JPH07326362A - ガス拡散電極及びその製造方法 - Google Patents

ガス拡散電極及びその製造方法

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JPH07326362A
JPH07326362A JP6117041A JP11704194A JPH07326362A JP H07326362 A JPH07326362 A JP H07326362A JP 6117041 A JP6117041 A JP 6117041A JP 11704194 A JP11704194 A JP 11704194A JP H07326362 A JPH07326362 A JP H07326362A
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JP
Japan
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reaction layer
gas diffusion
porous
substrate sheet
diffusion electrode
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JP6117041A
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English (en)
Inventor
Kouichi Kuwaha
葉 孝 一 桑
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Aisin Corp
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Aisin Seiki Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 通気性即ちガス拡散性に優れるガス拡散電極
を提供すること。 【構成】 導電性且つ多孔性の基材シートと、基材シー
トの表面に形成された厚さ5〜10μmの多孔性反応層
とから構成されてなるガス拡散電極並びに導電性カーボ
ン粉末と加熱時に分解可能な有機物を含む溶剤とを混合
してペーストを形成し、ペーストを基材シートの表面に
塗布又は印刷した後、焼成するガス拡散電極の製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス拡散電極及びその
製造方法に関するもので、例えば燃料電池等の各種の電
池に適用される。
【0002】
【従来の技術】ガス拡散電極は、燃料電池、二次電池等
として多用されているが、ガス拡散電極及びその製造方
法についての従来技術としては、特開平3−46764
号公報に示されるものが知られている。
【0003】このガス拡散電極は、導電性且つ多孔性カ
ーボンから成る基材シートの表面に親水性カーボンブラ
ック、撥水剤たるポリテトラフルオロエチレン(以下P
EFEと称する)及び温水から成る厚さ100μmの反
応層を形成したものである。
【0004】又、その製造方法は、親水性カーボンブラ
ック、PEFE及び温水を混合した混合粉末(反応層構
成原料)を噴射ノズルにより空気と共に噴射して噴射ノ
ズルから間隔を空けて設置された分散ボールに衝突させ
且つ分散させ、その分散させ混合粉末を基材シートの表
面に付着させた後、焼成することで基材シートの表面に
反応層を形成する方法である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した製
造方法では、反応層の構成原料内に温水を含有している
にすぎないので、焼成時に付着表面から温水が蒸発して
その結果として反応層が薄くなるにすぎず、反応層の内
部に空孔を形成することができない。このため、上記し
た電極では、通気性即ちガス拡散性に乏しいという第1
の問題点がある。
【0006】又、上記した製造方法では、反応層構成原
料を噴射ノズルにより空気と共に噴射することで基材シ
ートの表面に付着しているので、製造工程上厳密な精度
は望めないため、反応層の厚さを薄くすることができな
い。このため、上記した電極では、反応層の厚さが10
0μmと厚くなっている。しかしながら、実際の反応に
使用されるのは、数〜20μmであることから、略80
μmの反応層が余分なものとなり、それが電気抵抗とな
る恐れがあるという第2の問題点がある。
【0007】故に、請求項1〜4の発明は、上記第1の
問題点を解決することを、その第1の技術的課題とする
ものである。
【0008】又、請求項2,4の発明は、上記第2の問
題点を解決することを、その第2の技術的課題とするも
のである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記第1の技術的課題を
解決するために請求項1の発明において講じた技術的手
段(以下、第1の技術的手段と称する)は、導電性且つ
多孔性の基材シートと、基材シートの表面に形成された
多孔性反応層とから構成したことである。
【0010】ここで、導電性且つ多孔性の基材シートと
しては、カーボンシート,カーボンクロス発泡ニッケル
ペーパー等を用いることができる。
【0011】多孔性反応層は、導電性カーボン粉末と、
撥水剤と、加熱時に分解可能な有機バインダを含む溶剤
とから構成すると良い。撥水剤としては、PTFE,ジ
メチルポリシロキサン等を用いることができる。
【0012】上記第1及び第2の技術的課題を解決する
ために請求項2の発明において講じた技術的手段(以
下、第2の技術的手段と称する)は、第1の技術的手段
において、多孔性反応層の厚さを5〜20μmとしたこ
とである。
【0013】ここで、多孔性反応層の厚さが5μm未満
であると、製造上困難であり、20μmよりも厚いと、
電気抵抗が大きくなると共にガス拡散性が悪くなる恐れ
がある。
【0014】上記第1の技術的課題を解決するために請
求項3の発明において講じた技術的手段(以下、第3の
技術的手段と称する)は、加熱時に分解可能な有機物を
含む反応層構成原料を導電性且つ多孔性の基材シートに
付着させた後、焼成したことである。
【0015】ここで、加熱時に分解可能な有機物を含む
反応層構成原料とは、加熱時(焼成時)に分解,飛散し
て有機物が存在していた部分に空孔を形成するものであ
る。
【0016】上記第1及び第2の技術的課題を解決する
ために請求項4の発明において講じた技術的手段(以
下、第4の技術的手段と称する)は、導電性カーボン粉
末と加熱時に分解可能な有機物を含む溶剤とを混合して
ペーストを形成し、ペーストを導電性且つ多孔性の基材
シートの表面に塗布又は印刷した後、焼成したことであ
る。
【0017】ここで、加熱時に分解可能な有機物を含む
溶剤は、溶媒と、加熱時に分解可能な有機バインダと、
滑剤と、可塑剤とを含有すると良い。
【0018】加熱時に分解可能な有機バインダとして
は、ポリビニルブチラール(PVB),ポリビニルアル
コール(PVA),メチルセルロース(メトローズ)等
を用いることができる。
【0019】溶媒は、ペーストの粘性を調整するための
もので、その量により粘性が決定される。即ち、基材シ
ートに塗布する場合の適正粘度は、500〜10000
cPであるため、この粘度範囲に合わせるために固形成
