JPH0467569A - 燃料電池の電極 - Google Patents
燃料電池の電極Info
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- JPH0467569A JPH0467569A JP2181157A JP18115790A JPH0467569A JP H0467569 A JPH0467569 A JP H0467569A JP 2181157 A JP2181157 A JP 2181157A JP 18115790 A JP18115790 A JP 18115790A JP H0467569 A JPH0467569 A JP H0467569A
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は燃料電池の電極に関する。
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、電解液層を挟んで上下に配
置された一対の各電極に、外部のガス供給系から燃料ガ
スと酸化剤ガスを供給し、各電極の電極触媒層上で燃料
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。
ギーに変換するものであり、電解液層を挟んで上下に配
置された一対の各電極に、外部のガス供給系から燃料ガ
スと酸化剤ガスを供給し、各電極の電極触媒層上で燃料
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。
第４図はその電極および電解液層の構成を示した縦断面
の模式図である。第４図において、電極上は電解液層２
を挟んで上下に配置されるが、ここでは便宜上電極上を
一方のみ図示しである。電８ｉｌは多孔質のカーボン基
材３の上に電極触媒層４を付着して構成され、その電極
触媒層４は、触媒担体５の表面に貴金属微粒子６を担持
した触媒粒子７を、弗素樹脂粒子８により結着して形成
したものである。電解液層２は電解液９中にＳｉＣ徽粒
子粒子１０散したものである。そして電極触媒層４の内
部で、カーボン基材３側からのガスと電解液層２からの
電解液９とが接触し、三相界面が形成されて電気化学的
反応が進行する。この電気化学的反応を効率よく行なわ
せるためには、貴金属微粒子６を担持した触媒粒子７と
弗素樹脂粒子８をできるだけ微粒子とすること、および
電解液９に濡れやすい触媒粒子７と電解液９に濡れ難い
弗素樹脂粒子８とを均一に分散させ、触媒粒子７（固相
）と図示してない反応ガス （眞相）と電解液９ （液
相）とが接する三相界面を増やすことが必要である。
の模式図である。第４図において、電極上は電解液層２
を挟んで上下に配置されるが、ここでは便宜上電極上を
一方のみ図示しである。電８ｉｌは多孔質のカーボン基
材３の上に電極触媒層４を付着して構成され、その電極
触媒層４は、触媒担体５の表面に貴金属微粒子６を担持
した触媒粒子７を、弗素樹脂粒子８により結着して形成
したものである。電解液層２は電解液９中にＳｉＣ徽粒
子粒子１０散したものである。そして電極触媒層４の内
部で、カーボン基材３側からのガスと電解液層２からの
電解液９とが接触し、三相界面が形成されて電気化学的
反応が進行する。この電気化学的反応を効率よく行なわ
せるためには、貴金属微粒子６を担持した触媒粒子７と
弗素樹脂粒子８をできるだけ微粒子とすること、および
電解液９に濡れやすい触媒粒子７と電解液９に濡れ難い
弗素樹脂粒子８とを均一に分散させ、触媒粒子７（固相
）と図示してない反応ガス （眞相）と電解液９ （液
相）とが接する三相界面を増やすことが必要である。
そのために、従来、弗素樹脂のディスバージョンに用い
る弗素樹脂粒子８は、平均粒径が０．２５〜０．４−で
あり、数十−の径をもつ粉末状の弗素樹脂粒子より小さ
い粒径のものを使用している。そして界面活性剤を含む
水に、超音波などを用いて微粒子の触媒粒子７を分散さ
