JP2000208152A - Electrode for fuel cell and its manufacture - Google Patents

Electrode for fuel cell and its manufacture

Info

Publication number
JP2000208152A
JP2000208152A JP11006793A JP679399A JP2000208152A JP 2000208152 A JP2000208152 A JP 2000208152A JP 11006793 A JP11006793 A JP 11006793A JP 679399 A JP679399 A JP 679399A JP 2000208152 A JP2000208152 A JP 2000208152A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
catalyst
gas diffusion
electrode
diffusion layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11006793A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hirofumi Iizaka
浩文 飯坂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP11006793A priority Critical patent/JP2000208152A/en
Publication of JP2000208152A publication Critical patent/JP2000208152A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify manufacture of an electrode in a fuel cell. SOLUTION: This electrode 10 comprises a catalyst layer 12 and a gas diffusion layer 14. The catalyst layer 12 includes a catalyst carrying layer 16 and a buffer layer 18. The buffer layer 18 prevents direct contact between the catalyst carrying layer 16 and an electrolyte layer 20 to prevent inflow of an electrolyte into the catalyst carrying layer 16. The electrode 10 wherein the plural layers 12 (16, 18), 14 are laminated is formed by weaving continuous reinforcing fiber. The continuous reinforcing fiber is composed of fiber bundles having electric conductivity. Regions constituting the catalyst carrying layer 16, the buffer layer 18, the electrolyte layer 20 and the gas diffusion layer 14 are respectively formed by impregnating components of a required catalyst, electrolyte and the like into the fiber bundle. By weaving the continuous reinforcing fiber formed with the respective regions, the electrode 10 wherein the catalyst layer 12 and the gas diffusion layer 14 are laminated is manufactured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の電極及
びその製造方法に関し、特に、繊維材料を含む電極に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell electrode and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an electrode containing a fiber material.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、原料ガスの反応エネルギー
を直接的に電気エネルギーに変換する電池であり、図3
に示されるような単セルを単位として発電を行う。この
単セル1は、接合体2がセパレータ4に挟持されて構成
されており、接合体2は、電解質層5の両側に、触媒層
6とこの触媒層6上に被覆されるガス拡散層7とからな
る電極が備えられている。これら電極は、一方がアノー
ド側、他方がカソード側となる。ここで、電解質層5は
燃料電池のイオン伝導体として機能するものであり、こ
の電解質層の種類により燃料電池の種類が分類されてお
り、これらには固体高分子型、固体酸化物型、溶融炭酸
型、リン酸型などがある。
2. Description of the Related Art A fuel cell is a cell that directly converts reaction energy of a raw material gas into electric energy.
Power generation is performed in units of a single cell as shown in FIG. The single cell 1 is configured such that a joined body 2 is sandwiched between separators 4, and the joined body 2 is provided on both sides of an electrolyte layer 5 with a catalyst layer 6 and a gas diffusion layer 7 coated on the catalyst layer 6. And an electrode comprising: One of these electrodes is on the anode side, and the other is on the cathode side. Here, the electrolyte layer 5 functions as an ion conductor of the fuel cell, and the type of the fuel cell is classified according to the type of the electrolyte layer. These include a solid polymer type, a solid oxide type, and a molten oxide type. There are carbonic acid type and phosphoric acid type.

【0003】たとえば、電解質に固体高分子電解質膜を
使用する固体高分子型燃料電池では、セパレータ4の挟
持面に設けられているガス流路8に燃料ガスとして水素
及び酸化ガスとして酸素をそれぞれ供給する。これら
は、ガス拡散層7を介して触媒層6に供給される。この
内、水素ガスはアノード側の触媒層6においてプロトン
を生じ、外部回路に電子を放出する。生成したプロトン
は、電解質5を通って酸素側に移動し、酸素側の触媒層
6(カソード側の触媒層)において酸素と反応して水を
生じる。
For example, in a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte membrane as an electrolyte, hydrogen as a fuel gas and oxygen as an oxidizing gas are supplied to a gas flow path 8 provided on a sandwiching surface of a separator 4. I do. These are supplied to the catalyst layer 6 via the gas diffusion layer 7. Among them, the hydrogen gas generates protons in the catalyst layer 6 on the anode side, and emits electrons to an external circuit. The generated protons move to the oxygen side through the electrolyte 5 and react with oxygen in the oxygen-side catalyst layer 6 (cathode-side catalyst layer) to generate water.

