JPH05283084A - リン酸型燃料電池用触媒層の形成方法 - Google Patents
リン酸型燃料電池用触媒層の形成方法Info
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- JPH05283084A JPH05283084A JP4077204A JP7720492A JPH05283084A JP H05283084 A JPH05283084 A JP H05283084A JP 4077204 A JP4077204 A JP 4077204A JP 7720492 A JP7720492 A JP 7720492A JP H05283084 A JPH05283084 A JP H05283084A
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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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- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 マクロポアとミクロポアとを均一に分散でき
ると共に貴金属微粒子の量を低減できることを可能とす
る。 【構成】 カーボン粒３１にＰＴＥＦ微粒子３０を固定
させたガス流路形成用カプセル粉末３２とカーボン粒３
５に貴金属微粒子３６を担持させたリン酸担持用粉末３
７とを混合し、これをホットプレスして触媒層を形成す
るようにしたことを特徴としている。
ると共に貴金属微粒子の量を低減できることを可能とす
る。 【構成】 カーボン粒３１にＰＴＥＦ微粒子３０を固定
させたガス流路形成用カプセル粉末３２とカーボン粒３
５に貴金属微粒子３６を担持させたリン酸担持用粉末３
７とを混合し、これをホットプレスして触媒層を形成す
るようにしたことを特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リン酸型燃料電池の電
極と電解質であるマトリックス層間に介設する触媒層を
形成するためのリン酸型燃料電池用触媒層の形成方法に
関する。
極と電解質であるマトリックス層間に介設する触媒層を
形成するためのリン酸型燃料電池用触媒層の形成方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】リン酸型燃料電池は、図５に示すように
電解質となるマトリックス層１０を挟んで多孔質の空気
極１１と燃料極１２を設け、燃料極室１３に改質ガスを
供給し、空気極室１４に空気を供給して発電を行うよう
になっている。
電解質となるマトリックス層１０を挟んで多孔質の空気
極１１と燃料極１２を設け、燃料極室１３に改質ガスを
供給し、空気極室１４に空気を供給して発電を行うよう
になっている。
【０００３】このリン酸型燃料電池の発電原理は、以下
によってなされる。
によってなされる。
【０００４】 〈空気極側の反応〉 ２Ｈ+ ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ- →Ｈ2 Ｏ …(1) 〈燃料極側の反応〉 Ｈ2 →２Ｈ+ ＋２ｅ- …(2) 〈全体でみた反応〉 Ｈ2 ＋１／２Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ …(3) 〈マトリックス層〉シリコンカーバイト（ＳｉＣ）微粒
子の充填層の隙間に、リン酸（Ｈ3 ＰＯ4 ）が満たされ
ており、燃料極１２で発生するプロトン（Ｈ+ ，上記
(2) 式参照）が、この中を空気極側に移動することによ
り発電がなされる。
子の充填層の隙間に、リン酸（Ｈ3 ＰＯ4 ）が満たされ
ており、燃料極１２で発生するプロトン（Ｈ+ ，上記
(2) 式参照）が、この中を空気極側に移動することによ
り発電がなされる。
【０００５】この燃料電池において各電極部材に要求さ
れる特性は、 空気極…高温酸化雰囲気に対する耐候性があること、内
部にＯ2 ガス（もしくは空気）を拡散させるために多孔
質であること、 燃料極…高温還元雰囲気に対する耐候性があること、内
部にＨ2 ガスを拡散させるために多孔質であること、 が、要求される。
れる特性は、 空気極…高温酸化雰囲気に対する耐候性があること、内
部にＯ2 ガス（もしくは空気）を拡散させるために多孔
質であること、 燃料極…高温還元雰囲気に対する耐候性があること、内
部にＨ2 ガスを拡散させるために多孔質であること、 が、要求される。
【０００６】この電極部材とマトリックス層間には、上
記(1) 式，(2) 式の反応を促進させるために触媒層が介
設される。
記(1) 式，(2) 式の反応を促進させるために触媒層が介
設される。
【０００７】図６〜８は燃料電池の具体的な積層構成を
示すもので、図６はリブ付きセパレータ方式、図７はリ
ザーブプレート付きセパレータ方式、図７はリブ付き電
極方式の例を示したものである。
示すもので、図６はリブ付きセパレータ方式、図７はリ
ザーブプレート付きセパレータ方式、図７はリブ付き電
極方式の例を示したものである。
【０００８】先ず図６〜８において、それぞれマトリッ
クス層１０は、その表裏に触媒層１５，１５を介して空
気極１１と燃料極１２とでサンドイッチされて電池セル
１６が構成される点は共通であり、黒矢印で示した改質
ガスと白矢印で示した空気の流路を形成するセパレータ
