JP2002329501A - ガス拡散電極およびそれを用いた高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
ガス拡散電極およびそれを用いた高分子電解質型燃料電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高分子電解質型燃料電池においては高分子電
解質を湿潤状態に保つ必要があり、何らかの加湿手段を
用いて加湿しながら電池運転を行うのが一般的である。
しかしながら、このとき加湿量が減少した際のそれに伴
う出力電圧の大幅な低下が課題であった。 【解決手段】 フッ素樹脂などの撥水材料およびカーボ
ンなどの導電性粒子を主成分とする撥水性の導電性粒子
を、含浸や圧入充填などによって導電性の多孔性電極基
材の全域にわたって配する。このガス拡散電極を高分子
電解質型燃料電池のアノード、カソードの少なくとも一
方に用いる。
解質を湿潤状態に保つ必要があり、何らかの加湿手段を
用いて加湿しながら電池運転を行うのが一般的である。
しかしながら、このとき加湿量が減少した際のそれに伴
う出力電圧の大幅な低下が課題であった。 【解決手段】 フッ素樹脂などの撥水材料およびカーボ
ンなどの導電性粒子を主成分とする撥水性の導電性粒子
を、含浸や圧入充填などによって導電性の多孔性電極基
材の全域にわたって配する。このガス拡散電極を高分子
電解質型燃料電池のアノード、カソードの少なくとも一
方に用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、民生用コジェネレ
ーションシステム、あるいは自動車や移動体用の発電機
として有用な燃料電池、特に高分子電解質を用いた高分
子電解質型燃料電池に関する。
ーションシステム、あるいは自動車や移動体用の発電機
として有用な燃料電池、特に高分子電解質を用いた高分
子電解質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】高分子電解質型燃料電池は、水素などの
燃料ガスと空気などの酸化ガスを白金などの触媒を配し
た触媒層を有するガス拡散電極によって電気化学的に反
応させ、電気熱とを同時に発生させるものである。この
ような高分子電解質燃料電池の一般的な構成を図１に示
す。図１において、水素イオンを選択的に輸送する高分
子電解質膜１の両面には白金族金属触媒を担持したカー
ボン粉末を主成分とする触媒層２が密着して配置されて
いる。触媒層２の外面には、ガス透過性と導電性を兼ね
備えた一対の拡散層３が触媒層に密着して配置されてい
る。この拡散層３と触媒層２により電極４が構成され
る。電極４の外側には、電極４と高分子電解質膜１とで
形成される電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）５を機械的
に固定するとともに、隣接するＭＥＡ同士を互いに電気
的に直列に接続する導電性セパレータ板６が配置され
る。セパレータ板６は、電極４と接する面に、電極に反
応ガスを供給するとともに反応により発生した水や余剰
のガスを運び去るためのガス流路７を有する。このガス
流路はセパレータ板とは別に設けることもできるが、セ
パレータ板の表面に溝を設けてガス流路とする方式が一
般的である。図の例では、アノードに燃料ガスを供給す
るガス流路７ａを有するセパレータ板６ａと、カソード
に酸化剤ガスを供給するガス流路７ｂを有するセパレー
タ板６ｂとを組み合わせて、冷却水の流路８を形成して
いる。９は電極の周縁部に配したガスケットである。
燃料ガスと空気などの酸化ガスを白金などの触媒を配し
た触媒層を有するガス拡散電極によって電気化学的に反
応させ、電気熱とを同時に発生させるものである。この
ような高分子電解質燃料電池の一般的な構成を図１に示
す。図１において、水素イオンを選択的に輸送する高分
子電解質膜１の両面には白金族金属触媒を担持したカー
ボン粉末を主成分とする触媒層２が密着して配置されて
いる。触媒層２の外面には、ガス透過性と導電性を兼ね
備えた一対の拡散層３が触媒層に密着して配置されてい
る。この拡散層３と触媒層２により電極４が構成され
る。電極４の外側には、電極４と高分子電解質膜１とで
形成される電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）５を機械的
