JPH08130020A - 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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- JPH08130020A JPH08130020A JP6289289A JP28928994A JPH08130020A JP H08130020 A JPH08130020 A JP H08130020A JP 6289289 A JP6289289 A JP 6289289A JP 28928994 A JP28928994 A JP 28928994A JP H08130020 A JPH08130020 A JP H08130020A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来の電極製造法である濾過転写法で電極触
媒層を製造すると、手間が掛かるわりに得られる電極触
媒層はガス拡散能が低く、不均一になりやすかった。本
発明は、製造が容易でガス拡散能も高くかつ均一な厚さ
が得られる電極触媒層を有する高分子固体電解質型電気
化学セル用触媒の製造方法を提供することを目的とす
る。 【構成】 粉砕した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有機溶媒懸
濁液又はペーストを電極基材表面に直接噴霧して電極触
媒層を形成する。噴霧により電極触媒層を形成すると、
濾過転写法のように吸引したりプレスしたりしないため
粒子間の接触が比較的緻密でなくなりガス拡散能が高く
なる。
媒層を製造すると、手間が掛かるわりに得られる電極触
媒層はガス拡散能が低く、不均一になりやすかった。本
発明は、製造が容易でガス拡散能も高くかつ均一な厚さ
が得られる電極触媒層を有する高分子固体電解質型電気
化学セル用触媒の製造方法を提供することを目的とす
る。 【構成】 粉砕した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有機溶媒懸
濁液又はペーストを電極基材表面に直接噴霧して電極触
媒層を形成する。噴霧により電極触媒層を形成すると、
濾過転写法のように吸引したりプレスしたりしないため
粒子間の接触が比較的緻密でなくなりガス拡散能が高く
なる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、比較的薄い電極触媒層
を均一かつ短時間で形成てき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関する。
を均一かつ短時間で形成てき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、薄い電極触媒
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。又前述の通りプレ
スによる触媒粒子の集電体への進入はガス拡散上好まし
いが、プレスによる触媒粒子のガス拡散層への進入はガ
ス拡散の妨げとなる。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、かつ電極基材が水平に位置していても吸引強
度が電極基材表面全体に均一に伝達されず従って電極基
材全体に均一に電極触媒層を形成することが困難になり
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。
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。又前述の通りプレ
スによる触媒粒子の集電体への進入はガス拡散上好まし
いが、プレスによる触媒粒子のガス拡散層への進入はガ
ス拡散の妨げとなる。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、かつ電極基材が水平に位置していても吸引強
度が電極基材表面全体に均一に伝達されず従って電極基
材全体に均一に電極触媒層を形成することが困難になり
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。
【０００５】又燃料電池等の高分子固体電解質型電気化
学セルでは反応効率を上昇させるために電極のガス拡散
能が高いことが必要となる。濾過転写法では濾過の際の
吸引により形成される触媒層の粒子相互が比較的緻密に
接触し、粒子相互間の空間容積が比較的小さくガス拡散
能は十分ではなかった。
学セルでは反応効率を上昇させるために電極のガス拡散
能が高いことが必要となる。濾過転写法では濾過の際の
吸引により形成される触媒層の粒子相互が比較的緻密に
接触し、粒子相互間の空間容積が比較的小さくガス拡散
能は十分ではなかった。
【０００６】
【発明の目的】本発明は上記問題点に鑑み、比較的薄く
ガス拡散能に優れた電極触媒層を均一かつ短時間で容易
に形成でき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。
ガス拡散能に優れた電極触媒層を均一かつ短時間で容易
に形成でき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。
【０００７】
【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、粉砕した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有機溶媒懸
