JP2000285937A - Fuel cell - Google Patents
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- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料と空気中の酸
素とを反応させて電力を発生させる燃料電池スタックを
備えた燃料電池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell having a fuel cell stack for generating electric power by reacting fuel with oxygen in air.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、固体高分子膜の両面に固定代を
残して電極用触媒部を形成し、この固体高分子膜の両側
にプレートを配置して構成されたセルを備え、これらセ
ルを複数積層して燃料電池スタックを構成した燃料電池
が知られている。2. Description of the Related Art Generally, an electrode catalyst section is formed on both sides of a solid polymer membrane while leaving a fixed margin, and cells are arranged on both sides of the solid polymer membrane by arranging plates. 2. Description of the Related Art A fuel cell in which a plurality of fuel cells are stacked to constitute a fuel cell stack is known.
【0003】この種のものでは、白金等の触媒とカーボ
ンとをペースト状に練り合わせて、このペースト状に練
り合わせた触媒を、固体高分子膜の両面に熱圧着するこ
とにより前術した電極用触媒部を形成している。[0003] In this type of catalyst, a catalyst such as platinum is kneaded into a paste and carbon is kneaded into a paste. Part is formed.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】この固体高分子膜はそ
の厚さが薄いほど燃料電池の発電性能を向上させること
ができるが、薄くなるとセルの積層時に破損しやすくな
る。As the thickness of the solid polymer membrane becomes thinner, the power generation performance of the fuel cell can be improved.
【0005】そこで、従来、固体高分子膜の強度補強の
ために、製造段階で固体高分子膜に繊維を混入させた
り、固体高分子膜を複数積層したりしているが、この場
合には、どうしても膜圧が厚くなるという問題がある。Therefore, conventionally, in order to reinforce the strength of the solid polymer film, fibers are mixed into the solid polymer film at the manufacturing stage, or a plurality of solid polymer films are laminated. In this case, However, there is a problem that the film pressure is necessarily increased.
【0006】そこで、本発明の目的は、上述した従来の
技術が有する課題を解消し、固体高分子膜の膜圧を大幅
に厚くすることなく、当該固体高分子膜の強度補強を図
ることができる、燃料電池を提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to reinforce the strength of the solid polymer film without greatly increasing the film pressure of the solid polymer film. To provide a fuel cell.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
固体高分子膜の両面に固定代を残して電極用触媒部を形
成し、この固体高分子膜の両側にプレートを配置して構
成されたセルを備え、これらセルを複数積層して燃料電
池スタックを構成した燃料電池において、前記固定代に
補強用金属層を形成したことを特徴とするものである。According to the first aspect of the present invention,
An electrode catalyst section is formed on both sides of the solid polymer membrane, leaving a fixed margin, and a cell configured by arranging plates on both sides of the solid polymer membrane is provided. Wherein a reinforcing metal layer is formed in the fixing margin.
【0008】この発明では、固定代に補強用金属層が形
成されるので、固体高分子膜の膜圧を大幅に厚くするこ
となく、強度補強を図ることができる。According to the present invention, since the reinforcing metal layer is formed in the fixing margin, the strength can be reinforced without significantly increasing the film pressure of the solid polymer film.
【0009】請求項2記載の発明は、固体高分子膜の両
面に固定代を残して電極用触媒部を形成し、この固体高
分子膜の両側にプレートを配置して構成されたセルを備
え、これらセルを複数積層して燃料電池スタックを構成
した燃料電池において、前記固定代を含む前記固体高分
子膜の両面の略全域に前記電極用触媒部を形成したこと
を特徴とするものである。The invention according to a second aspect of the present invention comprises a cell comprising a catalyst section for an electrode formed on both sides of a solid polymer membrane while leaving a fixed margin, and plates disposed on both sides of the solid polymer membrane. In a fuel cell in which a plurality of these cells are stacked to form a fuel cell stack, the electrode catalyst portion is formed on substantially the entire area of both surfaces of the solid polymer film including the fixing margin. .