【0004】上記触媒層6とガス流路8との間に配置さ
れたガス拡散層7は、ガス流路8に流れるガスを触媒層
6に良好に拡散させると共に、セパレータ4と触媒層6
との間の電子の伝達を行わせ、さらに、セパレータ4が
触媒層6に接触することによる触媒層6の摩耗等を防止
している。このようなガス拡散層の基材としては、例え
ば、特開昭60−211774号公報に記載されている
ように、主としてカーボンペーパーやカーボンクロス等
が用いられている。
[0004] The gas diffusion layer 7 disposed between the catalyst layer 6 and the gas flow channel 8 satisfactorily diffuses the gas flowing through the gas flow channel 8 into the catalyst layer 6, as well as the separator 4 and the catalyst layer 6.
, And the wear of the catalyst layer 6 due to the contact of the separator 4 with the catalyst layer 6 is prevented. As a base material of such a gas diffusion layer, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-21774, carbon paper, carbon cloth, or the like is mainly used.

【0005】しかしながら、電極としてカーボンクロス
やカーボンペーパー等を用いた場合には、ガスの拡散性
が低下する問題があった。このようなガス拡散層の問題
を解決するために、ガス拡散性を向上し得るガス拡散層
が開発され、このガス拡散層を備えた電極が特開平8−
7897号公報に開示されている。
However, when carbon cloth, carbon paper, or the like is used as the electrode, there is a problem that the gas diffusivity is reduced. In order to solve such a problem of the gas diffusion layer, a gas diffusion layer capable of improving gas diffusivity has been developed.
No. 7897.

【0006】この電極は、触媒を担持した炭素粒子から
なる触媒層と、炭素粒子及び撥水性樹脂から構成され、
該触媒層と反対側の表面に該炭素粒子と絡み合った状態
で炭素短繊維が付着しているガス拡散層と構成されてい
る。このように拡散層は導電体である炭素短繊維が絡み
付いて該層の表面を覆っているため、カーボンクロスや
カーボンペーパー等の電極基材を用いることなく、該層
の強度の確保、触媒層の保護ができると同時に、集電体
との導電性を確保をしつつ電極を薄くできるため、ガス
の拡散性及び余剰水の排水性が向上されている。
This electrode comprises a catalyst layer comprising carbon particles carrying a catalyst, carbon particles and a water-repellent resin,
The gas diffusion layer is configured such that short carbon fibers adhere to the surface opposite to the catalyst layer in a state of being entangled with the carbon particles. As described above, since the diffusion layer covers the surface of the layer by entanglement of the conductive carbon short fibers, the strength of the layer is secured without using an electrode base material such as carbon cloth or carbon paper, and the catalyst layer is formed. And at the same time, the electrodes can be made thinner while ensuring conductivity with the current collector, so that gas diffusivity and excess water drainage are improved.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガス拡散層に炭素繊維を付着させた電極は、製造工程が
複雑になるという問題があった。すなわち、従来の電極
の製造方法は、先ず、ガス拡散層を製造し、次に、触媒
層を製造し、最終的にこれらガス拡散層と触媒層とをホ
ットプレスなどにより一体化させるという複数の工程が
含まれていた。
However, the conventional electrode in which carbon fibers are adhered to the gas diffusion layer has a problem that the manufacturing process is complicated. That is, the conventional method for manufacturing an electrode includes a method of first manufacturing a gas diffusion layer, then manufacturing a catalyst layer, and finally integrating the gas diffusion layer and the catalyst layer by hot pressing or the like. Process was included.

【0008】また、従来の電極では、ホットプレスを用
い、触媒層とガス拡散層とを熱と圧力を加えて一体化さ
せていたため、触媒層やガス拡散層中の炭素粒子などが
かたまり、均質な電導性等に影響を与えるという問題も
生じていた。
Further, in the conventional electrode, the catalyst layer and the gas diffusion layer are integrated by applying heat and pressure by using a hot press, so that carbon particles and the like in the catalyst layer and the gas diffusion layer are aggregated and uniform. There is also a problem of affecting the electrical conductivity and the like.

【0009】そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、燃料電池における電極の
製造を簡便にすることである。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to simplify the production of an electrode in a fuel cell.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、連続強化繊維を織加工して、ガス拡散層
と触媒層とを有する燃料電池用電極を製造する方法であ
って、前記連続強化繊維が、一本の電気電導性を有する
繊維束上に、前記ガス拡散層を構成する領域にガス拡散
層成分を含浸させ、前記触媒層を構成する領域に触媒層
成分を含浸させて生成されることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a fuel cell electrode having a gas diffusion layer and a catalyst layer by weaving continuous reinforcing fibers. The continuous reinforcing fiber impregnates a gas diffusion layer component in a region constituting the gas diffusion layer on a fiber bundle having one electric conductivity, and impregnates a catalyst layer component in a region constituting the catalyst layer. It is characterized by being generated by performing

