JPS60109176A - 燃料電池のガス拡散電極 - Google Patents
燃料電池のガス拡散電極Info
- Publication number
- JPS60109176A JPS60109176A JP58215365A JP21536583A JPS60109176A JP S60109176 A JPS60109176 A JP S60109176A JP 58215365 A JP58215365 A JP 58215365A JP 21536583 A JP21536583 A JP 21536583A JP S60109176 A JPS60109176 A JP S60109176A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- substrate
- gas diffusion
- layer
- fluorine resin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- 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
-
- 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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
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】
〔発明の属する技術分野〕
本発明は燃料電池のガス拡散電極の改良に関する。
一般に燐酸型溶料電池に用いられるマトリックスを挾持
したガス拡散電極は、反応ガスを内部に拡散させる多孔
質カーボン板からなる電４５基材の一方の面にガスを供
給する複数の溝を形成し、他方の面にマｌ−ＩＪラック
ス保持された燐酸電解液が電極外部にまで漏洩するのを
防ぐための撥水層、および電気化学反応を行わせるため
の触媒を担持した触媒層とを備えている。このガス拡散
電極の構成を微視的組’ｋｊとして部分的な縦断面図で
示すと第１図のようになっている。
したガス拡散電極は、反応ガスを内部に拡散させる多孔
質カーボン板からなる電４５基材の一方の面にガスを供
給する複数の溝を形成し、他方の面にマｌ−ＩＪラック
ス保持された燐酸電解液が電極外部にまで漏洩するのを
防ぐための撥水層、および電気化学反応を行わせるため
の触媒を担持した触媒層とを備えている。このガス拡散
電極の構成を微視的組’ｋｊとして部分的な縦断面図で
示すと第１図のようになっている。
第１図におい゛ＣＡ領域は電極基材の一部であり、耐熱
性、耐電解液腐食性、耐酸化性および電気伝導性を有す
るカーボン繊維１などからなる多孔質カーボン板である
。Ｂ領域は撥水層であり、電極基村上にカーボン粉末２
と弗素樹脂３の混合分散液をスクリーン印刷もしくは？
５法などにより、均一な薄膜として塗布し、乾燥した後
弗素樹脂３の溶融温度で焼成したものである。Ｄ領域は
触媒を担持したカーホン粉末４と少量の弗素樹脂３とか
らなる親水層であり、Ｃはこの親水層に更に適Ｊ６の弗
素樹脂を添加した反応層である。ここで反応層Ｃと親水
層りは一層の触媒層として形成されることもある。
性、耐電解液腐食性、耐酸化性および電気伝導性を有す
るカーボン繊維１などからなる多孔質カーボン板である
。Ｂ領域は撥水層であり、電極基村上にカーボン粉末２
と弗素樹脂３の混合分散液をスクリーン印刷もしくは？
５法などにより、均一な薄膜として塗布し、乾燥した後
弗素樹脂３の溶融温度で焼成したものである。Ｄ領域は
触媒を担持したカーホン粉末４と少量の弗素樹脂３とか
らなる親水層であり、Ｃはこの親水層に更に適Ｊ６の弗
素樹脂を添加した反応層である。ここで反応層Ｃと親水
層りは一層の触媒層として形成されることもある。
第１図のような組織と構造を有する従来の燃料電池は、
長期間にわたって連転を続けると、撥水層の撥水性が十
分でない場合マ） ＩＪラックスらの電解液が浸透して
電極基材に漏洩し、ガスの拡散を妨げ、燃料電池の性能
を低下させるきいう欠点があった。これに対して、■・
）水層の撥水性をより高めるための手段として、カーボ
ン粉末２に弗素樹脂３をさらに多周に添加すればよいこ
とは明らかであるが、弗素樹脂を過度に添加すると、カ
ーボン粉末２と均−ｌこ混合分散せず、その結果弗二・
：＜樹脂３のみ凝集して坤、状となる部分を生じ、旧水
層が均一な薄膜として４０られないばかりか、弗ソ（樹
脂３が凝集し偏在することにより、ビンポールが発生す
るので、電解液はこのビンポールを辿って漏洩し、ガス
側の電極基材に付着してカスの拡散をトロ害し燃料電池
の人命をりＡ）かくする吉いう問題を起こす。更に弗素
樹脂は非導電性であるため、電極にこイ１．を添加すれ
ばそれたけ’Ｌｉ’ｆ、気唇’ｒｌＩ性はり（くなり、
電極の固有抵抗を増大してしまうとい・う欠点があった
。したがって、撥水層には無作Ｘ、５に多量の弗素１ｊ
ｔＪ脂を用いることはできない。
長期間にわたって連転を続けると、撥水層の撥水性が十
分でない場合マ） ＩＪラックスらの電解液が浸透して
電極基材に漏洩し、ガスの拡散を妨げ、燃料電池の性能
を低下させるきいう欠点があった。これに対して、■・
）水層の撥水性をより高めるための手段として、カーボ
ン粉末２に弗素樹脂３をさらに多周に添加すればよいこ
とは明らかであるが、弗素樹脂を過度に添加すると、カ
ーボン粉末２と均−ｌこ混合分散せず、その結果弗二・
：＜樹脂３のみ凝集して坤、状となる部分を生じ、旧水
層が均一な薄膜として４０られないばかりか、弗ソ（樹
脂３が凝集し偏在することにより、ビンポールが発生す
るので、電解液はこのビンポールを辿って漏洩し、ガス
側の電極基材に付着してカスの拡散をトロ害し燃料電池
の人命をりＡ）かくする吉いう問題を起こす。更に弗素
樹脂は非導電性であるため、電極にこイ１．を添加すれ
ばそれたけ’Ｌｉ’ｆ、気唇’ｒｌＩ性はり（くなり、
電極の固有抵抗を増大してしまうとい・う欠点があった
。したがって、撥水層には無作Ｘ、５に多量の弗素１ｊ
ｔＪ脂を用いることはできない。
本発明の目的は上述の欠点を除去し、’ｄｌ 極の固有
抵抗を低減するとともに、高い撥水性とガス拡散性能と
を兼備した燃料電池のガス拡散電極を提供することにあ
る。
抵抗を低減するとともに、高い撥水性とガス拡散性能と
を兼備した燃料電池のガス拡散電極を提供することにあ
る。
この目的は本発明によれば電極基材の端面に弗素樹脂を
含浸させて当該電極基材内部に慢水層を形成させ、かく
形成された電極基材の前記端面上に、新たな撥水層を介
在させることなしに触媒層を形成させることにより達成
さイする。
含浸させて当該電極基材内部に慢水層を形成させ、かく
形成された電極基材の前記端面上に、新たな撥水層を介
在させることなしに触媒層を形成させることにより達成
さイする。
以下本発明を実施例に基づき説明する。
四弗化エチレン樹脂などの３２０〜３３０℃の融点を有
する弗素樹脂の分散混合液を、電極基材１にスクリーン
印刷、噴霧法などにより塗布した後乾操し溶媒を除去す
る。つづいて基材上に塗布された弗素樹脂を樹脂の溶融
温度にてプレス装置を用いて基材内部に圧入し、弗素樹
脂を基材端面に充填する。第２図はこの状態を示したも
のであり。
する弗素樹脂の分散混合液を、電極基材１にスクリーン
印刷、噴霧法などにより塗布した後乾操し溶媒を除去す
る。つづいて基材上に塗布された弗素樹脂を樹脂の溶融
温度にてプレス装置を用いて基材内部に圧入し、弗素樹
脂を基材端面に充填する。第２図はこの状態を示したも
のであり。
第１図と同一符号は同一名称で表わしであるがカーボン
繊維工などからなる電極基材ｌの一部Ｅ領域に弗素樹脂
３が含浸されている。このように組織的に形成された電
極基材に弗素ゲＩｊ脂を含浸することにより、弗素樹脂
が凝集して塊状となり偏在するという不都合が生じるこ
とがなく、必要十分な量の弗素樹脂を用いることができ
る。
繊維工などからなる電極基材ｌの一部Ｅ領域に弗素樹脂
３が含浸されている。このように組織的に形成された電
極基材に弗素ゲＩｊ脂を含浸することにより、弗素樹脂
が凝集して塊状となり偏在するという不都合が生じるこ
とがなく、必要十分な量の弗素樹脂を用いることができ
る。
また、従来のガス拡散面イ】が第１図のようにカーボン
粉末と弗素樹脂の結合からなる独立した撥水層を形成し
ているのに対し、本発明による第２図では電極基材中に
撥水性を高めた層を電極基材の一部として内蔵している
ので、電極を構成する層の数が一つ減り、それだけ電気
抵抗が低減するということである。すなわち本発明によ
り、甫什基材♂撥水層を一体としたガス拡散電極が得ら
れ、しかも弗素樹脂の充填部は表面よりわずか１０〜５
０μｍであるから、ガス拡散性を損うこ♂がなく、高い
撥水性をＨ持できる。
粉末と弗素樹脂の結合からなる独立した撥水層を形成し
ているのに対し、本発明による第２図では電極基材中に
撥水性を高めた層を電極基材の一部として内蔵している
ので、電極を構成する層の数が一つ減り、それだけ電気
抵抗が低減するということである。すなわち本発明によ
り、甫什基材♂撥水層を一体としたガス拡散電極が得ら
れ、しかも弗素樹脂の充填部は表面よりわずか１０〜５
０μｍであるから、ガス拡散性を損うこ♂がなく、高い
撥水性をＨ持できる。
次に本発明の方法と従来方法によりイ０らイ１．たｔ［
ｊ極構造を有する燃料電池の単セルについて、それぞれ
