JPH0810599B2 - 燃料電池用炭素電極の製造方法 - Google Patents
燃料電池用炭素電極の製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Inert Electrodes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料電池に用いられる炭素電極の製造方法
に関する。
に関する。
従来の燃料電池に用いられている炭素電極はグラフア
イトあるいは炭素の粉末や繊維をバインダーと混練し、
この混合物を加熱成形した後燃成炭化したものが主であ
つた（例えば、時開昭61−83611、61−86411号公報）。
イトあるいは炭素の粉末や繊維をバインダーと混練し、
この混合物を加熱成形した後燃成炭化したものが主であ
つた（例えば、時開昭61−83611、61−86411号公報）。
しかしながら、このような混合物焼結体からなる炭素
電極は細孔径にばらつきがあるため電気変換効率が悪
く、また、耐食性も十分ではなかつた。さらに、焼成炭
化の際に成形体の大きな収縮が起こるため、電極の寸法
精度も十分ではなかつた。本発明は上記のような欠点の
ない燃料電池用炭素電極の製造方法を提供することを目
的とする。
電極は細孔径にばらつきがあるため電気変換効率が悪
く、また、耐食性も十分ではなかつた。さらに、焼成炭
化の際に成形体の大きな収縮が起こるため、電極の寸法
精度も十分ではなかつた。本発明は上記のような欠点の
ない燃料電池用炭素電極の製造方法を提供することを目
的とする。
発明者らは検討を重ねた結果、炭素成形体の表面およ
び気孔の表面にガラス状の炭素を被覆したものが上記の
ような欠点のない優れた燃料電池用炭素電極となりうる
ことを見出した。すなわち、本発明は、炭素成形体の表
面および気孔の表面に有機高分子の熱分解生成物からな
る被覆を設けた燃料電池用炭素電極の製造方法である。
び気孔の表面にガラス状の炭素を被覆したものが上記の
ような欠点のない優れた燃料電池用炭素電極となりうる
ことを見出した。すなわち、本発明は、炭素成形体の表
面および気孔の表面に有機高分子の熱分解生成物からな
る被覆を設けた燃料電池用炭素電極の製造方法である。
以下、本発明を詳しく説明する。本発明において炭素
成形体とは多孔質炭素材料を必要とする電極の形状に合
わせて成形加工したものである。多孔質炭素材料は常温
での引張り強さが50kg/cm2以上のものであり、開気孔率
は５〜70％のものが好ましく、より好ましくは30〜60％
である。
成形体とは多孔質炭素材料を必要とする電極の形状に合
わせて成形加工したものである。多孔質炭素材料は常温
での引張り強さが50kg/cm2以上のものであり、開気孔率
は５〜70％のものが好ましく、より好ましくは30〜60％
である。
有機高分子は特に限定はないが、炭素含有量が30重量
％以上のものが好ましく、特にポリ塩化ビニル、ポリビ
ニルアルコール、ポリ酢酸ビニルおよびアルキルフエノ
ール樹脂は炭素収率の点で好ましい。
％以上のものが好ましく、特にポリ塩化ビニル、ポリビ
ニルアルコール、ポリ酢酸ビニルおよびアルキルフエノ
ール樹脂は炭素収率の点で好ましい。
熱分解は真空中または不活性雰囲気中で温度200〜500
℃で行なうが、炭素含有量が50〜98重量％の範囲、好ま
しくは90〜95重量％になるように熱分解の温度、時間を
定める。得られたピツチ状の炭素前駆体（以下、これを
PCと略する）を溶媒に溶解して溶液とし、これを前記炭
素成形体表面に塗布する。
℃で行なうが、炭素含有量が50〜98重量％の範囲、好ま
しくは90〜95重量％になるように熱分解の温度、時間を
定める。得られたピツチ状の炭素前駆体（以下、これを
PCと略する）を溶媒に溶解して溶液とし、これを前記炭
素成形体表面に塗布する。
前記溶媒はトリクレン、クロロセン等の脂肪族塩素系
のもの、あるいはベンゼン、トルエン等の芳香族系のも
のが溶解性の点で好ましい。溶解濃度は100〜1000g/
が適当である。とくに、炭素電極の強度を高めたい場合
には、前記溶液にPCを800℃程度で不活性雰囲気中で炭
化したものを平均粒径が0.1〜50μｍになるように粉砕
した炭素粉末が添加してもよい。
のもの、あるいはベンゼン、トルエン等の芳香族系のも
のが溶解性の点で好ましい。溶解濃度は100〜1000g/
が適当である。とくに、炭素電極の強度を高めたい場合
には、前記溶液にPCを800℃程度で不活性雰囲気中で炭
化したものを平均粒径が0.1〜50μｍになるように粉砕
した炭素粉末が添加してもよい。
このようにPCの被膜を設けた炭素成形体を不活性ガス
または真空中で加熱することによつてPCを炭化する。炭
