JPH0766814B2 - 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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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は燃料電池用電極の製造方法に関するものであ
る。
る。
第２図は例えば特開昭60−65465号公報に示す従来の燃
料電池の電極の一般的な模式断面図を示す。図におい
て、（１）は電極基材であり、導電性多孔質のカーボン
繊維から構成されたペーパ状のものである。（２）は触
媒層であり、触媒粉末と撥水性結着剤としてのポリテト
ラフルオロエチレン（以下PTFEと称す）から構成された
ものである。
料電池の電極の一般的な模式断面図を示す。図におい
て、（１）は電極基材であり、導電性多孔質のカーボン
繊維から構成されたペーパ状のものである。（２）は触
媒層であり、触媒粉末と撥水性結着剤としてのポリテト
ラフルオロエチレン（以下PTFEと称す）から構成された
ものである。
従来、燃料電池用電極の製造方法は、触媒粉末と撥水性
結着剤としてのPTFE及び界面活性剤、溶媒等を混合分散
した触媒ペーストをスクリーン印刷法、スプレー法、ド
クターブレード法又はロールコータ法等の方法により電
極基材（１）に直接塗布又は吹付けを行つた後、加熱あ
るいは真空凍結乾燥により溶媒を除去して触媒層（２）
が形成されていた。
結着剤としてのPTFE及び界面活性剤、溶媒等を混合分散
した触媒ペーストをスクリーン印刷法、スプレー法、ド
クターブレード法又はロールコータ法等の方法により電
極基材（１）に直接塗布又は吹付けを行つた後、加熱あ
るいは真空凍結乾燥により溶媒を除去して触媒層（２）
が形成されていた。
従来の燃料電池用電極の製造方法は以上のようにカーボ
ン繊維で構成された多孔質のペーパ状の電極基材（１）
に、直接、塗布又は吹付けるため全面又は部分的に、触
媒ペーストが電極基材（１）の多孔部に浸み込んだり、
あるいは電極基材（１）裏面に浸み出したりするため、
電極基材（１）と触媒層（２）の接合部境界の厚さを均
一に制御することが困難であつた。そのため電極基材
（１）への浸み込みあるいは電極基材（１）裏面への浸
み出し等、触媒ペーストによる電極基材（１）の多孔部
への目詰り、あるいは電極基材（１）裏面に電解質とし
てのリン酸の液路又は液膜が形成され、電極面内におけ
るガス拡散孔の閉塞、減少、及び分布のバラツキ等の問
題点があつた。さらには加熱乾燥の場合触媒層に粒子の
凝集等のためマツドクラツクが発生することも問題の一
つであつた。
ン繊維で構成された多孔質のペーパ状の電極基材（１）
に、直接、塗布又は吹付けるため全面又は部分的に、触
媒ペーストが電極基材（１）の多孔部に浸み込んだり、
あるいは電極基材（１）裏面に浸み出したりするため、
電極基材（１）と触媒層（２）の接合部境界の厚さを均
一に制御することが困難であつた。そのため電極基材
（１）への浸み込みあるいは電極基材（１）裏面への浸
み出し等、触媒ペーストによる電極基材（１）の多孔部
への目詰り、あるいは電極基材（１）裏面に電解質とし
てのリン酸の液路又は液膜が形成され、電極面内におけ
るガス拡散孔の閉塞、減少、及び分布のバラツキ等の問
題点があつた。さらには加熱乾燥の場合触媒層に粒子の
凝集等のためマツドクラツクが発生することも問題の一
つであつた。
この発明は上記のような課題を解決するためなされたも
ので、電極基材と触媒層の接合部境界の厚さを均一化し
高いガス拡散性能を得るとともに触媒層のマツドクラツ
クの発生をなくし、電極の特性及び品質の向上を目的と
する。
ので、電極基材と触媒層の接合部境界の厚さを均一化し
高いガス拡散性能を得るとともに触媒層のマツドクラツ
クの発生をなくし、電極の特性及び品質の向上を目的と
する。
この発明に係る燃料電池用電極の製造方法は、触媒粉末
と撥水性結着剤及び界面活性剤、溶媒とを混合分散して
得た触媒ペーストをポリマーフイルム上に塗布した後、
電極基材を前記塗布した触媒ペースト上に重ね、触媒ペ
