JPS6345757A - 燃料電池用ガス拡散電極 - Google Patents
燃料電池用ガス拡散電極Info
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- JPS6345757A JPS6345757A JP61189870A JP18987086A JPS6345757A JP S6345757 A JPS6345757 A JP S6345757A JP 61189870 A JP61189870 A JP 61189870A JP 18987086 A JP18987086 A JP 18987086A JP S6345757 A JPS6345757 A JP S6345757A
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Classifications
-
- 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
-
- 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
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〕
本発明は燃料電池における電極触媒層の構造に関する。
一般に燃料電池のガス拡散電極は、第３図に示すように
、触媒担体であるカーボン粉末に白金等貴金属を担持さ
せた触媒粉末ｌに、撥水剤としてフッ素樹脂であるポリ
テトラフロロエチレン２（以下（’ＰＴＦＥＪと呼称す
る）のディスバージ、ンを添加した分散溶液を多孔質な
電極基板３上に塗布し・乾燥、焼成工程を経て触媒層４
を形成していた〇 一方、かかるガス拡散電極を用いて構成された燃料電池
の電池性能を長時間安定に保つには、運転時に触媒層内
部に形成される三相界面を安定維持させる必要がある。
、触媒担体であるカーボン粉末に白金等貴金属を担持さ
せた触媒粉末ｌに、撥水剤としてフッ素樹脂であるポリ
テトラフロロエチレン２（以下（’ＰＴＦＥＪと呼称す
る）のディスバージ、ンを添加した分散溶液を多孔質な
電極基板３上に塗布し・乾燥、焼成工程を経て触媒層４
を形成していた〇 一方、かかるガス拡散電極を用いて構成された燃料電池
の電池性能を長時間安定に保つには、運転時に触媒層内
部に形成される三相界面を安定維持させる必要がある。
ところで、前記三相界面の安定維持を図るた控には、触
媒層内部に接する電解液に対して適度な撥水性と１反応
ガスを触媒層内部に拡散させるに必要かつ充分な細孔が
確保されていなければならない。
媒層内部に接する電解液に対して適度な撥水性と１反応
ガスを触媒層内部に拡散させるに必要かつ充分な細孔が
確保されていなければならない。
そこで従来では、触媒層を形成する際にや水剤として用
いるＰＴＦＥの添加量を調整することにより、所望の電
極性能が得られるようにしている。
いるＰＴＦＥの添加量を調整することにより、所望の電
極性能が得られるようにしている。
このような場合に、）’ＴＦＥの添加量が少なければ触
媒粒子間の接触抵抗が小さくなるので、燃料［ａとして
高い電池特性が得られる反面、触媒層内一部における触
媒担体および触媒担体とＰＴＦＥとの間に存在する空孔
部分の撥水性が不足して、燃料電池を長時間運転する間
に空孔部に電解液が徐々に浸透して反応ガスの拡散通路
である細孔を塞ぎ、分給的に電極基板まで電解質が到達
して１反応ガスの層内拡散を阻害することで高い電池特
性を長時間安定維持できずに電池の劣化率が大きくなっ
ていた。
媒粒子間の接触抵抗が小さくなるので、燃料［ａとして
高い電池特性が得られる反面、触媒層内一部における触
媒担体および触媒担体とＰＴＦＥとの間に存在する空孔
部分の撥水性が不足して、燃料電池を長時間運転する間
に空孔部に電解液が徐々に浸透して反応ガスの拡散通路
である細孔を塞ぎ、分給的に電極基板まで電解質が到達
して１反応ガスの層内拡散を阻害することで高い電池特
性を長時間安定維持できずに電池の劣化率が大きくなっ
ていた。
一方、ＰＴＦＥの添加量を増加するとガス拡散通路とな
る層内の細孔の撥水性が強化されるが、触媒粉末に対す
るＰＴＦＥ添加量の割合が過剰になるために、逆に触媒
粒子に対する電解質の濡れを阻害して三相界面の領域を
狭めてしまうほか、触媒粒子間の接触抵抗を増大させて
電池特性を低下させる傾向を示す。このように術水剤が
電池特性。
る層内の細孔の撥水性が強化されるが、触媒粉末に対す
るＰＴＦＥ添加量の割合が過剰になるために、逆に触媒