に固定するとともに、隣接するＭＥＡ同士を互いに電気
的に直列に接続する導電性セパレータ板６が配置され
る。セパレータ板６は、電極４と接する面に、電極に反
応ガスを供給するとともに反応により発生した水や余剰
のガスを運び去るためのガス流路７を有する。このガス
流路はセパレータ板とは別に設けることもできるが、セ
パレータ板の表面に溝を設けてガス流路とする方式が一
般的である。図の例では、アノードに燃料ガスを供給す
るガス流路７ａを有するセパレータ板６ａと、カソード
に酸化剤ガスを供給するガス流路７ｂを有するセパレー
タ板６ｂとを組み合わせて、冷却水の流路８を形成して
いる。９は電極の周縁部に配したガスケットである。
【０００３】多くの燃料電池は、上記のような構造の単
電池を数多く重ねた積層構造をとっている。上記のよう
な高分子電解質型燃料電池スタックでは、セパレータ板
等の構成部品の電気的接触抵抗を低減するため、また燃
料ガスや酸化剤ガスのシール性を維持するために、電池
全体を恒常的に締め付けることが必要である。このため
には、多数の単電池を一方向に積み重ねたその両端にそ
れぞれエンドプレートを配置し、その両エンドプレート
同士を締結用部材で固定し、締め付け圧を加えるように
している。
電池を数多く重ねた積層構造をとっている。上記のよう
な高分子電解質型燃料電池スタックでは、セパレータ板
等の構成部品の電気的接触抵抗を低減するため、また燃
料ガスや酸化剤ガスのシール性を維持するために、電池
全体を恒常的に締め付けることが必要である。このため
には、多数の単電池を一方向に積み重ねたその両端にそ
れぞれエンドプレートを配置し、その両エンドプレート
同士を締結用部材で固定し、締め付け圧を加えるように
している。
【０００４】前記の拡散層３は、ガス透過性と電子伝導
性を有することが必要であり、カーボンペーパー、カー
ボンクロス等が一般的に用いられる。これらのガス拡散
層は、撥水性を高めるためにフッ素樹脂のディスパージ
ョンなどを利用して撥水処理されることが多い。また、
さらなる撥水性を付与するために、カーボン粉体を主成
分とするカーボン層あるいはポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系撥水材をカーボン粉体に混
合した撥水性カーボン層を前記拡散層１３の触媒層側に
設けることも行われる。これらにより、高分子電解質の
保湿及び電池反応により過剰となった水分の安全かつ速
やかな除去が有効になされる。電池運転時には、カソー
ドにおいては、反応物質である酸素または空気がガス流
路からこの拡散層をとおして触媒層へと拡散するととも
に、反応によって生成され触媒層から拡散層へと浸透し
てきた過剰な水分を余剰ガスとともに電池外部へと除去
する。
性を有することが必要であり、カーボンペーパー、カー
ボンクロス等が一般的に用いられる。これらのガス拡散
層は、撥水性を高めるためにフッ素樹脂のディスパージ
ョンなどを利用して撥水処理されることが多い。また、
さらなる撥水性を付与するために、カーボン粉体を主成
分とするカーボン層あるいはポリテトラフルオロエチレ
ン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系撥水材をカーボン粉体に混
合した撥水性カーボン層を前記拡散層１３の触媒層側に
設けることも行われる。これらにより、高分子電解質の
保湿及び電池反応により過剰となった水分の安全かつ速
やかな除去が有効になされる。電池運転時には、カソー
ドにおいては、反応物質である酸素または空気がガス流
路からこの拡散層をとおして触媒層へと拡散するととも
に、反応によって生成され触媒層から拡散層へと浸透し
てきた過剰な水分を余剰ガスとともに電池外部へと除去
する。
【０００５】高分子電解質型燃料電池のＭＥＡの一般的
な作製プロセスの概略を以下に述べる。まず、高分子電
解質膜の両面に、転写法や直接印刷法等により触媒層を
形成する。他方で、カーボンペーパーやカーボンクロス
等の多孔性拡散層に前述の撥水性カーボン層を形成す
る。この撥水性カーボン層付き拡散層と前記の触媒層付
き電解質膜は、スタック構成時に個別の部材として積層
させることも可能である。しかし、あらかじめ、撥水性
カーボン層付き拡散層と触媒層付き電解質膜とを熱圧着
などによりＭＥＡとして一体化させておくのが、取り扱
い等の面で有利である。ＭＥＡの周縁部には、ガスシー
