JPH08148152A - 固体高分子型燃料電池用電極及びその製造方法 - Google Patents
固体高分子型燃料電池用電極及びその製造方法Info
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- JPH08148152A JPH08148152A JP6309932A JP30993294A JPH08148152A JP H08148152 A JPH08148152 A JP H08148152A JP 6309932 A JP6309932 A JP 6309932A JP 30993294 A JP30993294 A JP 30993294A JP H08148152 A JPH08148152 A JP H08148152A
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【構成】触媒粒子、高分子電解質及びポリテトラフルオ
ロエチレンの混合物を用いる形式の固体高分子型燃料電
池用電極において、この電極の表面層の全面を固体高分
子電解質溶液によりコ−ティングした後、水蒸気により
その溶液中の溶媒を沸点以上に加熱して除去してなるこ
とを特徴とする固体高分子型燃料電池用電極及びその製
造方法。 【効果】本発明により作製した電極は、ひび割れは全く
生じず、また不純物も認められない。また本発明によれ
ば、大面積(100cm2 以上)の電極であってもひび
のない均一な電極を得ることができ、例えば開放起電力
で0.95V(水素−空気使用、温度60℃)という高
性能の電池を得ることができる。
ロエチレンの混合物を用いる形式の固体高分子型燃料電
池用電極において、この電極の表面層の全面を固体高分
子電解質溶液によりコ−ティングした後、水蒸気により
その溶液中の溶媒を沸点以上に加熱して除去してなるこ
とを特徴とする固体高分子型燃料電池用電極及びその製
造方法。 【効果】本発明により作製した電極は、ひび割れは全く
生じず、また不純物も認められない。また本発明によれ
ば、大面積(100cm2 以上)の電極であってもひび
のない均一な電極を得ることができ、例えば開放起電力
で0.95V(水素−空気使用、温度60℃)という高
性能の電池を得ることができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子型燃料電池
用電極及びその製造方法に関し、より具体的には、固体
高分子型燃料電池用電極の製造方法において、その電極
表面層の触媒層の処理法及びこの処理法により得られた
電極に関する。
用電極及びその製造方法に関し、より具体的には、固体
高分子型燃料電池用電極の製造方法において、その電極
表面層の触媒層の処理法及びこの処理法により得られた
電極に関する。
【0002】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、イオン伝導体
すなわち電解質が固体で且つ高分子である点に特徴を有
するものであるが、その固体高分子電解質としては、具
体的にはイオン交換樹脂膜等が使用され、この高分子電
解質を挟んで負極及び正極の両電極を配置し、例えば負
極側に水素を、また正極側には酸素又は空気を供給する
ことにより電気化学反応を起こさせ、電気を発生させる
ものである。
すなわち電解質が固体で且つ高分子である点に特徴を有
するものであるが、その固体高分子電解質としては、具
体的にはイオン交換樹脂膜等が使用され、この高分子電
解質を挟んで負極及び正極の両電極を配置し、例えば負
極側に水素を、また正極側には酸素又は空気を供給する
ことにより電気化学反応を起こさせ、電気を発生させる
ものである。
【0003】その固体高分子電解質に接する負極及び正
極の両電極としては、その電極中に反応を促進させるた
めに触媒粒子を添加、混入した形式のものが開発されて
きているが、この形式の電極の製造法についても、これ
まで種々のものが提案されてきており、その一つの系統
として、その触媒粒子にさらにポリテトラフルオロエチ
レンを混合する形式のものが知られている。
極の両電極としては、その電極中に反応を促進させるた
めに触媒粒子を添加、混入した形式のものが開発されて
きているが、この形式の電極の製造法についても、これ
まで種々のものが提案されてきており、その一つの系統
として、その触媒粒子にさらにポリテトラフルオロエチ
レンを混合する形式のものが知られている。
【0004】例えば、米国特許3297484号明細書
では、白金ブラック、パラジウムブラック等の触媒粒
子、或いはこれらを炭素粒子に担持させた触媒粒子をポ
リテトラフルオロエチレンと混合した混練物を電極シ−
トとし、これを高分子電解質としてのイオン交換樹脂膜
に熱圧着する方法が、また、米国特許3432355号
明細書では、その混練物を、別途ポリテトラフルオロエ
チレンのフィルム上にスラリ−として塗布して電極シ−
トとし、これを高分子電解質としてのイオン交換樹脂膜
に熱圧着する方法が提案されている。
では、白金ブラック、パラジウムブラック等の触媒粒
子、或いはこれらを炭素粒子に担持させた触媒粒子をポ
リテトラフルオロエチレンと混合した混練物を電極シ−
トとし、これを高分子電解質としてのイオン交換樹脂膜
に熱圧着する方法が、また、米国特許3432355号
明細書では、その混練物を、別途ポリテトラフルオロエ
チレンのフィルム上にスラリ−として塗布して電極シ−
トとし、これを高分子電解質としてのイオン交換樹脂膜
に熱圧着する方法が提案されている。
【0005】この技術において、触媒粒子にそのように
ポリテトラフルオロエチレンを混合するのは、主として
その電極シ−ト中で触媒層を形成する触媒成分を結合、
