JPH0529005A - 電極−電解質接合体その製造方法、及びそれを用いた燃料電池 - Google Patents
電極−電解質接合体その製造方法、及びそれを用いた燃料電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 均一な触媒層を効率的に形成でき、かつ電極
触媒層の膜厚を容易に調製しうる電極−電解質接合体の
製造方法を提供する。 【構成】 電解質板上にスクリーン印刷法により電極触
媒用のペーストを塗布することにより、均一な電極触媒
層を効率的に形成する。
触媒層の膜厚を容易に調製しうる電極−電解質接合体の
製造方法を提供する。 【構成】 電解質板上にスクリーン印刷法により電極触
媒用のペーストを塗布することにより、均一な電極触媒
層を効率的に形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電極−電解質接合体及び
その製造方法に関し、特に電解質板上に均一な電極触媒
層を効率的に形成でき、かつその膜厚を容易に調整しう
る電極−電解質接合体及びその製造方法に関する。
その製造方法に関し、特に電解質板上に均一な電極触媒
層を効率的に形成でき、かつその膜厚を容易に調整しう
る電極−電解質接合体及びその製造方法に関する。
【０００２】また本発明は燃料電池に関し、特に電解質
板上に均一な電極触媒層を効率的に形成でき、かつその
膜厚を容易に調整し得る電極−電解質接合体を用いた燃
料電池に関する。
板上に均一な電極触媒層を効率的に形成でき、かつその
膜厚を容易に調整し得る電極−電解質接合体を用いた燃
料電池に関する。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】燃料電
池は、一般に電解質板とその両側に設けられたアノード
及びカソードからなる単位電池を、セパレータを介して
積層してなる。各電解質板上で燃料ガスと酸化剤ガスと
の酸化還元反応が起こるようにするために、各セパレー
タには各ガスの流路用溝が形成されている。
池は、一般に電解質板とその両側に設けられたアノード
及びカソードからなる単位電池を、セパレータを介して
積層してなる。各電解質板上で燃料ガスと酸化剤ガスと
の酸化還元反応が起こるようにするために、各セパレー
タには各ガスの流路用溝が形成されている。
【０００４】反応ガスは、燃料ガスと酸化剤ガスからな
り、セパレータのアノード側流路溝には燃料ガスが供給
され、一方、カソード側のセパレータの流路溝には酸化
剤ガスが供給される。このような反応ガスの供給の結
果、電気化学的反応の進行に伴い電子が発生し、この電
子を外部回路に取り出すことにより、電気エネルギーを
発生する。
り、セパレータのアノード側流路溝には燃料ガスが供給
され、一方、カソード側のセパレータの流路溝には酸化
剤ガスが供給される。このような反応ガスの供給の結
果、電気化学的反応の進行に伴い電子が発生し、この電
子を外部回路に取り出すことにより、電気エネルギーを
発生する。
【０００５】このような燃料電池として、電解質板をイ
オン交換膜等のイオン導電性ポリマーにより形成し、そ
の上に電極触媒層を形成してなるものが考えられる。こ
の場合、電極触媒層は、スプレー法、塗布法等により形
成するのが普通である。なお、プラズマ溶射法や、ＣＶ
Ｄ法もあるが、これらの方法では処理温度が高すぎるた
めにイオン導電性ポリマーの場合には適さない。
オン交換膜等のイオン導電性ポリマーにより形成し、そ
の上に電極触媒層を形成してなるものが考えられる。こ
の場合、電極触媒層は、スプレー法、塗布法等により形
成するのが普通である。なお、プラズマ溶射法や、ＣＶ
Ｄ法もあるが、これらの方法では処理温度が高すぎるた
めにイオン導電性ポリマーの場合には適さない。
【０００６】このような燃料電池の電極として、特開昭
57-168473 号は、カーボンペーパー又はカーボン織布等
の導電性基材上に、触媒を担持した導電性超微粒子と、
前記超微粒子中の最大粒子の体積の103 倍以上の体積を
有する導電性物質とを含む混合物層を電極触媒層として
形成したものを開示している。
57-168473 号は、カーボンペーパー又はカーボン織布等
の導電性基材上に、触媒を担持した導電性超微粒子と、
前記超微粒子中の最大粒子の体積の103 倍以上の体積を
有する導電性物質とを含む混合物層を電極触媒層として
形成したものを開示している。
