JPH07130372A - 固体高分子型燃料電池用電極及びその製造方法 - Google Patents
固体高分子型燃料電池用電極及びその製造方法Info
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- JPH07130372A JPH07130372A JP5297281A JP29728193A JPH07130372A JP H07130372 A JPH07130372 A JP H07130372A JP 5297281 A JP5297281 A JP 5297281A JP 29728193 A JP29728193 A JP 29728193A JP H07130372 A JPH07130372 A JP H07130372A
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【構成】触媒粒子、高分子電解質及びＰＴＦＥの混合物
を用いる形式の固体高分子型燃料電池用電極において、
この電極の表面層の全面を高分子電解質でコ−ティング
する。 【効果】触媒粒子、高分子電解質及びＰＴＦＥの混合物
を用いる形式の固体高分子型燃料電池用電極において、
この電極の表面層の全面を高分子電解質でコ−ティング
することにより、その電極の特性を向上させ、これを用
いた電池の性能を大幅に改善することができる。
を用いる形式の固体高分子型燃料電池用電極において、
この電極の表面層の全面を高分子電解質でコ−ティング
する。 【効果】触媒粒子、高分子電解質及びＰＴＦＥの混合物
を用いる形式の固体高分子型燃料電池用電極において、
この電極の表面層の全面を高分子電解質でコ−ティング
することにより、その電極の特性を向上させ、これを用
いた電池の性能を大幅に改善することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子型燃料電池
用電極の製造方法に関し、より具体的には、固体高分子
型燃料電池用電極の製造方法において、その電極層表面
のガス拡散層の処理法に関する。
用電極の製造方法に関し、より具体的には、固体高分子
型燃料電池用電極の製造方法において、その電極層表面
のガス拡散層の処理法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、イオン伝導体
すなわち電解質が固体で且つ高分子である点に特徴を有
するものであるが、その固体高分子電解質としては、具
体的にはイオン交換樹脂膜等が使用され、この高分子電
解質を挟んで負極及び正極の両電極を配置し、例えば負
極側に水素を、また正極側には酸素又は空気を供給する
ことにより電気化学反応を起こさせ、電気を発生させる
ものである。
すなわち電解質が固体で且つ高分子である点に特徴を有
するものであるが、その固体高分子電解質としては、具
体的にはイオン交換樹脂膜等が使用され、この高分子電
解質を挟んで負極及び正極の両電極を配置し、例えば負
極側に水素を、また正極側には酸素又は空気を供給する
ことにより電気化学反応を起こさせ、電気を発生させる
ものである。
【０００３】その固体高分子電解質に接する負極及び正
極の両電極としては、その電極中に反応を促進させるた
めの触媒粒子が添加される形式のものが開発されてきて
いるが、このように電極中に触媒を添加、使用する形式
の電極の製造法についても、これまで種々のものが提案
されてきており、その一つの系統として、その触媒粒子
にさらにポリパ−フルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を混合
する形式のものが知られている。
極の両電極としては、その電極中に反応を促進させるた
めの触媒粒子が添加される形式のものが開発されてきて
いるが、このように電極中に触媒を添加、使用する形式
の電極の製造法についても、これまで種々のものが提案
されてきており、その一つの系統として、その触媒粒子
にさらにポリパ−フルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を混合
する形式のものが知られている。
【０００４】例えば、米国特許３２９７４８４号明細書
では、白金ブラック、パラジウムブラック等の触媒粒
子、或いはこれらを炭素粒子に担持させた触媒粒子をポ
リテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と混合した混練
物を電極シ−トとし、これを高分子電解質としてのイオ
ン交換樹脂膜に熱圧着する方法が、また、米国特許３４
３２３５５号明細書では、その混練物を、別途ＰＴＦＥ
のフィルム上にスラリ−として塗布して電極シ−トと
し、これを高分子電解質としてのイオン交換樹脂膜に熱
圧着する方法が提案されている。
では、白金ブラック、パラジウムブラック等の触媒粒
子、或いはこれらを炭素粒子に担持させた触媒粒子をポ
リテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）と混合した混練
物を電極シ−トとし、これを高分子電解質としてのイオ
ン交換樹脂膜に熱圧着する方法が、また、米国特許３４
３２３５５号明細書では、その混練物を、別途ＰＴＦＥ
のフィルム上にスラリ−として塗布して電極シ−トと
し、これを高分子電解質としてのイオン交換樹脂膜に熱
圧着する方法が提案されている。
【０００５】この技術において、触媒粒子にそのように
ＰＴＦＥを混合するのは、主としてその電極シ−ト中で
触媒層を形成する触媒成分を結合、結着させるためのも
のであるが、このように高分子電解質と電極シ−トとを
ただ接合するだけでは、反応サイト（反応域）が両者間
の二次元的な界面に限られ、実質的な作用面積が小さ
い。
ＰＴＦＥを混合するのは、主としてその電極シ−ト中で
触媒層を形成する触媒成分を結合、結着させるためのも
のであるが、このように高分子電解質と電極シ−トとを
ただ接合するだけでは、反応サイト（反応域）が両者間
の二次元的な界面に限られ、実質的な作用面積が小さ
い。
【０００６】このため、これを改善する手法の一つとし
て、固体電解質としてのスチレン−ジビニルベンゼンス
ルホン酸樹脂膜に対し、触媒金属を担持したカ−ボン粉
末とスチレン−ジビニルスルホン酸樹脂粉末とポリスチ
レン結合剤との混合物からなる電子−イオン混合伝導体
層を接合することにより、電極材料と固体高分子電解質
との接点を多くし、反応サイトの三次元化を図ることが
提案されている。
て、固体電解質としてのスチレン−ジビニルベンゼンス
ルホン酸樹脂膜に対し、触媒金属を担持したカ−ボン粉
末とスチレン−ジビニルスルホン酸樹脂粉末とポリスチ
レン結合剤との混合物からなる電子−イオン混合伝導体
層を接合することにより、電極材料と固体高分子電解質
との接点を多くし、反応サイトの三次元化を図ることが
提案されている。
【０００７】電気化学、５３、Ｎｏ．１０（１９８
５）、第８１２〜８１７頁では、上記三次元化技術を紹
介し、そのようにスチレン−ジビニルベンゼン系のイオ
ン交換樹脂膜を電解質とした固体高分子型燃料電池にお
いては、電子−イオン混合伝導体層を設けたにしても、
取り出し得る電流密度が低い等の難点がある旨指摘した
上で、これに代わるパ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹
脂膜を使用する場合について、反応サイトを三次元化
し、作用面積を上げる試みが紹介されている。
５）、第８１２〜８１７頁では、上記三次元化技術を紹
介し、そのようにスチレン−ジビニルベンゼン系のイオ
ン交換樹脂膜を電解質とした固体高分子型燃料電池にお
いては、電子−イオン混合伝導体層を設けたにしても、
取り出し得る電流密度が低い等の難点がある旨指摘した
上で、これに代わるパ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹
脂膜を使用する場合について、反応サイトを三次元化
し、作用面積を上げる試みが紹介されている。
【０００８】これによれば、固体高分子電解質としてパ
−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂膜の一種であるＮＡ
ＦＩＯＮ膜を使用し、このＮＡＦＩＯＮ膜の片面に無電
解メッキ法（浸透法）により白金電極を接合して水素極
すなわちアノ−ド側電極とする一方、この電極の対極を
構成する酸素極すなわちカソ−ド側電極については、概
略、以下の工程により製作されている。
−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂膜の一種であるＮＡ
ＦＩＯＮ膜を使用し、このＮＡＦＩＯＮ膜の片面に無電
解メッキ法（浸透法）により白金電極を接合して水素極
すなわちアノ−ド側電極とする一方、この電極の対極を
構成する酸素極すなわちカソ−ド側電極については、概
略、以下の工程により製作されている。
【０００９】まず、酸素極用の電極触媒粉末として、白
金ブラック粉末又は１０％の白金を担持したカ−ボン粉
末（以下、「白金担持カ−ボン粉末」という）を用い、
これにアンバ−ライトＩＲ−１２０Ｂ（Ｔ−３）〔スチ
レン−ジビニルベンゼンスルホン酸樹脂、Ｎａ型、粒径
３０μｍの粉末、Ｏｒｇａｎｏ社製、商品名）又はＮＡ
ＦＩＯＮ−１１７（パ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹
脂、Ｈ型、脂肪族アルコ−ルと水との混合溶媒中５％溶
液、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製、商品名）
を、種々の混合比で混合する。
金ブラック粉末又は１０％の白金を担持したカ−ボン粉
末（以下、「白金担持カ−ボン粉末」という）を用い、
