JPH0864221A - 電極・高分子電解質接合体 - Google Patents
電極・高分子電解質接合体Info
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- JPH0864221A JPH0864221A JP6201813A JP20181394A JPH0864221A JP H0864221 A JPH0864221 A JP H0864221A JP 6201813 A JP6201813 A JP 6201813A JP 20181394 A JP20181394 A JP 20181394A JP H0864221 A JPH0864221 A JP H0864221A
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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
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
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- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電極と高分子電解質膜との接合界面の接触抵
抗を低減し、高性能な電極・高分子電解質接合体を提供
することを目的とする。 【構成】 触媒機能を有する電子電導性粒子を含有する
電極と高分子電解質とが接合された電極・高分子電解質
接合体において、電極と高分子電解質との接合界面に電
子電導性粒子が存在させることによって、実質的に電極
の接合界面側の表面積が大きくなったことになり、この
結果、電極と高分子電解質との接触面積が大きくなり、
接合界面での接触抵抗が小さくなる。
抗を低減し、高性能な電極・高分子電解質接合体を提供
することを目的とする。 【構成】 触媒機能を有する電子電導性粒子を含有する
電極と高分子電解質とが接合された電極・高分子電解質
接合体において、電極と高分子電解質との接合界面に電
子電導性粒子が存在させることによって、実質的に電極
の接合界面側の表面積が大きくなったことになり、この
結果、電極と高分子電解質との接触面積が大きくなり、
接合界面での接触抵抗が小さくなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気化学反応を行な
う、電極・高分子電解質膜接合体に関し、詳しくは燃料
電池、酸素及び／又は水素発生装置、酸素または水素セ
ンサー等の各種電極反応に使用できる電極・高分子電解
質接合体に関する。
う、電極・高分子電解質膜接合体に関し、詳しくは燃料
電池、酸素及び／又は水素発生装置、酸素または水素セ
ンサー等の各種電極反応に使用できる電極・高分子電解
質接合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池用等の電極・高分子電解質接合
体は、高分子電解質膜（即ち、イオン交換膜）の一方主
表面或いは両方の主表面に電極（電極触媒層）が配され
た構造であり、形成方法としては、以下の２つの方法が
知られている。 触媒機能と電子電導性を有する金属粒子、またはこ
のような金属粒子を担体に担持させたものを電極触媒と
し、この電極触媒と、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチ
レン）及び高分子電解質とを混合し、この混合物を高分
子電解質膜の表面に塗布或いは吹きつけた後、１７０〜
２００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力でホットプレスして、電極と
高分子電解質膜とを接合した電極・高分子電解質接合体
を形成する方法。 または、前記電極触媒と、ＰＴＦＥ（ポリテトラフ
ロロエチレン）と高分子電解質との混合物を圧延ローラ
等によってシート化し、この電極触媒層シートを高分子
電解質膜と重ねて１７０〜２００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で
ホットプレスを行い、電極と高分子電解質膜とを接合し
た電極・高分子電解質接合体を形成する方法。
体は、高分子電解質膜（即ち、イオン交換膜）の一方主
表面或いは両方の主表面に電極（電極触媒層）が配され
た構造であり、形成方法としては、以下の２つの方法が
知られている。 触媒機能と電子電導性を有する金属粒子、またはこ
のような金属粒子を担体に担持させたものを電極触媒と
し、この電極触媒と、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチ
レン）及び高分子電解質とを混合し、この混合物を高分
子電解質膜の表面に塗布或いは吹きつけた後、１７０〜
２００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力でホットプレスして、電極と
高分子電解質膜とを接合した電極・高分子電解質接合体
を形成する方法。 または、前記電極触媒と、ＰＴＦＥ（ポリテトラフ
ロロエチレン）と高分子電解質との混合物を圧延ローラ
等によってシート化し、この電極触媒層シートを高分子
電解質膜と重ねて１７０〜２００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で
ホットプレスを行い、電極と高分子電解質膜とを接合し
た電極・高分子電解質接合体を形成する方法。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように電極と高分子電解質膜とを単にホットプレスによ
り接合するだけでは、電極と高分子電解質膜の密着性が
不十分であり、電極と高分子電解質膜との界面の接触抵
抗が大きくなるという問題を有していた。特に、このよ
うな電極・高分子電解質接合体を大きな電流密度で発電
を行なう燃料電池に用いる場合、上記した電極と高分子
電解質膜との密着性の悪さに起因する抵抗値の増大が、
電池電圧の低下を引き起こすことになり、これは燃料電
池にとっては深刻な問題であった。
ように電極と高分子電解質膜とを単にホットプレスによ
り接合するだけでは、電極と高分子電解質膜の密着性が
不十分であり、電極と高分子電解質膜との界面の接触抵
抗が大きくなるという問題を有していた。特に、このよ
うな電極・高分子電解質接合体を大きな電流密度で発電
を行なう燃料電池に用いる場合、上記した電極と高分子
電解質膜との密着性の悪さに起因する抵抗値の増大が、
電池電圧の低下を引き起こすことになり、これは燃料電
池にとっては深刻な問題であった。
【０００４】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、電極と高分子電解質膜との接合界面の接触抵抗
を低減し、高性能な電極・高分子電解質接合体を提供す
ることを目的とする。
であり、電極と高分子電解質膜との接合界面の接触抵抗
を低減し、高性能な電極・高分子電解質接合体を提供す
ることを目的とする。
【０００５】
【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、触媒機能を有する電子電導性粒子を含有
する電極と高分子電解質とが接合された電極・高分子電
解質接合体において、上記電極と高分子電解質との接合
界面に電子電導性粒子が存在していることを特徴とす
る。
に、本発明は、触媒機能を有する電子電導性粒子を含有
する電極と高分子電解質とが接合された電極・高分子電
解質接合体において、上記電極と高分子電解質との接合
界面に電子電導性粒子が存在していることを特徴とす
る。
【０００６】また、高分子電解質を母材とし、この高分
子電解質に電子電導粒子を点在させた状態の薄膜が、電
極触媒である電子電導性粒子を含有する電極と高分子電
解質との間に設けられていることを特徴とする。また、
上記電極に含有された電子電導性粒子と電極と高分子電
解質との界面に存在する電子電導性粒子とは種類の異な
る電子電導性粒子であることを特徴とする。
子電解質に電子電導粒子を点在させた状態の薄膜が、電
極触媒である電子電導性粒子を含有する電極と高分子電
解質との間に設けられていることを特徴とする。また、
上記電極に含有された電子電導性粒子と電極と高分子電
解質との界面に存在する電子電導性粒子とは種類の異な
る電子電導性粒子であることを特徴とする。
【０００７】また、電極に含有された電子電導性粒子の
粒径よりも電極と高分子電解質との界面に存在する電子
電導性粒子の方が大きいことを特徴とする。
粒径よりも電極と高分子電解質との界面に存在する電子
電導性粒子の方が大きいことを特徴とする。
【０００８】
【作用】以上のように構成することにより、以下のよう
に作用する。上記電極と高分子電解質との接合界面に電
子電導性粒子が存在させることによって、実質的に電極
の接合界面側の表面積が大きくなったことになり、この
結果、電極と高分子電解質との接触面積が大きくなり、
接合界面での接触抵抗が小さくなる。
に作用する。上記電極と高分子電解質との接合界面に電
子電導性粒子が存在させることによって、実質的に電極
の接合界面側の表面積が大きくなったことになり、この
結果、電極と高分子電解質との接触面積が大きくなり、
接合界面での接触抵抗が小さくなる。
【０００９】また、電極と高分子電解質膜との間に、高
