JPH0577151B2 - - Google Patents
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- JPH0577151B2 JPH0577151B2 JP61067194A JP6719486A JPH0577151B2 JP H0577151 B2 JPH0577151 B2 JP H0577151B2 JP 61067194 A JP61067194 A JP 61067194A JP 6719486 A JP6719486 A JP 6719486A JP H0577151 B2 JPH0577151 B2 JP H0577151B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、電解質に例えばりん酸を使用する
マトリツクス型燃料電池の電極・マトリツクス結
合体およびその製造方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an electrode/matrix assembly for a matrix fuel cell using, for example, phosphoric acid as an electrolyte, and a method for manufacturing the same.
第4図は、例えば特開昭58−165259号公報に示
された従来の燃料電池の電極・マトリツクス結合
体の製造方法の工程図であり、図において、1は
電極基材を準備する準備工程、2はこの準備工程
1で得られた電極基材に撥水処理を施す撥水処理
工程、3はこの撥水処理工程2で処理した電極基
材に第1層目の第1触媒層を塗布する塗布工程、
4はこの塗布工程3で第1触媒層を塗布した電極
を焼成する焼成工程、5は第1触媒層の上に第2
層目の第2触媒層を塗布する工程、6は第2触媒
層中の造孔剤例えば重炭酸アンモニウムを除去す
る造孔剤の除去工程、7は第2触媒層を塗布した
電極を焼成する焼成工程、8は第2触媒層の上に
マトリツクス材料を塗布するマトリツクス層の塗
布工程、9はこの塗布工程8で得られた電極・マ
トリツクス結合体を焼成する焼成工程である。
FIG. 4 is a process diagram of a conventional method for manufacturing an electrode/matrix assembly for a fuel cell disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-165259. In the figure, 1 is a preparatory step for preparing an electrode base material. , 2 is a water repellent treatment step in which the electrode base material obtained in this preparation step 1 is subjected to a water repellent treatment, and 3 is a first catalyst layer as a first layer on the electrode base material treated in this water repellent treatment step 2. coating process,
4 is a firing step of firing the electrode coated with the first catalyst layer in this coating step 3, and 5 is a firing step of firing the electrode coated with the first catalyst layer in coating step 3;
Step 6 is a step of removing a pore-forming agent such as ammonium bicarbonate from the second catalyst layer; Step 7 is firing the electrode coated with the second catalyst layer. A firing step 8 is a matrix layer coating step of applying a matrix material on the second catalyst layer, and 9 is a firing step of firing the electrode/matrix assembly obtained in this coating step 8.
上記の製造工程を経て得られる電極・マトリツ
クス結合体としては、例えば第5図に示すものが
あつた。図において10は電極基材、11はこの
電極基材10の表面に塗布された触媒層、11a
はこの触媒層11の第1層目の第1触媒層、11
bは同じく第2触媒層、12は触媒層11の表面
に塗布されたマトリツクス層である。13は触媒
層11を構成する触媒粉末、14は触媒層11を
構成し、接着剤を兼ねた撥水剤例えばポリテトラ
フルオロエチレン、15はマトリツクス層12を
構成するマトリツクス粉末材料、16は同じくマ
トリツクス層12を構成する結着剤である。 An example of the electrode/matrix assembly obtained through the above manufacturing process is shown in FIG. In the figure, 10 is an electrode base material, 11 is a catalyst layer coated on the surface of this electrode base material 10, and 11a
is the first catalyst layer of this catalyst layer 11, 11
Similarly, b is the second catalyst layer, and 12 is a matrix layer coated on the surface of the catalyst layer 11. 13 is a catalyst powder constituting the catalyst layer 11; 14 is a water repellent agent that also serves as an adhesive, such as polytetrafluoroethylene; 15 is a matrix powder material constituting the matrix layer 12; 16 is also a matrix. It is a binder that constitutes the layer 12.
従来の燃料電池の電極・マトリツクス結合体お
よびその製造方法は上記のように構成され、ま
ず、電極基材の準備工程1で電極基材10として
例えば多孔性材料(一般にカーボンペーパー等が
使用される)を用意し、これにポリテトラフルオ
ロエチレン等撥水性を有する結着剤を塗布・乾燥
させる撥水処理工程2を行う。次に、第1触媒層
11aの塗布工程3において、撥水処理を施した
電極基材10上に触媒粉末13と撥水剤14の混
合物を塗布して第1触媒層11aを形成し、焼成
工程4において第1触媒層11aが塗布された電
極を温度300℃で5分間焼成する。次に、第2触
媒層の塗布工程5において、第1触媒層11aの
上に例えば触媒粉末13100重量部:撥水剤(例
えばポリテトラフルオロエチレン)14約30〜50
重量部:造孔剤の混合物を塗布して第2触媒層1
1bを形成し、第2触媒層11bの造孔剤の除去
工程6において、温度100℃で乾燥してこの造孔
剤を除去し、第2触媒層11bを塗布した後の焼
成工程7において温度350℃で電極を焼成し、第
2触媒層11bの内部に気孔を生成させる。次
に、マトリツクス層12の塗布工程8において、
第2触媒層11bの上にマトリツクス粉末材料
(例えばシリコンカーバイド等)15100重量部:
結着剤(ポリテトラフルオロエチレン等)168
重量部の混合物をその一部が第2触媒層11bの
気孔中にも充填するように塗布してマトリツクス
層12を形成し、得られた電極・マトリツクス結
合体を焼成工程9において温度300℃で5分間焼
成し、電極・マトリツクス結合体を完成させる。 A conventional fuel cell electrode/matrix assembly and its manufacturing method are constructed as described above. First, in the electrode base material preparation step 1, a porous material (generally carbon paper etc. is used as the electrode base material 10). ) is prepared, and a water repellent treatment step 2 is performed in which a water repellent binder such as polytetrafluoroethylene is coated and dried. Next, in the first catalyst layer 11a coating step 3, a mixture of catalyst powder 13 and water repellent 14 is coated on the water-repellent electrode base material 10 to form the first catalyst layer 11a, and then baked. In step 4, the electrode coated with the first catalyst layer 11a is fired at a temperature of 300° C. for 5 minutes. Next, in the second catalyst layer coating step 5, for example, 100 parts by weight of catalyst powder 13: about 30 to 50 parts by weight of water repellent (e.g. polytetrafluoroethylene) 14 is applied on the first catalyst layer 11a.
Part by weight: Applying the pore-forming agent mixture to the second catalyst layer 1
1b is formed, and in step 6 of removing the pore-forming agent of the second catalyst layer 11b, the pore-forming agent is removed by drying at a temperature of 100° C., and in the firing step 7 after applying the second catalyst layer 11b, the temperature is The electrode is fired at 350° C. to generate pores inside the second catalyst layer 11b. Next, in the coating step 8 of the matrix layer 12,
15,100 parts by weight of matrix powder material (for example, silicon carbide, etc.) on the second catalyst layer 11b:
Binder (polytetrafluoroethylene, etc.) 168
The matrix layer 12 is formed by coating a part of the mixture by weight so as to fill the pores of the second catalyst layer 11b. Bake for 5 minutes to complete the electrode/matrix assembly.
