JPH09283155A - 高分子固体電解質型燃料電池用電極の製作方法 - Google Patents
高分子固体電解質型燃料電池用電極の製作方法Info
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- JPH09283155A JPH09283155A JP8113191A JP11319196A JPH09283155A JP H09283155 A JPH09283155 A JP H09283155A JP 8113191 A JP8113191 A JP 8113191A JP 11319196 A JP11319196 A JP 11319196A JP H09283155 A JPH09283155 A JP H09283155A
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- catalyst
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- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 触媒の利用率の向上ならびにアノード（Ｈ2
極）としての水素ガスの供給性の向上やカソード（Ｏ2
極）としての酸化ガスの供給性、水の排出性の向上を図
ることのできる高分子固体電解質型燃料電池用電極を製
作する。 【構成】 電極基材１に、ダイシング装置等により１μ
ｍ〜１mm程度の複数の平行溝又は格子状の溝３を形成
し、その上にペースト状の触媒を塗布し、乾燥して触媒
層４を形成することを特徴とする高分子固体電解質型燃
料電池用電極５の製作方法。
極）としての水素ガスの供給性の向上やカソード（Ｏ2
極）としての酸化ガスの供給性、水の排出性の向上を図
ることのできる高分子固体電解質型燃料電池用電極を製
作する。 【構成】 電極基材１に、ダイシング装置等により１μ
ｍ〜１mm程度の複数の平行溝又は格子状の溝３を形成
し、その上にペースト状の触媒を塗布し、乾燥して触媒
層４を形成することを特徴とする高分子固体電解質型燃
料電池用電極５の製作方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高分子固体電解質
型燃料電池用電極の製作方法に係り、特に高分子固体電
解質型燃料電池の特性向上に好適な電極の製作方法に関
するものである。
型燃料電池用電極の製作方法に係り、特に高分子固体電
解質型燃料電池の特性向上に好適な電極の製作方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、高分子固体電解質型燃料電池用電
極を製作するには、カーボンペーパーなどを電極形状に
合わせて切り取った電極基材の片面に、ペースト状の触
媒を塗布、乾燥して触媒層を形成していた。
極を製作するには、カーボンペーパーなどを電極形状に
合わせて切り取った電極基材の片面に、ペースト状の触
媒を塗布、乾燥して触媒層を形成していた。
【０００３】一方、近時高分子固体電解質型燃料電池
は、軽量、小型化の要請に伴い、これに用いられる電極
も小型化が要請され、且つ触媒の利用率の向上ならびに
アノード（Ｈ2 極）としてのガスの供給性の向上やカソ
ード（Ｏ2 極）としての水の排出性の向上が要求される
ようになってきた。
は、軽量、小型化の要請に伴い、これに用いられる電極
も小型化が要請され、且つ触媒の利用率の向上ならびに
アノード（Ｈ2 極）としてのガスの供給性の向上やカソ
ード（Ｏ2 極）としての水の排出性の向上が要求される
ようになってきた。
【０００４】しかし、上記従来の電極の製作方法では、
このような要求に対応できる電極を得ることができなか
った。
このような要求に対応できる電極を得ることができなか
った。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、触媒
の利用率の向上ならびにアノード（Ｈ2 極）としての水
素ガスの供給性の向上やカソード（Ｏ2 極）としての酸
化ガスの供給性、水の排出性の向上を図ることのできる
高分子固体電解質型燃料電池用電極の製作方法を提供し
ようとするものである。
の利用率の向上ならびにアノード（Ｈ2 極）としての水
素ガスの供給性の向上やカソード（Ｏ2 極）としての酸
化ガスの供給性、水の排出性の向上を図ることのできる
高分子固体電解質型燃料電池用電極の製作方法を提供し
ようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の高分子固体電解質型燃料電池用電極の製作方
法は、電極基材に複数の平行溝又は格子状の溝を形成
し、その上にペースト状の触媒を塗布し、乾燥して触媒
層を形成することを特徴とするものであり、前記溝はダ
イシング装置を使用して形成しその幅は１μｍ〜１mm幅
とすることが望ましい。上記の電極基材は、カーボンペ
ーパーであることが好ましく、ペースト状の触媒は、白
金を担持したカーボン粉末を水又は有機溶剤でペースト
状になしたものが好ましい。
の本発明の高分子固体電解質型燃料電池用電極の製作方
法は、電極基材に複数の平行溝又は格子状の溝を形成
し、その上にペースト状の触媒を塗布し、乾燥して触媒
層を形成することを特徴とするものであり、前記溝はダ
イシング装置を使用して形成しその幅は１μｍ〜１mm幅
とすることが望ましい。上記の電極基材は、カーボンペ
ーパーであることが好ましく、ペースト状の触媒は、白
金を担持したカーボン粉末を水又は有機溶剤でペースト
状になしたものが好ましい。
【０００７】該電極基材表面に形成される溝は、前述の
通り該電極基材表面に担持されかつ露出して電極反応に
利用される触媒量を最大とするとともに、電極へのガス
供給及び電極からのガス排出を円滑にするため機能を有
する。従って前記溝の幅、ピッチ及び深さ等は該機能を
損なわない範囲で適宜決定すれば良い。好ましい溝の断
面形状は幅が１μｍ〜１mm程度、深さも１μｍ〜１mm程
度の方形状であり、そのピッチが５μｍ〜５mm程度と
し、溝の数はピッチと電極基材の幅に応じて決定され
る。しかしこの溝の断面形状も電極面積増大及びガスの
円滑流通という機能が確保されれば前記方形状に特に限
定されるものではなく、Ｕ字状、Ｖ字状、半円状等の各
種形状とすることができる。
通り該電極基材表面に担持されかつ露出して電極反応に
利用される触媒量を最大とするとともに、電極へのガス
供給及び電極からのガス排出を円滑にするため機能を有
する。従って前記溝の幅、ピッチ及び深さ等は該機能を
損なわない範囲で適宜決定すれば良い。好ましい溝の断
面形状は幅が１μｍ〜１mm程度、深さも１μｍ〜１mm程
度の方形状であり、そのピッチが５μｍ〜５mm程度と
し、溝の数はピッチと電極基材の幅に応じて決定され
る。しかしこの溝の断面形状も電極面積増大及びガスの
円滑流通という機能が確保されれば前記方形状に特に限
定されるものではなく、Ｕ字状、Ｖ字状、半円状等の各
種形状とすることができる。
【０００８】この複数の溝はガスの円滑供給及び円滑排
出という観点から曲線を構成したり隣接する溝同士が互
いに交差したりすることは望ましくなく、直線状の溝が
互いに平行に位置しあるいはこれらの複数の平行な直線
状溝同士が直角に交差して格子状を構成していることが
望ましい。前述したカーボンペーパー等の電極基材表面
に複数の溝を形成することは簡単ではないが、本発明で
はダイシング装置を使用して好適に形成できる。このダ
イシング装置には通常２枚以上の平行なブレードが設置
され、該ブレードの回転により前記電極基材表面に複数
の平行又は格子状の溝を形成できる。しかし本発明方法
ではこのダイシング装置以外で複数の溝を形成すること
もできる。
出という観点から曲線を構成したり隣接する溝同士が互
いに交差したりすることは望ましくなく、直線状の溝が
互いに平行に位置しあるいはこれらの複数の平行な直線
状溝同士が直角に交差して格子状を構成していることが
望ましい。前述したカーボンペーパー等の電極基材表面
に複数の溝を形成することは簡単ではないが、本発明で
はダイシング装置を使用して好適に形成できる。このダ
イシング装置には通常２枚以上の平行なブレードが設置
され、該ブレードの回転により前記電極基材表面に複数
の平行又は格子状の溝を形成できる。しかし本発明方法
ではこのダイシング装置以外で複数の溝を形成すること
もできる。
【０００９】次いでこのように複数の溝を形成した電極
基材表面に触媒層を被覆する。この触媒層は前記溝を含
む電極基材表面全体に形成することにより電極面積の増
大という本発明方法の一方の目的を達成する。この触媒
は微粒子状の担体上に触媒金属を担持して成り、担体と
してはカーボン粒子、触媒金属としては白金やパラジウ
ム等の白金族金属を好ましく使用できる。該触媒の電極
基材表面への被覆はそのまま行なってもカーボン粒子等
