JPS58166643A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JPS58166643A JPS58166643A JP57049501A JP4950182A JPS58166643A JP S58166643 A JPS58166643 A JP S58166643A JP 57049501 A JP57049501 A JP 57049501A JP 4950182 A JP4950182 A JP 4950182A JP S58166643 A JPS58166643 A JP S58166643A
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- Japan
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- fuel cell
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- electrode
- noble metal
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8846—Impregnation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8663—Selection of inactive substances as ingredients for catalytic active masses, e.g. binders, fillers
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
- H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
- H01M4/8885—Sintering or firing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、燃料電池に係シ、特にガス拡散電極に関する
。
。
便来行われてきた本発明に最も近い公知例として特開昭
５１−８６７３４がある。この公知例は、多孔性導電性
粒子を有し疎水的に結合され基質によシ支持された燃料
電池の電極に活性金属を付加する方法に関する。すなわ
ち、上述のように形成され走電４には、白金の塩を含む
溶液に浸された後、電極の表裏に強制的に電位をかける
ことにより、導電性粒子上にのみ白金イオンを吸着させ
、その後乾燥し水素ガス還元を行なっている。本公知例
においては、電極に電位勾配を与える必要がアシ、大規
模な燃料電池用の電極の製作法としては、量産化にとぼ
しく、また白金イオンを沈着稜水素ガス還元を行うなど
工程が二段階になる。
５１−８６７３４がある。この公知例は、多孔性導電性
粒子を有し疎水的に結合され基質によシ支持された燃料
電池の電極に活性金属を付加する方法に関する。すなわ
ち、上述のように形成され走電４には、白金の塩を含む
溶液に浸された後、電極の表裏に強制的に電位をかける
ことにより、導電性粒子上にのみ白金イオンを吸着させ
、その後乾燥し水素ガス還元を行なっている。本公知例
においては、電極に電位勾配を与える必要がアシ、大規
模な燃料電池用の電極の製作法としては、量産化にとぼ
しく、また白金イオンを沈着稜水素ガス還元を行うなど
工程が二段階になる。
本発明の目的は、燃料電池に用いられるガス拡散電極の
活性成分である貴金属の使用量を低減した燃料電池を提
供するにある。
活性成分である貴金属の使用量を低減した燃料電池を提
供するにある。
燃料電池のガス拡散電極において鑞、燃料或いは酸化剤
ガス、電解質及び電極上の活性金属の三者が相接する点
、すなわち気−液一固体の三相界面で反応が進行する。
ガス、電解質及び電極上の活性金属の三者が相接する点
、すなわち気−液一固体の三相界面で反応が進行する。
気体は電極内のミクロボアーにまで拡散するが、液体社
