JPH08185866A - 固体高分子型燃料電池とその電極の製造方法 - Google Patents
固体高分子型燃料電池とその電極の製造方法Info
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- JPH08185866A JPH08185866A JP6327662A JP32766294A JPH08185866A JP H08185866 A JPH08185866 A JP H08185866A JP 6327662 A JP6327662 A JP 6327662A JP 32766294 A JP32766294 A JP 32766294A JP H08185866 A JPH08185866 A JP H08185866A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ガスチャネルを形成した最適な細孔構造をも
つ触媒層を均一かつ効率的に作製する方法とそれを用い
た固体高分子型燃料電池を提供する。 【構成】 少なくとも固体高分子電解質と貴金属触媒を
担持した炭素粉末とフッ素樹脂を２５〜７０重量％有す
る炭素粉末とからなる触媒層ペースト６３をガス拡散層
５７の片面にドクターブレード６２法によって塗布して
触媒層５１を作製した固体高分子型燃料電池用電極の製
造方法及びそれを用いた燃料電池である。
つ触媒層を均一かつ効率的に作製する方法とそれを用い
た固体高分子型燃料電池を提供する。 【構成】 少なくとも固体高分子電解質と貴金属触媒を
担持した炭素粉末とフッ素樹脂を２５〜７０重量％有す
る炭素粉末とからなる触媒層ペースト６３をガス拡散層
５７の片面にドクターブレード６２法によって塗布して
触媒層５１を作製した固体高分子型燃料電池用電極の製
造方法及びそれを用いた燃料電池である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料として純水素、ま
たはメタノール、天然ガス及びその他の化石燃料からの
改質水素などの還元剤を用い、空気や酸素を酸化剤とす
る燃料電池の電極に関するものであり、特に固体高分子
型燃料電池用電極の製造方法、およびそれを用いた固体
高分子型燃料電池に関するものである。
たはメタノール、天然ガス及びその他の化石燃料からの
改質水素などの還元剤を用い、空気や酸素を酸化剤とす
る燃料電池の電極に関するものであり、特に固体高分子
型燃料電池用電極の製造方法、およびそれを用いた固体
高分子型燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は常温で作動し、
常圧で１Ａ／ｃｍ2以上の高出力が得られる。このよう
な高電流密度での出力を可能にするためには、電極触媒
層における触媒粒子と固体高分子電解質との接触面積、
すなわち反応面積の増大および反応サイトへのガス供給
能の向上が重要となる。このうち、ガス供給能を向上さ
せるためには、フッ素樹脂などの撥水材を電極触媒層に
添加して反応ガスの供給路（ガスチャネル）を形成する
試みがなされてきた。
常圧で１Ａ／ｃｍ2以上の高出力が得られる。このよう
な高電流密度での出力を可能にするためには、電極触媒
層における触媒粒子と固体高分子電解質との接触面積、
すなわち反応面積の増大および反応サイトへのガス供給
能の向上が重要となる。このうち、ガス供給能を向上さ
せるためには、フッ素樹脂などの撥水材を電極触媒層に
添加して反応ガスの供給路（ガスチャネル）を形成する
試みがなされてきた。
【０００３】例えば、特開平４−２６４３６７号公報で
は触媒を担持した炭素粉末とポリテトラフルオロエチレ
ン（以下ＰＴＦＥと称す）のコロイド分散液との混合液
を用いて電極を作製し、触媒層表面に固体高分子電解質
溶液を塗布している。また、特開平５−３６４１８号公
報では触媒とＰＴＦＥ粉末とを固体高分子電解質溶液に
分散・混練して触媒層を作製している。
は触媒を担持した炭素粉末とポリテトラフルオロエチレ
ン（以下ＰＴＦＥと称す）のコロイド分散液との混合液
を用いて電極を作製し、触媒層表面に固体高分子電解質
溶液を塗布している。また、特開平５−３６４１８号公