の担体をカーボンペーパー等の電極基材表面に強固に付
着させることができないため、前記担体を適度の粘性を
有する有機溶剤例えば炭素数３〜４のアルコールを使用
してペーストとし、該ペーストを前記電極基材表面に塗
布及び乾燥し、必要に応じて更に焼成を行なって燃料電
池用電極を構成する。該電極は、複数の溝を形成した電
極基材上にペーストを塗布し乾燥しているため、電極基
材表面の溝つまり凹部にペーストが進入し前記溝の上部
のペースト量が不足して最終的に生成する電極表面に凹
凸が生じ、これにより電極面積が増大して触媒の利用率
も向上する。
基材表面に触媒層を被覆する。この触媒層は前記溝を含
む電極基材表面全体に形成することにより電極面積の増
大という本発明方法の一方の目的を達成する。この触媒
は微粒子状の担体上に触媒金属を担持して成り、担体と
してはカーボン粒子、触媒金属としては白金やパラジウ
ム等の白金族金属を好ましく使用できる。該触媒の電極
基材表面への被覆はそのまま行なってもカーボン粒子等
の担体をカーボンペーパー等の電極基材表面に強固に付
着させることができないため、前記担体を適度の粘性を
有する有機溶剤例えば炭素数３〜４のアルコールを使用
してペーストとし、該ペーストを前記電極基材表面に塗
布及び乾燥し、必要に応じて更に焼成を行なって燃料電
池用電極を構成する。該電極は、複数の溝を形成した電
極基材上にペーストを塗布し乾燥しているため、電極基
材表面の溝つまり凹部にペーストが進入し前記溝の上部
のペースト量が不足して最終的に生成する電極表面に凹
凸が生じ、これにより電極面積が増大して触媒の利用率
も向上する。
【００１０】上記の製作方法で製作した高分子固体電解
質型燃料電池用電極は、電極基材に複数の好ましくは多
数の平行溝又は格子状の溝が形成され、その上に触媒層
が形成されているので、電極面積が著しく増大し、該電
極を前記高分子固体電解質型燃料電池用として使用する
と電解質膜との接合面積が数倍にも増大する。従って、
この電極をアノード（Ｈ2 極）側で使用すると、水素ガ
スとの接触効率従って触媒の利用率が向上すると共に水
素ガスの供給性が向上し、カソード（Ｏ2 極）側で使用
すると、酸素ガスとの接触効率従って触媒の利用率が向
上すると共に酸化ガスの供給性、生成水の排出性が向上
し、高分子固体電解質型燃料電池の電池特性が向上す
る。
質型燃料電池用電極は、電極基材に複数の好ましくは多
数の平行溝又は格子状の溝が形成され、その上に触媒層
が形成されているので、電極面積が著しく増大し、該電
極を前記高分子固体電解質型燃料電池用として使用する
と電解質膜との接合面積が数倍にも増大する。従って、
この電極をアノード（Ｈ2 極）側で使用すると、水素ガ
スとの接触効率従って触媒の利用率が向上すると共に水
素ガスの供給性が向上し、カソード（Ｏ2 極）側で使用
すると、酸素ガスとの接触効率従って触媒の利用率が向
上すると共に酸化ガスの供給性、生成水の排出性が向上
し、高分子固体電解質型燃料電池の電池特性が向上す
る。
【００１１】
【実施例】次に本発明方法の実施例を添付図面を参照し
ながら説明する。
ながら説明する。
【実施例１】図１に示すように電極基材である縦 150mm
×横 200mm×厚さ0.36mmのカーボンペーパー１に、ダイ
シング装置のブレード２の回転により幅 100μｍ深さ50
μｍの溝を 200μｍピッチで図２に示すように格子状に
形成し、この格子状の溝３の上に、白金を担持したカー
ボン粉末（粒径20μｍから30μｍ）を有機溶剤（１−プ
ロパノール）でペースト状にした触媒を塗布し、乾燥し
て、図３に示すように厚さ50〜80μｍの触媒層４を形成
して、高分子固体電解質型燃料電池用電極５を得た。
×横 200mm×厚さ0.36mmのカーボンペーパー１に、ダイ
シング装置のブレード２の回転により幅 100μｍ深さ50
μｍの溝を 200μｍピッチで図２に示すように格子状に
形成し、この格子状の溝３の上に、白金を担持したカー
ボン粉末（粒径20μｍから30μｍ）を有機溶剤（１−プ
ロパノール）でペースト状にした触媒を塗布し、乾燥し
て、図３に示すように厚さ50〜80μｍの触媒層４を形成
して、高分子固体電解質型燃料電池用電極５を得た。
【００１２】こうして得た高分子固体電解質型燃料電池
用電極５を、図５に示すように縦 250mm×横 250mm×厚
さ８mmのセパレータ６、７の中央部に接合し、Ｏリング
１０によりシールされた電解質膜（デュポン社製ナフィ
