JPS6340260A - 燃料電池用電極触媒層の製造方法 - Google Patents
燃料電池用電極触媒層の製造方法Info
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- JPS6340260A JPS6340260A JP61184451A JP18445186A JPS6340260A JP S6340260 A JPS6340260 A JP S6340260A JP 61184451 A JP61184451 A JP 61184451A JP 18445186 A JP18445186 A JP 18445186A JP S6340260 A JPS6340260 A JP S6340260A
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- electrode catalyst
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- 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
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
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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
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
-
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- H01M4/96—Carbon-based electrodes
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- 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)
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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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野］
この発明は、燃料電池に用いられる電翫触媒層の製造方
法に関するものである。
法に関するものである。
従来この種の電極触媒層の製造方法としては、白金等の
触媒活性成分を担持したカーボン等の担体と、ポリテト
ラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥと略記する）ディス
バージョンの両者を含有する触媒ペーストを湿潤状態に
てロール法、スプレー法等の公知の手法によりカーボン
基材上に塗工する方法や、白金等の触媒活性成分を担持
したカーボン等の担体とＰＴＦＨの、少なくとも三者か
ら構成される粉末又は粒子を乾式法にて、カーボン基材
上にプレス成型することによって電極触媒層を製造する
方法が知られている。そして、電極の性能を向上させる
目的から、上記二種の方法において、他の有ｉ吻質又は
無機物を混入廿じめ、最終的には除去することにより触
媒層中にその形状を留めることなく、触媒層中に、電極
性能の向上に寄与する上記有機物質又は無機物の空孔す
なわちガス拡散路を形成する方法が提案されている。
触媒活性成分を担持したカーボン等の担体と、ポリテト
ラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥと略記する）ディス
バージョンの両者を含有する触媒ペーストを湿潤状態に
てロール法、スプレー法等の公知の手法によりカーボン
基材上に塗工する方法や、白金等の触媒活性成分を担持
したカーボン等の担体とＰＴＦＨの、少なくとも三者か
ら構成される粉末又は粒子を乾式法にて、カーボン基材
上にプレス成型することによって電極触媒層を製造する
方法が知られている。そして、電極の性能を向上させる
目的から、上記二種の方法において、他の有ｉ吻質又は
無機物を混入廿じめ、最終的には除去することにより触
媒層中にその形状を留めることなく、触媒層中に、電極
性能の向上に寄与する上記有機物質又は無機物の空孔す
なわちガス拡散路を形成する方法が提案されている。
以下、上記有機物質又は無機物質として、炭酸水素アン
モニウムを用いた場合について説明することとする。炭
酸水素アンモニウムを添加され、白金触媒とＰＴＦＥを
少なくとも含有する触媒ペーストを、ロール法、スプレ
ー法などの公知の方法によりカーボン基村上に塗工する
。炭酸水素アンモニウムは、約４０〜７０℃にて分解除
去されるため、乾燥後には、含有された炭酸水素アンモ
ニウムの体積相当部分のボアが形成される。しかる後に
、電極として焼成し、ＰＴＦＥを溶融することにより、
