JPH08106915A - 固体高分子型燃料電池の電極および燃料電池の製造方法 - Google Patents
固体高分子型燃料電池の電極および燃料電池の製造方法Info
- Publication number
- JPH08106915A JPH08106915A JP6239796A JP23979694A JPH08106915A JP H08106915 A JPH08106915 A JP H08106915A JP 6239796 A JP6239796 A JP 6239796A JP 23979694 A JP23979694 A JP 23979694A JP H08106915 A JPH08106915 A JP H08106915A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polymer electrolyte
- carbon paper
- electrode
- solid polymer
- fuel 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.)
- Pending
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
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】反応ガス, 電極触媒層および固体高分子電解質
膜の接触部分を３次元化して、高出力が可能な固体高分
子型燃料電池を得る。 【構成】３次元の編目構造を有するカーボンペーパー繊
維から成る支持体内に、固体高分子電解質被膜とポリテ
トラフルオロエチレン層とを形成し、該固体高分子電解
質被膜上に電極触媒被膜層を化学メッキによって形成し
て、高密度化された、電極における三相界面構造を得
る。さらに、このカーボンペーパー繊維の片面上に固体
高分子電解質溶液を塗布した後、固体高分子電解質膜を
ホットプレスにより密着一体化する。
膜の接触部分を３次元化して、高出力が可能な固体高分
子型燃料電池を得る。 【構成】３次元の編目構造を有するカーボンペーパー繊
維から成る支持体内に、固体高分子電解質被膜とポリテ
トラフルオロエチレン層とを形成し、該固体高分子電解
質被膜上に電極触媒被膜層を化学メッキによって形成し
て、高密度化された、電極における三相界面構造を得
る。さらに、このカーボンペーパー繊維の片面上に固体
高分子電解質溶液を塗布した後、固体高分子電解質膜を
ホットプレスにより密着一体化する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、固体高分子型燃料電
池の構成に係り、特に燃料電池の電極の構成に関するも
のである。
池の構成に係り、特に燃料電池の電極の構成に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、これに使用される電解質の
種類や動作温度により、固体高分子型燃料電池，りん酸
型燃料電池，溶融炭酸塩型燃料電池，固体電解質型燃料
電池などに大別される。固体高分子型燃料電池は、高コ
ストのため特殊用途に限られるが、他の燃料電池方式に
比べて両電極間の差圧制御および電池の加圧化が容易で
あるため高出力密度が得られ、また、酸性の電解質体で
あるため二酸化炭素含有ガスをそのまま使用できる特徴
を有している。さらに低温動作型であるため、電池構成
材料面での制約が少なく、また、常温で短時間にて起動
可能である。
種類や動作温度により、固体高分子型燃料電池，りん酸
型燃料電池，溶融炭酸塩型燃料電池，固体電解質型燃料
電池などに大別される。固体高分子型燃料電池は、高コ
ストのため特殊用途に限られるが、他の燃料電池方式に
比べて両電極間の差圧制御および電池の加圧化が容易で
あるため高出力密度が得られ、また、酸性の電解質体で
あるため二酸化炭素含有ガスをそのまま使用できる特徴
を有している。さらに低温動作型であるため、電池構成
材料面での制約が少なく、また、常温で短時間にて起動
可能である。
【０００３】図２に従来の固体高分子型燃料電池単セル
の基本構成の断面図を示す。単電池８は、固体高分子電
解質膜７の両面にアノード７４ａとカソード７４ｂとを
有し、その外両面に電極基材７５ａ，７５ｂを具備して
いる。さらにその外側はガス不透過性のセパレータ７６
ａ，７６ｂとによって狭持されており、このセパレータ
７６ａは燃料ガス通流路２９ａを、セパレータ７６ｂは
酸化剤ガス通流路２９ｂを有している。
の基本構成の断面図を示す。単電池８は、固体高分子電
解質膜７の両面にアノード７４ａとカソード７４ｂとを
有し、その外両面に電極基材７５ａ，７５ｂを具備して
いる。さらにその外側はガス不透過性のセパレータ７６
ａ，７６ｂとによって狭持されており、このセパレータ
７６ａは燃料ガス通流路２９ａを、セパレータ７６ｂは
酸化剤ガス通流路２９ｂを有している。
【０００４】このような固体高分子型燃料電池単セル
は、例えば以下のようにして製造される。尚、図３に固
体高分子型燃料電池の従来の電極構成を模式的に示す。
触媒粒子を担持したカーボン２３と，ポリテトラフルオ
ロエチレン２１のディスパージョン溶液とを分散混合
し、この溶液を多孔質のカーボンペーパーからなる電極
基材３１に塗布した後、乾燥，加熱して電極基材３１上
