JP2001110430A

JP2001110430A - 固体高分子型燃料電池及びその電極の製造方法

Info

Publication number: JP2001110430A
Application number: JP29058899A
Authority: JP
Inventors: Satoru Motomura; 了本村
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 1999-10-13
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】多孔構造を有しガス拡散性に優れてい
る固体高分子型燃料電池用電極の製造方法を提供する。【解決手段】電極触媒と固体高分子電解質から構成
されるガス拡散電極中に製造工程においてガス発生剤を
含有させ、加熱処理してこのガス発生剤を分解させ上記
電極中に多孔構造を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池の製造方法、特にその電極の製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】水素・酸素燃料電池は、水素燃料を酸素
や空気を用いて電気化学的に酸化し、燃料の化学エネル
ギーを電気エネルギーとして取りだすもので、その反応
生成物が原理的に水のみであり、地球環境への悪影響が
ほとんどない低公害性の発電システムとして注目されて
いる。燃料電池は、用いる電解質の種類により、アルカ
リ性水溶液型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型
等に分類されるが、なかでも、イオン交換膜を固体電解
質とする固体高分子型燃料電池は、低温で作動し、また
近年の研究の急速な進展により出力密度が高められ、小
型化が可能で、低温動作性と高出力密度の点で、特に宇
宙船や車両用等の移動用電源として実用化が大いに期待
されている。

【０００３】従来、固体高分子型燃料電池のガス拡散電
極は、主に電極触媒及び固体高分子電解質からなり、こ
れらを以下に示す方法で固体電解質であるイオン交換膜
と一体に接合し、電極・膜接合体とすることが知られて
いる。

【０００４】（１）イオン交換膜上に直接電極触媒を析
出させる方法（特公昭５８−４７４７１等参照）。

【０００５】（２）触媒能を有するガス拡散電極のシー
トを作製し、当該電極シートをホットプレス（加熱圧
着）によりイオン交換膜と接合する方法（米国特許３，
１３４，６９７、米国特許３，２９７，４８４、特公平
２−７３９８等参照）。

【０００６】最近は、少量の触媒を有効に利用できる点
で（２）のホットプレス法が主に採用されている。な
お、ガス拡散電極のシート上に触媒層を形成する方法と
して、電気化学的析出法や触媒ペーストの塗布などの方
法が提案されているが、いずれにせよ最終的にイオン交
換膜とガス拡散電極シートとの接合は、ホットプレスに
よって行われていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】固体高分子型燃料電池
では、電気化学的反応が固体高分子電解質、電極触媒及
び燃料ガス（水素又は酸素）の三相が共存する三相界面
で起こると考えられている。したがって、水素や酸素等
の反応ガスが十分に反応面に供給されやすい多孔構造を
作ることは、電池性能を向上させるために重要であり、
特に高電流密度領域では、燃料ガス等の拡散が律速にな
る傾向があるため、電極構造が電池性能に大きな影響を
及ぼす。

【０００８】上記したように、現在一般に電極シートと
イオン交換膜を接合する方法として、イオン交換膜のガ
ラス転移点以上の温度で加熱圧着するホットプレス法が
採用されているが、プレス時の熱と圧力で触媒担持部分
の細孔がつぶされ、電極の多孔構造が崩れてしまい、十
分な反応ガスの供給が出来なくなると云う問題があっ
た。

【０００９】そこで、本発明は、固体高分子型燃料電池
におけるガス拡散電極とイオン交換膜との電極・膜接合
体の製造方法における上記問題点を解決することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に従えば、電極触
媒と固体高分子電解質とを含む固体高分子型燃料電池用
電極の製造方法であって、電極触媒と固体高分子電解質
と１００〜２８０℃の温度範囲で分解しガスを発生する
化合物との混合物を成形した後、加熱処理して前記化合
物を分解させて多孔構造とすることを特徴とする固体高
分子型燃料電池用電極の製造方法、が提供される。

