JPS6210865A - 燃料電池用電極−マトリツクス結合体およびその製造方法 - Google Patents
燃料電池用電極−マトリツクス結合体およびその製造方法Info
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- JPS6210865A JPS6210865A JP60150363A JP15036385A JPS6210865A JP S6210865 A JPS6210865 A JP S6210865A JP 60150363 A JP60150363 A JP 60150363A JP 15036385 A JP15036385 A JP 15036385A JP S6210865 A JPS6210865 A JP S6210865A
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- matrix
- layer
- electrode
- catalyst
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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
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
-
- 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
-
- 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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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は燃料電池用電極−マトリックス結合体２よび
その製造方法に関するものである。
その製造方法に関するものである。
第２図は例えば特開昭５８−１６５２５９号公報に示さ
れた従来の燃料電池用電極−マ） ＩＪラックス合体を
示す断面図であり、図において、（１）は例えばカーボ
ンペーパにポリテトラフルオロエチレンの分散液を塗布
乾燥することにより撥水処理を施してなる電極基材、（
２）は例えば白金を担持したカーボン粉末の触媒と結着
剤であるポリテトラフルオロエチレンよりなる触媒層、
（３）は例えばマトリックス材と結着剤であるポリテト
ラフルオロエチレンよりなるマトリックス層である。
れた従来の燃料電池用電極−マ） ＩＪラックス合体を
示す断面図であり、図において、（１）は例えばカーボ
ンペーパにポリテトラフルオロエチレンの分散液を塗布
乾燥することにより撥水処理を施してなる電極基材、（
２）は例えば白金を担持したカーボン粉末の触媒と結着
剤であるポリテトラフルオロエチレンよりなる触媒層、
（３）は例えばマトリックス材と結着剤であるポリテト
ラフルオロエチレンよりなるマトリックス層である。
次に製造方法について説明する。電極基材（１）はカー
ボンペーパにポリテトラフルオロエチレンの分散液を塗
布乾燥することにより撥水処理を施している。触媒層（
２）は電極基材（１）上に白金を担持したカーボン粉末
の触媒と結着剤であるポリテトラフルオロエチレンの分
散液とを混合したペーストを塗布することにより形成す
る。マトリックス層（３）は触媒層（２）上にマトリッ
クス材の微粒子と結着剤であるポリテトラフルオロエチ
レンの分散液とを混合したペーストを塗布し形成する。
ボンペーパにポリテトラフルオロエチレンの分散液を塗
布乾燥することにより撥水処理を施している。触媒層（
２）は電極基材（１）上に白金を担持したカーボン粉末
の触媒と結着剤であるポリテトラフルオロエチレンの分
散液とを混合したペーストを塗布することにより形成す
る。マトリックス層（３）は触媒層（２）上にマトリッ
クス材の微粒子と結着剤であるポリテトラフルオロエチ
レンの分散液とを混合したペーストを塗布し形成する。
焼成は、触媒層（２）とマトリックス層（３）とを一括
して焼成する場合と、触媒層（２）とマトリックス層（
３）とを別々に焼成する場合がある。
して焼成する場合と、触媒層（２）とマトリックス層（
３）とを別々に焼成する場合がある。
従来の燃料電池用電極−マ） ＩＪソックス合体は以上
のように製造されているので、焼成した触媒層（２）の
上にマ） ｌ）ツクス層（３）を形成すると触媒層（２
）とマトリックス層（３）との密着性が悪く、マトリッ
クス層（３）の剥離やクラックが生じ、また、触媒層（
２）とマトリックス層（３）の焼成を一括して行なう場
合には、密着性が改善されるが、マトリックス（３）の
焼成温度が高過ぎるため、マトリックス層（３）中の電
解質の浸透速度が遅くなるという問題点があった。
のように製造されているので、焼成した触媒層（２）の
上にマ） ｌ）ツクス層（３）を形成すると触媒層（２
）とマトリックス層（３）との密着性が悪く、マトリッ
クス層（３）の剥離やクラックが生じ、また、触媒層（
２）とマトリックス層（３）の焼成を一括して行なう場
合には、密着性が改善されるが、マトリックス（３）の
焼成温度が高過ぎるため、マトリックス層（３）中の電
解質の浸透速度が遅くなるという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消丈るためになされ
たもので、マトリックス層中の電解質の浸透性を保持し
て、触媒層とマトリックス層との密着性を改善できる燃
料電池用電極−マトリックス結合体およびその製造方法
を得ることを目的とする。
たもので、マトリックス層中の電解質の浸透性を保持し
て、触媒層とマトリックス層との密着性を改善できる燃
料電池用電極−マトリックス結合体およびその製造方法
を得ることを目的とする。
この発明に係る燃料電池用電極−マトリックス結合体お
よびその製造方法は、触媒層を２層化し、電極基材側の