分(導電性カーボン粉末,加熱時に分解可能な有機バイ
ンダ,滑剤,可塑剤等)の総重量に対する溶媒の重量比
を0.7〜1.7にすると好ましい。一方、基材シート
に印刷する場合の適正粘度は、9000〜70000c
Pであるため、この粘度範囲に合わせるために固形成分
の総重量に対する溶媒の重量比を0.2〜0.9にする
と好ましい。尚、上記範囲から外れると、基材シート上
に形成した反応層の厚さが不均一になる恐れがある。こ
こで、溶媒としては、アルコール,アセトン,トリクロ
ロエタン,,水,トリクロロエチレン等を用いることが
できる。
【0020】滑剤としては、脂肪酸,トリトン等を用い
ることができ、可塑剤としては、塩化ビニル等を用いる
ことができる。
【0021】
【作用】上記第1の技術的手段によれば、基材シートの
表面に多孔性反応層を形成したので、通気性即ちガス拡
散性が向上する。その結果、化学反応を促進させること
ができ、電極の放電能力を向上させることができる。
【0022】上記第2の技術的手段によれば、多孔性反
応層の厚さを5〜10μmとしたので、反応層における
電気抵抗は小さくなり、電極の放電能力を向上させるこ
とができる。
【0023】上記第3の技術的手段によれば、加熱時に
分解可能な有機物を含む反応層構成原料を基材シートに
付着させた後焼成したので、焼成時に前記有機物が分
解,飛散するため、有機物が存在していた部分に空孔が
形成されて多孔性の反応層を形成することができる。こ
れにより、通気性即ちガス拡散性が向上する。その結
果、化学反応を促進させることができ、電極の放電能力
を向上させることができる。
【0024】上記第4の技術的手段によれば、導電性カ
ーボン粉末と加熱時に分解可能な有機物を含む溶剤とを
混合してペーストを形成し、ペーストを基材シートの表
面に塗布又は印刷したので、反応層の厚さを自由に調整
可能になり、又その厚さも均一になる。その結果、反応
層の厚さを薄くすることができ、反応層における電気抵
抗を小さくすることが可能になり、電極の放電能力を向
上させることができる。
【0025】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の具体例に
ついて説明する。
【0026】〔実施例1〕まず、導電性カーボンである
バルカンXC−72(キャボット社製)30g、撥水剤
であるポリフロン(ダイキン工業製)21.4g及び界
面活性剤であるトリトンX−100(米山薬品工業製)
2gを純水1000ml中に入れ、ミキサーで略30分
間混合して均一に分散させる。その後、70〜80℃で
3日間乾燥させて原料粉を作成する。
【0027】次に、上記のように作成された原料粉8g
とセルナSE604(中京油脂製)60gとを乳鉢内に
入れ、そこで略1時間混練し、エタノール20gを蒸発
させることで反応層構成材料のペースト(粘度2000
cP)を作成する。ここで、セルナSE604には、有
機バインダであるポリビニルブチラール6g、滑剤であ
る脂肪酸3g、可塑剤である塩化ビニル3g及びエタノ
ール48gが含有されている。
【0028】上記のように作成された反応層構成材料の
ペーストをアプリケータ(安田精機製)により基材シー
トであるカーボンペーパー(東レ製)の表面に塗布し、
380℃で30分間焼成する。このとき、有機バインダ
であるポリビニルブチラールが分解して二酸化炭素や水
蒸気となって飛散していくため、ポリビニルブチラール
が存在していた部分に空孔が形成される。その結果、図
1に示す厚さ10μmの反応層をもつガス拡散電極10
を得る。ここで、図1において、11は基材シートで、
12は多孔性反応層で、13は空孔である。
【0029】〔実施例2〕セルナSE604中のエタノ
ールを30g蒸発させて反応層構成材料のペースト(粘
度15000cP)を作成すると共に、そのペーストを
スクリーン印刷機(メッシュ工業製)でカーボンペーパ
ーの表面に印刷する点以外は実施例1と同様である。実
施例2により、厚さ8μmの反応層をもつガス拡散電極
を得る。
【0030】〔実施例3〕実施例1,2のセルナSE6
0460gの代わりにポリビニルブチラール(和光純薬
工業製)12gとエタノール26gとの混合溶液を用い
て粘度2500cPのペーストを形成する点以外は実施
例1と同様である。実施例3により、厚さ10μmの反
応層をもつガス拡散電極を得る。
【0031】ここで、実施例1〜3のガス拡散電極は、
図2に示される一極側から水素を導入し他極側から空気
(酸素)を導入することにより発電すると共に水を生成
する燃料電池5に適用可能である。尚、図2において、
61は空気供給管で、62は水素供給管である。
【0032】上記実施例1〜3においては、加熱時に分
解可能な有機物を含む反応層構成原料を基材シートに付
着させた後焼成したので、焼成時に有機物が分解して飛
散するため、有機物が存在していた部分に空孔が形成さ
れて多孔性の反応層を形成することができる。これによ
り、通気性即ちガス拡散性が向上し、化学反応を促進さ
せることができ、特に図2に示されるような燃料電池に
適用すると、生成水の水はけ性も向上することから、一
層電極の放電能力を向上させることができる。
【0033】又、導電性カーボン粉末と加熱時に分解可
能な有機物を含む溶剤とを混合してペーストを形成し、
ペーストを基材シートの表面に塗布又は印刷したので、
反応層の厚さを自由に調整可能になり、又その厚さも均
一になる。その結果、反応層の厚さを薄くすることがで
き、反応層における電気抵抗を小さくすることが可能に
なり、電極の放電能力を一層向上させることができる。
【0034】
【発明の効果】請求項1の発明は、以下の如く効果を有
する。
【0035】基材シートの表面に多孔性反応層を形成し
たので、通気性即ちガス拡散性が向上する。その結果、
化学反応を促進させることができ、電極の放電能力を向
上させることができる。
【0036】請求項2の発明は、以下の如く効果を有す
る。
【0037】多孔性反応層の厚さを5〜20μmとした
ので、反応層における電気抵抗は小さくなり、電極の放
電能力を向上させることができる。
【0038】請求項3の発明は、以下の如く効果を有す
る。
【0039】加熱時に分解可能な有機物を含む反応層構
成原料を基材シートに付着させた後焼成したので、焼成
時に前記有機物が分解,飛散するため、有機物が存在し
ていた部分に空孔が形成されて多孔性の反応層を形成す
ることができる。これにより、通気性即ちガス拡散性が
向上する。その結果、化学反応を促進させることがで
き、電極の放電能力を向上させることができる。
【0040】請求項4の発明は、以下の如く効果を有す
る。
【0041】導電性カーボン粉末と加熱時に分解可能な
有機物を含む溶剤とを混合してペーストを形成し、ペー
ストを基材シートの表面に塗布又は印刷したので、反応
層の厚さを自由に調整可能になり、又その厚さも均一に
なる。その結果、反応層の厚さを薄くすることができ、
反応層における電気抵抗を小さくすることが可能にな
り、電極の放電能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガス拡散電極の構成図である。
【図2】一般的な燃料電池の概略図である。
【符号の説明】
10 ガス拡散電極 11 基材シート 12 多孔性反応層 13 空孔

