JPS6086767A - 燃料電池の電極触媒層の製造方法 - Google Patents
燃料電池の電極触媒層の製造方法Info
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- JPS6086767A JPS6086767A JP58195883A JP19588383A JPS6086767A JP S6086767 A JPS6086767 A JP S6086767A JP 58195883 A JP58195883 A JP 58195883A JP 19588383 A JP19588383 A JP 19588383A JP S6086767 A JPS6086767 A JP S6086767A
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- Japan
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- ptfe
- catalyst
- kneaded
- catalytic layer
- particles
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は燃料電池のガス拡散電極に設けられる触媒層の
製造方法に関する。
製造方法に関する。
燃料電池は電解液を保持したマトリックスを挾持する酸
化剤電極と燃料電糎を備え、これら両電・極はいずれも
多孔性電極基材に触媒層が設けられ、各電極にそれぞれ
拡散する酸化剤ガスまたは燃料ガスと電解液および触媒
との三相共存における電気化学的反応を連続的に行わせ
ることによシ生ずる化学的エネルギーを直接電気的エネ
ルギーに変換するものである。
化剤電極と燃料電糎を備え、これら両電・極はいずれも
多孔性電極基材に触媒層が設けられ、各電極にそれぞれ
拡散する酸化剤ガスまたは燃料ガスと電解液および触媒
との三相共存における電気化学的反応を連続的に行わせ
ることによシ生ずる化学的エネルギーを直接電気的エネ
ルギーに変換するものである。
このような燃料電池のガス拡散電極は、一般にガス拡散
性が良好で適度の湿潤性を有し、電気伝導性と機械的強
度が高く、耐熱性と電解液に対する耐食性にすぐれ、さ
らに触媒活性が大きく、薄膜状であることなどの諸性質
を兼備していることが望まれる。
性が良好で適度の湿潤性を有し、電気伝導性と機械的強
度が高く、耐熱性と電解液に対する耐食性にすぐれ、さ
らに触媒活性が大きく、薄膜状であることなどの諸性質
を兼備していることが望まれる。
例えば燐酸を電解液とする燃料電池のガス拡散電極の構
成を第１図に模式図で示したが、例えば炭素繊維を薄膜
に抄紙法で形成した多孔性のカーボンペーパ基材１の上
にカーボン粉末を担体として貴金属を担持させた触媒２
と結合剤であるとともに撥水剤の役割をも果すポリテト
ラフルオロエチレン（以下ＦＴＦＭと略称する）３とを
混合分散させた懸濁液を、スプレー、ブレードコーティ
ングまたは静電塗装などの方法により塗布した触媒層４
により構成されている。
成を第１図に模式図で示したが、例えば炭素繊維を薄膜
に抄紙法で形成した多孔性のカーボンペーパ基材１の上
にカーボン粉末を担体として貴金属を担持させた触媒２
と結合剤であるとともに撥水剤の役割をも果すポリテト
ラフルオロエチレン（以下ＦＴＦＭと略称する）３とを
混合分散させた懸濁液を、スプレー、ブレードコーティ
ングまたは静電塗装などの方法により塗布した触媒層４
により構成されている。
しかしながら多孔性カーボンペーパ基材１に塗布された
触媒層２は従来次のような問題が屡々発生していた。す
なわち、 （１）触媒とＰ Ｔ Ｆ−Ｅの結着性が弱く、触媒の欠
落が生じやすい。
触媒層２は従来次のような問題が屡々発生していた。す
なわち、 （１）触媒とＰ Ｔ Ｆ−Ｅの結着性が弱く、触媒の欠
落が生じやすい。
（２）触媒層にひび割れが生ずる。
（、’３） 機械的強度が小さい。
（４）厚さ、密度などを均一にすることが困難である。
などであシ、このため従来触媒層が長時間にわたって安
定に反応界面を維持することができなかった。
定に反応界面を維持することができなかった。
本発明の目的は上述の欠点を除去し、寸法精度。
機械的強度にすぐれ長寿命を保つ燃料電池のガス拡散電
極に設けられる触媒層の製造方法を提供することにある
。
極に設けられる触媒層の製造方法を提供することにある