周知のように、この種の燃料電池は燃料極と空
気極の間に電解質を含浸保持したマトリツクス層
を挟んで単電池を構成し、水素を含む燃料ガスが
燃料極、空気が空気極に供給されるように構成さ
れており、その電気化学反応により直接電気エネ
ルギーを取り出すことのできる装置である。 As is well known, this type of fuel cell is constructed by sandwiching a matrix layer impregnated with electrolyte between the fuel electrode and the air electrode, and fuel gas containing hydrogen is supplied to the fuel electrode and air is supplied to the air electrode. It is a device that can directly extract electrical energy from the electrochemical reaction.
上記のような燃料電池の電極・マトリツクス結
合体は、電池組立中、または電池組立後におい
て、マトリツクス層12に例えばりん酸等の電解
質を塗布または補給するとき、りん酸等の電解質
がマトリツクス層12の沿層方向に含浸しにく
く、かつ第2触媒層11bの方向すなわちマトリ
ツクス層12の貫層方向へも浸透しにくいという
問題点があつた。この原因は、第2触媒層11b
の塗布後の焼成工程7において電極を温度350℃
の高温で焼成するために、第2触媒層11b中の
高濃度の撥水剤14が第2触媒層11bの表面近
くに集まり、一種の撥水層を形成するためであ
り、かつ、マトリツクス層12中の高濃度の結着
剤16が例えばポリテトラフルオロエチレンであ
り、撥水性が非常に強いためである。
In the electrode/matrix assembly of a fuel cell as described above, when an electrolyte such as phosphoric acid is applied or replenished to the matrix layer 12 during or after battery assembly, the electrolyte such as phosphoric acid is applied to the matrix layer 12. There is a problem that it is difficult to impregnate in the longitudinal direction of the catalyst layer 11b and also difficult to penetrate in the direction of the second catalyst layer 11b, that is, in the direction through the matrix layer 12. The cause of this is that the second catalyst layer 11b
In the baking step 7 after coating, the electrode is heated to a temperature of 350°C.
This is because the highly concentrated water repellent agent 14 in the second catalyst layer 11b gathers near the surface of the second catalyst layer 11b to form a kind of water repellent layer, and the matrix layer This is because the highly concentrated binder 16 in 12 is, for example, polytetrafluoroethylene, which has very strong water repellency.
また、上記のような燃料電池の電極・マトリツ
クス結合体は、マトリツクス層12の塗布工程8
またはマトリツクス層12を塗布した後の焼成工
程9において、しばしばマトリツクス層12が第
2触媒層11bから剥離したり、マトリツクス層
12にクラツクが生じたりする不都合が生じ、燃
料電池としての性能(特に耐バブル性)を低下さ
せる問題点があつた。この原因も上記と同様に、
第2触媒層11bの塗布後の焼成工程7において
電極を温度350℃の高温で焼成するために、第2
触媒層11b中の高濃度の撥水剤14が第2触媒
層11bの表面近くに集まり、一種の離型層を形
成するためである。また、上記のような構造を有
し、上記の方法で製造された燃料電池の電極・マ
トリツクス結合体は、電極中の触媒の利用率が低
く、りん酸等の電解質が触媒層11中に一度浸透
すると電極基材10側へぬれやすいという問題点
があつた。この原因は、触媒層11中の気孔にマ
トリツクス層12の一部が充填されているためで
あり、また触媒層11およびマトリツクス層12
が多層式ではないために、触媒層11内のりん酸
等の電解質に対する撥水・親水性等のぬれ性のバ
ランス維持が困難なためである。 Further, the electrode/matrix assembly of the fuel cell as described above is manufactured by applying the matrix layer 12 in the coating step 8.
Alternatively, in the firing step 9 after coating the matrix layer 12, problems such as the matrix layer 12 often peeling off from the second catalyst layer 11b or cracks occurring in the matrix layer 12 occur, which impairs the performance of the fuel cell (especially the durability). There was a problem that reduced the bubble quality. The reason for this is the same as above,
In order to bake the electrode at a high temperature of 350°C in the baking step 7 after applying the second catalyst layer 11b, the second
This is because the highly concentrated water repellent agent 14 in the catalyst layer 11b gathers near the surface of the second catalyst layer 11b to form a type of release layer. In addition, in the electrode/matrix assembly of a fuel cell having the above structure and manufactured by the above method, the utilization rate of the catalyst in the electrode is low, and the electrolyte such as phosphoric acid is absorbed once into the catalyst layer 11. There was a problem in that when it permeated, the electrode base material 10 side was easily wetted. This is because the pores in the catalyst layer 11 are partially filled with the matrix layer 12, and the catalyst layer 11 and the matrix layer 12
This is because it is difficult to maintain the balance of wettability such as water repellency and hydrophilicity with respect to the electrolyte such as phosphoric acid in the catalyst layer 11 because it is not a multilayer type.
この発明は、かかる問題点を解決するためにな
されたもので、触媒粉末:撥水剤:造孔剤の配合
比の異なる多層式触媒層と、マトリツクス粉末材
料:結着剤の配合比の異なる多層式マトリツクス
との結合体を採用することにより、りん酸等の電
解質の含浸・浸透性が良く、触媒層との接着性の
良いマトリツクス層を有し、触媒層内のりん酸等
の電解質に対する撥水・親水性等のぬれ性のバラ
ンスを向上させた燃料電池の電極・マトリツクス
結合体を得ることを目的とする。 This invention was made to solve such problems, and includes a multilayer catalyst layer with different mixing ratios of catalyst powder: water repellent: pore-forming agent, and a multilayer catalyst layer with different mixing ratios of matrix powder material: binder. By adopting a combination with a multilayer matrix, it has a matrix layer that has good impregnation and permeability with electrolytes such as phosphoric acid and has good adhesion with the catalyst layer. The objective is to obtain a fuel cell electrode/matrix assembly with improved balance of wettability such as water repellency and hydrophilicity.
また、この発明の別の発明は、上記目的に加え
て、上記した燃料電池の電極・マトリツクス結合
体を製造する方法を得ることを目的とする。 In addition to the above object, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the above-described electrode/matrix assembly for a fuel cell.
この発明に係る燃料電池の電極・マトリツクス
結合体は、多孔性の電極基材と、この電極基材の
表面に形成されそれぞれ触媒粉末および撥水剤か
らなる2層以上の触媒層と、この触媒層の表面に
形成されそれぞれマトリツクス粉末材料および結
着剤からなる2層以上のマトリツクス層とを有す
る燃料電池の電極・マトリツクス結合体であつ
て、上記各触媒層に含まれる撥水剤の量は、上記
電極基材側から上記マトリツクス層側に向かい順
次減少すると共に、上記各触媒層に造孔剤により
形成される空隙の空隙率は、上記電極基材側から
上記マトリツクス層側に向かい順次減少し、か
つ、上記各マトリツクス層に含まれる結着剤の量
は、上記触媒層側から上記マトリツクス層の表面
側に向かい順次増加するものである。
The electrode/matrix assembly for a fuel cell according to the present invention includes a porous electrode base material, two or more catalyst layers formed on the surface of the electrode base material each consisting of a catalyst powder and a water repellent, and a catalyst layer formed on the surface of the electrode base material. An electrode/matrix assembly for a fuel cell having two or more matrix layers formed on the surface of each layer, each consisting of a matrix powder material and a binder, wherein the amount of water repellent contained in each catalyst layer is , the porosity of the voids formed by the pore-forming agent in each of the catalyst layers decreases sequentially from the electrode base material side to the matrix layer side. Further, the amount of the binder contained in each of the matrix layers increases sequentially from the catalyst layer side toward the surface side of the matrix layer.
