JP2000136493A - カ―ボンシ―トの製造方法及び燃料電池用電極の製造方法 - Google Patents
カ―ボンシ―トの製造方法及び燃料電池用電極の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低コストで耐久性に優れたカーボンシート及
び燃料電池用電極を製造する。 【解決手段】 カーボン繊維を、結合材を用いてシート
状に成形し乾燥した成形シートを撥水材粒子分散液に浸
漬後、焼成して前記撥水材粒子を固着させると同時に前
記結合材を酸化除去すること、及び前記成形シートに、
前記撥水材粒子分散液の分散媒を吸収できる分散媒吸収
材料が含有されていることを特徴とするカーボンシート
の製造方法及びこのカーボンシートの一方の面に触媒を
担持することを特徴とする燃料電池用電極の製造方法。
び燃料電池用電極を製造する。 【解決手段】 カーボン繊維を、結合材を用いてシート
状に成形し乾燥した成形シートを撥水材粒子分散液に浸
漬後、焼成して前記撥水材粒子を固着させると同時に前
記結合材を酸化除去すること、及び前記成形シートに、
前記撥水材粒子分散液の分散媒を吸収できる分散媒吸収
材料が含有されていることを特徴とするカーボンシート
の製造方法及びこのカーボンシートの一方の面に触媒を
担持することを特徴とする燃料電池用電極の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はカーボンシートの製
造方法及び燃料電池用電極の製造方法に関する。
造方法及び燃料電池用電極の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、一般的に多数のセルが積層
されており、このセルは、二つの電極（燃料極と酸化剤
極）で電解質を挟んだ構造をしている。
されており、このセルは、二つの電極（燃料極と酸化剤
極）で電解質を挟んだ構造をしている。
【０００３】前記燃料極では、水素を主成分とする燃料
ガス中の水素が燃料極触媒に接触することにより下記の
反応が生ずる。
ガス中の水素が燃料極触媒に接触することにより下記の
反応が生ずる。
【０００４】２Ｈ２ → ４Ｈ＋ ＋４ｅ− Ｈ＋は、電解質中を移動し酸化剤極触媒に達し、酸素を
主成分とする酸化剤ガス中の酸素と反応して水となる。
主成分とする酸化剤ガス中の酸素と反応して水となる。
【０００５】４Ｈ＋ ＋４ｅ− ＋Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ 上記の反応により水素と酸素を使用して電気分解の逆反
応の電気化学反応で発電し、水以外の排出物がなくクリ
ーンな発電装置として注目されている。
応の電気化学反応で発電し、水以外の排出物がなくクリ
ーンな発電装置として注目されている。
【０００６】大気の汚染をできる限り減らすために自動
車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つと
して電気自動車が使用されているが、充電設備や走行距
離などの問題で普及に至っていない。燃料電池を使用し
た自動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると
見られている。
車の排ガス対策が重要になっており、その対策の一つと
して電気自動車が使用されているが、充電設備や走行距
離などの問題で普及に至っていない。燃料電池を使用し
た自動車が最も将来性のあるクリーンな自動車であると
見られている。
【０００７】燃料電池が広く普及する上で障害になって
いることの一つにコストが高いという問題があり、燃料
電池の主要構成部品である電極のコストをできる限り下
げることは重要である。
いることの一つにコストが高いという問題があり、燃料
電池の主要構成部品である電極のコストをできる限り下
げることは重要である。
【０００８】燃料電池用電極として、カーボンペーパー
を撥水化処理したカーボンシートに触媒を担持したもの
が一般的に用いられている。前記カーボンシートには、
ガス通気性が高いこと、電気伝導性が高いこと、撥水性
が高いこと、熱的・化学的安定性が高いこと及び低コス
トが求められる。
を撥水化処理したカーボンシートに触媒を担持したもの
が一般的に用いられている。前記カーボンシートには、
ガス通気性が高いこと、電気伝導性が高いこと、撥水性
が高いこと、熱的・化学的安定性が高いこと及び低コス
トが求められる。
【０００９】上記の電気化学反応は、三相界面と呼ばれ
る電解質、反応ガス、触媒との界面で起こるといわれて
いる。燃料電池運転中に、酸化剤極側で生成した水によ
り触媒表面が覆われ、反応ガスが触媒表面に到達できな
いため反応が阻害される、いわゆるフラッデイング現象
がおこる。特に、固体高分子電解質は、通常湿潤状態で
なければプロトン伝導性を示さないので、一般的に燃料
ガス、酸化剤ガスの少なくとも一方を加湿してセル内に
導入するので、フラッデイング現象が起きやすく、この
問題を解決することは重要である。
る電解質、反応ガス、触媒との界面で起こるといわれて
いる。燃料電池運転中に、酸化剤極側で生成した水によ
り触媒表面が覆われ、反応ガスが触媒表面に到達できな
いため反応が阻害される、いわゆるフラッデイング現象
がおこる。特に、固体高分子電解質は、通常湿潤状態で
なければプロトン伝導性を示さないので、一般的に燃料
ガス、酸化剤ガスの少なくとも一方を加湿してセル内に
導入するので、フラッデイング現象が起きやすく、この
問題を解決することは重要である。
【００１０】フラッデイング現象の問題を解決するため
に、電極に撥水性を付与し、生成水を速やかに排出する
ことが有効であることが一般的に知られている。
に、電極に撥水性を付与し、生成水を速やかに排出する
ことが有効であることが一般的に知られている。
【００１１】従来技術１として特開平７−１３０３７４
号公報には、気孔率８０％の市販のカーボンペーパーを
撥水材のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系粒
子を分散したＰＴＦＥ系分散液に浸漬後、焼成して形成
したカーボンシートに触媒を担持した固体高分子電解質
型燃料電池用電極が開示されている。
号公報には、気孔率８０％の市販のカーボンペーパーを
撥水材のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）系粒
子を分散したＰＴＦＥ系分散液に浸漬後、焼成して形成
したカーボンシートに触媒を担持した固体高分子電解質
型燃料電池用電極が開示されている。
【００１２】従来技術２として特開平１０−２７００５
２号公報には、電極基材の表面にプラズマ処理により活
性化されたフルオロカーボン系材料のガスを接触させ、
電極基材の表面に撥水性フッ化物被膜（撥水材）を形成
させた電池用電極が開示されている。
２号公報には、電極基材の表面にプラズマ処理により活
性化されたフルオロカーボン系材料のガスを接触させ、
電極基材の表面に撥水性フッ化物被膜（撥水材）を形成
させた電池用電極が開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術１に用いられている市販のカーボンペーパーは、熱硬
化性樹脂で結合したカーボンファイバーを１０００℃以
上の高温で不活性ガス中でホットプレスして製造される
ので高コストであり、前記カーボンペーパーを用いた燃
料電池は高価格となり実用化に障害になる問題点があっ
た。
術１に用いられている市販のカーボンペーパーは、熱硬
化性樹脂で結合したカーボンファイバーを１０００℃以
上の高温で不活性ガス中でホットプレスして製造される
ので高コストであり、前記カーボンペーパーを用いた燃
料電池は高価格となり実用化に障害になる問題点があっ
た。
