JP2000208152A - 燃料電池用電極及び製造方法 - Google Patents
燃料電池用電極及び製造方法Info
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- 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
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池における電極の製造を簡便にする。
【解決手段】 本電極１０は、触媒層１２とガス拡散層
１４とから構成され、この触媒層１２には、さらに触媒
担持層１６とバッファ層１８とが含まれる。このバッフ
ァ層１８は触媒担持層１６と電解質層２０との直接接触
を防止して、触媒担持層１６に電解質が流入することを
防止する。これら複数の層が積層された電極１０は、連
続した強化繊維を織り加工して構成される。この連続強
化繊維は、電気電導性を有する繊維束から構成され、こ
の繊維束上に必要な触媒や電解質などの成分を含浸させ
て、触媒担持層１６、バッファ層１８、電解質層２０、
ガス拡散層１４を構成する領域をそれぞれ形成させる。
こうして各領域が形成された連続した強化繊維を織るこ
とにより、触媒層１２、ガス拡散層１４が積層された電
極が製造される。
１４とから構成され、この触媒層１２には、さらに触媒
担持層１６とバッファ層１８とが含まれる。このバッフ
ァ層１８は触媒担持層１６と電解質層２０との直接接触
を防止して、触媒担持層１６に電解質が流入することを
防止する。これら複数の層が積層された電極１０は、連
続した強化繊維を織り加工して構成される。この連続強
化繊維は、電気電導性を有する繊維束から構成され、こ
の繊維束上に必要な触媒や電解質などの成分を含浸させ
て、触媒担持層１６、バッファ層１８、電解質層２０、
ガス拡散層１４を構成する領域をそれぞれ形成させる。
こうして各領域が形成された連続した強化繊維を織るこ
とにより、触媒層１２、ガス拡散層１４が積層された電
極が製造される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池の電極及
びその製造方法に関し、特に、繊維材料を含む電極に関
する。
びその製造方法に関し、特に、繊維材料を含む電極に関
する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、原料ガスの反応エネルギー
を直接的に電気エネルギーに変換する電池であり、図３
に示されるような単セルを単位として発電を行う。この
単セル１は、接合体２がセパレータ４に挟持されて構成
されており、接合体２は、電解質層５の両側に、触媒層
６とこの触媒層６上に被覆されるガス拡散層７とからな
る電極が備えられている。これら電極は、一方がアノー
ド側、他方がカソード側となる。ここで、電解質層５は
燃料電池のイオン伝導体として機能するものであり、こ
の電解質層の種類により燃料電池の種類が分類されてお
り、これらには固体高分子型、固体酸化物型、溶融炭酸
型、リン酸型などがある。
を直接的に電気エネルギーに変換する電池であり、図３
に示されるような単セルを単位として発電を行う。この
単セル１は、接合体２がセパレータ４に挟持されて構成
されており、接合体２は、電解質層５の両側に、触媒層
６とこの触媒層６上に被覆されるガス拡散層７とからな
る電極が備えられている。これら電極は、一方がアノー
ド側、他方がカソード側となる。ここで、電解質層５は
燃料電池のイオン伝導体として機能するものであり、こ
の電解質層の種類により燃料電池の種類が分類されてお
り、これらには固体高分子型、固体酸化物型、溶融炭酸
型、リン酸型などがある。
【０００３】たとえば、電解質に固体高分子電解質膜を
使用する固体高分子型燃料電池では、セパレータ４の挟
持面に設けられているガス流路８に燃料ガスとして水素
及び酸化ガスとして酸素をそれぞれ供給する。これら
は、ガス拡散層７を介して触媒層６に供給される。この
内、水素ガスはアノード側の触媒層６においてプロトン
を生じ、外部回路に電子を放出する。生成したプロトン
は、電解質５を通って酸素側に移動し、酸素側の触媒層
６（カソード側の触媒層）において酸素と反応して水を
生じる。
使用する固体高分子型燃料電池では、セパレータ４の挟
持面に設けられているガス流路８に燃料ガスとして水素
及び酸化ガスとして酸素をそれぞれ供給する。これら