結着させるためのものであるが、このように高分子電解
質と電極シ−トとをただ接合するだけでは、反応サイト
(反応域)が両者間の二次元的な界面に限られ、実質的
な作用面積が小さい。これを改善する手法の一つとし
て、固体電解質としてのスチレン−ジビニルベンゼンス
ルホン酸樹脂膜に対し、触媒金属を担持したカ−ボン粉
末とスチレン−ジビニルスルホン酸樹脂粉末とポリスチ
レン結合剤との混合物からなる電子−イオン混合伝導体
層を接合することにより、電極材料と固体高分子電解質
との接点を多くし、反応サイトの三次元化を図ることが
提案されている。
ポリテトラフルオロエチレンを混合するのは、主として
その電極シ−ト中で触媒層を形成する触媒成分を結合、
結着させるためのものであるが、このように高分子電解
質と電極シ−トとをただ接合するだけでは、反応サイト
(反応域)が両者間の二次元的な界面に限られ、実質的
な作用面積が小さい。これを改善する手法の一つとし
て、固体電解質としてのスチレン−ジビニルベンゼンス
ルホン酸樹脂膜に対し、触媒金属を担持したカ−ボン粉
末とスチレン−ジビニルスルホン酸樹脂粉末とポリスチ
レン結合剤との混合物からなる電子−イオン混合伝導体
層を接合することにより、電極材料と固体高分子電解質
との接点を多くし、反応サイトの三次元化を図ることが
提案されている。
【0006】「電気化学」、53、No.10(198
5)、P.812〜817では、上記三次元化技術を紹
介し、そのようにスチレン−ジビニルベンゼン系のイオ
ン交換樹脂膜を電解質とした固体高分子型燃料電池にお
いては、電子−イオン混合伝導体層を設けたにしても、
取り出し得る電流密度が低い等の難点がある旨指摘した
上で、これに代わるパ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹
脂膜を使用する場合について、反応サイトを三次元化
し、作用面積を上げる試みが紹介されている。
5)、P.812〜817では、上記三次元化技術を紹
介し、そのようにスチレン−ジビニルベンゼン系のイオ
ン交換樹脂膜を電解質とした固体高分子型燃料電池にお
いては、電子−イオン混合伝導体層を設けたにしても、
取り出し得る電流密度が低い等の難点がある旨指摘した
上で、これに代わるパ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹
脂膜を使用する場合について、反応サイトを三次元化
し、作用面積を上げる試みが紹介されている。
【0007】これによれば、固体高分子電解質としてパ
−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂膜の一種であるNA
FION膜を使用し、このNAFION膜の片面に無電
解メッキ法(浸透法)により白金電極を接合して水素極
すなわちアノ−ド側電極とする一方、この電極の対極を
構成する酸素極すなわちカソ−ド側電極については、概
略、以下の工程により製作されている。
−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂膜の一種であるNA
FION膜を使用し、このNAFION膜の片面に無電
解メッキ法(浸透法)により白金電極を接合して水素極
すなわちアノ−ド側電極とする一方、この電極の対極を
構成する酸素極すなわちカソ−ド側電極については、概
略、以下の工程により製作されている。
【0008】まず、酸素極用の電極触媒粉末として、白
金ブラック粉末又は10%の白金を担持したカ−ボン粉
末(以下、「白金担持カ−ボン粉末」という)を用い、
これにアンバ−ライトIR−120B(T−3)〔スチ
レン−ジビニルベンゼンスルホン酸樹脂、Na型、粒径
30μmの粉末、Organo社製、商品名)又はNA
FION−117(パ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹
脂、H型、脂肪族アルコ−ルと水との混合溶媒中5%溶
液、Aldrich Chemical社製、商品名)
を、種々の混合比で混合する。
金ブラック粉末又は10%の白金を担持したカ−ボン粉
末(以下、「白金担持カ−ボン粉末」という)を用い、
これにアンバ−ライトIR−120B(T−3)〔スチ
レン−ジビニルベンゼンスルホン酸樹脂、Na型、粒径
30μmの粉末、Organo社製、商品名)又はNA
FION−117(パ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹
脂、H型、脂肪族アルコ−ルと水との混合溶媒中5%溶
液、Aldrich Chemical社製、商品名)
を、種々の混合比で混合する。
【0009】次いで上記各混合物に対し、ポリテトラフ
ルオロエチレンを、水懸濁液状で、白金ブラック粉末の
場合は固形分重量割合で30%、白金担持カ−ボン粉末
の場合には同じく60%、添加し混練した後、この混練
物を圧延してシ−ト状とし、真空乾燥後、この酸素極シ
−トを固体高分子電解質としてのNAFION膜に対し
て温度100℃、圧力210kg/cm2 でホットプレ
スする、というものである。
ルオロエチレンを、水懸濁液状で、白金ブラック粉末の
場合は固形分重量割合で30%、白金担持カ−ボン粉末
の場合には同じく60%、添加し混練した後、この混練
物を圧延してシ−ト状とし、真空乾燥後、この酸素極シ
−トを固体高分子電解質としてのNAFION膜に対し
て温度100℃、圧力210kg/cm2 でホットプレ
スする、というものである。
【0010】これによれば、固体高分子電解質としての
NAFION膜に対し、これに一体に接合される酸素極
にイオン交換樹脂を混入することにより、電極反応サイ
トの三次元化を図り、これによって分極特性を著しく向