報では触媒とＰＴＦＥ粉末とを固体高分子電解質溶液に
分散・混練して触媒層を作製している。
【０００４】さらにＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈ
ｅｍ．１９７（１９８６）の１９５頁では、ＰＴＦＥに
より撥水処理した炭素粉末と触媒を担持した炭素粉末と
を混合して酸性電解液用のガス拡散電極の触媒層を作製
している。
ｅｍ．１９７（１９８６）の１９５頁では、ＰＴＦＥに
より撥水処理した炭素粉末と触媒を担持した炭素粉末と
を混合して酸性電解液用のガス拡散電極の触媒層を作製
している。
【０００５】一方、フッ素系の固体高分子電解質の酸素
透過能が高いことに着目し、フッ素樹脂を添加せずに触
媒層の厚みを減少させることによりガス供給能を高める
試みがされている。
透過能が高いことに着目し、フッ素樹脂を添加せずに触
媒層の厚みを減少させることによりガス供給能を高める
試みがされている。
【０００６】例えば、米国特許５，２１１，９８４号明
細書および特開平５−５０７５８３号公報では、グリセ
リンもしくはテトラブチルアンモニウム塩を溶媒として
固体高分子電解質と触媒と炭素粉末のインク状分散液を
作製し、ＰＴＦＥ製フィルム上に成型した後、固体高分
子電解質膜表面に転写する方法、もしくは固体高分子電
解質膜をＮａ型に置換した後に、その膜の表面に上記イ
ンク状分散液を塗布して１２５℃以上で加熱乾燥し、再
び固体高分子電解質膜をＨ型に置換する方法が報告され
ている。このとき触媒層の厚みは約１０μｍ未満と小さ
く、反応ガスの供給は固体高分子電解質中を拡散するこ
とにより行っている。
細書および特開平５−５０７５８３号公報では、グリセ
リンもしくはテトラブチルアンモニウム塩を溶媒として
固体高分子電解質と触媒と炭素粉末のインク状分散液を
作製し、ＰＴＦＥ製フィルム上に成型した後、固体高分
子電解質膜表面に転写する方法、もしくは固体高分子電
解質膜をＮａ型に置換した後に、その膜の表面に上記イ
ンク状分散液を塗布して１２５℃以上で加熱乾燥し、再
び固体高分子電解質膜をＨ型に置換する方法が報告され
ている。このとき触媒層の厚みは約１０μｍ未満と小さ
く、反応ガスの供給は固体高分子電解質中を拡散するこ
とにより行っている。
【０００７】以上のような触媒層を形成する材料の混練
物やインク、ペースト等を固体高分子膜や拡散層となる
多孔質電極基板上に成型する手段として特開平５−２９
００５号公報ではスクリーン印刷法により塗布する方法
が開示されている。また、特開平４−２３３１６４号公
報では多孔質基板に超音波振動をかけた状態で塗装する
方法が開示されている。
物やインク、ペースト等を固体高分子膜や拡散層となる
多孔質電極基板上に成型する手段として特開平５−２９
００５号公報ではスクリーン印刷法により塗布する方法
が開示されている。また、特開平４−２３３１６４号公
報では多孔質基板に超音波振動をかけた状態で塗装する
方法が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記特許
に記載されている従来の方法では、フッ素樹脂によって
触媒粒子が過多に被覆されて反応面積が減少し、分極特
性が低下するという欠点を有していた。一方上記Ｊ．Ｅ
ｌｅｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９７（１９８６）
の１９５頁のようにＰＴＦＥによって撥水処理した炭素
粉末を用いると、ＰＴＦＥによる触媒粒子の被覆は抑制
できるが、固体高分子電解質を触媒層に添加した場合に
おける撥水処理された炭素粉末の添加の有無やその添加
率による効果の検討が行われていなかった。
に記載されている従来の方法では、フッ素樹脂によって
触媒粒子が過多に被覆されて反応面積が減少し、分極特
性が低下するという欠点を有していた。一方上記Ｊ．Ｅ
ｌｅｃｔｒｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．１９７（１９８６）
の１９５頁のようにＰＴＦＥによって撥水処理した炭素
粉末を用いると、ＰＴＦＥによる触媒粒子の被覆は抑制
できるが、固体高分子電解質を触媒層に添加した場合に