【0011】上記発明によれば、連続強化繊維上にガス
拡散層領域と触媒層領域とが形成され、これを織り加工
することにより、ガス拡散層と触媒層とが積層した電極
が形成される。従って、従来のように別個に製造された
ガス拡散層と触媒層とをホットプレスなどを用いて圧着
させる必要が無くなるため、製造を簡便にし、安定した
品質の電極を提供することが可能となる。
According to the above invention, the gas diffusion layer region and the catalyst layer region are formed on the continuous reinforcing fiber, and the electrodes are formed by weaving the gas diffusion layer region and the catalyst layer. . Therefore, since it is not necessary to press the gas diffusion layer and the catalyst layer separately manufactured using a hot press or the like as in the related art, it is possible to simplify the manufacturing and provide an electrode of stable quality. .

【0012】また、本発明は、少なくともガス拡散層と
触媒層とが積層形成された燃料電池用電極であって、電
気電導性繊維束上に少なくともガス拡散層領域と触媒層
成分を含浸させた触媒層領域とを形成させた連続強化繊
維を織り加工して、前記ガス拡散層と前記触媒層とが積
層形成されていることを特徴とする。
Further, the present invention is an electrode for a fuel cell in which at least a gas diffusion layer and a catalyst layer are formed in a laminated manner, wherein at least a gas diffusion layer region and a catalyst layer component are impregnated on an electrically conductive fiber bundle. The gas diffusion layer and the catalyst layer are laminated and formed by weaving a continuous reinforcing fiber having a catalyst layer region.

【0013】上記発明によれば、ガス拡散層と触媒層と
が連続した電気電導性を有する繊維から一体構成されて
いるため、触媒層とセパレータ等との間の電気電導性に
優れた電極を構成することができる。また、ガス拡散層
は繊維により構成されているため、ガス拡散性にも優れ
ている。
According to the above invention, since the gas diffusion layer and the catalyst layer are integrally formed from continuous fibers having electrical conductivity, an electrode having excellent electrical conductivity between the catalyst layer and the separator is formed. Can be configured. Further, since the gas diffusion layer is made of fibers, the gas diffusion layer is also excellent in gas diffusion properties.

【0014】さらに、本発明は、上記発明の電極におい
て、前記触媒層には、ガス拡散層が隣接する面と反対の
面にバッファ層が形成され、これに対応して前記連続強
化繊維において、バッファ成分が含浸されたバッファ層
領域が形成されていることを特徴とする。
Further, according to the present invention, in the electrode of the above invention, the catalyst layer has a buffer layer formed on a surface opposite to a surface adjacent to the gas diffusion layer. A buffer layer region impregnated with a buffer component is formed.

【0015】上記発明によれば、触媒層には、電解質と
の対向面にバッファ層が設けられているため、触媒層の
触媒などの流出や触媒層への電解質の流入を防止するこ
とができ、長期に電極、特に触媒層を変形させることな
く使用することが可能となる。
According to the present invention, since the catalyst layer is provided with the buffer layer on the surface facing the electrolyte, it is possible to prevent the catalyst layer from flowing out of the catalyst layer and the electrolyte from flowing into the catalyst layer. It is possible to use the electrode, especially the catalyst layer, for a long time without deforming the catalyst layer.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面を用いて説明する。図1には、本実施形態の燃料電
池用電極を示し、また、図2には、本実施形態の電極の
製造装置を示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a fuel cell electrode according to the present embodiment, and FIG. 2 shows an electrode manufacturing apparatus according to the present embodiment.

【0017】図1に示す通り、本実施形態の電極10
は、触媒層12とガス拡散層14とから構成され、この
触媒層12には、さらに、触媒担持層16とバッファ層
18とが含まれる。この触媒担持層16は、触媒を担持
し、供給される水素ガスのような燃料ガスや酸素などの
酸化ガスをイオン化し、同時に電子を生成させる層であ
る。また、バッファ層18は触媒担持層16と電解質層
20との直接接触を防止して、触媒担持層16に電解質
が流入することを防止し、あるいは、触媒が電解質層2
0に流出することを防止している。また、ガス拡散層1
4は、供給された燃料ガスや酸化ガスを触媒担持層16
に拡散させる。
As shown in FIG. 1, the electrode 10 of the present embodiment
Is composed of a catalyst layer 12 and a gas diffusion layer 14. The catalyst layer 12 further includes a catalyst support layer 16 and a buffer layer 18. The catalyst supporting layer 16 is a layer that supports a catalyst, ionizes an oxidizing gas such as a fuel gas such as a hydrogen gas or oxygen supplied, and simultaneously generates electrons. Further, the buffer layer 18 prevents direct contact between the catalyst supporting layer 16 and the electrolyte layer 20 to prevent the electrolyte from flowing into the catalyst supporting layer 16, or prevents the catalyst from flowing into the electrolyte layer 2.
It is prevented from flowing out to zero. Gas diffusion layer 1
4 is a catalyst supporting layer 16 for supplying the supplied fuel gas or oxidizing gas.
To spread.

