JP2002280004A

JP2002280004A - 燃料電池用電極の製造方法

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Publication number: JP2002280004A
Application number: JP2001080378A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yano; 秀夫矢野; Atsushi Tomita; 淳冨田; Masaaki Yasui; 賢明安井; Kenji Sugiura; 健二杉浦; Hikari Okamoto; 光岡本
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Chemical Co Ltd
Current assignee: Aisin Chemical Co Ltd; Aisin Corp
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-09-27
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP3833898B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電気抵抗を低減させる燃料電池用電極の製造方
法を提供する。【解決手段】導電性をもつ基材繊維とアスペクト比が大
きい薄片状のグラファイト粉末と結合材とを混合した材
料を用いる。燃料電池用電極となるシートを前記材料か
ら形成する成形工程を含む。成形工程は、導電性をもつ
基材繊維とアスペクト比が大きい薄片状のグラファイト
粉末と結合材と分散媒とを含む第１液状物を用意する工
程と、第１液状物に対して抄紙処理することにより、燃
料電池用電極となるシートを形成する抄紙工程とを含
む。導電性をもつ基材繊維１００同士の間に薄片状のグ
ラファイト粉末の粒子２００が存在すれば、基材繊維１
００間の接触面積はかなり増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は導電性をもつ基材繊
維を主要成分とする燃料電池用電極の製造方法に関す
る。本発明は固体高分子電解質型の燃料電池の電極に使
用することができる。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池用電極への主な要求としては、
導電性が高いことが要請されている。従来技術１とし
て、特開平７ー１３０３７４号公報には、気孔率８０％
の市販のカーボンペーパーと、撥水材として機能できる
ＰＴＦＥ系粒子を分散したＰＴＦＥ系分散液とを用い、
市販のカーボンペーパーをＰＴＦＥ系分散液に浸漬させ
る工程、その後にカーボンペーパーを焼成する工程を含
む固体高分子電解質型の燃料電池に使用される電極の製
造技術が開示されている。

【０００３】また、従来技術２として、特開２０００−
１３６４９３号公報には、導電性をもつカーボン繊維と
結合材とを用いてシート状に成形し乾燥した成形シート
を用い、この成形シートをＰＴＦＥ分散液に浸漬させた
後、焼成してＰＴＦＥ粒子を成形シートに固着させると
同時に結合材を酸化除去することとした固体高分子電解
質型の燃料電池に使用される電極の製造技術が開示され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術で製
造された電極は、導電性の向上には限界があった。ま
た、従来技術１に用いられているカーボンペーパーは、
熱硬化性樹脂で結合したカーボン繊維を１０００℃以上
のかなりの高温で不活性ガス中においてホットプレスし
て製造されるので、高コストであった。故に、このよう
にして製造した電極を用いた燃料電池は高価格となり、
実用化に障害となる問題があった。

【０００５】また、従来技術２に用いられている成形シ
ートは、導電性をもつカーボン繊維同士の接点の接触頻
度が必ずしも充分ではなかった。

【０００６】本発明は上記した実情に鑑みてなされたも
のであり、電気抵抗を低減させるのに有利な燃料電池用
電極の製造方法を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、燃料電池用
電極の製造方法について鋭意開発を進めている。そし
て、カーボン繊維等の導電性をもつ基材繊維とアスペク
ト比が大きい薄片状のグラファイト粉末と結合材と混合
した材料を用い、この材料をシート状に成形するシート
成形工程に基づいて、シート状の燃料電池用電極を形成
すれば、燃料電池用電極における導電性を向上させるの
に有利であることを知見し、電気抵抗を測定する試験で
確認し、本発明に係る製造方法を完成した。

【０００８】燃料電池用電極の導電性を向上させる理由
は必ずしも明確ではないものの、次のように推察され
る。アスペクト比が大きい薄片状のグラファイト粉末を
添加しない場合には、カーボン繊維等の導電性をもつ基
材繊維同士は、点接触または点接触に近い状態に絡み合
っている。このように点接触または点接触に近い状態で
あれば、カーボン繊維等の導電性をもつ基材繊維同士の
接触導電面積が小さいため、導電性の向上には限界があ
る。しかしながらアスペクト比が大きい２次元的に近い
薄片状のグラファイト粉末を添加すれば、カーボン繊維
等の導電性をもつ基材繊維同士が、アスペクト比の大き
い薄片状の２次元的なグラファイト粉末の粒子を介して
接触する頻度が増加する。

