JP2002134120A - Electrode for fuel cell and fuel cell using the same - Google Patents

Electrode for fuel cell and fuel cell using the same

Info

Publication number
JP2002134120A
JP2002134120A JP2000324387A JP2000324387A JP2002134120A JP 2002134120 A JP2002134120 A JP 2002134120A JP 2000324387 A JP2000324387 A JP 2000324387A JP 2000324387 A JP2000324387 A JP 2000324387A JP 2002134120 A JP2002134120 A JP 2002134120A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
fuel cell
particles
electrode
catalyst 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
JP2000324387A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Isono
隆博 礒野
Koji Yasuo
耕司 安尾
Yoshito Konno
義人 近野
Ikuro Yonezu
育郎 米津
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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 Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP2000324387A priority Critical patent/JP2002134120A/en
Publication of JP2002134120A publication Critical patent/JP2002134120A/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

Landscapes

  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode for a fuel cell for achieving good generating efficiency by securing abundant three-phase interfaces in relatively easy construction while keeping cost down, and the fuel cell using the same. SOLUTION: A catalyst layer 221 is formed of ion exchange resin particles 221a and a Pt/C221b consisting of platinum particles 2212 and porous carbon particles 2211 having a specific surface area of 300 m2/g or larger and being hydrophilic with electrolytic treatment.

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】本発明は燃料電池用電極およ
びこれを用いる固体高分子型などの燃料電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell electrode and a polymer electrolyte fuel cell using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は通常、アノード側に水素を含
むアノードガス、カソード側に酸素を含むカソードガス
(酸化剤ガス)をそれぞれ供給し、水素と酸素を電気化
学的に反応させて発電を行う。カソードガスには一般的
に空気が用いられる。アノードガスには純水素ガスのほ
か、天然ガスやナフサ等の軽質炭化水素などの燃料ガス
を改質して水素リッチな改質ガスとしたものが用いられ
る。
2. Description of the Related Art Generally, a fuel cell supplies an anode gas containing hydrogen to an anode side and a cathode gas (oxidizing gas) containing oxygen to a cathode side, and electrochemically reacts hydrogen and oxygen to generate power. Do. Air is generally used as the cathode gas. As the anode gas, a hydrogen-rich reformed gas obtained by reforming a fuel gas such as a natural gas or a light hydrocarbon such as naphtha in addition to pure hydrogen gas is used.

【0003】燃料電池には様々な種類があるが、近年で
は固体高分子膜を電解質とする固体高分子型燃料電池
(PEFC;Polymer Electrolyte Fuel Cell)の研究が積
極的になされている。固体高分子型燃料電池は、フッ素
系陽イオン交換樹脂等からなる電解質膜(固体高分子
膜)を2枚の電極間に配した基本構造を持つ。電極は、
触媒層とガス拡散層からなり、このうち触媒層が固体高
分子膜に対向するように配される。
[0003] There are various types of fuel cells. In recent years, studies have been actively made on polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) using a solid polymer membrane as an electrolyte. A polymer electrolyte fuel cell has a basic structure in which an electrolyte membrane (solid polymer membrane) made of a fluorine-based cation exchange resin or the like is disposed between two electrodes. The electrodes are
It comprises a catalyst layer and a gas diffusion layer, of which the catalyst layer is disposed so as to face the solid polymer membrane.

【0004】触媒層は、触媒を担持した多孔性の触媒担
持カーボン(例えば白金担持カーボン(Pt/C))と、イ
オン交換樹脂粒子が混合され、シート状に成形されたも
のである。電極での発電反応(電極反応)は前記触媒上
でなされ、イオン交換樹脂はアノード側で生成されたプ
ロトンを輸送しつつ、発電の際に生成した水の排出経路
を形成する。そしてPt/Cのカーボンは、発電された電力
を取り出すための導電性を確保する働きを持つ。
The catalyst layer is formed by mixing porous catalyst-supporting carbon (eg, platinum-supporting carbon (Pt / C)) supporting a catalyst and ion-exchange resin particles, and forming the mixture into a sheet. A power generation reaction (electrode reaction) at the electrode is performed on the catalyst, and the ion exchange resin forms a discharge path of water generated during power generation while transporting protons generated on the anode side. The carbon of Pt / C has a function of ensuring conductivity for extracting generated power.

【0005】発電反応は、主として触媒・イオン交換樹
脂・ガス(カソードガスまたはアノードガス)の三相が
接触する界面、いわゆる三相界面において発生する。し
たがって良好な発電効率を得るためには、触媒層中に三
相界面を豊富に確保することが望ましい。三相界面が少
ないと発電反応が起こりにくくなり、セル出力が優れに
くい。例えば触媒とイオン交換樹脂が多く接触する構成
であっても、反応ガスが触媒層中に十分に拡散しなけれ
ば、やはりセル出力の向上が難しくなる。
The power generation reaction mainly occurs at an interface where three phases of a catalyst, an ion exchange resin, and a gas (cathode gas or anode gas) are in contact, that is, a so-called three-phase interface. Therefore, in order to obtain good power generation efficiency, it is desirable to ensure abundant three-phase interfaces in the catalyst layer. When the number of three-phase interfaces is small, the power generation reaction hardly occurs, and the cell output is hardly excellent. For example, even in a configuration in which the catalyst and the ion exchange resin are in contact with each other, it is still difficult to improve the cell output unless the reaction gas is sufficiently diffused into the catalyst layer.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】これに対し、例えば特
開平9-167622号公報や特開平9-283154号公報では、触媒
層やPt/Cの細孔容積を従来より大きくし、触媒層中にお
けるガスの流通を改善する技術が開示されており、三相
界面の確保のための一対策と思われるが、しかしながら
十分な対策とは言えず、さらに改良の余地があると思わ
れる。また、三相界面を豊富に確保するために触媒量を
増加させるといった方法が考えられるが、この場合はコ
ストの問題が顕著になってしまう。
In contrast, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-176622 and 9-283154, the pore volume of the catalyst layer and Pt / C is increased, and A technique for improving the gas flow in the above is disclosed, which is considered to be one measure for securing the three-phase interface, however, it cannot be said to be a sufficient measure, and there is room for further improvement. In addition, a method of increasing the amount of the catalyst in order to secure abundant three-phase interfaces can be considered, but in this case, the problem of cost becomes remarkable.

【0007】このように現在では、燃料電池の分野にお
いて、いまだ技術改良の余地がある。本発明は、上記課
題に鑑みてなされたものであって、その目的は、コスト
を抑えながら、比較的簡単な構成によって三相界面を豊
富に確保することにより、良好な発電効率を得ることが
可能な燃料電池用電極と、これを用いた燃料電池を提供
することにある。
As described above, there is still room for technical improvement in the field of fuel cells. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to obtain good power generation efficiency by securing abundant three-phase interfaces with a relatively simple configuration while suppressing costs. It is an object of the present invention to provide a possible fuel cell electrode and a fuel cell using the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本願発明者らが鋭意検討した結果、本発明は、触媒粒
子を担持する担体と、前記触媒粒子に接触するようにイ
オン交換体とを含んでなる多孔質の触媒層が、ガス拡散
層と積層された燃料電池用電極であって、前記担体は、
その比表面積が300m2/g以上の親水処理された導電性材
質からなる多孔性粒子であり、かつ触媒層中の触媒粒子
の全表面積のうち、イオン交換体に接触する表面積が40
%以上であることを特徴とする燃料電池用電極とした。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies conducted by the present inventors to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a carrier carrying catalyst particles and an ion exchanger so as to contact the catalyst particles. Is a fuel cell electrode laminated with a gas diffusion layer, wherein the carrier comprises:
Porous particles made of a conductive material having a specific surface area of 300 m 2 / g or more that has been subjected to hydrophilic treatment, and of the total surface area of the catalyst particles in the catalyst layer, the surface area in contact with the ion exchanger is 40%.
% Or more.