【0010】この発明では、固定代を含む固体高分子膜
の両面の略全域に電極用触媒部を形成したので、固定代
の部分の強度が向上し、固体高分子膜の膜圧を大幅に厚
くすることなく、強度補強を図ることができる。In the present invention, since the electrode catalyst portion is formed on substantially the entire surface of both surfaces of the solid polymer film including the fixing allowance, the strength of the fixing allowance portion is improved, and the film pressure of the solid polymer film is greatly increased. Strength reinforcement can be achieved without increasing the thickness.
【0011】請求項3記載の発明は、請求項1または2
記載のものにおいて、固定代を残して形成された電極用
触媒部が凸凹に形成されていることを特徴とする。[0011] The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2.
In the above description, the electrode catalyst portion formed leaving a fixed margin is formed unevenly.
【0012】この発明では、電極用触媒部が凸凹に形成
されているので、発電時の燃料ガスと触媒との接触面積
が増大し、発電性能を向上させることができる。In the present invention, since the electrode catalyst portion is formed unevenly, the contact area between the fuel gas and the catalyst during power generation is increased, and the power generation performance can be improved.
【0013】請求項4記載の発明は、固体高分子膜の両
面に固定代を残して電極用触媒部を形成し、この固体高
分子膜の両側にプレートを配置して構成されたセルを備
え、これらセルを複数積層して燃料電池スタックを構成
した燃料電池において、前記電極用触媒部が凸凹に形成
されていることを特徴とするものである。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a cell comprising a catalyst portion for an electrode formed on both sides of a solid polymer film while leaving a fixed margin, and plates arranged on both sides of the solid polymer film. In a fuel cell in which a fuel cell stack is formed by laminating a plurality of these cells, the electrode catalyst portion is formed to be uneven.
【0014】この発明では、電極用触媒部が凸凹に形成
されているので、発電時の燃料ガスと触媒との接触面積
が増大し、発電性能を向上させることができる。According to the present invention, since the electrode catalyst portion is formed unevenly, the contact area between the fuel gas and the catalyst during power generation increases, and the power generation performance can be improved.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0016】図1において、1は燃料電池の外装ケース
を示している。この外装ケース1内には、燃料と空気中
の酸素とを反応させて電力を発生させる固体高分子形の
燃料電池スタック3が設けられている。この燃料電池ス
タック3には、燃料供給系10と空気供給系20とが接
続されている。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an outer case of a fuel cell. In the outer case 1, a polymer electrolyte fuel cell stack 3 for generating electric power by reacting fuel with oxygen in the air is provided. A fuel supply system 10 and an air supply system 20 are connected to the fuel cell stack 3.
【0017】燃料供給系10は、燃料電池用燃料供給ユ
ニット11を有し、この燃料供給ユニット11は、メタ
ン、プロパン、メタノール等から水素を生成するもので
あって、図示を省略した改質器、一酸化炭素変成器、一
酸化炭素除去器等を備えて構成されている。この燃料電
池用燃料供給ユニット11は燃料供給管路12を介して
燃料電池スタック3の燃料供給側に接続されている。空
気供給系20は空気ファン21を備え、この空気ファン
21は空気供給管路22を介して燃料電池スタック3の
空気供給側に接続されている。The fuel supply system 10 has a fuel supply unit 11 for a fuel cell. The fuel supply unit 11 generates hydrogen from methane, propane, methanol and the like. , A carbon monoxide converter, a carbon monoxide remover, and the like. This fuel cell fuel supply unit 11 is connected to the fuel supply side of the fuel cell stack 3 via a fuel supply pipe 12. The air supply system 20 includes an air fan 21. The air fan 21 is connected to the air supply side of the fuel cell stack 3 via an air supply pipe 22.
【0018】また、固体高分子形の燃料電池スタック3
の排気側には、燃料排気管路30と空気排気管路40と
が接続されている。The polymer electrolyte fuel cell stack 3
The fuel exhaust line 30 and the air exhaust line 40 are connected to the exhaust side of the fuel cell.