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性且つ多孔性の基材シートと、前記
    基材シートの表面に形成された多孔性反応層とから構成
    されてなるガス拡散電極。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記多孔性反応層の
    厚さは5〜20μmであるガス拡散電極。
  3. 【請求項3】 加熱時に分解可能な有機物を含む反応層
    構成原料を導電性且つ多孔性の基材シートに付着させた
    後、焼成するガス拡散電極の製造方法。
  4. 【請求項4】 導電性カーボン粉末と加熱時に分解可能
    な有機物を含む溶剤とを混合してペーストを形成し、前
    記ペーストを導電性且つ多孔性の基材シートの表面に塗
    布又は印刷した後、焼成するガス拡散電極の製造方法。
JP6117041A 1994-05-30 1994-05-30 ガス拡散電極及びその製造方法 Pending JPH07326362A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003003490A3 (fr) * 2001-06-29 2004-01-22 Commissariat Energie Atomique Assemblage de pile a combustible a diffuseur bicouche et procede de creation
KR100708732B1 (ko) * 2005-11-26 2007-04-17 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 애노드, 그 제조방법 및 이를 구비한 연료전지
US7410719B2 (en) 2003-03-26 2008-08-12 Toray Industries, Inc. Porous carbon base material, method for preparation thereof, gas-diffusing material film-electrode jointed article, and fuel cell

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KR100708732B1 (ko) * 2005-11-26 2007-04-17 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 애노드, 그 제조방법 및 이를 구비한 연료전지

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