JPS6110867A - 燃料電池の電極触媒の製造方法 - Google Patents
燃料電池の電極触媒の製造方法Info
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- JPS6110867A JPS6110867A JP59130693A JP13069384A JPS6110867A JP S6110867 A JPS6110867 A JP S6110867A JP 59130693 A JP59130693 A JP 59130693A JP 13069384 A JP13069384 A JP 13069384A JP S6110867 A JPS6110867 A JP S6110867A
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- particles
- electrode
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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
本発明は燃料電池の電極基材に設けられる触媒層に関す
る。
る。
例えば燐酸を電解質とする燃料電池は燐酸電解液を保持
したマトリックスを挟持する空気電極と水素電極を備え
、これら両電極はいずれも多孔性の電極基材に貴金属の
触媒を担持したカーボン粉末を弗素樹脂で結合した触媒
層を設けることにより、両電極に供給され拡散する空気
または水素と燐酸電解液および触媒の三相共存における
電気化学的反応を連続的に行わせて、直接電気エネルギ
ーを取り出す装置であって、電池の寿命と単位電流密度
当りの出力電圧などの電池特性は両電極に設けられる触
媒層の性能に影響される所が大きい。 第４図は燃料電池に用いられる空気または水素の拡散電
極の構造を模式的な断面図で示したものである。第４図
においてガス拡散電極は電極基材と触媒層のＡ、Ｂ二つ
の領域からなっている。へ領域の電極基材は空気または
水素の流通路Ｃを有し、耐熱性、耐腐食性および電気伝
導性に優れた多孔質カーボンが用いられる。Ｂ領域の触
媒層は貴金属を担持したカーボン粉末に、電気化学的反
応を行わせるのに必要な適度の撥水性を持たせるように
弗素樹脂が添加され両者が混全一体となっている。この
触媒層を形成するための貴金属を担持したカーボン粉末
と分散液に分散された弗素樹脂の粒子をそれぞれ粒度分
布計により粒度分布を測定すると例えば第５図のように
なる。第５図は横軸に対数目盛で各粒子の粒径、縦軸は
全粒子量に対する重量比率で示しであるが、曲線（イ）
はカーボン粉末１曲線（ロ）は弗素樹脂のそれぞれ粒度
分布を表している。第一５図かられかるように弗素樹脂
粒子は大部分が０．１〜０．４μｍの粒径の狭い範囲に
あって急峻な山をもった分布となるのに対してカーボン
粒子は粒径０．１〜５μｍにわたる広い範囲に分布して
いる。すなわち弗素樹脂粒子はほぼ均一な粒径となって
いるがカーボン粒子はかなり不均一な粒径をもったもの
である。 このように不均一な粒径を有するカーボン粒子に貴金属
を担持した触媒を用いて触媒層を製作した場合、カーボ
ン粒子と弗素樹脂粒子が互に凝集または偏在するように
なり、両者が均一に混合されないために、このような触
媒層をもつ電極を用いた燃料電池は電池特性を長時間安
定に保持することができず、運転中の劣化がはやいとい
う欠点がある。
したマトリックスを挟持する空気電極と水素電極を備え
、これら両電極はいずれも多孔性の電極基材に貴金属の
触媒を担持したカーボン粉末を弗素樹脂で結合した触媒
層を設けることにより、両電極に供給され拡散する空気
または水素と燐酸電解液および触媒の三相共存における
電気化学的反応を連続的に行わせて、直接電気エネルギ
ーを取り出す装置であって、電池の寿命と単位電流密度
当りの出力電圧などの電池特性は両電極に設けられる触
媒層の性能に影響される所が大きい。 第４図は燃料電池に用いられる空気または水素の拡散電
極の構造を模式的な断面図で示したものである。第４図
においてガス拡散電極は電極基材と触媒層のＡ、Ｂ二つ
の領域からなっている。へ領域の電極基材は空気または
水素の流通路Ｃを有し、耐熱性、耐腐食性および電気伝
導性に優れた多孔質カーボンが用いられる。Ｂ領域の触
媒層は貴金属を担持したカーボン粉末に、電気化学的反
応を行わせるのに必要な適度の撥水性を持たせるように