【０００７】しかしながら、このような燃料電池の電極
触媒層をスプレー法により形成する場合には、電極触媒
材料の歩留りが悪い、均一な膜の形成が困難である等の
問題がある。この場合、スプレーを広角とすると、均一
な膜の形成には効果があるが、歩留りは悪くなってしま
う。電極触媒層には通常Ｐｔ等の高価な金属を使用する
ため、歩留りは製造コストに大きく影響を与える。さら
に厚膜のものを形成しようとすると、時間がかかりすぎ
るという問題がある。
触媒層をスプレー法により形成する場合には、電極触媒
材料の歩留りが悪い、均一な膜の形成が困難である等の
問題がある。この場合、スプレーを広角とすると、均一
な膜の形成には効果があるが、歩留りは悪くなってしま
う。電極触媒層には通常Ｐｔ等の高価な金属を使用する
ため、歩留りは製造コストに大きく影響を与える。さら
に厚膜のものを形成しようとすると、時間がかかりすぎ
るという問題がある。
【０００８】また塗布法では、イオン交換膜上に直接
（あるいはＰｔ等のスパッタによる薄膜を介して）塗布
しているので、電極材料の歩留りは良いが、得られる膜
の均一性は劣るという問題がある。
（あるいはＰｔ等のスパッタによる薄膜を介して）塗布
しているので、電極材料の歩留りは良いが、得られる膜
の均一性は劣るという問題がある。
【０００９】上述したように従来の電極触媒層の形成方
法では、均一な電極触媒層を効率的に製造できなかっ
た。また複数種の材料からなる電極触媒層、あるいは大
面積を有する電極触媒層を効率よく形成し得る方法があ
れば、燃料電池の製造プロセスの削減及びコストの低減
が達成でき、有利である。
法では、均一な電極触媒層を効率的に製造できなかっ
た。また複数種の材料からなる電極触媒層、あるいは大
面積を有する電極触媒層を効率よく形成し得る方法があ
れば、燃料電池の製造プロセスの削減及びコストの低減
が達成でき、有利である。
【００１０】したがって本発明の目的は、均一な電極触
媒層を効率的に形成でき、かつ電極触媒層の膜厚を容易
に調整しうる燃料電池の製造方法を提供することであ
る。
媒層を効率的に形成でき、かつ電極触媒層の膜厚を容易
に調整しうる燃料電池の製造方法を提供することであ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者らは、電解質板上にスクリーン印刷法
により電極触媒用のペーストを塗布すれば、均一な電極
触媒層を効率的に形成でき、かつ電極触媒層の膜厚を容
易に調整し得ることを見出し、本発明に想到した。
の結果、本発明者らは、電解質板上にスクリーン印刷法
により電極触媒用のペーストを塗布すれば、均一な電極
触媒層を効率的に形成でき、かつ電極触媒層の膜厚を容
易に調整し得ることを見出し、本発明に想到した。
【００１２】すなわち、本発明の電極−電解質接合体
は、電極触媒用のペーストを電解質板上にスクリーン印
刷法により塗布することにより、電極触媒層を形成して
なることを特徴とする。
は、電極触媒用のペーストを電解質板上にスクリーン印
刷法により塗布することにより、電極触媒層を形成して
なることを特徴とする。
【００１３】また本発明の電極−電解質接合体の製造方
法は、電極触媒用のペーストを電解質板上にスクリーン
印刷法により塗布することにより、電極触媒層を形成す
ることを特徴とする。
法は、電極触媒用のペーストを電解質板上にスクリーン
印刷法により塗布することにより、電極触媒層を形成す
ることを特徴とする。
【００１４】さらに本発明の燃料電池は、上記電極−電
解質接合体を用いてなることを特徴とする。
解質接合体を用いてなることを特徴とする。
【００１５】なお、本発明においては、電解質板として
イオン交換膜を用いた場合、特に効果的である。
イオン交換膜を用いた場合、特に効果的である。
【００１６】本発明を以下詳細に説明する。本発明の方
法を適用し得る燃料電池は、典型的にはそれぞれ複数枚
の電解質板及びセパレータを交互に積層した積層体を形
成し、両端に燃料ガスの流入口及び流出口、及び酸化剤
ガスの流入口及び流出口を具備するマニホールドを取り
付けてなる構造を有する。このような燃料電池のセル
は、１枚の電解質板とその両側に配置された電極板（多
孔質炭素板）からなる。
法を適用し得る燃料電池は、典型的にはそれぞれ複数枚
の電解質板及びセパレータを交互に積層した積層体を形
成し、両端に燃料ガスの流入口及び流出口、及び酸化剤
