JPH0346764A - ガス拡散電極の反応層の形成方法 - 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、乾式法によるガス拡散電極特に燃料電池用の
反応層の形成方法に関する。

（従来技術とその問題点） ガス拡散電極は、燃料電池、二次電池、電気化学的リア
クタ等として幅広く利用されている。該ガス拡散電極は
、一般に親水性の反応層に、撥水性のガス拡散層を接合
し、該ガス拡散層の前記触媒層の反対側表面に集電体を
接合することにより形成されている。

ガス拡散電極の前記反応層は、一般に親水性のカーボン
ブラックとポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥ
という）と撥水性のカーボンブラックより成り、必要に
応じて触媒が担持されている。該反応層の形成方法とし
て従来は下記の２種類の方法が採用されている。

第１の方法はフィルタートランス法と称され、反応層用
原料の混合物を細孔を有する弗素樹脂シート上で濾過し
、その濾過面とカーボンペーパーを重ね、更に吸水用濾
紙に挟んで数回プレスを繰り返し、次いで例えば窒素雰
囲気炉で３００〜３５０℃で１０間分熱処理し反応層を
得る方法である。

しかしながら、該方法では熱処理あるいは焼成時に反応
層表面に亀裂が発生し、燃料電池等の電極として該ガス
拡散電極が動作する際に電解液の漏れを生ずる等の電極
の欠陥となる。これを回避するためには加圧脱水が必要
となり、反応層に強い圧力を掛けることになり十分な気
孔率を確保することが困難になる。

第２の方法はクララデイ法（特公昭６１−５１３８６号
）と称され、前記フィルタートランス法の欠点を解消し
た方法である。即ち反応層用原料混合物を濾布上で濾過
して一定サイズのケーキを形成し、該ケーキを乾式粉砕
装置で製粉し直ちにカーボンペーパーを収容したチャン
バに導き該チャンバ内に前記原料を形成し、更に反対側
を負圧に維持したカーボンペーパー上に前記原料を付着
させ加圧成形し、更に大気中で焼成を行って反応層を形
成する方法である。

該方法は亀裂が生ずる恐れは殆どないが、生成する粉末
の層厚さを均一にコントロールすることが非常に困難で
あり、熟練した高度の技術により注意深くコントロール
しても均一性の達成には限度がある。

（発明の目的） 本発明は、ガス拡散電極の反応層形成のための従来技術
の欠点つまり亀裂の発生と不均一な反応層の形成を回避
し、均一で性能の良好なガス拡散電極用反応層を形成す
る方法を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、反応層構成原料粉末を基材シート上に付着さ
せてガス拡散電極の反応層を形成する方法において、前
記反応層構成原料粉末を空気とともに、先端に噴射ノズ
ルが設置された供給管により噴射して、該ノズルから間
隙をあけて設置された分散ボールに衝突させかつ分散さ
せ該分散された前記粉末を、基材シート上に付着させる
ことにより均一な反応層を形成することを特徴とする方
法である。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明に係わるガス拡散電極の反応層の形成方法では、
原料粉末を直接カーボンペーパー等の基材シート上に噴
射するのではなく、−旦噴射用ノズルの下方に位置する
分散ボールに衝突させ分散させ該分散された粉末を前記
基材シート上に付着させ粉末層つまりガス拡散電極の反
応層を形成するものである。

一旦分散ボールで粉末噴射速度が緩和されるため多量の
粉末を高速度で一度に噴射しても、基材シートへ到達す
る粉末速度はさほど速（ならず、円滑に反応層が形成さ
れ、かつ高速供給するので供給管が前記粉末で閉塞され
ることもなくなる。

更に前記分散ボールに衝突した比較的比重の小さい前記
粉末が空中に浮遊しその状態のまま降下して前記基材シ
ート上に付着するためほぼ均一に粉末が積層し均一な反
応層を形成することができる。

本発明に使用するガス拡散電極用反応層の原料は従来使
用されているものをそのまま使用すればよく、例えば微
細な親水性カーボンブラック粉末やＰＴＦＥ粉末の混合
物を使用すればよく、この他に触媒粒子を添加してもよ
い。実際の混合の際には水及び界面活性剤を添加して前
記粉末間の混合を円滑にすることが好ましい。

原料粉末の混合撹拌用のミキサも特に限定されず、該混
合粉末を供給管を通してカーボンペーパ一方向に噴射で
きるものであればよい。又分散ボールの材質も限定され
ず、該ポールの直径は前記供給管から噴射された粉末の
殆どが衝突するよう前記供給管の内径より大きくするこ
とが好ましい。