弗素樹脂が添加され両者が混全一体となっている。この
触媒層を形成するための貴金属を担持したカーボン粉末
と分散液に分散された弗素樹脂の粒子をそれぞれ粒度分
布計により粒度分布を測定すると例えば第５図のように
なる。第５図は横軸に対数目盛で各粒子の粒径、縦軸は
全粒子量に対する重量比率で示しであるが、曲線（イ）
はカーボン粉末１曲線（ロ）は弗素樹脂のそれぞれ粒度
分布を表している。第一５図かられかるように弗素樹脂
粒子は大部分が０．１〜０．４μｍの粒径の狭い範囲に
あって急峻な山をもった分布となるのに対してカーボン
粒子は粒径０．１〜５μｍにわたる広い範囲に分布して
いる。すなわち弗素樹脂粒子はほぼ均一な粒径となって
いるがカーボン粒子はかなり不均一な粒径をもったもの
である。 このように不均一な粒径を有するカーボン粒子に貴金属
を担持した触媒を用いて触媒層を製作した場合、カーボ
ン粒子と弗素樹脂粒子が互に凝集または偏在するように
なり、両者が均一に混合されないために、このような触
媒層をもつ電極を用いた燃料電池は電池特性を長時間安
定に保持することができず、運転中の劣化がはやいとい
う欠点がある。
本発明の目的は上述の欠点を除去し、貴金属を担持した
カーボン粒子と弗素樹脂との均一な混合が容易で、高い
触媒活性が得られ、電池特性を向上させるガス拡散電極
触媒の製造方法を提供することにある。
カーボン粒子と弗素樹脂との均一な混合が容易で、高い
触媒活性が得られ、電池特性を向上させるガス拡散電極
触媒の製造方法を提供することにある。
本発明の方法は溶媒中に分散したカーボン粉末から遠心
分離法を用いて弗素樹脂とほぼ同一粒径を有するカーボ
ン粒子を選別して、これに貴金属を担持させた後、弗素
樹脂と混合することにより電極触媒を得るものである。
分離法を用いて弗素樹脂とほぼ同一粒径を有するカーボ
ン粒子を選別して、これに貴金属を担持させた後、弗素
樹脂と混合することにより電極触媒を得るものである。
以下本発明を実施例に基づき説明する。
貴金属を担持していないカーボン粒子を超音波分散器な
どにより溶媒中に分散したとき、カーボン粒子の沈降速
度がその粒子径により異なることを利用して遠心分離法
を用いて、分散された溶媒中のカーボン粒子から弗素樹
脂粒子とほぼ同一のカーボン粒子を分離選別することが
できる。遠心分離法によるカーボン粒径に対する沈降速
度は溶媒に純水を用い遠心分離器の回転数を２００Ｏｒ
ｐｍ、沈降距離をｌ Ｑ ｃｍとして計算すると第１表
に示すよう実際に必要な粒径を有するカーボン粒子を選
別するには第１表の関係から、カーボン粒子の分散液を
遠心分離器にセットして回転数２ＱＱＯｒｐｍで１３．
８分間回転させて弗素樹脂の粒子径より大きい０．４μ
ｍ以上のカーボン粒子を沈澱分離し、次に上澄液を再び
２２０分間回転させることにより、０．１〜０．４μｍ
の粒径をもつカーボン粒子を沈澱分離さ、せこれを乾燥
する。この方法により第５図に示したような粒径が０．
１〜５μｍに分布しているカーボン粒子から粒径が０．
１〜０．４μｍに分布している弗素樹脂粒子とほぼ同じ
径を有するカーボン粒子を得ることができる。 このカーボン粒子に貴金属を担持し触媒を作製し、さら
に電気化学反応を起こすに必要な適度のＩＯ水性を持た
せる弗素樹脂を添加混合した後、これを電極基材の上に
スクリーン印刷法やスプレー法により塗布乾燥して触媒
層が得られる。かくして得られた電極構造を第４図と同
様に模式的断面図で示したのが第１図である。第１図の
ように本発明の適用されたＢ領域の触媒層はほぼ同一粒
子径のカーボン粒子と弗素樹脂が互に凝集または偏在す
ることなく均一に混合さている。 なお本実施例では第５図に示したような粒度分布をもっ
た弗素樹脂のディスパージョンを用いたときにこの弗素
樹脂の粒度に合わせるようにカーボン粒子径を選別する
方法を述べたが、これとは異なる弗素樹脂粒度分布を有
するディスパージョンを用いた場合には、カーボン粒子
はその弗素樹脂の粒度とほぼ同じ粒径のものを選別すれ
ばよく、その分離選別方法は実施例に述べたのと全く同
様の手法を用いることができる。 次に本発明が適用された電極を備えた燃料電池の特性を
第２図および第３図に示す。第２図は輩セルにおける電
流電圧特性を示したものであるが、比較のため従来電極
の場合を併記してあり、曲線（イ）が本発明電極３曲線
（ロ）が従来電極を用・いたときの特性である。第２図
から本発明電極は均一な粒度の触媒層としたために、高
