JP2002110182A - Gas-diffusion electrode and method for making the same, and, electrochemical device and method for making the same - Google Patents
Gas-diffusion electrode and method for making the same, and, electrochemical device and method for making the sameInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス拡散電極及び
その製造方法、並びに、電気化学デバイス及びその製造
方法に関し、特に、ガス透過性が高められたガス拡散電
極及びその製造方法、並びに、このような電極を用いた
電気化学デバイス及びその製造方法に関する。The present invention relates to a gas diffusion electrode, a method for manufacturing the same, and an electrochemical device and a method for manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a gas diffusion electrode with enhanced gas permeability, a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing the same. The present invention relates to an electrochemical device using such an electrode and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】産業革命以後、自動車などのエネルギー
源としてはもちろん、電力製造などのエネルギー源とし
て、ガソリン、軽油などの化石燃料が広く用いられてき
た。この化石燃料の利用によって、人類は飛躍的な生活
水準の向上や産業の発展などの利益を享受することがで
きたが、その反面、地球は深刻な環境破壊の脅威にさら
され、さらに、化石燃料の枯渇の虞が生じてその長期的
な安定供給に疑問が投げかけられる事態となりつつあ
る。2. Description of the Related Art Since the industrial revolution, fossil fuels such as gasoline and light oil have been widely used not only as energy sources for automobiles but also as energy sources for electric power production. The use of fossil fuels has enabled humankind to enjoy such dramatic improvements in living standards and the development of industry, but on the other hand, the planet has been threatened with serious environmental destruction, There is a possibility that fuel will be depleted, and a long-term stable supply will be questioned.
【０００３】そこで、水素は、水に含まれ、地球上に無
尽蔵に存在している上、物質量あたりに含まれる化学エ
ネルギー量が大きく、また、エネルギー源として使用す
るときに、有害物質や地球温暖化ガスなどを放出しない
などの理由から、化石燃料に代わるクリーンで、かつ、
無尽蔵なエネルギー源として、近年、大きな注目を集め
るようになっている。[0003] Therefore, hydrogen is contained in water, is inexhaustibly present on the earth, has a large amount of chemical energy per substance, and when used as an energy source, harmful substances and earth. Because it does not emit greenhouse gases, it is a clean alternative to fossil fuels, and
In recent years, it has attracted great attention as an inexhaustible energy source.
【０００４】ことに、近年は、水素エネルギーから電気
エネルギーを取り出すことができる電気エネルギー発生
装置の研究開発が盛んにおこなわれており、大規模発電
から、オンサイトな自家発電、さらには、自動車用電源
としての応用が期待されている。[0004] In particular, in recent years, research and development of an electric energy generator capable of extracting electric energy from hydrogen energy has been actively carried out. From large-scale electric power generation to on-site in-house electric power generation, and further for automobiles, The application as a power supply is expected.
【０００５】水素エネルギーから電気エネルギーを取り
出すための電気エネルギー発生装置、すなわち燃料電池
は、水素が供給される水素電極と、酸素が供給される酸
素電極とを有している。水素電極に供給された水素は、
触媒の作用によって、プロトン（陽子）と電子に解離さ
れ、電子は水素電極の集電体で集められ、他方、プロト
ンは酸素電極に運ばれる。水素電極において集められた
電子は、負荷を経由して、酸素電極に運ばれる。一方、
酸素電極に供給された酸素は、触媒の作用により、水素
電極から運ばれたプロトンおよび電子と結合して、水を
生成する。このようにして、水素電極と酸素電極との間
に起電力が生じ、負荷に電流が流れる。[0005] An electric energy generator for extracting electric energy from hydrogen energy, that is, a fuel cell has a hydrogen electrode to which hydrogen is supplied and an oxygen electrode to which oxygen is supplied. Hydrogen supplied to the hydrogen electrode is
By the action of the catalyst, protons (protons) and electrons are dissociated, and the electrons are collected by the current collector of the hydrogen electrode, while the protons are carried to the oxygen electrode. The electrons collected at the hydrogen electrode are transferred to the oxygen electrode via a load. on the other hand,
Oxygen supplied to the oxygen electrode is combined with protons and electrons carried from the hydrogen electrode by the action of a catalyst to generate water. In this way, an electromotive force is generated between the hydrogen electrode and the oxygen electrode, and a current flows to the load.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】一般に、水素電極及び
酸素電極としては、一方の面に触媒層が形成された電極
膜が用いられ、これら電極膜の他方の面より水素ガス若
しくは酸素ガス（空気）を供給することによって電気エ
ネルギーを生成するのであるが、効率よく電気エネルギ
ーを生成するためには、水素電極の他方の面から供給さ
れる水素ガスが、水素電極の一方の面に形成された触媒
層へスムーズに移動する必要があり、同様に、酸素電極
の他方の面から供給される酸素ガス（空気）が、酸素電
極の一方の面に形成された触媒層へスムーズに移動する
必要がある。Generally, as the hydrogen electrode and the oxygen electrode, an electrode film having a catalyst layer formed on one surface is used, and hydrogen gas or oxygen gas (air) is applied from the other surface of these electrode films. ) Is supplied to generate electric energy. In order to efficiently generate electric energy, hydrogen gas supplied from the other surface of the hydrogen electrode is formed on one surface of the hydrogen electrode. It is necessary that the oxygen gas (air) supplied from the other surface of the oxygen electrode smoothly move to the catalyst layer formed on one surface of the oxygen electrode. is there.
【０００７】したがって、水素電極及び酸素電極自体の
ガス透過性が低いと、触媒層に達する水素ガス或いは酸
素ガスの割合が低くなり、電気エネルギーの生成効率を
低下させてしまうという問題が生じる。[0007] Therefore, if the gas permeability of the hydrogen electrode and the oxygen electrode themselves is low, the ratio of the hydrogen gas or the oxygen gas that reaches the catalyst layer becomes low, and there is a problem that the efficiency of generating electric energy is reduced.
【０００８】したがって、本発明の目的は、高いガス透
過性を有するガス拡散電極及びその製造方法を提供する
ことである。Accordingly, an object of the present invention is to provide a gas diffusion electrode having high gas permeability and a method for manufacturing the same.
【０００９】また、本発明の他の目的は、高いガス透過
性を有するガス拡散電極を用いることによって、電気エ
ネルギーの生成効率の高い燃料電池及びその製造方法を
提供することである。Another object of the present invention is to provide a fuel cell having a high efficiency of generating electric energy by using a gas diffusion electrode having a high gas permeability, and a method for manufacturing the same.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明のかかる目的は、
一方の面に触媒層が形成されたカーボンシートからな
り、前記一方の面から他方の面に亘って複数の貫通孔が
形成されていることを特徴とするガス拡散電極によって
達成される。SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is as follows.
This is achieved by a gas diffusion electrode comprising a carbon sheet having a catalyst layer formed on one surface, and a plurality of through holes formed from the one surface to the other surface.
【００１１】本発明によれば、カーボンシートの一方の
面から他方の面に亘って複数の貫通孔が形成されている
ことから、高いガス透過性を有するガス拡散電極を提供
することができる。According to the present invention, since a plurality of through holes are formed from one surface of the carbon sheet to the other surface, a gas diffusion electrode having high gas permeability can be provided.
【００１２】本発明の好ましい実施態様においては、前
記貫通孔が、１ｃｍ２当たり４００個以上形成されてい
る。In a preferred embodiment of the present invention, the number of the through holes is 400 or more per 1 cm 2 .
【００１３】本発明の好ましい実施態様によれば、ガス
拡散電極のガス透過性を十分に高めることが可能とな
る。According to the preferred embodiment of the present invention, it is possible to sufficiently increase the gas permeability of the gas diffusion electrode.
【００１４】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記貫通孔が、１ｃｍ２当たり２５００個以上形成
されている。In a further preferred aspect of the present invention, at least 2500 through holes are formed per 1 cm 2 .
【００１５】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、ガス拡散電極のガス透過性をより十分に高めること
が可能となる。According to a further preferred embodiment of the present invention, the gas permeability of the gas diffusion electrode can be more sufficiently improved.
【００１６】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記貫通孔の直径が、前記一方の面において０．１
ｍｍ以下である。[0016] In a further preferred aspect of the present invention, the diameter of the through hole is 0.1 mm on the one surface.
mm or less.
【００１７】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、ガス拡散電極自体の機械的強度を十分に保ちつつガ
ス透過性を高めることが可能となる。さらに、本発明の
さらに好ましい実施態様によれば、触媒層に含まれる触
媒量が不足するおそれが少なくなる。According to a further preferred embodiment of the present invention, it is possible to increase the gas permeability while sufficiently maintaining the mechanical strength of the gas diffusion electrode itself. Further, according to a further preferred embodiment of the present invention, the possibility that the amount of the catalyst contained in the catalyst layer becomes insufficient is reduced.
【００１８】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記貫通孔の前記一方の面における開口径が、前記
他方の面における開口径よりも小さい。In a further preferred aspect of the present invention, an opening diameter of the through hole on the one surface is smaller than an opening diameter on the other surface.
【００１９】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、酸素ガス又は水素ガスを効果的に触媒層へ導くこと
が可能であるとともに、触媒層に含まれる触媒量の低下
を防止することができる。According to a further preferred embodiment of the present invention, it is possible to effectively guide oxygen gas or hydrogen gas to the catalyst layer and to prevent a decrease in the amount of catalyst contained in the catalyst layer.
【００２０】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記触媒層に、プロトン伝導材料が塗布されてい
る。In a further preferred aspect of the present invention, the catalyst layer is coated with a proton conductive material.