ーストが電極基材の多孔部に侵入しないように、両者を
スペーサを介するなどして電極基材全面をパイプローラ
で軽く押圧して接合する。次に真空凍結乾燥、プレス加
工の工程を経て電極基材上に触媒層を転写形成し一体化
したものである。
と撥水性結着剤及び界面活性剤、溶媒とを混合分散して
得た触媒ペーストをポリマーフイルム上に塗布した後、
電極基材を前記塗布した触媒ペースト上に重ね、触媒ペ
ーストが電極基材の多孔部に侵入しないように、両者を
スペーサを介するなどして電極基材全面をパイプローラ
で軽く押圧して接合する。次に真空凍結乾燥、プレス加
工の工程を経て電極基材上に触媒層を転写形成し一体化
したものである。
この発明による電極は、電極基材に触媒ペーストを直接
塗布しないで間接的に接合して触媒層を形成するため、
電極基材と触媒層の接合部境界の厚さはバラツキのない
均一化した状態で密着したものである。
塗布しないで間接的に接合して触媒層を形成するため、
電極基材と触媒層の接合部境界の厚さはバラツキのない
均一化した状態で密着したものである。
以下、この発明の実施例について説明する。
〔実施例１〕 第１図（ａ）のこの発明の実施例による製造過程の模式
的断面図に示すように、触媒粉末と結着剤としてのPTFE
及び界面活性剤、溶媒とを混合分散して得た触媒ペース
ト（４）をロールコータ法により例えば360×650×0.05
mmのポリマーフイルム（３）、例えばポリイミドフイル
ム（東レ。デユポン製．商品名カプトン）に塗布した
後、PTFE水溶液で撥水処理した例えば360×650×0.1mm
のカーボン繊維からなるペーパ状の電極基材（１）を静
かに重ね、触媒ペースト（４）と電極基材（１）が密着
するようスペーサーを介して軽くパイプローラにより基
材全面を押圧するようにして接合する。次に接合した電
極を予備凍結槽で急速凍結した後、真空凍結乾燥器（図
示せず）内で氷状の溶媒を昇華消失させた後取出し、液
圧プレスにて加圧後、ポリイミドフイルム（３）をはが
し第１図（ｂ）のこの発明による電極の模式的断面図に
示すように、触媒層（21）を電極基材（１）に転写形成
して一体化したものを焼成して電極を作製した。この製
造方法により得た電極は均一な触媒層（21）の膜厚を有
し、従来方法の電極に見られた電極基材（１）への部分
的な浸み込みあるいは浸み出し現象の見られないもので
あり、かつ、触媒層にはマツドクラツクのないものであ
つた。
的断面図に示すように、触媒粉末と結着剤としてのPTFE
及び界面活性剤、溶媒とを混合分散して得た触媒ペース
ト（４）をロールコータ法により例えば360×650×0.05
mmのポリマーフイルム（３）、例えばポリイミドフイル
ム（東レ。デユポン製．商品名カプトン）に塗布した
後、PTFE水溶液で撥水処理した例えば360×650×0.1mm
のカーボン繊維からなるペーパ状の電極基材（１）を静
かに重ね、触媒ペースト（４）と電極基材（１）が密着
するようスペーサーを介して軽くパイプローラにより基
材全面を押圧するようにして接合する。次に接合した電
極を予備凍結槽で急速凍結した後、真空凍結乾燥器（図
示せず）内で氷状の溶媒を昇華消失させた後取出し、液
圧プレスにて加圧後、ポリイミドフイルム（３）をはが
し第１図（ｂ）のこの発明による電極の模式的断面図に
示すように、触媒層（21）を電極基材（１）に転写形成
して一体化したものを焼成して電極を作製した。この製
造方法により得た電極は均一な触媒層（21）の膜厚を有
し、従来方法の電極に見られた電極基材（１）への部分
的な浸み込みあるいは浸み出し現象の見られないもので
あり、かつ、触媒層にはマツドクラツクのないものであ
つた。
〔比較例１〕 実施例１と同様の触媒ペースト（４）を、ロールコータ
法により直接例えば360×650×0.1mmの撥水処理した電
極基材（１）に塗布した後、実施例１と同様の製造工程
を経て作製した電極は、塗布時触媒ペースト（４）が基
材に浸み出したため、電極基材（１）裏面に触媒層（2
1）が多量に付着していた。
法により直接例えば360×650×0.1mmの撥水処理した電
極基材（１）に塗布した後、実施例１と同様の製造工程
