JP2001202970A

JP2001202970A - 固体高分子電解質型燃料電池用ガス拡散電極及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001202970A
Application number: JP2000007383A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Tanuma; 敏弘田沼
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2000-01-17
Filing date: 2000-01-17
Publication date: 2001-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】良好なガス拡散性、導電性、撥水性、耐久性を
有する固体高分子電解質型燃料電池用のガス拡散電極の
提供。【解決手段】触媒及び含フッ素イオン交換樹脂を有し、
かつ平均細孔径が０．１〜１０μｍ及び細孔容積が０．
１〜１．５ｃｍ^３を有するガス拡散電極。好ましくは、
及び平均粒子径がそれぞれ０．５〜５０μｍの粒子又は
１０〜１００ｎｍのゾル粒子を含むゾルを含む粘性混合
物から上記ガス拡散電極を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
型燃料電池用のガス拡散電極及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】水素と酸素を使用する燃料電池は、その
反応生成物が原理的に水のみであり環境への悪影響がほ
とんどない発電システムとして注目されている。なかで
も、近年、プロトン導電性のイオン交換膜を電解質とし
て使用する固体高分子電解質型燃料電池は、作動温度が
低く、出力密度が高く、且つ小型化が可能なため、車載
用電源などの用途に有望視されている。

【０００３】かかる固体高分子電解質型燃料電池は、上
記のように作動温度が低い（５０〜１２０℃）ことが特
徴であるが、一方では、そのために排熱が補機動力など
に有効利用しがたい難点がある。これを補う意味でも固
体高分子電解質型燃料電池には、水素及び酸素の利用率
の高い性能、即ち、高いエネルギー効率及び高い出力密
度が要求されている。

【０００４】固体高分子電解質型燃料電池が上記要求を
満たすためには、電池を構成する要素のうち特にガス拡
散電極及び該電極をイオン交換膜の両表面に形成したイ
オン交換膜―電極接合体が重要である。従来、かかるガ
ス拡散電極は、電極反応を促進する触媒粉末及び導電性
を高め、かつ水蒸気の凝縮による多孔体の閉塞（フラッ
デイング）を防止するための含フッ素イオン交換樹脂
を、エタノールなどのアルコール類の溶媒に溶解又は分
散して含む粘性混合物を、イオン交換膜の表面に直接塗
布するか、又は別のシート状基材に塗布して得られる層
をイオン交換膜の表面に転写又は接合することにより形
成されている。

【０００５】しかしながら、このようにして得られるガ
ス拡散電極は、ガス拡散性、導電性、撥水性、及び耐久
性について必ずしも満足されるものではなく、また、上
記粘性混合物をイオン交換膜又はシート状基材へ塗工し
てガス拡散電極を製造する場合、その塗工性などは、必
ずしも良好でない問題を有していた。

【０００６】そして、従来、このようなガス拡散電極を
使用した固体高分子電解質型燃料電池は、その特性も十
分に満足できるものではなく、特に出力電流密度など
は、更に一層の向上が必要とされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、固体高分子
電解質型燃料電池及びガス拡散電極における従来の難点
を解消するものであり、得られるガス拡散電極が、良好
なガス拡散性、導電性、撥水性、更には耐久性を有し、
これを燃料電池に使用した場合、出力電流密度などが優
れた特性を有する固体高分子電解質型燃料電池用の新規
なガス拡散電極を提供することを目的とする。

【０００８】また、本発明は、粘性混合物のイオン交換
膜又はシート状基材への塗工性が良好であり、上記ガス
拡散電極を有利に製造する方法を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者の研究による
と、固体高分子電解質型燃料電池のガス拡散電極におけ
る上記の課題は、ガス拡散電極が触媒及び含フッ素イオ
ン交換樹脂を含み、かつこれまでにない特定の平均細孔
径と細孔容積を有する新規な物性を有する場合に達成さ
れることが判明した。即ち、ガス拡散電極の平均細孔径
及び細孔容積は、それぞれ０．１〜１０μｍ及び０．
１〜１．５ｃｍ^３／ｇとした場合には、該範囲外の場
合に比較して、上記したようなガス拡散電極の性能が優
れ、ひいては、特性の優れた燃料電池が得られることが
見出された。