に電極触媒層３０が積層された電極５０を得る。次に電
極触媒層３０上に高分子電解質溶液を塗布して固体高分
子電解質被膜２２を形成し、この電極触媒層３０を形成
した面により固体高分子電解質膜３２を挟持してホット
プレスにより加熱圧着して一体化した後、セパレータに
より挟持する。
は、例えば以下のようにして製造される。尚、図３に固
体高分子型燃料電池の従来の電極構成を模式的に示す。
触媒粒子を担持したカーボン２３と，ポリテトラフルオ
ロエチレン２１のディスパージョン溶液とを分散混合
し、この溶液を多孔質のカーボンペーパーからなる電極
基材３１に塗布した後、乾燥，加熱して電極基材３１上
に電極触媒層３０が積層された電極５０を得る。次に電
極触媒層３０上に高分子電解質溶液を塗布して固体高分
子電解質被膜２２を形成し、この電極触媒層３０を形成
した面により固体高分子電解質膜３２を挟持してホット
プレスにより加熱圧着して一体化した後、セパレータに
より挟持する。
【０００５】固体高分子電解質膜としては、酸化や熱に
耐性のあるパーフルオロスルフォン酸樹脂膜（例えば米
国のデュポン社製、商品名ナフィオン）が用いられ、こ
の陽イオン交換膜はフッ化炭素系高分子である疎水性の
主鎖と，先端にスルフォン基をもつフッ化炭素からなる
側鎖である親水性の交換基からなり、この交換基はフル
オロカーボンマトリックス中で会合してクラスターを形
成している。この固体高分子電解質膜は、クラスター部
分に飽和に含水させてやることにより常温で２０Ω・cm
以下の比抵抗を示し、プロトン導電体およびガスセパレ
ータとして機能する。したがって、反応ガスは予め加湿
してからセルに供給される。
耐性のあるパーフルオロスルフォン酸樹脂膜（例えば米
国のデュポン社製、商品名ナフィオン）が用いられ、こ
の陽イオン交換膜はフッ化炭素系高分子である疎水性の
主鎖と，先端にスルフォン基をもつフッ化炭素からなる
側鎖である親水性の交換基からなり、この交換基はフル
オロカーボンマトリックス中で会合してクラスターを形
成している。この固体高分子電解質膜は、クラスター部
分に飽和に含水させてやることにより常温で２０Ω・cm
以下の比抵抗を示し、プロトン導電体およびガスセパレ
ータとして機能する。したがって、反応ガスは予め加湿
してからセルに供給される。
【０００６】電極基材は、多孔質体であり、反応ガス拡
散経路および生成水を還流ガスと供に系外へ除去する経
路構成手段、さらに集電体として機能する。電極触媒層
は、腐食性の強い酸性電解質である固体高分子電解質膜
とホットプレス法によって一体に接合されているため、
触媒は白金などの貴金属に限定され、ＣＯは触媒毒にな
る。
散経路および生成水を還流ガスと供に系外へ除去する経
路構成手段、さらに集電体として機能する。電極触媒層
は、腐食性の強い酸性電解質である固体高分子電解質膜
とホットプレス法によって一体に接合されているため、
触媒は白金などの貴金属に限定され、ＣＯは触媒毒にな
る。
【０００７】セルに供給された燃料ガスおよび酸化剤ガ
スは、それぞれの電極触媒層内の触媒と固体高分子電解
質被膜とで形成された三相界面において、以下の電気化
学反応で消費される。
スは、それぞれの電極触媒層内の触媒と固体高分子電解
質被膜とで形成された三相界面において、以下の電気化
学反応で消費される。
【０００８】
【化１】 Ｈ2 → 2Ｈ+ ＋ 2ｅ- アノード
【０００９】
【化２】 (1/2)Ｏ2 ＋ 2Ｈ+ ＋ 2ｅ- → Ｈ2Ｏ カソード 上記のように全体反応として水を生成し、またプロトン
は固体高分子電解質膜中を水和の状態で移動するため、
カソードにおいて水が生成する。
は固体高分子電解質膜中を水和の状態で移動するため、
カソードにおいて水が生成する。
【００１０】また、高出力を可能とする電池特性の向上
を図るためには、電極単位面積に対する三相界面の密度
を高め、反応サイト，すなわち反応ガスと電極触媒層お
よび固体高分子電解質被膜との接触面積を大きくするこ
とが必要であり、反応サイトにおける構造の３次元化が
一般に試みられている。
を図るためには、電極単位面積に対する三相界面の密度
を高め、反応サイト，すなわち反応ガスと電極触媒層お
よび固体高分子電解質被膜との接触面積を大きくするこ
とが必要であり、反応サイトにおける構造の３次元化が
一般に試みられている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記においては、電極
触媒層と固体高分子電解質膜は加熱圧着され三相界面が
形成されるが、この接触部分において、反応ガスに対す
る電極触媒層および固体高分子電解質被膜の構造が完全
に３次元化されておらず、高密度の三相界面の形成は達
成されていないのが現状である。すなわち、反応ガスは
電極触媒層におけるカーボンペーパー近傍部分のみしか
接触できず、反応に寄与できる触媒の量が限られてしま
うことになる。
触媒層と固体高分子電解質膜は加熱圧着され三相界面が
形成されるが、この接触部分において、反応ガスに対す
る電極触媒層および固体高分子電解質被膜の構造が完全
に３次元化されておらず、高密度の三相界面の形成は達
成されていないのが現状である。すなわち、反応ガスは
電極触媒層におけるカーボンペーパー近傍部分のみしか
接触できず、反応に寄与できる触媒の量が限られてしま
うことになる。