比較的大きい孔にしか浸透しない。したがって活性金属
は、電解質が拡散できる範囲にのみ存在させれば、その
効果は大きい。従来一般的に行われてきたガス拡散電極
は、以下に記述する方法で形成されてきた。
比較的大きい孔にしか浸透しない。したがって活性金属
は、電解質が拡散できる範囲にのみ存在させれば、その
効果は大きい。従来一般的に行われてきたガス拡散電極
は、以下に記述する方法で形成されてきた。
一つの方法としては、カーボンの微粉末に白金の塩を含
浸し、これを乾式或いは湿式還元法により白金の微粒子
をカーボン微粉末上に高度に分散させ担持する。このよ
うＫして調製され圧電極触媒とポリテトラフルオロエチ
レン（ＰＴＰＥ）との混合物をカーボンペーパに塗布し
九のち焼成して電極板を形成する。他の方法としＣは、
カーボンの微粉末とポリテトラフルオロエチレンの混合
物をカーボンペーパに塗布し焼成した板へ白金の塩を含
浸した後、水素ガスで還元して電極板を形成する。この
ようにして形成嬶、・れた電極のモデルを第１図及び第
２図に示す。従来法の第１図においては、カーボン粉末
上に白金の微粒子を均一に分散せしめていることから、
形成された触媒層全域にわ九って白金粒子が存在する結
果、三相界（８）を形成しない部分にある白金は無駄に
なる。また第２図に示す方法においては、白金の壇を含
浸するため白金の錯イオンはカーボン粉末層のミクロボ
アーにまで入り込み第１図の方法にて形成された電極板
とほぼ同様の結果を与える。第１図及び第２図の符号は
夫々ｌが電極基板であるカーボンペーパ、２が触媒層、
３がカーボン粉末、４が貴金属粒子、５が）’ＴＰＥ、
６が触媒層のミクロボア、７が触媒層のマクロポアで
ある。本発明は、これらの欠点を補う九め、カーボン粉
末と撥水剤の混合物ｔカーボンペーパへ塗布して形成し
た板へ貴金属の微粒子を三相界面近傍へのみ担持するこ
とｔ可能とじ九ものである。すなわち責金桐の微粒子は
、貴金属の塩の溶液に保護コロイド剤を加えこれを湿式
還元を行うことにより貴金属の粒子径が約１ＯＡのコロ
イ、：、ド分散液として［１！された。このコロイド分
散液中の保護コロイド剤の種類或匹は濃度を調節し、前
述の板へ含浸することによシ、カーボン粉末層の比較的
大きい孔すなわち三相界面形成′の場及び層の次面にの
み貴金属粒子を担持てきる仁とを確認し友１０本発明法
による電極のモデル（２層電極）を第３図に示す、＃Ｉ
３図に示し九例はカーボン粉末と撥水剤の混合層及び活
性金Ｉ１４担持層の２相電極のモデルである。符号８は
触媒第一層、９は触媒第二層である。
浸し、これを乾式或いは湿式還元法により白金の微粒子
をカーボン微粉末上に高度に分散させ担持する。このよ
うＫして調製され圧電極触媒とポリテトラフルオロエチ
レン（ＰＴＰＥ）との混合物をカーボンペーパに塗布し
九のち焼成して電極板を形成する。他の方法としＣは、
カーボンの微粉末とポリテトラフルオロエチレンの混合
物をカーボンペーパに塗布し焼成した板へ白金の塩を含
浸した後、水素ガスで還元して電極板を形成する。この
ようにして形成嬶、・れた電極のモデルを第１図及び第
２図に示す。従来法の第１図においては、カーボン粉末
上に白金の微粒子を均一に分散せしめていることから、
形成された触媒層全域にわ九って白金粒子が存在する結
果、三相界（８）を形成しない部分にある白金は無駄に
なる。また第２図に示す方法においては、白金の壇を含
浸するため白金の錯イオンはカーボン粉末層のミクロボ
アーにまで入り込み第１図の方法にて形成された電極板
とほぼ同様の結果を与える。第１図及び第２図の符号は
夫々ｌが電極基板であるカーボンペーパ、２が触媒層、
３がカーボン粉末、４が貴金属粒子、５が）’ＴＰＥ、
６が触媒層のミクロボア、７が触媒層のマクロポアで
ある。本発明は、これらの欠点を補う九め、カーボン粉
末と撥水剤の混合物ｔカーボンペーパへ塗布して形成し
た板へ貴金属の微粒子を三相界面近傍へのみ担持するこ
とｔ可能とじ九ものである。すなわち責金桐の微粒子は
、貴金属の塩の溶液に保護コロイド剤を加えこれを湿式
