JPH06103982A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JPH06103982A JPH06103982A JP4249489A JP24948992A JPH06103982A JP H06103982 A JPH06103982 A JP H06103982A JP 4249489 A JP4249489 A JP 4249489A JP 24948992 A JP24948992 A JP 24948992A JP H06103982 A JPH06103982 A JP H06103982A
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- platinum
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- fuel cell
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
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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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】マトリックス４に隣接し、リン酸量の多い触媒
層６ｂは、白金量を大きくし、マトリックス４から離れ
た位置の触媒層６ａは、白金量を小さく構成する。さら
に撥水性を付与するフッ素樹脂の分布をマトリックス側
で大きく、マトリックスから離れるにつれて小さくす
る。 【効果】ガス拡散電極内のリン酸の分布に合わせて白金
を分布させているので、電池反応を支配する白金とリン
酸との接触界面はガス拡散電極内において一様になり、
高い電池性能が得られる。またガス拡散電極内のフッ素
樹脂の分布はマトリックス側で多量であり、マトリック
スから離れるにつれて少量となるように配置しているの
で、ガス拡散電極内のリン酸分布が一様となり、電池反
応を支配する白金とリン酸との接触界面はガス拡散電極
内において一様になり、高い電池性能が得られる。従っ
て白金の使用量を低減すると共に、高性能，長寿命にし
て安価な燃料電池を提供することが出来る
層６ｂは、白金量を大きくし、マトリックス４から離れ
た位置の触媒層６ａは、白金量を小さく構成する。さら
に撥水性を付与するフッ素樹脂の分布をマトリックス側
で大きく、マトリックスから離れるにつれて小さくす
る。 【効果】ガス拡散電極内のリン酸の分布に合わせて白金
を分布させているので、電池反応を支配する白金とリン
酸との接触界面はガス拡散電極内において一様になり、
高い電池性能が得られる。またガス拡散電極内のフッ素
樹脂の分布はマトリックス側で多量であり、マトリック
スから離れるにつれて少量となるように配置しているの
で、ガス拡散電極内のリン酸分布が一様となり、電池反
応を支配する白金とリン酸との接触界面はガス拡散電極
内において一様になり、高い電池性能が得られる。従っ
て白金の使用量を低減すると共に、高性能，長寿命にし
て安価な燃料電池を提供することが出来る
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池に係り、特に、
電解質にリン酸を用いた電池において触媒層を複数層構
造とした高性能，長寿命ガス拡散電極に関する。
電解質にリン酸を用いた電池において触媒層を複数層構
造とした高性能，長寿命ガス拡散電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の燃料電池は特開昭63−16558 号公
報に記載のように、触媒層を二層構造とし、電解質と接
する側の層の白金担持量を小さく構成して電池性能及び
寿命の向上を図っていた。また、特開昭63−45757 号公
報に記載のように、二層構造の触媒層の電解質側の層の
フッ素樹脂量を少なくし、電極基板側を多くして電池寿
命の向上を図っていた。
報に記載のように、触媒層を二層構造とし、電解質と接
する側の層の白金担持量を小さく構成して電池性能及び
