JP3229025B2 - ガス拡散電極の製造法 - Google Patents
ガス拡散電極の製造法Info
- Publication number
- JP3229025B2 JP3229025B2 JP20327792A JP20327792A JP3229025B2 JP 3229025 B2 JP3229025 B2 JP 3229025B2 JP 20327792 A JP20327792 A JP 20327792A JP 20327792 A JP20327792 A JP 20327792A JP 3229025 B2 JP3229025 B2 JP 3229025B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- raw material
- material powder
- gas diffusion
- carbon black
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
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)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体高分子電解質型電解
セル、特に燃料電池に用いるガス拡散電極の製造法に関
する。
セル、特に燃料電池に用いるガス拡散電極の製造法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来の固体高分子電解質型燃料電池用ガ
ス拡散電極の製造法としては親水性及び疎水性のカーボ
ンブラックとポリ四弗化エチレンよりなる反応層原料粉
末にソルベントを配合し、圧延シート成形したものと、
疎水性カーボンブラックとポリ四弗化エチレンよりなる
拡散層原料粉末にソルベントナフサを配合し圧延シート
成形したものを積層し、更に繰返し圧延し、シート状に
成形したものがある。
ス拡散電極の製造法としては親水性及び疎水性のカーボ
ンブラックとポリ四弗化エチレンよりなる反応層原料粉
末にソルベントを配合し、圧延シート成形したものと、
疎水性カーボンブラックとポリ四弗化エチレンよりなる
拡散層原料粉末にソルベントナフサを配合し圧延シート
成形したものを積層し、更に繰返し圧延し、シート状に
成形したものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のガス拡散電極の
製造法はカーボンブラックまたは親水性及び疎水性のカ
ーボンブラック、ポリ四弗化エチレンの混合物にソルベ
ントナフサを溶剤として加え、ロールなどにより繰返し
圧延しシート状にするためガス拡散通路がつぶされ、ガ
ス拡散性が低下し、燃料電池の性能が低下するという問
題があった。
製造法はカーボンブラックまたは親水性及び疎水性のカ
ーボンブラック、ポリ四弗化エチレンの混合物にソルベ
ントナフサを溶剤として加え、ロールなどにより繰返し
圧延しシート状にするためガス拡散通路がつぶされ、ガ
ス拡散性が低下し、燃料電池の性能が低下するという問
題があった。
【０００４】従って、触媒が担持された反応層側はガス
拡散性を上げるために、反応層の厚さをできるだけ薄く
することが試みられているが、製造上に限界があると共
に、薄くなる程、圧延回数が増加するため、ガス拡散通
路の減少が進み、その効果は小さい。また拡散層側にお
いても、繰返しの圧延によりガス通路がつぶされ、ガス
拡散性が低下するためガス拡散抵抗による限界電流が小
さい欠点がある。
拡散性を上げるために、反応層の厚さをできるだけ薄く
することが試みられているが、製造上に限界があると共
に、薄くなる程、圧延回数が増加するため、ガス拡散通
路の減少が進み、その効果は小さい。また拡散層側にお
いても、繰返しの圧延によりガス通路がつぶされ、ガス
拡散性が低下するためガス拡散抵抗による限界電流が小
さい欠点がある。
【０００５】かかるガス拡散性は燃料極である水素供給
側では水素の拡散性が大きいため、その影響は小さい
が、空気極側では反応層及び拡散層中の酸素の拡散性及
び反応による生成水の排出の必要性から著しく電池の性
能を左右する。
側では水素の拡散性が大きいため、その影響は小さい
が、空気極側では反応層及び拡散層中の酸素の拡散性及
び反応による生成水の排出の必要性から著しく電池の性
能を左右する。
【０００６】本発明は上記技術水準に鑑み、従来技術に
おけるような不具合のないガス拡散電極の製造法を提供
しようとするものである。
おけるような不具合のないガス拡散電極の製造法を提供
しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、予め、親水性
カーボンブラック、疎水性カーボンブラック及びポリ四
弗化エチレンからなる反応層原料粉末と、疎水性カーボ
ンブラック及びポリ四弗化エチレンからなる拡散層原料
粉末を用意し、支持板上に上記の反応層原料粉末又は拡
散層原料粉末を篩を介してふりかけ、その上に多孔性炭
素質基材を載せ、さらにその上に上記の拡散層原料粉末
又は反応層原料粉末を篩を介してふりかけた後、全体を
冷間成形し、次いでホットプレスで焼結することを特徴
とするガス拡散電極の製造法である。
カーボンブラック、疎水性カーボンブラック及びポリ四
弗化エチレンからなる反応層原料粉末と、疎水性カーボ