濁液又はペーストを電極基材表面に噴霧して電極触媒層
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、粉砕した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有機溶媒懸
濁液又はペーストを電極基材表面に噴霧して電極触媒層
を形成することを特徴とする電極の製造方法である。
【０００８】以下、本発明の詳細について説明する。本
発明では、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の有機溶媒懸
濁液を濾過吸引して電極基材上に前記混合物から成る電
極触媒層を形成する従来法に代えて、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
樹脂の有機溶媒懸濁液又はペーストを電極基材表面に直
接噴霧する。前述の通り濾過転写法では均一な電極触媒
層が形成されにくいのに対し、本発明の噴霧法では、電
極基材表面の各ポイントでの噴霧時間と噴霧量を調節す
ることによりほぼ均一な電極触媒層を形成できる。この
電極触媒層の厚さは生産性や性能を考慮して10〜200 μ
ｍとすることが望ましい。
発明では、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の有機溶媒懸
濁液を濾過吸引して電極基材上に前記混合物から成る電
極触媒層を形成する従来法に代えて、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
樹脂の有機溶媒懸濁液又はペーストを電極基材表面に直
接噴霧する。前述の通り濾過転写法では均一な電極触媒
層が形成されにくいのに対し、本発明の噴霧法では、電
極基材表面の各ポイントでの噴霧時間と噴霧量を調節す
ることによりほぼ均一な電極触媒層を形成できる。この
電極触媒層の厚さは生産性や性能を考慮して10〜200 μ
ｍとすることが望ましい。
【０００９】又噴霧法によると有機溶媒を瞬時に乾燥さ
せ粒子の凝集を防止して粒径の小さい電極粒子を調製で
き、これにより更に電極触媒層の均一性が向上する。該
噴霧の際に電極基材を60〜150 ℃に加熱しておくと、こ
の効果は更に著しくなる。更に電極触媒層形成時にプレ
スや吸引といった電極触媒層を構成する粒子を緻密にす
る操作を行なわないため粒子間の空間容積が比較的大き
くなって供給及び排出ガスが電極触媒層を通過しやすい
つまりガス拡散能が向上した電極を提供できる。
せ粒子の凝集を防止して粒径の小さい電極粒子を調製で
き、これにより更に電極触媒層の均一性が向上する。該
噴霧の際に電極基材を60〜150 ℃に加熱しておくと、こ
の効果は更に著しくなる。更に電極触媒層形成時にプレ
スや吸引といった電極触媒層を構成する粒子を緻密にす
る操作を行なわないため粒子間の空間容積が比較的大き
くなって供給及び排出ガスが電極触媒層を通過しやすい
つまりガス拡散能が向上した電極を提供できる。
【００１０】前記噴霧は通常のスプレー等を使用して行
なえば良く、つまり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の有
機溶媒懸濁液又はペーストをノズル等の小径の通路を比
較的高速で通過させる。この際に前記ノズルは径が小さ
いため前記有機溶媒は液滴として又ペーストも単独又は
数個の粒子を伴う流体として通過する。従って前記触媒
粒子は凝集状態ではなく比較的小さいクラスター状とし
て通過する。その際に随伴される個々の液滴や流体を構
成する有機溶媒量やペースト量も少なく、ノズルから噴
霧され電極基材表面に達すると比較的容易に有機溶媒は
除去され、触媒粒子やイオン交換樹脂又は触媒粒子やイ
オン交換樹脂や撥水性樹脂で被覆された電極粒子が電極
基材表面に薄層を形成し電極触媒層が調製される。
なえば良く、つまり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の有
機溶媒懸濁液又はペーストをノズル等の小径の通路を比
較的高速で通過させる。この際に前記ノズルは径が小さ
いため前記有機溶媒は液滴として又ペーストも単独又は
数個の粒子を伴う流体として通過する。従って前記触媒
粒子は凝集状態ではなく比較的小さいクラスター状とし
て通過する。その際に随伴される個々の液滴や流体を構
成する有機溶媒量やペースト量も少なく、ノズルから噴
霧され電極基材表面に達すると比較的容易に有機溶媒は
除去され、触媒粒子やイオン交換樹脂又は触媒粒子やイ
オン交換樹脂や撥水性樹脂で被覆された電極粒子が電極
基材表面に薄層を形成し電極触媒層が調製される。
【００１１】又プレス等を行なわず乾燥するため、電極
触媒層に「ひび」が生ずることがあり、このひびの形成
もガス拡散能向上に寄与する。本発明方法により製造さ
れる高分子固体電解質型電気化学セルの電極触媒層のガ
ス拡散能の評価基準である圧力損失は触媒１ｍｇ当たり
５ｍｍＨ2 Ｏ〜20ｍｍＨ2 Ｏとなり、従来の濾過転写法
により製造される高分子固体電解質型電気化学セルの電
極触媒層の圧力損失よりかなり小さくなり、本発明方法
により製造される高分子固体電解質型電気化学セルの電
極触媒層のガス拡散能が優れていることが分かる。
触媒層に「ひび」が生ずることがあり、このひびの形成