【0009】このように、担体として比表面積の比較的
広い(300m2/g以上)導電性の多孔性粒子を用いている
ので、担体において触媒が担持される表面が大きく確保
される。したがって、少ない触媒でも広い接触面積を確
保できる。一方、担体の比表面積が大きいと担体表面の
極微細な細孔中に存在する触媒にイオン交換体が被覆さ
れにくくなるため、一般に触媒粒子のイオン交換体に対
する接触率が低くなりやすいが、上記本発明では担体を
親水処理することによって、イオン交換体に対する触媒
粒子の接触面積を高める(触媒層中の触媒粒子の全面積
の40%以上を前記接触面積とする)ことができる。これ
により、触媒の利用率が高められる。
As described above, since the conductive porous particles having a relatively large specific surface area (300 m 2 / g or more) are used as the carrier, a large surface for supporting the catalyst on the carrier is secured. Therefore, a wide contact area can be secured even with a small amount of catalyst. On the other hand, when the specific surface area of the support is large, the catalyst present in the very fine pores on the support surface is difficult to be covered with the ion exchanger, so that the contact rate of the catalyst particles to the ion exchanger generally tends to be low. In the present invention, by subjecting the support to hydrophilic treatment, the contact area of the catalyst particles with the ion exchanger can be increased (40% or more of the total area of the catalyst particles in the catalyst layer is the contact area). This increases the utilization of the catalyst.

【0010】このように本発明では、触媒とイオン交換
体との接触が良好になるとともに、反応ガスの流通が良
好になり、三相界面が豊富に確保されるので、電極反応
から電力を効率よく取り出すことが可能となる。しか
も、触媒量を減らしても上記効果を得ることができるの
で、コストの抑制効果も期待できる。ここで、上記各数
値は発明者らの実験により本発明の効果が良好に得られ
る数値として明らかになったものである。
As described above, in the present invention, the contact between the catalyst and the ion exchanger is improved, the flow of the reaction gas is improved, and the three-phase interface is secured abundantly. It becomes possible to take out well. In addition, the above effect can be obtained even if the amount of the catalyst is reduced, so that a cost reduction effect can be expected. Here, the above numerical values have been clarified through experiments by the inventors as numerical values at which the effects of the present invention can be favorably obtained.

【0011】なお、親水処理としては電解処理法を用い
ることができる。また、前記導電性粒子としては、具体
的にはカーボン粒子を用いることが望ましい。さらに、
触媒層において500nm以下の径の気孔を形成し、当該500
nm以下の気孔に対応する細孔容積が触媒層1g当たり0.5c
c以上に設定すると、触媒の利用率を高めることができ
る。
As the hydrophilic treatment, an electrolytic treatment can be used. Further, specifically, it is desirable to use carbon particles as the conductive particles. further,
A pore having a diameter of 500 nm or less is formed in the catalyst layer,
The pore volume corresponding to pores below nm is 0.5 c / g of catalyst layer
When it is set to c or more, the utilization rate of the catalyst can be increased.

【0012】なお、500nm以下の気孔に対応する細孔容
積を触媒層1g当たり0.6cc以上にすると、一層の効果が
得られるので望ましい。このような燃料電池用電極を燃
料電池に適用すれば、良好な発電効率の出力を得ること
が可能となる。また本発明は、触媒粒子を、比表面積が
300m2/g以上の担体であるカーボン粒子に担持させると
ともに、当該カーボン粒子を電解処理にて親水化する第
一ステップと、前記触媒粒子を担持した担体と、前記触
媒粒子とイオン交換体とを混合し、前記触媒粒子の全面
積のうち、イオン交換体と接触する表面積が40%以上に
なるように多孔質の触媒層を作製する第二ステップと、
を有し、前記触媒層とガス拡散層とを積層して燃料電池
用電極を作製することを特徴とする燃料電池用電極の製
造方法とした。
It is desirable that the pore volume corresponding to pores of 500 nm or less be 0.6 cc or more per gram of the catalyst layer, since a further effect can be obtained. If such a fuel cell electrode is applied to a fuel cell, an output with good power generation efficiency can be obtained. The present invention also provides a catalyst particle having a specific surface area.
A first step of making the carbon particles hydrophilic by electrolysis while supporting the carbon particles as a carrier of 300 m 2 / g or more, the carrier supporting the catalyst particles, and the catalyst particles and the ion exchanger. Mixing, a second step of producing a porous catalyst layer so that the surface area in contact with the ion exchanger is 40% or more of the total area of the catalyst particles,
And producing a fuel cell electrode by laminating the catalyst layer and the gas diffusion layer.

【0013】これにより、上記のように触媒利用率の高
い触媒層を形成することができる。また、このような燃
料電池用電極の方法でアノードおよびカソードの少なく
ともいずれかを作製するステップと、当該作製した電極
を用いてセルを作製するステップを経ることにより、本
発明の燃料電池を製造することができる。
Thus, a catalyst layer having a high catalyst utilization rate can be formed as described above. Further, the fuel cell of the present invention is manufactured by passing at least one of an anode and a cathode by such a method for a fuel cell electrode and a step of manufacturing a cell using the manufactured electrode. be able to.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】1.実施の形態以下、本発明の一適
用例である固体高分子型燃料電池のセルユニットについ
て説明する。なお、本発明の主な特徴はセル構成にある
ので、まず固体高分子型燃料電池の基本構成を説明し、
次にセル構成について詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS 1. Embodiment Hereinafter, a cell unit of a polymer electrolyte fuel cell which is an application example of the present invention will be described. Since the main feature of the present invention lies in the cell configuration, first, the basic configuration of the polymer electrolyte fuel cell will be described.
Next, the cell configuration will be described in detail.

【0015】1-1.セルユニットの構成 図1は、かかる本実施の形態の固体高分子型燃料電池を
構成するセルユニット10の組立図である。本図に示すよ
うに、セルユニット10は、カソード側チャネルプレート
60とアノード側チャネルプレート50との間にセル20を配
した構成を持つ。
1-1. Configuration of Cell Unit FIG. 1 is an assembly diagram of a cell unit 10 constituting the polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment. As shown in the figure, the cell unit 10 includes a cathode-side channel plate.
It has a configuration in which the cell 20 is arranged between the anode 60 and the anode-side channel plate 50.

【0016】セル20は固体高分子膜21、電極22、23(カ
ソード22、アノード23)等で構成される。電極22(23)
は、それぞれ触媒層221(231)とガス拡散層222(232)
を積層して構成されており、触媒層221、231が固体高分
子膜21に対向するように配される。なお図1において、
触媒層231は固体高分子膜21の下面側に位置するので破
線で表示している。
The cell 20 comprises a solid polymer film 21, electrodes 22, 23 (cathode 22, anode 23) and the like. Electrode 22 (23)
Are the catalyst layer 221 (231) and the gas diffusion layer 222 (232), respectively.
And the catalyst layers 221 and 231 are arranged so as to face the solid polymer film 21. In FIG. 1,
Since the catalyst layer 231 is located on the lower surface side of the solid polymer film 21, it is indicated by a broken line.

【0017】このセル20のカソード22が、ガスケット40
を介してカソード側チャネルプレート60に重ねられてい
る。また、アノード23はガスケット30を介してアノード
側チャネルプレート50に重ねられている。アノード側チ
ャネルプレート50はフェノール樹脂にカーボン粉末を混
合したものを射出成形してなる部材であって、ガス拡散
層25と対向する面(図1で下面)において、y方向を長
手方向としてx方向に一定間隔毎にリブ56が並設され、
これにより同方向にアノードガスを流通させるチャネル
55が形成されている。
The cathode 22 of the cell 20 is connected to a gasket 40
And is superposed on the cathode-side channel plate 60 via the. The anode 23 is overlaid on the anode-side channel plate 50 via the gasket 30. The anode-side channel plate 50 is a member formed by injection-molding a mixture of phenolic resin and carbon powder. On the surface facing the gas diffusion layer 25 (the lower surface in FIG. 1), the y-direction is the longitudinal direction and the x-direction Ribs 56 are juxtaposed at regular intervals,
This allows channels to flow anode gas in the same direction
55 are formed.

【0018】カソード側チャネルプレート60はアノード
側チャネルプレート50とほぼ同様の部材であり、当図か
らは見えないが、y方向を長手方向としてx方向に一定
間隔毎にリブが並設され、これにより同方向にカソード
ガスを流通させるチャネルが形成されている。さらに、
固体高分子膜21、ガスケット30、40、アノード側チャネ
ルプレート50、カソード側チャネルプレート60には内部
マニホールドを形成するために、各主面の四隅に開孔部
61〜64、41〜44、211〜214、31〜34、51〜54(44、21
4、34、54は不図示)が設けてあり、このうち開孔部5
1、53、31、33、211、213、41、43、61、63によりアノ
ード側チャネルプレート50のチャネル55にアノードガス
が供給される。また、開孔部52、54、32、34、212、21
4、42、44、62、64によりカソード側チャネルプレート6
0のチャネルにカソードガスが供給される。
The cathode-side channel plate 60 is substantially the same as the anode-side channel plate 50. Although not visible in FIG. 1, ribs are arranged at regular intervals in the x direction with the y direction as the longitudinal direction. Thus, a channel for flowing the cathode gas in the same direction is formed. further,
The solid polymer membrane 21, gaskets 30, 40, anode-side channel plate 50, and cathode-side channel plate 60 have openings at the four corners of each main surface to form internal manifolds.
61-64, 41-44, 211-214, 31-34, 51-54 (44, 21
4, 34, and 54 are not shown).
The anode gas is supplied to the channel 55 of the anode-side channel plate 50 by 1, 53, 31, 33, 211, 213, 41, 43, 61, 63. Also, the apertures 52, 54, 32, 34, 212, 21
4, 42, 44, 62, 64 cathode side channel plate 6
The cathode gas is supplied to the channel 0.

【0019】なおセルユニット10は、実際には高電圧・
高電力が取り出せるように仕切板を介して複数個積層さ
れ、その両端が一対の端板で固定された構成(セルスタ
ック)に組み上げられている。ここにおいて、本実施の
形態の主な特徴は電極22、23の構成にある。次に、この
電極22、23を中心とするセル20の構成について詳細に説
明する。
The cell unit 10 is actually a high voltage
A plurality of cells are stacked via a partition plate so that high power can be taken out, and both ends are assembled in a configuration (cell stack) in which both ends are fixed by a pair of end plates. Here, the main feature of the present embodiment lies in the configuration of the electrodes 22 and 23. Next, the configuration of the cell 20 centered on the electrodes 22 and 23 will be described in detail.

【0020】1-2.セル構成 固体高分子膜21は、パーフルオロカーボンスルホン酸な
どのフッ素系陽イオン交換樹脂(例えばDuPont社製Nafi
on112)からなる電解質膜であり、x方向幅7cm×y方
向長さ7cm×z方向厚さ約50μm)である。電極22、23
は、ともに固体高分子膜21よりやや小型の膜体電極(x
方向幅5cm×y方向長さ5cm×z方向厚さ約20μm)で
あり、固体高分子膜21の両主面の中央部に合わせてホッ
トプレスされている。
1-2. Cell Configuration The solid polymer membrane 21 is made of a fluorinated cation exchange resin such as perfluorocarbon sulfonic acid (for example, NaPont manufactured by DuPont).
on112), having a width of 7 cm in the x direction, a length of 7 cm in the y direction, and a thickness of about 50 μm in the z direction. Electrodes 22, 23
Are membrane electrodes (x
The width is 5 cm in the direction, the length in the y direction is 5 cm, and the thickness in the z direction is about 20 μm). The solid polymer film 21 is hot-pressed at the center of both main surfaces.

【0021】ここで図2は、カソード22の厚み方向(y
z平面)に沿った断面図を示す。触媒層221、231は、微
多孔膜であって、図2のように2種類の粒子が混合されて
なり、一方の粒子が他方の粒子を立体的に取り囲むよう
に密集して構成されている。触媒層221、231は全体とし
て、約500nm以下の径の気孔が形成されている。この2種
類の粒子は、具体的には図3(a)に示すイオン交換樹脂
粒子221a(以下樹脂粒子221aと称す)と、触媒担持カー
ボン221bである。これらの粒子が混合されることによ
り、触媒層221中に約500nm以下の径の気孔が形成され
る。
FIG. 2 shows the thickness direction of the cathode 22 (y
2 shows a cross-sectional view along the (z plane). The catalyst layers 221 and 231 are microporous membranes, two types of particles are mixed as shown in FIG. 2, and one of the particles is densely configured to three-dimensionally surround the other particle. . The catalyst layers 221 and 231 have pores with a diameter of about 500 nm or less as a whole. Specifically, the two types of particles are an ion exchange resin particle 221a (hereinafter, referred to as a resin particle 221a) and a catalyst-carrying carbon 221b shown in FIG. By mixing these particles, pores having a diameter of about 500 nm or less are formed in the catalyst layer 221.

【0022】樹脂粒子221aは、前記固体高分子膜21と同
様のパーフルオロカーボンスルホン酸からなる。当該樹
脂粒子221aは、その表面にスルホン酸基を有しており、
これによって親水性を呈する。一方、触媒担持カーボン
221bは、担体である多孔性カーボン粒子2211に触媒(こ
こでは白金)粒子2212が担持された構成を持つ(以下、
触媒担持カーボン221bをPt/C(白金担持カーボン)221b
と称す)。多孔性カーボン粒子2211は、比表面積が300m
2/g以上のものであって、かつその表面が親水処理され
ていることを特徴としている。そして、この処理により
Pt/C221bには親水性が付与されており、それによって樹
脂粒子221aとの親和性が高められている。
The resin particles 221a are made of the same perfluorocarbon sulfonic acid as the solid polymer film 21. The resin particles 221a have a sulfonic acid group on the surface thereof,
Thereby, it exhibits hydrophilicity. On the other hand, catalyst-carrying carbon
221b has a configuration in which catalyst (here, platinum) particles 2212 are supported on porous carbon particles 2211 serving as a carrier (hereinafter, referred to as
Pt / C (platinum supported carbon) 221b
). Porous carbon particles 2211 have a specific surface area of 300 m
2 / g or more, and the surface thereof is hydrophilically treated. And by this process
Pt / C 221b is provided with hydrophilicity, thereby increasing the affinity with the resin particles 221a.

【0023】ここで、図3(b)は、樹脂粒子221aとPt/C
221bの近接部位を模式的に示す拡大図である。また、図
7は従来(すなわち多孔性カーボンが親水処理されてい
ない場合)の樹脂粒子とPt/Cの近接部位の拡大図であ
る。この両図のように、従来に比べて本実施の形態で
は、Pt/C221b(詳しくは多孔性カーボン粒子2211)の表
面が親水処理されて樹脂粒子221aとの親和性が高められ
ているため、Pt/C221bと樹脂粒子221aとが良好に近接で
きる。このようなPt/C221bと樹脂粒子221aの親和性は、
Pt/C221bを親水処理(電解処理)することで確保され
る。ここで、電解処理の強度を変化させることによっ
て、Pt/C221bの樹脂粒子221aに対する接触率を調節する
ことができる。これにより本実施の形態では、触媒層22
1中において、樹脂粒子221aに対するPt/C221bの平均接
触面積の割合が40%以上になるように設定されている。
Here, FIG. 3 (b) shows the resin particles 221a and Pt / C
It is an enlarged view which shows typically the vicinity part of 221b. Also figure
FIG. 7 is an enlarged view of a conventional portion (that is, a case where the porous carbon is not subjected to hydrophilic treatment) and a portion near Pt / C and the resin particles. As shown in these figures, in the present embodiment, the surface of Pt / C221b (specifically, the porous carbon particles 2211) is subjected to a hydrophilic treatment to increase the affinity with the resin particles 221a as compared with the related art. Pt / C 221b and resin particles 221a can be brought into close proximity. The affinity between such Pt / C 221b and the resin particles 221a is
It is ensured by subjecting Pt / C221b to hydrophilic treatment (electrolytic treatment). Here, by changing the intensity of the electrolytic treatment, the contact ratio of Pt / C 221b to the resin particles 221a can be adjusted. Thereby, in the present embodiment, the catalyst layer 22
In 1, the ratio of the average contact area of Pt / C221b to the resin particles 221a is set to be 40% or more.

【0024】なお、ここではカソード22について説明し
たが、本実施の形態ではアノード23も同様の構成となっ
ている。ガス拡散層222、232は、カーボンペーパーに撥
水材(例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE))を
含浸してなり、触媒層221、231と同サイズである(x方
向幅5cm×y方向長さ5cm×z方向厚さ約200μm)。
これらガス拡散層222、232は、電極22、23とチャネルプ
レート50、60との電流の流れを確保するものであって、
集電体とも称される。
Although the cathode 22 has been described here, the anode 23 has the same configuration in the present embodiment. The gas diffusion layers 222 and 232 are made of carbon paper impregnated with a water-repellent material (for example, polytetrafluoroethylene (PTFE)), and have the same size as the catalyst layers 221 and 231 (x direction width 5 cm × y direction length). 5 cm x thickness in the z direction about 200 μm).
These gas diffusion layers 222 and 232 ensure the flow of current between the electrodes 22 and 23 and the channel plates 50 and 60,
Also called a current collector.

【0025】1-3.セルユニットの動作と本発明の効果 このようなセルユニット10の稼働時には、アノード23側
に改質ガス(例えば水素ガス)、カソード22側には酸化
剤ガス(例えば空気)がそれぞれ供給されることによ
り、電極反応(発電反応)が生じる。すなわち、ガス拡
散層232を介して触媒層231に改質ガスが供給されると、
ガス中の水素がプロトンとなり(H2→2H +2e-)、固
体高分子膜21中をカソード22側へ移動する。一方、ガス
拡散層222を介して触媒層221に酸化剤ガスが供給される
と、ガス中の酸素が固体高分子膜21中を移動してきたプ
ロトンと化合して水を生じる(2H+O2-→H2O)。
1-3. Operation of Cell Unit and Effects of the Present Invention During operation of such a cell unit 10, the anode 23 side
Reformed gas (for example, hydrogen gas) and oxidized on the cathode 22 side
Each of the agent gas (for example, air) is supplied.
Thus, an electrode reaction (power generation reaction) occurs. That is, gas expansion
When the reformed gas is supplied to the catalyst layer 231 via the dispersion layer 232,
Hydrogen in gas becomes proton (HTwo→ 2H ++ 2e-), Solid
The body polymer film 21 moves to the cathode 22 side. Meanwhile, gas
An oxidant gas is supplied to the catalyst layer 221 via the diffusion layer 222
When oxygen in the gas moves through the polymer
Combines with rotone to produce water (2H++ O2-→ HTwoO).

【0026】この反応による生成水、ならびに改質ガス
や空気とともに供給される加湿水により固体高分子膜21
は湿潤状態になり、その内部抵抗が低下して導電性を呈
するようになる。しかしながら従来では、上記図7に示
すように、触媒層中のイオン交換樹脂と触媒担持カーボ
ンの親和性が低いために触媒がイオン交換樹脂と接触し
にくいと、触媒とイオン交換樹脂とガス層が接触する三
相界面が十分に確保されずに不活性触媒が発生し、発電
効率を低下させる原因となる。
The solid polymer film 21 is formed by water produced by this reaction and humidified water supplied together with the reformed gas and air.
Is in a wet state, and its internal resistance is reduced to exhibit conductivity. However, conventionally, as shown in FIG. 7, if the catalyst does not easily come into contact with the ion exchange resin due to the low affinity between the ion exchange resin and the catalyst-supporting carbon in the catalyst layer, the catalyst, the ion exchange resin, and the gas layer become An inactive catalyst is generated because the contacting three-phase interface is not sufficiently secured, which causes a reduction in power generation efficiency.

【0027】これに対し本実施の形態では、図3(b)に
示すように、カーボン粒子2211の表面が親水化されてい
るため、従来よりもイオン交換樹脂とカーボン粒子との
親和性が高められており、イオン交換樹脂に触媒が接触
しやすくなっている。具体的に本実施の形態では、触媒
層中において、イオン交換樹脂に対する白金粒子の平均
接触面積が、白金粒子の面積の40%以上にまで向上され
ている。これにより、不活性触媒の発生が飛躍的に抑制
される。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 3B, the surface of the carbon particles 2211 is made hydrophilic, so that the affinity between the ion exchange resin and the carbon particles is higher than in the conventional case. And the catalyst easily contacts the ion exchange resin. Specifically, in the present embodiment, the average contact area of the platinum particles with the ion exchange resin in the catalyst layer is improved to 40% or more of the area of the platinum particles. Thereby, generation of the inert catalyst is drastically suppressed.

【0028】また、本実施の形態では、カーボン粒子の
比表面積が300m2/g以上であるため、触媒粒子が広い面
積にわたって効率よく担持されている。これにより三相
界面が良好に確保され、同じ触媒量でも円滑な電極反応
のもとに優れた発電効率が発揮されることとなる。 1-4.セルの作製方法 ここではセル20の作製方法を説明する。ここでは電極22
と電極23とが同様の構成でである場合について作製する
例を示す。
In the present embodiment, since the specific surface area of the carbon particles is 300 m 2 / g or more, the catalyst particles are efficiently supported over a wide area. As a result, the three-phase interface is well secured, and excellent power generation efficiency is exhibited under the smooth electrode reaction even with the same amount of catalyst. 1-4. Manufacturing Method of Cell Here, a manufacturing method of the cell 20 will be described. Here, electrode 22
An example in which the electrode and the electrode 23 have the same configuration will be described.

【0029】1-4-1.Pt/Cの親水処理 この親水処理が、本発明の最も特徴的な箇所である。Pt
/C(Pt:カーボン重量比=30:70、カーボン担体比表面
積;800m2/g)を低級アルコール溶媒と混合し(重量比
2:1の割合)、これをカーボンペーパーに塗布して、充
填する。次に、雰囲気を室温、0.01MPa以下の条件に保
持し、アルコール溶液を蒸発させる。
1-4-1. Hydrophilic treatment of Pt / C This hydrophilic treatment is the most characteristic part of the present invention. Pt
/ C (Pt: carbon weight ratio = 30: 70, carbon carrier specific surface area; 800 m 2 / g) is mixed with a lower alcohol solvent (weight ratio)
This is applied to carbon paper and filled. Next, the atmosphere is kept at room temperature under the conditions of 0.01 MPa or less, and the alcohol solution is evaporated.

【0030】続いて、上記で作製したPt/C付きカーボン
ペーパーを0.5M硫酸水溶液に浸し、標準水素電極に対
し、+2Vの電位に5分間保持することによって電極を親水
処理(電解処理)する。そして、イオン交換水で洗浄し
たのち雰囲気(室温、0.01MPa以下)で乾燥させ、カー
ボンペーパー表面からPt/Cを削り取る。これにより、表
面が親水処理されたPt/C221bが得られる。
Subsequently, the carbon paper with Pt / C prepared as described above is immersed in a 0.5 M sulfuric acid aqueous solution, and the electrode is subjected to a hydrophilic treatment (electrolytic treatment) by maintaining the potential at +2 V for 5 minutes with respect to the standard hydrogen electrode. . Then, after washing with ion-exchanged water, drying is performed in an atmosphere (room temperature, 0.01 MPa or less) to remove Pt / C from the carbon paper surface. Thereby, Pt / C221b whose surface has been subjected to hydrophilic treatment is obtained.

【0031】1-4-2.電極の作製 前記電解処理したPt/C221bに、イオン交換樹脂溶液とし
てNafion溶液(5重量%、アルドリッチ・ケミカル社
製)を混合し(Pt/C:Nafion重量比=100:30)、これ
にアルコール溶媒を加えてスラリーを作製する。次に、
ガス拡散層の基体となるカーボンペーパー(5cm×5c
m、厚み約200μm)に撥水材溶液(例えばPTFE溶液)
を吹き付け、380℃で1時間乾燥し、撥水処理を行う。そ
して、この撥水処理したカーボンペーパーにスクリーン
印刷法で前記スラリーを塗布し、大気中で70℃で溶媒を
揮発乾燥させる。これにより、前記スラリーの部分が触
媒層となり、全体として触媒層付きガス拡散層(すなわ
ち電極)となる。
1-4-2. Preparation of Electrode A Nafion solution (5% by weight, manufactured by Aldrich Chemical Co., Ltd.) as an ion exchange resin solution was mixed with the electrolytically treated Pt / C221b (Pt / C: Nafion weight ratio). = 100: 30), and an alcohol solvent is added thereto to prepare a slurry. next,
Carbon paper (5cm × 5c)
m, thickness about 200μm) and water repellent solution (eg PTFE solution)
And dried at 380 ° C. for 1 hour to perform a water-repellent treatment. The slurry is applied to the water-repellent carbon paper by a screen printing method, and the solvent is evaporated and dried at 70 ° C. in the air. Thereby, the portion of the slurry becomes a catalyst layer, and the whole becomes a gas diffusion layer with a catalyst layer (that is, an electrode).

【0032】この方法で2組作り、電極22、23(カソー
ド22、アノード23)とする。 1-4-3.セルの完成 電解質膜としてDuPont社製Nafion112(7cm×7cm、厚
み約50μm)を用意する。そして、カソード22(ガス拡
散層222、触媒層221)、電解質膜21、アノード23(触媒
層231、ガス拡散層232)の順に積層し、ホットプレス
(140℃、30kg/cm2)で一体化する。
In this way, two sets are made to form electrodes 22 and 23 (cathode 22 and anode 23). 1-4-3. Completion of cell Prepare Nafion112 (7 cm × 7 cm, thickness of about 50 μm) manufactured by DuPont as an electrolyte membrane. Then, the cathode 22 (gas diffusion layer 222, catalyst layer 221), the electrolyte membrane 21, the anode 23 (catalyst layer 231 and gas diffusion layer 232) are laminated in this order, and integrated by hot pressing (140 ° C., 30 kg / cm 2 ). I do.

【0033】以上でセル20が完成する。 2.実施例と性能評価 次に、上記実施の形態の実施例セルと比較例セルを作製
し、性能評価を行った。実施例セルの作製方法は上記1-
3で述べた通りである。実施セルと比較例セルの違い
は、触媒層のPt/Cに対する親水処理の有無のみとし、そ
れ以外は同様に作製した。比表面積の異なるPt/C用担体
としては、市販の多孔性カーボンを数種用意して用い
た。
Thus, the cell 20 is completed. 2. Example and Performance Evaluation Next, the example cell and the comparative example cell of the above-described embodiment were produced, and the performance was evaluated. The production method of the example cell is as described in the above 1
As described in 3. The difference between the working cell and the comparative example cell was only the presence or absence of the hydrophilic treatment for Pt / C of the catalyst layer, and the other parts were manufactured in the same manner. Several commercially available porous carbons were prepared and used as Pt / C carriers having different specific surface areas.

【0034】これらの実施セルと比較例セルについて、
触媒被覆率(触媒層中において、樹脂粒子と接触するPt
の平均面積の割合)、および触媒層の細孔分布を以下の
方法により算出した。 2-1.Pt被覆率の算出方法 セルのカソードに窒素を供給し、サイクリックボルタン
メトリーを用いて、アノードを参照極/対極とし、カソ
ードを作用極として、Ptとイオン交換樹脂の接触面積を
測定した。
Regarding these working cells and comparative example cells,
Catalyst coverage (Pt in contact with resin particles in the catalyst layer
Of the catalyst layer) and the pore distribution of the catalyst layer were calculated by the following methods. 2-1.Calculation method of Pt coverage The nitrogen is supplied to the cathode of the cell, and the contact area between Pt and ion exchange resin is measured using cyclic voltammetry with the anode as the reference electrode / counter electrode and the cathode as the working electrode. did.

【0035】ここで、測定された水素脱離反応における
電気量(QH)と、多結晶白金の面積1cm2当たりに吸着し
た水素原子が脱着するのに必要な電気量(210μC/cm2
より、Ptと樹脂粒子の接触面積(ECA)が決定される
(式1)。 [式1] ECA(cm2) = QH(μC)/ 210(μC/cm2) このECAの値が高いほど、触媒層の活性が高く、セルの
性能が優れているとみることができる。
Here, the measured quantity of electricity (QH) in the hydrogen elimination reaction and the quantity of electricity (210 μC / cm 2 ) necessary for desorbing the hydrogen atoms adsorbed per 1 cm 2 of the area of the polycrystalline platinum.
Thus, the contact area (ECA) between Pt and the resin particles is determined (Equation 1). [Equation 1] ECA (cm 2 ) = QH (μC) / 210 (μC / cm 2 ) The higher the value of ECA, the higher the activity of the catalyst layer and the better the performance of the cell.

【0036】なお、Ptの表面積(触媒層中のPtの全表面
積)は、Pt粒子が直径2.5nmの球形粒子であるとし、触
媒中のPt重量とその密度から算出した。 2-2.触媒層の細孔容積の測定 触媒層の細孔容積の測定は、水銀ポロシメーターを用い
て測定した。 2-3.実験1 電解処理を行ったPt/C(実施例)と、電解処理を行わな
かったPt/C(比較例)について、カーボン担体の比表面
積と触媒被覆率の相関関係を図4に示す。当図では触媒
被覆率が60%以下の場合の曲線部分を示しているが、実
際には電解処理の程度を調節する(強める)ことによ
り、触媒被覆率をより高く設定することが可能である。
The surface area of Pt (the total surface area of Pt in the catalyst layer) was calculated from the weight of Pt in the catalyst and its density, assuming that the Pt particles were spherical particles having a diameter of 2.5 nm. 2-2. Measurement of pore volume of catalyst layer The pore volume of the catalyst layer was measured using a mercury porosimeter. 2-3. Experiment 1 Figure 4 shows the correlation between the specific surface area of the carbon support and the catalyst coverage for Pt / C subjected to electrolytic treatment (Example) and Pt / C not subjected to electrolytic treatment (Comparative Example). Shown in Although the figure shows the curve portion when the catalyst coverage is 60% or less, the catalyst coverage can be set higher by actually adjusting (strengthening) the degree of electrolytic treatment. .

【0037】図4では、カーボン比表面積が300m2/g以
上の場合、当図が示すように、電解処理によりPt被覆率
が増加する傾向が顕著に見られた。これにより、本発明
のPt/Cには、比表面積が300m2/g以上のカーボンを用い
るのが望ましいと考えられる。これは以下のように推測
することができる。すなわち、カーボン比表面積が大き
い(具体的には300m2/g以上)場合には、カーボン表面
の凹凸が大きくなり、このため樹脂粒子がカーボン表面
に担持された触媒と接触しにくくなる(すなわち不活性
触媒が発生しやすくなる)。これに対し、前記カーボン
に電解処理を行う実施例の場合には、双方の親和性によ
って樹脂粒子がカーボン表面に接近しやすくなり、カー
ボン比表面積が大きくてもPt/Cと樹脂粒子との接触が良
好に確保され、発電に有利になったものと考えられる。
In FIG. 4, when the carbon specific surface area was 300 m 2 / g or more, the tendency of the Pt coverage increased by the electrolytic treatment was remarkably observed as shown in FIG. Thus, it is considered preferable to use carbon having a specific surface area of 300 m 2 / g or more for the Pt / C of the present invention. This can be inferred as follows. That is, when the carbon specific surface area is large (specifically, 300 m 2 / g or more), the unevenness of the carbon surface becomes large, so that it becomes difficult for the resin particles to come into contact with the catalyst supported on the carbon surface (that is, the resin particles are hard to contact). An active catalyst is easily generated). On the other hand, in the case of the embodiment in which the carbon is subjected to the electrolytic treatment, the resin particles easily come close to the carbon surface due to the affinity of both, and even when the carbon specific surface area is large, the contact between the Pt / C and the resin particles is large. It is considered that this has been ensured and has been advantageous for power generation.

【0038】2-4.実験2 カーボン比表面積が800m2/gおよび1270m2/gのPt/Cを
用い、電解処理の強度(電解処理時間)を変化させるこ
とにより、Pt被覆率の異なるセルを作製した。このとき
の触媒層における500nm以下の径の細孔容積は0.5cc/gに
設定した。発電試験の条件は次の通りである。
2-4. Experiment 2 Using Pt / C having a carbon specific surface area of 800 m 2 / g and 1270 m 2 / g, cells having different Pt coverage by changing the strength of the electrolytic treatment (electrolytic treatment time). Was prepared. At this time, the pore volume of the catalyst layer having a diameter of 500 nm or less was set to 0.5 cc / g. The conditions of the power generation test are as follows.

【0039】酸化剤ガスには空気、燃料ガスには水素を
用いた。これら水素と空気は、それぞれ利用率60%、20
%でセルユニットに供給した。固体高分子膜の加湿には
バブラーを使用し、その加湿温度を水素、空気それぞれ
80℃、76℃とした。セルユニットの運転温度は80℃とし
た。また、セルの発電は0.3A/cm2で行った。これにより
得られた発電電圧と触媒被覆率の相関関係を図5に示
す。
Air was used as the oxidizing gas and hydrogen was used as the fuel gas. These hydrogen and air have a utilization rate of 60% and 20%, respectively.
% To the cell unit. Use a bubbler to humidify the solid polymer membrane, and set the humidification temperature to hydrogen and air respectively.
80 ° C and 76 ° C. The operating temperature of the cell unit was 80 ° C. The power generation of the cell was performed at 0.3 A / cm 2 . FIG. 5 shows the correlation between the generated voltage and the catalyst coverage obtained as described above.

【0040】当図では、800m2/gまたは1270m2/gのい
ずれの比表面積においても、Pt被覆率が40%を超えると
特に三相界面が確保され、出力が大きくなることがわか
った。このことから、本発明におけるPt/Cには、触媒被
覆率(Pt被覆率)が40%以上のものを用いるのが望まし
いと言える。 2-5.実験3 比表面積が800m2/gおよび1270m2/gのカーボンを用
い、Pt被覆率を42%に固定しつつ触媒層中の樹脂粒子量
を変えることによって、触媒層中における500nm以下の
径の細孔の容積を変化させた。そして、空気利用率が20
%のときのセル電圧と、空気利用率が60%のときのセル
電圧の差(ΔV)を比較した。
In this figure, it was found that, at any specific surface area of 800 m 2 / g or 1270 m 2 / g, when the Pt coverage exceeds 40%, a three-phase interface is particularly secured and the output is increased. From this, it can be said that it is desirable to use a catalyst having a catalyst coverage (Pt coverage) of 40% or more as Pt / C in the present invention. 2-5. Experiment 3 500 nm in the catalyst layer by changing the amount of resin particles in the catalyst layer while fixing the Pt coverage at 42% using carbon having a specific surface area of 800 m 2 / g and 1270 m 2 / g. The volumes of the pores having the following diameters were changed. And the air utilization rate is 20
% Was compared with the cell voltage difference (ΔV) when the air utilization was 60%.

【0041】なお、当該実験3の発電試験の条件は実験2
と同様にした。一般に、触媒層中のガス拡散性が優れな
い触媒層においては、低空気利用率(20%)の時のセル
電圧に比べて、高空気利用率(60%)の時のセル電圧が
大きく低下する。したがって、上記の如くΔVを比較す
ることによって、触媒層中のガス拡散性を評価できる
(ΔVの値が小さいほど優れているとみることができ
る)。
The conditions of the power generation test in Experiment 3 were the same as those in Experiment 2.
Same as. Generally, in the catalyst layer where the gas diffusion property in the catalyst layer is not excellent, the cell voltage at a high air utilization rate (60%) is significantly lower than the cell voltage at a low air utilization rate (20%). I do. Therefore, by comparing ΔV as described above, the gas diffusivity in the catalyst layer can be evaluated (it can be seen that the smaller the value of ΔV, the better).

【0042】これにより得られたセル電圧差ΔVとカー
ボン細孔容積との相関関係を図6に示す。当図に示され
るように、いずれの比表面積においても、気孔径500nm
以下の細孔容積が増えるほどΔVが改善することがわか
った。特に、径が500nm以下の細孔容積が0.6cc/g以下を
超えると、ΔVの改善効果が顕著に現れた。これは、細
孔容積を大きくすることによって、触媒層内のガス拡散
性が向上し、三相界面が多く形成されたためであると考
えられる。
FIG. 6 shows the correlation between the obtained cell voltage difference ΔV and the carbon pore volume. As shown in this figure, in any specific surface area, the pore diameter 500nm
It was found that ΔV improved as the pore volume increased as follows. In particular, when the pore volume having a diameter of 500 nm or less exceeded 0.6 cc / g or less, the effect of improving ΔV was remarkably exhibited. This is considered to be because the gas diffusivity in the catalyst layer was improved by increasing the pore volume, and many three-phase interfaces were formed.

【0043】3.その他の事項 実施例では電極を5cm角、電解質膜を7cm角としたセルユ
ニットについて示したが、本発明はこれに限定せず、そ
の他の大きさや形状のセルユニットに適用してもよい。
さらに、本発明は上記実施例の他に、カソード側または
アノード側のいずれかのみを加湿する方式の固体高分子
型燃料電池、もしくはカソード側およびアノード側のい
ずれも加湿しない固体高分子型燃料電池に適用してもよ
い。
3. Other Matters In the embodiment, a cell unit having a 5 cm square electrode and a 7 cm square electrolyte membrane has been described. However, the present invention is not limited to this, and is applicable to cell units having other sizes and shapes. You may.
Further, in addition to the above embodiments, the present invention provides a solid polymer fuel cell in which only the cathode side or the anode side is humidified, or a solid polymer fuel cell in which neither the cathode side nor the anode side is humidified. May be applied.

【0044】さらに、実施例では燃料ガスに水素、酸化
剤ガスに空気を利用する例を示したが、ガスはこれらに
限定するものではなく、それぞれこれら以外のものを用
いてもよい。上記実施の形態および実施例では、イオン
交換樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸(Nafi
on)を用いる例を示したが、本発明は当然ながらこれに
限定するものではなく、プロトン伝導性を有するもので
あればこれ以外のイオン交換樹脂であってもよい。
Furthermore, in the embodiment, an example is shown in which hydrogen is used as the fuel gas and air is used as the oxidizing gas. However, the gas is not limited to these, and other gases may be used. In the above embodiments and examples, perfluorocarbon sulfonic acid (Nafi
Although an example using (on) was shown, the present invention is not limited to this, and other ion exchange resins may be used as long as they have proton conductivity.

【0045】さらに本発明は、直接メタノール型燃料電
池(DMFC;Direct Methanol Fuel Cell)に適用しても
よい。
Further, the present invention may be applied to a direct methanol fuel cell (DMFC).

【0046】[0046]

【本発明の効果】以上のことから明らかなように、本発
明は、触媒粒子を担持する担体と、前記触媒粒子に接触
するようにイオン交換体とを含んでなる多孔質の触媒層
が、ガス拡散層と積層された燃料電池用電極であって、
前記担体は、その比表面積が300m2/g以上の親水処理さ
れた導電性材質からなる多孔性粒子であり、かつ触媒層
中の触媒粒子の全表面積のうち、イオン交換体に接触す
る表面積が40%以上であるので、前記触媒粒子とイオン
交換体との接触が良好になるとともに、反応ガスの流通
が良好になり、三相界面が豊富に確保され、電極反応か
ら電力を効率よく取り出すことが可能となる。しかも、
上記効果を得るために触媒量を増やすなどの必要がない
ので、コストの抑制効果も期待できる。
As is clear from the above, the present invention provides a porous catalyst layer comprising a carrier for supporting catalyst particles and an ion exchanger so as to contact the catalyst particles. A fuel cell electrode laminated with a gas diffusion layer,
The carrier is a porous particle made of a conductive material subjected to hydrophilic treatment having a specific surface area of 300 m 2 / g or more, and of the total surface area of the catalyst particles in the catalyst layer, the surface area in contact with the ion exchanger is Since it is 40% or more, the contact between the catalyst particles and the ion exchanger becomes good, the flow of the reaction gas becomes good, the three-phase interface is secured abundantly, and power is efficiently extracted from the electrode reaction. Becomes possible. Moreover,
Since it is not necessary to increase the amount of the catalyst in order to obtain the above-mentioned effects, an effect of suppressing costs can be expected.

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

【図1】本発明の一適用例である固体高分子型燃料電池
のセルユニットの示す組立図である。
FIG. 1 is an assembly view showing a cell unit of a polymer electrolyte fuel cell which is an application example of the present invention.

【図2】電極(カソード)付近の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view near an electrode (cathode).

【図3】触媒層のイオン交換樹脂粒子と触媒担持カーボ
ンを示す図である。(a)はイオン交換樹脂粒子と触媒
担持カーボンの拡大図である。(b)はイオン交換樹脂
粒子と触媒担持カーボンの近接部位の拡大図である。
FIG. 3 is a diagram showing ion-exchange resin particles and catalyst-supporting carbon in a catalyst layer. (A) is an enlarged view of ion-exchange resin particles and catalyst-carrying carbon. (B) is an enlarged view of a portion near the ion-exchange resin particles and the catalyst-carrying carbon.

【図4】カーボン比表面積と触媒(Pt)被覆率の相関関
係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a correlation between a carbon specific surface area and a catalyst (Pt) coverage.

【図5】発電電圧と触媒(Pt)被覆率の相関関係を示す
グラフである。
FIG. 5 is a graph showing a correlation between a power generation voltage and a catalyst (Pt) coverage.

【図6】セル電圧差ΔVとカーボン細孔容積との相関関
係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a correlation between a cell voltage difference ΔV and a carbon pore volume.

【図7】従来の触媒層におけるイオン交換樹脂粒子と触
媒担持カーボンの近接部位の拡大図である。
FIG. 7 is an enlarged view of a portion near an ion exchange resin particle and a catalyst-supporting carbon in a conventional catalyst layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 セルユニット 20 セル 21 固体高分子膜 22 カソード 23 アノード 221、231 触媒層 221a イオン交換樹脂 221b 触媒担持カーボン 222、232 ガス拡散層 2211 カーボン粒子 2212 触媒(白金)粒子 10 Cell unit 20 Cell 21 Solid polymer membrane 22 Cathode 23 Anode 221, 231 Catalyst layer 221a Ion exchange resin 221b Catalyst supported carbon 222, 232 Gas diffusion layer 2211 Carbon particles 2212 Catalyst (platinum) particles

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近野 義人 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5H018 AA06 AS02 AS03 BB08 BB17 EE05 HH00 HH02 HH04 HH05 5H026 AA06 BB00 BB08 BB10 CC08 EE05 HH00 HH02 HH04 HH05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshito Chino 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Ikuo Yonezu 2-chome Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka No. 5 Sanyo Electric Co., Ltd. F term (reference) 5H018 AA06 AS02 AS03 BB08 BB17 EE05 HH00 HH02 HH04 HH05 5H026 AA06 BB00 BB08 BB10 CC08 EE05 HH00 HH02 HH04 HH05

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 触媒粒子を担持する担体と、前記触媒粒
子に接触するようにイオン交換体とを含んでなる多孔質
の触媒層が、ガス拡散層と積層された燃料電池用電極で
あって、 前記担体は、その比表面積が300m2/g以上の親水処理さ
れた導電性材質からなる多孔性粒子であり、かつ触媒層
中の触媒粒子の全表面積のうち、イオン交換体に接触す
る表面積が40%以上であることを特徴とする燃料電池用
電極。
An electrode for a fuel cell, wherein a porous catalyst layer including a carrier supporting catalyst particles and an ion exchanger so as to contact the catalyst particles is laminated with a gas diffusion layer, The carrier is a porous particle made of a hydrophilically treated conductive material having a specific surface area of 300 m 2 / g or more, and of the total surface area of the catalyst particles in the catalyst layer, the surface area in contact with the ion exchanger. The electrode for a fuel cell, characterized in that the ratio is at least 40%.
【請求項2】 前記導電性粒子はカーボン粒子であり、
前記親水処理は電解処理であることを特徴とする請求項
1に記載の燃料電池用電極。
2. The conductive particles are carbon particles,
The hydrophilic treatment is an electrolytic treatment.
2. The electrode for a fuel cell according to 1.
【請求項3】 触媒層には500nm以下の径の気孔が形成さ
れており、当該500nm以下の径の気孔に対応する細孔容
積が、触媒層1g当たり0.5cc以上であることを特徴とす
る請求項1または2に記載の燃料電池用電極。
3. The catalyst layer, wherein pores having a diameter of 500 nm or less are formed, and a pore volume corresponding to the pores having a diameter of 500 nm or less is 0.5 cc or more per 1 g of the catalyst layer. 3. The electrode for a fuel cell according to claim 1 or 2.
【請求項4】 触媒層には500nm以下の径の気孔が形成さ
れており、当該500nm以下の径の気孔に対応する細孔容
積が、触媒層1g当たり0.6cc以上であることを特徴とす
る請求項1または2に記載の燃料電池用電極。
4. The catalyst layer, wherein pores having a diameter of 500 nm or less are formed, and a pore volume corresponding to the pores having a diameter of 500 nm or less is 0.6 cc or more per 1 g of the catalyst layer. 3. The electrode for a fuel cell according to claim 1 or 2.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかの燃料電池用電極
を用いることを特徴とする燃料電池。
5. A fuel cell, comprising the fuel cell electrode according to claim 1.
【請求項6】 触媒粒子を、比表面積が300m2/g以上の
担体であるカーボン粒子に担持させるとともに、当該カ
ーボン粒子を電解処理にて親水化する第一ステップと、 前記触媒粒子を担持した担体と、前記触媒粒子とイオン
交換体とを混合し、前記触媒粒子の全表面積のうち、イ
オン交換体と接触する表面積が40%以上になるように設
定して多孔質の触媒層を作製する第二ステップと、 を有し、 前記触媒層とガス拡散層とを積層して燃料電池用電極を
作製することを特徴とする燃料電池用電極の製造方法。
A first step of supporting the catalyst particles on carbon particles as a carrier having a specific surface area of 300 m 2 / g or more, and hydrophilizing the carbon particles by electrolytic treatment, and supporting the catalyst particles. The carrier, the catalyst particles, and the ion exchanger are mixed, and the surface area of the catalyst particles in contact with the ion exchanger is set to be 40% or more of the total surface area of the catalyst particles to produce a porous catalyst layer. A method for producing a fuel cell electrode, comprising: laminating the catalyst layer and the gas diffusion layer to produce a fuel cell electrode.
【請求項7】 請求項6記載の方法によりアノードおよび
カソードの少なくともいずれかを作製するステップと、
当該作製した電極を用いてセルを作製するステップを経
ることを特徴とする燃料電池の製造方法。
7. Producing an anode and / or a cathode by the method of claim 6;
A method for manufacturing a fuel cell, comprising a step of manufacturing a cell using the manufactured electrode.
JP2000324387A 2000-10-24 2000-10-24 Electrode for fuel cell and fuel cell using the same Pending JP2002134120A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000324387A JP2002134120A (en) 2000-10-24 2000-10-24 Electrode for fuel cell and fuel cell using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000324387A JP2002134120A (en) 2000-10-24 2000-10-24 Electrode for fuel cell and fuel cell using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002134120A true JP2002134120A (en) 2002-05-10

Family

ID=18801930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000324387A Pending JP2002134120A (en) 2000-10-24 2000-10-24 Electrode for fuel cell and fuel cell using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002134120A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005083818A1 (en) * 2004-02-26 2005-09-09 Sharp Kabushiki Kaisha Electrode catalyst for fuel cell and fuel cell using same
CN100350659C (en) * 2003-11-26 2007-11-21 日立麦克赛尔株式会社 Power generating element for liquid fuel cell, method for producing the same, and liquid fuel cell using the same
JP2011171197A (en) * 2010-02-22 2011-09-01 Honda Motor Co Ltd Membrane electrode structure for fuel cell, and method of manufacturing the same
JP2016146305A (en) * 2015-02-09 2016-08-12 株式会社キャタラー Electrode for fuel cell

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100350659C (en) * 2003-11-26 2007-11-21 日立麦克赛尔株式会社 Power generating element for liquid fuel cell, method for producing the same, and liquid fuel cell using the same
WO2005083818A1 (en) * 2004-02-26 2005-09-09 Sharp Kabushiki Kaisha Electrode catalyst for fuel cell and fuel cell using same
JP4759507B2 (en) * 2004-02-26 2011-08-31 シャープ株式会社 Fuel cell electrode catalyst and fuel cell using the same
JP2011171197A (en) * 2010-02-22 2011-09-01 Honda Motor Co Ltd Membrane electrode structure for fuel cell, and method of manufacturing the same
JP2016146305A (en) * 2015-02-09 2016-08-12 株式会社キャタラー Electrode for fuel cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7745063B2 (en) Fuel cell stack
JP2002110198A (en) Polymer-electrolyte fuel cell stack and electric vehicle with this fuel cell stack
KR100594540B1 (en) Fuel Cell
US20180145341A1 (en) Component for fuel cell including graphene foam and functioning as flow field and gas diffusion layer
WO2005086271A1 (en) Membrane electrode unit
JP7304524B2 (en) Fuel cell cathode catalyst layer and fuel cell
JP5198044B2 (en) Direct oxidation fuel cell
JP2002367655A (en) Fuel cell
JP3577402B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JPH07326363A (en) Ion conductivity imparting electrode and jointing material for electrode and electrolyte and cell using the ion conductivity imparting electrode
JP2001006708A (en) Solid high polymer fuel cell
JP3354550B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell and polymer electrolyte fuel cell stack
JP3813406B2 (en) Fuel cell
US8278012B2 (en) Membrane electrode assembly for fuel cell, and fuel cell system including the same
JP3962548B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP7287347B2 (en) Laminates for fuel cells
JP7359077B2 (en) Laminate for fuel cells
JP2002134120A (en) Electrode for fuel cell and fuel cell using the same
KR102176856B1 (en) Gas diffusion layer for fuel cell, membbrane electrode assembly comprising same, fuel cell comprising same and method for manufacturing the gas diffusion layer for fuel cell
JP3619826B2 (en) Fuel cell electrode and fuel cell
JP3495668B2 (en) Fuel cell manufacturing method
JP2007073337A (en) Film/electrode assembly for direct methanol type fuel cell, and direct methanol type fuel cell using the same
JP2007103175A (en) Electrode for polymeric fuel cell and polymeric fuel cell using the same
JP2001126737A (en) Electrode for a fuel cell, method for preparing the fuel cell, and the fuel cell
JP2002289201A (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041206

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060724

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060801

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20061128