JP2001345106A - 燃料電池用電極およびその製造方法 - Google Patents
燃料電池用電極およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】緻密でしかもガス流路を確保したガス拡散層を
使用し、燃料電池電極の高性能化を図る。 【解決手段】燃料電池用電極において、触媒粒子を含む
触媒層と、導電性フィラーを含む有孔性樹脂層とが積層
されている、または、触媒粒子を含む触媒層と、導電性
多孔質体の空孔に導電性フィラーを含む有孔性樹脂を備
えた基材とが積層されている。
使用し、燃料電池電極の高性能化を図る。 【解決手段】燃料電池用電極において、触媒粒子を含む
触媒層と、導電性フィラーを含む有孔性樹脂層とが積層
されている、または、触媒粒子を含む触媒層と、導電性
多孔質体の空孔に導電性フィラーを含む有孔性樹脂を備
えた基材とが積層されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池用電極およ
びその製造方法に関するものである。
びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池はイオン交
換膜を電解質とし、このイオン交換膜の両面に電極触媒
層と導電性多孔質体よりなるアノードとカソードの各電
極を接合して構成され、アノードに水素、カソードに酸
素を供給して電気化学反応により発電する装置である。
各電極で生じる電気化学反応を下記に示す。
換膜を電解質とし、このイオン交換膜の両面に電極触媒
層と導電性多孔質体よりなるアノードとカソードの各電
極を接合して構成され、アノードに水素、カソードに酸
素を供給して電気化学反応により発電する装置である。
各電極で生じる電気化学反応を下記に示す。
【０００３】アノード：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ− カソード：１／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ→Ｈ2Ｏ 全反応：Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ この反応式から明らかなように、各電極の反応は、活物
質であるガス（水素または酸素）、プロトン（Ｈ＋）お
よび電子（ｅ−）の授受を同時に行なうことができる三
相界面でのみ進行する。
質であるガス（水素または酸素）、プロトン（Ｈ＋）お
よび電子（ｅ−）の授受を同時に行なうことができる三
相界面でのみ進行する。
【０００４】従来の燃料電池用電極の断面構造の模式図
を図４に示す。図４において、４１は触媒層、４４は導
電性多孔質体、４５はイオン交換膜である。図４に示さ
れるように、従来の燃料電池の電極は、触媒層とガス拡
散層とからなり、触媒層４１は、触媒粒子と固体高分子
電解質とが混ざり合ってこれらが三次元に分布するとと
もに、内部に複数の細孔が形成された多孔性層であり、
ガス拡散層は導電性多孔質体４４を含む層である。
を図４に示す。図４において、４１は触媒層、４４は導
電性多孔質体、４５はイオン交換膜である。図４に示さ
れるように、従来の燃料電池の電極は、触媒層とガス拡
散層とからなり、触媒層４１は、触媒粒子と固体高分子
電解質とが混ざり合ってこれらが三次元に分布するとと
もに、内部に複数の細孔が形成された多孔性層であり、
ガス拡散層は導電性多孔質体４４を含む層である。
【０００５】導電性多孔質体は、触媒層の表層に一定の
空間を設けて、電池外部から供給される活物質である酸
素、水素を触媒層の表層まで運ぶ流路の確保および、カ
ソードの触媒層で生成された水を触媒層の表層から電池
の系外に排出する流路を確保するガス拡散層としての役
目を担っている。
空間を設けて、電池外部から供給される活物質である酸
素、水素を触媒層の表層まで運ぶ流路の確保および、カ
ソードの触媒層で生成された水を触媒層の表層から電池
の系外に排出する流路を確保するガス拡散層としての役
目を担っている。
【０００６】一方触媒層は、触媒層中の触媒粒子が電子
伝導チャンネルを形成し、固体電解質がプロトン伝導チ
ャンネルを形成し、細孔が触媒層４１の表層まで運ばれ
た酸素または水素を電極の深部にまで供給し、電極（カ
ソード）の深部で生成された水を電極の表層にまで排出
する供給排出チャンネルを形成している。そして電極触
媒層内にこれら３つのチャンネルが三次元的に広がり、
ガス、プロトン（Ｈ＋）および電子（ｅ−）の授受を同
時におこなうことのできる三相界面が無数に形成され
て、電極反応の場を提供している。
伝導チャンネルを形成し、固体電解質がプロトン伝導チ
ャンネルを形成し、細孔が触媒層４１の表層まで運ばれ
た酸素または水素を電極の深部にまで供給し、電極（カ
ソード）の深部で生成された水を電極の表層にまで排出
する供給排出チャンネルを形成している。そして電極触
媒層内にこれら３つのチャンネルが三次元的に広がり、
ガス、プロトン（Ｈ＋）および電子（ｅ−）の授受を同
時におこなうことのできる三相界面が無数に形成され
て、電極反応の場を提供している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の導電性多孔質体
に使用されるカーボンペーパーなどは、一般に５〜１０
μｍ程度の繊維系の炭素繊維を不織布状に成形した焼結
体であり、その平均細孔径は１０〜２０μｍ程度であ
る。
に使用されるカーボンペーパーなどは、一般に５〜１０
μｍ程度の繊維系の炭素繊維を不織布状に成形した焼結
体であり、その平均細孔径は１０〜２０μｍ程度であ
る。
【０００８】そのため、孔経が大きいために、炭素繊維
に接している近傍に電流が集中し、炭素繊維から離れた
孔の中央あたりの触媒が電子の授受に与ることができな
いために電極反応に有効に働かず、触媒利用率が低下す
る問題が生じる。これを回避するには、導電性多孔質体
の多孔度を小さくして、緻密にすればよいのだが、そう
すればガスの流路の確保が困難になる。
に接している近傍に電流が集中し、炭素繊維から離れた
孔の中央あたりの触媒が電子の授受に与ることができな
いために電極反応に有効に働かず、触媒利用率が低下す
る問題が生じる。これを回避するには、導電性多孔質体
の多孔度を小さくして、緻密にすればよいのだが、そう
すればガスの流路の確保が困難になる。
【０００９】以上に鑑み、本発明はカーボンを含む有孔
性樹脂を用いて、ガス流路を確保しながら、ガス拡散層
を緻密にすることで、燃料電池電極の高性能化を図るも
のである。