【０００９】図３はカーボン繊維等の導電性をもつ基材
繊維１００同士の接触形態をモデル化したものである。
ハッチング領域は、導電性をもつ基材繊維１００間の接
触面積を示す。図３（Ａ）のように、導電性をもつ基材
繊維１００同士が絡み合っていても、基材繊維１００は
長くて細いため、導電性をもつ基材繊維１００同士が接
触する接触面積は小さい。図３（Ｂ）は薄片状のグラフ
ァイト粉末の粒子が存在する場合における導電性をもつ
基材繊維１００同士の理想的接触形態をモデル化して示
す。図３（Ｂ）に示すように、導電性をもつ基材繊維１
００間に、２次元的形状を備えた薄片状のグラファイト
粉末の粒子２００が存在することになれば、導電性をも
つ基材繊維１００間の接触面積はかなり増加する。これ
により導電性をもつ基材繊維１００間の導電性が向上
し、ひいては燃料電池用電極の導電性、集電性が向上す
るものと推察される。なお図３（Ｂ）はあくまでも理想
的な導電接触形態を示すものである。

【００１０】本発明に係る燃料電池用電極の製造方法
は、導電性をもつ基材繊維と結合材とを混合した材料を
用い、燃料電池用電極となるシートを前記材料から形成
するシート成形工程を含む燃料電池用電極の製造方法に
おいて、材料は、アスペクト比が大きい薄片状のグラフ
ァイト粉末を含むことを特徴とするものである。

【００１１】本発明に係る製造方法で製造されたシート
には、カーボン繊維等の導電性をもつ基材繊維の他に、
アスペクト比が大きい薄片状のグラファイト粉末が含ま
れている。このようなシートであれば、カーボン繊維等
の導電性をもつ基材繊維同士は、アスペクト比の大きい
２次元的な広がりを有する薄片状のグラファイト粉末の
粒子を介して接触する頻度が高まる。これによりカーボ
ン繊維等の導電性をもつ基材繊維同士の導電接触点また
は導電接触面積が増加するものと推察される。本発明に
よれば、次の形態のうち少なくとも一つを採用すること
ができる。

【００１２】・導電性をもつ基材繊維としては、熱的安
定性、化学的安定性を考慮すると、カーボン繊維が好ま
しい。カーボン繊維などの導電性をもつ基材繊維は、第
１液状物における分散性等を考慮すると、短繊維が好ま
しいが、長繊維でも良い。カーボン繊維などの導電性を
もつ基材繊維の長さ、径としては適宜選択することがで
きるが、電極の基材繊維であること、第１液状物におけ
る分散性等を考慮すると、長さは０．２〜３０ｍｍ、殊
に０．５〜１０ｍｍ、径は１〜６０μｍ、殊に３〜３０
μｍを採用することができる。

【００１３】・グラファイト粉末は薄片状をなす。代表
的な薄片状としては例えば鱗片形状がある。薄片状のグ
ラファイト粉末のアスペクト比が過剰に小さいと、カー
ボン繊維等の導電性をもつ基材繊維同士の導電接触点、
導電接触面積を増加させる効果が充分に発揮されない。
薄片状のグラファイト粉末のアスペクト比が過剰に大き
いと、導電性をもつ基材繊維と結合材とグラファイト粉
末を混合する際に、グラファイト粉末の粒子が割れやす
くなり、混合後のグラファイト粉末の粒子のアスペクト
比が逆に小さくなってしまうことがあり、更にグラファ
イト粉末の粒子の粒径の管理が困難になり易く、更に第
１液状物における分散性が低下し、抄紙処理を良好に行
ないにくくなる。このような事情、更にコスト等を考慮
して、薄片状のグラファイト粉末の粒子のアスペクト比
としては２〜３００とすることができる。殊に、抄紙処
理、導電性の確保、コスト等を考慮すると、また抄紙処
理する場合等を考慮すると、薄片状のグラファイト粉末
の粒子のアスペクト比としては２〜２５０、殊に３〜１
００が好ましく、１０〜４０も好ましい。但しこれに限
定されるものではない。なお、アスペクト比は薄片状の
グラファイト粉末の粒子における投影直径／厚みを意味
する。