【００１２】この発明は、反応ガス，電極触媒層および
固体高分子電解質被膜との接触部分を３次元化し、高出
力を可能とする固体高分子形燃料電池を提供することを
目的とする。
固体高分子電解質被膜との接触部分を３次元化し、高出
力を可能とする固体高分子形燃料電池を提供することを
目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的は、まず、燃料
ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて直流電力を発生する
セルが、固体高分子電解質体と、該電解質体を挟んでそ
れぞれ配設された燃料電極（アノード）と酸化剤電極
（カソード）とを有し、前記セルがセパレータを介して
複数積層され、単電池集積体（スタック）を構成する固
体高分子型燃料電池の電極において、前記電極は、３次
元の網目構造を有するカーボンペーパー繊維からなる支
持体と、該支持体のカーボンペーパー繊維表面に形成さ
れてなる固体高分子電解質被膜およびポリテトラフルオ
ロエチレン層と、前記固体高分子電解質被膜表面に形成
された電極触媒層とから構成されてなることにより達成
される。
ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて直流電力を発生する
セルが、固体高分子電解質体と、該電解質体を挟んでそ
れぞれ配設された燃料電極（アノード）と酸化剤電極
（カソード）とを有し、前記セルがセパレータを介して
複数積層され、単電池集積体（スタック）を構成する固
体高分子型燃料電池の電極において、前記電極は、３次
元の網目構造を有するカーボンペーパー繊維からなる支
持体と、該支持体のカーボンペーパー繊維表面に形成さ
れてなる固体高分子電解質被膜およびポリテトラフルオ
ロエチレン層と、前記固体高分子電解質被膜表面に形成
された電極触媒層とから構成されてなることにより達成
される。
【００１４】また、上記固体高分子型燃料電池の電極に
おいて、固体高分子電解質被膜表面に形成された電極触
媒層は、その厚さが３μｍから１０μｍの範囲内にある
ことにより達成される。さらに、燃料ガス及び酸化剤ガ
スの供給を受けて直流電力を発生するセルが、固体高分
子電解質体と、該電解質体を挟んでそれぞれ配設された
燃料電極（アノード）と酸化剤電極（カソード）とを有
し、前記セルがセパレータを介して複数積層され、単電
池集積体（スタック）を構成する固体高分子型燃料電池
の製造方法において、第１工程と，第２工程と，第３工
程と，第４工程と，第５工程とを有し、第１工程は、カ
ーボンペーパー繊維を高分子電解質のアルコール溶液お
よびポリテトラフルオロエチレンのディスパージョン溶
液の混合溶液に浸漬し、第２工程は、前記カーボンペー
パー繊維を乾燥して、固体高分子電解質被膜と，粒子状
のポリテトラフルオロエチレン層を形成し、第３工程
は、前記カーボンペーパー繊維に化学メッキにより電極
触媒層を形成し、第４工程は、前記カーボンペーパー繊
維表面の片面に含高分子電解質溶液を塗布し、第５工程
は、２つの前記カーボンペーパー繊維の高分子電解質溶
液を塗布した片面と固体高分子電解質膜とをそれぞれホ
ットプレスにて密着一体化することにより達成される。
おいて、固体高分子電解質被膜表面に形成された電極触
媒層は、その厚さが３μｍから１０μｍの範囲内にある
ことにより達成される。さらに、燃料ガス及び酸化剤ガ
スの供給を受けて直流電力を発生するセルが、固体高分
子電解質体と、該電解質体を挟んでそれぞれ配設された
燃料電極（アノード）と酸化剤電極（カソード）とを有
し、前記セルがセパレータを介して複数積層され、単電
池集積体（スタック）を構成する固体高分子型燃料電池
の製造方法において、第１工程と，第２工程と，第３工
程と，第４工程と，第５工程とを有し、第１工程は、カ
ーボンペーパー繊維を高分子電解質のアルコール溶液お
よびポリテトラフルオロエチレンのディスパージョン溶
液の混合溶液に浸漬し、第２工程は、前記カーボンペー
パー繊維を乾燥して、固体高分子電解質被膜と，粒子状
のポリテトラフルオロエチレン層を形成し、第３工程
は、前記カーボンペーパー繊維に化学メッキにより電極
触媒層を形成し、第４工程は、前記カーボンペーパー繊
維表面の片面に含高分子電解質溶液を塗布し、第５工程
は、２つの前記カーボンペーパー繊維の高分子電解質溶
液を塗布した片面と固体高分子電解質膜とをそれぞれホ
ットプレスにて密着一体化することにより達成される。
【００１５】また、第１工程と，第２工程と，第３工程
と，第４工程と，第５工程と，第６工程と，第７工程と
を有し、第１工程は、カーボンペーパー繊維をポリテト
ラフルオロエチレンのディスパージョン溶液に浸漬し、
第２工程は、前記カーボンペーパー繊維を乾燥した後加
熱して、部分的にフィブリル化されたポリテトラフルオ
ロエチレン層を形成し、第３工程は、前記カーボンペー
パー繊維を高分子電解質のアルコール溶液に浸漬し、第
４工程は、前記カーボンペーパー繊維を乾燥し、固体高
分子電解質被膜を形成し、第５工程は、前記カーボンペ
ーパー繊維に化学メッキにより電極触媒層を形成し、第
６工程は、前記カーボンペーパー繊維表面の片面に含高
分子電解質溶液を塗布し、第７工程は、２つの前記カー
ボンペーパー繊維の高分子電解質溶液を塗布した片面と
固体高分子電解質膜とをそれぞれホットプレスにて密着