ｔ８水性の発現した電極触媒層が調整される。以上炭酸
水素アンモニウムを用いた例を説明したが、このような
物質はボア形成剤（ボアビルダニ ＰＯＲＥＢＵＩＬＤ
ＥＲ）とも言われ、その機能を持つ物質としては、上記
例から推測できるように多種のものがある。例えば、砂
糖などもその一つである。
モニウムを用いた場合について説明することとする。炭
酸水素アンモニウムを添加され、白金触媒とＰＴＦＥを
少なくとも含有する触媒ペーストを、ロール法、スプレ
ー法などの公知の方法によりカーボン基村上に塗工する
。炭酸水素アンモニウムは、約４０〜７０℃にて分解除
去されるため、乾燥後には、含有された炭酸水素アンモ
ニウムの体積相当部分のボアが形成される。しかる後に
、電極として焼成し、ＰＴＦＥを溶融することにより、
ｔ８水性の発現した電極触媒層が調整される。以上炭酸
水素アンモニウムを用いた例を説明したが、このような
物質はボア形成剤（ボアビルダニ ＰＯＲＥＢＵＩＬＤ
ＥＲ）とも言われ、その機能を持つ物質としては、上記
例から推測できるように多種のものがある。例えば、砂
糖などもその一つである。
上記従来の電極触媒層は、ＰＴＦＨの存在によって発現
する撥水性が、混合時の分散性を上げることおよび後の
電極焼成工程での厳密な条件設定によっても、期待通り
には制御されなかった。又、前記ボア形成剤が無い場合
、はとんど一義的に触媒を形成するカーボンの形状で決
まってしまう触媒層内の空孔の大きさも、その表面に存
在するＰＴＦＥ量と共に、触媒層空孔としての広義の撥
水性に大きな影響を与える。上記欠点の具体例としては
、■触媒層内のガス拡散性が時間と共に悪化する。
する撥水性が、混合時の分散性を上げることおよび後の
電極焼成工程での厳密な条件設定によっても、期待通り
には制御されなかった。又、前記ボア形成剤が無い場合
、はとんど一義的に触媒を形成するカーボンの形状で決
まってしまう触媒層内の空孔の大きさも、その表面に存
在するＰＴＦＥ量と共に、触媒層空孔としての広義の撥
水性に大きな影響を与える。上記欠点の具体例としては
、■触媒層内のガス拡散性が時間と共に悪化する。
■高負荷（高電流密度）運転できない。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、撥水量およびガス拡散路の大きさを制御す
ることにより、例えば長期間安定に高負荷運転できる燃
料電池用電極触媒層の製造法を提供することを目的とす
る。
れたもので、撥水量およびガス拡散路の大きさを制御す
ることにより、例えば長期間安定に高負荷運転できる燃
料電池用電極触媒層の製造法を提供することを目的とす
る。
この発明の燃料電池用電極触媒層の製造法は、触媒を担
持したカーボン粉末又は粒子およびＰＴＦＨの混合物を
得る工程、上記混合物中のＰＴＦＥを触媒を担持したカ
ーボン粉末又は粒子に結着させ上記混合物を固める工程
、固めたものを粒子状に粉砕する工程、並びに粉砕物に
より燃料電池用触媒層を形成する工程を施すものである
。
持したカーボン粉末又は粒子およびＰＴＦＨの混合物を
得る工程、上記混合物中のＰＴＦＥを触媒を担持したカ
ーボン粉末又は粒子に結着させ上記混合物を固める工程
、固めたものを粒子状に粉砕する工程、並びに粉砕物に
より燃料電池用触媒層を形成する工程を施すものである
。
この発明におけるＰＴＦＥを触媒を担持したカーボン粉
末又は粒子に結着させることにより、触媒活性成分近傍
に局部的なｔ８水性を付与し、これらを固めたものを粒
子状に粒度を制御して粉砕することにより、適度に撥水
性の発現し得る触媒活性成分を含む粒径の調整された粒
子郡を得る。そしてこれらから形成された電極触媒層は
、粒子の粒径によりポアサイズの調整された即ちガス拡
散路が確保されている。上記粒子郡の周辺がガス拡散路
を形成する。
末又は粒子に結着させることにより、触媒活性成分近傍
に局部的なｔ８水性を付与し、これらを固めたものを粒
子状に粒度を制御して粉砕することにより、適度に撥水
性の発現し得る触媒活性成分を含む粒径の調整された粒
子郡を得る。そしてこれらから形成された電極触媒層は
、粒子の粒径によりポアサイズの調整された即ちガス拡
散路が確保されている。上記粒子郡の周辺がガス拡散路
を形成する。
以下、この発明の実施例について説明する。
実施例１
１Ｏ重量％白金を含むカーボン粉末６０ｇ とＰＴＦＥ
ディスバージョン（三井フロロケミカル社製商品ＴＦＥ
３０Ｊ）！ＯＯｇを含む材料を公知の湿式法にて分散
混合する。この時、超音波処理、コロイドミル処理を行
えば、上記の材料の混合状態は極めて良好となる。この
混合溶液を６０°Ｃにて２４時間乾燥させ、触媒粉末と
、Ｐ’ＴＦＦからなる混合物を得る。次に、金型を用い
て、前述の混合物を冷間プレスする。
ディスバージョン（三井フロロケミカル社製商品ＴＦＥ
３０Ｊ）！ＯＯｇを含む材料を公知の湿式法にて分散
混合する。この時、超音波処理、コロイドミル処理を行
えば、上記の材料の混合状態は極めて良好となる。この
混合溶液を６０°Ｃにて２４時間乾燥させ、触媒粉末と