もガス拡散能向上に寄与する。本発明方法により製造さ
れる高分子固体電解質型電気化学セルの電極触媒層のガ
ス拡散能の評価基準である圧力損失は触媒１ｍｇ当たり
５ｍｍＨ2 Ｏ〜20ｍｍＨ2 Ｏとなり、従来の濾過転写法
により製造される高分子固体電解質型電気化学セルの電
極触媒層の圧力損失よりかなり小さくなり、本発明方法
により製造される高分子固体電解質型電気化学セルの電
極触媒層のガス拡散能が優れていることが分かる。
【００１２】噴霧前の混合時に十分混合を行っておく
と、ノズル通過時の個々の液滴又は流体中の触媒粒子量
と撥水性樹脂量との割合が一定し、触媒粒子と撥水性樹
脂量が同一比率の電極粒子が調製できる。又ノズルの径
を増減すると噴霧される液滴や流体の大きさが調節で
き、これにより調製される電極粒子のサイズをコントロ
ールできる。更にノズルの径を一定にすれば常に同じサ
イズの電極粒子を調製でき、しかも混合時の触媒粒子量
と撥水性樹脂量を一定にすれば常に同一比で電極粒子が
調製でき、十分な再現性の達成が可能となる。
と、ノズル通過時の個々の液滴又は流体中の触媒粒子量
と撥水性樹脂量との割合が一定し、触媒粒子と撥水性樹
脂量が同一比率の電極粒子が調製できる。又ノズルの径
を増減すると噴霧される液滴や流体の大きさが調節で
き、これにより調製される電極粒子のサイズをコントロ
ールできる。更にノズルの径を一定にすれば常に同じサ
イズの電極粒子を調製でき、しかも混合時の触媒粒子量
と撥水性樹脂量を一定にすれば常に同一比で電極粒子が
調製でき、十分な再現性の達成が可能となる。
【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単体又はそれら
の合金（金属単体の方が好ましい）をカーボン等の担体
に担持させた粒子を使用できる。イオン交換樹脂は、ナ
フィオン（登録商標）等のフッ素系陽イオン交換樹脂で
あることが好ましく、撥水性樹脂はフッ素樹脂であるこ
とが好ましい。前記触媒粒子と前記イオン交換樹脂又は
前記触媒粒子と前記イオン交換樹脂と前記撥水性樹脂は
混合後に十分粉砕しておくことが必要である。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、ボールミル、
ロール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とすることが好ましく、こ
れは0.1 μｍ未満の粒径の粒子の生産に手間とコストが
掛かり過ぎ、10μｍを越えると噴霧性に支障を来たした
り噴霧が不安定になるからである。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単体又はそれら
の合金（金属単体の方が好ましい）をカーボン等の担体
に担持させた粒子を使用できる。イオン交換樹脂は、ナ
フィオン（登録商標）等のフッ素系陽イオン交換樹脂で
あることが好ましく、撥水性樹脂はフッ素樹脂であるこ
とが好ましい。前記触媒粒子と前記イオン交換樹脂又は
前記触媒粒子と前記イオン交換樹脂と前記撥水性樹脂は
混合後に十分粉砕しておくことが必要である。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、ボールミル、
ロール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とすることが好ましく、こ
れは0.1 μｍ未満の粒径の粒子の生産に手間とコストが
掛かり過ぎ、10μｍを越えると噴霧性に支障を来たした
り噴霧が不安定になるからである。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】使用する有機溶媒は特に限定されず、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
脂及び撥水性樹脂と反応することがない揮発性（望まし
くは沸点が160 ℃以下）の液体有機化合物から選択さ
れ、イソプロパノール等のアルコールを使用することが
望ましい。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を前記有機溶媒に
加え、十分攪拌することにより均一に混合して有機溶媒
懸濁液又はペーストとする。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固
形分の有機溶媒懸濁液又はペースト全体に対する割合、
換言すると固形分比率は１〜20％とすることが望まし
く、１％未満では噴霧効率が低く20％を越えると噴霧が
行ないにくく、かつ不安定となる。
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
脂及び撥水性樹脂と反応することがない揮発性（望まし
くは沸点が160 ℃以下）の液体有機化合物から選択さ
れ、イソプロパノール等のアルコールを使用することが
望ましい。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を前記有機溶媒に
加え、十分攪拌することにより均一に混合して有機溶媒
懸濁液又はペーストとする。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固
形分の有機溶媒懸濁液又はペースト全体に対する割合、
換言すると固形分比率は１〜20％とすることが望まし
