JPH03274669A - 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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- JPH03274669A JPH03274669A JP2074306A JP7430690A JPH03274669A JP H03274669 A JPH03274669 A JP H03274669A JP 2074306 A JP2074306 A JP 2074306A JP 7430690 A JP7430690 A JP 7430690A JP H03274669 A JPH03274669 A JP H03274669A
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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
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
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侮り
、峙に電極触媒層〆Ｉ） ７−：・素性１４オ佼子に関
する。
、峙に電極触媒層〆Ｉ） ７−：・素性１４オ佼子に関
する。
第４図は従来のカス拡散！！原をマｊ・１１ツクスとと
もに示すＪ！ｉ：０（Ｓ配置図である。１！Ｌ極基羽ｌ
はカーボン繊維６からなり、カーボン繊維Ｒ維６の間隙
を反応ガスが流れ、電極触媒１５に反６カスか供給され
る。電極触媒層５は貴会ｐＡ粒子Ｚ、図示せｒ）のｉ持
される触媒担体であるカーボンブラック粉体７とカーボ
ンブラック粉＃−７を結着するフッ素樹脂粒子８および
こｎらの影成する空孔とからｇｔ成される。マトリック
ス４はシリコンカーバイト１０からなり、シリコンカー
バイド１０の間隙に電解質であるリン酸が含浸される、
リン酸は電極触媒層５に所定量が供給される。電極触Ｗ
層５の内部には電極基材１つ）らの反応カスと、マトリ
ックス４からのｔＬ解負と、ｔｉｔ金属粒子の担持され
た触媒担体とにより３相界面が形波され電気化学反応が
進行する。
もに示すＪ！ｉ：０（Ｓ配置図である。１！Ｌ極基羽ｌ
はカーボン繊維６からなり、カーボン繊維Ｒ維６の間隙
を反応ガスが流れ、電極触媒１５に反６カスか供給され
る。電極触媒層５は貴会ｐＡ粒子Ｚ、図示せｒ）のｉ持
される触媒担体であるカーボンブラック粉体７とカーボ
ンブラック粉＃−７を結着するフッ素樹脂粒子８および
こｎらの影成する空孔とからｇｔ成される。マトリック
ス４はシリコンカーバイト１０からなり、シリコンカー
バイド１０の間隙に電解質であるリン酸が含浸される、
リン酸は電極触媒層５に所定量が供給される。電極触Ｗ
層５の内部には電極基材１つ）らの反応カスと、マトリ
ックス４からのｔＬ解負と、ｔｉｔ金属粒子の担持され
た触媒担体とにより３相界面が形波され電気化学反応が
進行する。
このような燃料電池の電１！触媒層においては、時間と
ともに電解液が電極触媒層内をぬらしてゆき電極触媒層
内の空孔が！解液で塞がれるという現象がおこる。この
ために反応ガスが電極触媒層内を拡散しにくくなり、燃
料電池の特性が劣化する。
ともに電解液が電極触媒層内をぬらしてゆき電極触媒層
内の空孔が！解液で塞がれるという現象がおこる。この
ために反応ガスが電極触媒層内を拡散しにくくなり、燃
料電池の特性が劣化する。
リン酸（こよる電極触媒層空孔のＶ！塞を防ぐために従
来は第４図に示すように、電極触媒層のマドノックスに
近い電極触媒層ｌｂにおいてはフッ素樹脂粒子８の童を
少なくして、撥水性を弱くし電極基材ｌに近い電極触媒
層１５においてはフッ素樹脂粒子８の量を多くして撥水
性を強めることが行われてきた。電極触媒層１６におい
てはフッ素樹脂の撥水性が弱いのでリン酸と反応ガスが
よく供給されて３相界面が形成され、電極触媒Ｎ１５に
おいてはフッ素樹脂の撥水性が強いのでリン酸の滲透が
抑えられ、空孔内を反応ガスがよく拡散する。
来は第４図に示すように、電極触媒層のマドノックスに
近い電極触媒層ｌｂにおいてはフッ素樹脂粒子８の童を
少なくして、撥水性を弱くし電極基材ｌに近い電極触媒
層１５においてはフッ素樹脂粒子８の量を多くして撥水
性を強めることが行われてきた。電極触媒層１６におい
てはフッ素樹脂の撥水性が弱いのでリン酸と反応ガスが
よく供給されて３相界面が形成され、電極触媒Ｎ１５に
おいてはフッ素樹脂の撥水性が強いのでリン酸の滲透が
抑えられ、空孔内を反応ガスがよく拡散する。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら上述のような従来の電極触媒層１５におい
ては、電極触媒層中のフッ素樹脂粒子の量が多いために
リン酸によるぬれは防止できるが、それとともに反応カ
スの拡散性も低下し、燃料電池の電流電圧特性が悪化す
るという問題があった。
ては、電極触媒層中のフッ素樹脂粒子の量が多いために
リン酸によるぬれは防止できるが、それとともに反応カ
スの拡散性も低下し、燃料電池の電流電圧特性が悪化す
るという問題があった。
この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的は電極触
媒層のフッ素樹脂粒子に改良を刃口えることにより、リ
ン酸による電極触媒層空孔の閉塞がおこらす、電流電圧
特性にも優れる燃料電池のガス拡散［４を提供すること
にある。
媒層のフッ素樹脂粒子に改良を刃口えることにより、リ
ン酸による電極触媒層空孔の閉塞がおこらす、電流電圧
特性にも優れる燃料電池のガス拡散［４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７と、貴金属粒
子と、フッ素樹脂粒子８Ａ、８Ｂと、［種基材１とから
なり、 触媒担体はカーボンブラック粉体であり。
子と、フッ素樹脂粒子８Ａ、８Ｂと、［種基材１とから
なり、 触媒担体はカーボンブラック粉体であり。
貴金属粒子は触媒担体の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る！ｅｉ媒担体
を結合させて電極触媒層を形成し、電極触媒層は電解質
を供給するマトリックスと反応ガスを供給する電極基材
に挟持され、この際マドノックス側の電極触媒層中に用
いられるフッ素樹脂粒子の粒径は電極基材側の電極触媒
層に用いられるフッ素樹脂粒子の粒径より大であり、 電極基材は前記電極触媒層を支持するものであるとする
ことにより達成される。
を結合させて電極触媒層を形成し、電極触媒層は電解質
を供給するマトリックスと反応ガスを供給する電極基材
に挟持され、この際マドノックス側の電極触媒層中に用
いられるフッ素樹脂粒子の粒径は電極基材側の電極触媒
層に用いられるフッ素樹脂粒子の粒径より大であり、 電極基材は前記電極触媒層を支持するものであるとする
ことにより達成される。
フッ素樹脂粒子の粒度が小さいとリン酸に対する撥水性
が増すが、反応カスに対する拡散抵抗は減少する。フッ
素樹脂粒子の粒度が大きいと撥水性が小さくなり、リン
酸のぬれ性が増大する。
が増すが、反応カスに対する拡散抵抗は減少する。フッ
素樹脂粒子の粒度が大きいと撥水性が小さくなり、リン
酸のぬれ性が増大する。
次にこの発明の実施例を図面に基いて説明する。
第１図はこの発明の実施例に係る燃料１［、ａ用ガス拡
散電極をマトリックスとともに示す要部配置図で従来の
ガス拡散電極とは粒径の小さいフッ１ｇ衝脂粒＋８Ａを
用いる電極触媒層２と粒径の大きいフッ素樹脂粒子８Ｂ
からなる電極触媒層３が形成されている点が異なる。フ
ッ素樹脂粒子８の量は電極触媒層２，３ともに等しい。
散電極をマトリックスとともに示す要部配置図で従来の
ガス拡散電極とは粒径の小さいフッ１ｇ衝脂粒＋８Ａを
用いる電極触媒層２と粒径の大きいフッ素樹脂粒子８Ｂ
からなる電極触媒層３が形成されている点が異なる。フ
ッ素樹脂粒子８の量は電極触媒層２，３ともに等しい。
このようなガス拡散電極の電極触媒層５は、電極触媒層
２，３を順次並布する方法、電極触媒層２．３のシート
を積層するなどの方法により容易に形成することができ
る。塗布法あるいはソート積層法などに用いられるペー
ストは以下のようにして調製される。
２，３を順次並布する方法、電極触媒層２．３のシート
を積層するなどの方法により容易に形成することができ
る。塗布法あるいはソート積層法などに用いられるペー
ストは以下のようにして調製される。
比表面積が１００〜２００７Ｆ！７ｇのカーホンブラッ
ク粉体１００ｇをイオン交換水に分散させたｌ＠液にカ
ーボン単位ｉｌ量当たり１０亀量％の白金が担持される
ように濃度調整された塩化白金酸水浴ｇ、を所定量７Ｊ
ｌｌえ、温度５Ｕ”Ｃで均一分散させた後、０，１〜０
．３モル１！に度のギ酸またはヒドラジン等の還元剤を
滴下し、塩化白金ｆ１ｋを白金に還元すると同時にカー
ボン粉体表面に白金の微結晶を析出させる。得られた白
金担持カーホンの分散液を濾過し、イオン交換水にて十
