JPH08130019A - 高分子固体電解質型電気化学セル用電極の製造方法 - Google Patents
高分子固体電解質型電気化学セル用電極の製造方法Info
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- JPH08130019A JPH08130019A JP6289288A JP28928894A JPH08130019A JP H08130019 A JPH08130019 A JP H08130019A JP 6289288 A JP6289288 A JP 6289288A JP 28928894 A JP28928894 A JP 28928894A JP H08130019 A JPH08130019 A JP H08130019A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来の濾過転写法で電気化学セルの電極触媒
層を製造すると、均一で薄い触媒層が製造しにくいだけ
でなく細孔が過度に閉塞され、比較的大きな孔のみが残
り電解液で触媒層が濡れてガスが触媒層に達しにくいと
いう欠点があった。本発明はこれらの欠点を解消した電
気化学セルの製造方法を提供する。 【構成】 触媒層を構成する触媒粒子及びイオン交換樹
脂又は触媒粒子及びイオン交換樹脂及び撥水性樹脂の乾
式混合物14を乾燥状態を維持したまま電極基材11表面に
均一に被覆する。該方法はスクリーン法を含み、この方
法では電極触媒層の細孔が殆ど閉塞されず、ガスが触媒
層に達しやすくなり、所望の反応を円滑に行わせること
ができる。
層を製造すると、均一で薄い触媒層が製造しにくいだけ
でなく細孔が過度に閉塞され、比較的大きな孔のみが残
り電解液で触媒層が濡れてガスが触媒層に達しにくいと
いう欠点があった。本発明はこれらの欠点を解消した電
気化学セルの製造方法を提供する。 【構成】 触媒層を構成する触媒粒子及びイオン交換樹
脂又は触媒粒子及びイオン交換樹脂及び撥水性樹脂の乾
式混合物14を乾燥状態を維持したまま電極基材11表面に
均一に被覆する。該方法はスクリーン法を含み、この方
法では電極触媒層の細孔が殆ど閉塞されず、ガスが触媒
層に達しやすくなり、所望の反応を円滑に行わせること
ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、比較的少量の電極物質
を使用して薄く均一な触媒層を形成するための高分子固
体電解質型電気化学セル用電極の製造方法に関する。
を使用して薄く均一な触媒層を形成するための高分子固
体電解質型電気化学セル用電極の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術及び問題点】高分子固体電解質型電気化学セ
ル例えば燃料電池はリン酸型燃料電池と比較してコンパ
クトで高い電流密度を取り出せることから電気自動車、
宇宙船用の電源として注目されている。又この分野の開
発においても種々の電極構造や触媒作製方法、システム
構成等に関する提案がなされている。図１は高分子固体
電解質型燃料電池の原理及び構成を模式的に示すもので
あり、イオン交換膜１の一方面に、アノード側多孔質触
媒層２Ａとアノード側導電性多孔質支持層３Ａを接合し
て成るアノード側ガス拡散電極４Ａが、又他面にはカソ
ード側多孔質触媒層２Ｃとカソード側導電性多孔質支持
層３Ｃを接合して成るカソード側ガス拡散電極４Ｃが接
合されている。アノード側のガス拡散電極４Ａには反応
ガス供給溝５Ａを有するセパレータ６Ａが接し、該セパ
レータ６Ａの供給溝５Ａ間に集電部７Ａが形成されてい
る。同様にカソード側のガス拡散電極４Ｃには反応ガス
供給溝５Ｃを有するセパレータ６Ｃが接し、該セパレー
タ６Ｃの供給溝５Ｃ間に集電部７Ｃが形成されている。
両集電部７Ａ、７Ｃ間を負荷８を有する導線で接続し、
アノード側に水素、カソード側に酸素を供給すると前記
負荷８から電力を取り出すことができる。
ル例えば燃料電池はリン酸型燃料電池と比較してコンパ
クトで高い電流密度を取り出せることから電気自動車、
宇宙船用の電源として注目されている。又この分野の開
発においても種々の電極構造や触媒作製方法、システム
構成等に関する提案がなされている。図１は高分子固体
電解質型燃料電池の原理及び構成を模式的に示すもので
あり、イオン交換膜１の一方面に、アノード側多孔質触
媒層２Ａとアノード側導電性多孔質支持層３Ａを接合し
て成るアノード側ガス拡散電極４Ａが、又他面にはカソ
ード側多孔質触媒層２Ｃとカソード側導電性多孔質支持
層３Ｃを接合して成るカソード側ガス拡散電極４Ｃが接
合されている。アノード側のガス拡散電極４Ａには反応
ガス供給溝５Ａを有するセパレータ６Ａが接し、該セパ
レータ６Ａの供給溝５Ａ間に集電部７Ａが形成されてい
る。同様にカソード側のガス拡散電極４Ｃには反応ガス
供給溝５Ｃを有するセパレータ６Ｃが接し、該セパレー
