JP2001243959A - Electrode for solid polymer fuel cell and its manufacturing method - Google Patents

Electrode for solid polymer fuel cell and its manufacturing method

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JP2001243959A
JP2001243959A JP2000054489A JP2000054489A JP2001243959A JP 2001243959 A JP2001243959 A JP 2001243959A JP 2000054489 A JP2000054489 A JP 2000054489A JP 2000054489 A JP2000054489 A JP 2000054489A JP 2001243959 A JP2001243959 A JP 2001243959A
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polymer electrolyte
solid polymer
fuel cell
powder
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Yasushi Koyashiki
泰 古屋敷
Toru Taguchi
徹 田口
Atsushi Matsunaga
温 松永
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode for solid polymer fuel cell that maintains mechanical strength of the electrode and enables to disperse the sufficient gas necessary for reaction and increase adhesion between the electrode substrate and the solid polymer membrane, and further has a good water repellency. SOLUTION: A dispersion layer 9 is formed by spraying by a prescribed sprayer a mixture powder of carbon powder and a fluorine resin material powder treated by sulfonic acid on the surface of the electrode substrate 13 and both sides of the solid polymer membrane 7 treated in advance with water repellency, and on the dispersion layer 9 formed on the surface of the electrode substrate 13, a catalyst layer is further formed. And by the two electrode substrates 13a, 13b formed with the catalyst layer 12 through the dispersion layer 9, a solid polymer membrane 7 formed with the dispersion layer 9 on both sides is clipped in between and then is crimped and heated by hot press and these are integrated. After that, a separator 14 is installed at the outside surface of the electrode substrate 13 and a unit cell 19 is structured.

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、固体高分子型燃料
電池に係り、特に燃料電池の電極の構成及び製造方法に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell, and more particularly, to a structure and a manufacturing method of an electrode of a fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高効率のエネルギー変換装置とし
て、燃料電池が注目を集めている。この燃料電池は、燃
料の有している化学的エネルギーを直接電気的エネルギ
ーに変換する装置であり、通常、電解質を挟んで一対の
多孔質電極を配すると共に、一方の電極の背面に水素等
の気体燃料を接触させ、また、他方の電極の背面に酸素
等の酸化剤を接触させ、このときに起こる電気化学反応
により発生する電気エネルギーを上記一対の電極から取
り出すようにしたものである。
2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells have attracted attention as high-efficiency energy conversion devices. This fuel cell is a device that directly converts the chemical energy of a fuel into electric energy. Usually, a fuel cell has a pair of porous electrodes sandwiching an electrolyte and has a back surface of one electrode such as hydrogen. And the oxidant such as oxygen is brought into contact with the back surface of the other electrode, and the electric energy generated by the electrochemical reaction occurring at this time is taken out from the pair of electrodes.

【0003】このような燃料電池は、用いられる電解質
の種類により、アルカリ型、固体高分子型、リン酸型等
の低温作動燃料電池と、溶融炭酸塩型、固体酸化物型等
の高温作動燃料電池とに大別される。なかでも、電解質
としてプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用
いた固体高分子型燃料電池(以下、PEFCと称する)
は、コンパクトな構造で高出力密度が得られ、かつ簡易
なシステムで運転が可能なことから、定置用分散電源だ
けでなく宇宙用や車両用等の電源として注目されてい
る。
Depending on the type of electrolyte used, such a fuel cell can be operated at a low temperature, such as an alkaline type, a solid polymer type, or a phosphoric acid type, or at a high temperature, such as a molten carbonate type or a solid oxide type. They are roughly divided into batteries. Among them, a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as PEFC) using a polymer electrolyte membrane having proton conductivity as an electrolyte.
Since it has a compact structure, high power density can be obtained, and can be operated with a simple system, it has attracted attention as a power source for space and vehicles as well as a stationary power source.

【0004】上記固体高分子電解質膜(以下、固体高分
子膜という)としては、パーフルオロカーボンスルホン
酸膜(例えば、ナフィオン:商品名、デュポン社製)等が
用いられている。また、固体高分子膜は低温で導電性を
有するため、PEFCはその他の形式の燃料電池に比較
して低温(60℃〜120℃)で動作する。そのため、
電池を構成する材料に対する制約が少なく、短時間に起
動することができるという特徴を有している。
As the solid polymer electrolyte membrane (hereinafter, referred to as a solid polymer membrane), a perfluorocarbon sulfonic acid membrane (for example, Nafion: trade name, manufactured by DuPont) or the like is used. Further, since the solid polymer membrane has conductivity at low temperatures, PEFC operates at lower temperatures (60 ° C. to 120 ° C.) as compared with other types of fuel cells. for that reason,
The battery is characterized in that there are few restrictions on the material constituting the battery and the battery can be started in a short time.

【0005】図6は、従来のPEFCの単電池の構成を
示したものである。すなわち、単電池19は、固体高分
子膜7の両面に燃料電極17と酸化剤電極18とを配置
している。これら燃料電極17と酸化剤電極18は、そ
れぞれ電極基材13と、その表面に順次形成されたカー
ボン層(拡散層)9及び触媒層12とから構成されてい
る。また、両電極17,18の背面には、それぞれガス
不透過性のセパレータ14が配設され、燃料電極17側
のセパレータ14aには、燃料ガスの流路となる燃料溝
15が形成され、酸化剤電極18側のセパレータ14b
には、酸化剤ガスの流路となる空気溝16が形成されて
いる。
FIG. 6 shows the structure of a conventional PEFC cell. That is, in the unit cell 19, the fuel electrode 17 and the oxidant electrode 18 are arranged on both surfaces of the solid polymer film 7. Each of the fuel electrode 17 and the oxidant electrode 18 includes an electrode substrate 13, and a carbon layer (diffusion layer) 9 and a catalyst layer 12 sequentially formed on the surface of the electrode substrate 13. Gas-impermeable separators 14 are provided on the back surfaces of the electrodes 17 and 18, respectively, and a fuel groove 15 serving as a fuel gas flow path is formed in the separator 14a on the fuel electrode 17 side. 14b on the side of the agent electrode 18
Is formed with an air groove 16 serving as a flow path for the oxidizing gas.