【0018】このようにガス拡散層14と触媒層12と
から構成されている点では従来の電極と同様であるが、
この電極では、これら触媒層12、ガス拡散層14が連
続した強化繊維から構成されている。すなわち、この連
続強化繊維は、電気電導性を有する繊維束上に触媒層1
2を構成する領域とガス拡散層14を構成する領域を形
成させ連続した強化繊維を構成する。そして、この強化
繊維を織ることにより触媒層12、ガス拡散層14の積
層構造が形成されている。
As described above, the structure of the gas diffusion layer 14 and the catalyst layer 12 is the same as that of the conventional electrode.
In this electrode, the catalyst layer 12 and the gas diffusion layer 14 are composed of continuous reinforcing fibers. That is, the continuous reinforcing fiber is formed on the fiber bundle having electric conductivity by the catalyst layer 1.
2 and a region forming the gas diffusion layer 14 are formed to form a continuous reinforcing fiber. By laminating the reinforcing fibers, a laminated structure of the catalyst layer 12 and the gas diffusion layer 14 is formed.

【0019】以下に、本実施形態の電極10の製造方法
を図2に示す連続強化繊維製造装置22を用いて詳細に
説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing the electrode 10 of the present embodiment will be described in detail using a continuous reinforcing fiber manufacturing apparatus 22 shown in FIG.

【0020】図2に示すように、先ず、装置22により
強化繊維を生成するために、元となる繊維束を選択し、
準備する。この繊維束24は、アノード側、カソード側
の電極10間の電子の受け渡しができるように電気電導
性である必要がある。電気伝導性を有する繊維束24と
しては、セラミックス系繊維、炭素系繊維、ケイ素系繊
維、ボロン系繊維、アルミニウム系繊維などの金属繊維
などがあり、これらの中から適切なものを用いることが
できる。また、繊維束24の径は、特に限定はなく、ウ
ィスカのような針状に細い径や、一般の金属繊維のよう
に太い径であってよい。一般的には、セラミックス径、
炭素セラミックス径、金属系というように繊維束の径は
太くなる。
As shown in FIG. 2, first, in order to generate reinforcing fibers by the device 22, a fiber bundle to be used as a base is selected.
prepare. The fiber bundle 24 needs to be electrically conductive so that electrons can be transferred between the electrodes 10 on the anode side and the cathode side. As the fiber bundle 24 having electrical conductivity, there are metal fibers such as ceramic fibers, carbon fibers, silicon fibers, boron fibers, and aluminum fibers, and an appropriate fiber can be used. . The diameter of the fiber bundle 24 is not particularly limited, and may be a needle-like thin diameter like a whisker or a thick diameter like a general metal fiber. Generally, ceramic diameter,
The diameter of the fiber bundle becomes large, such as the diameter of the carbon ceramic and the metal.

【0021】こうした繊維束24が準備できたら、この
繊維束24をリール26に巻いて装置22に設置する。
このリール26に巻回された繊維束24の一端を開繊部
28に挿入する。この開繊部28は、後述する含浸部3
0において繊維束24に触媒等を含浸させ易くするため
に、繊維束24をほぐし、開かせる。これにより、開繊
部28から送り出される繊維束24は径が広げられた状
態24aになる。
When such a fiber bundle 24 is prepared, the fiber bundle 24 is wound around a reel 26 and installed in the apparatus 22.
One end of the fiber bundle 24 wound around the reel 26 is inserted into the opening unit 28. The fiber opening section 28 includes an impregnating section 3 described later.
At 0, the fiber bundle 24 is loosened and opened to facilitate impregnation of the fiber bundle 24 with a catalyst or the like. As a result, the fiber bundle 24 sent out from the opening unit 28 is in a state 24a in which the diameter is expanded.

【0022】開繊部28から送り出された繊維24は、
次に含浸部30に送り込まれる。含浸部30は、上記ガ
ス拡散層14、触媒担持層16、バッファ層18を構成
する領域に必要な成分を含浸させる。例えば、触媒担持
層16を構成する領域(以下、触媒担持領域36とい
う)には、繊維束24のその部分に触媒を含浸させる必
要がある。
The fibers 24 sent out from the opening unit 28 are
Next, it is sent into the impregnation part 30. The impregnating section 30 impregnates the components constituting the gas diffusion layer 14, the catalyst supporting layer 16, and the buffer layer 18 with necessary components. For example, in a region constituting the catalyst supporting layer 16 (hereinafter, referred to as a catalyst supporting region 36), it is necessary to impregnate the portion of the fiber bundle 24 with a catalyst.