これにアンバ−ライトＩＲ−１２０Ｂ（Ｔ−３）〔スチ
レン−ジビニルベンゼンスルホン酸樹脂、Ｎａ型、粒径
３０μｍの粉末、Ｏｒｇａｎｏ社製、商品名）又はＮＡ
ＦＩＯＮ−１１７（パ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹
脂、Ｈ型、脂肪族アルコ−ルと水との混合溶媒中５％溶
液、Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製、商品名）
を、種々の混合比で混合する。
【００１０】次いで、上記各混合物に対し、ＰＴＦＥ
を、水懸濁液状で、白金ブラック粉末の場合は固形分重
量割合で３０％、白金担持カ−ボン粉末の場合には同じ
く６０％、添加し混練した後、この混練物を圧延してシ
−ト状とし、真空乾燥後、この酸素極シ−トを固体高分
子電解質としてのＮＡＦＩＯＮ膜に対して温度１００°
Ｃ、圧力２１０ｋｇ／ｃｍ2 でホットプレスする、とい
うものである。
を、水懸濁液状で、白金ブラック粉末の場合は固形分重
量割合で３０％、白金担持カ−ボン粉末の場合には同じ
く６０％、添加し混練した後、この混練物を圧延してシ
−ト状とし、真空乾燥後、この酸素極シ−トを固体高分
子電解質としてのＮＡＦＩＯＮ膜に対して温度１００°
Ｃ、圧力２１０ｋｇ／ｃｍ2 でホットプレスする、とい
うものである。
【００１１】これによれば、固体高分子電解質としての
ＮＡＦＩＯＮ膜に対し、これに一体に接合される酸素極
にイオン交換樹脂を混入することにより、電極反応サイ
トの三次元化を図り、これによって分極特性を著しく向
上させることができ、このイオン交換樹脂の混入による
効果は、特に白金担持カ−ボンを電極触媒とした場合に
大きい旨指摘されている。
ＮＡＦＩＯＮ膜に対し、これに一体に接合される酸素極
にイオン交換樹脂を混入することにより、電極反応サイ
トの三次元化を図り、これによって分極特性を著しく向
上させることができ、このイオン交換樹脂の混入による
効果は、特に白金担持カ−ボンを電極触媒とした場合に
大きい旨指摘されている。
【００１２】そしてここでは、白金ブラック粉末又は白
金担持カ−ボン粉末からなる触媒粒子が、これに混入さ
れた高分子電解質によりコ−ティングされ、また上記
「白金ブラック粉末の場合は固形物重量割合で３０％、
白金担持カ−ボン粉末の場合には同じく６０％」の割合
で添加されたＰＴＦＥが、結着剤に相当している。
金担持カ−ボン粉末からなる触媒粒子が、これに混入さ
れた高分子電解質によりコ−ティングされ、また上記
「白金ブラック粉末の場合は固形物重量割合で３０％、
白金担持カ−ボン粉末の場合には同じく６０％」の割合
で添加されたＰＴＦＥが、結着剤に相当している。
【００１３】以上の技術では、その電極シ−トは、米国
特許３４３２３５５号明細書の場合を除き、何れもその
電極材料の混練物を圧延等によりシ−ト化することによ
り作製されているが、この電極シ−トの作製すなわちシ
−ト化の態様としては、その基材として別途多孔性のペ
−パ−又はシ−トを用い、これに触媒粒子等の触媒層形
成成分を担持させる形式で行う手法も行われている。
特許３４３２３５５号明細書の場合を除き、何れもその
電極材料の混練物を圧延等によりシ−ト化することによ
り作製されているが、この電極シ−トの作製すなわちシ
−ト化の態様としては、その基材として別途多孔性のペ
−パ−又はシ−トを用い、これに触媒粒子等の触媒層形
成成分を担持させる形式で行う手法も行われている。
【００１４】この場合には、そのペ−パ−又はシ−トと
して、例えば所定の気孔率及び厚さを有するカ−ボンペ
−パ−を用い、これに対して、ＰＴＦＥ系のディスパ−
ジョンを含浸させた後、熱処理をし、この撥水化カ−ボ
ンペ−パ−上に、触媒粒子等の電極構成成分を付着、担
持させるものであるが、その一例として特公平４−１６
２３６５号公報がある。
して、例えば所定の気孔率及び厚さを有するカ−ボンペ
−パ−を用い、これに対して、ＰＴＦＥ系のディスパ−
ジョンを含浸させた後、熱処理をし、この撥水化カ−ボ
ンペ−パ−上に、触媒粒子等の電極構成成分を付着、担
持させるものであるが、その一例として特公平４−１６
２３６５号公報がある。
【００１５】この公報の技術は、電極シ−トを構成する
触媒層用微粉末として、白金触媒担持のカ−ボンブラッ
クと触媒無担持のカ−ボンブラックとの混合物を用いる
点に特徴を有するものであるが、そのシ−ト化用として
撥水化カ−ボンペ−パ−が使用され、触媒粒子を含む微
粉末の混合物は、この撥水化カ−ボンペ−パ−上へ散布
され、加熱下、プレスをすることによって付着されてお
り、また、ここでもこれら触媒粒子はイオン交換樹脂で
被覆され、ＰＴＦＥで処理されている。
触媒層用微粉末として、白金触媒担持のカ−ボンブラッ
クと触媒無担持のカ−ボンブラックとの混合物を用いる
点に特徴を有するものであるが、そのシ−ト化用として