【0006】このようなPEFC用の電極の製造方法と
しては、従来から種々の方法が開示されている。例え
ば、特開平6−203848号公報には、表面に貴金属
触媒を担持したカーボン粉末、電解質となるイオン交換
樹脂の溶媒溶液及び希釈用の溶媒を混合してスラリーを
形成させ、このスラリーを電極基材上に塗布し、溶媒を
蒸発・除去して、電極基材表面に触媒層を形成する方法
が示されている。
Various methods have been disclosed as methods for manufacturing such PEFC electrodes. For example, JP-A-6-203848 discloses that a slurry is formed by mixing a carbon powder carrying a noble metal catalyst on the surface, a solvent solution of an ion exchange resin serving as an electrolyte, and a solvent for dilution, and forming the slurry on an electrode base. A method is described in which a catalyst layer is formed on a surface of an electrode substrate by coating the material on a material and evaporating and removing the solvent.

【0007】また、米国特許USP5620807に
は、触媒層と電極基材の間に、ガス拡散層を形成する方
法が示されている。このように、ガス拡散層として電極
基材表面に電解質を含んだカーボン層を形成することに
よって、電極での生成水が拡散・除去される速度を制御
したり、供給される気体中に含まれる水分の拡散速度を
制御し、これらの作用により、電池の運転中に外部から
の水分供給量に電池の特性が過敏に反応することなく、
安定した運転ができる電池を提供しようとするものであ
る。
US Pat. No. 5,620,807 discloses a method for forming a gas diffusion layer between a catalyst layer and an electrode substrate. In this way, by forming a carbon layer containing an electrolyte on the surface of the electrode substrate as a gas diffusion layer, the rate at which water generated at the electrode is diffused / removed can be controlled or included in the supplied gas. By controlling the rate of diffusion of moisture, these actions make it possible for the characteristics of the battery to not be sensitive to external water supply during the operation of the battery.
An object of the present invention is to provide a battery that can operate stably.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の固体高分子型燃料電池の電極の製造方法
には、以下に述べるような問題点があった。すなわち、
カーボン粉末と希釈液を混合したスラリーを用いてガス
拡散層として機能するカーボン層を形成する場合、一般
的に前記スラリーは水をベースにしてカーボン粉末、フ
ッ素樹脂粉末及びその希釈液から構成され、さらに撥水
剤としてフッ素樹脂液を加えているが、この製造方法で
は、混合時の攪拌過程で不具合が発生していた。また、
前記スラリーを電極基材に塗布する時に、粘度や固形分
が推定より多くなり、粘度上昇のため塗布できないこと
があった。
However, the conventional method for manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell as described above has the following problems. That is,
When forming a carbon layer functioning as a gas diffusion layer using a slurry obtained by mixing a carbon powder and a diluting liquid, generally, the slurry is composed of a carbon powder based on water, a fluororesin powder and a diluent thereof, Further, a fluororesin liquid is added as a water repellent, but in this manufacturing method, a problem occurs during the stirring process at the time of mixing. Also,
When the slurry was applied to an electrode substrate, the viscosity and solid content became larger than expected, and the slurry could not be applied due to an increase in viscosity.

【0009】さらに、水系にフッ素系樹脂をアルコール
で分散した場合、カーボン粉末によって凝集塊を作りや
すいため、凝集塊を作らず完全に溶解させるには、実験
的にスラリーの製造条件を決定しなければならず、製造
工程が煩雑なものとなっていた。一方、フッ素樹脂を混
合しなければ凝集塊はできにくくなるが、フッ素樹脂に
よる触媒層への撥水性を付与できないという問題が生じ
ていた。また、このようにカーボン層に撥水性を付与で
きないと、特に高電流密度で運転している時に、凝縮し
た水が触媒層の気孔を埋め、反応に必要な気体の拡散経
路を阻害して電池性能が低下する恐れがあった。
Further, when a fluorine-based resin is dispersed in an aqueous system with alcohol, aggregates are easily formed by the carbon powder. Therefore, in order to completely dissolve the aggregates without forming aggregates, the slurry production conditions must be determined experimentally. The manufacturing process must be complicated. On the other hand, if the fluororesin is not mixed, it is difficult to form agglomerates, but there has been a problem that the fluororesin cannot impart water repellency to the catalyst layer. Also, if water repellency cannot be imparted to the carbon layer, condensed water fills the pores of the catalyst layer, particularly when operating at a high current density, and obstructs the diffusion path of the gas required for the reaction. There was a possibility that the performance would be reduced.

【0010】このような問題点を解決するために、特開
平8−106915号公報には、電極基材となるカーボ
ンペーパー繊維表面にポリテトラフルオロエチレンにて
撥水性を具備させた後、電解液を含浸させ、その中に触
媒層を埋め込む構成が提案されている。
In order to solve such a problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-106915 discloses a method in which a carbon paper fiber serving as an electrode substrate is provided with water repellency using polytetrafluoroethylene, And a structure in which a catalyst layer is embedded therein.

【0011】ところで、通常、触媒層の厚みは10〜5
0μmで、サブストレートに求められている機械的なサ
ポート機能は、前記触媒層と同等の厚さのサブストレー
トでは期待できない。一方、厚手のサブストレートを使
用すると、触媒層の厚さが厚くなることによって、触媒
層中のガス拡散不良を生じる。また、前記公報の様に、
固体高分子電解質溶液をカーボンペーパー全体に含浸す
ると、発電に寄与しない電解質がサブストレート内部に
分散し、この電解質が水分を吸収して膨潤することによ
り、ガスの拡散を必要とする電極基材の気孔をふさいで
しまい、反応に必要な気体の拡散を阻害し、電池の電圧
低下という問題の要因となっていた。
Incidentally, the thickness of the catalyst layer is usually 10 to 5
At 0 μm, the mechanical support function required for the substrate cannot be expected with a substrate having the same thickness as the catalyst layer. On the other hand, when a thick substrate is used, the thickness of the catalyst layer is increased, which causes poor gas diffusion in the catalyst layer. Also, as in the above publication,
When the solid polymer electrolyte solution is impregnated into the entire carbon paper, the electrolyte that does not contribute to power generation is dispersed inside the substrate, and this electrolyte absorbs moisture and swells, causing the electrode substrate that needs gas diffusion to diffuse. The pores are blocked, and the diffusion of gas required for the reaction is hindered, causing a problem of a voltage drop of the battery.