一体化することにより達成される。
と，第４工程と，第５工程と，第６工程と，第７工程と
を有し、第１工程は、カーボンペーパー繊維をポリテト
ラフルオロエチレンのディスパージョン溶液に浸漬し、
第２工程は、前記カーボンペーパー繊維を乾燥した後加
熱して、部分的にフィブリル化されたポリテトラフルオ
ロエチレン層を形成し、第３工程は、前記カーボンペー
パー繊維を高分子電解質のアルコール溶液に浸漬し、第
４工程は、前記カーボンペーパー繊維を乾燥し、固体高
分子電解質被膜を形成し、第５工程は、前記カーボンペ
ーパー繊維に化学メッキにより電極触媒層を形成し、第
６工程は、前記カーボンペーパー繊維表面の片面に含高
分子電解質溶液を塗布し、第７工程は、２つの前記カー
ボンペーパー繊維の高分子電解質溶液を塗布した片面と
固体高分子電解質膜とをそれぞれホットプレスにて密着
一体化することにより達成される。
【００１６】
【作用】反応ガスはカーボンペーパー繊維内の空隙を自
由に通流するため、電極における反応ガス，電極触媒層
および固体高分子電解質被膜の接触面積が大きくなる。
これにより、高密度の三相界面を得ることが可能とな
り、固体高分子電解質型燃料電池において高出力が可能
となる。
由に通流するため、電極における反応ガス，電極触媒層
および固体高分子電解質被膜の接触面積が大きくなる。
これにより、高密度の三相界面を得ることが可能とな
り、固体高分子電解質型燃料電池において高出力が可能
となる。
【００１７】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。 実施例１；図１は、本発明の実施例の一つであり、固体
高分子型燃料電池における電極の構成を模式的に示した
ものである。尚、図３に示した模式図と同一部分には同
じ符号を付す。
明する。 実施例１；図１は、本発明の実施例の一つであり、固体
高分子型燃料電池における電極の構成を模式的に示した
ものである。尚、図３に示した模式図と同一部分には同
じ符号を付す。
【００１８】図１において、３次元の編目構造を成すカ
ーボンペーパー繊維４１を支持体として、該表面に高分
子電解質被膜２２と，ポリテトラフルオロエチレン層２
１とが形成されており、さらに当該表面上に電極触媒被
膜層２３Ａが形成され、電極４０が構成されている。さ
らに、電極４０上には固体高分子電解質膜３２が配設さ
れている。ここで、反応ガスはカーボンペーパー繊維４
１内の空隙を自由に通流して、三相界面が形成される。
ーボンペーパー繊維４１を支持体として、該表面に高分
子電解質被膜２２と，ポリテトラフルオロエチレン層２
１とが形成されており、さらに当該表面上に電極触媒被
膜層２３Ａが形成され、電極４０が構成されている。さ
らに、電極４０上には固体高分子電解質膜３２が配設さ
れている。ここで、反応ガスはカーボンペーパー繊維４
１内の空隙を自由に通流して、三相界面が形成される。
【００１９】尚、図１においてはカーボンペーパー繊維
４１を模式的に示したが、実際はカーボン繊維はランダ
ムに編目３次元構造を成すものである。 実施例２；請求項３に係る本発明の固体高分子型燃料電
池の製造方法の一実施例について説明する。アルコール
希釈したパーフルオロスルフォン酸樹脂（例えば、米国
のデュポン社製、製品名ナフィオン膜）溶液と，ポリテ
トラフルオロエチレンのディスパージョン溶液とを７対
３の体積比にて混合した溶液中に、０．４ｍｍの厚さを
有するカーボンペーパー繊維を浸漬して該溶液成分が十
分に含浸された後、真空乾燥器にて２４時間乾燥し、固
体高分子電解質被膜と，ポリテトラフルオロエチレン層
を形成する。
４１を模式的に示したが、実際はカーボン繊維はランダ
ムに編目３次元構造を成すものである。 実施例２；請求項３に係る本発明の固体高分子型燃料電
池の製造方法の一実施例について説明する。アルコール
希釈したパーフルオロスルフォン酸樹脂（例えば、米国
のデュポン社製、製品名ナフィオン膜）溶液と，ポリテ
トラフルオロエチレンのディスパージョン溶液とを７対
３の体積比にて混合した溶液中に、０．４ｍｍの厚さを
有するカーボンペーパー繊維を浸漬して該溶液成分が十
分に含浸された後、真空乾燥器にて２４時間乾燥し、固
体高分子電解質被膜と，ポリテトラフルオロエチレン層
を形成する。
【００２０】ここで、カーボンペーパー繊維表面および
断面につき走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した結
果、カーボンペーパー繊維上にナフィオン溶液被膜（固
体高分子電解質被膜）および粒子状のポリテトラフルオ
ロエチレン層が７対３の比率で形成していることが認め
られた。次いで、該カーボンペーパー繊維をメッキ浴槽
に１時間浸漬した。浴槽内の溶液としては、８０℃に恒
温保存した０．０１mol/l の塩化白金酸のアンモニア溶
液を用い、カーボンペーパー繊維表面に形成したナフィ
オン溶液被膜上に白金金属イオンを吸着させる。水素化
ホウ素ナトリウムの３０mol%アンモニア溶液を５０℃に
保持した浴槽に３０分間浸漬し、ナフィオン溶液被膜上
の白金金属イオンを還元して、白金金属層（電極触媒
層）を形成する。
断面につき走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した結
果、カーボンペーパー繊維上にナフィオン溶液被膜（固