タ６Ｃの供給溝５Ｃ間に集電部７Ｃが形成されている。
両集電部７Ａ、７Ｃ間を負荷８を有する導線で接続し、
アノード側に水素、カソード側に酸素を供給すると前記
負荷８から電力を取り出すことができる。
【０００３】このような電気化学セル用電極の製造方法
として、触媒を担持した担体を高分子固体電解質である
イオン交換樹脂分散溶液に浸漬してその周囲を高分子固
体電解質で被覆した電極触媒粒子を再度溶媒中に分散さ
せかつ濾過により集電体として機能するカーボンペーパ
ー上等に転写しかつホットプレスする所謂濾過転写法が
提案されている。この方法により製造された電極を燃料
電池用電極として使用すると電極触媒粒子が集電体内部
へ進入しているため、この集電体側に供給される反応ガ
スが移動しなければならない該集電体面から電極触媒粒
子までの距離が減少して反応ガスの流入と水蒸気の放出
が円滑に行えるという利点がある。
として、触媒を担持した担体を高分子固体電解質である
イオン交換樹脂分散溶液に浸漬してその周囲を高分子固
体電解質で被覆した電極触媒粒子を再度溶媒中に分散さ
せかつ濾過により集電体として機能するカーボンペーパ
ー上等に転写しかつホットプレスする所謂濾過転写法が
提案されている。この方法により製造された電極を燃料
電池用電極として使用すると電極触媒粒子が集電体内部
へ進入しているため、この集電体側に供給される反応ガ
スが移動しなければならない該集電体面から電極触媒粒
子までの距離が減少して反応ガスの流入と水蒸気の放出
が円滑に行えるという利点がある。
【０００４】しかしこの濾過転写法では、10μｍ以下の
電極触媒層を形成することが困難かつ時間を浪費しやす
く、特に大型の電極の場合はその傾向が強い。更に転写
のタイミングを決定することが難しく、又転写時に電極
基材が完全に水平に位置していないと形成される電極触
媒層の厚さが不均一になりやすく、厳重な制御を必要と
するといった欠点を有している。この他にも電極基材表
面に触媒粒子及びイオン交換樹脂又は触媒粒子及びイオ
ン交換樹脂及び撥水性樹脂の混合物をスパチュラ等で散
布する方法も使用されているが、前記混合物を均等に基
材表面に分布させて均一な厚さの電極触媒層を製造する
ことができなかった。
電極触媒層を形成することが困難かつ時間を浪費しやす
く、特に大型の電極の場合はその傾向が強い。更に転写
のタイミングを決定することが難しく、又転写時に電極
基材が完全に水平に位置していないと形成される電極触
媒層の厚さが不均一になりやすく、厳重な制御を必要と
するといった欠点を有している。この他にも電極基材表
面に触媒粒子及びイオン交換樹脂又は触媒粒子及びイオ
ン交換樹脂及び撥水性樹脂の混合物をスパチュラ等で散
布する方法も使用されているが、前記混合物を均等に基
材表面に分布させて均一な厚さの電極触媒層を製造する
ことができなかった。
【０００５】
【発明の目的】本発明は上記問題点に鑑み、比較的薄く
均一な電極触媒層を有する高分子固体電解質型電気化学
セル用電極の製造方法を提供することを目的とする。
均一な電極触媒層を有する高分子固体電解質型電気化学
セル用電極の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【問題点を解決するための手段】本発明は、電極基材表
面に触媒粒子及びイオン交換樹脂又は触媒粒子及びイオ
ン交換樹脂及び撥水性樹脂を含む電極触媒層を形成して
成る高分子固体電解質型電気化学セル用電極の製造方法
において、前記触媒粒子及びイオン交換樹脂又は触媒粒
子及びイオン交換樹脂及び撥水性樹脂の乾式混合物を乾
燥状態を維持したまま均一に被覆し前記電極基材表面に
電極触媒層を形成することを特徴とする電極の製造方法
である。
面に触媒粒子及びイオン交換樹脂又は触媒粒子及びイオ
ン交換樹脂及び撥水性樹脂を含む電極触媒層を形成して
成る高分子固体電解質型電気化学セル用電極の製造方法
において、前記触媒粒子及びイオン交換樹脂又は触媒粒
子及びイオン交換樹脂及び撥水性樹脂の乾式混合物を乾
燥状態を維持したまま均一に被覆し前記電極基材表面に
電極触媒層を形成することを特徴とする電極の製造方法
である。
【０００７】以下、本発明の詳細について説明する。本
発明では、前述の濾過転写法や混合物散布法に代えて、
触媒粒子及びイオン交換樹脂又は触媒粒子及びイオン交
換樹脂及び撥水性樹脂を含む乾式混合物の粉末を乾燥状
態を維持したまま電極基材上に被覆して電極触媒層を形
成する。本発明の乾式混合物粉末を使用する高分子固体
電解質型電気化学セル用電極の製造方法には、多孔性ス
クリーンを使用するスクリーン法が含まれる。
発明では、前述の濾過転写法や混合物散布法に代えて、
触媒粒子及びイオン交換樹脂又は触媒粒子及びイオン交
換樹脂及び撥水性樹脂を含む乾式混合物の粉末を乾燥状
態を維持したまま電極基材上に被覆して電極触媒層を形
成する。本発明の乾式混合物粉末を使用する高分子固体