オン112 膜）８を挾んで対向させて高分子固体電解質型
燃料電池のシングルセル９を構成した。このシングルセ
ル９で燃料ガスをＨ2 、酸化ガスを空気とし、１kgf/cm
2 の加圧で運転した処、本実施例の電極５を備えたセパ
レータ６、７を有するシングルセル９では最高出力 0.4
W/cm2 で、後述する比較例よりも出力が向上した。これ
は本実施例の電極５が、電解質膜８との接合面積が増大
し、触媒の利用率が向上し、アノードとして水素ガスの
供給性が向上し、カソードとして空気の供給性、生成水
の排出性が向上し、全体として電池特性が向上したから
であると推測される。
用電極５を、図５に示すように縦 250mm×横 250mm×厚
さ８mmのセパレータ６、７の中央部に接合し、Ｏリング
１０によりシールされた電解質膜（デュポン社製ナフィ
オン112 膜）８を挾んで対向させて高分子固体電解質型
燃料電池のシングルセル９を構成した。このシングルセ
ル９で燃料ガスをＨ2 、酸化ガスを空気とし、１kgf/cm
2 の加圧で運転した処、本実施例の電極５を備えたセパ
レータ６、７を有するシングルセル９では最高出力 0.4
W/cm2 で、後述する比較例よりも出力が向上した。これ
は本実施例の電極５が、電解質膜８との接合面積が増大
し、触媒の利用率が向上し、アノードとして水素ガスの
供給性が向上し、カソードとして空気の供給性、生成水
の排出性が向上し、全体として電池特性が向上したから
であると推測される。
【００１３】
【比較例１】一方、前記格子状の溝３を形成しないカー
ボンペーパー１上に触媒層４を形成した実施例１と同一
寸法の図４に示す高分子固体電解質型燃料電池用電極
５′を使用して同様にして高分子固体電解質型燃料電池
のシングルセル９′を構成した。このシングルセル９′
を使用して実施例１と同一条件で運転した処、最高出力
0.3W/cm2 であり、出力が低下した。
ボンペーパー１上に触媒層４を形成した実施例１と同一
寸法の図４に示す高分子固体電解質型燃料電池用電極
５′を使用して同様にして高分子固体電解質型燃料電池
のシングルセル９′を構成した。このシングルセル９′
を使用して実施例１と同一条件で運転した処、最高出力
0.3W/cm2 であり、出力が低下した。
【００１４】
【発明の効果】以上の説明で判るように本発明の高分子
固体電解質型燃料電池用電極の製作方法によれば、電極
基材表面に形成された複数の平行溝又は格子状の溝が前
記電極基材表面に生成される触媒層の表面積を増大させ
て触媒の利用率を向上させ、かつアノード（Ｈ2 極）と
して水素ガスの供給性の向上やカソード（Ｏ2 極）とし
ての酸化ガスの供給性、水の排出性の向上を図ることが
でき、電池特性が向上した高分子固体電解質型燃料電池
用電極を提供できる。
固体電解質型燃料電池用電極の製作方法によれば、電極
基材表面に形成された複数の平行溝又は格子状の溝が前
記電極基材表面に生成される触媒層の表面積を増大させ
て触媒の利用率を向上させ、かつアノード（Ｈ2 極）と
して水素ガスの供給性の向上やカソード（Ｏ2 極）とし
ての酸化ガスの供給性、水の排出性の向上を図ることが
でき、電池特性が向上した高分子固体電解質型燃料電池
用電極を提供できる。
【図１】電極基材であるカーボンペーパーにダイシング
装置により溝を形成する状態を示す概略図である。
装置により溝を形成する状態を示す概略図である。
【図２】カーボンペーパーに格子状の溝を形成した状態
を示す平面図である。
を示す平面図である。
【図３】図２のカーボンペーパーの溝の上に触媒層を形
成して得た実施例の高分子固体電解質型燃料電池用電極
を示す断面図である。
成して得た実施例の高分子固体電解質型燃料電池用電極
を示す断面図である。
【図４】従来の高分子固体電解質型燃料電池用電極を示
す断面図である。
す断面図である。
【図５】高分子固体電解質型燃料電池のシングルセルを
示す断面図である。
示す断面図である。
１ 電極基材（カーボンペーパー） ２ ダイシング装置のブレード ３ 格子状の溝 ４ 触媒層 ５ 高分子固体電解質型燃料電池用電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 391016716 ストンハルト・アソシエーツ・インコーポ レーテッド ＳＴＯＮＥＨＡＲＴ ＡＳＳＯＣＩＡＴＥ Ｓ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ アメリカ合衆国 06443 コネチカット州、 マジソン、コテッジ・ロード17、ピー・オ ー・ボックス1220 (72)発明者 村山 恵二 神奈川県平塚市新町２番73号 田中貴金属 工業株式会社技術開発センター内