【0023】こうした触媒担持領域36、バッファ層1
8を構成する領域(以下、バッファ領域38という)、
ガス拡散層14を構成する領域(以下、ガス拡散領域3
4という)は、後述する織り部46における最終的な織
り形状に対応して決定され、制御部32が、含浸部30
にこれら各領域を指定し、含浸部30は、各領域に必要
な成分を含浸させる。
The catalyst supporting region 36 and the buffer layer 1
8 (hereinafter referred to as a buffer area 38),
The region constituting the gas diffusion layer 14 (hereinafter, the gas diffusion region 3
4) is determined according to the final weaving shape in the weaving unit 46 described later, and the control unit 32
Each of these areas is designated, and the impregnating section 30 impregnates each area with necessary components.

【0024】ここで、触媒担持領域36に含浸させる成
分としては、電解質成分としてナフィオン溶液(Dup
on社)などに触媒を混合したスラリーを用いることが
できる。このナフィオン溶液はナフィオンがプロパノー
ル、エタノール、水等の溶液に懸濁されたものである。
このナフィオンは、パーフルオロカーボンを基本骨格に
有し、イオン交換性に富みプロトン導電性が高いことが
知られていることから、このナフィオン溶液を用いるこ
とにより、発電特性の向上を図ることができる。
Here, as a component to be impregnated in the catalyst supporting region 36, a Nafion solution (Dup) is used as an electrolyte component.
slurry) in which a catalyst is mixed. This Nafion solution is a suspension of Nafion in a solution of propanol, ethanol, water or the like.
It is known that Nafion has a perfluorocarbon in its basic skeleton, is rich in ion exchange properties, and has high proton conductivity. Therefore, by using this Nafion solution, it is possible to improve power generation characteristics.

【0025】また、この触媒担持領域36は、アノード
側、カソード側で異ならせることができる。例えば、ア
ノード側の場合には、触媒として、白金(Pt)−ルテ
ニウム(Pu)二元触媒を炭素に担持させたものを用
い、この触媒をシクロヘキサノール、ナフィオン溶液に
懸濁させたスラリーを用いることができる。一方、カソ
ード側には、触媒として、白金(Pt)触媒を炭素に担
持させたものを用い、この触媒をシクロヘキサノール、
ナフィオン溶液に懸濁させたスラリーを用いることがで
きる。
The catalyst carrying region 36 can be different between the anode side and the cathode side. For example, in the case of the anode side, a platinum (Pt) -ruthenium (Pu) binary catalyst supported on carbon is used as a catalyst, and a slurry in which this catalyst is suspended in a cyclohexanol or Nafion solution is used. be able to. On the other hand, on the cathode side, a platinum (Pt) catalyst supported on carbon was used as a catalyst, and the catalyst was cyclohexanol,
A slurry suspended in a Nafion solution can be used.

【0026】また、バッファ領域38に含浸させる成分
としては、バッファ層18が触媒担持層16と電解質層
20との直接接触を防止して、触媒等の流出を防止させ
る目的のものであることから、この目的を達成し得る成
分であれば、どのような成分であってもよい。例えば、
この成分としては、上記触媒を添加しないナフィオン溶
液などの電解質成分を用いることができる。ナフィオン
溶液を用いた場合には、同様に上記の通り、プロトン導
電性を高められ、発電特性を向上させることができる。
As a component to be impregnated into the buffer region 38, the buffer layer 18 is intended to prevent direct contact between the catalyst supporting layer 16 and the electrolyte layer 20, thereby preventing outflow of the catalyst and the like. Any component may be used as long as it can achieve this purpose. For example,
As this component, an electrolyte component such as a Nafion solution to which the above-mentioned catalyst is not added can be used. When a Nafion solution is used, the proton conductivity can be increased as described above, and the power generation characteristics can be improved.

