JP2712699B2 - 燃料電池用ガス拡散電極 - Google Patents
燃料電池用ガス拡散電極Info
- Publication number
- JP2712699B2 JP2712699B2 JP2018461A JP1846190A JP2712699B2 JP 2712699 B2 JP2712699 B2 JP 2712699B2 JP 2018461 A JP2018461 A JP 2018461A JP 1846190 A JP1846190 A JP 1846190A JP 2712699 B2 JP2712699 B2 JP 2712699B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas diffusion
- electrode
- particles
- catalyst
- oil absorption
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は燃料電池用ガス拡散電極の電極触媒層に係
り、特に特性と信頼性に優れる燃料電池用ガス拡散電極
に関する。
り、特に特性と信頼性に優れる燃料電池用ガス拡散電極
に関する。
リン酸型燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを直接電
気エネルギに変換する装置であり、その構成はマトリク
ス８をはさんで第３図に示すようなカーボン電極基材７
の上に電極触媒層６を配したガス拡散電極を対向して配
置し、外部のガス供給系より前記各電極へ燃料ガスおよ
び酸化剤ガスをセパレータ板10で分離供給し、電極触媒
層の触媒粒子の上で酸化剤ガスと燃料ガスを個別に電気
化学的に反応させ、その結果として系外に電気エネルギ
をとり出す発電装置である。電極触媒層６はカーボン触
媒担体上に貴金属の粒子を担持して触媒粒子を形成し、
フッ素樹脂粒子で結着して調製される。
気エネルギに変換する装置であり、その構成はマトリク
ス８をはさんで第３図に示すようなカーボン電極基材７
の上に電極触媒層６を配したガス拡散電極を対向して配
置し、外部のガス供給系より前記各電極へ燃料ガスおよ
び酸化剤ガスをセパレータ板10で分離供給し、電極触媒
層の触媒粒子の上で酸化剤ガスと燃料ガスを個別に電気
化学的に反応させ、その結果として系外に電気エネルギ
をとり出す発電装置である。電極触媒層６はカーボン触
媒担体上に貴金属の粒子を担持して触媒粒子を形成し、
フッ素樹脂粒子で結着して調製される。
従来の電極触媒層は電極の特性を長時間安定に維持す
るために触媒担体として不純物が少なく耐食性の良好な
アセチレンブラックが多用され、また電極反応を円滑に
行わせるため、電解液層であるマトリックス側に液保持
性の大きな反応層を、電極基材側は電解液のリークを防
ぎ、ガス拡散性を高めるため、はっ水性の大きなガス拡
散層を設けており、これは触媒粒子に加えるフッ素樹脂
の量を電解液側で少なくし、電極基材側で多くすること
で制御している。
るために触媒担体として不純物が少なく耐食性の良好な
アセチレンブラックが多用され、また電極反応を円滑に
行わせるため、電解液層であるマトリックス側に液保持
性の大きな反応層を、電極基材側は電解液のリークを防
ぎ、ガス拡散性を高めるため、はっ水性の大きなガス拡
散層を設けており、これは触媒粒子に加えるフッ素樹脂
の量を電解液側で少なくし、電極基材側で多くすること
で制御している。
しかしながらアセチレンブラックに白金または白金合
金等の貴金属粒子を担持させると、貴金属粒子の利用率
がわるく、満足できる初期特性や信頼性が得られないと
いう問題があった。多く用いられているアセチレンブラ
ックは一次粒子が鎖状につながったうえ絡み合い、大き
な二次粒子のストラクチャを形成している。
金等の貴金属粒子を担持させると、貴金属粒子の利用率
がわるく、満足できる初期特性や信頼性が得られないと
いう問題があった。多く用いられているアセチレンブラ
ックは一次粒子が鎖状につながったうえ絡み合い、大き
な二次粒子のストラクチャを形成している。
この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的は二次
粒子のストラクチャの最適化を図ることにより、特性と
信頼性に優れる燃料電池用ガス拡散電極を提供すること
にある。
粒子のストラクチャの最適化を図ることにより、特性と
信頼性に優れる燃料電池用ガス拡散電極を提供すること
にある。
上述の目的を達成するために、本発明によれば、貴金
属粒子を担持したカーボンブラック粉体をフッ素樹脂で
結着してなる電極触媒層を有する燃料電池用ガス拡散電
