JPH09180730A

JPH09180730A - 固体高分子型燃料電池用電極及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09180730A
Application number: JP7353458A
Authority: JP
Inventors: Yoji Yamada; 洋司山田; Tsutomu Seki; 務関
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1997-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ガス拡散層上に、触媒粒子及び電解質を含む触
媒層、または触媒粒子、電解質及び撥水化剤を含む触媒
層を有する燃料電池電極において、触媒層をその表面が
電解質の割合が多く、ガス拡散層に近づくにしたがって
その割合が減少する触媒層とすることにより、さらに高
い性能を有する固体高分子型燃料電池を得る。【解決手段】ガス拡散層上に（Ａ）触媒粒子及び電解質
または（Ｂ）触媒粒子、電解質及び撥水化剤を含む触媒
層を有する燃料電池用電極であって、触媒層における電
解質の分布を表面に偏らせ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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用電極及
びその製造方法に関し、より詳しくはカーボンその他の
材料からなるガス拡散層上に、（Ａ）触媒粉末及び電解
質を含む触媒層、または（Ｂ）触媒粉末、電解質及び撥
水化剤を含む触媒層を堆積、担持させてなる形式の固体
高分子型燃料電池用電極及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池は、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
徴を有し、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、この電解質膜を挟んで負
極及び正極の両電極を配置し、例えば負極側に水素を供
給し、また正極側には酸素又は空気を供給することで電
気化学反応を起こさせて電気を発生させる。この場合そ
の固体高分子電解質膜に接する負極及び正極の両電極と
しては、その中に反応を促進させるために白金、パラジ
ウムその他の触媒が添加、使用される形式のものがあ
り、この形式の電極の製造法としてはこれまで種々のも
のが提案されてきている。

【０００３】例えば米国特許第３１３４６９７号には、
触媒粒子をイオン交換樹脂と混合して電極シートとし、
これを固体高分子電解質としてのイオン交換樹脂膜に熱
圧着する方法が記載され、また米国特許第３２９７４８
４号や米国特許第３４３２３５５号では触媒粒子をポリ
テトラフルオロエチレンと混合して電極シートとし、こ
れをイオン交換樹脂膜に熱圧着する方法が記載されてい
る。しかしこのように固体高分子電解質膜と電極シート
とを熱圧着等によりそのまま接合するだけでは反応サイ
ト（反応域）が電解質と電極との二次元的な界面に極限
され、実質的な作用面積が少ない。

【０００４】これを改善する手法の一つとして、電極材
料と固体電解質材料との接点を多くし、反応サイトの三
次元化を図ることが提案されている。例えば「電気化
学」５３、Ｎｏ．１０（１９８５）、Ｐ．８１２〜８１
７によれば、固体高分子電解質膜としてパーフルオロカ
ーボンスルホン酸樹脂膜の一種であるＮＡＦＩＯＮー１
１７膜（ＤｕＰｏｎｔ社製、商品名）を用い、このＮ
ＡＦＩＯＮ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（アノード、燃料極）とする
一方、この電極の対極を構成する酸素極（空気極）すな
わちカソー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。

【０００５】まず、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ーボン粉末を使用し、これ
にアンバーライトＩＲー１２０Ｂ（Ｔー３）〔スチレン
ージビニルベンゼンスルホン酸樹脂、Ｎａ型、粒経３０
μｍの粉末、Ｏｒｇａｎｏ社製、商品名〕又はＮＡＦＩ
ＯＮー１１７〔パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂
（Ｈ型）、脂肪族アルコールと水との混合溶媒中５％溶
液、ＡｌｄｒｉｃｈＣｈｅｍｉｃａｌ社製、商品名〕
を種々の混合比で混合する。