、Ｐ’ＴＦＦからなる混合物を得る。次に、金型を用い
て、前述の混合物を冷間プレスする。
プレス条件は２〜５００ｋｇ／ｃｍ”好ましくは１００
ｋｇ／ｃｍ２５分である。このようにして得られた触媒
粉末とＰＴＦＨの固められた物をミキサーを用いて、わ
）砕する。粉砕された粉体の粒度は０．１〜５μｍが、
得られるポアサイズから好ましい。この時、空気中にて
高速粉砕すると、急激なる昇温のために触媒が着火する
危険性がある。その為、冷却しつつ粉砕するか、触媒周
囲の雰囲気を不活性ガスにするかあるいはそれら両者を
併用する必要がある。冷却温度としては１０℃以下が好
ましく、雰囲気としては、窒素ガス好ましくは熱電導の
良いＨｅが望ましい。こうして得られた触媒粉末をプレ
ス法により電極に成型し、この発明の一実施例による燃
料電池用電極触媒層を得る。
ｋｇ／ｃｍ２５分である。このようにして得られた触媒
粉末とＰＴＦＨの固められた物をミキサーを用いて、わ
）砕する。粉砕された粉体の粒度は０．１〜５μｍが、
得られるポアサイズから好ましい。この時、空気中にて
高速粉砕すると、急激なる昇温のために触媒が着火する
危険性がある。その為、冷却しつつ粉砕するか、触媒周
囲の雰囲気を不活性ガスにするかあるいはそれら両者を
併用する必要がある。冷却温度としては１０℃以下が好
ましく、雰囲気としては、窒素ガス好ましくは熱電導の
良いＨｅが望ましい。こうして得られた触媒粉末をプレ
ス法により電極に成型し、この発明の一実施例による燃
料電池用電極触媒層を得る。
実施例２
１０重星χ白金を含むカーボン粉末６０ｇ とＰＴＦＥ
（三井フロロケミカル社製商品名ＴＰＥ ３０Ｊ）５０
ｇを含む材料を公知の湿式法にて分散混合する。この時
、超音波処理、コロイドミル処理を行えば上記材料の混
合状態は極めて良好となる。この混合溶液を６０℃にて
２４時間乾燥させ、触媒粉末と、ＰＴＦＥからなる混合
物を得る。次に金型を用いて前述の混合物を冷間プレス
する。プレス条件は２〜５００ｋｇ／ａｍ”好ましくは
１００ ｋｇ／ａｍ２５分である。コノようにして得ら
れた、触媒粉末とＰＴＦＨの固められた物を不浩性雰囲
気下、冷却しつつ粉砕する。
（三井フロロケミカル社製商品名ＴＰＥ ３０Ｊ）５０
ｇを含む材料を公知の湿式法にて分散混合する。この時
、超音波処理、コロイドミル処理を行えば上記材料の混
合状態は極めて良好となる。この混合溶液を６０℃にて
２４時間乾燥させ、触媒粉末と、ＰＴＦＥからなる混合
物を得る。次に金型を用いて前述の混合物を冷間プレス
する。プレス条件は２〜５００ｋｇ／ａｍ”好ましくは
１００ ｋｇ／ａｍ２５分である。コノようにして得ら
れた、触媒粉末とＰＴＦＨの固められた物を不浩性雰囲
気下、冷却しつつ粉砕する。
上記の如く粉砕された粉末を６０ｇ秤量し、イソプロピ
ルアルコール２０ｇを含有する脱イオン水１００ｇ中に
分散させる。さらに前述のＰＴＦＥディスバージョンを
３３ｇ添加し、ホモジナイザーにて混合する。このよう
にして得られた触媒ペーストを、公知の手法例えばロー
ル法によって電橋基剤上に塗工し、ガス拡散路の溌水性
大のこの発明の他の実施例による燃料電池用電極触媒層
を得る。なお上記実施例では、プルス圧を１００ｋｇ／
ａｍ”にした例について述べられているが、この圧力は
、触媒粉体中へのＰＴＦＥの圧入する程度を規制するパ
ラメータともなっており、期待される触媒活性成分のｎ
水性の程度に応じて変えるこ止ができる。
ルアルコール２０ｇを含有する脱イオン水１００ｇ中に
分散させる。さらに前述のＰＴＦＥディスバージョンを
３３ｇ添加し、ホモジナイザーにて混合する。このよう
にして得られた触媒ペーストを、公知の手法例えばロー
ル法によって電橋基剤上に塗工し、ガス拡散路の溌水性
大のこの発明の他の実施例による燃料電池用電極触媒層
を得る。なお上記実施例では、プルス圧を１００ｋｇ／
ａｍ”にした例について述べられているが、この圧力は
、触媒粉体中へのＰＴＦＥの圧入する程度を規制するパ
ラメータともなっており、期待される触媒活性成分のｎ
水性の程度に応じて変えるこ止ができる。
又、上記実施例では、粉砕ミキサーによってできる。又
、上記実施例では粒子郡の粒度を０．１〜５μｍとした
が、触媒層中のガス拡散性との関係で任意に決めること
ができる。一般的に０．１ μＩ以下ではガス拡散が
悪くなり、５μ剛以上ではガス拡散路の数が少なくなり
、粒子内でのガス拡散距離が長くなる。
、上記実施例では粒子郡の粒度を０．１〜５μｍとした
が、触媒層中のガス拡散性との関係で任意に決めること
ができる。一般的に０．１ μＩ以下ではガス拡散が
悪くなり、５μ剛以上ではガス拡散路の数が少なくなり
、粒子内でのガス拡散距離が長くなる。
又、上記実施例のように、ＰＴＦＥを触媒を担持したカ
ーボン粉末又は粒子に結着させる際、冷間プレスを用い
た場合、熱処理することにより燃料電池用電極触媒層を
形成し、３５０’ｃ以上の十ノドプレスを用いた場合、
熱処理をしなくとも燃料電池用電極触媒層を形成するこ
とができる。
ーボン粉末又は粒子に結着させる際、冷間プレスを用い
