JPS6316559A - ガス拡散電極 - Google Patents
ガス拡散電極Info
- Publication number
- JPS6316559A JPS6316559A JP61159626A JP15962686A JPS6316559A JP S6316559 A JPS6316559 A JP S6316559A JP 61159626 A JP61159626 A JP 61159626A JP 15962686 A JP15962686 A JP 15962686A JP S6316559 A JPS6316559 A JP S6316559A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- gas diffusion
- catalyst layer
- particles
- powder
- Prior art date
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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
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J10/00—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor
- B01J10/007—Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
-
- 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)
- Organic Chemistry (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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は燃料電池のガス拡＠電極に係り、特に電極の細
孔構造を制御するのに好適なガス拡散電極に関するもの
である。
孔構造を制御するのに好適なガス拡散電極に関するもの
である。
従来のガス拡散ｆ＃、極の触媒層は、触媒を担持した炭
素粉末と撥水剤としてポリテトラフルオロエチレン（Ｐ
ＴＦＥ）とを混練して用いられている。
素粉末と撥水剤としてポリテトラフルオロエチレン（Ｐ
ＴＦＥ）とを混練して用いられている。
このＰ Ｔ Ｆ Ｅは強い撥水性を有し、それによって
電極全体が電解液で濡れるのを防止すると共に、反応ガ
スの拡散路を確保する機能を有している。
電極全体が電解液で濡れるのを防止すると共に、反応ガ
スの拡散路を確保する機能を有している。
また、ＰＴＦＥは触媒粉を互に結着させる機能をも合せ
もっている。しかし乍らこの従来技術は、特定の形状（
粒子状）のＰＴＦＥによってガス拡散路および触媒粉の
結着の両機能を同時にもたせるようにしているので、ガ
ス拡散電極としての最適な細孔構造を得るのが困難であ
った。
もっている。しかし乍らこの従来技術は、特定の形状（
粒子状）のＰＴＦＥによってガス拡散路および触媒粉の
結着の両機能を同時にもたせるようにしているので、ガ
ス拡散電極としての最適な細孔構造を得るのが困難であ
った。
ニオしらを改良する対策として特公昭５６−３０６６４
号公報、特開昭６０−１２４３５８号公報が挙げられる
が、これらはいずれもＰ ＴＦ Ｅと触媒粉とが別々に
独立存在することや強度不足に問題あって、 ＰＴＦＥ
と触媒粉との均一分布の制御２強度増強については配慮
されていなかった。
号公報、特開昭６０−１２４３５８号公報が挙げられる
が、これらはいずれもＰ ＴＦ Ｅと触媒粉とが別々に
独立存在することや強度不足に問題あって、 ＰＴＦＥ
と触媒粉との均一分布の制御２強度増強については配慮
されていなかった。
上記従来技術での触媒層は、触媒粉すなわち触媒を担持
させた炭素粉末とＰＴＦＥ粒子および水とを混合混練し
て半固形状とし、これをｔｌ！極に塗布しているが、単
純に混合するだけではどうしても独立した触媒粉の塊り