【0019】燃料電池スタック3は、図2に示すよう
に、ガスセパレータ3aと、リブ付き基板3bと、水素
極(アノード)3cと、電解質3dと、酸素極(カソー
ド)3eと、リブ付き基板3fとを組み合わせてセル1
00を構成し、各セル100を積層することにより構成
されている。As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 3 includes a gas separator 3a, a ribbed substrate 3b, a hydrogen electrode (anode) 3c, an electrolyte 3d, an oxygen electrode (cathode) 3e, and a ribbed substrate. 3f and cell 1
00, and each cell 100 is laminated.
【0020】そして、水素が矢印X1で示すように水素
極(アノード)3cに供給され、酸素が矢印X2で示す
ように酸素極(カソード)3eに供給され、図3に示す
ように、この酸素と水素間で反応し、電子イオンが水素
極3cから酸素極3eに流れてその結果、電力が出力さ
れる。Then, hydrogen is supplied to a hydrogen electrode (anode) 3c as shown by an arrow X1, and oxygen is supplied to an oxygen electrode (cathode) 3e as shown by an arrow X2. As shown in FIG. And hydrogen, the electron ions flow from the hydrogen electrode 3c to the oxygen electrode 3e, and as a result, electric power is output.
【0021】この水素極3cから酸素極3eに電子イオ
ンを流れやすくするためには、電解質3dの厚さを薄く
することが望ましい。In order to facilitate the flow of electron ions from the hydrogen electrode 3c to the oxygen electrode 3e, it is desirable to reduce the thickness of the electrolyte 3d.
【0022】この実施形態では、リブ付き基板3bがプ
レートに相当し、電解質3dが固体高分子膜に相当し、
水素極3cおよび酸素極3eが固体高分子膜の両面に熱
圧着される電極用触媒部に相当している。In this embodiment, the ribbed substrate 3b corresponds to a plate, the electrolyte 3d corresponds to a solid polymer film,
The hydrogen electrode 3c and the oxygen electrode 3e correspond to an electrode catalyst portion that is thermocompression-bonded to both surfaces of the solid polymer film.
【0023】すなわち、図4に示すように、電解質3d
(以下、固体高分子膜という。)の両面に、リブ付き基
板3b(以下、プレートという。)との固定代51を残
して、水素極3cおよび酸素極3e(以下、水素極用触
媒部および酸素極用触媒部という。)が一体に形成され
ている。それぞれの触媒部は白金等の触媒とカーボンと
をペースト状に練り合わせて、このペースト状に練り合
わせた触媒を、固体高分子膜3dの両面に塗布、或いは
熱圧着することにより形成されている。固体高分子膜3
dの厚さは10〜20ミクロン程度であり、それぞれの
触媒部3c、3eの厚さは10〜20ミクロン程度であ
る。That is, as shown in FIG.
A hydrogen electrode 3c and an oxygen electrode 3e (hereinafter, a hydrogen electrode catalyst section and a hydrogen electrode catalyst section) are fixed on both sides of a hydrogen polymer electrode 3c (hereinafter, referred to as a plate) on both sides of the substrate 3b (hereinafter, referred to as a plate). (Referred to as an oxygen electrode catalyst portion). Each catalyst part is formed by kneading a catalyst such as platinum and carbon into a paste, and applying or kneading the catalyst kneaded into a paste on both surfaces of the solid polymer film 3d. Solid polymer membrane 3
The thickness of d is about 10 to 20 microns, and the thickness of each of the catalyst parts 3c and 3e is about 10 to 20 microns.
【0024】固定代51には、セル100の積層時にパ
ッキン(図示せず)が宛われるが、この実施形態では、
膜補強のために、図5に示すように、この固体高分子膜
3dの両面の固定代51に、触媒部3c、3eの厚さと
同程度の10〜20ミクロン程度の厚さを有する補強用
金属層53が形成されている。A packing (not shown) is addressed to the fixing margin 51 when the cells 100 are stacked. In this embodiment,
As shown in FIG. 5, for the membrane reinforcement, a fixing margin 51 on both sides of the solid polymer membrane 3d has a thickness of about 10 to 20 μm, which is about the same as the thickness of the catalyst parts 3c and 3e. A metal layer 53 is formed.
