JPS60151968A - 燃料電池用電極の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は燃料電池用電極の製造方法に関するものであ
る。

〔従来技術〕

燃料電池は火力発電に代わる発電システムとして広く知
られている。燃料′電池の妬き心気化学的電池において
は、多数の電極を積層して用いており、しかもその中の
１つでも不良の電極が存在すると全体の電池の運転に支
障全きたす。従って、電極の製造プロセスにおいては、
艮品會大臘に生産で喀る方法を採らなけれはならない。

第１図はリン酸型燃料電池のカーボンペーパーを＊極基
材とした場合の電極構成を丞すｍｔｒｆｒＪ図で、ｉｌ
＋は空気極、（２）は燃料極で、わかりやすいように第
１図では空気極（１）と燃料極（２）ｌｒはなして示し
ている。空気極ｉｌ＋は３００〜６００．ａｍの厚さの
カーボンペーパー（３）と５０−２００／Ｉｍ前後の触
媒層１４１、及びフッ素ゴムエリなるパツキン（５）と
で構成されている。また、燃料極ｔ２１　ｒｉカーボン
ペーパー４３１　、３０〜１５０）１ｍ前後の触媒層（
８）、ウェットシール部１６１　、　＃！ｔｌ辺ガスシ
ール部（７）及び１５０／ｌ［ｎ前後のマトリックスＪ
曽（９）からなっている。なお、マトリックス層（９１
は独立膜として形成される場合もあるが、ここでは燃料
極と一体化した場合を例にしｔので、マトリックス層（
９）は燃料極の一部として収り扱う。

第２図はリン酸型燃料１池のリプ付喧極を用いた場合の
１池構成を示す断面図で、＋１０１はリブ付電極是材で
ある。

燃料′電池の電極購成はリン酸型以外の様式を含めて第
１図と第２図の２つに大別される。

従来、これらの電極ｖ、　Ｈ１造するために種々の方法
が試みられている。まず、一般的な方法としてスプレー
法がある。これけ峡も簡単な方法で、周辺シール層（７
）、触媒ｒ＠　１４１　！８１　、マトリックス層（９
）について、そねぞねかなり固形分の希薄な浴液を基材
上に塗布し、乾燥するという工程を、所定の厚さになる
贅で数回繰り返すことによって行なわれる。しかし、こ
のスプレー法は工程が多すぎる、ペーストの無駄が多い
などの欠点があり、量産性と経済性に乏しい。スクリー
ン印刷法も古くから用いられているが、手作業が多く、
実用レベルの大型の゛磁極ＶＣ適用するＩ／ｃは技術上
困峻で、量産性にも乏しい。

筐た、最近第２図に示す触媒１ｍ　’４１　＋８１全形
成するのに乾式法が用いられているが、スプレー法と同
様にペーストの無駄が多く、経済性に問題かある。

特にリン酸型燃料゛電池の電極の場合、大晰の白金ｋａ
んでいるので、ペーストの無駄は最少限にとどめねばな
らない。

このように、従来の方法では、経済性や蝋座性に問題が
あった。さらに、いずれの方法においても第１図及び第
２図に示す触媒層！４１！８１及び周辺シール層（７）
は独立に形成せさるを得す、それだけ工程が多くなる。

従って、特ＶＣ実用化の具近いとさｊているリン酸型燃
料電池の電極製造法について、より経済性と蝋雌性Ｋｍ
み、自助化の容易な方法が切望されていｔｏ 我々は当初ドクターブレード法による練造法を検討して
いｔが、膜厚の制御の容易さなど刀１ら、以下に述べる
リバースロールコータ法の方が優れていること全見出し
ｔｏ 〔発明のａ要〕 この発Ｌ９４は上記のような従来のものの欠点を除去す
るためになされたもので、搬送ロール全回転させて植体
基材を１般送し、上記搬送ロールと逆方向に回転し、上
記搬送ロールＶζ且記成極基材を介在させて対向するコ
ーティングロールを有し、このコーティングロールとこ
れに調節ｉＪ能な間隙を有して対向するドクターロール
間にペースト溜よリペーストを供給し、上記コーティン
グロールの回転に伴って上記ペーストを上記電極基材上
に転写するようにして、燃料電池用磁極倉り約経済的に
緻産性商〈製造するとともに、自動化金谷易にしようと
するものである。

〔発明の火抛例〕

以下、この発明の一実施例全１Δについて説（７）する
。第３図Ｑ１この発明の燃料電池用４極の製造に用いる
装置４の一例を示す断面図である。図において、（Ｉ　
ｌは電極端柑、ｔ１２’はペースト、（１３はドクター
ロール（以下Ｃロールと記す）　、ｔ１４はコーチイン
。