【００１４】・薄片状のグラファイト粉末の粒子の平均
粒径としては適宜選択できるものの、５〜２５０μｍと
することができ、殊に、１０〜１００μｍ、１５〜４０
μｍとすることができる。但しこれに限定されるもので
はない。

【００１５】・本発明に係る製造方法のシート成形工程
は、カーボン繊維などの導電性をもつ基材繊維とアスペ
クト比が大きい薄片状のグラファイト粉末と結合材と分
散媒とを含む第１液状物を用意する工程と、第１液状物
に対して抄紙処理することにより、燃料電池用電極とな
るシートを形成する抄紙工程を含む形態を採用すること
ができる。更に抄紙処理によれば、生産性の向上を図る
ことができコスト低減に有利であり、更に電極の厚みの
薄肉化にも貢献できる。この場合、第１液状物は、カー
ボン繊維等の導電性をもつ基材繊維とアスペクト比が大
きい薄片状のグラファイト粉末と結合材と分散媒とを含
む。結合材としては有機系物質、例えばパルプ等の繊維
を採用することができ、場合によっては木綿等の植物性
繊維、羊毛等の動物性繊維等を採用することもできる。
分散媒としては一般的には水を採用でき、場合によって
は、トルエン、キシレン、シクロヘキサン等の有機溶媒
でも良い。なお、第１液状物には、パルプ等の繊維以外
に有機系の分散材や他の有機結合材を入れても良い。

【００１６】・代表的な抄紙処理としては、第１液状物
における固形物と分散媒とを分離させて、固形物の集合
により紙状のシートを形成する処理がある。第１液状物
における固形物と分散媒とを分離させるにあたり、網状
部材等のような分離部材により第１液状物をすいて、第
１液状物に含まれている固形物を分散媒と分離させて紙
状の薄いシートを得る形態、あるいは、第１液状物にお
ける固形物と分散媒とを減圧吸引または乾燥により分離
させて固形物を集合させ、紙状の薄いシートを得る形態
などが例示される。第１液状物における固形物は、基材
繊維、結合材、薄片状グラファイト粉末の粒子があげら
れる。

【００１７】抄紙処理によれば、カーボン繊維などの導
電性をもつ基材繊維に、薄片状のグラファイト粉末の粒
子を付着させるのに有利となる。抄紙処理の際に、カー
ボン繊維などの導電性をもつ基材繊維と共に第１液状物
に含まれている薄片状のグラファイト粉末は、導電性を
もつ基材繊維や結合材に付着して第１液状物から分離さ
れるからである。

【００１８】・上記した第１液状物に含まれている結合
材は、消失可能な結合材であることが好ましい。消失可
能な結合材としては有機系物質、例えばパルプ等の繊維
を採用することができ、場合によっては、木綿等の植物
性繊維、羊毛等の動物性繊維等を採用することができ
る。第１液状物において、導電性をもつ基材繊維及び消
失可能な結合材を１００重量部としたとき、アスペクト
比が大きな薄片状のグラファイト粉末は０．５〜６０重
量部含まれている形態を採用することができ、殊に１〜
５０重量部、１〜３０重量部を採用することができる。

【００１９】・本発明に係るシート成形工程において
は、上記した抄紙工程の後に、撥水性を有する結合材を
主要成分とする第２液状物と抄紙工程後のシートを接触
させることにより、撥水性を有する結合材をシートの空
隙部分に含浸させる含浸工程と、含浸工程後のシートを
加熱して、撥水性を有する結合材を固着させると同時に
消失可能な結合材を消失させる消失工程を含む形態を採
用することができる。撥水性を有する結合材により、カ
ーボン繊維等の導電性をもつ基材繊維、薄片状のグラフ
ァイト粉末の電極における保持性が確保される。消失可
能な結合材としては前記したように有機物質例えばパル
プ等の繊維、木綿等の植物性繊維、羊毛等の動物性繊維
等を採用することができる。消失可能な結合材が消失し
た後は空隙となり得るため、燃料電池の使用時における
ガスの拡散性の向上に寄与できる効果を期待できると共
に、撥水性を有する結合材の含浸性が確保される。

【００２０】撥水性を有する結合材としては、撥水性の
確保、化学的安定性等の確保を考慮すると、フッ素樹脂
系を採用することが好ましい。フッ素樹脂系としては、
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を採用するこ
とができ、場合によっては、テトラフルオロエチレン・
エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレ
ン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（Ｐ
ＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロ
ピレン共重合体（ＦＥＰ）等の少なくとも１種を採用す
ることにしても良い。含浸工程では、第２液状物として
は上記したフッ素樹脂の粒子を分散させた懸濁分散液を
採用することができる。上記した第２液状物はカーボン
ブラック等の微粉末の導電性物質を含むことが好まし
い。これにより電極の導電性を更に高め得る。

【００２１】・電極には触媒層を積層しても良いし、積
層しなくても良い。触媒層は白金等の触媒金属を主要成
分とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を試験例に基づ
いて具体的に説明する。本実施形態は、抄紙処理を行う
ものである。導電性をもつ基材繊維として、カーボン繊
維の短繊維を採用した。カーボン繊維のサイズとして
は、直径１３μｍ、長さ３ｍｍのものとした。上記した
カーボン繊維とアスペクト比が大きな薄片状のグラファ
イト粉末と水（分散媒）とパルプ（消失可能な結合材）
とを用い、これらを表１に示すような配合割合として水
に分散させた。これにより実施例１から実施例５に係る
スラリー状の抄紙用の第１液状物を形成した。この場
合、カーボン繊維及びパルプの合計を１００重量部と
し、アスペクト比が大きな薄片状のグラファイト粉末を
２〜３０重量部と変化させた。薄片状のグラファイト粉
末としては、平均粒径が２０μｍ、平均厚みが１μｍ、
アスペクト比が２０のものを用いた。

【００２３】

【表１】

【００２４】このスラリー状の第１液状物に対して抄紙
処理を行い、第１液状物に含まれている固形物（カーボ
ン繊維、パルプ、グラファイト粉末の粒子）を網状部材
等の分離部材により分離させた。これにより厚さ０．３
ｍｍの成形シートを製造した。抄紙処理は、水平に沿っ
て配置した網状部材の上面に第１液状物を流し、第１液
状物に含まれている水（分散媒）を固形分から分離し、
固形分を網状部材の上面に堆積させるという方法で行っ
た。

【００２５】上記した成形シートを所定のサイズ（１６
０ｍｍ×１６０ｍｍ）に切断し、実施例１〜５に係る電
極用シート素材を作成した。

【００２６】なお、第１液状物に分散されている薄片状
のグラファイト粉末は、微小径であるため、本来的に
は、抄紙処理の際にスラリー状の第１液状物からは捕獲
されにくい性質を有する。しかし本実施形態によれば、
薄片状のグラファイト粉末は、抄紙処理の際にカーボン
繊維やパルプ等に付着してスラリー状の第１液状物から
捕獲される。ちなみに、第１液状物に含まれている薄片
状のグラファイト粉末がシート素材に捕獲される歩留ま
りは、本発明者の試験によれば、約８０〜９０％程度で
あり、高かった。

【００２７】また、カーボンブラック（導電物質）を界
面活性剤で湿潤させると共にイオン交換水で希釈し、カ
ーボンブラックを２０重量％含む水溶液を作成した。更
に、ポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥともい
う）粒子を分散させた懸濁分散液（ダイキン工業社製、
Ｄー１、ＰＴＦＥ粒子６０重量％含有）と上記水溶液と
を混ぜて第２液状物を形成した。第２液状物では、カー
ボンブラックとＰＴＦＥの固形分との重量比としては２
０：１５となるよう混合した。

【００２８】上記した実施例１〜実施例５に係る各電極
用シート素材を第２液状物に浸漬させた。これにより第
２液状物のＰＴＦＥを電極用シート素材の空隙に含浸さ
せた。その後、電極用シート素材を大気中において１０
０℃で２０分間乾燥し、その後、大気中において３８０
℃で１時間加熱保持した。これにより電極用シート素材
に含まれていたパルプを酸化してガス化して消失除去す
ると共に、ＰＴＦＥをカーボン繊維に固着させ、以てシ
ート状の燃料電池用電極を製造した。

【００２９】従って、シート状の燃料電池用電極は、カ
ーボン繊維及びアスペクト比が大きなグラファイト粉末
の他に、カーボンブラックと撥水材であるＰＴＦＥとを
含有している。前記したＰＴＦＥは、燃料電池用電極に
撥水性を付与するとともに、消失除去されたパルプに替
わってカーボン繊維、グラファイト粉末、カーボンブラ
ックを保持する結合剤としての役割を果たしている。

