JPS6348754A - 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

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JPS6348754A
JPS6348754A JP61190862A JP19086286A JPS6348754A JP S6348754 A JPS6348754 A JP S6348754A JP 61190862 A JP61190862 A JP 61190862A JP 19086286 A JP19086286 A JP 19086286A JP S6348754 A JPS6348754 A JP S6348754A
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Fuji Electric Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 この発明はリン酸型燃料電池の電極触媒層の製造方法に
関する。。
〔従来技術とその問題点〕
燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを直接混気エネルギ
に変換する装置であり、その構成は燐酸よりなる電解液
層(図示せず)をはさんで第2図に示すような電極6(
カーボン電極基材4の上に電極触媒層5を融着させたも
の)を対向して配置し、外部のガス供給系より前記各K
fflへ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給し、各電極の
触媒微粒子7の上で酸化剤ガスと燃料ガスを個別(て電
気化学的に反応させ、その結果として系外に電気エネル
ギをとり出すことができる。
触媒微粒子7としてはカーボンブラックなどの触媒担体
2の上に白金などの貴金属微粒子1を担持したものが用
いられ、この触媒微粒子7がポリテトラフロロエセレン
(PTFE)からなる弗素樹脂の微粒子3により結着さ
れ電極触媒層5が形成される。
このような構成の電極触媒層にあっては、!気化学的反
応を効率的に長期間安定して起こさせるために、触媒微
粒子7にあっては■触媒活性が高いこと、■貴金属微粒
子1の結晶子径の増大がおこらないこと、■電解液に対
する溶解または電解液による腐蝕がおこらないこと、■
触媒被毒物質による被毒のないこと、などが必要とされ
、また弗素樹脂の微粒子3についてV!、電解液に対す
る適度のlぬれ性I と十分なガス拡散性を確保するた
め■弗素樹P、¥I量の最適化、■電極触媒層の熱処理
条件の最適化などが重要である。
従来このような電極融媒層は次のようにして調製されて
きた。すなわち、触媒微粒子7を界面活性剤の水溶液に
ウルトラディスパーサや超音波ホモジナイザを用いてよ
く分散させ、これにF’rFEからなる弗素樹脂のディ
スパージョンを加えて均一に混合したのち、メチルアル
コール、インプロピルアルコール、エチレンクリコール
等ノ有’D g 3を加えてPTFEを凝集させ触媒微
粒子7と弗素樹脂の微粒子3からなる粘調なペーストを
作製した。
次にこのペーストをスプレー法あるいはドクタブレード
法によりPI″FE等で抗水処理を施した多孔性のカー
ボン電極基材4上に塗布し乾燥し圧着して、成膜し引続
いてPTFEの溶融温度において加熱して、電極触媒層
の結着と、カーボン電極基材への融着を行っていた1゜ 他の方法は、前記ペーストをカレンダロール法により電
極触媒層5を単独で形成したのち、電極基材4上にii
[L 、 PTFEの溶融温度において数分ないし10
数分加熱圧着して電極6を得ていた。
しかし上記のように電極触媒層5を成膜したあとPTF
Bの溶融温度で数分ないし10数分加熱する方法ておい
ては、触媒微粒子7を分散させる際に用いた界面活性剤
、あるいは弗素樹脂のディスパージョンに加えられてい
た活界活性剤が不完全な形で熱分解するため、その分解
生成物8が第2図に示すように触媒微粒子70表面ある
いは弗素樹脂の微粒子3の表面に付着残存し、触媒の被
毒物質となり、あるいは弗素樹脂の攬水作用を低下させ
る原因となっていた。
一方この熱処理時間をより長くすると、界面活性剤は完
全に熱分解するものの、触媒微粒子7に担持された貴金