おける撥水処理された炭素粉末の添加の有無やその添加
率による効果の検討が行われていなかった。
【０００９】また上記米国特許等では、触媒層は触媒担
持炭素粉末と親水性の固体高分子電解質のみからなるイ
ンクより成型した緻密なフィルムであるため、ガスチャ
ネルが形成されず生成水によるフラッディングによって
高電流密度での電池電圧が低くなるか、または不安定と
なるという欠点を有していた。また、インクの塗布方法
等は明記されていなかった。
持炭素粉末と親水性の固体高分子電解質のみからなるイ
ンクより成型した緻密なフィルムであるため、ガスチャ
ネルが形成されず生成水によるフラッディングによって
高電流密度での電池電圧が低くなるか、または不安定と
なるという欠点を有していた。また、インクの塗布方法
等は明記されていなかった。
【００１０】さらに、上記特許に記載されている従来の
スクリーン印刷法では一回の印刷で塗布できるウェット
な状態での塗膜厚みが５０μｍ以下であり、塗膜厚１０
０μｍ以上の充分な触媒量を塗布するためには何度も印
刷を重ねる必要があった。もしくは、ペーストの触媒濃
度を増加させる必要があり、分散溶媒の比率が減少し触
媒の分散性が低下するという問題点を有していた。な
お、より一般的な塗着方法であるスプレー法では、スプ
レーを広角とすると比較的均一な触媒層の成形には効果
があるが歩留まりが悪く、高価な貴金属触媒を使用する
ためコスト面で問題があった。
スクリーン印刷法では一回の印刷で塗布できるウェット
な状態での塗膜厚みが５０μｍ以下であり、塗膜厚１０
０μｍ以上の充分な触媒量を塗布するためには何度も印
刷を重ねる必要があった。もしくは、ペーストの触媒濃
度を増加させる必要があり、分散溶媒の比率が減少し触
媒の分散性が低下するという問題点を有していた。な
お、より一般的な塗着方法であるスプレー法では、スプ
レーを広角とすると比較的均一な触媒層の成形には効果
があるが歩留まりが悪く、高価な貴金属触媒を使用する
ためコスト面で問題があった。
【００１１】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、触媒粒子をフッ素樹脂で過多に被覆することなくガ
スチャネルを形成した最適な細孔構造をもつ触媒層を均
一かつ効率的に作製する方法とそれを用いた固体高分子
型燃料電池を提供することを目的とする。
で、触媒粒子をフッ素樹脂で過多に被覆することなくガ
スチャネルを形成した最適な細孔構造をもつ触媒層を均
一かつ効率的に作製する方法とそれを用いた固体高分子
型燃料電池を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、少なくとも固体高分子電解質と貴金属触
媒を担持した炭素粉末からなるペーストをガス拡散層の
片面にドクターブレード法によって塗布して触媒層を作
製した固体高分子型燃料電池用電極の製造方法及びそれ
を用いた燃料電池を提供するものである。
に、本発明は、少なくとも固体高分子電解質と貴金属触
媒を担持した炭素粉末からなるペーストをガス拡散層の
片面にドクターブレード法によって塗布して触媒層を作
製した固体高分子型燃料電池用電極の製造方法及びそれ
を用いた燃料電池を提供するものである。
【００１３】また、少なくとも固体高分子電解質と貴金
属触媒を担持した炭素粉末とフッ素樹脂を２５〜７０重
量％有する炭素粉末とからなるペーストをガス拡散層の
片面にドクターブレード法によって塗布して触媒層を作
製した固体高分子型燃料電池用電極の製造方法及びそれ
を用いた燃料電池を提供するものである。
属触媒を担持した炭素粉末とフッ素樹脂を２５〜７０重
量％有する炭素粉末とからなるペーストをガス拡散層の
片面にドクターブレード法によって塗布して触媒層を作
製した固体高分子型燃料電池用電極の製造方法及びそれ
を用いた燃料電池を提供するものである。
【００１４】さらに、上記ペーストに超音波振動を加え
た状態でガス拡散層の片面にドクターブレード法によっ
て塗布して触媒層を作製した電極の製造方法及びそれを
用いた燃料電池を提供するものである。
た状態でガス拡散層の片面にドクターブレード法によっ
て塗布して触媒層を作製した電極の製造方法及びそれを
用いた燃料電池を提供するものである。