電流密度に至るまで高い出力電圧を示し、不均一粒度の
触媒層をもった従来電極に比べて高い触媒活性とガス拡
散性が得られ、良好な電気化学的反応を生じていること
がわかる。また第３図は単セルでの寿命を表すものであ
り、長期間運転したときの電池の劣化速度に対応してい
る。運転条件は電流密度２００ｍＡ／ｃｎ！、温度１９
℃である。第３図において曲線（イ）が本発明による電
極１曲線（ロ）が従来電極を用いたときの電池の性能を
示している。第３図かられかるように本発明による電極
をもつ電池では長時間運転しても出力電圧が低下するこ
となく、はぼフラットな直線となっているのに対し、広
い粒度分布の触媒と弗素樹脂が均一に混合されないため
に弗素樹脂の偏在によるビンポールの発性能劣化が速い
。
どにより溶媒中に分散したとき、カーボン粒子の沈降速
度がその粒子径により異なることを利用して遠心分離法
を用いて、分散された溶媒中のカーボン粒子から弗素樹
脂粒子とほぼ同一のカーボン粒子を分離選別することが
できる。遠心分離法によるカーボン粒径に対する沈降速
度は溶媒に純水を用い遠心分離器の回転数を２００Ｏｒ
ｐｍ、沈降距離をｌ Ｑ ｃｍとして計算すると第１表
に示すよう実際に必要な粒径を有するカーボン粒子を選
別するには第１表の関係から、カーボン粒子の分散液を
遠心分離器にセットして回転数２ＱＱＯｒｐｍで１３．
８分間回転させて弗素樹脂の粒子径より大きい０．４μ
ｍ以上のカーボン粒子を沈澱分離し、次に上澄液を再び
２２０分間回転させることにより、０．１〜０．４μｍ
の粒径をもつカーボン粒子を沈澱分離さ、せこれを乾燥
する。この方法により第５図に示したような粒径が０．
１〜５μｍに分布しているカーボン粒子から粒径が０．
１〜０．４μｍに分布している弗素樹脂粒子とほぼ同じ
径を有するカーボン粒子を得ることができる。 このカーボン粒子に貴金属を担持し触媒を作製し、さら
に電気化学反応を起こすに必要な適度のＩＯ水性を持た
せる弗素樹脂を添加混合した後、これを電極基材の上に
スクリーン印刷法やスプレー法により塗布乾燥して触媒
層が得られる。かくして得られた電極構造を第４図と同
様に模式的断面図で示したのが第１図である。第１図の
ように本発明の適用されたＢ領域の触媒層はほぼ同一粒
子径のカーボン粒子と弗素樹脂が互に凝集または偏在す
ることなく均一に混合さている。 なお本実施例では第５図に示したような粒度分布をもっ
た弗素樹脂のディスパージョンを用いたときにこの弗素
樹脂の粒度に合わせるようにカーボン粒子径を選別する
方法を述べたが、これとは異なる弗素樹脂粒度分布を有
するディスパージョンを用いた場合には、カーボン粒子
はその弗素樹脂の粒度とほぼ同じ粒径のものを選別すれ
ばよく、その分離選別方法は実施例に述べたのと全く同
様の手法を用いることができる。 次に本発明が適用された電極を備えた燃料電池の特性を
第２図および第３図に示す。第２図は輩セルにおける電
流電圧特性を示したものであるが、比較のため従来電極
の場合を併記してあり、曲線（イ）が本発明電極３曲線
（ロ）が従来電極を用・いたときの特性である。第２図
から本発明電極は均一な粒度の触媒層としたために、高
電流密度に至るまで高い出力電圧を示し、不均一粒度の
触媒層をもった従来電極に比べて高い触媒活性とガス拡
散性が得られ、良好な電気化学的反応を生じていること
がわかる。また第３図は単セルでの寿命を表すものであ
り、長期間運転したときの電池の劣化速度に対応してい
る。運転条件は電流密度２００ｍＡ／ｃｎ！、温度１９
℃である。第３図において曲線（イ）が本発明による電
極１曲線（ロ）が従来電極を用いたときの電池の性能を
示している。第３図かられかるように本発明による電極
をもつ電池では長時間運転しても出力電圧が低下するこ
となく、はぼフラットな直線となっているのに対し、広
い粒度分布の触媒と弗素樹脂が均一に混合されないため
に弗素樹脂の偏在によるビンポールの発性能劣化が速い
。
以上実施例で説明したように、燃料電池のガス拡散電極
に触媒層を設けるに当り、従来貴金属を担持するカーボ
ン粒子と、撥水性を付与する弗素樹脂粒子とがそれぞれ
粒度分布が著しく異るために、両者が均一に混合されず
、電池の特性が阻害されていたのに対し、本発明では貴
金属を担持する前のカーボン粒子の分散液をｉ心分離器
にかけて弗素樹脂粒子とほぼ同じ粒径を有するカーボン
粒子のみを沈殿分離することにより抽出し、このカーボ
ン粉末に貴金属を担持させた後弗素樹脂粒子を添加混合