【００１１】また本発明に従えば、イオン交換膜の両面
に電極が配置された固体高分子型燃料電池の製造方法に
おいて、前記電極の少なくとも一方は、電極触媒と固体
高分子電解質と１００〜２８０℃の温度範囲で分解しガ
スを発生する化合物との混合物を成形した後、加熱処理
して前記化合物を分解させて多孔構造とすることを特徴
とする固体高分子型燃料電池の製造方法、が提供され
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１３】本発明の電極の製造方法においては、電極
触媒と固体高分子電解質と１００〜２８０℃の温度範囲
で分解しガスを発生する化合物との混合物を成形する。

【００１４】本明細書では、電極の製造時に使用する１
００〜２８０℃の温度範囲で分解しガスを発生する化合
物を、以下ガス発生剤という。

【００１５】電極触媒としては、水素の酸化反応あるい
は酸素の還元反応に触媒作用を有するものであればよ
く、例えば白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、
バナジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム又は
これらの合金から選択することができ、好ましくは、白
金又は白金と、金、ルテニウム、レニウム、クロム、コ
バルト、ニッケル、アルミニウム、ガリウム、ケイ素、
ゲルマニウム、スズ、鉛、リン、アンチモン、ビスマ
ス、セレン及びテルル等から選択される一種以上の元素
との合金である。

【００１６】これらの電極触媒は、微粒子の状態でその
まま使用してもよいが、高比表面積と安定性を確保する
ため適当な担体に担持させることが好ましい。担体とし
ては、導電性と耐蝕性を兼ね備えたものが好ましく、特
にアセチレンブラックやファーネスブラック等のカーボ
ンブラックやグラファイト等が望ましい。これらの担体
の比表面積は、３０〜１６００（ｍ² ／ｇ）程度のもの
が好ましい。

【００１７】これら担体に担持された電極触媒は、活性
を増大させるため、固体高分子電解質であるイオン交換
樹脂で被覆することが好ましい。

【００１８】電極を形成する方法は、特に限定するもの
ではなく、電極は高分子電解質膜であるイオン交換の両
面に配置されるが、電極と該膜は一体に接合されている
ことが好ましく、例えば次のような方法が採用できる。
すなわち、メタノール、エタノール、イソプロパノー
ル等のアルコール類、フルオロカーボン類、ヒドロフル
オロカーボン類、ヒドロクロロフルオロカーボン類、水
等の溶媒に被覆用の固体高分子電解質であるイオン交換
樹脂を溶解させた溶液に、電極触媒微粒子を分散させ、
この分散液を混練、圧延、乾燥等して一旦電極シートと
し、これをイオン交換膜の両面に配置して加熱プレスし
て圧着させる方法、カーボンペーパー、カーボンクロ
ス、又はカーボンクロスの片面をカーボン粒子で目詰め
等して導電性多孔質体としたものの上に上記触媒分散液
を、塗布や噴霧して電極を形成した後、イオン交換膜と
接着／加熱プレスする方法、又は上記触媒分散液を塗
工液とし、イオン交換膜上に直接スクリーン印刷し、乾
燥後、同様に加熱プレスして圧着させる方法等である。

【００１９】加熱プレスする場合の装置としては、加熱
プレス機、ロールプレス機等が用いられ、プレス温度
は、使用するイオン交換樹脂のガラス転移温度以上であ
ればよく、通常１２０〜２５０℃であり、プレス圧力
は、０．５〜１０ＭＰａ程度である。

【００２０】なお、必要に応じ、上記触媒分散液中に
は、結着剤と撥水化剤を兼ねるポリテトラフルオロエチ
レン、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、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等を添加して使用
することができる。

【００２１】本発明においては、電極触媒と固体高分子
電解質から構成させるガス拡散電極中にガス発生剤を含
有させ、加熱処理してこのガス発生剤を分解させて、電
極中に多孔構造を形成させる。