体高分子電解質被膜）および粒子状のポリテトラフルオ
ロエチレン層が７対３の比率で形成していることが認め
られた。次いで、該カーボンペーパー繊維をメッキ浴槽
に１時間浸漬した。浴槽内の溶液としては、８０℃に恒
温保存した０．０１mol/l の塩化白金酸のアンモニア溶
液を用い、カーボンペーパー繊維表面に形成したナフィ
オン溶液被膜上に白金金属イオンを吸着させる。水素化
ホウ素ナトリウムの３０mol%アンモニア溶液を５０℃に
保持した浴槽に３０分間浸漬し、ナフィオン溶液被膜上
の白金金属イオンを還元して、白金金属層（電極触媒
層）を形成する。
【００２１】水洗後、カーボンペーパー繊維表面および
断面につきＳＥＭにて観察した結果、ナフィオン溶液被
膜上に厚み５〜１０μｍの白金金属層の形成が認められ
た。さらに、カーボンペーパー繊維片面にナフィオン溶
液を刷毛で塗布したものを二枚用意し、その片面で純水
を包含させたナフィオン膜（固体高分子電解質膜）を挟
持するように、１２０℃にて１０分間ホットプレスして
密着一体化させる。
断面につきＳＥＭにて観察した結果、ナフィオン溶液被
膜上に厚み５〜１０μｍの白金金属層の形成が認められ
た。さらに、カーボンペーパー繊維片面にナフィオン溶
液を刷毛で塗布したものを二枚用意し、その片面で純水
を包含させたナフィオン膜（固体高分子電解質膜）を挟
持するように、１２０℃にて１０分間ホットプレスして
密着一体化させる。
【００２２】実施例３；請求項４に係る本発明の固体高
分子型燃料電池の製造方法の一実施例について説明す
る。ポリテトラフルオロエチレンのディスパージョン溶
液中にカーボンペーパー繊維を浸漬して該溶液成分が十
分に含浸された後、真空乾燥器にて２４時間乾燥し、さ
らに３００℃にて１０分間加熱して、ポリテトラフルオ
ロエチレン層を形成する。
分子型燃料電池の製造方法の一実施例について説明す
る。ポリテトラフルオロエチレンのディスパージョン溶
液中にカーボンペーパー繊維を浸漬して該溶液成分が十
分に含浸された後、真空乾燥器にて２４時間乾燥し、さ
らに３００℃にて１０分間加熱して、ポリテトラフルオ
ロエチレン層を形成する。
【００２３】ここで、カーボンペーパー繊維表面および
断面につきＳＥＭにて観察した結果、カーボンペーパー
繊維上にフィブリル状のポリテトラフルオロエチレン層
が形成していることが認められた。さらに、アルコール
希釈したナフィオン溶液内に該カーボンペーパー繊維を
浸漬し、その後乾燥して、ナフィオン溶液被膜を形成す
る。
断面につきＳＥＭにて観察した結果、カーボンペーパー
繊維上にフィブリル状のポリテトラフルオロエチレン層
が形成していることが認められた。さらに、アルコール
希釈したナフィオン溶液内に該カーボンペーパー繊維を
浸漬し、その後乾燥して、ナフィオン溶液被膜を形成す
る。
【００２４】次いで、該カーボンペーパー繊維をメッキ
浴槽に１時間浸漬した。浴槽内の溶液としては、６０℃
に恒温保存した０．０１mol/l の塩化白金酸のアンモニ
ア溶液を用い、カーボンペーパー繊維表面に形成したナ
フィオン溶液被膜上に白金金属イオンを吸着させる。水
素化ホウ素ナトリウムの２５mol%アンモニア溶液を６０
℃に保持した浴槽に３０分間浸漬し、ナフィオン溶液被
膜上の白金金属イオンを還元して、白金金属層を形成す
る。
浴槽に１時間浸漬した。浴槽内の溶液としては、６０℃
に恒温保存した０．０１mol/l の塩化白金酸のアンモニ
ア溶液を用い、カーボンペーパー繊維表面に形成したナ
フィオン溶液被膜上に白金金属イオンを吸着させる。水
素化ホウ素ナトリウムの２５mol%アンモニア溶液を６０
℃に保持した浴槽に３０分間浸漬し、ナフィオン溶液被
膜上の白金金属イオンを還元して、白金金属層を形成す
る。
【００２５】水洗後、カーボンペーパー繊維表面および
断面につきＳＥＭにて観察した結果、ナフィオン溶液被
膜上に厚み３〜５μｍの白金金属層の形成が認められ
た。さらに、カーボンペーパー繊維片面にナフィオン溶
液を刷毛で塗布したものを二枚用意し、その片面で純水
を包含させたナフィオン膜を挟持するように、１２０℃
にて１０分間ホットプレスして密着一体化させる。
断面につきＳＥＭにて観察した結果、ナフィオン溶液被
膜上に厚み３〜５μｍの白金金属層の形成が認められ
た。さらに、カーボンペーパー繊維片面にナフィオン溶
液を刷毛で塗布したものを二枚用意し、その片面で純水
を包含させたナフィオン膜を挟持するように、１２０℃
にて１０分間ホットプレスして密着一体化させる。
【００２６】
【発明の効果】この発明においては、前述のような構成
を採用することにより、反応ガス，電極触媒層および固
体高分子電解質被膜との接触部分は３次元化されるた
め、高密度の三相界面を得ることが可能となり、固体高
分子電解質型燃料電池における高出力が可能となる。
を採用することにより、反応ガス，電極触媒層および固
体高分子電解質被膜との接触部分は３次元化されるた
め、高密度の三相界面を得ることが可能となり、固体高
分子電解質型燃料電池における高出力が可能となる。
【００２７】また、固体高分子電解質被膜は固体高分子
電解質膜と同一のものであり、カーボンペーパー繊維表
面だけでなくその内部にも構成されているため、ホット
プレスによりカーボンペーパー繊維内部に突出した固体
高分子電解質膜の一部と，内部の固体高分子電解質被膜
