JPH06349500A - リン酸型燃料電池用電極の製造方法 - Google Patents
リン酸型燃料電池用電極の製造方法Info
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- JPH06349500A JPH06349500A JP5166266A JP16626693A JPH06349500A JP H06349500 A JPH06349500 A JP H06349500A JP 5166266 A JP5166266 A JP 5166266A JP 16626693 A JP16626693 A JP 16626693A JP H06349500 A JPH06349500 A JP H06349500A
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- glycerin
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- phosphoric acid
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- 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
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 触媒とＰＴＦＥ及び場合によってその他の撥
水性材料を分散混合させたペーストから電極を成型する
場合に、そのペーストを電極基材に塗り付けた後、電極
触媒層の形を崩さず、電極からグリセリンを除去する方
法を提供する。 【構成】 貴金属又は貴金属合金の微粒子とフッ素径ポ
リマーの二者、あるいはその二者とその他の撥水性粒子
の三者をグリセリン中に分散させたペーストを多孔質電
極材料に塗り付けた後、熱をかけてグリセリンを蒸発除
去させる。蒸発させる温度は 120℃以上 180℃以下、望
ましくは 145℃以上 160℃以下が良く、不活性気流中で
行なうのが望ましい。
水性材料を分散混合させたペーストから電極を成型する
場合に、そのペーストを電極基材に塗り付けた後、電極
触媒層の形を崩さず、電極からグリセリンを除去する方
法を提供する。 【構成】 貴金属又は貴金属合金の微粒子とフッ素径ポ
リマーの二者、あるいはその二者とその他の撥水性粒子
の三者をグリセリン中に分散させたペーストを多孔質電
極材料に塗り付けた後、熱をかけてグリセリンを蒸発除
去させる。蒸発させる温度は 120℃以上 180℃以下、望
ましくは 145℃以上 160℃以下が良く、不活性気流中で
行なうのが望ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はリン酸型燃料電池用電極
に用いられる電極の製造方法に関する。
に用いられる電極の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】リン酸型燃料電池用電極は触媒がリン酸
に濡れて十分反応に利用される部分と、撥水性を持たせ
てリン酸による電極の濡れすぎに耐え、ガスの通り道が
確保されている部分の両者を持つ構造が必要である。一
般に、触媒層に撥水性を持たせるためにポリ四弗化エチ
レン（以下、ＰＴＦＥ）を混合し、そのＰＴＦＥがよく
分散されて触媒と混合されている方がリン酸による電極
の濡れすぎによく耐えるであろうと考えられている。
に濡れて十分反応に利用される部分と、撥水性を持たせ
てリン酸による電極の濡れすぎに耐え、ガスの通り道が
確保されている部分の両者を持つ構造が必要である。一
般に、触媒層に撥水性を持たせるためにポリ四弗化エチ
レン（以下、ＰＴＦＥ）を混合し、そのＰＴＦＥがよく
分散されて触媒と混合されている方がリン酸による電極
の濡れすぎによく耐えるであろうと考えられている。
【０００３】電極の作製方法には、ペースト法、フィル
タートランスファー法、ロール・カレンダー法、スクリ
ーン印刷法、クラウド法、スプレー法などがある。この
中で、ペースト法はＰＴＦＥを細かく分散させて触媒や
その他の撥水性材料と混合させるのによい方法である。
また、ペースト状にさせることで得られる、触媒とＰＴ