【００２２】すなわち、ガス発生剤は、加熱により分解
して窒素ガス、炭酸ガス、アンモニア等のガスの気泡を
生成するが、この発生ガスの膨張圧力により、電極触媒
粒子を被覆している高分子電解質は、発泡せしめられ、
電極内に多孔構造が形成される。多孔構造が効果的に形
成されるためには、ガスの分解時に高分子電解質である
イオン交換樹脂が軟化しているか、さらには溶融してい
ることが好ましい。このようにして、電極内に、多孔構
造が形成されることにより、電極内における燃料ガス
（水素又は酸素を含むガス）の拡散が促進され、特に高
電流密度領域における電池性能が向上する。

【００２３】すなわち、固体高分子型燃料電池は、０．
４〜１．３（Ａ／ｃｍ² ）程度の大きな電流密度で運転
されるため、このように高いガス拡散性を有する電極で
あることが好ましいのである。

【００２４】電極を形成する方法は、すでに述べたよう
に、イオン交換樹脂を溶解させた溶液の触媒分散液か
ら電極シートを形成し、イオン交換膜に加熱プレスして
圧着させる方法、カーボンペーパー等からなる導電性
多孔質体上に触媒分散液を、塗布した後イオン交換膜と
接着／加熱プレスする方法、触媒分散液を塗工液とし
てイオン交換膜上に直接スクリーン印刷し加熱プレスす
る方法等があるが、ガス発生剤は、通常この触媒分散液
中に添加されることにより電極中に含ましめられる。

【００２５】加熱処理によるガス発生剤の分解工程は、
電極とイオン交換膜の接合体を形成した後に行うことが
より好ましい。予めガス拡散電極中でガス発生剤を分解
して多孔構造を形成しても、電極とイオン交換膜とを接
合する工程で、上記形成された電極の多孔構造が潰れて
しまう可能性があるためである。接合後に加熱処理して
ガス発生剤の分解を行うことにより、多孔構造をより確
実に保持することができる。

【００２６】ガス発生剤は、熱により分解しガスを発生
する機能を有する化合物であって、その分解温度は１０
０〜２８０℃である。本発明の電極の製造方法では、ガ
ス発生剤の分解温度以上の温度で加熱するが、分解をは
じめる温度が１００℃より低い温度では、固体高分子電
解質が充分に軟化しないため電極を充分発泡させること
が難しく、また、２８０℃より高い温度では、固体高分
子電解質の熱分解が始まってしまうため好ましくない。

【００２７】また製造工程において、電極を加熱する温
度は、ガス発生剤の分解温度以上、かつ固体高分子電解
質の溶融温度以上、かつ固体高分子電解質の熱分解温度
未満となるように設定する。

【００２８】すなわち好ましくは、固体高分子電解質の
溶融温度に合わせてガス発生剤の分解温度を選択するこ
とである。例えば１８０℃の溶融温度を有する固体高分
子電解質には、１８０〜２３０℃程度の分解温度を有す
るガス発生剤が好ましい。なお、本発明において「溶融
温度」とは、長さ１ｍｍ、内径１ｍｍのノズルを用い、
３ＭＰａの押出し圧力の条件で樹脂の溶融押出しを行っ
た際、押出し量が１００（ｍｍ³ ／秒）となる温度を示
すものとする。

【００２９】ガス発生剤は、１種を単独で用いても良
く、または２種以上、複合して用いても良い。また、ア
ノード側とカソード側のガス発生剤は、同じでも、異な
っていても良い。

【００３０】少量のガス発生剤で効率よく発泡させるた
めには、ガス発生剤としては、狭い温度範囲で迅速に大
量のガスを発生することが好ましい。具体的にはアゾ化
合物、ニトロソ化合物、スルホニルヒドラジド化合物に
代表される有機系ガス発生剤；炭酸塩、重炭酸塩、亜硝
酸塩、水素化物に代表される無機系ガス発生剤が好まし
く使用され、特にアゾ化合物、ニトロソ化合物、スルホ
ニルヒドラジド化合物が好ましい。