【００１５】
【作用】以上のような手段によって、図１に示すように
触媒担持炭素粉末５３間に形成されるガスチャネル５５
を固体高分子電解質５６が充填しないため、ガス供給能
が高く優れた分極特性を発揮する固体高分子型燃料電池
用電極を実現することができる。さらに図２のフッ素樹
脂５９によって撥水処理された炭素粉末６０を添加する
ことにより、触媒粒子５２をフツ素樹脂５９で過多に被
覆することなくガスチャネル５５を増加させ、かつ撥水
性を向上させて、ガス供給能及び生成水排出能が高く優
れた分極特性を発揮し、電圧安定性の優れた固体高分子
型燃料電池用電極を実現することができる。
触媒担持炭素粉末５３間に形成されるガスチャネル５５
を固体高分子電解質５６が充填しないため、ガス供給能
が高く優れた分極特性を発揮する固体高分子型燃料電池
用電極を実現することができる。さらに図２のフッ素樹
脂５９によって撥水処理された炭素粉末６０を添加する
ことにより、触媒粒子５２をフツ素樹脂５９で過多に被
覆することなくガスチャネル５５を増加させ、かつ撥水
性を向上させて、ガス供給能及び生成水排出能が高く優
れた分極特性を発揮し、電圧安定性の優れた固体高分子
型燃料電池用電極を実現することができる。
【００１６】上述の電極構造を実現するために図３、図
４に示すドクターブレード法によって均一な触媒層を成
形できる。カーボンペーパ、カーボンクロス等の多孔質
基板よりなるガス拡散層５７の上に塗着枠６１をのせ、
ガス拡散層５７とドクターブレード６２の先端部との隙
間を塗着枠６１の厚みと同等の幅にセットし、ドクター
ブレード６２によって触媒層ペースト６３を均一に塗着
する。触媒層ペースト６３の塗着厚み及び塗着量は塗着
枠６１の厚みとドクターブレード６２の高さによって任
意の厚みに調整できる。また、塗着枠６１もしくはドク
ターブレード６２等に超音波振動子を接触させて触媒層
ペースト６３に振動を加えることによってペーストの流
動性を向上することが可能となる。従って上記の方法に
より、図１、図２に示した電極構造が触媒層一面に成形
可能となり、電流分布の均一な固体高分子型燃料電池を
実現することができる。
４に示すドクターブレード法によって均一な触媒層を成
形できる。カーボンペーパ、カーボンクロス等の多孔質
基板よりなるガス拡散層５７の上に塗着枠６１をのせ、
ガス拡散層５７とドクターブレード６２の先端部との隙
間を塗着枠６１の厚みと同等の幅にセットし、ドクター
ブレード６２によって触媒層ペースト６３を均一に塗着
する。触媒層ペースト６３の塗着厚み及び塗着量は塗着
枠６１の厚みとドクターブレード６２の高さによって任
意の厚みに調整できる。また、塗着枠６１もしくはドク
ターブレード６２等に超音波振動子を接触させて触媒層
ペースト６３に振動を加えることによってペーストの流
動性を向上することが可能となる。従って上記の方法に
より、図１、図２に示した電極構造が触媒層一面に成形
可能となり、電流分布の均一な固体高分子型燃料電池を
実現することができる。
【００１７】
【実施例】以下、実施例により、本発明をさらに詳しく
説明する。
説明する。
【００１８】（実施例１）固体高分子電解質のアルコー
ル溶液としてアルドリッチ・ケミカル社製の５％Ｎａｆ
ｉｏｎ溶液を固体高分子電解質量が０．１〜１．４ｍｇ
／ｃｍ2となるようｎ−酢酸ブチル４０ｍｌと混合・攪
拌して高分子電解質のコロイド状分散液を生成した。こ
のコロイド状分散液に白金触媒を１０〜３０重量％担持
させた炭素粉末を白金量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となるよ
う添加し、固体高分子電解質を、触媒を担持した炭素粉
末の表面に吸着させた。この分散液を超音波分散器を用
いてペースト状とした。このペーストをあらかじめ２０
〜６０重量％のフッ素樹脂を添加した（株）東レ製のカ
ーボンペーパー上にドクターブレード法により塗着し、
電極Ａを作製した。この電極Ａをデュポン社製の固体高
分子電解質膜Ｎａｆｉｏｎ１１７の両面に１２０〜２０
０℃、５〜１００ｋｇ／ｃｍ2でホットプレスし、電池
Ａ’を作製した。電極の触媒層の面積は１００ｃｍ2と
した。
ル溶液としてアルドリッチ・ケミカル社製の５％Ｎａｆ