寿命の向上を図っていた。また、特開昭63−45757 号公
報に記載のように、二層構造の触媒層の電解質側の層の
フッ素樹脂量を少なくし、電極基板側を多くして電池寿
命の向上を図っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、電解
質であるリン酸がガス拡散電極内においてリン酸の保持
材であるマトリックス側に多量に分布し、マトリックス
から離れるにつれて少なくなることが考慮されていない
ため、白金などの貴金属を多量に使用しているにも係ら
ず、より高い性能が得られない欠点がある。また、燃料
電池ではその運転時間と共に、経時的にリン酸がガス拡
散電極内の触媒を濡らしイオンの拡散不良による性能低
下をもたらすことについてなんら考慮せず、白金の溶出
あるいはガス拡散についてのみしか考慮していないた
め、経時的な性能低下が非常に大きい欠点があった。ま
たリン酸は、経時的にガス拡散電極内の触媒を濡らすの
みではなく、ガス拡散電極の電極基板側にリン酸が浸入
し、その反応部分が拡大してある程度経時的な性能低下
を抑制しているが、従来技術ではこの新たな反応部分の
拡大等に対する考慮が足らず経時的な性能低下が大きい
欠点があった。
質であるリン酸がガス拡散電極内においてリン酸の保持
材であるマトリックス側に多量に分布し、マトリックス
から離れるにつれて少なくなることが考慮されていない
ため、白金などの貴金属を多量に使用しているにも係ら
ず、より高い性能が得られない欠点がある。また、燃料
電池ではその運転時間と共に、経時的にリン酸がガス拡
散電極内の触媒を濡らしイオンの拡散不良による性能低
下をもたらすことについてなんら考慮せず、白金の溶出
あるいはガス拡散についてのみしか考慮していないた
め、経時的な性能低下が非常に大きい欠点があった。ま
たリン酸は、経時的にガス拡散電極内の触媒を濡らすの
みではなく、ガス拡散電極の電極基板側にリン酸が浸入
し、その反応部分が拡大してある程度経時的な性能低下
を抑制しているが、従来技術ではこの新たな反応部分の
拡大等に対する考慮が足らず経時的な性能低下が大きい
欠点があった。
【０００４】本発明の目的は、ガス拡散電極内における
リン酸の分布及びその経時的な移動を考慮した触媒分布
をもつガス拡散電極とすることにより、白金の使用量を
低減すると共に、高性能，長寿命の燃料電池を提供する
ことにある。
リン酸の分布及びその経時的な移動を考慮した触媒分布
をもつガス拡散電極とすることにより、白金の使用量を
低減すると共に、高性能，長寿命の燃料電池を提供する
ことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、ガス拡散電
極内の触媒層を複数層に分割し、ガス拡散電極内の反応
部位，リン酸分布に対応した白金の分布，フッ素樹脂の
分布とすることによって達成される。即ち、白金の分布
をマトリックス側で大きく、マトリックスから離れるに
つれて小さくすること、及びガス拡散電極に撥水性を付
与するフッ素樹脂の分布をマトリックス側で大きく、マ
トリックスから離れるにつれて小さくすることによって
達成される。
極内の触媒層を複数層に分割し、ガス拡散電極内の反応
部位，リン酸分布に対応した白金の分布，フッ素樹脂の
分布とすることによって達成される。即ち、白金の分布
をマトリックス側で大きく、マトリックスから離れるに
つれて小さくすること、及びガス拡散電極に撥水性を付
与するフッ素樹脂の分布をマトリックス側で大きく、マ
トリックスから離れるにつれて小さくすることによって
達成される。
【０００６】
【作用】ガス拡散電極内のリン酸の分布は、マトリック
ス側において多量であり、マトリックスから離れるにつ
れて少量と成るので、この分布に合わせて白金を分布さ
せているので、電池反応を支配する白金とリン酸との接
触界面はガス拡散電極内で一様になり、白金量を少なく
しても高い電池性能が得られる。また、ガス拡散電極内
のフッ素樹脂の分布はマトリックス側で多量であり、マ
トリックスから離れるにつれて少量となるように配置し
ているので、ガス拡散電極内のリン酸分布が一様とな
り、電池反応を支配する白金とリン酸との接触界面はガ
ス拡散電極内において一様になり、高い電池性能が得ら
れる。また、経時的に少量のリン酸がガス拡散電極の電