が相違している。
クス層１０は、その表裏に触媒層１５，１５を介して空
気極１１と燃料極１２とでサンドイッチされて電池セル
１６が構成される点は共通であり、黒矢印で示した改質
ガスと白矢印で示した空気の流路を形成するセパレータ
が相違している。
【０００９】図６（ａ），（ｂ）は、セル１６間をリブ
付きセパレータ１７で仕切って多段に積層する例を示
し、図７（ａ），（ｂ）は、セル１６間をリサザーブプ
レート付きセパレータ１８で仕切って多段に積層する例
を示し、図８（ａ），（ｂ）は、電極１１，１２が流路
を形成するリブ付き構造になっており、これを平板セパ
レータ１９で仕切って多段に積層するようにしたもので
ある。
付きセパレータ１７で仕切って多段に積層する例を示
し、図７（ａ），（ｂ）は、セル１６間をリサザーブプ
レート付きセパレータ１８で仕切って多段に積層する例
を示し、図８（ａ），（ｂ）は、電極１１，１２が流路
を形成するリブ付き構造になっており、これを平板セパ
レータ１９で仕切って多段に積層するようにしたもので
ある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】さて、触媒層１５は、
触媒粉末（カーボン粉末担体に白金等の貴金属微粒子を
担持させたもの）とＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチ
レン）微粒子を混合してホットプレスして形成される。
この貴金属微粒子はｎｍオーダ（１０Å）の大きさであ
り、ＰＴＦＥ微粒子は０．２〜０．３μの大きさであ
る。ホットプレスジの加熱もしくはホットプレス後の加
熱により３３０℃以上に熱するとＰＴＦＥ微粒子が融解
し撥水性の膜が層内の内壁にコートされる（層内には
０．１μ以上の気孔径を有するマクロポアと０．１μ以
下のミクロポアがあり、ミクロポアにはＰＴＦＥ微粒子
が入り込めないため、ミクロポアは親水性として残
る）。
触媒粉末（カーボン粉末担体に白金等の貴金属微粒子を
担持させたもの）とＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチ
レン）微粒子を混合してホットプレスして形成される。
この貴金属微粒子はｎｍオーダ（１０Å）の大きさであ
り、ＰＴＦＥ微粒子は０．２〜０．３μの大きさであ
る。ホットプレスジの加熱もしくはホットプレス後の加
熱により３３０℃以上に熱するとＰＴＦＥ微粒子が融解
し撥水性の膜が層内の内壁にコートされる（層内には
０．１μ以上の気孔径を有するマクロポアと０．１μ以
下のミクロポアがあり、ミクロポアにはＰＴＦＥ微粒子
が入り込めないため、ミクロポアは親水性として残
る）。
【００１１】図３は、上述した触媒粉末とＰＴＦＥ微粒
子を混合してホットプレスして形成された触媒層１５の
拡大断面図を示したものである。
子を混合してホットプレスして形成された触媒層１５の
拡大断面図を示したものである。
【００１２】図３において、２０はカーボン粒子，２１
は貴金属微粒子，２２はＰＴＦＥ層で、ＰＴＦＥ層２２
近傍に改質ガスや空気のガス流路となる撥水性のマクロ
ポア２３が形成され、カーボン粒子２０間にリン酸２４
を担持する親水性のミクロポア２５が形成される。
は貴金属微粒子，２２はＰＴＦＥ層で、ＰＴＦＥ層２２
近傍に改質ガスや空気のガス流路となる撥水性のマクロ
ポア２３が形成され、カーボン粒子２０間にリン酸２４
を担持する親水性のミクロポア２５が形成される。
【００１３】図４は、図３に示した触媒層１５の改良型
で、リン酸２４に接触する内壁（親水性）を形成するカ
ーボン粒子２０にのみ貴金属微粒子２１を担持させたも
のであり、この様な改良型とすることで貴金属微粒子２
１の量を減らすことが可能となる。
で、リン酸２４に接触する内壁（親水性）を形成するカ
ーボン粒子２０にのみ貴金属微粒子２１を担持させたも
のであり、この様な改良型とすることで貴金属微粒子２
１の量を減らすことが可能となる。
【００１４】しかしながら、触媒粉末（カーボン粒子に
貴金属微粒子を担持させたもの）とＰＴＦＥ微粒子の単
純な混合では、均一に分散したマクロポア２３及び均一
に分散したミクロポア２５を形成することは困難であ
り、また図４の改良型は貴金属微粒子２１をミクロポア
に位置させるようにすることは現実的に不可能である。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、マクロポ
アとミクロポアとを均一に分散できると共に貴金属微粒
子の量を低減できるリン酸型燃料電池用触媒層の形成方
法を提供することにある。
貴金属微粒子を担持させたもの）とＰＴＦＥ微粒子の単
純な混合では、均一に分散したマクロポア２３及び均一
に分散したミクロポア２５を形成することは困難であ
り、また図４の改良型は貴金属微粒子２１をミクロポア
に位置させるようにすることは現実的に不可能である。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、マクロポ
アとミクロポアとを均一に分散できると共に貴金属微粒
子の量を低減できるリン酸型燃料電池用触媒層の形成方
法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、カーボン粒にＰＴＥＦ微粒子を固定させた
ガス流路形成用カプセル粉末とカーボン粒に貴金属微粒
子を担持させたリン酸担持用粉末とを混合し、これをホ
ットプレスして触媒層を形成するようにしたものであ
る。
