JPS6282652A - ガス拡散電極の製造方法 - Google Patents
ガス拡散電極の製造方法Info
- Publication number
- JPS6282652A JPS6282652A JP60223047A JP22304785A JPS6282652A JP S6282652 A JPS6282652 A JP S6282652A JP 60223047 A JP60223047 A JP 60223047A JP 22304785 A JP22304785 A JP 22304785A JP S6282652 A JPS6282652 A JP S6282652A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas diffusion
- catalyst layer
- catalyst
- electrode
- powder
- 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.)
- Granted
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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
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- 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)
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- 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〕
この発明は燃料として純水素又はメタノール。
メタン、ＬＮＧ等を改質して得られる水素リッチな改質
ガスを用い、酸化剤として空気又は酸素を用いて電気化
学的反応により発電を行う燃料電池の多孔性ガス拡散電
極の製造方法に関する。
ガスを用い、酸化剤として空気又は酸素を用いて電気化
学的反応により発電を行う燃料電池の多孔性ガス拡散電
極の製造方法に関する。
この種の多孔性ガス拡散電極は、一般にカーホン繊維又
はカーボン粉末からなる多孔性電極基材の一方面に、カ
ーボン微粉末に貴金属を担持させた触媒粉末とこれら触
媒粉末を結合させるための結合剤であると同時に廃水剤
であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を均等
分散させた触媒層から構成されている。
はカーボン粉末からなる多孔性電極基材の一方面に、カ
ーボン微粉末に貴金属を担持させた触媒粉末とこれら触
媒粉末を結合させるための結合剤であると同時に廃水剤
であるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を均等
分散させた触媒層から構成されている。
かかる電極の触媒層における電気化学反応は、触媒層の
一方面より電解液が浸透し、電極基材側より反応ガスが
拡散し、電解液と反応ガスが貴金属触媒部で接触する三
相界面にて起る。この電気化学反応を長期間安定に維持
させるには電池作動条件下における貴金属触媒の安定性
の向上を図ることが重要であるが、更に重要な事は、前
記三相界面に反応ガスを供給し得るガス拡散通路を長期
間安定に確保することである。かかるガス拡散通路を触
媒層に作製するにあたって、従来技術においては、イオ
ン交換水等の分散媒に貴金属担持触媒を超音波分散させ
たのち、触媒重量邑り所定量０） Ｐ Ｔ Ｆ Ｅを添
加した分散混合液をＰＴＦＥ等ソ溌水処理を施した電極
基材上に塗布し、ＰＴＦＥが溶融する温度にて焼成する
ことにより多孔性ガス拡散電極を作製していた。かかる
方法によって作製される電極では、電解液側から電極基
材側への掟水性を強化するためＰＴＦＥｉを電解液側か
ら基材側へ増やした多層構成としたものが考えられてい
る。
一方面より電解液が浸透し、電極基材側より反応ガスが
拡散し、電解液と反応ガスが貴金属触媒部で接触する三
相界面にて起る。この電気化学反応を長期間安定に維持
させるには電池作動条件下における貴金属触媒の安定性
の向上を図ることが重要であるが、更に重要な事は、前
記三相界面に反応ガスを供給し得るガス拡散通路を長期
間安定に確保することである。かかるガス拡散通路を触
媒層に作製するにあたって、従来技術においては、イオ
ン交換水等の分散媒に貴金属担持触媒を超音波分散させ
たのち、触媒重量邑り所定量０） Ｐ Ｔ Ｆ Ｅを添
加した分散混合液をＰＴＦＥ等ソ溌水処理を施した電極
基材上に塗布し、ＰＴＦＥが溶融する温度にて焼成する
ことにより多孔性ガス拡散電極を作製していた。かかる
方法によって作製される電極では、電解液側から電極基
材側への掟水性を強化するためＰＴＦＥｉを電解液側か
ら基材側へ増やした多層構成としたものが考えられてい
る。
しかしながら、かかる構成の電極においても、各層の微
細構造をながめた場合には、触媒粉末とＰＴＦＥとは層
内において均一分散させたもので、電気化学的反応を長
期間安定に行なわせるためのガス拡散通路網を配置させ
た構造とはなっていないため、かかる方法にて作製され
た電極を電池に組み込み長期間作動させた場合、電解液
が徐々に触媒層内を浸透していきガス拡散阻害を引き起
し、所期の電池出力が得られなくなるという欠点があっ