し触媒層を形成するようにしたために、触媒粒子と弗素
樹脂粒子とはほぼ同一粒径同志のものが混合され結着さ
れるから、−ｍにまざり合ったものとなり弗素樹脂が局
部的に偏在することなく、ピンホールの発生もなく高い
触媒活性が得られ、また電極のガス拡散性を向上させそ
の結果本発明による触媒層を有する電極を用いた電池は
長時間の運転においても従来電池のように早期に劣化す
ることなく、優れた性能を持続することができる。
に触媒層を設けるに当り、従来貴金属を担持するカーボ
ン粒子と、撥水性を付与する弗素樹脂粒子とがそれぞれ
粒度分布が著しく異るために、両者が均一に混合されず
、電池の特性が阻害されていたのに対し、本発明では貴
金属を担持する前のカーボン粒子の分散液をｉ心分離器
にかけて弗素樹脂粒子とほぼ同じ粒径を有するカーボン
粒子のみを沈殿分離することにより抽出し、このカーボ
ン粉末に貴金属を担持させた後弗素樹脂粒子を添加混合
し触媒層を形成するようにしたために、触媒粒子と弗素
樹脂粒子とはほぼ同一粒径同志のものが混合され結着さ
れるから、−ｍにまざり合ったものとなり弗素樹脂が局
部的に偏在することなく、ピンホールの発生もなく高い
触媒活性が得られ、また電極のガス拡散性を向上させそ
の結果本発明による触媒層を有する電極を用いた電池は
長時間の運転においても従来電池のように早期に劣化す
ることなく、優れた性能を持続することができる。
第１図は本発明による電極の模式的断面図、第′２図は
本発明の適用された電池と従来電池との比較を示す電流
電圧特性線図、第３図は同じく寿命特性線図、第４図は
従来電極の模式的断面図、第５図はカーボン粒子と弗素
樹脂粒子の粒度分布を示す線図である。 Ａ：電極基材 Ｂ：触媒層。 第３図
本発明の適用された電池と従来電池との比較を示す電流
電圧特性線図、第３図は同じく寿命特性線図、第４図は
従来電極の模式的断面図、第５図はカーボン粒子と弗素
樹脂粒子の粒度分布を示す線図である。 Ａ：電極基材 Ｂ：触媒層。 第３図
Claims (1)
- １）貴金属を担持したカーボン粒子に弗素樹脂粒子を添
加混合して燃料電池の電極触媒を製造するに当り、カー
ボン粒子担体の分散液を遠心分離器を用いて前記弗素樹
脂とほぼ同一粒径を有するカーボン粒子のみ沈澱分離さ
せて抽出し、該カーボン粒子に貴金属を担持させた後前
記弗素樹脂を添加することを特徴とする燃料電池の電極
触媒の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59130693A JPS6110867A (ja) | 1984-06-25 | 1984-06-25 | 燃料電池の電極触媒の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59130693A JPS6110867A (ja) | 1984-06-25 | 1984-06-25 | 燃料電池の電極触媒の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6110867A true JPS6110867A (ja) | 1986-01-18 |
| JPH0519264B2 JPH0519264B2 (ja) | 1993-03-16 |
Family
ID=15040360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59130693A Granted JPS6110867A (ja) | 1984-06-25 | 1984-06-25 | 燃料電池の電極触媒の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6110867A (ja) |
Cited By (1)
| 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 |
-
1984
- 1984-06-25 JP JP59130693A patent/JPS6110867A/ja active Granted
Cited By (1)
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0519264B2 (ja) | 1993-03-16 |
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