【００３０】上記したように製造した燃料電池用電極の
単位面積当たりの電気抵抗を測定した。即ち、金メッキ
した２個１組の鋼板の間にこの電極を挟み、１．９６Ｍ
Ｐａの荷重をかけた状態で電極の単位面積当たりの厚み
方向の電気抵抗（平均値）を測定した。単位面積当たり
の電気抵抗の測定結果を表２及び図１に示す。

【００３１】表２及び図１に示す試験結果によれば、電
極の電気抵抗を低減させるためには、アスペクト比が大
きな薄片状のグラファイト粉末の量は、第１液状物にお
けるカーボン繊維及びパルプの合計を１００重量部とし
たとき、１〜３０重量部が良い。アスペクト比が大きな
薄片状のグラファイト粉末の量が多すぎると、コストア
ップを誘発し易いし、成形性が低下するおそれがある。

【００３２】また比較例２と実施例３は共に第１液状物
にグラファイトを１０重量部配合しているが、アスペク
ト比が１．５のグラファイト粉末を配合した比較例２よ
りも、アスペクト比が２０のグラファイト粉末を配合し
た実施例３の方が、電極の電気抵抗は低減されていた。
これによりアスペクト比が大きい薄片状のグラファイト
粉末の使用が有効であることがわかる。

【００３３】

【表２】

【００３４】（適用形態）上記した製造方法に基づいて
製造した電極を燃料電池のセルに組み込んだ状態を図２
に模式的に示す。図２は模式図であるため、厚みの大小
関係まで特定するものではない。この燃料電池のセルは
固体高分子電解質型の燃料電池である。図２に示すよう
に、燃料電池のセルは、固体高分子膜型の固体電解質膜
１０（米国デュポン社製ナフィオン）を挟む燃料極２
０と酸化剤極３０とを備えている。上記したセルを多数
積層して燃料電池を形成する。

【００３５】燃料極２０及び酸化剤極３０は、上記した
製造方法により製造された電極に基づいて形成されてい
る。燃料極２０と固体電解質膜１０との間には、触媒金
属を有する触媒層２２が固体電解質膜１０に対面するよ
うに設けられている。酸化剤極３０と固体電解質膜１０
との間にも、触媒金属を有する触媒層３２が固体電解質
膜１０に対面するように設けられている。なお触媒層２
２は燃料極２０に積層され、触媒層３２は酸化剤極３０
に積層されていても良い。あるいは、触媒層２２、３２
は固体電解質膜１０に積層されていても良い。触媒層２
２を燃料極２０に積層し、触媒層３２を酸化剤極３０に
積層する場合には、触媒を担持したカーボン粉末と水と
イオン交換溶液とイソプロピルアルコールを所定の割合
で配合した触媒ペーストを用い、電極用シートの片面に
ドクターブレード法により所定の厚みで塗布して形成す
ることができる。

【００３６】燃料極２０は、負極活物質としての水素を
含む水素含有ガス（純水素ガスでも良い）が流れるガス
通路２５を形成するセパレータとも呼ばれる通路形成部
材２６に対面する。酸化剤極３０は、正極活物質として
の酸素を含む酸素含有ガス（純酸素ガスでも良い）が流
れるガス通路３５を形成するセパレータとも呼ばれる通
路形成部材３６に対面する。上記した燃料電池によれ
ば、水素を含む水素含有ガス（種類：純水素,水素利用
率８０％）をガス通路２５に供給すると共に、酸素含有
ガス（種類：空気,空気利用率２５％）をガス通路３５
に供給して試験を行ったところ、燃料電池の発電性能は
良好であった。

【００３７】ところで燃料電池によれば、固体電解質膜
１０の過剰乾燥は好ましくない。使用の際に固体電解質
膜１０のプロトン伝導度が低下するためである。このた
め、従来より、燃料電池に送給する水素含有ガスや酸素
含有ガスを加湿することが多い。これを考慮すると、燃
料電池の用途や種類等に応じて、燃料極２０、酸化剤極
３０の厚み方向のガス透過度をかなりの範囲で調整でき
ることが好ましい。この点、アスペクト比が大きな２次
元的性質が大きい薄片状のグラファイト粉末は、アスペ
クト比が１に近い通常のグラファイ粉末に比較して、カ
バー作用を期待できる。従って、２次元的な広がりを有
するアスペクト比が大きな２次元的性質が大きい薄片状
のグラファイト粉末がカーボン繊維と共に配合されてい
る電極で形成された燃料極２０及び酸化剤極３０におい
ては、燃料電池の用途や種類等に応じて、燃料極２０及
び酸化剤極３０の厚み方向のガス透過度を調整するのに
有利である。従って、固体電解質膜１０の含水率の調
整、固体電解質膜１０のプロトン伝導度の調整を図るの
に有利である。殊に、固体電解質膜１０の過剰乾燥の抑
制、固体電解質膜１０のプロトン伝導度の向上、燃料電
池の出力の向上に有利である。

【００３８】更に上記した薄片状のグラファイト粉末が
カーボン繊維と共に配合されている電極で形成された燃
料極２０及び酸化剤極３０においては、薄片状のグラフ
ァイト粉末によって燃料極２０及び酸化剤極３０の面方
向におけるガス拡散性の調整も期待することができる。

【００３９】なお上記した適用形態によれば、燃料極２
０及び酸化剤極３０は、上記した製造方法により製造さ
れた共通の電極に基づいて形成されているが、燃料極２
０を構成する電極、酸化剤極３０を構成する電極におい
て、カーボン繊維、アスペクト比が大きい薄片状のグラ
ファイト粉末等の物理的特性、含有量を必要に応じて変
えることにしても良い。

【００４０】（その他）上記した実施形態によれば、第
２液状物では、導電物質であるカーボンブラックとＰＴ
ＦＥの固形分との重量比としては２０：１５となるよう
混合しているが、これに限らず、必要に応じて変更させ
ることがでる。第２液状物では、カーボンブラックとＰ
ＴＦＥの固形分との重量比としては、例えば、２０：
（２〜６０）までの範囲で調整することができる。混合
割合が２より小さいと、シートの強度を確保しにくくく
なる。６０よりも大きいと、シートの電気抵抗が大きく
なる。

【００４１】更に上記した実施形態によれば、ＰＴＦＥ
及びカーボンブラックを主要成分とする第２液状物を電
極用シート素材の空隙に含浸させることにより、ＰＴＦ
Ｅ及びカーボンブラックを同時にシートに保持すること
にしているが、これに限らず、個別に保持することにし
ても良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみ
に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で
適宜変更して実施できるものである。実施の形態に記載
した事項は、一部であっても請求項に記載できるもので
ある。

【００４２】（付記）上記した記載から次の技術的思想
も把握できる。（付記項）導電性をもつ基材繊維と、アスペクト比が大
きい薄片状のグラファイト粉末と、これらを結合する結
合材（一般的にはフッ素樹脂）とを主要成分としている
ことを特徴とする燃料電池用電極。電極の導電性が確保
される。（付記項）導電性をもつ基材繊維と、アスペクト比が大
きい薄片状のグラファイト粉末と、これらを結合する結
合材（例えば、パルプ等の消失可能な結合材、または、
フッ素樹脂）とを主要成分としている燃料電池電極用シ
ート。（付記項）導電性をもつ基材繊維と、アスペクト比が大
きい薄片状のグラファイト粉末と、これらを結合する結
合材（一般的にはフッ素樹脂）とを主要成分としてお
り、導電性をもつ基材繊維同士は薄片状のグラファイト
粉末の粒子を介して接触している頻度が高いことを特徴
とする燃料電池用電極。電極の導電性が確保される。（付記項）導電性をもつ基材繊維と、アスペクト比が大
きい薄片状のグラファイト粉末と、これらを結合する結
合材（パルプ等の消失可能な結合材、または、フッ素樹
脂）とを主要成分としており、導電性をもつ基材繊維同
士は薄片状のグラファイト粉末の粒子を介して接触して
いる頻度が高いことを特徴とする燃料電池電極用シー
ト。（付記項）水素含有ガスが送給される燃料極と、酸素含
有ガスが送給される酸化剤極と、燃料極及び酸化剤極で
挟持された固体高分子電解質膜型の固体電解質膜とを有
する燃料電池において、燃料極及び酸化剤極のうちの一
方または双方は、導電性をもつ基材繊維と、アスペクト
比が大きい薄片状のグラファイト粉末と、これらを結合
する結合材とを主要成分としていることを特徴とする燃
料電池。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、アスペクト比が大
きな２次元的な形状を有する薄片状のグラファイト粉末
の粒子が燃料電池用電極に添加されているため、カーボ
ン繊維などの導電性をもつ基材繊維同士の導電接触点の
増加、導電接触面積の増加を期待することができる。よ
って、燃料電池用電極の電気抵抗を低減させるのに有利
であり、集電性の向上を図り得、燃料電池の性能を向上
させるのに有利である。

