JPH10270050A

JPH10270050A - 燃料電池用電極及びその製造方法

Info

Publication number: JPH10270050A
Application number: JP9093093A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Seki; 務関
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料電池用電極において、活性触媒の高性能を
維持しつつ、燃料ガス中のＣＯに対する耐ＣＯ性を改善
し、高性能の燃料電池を得る。【解決手段】ガス拡散層上に触媒粒子、電解質、撥水化
剤を含む触媒層を形成した燃料電池用電極であって、ガ
ス拡散層上に順次耐ＣＯ性に優れる触媒層と触媒活性に
優れる触媒層とを積層形成してなることを特徴とする燃
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、より具体的にはガス拡散層上に
触媒粒子、電解質及び撥水化剤を含む触媒層を形成した
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】燃料電池、例えば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等の膜が使用さ
れ、この高分子電解質膜を挟んで負極（アノード）及び
正極（カソード）の両電極を配置し、例えば負極側に燃
料としての水素ガスを、また正極側には酸素又は空気を
供給して電気化学反応を起こさせることにより電気を発
生させるものである。

【０００３】燃料電池にはこれまで各種態様のものがあ
るが、図１は、そのうち固体高分子型燃料電池の一態様
を説明するための概略図である。図１中、１は高分子電
解質膜、２はカソード電極（正極）、３はアノード電極
（負極）であり、高分子電解質膜１は相対するこの正負
両電極２、３間に当接して配置されている。また４はカ
ソード電極側集電体、５はアノード電極側集電体であ
り、それぞれ正負の電極２及び３に当接されている。

【０００４】カソード電極側集電体４の電極２側には酸
素又は空気供給用の溝が設けられ、同じくアノード電極
側集電体５の電極３側には水素供給用の溝が設けられ
る。正極側集電体４の溝は酸素又は空気供給管６に、負
極側集電体５の溝は水素供給管７に連通している。また
８は正極側集電体４に当接して設けられたカソード端子
板、９は負極側集電体５に当接して設けられたアノード
端子板であり、電池の作動中にこれらを通して電力が取
り出される。さらに１０は左部枠体（左部フレーム）、
１１は右部枠体（右部フレーム）であり、これら左右両
枠体１０、１１により高分子電解質膜１からカソード端
子板８及びアノード端子板９までの電池本体を被って固
定されている。

【０００５】これら左右両枠体１０、１１間には、高分
子電解質膜１からカソード端子板８及びアノード端子板
９までの電池本体の周縁部を囲ってパッキン（ガスケッ
ト）１２が設けられ、これによってその電池本体の周縁
部を密に固定してシールし、特に高分子電解質膜１及び
正負両電極２、３に対してガスシールされている。なお
図１中、１３及び１４は冷却水供給管であり、これらは
それぞれ左部枠体１０及び右部枠体１１の内面に設けら
れた溝（閉通路）に連通し、カソード端子板８の背面及
びアノード端子板９の背面から冷却するようになってい
る。

【０００６】以上は、電池本体が単一の場合であるが、
この電池本体を二つ以上積み重ねて構成することも行わ
れる。この場合には二つ以上の各電池本体間にセパレー
タを介在させ、必要に応じてこれにも冷却水用の溝等を
設ける必要はあるが、電池本体の周縁部を囲ってパッキ
ンを設け、その電池本体の周縁部を密に固定してシール
し、高分子電解質膜１及び正負両電極２、３に対してガ
スシールをすること等を含めて、基本的には上述単一の
電池本体の場合と同じである。この場合にはパッキン１
２等の締め付けはセパレータをも介して行われる。

【０００７】この種の燃料電池における反応は、高分子
電解質膜が水素イオン導電体としてのカチオン交換膜で
ある場合、高分子電解質膜１とカソード電極（正極）２
の間では下記式（１）の反応、高分子電解質膜とアノー
ド電極（負極）３の間では下記式（２）の反応をし、全
体としては下記式（３）の反応が進行する。