は、ガス拡散層７を介して触媒層６に供給される。この
内、水素ガスはアノード側の触媒層６においてプロトン
を生じ、外部回路に電子を放出する。生成したプロトン
は、電解質５を通って酸素側に移動し、酸素側の触媒層
６（カソード側の触媒層）において酸素と反応して水を
生じる。
【０００４】上記触媒層６とガス流路８との間に配置さ
れたガス拡散層７は、ガス流路８に流れるガスを触媒層
６に良好に拡散させると共に、セパレータ４と触媒層６
との間の電子の伝達を行わせ、さらに、セパレータ４が
触媒層６に接触することによる触媒層６の摩耗等を防止
している。このようなガス拡散層の基材としては、例え
ば、特開昭６０−２１１７７４号公報に記載されている
ように、主としてカーボンペーパーやカーボンクロス等
が用いられている。
れたガス拡散層７は、ガス流路８に流れるガスを触媒層
６に良好に拡散させると共に、セパレータ４と触媒層６
との間の電子の伝達を行わせ、さらに、セパレータ４が
触媒層６に接触することによる触媒層６の摩耗等を防止
している。このようなガス拡散層の基材としては、例え
ば、特開昭６０−２１１７７４号公報に記載されている
ように、主としてカーボンペーパーやカーボンクロス等
が用いられている。
【０００５】しかしながら、電極としてカーボンクロス
やカーボンペーパー等を用いた場合には、ガスの拡散性
が低下する問題があった。このようなガス拡散層の問題
を解決するために、ガス拡散性を向上し得るガス拡散層
が開発され、このガス拡散層を備えた電極が特開平８−
７８９７号公報に開示されている。
やカーボンペーパー等を用いた場合には、ガスの拡散性
が低下する問題があった。このようなガス拡散層の問題
を解決するために、ガス拡散性を向上し得るガス拡散層
が開発され、このガス拡散層を備えた電極が特開平８−
７８９７号公報に開示されている。
【０００６】この電極は、触媒を担持した炭素粒子から
なる触媒層と、炭素粒子及び撥水性樹脂から構成され、
該触媒層と反対側の表面に該炭素粒子と絡み合った状態
で炭素短繊維が付着しているガス拡散層と構成されてい
る。このように拡散層は導電体である炭素短繊維が絡み
付いて該層の表面を覆っているため、カーボンクロスや
カーボンペーパー等の電極基材を用いることなく、該層
の強度の確保、触媒層の保護ができると同時に、集電体
との導電性を確保をしつつ電極を薄くできるため、ガス
の拡散性及び余剰水の排水性が向上されている。
なる触媒層と、炭素粒子及び撥水性樹脂から構成され、
該触媒層と反対側の表面に該炭素粒子と絡み合った状態
で炭素短繊維が付着しているガス拡散層と構成されてい
る。このように拡散層は導電体である炭素短繊維が絡み
付いて該層の表面を覆っているため、カーボンクロスや
カーボンペーパー等の電極基材を用いることなく、該層
の強度の確保、触媒層の保護ができると同時に、集電体
との導電性を確保をしつつ電極を薄くできるため、ガス
の拡散性及び余剰水の排水性が向上されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガス拡散層に炭素繊維を付着させた電極は、製造工程が
複雑になるという問題があった。すなわち、従来の電極
の製造方法は、先ず、ガス拡散層を製造し、次に、触媒
層を製造し、最終的にこれらガス拡散層と触媒層とをホ
ットプレスなどにより一体化させるという複数の工程が
含まれていた。
ガス拡散層に炭素繊維を付着させた電極は、製造工程が
複雑になるという問題があった。すなわち、従来の電極
の製造方法は、先ず、ガス拡散層を製造し、次に、触媒
層を製造し、最終的にこれらガス拡散層と触媒層とをホ
ットプレスなどにより一体化させるという複数の工程が
含まれていた。
【０００８】また、従来の電極では、ホットプレスを用
い、触媒層とガス拡散層とを熱と圧力を加えて一体化さ
せていたため、触媒層やガス拡散層中の炭素粒子などが
かたまり、均質な電導性等に影響を与えるという問題も
生じていた。
い、触媒層とガス拡散層とを熱と圧力を加えて一体化さ
せていたため、触媒層やガス拡散層中の炭素粒子などが
かたまり、均質な電導性等に影響を与えるという問題も
生じていた。
【０００９】そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、燃料電池における電極の
製造を簡便にすることである。
れたものであり、その目的は、燃料電池における電極の
