JPS6348764A - 燃料電池エレメントの製造方法 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は１１ン酸型燃料電池のエレメントの製造方法
１こ関する。

〔従来技術とその問題点〕

＋１ン酸型燃料電池の単電池は、第３図に示すように多
孔質のカーボンからなる１１ブｌｆｉつきの水素″６Ｌ
極基材１と空気電極基材２）各電極基材に接して設けら
れた水素電極触媒Ｊ−と空気電極触媒層４、各電極触媒
層間に接してぜけられた電解液を保持するためのマトリ
ックス５によって硝酸される。

各を極基板はリブ１６を有し、この１１ブを介して水素
電極基板ｌには水素ガスが、仝気蜜極基板２には空気が
供給される。それぞれのガスは多孔備°の電極基材内部
を拡散して各電極触媒層に達する。

各電極触媒層は、炭素粉末に貴金属を担持させたＭ　ｆ
ｉ　（−ボ１：テトラフ口口エチレン（ＰＴＦＥと略称
）で結着した構造を有し、各電極触媒層内には、Ｐ１’
　Ｆ　Ｅにより過当な撥水性を賦与されて液体（リン酸
電解液）、気体（反応ガス）、固体（触媒）の３相界面
が形成され、電気化学的反応が進行する。

水素電極触媒１ｄにおいては水素ガスが酸化される。

Ｈ２−２Ｈ＋　２ｅ　　　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・■また空気電極触媒に２
いては酸素ガスが還元される。

ｙ２ＣＪ２−１−、　Ｈ２Ｏ＋　２　ｅ　＝　２０Ｈ−
・・・・・・・・・・・・・・・■■と（９の眠気化学
反応により、外部回路に電気エネルギがとり出される。

■と■の反応は水素ガスと酸素カスとから水が形成され
る反応であり、このときのｆヒ字エネルキの変化が電気
エネルギに変換されるのである。

７トリノクス５は電解液を保持する機能を有し、１ｉ！
、７Ｍ液に対する耐腐蝕性と電気絶縁性に優れたタンカ
ステンカーバイド（ＷＣ）、シ１１コンカーバイド（Ｓ
ｉＣ）、窒化珪素（Ｓｒ３Ｎ４）などを）’ＴＦＥ　　
で結着し１１ン酸ソしみ込ませた構造になっている。

従来このような電極触媒層３，４やマド１１　、カス５
はそれぞれ次の方法で製造していた。すなわチ触媒やタ
ングステンカーバイドなどの機能性材料を界面活性剤を
含む水に分散させてから）’ＴＦＥディスパージョンを
茄え、さらに有様溶媒（エチレンジ１１コール、イソプ
ロピルアルコールなど）を加えてよく混合して粘稠なペ
ーストを調製した。

次にこのペーストをニーダ等を用いてよく混疎し、ＰＴ
ＦＥを繊維化するとともによく絡み合わせた。

続いて押出し機により所定の厚さに成型してから、カレ
ンダロールで展延し、電極触媒層あるいはマド１）ック
スのシートを形成した。

この方式は、ＰＴＦＥが繊維化してよく機能性材料を保
持することからその機械的強度に優れるものの、混合、
混練、押出し、カレンダロールの各工程がバッチで行な
われ、製造効率がわるいという欠点があった。

〔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、燃料電池エレメントの製造工程を連
続化してその製造の効率を向上させることを目的として
いる。

〔発明の要点〕

この発明は、機能性材料と弗素樹脂の混合、混線、押出
成型の工程のうち少なくとも混練、押出成型の工程を２
軸式押出成型磯を用いて一貫して行なうのでその目的を
達する。

すなわち、スフ１１ニーのも４混合作用、混練作用、搬
送作用を利用して、−台の装置で混合、混練、押出の工
程を連研的に行なわせようとするものであり、その際磯
胡注材料と弗素樹脂の混合によって得られるペーストは
粘度が高いので、単軸のスフ１１−一では混練すること
ができず、２軸式のスフ１１、−を用いて混線するよう
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図面にもとづいて説明する。

第１実施例 第１図にこの発明の第１実施例を示す。この実施例にお
いては、混合の工程は他の装置を用い、混線、押出成型
の２つの工程を２＠式押出成型機を用いて行なう。

電極触媒層を形成するときには炭素粉末に貴金属を担持
した＋９ｉ能性材料としての触媒ｉｏｏ　ｒを、界面活
性剤入りの水によく分散させたあと、有機溶媒（アセト
ン、グリセ１１ン、エチレンジ１１コールなど）を加え
て混合する。水と有機溶媒との合量は２００ないし８０
０ｘｌである。この混合体にボ１１テトラフロロエチレ
ンｒＰ’Ｉ’ＦＥ）のディスパージョンを触媒に対する
ＰＴＦＥの重量割合が側ないし印％ｔこなるように調整
して加える。このとき触媒。