に本発明は、カーボン粒にＰＴＥＦ微粒子を固定させた
ガス流路形成用カプセル粉末とカーボン粒に貴金属微粒
子を担持させたリン酸担持用粉末とを混合し、これをホ
ットプレスして触媒層を形成するようにしたものであ
る。
【００１６】
【作用】上記構成によれば、ガス流路となるマクロポア
を形成するためのカプセル粉末と、リン酸を担持させる
ミクロポアを形成する粉末の２種類の粉末を準備し、こ
れを混合してホットプレスすることで、マクロポアとミ
クロポアとを均一に分散できると共に貴金属微粒子の量
を低減させることが可能となる。
を形成するためのカプセル粉末と、リン酸を担持させる
ミクロポアを形成する粉末の２種類の粉末を準備し、こ
れを混合してホットプレスすることで、マクロポアとミ
クロポアとを均一に分散できると共に貴金属微粒子の量
を低減させることが可能となる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。
て詳述する。
【００１８】先ず図２（ａ）に示すように、ＰＴＦＥ微
粒子３０（粒径１μ以下、例えば０．２〜０．３μ）を
カーボン粒子３１（粒径数μ以上）にカプセル化により
固定してガス流路形成用カプセル粉末３２を形成する。
このガス流路形成用カプセル粉末３２を、このまま固形
化、必要があれば更に加熱すると、ＰＴＦＥ微粒子３０
が溶融してカーボン粒子３１の表面にＰＴＦＥ層３３を
形成し、ＰＴＦＥ層３３でコートされたカーボン粒子３
１間にガスが通るマクロポア３４が形成できることとな
る。
粒子３０（粒径１μ以下、例えば０．２〜０．３μ）を
カーボン粒子３１（粒径数μ以上）にカプセル化により
固定してガス流路形成用カプセル粉末３２を形成する。
このガス流路形成用カプセル粉末３２を、このまま固形
化、必要があれば更に加熱すると、ＰＴＦＥ微粒子３０
が溶融してカーボン粒子３１の表面にＰＴＦＥ層３３を
形成し、ＰＴＦＥ層３３でコートされたカーボン粒子３
１間にガスが通るマクロポア３４が形成できることとな
る。
【００１９】また、図２（ｂ）に示すように、カーボン
粒子３５（粒径数μ以下）の外周にＰｔなどの貴金属微
粒子３６（粒径数ｎｍ，数Å）を担持させてリン酸担持
用粉末３７を形成する。このリン酸担持用粉末３７を、
このまま固形化、必要があれば更に加熱すると、リン酸
を担持する親水性のミクロポア３８が形成されることと
なる。
粒子３５（粒径数μ以下）の外周にＰｔなどの貴金属微
粒子３６（粒径数ｎｍ，数Å）を担持させてリン酸担持
用粉末３７を形成する。このリン酸担持用粉末３７を、
このまま固形化、必要があれば更に加熱すると、リン酸
を担持する親水性のミクロポア３８が形成されることと
なる。
【００２０】そこで図１（ａ）に示すように、ガス流路
形成用カプセル粉末３２とリン酸担持用粉末３７を混合
し、ホットプレスの型内に充填すると図１（ｂ）に示す
ようにガス流路形成用カプセル粉末３２とリン酸担持用
粉末３７とが適宜分散した状態となる。この状態で加熱
・加圧成形すると上述したようにＰＴＦＥ層３３がコー
トされたカーボン粒子３１とリン酸担持用粉末３７とが
適宜集合した触媒層４０が成形できる。この触媒層４０
内にはガスが通る０．１μ以上のマクロポア３４とリン
酸を担持する親水性の０．１μ以下のミクロポア３８が
略均一に分散した触媒層４０を形成でき、しかもミクロ
ポア３８の内壁のみ貴金属粒子３６が位置した状態とな
るため貴金属の量も低減することができる。
形成用カプセル粉末３２とリン酸担持用粉末３７を混合
し、ホットプレスの型内に充填すると図１（ｂ）に示す
ようにガス流路形成用カプセル粉末３２とリン酸担持用
粉末３７とが適宜分散した状態となる。この状態で加熱
・加圧成形すると上述したようにＰＴＦＥ層３３がコー
トされたカーボン粒子３１とリン酸担持用粉末３７とが
適宜集合した触媒層４０が成形できる。この触媒層４０
内にはガスが通る０．１μ以上のマクロポア３４とリン
酸を担持する親水性の０．１μ以下のミクロポア３８が
略均一に分散した触媒層４０を形成でき、しかもミクロ
ポア３８の内壁のみ貴金属粒子３６が位置した状態とな
るため貴金属の量も低減することができる。
【００２１】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、ガス流路
となるマクロポアを形成するためのカプセル粉末と、リ
ン酸を担持させるミクロポアを形成する粉末の２種類の
粉末を準備し、これを混合してホットプレスすること
で、マクロポアとミクロポアとを均一に分散できると共
に貴金属微粒子の量を低減させることが可能となる。
となるマクロポアを形成するためのカプセル粉末と、リ
ン酸を担持させるミクロポアを形成する粉末の２種類の
粉末を準備し、これを混合してホットプレスすること
で、マクロポアとミクロポアとを均一に分散できると共
に貴金属微粒子の量を低減させることが可能となる。
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】本発明においてガス流路形成用カプセル粉末と
リン酸担持用粉末の成形状態を説明する図である。
リン酸担持用粉末の成形状態を説明する図である。
【図３】従来の触媒層の拡大断面図である。
【図４】従来の改良型触媒層の拡大断面図である。
【図５】リン酸型燃料電池の概略図である。
【図６】リン酸型燃料電池のリブ付きセパレータ方式の
積層構造を示す図である。
積層構造を示す図である。
【図７】リン酸型燃料電池のリザーブプレート付きセパ