【００１４】カーボンファイバーだけでは、その直線性
が強く枝分かれが少ないため絡み合い強度が弱く１ｍｍ
以下の薄いシートを成形することが困難である。結合材
を用いて成形したカーボンシートをそのまま用いると、
前記結合材が燃料電池の運転中に熱的、化学的に分解さ
れ溶出し、触媒を汚染して燃料電池の出力低下を引き起
こしてしまう。その上、結合材の溶出によりカーボンフ
ァイバー間の結合が弱まり電気伝導度の低下を招く。
が強く枝分かれが少ないため絡み合い強度が弱く１ｍｍ
以下の薄いシートを成形することが困難である。結合材
を用いて成形したカーボンシートをそのまま用いると、
前記結合材が燃料電池の運転中に熱的、化学的に分解さ
れ溶出し、触媒を汚染して燃料電池の出力低下を引き起
こしてしまう。その上、結合材の溶出によりカーボンフ
ァイバー間の結合が弱まり電気伝導度の低下を招く。
【００１５】それを解決するため従来技術１に用いられ
ている市販のカーボンペーパーでは、不活性ガス中のホ
ットプレスにより熱硬化性樹脂をカーボン化して熱的・
化学的安定性を高くすると同時に、そのカーボンでカー
ボンファイバー間の結合を強化している。
ている市販のカーボンペーパーでは、不活性ガス中のホ
ットプレスにより熱硬化性樹脂をカーボン化して熱的・
化学的安定性を高くすると同時に、そのカーボンでカー
ボンファイバー間の結合を強化している。
【００１６】従来技術１の撥水処理方法では、一度だけ
の処理ではカーボンペーパーのＰＴＦＥ系分散液の吸収
量が少ないので、カーボンペーパー中に担持される撥水
材量を多くできず、このカーボンペーパーで作製した電
極の耐久性が劣るという問題がある。即ち、十分な撥水
性を確保するためには、電気抵抗を損なわない程度に撥
水材を多量に担持するほうが好ましい。
の処理ではカーボンペーパーのＰＴＦＥ系分散液の吸収
量が少ないので、カーボンペーパー中に担持される撥水
材量を多くできず、このカーボンペーパーで作製した電
極の耐久性が劣るという問題がある。即ち、十分な撥水
性を確保するためには、電気抵抗を損なわない程度に撥
水材を多量に担持するほうが好ましい。
【００１７】この問題を解決する方法として、撥水処理
を繰り返す方法とＰＴＦＥ系分散液を高濃度にして処理
する方法がある。前者の方法では、撥水処理の工数が大
きく、コストアップにつながる。後者の方法では、電極
内部まで均一に撥水材を充填するのは非常に困難であ
る。この場合、電極内部に比べて電極表面に集中して撥
水材が保持されるので、電極内部に生成水が滞留する問
題が生ずる。また、撥水材は通常絶縁性であるので、電
極表面への撥水材の集中担持は、電気接触不良の問題を
生ずる。
を繰り返す方法とＰＴＦＥ系分散液を高濃度にして処理
する方法がある。前者の方法では、撥水処理の工数が大
きく、コストアップにつながる。後者の方法では、電極
内部まで均一に撥水材を充填するのは非常に困難であ
る。この場合、電極内部に比べて電極表面に集中して撥
水材が保持されるので、電極内部に生成水が滞留する問
題が生ずる。また、撥水材は通常絶縁性であるので、電
極表面への撥水材の集中担持は、電気接触不良の問題を
生ずる。
【００１８】従来技術２の撥水処理方法では、プラズマ
処理のために特殊な装置を必要とするため、大量生産が
難しく、コストアップとなり工業的用途には適していな
い。
処理のために特殊な装置を必要とするため、大量生産が
難しく、コストアップとなり工業的用途には適していな
い。
【００１９】本発明は上記課題を解決したもので、低コ
ストで撥水性の耐久性に優れたカーボンシートの製造方
法及び低コストで耐久性に優れた燃料電池用電極の製造
方法を提供する。
ストで撥水性の耐久性に優れたカーボンシートの製造方
法及び低コストで耐久性に優れた燃料電池用電極の製造
方法を提供する。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、カーボン繊
維を、結合材を用いてシート状に成形し乾燥した成形シ
ートを撥水材粒子分散液に浸漬後、焼成して前記撥水材
粒子を固着させると同時に前記結合材を酸化除去するこ
とを特徴とするカーボンシートの製造方法である。
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、カーボン繊
維を、結合材を用いてシート状に成形し乾燥した成形シ
ートを撥水材粒子分散液に浸漬後、焼成して前記撥水材
粒子を固着させると同時に前記結合材を酸化除去するこ
とを特徴とするカーボンシートの製造方法である。
【００２１】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２２】即ち、結合材を酸化除去すると同時に撥水
材でカーボン繊維を結合するので、ホットプレスという
高コストな製造方法を使用することなくカーボンシート
を製造でき、低コストなカーボンシートができる。ま
た、結合材を酸化除去した跡が孔として残り、ガス拡散
通路として機能することができるので、ガス通気性に優
れたカーボンシートができる。
材でカーボン繊維を結合するので、ホットプレスという
高コストな製造方法を使用することなくカーボンシート
を製造でき、低コストなカーボンシートができる。ま
た、結合材を酸化除去した跡が孔として残り、ガス拡散
通路として機能することができるので、ガス通気性に優
れたカーボンシートができる。
【００２３】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記成形シートに、前記撥水
材粒子分散液の分散媒を吸収できる分散媒吸収材料が含
有されていることを特徴とする請求項１記載のカーボン
シートの製造方法である。
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記成形シートに、前記撥水
材粒子分散液の分散媒を吸収できる分散媒吸収材料が含
有されていることを特徴とする請求項１記載のカーボン
シートの製造方法である。
【００２４】上記第２の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２５】即ち、分散媒吸収材料が分散媒を吸収する
ため、多量の撥水材粒子を分散媒吸収材料に付着させる
ことができ、一度の処理で多量の撥水材をカーボンシー
トの内部まで均一に含有させることができるので、低コ
ストで撥水性の耐久性に優れたカーボンシートが製造で
きる。また、分散媒吸収材料が占めていた空間に重点的
に撥水材が担持されるので、カーボン繊維のマトリック
ス構造を保持しながら撥水性を付与できるため、多量の
撥水材を担持しても電気抵抗が低いカーボンシートを製
造できる。
ため、多量の撥水材粒子を分散媒吸収材料に付着させる
ことができ、一度の処理で多量の撥水材をカーボンシー
トの内部まで均一に含有させることができるので、低コ
ストで撥水性の耐久性に優れたカーボンシートが製造で
きる。また、分散媒吸収材料が占めていた空間に重点的
に撥水材が担持されるので、カーボン繊維のマトリック
ス構造を保持しながら撥水性を付与できるため、多量の
撥水材を担持しても電気抵抗が低いカーボンシートを製
造できる。
【００２６】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記結合材が、前記分散媒吸
収材料を兼ねていることを特徴とする請求項２記載のカ
ーボンシートの製造方法である。
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記結合材が、前記分散媒吸
収材料を兼ねていることを特徴とする請求項２記載のカ
ーボンシートの製造方法である。
【００２７】上記第３の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２８】即ち、結合材と分散媒吸収材料を別々に含