【０００６】次いで、上記で得た各混合物に対してポリ
テトラフルオロエチレンを水懸濁液状で加えて混練した
後、この混練物をロール圧延により圧延してシート状と
し、真空乾燥後、この電極シートを固体高分子電解質と
してのＮＡＦＩＯＮ膜に対し温度１００℃、圧力２１０
ｋｇ／ｃｍ² でホットプレスするというものである。そ
してそこでは、固体高分子電解質膜としてのＮＡＦＩＯ
Ｎ膜に一体に接合された酸素極にイオン交換樹脂を混入
することで電極反応サイトの三次元化を図り、分極特性
を著しく向上させている。

【０００７】以上の技術では、その電極シートは何れも
電極材料の混練物を圧延等の手法によりシート化するこ
とで製造されているが、この種の電極シートの作製法と
してはその基材として別途多孔性のペーパー又はシート
を用い、これに触媒粒子を担持させる態様も行われてい
る。例えば特開平４ー１６２３６５号では、シート状触
媒層構成用の微粉末として白金触媒担持のカーボンブラ
ック粒子と触媒無担持のカーボンブラック粒子との混合
物を用い、この粒子を高分子電解質（イオン交換樹脂）
でコーティングし、この粒子混合物を基材としての撥水
化カーボンペーパー上に散布し、加熱下、プレスをする
ことにより付着させている。

【０００８】このようにして得られた電極シートは、撥
水化カーボンペーパーがガス拡散層を形成し、この片面
上に付着されたコーティング触媒粒子の層が触媒層とな
り、燃料電池への組み込むに際しては、触媒層側を高分
子電解質膜面に当接させることになる。その触媒層のガ
ス拡散層上への付着の仕方としては、そのようなプレス
法のほか、塗装法やロール法、ドクターブレード法等が
適用し得るが、このうち塗装法では大面積化が困難であ
り、またロール法やドクターブレード法では各種手間を
要するだけではなく、装置自体が高価である。

【０００９】このため本発明者は、コーティング触媒粒
子をガス拡散層上へ付着させるその仕方として、特に濾
過形式を応用した手法すなわちそのガス拡散層（撥水化
カーボンペーパー等）上に触媒粒子を含む触媒層形成用
水溶液を注ぎ、加圧濾過ないし吸引濾過する手法に注目
し、これに関連する成果を先に開発し出願している（特
開平７ー１３０３７７号）。

【００１０】上記出願に係る発明は、固体高分子型燃料
電池用電極の製造法において、撥水化カーボンペーパー
等を基材とし、これに高分子電解質で被覆（コーティン
グ）された触媒粒子にポリテトラフルオロエチレン系ポ
リマーのディスパージョンを混合した懸濁液を濾過形式
で適用するに当たり、その懸濁液を希硫酸中に分散させ
ることにより行うことを特徴とするものである。この技
術はこのようにその懸濁液自体に着目し、これを改善し
たものであるが、これによりこの工程を経て得られる電
極の特性を向上させ、延いて電池の性能を大幅に改善し
ている。

【００１１】ところで、上記濾過法では撥水化カーボン
ペーパー等の面へのその触媒粒子の付着をより確実に
し、さらにその粒子をその撥水化カーボンペーパー等の
面の内部へも混入させる等のため分散液をそのようにた
だ注ぐだけではなく、下方から減圧するいわゆる吸引濾
過形式や上方から加圧する形式で行うこともできるが、
例えばヌッツェ（ブフナー漏斗）形式等ではその規模な
いしは大きさに限度があり、均一な層を形成できないば
かりか、処理面の大面積化は困難である。

【００１２】そこで本発明者は、さらにこのような問題
を解決するため、ガス拡散層上に触媒層を担持させてな
る燃料電池用の電極を製造するに当たり、中空筒状体と
その上面がロート状に形成された下板を用い、加圧濾過
を応用することにより、ガス拡散層上に触媒粒子を含む
溶液を均等に堆積させる燃料電池の電極製造方法及び装
置を先に開発している（特願平６ー３０９９３１号）。
図１〜図２はこの燃料電池用電極の製造方法及び装置の
一態様を示すものである。