ｉｏｎ溶液を固体高分子電解質量が０．１〜１．４ｍｇ
／ｃｍ2となるようｎ−酢酸ブチル４０ｍｌと混合・攪
拌して高分子電解質のコロイド状分散液を生成した。こ
のコロイド状分散液に白金触媒を１０〜３０重量％担持
させた炭素粉末を白金量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となるよ
う添加し、固体高分子電解質を、触媒を担持した炭素粉
末の表面に吸着させた。この分散液を超音波分散器を用
いてペースト状とした。このペーストをあらかじめ２０
〜６０重量％のフッ素樹脂を添加した（株）東レ製のカ
ーボンペーパー上にドクターブレード法により塗着し、
電極Ａを作製した。この電極Ａをデュポン社製の固体高
分子電解質膜Ｎａｆｉｏｎ１１７の両面に１２０〜２０
０℃、５〜１００ｋｇ／ｃｍ2でホットプレスし、電池
Ａ’を作製した。電極の触媒層の面積は１００ｃｍ2と
した。
【００１９】（実施例２）固体高分子電解質のコロイド
状分散液に、さらにＰＴＦＥを２５〜７０重量％添加し
て撥水処理した炭素粉末を白金触媒を担持した炭素粉末
に対して１０〜６０重量％となるよう添加した他は実施
例１と全く同様とし、電極Ｂ及び電池Ｂ’を作製した。
状分散液に、さらにＰＴＦＥを２５〜７０重量％添加し
て撥水処理した炭素粉末を白金触媒を担持した炭素粉末
に対して１０〜６０重量％となるよう添加した他は実施
例１と全く同様とし、電極Ｂ及び電池Ｂ’を作製した。
【００２０】（実施例３）触媒層ペーストに超音波振動
を加えた他は実施例２と全く同様とし、電極Ｃ及び電池
Ｃ’を作製した。
を加えた他は実施例２と全く同様とし、電極Ｃ及び電池
Ｃ’を作製した。
【００２１】（比較例１）上記ペーストをカーボンペー
パー状にスパチュラを用いて広げて塗布した他は実施例
１と同様として作製した電極Ｘを実施例１と同様の方法
で固体高分子電解質膜Ｎａｆｉｏｎ１１７と接合し、電
池Ｘ’を作製した。
パー状にスパチュラを用いて広げて塗布した他は実施例
１と同様として作製した電極Ｘを実施例１と同様の方法
で固体高分子電解質膜Ｎａｆｉｏｎ１１７と接合し、電
池Ｘ’を作製した。
【００２２】以上の実施例及び比較例の電池Ａ’，
Ｂ’，Ｃ’及びＸ’の正負極に６０℃で加湿した水素及
び酸素をそれぞれ供給し、セル温度を５０℃として放電
試験を行った。
Ｂ’，Ｃ’及びＸ’の正負極に６０℃で加湿した水素及
び酸素をそれぞれ供給し、セル温度を５０℃として放電
試験を行った。
【００２３】図５に実施例及び比較例の電池Ａ’，
Ｂ’，Ｃ’及びＸ’の分極特性を示す。電池電圧０．５
Ｖにおける電流密度で比較すると実施例の電池Ａ’，
Ｂ’，Ｃ’はそれぞれ５７０，６８０，８２０ｍＡ／ｃ
ｍ2であり、比較例Ｘ’の４４０ｍＡ／ｃｍ2と比べてい
ずれも特性が向上した。
Ｂ’，Ｃ’及びＸ’の分極特性を示す。電池電圧０．５
Ｖにおける電流密度で比較すると実施例の電池Ａ’，
Ｂ’，Ｃ’はそれぞれ５７０，６８０，８２０ｍＡ／ｃ
ｍ2であり、比較例Ｘ’の４４０ｍＡ／ｃｍ2と比べてい
ずれも特性が向上した。
【００２４】
【表１】
【００２５】（表１）に実施例の電池Ａ’，Ｂ’，Ｃ’
及び比較例の電池Ｘ’の膜の電極の接合体の断面方向の
厚みを四隅及び中央部の５点について測定しそのバラツ
キ幅を接合体の平均厚みに対する１００分率で示した。
その結果比較例の電池Ｘ’の触媒層の厚みのバラツキが
２１％であったのに比べて実施例の電池Ａ’，Ｂ’，
Ｃ’はそれぞれ８，９，２％に改善されていた。
及び比較例の電池Ｘ’の膜の電極の接合体の断面方向の
厚みを四隅及び中央部の５点について測定しそのバラツ
キ幅を接合体の平均厚みに対する１００分率で示した。
その結果比較例の電池Ｘ’の触媒層の厚みのバラツキが
２１％であったのに比べて実施例の電池Ａ’，Ｂ’，
Ｃ’はそれぞれ８，９，２％に改善されていた。
【００２６】実施例の電池Ａ’はドクターブレード法に
より（表１）のように触媒層の厚みのバラツキが小さく
なったために電極表面での電流密度の分布が均一化され
たために局部的な濃度分極の増大が抑制され、トータル
の分極特性が向上したものと考えられる。また、電池
Ｂ’はＰＴＦＥを２５〜７０重量％添加して撥水処理し