極において、前記カーボンブラック粉体の吸油量が80ml
/100g乃至150ml/100gの範囲内にあることとする。
属粒子を担持したカーボンブラック粉体をフッ素樹脂で
結着してなる電極触媒層を有する燃料電池用ガス拡散電
極において、前記カーボンブラック粉体の吸油量が80ml
/100g乃至150ml/100gの範囲内にあることとする。
二次粒子のストラクチャの大きさと吸油量とはほぼ直
線的な関係にある。吸油量はゴム製密閉式混合室の中に
カーボンブラックの所定量を入れ、ロータを回転させな
がら自動ビュレットから油を滴下し、回転トルクが最大
値の70％の点を吸油量と定義している。
線的な関係にある。吸油量はゴム製密閉式混合室の中に
カーボンブラックの所定量を入れ、ロータを回転させな
がら自動ビュレットから油を滴下し、回転トルクが最大
値の70％の点を吸油量と定義している。
吸油量が150ml/100gを越えると二次粒子のストラクチ
ャが大きくなって、反応ガスが二次粒子の内部まで入り
にくい。80ml/100gより小さいと、フッ素樹脂との混合
性がわるくなる。
ャが大きくなって、反応ガスが二次粒子の内部まで入り
にくい。80ml/100gより小さいと、フッ素樹脂との混合
性がわるくなる。
次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。
（実施例１） 0.5μｍの平均粒子径および約300ml/100gの吸油量を
有するアセチレンブラック粉末100gにカーボン単位体積
当たり2mlのイオン交換水を加え、カーボンの液状分散
体を調製したのち、無段変速機付卓上型ボールミルに
て、約30時間粉砕し、平均粒子径0.1μｍ、吸油量100ml
/100g以下のアセチレンブラックを作製する。このアセ
チレンブラック粉砕溶液を温度約70℃まで加温した後、
アセチレンブラック単位重量当たり0.1gの白金が担持さ
れるような濃度に調整された塩化白金酸水溶液を滴下す
る。さらに、保護コロイド剤を加え、液の温度が70℃と
一定になったところで、ヒドラジンまたは水素化ほう素
ナトリウム等の還元剤をゆっくり滴下し、白金塩を白金
に還元させると同時にアセチレンブラック担体上に析出
させ、その後水洗・乾燥を行うことにより、白金担持カ
ーボン触媒を作製した。このような方法で作製した触媒
20gを200mlのイオン交換水に超音波ホモジナイザ等によ
り分散させたのち、ポリテトラフロロエチレン（PTFE）
の分散液（濃度60％，比重1.5）を25ml添加し、さらに
撹拌機により約10分間撹拌し触媒分散液ペーストを作
る。かかるペーストを予めPTFEで、はっ水処理を施した
カーボン繊維からなる多孔性電極基材上に塗布し、ガス
拡散層とする。さらに、上記の方法で作製した貴金属担
持カーボン触媒20gを200mlのイオン交換水に超音波ホモ
ジナイザ等により分散させ、PTFEの分散液を11ml添加し
て作製したインク状触媒分散液を前記ガス拡散層付電極
基材のガス拡散層の上に塗布し、反応層を形成したの
ち、PTFEが溶融する温度にて焼成することにより電極を
作製した。
有するアセチレンブラック粉末100gにカーボン単位体積
当たり2mlのイオン交換水を加え、カーボンの液状分散
体を調製したのち、無段変速機付卓上型ボールミルに
て、約30時間粉砕し、平均粒子径0.1μｍ、吸油量100ml
/100g以下のアセチレンブラックを作製する。このアセ
チレンブラック粉砕溶液を温度約70℃まで加温した後、
アセチレンブラック単位重量当たり0.1gの白金が担持さ
れるような濃度に調整された塩化白金酸水溶液を滴下す
る。さらに、保護コロイド剤を加え、液の温度が70℃と
一定になったところで、ヒドラジンまたは水素化ほう素
ナトリウム等の還元剤をゆっくり滴下し、白金塩を白金
に還元させると同時にアセチレンブラック担体上に析出
させ、その後水洗・乾燥を行うことにより、白金担持カ
ーボン触媒を作製した。このような方法で作製した触媒
20gを200mlのイオン交換水に超音波ホモジナイザ等によ
り分散させたのち、ポリテトラフロロエチレン（PTFE）
の分散液（濃度60％，比重1.5）を25ml添加し、さらに
撹拌機により約10分間撹拌し触媒分散液ペーストを作
る。かかるペーストを予めPTFEで、はっ水処理を施した
カーボン繊維からなる多孔性電極基材上に塗布し、ガス
拡散層とする。さらに、上記の方法で作製した貴金属担
持カーボン触媒20gを200mlのイオン交換水に超音波ホモ
ジナイザ等により分散させ、PTFEの分散液を11ml添加し
て作製したインク状触媒分散液を前記ガス拡散層付電極
基材のガス拡散層の上に塗布し、反応層を形成したの
ち、PTFEが溶融する温度にて焼成することにより電極を
作製した。
