JPH0644985A - 固体高分子電解質型燃料電池用電極 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池用電極Info
- Publication number
- JPH0644985A JPH0644985A JP4196912A JP19691292A JPH0644985A JP H0644985 A JPH0644985 A JP H0644985A JP 4196912 A JP4196912 A JP 4196912A JP 19691292 A JP19691292 A JP 19691292A JP H0644985 A JPH0644985 A JP H0644985A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas diffusion
- electrode
- layer
- reaction layer
- hydrophilic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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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
Abstract
(57)【要約】
【目的】 性能安定性の高い固体高分子電解質型燃料電
池に用いるガス拡散電極に関する。 【構成】 固体高分子電解質膜の両面に接合された外側
のガス拡散層と内側の反応層からなるガス拡散電極にお
いて、水素極に用いるガス拡散電極の反応層の厚みを１
００〜２００μｍ、空気極に用いるガス拡散電極の反応
層の厚みを１０〜５０μｍとした固体高分子電解質型燃
料電池用電極。
池に用いるガス拡散電極に関する。 【構成】 固体高分子電解質膜の両面に接合された外側
のガス拡散層と内側の反応層からなるガス拡散電極にお
いて、水素極に用いるガス拡散電極の反応層の厚みを１
００〜２００μｍ、空気極に用いるガス拡散電極の反応
層の厚みを１０〜５０μｍとした固体高分子電解質型燃
料電池用電極。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体高分子電解質型燃料
電池に用いるガス拡散電極に関する。
電池に用いるガス拡散電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体高分子電解質型燃料電池は湿
潤した固体高分子電解質膜の両面にガス拡散電極をホッ
トプレスにより接合し、それぞれの背面に水素もしくは
酸素供給溝を設けたガスセパレータを密着させたもので
あり、固体高分子電解質膜の湿潤状態を維持するために
燃料電池に供給する水素ガスに水蒸気を添加する方式が
採用されている。
潤した固体高分子電解質膜の両面にガス拡散電極をホッ
トプレスにより接合し、それぞれの背面に水素もしくは
酸素供給溝を設けたガスセパレータを密着させたもので
あり、固体高分子電解質膜の湿潤状態を維持するために
燃料電池に供給する水素ガスに水蒸気を添加する方式が
採用されている。
【０００３】また、本発明者らは先に撥水性を有する多
孔性炭素基剤からなるガス拡散層と、該ガス拡散層上に
設けられた親水性カーボンブラックと四弗化エチレンか
らなる反応層を具備する固体高分子電解質型燃料電池用
ガス拡散電極を提案した。（特願平４〜８０９５８）
孔性炭素基剤からなるガス拡散層と、該ガス拡散層上に
設けられた親水性カーボンブラックと四弗化エチレンか
らなる反応層を具備する固体高分子電解質型燃料電池用
ガス拡散電極を提案した。（特願平４〜８０９５８）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、固体高分子
電解質型燃料電池の安定した性能に与える影響として、
固体高分子電解質膜の湿潤状態の維持は大なるものがあ
り、ガス拡散電極における固体高分子電解質膜との接合
面、特に反応層の構造は重要である。すなわち、固体高
分子電解質膜の湿潤状態を維持するために、燃料電池に
供給する水素ガスに水蒸気を添加する方式において、水
素極側においては固体高分子電解質膜への十分な加湿を
行ない、空気極側においては発電による生成水の速やか
なる除去を行うことが安定した発電性能を得るための重
要なポイントであり、固体高分子電解質膜との接合面で
あるガス拡散電極の反応層の構造は性能に与える影響は
大である。
電解質型燃料電池の安定した性能に与える影響として、
固体高分子電解質膜の湿潤状態の維持は大なるものがあ
り、ガス拡散電極における固体高分子電解質膜との接合
面、特に反応層の構造は重要である。すなわち、固体高
分子電解質膜の湿潤状態を維持するために、燃料電池に
供給する水素ガスに水蒸気を添加する方式において、水
素極側においては固体高分子電解質膜への十分な加湿を
行ない、空気極側においては発電による生成水の速やか
なる除去を行うことが安定した発電性能を得るための重
要なポイントであり、固体高分子電解質膜との接合面で
あるガス拡散電極の反応層の構造は性能に与える影響は
大である。
【０００５】従来、ガス拡散電極の反応層は担持触媒量
や触媒組成を除けば水素極用と空気極用として区別はな
く、同じような親水性カーボンブラック、ポリ四弗化エ
チレンよりなる親水性シートを用いていた。
や触媒組成を除けば水素極用と空気極用として区別はな
く、同じような親水性カーボンブラック、ポリ四弗化エ
チレンよりなる親水性シートを用いていた。
【０００６】そこで本発明者らはカーボンブラックへの
ポリ四弗化エチレンの混合比率の変化や撥水性カーボン
ブラックの添加等による撥水性付与や、反応層の厚みの
検討を行いその結果、本発明に到達した。
ポリ四弗化エチレンの混合比率の変化や撥水性カーボン
ブラックの添加等による撥水性付与や、反応層の厚みの
検討を行いその結果、本発明に到達した。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は固体高分子電解
質膜の両面に接合された外側のガス拡散層と内側の反応
層からなるガス拡散電極において、水素極に用いるガス
拡散電極の反応層の厚みを１００〜２００μｍ、空気極
に用いるガス拡散電極の反応層の厚みを１０〜５０μｍ
としたことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池用
電極である。
質膜の両面に接合された外側のガス拡散層と内側の反応
層からなるガス拡散電極において、水素極に用いるガス
拡散電極の反応層の厚みを１００〜２００μｍ、空気極
に用いるガス拡散電極の反応層の厚みを１０〜５０μｍ
としたことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池用
電極である。
【０００８】
【作用】上記の如く構成された電極は水素極、空気極そ
れぞれのガス拡散電極の反応層の厚みを最適化すること
により、固体高分子電解質膜の湿潤状態が維持され安定
した発電性能を得ることができる。
れぞれのガス拡散電極の反応層の厚みを最適化すること
により、固体高分子電解質膜の湿潤状態が維持され安定
した発電性能を得ることができる。
【０００９】なお本発明にいうガス拡散電極とは十分な
ガス拡散性が確保されたガス拡散層と親水性カーボンブ
ラックとポリ四弗化エチレンからなる親水性反応層から
形成されるものであり、十分なガス拡散性が確保された
ガス拡散層とは、例えば高気孔率を有する炭素繊維織物
やカーボンペーパー等の多孔性炭素質基体をポリ四弗化
エチレンで防湿化処理を施したものであり、反応層は特
に厚みが１０〜５０μｍの場合、上記ガス拡散層上に親
水性カーボンブラック、ポリ四弗化エチレン、溶媒から
なるスラリーを塗布担持後、乾燥焼成しガス拡散電極と
して形成してなるものであり、反応層の厚みが１００〜
２００μｍの場合上記の他に親水性カーボンブラック、
ポリ四弗化エチレン、ソルベントナフサ等の溶媒の混合
物をロール法により圧延成形し親水性シートを得、上記
ガス拡散層と重ねてホットプレスしガス拡散電極として
形成してなるものである。
ガス拡散性が確保されたガス拡散層と親水性カーボンブ
ラックとポリ四弗化エチレンからなる親水性反応層から
形成されるものであり、十分なガス拡散性が確保された
ガス拡散層とは、例えば高気孔率を有する炭素繊維織物
やカーボンペーパー等の多孔性炭素質基体をポリ四弗化
エチレンで防湿化処理を施したものであり、反応層は特
に厚みが１０〜５０μｍの場合、上記ガス拡散層上に親
水性カーボンブラック、ポリ四弗化エチレン、溶媒から
なるスラリーを塗布担持後、乾燥焼成しガス拡散電極と
して形成してなるものであり、反応層の厚みが１００〜
２００μｍの場合上記の他に親水性カーボンブラック、
ポリ四弗化エチレン、ソルベントナフサ等の溶媒の混合
物をロール法により圧延成形し親水性シートを得、上記
ガス拡散層と重ねてホットプレスしガス拡散電極として
形成してなるものである。
【００１０】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。 （例１）平均気孔径：６０〜１２０μｍ、気孔率：７５
％、固有抵抗：２×１０-2Ωｃｍである多孔性炭素質基
体をポリ四弗化エチレンにより防湿化処理を施し、ガス
拡散層を得た。平均粒径４００Åの親水性カーボンブラ
ックと平均粒径０．３μｍのポリ四弗化エチレンを重量
比５０：５０の割合で混合し、それに水及び界面活性剤
を加えてスラリを得、このスラリを上記ガス拡散層上に
ドクターブレード法により塗布した後、乾燥し、２５０
〜３００℃の低酸素雰囲気下で焼成し、反応層の厚さ２
０μｍのガス拡散電極１を得た。
る。 （例１）平均気孔径：６０〜１２０μｍ、気孔率：７５
％、固有抵抗：２×１０-2Ωｃｍである多孔性炭素質基
体をポリ四弗化エチレンにより防湿化処理を施し、ガス
拡散層を得た。平均粒径４００Åの親水性カーボンブラ
ックと平均粒径０．３μｍのポリ四弗化エチレンを重量
比５０：５０の割合で混合し、それに水及び界面活性剤
を加えてスラリを得、このスラリを上記ガス拡散層上に
ドクターブレード法により塗布した後、乾燥し、２５０
〜３００℃の低酸素雰囲気下で焼成し、反応層の厚さ２
０μｍのガス拡散電極１を得た。
【００１１】（例２）例１と同様にして反応層の厚さが
５μｍ、１０μｍ、５０μｍのガス拡散電極２、３、４
を得た。
５μｍ、１０μｍ、５０μｍのガス拡散電極２、３、４
を得た。
【００１２】（例３）平均粒径４００Åの親水性カーボ
ンブラックと平均粒径０．３μｍのポリ四弗化エチレン
を重量比５０：５０の割合で混合し、それにソルベント
ナフサを１：１．８の比率で混合し、ロール法により圧
延成形し、シート状に成形された反応層を得た。次に、
例１と同様にして得たガス拡散層と上記反応層を重ねて
３８０℃、１８０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇでホットプレスし、反
応層の１００μｍのガス拡散電極５を得た。
ンブラックと平均粒径０．３μｍのポリ四弗化エチレン
を重量比５０：５０の割合で混合し、それにソルベント
ナフサを１：１．８の比率で混合し、ロール法により圧
延成形し、シート状に成形された反応層を得た。次に、
例１と同様にして得たガス拡散層と上記反応層を重ねて
３８０℃、１８０ｋｇ／ｃｍ2 Ｇでホットプレスし、反
応層の１００μｍのガス拡散電極５を得た。
【００１３】（例４）ロール法による圧延成形されたシ
ート状の反応層の厚みを変化させた以外は例３と同様に
して、反応層１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍのガ
ス拡散電極６、７、８を得た。
ート状の反応層の厚みを変化させた以外は例３と同様に
して、反応層１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍのガ
ス拡散電極６、７、８を得た。
【００１４】（例５）上記のようにして作ったガス拡散
電極１〜８上に塩化白金酸水溶液を吸引塗布し、酸化、
還元処理を行い、電極のみかけの表面積あたり２ｍｇの
白金触媒を担持した触媒担持電極１〜８を得た。さら
に、固体高分子電解質膜（例えば Nafion １１７：商品
名、Du Pont 社製）の両側に上記の各触媒担持電極を組
合せてホットプレスにより電極（セル）を得た。
電極１〜８上に塩化白金酸水溶液を吸引塗布し、酸化、
還元処理を行い、電極のみかけの表面積あたり２ｍｇの
白金触媒を担持した触媒担持電極１〜８を得た。さら
に、固体高分子電解質膜（例えば Nafion １１７：商品
名、Du Pont 社製）の両側に上記の各触媒担持電極を組
