JPS6139367A - マトリツクス形燃料電池の電極 - Google Patents
マトリツクス形燃料電池の電極Info
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- JPS6139367A JPS6139367A JP59158410A JP15841084A JPS6139367A JP S6139367 A JPS6139367 A JP S6139367A JP 59158410 A JP59158410 A JP 59158410A JP 15841084 A JP15841084 A JP 15841084A JP S6139367 A JPS6139367 A JP S6139367A
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- electrode film
- fuel cell
- matrix
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/08—Fuel cells with aqueous electrolytes
-
- 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
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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
まず第４図にこの発明の実施対象となるマトリックス形
燃料電池の単電池の構造を示す。図において、１は例え
ばりん酸の電解質を保持したマトリックス層、２．３は
マトリックス層１を挟んでその両側に積層された燃料電
極および空気電極、４は隣接する単電池との間に介挿さ
れるセパレート板である。ここで各電極２．３はマトリ
ックス層ｌと反対側の面に燃料、空気の反応ガス通路を
画成するリプ５が突設されたガス透過性の多孔質電極基
板６と、該電極基板６におけるマトリックス層１と接す
る側に成層して配された触媒作用物質を含む電極膜７と
からなる。 かかる構成で電極２．３に対し外部よりリブ５の間に画
成されたガス通路を通じて燃料、空気の反応ガスを供給
することにより、各反応ガスは多孔質電極基板６内に拡
散して電極１Ｉ１７に達し、ここで触媒作用物質の作用
でりん酸と水素、およびりん酸と酸素が電気化学的電極
反応を行って発電作用を営むことは周知の通りである。 ここで上記各電極に付いて、その従来の詳細構造を第５
図に示す。第５図において、電極基板６の一方の面の全
域には、例えばカーボン粉末を触媒担体としてこの触媒
担体に白金等の触媒作用物質を担持させ、これにバイン
ダとしてふっ素樹脂を加えたものを成層して電極膜７が
被着形成されている。一方、電極には電極２．３の積層
状態でその周縁からガス、電解質の漏出を防止するため
に〜電極基板６および電極膜７を含めて電極の周縁には
シール材８が被着されている。かがる構成では、電極膜
７の面域のうちその外周縁部がシール材８で覆われるこ
とになる。 しかして上記のようにシール材８を施した電極構造では
、当然のことながら電極膜７におけるシール材８で覆わ
れた部分はマトリックス層１に接しないので電極反応に
関与せず、この部分に添加されている白金等の触媒作用
物質は有効に作用することがない。したがって従来構造
では、電極反応に関与しない部分にまで高価な触媒作用
物質を添加しており、それだけ余分に触媒作用物質を使
うことになって不経済である。つまり電池の発電能力に
対する触媒作用物質の使用量の割合が高く、燃料電池の
コスト高の原因となる。
燃料電池の単電池の構造を示す。図において、１は例え
ばりん酸の電解質を保持したマトリックス層、２．３は
マトリックス層１を挟んでその両側に積層された燃料電
極および空気電極、４は隣接する単電池との間に介挿さ
れるセパレート板である。ここで各電極２．３はマトリ
ックス層ｌと反対側の面に燃料、空気の反応ガス通路を
画成するリプ５が突設されたガス透過性の多孔質電極基
板６と、該電極基板６におけるマトリックス層１と接す
る側に成層して配された触媒作用物質を含む電極膜７と
からなる。 かかる構成で電極２．３に対し外部よりリブ５の間に画
成されたガス通路を通じて燃料、空気の反応ガスを供給
することにより、各反応ガスは多孔質電極基板６内に拡