【0012】本発明は、上述したような従来技術の問題
点を解決するために提案されたものであり、その目的
は、電極の機械的な強度を維持し、反応に必要な気体を
十分に拡散させることができ、電極基材と固体高分子膜
の密着性を向上させ、さらに撥水性を具備した固体高分
子型燃料電池の電極及びその製造方法を提供することに
ある。
The present invention has been proposed in order to solve the problems of the prior art as described above, and its object is to maintain the mechanical strength of the electrode and sufficiently remove the gas required for the reaction. An object of the present invention is to provide an electrode of a polymer electrolyte fuel cell which can be diffused, improves the adhesion between the electrode substrate and the solid polymer membrane, and has water repellency, and a method for producing the same.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1に記載の発明は、固体高分子電解質体
と、この電解質体を挟んでそれぞれ配設された燃料電極
と酸化剤電極とを備えた固体高分子型燃料電池の電極に
おいて、前記燃料電極と酸化剤電極を構成する電極基材
の一表面と、前記固体高分子電解質体の両面に、カーボ
ン粉末とスルホン酸処理を施したフッ素系樹脂材料粉末
の混合粉末からなる拡散層が形成されていることを特徴
とするものである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 comprises a solid polymer electrolyte body, a fuel electrode and an oxidizing agent which are respectively disposed with the electrolyte body interposed therebetween. In an electrode of a polymer electrolyte fuel cell including an electrode, one surface of an electrode substrate constituting the fuel electrode and the oxidant electrode, and both surfaces of the solid polymer electrolyte body, carbon powder and sulfonic acid treatment. A diffusion layer made of a mixed powder of the applied fluorine-based resin material powder is formed.

【0014】上記のような構成を有する請求項1に記載
の発明によれば、撥水性を有する拡散層を、固体高分子
電解質体と電極基材のそれぞれの表面に形成することに
より、電極基材と固体高分子電解質体の間にある触媒層
の表面が過剰な水分で覆われることを防止できるので、
気体の拡散が阻害されることがなく、安定した電池性能
を得ることができる。また、この拡散層は、電極での生
成水が拡散・除去される速度を制御する作用、及び、供
給される気体中に含まれる水分の拡散速度を制御する作
用を有するため、固体高分子電解質体に供給される水分
量の急激な変化を緩衝し、外部からの水分供給量に電池
の特性が過敏に反応することなく、安定した運転を行う
ことができる固体高分子型燃料電池の電極を得ることが
できる。
According to the first aspect of the present invention having the above-described structure, the water-repellent diffusion layer is formed on each of the surfaces of the solid polymer electrolyte body and the electrode substrate, so that the electrode base is formed. Since the surface of the catalyst layer between the material and the solid polymer electrolyte body can be prevented from being covered with excessive moisture,
Stable battery performance can be obtained without hindering gas diffusion. In addition, since the diffusion layer has an action of controlling the rate at which the generated water is diffused and removed at the electrode and an action of controlling the rate of diffusion of the water contained in the supplied gas, the solid polymer electrolyte An electrode for a polymer electrolyte fuel cell that can stably operate without damaging sudden changes in the amount of water supplied to the body and without the cell characteristics being sensitive to external water supply. Obtainable.

【0015】請求項2に記載の発明は、固体高分子電解
質体と、この電解質体を挟んでそれぞれ配設された燃料
電極と酸化剤電極とを備えた固体高分子型燃料電池の電
極の製造方法において、フッ素系樹脂材料を所定の粒径
に粉砕してスルホン酸処理を施してなるスルホン酸処理
フッ素系樹脂粉末と、所定の粒径に粉砕したカーボン粉
末とを混合し、この混合粉末を、前記燃料電極と酸化剤
電極を構成する電極基材の一表面と、前記固体高分子電
解質体の両面に散布機を用いて散布し、前記電極基材及
び固体高分子電解質体の表面に拡散層を形成することを
特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell comprising a solid polymer electrolyte body, and a fuel electrode and an oxidant electrode provided respectively with the electrolyte body interposed therebetween. In the method, a sulfonic acid-treated fluorinated resin powder obtained by crushing a fluorinated resin material to a predetermined particle size and performing sulfonic acid treatment, and carbon powder crushed to a predetermined particle size are mixed, and this mixed powder is mixed. The surface of the electrode substrate constituting the fuel electrode and the oxidant electrode and the surface of the solid polymer electrolyte body are sprayed on both surfaces of the solid polymer electrolyte body using a sprayer, and diffused on the surfaces of the electrode base material and the solid polymer electrolyte body. It is characterized by forming a layer.

【0016】上記のような構成を有する請求項2に記載
の発明によれば、カーボン粉末とスルホン酸処理フッ素
系樹脂粉末を、散布機により噴霧する際に混合するの
で、均一な分散撥水性を有するカーボン材料の空隙中に
スルホン酸処理されたフッ素系樹脂材料が埋め込まれ、
より有効な拡散層を形成することができる。その結果、
電極での生成水が拡散・除去される速度を制御し、電池
の外部から供給される気体中に含まれる水分の拡散速度
を制御することができるので、固体高分子電解質体に供
給される水分量の急激な変化を緩衝し、外部からの水分
供給量に電池の特性が過敏に反応することなく、安定し
た運転を行うことができる固体高分子型燃料電池の電極
を製造することができる。
According to the second aspect of the present invention having the above structure, the carbon powder and the sulfonic acid-treated fluororesin powder are mixed when sprayed with a sprayer, so that uniform dispersion and water repellency can be achieved. A sulfonic acid-treated fluororesin material is embedded in the voids of the carbon material having
A more effective diffusion layer can be formed. as a result,
The rate of diffusion and removal of water generated at the electrodes can be controlled, and the rate of diffusion of water contained in gas supplied from outside the battery can be controlled, so that the water supplied to the solid polymer electrolyte body can be controlled. It is possible to manufacture an electrode of a polymer electrolyte fuel cell that can stably operate without damaging a rapid change in the amount and without the characteristics of the cell reacting excessively to the amount of water supplied from the outside.

【0017】請求項3に記載の発明は、請求項2に記載
の固体高分子型燃料電池の電極の製造方法において、前
記散布機にアースを施し、スルホン酸処理フッ素系樹脂
粉末及びカーボン粉末が帯電しないように構成したこと
を特徴とするものである。上記のような構成を有する請
求項3に記載の発明によれば、散布時に発生する帯電に
よる反発を回避することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the method for producing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to the second aspect, the sprayer is grounded, and the sulfonic acid-treated fluororesin powder and carbon powder are used. It is characterized in that it is configured not to be charged. According to the third aspect of the present invention having the above-described configuration, it is possible to avoid repulsion due to charging generated at the time of spraying.