電解質型電気化学セル用電極の製造方法には、多孔性ス
クリーンを使用するスクリーン法が含まれる。
【０００８】前者のスクリーン法では、電極基材の上方
に多孔性スクリーンを、又該電極基材の反対面に密閉空
間を形成し、前記スクリーン上に触媒粒子及びイオン交
換樹脂又は触媒粒子及びイオン交換樹脂及び撥水性樹脂
の乾式混合物粉末を供給し、かつ前記密閉空間側から前
記基材を通してスクリーン上の乾式混合物をポンプ等を
使用して吸引する。これによりスクリーン上の混合物が
該スクリーンのメッシュを透過して電極基材表面に移行
する。この際に前記吸引力はスクリーン下面に均一に加
えられ、該スクリーン上の混合物がほぼ均等にスクリー
ンを通り抜けかつ落下して電極基材表面に達し、ほぼ均
一な電極触媒層が形成される。
に多孔性スクリーンを、又該電極基材の反対面に密閉空
間を形成し、前記スクリーン上に触媒粒子及びイオン交
換樹脂又は触媒粒子及びイオン交換樹脂及び撥水性樹脂
の乾式混合物粉末を供給し、かつ前記密閉空間側から前
記基材を通してスクリーン上の乾式混合物をポンプ等を
使用して吸引する。これによりスクリーン上の混合物が
該スクリーンのメッシュを透過して電極基材表面に移行
する。この際に前記吸引力はスクリーン下面に均一に加
えられ、該スクリーン上の混合物がほぼ均等にスクリー
ンを通り抜けかつ落下して電極基材表面に達し、ほぼ均
一な電極触媒層が形成される。
【０００９】使用するスクリーンのメッシュは80〜350
メッシュとすることが望ましく、メッシュが粗いと吸引
のみで前記混合物粉末がスクリーンを通して電極基材表
面に移行するが、メッシュが細かい場合には前記混合物
粉末が通り抜けにくいため前記混合物粉末をスクリーン
表面に押し付けて例えば硬質樹脂プレートでスクリーン
表面の混合物粉末を掃引すると円滑に該粉末が電極基材
表面に移行する。電極基材表面に達した混合物粉末は吸
引力により該基材表面に固着されるが、この吸引力のみ
での固着では不十分なことがあり、冷間又は熱間プレス
で圧着して強固な電極触媒層を形成することが望まし
い。
メッシュとすることが望ましく、メッシュが粗いと吸引
のみで前記混合物粉末がスクリーンを通して電極基材表
面に移行するが、メッシュが細かい場合には前記混合物
粉末が通り抜けにくいため前記混合物粉末をスクリーン
表面に押し付けて例えば硬質樹脂プレートでスクリーン
表面の混合物粉末を掃引すると円滑に該粉末が電極基材
表面に移行する。電極基材表面に達した混合物粉末は吸
引力により該基材表面に固着されるが、この吸引力のみ
での固着では不十分なことがあり、冷間又は熱間プレス
で圧着して強固な電極触媒層を形成することが望まし
い。
【００１０】単位時間当たりの移行混合物粉末量はスク
リーンのメッシュ数、掃引速度及び吸引力により調節
し、所望速度で電極触媒層を電極基材表面に形成でき
る。このスクリーン法では吸引力により電極触媒層が形
成され該吸引力は均等にスクリーン上の前記混合物粉末
に加えられるため、前記混合物粉末は均等に電極基材表
面に移行し、つまり電極基材表面への単位面積当たりの
移行量が一定になり、均一な電極触媒層が形成される。
リーンのメッシュ数、掃引速度及び吸引力により調節
し、所望速度で電極触媒層を電極基材表面に形成でき
る。このスクリーン法では吸引力により電極触媒層が形
成され該吸引力は均等にスクリーン上の前記混合物粉末
に加えられるため、前記混合物粉末は均等に電極基材表
面に移行し、つまり電極基材表面への単位面積当たりの
移行量が一定になり、均一な電極触媒層が形成される。
【００１１】本発明により乾式法で高分子固体電解質型
電気化学セル用電極の電極触媒層を製造すると、濾過転
写等の湿式法と異なり、湿潤状態での吸引を行わないた
め、100 ｎｍから１μｍの細孔が増加し、比較的大径の
孔が減少する。従って圧力損失が増大してクラックが減
少し電解液の触媒層への浸透は抑制される傾向になり、
そのため供給ガスは比較的容易に触媒層に達することが
できる。これにより電解液とガスとの間の反応が促進さ
れる。
電気化学セル用電極の電極触媒層を製造すると、濾過転
写等の湿式法と異なり、湿潤状態での吸引を行わないた
め、100 ｎｍから１μｍの細孔が増加し、比較的大径の
孔が減少する。従って圧力損失が増大してクラックが減
少し電解液の触媒層への浸透は抑制される傾向になり、
そのため供給ガスは比較的容易に触媒層に達することが
できる。これにより電解液とガスとの間の反応が促進さ
れる。
【００１２】電極触媒層の触媒担体１ｇ当たりの細孔容
積は1.2 〜2.0 ｃｃ／ｇの範囲とすることが望ましく、
又圧力損失は電極触媒層の触媒担体１ｍｇ当たり40〜40
0 ｍｍＨ2 Ｏ／ｍｇとすることが望ましく、これらの値
は吸引強度等を調節して前記範囲に維持することができ
る。なお前記細孔容積が1.2 ｃｃ／ｇ未満であると従来
技術とほぼ同等で容積増加による効果が生じず、又2.0
ｃｃ／ｇを越えても2.0 ｃｃ／ｇの効果とほぼ同じで細