散して電極１Ｉ１７に達し、ここで触媒作用物質の作用
でりん酸と水素、およびりん酸と酸素が電気化学的電極
反応を行って発電作用を営むことは周知の通りである。 ここで上記各電極に付いて、その従来の詳細構造を第５
図に示す。第５図において、電極基板６の一方の面の全
域には、例えばカーボン粉末を触媒担体としてこの触媒
担体に白金等の触媒作用物質を担持させ、これにバイン
ダとしてふっ素樹脂を加えたものを成層して電極膜７が
被着形成されている。一方、電極には電極２．３の積層
状態でその周縁からガス、電解質の漏出を防止するため
に〜電極基板６および電極膜７を含めて電極の周縁には
シール材８が被着されている。かがる構成では、電極膜
７の面域のうちその外周縁部がシール材８で覆われるこ
とになる。 しかして上記のようにシール材８を施した電極構造では
、当然のことながら電極膜７におけるシール材８で覆わ
れた部分はマトリックス層１に接しないので電極反応に
関与せず、この部分に添加されている白金等の触媒作用
物質は有効に作用することがない。したがって従来構造
では、電極反応に関与しない部分にまで高価な触媒作用
物質を添加しており、それだけ余分に触媒作用物質を使
うことになって不経済である。つまり電池の発電能力に
対する触媒作用物質の使用量の割合が高く、燃料電池の
コスト高の原因となる。
この発明は上記の点にかんがみなされたものであり、そ
の目的は電池の発電性能をいささかも損なうことなしに
、高価な触媒作用物質の使用量の節減化が図れるように
した低コストの電極を提供することにある。
の目的は電池の発電性能をいささかも損なうことなしに
、高価な触媒作用物質の使用量の節減化が図れるように
した低コストの電極を提供することにある。
上記目的を達成するために、この発明は電極基板上の全
面域に均一に成層された電極膜の面域のうち、直接電極
反応に関与する面域にのみ選択的に触媒作用物質を添加
しすることによって触媒作用物質の使用量を節約するよ
うにしたものである。
面域に均一に成層された電極膜の面域のうち、直接電極
反応に関与する面域にのみ選択的に触媒作用物質を添加
しすることによって触媒作用物質の使用量を節約するよ
うにしたものである。
次ぎにこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。
実施例１：第１図はこの発明により構成された一実施例
の構造を示すものであり、第５図と同じ部材に同一符号
を付す。この実施例と第５図に示した従来の構造と異な
る点は、電極基板６の全面に成層された電極膜７が触媒
作用物質を含む面域７ａと、触媒作用物質を含まない面
域７ｂとに区分されており、かつ前記の面域７ａは電極
膜７におけるシール材８で被覆された周縁部分、つまり
電極反応に直接関与しない部分を除いた面域のみに選択
的に形成されている。 次ぎに上記電極膜の製造工程について述べる。 まず、電極基板６のマトリックス層と対面する側の全面
に、触媒担体としてのカーボン粉末にバインダとなるふ
っ素樹脂を加えたものを例えばスプレー法、塗布法、ロ
ール法等の周知の技術で均一な厚さに成層し、触媒作用
物質を含まない電極膜を形成する。次いで電極の外周縁
にシール材８を被着する。一方、別に触媒作用物質の材
料である塩化白金水溶液を水とアルコールの混合溶液で
所定の濃度に希釈して用意しておき、この溶液を前記電
極膜７の特にシール材８で覆われていない面域７ａ部分
のみに選択的に上方からシャワー状に添加する。次いで
電極膜を乾燥した後に、水素雰囲気中で還元操作を行っ
て図示のように触媒作用物質を含んだ面域７ａを形成し
、電極を完成する。 上記の構造を電極の寸法８００ｍｍ Ｘ ８００ｍｍ
、シール材８の幅寸法ｄが２０＋ａｍの電極に適用して
構成したところによれば、第５図に示した従来の構造と
比べて、電池性能の評価が同じであるにもかかわらず、
触媒作用物質として使用される白金の使用量を約１０％
節約することができた。 実施例２：第２図はマトリックス層１を挟んで対向し合
う電極２，３のうち、一方の電極２の電極膜には電解質
の移動通路９が格子状に切り欠き形成されている燃料電
池の電極に適用した実施例を示すものである。かかる構
成の燃料電池では、電極２例の電解質移動通路９に対向
する電極３側の電極膜の面域部分は電極反応に有効にあ
ずからないとされている。そこで電極３については、第