【0027】さらに、ガス拡散領域34は、ガス拡散層
14に供給された燃料ガス、酸化ガスの触媒担持層16
への拡散を向上させ、また、電気電導性を有しているこ
とが必要となる。従って、本実施形態のように繊維束2
4が電気電導性を有し、また、繊維束24には多くのガ
スを透過させる孔が多数形成されるため、特にこのガス
拡散領域34に、何らかの成分を含浸させなくてもよ
い。従って、ここではガス拡散領域34は、全く成分を
含浸させていない無含浸の状態として残すこととしてい
る。但し、ガス拡散領域は無含浸に限られず、ガス拡散
性、電導性をさらに向上させる成分等を含浸させてもよ
い。
Further, the gas diffusion region 34 is provided with a catalyst supporting layer 16 for the fuel gas and the oxidizing gas supplied to the gas diffusion layer 14.
It is necessary to improve the diffusion to the semiconductor and to have electric conductivity. Therefore, as in the present embodiment, the fiber bundle 2
4 has electric conductivity, and the fiber bundle 24 has a large number of holes through which many gases can pass. Therefore, it is not necessary to impregnate the gas diffusion region 34 with any component. Therefore, here, the gas diffusion region 34 is left unimpregnated without any component impregnation. However, the gas diffusion region is not limited to the non-impregnated region, and may be impregnated with a component or the like that further improves gas diffusion and electrical conductivity.

【0028】このように含浸部30では、制御部32に
より指定された触媒担持領域36、バッファ領域38
に、それぞれ触媒を含有するスラリー、電解質を含浸さ
せる。一方、ガス拡散領域34には、上述した通り無含
浸のままの状態を保持する。従って、含浸部30から
は、繊維束24上にガス拡散領域34、触媒担持領域3
6、バッファ領域38が形成されて送り出され、プレス
部40に送り込まれる。このプレス部40では、開繊部
28により開かれた繊維束をプレスして閉じられ、強化
繊維42が形成される。この強化繊維42には、必要な
触媒42a、電解質42b等が適切な領域に担持される
ことになる。
As described above, in the impregnating section 30, the catalyst carrying area 36 and the buffer area 38 designated by the control section 32 are provided.
Is impregnated with a slurry containing a catalyst and an electrolyte. On the other hand, as described above, the gas diffusion region 34 maintains the state of no impregnation. Therefore, the gas diffusion area 34 and the catalyst supporting area 3
6. The buffer area 38 is formed, sent out, and sent to the press section 40. In the press section 40, the fiber bundle opened by the fiber opening section 28 is pressed and closed, and the reinforcing fibers 42 are formed. The necessary catalysts 42a, electrolytes 42b, and the like are carried in appropriate regions on the reinforcing fibers 42.

【0029】プレスされ形成された強化繊維42は、巻
取りドラム44に送られ、強化繊維を巻取る。ここで巻
き取られた強化繊維42は自動織機46に送り込まれ、
ここで織られて、触媒層12、ガス拡散層14が形成さ
れる。この自動織機46によって織られる形状として
は、ガスを通過させ易く、また電気伝導性がよい織り形
状が選択される。この織り形状としては、セラミクス基
複合材料(アグネ承風社)に記載されているものを採用
することができる。より具体的には、2軸織物、各種メ
リアス型、マット型、各種ブレイド型などである。
The formed reinforcing fibers 42 are sent to a take-up drum 44 and wound up. The reinforced fiber 42 wound here is sent to an automatic loom 46,
Here, the catalyst layer 12 and the gas diffusion layer 14 are formed by weaving. As the shape to be woven by the automatic loom 46, a woven shape that allows gas to pass easily and has good electric conductivity is selected. As this woven shape, those described in a ceramics-based composite material (Agne Shofu Co., Ltd.) can be adopted. More specifically, there are biaxial woven fabrics, various melias types, mat types, various blade types, and the like.

【0030】以上の通り、本実施形態の燃料電池用電極
は、繊維束にガス拡散領域、触媒担持領域、バッファ領
域が形成され、単にこれを織ることによりガス拡散層、
触媒層が積層形成される。したがって、従来のように別
々に作られた触媒層とガス拡散層を圧着させる工程等が
不要となり、製造の簡便化を図ることが可能となる。
As described above, in the fuel cell electrode of the present embodiment, the gas diffusion region, the catalyst carrying region, and the buffer region are formed in the fiber bundle, and the gas diffusion layer,
A catalyst layer is formed by lamination. Therefore, a step of pressing the catalyst layer and the gas diffusion layer separately formed as in the related art is not required, and the production can be simplified.