【0025】この金属層53には、導電性に優れ、固体
高分子膜3dの強度よりも数倍強度の高い、しかも安価
な金属素材(例えば、ステンレス系金属等)が用いられ
る。この金属素材は、無電界メッキ、溶射、或いは析出
等の方法で、固体高分子膜3dの両面の固定代51に形
成されている。なお、金属層53は、固体高分子膜3d
の両面の固定代51に形成せず、片面の固定代51に形
成してもよい。The metal layer 53 is made of an inexpensive metal material (for example, a stainless metal) which has excellent conductivity, is several times stronger than the solid polymer film 3d, and is inexpensive. This metal material is formed on the fixed margin 51 on both surfaces of the solid polymer film 3d by a method such as electroless plating, thermal spraying, or deposition. The metal layer 53 is formed of the solid polymer film 3d.
Instead of being formed on the fixed margins 51 on both sides, it may be formed on the fixed margin 51 on one side.
【0026】これによれば、10〜20ミクロン程度の
薄さであっても、金属層53の素材強度が高いため、十
分な膜強度を維持することができる。According to this, even if the thickness is about 10 to 20 microns, the material strength of the metal layer 53 is high, so that sufficient film strength can be maintained.
【0027】図6は別の実施形態を示している。FIG. 6 shows another embodiment.
【0028】この実施形態では、固定代51を含む固体
高分子膜3dの両面の略全域に10〜20ミクロン程度
の厚さの電極用触媒部3c、3eが形成されている。こ
れによれば、従来に比べて固定代51の部分の強度が向
上するので、その分、固体高分子膜3dの強度補強を図
ることができる。In this embodiment, electrode catalyst portions 3c and 3e having a thickness of about 10 to 20 microns are formed on substantially the entire surface of both surfaces of the solid polymer film 3d including the fixing margin 51. According to this, since the strength of the portion of the fixing margin 51 is improved as compared with the related art, the strength of the solid polymer film 3d can be enhanced correspondingly.
【0029】図7ないし図9は別の実施形態を示してい
る。FIGS. 7 to 9 show another embodiment.
【0030】この実施形態では、固定代51以外の部分
に形成された触媒部3c、3eが凸凹に形成されてい
る。図7では、触媒部3c、3eが櫛歯状に形成されて
おり、図8では、触媒部3c、3eが球状に形成されて
いる。いずれの形態であっても、触媒部3c、3eが凸
凹に形成されているので、発電時の燃料ガスと触媒との
接触面積が増大し、発電性能を向上させることができ
る。図9に示す実施形態では、図8に示す実施形態に比
べて、固定代51に形成される補強用の金属層53が安
価な金属素材を用いて形成されている。In this embodiment, the catalyst portions 3c and 3e formed in portions other than the fixed allowance 51 are formed unevenly. In FIG. 7, the catalyst portions 3c and 3e are formed in a comb shape, and in FIG. 8, the catalyst portions 3c and 3e are formed in a spherical shape. In any case, since the catalyst portions 3c and 3e are formed unevenly, the contact area between the fuel gas and the catalyst during power generation increases, and the power generation performance can be improved. In the embodiment shown in FIG. 9, the reinforcing metal layer 53 formed on the fixing allowance 51 is formed using an inexpensive metal material as compared with the embodiment shown in FIG.
【0031】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明はこれに限定されるものでないことは明
らかである。Although the present invention has been described based on one embodiment, it is apparent that the present invention is not limited to this.
【0032】[0032]
【発明の効果】請求項1記載の発明では、固定代に補強
用金属層が形成されるので、固体高分子膜の膜圧を厚く
することなく、強度補強を図ることができる。According to the first aspect of the present invention, since the reinforcing metal layer is formed in the fixing margin, the strength can be reinforced without increasing the film pressure of the solid polymer film.