孔容積を更に増加させる必要性がない。
積は1.2 〜2.0 ｃｃ／ｇの範囲とすることが望ましく、
又圧力損失は電極触媒層の触媒担体１ｍｇ当たり40〜40
0 ｍｍＨ2 Ｏ／ｍｇとすることが望ましく、これらの値
は吸引強度等を調節して前記範囲に維持することができ
る。なお前記細孔容積が1.2 ｃｃ／ｇ未満であると従来
技術とほぼ同等で容積増加による効果が生じず、又2.0
ｃｃ／ｇを越えても2.0 ｃｃ／ｇの効果とほぼ同じで細
孔容積を更に増加させる必要性がない。
【００１３】本発明方法における触媒粒子としては、白
金、パラジウム、ルテニウム等の貴金属担体や合金をカ
ーボン等の担体に担持させた粒子を使用できる。又イオ
ン交換樹脂はフッ素系の陽イオン交換樹脂、例えばナフ
ィオン（登録商標）であることが好ましく、更に撥水性
樹脂としてはフッ素樹脂を使用することが好ましい。本
発明における混合物粉末は前記触媒粒子とイオン交換樹
脂又は前記触媒粒子とイオン交換樹脂と撥水性樹脂を乾
燥状態で混合するか、あるいは前記触媒粒子を市販のイ
オン交換樹脂分散溶液（例えば商品名ナフィオン液）に
懸濁させその後該懸濁液を乾燥し調製することができ
る。前記触媒粒子の粉砕はボールミルやロールを使用
し、触媒粒子及びイオン交換樹脂又は触媒粒子及びイオ
ン交換樹脂及び撥水性樹脂の混合は超音波ホモジナイザ
やコニーダを使用して行うことができる。粉砕後の触媒
粒子径は0.1 〜10μｍが好ましく、この範囲の粒子を使
用すると前記細孔容積及び圧力損失の電極触媒層を容易
に製造できる。使用する電極基材は通常の基材と同じも
のを使用すれば良く、好ましくはカーボンペーパーを使
用する。
金、パラジウム、ルテニウム等の貴金属担体や合金をカ
ーボン等の担体に担持させた粒子を使用できる。又イオ
ン交換樹脂はフッ素系の陽イオン交換樹脂、例えばナフ
ィオン（登録商標）であることが好ましく、更に撥水性
樹脂としてはフッ素樹脂を使用することが好ましい。本
発明における混合物粉末は前記触媒粒子とイオン交換樹
脂又は前記触媒粒子とイオン交換樹脂と撥水性樹脂を乾
燥状態で混合するか、あるいは前記触媒粒子を市販のイ
オン交換樹脂分散溶液（例えば商品名ナフィオン液）に
懸濁させその後該懸濁液を乾燥し調製することができ
る。前記触媒粒子の粉砕はボールミルやロールを使用
し、触媒粒子及びイオン交換樹脂又は触媒粒子及びイオ
ン交換樹脂及び撥水性樹脂の混合は超音波ホモジナイザ
やコニーダを使用して行うことができる。粉砕後の触媒
粒子径は0.1 〜10μｍが好ましく、この範囲の粒子を使
用すると前記細孔容積及び圧力損失の電極触媒層を容易
に製造できる。使用する電極基材は通常の基材と同じも
のを使用すれば良く、好ましくはカーボンペーパーを使
用する。
【００１４】図２は、スクリーン法により電極基材表面
に電極触媒層を形成する要領を示す概略図である。カー
ボンペーパー等であるシート状の電極基材11上面には薄
肉の角筒状のフレーム12が載置され、該フレーム12の上
端には多孔性スクリーン13が密着している。このスクリ
ーン13上には触媒粒子及びイオン交換樹脂又は触媒粒子
及びイオン交換樹脂及び撥水性樹脂の混合物粉末14が散
布されている。前記電極基材11の下面には前記フレーム
12と同一形状で底面を有する吸引用フレーム15が設置さ
れ、該フレーム15内は該フレーム15の側面に形成された
吸引管16を介して接続された真空ポンプ（図示略）によ
り脱気される。
に電極触媒層を形成する要領を示す概略図である。カー
ボンペーパー等であるシート状の電極基材11上面には薄
肉の角筒状のフレーム12が載置され、該フレーム12の上
端には多孔性スクリーン13が密着している。このスクリ
ーン13上には触媒粒子及びイオン交換樹脂又は触媒粒子
及びイオン交換樹脂及び撥水性樹脂の混合物粉末14が散
布されている。前記電極基材11の下面には前記フレーム
12と同一形状で底面を有する吸引用フレーム15が設置さ
れ、該フレーム15内は該フレーム15の側面に形成された
吸引管16を介して接続された真空ポンプ（図示略）によ
り脱気される。
【００１５】該真空ポンプを駆動させながら、前記スク
リーン13上の混合物粉末14を硬質樹脂プレート17で掃引
すると、該粉末14がスクリーン13の開孔を通ってフレー
ム12内の空間に落下し、更に降下して前記吸引力により
電極基材11上に付着する。前記スクリーン13の開口がほ
ぼ均一であるため、スクリーン13上の粉末14も万遍なく
前記開孔を通して落下し、場所による偏りがないため、
前記電極基材11上に均一な電極触媒層が形成される。フ
レーム12の高さを高くすると、スクリーン12上での粉末
の存在に僅かな偏りが生じていても、フレーム12内の空
間の落下時に修正され、より均一な電極触媒層が形成で
きる。
リーン13上の混合物粉末14を硬質樹脂プレート17で掃引
すると、該粉末14がスクリーン13の開孔を通ってフレー