ルのためのガスケットを同時に配置することが多い。
な作製プロセスの概略を以下に述べる。まず、高分子電
解質膜の両面に、転写法や直接印刷法等により触媒層を
形成する。他方で、カーボンペーパーやカーボンクロス
等の多孔性拡散層に前述の撥水性カーボン層を形成す
る。この撥水性カーボン層付き拡散層と前記の触媒層付
き電解質膜は、スタック構成時に個別の部材として積層
させることも可能である。しかし、あらかじめ、撥水性
カーボン層付き拡散層と触媒層付き電解質膜とを熱圧着
などによりＭＥＡとして一体化させておくのが、取り扱
い等の面で有利である。ＭＥＡの周縁部には、ガスシー
ルのためのガスケットを同時に配置することが多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】高分子電解質型燃料電
池の高分子電解質膜は、含水率の増加に伴ってイオン伝
導度が高くなり、ガス透過性が低下する物性を有してい
る。このため、前記の高分子電解質膜および触媒層中の
高分子電解質を湿潤状態に保つ必要がある。しかしなが
ら、過剰な湿潤状態にすると、凝縮水により拡散層の気
孔部やセパレータ板のガス流路が閉塞され、ガス拡散の
阻害により電池性能が極端に劣化するフラッディング状
態に陥る。高性能な高分子電解質型燃料電池を提供する
ためには、高分子電解質を適当な湿潤状態に保ちつつ、
過剰な水分を安全かつ速やかに除去することが必要不可
欠である。
池の高分子電解質膜は、含水率の増加に伴ってイオン伝
導度が高くなり、ガス透過性が低下する物性を有してい
る。このため、前記の高分子電解質膜および触媒層中の
高分子電解質を湿潤状態に保つ必要がある。しかしなが
ら、過剰な湿潤状態にすると、凝縮水により拡散層の気
孔部やセパレータ板のガス流路が閉塞され、ガス拡散の
阻害により電池性能が極端に劣化するフラッディング状
態に陥る。高性能な高分子電解質型燃料電池を提供する
ためには、高分子電解質を適当な湿潤状態に保ちつつ、
過剰な水分を安全かつ速やかに除去することが必要不可
欠である。
【０００７】通常、電池運転時に生じる生成水のみによ
って適切な湿潤状態に保つことは困難であるから、何ら
かの加湿方法を用いて反応ガスと共に水成分をＭＥＡへ
供給し、ＭＥＡを加湿することが一般的に行われてお
り、加湿量が減少した際には、出力電圧が顕著に低下す
るという問題がある。しかし、加湿方法がより簡便であ
るほど、または加湿量がより少量であるほど、より安定
かつ安全な加湿及び電池運転が可能であり、燃料電池シ
ステムの運転効率を向上させることが可能である。本発
明は、少量の加湿によっても性能の低下しない高分子電
解質型燃料電池を提供することを目的とする。
って適切な湿潤状態に保つことは困難であるから、何ら
かの加湿方法を用いて反応ガスと共に水成分をＭＥＡへ
供給し、ＭＥＡを加湿することが一般的に行われてお
り、加湿量が減少した際には、出力電圧が顕著に低下す
るという問題がある。しかし、加湿方法がより簡便であ
るほど、または加湿量がより少量であるほど、より安定
かつ安全な加湿及び電池運転が可能であり、燃料電池シ
ステムの運転効率を向上させることが可能である。本発
明は、少量の加湿によっても性能の低下しない高分子電
解質型燃料電池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】本発明のガス拡散電極
は、導電性の多孔性材料からなる電極基材、および前記
電極基材の電解質膜と接する側の主面に触媒層を有する
ガス拡散電極において、撥水性を有する導電性粒子が前
記電極基材の実質的に全域にわたり分布していることを
特徴とする。前記導電性粒子は、フッ素系樹脂を含むカ
ーボン粒子であることが好ましい。多孔性電極基材は、
カーボンペーパー、カーボンフェルト、カーボンクロス
などの炭素材料からなるものが好ましい。
は、導電性の多孔性材料からなる電極基材、および前記
電極基材の電解質膜と接する側の主面に触媒層を有する
ガス拡散電極において、撥水性を有する導電性粒子が前
記電極基材の実質的に全域にわたり分布していることを
特徴とする。前記導電性粒子は、フッ素系樹脂を含むカ
ーボン粒子であることが好ましい。多孔性電極基材は、
カーボンペーパー、カーボンフェルト、カーボンクロス
などの炭素材料からなるものが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、カーボンなどの導電性