である触媒クラスタやＰ Ｔ Ｆ Ｅ粒子群が存在して
、均一に触媒クラスタとＰ ’１” Ｆ Ｅとの分布が
制御できないの、で、ガス拡散路が有効に形成されない
。従って良好な三相界面が得られない、また、強度的に
も不足してｔ′＃！、極に塗布された触媒層の水分が蒸
発してクラックが生じて脆くなったりして、薄く均一的
な厚みの触媒層を形成することが困難であった。
させた炭素粉末とＰＴＦＥ粒子および水とを混合混練し
て半固形状とし、これをｔｌ！極に塗布しているが、単
純に混合するだけではどうしても独立した触媒粉の塊り
である触媒クラスタやＰ Ｔ Ｆ Ｅ粒子群が存在して
、均一に触媒クラスタとＰ ’１” Ｆ Ｅとの分布が
制御できないの、で、ガス拡散路が有効に形成されない
。従って良好な三相界面が得られない、また、強度的に
も不足してｔ′＃！、極に塗布された触媒層の水分が蒸
発してクラックが生じて脆くなったりして、薄く均一的
な厚みの触媒層を形成することが困難であった。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、厚みが均
一で、有効なガス拡散路の制御を可能とした触媒層を有
するガス拡散電極を提供することを目的とするものであ
る。
一で、有効なガス拡散路の制御を可能とした触媒層を有
するガス拡散電極を提供することを目的とするものであ
る。
上記目的は触媒層を、触媒粉と撥水剤との混練物をシー
ト化し、このシート化したものに撥水剤を含浸して形成
することにより、達成される。
ト化し、このシート化したものに撥水剤を含浸して形成
することにより、達成される。
触媒を担持した炭素粉末に微量のＰＴＦＥ粉末粒子と、
溶媒としての水とを混合混練することにより、ＰＴＦＥ
粒子は繊維状となる。この混練物は半固形状で、これを
例えばロール圧延で薄いシート状にする。すなわちシー
ト状の触媒層を形成する。このようにすることによりＰ
ＴＦＥ粒子は半固゛形状の場合よりも繊維状となって互
にからみ合い、触媒層内全域にネットワークを形成する
。
溶媒としての水とを混合混練することにより、ＰＴＦＥ
粒子は繊維状となる。この混練物は半固形状で、これを
例えばロール圧延で薄いシート状にする。すなわちシー
ト状の触媒層を形成する。このようにすることによりＰ
ＴＦＥ粒子は半固゛形状の場合よりも繊維状となって互
にからみ合い、触媒層内全域にネットワークを形成する
。
これによって触媒層は機械的強度が増し、触媒を担持し
た炭素粉末の塊りの触媒クラスタを強固に固定するよう
になるので、脆くなったり、水分が蒸発してクラックが
発生したりすることがなくなり、ｎみを均一にでき、管
理し易くなる。
た炭素粉末の塊りの触媒クラスタを強固に固定するよう
になるので、脆くなったり、水分が蒸発してクラックが
発生したりすることがなくなり、ｎみを均一にでき、管
理し易くなる。
このシート状の触媒層に適正量のＰＴＦＥ粒子をＦ＠整
して含浸することにより、有効なガス拡散路を制御でき
る。すなわち触媒の接触も良好で。
して含浸することにより、有効なガス拡散路を制御でき
る。すなわち触媒の接触も良好で。
独立したＰ ”Ｉ” Ｆ Ｅ粒子群ができないので電気
抵抗が小さい。そして触媒層内の三相界面はバランスよ
く配置され、有効に作用するので電池の寿命。
抵抗が小さい。そして触媒層内の三相界面はバランスよ
く配置され、有効に作用するので電池の寿命。
機能が大幅に向上する。
以下１図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
１図には本発明の一実施例が示されている。同図に示さ
れているようにガス拡散電極は電極基板１上に形成され
た触媒層２を備えている。
１図には本発明の一実施例が示されている。同図に示さ
れているようにガス拡散電極は電極基板１上に形成され
た触媒層２を備えている。
なお同図において３はマトリックスである。このように
構成されたガス拡散電極で本実施例では触媒層２を、触
媒粉とＰ ’１” Ｉ？Ｅ粒子との混練物をシート化し
て形成した触媒粉の塊りの触媒クラスタ４およびこれを
固定し、かつＰ Ｔ Ｆ Ｅ粉子が繊維状化したＰＴＦ