極基板側に浸入してきた際にも、そのリン酸を効果的に
反応に寄与させることが出来るので、経時的な性能低下
を低減することが出来る。
ス側において多量であり、マトリックスから離れるにつ
れて少量と成るので、この分布に合わせて白金を分布さ
せているので、電池反応を支配する白金とリン酸との接
触界面はガス拡散電極内で一様になり、白金量を少なく
しても高い電池性能が得られる。また、ガス拡散電極内
のフッ素樹脂の分布はマトリックス側で多量であり、マ
トリックスから離れるにつれて少量となるように配置し
ているので、ガス拡散電極内のリン酸分布が一様とな
り、電池反応を支配する白金とリン酸との接触界面はガ
ス拡散電極内において一様になり、高い電池性能が得ら
れる。また、経時的に少量のリン酸がガス拡散電極の電
極基板側に浸入してきた際にも、そのリン酸を効果的に
反応に寄与させることが出来るので、経時的な性能低下
を低減することが出来る。
【０００７】
【実施例】以下、本発明のー実施例を図１ないし図４，
表１，表２によって説明する。
表１，表２によって説明する。
【０００８】
【表１】
【０００９】
【表２】
【００１０】図１において、単位電池１は、空気極２と
燃料極３との間に電解質であるリン酸を含んだマトリッ
クス４を挾持して構成している。空気極２及び燃料極３
はそれぞれ空気側ガス拡散電極６及び燃料側ガス拡散電
極７を電極基板５に固着してなり、それぞれのガス拡散
電極がマトリックス４と対向している。なお、電極基板
は図示してないセパレータにガス通路が形成されている
ので、この実施例では平坦なものとなっているが、ガス
通路を持つ電極基板の場合にも同様の作用を有する。
燃料極３との間に電解質であるリン酸を含んだマトリッ
クス４を挾持して構成している。空気極２及び燃料極３
はそれぞれ空気側ガス拡散電極６及び燃料側ガス拡散電
極７を電極基板５に固着してなり、それぞれのガス拡散
電極がマトリックス４と対向している。なお、電極基板
は図示してないセパレータにガス通路が形成されている
ので、この実施例では平坦なものとなっているが、ガス
通路を持つ電極基板の場合にも同様の作用を有する。
【００１１】空気側ガス拡散電極６はマトリックス４に
近い側から、順次、白金担持量の高い触媒層６ｂと低い
触媒層６ａとの二層で構成している。触媒層６ａは、白
金担持量の小さいカーボン粉末と撥水性を付与する代表
的なフッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（以
下、ＰＴＦＥと略）の微粒子とで構成した。触媒層６ｂ
は、触媒層６ａよりも白金担持量の大きいカーボン粉末
とＰＴＦＥの微粒子とで構成した。
近い側から、順次、白金担持量の高い触媒層６ｂと低い
触媒層６ａとの二層で構成している。触媒層６ａは、白
金担持量の小さいカーボン粉末と撥水性を付与する代表
的なフッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレン（以
下、ＰＴＦＥと略）の微粒子とで構成した。触媒層６ｂ
は、触媒層６ａよりも白金担持量の大きいカーボン粉末
とＰＴＦＥの微粒子とで構成した。
【００１２】マトリックス４に近い触媒層６ｂについ
て、表１に示すように白金担持量１０〜４０％のカーボ
ン粉末とＰＴＦＥの微粒子とで白金量０.５mg／cm2，Ｐ
ＴＦＥ量５０％となるように構成した。したがって、触
媒層６ｂの厚さは白金担持量が大きい場合は薄くなる。
また、触媒層６ａは白金担持量１０％のカーボン粉末と
ＰＴＦＥの微粒子とで白金量０.５mg／cm2，ＰＴＦＥ量
５０％となるように構成した。一方、燃料極は単層の構
成とし、白金担持量１０％のカーボン粉末とPTFEの微粒
子とで、白金量０.５mg／cm2，ＰＴＦＥ量５０％となる
ように構成した。また、マトリックス４は詳細は図示し
てないが炭化珪素粉などの微粒子で構成し、その粒子間
に電解質であるリン酸が含浸されている。
て、表１に示すように白金担持量１０〜４０％のカーボ
ン粉末とＰＴＦＥの微粒子とで白金量０.５mg／cm2，Ｐ
ＴＦＥ量５０％となるように構成した。したがって、触
媒層６ｂの厚さは白金担持量が大きい場合は薄くなる。
また、触媒層６ａは白金担持量１０％のカーボン粉末と
