JPH01311568A - 燃料電池用電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は燃料電池用電極に係り、特にはっ水性に優れ
る燃料電池用電極に関する。

〔従来の技術〕

燃料電池は燃料の持つ化学エネルギーを直接電気エネル
ギーに変換するものであり、その構成は第５図に示すよ
うな電極６を例えばリン酸よりなるマトリックス層をは
さんで配置し、外部のガス供給系より前記各電極へ燃料
ガスおよび酸化剤ガスを供給し、各電極の電極触媒上で
燃料ガスおよび酸化剤ガスを電気化学的に反応させ、そ
の結果として系外に電気エネルギーを取り出す発電装置
の一種である。

電極６は多孔質のカーボン基材４の上に電極触媒層５を
結着させて構成される。電極触媒層５は触媒担体２の表
面に貴金属微粒子１を担持させた触媒微粒子７がフッ素
樹脂の微粒子３により結着されて形成される。この電極
触媒層５の内部ではカーボン基材側からのガスとマトリ
ックス層からの電解液とが接触し、三層界面が形成され
、電気化学的反応が進行する。

この電気化学的反応を効率良く安定して行わせるために
は、電極触媒層内の触媒微粒子と電解液とガスが接する
三層界面を多く、しかも安定して保つ必要があり、また
反応により生じるイオンの移動をスムーズに行わせるた
めマトリックスには充分な電解液を保つ必要がある。そ
のためには触媒層の電解液によるぬれ程度をたとえば、
はっ水性の高いフッ素樹脂によりはっ水性をコントロー
ルし、マトリックス層８については電解液で濡れやすく
している。

また、カーボン基材については触媒層での三層界面、マ
トリックス層でのイオンの移動に必要な電解液が流失す
るのを防ぐと共にカーボン基材側から電極触媒層へ送り
込む反応ガスの透過性を良好に保つために基材の電解液
による基材孔の閉塞を防止する必要がある。従来、電解
液の流失と基材孔閉塞防止のために基材をはう水性の高
いフッ素樹脂により処理を行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし上述のようなフッ素樹脂によるカーボン基材のは
っ水処理においては、処理に均一性を欠きやすく、その
ために電解液の流失およびカーボン基材の閉塞等がおき
やすく信頼性に欠けるという問題があった。

この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的はカーボ
ン基材への電解液の移動を防止することにより信頼性に
優れる燃料電池用電極を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕 上述の目的はこの発明によれば、電極触媒層をカーボン
基材に結着してなる燃料電池用電極において、電極触媒
層とカーボン基材の間にフッ素樹脂を用いた多孔質のは
う水層１０を備えることにより達成される。

はっ水層はフッ素樹脂繊維の網によりまたフッ素樹脂に
より表面処理を施された網で構成することができる。

〔作用〕

フッ素樹脂のはっ水作用による電極触媒層よりカーボン
基材への電解液の移動が防止される。

〔実施例〕

次にこの発明の実施例を図面に基づ、いて説明する。

（実施例１） 第１図はこの発明の実施例に係る電極の模式断面図であ
る。これは電極数□媒層５とカーボン基材４との間には
う水層１０が設けられている。このような電極は次のよ
うにして調製することができる。

容量で０．１％の非イオン界面活性剤を含む水溶液の４
００−を調製する。アセチレンブラックなどのカーボン
ブランク触媒担体２に白金を１０重量％の割合で担持さ
せた触媒微粒子７を１０ｇ１ｌ製する。

この触媒微粒子７を前記界面活性剤の水溶液に加え、続
いて重量で５％の界面活性剤を含むＰＴＦＥのディスバ
ージョン　（ＰＴＦＥを６０重量％の割合で含む）１０
−を加え超音波を用いてよく分散させる。

上記の方法で得られた分散系を温度６０℃乃至１００℃
で攪拌しながら加熱濃縮する。水分は約３６０−を蒸発
させると、粘度の高い混合濃縮物が得られる。

次に混合濃縮物を双腕型ニーダを用いてよく混練する。

このときＰＴＦＥの微粒子は繊維化されよく絡み合う、
ニーダは回転速度５０ｒｐｍで４分乃至５分間運転され
る。この工程ではＰＴＦＥ微粒子の繊維は一定の方向に
そろうことがなく勝手な向きで絡み合っている。

