ガス拡散電極及びその製造法
【構成】 フッ素樹脂、カーボンブラック、水および界面活性剤を混合し、得られた混合物を乾燥し、粉砕し、粉砕物と粒子径１μm以上の無機塩粉末を添加、混合し、粉砕物と無機塩との混合物に有機溶剤を加えて成形し、成形物を乾燥、焼結し、焼結物から無機塩粉末を溶剤により抽出し、次いで焼結物を乾燥することにより、ガス拡散電極を製造する。
【効果】 無機塩抽出後に無機塩粉末粒子と同じ大きさの気孔が残され、この気孔がガス拡散電極内の触媒へのガス供給を円滑にして、多量の反応ガスを消費する高電流密度領域において特性の優れた燃料電池が得られる。無機塩粉末の粒子径や添加量を調節して気孔径やその分布を自由に制御できる。
【効果】 無機塩抽出後に無機塩粉末粒子と同じ大きさの気孔が残され、この気孔がガス拡散電極内の触媒へのガス供給を円滑にして、多量の反応ガスを消費する高電流密度領域において特性の優れた燃料電池が得られる。無機塩粉末の粒子径や添加量を調節して気孔径やその分布を自由に制御できる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子型燃料電池などに用いるガス拡散電極及びその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の電極は、図１に示すように、多孔質で電気伝導性に優れるカーボン材からなる電極基板３０１の上に白金などの貴金属触媒を担持したカーボン粒子３０４と撥水材としてのフッ素樹脂３０５を均一に混合したガス拡散電極３０２が積層され、その上に電解質層３０３が積層された構造を有する。電解質層３０３は、固体の高分子電解質膜や液体の電解質を含む層である。
【０００３】燃料電池では、電極基板３０１側から反応ガスが供給される。貴金属触媒を担持したガス拡散電極３０２の中では、反応ガスと電解質層３０３から供給されるイオンとが触媒上で電気化学反応を起こし、発生した電気エネルギーを取り出す。
【０００４】従来、ガス拡散電極は、ガス拡散電極の原料としての導電性カーボンブラック粉末、フッ素樹脂粒子、界面活性剤及び水を混合し、乾燥し、導電性カーボンブラック粉末にフッ素樹脂粒子を担持させ、フッ素樹脂粒子担持カーボンブラックを作製し、有機溶剤をフッ素樹脂粒子担持カーボンブラックに添加し、混合し、次にこの混合物をシート化し、このシートを乾燥し、焼結することにより製造されていた。
【０００５】ところで、従来の燃料電池には、電流密度を高めたとき、燃料電池の単セル電圧が急激に低下するという問題がある。図２は、単セル電圧の電流密度依存性を示すグラフである。比較例１および２の曲線は、後記比較例において従来方法で作製したガス拡散電極の燃料電池の特性を示している。
【０００６】また、図３はガス拡散電極の気孔径分布を示すグラフである。曲線２０２は従来の燃料電池のガス拡散電極の気孔径分布である。０.０１〜０.１μmにあるピークはカーボンブラック粒子間に生じた気孔であり、０.１μm〜１μmあるピークはフッ素樹脂とカーボンブラック粒子間もしくはフッ素樹脂同士間にできた気孔である。ガス供給路の役割はこの０.１μm〜１.０μmの気孔が果たしている。
【０００７】ガス拡散電極内の触媒部分へ反応ガスを円滑に供給するためには、ガス拡散電極内の気孔径を大きくし、その量を増やさなければならない。しかし従来のガス拡散電極の製造法においては、カーボンブラック粒子とフッ素樹脂の混ざり合いによって形成されるため気孔径が小さすぎる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術のガス拡散電極よりも気孔径が大きく、燃料電池に使用した場合、電流密度の高い領域でも単セル電圧が急激に低下し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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、この課題を解決するため、（１）フッ素樹脂、カーボンブラック、水および界面活性剤を混合し、（２）得られた混合物を乾燥し、粉砕し、（３）粉砕物と粒子径１μm以上の無機塩粉末を添加、混合し、（４）粉砕物と無機塩との混合物に有機溶剤を加えて成形し、（５）成形物を乾燥、焼結し、（６）焼結物から無機塩粉末を溶剤により抽出し、（７）次いで焼結物を乾燥することからなるガス拡散電極の製造法を提供する。