有させる必要がないので、両材料を合わせた含有量が少
なくでき、低コストなカーボンシートができる効果を有
する。
有させる必要がないので、両材料を合わせた含有量が少
なくでき、低コストなカーボンシートができる効果を有
する。
【００２９】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、前記結合材が繊維であり、少
なくとも該繊維とカーボン繊維を水に分散したスラリー
を用いて抄紙し乾燥して成形シートを成形することを特
徴とする請求項１〜３記載のカーボンシートの製造方法
である。
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、前記結合材が繊維であり、少
なくとも該繊維とカーボン繊維を水に分散したスラリー
を用いて抄紙し乾燥して成形シートを成形することを特
徴とする請求項１〜３記載のカーボンシートの製造方法
である。
【００３０】上記第４の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００３１】即ち、コストが低く量産性のある、紙を製
造する抄紙法を利用してシートを成形するので低コスト
なカーボンシートができる効果を有する。
造する抄紙法を利用してシートを成形するので低コスト
なカーボンシートができる効果を有する。
【００３２】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、前記繊維がパルプであること
を特徴とする請求項４記載のカーボンシートの製造方法
である。
の請求項５において講じた技術的手段（以下、第５の技
術的手段と称する。）は、前記繊維がパルプであること
を特徴とする請求項４記載のカーボンシートの製造方法
である。
【００３３】上記第５の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００３４】即ち、繊維の中でも安価なパルプを利用す
るので、更に低コストなカーボンシートができる効果を
有する。
るので、更に低コストなカーボンシートができる効果を
有する。
【００３５】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技
術的手段と称する。）は、請求項１〜５記載のカーボン
シートの一方の面に触媒を担持することを特徴とする燃
料電池用電極の製造方法である。
の請求項６において講じた技術的手段（以下、第６の技
術的手段と称する。）は、請求項１〜５記載のカーボン
シートの一方の面に触媒を担持することを特徴とする燃
料電池用電極の製造方法である。
【００３６】上記第６の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００３７】即ち、低コストでガス通気性及び撥水性の
耐久性に優れ、且つ電極として必要な電気伝導性を確保
できるカーボンシートを用いているので、低コストで耐
久性に優れた燃料電池用電極ができる効果を有する。
耐久性に優れ、且つ電極として必要な電気伝導性を確保
できるカーボンシートを用いているので、低コストで耐
久性に優れた燃料電池用電極ができる効果を有する。
【００３８】
【発明の実施の形態】本発明者は、カーボンファイバー
を成形するときには結合材を用い、この結合材を除去す
ると同時に、熱的、化学的に安定な別の結合材で前記カ
ーボンファイバーを結合できれば、ホットプレスという
高コストな製造方法を用いなくてもカーボンシートが製
造できることに着眼し本発明に至った。
を成形するときには結合材を用い、この結合材を除去す
ると同時に、熱的、化学的に安定な別の結合材で前記カ
ーボンファイバーを結合できれば、ホットプレスという
高コストな製造方法を用いなくてもカーボンシートが製
造できることに着眼し本発明に至った。
【００３９】また、本発明者は、成形シートの成形時に
撥水材粒子分散液の分散媒を吸収できる材料（分散媒吸
収材料）を混合すれば、分散媒吸収材料に分散媒が吸収
されるときに撥水材粒子も吸収され、多くの撥水材を担
持できることに着眼し本発明に至った。実際、分散媒吸
収材料を含有している成形シートは、分散媒吸収材料を
含有しない成形シートに比べて３倍以上の撥水材粒子分
散液を吸収することができる。この成形シートを３００
℃以上で焼成することにより、分散媒吸収材料を酸化除
去すれば、撥水材を大量かつ内部まで均一に保持された
カーボンシートが得られる。
撥水材粒子分散液の分散媒を吸収できる材料（分散媒吸
収材料）を混合すれば、分散媒吸収材料に分散媒が吸収
されるときに撥水材粒子も吸収され、多くの撥水材を担
持できることに着眼し本発明に至った。実際、分散媒吸
収材料を含有している成形シートは、分散媒吸収材料を
含有しない成形シートに比べて３倍以上の撥水材粒子分
散液を吸収することができる。この成形シートを３００
℃以上で焼成することにより、分散媒吸収材料を酸化除
去すれば、撥水材を大量かつ内部まで均一に保持された
カーボンシートが得られる。
【００４０】分散媒吸収材料を含有しない成形シートを
用いて、数回繰り返して撥水処理した場合、撥水材がカ
ーボン繊維間に入り込み、電気抵抗が増加する。しか
し、本発明のカーボンシートにおいては、撥水材は主と
して、焼成前に存在した分散媒吸収材料が占めていた空
間に重点的に担持されており、カーボン繊維のマトリッ
クス構造を保持しながら撥水性が付与できる。このた
め、撥水材の担持量が多くなっても、電気抵抗の増加を
抑えることができ、電極として必要な電気伝導性を確保
できる。
用いて、数回繰り返して撥水処理した場合、撥水材がカ
ーボン繊維間に入り込み、電気抵抗が増加する。しか
し、本発明のカーボンシートにおいては、撥水材は主と
して、焼成前に存在した分散媒吸収材料が占めていた空
間に重点的に担持されており、カーボン繊維のマトリッ
クス構造を保持しながら撥水性が付与できる。このた
め、撥水材の担持量が多くなっても、電気抵抗の増加を
抑えることができ、電極として必要な電気伝導性を確保
できる。
【００４１】本発明においては、一度の撥水材担持処理
により担持できる撥水材担持量は、カーボン繊維量の
０．５〜３２０ｗｔ％であり、この範囲で効果が期待で
きる。前記撥水材担持量は、カーボン繊維量の１０〜１
６０ｗｔ％の範囲が好ましい。撥水材担持量が１０ｗｔ
％より小さいと、撥水性の耐久性の低下を招く。また、
撥水材担持量が１６０ｗｔ％より大きいと、電気抵抗の
増加を招く。
により担持できる撥水材担持量は、カーボン繊維量の
０．５〜３２０ｗｔ％であり、この範囲で効果が期待で
きる。前記撥水材担持量は、カーボン繊維量の１０〜１
６０ｗｔ％の範囲が好ましい。撥水材担持量が１０ｗｔ
％より小さいと、撥水性の耐久性の低下を招く。また、
撥水材担持量が１６０ｗｔ％より大きいと、電気抵抗の
増加を招く。
【００４２】以下、本発明の実施例について説明する。
本実施例では本発明のカーボン繊維としてカーボンファ
イバーの短繊維を使用しているが、カーボンファイバー
の長繊維でもかまわない。また本実施例では本発明の繊
維としてパルプを使用しているが、木綿などの植物性天
然繊維でも羊毛などの動物性天然繊維でもレーヨンやナ
イロンなどの化学繊維でもかまわない。
本実施例では本発明のカーボン繊維としてカーボンファ
イバーの短繊維を使用しているが、カーボンファイバー
の長繊維でもかまわない。また本実施例では本発明の繊
維としてパルプを使用しているが、木綿などの植物性天
然繊維でも羊毛などの動物性天然繊維でもレーヨンやナ
イロンなどの化学繊維でもかまわない。
【００４３】さらに、本実施例では、撥水材粒子分散液