製造を簡便にすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、連続強化繊維を織加工して、ガス拡散層
と触媒層とを有する燃料電池用電極を製造する方法であ
って、前記連続強化繊維が、一本の電気電導性を有する
繊維束上に、前記ガス拡散層を構成する領域にガス拡散
層成分を含浸させ、前記触媒層を構成する領域に触媒層
成分を含浸させて生成されることを特徴とする。
に、本発明は、連続強化繊維を織加工して、ガス拡散層
と触媒層とを有する燃料電池用電極を製造する方法であ
って、前記連続強化繊維が、一本の電気電導性を有する
繊維束上に、前記ガス拡散層を構成する領域にガス拡散
層成分を含浸させ、前記触媒層を構成する領域に触媒層
成分を含浸させて生成されることを特徴とする。
【００１１】上記発明によれば、連続強化繊維上にガス
拡散層領域と触媒層領域とが形成され、これを織り加工
することにより、ガス拡散層と触媒層とが積層した電極
が形成される。従って、従来のように別個に製造された
ガス拡散層と触媒層とをホットプレスなどを用いて圧着
させる必要が無くなるため、製造を簡便にし、安定した
品質の電極を提供することが可能となる。
拡散層領域と触媒層領域とが形成され、これを織り加工
することにより、ガス拡散層と触媒層とが積層した電極
が形成される。従って、従来のように別個に製造された
ガス拡散層と触媒層とをホットプレスなどを用いて圧着
させる必要が無くなるため、製造を簡便にし、安定した
品質の電極を提供することが可能となる。
【００１２】また、本発明は、少なくともガス拡散層と
触媒層とが積層形成された燃料電池用電極であって、電
気電導性繊維束上に少なくともガス拡散層領域と触媒層
成分を含浸させた触媒層領域とを形成させた連続強化繊
維を織り加工して、前記ガス拡散層と前記触媒層とが積
層形成されていることを特徴とする。
触媒層とが積層形成された燃料電池用電極であって、電
気電導性繊維束上に少なくともガス拡散層領域と触媒層
成分を含浸させた触媒層領域とを形成させた連続強化繊
維を織り加工して、前記ガス拡散層と前記触媒層とが積
層形成されていることを特徴とする。
【００１３】上記発明によれば、ガス拡散層と触媒層と
が連続した電気電導性を有する繊維から一体構成されて
いるため、触媒層とセパレータ等との間の電気電導性に
優れた電極を構成することができる。また、ガス拡散層
は繊維により構成されているため、ガス拡散性にも優れ
ている。
が連続した電気電導性を有する繊維から一体構成されて
いるため、触媒層とセパレータ等との間の電気電導性に
優れた電極を構成することができる。また、ガス拡散層
は繊維により構成されているため、ガス拡散性にも優れ
ている。
【００１４】さらに、本発明は、上記発明の電極におい
て、前記触媒層には、ガス拡散層が隣接する面と反対の
面にバッファ層が形成され、これに対応して前記連続強
化繊維において、バッファ成分が含浸されたバッファ層
領域が形成されていることを特徴とする。
て、前記触媒層には、ガス拡散層が隣接する面と反対の
面にバッファ層が形成され、これに対応して前記連続強
化繊維において、バッファ成分が含浸されたバッファ層
領域が形成されていることを特徴とする。
【００１５】上記発明によれば、触媒層には、電解質と
の対向面にバッファ層が設けられているため、触媒層の
触媒などの流出や触媒層への電解質の流入を防止するこ
とができ、長期に電極、特に触媒層を変形させることな
く使用することが可能となる。
の対向面にバッファ層が設けられているため、触媒層の
触媒などの流出や触媒層への電解質の流入を防止するこ
とができ、長期に電極、特に触媒層を変形させることな
く使用することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面を用いて説明する。図１には、本実施形態の燃料電
池用電極を示し、また、図２には、本実施形態の電極の
製造装置を示す。
図面を用いて説明する。図１には、本実施形態の燃料電
池用電極を示し、また、図２には、本実施形態の電極の
製造装置を示す。
【００１７】図１に示す通り、本実施形態の電極１０
は、触媒層１２とガス拡散層１４とから構成され、この
触媒層１２には、さらに、触媒担持層１６とバッファ層
１８とが含まれる。この触媒担持層１６は、触媒を担持
し、供給される水素ガスのような燃料ガスや酸素などの
酸化ガスをイオン化し、同時に電子を生成させる層であ
る。また、バッファ層１８は触媒担持層１６と電解質層