ＰＴＦＥの微粒子とで白金量０.５mg／cm2，ＰＴＦＥ量
５０％となるように構成した。一方、燃料極は単層の構
成とし、白金担持量１０％のカーボン粉末とPTFEの微粒
子とで、白金量０.５mg／cm2，ＰＴＦＥ量５０％となる
ように構成した。また、マトリックス４は詳細は図示し
てないが炭化珪素粉などの微粒子で構成し、その粒子間
に電解質であるリン酸が含浸されている。
【００１３】以上のような構成要素で単位電池１を製作
し、その性能を測定したところ図２に示す結果が得られ
た。なお、図２には触媒層６ａと６ｂの構成条件を全く
逆にした例、即ち、従来例についても合わせて示してい
る。図から明らかなようにマトリックスに近い側の触媒
層の白金担持量を大きくすることで明らかに性能が高く
なることが分かる。また、好ましくは白金担持量が２０
〜３０％の範囲であることも分かった。この結果は、ガ
ス拡散電極内のリン酸の分布が、マトリックス側で多量
であり、マトリックスから離れるにつれて少量となるの
に対応して白金を分布させているので、電池反応を支配
する白金とリン酸との接触界面がガス拡散電極内で一様
になり、同じ白金量でもより高い電池性能が得られるも
のと考えられる。
し、その性能を測定したところ図２に示す結果が得られ
た。なお、図２には触媒層６ａと６ｂの構成条件を全く
逆にした例、即ち、従来例についても合わせて示してい
る。図から明らかなようにマトリックスに近い側の触媒
層の白金担持量を大きくすることで明らかに性能が高く
なることが分かる。また、好ましくは白金担持量が２０
〜３０％の範囲であることも分かった。この結果は、ガ
ス拡散電極内のリン酸の分布が、マトリックス側で多量
であり、マトリックスから離れるにつれて少量となるの
に対応して白金を分布させているので、電池反応を支配
する白金とリン酸との接触界面がガス拡散電極内で一様
になり、同じ白金量でもより高い電池性能が得られるも
のと考えられる。
【００１４】図３の実施例は、表２に構成条件を示すよ
うに触媒層６ｂの白金担持量を一定にし、触媒層６ａの
白金担持量を２.５〜２５％ の範囲で変えて単位電池の
性能を測定した例である。電池の製作条件，構成は表
１，図１と同じである。
うに触媒層６ｂの白金担持量を一定にし、触媒層６ａの
白金担持量を２.５〜２５％ の範囲で変えて単位電池の
性能を測定した例である。電池の製作条件，構成は表
１，図１と同じである。
【００１５】この実施例では、図３から明らかなように
触媒層６ａの白金担持量を５％以上とすることで従来例
の性能より高くなることが分かった。また、白金担持量
が２０％以上に高くしても性能向上にそれほど寄与しな
いことが分かった。即ち、５〜１５％の範囲が好適な範
囲であることが分かった。
触媒層６ａの白金担持量を５％以上とすることで従来例
の性能より高くなることが分かった。また、白金担持量
が２０％以上に高くしても性能向上にそれほど寄与しな
いことが分かった。即ち、５〜１５％の範囲が好適な範
囲であることが分かった。
【００１６】また、本発明の表１のＮo.４電池とこれと
構成を全く逆にした従来型の電池について、その経時特
性を測定した結果、図４に示すように、本発明例のほう
がより安定した性能で推移することが分かった。これ
は、本発明例の場合には触媒層の白金微粒子がリン酸で
濡れても微粒子の絶対量が十分多いのでそれほど影響を
受けないのに対し、従来例では微粒子の数が少ないので
反応出来なくなり、その部分が単なる抵抗になってしま
ったためと考えられる。
構成を全く逆にした従来型の電池について、その経時特
性を測定した結果、図４に示すように、本発明例のほう
がより安定した性能で推移することが分かった。これ
は、本発明例の場合には触媒層の白金微粒子がリン酸で
濡れても微粒子の絶対量が十分多いのでそれほど影響を
受けないのに対し、従来例では微粒子の数が少ないので
反応出来なくなり、その部分が単なる抵抗になってしま
ったためと考えられる。
【００１７】本実施例によれば、ガス拡散電極内のリン
酸分布に対応した貴金属微粒子の分布を構成できるの
で、高性能にして、かつ長寿命の燃料電池を提供でき
る。換言すれば、同じ性能を得るためであれば白金量を
少なく出来ることを意味し、燃料電池の製造コストを低
減できる効果がある。