として、撥水材であるテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）の粒子を、分散媒である水に分散したＰＴＦＥ粒子
分散液を使用しているが、テトラフルオロエチレン／ヘ
キサフルオロプロピレン共重合体やテトラフルオロエチ
レン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体な
どの撥水材の粒子を分散した撥水材粒子分散液でもかま
わない。これらの撥水材粒子分散液の分散媒として水以
外にトルエン、キシレン、シクロヘキサンなどが用いら
れる。
として、撥水材であるテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）の粒子を、分散媒である水に分散したＰＴＦＥ粒子
分散液を使用しているが、テトラフルオロエチレン／ヘ
キサフルオロプロピレン共重合体やテトラフルオロエチ
レン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体な
どの撥水材の粒子を分散した撥水材粒子分散液でもかま
わない。これらの撥水材粒子分散液の分散媒として水以
外にトルエン、キシレン、シクロヘキサンなどが用いら
れる。
【００４４】（実施例１） ＜酸化剤極の作製＞カーボン繊維であるカーボンファイ
バーの短繊維（代表的な大きさは太さ１３μｍ、長さ３
ｍｍ）と繊維であるパルプを１：１の重量比で水に分散
して抄紙用のスラリーをつくった。このスラリーを抄紙
して厚さ約０．３ｍｍの成形シートを製造した。この成
形シートを１６０ｍｍ×１６０ｍｍに切断して電極基材
シートを作製した。
バーの短繊維（代表的な大きさは太さ１３μｍ、長さ３
ｍｍ）と繊維であるパルプを１：１の重量比で水に分散
して抄紙用のスラリーをつくった。このスラリーを抄紙
して厚さ約０．３ｍｍの成形シートを製造した。この成
形シートを１６０ｍｍ×１６０ｍｍに切断して電極基材
シートを作製した。
【００４５】ＰＴＦＥ粒子分散液（ダイキン工業社製、
Ｄ−１グレード、ＰＴＦＥ粒子６０ｗｔ％含有）をＰＴ
ＦＥ粒子濃度が２０ｗｔ％になるように水で希釈したＰ
ＴＦＥ粒子分散希釈液に前記電極基材シートを２分間浸
漬した。前記電極基材シートは多孔質であるので、前記
ＰＴＦＥ粒子分散希釈液が内部に浸透し含浸した。
Ｄ−１グレード、ＰＴＦＥ粒子６０ｗｔ％含有）をＰＴ
ＦＥ粒子濃度が２０ｗｔ％になるように水で希釈したＰ
ＴＦＥ粒子分散希釈液に前記電極基材シートを２分間浸
漬した。前記電極基材シートは多孔質であるので、前記
ＰＴＦＥ粒子分散希釈液が内部に浸透し含浸した。
【００４６】前記電極基材シートを約８０℃で水分を蒸
発させた後、大気中３９０℃で６０分保持してＰＴＦＥ
粒子をカーボン繊維の表面に固着させると同時に前記電
極基材シートに含まれているパルプを酸化してガス化し
て除去し、撥水材が含有されたカーボンシートを製造し
た。
発させた後、大気中３９０℃で６０分保持してＰＴＦＥ
粒子をカーボン繊維の表面に固着させると同時に前記電
極基材シートに含まれているパルプを酸化してガス化し
て除去し、撥水材が含有されたカーボンシートを製造し
た。
【００４７】前記ＰＴＦＥは、前記電極基材シートに撥
水性を付与するとともに除去された前記パルプに替わっ
てカーボンファイバーを結合する結合材の役割を果たし
ている。これにより前記カーボンシートの形状を保持す
ることができた。
水性を付与するとともに除去された前記パルプに替わっ
てカーボンファイバーを結合する結合材の役割を果たし
ている。これにより前記カーボンシートの形状を保持す
ることができた。
【００４８】このカーボンシートのガス通気性をＪＩＳ
Ｐ８１１７に準じて口径１０ｍｍのシリンダーから３
００ｃｃの空気が抜ける時間で評価したところ、０．８
ｓｅｃで、ガス通気性に優れたカーボンシートが得られ
た。パルプを酸化除去した跡が孔になり、ガス拡散通路
としてふるまうため、ガス通気性が向上したものであ
る。すなわち、パルプは、成形シートの結合材としての
効果以外に造孔材としての効果を有している。
Ｐ８１１７に準じて口径１０ｍｍのシリンダーから３
００ｃｃの空気が抜ける時間で評価したところ、０．８
ｓｅｃで、ガス通気性に優れたカーボンシートが得られ
た。パルプを酸化除去した跡が孔になり、ガス拡散通路
としてふるまうため、ガス通気性が向上したものであ
る。すなわち、パルプは、成形シートの結合材としての
効果以外に造孔材としての効果を有している。
【００４９】また、このカーボンシートを直径３５．７
ｍｍ（面積１０ｃｍ２）の銅製の電極で挟み込み、２０
ｋｇｆ／ｃｍ２のトルクでボルト締めして電気抵抗を測
定してところ、３．２ｍΩであった。
ｍｍ（面積１０ｃｍ２）の銅製の電極で挟み込み、２０
ｋｇｆ／ｃｍ２のトルクでボルト締めして電気抵抗を測
定してところ、３．２ｍΩであった。
【００５０】カーボンブラック粒子とエチレングリコー
ルを混合してペーストを作製し、スクリーン印刷法で前
記カーボンシート中に含浸させた後、真空中８０℃で２
時間保持して成形助剤を蒸発させて除去した。カーボン
ブラック粒子を含浸させたカーボンシートを再び前記Ｐ
ＴＦＥ粒子分散希釈液に２分間浸漬後、約８０℃で水分
を蒸発させたのち、大気中３９０℃で６０分保持してＰ
ＴＦＥ粒子をカーボン繊維及びカーボンブラック粒子の
表面に固着させた。
ルを混合してペーストを作製し、スクリーン印刷法で前
記カーボンシート中に含浸させた後、真空中８０℃で２
時間保持して成形助剤を蒸発させて除去した。カーボン
ブラック粒子を含浸させたカーボンシートを再び前記Ｐ
ＴＦＥ粒子分散希釈液に２分間浸漬後、約８０℃で水分
を蒸発させたのち、大気中３９０℃で６０分保持してＰ
ＴＦＥ粒子をカーボン繊維及びカーボンブラック粒子の
表面に固着させた。
【００５１】次に、白金担持カーボン（白金含有量４０
ｗｔ％）と水とイオン交換溶液（旭化成社製、アシプレ
ックス溶液ＳＳ−１０８０）及びイソプロピルアルコー
ルを１：１．５：１５：１．５の重量比で十分混合して
触媒ペーストを作製し、ドクターブレード法により前記
カーボンシートの一方の面に約３００μｍの厚さで塗布
した。この電極基材シートを乾燥してイソプロピルアル
コールを除去し、酸化剤極を製造した。この酸化剤極に
担持された白金量は、酸化剤極の単位面積当たりでは約
０．４ｍｇ／ｃｍ２であった。
ｗｔ％）と水とイオン交換溶液（旭化成社製、アシプレ
ックス溶液ＳＳ−１０８０）及びイソプロピルアルコー
ルを１：１．５：１５：１．５の重量比で十分混合して
触媒ペーストを作製し、ドクターブレード法により前記
カーボンシートの一方の面に約３００μｍの厚さで塗布
した。この電極基材シートを乾燥してイソプロピルアル
コールを除去し、酸化剤極を製造した。この酸化剤極に
担持された白金量は、酸化剤極の単位面積当たりでは約
０．４ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００５２】＜燃料極の作製＞酸化剤極と同じ抄紙法で
製造した成形シートを１６０ｍｍ×１６０ｍｍに切断し
て電極基材シートを作製した。酸化剤極と同じＰＴＦＥ
含浸工程を２回実施し、カーボンシートを製造した。こ
のカーボンシートに酸化剤極と同じ方法でカーボンブラ
ック粒子を含浸し、ＰＴＦＥ含浸工程を実施した。
製造した成形シートを１６０ｍｍ×１６０ｍｍに切断し
て電極基材シートを作製した。酸化剤極と同じＰＴＦＥ
含浸工程を２回実施し、カーボンシートを製造した。こ
のカーボンシートに酸化剤極と同じ方法でカーボンブラ
ック粒子を含浸し、ＰＴＦＥ含浸工程を実施した。
【００５３】白金担持カーボンの代わりに白金／ルテニ
ウム担持カーボン（白金含有量３０ｗｔ％、ルテニウム
含有量１５ｗｔ％）を使用する以外、酸化剤極と同じ方
法で、カーボンブラック粒子を含浸させたカーボンシー