２０との直接接触を防止して、触媒担持層１６に電解質
が流入することを防止し、あるいは、触媒が電解質層２
０に流出することを防止している。また、ガス拡散層１
４は、供給された燃料ガスや酸化ガスを触媒担持層１６
に拡散させる。
は、触媒層１２とガス拡散層１４とから構成され、この
触媒層１２には、さらに、触媒担持層１６とバッファ層
１８とが含まれる。この触媒担持層１６は、触媒を担持
し、供給される水素ガスのような燃料ガスや酸素などの
酸化ガスをイオン化し、同時に電子を生成させる層であ
る。また、バッファ層１８は触媒担持層１６と電解質層
２０との直接接触を防止して、触媒担持層１６に電解質
が流入することを防止し、あるいは、触媒が電解質層２
０に流出することを防止している。また、ガス拡散層１
４は、供給された燃料ガスや酸化ガスを触媒担持層１６
に拡散させる。
【００１８】このようにガス拡散層１４と触媒層１２と
から構成されている点では従来の電極と同様であるが、
この電極では、これら触媒層１２、ガス拡散層１４が連
続した強化繊維から構成されている。すなわち、この連
続強化繊維は、電気電導性を有する繊維束上に触媒層１
２を構成する領域とガス拡散層１４を構成する領域を形
成させ連続した強化繊維を構成する。そして、この強化
繊維を織ることにより触媒層１２、ガス拡散層１４の積
層構造が形成されている。
から構成されている点では従来の電極と同様であるが、
この電極では、これら触媒層１２、ガス拡散層１４が連
続した強化繊維から構成されている。すなわち、この連
続強化繊維は、電気電導性を有する繊維束上に触媒層１
２を構成する領域とガス拡散層１４を構成する領域を形
成させ連続した強化繊維を構成する。そして、この強化
繊維を織ることにより触媒層１２、ガス拡散層１４の積
層構造が形成されている。
【００１９】以下に、本実施形態の電極１０の製造方法
を図２に示す連続強化繊維製造装置２２を用いて詳細に
説明する。
を図２に示す連続強化繊維製造装置２２を用いて詳細に
説明する。
【００２０】図２に示すように、先ず、装置２２により
強化繊維を生成するために、元となる繊維束を選択し、
準備する。この繊維束２４は、アノード側、カソード側
の電極１０間の電子の受け渡しができるように電気電導
性である必要がある。電気伝導性を有する繊維束２４と
しては、セラミックス系繊維、炭素系繊維、ケイ素系繊
維、ボロン系繊維、アルミニウム系繊維などの金属繊維
などがあり、これらの中から適切なものを用いることが
できる。また、繊維束２４の径は、特に限定はなく、ウ
ィスカのような針状に細い径や、一般の金属繊維のよう
に太い径であってよい。一般的には、セラミックス径、
炭素セラミックス径、金属系というように繊維束の径は
太くなる。
強化繊維を生成するために、元となる繊維束を選択し、
準備する。この繊維束２４は、アノード側、カソード側
の電極１０間の電子の受け渡しができるように電気電導
性である必要がある。電気伝導性を有する繊維束２４と
しては、セラミックス系繊維、炭素系繊維、ケイ素系繊
維、ボロン系繊維、アルミニウム系繊維などの金属繊維
などがあり、これらの中から適切なものを用いることが
できる。また、繊維束２４の径は、特に限定はなく、ウ
ィスカのような針状に細い径や、一般の金属繊維のよう
に太い径であってよい。一般的には、セラミックス径、
炭素セラミックス径、金属系というように繊維束の径は
太くなる。
【００２１】こうした繊維束２４が準備できたら、この
繊維束２４をリール２６に巻いて装置２２に設置する。
このリール２６に巻回された繊維束２４の一端を開繊部
２８に挿入する。この開繊部２８は、後述する含浸部３
０において繊維束２４に触媒等を含浸させ易くするため
に、繊維束２４をほぐし、開かせる。これにより、開繊
部２８から送り出される繊維束２４は径が広げられた状
態２４ａになる。
繊維束２４をリール２６に巻いて装置２２に設置する。
このリール２６に巻回された繊維束２４の一端を開繊部
２８に挿入する。この開繊部２８は、後述する含浸部３
０において繊維束２４に触媒等を含浸させ易くするため
に、繊維束２４をほぐし、開かせる。これにより、開繊
部２８から送り出される繊維束２４は径が広げられた状
態２４ａになる。
【００２２】開繊部２８から送り出された繊維２４は、
次に含浸部３０に送り込まれる。含浸部３０は、上記ガ
ス拡散層１４、触媒担持層１６、バッファ層１８を構成
する領域に必要な成分を含浸させる。例えば、触媒担持
層１６を構成する領域（以下、触媒担持領域３６とい