ＦＥの２者あるいは場合によって加えるその他の撥水性
材料との３者の良好な分散状態を反映した性能の良い電
極を製造できる。
タートランスファー法、ロール・カレンダー法、スクリ
ーン印刷法、クラウド法、スプレー法などがある。この
中で、ペースト法はＰＴＦＥを細かく分散させて触媒や
その他の撥水性材料と混合させるのによい方法である。
また、ペースト状にさせることで得られる、触媒とＰＴ
ＦＥの２者あるいは場合によって加えるその他の撥水性
材料との３者の良好な分散状態を反映した性能の良い電
極を製造できる。
【０００４】ペーストを作製するには触媒やＰＴＦＥあ
るいはその他の撥水性材料を分散混合させるための分散
媒が必要であり、その分散媒にはケロシンなどの石油系
溶剤、トルエン、キシレン、エチレングリコールなどの
有機溶剤、あるいはアクリル樹脂を加えた有機溶剤など
が挙げられている。様々な分散媒について実験を繰り返
した結果、ＰＴＦＥの材料にＰＴＦＥディスパージョン
を使ってＰＴＦＥの凝集を抑えてペーストを作製するに
は、またその他の撥水性材料を界面活性剤を使わずにペ
ーストに混合するには、グリセリンが非常に優れた分散
媒であることがわかった。
るいはその他の撥水性材料を分散混合させるための分散
媒が必要であり、その分散媒にはケロシンなどの石油系
溶剤、トルエン、キシレン、エチレングリコールなどの
有機溶剤、あるいはアクリル樹脂を加えた有機溶剤など
が挙げられている。様々な分散媒について実験を繰り返
した結果、ＰＴＦＥの材料にＰＴＦＥディスパージョン
を使ってＰＴＦＥの凝集を抑えてペーストを作製するに
は、またその他の撥水性材料を界面活性剤を使わずにペ
ーストに混合するには、グリセリンが非常に優れた分散
媒であることがわかった。
【０００５】しかし、そのグリセリンペーストから電極
を成型する場合、ペーストの体積の多くを占めるグリセ
リンを除去する必要があるが以下のような問題が生じ
る。グリセリンはエタノールとよく溶け合うので、カー
ボンペーパーなどの電極基材にそのペーストを塗り付け
た後エタノールに直接侵してみると、グリセリンがエタ
ノール中に滲み出してペースト層からグリセリンを除去
できるが、電極を侵しているエタノールの流動によっ
て、電極基材からペーストが流れ落ちてしまったり、グ
リセリンが滲み出た後ペースト層全体が縮んでしまうな
どの型くずれが起こる。また水ともよく溶け合うので、
エタノールの代わりに水に侵すとエタノールとは逆にペ
ーストの方へ水がしみこんでグリセリンと溶け合い、ペ
ースト層全体が水に分散されて電極基材から流れ落ちて
しまう。そこでエタノールに侵したときの型くずれをペ
ーストと電極基材をなじませて密着させることで防ごう
と予めプレスすると、弱いプレス圧でもペーストがカー
ボンペーパーなどの電極基材を通り抜けて裏に抜けてし
まったり、ペースト層の周囲がつぶれ広がるなどの型く
ずれが起こる。また、プレス以外の方法でペーストを電
極基材に密着させようと、基材にペーストを塗布した後
ペースト塗布面の裏側を減圧してペーストを基材へ吸い
付けようとすると、ペーストが基材の孔を通って塗布面
裏側へ抜けてしまう。
を成型する場合、ペーストの体積の多くを占めるグリセ
リンを除去する必要があるが以下のような問題が生じ
る。グリセリンはエタノールとよく溶け合うので、カー
ボンペーパーなどの電極基材にそのペーストを塗り付け
た後エタノールに直接侵してみると、グリセリンがエタ
ノール中に滲み出してペースト層からグリセリンを除去
できるが、電極を侵しているエタノールの流動によっ
て、電極基材からペーストが流れ落ちてしまったり、グ
リセリンが滲み出た後ペースト層全体が縮んでしまうな
どの型くずれが起こる。また水ともよく溶け合うので、
エタノールの代わりに水に侵すとエタノールとは逆にペ
ーストの方へ水がしみこんでグリセリンと溶け合い、ペ
ースト層全体が水に分散されて電極基材から流れ落ちて
しまう。そこでエタノールに侵したときの型くずれをペ
ーストと電極基材をなじませて密着させることで防ごう
と予めプレスすると、弱いプレス圧でもペーストがカー
ボンペーパーなどの電極基材を通り抜けて裏に抜けてし
まったり、ペースト層の周囲がつぶれ広がるなどの型く
ずれが起こる。また、プレス以外の方法でペーストを電
極基材に密着させようと、基材にペーストを塗布した後
