JPH03203164A - 固体高分子電解質膜と電極との接合体の活性化処理方法 - 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〉 本発明は、固体高分子電解質膜と電極との接合体の活性
化処理方法に関し、その接合体を燃料電池や水電解等に
用いた場合に電池反応の効率が向上するように工夫した
ものである。

〈従来の技術〉 燃料電池は、資源の枯渇問題を有する石化燃料を使う必
要がない上、騒音をほとんど発生せず、エネルギの回収
効率も他のエネルギ機関と較べて非常に高くできる等の
優れた特徴を持っているため、例えばビルディング単位
や工場単位の比較的小型の発電プラン）・どして利用さ
れている。

近年、この燃料電池を車載用の内燃機関に代えて作動す
るモータの電源として利用し、とのモータにより車両等
を駆動することが考えられている。この場合に重要なこ
とは、反応によって生成する物質をできるだけ再利用す
ることは当然のこととして、車載用であることからも明
らかなように、余り大きな出力は必要でないものの、全
ての付帯設備と共に可能な限り小型であることが望まし
く、このような点から固体高分子電解質型燃料電池が注
目されている。

ここで、−例として固体高分子電解質燃料電池本体の基
本構造を第３図を参照しながら説明する。同図に示すよ
うに、電池本体０１は固体高分子電解質膜０２の両側に
ガス拡散電極０３Ａ、０３Ｂが接合されることにより構
成されている。そしてこの接合体は、固体高分子電解質
膜０２の両側にガス拡散電極０３Ａ、０３Ｂを合せた後
、ホットプレス等することにより製造される。また、ガ
ス拡散電極０３Ａ、０３Ｂはそれぞれ反応膜０４Ａ。

０４Ｂ及びガス拡散膜０５Ａ、０５Ｂが接合されたもの
であり、電解質膜０２とは反応膜０４Ａ、０４Ｂの表面
が接触している。したがって、電池反応は主に電解質膜
０２と反応膜０４Ａ、０４Ｂとの間の接触面で起こる。

例えばガス拡散電極０３Ａを酸素極、ガス拡散電極０３
Ｂを水素極とし、各々のガス拡散膜０５Ａ、０５Ｂを介
して酸素、水素を反応膜０４Ａ、０４Ｂ側へ供給すると
、各反応膜０４Ａ、０４Ｂと電解質膜０２との界面で次
のような反応が起こる。

反応膜０４Ａの界面： ０　＋４８”＋４　ｅ　−２ＨＯ 反応膜０４Ｂの界面： ２Ｈ−４Ｈ＋４ｅ ここで、４には電解質膜０２を通って水素極から酸素極
へ流れるが、４ｅは負荷０６を通って水素極から酸素極
へ流れることになり、電気エネルギーが得られる。

〈発明が解決しようとする課題〉 上述した構成の燃料電池本体０１では、電池反応は主に
、電解質膜０２と各反応膜０４Ａ、。

０４Ｂとの接触面で起こるので、電池性能を向−ヒさせ
るには電極自体を大きくしなければならないという問題
がある。

すなわち、例えば燃料電池の小型化を追求するためには
、上述した電池本体０１の単位体積当りの電池反応の向
上が必須となる。これは、水電解等を行う場合にも同様
である。

本発明はこのような事情に鑑み、燃料電池や水電解等に
用いた場合の電池反応効率を大３− 一４＝ 幅に向上させる、固体高分子電解質膜と電極との接合体
の活性化処理方法を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 前記目的を達成する本発明に係る固体高分子電解質膜と
電極との接合体の活性化処理方法は、反応膜とガス拡散
膜とからなる２枚のガス拡散電極の反応膜側を固体高分
子電解質膜の両側に接合してなる接合体を、上記固体高
分子電解質膜のガラス転位温度以上でその分解温度未満
の温度範囲で、加熱処理することを特徴とする。

本発明で、ガス拡散電極は反応膜とガス拡散膜とを接合
してなるものなどをいい、従来から知られているもの（
例えば、特開昭６２１５４５７１号公報）でよい。ここ
で、反応膜は一般に、例えば白金金属及び／又はその酸
化物の他、Ｐｔ、Ｐｄ及び／又はＩｒ等にＲｕ。

Ｓｎ等を合金化したもの等からなる触媒あるいはこのよ
うな触媒を担持させた親水性カーボン微粒子をフッ素樹
脂等に分散させたものである。

また、本発明で固体高分子電解質膜とは、水が共存して
も液体にならない電解質をいい、例えばパーフルオロス
フオン酸ホリマー膜（ナフィオン：商品名）を挙げるこ
とができる。