合せてホットプレスにより電極（セル）を得た。
【００１５】（例６）例５によって製作した種々のセル
の単セルの発電性能及び性能安定性の評価を表１に示す
条件で行い、図１に示す結果を得た。
の単セルの発電性能及び性能安定性の評価を表１に示す
条件で行い、図１に示す結果を得た。
【００１６】
【表１】
【００１７】図１より、本発明の電極を用いたセル（斜
線部）は性能安定性が向上していることが明らかになっ
た。
線部）は性能安定性が向上していることが明らかになっ
た。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、性能安定性の高い固体
高分子電解質型燃料電池用電極を提供することができ
る。
高分子電解質型燃料電池用電極を提供することができ
る。
【図１】本発明の固体高分子電解質型燃料電池用電極単
セルの性能安定性を示す図表。
セルの性能安定性を示す図表。
Claims (1)
- 【請求項１】 固体高分子電解質膜の両面に接合された
外側のガス拡散層と内側の反応層からなるガス拡散電極
において、水素極に用いるガス拡散電極の反応層の厚み
を１００〜２００μｍ、空気極に用いるガス拡散電極の
反応層の厚みを１０〜５０μｍとしたことを特徴とする
固体高分子電解質型燃料電池用電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4196912A JPH0644985A (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 固体高分子電解質型燃料電池用電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4196912A JPH0644985A (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 固体高分子電解質型燃料電池用電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0644985A true JPH0644985A (ja) | 1994-02-18 |
Family
ID=16365730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4196912A Withdrawn JPH0644985A (ja) | 1992-07-23 | 1992-07-23 | 固体高分子電解質型燃料電池用電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0644985A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0872907A1 (en) * | 1997-04-11 | 1998-10-21 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fuel cell |
| JP2003517187A (ja) * | 1999-12-17 | 2003-05-20 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | 親水性基体層を有する燃料電池 |
| US6703068B2 (en) * | 2001-12-19 | 2004-03-09 | 3M Innovative Properties Company | Amine oxide coating compositions |
| US8012646B2 (en) | 2002-03-26 | 2011-09-06 | Panasonic Corporation | Polymer electrolyte fuel cell provided with a tightening pressure |
| DE10151134B4 (de) * | 2000-10-17 | 2012-07-05 | Toyota Jidosha K.K. | Diffusionsschicht für eine Brennstoffzelle und ein Verfahren zur Herstellung derselben |
-
1992
- 1992-07-23 JP JP4196912A patent/JPH0644985A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0872907A1 (en) * | 1997-04-11 | 1998-10-21 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fuel cell |
| US6083638A (en) * | 1997-04-11 | 2000-07-04 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fuel cell |
| JP2003517187A (ja) * | 1999-12-17 | 2003-05-20 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | 親水性基体層を有する燃料電池 |
| DE10151134B4 (de) * | 2000-10-17 | 2012-07-05 | Toyota Jidosha K.K. | Diffusionsschicht für eine Brennstoffzelle und ein Verfahren zur Herstellung derselben |
| US6703068B2 (en) * | 2001-12-19 | 2004-03-09 | 3M Innovative Properties Company | Amine oxide coating compositions |
| US8012646B2 (en) | 2002-03-26 | 2011-09-06 | Panasonic Corporation | Polymer electrolyte fuel cell provided with a tightening pressure |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991005 |