JPS63298969A - 燃料電池電極の製造方法 - Google Patents

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、多孔性基体から成るガス拡散電極を有する燃
料電池の電極製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、燃料電池の単位セルは、濃厚リン酸などから成る
電解質を含有する耐薬品性、耐熱性、耐酸化性に優れた
含浸層を中間にして負極となる多孔性炭素板と、正極と
なる多孔性炭素板とが相対向して密着一体化して構成さ
れている。この単位セルの起電力は高くても、ＩＶ程度
であり実用規模の発電装置を構成するには、数十乃至、
数百の単位セルを積層することが必要である。

この積層方法として高密度で導電性の炭素隔離板（セパ
レータ）が使用されており、この隔離板は、単位セルを
構成する電極の構造によって異っている。例えば、正極
、負極とも平滑な多孔性炭素板を使用する場合には、上
面と下面に夫々異なる方向のガス流通路を設けた隔離板
を使用し、正。

負極とも、ガス流通路を有する多孔性炭素板から成る電
極を使用する場合には、平滑な隔離炭素板を使用する。

かかる燃料電池において、長期に亘り、安定して高い性
能を維持する為には、電極反応面への反応ガス及び水素
イオンの十分な供給と、反応生成物の迅速な除去が必要
である。特に、燃料電池の長寿命化に当っては、電池内
に多量の電解質を保持することが必要である。

即ち、起電反応の時間が経過するにしたがい、反応ガス
の流通及び反応生成水の蒸発に伴って電解質がミストと
して、電池外へ搬出され、電池内の電解質の減耗が起こ
り、電池の内部抵抗の増大をもたらすのみならず、起電
反応に必要な三相界面の電解質の量が維持できなくなり
、性能が低下して長時間の運転が困難となる。

（発明が解決しようとする問題点） したがって、長寿命化に当って、起電時の電解質の搬出
を補う為には、電池内に多量の電解質を保有することが
必要である。この為には、従来。

電極を構成する多孔性炭素板の多孔質部に直接電解質を
含浸して、電解質の増量がはかられたが、一般に炭素は
リン酸電解質に対して、十分な濡れ性を示さない為、十
分量のリン酸を保持することが出来なかった。

本発明の目的は、上述した従来の多孔性電極の電解質保
持不足の問題点に鑑み、高い電解質の保有機能を備え、
長期間に亘って、高い性能を維持する燃料電池電極を得
るための製造方法を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明による燃料電池電極の製造方法は、多孔性炭素板
から成る正、負極の少くとも一方の電極基体の多孔質部
表面に金属リン酸塩を付着せしめ。

これにリン酸を含浸せしめることを特徴とするものであ
る。

（作用） 本発明によれば、多孔性炭素板の多孔質部表面に金属リ
ン酸塩を付着せしめ、これに、リン酸を保有させると、
金属リン酸塩は、リン酸を吸蔵し、膨潤してゲル化し、
多孔性基体の細孔の表面にそのゲル状金属リン酸塩が十
分に絡み金属リン酸塩のネットワークが形成される。

この金属リン酸塩は、細孔の炭素表面よりリン酸に対し
ての濡れ性が優れており、より多くのリン酸を多孔質部
に保有することができる。これにより、起電時に搬出さ
れるリン酸が多孔質部より電解質層に補給されるので、
より長時間の運転が可能となる。

（実施例） 以下、本発明を実施例により説明する。まずＩＱの水に
、粒径１ミクロン以下のリン酸シリコン１００ｇを添加
し、　スタークーで十分に撹拌して、リン酸シリコンの
ｍ濁液を作る。リン酸シリコンの分散性が悪く、沈殿が
生じやすい場合には、トライトンｘ−ｉｏｏなどの界面
活性剤を添加してもよい。

このリン酸シリコンの懸濁液に、かさ比重が約０．５で
、厚さ２ｎｎ、２００ｍｍ四方の気孔率７０％、平均孔
径４０ミクロンの多孔性炭素板に電極反応に係るガスを
供給する為の、巾１．５ｍｍ、深さ１．５ｍの溝を３ｍ
ｍのピッチで加工した基体（但し、溝に平行な両端部１
０ｎｎは、ガスシールを行う為に、溝加工を施さない）
を浸漬し、多孔体の内部に懸濁液を満たす、このように
して、懸濁液を含浸した基体を１００℃で２時間乾燥す
る。この浸漬、乾燥工程を、さらに２回繰り返すと、初
期の多孔性炭素基板に対して重量当り約５％の金属リン
酸塩であるリン酸シリコンの付着が認められた。