撥水化カ−ボンペ−パ−が使用され、触媒粒子を含む微
粉末の混合物は、この撥水化カ−ボンペ−パ−上へ散布
され、加熱下、プレスをすることによって付着されてお
り、また、ここでもこれら触媒粒子はイオン交換樹脂で
被覆され、ＰＴＦＥで処理されている。
【００１６】本発明者は、返ってＰＴＦＥを用いること
なく、製造工程を簡略化し、その電池性能上も優れた固
体高分子型燃料電池用電極を製造する方法を別途開発
し、先に特許出願をしているが（特願平４−３５８０５
８号、特願平４−３５８０５９号）、この場合にも、基
材シ−トとしてそのような撥水化カ−ボンペ−パ−を使
用する点では変わりはない。
なく、製造工程を簡略化し、その電池性能上も優れた固
体高分子型燃料電池用電極を製造する方法を別途開発
し、先に特許出願をしているが（特願平４−３５８０５
８号、特願平４−３５８０５９号）、この場合にも、基
材シ−トとしてそのような撥水化カ−ボンペ−パ−を使
用する点では変わりはない。
【００１７】上記技術では、溶媒中、触媒粒子としての
白金担持カ−ボンブラックと固体高分子電解質（イオン
交換樹脂）とをスラリ−とし、これを撥水化カ−ボンペ
−パ−上に膜状に塗布するか又は濾過形式で堆積、付着
させるものであるが、その後の研究成果によると、その
スラリ−中にＰＴＦＥをも添加、使用することも可能で
あり、さらに有効な効果が得られている。
白金担持カ−ボンブラックと固体高分子電解質（イオン
交換樹脂）とをスラリ−とし、これを撥水化カ−ボンペ
−パ−上に膜状に塗布するか又は濾過形式で堆積、付着
させるものであるが、その後の研究成果によると、その
スラリ−中にＰＴＦＥをも添加、使用することも可能で
あり、さらに有効な効果が得られている。
【００１８】このように、撥水化カ−ボンペ−パ−の使
用の有無を問わず、触媒粒子及びこれに混入された高分
子電解質からなる電極では、これを組み込んだ固体高分
子型燃料電池中、その触媒粒子が高分子電解質及びガス
相と共存しており、この三相界面をより多く確保するこ
とにより、電池の性能を向上させることができるが、こ
れにＰＴＦＥを添加した場合には、これが結着剤として
だけではなく、ガス相を確保する効果もある反面、非導
電性である面も持っている。
用の有無を問わず、触媒粒子及びこれに混入された高分
子電解質からなる電極では、これを組み込んだ固体高分
子型燃料電池中、その触媒粒子が高分子電解質及びガス
相と共存しており、この三相界面をより多く確保するこ
とにより、電池の性能を向上させることができるが、こ
れにＰＴＦＥを添加した場合には、これが結着剤として
だけではなく、ガス相を確保する効果もある反面、非導
電性である面も持っている。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、そのガス
拡散層におけるそのような機能、作用を含め、その電極
の製造過程につき、さらに研究、検討を続けているう
ち、その触媒層面の全体を固体高分子電解質でコ−ティ
ングすることにより、この電極の特性を向上させ、これ
を組み込んだ燃料電池の性能を格段に向上させ得ること
を見い出し、本発明に到達するに至ったものである。
拡散層におけるそのような機能、作用を含め、その電極
の製造過程につき、さらに研究、検討を続けているう
ち、その触媒層面の全体を固体高分子電解質でコ−ティ
ングすることにより、この電極の特性を向上させ、これ
を組み込んだ燃料電池の性能を格段に向上させ得ること
を見い出し、本発明に到達するに至ったものである。
【００２０】すなわち、本発明は、触媒粒子、高分子電
解質及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の混
合物を用いる形式の固体高分子型燃料電池用電極の製造
法において、この電極の表面層の全面を固体高分子電解
質でコ−ティングする工程を付加することにより、この
工程を経て得られる電極の特性を向上させ、これを組み
込んだ電池の性能を格段に向上させることを目的とする
ものである。
解質及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の混
合物を用いる形式の固体高分子型燃料電池用電極の製造
法において、この電極の表面層の全面を固体高分子電解
質でコ−ティングする工程を付加することにより、この
工程を経て得られる電極の特性を向上させ、これを組み
込んだ電池の性能を格段に向上させることを目的とする
ものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明は、触媒粒子、高
分子電解質及びＰＴＦＥの混合物を用いる形式の固体高
分子型燃料電池用電極において、この電極の表面層の全
面を固体高分子電解質によりコ−ティングしてなること
を特徴とする固体高分子型燃料電池用電極を提供するも
のである。
分子電解質及びＰＴＦＥの混合物を用いる形式の固体高