化する際の昇温速度は300〜550℃を特に注意して１℃/m
in程度にするが、それ以外の領域は15℃/min程度でよ
い。最終焼成温度は、600℃以上であればよいが、炭素
電極の使用温度より約100℃以上高くすことが好まし
い。最終焼成温度で１〜10時間維持することによつて炭
素電極が完成する。
または真空中で加熱することによつてPCを炭化する。炭
化する際の昇温速度は300〜550℃を特に注意して１℃/m
in程度にするが、それ以外の領域は15℃/min程度でよ
い。最終焼成温度は、600℃以上であればよいが、炭素
電極の使用温度より約100℃以上高くすことが好まし
い。最終焼成温度で１〜10時間維持することによつて炭
素電極が完成する。
なお、前記炭化処理を行なう前に、空気中で100〜350
℃の温度で10時間程度加熱すると、PCが適度に酸化され
て架橋化が起つて緻密になるため、炭化処理中の炭素分
の揮散損失がなくなり、また、完成した炭素電極にクラ
ツクが入るおそれも少なくなる。
℃の温度で10時間程度加熱すると、PCが適度に酸化され
て架橋化が起つて緻密になるため、炭化処理中の炭素分
の揮散損失がなくなり、また、完成した炭素電極にクラ
ツクが入るおそれも少なくなる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例１〜３ 炭素成形体は、気孔率55％、45％および35％の３種類
の炭素材を長さ30mm、幅15mm、厚さ4.0mmに切出したも
のを用いた。
の炭素材を長さ30mm、幅15mm、厚さ4.0mmに切出したも
のを用いた。
有機高分子は塩化ビニル樹脂（電気化学工業（株）商
品明SS−110）を用いた。前記塩化ビニル樹脂をアルゴ
ンガス中、390℃の温度で90分加熱焼成することによりP
Cを得た。
品明SS−110）を用いた。前記塩化ビニル樹脂をアルゴ
ンガス中、390℃の温度で90分加熱焼成することによりP
Cを得た。
つぎに、PCのトリクレンに500g/の濃度で溶解し、
この溶液中に上記炭素成形体を浸漬し、超音波含浸する
ことによりPCを塗布した。これらPCを塗布された成形体
を焼成炉に入れ、空気雰囲気中250℃で10時間の不融化
処理を行なつたのち、アルゴンガスで置換し、300℃ま
では５℃/min、300〜550℃は１℃/min、550〜1000℃は1
0℃/minで昇温し、1000℃で２時間保持して炭化させ、
炭素電極の試験片を得た。
この溶液中に上記炭素成形体を浸漬し、超音波含浸する
ことによりPCを塗布した。これらPCを塗布された成形体
を焼成炉に入れ、空気雰囲気中250℃で10時間の不融化
処理を行なつたのち、アルゴンガスで置換し、300℃ま
では５℃/min、300〜550℃は１℃/min、550〜1000℃は1
0℃/minで昇温し、1000℃で２時間保持して炭化させ、
炭素電極の試験片を得た。
得られた試験片の平均細孔径、細孔径の標準偏差、電
気抵抗および焼成前後の厚み変化を下記の方法で測定し
た。また、下記の方法で耐薬品性試験を行なつた。
気抵抗および焼成前後の厚み変化を下記の方法で測定し
た。また、下記の方法で耐薬品性試験を行なつた。
平均細孔径、細孔径の標準偏差の測定…Carlo Erba製
水銀ポロシメーターを測定した。
水銀ポロシメーターを測定した。
電気抵抗測定…JIS R7202に準じて四探針法で測定し
た。
た。
焼成前後の厚み変化の測定…焼成前の焼成後に炭素電
極の厚さをノギスを用いて0.05mmの精度で測定し、焼成
前の厚さ／焼成後の厚さの比を厚み比とした。
極の厚さをノギスを用いて0.05mmの精度で測定し、焼成
前の厚さ／焼成後の厚さの比を厚み比とした。
耐薬品性試験…表に示した薬品中に240時間浸し、試
料の重量変化を測定した。
料の重量変化を測定した。
上記測定結果は表１および表２に示すとおりである。
これらの値は炭素電極として優れた特性のものである。
これらの値は炭素電極として優れた特性のものである。
比較例 フエノール・ホルムアルデヒド樹脂50部（重量単位、
以下同じ）、黒鉛粉末20部、セルロース20部およびフエ
ノール樹脂液50部とを混練し、ロール圧延機を用いて厚
さ7mmの板を成形した。次いで、この圧延板を120℃で10
時間の加熱により硬化させたのち、アルゴン雰囲気中55
0℃まで５℃/hrで、さらに1000℃まで２℃/minの昇温速
度で加熱し、1000℃で２時間保持して厚さ約4mmの多孔
質炭素板を得た。得られた炭素板より試験片を作成し
た。
以下同じ）、黒鉛粉末20部、セルロース20部およびフエ
ノール樹脂液50部とを混練し、ロール圧延機を用いて厚
さ7mmの板を成形した。次いで、この圧延板を120℃で10