【００３１】アゾ化合物としては、アゾジカルボンアミ
ド、アゾビスホルムアミド、アゾビスイソブチロニトリ
ル、アゾジカルボンジアミジンなどが、ニトロソ化合物
としては、Ｎ，Ｎ' ―ジニトロソペンタメチレンテトラ
ミンなど、スルホニルヒドラジド化合物としては、ｐ、
ｐ' −オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、
ｐ−トルエンスルホニルヒドラジドなどが挙げられる。
また、その他、ｐ−トルエンスルホニルアセトンヒドラ
ゾーン、ヒドラゾジカルボンアミド、テトラゾール、５
−アミノ−１Ｈ―テトラゾール等のアミノテトラゾー
ル、５，５−ビ−１Ｈ−テトラゾール等のビテトラゾー
ル、クエン酸ナトリウム、尿素、メラミン、５−オキソ
−１，２，４−トリアゾール等のトリアゾール、セミカ
ルバジド、アセトンセミカルバジド、ヒドラジン、グア
ニジン、アミノグアニジン等も使用可能である。このう
ち、特に好ましいのは、アゾジカルボンアミド、Ｎ，
Ｎ' ―ジニトロソペンタメチレンテトラミン、ｐ、ｐ'
−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）であ
る。

【００３２】また、無機系のガス発生剤としては、塩基
性炭酸マグネシウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウ
ム、重炭酸アンモニウム、セスキ炭酸ナトリウム、セス
キ炭酸カリウム、セスキ炭酸アンモニウム、アジ化スト
ロンチウム等が使用される。

【００３３】ガス発生剤の添加量は、それぞれ分解時に
発生するガスの発生量により異なるが、例えば２７０
（ｍｌ／ｇ）のガス発生量を有するアゾジカルボンアミ
ドの場合、固体高分子電解質に対し、０．１〜１０ｐｈ
ｒの添加量が好ましい。０．１ｐｈｒ未満ではガスの発
生量が少なすぎて、多孔構造が充分に形成されず、１０
ｐｈｒを越え加えても、それ以上の多孔構造形成効果は
期待できない。

【００３４】加熱処理は、使用するガス発生剤の分解温
度及び固体高分子電解質の溶融・軟化温度を考慮して条
件を設定することが好ましい。例えば、１８０℃の溶融
温度を有する固体高分子電解質と２００℃の分解温度を
有するガス発生剤を組み合わせた場合、２００〜２８０
℃の温度範囲で、１０〜１８００秒間（３０分間）、ガ
ス発生剤を含有するガス拡散電極を加熱することが好ま
しい。２００℃未満ではガス発生剤が充分分解せず、２
８０℃を超えると、固体高分子電解質の熱分解が起こる
おそれがあるため好ましくない。また、加熱時間が１０
秒未満では、ガス発生剤への熱伝導が充分でないため、
ガス発生剤の分解が充分に起こらず、３０分を超えて加
熱しても、それ以上のガス発生剤の分解は期待できない
ため無駄である。なお、加熱時間は一般的には、５〜３
０００秒間（５０分間）である。

【００３５】また、加熱処理を行う加熱装置は、特に限
定するものではなく、上記温度範囲の加熱が可能な電気
炉、ガス炉、赤外線加熱炉等がいずれも好ましく採用さ
れる。

【００３６】本発明における固体高分子電解質として
は、その母核がフッ素系樹脂であるフッ素系イオン交換
樹脂、母核が炭化水素系樹脂である炭化水素系イオン交
換樹脂等が使用可能であり、単一のイオン交換樹脂から
なってもよいし、２種以上のイオン交換樹脂を混合した
ものであってもよい。また、固体高分子電解質はアノー
ド側とカソード側で同じであっても異なっていてもよ
い。

【００３７】フッ素系イオン交換樹脂としては、パーフ
ルオロカーボン重合体が好ましく、特に、式（１）で表
される重合単位及び式（２）で表される重合単位を含む
重合体が好ましい。なお、本明細書においてパーフルオ
ロカーボン重合体とは、炭化水素からなる重合体の水素
原子をすべてフッ素原子に置換した重合体だけではな
く、エーテル結合性の酸素原子等を含有する重合体も含
むものとする。