このようにして調製された燃料電池用ガス拡散電極が
第１図に示される。触媒担体２は二次粒子のストラクチ
ャが球殻を形成する。触媒担体２の上には白金の粒子３
が担持されて触媒粒子４が形成され、触媒粒子４はフッ
素樹脂粒子５によって結合されて電極触媒層６となって
いる。電解質であるリン酸は球殻内部に含浸される。球
殻同志の間隙は反応ガスの流路となり、二次粒子のスト
ラクチャは小さく従って吸油量も小さい。吸油量が小さ
いときは反応ガスは触媒粒子と接触する面積が大きくな
る。触媒粒子４の表面には白金の粒子がありかつ電解質
でぬれているので反応ガスと白金と電解質の接触する三
相界面が大きくなり、白金の利用率が高まる。
第１図に示される。触媒担体２は二次粒子のストラクチ
ャが球殻を形成する。触媒担体２の上には白金の粒子３
が担持されて触媒粒子４が形成され、触媒粒子４はフッ
素樹脂粒子５によって結合されて電極触媒層６となって
いる。電解質であるリン酸は球殻内部に含浸される。球
殻同志の間隙は反応ガスの流路となり、二次粒子のスト
ラクチャは小さく従って吸油量も小さい。吸油量が小さ
いときは反応ガスは触媒粒子と接触する面積が大きくな
る。触媒粒子４の表面には白金の粒子がありかつ電解質
でぬれているので反応ガスと白金と電解質の接触する三
相界面が大きくなり、白金の利用率が高まる。
（実施例２） 平均粒子および吸油量の小さいカーボン担体を作る別
な方法として、前記アセチレンブラック粉末にカーボン
単位体積当たり0.5mlのイオン交換水を加え湿潤したカ
ーボン粉体を作り、この湿潤体を回転速度の異なる三本
ミキシングロールに繰り返し通し、剪断力を加えること
により、粉砕カーボンを作製することができる。この粉
砕カーボン担体を用い、前記実施例１に記載した方法に
より白金を担持することが出来る。カーボン担体100gあ
たりの吸油量が150mlを越えるときは二次粒子のストラ
クチャが大きくなり、反応ガスが触媒粒子４と接触する
面積が減り、白金の利用率が減少する。これに対し吸油
量が80ml/100gより小さいときは二次粒子のストラクチ
ャが小さくてフッ素樹脂粒子５との混合が不充分とな
り、反応層やガス拡散層の形成が不可能となる。吸油量
が80ml/100gと100ml/100gで決められた領域にあるとき
は、良好な電極触媒層の形成と、良好な電気特性とが同
時に満足される。
な方法として、前記アセチレンブラック粉末にカーボン
単位体積当たり0.5mlのイオン交換水を加え湿潤したカ
ーボン粉体を作り、この湿潤体を回転速度の異なる三本
ミキシングロールに繰り返し通し、剪断力を加えること
により、粉砕カーボンを作製することができる。この粉
砕カーボン担体を用い、前記実施例１に記載した方法に
より白金を担持することが出来る。カーボン担体100gあ
たりの吸油量が150mlを越えるときは二次粒子のストラ
クチャが大きくなり、反応ガスが触媒粒子４と接触する
面積が減り、白金の利用率が減少する。これに対し吸油
量が80ml/100gより小さいときは二次粒子のストラクチ
ャが小さくてフッ素樹脂粒子５との混合が不充分とな
り、反応層やガス拡散層の形成が不可能となる。吸油量
が80ml/100gと100ml/100gで決められた領域にあるとき
は、良好な電極触媒層の形成と、良好な電気特性とが同
時に満足される。
第２図はこの発明の実施例に係るガス拡散電極につき
出力電圧と運転時間の関係（特性11）を従来のものと
（特性12）と対比して示す線図である。特性11は二次粒
子のストラクチャの小さい電極触媒層の示す特性で三相
界面が大きく、白金の利用率が高いので、初期出力電圧
も理論電圧に近くなっている。また三相界面が大きく白
金の利用率が高いので特性の劣化が小さく信頼性が高ま
っている。これに対し特性12は従来の吸油量の大きい触
媒担体を用いて形成した二次粒子のストラクチャの大き
な電極触媒層の示す特性で三相界面が小さく、白金の利
用率が小さいので初期出力電圧も小さく、特性も劣化し
やすいことがわかる。
出力電圧と運転時間の関係（特性11）を従来のものと
（特性12）と対比して示す線図である。特性11は二次粒
子のストラクチャの小さい電極触媒層の示す特性で三相
界面が大きく、白金の利用率が高いので、初期出力電圧
も理論電圧に近くなっている。また三相界面が大きく白
金の利用率が高いので特性の劣化が小さく信頼性が高ま
っている。これに対し特性12は従来の吸油量の大きい触
媒担体を用いて形成した二次粒子のストラクチャの大き
な電極触媒層の示す特性で三相界面が小さく、白金の利
用率が小さいので初期出力電圧も小さく、特性も劣化し
やすいことがわかる。
本発明によれば、貴金属粒子を担持したカーボンブラ
ック粉体をフッ素樹脂で結着してなる電極触媒層を有す
る燃料電池用ガス拡散電極において、前記カーボンブラ
ック粉体の吸油量が80ml/100g乃至150ml/100gの範囲内
にあることとするので触媒粒子とフッ素樹脂粒子の混合
性がよくなって電極触媒層内で良好な反応層やガス拡散
層が形成されるうえ、電極触媒層内部における三相界面
が大きくなり、特性と信頼性に優れる燃料電池用ガス拡
散電極がえられる。
ック粉体をフッ素樹脂で結着してなる電極触媒層を有す
る燃料電池用ガス拡散電極において、前記カーボンブラ
ック粉体の吸油量が80ml/100g乃至150ml/100gの範囲内
にあることとするので触媒粒子とフッ素樹脂粒子の混合
性がよくなって電極触媒層内で良好な反応層やガス拡散
層が形成されるうえ、電極触媒層内部における三相界面
が大きくなり、特性と信頼性に優れる燃料電池用ガス拡
散電極がえられる。
第１図はこの発明の実施例に係る燃料電池用ガス拡散電
極を示す断面図、第２図はこの発明の実施例に係るガス
拡散電極の特性を示す線図、第３図はリン酸型燃料電池
を示す断面図である。 2:触媒担体、3:貴金属の粒子、4:触媒粒子、5:フッ素樹
脂粒子、7:電極基材。
極を示す断面図、第２図はこの発明の実施例に係るガス
拡散電極の特性を示す線図、第３図はリン酸型燃料電池
を示す断面図である。 2:触媒担体、3:貴金属の粒子、4:触媒粒子、5:フッ素樹
脂粒子、7:電極基材。
Claims (1)
- 【請求項１】貴金属粒子を担持したカーボンブラック粉
体をフッ素樹脂で結着してなる電極触媒層を有する燃料
電池用ガス拡散電極において、前記カーボンブラック粉
体の吸油量が80ml/100g乃至150ml/100gの範囲内にある
ことを特徴とする燃料電池用ガス拡散電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018461A JP2712699B2 (ja) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | 燃料電池用ガス拡散電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018461A JP2712699B2 (ja) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | 燃料電池用ガス拡散電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03225762A JPH03225762A (ja) | 1991-10-04 |
| JP2712699B2 true JP2712699B2 (ja) | 1998-02-16 |
Family
ID=11972274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018461A Expired - Lifetime JP2712699B2 (ja) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | 燃料電池用ガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2712699B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3357872B2 (ja) * | 2000-01-25 | 2002-12-16 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池 |
| JP5273004B2 (ja) * | 2009-10-06 | 2013-08-28 | 株式会社エクォス・リサーチ | 触媒用担体材料の処理方法及び電極用触媒 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01132057A (ja) * | 1987-11-18 | 1989-05-24 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池の電極触媒層 |
-
1990
- 1990-01-29 JP JP2018461A patent/JP2712699B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01132057A (ja) * | 1987-11-18 | 1989-05-24 | Fuji Electric Co Ltd | 燃料電池の電極触媒層 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03225762A (ja) | 1991-10-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4522502B2 (ja) | ポリマー膜燃料電池のためのガス拡散電極 | |