ガスの流入口及び流出口を具備するマニホールドを取り
付けてなる構造を有する。このような燃料電池のセル
は、１枚の電解質板とその両側に配置された電極板（多
孔質炭素板）からなる。
【００１７】このような燃料電池に使用可能な電極−電
解質接合体の層構造を図１に示す。電極−電解質接合体
１は、電解質板１ａと、その両側の電極触媒層１ｂとか
らなる。電解質板として、イオン導電性ポリマーを用い
ると効果的であり、その膜厚はおおむね50〜200 μｍ程
度である。
解質接合体の層構造を図１に示す。電極−電解質接合体
１は、電解質板１ａと、その両側の電極触媒層１ｂとか
らなる。電解質板として、イオン導電性ポリマーを用い
ると効果的であり、その膜厚はおおむね50〜200 μｍ程
度である。
【００１８】また電極触媒層１ｂは、白金族金属の粉
末、カーボンブラックまたは白金族金属をカーボンブラ
ックに担持させたもの等をイオン交換膜の溶液に分散さ
せたペーストから形成する。上記ペーストは、上述した
イオン交換膜の溶液の固形分100 重量部当り、白金族金
属粉末１〜200 重量部、カーボンブラック１〜500 重量
部及びポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂の粉
末１〜200 重量部を混合することにより、製造すること
ができる。なお白金族金属の他に白金と他の金属の合金
を用いることもできる。
末、カーボンブラックまたは白金族金属をカーボンブラ
ックに担持させたもの等をイオン交換膜の溶液に分散さ
せたペーストから形成する。上記ペーストは、上述した
イオン交換膜の溶液の固形分100 重量部当り、白金族金
属粉末１〜200 重量部、カーボンブラック１〜500 重量
部及びポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂の粉
末１〜200 重量部を混合することにより、製造すること
ができる。なお白金族金属の他に白金と他の金属の合金
を用いることもできる。
【００１９】次に上述したような各材料により、電極−
電解質接合体を製造する本発明の方法を説明する。イオ
ン交換膜１ａ上に前述した電極触媒ペーストをスクリー
ン印刷するが、その前に、イオン交換膜上にプラズマエ
ッチング処理を施せば、イオン交換膜の表面に微細な凹
凸が形成され、電極触媒との接着力が向上する。スクリ
ーン印刷法は、枠に張ったスクリーンを通してペースト
を塗布する公知の技術である。上記スクリーン印刷法に
よるペーストの塗布量は乾燥重量で0.5 〜20mg/ cm2 程
度である。
電解質接合体を製造する本発明の方法を説明する。イオ
ン交換膜１ａ上に前述した電極触媒ペーストをスクリー
ン印刷するが、その前に、イオン交換膜上にプラズマエ
ッチング処理を施せば、イオン交換膜の表面に微細な凹
凸が形成され、電極触媒との接着力が向上する。スクリ
ーン印刷法は、枠に張ったスクリーンを通してペースト
を塗布する公知の技術である。上記スクリーン印刷法に
よるペーストの塗布量は乾燥重量で0.5 〜20mg/ cm2 程
度である。
【００２０】この方法では、スクリーンメッシュの粗
さ、エマルジョンの厚さ、印刷速度等の印刷条件を変え
ることにより、塗布量の調整が自在であり、複数種の触
媒ペーストを積層するのも容易である。また得られる電
極触媒層の厚さが均一であり、しかも、余分な電極触媒
材料がイオン交換膜の所定部分以外に塗布されないの
で、電極触媒材料の無駄がない。
さ、エマルジョンの厚さ、印刷速度等の印刷条件を変え
ることにより、塗布量の調整が自在であり、複数種の触
媒ペーストを積層するのも容易である。また得られる電
極触媒層の厚さが均一であり、しかも、余分な電極触媒
材料がイオン交換膜の所定部分以外に塗布されないの
で、電極触媒材料の無駄がない。
【００２１】なお、このようにして得られた電極−電解
質接合体１には、通常、ホットプレス等の加熱加圧処理
を行う。上記加熱加圧処理の条件は温度60〜200 ℃程
度、圧力50〜300kg/cm 2程度である。
質接合体１には、通常、ホットプレス等の加熱加圧処理
を行う。上記加熱加圧処理の条件は温度60〜200 ℃程
度、圧力50〜300kg/cm 2程度である。
【００２２】以上、本発明を添付図面を参照して説明し
てきたが、本発明はこれに限定されることはなく、種々
の形式の積層型燃料電池に適応が可能である。