【００２１】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、触媒層にプロトン伝導材料が塗布されていることか
ら、触媒により解離したプロトンを効率よく伝導させる
ことが可能となる。According to a further preferred embodiment of the present invention, since the proton conductive material is applied to the catalyst layer, the protons dissociated by the catalyst can be efficiently conducted.
【００２２】本発明に前記目的はまた、カーボンシート
の一方の面に触媒層を形成する触媒層形成工程と、前記
カーボンシートの前記一方の面から他方の面に亘って複
数の貫通孔を形成する貫通孔形成工程とを備えるガス拡
散電極の製造方法によって達成される。According to the present invention, there is also provided a catalyst layer forming step of forming a catalyst layer on one side of a carbon sheet, and forming a plurality of through holes from the one side to the other side of the carbon sheet. And a method of manufacturing a gas diffusion electrode comprising a through hole forming step.
【００２３】本発明によれば、貫通孔形成工程により、
カーボンシートの一方の面から他方の面に亘って複数の
貫通孔が形成されるため、高いガス透過性を有するガス
拡散電極を作製することができる。According to the present invention, by the through hole forming step,
Since a plurality of through holes are formed from one surface of the carbon sheet to the other surface, a gas diffusion electrode having high gas permeability can be manufactured.
【００２４】本発明の好ましい実施態様においては、前
記貫通孔形成工程が、前記カーボンシートの前記他方の
面から前記一方の面へ針を突き刺すことにより行われ
る。In a preferred embodiment of the present invention, the step of forming a through hole is performed by piercing a needle from the other surface of the carbon sheet to the one surface.
【００２５】本発明の好ましい実施態様によれば、カー
ボンシートの他方の面から一方の面へ針を突き刺すこと
によって貫通孔が形成されることから、形成された貫通
孔は、他方の面において広く開口し、一方の面において
狭く開口することになる。これにより、酸素ガス又は水
素ガスを効果的に触媒層へ導くことが可能となるととも
に、触媒層に含まれる触媒量の低下を防止することがで
きる。According to a preferred embodiment of the present invention, since the through hole is formed by piercing a needle from the other surface of the carbon sheet to one surface, the formed through hole is wide on the other surface. It will open and will open narrowly on one side. This makes it possible to effectively guide the oxygen gas or the hydrogen gas to the catalyst layer, and to prevent a decrease in the amount of catalyst contained in the catalyst layer.
【００２６】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記触媒層形成工程が、触媒担持カーボンを含む液
体を前記カーボンシートの前記一方の面に塗布すること
により行われる。In a further preferred aspect of the present invention, the step of forming a catalyst layer is performed by applying a liquid containing a catalyst-supporting carbon to the one surface of the carbon sheet.
【００２７】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記液体には、繊維状カーボンが含まれている。In a further preferred embodiment of the present invention, the liquid contains fibrous carbon.
【００２８】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、塗布する液体に繊維状カーボンが含まれていること
から、カーボンシートの一方の面に形成される触媒層の
密着性を高めることが可能となる。According to a further preferred embodiment of the present invention, since the liquid to be applied contains fibrous carbon, it is possible to enhance the adhesion of the catalyst layer formed on one surface of the carbon sheet. Become.
【００２９】本発明の別の好ましい実施態様によれば、
前記触媒層形成工程が、気相成膜法により行われる。According to another preferred embodiment of the present invention,
The catalyst layer forming step is performed by a vapor phase film forming method.
【００３０】本発明の別の好ましい実施態様によれば、
前記触媒層形成工程が、化学湿式法により行われる。According to another preferred embodiment of the present invention,
The catalyst layer forming step is performed by a chemical wet method.
【００３１】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記カーボンシートの前記一方の面に形成された前
記触媒層にプロトン伝導材料を塗布する塗布工程をさら
に備える。In a further preferred embodiment of the present invention, the method further comprises a coating step of coating a proton conductive material on the catalyst layer formed on the one surface of the carbon sheet.
【００３２】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、塗布工程によってプロトン伝導材料が塗布されるこ
とから、触媒により解離したプロトンを効率よく伝導さ
せることが可能となる。According to a further preferred embodiment of the present invention, the proton conducting material is applied in the applying step, so that the protons dissociated by the catalyst can be efficiently conducted.
【００３３】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記塗布工程が、前記貫通孔形成工程より前に行わ
れる。In a further preferred aspect of the present invention, the applying step is performed before the through-hole forming step.
【００３４】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、塗布工程によってプロトン伝導材料が塗布された後
に貫通孔が形成されることから、プロトン伝導材料によ
って貫通孔が塞がれることがない。According to a further preferred embodiment of the present invention, since the through holes are formed after the proton conductive material is applied in the coating step, the through holes are not blocked by the proton conductive material.
【００３５】本発明の前記目的はまた、一方の面に触媒
層が形成されたガス拡散電極と、前記ガス拡散電極の前
記一方の面に貼設された電解質膜とを備え、前記ガス拡
散電極には、前記一方の面から他方の面に亘って複数の
貫通孔が形成されていることを特徴とする電気化学デバ
イスによって達成される。The object of the present invention also includes a gas diffusion electrode having a catalyst layer formed on one surface, and an electrolyte membrane attached to the one surface of the gas diffusion electrode. Is achieved by an electrochemical device, wherein a plurality of through holes are formed from the one surface to the other surface.
【００３６】本発明によれば、ガス拡散電極に複数の貫
通孔が形成されていることから、ガス拡散電極のガス透
過性が高く、したがってエネルギー効率の高い電気化学
デバイスを提供することができる。According to the present invention, since a plurality of through holes are formed in the gas diffusion electrode, it is possible to provide an electrochemical device having high gas permeability of the gas diffusion electrode and therefore high energy efficiency.
【００３７】本発明の好ましい実施態様においては、前
記電気化学デバイスが燃料電池である。[0037] In a preferred embodiment of the present invention, the electrochemical device is a fuel cell.
【００３８】本発明の別の好ましい実施態様において
は、前記電気化学デバイスが空気電池である。[0038] In another preferred embodiment of the present invention, the electrochemical device is an air battery.
【００３９】本発明の前記目的はまた、一方の面に触媒
層が形成された酸素電極と、一方の面に触媒層が形成さ
れた燃料電極と、前記酸素電極の前記一方の面と前記燃
料電極の前記一方の面に挟持されたプロトン伝導体部と
を備え、前記酸素電極及び前記燃料電極には、いずれも
前記一方の面から他方の面に亘って形成された複数の貫
通孔が設けられていることを特徴とする燃料電池によっ
て達成される。The object of the present invention is also an oxygen electrode having a catalyst layer formed on one surface, a fuel electrode having a catalyst layer formed on one surface, and a fuel electrode having a catalyst layer formed on one surface. A proton conductor portion sandwiched between the one surfaces of the electrodes, and the oxygen electrode and the fuel electrode each have a plurality of through holes formed from the one surface to the other surface. This is achieved by a fuel cell characterized in that:
【００４０】本発明によれば、酸素電極及び燃料電極の
両方に複数の貫通孔が形成されていることから、酸素電
極及び燃料電極のガス透過性が高く、したがってエネル
ギー生成効率の高い燃料電池を提供することができる。According to the present invention, since a plurality of through holes are formed in both the oxygen electrode and the fuel electrode, a fuel cell having high gas permeability of the oxygen electrode and the fuel electrode, and thus having high energy generation efficiency can be obtained. Can be provided.
【００４１】本発明の好ましい実施態様においては、前
記貫通孔が前記酸素電極及び前記燃料電極の両方に形成
されており、前記酸素電極における前記貫通孔の形成密
度と前記燃料電極における前記貫通孔の形成密度とが異
なる。In a preferred embodiment of the present invention, the through holes are formed in both the oxygen electrode and the fuel electrode, and the formation density of the through holes in the oxygen electrode and the through hole in the fuel electrode are different from each other. The formation density is different.
【００４２】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、酸素電極及び燃料電極に要求されるガス透過性が異
なる場合であっても、酸素電極及び燃料電極のそれぞれ
に最適なガス透過性を与えることが可能となる。According to a further preferred embodiment of the present invention, even when the gas permeability required for the oxygen electrode and the fuel electrode are different, it is possible to provide the oxygen electrode and the fuel electrode with optimal gas permeability. Becomes possible.
【００４３】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記酸素電極における前記貫通孔の形成密度が、前
記燃料電極における前記貫通孔の形成密度よりも高い。In a further preferred aspect of the present invention, the formation density of the through holes in the oxygen electrode is higher than the formation density of the through holes in the fuel electrode.
【００４４】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、酸素電極側における酸素（空気）の供給が自然吸
気、すなわち空気を加圧することなく酸素電極に供給す
る場合であっても、酸素電極における貫通孔の形成密度
が高いことから、酸素（空気）が十分に触媒層に供給さ
れることになる。According to a further preferred embodiment of the present invention, even if the supply of oxygen (air) on the oxygen electrode side is spontaneous aspiration, that is, the air is supplied to the oxygen electrode without pressurizing, the penetration through the oxygen electrode is prevented. Since the density of the holes is high, oxygen (air) is sufficiently supplied to the catalyst layer.
【００４５】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記貫通孔が前記酸素電極及び前記燃料電極の両方
に形成されており、前記酸素電極における前記貫通孔の
直径と前記燃料電極における前記貫通孔の直径とが異な
る。In a further preferred aspect of the present invention, the through hole is formed in both the oxygen electrode and the fuel electrode, and the diameter of the through hole in the oxygen electrode and the diameter of the through hole in the fuel electrode are different from each other. Different in diameter.