Ｅ繊維５ａの層と、この層内に含浸し、かつその液成分
を蒸発してガス拡散路６を形成するＰＴＦＥ粒子５とで
構成した。このようにすることにより触媒層２は、触媒
粉とＰ ’Ｉ” Ｆ Ｅ粒子との混練物をシート化して
形成した触媒粉の塊りの触媒クラスタ４およびこれを固
定し、かつＰ ’Ｉ’ Ｆ Ｅ粒子が繊維状化した１）
Ｔ Ｆ Ｅ ｆｆｌ維５ａの層と、この層内に含浸し
、かつその液成分を蒸発してガス拡散路６を形成するＰ
’Ｉ：ＦＥ粒子５とで構成されるようなって、触媒層２
の機械的強度が増し、有効なガス拡散路６が制御できる
ようになり、厚みが均一で、有効なガス拡散＄６の制御
を可能とした触媒層２を有するガス拡散ｆｆｉ極を得る
ことができる。
構成されたガス拡散電極で本実施例では触媒層２を、触
媒粉とＰ ’１” Ｉ？Ｅ粒子との混練物をシート化し
て形成した触媒粉の塊りの触媒クラスタ４およびこれを
固定し、かつＰ Ｔ Ｆ Ｅ粉子が繊維状化したＰＴＦ
Ｅ繊維５ａの層と、この層内に含浸し、かつその液成分
を蒸発してガス拡散路６を形成するＰＴＦＥ粒子５とで
構成した。このようにすることにより触媒層２は、触媒
粉とＰ ’Ｉ” Ｆ Ｅ粒子との混練物をシート化して
形成した触媒粉の塊りの触媒クラスタ４およびこれを固
定し、かつＰ ’Ｉ’ Ｆ Ｅ粒子が繊維状化した１）
Ｔ Ｆ Ｅ ｆｆｌ維５ａの層と、この層内に含浸し
、かつその液成分を蒸発してガス拡散路６を形成するＰ
’Ｉ：ＦＥ粒子５とで構成されるようなって、触媒層２
の機械的強度が増し、有効なガス拡散路６が制御できる
ようになり、厚みが均一で、有効なガス拡散＄６の制御
を可能とした触媒層２を有するガス拡散ｆｆｉ極を得る
ことができる。
すなわち触媒粉とＰ ’Ｉ’ Ｆ Ｅ粒子との混練物を
シート化したので、多くの細孔４ａを有する触媒クラス
タ４と、これに接するようにＰＴＦＥ粒子が繊維状とな
ったＰｊＦＥ繊維５ａとが形成され、形成された多くの
ＰＴＦＥｕ＆維５ａはからみ合い。
シート化したので、多くの細孔４ａを有する触媒クラス
タ４と、これに接するようにＰＴＦＥ粒子が繊維状とな
ったＰｊＦＥ繊維５ａとが形成され、形成された多くの
ＰＴＦＥｕ＆維５ａはからみ合い。
触媒層２内全域にネットワークを形成する。従って触媒
層２は機械的強度が増大し、触媒クラスタ４を強固に固
定する。このため触媒）Ｐｇ２は脆くなったり、水分が
蒸発してクラックが発生したりすることがなくなり、Ｊ
ｌみを均一にできる。そしてこのシート化した触媒層２
にＰＴＦＥ粒子５を含浸したので、この含浸したＰＴＦ
Ｅ粒子５によるガス拡散路６が形成されるようになり、
含浸するＰＴＦＥ粒子５の量を調整することにより有効
なガス拡散路６が制御できる。このように本実施例によ
れば触媒の接触が非常によくて触媒層２の電気抵抗が小
さく、またガス拡散路６を適正に制御することができる
ので、その三相界面をバランスよく配置した触媒層２を
得ることができ、燃料電池の性能向上に資することがで
きる。
層２は機械的強度が増大し、触媒クラスタ４を強固に固
定する。このため触媒）Ｐｇ２は脆くなったり、水分が
蒸発してクラックが発生したりすることがなくなり、Ｊ
ｌみを均一にできる。そしてこのシート化した触媒層２
にＰＴＦＥ粒子５を含浸したので、この含浸したＰＴＦ
Ｅ粒子５によるガス拡散路６が形成されるようになり、
含浸するＰＴＦＥ粒子５の量を調整することにより有効
なガス拡散路６が制御できる。このように本実施例によ
れば触媒の接触が非常によくて触媒層２の電気抵抗が小
さく、またガス拡散路６を適正に制御することができる
ので、その三相界面をバランスよく配置した触媒層２を
得ることができ、燃料電池の性能向上に資することがで
きる。
以上の実施例について、その効果を検討した結果を次に
説明する。触媒である貴金属例えば白金を担持した炭素
粉末１００重社部およびＰ Ｔ ｌ？Ｉ！：粒子１５重
量部と溶剤の水の少量とを混合ａｎｔ。
説明する。触媒である貴金属例えば白金を担持した炭素
粉末１００重社部およびＰ Ｔ ｌ？Ｉ！：粒子１５重
量部と溶剤の水の少量とを混合ａｎｔ。
た、この混合混練した半固形状の塊状物をロール圧延機