。
本発明による触媒層はカーボン粉末に貴金属を担持させ
た触媒とＰＴＦ’Ｅとの混合物を十分に混錬した後、加
圧成形体となし、この加酸形体を２５℃以上に加熱しな
がら所定寸法に切削加工することにより得られる。
た触媒とＰＴＦ’Ｅとの混合物を十分に混錬した後、加
圧成形体となし、この加酸形体を２５℃以上に加熱しな
がら所定寸法に切削加工することにより得られる。
以下本発明を実施例に基づき説明する。
まず、従来法によりカーボンブラック、黒鉛。
活性炭などのカーボン粉末担体として、これに所定量の
貴金属例えばＰｔ 、 Ｒｈ 、 Ｘｒなどを担持させ
た触媒粒子を作製する。この触媒粒子を水またはアルコ
ールなどに分散した混合液にさらにＰＴＦＢ粒子を所定
量に混合した後、液分を濾過除去して触媒とＰＴＦＦｉ
の混合物の凝集体を残す。この凝集体をニーダまたは混
錬ロールを用いて十分に混錬した後加熱乾燥させ、均一
に混り合った触媒とＰＩ″ｎの混錬物とする。なお加熱
乾燥は必要に応じて大気、窒素ガスまたは真空雰囲気を
用いることができる。次にこの混錬物を柱状の加圧成形
型に充填し、例えば１００〜３００Ｋｇ／、、！の加圧
力で成形し、得られた柱状成形体を窒素ガス雰囲気中で
ＰＴＦＥの溶融温度である３５０〜３８０℃に数時間加
熱焼成することによ５ ＰＴＦＥで結着された触媒の柱
状塊体を作製する。このようにしてつくられた触媒塊体
を切削加工機により２５℃以上好１しくけ５０℃に加熱
しながら所定の厚さ例えば５０〜２００／７に切削し、
本発明の触媒膜が得られる。
貴金属例えばＰｔ 、 Ｒｈ 、 Ｘｒなどを担持させ
た触媒粒子を作製する。この触媒粒子を水またはアルコ
ールなどに分散した混合液にさらにＰＴＦＢ粒子を所定
量に混合した後、液分を濾過除去して触媒とＰＴＦＦｉ
の混合物の凝集体を残す。この凝集体をニーダまたは混
錬ロールを用いて十分に混錬した後加熱乾燥させ、均一
に混り合った触媒とＰＩ″ｎの混錬物とする。なお加熱
乾燥は必要に応じて大気、窒素ガスまたは真空雰囲気を
用いることができる。次にこの混錬物を柱状の加圧成形
型に充填し、例えば１００〜３００Ｋｇ／、、！の加圧
力で成形し、得られた柱状成形体を窒素ガス雰囲気中で
ＰＴＦＥの溶融温度である３５０〜３８０℃に数時間加
熱焼成することによ５ ＰＴＦＥで結着された触媒の柱
状塊体を作製する。このようにしてつくられた触媒塊体
を切削加工機により２５℃以上好１しくけ５０℃に加熱
しながら所定の厚さ例えば５０〜２００／７に切削し、
本発明の触媒膜が得られる。
第２図は本発明により得られた触媒層を有するガス拡散
電極の構成を模式的に示した説明図であシ、第１図と同
一符号は同一名称をもって表わしである。
電極の構成を模式的に示した説明図であシ、第１図と同
一符号は同一名称をもって表わしである。
第２図における触媒層４が第１図と異なる所は、分散配
置された触媒２０間隙を単にＰＴＦＥ３が埋めているの
ではなく、触媒２とＰＴＦＥ３を混錬して成形体とし、
これを切り出したものとすることにより、ＰＴＦＥ３が
網目状に互に交錯してその間に触媒２が分散している。
置された触媒２０間隙を単にＰＴＦＥ３が埋めているの
ではなく、触媒２とＰＴＦＥ３を混錬して成形体とし、
これを切り出したものとすることにより、ＰＴＦＥ３が
網目状に互に交錯してその間に触媒２が分散している。
したがって第１図に比べて触媒２がより均一に分布して
いることと、結着剤としてのＰＴＦＥ３の結合が強固に
なっている点が、電極触媒層４として好ましい状態にな
っている。
いることと、結着剤としてのＰＴＦＥ３の結合が強固に
なっている点が、電極触媒層４として好ましい状態にな
っている。
このようにして得られた触媒層はカーボン繊維などから
なる多孔質電極基材１に重ね、ＰＴＦＥ！３の溶融温度
で加熱圧着することにょシ、燃料電池のガス拡散電極を
容易に作製することができる。
なる多孔質電極基材１に重ね、ＰＴＦＥ！３の溶融温度
で加熱圧着することにょシ、燃料電池のガス拡散電極を
容易に作製することができる。
なお、本実施例においては触媒粒子とＰＴＦＫの混錬物
を湿式により作製する方法について述べだが、乾式混合
した混錬物としても同様の結果が得られる。
を湿式により作製する方法について述べだが、乾式混合
した混錬物としても同様の結果が得られる。
以上実施例で説明したごとく、本発明の方法による電極
触媒層は従来法のように単に貴金属を担持した触媒粒子
