JPH04123764A - ガス拡散電極の触媒層の製造方法 - 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、燃料電池等に使用されるガス拡散電極の触媒
層の製造方法、より詳細には該触媒層形成用材料をプレ
ス成型して触媒層を製造する際に均一にプレスしてより
均質で緻密な触媒層を得るための方法に関する。

（従来技術とその問題点） 燃料電池等に使用されるガス拡散電極の触媒層は、ガス
拡散能が良好で電解液の浸出のないことが重要である。

この触媒層は通常撥水性粉末と導電性粉末とにより構成
され、該触媒層の性能は両粉末の混合割合や混合状態、
触媒の担持状態、孔の寸法、使用される膜の強度等に影
響される。

該触媒層は電解液の漏洩を防止するとともに燃料ガス又
は酸素の供給を行う機能を担っているため緻密性を要求
される反面、通気性も良好であることが必要である。こ
の相反する性質を満足させるために触媒層を均一な厚さ
に仕上げることによりその妥協点を求めている。該触媒
層を形成する際には十分な緻密性を得るために従来がら
冷間プレスが行われ、第２図は従来のプレス形成による
触媒層形成用シート状材料のプレス前の状態を例示する
分解縦断面図である。

該材料は一般に、カーボンペーパーＡに触媒を含む粉末
層Ｂを付着させこれにテフロン（商品名）フィルタＣ等
を積層して成り、これをプレス用上型りとプレス用下型
Ｅ間に挟持し上下の型り、　Ｅにより高圧を掛けて前記
触媒層をプレス成型により製造するようにしている。こ
の場合プレス前の前記粉末層Ｂには水分が含有されプレ
スにより滲出するため、前記上型りとカーホンペーパー
Ａ間、及び前記下型ＥとフィルタＣ間には、それぞれ吸
水用濾紙等の吸水材Ｆを挿入して水分の除去を図ってい
る。

このようにフィルタ成型で製造されるガス拡散電極の触
媒層の均一性を高めるために必要なことはプレスの均一
性である。均一プレスを達成するために必要な第１条件
は両プレス用型のプレス面を互いに平行にして触媒層全
体に均一な押圧力が加わるようにすることである。しか
しながら十分な精度をもって両プレス面を平行にしても
プレス時の圧力分布の微小面積当たりの不均一性は大き
く目測で目標圧力の±５０％以上と推測される。この主
原因は前記吸水材つまり吸水用濾紙が不均質で該濾紙に
加わる均一な圧力が触媒層まで伝わらないからであると
推測できる。

従ってプレス用型をいくら高精度にしても製造される触
媒層の不均一性を回避することはできない。この欠点を
解消するために触媒層等の被加圧体が不均質であっても
加圧力か正確に伝達される液体加圧を採用することがで
きるが、第２図の場合のようにプレス前の触媒層形成用
シート状材料が水分を含み加圧脱水を必要とする場合に
は装置が複雑となりかつ操作効率が阻害されるため現実
的な方法とはいえない。

（発明の目的） 本発明は、従来技術のプレス方法と異なり、均一厚さを
有することが必要なガス拡散電極の触媒層をプレス成型
により製造する際に被加圧体に不均質な物質がある場合
でも前記触媒層形成用シート状材料に均一な圧力が掛か
り均質で均一厚の触媒層を得ることができる方法を提供
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、ガス拡散電極の触媒層形成用シート状材料を
１対の吸水材を介して両面からＩ対のプレス型を使用し
てプレスして緻密な触媒層を製造する方法において、前
記１対の吸水材と前記１対のプレス用型の間の少なくと
も一方の間隙に均一な厚さの閉孔性弾性材料を介在させ
てプレスを行うことを特徴とするガス拡散電極の触媒層
の製造方法である。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明は、均質な触媒層を得る際の阻害原因となる前記
吸水材の不均質性を吸収するために、該吸水材とプレス
用型間に閉孔性弾性材料を位置させることを特徴とする
。

本発明方法で使用する閉孔性弾性材料とは、空気が内包
されて圧力が掛かると該空気が圧縮され、該圧力がこの
材料の周辺方向への伸びを殆ど生じさせない弾性材料を
意味する。

このような閉孔性弾性材料としては閉孔性スポンジゴム
等があり、内部に空間が存在しない例えばネオプレンゴ
ム等は含まない。ネオプレンゴムを始めとする弾性材料
にはその製造方法に起因すると思われる厚さ及び質の不
均一性があり、例えば圧延式で製造されたゴムには圧延
方向断面の中心部が周辺部に比べて薄（なっている場合
が多く、父型との関係で周辺方向にゴムが押し出されて
厚さが不均一になることがある。

一方閉孔性弾性材料は水平なバット上で発泡により製造
されるものが多（、製造条件に起因する厚さの不均一が
生ずることは殆どない。この閉孔性弾性材料に圧力が掛
かると内包される空気が圧縮されてこの圧力を吸収して
厚さの不均一を誘起することが殆どない。従ってこの閉
孔性弾性材料を触媒層形成用シート状材料に隣接する吸
水材とプレス用型の間に位置させて該触媒層のプレス成
型を行うと、プレス用型からの圧力が前記閉孔性弾性材
料によりそのまま吸水材に伝達されて該吸水材を均一に
押圧して前記伝達力が均一に前記触媒層形成用シート状
材料に達する。従って不均質な吸水材が触媒層とプレス
用型間に存在しても製造される触媒層は均一厚さに形成
されかつ前記吸水材により水分が十分に除去された高性
能の触媒層となる。