【0018】請求項4に記載の発明は、請求項2に記載
の固体高分子型燃料電池の電極の製造方法において、前
記散布機にイオン発生器を設け、前記電極基材もしくは
固体高分子電解質体に正の電荷を帯電させ、スルホン酸
処理フッ素系樹脂粉末及びカーボン粉末に負の電荷を帯
電させるように構成したことを特徴とするものである。
上記のような構成を有する請求項4に記載の発明によれ
ば、スルホン酸処理フッ素系樹脂粉末及びカーボン粉末
が、電極基材及び固体高分子電解質体に付着しやすくな
る。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to the second aspect, the sprayer is provided with an ion generator, and the electrode substrate or the solid polymer electrolyte is provided. The body is charged with a positive charge, and the sulfonic acid-treated fluororesin powder and the carbon powder are charged with a negative charge.
According to the fourth aspect of the present invention having the above-described configuration, the sulfonic acid-treated fluororesin powder and the carbon powder easily adhere to the electrode substrate and the solid polymer electrolyte body.

【0019】請求項5に記載の発明は、請求項2に記載
の固体高分子型燃料電池の電極の製造方法において、前
記散布機に、カーボン粉末用ノズルとスルホン酸処理フ
ッ素系樹脂粉末用ノズルとを別個に設け、散布時に両粉
末の散布量を制御しながら散布するように構成したこと
を特徴とするものである。上記のような構成を有する請
求項5に記載の発明によれば、それぞれ専用のノズルか
ら両粉末を同時に散布し、噴霧時に両粉末を混合させな
がら拡散層を形成するので、カーボン粉末とフッ素系樹
脂材料の分散性が大幅に向上し、また、均一な分散撥水
性を有するカーボン材料の空隙中にスルホン酸処理され
たフッ素系樹脂材料が埋め込まれるので、撥水性も向上
させることができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to the second aspect, the sprayer includes a nozzle for carbon powder and a nozzle for fluorinated sulfonic acid resin powder. Are separately provided, and spraying is performed while controlling the spraying amount of both powders at the time of spraying. According to the invention as set forth in claim 5 having the above configuration, both powders are simultaneously sprayed from dedicated nozzles, and a diffusion layer is formed while mixing both powders at the time of spraying. Since the dispersibility of the resin material is greatly improved, and the fluorine-based resin material treated with sulfonic acid is embedded in the voids of the carbon material having uniform dispersion and water repellency, the water repellency can also be improved.

【0020】請求項6に記載の発明は、請求項5に記載
の固体高分子型燃料電池の電極の製造方法において、前
記スルホン酸処理フッ素系樹脂粉末用ノズルの形態を、
散布時に該フッ素系樹脂粉末材料をせん断する形状とし
たことを特徴とするものである。上記のような構成を有
する請求項6に記載の発明によれば、散布時にフッ素系
樹脂材料をせん断により繊維化することができるので、
撥水性をさらに向上させ、微細化することによって分散
性もさらに向上させることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method for producing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to the fifth aspect, the sulfonic acid-treated fluorine-based resin powder nozzle is formed in the form of:
The present invention is characterized in that the fluororesin powder material is shaped to be sheared at the time of spraying. According to the invention as set forth in claim 6 having the above configuration, the fluorine-based resin material can be fiberized by shearing at the time of spraying.
Dispersibility can be further improved by further improving water repellency and miniaturization.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以
下、実施形態という)を図面を参照して具体的に説明す
る。なお、図6に示した従来型と同一の部材には同一の
符号を付して、説明は省略する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be specifically described below with reference to the drawings. The same members as those of the conventional type shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0022】[1.第1実施形態] [1−1.電極の構成]本実施形態は、固体高分子型燃
料電池の電極の構成に関するものである。すなわち、本
実施形態の固体高分子型燃料電池の電極においては、図
1に示したように、予め撥水処理を施した電極基材13
の一表面と、固体高分子膜7の両面に、カーボン粉末と
スルホン酸処理したフッ素系樹脂材料粉末の混合粉末
を、所定の散布機によって散布することにより拡散層9
が形成されている。また、前記電極基材13の表面に形
成された拡散層9には、従来と同様に触媒層12が形成
されている。
[1. First Embodiment] [1-1. Electrode Configuration] The present embodiment relates to a configuration of an electrode of a polymer electrolyte fuel cell. That is, in the electrode of the polymer electrolyte fuel cell of the present embodiment, as shown in FIG.
A mixed powder of carbon powder and sulfonic acid-treated fluororesin material powder is sprayed on one surface of
Are formed. Further, the catalyst layer 12 is formed on the diffusion layer 9 formed on the surface of the electrode substrate 13 as in the conventional case.

【0023】そして、拡散層9を介して触媒層12が形
成された2つの電極基材13a,13bによって、両面
に拡散層9が形成された固体高分子膜7を挟持し、ホッ
トプレスにより加熱圧着してこれらを一体化した後、従
来と同様に電極基材13の外面にセパレータ14を取り
付けることにより、単電池19が構成されている。な
お、前記固体高分子膜7と拡散層9及び触媒層12は、
電極基材13より薄く構成されている。
Then, the solid polymer film 7 having the diffusion layer 9 formed on both surfaces thereof is sandwiched by the two electrode bases 13a and 13b having the catalyst layer 12 formed thereon via the diffusion layer 9 and heated by hot pressing. After these are integrated by crimping, the separator 14 is attached to the outer surface of the electrode substrate 13 in the same manner as in the prior art, thereby forming the cell 19. The solid polymer film 7, the diffusion layer 9, and the catalyst layer 12 are
It is configured to be thinner than the electrode substrate 13.

【0024】また、上記電極基材13としては、一般的
にはカーボンペーパー(例えば、東レ株式会社製、TG
P−H−090等)が使用される。このカーボンペーパ
ーは、導電性で耐食性の炭素繊維から構成されており、
多孔性で気体の透過性も良いため、電極基材として一般
に用いられているものである。また、多孔性であること
から、本発明のように気孔にカーボンを埋め込む構造に
は適している。また、電極基材13の有する気孔は、反
応に必要な気体が拡散する経路であるので、電極基材1
3としては気孔を多く有するものが望ましい。
The electrode substrate 13 is generally made of carbon paper (for example, TG, manufactured by Toray Industries, Inc.).
PH-090 etc.) are used. This carbon paper is made of conductive and corrosion-resistant carbon fiber,
Since it is porous and has good gas permeability, it is generally used as an electrode substrate. Further, since it is porous, it is suitable for a structure in which carbon is embedded in pores as in the present invention. Further, the pores of the electrode substrate 13 are paths through which the gas necessary for the reaction is diffused.
It is desirable that 3 has many pores.

