を解消すべく、特開平４−３
２９２６４号公報には、反応層を形成する混合成分をア
ルコールでペースト状にしたものをガス供給層上に塗布
し、高温にて焼成することにより接合する方法が提案さ
れている。
２９２６４号公報には、反応層を形成する混合成分をア
ルコールでペースト状にしたものをガス供給層上に塗布
し、高温にて焼成することにより接合する方法が提案さ
れている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、圧接法ある
いは焼成法のいずれによって接合しても、反応層とガス
供給層とがほぼ整然と二分されてしまう（図４）ため、
反応層中のすべての触媒に均等にガスを供給することが
困難である。すなわち、ガス供給層から離れた位置にあ
る触媒の活性が低下してしまう。
いは焼成法のいずれによって接合しても、反応層とガス
供給層とがほぼ整然と二分されてしまう（図４）ため、
反応層中のすべての触媒に均等にガスを供給することが
困難である。すなわち、ガス供給層から離れた位置にあ
る触媒の活性が低下してしまう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、反応層とガス
供給層とからなる電極を得るに当たってこれら層同士の
接合状態を良好にし、ガス供給層を介して行われるガス
の供給を反応層中のほぼすべての触媒に対して満遍なく
行われるようにし、反応層における触媒の活性の偏りを
解消することを目的とする。
供給層とからなる電極を得るに当たってこれら層同士の
接合状態を良好にし、ガス供給層を介して行われるガス
の供給を反応層中のほぼすべての触媒に対して満遍なく
行われるようにし、反応層における触媒の活性の偏りを
解消することを目的とする。
【０００７】この目的を達成するため、本発明は塗布法
による燃料電池用電極の製造方法を採用する。燃料電池
またはそのための電極の製造を塗布法によって行うこと
は従来より提案されている。たとえば特開平５−２９０
０５号公報には、イオン導電性ポリマー等よりなる電解
質板上に電極触媒用のペーストをスクリーン印刷により
塗布して電極−電解質接合体を製造することが記載され
ている。しかしながら、ガス供給層に反応層を接合する
際に単に塗布法を適用しただけでは、上記したと同様に
これらの層が整然と二分された構造体となり、課題を解
決することができない。
による燃料電池用電極の製造方法を採用する。燃料電池
またはそのための電極の製造を塗布法によって行うこと
は従来より提案されている。たとえば特開平５−２９０
０５号公報には、イオン導電性ポリマー等よりなる電解
質板上に電極触媒用のペーストをスクリーン印刷により
塗布して電極−電解質接合体を製造することが記載され
ている。しかしながら、ガス供給層に反応層を接合する
際に単に塗布法を適用しただけでは、上記したと同様に
これらの層が整然と二分された構造体となり、課題を解
決することができない。
【０００８】そこで、本発明は、ガス供給層に反応層を
接合するための手法として塗布法を採用しつつ、塗布の
際に接合面とは反対側から吸引することにより反応層ペ
ーストをガス供給層に浸透させた状態とすることを想起
し、完成に至ったものである。
接合するための手法として塗布法を採用しつつ、塗布の
際に接合面とは反対側から吸引することにより反応層ペ
ーストをガス供給層に浸透させた状態とすることを想起
し、完成に至ったものである。
【０００９】すなわち本発明による燃料電池用電極の製
造方法は、触媒と溶剤と水を少なくとも含んで調製され
たペーストよりなる反応層をガス供給層上に形成するに
際して、ガス供給層の背面側より吸引しながら形成する
ことによりペーストをガス供給層に浸透せしめることを
特徴とする。
造方法は、触媒と溶剤と水を少なくとも含んで調製され
たペーストよりなる反応層をガス供給層上に形成するに
際して、ガス供給層の背面側より吸引しながら形成する
ことによりペーストをガス供給層に浸透せしめることを
特徴とする。
【００１０】ペーストのガス供給層への浸透深さは、ガ
ス供給層の細孔径および吸引の強さを調節することによ
ってコントロールされる。
ス供給層の細孔径および吸引の強さを調節することによ
ってコントロールされる。
【００１１】塗布用のペーストは、燃料電池の電解質を
構成すると同一のイオン導電性ポリマーの溶液を結着剤
として調製され得る。このイオン導電性ポリマー溶液中
のアルコール溶剤分は、塗布後の乾燥工程により除去す
ることができる。
構成すると同一のイオン導電性ポリマーの溶液を結着剤
として調製され得る。このイオン導電性ポリマー溶液中
のアルコール溶剤分は、塗布後の乾燥工程により除去す
ることができる。
【００１２】好ましくは、ペーストを塗布する前に該ペ
ーストを加熱乾燥することによりペースト中のアルコー
ル溶剤分のみを任意量除去し、該ペーストを塗布に適し
た粘度に調整する。
ーストを加熱乾燥することによりペースト中のアルコー
ル溶剤分のみを任意量除去し、該ペーストを塗布に適し
た粘度に調整する。
【００１３】
【作用】反応層を形成すべきペーストをガス供給層を形
成すべき多孔質シート上に塗布するに際して、多孔質シ
ートの塗布面とは反対側から吸引しながら該塗布が行わ
