JPS63184262A

JPS63184262A - 燃料電池の製造方法

Info

Publication number: JPS63184262A
Application number: JP62015255A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Aoki; 努青木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-01-27
Filing date: 1987-01-27
Publication date: 1988-07-29

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、燃料電池に関するもので、特に燃料電池電極
塗布方法に係る。

（従来の技術）燃料電池は、燃料の持つ化学エネルギーを電気化学プロ
セスで酸化させることにより、酸化反応に伴って放出さ
れるエネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置で
ある。この燃料電池を用いた発電システムは、比較的小
さな規模でも発電の熱効率が４０〜５０％にも達し、新
鋭火力発電をはるかにしのぐと期待されている。また、
近年大きな社会問題になっている公害要因であるＳＯＸ
、　ＮＯＸの排出が極めて少ない、発電装置内に燃焼サ
イクルを含まないので大量の冷却水を必要としない、振
動音が小さいなど、原理的に高いエネルギー変換効率が
期待できると共に、騒音・排ガス等の環境問題が少なく
、さらに、負荷変動に対して応答性が良い等の特徴があ
ることから、その開発、実用化の研究に期待と関心が寄
せられている。この種の装置としては、たとえば、特開
昭６０−９３７６５号公報が知られている。

ところで、上述の様な燃料電池は、通常電解質を挟んで
一対の多孔！！ｊｆ！！極を配置し、一方の電極の背面
に水素等の燃料ガスを接触させると共に、他方の電極の
背面に酸素等の酸化剤を接触させ、このときに起こる電
気化学的反応により発生する電気エネルギーを、上記一
対の電極間から取出すようにしたものである。この場合
、電解質としては溶融塩、アルカリ溶液、酸性溶液等が
あるが、ここでは燃料電池として代表的なリン酸を電解
質とする燃料電池を例としてその原理について説明する
。

即ち、第３図に示した様に、電解質層３１は繊維室シー
トや鉱物質粉末に電解質であるリン酸を含浸したもので
ある。この電解質層３１の両側には、一対の多孔質電極
であるアノード電極３２及びカソード電極３３が配設さ
れ、これらの多孔質電極と電解質層３１との接触面には
白金接触が塗布されている。また、アノード電極３２に
隣接して、水素を含むガスがその内部を流れるガス流通
部屋であるマニホールド３４が設けられ、一方、カソー
ド電極３３に隣接して、Ｎ！素等の酸化剤気体がその内
部を流れるガス流通部屋であるマニホールド３５が設け
られている。

この様な燃料電池において、マニホールド３４に流入し
た水素は、アノード電極３２の空所を拡散して触媒に達
する。ここで、水素ガスは触媒の作用により水素イオン
と電子に解離する。その反応式％式％となる。そして、水素イオンは電解質層３１に入り。

起電圧による作用と濃度拡散によりカソード電極３３に
向かって泳動する。一方、水素ガスの解離により分離し
た電子はアノード電極３２に流れ込み、アノード電極３
２は負に課電する。また、カソード電極３３では、アノ
ード電極３２側がら泳動してきた水素イオンと、酸化剤
としてマニホールド３５に供給され、さらにカソード電
極３３の空所を拡散してきた酸素と、アノード電極３２
から外部の電力負荷を通って仕事をし、電池のカソード
電極３３に戻ってきた電子との３者が、触媒表面で次の
反応を起こす。

４Ｈ”＋４ｅ＋○、→２Ｈ，Ｏ・、　　■この様に、水
素が酸化されて水になる反応とこの時の化学的エネルギ
ーが電気エネルギーとなって、外部の電力負荷の中で電
気エネルギーを与える電池としての全反応が完成する。

この場合、電気エネルギーの一部は電解質層３１の中で
、電池の内部抵抗により消費される。この電池の内部抵
抗は、電池反応時にカソード電極３３反応の活性化分極
抵抗、水素及び酸素のような反応物質の拡散抵抗、ｍ解
質・構成材料固有の抵抗及び電解質層−電極−集電板の
接触抵抗の和である。従って、水素イオンの泳動距離を
短くして抵抗を小さくするために、電解質層は極めて薄
く設計されている。

電気エネルギーを生み出すもととなる反応■■は、上述
したように触媒層界面で進行する。アノード電極３２及
びカソード電極３３は炭素薄板のサブストレートに触媒
を塗布することにより形成される。触媒層４２は、第４
図に示したようにサブストレート１３に３０〜１５０μ
ｓの厚さで付与されたものである。触媒層４２の付与方
法として、乾いた触媒を塗布する乾式塗布方法がある。

　　（ＵＳＰ　４３１３９７２゜Ｆｅｂ、２．１９８２
）その塗布方法は、サブストレート１３裏面より吸引す
ることにより触媒層４２をサブストレート１３上に形成
する方法である。触媒を吹付ける駆動力は、吸引機（真
空ポンプ等）により得る。