粒子に対する電解質の濡れを阻害して三相界面の領域を
狭めてしまうほか、触媒粒子間の接触抵抗を増大させて
電池特性を低下させる傾向を示す。このように術水剤が
電池特性。
を他方化率に及ぼす影響は大きく次のような相関関係に
ある。
ある。
第１表および第４図に本発明者等が行った実験結果を示
す。第１表は触媒担体重量当りに対するＰＴＦＥ添加量
を変えた各試料ａ−ｄのガス拡散電極についてのＰＴＦ
Ｅ添加量と電池性能劣化率との関係を、第４図は前記試
料３−ｄに対する単セルの電流−電圧特性を示す。なお
上記第１表における劣化率は、運転条件を温度２００℃
、電流密度２２０ｍＡ／ｖｔｆ 、動作圧力３．５ Ｋ
９７ｄとして２０００時間運転を行った後のセル電圧値
の劣化率を表し、また第４図は運転条件が温度２００℃
、動作圧力３．５ Ｗ（’／！１での３）時間後の運転
初期での電流−電圧特性を表している。
す。第１表は触媒担体重量当りに対するＰＴＦＥ添加量
を変えた各試料ａ−ｄのガス拡散電極についてのＰＴＦ
Ｅ添加量と電池性能劣化率との関係を、第４図は前記試
料３−ｄに対する単セルの電流−電圧特性を示す。なお
上記第１表における劣化率は、運転条件を温度２００℃
、電流密度２２０ｍＡ／ｖｔｆ 、動作圧力３．５ Ｋ
９７ｄとして２０００時間運転を行った後のセル電圧値
の劣化率を表し、また第４図は運転条件が温度２００℃
、動作圧力３．５ Ｗ（’／！１での３）時間後の運転
初期での電流−電圧特性を表している。
第 １ 表
上記第１表および第３図から明らかなように、Ｐ １”
Ｆ Ｅ添加量を減少させると特性は向上するが劣化率
を増大させる。逆に、ＰＴＦｇ添加量を増加させた場合
には劣化率は改善されるが電池特性が低下するという問
題点があった。
Ｆ Ｅ添加量を減少させると特性は向上するが劣化率
を増大させる。逆に、ＰＴＦｇ添加量を増加させた場合
には劣化率は改善されるが電池特性が低下するという問
題点があった。
この発明は前記の点に鑑みな・されたものであり。
充分な反応ガス拡散性を確保しつつ、かつ高い撥水性が
得られ、長時間の運転にも安定して高い電池性能が維持
できるようにした燃料電池のガス拡散電極を提供するこ
とを目的とする。
得られ、長時間の運転にも安定して高い電池性能が維持
できるようにした燃料電池のガス拡散電極を提供するこ
とを目的とする。
上記目的を達成するためにこの発明は、触媒担体重量当
りにＰ Ｔ Ｆ Ｅ ４５％を添加した触媒層にＰＴＦ
Ｅを７０％添加した触媒層を組合せた二層構造とし、電
極基板側に）’ＴＦＥｆｉの多い触媒層そして反応部側
に）’ＴＦＥｆｉの少ない触媒層を形成し、ガス拡散通
路を確保するようにした。また特性の低下を防止するた
めに、触媒層の厚さ比率をＰＴＦＥ量の多い触媒層に対
してＰＴＦＥ量の少ない触媒層の厚さを３倍にして、全
体厚さを従来のＰＴＦＥ量の垣−触Ｓ層と同じにした。
りにＰ Ｔ Ｆ Ｅ ４５％を添加した触媒層にＰＴＦ
Ｅを７０％添加した触媒層を組合せた二層構造とし、電
極基板側に）’ＴＦＥｆｉの多い触媒層そして反応部側
に）’ＴＦＥｆｉの少ない触媒層を形成し、ガス拡散通
路を確保するようにした。また特性の低下を防止するた
めに、触媒層の厚さ比率をＰＴＦＥ量の多い触媒層に対
してＰＴＦＥ量の少ない触媒層の厚さを３倍にして、全
体厚さを従来のＰＴＦＥ量の垣−触Ｓ層と同じにした。
以下にこの発明の実施例を述べる。電池特性が高く、劣
化率のやや大きいＰ ’ｌ” Ｆ Ｅを４５ｗｔ％添加
した電極触媒層の電池性能を安定維持させるために。
化率のやや大きいＰ ’ｌ” Ｆ Ｅを４５ｗｔ％添加
した電極触媒層の電池性能を安定維持させるために。
劣化率の小さい撥水性に優れたＰＴＦＥ７０ｗｔ％の電
極触媒層を組合せた＝ｊ輪構造として１両者の利点を求
めた実験結果を示す。まず、触媒担体であるカーボン粉
末に白金等貴金属を担持した触媒粉末に、触媒粉末中の
触媒担体に対して重量割合として４５％の撥水剤である
ＰＴＦＥディスバージ、ンを添加した均質混合液と、同
じく重量割合として７０％のＰＴＦＥディスバージョン
を添加した均質混合液を調典し、第１図に示すような電
極基板側にＰＴＦＥが７０％混合された触媒層、実にそ
の上部にＰＴＦＥが４５％混合された触媒層を塗布法、
スプレー法などにより作製し乾燥、焼成した１他触媒層
の構造を作製した。
極触媒層を組合せた＝ｊ輪構造として１両者の利点を求
めた実験結果を示す。まず、触媒担体であるカーボン粉
末に白金等貴金属を担持した触媒粉末に、触媒粉末中の
触媒担体に対して重量割合として４５％の撥水剤である
ＰＴＦＥディスバージ、ンを添加した均質混合液と、同