酸分布に対応した貴金属微粒子の分布を構成できるの
で、高性能にして、かつ長寿命の燃料電池を提供でき
る。換言すれば、同じ性能を得るためであれば白金量を
少なく出来ることを意味し、燃料電池の製造コストを低
減できる効果がある。
【００１８】次に、リン酸分布を改良する手段として、
ＰＴＦＥ量の分布を変えた実施例について説明する。
ＰＴＦＥ量の分布を変えた実施例について説明する。
【００１９】図５の実施例は、マトリックスに近い触媒
層６ｂの白金担持量２５％，PTFE量５０％，触媒層６ａ
の白金担持量１０％を一定とし、触媒層６ａのＰＴＦＥ
量を１０〜７０％の範囲で変えて、それぞれの電池の性
能を測定した結果である。なお、電池の製作条件，構成
は表１，図１と同じである。
層６ｂの白金担持量２５％，PTFE量５０％，触媒層６ａ
の白金担持量１０％を一定とし、触媒層６ａのＰＴＦＥ
量を１０〜７０％の範囲で変えて、それぞれの電池の性
能を測定した結果である。なお、電池の製作条件，構成
は表１，図１と同じである。
【００２０】この例では、触媒層６ｂのＰＴＦＥ量を触
媒層６ｂのＰＴＦＥ量５０％より小さく、好ましくは３
０〜４０％の範囲とすることにより、電池性能がより高
くなる結果が得られた。これは、マトリックスから離れ
た触媒層６ｂのＰＴＦＥ量を少なくすることにより、こ
の層に多くのリン酸が浸透し、触媒層全体のリン酸分布
が改良され、マトリックスから離れた層における反応界
面が増加した結果である。一方、ＰＴＦＥ量を少なくし
過ぎると触媒層６ａがリン酸で濡れ過ぎ、反応ガスがこ
の部分で遮断される。いわゆる、ガス拡散不良により、
逆に性能が低下することとなる。また、ＰＴＦＥ量を６
０％を超えるほど大きくすると、触媒層６ａにリン酸が
浸透しないばかりか、この触媒層の電気抵抗を高くして
しまうため高い性能が得られない結果となる。
媒層６ｂのＰＴＦＥ量５０％より小さく、好ましくは３
０〜４０％の範囲とすることにより、電池性能がより高
くなる結果が得られた。これは、マトリックスから離れ
た触媒層６ｂのＰＴＦＥ量を少なくすることにより、こ
の層に多くのリン酸が浸透し、触媒層全体のリン酸分布
が改良され、マトリックスから離れた層における反応界
面が増加した結果である。一方、ＰＴＦＥ量を少なくし
過ぎると触媒層６ａがリン酸で濡れ過ぎ、反応ガスがこ
の部分で遮断される。いわゆる、ガス拡散不良により、
逆に性能が低下することとなる。また、ＰＴＦＥ量を６
０％を超えるほど大きくすると、触媒層６ａにリン酸が
浸透しないばかりか、この触媒層の電気抵抗を高くして
しまうため高い性能が得られない結果となる。
【００２１】図６の実施例は、マトリックスから離れた
触媒層６ａの白金担持量１０％，ＰＴＦＥ量３０％，触
媒層６ｂの白金担持量２５％を一定とし、触媒層６ｂの
ＰＴＦＥ量を２０〜７０％の範囲で変えて、それぞれの
電池の性能を測定した結果である。なお、電池の製作条
件，構成は表１，図１と同じである。この例では、ＰＴ
ＦＥ量４０〜６０％の範囲が良好な結果で、この範囲を
外れると図５の発明で説明したと同じ理由で性能が低下
する結果が得られた。
触媒層６ａの白金担持量１０％，ＰＴＦＥ量３０％，触
媒層６ｂの白金担持量２５％を一定とし、触媒層６ｂの
ＰＴＦＥ量を２０〜７０％の範囲で変えて、それぞれの
電池の性能を測定した結果である。なお、電池の製作条
件，構成は表１，図１と同じである。この例では、ＰＴ
ＦＥ量４０〜６０％の範囲が良好な結果で、この範囲を
外れると図５の発明で説明したと同じ理由で性能が低下
する結果が得られた。
【００２２】図５，図６の実施例では、触媒層６ａのＰ
ＴＦＥ量を触媒層６ｂのそれより小さくすることによ
り、さらに性能が向上する効果がある。
ＴＦＥ量を触媒層６ｂのそれより小さくすることによ
り、さらに性能が向上する効果がある。
【００２３】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。全体構成は図１と同じであるが、要部を図７に示す
ように、二層に構成された触媒層のうち電極基板に隣接
する触媒層６ａを電極基板と触媒層６ｂとの接着層とし
たことである。
る。全体構成は図１と同じであるが、要部を図７に示す
ように、二層に構成された触媒層のうち電極基板に隣接
