JPH05234599A - 燃料電池用ガス拡散電極及びその製造方法 - Google Patents
燃料電池用ガス拡散電極及びその製造方法Info
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- JPH05234599A JPH05234599A JP4072484A JP7248492A JPH05234599A JP H05234599 A JPH05234599 A JP H05234599A JP 4072484 A JP4072484 A JP 4072484A JP 7248492 A JP7248492 A JP 7248492A JP H05234599 A JPH05234599 A JP H05234599A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
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- 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
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 長寿命、高特性のリン酸などの液体を電解質
とする燃料電池用のガス拡散電極を得て、リン酸型燃料
電池の実用化、高性能化に寄与する。 【構成】 触媒担持カーボンブラック粉末と撥水性フッ
素化合物薄膜で撥水化処理した触媒無担持カーボンブラ
ック粉末の混合物をポリフロンディスパージョンの形で
混合した撥水性ポリテトラフロロエチレンで結着した触
媒層が、カーボンペーパーなどの基材上に加熱結着され
てなる燃料電池用ガス拡散電極。
とする燃料電池用のガス拡散電極を得て、リン酸型燃料
電池の実用化、高性能化に寄与する。 【構成】 触媒担持カーボンブラック粉末と撥水性フッ
素化合物薄膜で撥水化処理した触媒無担持カーボンブラ
ック粉末の混合物をポリフロンディスパージョンの形で
混合した撥水性ポリテトラフロロエチレンで結着した触
媒層が、カーボンペーパーなどの基材上に加熱結着され
てなる燃料電池用ガス拡散電極。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リン酸型燃料電池な
ど、液体を電解質として用いる燃料電池のガス拡散電極
に関する。
ど、液体を電解質として用いる燃料電池のガス拡散電極
に関する。
【０００２】
【従来の技術】リン酸型燃料電池は、例えば図１に示す
ようにシリコンカーバイトを少量のテフロン樹脂などで
結着した多孔質マトリックスに液体のリン酸を含浸させ
た電解質１の両側に、多孔質のアノード（負極）及びカ
ソード（正極）のガス拡散電極２、２′を配置し、その
ガス拡散電極２、２′の背面に、集電及びガス供給を兼
ねたリブ付きセパレータ（溝付きインタコネクタ）３、
３等を配置して、単セルを構成したものである。
ようにシリコンカーバイトを少量のテフロン樹脂などで
結着した多孔質マトリックスに液体のリン酸を含浸させ
た電解質１の両側に、多孔質のアノード（負極）及びカ
ソード（正極）のガス拡散電極２、２′を配置し、その
ガス拡散電極２、２′の背面に、集電及びガス供給を兼
ねたリブ付きセパレータ（溝付きインタコネクタ）３、
３等を配置して、単セルを構成したものである。
【０００３】ところで、従来のアノード及びカソード
は、カーボンペーパーなどの支持層に、触媒担持カーボ
ンブラックと撥水性ポリテトラフロロエチレンをポリフ
ロンディスパージョンの形で混合し、加熱結着させた半
撥水性の多孔質の触媒層を有するガス拡散電極からなっ
ている。その多孔質の触媒層を、拡大して模式的に図示
すると、図２のようになる。この図２に示される電解液
ａと接するＰｔ触媒ｂは、電極反応に関与する。触媒反
応が速やか進行するためには、このＰｔ触媒ｂへの十分
な反応ガスｃの供給が必須である。触媒担持カーボンブ
ラックｄの結着剤としてポリフロンディスパージョンの