性樹脂を用いて、ガス流路を確保しながら、ガス拡散層
を緻密にすることで、燃料電池電極の高性能化を図るも
のである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明になる燃
料電池用電極は、触媒粒子を含む触媒層と、導電性フィ
ラーを含む有孔性樹脂層とが積層されていることを特徴
とする。
料電池用電極は、触媒粒子を含む触媒層と、導電性フィ
ラーを含む有孔性樹脂層とが積層されていることを特徴
とする。
【００１１】請求項２の発明になる燃料電池用電極は、
触媒粒子を含む触媒層と、導電性多孔質体の空孔に導電
性フィラーを含む有孔性樹脂層を備えた基材とが積層さ
れていることを特徴とする。
触媒粒子を含む触媒層と、導電性多孔質体の空孔に導電
性フィラーを含む有孔性樹脂層を備えた基材とが積層さ
れていることを特徴とする。
【００１２】請求項３の発明は、上記燃料電池用電極に
おいて、導電性多孔質体に導電性フィラーを含む有孔性
樹脂を備えた基材の多孔度が４５％以上、９５％以下で
あることを特徴とする。
おいて、導電性多孔質体に導電性フィラーを含む有孔性
樹脂を備えた基材の多孔度が４５％以上、９５％以下で
あることを特徴とする。
【００１３】請求項４の発明は、上記燃料電池用電極に
おいて、導電性フィラーが炭素よりなることを特徴とす
る。
おいて、導電性フィラーが炭素よりなることを特徴とす
る。
【００１４】請求項５の発明は、上記燃料電池用電極に
おいて、有孔性樹脂がフッ素樹脂であることを特徴とす
る。
おいて、有孔性樹脂がフッ素樹脂であることを特徴とす
る。
【００１５】請求項６の発明は、上記燃料電池用電極に
おいて、フッ素樹脂がポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄ
Ｆ）系樹脂であることを特徴とする。
おいて、フッ素樹脂がポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄ
Ｆ）系樹脂であることを特徴とする。
【００１６】請求項７の発明は、上記燃料電池用電極に
おいて、導電性多孔質体が炭素よりなることを特徴とす
る。
おいて、導電性多孔質体が炭素よりなることを特徴とす
る。
【００１７】請求項８の発明は、上記燃料電池用電極に
おける導電性フィラーを含む有孔性樹脂の製造方法にお
いて、樹脂を溶媒に溶解した溶液中に導電性フィラーが
分散した懸濁液から、樹脂を相分離させることを特徴と
する。
おける導電性フィラーを含む有孔性樹脂の製造方法にお
いて、樹脂を溶媒に溶解した溶液中に導電性フィラーが
分散した懸濁液から、樹脂を相分離させることを特徴と
する。
【００１８】請求項９の発明は、上記燃料電池用電極に
おける導電性フィラーを含む有孔性樹脂の製造方法にお
いて、樹脂を第１の溶媒に溶解した溶液に導電性フィラ
ーが分散した懸濁液から、前記樹脂に対して不溶性でか
つ第１の溶媒と相溶性のある第２の溶媒で第１の溶媒を
抽出することを特徴とする。
おける導電性フィラーを含む有孔性樹脂の製造方法にお
いて、樹脂を第１の溶媒に溶解した溶液に導電性フィラ
ーが分散した懸濁液から、前記樹脂に対して不溶性でか
つ第１の溶媒と相溶性のある第２の溶媒で第１の溶媒を
抽出することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明による燃料電池用電
極の構造例を図で示しながら説明することによって、本
発明についてさらに具体的に説明する。
極の構造例を図で示しながら説明することによって、本
発明についてさらに具体的に説明する。
【００２０】図２は、本発明による燃料電池用電極の断
面構造を示す模式図である。図２において、２１は触媒
層、２２は導電性フィラーを含んだ有孔性樹脂、２３は
その孔、２５はイオン交換膜である。
面構造を示す模式図である。図２において、２１は触媒
層、２２は導電性フィラーを含んだ有孔性樹脂、２３は
その孔、２５はイオン交換膜である。
【００２１】図２に示した燃料電池用電極は、導電性フ
ィラーを含む有孔性樹脂層と触媒層とが積層されてい
る。ガス拡散層として機能する導電性フィラーを含む有
孔性樹脂は、有孔性であるために高いガス拡散性と、導
電性フィラーを含むために電子伝導性とを有する。この
ため、触媒層への電子の授受が緻密で均一になる。
ィラーを含む有孔性樹脂層と触媒層とが積層されてい
る。ガス拡散層として機能する導電性フィラーを含む有
孔性樹脂は、有孔性であるために高いガス拡散性と、導
電性フィラーを含むために電子伝導性とを有する。この
ため、触媒層への電子の授受が緻密で均一になる。
【００２２】図３は、本発明によるもうひとつの燃料電
池用電極の断面構造を示す模式図である。図３におい
て、３１は触媒層、３２は導電性フィラーを含んだ有孔
性樹脂、３３はその孔、３４は導電性多孔質体、３５は
イオン交換膜である。ガス拡散層として機能する、導電
性多孔質体３４の空孔に導電性フィラーを含む有孔性樹
脂３２を備えた層は、導電性多孔質体３４の空孔中も電
子伝導性を有する。このため、触媒層への電子の授受が
緻密で均一になる。
池用電極の断面構造を示す模式図である。図３におい
て、３１は触媒層、３２は導電性フィラーを含んだ有孔
性樹脂、３３はその孔、３４は導電性多孔質体、３５は
イオン交換膜である。ガス拡散層として機能する、導電
性多孔質体３４の空孔に導電性フィラーを含む有孔性樹
脂３２を備えた層は、導電性多孔質体３４の空孔中も電
子伝導性を有する。このため、触媒層への電子の授受が
緻密で均一になる。
【００２３】図２および図３に示した本発明による燃料
電池用電極は、導電性フィラーを含む有孔性樹脂は緻密
で、それが電子伝導性を有するために、触媒層への電子
の授受が均一となり、高分子固体電解質型燃料電池に使
用した場合、燃料電池の高出力化が可能となるものであ
る。
電池用電極は、導電性フィラーを含む有孔性樹脂は緻密
で、それが電子伝導性を有するために、触媒層への電子
の授受が均一となり、高分子固体電解質型燃料電池に使
用した場合、燃料電池の高出力化が可能となるものであ
る。
【００２４】また、導電性フィラーを含む有孔性樹脂
は、図３のように導電性多孔質体の全面すべてに配して
もよいが、導電性多孔質体の表層のみ、また、導電性多
孔質体の片面のみなど、導電性多孔質体の一部に配して
もよい。
は、図３のように導電性多孔質体の全面すべてに配して
もよいが、導電性多孔質体の表層のみ、また、導電性多
孔質体の片面のみなど、導電性多孔質体の一部に配して
もよい。