く、１％未満では噴霧効率が低く20％を越えると噴霧が
行ないにくく、かつ不安定となる。
【００１５】この有機溶媒懸濁液又はペーストの噴霧は
前述の通り、細径のノズルを高速で通過させることによ
り行うが、ノズルの径は0.1 〜１ｍｍ程度とし、このノ
ズル内を１〜10ｇ／分程度の割合で前記懸濁液やペース
トが通過するような圧力、好ましくは0.8 〜２ｋｇ／ｃ
ｍ2 を印加する。噴霧によって調製された電極触媒層を
構成する電極粒子の粒径は１〜100 μｍとなるようにす
ることが望ましい。
前述の通り、細径のノズルを高速で通過させることによ
り行うが、ノズルの径は0.1 〜１ｍｍ程度とし、このノ
ズル内を１〜10ｇ／分程度の割合で前記懸濁液やペース
トが通過するような圧力、好ましくは0.8 〜２ｋｇ／ｃ
ｍ2 を印加する。噴霧によって調製された電極触媒層を
構成する電極粒子の粒径は１〜100 μｍとなるようにす
ることが望ましい。
【００１６】
【実施例】次に本発明に係わる高分子固体電解質型電気
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。
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。
【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。該カーボン触媒0.5 ｇと市販のイオン交換樹脂溶
液（ナフィオン）７ｇをイソプロパノール40ミリリット
ル中で混合し超音波ホモジナイザを使用して20分間攪拌
して有機溶媒懸濁液を調製した（固形分比率約３％）。
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。該カーボン触媒0.5 ｇと市販のイオン交換樹脂溶
液（ナフィオン）７ｇをイソプロパノール40ミリリット
ル中で混合し超音波ホモジナイザを使用して20分間攪拌
して有機溶媒懸濁液を調製した（固形分比率約３％）。
【００１７】ノズル内径が約１ｍｍであるスプレーの内
部に前記有機溶媒懸濁液を入れ、噴霧圧１ｋｇ／ｃ
ｍ2 、送液速度５ｇ／分でカーボンペーパー上にスプレ
ーしたところ、約100 μｍ厚の電極触媒層が形成され、
白金濃度は１ｍｇ／ｃｍ2 であった。次に図２に示す圧
力損失測定装置を使用して得られた電極触媒層の圧力損
失を測定したところ12ｍｍＨ2 Ｏ／ｍｇ触媒層であっ
た。図２の圧力損失装置は、電極触媒層11と並列にマノ
メータ12を接続し、入口側に圧力計12を又出口側に流量
計14を接続したものであり、測定は圧力：２ｋｇ／ｃｍ
2 、使用ガス及び流量：窒素、10リットル／分、温度25
℃の条件下で行なった。本実施例により製造された電極
触媒層の粒子構造を示す100 倍電子顕微鏡写真を図３に
示した。
部に前記有機溶媒懸濁液を入れ、噴霧圧１ｋｇ／ｃ
ｍ2 、送液速度５ｇ／分でカーボンペーパー上にスプレ
ーしたところ、約100 μｍ厚の電極触媒層が形成され、
白金濃度は１ｍｇ／ｃｍ2 であった。次に図２に示す圧
力損失測定装置を使用して得られた電極触媒層の圧力損
失を測定したところ12ｍｍＨ2 Ｏ／ｍｇ触媒層であっ
た。図２の圧力損失装置は、電極触媒層11と並列にマノ
メータ12を接続し、入口側に圧力計12を又出口側に流量
計14を接続したものであり、測定は圧力：２ｋｇ／ｃｍ
2 、使用ガス及び流量：窒素、10リットル／分、温度25
℃の条件下で行なった。本実施例により製造された電極
触媒層の粒子構造を示す100 倍電子顕微鏡写真を図３に
示した。
【００１８】
【比較例１】実施例１で調製した有機溶媒懸濁液をスタ
ーラーを使用して攪拌しながら加熱して有機溶媒を揮発
させて電極粒子を調製したところ得られた粒子の粒径は
10〜200 μｍであった。この電極粒子をエタノールに分
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、転写によって電
極基材側へ触媒層を形成させ、乾燥して電極触媒層とし
た。図１の装置を使用して電極触媒層の圧力損失を測定
したところ78ｍｍＨ2 Ｏ／ｍｇ触媒層であった。本比較
例により製造された電極触媒層の粒子構造を示す100 倍
電子顕微鏡写真を図４に示した。
ーラーを使用して攪拌しながら加熱して有機溶媒を揮発
させて電極粒子を調製したところ得られた粒子の粒径は
10〜200 μｍであった。この電極粒子をエタノールに分
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、転写によって電
極基材側へ触媒層を形成させ、乾燥して電極触媒層とし
た。図１の装置を使用して電極触媒層の圧力損失を測定
したところ78ｍｍＨ2 Ｏ／ｍｇ触媒層であった。本比較
例により製造された電極触媒層の粒子構造を示す100 倍
電子顕微鏡写真を図４に示した。
【００１９】前記実施例及び比較例で得られた電極触媒
層の圧力損失値を比較すると実施例で得られた電極触媒
層の圧力損失の方が遙かに小さく、噴霧法により得られ
る電極触媒層の圧力損失が小さく従ってガス拡散能が優
れていることが分かる。
層の圧力損失値を比較すると実施例で得られた電極触媒
層の圧力損失の方が遙かに小さく、噴霧法により得られ
る電極触媒層の圧力損失が小さく従ってガス拡散能が優
れていることが分かる。
【００２０】
【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、粉砕し