を経て作製した電極は、塗布時触媒ペースト（４）が基
材に浸み出したため、電極基材（１）裏面に触媒層（2
1）が多量に付着していた。
〔実施例２〕 実施例１と同様の触媒ペースト（４）をロールコータ法
により例えば360×650×0.05mmのポリエチレンテレフタ
レートフイルム（３）（一般商品名マイラー）に塗布し
た後、未揆水の例えば360×650×0.2mmの電極基材
（１）を使用し、実施例１と同様の製造工程を経て電極
を作製した。この製造方法により得た電極は実施例１の
揆水処理をした電極基材（１）を使用して作製した電極
と同様、電極基材（１）への触媒ペースト（４）の浸み
込みあるいは浸み出しは見られず、触媒層（21）のマツ
ドクラツクもないものであつた。
により例えば360×650×0.05mmのポリエチレンテレフタ
レートフイルム（３）（一般商品名マイラー）に塗布し
た後、未揆水の例えば360×650×0.2mmの電極基材
（１）を使用し、実施例１と同様の製造工程を経て電極
を作製した。この製造方法により得た電極は実施例１の
揆水処理をした電極基材（１）を使用して作製した電極
と同様、電極基材（１）への触媒ペースト（４）の浸み
込みあるいは浸み出しは見られず、触媒層（21）のマツ
ドクラツクもないものであつた。
〔比較例２〕 実施例１と同様の触媒ペースト（４）をロールコータ法
により直接未揆水の例えば360×650×0.2mmの電極基材
（１）に塗布し、実施例１と同様の製造工程を経て作製
した電極は触媒ペースト（４）が電極基材（１）裏面に
浸み出すとともに、電極基材（１）裏面に空気留りが生
じ、電極の面内に直径10〜20mm大の斑点状凹凸のある現
象が見られ電極として使用できないものであつた。
により直接未揆水の例えば360×650×0.2mmの電極基材
（１）に塗布し、実施例１と同様の製造工程を経て作製
した電極は触媒ペースト（４）が電極基材（１）裏面に
浸み出すとともに、電極基材（１）裏面に空気留りが生
じ、電極の面内に直径10〜20mm大の斑点状凹凸のある現
象が見られ電極として使用できないものであつた。
〔実施例３〕 実施例１と同様の触媒ペースト（４）をスクリーン印刷
法により例えば200×200×0.025mmのポリイミドフイル
ム（３）に塗布した後、例えば150×150×0.4mm,150×1
50×0.1mmのカーボン繊維からなるペーパ状の揆水処理
した基材あるいは未揆水の電極基材（１）をそれぞれ触
媒ペースト（４）と密着するよう軽く、ハケで押圧する
ようにして接合し以後、実施例１と同様の工程で電極を
作製した。これらの実施例による電極においても均一な
触媒層（21）の膜厚が得られ、電極基材（１）への浸み
込みあるいは浸み出しもなく、かつ、マツドクラツクの
ないものが得られた。
法により例えば200×200×0.025mmのポリイミドフイル
ム（３）に塗布した後、例えば150×150×0.4mm,150×1
50×0.1mmのカーボン繊維からなるペーパ状の揆水処理
した基材あるいは未揆水の電極基材（１）をそれぞれ触
媒ペースト（４）と密着するよう軽く、ハケで押圧する
ようにして接合し以後、実施例１と同様の工程で電極を
作製した。これらの実施例による電極においても均一な
触媒層（21）の膜厚が得られ、電極基材（１）への浸み
込みあるいは浸み出しもなく、かつ、マツドクラツクの
ないものが得られた。
以上のようにこの発明に係る電極の製造方法によれば、
電極基材（１）の厚さ、空隙率、及び揆水の有無に関係
なく、電極基材（１）と触媒層（21）の接合部境界の厚
さを均一に制御することが容易になつた。
電極基材（１）の厚さ、空隙率、及び揆水の有無に関係
なく、電極基材（１）と触媒層（21）の接合部境界の厚
さを均一に制御することが容易になつた。
なお、この発明による電極の製造方法に使用するポリマ
ーフイルム（３）は、実施例ではポリイミド、ポリエチ
レンテレフタレートを使用したがポリエチレン，ポリプ
ロピレンでも可能である。またポリマーフイルム（３）
の厚さは0.025〜0.1mmの範囲が望ましい0.025mm以下で
は、触媒ペースト（４）の塗布時しわが発生し易く、0.