トの一方の面に触媒を担持し、燃料極を製造した。燃料
極に担持された白金量は、燃料極の単位面積当たりでは
約０．３ｍｇ／ｃｍ２であった。
ウム担持カーボン（白金含有量３０ｗｔ％、ルテニウム
含有量１５ｗｔ％）を使用する以外、酸化剤極と同じ方
法で、カーボンブラック粒子を含浸させたカーボンシー
トの一方の面に触媒を担持し、燃料極を製造した。燃料
極に担持された白金量は、燃料極の単位面積当たりでは
約０．３ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００５４】以上のように酸化剤極と燃料極で製造工程
を変えて製造する目的は燃料電池内部での水の挙動によ
るものである。即ち、燃料電池で発電し始める初期の状
態では水分を両極側から補給する必要があり電極の触媒
が水浸しになるのを避けるため両極とも十分安定した撥
水効果が求められるが、発電が安定すると酸化剤極では
電極反応による生成水が生ずるのでより十分な撥水効果
が必要であり、燃料極では電極反応で生成した水素イオ
ンが水を伴って電解質中を移動するので水を取り込む役
割があり触媒近傍のカーボンブラック粒子には親水性が
必要であるためである。
を変えて製造する目的は燃料電池内部での水の挙動によ
るものである。即ち、燃料電池で発電し始める初期の状
態では水分を両極側から補給する必要があり電極の触媒
が水浸しになるのを避けるため両極とも十分安定した撥
水効果が求められるが、発電が安定すると酸化剤極では
電極反応による生成水が生ずるのでより十分な撥水効果
が必要であり、燃料極では電極反応で生成した水素イオ
ンが水を伴って電解質中を移動するので水を取り込む役
割があり触媒近傍のカーボンブラック粒子には親水性が
必要であるためである。
【００５５】（比較例１） ＜酸化剤極の作製＞電極基材シートとして、市販の厚さ
０．２３ｍｍのカーボンペーパー（東レ社製、ＴＧＰ−
Ｈ−０６０）を１６０ｍｍ×１６０ｍｍに切断して用
い、実施例１と同じ方法でＰＴＦＥ含浸工程を実施し、
カーボンシートを製造した。このカーボンシートのガス
通気性を実施例１と同じ方法で評価したところ、３．７
ｓｅｃで、実施例１よりガス通気性が低かった。また、
このカーボンシートの電気抵抗を実施例１と同じ方法で
評価したところ、３．４ｍΩであった。
０．２３ｍｍのカーボンペーパー（東レ社製、ＴＧＰ−
Ｈ−０６０）を１６０ｍｍ×１６０ｍｍに切断して用
い、実施例１と同じ方法でＰＴＦＥ含浸工程を実施し、
カーボンシートを製造した。このカーボンシートのガス
通気性を実施例１と同じ方法で評価したところ、３．７
ｓｅｃで、実施例１よりガス通気性が低かった。また、
このカーボンシートの電気抵抗を実施例１と同じ方法で
評価したところ、３．４ｍΩであった。
【００５６】実施例１と同じ方法で、前記カーボンシー
トの一方の面に白金担持カーボンを約３００μｍの厚さ
で塗布して酸化剤極を製造した。この酸化剤極に担持さ
れた白金量は、酸化剤極の単位面積当たりでは約０．４
ｍｇ／ｃｍ２であった。
トの一方の面に白金担持カーボンを約３００μｍの厚さ
で塗布して酸化剤極を製造した。この酸化剤極に担持さ
れた白金量は、酸化剤極の単位面積当たりでは約０．４
ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００５７】＜燃料極の作製＞白金担持カーボンの代わ
りに実施例１の白金／ルテニウム担持カーボンを使用し
た以外、酸化剤極と同じ方法で、燃料極を製造した。こ
の燃料極に担持された白金量は、燃料極の単位面積当た
りでは約０．３ｍｇ／ｃｍ２であった。
りに実施例１の白金／ルテニウム担持カーボンを使用し
た以外、酸化剤極と同じ方法で、燃料極を製造した。こ
の燃料極に担持された白金量は、燃料極の単位面積当た
りでは約０．３ｍｇ／ｃｍ２であった。
【００５８】（評価方法１）図１は、燃料電池用電極の
評価に使用した単セルの断面図である。
評価に使用した単セルの断面図である。
【００５９】酸化剤極１と燃料極２で固体高分子電解質
膜３（米国デュポン社製、ナフィオン１１２、膜厚約５
０μｍ）を酸化剤極触媒層１ａ及び燃料極触媒層２ａが
それぞれ前記固体高分子電解質膜３に接する面にして挟
持しホットプレス（１６０℃、８０ｋｇ／ｃｍ２、３分
間）して電極ユニット１０を作製した。この電極ユニッ
ト１０を、空気供給口５ａ、空気通流溝７ａ、空気排出
口６ａが設けられたセパレータ４ａと水素供給口５ｂ、
水素通流溝７ｂ、水素排出口６ｂが設けられたセパレー
タ４ｂで挟んで単セル２０を作製した。
膜３（米国デュポン社製、ナフィオン１１２、膜厚約５
０μｍ）を酸化剤極触媒層１ａ及び燃料極触媒層２ａが
それぞれ前記固体高分子電解質膜３に接する面にして挟
持しホットプレス（１６０℃、８０ｋｇ／ｃｍ２、３分
間）して電極ユニット１０を作製した。この電極ユニッ
ト１０を、空気供給口５ａ、空気通流溝７ａ、空気排出
口６ａが設けられたセパレータ４ａと水素供給口５ｂ、
水素通流溝７ｂ、水素排出口６ｂが設けられたセパレー
タ４ｂで挟んで単セル２０を作製した。
【００６０】空気供給口５ａより空気通流溝７ａを介し
て酸化剤極１に２．５ａｔｍの空気を、水素供給口５ｂ
より水素通流溝７ｂを介して燃料極２に２．５ａｔｍの
水素を供給した。水分の加湿はバブリング法により空気
及び水素ともに水蒸気を供給して行った。セパレータ４
ａとセパレータ４ｂの電気端子から発電した電気を取り
出し、外部の可変抵抗８で抵抗を変えて電流密度とセル
電圧を測定して評価した。
て酸化剤極１に２．５ａｔｍの空気を、水素供給口５ｂ
より水素通流溝７ｂを介して燃料極２に２．５ａｔｍの
水素を供給した。水分の加湿はバブリング法により空気
及び水素ともに水蒸気を供給して行った。セパレータ４
ａとセパレータ４ｂの電気端子から発電した電気を取り
出し、外部の可変抵抗８で抵抗を変えて電流密度とセル
電圧を測定して評価した。
【００６１】（評価結果１）図２は実施例１及び比較例
１の評価結果を示すグラフ図である。横軸は電流密度、
縦軸はセル電圧である。１００は実施例１の評価結果で
あり、２００は比較例１の評価結果である。実施例１は
比較例１とほぼ同じ特性を持っている。
１の評価結果を示すグラフ図である。横軸は電流密度、
縦軸はセル電圧である。１００は実施例１の評価結果で
あり、２００は比較例１の評価結果である。実施例１は
比較例１とほぼ同じ特性を持っている。
【００６２】実施例１は本発明の燃料電池電極であり、
比較例１は従来技術の燃料電池電極である。本発明の燃
料電池電極はカーボン繊維とパルプを混合して抄紙する
という簡単で量産性のある方法で製造できるので低コス
トとなる。
比較例１は従来技術の燃料電池電極である。本発明の燃
料電池電極はカーボン繊維とパルプを混合して抄紙する
という簡単で量産性のある方法で製造できるので低コス
トとなる。
【００６３】以上のように、本発明のカーボンシートで
作製した電極は電気伝導度及び電池特性で従来の高コス
トのホットプレスで製造したカーボンペーパーと同等か
やや優れている。ガス通気性は従来のカーボンペーパー
よりはるかに高くなっている。
作製した電極は電気伝導度及び電池特性で従来の高コス
トのホットプレスで製造したカーボンペーパーと同等か
やや優れている。ガス通気性は従来のカーボンペーパー
よりはるかに高くなっている。
【００６４】実施例１では、カーボンシートを成形する
のに抄紙法を用いたが、これに限定されず、例えば、不
織布を製造する方法やカーボン繊維と結合材を含むスラ
リーからドクターブレード法などでシート成形する方法
などがある。また抄紙するときスラリーにパルプ等の繊
維以外に有機系の分散剤や他の有機結合材を同時に入れ
てもよい。
のに抄紙法を用いたが、これに限定されず、例えば、不
織布を製造する方法やカーボン繊維と結合材を含むスラ