レータ方式の積層構造を示す図である。
レータ方式の積層構造を示す図である。
【図８】リン酸型燃料電池のリブ付き電極方式の積層構
造を示す図である。
造を示す図である。
３０ ＰＴＥＦ微粒子 ３１，３５ カーボン粒 ３２ ガス流路形成用カプセル粉末 ３６ 貴金属微粒子 ３７ リン酸担持用粉末
Claims (1)
- 【請求項１】 カーボン粒にＰＴＥＦ微粒子を固定させ
たガス流路形成用カプセル粉末とカーボン粒に貴金属微
粒子を担持させたリン酸担持用粉末とを混合し、これを
ホットプレスして触媒層を形成することを特徴とするリ
ン酸型燃料電池用触媒層の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4077204A JPH05283084A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | リン酸型燃料電池用触媒層の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4077204A JPH05283084A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | リン酸型燃料電池用触媒層の形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05283084A true JPH05283084A (ja) | 1993-10-29 |
Family
ID=13627301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4077204A Pending JPH05283084A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | リン酸型燃料電池用触媒層の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05283084A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10241703A (ja) * | 1997-02-21 | 1998-09-11 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用の電極および発電層並びにその製造方法 |
| JP2001185162A (ja) * | 1999-12-22 | 2001-07-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池とその製造方法 |
| WO2002067349A1 (fr) * | 2001-02-21 | 2002-08-29 | Sony Corporation | Corps d'electrode a diffusion gazeuse, son procede de fabrication et dispositif electrochimique |
| KR100665042B1 (ko) * | 2005-03-22 | 2007-01-04 | 이정훈 | 나노입자 및 메조입자로 표면 개질된 중합체 거대입자,이를 이용한 나노입자-고분자 복합소재, 및 이들의제조방법 |
| WO2007129850A1 (en) * | 2006-05-08 | 2007-11-15 | Silvix Co., Ltd | Polymer macroparticle of which surface is modified by mesoparticle and nanoparticle, nanoparticle-polymer composite using the same, and preparation thereof |
| WO2008069330A1 (ja) * | 2006-12-05 | 2008-06-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池用電極の製造方法 |
| JP2009081064A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Toshiba Corp | 触媒層、触媒層の製造方法、燃料電池、および燃料電池の製造方法 |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP4077204A patent/JPH05283084A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7396794B2 (en) | 2001-02-21 | 2008-07-08 | Sony Corporation | Gas diffusive electrode body and method of manufacturing the same as well as electrochemical device |
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| JP2009081064A (ja) * | 2007-09-26 | 2009-04-16 | Toshiba Corp | 触媒層、触媒層の製造方法、燃料電池、および燃料電池の製造方法 |
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