【００１０】第１工程において用いるフッ素樹脂として、例えば、ポリテラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等が挙げられる。カーボンブラックとして、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラックなどが用いられる。界面活性剤として、アニオン系界面活性剤（例えば、脂肪酸石鹸、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルアリルスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩など）、カチオン系界面活性剤（例えば、アルキルアミン塩、アミド結合アミン塩、エステル結合アミン塩、アルキルアンモニウム塩、アミド結合アンモニウム塩、エステル結合アンモニウム塩、エーテル結合アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、エステル結合ピリジニウム塩）、両性界面活性剤（例えば、長鎖アルキルアミノ酸など）、ノニオン系界面活性剤（例えば、アルキルアリルエーテル、アルキルエーテル、アルキルアミン脂肪酸グリセリンエステル、アニヒドロソルビトール脂肪酸エステル、ポリエチレンイミン、脂肪酸アルキロールアミドなど）が用いられる。
【００１１】第１工程での混合は、通常の条件で、既知の混合撹拌装置を用いて行えばよい。第２工程の乾燥は、温度８０〜１２０℃で４〜２０時間行えばよい。この乾燥により、フッ素樹脂がカーボンブラックに付着する。粉砕も既知の装置により行えばよい。
【００１２】第３工程において、粒子径１μm以上の無機塩（例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化銀、臭化ナトリウム、臭化カリウムなど）の粉末を添加、混合する。これにより粉砕物と無機塩粉末とが均一に混合される。この混合も既知の装置により行えばよい。
【００１３】第４工程において、第３工程で得た混合物に有機溶剤を加え、ペースト状にし、例えばシート状、チューブ状、糸状などの任意の形状に成形する。有機溶剤としては、無機塩を溶解しない溶剤を用いるのが好ましい。好ましい溶剤の例は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、キシレン、トルエン、ベンゼン、灯油、ガソリン、トリクレンである。
【００１４】第５工程において、第４工程で得た成形物を乾燥、焼結し、成形物の形状を保持する。乾燥条件としては、温度８０〜１５０℃、時間１〜５時間が採用される。焼結条件としては、温度３５０〜４００℃、時間５〜２０分が採用される。
【００１５】第６工程では、成形物から、無機塩粉末を抽出する。抽出には、無機塩は溶解し、かつ、成形物中に浸透可能な溶剤（例えば、水／アルコール混合液、水／アセトン混合液など）を用いる。最後に、抽出の終わった成形物を乾燥する。乾燥は、温度５０〜１２０℃で、０.５〜２時間行えばよい。この抽出操作により、無機塩が溶出した部分が気孔となるから、成形前に添加する無機塩の粒子径や量により、気孔の大きさや量を任意に調節でき、所望の気孔を形成したガス拡散電極が作製できる。
【００１６】従って、本発明によれば、フッ素樹脂およびカーボンブラックからなる乾燥物の粉砕工程の後に無機塩粉末を添加する工程を設けることによって、ガス拡散電極の構造部材となる導電性カーボン及びフッ素樹脂等の大きさや形状とは独立に気孔を導入できるので、拡散性の良いガス拡散電極を作製できる。
【００１７】
【実施例】
実施例１フッ素樹脂としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（ダイフロン・ディスパージョン。ダイキン工業株式会社製）、カーボンブラックとしてアセチレンブラック（電気化学株式会社製、粒径４０〜５０nm、ＢＥＴ表面積４０〜８０m2／g）を、アセチレンブラック：ＰＴＦＥ＝７：３（重量比）になるように混合し、混合物１０gに水（１００ml）および界面活性剤としてのトリトン（Ｔriton，登録商標）Ｘ−１００（アルドリッチ・ケミカル（Ａldrich Ｃhemical）製）（１g）を混合し、次いで、この混合物を撹拌することにより、ＰＴＦＥとカーボンを均一に混合した。この混合物を乾燥することにより、ＰＴＦＥ担持カーボンブラックを調製し、さらに乾燥して、粉砕した。