時間の加熱により硬化させたのち、アルゴン雰囲気中55
0℃まで５℃/hrで、さらに1000℃まで２℃/minの昇温速
度で加熱し、1000℃で２時間保持して厚さ約4mmの多孔
質炭素板を得た。得られた炭素板より試験片を作成し
た。
実施例１〜３と同じ方法で平均細孔径、細孔径の標準
偏差、電気抵抗および焼成前後の厚み変化を測定した。
偏差、電気抵抗および焼成前後の厚み変化を測定した。
これらの結果は表１に示すとおり、実施例１〜３に比
べて、細孔径の標準偏差が大きく、電気抵抗が大きく、
そして焼成前後の厚み比が大きかつた。また表２に示す
とおり、耐薬品性試験の結果、実施例１〜３に比べて重
量の変動が大きかつた。
べて、細孔径の標準偏差が大きく、電気抵抗が大きく、
そして焼成前後の厚み比が大きかつた。また表２に示す
とおり、耐薬品性試験の結果、実施例１〜３に比べて重
量の変動が大きかつた。
〔発明の効果〕 本発明の製造方法によれば、均一の細孔径を有し、電
気抵抗が小さく、また、寸法精度が高く、さらに耐食性
が優れた燃料電池用炭素電極を製造することができ産業
上極めて有用である。
気抵抗が小さく、また、寸法精度が高く、さらに耐食性
が優れた燃料電池用炭素電極を製造することができ産業
上極めて有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−21419（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−104143（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】有機高分子を熱分解してピッチ状の炭素前
駆体とし、これを溶媒に溶かして溶液としたものを多孔
質炭素成形体に含浸し、その後前記成形体を加熱して前
記炭素前駆体を炭化する燃料電池用炭素電極の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61197360A JPH0810599B2 (ja) | 1986-08-25 | 1986-08-25 | 燃料電池用炭素電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61197360A JPH0810599B2 (ja) | 1986-08-25 | 1986-08-25 | 燃料電池用炭素電極の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6353855A JPS6353855A (ja) | 1988-03-08 |
| JPH0810599B2 true JPH0810599B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=16373192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61197360A Expired - Lifetime JPH0810599B2 (ja) | 1986-08-25 | 1986-08-25 | 燃料電池用炭素電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0810599B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120094825A1 (en) * | 2009-06-26 | 2012-04-19 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Method for producing electrode catalyst |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49104143A (ja) * | 1973-01-22 | 1974-10-02 | ||
| JPS5521419A (en) * | 1978-07-29 | 1980-02-15 | Koa Sekiyu Kk | Pitch composition for impregnation |
-
1986
- 1986-08-25 JP JP61197360A patent/JPH0810599B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6353855A (ja) | 1988-03-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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