形で混合された撥水性ポリテトラフロロエチレンｅは、
その撥水性によりＰｔ触媒ｂへのガス供給ネットワーク
を形成する。十分なガス供給機能を確保するためには、
十分な撥水性ポリテトラフロロエチレンｅの添加を必要
とする。
は、カーボンペーパーなどの支持層に、触媒担持カーボ
ンブラックと撥水性ポリテトラフロロエチレンをポリフ
ロンディスパージョンの形で混合し、加熱結着させた半
撥水性の多孔質の触媒層を有するガス拡散電極からなっ
ている。その多孔質の触媒層を、拡大して模式的に図示
すると、図２のようになる。この図２に示される電解液
ａと接するＰｔ触媒ｂは、電極反応に関与する。触媒反
応が速やか進行するためには、このＰｔ触媒ｂへの十分
な反応ガスｃの供給が必須である。触媒担持カーボンブ
ラックｄの結着剤としてポリフロンディスパージョンの
形で混合された撥水性ポリテトラフロロエチレンｅは、
その撥水性によりＰｔ触媒ｂへのガス供給ネットワーク
を形成する。十分なガス供給機能を確保するためには、
十分な撥水性ポリテトラフロロエチレンｅの添加を必要
とする。
【０００４】しかし、撥水性ポリテトラフロロエチレン
ｅの過剰な添加は、電解液ａと接しないＰｔ触媒ｂの粒
子数を増大させ、Ｐｔ触媒粒子の利用率が低下する。そ
の結果、特性の低下を引き起こす。
ｅの過剰な添加は、電解液ａと接しないＰｔ触媒ｂの粒
子数を増大させ、Ｐｔ触媒粒子の利用率が低下する。そ
の結果、特性の低下を引き起こす。
【０００５】従来の電極構造による限り、触媒利用率の
向上とガス供給能の向上は互いに二律背反的関係にあ
り、添加する撥水性ポリテトラフロロエチレンの最適化
による電極性能の改善には限界がある。
向上とガス供給能の向上は互いに二律背反的関係にあ
り、添加する撥水性ポリテトラフロロエチレンの最適化
による電極性能の改善には限界がある。
【０００６】このような従来技術の欠点を改善するため
に、触媒層の機能を分離する提案がなされている〔J.El
ectroanalytical Chemistry,Vol.197,P195-208(1986)及
び特開昭62−24565 号（特願昭60−162614号）公報参
照〕。それによる触媒層構造を、図３に模式的に示す。
これは、前述の触媒層の２種の機能を分離することを意
図して、触媒担持カーボンブラックｄと触媒無担持撥水
化カーボンブラックｆの２種類の粉末をプレス、加熱焼
結して形成したものである。触媒担持カーボンブラック
ｄの部分には撥水性ポリテトラフロロエチレンｅが存在
しないため、完全な親水性（電解液ネットワーク機能）
を示し、Ｐｔ触媒ｂの粒子の 100％利用も可能となる。
また粉末中に触媒粒子が含まれない触媒無担持撥水化カ
ーボンブラックｆに対しては通常の触媒層に比較して撥
水性ポリテトラフロロエチレンｅの添加量を増大させる
ことができ、より完全なガス供給ネットワークを形成す
ることが可能になる。電解液ネットワートとガス供給ネ
ットワークの比率の最適化を、触媒担持カーボンブラッ
クｄと触媒無担持撥水化カーボンブラックｆとの比率を
最適化することにより、理論的限界の電極特性も得られ
ることが前記の文献、即ちJ.Electroanalytical Chemis
try,Vol.197,P195-208(1986)に示されている。
に、触媒層の機能を分離する提案がなされている〔J.El
ectroanalytical Chemistry,Vol.197,P195-208(1986)及
び特開昭62−24565 号（特願昭60−162614号）公報参
照〕。それによる触媒層構造を、図３に模式的に示す。
これは、前述の触媒層の２種の機能を分離することを意
図して、触媒担持カーボンブラックｄと触媒無担持撥水
化カーボンブラックｆの２種類の粉末をプレス、加熱焼
結して形成したものである。触媒担持カーボンブラック
ｄの部分には撥水性ポリテトラフロロエチレンｅが存在
しないため、完全な親水性（電解液ネットワーク機能）
を示し、Ｐｔ触媒ｂの粒子の 100％利用も可能となる。
また粉末中に触媒粒子が含まれない触媒無担持撥水化カ