【００１８】粉砕物に、粒子径１μm以上の塩化ナトリウムを８０重量％以上含む塩化ナトリウム粉末をＰＴＦＥ担持カーボンブラック：ＮaＣl粉末＝１：４（重量比）で混合し、有機溶剤としてのナフサをＰＴＦＥ担持カーボン１gに対し６〜７ml添加し、混合した。次いで、この混合物を厚さ０.３〜０.４mmのシートに成形し、２００〜２５０℃で１時間乾燥した後、３５０℃で５分間焼結した。焼結シートを十分な量のエチルアルコール８０容量％／蒸留水２０容量％混合溶媒に浸漬し、シート中の塩化ナトリウムを溶出させ、このシートを乾燥してガス拡散電極を得た。得られた拡散電極の気孔分布を図３に示す（曲線２０１）。
【００１９】このシートに塩化白金酸（Ｈ2ＰtＣl6・６Ｈ2Ｏ）のエタノール溶液（濃度１０重量％）を含浸させ、水素気流中で還元した。白金担持量は４.０mg／cm2であった。このガス拡散電極上にナフィオン（Ｎafion：登録商標）溶液（アルドリッチ・ケミカル製）を塗布し、高分子電解質膜（ナフィオン１１７）と加熱加圧接合し、燃料電池セルに組み込み、片側から水素、片側から酸素を常圧で供給し、電圧−電流密度測定を行った。結果を図２に示す。
【００２０】比較例１フッ素樹脂として実施例１と同じＰＴＦＥを、カーボンとして実施例１と同じアセチレンブラックを、アセチレンブラック：ＰＴＦＥ＝７：３になるように混合し、水および界面活性剤としてのトリトンＸ−１００を実施例１と同じ量で混合した。この段階で塩化ナトリウム粉末を前記混合液に溶解した。この混合物を撹拌することにより、ＰＴＦＥとカーボンを均一に混合した。
【００２１】この混合物を乾燥することにより、ＰＴＦＥ担持カーボンブラックを得、これを乾燥し、粉砕した。この段階では無機塩を加えることなく、ナフサをＰＴＦＥ担持カーボン１g当たり６〜７mlの割合で加えて混合した。この混合物を厚さ０.３〜０.４mmのシートに成形した。このシートを２００〜２５０℃で１時間乾燥した後、３５０℃で５分間焼結した。焼結シートを十分な量のエチルアルコール８０容量％／蒸留水２０容量％混合溶媒に浸漬し、シート中の塩化ナトリウムを溶出させ、このシートを乾燥させて、ガス拡散電極を得た。この拡散電極の気孔分布を図３に示す（曲線２０２)。
【００２２】このシートに、実施例１と同様に塩化白金酸（Ｈ2ＰtＣl6・６Ｈ2Ｏ）のエタノール溶液（濃度：１０重量％）を含浸させ、水素気流中で還元した。白金担持量は４.０mg／cm2であった。このガス拡散電極上に、実施例１と同様にナフィオン溶液を塗布し、ナフィオン１１７と加熱加圧接合し、燃料電池セルに組み込み、片側から水素、片側から酸素を常圧で供給し電圧−電流密度測定を行った。結果を図２に示す。
【００２３】比較例２フッ素樹脂として実施例１と同じＰＴＦＥ、カーボンブラックとし実施例１と同じてアセチレンブラックをアセチレンブラック：ＰＴＦＥ＝７：３になるように混合し、この段階で１μm以上の粒子径の塩化ナトリウムを含む塩化ナトリウム粉末（カーボン：ＮaＣl粉末重量比＝０.７：４）を加え、水および界面活性剤としてのトリトンＸ−１００を実施例１と同じ量で混合し、この混合物を撹拌して、ＰＴＦＥとカーボンを均一に混合した。この混合物を乾燥して、ＰＴＦＥ担持カーボンを得、乾燥し、粉砕した。
【００２４】この段階では無機塩を加えることなく、ナフサをＰＴＦＥ担持カーボン１g当たり６〜７mlの割合で加えて、混合した。この混合物を厚さ０.３〜０.４mmのシートにした。このシートを２００〜２５０℃で１時間乾燥した後、３５０℃で５分間焼結した。次いで、この焼結シートを十分な量のエチルアルコール８０容量％／蒸留水２０容量％混合溶液に浸漬し、シートから塩化ナトリウムを溶出させ、シートを乾燥させた。このシートに塩化白金酸（Ｈ2ＰtＣl6・６Ｈ2Ｏ）のエタノール溶液（濃度：１０重量％）を含浸させ、水素気流中で還元した。白金担持量は４.０mg／cm2であった。このガス拡散電極上に実施例１と同様にナフィオン溶液を塗布し、ナフィオン１１７)と加熱加圧接合し、燃料電池セルに組み込み、片側から水素、片側から酸素を常圧で供給し、電圧−電流密度測定を行った。結果を図２に示す。
