JPH07230811A - ガス拡散電極とその製造方法 - Google Patents
ガス拡散電極とその製造方法Info
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- JPH07230811A JPH07230811A JP6040567A JP4056794A JPH07230811A JP H07230811 A JPH07230811 A JP H07230811A JP 6040567 A JP6040567 A JP 6040567A JP 4056794 A JP4056794 A JP 4056794A JP H07230811 A JPH07230811 A JP H07230811A
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- ptfe
- diffusion electrode
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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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 優れた撥水性とガス流通性を付与したガス拡
散層を備え、好適な導電性能を発揮するガス拡散電極と
その製造方法を提供する。 【構成】 触媒を担持した炭素質粉末とポリテトラフル
オロエチレン(PTFE)からなる反応層と、黒鉛ウイスカー
とフイブリル化したＰＴＦＥからなるガス拡散層を接合
したガス拡散電極。触媒を担持した炭素質粉末とＰＴＦ
Ｅをシート成形した反応層用基材と、黒鉛ウイスカーに
フイブリル化性のＰＴＦＥ粉末を５〜40重量％混合し、
剪断力を与えながら混練したのち有機溶媒に分散させて
シート状に成形したガス拡散層用基材とを、湿潤状態で
接合し、乾燥したのちホットプレスするガス拡散電極に
製造方法。
散層を備え、好適な導電性能を発揮するガス拡散電極と
その製造方法を提供する。 【構成】 触媒を担持した炭素質粉末とポリテトラフル
オロエチレン(PTFE)からなる反応層と、黒鉛ウイスカー
とフイブリル化したＰＴＦＥからなるガス拡散層を接合
したガス拡散電極。触媒を担持した炭素質粉末とＰＴＦ
Ｅをシート成形した反応層用基材と、黒鉛ウイスカーに
フイブリル化性のＰＴＦＥ粉末を５〜40重量％混合し、
剪断力を与えながら混練したのち有機溶媒に分散させて
シート状に成形したガス拡散層用基材とを、湿潤状態で
接合し、乾燥したのちホットプレスするガス拡散電極に
製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質型
（ＳＰＥ型）等の燃料電池に用いられるガス拡散電極お
よびその製造方法に関する。
（ＳＰＥ型）等の燃料電池に用いられるガス拡散電極お
よびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体高分子電解質型等の燃料電池
に使用されるガス拡散電極は、白金などの貴金属触媒、
カーボンブラックに代表される炭素質粉末からなる導電
性粉末およびポリテトラフルオロエチレン（以下、「Ｐ
ＴＦＥ」という）のような撥水剤を配合して構成された
親水性の反応層（触媒層）に、炭素質粉末とＰＴＦＥを
混合した撥水性のガス拡散層（電極層）を積層シート状
に接合して製造されている。しかしながら、該成分組成
のガス拡散電極は、組織的に気孔率が低く、気孔径も一
定しない関係でガス流通性が不十分となり、圧損を高め
る問題がある。このような問題を製造的に解決するため
に多くの提案（特開昭62−213066号公報、特開昭63−22
58号公報、特開昭63−43259 号公報、特開昭64−41171
号公報等)がなされているが、十分な効果が得られてい
ない。そのうえ、上記の成分系で成形シートに強度を付
与するためには、ポリテトラフルオロエチレンの配合量
を多くする必要があり、これが組織の気孔率や導電性能
を低下させる原因ともなる。
に使用されるガス拡散電極は、白金などの貴金属触媒、
カーボンブラックに代表される炭素質粉末からなる導電
性粉末およびポリテトラフルオロエチレン（以下、「Ｐ
ＴＦＥ」という）のような撥水剤を配合して構成された
親水性の反応層（触媒層）に、炭素質粉末とＰＴＦＥを