た炭素粉末を加えることによって触媒層内に撥水性の細
孔が形成され、反応ガスの供給能と生成水の排出能が向
上して電池Ａ’よりもさらに特性が向上したと考えられ
る。ここでＰＴＦＥの添加量を７０重量％以上にすると
触媒層がＰＴＦＥに覆われ濃度分極、撥水性が大きくな
り、プロトン導電性が劣下する。逆にＰＴＦＥの添加量
が２５重量％以下になると十分な効果がえられなかっ
た。さらに、電池Ｃ’ではドクターブレード法による塗
布工程において触媒ペーストに超音波振動を加えること
によって（表１）のように厚みのバラツキが非常に小さ
くなった。ドクターブレードによってペーストが均一化
される際に超音波による振動でペーストが流動し厚みの
むらが著しく改善されたためである。この結果、電池
Ｃ’の分極特性は電池Ｂ’のそれよりもさらに向上し
た。
より（表１）のように触媒層の厚みのバラツキが小さく
なったために電極表面での電流密度の分布が均一化され
たために局部的な濃度分極の増大が抑制され、トータル
の分極特性が向上したものと考えられる。また、電池
Ｂ’はＰＴＦＥを２５〜７０重量％添加して撥水処理し
た炭素粉末を加えることによって触媒層内に撥水性の細
孔が形成され、反応ガスの供給能と生成水の排出能が向
上して電池Ａ’よりもさらに特性が向上したと考えられ
る。ここでＰＴＦＥの添加量を７０重量％以上にすると
触媒層がＰＴＦＥに覆われ濃度分極、撥水性が大きくな
り、プロトン導電性が劣下する。逆にＰＴＦＥの添加量
が２５重量％以下になると十分な効果がえられなかっ
た。さらに、電池Ｃ’ではドクターブレード法による塗
布工程において触媒ペーストに超音波振動を加えること
によって（表１）のように厚みのバラツキが非常に小さ
くなった。ドクターブレードによってペーストが均一化
される際に超音波による振動でペーストが流動し厚みの
むらが著しく改善されたためである。この結果、電池
Ｃ’の分極特性は電池Ｂ’のそれよりもさらに向上し
た。
【００２７】なお、有機溶媒としてｎ−酢酸ブチルを用
いたが、固体高分子電解質のコロイド状分散液を生じさ
せる溶媒であれば、上記実施例に限定されるものではな
い。また、上記有機溶媒の添加量はより微細なコロイド
状分散液が生成する量が選択されることが望ましいが、
本発明の実施例はその代表値を記載したものであり、発
明の効果を限定するものではない。
いたが、固体高分子電解質のコロイド状分散液を生じさ
せる溶媒であれば、上記実施例に限定されるものではな
い。また、上記有機溶媒の添加量はより微細なコロイド
状分散液が生成する量が選択されることが望ましいが、
本発明の実施例はその代表値を記載したものであり、発
明の効果を限定するものではない。
【００２８】また、上記実施例として固体高分子電解質
として、テトラフルオロエチレンとパーフルオロビニル
エーテルとの共重合体からなる高分子の代表例として、
米国アルドリッチケミカル社製の５％Ｎａｆｉｏｎ溶液
を用いたが、プロトン交換基を持つ高分子電解質であれ
ば上記実施例に限定されるものではなく、パーフルオロ
ビニルエーテル類及び側鎖分子長の異なる高分子やスチ
レンとビニルベンゼンとの共重合体からなる高分子を用
いても同様の効果が得られた。
として、テトラフルオロエチレンとパーフルオロビニル
エーテルとの共重合体からなる高分子の代表例として、
米国アルドリッチケミカル社製の５％Ｎａｆｉｏｎ溶液
を用いたが、プロトン交換基を持つ高分子電解質であれ
ば上記実施例に限定されるものではなく、パーフルオロ
ビニルエーテル類及び側鎖分子長の異なる高分子やスチ
レンとビニルベンゼンとの共重合体からなる高分子を用
いても同様の効果が得られた。
【００２９】さらに本実施例では燃料電池の一例として
水素−酸素燃料電池を取り上げたが、メタノール、天然
ガス、ナフサなどを燃料とする改質水素を用いた燃料電
池、または酸化剤として空気を用いた燃料電池や、直接
にメタノールを燃料に用いた液体燃料電池に適用するこ
とも可能である。
水素−酸素燃料電池を取り上げたが、メタノール、天然
ガス、ナフサなどを燃料とする改質水素を用いた燃料電
池、または酸化剤として空気を用いた燃料電池や、直接
にメタノールを燃料に用いた液体燃料電池に適用するこ
とも可能である。
