JP2002246034A - ガス拡散性電極体及びその製造方法、並びに電気化学デバイス - Google Patents

ガス拡散性電極体及びその製造方法、並びに電気化学デバイス

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JP2002246034A
JP2002246034A JP2001044442A JP2001044442A JP2002246034A JP 2002246034 A JP2002246034 A JP 2002246034A JP 2001044442 A JP2001044442 A JP 2001044442A JP 2001044442 A JP2001044442 A JP 2001044442A JP 2002246034 A JP2002246034 A JP 2002246034A
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electrode
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powder
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浩一 田中
Kenji Katori
健二 香取
Minehisa Imazato
峰久 今里
Kiyoshi Yamaura
潔 山浦
Katsuya Shirai
克弥 白井
Junji Kuyama
純司 久山
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好なガス透過能を保持できる高出力のガス
拡散性電極体、及びその製造方法、並びにこの電極体を
用いた電気化学デバイスを提供すること。 【解決手段】 白金粒子６と、カーボン粉体又は粒体１
とからなり、撥水性被膜形成カーボン粉体又は粒体２６
が更に混合されてなるガス拡散性電極体。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、例えば、燃料電池
の製造に好適なガス拡散性電極体及びその製造方法、並
びに電気化学デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、石油等の化石燃料に代り得る、代
替クリーンエネルギー源の必要性が叫ばれており、例え
ば、水素（ガス）燃料が注目されている。
【０００３】なお、水素は、単位質量当りに含まれる化
学エネルギー量が大きく、又、使用に際して、有害物質
や地球温暖化ガス等を放出しないといった理由から、ク
リーンで、かつほとんど無尽蔵に存在する理想的なエネ
ルギー源であると言える。
【０００４】そして、特に、最近では、水素エネルギー
から電気エネルギーを取り出すことができる燃料電池の
開発が盛んに行われており、大規模発電からオンサイト
な自家発電、更には、電気自動車用の電源等としての応
用等が期待されている。
【０００５】なお、この燃料電池は、プロトン伝導体膜
を挟んで、燃料電極（例えば、水素電極）と酸素電極と
を配置し、これらの電極に、それぞれ燃料（水素）や酸
素を供給することで電池反応を起こし、起電力を得るも
のであり、その製造に際しては、通常、プロトン伝導体
膜、燃料電極（例えば、水素電極）、酸素電極等を別々
に成形し、これらを貼り合わせて製作している。
【０００６】なお、この燃料電池の燃料電極（例えば、
水素電極）と酸素電極（ガス拡散性電極）とは、主に、
導電性カーボン粒子等からなり、さらに、例えば、白金
等の触媒金属を担持させた触媒層を有する構成となって
いる。
【０００７】さて、従来、上記のガス拡散性電極におい
ては、導電性粉体又は粒体としてのカーボンに、触媒と
しての白金が担持されている触媒粒子を、撥水性樹脂と
しての、例えばフッ素樹脂及びイオン伝導体と共にシー
ト状に成形するか、或いはカーボンシート上に直接塗布
する工程を経て製造される。
【０００８】即ち、固体高分子燃料電池用ガス拡散性電
極としては、例えば、特開平５−３６４１８に示される
様に、通常、カーボンに白金が担持されている粉体又は
粒体を撥水性樹脂、イオン導電性材料と共にカーボンシ
ートに塗布して製造される。
【０００９】なお、ここで、ガス拡散性電極とは、作用
ガスを拡散可能な連続気孔を有する電極のことを指し、
更にこれは、電子伝導性を有するものである（以下、同
様）。
【００１０】そして、このガス拡散性電極を、固体高分
子型燃料電池等の燃料電池を構成する水素分解用電極と
して用いた場合、白金等の触媒によって燃料がイオン化
され、それによって生じた電子は導電性カーボン粉体又
は粒体を伝って流れ、又、水素をイオン化することで生
じるプロトン（Ｈ+）はイオン伝導体を介してイオン
（プロトン）伝導体膜に流れる。なお、この過程では、
ガスを通す間隙、電気を通すカーボン粉体又は粒体、イ
オンを通すイオン伝導体、及び燃料や酸化剤をイオン化
するための触媒等が必要になる。
【００１１】即ち、ここで、白金等の触媒により燃料が
イオン化され、これによって生じた電子は導電性カーボ
ン粉体又は粒体を通して流れ、そして、イオン化された
水素（プロトン）はイオン伝導材料を通してイオン伝導
膜に流れる。ここで、ガスを通す間隙、電気を通すカー
ボン粉体又は粒体、イオンを通すイオン伝導材料、燃料
あるいは酸化剤をイオン化するための触媒等が必要にな
る。
【００１２】そして、このガス拡散性電極（触媒層）に
おいては、燃料が水素である場合、燃料電池内では、 ２Ｈ2→４Ｈ+＋４ｅ- の反応が起こり、酸素電極内では、 Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏ なる反応により、水が生成する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の燃
料電池においては、上述の２つの電極内反応を、いかに
して円滑に行わせるかが、電池性能を向上する上で大き
な鍵となる。
【００１４】しかしながら、上述の、特に酸素電極で
は、上記の電極内反応過程において生じる生成水（Ｈ2
Ｏ）が触媒層（ガス拡散性電極）内のカーボン粉体又は
粒体の周囲に付着して隙間を減少させて、酸素ガスの電
極内における透過を妨げるために、十分な電極反応が起
こらず、燃料電池としての出力の低下をもたらす等の問