混合した撥水性のガス拡散層（電極層）を積層シート状
に接合して製造されている。しかしながら、該成分組成
のガス拡散電極は、組織的に気孔率が低く、気孔径も一
定しない関係でガス流通性が不十分となり、圧損を高め
る問題がある。このような問題を製造的に解決するため
に多くの提案（特開昭62−213066号公報、特開昭63−22
58号公報、特開昭63−43259 号公報、特開昭64−41171
号公報等)がなされているが、十分な効果が得られてい
ない。そのうえ、上記の成分系で成形シートに強度を付
与するためには、ポリテトラフルオロエチレンの配合量
を多くする必要があり、これが組織の気孔率や導電性能
を低下させる原因ともなる。
【０００３】ガス拡散電極の強度面を改善する手段とし
ては、反応層やガス拡散層にカーボン繊維、ボロン繊
維、ＳｉＣ繊維などの耐熱性繊維を介在させる試みもな
されている（特開昭62−156285号公報、特開昭62−2328
61号公報) が、適正なガス流通性を付与するためには寄
与しない。
ては、反応層やガス拡散層にカーボン繊維、ボロン繊
維、ＳｉＣ繊維などの耐熱性繊維を介在させる試みもな
されている（特開昭62−156285号公報、特開昭62−2328
61号公報) が、適正なガス流通性を付与するためには寄
与しない。
【０００４】本発明者は従来技術の成分組成による物性
的欠点を改善し、ガス拡散層に優れた気孔性状を付与す
るために、カーボン粉末、白金触媒およびポリテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)からなる成分系に、表面に炭素膜
を被覆した炭化けい素ウイスカーを加えて混練し、混練
物をシート化したのち熱処理、イオン交換樹脂処理を施
す燃料電池用電極の製造方法を先に開発した（特開平３
−25856 号公報）。
的欠点を改善し、ガス拡散層に優れた気孔性状を付与す
るために、カーボン粉末、白金触媒およびポリテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)からなる成分系に、表面に炭素膜
を被覆した炭化けい素ウイスカーを加えて混練し、混練
物をシート化したのち熱処理、イオン交換樹脂処理を施
す燃料電池用電極の製造方法を先に開発した（特開平３
−25856 号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記した先行技術によ
る電極は、原料成分として配合する微細繊維状の炭化け
い素ウイスカーが組織の気孔形成化に機能し、同時にそ
の表面層に被覆された炭素膜が導電性を向上させる結
果、全体としての電極性能を改善させることが可能とな
る。ところが、この方法による場合には撥水剤として機
能するポリテトラフルオロエチレンの表面にカーボンブ
ラックが介在して撥水性を減退させ、またシート体積当
たりのカーボン配合比率が相対的に少なくなるため導電
性の面でも不利となるという未解決の課題が残されてい
た。
る電極は、原料成分として配合する微細繊維状の炭化け
い素ウイスカーが組織の気孔形成化に機能し、同時にそ
の表面層に被覆された炭素膜が導電性を向上させる結
果、全体としての電極性能を改善させることが可能とな
る。ところが、この方法による場合には撥水剤として機
能するポリテトラフルオロエチレンの表面にカーボンブ
ラックが介在して撥水性を減退させ、またシート体積当
たりのカーボン配合比率が相対的に少なくなるため導電
性の面でも不利となるという未解決の課題が残されてい
た。
【０００６】本発明の目的は、ガス拡散層の構成に改良
を加えて優れた撥水性ならびにガス流通性を付与し、電
極として好適な導電性能を発揮するガス拡散電極とその
製造方法を提供することにある。
を加えて優れた撥水性ならびにガス流通性を付与し、電
極として好適な導電性能を発揮するガス拡散電極とその
製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるガス拡散電極は、触媒を担持した炭素
質粉末およびポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が均一
分散してなる反応層に、黒鉛ウイスカーおよびフイブリ
ル化したポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が均質分散