【００１０】一方、このようなガス拡散電極は、触媒及
び含フッ素イオン交換樹脂を溶媒中に溶解又は分散した
粘性混合物を作製する場合に、上記触媒及び含フッ素イ
オン交換樹脂に加えて、特定の平均粒子径を有する粒子
又はゾル粒子を含むゾルを使用し、これらを溶媒中に分
散又は溶解せしめて粘性混合物を作製する場合に極めて
有利に製造できることが判明した。これは、かかる特定
の平均粒子径を有する粒子又はゾル粒子を使用すること
により、上記粘性混合物の粘性が制御され、電極を形成
する際の粘性混合物の塗工性が大きく改善されるだけで
なく、得られるガス拡散電極の有する平均細孔径及び細
孔容積の特性をも制御できるとの知見に基づくものであ
る。

【００１１】かくして、本発明は、イオン交換膜に接し
て配置される、固体高分子電解質型燃料電池用のガス拡
散電極であって、触媒及び含フッ素イオン交換樹脂を含
み、かつ平均細孔径が０．１〜１０μｍ及び細孔容積が
０．１〜１．５ｃｍ^３／ｇであることを特徴とする固体
高分子電解質型燃料電池用のガス拡散電極にある。

【００１２】また、本発明は、イオン交換膜に接して配
置される、固体高分子電解質型燃料電池用のガス拡散電
極の製造方法であって、触媒と、含フッ素イオン交換樹
脂と、平均粒子径０．５〜５０μｍの粒子又は平均粒子
径１０〜１００ｎｍのゾル粒子を含むゾルとを溶媒中に
分散又は溶解した粘性混合物より、平均細孔径が０．１
〜１０μｍ及び細孔容積が０．１〜１．５ｃｍ^３／ｇを
有するガス拡散電極を形成することを特徴とする固体高
分子電解質型燃料電池用のガス拡散電極の製造方法にあ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明について更に説明す
る。本発明におけるガス拡散電極においては、触媒及び
含フッ素イオン交換樹脂が必須の成分とされる。触媒と
しては、燃料極及び空気極で電極反応を促進する物質が
使用されるが、好ましくは、白金などの白金族金属又は
その合金が挙げられる。触媒は微粒子としてそのまま使
用してもよいが、比表面積が、好ましくは、２００ｍ^２
／ｇ以上の活性炭、カーボンブラックなどを担体として
使用し、金属の担持量が、触媒全質量の好ましくは、１
０〜７０％の担持触媒を使用することもできる。

【００１４】ガス拡散電極に含まれる含フッ素イオン交
換樹脂は、導電性及びガスの透過性の点から、イオン交
換容量として、０．５〜２．０ミリ当量／グラム乾燥樹
脂を有するものが好ましく、特には、０．８〜１．５ミ
リ当量／グラム乾燥樹脂を有するものが適切である。ま
た、含フッ素イオン交換樹脂は、テトラフルオロエチレ
ンに基づく重合単位と、スルホン酸基又はカルボン酸基
を有するパーフルオロビニルエーテルに基づく重合単位
とを含む共重合体からなるものが好ましい。上記スルホ
ン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロビニルエ
ーテルとしては、ＣＦ_２＝ＣＦ（ＯＣＦ_２ＣＦＸ）_ｍ−
Ｏ_ｐ−（ＣＦ_２）_ｎ−Ｍを有するものが好ましい。ここ
で、ｍは０〜３の整数、ｎは１〜１２の整数、ｐは０又
は１であり、ＸはＦ又はＣＦ_３であり、Ｍはスルホン酸
基、カルボン酸基、又はその前駆体基である。それらの
好ましい具体例として以下の化合物が挙げられる。下記
の式中、ｑ、ｒ、ｓは１〜８の整数、ｔは１〜３の整数
である。ＣＦ_２＝ＣＦＯ（ＣＦ_２）_ｑＳＯ_３ＨＣＦ_２＝ＣＦＯＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３）Ｏ（ＣＦ_２）_ｒＳ
Ｏ_３ＨＣＦ_２＝ＣＦ（ＯＣＦ_２ＣＦ（ＣＦ_３））_ｔＯ（Ｃ
Ｆ_２）_ｓＳＯ_３Ｈ