ンブラック及びポリ四弗化エチレンからなる拡散層原料
粉末を用意し、支持板上に上記の反応層原料粉末又は拡
散層原料粉末を篩を介してふりかけ、その上に多孔性炭
素質基材を載せ、さらにその上に上記の拡散層原料粉末
又は反応層原料粉末を篩を介してふりかけた後、全体を
冷間成形し、次いでホットプレスで焼結することを特徴
とするガス拡散電極の製造法である。
【０００８】
【作用】基材に、炭素繊維織物、カーボンペーパー、ポ
ーラスカーボンなどの多孔性炭素質基材を用いることに
より充分なガス通路が確保される。また、反応層、拡散
層共に、ロール法などのような繰返し伸展加工を受けて
いないため、各々の層共に多孔質でガス拡散通路が確保
されるため、固体高分子電解質型燃料電池に使用した場
合、反応生成水の除去及びガス拡散性の向上により単位
面積当りの電流密度が著しく大きくなる。
ーラスカーボンなどの多孔性炭素質基材を用いることに
より充分なガス通路が確保される。また、反応層、拡散
層共に、ロール法などのような繰返し伸展加工を受けて
いないため、各々の層共に多孔質でガス拡散通路が確保
されるため、固体高分子電解質型燃料電池に使用した場
合、反応生成水の除去及びガス拡散性の向上により単位
面積当りの電流密度が著しく大きくなる。
【０００９】
（実施例）平織り１Ｋ（Ｋとは炭素繊維の性質の中のフ
ィラメント数、Ｋ＝１０００）の炭素繊維織物を基材と
し、親水性カーボンブラック（バルカンＸＣ−７２Ｒ：
Ｃａｂｏｔ社商品名）３５％、疎水性カーボンブラック
（デンカブラック：電気化学工業社商品名）３５％、ポ
リ四弗化エチレン３０％を混合乾燥した反応層原料粉
末、及び疎水性カーボンブラック（デンカブラック）６
５％、ポリ四弗化エチレン３５％を混合乾燥した拡散層
原料粉末をコーヒミルで微粉化し、まずステンレス薄板
の表面に１００メッシュの篩を介して拡散層粉末を１５
０ｇ／ｍ2 の割合で均等にふりかけ、その上に平織り１
Ｋの炭素繊維織物を重ねた。更に、その炭素繊維織物の
上に、同様に１００メッシュの篩を介して反応層粉末を
６０ｇ／ｍ2 の割合でふりかけた。
ィラメント数、Ｋ＝１０００）の炭素繊維織物を基材と
し、親水性カーボンブラック（バルカンＸＣ−７２Ｒ：
Ｃａｂｏｔ社商品名）３５％、疎水性カーボンブラック
（デンカブラック：電気化学工業社商品名）３５％、ポ
リ四弗化エチレン３０％を混合乾燥した反応層原料粉
末、及び疎水性カーボンブラック（デンカブラック）６
５％、ポリ四弗化エチレン３５％を混合乾燥した拡散層
原料粉末をコーヒミルで微粉化し、まずステンレス薄板
の表面に１００メッシュの篩を介して拡散層粉末を１５
０ｇ／ｍ2 の割合で均等にふりかけ、その上に平織り１
Ｋの炭素繊維織物を重ねた。更に、その炭素繊維織物の
上に、同様に１００メッシュの篩を介して反応層粉末を
６０ｇ／ｍ2 の割合でふりかけた。
【００１０】その後、油圧プレスを用いて、３０ｋｇ／
ｃｍ2 の面圧で冷間成形し、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×
０．５ｍｍｔの予備成形シートを作成した。反応層粉末
及び拡散層粉末は原料調整過程でカーボンブラックとポ
リ四弗化エチレンの分散性を高めるため、トライントン
（ Triton Ｘ−１００：商品名）などの界面活性剤を使
用しているため２８０℃×３時間の脱界面活性剤除去処
理を実施した。その後、電極の撥水性を賦与するために
３８０℃×１０ｋｇ／ｃｍ2 ×２分のホットプレスで焼
結しガス拡散電極を得た。
ｃｍ2 の面圧で冷間成形し、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×
０．５ｍｍｔの予備成形シートを作成した。反応層粉末
及び拡散層粉末は原料調整過程でカーボンブラックとポ
リ四弗化エチレンの分散性を高めるため、トライントン
（ Triton Ｘ−１００：商品名）などの界面活性剤を使
用しているため２８０℃×３時間の脱界面活性剤除去処
理を実施した。その後、電極の撥水性を賦与するために
３８０℃×１０ｋｇ／ｃｍ2 ×２分のホットプレスで焼
結しガス拡散電極を得た。
【００１１】（比較例）親水性カーボンブラック（バル
カンＸＣ−７２Ｒ）３５％、疎水性カーボンブラック
（デンカブラック）３５％、ポリ四弗化エチレン３０％
を混合乾燥した反応層原料粉末にソルベントナフサを
１：１．８の割合で混合し、３ｍｍｔの予備成形シート
からロール法により０．２ｍｍｔの反応層シートを得
た。疎水性カーボンブラック（デンカブラック）６５
％、ポリ四弗化エチレン３５％を混合乾燥した拡散層原
料粉末にソルベントナフサを１：１．６の割合で混合
し、７ｍｍｔの予備成形シートからロール法により１ｍ
ｍｔの拡散層シートを得た。０．２ｍｍｔの反応層シー
トと１ｍｍｔの拡散層シートを積層し、ロールによって
更に０．７ｍｍｔまで圧延し、２８０℃×３０分の脱界
面活性剤後、３８０℃×１７５ｋｇ／ｃｍ2 ×３秒で焼
結し、従来法による拡散電極を得た。
カンＸＣ−７２Ｒ）３５％、疎水性カーボンブラック
（デンカブラック）３５％、ポリ四弗化エチレン３０％
を混合乾燥した反応層原料粉末にソルベントナフサを
１：１．８の割合で混合し、３ｍｍｔの予備成形シート
からロール法により０．２ｍｍｔの反応層シートを得
た。疎水性カーボンブラック（デンカブラック）６５
％、ポリ四弗化エチレン３５％を混合乾燥した拡散層原