してなる多孔性状のガス拡散層を接合してなることを構
成上の特徴とする。
めの本発明によるガス拡散電極は、触媒を担持した炭素
質粉末およびポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が均一
分散してなる反応層に、黒鉛ウイスカーおよびフイブリ
ル化したポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が均質分散
してなる多孔性状のガス拡散層を接合してなることを構
成上の特徴とする。
【０００８】反応層の炭素質粉末としてはカーボンブラ
ックが好ましく適用され、ＰＴＦＥと均一分散した組成
としてシート状に形成されている。ガス拡散電極は前記
の反応層にガス拡散層を接合して構成されるが、ガス拡
散層が黒鉛ウイスカーとフイブリル化したＰＴＦＥが均
一分散した組成からなる点が本発明の主要な構成要素と
なる。
ックが好ましく適用され、ＰＴＦＥと均一分散した組成
としてシート状に形成されている。ガス拡散電極は前記
の反応層にガス拡散層を接合して構成されるが、ガス拡
散層が黒鉛ウイスカーとフイブリル化したＰＴＦＥが均
一分散した組成からなる点が本発明の主要な構成要素と
なる。
【０００９】黒鉛ウイスカーは、黒鉛の針状単結晶から
なる極めて微小な短繊維物質で、優れた導電性を有する
と共に、表面が不活性であるため適度の撥水性を保有し
ている。フイブリル化したＰＴＦＥは、剪断力を与える
ことにより繊維状に転化したＰＴＦＥ組織であり、主に
撥水剤として機能する。これら黒鉛ウイスカーとフイブ
リル化したＰＴＦＥは共に繊維状を呈しているから、均
一分散させて複合シートとした際に相互に絡み合って組
織内部に無数の微細空孔を保有する多孔性状が付与され
る。また、この不織布状の組織形態は強度を高めるため
にも寄与し、薄膜シートの形成が可能となる。
なる極めて微小な短繊維物質で、優れた導電性を有する
と共に、表面が不活性であるため適度の撥水性を保有し
ている。フイブリル化したＰＴＦＥは、剪断力を与える
ことにより繊維状に転化したＰＴＦＥ組織であり、主に
撥水剤として機能する。これら黒鉛ウイスカーとフイブ
リル化したＰＴＦＥは共に繊維状を呈しているから、均
一分散させて複合シートとした際に相互に絡み合って組
織内部に無数の微細空孔を保有する多孔性状が付与され
る。また、この不織布状の組織形態は強度を高めるため
にも寄与し、薄膜シートの形成が可能となる。
【００１０】黒鉛ウイスカーとフイブリル化したＰＴＦ
Ｅとの含有比率は、黒鉛ウイスカーに対するフイブリル
化したＰＴＦＥの割合として５〜４０重量％の範囲、好
ましくは１０〜３０重量％に設定する。この含有比率が
５重量％を下廻ると撥水性が不十分となり、シート強度
も低下する。また、４０重量％を越えると導電性および
気孔率が共に減退する。
Ｅとの含有比率は、黒鉛ウイスカーに対するフイブリル
化したＰＴＦＥの割合として５〜４０重量％の範囲、好
ましくは１０〜３０重量％に設定する。この含有比率が
５重量％を下廻ると撥水性が不十分となり、シート強度
も低下する。また、４０重量％を越えると導電性および
気孔率が共に減退する。
【００１１】上記のガス拡散電極を得るための本発明に
よる製造方法は、触媒を担持した炭素質粉末とテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)をシート状に成形した反応層用基
材と、黒鉛ウイスカーにフイブリル化性のポリテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)粉末を５〜４０重量％の範囲で混
合し、剪断力を与えながら混練したのち有機溶媒に分散
させてシート状に成形したガス拡散層用基材とを、湿潤
状態で接合し、乾燥したのちホットプレスすることを特
徴とする。
よる製造方法は、触媒を担持した炭素質粉末とテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)をシート状に成形した反応層用基
材と、黒鉛ウイスカーにフイブリル化性のポリテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)粉末を５〜４０重量％の範囲で混
合し、剪断力を与えながら混練したのち有機溶媒に分散
させてシート状に成形したガス拡散層用基材とを、湿潤