【００１５】ガス拡散電極に含まれる触媒と含フッ素イ
オン交換樹脂とは、質量比で触媒：含フッ素イオン交換
樹脂が０．４：０．６〜０．９５：０．０５であること
が電極の導電性と撥水性の点から好ましい。特には、
０．６：０．４〜０．８：０．２が適切である。なお、
ここでいう触媒の質量は、担持触媒の場合には担体の質
量を含むものである。

【００１６】また、本発明のガス拡散電極は、平均細孔
径が０．１〜１０μｍ及び細孔容積が０．１〜１．５ｃ
ｍ^３／ｇを有することが必要である。かかる場合には、
ガス拡散電極のガス拡散性、導電性、撥水性、更には耐
久性のいずれについても優れるが、特にガス拡散性と導
電性とが両立し、好ましいことが判明した。

【００１７】上記本発明のガス拡散電極は、触媒及び含
フッ素イオン交換樹脂を溶媒中に分散又は溶解した粘性
混合物を使用して製造されるが、本発明では、かかる触
媒と含フッ素イオン交換樹脂とともに、平均粒子径が、
０．５〜５０μｍの粒子又は平均粒子径が、１０〜１０
０ｎｍのゾル粒子を含むゾルを含有させることによりガ
ス拡散電極の細孔構造を制御することが好ましい。

【００１８】上記平均粒子径が、０．５〜５０μｍの粒
子を使用する場合、この平均粒子径が、この範囲よりも
小さいときは、電極の十分なガス拡散性が得られなくな
り、一方、上記範囲よりも大きいときには、空隙が大き
くなり過ぎ、導電性が低くなり不適当である。平均粒子
径は、なかでも１〜３０μｍが特に適切である。

【００１９】また、上記平均粒子径を有する粒子の嵩密
度は、粒子単独の粉体として測定したときに、０．１〜
１．２ｇ／ｃｍ^３であるのが好ましく、また吸油量が、
１００ｇ当たり、１０ｃｍ^３以上であるのが好ましい。
嵩密度が上記範囲よりも小さい場合は、平均粒子径が小
さくなり、電極にしたときにガス拡散性が悪化する。一
方、上記範囲より大きい場合は、平均粒子径が大きいた
め、電極にしたときに導電性が悪化する。また、吸油量
は、上記範囲より小さい場合は、電極にしたときにガス
拡散性が悪化する。上記範囲のなかでも、嵩密度は、
０．２〜０．９ｇ／ｃｍ^３が特に好ましく、また、吸油
量は、１００ｇ当たり２０ｃｍ^３以上が特に好ましい。

【００２０】ここで、嵩密度は、メスシリンダーに上記
粒子２０ｃｍ^３を計り取りその質量を測定した値であ
る。また吸油量は、上記粒子１〜５ｇをガラス板に取
り、フタル酸ジオクチル（以下、ＤＯＰという）をビュ
レットから少量ずつ試料の中央に滴下し、その都度ヘラ
で練り合わせる。滴下、練り合わせの操作を繰り返して
全体が初めて一本の棒状にまとまった時を終点として、
ＤＯＰの量を求め、次の式によって給油量を算出する。吸油量＝ＤＯＰ（ｇ）／試料（ｇ）×１００