せ、これに微粒子の弗素樹脂粒子８のディスバージョン
を加えて、触媒粒子７と弗素樹脂粒子８の均一な分散状
態を得ている。
る弗素樹脂粒子８は、平均粒径が０．２５〜０．４−で
あり、数十−の径をもつ粉末状の弗素樹脂粒子より小さ
い粒径のものを使用している。そして界面活性剤を含む
水に、超音波などを用いて微粒子の触媒粒子７を分散さ
せ、これに微粒子の弗素樹脂粒子８のディスバージョン
を加えて、触媒粒子７と弗素樹脂粒子８の均一な分散状
態を得ている。
しかし、燃料電池の高性能化とコストダウンの観点から
、電極触媒層の弗素樹脂をさらに微細な粒子とし、高価
な貴金属微粒子の少ない電極を用いても、高出力、長寿
命を有する燃料電池を実現することが望まれている。
、電極触媒層の弗素樹脂をさらに微細な粒子とし、高価
な貴金属微粒子の少ない電極を用いても、高出力、長寿
命を有する燃料電池を実現することが望まれている。
本発明の目的は電極触媒層の弗素樹脂粒子の平均粒径を
従来の０，２５〜０．４−よりさらに微細化するととも
に、この弗素樹脂粒子の粒径に適した厚さの電極触媒層
を備え、良好な電池特性を発揮する燃料電池の電極を提
供することにある。
従来の０，２５〜０．４−よりさらに微細化するととも
に、この弗素樹脂粒子の粒径に適した厚さの電極触媒層
を備え、良好な電池特性を発揮する燃料電池の電極を提
供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の電極は触媒粒子
を結着する弗素樹脂粒子の平均粒子径を０．０５〜０．
２μとし、電極触媒層の厚さを５０〜３００−としたも
のである。
を結着する弗素樹脂粒子の平均粒子径を０．０５〜０．
２μとし、電極触媒層の厚さを５０〜３００−としたも
のである。
本発明の電極は弗素樹脂粒子の平均粒子径と電極触媒層
の厚さを上記のように定めたことにより、電極触媒層中
の弗素樹脂粒子と触媒粒子の分散状態が向上し、電極触
媒層を薄くしても燃料電池の良好な出力特性と寿命特性
を得ることができる。
の厚さを上記のように定めたことにより、電極触媒層中
の弗素樹脂粒子と触媒粒子の分散状態が向上し、電極触
媒層を薄くしても燃料電池の良好な出力特性と寿命特性
を得ることができる。
以下、本発明を実施例に基づき説明する。
第１図は第４図に倣って本発明の燃料電池電極口の構成
を縦断面で示した模式図であり、第４図と供書部分を同
一符号で表わしであるが、第１図には電解液層２の図示
は省略しである。第１図が第４図と異なる所は、第４図
では電極上の電極触媒層４に、平均粒径０．２５〜０．
４ ｎの弗素樹脂粒子８を用いていたのに対して、本発
明の第１図では、電極口の電極触媒層４にさらに微細な
平均粒径０．１５ｉｒｍ程度の弗素樹脂粒子８ａを用い
たことである。
を縦断面で示した模式図であり、第４図と供書部分を同
一符号で表わしであるが、第１図には電解液層２の図示
は省略しである。第１図が第４図と異なる所は、第４図
では電極上の電極触媒層４に、平均粒径０．２５〜０．
４ ｎの弗素樹脂粒子８を用いていたのに対して、本発
明の第１図では、電極口の電極触媒層４にさらに微細な
平均粒径０．１５ｉｒｍ程度の弗素樹脂粒子８ａを用い
たことである。
本発明の電極口は次のようにして形成することができる
。まずアセチレンブランクの触媒担体５に白金の貴金属
微粒子６を担持した触媒粒子７に、界面活性剤を含む水
を加え、これに超音波を印加して触媒粒子７を十分に分
散した後、平均粒径０．１５μ程度の弗素樹脂粒子（ポ
リテトラフルオロエチレン）８ａをディスバージョンを
加えて十分混合し、次に水溶性育機溶剤を添加混合して
、脱水ペーストとする。このペーストを多孔質カーボン
基材３上に電極触媒層４の厚さが２０Ｏｎとなるように
塗布し、次いで３５０℃に昇温しで５〜１０ｋｇ／ｄで
加圧焼成することにより電極口が得られる。
。まずアセチレンブランクの触媒担体５に白金の貴金属
微粒子６を担持した触媒粒子７に、界面活性剤を含む水