分子電解質を母材とし、この高分子電解質に電子電導粒
子点在させた薄膜が、存在する場合、薄膜中の電子電導
性粒子による接触面積の増大に加えて、薄膜中の高分子
電解質によって、電極と高分子電解質膜との密着性、電
極と接合界面に存在する電子電導性粒子との密着性、高
分子電解質膜と接合面に存在する電子電導性粒子との密
着性が向上する。
分子電解質を母材とし、この高分子電解質に電子電導粒
子点在させた薄膜が、存在する場合、薄膜中の電子電導
性粒子による接触面積の増大に加えて、薄膜中の高分子
電解質によって、電極と高分子電解質膜との密着性、電
極と接合界面に存在する電子電導性粒子との密着性、高
分子電解質膜と接合面に存在する電子電導性粒子との密
着性が向上する。
【００１０】また、電極に含有された電子電導性粒子と
電極と高分子電解質との界面に存在する電子電導性粒子
とは種類の異なる電子電導性粒子であってもよい。電極
に含有された電子電導性粒子の粒径よりも電極と高分子
電解質との接合界面に存在する電子電導性粒子の方が大
きいものを用いることもできる。
電極と高分子電解質との界面に存在する電子電導性粒子
とは種類の異なる電子電導性粒子であってもよい。電極
に含有された電子電導性粒子の粒径よりも電極と高分子
電解質との接合界面に存在する電子電導性粒子の方が大
きいものを用いることもできる。
【００１１】
【実施例】以下に本発明の一例にかかる実施例について
説明を行なう。 （実施例）本実施例の電極・高分子電解質膜接合体は、
以下のように作製した。 （電極の作製）平均粒径１０μｍのカーボンブラックを
触媒の担体とし、この担体に白金を２０ｗｔ％担持させ
た電極触媒と、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）
と５％ナフィオン溶液（アルドリッチケミカル社）と
を、ＰＴＦＥ含有量が２０ｗｔ％、ナフィオン含有量が
２０ｗｔ％となるような比率で混合し、この混合物を圧
延ローラで圧延し、１ｍｇ／ｃｍ2 −Ｐｔと成るように
シート化し電極を作製した。
説明を行なう。 （実施例）本実施例の電極・高分子電解質膜接合体は、
以下のように作製した。 （電極の作製）平均粒径１０μｍのカーボンブラックを
触媒の担体とし、この担体に白金を２０ｗｔ％担持させ
た電極触媒と、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）
と５％ナフィオン溶液（アルドリッチケミカル社）と
を、ＰＴＦＥ含有量が２０ｗｔ％、ナフィオン含有量が
２０ｗｔ％となるような比率で混合し、この混合物を圧
延ローラで圧延し、１ｍｇ／ｃｍ2 −Ｐｔと成るように
シート化し電極を作製した。
【００１２】次に、電子電導性粒子である白金黒粒子
（粒子径 ２０μｍ この粒子径は白金を担持した状態
のカーボンブラックの粒径よりも大きい）と高分子電解
質である５％ナフィオン溶液を白金黒含有量が１０ｗｔ
％となるように混合し、この混合物をテフロンシートの
上に均一に広げ、室温で乾燥させ、白金黒粒子の量が２
０ｍｇ／ｃｍ2 −Ｐｔの薄膜を作製した。続いて、上記
のように作製した薄膜を図１（ａ）に示すように、高分
子電解質膜であるナフィオン１１７（デュポン社）の両
面に２００ｋｇ／ｃｍ2 、１５０℃でホットプレスを行
い、図１（ｂ）に示す高分子電解質膜と薄膜との接合体
を作製した。
（粒子径 ２０μｍ この粒子径は白金を担持した状態
のカーボンブラックの粒径よりも大きい）と高分子電解
質である５％ナフィオン溶液を白金黒含有量が１０ｗｔ
％となるように混合し、この混合物をテフロンシートの
上に均一に広げ、室温で乾燥させ、白金黒粒子の量が２
０ｍｇ／ｃｍ2 −Ｐｔの薄膜を作製した。続いて、上記
のように作製した薄膜を図１（ａ）に示すように、高分
子電解質膜であるナフィオン１１７（デュポン社）の両
面に２００ｋｇ／ｃｍ2 、１５０℃でホットプレスを行
い、図１（ｂ）に示す高分子電解質膜と薄膜との接合体
を作製した。
【００１３】さらに、この接合体の薄膜上に上記のよう
に作製した電極を２００ｋｇ／ｃｍ 2 、１５０℃でホッ
トプレスを行い両者を接合し（図１（ｃ）参照）、電極
・高分子電解質接合体を作製した。このように作製され
た電極・電解質接合体は、図１（ｄ）に示すように、電
極と高分子電解質膜との間に、高分子電解質と電子電導
性粒子からなる薄膜が挟まれた状態にあり、この薄膜の
中の電子電導性粒子は、電極と、高分子電解質膜とに嵌
まり込んだ状態になっている。
に作製した電極を２００ｋｇ／ｃｍ 2 、１５０℃でホッ
トプレスを行い両者を接合し（図１（ｃ）参照）、電極
・高分子電解質接合体を作製した。このように作製され
た電極・電解質接合体は、図１（ｄ）に示すように、電
