JPH09180733A

JPH09180733A - 燃料電池用電極、その製造方法及び装置

Info

Publication number: JPH09180733A
Application number: JP7353453A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Seki; 務関
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1997-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】電極の触媒層の厚みを均一にすることができる
だけでなく、最適な厚みを任意に決定でき、また加圧濾
過による場合に比べてさらに高い性能を有する燃料電池
用の電極を得る。【解決手段】ガス拡散層上に（Ａ）触媒粉末及び電解質
または（Ｂ）触媒粉末、電解質及び撥水化剤を含む触媒
層を担持させてなる燃料電池用電極であって、該触媒層
が触媒粒子、または触媒粒子及び撥水化剤を含む粘度の
高いスラリーを膜厚を制御しながらガス拡散層に塗布し
た後、その塗布面に電解質を含浸させてなる触媒層であ
ることを特徴とする燃料電池用電極、その製造方法及び
装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用電極、
その製造方法及び装置に関し、より詳しくはガス拡散層
上に（Ａ）触媒粉末及び電解質を含む触媒層、または
（Ｂ）触媒粉末、電解質及び撥水化剤を含む触媒層を担
持させてなる形式の燃料電池用電極、その製造方法及び
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池、例えば固体高分子電解質型燃
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し、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、この電解
質膜を挟んで負極及び正極の両電極を配置し、例えば負
極側に水素を供給し、また正極側には酸素又は空気を供
給することで電気化学反応を起こさせ、電気を発生させ
る。この場合その固体高分子電解質膜に接する負極及び
正極の両電極としては、その中に反応を促進させるため
に白金、パラジウムその他の触媒が添加、使用される形
式のものがあり、この形式の電極の製造法としてはこれ
まで種々のものが提案されてきている。

【０００３】例えば米国特許第３１３４６９７号には、
触媒粒子をイオン交換樹脂と混合して電極シートとし、
これを固体高分子電解質としてのイオン交換樹脂膜に熱
圧着する方法が記載され、また米国特許第３２９７４８
４号や米国特許第３４３２３５５号では触媒粒子をポリ
テトラフルオロエチレンと混合して電極シートとし、こ
れをイオン交換樹脂膜に熱圧着する方法が記載されてい
る。しかしこのように固体高分子電解質膜と電極シート
とを熱圧着等によりそのまま接合するだけでは反応サイ
ト（反応域）が電解質と電極との二次元的な界面に極限
され、実質的な作用面積が少ない。

【０００４】これを改善する手法の一つとして、電極材
料と固体電解質材料との接点を多くし、反応サイトの三
次元化を図ることが提案されている。例えば「電気化
学」５３、Ｎｏ．１０（１９８５）、Ｐ．８１２〜８１
７によれば、固体高分子電解質膜としてパーフルオロカ
ーボンスルホン酸樹脂膜の一種であるＮＡＦＩＯＮー１
１７膜（ＤｕＰｏｎｔ社製、商品名）を用い、このＮ
ＡＦＩＯＮ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（アノード、燃料極）とする
一方、この電極の対極を構成する酸素極（空気極）すな
わちカソー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。

【０００５】まず、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ーボン粉末を使用し、これ
にアンバーライトＩＲー１２０Ｂ（Ｔー３）〔スチレン
ージビニルベンゼンスルホン酸樹脂、Ｎａ型、粒経３０
μｍの粉末、Ｏｒｇａｎｏ社製、商品名〕又はＮＡＦＩ
ＯＮー１１７〔パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂
（Ｈ型）、脂肪族アルコールと水との混合溶媒中５％溶
液、ＡｌｄｒｉｃｈＣｈｅｍｉｃａｌ社製、商品名〕
を種々の混合比で混合する。

【０００６】次いで、上記で得た各混合物に対してポリ
テトラフルオロエチレンを水懸濁液状で加えて混練した
後、この混練物をロール圧延により圧延してシート状と
し、真空乾燥後、この電極シートを固体高分子電解質膜
としてのＮＡＦＩＯＮ膜に対して温度１００℃、圧力２
１０ｋｇ／ｃｍ² でホットプレスするというものであ
る。そしてそこでは、固体高分子電解質膜としてのＮＡ
ＦＩＯＮ膜に一体に接合された酸素極にイオン交換樹脂
を混入することで電極反応サイトの三次元化を図り、分
極特性を著しく向上させている。