じく重量割合として７０％のＰＴＦＥディスバージョン
を添加した均質混合液を調典し、第１図に示すような電
極基板側にＰＴＦＥが７０％混合された触媒層、実にそ
の上部にＰＴＦＥが４５％混合された触媒層を塗布法、
スプレー法などにより作製し乾燥、焼成した１他触媒層
の構造を作製した。
次に、このＰＴＦＥ添加量４５％と７０％の異なる触媒
層の厚さの比率を変えた電極の劣化率を第２表に、また
第２図に電流−電圧特性を示す。第２表は、触媒担体重
量当りＰＴＦＥを４５％とＰＴＦＥを７０％添加触媒層
の厚さ比率を変えた各試料ｅ−ｈのガス拡散電極につい
ての厚さ比率と電池性能劣化率との関係を示しており、
運転条件を温度２００’Ｃ。
層の厚さの比率を変えた電極の劣化率を第２表に、また
第２図に電流−電圧特性を示す。第２表は、触媒担体重
量当りＰＴＦＥを４５％とＰＴＦＥを７０％添加触媒層
の厚さ比率を変えた各試料ｅ−ｈのガス拡散電極につい
ての厚さ比率と電池性能劣化率との関係を示しており、
運転条件を温度２００’Ｃ。
電極密度２２０ ｍＡ／（Ｍｆ 、動作圧力３．５ψと
して２０００時間運転を行った後のセル電圧値の劣化率
を表し、また第２図は運転条件が温度２００℃、動作圧
力３．５ Ｋ４ＡＩｆでの題時間後の運転初期での電流
電圧特性を表している。
して２０００時間運転を行った後のセル電圧値の劣化率
を表し、また第２図は運転条件が温度２００℃、動作圧
力３．５ Ｋ４ＡＩｆでの題時間後の運転初期での電流
電圧特性を表している。
第２表
上記第２表から明らかなように、ｆ”ｌ”）’Ｅ添加量
４５％の触媒層の厚さ比をＰ Ｔ Ｆ Ｅ ７０％に対
して増加させていくと、従来のＰ Ｔ Ｆ Ｅ添加ｆｉ
： ４５％単独の触媒層の劣化率に近ずくが、たとえば
ＰＴＦＥ添加量４５％の触媒層の厚さをＰ Ｔ Ｆ Ｅ
’；ｏ％に対して３倍以下にするとＰ’ｒＦＥ７０％単
独の触媒層の劣化率にほぼ近い値を示すことがわかる。
４５％の触媒層の厚さ比をＰ Ｔ Ｆ Ｅ ７０％に対
して増加させていくと、従来のＰ Ｔ Ｆ Ｅ添加ｆｉ
： ４５％単独の触媒層の劣化率に近ずくが、たとえば
ＰＴＦＥ添加量４５％の触媒層の厚さをＰ Ｔ Ｆ Ｅ
’；ｏ％に対して３倍以下にするとＰ’ｒＦＥ７０％単
独の触媒層の劣化率にほぼ近い値を示すことがわかる。
また逆に第２図では）’ ｉ’ Ｆ Ｂ ４５％の触媒
層の厚さをＰ ’ｒ Ｆ Ｅ ７０％に対して３倍以上
にするとＰ ’ｌ’ Ｆ Ｂ ４５％単独の触媒層の電
池特性にほぼ近い値を示すことがわかる。
層の厚さをＰ ’ｒ Ｆ Ｅ ７０％に対して３倍以上
にするとＰ ’ｌ’ Ｆ Ｂ ４５％単独の触媒層の電
池特性にほぼ近い値を示すことがわかる。
したがって、触媒担体重量当りにＰ Ｔ Ｆ Ｅディス
バージョンを７０％添加した触媒ｌの厚さに対してＰ
’Ｌ’ Ｆ Ｅディスバージ、ンを４５％添加した触媒
層の厚さを３倍とした二層構造の触媒層とすることによ
り、触媒層内へのガス拡散通路となる細孔をＰＴ Ｆ
Ｅ ７０％を添加した触媒層で確保し１反応層となる触
媒層を）’ＴＦＥ４５％添加した層にて発揮させること
ができる。
バージョンを７０％添加した触媒ｌの厚さに対してＰ
’Ｌ’ Ｆ Ｅディスバージ、ンを４５％添加した触媒
層の厚さを３倍とした二層構造の触媒層とすることによ
り、触媒層内へのガス拡散通路となる細孔をＰＴ Ｆ
Ｅ ７０％を添加した触媒層で確保し１反応層となる触
媒層を）’ＴＦＥ４５％添加した層にて発揮させること
ができる。
以上の説明から明らかなように１本発明によれば触媒層
内のガス拡散通路となる細孔をＰＴＦＥ量の多い層で確
保し１反応ｌ―なる触媒層をＰＴＦＥ量の少ない層で発
揮させることができるため、カス拡散性と撥水性に優れ
た電極性能を得ることができ、もって長時間の運転にも
安定して高い電池性能を維持することができる。
内のガス拡散通路となる細孔をＰＴＦＥ量の多い層で確
保し１反応ｌ―なる触媒層をＰＴＦＥ量の少ない層で発
揮させることができるため、カス拡散性と撥水性に優れ
た電極性能を得ることができ、もって長時間の運転にも
安定して高い電池性能を維持することができる。
第１図は本発明の実施例によるガス拡散電極の断面模式
図、第２図は本発明の実施例による単セルでの電流−電
圧特性図、第３図は従来のガス拡散電極の断面模式図、
第４図は従来の単セルでの撥水剤添加量に対する電流−
電圧特性図である。 １：触媒、２：ＰＴＦＥ、３：多孔質電極基板。 茸１図 ４を倣”１７′Ｉ＆（−ム２） 纂２ 圀
図、第２図は本発明の実施例による単セルでの電流−電
圧特性図、第３図は従来のガス拡散電極の断面模式図、