上させることができ、このイオン交換樹脂の混入による
効果は、特に白金担持カ−ボンを電極触媒とした場合に
大きい旨指摘されている。そしてここでは、白金ブラッ
ク粉末又は白金担持カ−ボン粉末からなる触媒粒子が、
これに混入された高分子電解質によりコ−ティングさ
れ、また上記「白金ブラック粉末の場合は固形物重量割
合で30%、白金担持カ−ボン粉末の場合には同じく6
0%」の割合で添加されたポリテトラフルオロエチレン
が、結着剤に相当している。
NAFION膜に対し、これに一体に接合される酸素極
にイオン交換樹脂を混入することにより、電極反応サイ
トの三次元化を図り、これによって分極特性を著しく向
上させることができ、このイオン交換樹脂の混入による
効果は、特に白金担持カ−ボンを電極触媒とした場合に
大きい旨指摘されている。そしてここでは、白金ブラッ
ク粉末又は白金担持カ−ボン粉末からなる触媒粒子が、
これに混入された高分子電解質によりコ−ティングさ
れ、また上記「白金ブラック粉末の場合は固形物重量割
合で30%、白金担持カ−ボン粉末の場合には同じく6
0%」の割合で添加されたポリテトラフルオロエチレン
が、結着剤に相当している。
【0011】以上の技術では、その電極シ−トは(フィ
ルムを用いる米国特許3432355号の場合を除き)
何れもその電極材料の混練物を圧延等によりシ−ト化す
ることにより作製されているが、この電極シ−トの作製
すなわちシ−ト化の態様としては、その基材として別途
多孔性のペ−パ−又はシ−トを用い、これに触媒粒子等
の触媒層形成成分を担持させる形式で行う手法も行われ
ている。この場合にはそのペ−パ−又はシ−トとして例
えば所定の気孔率及び厚さを有するカ−ボンペ−パ−を
用い、これにポリテトラフルオロエチレン系のディスパ
−ジョンを含浸させた後、熱処理をし、この撥水化カ−
ボンペ−パ−上に、触媒粒子等の電極構成成分を付着、
担持させるものであるが、その一例として特公平4−1
62365号公報がある。
ルムを用いる米国特許3432355号の場合を除き)
何れもその電極材料の混練物を圧延等によりシ−ト化す
ることにより作製されているが、この電極シ−トの作製
すなわちシ−ト化の態様としては、その基材として別途
多孔性のペ−パ−又はシ−トを用い、これに触媒粒子等
の触媒層形成成分を担持させる形式で行う手法も行われ
ている。この場合にはそのペ−パ−又はシ−トとして例
えば所定の気孔率及び厚さを有するカ−ボンペ−パ−を
用い、これにポリテトラフルオロエチレン系のディスパ
−ジョンを含浸させた後、熱処理をし、この撥水化カ−
ボンペ−パ−上に、触媒粒子等の電極構成成分を付着、
担持させるものであるが、その一例として特公平4−1
62365号公報がある。
【0012】この公報の技術は、電極シ−トを構成する
触媒層用微粉末として、白金触媒担持のカ−ボンブラッ
クと触媒無担持のカ−ボンブラックとの混合物を用いる
点に特徴を有するものであるが、そのシ−ト化用として
撥水化カ−ボンペ−パ−が使用され、触媒粒子を含む微
粉末の混合物は、この撥水化カ−ボンペ−パ−上へ散布
され、加熱下、プレスをすることによって付着されてお
り、また、ここでもこれら触媒粒子はイオン交換樹脂で
被覆され、ポリテトラフルオロエチレンで処理されてい
る。
触媒層用微粉末として、白金触媒担持のカ−ボンブラッ
クと触媒無担持のカ−ボンブラックとの混合物を用いる
点に特徴を有するものであるが、そのシ−ト化用として
撥水化カ−ボンペ−パ−が使用され、触媒粒子を含む微
粉末の混合物は、この撥水化カ−ボンペ−パ−上へ散布
され、加熱下、プレスをすることによって付着されてお
り、また、ここでもこれら触媒粒子はイオン交換樹脂で
被覆され、ポリテトラフルオロエチレンで処理されてい
る。
【0013】本発明者は、返ってポリテトラフルオロエ
チレンを用いることなく、製造工程を簡略化し、その電
池性能上も優れた固体高分子型燃料電池用電極を製造す
る方法を別途開発し、先に特許出願をしているが(特願
平4−358058号、特願平4−358059号)、
この場合にも、基材シ−トとしてそのような撥水化カ−
ボンペ−パ−を使用する点では変わりはない。
チレンを用いることなく、製造工程を簡略化し、その電
池性能上も優れた固体高分子型燃料電池用電極を製造す
る方法を別途開発し、先に特許出願をしているが(特願
平4−358058号、特願平4−358059号)、
この場合にも、基材シ−トとしてそのような撥水化カ−
ボンペ−パ−を使用する点では変わりはない。
【0014】上記出願に係る発明では、溶媒中、触媒粒
子としての白金担持カ−ボンブラックと固体高分子電解
質(イオン交換樹脂)とをスラリ−とし、これを撥水化
カ−ボンペ−パ−上に膜状に塗布するか又は濾過形式で
堆積、付着させるものであるが、その後の研究成果によ
ると、そのスラリ−中にポリテトラフルオロエチレンを
も添加、使用することも可能であり、この添加によりさ
らに有効な効果が得られている。
子としての白金担持カ−ボンブラックと固体高分子電解
質(イオン交換樹脂)とをスラリ−とし、これを撥水化
カ−ボンペ−パ−上に膜状に塗布するか又は濾過形式で
堆積、付着させるものであるが、その後の研究成果によ
ると、そのスラリ−中にポリテトラフルオロエチレンを
も添加、使用することも可能であり、この添加によりさ
らに有効な効果が得られている。
【0015】このように撥水化カ−ボンペ−パ−の使用
の有無を問わず、触媒粒子及びこれに混入された高分子
電解質からなる電極では、これを組み込んだ固体高分子
型燃料電池中その触媒粒子が高分子電解質及びガス相と
共存しており、この三相界面をより多く確保することに
より、電池の性能を向上させることができるが、これに