とが熱圧着され、密着性が向上する。
電解質膜と同一のものであり、カーボンペーパー繊維表
面だけでなくその内部にも構成されているため、ホット
プレスによりカーボンペーパー繊維内部に突出した固体
高分子電解質膜の一部と，内部の固体高分子電解質被膜
とが熱圧着され、密着性が向上する。
【図１】この発明の実施例になる固体高分子型燃料電池
における電極構成の模式図
における電極構成の模式図
【図２】従来の固体高分子型燃料電池の単セルを示す断
面図
面図
【図３】従来の固体高分子型燃料電池における電極構成
の模式図
の模式図
【符号の説明】 21 ポリテトラフルオロエチレン層 22 固体高分子電解質被膜 23 触媒粒子担持カーボン 23A 電極触媒層 30 電極触媒層 31 電極基材 32 固体高分子電解質膜 40 電極 50 電極 41 カーボンペーパー繊維 7 固体高分子電解質膜 74 a アノード 74 b カソード 75 a, 75 b 電極基材 29 a 燃料ガス通流路 29 b 酸化剤ガス通流路 76 a, 76 b セパレータ
Claims (4)
- 【請求項１】燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて直
流電力を発生するセルが、固体高分子電解質体と、該電
解質体を挟んでそれぞれ配設された燃料電極（アノー
ド）と酸化剤電極（カソード）とを有し、前記セルがセ
パレータを介して複数積層され、単電池集積体（スタッ
ク）を構成する固体高分子型燃料電池の電極において、 前記電極は、 ３次元の網目構造を有するカーボンペーパー繊維からな
る支持体と、 該支持体のカーボンペーパー繊維表面に形成されてなる
固体高分子電解質被膜およびポリテトラフルオロエチレ
ン層と、 前記固体高分子電解質被膜表面に形成された電極触媒層
とから構成されてなることを特徴とする固体高分子型燃
料電池の電極。 - 【請求項２】請求項１記載の固体高分子型燃料電池の電
極において、固体高分子電解質被膜表面に形成された電
極触媒層は、その厚さが３μｍから１０μｍの範囲内に
あることを特徴とする固体高分子型燃料電池の電極。 - 【請求項３】燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて直
流電力を発生するセルが、固体高分子電解質体と、該電
解質体を挟んでそれぞれ配設された燃料電極（アノー
ド）と酸化剤電極（カソード）とを有し、前記セルがセ
パレータを介して複数積層され、単電池集積体（スタッ
ク）を構成する固体高分子型燃料電池の製造方法であっ
て、 第１工程と，第２工程と，第３工程と，第４工程と，第
５工程とを有し、 第１工程は、カーボンペーパー繊維を高分子電解質のア
ルコール溶液およびポリテトラフルオロエチレンのディ
スパージョン溶液の混合溶液に浸漬し、 第２工程は、前記カーボンペーパー繊維を乾燥して、固
体高分子電解質被膜と，粒子状のポリテトラフルオロエ
チレン層を形成し、 第３工程は、前記カーボンペーパー繊維に化学メッキに
より電極触媒層を形成し、 第４工程は、前記カーボンペーパー繊維表面の片面に含
高分子電解質溶液を塗布し、 第５工程は、２つの前記カーボンペーパー繊維の高分子
電解質溶液を塗布した片面と固体高分子電解質膜とをそ
れぞれホットプレスにて密着一体化するものであること
を特徴とする固体高分子型燃料電池の製造方法。 - 【請求項４】燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて直
流電力を発生するセルが、固体高分子電解質体と、該電
解質体を挟んでそれぞれ配設された燃料電極（アノー
ド）と酸化剤電極（カソード）とを有し、前記セルがセ
パレータを介して複数積層され、単電池集積体（スタッ
ク）を構成する固体高分子型燃料電池の製造方法であっ
て、 第１工程と，第２工程と，第３工程と，第４工程と，第
５工程と，第６工程と，第７工程とを有し、 第１工程は、カーボンペーパー繊維をポリテトラフルオ
ロエチレンのディスパージョン溶液に浸漬し、 第２工程は、前記カーボンペーパー繊維を乾燥した後加
熱して、部分的にフィブリル化されたポリテトラフルオ
ロエチレン層を形成し、 第３工程は、前記カーボンペーパー繊維を高分子電解質
のアルコール溶液に浸漬し、 第４工程は、前記カーボンペーパー繊維を乾燥し、固体
高分子電解質被膜を形成し、 第５工程は、前記カーボンペーパー繊維に化学メッキに
より電極触媒層を形成し、 第６工程は、前記カーボンペーパー繊維表面の片面に含
高分子電解質溶液を塗布し、 第７工程は、２つの前記カーボンペーパー繊維の高分子
電解質溶液を塗布した片面と固体高分子電解質膜とをそ
れぞれホットプレスにて密着一体化するものであること
を特徴とする固体高分子型燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6239796A JPH08106915A (ja) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | 固体高分子型燃料電池の電極および燃料電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6239796A JPH08106915A (ja) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | 固体高分子型燃料電池の電極および燃料電池の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08106915A true JPH08106915A (ja) | 1996-04-23 |