う）には、繊維束２４のその部分に触媒を含浸させる必
要がある。
次に含浸部３０に送り込まれる。含浸部３０は、上記ガ
ス拡散層１４、触媒担持層１６、バッファ層１８を構成
する領域に必要な成分を含浸させる。例えば、触媒担持
層１６を構成する領域（以下、触媒担持領域３６とい
う）には、繊維束２４のその部分に触媒を含浸させる必
要がある。
【００２３】こうした触媒担持領域３６、バッファ層１
８を構成する領域（以下、バッファ領域３８という）、
ガス拡散層１４を構成する領域（以下、ガス拡散領域３
４という）は、後述する織り部４６における最終的な織
り形状に対応して決定され、制御部３２が、含浸部３０
にこれら各領域を指定し、含浸部３０は、各領域に必要
な成分を含浸させる。
８を構成する領域（以下、バッファ領域３８という）、
ガス拡散層１４を構成する領域（以下、ガス拡散領域３
４という）は、後述する織り部４６における最終的な織
り形状に対応して決定され、制御部３２が、含浸部３０
にこれら各領域を指定し、含浸部３０は、各領域に必要
な成分を含浸させる。
【００２４】ここで、触媒担持領域３６に含浸させる成
分としては、電解質成分としてナフィオン溶液（Ｄｕｐ
ｏｎ社）などに触媒を混合したスラリーを用いることが
できる。このナフィオン溶液はナフィオンがプロパノー
ル、エタノール、水等の溶液に懸濁されたものである。
このナフィオンは、パーフルオロカーボンを基本骨格に
有し、イオン交換性に富みプロトン導電性が高いことが
知られていることから、このナフィオン溶液を用いるこ
とにより、発電特性の向上を図ることができる。
分としては、電解質成分としてナフィオン溶液（Ｄｕｐ
ｏｎ社）などに触媒を混合したスラリーを用いることが
できる。このナフィオン溶液はナフィオンがプロパノー
ル、エタノール、水等の溶液に懸濁されたものである。
このナフィオンは、パーフルオロカーボンを基本骨格に
有し、イオン交換性に富みプロトン導電性が高いことが
知られていることから、このナフィオン溶液を用いるこ
とにより、発電特性の向上を図ることができる。
【００２５】また、この触媒担持領域３６は、アノード
側、カソード側で異ならせることができる。例えば、ア
ノード側の場合には、触媒として、白金（Ｐｔ）−ルテ
ニウム（Ｐｕ）二元触媒を炭素に担持させたものを用
い、この触媒をシクロヘキサノール、ナフィオン溶液に
懸濁させたスラリーを用いることができる。一方、カソ
ード側には、触媒として、白金（Ｐｔ）触媒を炭素に担
持させたものを用い、この触媒をシクロヘキサノール、
ナフィオン溶液に懸濁させたスラリーを用いることがで
きる。
側、カソード側で異ならせることができる。例えば、ア
ノード側の場合には、触媒として、白金（Ｐｔ）−ルテ
ニウム（Ｐｕ）二元触媒を炭素に担持させたものを用
い、この触媒をシクロヘキサノール、ナフィオン溶液に
懸濁させたスラリーを用いることができる。一方、カソ
ード側には、触媒として、白金（Ｐｔ）触媒を炭素に担
持させたものを用い、この触媒をシクロヘキサノール、
ナフィオン溶液に懸濁させたスラリーを用いることがで
きる。
【００２６】また、バッファ領域３８に含浸させる成分
としては、バッファ層１８が触媒担持層１６と電解質層
２０との直接接触を防止して、触媒等の流出を防止させ
る目的のものであることから、この目的を達成し得る成
分であれば、どのような成分であってもよい。例えば、
この成分としては、上記触媒を添加しないナフィオン溶
液などの電解質成分を用いることができる。ナフィオン
溶液を用いた場合には、同様に上記の通り、プロトン導
電性を高められ、発電特性を向上させることができる。
としては、バッファ層１８が触媒担持層１６と電解質層
２０との直接接触を防止して、触媒等の流出を防止させ
る目的のものであることから、この目的を達成し得る成
分であれば、どのような成分であってもよい。例えば、
この成分としては、上記触媒を添加しないナフィオン溶
液などの電解質成分を用いることができる。ナフィオン
溶液を用いた場合には、同様に上記の通り、プロトン導
電性を高められ、発電特性を向上させることができる。
【００２７】さらに、ガス拡散領域３４は、ガス拡散層
１４に供給された燃料ガス、酸化ガスの触媒担持層１６
への拡散を向上させ、また、電気電導性を有しているこ
とが必要となる。従って、本実施形態のように繊維束２
４が電気電導性を有し、また、繊維束２４には多くのガ
スを透過させる孔が多数形成されるため、特にこのガス