Claims (4)
- 【請求項１】 電極基材に、複数の平行溝又は格子状の
溝を形成し、その上にペースト状の触媒を塗布し、乾燥
して触媒層を形成することを特徴とする高分子固体電解
質型燃料電池用電極の製作方法。 - 【請求項２】 電極基材に、ダイシング装置により１μ
ｍ〜１mm幅の複数の平行溝又は格子状の溝を形成するこ
とを特徴とする請求項１記載の高分子固体電解質型燃料
電池用電極の製作方法。 - 【請求項３】 電極基材が、カーボンペーパーであるこ
とを特徴とする請求項１記載の高分子固体電解質型燃料
電池用電極の製作方法。 - 【請求項４】 ペースト状の触媒が、白金を担持したカ
ーボン粉末を水又は有機溶剤でペースト状になしたもの
であることを特徴とする高分子固体電解質型燃料電池用
電極の製作方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8113191A JPH09283155A (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 高分子固体電解質型燃料電池用電極の製作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8113191A JPH09283155A (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 高分子固体電解質型燃料電池用電極の製作方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09283155A true JPH09283155A (ja) | 1997-10-31 |
Family
ID=14605869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8113191A Pending JPH09283155A (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 高分子固体電解質型燃料電池用電極の製作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09283155A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002529892A (ja) * | 1998-10-29 | 2002-09-10 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 微細構造化流れ場 |
| WO2016208324A1 (ja) * | 2015-06-26 | 2016-12-29 | 東レ株式会社 | ガス拡散電極基材およびその製造方法、ガス拡散電極、膜電極接合体ならびに固体高分子形燃料電池 |
| CN115763839A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-03-07 | 深圳市氢瑞燃料电池科技有限公司 | 一种燃料电池催化层及其制备方法 |
-
1996
- 1996-04-10 JP JP8113191A patent/JPH09283155A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002529892A (ja) * | 1998-10-29 | 2002-09-10 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 微細構造化流れ場 |
| WO2016208324A1 (ja) * | 2015-06-26 | 2016-12-29 | 東レ株式会社 | ガス拡散電極基材およびその製造方法、ガス拡散電極、膜電極接合体ならびに固体高分子形燃料電池 |
| CN115763839A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-03-07 | 深圳市氢瑞燃料电池科技有限公司 | 一种燃料电池催化层及其制备方法 |
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