３図に示すようなパターンで枡目状に並ぶ面域７ａにの
み触媒作用物質を添加し、その他の白地の残余面域７ｂ
には触媒作用物質を添加せずに電極を形成した。 ここで、電極３について第３図に示すパターンの電極膜
を形成する方法としては、電極基板６上にあらかじめ前
段工程で成層した触媒作用物質を含まない電極膜上に対
し、図示の枡目状の面域７ａのパターンに合わせてシー
ル材８を被着する以前の段階でシルクスクリーン印刷法
、あるいは触媒作用物質の溶液を含浸させた布等を電極
膜上に置いて触媒作用物質を右側から電極膜内に移動さ
せる液移動式添加法等のように従来より知られたパター
ン印刷法により触媒作用物質を添加した。この構成によ
り、図示のように縦、横寸法りが８００１、シール材の
幅ｄが２０ｍｍ、電極２例の電解質移動通路幅ｔが２１
の電極に適用した場合に、従来のものと比べて触媒作用
物質の使用量が約１２％節約でき、しかも従来と同等な
電池性能を得ることができた。 上記した各実施例のように、電極膜の形成に当たって、
あらかじめ電極基板上の全面域に触媒作用物質を含まな
い電極膜を均一な厚さに成層形成しておき、次ぎにこの
電極膜の面域のうち電極反応に関与する面域にのみ選択
的に触媒作用物質を添加するようにしたことにより、触
媒作用物質を含む面域と含まない面域との間に不連続な
継目。 段差等の生じることがなく、したがって電極膜の強度を
弱めたり、シール性を低下させるおそれがない。かかる
点、本発明者は前述の方式とは別に電極膜を電極反応に
関与する部分と、電極反応に明関与しない部分とに区分
した上で、あらかじめ担体に触媒作用物質を担持させた
電極膜と、触媒作用物質を含まない電極膜とを別々な工
程に分けて電極基板上に並べて成層する方法を試みたが
、このように別々に分割して形成された電極膜は前記各
部分の境界に膜の継目の生じるのが避けられず、このた
めに電極膜が強度的に弱くなるし、また前記継目の部分
で各電極膜の厚さの差に起因する段差が生じ、これが原
因でシール性が悪化する等の不具合が派生することが認
められている。 なお上記した各実施例の触媒作用物質の添加方式は一例
を示したもので、たとえば第１図の電極について、シー
ル材８を施す以前の段階で電極基板上の全面に成層され
た触媒作用物質を含まない電極膜に対し、シール材が被
着される対応部分にマスクを施して触媒作用物質を所定
の面域にのみ添加し、その後にシール材を被着するよう
にすることもできる。また触媒作用物質を添加する以前
の段階で、触媒作用物質を含まない電極膜における電極
反応に関与しない面域にあらかじめ適宜な手段で撥水処
理を施しておくことにより、触媒作用物質の添加時に触
媒作用物質溶液が所望の面域以外へ不用意に浸透拡散す
るのを防止できる。
の構造を示すものであり、第５図と同じ部材に同一符号
を付す。この実施例と第５図に示した従来の構造と異な
る点は、電極基板６の全面に成層された電極膜７が触媒
作用物質を含む面域７ａと、触媒作用物質を含まない面
域７ｂとに区分されており、かつ前記の面域７ａは電極
膜７におけるシール材８で被覆された周縁部分、つまり
電極反応に直接関与しない部分を除いた面域のみに選択
的に形成されている。 次ぎに上記電極膜の製造工程について述べる。 まず、電極基板６のマトリックス層と対面する側の全面
に、触媒担体としてのカーボン粉末にバインダとなるふ
っ素樹脂を加えたものを例えばスプレー法、塗布法、ロ
ール法等の周知の技術で均一な厚さに成層し、触媒作用
物質を含まない電極膜を形成する。次いで電極の外周縁
にシール材８を被着する。一方、別に触媒作用物質の材
料である塩化白金水溶液を水とアルコールの混合溶液で
所定の濃度に希釈して用意しておき、この溶液を前記電
極膜７の特にシール材８で覆われていない面域７ａ部分
のみに選択的に上方からシャワー状に添加する。次いで
電極膜を乾燥した後に、水素雰囲気中で還元操作を行っ
て図示のように触媒作用物質を含んだ面域７ａを形成し
、電極を完成する。 上記の構造を電極の寸法８００ｍｍ Ｘ ８００ｍｍ
、シール材８の幅寸法ｄが２０＋ａｍの電極に適用して
構成したところによれば、第５図に示した従来の構造と
比べて、電池性能の評価が同じであるにもかかわらず、
触媒作用物質として使用される白金の使用量を約１０％
節約することができた。 実施例２：第２図はマトリックス層１を挟んで対向し合
う電極２，３のうち、一方の電極２の電極膜には電解質