【化１】カソード（負極）：１／２Ｏ₂ ＋２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ（１）アノード（正極）：Ｈ₂ → ２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- （２）全反応：１／２Ｏ₂ ＋Ｈ₂ → Ｈ₂Ｏ（３）

【０００８】ところで、上記のような形式の燃料電池に
おける燃料は水素である。水素は水の電解等によっても
得られるが、化石燃料である都市ガス（天然ガス）等を
改質して製造される。その際ＣＯ（一酸化炭素）の生成
は可及的に回避するようにされ、必要に応じてさらに除
去されるが、それでも例えば１００ｐｐｍ以下というよ
うな微量のＣＯ（一酸化炭素）が含まれている。このた
め燃料電池の燃料極側の触媒層としてはＣＯに被毒しに
くい触媒、例えば白金ールテニウム系の触媒を使用する
必要がある。しかし白金ールテニウム系触媒はＣＯによ
る被毒を受けにくい触媒であるが、白金触媒に比べて触
媒活性が劣る。このためＣＯを含まない水素を燃料とし
た時の白金触媒を用いた電池ほどの性能はどうしても得
られなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記問題
点を改善、解決するため各種多方面から研究検討を続け
たところ、その触媒層として、ＣＯによる被毒を受けに
くい触媒と活性に優れた触媒とを特定の手法で併用する
ことにより解決できることを見い出し、本発明に到達す
るに至ったものである。

【００１０】すなわち本発明は、ガス拡散層上に触媒粒
子、電解質、撥水化剤を含む触媒層を形成した燃料電池
用電極において、ガス拡散層上に形成する触媒層とし
て、活性の高い触媒の層とともに、耐ＣＯ性に優れる触
媒の層を特定の順序で積層形成することにより、活性の
高い触媒のＣＯによる被毒を防止するようにしてなる燃
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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガス拡散層上
に触媒粒子、電解質、撥水化剤を含む触媒層を形成した
燃料電池用電極であって、該ガス拡散層上に耐ＣＯ性に
優れる触媒を第１層とし、触媒活性に優れる触媒層を第
２層として積層形成してなることを特徴とする燃料電池
用電極を提供する。

【００１２】また、本発明は、ガス拡散層上に触媒粒
子、電解質、撥水化剤を含む触媒層を形成した燃料電池
用電極の製造法において、該ガス拡散層上に耐ＣＯ性に
優れる触媒からなる第１層を形成し、その上に触媒活性
に優れる触媒層からなる第２層を積層形成することを特
徴とする燃料電池用電極の製造方法を提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】燃料電池には、りん酸型、アルカ
リ型、固体高分子型等各種あるが、本発明の電極及びそ
の製造方法はそれらの何れの燃料電池用の電極としても
適用される。本発明の電極は触媒粒子、電解質及び撥水
化剤を含むが、本発明においては、その触媒粒子として
（１）触媒活性に優れる触媒粒子と（２）耐ＣＯ性に優
れる触媒粒子との二種類の触媒粒子が用いられる。

【００１４】このうち（１）触媒活性に優れる触媒粒子
を構成する触媒としては、燃料電池電極用触媒として、
触媒活性に優れ、使用し得るものであれば特に限定はな
く、その例としては白金ブラック粉末、白金合金粉末、
パラジウムブラック粉末、パラジウム合金粉末等の活性
金属粉末を挙げることができる。これらの触媒粉末はそ
れ自体としても触媒粒子として使用されるが、好ましく
は担体粒子に担持させて触媒粒子とされる。担体粒子と
しては特に限定はないが、好ましくはカーボンブラック
等のカーボン粒子が用いられ、この場合には白金担持の
カーボン粒子、白金合金担持のカーボン粒子、パラジウ
ム担持のカーボン粒子、パラジウム合金担持のカーボン
粒子等として構成されるが、これら活性金属は担体粒子
に一種又は二種以上が担持される。