【００２５】本発明に使用する導電性フィラーの材質と
しては、金属や炭素等の、導電性があってしかも電解質
と反応しないチタンやステンレスなどの金属や炭素など
を使用することができるが、扱い易さや軽量という点か
らは、炭素が最も好ましい。
しては、金属や炭素等の、導電性があってしかも電解質
と反応しないチタンやステンレスなどの金属や炭素など
を使用することができるが、扱い易さや軽量という点か
らは、炭素が最も好ましい。
【００２６】また、本発明に使用する導電性フィラーの
形状は、特に限定されるものではなく、粒状や繊維状な
どのあらゆる形状のものが使用できる。
形状は、特に限定されるものではなく、粒状や繊維状な
どのあらゆる形状のものが使用できる。
【００２７】なお、本発明の導電性フィラーに炭素を使
用する場合、その形状は粒状でも繊維状でもその他の形
状でも良く、カーボンブラックやグラファイトおよび活
性炭の粒状物または、炭素繊維を短くカットしたチョッ
プ状のものが好ましい。 炭素粒子は、アセチレンブラ
ック、ファーネスブラックなどのカーボンブラック、グ
ラファイト粒子、活性炭などが好ましく、特にカーボン
ブラックは電子伝導性が高いために好ましい。炭素を含
む有孔性の樹脂の、樹脂に対する炭素の混入量は３０ｗ
ｔ％以上であることが好ましく、さらに高い電子伝導性
を得るためには１００ｗｔ％以上であることがより好ま
しい。また、本発明に用いられる導電性多孔質体は、発
泡ニッケル、チタン繊維焼結体でもよいが、導電性、耐
酸性などの面で材質は炭素が好ましく、とくに炭素繊維
などからなるカーボンペーパー、カーボンクロスまたは
カーボンフェルトが好ましい。
用する場合、その形状は粒状でも繊維状でもその他の形
状でも良く、カーボンブラックやグラファイトおよび活
性炭の粒状物または、炭素繊維を短くカットしたチョッ
プ状のものが好ましい。 炭素粒子は、アセチレンブラ
ック、ファーネスブラックなどのカーボンブラック、グ
ラファイト粒子、活性炭などが好ましく、特にカーボン
ブラックは電子伝導性が高いために好ましい。炭素を含
む有孔性の樹脂の、樹脂に対する炭素の混入量は３０ｗ
ｔ％以上であることが好ましく、さらに高い電子伝導性
を得るためには１００ｗｔ％以上であることがより好ま
しい。また、本発明に用いられる導電性多孔質体は、発
泡ニッケル、チタン繊維焼結体でもよいが、導電性、耐
酸性などの面で材質は炭素が好ましく、とくに炭素繊維
などからなるカーボンペーパー、カーボンクロスまたは
カーボンフェルトが好ましい。
【００２８】本発明による燃料電池用複合触媒の触媒粒
子は、白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラ
ジウム、オスニウムなどの白金族金属およびその合金な
どの触媒金属粒子を用いることができるが、触媒金属の
単位重量あたりの触媒活性が高いことから、これらの触
媒金属を担持した炭素粒子が好ましい。炭素粒子は、ア
セチレンブラック、ファーネスブラックなどのカーボン
ブラック、活性炭などが好ましく、特にカーボンブラッ
クは触媒金属が高分散することから好ましい。
子は、白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラ
ジウム、オスニウムなどの白金族金属およびその合金な
どの触媒金属粒子を用いることができるが、触媒金属の
単位重量あたりの触媒活性が高いことから、これらの触
媒金属を担持した炭素粒子が好ましい。炭素粒子は、ア
セチレンブラック、ファーネスブラックなどのカーボン
ブラック、活性炭などが好ましく、特にカーボンブラッ
クは触媒金属が高分散することから好ましい。
【００２９】ここで、本発明の導電性フィラーを含む有
孔性樹脂の樹脂は、プロトン伝導性を有する必要はな
く、たとえば、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリ
ル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等
のポリエーテル、ポリアクリロニトリル、フッ化ビニリ
デン重合体（ＰＶｄＦ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリメ
チルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリビ
ニルアルコール、ポリメタクリロニトリル、ポリビニル
アセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミ
ン、ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリイソプレンも
しくはこれらの誘導体を、単独で、あるいは混合して用
いてもよく、また、上記樹脂を構成する各種モノマーを
共重合させた樹脂を用いてもよいが、好ましくは撥水性
が高いことからフッ素樹脂、例えば三フッ化塩化エチレ
ン共重合体（ＰＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデン重合体
（ＰＶｄＦ）、フッ化ビニル重合体（ＰＶＦ）などの含
フッ素ホモポリマーまたは、エチレン・四フッ化エチレ
ン共重合体（ＥＴＦＥ）、四フッ化エチレン・六フッ化
プロピレン共重合体（ＥＰＥ）、フッ化ビニリデン共重
合体などの含フッ素コポリマーが好ましいし、これらの
混合物でもよい。
孔性樹脂の樹脂は、プロトン伝導性を有する必要はな
く、たとえば、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリ
ル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等
のポリエーテル、ポリアクリロニトリル、フッ化ビニリ
デン重合体（ＰＶｄＦ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリメ
チルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリビ
ニルアルコール、ポリメタクリロニトリル、ポリビニル
アセテート、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミ
ン、ポリブタジエン、ポリスチレン、ポリイソプレンも
しくはこれらの誘導体を、単独で、あるいは混合して用
いてもよく、また、上記樹脂を構成する各種モノマーを
共重合させた樹脂を用いてもよいが、好ましくは撥水性
が高いことからフッ素樹脂、例えば三フッ化塩化エチレ