ポリテトラフルオロエチレンを添加した場合には、これ
が結着剤としてだけではなく、ガス相を確保する効果も
ある反面、非導電性である面も持っている。
の有無を問わず、触媒粒子及びこれに混入された高分子
電解質からなる電極では、これを組み込んだ固体高分子
型燃料電池中その触媒粒子が高分子電解質及びガス相と
共存しており、この三相界面をより多く確保することに
より、電池の性能を向上させることができるが、これに
ポリテトラフルオロエチレンを添加した場合には、これ
が結着剤としてだけではなく、ガス相を確保する効果も
ある反面、非導電性である面も持っている。
【0016】本発明者は、触媒粒子、高分子電解質及び
ポリテトラフルオロエチレンの混合物を用いる形式の固
体高分子型燃料電池用電極における、上記非導電性であ
ることによる問題点を、この電極の触媒層面の全面を固
体高分子電解質でコ−ティングすることにより解決し、
先に提案しており(特願平5−297281号)、これ
によってこの電極の特性を有効に向上させ、これを組み
込んだ燃料電池の性能を格段に向上させることができる
ものである。
ポリテトラフルオロエチレンの混合物を用いる形式の固
体高分子型燃料電池用電極における、上記非導電性であ
ることによる問題点を、この電極の触媒層面の全面を固
体高分子電解質でコ−ティングすることにより解決し、
先に提案しており(特願平5−297281号)、これ
によってこの電極の特性を有効に向上させ、これを組み
込んだ燃料電池の性能を格段に向上させることができる
ものである。
【0017】しかしこの技術を実施するには、固体高分
子電解質の溶液を触媒層に対して噴霧等により含浸させ
た後、その溶媒を乾燥によって除去する必要があるが、
この溶媒除去操作を例えば温度80℃、真空中で、12
時間加熱するというように注意深く実施してもなお、こ
の電解質(膜)の乾燥による収縮がさけられず、ひびが
は入り、このためこの電極の特性上も微妙に影響し、こ
れを組み込んだ燃料電池の性能を低下させることが観察
された。
子電解質の溶液を触媒層に対して噴霧等により含浸させ
た後、その溶媒を乾燥によって除去する必要があるが、
この溶媒除去操作を例えば温度80℃、真空中で、12
時間加熱するというように注意深く実施してもなお、こ
の電解質(膜)の乾燥による収縮がさけられず、ひびが
は入り、このためこの電極の特性上も微妙に影響し、こ
れを組み込んだ燃料電池の性能を低下させることが観察
された。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するためになされたものであり、触媒粒子、高分
子電解質及びポリテトラフルオロエチレンの混合物を用
いる形式の固体高分子型燃料電池用電極及びその製造法
において、固体高分子電解質の溶液を触媒層に対して噴
霧し含浸させた後、その溶媒を除去する操作を新規且つ
独特の手法により行うことにより、この電解質(膜)に
収縮やひび割れ等ががない電極を得るとともに、その製
造方法を提供することを目的とするものである。
を解決するためになされたものであり、触媒粒子、高分
子電解質及びポリテトラフルオロエチレンの混合物を用
いる形式の固体高分子型燃料電池用電極及びその製造法
において、固体高分子電解質の溶液を触媒層に対して噴
霧し含浸させた後、その溶媒を除去する操作を新規且つ
独特の手法により行うことにより、この電解質(膜)に
収縮やひび割れ等ががない電極を得るとともに、その製
造方法を提供することを目的とするものである。
【0019】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、触媒
粒子、高分子電解質及びポリテトラフルオロエチレンの
混合物を用いる形式の固体高分子型燃料電池用電極にお
いて、この電極の表面層の全面を固体高分子電解質溶液
によりコ−ティングした後、水蒸気によりその溶液中の
溶媒を沸点以上に加熱して除去してなることを特徴とす
る固体高分子型燃料電池用電極を提供するものである。
粒子、高分子電解質及びポリテトラフルオロエチレンの
混合物を用いる形式の固体高分子型燃料電池用電極にお
いて、この電極の表面層の全面を固体高分子電解質溶液
によりコ−ティングした後、水蒸気によりその溶液中の
溶媒を沸点以上に加熱して除去してなることを特徴とす
る固体高分子型燃料電池用電極を提供するものである。
【0020】また本発明は、触媒粒子、高分子電解質及
びポリテトラフルオロエチレンの混合物を用いる形式の
固体高分子型燃料電池用電極の製造法において、この電
極の表面層の全面を固体高分子電解質溶液でコ−ティン
グした後、この電極に水蒸気を通すことによりその溶液
中の溶媒を沸点以上に加熱し、その溶媒を水蒸気に同伴
させて除去することを特徴とする固体高分子型燃料電池
用電極の製造方法を提供するものである。
びポリテトラフルオロエチレンの混合物を用いる形式の
固体高分子型燃料電池用電極の製造法において、この電
極の表面層の全面を固体高分子電解質溶液でコ−ティン
グした後、この電極に水蒸気を通すことによりその溶液
中の溶媒を沸点以上に加熱し、その溶媒を水蒸気に同伴
させて除去することを特徴とする固体高分子型燃料電池
用電極の製造方法を提供するものである。
【0021】この場合、その触媒粒子としては白金ブラ
ック粉末、白金合金粉末、白金担持カ−ボンブラック、
パラジウムブラック粉末等、従来公知の触媒を同じく公
知の形態でそのまま使用することができ、前述電極反応
サイトの三次元化、或いはこの三相界面をより多く確保
する等の面からして、これら粒子を、例えばパ−フルオ
ロカ−ボンスルホン酸樹脂系の固体高分子電解質により
コ−ティングしたものを使用する。
ック粉末、白金合金粉末、白金担持カ−ボンブラック、