た場合、熱処理することにより燃料電池用電極触媒層を
形成し、３５０’ｃ以上の十ノドプレスを用いた場合、
熱処理をしなくとも燃料電池用電極触媒層を形成するこ
とができる。
さらに、触媒を担持したカーボン粉末又は粒子に混合す
るＰＴＦＨには低分子量のものを用い、粉砕物により燃
料電池用電極触媒層を形成する際に追加混合するＰＴＦ
Ｈには比較的高分子量のものを用いても良い。
るＰＴＦＨには低分子量のものを用い、粉砕物により燃
料電池用電極触媒層を形成する際に追加混合するＰＴＦ
Ｈには比較的高分子量のものを用いても良い。
以上説明したとおり、この発明は、触媒を担持したカー
ボン粉末又は粒子およびＰＴＦＨの混合物を得る工程、
上記混合物中のＰＴＦＥを触媒を担持したカーボン粉末
又は粒子に結着させ上記混合物を固める工程、固めたも
のを粒子状に粉砕する工程、並びに粉砕物により燃料電
池用電極触媒層を形成する工程を施すことにより、ｔａ
水量およびガス拡散路の大きさを制御することにより、
例えば長期間安定に高負荷運転できる燃料電池用電極触
媒層の製造方法を得ることができる。
ボン粉末又は粒子およびＰＴＦＨの混合物を得る工程、
上記混合物中のＰＴＦＥを触媒を担持したカーボン粉末
又は粒子に結着させ上記混合物を固める工程、固めたも
のを粒子状に粉砕する工程、並びに粉砕物により燃料電
池用電極触媒層を形成する工程を施すことにより、ｔａ
水量およびガス拡散路の大きさを制御することにより、
例えば長期間安定に高負荷運転できる燃料電池用電極触
媒層の製造方法を得ることができる。
Claims (3)
- （１）触媒を担持したカーボン粉末又は粒子、およびポ
リテトラフルオロエチレンの混合物を得る工程、上記混
合物中のポリテトラフルオロエチレンを触媒を担持した
カーボン粉末又は粒子に結着させ上記混合物を固める工
程、固めたものを粒子状に粉砕する工程、並びに粉砕物
より燃料電池用電極触媒層を形成する工程を施す燃料電
池用電極触媒層の製造方法。 - （２）粉砕物により燃料電池用電極触媒層を形成する工
程は、ポリテトラフルオロエチレンを追加混合して行な
う特許請求の範囲第１項記載の燃料電池用電極触媒層の
製造方法。 - （３）固めたものを粒子状に粉砕する工程は、機械的手
法により粉砕する特許請求の範囲第１項又は第２項記載
の燃料電池用電極触媒層の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61184451A JPS6340260A (ja) | 1986-08-05 | 1986-08-05 | 燃料電池用電極触媒層の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61184451A JPS6340260A (ja) | 1986-08-05 | 1986-08-05 | 燃料電池用電極触媒層の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6340260A true JPS6340260A (ja) | 1988-02-20 |
Family
ID=16153379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61184451A Pending JPS6340260A (ja) | 1986-08-05 | 1986-08-05 | 燃料電池用電極触媒層の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6340260A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006032249A (ja) * | 2004-07-21 | 2006-02-02 | Sony Corp | 燃料電池 |
| KR101272514B1 (ko) * | 2010-12-03 | 2013-06-11 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 전극용 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법 |
-
1986
- 1986-08-05 JP JP61184451A patent/JPS6340260A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006032249A (ja) * | 2004-07-21 | 2006-02-02 | Sony Corp | 燃料電池 |
| KR101272514B1 (ko) * | 2010-12-03 | 2013-06-11 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 전극용 소수성 고분자-탄소지지체 복합체의 제조방법 |
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