極と高分子電解質膜との間に、高分子電解質と電子電導
性粒子からなる薄膜が挟まれた状態にあり、この薄膜の
中の電子電導性粒子は、電極と、高分子電解質膜とに嵌
まり込んだ状態になっている。
【００１４】（比較例）上記実施例１で作製した電極を
直接、ナフィオン１１７の両面に２００ｋｇ／ｃｍ2 、
１５０℃でホットプレスを行い接合し、電極・高分子電
解質接合体を作製した。 （実験）上記実施例の電極・高分子電解質接合体と比較
例の電極・高分子電解質接合体をそれぞれセルとし、公
知の電池構成部材を用いて燃料電池を構成し、これらの
電池に、燃料ガスとして水素ガス、酸化剤ガスとして空
気を用いて作動させ電池の抵抗値を調べたので、その結
果を以下に示す。
直接、ナフィオン１１７の両面に２００ｋｇ／ｃｍ2 、
１５０℃でホットプレスを行い接合し、電極・高分子電
解質接合体を作製した。 （実験）上記実施例の電極・高分子電解質接合体と比較
例の電極・高分子電解質接合体をそれぞれセルとし、公
知の電池構成部材を用いて燃料電池を構成し、これらの
電池に、燃料ガスとして水素ガス、酸化剤ガスとして空
気を用いて作動させ電池の抵抗値を調べたので、その結
果を以下に示す。
【００１５】比較例の接合体を用いた燃料電池の抵抗
が、６００ｍΩ・ｃｍ2 であるのに対して、実施例の接
合体を用いた燃料電池の電池抵抗は３００ｍΩ・ｃｍ2
と１／２に低下した。本実施例の接合体を用いた燃料電
池の抵抗値がこのように低減したのは、電極と高分子電
解質膜との間に存在する白金黒粒子により、高分子電解
質膜と電極との接触面積が大きくなったことと、さらに
薄膜の高分子電解質によって、電極と高分子電解質膜の
密着性、白金黒粒子と電極との密着性、白金黒粒子と高
分子電解質膜との密着性もよくなり、電極と高分子電解
質膜間の抵抗を低減することができたためであると考え
る。 （その他の事項） 上記実施例では、電極に用いた電子電導性粒子と、
電極と高分子電解質膜との間に設けた電子電導性粒子と
では、異なるものを用いたが、同じものを用いてもよ
い。又、両電子電導性粒子の材料は上記実施例記載のも
のに限るものではない。 上記実施例では、高分子電解質膜の両面に電極が設
けられている構成であるが、一方の面に電極を設ける構
成にしてもよい。 上記実施例では、高分子電解質と電極との接合界面
に、高分子電解質と電子電導性粒子とからなる薄膜を存
在させたが、接合界面に電子電導性のみを存在させる構
成としてもよい。 上記実施例では、電極と高分子電解質膜との間に設
けた電子電導性粒子の方が、電極に用いた電子電導性粒
子よりも粒径が大きかったが、両電子電導性粒子の粒径
大小はいずれの粒径が大きくなってもよく、又、同じ粒
径でもよい。
が、６００ｍΩ・ｃｍ2 であるのに対して、実施例の接
合体を用いた燃料電池の電池抵抗は３００ｍΩ・ｃｍ2
と１／２に低下した。本実施例の接合体を用いた燃料電
池の抵抗値がこのように低減したのは、電極と高分子電
解質膜との間に存在する白金黒粒子により、高分子電解
質膜と電極との接触面積が大きくなったことと、さらに
薄膜の高分子電解質によって、電極と高分子電解質膜の
密着性、白金黒粒子と電極との密着性、白金黒粒子と高
分子電解質膜との密着性もよくなり、電極と高分子電解
質膜間の抵抗を低減することができたためであると考え
る。 （その他の事項） 上記実施例では、電極に用いた電子電導性粒子と、
電極と高分子電解質膜との間に設けた電子電導性粒子と
では、異なるものを用いたが、同じものを用いてもよ
い。又、両電子電導性粒子の材料は上記実施例記載のも
のに限るものではない。 上記実施例では、高分子電解質膜の両面に電極が設
けられている構成であるが、一方の面に電極を設ける構
成にしてもよい。 上記実施例では、高分子電解質と電極との接合界面
に、高分子電解質と電子電導性粒子とからなる薄膜を存
在させたが、接合界面に電子電導性のみを存在させる構
成としてもよい。 上記実施例では、電極と高分子電解質膜との間に設
けた電子電導性粒子の方が、電極に用いた電子電導性粒
子よりも粒径が大きかったが、両電子電導性粒子の粒径
大小はいずれの粒径が大きくなってもよく、又、同じ粒
径でもよい。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電極・高分子電解質接合体の電極と高分子電解質膜との
接合界面に、電子電導性粒子を介在させることにより、
電極と高分子電解質膜の接触面積が向上し、界面の抵抗
が低下する。さらに、高分子電界質と電子電導性粒子と
からなる薄膜を電極・高分子電解質接合体の電極と高分
子電解質膜との間に存在させることにより、上記したよ
うに接触面積が向上するとともに、薄膜の高分子電解質
により接合界面の密着性も向上し、界面抵抗をさらに低