題があった。
【００１５】本発明は上記のような従来の実情に鑑みて
提案されたものであって、その目的は、良好なガス透過
能を保持できる高出力のガス拡散性電極体、及びその製
造方法、並びにこの電極体を用いた電気化学デバイスを
提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、触媒物
質と、第１の導電性粉体又は粒体とからなり、撥水性被
膜を有する第２の導電性粉体又は粒体が更に混合されて
なるガス拡散性電極体に係るものである。
【００１７】本発明は又、触媒物質と、第１の導電性粉
体又は粒体と、撥水性被膜を有する第２の導電性粉体又
は粒体とを分散媒中で混合し、この混合物を乾燥するガ
ス拡散性電極体の製造方法に係るものである。
【００１８】本発明は又、第一極と、第二極と、これら
の両極間に挟持されたイオン伝導体とからなり、触媒物
質と、第１の導電性粉体又は粒体とからなり、撥水性被
膜を有する第２の導電性粉体又は粒体が更に混合されて
なるガス拡散性電極体が、前記第一極及び第二極のうち
少なくとも前記第一極を構成している電気化学デバイス
に係るものである。
【００１９】本発明によれば、触媒物質と、導電性粉体
又は粒体とからなるガス拡散性電極体において、撥水性
被膜を有する第２の導電性粉体又は粒体が更に混合され
ているので、この第２の導電性粉体又は粒体の撥水性被
膜によってガス拡散性電極体内に生じる生成水が効果的
に撥水され、導電性粉体又は粒体に付着せずに排出され
ることになり、このために、生成水によってガスの透過
が妨げられることがなく、ガス拡散性電極体内への十分
なガス透過能が確保できる。
【００２０】また、上記のガス拡散性電極体は、撥水性
被膜を有する第２の導電性粉体又は粒体を、その他の材
料と分散媒中で混合し、この混合物を乾燥することによ
って形成できるので、複雑な製造工程を必要とせずに、
比較的簡易に製造できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明においては、撥水性被膜を
有する第２の導電性粉体又は粒体が凝集してチェーン構
造を構成し、撥水性被膜を有する第２の導電性粉体又は
粒体が１〜８０重量％混合されているのが望ましい。
【００２２】又、撥水性被膜がフッ素系樹脂からなり、
第１及び／又は第２の導電性粉体又は粒体がカーボン粒
子であり、触媒物質が粉体又は粒体として、或いは第１
の導電性粉体又は粒体を被覆した状態で混合されている
のが望ましい。
【００２３】又、第一極及び第二極の少なくとも一方が
ガス電極であり、燃料電池として構成されているのが望
ましい。なぜなら、十分なガス透過能が確保できるの
で、電池としての出力を維持しやすいためである。
【００２４】以下に、本発明の好ましい実施の形態を図
面の参照下に詳しく説明する。
【００２５】本実施の形態においては、図１に示すよう
に、ガス拡散性電極（触媒層）１０は、導電性カーボン
粉体又は粒体１、導電性カーボン粉体の表面に撥水性樹
脂（例えばフッ素系）１８が膜状に付着している導電性
カーボン粉体又は粒体２６、触媒物質６（例えば白金
等）との混合物からなる混合層である。本実施の形態の
ガス拡散性電極体は、上記触媒層１０と、多孔性のガス
透過性集電体としての例えばカーボンシート１１とから
なる多孔性のガス拡散性電極体である。又、本実施の形
態のガス拡散性電極体を用いた第１極（例えば酸素極）
と、第２極（例えば燃料極）との間には、例えばナフィ
オンや、フラーレン誘導体の加圧成形体からなる膜状の
イオン伝導部５（プロトン伝導体膜）が挟着されてい
る。
【００２６】なお、上記のカーボン粉体又は粒体等の導
電性粉体又は粒体は、粒状、球状、繊維状等の様々な形
状のものを含むものとし、以下同様とする。
【００２７】そして、本実施の形態における、燃料電池
の構成は、図４に示すようなものであり、簡易に述べる
と（詳しくは後述する）、基本的には、プロトン伝導性
を有するイオン伝導部（プロトン伝導体膜）５の両面
に、それぞれ負極（燃料電極）１６、正極（酸素電極）
１７が形成されている。
【００２８】そして、上記の負極（燃料電池）１６に、
例えば水素を供給し、正極（酸素電極）１７に酸素（空
気）を供給すると、電池反応が起こり、起電力が生ず
る。ここで、負極（燃料電極）１６には、いわゆる、ダ
イレクトメタノール方式の場合、水素源としてメタノー
ルを供給することも可能である。
【００２９】なお、上記の負極（燃料電極）１６及び正
極（酸素電極）１７は、炭素質材料（カーボン）粉体又
は粒体１を主に電極材料とし、これを成形してなるもの
であるが、本実施の形態においては、図３の（Ｂ）に示
すように、この球状の炭素質材料（カーボン）粉体又は
粒体１の一部の表面を撥水性被膜１８で被覆している。
【００３０】なお、炭素質材料（カーボン）粉体又は粒
体の形状は、図３の（Ｂ）に示すような球形に限定され
ず、図３の（Ａ）に示すような形状を含む様々な形状の
ものにも、撥水性被膜を設けることができる。
【００３１】又、カーボン粉体又は粒体を被覆する撥水
性被膜の厚さについては、単分子層以上有すれば良いの
で、最低限数ｎｍあればよいが、あまりに厚いと、カー
ボン粉体又は粒体の導電性が大きく損われるため、上限
は数百ｎｍが好ましい。そして、例えば、撥水性被膜形
成カーボン粉体又は粒体の被膜の厚さは、１０ｎｍ〜数
十ｎｍの範囲にあればよい。
【００３２】なお、撥水性被膜の施されたカーボン粉体
又は粒体の表面の少なくとも一部を、触媒物質（例えば
白金）等で被膜してもよい。
【００３３】なお、このような撥水性被膜１８で被覆さ
れた撥水性被膜形成カーボン粉体又は粒体（炭素質材料
粉体）２６の周囲においては、電極内反応によって生じ
た生成水が撥水されて付着しないために、さらに、電極
内の生成水が撥水されて過剰に留まらずに電極外へ排出
され、酸素ガスが透過する隙間が確保される。それゆえ
に、ガス拡散性電極内（正極）における酸素ガスの供給
が妨げられない。その結果、十分な量の酸素ガスが供給
され続けるために、出力を比較的高く保持できる。
【００３４】なお、炭素質材料（カーボン）粉体又は粒
体１の表面を撥水性被膜１８で被覆するには、例えば、
撥水性樹脂を溶媒に分散し、この中に炭素質材料（カー
ボン）粉体又は粒体を浸した後、乾燥すればよい。
【００３５】そして、上記の撥水性被膜１８を構成する
撥水性の材料としては、フッ素を含む、例えば、ポリフ
ッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）やフッ素系ポリマー（Ｃ2
Ｆ6重合体等）、テフロン（登録商標）（デュポン社製
ＰＴＦＥ）等が好適に用いられる。又、被膜方法とし
て、ディッピング法、プラズマＣＶＤ法等を用いること
ができる。
【００３６】次に、電極を構成する主材料として用いら
れる炭素質材料（カーボン）粉体又は粒体には、電子伝
導性を有することが必要であるため、黒鉛系の種々の炭
素質材料（カーボン）及びカーボンナノチューブ等が好
適に使用される。さらに、ガス拡散性の向上の観点から
みれば、黒鉛は針状であることが好ましい。
【００３７】なお、上記のカーボンナノチューブは、真
空チャンバーと呼ばれる反応室内に、いずれもグラファ
イト等の炭素棒からなる陰極と陽極とを、間隙を介して
対向配置し、さらにヘリウム等の希ガスの雰囲気下で、
各電極に直流を通電することによってアーク放電させ、
反応室の内面に堆積する炭素質材料から精製して得られ
る。
【００３８】そして、上記の方法で生成された炭素質材
料を電極材料として用いた場合、負極（燃料電極）或は
正極（酸素電極）を、図２の（Ｂ）に示すように、ガス
透過性集電体１１上に直接形成することができる。ここ
で、形成方法としては、スピンコート法、スプレー法や
滴下法、バーコート法等を挙げることができる。
【００３９】例えば、スピンコート法とは、上記の炭素
質材料（カーボン粉体又は粒体）を水、或は、エタノー
ル等の溶剤に分散し、これを、回転させた集電体上に直
接滴下する方法である。又、スプレー法の場合、上記の
炭素質材料（カーボン粉体又は粒体）を水、或は、エタ
ノール等の溶剤に分散し、これを、集電体上に直接吹き
付ける方法である。又、滴下法の場合、やはり、上記の
炭素質材料（カーボン粉体又は粒体を水、或は、エタノ
ール等の溶剤に分散し、これを、集電体上に直接滴下す
る方法である。これ等の上記形成方法によって、集電体
上に、上記の炭素質材料（カーボン粉体又は粒体）が堆
積した状態となる。
【００４０】このとき、上記のカーボンナノチューブ
は、直径１ｎｍ程度、長さ１〜１０μｍ程度の細長い繊
維状の形状を呈し、又、針状黒鉛も、直径０．１〜０．
５μｍ程度、長さ１〜５０μｍ程度の針状の形状を呈す
る為、互いに絡み合って、特段の結合剤が無くとも良好
な層状体を構成する。勿論、必要に応じて、結合剤（バ
インダー）を併用することも可能であることは言うまで
もない。そして、上記バインダーには、撥水性のない樹
脂系のものを使用するのが望ましい。
【００４１】そして、図２の（Ｂ）に示すように、こう
して得られたものの上に、炭素質材料（カーボン粉体又
は粒体）に、所定の割合で混合させた撥水性被膜形成カ
ーボン粉体又は粒体と、白金等の触媒金属の粉体との混
合物の層をガス拡散性電極（触媒層）１０として形成さ
せる。
【００４２】なお、この際に、図２の（Ａ）に示すよう
に、ガス透過性集電体（カーボンシート）１１の上にガ
ス拡散性電極（触媒層）１０を直接設けてもよいし、下
地層を介して設けてもよい。
【００４３】さて、ガス拡散性電極（触媒層）１０に触
媒物質（白金等）を含有させる方法としては、上記のよ
うに、触媒物質をカーボン粉体又は粒体等と共に混合さ
せる方法の他に、スパッタ法等を用いて、導電性カーボ
ン粉体又は粒体の表面に触媒物質を付着させたり、ガス
拡散性電極の面に触媒物質を成膜して形成することもで
きる。
【００４４】例えば、５ｉｎｃｈ径の白金（Ｐｔ）ター
ゲットを用いて、ＤＣ１Ａ、４２０Ｖを印加する。そし
て、基板を回転させながら、スパッタを８分８秒行なう
ことによって、１０００Åの触媒物質（白金等）の成膜
ができる。
【００４５】なお、上記のガス拡散性電極に用いる、撥
水性被膜形成カーボン粉体又は粒体は、水をはじくとい
う性質があるため、このカーボン粉体又は粒体の周囲に
は水が付着しない。
【００４６】又、この撥水性被膜形成カーボン粉体又は
粒体は、同種の粉体又は粒体が凝集しやすい性質を有す
るため、図１に示すように、ガス拡散性電極（触媒層）
１０の中では、撥水性被膜形成カーボン粉体又は粒体２
６は、連なったチェーン構造を形成する。従って、上記
撥水性被膜形成カーボン粉体又は粒体２６の形成するチ
ェーン構造は、生成水（Ｈ2Ｏ）の浸入防止用の壁を形
成して生成水を効果的に排出する通路を形成することに
なり、それゆえ、Ｏ2ガス等が透過する気孔（隙間）が
確保され、ガスの拡散が十分に行なわれる。
【００４７】なお、上記のガス拡散性電極（触媒層）１
０には、撥水性被膜形成カーボン粉体又は粒体が、１〜
８０重量％、好ましくは２０〜７０重量％含有されるの
が、活発な電池反応のためには良いと考えられる。
【００４８】なぜなら、撥水性被膜形成カーボン粉体又
は粒体の重量％が少なすぎると、ガス拡散性電極（触媒
層）１０内で、電池反応によって生じた生成水が、撥水
されずにカーボン粉体又は粒体の周囲に大量に付着して
電極内に留まり、ガスを通すはずの隙間を埋めて減少さ
せてしまうことにより、ガスの透過を妨げてしまい、電
池反応をも弱めてしまう。
【００４９】又、ガス拡散性電極（触媒層）１０内の撥
水性被膜形成カーボン粉体又は粒体の重量％が多すぎる
と、カーボン粉体又は粒体相互の接触性が低くなり、或
いはその分布が不均一となり易く、電子の導電性が不十
分となり、電池反応を弱めてしまうことがある。
【００５０】なお、上記のガス拡散性電極によって形成
される負極（燃料電池）や正極（酸素電極）等において
は、ガス拡散性電極を、スピンコート法等によりガス拡
散性集電体（カーボンシート）上に直接形成するゆえ
に、これを自立膜として別個に形成する必要がないた
め、作業中における破損等に対して求められる機械的強
度が要求されることはなく、従って、その厚さは、１０
μｍ以下、例えば、２〜４μｍ程度と、極めて薄く設定
することができる。但し、自立膜として作製してもよい
ことは勿論である。
【００５１】次に、本実施の形態における、燃料電池に
使用するプロトン伝導体の素材としては、例えば、パー
フルオロスルホン酸樹脂（例えば、デュポン社製、商品
名Nafion(R)等）のようなプロトン（水素イオン）伝導
性の高分子材料、又は、Ｈ3Ｍｏ12ＰＯ40・２９Ｈ2Ｏや
Ｓｂ2Ｏ5・５．４Ｈ2Ｏ等、多くの水和性を持つポリモ
リブデン酸類や酸化物等、又は、フラーレンをはじめと