分子型燃料電池用電極において、この電極の表面層の全
面を固体高分子電解質によりコ−ティングしてなること
を特徴とする固体高分子型燃料電池用電極を提供するも
のである。
【００２２】また、本発明は、触媒粒子、高分子電解質
及びポリテトラフルオロエチレンの混合物を用いる形式
の固体高分子型燃料電池用電極の製造法において、この
電極の表面層の全面を固体高分子電解質でコ−ティング
する工程を付加することにを特徴とする固体高分子型燃
料電池用電極の製造法を提供する。
及びポリテトラフルオロエチレンの混合物を用いる形式
の固体高分子型燃料電池用電極の製造法において、この
電極の表面層の全面を固体高分子電解質でコ−ティング
する工程を付加することにを特徴とする固体高分子型燃
料電池用電極の製造法を提供する。
【００２３】この場合、そのコ−ティング用固体高分子
電解質としては、スチレン−ジビニルベンゼンスルホン
酸樹脂、パ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂、等を使
用することができるが、特にその優れた特性からして、
例えばＮＡＦＩＯＮ系等のパ−フルオロカ−ボンスルホ
ン酸樹脂を用いるのが有利である。
電解質としては、スチレン−ジビニルベンゼンスルホン
酸樹脂、パ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂、等を使
用することができるが、特にその優れた特性からして、
例えばＮＡＦＩＯＮ系等のパ−フルオロカ−ボンスルホ
ン酸樹脂を用いるのが有利である。
【００２４】また、その触媒粒子としては、白金ブラッ
ク粉末、白金合金粉末、白金担持カ−ボンブラック、パ
ラジウムブラック粉末等、従来公知の触媒を同じく公知
の形態でそのまま使用することができるが、前述電極反
応サイトの三次元化、或いはこの三相界面をより多く確
保する等の面からすると、これら粒子は、例えばパ−フ
ルオロカ−ボンスルホン酸樹脂系の固体高分子電解質に
よりコ−ティングしたものであるのが望ましい。
ク粉末、白金合金粉末、白金担持カ−ボンブラック、パ
ラジウムブラック粉末等、従来公知の触媒を同じく公知
の形態でそのまま使用することができるが、前述電極反
応サイトの三次元化、或いはこの三相界面をより多く確
保する等の面からすると、これら粒子は、例えばパ−フ
ルオロカ−ボンスルホン酸樹脂系の固体高分子電解質に
よりコ−ティングしたものであるのが望ましい。
【００２５】さらに、固体高分子型燃料電池用電極は、
電極シ−トとして適用されるのが通常であり、そのシ−
ト化としては、その触媒構成材料を電池本体としての
固体高分子電解質膜に付着させる、その触媒構成材料
を混練物として圧延等によりシ−ト化する、その懸濁
液を、基材シ−トとしての撥水化カ−ボンペ−パ−上に
付着させる、等各種態様で行われるが、本発明は、これ
らの何れの態様で得られたシ−トに対しても適用可能で
ある。
電極シ−トとして適用されるのが通常であり、そのシ−
ト化としては、その触媒構成材料を電池本体としての
固体高分子電解質膜に付着させる、その触媒構成材料
を混練物として圧延等によりシ−ト化する、その懸濁
液を、基材シ−トとしての撥水化カ−ボンペ−パ−上に
付着させる、等各種態様で行われるが、本発明は、これ
らの何れの態様で得られたシ−トに対しても適用可能で
ある。
【００２６】また、本発明は、これらのうち、触媒粒
子、電解質及びＰＴＦＥからなるその触媒構成材料の懸
濁液を、基材シ−トとしての撥水化カ−ボンペ−パ−上
に付着させる態様を採る場合に特に有利であり、この態
様自体が備える優れた利点に加え、本発明による効果を
さらに有効に得ることができる。この場合、そのペ−パ
−の撥水化剤としては、ＰＴＦＥ（テトラフルオロエチ
レン）系のものであるのが望ましい。ここで、ＰＴＦＥ
（テトラフルオロエチレン）系とは、テトラフルオロエ
チレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、その他そ
の共重合体等をも含む意味である。
子、電解質及びＰＴＦＥからなるその触媒構成材料の懸
濁液を、基材シ−トとしての撥水化カ−ボンペ−パ−上
に付着させる態様を採る場合に特に有利であり、この態
様自体が備える優れた利点に加え、本発明による効果を
さらに有効に得ることができる。この場合、そのペ−パ
−の撥水化剤としては、ＰＴＦＥ（テトラフルオロエチ
レン）系のものであるのが望ましい。ここで、ＰＴＦＥ
（テトラフルオロエチレン）系とは、テトラフルオロエ
チレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、その他そ
の共重合体等をも含む意味である。
【００２７】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
がこの実施例に限定されないことは勿論である。 まず、白金ブラックをカ−ボンブラック粒子に対し