パラジウムブラック粉末等、従来公知の触媒を同じく公
知の形態でそのまま使用することができ、前述電極反応
サイトの三次元化、或いはこの三相界面をより多く確保
する等の面からして、これら粒子を、例えばパ−フルオ
ロカ−ボンスルホン酸樹脂系の固体高分子電解質により
コ−ティングしたものを使用する。
【0022】また、そのコ−ティング用固体高分子電解
質としては、スチレン−ジビニルベンゼンスルホン酸樹
脂、パ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂等を使用する
ことができるが、上記コ−ティング用固体高分子電解質
と同系統であり、またその優れた特性からして、例えば
NAFION等のパ−フルオロカ−ボンスルホン酸系の
樹脂を用いるのが有利である。
質としては、スチレン−ジビニルベンゼンスルホン酸樹
脂、パ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂等を使用する
ことができるが、上記コ−ティング用固体高分子電解質
と同系統であり、またその優れた特性からして、例えば
NAFION等のパ−フルオロカ−ボンスルホン酸系の
樹脂を用いるのが有利である。
【0023】さらに固体高分子型燃料電池用電極は、電
極シ−トの形で適用されるのが通常であり、そのシ−ト
化としては、その触媒構成材料を電池本体としての固
体高分子電解質膜に直かに付着させる、その触媒構成
材料を混練物として圧延等によりシ−ト化する、その
懸濁液を基材シ−ト(電極中で、ガス拡散層となる)と
しての撥水化カ−ボンペ−パ−上に付着させる、等各種
態様で行われるが、本発明はこれらの何れの態様で得ら
れた電極シ−トに対しても適用可能である。
極シ−トの形で適用されるのが通常であり、そのシ−ト
化としては、その触媒構成材料を電池本体としての固
体高分子電解質膜に直かに付着させる、その触媒構成
材料を混練物として圧延等によりシ−ト化する、その
懸濁液を基材シ−ト(電極中で、ガス拡散層となる)と
しての撥水化カ−ボンペ−パ−上に付着させる、等各種
態様で行われるが、本発明はこれらの何れの態様で得ら
れた電極シ−トに対しても適用可能である。
【0024】また、本発明は、これらのうち触媒粒
子、電解質及びポリテトラフルオロエチレンからなるそ
の触媒構成材料の懸濁液を、基材シ−ト(電極中で、ガ
ス拡散層となる)としての撥水化カ−ボンペ−パ−上に
付着させる態様を採る場合に特に有利であり、この態様
自体が備える優れた利点に加え、本発明による効果をさ
らに有効に得ることができる。この場合そのペ−パ−の
撥水化剤としては、ポリテトラフルオロエチレン系のも
のであるのが望ましい。ここでポリテトラフルオロエチ
レン系とは、ポリテトラフルオロエチレンのほか、テト
ラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合
体その他その共重合体等をも含む意味である。
子、電解質及びポリテトラフルオロエチレンからなるそ
の触媒構成材料の懸濁液を、基材シ−ト(電極中で、ガ
ス拡散層となる)としての撥水化カ−ボンペ−パ−上に
付着させる態様を採る場合に特に有利であり、この態様
自体が備える優れた利点に加え、本発明による効果をさ
らに有効に得ることができる。この場合そのペ−パ−の
撥水化剤としては、ポリテトラフルオロエチレン系のも
のであるのが望ましい。ここでポリテトラフルオロエチ
レン系とは、ポリテトラフルオロエチレンのほか、テト
ラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合
体その他その共重合体等をも含む意味である。
【0025】以下、本発明をさらに具体的に説明する。
図1は本発明の原理を説明するための模式図である。図
1中、1はヒ−タ−、2はヒ−タ−1上に載置された水
を収容した容器、3は台であり、この台3は載置する役
目をすると同時に、水蒸気を通す必要があり、このため
金属メッシュ等の通気性のよい構造を備えている必要が
ある。また4は電極であり、この電極は、その表面層の
全面を固体高分子電解質溶液でコ−ティングした後、図
示のとおり台3の上面に載置する。
図1は本発明の原理を説明するための模式図である。図
1中、1はヒ−タ−、2はヒ−タ−1上に載置された水
を収容した容器、3は台であり、この台3は載置する役
目をすると同時に、水蒸気を通す必要があり、このため
金属メッシュ等の通気性のよい構造を備えている必要が
ある。また4は電極であり、この電極は、その表面層の
全面を固体高分子電解質溶液でコ−ティングした後、図
示のとおり台3の上面に載置する。
【0026】次に操作態様について述べると、所定の方
法を用いて作製した電極に高分子電解質膜溶液を膜が
0.1〜10mg/cm2 程度となるよう含浸させる。
これを金属メッシュ等の通気性のよい台3にのせる。ヒ
−タ−1により下から容器2中の水を例えば約90℃に
加熱することにより水蒸気を生成させ、水蒸気が台3か
ら電極を通り抜けるようにする。この時、台3を蒸発さ
せたい溶媒の沸点以上の温度に維持する。上記の状態で
例えば3時間経過後、電極を乾燥しないよう冷却して電
解質膜でコ−ティングした電極を得る。これを十分に水
を含んだ高分子電解質膜(NFION膜等)と例えばホ
ットプレスして燃料電池本体を得る。この電池を数分間
純水中に入れ、超音波洗浄を行う。
法を用いて作製した電極に高分子電解質膜溶液を膜が
0.1〜10mg/cm2 程度となるよう含浸させる。
これを金属メッシュ等の通気性のよい台3にのせる。ヒ
−タ−1により下から容器2中の水を例えば約90℃に
加熱することにより水蒸気を生成させ、水蒸気が台3か
ら電極を通り抜けるようにする。この時、台3を蒸発さ