ム12内の空間に落下し、更に降下して前記吸引力により
電極基材11上に付着する。前記スクリーン13の開口がほ
ぼ均一であるため、スクリーン13上の粉末14も万遍なく
前記開孔を通して落下し、場所による偏りがないため、
前記電極基材11上に均一な電極触媒層が形成される。フ
レーム12の高さを高くすると、スクリーン12上での粉末
の存在に僅かな偏りが生じていても、フレーム12内の空
間の落下時に修正され、より均一な電極触媒層が形成で
きる。
【００１６】
【実施例】次に本発明に係わる電気化学セル用電極製造
の実施例を記載するが、本実施例は本発明を限定するも
のではない。
の実施例を記載するが、本実施例は本発明を限定するも
のではない。
【実施例１】カーボン粉末に塩化白金酸水溶液（白金濃
度５ｇ／リットル）を含浸させた後、熱分解処理を行っ
て白金担持量が30重量％である白金カーボン触媒を調製
した（平均粒径約５μｍ）。該カーボン触媒1.43ｇと市
販のイオン交換樹脂溶液（ナフィオン）20ｇを混合し超
音波ホモジナイザを使用して攪拌し、噴霧法により乾燥
し、乾燥混合物粉末を調製した。
度５ｇ／リットル）を含浸させた後、熱分解処理を行っ
て白金担持量が30重量％である白金カーボン触媒を調製
した（平均粒径約５μｍ）。該カーボン触媒1.43ｇと市
販のイオン交換樹脂溶液（ナフィオン）20ｇを混合し超
音波ホモジナイザを使用して攪拌し、噴霧法により乾燥
し、乾燥混合物粉末を調製した。
【００１７】ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）
で撥水化処理した電極基材であるカーボンペーパー（縦
40ｍｍ、横40ｍｍ、厚さ360 μｍ）表面に、内径3.2 ｃ
ｍ、厚さ50ｍｍの薄肉の円筒状のフレームを載せ、該フ
レームの上端に250 メッシュのステンレススチール製ス
クリーンを固定した。前記カーボンペーパーの下面には
密閉空間を形成し、該空間に真空ポンプを接続した。前
記スクリーン表面に前記混合物粉末60ｍｇを散布し、樹
脂製プレートで掃引しながら真空ポンプで吸引し、スク
リーン上の混合物粉末をスクリーンを通してカーボンペ
ーパー上へ落下させかつ付着させた。更に10ｋｇ／ｃｍ
2 の圧力で冷間プレスを行った。
で撥水化処理した電極基材であるカーボンペーパー（縦
40ｍｍ、横40ｍｍ、厚さ360 μｍ）表面に、内径3.2 ｃ
ｍ、厚さ50ｍｍの薄肉の円筒状のフレームを載せ、該フ
レームの上端に250 メッシュのステンレススチール製ス
クリーンを固定した。前記カーボンペーパーの下面には
密閉空間を形成し、該空間に真空ポンプを接続した。前
記スクリーン表面に前記混合物粉末60ｍｇを散布し、樹
脂製プレートで掃引しながら真空ポンプで吸引し、スク
リーン上の混合物粉末をスクリーンを通してカーボンペ
ーパー上へ落下させかつ付着させた。更に10ｋｇ／ｃｍ
2 の圧力で冷間プレスを行った。
【００１８】得られた電極触媒層（直径3.2 μｍの円
形）は図３の100 倍の顕微鏡写真で示すようにクラック
がなく全体的に均一で約100 μｍの厚さを有していた。
この電極基材の細孔容量を水銀ポロシメーターを使用し
て測定したところ触媒担体１ｇ当たり1.45ｃｃ／ｇであ
った。更に図５に示す装置を使用して前記電極の圧力損
失を測定した。該装置は入口側に接続された圧力計21、
該圧力計21に並列に接続された電極22及びマノメーター
23及びこれらに直列に接続された流量計24から成ってい
る。この装置の電極23として電極面積8.0 ｃｍ2 である
前記電極触媒層を有する電極基材を使用し、入口側圧力
１ｋｇ／ｃｍ2 で窒素ガスを温度25℃、ガス流量200 ミ
リリットル／分で流しながらマノメーター23で圧力損失
を測定したところ、触媒担体１ｍｇ当たり128 ｍｍＨ2
Ｏであった。
形）は図３の100 倍の顕微鏡写真で示すようにクラック
がなく全体的に均一で約100 μｍの厚さを有していた。
この電極基材の細孔容量を水銀ポロシメーターを使用し
て測定したところ触媒担体１ｇ当たり1.45ｃｃ／ｇであ
った。更に図５に示す装置を使用して前記電極の圧力損
失を測定した。該装置は入口側に接続された圧力計21、
該圧力計21に並列に接続された電極22及びマノメーター
23及びこれらに直列に接続された流量計24から成ってい
る。この装置の電極23として電極面積8.0 ｃｍ2 である
前記電極触媒層を有する電極基材を使用し、入口側圧力
１ｋｇ／ｃｍ2 で窒素ガスを温度25℃、ガス流量200 ミ
リリットル／分で流しながらマノメーター23で圧力損失
を測定したところ、触媒担体１ｍｇ当たり128 ｍｍＨ2
Ｏであった。
【００１９】更に前述と同一手順で、５ｃｍ×５ｃｍの
サイズで白金を1.00ｍｇ／ｃｍ2 担持した電極触媒層を
有する電極基材を調製し、これを電極とし、水素流量が
1000ミリリットル／分、酸素流量が2000ミリリットル／