【００２５】
【発明の効果】本発明の製造法によれば、ガス拡散電極の原料中に所定粒子径の無機塩粉末を添加し、膜成形し、焼結した後、添加した無機塩を溶かす溶媒により、添加した無機塩をガス拡散電極から抽出除去するので、無機塩抽出後に無機塩粉末粒子と同じ大きさの気孔が残され、この気孔がガス拡散電極内の触媒へのガス供給を円滑にして、多量の反応ガスを消費する高電流密度領域において特性の優れた燃料電池が得られる。また無機塩粉末の粒子径や添加量を調節して気孔径やその分布を自由に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 燃料電池の電極構造の断面図。
【図２】 実施例１で製造したガス拡散電極を有する燃料電池の出力電圧・出力電流密度特性と比較例で製造した従来の燃料電池の出力電圧・出力電流密度特性を示すグラフ。
【図３】 本発明の実施例１で製造したガス拡散電極の気孔径分布と比較例１で製造した従来のガス拡散電極の気孔径分布と比較して示すグラフ。
【符号の説明】
３０１：電極基板
３０２：ガス拡散電極
３０３：電解質層
３０４：カーボンブラック粒子
３０５：フッ素樹脂
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子型燃料電池などに用いるガス拡散電極及びその製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の電極は、図１に示すように、多孔質で電気伝導性に優れるカーボン材からなる電極基板３０１の上に白金などの貴金属触媒を担持したカーボン粒子３０４と撥水材としてのフッ素樹脂３０５を均一に混合したガス拡散電極３０２が積層され、その上に電解質層３０３が積層された構造を有する。電解質層３０３は、固体の高分子電解質膜や液体の電解質を含む層である。
【０００３】燃料電池では、電極基板３０１側から反応ガスが供給される。貴金属触媒を担持したガス拡散電極３０２の中では、反応ガスと電解質層３０３から供給されるイオンとが触媒上で電気化学反応を起こし、発生した電気エネルギーを取り出す。
【０００４】従来、ガス拡散電極は、ガス拡散電極の原料としての導電性カーボンブラック粉末、フッ素樹脂粒子、界面活性剤及び水を混合し、乾燥し、導電性カーボンブラック粉末にフッ素樹脂粒子を担持させ、フッ素樹脂粒子担持カーボンブラックを作製し、有機溶剤をフッ素樹脂粒子担持カーボンブラックに添加し、混合し、次にこの混合物をシート化し、このシートを乾燥し、焼結することにより製造されていた。
【０００５】ところで、従来の燃料電池には、電流密度を高めたとき、燃料電池の単セル電圧が急激に低下するという問題がある。図２は、単セル電圧の電流密度依存性を示すグラフである。比較例１および２の曲線は、後記比較例において従来方法で作製したガス拡散電極の燃料電池の特性を示している。
【０００６】また、図３はガス拡散電極の気孔径分布を示すグラフである。曲線２０２は従来の燃料電池のガス拡散電極の気孔径分布である。０.０１〜０.１μmにあるピークはカーボンブラック粒子間に生じた気孔であり、０.１μm〜１μmあるピークはフッ素樹脂とカーボンブラック粒子間もしくはフッ素樹脂同士間にできた気孔である。ガス供給路の役割はこの０.１μm〜１.０μmの気孔が果たしている。
【０００７】ガス拡散電極内の触媒部分へ反応ガスを円滑に供給するためには、ガス拡散電極内の気孔径を大きくし、その量を増やさなければならない。しかし従来のガス拡散電極の製造法においては、カーボンブラック粒子とフッ素樹脂の混ざり合いによって形成されるため気孔径が小さすぎる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術のガス拡散電極よりも気孔径が大きく、燃料電池に使用した場合、電流密度の高い領域でも単セル電圧が急激に低下し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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、この課題を解決するため、（１）フッ素樹脂、カーボンブラック、水および界面活性剤を混合し、（２）得られた混合物を乾燥し、粉砕し、（３）粉砕物と粒子径１μm以上の無機塩粉末を添加、混合し、（４）粉砕物と無機塩との混合物に有機溶剤を加えて成形し、（５）成形物を乾燥、焼結し、（６）焼結物から無機塩粉末を溶剤により抽出し、（７）次いで焼結物を乾燥することからなるガス拡散電極の製造法を提供する。