て５０重量％の割合で担持した触媒粒子を準備し、この
粒子に、全量に対して２０重量％となる量のＮＡＦＩＯ
Ｎ−１１７（パ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂、Ｄ
ｕ Ｐｏｎｔ社製、商品名）のアルコ−ル溶液を加え、
均一に混合した。
がこの実施例に限定されないことは勿論である。 まず、白金ブラックをカ−ボンブラック粒子に対し
て５０重量％の割合で担持した触媒粒子を準備し、この
粒子に、全量に対して２０重量％となる量のＮＡＦＩＯ
Ｎ−１１７（パ−フルオロカ−ボンスルホン酸樹脂、Ｄ
ｕ Ｐｏｎｔ社製、商品名）のアルコ−ル溶液を加え、
均一に混合した。
【００２８】 次いで、この混合液から溶媒を除去し
たが、この操作は、その混合液収容容器の下部から温度
５０゜Ｃ、真空中で、１２時間加熱することにより実施
し、ＮＡＦＩＯＮ−１１７がコ−ティングされた触媒粒
子を得、これに蒸留水を加えて水性懸濁液とした。
たが、この操作は、その混合液収容容器の下部から温度
５０゜Ｃ、真空中で、１２時間加熱することにより実施
し、ＮＡＦＩＯＮ−１１７がコ−ティングされた触媒粒
子を得、これに蒸留水を加えて水性懸濁液とした。
【００２９】 一方、気孔率８０％、厚さ０．４ｍｍ
のカ−ボンペ−パ−にネオフロン（登録商標、ダイキン
工業社製、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプ
ロピレン共重合体）のディスパ−ジョンを含浸させた
後、熱処理を行い、ネオフロンで撥水化したカ−ボンペ
−パ−を得た。この場合、その量的割合は、ネオフロン
がその全体量中２０重量％占めるよう調製した。
のカ−ボンペ−パ−にネオフロン（登録商標、ダイキン
工業社製、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプ
ロピレン共重合体）のディスパ−ジョンを含浸させた
後、熱処理を行い、ネオフロンで撥水化したカ−ボンペ
−パ−を得た。この場合、その量的割合は、ネオフロン
がその全体量中２０重量％占めるよう調製した。
【００３０】 次に、上記で得た撥水化カ−ボンペ
−パ−上で、上記で得た触媒粒子の懸濁液を濾過し、
この撥水化カ−ボンペ−パ−上に各コ−ティング触媒粒
子を均一に堆積させた。その濾過操作は、この例の場
合、撥水化カ−ボンペ−パ−を多孔板上に載置し、その
上に上記懸濁液を注ぐ一方、下方を減圧して、溶媒のみ
を透過させる、いわゆるヌッツェ漏斗形式で実施した。
−パ−上で、上記で得た触媒粒子の懸濁液を濾過し、
この撥水化カ−ボンペ−パ−上に各コ−ティング触媒粒
子を均一に堆積させた。その濾過操作は、この例の場
合、撥水化カ−ボンペ−パ−を多孔板上に載置し、その
上に上記懸濁液を注ぐ一方、下方を減圧して、溶媒のみ
を透過させる、いわゆるヌッツェ漏斗形式で実施した。
【００３１】この場合、その濾過操作は、そのようなヌ
ッツェ漏斗形式ではなく、揆水化カ−ボンペ−パ−上
に、その懸濁液を注ぎながら、その上方から加圧する形
式でも実施することができ、また、両手法を併用するこ
とも可能である。 上記撥水化カ−ボンペ−パ−上に堆積した層がすな
わち触媒層であるが、引続きその散布面に対し、本発明
に係る構成すなわち固体高分子電解質の一種としてＮＡ
ＦＩＯＮ−１１７のアルコ−ル溶液を噴霧し、これを触
媒層に含浸させた後、温度８０゜Ｃ、真空中で、１２
時間加熱し、溶媒を蒸発、除去した。
ッツェ漏斗形式ではなく、揆水化カ−ボンペ−パ−上
に、その懸濁液を注ぎながら、その上方から加圧する形
式でも実施することができ、また、両手法を併用するこ
とも可能である。 上記撥水化カ−ボンペ−パ−上に堆積した層がすな
わち触媒層であるが、引続きその散布面に対し、本発明
に係る構成すなわち固体高分子電解質の一種としてＮＡ
ＦＩＯＮ−１１７のアルコ−ル溶液を噴霧し、これを触
媒層に含浸させた後、温度８０゜Ｃ、真空中で、１２
時間加熱し、溶媒を蒸発、除去した。
【００３２】 比較例（従来例）として、以上〜
の工程のうち、の工程を実施しないで、すなわち、撥
水化カ−ボンペ−パ−上に堆積させた触媒層の面に対
し、ＮＡＦＩＯＮ−１１７（固体高分子電解質）のアル
コ−ル溶液を噴霧し、これを触媒層に含浸させる工程を
行わない点以外は、すべて同一にして電極シ−トを作製
し、比較例（従来例）用とした。
の工程のうち、の工程を実施しないで、すなわち、撥
水化カ−ボンペ−パ−上に堆積させた触媒層の面に対
し、ＮＡＦＩＯＮ−１１７（固体高分子電解質）のアル
コ−ル溶液を噴霧し、これを触媒層に含浸させる工程を
行わない点以外は、すべて同一にして電極シ−トを作製
し、比較例（従来例）用とした。
【００３３】以下、以上の諸工程〜及び比較例とし
てので作製した電極シ−トを使用し、これを固体高分
子電解質膜と一体化した後、固体高分子型燃料電池用と