Ｐ　Ｔ　Ｆ　Ｅが凝集したペースト１】が得られる。こ
の混合凝集体１】を第１図に示すように２軸式押出成型
機のホッパ６より投入し、同方向に回軸する２軸のスク
リュー７にて混練しながらスクリュー７の前方のノズル
８より所定の厚さに成型して押出し、成型体１２を得る
。第１図ｉｂｌは２軸スク１１ニー７の同方向回転の模
様を水下。成型体１２はカレンダロールにより展延して
厚さ０．１ないし０．２脂の電極触媒層３，４を得るこ
とができる。

またマトリックス５を形成するときは機能性材料として
タングステンカーバイド、シ１１コンカーバイド、窒化
球素などの粉末１００２を田ないし４００ｍ１　（７）
　有ｇ　溶８　（アセトン、イソプロピルアル；−ルｒ
　グ”セリン、エチレングリコールなど）およびＰＴＦ
Ｅディスパージョンとよく混合してペースト１】を調製
する。ＰＴＦＥディスパージョンはマトリックスの機能
材料に対して）”ｒ　ｐ　Ｅの重量割合が２ないし８％
になるよう調整して加える。ペースト１】を゛社甑触媒
層の場合と同様に２軸式押出成型磯のホッパ６に投入し
、混練押出成型後、カレンダロールにて展延してマトリ
ックス５を調製する。

以上の方法において、）”［’　Ｆ　Ｅは、有機溶媒と
の混合によって凝嬰させ、これを混練の工・程で繊維化
してよく絡み合わせ、押出成型の工程で繊維を一定の方
間に並べて配向させる。このような混練。

押出し工程の作用によって、電極触媒層３，４、マトリ
、クス５の機械的強度が増す。

なうものである。

この実施例においては、電極触媒層３，４の場合も、マ
トリックス５の場合も、機能性材料１３の１００２と有
機溶媒の２００ないし８００　ｍｌとを別々にホッパ９
に投入し、２軸スクリー−７で混合後実施例１の場合と
同じ割合でＰＴＦＥのディスパージョン１５をホッパ１
０より投入する。引続いて混線。

押出し成型、カレンダロール成型を実施例１の場合と同
様に行なう。

〔発明の効果〕

この発明によれば機能性材料を弗素樹脂にて結着してな
りかつ電極基材間ζこ挾持して設けられた燃料電池エレ
メントの製造方法において、機能性材料と弗素樹脂の混
合、混練、押出成型の工程のうち少な（とも混練、押出
成型の工程を２軸式押出成型機を用いて一貫して行なう
こととしたので機能性材料と弗素樹脂の混合体のような
粘度の高いものも混線、押出し成型が連続して行なえ、
そのために燃料電池エレメントの製造能率を著しく高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の２軸式押出成型磯を示す断
面図で（ａｔはそのタテ断面図、　ｆｉ〕ｌはその桶（
ＸＹ）断面図、第２図はこの発明の他の実施例■・・・
水素電極基材、２・・・空気電極基材、３・・・水素電
極触媒層、４・・・空気電極触媒層、５・・・マｌ−ｌ
１１１イースト （］）　　　　　ｌ、’、べを体 第　　１　　辺

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）機能性材料を弗素樹脂にて結着してなりかつ、電極
   基材間に挾持して設けられた燃料電池エレメントの製造
   方法において、機能性材料と弗素樹脂の混合、混練、押
   出成型の工程のうち少なくとも混練、押出成型の工程を
   ２軸式押出成型機を用いて一貫して行なうことを特徴と
   する燃料電池エレメントの製造方法。 ２）特許請求の範囲第１項記載の製造方法において、燃
   料電池エレメントは電極基材上に設けられた電極触媒層
   であることを特徴とする燃料電池エレメントの製造方法
   。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の製造方法
   において、機能性材料は触媒であることを特徴とする燃
   料電池エレメントの製造方法。 ４）特許請求の範囲第１項記載の製造方法において、燃
   料電池エレメントは２つの相対する電極触媒層間に設け
   られかつ電解液を保持する機能を有するマトリックスで
   あることを特徴とする燃料電池エレメントの製造方法。 ５）特許請求の範囲第１項または第４項記載の製造方法
   において、機能性材料は炭化物であることを特徴とする
   燃料電池エレメントの製造方法。