【００４４】更に、第１液状物に含まれている固形物と
分散媒とを分離させて紙状のシートを得る抄紙処理を経
て、電極となるシートを形成する場合には、抄紙処理の
際に、第１液状物に含まれているアスペクト比が大きな
薄片状のグラファイト粉末の粒子は、導電性をもつ基材
繊維や結合材等に付着し易い傾向がある。このため、薄
片状のグラファイト粉末の粒子によって、カーボン繊維
などの導電性をもつ基材繊維同士の導電接触点の増加、
導電接触面積の増加を図るのに一層有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電気抵抗の測定データを示すグラフである。

【図２】燃料電池の模式図である。

【図３】カーボン繊維等の導電性をもつ基材繊維同士の
接触形態をモデル化した模式図である。

【符号の説明】

図中、１０は固体電解質膜、２０は燃料極、３０は酸化
剤極、２２及び３２は触媒層を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者冨田淳愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内 (72)発明者安井賢明愛知県西加茂郡藤岡町大字飯野字大川ヶ原 1141番地１アイシン化工株式会社内 (72)発明者杉浦健二愛知県西加茂郡藤岡町大字飯野字大川ヶ原 1141番地１アイシン化工株式会社内 (72)発明者岡本光愛知県刈谷市八軒町５丁目50番地株式会社イムラ材料開発研究所内Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS02 AS03 BB00 BB01 BB12 DD05 EE05 EE06 HH05 5H026 AA06 BB00 BB01 BB08 CC03 CX02 EE05 EE06 HH05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性をもつ基材繊維と結合材とを混合し
た材料を用い、燃料電池用電極となるシートを前記材料
から形成するシート成形工程を含む燃料電池用電極の製
造方法において、前記材料は、アスペクト比が大きい薄片状のグラファイ
ト粉末を含むことを特徴とする燃料電池用電極の製造方
法。
【請求項２】請求項１に係る前記シート成形工程は、導電性をもつ前記基材繊維とアスペクト比が大きい前記
薄片状のグラファイト粉末と前記結合材と分散媒とを含
む第１液状物を用意する工程と、前記第１液状物に対して抄紙処理することにより、燃料
電池用電極となるシートを形成する抄紙工程とを含むこ
とを特徴とする燃料電池用電極の製造方法。
【請求項３】請求項１または２において、前記薄片状の
グラファイト粉末のアスペクト比は２〜３００であるこ
とを特徴とする燃料電池用電極の製造方法。
【請求項４】請求項１〜３において、前記薄片状のグラ
ファイト粉末の平均粒径は１０〜２５０μｍであること
を特徴とする燃料電池用電極の製造方法。
【請求項５】請求項１に係る材料、または、請求項２に
係る第１液状物において、前記第１液状物において、導
電性をもつ前記基材繊維及び前記結合材を１００重量部
としたとき、前記薄片状のグラファイト粉末は０．５〜
６０重量部であることを特徴とする燃料電池用電極の製
造方法。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかにおいて、導電性
をもつ前記基材繊維はカーボン繊維であることを特徴と
する燃料電池用電極の製造方法。
【請求項７】請求項２〜５のいずれかにおいて、前記第
１液状物に含まれている結合材は消失可能な結合材であ
り、前記シート成形工程は、前記抄紙工程の後に、撥水性を
有する結合材を主要成分とする第２液状物と前記抄紙工
程後のシートとを接触させることにより、前記撥水性を
有する結合材を前記シートの空隙部分に含浸させる含浸
工程と、前記含浸工程後のシートを加熱して、前記撥水性を有す
る結合材を固着させると同時に前記消失可能な結合材を
消失させる消失工程とを含むことを特徴とする燃料電池
用電極の製造方法。