する各種炭素質材料に、プロトン解離性の基を導入した
もの、又は、酸化ケイ素及びブレーンステッド酸を主体
とする化合物と、スルホン基を側鎖に持つ重合体との混
合物等が好適に使用されるが、これらの材料に、特に限
定されるものではない。
【００５２】なお、上述の、パーフルオロスルホン酸樹
脂や、ポリモリブデン酸類や酸化物等の高分子材料や水
和化合物は、湿潤状態に置かれると、常温付近で、高い
プロトン伝導性を示す。
【００５３】即ち、パーフルオロスルホン酸樹脂を例に
とると、そのスルホン酸基より電離したプロトンは、高
分子マトリックス中に大量に取込まれている水分と結合
（水素結合）してプロトン化した水、つまり、オキソニ
ウムイオン（Ｈ3Ｏ+）を生成し、このオキソニウムイオ
ンの形態をとって、プロトンが高分子マトリックス内を
スムーズに移動することができるので、この種のマトリ
ックス材料は、常温下でもかなり高いプロトン伝導効果
を発揮できる。
【００５４】或いは、これらの材料とは伝導機構の全く
異なるプロトン伝導体も使用可能である。
【００５５】即ち、Ｙｂ（イッテルビウム）をドープし
たＳｒＣｅＯ3等のペロブスカイト構造を有する複合金
属酸化物等である。なお、この種のペロブスカイト構造
を有する複合金属酸化物は、水分を移動媒体としなくと
も、プロトン伝導性を有することが見出されている。そ
して、この複合金属酸化物においては、プロトンは、ペ
ロブスカイト構造の骨格を形成している酸素イオン間
を、単独でチャネリングして伝導されると考えられてい
る。
【００５６】又、上述、フラーレンを初めとする各種炭
素質材料にプロトン解離性の基を導入したものの中で、
プロトン解離性の基とは、−ＯＨ、−ＯＳＯ3Ｈ、−Ｓ
Ｏ3Ｈ、−ＣＯＯＨ、−ＯＰＯ（ＯＨ）2等のように、電
離によりプロトンを離し得る官能基を意味し、又「プロ
トン（Ｈ+）の解離とは、電離によりプロトンが官能基
から離れることを意味する。そして、このプロトン伝導
体においては、プロトン解離性の基を介してプロトンが
移動し、イオン伝導性が発現される。
【００５７】又、特に、上記の炭素質材料の母体となる
炭素質材料には、炭素を主成分とするものであれば、任
意の材料を使用することができるが、プロトン解離性の
基を導入した後に、イオン伝導性が電子伝導性よりも大
であることが必要である。
【００５８】具体的には、炭素原子の集合体である炭素
クラスターや、チューブ状炭素質（いわゆるカーボンナ
ノチューブ）を含む炭素質材料等を挙げることができ
る。
【００５９】なお、上記炭素クラスターには、種々のも
のがあり、フラーレンや、フラーレン構造の少なくとも
一部の開放端を持つもの、ダイヤモンド構造を持つもの
等が好適である。
【００６０】以下、この炭素クラスターについて、更に
詳細に説明する。
【００６１】さて、上記の炭素クラスターは、通常は、
数個から数百個の原子が結合、又は凝集して形成されて
いる集合体のことであり、この原子が炭素である場合、
この凝集（集合）体によって、プロトン伝導性が向上す
ると同時に、化学的性質を保持して膜強度が十分とな
り、層を形成し易い。
【００６２】又、炭素を主成分とするクラスターとは、
炭素原子が、炭素ー炭素間の結合の種類は問わず、数個
から数百個結合して形成されている集合体のことであ
る。ただし、必ずしも、１００％炭素のみで形成されて
いるとは限らず、他原子に混在もあり得る。このような
場合も含めて、炭素原子が多数を占める集合体を、炭素
クラスターとよぶこととする。
【００６３】なお、上記プロトン解離性の基を有する炭
素質材料を主成分として含有するプロトン伝導体は、乾
燥状態でも、プロトンが前記プロトン解離性の基から解
離し易く、しかも、このプロトンは、常温を含む広い温
度域（少なくとも約１６０℃〜−４０℃の範囲）にわた
って高伝導性を発揮することが可能である。
【００６４】なお、上述のように、このプロトン伝導体
は、乾燥状態でも十分なプロトン伝導性を示すが、水分
が存在していても差支えない（なお、この水分は外部か
ら浸入したものでもよい）。
【００６５】なお、上記の実施の形態においては、ガス
拡散性電極内のカーボン粉体又は粒体、撥水性被膜形成
カーボン粉体又は粒体、触媒物質等の混合率、混合方法
等は、所定の効果が有るならば、自由に変えて良い。
【００６６】又、撥水性物質の種類、カーボン粉体又は
粒体への付着方法、付着の厚さ等は、所定の効果が有る
ならば、自由に変えて良い。
【００６７】又、上記導電体粉体又は粒体は、カーボン
に限ることはなく、導電性を有し、かつ所定の効果が得
られるのならば、他の物質でもかまわない。
【００６８】さて、本実施の形態のガス拡散性電極は、
触媒金属を含む層を有し、前記触媒金属を含む層は、撥
水性被膜形成カーボン粉体又は粒体を含むことを特徴と
するものである。
【００６９】又、本実施の形態のガス拡散性電極は、触
媒金属を含む層を形成する際に、撥水性被膜形成カーボ
ン粉体又は粒体を混合させて形成することを特徴とする
ものである。
【００７０】さらに、本実施の形態の燃料電池は、燃料
電極と酸素電極とを備え、これの燃料電極と酸素電極と
が、プロトン伝導体膜を介して互いに対向配置されてな
る燃料電池において、上記酸素電極は、触媒金属を含む
層を有し、前記触媒金属を含む層は、撥水性被膜形成カ
ーボン粉体又は粒体を含むことを特徴とするものであ
る。
【００７１】又、本実施の形態のガス拡散性電極によれ
ば、触媒金属を含む層を形成する際に、撥水性被膜形成
カーボン粉体又は粒体を混合させた形成するため、電極
反応により水が生成されても、十分なガス透過能が確保
できる、ガス拡散性電極を簡易に製造することができ
る。
【００７２】又、本実施の形態のガス拡散性電極によれ
ば、触媒金属を含む層が、撥水性被膜形成カーボン粉体
又は粒体を含むため、この撥水性被膜形成カーボン粉体
又は粒体の周辺には生成水が付着せず、十分なガス透過
能が確保される。
【００７３】さらに、本実施の形態の燃料電池によれ
ば、酸素電極の触媒金属を含む層は、撥水性被膜形成カ
ーボン粉体又は粒体を含むため、電極反応によって水が
生成しても、前記撥水性被膜形成カーボン粉体又は粒体
の周囲には生成水が付着せず、十分なガス透過能が確保
されるため、長期にわたって出力が低下しない燃料電池
を得ることができる。
【００７４】即ち、上記の本実施の形態にいては、触媒
物質と、導電性粉体又は粒体とからなるガス拡散性電極