ン共重合体（ＰＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデン重合体
（ＰＶｄＦ）、フッ化ビニル重合体（ＰＶＦ）などの含
フッ素ホモポリマーまたは、エチレン・四フッ化エチレ
ン共重合体（ＥＴＦＥ）、四フッ化エチレン・六フッ化
プロピレン共重合体（ＥＰＥ）、フッ化ビニリデン共重
合体などの含フッ素コポリマーが好ましいし、これらの
混合物でもよい。
【００３０】特に、 フッ化ビニリデン重合体（ＰＶｄ
Ｆ）や、その共重合体であるフッ化ビニリデン・六フッ
化プロピレン共重合体（Ｐ（ＶｄＦ−ＨＦＰ））また
は、フッ化ビニリデン・四フッ化エチレン共重合体（Ｐ
（ＶｄＦ−TＦＰ））などのポリフッ化ビニリデン（Ｐ
ＶｄＦ）系樹脂が安価で、高い撥水性が得られることよ
り好ましい。中でも、フッ化ビニリデン重合体（ＰＶｄ
Ｆ）または、Ｐ（ＶｄＦ−ＨＦＰ）が好ましい。
Ｆ）や、その共重合体であるフッ化ビニリデン・六フッ
化プロピレン共重合体（Ｐ（ＶｄＦ−ＨＦＰ））また
は、フッ化ビニリデン・四フッ化エチレン共重合体（Ｐ
（ＶｄＦ−TＦＰ））などのポリフッ化ビニリデン（Ｐ
ＶｄＦ）系樹脂が安価で、高い撥水性が得られることよ
り好ましい。中でも、フッ化ビニリデン重合体（ＰＶｄ
Ｆ）または、Ｐ（ＶｄＦ−ＨＦＰ）が好ましい。
【００３１】本発明では、触媒層が触媒粒子を含むが、
さらに好ましくは触媒層が触媒粒子と固体高分子電解質
とを含むことが好ましい。固体高分子電解質としては、
イオン交換樹脂からなるものが好ましく、パーフルオロ
スルフォン酸またはスチレン−ジビニルベンゼン系のス
ルフォン酸型固体高分子電解質が好ましい。
さらに好ましくは触媒層が触媒粒子と固体高分子電解質
とを含むことが好ましい。固体高分子電解質としては、
イオン交換樹脂からなるものが好ましく、パーフルオロ
スルフォン酸またはスチレン−ジビニルベンゼン系のス
ルフォン酸型固体高分子電解質が好ましい。
【００３２】ここで、活物質の供給、排出がスムーズに
行われるように導電性フィラーを含む有孔性樹脂の孔は
連続気泡であることが望ましい。また、緻密で均一な電
子伝導性を得るためには、有孔性樹脂の孔径としては平
均孔径２μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下で
あることがより好ましい。さらに、出力密度を上げるた
めには、導電性多孔質体に導電性フィラーを含む有孔性
樹脂を備えた基材の多孔度が４５％以上、９５％以下で
あることが好ましく、特に８５％以上、９５％以下であ
ることがより好ましい。このような導電性フィラーを含
む有孔性樹脂は、樹脂を溶媒に溶解した溶液中に導電性
フィラーが分散した懸濁液から、樹脂を相分離させるこ
とを特徴とする本発明の製造方法により得られる。相分
離させる方法としては、樹脂を溶媒に溶解した溶液中に
導電性フィラーが分散した懸濁液の加熱または冷却によ
る温度の増減による溶媒の樹脂に対する溶解度の変化、
または溶媒の蒸発による溶液中の樹脂の濃度変化などを
利用する方法が挙げられる。
行われるように導電性フィラーを含む有孔性樹脂の孔は
連続気泡であることが望ましい。また、緻密で均一な電
子伝導性を得るためには、有孔性樹脂の孔径としては平
均孔径２μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下で
あることがより好ましい。さらに、出力密度を上げるた
めには、導電性多孔質体に導電性フィラーを含む有孔性
樹脂を備えた基材の多孔度が４５％以上、９５％以下で
あることが好ましく、特に８５％以上、９５％以下であ
ることがより好ましい。このような導電性フィラーを含
む有孔性樹脂は、樹脂を溶媒に溶解した溶液中に導電性
フィラーが分散した懸濁液から、樹脂を相分離させるこ
とを特徴とする本発明の製造方法により得られる。相分
離させる方法としては、樹脂を溶媒に溶解した溶液中に
導電性フィラーが分散した懸濁液の加熱または冷却によ
る温度の増減による溶媒の樹脂に対する溶解度の変化、
または溶媒の蒸発による溶液中の樹脂の濃度変化などを
利用する方法が挙げられる。
【００３３】例えば、温度の増減による溶媒の樹脂に対
する溶解度の変化を利用した相分離とは、低温において
樹脂が溶媒に溶解しにくく、温度を上昇させた場合に溶
解しやすいような樹脂と溶媒との組み合せにおいて、温
度を上昇させて樹脂を溶媒に完全に溶解した後、溶液の
温度を徐々に下げていくと、溶媒に対する樹脂が過飽和
となり、溶液中で樹脂と溶媒とが分離する現象をさす。
このような相分離をおこした樹脂と溶媒との溶液から、
溶媒を除去することによって有孔性樹脂が得られるもの
である。
する溶解度の変化を利用した相分離とは、低温において
樹脂が溶媒に溶解しにくく、温度を上昇させた場合に溶
解しやすいような樹脂と溶媒との組み合せにおいて、温
度を上昇させて樹脂を溶媒に完全に溶解した後、溶液の
温度を徐々に下げていくと、溶媒に対する樹脂が過飽和
となり、溶液中で樹脂と溶媒とが分離する現象をさす。
このような相分離をおこした樹脂と溶媒との溶液から、
溶媒を除去することによって有孔性樹脂が得られるもの
である。
【００３４】また、緻密な連続気泡が得られる有孔性樹
脂の製法として、溶媒抽出法を用いて相分離させること
が好ましい。すなわち、樹脂を溶解した溶液の第１の溶
媒を、前記樹脂に対して不溶性でかつ第１の溶媒と相溶
性のある第２の溶媒で置換することにより、樹脂を溶解
した溶液中の第１の溶媒を抽出して、第１の溶媒が除去
された部分が孔となって有孔性樹脂を得るものである。
脂の製法として、溶媒抽出法を用いて相分離させること
が好ましい。すなわち、樹脂を溶解した溶液の第１の溶
媒を、前記樹脂に対して不溶性でかつ第１の溶媒と相溶
性のある第２の溶媒で置換することにより、樹脂を溶解
した溶液中の第１の溶媒を抽出して、第１の溶媒が除去
された部分が孔となって有孔性樹脂を得るものである。
【００３５】そして、相分離によりる有孔性フッ素樹脂
作製の際に、微細で均一な孔が得られることより、 フ
ッ化ビニリデン重合体（ＰＶｄＦ）、フッ化ビニリデン
・六フッ化プロピレン共重合体（Ｐ（ＶｄＦ−ＨＦ
Ｐ））または、フッ化ビニリデン・四フッ化エチレン共
重合体（Ｐ（ＶｄＦ−TＦＰ））などのポリフッ化ビニ
リデン（ＰＶｄＦ）系樹脂が好ましい。中でも、フッ化
ビニリデン重合体（ＰＶｄＦ）または、Ｐ（ＶｄＦ−Ｈ
ＦＰ）が好ましい。特に、フッ化ビニリデン重合体（Ｐ
ＶｄＦ）を用いると撥水性が高くなり、高い撥水性を持