ーボンブラックｆに対しては通常の触媒層に比較して撥
水性ポリテトラフロロエチレンｅの添加量を増大させる
ことができ、より完全なガス供給ネットワークを形成す
ることが可能になる。電解液ネットワートとガス供給ネ
ットワークの比率の最適化を、触媒担持カーボンブラッ
クｄと触媒無担持撥水化カーボンブラックｆとの比率を
最適化することにより、理論的限界の電極特性も得られ
ることが前記の文献、即ちJ.Electroanalytical Chemis
try,Vol.197,P195-208(1986)に示されている。
【０００７】しかし、従来技術は無論のこと、上述の新
提案の技術に於いても、運転時間と共にガス供給ネット
ワークへの電解液の浸入によるガス供給能の低下が起こ
り、電極性能の低下が起こる問題がある。特に前者の従
来技術においては、１〜２万時間運転後、急激に特性の
低下が起こることが知られている。これは図４に模式的
に示すように用いられる撥水性ポリテトラフロロエチレ
ンｅの粒子サイズがカーボンブラックｇの粒子サイズの
約10倍程度大きいことに起因する。即ち、電解質に濡れ
易いカーボン表面を撥水性ポリテトラフロロエチレンｅ
の粒子が完全に被覆できないため、運転時間中に、この
部分に電解液が浸入し、触媒粒子へのガス供給ができな
くなり、電極特性の急激な低下をもたらす。このような
問題解決のため、図５に示すように薄膜の撥水性フッ素
樹脂被膜ｈで被覆することにより、カーボンブラックｇ
に完全撥水性を持たせる方法が開発されている〔Chemis
try Letters,P1113-1116(1991)及び本出願人の出願せる
特開平２−298523号公報参照〕。
提案の技術に於いても、運転時間と共にガス供給ネット
ワークへの電解液の浸入によるガス供給能の低下が起こ
り、電極性能の低下が起こる問題がある。特に前者の従
来技術においては、１〜２万時間運転後、急激に特性の
低下が起こることが知られている。これは図４に模式的
に示すように用いられる撥水性ポリテトラフロロエチレ
ンｅの粒子サイズがカーボンブラックｇの粒子サイズの
約10倍程度大きいことに起因する。即ち、電解質に濡れ
易いカーボン表面を撥水性ポリテトラフロロエチレンｅ
の粒子が完全に被覆できないため、運転時間中に、この
部分に電解液が浸入し、触媒粒子へのガス供給ができな
くなり、電極特性の急激な低下をもたらす。このような
問題解決のため、図５に示すように薄膜の撥水性フッ素
樹脂被膜ｈで被覆することにより、カーボンブラックｇ
に完全撥水性を持たせる方法が開発されている〔Chemis
try Letters,P1113-1116(1991)及び本出願人の出願せる
特開平２−298523号公報参照〕。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述のカー
ボンブラックに完全撥水性を持たせる方法を受けてさら
に具体的に、完全撥水化カーボンブラックを用いた長寿
命、高特性の燃料電池用ガス拡散電極を提供しようとす
るものである。
ボンブラックに完全撥水性を持たせる方法を受けてさら
に具体的に、完全撥水化カーボンブラックを用いた長寿
命、高特性の燃料電池用ガス拡散電極を提供しようとす
るものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の燃料電池用ガス拡散電極は、触媒担持カーボ
ンブラックと撥水性フッ素化合物薄膜で撥水化処理した
触媒無担持カーボンブラックの混合物を、ポリフロンデ
ィスパージョンの形で混合した撥水性ポリテトラフロロ
エチレンで結着した触媒層が、カーボンペーパーなどの
基材上に加熱結着されてなるものである。
の本発明の燃料電池用ガス拡散電極は、触媒担持カーボ
ンブラックと撥水性フッ素化合物薄膜で撥水化処理した
触媒無担持カーボンブラックの混合物を、ポリフロンデ
ィスパージョンの形で混合した撥水性ポリテトラフロロ
エチレンで結着した触媒層が、カーボンペーパーなどの
基材上に加熱結着されてなるものである。