【0025】なお、上記カーボンペーパーは、平均のか
さ密度が0.40〜0.58g/cm3であるが、かさ
密度が小さい方が気孔の割合が大きく、気体の拡散係数
が大きいため、かさ密度は0.40g/cm3以下であ
ることが望ましい。また、機械的強度を保つために、電
極基材13の厚さは100μm程度以上であることが望
ましい。
The average bulk density of the carbon paper is 0.40 to 0.58 g / cm 3 , but the lower the bulk density, the larger the ratio of pores and the larger the gas diffusion coefficient. The density is desirably 0.40 g / cm 3 or less. Further, in order to maintain the mechanical strength, it is desirable that the thickness of the electrode substrate 13 be about 100 μm or more.

【0026】また、電極基材13を撥水処理する方法と
しては、電極基材13の気孔中にフッ素系樹脂のディス
パージョン溶液を含浸し、電極基材13を乾燥した後、
300℃以上の温度で加熱処理し、電極基材13を構成
する材料の表面をフッ素系樹脂で被覆する方法が用いら
れる。
As a method of treating the electrode substrate 13 for water repellency, the pores of the electrode substrate 13 are impregnated with a dispersion solution of a fluororesin, and after drying the electrode substrate 13,
A method is used in which a heat treatment is performed at a temperature of 300 ° C. or more, and the surface of the material constituting the electrode base material 13 is coated with a fluororesin.

【0027】さらに、散布時に帯電による反発を避ける
ために、散布機にアースを施すと共に、ステンレス線の
メッシュを設け、それによるアースをとることもでき
る。逆に、散布機にイオン発生器を設置し、電極基材に
プラス電荷を、フッ素系樹脂材料及びカーボン材料にマ
イナス電荷をかけることにより、これらを電極基材に付
着させやすくすることもできる。
Furthermore, in order to avoid repulsion due to charging during spraying, the sprayer may be grounded and a stainless steel wire mesh may be provided to ground the sprayer. Conversely, by installing an ion generator in the sprayer and applying a positive charge to the electrode base material and a negative charge to the fluororesin material and the carbon material, these can be easily attached to the electrode base material.

【0028】また、拡散層9の表面を平滑にするため
に、散布後にローラーで圧縮する、あるいは電極基材の
背面から吸引するといった手段が用いられる。また、拡
散層を形成するフッ素系樹脂材料は電極基材との接着剤
として機能し、これにより電気的な接触抵抗を低くする
ことができる。
In order to smooth the surface of the diffusion layer 9, a means such as compression with a roller after spraying or suction from the back surface of the electrode substrate is used. In addition, the fluorine-based resin material forming the diffusion layer functions as an adhesive with the electrode base material, so that electrical contact resistance can be reduced.

【0029】[1−2.作用・効果]上記のような構成
を有する本実施形態の固体高分子型燃料電池の電極にお
いては、固体高分子膜7と拡散層9中のスルホン酸処理
されたフッ素系樹脂材料が均一な分散撥水性を有するカ
ーボン材料の空隙中に埋め込まれることにより、固体高
分子膜7と拡散層9は、撥水性のある電極基材13と接
するために、過剰な生成水が電極基材13の構成繊維表
面から容易に揮発・除去される。さらに、電極基材13
が撥水性を有するために、スルホン酸処理されたフッ素
系樹脂材料粉末は電極基材13の深くにまで含浸するこ
とはなく、電極基材13の表面近傍にだけ存在させるこ
とが可能となる。
[1-2. Function / Effect] In the electrode of the polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment having the above-described configuration, the sulfonic acid-treated fluororesin material in the polymer electrolyte membrane 7 and the diffusion layer 9 is uniformly dispersed. When the solid polymer film 7 and the diffusion layer 9 are buried in the voids of the carbon material having water repellency, the solid polymer film 7 and the diffusion layer 9 come into contact with the electrode substrate 13 having water repellency. It is easily volatilized and removed from the fiber surface. Further, the electrode substrate 13
Has a water repellency, the fluorinated resin material powder treated with sulfonic acid does not penetrate deep into the electrode substrate 13, and can be present only near the surface of the electrode substrate 13.

【0030】以上述べたように、本実施形態によれば、
撥水性を有する膜(拡散層)を、固体高分子膜7と電極
基材13のそれぞれの表面に形成することにより、電極
基材13と固体高分子膜7の間にある触媒層12の表面
が過剰な水分で覆われることを防止できるので、気体の
拡散が阻害されることがなく、安定した電池性能を得る
ことができる。また、電極基材全体を電解質で覆うこと
もないので、電解質が吸湿して膨潤し、気孔をふさいで
気体の拡散を阻害することを防止することができ、基材
の凹凸に適用した均一な膜の形成ができることから、安
定した電池性能を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment,
By forming a water-repellent film (diffusion layer) on each surface of the solid polymer film 7 and the electrode substrate 13, the surface of the catalyst layer 12 between the electrode substrate 13 and the solid polymer film 7 is formed. Can be prevented from being covered with excessive moisture, so that gas diffusion is not hindered and stable battery performance can be obtained. In addition, since the entire electrode substrate is not covered with the electrolyte, the electrolyte absorbs moisture and swells, thereby preventing pores from being blocked and preventing gas diffusion. Since a film can be formed, stable battery performance can be obtained.

【0031】また、電極基材13と固体高分子膜7の両
方に形成される拡散層9は、電極での生成水が拡散・除
去される速度を制御する作用、及び、供給される気体中
に含まれる水分の拡散速度を制御する作用を有するた
め、固体高分子膜に供給される水分量の急激な変化を緩
衝し、外部からの水分供給量に電池の特性が過敏に反応
することなく、安定した運転を行うことができる固体高
分子型燃料電池の電極を得ることができる。
The diffusion layer 9 formed on both the electrode substrate 13 and the solid polymer film 7 functions to control the rate at which the water produced at the electrodes is diffused and removed, and to control the rate of gas supply. It has the effect of controlling the diffusion rate of water contained in the battery, so it buffers sudden changes in the amount of water supplied to the solid polymer membrane, and the characteristics of the battery do not react excessively to the amount of water supplied from the outside. In addition, it is possible to obtain an electrode of a polymer electrolyte fuel cell capable of performing stable operation.