属微粒子1のシンタリングがおこり、触媒の活性が低下
した。
さらにPI’FEの凝集剤としてエチレングリコールを
用いるときは、白金系触媒の作用により、エチレングリ
コールよりグリコール酸が生成し、不完全熱分解により
、助媒楼毒物質となる可能性もあった。
〔発明の目的〕
この発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目
的とするところは、電極触媒層内に被毒物質や親水性物
質を発生てせない高活性で信頼性の高い4j触媒1層の
製造方法を提供するにある。
〔発明の要点〕
この発明は。
(イ)触媒微粒子を界面活性剤の水溶液して分散させる
工程と。
(ロ)弗素樹脂のディスパージョンを加える工程と。
(ハ)凝集用の有機溶媒を加える工程と。
に)上記工程で得られたペーストを用いて電極触媒層を
成膜する工程と。
(ホ)上記工程で得られた電極触媒層の薄膜を水中に浸
漬する工程と。
(へ)浸漬処理を施した薄膜を英資上7≠1−弗素樹脂
の溶融する温度において熱処理する工程。
とにより電極触媒層を製造するのでその目的を達する。
すなわち、工程(イ)、(ロ)、(ハ)、に)、で得ら
れた凝集した触媒微粒子と、凝集した弗素樹脂の微粒子
と。
界面活性剤と、水分と、有機溶媒、とが均一に混合した
電極融媒層の薄膜を水中に浸漬して、界面活性剤と有機
溶媒を電極融媒Jほから水中へ浴出させてこれを除去す
るようにしたものである。
〔発明の実施例〕
次にこの発明の実施例をm 19 Kもとづいて説明す
る。10重量%の白金等の貴金属の微粒子lをカーボン
ブラックなどの触媒担体2に担持させた触媒微粒子7を
100yとり、これを界面活性剤の水溶液数100m/
に超音波ホモジナイザ等を用いてよく分散させる。
これにPTFBのディスパージョン(界面活性剤により
PTFEの微粒子3を分散させた分散液、比zi、s。
濃度60重量%)を110ないし220mZ加え、よく
混合させてインク状ペーストを作製する1、このインク
状ペーストにイソプロピルアルコールt−数100m1
加え、触媒微粒子7 、 PTFEの微粒子3を凝集さ
せ。
泥状ペーストを調製する。この際イソプロピルアルコー
ルにかえてエチレングリコールを用いることもできる。
。 次に上記泥状ペーストをPTFEのディスパージョンで
抗水処理を施したカーボン電極基材4の表面にドクタブ
レード法で塗布して成膜し、水分およびイソプロピルア
ルコールの残量が20%ないし30チになるまで乾燥さ
せて電極触媒N5の塗布膜を得る。続いて電極触媒層5
の塗薄膜をプレス機あるいは圧延ローラにより、圧力3
%ないし5%をかけてカーボン電極基材4に圧着させる
カーボン電極基材4に圧着された電極触媒層5の塗布膜
をイオン交換水の入った水槽を?:3時間ないし4時間
浸漬し、界面活性剤およびイソプロピルアルコールを洗
い出す。水槽より試料をとり出し、洗浄水を用いて吸引
ろ過したあと、窒素雰囲気中で加熱、乾燥し、 PTF
Eの溶融する温度において数分ないし10数分焼成し、
電極触媒層5の結着を行なうとともに、これをカーボン
電極基材4に融着させた。本発明の製造方法によるとき
は、界面活性剤あるいはイソプロピルアルコールは焼成
に先立って電極触媒層5よりあらかじめとり除かれてい
るから、数分ないし10数分の焼成によシネ完全な熱分
解による分解生成物が残存することがない(第1図参照
)。そのために触媒微粒子7の活性は高くなり、運転温
度190°α電流密度200rrLA7/dにおいて、
リン酸型燃料電池の分極特性を約307IV向上(5%
の向上に相当)させることができる。それと同時にPT
FEの戻水性がよくなり、電解液の滲透が減少して燃料
電池の特性劣化率が1/3になるなど著るしい効果が得
られる。
成膜の方法としては、上述のように電極基材4の上にド
クタブレード法で行なうほか、泥状ペーストをニーダ等
でよく混練したちとカレンダロールで圧延し、薄膜状の
電極触媒層5を得ることもできる。この薄膜状の電極触
媒層5を前と同様、水槽中で3時間ないし4時間浸漬し
、水洗したあと凍結真空乾燥機にて凍結真空乾燥したの
ち、カーボン電極基材4に加熱圧着して被毒物質、親水
性物質を含まない電極触媒層5を得ることができる。
〔発明の効果〕
この発明においては (イ)触媒微粒子を界面活性剤の水溶液に分散させる工