【００２１】一方、粘性混合物を形成する場合、上記粒
子に代えて、又は、これと共に本発明では、平均粒子径
が、１０〜１００ｎｍのゾル粒子を含むゾルを使用する
ことができ、この場合も同様な効果が得られることが判
明した。ゾルの形成媒体としては、粘性混合物を形成す
るのと同じ、好ましくは水などの水性媒体が適切であ
る。ゾル粒子の平均粒子径が上記範囲よりも小さい場合
には、電極を形成した際に十分な細孔が形成されず、
ガス拡散性が悪くなる。一方、大きい場合には、電極の
導電性が低下する。なかでも、平均粒子径は、２０〜
８０ｎｍが適切である。

【００２２】上記平均粒子径を有する粒子及びゾル粒子
の材質は、無機物質でも有機物質でもよいが、粘性混合
物の媒体となる溶媒に対して溶解性のないものが必要で
ある。溶解してしまう場合は多孔質物質の粒子形状を維
持できないため、上記の細孔構造が得られない。無機物
質の好ましい例としては、シリカ、アルミナ、チタニア
などが挙げられ、なかでも得られるガス拡散電極を好ま
しい範囲の細孔径及び細孔容積に制御しやすい点でシリ
カ、チタニアが好ましい。また、有機物質の好ましい例
としては、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリテトラフ
ルオロエチレンなどが挙げられ、なかでも比較的高温度
でも軟化しにくく安定であるためポリテトラフルオロエ
チレン、ポリエチレンが好ましい。かくして、本発明で
は、シリカ、アルミナ、チタニア、ポリテトラフルオロ
エチレン及びポリエチレンから選ばれる少なくとも一種
が使用される。これら粒子物質は、材質の異なる２種類
以上のもの又は、同じ材質で物性の異なる２種類以上の
ものを併用することもできる。

【００２３】上記粒子又はゾル粒子の使用量は、粘性混
合物の他の成分である触媒及び含フッ素イオン交換樹脂
の合量の１００質量部に対して、１〜５０質量部が好ま
しく、特には、３〜３０質量部が好ましい。かかる範囲
外の使用量の場合、粘性混合物の上記した良好な塗工性
及びガス拡散性が得られにくくなる。

【００２４】本発明におけるガス拡散電極の形成におい
ては、上記した成分のほかに必要に応じて他の物質が加
えられる。例えば空気極には、生成する水による閉塞を
さらに防止するため撥水剤が加えられる。撥水剤として
は、好ましくは、テトラフルオロエチレンとヘキサフル
オロプロピレンとの共重合体、テトラフルオロエチレン
とパーフルオロ（アルキルビニルエーテル）との共重合
体、ポリテトラフルオロエチレンなどが挙げられる。

【００２５】上記ガス拡散電極を形成する、触媒、含フ
ッ素イオン交換樹脂及び粒子等は、次いで、溶媒中に分
散又は溶解し、粘性混合物が作製される。ここで使用さ
れる溶媒としては、均一な組成を有し、塗工性が良い粘
性混合物を形成し、また、粘性混合物の塗工後には速や
かに除去できる性質を有するものの使用が好ましい。例
えば、炭素数１〜６のアルコール類、炭素数２〜６のエ
ーテル類、炭素数２〜６のジアルキルスルホキシド、
水、含フッ素炭化水素などの一種又は二種以上の溶媒が
使用される。溶媒を二種以上併用する場合は、その一
種として水を使用し、水性溶媒とするのが好ましい。

【００２６】かかる溶媒は、沸点が好ましくは、４０〜
１６０℃、特には、６０〜１２０℃であるものが適切で
ある。好ましい具体例としては、メタノール、エタノー
ル、ｎ−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノ
ール、２−ブタノール、１，４−ジオキサン、ｎ−プロ
ピルエーテル、ジメチルスルホキシド、１，１−ジクロ
ロ−２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロパン、
１，３−ジクロロ−１，２，２，３，３−ペンタフルオ
ロプロパン、２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロ
パノールなどが挙げられる。