で所定の厚みに圧延してシート状にした。
で所定の厚みに圧延してシート状にした。
このシート状にした触媒層にＰＴＦＥ粒子からなるディ
スパージョン液を１５重量部含浸した（この含浸したＰ
ＴＦＥ粒子のディスパージョン液の液成分が蒸発すると
、蒸発した空孔部にガス拡散路となるＰＴＦＥ群が形成
される）０次いでこのシート状の触媒層を乾燥した後、
ＰＴＦＥを焼結するため３００℃以上に加熱した。この
ようにして作製したシート状の触媒層を電極基板上に積
層し、燃料電池を構成した。この燃料電池を実施例Ａと
して燃料に水素、酸化剤に空気を用いて２００℃の作動
温度で性能評価を実施した。性能評価にあたっては従来
の燃料電池を従来例Ｂとして比較検討した。
スパージョン液を１５重量部含浸した（この含浸したＰ
ＴＦＥ粒子のディスパージョン液の液成分が蒸発すると
、蒸発した空孔部にガス拡散路となるＰＴＦＥ群が形成
される）０次いでこのシート状の触媒層を乾燥した後、
ＰＴＦＥを焼結するため３００℃以上に加熱した。この
ようにして作製したシート状の触媒層を電極基板上に積
層し、燃料電池を構成した。この燃料電池を実施例Ａと
して燃料に水素、酸化剤に空気を用いて２００℃の作動
温度で性能評価を実施した。性能評価にあたっては従来
の燃料電池を従来例Ｂとして比較検討した。
検討結果は第２図および第３図に示されている。
第２図は縦軸に電圧をとり、横軸に電流密度をとって電
流密度と電圧との関係を示したものであり、第３図は縦
軸に電圧をとり、横軸に放電時間をとって放電時間と電
圧との関係を示したものである。
流密度と電圧との関係を示したものであり、第３図は縦
軸に電圧をとり、横軸に放電時間をとって放電時間と電
圧との関係を示したものである。
第２図から明らかなように１本実施例Ａはすべての電流
密度における電圧が従来例■３より高くすぐれており、
その勾配も従来例Ｂよりゆるやかである。また、第３図
から明らかなように、本実施例Ａは放電時間がｔｏ、ｏ
ｏｏ時間でも電圧の低下が殆んど認められなかったのに
対し、従来例Ｂは放電時間が６，０００時間頃から電圧
が低下しはじめている。
密度における電圧が従来例■３より高くすぐれており、
その勾配も従来例Ｂよりゆるやかである。また、第３図
から明らかなように、本実施例Ａは放電時間がｔｏ、ｏ
ｏｏ時間でも電圧の低下が殆んど認められなかったのに
対し、従来例Ｂは放電時間が６，０００時間頃から電圧
が低下しはじめている。
このように本実施例Ａが従来例Ｂに比べすぐれた特性を
示し、その性能の経時的低下率も従来例Ｂの約１／２以
下と小さかったのは、触媒の接触がよくて電気抵抗が小
さく、有効なガス拡散路によるバランスのよい三相界面
を有する触媒層が形成されるためである。
示し、その性能の経時的低下率も従来例Ｂの約１／２以
下と小さかったのは、触媒の接触がよくて電気抵抗が小
さく、有効なガス拡散路によるバランスのよい三相界面
を有する触媒層が形成されるためである。
なお、触媒層を形成する場合に触媒粉と混合するＰＴＦ
Ｅ粒子を１５重量部以下の範囲で、シート化した触媒層
に含浸するＰ Ｔ Ｆ Ｅ粒子を１５から６０重量部の
範囲で調整してもよい、また、シート化した触媒層に含
浸するＰＴＦＥ粒子径が。
Ｅ粒子を１５重量部以下の範囲で、シート化した触媒層
に含浸するＰ Ｔ Ｆ Ｅ粒子を１５から６０重量部の
範囲で調整してもよい、また、シート化した触媒層に含
浸するＰＴＦＥ粒子径が。
触媒粉と混合するＰＴＦＥ粒子径より小さくても性能に
差はない。
差はない。
また、触媒層を形成する場合に触媒粉と混合するＰＴＦ
Ｅ粒子の他に発泡剤などのような造孔材を混合混練し、
これをシー１−化してシート状触媒層とした後に、造孔
材を溶剤あるいは熱により処理して造孔材を除去し、ガ
ス拡散路の空孔部を形成するようにしてもよい。このよ
うにすることにより前述の場合よりも電気抵抗が低下し
、ガス拡散路の空孔部を大きくとれる６ 〔発明の効果〕 上述のように本発明は厚みが均一で、有効なガス拡散路
の制御が可能な触媒層が得られるようになって、厚みが
均一で、有効なガス拡散路の制御を可能とした触媒層を
有するガス拡散電極を得ることができる。