【００１０】第１工程において用いるフッ素樹脂として、例えば、ポリテラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等が挙げられる。カーボンブラックとして、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラックなどが用いられる。界面活性剤として、アニオン系界面活性剤（例えば、脂肪酸石鹸、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルアリルスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩など）、カチオン系界面活性剤（例えば、アルキルアミン塩、アミド結合アミン塩、エステル結合アミン塩、アルキルアンモニウム塩、アミド結合アンモニウム塩、エステル結合アンモニウム塩、エーテル結合アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、エステル結合ピリジニウム塩）、両性界面活性剤（例えば、長鎖アルキルアミノ酸など）、ノニオン系界面活性剤（例えば、アルキルアリルエーテル、アルキルエーテル、アルキルアミン脂肪酸グリセリンエステル、アニヒドロソルビトール脂肪酸エステル、ポリエチレンイミン、脂肪酸アルキロールアミドなど）が用いられる。
【００１１】第１工程での混合は、通常の条件で、既知の混合撹拌装置を用いて行えばよい。第２工程の乾燥は、温度８０〜１２０℃で４〜２０時間行えばよい。この乾燥により、フッ素樹脂がカーボンブラックに付着する。粉砕も既知の装置により行えばよい。
【００１２】第３工程において、粒子径１μm以上の無機塩（例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化銀、臭化ナトリウム、臭化カリウムなど）の粉末を添加、混合する。これにより粉砕物と無機塩粉末とが均一に混合される。この混合も既知の装置により行えばよい。
【００１３】第４工程において、第３工程で得た混合物に有機溶剤を加え、ペースト状にし、例えばシート状、チューブ状、糸状などの任意の形状に成形する。有機溶剤としては、無機塩を溶解しない溶剤を用いるのが好ましい。好ましい溶剤の例は、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、アセトン、キシレン、トルエン、ベンゼン、灯油、ガソリン、トリクレンである。
【００１４】第５工程において、第４工程で得た成形物を乾燥、焼結し、成形物の形状を保持する。乾燥条件としては、温度８０〜１５０℃、時間１〜５時間が採用される。焼結条件としては、温度３５０〜４００℃、時間５〜２０分が採用される。
【００１５】第６工程では、成形物から、無機塩粉末を抽出する。抽出には、無機塩は溶解し、かつ、成形物中に浸透可能な溶剤（例えば、水／アルコール混合液、水／アセトン混合液など）を用いる。最後に、抽出の終わった成形物を乾燥する。乾燥は、温度５０〜１２０℃で、０.５〜２時間行えばよい。この抽出操作により、無機塩が溶出した部分が気孔となるから、成形前に添加する無機塩の粒子径や量により、気孔の大きさや量を任意に調節でき、所望の気孔を形成したガス拡散電極が作製できる。
【００１６】従って、本発明によれば、フッ素樹脂およびカーボンブラックからなる乾燥物の粉砕工程の後に無機塩粉末を添加する工程を設けることによって、ガス拡散電極の構造部材となる導電性カーボン及びフッ素樹脂等の大きさや形状とは独立に気孔を導入できるので、拡散性の良いガス拡散電極を作製できる。
【００１７】
【実施例】