吸引は、サブストレート１３の背面より行ない、触媒は
吹付はノズルにより吹付けられる。触媒は、吹付は容器
の中で分散し、サブストレート１３の上に塗布される。

（発明が解決しようとする問題点）上記に示す乾式塗布方法で触媒を塗布した場合、サブス
トレート１３上に塗布された触媒量が第５図に示すよう
に、多い部分５１と少ない部分５２の分布を持つ傾向に
ある。特にサブストレート皿すみに塗布量の低下が見ら
れる。これは、吹付は容器内で触媒の十分な分散が成さ
れない為に起こるものである。このような分布が触媒塗
布量に発生すると、第４図の破線４３に示すように、触
媒層の厚さに不均一性が発生し、電解質層の均一性にも
影響を与える。電解質層の厚みが不均一となると、電池
の固有抵抗にバラツキを引き起こし、′Ｗ１池を流れる
電流密度に大小の分布が起きる。電流密度の分布は、電
池内の温度の高低分布発生に結びつき、部分的なすなわ
ち、高温部の電池特性低下がら寿命の低下に結び着く。

上記に示した問題点を解決するために、本発明はサブス
トレートに塗布される触媒量の均一性を高め、均一な触
媒層を形成する方法を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明では吹付は容器中に
おける触媒の分散を良くする目的で、吹付は容器上部の
ノズルで、触媒に電荷を保持させている。

（作　　用）本発明によると、吹き付ける触媒中に均一に重荷が付加
されてノズルより噴射されるため、電荷を持った触媒が
互いに反発しあい、ノズルから噴射した触媒の吹出し角
度を電荷を負荷しない場合に比べて広げることができる
。

（実　施　例）以下本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。サ
ブストレート１３はほぼ円錐状の吹付は容器１２の底部
に水平に収納する。そして、吹付は容器１２のサブスト
レート１３背面には吸引機１４を接続する。また、吹付
は容器１２の頂点部にはサブストレート１３上面に触媒
を吹き付けるための吹付はノズル１１を接続する。即ち
、この吹付はノズル１１と吸引機１４とはサブストレー
ト１３を挟んで反対側に配置する。尚、触媒にはテフロ
ンを２０〜５０ｗｔ％含むものを使用する。また、吹付
はノズル内出口には触媒中のテフロンに負の電荷を与え
る電極１５を取付ける。

そして、サブストレート１３に触媒を吹付ける場合、サ
ブストレート１３に正の電荷が与えられ、電極１５に負
の電荷が与えられる。また、吹付はノズル１１より触媒
がサブストレート１３に向かって吹付けられる。同時に
、吸引機１４を駆動し、この駆動により吹付けられた触
媒がサブストレート１３の背面より吸引される。この場
合、触媒は電極１５により負に帯電し互いに反発し合う
。これにより、吹付はノズル１１からの噴射角度が広が
ると共に吹付はノズル１１より吹出された触媒は、吹付
は容器１２内に一様に分散する。このため、触媒はサブ
ス１−レート１３上面に均一に塗布される６さらに、サ
ブストレート１３の背面より吸収しているので、触媒が
サブストレート１３上面に確実に塗布される。

ここで、本実施例において触媒塗布量の均一性が向上し
たことを第２図を用いて説明する。即ち。

第２図は上記方法により触媒が塗布されたサブストレー
ト１３を４２分割し、各々の分割されたサブストレート
に塗布されている触媒重量を測定し、縦軸に分割された
サブストレートの枚数、横軸に触媒重量を夫々とりグラ
フ化したものである。そして、曲線６１は従来方法によ
るものであり、曲線６２は本実施例の方法によるもので
ある。このように、本実施例においては、ピークが鋭く
なり従来方法に比べ触媒の塗布量が均一となっているこ
とがわかる。

このように、サブストレート１３上に触媒が均一に塗布
されているので触媒層の厚さを均一にすることができる
。これにより触媒層に付与される電解質層を均一にする
ことができ、電池の固有抵抗のバラツキを無くすことが
できる。よって、電池に流れる各所の電流密度を一定に
することができ、電池内の温度の高低分布発生を防止す
ることができる。このため、電池内に局所的に高温部が
存在する虞れがなく燃料電池の寿命を向上させることが
できる。

尚、吹付はノズル１１には、出口近傍にディフューザを
設けることにより触媒の分数を良くすることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、サブストレート上
に触媒を均一に乾式塗布する際に、吹き付は容器内で触
媒を分散させる目的として、触媒に電荷を付加すること
により、電気的な反応を利用して均一な触媒層を形成す
ることができる。これにより、触媒層に付与される電解
質層を均一にできることにより、電池温度の高低のばら
つき防止と、電池寿命を向上した燃料電池を提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す燃料電池の製造方法の
概念図、第２図は本発明による触媒の塗布分布図、第３
図は一般的な燃料電池の原理図。第４図は従来の燃料電池製造方法により形成した電極の
断面図、第５図は第４図に示す電極の平面図である。１１・・・吹付はノズル、　　　１２・・・吹付は容器
、代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　三俣弘文第１図第２図第３図ｄ３　４２第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

サブストレートに触媒を吹付けノズルにて塗布してアノ
ード電極及びカソード電極を形成してなる燃料電池の製
造方法において、前記吹付けノズル内出口にて前記触媒
に電荷を与えることを特徴とする燃料電池の製造方法。