【0031】また、この方法で製造される電極は、製造
が簡便であるだけではなく、種々の有利な特性を有して
いる。すなわち、電極10はガス拡散層14と触媒層1
2の積層構造を形成する際、圧着不良などの問題や、熱
と圧力が加えられるホットプレスなどにより圧着時の成
分の偏りなどを形成させることなく、安定した品質の電
極を提供することができる。また、ガス拡散層14は強
化繊維を織って構成されているため、多孔質でガス拡散
性に富んでいる。さらに、ガス拡散層14と触媒層12
とは、連続した強化繊維から構成されているため、これ
らの間の電気電導性はよく、図には示していないがセパ
レータなどの集電体への電気伝導効率などを高めること
ができる。
The electrodes manufactured by this method are not only simple to manufacture, but also have various advantageous characteristics. That is, the electrode 10 comprises the gas diffusion layer 14 and the catalyst layer 1.
When forming the laminated structure of No. 2, it is possible to provide an electrode of stable quality without causing problems such as poor press bonding and unevenness of components at the time of pressing by hot press to which heat and pressure are applied. . Further, since the gas diffusion layer 14 is formed by weaving reinforcing fibers, the gas diffusion layer 14 is porous and rich in gas diffusion. Further, the gas diffusion layer 14 and the catalyst layer 12
Is composed of continuous reinforcing fibers, the electrical conductivity between them is good, and although not shown, the efficiency of electrical conduction to a current collector such as a separator can be increased.

【0032】さらに、本実施形態の電極10では、触媒
担持層16と電解質層20との間にバッファ層18が設
けられているため、触媒担持層16の触媒が電解質層2
0へ流出することなどを防止することができる。
Further, in the electrode 10 of this embodiment, since the buffer layer 18 is provided between the catalyst supporting layer 16 and the electrolyte layer 20, the catalyst of the catalyst supporting layer 16 is
It can be prevented from flowing out to zero.

【0033】なお、上記説明において、電解質層20と
しているが、この電解質層20は、固体高分子電解質
膜、固体酸化物電解質膜、リン酸電解質溶液等の種々の
ものを適用することができる。すなわち、本実施形態の
電極は、固体高分子型、固体酸化物型、リン酸型、溶融
炭酸型の燃料電池に適用することができる。
In the above description, the electrolyte layer 20 is used, but various electrolyte layers such as a solid polymer electrolyte membrane, a solid oxide electrolyte membrane, and a phosphoric acid electrolyte solution can be used. That is, the electrode of the present embodiment can be applied to a polymer electrolyte fuel cell, a solid oxide fuel cell, a phosphoric acid fuel cell, and a molten carbonic acid fuel cell.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、燃料電池
用電極の製造が簡便となり、また、製造された電極は、
従来のホットプレス等により層間を圧着されていないた
め、成分の偏り等の問題も回避され、また、電気電導性
に優れているため、品質の向上が図られている。
As described above, according to the present invention, the production of an electrode for a fuel cell is simplified, and the produced electrode is
Since the layers are not press-bonded by a conventional hot press or the like, problems such as component bias are avoided, and quality is improved because of excellent electrical conductivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本実施形態の電極の全体構成を示す断面図で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an overall configuration of an electrode according to an embodiment.

【図2】 本実施形態の電極を製造する製造装置の全体
構成図である。
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a manufacturing apparatus for manufacturing an electrode according to the present embodiment.

【図3】 従来の電極の全体構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an entire configuration of a conventional electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 電極、12 触媒層、14 ガス拡散層、16
触媒担持層、18 バッファ層、24 繊維束、34
ガス拡散領域、36 触媒担持領域、38 バッファ領
域、42 強化繊維。
Reference Signs List 10 electrode, 12 catalyst layer, 14 gas diffusion layer, 16
Catalyst support layer, 18 buffer layer, 24 fiber bundles, 34
Gas diffusion area, 36 catalyst carrying area, 38 buffer area, 42 reinforcing fiber.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 連続強化繊維を織加工して、ガス拡散層
と触媒層とを有する燃料電池用電極を製造する方法であ
って、 前記連続強化繊維が、一本の電気電導性を有する繊維束
上に、前記ガス拡散層を構成する領域にガス拡散層成分
を含浸させ、前記触媒層を構成する領域に触媒層成分を
含浸させて生成されることを特徴とする燃料電池用電極
の製造方法。
1. A method for producing a fuel cell electrode having a gas diffusion layer and a catalyst layer by weaving continuous reinforcing fibers, wherein the continuous reinforcing fibers have a single electrical conductivity. Producing an electrode for a fuel cell, wherein a region constituting the gas diffusion layer is impregnated with a gas diffusion layer component on the bundle, and a region constituting the catalyst layer is impregnated with the catalyst layer component. Method.
【請求項2】 少なくともガス拡散層と触媒層とが積層
形成された燃料電池用電極であって、 電気電導性繊維束上に少なくともガス拡散層領域と触媒
層成分を含浸させた触媒層領域とを形成させた連続強化
繊維を織り加工して、前記ガス拡散層と前記触媒層とが
積層形成されていることを特徴とする燃料電池用電極。
2. A fuel cell electrode in which at least a gas diffusion layer and a catalyst layer are formed by lamination, wherein at least a gas diffusion layer region and a catalyst layer region in which a catalyst layer component is impregnated on an electrically conductive fiber bundle. The electrode for a fuel cell, wherein the gas diffusion layer and the catalyst layer are laminated and formed by weaving a continuous reinforcing fiber formed with.
【請求項3】 前記触媒層には、ガス拡散層が隣接する
面と反対の面にバッファ層が形成され、これに対応して
前記連続強化繊維において、バッファ成分が含浸された
バッファ層領域が形成されていることを特徴とする請求
項2に記載の燃料電池用電極。
3. The catalyst layer has a buffer layer formed on a surface opposite to a surface adjacent to a gas diffusion layer, and a buffer layer region impregnated with a buffer component in the continuous reinforcing fibers. The fuel cell electrode according to claim 2, wherein the electrode is formed.
JP11006793A 1999-01-13 1999-01-13 Electrode for fuel cell and its manufacture Pending JP2000208152A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11006793A JP2000208152A (en) 1999-01-13 1999-01-13 Electrode for fuel cell and its manufacture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11006793A JP2000208152A (en) 1999-01-13 1999-01-13 Electrode for fuel cell and its manufacture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000208152A true JP2000208152A (en) 2000-07-28