【００１３】図１中、１は中空筒状体であり、この断面
形状は図２（ａ）のような円形状とは限らず、四角形や
五角形その他の多角形をしたものでも使用可能である。
この中空筒状体１は、図２（ａ）のとおり竪型に配置さ
れるが、その材質としてはガラス製、金属製等適宜のも
のを使用することができる。図１中、２は上板、３は下
板、４及び５はそれぞれ上方及び下方のパッキンであ
り、６はコンプレッサーである。このうち上下のパッキ
ン４及び５は、中空筒状体の上下周縁部の形状に合わせ
た形状に構成され、例えば中空筒状体が円筒状である場
合には、その上下周縁部に対応して円環状に構成され
る。

【００１４】また、上板２には、濾過する溶液を導入す
る管（バルブ付）７、過剰圧時に空気を放出する管（バ
ルブ付）８を備え、容器内の内圧を上昇させるコンプレ
ッサー６からの圧縮空気を導入する管９が連結されてい
る。１０は下板３の中央部に設けられた溶媒排出口、１
１は下板３に一体に取り付けられた脚部であり、１２は
溶液から触媒層が堆積されるガス拡散板である。このガ
ス拡散板１２は、中空円筒体１の下部開口縁部とパッキ
ン５の間に挟持され、これをフィルターとしてその上面
に溶液中の溶質すなわち触媒粒子が堆積されることにな
る。

【００１５】下板３は、図２（ｂ）中に点線で示すとお
り、好ましくはロート状に構成される。これにより濾過
後の溶媒がスムーズに流れるようになっている。下板３
の上面をこのようにロート状に構成することにより、中
空筒状体１等の他の構成とも相まち、濾過後の溶媒が溶
媒排出口に向かってスムーズに流れる。またその操作中
に堆積物の厚みに分布が生じても、厚い部分では流れが
悪くなり、触媒粒子の堆積速度が落ちるため、全体とし
て均一な層とすることができる。その傾斜の程度はこの
ような作用効果を得る上で必要な限度で適宜設定するこ
とができる。

【００１６】その概略以上の装置を操作するに際して
は、中空円筒体１中に触媒粒子を含む溶液をその収容容
器から導管７を介して供給し、コンプレッサー６により
圧縮空気を導入して中空円筒体１内を加圧状態として操
作する。この場合、その加圧の程度は装置の規模（中空
筒体１の径、高さ等）、触媒粒子を含む溶液の流動性、
ガス拡散板１２自体の強度等の諸性質、下板３上面のロ
ート状傾斜の程度等の如何により適宜選定できるが、通
常、例えば中空円筒体１の直径が３０ｃｍ、高さ５ｃｍ
程度の場合には０．１ｋｇ／ｃｍ² Ｇ（ゲージ圧）以下
で実施される。

【００１７】加圧濾過を応用した以上の電極製造方法及
び装置によれば、１００ｃｍ² 以上の大面積であっても
均一でしかもガス拡散性能のよい優れた電極を得ること
ができる。またその製造時に溶媒が通過した細孔がガス
の拡散路となるという利点もあり、さらにこの装置によ
れば他の触媒層成膜装置に比べて非常に安価であるなど
優れた効果が得られる。またガス拡散板（層）は、電極
自体の基材ともなるもので、この材料としては好ましく
は撥水化カーボンペーパーが使用される。この撥水化カ
ーボンペーパーは所定の厚さ及び気孔率を有するカーボ
ンペーパーを使用し、これに例えばポリテトラフルオロ
エチレン系のディスパージョンを含浸した後、熱処理を
して撥水化したものである。

【００１８】さらに触媒粒子を含む溶液としては、白
金ブラック粒子や白金担持カーボンブラック粒子と固体
高分子電解質の溶液とを混合して得た懸濁液、、の
懸濁液に結合剤（撥水化剤でもある）としてポリテトラ
フルオロエチレン系ポリマーを混合してなる懸濁液等の
触媒層を形成する溶液を使用するが、前述特開平７ー１
３０３７７号の発明のようにその懸濁液を希硫酸水溶液
に分散させたものを使用すれば、両者の効果を併わせも
つ効果を得ることができる。