れるので、ペーストが多孔質シートに少なくとも部分的
に浸透した状態が得られる。
成すべき多孔質シート上に塗布するに際して、多孔質シ
ートの塗布面とは反対側から吸引しながら該塗布が行わ
れるので、ペーストが多孔質シートに少なくとも部分的
に浸透した状態が得られる。
【００１４】
【実施例】触媒（Ｐｔ）を担持するカーボンブラック、
イオン導電性ポリマー（ナフィオン−登録商標）溶液お
よび水を１：１３．３：４．０の割合で混合し、１５分
間超音波撹拌した後、６５℃の加熱条件に１時間保持し
て粘度調製して、塗布用ペーストを調製する。
イオン導電性ポリマー（ナフィオン−登録商標）溶液お
よび水を１：１３．３：４．０の割合で混合し、１５分
間超音波撹拌した後、６５℃の加熱条件に１時間保持し
て粘度調製して、塗布用ペーストを調製する。
【００１５】この塗布用ペーストを、塗布用の枠内に固
定した撥水処理済みのシート状多孔質体（カーボンシー
ト、金属発泡体等）上に塗布するが、その際、多孔質シ
ートの背面側より吸引しつつ塗布を行う。これにより、
塗布されるペーストが多孔質シート内に十分に浸透され
る。ペーストの多孔質体への浸透深さは、多孔質体の細
孔径および吸引の強さを調節することによりコントロー
ルする。
定した撥水処理済みのシート状多孔質体（カーボンシー
ト、金属発泡体等）上に塗布するが、その際、多孔質シ
ートの背面側より吸引しつつ塗布を行う。これにより、
塗布されるペーストが多孔質シート内に十分に浸透され
る。ペーストの多孔質体への浸透深さは、多孔質体の細
孔径および吸引の強さを調節することによりコントロー
ルする。
【００１６】吸引しつつ塗布を終了した後、室温にて約
１時間乾燥して、ナフィオン溶液中のアルコール溶剤を
乾燥除去し、印刷用ペーストによる反応層を多孔質シー
トからなるガス供給層の上に積層形成する。上記のよう
に塗布用ペーストは多孔質シート内に浸透された状態で
乾燥固化されるので、このようにして得られる電極１に
おいては、反応層２が部分的にガス供給層３に入り込ん
だ接合状態が得られる（図１）。この接合状態より明ら
かなように、反応層２中の触媒担持量を減少させること
なくその実質的な厚みを薄くすることができ、コンパク
ト化が図られる。また、反応層２はガス供給層３と交絡
した構造となるため、これらの接合表面積が平面同士の
接合に比べて増大し、電極の抵抗値が低減される。
１時間乾燥して、ナフィオン溶液中のアルコール溶剤を
乾燥除去し、印刷用ペーストによる反応層を多孔質シー
トからなるガス供給層の上に積層形成する。上記のよう
に塗布用ペーストは多孔質シート内に浸透された状態で
乾燥固化されるので、このようにして得られる電極１に
おいては、反応層２が部分的にガス供給層３に入り込ん
だ接合状態が得られる（図１）。この接合状態より明ら
かなように、反応層２中の触媒担持量を減少させること
なくその実質的な厚みを薄くすることができ、コンパク
ト化が図られる。また、反応層２はガス供給層３と交絡
した構造となるため、これらの接合表面積が平面同士の
接合に比べて増大し、電極の抵抗値が低減される。
【００１７】以上のようにして同一構成の電極を２個作
成し、電解質となるイオン導電性ポリマー（ナフィオ
ン）４をこれら電極１、１で挟み、ホットプレス（１０
０ｋｇ／ｃｍ２、１３０℃、９０秒）により接合して、
電極−電解質−電極よりなる単電池５が製造される（図
２）。
成し、電解質となるイオン導電性ポリマー（ナフィオ
ン）４をこれら電極１、１で挟み、ホットプレス（１０
０ｋｇ／ｃｍ２、１３０℃、９０秒）により接合して、
電極−電解質−電極よりなる単電池５が製造される（図
２）。
【００１８】図３は、本発明および従来技術による単電
池における電池電圧（Ｖ）−電流密度（Ａ／ｃｍ２）カ
ーブの比較図である。この比較図より、電極における反
応層とガス供給層との接合をホットプレスにより行った
従来技術の単電池に比べて、本発明による単電池の電極
の電流密度は大幅に向上していることが分かる。
池における電池電圧（Ｖ）−電流密度（Ａ／ｃｍ２）カ
ーブの比較図である。この比較図より、電極における反
応層とガス供給層との接合をホットプレスにより行った
従来技術の単電池に比べて、本発明による単電池の電極
の電流密度は大幅に向上していることが分かる。
【００１９】塗布用ペーストにおいては触媒の結着剤と
して、電解質に用いられるイオン導電性ポリマーと同一
組成物であるナフィオンの溶液が用いられる。このこと
は、本発明の電極を用いて製造される燃料電池において
はイオン導電性ポリマーが電解質のみならずその両側に
接する電極においても存在することとなって電池性能を
向上させると共に、塗布用ペーストの乾燥工程を簡素化
することを可能にする。
して、電解質に用いられるイオン導電性ポリマーと同一
組成物であるナフィオンの溶液が用いられる。このこと
は、本発明の電極を用いて製造される燃料電池において
はイオン導電性ポリマーが電解質のみならずその両側に
接する電極においても存在することとなって電池性能を
向上させると共に、塗布用ペーストの乾燥工程を簡素化
することを可能にする。
【００２０】すなわち、本発明の塗布用ペーストには樹
脂の溶剤として低沸点かつ高揮発性の溶剤（主としてア
ルコール）が用いられ、従来塗布用ペーストの粘度調製