の移動通路９が格子状に切り欠き形成されている燃料電
池の電極に適用した実施例を示すものである。かかる構
成の燃料電池では、電極２例の電解質移動通路９に対向
する電極３側の電極膜の面域部分は電極反応に有効にあ
ずからないとされている。そこで電極３については、第
３図に示すようなパターンで枡目状に並ぶ面域７ａにの
み触媒作用物質を添加し、その他の白地の残余面域７ｂ
には触媒作用物質を添加せずに電極を形成した。 ここで、電極３について第３図に示すパターンの電極膜
を形成する方法としては、電極基板６上にあらかじめ前
段工程で成層した触媒作用物質を含まない電極膜上に対
し、図示の枡目状の面域７ａのパターンに合わせてシー
ル材８を被着する以前の段階でシルクスクリーン印刷法
、あるいは触媒作用物質の溶液を含浸させた布等を電極
膜上に置いて触媒作用物質を右側から電極膜内に移動さ
せる液移動式添加法等のように従来より知られたパター
ン印刷法により触媒作用物質を添加した。この構成によ
り、図示のように縦、横寸法りが８００１、シール材の
幅ｄが２０ｍｍ、電極２例の電解質移動通路幅ｔが２１
の電極に適用した場合に、従来のものと比べて触媒作用
物質の使用量が約１２％節約でき、しかも従来と同等な
電池性能を得ることができた。 上記した各実施例のように、電極膜の形成に当たって、
あらかじめ電極基板上の全面域に触媒作用物質を含まな
い電極膜を均一な厚さに成層形成しておき、次ぎにこの
電極膜の面域のうち電極反応に関与する面域にのみ選択
的に触媒作用物質を添加するようにしたことにより、触
媒作用物質を含む面域と含まない面域との間に不連続な
継目。 段差等の生じることがなく、したがって電極膜の強度を
弱めたり、シール性を低下させるおそれがない。かかる
点、本発明者は前述の方式とは別に電極膜を電極反応に
関与する部分と、電極反応に明関与しない部分とに区分
した上で、あらかじめ担体に触媒作用物質を担持させた
電極膜と、触媒作用物質を含まない電極膜とを別々な工
程に分けて電極基板上に並べて成層する方法を試みたが
、このように別々に分割して形成された電極膜は前記各
部分の境界に膜の継目の生じるのが避けられず、このた
めに電極膜が強度的に弱くなるし、また前記継目の部分
で各電極膜の厚さの差に起因する段差が生じ、これが原
因でシール性が悪化する等の不具合が派生することが認
められている。 なお上記した各実施例の触媒作用物質の添加方式は一例
を示したもので、たとえば第１図の電極について、シー
ル材８を施す以前の段階で電極基板上の全面に成層され
た触媒作用物質を含まない電極膜に対し、シール材が被
着される対応部分にマスクを施して触媒作用物質を所定
の面域にのみ添加し、その後にシール材を被着するよう
にすることもできる。また触媒作用物質を添加する以前
の段階で、触媒作用物質を含まない電極膜における電極
反応に関与しない面域にあらかじめ適宜な手段で撥水処
理を施しておくことにより、触媒作用物質の添加時に触
媒作用物質溶液が所望の面域以外へ不用意に浸透拡散す
るのを防止できる。
以上述べたようにこの発明によれば、電極基板上に成層
された電極膜の面域のうち、直接電極反応に関与する面
域にのみ選択的に触媒作用物質を添加したことにより、
所望の電池性能を確保しつつ、しかも高価な触媒作用物
質の使用量を節減して燃料電池の製造コストの低減化を
図ることができる。
された電極膜の面域のうち、直接電極反応に関与する面
域にのみ選択的に触媒作用物質を添加したことにより、
所望の電池性能を確保しつつ、しかも高価な触媒作用物
質の使用量を節減して燃料電池の製造コストの低減化を
図ることができる。
第１図、第２図はそれぞれこの発明の異なる実施例の構
造を示す電極の要部断面図、第３図は第２図実施例に示
した電極全体の平面図、第４図はこの発明の実施対象で
あるマトリックス形燃料電池の単電池の分解斜視図、第
５図は従来における電極の構造断面図である。図におい
て、１：マトリックス層、２，３：電極、６：電極基板
、７：電極膜、７ａ：触媒作用物質を含む面域、７ｂ：
触媒作用物質を含まない面域、８：シール材、９：電解
質移動通路。 牙３面
造を示す電極の要部断面図、第３図は第２図実施例に示
した電極全体の平面図、第４図はこの発明の実施対象で
あるマトリックス形燃料電池の単電池の分解斜視図、第
５図は従来における電極の構造断面図である。図におい
て、１：マトリックス層、２，３：電極、６：電極基板