ペースト塗布面の裏側を減圧してペーストを基材へ吸い
付けようとすると、ペーストが基材の孔を通って塗布面
裏側へ抜けてしまう。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、触媒
とＰＴＦＥ及び場合によってその他の撥水性材料をグリ
セリンに分散混合させたペーストから電極を成型する場
合に、そのペーストを電極基材に塗り付けた後、電極触
媒層の形を崩さずに、電極からグリセリンを除去するこ
とである。
とＰＴＦＥ及び場合によってその他の撥水性材料をグリ
セリンに分散混合させたペーストから電極を成型する場
合に、そのペーストを電極基材に塗り付けた後、電極触
媒層の形を崩さずに、電極からグリセリンを除去するこ
とである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のリン酸型燃料電
池用電極の製造方法は、貴金属又は貴金属合金の微粒子
とフッ素系ポリマーの微粒子の二者、あるいはその二者
とその他の撥水性材料粒子の三者をグリセリン中に分散
させたペーストを、多孔質電極基材に塗り付けた後、熱
をかけてグリセリンを蒸発させて除去することを特徴と
する。
池用電極の製造方法は、貴金属又は貴金属合金の微粒子
とフッ素系ポリマーの微粒子の二者、あるいはその二者
とその他の撥水性材料粒子の三者をグリセリン中に分散
させたペーストを、多孔質電極基材に塗り付けた後、熱
をかけてグリセリンを蒸発させて除去することを特徴と
する。
【０００８】さらに本発明はグリセリンに蒸発を 120℃
以上 180℃以下の温度範囲さらに望ましくは 145℃以上
160℃以下で行なうと良好な結果が得られ、グリセリン
の蒸発を不活性気流中で行なうとさらに良好な結果が得
られるものである。なおペーストを塗布する多孔質電極
基材は一般的に電極として用いられる基材なら何でも可
能であり、一例としてカーボンペーパーがあげられる。
また用いられる不活性気体は窒素、アルゴン等が用いら
れる。
以上 180℃以下の温度範囲さらに望ましくは 145℃以上
160℃以下で行なうと良好な結果が得られ、グリセリン
の蒸発を不活性気流中で行なうとさらに良好な結果が得
られるものである。なおペーストを塗布する多孔質電極
基材は一般的に電極として用いられる基材なら何でも可
能であり、一例としてカーボンペーパーがあげられる。
また用いられる不活性気体は窒素、アルゴン等が用いら
れる。
【０００９】
【作用】一般的にグリセリンがその沸点（分解点でもあ
る） 290℃以上に加熱しないとその分解、蒸発は起こら
ないが、本発明の場合、用いるペーストには貴金属又は
貴金属合金微粒子を担持したカーボン粉からなる触媒を
含有しているため、グリセリンの沸点以下でも触媒の持
つ活性のためにグリセリンの分解、蒸発が促進されるも
のと思われる。
る） 290℃以上に加熱しないとその分解、蒸発は起こら
ないが、本発明の場合、用いるペーストには貴金属又は
貴金属合金微粒子を担持したカーボン粉からなる触媒を
含有しているため、グリセリンの沸点以下でも触媒の持
つ活性のためにグリセリンの分解、蒸発が促進されるも
のと思われる。
【００１０】ガスクロマトグラフィー−質量分析（ＧＣ
−ＭＳ）の測定結果から、グリセリンは触媒の存在下で
は不活性気流中でも分解され、グリシド（沸点56℃) 、
アセトン (沸点56.5℃) 、アセトール (沸点 145℃) に
分解していることがわかった。これらの分解生成物は沸
点が低いためグリセリンよりもさらに蒸発しやすいほ
か、エタノールに可溶な化合物であり、後工程のエタノ
ールに侵すことによっても取り除くことができる。
−ＭＳ）の測定結果から、グリセリンは触媒の存在下で
は不活性気流中でも分解され、グリシド（沸点56℃) 、
アセトン (沸点56.5℃) 、アセトール (沸点 145℃) に
分解していることがわかった。これらの分解生成物は沸
点が低いためグリセリンよりもさらに蒸発しやすいほ
か、エタノールに可溶な化合物であり、後工程のエタノ
ールに侵すことによっても取り除くことができる。
【００１１】グリセリンの蒸発温度として 120℃以上 1
80℃以下が好ましい理由は、 120℃未満ではグリセリン
の分解蒸発が完全に行なわれず、また 180℃を超える温