下させることができる。
電極・高分子電解質接合体の電極と高分子電解質膜との
接合界面に、電子電導性粒子を介在させることにより、
電極と高分子電解質膜の接触面積が向上し、界面の抵抗
が低下する。さらに、高分子電界質と電子電導性粒子と
からなる薄膜を電極・高分子電解質接合体の電極と高分
子電解質膜との間に存在させることにより、上記したよ
うに接触面積が向上するとともに、薄膜の高分子電解質
により接合界面の密着性も向上し、界面抵抗をさらに低
下させることができる。
【図１】本発明の一例に係る電極・高分子電解質接合体
の断面模式図及び作製手順を示す図である。
の断面模式図及び作製手順を示す図である。
Claims (4)
- 【請求項１】 触媒機能を有する電子電導性粒子を含有
する電極と高分子電解質とが接合された電極・高分子電
解質接合体において、 上記電極と高分子電解質との接合界面に電子電導性粒子
が存在していることを特徴とする電極・高分子電解質接
合体 - 【請求項２】 高分子電解質を母材とし、この高分子電
解質中に電子電導粒子を点在させた状態の薄膜が、触媒
機能を有する電子電導性粒子を含有する電極と高分子電
解質との間に設けられていることを特徴とする電極・高
分子電解質接合体。 - 【請求項３】 上記電極に含有された電子電導性粒子と
電極と高分子電解質との界面に存在する電子電導性粒子
とは種類の異なる電子電導性粒子であることを特徴とす
る請求項１、２記載の電極・高分子電解質接合体。 - 【請求項４】 電極に含有された電子電導性粒子の粒径
よりも電極と高分子電解質との界面に存在する電子電導
性粒子の方が大きいことを特徴とする請求項１、２記載
の電極・高分子電解質接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6201813A JPH0864221A (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 電極・高分子電解質接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6201813A JPH0864221A (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 電極・高分子電解質接合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0864221A true JPH0864221A (ja) | 1996-03-08 |
Family
ID=16447338
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6201813A Pending JPH0864221A (ja) | 1994-08-26 | 1994-08-26 | 電極・高分子電解質接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0864221A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009098982A1 (ja) | 2008-02-06 | 2009-08-13 | Kuraray Co., Ltd. | 膜－電極接合体及び固体高分子型燃料電池 |
| JP2009218006A (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Nissan Motor Co Ltd | 電解質膜−電極接合体の製造方法 |
-
1994
- 1994-08-26 JP JP6201813A patent/JPH0864221A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009098982A1 (ja) | 2008-02-06 | 2009-08-13 | Kuraray Co., Ltd. | 膜－電極接合体及び固体高分子型燃料電池 |
| US8263286B2 (en) | 2008-02-06 | 2012-09-11 | Kuraray Co., Ltd. | Membrane-electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell |
| JP2009218006A (ja) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Nissan Motor Co Ltd | 電解質膜−電極接合体の製造方法 |
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