とＰＴＦＫの懸濁液を塗布するのではなく、この懸濁液
からさらに触媒粒子とＰＴＦＥの混錬物をつくシ加圧成
形するという工程を付加して、この加圧成形体を切削加
工することによシ、固形状の触媒層を別途作製した後、
電極基材に加熱圧着するという点に特徴を有し、その結
果、触媒層は触媒粒子とＰＴＦＫが均一に強固に結合さ
れたものとなり、ひび割れなどを生ずることなく、機械
的強度が大であり、寸法精度も向上する。すなわち従来
法による触媒層に比べると、機械的強度は数十倍にも達
し、この電極を用いた燃料電池の放電特性は少くとも１
０％向上している。
触媒層は従来法のように単に貴金属を担持した触媒粒子
とＰＴＦＫの懸濁液を塗布するのではなく、この懸濁液
からさらに触媒粒子とＰＴＦＥの混錬物をつくシ加圧成
形するという工程を付加して、この加圧成形体を切削加
工することによシ、固形状の触媒層を別途作製した後、
電極基材に加熱圧着するという点に特徴を有し、その結
果、触媒層は触媒粒子とＰＴＦＫが均一に強固に結合さ
れたものとなり、ひび割れなどを生ずることなく、機械
的強度が大であり、寸法精度も向上する。すなわち従来
法による触媒層に比べると、機械的強度は数十倍にも達
し、この電極を用いた燃料電池の放電特性は少くとも１
０％向上している。
第１図は従来のガス拡散電極の構成を示す模式図、第２
図は本発明によるガス拡散電極の構成を示す模式図であ
る。 １・・電極基材、２・触媒、３・・ＰＴＦＥ、４・・・
触媒層。 第１図 第２図
図は本発明によるガス拡散電極の構成を示す模式図であ
る。 １・・電極基材、２・触媒、３・・ＰＴＦＥ、４・・・
触媒層。 第１図 第２図
Claims (1)
- コ）カーボン粉末に貴金属を担持させた触媒と弗素樹脂
結着剤との混錬物を加圧成形して得られた成形体を、前
記結着剤の溶融温度で焼成した後、少くとも２５℃好ま
しくは５０℃に加熱しながら切削加工することを特徴と
する燃料電池の電極触媒層の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58195883A JPS6086767A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 燃料電池の電極触媒層の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58195883A JPS6086767A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 燃料電池の電極触媒層の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6086767A true JPS6086767A (ja) | 1985-05-16 |
Family
ID=16348568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58195883A Pending JPS6086767A (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 燃料電池の電極触媒層の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6086767A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6445060A (en) * | 1987-08-12 | 1989-02-17 | Fuji Electric Co Ltd | Manufacture of electrode catalyst layer for fuel cell |
-
1983
- 1983-10-19 JP JP58195883A patent/JPS6086767A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6445060A (en) * | 1987-08-12 | 1989-02-17 | Fuji Electric Co Ltd | Manufacture of electrode catalyst layer for fuel cell |
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