【００１５】また（２）耐ＣＯ性に優れた触媒粒子とし
ては、耐ＣＯ性に優れた金属であれば使用されるが、そ
の例としては白金ールテニウム系の触媒等が挙げられ
る。これらの触媒はそれ自体粉末とし触媒粒子として使
用されるが、好ましくは担体粒子に担持させて触媒粒子
とされ、担体粒子に一種又は二種以上が担持される。担
体粒子としては特に限定はないが、好ましくはカーボン
ブラック等のカーボン粒子が用いられる。なお、上記白
金ールテニウム系の触媒は白金とルテニウムを含む合金
又は両金属を含む混合物として用いられるが、その各成
分の比率は所望の耐ＣＯ性、触媒活性等に応じて適宜設
定される。

【００１６】本発明ではそれら（１）触媒活性に優れた
触媒、好ましくは担体粒子に活性金属を担持した触媒と
（２）耐ＣＯ性に優れた触媒、好ましくは担体粒子に耐
ＣＯ性に優れた金属を担持した触媒とを、多孔性の基材
上に、まず（２）の層を形成し、次いで（１）の層を形
成して積層する。多孔性の基材は電極中でガス拡散層と
なるもので、材料としては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「シ
ート」と指称している）、或いはこれらを適宜撥水化し
て使用することができるが、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、この
うちその優れた特性から特に撥水化カーボンペーパーを
用いるのが特に有効である。

【００１７】上記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
対して撥水化剤、好ましくは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等の共重合体、その他そ
の誘導体を含む意味である。

【００１８】図２は多孔性の基材上へ上記両触媒の層を
積層形成した電極シートの状態を示す図である。図２
中、１５は多孔性の基材（ガス拡散層となる）、１６は
耐ＣＯ性に優れた触媒の層、１７は触媒活性に優れた触
媒の層である。この電極シートを燃料電池に組み込むと
きは、電解質（例えば高分子電解質膜）に対して触媒活
性に優れる触媒の層１７が第１層（すなわち電解質
側）、耐ＣＯ性に優れる触媒の層１６が第２層となるよ
うに配置される。

【００１９】これら両触媒の多孔性の基材すなわちガス
拡散層上への積層の仕方としては、（１）各触媒粒子を
含む混練物を順次積層する、（２）各触媒粒子を粉末と
して散布積層し、加熱下、プレスする、（３）各触媒粒
子を含む懸濁液を順次積層する等、特に限定はないが、
好ましくは（４）各触媒粒子を含む懸濁液を順次濾過法
により積層する、（５）各触媒粒子を含む懸濁液又は粘
性懸濁液を順次塗工法又は印刷法により積層する態様が
使用される。このうち（４）の濾過法による場合には、
特に好ましくは加圧濾過法が用いられる。

【００２０】上記の態様における活性金属担持の触媒粒
子を含む懸濁液としては、活性金属担持のカーボンブ
ラック粒子と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（撥水化剤としての役目も有す
る）として例えば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が用いられる。これらの点は
耐ＣＯ性に優れた金属を担持した触媒粒子を含む懸濁液
の場合についても同様である。この場合、例えば特願平
５ー２９７２８０号のように、その懸濁液を希硫酸水溶
液に分散させたものも使用することにより、これによる
効果（電極としての特性を向上させ、これを用いた電池
の性能を格段に改善させる）に加え、本発明による効果
も得ることができる。

【００２１】図３は、上記（４）の態様のうち、加圧濾
過法を適用する場合の態様例を示す図である（特開平８
ー１４８１５４号公報）。図３中１８は中空筒状体であ
り、これは図示のとおり竪型に配置されるが、材質とし
てはガラス製、金属製等適宜のものが使用できる。１９
は上板、２０は下板、２１、２２はそれぞれ上方及び下
方のパッキン、２３は触媒層が堆積されるシート（ガス
拡散板）である。このうちパッキン２１及び２２は、中
空筒状体の上下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、その縁部に
対応して円環状に構成される。