【００１０】本発明の燃料電池用ガス拡散電極に於ける
触媒担持カーボンブラック及び撥水性フッ素化合物薄膜
で撥水化処理した触媒無担持カーボンブラックの凝集体
平均サイズは、いずれも0.01μｍ〜10μｍ、好ましくは
0.1μｍ〜３μｍが良く、また撥水性ポリテトラフロロ
エチレンの平均粒径は 0.1μｍ〜１μｍが好ましい。
触媒担持カーボンブラック及び撥水性フッ素化合物薄膜
で撥水化処理した触媒無担持カーボンブラックの凝集体
平均サイズは、いずれも0.01μｍ〜10μｍ、好ましくは
0.1μｍ〜３μｍが良く、また撥水性ポリテトラフロロ
エチレンの平均粒径は 0.1μｍ〜１μｍが好ましい。
【００１１】本発明の燃料電池用ガス拡散電極の製造方
法の１つは、触媒担持カーボンブラック又は撥水性フッ
素化合物薄膜で撥水化処理した触媒無担持カーボンブラ
ックに、一定割合で撥水性ポリテトラフロロエチレンを
ポリフロンディスパージョンの形で添加し、次にこれを
乾燥した後両者を混合し、次いでカーボンペーパーなど
の基材上に散布し、然る後プレス、加熱して多孔質電極
を成形することを特徴とするものである。
法の１つは、触媒担持カーボンブラック又は撥水性フッ
素化合物薄膜で撥水化処理した触媒無担持カーボンブラ
ックに、一定割合で撥水性ポリテトラフロロエチレンを
ポリフロンディスパージョンの形で添加し、次にこれを
乾燥した後両者を混合し、次いでカーボンペーパーなど
の基材上に散布し、然る後プレス、加熱して多孔質電極
を成形することを特徴とするものである。
【００１２】本発明の燃料電池用ガス拡散電極の製造方
法の他の１つは、触媒担持カーボンブラック及び撥水性
フッ素化合物薄膜で撥水化処理した触媒無担持カーボン
ブラックの混合物に、一定の割合で撥水性ポリテトラフ
ロロエチレンをポリフロンディスパージョンの形で添加
し、次にこれをカーボンペーパーなどの基材上に塗布
し、然る後プレス、加熱して多孔質電極を成形すること
を特徴とするものである。
法の他の１つは、触媒担持カーボンブラック及び撥水性
フッ素化合物薄膜で撥水化処理した触媒無担持カーボン
ブラックの混合物に、一定の割合で撥水性ポリテトラフ
ロロエチレンをポリフロンディスパージョンの形で添加
し、次にこれをカーボンペーパーなどの基材上に塗布
し、然る後プレス、加熱して多孔質電極を成形すること
を特徴とするものである。
【００１３】上記本発明の燃料電池用ガス拡散電極の製
造方法に於いて、触媒担持カーボンブラックに撥水性ポ
リテトラフロロエチレンをポリフロンディスパージョン
の形で添加し、乾燥した粉末及び撥水性フッ素化合物薄
膜で撥水化処理した触媒無担持カーボンブラックに撥水
性ポリテトラフロロエチレンをポリフロンディスパージ
ョンの形で添加し、乾燥した粉末中のカーボンブラック
100部に対する撥水性ポリテトラフロロエチレンの含有
は70部以下、好ましくは20部〜70部が良い。
造方法に於いて、触媒担持カーボンブラックに撥水性ポ
リテトラフロロエチレンをポリフロンディスパージョン
の形で添加し、乾燥した粉末及び撥水性フッ素化合物薄
膜で撥水化処理した触媒無担持カーボンブラックに撥水
性ポリテトラフロロエチレンをポリフロンディスパージ
ョンの形で添加し、乾燥した粉末中のカーボンブラック
100部に対する撥水性ポリテトラフロロエチレンの含有
は70部以下、好ましくは20部〜70部が良い。
【００１４】また、触媒担持カーボンブラックに撥水性
ポリテトラフロロエチレンをポリフロンディスパージョ
ンの形で添加し、乾燥した粉末の凝集体平均粒径は、0.
01〜10μｍ好ましくは 0.1〜 0.5μｍ、触媒無担持カー
ボンブラックに撥水性ポリテトラフロロエチレンをポリ
フロンディスパージョンの形で添加し、乾燥した粉末の
凝集体平均粒径は 0.3〜20μｍ好ましくは 0.5〜５μｍ
が良い。さらにこれら両粉末中のカーボンブラックの重
量比は８：２〜２：８、好ましくは７：３〜３：７が良
い。
ポリテトラフロロエチレンをポリフロンディスパージョ
ンの形で添加し、乾燥した粉末の凝集体平均粒径は、0.
01〜10μｍ好ましくは 0.1〜 0.5μｍ、触媒無担持カー
ボンブラックに撥水性ポリテトラフロロエチレンをポリ
フロンディスパージョンの形で添加し、乾燥した粉末の
凝集体平均粒径は 0.3〜20μｍ好ましくは 0.5〜５μｍ
が良い。さらにこれら両粉末中のカーボンブラックの重
量比は８：２〜２：８、好ましくは７：３〜３：７が良
い。
【００１５】
【作用】上記構成の本発明の燃料電池用ガス拡散電極
は、触媒層中のガスネットワーク形成用に用いられるカ
ーボンブラックが完全撥水化処理されているので、燃料
電池に使用した際、この部分に電解液が浸入せず、高い
撥水性を示し、長時間使用しても濡れに対する耐久性が
維持され、触媒粒子に対するガス供給が可能で、長寿
命、高い電極特性のガス拡散電極となる。また上記の本
発明の燃料電池用ガス拡散電極の製造方法によれば、上
記の優れたガス拡散電極を精度良く容易に製造できて量
産に適する。
は、触媒層中のガスネットワーク形成用に用いられるカ
ーボンブラックが完全撥水化処理されているので、燃料
電池に使用した際、この部分に電解液が浸入せず、高い
撥水性を示し、長時間使用しても濡れに対する耐久性が
維持され、触媒粒子に対するガス供給が可能で、長寿
命、高い電極特性のガス拡散電極となる。また上記の本
発明の燃料電池用ガス拡散電極の製造方法によれば、上
記の優れたガス拡散電極を精度良く容易に製造できて量
産に適する。
【００１６】
【実施例】本発明の燃料電池用ガス拡散電極及びその製
造方法の第１の実施例について説明する。先ず完全撥水
化カーボンブラックの一製法について説明すると、市販
の平均分子量 250,000のポリエチレンをｎ−ヘキサンに
２wt％分散させた液と市販のアセチレン系カーボンブラ
ック（平均一次粒径40ｎｍ、比表面積65ｍ2 ／ｇ、凝集
体平均粒径 0.5μｍ）とを混合、乾燥する。次に加熱処
理して前記ポリエチレンを上記カーボンブラック表面に
薄膜として被覆する（ポリエチレン：30wt％）。これを
量論比で２倍の窒素希釈フッ素ガスにより、60℃で完全
にフッ素化する。かくしてフッ素ポリエチレンが約50wt
％の撥水化カーボンブラックを得た。次にこの撥水化カ
ーボンブラック及び市販の白金を含む三元合金触媒20wt
％をアセチレン系カーボンブラック（一次粒子平均径30
ｎｍ、比表面積 300ｍ2 ／ｇ、凝集体平均径 0.3μｍ）
に担持した触媒粉末を、イソプロパノール／水＝１／１
混合溶媒50mlに、両粉末中に含まれる全カーボンブラッ
ク重量が 100mgとなるように分散させる。それらは全カ
ーボンブラックとフッ素化ポリエチレンの重量比で表
し、10/3〜10/9の範囲で変化させた。上記分散液を撹拌
しながら、市販の撥水性ポリテトラフロロエチレンをポ
リフロンディスパージョン（平均粒径0.3μｍ）の形で
滴下混合する。撥水性ポリテトラフロロエチレン添加量
は、全カーボンブラック 100部に対して５〜70部の範囲
で種々変化させた。この混合物を、別途撥水性ポリテト
ラフロロエチレン30wt％で撥水化処理した市販のＰＡＮ
系カーボンペーパー（気孔率70％、厚さ 0.4mm）上に濾
過し、20kg／cm2 でプレス成形後、窒素雰囲気炉中で 3
40℃、20分間加熱シンターしてアノードまたはカソード
用の多孔質のガス拡散電極を作成した。
造方法の第１の実施例について説明する。先ず完全撥水
化カーボンブラックの一製法について説明すると、市販
の平均分子量 250,000のポリエチレンをｎ−ヘキサンに
２wt％分散させた液と市販のアセチレン系カーボンブラ
ック（平均一次粒径40ｎｍ、比表面積65ｍ2 ／ｇ、凝集
体平均粒径 0.5μｍ）とを混合、乾燥する。次に加熱処
理して前記ポリエチレンを上記カーボンブラック表面に
薄膜として被覆する（ポリエチレン：30wt％）。これを
量論比で２倍の窒素希釈フッ素ガスにより、60℃で完全
にフッ素化する。かくしてフッ素ポリエチレンが約50wt
％の撥水化カーボンブラックを得た。次にこの撥水化カ
ーボンブラック及び市販の白金を含む三元合金触媒20wt
％をアセチレン系カーボンブラック（一次粒子平均径30
ｎｍ、比表面積 300ｍ2 ／ｇ、凝集体平均径 0.3μｍ）
に担持した触媒粉末を、イソプロパノール／水＝１／１
混合溶媒50mlに、両粉末中に含まれる全カーボンブラッ
ク重量が 100mgとなるように分散させる。それらは全カ
ーボンブラックとフッ素化ポリエチレンの重量比で表
し、10/3〜10/9の範囲で変化させた。上記分散液を撹拌
しながら、市販の撥水性ポリテトラフロロエチレンをポ
リフロンディスパージョン（平均粒径0.3μｍ）の形で
滴下混合する。撥水性ポリテトラフロロエチレン添加量
は、全カーボンブラック 100部に対して５〜70部の範囲
で種々変化させた。この混合物を、別途撥水性ポリテト
ラフロロエチレン30wt％で撥水化処理した市販のＰＡＮ
系カーボンペーパー（気孔率70％、厚さ 0.4mm）上に濾
過し、20kg／cm2 でプレス成形後、窒素雰囲気炉中で 3
40℃、20分間加熱シンターしてアノードまたはカソード
用の多孔質のガス拡散電極を作成した。
【００１７】本発明のガス拡散電極及びその製造方法の
第２の実施例について説明する。前記第１の実施例にお
ける撥水化カーボンブラック70mgをイソプロパノール／
水＝１／１混合溶媒50mlに分散させた後、撥水化カーボ
ンブラック中のカーボンブラック 100部に対して、40部
の撥水性ポリテトラフロロエチレンを前記第１の実施例
と同様にポリフロンディスパージョン（平均粒径 0.3μ
ｍ）の形で滴下混合する。この混合液を濾過、乾燥、粉
砕した。そしてこの粉末の凝集体平均サイズを１μｍに
調整した。その後、この粉末と、前述の市販の触媒粉末