【０００７】以上の技術では、その電極シートは何れも
電極材料の混練物を圧延等の手法によりシート化するこ
とで作製されているが、この種の電極シートの作製法と
してはその基材として別途多孔性のペーパー又はシート
を用い、これに触媒粒子を担持させる態様も行われてい
る。例えば特開平４ー１６２３６５号では、シート状触
媒層構成用の微粉末として白金触媒担持のカーボンブラ
ック粒子と触媒無担持のカーボンブラック粒子との混合
物を用い、この粒子を高分子電解質（イオン交換樹脂）
でコーティングし、この粒子混合物を基材としての撥水
化カーボンペーパー上に散布し、加熱下、プレスをする
ことにより付着させている。

【０００８】このようにして得られた電極シートは、撥
水化カーボンペーパーがガス拡散層を形成し、この片面
上に付着されたコーティング触媒粒子の層が触媒層とな
り、燃料電池への組み込むに際しては、触媒層側を高分
子電解質膜面に当接させることになる。その触媒層のガ
ス拡散層上への付着の仕方としては、そのようなプレス
法のほか、塗装法やロール法、ドクターブレード法等が
適用し得るが、このうち塗装法では大面積化が困難であ
り、またロール法やドクターブレード法では各種手間を
要するだけではなく、装置自体が高価である。

【０００９】このため本発明者は、コーティング触媒粒
子をガス拡散層上へ付着させるその仕方として、特に濾
過形式を応用した手法すなわちそのガス拡散層上に触媒
粒子を含む触媒層形成用水溶液を注ぎ、濾過（吸引濾
過）する手法に注目し、これに関連する成果を先に開発
し出願している（特開平７ー１３０３７７号）。

【００１０】上記出願に係る発明は、固体高分子型燃料
電池用電極の製造法において、撥水化カーボンペーパー
を基材とし、これに高分子電解質で被覆（コーティン
グ）された触媒粒子にポリテトラフルオロエチレンのデ
ィスパージョンを混合した懸濁液を濾過形式で適用する
に当たり、その懸濁液を希硫酸中に分散させることによ
り行うことを特徴とするものである。この技術はこのよ
うにその懸濁液自体に着目し、これを改善したものであ
るが、これによりこの工程を経て得られる電極の特性を
向上させ、延いて電池の性能を大幅に改善している。

【００１１】ところで、上記濾過法では撥水化カーボン
ペーパー面へのその触媒粒子の付着をより確実にし、さ
らにその粒子をその撥水化カーボンペーパー面の内部へ
も混入させる等のため、分散液をそのようにただ注ぐだ
けではなく、下方から減圧するいわゆる吸引濾過の形式
で行うことができるが、例えばヌッツェ（ブフナー漏
斗）形式等ではその規模ないしは大きさに限度があり、
均一な層を形成できないばかりか、処理面の大面積化は
困難である。

【００１２】本発明者は、さらにこのような問題を解決
するため、ガス拡散層上に触媒層を担持させてなる燃料
電池用の電極を製造するに当たり、触媒粒子を含む溶液
を中空筒状体とその上面がロート状に形成された下板を
用い、加圧濾過を応用することによりガス拡散層上に触
媒層を均等に堆積させる燃料電池の電極作製方法及び装
置を先に開発している（特願平６ー３０９９３１号）。
図１〜図２はこの燃料電池用電極の製造方法及び装置の
一態様を示すものである。

【００１３】図１中、１は中空筒状体であり、この断面
形状は図２（ａ）のような円形状とは限らず、長方形、
四角形や五角形その他の多角形をしたものでも使用可能
である。この中空筒状体１は、図２（ａ）のとおり竪型
に配置されるが、その材質としてはガラス製、金属製等
適宜のものを使用することができる。図１中、２は上
板、３は下板、４及び５はそれぞれ上方及び下方のパッ
キンであり、６はコンプレッサーである。このうち上下
のパッキン４及び５は、中空筒状体の上下周縁部の形状
に合わせた形状に構成され、例えば中空筒状体が円筒状
である場合には、その上下周縁部に対応して円環状に構
成される。

【００１４】また、上板２には、濾過する溶液を導入す
る管（バルブ付）７、過剰圧時に空気を放出する管（バ
ルブ付）８を備え、容器内の内圧を上昇させるコンプレ
ッサー６からの圧縮空気を導入する管９が連結されてい
る。１０は下板３の中央部に設けられた溶媒排出口、１
１は下板３に一体に取り付けられた脚部であり、１２は
溶液から触媒層が堆積されるガス拡散板である。このガ
ス拡散板１２は、中空円筒体１の下部開口縁部とパッキ
ン５の間に挟持され、これをフィルターとしてその上面
に溶液中の溶質すなわち触媒粒子が堆積される。