【００２２】上板１９は、濾過する溶液を導入する管
（バルブ付）２４、過剰圧時に空気を放出する管（バル
ブ付）２５を備え、容器内内圧を上昇させるコンプレッ
サー２７からの圧縮空気を導入する管２６が連結され
る。２８は下板２０の中央部に設けられた溶媒排出口、
２９は下板２０に一体に取付けられた脚部である。ガス
拡散板２３は、中空円筒体１８の下部開口縁部とパッキ
ン２２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。

【００２３】下板２０は、好ましくは図中点線で示すと
おりロート状に構成され、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１８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、また仮りに堆積物の厚みに分布
が生じても厚い部分は流れが悪くなり、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
斜はこのような効果を得る上で必要な限度で適宜設定さ
れる。

【００２４】その概略、以上の装置を操作するに際して
は、組立作業後、中空円筒体１８に触媒粒子を含む溶液
をその収容容器から導管２４を介して供給し、コンプレ
ッサー２７により圧縮空気を導入して中空円筒体１８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（中空筒状体の径、高さ等）、触媒粒子を
含む溶液の流動性（濃度、粘度等）、ガス拡散板２３自
体の強度等の性質、下板上面のロート状傾斜の程度等如
何により適宜選定できるが、通常、例えば中空円筒体の
直径が３０ｃｍ、高さ５ｃｍ程度の場合には０．１ｋｇ
／ｃｍ² Ｇ（ゲージ圧）以下で十分である。

【００２５】また、前記（５）各触媒粒子を含む懸濁液
又は粘性懸濁液を順次塗工法又は印刷法により積層する
態様については、塗工形式又は印刷形式で形成する態様
であれば特に限定はないが、その数例を示すと下記のと
おりである。なお、これらのうち（ａ）〜（ｃ）はその
特徴から印刷形式とも云えるものである。（ａ）ガス拡散層上に（Ａ）触媒粒子及び電解質を含む
触媒層、または（Ｂ）触媒粒子、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、触媒粒子を含む粘度の高いスラリーまたは触
媒粒子及び撥水化剤を含む粘度の高いスラリーを膜厚を
制御しながらガス拡散層に塗布した後、その塗布面に電
解質を含浸させる（特願平７ー３５３４５３号）。

【００２６】（ｂ）ガス拡散層上に（Ａ）触媒粒子及び
電解質を含む触媒層、または（Ｂ）触媒粒子、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
極を製造するに当り、触媒粒子及び非イオン界面活性剤
を含む粘度の高いスラリー、または触媒粒子、撥水化剤
及び非イオン界面活性剤を含む粘度の高いスラリーを膜
厚を制御しながらガス拡散層に塗布した後、熱処理を
し、次いでその塗布面に電解質を含浸させる（特願平７
ー３５３４５４号）。

【００２７】（ｃ）ガス拡散層上に触媒粒子、ポリテト
ラフルオロエチレン系ポリマー及び高分子電解質を含む
触媒層を有する燃料電池用電極の製造方法において、該
触媒層を触媒粒子と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との混合液に増粘剤を混合した
後、熱処理をし、次いで高分子電解質によりコーティン
グすることにより形成する（特願平７ー３５３４５５
号）。（ｄ）ガス拡散層上に（Ａ）触媒粒子及び電解質を含む
触媒層、または（Ｂ）触媒粒子、電解質及び撥水化剤含
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、触媒粒子及び電解質を含む粘度の高い有機溶媒
系の印刷液または触媒粒子、電解質及び撥水化剤を含む
粘度の高い有機溶媒系の印刷液をスクリーン印刷により
ガス拡散層に塗布する（特願平７ー３５３４５６号）。