たせたい場合に好ましく、Ｐ（ＶｄＦ−ＨＦＰ）を用い
ると有孔性樹脂が柔らかくなり、柔軟性を持たせたい場
合に好ましい。
作製の際に、微細で均一な孔が得られることより、 フ
ッ化ビニリデン重合体（ＰＶｄＦ）、フッ化ビニリデン
・六フッ化プロピレン共重合体（Ｐ（ＶｄＦ−ＨＦ
Ｐ））または、フッ化ビニリデン・四フッ化エチレン共
重合体（Ｐ（ＶｄＦ−TＦＰ））などのポリフッ化ビニ
リデン（ＰＶｄＦ）系樹脂が好ましい。中でも、フッ化
ビニリデン重合体（ＰＶｄＦ）または、Ｐ（ＶｄＦ−Ｈ
ＦＰ）が好ましい。特に、フッ化ビニリデン重合体（Ｐ
ＶｄＦ）を用いると撥水性が高くなり、高い撥水性を持
たせたい場合に好ましく、Ｐ（ＶｄＦ−ＨＦＰ）を用い
ると有孔性樹脂が柔らかくなり、柔軟性を持たせたい場
合に好ましい。
【００３６】温度の増減による相分離法において樹脂を
溶解するのに使用いる溶媒、または溶媒抽出法における
第１の溶媒としては、樹脂を溶解するものであればよ
く、ジメチルホルムアミド、プロピレンカーボネート、
エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチ
ルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の炭酸エ
ステル、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチル
メチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル、ジ
メチルアセトアミド、１−メチル−ピロリジノン、ｎ−
メチル−ピロリドン等が挙げられる。
溶解するのに使用いる溶媒、または溶媒抽出法における
第１の溶媒としては、樹脂を溶解するものであればよ
く、ジメチルホルムアミド、プロピレンカーボネート、
エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチ
ルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の炭酸エ
ステル、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチル
メチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル、ジ
メチルアセトアミド、１−メチル−ピロリジノン、ｎ−
メチル−ピロリドン等が挙げられる。
【００３７】また、溶媒抽出法において、第１の溶媒を
抽出する第２の溶媒としては、水または水とアルコール
の混合溶液が安価で好ましい。とくに、有孔性樹脂の多
孔度を小さくしたい場合には水とアルコールの混合溶液
が好ましい。
抽出する第２の溶媒としては、水または水とアルコール
の混合溶液が安価で好ましい。とくに、有孔性樹脂の多
孔度を小さくしたい場合には水とアルコールの混合溶液
が好ましい。
【００３８】これらの組み合わせにおいて、温度の増減
による溶媒の樹脂に対する溶解度の変化を利用した相分
離では、樹脂としてフッ化ビニリデン重合体（ＰＶｄ
Ｆ）またはＰ（ＶｄＦ−ＨＦＰ）を用い、樹脂を溶解す
る溶媒としては、とくにケトン類、そのなかでもメチル
エチルケトンを用いることが良い。
による溶媒の樹脂に対する溶解度の変化を利用した相分
離では、樹脂としてフッ化ビニリデン重合体（ＰＶｄ
Ｆ）またはＰ（ＶｄＦ−ＨＦＰ）を用い、樹脂を溶解す
る溶媒としては、とくにケトン類、そのなかでもメチル
エチルケトンを用いることが良い。
【００３９】溶媒抽出法を用いる際には、樹脂としてフ
ッ化ビニリデン重合体（ＰＶｄＦ）またはＰ（ＶｄＦ−
ＨＦＰ）を、樹脂を溶解する第１の溶媒としては、ｎ−
メチルピロリドン（ＮＭＰ）を、第１の溶媒を抽出する
第２の溶媒としては水または水とアルコールの混合溶液
を用いることがが、撥水性、孔径の均一性などの面で好
ましい。
ッ化ビニリデン重合体（ＰＶｄＦ）またはＰ（ＶｄＦ−
ＨＦＰ）を、樹脂を溶解する第１の溶媒としては、ｎ−
メチルピロリドン（ＮＭＰ）を、第１の溶媒を抽出する
第２の溶媒としては水または水とアルコールの混合溶液
を用いることがが、撥水性、孔径の均一性などの面で好
ましい。
【００４０】本発明の触媒粒子を含む触媒層と、導電性
フィラーを含む有孔性樹脂とが積層されていることを特
徴とする燃料電池用電極は、触媒層を形成した後に、導
電性フィラーを含む有孔性樹脂層をその上に配すること
により、または、導電性フィラーを含む有孔性樹脂層を
形成した後に、その上に触媒層を形成することにより得
られる。
フィラーを含む有孔性樹脂とが積層されていることを特
徴とする燃料電池用電極は、触媒層を形成した後に、導
電性フィラーを含む有孔性樹脂層をその上に配すること
により、または、導電性フィラーを含む有孔性樹脂層を
形成した後に、その上に触媒層を形成することにより得
られる。
【００４１】例えば、触媒層を形成した後に導電性フィ
ラーを含む有孔性樹脂を配するには、触媒層上に、樹脂
を溶媒に溶解した溶液中に導電性フィラーが分散した懸
濁液をはけやスプレーを用いて、またはスクリーン印刷
法、ドクターブレード法などにより塗布したのちに、樹
脂を相分離させることにより作ることができる。
ラーを含む有孔性樹脂を配するには、触媒層上に、樹脂
を溶媒に溶解した溶液中に導電性フィラーが分散した懸
濁液をはけやスプレーを用いて、またはスクリーン印刷
法、ドクターブレード法などにより塗布したのちに、樹
脂を相分離させることにより作ることができる。
【００４２】さらに好ましくは、触媒層を形成した後に
カーボンを含む有孔性樹脂を配するには、触媒層上に、
樹脂を第１の溶媒に溶解した溶液中に導電性フィラーが
分散した懸濁液をはけやスプレーを用いて、またはスク
リーン印刷法、ドクターブレード法などにより塗布した
のちに、前記樹脂に対して不溶性でかつ第１の溶媒と相
溶性のある第２の溶媒で第１の溶媒を抽出することによ
り作ることができる。
カーボンを含む有孔性樹脂を配するには、触媒層上に、
樹脂を第１の溶媒に溶解した溶液中に導電性フィラーが
分散した懸濁液をはけやスプレーを用いて、またはスク
リーン印刷法、ドクターブレード法などにより塗布した
のちに、前記樹脂に対して不溶性でかつ第１の溶媒と相
溶性のある第２の溶媒で第１の溶媒を抽出することによ
り作ることができる。
【００４３】また、導電性フィラーを含む有孔性樹脂層
を形成した後に触媒層を配するには、たとえば、高分子
フィルム上などに、樹脂を溶媒に溶解した溶液中に導電
性フィラーが分散した懸濁液をはけやスプレーを用い