粒子とフッ素樹脂などの撥水材料を主成分とする撥水性
を有する導電性粒子を、カーボンペーパーなどの多孔性
電極基材の触媒層と接する側の表面に塗布することによ
り、電極基材の片側の表面近傍に偏在させるのではな
く、含浸や圧入充填などにより、多孔性電極基材の全域
にわたり分布させるのである。このような撥水性を有す
る導電性粒子をほぼ全域に配した多孔性電極基材に、そ
の触媒層と接する側の主面に、さらに撥水性を有する導
電性粒子またはそれに類似するものをコーティングする
ことも有効である。従来のように撥水性の導電性粒子を
多孔性電極基材にブレード塗工やスプレー塗工などによ
って、電極基材の表面近傍に塗布するという形態により
作製されたガス拡散電極は、高分子電解質型燃料電池の
ＭＥＡを保湿するには不十分であり、電池外部より加湿
しながらの電池運転時において、加湿量を減少させた際
には、セル電圧の低下が顕著であった。
粒子とフッ素樹脂などの撥水材料を主成分とする撥水性
を有する導電性粒子を、カーボンペーパーなどの多孔性
電極基材の触媒層と接する側の表面に塗布することによ
り、電極基材の片側の表面近傍に偏在させるのではな
く、含浸や圧入充填などにより、多孔性電極基材の全域
にわたり分布させるのである。このような撥水性を有す
る導電性粒子をほぼ全域に配した多孔性電極基材に、そ
の触媒層と接する側の主面に、さらに撥水性を有する導
電性粒子またはそれに類似するものをコーティングする
ことも有効である。従来のように撥水性の導電性粒子を
多孔性電極基材にブレード塗工やスプレー塗工などによ
って、電極基材の表面近傍に塗布するという形態により
作製されたガス拡散電極は、高分子電解質型燃料電池の
ＭＥＡを保湿するには不十分であり、電池外部より加湿
しながらの電池運転時において、加湿量を減少させた際
には、セル電圧の低下が顕著であった。
【００１０】このような課題に対して、本発明は、より
適切な高分子電解質の湿潤状態を実現するべく、撥水性
を有する導電性粒子を多孔性電極基材、つまりガス拡散
層のほぼ全域にわたって分布させるのである。これによ
り十分な厚みを有し、高分子電解質を保湿する性能に優
れた、導電性と撥水性とを具備したガス拡散電極を提供
することができる。低加湿化という目的に対しては、多
孔性電極基材をあらかじめフッ素樹脂ディスパージョン
などを利用して撥水処理を施すことも一般的である。し
かし、比較検討の結果、本発明のガス拡散電極の方が保
湿能力が大きいことが明らかとなっただけでなく、作製
工程も本発明のガス拡散電極の方が簡便である。
適切な高分子電解質の湿潤状態を実現するべく、撥水性
を有する導電性粒子を多孔性電極基材、つまりガス拡散
層のほぼ全域にわたって分布させるのである。これによ
り十分な厚みを有し、高分子電解質を保湿する性能に優
れた、導電性と撥水性とを具備したガス拡散電極を提供
することができる。低加湿化という目的に対しては、多
孔性電極基材をあらかじめフッ素樹脂ディスパージョン
などを利用して撥水処理を施すことも一般的である。し
かし、比較検討の結果、本発明のガス拡散電極の方が保
湿能力が大きいことが明らかとなっただけでなく、作製
工程も本発明のガス拡散電極の方が簡便である。
【００１１】本発明のガス拡散電極は、これをアノー
ド、カソードのいずれか一方のみに配しても低加湿化の
効果はそれぞれにおいて認められるが、両極に本発明の
ガス拡散電極を配するときにもっとも大きな低加湿化の
効果を示す。以上のように本発明は、電解質を適切な湿
潤状態に保つことを重要とする高分子電解質型燃料電池
において、電池外部からの加湿が少ない状態において
も、高い出力電圧を発揮するガス拡散電極を提供する。
ド、カソードのいずれか一方のみに配しても低加湿化の
効果はそれぞれにおいて認められるが、両極に本発明の
ガス拡散電極を配するときにもっとも大きな低加湿化の
効果を示す。以上のように本発明は、電解質を適切な湿
潤状態に保つことを重要とする高分子電解質型燃料電池
において、電池外部からの加湿が少ない状態において
も、高い出力電圧を発揮するガス拡散電極を提供する。
【００１２】
【実施例】以下、本発明に好適の実施例を詳細に説明す
る。 《実施例１》まず、触媒層の作製方法について説明す
る。粒径が数ミクロン以下のカーボン粉末を、塩化白金
酸水溶液に浸漬し、還元処理によりカーボン粉末の表面