料粉末にソルベントナフサを１：１．６の割合で混合
し、７ｍｍｔの予備成形シートからロール法により１ｍ
ｍｔの拡散層シートを得た。０．２ｍｍｔの反応層シー
トと１ｍｍｔの拡散層シートを積層し、ロールによって
更に０．７ｍｍｔまで圧延し、２８０℃×３０分の脱界
面活性剤後、３８０℃×１７５ｋｇ／ｃｍ2 ×３秒で焼
結し、従来法による拡散電極を得た。
【００１２】（実験例）前記実施例のガス拡散電極と上
記従来型ガス拡散電極上に、塩化白金酸を吸引塗布し、
酸化、Ｈ2 中雰囲気での還元処理を行ない、２ｍｇ／ｃ
ｍ2 の白金を反応層に担持し、触媒担持電極を得た。次
いで、触媒担持電極の間に固体高分子電解質膜（ナフィ
オン１１７：Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製商品名）をはさみ１４
０℃×６０秒のホットプレスで接合しセルを得た。
記従来型ガス拡散電極上に、塩化白金酸を吸引塗布し、
酸化、Ｈ2 中雰囲気での還元処理を行ない、２ｍｇ／ｃ
ｍ2 の白金を反応層に担持し、触媒担持電極を得た。次
いで、触媒担持電極の間に固体高分子電解質膜（ナフィ
オン１１７：Ｄｕ Ｐｏｎｔ社製商品名）をはさみ１４
０℃×６０秒のホットプレスで接合しセルを得た。
【００１３】本発明の実施例ガス拡散電極と従来の方法
で製作したガス拡散電極について、ガス拡散性の評価と
して、電極を隔てて片側に酸素ガス（ヘリウムキャリ
ア）を、もう一方に純ヘリウムガスを流し、酸素ガスの
純ヘリウム気流中への拡散をガスクロマトグラフで分析
しガス拡散係数を求めた。また、反応面積１８０ｃｍ2
の単セルでの発電試験を行ない、Ｉ−Ｖ曲線を求めた。
表１に発電試験の条件を表２に拡散係数の測定結果を示
す。
で製作したガス拡散電極について、ガス拡散性の評価と
して、電極を隔てて片側に酸素ガス（ヘリウムキャリ
ア）を、もう一方に純ヘリウムガスを流し、酸素ガスの
純ヘリウム気流中への拡散をガスクロマトグラフで分析
しガス拡散係数を求めた。また、反応面積１８０ｃｍ2
の単セルでの発電試験を行ない、Ｉ−Ｖ曲線を求めた。
表１に発電試験の条件を表２に拡散係数の測定結果を示
す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】表２の結果から本発明実施例のガス拡散電
極のガス拡散性が向上し、それに伴ない図１に示すよう
に電極の性能が著しく改善されることが明らかになっ
た。
極のガス拡散性が向上し、それに伴ない図１に示すよう
に電極の性能が著しく改善されることが明らかになっ
た。
【００１７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、電極のガ
ス拡散性が向上し、電池性能の高い固体高分子電解質型
燃料電池用電極が提供できる。
ス拡散性が向上し、電池性能の高い固体高分子電解質型
燃料電池用電極が提供できる。
【図１】本発明の一実施例のガス拡散電極と従来のガス
拡散電極のＩ−Ｖ曲線を対比して示す図表。
拡散電極のＩ−Ｖ曲線を対比して示す図表。
Claims (1)
- 【請求項１】 予め、親水性カーボンブラック、疎水性
カーボンブラック及びポリ四弗化エチレンからなる反応
層原料粉末と、疎水性カーボンブラック及びポリ四弗化
エチレンからなる拡散層原料粉末を用意し、支持板上に
上記の反応層原料粉末又は拡散層原料粉末を篩を介して
ふりかけ、その上に多孔性炭素質基材を載せ、さらにそ
の上に上記の拡散層原料粉末又は反応層原料粉末を篩を
介してふりかけた後、全体を冷間成形し、次いでホット
プレスで焼結することを特徴とするガス拡散電極の製造
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20327792A JP3229025B2 (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | ガス拡散電極の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20327792A JP3229025B2 (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | ガス拡散電極の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0652864A JPH0652864A (ja) | 1994-02-25 |
| JP3229025B2 true JP3229025B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=16471391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20327792A Expired - Fee Related JP3229025B2 (ja) | 1992-07-30 | 1992-07-30 | ガス拡散電極の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3229025B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4333246B2 (ja) | 2003-08-28 | 2009-09-16 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP4837298B2 (ja) * | 2005-03-10 | 2011-12-14 | 日本ゴア株式会社 | 湿度調整フィルム |