て、またはスクリーン印刷法、ドクターブレード法など
により塗布したのちに、樹脂を相分離させることにより
有孔性樹脂層を形成した後に、その上に触媒層を形成し
て作ることができる。
を形成した後に触媒層を配するには、たとえば、高分子
フィルム上などに、樹脂を溶媒に溶解した溶液中に導電
性フィラーが分散した懸濁液をはけやスプレーを用い
て、またはスクリーン印刷法、ドクターブレード法など
により塗布したのちに、樹脂を相分離させることにより
有孔性樹脂層を形成した後に、その上に触媒層を形成し
て作ることができる。
【００４４】さらに好ましくは、高分子フィルム上など
に、樹脂を第１の溶媒に溶解した溶液中に導電性フィラ
ーが分散した懸濁液をはけやスプレーを用いて、または
スクリーン印刷法、ドクターブレード法などにより塗布
したのちに、前記樹脂に対して不溶性でかつ第１の溶媒
と相溶性のある第２の溶媒で第１の溶媒を抽出すること
により有孔性樹脂層を形成した後に、その上に触媒層を
形成して作ることができる。
に、樹脂を第１の溶媒に溶解した溶液中に導電性フィラ
ーが分散した懸濁液をはけやスプレーを用いて、または
スクリーン印刷法、ドクターブレード法などにより塗布
したのちに、前記樹脂に対して不溶性でかつ第１の溶媒
と相溶性のある第２の溶媒で第１の溶媒を抽出すること
により有孔性樹脂層を形成した後に、その上に触媒層を
形成して作ることができる。
【００４５】本発明の、触媒粒子を含む触媒層と、導電
性多孔質体の空孔に導電性フィラーを含む有孔性樹脂を
備えた層とが積層されていることを特徴とする燃料電池
用電極は、触媒層に導電性多孔質体を積層したのち、そ
の導電性多孔質体に導電性フィラーを含む有孔性樹脂を
備えることにより、または、導電性多孔質体の空孔に導
電性フィラーを含む有孔性樹脂を備えたのちに、それを
触媒層に積層することにより得られる。
性多孔質体の空孔に導電性フィラーを含む有孔性樹脂を
備えた層とが積層されていることを特徴とする燃料電池
用電極は、触媒層に導電性多孔質体を積層したのち、そ
の導電性多孔質体に導電性フィラーを含む有孔性樹脂を
備えることにより、または、導電性多孔質体の空孔に導
電性フィラーを含む有孔性樹脂を備えたのちに、それを
触媒層に積層することにより得られる。
【００４６】例えば、触媒層に導電性多孔質体を積層し
たのち、その導電性多孔質体の空孔に導電性フィラーを
含む有孔性樹脂を備えるには、触媒層に導電性多孔質体
をホットプレスなどを用いて積層したのちに、その導電
性多孔質体を備えた触媒層上に樹脂を溶媒に溶解した溶
液中に導電性フィラーが分散した懸濁液をはけやスプレ
ーを用いて、またはスクリーン印刷法、ドクターブレー
ド法などにより塗布したのちに、樹脂を相分離させるこ
とにより作ることができる。
たのち、その導電性多孔質体の空孔に導電性フィラーを
含む有孔性樹脂を備えるには、触媒層に導電性多孔質体
をホットプレスなどを用いて積層したのちに、その導電
性多孔質体を備えた触媒層上に樹脂を溶媒に溶解した溶
液中に導電性フィラーが分散した懸濁液をはけやスプレ
ーを用いて、またはスクリーン印刷法、ドクターブレー
ド法などにより塗布したのちに、樹脂を相分離させるこ
とにより作ることができる。
【００４７】さらに好ましくは、導電性多孔質体を備え
た触媒層上に、樹脂を第１の溶媒に溶解した溶液中に導
電性フィラーが分散した懸濁液をはけやスプレーを用い
て、またはスクリーン印刷法、ドクターブレード法など
により塗布したのちに、前記樹脂に対して不溶性でかつ
第１の溶媒と相溶性のある第２の溶媒で第１の溶媒を抽
出することにより作ることができる。
た触媒層上に、樹脂を第１の溶媒に溶解した溶液中に導
電性フィラーが分散した懸濁液をはけやスプレーを用い
て、またはスクリーン印刷法、ドクターブレード法など
により塗布したのちに、前記樹脂に対して不溶性でかつ
第１の溶媒と相溶性のある第２の溶媒で第１の溶媒を抽
出することにより作ることができる。
【００４８】また、導電性多孔質体の空孔に導電性フィ
ラーを含む有孔性樹脂を備えるには、樹脂を溶媒に溶解
した溶液中に導電性フィラーが分散した懸濁液を、塗布
または浸漬などにより導電性多孔質体に含ませた後に、
樹脂を相分離させることにより、さらに好ましくは、溶
媒抽出法を用いて、樹脂を第１の溶媒に溶解した溶液中
に導電性フィラーが分散した懸濁液前記樹脂に対して不
溶性でかつ第１の溶媒と相溶性のある第２の溶媒で第１
の溶媒を抽出することにより作られる。
ラーを含む有孔性樹脂を備えるには、樹脂を溶媒に溶解
した溶液中に導電性フィラーが分散した懸濁液を、塗布
または浸漬などにより導電性多孔質体に含ませた後に、
樹脂を相分離させることにより、さらに好ましくは、溶
媒抽出法を用いて、樹脂を第１の溶媒に溶解した溶液中
に導電性フィラーが分散した懸濁液前記樹脂に対して不
溶性でかつ第１の溶媒と相溶性のある第２の溶媒で第１
の溶媒を抽出することにより作られる。
【００４９】
【実施例】以下、本発明を好適な実施例を用いて説明す
る。
る。
【００５０】［実施例１］白金担持炭素（田中貴金属
製、１０Ｖ３０Ｅ：Ｖａｌｃａｎ ＸＣ−７２に白金を
３０ｗｔ％担持）と固体高分子電解質溶液（アルドリッ
チ社製、ナフィオン５ｗｔ％溶液）よりなる電極触媒層
のペーストを、スプレーによりイオン交換膜（デュポン
社製、ナフィオン、膜厚約５０μm）の両面に塗布し、
触媒層をイオン交換膜の両面に触媒層を形成した後、そ
の表層にフッ化ビニリデン重合体（ＰＶｄＦ）の濃度が
２０ｗｔ％となるようにＮＭＰに溶解させた溶液にカー
ボン繊維チョップを混入・懸濁させた溶液をドクターブ
レード法などにより塗布したのちに、水の中に１０分間
浸漬して、炭素粒子を含む有孔性のＰＶｄＦ樹脂を触媒
層の上に備えた。そして、それを燃料電池の単セルに組
んでセルＡを得た。ここで、触媒層の白金量は、約１．
０ｍｇ／ｃｍ２となるように、ペースト作製時の白金担
持カーボンの量および塗布量を調整した。
製、１０Ｖ３０Ｅ：Ｖａｌｃａｎ ＸＣ−７２に白金を
３０ｗｔ％担持）と固体高分子電解質溶液（アルドリッ
チ社製、ナフィオン５ｗｔ％溶液）よりなる電極触媒層
のペーストを、スプレーによりイオン交換膜（デュポン
社製、ナフィオン、膜厚約５０μm）の両面に塗布し、
触媒層をイオン交換膜の両面に触媒層を形成した後、そ
の表層にフッ化ビニリデン重合体（ＰＶｄＦ）の濃度が
２０ｗｔ％となるようにＮＭＰに溶解させた溶液にカー
ボン繊維チョップを混入・懸濁させた溶液をドクターブ
レード法などにより塗布したのちに、水の中に１０分間
