JP2005276847A - 高分子固体電解質・電極接合体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電極の表面に、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンとその多孔質空隙部に含有された高分子固体電解質樹脂とからなる高分子固体電解質を高分子固体電解質の溶媒又は溶液を用いて一体に形成した高分子固体電解質・電極接合体。特に高分子固体電解質型燃料電池用の高分子固体電解質・電極接合体。上記の高分子固体電解質の両面に電極を一体に形成してもよい。
【選択図】 図1
Description
更に、カソードアノードの接合に対しても同様の方法が適用できる。即ち、前記のようにして電極/膜接合体をカソード、アノードそれぞれに対して準備するか、又はいずれか一方を準備した後、その膜側の表面かまたはそれと接する対向電極の表面に高分子固体電解質溶液をバインダーとして適量塗布した後、つき合わせ、溶剤を除去し、加熱することによりカソード/膜/アノード接合体またはカソード/膜/膜/アノード接合体を得ることができる。勿論、電極/膜接合体を準備した後ではなく、電極/膜/電極を一工程で構成することも可能である。即ち、下記の如くして電極/膜/電極接合体を製造することもできる。
(ii) 電極上に延伸多孔質PTFE膜を配置した後、その表面に高分子固体電解質樹脂溶液を塗布含浸させ、さらにその表面に同様の電極/高分子固体電解質接合体または電極を配置し、次いで溶媒を除去し、その後熱処理する。
(iv) 予め延伸多孔質PTFE膜の空隙部に高分子固体電解質樹脂溶液を含浸し、溶媒を除去して得た延伸多孔質PTFE膜・高分子固体電解質樹脂−複合電解質を用意し、その表面または電極面に高分子固体電解質樹脂の溶媒または溶液を塗布した後、その複合電解質の両面に電極を配置し、溶媒を除去した後、熱処理する。
(i)カーボンペーパー、金属繊維不織布、メッシュ等の集電体上に、触媒粉末とPTFE、またはこれに更に高分子固体電解質樹脂等を加えた混合粉末をプレスしたもの、
(ii)(i)と同様の混合成分を有するペーストをやはり同様集電体上に塗布成形したもの、
(iii)(i)と同様の混合物をキャスト等により膜状に成形したもの、
(iv)(i)と同様成分を押出またはロール圧延等の手段によりシート状に成形したもの
などが挙げられるが、特にこれにこだわるものではない。さらに逆に、前述したようにEPTFEの空隙中に高分子固体電解質を含浸した後、その表面に(i)と同様の混合成分を有するペースト状物あるいはインク状物を塗布して形成した様なものであっても良い。
延伸多孔質PTFE膜に樹脂溶液を塗布含浸する場合、樹脂の分子量や溶媒の種類によっては含浸しにくいことがあるが、この場合、濃度調整や界面活性剤の添加、延伸多孔質PTFE膜の表面処理など、適宜適切な処理をすればよい。
本発明の高分子固体電解質・電極接合体を各種の電気化学装置に使用する態様は従来の装置と同様であることができる。
グラファイト95%、PTFE5%から成るシート状のリチウムイオン電池用黒鉛電極の表面に架橋剤を加えたアルキレンオキサイド重合体オリゴマー及び塩素酸リチウムの混合溶液を塗布した後、膜厚3μm、空孔率93%の延伸多孔質PTFE(ジャパンゴアテックス製;ゴアテックス)をその表面に固定し、その上から電極に塗布したのと同じ溶液を塗布含浸した後UVランプを照射し架橋して電極/電解質接合体を得た。
カーボンブラック65%、PTFE35%から成る混合物に液状潤滑剤としてのソルベントナフサを混合した後押出、圧延シート化後液状潤滑剤を加熱除去すると同時に5倍に延伸し、さらにロールを通して膜厚を1/5にした後350℃で加熱焼成して、膜厚50μm、孔径1μm、空孔率78%の導電性通気性シートを得た。このシートをテフロン(デュポン社の登録商標)含浸処理をした厚さ0.2mmのカーボンペーパーにホットプレスにより接着して、カーボンペーパーを集電体とする、ガス拡散層を形成した。
膜厚15μmの実施例2で使用したのと同じ延伸多孔質PTFEシートの4辺を固定した後、濃度5%のパーフロロスルフォン酸樹脂溶液を塗布含浸乾燥した。これを3回くりかえして、完全に半透明の延伸多孔質PTFE/パーフロロスルフォン酸樹脂複合膜を得た後、更にパーフロロスルフォン酸樹脂溶液を塗布し、直後に実施例2で使用したのと同じ高分子固体電解質型燃料電池の電極を接着した後溶媒を除去し、さらに130℃24時間加熱して本発明の接合体Bを得た。
実施例3に於いて最後にパーフロロスルフォン酸樹脂溶液を塗布する代わりに、電極にイソプロピルアルコール(IPA)を塗布し、直後に延伸多孔質PTFE/パーフロロスルフォン酸樹脂複合膜に接着した他は同様にして本発明の接合体Cを得た。
実施例5
実施例2で作製した接合体Aを2枚用意し、その内の1枚のパーフロロスルフォン酸樹脂膜の表面に濃度2%のパーフロロスルフォン酸樹脂溶液を塗布した後、間に空気の入らないように2枚をパーフロロスルフォン酸樹脂膜面をつき合わせて圧着し、風乾により溶剤を除去した後130℃24時間加熱して本発明の電極/膜/膜/電極接合体AAを得た。
膜厚30μmの延伸多孔質PTFEを使用した他は、実施例3と同様にして延伸多孔質PTFE/パーフロロスルフォン酸樹脂を得た後更にその両面に濃度2%のパーフロロスルフォン酸樹脂溶液を塗布し、続いて実施例2で使用したのと同じ高分子固体電解質燃料電池の電極2枚で挟み込むようにして圧接し、続いて風乾により溶媒を除去した後、130℃24時間加熱して、本発明の電極/膜/電極接合体を得た。
実施例2で作成したのと同じ高分子固体電解質燃料電池の電極の上に、厚さ40μm、空隙率92%の延伸多孔質PTFEを固定した後、濃度5%のパーフロロスルフォン酸樹脂溶液を塗布乾燥した。これを3回繰り返した後、4回目を塗布した後乾燥せずに、もう1枚の電極を圧接し、風乾により溶媒を除去し、130℃24時間加熱して本発明の電極/膜/電極接合体を得た。
実施例5で得た接合体AAを使用してその片面に加湿した水素を供給し、もう1方の面に酸素を供給し、80℃加熱下で燃料電池として作動させたところ1A/cm2 で0.78Vの性能が得られた。
2 電極
3 微小結節
4 微細繊維
7,8 集電体
9,10 セパレータ
11,12 ガス供給溝
Claims (2)
- 電極の表面に、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレンとその多孔質空隙部に含有された高分子固体電解質樹脂とからなる高分子固体電解質を一体に形成したことを特徴とする高分子固体電解質・電極接合体。
- 前記高分子固体電解質の両面に電極を一体に形成したことを特徴とする請求項1記載の高分子固体電解質・電極接合体。
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CN110875493A (zh) * | 2018-09-03 | 2020-03-10 | 丰田自动车株式会社 | 复合固体电解质层及其制造方法以及全固体电池的制造方法 |
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2005
- 2005-06-13 JP JP2005173015A patent/JP2005276847A/ja active Pending
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