してセットし、電池としての性能の変化等を測定、観察
した例を説明する。
てので作製した電極シ−トを使用し、これを固体高分
子電解質膜と一体化した後、固体高分子型燃料電池用と
してセットし、電池としての性能の変化等を測定、観察
した例を説明する。
【００３４】前述〜の工程により作製した電極シ−
トを用い、これを固体高分子電解質膜と組合せ、両者を
セットした。これは、以上で作製した２枚の電極シ−ト
の間に固体高分子電解質膜（ＮＡＦＩＯＮ−１１７膜）
を挟み、温度１４０°Ｃ、圧力１００ｋｇｆ／ｃｍ2 の
加圧下、６０秒間プレスして作製し、これを供試用電池
とした。
トを用い、これを固体高分子電解質膜と組合せ、両者を
セットした。これは、以上で作製した２枚の電極シ−ト
の間に固体高分子電解質膜（ＮＡＦＩＯＮ−１１７膜）
を挟み、温度１４０°Ｃ、圧力１００ｋｇｆ／ｃｍ2 の
加圧下、６０秒間プレスして作製し、これを供試用電池
とした。
【００３５】また、上記で比較例用として作製した電
極シ−ト、すなわち、前述〜の工程のうちの工程
を実施しないで作製した電極シ−トを使用し、この２枚
のシ−ト間に固体高分子電解質膜（ＮＡＦＩＯＮ−１１
７膜）を挟み、温度１４０°Ｃ、圧力１００ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 の加圧下、６０秒間プレスして作製し、これを比較
例用の供試電池とした。
極シ−ト、すなわち、前述〜の工程のうちの工程
を実施しないで作製した電極シ−トを使用し、この２枚
のシ−ト間に固体高分子電解質膜（ＮＡＦＩＯＮ−１１
７膜）を挟み、温度１４０°Ｃ、圧力１００ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 の加圧下、６０秒間プレスして作製し、これを比較
例用の供試電池とした。
【００３６】本実施例では、燃料として水素を使用し、
これをアノ−ド側に供給する一方、カソ−ド側には酸素
を供給した。この両ガスの供給圧力はともに２ａｔｍと
し、水素は７５°Ｃで、酸素については２５°Ｃで加湿
し、また電池の温度を６０°Ｃに保って操作し、測定し
た。
これをアノ−ド側に供給する一方、カソ−ド側には酸素
を供給した。この両ガスの供給圧力はともに２ａｔｍと
し、水素は７５°Ｃで、酸素については２５°Ｃで加湿
し、また電池の温度を６０°Ｃに保って操作し、測定し
た。
【００３７】図１は、以上で各試電池について測定した
電流密度とセル電圧との関係を示したものである。これ
によれば、実施例では、その電圧は、比較例に比べて、
初期の段階から、０．８〜０．９Ｖ程度も高く、電流密
度が増加しても、ほぼ同じ傾向を示すことが分かる。こ
のように、本発明では、その電極の特性を向上させ、ま
たこれを用いた電池の性能を大幅に改善することができ
る。
電流密度とセル電圧との関係を示したものである。これ
によれば、実施例では、その電圧は、比較例に比べて、
初期の段階から、０．８〜０．９Ｖ程度も高く、電流密
度が増加しても、ほぼ同じ傾向を示すことが分かる。こ
のように、本発明では、その電極の特性を向上させ、ま
たこれを用いた電池の性能を大幅に改善することができ
る。
【００３８】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、触媒粒
子、高分子電解質及びＰＴＦＥの混合物を用いる形式の
固体高分子型燃料電池用電極において、この電極の表面
層の全面を固体高分子電解質でコ−ティングすることに
より、その電極の特性を向上させ、これを用いた電池の
性能を大幅に改善することができる。
子、高分子電解質及びＰＴＦＥの混合物を用いる形式の
固体高分子型燃料電池用電極において、この電極の表面
層の全面を固体高分子電解質でコ−ティングすることに
より、その電極の特性を向上させ、これを用いた電池の
性能を大幅に改善することができる。
【図１】実施例及び比較例で製作した各供試電池につい
て測定した電流密度とセル電圧との関係を示す図。
て測定した電流密度とセル電圧との関係を示す図。
Claims (6)
- 【請求項１】触媒粒子、高分子電解質及びポリテトラフ
ルオロエチレンの混合物を用いる形式の固体高分子型燃
料電池用電極において、この電極の表面層の全面を高分
子電解質でコ−ティングしてなることを特徴とする固体
高分子型燃料電池用電極。 - 【請求項２】電極の表面層が、基材シ−トとしての撥水
化カ−ボンペ−パ−上に形成された表面層であることを
特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電池用電
極。 - 【請求項３】高分子電解質がパ−フルオロカ−ボンスル
ホン酸樹脂である請求項１〜２記載の高分子型燃料電池
用電極。 - 【請求項４】触媒粒子、高分子電解質及びポリテトラフ
ルオロエチレンの混合物を用いる形式の固体高分子型燃