【００１５】下板３は、図２（ｂ）中に点線で示すとお
り、好ましくはロート状に構成される。これにより濾過
後の溶媒がスムーズに流れるようになっている。下板３
の上面をこのようにロート状に構成することにより、中
空筒状体１等の他の構成とも相まち、濾過後の溶媒が溶
媒排出口に向かってスムーズに流れる。またその操作中
に堆積物の厚みに分布が生じても厚い部分では流れが悪
くなり、触媒粒子の堆積速度が落ちるため、全体として
均一な層とすることができる。その傾斜の程度はこのよ
うな作用効果を得る上で必要な限度で適宜設定すること
ができる。

【００１６】その概略以上の装置を操作するに際して
は、中空円筒体１中に触媒粒子を含む溶液をその収容容
器から導管７を介して供給し、コンプレッサー６により
圧縮空気を導入して中空円筒体１内を加圧状態として操
作する。この場合、その加圧の程度は装置の規模（中空
筒体１の径、高さ等）、触媒粒子を含む溶液の流動性、
ガス拡散板１２自体の強度等の諸性質、下板３上面のロ
ート状傾斜の程度等の如何により適宜選定できるが、通
常、例えば中空円筒体１の直径が３０ｃｍ、高さ５ｃｍ
程度の場合には０．１ｋｇ／ｃｍ² Ｇ（ゲージ圧）以下
で実施される。

【００１７】加圧濾過を応用した以上の電極製造方法及
び装置によれば、１００ｃｍ² 以上の大面積であっても
均一でしかもガス拡散性能のよい優れた電極を得ること
ができる。またその製造時に溶媒が通過した細孔がガス
の拡散路となるという利点もあり、さらにこの装置によ
れば他の触媒層成膜装置に比べて非常に安価であるなど
優れた効果が得られる。またガス拡散板（層）は、電極
自体の基材ともなるもので、この材料としては好ましく
は撥水化カーボンペーパーが使用される。

【００１８】さらに触媒粒子を含む溶液としては、白
金ブラック粒子や白金担持カーボンブラック粒子と固体
高分子電解質の溶液とを混合して得た懸濁液、、の
懸濁液に結合剤（撥水化剤でもある）としてポリテトラ
フルオロエチレン系ポリマーを混合してなる懸濁液等の
触媒層を形成する溶液を使用するが、前述特開平７ー１
３０３７７号の発明のようにその懸濁液を希硫酸水溶液
に分散させたものを使用すれば、両者の効果を併わせも
つ効果を得ることができる。

【００１９】ところで、以上で述べた触媒層の原料は、
（Ａ）触媒粉末及び電解質、或いは（Ｂ）触媒粉末、電
解質及び撥水化剤であり、これらを水を溶媒としてスラ
リーとし、加圧濾過法によりガス拡散層上に堆積させる
ことで、上述のように有効な優れた効果が得られる。し
かしこうして得られた触媒層をさらに詳細に観察する
と、その濾過に際して水の通過が生じるため、触媒層中
に水の通過する部分が残り（前記のとおりこれがガスの
拡散路ともなるという利点もあるが）、この部分は電池
操作時に水の凝集が起こりやすく、ガスの拡散を阻害す
る要因となっていることが観察された。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、ガス
拡散層上に（Ａ）触媒粉末及び電解質を含む触媒層、ま
たは（Ｂ）触媒粉末、電解質及び撥水化剤を含む触媒層
を担持させることにより燃料電池用の電極を製造するに
当たり、その担持法として触媒粉末を含む高粘度のスラ
リー、または触媒粉末及び撥水化剤を含む高粘度のスラ
リーを特殊、独特の手法で塗布し（塗り）、次いでその
塗布面に電解質を含浸させる手法を適用することによ
り、上記欠点を改良、改善し、さらに高い電池性能を有
する燃料電池用電極、その製造方法及び装置を提供する
ことを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】まず、本発明は、ガス拡
散層上に触媒粉末及び電解質を含む触媒層を担持させて
なる燃料電池用電極であって、該触媒層が触媒粒子を含
む粘度の高いスラリーを１個又は複数の膜厚制御用の刃
を備えるフィーダーにより膜厚を制御しながらガス拡散
層に塗布した後、その塗布面に電解質を含浸させてなる
触媒層であることを特徴とする燃料電池用電極を提供す
るものである。