する触媒層６ａを電極基板と触媒層６ｂとの接着層とし
たことである。
【００２４】触媒層の構成方法は、一般的には白金を担
持したカーボン粉とＰＴＦＥ粉を界面活性剤を含む水で
混練してペースト状とし、これを電極基板塗布する方
法、あるいは、白金を担持したカーボン粉とＰＴＦＥ粉
をケロシンなどの助剤によって混練し、これをローラな
どでシート状に伸ばし、電極基板に接着剤で貼付る方法
などがあるが、前者は多層化することが難しく、後者は
接着剤を必要とする不都合があった。
持したカーボン粉とＰＴＦＥ粉を界面活性剤を含む水で
混練してペースト状とし、これを電極基板塗布する方
法、あるいは、白金を担持したカーボン粉とＰＴＦＥ粉
をケロシンなどの助剤によって混練し、これをローラな
どでシート状に伸ばし、電極基板に接着剤で貼付る方法
などがあるが、前者は多層化することが難しく、後者は
接着剤を必要とする不都合があった。
【００２５】図７の発明は、シート状の触媒層６ｂをペ
ースト状の触媒層６ａによって電極基板５に接着し、そ
の後適度な条件で水などの溶媒を除去することによって
容易に多層の触媒層を含むガス拡散電極６が形成でき
る。
ースト状の触媒層６ａによって電極基板５に接着し、そ
の後適度な条件で水などの溶媒を除去することによって
容易に多層の触媒層を含むガス拡散電極６が形成でき
る。
【００２６】この実施例では、燃料電池の製造が容易に
なる効果が付加される。
なる効果が付加される。
【００２７】図８の発明は、触媒層のマトリックスに最
も近い部分はリン酸で濡れ、ほとんど発電に寄与しない
ことに着目したもので、その部分の白金を無くしたもの
である。即ち、空気極２のガス拡散電極６の電極基板５
から離れた層は、白金を担持しないダミー層６ｄとし、
無用な貴金属を使用しないようにしたものである。ガス
拡散電極６の厚さを一定、即ちダミー層６ｄの厚さ分白
金を含む触媒層６ｃの厚みを低減し、ダミー層６ｄの厚
さを変えたときの電池性能測定結果を図９に示す。図か
ら明らかなように、ダミー層６ｄの厚みが２５μｍ以下
であれば電池性能を低下させることがなく、その分白金
を使用しないですむ。
も近い部分はリン酸で濡れ、ほとんど発電に寄与しない
ことに着目したもので、その部分の白金を無くしたもの
である。即ち、空気極２のガス拡散電極６の電極基板５
から離れた層は、白金を担持しないダミー層６ｄとし、
無用な貴金属を使用しないようにしたものである。ガス
拡散電極６の厚さを一定、即ちダミー層６ｄの厚さ分白
金を含む触媒層６ｃの厚みを低減し、ダミー層６ｄの厚
さを変えたときの電池性能測定結果を図９に示す。図か
ら明らかなように、ダミー層６ｄの厚みが２５μｍ以下
であれば電池性能を低下させることがなく、その分白金
を使用しないですむ。
【００２８】なお、ダミー層６ｄの形成法は、層厚みが
非常に薄いのでアセチレンブラックなどのカーボン微粒
子を触媒層６ｃと同量の比率のＰＴＦＥと界面活性剤を
含む水などの溶媒、及び粘度調整剤で印刷用インキ程度
の粘度とし、これをスクリーン印刷などにより薄く塗布
すると効果的である。
非常に薄いのでアセチレンブラックなどのカーボン微粒
子を触媒層６ｃと同量の比率のＰＴＦＥと界面活性剤を
含む水などの溶媒、及び粘度調整剤で印刷用インキ程度
の粘度とし、これをスクリーン印刷などにより薄く塗布
すると効果的である。
【００２９】この実施例では、ダミー層の厚み分白金を
使用しないですむので燃料電池が安価にできる効果があ
る。
使用しないですむので燃料電池が安価にできる効果があ
る。
【００３０】図１０の発明は、図１の発明にダミー層６
ｄを設けたもので、図はその要部を示す。触媒層６ａの
白金担持量１０％，ＰＴＦＥ量３０％，触媒層６ｂの白
金担持量２５％，ＰＴＦＥ量を５０％，ダミー層６ｄの
白金担持量０％，ＰＴＦＥ量５０％とし、ガス拡散電極
６の厚さを一定、即ちダミー層６ｄの厚さ分白金を含む
触媒層６ｂの厚みを低減し、ダミー層６ｄの厚さを変え
たときの電池性能測定結果を図１１に示す。図から明ら
かなように、この実施例の場合でも、図８の場合と同様
ダミー層６ｄの厚みが２５μｍ以下であれば電池性能を
低下させることがなく、その分白金を使用しないです
み、白金の使用量を低減できる効果がある。