【００４６】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、酸素電極及び燃料電極に要求されるガス透過性が異
なる場合であっても、酸素電極及び燃料電極のそれぞれ
に最適なガス透過性を与えることが可能となる。According to a further preferred embodiment of the present invention, even if the gas permeability required for the oxygen electrode and the fuel electrode are different, it is possible to provide the oxygen electrode and the fuel electrode with optimal gas permeability. Becomes possible.
【００４７】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記酸素電極における前記貫通孔の直径が、前記燃
料電極における前記貫通孔の直径よりも大きい。In a further preferred aspect of the present invention, the diameter of the through hole in the oxygen electrode is larger than the diameter of the through hole in the fuel electrode.
【００４８】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、酸素電極側における酸素（空気）の供給が自然吸気
であっても、酸素電極における貫通孔の形成密度が高い
ことから、酸素（空気）が十分に触媒層に供給されるこ
とになる。According to a further preferred embodiment of the present invention, even when the supply of oxygen (air) on the oxygen electrode side is spontaneous aspiration, the oxygen (air) is formed due to the high density of through holes formed in the oxygen electrode. It will be sufficiently supplied to the catalyst layer.
【００４９】本発明の前記目的はまた、カーボンシート
の一方の面に触媒層を形成する触媒層形成工程及び前記
カーボンシートの前記一方の面から他方の面に亘って複
数の貫通孔を形成する貫通孔形成工程によってガス拡散
電極を作製し、前記ガス拡散電極の前記触媒層に電解質
膜を貼設することを特徴とする電気化学デバイスの製造
方法によって達成される。The object of the present invention is also a catalyst layer forming step of forming a catalyst layer on one surface of a carbon sheet, and forming a plurality of through holes from the one surface to the other surface of the carbon sheet. This is achieved by a method for manufacturing an electrochemical device, wherein a gas diffusion electrode is produced by a through-hole forming step, and an electrolyte membrane is attached to the catalyst layer of the gas diffusion electrode.
【００５０】本発明によれば、貫通孔形成工程により、
ガス拡散電極には複数の貫通孔が形成されるため、ガス
拡散電極のガス透過性が高く、したがって、エネルギー
効率の高い電気化学デバイスを作製することができる。According to the present invention, by the through hole forming step,
Since a plurality of through holes are formed in the gas diffusion electrode, gas permeability of the gas diffusion electrode is high, and therefore, an electrochemical device having high energy efficiency can be manufactured.
【００５１】[0051]
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて、本発
明の好ましい実施態様につき、詳細に説明を加える。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【００５２】図１は、本発明の好ましい実施態様により
製造されるべき燃料電池の概略的構成を示す図面であ
る。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell to be manufactured according to a preferred embodiment of the present invention.
【００５３】図１に示されるように、本実施態様にかか
る燃料電池は、酸素電極１と、燃料電極である水素電極
２と、酸素電極１及び水素電極２に挟持された電解質膜
であるプロトン伝導体部３とを備えている。酸素電極１
は、カーボンシートからなる電極基体４とその表面に形
成された触媒層５によって構成され、同様に、水素電極
２は、カーボンシートからなる電極基体６とその表面に
形成された触媒層７によって構成されている。触媒の種
類としては、白金、白金合金、パラジウム、マグネシウ
ム、チタン、マンガン、ランタン、バナジウム、ジルコ
ニウム、ニッケル−ランタン合金、チタン−鉄合金、イ
リジウム、ロジウム、金などがあるが、好ましいのは、
白金及び白金合金である。As shown in FIG. 1, the fuel cell according to this embodiment has an oxygen electrode 1, a hydrogen electrode 2 as a fuel electrode, and a proton membrane as an electrolyte membrane sandwiched between the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2. And a conductor portion 3. Oxygen electrode 1
Is composed of an electrode substrate 4 made of a carbon sheet and a catalyst layer 5 formed on the surface thereof. Similarly, the hydrogen electrode 2 is composed of an electrode substrate 6 made of a carbon sheet and a catalyst layer 7 formed on the surface thereof. Have been. Examples of the type of the catalyst include platinum, platinum alloy, palladium, magnesium, titanium, manganese, lanthanum, vanadium, zirconium, nickel-lanthanum alloy, titanium-iron alloy, iridium, rhodium, gold, and the like.
Platinum and platinum alloy.
【００５４】また、図１に示されるように、酸素電極１
の電極基体４からは正極リード８が導出され、水素電極
２の電極基体６からは負極リード９が導出されており、
これら正極リード８及び負極リード９は、図示しない負
荷に接続される。酸素電極１側においては、空気１０が
導入口１１から流路１２に供給され、排出口１３から排
出されるように構成されており、水素電極２側において
は、水素供給源１４より供給される水素１５が、導入口
１６から流路１７に供給され、排出口１８から排出され
るように構成されている。Further, as shown in FIG.
A positive electrode lead 8 is led out of the electrode substrate 4 of the first embodiment, and a negative electrode lead 9 is led out of the electrode substrate 6 of the hydrogen electrode 2.
These positive electrode lead 8 and negative electrode lead 9 are connected to a load (not shown). On the oxygen electrode 1 side, the air 10 is configured to be supplied from the inlet 11 to the flow channel 12 and discharged from the outlet 13, and on the hydrogen electrode 2 side, supplied from the hydrogen supply source 14. The hydrogen 15 is configured to be supplied to the flow path 17 from the inlet 16 and discharged from the outlet 18.
【００５５】導入口１６から流路１７に供給された水素
１５は、カーボンシートからなる電極基体６を介してそ
の表面に形成された触媒層７に達し、触媒作用によって
プロトンと電子とに解離される。このうち電子は、電極
基体６を経由して負極リード９へ移動し、図示しない負
荷へ供給され、プロトンは、プロトン伝導体部３を経由
して酸素電極１側へ移動する。一方、導入口１１から流
路１２に供給された酸素１０は、カーボンシートからな
る電極基体４を介してその表面に形成された触媒層５に
達し、触媒作用によって、プロトン伝導体部３より供給
されるプロトン及び正極リード８を介して負荷より供給
される電子と結合して水となる。このようにして、所望
の起電力が取り出される。The hydrogen 15 supplied from the inlet 16 to the flow path 17 reaches the catalyst layer 7 formed on the surface of the hydrogen layer 15 through the electrode substrate 6 made of a carbon sheet, and is dissociated into protons and electrons by the catalytic action. You. Among them, the electrons move to the negative electrode lead 9 via the electrode substrate 6 and are supplied to a load (not shown), and the protons move to the oxygen electrode 1 side via the proton conductor 3. On the other hand, the oxygen 10 supplied to the flow channel 12 from the inlet 11 reaches the catalyst layer 5 formed on the surface through the electrode substrate 4 made of a carbon sheet, and is supplied from the proton conductor portion 3 by the catalytic action. The protons and the electrons supplied from the load via the positive electrode lead 8 combine to form water. In this way, a desired electromotive force is extracted.
【００５６】図２（ａ）は、酸素電極１及び水素電極２
を、酸素１０又は水素１５が供給される面から見た略斜
視図であり、図２（ｂ）は、酸素電極１及び水素電極２
を、触媒層５、７が形成されている面から見た略斜視図
である。FIG. 2A shows an oxygen electrode 1 and a hydrogen electrode 2.
FIG. 2B is a schematic perspective view of the oxygen electrode 1 or the hydrogen electrode 2 when viewed from the surface to which oxygen 10 or hydrogen 15 is supplied.
FIG. 3 is a schematic perspective view of the catalyst layer 5 as viewed from a surface on which catalyst layers 5 and 7 are formed.
【００５７】図２（ａ）及び（ｂ）に示されるように、
酸素電極１及び水素電極２には、酸素１０又は水素１５
が供給される面から触媒層５、７が形成されている面に
亘って複数の貫通孔１９が形成されている。これら貫通
孔１９は、酸素電極１及び水素電極２のガス透過性を向
上させるための通気孔であり、これら貫通孔１９によっ
て、流路１２、１７を流れる酸素１０又は水素１５が効
率よく触媒層５、７に達する。As shown in FIGS. 2A and 2B,
Oxygen 10 or hydrogen 15 is applied to the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2.
A plurality of through holes 19 are formed from the surface on which the catalyst layers 5 and 7 are formed to the surface on which the catalyst layers 5 and 7 are formed. These through holes 19 are ventilation holes for improving the gas permeability of the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2, and the oxygen 10 or hydrogen 15 flowing through the flow paths 12 and 17 can be efficiently formed by the through holes 19. 5 and 7 are reached.
【００５８】尚、カーボンシートからなる電極基体４、
６及び触媒層５、７によって構成される酸素電極１及び
水素電極２のガス透過性を十分に高めるためには、１ｃ
ｍ２当たり４００個以上の貫通孔１９が形成されている
ことが好ましく、１ｃｍ２当たり２５００個以上の貫通
孔１９が形成されていることが特に好ましい。但し、貫
通孔１９の直径が大きすぎると、酸素電極１及び水素電
極２の機械的強度が低下したり、触媒層５、７に含まれ
る触媒量が不足するおそれがあるため、貫通孔１９の直
径は触媒層５、７側において０．１ｍｍ以下とすること
が好ましい。The electrode substrate 4 made of a carbon sheet,
In order to sufficiently increase the gas permeability of the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2 constituted by the catalyst layer 6 and the catalyst layers 5 and 7, 1c
It is preferable that 400 or more through holes 19 are formed per m 2, and it is particularly preferable that 2500 or more through holes 19 are formed per 1 cm 2 . However, if the diameter of the through hole 19 is too large, the mechanical strength of the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2 may be reduced, or the amount of the catalyst contained in the catalyst layers 5 and 7 may be insufficient. The diameter on the catalyst layers 5 and 7 side is preferably 0.1 mm or less.