度ではグリセリンの蒸発が速すぎてグリセリンは突沸状
態となり、ペースト層の型くずれ等の不具合を生じるた
めである。なお、グリセリンの蒸発を 145℃以上 160℃
以下で行なえば、さらによい結果が得られるものであ
る。またグリセリンの蒸発を不活性気流中で行なうと、
蒸気の温度範囲でも触媒粒子の粒径増大が起こらず、触
媒へのダメージが少なくなる。
80℃以下が好ましい理由は、 120℃未満ではグリセリン
の分解蒸発が完全に行なわれず、また 180℃を超える温
度ではグリセリンの蒸発が速すぎてグリセリンは突沸状
態となり、ペースト層の型くずれ等の不具合を生じるた
めである。なお、グリセリンの蒸発を 145℃以上 160℃
以下で行なえば、さらによい結果が得られるものであ
る。またグリセリンの蒸発を不活性気流中で行なうと、
蒸気の温度範囲でも触媒粒子の粒径増大が起こらず、触
媒へのダメージが少なくなる。
【００１２】
【実施例１】あらかじめ白金を担持した白金−カーボン
粉末に、合金の他金属成分を加え、合金化熱処理にて得
た、白金合金微粒子を担持したカーボン触媒 6.0ｇとＰ
ＴＦＥ（テフロン30−J:三井デュポンフロロケミカル社
製)7.5ｇをグリセリン76ml中に分散させたペーストを、
撥水性処理したカーボンペーパーに塗り付けた後、窒素
気流中 145℃で２時間加熱しグリセリンを蒸発乾燥させ
てから、触媒層中に微量残留する分散媒を完全除去する
ためにエタノールに 120分間侵した。さらにその後プレ
スし、 350℃で30分間焼成して電極を作製した。製造中
にはエタノールでペースト層が縮んだり流れ落ちるよう
な型くずれや、プレスしてもカーボンペーパーの裏へペ
ーストが通り抜けるようなこともなく、出来上がりもひ
び割れ、はがれなどのない、姿良い電極が製造できた。
触媒層中にはグリセリンや、その分解生成物の残留もな
かった。電極に成型した触媒の白金合金微粒子の、粉末
Ｘ線回折測定による粒径は、ペースト作製前の粒径と同
じ41Åで、白金合金微粒子の粒径増大などの電極作製に
よる触媒に対するダメージは認められなかった。触媒層
中の白金量は電極の単位面積（１cm2 ）当たり 1.0mgに
なるように作製した。電極の半電池試験特性は、触媒利
用率63％、質量活性54mA/Pt1mg(@900mV)、ターフェル値
92mV/decade (in Air)であった。また単電池試験特性は
初期性能 708mVで以後比較的安定した電位を保ち、電位
の低下速度は4mV/1000hrであった。Ｏ2 gainは初期93mV
で以後大きな変化はなく、上昇速度は3mV/1000hrであっ
た。単電池運転条件は温度 210℃、電流密度 300mA/c
m2、常圧で、ガス利用率は、Ｕ(H2/Air)＝80/50 とし
た。
粉末に、合金の他金属成分を加え、合金化熱処理にて得
た、白金合金微粒子を担持したカーボン触媒 6.0ｇとＰ
ＴＦＥ（テフロン30−J:三井デュポンフロロケミカル社
製)7.5ｇをグリセリン76ml中に分散させたペーストを、
撥水性処理したカーボンペーパーに塗り付けた後、窒素
気流中 145℃で２時間加熱しグリセリンを蒸発乾燥させ
てから、触媒層中に微量残留する分散媒を完全除去する
ためにエタノールに 120分間侵した。さらにその後プレ
スし、 350℃で30分間焼成して電極を作製した。製造中
にはエタノールでペースト層が縮んだり流れ落ちるよう
な型くずれや、プレスしてもカーボンペーパーの裏へペ
ーストが通り抜けるようなこともなく、出来上がりもひ
び割れ、はがれなどのない、姿良い電極が製造できた。
触媒層中にはグリセリンや、その分解生成物の残留もな
かった。電極に成型した触媒の白金合金微粒子の、粉末
Ｘ線回折測定による粒径は、ペースト作製前の粒径と同
じ41Åで、白金合金微粒子の粒径増大などの電極作製に
よる触媒に対するダメージは認められなかった。触媒層
中の白金量は電極の単位面積（１cm2 ）当たり 1.0mgに
なるように作製した。電極の半電池試験特性は、触媒利
用率63％、質量活性54mA/Pt1mg(@900mV)、ターフェル値
92mV/decade (in Air)であった。また単電池試験特性は
初期性能 708mVで以後比較的安定した電位を保ち、電位
の低下速度は4mV/1000hrであった。Ｏ2 gainは初期93mV