【００３８】

【化１】

【００３９】式（１）において、Ｘ¹ はフッ素原子又は
トリフルオロメチル基であり、Ｘ²は、フッ素原子又は
炭素数１〜６のパーフルオロアルキル基である。

【００４０】また、式（２）において、Ａ¹ は、ＳＯ₃
Ｍ、ＣＯＯＭ又は加水分解によりこれらの基に変換され
る基（ここでＭは、水素原子又はアルカリ金属原子を表
す。）、であり、Ｘ³ はフッ素原子又は炭素数１〜６の
パーフルオロアルキル基である。

【００４１】Ｙは、式（３）（Ｐ）、式（４）（Ｑ）、
式（５）（Ｒ）、式（６）（Ｓ）、で表される含フッ素
単位から構成されるものであり、−（Ｐ・Ｑ・Ｒ・Ｓ）
−、又は、−Ｏ−（Ｐ・Ｑ・Ｒ・Ｓ）−であり、（Ｐ・
Ｑ・Ｒ・Ｓ）は、Ｐ、Ｑ、ＲおよびＳの少なくとも一つ
以上を任意の順序で配列することを表し、ａ、ｂ、ｃ、
ｄ、ｅおよびｆは、０または１〜６の整数である。ま
た、ｘは０又は１である。

【００４２】

【化２】

【００４３】式（３）〜（６）において、Ｘ⁴ 、Ｘ⁶ 、
Ｘ⁸ 及びＸ¹⁰は、フッ素原子又はトリフルオロメチル基
であり、Ｘ⁵ 、Ｘ⁷ 、Ｘ⁹ 、及びＸ¹¹は、フッ素原子又
は、炭素数１〜６のパーフルオロアルキル基であ。ａ、
ｂ及びｃはそれぞれ独立に０〜６の整数であるが、全部
が同時にａ＝ｂ＝ｃ＝０となることはなく、ｄ、ｅ及び
ｆは１〜６の整数である。

【００４４】なお、−（Ｐ・Ｑ・Ｒ・Ｓ）−、または、
−Ｏ−（Ｐ・Ｑ・Ｒ・Ｓ）−の好ましい具体例として
は、式（７）〜（１１）が挙げられる。

【００４５】

【化３】

【００４６】上式において、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、
ｒ、ｓは、それぞれ独立に１〜６の整数であり、Ｚ¹ 、
Ｚ² 、Ｚ³ 、Ｚ⁴ 及びＺ⁵ は、それぞれ独立にフッ素原
子又は炭素数１〜６のパーフルオロアルキル基である。

【００４７】一方、炭化水素系イオン交換樹脂の好まし
い例としては、式（１２）で表される重合単位と式（１
３）で表される重合単位とを含む重合体が挙げられる。

【００４８】

【化４】

【００４９】上記式中、Ｐ¹ は、フェニルトリール基、
ビフェニルトリール基、ナフタレントリール基、フェナ
ントレントリール基、アントラセントリール基であり、
Ｐ²は、フェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン
基、フェナントリレン基、アントラシレン基であり、Ａ
² は、−ＳＯ₃ Ｍ（ここでＭは、水素原子、又はアルカ
リ金属原子を表す。以下同じ）、−ＣＯＯＭ又は加水分
解によりこれらの基に転換する基であり、Ｂ¹ 、Ｂ²
は、それぞれ独立に酸素原子、イオウ原子、スルホニル
基又はイソプロピリデン基である。なお、Ｐ¹ 及びＰ²
の構造異性については、特に限定されない。

【００５０】また、Ｐ¹ 及びＰ² の水素原子の１個以上
がフッ素原子、塩素原子、臭素原子又は炭素数１〜３の
アルキル基で置換されているものも好ましく使用でき
る。

