JPH04233163A - 電極構造体 - Google Patents
電極構造体Info
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- JPH04233163A JPH04233163A JP2409336A JP40933690A JPH04233163A JP H04233163 A JPH04233163 A JP H04233163A JP 2409336 A JP2409336 A JP 2409336A JP 40933690 A JP40933690 A JP 40933690A JP H04233163 A JPH04233163 A JP H04233163A
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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
- 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)
- Fuel Cell (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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化学反応により発生し
た電気を集電するための燃料電池や各種センサーに用い
られる電極に関する。
た電気を集電するための燃料電池や各種センサーに用い
られる電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、化学反応により発生した電気を集
電するための電極としては、例えば、■燃料電池の電極
に集電体である金網（通常、開口率８０％程度、ＪＩＳ
−Ｍ１５）をホットプレスにより埋め込んだもので、カ
ーボン粉末、ＰＴＦＥ粉末、白金触媒等の電極材料を混
ぜて成形した親水性の反応層と、カーボン粉末、ＰＴＦ
Ｅ粉末とからなる疏水性のガス拡散層とからなる電極に
金網を金型に置きホットプレスにより焼成したものであ
る。このような技術として、例えば、特公昭６２−１５
４５７１号公報に記載されるものがあった。
電するための電極としては、例えば、■燃料電池の電極
に集電体である金網（通常、開口率８０％程度、ＪＩＳ
−Ｍ１５）をホットプレスにより埋め込んだもので、カ
ーボン粉末、ＰＴＦＥ粉末、白金触媒等の電極材料を混
ぜて成形した親水性の反応層と、カーボン粉末、ＰＴＦ
Ｅ粉末とからなる疏水性のガス拡散層とからなる電極に
金網を金型に置きホットプレスにより焼成したものであ
る。このような技術として、例えば、特公昭６２−１５
４５７１号公報に記載されるものがあった。
【０００３】■さらに特開昭６３−２３６２６８号公報
に示されるように、燃料電池の集電電極であるセパレー
タを燃料電池の電極に圧接したものがあった。図５は前
記従来技術のセパレータと電極の圧接体を示している。
に示されるように、燃料電池の集電電極であるセパレー
タを燃料電池の電極に圧接したものがあった。図５は前
記従来技術のセパレータと電極の圧接体を示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来、燃料電池を用い
て所望の電圧を発生させるのに単位電池を必要個数積層
して大きな電圧を得ていた。また単位電池の面積によっ
て所望の電流値を発生させていた。そのようにして、電
池の出力電流が大きくなると単位電池自身が持つ内部抵
抗によって、出力電圧が低下するという問題があった。
て所望の電圧を発生させるのに単位電池を必要個数積層
して大きな電圧を得ていた。また単位電池の面積によっ
て所望の電流値を発生させていた。そのようにして、電
池の出力電流が大きくなると単位電池自身が持つ内部抵
抗によって、出力電圧が低下するという問題があった。
【０００５】ところで、前記■の電極構造体の電極は多
孔質状になっており、多孔質状の電極体と平板状の金網
との接触状態は、電極が多孔質であるゆえ十分なもので
はなく接触抵抗が大きかった。またこの電極構造体は荷
重がかかると金網が反応性電極と微細に離れて、集電抵
抗を増す原因になっていた。さらに、この電極構造体を
作製するのには４００Ｋｇ／ｃｍ２ 、３５０℃程度で
ホットプレスする必要があり、作業が厄介であった。ま
た、集電効率をあげるために集電体である金網の網目を
細かくすると、マイクロメッシュにすると集電体が高価
になってしまう。さらに、金網自体は凹凸性の平面であ
るため、金網と電極をホットプレスした場合、得られた
電極構造体は平面性が十分なものではなく、従って、電
極の凹部ではメタノールが透過しやすくなり、また凸部
では内部抵抗が大きくなり、欠陥の出やすい電極となっ
ていた。
孔質状になっており、多孔質状の電極体と平板状の金網
との接触状態は、電極が多孔質であるゆえ十分なもので
はなく接触抵抗が大きかった。またこの電極構造体は荷
重がかかると金網が反応性電極と微細に離れて、集電抵
抗を増す原因になっていた。さらに、この電極構造体を
作製するのには４００Ｋｇ／ｃｍ２ 、３５０℃程度で
ホットプレスする必要があり、作業が厄介であった。ま
た、集電効率をあげるために集電体である金網の網目を
細かくすると、マイクロメッシュにすると集電体が高価
になってしまう。さらに、金網自体は凹凸性の平面であ
るため、金網と電極をホットプレスした場合、得られた
電極構造体は平面性が十分なものではなく、従って、電
極の凹部ではメタノールが透過しやすくなり、また凸部
では内部抵抗が大きくなり、欠陥の出やすい電極となっ
ていた。
【０００６】また、前記■の電極構造体は、集電体を大
きな力で電極に圧接しないと接触抵抗が大になるので、
作業が困難であった。さらに、集電体に溝加工が施され
ているので、その作製も困難であった。またさらに、集
電体自体の厚みが電極に比べてかなりあるので、多数の
電池を連結してセルスタックとするにはあまりにも厚く
なりすぎて、燃料電池をコンパクト化することができな
かった。
きな力で電極に圧接しないと接触抵抗が大になるので、
作業が困難であった。さらに、集電体に溝加工が施され
ているので、その作製も困難であった。またさらに、集
電体自体の厚みが電極に比べてかなりあるので、多数の
電池を連結してセルスタックとするにはあまりにも厚く
なりすぎて、燃料電池をコンパクト化することができな
かった。
【０００７】そこで、本発明は、集合電池とした場合に
できるだけ抵抗の少なく、かつ自動車等のごく限られた
空間で使用可能なコンパクトな構造となる燃料電池の電
極構造体を提供することを目的とする。
できるだけ抵抗の少なく、かつ自動車等のごく限られた
空間で使用可能なコンパクトな構造となる燃料電池の電
極構造体を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めに、本発明は、多孔質電極に網状薄膜体を集電体とし
て設けた電極構造体としたものである。
めに、本発明は、多孔質電極に網状薄膜体を集電体とし
て設けた電極構造体としたものである。
【０００９】
【作用】本発明の網状薄膜体は、図１及び図２に模式的
に拡大して示すように多孔質状の電極上に蒸着またはス
パッタリングにより薄膜を形成したものであるから、そ
の薄膜は電極の多孔質内部にまで食い込み、電極内部の
カーボン粒子との接触面積が大となるので集電体と多孔
質電極との接触抵抗は少なくなる。
に拡大して示すように多孔質状の電極上に蒸着またはス
パッタリングにより薄膜を形成したものであるから、そ
の薄膜は電極の多孔質内部にまで食い込み、電極内部の
カーボン粒子との接触面積が大となるので集電体と多孔
質電極との接触抵抗は少なくなる。
【００１０】
【実施例】図１及び図２は本発明の電極構造体の蒸着部
分を拡大した模式図である。図１はその平面図、図２は
図１のＡ−Ａ′の切断図を示す。多孔質電極２上に真空
蒸着、スパッタリングまたはイオンプレーティング等の
薄膜形成技術により金属の薄膜がコーティングがされて
網目状の薄膜集電体７を形成している。
分を拡大した模式図である。図１はその平面図、図２は
図１のＡ−Ａ′の切断図を示す。多孔質電極２上に真空
蒸着、スパッタリングまたはイオンプレーティング等の
薄膜形成技術により金属の薄膜がコーティングがされて
網目状の薄膜集電体７を形成している。
【００１１】次に、本発明の電極構造体の製造方法を説
明する。カーボン粉末、ＰＴＦＥ粉末、白金触媒等の電
極材料を混ぜて形成した反応層と、カーボン粉末、ＰＴ
ＦＥ粉末とからなる正充水性のガス拡散層とをホットプ
レスして電極を形成した。マスク交換機能を備えた通常
の蒸着装置を用い、マスクとして図３に示す、スプライ
ト条が多数空いたシャドウマスクを前記電極の反応層側
に接触させて、このシャドウマスク面にチタンを蒸着し
た。次にシャドウマスクを９０°回転して設置して再び
チタンを蒸着して網目状の、孔径１ｍｍ、厚さ３０〜５
０ミクロンメートルの集電体を製膜した。
明する。カーボン粉末、ＰＴＦＥ粉末、白金触媒等の電
極材料を混ぜて形成した反応層と、カーボン粉末、ＰＴ
ＦＥ粉末とからなる正充水性のガス拡散層とをホットプ
レスして電極を形成した。マスク交換機能を備えた通常
の蒸着装置を用い、マスクとして図３に示す、スプライ
ト条が多数空いたシャドウマスクを前記電極の反応層側
に接触させて、このシャドウマスク面にチタンを蒸着し
た。次にシャドウマスクを９０°回転して設置して再び
チタンを蒸着して網目状の、孔径１ｍｍ、厚さ３０〜５
０ミクロンメートルの集電体を製膜した。
【００１２】蒸着時に金属粒子は高エネルギー状態で電
極層２上に積層されているのでその金属は多孔質電極層
の深部まで入ることになる。従って、電極層の原材料で
ある炭素と結着状態となり良好な電気伝導を保つことに
なる。反応活物質が電極層内に到達できるためには、薄
膜コーティングされた集電網１の孔径は、それぞれの反
応活物質の分子径以上とする。通常は、１〜２ｍｍの孔
径が用いられる。その理由は、メタノール極ではその電
極の反応層内で発生した炭酸ガスを多孔質電極の穴を通
して排出し、また、空気極では酸素をその穴を通じて取
り込まなければならないので集電網の孔径は１〜２ｍｍ
が好ましい。
極層２上に積層されているのでその金属は多孔質電極層
の深部まで入ることになる。従って、電極層の原材料で
ある炭素と結着状態となり良好な電気伝導を保つことに
なる。反応活物質が電極層内に到達できるためには、薄
膜コーティングされた集電網１の孔径は、それぞれの反
応活物質の分子径以上とする。通常は、１〜２ｍｍの孔
径が用いられる。その理由は、メタノール極ではその電
極の反応層内で発生した炭酸ガスを多孔質電極の穴を通
して排出し、また、空気極では酸素をその穴を通じて取
り込まなければならないので集電網の孔径は１〜２ｍｍ
が好ましい。
【００１３】次に、本発明の電極構造体を液体燃料電池
に使用した例を説明する。図４は液体燃料電池の展開図
を示す。１は燃料室プレート、２は蒸着された網状薄膜
電極７を有する多孔質電極、３は燃料室プレート１と多
孔質電極２との密閉性を保つためのゴム等の弾性シール
板である。さらに、電解質層４、弾性シール板３、蒸着
された網状薄膜電極７を有する多孔質電極５、空気質プ
レート６の順に積層されて単位電池を構成している。な
お、燃料室プレート１と弾性シール板３とは予め溶着さ
れていてもよい。
に使用した例を説明する。図４は液体燃料電池の展開図
を示す。１は燃料室プレート、２は蒸着された網状薄膜
電極７を有する多孔質電極、３は燃料室プレート１と多
孔質電極２との密閉性を保つためのゴム等の弾性シール
板である。さらに、電解質層４、弾性シール板３、蒸着
された網状薄膜電極７を有する多孔質電極５、空気質プ
レート６の順に積層されて単位電池を構成している。な
お、燃料室プレート１と弾性シール板３とは予め溶着さ
れていてもよい。
【００１４】なお、本発明は、上記実施例に限定されず
、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。 例えば、蒸着に用いる集電電極材料は上記チタンに限定
されず、タンタル、銅、銀等が使用できる。また、液体