で以後大きな変化はなく、上昇速度は3mV/1000hrであっ
た。単電池運転条件は温度 210℃、電流密度 300mA/c
m2、常圧で、ガス利用率は、Ｕ(H2/Air)＝80/50 とし
た。
【００１３】
【実施例２】カーボンブラック 309をミキサーで粉砕し
た後、平均粒径70〜 100μｍ、分子量25万のポリエチレ
ンを 8.4ｇ秤量し、カーボンブラックとともにミキサー
で混合した。次いでこれを窒素ガス雰囲気のロータリー
キルン中で 190℃１時間さらに 210℃５時間の熱処理を
行ないカーボンブラックの表面をポリエチレン薄膜で被
覆した。このポリエチレンで被覆したカーボンブラック
をステンレス製反応器に入れ、アルゴンガスで10％に希
釈したフッ素ガスを30粉室温で導入し反応させて撥水性
材料（フッ素化ポリエチレン被覆カーボン）を得た。実
施例１と同様にして作製した白金合金微粒子を担持した
カーボン触媒 7.8ｇと、フッ素化ポリエチレン被覆カー
ボン 9.4ｇ及びＰＴＦＥ（テフロン30-J）13.5ｇをグリ
セリン 150mlに分散させたペーストを、撥水性処理した
カーボンペーパーに塗り付けた後、窒素気流中 160℃で
４時間加熱しグリセリンを蒸発乾燥させてからエタノー
ルに 120分間侵した。さらにその後プレスし、 350℃で
30分間焼成して電極を作製した。製造中にはエタノール
でペースト層が縮んだり流れ落ちるような型くずれや、
プレスしてもカーボンペーパーの裏へペーストが通り抜
けるようなこともなく、出来上がりもひび割れ、はがれ
などのない、姿良い電極が製造できた。触媒層中にはグ
リセリンや、その分解生成物の残留もなかった。電極に
成型した触媒の白金合金微粒子の、粉末Ｘ線回折測定に
よる粒径は、ペースト作製前の粒径と変わらず41Åで、
白金合金微粒子の粒径増大などの電極作成による触媒に
対するダメージは認められなかった。触媒層中の白金量
は電極の単位面積（１cm2 ）当り 1.0mgになるように作
製した。電極の半電池試験特性は、触媒利用率65％、質
量活性56mA/Pt1mg(@900mV)、ターフェル値90mV/decade
(in Air)であった。単電池試験特性は、実施例１と同じ
運転条件で、初期性能 711mVで以後比較的安定した電位
を保ち電位の低下速度は3mV/1000hrであった。Ｏ2 gain
は初期89mVで以後大きく変わらず、上昇速度は2mV/1000
hrであった。
た後、平均粒径70〜 100μｍ、分子量25万のポリエチレ
ンを 8.4ｇ秤量し、カーボンブラックとともにミキサー
で混合した。次いでこれを窒素ガス雰囲気のロータリー
キルン中で 190℃１時間さらに 210℃５時間の熱処理を
行ないカーボンブラックの表面をポリエチレン薄膜で被
覆した。このポリエチレンで被覆したカーボンブラック
をステンレス製反応器に入れ、アルゴンガスで10％に希
釈したフッ素ガスを30粉室温で導入し反応させて撥水性
材料（フッ素化ポリエチレン被覆カーボン）を得た。実
施例１と同様にして作製した白金合金微粒子を担持した
カーボン触媒 7.8ｇと、フッ素化ポリエチレン被覆カー
ボン 9.4ｇ及びＰＴＦＥ（テフロン30-J）13.5ｇをグリ
セリン 150mlに分散させたペーストを、撥水性処理した
カーボンペーパーに塗り付けた後、窒素気流中 160℃で
４時間加熱しグリセリンを蒸発乾燥させてからエタノー
ルに 120分間侵した。さらにその後プレスし、 350℃で
30分間焼成して電極を作製した。製造中にはエタノール
でペースト層が縮んだり流れ落ちるような型くずれや、
プレスしてもカーボンペーパーの裏へペーストが通り抜
けるようなこともなく、出来上がりもひび割れ、はがれ
などのない、姿良い電極が製造できた。触媒層中にはグ
リセリンや、その分解生成物の残留もなかった。電極に
成型した触媒の白金合金微粒子の、粉末Ｘ線回折測定に
よる粒径は、ペースト作製前の粒径と変わらず41Åで、
白金合金微粒子の粒径増大などの電極作成による触媒に
対するダメージは認められなかった。触媒層中の白金量
は電極の単位面積（１cm2 ）当り 1.0mgになるように作
製した。電極の半電池試験特性は、触媒利用率65％、質
量活性56mA/Pt1mg(@900mV)、ターフェル値90mV/decade