実施例１フッ素樹脂としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（ダイフロン・ディスパージョン。ダイキン工業株式会社製）、カーボンブラックとしてアセチレンブラック（電気化学株式会社製、粒径４０〜５０nm、ＢＥＴ表面積４０〜８０m2／g）を、アセチレンブラック：ＰＴＦＥ＝７：３（重量比）になるように混合し、混合物１０gに水（１００ml）および界面活性剤としてのトリトン（Ｔriton，登録商標）Ｘ−１００（アルドリッチ・ケミカル（Ａldrich Ｃhemical）製）（１g）を混合し、次いで、この混合物を撹拌することにより、ＰＴＦＥとカーボンを均一に混合した。この混合物を乾燥することにより、ＰＴＦＥ担持カーボンブラックを調製し、さらに乾燥して、粉砕した。
【００１８】粉砕物に、粒子径１μm以上の塩化ナトリウムを８０重量％以上含む塩化ナトリウム粉末をＰＴＦＥ担持カーボンブラック：ＮaＣl粉末＝１：４（重量比）で混合し、有機溶剤としてのナフサをＰＴＦＥ担持カーボン１gに対し６〜７ml添加し、混合した。次いで、この混合物を厚さ０.３〜０.４mmのシートに成形し、２００〜２５０℃で１時間乾燥した後、３５０℃で５分間焼結した。焼結シートを十分な量のエチルアルコール８０容量％／蒸留水２０容量％混合溶媒に浸漬し、シート中の塩化ナトリウムを溶出させ、このシートを乾燥してガス拡散電極を得た。得られた拡散電極の気孔分布を図３に示す（曲線２０１）。
【００１９】このシートに塩化白金酸（Ｈ2ＰtＣl6・６Ｈ2Ｏ）のエタノール溶液（濃度１０重量％）を含浸させ、水素気流中で還元した。白金担持量は４.０mg／cm2であった。このガス拡散電極上にナフィオン（Ｎafion：登録商標）溶液（アルドリッチ・ケミカル製）を塗布し、高分子電解質膜（ナフィオン１１７）と加熱加圧接合し、燃料電池セルに組み込み、片側から水素、片側から酸素を常圧で供給し、電圧−電流密度測定を行った。結果を図２に示す。
【００２０】比較例１フッ素樹脂として実施例１と同じＰＴＦＥを、カーボンとして実施例１と同じアセチレンブラックを、アセチレンブラック：ＰＴＦＥ＝７：３になるように混合し、水および界面活性剤としてのトリトンＸ−１００を実施例１と同じ量で混合した。この段階で塩化ナトリウム粉末を前記混合液に溶解した。この混合物を撹拌することにより、ＰＴＦＥとカーボンを均一に混合した。
【００２１】この混合物を乾燥することにより、ＰＴＦＥ担持カーボンブラックを得、これを乾燥し、粉砕した。この段階では無機塩を加えることなく、ナフサをＰＴＦＥ担持カーボン１g当たり６〜７mlの割合で加えて混合した。この混合物を厚さ０.３〜０.４mmのシートに成形した。このシートを２００〜２５０℃で１時間乾燥した後、３５０℃で５分間焼結した。焼結シートを十分な量のエチルアルコール８０容量％／蒸留水２０容量％混合溶媒に浸漬し、シート中の塩化ナトリウムを溶出させ、このシートを乾燥させて、ガス拡散電極を得た。この拡散電極の気孔分布を図３に示す（曲線２０２)。
【００２２】このシートに、実施例１と同様に塩化白金酸（Ｈ2ＰtＣl6・６Ｈ2Ｏ）のエタノール溶液（濃度：１０重量％）を含浸させ、水素気流中で還元した。白金担持量は４.０mg／cm2であった。このガス拡散電極上に、実施例１と同様にナフィオン溶液を塗布し、ナフィオン１１７と加熱加圧接合し、燃料電池セルに組み込み、片側から水素、片側から酸素を常圧で供給し電圧−電流密度測定を行った。結果を図２に示す。
【００２３】比較例２フッ素樹脂として実施例１と同じＰＴＦＥ、カーボンブラックとし実施例１と同じてアセチレンブラックをアセチレンブラック：ＰＴＦＥ＝７：３になるように混合し、この段階で１μm以上の粒子径の塩化ナトリウムを含む塩化ナトリウム粉末（カーボン：ＮaＣl粉末重量比＝０.７：４）を加え、水および界面活性剤としてのトリトンＸ−１００を実施例１と同じ量で混合し、この混合物を撹拌して、ＰＴＦＥとカーボンを均一に混合した。この混合物を乾燥して、ＰＴＦＥ担持カーボンを得、乾燥し、粉砕した。