【００１９】ところで、以上で述べた触媒層の原料は触
媒粉末、撥水化剤及び電解質の３つであり、このうち電
解質は電極反応点を増加させるために混合される。上記
加圧濾過法では、この３成分を水を溶媒としてスラリー
とし、加圧濾過法によりガス拡散層上に堆積させること
で、上述のように有効な優れた効果が得られる。しかし
このような先行技術ないしは従来技術では、この電解質
を触媒層中に均一に混入させており、このため反応点を
増加させたい触媒層の表面では電解質の割合が所望する
割合よりも小さく、増加させる必要のない拡散層側では
電解質の割合が所望される割合よりも大きくなってい
た。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、ガス
拡散層上に（Ａ）触媒粉末及び電解質を含む触媒層、ま
たは（Ｂ）触媒粉末、電解質及び撥水化剤を含む触媒層
を堆積、担持させることにより燃料電池用の電極を製造
するに当たり、それら触媒層中における電解質の分布を
表面に偏らせてなる固体高分子型燃料電池用電極及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、ガス
拡散層上に触媒粉末及び電解質を含む触媒層を担持させ
てなる燃料電池用電極であって、触媒層における電解質
の分布を表面に偏らせ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し、またガス拡散層上に触媒
粉末、電解質及び撥水化剤を含む触媒層を担持させてな
る燃料電池用電極であって、触媒層における電解質の分
布を表面に偏らせ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。

【００２２】また本発明は、ガス拡散層上に触媒粉末及
び電解質を含む触媒層を担持させてなる燃料電池用電極
を製造するに当たり、触媒粉末に対する電解質の量が異
なる２種以上の混合物を混合してスラリーとし、このス
ラリーを濾過法によりガス拡散層上に堆積させることに
より、触媒層における電解質の分布を表面に偏らせるこ
とを特徴とする固体高分子型燃料電池の電極製造方法を
提供する。

【００２３】さらに本発明は、ガス拡散層上に触媒粉
末、電解質及び撥水化剤を含む触媒層を担持させてなる
燃料電池用電極を製造するに当たり、触媒粉末及び撥水
化剤に対する電解質の量が異なる２種以上の混合物を混
合してスラリーとし、このスラリーを濾過法によりガス
拡散層上に堆積させることにより、触媒層における電解
質の分布を表面に偏らせ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。

【００２４】

【発明の実施の形態】上記ガス拡散層は、電極自体の基
材ともなるもので、本発明におけるガス拡散層として
は、特に限定はなく、各種材質からなる多孔性のペーパ
ー又はシート（本明細書中、両者を含めて適宜「ペーパ
ー」と指称している）、或いはこれらペーパーを撥水化
して使用することができるが、特に好ましくはカーボン
ペーパーや撥水化カーボンペーパーを用いることができ
る。このうち撥水化カーボンペーパーは所定の気孔率及
び厚さを有するカーボンペーパーを用い、これに対して
ポリテトラフルオロエチレン系のディスパージョンを含
浸させた後、熱処理をして撥水化したものである。ここ
でポリテトラフルオロエチレン系のポリマーとはポリテ
トラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のほか、テトラフル
オロエチレンーヘキサフルオロプロピレン共重合体その
他その誘導体等をも含む意味である。

【００２５】上記触媒粉末としては白金ブラック粉末、
白金合金粉末、白金又はパラジウム担持のカーボンブラ
ック粉末、パラジウムブラック粉末等が使用できる。ま
た上記撥水化剤としては特に限定はないが、ポリテトラ
フルオロエチレン系のポリマー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のポリマーとはポリ
テトラフルオロエチレンのほか、テトラフルオロエチレ
ンーヘキサフルオロプロピレン共重合体その他その誘導
体等をも含む意味である。