グロール（以下Ｃロールと記す）　、（１６＋は鈑送ロ
ール（以下Ｂロールと記す）、（＋６１ｆｌクリーニン
グロール、（Ｉ７１はペーストを収納するペースト溜で
ある。

Ｄロール１１３１はＣロールとの間隔全調整した上で固
定されており、Ｃロール０４１の回転にエリペースト（
１２１がペースト溜（Ｉ７１から引き出される。続いて
Ｂロール（１５１Ｋより送り出されてきた基材Ｈ＋＋＋
上に塗布される。クリーニングロール（１６）は基材Ｖ
ｃ塗布さねすＫＣロール（１４１Ｋ残ったペーストケ収
り去る定めのものである。

ペーストの塗布厚さＨＤロールとＣロールの間隙（Ｓｌ
）とＣロールとＢロールの回転比に、Ｌりて容易に調節
でき、任急に定めることができる。ＣロールとＢロール
が逆回転Ｔ／ｃなっているのけ、一般Ｋ　１００．Ａｍ
以上の塗工を行なう際に用いらねる手法であり、より均
一な膜厚が借られる。また、これがリバースロールコー
タ法の名前の白米ともなっている。Ｄロールｆ１３１１
／（ドクターブレードのようにエツジが切っであるのは
、より均一なベースト膜ケＣロール０４）上に形成する
ためである。また、この実姉例では基材（ＩＩ）が切板
になっているためＢロール（１５）ケ上下可動とし、基
材：！１）の邦人、搬出に合わせて一ヒ下に移動する構
造とした。この装置を用いて以下の３つの塗工央躾を行
なった。

実験１　（触媒層の塗工） 触媒の代すｖζカーボン粉本を用い、固形分１９．２重
＠％（うち５０　型組％のポリテトラフルオロエチレン
ケ含む）の水−アルコール混合温媒の模擬触媒ペースト
ケａｌＡＩ９Ｌ、この実験に用いた。この実験は乾燥後
の層厚さの制御が、どの程度の積度でｄ」能であるかの
咥認に呟き装置いたもので、接水処理ケしたカーボンペ
ーパー（３００＋ｎｍ　Ｘ　６００ｍｍ）ケ基材として
用い、８１　（ＤロールとＣロールの間１４．）と１四
転比（ＣロールとＢロールの回転比）を変化させて触媒
層を形成し、３５０’Ｃで焼成して、得られる膜厚を〜
・・１べた。この結果金弟４図に示す。

図において、縦軸は焼成後の得らｔ′した嘆厚さを炎わ
し、横軸はＣロールとＢロールの回転比′ｆｒ表わす。

図からも判る工うに、この実験から８１と回転比を調節
することｖｃＬつて２００％ｍ近くまで任意の膜厚のも
の？得ることがでさることがわかった。

なお、回転比が小さなところで収束している工うに見え
るのは、基材へのノ咄媒ペーストの浸み込みか多少Ｕ社
するためである。また、Ｍ厚さには１０ｐｍ程度バラツ
キが存在したが、こ１１は基体のデコボコに起因するも
のであり、Ｗｅｔな状態での膜厚のバラツキＩｄ　５／
１ｍ　Ｑ下である。従って１回の塗工ではなく、下塗り
を含めた２１０１の硬玉に工ｔは、工り均一な膜厚が傅
らねる。なお、この−ｉ！験では基（オの送り速度全毎
分１ｍとしたが、さらに速度全土けることもできる。

次ｌζ白金触媒を用いて触媒ペーストを調整し、８１　
＝　２５０メｍ、回転比５の条件下でカーボンペーパー
上に触媒層を形成し、３ｂＯ℃で焼成しｔ後、こｔ′１
全１ケ極として１００−、ｍ２のｍ市電全形成し、特性
、寿命のいず′Ｆ１ＶＣ関しても問題点のないことケ確
認した。

最後にリプ付電極基材（１５０＋ｎｍ　Ｘ１５０ｍｍ　
Ｘ　２．５ｍｍ１を用いて、８１−２５勺％ｍ、回転比
５の条件下で触媒層の墜工実験ケ行ない、基材全損する
ことなく塗工できることケ唯認した。

こｔｌら実験ｌの一連の実験にｊ２す、触媒ノーが、１
〜２工程でｍ分１ｍ以上の超速で形成でき、しかも膜厚
をケ８１と回転比の制御ＦＣ工す任急に定めることがで
きることがわかった。