Family
ID=17050004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6239796A Pending JPH08106915A (ja) | 1994-10-04 | 1994-10-04 | 固体高分子型燃料電池の電極および燃料電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08106915A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0847097A1 (en) * | 1996-12-09 | 1998-06-10 | General Motors Corporation | Polymer electrolyte membrane fuel cell |
| US6331224B1 (en) | 1998-08-26 | 2001-12-18 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing carbon sheet |
| JP2002216778A (ja) * | 2001-01-15 | 2002-08-02 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池用電極およびその製造方法および固体高分子電解質型燃料電池 |
| US6977234B2 (en) | 2001-01-19 | 2005-12-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for manufacturing fuel cell electrolyte film-electrode bond |
| JP2006512724A (ja) * | 2002-12-30 | 2006-04-13 | ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト | 燃料電池用の触媒含有ガス拡散層並びにその製造方法 |
| JP2006179412A (ja) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用電極触媒層、およびこれを用いた燃料電池 |
| JP2006318824A (ja) * | 2005-05-13 | 2006-11-24 | Tomoegawa Paper Co Ltd | 触媒膜形成用スラリー、固体高分子型燃料電池用触媒膜並びにその製造方法、膜−電極接合体及び固体高分子型燃料電池 |
| JP2011077006A (ja) * | 2009-10-02 | 2011-04-14 | Toppan Printing Co Ltd | 固体高分子型燃料電池用電極触媒層の製造方法および固体高分子型燃料電池用電極触媒層、ならびに膜電極接合体の製造方法および膜電極接合体 |
| US8435695B2 (en) | 2007-02-01 | 2013-05-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Gas diffusion electrode, fuel cell, and manufacturing method for the gas diffusion electrode |
-
1994
- 1994-10-04 JP JP6239796A patent/JPH08106915A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0847097A1 (en) * | 1996-12-09 | 1998-06-10 | General Motors Corporation | Polymer electrolyte membrane fuel cell |
| US6331224B1 (en) | 1998-08-26 | 2001-12-18 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing carbon sheet |
| JP2002216778A (ja) * | 2001-01-15 | 2002-08-02 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池用電極およびその製造方法および固体高分子電解質型燃料電池 |
| US6977234B2 (en) | 2001-01-19 | 2005-12-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for manufacturing fuel cell electrolyte film-electrode bond |
| EP2009720A2 (en) | 2001-01-19 | 2008-12-31 | Panasonic Corporation | Electrolyte membrane-electrode assembly for fuel cell |