体において、撥水性被膜を有する第２の導電性粉体又は
粒体が更に混合されているので、この第２の導電性粉体
又は粒体の撥水性被膜によってガス拡散性電極体に生じ
る生成水が効果的に撥水され、導電性粉体又は粒体に付
着せずに排出されることになり、このために、生成水に
よってガスの透過が妨げられることなく、ガス拡散性電
極体内への十分なガス透過能が確保できる。
【００７５】更に、上記のガス拡散性電極体は、撥水性
被膜を有する第２の導電性粉体又は粒体を、その他の材
料と混合することによって形成できるので、複雑な製造
工程を必要とせずに、比較的簡易に製造できる。
【００７６】次に、図５は、本実施の形態における、別
の形態の導電性カーボン粉体又は粒体を示す断面図であ
る。
【００７７】即ち、図５（Ａ）に示すように、本実施の
形態においては、物理的成膜法を用いるので、得られる
導電性カーボン粉体又は粒体は、白金（触媒）２が導電
性カーボン粉体又は粒体１の表面に膜状に付着してい
る。従って、この形態によると、より少ない量で良好な
触媒作用を得ることができ、又、触媒とガスとの接触面
積が十分に確保されるので、反応に寄与する触媒の比表
面積が大きくなり、触媒能も向上する。
【００７８】又、本実施の形態においては、図５（Ｂ）
に示すように、上記白金（触媒）２が上記導電性カーボ
ン粉体又は粒体１の表面に不均一に膜状に付着していて
もよく、この場合でも、図５（Ａ）の構造を有する上記
導電性カーボン粉体又は粒体と同様にして、より少ない
触媒量で良好な触媒作用を得ることができ、又、上記触
媒とガスとの接触面積が十分に確保することができ、反
応に寄与する触媒の比表面積が大きくなり、触媒能の向
上を図ることができる。
【００７９】又、上記導電性カーボン粉体又は粒体の表
面に、物理的成膜法により上記白金（触媒）２を膜状に
付着させて導電性カーボン粉体又は粒体を得るのに代え
て、図５（Ｃ）に示すように、上記導電性カーボン粉体
又は粒体１の表面に、イオン伝導体３を付着させ、更
に、このイオン伝導体３の表面に、物理的成膜法によ
り、上記白金（触媒）２を膜状に付着させることも可能
である。
【００８０】この場合、物理的成膜法によって白金（触
媒）２を付着させるので、従来のように触媒の結晶性を
良好にするための熱処理を行う必要がなくなり、上記イ
オン伝導体の性能を損なうことなく、触媒を付着させる
ことができる。
【００８１】なお、図５に示す（Ａ）、（Ｂ）及び
（Ｃ）のいずれの上記導電性カーボン粉体又は粒体にせ
よ、本実施の形態においては、上記導電性カーボン粉体
又は粒体に対して、上記触媒を１０〜１０００重量％の
割合で付着させることが好ましく、更に、上記触媒とし
て、電子伝導性を有する金属を用いることが好ましく、
例示するならば、白金、ルテニウム、バナジウム、タン
グステン等、或いはこれらの混合物を挙げることができ
る。又、上記導電性カーボン粉体又は粒体１には、耐酸
性、導電性及び低コスト性を有する材料ならば特に限定
するべきものではないが、例示するならば、カーボン粉
体、ＩＴＯ(Indium tin oxide)等が挙げられ、特に、上
記カーボン粉体を用いることが好ましい。なお、このカ
ーボン粉体の平均粒子径は約１μｍ以下が好ましく、よ
り好ましくは０．００５〜０．１μｍである。
【００８２】又、物理的成膜法が、スパッタ法、パルス
レーザーデポジション（ＰＬＤ）法又は真空蒸着法等で
あることが望ましい。
【００８３】又、物理的成膜法としての上記スパッタ法
は、容易に生産することが可能で、生産性が高く、又、
成膜性も良好である。又、物理的成膜法としての上記パ
ルスレーザーデポジション法は、成膜における制御が容
易で、成膜性も良好である。
【００８４】ここで、特表平１１−５１０３１１におい
て、カーボンシート上に貴金属をスパッタ成膜する例が
記載されているが、本実施の形態においては、導電性を
有するカーボン粉体又は粒体の表面に上記白金（触媒）
を膜状に付着させるので、上記特表平１１−５１０３１
１に比べ、反応に寄与する上記白金（触媒）の比表面積
をより大きくすることができ、触媒能の向上を図ること
ができる。
【００８５】さらに、本実施の形態においては、物理的
成膜法により上記導電性カーボン粉体又は粒体の表面
に、白金（触媒）を膜状に付着させる際に、上記導電性
カーボン粉体又は粒体を振動させることが好ましく、こ
れによって、より十分な触媒量を付着することができ、
良好な均一性を得ることができる。なお、この振動を発
生させる機構については、特に限定しないが、例えば、
超音波を印加して上記振動を発生させながら、物理的成
膜法により上記導電性カーボン粉体又は粒体の表面に、
白金（触媒）を膜状に付着させることが好ましい。
【００８６】又、本実施の形態によれば、上記導電性カ
ーボン粉体又は粒体の表面に、上記白金（触媒）を膜状
に付着させて得られる上記導電性カーボン粉体又は粒体
を、例えば、樹脂により結着することができ、更に上記
導電性カーボン粉体又は粒体を多孔性のガス透過性集電
体（例えばカーボンシート）上に保持させることが好ま
しい。
【００８７】又、本実施の形態における上記ガス拡散性
電極は、上述したように、実質的に、上記導電性カーボ
ン粉体又は粒体の表面に上記触媒が膜状に付着している
上記導電性カーボン粉体又は粒体のみからなるか、或い
は上記導電性カーボン粉体又は粒体の他に、この粒子を
結着するための樹脂等の他成分を含有していてもよく、
後者の場合、上記他成分としては、造孔剤（例えばＣａ
ＣＯ3）及びイオン伝導体等が挙げられる。更に、上記
導電性カーボン粉体又は粒体を多孔性のガス透過性集電
体（例えばカーボンシート）上に保持させることが好ま
しい。
【００８８】又、本実施の形態において、上記ガス拡散
性電極中に、或いは上記電気化学デバイスを構成する第
１極と、第２極との両極間に挟持されたイオン伝導部
に、使用可能な上記イオン伝導体としては、一般的なナ
フィオン（デュポン社製のパーフルオロスルホン酸樹
脂）のほかにも、フラレノール（ポリ水酸化フラーレ
ン）等のフラーレン誘導体が挙げられる。
【００８９】特に、図６に示す如く、フラーレン分子に
複数の水酸基を付加した構造を持つフラレノール(Fulle
renol)は、１９９２年にChiangらによって最初に合成例
が報告された(Chiang,L.Y.;Swirczewski,J.W.;Hsu,C.
S.;Chowdhury,S.K.;Cameron,S.;Creegan,K.,J.Chem.So
c,Chem.Commun.1992,1791)。
【００９０】本出願人は、そうしたフラレノールを図７
（Ａ）に概略図示するように凝集体とし、近接し合った
フラレノール分子（図中、○はフラーレン分子を示
す。）の水酸基同士に相互作用が生じるようにしたとこ
ろ、この凝集体はマクロな集合体として高いプロトン伝
導特性（換言すれば、フラレノール分子のフェノール性
水酸基からのＨ+の解離性）を発揮することを初めて知
見することができた。
【００９１】本実施の形態においては、上記フラレノー
ル以外に、例えば、複数の−ＯＳＯ 3Ｈ基をもつフラー
レンの凝集体をイオン伝導体として用いることもでき
る。ＯＨ基がＯＳＯ3Ｈ基と置き換わった図７（Ｂ）に
示すようなポリ水酸化フラーレン、即ち、硫酸水素エス
テル化フラレノールは、やはりChiangらによって１９９
４年に報告されている(Chiang.L.Y.;Wang, L.Y.;Swircz
ewski,J.W.; Soled,S.;Cameron,S.,J.Org.Chem.1994,5
9,3960)。そして、硫酸水素エステル化されたフラーレ
ンには、ひとつの分子内にＯＳＯ3Ｈ基のみを含むもの
もあるし、或いは、この基と水酸基とをそれぞれ複数、
持たせることも可能である。
【００９２】上述したフラレノール及び硫酸水素エステ
ル化フラレノールを、多数凝集させた時、それが、バル
クとして示すプロトン伝導性は、分子内に元々含まれる
大量の水酸基やＯＳＯ3Ｈ基に由来するプロトンが移動
に直接関わるため、雰囲気から水蒸気分子などを起源と
する水素、プロトンを取り込む必要はなく、又、外部か
らの水分の補給、とりわけ、外気より水分等を吸収する
必要もなく、雰囲気に対する制約はない。従って、乾燥
雰囲気下においても、継続的に使用することができる。
【００９３】又、これらの分子の基体となっているフラ
ーレンは、特に求電子性の性質を持ち、このことが酸性
度の高いＯＳＯ3Ｈ基のみならず、水酸基等においても
水素イオンの電離の促進に大きく寄与していると考えら
れ、優れたプロトン伝導性を示す。又、一つのフラーレ
ン分子中に、かなり多くの水酸基及びＯＳＯ3Ｈ基等を
導入することができるため、伝導に関与するプロトン
の、伝導体の単位体積あたりの数密度が非常に多くなる
ので、実効的な伝導率を発現する。
【００９４】上記フラレノール及び硫酸水素エステル化
フラレノールは、その殆どが、フラーレンの炭素原子で
構成されているため、重量が軽く、変質もし難く、又、
汚染物質も含まれていない。さらに、フラーレンの製造
コストも急激に低下しつつある。それゆえに、資源的、
環境的、経済的にみて、フラーレンは他のどの材料にも
まして、理想に近い炭素質系材料であると考えられる。
【００９５】さらに、フラーレン分子に、例えば上記−
ＯＨ、−ＯＳＯ3Ｈ以外に−ＣＯＯＨ、−ＳＯ3Ｈ、−Ｏ
ＰＯ（ＯＨ）2のいずれかを有するものでも使用可能で
ある。
【００９６】又、本実施の形態に使用可能な上記フラレ
ノール等を合成するには、フラーレン分子の粉末に対
し、例えば、酸処理や加水分解等の公知の処理を適宜組
み合わせて施すことにより、フラーレン分子の構成炭素
原子に所望の基を導入することができる。
【００９７】ここで、上記イオン伝導部を構成するイオ
ン伝導体として、上記フラーレン誘導体を用いた場合、
このイオン伝導体が実質的にフラーレン誘導体のみから
なるか、或いは結合剤によって結着されていることが好
ましい。
【００９８】又、本実施の形態のガス拡散性電極におい
ては、各種の電気化学デバイスに好適に使用できる。す
なわち、第１極と、第２極と、これらの両極間に挟持さ
れたイオン伝導体とからなる基本的構造体において、上
記第１極及び上記第２極のうち少なくとも上記第１極
に、上記本実施の形態のガス拡散性電極を適用すること
ができる。
【００９９】更に、具体的にいうと、第１極及び第２極
の少なくとも一方が、ガス電極である電気化学デバイス
などに対し、本実施の形態のガス拡散性電極を好ましく
適用することが可能である。
【０１００】次に、図４に示すように、本実施の形態の
ガス拡散性電極を用いた具体例の燃料電池を簡潔に示
す。
【０１０１】この燃料電池は、ガス拡散性電極１０をそ
れぞれ有する、互いに対向する負極（燃料電極又は水素
電極）１６及び正極（酸素電極）１７を有し、これらの
両電極間に、イオン伝導部（プロトン伝導体部）５が挟
持されている。これら負極１６、正極１７からは、それ
ぞれ端子１５、１４が引き出されており、外部回路（負
荷４）と接続するような構造とされている。
【０１０２】なお、この燃料電池では、使用時には、負
極１６側では導入口（図示せず）から水素が供給され、
排出口（図示せず、なお、これは設けないこともある）
から排出される。
【０１０３】そして、燃料ガス（Ｈ２）がＨ2流路１２
を通過する間に、水素が負極へ拡散してここでプロトン
（Ｈ+）を発生し、このプロトン（Ｈ+）は、イオン伝導
部（プロトン伝導体部）５で発生したプロトンと共に正
極１７側へ移動し、そこで、導入口（図示せず）からＯ
2流路１３に供給された排気口（図示せず）へ向かう酸
素（空気）と反応し、これにより、所望の起電力が取り
出される。
【０１０４】なお、以上の構成には示されていないが、
水素の供給源には、水素吸蔵合金や水素吸蔵炭素質材料
が収納されている。なお、予め、この水素吸蔵用炭素質
材料に水素を吸蔵させておき、水素供給源に収納しても
よい。
【０１０５】以下、本実施の形態のガス拡散性電極及び
実質的に上記フラーレン誘導体のみからなるイオン伝導
体を燃料電池に適用した例について図４を参照しつつ説
明する。
【０１０６】ここで、図４中の触媒層１０は、上記導電
性カーボン粉体又は粒体、そして、この表面に上記撥水
性被膜（例えばフッ素系）が膜状に付着している導電性
カーボン粉体又は粒体、場合によっては、イオン伝導体
としてのフラーレン誘導体、造孔剤（ＣａＣＯ3）との
混合物からなる混合層であり、本実施の形態のガス拡散
性電極は、上記触媒層１０と、多孔性のガス透過性集電
体としての例えばカーボンシート１１とからなる多孔性
のガス拡散性電極体である。又、本実施の形態のガス拡
散性電極体を用いた第１極(例えば酸素極)と、第２極
(例えば水素極)との間には、フラーレン誘導体を加圧成
形してなる（或いはナフィオンからなる）膜状のイオン
伝導部５が挟着されている。
【０１０７】そして、この燃料電池は、図４に示すよう
に、互いに対向する、端子１４及び１５付きの本実施の
形態のガス拡散性電極を用いた負極（燃料電極又は水素
電極）１６及び正極（酸素電極）１７を有し、これらの
両電極間に上記フラーレン誘導体等からなるイオン伝導
部(プロトン伝導体膜)５が挟着されている。但し、本実
施の形態のガス拡散性電極は必ずしも負極に用いる必要
はない。そして、使用時には、負極１６側ではＨ2流路
１２中に水素が通され、燃料（Ｈ2）が流路１２を通過
する間に水素イオンを発生し、この水素イオンは負極１
６で発生した水素イオン及びイオン伝導部（イオン交換
膜）５で発生した水素イオンと共に正極１７側へ移動
し、そこでＯ2流路を通る酸素（又は空気）と反応し、
これにより所望の起電力が取り出される。
【０１０８】なお、かかる燃料電池は、上記本実施の形
態のガス拡散性電極が上記第１極及び／又は第２極を構
成しているので、良好な触媒作用を有しており、また上
記触媒とガス（Ｈ2など）との接触面積が十分に確保さ
れるので、反応に寄与する上記触媒の比表面積が大きく
なり、触媒能も向上して、良好な出力特性が得られる。
【０１０９】また、負極１６中で水素イオンが解離し、
またイオン伝導部５で水素イオンが解離しつつ、これら
の水素イオンが正極１７側へ移動するので、乾燥状態で
も水素イオンの伝導率が高いという特徴がある。従っ
て、加湿装置等は不必要となるので、システムの簡略
化、軽量化を図ることができ、更に電流密度及び出力特
性等、電極としての機能の向上を図ることができる。
【０１１０】なお、上記フラーレン誘導体を加圧成形し
て得られる膜状の上記フラーレン誘導体のみからなる
（上記第１極と、第２極とに挟持された）イオン伝導部
に代わり、結合剤によって結着されているフラーレン誘
導体をイオン伝導部５に用いてもよい。この場合、結合
剤によって結着されることによって、強度の十分なイオ
ン伝導部を形成できる。
【０１１１】ここで、上記結合剤として使用可能な高分
子材料としては、公知の成膜性を有するポリマーの１種
又は２種以上が用いられ、そのイオン伝導部中の配合量
は、通常、４０重量％以下に抑えるのがよい。４０重量
％を超えると、水素イオンの伝導性を低下させる恐れが
あるからである。
【０１１２】このような構成のイオン伝導部も、上記フ
ラーレン誘導体をイオン伝導体として含有するので、上
記した実質的にフラーレン誘導体のみからなるイオン伝
導体と同様の水素イオン伝導性を発揮することができ
る。
【０１１３】しかも、フラーレン誘導体単独の場合と違
って高分子材料に由来する成膜性が付与されており、フ
ラーレン誘導体の粉末圧縮成形品に比べ、強度が大き
く、かつガス透過防止能を有する柔軟なイオン伝導性薄
膜（厚みは通常３００μｍ以下）として用いることがで
きる。
【０１１４】なお、上記高分子材料としては、水素イオ
ンの伝導性をできるだけ阻害（フラーレン誘導体との反
応による）せず、成膜性を有するものなら、特に限定は
しない。通常は電子伝導性をもたず、良好な安定性を有
するものが用いられ、その具体例を挙げると、ポリフル
オロエチレン、ポリビニルアルコール等があり、これら
は次に述べる理由からも、好ましい高分子材料である。
【０１１５】まず、ポリテトラフルオロエチレンが好ま
しいのは、他の高分子材料に比べ、少量の配合量で強度
のより大きな薄膜を容易に成膜できるからである。この
場合の配合量は、３重量％以下、好ましくは０.５〜１.
５重量％と少量ですみ、薄膜の厚みは通常、１００μｍ
から１μｍまでと薄くできる。
【０１１６】又、ポリビニルアルコールが好ましいの
は、より優れたガス透過防止能を有するイオン伝導性薄
膜が得られるからである。この場合の配合量は５〜４０
重量％の範囲とするのがよい。
【０１１７】なお、ポリフルオロエチレンにせよ、ポリ
ビニルアルコールにせよ、それらの配合量が上述したそ
れぞれの範囲の下限値を下回ると、成膜に悪影響を及ぼ
すことがある。
【０１１８】本実施の形態の各フラーレン誘導体が結合
剤によって結着されてなるイオン伝導部の薄膜を得るに
は、加圧成形や押出し成形を始め、公知の成膜法を用い
ればよい。
【０１１９】また、本実施の形態の電気化学デバイスに
おいて、本実施の形態のガス拡散性電極に挟着されるイ
オン伝導体は、特に限定されるべきものではなく、イオ
ン（水素イオン）伝導性を有するものならばいずれのも
のも使用可能であり、例示するならば、水酸化フラーレ
ン、硫酸水素エステル化フラレノール及びナフィオン等
が挙げられる。また、上記結合剤をガス拡散性電極の撥
水性樹脂として使用可能である。
【０１２０】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明する。実施例１ 本実施例においては、撥水性被膜形成カーボン粉体又は
粒体を５０重量パーセント混合させたガス拡散性電極
（触媒層）を形成し、これを酸素電極として用いる一
方、撥水性被膜を有しないカーボン粉体又は粒体を用い
る以外は酸素極と同様に構成した燃料電極を有する燃料
電池の連続運転時における出力特性を測定した。
【０１２１】酸素電極を形成するには、撥水性被膜形成
カーボン粉体又は粒状（粒径３０〜４０ｎｍ）０．３ｇ
及び通常のカーボン粉体又は粒体（粒径３０〜４０ｎ
ｍ）０．３ｇ、白金微粒子０．０７ｇを、溶媒ＮＭＰ
（Ｎ−メチルピロリドン）４０ｇ中に分散させた塗料
を、スピンコート法によって、初めは、５００ｒｐｍで
５秒間滴下し、その後、１０００ｒｐｍで３０秒間滴下
することによって層を形成し、更に、１２０℃で加熱乾
燥して形成した。なお、上記触媒層の厚さは５００ｎｍ
とした。
【０１２２】又、撥水性被膜形成カーボン粉体又は粒体
の撥水性被膜の厚さは、１０ｎｍ〜数十ｎｍの範囲に収
まるものとし、撥水性被膜形成カーボン粉体又は粒体と
被膜なしのカーボン粉体又は粒体との配合比は重量比で
１：１とした。又、触媒（白金等）の混合量は、ガス透
過性集電体（カーボンシート）を除くガス拡散性電極の
１０重量パーセントとした。さらに、撥水性被膜を形成
するには、例えばテフロン溶液にカーボン粉体等を浸し
た後に乾燥した。このテフロンが被膜された撥水性被膜
形成カーボン粉体又は粒体の総量に対して、撥水性テフ
ロンの割合を３０重量パーセントとした。そして、この
撥水処理されたカーボン粉体又は粒体と、撥水処理され
ていないカーボン粉体又は粒体とを混合した。燃料電極
は、撥水性処理していないカーボン粉体又は粒体を用い
ること以外は酸素電極と同様に作製した。
【０１２３】そして、上記の工程によって得られたガス
拡散性電極を、ナフィオンからなるイオン交換膜（プロ
トン伝導部）（以下、同様）と集電電極との間に設置
し、燃料電池セルとして水素ガス、酸素ガスを導入する
ことにより、燃料電池の出力を測定した。即ち、この測
定は、燃料電極に水素ガスを、酸素電極に空気を、それ
ぞれ流通させる条件下で行った。そして、出力について
は、時間に対する電圧の変化を観測した。
【０１２４】比較例１ 次に、撥水性被膜形成カーボン粉体又は粒体を混合させ
ない触媒層からなる酸素電極を用いた以外は実施例１と
同様に燃料電池を作製し、実施例１と同様に出力特性の
測定を行った。
【０１２５】次に、上記の実施例１及び比較例１の出力
特性の結果を図８に示す。
【０１２６】これによれば、実施例１の燃料電池におい
ては、０．６Ｖの初期電圧が、６０分後には０．５５Ｖ
になったが、比較的安定した出力電圧を維持した。即
ち、時間の経過に伴う出力電圧の低下は小さかった。
【０１２７】しかし、比較例１では、０．６Ｖの初期出
力電圧が、６０分後には、０．４Ｖになってしまい、実
施例１の結果よりも出力電圧の低下が大きくなった。
【０１２８】この結果から、本発明に基づいて撥水性被
膜形成カーボン粉体又は粒体と通常のカーボン粉体又は
粒体とを混合してなるガス拡散性電極を用いた場合、通
常のカーボン粉体又は粒体からなる従来のガス拡散性電
極を用いる場合と比べて、長時間にわたって出力電圧が
高く保持できることがわかった。
【０１２９】なお、実施例１において、触媒層を下地層
上に形成した。この下地層は、導電性カーボン粉体又は
粒体１．５ｇ、バインダー（ポリフッ化ビニリデン）
０．４ｇを溶媒ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）３６ｇ
中に分散させた塗料を、ドクターブレード法によって、
ガス透過性集電体（カーボンシート）上に塗布し、その
後、１２０℃で加熱乾燥して形成した。なお、上記下地
層の厚さは１０μｍとした。この下地層上に触媒層を実
施例１と同様に形成し、他は同様にして燃料電池を作製
したところ、実施例１と同様の出力特性が得られた。
【０１３０】以上、本発明の実施の形態及び実施例を説
明したが、これらは、本発明の技術的思想に基いて更に
変形が可能である。
【０１３１】例えば、上記の電気化学デバイスは、Ｈ2
等の分解のみならず、分解や合成の製造過程を逆にする
ことによって、例えば、Ｈ2やＨ2Ｏ2の製造に適応させ
ることができる。
【０１３２】
【発明の作用効果】本発明によれば、触媒物質と、導電
性粉体又は粒体とからなるガス拡散性電極体において、
撥水性被膜を有する第２の導電性粉体又は粒体が更に混
合されているので、この第２の導電性粉体又は粒体の撥
水性被膜によって、ガス拡散性電極体に生じる生成水が
効果的に撥水され、導電性粉体又は粒体に付着せずに排
出されることになり、このために、生成水によってガス
の透過が妨げられることなくガス拡散性電極体内への十
分ガス透過能が確保できる。
【０１３３】更に、上記のガス拡散性電極体は、撥水性
被膜を有する第２の導電性粉体又は粒体を、その他の材
料とを分散媒中で混合し、この混合物を乾燥することに
よって形成できるので、複雑な製造工程を必要とせず
に、比較的簡易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における燃料電池の部分詳
細断面図である。
【図２】同、ガス拡散性電極の製造過程の一部を示す断
面図である。
【図３】同、導電性カーボン粉体又は粒体の一例を示す
断面図である。
【図４】同、燃料電池の概略構成図である。
【図５】同、導電性カーボン粉体又は粒体の別の一例を
示す断面図である。
【図６】同、使用可能なフラーレン誘導体の一例である
ポリ水酸化フラーレンの構造図である。
【図７】同、フラーレン誘導体の例を示す模式図であ
る。
【図８】同、燃料電池の出力特性を示す図である。
【符号の説明】
１…カーボン粉体又は粒体（炭素質材料粉体）、２…白
金、３…イオン伝導体、４…負荷、５…イオン伝導部
(プロトン伝導体膜)、６…白金粉体、７…燃料側、８…
空気側、９…グラファイト、１０…ガス拡散性電極（触
媒層）、１１…ガス透過性集電体（カーボンシート）、
１２…Ｈ2流路、１３…Ｏ2流路、１４、１５…端子、１
６…負極、１７…正極、１８…撥水性被膜、２６…撥水
性被膜形成カーボン粉体又は粒体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今里 峰久 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 山浦 潔 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 白井 克弥 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 久山 純司 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 4K011 AA12 AA31 5H018 AA06 AS02 AS03 BB00 BB06 BB12 CC06 DD08 EE03 EE05 EE19 HH05 5H026 AA06 BB03 BB08 CC03 CX04 EE02 EE05 EE19 HH05

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 触媒物質と、第１の導電性粉体又は粒体
    とからなり、撥水性被膜を有する第２の導電性粉体又は
    粒体が更に混合されてなるガス拡散性電極体。
  2. 【請求項２】 前記撥水性被膜を有する前記第２の導電
    性粉体又は粒体が凝集してチェーン構造を構成する、請
    求項１に記載のガス拡散性電極体。
  3. 【請求項３】 前記撥水性被膜を有する前記第２の導電
    性粉体又は粒体が１〜８０重量％混合されている、請求
    項１に記載のガス拡散性電極体。
  4. 【請求項４】 前記撥水性被膜がフッ素系樹脂からな
    り、前記第１及び／又は第２の導電性粉体又は粒体がカ
    ーボン粒子である、請求項１に記載のガス拡散性電極
    体。
  5. 【請求項５】 前記触媒物質が粉体又は粒体として、或
    いは前記第１の導電性粉体又は粒体を被覆した状態で混
    合されている、請求項１に記載のガス拡散性電極体。
  6. 【請求項６】 触媒物質と、第１の導電性粉体又は粒体
    と、撥水性被膜を有する第２の導電性粉体又は粒体とを
    分散媒中で混合し、この混合物を乾燥するガス拡散性電
    極体の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記撥水性被膜を有する前記第２の導電
    性粉体又は粒体を凝集させて前記チェーン構造を構成す
    る、請求項６に記載のガス拡散性電極体の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記撥水性被膜を有する前記第２の導電
    性粉体又は粒体を１〜８０重量％混合する、請求項６に
    記載のガス拡散性電極体の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記撥水性被膜をフッ素系樹脂とし、前
    記第１及び／又は第２の導電性粉体又は粒体をカーボン
    粒子とする、請求項６に記載のガス拡散性電極体の製造
    方法。
  10. 【請求項１０】 前記触媒物質を粉体又は粒体として、
    或いは前記第２の導電性粉体又は粒体を被覆した状態で
    混合する、請求項６に記載のガス拡散性電極体の製造方
    法。
  11. 【請求項１１】 第一極と、第二極と、これらの両極間
    に挟持されたイオン伝導体とからなり、触媒物質と、第
    １の導電性粉体又は粒体とからなり、撥水性被膜を有す
    る第２の導電性粉体又は粒体が更に混合されてなるガス
    拡散性電極体が、前記第一極及び第二極のうち少なくと
    も前記第一極を構成している電気化学デバイス。
  12. 【請求項１２】 前記撥水性被膜を有する前記第２の導
    電性粉体又は粒体が凝集してチェーン構造を構成する、
    請求項１１に記載の電気化学デバイス。
  13. 【請求項１３】 前記撥水性被膜を有する前記第２の導
    電性粉体又は粒体が１〜８０重量％混合されている、請
    求項１１に記載の電気化学デバイス。
  14. 【請求項１４】 前記撥水性被膜がフッ素系樹脂からな
    り、前記第１及び／又は第２の導電性粉体又は粒体がカ
    ーボン粒子である、請求項１１に記載の電気化学デバイ
    ス。
  15. 【請求項１５】 前記触媒物質が粉体又は粒体として、
    或いは前記第１の導電性粉体又は粒体を被覆した状態で
    混合されている、請求項１１に記載の電気化学デバイ
    ス。
  16. 【請求項１６】 前記第一極及び第二極の少なくとも一
    方がガス電極である、請求項１１に記載の電気化学デバ
    イス。
  17. 【請求項１７】 燃料電池として構成されている、請求
    項１１に記載の電気化学デバイス。
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