JPH03225762A - 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
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- JPH03225762A JPH03225762A JP2018461A JP1846190A JPH03225762A JP H03225762 A JPH03225762 A JP H03225762A JP 2018461 A JP2018461 A JP 2018461A JP 1846190 A JP1846190 A JP 1846190A JP H03225762 A JPH03225762 A JP H03225762A
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-
- 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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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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
、特に特性と信鯨性に優れる燃料電池用ガス拡散電極に
関する。
、特に特性と信鯨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電
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、
フン素樹脂粒子で結着して調製される。
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電
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、
フン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
セチレンブランクが多用され、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。
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
セチレンブランクが多用され、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ン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
二次粒子のストラフチャを形成している。
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
二次粒子のストラフ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
子のストラフ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。
子のストラフ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。
上述の目的はこの発明によれば、触媒担体２と、貴金属
粒子３と、フッ素樹脂粒子５と、電極基材７とからなり
、 触媒担体は、カーボンブランク粉体であり、その吸油量
が８０〜１５０ ｄ ／ １００ｇの範囲内にあり、貴
金属粒子は、触媒担体上に担持されるものであり、 フッ素樹脂粒子は、貴金属粒子の担持された触媒担体を
結合させて電極触媒層を形成し、電極基材は前記電極触
媒層を支持するとともに、反応ガスを前記電極触媒層に
供給するものであるとすることにより達成される。
粒子３と、フッ素樹脂粒子５と、電極基材７とからなり
、 触媒担体は、カーボンブランク粉体であり、その吸油量
が８０〜１５０ ｄ ／ １００ｇの範囲内にあり、貴
金属粒子は、触媒担体上に担持されるものであり、 フッ素樹脂粒子は、貴金属粒子の担持された触媒担体を
結合させて電極触媒層を形成し、電極基材は前記電極触
媒層を支持するとともに、反応ガスを前記電極触媒層に
供給するものであるとすることにより達成される。
二次粒子のストラフ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
ら自動ビユレフトから油を滴下し、回転トルクが最大値
の７０％の点を吸油量と定義している。
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
ら自動ビユレフトから油を滴下し、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１５０ ｍ／１００ｇを越えると二次粒子のス
トラフ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、 ８０ｓ７ ／ １００ｇより小さい
と、フッ素樹脂との混合性がわるくなる。
トラフ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、 ８０ｓ７ ／ 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）
０．５−の平均粒子径および約３００ ａｆ／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２＠ｌのイオン交換水を加え、カ
ーボンの液状分散体を謹製したのち、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．
ｉ ｎ、吸油量１００ ｄ ／ 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ンク粉砕
溶液を温度約７０℃まで加温した後、アセチレンブラン
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はう素ナトリウム
等の還元剤をゆっくり清下し、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２
００ ａ７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（ＦＴＦ
Ｂ）の分散液（濃度６０％、比重ｌ、５）を２５−１添
加し、さらに攪拌機により約１０分間攪拌し触媒分散液
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
りに塗布し、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２００−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、Ｐ
ＴＦＨの分散液を１１−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。
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２＠ｌのイオン交換水を加え、カ
ーボンの液状分散体を謹製したのち、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．
ｉ ｎ、吸油量１００ ｄ ／ 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ンク粉砕
溶液を温度約７０℃まで加温した後、アセチレンブラン
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はう素ナトリウム
等の還元剤をゆっくり清下し、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２
００ ａ７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（ＦＴＦ
Ｂ）の分散液（濃度６０％、比重ｌ、５）を２５−１添
加し、さらに攪拌機により約１０分間攪拌し触媒分散液
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
りに塗布し、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２００−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、Ｐ
ＴＦＨの分散液を１１−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フチャ
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０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
フ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。
１図に示される。触媒担体２は二次粒子のストラフチャ
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０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
フ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ンク粉末にカーボン単
位体積当たり０．５−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１００
ｇあたりの吸油量が１５０−を越えるときは二次粒子の
ストラフチャが大きくなり、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８０１１７ ／ １００．より小さいときは
二次粒子のストラフ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８０ｄ ／ １００ｇと１００
＠Ｉ／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。
方法として、前記アセチレンブランク粉末にカーボン単
位体積当たり０．５−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１００
ｇあたりの吸油量が１５０−を越えるときは二次粒子の
ストラフチャが大きくなり、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８０１１７ ／ １００．より小さいときは
二次粒子のストラフ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８０ｄ ／ １００ｇと１００
＠Ｉ／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。
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フ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１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
さく信鯨性が高まっている。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
ストラフ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。
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１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
さく信鯨性が高まっている。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
ストラフ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。
この発明によれば、触媒担体と、貴金属粒子と、フッ素
樹脂粒子と、電極基材とからなり、触媒担体は、カーボ
ンブラック粉体であり、その吸油量が８０〜１５０ ａ
ｊ ／ １００ｇの範囲内にあり、貴金属粒子は、触媒
担体上に担持されるものであり、 フッ素樹脂粒子は、貴金属粒子の担持された触媒担体を
結合させて電極触媒層を形成し、電極基材は前記電極触
媒層を支持するとともに、反応ガスを前記電極触媒層に
供給するものであ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［１性に優れる燃料電池用ガス
拡散電極かえられる。
樹脂粒子と、電極基材とからなり、触媒担体は、カーボ
ンブラック粉体であり、その吸油量が８０〜１５０ ａ
ｊ ／ １００ｇの範囲内にあり、貴金属粒子は、触媒
担体上に担持されるものであり、 フッ素樹脂粒子は、貴金属粒子の担持された触媒担体を
結合させて電極触媒層を形成し、電極基材は前記電極触
媒層を支持するとともに、反応ガスを前記電極触媒層に
供給するものであ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［１性に優れる燃料電池用ガス
拡散電極かえられる。
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：触媒粒第 １ 図 ｉ１時間（ｈ）
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：触媒粒第 １ 図 ｉ１時間（ｈ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）触媒担体と、貴金属粒子と、フッ素樹脂粒子と、電
極基材とからなり、 触媒担体は、カーボンブラック粉体であり、その吸油量
が８０〜１５０ｍｌ／１００ｇの範囲内にあり、貴金属
粒子は、触媒担体上に担持されるものであり、 フッ素樹脂粒子は、貴金属粒子の担持された触媒担体を
結合させて電極触媒層を形成し、電極基材は前記電極触
媒層を支持するとともに、反応ガスを前記電極触媒層に
供給するもので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 true JPH03225762A (ja) | 1991-10-04 |
| JP2712699B2 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) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1253655A1 (en) * | 2000-01-25 | 2002-10-30 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fuel cell |
| JP2011078891A (ja) * | 2009-10-06 | 2011-04-21 | Equos Research Co Ltd | 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 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1253655A1 (en) * | 2000-01-25 | 2002-10-30 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fuel cell |
| EP1253655A4 (en) * | 2000-01-25 | 2009-03-25 | Sanyo Electric Co | FUEL CELL |
| JP2011078891A (ja) * | 2009-10-06 | 2011-04-21 | Equos Research Co Ltd | 触媒用担体材料の処理方法及び電極用触媒 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2712699B2 (ja) | 1998-02-16 |
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