を加え、これに超音波を印加して触媒粒子７を十分に分
散した後、平均粒径０．１５μ程度の弗素樹脂粒子（ポ
リテトラフルオロエチレン）８ａをディスバージョンを
加えて十分混合し、次に水溶性育機溶剤を添加混合して
、脱水ペーストとする。このペーストを多孔質カーボン
基材３上に電極触媒層４の厚さが２０Ｏｎとなるように
塗布し、次いで３５０℃に昇温しで５〜１０ｋｇ／ｄで
加圧焼成することにより電極口が得られる。
また、触媒担体５にアセチレンブラックを用いる代わり
に、２５００℃で熱処理したグラファイト化カーボンブ
ラックを用いて、同様の過程を経て電極口を得ることも
できる。
に、２５００℃で熱処理したグラファイト化カーボンブ
ラックを用いて、同様の過程を経て電極口を得ることも
できる。
ここでアセチレンブランクおよびカーボンブラックを用
いた電極触媒層４の厚さをそれぞれ１００−としたもの
も作製し、燃料電池の出力特性に対する電極触媒層４の
厚さの影響を調べ、その結果を第２図と第３図に示す。
いた電極触媒層４の厚さをそれぞれ１００−としたもの
も作製し、燃料電池の出力特性に対する電極触媒層４の
厚さの影響を調べ、その結果を第２図と第３図に示す。
第２図は触媒担体５にアセチレンブランクを用いて電極
触媒層４を形成した電極口を備えた燃料電池の電流−電
圧特性線図である。この場合特に比較のために、電極触
媒層４の厚さを１００μ、 ２００μとしたもののほか
に３５０ｎとしたものを付記しである。第２図かられか
るように、電池特性は電極触媒層４の厚さが薄い方が長
持性を示し、また高電流側程高い出力が得られる。即ち
、電極触媒層４の触媒粒子７の少ない電極口でも電池特
性の改善効果が大きく、コストの低減に寄与することが
できる。
触媒層４を形成した電極口を備えた燃料電池の電流−電
圧特性線図である。この場合特に比較のために、電極触
媒層４の厚さを１００μ、 ２００μとしたもののほか
に３５０ｎとしたものを付記しである。第２図かられか
るように、電池特性は電極触媒層４の厚さが薄い方が長
持性を示し、また高電流側程高い出力が得られる。即ち
、電極触媒層４の触媒粒子７の少ない電極口でも電池特
性の改善効果が大きく、コストの低減に寄与することが
できる。
同じく第３図は触媒担体５にカーボンブランクを用いて
電極触媒層４を形成した電極口を備えた燃料電池の電流
−電圧特性線図である。ここでも比較のために、熱処理
してグラファイト化したカーボンブランクを用いた１０
０ ｔｎａ、 ２００ ｎ厚さの電種触媒層４のほかに
、未処理のカーボンブランクを用いた厚さ１００−の電
極触媒層４を持つ電極りの場合も付記しである。第３図
から、熱処理してグラファイト化したカーボンブラック
を用いるときは、第２図のアセチレンブラックの場合と
同様、電極触媒層４の厚さが薄く高電流側程良特性を示
すことがわかる。また本発明の電極口を有する燃料電池
の寿命に関しても従来の電極上を有する燃料電池と同等
以上であることを別途確認している。
電極触媒層４を形成した電極口を備えた燃料電池の電流
−電圧特性線図である。ここでも比較のために、熱処理
してグラファイト化したカーボンブランクを用いた１０
０ ｔｎａ、 ２００ ｎ厚さの電種触媒層４のほかに
、未処理のカーボンブランクを用いた厚さ１００−の電
極触媒層４を持つ電極りの場合も付記しである。第３図
から、熱処理してグラファイト化したカーボンブラック
を用いるときは、第２図のアセチレンブラックの場合と
同様、電極触媒層４の厚さが薄く高電流側程良特性を示
すことがわかる。また本発明の電極口を有する燃料電池
の寿命に関しても従来の電極上を有する燃料電池と同等
以上であることを別途確認している。
以上の効果は、本発明の電極口に形成される電極触媒層
４に用いられる弗素樹脂粒子８を、従来の平均粒径０．
２５〜０．４ ｎから、さらに微細な平均粒径０．１５
ｎ程度とした弗素樹脂粒子８ａを用いて、弗素樹脂粒子