た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有機溶媒懸濁液又はペースト
を電極基材表面に噴霧して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）。
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、粉砕し
た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有機溶媒懸濁液又はペースト
を電極基材表面に噴霧して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）。
【００２１】本発明方法に従って噴霧法により電極基材
表面に直接電極触媒層を形成すると、従来の濾過転写法
より製造工程が減少し、簡便に電極触媒層を製造するこ
とができる。更に吸引力の不均一に起因する電極触媒層
の不均一がなくなり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を製造できる。又噴霧前の
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十分に混合しかつ噴霧時に使用
するノズルの径を一定にしておくと、ノズルを通過する
際の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比及び生成する粒子の径が
常に一定になりかつ電極触媒層を高再現性の下で製造す
ることが可能になる。
表面に直接電極触媒層を形成すると、従来の濾過転写法
より製造工程が減少し、簡便に電極触媒層を製造するこ
とができる。更に吸引力の不均一に起因する電極触媒層
の不均一がなくなり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を製造できる。又噴霧前の
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十分に混合しかつ噴霧時に使用
するノズルの径を一定にしておくと、ノズルを通過する
際の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比及び生成する粒子の径が
常に一定になりかつ電極触媒層を高再現性の下で製造す
ることが可能になる。
【００２２】更に電極触媒層形成時にプレスや吸引とい
った電極触媒層を構成する粒子を緻密にする操作を行な
われないため粒子間の空間容積が比較的大きくなって供
給及び排出ガスが電極触媒層を通過しやすくなりつまり
ガス拡散能が向上した電極を提供できる。従ってこの電
極を例えば燃料電池として使用すると供給される水素及
び酸素が効率良く電極粒子表面に達し、高利用率でエネ
ルギーを取り出すことができる。形成される電極触媒層
の厚さは10μｍから200 μｍとすることが望ましく（請
求項２）、前記電極触媒層の厚さがこの範囲内になるよ
うに噴霧量及び回数を調節する。又噴霧時に電極基材表
面を60〜150 ℃に加熱しておくと（請求項３）、粒子の
凝集を更に良好に防止し電極触媒層の均一性が向上す
る。
った電極触媒層を構成する粒子を緻密にする操作を行な
われないため粒子間の空間容積が比較的大きくなって供
給及び排出ガスが電極触媒層を通過しやすくなりつまり
ガス拡散能が向上した電極を提供できる。従ってこの電
極を例えば燃料電池として使用すると供給される水素及
び酸素が効率良く電極粒子表面に達し、高利用率でエネ
ルギーを取り出すことができる。形成される電極触媒層
の厚さは10μｍから200 μｍとすることが望ましく（請
求項２）、前記電極触媒層の厚さがこの範囲内になるよ
うに噴霧量及び回数を調節する。又噴霧時に電極基材表
面を60〜150 ℃に加熱しておくと（請求項３）、粒子の
凝集を更に良好に防止し電極触媒層の均一性が向上す
る。
【図１】高分子固体電解質型燃料電池の模式図。
【図２】実施例１及び比較例１で使用した圧力損失測定
装置を示す概略図。
装置を示す概略図。
【図３】実施例１で製造された電極触媒層の粒子構造を
示す100 倍電子顕微鏡写真。
示す100 倍電子顕微鏡写真。
【図４】比較例１で製造された電極触媒層の粒子構造を
示す100 倍電子顕微鏡写真。
示す100 倍電子顕微鏡写真。
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、粉砕した触媒粒子
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
び撥水性樹脂の有機溶媒懸濁液又はペーストを電極基材
表面に噴霧して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】 電極触媒層の厚さが10μｍから200 μｍ
である請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 電極基材表面を60〜150 ℃に加熱した状
態で噴霧する請求項１に記載の方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6289289A JPH08130020A (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 |