| JP3869568B2 (ja) | 燃料電池用電極 | |
| US5316871A (en) | Method of making membrane-electrode assemblies for electrochemical cells and assemblies made thereby | |
| JP4095982B2 (ja) | 燃料電池用電極拡散層 | |
| US20080020924A1 (en) | Method of fabricating platinum alloy electrocatalysts for membrane fuel cell applications | |
| CN109560310B (zh) | 一种燃料电池超低铂载量自增湿膜电极及其制备方法 | |
| CN109950561B (zh) | 碳氮基铁材料的锌空气电池催化剂制备方法 | |
| JP5680770B2 (ja) | 高当量イオノマを有するユニット化電極アセンブリ | |
| CA2570992A1 (en) | Catalyst support for an electrochemical fuel cell | |
| WO2020059504A1 (ja) | 燃料電池用アノード触媒層及びそれを用いた燃料電池 | |
| JP4977911B2 (ja) | 水素−空気／固体高分子電解質型可逆セルの空気極用の電極触媒粉末、それを用いた空気極を有する電極−電解質膜接合体（ｍｅａ）および可逆セル | |
| US20060287194A1 (en) | Electrode for solid polymer type fuel cell and manufacturing method therefor | |
| WO2020059503A1 (ja) | 燃料電池用アノード触媒層及びそれを用いた燃料電池 | |
| JP5669432B2 (ja) | 膜電極接合体、燃料電池および燃料電池の活性化方法 | |
| Pei et al. | Preparation and performance of highly efficient Au nanoparticles electrocatalyst for the direct borohydride fuel cell | |
| Maheswari et al. | Pd‐RuSe/C as ORR Specific Catalyst in Alkaline Solution Containing Methanol | |
| JP2712699B2 (ja) | 燃料電池用ガス拡散電極 | |
| CN112714972B (zh) | 燃料电池用阳极催化剂层和使用该催化剂层的燃料电池 | |
| JPH08115726A (ja) | 高分子固体電解質型電気化学セル用電極の製造方法 | |
| CN101978536B (zh) | 膜电极接合体和燃料电池 | |
| JP2003142111A (ja) | 固体高分子型燃料電池用電極およびその製造方法 | |
| CN108878902B (zh) | 一种以铱黑为载体的双效氧电极催化剂的制备与应用 | |
| CN109638299B (zh) | 一种空气电池阴极催化剂及其制备方法和应用 | |
| JP2003068309A (ja) | 燃料電池用電極の製造方法および燃料電池 | |
| JP7203422B2 (ja) | 燃料電池用カソード電極およびその製造方法、燃料電池用カソード電極を備えた固体高分子型燃料電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081031 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091031 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101031 Year of fee payment: 13 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101031 Year of fee payment: 13 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101031 Year of fee payment: 13 |