【００３０】なお、上記の触媒層ペーストをスクリーン
印刷法を用いて塗着させた場合には酢酸ブチルの乾燥速
度が速いためにスクリーンが目づまりを起こし均一な塗
着が不可能であった。また、バーコーターにおいても同
様にワイヤーの隙間が目づまりを起こした。さらに、ス
プレー法においてもスプレーのノズルが同様に目づまり
を起こした。
印刷法を用いて塗着させた場合には酢酸ブチルの乾燥速
度が速いためにスクリーンが目づまりを起こし均一な塗
着が不可能であった。また、バーコーターにおいても同
様にワイヤーの隙間が目づまりを起こした。さらに、ス
プレー法においてもスプレーのノズルが同様に目づまり
を起こした。
【００３１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば電極触媒層
において、ドクターブレード法による塗布を行うことに
よって触媒層の厚みのバラツキが改善され、より均一な
電流分布を実現できる。また、その均一性は触媒ペース
トに超音波による振動を加えることによってさらに改善
できる。さらにフッ素樹脂によって撥水処理された炭素
粉末を添加することにより、触媒粒子をフッ素樹脂で過
多に被覆することなくガスチャネルの増加かつ撥水性の
向上を行い、ガス供給能及び生成水排出能が高くより高
い分極特性を発揮し、電流分布の均一な固体高分子型燃
料電池用電極を実現することができる。
において、ドクターブレード法による塗布を行うことに
よって触媒層の厚みのバラツキが改善され、より均一な
電流分布を実現できる。また、その均一性は触媒ペース
トに超音波による振動を加えることによってさらに改善
できる。さらにフッ素樹脂によって撥水処理された炭素
粉末を添加することにより、触媒粒子をフッ素樹脂で過
多に被覆することなくガスチャネルの増加かつ撥水性の
向上を行い、ガス供給能及び生成水排出能が高くより高
い分極特性を発揮し、電流分布の均一な固体高分子型燃
料電池用電極を実現することができる。
【図１】本発明の実施例における電極の断面を示す概略
図
図
【図２】本発明の別な実施例における電極の断面を示す
概略図
概略図
【図３】ドクターブレードによる触媒層ペーストの塗着
工程を示す図
工程を示す図
【図４】ドクターブレードによる触媒層ペーストの塗着
工程を示す側面図
工程を示す側面図
【図５】燃料電池の電圧と放電電流密度の関係を示す図
１１ 固体高分子電解質膜 ５１ 触媒層 ５２ 触媒粒子 ５３ 触媒担持炭素粉末 ５５ ガスチャネル ５６ 固体高分子電解質 ５７ ガス拡散層 ５８ 固体高分子電解質膜 ５９ フッ素樹脂 ６０ 撥水処理炭素粉末 ６１ 塗着枠 ６２ ドクターブレード ６３ 触媒層ペースト
Claims (6)
- 【請求項１】 少なくとも固体高分子電解質と貴金属触
媒を担持した炭素粉末からなるペーストをガス拡散層の
片面にドクターブレード法によって塗布して触媒層を作
製した固体高分子型燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項２】 前記ペーストが少なくとも固体高分子電
解質のアルコール溶液と有機溶媒とを混合して生成した
コロイド状分散液と貴金属触媒を担持した炭素粉末とか
らなる請求項１記載の電極の製造方法。 - 【請求項３】 前記ペーストが少なくとも固体高分子電
解質と貴金属触媒を担持した炭素粉末とフッ素樹脂を２
５〜７０重量％有する炭素粉末とからなる請求項１記載
の電極の製造方法。 - 【請求項４】 前記ペーストが少なくとも固体高分子電
解質のアルコール溶液と有機溶媒とを混合して生成した
コロイド状分散液と貴金属触媒を担持した炭素粉末とフ
ッ素樹脂を２５〜７０重量％有する炭素粉末とからなる
請求項１記載の電極の製造方法。 - 【請求項５】 前記ペーストに超音波振動を加えた状態
でガス拡散層の片面にドクターブレード法によって塗布
して触媒層を作製した請求項１記載の電極の製造方法。 - 【請求項６】 固体高分子電解質膜と、この膜の両面に
配した電極からなる燃料電池であって、上記２つの電極
のうち少なくとも一方の電極が請求項１記載の製造方法