８ａと触媒粒子７の分散状態を向上させたことに起因す
るものであるが、弗素樹脂粒子８ａの平均粒径の大きさ
を余りに小さくすると数が多くなって触媒粒子７を覆う
確率が高く 触媒粒子７の露出面が少なくなるので、こ
の点を考慮してその下限値は０．０５−とすべきである
。上限（ｉｌについては、０．２μ以上では電池特性は
従来と同じ結果しか得られない、したがって、弗素樹脂
粒子８ａの平均粒径の大きさの範囲は、０．０５〜０．
２ ｉＩｇＡとするのが適している。一方、弗素樹脂粒
子８ａの平均粒径範囲を０．０５〜０．２μとしたとき
、電極触媒層４の厚さが３００ｎ以上では、弗素樹脂粒
子８ａの粒径を微細にした効果が得られず、また電極触
媒層４を５０Ｑ以下に薄くすることは製造技術上不可能
であるから、電極触媒層４の厚さ範囲は５０〜３００μ
とするのがよい。
４に用いられる弗素樹脂粒子８を、従来の平均粒径０．
２５〜０．４ ｎから、さらに微細な平均粒径０．１５
ｎ程度とした弗素樹脂粒子８ａを用いて、弗素樹脂粒子
８ａと触媒粒子７の分散状態を向上させたことに起因す
るものであるが、弗素樹脂粒子８ａの平均粒径の大きさ
を余りに小さくすると数が多くなって触媒粒子７を覆う
確率が高く 触媒粒子７の露出面が少なくなるので、こ
の点を考慮してその下限値は０．０５−とすべきである
。上限（ｉｌについては、０．２μ以上では電池特性は
従来と同じ結果しか得られない、したがって、弗素樹脂
粒子８ａの平均粒径の大きさの範囲は、０．０５〜０．
２ ｉＩｇＡとするのが適している。一方、弗素樹脂粒
子８ａの平均粒径範囲を０．０５〜０．２μとしたとき
、電極触媒層４の厚さが３００ｎ以上では、弗素樹脂粒
子８ａの粒径を微細にした効果が得られず、また電極触
媒層４を５０Ｑ以下に薄くすることは製造技術上不可能
であるから、電極触媒層４の厚さ範囲は５０〜３００μ
とするのがよい。
Ｃ発明の効果〕
本発明によれば実施例で述べたように、燃料電池電極の
触媒層に添加する弗素樹脂粒子の平均粒子径を従来の０
．２５〜０．４ ｉｎａから、さらに微細な０．０５〜
０．２ ｎとすることにより、弗素樹脂粒子と触媒粒子
の分散状態が従来の場合より向上する。このように微細
な粒子径の弗素樹脂粒子を用いるとき、この弗素樹脂粒
子径に見合った電極触媒層の厚さを最適に定めることに
より、アセチレンブラック系やグラファイト化したカー
ボンブランクの触媒担体に対して有効性を発揮し、本発
明の電極を備えた燃料電池は出力、寿命特性とともに経
済的な効果が大きい。
触媒層に添加する弗素樹脂粒子の平均粒子径を従来の０
．２５〜０．４ ｉｎａから、さらに微細な０．０５〜
０．２ ｎとすることにより、弗素樹脂粒子と触媒粒子
の分散状態が従来の場合より向上する。このように微細
な粒子径の弗素樹脂粒子を用いるとき、この弗素樹脂粒
子径に見合った電極触媒層の厚さを最適に定めることに
より、アセチレンブラック系やグラファイト化したカー
ボンブランクの触媒担体に対して有効性を発揮し、本発
明の電極を備えた燃料電池は出力、寿命特性とともに経
済的な効果が大きい。
第１図は本発明の電極の構成を示した模式断面図、第２
図は本発明の電極の触媒担体にアセチレンプーラツクを
用いて形成した電極触媒層の厚さの比較で示した電池の
電流−電圧特性線図、第３図は本発明の電極の触媒担体
にグラファイト化したカーボンブラックを用いて形成し
た電極触媒層の厚さの比較で示した電池の電流−電圧特
性線図、第４図は従来の電極および電解液層の構成を示
した模式断面図である。 １、ｌａ：電極、２：１！電解液、３：カーボン基材、
４：電極触媒層、５：触媒担体、６：貴金属微粒子、７
：触媒粒子、８．８ａ：弗素樹脂粒子、９：電解液、１
０ ： ＳｉＣ徽粒子粒子Ｊ！人弁理士 山 口 巌 第１図 第４図
図は本発明の電極の触媒担体にアセチレンプーラツクを
用いて形成した電極触媒層の厚さの比較で示した電池の
電流−電圧特性線図、第３図は本発明の電極の触媒担体