拡散領域３４に、何らかの成分を含浸させなくてもよ
い。従って、ここではガス拡散領域３４は、全く成分を
含浸させていない無含浸の状態として残すこととしてい
る。但し、ガス拡散領域は無含浸に限られず、ガス拡散
性、電導性をさらに向上させる成分等を含浸させてもよ
い。
１４に供給された燃料ガス、酸化ガスの触媒担持層１６
への拡散を向上させ、また、電気電導性を有しているこ
とが必要となる。従って、本実施形態のように繊維束２
４が電気電導性を有し、また、繊維束２４には多くのガ
スを透過させる孔が多数形成されるため、特にこのガス
拡散領域３４に、何らかの成分を含浸させなくてもよ
い。従って、ここではガス拡散領域３４は、全く成分を
含浸させていない無含浸の状態として残すこととしてい
る。但し、ガス拡散領域は無含浸に限られず、ガス拡散
性、電導性をさらに向上させる成分等を含浸させてもよ
い。
【００２８】このように含浸部３０では、制御部３２に
より指定された触媒担持領域３６、バッファ領域３８
に、それぞれ触媒を含有するスラリー、電解質を含浸さ
せる。一方、ガス拡散領域３４には、上述した通り無含
浸のままの状態を保持する。従って、含浸部３０から
は、繊維束２４上にガス拡散領域３４、触媒担持領域３
６、バッファ領域３８が形成されて送り出され、プレス
部４０に送り込まれる。このプレス部４０では、開繊部
２８により開かれた繊維束をプレスして閉じられ、強化
繊維４２が形成される。この強化繊維４２には、必要な
触媒４２ａ、電解質４２ｂ等が適切な領域に担持される
ことになる。
より指定された触媒担持領域３６、バッファ領域３８
に、それぞれ触媒を含有するスラリー、電解質を含浸さ
せる。一方、ガス拡散領域３４には、上述した通り無含
浸のままの状態を保持する。従って、含浸部３０から
は、繊維束２４上にガス拡散領域３４、触媒担持領域３
６、バッファ領域３８が形成されて送り出され、プレス
部４０に送り込まれる。このプレス部４０では、開繊部
２８により開かれた繊維束をプレスして閉じられ、強化
繊維４２が形成される。この強化繊維４２には、必要な
触媒４２ａ、電解質４２ｂ等が適切な領域に担持される
ことになる。
【００２９】プレスされ形成された強化繊維４２は、巻
取りドラム４４に送られ、強化繊維を巻取る。ここで巻
き取られた強化繊維４２は自動織機４６に送り込まれ、
ここで織られて、触媒層１２、ガス拡散層１４が形成さ
れる。この自動織機４６によって織られる形状として
は、ガスを通過させ易く、また電気伝導性がよい織り形
状が選択される。この織り形状としては、セラミクス基
複合材料（アグネ承風社）に記載されているものを採用
することができる。より具体的には、２軸織物、各種メ
リアス型、マット型、各種ブレイド型などである。
取りドラム４４に送られ、強化繊維を巻取る。ここで巻
き取られた強化繊維４２は自動織機４６に送り込まれ、
ここで織られて、触媒層１２、ガス拡散層１４が形成さ
れる。この自動織機４６によって織られる形状として
は、ガスを通過させ易く、また電気伝導性がよい織り形
状が選択される。この織り形状としては、セラミクス基
複合材料（アグネ承風社）に記載されているものを採用
することができる。より具体的には、２軸織物、各種メ
リアス型、マット型、各種ブレイド型などである。
【００３０】以上の通り、本実施形態の燃料電池用電極
は、繊維束にガス拡散領域、触媒担持領域、バッファ領
域が形成され、単にこれを織ることによりガス拡散層、
触媒層が積層形成される。したがって、従来のように別
々に作られた触媒層とガス拡散層を圧着させる工程等が
不要となり、製造の簡便化を図ることが可能となる。
は、繊維束にガス拡散領域、触媒担持領域、バッファ領
域が形成され、単にこれを織ることによりガス拡散層、
触媒層が積層形成される。したがって、従来のように別
々に作られた触媒層とガス拡散層を圧着させる工程等が
不要となり、製造の簡便化を図ることが可能となる。
【００３１】また、この方法で製造される電極は、製造
が簡便であるだけではなく、種々の有利な特性を有して
いる。すなわち、電極１０はガス拡散層１４と触媒層１
２の積層構造を形成する際、圧着不良などの問題や、熱
と圧力が加えられるホットプレスなどにより圧着時の成
分の偏りなどを形成させることなく、安定した品質の電
極を提供することができる。また、ガス拡散層１４は強
化繊維を織って構成されているため、多孔質でガス拡散
性に富んでいる。さらに、ガス拡散層１４と触媒層１２