【００２７】本発明においては、粘性混合物に含まれる
触媒、含フッ素イオン交換樹脂及び上記平均粒子径を有
する粒子のうち、含フッ素イオン交換樹脂以外は溶媒に
対して溶解性を有さず、また含フッ素イオン交換樹脂
も、その一部は溶解するが全部は溶解しないため分散状
態にある。このため粘性混合物は粘性を示すが、この粘
度を調節するために、セルロース類を粘性混合物中に添
加してもよい。セルロース類は、触媒及び含フッ素イオ
ン交換樹脂の合量に対し、好ましくは、０．１〜２０質
量％、特には１〜１０質量％使用されるのが適切であ
る。

【００２８】かかる粘性混合物を作製する手段は、触
媒、含フッ素イオン交換樹脂及び上記粒子等を単純に溶
媒に溶解、分散させてもよく、また含フッ素イオン交換
樹脂を溶媒に溶解又は分散したものに、触媒及び粒子等
を分散させてもよい。特に、触媒及び上記粒子を溶媒に
分散したものに、含フッ素イオン交換樹脂を溶解させる
場合に得られる電極特性が向上するので好ましい。これ
は、粘性混合物に触媒が良好に分散することに基づくも
のと思われる。

【００２９】このようにして、触媒、含フッ素イオン交
換樹脂及び粒子等が溶媒中に溶解又は分散された粘性混
合物が得られる。この場合、触媒、粒子等及び一部の含
フッ素イオン交換樹脂は溶媒に溶解せず、固形物として
粘性混合物中に存在するので、粘性混合物の粘度が増大
する。この場合の粘性混合物中の固形分濃度は、好まし
くは、１〜３０質量％であり、特には、５〜２０質量％
が適切である。

【００３０】更に、上記粘性混合物には、本発明の目的
を阻害しない限り、必要に応じて他の物質を添加するこ
とができる。例えば、増粘剤又は希釈剤、更には増孔剤
などが添加できる。増粘剤としては、セロソルブ系のも
のが使用でき、希釈剤としては、水、炭化水素．含フッ
素炭化水素などが使用できる。増孔剤としては、シリ
カ、アルミナなどが使用できる。

【００３１】上記粘性混合物から固体高分子電解質たる
イオン交換膜の表面にガス拡散電極を形成する場合、粘
性混合物をイオン交換膜に直接塗布して電極を形成する
か、又はカーボンペーパーなどのシート状基材の表面に
塗布し、電極を形成した後、これをイオン交換膜に転写
又は接合することにより電極を形成できる。粘性混合物
のイオン交換膜又はシート状基材への塗布は、ダイコー
ター、スクリーン印刷などの既存の方法を適用できる。
上記電極をシート状基材に形成しこれをイオン交換膜に
転写し又は接合する場合、ホットプレス法、接着法（特
開平７−２２０７４１公報、特開平７−２５４４２０公
報）などが使用できる。

【００３２】かくして、形成されるガス拡散電極の厚み
は、好ましくは、１〜５０μｍ、特には、５〜３０μｍ
が適切である。また、本発明で形成されるガス拡散電極
は、特に上記溶媒に溶解しない粒子物質の使用により、
電極を形成する粘性混合物の粘性が制御され、電極を形
成する際の粘性混合物の塗布性が大きく改善されるとと
もに得られる電極の平均細孔径及び細孔容積の制御が容
易になり、種々の平均細孔径及び細孔容積を有する電極
の製造が可能となり、上記の平均細孔径が０．１〜１０
μｍ及び細孔容積が０．１〜１．５ｃｍ^３／ｇを有する
ガス拡散電極を容易に製造できる。

【００３３】本発明で、表面に電極が形成されるイオン
交換膜は、イオン交換容量として、好ましくは、０．５
〜２．０ミリ当量／グラム乾燥樹脂を有し、厚みとし
て、好ましくは、１０〜８０μｍを有する。イオン交換
膜を構成する材料としては、上記電極の形成に使用され
た含フッ素イオン交換樹脂として記載された材料から選
択して使用できる。なかでも、スルホン酸基を有する含
フッ素イオン交換樹脂が好ましく、特には、ＣＦ₂＝Ｃ
Ｆ₂とＣＦ₂＝ＣＦ−（ＯＣＦ₂ＣＦＸ）_m−Ｏ_p−（Ｃ
Ｆ₂） _n−ＳＯ₃Ｈ（式中、ｍは０〜３、ｎは１〜１２、
ｐは０又は１、ＸはＦ又はＣＦ_３。）との共重合体から
なるスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体
からなるイオン交換樹脂が適切である。