【００２６】上記電解質（高分子電解質）としては、各
種イオン交換樹脂が使用できるが、その電解質として高
い性能を示すパーフルオロカーボンスルホン酸系の樹脂
を用いるのが有利であり、特に固体高分子電解質膜とし
てＮＡＦＩＯＮ系のパーフルオロカーボンスルホン酸系
の樹脂膜を用いる場合には、同系統のパーフルオロカー
ボンスルホン酸系の樹脂を用いるのが好ましい。また溶
媒としては水、アルコール、或いは両者の混合物等特に
制限はないが、ガス拡散層上への堆積時に濾過法でも特
に加圧濾過法を適用する場合には、水であるのが好まし
い。

【００２７】本発明では、ガス拡散層上に、（Ａ）触媒
粉末及び電解質を含む触媒層中において、または（Ｂ）
触媒粉末、電解質及び撥水化剤を含む触媒層中におい
て、電解質の割合を偏らせて堆積、担持させる。このう
ち（Ａ）の場合には、触媒粉末に対する電解質の量が異
なる２種以上の原料混合物を混合し、この混合懸濁液す
なわちスラリーを濾過法によりガス拡散層上に堆積させ
ることにより行うことができる。この場合、触媒粉末に
対して電解質の割合を偏らせる仕方としては、触媒粉末
に対して、電解質をその添加割合が異なるように添加混
合した二種以上の原料混合物をそれぞれ作製し、さらに
それら二種以上の原料混合物を混合して懸濁液とし、こ
の懸濁液をガス拡散層上に濾過法により堆積、担持させ
ることにより行うことができる。

【００２８】また、触媒層として上記（Ｂ）触媒粉末、
電解質及び撥水化剤を含む触媒層、すなわち触媒粉末及
び電解質とともに、撥水化剤をも含む触媒層を形成する
場合には、触媒粉末及び撥水化剤の量比を一定にした混
合物に対して、電解質をその添加割合が異なるように添
加混合した二種以上の原料混合物をそれぞれ作製し、さ
らにそれら二種以上の原料混合物を混合して懸濁液と
し、この懸濁液をガス拡散層上に濾過法により堆積、担
持させることにより行うことができる。

【００２９】図３は、この態様により電解質の添加割合
が異なる３種の原料混合物を混合して懸濁液として用い
た場合に、ガス拡散層上に形成された触媒層における電
解質の分布状態を説明するための模式図である。図３
中、１３は電極であり、１４はガス拡散層、１５は触媒
層である。符号１６〜１８として示す部分は、触媒層１
５中における電解質の分布状態を示し、１６は電解質が
少ない層（第１層）、１７は電解質量が１６と１８との
間の層（第２層）、１７は電解質が多い層（第３層）で
ある。

【００３０】このように触媒懸濁液のガス拡散層上への
濾過操作時に３種の原料混合物が比重差により相対的に
３層に別れて積層されるが、第１層と第２層との間及び
第２層と第３層との間は図示のように截然としたもので
はなく、電解質量が異なる触媒粒子が相互に入り込み、
電解質量が連続して分布した層として堆積される。この
場合、その分布をより一層よくするためには、電解質の
混合比が異なる少なくとも３種又はそれ以上の原料混合
物を混合して用いるのが好ましく、またこの混合操作は
充分に行うのが望ましい。このように、本発明によれば
１工程で触媒層の理想的な分布を実現できるとともに、
電極製造工程の簡略化を実現することができる。