、７：電極膜、７ａ：触媒作用物質を含む面域、７ｂ：
触媒作用物質を含まない面域、８：シール材、９：電解
質移動通路。 牙３面
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）電解質を保持したマトリックス層に接し配された電
極反応を営む電極膜が、反応ガス通路を備えたガス透過
性の多孔質電極基板の一方の面に成層されたマトリック
ス形燃料電池の電極において、電極基板上に成層された
電極膜の面域のうち、直接電極反応に関与する面域にの
み選択的に触媒作用物質を添加したことを特徴とするマ
トリックス形燃料電池の電極。 ２）特許請求の範囲第１項に記載の電極において、触媒
作用物質は、前段工程で電極基板上に成層形成された触
媒作用物質を含まない電極膜に対してその電極反応に関
与する面域にのみに添加されることを特徴とするマトリ
ックス形燃料電池の電極。 ３）特許請求の範囲第１項に記載の電極において、電極
膜の面域のうち電極の周縁に施されたシール材で覆われ
た部分を除く面域に触媒作用物質が添加されていること
を特徴とするマトリックス形燃料電池の電極。 ４）特許請求の範囲第１項に記載の電極において、電極
膜の面域のうち電極の周縁に施されたシール材で覆われ
た部分、および相手側電極内に形成された電解質移動用
通路に対向する部分を除く面域に触媒作用物質が添加さ
れていることを特徴とするマトリックス形燃料電池の電
極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59158410A JPS6139367A (ja) | 1984-07-28 | 1984-07-28 | マトリツクス形燃料電池の電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59158410A JPS6139367A (ja) | 1984-07-28 | 1984-07-28 | マトリツクス形燃料電池の電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6139367A true JPS6139367A (ja) | 1986-02-25 |
Family
ID=15671143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59158410A Pending JPS6139367A (ja) | 1984-07-28 | 1984-07-28 | マトリツクス形燃料電池の電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6139367A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6224564A (ja) * | 1985-07-24 | 1987-02-02 | Hitachi Ltd | 触媒活性成分の移動防止方法 |
| US7378450B2 (en) | 2001-12-27 | 2008-05-27 | University Of Connecticut | Aerogel and metallic compositions |
| JP2008192505A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
-
1984
- 1984-07-28 JP JP59158410A patent/JPS6139367A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6224564A (ja) * | 1985-07-24 | 1987-02-02 | Hitachi Ltd | 触媒活性成分の移動防止方法 |
| US7378450B2 (en) | 2001-12-27 | 2008-05-27 | University Of Connecticut | Aerogel and metallic compositions |
| JP2008192505A (ja) * | 2007-02-06 | 2008-08-21 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
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