また、この発明の別の発明に係る燃料電池の電
極・マトリツクス結合体の製造方法は、電極基材
の表面に、撥水剤および造孔剤の量が共に順次減
少する多層の触媒層を形成し、形成した触媒層の
表面に、1層のマトリツクス層または結着剤の量
が順次増加する2層以上のマトリツクス層を形成
し、得られた電極・マトリツクス結合体を焼成す
るものである。 In addition, a method for producing an electrode/matrix assembly for a fuel cell according to another aspect of the present invention includes forming a multilayer catalyst layer on the surface of an electrode base material in which the amounts of both the water repellent agent and the pore forming agent are sequentially decreased. Then, one matrix layer or two or more matrix layers in which the amount of binder is successively increased is formed on the surface of the formed catalyst layer, and the obtained electrode/matrix combination is fired.
この発明においては、電極基材の表面に上記の
ような多層の触媒層とマトリツクス層が形成され
るので、触媒層内におけるりん酸等の電解質に対
する撥水・親水性等のぬれ性のバランスを向上さ
せ、電解質の含浸・浸透性が良く、触媒層との接
着性の良いマトリツクス層が形成される。
In this invention, since the above-mentioned multilayer catalyst layer and matrix layer are formed on the surface of the electrode base material, the balance of wettability such as water repellency and hydrophilicity for electrolytes such as phosphoric acid in the catalyst layer is maintained. A matrix layer with good electrolyte impregnation and permeability and good adhesion with the catalyst layer is formed.
また、この発明の別の発明においては、上記の
ような燃料電池の電極・マトリツクス結合体が容
易に得られる。 Further, in another aspect of the present invention, the electrode/matrix assembly for a fuel cell as described above can be easily obtained.
第1図は、この発明の一実施例を示す工程図で
あり、図において1及び2は従来法におけるもの
と全く同一である。17は電極基材10に第1触
媒層を塗布し乾燥する塗布・乾燥工程、18は第
1触媒層の上に第2触媒層を塗布し乾燥する塗
布・乾燥工程、19は第2触媒層の上に第3触媒
層を塗布し乾燥する塗布・乾燥工程、20は第3
触媒層の上に第1マトリツクス層を塗布し乾燥す
る塗布・乾燥工程、21は第1マトリツクス層の
上に第2マトリツクス層を塗布し乾燥する塗布・
乾燥工程、22は上記のように第1、第2、およ
び第3触媒層ならびに第1および第2マトリツク
ス層が塗布・乾燥されて造られる電極・マトリツ
クス結合体を予備焼成する予備焼成工程、23は
予備焼成された電極・マトリツクス結合体を最終
焼成する最終焼成工程である。
FIG. 1 is a process diagram showing an embodiment of the present invention, and in the figure, 1 and 2 are exactly the same as those in the conventional method. 17 is a coating/drying step in which the first catalyst layer is applied to the electrode base material 10 and dried; 18 is a coating/drying step in which the second catalyst layer is applied on the first catalyst layer and dried; 19 is a second catalyst layer A coating/drying step in which a third catalyst layer is coated on top and dried; 20 is a third catalyst layer;
A coating/drying step in which a first matrix layer is coated on the catalyst layer and dried; 21 is a coating/drying step in which a second matrix layer is coated on the first matrix layer and dried;
A drying step 22 is a pre-baking step 23 of pre-baking the electrode/matrix assembly produced by coating and drying the first, second and third catalyst layers and first and second matrix layers as described above. is a final firing step in which the pre-fired electrode/matrix combination is finally fired.
第2図は、第1図の製造工程により造られた燃
料電池の電極・マトリツクス結合体の概略断面図
であり、図において10,13〜16は上記従来
の電極・マトリツクス結合体におけるものと全く
同一である。11は触媒層であり第1触媒層11
A、第2触媒層11B、および第3触媒層11C
からなり、12はマトリツクス層であり第1マト
リツクス層12Aおよび第2マトリツクス層12
Bからなる。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the electrode/matrix assembly of the fuel cell manufactured by the manufacturing process shown in FIG. are the same. 11 is a catalyst layer, and the first catalyst layer 11
A, second catalyst layer 11B, and third catalyst layer 11C
12 is a matrix layer consisting of a first matrix layer 12A and a second matrix layer 12A.
Consists of B.
上記のように構成された燃料電池の電極・マト
リツクス結合体においては、まず電極基材の準備
工程1で電極基材10として例えば多孔性材料
(耐りん酸性のカーボンペーパ等を用いる)を用
意し、これにポリテトラフルオロエチレン等撥水
性を有する結着剤を塗布・乾燥させる撥水処理工
程2を行う。次に、第1触媒層11Aの塗布・乾
燥工程17において、撥水処理を施した電極基材
10上に触媒粉末13:撥水剤(ポリテトラフル
オロエチレン等)14:造孔剤(炭酸水素アンモ
ニウム等)を100重量部:150〜400重量部:20〜
80重量部の混合比で混合したものを塗布し、温度
80〜100℃で乾燥して第1触媒層11Aを形成す
る。次に、第2触媒層11Bの塗布・乾燥工程1
8において、第1触媒層11Aの上に触媒粉末1
3:撥水剤(ポリテトラフルオロエチレン等)1
4:造孔剤(炭酸水素アンモニウム等)を100重
量部:30〜200重量部:10〜50重量部の混合比で
混合したものを塗布し、温度80〜100℃で乾燥し
て第2触媒層11Bを形成する。次に、第3触媒
層11Cの塗布・乾燥工程19において、第2触
媒層11Bの上に触媒粉末13:撥水剤(ポリテ
トラフルオロエチレン等)14:造孔剤(炭酸水
素アンモニウム等)を100重量部:1〜40重量
部:1〜20重量部の混合比で混合したものを塗布
し、温度80〜100℃で乾燥して第3触媒層11C
を形成する。次に、第1マトリツクス層の塗布・
乾燥工程20において、第3触媒層11Cの上に
マトリツクス粉末材料(平均粒子径0.6〜1μmの
シリコンカーバイド等)15:結着剤(平均粒子
径約1μmのポリテトラフルオロエチレン等)1
6を100重量部:0.1〜2重量部(好ましくは0.5
〜1重量部)の混合比で混合したものを塗布し、
温度80〜100℃で乾燥して第1マトリツクス層1
2Aを形成する。次に、第2マトリツクス層の塗
布・乾燥工程21において、第1マトリツクス層
12Aの上にマトリツクス粉末材料(平均粒子径
0.6〜1μmのシリコンカーバイト等)15:結着
剤(平均粒子径約1μmのポリテトラフルオロエ
チレン等)16を100重量部:1〜5重量部(好
ましくは2〜4重量部)の混合比で混合したもの
を塗布し、温度80〜100℃で乾燥して第2マトリ
ツクス層12Bを形成する。次に、予備焼成工程
22において、上記のようにして造られた電極・
マトリツクス結合体の全体を温度150〜280℃(好
ましくは200〜250℃)で予備焼成する。次に、最
終焼成工程23において、予備焼成した電極・マ
トリツクス結合体の全体を温度310〜370℃(好ま
しくは330〜360℃)で最終焼成して電極・マトリ
ツクス結合体を完成させる。 In the electrode/matrix assembly of the fuel cell configured as described above, first, in electrode base material preparation step 1, a porous material (using phosphoric acid resistant carbon paper, etc.) is prepared as the electrode base material 10. Then, a water repellent treatment step 2 is performed in which a water repellent binder such as polytetrafluoroethylene is applied and dried. Next, in the coating/drying step 17 of the first catalyst layer 11A, catalyst powder 13: water repellent (polytetrafluoroethylene, etc.) 14: pore forming agent (hydrogen carbonate, etc.) ammonium, etc.) 100 parts by weight: 150-400 parts by weight: 20-
Apply the mixture at a mixing ratio of 80 parts by weight, and
The first catalyst layer 11A is formed by drying at 80 to 100°C. Next, the second catalyst layer 11B coating/drying step 1
8, catalyst powder 1 is placed on the first catalyst layer 11A.