状態で接合し、乾燥したのちホットプレスすることを特
徴とする。
【００１２】反応層用基材は、予め触媒を担持させた炭
素質粉末をＰＴＦＥと均一混合してシート状に成形する
方法で調製される。触媒には白金族触媒が用いられ、炭
素質粉末としては比表面積の高いカーボンブラックが好
ましく使用される。炭素質粉末に触媒を担持させる方法
としては、例えばカーボンブラックを塩化白金酸水溶液
に浸漬したのち還元剤を加えてカーボンブラック表面に
白金を付着させる方法、浸漬処理により塩化パラジウム
溶液を付着したカーボンブラックを空気中で加熱分解し
たのち水素雰囲気中で金属パラジウムに加熱還元する方
法などが適用される。両成分の混合および成形手段には
特に限定はなく、従来既知の方法を用いることができる
が、触媒を担持したカーボンブラックをＰＴＦＥ粉末あ
るいはＰＴＦＥ粉末のディスパージョンと共にエタノー
ルのような有機溶媒中で均一混合したのち、濾過法、抄
紙法、ロール圧延法、ドクターブレード法などの方法を
用いてシート状に成形する方法が好適な手段となる。
素質粉末をＰＴＦＥと均一混合してシート状に成形する
方法で調製される。触媒には白金族触媒が用いられ、炭
素質粉末としては比表面積の高いカーボンブラックが好
ましく使用される。炭素質粉末に触媒を担持させる方法
としては、例えばカーボンブラックを塩化白金酸水溶液
に浸漬したのち還元剤を加えてカーボンブラック表面に
白金を付着させる方法、浸漬処理により塩化パラジウム
溶液を付着したカーボンブラックを空気中で加熱分解し
たのち水素雰囲気中で金属パラジウムに加熱還元する方
法などが適用される。両成分の混合および成形手段には
特に限定はなく、従来既知の方法を用いることができる
が、触媒を担持したカーボンブラックをＰＴＦＥ粉末あ
るいはＰＴＦＥ粉末のディスパージョンと共にエタノー
ルのような有機溶媒中で均一混合したのち、濾過法、抄
紙法、ロール圧延法、ドクターブレード法などの方法を
用いてシート状に成形する方法が好適な手段となる。
【００１３】ガス拡散層用基材を組成する黒鉛ウイスカ
ーとしては、直径０．３〜０．６μm 、長さ３０〜６０
μm のアスペクト性状範囲のものが好ましく用いられ、
撥水剤にはフイブリル化性のＰＴＦＥ粉末が選択使用さ
れる。フイブリル化性のＰＴＦＥとは、剪断力を与える
ことにより繊維状に転化する物性のＰＴＦＥを指し、例
えば商品名“テフロンＫ−10J ”〔三井デュポンフロロ
ケミカル（株）製〕や商品名“ポリフロンＦ−103 ”
〔ダイキン工業（株）製〕等が市販されている。
ーとしては、直径０．３〜０．６μm 、長さ３０〜６０
μm のアスペクト性状範囲のものが好ましく用いられ、
撥水剤にはフイブリル化性のＰＴＦＥ粉末が選択使用さ
れる。フイブリル化性のＰＴＦＥとは、剪断力を与える
ことにより繊維状に転化する物性のＰＴＦＥを指し、例
えば商品名“テフロンＫ−10J ”〔三井デュポンフロロ
ケミカル（株）製〕や商品名“ポリフロンＦ−103 ”
〔ダイキン工業（株）製〕等が市販されている。
【００１４】これら成分の配合比率は、触媒を担持した
炭素質粉末に対しフイブリル化性のＰＴＦＥ粉末５〜４
０重量％、好ましくは１０〜３０重量％の範囲に設定す
る。この配合量が５重量％未満であると撥水性が不十分
となり、４０重量％を越えるとシート組織の気孔率を低
下させる傾向を与える。
炭素質粉末に対しフイブリル化性のＰＴＦＥ粉末５〜４
０重量％、好ましくは１０〜３０重量％の範囲に設定す
る。この配合量が５重量％未満であると撥水性が不十分
となり、４０重量％を越えるとシート組織の気孔率を低
下させる傾向を与える。
【００１５】配合成分は、適宜な手段により均一に混合
したのち、ニーダーのような混練装置を用いて剪断力を
与えながらＰＴＦＥ粉末が繊維化するまで十分に混練処
理する。混練に際しては、剪断力を高めるために流動パ
ラフィンや液状ポリエチレングリコール等の混練助剤を
添加することが好ましい。
したのち、ニーダーのような混練装置を用いて剪断力を
与えながらＰＴＦＥ粉末が繊維化するまで十分に混練処
理する。混練に際しては、剪断力を高めるために流動パ
ラフィンや液状ポリエチレングリコール等の混練助剤を
添加することが好ましい。
【００１６】混練物はエタノールのような有機溶媒に撹
拌分散し、必要に応じてカッターミキサー等により解繊