1mm以上の厚さでは、真空凍結乾燥、加圧工程後に、触
媒層（21）からはがす時の剥離が悪くなる傾向にある。
ーフイルム（３）は、実施例ではポリイミド、ポリエチ
レンテレフタレートを使用したがポリエチレン，ポリプ
ロピレンでも可能である。またポリマーフイルム（３）
の厚さは0.025〜0.1mmの範囲が望ましい0.025mm以下で
は、触媒ペースト（４）の塗布時しわが発生し易く、0.
1mm以上の厚さでは、真空凍結乾燥、加圧工程後に、触
媒層（21）からはがす時の剥離が悪くなる傾向にある。
以上のようにこの発明によれば、触媒ペーストを直接、
電極基材に塗布せず、ポリマーフイルムに塗布した後、
ポリマーフイルム上に電極基材を重ねて触媒ペーストと
密着するようしたので、電極基材と触媒層の接合部境界
の厚さを均一に制御できるようになつた。そのため、電
極基材の多孔部の触媒層による目詰り、電極基材裏面の
触媒層付着が解消され、従来方法により製造された電極
に比べ、高いガス拡散孔を保有し、マツドクラツクのな
い品質の安定した電極が得られる。
電極基材に塗布せず、ポリマーフイルムに塗布した後、
ポリマーフイルム上に電極基材を重ねて触媒ペーストと
密着するようしたので、電極基材と触媒層の接合部境界
の厚さを均一に制御できるようになつた。そのため、電
極基材の多孔部の触媒層による目詰り、電極基材裏面の
触媒層付着が解消され、従来方法により製造された電極
に比べ、高いガス拡散孔を保有し、マツドクラツクのな
い品質の安定した電極が得られる。
第１図（ａ），（ｂ）はこの発明の一実施例による燃料
電池用電極を示す断面図、第２図は従来の燃料電池用電
極を示す断面図である。 図において、（１）は電極基材、（３）はポリマーフイ
ルム、（４）は触媒ペースト、（21）は触媒層である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
電池用電極を示す断面図、第２図は従来の燃料電池用電
極を示す断面図である。 図において、（１）は電極基材、（３）はポリマーフイ
ルム、（４）は触媒ペースト、（21）は触媒層である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】触媒粉末と撥水性結着剤及び界面活性剤、
溶媒とを、混合分散して得た触媒ペーストをポリマーフ
イルム上に塗布した後、電極基材を重ねて接合し、真空
凍結乾燥、プレス加工の工程を経て前記電極基材に触媒
層を転写形成し一体化したことを特徴とする燃料電池用
電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1035403A JPH0766814B2 (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | 燃料電池用電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1035403A JPH0766814B2 (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | 燃料電池用電極の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02215049A JPH02215049A (ja) | 1990-08-28 |
| JPH0766814B2 true JPH0766814B2 (ja) | 1995-07-19 |
Family
ID=12440940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1035403A Expired - Lifetime JPH0766814B2 (ja) | 1989-02-15 | 1989-02-15 | 燃料電池用電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0766814B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09199138A (ja) * | 1996-01-19 | 1997-07-31 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用の電極または電極・電解質膜接合体の製造方法および燃料電池用の電極 |
| EP1842249A2 (en) * | 2005-01-14 | 2007-10-10 | Umicore AG & Co. KG | Gas diffusion electrode and process for producing it and its use |
| JP5493756B2 (ja) * | 2009-11-19 | 2014-05-14 | 富士電機株式会社 | ガス拡散電極の製造方法 |
| CN115692593B (zh) * | 2021-07-30 | 2025-05-09 | 华中科技大学 | 一种具有层状钢筋混凝土结构的硫正极及其制备和应用 |
-
1989
- 1989-02-15 JP JP1035403A patent/JPH0766814B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02215049A (ja) | 1990-08-28 |
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