【００３１】次に、本発明の具体的手順の一態様につい
て述べると、以下（ａ）〜（ｅ）のとおりである。
（ａ）例えば５０％白金を担持した触媒粒子とポリテト
ラフルオロエチレンと電解質との水性混合物を作製す
る。このときこれら触媒粒子とポリテトラフルオロエチ
レンと電解質との混合量比（重量比）を例えば４：３：
２、４：３：３、４：３：４とする。（ｂ）こうして得
られた３種類の混合比を有する原料をコロイドミルで混
合して懸濁液とする。（ｃ）一方、例えば気孔率７５
％、厚さ０．４ｍｍのカーボンペーパーに例えばテトラ
フルオロエチレンーヘキサフルオロプロピレン共重合体
（ＦＥＰ）のディスパージョンを含浸させた後、熱処理
を行い、ＦＥＰが２０％を占める撥水化カーボンペーパ
ーを作製する。（ｄ）、（ａ）〜（ｂ）で調製した混合
液を（ｃ）で作製した撥水化カーボンペーパー上に散布
し、溶媒の濾過により触媒層を形成させ、真空乾燥等に
より溶媒を除去する。（ｅ）作製した２枚の電極間に固
体高分子電解質膜を挟みプレスして電池とする。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
がこの実施例に限定されないことは勿論である。使用装
置としては図１〜図２に示すとおりの加圧濾過形式の装
置を使用した。その中空筒状体１としては内径１５ｃ
ｍ、高さ８ｃｍのガラス製の中空筒状体を用い、操作時
の内圧は０．０８ｋｇ／ｃｍ² Ｇ（ゲージ圧）として実
施した。

【００３３】（１）まず表面積１８０ｃｍ² 、気孔率７
５％、厚さ０．４ｍｍのカーボンペーパーにネオフロン
（テトラフルオロエチレンー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）のディスパー
ジョンを含浸させた後、熱処理を行い、ネオフロンで撥
水化したカーボンペーパーを得た。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％を占めるよ
うに調製した。（２）一方、カーボン粒子に５０％白金
を担持した触媒粒子とポリフロン（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）のディスパー
ジョンと電解質としてのパーフルオロカーボンスルホン
酸樹脂のエタノール溶液とを、これら触媒粒子とポリテ
トラフルオロエチレンと電解質との混合量比（重量比）
がそれぞれ４：３：２、４：３：３、４：３：４である
３種の混合物を作製した。（３）こうして得られた３種
類の混合比を有する原料混合物をコロイドミルで約１時
間混合して懸濁液を得た。

【００３４】（４）次いで、（１）で得た撥水化カーボ
ンペーパーを図１中符号１２としてに示すようにセット
し、図１中溶液供給導管７から（２）〜（３）で得た水
性懸濁液を供給し、白金担持量が１ｍｇ／ｃｍ² となる
ように堆積させ、真空乾燥（温度８０℃）により溶媒を
除去した。実施例用電極シートを得た。（５）こうして
作製した２枚の電極間に膜厚８０μｍのパーフルオロカ
ーボンスルホン酸系樹脂膜を、両電極の触媒層側を該高
分子電解質膜面に当接させて挟み、温度１４０℃、圧力
１００ｋｇｆ／ｃｍ² の加圧下、６０秒間プレスした
後、これを燃料電池用枠内に組み込んでセットし、導
線、ガス管等を接続して実施例供試用電池とした。

【００３５】《比較例》他方、上記（１）と同じくして
作製した撥水化カーボンペーパーに対して、図１〜図２
に示す装置を使用し、上記と同じ条件で加圧濾過法を適
用して電極を作製した。この場合、使用触媒粒子、撥水
化剤（ポリテトラフルオロエチレン）及び電解質の材料
としては実施例で用いたものと同じ材料を使用し、これ
ら触媒粒子とポリテトラフルオロエチレンと電解質との
混合量比（重量比）が４：３：３となるように混合し、
この混合物をコロイドミルで約１時間混合して得た懸濁
液を使用した。こうして作製した２枚の電極の触媒層間
に上記実施例と同じ固体高分子電解質膜を挟んで上記と
同じ条件でプレスし、上記実施例の場合と同様に構成し
て比較例供試用電池とした。

【００３６】以上のとおり製作した各種供試電池を用
い、燃料として水素を使用し、これをアノード側に供給
する一方、カソード側には空気を供給した。この両ガス
の供給圧力はともに２ａｔｍとし、水素は９５℃で、空
気については８０℃で加湿し、また電池の温度を８０℃
に保って操作して測定した。図４は以上の各供試電池に
ついて測定した電流密度とセル電圧との関係を示すもの
である。