【0032】[2.第2実施形態] [2−1.電極の製造方法]本実施形態は、固体高分子
型燃料電池の電極の製造方法に関するものである。すな
わち、本実施形態の固体高分子型燃料電池の電極の製造
方法は、図1及び図2に示したように、まず、フッ素系
樹脂材料を粉砕機(ホモジナイザー、ケミカルカッター
等)で細かく粉砕したものにスルホン酸処理を施したス
ルホン酸処理フッ素樹脂粉末(粒径0.1μm以下)
と、同様に粉砕機により細かく粉砕したカーボン粉末
(粒径0.1μm以下)とを混合して、散布機を用いて
電極基材13及び固体高分子膜7に散布し、電極基材1
3及び固体高分子膜7の表面に拡散層9を形成する(ス
テップ1〜3)。
[2. Second Embodiment] [2-1. Electrode Manufacturing Method] The present embodiment relates to a method for manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell. That is, in the method for manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, first, a fluorine-based resin material is finely pulverized by a pulverizer (a homogenizer, a chemical cutter, or the like). Acid-treated fluororesin powder obtained by subjecting a substance to sulfonic acid treatment (particle size: 0.1 μm or less)
And finely pulverized carbon powder (having a particle size of 0.1 μm or less), which were similarly pulverized by a pulverizer, and sprayed on the electrode substrate 13 and the solid polymer film 7 using a sprayer.
3 and a diffusion layer 9 is formed on the surface of the solid polymer film 7 (steps 1 to 3).

【0033】続いて、前記拡散層9の表面をローラで平
滑にすることにより、電極基材13及び固体高分子膜7
の表面に緻密な層を形成する(ステップ4)。そして、
拡散層9を介して触媒層12を形成した2つの電極基材
13a,13bによって、両面に拡散層9が形成された
固体高分子膜7を挟持し、ホットプレスにより加熱圧着
してこれらを一体化することにより、密着性を得る(ス
テップ5)。
Subsequently, the surface of the diffusion layer 9 is smoothed by a roller, so that the electrode substrate 13 and the solid polymer film 7 are formed.
(Step 4). And
The solid polymer film 7 having the diffusion layer 9 formed on both surfaces thereof is sandwiched between the two electrode bases 13a and 13b on which the catalyst layer 12 is formed with the diffusion layer 9 interposed therebetween. Thus, adhesion is obtained (step 5).

【0034】なお、拡散層9の表面を平滑にするため
に、上述したように散布後にローラーで圧縮する方法の
他に、電極基材の背面から吸引するといった方法を用い
ることもできる。また、散布機で散布したカーボン粉末
とフッ素系樹脂材料粉末の混合粉末は、フッ素系樹脂材
料の溶融温度より低い温度で乾燥する。時間があれば散
布した後そのまま放置し、乾燥しても良い。
Incidentally, in order to smooth the surface of the diffusion layer 9, in addition to the method of compressing with a roller after spraying as described above, a method of sucking from the back surface of the electrode substrate can also be used. Further, the mixed powder of the carbon powder and the fluorine-based resin material powder sprayed by the sprayer is dried at a temperature lower than the melting temperature of the fluorine-based resin material. If time permits, it may be left as it is after spraying and dried.

【0035】また、カーボン粉末及びスルホン酸処理フ
ッ素樹脂粉末の散布方法としては、図3に示したよう
に、エアースプレーを用いて、ノズル4で電極基材13
及び固体高分子膜7の表面にカーボン粉末1及びスルホ
ン酸処理フッ素樹脂粉末2を散布する方法が用いられ
る。この場合、カーボン及びスルホン酸処理フッ素樹脂
は、粉末状態だけではなく、低粘度のスラリーとして噴
霧しても良いし、フッ素系材料として、電解質に加えポ
リテトラフルオロエチレンを用いても良い。
As a method for spraying the carbon powder and the sulfonic acid-treated fluororesin powder, as shown in FIG.
A method of spraying the carbon powder 1 and the sulfonic acid-treated fluororesin powder 2 on the surface of the solid polymer film 7 is used. In this case, the carbon and sulfonic acid-treated fluororesin may be sprayed not only in a powder state but also as a low-viscosity slurry, or polytetrafluoroethylene may be used as a fluorine-based material in addition to the electrolyte.

【0036】さらに、図3中、8は電極基材移動台であ
って、この電極基材移動台8上に電極基材13あるいは
固体高分子膜7を搭載して、前記散布機のノズル4の位
置まで移動させ、バルブ3の開度を調整することによっ
て、電極基材13あるいは固体高分子膜7の表面にカー
ボン粉末1とスルホン酸処理フッ素樹脂粉末2の混合粉
末を散布するように構成されている。
Further, in FIG. 3, reference numeral 8 denotes an electrode base moving table, on which the electrode base 13 or the solid polymer film 7 is mounted, and on which the nozzle 4 of the sprayer is mounted. And spraying a mixed powder of the carbon powder 1 and the sulfonic acid-treated fluororesin powder 2 on the surface of the electrode substrate 13 or the solid polymer film 7 by adjusting the opening of the valve 3. Have been.

【0037】[2−2.作用・効果]上記のような構成
を有する本実施形態の固体高分子型燃料電池の電極の製
造方法によれば、カーボン粉末とスルホン酸処理フッ素
樹脂粉末を、散布機により噴霧する際に混合するので、
均一な分散撥水性を有するカーボン材料の空隙中にスル
ホン酸処理されたフッ素系樹脂材料が埋め込まれ、より
有効な拡散層を形成することができる。その結果、電極
での生成水が拡散・除去される速度を制御し、電池の外
部から供給される気体中に含まれる水分の拡散速度を制
御することができるので、固体高分子膜に供給される水
分量の急激な変化を緩衝し、外部からの水分供給量に電
池の特性が過敏に反応することなく、安定した運転を行
うことができる固体高分子型燃料電池の電極を製造する
ことができる。
[2-2. Function / Effect] According to the method for manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell of the present embodiment having the above-described configuration, carbon powder and sulfonic acid-treated fluororesin powder are mixed when sprayed by a sprayer. So
The fluorinated resin material treated with sulfonic acid is embedded in the voids of the carbon material having uniform dispersion and water repellency, so that a more effective diffusion layer can be formed. As a result, it is possible to control the rate at which the generated water is diffused / removed at the electrode, and to control the diffusion rate of the water contained in the gas supplied from the outside of the battery. It is possible to manufacture an electrode of a polymer electrolyte fuel cell capable of performing a stable operation without buffering a sudden change in the amount of water to be supplied so that the characteristics of the cell are not sensitive to an external water supply amount. it can.