燃料電池に限らず、気体を燃料とするものも当然適用可
能であることは言うまでもない。
、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。 例えば、蒸着に用いる集電電極材料は上記チタンに限定
されず、タンタル、銅、銀等が使用できる。また、液体
燃料電池に限らず、気体を燃料とするものも当然適用可
能であることは言うまでもない。
【００１５】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明の電極
構造体によれば、多孔質電極に網状薄膜体を集電体とし
て設けたので、集電体自体を厚さ３０〜５０ミクロンメ
ートルと非常に薄くすることができ、単位電池を集合さ
せてせも、全体をコンパクトなものとすることができる
。
構造体によれば、多孔質電極に網状薄膜体を集電体とし
て設けたので、集電体自体を厚さ３０〜５０ミクロンメ
ートルと非常に薄くすることができ、単位電池を集合さ
せてせも、全体をコンパクトなものとすることができる
。
【００１６】また、薄膜金属は多孔質電極層のある深部
まで入るので多孔質電極と薄膜状集電体との接触が大と
なり、その接触抵抗が小となる。
まで入るので多孔質電極と薄膜状集電体との接触が大と
なり、その接触抵抗が小となる。
【図１】本発明の電極を拡大した模式図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】蒸着に用いるシャドウマスクを示す。
【図４】液体燃料電池の構成の展開図を示す。
【図５】従来の電極構造体を示す。
１ 燃料室プレート
２ 多孔質電極
３ 燃料室プレート
４ 電解質層
５ 多孔質電極
６ 空気室層
７ 網状薄膜電極
Claims (1)
- 【請求項１】 多孔質電極に網状薄膜体を集電体とし
て設けた電極構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2409336A JPH04233163A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 電極構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2409336A JPH04233163A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 電極構造体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04233163A true JPH04233163A (ja) | 1992-08-21 |
Family
ID=18518676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2409336A Pending JPH04233163A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 電極構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04233163A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005190745A (ja) * | 2003-12-24 | 2005-07-14 | Mitsubishi Materials Corp | 固体高分子型燃料電池のガス拡散層用部材およびその製造方法 |
| JP2005209607A (ja) * | 2003-12-24 | 2005-08-04 | Mitsubishi Materials Corp | 固体高分子型燃料電池のガス拡散層用部材およびその製造方法 |
| WO2006112257A1 (ja) * | 2005-04-14 | 2006-10-26 | Konica Minolta Holdings, Inc. | 燃料電池用膜電極接合体及び燃料電池 |
| JP2007525792A (ja) * | 2003-07-01 | 2007-09-06 | コミサリア、ア、レネルジ、アトミク | 電極−膜−電極の積層体中に集積された集電体を備える燃料電池 |
| US7838172B2 (en) | 2003-05-12 | 2010-11-23 | Mitsubishi Materials Corporation | Composite porous body, gas diffusion layer member, cell member, and manufacturing method thereof |
-
1990
- 1990-12-28 JP JP2409336A patent/JPH04233163A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7838172B2 (en) | 2003-05-12 | 2010-11-23 | Mitsubishi Materials Corporation | Composite porous body, gas diffusion layer member, cell member, and manufacturing method thereof |
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| JP2014029864A (ja) * | 2003-07-01 | 2014-02-13 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | 電極−膜−電極の積層体中に集積された集電体を備える燃料電池 |
| JP2005190745A (ja) * | 2003-12-24 | 2005-07-14 | Mitsubishi Materials Corp | 固体高分子型燃料電池のガス拡散層用部材およびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000719 |