【００２８】図４は、上記例示の態様のうち（ｄ）の態
様を実施する場合に好適に用いられる装置である。図４
中、３０は触媒層が印刷されるガス拡散層、３１はスク
リーン、３２はスキージ、３３は印刷塗布後の触媒層、
３４は触媒層用原料を含む印刷液であり、図４（ａ）中
の矢印（→）はスキージ３２の操作による印刷方向を示
している。また図４（ｂ）はスクリーン３１の平面図で
あり、図４（ｂ）中、３５は版膜すなわちマスキングさ
れたスクリーン、Ｓは露出したスクリーンであり、印刷
液３４により印刷された触媒層はこの露出空間部分Ｓに
形成される。この空間部分Ｓの形状は図４（ｂ）では長
方形に示しているが、正方形、円形、その他触媒層の所
望形状に応じた形状に構成される。

【００２９】この装置の操作態様としては、図示のとお
りスクリーン３１とスキージ３２との間に印刷液３４を
供給し、スキージ３２を図４（ａ）中の矢印（→）の方
向に移動させる。これによって拡散層３０上に所定厚の
触媒層３３が均一に印刷、形成される。印刷液３４は、
このようにして拡散層３０上に印刷され触媒層３３とな
るが、このためには所定粘度である必要があり、この粘
度は例えば１０００〜１００００ｃｐ（センチポイズ）
程度の粘度で適用することができる。また本態様によれ
ばスクリーン３１の厚さを選定することにより所望厚さ
の触媒層を自由に形成することができる。

【００３０】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（１）〜（４）のとおりである。（１）例
えばカーボン粒子に白金を担持した触媒粒子に対して電
解質を混合して減圧加熱処理により溶媒を除去する。
（２）同様にして、例えばカーボン粒子に白金ールテニ
ウム合金を担持した触媒粒子に対して電解質を混合して
減圧加熱処理により溶媒を除去する。（３）、（１）〜
（２）で得られた各触媒粒子のそれぞれと例えばポリテ
トラフルオロエチレンデンスパージョンとをモジナイザ
ーで混合する。（４）、（３）で得られた各懸濁液を、
例えば撥水化カーボンペーパー上に、白金ールテニウム
合金触媒、白金のみの触媒の順に過圧濾過法、印刷法等
により積層し電極とする。（５）作製した電極の間に固
体高分子電解質膜を挟みプレスして電池とする。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の方法及び装置の実施例を説明
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。本実施例での使用装置としては図３に示すよう
な加圧濾過装置を使用した。

【００３２】（１）カーボン粒子に５０％白金を担持し
た触媒粒子と電解質としてのＮＡＦＩＯＮ（パーフルオ
ロカーボンスルホン酸樹脂、ＤｕＰｏｎｔ社製、商品
名）のアルコール溶液を水とイソプロパノールの混合溶
媒に加えて均一に混合し、減圧加熱により溶媒を除去し
た。このとき触媒２ｇに対して電解質が１．５ｇとなる
ようにした。（２）、（１）で得られた電解質コーティ
ング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
を触媒２ｇに対してポリフロンが１．５ｇになるように
加えてホモジナイザーで混合した。

【００３３】（１）′上記と同様にして、カーボン粒子
に５０％白金ールテニウム合金（白金とルテニウムの重
量比＝１：１）を担持した触媒粒子と上記と同じ電解質
を触媒２ｇに対して電解質が１．５ｇとなるように混合
して減圧加熱処理により溶媒を除去した。（２）′、
（１）′で得られた電解質コーティング触媒粒子とポリ
フロンのディスパージョンを各触媒粒子２ｇに対してポ
リフロンが１．５ｇになるようにホモジナイザーで混合
した。