処理を施したのち、濾過法、抄紙法、ロール圧延法、ド
クターブレード法などの方法を用いてシート状に成形し
てガス拡散層用基材を得る。
拌分散し、必要に応じてカッターミキサー等により解繊
処理を施したのち、濾過法、抄紙法、ロール圧延法、ド
クターブレード法などの方法を用いてシート状に成形し
てガス拡散層用基材を得る。
【００１７】上記の各工程で調製された反応層用基材と
ガス拡散層用基材は、例えばエタノールのような有機溶
媒で濡らした湿潤状態で接合し、乾燥する。ついで、接
合したシートをホットプレスして一体層状のガス拡散電
極を製造する。好適なホットプレスの条件は、温度３３
０〜４００℃、圧力１０〜１５０kg/cm2である。
ガス拡散層用基材は、例えばエタノールのような有機溶
媒で濡らした湿潤状態で接合し、乾燥する。ついで、接
合したシートをホットプレスして一体層状のガス拡散電
極を製造する。好適なホットプレスの条件は、温度３３
０〜４００℃、圧力１０〜１５０kg/cm2である。
【００１８】なお、固体高分子電解質型（ＳＰＥ型）燃
料電池のガス拡散電極を目的とする場合には、ホットプ
レス後の成形シートにスチレン−ジビニルベンゼンスル
フォン酸粉末やパーフルオロカーボンスルフォン酸の低
級脂肪族アルコールと水の混合溶媒溶液（ナフィオン溶
液）を含浸するイオン交換樹脂処理を施して製品とす
る。
料電池のガス拡散電極を目的とする場合には、ホットプ
レス後の成形シートにスチレン−ジビニルベンゼンスル
フォン酸粉末やパーフルオロカーボンスルフォン酸の低
級脂肪族アルコールと水の混合溶媒溶液（ナフィオン溶
液）を含浸するイオン交換樹脂処理を施して製品とす
る。
【００１９】
【作用】ガス拡散電極においてガス拡散層のガス流通性
を向上させるためには、十分な撥水性を維持させながら
シート組織の気孔径および気孔率を高めることが有効な
改善手段となる。最も効果的な多孔性状は、気孔径が
０．１〜１μm 、気孔率が６０〜８０％の範囲である。
しかし、従来技術のように導電剤としてカーボン微粉を
用いる成分組成では前記の多孔性状を得ることが困難で
ある。また、カーボン微粉に代えて通常の炭素繊維を導
電剤とした場合には、繊維径が太い（２〜２０μm ）た
めに気孔径、気孔率ともに増大し、撥水性の悪化、反応
層からの電解液の浸入などの現象を招く。
を向上させるためには、十分な撥水性を維持させながら
シート組織の気孔径および気孔率を高めることが有効な
改善手段となる。最も効果的な多孔性状は、気孔径が
０．１〜１μm 、気孔率が６０〜８０％の範囲である。
しかし、従来技術のように導電剤としてカーボン微粉を
用いる成分組成では前記の多孔性状を得ることが困難で
ある。また、カーボン微粉に代えて通常の炭素繊維を導
電剤とした場合には、繊維径が太い（２〜２０μm ）た
めに気孔径、気孔率ともに増大し、撥水性の悪化、反応
層からの電解液の浸入などの現象を招く。
【００２０】本発明のガス拡散層を形成する黒鉛ウイス
カーは、直径０．３〜０．６μm 、長さ３０〜６０μm
のアスペクト性状を有する微細な短繊維であり、それ自
体が充分な導電性と適度な撥水性を具備している。した
がって、シート成形した際の組織は、繊維の絡み合いに
よる空隙形成とアルペクト性状に基づく接触点の増大化
作用により好適な気孔構造ならびに導電性能が具備さ
れ、併せて適度な撥水性能を発揮する。
カーは、直径０．３〜０．６μm 、長さ３０〜６０μm
のアスペクト性状を有する微細な短繊維であり、それ自
体が充分な導電性と適度な撥水性を具備している。した
がって、シート成形した際の組織は、繊維の絡み合いに
よる空隙形成とアルペクト性状に基づく接触点の増大化
作用により好適な気孔構造ならびに導電性能が具備さ
れ、併せて適度な撥水性能を発揮する。
【００２１】一方、撥水剤となるフイブリル化性のＰＴ
ＦＥは剪断力を伴う混練処理で繊維化され、前記黒鉛ウ
イスカーと相互に絡み合った状態で組織の気孔空間を形
成するために共働機能するが、撥水剤表面が黒鉛ウイス
カーによって隠蔽されることはないから十分な撥水性が
維持される。そのうえ、シート組織は黒鉛ウイスカーと
ポリテトラフルオロエチレン繊維とによる繊維状骨格が
密着一体化した構造を呈するから、材質強度も向上し、
薄膜のシートを形成することができる。
ＦＥは剪断力を伴う混練処理で繊維化され、前記黒鉛ウ
イスカーと相互に絡み合った状態で組織の気孔空間を形