Family

ID=11648064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11006793A Pending JP2000208152A (en) 1999-01-13 1999-01-13 Electrode for fuel cell and its manufacture

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000208152A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002056404A1 (en) * 2001-01-16 2002-07-18 Showa Denko K. K. Catalyst composition for cell, gas diffusion layer, and fuel cell comprising the same
WO2002082572A1 (en) * 2001-03-30 2002-10-17 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Solid polymer type fuel cell
JP2006190592A (en) * 2005-01-07 2006-07-20 Shinko Electric Ind Co Ltd Fuel cell
US8026015B2 (en) 2003-09-04 2011-09-27 Daimler Ag Membrane electrode assembly for a fuel cell

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002056404A1 (en) * 2001-01-16 2002-07-18 Showa Denko K. K. Catalyst composition for cell, gas diffusion layer, and fuel cell comprising the same
WO2002082572A1 (en) * 2001-03-30 2002-10-17 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Solid polymer type fuel cell
US8026015B2 (en) 2003-09-04 2011-09-27 Daimler Ag Membrane electrode assembly for a fuel cell
JP2006190592A (en) * 2005-01-07 2006-07-20 Shinko Electric Ind Co Ltd Fuel cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6106965A (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP4707669B2 (en) MEMBRANE ELECTRODE COMPOSITE, MANUFACTURING METHOD THEREOF, FUEL CELL, ELECTRONIC DEVICE
KR101877753B1 (en) Composite electrolyte membrane for fuel cell, membrane-electrode assembly including thereof, fuel cell including thereof, and manufacturing method thereof
JP2002529890A (en) Improved membrane electrode assembly for PEM fuel cells
JP2002110198A (en) Polymer-electrolyte fuel cell stack and electric vehicle with this fuel cell stack
US20080138683A1 (en) Laminated layer fuel cell and method for manufacturing the same
KR20140031148A (en) Method for fabricating a fuel cell including a membrane-electrode assembly
JP4956870B2 (en) Fuel cell and fuel cell manufacturing method
JPH0817440A (en) Electrode for polymer electrolyte-type electrochemical cell
US20030175575A1 (en) PEM fuel cell stack and method of making same
US6926982B2 (en) Fuel cell
JP3596773B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP3503193B2 (en) Fuel cell assembly and method of manufacturing the same
CA2693522C (en) Fuel cell with non-uniform catalyst
JP2004200153A (en) Fuel cell and material for fuel cell gas diffusion layer
KR20090123819A (en) Ion conductive electrolyte membrane and method for preparation of same, membrane-electrode assembly and proton exchange membrane fuel cell
US6803137B2 (en) Fuel cell
JP2004063430A (en) Solid high molecular electrolyte film for fuel cell
KR101877755B1 (en) Composite electrolyte membrane for fuel cell, membrane-electrode assembly including thereof, fuel cell including thereof, and manufacturing method thereof
JP2000208152A (en) Electrode for fuel cell and its manufacture
JP2005038780A (en) Solid polymer fuel cell
JPH08106915A (en) Electrode of solid polymer fuel cell and manufacture of fuel cell
CN101593840A (en) Proton exchange model fuel cell unit, mea and gaseous diffusion layer structure
JP2002516470A (en) Fuel cell
JP4052932B2 (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051019

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070723

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080226

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080416

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20080416

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090728

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100112