ｄを設けたもので、図はその要部を示す。触媒層６ａの
白金担持量１０％，ＰＴＦＥ量３０％，触媒層６ｂの白
金担持量２５％，ＰＴＦＥ量を５０％，ダミー層６ｄの
白金担持量０％，ＰＴＦＥ量５０％とし、ガス拡散電極
６の厚さを一定、即ちダミー層６ｄの厚さ分白金を含む
触媒層６ｂの厚みを低減し、ダミー層６ｄの厚さを変え
たときの電池性能測定結果を図１１に示す。図から明ら
かなように、この実施例の場合でも、図８の場合と同様
ダミー層６ｄの厚みが２５μｍ以下であれば電池性能を
低下させることがなく、その分白金を使用しないです
み、白金の使用量を低減できる効果がある。
【００３１】なお、ダミー層６ｄは、必ずしも白金担持
量０％である必要はなく、白金担持量の小さい触媒層６
ａと同じものとすることも有効である。この場合には使
用する部材の点数を低減できる効果がある。
量０％である必要はなく、白金担持量の小さい触媒層６
ａと同じものとすることも有効である。この場合には使
用する部材の点数を低減できる効果がある。
【００３２】なお、以上の説明は全て空気極側の触媒層
によって説明しているが、燃料極側においても本発明は
有効である。
によって説明しているが、燃料極側においても本発明は
有効である。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、ガス拡散電極内の触媒
層を複数層に分割し、白金の分布をマトリックス側で大
きく、マトリックスから離れるにつれて小さくするこ
と、及びガス拡散電極に撥水性を付与するフッ素樹脂の
分布をマトリックス側で大きく、マトリックスから離れ
るにつれて小さくすることによって、ガス拡散電極内の
反応部位，リン酸分布に対応した白金の分布，フッ素樹
脂の分布とすることが出来るので、白金の使用量を低減
すると共に、高性能，長寿命にして安価な燃料電池を提
供することが出来る。
層を複数層に分割し、白金の分布をマトリックス側で大
きく、マトリックスから離れるにつれて小さくするこ
と、及びガス拡散電極に撥水性を付与するフッ素樹脂の
分布をマトリックス側で大きく、マトリックスから離れ
るにつれて小さくすることによって、ガス拡散電極内の
反応部位，リン酸分布に対応した白金の分布，フッ素樹
脂の分布とすることが出来るので、白金の使用量を低減
すると共に、高性能，長寿命にして安価な燃料電池を提
供することが出来る。
【図１】本発明の燃料電池の部分断面図。
【図２】電池電圧の白金量依存性を示す説明図。
【図３】電池電圧の白金量依存性を示す説明図。
【図４】本発明の燃料電池の電池電圧経時特性図。
【図５】電池電圧のＰＴＦＥ量依存性を示す説明図。
【図６】電池電圧のＰＴＦＥ量依存性を示す説明図。
【図７】本発明の燃料電池のガス拡散電極の要部を示す
部分断面図。
部分断面図。
【図８】本発明の燃料電池のガス拡散電極の要部を示す
部分断面図。
部分断面図。
【図９】ダミー層厚さと電池電圧の関係を示す説明図。
【図１０】三層構造ガス拡散電極の要部を示す部分断面
図。
図。
【図１１】三層構造ガス拡散電極のダミー層厚さと電池
電圧の関係を示す説明図。
電圧の関係を示す説明図。
１…単位電池、４…マトリックス、５…電極基板、６
ａ，６ｂ，６ｃ…触媒層、６ｄ…ダミー層。
ａ，６ｂ，６ｃ…触媒層、６ｄ…ダミー層。
Claims (8)
- 【請求項１】空気極と燃料極との間に電解質を含むマト
リックスを挾持し、電極の構成要素の一つである触媒層
を貴金属を担持したカーボン粉とその結合材であるフッ
素樹脂で構成すると共に、前記触媒層を二層に構成して
成る燃料電池において、前記マトリックスに近い側の前
記触媒層の貴金属担持量とフッ素樹脂濃度の少なくとも
一方を他の層より大きくしたことを特徴とする燃料電
池。 - 【請求項２】請求項１において、前記マトリックスに近
い側の前記触媒層の触媒粉の貴金属担持量が２０〜３０
％，他の層が５〜１５％の範囲である燃料電池。 - 【請求項３】請求項１において、前記マトリックスに近
い側の前記触媒層のフッ素樹脂濃度が４５〜６０％，他
の層が３０〜４０％の範囲である燃料電池。 - 【請求項４】請求項１において、前記マトリックスに近
い側の前記触媒層の触媒粉の貴金属担持量が２０〜３０
％，フッ素樹脂濃度が４５〜６０％、他の層の触媒粉の