第１の触媒層の撥水性よりもマトリックス層側の第２の
触媒層の撥水性を弱くするとともに、触媒層の焼成工程
とマトリックス層の焼成工程とを分離したものである。
よびその製造方法は、触媒層を２層化し、電極基材側の
第１の触媒層の撥水性よりもマトリックス層側の第２の
触媒層の撥水性を弱くするとともに、触媒層の焼成工程
とマトリックス層の焼成工程とを分離したものである。
この発明における燃料電池用電極−マトリックス結合体
およびその製造方法は、マトリックス層側に配置された
第２の触媒層は、焼成後において撥水性が弱く、その上
に形成されるマトリックス層との密着性が確保できる。
およびその製造方法は、マトリックス層側に配置された
第２の触媒層は、焼成後において撥水性が弱く、その上
に形成されるマトリックス層との密着性が確保できる。
また、触媒層とマトリックス層との焼成条件を独立して
設定できるため、それぞれの層における最適条件で焼成
が可能となる。
設定できるため、それぞれの層における最適条件で焼成
が可能となる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する０第１
図において、（１）は撥水処理が施された電極基材、（
３）は例えばマトリックス材と結着剤であるポリテトラ
フルオロエチレンよりなるマトリックス層、＋４） 、
ｒ５）は例えば白金を担持したカーボン粉末の触媒と
結着剤であるポリテトラフルオロエチレンよりなる第１
の触媒層および第２の触媒層であり、第１の触媒層（４
）と第２の触媒層（５）と異なる点は、結着剤であるポ
リテトラフルオロエチレンの含有量で、第２の触媒層（
５）の含有量を少なくし、焼成した後でも撥水性を弱く
している。
図において、（１）は撥水処理が施された電極基材、（
３）は例えばマトリックス材と結着剤であるポリテトラ
フルオロエチレンよりなるマトリックス層、＋４） 、
ｒ５）は例えば白金を担持したカーボン粉末の触媒と
結着剤であるポリテトラフルオロエチレンよりなる第１
の触媒層および第２の触媒層であり、第１の触媒層（４
）と第２の触媒層（５）と異なる点は、結着剤であるポ
リテトラフルオロエチレンの含有量で、第２の触媒層（
５）の含有量を少なくし、焼成した後でも撥水性を弱く
している。
次に製造方法をリン酸燃料電池の燃料極を例にとって説
明する。
明する。
撥水処理を施したカーボンペーパよりなる電極 □基
材（１）の上に白金を担持したカーボン粉末の触媒と結
着剤であるポリテトラフルオロエチレンを３０重量係含
む第１の触媒層（４）を８０μｍ形成し、この第１の触
媒層（４）上に、白金を担持したカーボン粉末の触媒と
結着剤であるポリテトラフルオロエチレンを５重量係合
む第２の触媒層（５）を形成した後、３００℃で焼成し
た。次に焼成した第２の触媒層（５）上に、マトリック
ス材と結着剤であるポリテトラフルオロエチレンを含む
マトリックス層（３）を形成し、２５０℃で焼成した。
材（１）の上に白金を担持したカーボン粉末の触媒と結
着剤であるポリテトラフルオロエチレンを３０重量係含
む第１の触媒層（４）を８０μｍ形成し、この第１の触
媒層（４）上に、白金を担持したカーボン粉末の触媒と
結着剤であるポリテトラフルオロエチレンを５重量係合
む第２の触媒層（５）を形成した後、３００℃で焼成し
た。次に焼成した第２の触媒層（５）上に、マトリック
ス材と結着剤であるポリテトラフルオロエチレンを含む
マトリックス層（３）を形成し、２５０℃で焼成した。
このようにして製造されたマトリックス層（３）は、密
着性もよく、クラックも生じなかった。
着性もよく、クラックも生じなかった。
なお、第１．第２の触媒層（４） 、 （５）の焼成条
件は、三相界面を安定に保つ観点から決める必要があり
、一方マトリックス層（３）の焼成条件は、電解質であ
る例えばリン酸の浸透速度および保持性の観点から決め
る必要がある。従来の製造方法では、触媒層（２）かマ
トリックス層（３）のいずれか一方の特性を犠牲にする
必要があったが、この発明では、第１、第２の触媒層（
４） 、 （５）とマトリックス層（３）についてそれ
ぞれ最適の焼成条件を選定できる。
件は、三相界面を安定に保つ観点から決める必要があり
、一方マトリックス層（３）の焼成条件は、電解質であ
る例えばリン酸の浸透速度および保持性の観点から決め
る必要がある。従来の製造方法では、触媒層（２）かマ
トリックス層（３）のいずれか一方の特性を犠牲にする
必要があったが、この発明では、第１、第２の触媒層（
４） 、 （５）とマトリックス層（３）についてそれ
ぞれ最適の焼成条件を選定できる。
なお、上記実施例では、リン酸形燃料電池の燃料極の場
合について示したが、空気極にも適用してよ（、アルカ
リ形燃料電池にも実施適用できる。
合について示したが、空気極にも適用してよ（、アルカ
リ形燃料電池にも実施適用できる。
また、上記実施例では電極基材としてカーボンペーパを
用いた場合について説明したが、片面に反応ガス流路を
形成した、いわゆるリプ付電極にこの発明を適用しても
上記実施例と同様の効果が得られる。
用いた場合について説明したが、片面に反応ガス流路を
形成した、いわゆるリプ付電極にこの発明を適用しても
上記実施例と同様の効果が得られる。
以上のように、この発明によれば、触媒層を２層化し、
触媒層とマトリックス層の密着性およびマトリックス層
の電解質の浸透性が改善され、４？性のよい燃料電池が
得られる効果がある。
触媒層とマトリックス層の密着性およびマトリックス層
の電解質の浸透性が改善され、４？性のよい燃料電池が
得られる効果がある。
第１図は、この発明の一実施例による燃料電池用電極−
マトリックス結合体の構成を示す断面図、第２図は従来
の燃料電池用電極−マトリックス結合体の構成を示す断
面図である。 図において、（１）は電極基材、（３）はマトリックス
層、（４）は第１の触媒層、（５）は第２の触媒層であ
る。 なお、図中同一符号は同一、又は和尚部分を示す０
マトリックス結合体の構成を示す断面図、第２図は従来
の燃料電池用電極−マトリックス結合体の構成を示す断
面図である。 図において、（１）は電極基材、（３）はマトリックス
層、（４）は第１の触媒層、（５）は第２の触媒層であ
る。 なお、図中同一符号は同一、又は和尚部分を示す０
Claims (6)
- （１）電極基材と、この電極基材上に形成されたマトリ
ックス層と、上記電極基材とマトリックス層との間に位
置し、上記電極基材上に形成された第１の触媒層と、こ
の第１の触媒層と上記マトリックス層との間に位置し、
上記第１の触媒層上に形成され、上記第１の触媒層の撥
水性よりも弱い撥水性の第２の触媒層とを備えたことを
特徴とする燃料電池用電極−マトリックス結合体。 - （２）第１の触媒層、第２の触媒層はそれぞれ触媒粉末
と結着剤とからなることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の燃料電池用電極−マトリックス結合体。 - （３）第１の触媒層の結着剤の含有量が３０〜６０重量
％、第２の触媒層の結着剤の含有量が１〜３０重量％で
あることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の燃料
電池用電極−マトリックス結合体。 - （４）結着剤はポリテトラフルオロエチレンであること
を特徴とする特許請求の範囲第２項または第３項記載の
燃料電池用電極−マトリックス結合体。 - （５）電極基材上に第１の触媒層を形成する工程と、上
記第１の触媒層上に上記第１の触媒層の撥水性よりも弱
い撥水性の第２の触媒層を形成する工程と、上記第１の
触媒層、第２の触媒層を焼成する工程と、焼成された上
記第２の触媒層上にマトリックス層を形成する工程と、
上記マトリックス層を焼成する工程とからなる燃料電池
用電極−マトリックス結合体の製造方法。 - （６）マトリックス層の焼成温度を触媒層の焼成温度よ
りも低くしたことを特徴とする特許請求の範囲第５項記
載の燃料電池用電極−マトリックス結合体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60150363A JPS6210865A (ja) | 1985-07-05 | 1985-07-05 | 燃料電池用電極−マトリツクス結合体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60150363A JPS6210865A (ja) | 1985-07-05 | 1985-07-05 | 燃料電池用電極−マトリツクス結合体およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6210865A true JPS6210865A (ja) | 1987-01-19 |
Family
ID=15495355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60150363A Pending JPS6210865A (ja) | 1985-07-05 | 1985-07-05 | 燃料電池用電極−マトリツクス結合体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6210865A (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5854563A (ja) * | 1981-09-29 | 1983-03-31 | Toshiba Corp | 空気電極の触媒層 |
| JPS58163173A (ja) * | 1982-03-23 | 1983-09-27 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池用電極 |
| JPS58166638A (ja) * | 1982-03-27 | 1983-10-01 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPS58166666A (ja) * | 1982-03-26 | 1983-10-01 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池の単電池製造方法 |
| JPS61279064A (ja) * | 1985-06-04 | 1986-12-09 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
-
1985
- 1985-07-05 JP JP60150363A patent/JPS6210865A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5854563A (ja) * | 1981-09-29 | 1983-03-31 | Toshiba Corp | 空気電極の触媒層 |
| JPS58163173A (ja) * | 1982-03-23 | 1983-09-27 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池用電極 |
| JPS58166666A (ja) * | 1982-03-26 | 1983-10-01 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池の単電池製造方法 |
| JPS58166638A (ja) * | 1982-03-27 | 1983-10-01 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPS61279064A (ja) * | 1985-06-04 | 1986-12-09 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
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