還元を行うことにより貴金属の粒子径が約１ＯＡのコロ
イ、：、ド分散液として［１！された。このコロイド分
散液中の保護コロイド剤の種類或匹は濃度を調節し、前
述の板へ含浸することによシ、カーボン粉末層の比較的
大きい孔すなわち三相界面形成′の場及び層の次面にの
み貴金属粒子を担持てきる仁とを確認し友１０本発明法
による電極のモデル（２層電極）を第３図に示す、＃Ｉ
３図に示し九例はカーボン粉末と撥水剤の混合層及び活
性金Ｉ１４担持層の２相電極のモデルである。符号８は
触媒第一層、９は触媒第二層である。
以下本発明の実施例について記述するが本発明は、本実
施例になんら限定されるものではない。
施例になんら限定されるものではない。
最初に燃料電池の電極とする板へ含浸する貴金属のコロ
イド（コロイド白金）のａｌｌ製法について記述する。
イド（コロイド白金）のａｌｌ製法について記述する。
（１） コロイド白金の−Ｊｌｌｉ：メタノール１５
０ｍｔ。
０ｍｔ。
水５０ｍｔにポリビニルアルコール（ａ１合＆）Ｌ Ｏ
ｇ を溶解ｔル、 次イテ塩化白金１２１！Ｏｇｔ−溶
解し攪拌しながら苛性アルカリにて溶液のｐＨｔ約２に
調節する。その俵、７０〜８０Ｃで１０時間程度還流還
元を行う。
ｇ を溶解ｔル、 次イテ塩化白金１２１！Ｏｇｔ−溶
解し攪拌しながら苛性アルカリにて溶液のｐＨｔ約２に
調節する。その俵、７０〜８０Ｃで１０時間程度還流還
元を行う。
以上の操作で、白金の粒子径が１０〜１ＳＡｉｍ度のコ
ロイド白金が得られる。
ロイド白金が得られる。
（２） コロイド白金−ルテニウムの５ｉｌａｉ：メ
タノ−ル１００ｍｔ、水２０ｍｔにポリビニルアルコー
ルｌｓ、ｏｇを溶解する。次いで塩化白金ａｌｌＯｇと
塩化ルテニウム６ｇを溶解し苛性アルカリで溶液のｐＨ
を約２に調節する。その後、７０〜８０Ｃで１０時間橿
度還流還元を行った後、３５％のホルマリン５ｍＡを加
え液の温度を６００に保ちながら５０％の苛性アルカリ
を除々に滴下し、ｐＨが１２になった点で反応を終了し
、メタノールを加えて液ｔを２５０ｍｔとした。以上の
操作でコロイド白金−ルテニウムの溶液が調製される。
タノ−ル１００ｍｔ、水２０ｍｔにポリビニルアルコー
ルｌｓ、ｏｇを溶解する。次いで塩化白金ａｌｌＯｇと
塩化ルテニウム６ｇを溶解し苛性アルカリで溶液のｐＨ
を約２に調節する。その後、７０〜８０Ｃで１０時間橿
度還流還元を行った後、３５％のホルマリン５ｍＡを加
え液の温度を６００に保ちながら５０％の苛性アルカリ
を除々に滴下し、ｐＨが１２になった点で反応を終了し
、メタノールを加えて液ｔを２５０ｍｔとした。以上の
操作でコロイド白金−ルテニウムの溶液が調製される。
実施例 １
アセチレンブラックとポリフロンディスバージうにする
。この混合物をカーボンペーパ上に厚さ約６０μｍｌｉ
＆になるよう塗布する。このようにして形成された板は
十分風乾された。その後、前と 述のコロイド白金溶液を板に含浸し、白金量が０、４９
ｍ ｇ ／ ｃｍ”とし風乾恢、３２（ｌ空気中で１
ＱＩＩＩ間焼成し、電極板を形成した。
。この混合物をカーボンペーパ上に厚さ約６０μｍｌｉ
＆になるよう塗布する。このようにして形成された板は
十分風乾された。その後、前と 述のコロイド白金溶液を板に含浸し、白金量が０、４９
ｍ ｇ ／ ｃｍ”とし風乾恢、３２（ｌ空気中で１
ＱＩＩＩ間焼成し、電極板を形成した。
実施例 ２
アセチレンブラックとポリフロンディスバージ”１７液
と水を混合し、ＰＴＦＥ量がアセチレンブラックに対し
５０重量％となるようにする。この混合物をカーボンペ
ーパ上に厚さ３０５ｍ程度になるよう塗布する。このよ
うにして形成された板は十分風乾後、コロイド白金溶液
を含浸し、白金量がα２Ｇｍｇ／ａｍ”とし友、風乾後
、更にアセチレンブラックとＰＴＦＥの１合物を厚さ３
〇声ｍｓ度に塗布し風乾後コロイド白金を含浸し、白金
全量を０．４０ ｍ ｇ ７ｃｍ”とし友、その後３２
０Ｃ空気中にて１〇−焼成し電極板を１ｉｌｉｉした０
本実施例における電極は、２層電極構造である。