に白金触媒を担持させた。カーボンと担持した白金の重
量比は１：１とした。次に、この白金を担持したカーボ
ン粉末を高分子電解質のアルコール溶液中に分散させ、
スラリー化したこの触媒担持カーボン粉末を含むスラリ
ーをフィルム基材に塗布し、乾燥させて触媒層を形成し
た。この触媒層を高分子電解質膜へ転写して触媒層付き
高分子電解質膜を作製した。触媒層の大きさは、後に接
合するカーボンペーパーより小さくし、カーボンペーパ
ーの外周部が触媒層のそれより数ｍｍはみだすようにし
た。
る。 《実施例１》まず、触媒層の作製方法について説明す
る。粒径が数ミクロン以下のカーボン粉末を、塩化白金
酸水溶液に浸漬し、還元処理によりカーボン粉末の表面
に白金触媒を担持させた。カーボンと担持した白金の重
量比は１：１とした。次に、この白金を担持したカーボ
ン粉末を高分子電解質のアルコール溶液中に分散させ、
スラリー化したこの触媒担持カーボン粉末を含むスラリ
ーをフィルム基材に塗布し、乾燥させて触媒層を形成し
た。この触媒層を高分子電解質膜へ転写して触媒層付き
高分子電解質膜を作製した。触媒層の大きさは、後に接
合するカーボンペーパーより小さくし、カーボンペーパ
ーの外周部が触媒層のそれより数ｍｍはみだすようにし
た。
【００１３】つぎに、撥水性カーボン層について説明す
る。界面活性剤を添加した水にアセチレンブラックの顆
粒の粉末を分散させた後、ポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）の水性ディスパージョンを加えてよく混合
し、撥水性カーボンのスラリーを調製した。この撥水性
カーボンスラリーに、厚み３６０ミクロンのカーボンペ
ーパーを浸漬させ、これを容器毎減圧下に保持して、撥
水性カーボンスラリーをカーボンペーパーのほぼ全域に
含浸させた。これを引き上げて乾燥後、３５０℃で２時
間焼成した。こうして撥水性カーボンを含浸したカーボ
ンペーパーを所定の大きさに切断した。上記の触媒層付
き高分子電解質膜の両面に、カーボンペーパーを触媒層
がすべて覆われるように重ね合わせ、カーボンペーパー
の周縁部にガスケットを位置合わせして、１００℃で５
分間プレスし、ＭＥＡを作製した。
る。界面活性剤を添加した水にアセチレンブラックの顆
粒の粉末を分散させた後、ポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）の水性ディスパージョンを加えてよく混合
し、撥水性カーボンのスラリーを調製した。この撥水性
カーボンスラリーに、厚み３６０ミクロンのカーボンペ
ーパーを浸漬させ、これを容器毎減圧下に保持して、撥
水性カーボンスラリーをカーボンペーパーのほぼ全域に
含浸させた。これを引き上げて乾燥後、３５０℃で２時
間焼成した。こうして撥水性カーボンを含浸したカーボ
ンペーパーを所定の大きさに切断した。上記の触媒層付
き高分子電解質膜の両面に、カーボンペーパーを触媒層
がすべて覆われるように重ね合わせ、カーボンペーパー
の周縁部にガスケットを位置合わせして、１００℃で５
分間プレスし、ＭＥＡを作製した。
【００１４】以上のようにして作製した高分子電解質型
燃料電池Ａを、１２時間のエージング運転した後、カソ
ード側の露点が異なる２つの条件下で電流−電圧特性を
評価した。アノードへは露点が７０℃となるように加湿
された水素を利用率７０％の流量で供給し、カソードへ
は加湿された空気を利用率４０％の流量で供給した。ま
ず、カソードへ供給する空気の露点（Ｔdc）６０℃の条
件で電流−電圧特性を測定した。その後、カソードへ供
給する空気の露点を４５℃に変更して、８時間のエージ
ング運転の後、再び電流−電圧特性を測定し、これを空
気の露点４５℃における電流−電圧特性とした。電池温
度は７５℃に保持した。
燃料電池Ａを、１２時間のエージング運転した後、カソ
ード側の露点が異なる２つの条件下で電流−電圧特性を
評価した。アノードへは露点が７０℃となるように加湿
された水素を利用率７０％の流量で供給し、カソードへ
は加湿された空気を利用率４０％の流量で供給した。ま
ず、カソードへ供給する空気の露点（Ｔdc）６０℃の条
件で電流−電圧特性を測定した。その後、カソードへ供
給する空気の露点を４５℃に変更して、８時間のエージ
ング運転の後、再び電流−電圧特性を測定し、これを空
気の露点４５℃における電流−電圧特性とした。電池温