混線によって得られたペーストを押出成型機を用゛いて
厚さ５鶴×幅２００ｍｋ長さ５０ｍの板状成型体を押出
す、この押出し成型ではＰＴＦＥの微粒子は一定の方向
に向きをそろえて配向される。この配向性により電極触
媒層のシートはその機械的強度を増す、この押出成型は
次のカレンダロール工程の予備工程としての意味もあわ
せ持つ。

押出し成型で５謹厚に成型された板状成型体は、カレン
ダロールを用いてＱ、２鶴厚のシート状電極触媒層に成
膜される。

次にあらかじめ３％のフッ素樹脂ディスバージョンに空
孔が約７０％のカーボン基材を浸漬後３５０〜３７０℃
で焼成してはっ水処理ししである多孔質カーボン基材に
５Ｏｎのフッ素樹脂繊維からなる綱（編み目５０ｎ）を
乗せ、さらに前記電極触媒層を載置して温度３５０〜３
７０℃、圧力２〜２０ｋｇ／−でプレス結着してはっ水
層１０を有する燃料電池用電極６が調製される。５０ｎ
のフッ素樹脂繊維からなる＊　（編み目５０ｉ１ｍ）に
かえて２０＃ｓのフッ素樹脂繊維からなる１１　（Ｉみ
目２０＃Ｉｌ）を使用することもできる。

（実施例２） あらかじめ３％のフッ素樹脂ディスパージランに空孔が
約７０％のカーボン基材を浸漬後３５０〜３７０℃で焼
成してはっ水処理しである多孔質カーボン基材に５ｊｒ
ｍのフッ素樹脂でコーティングした繊維径が５０ＪｎＡ
の炭素繊維からなる綱（編み目５０μ）を乗せ、さらに
実施例１で述べた電極触媒層を載置して温度３５０〜３
７０℃、圧力２〜２０ｋｇ／−でプレス結着してフッ素
樹脂被膜１０Ａとカーボン繊維１０Ｂからなるはっ水層
１０を備える電極６が調製される。　５０−の炭素繊維
のかわりに２０−の炭素繊維からなる網（Ｉみ目２０ｎ
）を用いることもできる。

第３図に実施例の電極（曲線Ａ、Ｂ）と従来の電極（曲
線Ｃ）につき電流密度と出力電圧との関係が示される０
曲！１ＩＩＡは実施例１，２において５０−の繊維から
なるｍ　（＆Ｗみ目５０−）を使用した場合の特性１曲
、％１ＪＩＢは実施例１．２において２０−の繊維から
なるｆｉ４（Ｗみ目２０−）を使用した場合の特性であ
る。はっ水層１０を有する電極の特性が良好であること
がわかる。

第４図は実施例の電極（曲線り、Ｅ）と従来の電極　（
曲線Ｆ）とにつき３００ａ＋Ａ　／−の電流密度で放電
したときの放電時間と出力電圧の関係を示す線図である
０曲Ｌｍ　Ｄは実施例１，２において５０ｎの繊維から
なるｙ４＜編み目５０μ）を使用した場合の特性２曲線
Ｅは２０Ｂの繊維からなる網（績み目２０！ｎａ）を使
用した場合の特性である。はっ水層１０を有する電極の
信頼性が高いことがわかる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、電極触媒層をカーボン基材に結着し
てなる燃料電池用電極において、電極触媒層とカーボン
基材の間にフッ素樹脂を用いた多孔質のはっ水層を備え
るので電極触媒層からカーボン基材への電解液の移動が
防止され電解液の流失やカーボン基材の閉塞等がなくな
って燃料電池運転の特性および信頼性の向上を図ること
ができる。

またはっ水層の存在により電極触媒層とカーボン基材と
の接着性が向上して、接触電気抵抗を下げることも可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の電極を示す模式断面図、第２図は
第２実施例の電極を示す模式断面図、第３図は燃料電池
の電流密度と出力電圧との関係を示す線図、第４図は燃
料電池の放電時間と出力電圧との関係を示す線図、第５
図は従来の電極を示す模式断面図である。 １：貴金属微粒子、２：触媒担体、３：フッ素樹脂の微
粒子、４：カーボン基材、５：電極触媒層、６：電極、
７；触媒微粒子、８：マトリックス層、１０：はっ水層
、１０Ａ：フッ素樹脂被膜、１０Ｂ；カーボン繊維。 電流π度（１価・う 第３図 １１暇’ＦＩＭ（ｈと） 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）電極触媒層をカーボン基材に結着してなる燃料電池
   用電極において、電極触媒層とカーボン基材の間にフッ
   素樹脂を用いた多孔質のはっ水層を備えることを特徴と
   する燃料電池用電極。