せたい溶媒の沸点以上の温度に維持する。上記の状態で
例えば3時間経過後、電極を乾燥しないよう冷却して電
解質膜でコ−ティングした電極を得る。これを十分に水
を含んだ高分子電解質膜(NFION膜等)と例えばホ
ットプレスして燃料電池本体を得る。この電池を数分間
純水中に入れ、超音波洗浄を行う。
【0027】
【実施例】 まず、ビ−カ−(容量:1l)中で、白金をカ−ボン
ブラック粒子に対して50重量%の割合で担持した触媒
粒子を調製し、この粒子に全量に対して20重量%とな
る量のNAFION−117(パ−フルオロカ−ボンス
ルホン酸樹脂、Du Pont社製、商品名)のアルコ
−ル溶液を加え、均一に混合した。次いで、この混合
液から溶媒を除去したが、この操作は、攪拌しながら、
温度50℃に加熱し、次いでアスピレ−タ−により吸引
して容器内を減圧することにより溶媒の蒸発を促進し、
蒸発した溶媒はその排出用導管に連結した冷却器により
冷却するいわゆる貫流形式で実施し、凝縮した溶媒は他
の容器に収容した。引続きここで得られたNAFION
−117でコ−ティングされた触媒粒子にポリフロン
(ポリテトラフルオロエチレン、ダイキン工業社製、登
録商標)のディスパ−ジョンを加えて均一な水性懸濁液
とした。
ブラック粒子に対して50重量%の割合で担持した触媒
粒子を調製し、この粒子に全量に対して20重量%とな
る量のNAFION−117(パ−フルオロカ−ボンス
ルホン酸樹脂、Du Pont社製、商品名)のアルコ
−ル溶液を加え、均一に混合した。次いで、この混合
液から溶媒を除去したが、この操作は、攪拌しながら、
温度50℃に加熱し、次いでアスピレ−タ−により吸引
して容器内を減圧することにより溶媒の蒸発を促進し、
蒸発した溶媒はその排出用導管に連結した冷却器により
冷却するいわゆる貫流形式で実施し、凝縮した溶媒は他
の容器に収容した。引続きここで得られたNAFION
−117でコ−ティングされた触媒粒子にポリフロン
(ポリテトラフルオロエチレン、ダイキン工業社製、登
録商標)のディスパ−ジョンを加えて均一な水性懸濁液
とした。
【0028】一方、表面積100cm2 、気孔率80
%、厚さ0.4mmのカ−ボンペ−パ−にネオフロン
(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン
共重合体、ダイキン工業社製、登録商標)のディスパ−
ジョンを含浸させた後、熱処理を行い、ネオフロンで撥
水化したカ−ボンペ−パ−を得た。この場合その量的割
合は、ネオフロンがその全体量中20重量%占めるよう
調製した。次に、上記で得た撥水化カ−ボンペ−パ
−上で、で得たコ−ティング触媒粒子の懸濁液を濾過
し、この撥水化カ−ボンペ−パ−上にそのコ−ティング
触媒粒子を均一に堆積させた。その濾過操作は、撥水化
カ−ボンペ−パ−を多孔板上に載置し、その上に上記懸
濁液を注ぐ一方、上方を加圧して溶媒のみを透過させ
る、いわゆるヌッツェ漏斗形式で実施した。
%、厚さ0.4mmのカ−ボンペ−パ−にネオフロン
(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン
共重合体、ダイキン工業社製、登録商標)のディスパ−
ジョンを含浸させた後、熱処理を行い、ネオフロンで撥
水化したカ−ボンペ−パ−を得た。この場合その量的割
合は、ネオフロンがその全体量中20重量%占めるよう
調製した。次に、上記で得た撥水化カ−ボンペ−パ
−上で、で得たコ−ティング触媒粒子の懸濁液を濾過
し、この撥水化カ−ボンペ−パ−上にそのコ−ティング
触媒粒子を均一に堆積させた。その濾過操作は、撥水化
カ−ボンペ−パ−を多孔板上に載置し、その上に上記懸
濁液を注ぐ一方、上方を加圧して溶媒のみを透過させ
る、いわゆるヌッツェ漏斗形式で実施した。
【0029】上記撥水化カ−ボンペ−パ−上に堆積し
た層がすなわち触媒層であるが、引続きその付着面に対
し、固体高分子電解質としてNAFION−117〔パ
−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂(H型)、アルコ−
ルと水との混合溶媒中5%溶液、Aldrich Ch
emical社製、商品名〕のアルコ−ル(エタノ−
ル)溶液を噴霧し、これを触媒層に4mg/cm2 とな
るよう含浸させた後、この固体高分子電解質含浸触媒層
を有する電極について、次のとおり本発明による溶媒除
去操作を適用した。
た層がすなわち触媒層であるが、引続きその付着面に対
し、固体高分子電解質としてNAFION−117〔パ
−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂(H型)、アルコ−
ルと水との混合溶媒中5%溶液、Aldrich Ch
emical社製、商品名〕のアルコ−ル(エタノ−
ル)溶液を噴霧し、これを触媒層に4mg/cm2 とな
るよう含浸させた後、この固体高分子電解質含浸触媒層
を有する電極について、次のとおり本発明による溶媒除
去操作を適用した。
【0030】上記で得た固体高分子電解質含浸触媒層
を有する電極(図1中4)を金属メッシュからなる通気
性のよい台3に載置し、ヒ−タ−1により容器2中の水
を90℃に加熱することにより水蒸気を生成させ、台3
から電極を通り抜けるようにした。この時、台3が蒸発
させたい溶媒(アルコ−ル)の沸点以上の温度90℃を
維持する。上記の状態で1時間経過後、電極を乾燥しな
いよう冷却した。こうして作製した電極シ−トは、ひび
割れは全く認められず、また不純物も認められなかっ
た。このようにひび割れがない点は大面積(100cm
2 以上)であっても全く同様であった。
を有する電極(図1中4)を金属メッシュからなる通気