(in Air)であった。単電池試験特性は、実施例１と同じ
運転条件で、初期性能 711mVで以後比較的安定した電位
を保ち電位の低下速度は3mV/1000hrであった。Ｏ2 gain
は初期89mVで以後大きく変わらず、上昇速度は2mV/1000
hrであった。
【００１４】
【比較例１】実施例１において、グリセリンの蒸発乾燥
温度を80℃に変えて電極を作製した。この温度ではグリ
セリンの蒸発が非常に遅くなり、数十時間必要なほど時
間がかかり、効果が悪かった。20時間経過したところで
区切りをつけ次の操作に進めると、エタノールに侵した
ときにペースト層が縮み、その後プレスするとペースト
層の周囲がつぶれ広がってしまい、触媒層の厚みが所々
違いがあると予想された電極になった。作製した電極の
評価は行わなかった。
温度を80℃に変えて電極を作製した。この温度ではグリ
セリンの蒸発が非常に遅くなり、数十時間必要なほど時
間がかかり、効果が悪かった。20時間経過したところで
区切りをつけ次の操作に進めると、エタノールに侵した
ときにペースト層が縮み、その後プレスするとペースト
層の周囲がつぶれ広がってしまい、触媒層の厚みが所々
違いがあると予想された電極になった。作製した電極の
評価は行わなかった。
【００１５】
【比較例２】実施例１において、それぞれグリセリンの
蒸発乾燥温度を 190℃及びグリセリンの沸点、分解点で
ある 290℃に設定し10分間加熱して電極を作製した。19
0℃ではグリセリンの蒸発が速すぎてグリセリンは突沸
状態になり、ペースト層が泡立って型くずれを起こし、
さらに 290℃ではその他焦げ付いたりして、電極を成型
することができなかった。
蒸発乾燥温度を 190℃及びグリセリンの沸点、分解点で
ある 290℃に設定し10分間加熱して電極を作製した。19
0℃ではグリセリンの蒸発が速すぎてグリセリンは突沸
状態になり、ペースト層が泡立って型くずれを起こし、
さらに 290℃ではその他焦げ付いたりして、電極を成型
することができなかった。
【００１６】
【比較例３】実施例１において、グリセリンの蒸発乾燥
温度を 185℃にして２時間加熱して電極を作製した。ペ
ースト層の４隅に少しひびが入り、プレスすることによ
ってひびの隙間は埋まったが、触媒層表面にひびの跡が
残った。作製した電極の評価は行わなかった。
温度を 185℃にして２時間加熱して電極を作製した。ペ
ースト層の４隅に少しひびが入り、プレスすることによ
ってひびの隙間は埋まったが、触媒層表面にひびの跡が
残った。作製した電極の評価は行わなかった。
【００１７】
【比較例４】実施例１において、グリセリンの蒸発乾燥
温度を 100℃にして４時間加熱して電極を作製した。ペ
ースト層のグリセリンの蒸発除去具合が不均一で、グリ
セリンが多めに残っていた部分は、プレスによってカー
ボンペーパーの裏へペーストが抜けそうになるほどカー
ボンペーパー層内にペーストが入り込んだようだった。
このことはプレス下型にかすかに黒いシミが斑点になっ
てついていたことから想像できた。プレスをした後、 3
50℃で30分間焼成して電極を作製した。触媒層中の白金
量は電極の単位面積（１cm2 ）当り 1.0mgになるように
作製した。電極の半電池試験特性は、触媒利用率57％、
質量活性50mA/Pt1mg(@900mV)、ターフェル値 126mV/dec
ade (in Air)であった。
温度を 100℃にして４時間加熱して電極を作製した。ペ
ースト層のグリセリンの蒸発除去具合が不均一で、グリ
セリンが多めに残っていた部分は、プレスによってカー
ボンペーパーの裏へペーストが抜けそうになるほどカー
ボンペーパー層内にペーストが入り込んだようだった。
このことはプレス下型にかすかに黒いシミが斑点になっ
てついていたことから想像できた。プレスをした後、 3
50℃で30分間焼成して電極を作製した。触媒層中の白金
量は電極の単位面積（１cm2 ）当り 1.0mgになるように
作製した。電極の半電池試験特性は、触媒利用率57％、
質量活性50mA/Pt1mg(@900mV)、ターフェル値 126mV/dec
ade (in Air)であった。
【００１８】
【比較例５】実施例１において、 150℃で、乾燥時の雰
囲気をAir のままで２時間加熱し電極を作製した。グリ