|---|---|---|---|
| JP6289289A JPH08130020A (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 |
|---|---|
| JPH08130020A true JPH08130020A (ja) | 1996-05-21 |
Family
ID=17741256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6289289A Pending JPH08130020A (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) | JPH08130020A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002298860A (ja) * | 2001-01-25 | 2002-10-11 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の電極触媒層形成方法 |
| JP2004507341A (ja) * | 2000-06-08 | 2004-03-11 | スーペリア マイクロパウダーズ リミテッド ライアビリティ カンパニー | 電極触媒粉末、粉末の製造方法、および同粉末により形成されるデバイス |
| JP2007179893A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Dainippon Printing Co Ltd | 触媒層−電解質膜積層体及びその製造方法 |
| JP2007258051A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Toppan Printing Co Ltd | アノード、その製造方法、燃料電池用高分子電解質膜・電極接合体及び燃料電池 |
| JP2007265734A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Toppan Printing Co Ltd | 燃料電池用触媒電極、その製造方法、燃料電池用高分子電解質膜・電極接合体及び燃料電池 |
| JP2008173635A (ja) * | 2000-03-22 | 2008-07-31 | Cabot Corp | 電極触媒粉末、粉末の製造方法、および同粉末により形成されるデバイス |
| JP2008243768A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Electric Power Dev Co Ltd | 固体高分子電解質型燃料電池およびその膜電極接合体 |
| JP2019119931A (ja) * | 2017-12-29 | 2019-07-22 | 株式会社Flosfia | 処理方法 |
-
1994
- 1994-10-28 JP JP6289289A patent/JPH08130020A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008173635A (ja) * | 2000-03-22 | 2008-07-31 | Cabot Corp | 電極触媒粉末、粉末の製造方法、および同粉末により形成されるデバイス |
| JP2004507341A (ja) * | 2000-06-08 | 2004-03-11 | スーペリア マイクロパウダーズ リミテッド ライアビリティ カンパニー | 電極触媒粉末、粉末の製造方法、および同粉末により形成されるデバイス |
| JP2002298860A (ja) * | 2001-01-25 | 2002-10-11 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の電極触媒層形成方法 |
| JP2007179893A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Dainippon Printing Co Ltd | 触媒層−電解質膜積層体及びその製造方法 |
| JP2007258051A (ja) * | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Toppan Printing Co Ltd | アノード、その製造方法、燃料電池用高分子電解質膜・電極接合体及び燃料電池 |
| JP2007265734A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Toppan Printing Co Ltd | 燃料電池用触媒電極、その製造方法、燃料電池用高分子電解質膜・電極接合体及び燃料電池 |
| JP2008243768A (ja) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Electric Power Dev Co Ltd | 固体高分子電解質型燃料電池およびその膜電極接合体 |
| JP2019119931A (ja) * | 2017-12-29 | 2019-07-22 | 株式会社Flosfia | 処理方法 |
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