料電池用電極の製造方法において、この電極の表面層の
全面を高分子電解質でコ−ティングすることを特徴とす
る固体高分子型燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項５】電極の表面層が、基材シ−トとしての撥水
化カ−ボンペ−パ−上に形成された表面層であることを
特徴とする請求項４記載の固体高分子型燃料電池用電極
の製造法。 - 【請求項６】高分子電解質がパ−フルオロカ−ボンスル
ホン酸樹脂であることを特徴とする請求項４〜５記載の
固体高分子型燃料電池用電極の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5297281A JPH07130372A (ja) | 1993-11-03 | 1993-11-03 | 固体高分子型燃料電池用電極及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5297281A JPH07130372A (ja) | 1993-11-03 | 1993-11-03 | 固体高分子型燃料電池用電極及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07130372A true JPH07130372A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17844494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5297281A Pending JPH07130372A (ja) | 1993-11-03 | 1993-11-03 | 固体高分子型燃料電池用電極及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07130372A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002027831A1 (fr) * | 2000-09-29 | 2002-04-04 | Sony Corporation | Pile a combustible |
| WO2006104128A1 (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 燃料電池 |
| JP2011187436A (ja) * | 2010-03-10 | 2011-09-22 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池用膜−電極接合体、燃料電池用膜−電極接合体の製造方法、燃料電池システム、及び燃料電池用スタック |
-
1993
- 1993-11-03 JP JP5297281A patent/JPH07130372A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002027831A1 (fr) * | 2000-09-29 | 2002-04-04 | Sony Corporation | Pile a combustible |
| US6824912B2 (en) | 2000-09-29 | 2004-11-30 | Sony Corporation | Fuel cell and method for preparation thereof |
| WO2006104128A1 (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-05 | Kabushiki Kaisha Toshiba | 燃料電池 |
| JP2011187436A (ja) * | 2010-03-10 | 2011-09-22 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池用膜−電極接合体、燃料電池用膜−電極接合体の製造方法、燃料電池システム、及び燃料電池用スタック |
| EP2365569A3 (en) * | 2010-03-10 | 2013-08-21 | Samsung SDI Co., Ltd. | A membrane-electrode assembly for a fuel cell |
| US8735017B2 (en) | 2010-03-10 | 2014-05-27 | Samsung Sdi Co., Ltd | Membrane-electrode assembly for fuel cell, method of manufacturing membrane-electrode assembly for fuel cell, and fuel cell system |
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