【００５９】ここで、プロトン伝導体部３は、水素１５
の透過を防止するとともにプロトンを透過させる膜であ
り、その材料は特に限定されないが、炭素を主成分とす
る炭素質材料を母体とし、これにプロトン解離性の基が
導入されてなる材料を用いることが好ましい。尚、「プ
ロトン解離性の基」とは、「プロトンが電離により離脱
し得る官能基」であることを意味する。Here, the proton conductor 3 is made of hydrogen 15
Is a membrane that prevents permeation and allows the passage of protons, and the material is not particularly limited, and a carbonaceous material containing carbon as a main component is used as a base material, and a material into which a proton dissociable group is introduced is used. Is preferred. The “proton dissociable group” means a “functional group from which a proton can be eliminated by ionization”.
【００６０】また、プロトン伝導体部３の母体となる炭
素質材料には、炭素を主成分とするものであれば、任意
の材料を使用することができるが、プロトン解離性の基
を導入した後に、イオン導電性が電子伝導性よりも大で
あることが必要である。ここで、母体となる炭素質材料
としては、具体的には、炭素原子の集合体である炭素ク
ラスターや、カーボンチューブを含む炭素質材料を挙げ
ることができる。As the carbonaceous material serving as the base material of the proton conductor portion 3, any material can be used as long as it contains carbon as a main component, but a proton-dissociable group is introduced. Later it is necessary that the ionic conductivity be greater than the electronic conductivity. Here, specific examples of the carbonaceous material serving as a base include a carbon cluster which is an aggregate of carbon atoms and a carbonaceous material including a carbon tube.
【００６１】炭素クラスターには種々のものがあり、フ
ラーレンや、フラーレン構造の少なくとも一部に開放端
を持つもの、ダイヤモンド構造を持つもの等が好適であ
る。もちろんこれらに限らず、プロトン解離性の基を導
入した後にイオン導電性が電子伝導性よりも大であるも
のであれば、いかなるものであっても良い。There are various types of carbon clusters, and preferred are fullerenes, those having an open end in at least a part of the fullerene structure, those having a diamond structure, and the like. Of course, the invention is not limited thereto, and any material may be used as long as the ion conductivity after introduction of the proton dissociating group is higher than the electron conductivity.
【００６２】プロトン伝導体部３の母体となる炭素質材
料としては、フラーレンを選択することが最も好まし
く、これにプロトン解離性の基、例えば−ＯＨ基、−Ｏ
ＳＯ３Ｈ基、−ＣＯＯＨ基、−ＳＯ３Ｈ基、−ＯＰＯ
（ＯＨ）２基が導入された材料をプロトン伝導体部３の
材料として用いることが好ましい。It is most preferable to select fullerene as the carbonaceous material serving as the base material of the proton conductor portion 3, and to include a proton dissociating group such as —OH group or —O
SO 3 H group, —COOH group, —SO 3 H group, —OPO
It is preferable to use a material into which two (OH) groups are introduced as a material of the proton conductor portion 3.
【００６３】また、プロトン伝導体部３の材料として上
記炭素を主成分とする炭素質材料を母体とする材料以外
の材料、例えば、パーフルオロスルホン酸樹脂等を用い
ても良い。The material of the proton conductor 3 may be a material other than the above-mentioned carbonaceous material containing carbon as a main component, such as a perfluorosulfonic acid resin.
【００６４】また、水素供給源１４としては、水素ボン
ベ、水素吸蔵合金若しくは炭素質水素吸蔵材料を用いる
ことができ、炭素質水素吸蔵材料としては、フラーレ
ン、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、
炭素スス、ナノカプセル、バッキーオニオン、カーボン
ファイバー等が挙げられる。The hydrogen supply source 14 may be a hydrogen cylinder, a hydrogen storage alloy, or a carbonaceous hydrogen storage material. Examples of the carbonaceous hydrogen storage material include fullerene, carbon nanofiber, carbon nanotube, and carbon nanotube.
Examples include carbon soot, nanocapsules, bucky onions, and carbon fibers.
【００６５】次に、本実施態様にかかる燃料電池の製造
方法について説明する。Next, a method of manufacturing the fuel cell according to this embodiment will be described.
【００６６】まず、酸素電極１及び水素電極２の電極基
体４、６となるカーボンシートを準備し、このカーボン
シートの一方の面に触媒層５、７を形成する。カーボン
シートの一方の面に触媒層５、７を形成する方法として
は特に限定されないが、スプレードライ法若しくは滴下
法によって触媒担持カーボンを含む液体をカーボンシー
トの表面に塗布する方法や、気相成膜法、化学湿式法
（液層化学担持法）を用いることができる。First, a carbon sheet to be the electrode bases 4 and 6 for the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2 is prepared, and the catalyst layers 5 and 7 are formed on one surface of the carbon sheet. The method for forming the catalyst layers 5 and 7 on one surface of the carbon sheet is not particularly limited, but a method of applying a liquid containing catalyst-supporting carbon to the surface of the carbon sheet by a spray drying method or a dropping method, a method of vapor phase formation, A membrane method and a chemical wet method (liquid layer chemical loading method) can be used.
【００６７】触媒担持カーボンを含む液体をスプレード
ライ法若しくは滴下法によってカーボンシートの表面に
塗布する方法は、触媒担持カーボン及び繊維状カーボン
が含まれた液体を、カーボンシートの表面にスプレー塗
布或いは滴下塗布することによって、触媒担持カーボン
とカーボンシートとを、同時に吹き付けられた繊維状カ
ーボンにより絡み合わせ、これにより触媒担持カーボン
をカーボンシート上に密着させる方法である。ここで、
触媒担持カーボンとは、白金等の触媒物質が担持された
グラファイト粒子を言い、繊維状カーボンとは、カーボ
ンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー
（ＣＮＦ）、針状黒鉛等を言い、これらの１種類又は２
種類以上を選択して使用することができる。The method of applying the liquid containing the catalyst-carrying carbon to the surface of the carbon sheet by the spray drying method or the dropping method comprises spraying or dropping the liquid containing the catalyst-carrying carbon and the fibrous carbon on the surface of the carbon sheet. This is a method in which the catalyst-carrying carbon and the carbon sheet are entangled with the fibrous carbon sprayed at the same time by coating, thereby bringing the catalyst-carrying carbon into close contact with the carbon sheet. here,
The catalyst-supporting carbon refers to graphite particles carrying a catalytic substance such as platinum, and the fibrous carbon refers to carbon nanotubes (CNT), carbon nanofibers (CNF), acicular graphite, and the like. Or 2
More than one type can be selected and used.
【００６８】また、カーボンナノチューブとは、直径が
約数ナノメートル以下、代表的には１．２〜１．７ナノ
メートル程度のチューブ状炭素質であり、単層のチュー
ブからなるシングルウォールカーボンナノチューブ（Ｓ
ＷＣＮＴ）と、２つ以上の層が同心円的に重なっている
マルチウォールカーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）の
２種類が知られている。その長さは、特に限定されない
が、代表的には、数マイクロメートル程度である。ま
た、カーボンナノファイバーとは、カーボンナノチュー
ブのうちその直径が特に大きいものを言い、代表的に
は、その直径は数ナノメートル以上、巨大なものでは１
マイクロメートルに達する。以下の説明において、「カ
ーボンナノチューブ」とは、カーボンナノファイバーを
含むものとする。また、針状黒鉛とは、代表的には、直
径が約２００ナノメートル、長さが数マイクロメートル
程度の針状のグラファイトを言う。The carbon nanotube is a tubular carbonaceous material having a diameter of about several nanometers or less, typically about 1.2 to 1.7 nanometers, and is a single-walled carbon nanotube consisting of a single-layer tube. (S
WCNT) and multi-wall carbon nanotubes (MWCNT) in which two or more layers are concentrically overlapped are known. The length is not particularly limited, but is typically about several micrometers. Further, the carbon nanofiber refers to a carbon nanotube having a particularly large diameter among carbon nanotubes. Typically, the diameter is several nanometers or more.
Reach micrometer. In the following description, “carbon nanotube” includes carbon nanofibers. In addition, acicular graphite typically refers to acicular graphite having a diameter of about 200 nanometers and a length of about several micrometers.
【００６９】尚、繊維状カーボンとしてカーボンナノチ
ューブを選択した場合、これらは非常に微細な繊維状物
質であるため、触媒担持カーボンをカーボンシートに絡
みつけて密着させる能力が高い反面、これを過度に高密
度に形成するとカーボンシートのガス透過性を損なうお
それがある。一方、繊維状カーボンとして針状黒鉛を選
択した場合、針状黒鉛はカーボンナノチューブと比べる
と太い繊維状（針状）物質であるため、これを高密度に
形成してもカーボンシートのガス透過性を損なうおそれ
はないが、触媒担持カーボンをカーボンシートに絡みつ
けて密着させる能力はそれほど高くない。したがって、
溶液に導入すべき繊維状カーボンとしては、カーボンナ
ノチューブと針状黒鉛とを混在させることが好ましい。
カーボンナノチューブと針状黒鉛とを混在させれば、カ
ーボンシートのガス透過性を高く維持しつつ、触媒担持
カーボンをカーボンシートに効果的に密着させることが
可能となる。但し、本実施態様においては、その後、酸
素電極１及び水素電極２に貫通孔１９を形成し、そのガ
ス透過性を向上させるので、この段階においてはガス透
過性が多少低くても構わない。When carbon nanotubes are selected as the fibrous carbon, since they are very fine fibrous substances, they have a high ability to entangle and adhere the catalyst-supporting carbon to the carbon sheet. When formed at a high density, the gas permeability of the carbon sheet may be impaired. On the other hand, if acicular graphite is selected as the fibrous carbon, the acicular graphite is a fibrous (acicular) substance that is thicker than carbon nanotubes. Although there is no possibility of impairing the carbonaceous material, the ability to entangle the catalyst-supporting carbon on the carbon sheet and bring it into close contact is not so high. Therefore,
As the fibrous carbon to be introduced into the solution, it is preferable to mix carbon nanotubes and acicular graphite.
If the carbon nanotubes and the acicular graphite are mixed, the catalyst-carrying carbon can be effectively adhered to the carbon sheet while maintaining high gas permeability of the carbon sheet. However, in the present embodiment, the through holes 19 are formed in the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2 to improve the gas permeability, so that the gas permeability may be slightly lower at this stage.
【００７０】尚、カーボンナノチューブは、グラファイ
トのロッドを用いたアーク放電法によって生成すること
ができる。The carbon nanotubes can be produced by an arc discharge method using a graphite rod.
【００７１】また、気相成膜法を用いて触媒層５、７を
形成する方法は、スパッタリング法、真空蒸着法等のＰ
ＶＤ法を用いて、カーボンシート上に触媒を形成する方
法である。The method for forming the catalyst layers 5 and 7 by using a vapor phase film forming method includes a sputtering method and a vacuum evaporation method.
In this method, a catalyst is formed on a carbon sheet using a VD method.
【００７２】さらに、化学湿式法（液層化学担持法）を
用いて触媒層５、７を形成する方法は、例えば塩化白金
酸水溶液を亜硫酸水素ナトリウムや過酸化水素で処理
し、次に、この溶液をカーボンシートに塗布することに
より、カーボンシート上に触媒を形成する方法である。Further, in a method of forming the catalyst layers 5 and 7 using a chemical wet method (liquid layer chemical loading method), for example, an aqueous solution of chloroplatinic acid is treated with sodium hydrogen sulfite or hydrogen peroxide, and then, This is a method of forming a catalyst on a carbon sheet by applying a solution to the carbon sheet.
【００７３】次に、カーボンシートに形成された触媒層
５、７に、プロトン伝導体部３に用いられる材料と同じ
プロトン伝導材料を塗布する。例えば、プロトン伝導体
部３の材料として、フラーレンにプロトン解離性の基で
ある−ＯＨ基が導入された材料（フラレノール）を用い
た場合、カーボンシートに形成された触媒層５、７にフ
ラレノールを塗布する。Next, the same proton conductive material as the material used for the proton conductor portion 3 is applied to the catalyst layers 5 and 7 formed on the carbon sheet. For example, when a material (fullerenol) in which fullerene has a proton-dissociable group -OH group introduced therein is used as the material of the proton conductor 3, fullerenol is used for the catalyst layers 5 and 7 formed on the carbon sheet. Apply.
【００７４】これにより、触媒層５、７が形成された電
極基体４、６によって構成される酸素電極１及び水素電
極２が完成する。Thus, the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2 constituted by the electrode bases 4 and 6 on which the catalyst layers 5 and 7 are formed are completed.
【００７５】次に、上述の工程により製造された酸素電
極１及び水素電極２に複数の貫通孔１９を形成する。Next, a plurality of through holes 19 are formed in the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2 manufactured by the above steps.
【００７６】図３（ａ）〜（ｃ）は、酸素電極１及び水
素電極２に貫通孔１９を形成する工程を示す図であり、
図３（ａ）〜（ｃ）の順は、貫通孔１９を形成する工程
の時間順と一致している。FIGS. 3A to 3C are views showing a process of forming a through hole 19 in the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2.
The order of FIGS. 3A to 3C coincides with the time order of the step of forming the through hole 19.
【００７７】図３（ａ）及び（ｂ）に示されるように、
酸素電極１及び水素電極２に貫通孔１９を形成する工程
においては、カーボンシートからなる電極基体４、６側
から、酸素電極１及び水素電極２に針２０を突き刺し、
針２０を貫通させる。これにより、図３（ｃ）に示され
るように、電極基体４、６側において広く開口し、触媒
層５、７側において狭く開口したテーパー状の貫通孔１
９が形成される。As shown in FIGS. 3A and 3B,
In the step of forming the through holes 19 in the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2, a needle 20 is inserted into the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2 from the electrode bases 4 and 6 made of a carbon sheet,
The needle 20 is penetrated. As a result, as shown in FIG. 3 (c), the tapered through-hole 1 has a wide opening on the electrode bases 4 and 6 side and a narrow opening on the catalyst layers 5 and 7 side.
9 is formed.
【００７８】このような貫通孔１９を、酸素電極１及び
水素電極２に複数形成することにより、貫通孔１９を有
する酸素電極１及び水素電極２が完成する。上述の通
り、貫通孔１９の形成密度は、１ｃｍ２当たり４００個
以上であることが好ましく、１ｃｍ２当たり２５００個
以上であれば特に好ましい。また、貫通孔１９の直径が
大きすぎると、酸素電極１及び水素電極２の機械的強度
が低下したり、触媒層５、７に含まれる触媒量が不足す
るおそれがあるため、貫通孔１９の直径は、触媒層５、
７側において０．１ｍｍ以下とすることが好ましい。By forming a plurality of such through holes 19 in the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2, the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2 having the through holes 19 are completed. As described above, the formation density of the through holes 19 is preferably 1 cm 2 per 400 or more, particularly preferably equal to 2500 or more per 1 cm 2. If the diameter of the through hole 19 is too large, the mechanical strength of the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2 may be reduced, or the amount of the catalyst contained in the catalyst layers 5 and 7 may be insufficient. The diameter of the catalyst layer 5,
It is preferable that the thickness is 0.1 mm or less on the 7th side.
【００７９】次に、このようにして完成した酸素電極１
及び水素電極２にプロトン伝導体部３を挟持し、酸素電
極１側には、空気１０の導入口１１、流路１２及び排出
口１３を設け、水素電極２側には、水素１５の導入口１
６、流路１７及び排出口１８を設けることによって、本
実施態様による燃料電池が完成する。Next, the oxygen electrode 1 thus completed
The proton conductor 3 is sandwiched between the hydrogen electrode 2 and the oxygen electrode 1, and an inlet 11 for air 10, a flow path 12 and an outlet 13 are provided on the oxygen electrode 1 side, and an inlet for hydrogen 15 is provided on the hydrogen electrode 2 side. 1
6, the fuel cell according to the present embodiment is completed by providing the flow path 17 and the discharge port 18.
【００８０】本実施態様によれば、酸素電極１及び水素
電極２に複数の貫通孔１９が形成されていることから、
酸素電極１及び水素電極２のガス透過性が高く、これに
より、流路１２、１７を流れる酸素１０又は水素１５が
効率よく触媒層５、７に達する。このため、本実施態様
による燃料電池は、従来に比してエネルギー生成効率を
高くすることができる。具体的には、貫通孔１９が設け
られていない酸素電極及び水素電極を用いた従来の燃料
電池では、そのエネルギー生成効率が３０〜３５ミリワ
ット／ｃｍ２程度であったのが、１ｃｍ２当たり４００
個〜２５００個の貫通孔１９が設けられた酸素電極１及
び水素電極２を用いた本実施態様による燃料電池では、
そのエネルギー生成効率が５０〜５５ミリワット／ｃｍ
２程度まで高まった。According to this embodiment, since a plurality of through holes 19 are formed in the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2,
The gas permeability of the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2 is high, so that the oxygen 10 or the hydrogen 15 flowing through the channels 12 and 17 reach the catalyst layers 5 and 7 efficiently. For this reason, the fuel cell according to the present embodiment can increase the energy generation efficiency as compared with the related art. Specifically, in the conventional fuel cell using the oxygen electrode and the hydrogen electrode through-hole 19 is not provided, that the energy generation efficiency was 30-35 milliwatts / cm 2 approximately, 1 cm 2 per 400
In the fuel cell according to the present embodiment using the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2 provided with from 2500 to 2500 through holes 19,
Its energy generation efficiency is 50-55 milliwatts / cm
Increased to about 2 .
【００８１】また、本実施態様では、貫通孔１９が電極
基体４、６側において広く開口しているため、流路１
２、１７を流れる酸素１０又は水素１５を効果的に触媒
層５、７へ導くことが可能であるとともに、触媒層５、
７側において狭く開口しているため、触媒層５、７に含
まれる触媒量の低下を防止することができる。In this embodiment, since the through holes 19 are widely opened on the electrode bases 4 and 6 side, the flow path 1
It is possible to effectively guide the oxygen 10 or the hydrogen 15 flowing through the catalyst layers 2 and 17 to the catalyst layers 5 and 7, and
Since the opening is narrow on the side 7, it is possible to prevent a decrease in the amount of catalyst contained in the catalyst layers 5 and 7.
【００８２】次に、本発明の好ましい他の実施態様につ
いて説明する。Next, another preferred embodiment of the present invention will be described.
【００８３】図４は、本発明の好ましい他の実施態様に
かかる空気電池の概略的構成を示す図面である。FIG. 4 is a view showing a schematic configuration of an air battery according to another preferred embodiment of the present invention.
【００８４】図４に示されるように、本実施態様により
製造される空気電池（空気−亜鉛電池）は、空気極２１
と、負極２２と、空気極２１及び負極２２に挟持された
電解質２３とを備えている。空気極２１は、カーボンシ
ートからなる電極基体とその表面に形成された触媒層に
よって構成されており、触媒層側における直径が約０．
１ｍｍの貫通孔（図示せず）が、１ｃｍ２当たり約４０
０個形成されている。負極２２は、厚さ１００マイクロ
メートルの亜鉛板によって構成されている。また、空気
極２１の電極基体からは正極リード２４が導出され、負
極２２からは負極リード２５が導出されており、これら
正極リード２４及び負極リード２５は、図示しない負荷
に接続される。空気極２１、負極２２及びこれらに挟持
された電解質２３は、厚さ３ミリメートルのテフロン
（登録商標）板２６ａ及び２６ｂによって挟持されてお
り、これらテフロン板２６ａ及び２６ｂは、ボルト２７
ａ及び２７ｂによって固定されている。さらに、テフロ
ン板２６ｂには、空気極２１に空気を供給するための複
数の空気孔２８が形成されている。空気孔２８の直径
は、１．５ミリメートルである。As shown in FIG. 4, an air battery (air-zinc battery) manufactured according to this embodiment is
, A negative electrode 22, and an electrolyte 23 sandwiched between the air electrode 21 and the negative electrode 22. The air electrode 21 is composed of an electrode substrate made of a carbon sheet and a catalyst layer formed on the surface thereof, and has a diameter on the catalyst layer side of about 0.1 mm.
1 mm through holes (not shown) have approximately 40 holes per cm 2
0 are formed. The negative electrode 22 is formed of a zinc plate having a thickness of 100 micrometers. A cathode lead 24 extends from the electrode base of the air electrode 21 and a anode lead 25 extends from the anode 22. The cathode lead 24 and the anode lead 25 are connected to a load (not shown). The air electrode 21, the negative electrode 22, and the electrolyte 23 sandwiched therebetween are sandwiched between Teflon (registered trademark) plates 26a and 26b having a thickness of 3 mm.
a and 27b. Further, a plurality of air holes 28 for supplying air to the air electrode 21 are formed in the Teflon plate 26b. The diameter of the air hole 28 is 1.5 mm.
【００８５】このような構成からなる空気電池は、次の
方法で作製することができる。The air battery having such a configuration can be manufactured by the following method.
【００８６】まず、上述各実施態様による方法により、
カーボンシートの表面に触媒層を形成することによって
空気極２１を作製する。次に、上記実施態様にかかる方
法で空気極２１に複数の貫通孔（図示せず）を形成す
る。貫通孔の直径は上述の通り約０．１ｍｍであり、そ
の形成密度は１ｃｍ２当たり約４００個である。次に、
この空気極２１の触媒層に、電解質２３として塩化亜鉛
の水溶液をゲル化させたものを厚み約５０マイクロメー
トルに塗布し、さらに、負極２２を接合する。そして、
この接合体の両面をテフロン板２６ａ及び２６ｂでしっ
かり挟み込んで、ボルト２７ａ及び２７ｂにより固定す
る。これにより空気電池が完成する。First, by the method according to each of the above embodiments,
The air electrode 21 is produced by forming a catalyst layer on the surface of the carbon sheet. Next, a plurality of through holes (not shown) are formed in the air electrode 21 by the method according to the above embodiment. The diameter of the through holes is about 0.1 mm as described above, and the formation density is about 400 per 1 cm 2 . next,
A gel of an aqueous solution of zinc chloride as the electrolyte 23 is applied to the catalyst layer of the air electrode 21 to a thickness of about 50 micrometers, and the negative electrode 22 is joined. And
Both surfaces of this joined body are firmly sandwiched between Teflon plates 26a and 26b and fixed with bolts 27a and 27b. Thereby, the air battery is completed.
【００８７】このようにして製造された空気電池は、空
気極２１においては式（１）に示される反応が進行し、
負極２２においては式（２）に示される反応が進行す
る。In the thus manufactured air battery, the reaction represented by the formula (1) proceeds at the air electrode 21,
In the negative electrode 22, the reaction represented by the formula (2) proceeds.
【００８８】 Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ− → ４ＯＨ− ・・・式（１） Ｚｎ＋２ＯＨ− → Ｚｎ（ＯＨ）２＋２ｅ−・・・式（２） したがって、全体としては式（３）に示される反応が進
行することになり、所定の起電力を得ることができる。O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH −・ ・ ・ Equation (1) Zn + 2OH − → Zn (OH) 2 + 2e −・ ・ ・ Equation (2) Accordingly, the reaction represented by the equation (3) is performed as a whole. As a result, a predetermined electromotive force can be obtained.
【００８９】 １／２Ｏ２＋Ｚｎ＋Ｈ２Ｏ → Ｚｎ（ＯＨ）２・・・式（３） 図５は、本発明の好ましい他の実施態様にかかる空気電
池の放電特性を示すグラフである。 1/2 O 2 + Zn + H 2 O → Zn (OH) 2 ... Equation (3) FIG. 5 is a graph showing the discharge characteristics of an air battery according to another preferred embodiment of the present invention.
【００９０】図５には、電流密度を変えた場合の出力電
圧の変化（負荷特性）が、空気極２１に複数の貫通孔が
設けられている本実施態様による空気電池、及び空気極
２１に貫通孔が設けられていない従来の空気電池のそれ
ぞれについて示されている。FIG. 5 shows the change in output voltage (load characteristic) when the current density is changed, in the air battery according to the present embodiment in which the air electrode 21 has a plurality of through holes, and in the air electrode 21. Each of the conventional air batteries without a through-hole is shown.
【００９１】図５を参照すれば、開放電圧（電流値がゼ
ロのとき）はほぼ同じであるが、電流密度が大きくなっ
てくると、従来の空気電池に対して本実施態様による空
気電池の方が出力電圧は高く維持されていることが分か
る。この結果から、空気極２１に複数の貫通孔が設けら
れている本実施態様による空気電池は、従来の空気電池
よりも出力特性が高いことが分かる。Referring to FIG. 5, the open-circuit voltage (when the current value is zero) is almost the same, but as the current density increases, the air battery according to the present embodiment is different from the conventional air battery. It can be seen that the output voltage is maintained higher. From this result, it is understood that the air battery according to the present embodiment in which the air electrode 21 has a plurality of through holes has higher output characteristics than the conventional air battery.
【００９２】本発明は、以上の実施態様に限定されるこ
となく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種
々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含
されるものであることはいうまでもない。The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention. It goes without saying that it is a thing.
【００９３】例えば、上記実施態様においては、酸素電
極１及び水素電極２の両方に貫通孔１９を形成している
が、必ずしも酸素電極１及び水素電極２の両方に貫通孔
１９をする必要はなく、酸素電極１及び水素電極２の一
方にのみ貫通孔１９を形成しても良い。この場合、水素
電極２側においては、大気圧よりも加圧した水素１５を
導入口１６より供給することによって、水素１５を強制
的に貫流させることが一般的である一方、酸素電極１側
においては、酸素１０を特に加圧しないことが一般的で
あることから、酸素電極１側において特に高いガス透過
性が要求される。したがって、少なくとも酸素電極１側
に貫通孔１９を形成することが望まれる。また、上述の
通り、酸素電極１及び水素電極２には、要求されるガス
透過性に差があることがあるため、貫通孔１９を酸素電
極１及び水素電極２の両方に形成する場合も、酸素電極
１及び水素電極２において、貫通孔１９の形成密度や直
径に差を持たせても良い。この場合、酸素電極１側にお
いてより高いガス透過性が要求されることを考慮すれ
ば、貫通孔１９の形成密度を酸素電極１側において水素
電極２側よりも高くし、貫通孔１９の直径を酸素電極１
側において水素電極２側よりも大きく設定することが好
ましい。For example, in the above embodiment, the through holes 19 are formed in both the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2, but it is not always necessary to form the through holes 19 in both the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2. Alternatively, the through hole 19 may be formed in only one of the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2. In this case, on the hydrogen electrode 2 side, it is general that hydrogen 15 pressurized than the atmospheric pressure is supplied from an inlet 16 to force the hydrogen 15 to flow through, while the hydrogen electrode 2 side is forced to flow. Since it is common that oxygen 10 is not particularly pressurized, particularly high gas permeability is required on the oxygen electrode 1 side. Therefore, it is desired to form the through hole 19 at least on the oxygen electrode 1 side. Further, as described above, since there is a difference in required gas permeability between the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2, even when the through holes 19 are formed in both the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2, In the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2, the formation density and the diameter of the through holes 19 may be different. In this case, considering that higher gas permeability is required on the oxygen electrode 1 side, the formation density of the through holes 19 is made higher on the oxygen electrode 1 side than on the hydrogen electrode 2 side, and the diameter of the through holes 19 is increased. Oxygen electrode 1
It is preferable that the side is set larger than the hydrogen electrode 2 side.
【００９４】また、上記実施態様においては、電極基体
４、６であるカーボンシートの一方の面に触媒層５、７
を形成する方法としてスプレードライ法若しくは滴下法
を用いた場合、触媒担持カーボン及び繊維状カーボンが
含まれた液体をカーボンシートの表面にスプレー塗布或
いは滴下塗布しているが、触媒担持カーボンナノチュー
ブを用い、これが含まれた液体をカーボンシートの表面
にスプレー塗布或いは滴下塗布してもよい。カーボンナ
ノチューブに触媒を担持させる方法としては、白金錯体
を含む溶液を用いる化学的担持法（液層化学担持法）
か、白金を含む炭素系電極を用いたアーク放電法を適用
すればよい。In the above embodiment, the catalyst layers 5, 7 are provided on one surface of the carbon sheet as the electrode bases 4, 6.
When a spray-drying method or a dropping method is used as a method for forming a liquid, a liquid containing catalyst-supporting carbon and fibrous carbon is applied by spraying or dropping onto the surface of a carbon sheet. Alternatively, the liquid containing this may be spray-coated or dropped-coated on the surface of the carbon sheet. As a method for supporting a catalyst on carbon nanotubes, a chemical supporting method using a solution containing a platinum complex (liquid layer chemical supporting method)
Alternatively, an arc discharge method using a carbon-based electrode containing platinum may be applied.
【００９５】さらに、上記実施態様においては、カーボ
ンシートの表面に触媒層５、７を形成した後、触媒層
５、７に同じプロトン伝導材料を塗布しているが、触媒
層５、７を形成する方法としてスプレードライ法若しく
は滴下法を用いる場合には、当該液体にプロトン伝導材
料を混入することにより、触媒層５、７の形成とプロト
ン伝導材料の塗布を同時に行っても良い。但し、本発明
において、触媒層５、７にプロトン伝導材料を塗布する
ことは必須ではなく、これを省略しても構わない。Further, in the above embodiment, after the catalyst layers 5 and 7 are formed on the surface of the carbon sheet, the same proton conductive material is applied to the catalyst layers 5 and 7. When a spray drying method or a dropping method is used as a method for forming the catalyst layer, the formation of the catalyst layers 5 and 7 and the application of the proton conductive material may be performed simultaneously by mixing a proton conductive material into the liquid. However, in the present invention, it is not essential to apply the proton conductive material to the catalyst layers 5 and 7, and this may be omitted.
【００９６】また、上記実施態様においては、貫通孔１
９の形成において、針２０を電極基体４、６側から突き
刺すことによって、電極基体４、６側において広く開口
し、触媒層５、７側において狭く開口したテーパー状の
貫通孔１９を形成しているが、本発明において、貫通孔
１９をテーパー状とすることは必須ではなく、電極基体
４、６側及び触媒層５、７側において同じ開口径として
もよい。In the above embodiment, the through hole 1
In the formation of 9, a needle 20 is pierced from the electrode bases 4 and 6 side to form a tapered through hole 19 that is wide open on the electrode bases 4 and 6 side and narrowly open on the catalyst layers 5 and 7 side. However, in the present invention, it is not essential that the through-hole 19 be tapered, and the opening diameter may be the same on the electrode bases 4 and 6 side and the catalyst layers 5 and 7 side.
【００９７】さらに、上記実施態様においては、作製さ
れた燃料電池の燃料ガスとして、水素ガスを使用してい
るが、燃料ガスとしては水素ガスに限定されず、他の燃
料ガス、例えばメタノールを気化させたガスを用いても
良い。この場合、メタノールを気化させたガスが供給さ
れる負極においては、式（４）に示される反応が進行
し、空気が供給される酸素電極１（正極）においては式
（５）に示される反応が進行する。Further, in the above embodiment, hydrogen gas is used as the fuel gas of the fuel cell manufactured. However, the fuel gas is not limited to hydrogen gas, and other fuel gas, for example, methanol is vaporized. You may use the gas made to have. In this case, the reaction represented by the formula (4) proceeds in the negative electrode to which the gas obtained by vaporizing methanol is supplied, and the reaction represented by the formula (5) in the oxygen electrode 1 (the positive electrode) to which air is supplied. Progresses.
【００９８】 ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−・・・式（４） ６Ｈ＋＋３／２Ｏ２＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ・・・式（５） したがって、全体としては式（６）に示される反応が進
行することになり、所定の起電力を得ることができる。[0098] CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e - ··· Equation (4) 6H + + 3 / 2O 2 + 6e - → 3H 2 O ··· (5) Thus, as a whole the formula (6) The reaction shown in (1) proceeds, and a predetermined electromotive force can be obtained.
【００９９】 ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２ → ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ・・・式（６） 但し、燃料ガスとしてメタノールを気化させたガスを用
いた場合、水の他に二酸化炭素が生成される。CH 3 OH + 3 / 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O Formula (6) However, when a gas obtained by vaporizing methanol is used as the fuel gas, carbon dioxide is generated in addition to water.
【０１００】[0100]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
酸素電極１及び水素電極２に複数の貫通孔１９が形成さ
れていることから、酸素電極１及び水素電極２のガス透
過性が高く、このため、燃料電池のエネルギー生成効率
を大きく向上させることが可能となる。As described above, according to the present invention,
Since a plurality of through holes 19 are formed in the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2, the gas permeability of the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2 is high, and therefore, the energy generation efficiency of the fuel cell can be greatly improved. It becomes possible.
【図１】図１は、本発明の好ましい実施態様により製造
されるべき燃料電池の概略的構成を示す図面である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel cell to be manufactured according to a preferred embodiment of the present invention.
【図２】図２（ａ）は、酸素電極１及び水素電極２を、
酸素１０又は水素１５が供給される面から見た略斜視図
であり、図２（ｂ）は、酸素電極１及び水素電極２を、
触媒層５、７が形成されている面から見た略斜視図であ
る。FIG. 2A shows an oxygen electrode 1 and a hydrogen electrode 2,
FIG. 2B is a schematic perspective view of the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2 when viewed from the surface to which oxygen 10 or hydrogen 15 is supplied.
FIG. 4 is a schematic perspective view as seen from a surface on which catalyst layers 5 and 7 are formed.
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、酸素電極１及び水素電
極２に貫通孔１９を形成する工程を示す図である。3 (a) to 3 (c) are views showing a process of forming a through hole 19 in the oxygen electrode 1 and the hydrogen electrode 2. FIG.
【図４】図４は、本発明の好ましい他の実施態様にかか
る空気電池の概略的構成を示す図面である。FIG. 4 is a view showing a schematic configuration of an air battery according to another preferred embodiment of the present invention.
【図５】図５は、本発明の好ましい他の実施態様にかか
る空気電池の放電特性を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a discharge characteristic of an air battery according to another preferred embodiment of the present invention.
１ 酸素電極 ２ 水素電極 ３ プロトン伝導体部 ４，６ 電極基体 ５，７ 触媒層 ８ 正極リード ９ 負極リード １０ 空気 １１ 導入口 １２ 流路 １３ 排出口 １４ 水素供給源 １５ 水素 １６ 導入口 １７ 流路 １８ 排出口 １９ 貫通孔 ２０ 針 ２１ 空気極 ２２ 負極 ２３ 電解質 ２４ 正極リード ２５ 負極リード ２６ａ，２６ｂ テフロン板 ２７ａ，２７ｂ ボルト ２８ 空気孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oxygen electrode 2 Hydrogen electrode 3 Proton conductor part 4, 6 Electrode substrate 5, 7 Catalyst layer 8 Positive electrode lead 9 Negative electrode lead 10 Air 11 Inlet 12 Channel 13 Outlet 14 Hydrogen supply source 15 Hydrogen 16 Inlet 17 Channel Reference Signs List 18 outlet 19 through hole 20 needle 21 air electrode 22 negative electrode 23 electrolyte 24 positive electrode lead 25 negative electrode lead 26a, 26b Teflon plate 27a, 27b bolt 28 air hole
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/10 Ｈ０１Ｍ 8/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 8/10 H01M 8/10
Claims (43)
シートからなり、前記一方の面から他方の面に亘って複
数の貫通孔が形成されていることを特徴とするガス拡散
電極。1. A gas diffusion electrode comprising a carbon sheet having a catalyst layer formed on one surface, and a plurality of through holes formed from the one surface to the other surface.
以上形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
ガス拡散電極。2. The gas diffusion electrode according to claim 1, wherein 400 or more through holes are formed per 1 cm 2 .
個以上形成されていることを特徴とする請求項２に記載
のガス拡散電極。3. The method according to claim 1, wherein the through hole has a thickness of 2500 per cm 2.
The gas diffusion electrode according to claim 2, wherein at least one gas diffusion electrode is formed.
いて０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に
記載のガス拡散電極。4. The gas diffusion electrode according to claim 1, wherein the diameter of the through hole is 0.1 mm or less on the one surface.
径が、前記他方の面における開口径よりも小さいことを
特徴とする請求項１に記載のガス拡散電極。5. The gas diffusion electrode according to claim 1, wherein an opening diameter of the through hole in the one surface is smaller than an opening diameter in the other surface.
されていることを特徴とする請求項１に記載のガス拡散
電極。6. The gas diffusion electrode according to claim 1, wherein a proton conductive material is applied to the catalyst layer.
成する触媒層形成工程と、前記カーボンシートの前記一
方の面から他方の面に亘って複数の貫通孔を形成する貫
通孔形成工程とを備えるガス拡散電極の製造方法。7. A catalyst layer forming step of forming a catalyst layer on one surface of the carbon sheet, and a through hole forming step of forming a plurality of through holes from the one surface to the other surface of the carbon sheet. A method for producing a gas diffusion electrode comprising:
ートに１ｃｍ２当たり４００個以上の貫通孔を形成する
ものであることを特徴とする請求項７に記載のガス拡散
電極の製造方法。8. The method for manufacturing a gas diffusion electrode according to claim 7, wherein the through hole forming step includes forming at least 400 through holes per cm 2 in the carbon sheet.