リーからドクターブレード法などでシート成形する方法
などがある。また抄紙するときスラリーにパルプ等の繊
維以外に有機系の分散剤や他の有機結合材を同時に入れ
てもよい。
【００６５】次に、撥水材粒子分散液の分散媒を吸収で
きる分散媒吸収材料の効果に関する実施例を示す。この
実施例では、結合材であるパルプが分散媒吸収材料の役
割を兼ねているが、それぞれ別の材料を使用してもよ
い。分散媒吸収材料として、分散媒が水性の場合、ポリ
アリル酸塩系、ポリビニルアルコール系、ポリアクリル
アミド系などの吸水性樹脂がある。また、分散媒が油性
の場合、ポリノボルネン、アルキルスチレン、アルキル
（メタ）アクリレートなどの吸油性樹脂がある。
きる分散媒吸収材料の効果に関する実施例を示す。この
実施例では、結合材であるパルプが分散媒吸収材料の役
割を兼ねているが、それぞれ別の材料を使用してもよ
い。分散媒吸収材料として、分散媒が水性の場合、ポリ
アリル酸塩系、ポリビニルアルコール系、ポリアクリル
アミド系などの吸水性樹脂がある。また、分散媒が油性
の場合、ポリノボルネン、アルキルスチレン、アルキル
（メタ）アクリレートなどの吸油性樹脂がある。
【００６６】（実施例２） ＜酸化剤極の作製＞カーボン繊維であるカーボンファイ
バーの短繊維（太さ１４．５μｍ、長さ６ｍｍ）と繊維
であり、分散媒吸収材料であるパルプを４：６の重量比
で水に分散して抄紙用のスラリーをつくった。このスラ
リーを抄紙して厚さ約０．３ｍｍの成形シートを製造す
る。この成形シートを１６０ｍｍ×１６０ｍｍに切断し
て電極基材シートを作製した。
バーの短繊維（太さ１４．５μｍ、長さ６ｍｍ）と繊維
であり、分散媒吸収材料であるパルプを４：６の重量比
で水に分散して抄紙用のスラリーをつくった。このスラ
リーを抄紙して厚さ約０．３ｍｍの成形シートを製造す
る。この成形シートを１６０ｍｍ×１６０ｍｍに切断し
て電極基材シートを作製した。
【００６７】ＰＴＦＥ粒子分散液（ダイキン工業社製、
Ｄ−１グレード、ＰＴＦＥ粒子６０ｗｔ％含有）をＰＴ
ＦＥ粒子濃度が８ｗｔ％になるように水で希釈したＰＴ
ＦＥ粒子分散希釈液に前記電極基材シートを２分間浸漬
した。この電極基材シートは多孔質であるので内部に前
記ＰＴＦＥ粒子分散希釈液が浸透し含浸した。
Ｄ−１グレード、ＰＴＦＥ粒子６０ｗｔ％含有）をＰＴ
ＦＥ粒子濃度が８ｗｔ％になるように水で希釈したＰＴ
ＦＥ粒子分散希釈液に前記電極基材シートを２分間浸漬
した。この電極基材シートは多孔質であるので内部に前
記ＰＴＦＥ粒子分散希釈液が浸透し含浸した。
【００６８】前記電極基材シートを約８０℃で水分を蒸
発させた後、大気中３９０℃で６０分保持してＰＴＦＥ
粒子をカーボン繊維の表面に固着させると同時に前記電
極基材シートに含まれているパルプを酸化してガス化し
て除去し、撥水材が含有されたカーボンシートを製造し
た。
発させた後、大気中３９０℃で６０分保持してＰＴＦＥ
粒子をカーボン繊維の表面に固着させると同時に前記電
極基材シートに含まれているパルプを酸化してガス化し
て除去し、撥水材が含有されたカーボンシートを製造し
た。
【００６９】前記ＰＴＦＥは、前記電極基材シートに撥
水性を付与するとともに除去された前記パルプに替わっ
てカーボンファイバーを結合する結合材の役割を果たし
ている。これにより前記カーボンシートの形状を保持す
ることができる。
水性を付与するとともに除去された前記パルプに替わっ
てカーボンファイバーを結合する結合材の役割を果たし
ている。これにより前記カーボンシートの形状を保持す
ることができる。
【００７０】このカーボンシートに、実施例１の酸化剤
極と同じ方法でカーボンブラック粒子を含浸し、ＰＴＦ
Ｅ含浸工程を実施した。さらに、実施例１の酸化剤極と
同じ方法で、前記カーボンシートの一方の面に触媒を担
持し酸化剤極を製造した。この酸化剤極に担持された白
金量は、酸化剤極の単位面積当たりでは約０．４ｍｇ／
ｃｍ２である。
極と同じ方法でカーボンブラック粒子を含浸し、ＰＴＦ
Ｅ含浸工程を実施した。さらに、実施例１の酸化剤極と
同じ方法で、前記カーボンシートの一方の面に触媒を担
持し酸化剤極を製造した。この酸化剤極に担持された白
金量は、酸化剤極の単位面積当たりでは約０．４ｍｇ／
ｃｍ２である。
【００７１】＜燃料極の作製＞ＰＴＦＥ粒子分散液のＰ
ＴＦＥ粒子濃度が２０ｗｔ％であること以外は、上記の
酸化剤極と同じ方法でカーボンシートを作製した。この
カーボンシートに、実施例１の酸化剤極と同じ方法でカ
ーボンブラック粒子を含浸し、ＰＴＦＥ含浸工程を実施
した。さらに、実施例１の燃料極と同じ方法で、前記カ
ーボンシートの一方の面に触媒を担持し燃料極を製造し
た。この燃料極に担持された白金量は、この燃料極の単
位面積当たりでは約０．３ｍｇ／ｃｍ２である。
ＴＦＥ粒子濃度が２０ｗｔ％であること以外は、上記の
酸化剤極と同じ方法でカーボンシートを作製した。この
カーボンシートに、実施例１の酸化剤極と同じ方法でカ
ーボンブラック粒子を含浸し、ＰＴＦＥ含浸工程を実施
した。さらに、実施例１の燃料極と同じ方法で、前記カ
ーボンシートの一方の面に触媒を担持し燃料極を製造し
た。この燃料極に担持された白金量は、この燃料極の単
位面積当たりでは約０．３ｍｇ／ｃｍ２である。
【００７２】（比較例２）電極基材シートとして市販の
厚さ０．２３ｍｍのカーボンペーパー（東レ社製、ＴＧ
Ｐ−Ｈ−０６０）を用いた以外は、実施例２と同じ方法
で酸化剤極用カーボンシート、燃料極用カーボンシート
を作製した。この酸化剤極用カーボンシート、燃料極用
カーボンシートの一方の面に、それぞれ実施例２の酸化
剤極、燃料極と同じ方法で触媒を担持し、酸化剤極、燃
料極を作製した。
厚さ０．２３ｍｍのカーボンペーパー（東レ社製、ＴＧ
Ｐ−Ｈ−０６０）を用いた以外は、実施例２と同じ方法
で酸化剤極用カーボンシート、燃料極用カーボンシート
を作製した。この酸化剤極用カーボンシート、燃料極用
カーボンシートの一方の面に、それぞれ実施例２の酸化
剤極、燃料極と同じ方法で触媒を担持し、酸化剤極、燃
料極を作製した。
【００７３】（比較例３）電極基材シートとして市販の
厚さ０．２３ｍｍのカーボンクロス（日本カーボン社
製、Ｐ−７）を用いた以外は、実施例２と同じ方法で酸
化剤極用カーボンシート、燃料極用カーボンシートを作
製した。この酸化剤極用カーボンシート、燃料極用カー
ボンシートの一方の面に、それぞれ実施例２の酸化剤
極、燃料極と同じ方法で触媒を担持し、酸化剤極、燃料
極を作製した。
厚さ０．２３ｍｍのカーボンクロス（日本カーボン社
製、Ｐ−７）を用いた以外は、実施例２と同じ方法で酸
化剤極用カーボンシート、燃料極用カーボンシートを作
製した。この酸化剤極用カーボンシート、燃料極用カー
ボンシートの一方の面に、それぞれ実施例２の酸化剤
極、燃料極と同じ方法で触媒を担持し、酸化剤極、燃料
極を作製した。
【００７４】（評価方法２）評価は、カーボンシートの
撥水材担持量測定、電気抵抗測定、撥水性耐久試験及び
電極の電池性能耐久試験で行った。
撥水材担持量測定、電気抵抗測定、撥水性耐久試験及び
電極の電池性能耐久試験で行った。
【００７５】前記撥水材担持量は、カーボンシート中の
カーボン繊維重量に対する、撥水材であるＰＴＦＥの重
量百分率で測定した。前記電気抵抗は、カーボンシート
を直径３５．７ｍｍ（面積１０ｃｍ２）に切り抜き、２
枚の同サイズの銅電極で挟み込み、４０ｋｇｆ／ｃｍ２
の加重下で測定した。前記撥水耐久試験は、カーボンシ
ートを８０℃の熱水上に浮かべて保持し、浮かび続ける
時間を測定して行った。
カーボン繊維重量に対する、撥水材であるＰＴＦＥの重
量百分率で測定した。前記電気抵抗は、カーボンシート
を直径３５．７ｍｍ（面積１０ｃｍ２）に切り抜き、２
枚の同サイズの銅電極で挟み込み、４０ｋｇｆ／ｃｍ２