【００３４】

【実施例】以下に本発明の具体的態様を実施例によって
詳しく説明するが、本発明の解釈はこれらに限定されな
いことはいうまでもない。

【００３５】[実施例１]カーボンブラック粉末に白金を
４０質量％担持した触媒２．１ｇを、イオン交換容量が
１．１ミリ当量／ｇ乾燥樹脂であるＣＦ₂＝ＣＦ₂とＣＦ
₂＝ＣＦ−ＯＣＦ₂ＣＦ（ＣＦ₃）−ＯＣＦ₂ＣＦ₂ＳＯ₃Ｈ
との共重合体からなる含フッ素イオン交換樹脂の５．３
質量％エタノール溶液１７．１ｇによく分散させ、更に
平均粒子径が８０ｎｍのシリカを全質量の５．５％含む
シリカゾル（溶媒：水）１０．８ｇを添加し、十分に分
散させることにより固形分濃度が全質量の１０％の粘性
混合物を得た。

【００３６】イオン交換膜として、フレミオンＳ膜（ス
ルホン酸型パーフルオロカーボンイオン交換膜の旭硝子
社商品名、イオン交換容量１．０ミリ当量／ｇ乾燥樹
脂、膜厚５０μｍ）を使用し、該イオン交換膜に対し
て、空気極側及び水素極側の両面に上記粘性混合物を、
いずれも白金含有量が０．５ｍｇ／ｃｍ²となるように
バーコーターにて塗布した。次いで、１２０℃にて１時
間乾燥することにより、厚み２０μｍの多孔質のガス拡
散電極を両表面に有する、イオン交換膜・電極接合体
（電極面積１０ｃｍ²）を作製した。なお、得られたガ
ス拡散電極を削り取り、水銀ポロシメーターで細孔分布
を測定したところ、平均細孔径が０．１５μｍ、細孔容
積が０．８ｃｍ^３／ｇであった。

【００３７】かかるイオン交換膜・電極接合体を使用し
て燃料電池セルを組み立て、該燃料電池を、０．２ＭＰ
ａ、水素／空気系、セル温度７０℃において０．６０Ｖ
の定電圧駆動で連続運転し、出力電流密度（Ａ／ｃ
ｍ^２）の経時的な変化を測定したところ、表１に示す結
果が得られた。

【００３８】〔実施例２〕実施例１において、シリカゾ
ルの代わりに、平均粒子径２０μｍのポリスチレン粒子
を０．６ｇ及び水１７．１ｇを添加した他は、実施例１
と全く同様にして固形分濃度が全質量の１０％の粘性混
合物を得た。かかる粘性混合物を使用した他は、実施例
１と全く同様にしてイオン交換膜・電極接合体を作製
し、且つ実施例１と同様にして、燃料電池セルを組み立
て、その性能を測定したところ、表１に示す結果が得ら
れた。なお、得られたガス拡散電極は、平均細孔径が
１．５μｍ、細孔容積が１．３ｃｍ^３／ｇであった。

【００３９】〔実施例３〕ポリスチレン粒子の代わり
に、平均粒子径２μｍの水酸化アルミウムを用いた他
は、実施例２と同様にして固形分濃度が全質量の１０％
の粘性混合物を得た。かかる粘性混合物を使用した他
は、実施例１と全く同様にして、イオン交換膜・電極接
合体を作製し、且つ実施例１と同様にして燃料電池セル
を組み立て、その性能を測定したところ、表１に示す結
果が得られた。なお、得られたガス拡散電極は、平均細
孔径が０．７μｍ、細孔容積が１．１ｃｍ^３／ｇであっ
た。