Ｅ粒子の他に発泡剤などのような造孔材を混合混練し、
これをシー１−化してシート状触媒層とした後に、造孔
材を溶剤あるいは熱により処理して造孔材を除去し、ガ
ス拡散路の空孔部を形成するようにしてもよい。このよ
うにすることにより前述の場合よりも電気抵抗が低下し
、ガス拡散路の空孔部を大きくとれる６ 〔発明の効果〕 上述のように本発明は厚みが均一で、有効なガス拡散路
の制御が可能な触媒層が得られるようになって、厚みが
均一で、有効なガス拡散路の制御を可能とした触媒層を
有するガス拡散電極を得ることができる。
第１図は本発明のガス拡散電極の一実施例の拡散電極要
部の拡大縦断側面図、第２図は同じく一実施例による燃
料電池と従来例の燃料電池との電流密度による電圧の変
化特性図、第３図は同じく一実施例による燃料電池と従
来例の燃料電池との放電時間による電圧の変化特性図で
ある。 １・・・電極基板、２・・・触媒層、４・・・触媒クラ
スタ。 ５・・・Ｉコ゛Ｌ’ ＦＥ粒子、５ａ−ＰＴＦＥｉｌｌ
維、６・・・ガス拡散路。 ７パ 代理人 弁理士 小川勝男（′） 眉２−謹 電歳之戊 （鵬／ｃｍ”） 槽３０ 故１ｔ「へｒａｔ（ｈヒ）
部の拡大縦断側面図、第２図は同じく一実施例による燃
料電池と従来例の燃料電池との電流密度による電圧の変
化特性図、第３図は同じく一実施例による燃料電池と従
来例の燃料電池との放電時間による電圧の変化特性図で
ある。 １・・・電極基板、２・・・触媒層、４・・・触媒クラ
スタ。 ５・・・Ｉコ゛Ｌ’ ＦＥ粒子、５ａ−ＰＴＦＥｉｌｌ
維、６・・・ガス拡散路。 ７パ 代理人 弁理士 小川勝男（′） 眉２−謹 電歳之戊 （鵬／ｃｍ”） 槽３０ 故１ｔ「へｒａｔ（ｈヒ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、電極基板上に形成された触媒層を備え、前記触媒層
は触媒粉と撥水剤とが使用されているガス拡散電極にお
いて、前記触媒層が、前記触媒粉と撥水剤との混練物を
シート化して形成した前記触媒粉の塊りの触媒クラスタ
およびこれを固定し、かつ前記撥水剤が繊維状化した撥
水剤繊維の層と、この層内に含浸され、かつその液成分
を蒸発してガス拡散路を形成する前記撥水剤とで構成さ
れたものであることを特徴とするガス拡散電極。 ２、前記触媒粉が、触媒を担持した炭素粉末である特許
請求の範囲第１項記載のガス拡散電極。 ３、前記撥水剤が、ポリテトラフルオロエチレンである
特許請求の範囲第１項記載のガス拡散電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61159626A JPS6316559A (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | ガス拡散電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61159626A JPS6316559A (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | ガス拡散電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6316559A true JPS6316559A (ja) | 1988-01-23 |
Family
ID=15697829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61159626A Pending JPS6316559A (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | ガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6316559A (ja) |
-
1986
- 1986-07-09 JP JP61159626A patent/JPS6316559A/ja active Pending
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