実験２　（周辺シール層と雁媒層の同時塗工）我々Ｖ、
Ｉ　ＣロールとＤロールの間に、搬送方向に２枚の仕切
板ケ人ねることＦＣよりＩＡＩ迎シール層と触媒層の同
時塗工／バｔｉＪ能であること全見出した。

第５図はこの発１１の同時傾二［ケする装置の一実施例
を示すＩ斜視１ヌ１で、（１７勺はペースト溜（１ηに
基材旧）の搬送方向にて１１つ°Ｃ設けた仕切りで、（
＋８１は２奴の仕切ｈ（１７勺によって分けられた具申
の触媒ペースト溜、（１９）は仕（りり（１７９によっ
て分けら７′１１と両端の。

周辺シール用ペースト溜である。この実験ＶＣはこの装
置ｆケ用いて冥％Ｍ　１で月１いた模擬触媒ペーストと
、周辺シール用ペーストとして炭化珪素の微粉末ケ言む
ペースト分使用した。な」、）、乾！￥！後、周辺シー
ル層と触媒層か同じ膜厚になる工うに、周辺シール用ペ
ーストは模擬触媒ペーストと同程度の固形公社とした。

この実験で最も心自己さｔ″したのに周辺シール用ペー
ストと触媒ペーストとの混合であったが、仕切り（１７
勺の厚さｆ　１ｎｕｎ程度とするコトで、Ｃロール（１
４）上でのペーストのｍ会を防ぐことができ、しかも基
祠用に塗工さ７また際にはほとんどｌＪｊかなくなるこ
とが判った。この時の基材（１１）の送り速１蜆は毎分
１ｍであったか、さらＶｃ速度ケ上げた場合にも同様に
均一な１模厚が・寿らｎ　７ｔ　。

この周辺シール層と触媒層の同時塗工は従来技術では全
く不可能であり、それぞれ独立ｖｃ形成していた。この
ため、従来技術では周辺シール層と触媒層との位置合わ
せＶＣかなりσ）時間と技術？／装していた。従って、
今回の実験で同時塗工が両速で行うことので＠を急−は
大きい。

４Ｉ８１１３　（マトリックス層の塗工）マトリックス
用ペーストとして炭化珪素の微粉末を含むペーストラ使
用し、央＠２の後３１ぎＣで焼成した基材の上ＶＣ塗工
した。マトリックス層の場合にも夾＠１の触媒層の塗工
と全く同じ原理で塗工でき、膜厚もｓｌと回転比の澗１
卸ＶＣより自由にコントロールできることがわかった。

マトリックスノー塗工のは産性として、従来カーテンコ
ータ法なとが用いらｎていたか、この発明のリバースロ
ールコータ法の方がペーストの無駄が少なく、はるかｔ
で経済的である。

以上３つの実験にエリ、第１図及び第２図にボした磁極
構造の周辺シール層Ｉ７）、触媒層：＋＋ｔｓ＋、マト
リックス層（９］のいずれの塗工に対してもリバースロ
ールコータ法か優れた塗工法であることが明らかになっ
た。塗工ＶＣ要するｌＩ？ｐ間は１４分１ｍの送り速度
とし之場合、１平方メートルの塗工曲積に対して触媒層
の場合２分間（下塗１回ケ含む）、周辺シール層と触媒
層の同時塗工２分間、マｌ−ＩＪツクス層の塗エユ分間
である。従って総塗工時聞は燃料極で３分間、空気極で
２分１…、っまりｌセル当り５号間となる。この塗工時
１０１１−を従来の技術では不Ｂ丁能であった。また、
この方法を用いた場合、ペーストの無駄かなく経済的で
ある。

なお、磁極基材ではなく平滑なフィルムなどの上１’（
塗工した場合ＶＣは、さらに平滑な塗工膜が傅られ、Ｌ
リスムーズな連続作業が口」能である。従って、−ｔｔ
フィルムなどの上［塗工した後、゛電極基材に転写する
手法も経済的Ｋ　＋ｇ　ｈ立つ。この場合、触媒層もし
くは周辺シール層と触媒層の同時塗工層、及びマトリッ
クス層？フィルム上ニ塗工した後、順次磁ｉｔ晶材にロ
ーラープレス等に工す転写することＶＣなるが、凹凸の
大きい電極基材π直接塗工するよりも、Ｌり平滑な値工
面か形成される。