【００２２】また本発明は、ガス拡散層上に触媒粉末、
電解質及び撥水化剤を含む触媒層を担持させてなる燃料
電池用電極であって、該触媒層が触媒粒子及び撥水化剤
を含む粘度の高いスラリーを１個又は複数の膜厚制御用
の刃を備えるフィーダーにより膜厚を制御しながらガス
拡散層に塗布した後、その塗布面に電解質を含浸させて
なる触媒層であることを特徴とする燃料電池用電極を提
供する。

【００２３】また本発明は、ガス拡散層上に（Ａ）触媒
粉末及び電解質を含む触媒層、または（Ｂ）触媒粉末、
電解質及び撥水化剤を含む触媒層を担持させてなる燃料
電池用電極を製造するに当たり、触媒粒子を含む粘度の
高いスラリーまたは触媒粉末及び撥水化剤を含む粘度の
高いスラリーを膜厚を制御しながらガス拡散層に塗布し
た後、その塗布面に電解質を含浸させることを特徴とす
る燃料電池用電極の製造方法を提供する。

【００２４】また、本発明は、ガス拡散層上に（Ａ）触
媒粉末及び電解質を含む触媒層、または（Ｂ）触媒粉
末、電解質及び撥水化剤を含む触媒層を担持させてなる
燃料電池用電極を製造するに当たり、触媒粒子を含む粘
度の高いスラリーまたは触媒粒子及び撥水化剤を含む粘
度の高いスラリーを１個又は複数の膜厚制御用の刃を備
えるフィーダーによりガス拡散層上に膜厚を制御しなが
ら塗布した後、その塗布面に電解質を含浸させることを
特徴とする燃料電池用電極の製造方法を提供するもので
ある。

【００２５】さらに、ガス拡散層上に（Ａ）触媒粉末及
び電解質を含む触媒層、または（Ｂ）触媒粉末、電解質
及び撥水化剤を含む触媒層を担持させてなる燃料電池用
電極の製造装置であって、触媒粒子を含む粘度の高いス
ラリーまたは触媒粉末及び撥水化剤を含む粘度の高いス
ラリーを１個又は複数の膜厚制御用の刃を備えるフィー
ダーによりガス拡散層上に膜厚を制御しながら塗布した
後、その塗布面に電解質を含浸させるようにしてなるこ
とを特徴とする燃料電池用電極の製造装置を提供するも
のである。

【００２６】

【発明の実施の形態】燃料電池には、りん酸型、アルカ
リ型、固体高分子型等各種あるが、本発明の電極、その
製造方法及び装置はそれらの何れの燃料電池用の電極に
しいても適用することができる。次に上記ガス拡散層
は、電極自体の基材ともなるもので、この材料としては
各種材質からなる多孔性のペーパー又はシート（本明細
書中、両者を含めて適宜「ペーパー」と指称してい
る）、或いはこれらを適宜撥水化して使用することがで
きるが、好ましくはカーボンペーパーや撥水化カーボン
ペーパーを使用することができる。このうち撥水化カー
ボンペーパーは所定の気孔率及び厚さを有するカーボン
ペーパーを使用し、これに対してポリテトラフルオロエ
チレン系のディスパージョンを含浸させた後、熱処理を
して撥水化したものである。ここでポリテトラフルオロ
エチレン系のポリマーとはポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）のほか、テトラフルオロエチレンーヘキサ
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】また、上記触媒粉末としては白金ブラック
粉末、白金合金粉末、白金又はパラジウム担持のカーボ
ンブラック粉末、パラジウムブラック粉末等が使用でき
る。さらに上記撥水化剤としては特に限定はないが、ポ
リテトラフルオロエチレン系のポリマーであるのが望ま
しい。ここでポリテトラフルオロエチレン系のポリマー
とはポリテトラフルオロエチレンのほか、テトラフルオ
ロエチレンーヘキサフルオロプロピレン共重合体その他
その誘導体をも含む意味である。

【００２８】本発明の好ましい態様としては、触媒粒子
を含む粘度の高いスラリー、または触媒粒子及び撥水化
剤を含む粘度の高いスラリーを１個又は複数の膜厚制御
用の刃を備えるフィーダーによりガス拡散層上に膜厚を
制御しながら塗布する。このスラリーの粘度は、塗布後
拡散層周縁へ流動拡散することなく且つ該フィーダーに
より制御し得る粘性を備えていれば足り、またその必要
があるが、好ましくは１０００〜１００００ｃｐ（セン
チポイズ）程度である。また本発明では、該スラリーを
ガス拡散層上に所定膜厚に塗布した後、その塗布面に電
解質を含浸させる。この電解質としては各種イオン交換
樹脂等が使用できるが、その固体高分子電解質膜として
パーフルオロカーボンスルホン酸系の樹脂膜を用いる場
合には同系統のパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂を
用いるのが好ましい。

【００２９】図３は、本発明のスラリー塗布方式による
電極製造方法及び装置の一態様を示す図である。図３
中、１３は回転ローラー、１４は例えばカーボンペーパ
ーや撥水化カーボンペーパー等からなる拡散層、１５は
スラリー用フィーダーであり、１６はフィーダー１５を
構成する前刃（前ブレード）、１７は同じくフィーダー
１５を構成する後刃（後ブレード）であり、前刃１６及
び後刃１７とが相まってスラリーの供給量及び塗布層の
厚みを制御する。図３の態様では前刃１６と後刃１７と
の２個で構成しているが、これら制御用の刃はスラリー
の流動性や粘性等の特性如何により１個又は３個以上で
構成することができる。また１８は塗布後に形成された
触媒層であり、Ｓは触媒層形成用スラリー、すなわち触
媒粉末を含むスラリー、或いは触媒粉末及び撥水化剤を
含むスラリーである。

【００３０】この装置の操作については、フィーダー１
５（含：前刃１６及び後刃１７）に図３に示すとおり水
性スラリーＳを供給し、塗布される触媒層１８の厚みを
前刃１６及び後刃１７の高さを調節しながら、回転ロー
ラー１３を図中矢印の方向に回転させてカーボンペーパ
ーや撥水化カーボンペーパー等からなる拡散層１４を移
動させる（図３中右から左への方向）。これによって拡
散層１４上に所定厚の触媒層１８を形成する。この際、
前刃１６及び後刃１７の高さを調整し、拡散層１３上に
塗られる触媒層の厚さを所望厚さとなるように制御す
る。

【００３１】上記原料スラリーは例えば上記のように刃
すなわちブレード形式の塗布法により塗布される。この
ため原料スラリーは所定粘度である必要があり、前述の
とおり好ましくは１０００〜１００００ｃｐ（センチポ
イズ）程度の粘度で適用することができる。なお上記態
様のように拡散層１４を移動させるのに代えて、拡散層
１４を適当な支持部材により固定し、この固定拡散層１
４に対してフィーダー１５（含：前刃１６及び後刃１
７）を相対的に移動させるようにしても差し支えない。

【００３２】次に、本発明の具体的手順の一態様につい
て述べると、以下（ａ）〜（ｅ）のとおりである。
（ａ）例えば５０％白金を担持した触媒粒子とＰＴＦＥ
ディスパージョンとをその割合が例えば４：３（重量
比）となるように混合した後、エバポレーターで溶媒を
除去する。なお、溶媒としては好ましくは水を使用する
が、一部にエタノール等を含んでいても差し支えない。
（ｂ）得られた混合物をコロイドミルで混合し、溶媒を
加熱して混合物の濃度を向上させ粘度が数千〜１万ｃｐ
程度となるようにする。（ｃ）カーボンペーパーや撥水
化カーボンペーパー等からなる拡散層を図３中１４に示
すようにセットし、図３中スラリーＳの部分に（ａ）〜
（ｂ）で調製したスラリー液を供給する。ペーパー１４
の表面と前刃１６及び後刃１７との間隙を調節しなが
ら、回転ローラー１３により該ペーパー１４を動かし、
スラリー液を塗布する。（ｄ）引続きその塗布面に電解
質溶液を含浸させ、溶媒を真空乾燥などにより除去して
電極とする。（ｅ）作製した電極間に固体高分子電解質
膜を挟みプレスして電池とする。

【００３３】

【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。使用装
置としては図３に示すような装置を使用した。

【００３４】（１）まず表面積１００ｃｍ² 、気孔率８
０％、厚さ０．４ｍｍのカーボンペーパーにネオフロン
（テトラフルオロエチレンーヘキサフルオロプロピレン
共重合体、ダイキン工業社製、登録商標）のディスパー
ジョンを含浸させた後、熱処理を行い、ネオフロンで撥
水化したカーボンペーパーを得た。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％を占めるよ
うに調製した。（２）一方、カーボン粒子に５０％白金
を担持した触媒粒子とポリフロン（ポリテトラフルオロ
エチレン、ダイキン工業社製、登録商標）のディスパー
ジョンとを触媒粒子とポリテトラフルオロエチレンとが
４：３（重量比）となるように混合した後、エバポレー
ターで溶媒（水）を除去した。引続きこうして得られた
混合物をコロイドミルで混合し、溶媒（水）を加熱蒸発
させて混合物の濃度を向上させ、粘度が約８０００ｃｐ
のスラリーとなるようにした。

【００３５】（３）次いで、（１）で得た撥水化カーボ
ンペーパーを図３中１４に示すようにセットし、図３中
スラリーＳの部分に上記（２）で調製したスラリー液を
供給した。撥水化カーボンペーパー１４と前刃１６及び
後刃１７との間隙を調節しながら回転ローラー１３を図
３中矢印のように回転させてペーパー１４を動かし、ス
ラリーＳを印刷塗布した。この場合その膜厚は白金担持
量が１ｍｇ／ｃｍ² となるようにした。（４）引き続
き、塗布面にパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂のエ
タノール溶液を含浸させ、溶媒を真空乾燥により除去し
て電極とした。

【００３６】（５）こうして作製した２枚の電極間に膜
厚８０μｍの固体高分子電解質膜（パーフルオロカーボ
ンスルホン酸系樹脂膜）を、両電極の触媒層側を膜面に
当接させて挟み、温度１４０℃、圧力１００ｋｇｆ／ｃ
ｍ² の加圧下、６０秒間プレスした後、これを燃料電池
用枠内に組み込んでセットし、導線、ガス管等を接続し
て実施例供試用電池とした。

【００３７】《比較例》他方、上記（１）と同じくして
作製した撥水化カーボンペーパーに対し、図１〜図２に
示す装置を使用した前述のとおりの加圧濾過法を適用し
て電極を作製した。この場合、使用触媒粒子、撥水化剤
及び電解質の材料としては実施例で用いたものと同じ材
料を使用し、白金担持量等についても上記と同じ条件と
なるようにした。こうして作製した２枚の電極の触媒層
間に膜厚８０μｍの上記と同じ固体高分子電解質膜（パ
ーフルオロカーボンスルホン酸系樹脂膜）を挟んでプレ
スし、実施例の場合と同様に構成して比較例供試用電池
とした。

【００３８】以上のとおり製作した各種供試電池を用
い、燃料として水素を使用し、これをアノード側に供給
する一方、カソード側には空気を供給した。この両ガス
の供給圧力はともに２ａｔｍとし、水素は９５℃で、空
気については８０℃で加湿し、また電池の温度を８０℃
に保って操作して測定した。図４は以上の各供試電池に
ついて測定した電流密度とセル電圧との関係を示すもの
である。

【００３９】図４のとおり、比較例供試電池でも、電流
密度の増加に対してセル電圧は徐々に低下するだけで相
当に優たものであるが、実施例供試電池においては、そ
の低下傾向はさらに緩慢で、さらに改善されていること
が分かる。この点、比較例供試電池では加圧濾過の際に
触媒層中に水の通過する部分が残り、この部分で電池操
作時に水の凝集が起こりやすく、ガスの拡散を阻害する
要因となっていること等によるものと推認される。この
ように本発明によれば、電極の触媒層が大面積であって
も、これを用いた電池特性をさらに有効に改善すること
ができる。

【００４０】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、電極の
触媒層の厚みはブレードにより制御、固定されるため、
その膜厚を均一にすることができ、最適な厚みを任意に
決定できる。また加圧濾過による場合のようにガスの拡
散を阻害する要因となる水通過部分が残ることがなく、
これらによりさらに高い性能を有する燃料電池を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】加圧濾過形式の電極製造装置の一態様を示す
図。