セリンの分解生成物が触媒層に残留したようで、触媒層
表面に白く光ったものが残り、触媒層の端にひびが入っ
て少しはがれ落ちた。電極に成型した触媒の白金合金微
粒子の、粉末Ｘ線回折測定による粒径は50Åで、微粒子
の粒径増大が起こったと考えられた。電池試験による特
性評価は行わなかった。
囲気をAir のままで２時間加熱し電極を作製した。グリ
セリンの分解生成物が触媒層に残留したようで、触媒層
表面に白く光ったものが残り、触媒層の端にひびが入っ
て少しはがれ落ちた。電極に成型した触媒の白金合金微
粒子の、粉末Ｘ線回折測定による粒径は50Åで、微粒子
の粒径増大が起こったと考えられた。電池試験による特
性評価は行わなかった。
【００１９】
【従来例１】触媒 6.0ｇとＰＴＦＥ 7.5ｇをグリセリン
76mlに分散させたペーストを撥水化させたカーボンペー
パーに塗り付けた後、直接エタノールに侵してグリセリ
ンを除去した。グリセリンがエタノールへ滲み出して除
去された後ペースト層全体が縮んで、触媒層の厚みが所
々違っていた。
76mlに分散させたペーストを撥水化させたカーボンペー
パーに塗り付けた後、直接エタノールに侵してグリセリ
ンを除去した。グリセリンがエタノールへ滲み出して除
去された後ペースト層全体が縮んで、触媒層の厚みが所
々違っていた。
【００２０】
【従来例２】従来例１と同様なペーストを撥水化させた
カーボンペーパーに塗り付けた後、ペーストをカーボン
ペーパーに密着させるためにカーボンペーパーの裏側を
減圧して、ペーストがカーボンペーパーに吸い付くよう
にしようとした。しかし、ペーストはすぐにカーボンペ
ーパーの孔を通って、ペーストが一部カーボンペーパー
の裏へ抜け出てしまった。
カーボンペーパーに塗り付けた後、ペーストをカーボン
ペーパーに密着させるためにカーボンペーパーの裏側を
減圧して、ペーストがカーボンペーパーに吸い付くよう
にしようとした。しかし、ペーストはすぐにカーボンペ
ーパーの孔を通って、ペーストが一部カーボンペーパー
の裏へ抜け出てしまった。
【００２１】
【発明の効果】ＰＴＦＥを凝集させずに、あるいはその
他の撥水性材料を界面活性剤を使わずにペースト状にで
きるという利点を持つグリセリンを分散媒として、触媒
とＰＴＦＥの二者、またはその他の撥水性材料を加えた
三者をそれぞれより細かく分散させて混合できるという
利点を持つペーストから、電極を成型するために熱を与
えて蒸発乾燥して電極からグリセリンを除去することに
より、後工程でエタノールに侵してもペースト層が流れ
たり、縮んだりすることがなく、またプレスしたときに
もカーボンペーパーの裏へペーストが通り抜けたり、周
囲がつぶれたりするなどの型くずれをさせずに電極を作
製できる。出来上がり後は触媒層のひび割れ、はがれは
なく、電極中のグリセリン残留物もない。またペースト
状にすることで得られる、触媒とＰＴＦＥ及び場合によ
って加えられるその他の撥水性材料の良好な分散をその
まま反映した触媒層を持つ電極が得られ、その電極の電
池特性は触媒利用率が高く、撥水性寿命が長い。さら
に、温度が 120℃以上 180℃以下であれば蒸発乾燥の時
間がかかりすぎたり、急激に蒸発してしまうことがな
く、電極作製が能率的にできるちょうど良い温度範囲で
ある。好ましくは 145℃以上 160℃以下であればより良
い電極が作製できる。蒸発乾燥は不活性気流中で行うの
で、上記の温度範囲でも触媒貴金属微粒子の粒径増大は
起こらず、触媒に対するダメージがない。
他の撥水性材料を界面活性剤を使わずにペースト状にで
きるという利点を持つグリセリンを分散媒として、触媒
とＰＴＦＥの二者、またはその他の撥水性材料を加えた
三者をそれぞれより細かく分散させて混合できるという
利点を持つペーストから、電極を成型するために熱を与
えて蒸発乾燥して電極からグリセリンを除去することに
より、後工程でエタノールに侵してもペースト層が流れ
たり、縮んだりすることがなく、またプレスしたときに
もカーボンペーパーの裏へペーストが通り抜けたり、周
囲がつぶれたりするなどの型くずれをさせずに電極を作
製できる。出来上がり後は触媒層のひび割れ、はがれは
なく、電極中のグリセリン残留物もない。またペースト
状にすることで得られる、触媒とＰＴＦＥ及び場合によ
って加えられるその他の撥水性材料の良好な分散をその