貴金属担持量が５〜１５％，フッ素樹脂濃度が３０〜４
０％の範囲である燃料電池。 - 【請求項５】請求項１において、前記マトリックスから
離れた前記触媒層を電極基板と前記マトリックスに近い
側の触媒層との接着層とした燃料電池。 - 【請求項６】請求項１において、マトリックスに近い側
の触媒層の触媒粉の貴金属担持量が０％で、かつその厚
さが２５μｍ以下である燃料電池。 - 【請求項７】空気極と燃料極との間に電解質を含むマト
リックスを挾持し、かつ電極の構成要素の一つである触
媒層を貴金属を担持したカーボン粉とその結合材である
フッ素樹脂で構成して成る燃料電池において、前記触媒
層を三層以上に分割すると共に、貴金属担持量が山型に
なるように構成したことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項８】請求項７において、前記触媒層を三層と
し、マトリックスに接する前記触媒層の前記カーボン粉
の貴金属担持量が０％，フッ素樹脂濃度が４５〜６０
％、かつその厚さが２５μｍ以下，中間層の触媒粉の貴
金属担持量が２０〜３０％，フッ素樹脂濃度が４５〜６
０％，他の層の触媒粉の貴金属担持量が５〜１５％，フ
ッ素樹脂濃度が３０〜４０％の範囲である燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4249489A JPH06103982A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4249489A JPH06103982A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06103982A true JPH06103982A (ja) | 1994-04-15 |
Family
ID=17193738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4249489A Pending JPH06103982A (ja) | 1992-09-18 | 1992-09-18 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06103982A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09265992A (ja) * | 1996-03-29 | 1997-10-07 | Mazda Motor Corp | 燃料電池の電極構造 |
| KR100290208B1 (ko) * | 1998-06-02 | 2001-05-15 | 허동수 | 더미촉매층이 형성된 연료전지 전극 |
| WO2006057139A1 (ja) | 2004-11-25 | 2006-06-01 | Nissan Motor Co., Ltd. | 固体高分子型燃料電池 |
-
1992
- 1992-09-18 JP JP4249489A patent/JPH06103982A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09265992A (ja) * | 1996-03-29 | 1997-10-07 | Mazda Motor Corp | 燃料電池の電極構造 |
| KR100290208B1 (ko) * | 1998-06-02 | 2001-05-15 | 허동수 | 더미촉매층이 형성된 연료전지 전극 |
| WO2006057139A1 (ja) | 2004-11-25 | 2006-06-01 | Nissan Motor Co., Ltd. | 固体高分子型燃料電池 |
| US7901836B2 (en) | 2004-11-25 | 2011-03-08 | Nissan Motor Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
| US8329359B2 (en) | 2004-11-25 | 2012-12-11 | Nissan Motor Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |