JPS60124358A - 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
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- JPS60124358A JPS60124358A JP58230657A JP23065783A JPS60124358A JP S60124358 A JPS60124358 A JP S60124358A JP 58230657 A JP58230657 A JP 58230657A JP 23065783 A JP23065783 A JP 23065783A JP S60124358 A JPS60124358 A JP S60124358A
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- JP
- Japan
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- catalyst layer
- particle size
- catalyst
- resin
- powder
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- 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製造方法に関する。
燃料電池は燃料または空気を連続的に供給し、燃料のエ
ネルギーを電気化学的に電気エネルギーに変換して取り
出す装置であり、触媒層を有する層を設け、さらに場合
によっては黒鉛などを弗素・１ 樹脂で結着した撥水層を積層した多層構造のガス拡散電
極がすでによく知られている。
ネルギーを電気化学的に電気エネルギーに変換して取り
出す装置であり、触媒層を有する層を設け、さらに場合
によっては黒鉛などを弗素・１ 樹脂で結着した撥水層を積層した多層構造のガス拡散電
極がすでによく知られている。
電極基材となる金属焼結板は、触媒層で発生する電気の
良導体としても作用するので、この金属焼結板と触媒層
とは良好な密着状態が得られていなければならない。通
常触媒層には、結着剤と撥水剤の両者の役割りを兼ね備
えた例えばポリ４弗化エチレン（ＰＴＦＥ）などの粒径
０．０５〜０．５ ｐｍの微粉末を含んでおり、触媒層
と金属焼結板とをホットプレスにより加熱圧着して電極
を成形しているが、この際触媒層表面で溶けたＰＴＦＥ
が金属焼結板に溶着することにより、両者が密着された
状態となるようにしている。
良導体としても作用するので、この金属焼結板と触媒層
とは良好な密着状態が得られていなければならない。通
常触媒層には、結着剤と撥水剤の両者の役割りを兼ね備
えた例えばポリ４弗化エチレン（ＰＴＦＥ）などの粒径
０．０５〜０．５ ｐｍの微粉末を含んでおり、触媒層
と金属焼結板とをホットプレスにより加熱圧着して電極
を成形しているが、この際触媒層表面で溶けたＰＴＦＥ
が金属焼結板に溶着することにより、両者が密着された
状態となるようにしている。
しかしながら、触媒層と、金属焼結板の結着力をさらに
高めるために、例えばＰＴＦＥの添加量を増すと、その
添加量とともに触媒層の撥水性も大となるので、電解液
が触媒層に浸透し難く、その結果触媒層で触媒、電解液
、燃料または空気の三相共存する゛電気化学的反応を起
こすための最適条部から逸脱し、燃料電池の出力特性が
低下するとＧｉう不都合が生ずる。逆に電解液の浸透性
を良く団るためにＰ Ｔ Ｆ’ Ｅなどの添加量を少な
くした場合づ、触媒層と電極基材との結着力が弱（、両
者が剥離して電気抵抗が増大するという好ましくない′
：１ 結果を招く。したがって触媒層に添加するＰＴＦＥは適
正な量を選定しなければならず、従来その範囲は触媒粉
末１００重量部に対して５〜４０重量部としているが、
金属焼結板との結着力が十分で、＜、長期間燃料電池を
運転すると、触媒層が焼結様から剥離するようになり電
極特性が著しく低下するという欠点があった。
高めるために、例えばＰＴＦＥの添加量を増すと、その
添加量とともに触媒層の撥水性も大となるので、電解液
が触媒層に浸透し難く、その結果触媒層で触媒、電解液
、燃料または空気の三相共存する゛電気化学的反応を起
こすための最適条部から逸脱し、燃料電池の出力特性が
低下するとＧｉう不都合が生ずる。逆に電解液の浸透性
を良く団るためにＰ Ｔ Ｆ’ Ｅなどの添加量を少な
くした場合づ、触媒層と電極基材との結着力が弱（、両
者が剥離して電気抵抗が増大するという好ましくない′
：１ 結果を招く。したがって触媒層に添加するＰＴＦＥは適
正な量を選定しなければならず、従来その範囲は触媒粉
末１００重量部に対して５〜４０重量部としているが、
金属焼結板との結着力が十分で、＜、長期間燃料電池を
運転すると、触媒層が焼結様から剥離するようになり電
極特性が著しく低下するという欠点があった。
本発明′の目的は、上述の欠点を除去し、長時間にわた
って運転を継続したときもζ安定な発電を持続できる燃
料電池のガス拡散電極を提供することにある。
って運転を継続したときもζ安定な発電を持続できる燃
料電池のガス拡散電極を提供することにある。
本発明の電極は触媒層に、通常含有される微粉末の弗素
樹脂と、さらにこの微粉末より数百倍も粒径の大きい弗
素樹脂、すなわち粒径の極端に異なる二種類の弗素樹脂
を同時に添加することにより、触媒層への電解液の浸透
性を妨げることなく、触媒層と電極基板との結着力を高
めたものである。
樹脂と、さらにこの微粉末より数百倍も粒径の大きい弗
素樹脂、すなわち粒径の極端に異なる二種類の弗素樹脂
を同時に添加することにより、触媒層への電解液の浸透
性を妨げることなく、触媒層と電極基板との結着力を高
めたものである。
ｆ発明の実施例〕
以下本発明を実施例に基づき説明する。
−１白金を担持させた活性炭粉末１００重量部に対七で
、粒径０．１〜０．５μｍのＰＴＦＥの水性懸濁液を２
０重量部９粗粒径０μｍのエチレン−ポリ４リド化エチ
レンコポリマー（ＥＴＦＥ）粉末７重量部を埠合し、混
練した後、例えば吸引法などを用いて、シート状の触媒
層を形成する。この触媒シートに通常の粉末冶金法によ
り別途作製したニッケル焼結板を重ね、ホットプレスで
３５０℃の加圧焼成を行い、電極板を得た。第１図はこ
のようにして得られた電極断面を模式的に表わした材料
組織図である。
、粒径０．１〜０．５μｍのＰＴＦＥの水性懸濁液を２
０重量部９粗粒径０μｍのエチレン−ポリ４リド化エチ
レンコポリマー（ＥＴＦＥ）粉末７重量部を埠合し、混
練した後、例えば吸引法などを用いて、シート状の触媒
層を形成する。この触媒シートに通常の粉末冶金法によ
り別途作製したニッケル焼結板を重ね、ホットプレスで
３５０℃の加圧焼成を行い、電極板を得た。第１図はこ
のようにして得られた電極断面を模式的に表わした材料
組織図である。
第１図において、１はニッケル焼結板、２は触媒層中の
白金を和持した活性戻粉、３はＰＴＦＥ粒子、４はＥＴ
ＦＥ粒子である。第１図のように電極を構成するときは
、細粒であるＰＴＦＥ３は触媒粉２の表面によく分散し
て付着し、触媒粉２に適度の撥水性を何カする役割りを
果すのに対し、粗粒のＥＴＦＥ ４は触媒層の中に点在
しており、触媒粉２の表面を覆う面積が極めて少ないの
で、触媒層中の樹脂分は従来の電極の場合より増加して
いるにも拘らず、この触媒層は電解液の浸透性を損うこ
とがない。しかも第１図にみられるように触媒層表面に
露出して存在する粗粒のＥＴＦＥ４はニッケル焼結板１
との結合剤として働き、あたかも点溶接におけるごとき
状態で結着するので、細粒ＰＴＦＥ３のみによる結着力
の不足を補い、触媒層）゛導ニッケル焼結板１きの間の
強固な結合状態が得′−＄れるのである。
白金を和持した活性戻粉、３はＰＴＦＥ粒子、４はＥＴ
ＦＥ粒子である。第１図のように電極を構成するときは
、細粒であるＰＴＦＥ３は触媒粉２の表面によく分散し
て付着し、触媒粉２に適度の撥水性を何カする役割りを
果すのに対し、粗粒のＥＴＦＥ ４は触媒層の中に点在
しており、触媒粉２の表面を覆う面積が極めて少ないの
で、触媒層中の樹脂分は従来の電極の場合より増加して
いるにも拘らず、この触媒層は電解液の浸透性を損うこ
とがない。しかも第１図にみられるように触媒層表面に
露出して存在する粗粒のＥＴＦＥ４はニッケル焼結板１
との結合剤として働き、あたかも点溶接におけるごとき
状態で結着するので、細粒ＰＴＦＥ３のみによる結着力
の不足を補い、触媒層）゛導ニッケル焼結板１きの間の
強固な結合状態が得′−＄れるのである。
なお、上記実施例では結着剤として細粒にはＰＴＦＥを
、粗粒にはＥＴＦＥを用いた場合で説明しまたが、結着
剤はＰＴＦＥとＦ、ＴＦＥに限るものではなく、ポリ４
弗化エチレン−６弗化プロピレンコポリマー（ＦＥＰ）
を用いてもよい。また細粒粉と粗粒粉の組合わせについ
ても、これらの結着剤を任意に選択して用いることがで
きる。同種の樹脂のみを用いてもよいことは勿論である
。
、粗粒にはＥＴＦＥを用いた場合で説明しまたが、結着
剤はＰＴＦＥとＦ、ＴＦＥに限るものではなく、ポリ４
弗化エチレン−６弗化プロピレンコポリマー（ＦＥＰ）
を用いてもよい。また細粒粉と粗粒粉の組合わせについ
ても、これらの結着剤を任意に選択して用いることがで
きる。同種の樹脂のみを用いてもよいことは勿論である
。
第２図は粗粒樹脂の触媒粉１００重量部に対する添加量
と電極特性との関係を示した線図であり、細粒樹脂は従
来のように５〜４０重量係としたとき、粗粒樹脂が３０
重量％を超えると、電解液の浸透性が悪くなり、電極特
性が急激に低下することを表わしている。
と電極特性との関係を示した線図であり、細粒樹脂は従
来のように５〜４０重量係としたとき、粗粒樹脂が３０
重量％を超えると、電解液の浸透性が悪くなり、電極特
性が急激に低下することを表わしている。
同様に第３図は粗粒樹脂の添加量と、触媒層。
電極基材間の結着強度との関係を、剥離試験を行った結
果をプロットして得られた線図であり、良好な結着強度
を得るには、粗粒樹脂の添加量の下限は触媒粉１００重
量部に対して少くとも２重量部は必要である。
果をプロットして得られた線図であり、良好な結着強度
を得るには、粗粒樹脂の添加量の下限は触媒粉１００重
量部に対して少くとも２重量部は必要である。
したがって第２図、第３図から、粗粒樹脂添加量の好ま
しい範囲は触媒粉１００重量部に対して、。、−３０重
量部であることがわかる。
しい範囲は触媒粉１００重量部に対して、。、−３０重
量部であることがわかる。
”！’ｌ一方粗粒樹脂の粒径を５〜２０μｍとしたのは
、１淡）μｍ以下では、樹脂が触媒粉の表面を覆う面積
が大きくなって、触媒層の撥水性が高くなり過ぎてしま
い、また２０μｍ以上では、触媒層と電極基材との接触
面にお−ける前述の点溶接状の間隔が大きくなり過ぎて
、結着強度の低下を招くことと実用的にこの範囲の粒径
のものが最も入手しやすいからである。
、１淡）μｍ以下では、樹脂が触媒粉の表面を覆う面積
が大きくなって、触媒層の撥水性が高くなり過ぎてしま
い、また２０μｍ以上では、触媒層と電極基材との接触
面にお−ける前述の点溶接状の間隔が大きくなり過ぎて
、結着強度の低下を招くことと実用的にこの範囲の粒径
のものが最も入手しやすいからである。
第４図は本発明によるガス拡散電極を空気極として用い
た燃料電池と、同じ〈従来の燃料電池の運転時間に対す
る出力電圧の変化を両者の比較において示した線図であ
る０第４図における曲線イは本発明の電極であり、曲線
口は従来電極の場合である。両曲線の比較かｈ明らかな
ように電極触媒層に微粉末のＰＴＦＥのみを添加しであ
る従来の燃料電池が約２６００時間で特性が低下してし
まうのに対して、さらに粗粒ＥＴＦＥを添加した本発明
の電極を有する燃料電池は３０００時間を過ぎてもなお
安定な運転を継続している。
た燃料電池と、同じ〈従来の燃料電池の運転時間に対す
る出力電圧の変化を両者の比較において示した線図であ
る０第４図における曲線イは本発明の電極であり、曲線
口は従来電極の場合である。両曲線の比較かｈ明らかな
ように電極触媒層に微粉末のＰＴＦＥのみを添加しであ
る従来の燃料電池が約２６００時間で特性が低下してし
まうのに対して、さらに粗粒ＥＴＦＥを添加した本発明
の電極を有する燃料電池は３０００時間を過ぎてもなお
安定な運転を継続している。
以上実施例で説明したように、本発明のガス拡散電極は
、触媒層に従来のように結着剤兼撥水剤として作用する
弗素樹脂の微粉末だけを添加した’：：＃（Ｉのではな
く、さらにこれより遥かに粒径の大きい１弗素樹脂を同
時に添加して、細粒と粗粒のそれ・４れの有する結着剤
または撥水剤としての機能をう才く利用している所に特
徴があり、触媒層に粗粒の樹脂を添加することにより、
電極基材との接触部における結着剤の面積が増して接着
強度を高め、触媒層中の全樹脂量が多くなるにも拘らず
、触媒層中に空隙を形成して電解液の浸透性が損われる
ことなく、一方細粒の樹脂は触媒粉に適度の撥水性を与
えるから、その結果として、燃料電池は、燃料または空
気と、触媒、電解液の三相界面に、おける電気化学的反
応が良好な条件のもとに行われるようになり、燃料電池
の寿命が著しく改善されるという大きな利点を有するも
のである０
、触媒層に従来のように結着剤兼撥水剤として作用する
弗素樹脂の微粉末だけを添加した’：：＃（Ｉのではな
く、さらにこれより遥かに粒径の大きい１弗素樹脂を同
時に添加して、細粒と粗粒のそれ・４れの有する結着剤
または撥水剤としての機能をう才く利用している所に特
徴があり、触媒層に粗粒の樹脂を添加することにより、
電極基材との接触部における結着剤の面積が増して接着
強度を高め、触媒層中の全樹脂量が多くなるにも拘らず
、触媒層中に空隙を形成して電解液の浸透性が損われる
ことなく、一方細粒の樹脂は触媒粉に適度の撥水性を与
えるから、その結果として、燃料電池は、燃料または空
気と、触媒、電解液の三相界面に、おける電気化学的反
応が良好な条件のもとに行われるようになり、燃料電池
の寿命が著しく改善されるという大きな利点を有するも
のである０
第１図は本発明の電極構成を示す模式的説明図、第２し
］は本発明の電極触媒層への粗粒樹脂の添加量と燃料電
池出力との関係を示す線図、第３図は同じく粗粒樹脂添
加量と、触媒層、電極基材間の結着強度との関係を示す
線図、第４図は本発明の電極を用いた燃料電池と、従来
の燃料電池の運転時間に対する出力電圧の変化を示す線
図である０１・・・ニッケル焼結板、２ ・触媒粉末、
３・・細粒謝壓、４・・粗粒樹脂。 工業捌３Ｗ表川田旙苅 ；１−１図 添加量倍ｐ数〕 ；Ｉ−２図
］は本発明の電極触媒層への粗粒樹脂の添加量と燃料電