度は７５℃に保持した。
【００１５】《比較例１》従来の電池Ｂ、つまり撥水性
カーボン層をブレード塗工によって多孔性電極基材の触
媒層と接する面に偏在するように塗工したガス拡散電極
を用いて実施例１と同様の燃料電池Ｂを構成した。
カーボン層をブレード塗工によって多孔性電極基材の触
媒層と接する面に偏在するように塗工したガス拡散電極
を用いて実施例１と同様の燃料電池Ｂを構成した。
【００１６】実施例１の燃料電池Ａおよび比較例１の燃
料電池Ｂの電流−電圧特性を図２に示した。この結果か
ら、本発明によるガス拡散電極を用いた高分子電解質型
燃料電池は、加湿量の少ない状態においても、高い出力
電圧を発揮することがわかる。
料電池Ｂの電流−電圧特性を図２に示した。この結果か
ら、本発明によるガス拡散電極を用いた高分子電解質型
燃料電池は、加湿量の少ない状態においても、高い出力
電圧を発揮することがわかる。
【００１７】《実施例２》実施例１のガス拡散電極をア
ノードのみに配した電池ａ１、およびカソードのみに配
した電池ａ２の特性を、両極に配した電池Ａと比較して
図３に示す。この結果から、本発明のガス拡散電極をア
ノードのみに配した場合、カソードのみに配した場合の
いずれにおいても、加湿量が少ない状態における出力電
圧を向上させることが可能であることがわかる。そし
て、本発明のガス拡散電極をアノードおよびカソードの
双方に配した場合に最も大きな低加湿化の効果を発揮す
る。
ノードのみに配した電池ａ１、およびカソードのみに配
した電池ａ２の特性を、両極に配した電池Ａと比較して
図３に示す。この結果から、本発明のガス拡散電極をア
ノードのみに配した場合、カソードのみに配した場合の
いずれにおいても、加湿量が少ない状態における出力電
圧を向上させることが可能であることがわかる。そし
て、本発明のガス拡散電極をアノードおよびカソードの
双方に配した場合に最も大きな低加湿化の効果を発揮す
る。
【００１８】《比較例２》本発明によるガス拡散電極
と、あらかじめ電極基材を撥水処理した後に導電性撥水
層を塗布したガス拡散電極を比較した。比較例となる燃
料電池の作製方法を説明する。電極基材となる厚み３６
０ミクロンのカーボンペーパーをフッ素樹脂の水性ディ
スパージョンに浸漬した後、乾燥した。この撥水性を付
与した多孔性電極基材の一主面に、実施例１で用いた撥
水性カーボンのスラリーを塗布した後、３５０℃で２時
間焼成した。つぎに、所定に大きさに切断した２枚の上
記撥水性カーボン層を塗布した撥水処理カーボンペーパ
ーを、実施例１と同様に触媒反応層付き高分子電解質膜
の両面に、触媒層がすべてカーボンペーパーで覆われる
ように重ね合わせ、さらに周縁部にガスケットを位置合
わせした後、１００℃で５分間プレスして、ＭＥＡとし
た。
と、あらかじめ電極基材を撥水処理した後に導電性撥水
層を塗布したガス拡散電極を比較した。比較例となる燃
料電池の作製方法を説明する。電極基材となる厚み３６
０ミクロンのカーボンペーパーをフッ素樹脂の水性ディ
スパージョンに浸漬した後、乾燥した。この撥水性を付
与した多孔性電極基材の一主面に、実施例１で用いた撥
水性カーボンのスラリーを塗布した後、３５０℃で２時
間焼成した。つぎに、所定に大きさに切断した２枚の上
記撥水性カーボン層を塗布した撥水処理カーボンペーパ
ーを、実施例１と同様に触媒反応層付き高分子電解質膜
の両面に、触媒層がすべてカーボンペーパーで覆われる
ように重ね合わせ、さらに周縁部にガスケットを位置合
わせした後、１００℃で５分間プレスして、ＭＥＡとし
た。
【００１９】このＭＥＡを用いた電池Ｃの実施例１と同
様の条件下での特性を図４に示す。この結果から、本発
明のガス拡散電極を用いた高分子電解質型燃料電池Ａと
あらかじめ電極基材を撥水処理した後に導電性撥水層を
塗布したガス拡散電極を用いた高分子電解質型燃料電池
Ｃでは、前者の方が加湿量が少ない条件における出力電
圧が高いことがわかる。つまり、本発明のガス拡散電極
を用いた電池の方が加湿量の減少に伴う性能の低下を抑
制することが可能である。
様の条件下での特性を図４に示す。この結果から、本発
明のガス拡散電極を用いた高分子電解質型燃料電池Ａと
あらかじめ電極基材を撥水処理した後に導電性撥水層を
塗布したガス拡散電極を用いた高分子電解質型燃料電池
Ｃでは、前者の方が加湿量が少ない条件における出力電
圧が高いことがわかる。つまり、本発明のガス拡散電極