ートに１ｃｍ２当たり２５００個以上の貫通孔を形成す
るものであることを特徴とする請求項８に記載のガス拡
散電極の製造方法。9. The method for producing a gas diffusion electrode according to claim 8, wherein the through hole forming step forms at least 2500 through holes per cm 2 in the carbon sheet.
シートの前記一方の面において０．１ｍｍ以下の直径を
有する貫通孔を形成するものであることを特徴とする請
求項７に記載のガス拡散電極の製造方法。10. The gas diffusion according to claim 7, wherein the through hole forming step forms a through hole having a diameter of 0.1 mm or less on the one surface of the carbon sheet. Manufacturing method of electrode.
シートの前記他方の面から前記一方の面へ針を突き刺す
ことにより行われることを特徴とする請求項７に記載の
ガス拡散電極の製造方法。11. The method for manufacturing a gas diffusion electrode according to claim 7, wherein the through hole forming step is performed by piercing a needle from the other surface of the carbon sheet to the one surface. .
ボンを含む液体を前記カーボンシートの前記一方の面に
塗布することにより行われることを特徴とする請求項７
に記載のガス拡散電極の製造方法。12. The method according to claim 7, wherein the catalyst layer forming step is performed by applying a liquid containing a catalyst-supporting carbon to the one surface of the carbon sheet.
3. The method for producing a gas diffusion electrode according to item 1.
れていることを特徴とする請求項１２に記載のガス拡散
電極の製造方法。13. The method according to claim 12, wherein the liquid contains fibrous carbon.
より行われることを特徴とする請求項７に記載のガス拡
散電極の製造方法。14. The method according to claim 7, wherein the catalyst layer forming step is performed by a vapor deposition method.
より行われることを特徴とする請求項７に記載のガス拡
散電極の製造方法。15. The method according to claim 7, wherein the catalyst layer forming step is performed by a chemical wet method.
形成された前記触媒層にプロトン伝導材料を塗布する塗
布工程をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載
のガス拡散電極の製造方法。16. The method according to claim 7, further comprising an application step of applying a proton conductive material to the catalyst layer formed on the one surface of the carbon sheet.
より前に行われることを特徴とする請求項１６に記載の
ガス拡散電極の製造方法。17. The method according to claim 16, wherein the applying step is performed before the through-hole forming step.
散電極と、前記ガス拡散電極の前記一方の面に貼設され
た電解質膜とを備え、前記ガス拡散電極には、前記一方
の面から他方の面に亘って複数の貫通孔が形成されてい
ることを特徴とする電気化学デバイス。18. A gas diffusion electrode having a catalyst layer formed on one surface and an electrolyte membrane attached to the one surface of the gas diffusion electrode, wherein the gas diffusion electrode includes An electrochemical device, wherein a plurality of through holes are formed from one surface to the other surface.
ることを特徴とする請求項１８に記載の電気化学デバイ
ス。19. The electrochemical device according to claim 18, wherein the electrochemical device is a fuel cell.
ることを特徴とする請求項１８に記載の電気化学デバイ
ス。20. The electrochemical device according to claim 18, wherein the electrochemical device is an air battery.
個以上形成されていることを特徴とする請求項１８に記
載の電気化学デバイス。21. The method according to claim 19, wherein the through-hole is 400 / cm 2.
19. The electrochemical device according to claim 18, wherein at least one is formed.
０個以上形成されていることを特徴とする請求項１９に
記載の電気化学デバイス。22. The method according to claim 19, wherein the through hole has a thickness of 250 per cm 2.
20. The electrochemical device according to claim 19, wherein zero or more are formed.
おいて０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１
８に記載の電気化学デバイス。23. The device according to claim 1, wherein the diameter of the through hole is 0.1 mm or less on the one surface.
9. The electrochemical device according to 8.
口径が、前記他方の面における開口径よりも小さいこと
を特徴とする請求項１８に記載の電気化学デバイス。24. The electrochemical device according to claim 18, wherein an opening diameter of the through hole on the one surface is smaller than an opening diameter on the other surface.
布されていることを特徴とする請求項１９に記載の電気
化学デバイス。25. The electrochemical device according to claim 19, wherein a proton conductive material is applied to the catalyst layer.
極と、一方の面に触媒層が形成された燃料電極と、前記
酸素電極の前記一方の面と前記燃料電極の前記一方の面
に挟持されたプロトン伝導体部とを備え、前記酸素電極
及び前記燃料電極には、いずれも前記一方の面から他方
の面に亘って形成された複数の貫通孔が設けられている
ことを特徴とする燃料電池。26. An oxygen electrode having a catalyst layer formed on one surface, a fuel electrode having a catalyst layer formed on one surface, the one surface of the oxygen electrode and the one surface of the fuel electrode. Wherein the oxygen electrode and the fuel electrode are each provided with a plurality of through holes formed from the one surface to the other surface. And the fuel cell.
成密度と前記燃料電極における前記貫通孔の形成密度と
が異なることを特徴とする請求項２６に記載の燃料電
池。27. The fuel cell according to claim 26, wherein the formation density of the through holes in the oxygen electrode is different from the formation density of the through holes in the fuel electrode.
成密度が、前記燃料電極における前記貫通孔の形成密度
よりも高いことを特徴とする請求項２７に記載の燃料電
池。28. The fuel cell according to claim 27, wherein the formation density of the through holes in the oxygen electrode is higher than the formation density of the through holes in the fuel electrode.
径と前記燃料電極における前記貫通孔の直径とが異なる
ことを特徴とする請求項２６に記載の燃料電池。29. The fuel cell according to claim 26, wherein a diameter of the through hole in the oxygen electrode is different from a diameter of the through hole in the fuel electrode.
径が、前記燃料電極における前記貫通孔の直径よりも大
きいことを特徴とする請求項２９に記載の燃料電池。30. The fuel cell according to claim 29, wherein a diameter of the through hole in the oxygen electrode is larger than a diameter of the through hole in the fuel electrode.
形成する触媒層形成工程及び前記カーボンシートの前記
一方の面から他方の面に亘って複数の貫通孔を形成する
貫通孔形成工程によってガス拡散電極を作製し、前記ガ
ス拡散電極の前記触媒層に電解質膜を貼設することを特
徴とする電気化学デバイスの製造方法。31. A process for forming a catalyst layer on one surface of a carbon sheet and a process for forming a plurality of through-holes from the one surface to the other surface of the carbon sheet. A method for manufacturing an electrochemical device, comprising: forming a diffusion electrode; and attaching an electrolyte membrane to the catalyst layer of the gas diffusion electrode.
ることを特徴とする請求項３１に記載の電気化学デバイ
スの製造方法。32. The method according to claim 31, wherein the electrochemical device is a fuel cell.
ることを特徴とする請求項３１に記載の電気化学デバイ
スの製造方法。33. The method according to claim 31, wherein the electrochemical device is an air battery.
シートに１ｃｍ２当たり４００個以上の貫通孔を形成す
るものであることを特徴とする請求項３１に記載の電気
化学デバイスの製造方法。34. The method for producing an electrochemical device according to claim 31, wherein the through-hole forming step forms at least 400 through-holes per cm 2 in the carbon sheet.
シートに１ｃｍ２当たり２５００個以上の貫通孔を形成
するものであることを特徴とする請求項３４に記載の電
気化学デバイスの製造方法。35. The method for producing an electrochemical device according to claim 34, wherein the through hole forming step forms at least 2500 through holes per cm 2 in the carbon sheet.
シートの前記一方の面において０．１ｍｍ以下の直径を
有する貫通孔を形成するものであることを特徴とする請
求項３１に記載の電気化学デバイスの製造方法。36. The electrochemical device according to claim 31, wherein the through hole forming step forms a through hole having a diameter of 0.1 mm or less on the one surface of the carbon sheet. Device manufacturing method.
シートの前記他方の面から前記一方の面へ針を突き刺す
ことにより行われることを特徴とする請求項３１に記載
の電気化学デバイスの製造方法。37. The method according to claim 31, wherein the through-hole forming step is performed by piercing a needle from the other surface of the carbon sheet to the one surface. .
ボンを含む液体を前記カーボンシートの前記一方の面に
塗布することにより行われることを特徴とする請求項３
１に記載の電気化学デバイスの製造方法。38. The method according to claim 3, wherein the catalyst layer forming step is performed by applying a liquid containing a catalyst-supporting carbon to the one surface of the carbon sheet.
2. The method for producing an electrochemical device according to item 1.
れていることを特徴とする請求項３８に記載の電気化学
デバイスの製造方法。39. The method according to claim 38, wherein the liquid contains fibrous carbon.
より行われることを特徴とする請求項３１に記載の電気
化学デバイスの製造方法。40. The method according to claim 31, wherein the catalyst layer forming step is performed by a vapor phase film forming method.
より行われることを特徴とする請求項３１に記載の電気
化学デバイスの製造方法。41. The method according to claim 31, wherein the catalyst layer forming step is performed by a chemical wet method.
形成された前記触媒層にプロトン伝導材料を塗布する塗
布工程をさらに備えることを特徴とする請求項３２に記
載の電気化学デバイスの製造方法。42. The method for manufacturing an electrochemical device according to claim 32, further comprising a coating step of coating a proton conductive material on the catalyst layer formed on the one surface of the carbon sheet.
より前に行われることを特徴とする請求項４２に記載の
電気化学デバイスの製造方法。43. The method according to claim 42, wherein the applying step is performed before the through-hole forming step.
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