撥水性とガス拡散性とを比較した結果を第１第１表 ８１￥１表において、撥水性は、１９０℃、１００ ｗ
ｔ％りん酸を用い、電極ｆｌｌ虫媒層側よりりん酸の液
圧を加え、多孔質カーボン材側に漏出してくるりん酸の
液圧をめることにより評価した。一方ガス拡１１９性は
、多孔ｓｔ ）Ｊ−ボン材の一方側より所定圧力ｏ）Ｈ
２ガスを与え、他方側に透過し工くるＨ２ガス量をｊｌ
ｌｌｌ定することによりめた。この表から明らかなよう
に、本発明により従来と比べ弗素樹脂によるガス拡散性
の明害がなく、撥水性に優わたガス拡散電極が得られる
ことが理解される。
ｊ極構造を有する燃料電池の単セルについて、それぞれ
撥水性とガス拡散性とを比較した結果を第１第１表 ８１￥１表において、撥水性は、１９０℃、１００ ｗ
ｔ％りん酸を用い、電極ｆｌｌ虫媒層側よりりん酸の液
圧を加え、多孔質カーボン材側に漏出してくるりん酸の
液圧をめることにより評価した。一方ガス拡１１９性は
、多孔ｓｔ ）Ｊ−ボン材の一方側より所定圧力ｏ）Ｈ
２ガスを与え、他方側に透過し工くるＨ２ガス量をｊｌ
ｌｌｌ定することによりめた。この表から明らかなよう
に、本発明により従来と比べ弗素樹脂によるガス拡散性
の明害がなく、撥水性に優わたガス拡散電極が得られる
ことが理解される。
第３図および第４図は、本発明によるガス拡散１１７極
イと従来のガス拡散電極口とを、りん酸を電解液とした
マトリックス型燃料電池の単電池に組立てたときの、単
″ＪＴ７池の電流−ｚ＋圧特イ・′１−および連Ｆｌ′
放宿特性を示したものである。従来技術に比較して、？
１？圧−１７流特性が高電流？；７度に、＋２ｒいて大
１１］な向」二カ脣１召められており、これは十分なガ
ス拡１１に性の確保と電気抵抗の低減によるものと考え
らイ１゜る。一方、連続放電特性においても、従来の力
゛ス拡１１＆ ｍ ：ｊ’Ｆ６を用いたＴ北口が１００
００時間の運転において既に６５０ｍＶに低下している
のに対し、本発明によるカス拡散？イ極を用いた電池イ
は、２０，０００時間の長期間運転にかかわらず、はと
んど’Ｉ’５−性低下が認めら３７．なかった。なお第
４図は、’ｉｉｉ流’５”： Ｌ’ｉ：２００ ｍＡ、
／ａｌ ＋ ７ｊＪＡ度１９０℃として１ｉｌｌ定した
ものである。
イと従来のガス拡散電極口とを、りん酸を電解液とした
マトリックス型燃料電池の単電池に組立てたときの、単
″ＪＴ７池の電流−ｚ＋圧特イ・′１−および連Ｆｌ′
放宿特性を示したものである。従来技術に比較して、？
１？圧−１７流特性が高電流？；７度に、＋２ｒいて大
１１］な向」二カ脣１召められており、これは十分なガ
ス拡１１に性の確保と電気抵抗の低減によるものと考え
らイ１゜る。一方、連続放電特性においても、従来の力
゛ス拡１１＆ ｍ ：ｊ’Ｆ６を用いたＴ北口が１００
００時間の運転において既に６５０ｍＶに低下している
のに対し、本発明によるカス拡散？イ極を用いた電池イ
は、２０，０００時間の長期間運転にかかわらず、はと
んど’Ｉ’５−性低下が認めら３７．なかった。なお第
４図は、’ｉｉｉ流’５”： Ｌ’ｉ：２００ ｍＡ、
／ａｌ ＋ ７ｊＪＡ度１９０℃として１ｉｌｌ定した
ものである。
以上説明したごとく、本発明によれば、ガス拡散電極の
基拐に、ノコ−ホン粉末を弗１イア、１脂で結合した］
コ〉水層を独立に存在する領域として設けることなく、
電イ’：Ｕ基材の端面に弗素樹脂を含浸させ−Ｃ尚該電
極基拐内部に撥水層を形成しであるので、従来のように
、カーボン粉末と多ｈ１の弗素樹脂と（７） ？ｊ７−
合に起因ｊＪ” Ｚ＋ビンポールなどの欠陥の発生もな
く、しかもごの、ｌうに形成された電極基材の前記☆１
１“１１面上に、Σ１また７４）ｔｒｌ水層を介在させ
ることなしにｊ’ｄ＋媒層を形成しであるので、電極の
４脂１成層を減ら４−ことができ１．）、″Ｆｊ：料雪
池の性能に関して、電気抵抗と電圧損失をＩＪ（減させ
るという効果が得らイする。
基拐に、ノコ−ホン粉末を弗１イア、１脂で結合した］
コ〉水層を独立に存在する領域として設けることなく、
電イ’：Ｕ基材の端面に弗素樹脂を含浸させ−Ｃ尚該電
極基拐内部に撥水層を形成しであるので、従来のように
、カーボン粉末と多ｈ１の弗素樹脂と（７） ？ｊ７−
合に起因ｊＪ” Ｚ＋ビンポールなどの欠陥の発生もな
く、しかもごの、ｌうに形成された電極基材の前記☆１
１“１１面上に、Σ１また７４）ｔｒｌ水層を介在させ
ることなしにｊ’ｄ＋媒層を形成しであるので、電極の
４脂１成層を減ら４−ことができ１．）、″Ｆｊ：料雪
池の性能に関して、電気抵抗と電圧損失をＩＪ（減させ
るという効果が得らイする。
２１已１図は、従来のカス拡散電極の組織を表わす部分
［θｉ面図、第２「１は本発明の実施例を示す電極糸１
１織の部分断面図、第３図、第４図は本発明によりイυ
られた単セル１；イイＴｈ１．＋の電圧−電流特性およ
び連９’５放電特性を示す線図である。 １・・・カーボンｋＡ ’ｌＹｆ＃、２・・・カーボン
粉末、３・・・弗素樹脂、４・・・触媒相持カーホン粉
末。 １・１ ■ 才２区 Ｄ２θθ ｄθθ Ｚθρ 電擺領度（ｍＡ／とｍ２） ヤ３ 図 ＪθθＱ ／θθθ０ ／６０００ ２θθ０θ運転時
向（Ｈｒう 才４（２）
［θｉ面図、第２「１は本発明の実施例を示す電極糸１
１織の部分断面図、第３図、第４図は本発明によりイυ
られた単セル１；イイＴｈ１．＋の電圧−電流特性およ
び連９’５放電特性を示す線図である。 １・・・カーボンｋＡ ’ｌＹｆ＃、２・・・カーボン
粉末、３・・・弗素樹脂、４・・・触媒相持カーホン粉
末。 １・１ ■ 才２区 Ｄ２θθ ｄθθ Ｚθρ 電擺領度（ｍＡ／とｍ２） ヤ３ 図 ＪθθＱ ／θθθ０ ／６０００ ２θθ０θ運転時
向（Ｈｒう 才４（２）
Claims (1)
- 電極基材の端面に弗素樹脂を含浸させて当該電極基側内
部に撥水層を形成させ、かく形成された電極基材の前記
端面上に、新たな撥水層を介在させることなしに触媒層
を形成させることを特徴とする燃料電池のガス拡散電極
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58215365A JPS60109176A (ja) | 1983-11-16 | 1983-11-16 | 燃料電池のガス拡散電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58215365A JPS60109176A (ja) | 1983-11-16 | 1983-11-16 | 燃料電池のガス拡散電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60109176A true JPS60109176A (ja) | 1985-06-14 |
Family
ID=16671080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58215365A Pending JPS60109176A (ja) | 1983-11-16 | 1983-11-16 | 燃料電池のガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60109176A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090173442A1 (en) * | 2006-06-26 | 2009-07-09 | Hiroshi Suzuki | Method for producing fuel cell electrolyte membrane and method for producing membrane-electrode assembly |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6032251A (ja) * | 1983-08-02 | 1985-02-19 | Hitachi Ltd | 燃料電池用ガス電極 |
-
1983
- 1983-11-16 JP JP58215365A patent/JPS60109176A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6032251A (ja) * | 1983-08-02 | 1985-02-19 | Hitachi Ltd | 燃料電池用ガス電極 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090173442A1 (en) * | 2006-06-26 | 2009-07-09 | Hiroshi Suzuki | Method for producing fuel cell electrolyte membrane and method for producing membrane-electrode assembly |
| US8197632B2 (en) * | 2006-06-26 | 2012-06-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for producing fuel cell electrolyte membrane and method for producing membrane-electrode assembly |
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