【0038】[3.第3実施形態] [3−1.電極の製造方法]本実施形態は、固体高分子
型燃料電池の電極の製造方法に関するものであり、上記
第2実施形態の変形例である。すなわち、本実施形態の
固体高分子型燃料電池の電極の製造方法においては、図
4に示したように、散布機のノズルが、カーボン粉末用
ノズル20aとフッ素系樹脂材料用ノズル20bの2つ
のノズルから構成され、それぞれの流量を制御しながら
両粉末を同時に散布し、噴霧時に両者を混合させなが
ら、固体高分子膜7及び電極基材13の表面に膜(拡散
層)を形成するように構成されている。他の構成及び工
程は、上記第2実施形態と同様であるので、説明は省略
する。
[3. Third Embodiment] [3-1. Electrode Manufacturing Method] This embodiment relates to a method for manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell, and is a modification of the second embodiment. That is, in the method for manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, the nozzle of the sprayer has two nozzles, a carbon powder nozzle 20a and a fluorine resin material nozzle 20b. It is composed of a nozzle and sprays both powders at the same time while controlling the respective flow rates, and forms a film (diffusion layer) on the surfaces of the solid polymer film 7 and the electrode substrate 13 while mixing the two at the time of spraying. It is configured. The other configurations and steps are the same as those in the second embodiment, and a description thereof will not be repeated.

【0039】[3−2.作用・効果]上記のような構成
を有する本実施形態の固体高分子型燃料電池の電極の製
造方法においては、それぞれ専用のノズルから両粉末を
同時に散布し、噴霧時に両粉末を混合させながら拡散層
を形成するので、カーボン粉末とフッ素系樹脂材料の分
散性が大幅に向上し、また、均一な分散撥水性を有する
カーボン材料の空隙中にスルホン酸処理されたフッ素系
樹脂材料が埋め込まれるので、撥水性も向上する。
[3-2. Function / Effect] In the method for manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment having the above-described configuration, both powders are simultaneously sprayed from dedicated nozzles, and the two powders are mixed while spraying. Since the layer is formed, the dispersibility of the carbon powder and the fluorine-based resin material is significantly improved, and the fluorine-based resin material treated with sulfonic acid is embedded in the voids of the carbon material having uniform dispersion and water repellency. Also, the water repellency is improved.

【0040】また、ノズルを2つ設けることにより、カ
ーボン粉末とフッ素系樹脂材料粉末の噴霧量をそれぞれ
別個に制御できるので、適切な製造条件を容易に設定す
ることができる。さらに、噴霧中にカーボン粉末とフッ
素系樹脂材料粉末を混合できることから、製造が容易に
なると共に、安定した製造が可能となるので、電池の性
能をさらに向上させることができる。
Further, by providing two nozzles, the spraying amounts of the carbon powder and the fluororesin material powder can be separately controlled, so that appropriate manufacturing conditions can be easily set. Further, since the carbon powder and the fluorine-based resin material powder can be mixed during the spraying, the production becomes easy and the production becomes stable, so that the performance of the battery can be further improved.

【0041】なお、フッ素系樹脂材料用ノズル20b
は、ノズル出口でフッ素系樹脂材料がせん断を受ける構
造とし、散布時にフッ素系樹脂材料をせん断により繊維
化する構造としても良い。このようにフッ素系樹脂材料
を繊維化することによって撥水性がさらに向上し、微細
化することによって分散性がさらに向上する。
The fluorine resin material nozzle 20b
The structure may be such that the fluorine-based resin material is subjected to shearing at the nozzle outlet, and the fluorine-based resin material is turned into fibers by shearing during spraying. By making the fluororesin material into a fiber in this manner, the water repellency is further improved, and by making it finer, the dispersibility is further improved.

【0042】[4.第4実施形態] [4−1.電極の製造方法]本実施形態は、固体高分子
型燃料電池の電極の製造方法に関するものであり、上記
第3実施形態の変形例である。すなわち、本実施形態の
固体高分子型燃料電池の電極の製造方法においては、図
5に示したように、散布機にエアースプレーではなくエ
アレススプレーを用い、カーボン粉末とスルホン酸処理
されたフッ素系樹脂材料粉末とを加圧噴霧することによ
り、電極を形成するように構成されている。なお、この
場合、カーボン粉末とフッ素系樹脂材料粉末は高粘度の
スラリーとして噴霧しても良く、また、粉末、スラリー
を問わず、希釈せず高粘度のまま散布することもでき
る。他の構成及び工程は、上記第3実施形態と同様であ
るので、説明は省略する。
[4. Fourth Embodiment] [4-1. Electrode Manufacturing Method] The present embodiment relates to a method for manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell, and is a modification of the third embodiment. That is, in the method for manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment, as shown in FIG. 5, an airless spray is used instead of an air spray for a sprayer, and a carbon powder and a sulfonic acid-treated fluorine-based An electrode is formed by spraying a resin material powder under pressure. In this case, the carbon powder and the fluorine-based resin material powder may be sprayed as a high-viscosity slurry, or they may be sprayed with high viscosity without dilution regardless of the powder or slurry. Other configurations and steps are the same as those in the third embodiment, and thus description thereof is omitted.

【0043】[4−2.作用・効果]上記のような構成
を有する本実施形態の固体高分子型燃料電池の電極の製
造方法においては、エアスプレーを用いた場合と比較し
て、スルホン酸処理されたフッ素系樹脂材料粉末とカー
ボン粉末を、無駄なく効率的に処理することができる。
また、フッ素系樹脂材料粉末とカーボン粉末を希釈せず
高粘度のまま散布することができるので、適用範囲を拡
大することができる。
[4-2. Function / Effect] In the method of manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment having the above-described configuration, the sulfonic acid-treated fluororesin material powder is compared with the case where air spray is used. And carbon powder can be efficiently processed without waste.
In addition, since the fluorine-based resin material powder and the carbon powder can be sprayed with high viscosity without being diluted, the applicable range can be expanded.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明によれば、電極の機械的な強度を
維持し、反応に必要な気体を十分に拡散させることがで
き、電極基材と固体高分子膜の密着性を向上させ、さら
に撥水性を具備した固体高分子型燃料電池の電極及びそ
の製造方法を提供することができる。
According to the present invention, the mechanical strength of the electrode can be maintained, the gas required for the reaction can be sufficiently diffused, the adhesion between the electrode substrate and the solid polymer film can be improved, Furthermore, an electrode of a polymer electrolyte fuel cell having water repellency and a method for producing the same can be provided.

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

【図1】本発明に係る固体高分子型燃料電池の電極の構
成を示す断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.

【図2】本発明に係る固体高分子型燃料電池の電極の製
造方法を示すフローチャート
FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention.