浸漬して、炭素粒子を含む有孔性のＰＶｄＦ樹脂を触媒
層の上に備えた。そして、それを燃料電池の単セルに組
んでセルＡを得た。ここで、触媒層の白金量は、約１．
０ｍｇ／ｃｍ２となるように、ペースト作製時の白金担
持カーボンの量および塗布量を調整した。
【００５１】［実施例２］フッ化ビニリデン重合体（Ｐ
ＶｄＦ）の濃度が２０ｗｔ％となるようにＮＭＰに溶解
させた溶液に炭素粒子（Ｖａｌｃａｎ ＸＣ―７２）を
混入・懸濁させ、それを導電性多孔質体の炭素電極基材
（０．５ｍｍ厚、平均繊維系１０μｍ，平均細孔径１０
μｍ、多孔度７５％）に真空含浸させた後、水の中に１
０分間浸漬して、炭素粒子を含む有孔性のＰＶｄＦ樹脂
を備えた導電性多孔質体の炭素電極基材を得た。
ＶｄＦ）の濃度が２０ｗｔ％となるようにＮＭＰに溶解
させた溶液に炭素粒子（Ｖａｌｃａｎ ＸＣ―７２）を
混入・懸濁させ、それを導電性多孔質体の炭素電極基材
（０．５ｍｍ厚、平均繊維系１０μｍ，平均細孔径１０
μｍ、多孔度７５％）に真空含浸させた後、水の中に１
０分間浸漬して、炭素粒子を含む有孔性のＰＶｄＦ樹脂
を備えた導電性多孔質体の炭素電極基材を得た。
【００５２】さらに、白金担持炭素（田中貴金属製、１
０Ｖ３０Ｅ：Ｖａｌｃａｎ ＸＣ−７２に白金を３０ｗ
ｔ％担持）と固体高分子電解質溶液（アルドリッチ社
製、ナフィオン５ｗｔ％溶液）よりなる電極触媒層のペ
ーストを、スプレーにより上記炭素電極基材に塗布し、
燃料電池用電極を得た。電極の白金量は、約１．０ｍｇ
／ｃｍ２となるように、ペースト作製時の白金担持炭素
の量および塗布量を調整した。
０Ｖ３０Ｅ：Ｖａｌｃａｎ ＸＣ−７２に白金を３０ｗ
ｔ％担持）と固体高分子電解質溶液（アルドリッチ社
製、ナフィオン５ｗｔ％溶液）よりなる電極触媒層のペ
ーストを、スプレーにより上記炭素電極基材に塗布し、
燃料電池用電極を得た。電極の白金量は、約１．０ｍｇ
／ｃｍ２となるように、ペースト作製時の白金担持炭素
の量および塗布量を調整した。
【００５３】さらに、その電極をホットプレス（１４０
℃）にてイオン交換膜（デュポン社製、ナフィオン、膜
厚約５０μｍ）の両面に接合し、燃料電池の単セルに組
んでセルＢを得た。
℃）にてイオン交換膜（デュポン社製、ナフィオン、膜
厚約５０μｍ）の両面に接合し、燃料電池の単セルに組
んでセルＢを得た。
【００５４】［比較例１］ＰＴＦＥ分散溶液により撥水
性を施した導電性多孔質体の炭素電極基材（０．５ｍｍ
厚、平均繊維系１０μｍ、平均細孔径１０μｍ、多孔度
７５％）に、白金担持炭素（田中貴金属製、１０Ｖ３０
Ｅ：Ｖａｌｃａｎ ＸＣ−７２に白金を３０ｗｔ％担
持）と固体高分子電解質溶液（アルドリッチ社製、ナフ
ィオン５ｗｔ％溶液）およびＰＴＦＥ粒子分散溶液（三
井デュポンフロロケミカル社製、テフロン３０Ｊ）より
なる電極触媒層のペーストを、スプレーにより塗布し、
燃料電池用電極を得た。電極の白金量は、約約１．０ｍ
ｇ／ｃｍ２となるように、ペースト作製時の白金担持炭
素の量を調整した。
性を施した導電性多孔質体の炭素電極基材（０．５ｍｍ
厚、平均繊維系１０μｍ、平均細孔径１０μｍ、多孔度
７５％）に、白金担持炭素（田中貴金属製、１０Ｖ３０
Ｅ：Ｖａｌｃａｎ ＸＣ−７２に白金を３０ｗｔ％担
持）と固体高分子電解質溶液（アルドリッチ社製、ナフ
ィオン５ｗｔ％溶液）およびＰＴＦＥ粒子分散溶液（三
井デュポンフロロケミカル社製、テフロン３０Ｊ）より
なる電極触媒層のペーストを、スプレーにより塗布し、
燃料電池用電極を得た。電極の白金量は、約約１．０ｍ
ｇ／ｃｍ２となるように、ペースト作製時の白金担持炭
素の量を調整した。
【００５５】さらに、この電極をホットプレス（１４０
℃）にてイオン交換膜（デュポン社製、ナフィオン、膜
厚約５０μm）の両面に接合し、燃料電池の単セルに組
んでセルＣを得た。
℃）にてイオン交換膜（デュポン社製、ナフィオン、膜
厚約５０μm）の両面に接合し、燃料電池の単セルに組
んでセルＣを得た。
【００５６】セルＡ、Ｂ、Ｃの供給ガスに酸素および水
素を用いた際の電流―電圧特性を図１に示す。図１にお
いて、記号（◆）はセルＡの、記号（■）はセルＢの、
記号（▲）はセルＣの特性を示す。
素を用いた際の電流―電圧特性を図１に示す。図１にお
いて、記号（◆）はセルＡの、記号（■）はセルＢの、
記号（▲）はセルＣの特性を示す。
【００５７】運転条件は、供給ガス圧は２気圧で、それ
ぞれ８０℃の密閉水槽中でバブリングすることで加湿し
た。そして、セルの運転温度は７５℃とし、各電流値で
の測定時の保持時間は５分とした。
ぞれ８０℃の密閉水槽中でバブリングすることで加湿し
た。そして、セルの運転温度は７５℃とし、各電流値で
の測定時の保持時間は５分とした。
【００５８】図１より、本発明によるセルＡ、Ｂは、従
来のセルＣに比べて、各電流密度において出力電圧が高
いことがわかった。これは従来の電極は、ガス拡散層と
して機能する導電性多孔質体の炭素電極基材が粗く、触
媒層への電子の授受がカーボン繊維に直接触れた触媒の
みに集中して不均一であるために、一部の触媒が有効に
働かないのに対して、本発明の、触媒粒子を含む触媒層
と、導電フィラーを含む有孔性樹脂とが積層されている
ことを特徴とする燃料電池用電極は、触媒層の上に緻密
な導電フィラーを含む有孔性樹脂層が形成されているた
めに、電子の授受が緻密で均一なためにすべての触媒層
が有効に働き、従来の電極触媒層に比べて実際に作用す
る電極触媒層面積が大きいためである。
来のセルＣに比べて、各電流密度において出力電圧が高
いことがわかった。これは従来の電極は、ガス拡散層と
して機能する導電性多孔質体の炭素電極基材が粗く、触
媒層への電子の授受がカーボン繊維に直接触れた触媒の
みに集中して不均一であるために、一部の触媒が有効に
働かないのに対して、本発明の、触媒粒子を含む触媒層
と、導電フィラーを含む有孔性樹脂とが積層されている
ことを特徴とする燃料電池用電極は、触媒層の上に緻密
な導電フィラーを含む有孔性樹脂層が形成されているた
めに、電子の授受が緻密で均一なためにすべての触媒層
が有効に働き、従来の電極触媒層に比べて実際に作用す
る電極触媒層面積が大きいためである。
【００５９】［実施例３］３〜２４％の種々の濃度のフ
ッ化ビニリデン重合体（ＰＶｄＦ）／ＮＭＰ溶液に炭素
粒子（Ｖａｌｃａｎ ＸＣ―７２）を混ぜたものを用意
し、導電性多孔質体の炭素基材（０．５ｍｍ厚、平均繊
維径５μｍ、平均細孔径３０μｍ、多孔度７５％）にそ
れを真空含浸させた後、水の中に１０分間浸漬して、炭
素粒子を含む有孔性のＰＶｄＦ樹脂を備えた基材を得