てきたが、本発明はこれに限定されることはなく、種々
の形式の積層型燃料電池に適応が可能である。
【００２３】
【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明する。実施例１ 白金ブラック２ｇと、カーボンブラック１ｇと、ポリテ
トラフルオロエチレン粉末１ｇとを、ナフィオン（登録
商標）溶液（アルドリッチ社製、５重量％溶液）40mlと
混合し、電極触媒用のペーストを調製した。
明する。実施例１ 白金ブラック２ｇと、カーボンブラック１ｇと、ポリテ
トラフルオロエチレン粉末１ｇとを、ナフィオン（登録
商標）溶液（アルドリッチ社製、５重量％溶液）40mlと
混合し、電極触媒用のペーストを調製した。
【００２４】次にナフィオン１１７（登録商標）の10cm
×10cmのフィルム（厚さ175 μｍ）をアセトンで洗浄
し、つづいて塩酸処理を施した後、乾燥した。これに対
しスパッタ装置により50mmφの大きさに、30分間プラズ
マエッチング処理を施した。
×10cmのフィルム（厚さ175 μｍ）をアセトンで洗浄
し、つづいて塩酸処理を施した後、乾燥した。これに対
しスパッタ装置により50mmφの大きさに、30分間プラズ
マエッチング処理を施した。
【００２５】このフィルムに対して、上述したペースト
を、切り抜き製版スクリーンにより50mmφの大きさにベ
タ印刷を行った。なお、塗布量は乾燥重量で約２mg/cm
2 とした。さらに、加熱プレスにて100 ℃、150kg/cm2
で、１分間ホットプレスを行い，、厚さ約230 μｍの燃
料電池用の電極−電解質接合体を得た。
を、切り抜き製版スクリーンにより50mmφの大きさにベ
タ印刷を行った。なお、塗布量は乾燥重量で約２mg/cm
2 とした。さらに、加熱プレスにて100 ℃、150kg/cm2
で、１分間ホットプレスを行い，、厚さ約230 μｍの燃
料電池用の電極−電解質接合体を得た。
【００２６】このようにして得られた電極−電解質接合
体においては、電極触媒層の厚さは、ほぼ均一であっ
た。
体においては、電極触媒層の厚さは、ほぼ均一であっ
た。
【００２７】
【発明の効果】以上に詳述した通り、本発明の電極−電
解質接合体の製造方法においては、電解質板上に電極触
媒用のペーストを、スクリーン印刷により塗布すること
により電極触媒層を形成しているので、均一な電極触媒
層を効率的に形成でき、かつ電極触媒層の膜厚の調整が
容易である。
解質接合体の製造方法においては、電解質板上に電極触
媒用のペーストを、スクリーン印刷により塗布すること
により電極触媒層を形成しているので、均一な電極触媒
層を効率的に形成でき、かつ電極触媒層の膜厚の調整が
容易である。
【図１】本発明の方法による燃料電池の電極−電解質接
合体の層構成を示す概略図である。
合体の層構成を示す概略図である。
１・・・電極−電解質接合体
１ａ・・・イオン交換膜（イオン導電性ポリマー）
１ｂ・・・電極触媒層
Claims (5)
- 【請求項１】 電極触媒用のペーストを電解質板上にス
クリーン印刷法により塗布することにより、電極触媒層
を形成してなることを特徴とする電極−電解質接合体。 - 【請求項２】 請求項１に記載の電極−電解質接合体に
おいて、前記電解質板がイオン導電性ポリマーであるこ
とを特徴とする電極−電解質接合体。 - 【請求項３】 電極触媒用のペーストを電解質板上にス
クリーン印刷法により塗布することにより、電極触媒層
を形成することを特徴とする電極−電解質接合体の製造
方法。 - 【請求項４】 請求項３に記載の電極−電解質接合体の
製造方法において、前記電解質板がイオン導電性ポリマ
ーであることを特徴とする電極−電解質接合体の製造方
法。 - 【請求項５】 請求項１又は請求項２に記載の電極−電
解質接合体を用いてなることを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20736191A JP3442408B2 (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | 電極−電解質接合体の製造方法及びそれを用いた燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20736191A JP3442408B2 (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | 電極−電解質接合体の製造方法及びそれを用いた燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0529005A true JPH0529005A (ja) | 1993-02-05 |