【図3】本発明の第2実施形態における拡散層の形成状
態を示す概念図
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state of forming a diffusion layer according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3実施形態における拡散層の形成状
態を示す概念図
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a state of forming a diffusion layer according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4実施形態におけるエアレススプレ
ー法による拡散層の形成状態を示す概念図
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a state of forming a diffusion layer by an airless spray method according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】一般的な固体高分子型燃料電池の単電池の構成
を示す断面図
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a unit cell of a general polymer electrolyte fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…カーボン粉末 2…フッ素樹脂材料粉末 3…バルブ 4…ノズル 5…散布状況 6…スプレーにより形成された拡散層 7…固体高分子膜 8…電極基材移動台 9…拡散層 10…エアレス加圧カーボン粉末 11…エアレス加圧フッ素樹脂材料粉末 12…触媒層 13…電極基材 14…セパレーター 15…燃料溝 16…空気溝 17…燃料電極 18…酸化剤電極 19…単電池 20…ノズル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Carbon powder 2 ... Fluororesin material powder 3 ... Valve 4 ... Nozzle 5 ... Spraying condition 6 ... Diffusion layer formed by spraying 7 ... Solid polymer film 8 ... Electrode substrate moving table 9 ... Diffusion layer 10 ... Airless heating Pressurized carbon powder 11 Airless pressurized fluororesin material powder 12 Catalyst layer 13 Electrode substrate 14 Separator 15 Fuel groove 16 Air groove 17 Fuel electrode 18 Oxidant electrode 19 Single cell 20 Nozzle

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 温 神奈川県横浜市鶴見区末広町二丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 Fターム(参考) 5H018 AA06 BB08 BB11 BB12 EE05 EE18 5H026 AA06 BB00 BB04 BB06 BB08 CC03 EE05 EE19  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Atsushi Matsunaga 2-4, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture F-term (reference) 5H018 AA06 BB08 BB11 BB12 EE05 EE18 5H026 AA06 BB00 BB04 BB06 BB08 CC03 EE05 EE19

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体高分子電解質体と、この電解質体を
挟んでそれぞれ配設された燃料電極と酸化剤電極とを備
えた固体高分子型燃料電池の電極において、 前記燃料電極と酸化剤電極を構成する電極基材の一表面
と、前記固体高分子電解質体の両面に、カーボン粉末と
スルホン酸処理を施したフッ素系樹脂材料粉末の混合粉
末からなる拡散層が形成されていることを特徴とする固
体高分子型燃料電池の電極。
1. An electrode of a polymer electrolyte fuel cell comprising a solid polymer electrolyte body, and a fuel electrode and an oxidant electrode disposed respectively with the electrolyte body interposed therebetween, wherein the fuel electrode and the oxidant electrode A diffusion layer composed of a mixed powder of carbon powder and a fluorinated resin material powder that has been subjected to sulfonic acid treatment is formed on one surface of the electrode base material and on both surfaces of the solid polymer electrolyte body. Of a polymer electrolyte fuel cell.
【請求項2】 固体高分子電解質体と、この電解質体を
挟んでそれぞれ配設された燃料電極と酸化剤電極とを備
えた固体高分子型燃料電池の電極の製造方法において、 フッ素系樹脂材料を所定の粒径に粉砕してスルホン酸処
理を施してなるスルホン酸処理フッ素系樹脂粉末と、所
定の粒径に粉砕したカーボン粉末とを混合し、この混合
粉末を、前記燃料電極と酸化剤電極を構成する電極基材
の一表面と、前記固体高分子電解質体の両面に散布機を
用いて散布し、前記電極基材及び固体高分子電解質体の
表面に拡散層を形成することを特徴とする固体高分子型
燃料電池の電極の製造方法。
2. A method for manufacturing an electrode of a solid polymer electrolyte fuel cell comprising a solid polymer electrolyte body, and a fuel electrode and an oxidant electrode respectively disposed with the electrolyte body interposed therebetween, comprising: Are mixed with a sulfonic acid-treated fluororesin powder obtained by pulverizing the fuel electrode to a predetermined particle size and then subjected to a sulfonic acid treatment, and a carbon powder pulverized to a predetermined particle size. One surface of the electrode substrate constituting the electrode, and sprayed on both surfaces of the solid polymer electrolyte body using a sprayer to form a diffusion layer on the surface of the electrode substrate and the solid polymer electrolyte body. A method for producing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell.
【請求項3】 前記散布機にはアースが施され、スルホ
ン酸処理フッ素系樹脂粉末及びカーボン粉末が帯電しな
いように構成したことを特徴とする請求項2に記載の固
体高分子型燃料電池の電極の製造方法。
3. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 2, wherein the sprayer is grounded so that the sulfonic acid-treated fluororesin powder and the carbon powder are not charged. Manufacturing method of electrode.
【請求項4】 前記散布機にはイオン発生器が設けら
れ、前記電極基材もしくは固体高分子電解質体に正の電
荷を帯電させ、スルホン酸処理フッ素系樹脂粉末及びカ
ーボン粉末に負の電荷を帯電させるように構成したこと
を特徴とする請求項2に記載の固体高分子型燃料電池の
電極の製造方法。
4. The sprayer is provided with an ion generator for charging the electrode substrate or the solid polymer electrolyte body with a positive charge, and charging the sulfonic acid-treated fluororesin powder and the carbon powder with a negative charge. The method for producing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to claim 2, wherein the electrode is configured to be charged.
【請求項5】 前記散布機には、カーボン粉末用ノズル
とスルホン酸処理フッ素系樹脂粉末用ノズルとが別個に
設けられ、散布時に両粉末の散布量を制御しながら散布
するように構成したことを特徴とする請求項2に記載の
固体高分子型燃料電池の電極の製造方法。
5. The spraying machine is provided with a nozzle for carbon powder and a nozzle for fluorinated fluorinated resin powder separately and configured to spray while controlling the amount of spraying of both powders during spraying. The method for producing an electrode of a polymer electrolyte fuel cell according to claim 2, characterized in that:
【請求項6】 前記スルホン酸処理フッ素系樹脂粉末用
ノズルの形態を、散布時に該フッ素系樹脂粉末材料をせ
ん断する形状としたことを特徴とする請求項5に記載の
固体高分子型燃料電池の電極の製造方法。
6. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 5, wherein the sulfonic acid-treated fluorine resin powder nozzle is shaped so as to shear the fluorine resin powder material during spraying. Method for manufacturing electrodes.
JP2000054489A 2000-02-29 2000-02-29 Electrode for solid polymer fuel cell and its manufacturing method Pending JP2001243959A (en)

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