とは、連続した強化繊維から構成されているため、これ
らの間の電気電導性はよく、図には示していないがセパ
レータなどの集電体への電気伝導効率などを高めること
ができる。
が簡便であるだけではなく、種々の有利な特性を有して
いる。すなわち、電極１０はガス拡散層１４と触媒層１
２の積層構造を形成する際、圧着不良などの問題や、熱
と圧力が加えられるホットプレスなどにより圧着時の成
分の偏りなどを形成させることなく、安定した品質の電
極を提供することができる。また、ガス拡散層１４は強
化繊維を織って構成されているため、多孔質でガス拡散
性に富んでいる。さらに、ガス拡散層１４と触媒層１２
とは、連続した強化繊維から構成されているため、これ
らの間の電気電導性はよく、図には示していないがセパ
レータなどの集電体への電気伝導効率などを高めること
ができる。
【００３２】さらに、本実施形態の電極１０では、触媒
担持層１６と電解質層２０との間にバッファ層１８が設
けられているため、触媒担持層１６の触媒が電解質層２
０へ流出することなどを防止することができる。
担持層１６と電解質層２０との間にバッファ層１８が設
けられているため、触媒担持層１６の触媒が電解質層２
０へ流出することなどを防止することができる。
【００３３】なお、上記説明において、電解質層２０と
しているが、この電解質層２０は、固体高分子電解質
膜、固体酸化物電解質膜、リン酸電解質溶液等の種々の
ものを適用することができる。すなわち、本実施形態の
電極は、固体高分子型、固体酸化物型、リン酸型、溶融
炭酸型の燃料電池に適用することができる。
しているが、この電解質層２０は、固体高分子電解質
膜、固体酸化物電解質膜、リン酸電解質溶液等の種々の
ものを適用することができる。すなわち、本実施形態の
電極は、固体高分子型、固体酸化物型、リン酸型、溶融
炭酸型の燃料電池に適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、燃料電池
用電極の製造が簡便となり、また、製造された電極は、
従来のホットプレス等により層間を圧着されていないた
め、成分の偏り等の問題も回避され、また、電気電導性
に優れているため、品質の向上が図られている。
用電極の製造が簡便となり、また、製造された電極は、
従来のホットプレス等により層間を圧着されていないた
め、成分の偏り等の問題も回避され、また、電気電導性
に優れているため、品質の向上が図られている。
【図１】 本実施形態の電極の全体構成を示す断面図で
ある。
ある。
【図２】 本実施形態の電極を製造する製造装置の全体
構成図である。
構成図である。
【図３】 従来の電極の全体構成を示す図である。
１０ 電極、１２ 触媒層、１４ ガス拡散層、１６
触媒担持層、１８ バッファ層、２４ 繊維束、３４
ガス拡散領域、３６ 触媒担持領域、３８ バッファ領
域、４２ 強化繊維。
触媒担持層、１８ バッファ層、２４ 繊維束、３４
ガス拡散領域、３６ 触媒担持領域、３８ バッファ領
域、４２ 強化繊維。
Claims (3)
- 【請求項１】 連続強化繊維を織加工して、ガス拡散層
と触媒層とを有する燃料電池用電極を製造する方法であ
って、 前記連続強化繊維が、一本の電気電導性を有する繊維束
上に、前記ガス拡散層を構成する領域にガス拡散層成分
を含浸させ、前記触媒層を構成する領域に触媒層成分を
含浸させて生成されることを特徴とする燃料電池用電極
の製造方法。 - 【請求項２】 少なくともガス拡散層と触媒層とが積層
形成された燃料電池用電極であって、 電気電導性繊維束上に少なくともガス拡散層領域と触媒
層成分を含浸させた触媒層領域とを形成させた連続強化
繊維を織り加工して、前記ガス拡散層と前記触媒層とが
積層形成されていることを特徴とする燃料電池用電極。 - 【請求項３】 前記触媒層には、ガス拡散層が隣接する
面と反対の面にバッファ層が形成され、これに対応して
前記連続強化繊維において、バッファ成分が含浸された
バッファ層領域が形成されていることを特徴とする請求
項２に記載の燃料電池用電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11006793A JP2000208152A (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | 燃料電池用電極及び製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11006793A JP2000208152A (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | 燃料電池用電極及び製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000208152A true JP2000208152A (ja) | 2000-07-28 |