池出力との関係を示す線図、第３図は同じく粗粒樹脂添
加量と、触媒層、電極基材間の結着強度との関係を示す
線図、第４図は本発明の電極を用いた燃料電池と、従来
の燃料電池の運転時間に対する出力電圧の変化を示す線
図である０１・・・ニッケル焼結板、２ ・触媒粉末、
３・・細粒謝壓、４・・粗粒樹脂。 工業捌３Ｗ表川田旙苅 ；１−１図 添加量倍ｐ数〕 ；Ｉ−２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 触媒層の混合割合が触媒粉１００重量部に対して、：鮒
１の樹脂は５〜４０重量部、第２の樹脂は２〜３０重量
部であることを特徴とする燃料電池のガス拡散電極。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の電極にお
いて、第１および第２の樹脂材料がポリ４弗化エチレン
、エチレン−ポリ４弗化エチレンコポリマー、ポリ４弗
化エチレン−６弗化プロピレンコポリマーのうちから、
任意に定められ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 |
|---|---|---|---|
| JP58230657A JPS60124358A (ja) | 1983-12-08 | 1983-12-08 | 燃料電池のガス拡散電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58230657A JPS60124358A (ja) | 1983-12-08 | 1983-12-08 | 燃料電池のガス拡散電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60124358A true JPS60124358A (ja) | 1985-07-03 |
Family
ID=16911236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58230657A Pending JPS60124358A (ja) | 1983-12-08 | 1983-12-08 | 燃料電池のガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60124358A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0467569A (ja) * | 1990-07-09 | 1992-03-03 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池の電極 |
| WO2003052844A1 (fr) * | 2001-12-17 | 2003-06-26 | Nippon Valqua Industries, Ltd. | Film de diffusion, electrode comportant ce film de diffusion et procede de production d'un tel film de diffusion |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5776760A (en) * | 1980-10-30 | 1982-05-13 | Japan Storage Battery Co Ltd | Gas diffusion electrode |
-
1983
- 1983-12-08 JP JP58230657A patent/JPS60124358A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5776760A (en) * | 1980-10-30 | 1982-05-13 | Japan Storage Battery Co Ltd | Gas diffusion electrode |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0467569A (ja) * | 1990-07-09 | 1992-03-03 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池の電極 |
| WO2003052844A1 (fr) * | 2001-12-17 | 2003-06-26 | Nippon Valqua Industries, Ltd. | Film de diffusion, electrode comportant ce film de diffusion et procede de production d'un tel film de diffusion |
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