【００３４】（３）、次に図３に示す装置を使用し、上
記で得た各懸濁液を用いて触媒層を積層した。中空筒状
体としては内径１５ｃｍ、高さ８ｃｍのガラス製の中空
円筒状体を用いた。ガラス製中空円筒状体の下部とパッ
キンの間に気孔率８０％、厚さ０．４ｍｍの撥水化処理
したカーボンペーパー（表面積＝１７５ｃｍ² ）を挟
み、該撥水化カーボンペーパー上に、まず（１）′〜
（２）′で得られた白金ールテニウム合金を含む触媒の
懸濁液を過圧濾過法で成層し、次いでその層上に（１）
〜（２）で得られた白金のみを含む触媒の懸濁液を過圧
濾過法で成層した。このとき上記両触媒層の触媒量はと
もに０．５ｍｇ／ｃｍ² となるようにし、全体として
１．０ｍｇ／ｃｍ² となるようにした。

【００３５】上記撥水化カーボンペーパーはカーボンペ
ーパーに対してネオフロン（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
理をして作製したものである。こうして得た電極シート
を実施例電極シートとし、その２枚の電極シート間に固
体高分子電解質膜としてのパーフルオロカーボンスルホ
ン酸系樹脂膜を、両電極シートの触媒層側を膜面に当接
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。

【００３６】他方、比較例として、前記（１）′〜
（２）′と同様にして得られたカーボン粒子に担持した
５０％白金ールテニウム合金（白金とルテニウムの重量
比＝７：３）触媒粒子の懸濁液を上記と同じ撥水化カー
ボンペーパー上に過圧濾過法で成層して電極シートを作
製した。この場合撥水化剤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、触媒層の触媒量
についても１．０ｍｇ／ｃｍ² となるようにした。こう
して得られた電極シートを比較例電極シートとし、この
２枚の電極シートの触媒層側間に固体高分子電解質膜と
して上記と同じパーフルオロカーボンスルホン酸系樹脂
膜を挟み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。

【００３７】以上のとおり製作した各種供試用電池を用
い、燃料としてＣＯを８０ｐｐｍ含む水素を使用し、こ
れをアノード（燃料極）側に供給する一方、カソード
（酸素極）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５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。

【００３８】図５のとおり、比較例供試電池の場合、セ
ル電圧は電流密度の増加に伴い徐々に低下するが、実施
例供試電池においては、得られるセル電圧はさらに高
く、電流密度の増加に伴うその低下傾向も緩慢で有効に
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、電極を構成する触媒層として耐ＣＯ性に優れる触媒
と触媒活性に優れる触媒とを併用することにより、電池
特性をさらに有効に改善することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、燃料電
池における電解質（例えば高分子電解質膜）から離れた
領域において、耐ＣＯ性に優れる触媒が燃料ガス中のＣ
Ｏを吸着、還元するため、電解質に接し又は近接した領
域の活性の高い触媒がＣＯに被毒することなく、高性能
の燃料電池が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池の一例として固体高分子型燃料電池の
一態様を説明するための概略図。