| JP3442408B2 JP3442408B2 (ja) | 2003-09-02 |
Family
ID=16538463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20736191A Expired - Fee Related JP3442408B2 (ja) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | 電極−電解質接合体の製造方法及びそれを用いた燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3442408B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0638948A1 (de) * | 1993-08-13 | 1995-02-15 | Compur Monitors Sensor Technology GmbH | Verfahren zur Herstellung katalytisch wirksamer Gasdiffusionselektroden |
| EP0641033A1 (de) * | 1993-08-31 | 1995-03-01 | Compur Monitors Sensor Technology GmbH | Verfahren zur Herstellung katalytisch wirksamer Gasdiffusionselektroden für elektrochemische Zellen |
| WO2000079630A3 (en) * | 1999-06-18 | 2001-05-25 | Gore Enterprise Holdings Inc | Fuel cell membrane electrode assemblies with improved power outputs and poison resistance |
| JP2002237315A (ja) * | 2001-02-07 | 2002-08-23 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | 膜−電極接合体用高分子膜及びそれからなる膜−電極接合体並びに燃料電池。 |
| WO2003088396A1 (fr) * | 2002-04-18 | 2003-10-23 | Nec Corporation | Batterie de piles a combustible a electrolyte polymere solide a performance amelioree et son procede de fabrication |
| JP2006054165A (ja) * | 2004-07-15 | 2006-02-23 | Honda Motor Co Ltd | 固体高分子型燃料電池及び固体高分子型燃料電池の製造方法 |
| JP2011108658A (ja) * | 1997-10-10 | 2011-06-02 | 3M Co | 膜電極の作製方法 |
-
1991
- 1991-07-24 JP JP20736191A patent/JP3442408B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
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| US7858263B2 (en) | 2004-07-15 | 2010-12-28 | Honda Motor Co., Ltd. | Solid polymer electrolyte fuel cell and method for manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3442408B2 (ja) | 2003-09-02 |
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