第４図は従来の単セルでの撥水剤添加量に対する電流−
電圧特性図である。 １：触媒、２：ＰＴＦＥ、３：多孔質電極基板。 茸１図 ４を倣”１７′Ｉ＆（−ム２） 纂２ 圀
Claims (1)
- 貴金属を担持した触媒粉末に弗素樹脂を添加混合してな
る触媒層を多孔質電極基板上に形成してなる燃料電池用
ガス拡散電極において、前記触媒層を厚さ方向に二層に
分け電極基板側を弗素樹脂量の多い層とし、電極基板側
の層の厚さを他方の層の１／３とすることを特徴とする
燃料電池用ガス拡散電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61189870A JPS6345757A (ja) | 1986-08-13 | 1986-08-13 | 燃料電池用ガス拡散電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61189870A JPS6345757A (ja) | 1986-08-13 | 1986-08-13 | 燃料電池用ガス拡散電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6345757A true JPS6345757A (ja) | 1988-02-26 |
Family
ID=16248551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61189870A Pending JPS6345757A (ja) | 1986-08-13 | 1986-08-13 | 燃料電池用ガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6345757A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002298860A (ja) * | 2001-01-25 | 2002-10-11 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の電極触媒層形成方法 |
| US6845217B2 (en) | 1999-11-30 | 2005-01-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Infrared ray lamp, heating apparatus and method of producing the infrared ray lamp |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60170168A (ja) * | 1984-02-13 | 1985-09-03 | Mitsubishi Electric Corp | リン酸型燃料電池用電極 |
-
1986
- 1986-08-13 JP JP61189870A patent/JPS6345757A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60170168A (ja) * | 1984-02-13 | 1985-09-03 | Mitsubishi Electric Corp | リン酸型燃料電池用電極 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6845217B2 (en) | 1999-11-30 | 2005-01-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Infrared ray lamp, heating apparatus and method of producing the infrared ray lamp |
| US7184656B2 (en) | 1999-11-30 | 2007-02-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Infrared lamp, heating apparatus, and method for manufacturing infrared lamp |
| JP2002298860A (ja) * | 2001-01-25 | 2002-10-11 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の電極触媒層形成方法 |
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