36mgとをブレンダーで混合し、それを別途、前述の方法
で撥水化処理したＰＡＮ系カーボンペーパー上に散布し
た後、20kg／cm2 でプレス成形し、更に窒素雰囲気炉中
で 340℃、20分間加熱して多孔質のガス拡散電極を作成
した。
第２の実施例について説明する。前記第１の実施例にお
ける撥水化カーボンブラック70mgをイソプロパノール／
水＝１／１混合溶媒50mlに分散させた後、撥水化カーボ
ンブラック中のカーボンブラック 100部に対して、40部
の撥水性ポリテトラフロロエチレンを前記第１の実施例
と同様にポリフロンディスパージョン（平均粒径 0.3μ
ｍ）の形で滴下混合する。この混合液を濾過、乾燥、粉
砕した。そしてこの粉末の凝集体平均サイズを１μｍに
調整した。その後、この粉末と、前述の市販の触媒粉末
36mgとをブレンダーで混合し、それを別途、前述の方法
で撥水化処理したＰＡＮ系カーボンペーパー上に散布し
た後、20kg／cm2 でプレス成形し、更に窒素雰囲気炉中
で 340℃、20分間加熱して多孔質のガス拡散電極を作成
した。
【００１８】本発明のガス拡散電極及びその製造方法の
第３の実施例について説明する。前記の触媒36mgをイソ
プロパノール／水＝１／１の混合溶媒50mlに分散させた
後、触媒担持カーボンブラック中のカーボンブラック 1
00部に対して、40部の撥水性ポリテトラフロロエチレン
を前記第１の実施例と同様にポリフロンディスパージョ
ンの形で滴下混合する。この混合液を濾過、乾燥、粉砕
した。そしてこの粉末の凝集体平均サイズを２μｍに調
整した。その後この粉末を前述の撥水化カーボンブラッ
ク70mgとブレンダーで混合し、それを別途、前述の方法
で撥水化処理したＰＡＮ系カーボンペーパー上に散布し
た後、20kg／cm2 でプレス成形し、更に窒素雰囲気炉中
で 340℃、20分間加熱して多孔質のガス拡散電極を作成
した。
第３の実施例について説明する。前記の触媒36mgをイソ
プロパノール／水＝１／１の混合溶媒50mlに分散させた
後、触媒担持カーボンブラック中のカーボンブラック 1
00部に対して、40部の撥水性ポリテトラフロロエチレン
を前記第１の実施例と同様にポリフロンディスパージョ
ンの形で滴下混合する。この混合液を濾過、乾燥、粉砕
した。そしてこの粉末の凝集体平均サイズを２μｍに調
整した。その後この粉末を前述の撥水化カーボンブラッ
ク70mgとブレンダーで混合し、それを別途、前述の方法
で撥水化処理したＰＡＮ系カーボンペーパー上に散布し
た後、20kg／cm2 でプレス成形し、更に窒素雰囲気炉中
で 340℃、20分間加熱して多孔質のガス拡散電極を作成
した。
【００１９】然して第１の実施例により作成したガス拡
散電極を用いた空気−水素リン酸型電池の 200mA／cm2
における放電特性を図６に示す。全カーボンブラック
（ｃ）／フッ素化ポリエチレン（ｆ）が10/6〜10/8、ま
た撥水性ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）が全カ
ーボンブラック 100部に対しての20〜70部の範囲で放電
特性は最大値を示した。第２、第３の実施例によるガス
拡散電極もほぼ同程度の放電特性を示した。これらの特
性は従来のものに比べ20mV程度優れる。図７に第３の実
施例により作成したガス拡散電極のカソードとしてのリ
ン酸（ 205℃、105 ％、Ｈ3 ＰＯ4 ）に対する加速濡れ
試験を行った結果を、従来の単に撥水性ポリテトラフロ
ロエチレンのみを触媒担持カーボンブラックの撥水剤に
用いたガス拡散電極のカソードの試験結果と合わせて示
す。従来のものは 200時間以内で80％以上の細孔が電解
液で満たされてしまうのに対して、実施例のものは2000
時間を超えてもなお従来のものより高い撥水性を示し、
濡れに対する耐久性が著しく改善されていることが明ら
かである。
散電極を用いた空気−水素リン酸型電池の 200mA／cm2
における放電特性を図６に示す。全カーボンブラック
（ｃ）／フッ素化ポリエチレン（ｆ）が10/6〜10/8、ま
た撥水性ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）が全カ
ーボンブラック 100部に対しての20〜70部の範囲で放電
特性は最大値を示した。第２、第３の実施例によるガス
拡散電極もほぼ同程度の放電特性を示した。これらの特
性は従来のものに比べ20mV程度優れる。図７に第３の実
施例により作成したガス拡散電極のカソードとしてのリ
ン酸（ 205℃、105 ％、Ｈ3 ＰＯ4 ）に対する加速濡れ
試験を行った結果を、従来の単に撥水性ポリテトラフロ
ロエチレンのみを触媒担持カーボンブラックの撥水剤に
用いたガス拡散電極のカソードの試験結果と合わせて示
す。従来のものは 200時間以内で80％以上の細孔が電解
液で満たされてしまうのに対して、実施例のものは2000
時間を超えてもなお従来のものより高い撥水性を示し、
濡れに対する耐久性が著しく改善されていることが明ら
かである。
【００２０】
【発明の効果】以上の通り本発明によれば、長寿命、高
特性のリン酸などの液体を電解質とする燃料電池用のガ
ス拡散電極を得ることができ、リン酸型燃料電池の実用
化、高性能化に貢献することができる。
特性のリン酸などの液体を電解質とする燃料電池用のガ
ス拡散電極を得ることができ、リン酸型燃料電池の実用
化、高性能化に貢献することができる。
【図１】リン酸型燃料電池の構成の一例を示す分解斜視
図である。
図である。
【図２】従来のガス拡散電極の触媒層を模式的に示した
図である。
図である。
【図３】従来の新構造のガス拡散電極の触媒層を模式的
に示した図である。
に示した図である。
【図４】通常のポリテトラフロロエチレンで撥水化した