まま反映した触媒層を持つ電極が得られ、その電極の電
池特性は触媒利用率が高く、撥水性寿命が長い。さら
に、温度が 120℃以上 180℃以下であれば蒸発乾燥の時
間がかかりすぎたり、急激に蒸発してしまうことがな
く、電極作製が能率的にできるちょうど良い温度範囲で
ある。好ましくは 145℃以上 160℃以下であればより良
い電極が作製できる。蒸発乾燥は不活性気流中で行うの
で、上記の温度範囲でも触媒貴金属微粒子の粒径増大は
起こらず、触媒に対するダメージがない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 俊秀 神奈川県平塚市新町２番73号 田中貴金属 工業株式会社技術開発センター内
Claims (4)
- 【請求項１】 貴金属又は貴金属合金の微粒子を担持し
たカーボン粉からなる触媒微粒子とフッ素系ポリマー粒
子の二者、あるいはその二者とその他の撥水性材料粒子
の三者をグリセリン中に分散させたペーストを、多孔質
電極基材に塗り付けた後、熱をかけてグリセリンを蒸発
させて除去することを特徴とするリン酸型燃料電池用電
極の製造方法。 - 【請求項２】 上記グリセリンを蒸発させる温度が 120
℃以上 180℃以下であることを特徴とする請求項１記載
のリン酸型燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項３】 上記グリセリンの蒸発を不活性気流中で
行なうことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
リン酸型燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項４】 上記グリセリンを蒸発させる温度が 145
℃以上 160℃以下であることを特徴とする、請求項３に
記載のリン酸型燃料電池用電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5166266A JPH06349500A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | リン酸型燃料電池用電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5166266A JPH06349500A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | リン酸型燃料電池用電極の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06349500A true JPH06349500A (ja) | 1994-12-22 |
Family
ID=15828202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5166266A Pending JPH06349500A (ja) | 1993-06-11 | 1993-06-11 | リン酸型燃料電池用電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06349500A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007527596A (ja) * | 2003-07-07 | 2007-09-27 | レボルト テクノロジー アクスイェ セルスカプ | ガス拡散電極の製造方法 |
-
1993
- 1993-06-11 JP JP5166266A patent/JPH06349500A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007527596A (ja) * | 2003-07-07 | 2007-09-27 | レボルト テクノロジー アクスイェ セルスカプ | ガス拡散電極の製造方法 |
| JP4897480B2 (ja) * | 2003-07-07 | 2012-03-14 | レボルト テクノロジー リミティド | ガス拡散電極の製造方法 |
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