た。
細構造をながめた場合には、触媒粉末とＰＴＦＥとは層
内において均一分散させたもので、電気化学的反応を長
期間安定に行なわせるためのガス拡散通路網を配置させ
た構造とはなっていないため、かかる方法にて作製され
た電極を電池に組み込み長期間作動させた場合、電解液
が徐々に触媒層内を浸透していきガス拡散阻害を引き起
し、所期の電池出力が得られなくなるという欠点があっ
た。
この発明は上記に鑑みなされたもので、電極の厚さ方向
に連続したガス拡散通路網を形成して燃料電池作動条件
下において長期間安定した出力を得ることのできるカス
拡散電極を提供することを目的と下る。
に連続したガス拡散通路網を形成して燃料電池作動条件
下において長期間安定した出力を得ることのできるカス
拡散電極を提供することを目的と下る。
ごの目的は本発明によれば、貴金属担持炭素質粉末と弗
素樹脂の水性分酸液に、あらかじめ作成した弗素樹脂凝
集液を混合して触媒合剤を形成し、これを多孔質基体へ
塗布した後焼成して、触媒層内に弗素樹脂の凝集体によ
る連続したガス拡散通路網を形成することにより達成さ
れる。
素樹脂の水性分酸液に、あらかじめ作成した弗素樹脂凝
集液を混合して触媒合剤を形成し、これを多孔質基体へ
塗布した後焼成して、触媒層内に弗素樹脂の凝集体によ
る連続したガス拡散通路網を形成することにより達成さ
れる。
以下に本発明の詳細な説明する。１０ｗｔ％の白金をカ
ーボンブラック微粉末に担持させた貴金属担持カーボン
ブラック触媒６ｙを、１〜２ｗｔ％の界面活性剤を含む
イオン交換水１５０ ｃｃの中に約５分間超音波分散さ
せたのち、触媒重量当り３０〜４０ｗｔ％のＰＴＦＥが
含まれるに相当するテフロン３０Ｊ（三井・デュポンフ
ロロケミカル製ＰＴＦＥ分散懸濁液）を触媒分散液に撹
拌機にて撹拌しながら徐々に添加し、触媒塗布液を作製
する。一方、触媒ノー内にガス拡散通路網を作成するた
め、テフロン３０Ｊ懸ｆｌＪ液２ｃｃを２０ｃｃのイン
プロピルアルコール中に滴下し、５〜１０分間撹拌機に
て撹拌を行いテフロン凝集液を作製する。続いて、これ
ら触媒塗布液とテフロン凝集液とを混合して触媒合剤を
形成し、予じめ廃水処理を施した電極基材上に吸引塗布
を行い、乾″燥後、３３０”Ｃで５分間焼成することに
よって多孔性ガス拡散電極を作製した。
ーボンブラック微粉末に担持させた貴金属担持カーボン
ブラック触媒６ｙを、１〜２ｗｔ％の界面活性剤を含む
イオン交換水１５０ ｃｃの中に約５分間超音波分散さ
せたのち、触媒重量当り３０〜４０ｗｔ％のＰＴＦＥが
含まれるに相当するテフロン３０Ｊ（三井・デュポンフ
ロロケミカル製ＰＴＦＥ分散懸濁液）を触媒分散液に撹
拌機にて撹拌しながら徐々に添加し、触媒塗布液を作製
する。一方、触媒ノー内にガス拡散通路網を作成するた
め、テフロン３０Ｊ懸ｆｌＪ液２ｃｃを２０ｃｃのイン
プロピルアルコール中に滴下し、５〜１０分間撹拌機に
て撹拌を行いテフロン凝集液を作製する。続いて、これ
ら触媒塗布液とテフロン凝集液とを混合して触媒合剤を
形成し、予じめ廃水処理を施した電極基材上に吸引塗布
を行い、乾″燥後、３３０”Ｃで５分間焼成することに
よって多孔性ガス拡散電極を作製した。
第１図はこのようにして形成されたガス拡散電極の構成
を示すもので、ガス拡散電極１はカーボン繊維からなる
多孔性電極基材２の一方面に、電気化学的反応を引き起
すための触媒層３から構成されている。かかる構成の中
で触媒層３は、白金等の貴金属を担持したカーボン触媒
粉末４及び前記カーボン触媒粉末を結合さぜるための結
合剤であると同時に、触媒層（こ況水性を付与するため
の役割を有するＰＴＦＥ粉末５、更にはＰＴＦＥからな
り前記ＰＴＦＥ粉末が塊状に凝集し、触媒層の厚さ方向
に対して連続したガス拡散通路網を成すテフロンの凝集
体から構成される。
を示すもので、ガス拡散電極１はカーボン繊維からなる
多孔性電極基材２の一方面に、電気化学的反応を引き起
すための触媒層３から構成されている。かかる構成の中
で触媒層３は、白金等の貴金属を担持したカーボン触媒
粉末４及び前記カーボン触媒粉末を結合さぜるための結
合剤であると同時に、触媒層（こ況水性を付与するため
の役割を有するＰＴＦＥ粉末５、更にはＰＴＦＥからな
り前記ＰＴＦＥ粉末が塊状に凝集し、触媒層の厚さ方向
に対して連続したガス拡散通路網を成すテフロンの凝集
体から構成される。
第２図には、本発明の実施例で作製した１！除及び従来
技術にて作製した電極をリン酸型燃料電池に組み立て、
作動温度１９０°Ｏ−’ＪＬｉＭ、密度２００ｎＡ／ｄ
で作動させたときの連続放電試験結果を示したものであ
る。同図から明らかなように、従来技術の電極では特性
が時間と共に徐々に低下し、約８゜０００時間で急激な
特性低下が認められたが、本発明の電極では経時的な特
性低下はほとんど認められない。これは、本発明のガス
拡散電極では、触媒層内にテフロン凝集体からなるガス
拡散通路網が電極の厚さ方向に連続して形成されるため
、電池を長期作動させた場合でも電解液の浸透に伴うガ
ス拡散通路の閉塞が防止されるためと考えられる。
技術にて作製した電極をリン酸型燃料電池に組み立て、
作動温度１９０°Ｏ−’ＪＬｉＭ、密度２００ｎＡ／ｄ
で作動させたときの連続放電試験結果を示したものであ
る。同図から明らかなように、従来技術の電極では特性
が時間と共に徐々に低下し、約８゜０００時間で急激な
特性低下が認められたが、本発明の電極では経時的な特
性低下はほとんど認められない。これは、本発明のガス