により作製された電極を用いた固体高分子型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6327662A JPH08185866A (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 固体高分子型燃料電池とその電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6327662A JPH08185866A (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 固体高分子型燃料電池とその電極の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08185866A true JPH08185866A (ja) | 1996-07-16 |
Family
ID=18201572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6327662A Pending JPH08185866A (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 固体高分子型燃料電池とその電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08185866A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10302804A (ja) * | 1997-04-18 | 1998-11-13 | De Nora Spa | ポリマー膜燃料電池のためのガス拡散電極 |
| US6541150B1 (en) | 1999-07-30 | 2003-04-01 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte fuel cell |
| US6875538B2 (en) | 2001-01-15 | 2005-04-05 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Electrode, method of producing the same, and solid-state high molecular weight electrolyte type fuel cell employing the electrode |
| JP2014165148A (ja) * | 2013-02-27 | 2014-09-08 | Chube Univ | カソード触媒層、固体高分子型燃料電池、及びそれらの製造方法 |
-
1994
- 1994-12-28 JP JP6327662A patent/JPH08185866A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10302804A (ja) * | 1997-04-18 | 1998-11-13 | De Nora Spa | ポリマー膜燃料電池のためのガス拡散電極 |
| US6541150B1 (en) | 1999-07-30 | 2003-04-01 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte fuel cell |
| US6875538B2 (en) | 2001-01-15 | 2005-04-05 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Electrode, method of producing the same, and solid-state high molecular weight electrolyte type fuel cell employing the electrode |
| JP2014165148A (ja) * | 2013-02-27 | 2014-09-08 | Chube Univ | カソード触媒層、固体高分子型燃料電池、及びそれらの製造方法 |
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