分となるようにして両反応ガスを供給して反応を行わ
せ、その際の電流密度〔ｌｏｇ（ｍＡ／ｃｍ2 ）と電圧
（Ｖ）の関係を測定した。その結果を図６に示した。更
に同条件における限界電流値を測定したところ、2144ｍ
Ａ／ｃｍ2 であった。
サイズで白金を1.00ｍｇ／ｃｍ2 担持した電極触媒層を
有する電極基材を調製し、これを電極とし、水素流量が
1000ミリリットル／分、酸素流量が2000ミリリットル／
分となるようにして両反応ガスを供給して反応を行わ
せ、その際の電流密度〔ｌｏｇ（ｍＡ／ｃｍ2 ）と電圧
（Ｖ）の関係を測定した。その結果を図６に示した。更
に同条件における限界電流値を測定したところ、2144ｍ
Ａ／ｃｍ2 であった。
【００２０】
【比較例１】実施例１の混合物粉末60ｍｇをエタノール
に分散させ、この分散液を吸引下で濾過して濾紙上に前
記触媒粒子を40μｍの厚さに付着させた後、電極基体側
へ転写し乾燥させ、触媒層を形成した。得られた電極触
媒層（直径3.2 μｍの円形）は図４の100 倍の顕微鏡写
真で示すように、クラックが多く、約40μｍの厚みとな
っていた。この電極の細孔容量を実施例１と同一条件で
測定したところ触媒担体１ｇ当たり0.56ｃｃ／ｇであっ
た。
に分散させ、この分散液を吸引下で濾過して濾紙上に前
記触媒粒子を40μｍの厚さに付着させた後、電極基体側
へ転写し乾燥させ、触媒層を形成した。得られた電極触
媒層（直径3.2 μｍの円形）は図４の100 倍の顕微鏡写
真で示すように、クラックが多く、約40μｍの厚みとな
っていた。この電極の細孔容量を実施例１と同一条件で
測定したところ触媒担体１ｇ当たり0.56ｃｃ／ｇであっ
た。
【００２１】又圧力を２ｋｇ／ｃｍ2 とし、ガス流量を
10リットル／分としたこと以外は実施例１と同一条件で
圧力損失を測定したところ、触媒担体１ｍｇ当たり78ｍ
ｍＨ2 Ｏであった。又この電極を使用して実施例１と同
一条件で電流密度〔ｌｏｇ（ｍＡ／ｃｍ2）と電圧
（Ｖ）の関係を測定した。その結果を図６に示した。更
に同条件における限界電流値を測定したところ、1628ｍ
Ａ／ｃｍ2 であった。実施例と比較例の電極性能を比較
すると、実施例の電極の方が同一電流密度で得られる電
圧値、限界電流値に優れ、更に細孔容量及び圧力損失と
も実施例の電極の方が大きかった。
10リットル／分としたこと以外は実施例１と同一条件で
圧力損失を測定したところ、触媒担体１ｍｇ当たり78ｍ
ｍＨ2 Ｏであった。又この電極を使用して実施例１と同
一条件で電流密度〔ｌｏｇ（ｍＡ／ｃｍ2）と電圧
（Ｖ）の関係を測定した。その結果を図６に示した。更
に同条件における限界電流値を測定したところ、1628ｍ
Ａ／ｃｍ2 であった。実施例と比較例の電極性能を比較
すると、実施例の電極の方が同一電流密度で得られる電
圧値、限界電流値に優れ、更に細孔容量及び圧力損失と
も実施例の電極の方が大きかった。
【００２２】
【発明の効果】本発明は、電極基材表面に触媒粒子及び
イオン交換樹脂又は触媒粒子及びイオン交換樹脂及び撥
水性樹脂を含む電極触媒層を形成して成る高分子固体電
解質型電気化学セル用電極の製造方法において、前記触
媒粒子及びイオン交換樹脂又は触媒粒子及びイオン交換
樹脂及び撥水性樹脂の乾式混合物を乾燥状態を維持した
まま均一に被覆し前記電極基材表面に電極触媒層を形成
することを特徴とする電極の製造方法である（請求項
１）。本発明方法はスクリーン法（請求項２）を含む
が、この方法を使用すると電極触媒の乾燥混合物粉末を
電極基材上に被覆し、従来の濾過転写法のように湿潤状
態の混合物を吸引して電極基材上に電極触媒層を形成す
る手法を採用しないため、生成する電極触媒層の細孔の
閉塞を抑制しあるいは閉塞度をコントロールしながら電
極触媒層を生成できるため、従来の電極の場合より径の
小さい細孔を多数有する電極触媒層を形成できる。
イオン交換樹脂又は触媒粒子及びイオン交換樹脂及び撥
水性樹脂を含む電極触媒層を形成して成る高分子固体電
解質型電気化学セル用電極の製造方法において、前記触
媒粒子及びイオン交換樹脂又は触媒粒子及びイオン交換
樹脂及び撥水性樹脂の乾式混合物を乾燥状態を維持した
まま均一に被覆し前記電極基材表面に電極触媒層を形成
することを特徴とする電極の製造方法である（請求項
１）。本発明方法はスクリーン法（請求項２）を含む
が、この方法を使用すると電極触媒の乾燥混合物粉末を
電極基材上に被覆し、従来の濾過転写法のように湿潤状
態の混合物を吸引して電極基材上に電極触媒層を形成す
る手法を採用しないため、生成する電極触媒層の細孔の
閉塞を抑制しあるいは閉塞度をコントロールしながら電
極触媒層を生成できるため、従来の電極の場合より径の
小さい細孔を多数有する電極触媒層を形成できる。
【００２３】従って圧力損失が大きく、換言すると、電
解液の触媒層への浸透が若干抑制され、その分ガスが円
滑に供給されかつ触媒層と十分接触し所望反応が促進さ
