JPS60133659A - 燃料電池の電極触媒層の製造方法 - Google Patents
燃料電池の電極触媒層の製造方法Info
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- JPS60133659A JPS60133659A JP58241619A JP24161983A JPS60133659A JP S60133659 A JPS60133659 A JP S60133659A JP 58241619 A JP58241619 A JP 58241619A JP 24161983 A JP24161983 A JP 24161983A JP S60133659 A JPS60133659 A JP S60133659A
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- electrode
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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
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】
〔発明の蔵する技術分野〕
本発明は燃料電池のガス拡散電極の製造方法に関する。
第１図は燃料電池の主要部構造の一例を模式的に図示し
たものである。第１図においてガス拡散電極１は電極基
材２と触媒層３とからなシ、触媒Ｎ３は電解液を含むマ
トリックス４に接している０電極基材２れ例えば炭素繊
維５などからなシ、リブを有し、セパレータ板６との間
にガス室７を形成する。一方触媒層３は一般にフッ素樹
脂、例えばポリテトラフロロエチレン（以下ＰＴＦＥと
略称する）粒子８と、電池内における電気化学的な反応
促進剤である触媒粒子９とが混合された薄層としてつく
られる。 ＰＴＦＥ粒子８は触媒粒子９の結着剤である
が、同時に電気化学的反応に必要な反応ガスを供給する
通路、もしくは電気化学的反応生成物がガス状で除去さ
れる通路が電解液で濡れるのを防ぐための抗水剤として
も作用する。
たものである。第１図においてガス拡散電極１は電極基
材２と触媒層３とからなシ、触媒Ｎ３は電解液を含むマ
トリックス４に接している０電極基材２れ例えば炭素繊
維５などからなシ、リブを有し、セパレータ板６との間
にガス室７を形成する。一方触媒層３は一般にフッ素樹
脂、例えばポリテトラフロロエチレン（以下ＰＴＦＥと
略称する）粒子８と、電池内における電気化学的な反応
促進剤である触媒粒子９とが混合された薄層としてつく
られる。 ＰＴＦＥ粒子８は触媒粒子９の結着剤である
が、同時に電気化学的反応に必要な反応ガスを供給する
通路、もしくは電気化学的反応生成物がガス状で除去さ
れる通路が電解液で濡れるのを防ぐための抗水剤として
も作用する。
この電池の運転時には、反応ガスはガス室７から基材２
を通シ、ＰＴＦＥなどの抗水剤を含む粒子群からなる触
媒層３内部の抗水性域を触媒活性点と電解液とが接する
反応点まで拡散し、電気化学的反応を起こす。その結果
化ずる反応生成物はガス状となって、反応ガスとは逆方
向に、触媒層３内の反応点から電極外部のガス室７に向
って、ＰＴＦＥなどの抗水剤を含む粒子群からなる撓水
域れる従来の触媒層３について、さらに詳しい構成を第
２図に模式図として示した０第１図と同−符号は同一名
称で表わしである０第２図はＰＴＦＥ粒子８と触媒粒子
９とを混合した後、ＰＴＦＥの融点以上の温度で焼成し
てＰＴＦＥ粒子８同志を結着させたものである。
を通シ、ＰＴＦＥなどの抗水剤を含む粒子群からなる触
媒層３内部の抗水性域を触媒活性点と電解液とが接する
反応点まで拡散し、電気化学的反応を起こす。その結果
化ずる反応生成物はガス状となって、反応ガスとは逆方
向に、触媒層３内の反応点から電極外部のガス室７に向
って、ＰＴＦＥなどの抗水剤を含む粒子群からなる撓水
域れる従来の触媒層３について、さらに詳しい構成を第
２図に模式図として示した０第１図と同−符号は同一名
称で表わしである０第２図はＰＴＦＥ粒子８と触媒粒子
９とを混合した後、ＰＴＦＥの融点以上の温度で焼成し