【００３７】図４のとおり、比較例供試電池でも、電流
密度の増加に対してセル電圧は徐々に低下するだけで相
当に優たものであるが、実施例供試電池においては、そ
の低下傾向はさらに一層緩慢で、さらに改善されている
ことが分かる。このように本発明によれば、固体高分子
型燃料電池の特性をさらに一層有効に改善することがで
きる。さらに１工程で触媒層の理想的な分布を実現して
おり、製作工程の簡略化が実現できる。

【００３８】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、ガス拡
散層への濾過、堆積の際における電解質の量が異なるこ
とによる比重の差により、触媒層の表面側が電解質の割
合が多く、ガス拡散層に近づくにしたがってその割合が
減少する電極が作製でき、このためさらに一層高い性能
を有する固体高分子型燃料電池を得ることができる。ま
た、本発明によれば１工程で触媒層の理想的な分布を実
現できるとともに、電極製造工程の簡略化を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】加圧濾過形式の電極製造装置の一態様を示す
図。

【図２】図１の中空筒状体１及び下板３を示す図。

【図３】本発明に係るガス拡散層上に形成された触媒層
における電解質の分布状態を説明するための模式図。

【図４】実施例及び比較例で製造した各供試電池につい
て測定した電流密度とセル電圧との関係を示す図。

【符号の説明】

１中空筒状体２上板３下板４、５パッキン６コンプレッサー７濾過する溶液を導入する管（バルブ付）８過剰圧時に空気を放出する管（バルブ付）９圧縮空気導入管１０溶媒排出口１１脚部１２触媒層が堆積されるガス拡散板（層）１３電極１４ガス拡散層１５触媒層１６電解質が少ない層１７電解質量が１５と１７との間の層１８電解質が多い層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス拡散層上に触媒粉末及び電解質を含む
触媒層を担持させてなる燃料電池用電極であって、触媒
層における電解質の分布を表面に偏らせてなることを特
徴とする固体高分子型燃料電池用電極。
【請求項２】ガス拡散層上に触媒粉末、電解質及び撥水
化剤を含む触媒層を担持させてなる燃料電池用電極であ
って、触媒層における電解質の分布を表面に偏らせてな
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３】上記ガス拡散層がカーボンペーパー又は撥
水化カーボンペーパーである請求項１又は２記載の固体
高分子型燃料電池用電極。
【請求項４】上記触媒粒子が白金を担持したカーボン粉
末である請求項１、２又は３記載の固体高分子型燃料電
池用電極。
【請求項５】上記電解質がパーフルオロカーボンスルホ
ン酸系の樹脂である請求項１、２、３又４記載の固体高
分子型燃料電池用電極。
【請求項６】ガス拡散層上に触媒粉末及び電解質を含む
触媒層を担持させてなる燃料電池用電極を製造するに当
たり、触媒粉末に対する電解質の量が異なる２種以上の
混合物を混合してスラリーとし、このスラリーを濾過法
によりガス拡散層上に堆積させることにより、触媒層に
おける電解質の分布を表面に偏らせることを特徴とする
固体高分子型燃料電池の電極製造方法。
【請求項７】ガス拡散層上に触媒粉末、電解質及び撥水
化剤を含む触媒層を担持させてなる燃料電池用電極を製
造するに当たり、触媒粉末及び撥水化剤に対する電解質
の量が異なる２種以上の混合物を混合してスラリーと
し、このスラリーを濾過法によりガス拡散層上に堆積さ
せることにより、触媒層における電解質の分布を表面に
偏らせ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８】上記ガス拡散層がカーボンペーパー又は撥
水化カーボンペーパーである請求項６又は７記載の固体
高分子型燃料電池用電極の製造方法。
【請求項９】上記触媒粒子が白金を担持したカーボン粉
末である請求項６、７又は８記載の固体高分子型燃料電
池用電極の製造方法。
【請求項１０】上記電解質がパーフルオロカーボンスル
ホン酸系の樹脂である請求項６、７、８又は９記載の固
体高分子型燃料電池用電極の製造方法。