【００５１】固体高分子電解質として用いるイオン交換
樹脂のイオン交換容量は、酸型にしたときに０．５〜
４．０（ミリ当量／ｇ乾燥樹脂）、特に１．０〜３．０
（ミリ当量／ｇ乾燥樹脂）であることが好ましい。イオ
ン交換容量が低すぎると、イオン導電性が低下し、逆に
イオン交換容量が高すぎると、含水率が高くなりすぎ好
ましくない。電極層の含水率があまり高くなると、電池
の反応により生じる水や、燃料ガスとともに送られる水
が、ガス拡散電極層の外部に排出されにくくなって電極
層内部に留まり、電極層の細孔が水で閉塞される。その
ため、燃料ガス等が電極層に供給されにくくなり発電電
圧が低下するというフラッディング現象が起こる。

【００５２】なお、上記したイオン交換樹脂は、またこ
れを押出し製膜してイオン交換膜を作製し、相対する電
極の間に配置される電解質膜として使用することができ
る。イオン交換膜の厚みは、３０〜３００μｍ、好まし
くは５０〜２００μｍである。

【００５３】

【実施例】以下、本発明を、実施例（例１〜６）及び比
較例（例７，８）により説明するが、これらは単なる例
示であり、本発明の技術的範囲がこれらにより限定され
るものではない。

【００５４】 (１) ガス拡散電極・イオン交換膜接合体の形成〔例１〕固体高分子電解質として、ＣＦ₂ ＝ＣＦ₂ に基
づく重合単位と、ＣＦ₂ ＝ＣＦＯＣＦ₂ ＣＦ（ＣＦ₃ ）
ＯＣＦ₂ ＣＦ₂ ＳＯ₃ Ｈに基づく重合単位とからなる共
重合体からなるパーフルオロカーボン重合体（イオン交
換容量１．１ミリ当量／グラム乾燥樹脂、溶融温度１８
０℃）を、電極触媒として白金を担持したカーボンを、
及びガス発生剤としてアゾジカルボンアミドを使用し、
重量比で１：３：０．０５の割合で、上記重合体をエタ
ノールに分散、溶解させ、触媒分散液を調整した。

【００５５】この触媒分散液を塗工液とし、スクリーン
印刷機により、ポリエチレンテレフタレート支持フィル
ム上に固定されたイオン交換膜の両面に塗布した後エタ
ノールを乾燥させてガス拡散電極を形成し、ガス拡散電
極・イオン交換膜接合体を得た。なお、イオン交換膜と
しては、厚さ５０μｍのスルホン酸基を含有するパーフ
ルオロカーボン重合体からなる膜（商品名：フレミオン
ＨＲ膜、旭硝子社製、イオン交換容量１．１）を用い
た。

【００５６】引続き、２３０℃のオーブンで２分間加熱
処理を施し、ガス発生剤であるアゾジカルボンアミドを
分解させ、ガス拡散電極内に多孔構造を形成した。

【００５７】〔例２、３〕アゾジカルボンアミドを、
Ｎ，Ｎ' −ジニトロソペンタメチレンテトラミン（例
２）、及びクエン酸ナトリウム（例３）にそれぞれ置き
換えた他は、例１と同様の実験を行い、ガス拡散電極・
イオン交換膜接合体を得た。

【００５８】〔例４〕アゾジカルボンアミドを、ｐ、
ｐ' −オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）
に、パーフルオロカーボン重合体を、溶融温度が１３０
℃のものに、そして、加熱処理温度を、１８０℃に換え
た他は、例１と同様の実験を行い、ガス拡散電極・イオ
ン交換膜接合体を得た。

【００５９】〔例５〕例１で調整した塗工液を、カーボ
ンクロスの片面にカーボン粒子を目詰めした導電性多孔
質体にスクリーン印刷機を用いて塗布し、エタノールを
乾燥させてガス拡散電極を形成した。ひき続き、このガ
ス拡散電極を２３０℃のオーブンで２分間熱処理を施
し、ガス発生剤を分解させ、予めガス拡散電極内に多孔
構造を形成した。