た。
ッ化ビニリデン重合体（ＰＶｄＦ）／ＮＭＰ溶液に炭素
粒子（Ｖａｌｃａｎ ＸＣ―７２）を混ぜたものを用意
し、導電性多孔質体の炭素基材（０．５ｍｍ厚、平均繊
維径５μｍ、平均細孔径３０μｍ、多孔度７５％）にそ
れを真空含浸させた後、水の中に１０分間浸漬して、炭
素粒子を含む有孔性のＰＶｄＦ樹脂を備えた基材を得
た。
【００６０】この基材の多孔度は、フッ化ビニリデン重
合体（ＰＶｄＦ）、炭素粒子および炭素基材の真比重と
配合比、さらにＰＶｄＦ樹脂を備えた基材の見かけ比重
とから求めた。
合体（ＰＶｄＦ）、炭素粒子および炭素基材の真比重と
配合比、さらにＰＶｄＦ樹脂を備えた基材の見かけ比重
とから求めた。
【００６１】つぎに、上記複合基材に白金担持炭素（田
中貴金属製、１０Ｖ３０Ｅ：Ｖａｌｃａｎ ＸＣ−７２
に白金を３０ｗｔ％担持）と固体高分子電解質溶液（ア
ルドリッチ社製、ナフィオン５ｗｔ％溶液）とからなる
電極触媒層のペーストを、スプレーにより塗布し、燃料
電池用電極を得た。電極の白金量は、約０．２ｍｇ／ｃ
ｍ２となるように、ペースト作製時の白金担持カーボン
の量および塗布量を調整した。
中貴金属製、１０Ｖ３０Ｅ：Ｖａｌｃａｎ ＸＣ−７２
に白金を３０ｗｔ％担持）と固体高分子電解質溶液（ア
ルドリッチ社製、ナフィオン５ｗｔ％溶液）とからなる
電極触媒層のペーストを、スプレーにより塗布し、燃料
電池用電極を得た。電極の白金量は、約０．２ｍｇ／ｃ
ｍ２となるように、ペースト作製時の白金担持カーボン
の量および塗布量を調整した。
【００６２】さらに、この電極をホットプレス（１４０
℃）にてイオン交換膜（デュポン社製、ナフィオン、膜
厚約５０μｍ）の両面に接合し、燃料電池の単セルに組
んでセルＤを得た。セルＤの運転条件は、供給ガスに酸
素、水素を用い、そのガス圧はそれぞれ大気圧で、８０
℃の密閉水槽中でバブリングすることで加湿し、運転温
度は７５℃とした。０．６Ｖにおける基材の多孔度と電
流値との関係を図５に示す。図５より、出力電流が大き
くなることから基材の多孔度は４５％以上９５％以下が
好ましく、とくに８５％以上９５％以下が好ましいこと
がわかった。
℃）にてイオン交換膜（デュポン社製、ナフィオン、膜
厚約５０μｍ）の両面に接合し、燃料電池の単セルに組
んでセルＤを得た。セルＤの運転条件は、供給ガスに酸
素、水素を用い、そのガス圧はそれぞれ大気圧で、８０
℃の密閉水槽中でバブリングすることで加湿し、運転温
度は７５℃とした。０．６Ｖにおける基材の多孔度と電
流値との関係を図５に示す。図５より、出力電流が大き
くなることから基材の多孔度は４５％以上９５％以下が
好ましく、とくに８５％以上９５％以下が好ましいこと
がわかった。
【００６３】
【発明の効果】本発明の、導電フィラーを含む有孔性樹
脂を備えたガス拡散電極、または導電性多孔体中に導電
フィラーを含む有孔性樹脂を備えたガス拡散電極を用い
た燃料電池用電極によれば、電極触媒層に均一に電子を
授受することが可能で、すべての電極材料が電極反応に
有効に働くために、従来の電極に比べて実際に作用する
電極面積が大きくなり、高性能な燃料電池の製造が可能
となる。
脂を備えたガス拡散電極、または導電性多孔体中に導電
フィラーを含む有孔性樹脂を備えたガス拡散電極を用い
た燃料電池用電極によれば、電極触媒層に均一に電子を
授受することが可能で、すべての電極材料が電極反応に
有効に働くために、従来の電極に比べて実際に作用する
電極面積が大きくなり、高性能な燃料電池の製造が可能
となる。
【００６４】また、本発明の製造方法によれば、高性能
な燃料電池が可能な電極を製造することができる。
な燃料電池が可能な電極を製造することができる。
【図１】 セルＡ、ＢおよびＣの電流―電圧特性を示す
図。
図。
【図２】 本発明による燃料電池用電極の断面構造を示
す模式図。
す模式図。
【図３】 本発明による燃料電池用電極の、他の断面構
造を示す模式図。
造を示す模式図。
【図４】 従来の燃料電池用電極の断面構造を示す模式
図。
図。
【図５】 本発明による燃料電池用電極の、０．６Ｖに
おける基材の多孔度と電流値との関係を示す図。
おける基材の多孔度と電流値との関係を示す図。
２１、３１、４１ 触媒層 ２２、３２ 導電性フィラーを含んだ有孔性樹脂層 ２３、３３ 導電性フィラーを含んだ有孔性樹脂層の孔 ３４、４４ 導電性多孔質体 ４５ イオン交換膜
Claims (9)
- 【請求項１】 触媒粒子を含む触媒層と、導電性フィラ
ーを含む有孔性樹脂層とが積層されていることを特徴と
する燃料電池用電極。 - 【請求項２】 触媒粒子を含む触媒層と、導電性多孔質
体の空孔に導電性フィラーを含む有孔性樹脂を備えた基
材とが積層されていることを特徴とする燃料電池用電
極。 - 【請求項３】 導電性多孔質体に導電性フィラーを含む
有孔性樹脂を備えた基材の多孔度が４５％以上、９５％
以下であることを特徴とする請求項１または２記載の燃
料電池用電極。 - 【請求項４】 導電性フィラーが炭素よりなることを特
徴とする請求項１〜３記載の燃料電池用電極。 - 【請求項５】 有孔性樹脂がフッ素樹脂であることを特
徴とする請求項１〜４記載の燃料電池用電極。 - 【請求項６】 フッ素樹脂がポリフッ化ビニリデン（Ｐ
ＶｄＦ）系樹脂であることを特徴とする請求項１〜５記
載の燃料電池用電極。 - 【請求項７】 導電性多孔質体が炭素よりなることを特
徴とする請求項２〜６記載の燃料電池用電極。 - 【請求項８】 樹脂を溶媒に溶解した溶液中に導電性フ
ィラーが分散した懸濁液から、樹脂を相分離させること
を特徴とする請求項１〜７記載の導電性フィラーを含む
有孔性樹脂の製造方法。 - 【請求項９】 樹脂を第１の溶媒に溶解した溶液に導電
性フィラーが分散した懸濁液から、前記樹脂に対して不
溶性でかつ第１の溶媒と相溶性のある第２の溶媒で第１
の溶媒を抽出することを特徴とする請求項１〜７記載の
導電性フィラーを含む有孔性樹脂の製造方法。
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| JP2000-97199 | 2000-03-31 | ||
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-
2005
- 2005-09-20 US US11/229,652 patent/US20060014072A1/en not_active Abandoned
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