分に水洗したのち、ふん囲気調整が可能な真空乾燥器に
て数時間乾燥し、白金を担持したカーホンブラック粉体
からなる触媒を得た。
ク粉体１００ｇをイオン交換水に分散させたｌ＠液にカ
ーボン単位ｉｌ量当たり１０亀量％の白金が担持される
ように濃度調整された塩化白金酸水浴ｇ、を所定量７Ｊ
ｌｌえ、温度５Ｕ”Ｃで均一分散させた後、０，１〜０
．３モル１！に度のギ酸またはヒドラジン等の還元剤を
滴下し、塩化白金ｆ１ｋを白金に還元すると同時にカー
ボン粉体表面に白金の微結晶を析出させる。得られた白
金担持カーホンの分散液を濾過し、イオン交換水にて十
分に水洗したのち、ふん囲気調整が可能な真空乾燥器に
て数時間乾燥し、白金を担持したカーホンブラック粉体
からなる触媒を得た。
次に、上記の方法で得た触媒の所定量を界面活性剤の入
ったイオン交換水に超音波ホモジナイザー等を用いて均
一に分散させた後、触媒１グラム当たり５０ｍ１１％の
フッ素樹脂粒子８Ａが混合するようなフッ素樹脂粒子分
散ｆｉ（４度６０％、 比ｌ１．５）を刃口え、更ｌこ
均一混合して、触媒とフッ素樹脂粒子の均一分散液を作
製する。この場合フッ素樹脂粒子の粒子径は０．１５μ
ｍである。この均一分散液ｌこイソプロピルアルコール
を仄え触媒とフッ素樹脂粒子を凝集させ、ろ過、あるい
は遠心分離により白金を担持したカーボンブラック粉体
とフッ素樹脂粒子のペーストを得た。フッ素樹脂粒子８
Ｂにりいても粒径０．３μ飢のものについて上述と同様
にしてペーストを得た。フッ素樹脂粒子はいずれも四フ
ッ化フッ素樹脂である。電極基材上にペースト＋＊布し
たあと乾燥する工程を２回くり返し、３５０℃で予備焼
成し、３８５℃の窒素中で本焼成を行い、ガス拡散電極
が調製される。
ったイオン交換水に超音波ホモジナイザー等を用いて均
一に分散させた後、触媒１グラム当たり５０ｍ１１％の
フッ素樹脂粒子８Ａが混合するようなフッ素樹脂粒子分
散ｆｉ（４度６０％、 比ｌ１．５）を刃口え、更ｌこ
均一混合して、触媒とフッ素樹脂粒子の均一分散液を作
製する。この場合フッ素樹脂粒子の粒子径は０．１５μ
ｍである。この均一分散液ｌこイソプロピルアルコール
を仄え触媒とフッ素樹脂粒子を凝集させ、ろ過、あるい
は遠心分離により白金を担持したカーボンブラック粉体
とフッ素樹脂粒子のペーストを得た。フッ素樹脂粒子８
Ｂにりいても粒径０．３μ飢のものについて上述と同様
にしてペーストを得た。フッ素樹脂粒子はいずれも四フ
ッ化フッ素樹脂である。電極基材上にペースト＋＊布し
たあと乾燥する工程を２回くり返し、３５０℃で予備焼
成し、３８５℃の窒素中で本焼成を行い、ガス拡散電極
が調製される。
第２図はこの発明の実施例に係るガス拡散電極の電流電
圧特性（％性縁２１）を従来のガス拡散電極の電流電圧
特性（特性縁２３）と対比して示す線図である。特性＠
２１は電極基材側のフッ素樹脂粒子は小さいので反応ガ
スの拡散抵抗は小さく、良好な電流電圧特性である。特
性巌田は従来のフッ素樹脂粒子が大きく反応ガスの拡散
抵抗が大きく特性が悪化している。
圧特性（％性縁２１）を従来のガス拡散電極の電流電圧
特性（特性縁２３）と対比して示す線図である。特性＠
２１は電極基材側のフッ素樹脂粒子は小さいので反応ガ
スの拡散抵抗は小さく、良好な電流電圧特性である。特
性巌田は従来のフッ素樹脂粒子が大きく反応ガスの拡散
抵抗が大きく特性が悪化している。
＠３図はこの発明の実施例に係るカス拡散電極の寿命特
性（特性縁３１）を従来のガス拡散電極の寿命％性（％
性融オ）と対比して示す線図である。
性（特性縁３１）を従来のガス拡散電極の寿命％性（％
性融オ）と対比して示す線図である。
特性＠３１はフッ素樹脂粒子の粒径がｌ」・さいのでり
／ｒＲの撥水性か大きく、リン酸による経時的なを孔閉
塞作用がなくなって寿命特性にも特性線おに比して優れ
ている。
／ｒＲの撥水性か大きく、リン酸による経時的なを孔閉
塞作用がなくなって寿命特性にも特性線おに比して優れ
ている。
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７５）らなり、触媒担体はカーボ
ンブラック粉体であり、貴金属粒子は触媒担体の上會こ
担持されるものであり、 フッＸ樹脂粒子は貴金属粒子の担持されるｍ媒担体を結
合させて成極触ＩＩ＆７Ｉｉを形成し、電極触媒層は電
Ｓ＊を供給するマトリックスと反応ガスを供給する電極
基材に挾持され、この際マトリックス側の電極触媒層に
用いられるフッ素樹脂粒子の粒径は電極基材側の区憔ｍ
ｉ層に用いられるフッ素樹脂粒子の粒径より大であり、 五億基材は前記電極触媒層を支持するもめであるＱ）で
粒径の小さいフッ素樹脂粒子は撥水性が大きいよ反応ガ
ス拡散抵抗が小さいので、電流電圧特性と前筒特性に優
れる燃料電池用カス拡散電極が得られる。
脂粒子と、電極基材と７５）らなり、触媒担体はカーボ
ンブラック粉体であり、貴金属粒子は触媒担体の上會こ
担持されるものであり、 フッＸ樹脂粒子は貴金属粒子の担持されるｍ媒担体を結
合させて成極触ＩＩ＆７Ｉｉを形成し、電極触媒層は電
Ｓ＊を供給するマトリックスと反応ガスを供給する電極
基材に挾持され、この際マトリックス側の電極触媒層に
用いられるフッ素樹脂粒子の粒径は電極基材側の区憔ｍ
ｉ層に用いられるフッ素樹脂粒子の粒径より大であり、 五億基材は前記電極触媒層を支持するもめであるＱ）で
粒径の小さいフッ素樹脂粒子は撥水性が大きいよ反応ガ
ス拡散抵抗が小さいので、電流電圧特性と前筒特性に優
れる燃料電池用カス拡散電極が得られる。
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
極をマトリックスとともに示す要部配置図、第２図はこ
の発明の実施例に係るカス拡散電極の４ｆｉｉ：電圧特
性（特性縁２１）を従来のガス拡散を憔の電流電圧特性
（特性巌乙）と対比して示す線図、第３図はこの発明の
界流調をこ係るガス拡散電極の寿命特性（％性碕３１）
を従来のガス拡散電極の寿命時！（＃性縁羽）と対比し
て示す線図、第４図はに来のガス拡散電極をマトリック
スととも（こ示す要部配置図である。 １：［種基材、８Ａ、８Ｈ：フッ素樹脂粒子、第１１！
！Ｊ １！荒２度（−んｍｌ） 第２図
極をマトリックスとともに示す要部配置図、第２図はこ
の発明の実施例に係るカス拡散電極の４ｆｉｉ：電圧特
性（特性縁２１）を従来のガス拡散を憔の電流電圧特性
（特性巌乙）と対比して示す線図、第３図はこの発明の
界流調をこ係るガス拡散電極の寿命特性（％性碕３１）
を従来のガス拡散電極の寿命時！（＃性縁羽）と対比し
て示す線図、第４図はに来のガス拡散電極をマトリック
スととも（こ示す要部配置図である。 １：［種基材、８Ａ、８Ｈ：フッ素樹脂粒子、第１１！
！Ｊ １！荒２度（−んｍｌ） 第２図
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、 貴金属粒子は触媒担体の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る触媒担体を結
合させて電極触媒層を形成し、電極触媒層は電解質を供
給するマトリックスと反応ガスを供給する電極基材に挾
持され、この際マトリックス側の電極触媒層に用いられ
るフッ素樹脂粒子の粒径は電極基材側の電極触媒層に用
いられるフッ素樹脂粒子の粒径より大であり、 電極基材は前記電極触媒層を支持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 |
|---|---|---|---|
| JP2074306A JPH03274669A (ja) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | 燃料電池用ガス拡散電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2074306A JPH03274669A (ja) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | 燃料電池用ガス拡散電極 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03274669A true JPH03274669A (ja) | 1991-12-05 |
Family
ID=13543314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2074306A Pending JPH03274669A (ja) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | 燃料電池用ガス拡散電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03274669A (ja) |
-
1990
- 1990-03-23 JP JP2074306A patent/JPH03274669A/ja active Pending
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