にグラファイト化したカーボンブラックを用いて形成し
た電極触媒層の厚さの比較で示した電池の電流−電圧特
性線図、第４図は従来の電極および電解液層の構成を示
した模式断面図である。 １、ｌａ：電極、２：１！電解液、３：カーボン基材、
４：電極触媒層、５：触媒担体、６：貴金属微粒子、７
：触媒粒子、８．８ａ：弗素樹脂粒子、９：電解液、１
０ ： ＳｉＣ徽粒子粒子Ｊ！人弁理士 山 口 巌 第１図 第４図
Claims (1)
- １）カーボン基材上に弗素樹脂粒子を用いて触媒粒子を
結着した電極触媒層を形成した燃料電池の電極であって
、前記弗素樹脂粒子の平均粒子径を０．０５〜０．２μ
ｍとし、前記電極触媒層の厚さを５０〜３００μｍとし
たことを特徴とする燃料電池の電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2181157A JPH0467569A (ja) | 1990-07-09 | 1990-07-09 | 燃料電池の電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2181157A JPH0467569A (ja) | 1990-07-09 | 1990-07-09 | 燃料電池の電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0467569A true JPH0467569A (ja) | 1992-03-03 |
Family
ID=16095887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2181157A Pending JPH0467569A (ja) | 1990-07-09 | 1990-07-09 | 燃料電池の電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0467569A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008144451A (ja) * | 2006-12-08 | 2008-06-26 | Okumura Corp | セグメント搬送システム |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60124358A (ja) * | 1983-12-08 | 1985-07-03 | Agency Of Ind Science & Technol | 燃料電池のガス拡散電極 |
| JPS60133659A (ja) * | 1983-12-21 | 1985-07-16 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 燃料電池の電極触媒層の製造方法 |
| JPS6110867A (ja) * | 1984-06-25 | 1986-01-18 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 燃料電池の電極触媒の製造方法 |
| JPH0218862A (ja) * | 1988-07-04 | 1990-01-23 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池用電極触媒層の製造方法 |
| JPH0218861A (ja) * | 1988-07-04 | 1990-01-23 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池用電極触媒層 |
-
1990
- 1990-07-09 JP JP2181157A patent/JPH0467569A/ja active Pending
Patent Citations (5)
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