| USRE41651E1 (en) * | 2001-01-19 | 2010-09-07 | Panasonic Corporation | Method for manufacturing fuel cell electrolyte film-electrode bond |
| JP2006512724A (ja) * | 2002-12-30 | 2006-04-13 | ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト | 燃料電池用の触媒含有ガス拡散層並びにその製造方法 |
| JP2006179412A (ja) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用電極触媒層、およびこれを用いた燃料電池 |
| JP2006318824A (ja) * | 2005-05-13 | 2006-11-24 | Tomoegawa Paper Co Ltd | 触媒膜形成用スラリー、固体高分子型燃料電池用触媒膜並びにその製造方法、膜−電極接合体及び固体高分子型燃料電池 |
| US8435695B2 (en) | 2007-02-01 | 2013-05-07 | Canon Kabushiki Kaisha | Gas diffusion electrode, fuel cell, and manufacturing method for the gas diffusion electrode |
| JP2011077006A (ja) * | 2009-10-02 | 2011-04-14 | Toppan Printing Co Ltd | 固体高分子型燃料電池用電極触媒層の製造方法および固体高分子型燃料電池用電極触媒層、ならびに膜電極接合体の製造方法および膜電極接合体 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6083638A (en) | Fuel cell | |
| US6106965A (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
| CA2767891A1 (en) | Gas diffusion layer member for solid polymer type fuel cell and solid polymer type fuel cell | |
| JP2003086192A (ja) | 燃料電池およびその製造方法 | |
| JP2001160406A (ja) | 固体高分子型燃料電池の電極およびその製造方法 | |
| US20030072991A1 (en) | Electrode for polymer electrolyte fuel cell | |
| JPH08106915A (ja) | 固体高分子型燃料電池の電極および燃料電池の製造方法 | |
| JP3356465B2 (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池用電極の製造方法 | |
| JP3555209B2 (ja) | 燃料電池の発電層およびその製造方法 | |
| JP4898394B2 (ja) | 積層型燃料電池の製造方法 | |
| JP5011610B2 (ja) | 無機材料複合高分子膜およびその製造方法 | |
| JPH09120827A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 | |
| JPH06251779A (ja) | 燃料電池用固体高分子電解質層と電極との接合体の作成方法 | |
| JP3843838B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP2002313363A (ja) | 固体高分子電解質膜及びその製造方法 | |
| JP4506164B2 (ja) | 膜電極接合体及びその使用方法 | |
| JP4238423B2 (ja) | カーボンシートの製造方法及び燃料電池用電極の製造方法 | |
| RU2370859C2 (ru) | Газодиффузионные электроды, мембранно-электродные сборки и способ их изготовления | |
| JP2001057217A (ja) | 高分子電解質型燃料電池 | |
| JP3941255B2 (ja) | 燃料電池用電極の製造方法及び燃料電池 | |
| JP2004185900A (ja) | 燃料電池用電極、膜・触媒層接合体、燃料電池、およびこれらの製造方法 | |
| JPH08138715A (ja) | 固体高分子型燃料電池とその製造方法 | |
| JP2002216778A (ja) | 燃料電池用電極およびその製造方法および固体高分子電解質型燃料電池 | |
| KR102407319B1 (ko) | 미생물연료전지용 산화전극소재, 그 제조방법 및 상기 산화전극소재를 포함하는 미생물연료전지 | |
| JPH08130024A (ja) | 燃料電池 |