〔年１４の効果〕 以上説明したように、この発明によれば、１般送ロール
を回転させて゛螺極苓材を搬送し、を記値送ロールと逆
方向に回転し１．上記搬送ロールｒｃ上記電極基材ケ介
在させて対向するコーティングロールを有し、このコー
ティングロールとこれに調節可能なｆｆ１ｌ隙ケ有して
対向するドクターロールｉｌ　Ｋペースト溜エリペース
トを供給し、Ｌ記コーテイ／グロールの回転に伴って上
記ペーストを上記電極基材ＪＩＫ転写することにより、
燃料ｄｉ池＃１′Ｊ電極をより経？斉的Ｖｃ社産性１妬
く製造できるとともに、自動化ケ谷易にできる効果かあ
る。

４、　図面の＋ｉ１＊　Ｘ！ｉ：説明 第１図は燃料置部のカーボンペーパー全電極基材とした
場合の゛電極溝或ケボす−ｒ…１図、第２区１ｔまリブ
付電極基材を用いた場合の′電極購或を示す断面図、７
ｇ３図はこの発明の一買姉例番′ζ保ゎる製造装瞳ケボ
ーｆ　ｍｒ開図、第４図はドクターロールとコーティン
グロールｌｈ’ｌ　ＩＩＪｌ　１１７．ｉとコーティン
グロールと搬送ロールの回転比を変化させた易９の触媒
層の膜厚の友化？不す持Ｔｉｌ：図で、板軸は膜厚谷・
、横軸は回転比４′衣わす。第５図はこの発１」の他の
央繍例に係わる豐這袋直をボす斜視図である。

＋４１　、　ｊｇｌ・・・触媒層、（７）・・・周辺シ
ール層、（９１・・・マトリックス層、（１１）・・・
小極基材、（１２１・・ペースト、１１３！・・・ドク
ターロール、（１４）・・・コープ・ｆングロール、（
１５１・・・搬送ロール、１１７）・・・ペースト前、
（１７’）・・・仕切り、＋１８１・・°触ばペースト
前、（培・・・ゾール用ペースト前。

なお、図中、同一符号は同−又は相当部分會示す。

第１−図 第２図 第；３１４ 第４１図 置傘Ｕヒ　（：ｒｌ−を蝿ト、。

第６図 手続補正書（自発） ２、発明の名称 燃料電池用電極の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 代表者片山仁へ部 ４、ｒ（理人 ５４　補正の対象 明細書の特許請求の範囲および発明の詳細な説明の桐 ６、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲を別紙のとおりに訂正す
る。

（２）明細書の第６頁第６行〜第７行および第１２頁第
１４行の［逆方向１をそれぞれ「同方向」に訂正する。

（３）同、第６頁第１５行の「逆回転」を「同回転」に
訂正する。

（４）同、第６頁第１７行〜第１８行の［これがリバー
スロールコータ法のｄを「これが、基材の搬送順方向と
逆方向という意味でリバースロールコータ法の」に訂正
する。

７、　添付書類の目録 補正後の特許請求の範囲を記載した書面１通 以上 特許請求の範囲 （１）搬送ロールを回転させて電極基材を搬送し、上記
搬送ロールと同方向曇こ回転し、上記搬送ロールに上記
電極基材を介在させて対向するコーティングロールを有
し、このコーティングロールとこれに調節可能な間隙を
有して対向するドクター口。

−ル間にペースト溜よりペーストを供給し、上記コーテ
ィングロールの回転に伴って上記ペースト冬上記電極基
村上に転写するようにした燃料電池用電極の製造方法。

（２）搬送ロールとコーティングロールの回転比が調節
可能である特許請求の範囲第１項記載の燃料電池用電極
の製造方法。

（３）ペースト溜は搬送方向に仕切りを有している特許
請求の範囲第１項又は東２項記載の燃料電池用電極の製
造方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉｌ＋　搬送ロールを回転させて電極基健全搬送し、上
   記搬送ロールと逆方向に回転し、上記搬送ロールに上記
   電極基材ケ介荘させて対向するコーティングロール（ｒ
   ７ｆＬ、このコーティングロールとこれに調節可能な間
   隙全有して対向するドクターロール間ＶＣペースト溜よ
   りベースＭｔ−供給し、上記コーティングロールの回転
   に伴って上記ペーストを上記電極基材上に転写するよう
   にした燃料電池用電極の製造方法。 （２）搬送ロールとコーティングロールの回転比が調節
   可能である特許請求の範囲ｇ１項記載の燃料心池用１は
   極の製造方法。 （ｉ−ペースト溜は搬送方向に仕切りケ竹している特許
   請求の軸四第１項又は第２項記載の燃料電池用１槻極の
   ・１慶造方法。