【図２】本発明における多孔性の基材上に形成された耐
ＣＯ性に優れる触媒層と触媒活性に優れる触媒層との状
態を模式的に示す図。

【図３】本発明で好適に使用される電極作製装置の一態
様を示す図。

【図４】本発明で好適に使用される他の電極作製装置の
一態様を示す図。

【図５】実施例及び比較例で製作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高分子電解質膜２カソード電極（正極）３アノード電極（負極）４、５集電体６空気（酸素）供給管７燃料（水素）供給管８、９端子板１０、１１枠体（フレーム）１２、２１パッキン１３、１４冷却水供給管１５多孔性の基材１６担体粒子に耐ＣＯ性に優れた金属を担持した触媒
の層１７担体粒子に活性金属を担持した触媒層１８中空筒状体１９上板２０下板２１、２２パッキン２３触媒層が堆積されるシート（ガス拡散板）２４濾過する溶液を導入する管（バルブ付）２５過剰圧時に空気を放出する管（バルブ付）２６圧縮空気導入管２７コンプレッサー２８溶媒排出口２９脚部３０触媒層が印刷されるガス拡散層３１スクリーン３２スキージ３３印刷塗布後の触媒層３４触媒層とする印刷液３５スクリーン（版膜：マスキングされたスクリー
ン）Ｓ露出したスクリーン（スクリーンの露出空間部分）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス拡散層上に触媒粒子、電解質、撥水化
剤を含む触媒層を形成した燃料電池用電極であって、ガ
ス拡散層上に耐ＣＯ性に優れる触媒を第１層とし、触媒
活性に優れる触媒層を第２層として積層形成してなるこ
とを特徴とする燃料電池用電極。
【請求項２】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記載の燃料電池用
電極。
【請求項３】上記撥水化カーボンペーパーの撥水化剤が
ポリテトラフルオロエチレン系のポリマーである請求項
２記載の燃料電池用電極。
【請求項４】上記触媒活性に優れる触媒が担体粒子に白
金、白金を含む合金、パラジウム及びパラジウムを含む
合金から選ばれた１種又は２種以上の金属が担持された
触媒粒子からなる触媒である請求項１記載の燃料電池用
電極。
【請求項５】上記耐ＣＯ性に優れる触媒が担体粒子に白
金ールテニウム系触媒が担持された触媒粒子からなる触
媒である請求項１記載の燃料電池用電極。
【請求項６】上記担体粒子がカーボン粒子である請求項
４又は５記載の燃料電池用電極。
【請求項７】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記載の燃料電池用電極。
【請求項８】上記上記撥水化剤がポリテトラフルオロエ
チレン系のポリマーである請求項１記載の燃料電池用電
極。
【請求項９】上記燃料電池用電極が固体高分子型燃料電
池用の電極である請求項１記載の燃料電池用電極。
【請求項１０】ガス拡散層上に触媒粒子、電解質、撥水
化剤を含む触媒層を形成した燃料電池用電極の製造法に
おいて、該ガス拡散層上に耐ＣＯ性に優れる触媒からな
る層を形成し、次いで触媒活性に優れる触媒からなる層
を積層形成することを特徴とする燃料電池用電極の製造
方法。
【請求項１１】ガス拡散層上に触媒粒子、電解質、撥水
化剤を含む触媒層を形成した燃料電池用電極の製造法に
おいて、該ガス拡散層上に耐ＣＯ性に優れる触媒からな
る層を濾過法により形成し、次いで触媒活性に優れる触
媒からなる層を濾過法により積層形成することを特徴と
する燃料電池用電極の製造方法。
【請求項１２】ガス拡散層上に触媒粒子、電解質、撥水
化剤を含む触媒層を形成した燃料電池用電極の製造法に
おいて、該ガス拡散層上に耐ＣＯ性に優れる触媒からな
る層を塗工法又は印刷法により形成し、次いで触媒活性
に優れる触媒からなる層を塗工法又は印刷法により積層
形成することを特徴とする燃料電池用電極の製造方法。
【請求項１３】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１０乃至１２の何
れかに記載の燃料電池用電極の製造方法。
【請求項１４】上記撥水化カーボンペーパーの撥水化剤
がポリテトラフルオロエチレン系のポリマーである請求
項１３記載の燃料電池用電極の製造方法。
【請求項１５】上記触媒活性に優れる触媒が担体粒子に
白金、白金を含む合金、パラジウム又はパラジウムを含
む合金から選ばれた１種又は２種以上の金属が担持され
た触媒粒子からなる触媒である請求項１０乃至１２の何
れかに記載の燃料電池用電極の製造方法。
【請求項１６】上記耐ＣＯ性に優れる触媒が担体粒子に
白金ールテニウム系触媒が担持された触媒粒子からなる
触媒である請求項１０乃至１２の何れかに記載の燃料電
池用電極の製造方法。
【請求項１７】上記担体粒子がカーボン粒子である請求
項１５又は１６記載の燃料電池用電極の製造方法。
【請求項１８】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り、上記撥水化剤がポリテトラフル
オロエチレン系のポリマーである請求項１０乃至１２の
何れかに記載の燃料電池用電極の製造方法。