程。
(ロ)弗素樹脂のディスパージョンを加える工程。
(ハ)凝集用の有機溶媒を加える工程。
に)上記工程で得られた泥状ペーストを用いて電極触媒
層を成膜する工程。
(ホ)上記工程で得られた電極触媒層の薄膜を水中に浸
漬する工程。
(へ)浸漬処理を施した薄膜を妻≠七率中弗素樹脂の溶
融する温度において焼成する工程。
により燃料電池用電極触媒層を製造することとしたので
工程(イ)、(ロ)、(ハ)、に)で凝集した触媒微粒
子と。
同じく凝集した弗素樹脂の微粒子と、界面活性剤と、水
分と、有機溶媒とが均一に混合した電極触媒層の薄膜が
成型され、それを水中に浸漬すると電極触媒層より界面
活性剤と有機溶媒とが除去される。このあと凝集した触
媒微粒子と弗素樹脂の微粒子の混合体を乾燥焼成して電
極触媒層を粘着したときに、触媒被毒物質や親水性物質
を生成することがない。その結果触媒微粒子の触媒活性
が高まシ、同時に弗素樹脂の溌水性もよくなり、燃料電
池分極特性および耐久性が大きく向上することとなる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例の分解生成物を含まない電極
触媒層を示す断面図、第2図は従来の電極触媒層を示す
断面図である。 1・・・白金微粒子、2・・・触媒担体、3・・・PT
FEの微粒子、4・・・カーボン電極基材、5・・・電
極触媒層、6・・・電極、7・・・触媒微粒子。 ・:;− ′士、jで人弁d士 山 u    :、−”゛ご1そ
ぜ二 1 白金憤4立子 第  1  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)(イ)触媒微粒子を界面活性剤の水溶液に分散させ
    る工程、 (ロ)弗素樹脂のディスパージョンを加える工程、(ハ
    )凝集用の有機溶媒を加える工程、 (ニ)上記工程で得られた泥状ペーストを用いて電極触
    媒層を成膜する工程、 (ホ)上記工程で得られた電極触媒層の薄膜を水中に浸
    漬する工程、 (ヘ)浸漬処理を施した薄膜を弗素樹脂の溶融する温度
    において焼成して電極基材上に電極 触媒層を融着させる工程、 を備えることを特徴とする燃料電池用電極触媒層の製造
    方法。 2)特許請求の範囲第1項記載の製造方法において、前
    記ペーストを混練しカレンダロール成型して電極触媒層
    の成膜を行なうことを特徴とする燃料電池用電極触媒層
    の製造方法。 3)特許請求の範囲第1項記載の製造方法において、前
    記ペーストを電極基材に塗布して電極触媒層の成膜を行
    なうことを特徴とする燃料電池用電極触媒層の製造方法
JP61190862A 1986-08-14 1986-08-14 燃料電池用電極触媒層の製造方法 Granted JPS6348754A (ja)

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JPH0563907B2 JPH0563907B2 (ja) 1993-09-13

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5357322A (en) * 1990-01-24 1994-10-18 Canon Kabushiki Kaisha Charger
JP2005302538A (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Fuji Electric Holdings Co Ltd 燃料電池セルおよび電極基板の製造方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5357322A (en) * 1990-01-24 1994-10-18 Canon Kabushiki Kaisha Charger
JP2005302538A (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Fuji Electric Holdings Co Ltd 燃料電池セルおよび電極基板の製造方法

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