【００６０】この多孔構造を形成したガス拡散電極を、
厚さ５０μｍのスルホン酸基を含有するパーフルオロカ
ーボン重合体からなる膜（商品名：フレミオンＨＲ膜、
旭硝子社製、イオン交換容量１．１）に、加熱プレス機
を用いて１６０℃、圧力１ＭＰａで、３分間加圧し、加
熱圧着し、ガス拡散電極・イオン交換膜接合体を得た。

【００６１】〔例６〕例１で調整した塗工液を、カーボ
ンクロスの片面にカーボン粒子を目詰めした導電性多孔
質体にスクリーン印刷機を用いて塗布し、エタノールを
乾燥させてガス拡散電極を形成した。

【００６２】このガス拡散電極２枚を塗工面を内側に向
けて対向させ、厚さ５０μｍのスルホン酸基を含有する
パーフルオロカーボン重合体からなる膜（商品名：フレ
ミオンＨＲ膜、旭硝子社製、イオン交換容量１．１）を
挟んで、加熱プレス機を用いて１６０℃、圧力１ＭＰａ
で、３分間加圧し、加熱圧着し、ガス拡散電極・イオン
交換膜接合体を得た。

【００６３】引続き、このガス拡散電極・イオン交換膜
接合体を、２３０℃のオーブンで２分間加熱処理を施
し、ガス発生剤を分解させ、ガス拡散電極内に多孔構造
を形成した。

【００６４】〔例７、８〕例１、例５において、それぞ
れアゾジカルボンアミドを使用しない他は、同様の実験
を行い、ガス拡散電極・イオン交換膜接合体を得た。

【００６５】(２) 電池性能試験例１〜８で得られたガス拡散電極・イオン交換膜接合体
を電池性能測定用セルに組み込み、アノードに水素を、
カソードに空気を流し、８０℃にて発電試験を行なっ
た。出力電流密度１（Ａ／ｃｍ² ）における端子電圧と
ＩＲ損を表１に示す。

【００６６】

【表１】

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば、電極触媒と固体高分子
電解質から構成される電極の製造工程において電極中に
ガス発生剤を含有させ、加熱処理してこのガス発生剤を
分解させ電極中に多孔構造を確実に形成することができ
る。このため、電極内における燃料ガス（水素含有ガス
又は酸素含有ガス）の拡散が促進され、特に高電流密度
領域における電池性能を向上させることが可能となる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極触媒と固体高分子電解質とを含む固
体高分子型燃料電池用電極の製造方法であって、電極触
媒と固体高分子電解質と１００〜２８０℃の温度範囲で
分解しガスを発生する化合物との混合物を成形した後、
加熱処理して前記化合物を分解させて多孔構造とするこ
とを特徴とする固体高分子型燃料電池用電極の製造方
法。
【請求項２】前記化合物が、アゾ化合物、ニトロソ化
合物およびスルホニルヒドラジド化合物から選ばれる少
なくとも１種である請求項１に記載の燃料電池用電極の
製造方法。
【請求項３】前記化合物が、アゾジカルボンアミド、
Ｎ，Ｎ' ―ジニトロソペンタメチレンテトラミン、ｐ、
ｐ' −オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）か
ら選ばれる少なくとも１種である請求項１又は２に記載
の燃料電池用電極の製造方法。
【請求項４】イオン交換膜の両面に電極が配置された
固体高分子型燃料電池の製造方法において、前記電極の
少なくとも一方は、電極触媒と固体高分子電解質と１０
０〜２８０℃の温度範囲で分解しガスを発生する化合物
との混合物を成形した後、加熱処理して前記化合物を分
解させて多孔構造とすることを特徴とする固体高分子型
燃料電池の製造方法。
【請求項５】前記電極は、イオン交換膜と接合された
後に加熱処理される請求項４に記載の固体高分子型燃料
電池の製造方法。