てＰＴＦＥ粒子８同志を結着させたものである。
しかしながら、この電極触媒層はＰＴＦＥ粒子８と触媒
粒子９とがランダム配置となっておシ、燃料電池の運転
中は電解液が空孔１０に取シ込まれ、その結果反応ガス
の拡散が阻止され、あるいはガス状の反応生成物が拡散
除去されるのを妨げるなどの障害を生ずるようになり、
本来触媒のもっている機能を十分に果すことができない
うちに電極の特性が劣化してし壕うという欠点があった
。
粒子９とがランダム配置となっておシ、燃料電池の運転
中は電解液が空孔１０に取シ込まれ、その結果反応ガス
の拡散が阻止され、あるいはガス状の反応生成物が拡散
除去されるのを妨げるなどの障害を生ずるようになり、
本来触媒のもっている機能を十分に果すことができない
うちに電極の特性が劣化してし壕うという欠点があった
。
本発明は上述の欠点を除去し、燃料電池の長期間の運転
に際して、触媒自体が劣化するまでは反応ガスが供給さ
れ、ガス状反応生成物が拡散除去されるような通気性の
よい電極の製造方法を提供することにある。
に際して、触媒自体が劣化するまでは反応ガスが供給さ
れ、ガス状反応生成物が拡散除去されるような通気性の
よい電極の製造方法を提供することにある。
〔発明の要点〕
本発明は炭素粒子と椀水剤のＰＴＦＥを多く含む粒子群
をあらかじめ製造しておき、これを触媒粒子と混合混錬
して触媒層とすることにより、ＰＴＦＥを多く含む粒子
内または粒子間にガス拡散性のよいガス通路を確保し、
燃料電池の電極特性を長期間にわたって維持できるよう
にしたものである。
をあらかじめ製造しておき、これを触媒粒子と混合混錬
して触媒層とすることにより、ＰＴＦＥを多く含む粒子
内または粒子間にガス拡散性のよいガス通路を確保し、
燃料電池の電極特性を長期間にわたって維持できるよう
にしたものである。
以下本発明を実施例に基づき説明する。
第３図は本発明による電極触媒層の構造を模式図として
示したものであｐｌ この場合も第１図。
示したものであｐｌ この場合も第１図。
第２図と同一符号は同一名称で表わしである。第３図に
おいて電極触媒層はＰＴＦＥ粒子８と、電極における電
気化学的反応を促進させる活性物例えは白金などを担持
した触媒粒子９と、電気化学的反応に必要な反応ガスお
よび電極内で電気化学的反応によシ生成される反応生成
物がガス状で通過する通路となる抗水性粒子群１１とか
ら構成されている。
おいて電極触媒層はＰＴＦＥ粒子８と、電極における電
気化学的反応を促進させる活性物例えは白金などを担持
した触媒粒子９と、電気化学的反応に必要な反応ガスお
よび電極内で電気化学的反応によシ生成される反応生成
物がガス状で通過する通路となる抗水性粒子群１１とか
ら構成されている。
抗水性粒子群１１は炭素粒子１００．＠ｒに対してＰＴ
ＦＥディスパージョン７０ｇｒを添加混合した後に３７
０℃で５分間焼成して、これを粉砕しふるい分けること
により直径約３０μｍのものが得られる。
ＦＥディスパージョン７０ｇｒを添加混合した後に３７
０℃で５分間焼成して、これを粉砕しふるい分けること
により直径約３０μｍのものが得られる。
この抗水性粒子群１１の構成を第４図に模式的に示した
。第４図において炭素粒子１２は電極触媒層に導電性を
与える役割を果たしＰＴＦＥ粒子８は電解液に対して十
分な抗水性を有する。炭素粒子１２とＰＴＦＥ粒子８と
により形成される空隙１３を反応ガスあるいは反応生成
物が通過することカニできる。
。第４図において炭素粒子１２は電極触媒層に導電性を
与える役割を果たしＰＴＦＥ粒子８は電解液に対して十
分な抗水性を有する。炭素粒子１２とＰＴＦＥ粒子８と
により形成される空隙１３を反応ガスあるいは反応生成
物が通過することカニできる。
次に抗水性粒子群１１と白金などの触媒を担持した触媒
粒子９とを混合し、これに触媒粒子９を結着するために
適量のＰＴＦＥを添加して第３図に示した％極触媒層が
周知の方法により電極基拐上に形成される。
粒子９とを混合し、これに触媒粒子９を結着するために
適量のＰＴＦＥを添加して第３図に示した％極触媒層が
周知の方法により電極基拐上に形成される。
抗水性粒子群１１の大きさは、ガス拡散電極の反応ガス
側と、電がｒ源側との間の連続的なガス通路を確保でき
るように、電極の厚さに対する最適な寸法割合を１コす