カーボンブラックの粒子構造を示す模式図である。
カーボンブラックの粒子構造を示す模式図である。
【図５】薄膜の撥水性フッ素化合物薄膜で被覆したカー
ボンブラックの粒子構造を示す模式図である。
ボンブラックの粒子構造を示す模式図である。
【図６】本発明の実施例のガス拡散電極を用いた空気−
水素リン酸電池 200mA／cm2 における放電特性を示すグ
ラフである。
水素リン酸電池 200mA／cm2 における放電特性を示すグ
ラフである。
【図７】本発明の実施例のガス拡散電極のカソードとし
てのリン酸に対する加速濡れ試験の結果を示すグラフで
ある。
てのリン酸に対する加速濡れ試験の結果を示すグラフで
ある。
Claims (3)
- 【請求項１】 触媒担持カーボンブラックと撥水性フッ
素化合物薄膜で撥水化処理した触媒無担持カーボンブラ
ックの混合物を、ポリフロンディスパージョンの形で混
合した撥水性ポリテトラフロロエチレンで結着した触媒
層が、カーボンペーパーなどの基材上に加熱結着されて
なる燃料電池用ガス拡散電極。 - 【請求項２】 触媒担持カーボンブラック又は撥水性フ
ッ素化合物薄膜で撥水化処理した触媒無担持カーボンブ
ラックに、一定割合で撥水性ポリテトラフロロエチレン
をポリフロンディスパージョンの形で添加し、次にこれ
を乾燥した後両者を混合し、次いでカーボンペーパーな
どの基材上に散布し、然る後プレス、加熱して多孔質電
極を成形することを特徴とする燃料電池用ガス拡散電極
の製造方法。 - 【請求項３】 触媒担持カーボンブラック及び撥水性フ
ッ素化合物薄膜で撥水化処理した触媒無担持カーボンブ
ラックの混合物に、一定の割合で撥水性ポリテトラフロ
ロエチレンをポリフロンディスパージョンの形で添加
し、次にこれをカーボンペーパーなどの基材上に塗布
し、然る後プレス、加熱して多孔質電極を成形すること
を特徴とする燃料電池用ガス拡散電極の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4072484A JPH05234599A (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | 燃料電池用ガス拡散電極及びその製造方法 |
| DE69306608T DE69306608T2 (de) | 1992-02-21 | 1993-02-22 | Gasdiffusionselektrode und Verfahren zur Herstellung derselben |
| EP93830064A EP0557259B1 (en) | 1992-02-21 | 1993-02-22 | Gas diffusion electrode for electrochemical cell and process of preparing same |
| US08/858,898 US5846670A (en) | 1992-02-21 | 1997-05-19 | Gas diffusion electrode for electrochemical cell and process of preparing same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4072484A JPH05234599A (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | 燃料電池用ガス拡散電極及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05234599A true JPH05234599A (ja) | 1993-09-10 |
Family
ID=13490652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4072484A Pending JPH05234599A (ja) | 1992-02-21 | 1992-02-21 | 燃料電池用ガス拡散電極及びその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0557259B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05234599A (ja) |
| DE (1) | DE69306608T2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH09257687A (ja) * | 1996-01-16 | 1997-10-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体高分子型燃料電池の貴金属触媒の反応比表面積と利用率測定法および固体高分子型燃料電池用電極の触媒層 |
| JP2002246034A (ja) * | 2001-02-21 | 2002-08-30 | Sony Corp | ガス拡散性電極体及びその製造方法、並びに電気化学デバイス |
| JP2007209980A (ja) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Samsung Sdi Co Ltd | 金属触媒とその製造方法、電極とその製造方法、及び燃料電池 |
| JP2014214290A (ja) * | 2013-04-30 | 2014-11-17 | 電気化学工業株式会社 | カーボンブラックおよびそれを用いた電池用電極 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19544323A1 (de) * | 1995-11-28 | 1997-06-05 | Magnet Motor Gmbh | Gasdiffusionselektrode für Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen |
| FR2834818B1 (fr) | 2002-01-14 | 2006-09-15 | Atofina | Poudre microcomposite a base de plaquettes de graphite et d'un fluoropolymere et objets fabriques avec cette poudre |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS6224565A (ja) * | 1985-07-24 | 1987-02-02 | Masahiro Watanabe | 燃料電池等のガス拡散電極 |
| JPH02298523A (ja) * | 1989-05-12 | 1990-12-10 | Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk | 撥水化方法 |
| JPH0414763A (ja) * | 1990-05-02 | 1992-01-20 | Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk | 燃料電池用電極の作製方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4031033A (en) * | 1971-03-29 | 1977-06-21 | Zlehit Pri Ban | Method for producing powdered wetproofed material useful in making gas-diffusion electrodes |
| FR2179637A1 (en) * | 1972-04-14 | 1973-11-23 | Zlehit Pri Ban | Oxygen (air) gas diffusion electrode - with hydrophobic /hydrophilic catalytic layer zones, for life/economy/efficiency |
| JPH0282455A (ja) * | 1988-09-16 | 1990-03-23 | Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk | ガス拡散電極構成用微粉体・多孔質体及びその撥水化処理方法 |
| EP0410946B1 (en) * | 1989-07-24 | 1994-05-04 | Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. | Decomposition of detrimental substances |
-
1992
- 1992-02-21 JP JP4072484A patent/JPH05234599A/ja active Pending
-
1993
- 1993-02-22 EP EP93830064A patent/EP0557259B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-02-22 DE DE69306608T patent/DE69306608T2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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| US7396794B2 (en) | 2001-02-21 | 2008-07-08 | Sony Corporation | Gas diffusive electrode body and method of manufacturing the same as well as electrochemical device |
| JP2007209980A (ja) * | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Samsung Sdi Co Ltd | 金属触媒とその製造方法、電極とその製造方法、及び燃料電池 |
| JP4695612B2 (ja) * | 2006-02-07 | 2011-06-08 | 三星エスディアイ株式会社 | 金属触媒の製造方法及び電極の製造方法 |
| US8029945B2 (en) | 2006-02-07 | 2011-10-04 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Method of preparing metal catalyst and electrode including the same |
| JP2014214290A (ja) * | 2013-04-30 | 2014-11-17 | 電気化学工業株式会社 | カーボンブラックおよびそれを用いた電池用電極 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0557259A1 (en) | 1993-08-25 |
| DE69306608T2 (de) | 1997-04-17 |
| EP0557259B1 (en) | 1996-12-18 |
| DE69306608D1 (de) | 1997-01-30 |
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