【００４０】[比較例１]空気極側に塗布する粘性混合物
の調製において、シリカゾル水溶液を使用しないほか
は、実施例１と同様にして空気極を作製し、これをバー
コーターにより塗布した。

【００４１】上記空気極側の電極が異なるほかは、実施
例１と全く同様にしてイオン交換膜・電極接合体を作製
し、且つ実施例１と同様にして燃料電池セルを組み立
て、その性能を測定したところ、表１に示す結果が得ら
れた。なお、得られたガス拡散電極は、平均細孔径が
０．０８μｍ、細孔容積が０．３ｃｍ^３／ｇであっ
た。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、特定の平均細孔径及び
細孔容積を有する、良好なガス拡散性、導電性、撥水
性、更には耐久性を有するガス拡散電極が提供される。
かかるガス拡散電極を用いた固体高分子電解質型燃料電
池は出力電流密度が高いなどの優れた特性を有し、且つ
経時劣化が小さい。また、本発明によれば、粘性混合物
のイオン交換膜への塗工性が良好で、イオン交換膜の表
面にガス拡散電極が簡便かつ良好に形成され、また上記
特定の平均細孔径及び細孔容積を有するガス拡散電極を
容易に製造する方法が提供される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン交換膜に接して配置される、固体高
分子電解質型燃料電池用のガス拡散電極であって、触媒
及び含フッ素イオン交換樹脂を含み、かつ平均細孔径が
０．１〜１０μｍ及び細孔容積が０．１〜１．５ｃｍ^３
／ｇであることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電
池用のガス拡散電極。
【請求項２】前記触媒及び含フッ素イオン交換樹脂に加
えて、さらに平均粒子径０．５〜５０μｍの粒子を含む
請求項１に記載のガス拡散電極。
【請求項３】前記粒子が、触媒及び含フッ素イオン交換
樹脂の合量１００質量部に対して１〜５０質量部含まれ
る請求項２に記載のガス拡散電極。
【請求項４】前記粒子が、シリカ、アルミナ、チタニ
ア、ポリテトラフルオロエチレン及びポリエチレンから
選ばれる少なくとも一種である請求項２又は３に記載の
ガス拡散電極。
【請求項５】イオン交換膜に接して配置される、固体高
分子電解質型燃料電池用のガス拡散電極の製造方法であ
って、触媒、含フッ素イオン交換樹脂及び平均粒子径
０．５〜５０μｍの粒子を溶媒中に分散又は溶解した粘
性混合物から、平均細孔径が０．１〜１０μｍ及び細孔
容積が０．１〜１．５ｃｍ^３／ｇを有するガス拡散電極
を形成することを特徴とする固体高分子電解質型燃料電
池用のガス拡散電極の製造方法。
【請求項６】前記粒子は、嵩密度が０．１〜１．２ｇ／
ｃｍ^３であり、吸油量が１００ｇ当たり１０ｃｍ^３以上
である請求項５に記載のガス拡散電極の製造方法。
【請求項７】イオン交換膜に接して配置される、固体高
分子電解質型燃料電池用のガス拡散電極の製造方法であ
って、触媒、含フッ素イオン交換樹脂及び平均粒子径１
０〜１００ｎｍのゾル粒子を含むゾルを溶媒中に分散又
は溶解した粘性混合物から、平均細孔径が０．１〜１０
μｍ及び細孔容積が０．１〜１．５ｃｍ^３／ｇを有す
るガス拡散電極を形成することを特徴とする固体高分子
電解質型燃料電池用のガス拡散電極の製造方法。
【請求項８】前記粘性混合物中の固形分濃度が、１〜３
０質量％である請求項５，６又は７に記載のガス拡散電
極の製造方法。
【請求項９】前記触媒及び粒子を溶媒に分散させた液に
対して、含フッ素イオン交換樹脂を混合せしめて粘性混
合物を得る請求項５〜８のいずれかに記載のガス拡散電
極の製造方法。
【請求項１０】請求項１〜４のいずれかに記載のガス拡
散電極がイオン交換膜に接して配置された固体高分子電
解質型燃料電池。