のために常用されてきたエチレングリコールやグリセリ
ン等の溶剤を含まない。
脂の溶剤として低沸点かつ高揮発性の溶剤（主としてア
ルコール）が用いられ、従来塗布用ペーストの粘度調製
のために常用されてきたエチレングリコールやグリセリ
ン等の溶剤を含まない。
【００２１】調製した塗布用ペーストはたとえば６５
℃、１時間の条件にて乾燥処理され、これによりイオン
導電性ポリマーの樹脂溶液中のアルコールの一部が乾燥
除去されて該ペーストが所定の粘度とされる。この際の
乾燥処理条件を変えることによりペーストの粘度を自在
に調整し、塗布に適したペースト粘度（たとえば５〜
２，０００ポイズ）とすることができる。
℃、１時間の条件にて乾燥処理され、これによりイオン
導電性ポリマーの樹脂溶液中のアルコールの一部が乾燥
除去されて該ペーストが所定の粘度とされる。この際の
乾燥処理条件を変えることによりペーストの粘度を自在
に調整し、塗布に適したペースト粘度（たとえば５〜
２，０００ポイズ）とすることができる。
【００２２】このようにして粘度調整されたペーストを
多孔質シート上にアスピレーター、ロータリーポンプ等
の減圧手段により吸引しつつ塗布した後に行われる乾燥
処理は、得られた電極を１時間程度室温に放置すること
により行うことができ、このような室温乾燥によってイ
オン導電性ポリマー溶液中に残留するアルコールを完全
に除去することができる。したがって、塗布用ペースト
中の溶剤分が電極中に残留することによる電極性能の低
下の問題は本発明では生じない。
多孔質シート上にアスピレーター、ロータリーポンプ等
の減圧手段により吸引しつつ塗布した後に行われる乾燥
処理は、得られた電極を１時間程度室温に放置すること
により行うことができ、このような室温乾燥によってイ
オン導電性ポリマー溶液中に残留するアルコールを完全
に除去することができる。したがって、塗布用ペースト
中の溶剤分が電極中に残留することによる電極性能の低
下の問題は本発明では生じない。
【００２３】電解質に用いられるイオン導電性ポリマー
は一般に熱に弱く、その分解温度は１５０℃近辺である
ものの、実際には１３０℃付近の加熱乾燥によっても熱
劣化してイオン導電性が悪化する。しかしながら本発明
においては、ペースト粘度調整のための乾燥処理温度は
６５℃程度で十分であり、また電極を得た後のペースト
固化は室温放置で行うことが可能であるため、イオン導
電性ポリマーを熱劣化させることがなく、所期の電池性
能が損なわれることがない。
は一般に熱に弱く、その分解温度は１５０℃近辺である
ものの、実際には１３０℃付近の加熱乾燥によっても熱
劣化してイオン導電性が悪化する。しかしながら本発明
においては、ペースト粘度調整のための乾燥処理温度は
６５℃程度で十分であり、また電極を得た後のペースト
固化は室温放置で行うことが可能であるため、イオン導
電性ポリマーを熱劣化させることがなく、所期の電池性
能が損なわれることがない。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、ガス供給層を介してガ
スが反応層中の触媒にまんべんなく供給され、触媒の活
性化が図られるため、燃料極および空気極のいずれにお
いても電極の性能が大幅に向上する。
スが反応層中の触媒にまんべんなく供給され、触媒の活
性化が図られるため、燃料極および空気極のいずれにお
いても電極の性能が大幅に向上する。
【００２５】一方、反応層の厚みが薄くなるため、反応
ペーストに撥水剤を添加する必要がなくなり、電極性能
が向上する。
ペーストに撥水剤を添加する必要がなくなり、電極性能
が向上する。
【００２６】また、本発明は塗布法により電極を製造す
るものであるが、塗布用ペーストに結着剤として、電解
質に用いられると同一のイオン導電性ポリマーを用いる
ため、電池全体のイオン導電性が向上され、またエチレ
ングリコールやグリセリン等の溶剤を含まないため、こ
れら溶剤が電極中に残留することによる電極性能の低下
を招くことがない。
るものであるが、塗布用ペーストに結着剤として、電解
質に用いられると同一のイオン導電性ポリマーを用いる
ため、電池全体のイオン導電性が向上され、またエチレ
ングリコールやグリセリン等の溶剤を含まないため、こ
れら溶剤が電極中に残留することによる電極性能の低下
を招くことがない。
【００２７】更に、これら溶剤および撥水剤を含まない
ペーストを使用しているため、ペースト塗布後の乾燥が
室温で可能となり、イオン導電性ポリマーに対する熱劣
化が回避される。
ペーストを使用しているため、ペースト塗布後の乾燥が
室温で可能となり、イオン導電性ポリマーに対する熱劣
化が回避される。
【図１】本発明により製造される電極における反応層と
ガス供給層との接合状態を示す模式図である。
ガス供給層との接合状態を示す模式図である。
【図２】図１の電極を用いて製造される単電池を示す模
式図である。
式図である。
【図３】図２の単電池の性能を従来例と比較して示す図
である。
である。
【図４】従来例による電極における反応層とガス供給層
との接合状態を示す模式図である。
との接合状態を示す模式図である。
１ 電極 ２ 反応層 ３ ガス供給層 ４ イオン導電性ポリマー ５ 単電池