を用いた電池の方が加湿量の減少に伴う性能の低下を抑
制することが可能である。
【００２０】
【発明の効果】以上のように撥水性の導電性粒子を導電
性の多孔性電極基材の全域にわたって分布させることに
より、高分子電解質を保湿する性能に優れたガス拡散電
極が得られる。このガス核酸電極を用いることにより、
加湿量の少ない状態における出力低下が抑制された高分
子電解質型燃料電池を提供することが可能となった。
性の多孔性電極基材の全域にわたって分布させることに
より、高分子電解質を保湿する性能に優れたガス拡散電
極が得られる。このガス核酸電極を用いることにより、
加湿量の少ない状態における出力低下が抑制された高分
子電解質型燃料電池を提供することが可能となった。
【図１】一般的な高分子電解質型燃料電池の構成を示す
断面図である。
断面図である。
【図２】実施例１の燃料電池と比較例１の燃料電池の電
流−電圧特性を示す図である。
流−電圧特性を示す図である。
【図３】実施例２の燃料電池の電流−電圧特性を示す図
である。
である。
【図４】実施例１の燃料電池と比較例２の燃料電池の電
流−電圧特性を示す図である。
流−電圧特性を示す図である。
１ 高分子電解質膜 ２ 触媒層 ３ ガス拡散層 ４ 電極 ５ ＭＥＡ ６、６ａ、６ｂ 導電性セパレータ板 ７、７ａ、７ｂ ガス流路 ８ 冷却水の流路 ９ ガスケット
フロントページの続き (72)発明者 山本 雅夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 神原 輝壽 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS01 BB01 BB03 BB05 BB06 BB08 BB11 BB12 BB17 CC06 DD08 EE03 EE05 EE18 5H026 AA06 CC03 CX05 EE05 EE19
Claims (3)
- 【請求項１】 導電性の多孔性材料からなる電極基材、
および前記電極基材の電解質膜と接する側の主面に触媒
層を有するガス拡散電極であって、撥水性を有する導電
性粒子が前記電極基材の実質的に全域にわたり分布して
いることを特徴とするガス拡散電極。 - 【請求項２】 前記導電性粒子がフッ素系樹脂を含むカ
ーボン粒子である請求項１記載のガス拡散電極。 - 【請求項３】 水素イオン伝導性の高分子電解質膜、前
記高分子電解質を挟む一対のガス拡散電極、および前記
ガス拡散電極を挟み、ガス拡散電極と接する面にガス流
路を形成した一対の導電性セパレータを具備する高分子
電解質型燃料電池であって、前記ガス拡散電極の少なく
とも一方が、請求項１または２記載のガス拡散電極であ
る高分子電解質型燃料電池。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001132972A JP2002329501A (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | ガス拡散電極およびそれを用いた高分子電解質型燃料電池 |
| KR10-2002-7017708A KR100504965B1 (ko) | 2001-04-27 | 2002-04-22 | 연료전지용 전극 및 그 제조방법 |
| PCT/JP2002/004006 WO2002091503A1 (fr) | 2001-04-27 | 2002-04-22 | Electrode pour pile a combustible et procede de fabrication de l'electrode |
| EP02720565.7A EP1383184B1 (en) | 2001-04-27 | 2002-04-22 | Electrode for fuel cell and method of manufacturing the electrode |
| CNB028014154A CN1299373C (zh) | 2001-04-27 | 2002-04-22 | 燃料电池用电极及其制造方法 |