前記ミキサ、供給管及び分散ボールを含む噴射装置の噴
射ノズルと分散ボールを前記カーボンペーパーに対して
走査させ粉末を前記カーボンペーパー上に噴射し反応層
を形成させるが、該走査方法も特に限定されず前記カー
ボンペーパー上をほぼ均一に走査できるものであればよ
い。

このように形成されたガス拡散電極の反応層は亀裂がな
くかつしかもほぼ均一に基材シート上に形成されるため
、性能のばらつきが殆どなく、長期に亘って安定した操
業が可能となる。

（実施例１） 以下、添付図面に示す本発明に使用する走査装置の一例
を示す概念図に基づいて本発明の実施例を記載するが該
実施例は本発明を限定するものではない。

平均粒径５００人の親水性カーボンブラック、平均粒径
０．５μのＰＴＦＥ、温水を７　：　３　：　１００の
割合から成る原料粉末スラリを濾過し、６０℃で乾燥し
、該混合粉末１．０ｇを、外径３ｍｍ、内径２ｍｍのＰ
ＴＦＥ製供給管ｌが連結されたミキサ中に加えて撹拌し
た。

市販のカーボンペーパー２の背面を１０１！／分で排気
しながら、前記粉末が収容された前記ミキサに２１／分
の速度で空気を流入させた。該粉末を空気とともに、前
記供給管ｌから下向きに噴射しながら該供給管１を、該
供給管ｌの下方１２ｃｍに位置する縦１１ｃｍ横１１ｃ
ｍの前記カーボンペーパー２の上方を走査させ、前記粉
末を前記供給管Ｉの下方２ｃｍに位置する直径４ｍｍの
銅製の分散ボール３に衝突させかつ分散させ、前記粉末
４を前記カーボンペーパー２上に付着させた。該走査は
前記カーボンペーパー２の外縁から１ｃｍ間隔で正方形
の渦巻き状の中心点に進むようにし、かつ前記中心点か
らは同様に１ｃｍ間隔の正方形渦巻き状に外縁へ進むよ
うにして行い、この操作を１回の走査とした。前記粉末
１ｇをカーボンペーパー２に付着させるために７回の走
査を必要とした。

ｉカー、ｔ”ンペー　パー　２をスポンジロールで成形
し、更にプレス成形し、窒素雰囲気中３３５℃で焼成を
行った。

該走査、成形及び焼成操作により、前記カーボンペーパ
ー２上に１００μのばらつきの少ない均一な粉末層（ば
らつき±３％）が形成された。

一方、前記分散ボールを存在させないこと以外は同一条
件で走査を行ったところ、前記粉末が空気とともに直接
カーボンペーパー上に噴射され、形成されている粉末層
が飛散して層の形成ができなかった。

該粉末層の飛散を防止するために噴射空気量をＩｌ／分
に減少させたところ、前記供給管内に原料粉末が詰まり
易（なり、又前記ノズルからの分散が悪く、塊状で噴射
され粉末層の形成は不可能であった。

（実施例２） カーボンペーパーの背面を排気せずに、実施例１と同じ
条件で操作して、カーボンペーパー上に粉末層を形成さ
せたところ、前記カーボンペーパー上に１００μのばら
つきの少ない均一な粉末層（ばらつき±３％）が形成さ
れた。

尚、上記実施例では、供給管ｌを移動させて粉末をカー
ボンペーパー２上に付着させているが、これに限るもの
ではな（、供給管ｌを固定しカーボンペーパー２を移動
させるようにしてもよいものである。

（発明の効果） 本発明は、基材シート上に原料粉末を噴射して反応層を
形成する際に、前記原料粉末を直接前記基材シート上に
噴射するのではなく一旦分散ボールに衝突させ浮遊させ
た後、前記基材シート上に付着させ積層するようにして
いる。

従って乾式操作であるため亀裂が生ずることがなく、し
かも浮遊粉末を基材シート上に積層するようにしている
ため、全体に均一な反応層を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の実施に使用できる走査装置の一例を示
す概念図である。 ｌ・・・供給管、２・・・カーボンペーパー３・・・分
散ボール、４・・・粉末。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応層構成原料粉末を基材シート上に付着させて
   ガス拡散電極の反応層を形成する方法において、前記反
   応層構成原料粉末を空気とともに、先端に噴射ノズルが
   設置された供給管により噴射して、該ノズルから間隙を
   あけて設置された分散ボールに衝突させかつ分散させ該
   分散された前記粉末を、基材シート上に付着させること
   により均一な反応層を形成することを特徴とする方法。