ることが望ましく、本実施９’ｒでは電極触媒層が約１
００μｍの厚さのとき抗水性粒子群の径が約３０μｆｆ
＋とした場合である札この寸’＋Ｌ Ｉ＋、 ＋ＪＬ門
創乳１１１ハ蛤管昶姓Ｖ Ｎ Ｅ Ｉ 、て最適な関係
を設定するのがよい。
側と、電がｒ源側との間の連続的なガス通路を確保でき
るように、電極の厚さに対する最適な寸法割合を１コす
ることが望ましく、本実施９’ｒでは電極触媒層が約１
００μｍの厚さのとき抗水性粒子群の径が約３０μｆｆ
＋とした場合である札この寸’＋Ｌ Ｉ＋、 ＋ＪＬ門
創乳１１１ハ蛤管昶姓Ｖ Ｎ Ｅ Ｉ 、て最適な関係
を設定するのがよい。
第５図は直径３０μｍの抗水性粒子群を有する触媒層の
厚さ１００μｍの電極と、抗水性粒子群をもたず触媒粉
とＰＴＦＥがランダム配置された従来の１００μｍ厚さ
の触媒層を備えたガス拡散電極を用いた場合の燃料電池
の放電特性の比較を示したものである。第５図において
曲線イは本発明による電極１曲線口は従来電極を表わし
ている。
厚さ１００μｍの電極と、抗水性粒子群をもたず触媒粉
とＰＴＦＥがランダム配置された従来の１００μｍ厚さ
の触媒層を備えたガス拡散電極を用いた場合の燃料電池
の放電特性の比較を示したものである。第５図において
曲線イは本発明による電極１曲線口は従来電極を表わし
ている。
第５図から従来電極が約１０００時間で劣イヒするのに
対して、本発明による電極を用いた［％料電池は１０，
０００時間以上にわたり安定した特性を持続しているこ
とがわかる。
対して、本発明による電極を用いた［％料電池は１０，
０００時間以上にわたり安定した特性を持続しているこ
とがわかる。
以上実施例で説明したごとく、従来のガス拡散電極に用
いられる触媒層は触媒粒子とＰＴＦＥ粒子とがランダム
に配置されているのでガス通路はこれらの接触していな
い空隙となるカニ、この８１分は触媒粒子とＰＴＦＥ粒
子との混合状態によっては、周囲が多くの炭素粒子によ
って形成され、抗水性が十分でない個所もあり、した〃
二つてこのような空隙部ｔ」、電ｍ液が浸透し、て６Ｉ
６れ、反応ガスの拡散が妨けられその結果電極の劣化を
早めるのに対し、本発明の方法によシ得られる霜、極触
媒層は炭素粉末とＰＴＦＥからなる大きな粒子群と、こ
れに混合された触媒粒子が結着されておシ、炭素粉末と
ＰＴＦＥからなる粒子群に形成される空隙は排水性に富
み、電解液による瀧れがなく、反応ガスを確実に通過さ
せる通路となシ、また炭素粉末自体も通気性をもってい
る。したがってガス透過性の向上によシ、触媒活性を晶
めることかでき、また炭素粉末は導電性に富与すること
から燃料箱１池の電極寿命を長期間にわたって持続する
ことができる。
いられる触媒層は触媒粒子とＰＴＦＥ粒子とがランダム
に配置されているのでガス通路はこれらの接触していな
い空隙となるカニ、この８１分は触媒粒子とＰＴＦＥ粒
子との混合状態によっては、周囲が多くの炭素粒子によ
って形成され、抗水性が十分でない個所もあり、した〃
二つてこのような空隙部ｔ」、電ｍ液が浸透し、て６Ｉ
６れ、反応ガスの拡散が妨けられその結果電極の劣化を
早めるのに対し、本発明の方法によシ得られる霜、極触
媒層は炭素粉末とＰＴＦＥからなる大きな粒子群と、こ
れに混合された触媒粒子が結着されておシ、炭素粉末と
ＰＴＦＥからなる粒子群に形成される空隙は排水性に富
み、電解液による瀧れがなく、反応ガスを確実に通過さ
せる通路となシ、また炭素粉末自体も通気性をもってい
る。したがってガス透過性の向上によシ、触媒活性を晶
めることかでき、また炭素粉末は導電性に富与すること
から燃料箱１池の電極寿命を長期間にわたって持続する
ことができる。
第１図は燃料電池の主侠部を示す模式的断面図。
第２図は従来の電極触媒層の構成を示す模式的断面図、
第３図は本発明による電極触媒層の構成を示ず模式的ｌ
＃１面図、第４図は本発明による抗水性粒子群を示す模
式的説明図、第５図は従来電極と本発明による％、極と
の電極特性の比較を示した線図である。 １・・・・・ガス拡散電極、３・・・・・・触媒層、８
・・・・・・ＰＴＦＥ粒子、９・・・・・・触媒粒子、
１０．１３・・・・・・空隙。 １１・・・・・・抗水性粒子群、１２・・・・・・炭素
粒子。 第１図 第２図 第３図