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小関 宏彦 愛知県安城市藤井町高根10番地 アイシ ン・エィ・ダブリュ株式会社内 (72)発明者 上野 正隆 愛知県安城市藤井町高根10番地 アイシ ン・エィ・ダブリュ株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 触媒と溶剤と水を少なくとも含んで調
製されたペーストよりなる反応層をガス供給層上に形成
するに際して、前記ガス供給層の背面側より吸引しなが
ら形成することにより前記ペーストを前記ガス供給層に
浸透せしめることを特徴とする、燃料電池用電極の製造
方法。 - 【請求項２】 燃料電池の電解質を構成すると同一の
イオン導電性ポリマーの溶液を結着剤として前記ペース
トを調製し、前記乾燥工程において前記イオン導電性ポ
リマー溶液中のアルコール溶剤分を乾燥除去することを
特徴とする請求項１の燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項３】 前記乾燥工程を室温にて行うことを特
徴とする請求項２の燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項４】 前記ペーストによる反応層を形成する
前に前記ペーストを加熱乾燥することにより前記ペース
ト中のアルコール溶剤分のみを任意量除去してその粘度
を調整することを特徴とする請求項２または３の燃料電
池用電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5197729A JPH0729576A (ja) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | 燃料電池用電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5197729A JPH0729576A (ja) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | 燃料電池用電極の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0729576A true JPH0729576A (ja) | 1995-01-31 |
Family
ID=16379376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5197729A Pending JPH0729576A (ja) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | 燃料電池用電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0729576A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5752988A (en) * | 1996-02-05 | 1998-05-19 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for producing electrode unit for fuel cell |
| JP2002110202A (ja) * | 2000-10-02 | 2002-04-12 | Asahi Glass Co Ltd | 固体高分子型燃料電池及びその製造方法 |
| JP2004192950A (ja) * | 2002-12-11 | 2004-07-08 | Mitsubishi Electric Corp | 固体高分子型燃料電池及びその製造方法 |
| JP2004319139A (ja) * | 2003-04-11 | 2004-11-11 | Toyota Motor Corp | 膜電極接合体とその製造方法 |
| WO2005045970A1 (ja) * | 2003-11-06 | 2005-05-19 | Nec Corporation | 燃料電池およびその製造方法 |
| WO2006004120A1 (ja) * | 2004-07-06 | 2006-01-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ガス拡散電極および高分子電解質型燃料電池の製造方法、ならびにガス拡散電極および高分子電解質型燃料電池 |
| DE102015120531A1 (de) | 2014-12-08 | 2016-06-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Verfahren zum Herstellen einer Membranelektrodenanordnung |
-
1993
- 1993-07-16 JP JP5197729A patent/JPH0729576A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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