| JP6439263B2 (ja) * | 2014-03-20 | 2018-12-19 | 東レ株式会社 | ガス拡散電極の製造装置 |
| CN118773947B (zh) * | 2024-09-03 | 2024-11-05 | 江苏碳丰氢能源科技有限公司 | 一种燃料电池气体扩散层碳纸及其制备方法 |
-
1992
- 1992-07-30 JP JP20327792A patent/JP3229025B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0652864A (ja) | 1994-02-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110380063B (zh) | 一种质子交换膜燃料电池用气体扩散层及其制备方法和质子交换膜燃料电池 | |
| EP0791974B1 (en) | Catalytically active gas diffusion electrodes comprising a nonwoven fibrous structure | |
| US6576363B1 (en) | Solid polymer electrolyte-catalyst composite electrode, electrode for fuel cell, and process for producing these electrodes | |
| KR101351142B1 (ko) | 미세다공성 층 | |
| JP3549241B2 (ja) | 高分子固体電解質燃料電池用電極及びそれと高分子固体電解質との接合体 | |
| JP5326185B2 (ja) | ガス拡散電極用材料及びその製造方法 | |
| CA2368258C (en) | Gas diffusion substrates | |
| KR100723280B1 (ko) | 중합체 전해질 연료 전지용 기체 확산 구조물 및 기체확산 전극 | |
| US10707494B2 (en) | Gas diffusion layer for fuel cell, method for manufacturing said layer, membrane-electrode assembly, and fuel cell | |
| JPH09199138A (ja) | 燃料電池用の電極または電極・電解質膜接合体の製造方法および燃料電池用の電極 | |
| US20230268539A1 (en) | Membrane electrode assembly for solid polymer fuel cell and solid polymer fuel cell | |
| EP1875538B1 (en) | Method for the production of gas diffusion electrodes | |
| US8017284B2 (en) | Electrode for a fuel cell, and a membrane-electrode assembly and fuel cell system comprising the same | |
| JPH05283082A (ja) | ガス拡散電極及びその製造方法 | |
| EP1165885B1 (en) | Nonwoven web | |
| US3943006A (en) | Method of making a fuel cell electrode | |
| JPH07220734A (ja) | ガス拡散電極の製造方法 | |
| KR100708732B1 (ko) | 연료전지용 애노드, 그 제조방법 및 이를 구비한 연료전지 | |
| JP3229025B2 (ja) | ガス拡散電極の製造法 | |
| EP1365464B1 (en) | Continuous process for manufacture of gas diffusion layers for fuel cells | |
| US9444106B2 (en) | Simultaneous coating of fuel cell components | |
| US20030008195A1 (en) | Fluid diffusion layers for fuel cells | |
| EP2769429B1 (en) | Gas diffusion substrate | |
| US20140261981A1 (en) | Cathode composite structure and methods thereof for improved fuel cell performance under high humidity | |
| JP4529345B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010731 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |