JPS6353855A - 燃料電池用炭素電極の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば燃料電池に用いられる炭素電極に関す
る。

〔従来の技術とその問題点〕

従来の燃料電池に用いられている炭素電極はグラファイ
トあるいは炭素の粉末や繊維をバインダーと混練し、こ
の混合物を加熱成形した後燃成炭化したものが主であっ
た（例えば、特開昭６１−８３６１１．６１−８６４１
１号公＠）。

・Ａｔ しかしながら、このような混合物釉結体からなる炭素電
極は細孔径にばらつきがあるため電気車こるため、電極
の寸法精度も十分ではなかった。

本発明は上記のよつな欠点のない炭素電極を提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するだめの手段〕

発明者らは検討を重ねた結果、炭素成形体の表面にがラ
ス状の炭素を被覆したものが上記のような欠点のない優
れた炭素′４極となりうろことを見出した。すなわち、
本発明は、炭素成形体の表面に有機高分子の熱分解生成
物からなる被膜を設けた炭素電極である。

以下、本発明の詳細な説明する。本発明において炭素成
形体とは炭素材料を必要とする電極の形状に合わせて成
形加工したものである。炭素材料は常温での引張り強さ
が５０Ｋｇ／α２以上のものであり、開気孔率は５〜７
０チのものが好ましく、より好ましくは６０〜６０％で
ある。

有機高分子は特に限定はないが、炭素含有量が３０ｕ量
チ以上のものが好ましく、特にポリ塩化ビニル、ポリビ
ニルアルコール、ポリ酢酸ビニルおよびアルキルフェノ
ールｍ脂は炭素収率の点で好ましい。

熱分解は真空中または不活性雰囲気中でユ度２００〜５
００°Ｃで行なうが、炭素含有量が５０〜９８重量％の
範囲、好ましくは９０〜９５重量％になるように熱分解
の温度、時間を定める。得られたピッチ状の炭素前駆体
（以下、これをＰＣと略する）を溶媒に解解して溶液と
し、これを前記炭素成形体狭面に塗布する。

前記溶媒はトリクレン、クロロセン等の脂肪族塩素系の
もの、あるいはベンゼン、トルエン等の芳香族系のもの
が溶解性の点で好ましい。溶解濃度は１００〜１０００
Ｉ！／Ｊが適当である。とくに、炭素電極の強度を高め
たい場合には、前記溶液にＰＣを８００°Ｃ程度で不活
性雰囲気中で炭化したものを平均粒径が０．１〜５０μ
ｍになるように粉砕した炭素粉末を添加してもよい。

このようにｐｃの被膜を設けた炭素成形体を不活性がス
または真空中で加熱することによってＰＣを炭化する。

炭化する際の昇温速度は６００〜５５０°Ｃを特に注意
して１℃／　ｍｉｎ　＠度にするが、それ以外の領域は
１５℃／　ｍｉｎ程度でよい。

最終焼成温度は、６００℃以上であればよいが、炭素電
極の使用温度より約１００°Ｃ以上高くすることが好ま
しい。最終焼成温度で１〜１０時間維持することによっ
て炭素成極が完成する。

なお、前記炭化処理を行なう前に、空気中で１００〜６
５０℃の温度で１０時間程度加熱すると、ＰＣが適度に
酸化されて架橋化が起って緻密になるため、炭化処理中
の炭素分の揮散損失がなくなり、また、完成した炭素電
極にクラックが入るおそれも少なくなる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

〔実施例〕゛ 実施例１〜３ 炭素成形体は、気孔率５５％、４５％および６５％の６
種類の炭素材を長さ６０ｍｘ、幅１５ｍｇ。

厚さ４．０ｍに切出したものを用いた。

有機高分子は塩化ビニル樹脂（４気化学工業（株）商品
名５ｓ−１１０）を用いた。前記塩化ビニル樹脂をアル
ゴンがス中、３９０　’Ｃの温度で９０分加熱焼成する
ことによりＰＣを得た。

つぎに、ｐｃをトリクレンに５００　！！／ｌの濃度で
溶解し、この溶液中に上記炭素成形体を浸漬し、超片波
含没することによりｐｃを塗布した。

これらｐｃを塗布された成形体を焼成炉に入れ、空気雰
囲気中２５０℃で１０時間の不融化処理を行なったのち
、アルゴンがスで置換し、３００’Ｃまでは５℃／　ｍ
ｉｎ　、　６００〜５５０℃は１℃／ｍｉｎ、　５５０
〜１　［）　［１０’Ｃは１０℃／　ｍｉｎで昇温し、
１０００℃で２時間保持して炭化させ、炭素な極の試験
片を得た。

得られた試験片の平均細孔径、細孔径の標準偏差、・４
気抵抗および焼成前後の厚み変化を下記の方法で測定し
た。また、下記の方法で耐薬品性試験を行なった。

平均細孔径、細孔径の標準ｔｍ＝の測定・・・ｃａｒｌ
。

Ｂｒｂａ　製水銀ポロシメーターを用いて測定した。

成気抵抗測定・・・Ｊ工ｓ　Ｒ７２０２に準じて四探針
法で測定した。

焼成前後の厚み変化の測定・・・焼成前と焼成後に炭素
電極の厚さをノギスを用いて０．［］５ｍの精度で測定
し、焼成前の厚さ／焼成後の厚さの比を厚み比とした。

耐薬品性試験・・・表に示した薬品中に２４０時間浸し
、試料の重量変化を測定した。

上記測定結果は表１および表２に示すとおりである。こ
れらの値は炭素電極として優れた特性のものである。

比較例 フェノール・ホルムアルデヒド樹脂５０部（重量単位、
以下同じ）、黒鉛粉末２０部、セルロース２０部および
フェノール樹脂液５０部とを混練し、ロール圧延機を用
いて厚さ７朋の板を成形した。次いで、この圧延板を１
２０°Ｃで１０時間の加熱により硬化させたのち、アル
イン＃−気中５５０℃まで５℃／　ｈｒで、さらに１０
００’Ｏまで２℃／　ｍｉｎの昇温速度で加熱し、１０
００’Ｃで２時間保持して厚さ約４　ｍｘの多孔質炭素
板を得た。

得られた炭素板より試験片を作成した。

実施例１〜６と同じ方法で平均細孔径、細孔径の標準偏
差、１Ｌ気抵抗および焼成前後の厚み変化を測定した。

これらの結果は表１に示すとおり、実施例１〜乙に比べ
て、細孔径の標準偏差が大きく、電気抵抗が大きく、そ
して焼成前後の厚み比が大きかった。また表２に示すと
おり、耐薬品性試験の結果、実施例１〜６に比べて重量
の変動が大きかった。

〔発明の効果〕

本発明の炭素成極は炭素成形体の表面に有機高分子の熱
分解生成物からなる被膜を設けてあり、均一な細孔径を
有し、Ｉ気抵抗が小さく、また、寸法精度が高く、さら
に耐食性が優れている。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 炭素成形体の表面に有機高分子の熱分解生成物からなる
   被膜を設けた炭素電極。