| US10/426,217 US20040009389A1 (en) | 2001-04-27 | 2003-04-30 | Electrode material, membrane-electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell made therefrom, and method of making the electrode material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001132972A JP2002329501A (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | ガス拡散電極およびそれを用いた高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002329501A true JP2002329501A (ja) | 2002-11-15 |
Family
ID=18980909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001132972A Withdrawn JP2002329501A (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | ガス拡散電極およびそれを用いた高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002329501A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005174765A (ja) * | 2003-12-11 | 2005-06-30 | Equos Research Co Ltd | 膜電極接合体、その製造方法及びその使用方法 |
| JP2005174607A (ja) * | 2003-12-08 | 2005-06-30 | Aisin Seiki Co Ltd | 固体高分子電解質形燃料電池、固体高分子電解質形燃料電池用ガス拡散電極 |
| JP2007005122A (ja) * | 2005-06-23 | 2007-01-11 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池の製造方法および燃料電池用拡散層の製造方法 |
| JP2009009830A (ja) * | 2007-06-28 | 2009-01-15 | Nissan Motor Co Ltd | ガス拡散電極用材料の製造方法、ガス拡散電極及びガス拡散電極用材料製造装置 |
| KR101181853B1 (ko) * | 2005-01-26 | 2012-09-11 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지용 전극, 막/전극 어셈블리 및 이를 포함하는연료 전지 |
-
2001
- 2001-04-27 JP JP2001132972A patent/JP2002329501A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005174607A (ja) * | 2003-12-08 | 2005-06-30 | Aisin Seiki Co Ltd | 固体高分子電解質形燃料電池、固体高分子電解質形燃料電池用ガス拡散電極 |
| JP2005174765A (ja) * | 2003-12-11 | 2005-06-30 | Equos Research Co Ltd | 膜電極接合体、その製造方法及びその使用方法 |
| KR101181853B1 (ko) * | 2005-01-26 | 2012-09-11 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지용 전극, 막/전극 어셈블리 및 이를 포함하는연료 전지 |
| JP2007005122A (ja) * | 2005-06-23 | 2007-01-11 | Aisin Seiki Co Ltd | 燃料電池の製造方法および燃料電池用拡散層の製造方法 |
| JP2009009830A (ja) * | 2007-06-28 | 2009-01-15 | Nissan Motor Co Ltd | ガス拡散電極用材料の製造方法、ガス拡散電極及びガス拡散電極用材料製造装置 |
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