の加重下で測定した。前記撥水耐久試験は、カーボンシ
ートを８０℃の熱水上に浮かべて保持し、浮かび続ける
時間を測定して行った。
【００７６】前記電池性能耐久試験は、評価方法１と同
じ方法で単セルを作製し、酸化剤極１に１．１ａｔｍの
純酸素を、燃料極２に１．１ａｔｍの純水素を供給して
行った。それぞれのガス利用率はいずれも８０％であ
る。固体高分子電解質膜３を湿潤させるために、純酸
素、純水素をそれぞれ５０℃、７０℃の水にくぐらせ、
加湿状態で供給した。単セルの温度は、８０℃に常時保
持した。この時のセパレータ４ａとセパレータ４ｂの電
気端子の電流と電圧を測定した。評価は、電流密度を
０．７５Ａ／ｃｍ２に一定としたときのセル電圧の経時
変化をモニターして行った。
じ方法で単セルを作製し、酸化剤極１に１．１ａｔｍの
純酸素を、燃料極２に１．１ａｔｍの純水素を供給して
行った。それぞれのガス利用率はいずれも８０％であ
る。固体高分子電解質膜３を湿潤させるために、純酸
素、純水素をそれぞれ５０℃、７０℃の水にくぐらせ、
加湿状態で供給した。単セルの温度は、８０℃に常時保
持した。この時のセパレータ４ａとセパレータ４ｂの電
気端子の電流と電圧を測定した。評価は、電流密度を
０．７５Ａ／ｃｍ２に一定としたときのセル電圧の経時
変化をモニターして行った。
【００７７】（評価結果２）表１に、実施例２、比較例
２、３の酸化剤極、燃料極用に製造したカーボンシート
のＰＴＦＥ担持量、電気抵抗を示す。実施例２の酸化剤
極、燃料極用のカーボンシートとも、従来技術で製造し
た比較例２、３の酸化剤極、燃料極用のカーボンシート
に比較して、３倍以上のＰＴＦＥ（撥水材）を担持され
ている。２０ｗｔ％のＰＴＦＥ濃度のＰＴＦＥ粒子分散
液で処理した場合、実にカーボンファイバーに対して１
６０ｗｔ％以上のＰＴＦＥを担持させることができる。
実施例２の酸化剤極、燃料極用のカーボンシートは、Ｐ
ＴＦＥ担持量が多いにも関わらず、電気抵抗は比較例
２、３のカーボンシートより小さい。
２、３の酸化剤極、燃料極用に製造したカーボンシート
のＰＴＦＥ担持量、電気抵抗を示す。実施例２の酸化剤
極、燃料極用のカーボンシートとも、従来技術で製造し
た比較例２、３の酸化剤極、燃料極用のカーボンシート
に比較して、３倍以上のＰＴＦＥ（撥水材）を担持され
ている。２０ｗｔ％のＰＴＦＥ濃度のＰＴＦＥ粒子分散
液で処理した場合、実にカーボンファイバーに対して１
６０ｗｔ％以上のＰＴＦＥを担持させることができる。
実施例２の酸化剤極、燃料極用のカーボンシートは、Ｐ
ＴＦＥ担持量が多いにも関わらず、電気抵抗は比較例
２、３のカーボンシートより小さい。
【００７８】実施例２の電極基材シートをＰＴＦＥ粒子
分散液に浸漬すると、分散媒吸収材料であるパルプが、
ＰＴＦＥ粒子分散液の分散媒である水を吸収する。この
水と一緒にＰＴＦＥ粒子がパルプに集合して付着する。
３９０℃の焼成によりパルプは酸化してガス化し除去さ
れると同時に、ＰＴＦＥ粒子が溶融してカーボンファイ
バーの結合材の働きをする。
分散液に浸漬すると、分散媒吸収材料であるパルプが、
ＰＴＦＥ粒子分散液の分散媒である水を吸収する。この
水と一緒にＰＴＦＥ粒子がパルプに集合して付着する。
３９０℃の焼成によりパルプは酸化してガス化し除去さ
れると同時に、ＰＴＦＥ粒子が溶融してカーボンファイ
バーの結合材の働きをする。
【００７９】この結果、パルプが占めていた空間に重点
的に多量のＰＴＦＥを担持することができる。これによ
り、カーボンファイバーのマトリックス構造を保持し、
カーボンファイバー同士の接触状態を維持できるので、
電気抵抗の増加を抑えることができ、電気伝導性に優れ
たカーボンシートができる。
的に多量のＰＴＦＥを担持することができる。これによ
り、カーボンファイバーのマトリックス構造を保持し、
カーボンファイバー同士の接触状態を維持できるので、
電気抵抗の増加を抑えることができ、電気伝導性に優れ
たカーボンシートができる。
【００８０】
【表１】
【００８１】表２に、実施例２、比較例２、３の燃料極
用に製造したカーボンシートの撥水性耐久試験結果を示
す。比較例２、３のカーボンシートは、いずれも５日以
内に熱水中に沈んでしまうのに対し、実施例２のカーボ
ンシートは７日以上たっても最初と同様に熱水上に浮か
んでいた。比較例２、３は、ＰＴＦＥ担持量が少ないた
め、撥水性の耐久性が低いためと考えられる。
用に製造したカーボンシートの撥水性耐久試験結果を示
す。比較例２、３のカーボンシートは、いずれも５日以
内に熱水中に沈んでしまうのに対し、実施例２のカーボ
ンシートは７日以上たっても最初と同様に熱水上に浮か
んでいた。比較例２、３は、ＰＴＦＥ担持量が少ないた
め、撥水性の耐久性が低いためと考えられる。
【００８２】
【表２】
【００８３】表３に、耐久試験時間が、０、１００、５
００時間の電流密度０．７５Ａ／ｃｍ２におけるセル電
圧である。±で示した数字は、試験時間から３時間の間
のセル電位の変動幅である。実施例２のセル電圧はほと
んど変化しなかったが、比較例２、３ではセル電圧が減
少し、セル電圧の変動幅も大きくなった。これは、比較
例２、３の撥水性が低下したことによると考えられる。
００時間の電流密度０．７５Ａ／ｃｍ２におけるセル電
圧である。±で示した数字は、試験時間から３時間の間
のセル電位の変動幅である。実施例２のセル電圧はほと
んど変化しなかったが、比較例２、３ではセル電圧が減
少し、セル電圧の変動幅も大きくなった。これは、比較
例２、３の撥水性が低下したことによると考えられる。
【００８４】
【表３】
【００８５】なお、本発明のカーボンシートは、燃料電
池の電極として用いられる以外に、ガス通気性を利用し
て空気清浄器の静電フィルター、耐腐食性フィルターな
どのフィルターやＮｉ−ＭＨ電極の集電体としても利用
できる。
池の電極として用いられる以外に、ガス通気性を利用し
て空気清浄器の静電フィルター、耐腐食性フィルターな
どのフィルターやＮｉ−ＭＨ電極の集電体としても利用
できる。
【００８６】
【発明の効果】以上のように、本発明は、カーボン繊維
を、結合材を用いてシート状に成形し乾燥した成形シー
トを撥水材粒子分散液に浸漬後、焼成して前記撥水材粒
子を固着させると同時に前記結合材を酸化除去するこ
と、及び前記成形シートに、前記撥水材粒子分散液の分
散媒を吸収できる分散媒吸収材料が含有されていること
を特徴とするカーボンシートの製造方法及びこのカーボ
ンシートの一方の面に触媒を担持することを特徴とする
燃料電池用電極の製造方法であるので、低コストで撥水
性の耐久性に優れたカーボンシート及び低コストで耐久
性に優れた燃料電池用電極を製造することができる。
を、結合材を用いてシート状に成形し乾燥した成形シー
トを撥水材粒子分散液に浸漬後、焼成して前記撥水材粒
子を固着させると同時に前記結合材を酸化除去するこ
と、及び前記成形シートに、前記撥水材粒子分散液の分
散媒を吸収できる分散媒吸収材料が含有されていること
を特徴とするカーボンシートの製造方法及びこのカーボ
ンシートの一方の面に触媒を担持することを特徴とする
燃料電池用電極の製造方法であるので、低コストで撥水
性の耐久性に優れたカーボンシート及び低コストで耐久
性に優れた燃料電池用電極を製造することができる。
【図１】燃料電池用電極の評価に使用した単セルの断面
図
図
【図２】実施例１及び比較例１の評価結果を示すグラフ
図
図
１００…実施例１の評価結果 ２００…比較例１の評価結果
Claims (6)
- 【請求項１】 カーボン繊維を、結合材を用いてシート
状に成形し乾燥した成形シートを撥水材粒子分散液に浸
漬後、焼成して前記撥水材粒子を固着させると同時に前
記結合材を酸化除去することを特徴とするカーボンシー
トの製造方法。 - 【請求項２】 前記成形シートに、前記撥水材粒子分散
