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

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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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JP
Japan
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phosphoric acid
fuel cell
fine particles
powder
catalyst layer
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Application number
JP4077204A
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English (en)
Inventor
Osamu Sakamoto
修 坂本
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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)。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP4077204A 1992-03-31 1992-03-31 リン酸型燃料電池用触媒層の形成方法 Pending JPH05283084A (ja)

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