拡散電極では、触媒層内にテフロン凝集体からなるガス
拡散通路網が電極の厚さ方向に連続して形成されるため
、電池を長期作動させた場合でも電解液の浸透に伴うガ
ス拡散通路の閉塞が防止されるためと考えられる。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、貴金
属担持炭素質粉末と弗素樹脂の水性分散液に、あらかじ
め作成した弗素樹脂凝集液を混合して触媒合剤を形成し
、これを多孔質基体へ塗布した後焼成して、触媒層［り
に弗素樹脂の凝集体による連続したガス拡散通路網を形
成するようにしたことにより、電池を長期作動させた場
合でも電解液の浸透に伴うガス拡散通路の閉塞が防止さ
れ、もって電極の寿命が長くなるという効゛果が得られ
る。
属担持炭素質粉末と弗素樹脂の水性分散液に、あらかじ
め作成した弗素樹脂凝集液を混合して触媒合剤を形成し
、これを多孔質基体へ塗布した後焼成して、触媒層［り
に弗素樹脂の凝集体による連続したガス拡散通路網を形
成するようにしたことにより、電池を長期作動させた場
合でも電解液の浸透に伴うガス拡散通路の閉塞が防止さ
れ、もって電極の寿命が長くなるという効゛果が得られ
る。
第１図は本発明のを施例により得られた電極の構成を示
す要部断面図、第２図は本発明の実施例電極を使用した
ときの電池寿命特性を示すグラフである。 １・・・ガス拡散電極、２・・・多孔性電極基材、３・
・・触媒層、４・・・貴金属担持カーボン触媒粉末、５
・・・ＰＴＦＥ粉末、６・・・ガス拡散通路網。 ・ｆ７Ｆ人弁理士山 口 １ 才ｒ［ｑ Ｂｖｆ） （ｘ ｔＯｊ、／Ｉ） 才２（２）
す要部断面図、第２図は本発明の実施例電極を使用した
ときの電池寿命特性を示すグラフである。 １・・・ガス拡散電極、２・・・多孔性電極基材、３・
・・触媒層、４・・・貴金属担持カーボン触媒粉末、５
・・・ＰＴＦＥ粉末、６・・・ガス拡散通路網。 ・ｆ７Ｆ人弁理士山 口 １ 才ｒ［ｑ Ｂｖｆ） （ｘ ｔＯｊ、／Ｉ） 才２（２）
Claims (1)
- 貴金属担持炭素質粉末と弗素樹脂の水性分酸液に、あら
かじめ作成した弗素樹脂凝集液を混合して触媒合剤を形
成し、これを多孔質基体へ塗布した後焼成することを特
徴とするガス拡散電極の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60223047A JPS6282652A (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | ガス拡散電極の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60223047A JPS6282652A (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | ガス拡散電極の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6282652A true JPS6282652A (ja) | 1987-04-16 |
| JPH0520868B2 JPH0520868B2 (ja) | 1993-03-22 |
Family
ID=16792004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60223047A Granted JPS6282652A (ja) | 1985-10-07 | 1985-10-07 | ガス拡散電極の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6282652A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0722034A (ja) * | 1993-06-30 | 1995-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体高分子電解質型燃料電池電極の製造方法 |
| JP2015015163A (ja) * | 2013-07-05 | 2015-01-22 | 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 | 触媒インキの製造方法、触媒インキ、触媒電極、燃料電池、および空気電池 |
-
1985
- 1985-10-07 JP JP60223047A patent/JPS6282652A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0722034A (ja) * | 1993-06-30 | 1995-01-24 | Sanyo Electric Co Ltd | 固体高分子電解質型燃料電池電極の製造方法 |
| JP2015015163A (ja) * | 2013-07-05 | 2015-01-22 | 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 | 触媒インキの製造方法、触媒インキ、触媒電極、燃料電池、および空気電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0520868B2 (ja) | 1993-03-22 |
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