液の分散媒を吸収できる分散媒吸収材料が含有されてい
ることを特徴とする請求項１記載のカーボンシートの製
造方法。 - 【請求項３】 前記結合材が、前記分散媒吸収材料を兼
ねていることを特徴とする請求項２記載のカーボンシー
トの製造方法。 - 【請求項４】 前記結合材が繊維であり、少なくとも該
繊維とカーボン繊維を水に分散したスラリーを用いて抄
紙し乾燥して成形シートを成形することを特徴とする請
求項１〜３記載のカーボンシートの製造方法。 - 【請求項５】 前記繊維がパルプであることを特徴とす
る請求項４記載のカーボンシートの製造方法。 - 【請求項６】 請求項１〜５記載のカーボンシートの一
方の面に触媒を担持することを特徴とする燃料電池用電
極の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21350899A JP4238423B2 (ja) | 1998-08-26 | 1999-07-28 | カーボンシートの製造方法及び燃料電池用電極の製造方法 |
| DE19940351A DE19940351B4 (de) | 1998-08-26 | 1999-08-25 | Verfahren zur Herstellung einer Kohlenstofflage und einer Elektrode |
| US09/383,195 US6331224B1 (en) | 1998-08-26 | 1999-08-26 | Method for manufacturing carbon sheet |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-240743 | 1998-08-26 | ||
| JP24074398 | 1998-08-26 | ||
| JP21350899A JP4238423B2 (ja) | 1998-08-26 | 1999-07-28 | カーボンシートの製造方法及び燃料電池用電極の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000136493A true JP2000136493A (ja) | 2000-05-16 |
| JP4238423B2 JP4238423B2 (ja) | 2009-03-18 |
Family
ID=26519839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21350899A Expired - Fee Related JP4238423B2 (ja) | 1998-08-26 | 1999-07-28 | カーボンシートの製造方法及び燃料電池用電極の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4238423B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002027830A1 (en) * | 2000-09-29 | 2002-04-04 | Sony Corporation | Electrochemical device and method of manufacturing the device |
| JP2002124266A (ja) * | 2000-10-17 | 2002-04-26 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の拡散層とその製造方法および製造装置 |
| JP2003068327A (ja) * | 2001-08-28 | 2003-03-07 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 燃料電池用膜 |
| KR100423843B1 (ko) * | 2001-09-25 | 2004-03-22 | 한국과학기술연구원 | 연료전지용 전극의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는전극 |
| US6896991B2 (en) | 2000-11-22 | 2005-05-24 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte fuel cell and method for producing electrode thereof |
| JP2005216511A (ja) * | 2004-01-27 | 2005-08-11 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池用ガス拡散部材の製造方法 |
| JP2006156001A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池用ガス拡散層及びその製造方法 |
| KR20170107480A (ko) | 2015-01-28 | 2017-09-25 | 도레이 카부시키가이샤 | 다공질 탄소 시트 및 그의 전구체 섬유 시트 |
-
1999
- 1999-07-28 JP JP21350899A patent/JP4238423B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6841289B2 (en) | 2000-09-29 | 2005-01-11 | Sony Corporation | Electrochemical device and method for preparation thereof |
| JP5082182B2 (ja) * | 2000-09-29 | 2012-11-28 | ソニー株式会社 | 電気化学デバイスの製造方法 |
| JP2002124266A (ja) * | 2000-10-17 | 2002-04-26 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の拡散層とその製造方法および製造装置 |
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| KR100423843B1 (ko) * | 2001-09-25 | 2004-03-22 | 한국과학기술연구원 | 연료전지용 전극의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는전극 |
| JP2005216511A (ja) * | 2004-01-27 | 2005-08-11 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池用ガス拡散部材の製造方法 |
| JP2006156001A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池用ガス拡散層及びその製造方法 |
| KR20170107480A (ko) | 2015-01-28 | 2017-09-25 | 도레이 카부시키가이샤 | 다공질 탄소 시트 및 그의 전구체 섬유 시트 |
| US10957916B2 (en) | 2015-01-28 | 2021-03-23 | Toray Industries, Inc. | Porous carbon sheet and precursor fiber sheet thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4238423B2 (ja) | 2009-03-18 |
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