れ、電極性能が向上する。前記圧力損失を十分に大きく
するためには電極触媒層内の細孔の体積が触媒担体１ｇ
当たり、1.2 ｃｃから2.0 ｃｃとすることが望ましく
（請求項３）、この範囲に維持することにより、効果的
かつ経済的に所望の細孔を有する電極を製造できる。
解液の触媒層への浸透が若干抑制され、その分ガスが円
滑に供給されかつ触媒層と十分接触し所望反応が促進さ
れ、電極性能が向上する。前記圧力損失を十分に大きく
するためには電極触媒層内の細孔の体積が触媒担体１ｇ
当たり、1.2 ｃｃから2.0 ｃｃとすることが望ましく
（請求項３）、この範囲に維持することにより、効果的
かつ経済的に所望の細孔を有する電極を製造できる。
【図１】高分子固体電解質型燃料電池の原理及び構成を
模式図。
模式図。
【図２】スクリーン法により電極触媒層を形成する要領
を示す概略図。
を示す概略図。
【図３】実施例１で得られた電極触媒層の表面組織を示
す100 倍の顕微鏡写真。
す100 倍の顕微鏡写真。
【図４】比較例１で得られた電極触媒層の表面組織を示
す100 倍の顕微鏡写真。
す100 倍の顕微鏡写真。
【図５】実施例及び比較例における圧力損失測定に使用
した装置の概略図。
した装置の概略図。
【図６】実施例１及び比較例１で調製した電極の電流密
度と電圧の関係を示すグラフ。
度と電圧の関係を示すグラフ。
11・・・電極基材 12・・・フレーム 13・・・スクリ
ーン 14・・・混合物粉末 15・・・吸引用フレーム
16・・・吸引管 17・・・硬質樹脂プレート
ーン 14・・・混合物粉末 15・・・吸引用フレーム
16・・・吸引管 17・・・硬質樹脂プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 391016716 ストンハルト・アソシエーツ・インコーポ レーテッド ＳＴＯＮＥＨＡＲＴ ＡＳＳＯＣＩＡＴＥ Ｓ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ アメリカ合衆国 06443 コネチカット州、 マジソン、コテッジ・ロード17、ピー・オ ー・ボックス1220 (72)発明者 多田 智之 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 (3)
- 【請求項１】 電極基材表面に、触媒粒子及びイオン交
換樹脂又は触媒粒子及びイオン交換樹脂及び撥水性樹脂
を含む電極触媒層を形成して成る高分子固体電解質型電
気化学セル用電極の製造方法において、前記触媒粒子及
びイオン交換樹脂又は触媒粒子及びイオン交換樹脂及び
撥水性樹脂の乾式混合物を乾燥状態を維持したまま均一
に被覆し前記電極基材表面に電極触媒層を形成すること
を特徴とする電極の製造方法。 - 【請求項２】 電極基材の上方に多孔性スクリーンを設
置し、該スクリーン上に触媒粒子及びイオン交換樹脂又
は触媒粒子及びイオン交換樹脂及び撥水性樹脂の乾式混
合物を供給し、前記電極基材の他面側から吸引すること
により前記混合物を前記スクリーンを通して前記電極基
材上に移行させ該電極基材表面に均一な電極触媒層を形
成するようにした請求項１に記載の製造方法。 - 【請求項３】 電極触媒層内の細孔の体積が電極触媒層
１ｇ当たり、1.2 ｃｃから2.0 ｃｃである請求項１に記
載の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6289288A JPH08130019A (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 高分子固体電解質型電気化学セル用電極の製造方法 |
| US08/543,632 US5843519A (en) | 1994-10-17 | 1995-10-16 | Process for forming a catalyst layer on an electrode by spray-drying |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6289288A JPH08130019A (ja) | 1994-10-28 | 1994-10-28 | 高分子固体電解質型電気化学セル用電極の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08130019A true JPH08130019A (ja) | 1996-05-21 |
Family