本発明では、このようなガス拡散電極と固体高分子電解
質膜との接合体を、３咳固体高分子電解質膜のガラス転
位温度以上でその分解温度未満の温度で加熱処理する。

これにより接合体の活性化を図ることができ、例えば燃
料電池、電解などに用いた場合に電池反応の効率が向上
するという効果を奏する。

このように接合体が活性化される理由は明らかではない
が、接合体の製造過程において汚染した触媒が活性化さ
れ、さらに電極中の換水性物質の安定化されると共にそ
の突孔が清掃化されるなどの理由が考えられる。

本発明の加熱処理は、上記範囲の温度で上述した効果が
発揮されるように行えば、その方法等は特に限定されず
、例えば固体高分子電ｍ質ｙとしてパーフルオロスルフ
ォン酸ポリマー膜を用いた場合には、後述の試験例から
も明らかなように１３０〜２８０℃で例えば３０〜６０
分間程度処理すればよい。

く実　施　例〉 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

親水性カーボンブラック及びポリテトラフルオロエチレ
ンからなる親水性反応膜と、疎水性カーボンブラック及
びポリテトラフルオロエチレンからなる疎水性ガス拡散
膜とからなるガス拡散電極（厚さ０．６ｍｎａ）の反応
膜側に、塩化白金酸化還元法によＦ）　Ｐ　ｔ　０．５
６ｍｇ／ｃｎｒを担持させた。

このような２枚のガス拡散電極の間に、０．１７ｍｍ厚
のパーフルオロスルフォン酸ポリマー膜（ナフィオン：
デュポン社製）をはさみ、１２０〜１３０℃で６０秒間
、６０ｋｇ／ｅｆの条件でホヅトプレスし、接合体とし
た。

そして、この接合体を１００℃、１５０℃。

２００℃、２５０℃及び３００℃でそれぞれ３０分間、
また、１５０℃、２００℃、２５０℃でそれぞれ６０分
間加熱処理した。

このようにして製造しノこ各接合体をそれぞれ２枚のガ
スセパレータで挾持し、発電試験を行った。第１図はそ
の状態を概念的に示したものである。

第１図中、１は固体高分子電解質膜、２Ａ。

２Ｂはガス拡散電極であり、ガス拡散電極２Ａ。

２Ｂはそれぞれ反応膜３Ａ、３Ｂ及びガス拡散膜４Ａ、
４Ｂからなる。また、５，６はガスセパレータである。

ガスセパ１ノータ５は水素極となるガス拡散電極２人に
水素を供給するための水素供給溝５ａとガス拡散電極２
Ａを冷却する冷却水を流すための冷却水供給溝５ｂとを
交互に有しており、ガスセパレータ６は酸素極となるガ
ス拡散電極２Ｔ３に酸素を供給するための酸素供給溝６
ａｔｆ！有している。

このような構成において、ガスセパレータ＝８− ５へ水素及び冷却水を供給すると共にガスセパレータ６
へ酸素を供給し、発電テストを行った。なお、酸素はガ
ス圧１ｋｇ／ｄＧ、流量２．６１１／ｗｉｎ、水素はガ
ス圧０．４ｋｇ／ｃｄＧ、流量２．　Ｏｊ　／　ｍｉｎ
とし、冷却水温度は７０℃とした。また、ガス拡散電極
２Ａ、２Ｂの有効面積は１２Ｘ１２ｃｍであった。

比較のため、加熱処理しない同様の接合体を用い、上記
実施例と同様にして発電テストを行った。

これらの結果を第２図に示す。この結果からも明らかな
ように、本発明方法により活性化処理した接合体を用い
た場合には、電池反応の効率が向上し、出力が上昇する
という効果を奏した。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明方法によると、固体高分子
電解質膜とガス拡散電極との接合体を加熱処理すること
により活性化することができるので、その接合体を燃料
電池や水電解等に用いると反応効率が増大し、高出力化
するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概念図、第２図は発電
テストの結果を示すグラフ、第３図は従来技術に係る固
体高分子電解質膜燃料電池を示すｍ急回である。 図　　面　　中、 １は固体高分子電解質膜、 ２Ａ、２Ｂはガス拡散電極、 ３Ａ、３Ｂは反応膜、 ４Ａ、４Ｂはガス拡散膜、 ５．６はガスセパレータ、 ５ａは水素供給溝、 ５ｂは冷却水供給溝、 ６ａｌよ酸素供給溝である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 反応膜とガス拡散膜とからなる２枚のガス拡散電極の反
   応膜側を固体高分子電解質膜の両側に接合してなる接合
   体を、上記固体高分子電解質膜のガラス転位温度以上で
   その分解温度未満の温度範囲で、加熱処理することを特
   徴とする固体高分子電解質膜と電極との接合体の活性化
   処理方法。