【００２４】この段階では無機塩を加えることなく、ナフサをＰＴＦＥ担持カーボン１g当たり６〜７mlの割合で加えて、混合した。この混合物を厚さ０.３〜０.４mmのシートにした。このシートを２００〜２５０℃で１時間乾燥した後、３５０℃で５分間焼結した。次いで、この焼結シートを十分な量のエチルアルコール８０容量％／蒸留水２０容量％混合溶液に浸漬し、シートから塩化ナトリウムを溶出させ、シートを乾燥させた。このシートに塩化白金酸（Ｈ2ＰtＣl6・６Ｈ2Ｏ）のエタノール溶液（濃度：１０重量％）を含浸させ、水素気流中で還元した。白金担持量は４.０mg／cm2であった。このガス拡散電極上に実施例１と同様にナフィオン溶液を塗布し、ナフィオン１１７)と加熱加圧接合し、燃料電池セルに組み込み、片側から水素、片側から酸素を常圧で供給し、電圧−電流密度測定を行った。結果を図２に示す。
【００２５】
【発明の効果】本発明の製造法によれば、ガス拡散電極の原料中に所定粒子径の無機塩粉末を添加し、膜成形し、焼結した後、添加した無機塩を溶かす溶媒により、添加した無機塩をガス拡散電極から抽出除去するので、無機塩抽出後に無機塩粉末粒子と同じ大きさの気孔が残され、この気孔がガス拡散電極内の触媒へのガス供給を円滑にして、多量の反応ガスを消費する高電流密度領域において特性の優れた燃料電池が得られる。また無機塩粉末の粒子径や添加量を調節して気孔径やその分布を自由に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 燃料電池の電極構造の断面図。
【図２】 実施例１で製造したガス拡散電極を有する燃料電池の出力電圧・出力電流密度特性と比較例で製造した従来の燃料電池の出力電圧・出力電流密度特性を示すグラフ。
【図３】 本発明の実施例１で製造したガス拡散電極の気孔径分布と比較例１で製造した従来のガス拡散電極の気孔径分布と比較して示すグラフ。
【符号の説明】
３０１：電極基板
３０２：ガス拡散電極
３０３：電解質層
３０４：カーボンブラック粒子
３０５：フッ素樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】 フッ素樹脂、カーボンブラック、水および界面活性剤を混合し、得られた混合物を乾燥し、粉砕し、粉砕物に粒子径１μm以上の無機塩粉末を添加、混合し、粉砕物と無機塩との混合物に有機溶剤を加えて成形し、成形物を乾燥、焼結し、焼結物から無機塩粉末を溶剤により抽出し、次いで焼結物を乾燥することからなるガス拡散電極の製造法。
【請求項２】 請求項１の製造法により製造されたガス拡散電極。
【請求項１】 フッ素樹脂、カーボンブラック、水および界面活性剤を混合し、得られた混合物を乾燥し、粉砕し、粉砕物に粒子径１μm以上の無機塩粉末を添加、混合し、粉砕物と無機塩との混合物に有機溶剤を加えて成形し、成形物を乾燥、焼結し、焼結物から無機塩粉末を溶剤により抽出し、次いで焼結物を乾燥することからなるガス拡散電極の製造法。
【請求項２】 請求項１の製造法により製造されたガス拡散電極。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開平６−３６７７１
【公開日】平成６年（１９９４）２月１０日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−１８９１８４
【出願日】平成４年（１９９２）７月１６日
【出願人】（０００００１１４４）工業技術院長 (75)
【上記１名の復代理人】
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 葆 （外２名）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【上記１名の代理人】
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 葆 （外１名）
【公開日】平成６年（１９９４）２月１０日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）７月１６日
【出願人】（０００００１１４４）工業技術院長 (75)
【上記１名の復代理人】
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 葆 （外２名）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【上記１名の代理人】
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 葆 （外１名）
[ Back to top ]