【図２】図１の中空筒状体１及び下板３を示す図。

【図３】本発明に係る電極製造方法及び装置の一態様を
示す図。

【図４】実施例及び比較例で製造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。

【符号の説明】

１中空筒状体２上板３下板４、５パッキン６コンプレッサー７濾過する溶液を導入する管（バルブ付）８過剰圧時に空気を放出する管（バルブ付）９圧縮空気導入管１０溶媒排出口１１脚部１２触媒層が堆積されるガス拡散板（層）１３回転ローラー１４ガス拡散層１５スラリー用フィーダー１６フィーダーの前刃１７フィーダーの後刃１８塗布触媒層Ｓ触媒層形成用スラリー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス拡散層上に触媒粉末及び電解質を含む
触媒層を担持させてなる燃料電池用電極であって、該触
媒層が触媒粒子を含む粘度の高いスラリーを１個又は複
数の膜厚制御用の刃を備えるフィーダーにより膜厚を制
御しながらガス拡散層に塗布した後、その塗布面に電解
質を含浸させてなる触媒層であることを特徴とする燃料
電池用電極。
【請求項２】ガス拡散層上に触媒粉末、電解質及び撥水
化剤を含む触媒層を担持させてなる燃料電池用電極であ
って、該触媒層が触媒粒子及び撥水化剤を含む粘度の高
いスラリーを１個又は複数の膜厚制御用の刃を備えるフ
ィーダーにより膜厚を制御しながらガス拡散層に塗布し
た後、その塗布面に電解質を含浸させてなる触媒層であ
ることを特徴とする燃料電池用電極。
【請求項３】上記燃料電池用電極が固体高分子型燃料電
池用の電極である請求項１又は２記載の燃料電池用電
極。
【請求項４】ガス拡散層上に（Ａ）触媒粉末及び電解質
を含む触媒層、または（Ｂ）触媒粉末、電解質及び撥水
化剤を含む触媒層を担持させてなる燃料電池用電極を製
造するに当たり、触媒粒子を含む粘度の高いスラリーま
たは触媒粒子及び撥水化剤を含む粘度の高いスラリーを
膜厚を制御しながらガス拡散層に塗布した後、その塗布
面に電解質を含浸させることを特徴とする燃料電池用電
極の製造方法。
【請求項５】ガス拡散層上に（Ａ）触媒粉末及び電解質
を含む触媒層、または（Ｂ）触媒粉末、電解質及び撥水
化剤を含む触媒層を担持させてなる燃料電池用電極を製
造するに当たり、触媒粒子を含む粘度の高いスラリーま
たは触媒粒子及び撥水化剤を含む粘度の高いスラリーを
１個又は複数の膜厚制御用の刃を備えるフィーダーによ
りガス拡散層上に膜厚を制御しながら塗布した後、その
塗布面に電解質を含浸させることを特徴とする燃料電池
用電極の製造方法。
【請求項６】上記燃料電池用電極の製造方法が固体高分
子型燃料電池用の電極の製造方法である請求項４又は５
記載の燃料電池用電極の製造方法。
【請求項７】上記ガス拡散層がカーボンペーパー又は撥
水化カーボンペーパーである請求項４、５又は６記載の
燃料電池用電極の製造方法。
【請求項８】上記触媒粒子が白金を担持したカーボン粉
末であり、上記撥水剤がポリテトラフルオロエチレン系
ポリマーである請求項４、５、６又は７記載の燃料電池
用電極の製造方法。
【請求項９】ガス拡散層上に（Ａ）触媒粉末及び電解質
を含む触媒層、または（Ｂ）触媒粉末、電解質及び撥水
化剤を含む触媒層を担持させてなる燃料電池用電極の製
造装置であって、触媒粒子を含む粘度の高いスラリーま
たは触媒粒子及び撥水化剤を含む粘度の高いスラリーを
１個又は複数の膜厚制御用の刃を備えるフィーダーによ
りガス拡散層上に膜厚を制御しながら塗布した後、その
塗布面に電解質を含浸させるようにしてなることを特徴
とする燃料電池用電極の製造装置。
【請求項１０】上記燃料電池用電極の製造装置が固体高
分子型燃料電池用電極の製造装置である請求項９記載の
燃料電池用電極の製造装置。
【請求項１１】上記ガス拡散層がカーボンペーパー又は
撥水化カーボンペーパーである請求項９又は１０記載の
燃料電池用電極の製造装置。
【請求項１２】上記触媒粒子が白金を担持したカーボン
粉末であり、上記撥水剤がポリテトラフルオロエチレン
系ポリマーである請求項９、１０又は１１記載の燃料電
池用電極の製造装置。