性のよい台3に載置し、ヒ−タ−1により容器2中の水
を90℃に加熱することにより水蒸気を生成させ、台3
から電極を通り抜けるようにした。この時、台3が蒸発
させたい溶媒(アルコ−ル)の沸点以上の温度90℃を
維持する。上記の状態で1時間経過後、電極を乾燥しな
いよう冷却した。こうして作製した電極シ−トは、ひび
割れは全く認められず、また不純物も認められなかっ
た。このようにひび割れがない点は大面積(100cm
2 以上)であっても全く同様であった。
【0031】また、この電極の2枚間に十分に水を含ま
せた高分子電解質膜(NAFION−117膜)を挟
み、温度140℃、圧力100kg/cm2 で60秒間
ホットプレスして一体化し、これを数分純水中に入れ、
超音波洗浄を行った。こうして電極シ−トと固体高分子
電解質膜とを一体化したものを固体高分子型燃料電池用
としてセットし、燃料として水素を、酸化剤として空気
を通して電池としての性能を測定したところ、電池温度
60℃で開放起電力(電流を流さない時の電圧)0.9
5Vが得られた。
せた高分子電解質膜(NAFION−117膜)を挟
み、温度140℃、圧力100kg/cm2 で60秒間
ホットプレスして一体化し、これを数分純水中に入れ、
超音波洗浄を行った。こうして電極シ−トと固体高分子
電解質膜とを一体化したものを固体高分子型燃料電池用
としてセットし、燃料として水素を、酸化剤として空気
を通して電池としての性能を測定したところ、電池温度
60℃で開放起電力(電流を流さない時の電圧)0.9
5Vが得られた。
【0032】
【発明の効果】本発明により作製した電極は、ひび割れ
は全く生じず、また不純物も認められない。また本発明
によれば、大面積(100cm2 以上)の電極であって
もひびのない均一な電極を得ることができ、例えば開放
起電力で0.95V(水素−空気使用、温度60℃)と
いう高性能の電池を得ることができる。
は全く生じず、また不純物も認められない。また本発明
によれば、大面積(100cm2 以上)の電極であって
もひびのない均一な電極を得ることができ、例えば開放
起電力で0.95V(水素−空気使用、温度60℃)と
いう高性能の電池を得ることができる。
【図1】本発明の原理を説明するための模式図。
1 ヒ−タ− 2 水を収容した容器 3 台(金属メッシュ等) 4 電極
Claims (6)
- 【請求項1】触媒粒子、高分子電解質及びポリテトラフ
ルオロエチレンの混合物を用いる形式の固体高分子型燃
料電池用電極において、この電極の表面層の全面を固体
高分子電解質溶液によりコ−ティングした後、水蒸気に
よりその溶液中の溶媒を沸点以上に加熱して除去してな
ることを特徴とする固体高分子型燃料電池用電極。 - 【請求項2】上記電極の表面層が、ガス拡散層としての
撥水化カ−ボンペ−パ−上に形成された触媒層である請
求項1記載の固体高分子型燃料電池用電極。 - 【請求項3】上記高分子電解質溶液がパ−フルオロカ−
ボンスルホン酸系樹脂のアルコ−ル溶液である請求項1
又は2記載の高分子型燃料電池用電極。 - 【請求項4】触媒粒子、高分子電解質及びポリテトラフ
ルオロエチレンの混合物を用いる形式の固体高分子型燃
料電池用電極の製造法において、この電極の表面層の全
面を固体高分子電解質溶液でコ−ティングした後、この
電極に水蒸気を通すことによりその溶液中の溶媒を沸点
以上に加熱し、その溶媒を水蒸気に同伴させて除去する
ことを特徴とする固体高分子型燃料電池用電極の製造方
法。 - 【請求項5】上記電極の表面層が、ガス拡散層としての
撥水化カ−ボンペ−パ−上に形成された触媒層である請
求項4記載の固体高分子型燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項6】上記高分子電解質溶液がパ−フルオロカ−
ボンスルホン酸系樹脂のアルコ−ル溶液である請求項4
又は5記載の固体高分子型燃料電池用電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6309932A JPH08148152A (ja) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | 固体高分子型燃料電池用電極及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6309932A JPH08148152A (ja) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | 固体高分子型燃料電池用電極及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08148152A true JPH08148152A (ja) | 1996-06-07 |
Family
ID=17999089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6309932A Pending JPH08148152A (ja) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | 固体高分子型燃料電池用電極及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08148152A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001078173A1 (en) * | 2000-04-05 | 2001-10-18 | Asahi Glass Company, Limited | Method for manufacturing solid polymer type fuel cell and method for manufacturing gas diffusion electrode therefore |