と水を混合し、ＰＴＦＥ量がアセチレンブラックに対し
５０重量％となるようにする。この混合物をカーボンペ
ーパ上に厚さ３０５ｍ程度になるよう塗布する。このよ
うにして形成された板は十分風乾後、コロイド白金溶液
を含浸し、白金量がα２Ｇｍｇ／ａｍ”とし友、風乾後
、更にアセチレンブラックとＰＴＦＥの１合物を厚さ３
〇声ｍｓ度に塗布し風乾後コロイド白金を含浸し、白金
全量を０．４０ ｍ ｇ ７ｃｍ”とし友、その後３２
０Ｃ空気中にて１〇−焼成し電極板を１ｉｌｉｉした０
本実施例における電極は、２層電極構造である。
実施例 ３
アセチレンブラックとフッ化黒鉛とポリフロ／ディスバ
ージ漏ンと水及び界面活性剤を混合し、フッ化黒鉛及び
ＰＴＦＥ量がアセチレンブラックに対し、それぞれ５０
重量％と２０重量％となるようにした。この混合物をカ
ーボンペーパ上に約６０ａｍ程度になるように塗布し十
分風乾する。
ージ漏ンと水及び界面活性剤を混合し、フッ化黒鉛及び
ＰＴＦＥ量がアセチレンブラックに対し、それぞれ５０
重量％と２０重量％となるようにした。この混合物をカ
ーボンペーパ上に約６０ａｍ程度になるように塗布し十
分風乾する。
その後コロイド白金を含浸し、白金量を０．４０ｍ ｇ
／ ｃｔｓ ” とし、３２０Ｃ空気中にて１０閣焼
成し電極板を調製し友。
／ ｃｔｓ ” とし、３２０Ｃ空気中にて１０閣焼
成し電極板を調製し友。
実施例 ４
本実施例は、２−元系触媒に関する。アセチレンブラッ
クとボリア０ンデイスバージＭ／液及び水を混合し、Ｐ
ＴＦＥＪｉｔ−アセチレンブラックに対し５０重量％と
する。この混合物をカーボンペーパに厚さ６０μｍ根度
に塗布し、十分風乾後前述のコロイド白金４テニウムを
含浸し、白金量及びルテニウム量をα４０ ｍ ｇ ７
ｃｍ”及び０．２０ｍｇ／Ｃ１１４″ となるように調
製する。そのｉ、３２０Ｃ空気中で１０ＩＩＩ＋焼成し
、電極板を形成した。
クとボリア０ンデイスバージＭ／液及び水を混合し、Ｐ
ＴＦＥＪｉｔ−アセチレンブラックに対し５０重量％と
する。この混合物をカーボンペーパに厚さ６０μｍ根度
に塗布し、十分風乾後前述のコロイド白金４テニウムを
含浸し、白金量及びルテニウム量をα４０ ｍ ｇ ７
ｃｍ”及び０．２０ｍｇ／Ｃ１１４″ となるように調
製する。そのｉ、３２０Ｃ空気中で１０ＩＩＩ＋焼成し
、電極板を形成した。
比較例 １
アセチレンブラツ゛りへ湿式還元法によ如白金を１２重
童％担持した電惨触媒とポリフロンディスパージョン液
と水を混食し、ＰＴＦＥｉｌｔ−電極触媒に対し５０重
量％になるようにした。この混合物をカーボンペーパ上
に厚さ６０μｍ程度になるように塗布し、風乾後、３２
０Ｃ空気中１１０１ｕ焼成し、電極板倉形成した。
童％担持した電惨触媒とポリフロンディスパージョン液
と水を混食し、ＰＴＦＥｉｌｔ−電極触媒に対し５０重
量％になるようにした。この混合物をカーボンペーパ上
に厚さ６０μｍ程度になるように塗布し、風乾後、３２
０Ｃ空気中１１０１ｕ焼成し、電極板倉形成した。
実施例 ５
本実施例では、実施例１〜４及び比較例１で形成された
電極板についてｉ＊ｏｃ、リン酸中での空気極としての
単極電位を調定してその性能を詳細した。その結果を表
１に示し友。
電極板についてｉ＊ｏｃ、リン酸中での空気極としての
単極電位を調定してその性能を詳細した。その結果を表
１に示し友。
表 １
以上のように本発明によれば、白金便用１を従来法に比
し２５％減蓋しても、空気極電位は同勢かそれ以上の１
１を示すので、電池めコストダウンが可能となる。
し２５％減蓋しても、空気極電位は同勢かそれ以上の１
１を示すので、電池めコストダウンが可能となる。
本発明によれば電極板構造の比較的大きい細孔及び電極
面近傍すなわち、ガス−電解質が到達で龜る三相界面形
成の場へ粒子径の制御された貴金属粒子を担持てきるの
で同じ性能ｔ−得るのに従来法に比し貴金属使用量を約
３０％低減することができる。又電極板へ含浸するコロ
イド貴金属は、ＩＩｌ製時に既に活性化されているため
、電也板含浸俵の活性化工程（例えば水素ガス還元）が
不賛であシ、電極の製作工程が簡略化される。
面近傍すなわち、ガス−電解質が到達で龜る三相界面形
成の場へ粒子径の制御された貴金属粒子を担持てきるの
で同じ性能ｔ−得るのに従来法に比し貴金属使用量を約
３０％低減することができる。又電極板へ含浸するコロ
イド貴金属は、ＩＩｌ製時に既に活性化されているため
、電也板含浸俵の活性化工程（例えば水素ガス還元）が
不賛であシ、電極の製作工程が簡略化される。
第１図及び第２図は、従来法による電極の断面図、第３
図は、本発明による電極の断面図である。 １・・・電極基材であるカーボンペーパ、２・・・触媒
層、３・・・カーボン粉末、４・・・貴金属粒子、８・
・・触媒第哨３ＰＦＪ 第１頁の続き ■出 願 人 日立化成工業株式会社 東京都新宿区西新宿２丁目１番 １号
図は、本発明による電極の断面図である。 １・・・電極基材であるカーボンペーパ、２・・・触媒
層、３・・・カーボン粉末、４・・・貴金属粒子、８・
・・触媒第哨３ＰＦＪ 第１頁の続き ■出 願 人 日立化成工業株式会社 東京都新宿区西新宿２丁目１番 １号
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、多孔質導電性基材とカーボン粉末と撥水剤と触媒活
性金＾とから成るガス拡散型４ｉｉを有する燃料電池に
おいて、カーボン粉末と撥水剤の混合層及び貴金属微粒
子の担持層が交互く形成され圧電他を有することを特徴
とする燃料電池。 ２、特許請求の範囲３１１１項において、前記貴金属微
粒子は、その粒子径がＩＯＡ程度にコロイド化され九こ
とを特徴とする燃料電池。 ＆ 特許請求の範囲第１項において、前記貴金属微粒子
は、周期律表＃Ｉ８族のうちの少なくとも１種を含むこ
とを特徴とする燃料電池。 ４、特許請求の範囲第１項一おいて、前記撥水剤はポリ
テトラフルオロエチレン或いはポリテトラフルオロエチ
レンとフッ化黒鉛との混合物からなることｔ％黴とする
燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57049501A JPS58166643A (ja) | 1982-03-27 | 1982-03-27 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57049501A JPS58166643A (ja) | 1982-03-27 | 1982-03-27 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58166643A true JPS58166643A (ja) | 1983-10-01 |
Family
ID=12832884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57049501A Pending JPS58166643A (ja) | 1982-03-27 | 1982-03-27 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58166643A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60216457A (ja) * | 1984-04-11 | 1985-10-29 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
-
1982
- 1982-03-27 JP JP57049501A patent/JPS58166643A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60216457A (ja) * | 1984-04-11 | 1985-10-29 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
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