成するために共働機能するが、撥水剤表面が黒鉛ウイス
カーによって隠蔽されることはないから十分な撥水性が
維持される。そのうえ、シート組織は黒鉛ウイスカーと
ポリテトラフルオロエチレン繊維とによる繊維状骨格が
密着一体化した構造を呈するから、材質強度も向上し、
薄膜のシートを形成することができる。
【００２２】このような作用を介して、高度の撥水性を
維持しながら好適なガス流通性と十分な導電性能を備
え、かつシート強度に優れるガス拡散電極を製造するこ
とが可能となる。
維持しながら好適なガス流通性と十分な導電性能を備
え、かつシート強度に優れるガス拡散電極を製造するこ
とが可能となる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して詳
細に説明する。
細に説明する。
【００２４】実施例１ 〔反応層の調製〕カーボンブラック〔東海カーボン
（株）製、“シースト６”〕を塩化白金酸水溶液に浸漬
したのち、撹拌しながらヒドラジンを滴下してカーボン
ブラック表面に１０重量％の白金を付着させ、洗浄処理
した。ついで、触媒を担持したカーボンブラック３５g
とＰＴＦＥ粉末１５g をエタノール中で均質分散するま
で十分に撹拌混合し、濾過成形により厚さ０．１５mmの
シートを形成した。
（株）製、“シースト６”〕を塩化白金酸水溶液に浸漬
したのち、撹拌しながらヒドラジンを滴下してカーボン
ブラック表面に１０重量％の白金を付着させ、洗浄処理
した。ついで、触媒を担持したカーボンブラック３５g
とＰＴＦＥ粉末１５g をエタノール中で均質分散するま
で十分に撹拌混合し、濾過成形により厚さ０．１５mmの
シートを形成した。
【００２５】〔ガス拡散層の調製〕直径０．３〜０．６
μm 、長さ３０〜６０μm の性状を有する黒鉛ウイスカ
ー４５g にフイブリル化性のＰＴＦＥ粉末〔ダイキン工
業（株）製、“ポリフロンＦ−201 ”〕を３０重量％に
なる比率で配合し、エタノール５００mlと共にカッター
ミキサー中で均一に混合し、乾燥した。乾燥した混合粉
５０g に流動パラフィン４０g を加え、小型ニーダーを
用いて十分な剪断力下に混練してＰＴＦＥ成分を繊維化
した。混練物をトルエンで洗浄して流動パラフィンを除
去し、再びエタノールと共にカッターミキサーで処理し
て解繊分散した。次に、分散スラリーをナイロン網（５
０８メッシュ）を用いて膜厚０．２０mmのシート状に濾
過成形し、乾燥してガス拡散層を調製した。
μm 、長さ３０〜６０μm の性状を有する黒鉛ウイスカ
ー４５g にフイブリル化性のＰＴＦＥ粉末〔ダイキン工
業（株）製、“ポリフロンＦ−201 ”〕を３０重量％に
なる比率で配合し、エタノール５００mlと共にカッター
ミキサー中で均一に混合し、乾燥した。乾燥した混合粉
５０g に流動パラフィン４０g を加え、小型ニーダーを
用いて十分な剪断力下に混練してＰＴＦＥ成分を繊維化
した。混練物をトルエンで洗浄して流動パラフィンを除
去し、再びエタノールと共にカッターミキサーで処理し
て解繊分散した。次に、分散スラリーをナイロン網（５
０８メッシュ）を用いて膜厚０．２０mmのシート状に濾
過成形し、乾燥してガス拡散層を調製した。
【００２６】〔接合処理〕調製した反応層とガス拡散層
をエタノールで湿潤し、積層したのち、温度３４０℃、
圧力５０kg/cm2の条件でホットプレスして縦横１００m
m、厚さ０．３４mmのガス拡散電極を製造した。
をエタノールで湿潤し、積層したのち、温度３４０℃、
圧力５０kg/cm2の条件でホットプレスして縦横１００m
m、厚さ０．３４mmのガス拡散電極を製造した。
【００２７】〔性能評価〕得られたガス拡散電極につ
き、厚さ方向の電気抵抗および電池構成時の４００mA/c
m2における端子電圧を測定し、その結果をガス拡散層の
性状と対比して表１に示した。
き、厚さ方向の電気抵抗および電池構成時の４００mA/c
m2における端子電圧を測定し、その結果をガス拡散層の
性状と対比して表１に示した。
【００２８】比較例１ ガス拡散層の黒鉛ウイスカーを導電性カーボンブラック
〔東海カーボン（株）製、“トーカブラック#4500 ”〕
に代え、その他は実施例１と同一条件によりガス拡散電
極を製造した。得られたガス拡散電極の性能を評価し、
その結果を実施例１と同様にして表１に併載した。
〔東海カーボン（株）製、“トーカブラック#4500 ”〕
に代え、その他は実施例１と同一条件によりガス拡散電
極を製造した。得られたガス拡散電極の性能を評価し、
その結果を実施例１と同様にして表１に併載した。
【００２９】比較例２ 長さ６mmに裁断した炭素繊維チョップを抄紙法により厚
さ０．２mmのシートに形成し、ＰＴＦＥディスパージョ
ンを含浸して撥水化処理した。このようにして調製した
ＰＴＦＥ含有率が１５重量％のガス拡散層を用い、その
他は実施例１と同一条件でガス拡散電極を製造した。こ
のガス拡散電極について性能を評価し、その結果を実施
例１と同様にして表１に併載した。
さ０．２mmのシートに形成し、ＰＴＦＥディスパージョ
ンを含浸して撥水化処理した。このようにして調製した
ＰＴＦＥ含有率が１５重量％のガス拡散層を用い、その
他は実施例１と同一条件でガス拡散電極を製造した。こ
のガス拡散電極について性能を評価し、その結果を実施
例１と同様にして表１に併載した。
【００３０】
【表１】
【００３１】表１の結果から、実施例１のガス拡散層は
適正な多孔性状を有しており、ガス拡散電極とした場合
の導電性能も優れている。これに対し、比較例１では適
正な多孔性状が付与されないためガス流通性が悪く、導
電性能が劣っている。また、引張強さも低下している。
また、比較例２では多孔組織が進み過ぎてガス流通性が
過度となり、導電性能の低下が認められる。
適正な多孔性状を有しており、ガス拡散電極とした場合
の導電性能も優れている。これに対し、比較例１では適
正な多孔性状が付与されないためガス流通性が悪く、導
電性能が劣っている。また、引張強さも低下している。
また、比較例２では多孔組織が進み過ぎてガス流通性が
過度となり、導電性能の低下が認められる。
【００３２】実施例２〜３、比較例３〜４ 黒鉛ウイスカーに対するフイブリル化性ＰＴＦＥの配合
比率を変え、その他は実施例１と同一の条件によりガス
拡散電極を製造した。得られた電極の各種特性を測定
し、結果をＰＴＦＥの配合量と対比させて表２に示し
た。
比率を変え、その他は実施例１と同一の条件によりガス
拡散電極を製造した。得られた電極の各種特性を測定
し、結果をＰＴＦＥの配合量と対比させて表２に示し
た。
【００３３】
【表２】
【００３４】表２の結果から、実施例２〜３のガス拡散
層は適正の多孔性状を保有しており、電極の導電性能も
良好であったが、ＰＴＦＥ配合量が本発明の範囲を外れ
る比較例３、４では性能が低下することが認められた。
層は適正の多孔性状を保有しており、電極の導電性能も
良好であったが、ＰＴＦＥ配合量が本発明の範囲を外れ
る比較例３、４では性能が低下することが認められた。
【００３５】
【発明の効果】以上のとおり、本発明に従えばガス拡散
層が高度の撥水性を保持しながら好適なガス流通性を有
しているから、導電性能に優れるガス拡散電極を提供す
ることが可能となる。したがって、とくに固体高分子電
解質型（ＳＰＥ型）燃料電池用の電極を工業的に生産供
給することができる。
層が高度の撥水性を保持しながら好適なガス流通性を有
しているから、導電性能に優れるガス拡散電極を提供す
ることが可能となる。したがって、とくに固体高分子電
解質型（ＳＰＥ型）燃料電池用の電極を工業的に生産供
給することができる。
Claims (3)
- 【請求項１】 触媒を担持した炭素質粉末およびポリテ
トラフルオロエチレン(PTFE)が均質分散してなる反応層
に、黒鉛ウイスカーおよびフイブリル化したポリテトラ
フルオロエチレン(PTFE)が均一分散してなる多孔性状の
ガス拡散層を接合してなることを特徴とするガス拡散電
極。 - 【請求項２】 ガス拡散層が、黒鉛ウイスカーに対しフ
イブリル化したポリテトラフルオロエチレン(PTFE)５〜
４０重量％の範囲で均一分散してなる組成を有する請求
項１記載のガス拡散電極。 - 【請求項３】 触媒を担持した炭素質粉末とテトラフル
オロエチレン(PTFE)をシート状に成形した反応層用基材
と、黒鉛ウイスカーにフイブリル化性のポリテトラフル
オロエチレン(PTFE)粉末を５〜４０重量％の範囲で混合
し、剪断力を与えながら混練したのち有機溶媒に分散さ
せてシート状に成形したガス拡散層用基材とを、湿潤状
態で接合し、乾燥したのちホットプレスすることを特徴
とするガス拡散電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6040567A JPH07230811A (ja) | 1994-02-15 | 1994-02-15 | ガス拡散電極とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6040567A JPH07230811A (ja) | 1994-02-15 | 1994-02-15 | ガス拡散電極とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07230811A true JPH07230811A (ja) | 1995-08-29 |
Family
ID=12584056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6040567A Pending JPH07230811A (ja) | 1994-02-15 | 1994-02-15 | ガス拡散電極とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07230811A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001032163A (ja) * | 1999-06-22 | 2001-02-06 | Johnson Matthey Plc | 不織ファイバーウェブ |
| EP1383184A1 (en) * | 2001-04-27 | 2004-01-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electrode for fuel cell and method of manufacturing the electrode |
| JP2007115574A (ja) * | 2005-10-21 | 2007-05-10 | Aisin Chem Co Ltd | 燃料電池電極用ガス拡散層及びその製造方法 |
| JP2009004268A (ja) * | 2007-06-22 | 2009-01-08 | Toyota Motor Corp | 拡散層およびそれを用いた燃料電池とその製造方法 |
-
1994
- 1994-02-15 JP JP6040567A patent/JPH07230811A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001032163A (ja) * | 1999-06-22 | 2001-02-06 | Johnson Matthey Plc | 不織ファイバーウェブ |
| EP1063716A3 (en) * | 1999-06-22 | 2001-02-28 | Johnson Matthey Public Limited Company | Carbon fibers containing non-woven fibre web for use as gas diffusion electrode substrate in fuel cells |
| EP1383184A1 (en) * | 2001-04-27 | 2004-01-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electrode for fuel cell and method of manufacturing the electrode |
| EP1383184A4 (en) * | 2001-04-27 | 2008-04-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ELECTRODE FOR FUEL CELL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE ELECTRODE |
| JP2007115574A (ja) * | 2005-10-21 | 2007-05-10 | Aisin Chem Co Ltd | 燃料電池電極用ガス拡散層及びその製造方法 |
| JP2009004268A (ja) * | 2007-06-22 | 2009-01-08 | Toyota Motor Corp | 拡散層およびそれを用いた燃料電池とその製造方法 |
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