3: Water repellent (polytetrafluoroethylene, etc.) 1
4: Apply a mixture of pore-forming agent (ammonium hydrogen carbonate, etc.) at a mixing ratio of 100 parts by weight: 30 to 200 parts by weight: 10 to 50 parts by weight, and dry at a temperature of 80 to 100°C to form the second catalyst. Form layer 11B. Next, in the coating/drying step 19 of the third catalyst layer 11C, catalyst powder 13: water repellent (polytetrafluoroethylene, etc.) 14: pore-forming agent (ammonium hydrogen carbonate, etc.) is applied on the second catalyst layer 11B. A mixture of 100 parts by weight: 1 to 40 parts by weight: 1 to 20 parts by weight is applied and dried at a temperature of 80 to 100°C to form the third catalyst layer 11C.
form. Next, apply the first matrix layer.
In the drying step 20, a matrix powder material (such as silicon carbide with an average particle size of 0.6 to 1 μm) 15: a binder (such as polytetrafluoroethylene with an average particle size of about 1 μm) 1 is placed on the third catalyst layer 11C.
100 parts by weight of 6: 0.1 to 2 parts by weight (preferably 0.5 parts by weight)
~1 part by weight) mixed at a mixing ratio of
Dry at a temperature of 80 to 100℃ to form the first matrix layer 1.
Form 2A. Next, in the second matrix layer coating/drying step 21, a matrix powder material (average particle size
0.6-1 μm silicon carbide, etc.) 15: Binder (polytetrafluoroethylene, etc. with an average particle size of about 1 μm) 16 at a mixing ratio of 100 parts by weight: 1-5 parts by weight (preferably 2-4 parts by weight) The mixture is applied and dried at a temperature of 80 to 100°C to form the second matrix layer 12B. Next, in the pre-firing step 22, the electrodes and
The entire matrix assembly is prefired at a temperature of 150-280°C (preferably 200-250°C). Next, in a final firing step 23, the entire pre-fired electrode/matrix combination is finally fired at a temperature of 310 to 370°C (preferably 330 to 360°C) to complete the electrode/matrix combination.
上記の製造方法で製造された燃料電池の電極・
マトリツクス結合体は、第2マトリツクス層12
Bを形成させるまでは焼成を行わず、第2マトリ
ツクス層12Bを形成した後に焼成を行つてお
り、かつ、第3触媒層11Cと第1マトリツクス
層12Aの中のポリテトラフルオロエチレン等の
撥水剤14や結着剤16の含有率が低いため、第
3触媒層11Cと第1マトリツクス層12Aの結
合面に撥水層を形成しなくなり、マトリツクス層
12の沿層方向および第3触媒層11Cの方向す
なわちマトリツクス層12の貫層方向へのりん酸
等電解質の含浸・浸透性が向上した。さらに、第
3触媒層11Cの表面に従来のような離型層を形
成しなくなり、マトリツクス層12が第3触媒層
11Cから剥離したり、マトリツクス層12にク
ラツクが生じたりする不都合がなくなつた。ま
た、上記のような製造方法で製造された電極・マ
トリツクス結合体の触媒層11には、それぞれ第
1触媒層11Aでは70〜90%(好ましくは約80
%)、第2触媒層11Bでは55〜85%(好ましく
は約70%)、第3触媒層11Cでは約45〜80%
(好ましくは約60%)の空隙ができ、かつ、触媒
層11の中のポリテトラフルオロエチレン等の撥
水剤の含有率は電極基材10側ほど高く、マトリ
ツクス層側12ほど低いので、触媒層11は電極
基材10側ほど撥水性が強く、マトリツクス層1
2側ほど親水性が強くなり、従つて、触媒層内の
りん酸等電解質に対する撥水・親水性等がぬれ性
のバランス維持・調整が容易となつた。これらに
よつて、従来の電極・マトリツクス結合体の不都
合な点が改善され、この発明による電極・マトリ
ツクス結合体を用いて製造した燃料電池は、マト
リツクス層が強固で、かつ、りん酸等電解質の含
浸・浸透性が良く触媒層11のぬれ性のバランス
も良いので、出力電圧が高くかつ経時変化も小さ
くなり、燃料電池の信頼性を高めることができ
た。 Fuel cell electrodes manufactured by the above manufacturing method
The matrix combination consists of a second matrix layer 12
The calcination is not performed until the second matrix layer 12B is formed, and the calcination is performed after the second matrix layer 12B is formed. Since the content of the agent 14 and the binder 16 is low, a water-repellent layer is not formed on the bonding surface of the third catalyst layer 11C and the first matrix layer 12A, and the water-repellent layer is not formed on the bonding surface of the third catalyst layer 11C and the first matrix layer 12A. The impregnation and permeability of electrolyte such as phosphoric acid in the direction of , that is, the translayer direction of the matrix layer 12 was improved. Furthermore, a release layer is no longer formed on the surface of the third catalyst layer 11C, and the inconveniences such as peeling of the matrix layer 12 from the third catalyst layer 11C or cracks in the matrix layer 12 are eliminated. . Further, in the catalyst layer 11 of the electrode/matrix combination manufactured by the above manufacturing method, the first catalyst layer 11A has a content of 70 to 90% (preferably about 80%).
%), 55 to 85% (preferably about 70%) in the second catalyst layer 11B, and about 45 to 80% in the third catalyst layer 11C.
(preferably about 60%) voids are formed, and the content of water repellent such as polytetrafluoroethylene in the catalyst layer 11 is higher on the electrode base material 10 side and lower on the matrix layer side 12. The layer 11 has stronger water repellency toward the electrode base material 10;
The hydrophilicity becomes stronger toward the second side, and therefore, it becomes easier to maintain and adjust the balance of wettability between water repellency and hydrophilicity with respect to electrolytes such as phosphoric acid in the catalyst layer. As a result, the disadvantages of conventional electrode/matrix assemblies are improved, and a fuel cell manufactured using the electrode/matrix assembly according to the present invention has a strong matrix layer and an electrolyte such as phosphoric acid. Since the impregnation and permeability were good and the wettability of the catalyst layer 11 was well balanced, the output voltage was high and the change over time was small, making it possible to improve the reliability of the fuel cell.
第3図は、この発明の他の実施例を示す工程図
であり、図において1,2,17〜20は第1図
におけるものと全く同一である。24は第1、第
2、および第3触媒層ならびに第1マトリツクス
層が塗布・乾燥された電極・マトリツクス結合体
を予備焼成する予備焼成工程、25は予備焼成さ
れた電極・マトリツクス結合体を本焼成する本焼
成工程、26は第1マトリツクス層の上に第2マ
トリツクス層を塗布し乾燥する塗布・乾燥工程、
27は電極・マトリツクス結合体を最終焼成する
最終焼成工程である。これらの製造工程を経て得
られる電極・マトリツクス結合体の概略断面図
は、上記実施例と同じものであり、第2図に示さ
れる。 FIG. 3 is a process diagram showing another embodiment of the present invention, in which numerals 1, 2, 17 to 20 are exactly the same as those in FIG. 1. 24 is a pre-firing step in which the electrode/matrix assembly on which the first, second, and third catalyst layers and the first matrix layer have been coated and dried is pre-baked, and 25 is a pre-baking process in which the pre-baked electrode/matrix assembly is subjected to the main process. 26 is a main firing step of firing, a coating/drying step of applying and drying a second matrix layer on the first matrix layer;
27 is a final firing step in which the electrode/matrix combination is finally fired. A schematic cross-sectional view of the electrode/matrix assembly obtained through these manufacturing steps is the same as that of the above embodiment, and is shown in FIG.
上記のように構成された燃料電池の電極・マト
リツクス結合体においては、第1、第2、および
第3触媒層ならびに第1マトリツクス層が塗布・
乾燥された電極・マトリツクス結合体を、予備焼
成工程24において温度150〜280℃(好ましくは
200〜250℃)で予備焼成する。次に、本焼成工程
25において、電極・マトリツクス結合体を温度
310〜370℃(好ましくは330〜360℃)で焼成す
る。次に、第2マトリツクス層の塗布・乾燥工程
26において、第1マトリツクス層12Aの上に
第2マトリツクス層12Bを第1図の塗布・乾燥
工程21と全く同一の方法で塗布し乾燥する。次
に、最終焼成工程27において、第2マトリツク
ス層12Bを塗布した電極・マトリツクス結合体
を温度150〜320℃(好ましくは200〜280℃)で最
終焼成して電極・マトリツクス結合体を完成させ
る。 In the electrode/matrix assembly of the fuel cell constructed as described above, the first, second, and third catalyst layers and the first matrix layer are coated and
The dried electrode/matrix assembly is heated to a temperature of 150 to 280°C (preferably
Pre-baking at 200-250℃). Next, in the main firing step 25, the electrode/matrix combination is heated to
Calcinate at 310-370°C (preferably 330-360°C). Next, in a second matrix layer coating/drying step 26, a second matrix layer 12B is coated and dried on the first matrix layer 12A in exactly the same manner as the coating/drying step 21 of FIG. Next, in a final firing step 27, the electrode/matrix assembly coated with the second matrix layer 12B is finally fired at a temperature of 150 to 320°C (preferably 200 to 280°C) to complete the electrode/matrix assembly.
以上の製造方法で製造された電極・マトリツク
ス結合体は、触媒層11と第1マトリツクス層1
2Aのみを高温で焼成し、第2マトリツクス層1
2Bは結着剤であるポリテトラフルオロエチレン
の溶融温度(327℃)未満の低温で焼成されてい
るので、マトリツクス層12Bの撥水性が弱く、
りん酸等電解質のマトリツクス層12沿層方向の
含浸・浸透性が著しく向上し、電解質の補給など
も容易にできた。勿論、この場合もマトリツクス
層12は強固で、かつ、りん酸等電解質のマトリ
ツクス層12貫層方向への含浸・浸透性が良く、
触媒層11のぬれ性のバランスも良いので、出力
電圧が高くかつ経時変化も小さくなり、燃料電池
の信頼性を高めることができた。 The electrode/matrix assembly manufactured by the above manufacturing method has a catalyst layer 11 and a first matrix layer 1.
Only 2A is fired at high temperature to form the second matrix layer 1.
2B is fired at a low temperature below the melting temperature (327°C) of polytetrafluoroethylene, which is the binder, so the water repellency of the matrix layer 12B is weak.
The impregnation and permeability of electrolytes such as phosphoric acid in the longitudinal direction of the matrix layer 12 were significantly improved, and electrolyte replenishment was also facilitated. Of course, in this case as well, the matrix layer 12 is strong, and the impregnation and permeability of electrolyte such as phosphoric acid in the direction through the matrix layer 12 is good.
Since the wettability of the catalyst layer 11 was well balanced, the output voltage was high and the change over time was small, making it possible to improve the reliability of the fuel cell.
なお、上記実施例では触媒層11の撥水剤14
およびマトリツクス層12の結着剤16としてポ
リテトラフルオロエチレンを使用したが、これに
限定されるものではなく、ヘキサフルオロプロピ
レンーテトラフルオロエチレン共重合体、フツ化
黒鉛、およびポリトリフルオロエチレンから選ば
れた少なくとも1種も使用できる。また、触媒層
11の造孔剤は、炭酸水素アンモニウムに限定さ
れるものではなく、アンモニウムカルボキシメチ
ルセルロースまたは炭酸アンモニウムなども使用
できる。 In addition, in the above embodiment, the water repellent 14 of the catalyst layer 11
And polytetrafluoroethylene was used as the binder 16 of the matrix layer 12, but is not limited thereto, and is selected from hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, graphite fluoride, and polytrifluoroethylene. At least one of the following can also be used. Further, the pore-forming agent for the catalyst layer 11 is not limited to ammonium hydrogen carbonate, and ammonium carboxymethyl cellulose, ammonium carbonate, or the like can also be used.
以上の実施例において、電解質はりん酸のみに
限定されるものではなく、勿論アルカリ液に対し
ても適用できる。さらに、電極・マトリツクス結
合体において、触媒層の層数は3層に限定される
ものではなく、マトリツクス層も2層に限定され
るものではなく、さらに多層の触媒層およびマト
リツクス層も使用できる。 In the above embodiments, the electrolyte is not limited to phosphoric acid, but can of course also be applied to alkaline solutions. Further, in the electrode/matrix combination, the number of catalyst layers is not limited to three, and the number of matrix layers is not limited to two, and even more catalyst layers and matrix layers can be used.
この発明は以上説明したとおり、多孔性の電極
基材と、この電極基材の表面に形成されそれぞれ
触媒粉末および撥水剤からなる2層以上の触媒層
と、この触媒層の表面に形成されそれぞれマトリ
ツクス粉末材料および結着剤からなる2層以上の
マトリツクス層とを有する燃料電池の電極・マト
リツクス結合体であつて、上記各触媒層に含まれ
る撥水剤の量は、上記電極基材側から上記マトリ
ツクス層側に向かい順次減少すると共に、上記各
触媒層に造孔剤により形成される空隙の空隙率
は、上記電極基材側から上記マトリツクス層側に
向かい順次減少し、かつ、上記各マトリツクス層
に含まれる結着剤の量は、上記触媒層側から上記
マトリツクス層の表面側に向かい順次増加するの
で、りん酸等の電解質の含浸・浸透性が良く、触
媒層との接着性の良いマトリツクス層を有し、触
媒層内の電解質に対する撥水・親水性等のぬれ性
のバランスを向上させた燃料電池の電極・マトリ
ツクス結合体が得られる効果がある。さらに、出
力電圧が高くかつ経時変化が小さく、信頼性の高
い燃料電池が得られる効果がある。
As explained above, this invention includes a porous electrode base material, two or more catalyst layers formed on the surface of this electrode base material and each consisting of a catalyst powder and a water repellent, and a catalyst layer formed on the surface of this catalyst layer. An electrode/matrix assembly for a fuel cell having two or more matrix layers each consisting of a matrix powder material and a binder, wherein the amount of water repellent contained in each catalyst layer is equal to The porosity of the voids formed by the pore-forming agent in each of the catalyst layers decreases sequentially from the electrode base material side toward the matrix layer side, and Since the amount of binder contained in the matrix layer increases sequentially from the catalyst layer side to the surface side of the matrix layer, it has good impregnation and permeability with electrolytes such as phosphoric acid, and has good adhesion with the catalyst layer. This has the effect of providing an electrode/matrix assembly for a fuel cell that has a good matrix layer and has an improved balance of wettability such as water repellency and hydrophilicity for the electrolyte in the catalyst layer. Furthermore, there is an effect that a highly reliable fuel cell with a high output voltage and a small change over time can be obtained.
また、この発明の別の発明は、多孔性の電極基
材の表面に触媒粉末と撥水剤と造孔剤との混合部
を塗布・乾燥して第1触媒層を形成する工程と、
触媒粉末と第1触媒層より相対的に少量の撥水剤
と第1触媒層より相対的に少量の造孔剤との混合
物を第1触媒層の表面に塗布・乾燥して第2触媒
層を形成する工程と、触媒粉末と第2触媒層より
相対的に少量の撥水剤と第2触媒層より相対的に
少量の造孔剤との混合物を第2触媒層の表面に塗
布・乾燥して第3触媒層を形成する工程と、マト
リツクス粉末材料と結着剤との混合物を前記工程
で形成された第3触媒層の表面に塗装・乾燥して
第1マトリツクス層を形成する工程と、マトリツ
クス粉末材料と第1マトリツクス層より相対的に
多量の結着剤との混合物を第1マトリツクス層の
表面に塗布・乾燥して第2マトリツクス層を形成
する工程と、上記第1、第2、および第3触媒層
ならびに第1および第2マトリツクス層が形成さ
れた電極・マトリツクス結合体を予備焼成する工
程と、予備焼成された電極・マトリツクス結合体
を最終焼成する工程と、を有するので、上記のよ
うな燃料電池の電極・マトリツクス結合体が容易
に得られる効果がある。 Another aspect of the present invention is to form a first catalyst layer by applying and drying a mixed portion of a catalyst powder, a water repellent, and a pore-forming agent on the surface of a porous electrode base material;
A mixture of catalyst powder, a water repellent in a smaller amount than the first catalyst layer, and a pore-forming agent in a smaller amount than the first catalyst layer is coated on the surface of the first catalyst layer and dried to form a second catalyst layer. and applying and drying a mixture of the catalyst powder, a water repellent in a smaller amount than the second catalyst layer, and a pore-forming agent in a smaller amount than the second catalyst layer on the surface of the second catalyst layer. forming a third catalyst layer; and forming a first matrix layer by coating and drying a mixture of a matrix powder material and a binder on the surface of the third catalyst layer formed in the step. , forming a second matrix layer by applying and drying a mixture of a matrix powder material and a binder in a relatively larger amount than the first matrix layer on the surface of the first matrix layer; , and a step of preliminarily firing the electrode/matrix assembly on which the third catalyst layer and the first and second matrix layers are formed, and a final firing of the preliminarily fired electrode/matrix assembly. There is an advantage that the electrode/matrix combination of the fuel cell as described above can be easily obtained.
この発明のさらに別の発明は、多孔性の電極基
材の表面に触媒粉末と撥水剤と造孔剤との混合物
を塗布・乾燥して第1触媒層を形成する工程と、
触媒粉末と第1触媒層より相対的に少量の撥水剤
と第1触媒層より相対的に少量の造孔剤との混合
物を第1触媒層の表面に塗布・乾燥して第2触媒
層を形成する工程と、触媒粉末と第2触媒層より
相対的に少量の撥水剤と第2触媒層より相対的に
少量の造孔剤との混合物を第2触媒層の表面に塗
布・乾燥して第3触媒層を形成する工程と、マト
リツクス粉末材料と結着剤との混合物を上記工程
で形成された第3触媒層の表面に塗布・乾燥して
第1マトリツクス層を形成する工程と、上記第
1、第2、および第3触媒層ならびに第1マトリ
ツクス層が形成された電極・マトリツクス結合体
を予備焼成する工程と、予備焼成された電極・マ
トリツクス結合体を本焼成する工程と、マトリツ
クス粉末材料と第1マトリツクス層より相対的に
多量の結着剤との混合物を第1マトリツクス層の
表面に塗布・乾燥して第2マトリツクス層を形成
する工程と、上記第1、第2、および第3触媒層
ならびに第1および第2マトリツクス層が形成さ
れた電極・マトリツクス結合体を上記本焼成より
低い温度で最終焼成する工程とを有するので、第
2マトリツクス層の撥水性が弱く、りん酸等電解
質のマトリツクス層沿層方向の含浸・浸透性が著
しく向上し、電解質の補給なども容易にでき、信
頼性の高い燃料電池が得られる効果がある。 Still another invention of the present invention includes a step of applying and drying a mixture of a catalyst powder, a water repellent, and a pore-forming agent on the surface of a porous electrode base material to form a first catalyst layer;
A mixture of catalyst powder, a water repellent in a smaller amount than the first catalyst layer, and a pore-forming agent in a smaller amount than the first catalyst layer is coated on the surface of the first catalyst layer and dried to form a second catalyst layer. and applying and drying a mixture of the catalyst powder, a water repellent in a smaller amount than the second catalyst layer, and a pore-forming agent in a smaller amount than the second catalyst layer on the surface of the second catalyst layer. a step of applying a mixture of a matrix powder material and a binder to the surface of the third catalyst layer formed in the above step and drying it to form a first matrix layer; , a step of preliminarily firing the electrode/matrix assembly on which the first, second, and third catalyst layers and the first matrix layer are formed, and a step of main firing the preliminarily fired electrode/matrix assembly; forming a second matrix layer by coating and drying a mixture of a matrix powder material and a binder in a relatively larger amount than the first matrix layer; and a step of final firing the electrode/matrix assembly on which the third catalyst layer and the first and second matrix layers have been formed at a temperature lower than the main firing described above, so that the second matrix layer has weak water repellency and is free from phosphorus. The impregnation and permeability of the acid electrolyte along the matrix layer are significantly improved, the electrolyte can be easily replenished, and a highly reliable fuel cell can be obtained.
第1図はこの発明の一実施例を示す工程図、第
2図は第1図の工程により造られた燃料電池の電
極・マトリツクス結合体の概略断面図、第3図は
この発明の他の実施例を示す工程図、第4図は従
来の燃料電池の電極・マトリツクス結合体の製造
方法の工程図、第5図は第4図の工程により造ら
れた燃料電池の電極・マトリツクス結合体の概略
断面図である。
図において、1は準備工程、2は撥水処理工
程、10は電極基材、11は触媒層、11Aは第
1触媒層、11Bは第2触媒層、11Cは第3触
媒層、12はマトリツクス層、12Aは第1マト
リツクス層、12Bは第2マトリツクス層、13
は触媒粉末、14は撥水剤、15はマトリツクス
粉末材料、16は結着剤、17,18,19,2
0,21,26は塗布・乾燥工程、22,24は
予備焼成工程、23,27は最終焼成工程、25
は本焼成工程である。なお、各図中、同一符号は
同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a process diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic sectional view of an electrode/matrix assembly of a fuel cell produced by the process shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a process diagram showing an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a process diagram showing a conventional method for manufacturing an electrode/matrix assembly for a fuel cell, and FIG. 5 is a process diagram showing an electrode/matrix assembly for a fuel cell manufactured by the process shown in FIG. It is a schematic sectional view. In the figure, 1 is a preparation process, 2 is a water repellent treatment process, 10 is an electrode base material, 11 is a catalyst layer, 11A is a first catalyst layer, 11B is a second catalyst layer, 11C is a third catalyst layer, and 12 is a matrix. layers, 12A is the first matrix layer, 12B is the second matrix layer, 13
is a catalyst powder, 14 is a water repellent, 15 is a matrix powder material, 16 is a binder, 17, 18, 19, 2
0, 21, 26 are coating/drying steps, 22, 24 are preliminary firing steps, 23, 27 are final firing steps, 25
is the main firing process. In each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
Claims (1)
末および撥水剤からなる2層以上の触媒層と、 この触媒層の表面に形成されそれぞれマトリツ
クス粉末材料および結着剤からなる2層以上のマ
トリツクス層と を有する燃料電池の電極・マトリツクス結合体で
あつて、 上記各触媒層に含まれる撥水剤の量は、上記電
極基材側から上記マトリツクス層側に向かい順次
減少すると共に、上記各触媒層に造孔剤により形
成される空隙の空隙率は、上記電極基材側から上
記マトリツクス層側に向かい順次減少し、 かつ、上記各マトリツクス層に含まれる結着剤
の量は、上記触媒層側から上記マトリツクス層の
表面側に向かい順次増加することを特徴とする燃
料電池の電極・マトリツクス結合体。 2 マトリツクス層に隣接する触媒層は、この触
媒層の空隙に上記マトリツクス層が充填されない
空隙率を有することを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の燃料電池の電極・マトリツクス結合
体。 3 触媒層の撥水剤とマトリツクス層の結着剤と
は、同一の材料が用いられることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の燃料電池の電極・マト
リツクス結合体。 4 触媒層の撥水剤およびマトリツクス層の結着
剤は、ポリテトラフルオロエチレン、ヘキサフル
オロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合
体、フツ化黒鉛、およびポリトリフルオロエチレ
ンからなる群から選ばれた少なくとも1種である
ことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の燃
料電池の電極・マトリツクス結合体。 5 触媒層に空隙を形成する造孔剤は、アンモニ
ウムカルボキシメチルセルロース、炭酸アンモニ
ウム、および炭酸水素アンモニウムからなる群か
ら選ばれた少なくとも1種であることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の燃料電池の電極・
マトリツクス結合体。 6 触媒層は第1触媒層、第2触媒層および第3
触媒層の3層であり、かつマトリツクス層は第1
マトリツクス層および第2マトリツクス層の2層
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の燃料電池の電極・マトリツクス結合体。 7 第1ないし第3触媒層の撥水剤は、ポリテト
ラフルオロエチレンであり、これらの触媒層中の
触媒粉末100重量部に対する撥水剤の混合比は、
第1触媒層では150〜400重量部、第2触媒層では
30〜200重量部、第3触媒層では1〜40重量部で
あることを特徴とする特許請求の範囲第6項記載
の燃料電池の電極・マトリツクス結合体。 8 第1ないし第3触媒層に空隙を形成する造孔
剤は、炭酸水素アンモニウムであり、これらの触
媒層中の触媒粉末100重量部に対する造孔剤の混
合比は、第1触媒層では20〜80重量部、第2触媒
層では10〜50重量部、第3触媒層では1〜20重量
部であることを特徴とする特許請求の範囲第6項
記載の燃料電池の電極・マトリツクス結合体。 9 第1ないし第3触媒層の空隙率は、第1触媒
層では70〜90%、第2触媒層では55〜85%、第3
触媒層では45〜80%であることを特徴とする特許
請求の範囲第6項記載の燃料電池の電極・マトリ
ツクス結合体。 10 第1および第2マトリツクス層の結着剤
は、ポリテトラフルオロエチレンであり、これら
のマトリツクス層中の平均粒子径は約1μmであ
り、さらにマトリツクス粉末材料100重量部に対
する結着剤の混合比は、第1マトリツクス層では
0.1〜2重量部、第2マトリツクス層では1〜5
重量部であることを特徴とする特許請求の範囲第
6項記載の燃料電池の電極・マトリツクス結合
体。 11 多孔性の電極基材の表面に触媒粉末と撥水
剤と造孔剤との混合物を塗布・乾燥して第1触媒
層を形成する工程と、 触媒粉末と第1触媒層より相対的に少量の撥水
剤と第1触媒層より相対的に少量の造孔剤との混
合物を第1触媒層の表面に塗布・乾燥して第2触
媒層を形成する工程と、 触媒粉末と第2触媒層より相対的に少量の撥水
剤と第2触媒層より相対的に少量の造孔剤との混
合物を第2触媒層の表面に塗布・乾燥して第3触
媒層を形成する工程と、 マトリツクス粉末材料と結着剤との混合物を上
記工程で形成された第3触媒層の表面に塗布・乾
燥して第1マトリツクス層を形成する工程と、 マトリツクス粉末材料と第1マトリツクス層よ
り相対的に多量の結着剤との混合物を第1マトリ
ツクス層の表面に塗布・乾燥して第2マトリツク
ス層を形成する工程と、 上記第1、第2、および第3触媒層ならびに第
1および第2マトリツクス層が形成された電極・
マトリツクス結合体を予備焼成する工程と、 予備焼成された電極・マトリツクス結合体を最
終焼成する工程と を有することを特徴とする燃料電池の電極・マト
リツクス結合体の製造方法。 12 予備焼成を温度150〜280℃で行い、かつ、
最終焼成を温度310〜370℃で行うことを特徴とす
る特許請求の範囲第11項記載の燃料電池の電
極・マトリツクス結合体の製造方法。 13 多孔性の電極基材の表面に触媒粉末と撥水
剤と造孔剤との混合物を塗布・乾燥して第1触媒
層を形成する工程と、 触媒粉末と第1触媒層より相対的に少量の撥水
剤と第1触媒層より相対的に少量の造孔剤との混
合物を第1触媒層の表面に塗布・乾燥して第2触
媒層を形成する工程と、 触媒粉末と第2触媒層より相対的に少量の撥水
剤と第2触媒層より相対的に少量の造孔剤との混
合物を第2触媒層の表面に塗布・乾燥して第3触
媒層を形成する工程と、 マトリツクス粉末材料と結着剤との混合物を上
記工程で形成された第3触媒層の表面に塗布・乾
燥して第1マトリツクス層を形成する工程と、 上記第1、第2、および第3触媒層ならびに第
1マトリツクス層が形成された電極・マトリツク
ス結合体を予備焼成する工程と、 予備焼成された電極・マトリツクス結合体を本
焼成する工程と、 マトリツクス粉末材料と第1マトリツクス層よ
り相対的に多量の結着剤との混合物を第1マトリ
ツクス層の表面に塗布・乾燥して第2マトリツク
ス層を形成する工程と、 上記第1、第2、および第3触媒層ならびに第
1および第2マトリツクス層が形成された電極・
マトリツクス結合体を上記本焼成より低い温度で
最終焼成する工程と を有することを特徴とする燃料電池の電極・マト
リツクス結合体の製造方法。 14 予備焼成を温度150〜280℃で行い、本焼成
を温度310〜370℃で行い、かつ、最終焼成を温度
150〜320℃で行うことを特徴とする特許請求の範
囲第13項記載の燃料電池の電極・マトリツクス
結合体の製造方法。[Scope of Claims] 1. A porous electrode base material; Two or more catalyst layers formed on the surface of this electrode base material and each consisting of a catalyst powder and a water repellent; An electrode/matrix assembly for a fuel cell having two or more matrix layers consisting of a matrix powder material and a binder, wherein the amount of water repellent contained in each catalyst layer is determined from the electrode base material side. The porosity of the voids formed by the pore-forming agent in each of the catalyst layers decreases sequentially from the electrode base material side to the matrix layer side, and An electrode/matrix assembly for a fuel cell, wherein the amount of binder contained in the layer increases sequentially from the catalyst layer side toward the surface side of the matrix layer. 2. The electrode/matrix assembly for a fuel cell according to claim 1, wherein the catalyst layer adjacent to the matrix layer has a porosity such that the voids in the catalyst layer are not filled with the matrix layer. 3. The electrode/matrix assembly for a fuel cell according to claim 1, wherein the same material is used for the water repellent in the catalyst layer and the binder in the matrix layer. 4. The water repellent in the catalyst layer and the binder in the matrix layer are at least one selected from the group consisting of polytetrafluoroethylene, hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, graphite fluoride, and polytrifluoroethylene. 4. The electrode/matrix assembly for a fuel cell according to claim 3, which is a seed. 5. The pore-forming agent that forms voids in the catalyst layer is at least one selected from the group consisting of ammonium carboxymethyl cellulose, ammonium carbonate, and ammonium hydrogen carbonate. Fuel cell electrodes
Matrix combination. 6 The catalyst layer includes a first catalyst layer, a second catalyst layer, and a third catalyst layer.
There are three catalyst layers, and the matrix layer is the first layer.
The electrode/matrix assembly for a fuel cell according to claim 1, characterized in that it has two layers: a matrix layer and a second matrix layer. 7 The water repellent in the first to third catalyst layers is polytetrafluoroethylene, and the mixing ratio of the water repellent to 100 parts by weight of the catalyst powder in these catalyst layers is as follows:
150 to 400 parts by weight in the first catalyst layer, and 150 to 400 parts by weight in the second catalyst layer.
7. The electrode/matrix assembly for a fuel cell according to claim 6, wherein the amount is 30 to 200 parts by weight, and 1 to 40 parts by weight in the third catalyst layer. 8 The pore-forming agent that forms voids in the first to third catalyst layers is ammonium hydrogen carbonate, and the mixing ratio of the pore-forming agent to 100 parts by weight of the catalyst powder in these catalyst layers is 20% in the first catalyst layer. ~80 parts by weight, 10 to 50 parts by weight in the second catalyst layer, and 1 to 20 parts by weight in the third catalyst layer, the electrode/matrix assembly for a fuel cell according to claim 6 . 9 The porosity of the first to third catalyst layers is 70 to 90% in the first catalyst layer, 55 to 85% in the second catalyst layer, and porosity in the third catalyst layer.
7. The electrode/matrix assembly for a fuel cell according to claim 6, wherein the amount is 45 to 80% in the catalyst layer. 10 The binder in the first and second matrix layers is polytetrafluoroethylene, the average particle size in these matrix layers is approximately 1 μm, and the mixing ratio of the binder to 100 parts by weight of the matrix powder material is In the first matrix layer,
0.1 to 2 parts by weight, 1 to 5 parts by weight in the second matrix layer
7. The electrode/matrix assembly for a fuel cell according to claim 6, wherein the parts are by weight. 11 A step of forming a first catalyst layer by applying and drying a mixture of catalyst powder, a water repellent agent, and a pore-forming agent on the surface of a porous electrode base material; forming a second catalyst layer by coating and drying a mixture of a small amount of water repellent and a relatively small amount of pore-forming agent than the first catalyst layer on the surface of the first catalyst layer; forming a third catalyst layer by applying a mixture of a water repellent in a smaller amount than the catalyst layer and a pore-forming agent in a smaller amount relative to the second catalyst layer on the surface of the second catalyst layer and drying the mixture; , a step of forming a first matrix layer by applying and drying a mixture of a matrix powder material and a binder on the surface of the third catalyst layer formed in the above step; forming a second matrix layer by coating and drying a mixture with a large amount of a binder on the surface of the first matrix layer; Electrode with two matrix layers formed
1. A method for producing an electrode/matrix assembly for a fuel cell, comprising the steps of pre-firing the matrix assembly and final firing of the pre-fired electrode/matrix assembly. 12 Perform preliminary firing at a temperature of 150 to 280°C, and
12. The method for manufacturing an electrode/matrix assembly for a fuel cell according to claim 11, wherein the final firing is performed at a temperature of 310 to 370°C. 13 Forming a first catalyst layer by applying and drying a mixture of catalyst powder, water repellent, and pore-forming agent on the surface of a porous electrode base material; forming a second catalyst layer by coating and drying a mixture of a small amount of water repellent and a relatively small amount of pore-forming agent than the first catalyst layer on the surface of the first catalyst layer; forming a third catalyst layer by applying a mixture of a water repellent in a smaller amount than the catalyst layer and a pore-forming agent in a smaller amount relative to the second catalyst layer on the surface of the second catalyst layer and drying the mixture; , a step of forming a first matrix layer by coating and drying a mixture of a matrix powder material and a binder on the surface of the third catalyst layer formed in the above step; A step of pre-calcining the electrode/matrix combination on which the catalyst layer and the first matrix layer have been formed, a step of main firing of the pre-fired electrode/matrix combination, and a step of relatively firing the matrix powder material and the first matrix layer. forming a second matrix layer by coating and drying a mixture with a large amount of a binder on the surface of the first matrix layer; Electrode with matrix layer formed
1. A method for producing an electrode/matrix assembly for a fuel cell, comprising the step of final firing the matrix assembly at a lower temperature than the main firing. 14 Preliminary firing is performed at a temperature of 150 to 280°C, main firing is performed at a temperature of 310 to 370°C, and final firing is performed at a temperature of 150 to 280°C.
14. The method of manufacturing an electrode/matrix assembly for a fuel cell according to claim 13, wherein the manufacturing method is carried out at a temperature of 150 to 320°C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61067194A JPS62226583A (en) | 1986-03-27 | 1986-03-27 | Electrode-matrix combined body of fuel cell and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61067194A JPS62226583A (en) | 1986-03-27 | 1986-03-27 | Electrode-matrix combined body of fuel cell and its manufacture |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62226583A JPS62226583A (en) | 1987-10-05 |
| JPH0577151B2 true JPH0577151B2 (en) | 1993-10-26 |
Family
ID=13337850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61067194A Granted JPS62226583A (en) | 1986-03-27 | 1986-03-27 | Electrode-matrix combined body of fuel cell and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62226583A (en) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP7452480B2 (en) * | 2021-03-25 | 2024-03-19 | トヨタ自動車株式会社 | Catalyst layer and its manufacturing method |
-
1986
- 1986-03-27 JP JP61067194A patent/JPS62226583A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62226583A (en) | 1987-10-05 |
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