このリン酸シリコンを付与した多孔性炭素基板の平滑な
面に、白金を炭素粉末上に分散担持した触媒をポリテト
ラフルオロエチレンの混練物を公知の方法により塗布し
て触媒層を形成して負極とする。正極は、負極と同様な
多孔性炭素板を用い、リン酸シリコンの懸濁液への浸漬
、乾燥を２回繰り返し、これに触媒層を形成したものを
用いた。

このようにして製造した負極及び正極の触媒面に、シリ
コンカーバイドを主要構成要素とする電解質マトリック
スを公知の方法にて付与する。そして負極を上、正極を
下にし、かつ、それぞれのマトリックスを対向させて一
体化し、負極上部より１０５％のリン酸を注ぎ、かつ、
正極の多孔性基体側より、吸引を行って、マトリックス
及び多孔性基体にリン酸を保持させた。

このようにして製造した電極のリン酸含浸前後の重量差
は９８ｇであり、これは電池内に約４９＋ｌＬＱのリン
酸が保持されたことに相当する。一方、比較例として、
両極にリン酸シリコンを付与しなくて、他は１本発明の
実施例と同様に構成した電池に。

同様のプロセスでリン酸を含浸した場合の含浸重量は、
７６ｇであり、これは電池内に約３８ｍ！Ｑのリン酸が
保持された事に相当する。

本実施例より明らかな如く、電極の多孔質部にリン酸シ
リコン粉末を付着させることにより、単位電池内に、よ
り多くの電解質を保有せしめることができ、本発明の有
効性が明らかとなった。又、本発明及び、比較例より成
る単位電池を厚さ１ｍの平滑炭素板を介して、それぞれ
５　ｃｅｌｌ積層し、燃料として水素、酸化剤ガスとし
て空気を用いて、２００ｍＡ　／　ａｌ　、　２００℃
２反応ガス利用率それぞれ３０％で長時間運転を行った
。

図面に、本発明及び比較例に係る単位電池の電圧と運転
時間との関係を示す０本発明電池では、１万２千時間運
転後も殆んど、作動電圧の低下は認められなかったが、
比較例電池では、８千時間経過後に、徐々に電圧の減少
が認められた。

さらに上記電池の運転中に、２０００時経過後に電流遮
断法にて、内部抵抗を測定し、それぞれの電池の内部抵
抗変化を観察したところ、本発明電池の内部抵抗は、安
定しているのに対して、比較例電池のそれは、８千時間
経過後より、徐々に増加傾向を示していた。

すなわち、運転時間が経過するに従い、反応ガスの流通
及び反応生成水の蒸発に伴って、リン酸が電池外へ搬出
され、電池内のリン酸量の減耗が生ずるが、比較例電池
では、電池内のリン酸保持量が、本発明電池に比較して
少い為に、早期にリン酸の減耗が生じ、マトリックス層
の抵抗が徐々に増加したものと推察される。これに対し
て本発明電池は、電池内のリン酸保持量が多く、マトリ
ックス層のリン酸が維持された為に、内部抵抗の増加が
抑制されたものと推察される。

以上の実施例は、多孔質部への添加剤としてリン酸ケイ
素を用いた例を示したが、他にリン酸マグネシウム、リ
ン酸ジルコニウム、リン酸カルシウム、リン酸、リン酸
アルミニウムから成る少くとも一種のリン酸塩を含む添
加剤でも同様なシール効果が得られる。

〔発明の効果〕 以上のように本発明においては、電極基体の多孔質部の
表面に金属リン酸塩を付着せしめ、これにリン酸と含浸
せしめることにより、電極内に多くのリン酸を保持する
ことになり、燃料電池として長時間に亘って運転するこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の製造方法を適用した電極を用いた燃料
電池と従来の燃料電池との単位電池電圧−運転時間の関
係を示した特性図である。 運転時Ｍ（ｈｒｓ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水素を主成分とするガスを活物質とし、電極反応
   を促進する為の触媒層が担持された多孔性炭素質基体か
   ら成る負極と、酸化性のガスを活物質とし、触媒層が担
   持された多孔性炭素質基体から成る正極とを有し、負極
   と正極間に電解質層を挟持した燃料電池において、該、
   負極、正極の少くともいずれか一方の電極基体の多孔質
   部表面に金属リン酸塩を付着せしめ、これにリン酸を含
   浸せしめることを特徴とする燃料電池電極の製造方法。
2. （２）金属リン酸塩はリン酸ケイ素、リン酸マグネシウ
   ム、リン酸カルシウム、リン酸ジルコニウム、リン酸チ
   タン、リン酸アルミニウムら成る少くとも一種のリン酸
   塩を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   燃料電池電極の製造方法。