ID=17741244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6289288A Pending JPH08130019A (ja) | 1994-10-17 | 1994-10-28 | 高分子固体電解質型電気化学セル用電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08130019A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0948071A3 (en) * | 1998-03-31 | 2002-11-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electrode for fuel cell and method of producing the same |
| JP2005026174A (ja) * | 2003-07-01 | 2005-01-27 | Honda Motor Co Ltd | 固体高分子形燃料電池 |
| WO2005099002A1 (ja) * | 2004-04-09 | 2005-10-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 粉体状触媒物質とその製造方法およびそれを用いた固体高分子型燃料電池電極 |
| JP2006164790A (ja) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用触媒層の形成装置及び燃料電池用触媒層の形成方法 |
| JP2006351493A (ja) * | 2005-06-13 | 2006-12-28 | Norio Okumura | 燃料電池用触媒担持方法および当該方法により構成される燃料電池 |
| JP2010135117A (ja) * | 2008-12-02 | 2010-06-17 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池用電極とその製造方法、及び燃料電池 |
| JP2013524470A (ja) * | 2010-04-13 | 2013-06-17 | コミサリア ア レネルジ アトミク エ オ ゼネルジ アルテルナティヴ | プロトン交換膜を用いた燃料電池の電極構造体 |
| CN110311152A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-10-08 | 深圳市南科燃料电池有限公司 | 密封方法 |
-
1994
- 1994-10-28 JP JP6289288A patent/JPH08130019A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0948071A3 (en) * | 1998-03-31 | 2002-11-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electrode for fuel cell and method of producing the same |
| JP2005026174A (ja) * | 2003-07-01 | 2005-01-27 | Honda Motor Co Ltd | 固体高分子形燃料電池 |
| WO2005099002A1 (ja) * | 2004-04-09 | 2005-10-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 粉体状触媒物質とその製造方法およびそれを用いた固体高分子型燃料電池電極 |
| JP2005302473A (ja) * | 2004-04-09 | 2005-10-27 | Toyota Motor Corp | 粉体状触媒物質とその製造方法およびそれを用いた固体高分子型燃料電池電極 |
| JP2006164790A (ja) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用触媒層の形成装置及び燃料電池用触媒層の形成方法 |
| JP2006351493A (ja) * | 2005-06-13 | 2006-12-28 | Norio Okumura | 燃料電池用触媒担持方法および当該方法により構成される燃料電池 |
| JP2010135117A (ja) * | 2008-12-02 | 2010-06-17 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池用電極とその製造方法、及び燃料電池 |
| JP2013524470A (ja) * | 2010-04-13 | 2013-06-17 | コミサリア ア レネルジ アトミク エ オ ゼネルジ アルテルナティヴ | プロトン交換膜を用いた燃料電池の電極構造体 |
| CN110311152A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-10-08 | 深圳市南科燃料电池有限公司 | 密封方法 |
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