第１図は、本発明方法によるガス拡散電極の触媒層の製
造工程の一部を例示する分解縦断面図である。

触媒層形成用シート状材料ｌは、カーホンペーパー２、
該カーボンペーパー２に接して形成された触媒を含む粉
末層３、及び該粉末層３に接して形成されたフィルタ４
から成り、この触媒層形成用シート状材料ｌの各要素を
強固に結合させるためにプレス用上型５及びプレス用下
型６間に前記触媒層形成用シート状材料ｌを位置させて
プレス成型を行う。該材料ｌの上側つまり前記カーボン
ペーパー２とプレス用上型５間には吸水材である吸水用
濾紙７が、又該材料ｌの下側つまり前記フィルタ４とプ
レス用下型６の間には前記フィルタ４側から順に前記吸
水用濾紙７及びスポンジゴム等から成る閉孔性弾性材料
８が挿入されている。

この状態で両プレス用型５．６により加圧すると、触媒
層形成用シート状材料ｌ内の水分が滲出しかつ該材料ｌ
のカーボンベニパー２、粉末層３及びフィルタ４が相互
に強固に結合されて所定強度の触媒層が製造され、該触
媒層はプレス用型５．６から外されかつ吸水用濾紙７が
除去されて均一厚さの触媒層として提供される。

図示の例では下側の吸水用濾紙７とプレス用下型６間に
のみ閉孔性弾性材料８を挿入したが、上側の吸水用濾紙
７とプレス用上型５間にのみ、あるいは両者間に前記閉
孔性弾性材料８を挿入するようにしてもよい。

（実施例） 次に本発明方法によるガス拡散電極の触媒層製造の実施
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。

実施例１ 平均粒径約１５０人の酸化パラジウム、平均粒径約４２
０人の撥水性カーボンブラック及び平均粒径約０３０μ
ｍのポリテトラフルオロエチレン粉末を１　：ｌＯ：３
．５　　（重量）の割合で混合し予備成型して縦１００
ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの粉末層を形成し
た。この粉末層の両側に縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、
厚さ０．３ｍｍのカーボンペーパー、及び縦１００ｍｍ
。

横１００ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのポリテトラフルオロエ
チレン製フィルタを位置させ触媒層形成用シート状材料
とした。この触媒層の両面に接触するように縦１００ｍ
ｍ、横１００ｍｍ、厚さ５ｍｍの２枚の吸水用濾紙を積
層し、更に一方の吸水用濾紙の外側に厚さ５ｍｍの閉孔
性スポンジゴムを密着させ、もう一方の吸水用濾紙の外
側に加圧力分布をみるためプレスケールシート（フジフ
ィルム製）を密着させこの積層された材料をプレス用上
型及び下型間に位置させた。

室温下で両プレス用型により前記触媒層形成用シート状
材料に５０気圧の圧力を１５秒間加えてプレス成型を行
った。成型された触媒層及び吸水用濾紙をプレス用型か
ら取り出し、プレスケールシートを調べたところシート
の色の濃さのバラツキが大きく減少し、成型された触媒
層もほぼ均一で周辺方向への押出等が存在しなかった。

実施例２ 厚さ１０ｍｍの閉孔性スポンジゴムを使用したこと以外
は実施例１と同様にプレス成型を行いかつプレスケール
の色観察を行ったところ色のバラツキは殆んど消失し、
得られた触媒層の厚さは完全に均一であった。

実施例３ 厚さ２０ｍｍの閉孔性スポンジゴムを使用したこと以外
は実施例１と同様にプレス成型を行いかつプレスケール
シートの色観察を行ったところ色のバラツキは完全に消
失し、得られた触媒層の厚さは完全に均一であった。

比較例 スポンジゴムの代わりにネオプレンゴムを使用し該ネオ
プレンゴムの厚さを３ｍｍ、６ｍｍ、５０ｍｍと変化さ
せたこと以外は実施例１と同様にプレス成型を行い、得
られたプレスケールシートを観察したところ、全ての厚
さのネオプレンゴムにおいてプレスケールシートの色に
ばらつきがあり、しかも周辺部が糸捲状にプレス加圧さ
れていない所かが分布した。

（発明の効果） 本発明は、ガス拡散電極の触媒層を吸水材を使用して該
触媒層形成用シート状材料の脱水を行Ｃながらプレス成
型する際に、得られる触媒層の；均一性を誘発する前記
吸水材の不均質性を吸収するために閉孔性弾性材料を特
徴する請求項■）ことを特徴とする。

閉孔性弾性材料はプレス用型から圧力が加わ−たときに
内包される空気が圧縮されて該閉孔性弾性材料自体には
不自然な変形が生ずることがなく前記圧力を均一に前記
プレス用型から成型され２触媒層形成用シート状材料に
伝達できるため、イ均質な吸水材が存在しても触媒層形
成用シート七材料には均一な圧力が加えられて均質で高
性能σ触媒層を提供することができる。

閉孔性弾性材料の厚さによっては圧力を完全！：均一に
は伝達できないことがあるが、該閉孔性弾性材料の厚さ
が１０ｍｍ以上になると（請求項２）軍記吸水材の不均
質性に係わらず均一な触媒層を九成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法による触媒層形成用シート状材料
のプレス成型前の一例を示す分解縦断面図、第２図は、
従来法による触媒層形成用シート状材料のプレス成型前
の一例を示す分解縦断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス拡散電極の触媒層形成用シート状材料を１対
   の吸水材を介して両面から１対のプレス型を使用してプ
   レスして緻密な触媒層を製造する方法において、前記１
   対の吸水材と前記１対のプレス用型の間の少なくとも一
   方の間隙に均一な厚さの閉孔性弾性材料を介在させてプ
   レスを行うことを特徴とするガス拡散電極の触媒層の製
   造方法。
2. （２）閉孔性弾性材料の厚さが１０ｍｍ以上である請求
   項１に記載の方法。