第３図は本発明による電極触媒層の構成を示ず模式的ｌ
＃１面図、第４図は本発明による抗水性粒子群を示す模
式的説明図、第５図は従来電極と本発明による％、極と
の電極特性の比較を示した線図である。 １・・・・・ガス拡散電極、３・・・・・・触媒層、８
・・・・・・ＰＴＦＥ粒子、９・・・・・・触媒粒子、
１０．１３・・・・・・空隙。 １１・・・・・・抗水性粒子群、１２・・・・・・炭素
粒子。 第１図 第２図 第３図
Claims (1)
- １）炭素粒子とポリテトラフロロエチレン粒子とからな
る大径の抗水性粒子群αυと、触媒を担持した炭素粒子
（９）と、ポリテトラフロロエチレン（８）とを混合し
焼成することを特徴とする燃料電池の電極触媒層の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58241619A JPS60133659A (ja) | 1983-12-21 | 1983-12-21 | 燃料電池の電極触媒層の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58241619A JPS60133659A (ja) | 1983-12-21 | 1983-12-21 | 燃料電池の電極触媒層の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60133659A true JPS60133659A (ja) | 1985-07-16 |
Family
ID=17077016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58241619A Pending JPS60133659A (ja) | 1983-12-21 | 1983-12-21 | 燃料電池の電極触媒層の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60133659A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4696872A (en) * | 1985-09-05 | 1987-09-29 | Electrochemische Energieconversie N.V. (Elenco N.V.) | Process for producing a catalytic layer for a fuel cell electrode |
| JPH0467569A (ja) * | 1990-07-09 | 1992-03-03 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池の電極 |
| US7378450B2 (en) | 2001-12-27 | 2008-05-27 | University Of Connecticut | Aerogel and metallic compositions |
-
1983
- 1983-12-21 JP JP58241619A patent/JPS60133659A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4696872A (en) * | 1985-09-05 | 1987-09-29 | Electrochemische Energieconversie N.V. (Elenco N.V.) | Process for producing a catalytic layer for a fuel cell electrode |
| JPH0467569A (ja) * | 1990-07-09 | 1992-03-03 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池の電極 |
| US7378450B2 (en) | 2001-12-27 | 2008-05-27 | University Of Connecticut | Aerogel and metallic compositions |
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