Family
ID=11648064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11006793A Pending JP2000208152A (ja) | 1999-01-13 | 1999-01-13 | 燃料電池用電極及び製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000208152A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002056404A1 (en) * | 2001-01-16 | 2002-07-18 | Showa Denko K. K. | Catalyst composition for cell, gas diffusion layer, and fuel cell comprising the same |
| WO2002082572A1 (fr) * | 2001-03-30 | 2002-10-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Pile a combustible du type a polymere solide |
| JP2006190592A (ja) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Shinko Electric Ind Co Ltd | 燃料電池 |
| US8026015B2 (en) | 2003-09-04 | 2011-09-27 | Daimler Ag | Membrane electrode assembly for a fuel cell |
-
1999
- 1999-01-13 JP JP11006793A patent/JP2000208152A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002056404A1 (en) * | 2001-01-16 | 2002-07-18 | Showa Denko K. K. | Catalyst composition for cell, gas diffusion layer, and fuel cell comprising the same |
| WO2002082572A1 (fr) * | 2001-03-30 | 2002-10-17 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Pile a combustible du type a polymere solide |
| US8026015B2 (en) | 2003-09-04 | 2011-09-27 | Daimler Ag | Membrane electrode assembly for a fuel cell |
| JP2006190592A (ja) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Shinko Electric Ind Co Ltd | 燃料電池 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051019 |
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|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080226 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080416 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20080416 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100112 |