| WO2003077336A1 (en) * | 2002-03-14 | 2003-09-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for manufacturing polymer electrolyte type fuel cell |
| WO2005041334A1 (ja) * | 2003-10-22 | 2005-05-06 | Honda Motor Co., Ltd. | 燃料電池用電極/膜接合体の製造方法 |
| JP2005129298A (ja) * | 2003-10-22 | 2005-05-19 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池用電解質膜の製造方法 |
| JP2005302538A (ja) * | 2004-04-13 | 2005-10-27 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池セルおよび電極基板の製造方法 |
| WO2006051679A1 (ja) * | 2004-11-10 | 2006-05-18 | Honda Motor Co., Ltd. | 燃料電池用電極層の製造方法 |
| WO2006061993A1 (ja) * | 2004-12-07 | 2006-06-15 | Toray Industries, Inc. | 膜電極複合体およびその製造方法、ならびに燃料電池 |
| JP2007048555A (ja) * | 2005-08-09 | 2007-02-22 | Jsr Corp | 膜電極接合体の製造方法 |
| JP2007048556A (ja) * | 2005-08-09 | 2007-02-22 | Jsr Corp | 膜電極接合体の製造方法 |
| JP2007265997A (ja) * | 2001-12-20 | 2007-10-11 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 高分子電解質膜の製造方法 |
| JP2008112728A (ja) * | 2001-12-20 | 2008-05-15 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 高分子電解質膜の製造方法 |
-
1994
- 1994-11-17 JP JP6309932A patent/JPH08148152A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001078173A1 (en) * | 2000-04-05 | 2001-10-18 | Asahi Glass Company, Limited | Method for manufacturing solid polymer type fuel cell and method for manufacturing gas diffusion electrode therefore |
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| JPWO2003077336A1 (ja) * | 2002-03-14 | 2005-07-07 | 松下電器産業株式会社 | 高分子電解質型燃料電池の製造方法及び、高分子電解質膜型燃料電池 |
| US7285354B2 (en) | 2002-03-14 | 2007-10-23 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell, fuel cell electrode, method for producing electrode catalyst layer, and method for producing polymer electrolyte fuel cell |
| WO2005041334A1 (ja) * | 2003-10-22 | 2005-05-06 | Honda Motor Co., Ltd. | 燃料電池用電極/膜接合体の製造方法 |
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| JP2005302538A (ja) * | 2004-04-13 | 2005-10-27 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 燃料電池セルおよび電極基板の製造方法 |
| WO2006051679A1 (ja) * | 2004-11-10 | 2006-05-18 | Honda Motor Co., Ltd. | 燃料電池用電極層の製造方法 |
| WO2006061993A1 (ja) * | 2004-12-07 | 2006-06-15 | Toray Industries, Inc. | 膜電極複合体およびその製造方法、ならびに燃料電池 |
| JP2007048556A (ja) * | 2005-08-09 | 2007-02-22 | Jsr Corp | 膜電極接合体の製造方法 |
| JP2007048555A (ja) * | 2005-08-09 | 2007-02-22 | Jsr Corp | 膜電極接合体の製造方法 |
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