【0033】請求項2記載の発明では、固定代を含む固
体高分子膜の両面の略全域に電極用触媒部を形成したの
で、固定代の部分の強度が向上し、固体高分子膜の膜圧
を厚くすることなく、強度補強を図ることができる。According to the second aspect of the present invention, since the catalyst portion for the electrode is formed in substantially the entire area on both sides of the solid polymer film including the fixing allowance, the strength of the fixing allowance portion is improved, and the solid polymer film is formed. Strength reinforcement can be achieved without increasing the pressure.
【0034】請求項3記載の発明では、電極用触媒部が
凸凹に形成されているので、発電時の燃料ガスと触媒と
の接触面積が増大し、発電性能を向上させることができ
る。In the third aspect of the present invention, since the electrode catalyst portion is formed unevenly, the contact area between the fuel gas and the catalyst during power generation increases, and the power generation performance can be improved.
【0035】請求項4記載の発明では、電極用触媒部が
凸凹に形成されているので、発電時の燃料ガスと触媒と
の接触面積が増大し、発電性能を向上させることができ
る。According to the fourth aspect of the present invention, since the electrode catalyst portion is formed unevenly, the contact area between the fuel gas and the catalyst during power generation increases, and the power generation performance can be improved.
【図1】本発明による燃料電池の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell according to the present invention.
【図2】燃料電池スタックの概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a fuel cell stack.
【図3】燃料電池の原理説明図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of a fuel cell.
【図4】固体高分子膜の平面図である。FIG. 4 is a plan view of a solid polymer film.
【図5】固体高分子膜の側面図である。FIG. 5 is a side view of a solid polymer film.
【図6】別の実施形態を示す図5相当図である。FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 5, showing another embodiment.
【図7】別の実施形態を示す図5相当図である。FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG. 5, showing another embodiment.
【図8】別の実施形態を示す図5相当図である。FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 5, showing another embodiment.
【図9】別の実施形態を示す図5相当図である。FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 5, showing another embodiment.
【符号の説明】 3 燃料電池スタック 3b リブ付き基板(プレート) 3c、3e 電極用触媒部 3d 電解質(固体高分子膜) 51 固定代 53 金属層 100 セル[Description of Signs] 3 Fuel cell stack 3b Substrate (plate) with ribs 3c, 3e Catalyst part for electrode 3d Electrolyte (solid polymer membrane) 51 Stationary allowance 53 Metal layer 100 Cell
Claims (4)
極用触媒部を形成し、この固体高分子膜の両側にプレー
トを配置して構成されたセルを備え、これらセルを複数
積層して燃料電池スタックを構成した燃料電池におい
て、 前記固定代に補強用金属層を形成したことを特徴とする
燃料電池。An electrode catalyst section is formed on both sides of a solid polymer membrane while leaving a fixed margin, and a cell is formed by arranging a plate on both sides of the solid polymer membrane. A fuel cell comprising a fuel cell stack, wherein a reinforcing metal layer is formed in the fixing margin.
極用触媒部を形成し、この固体高分子膜の両側にプレー
トを配置して構成されたセルを備え、これらセルを複数
積層して燃料電池スタックを構成した燃料電池におい
て、 前記固定代を含む前記固体高分子膜の両面の略全域に前
記電極用触媒部を形成したことを特徴とする燃料電池。2. A cell comprising an electrode catalyst section formed on both sides of a solid polymer film while leaving a fixed margin, and a cell configured by disposing plates on both sides of the solid polymer film. A fuel cell comprising a fuel cell stack, wherein the electrode catalyst section is formed in substantially the entire area of both surfaces of the solid polymer film including the fixing margin.
媒部が凸凹に形成されていることを特徴とする請求項1
または2記載の燃料電池。3. The electrode catalyst part formed leaving the fixed margin is formed unevenly.
Or the fuel cell according to 2.
極用触媒部を形成し、この固体高分子膜の両側にプレー
トを配置して構成されたセルを備え、これらセルを複数
積層して燃料電池スタックを構成した燃料電池におい
て、 前記電極用触媒部が凸凹に形成されていることを特徴と
する燃料電池。4. An electrode catalyst section is formed on both sides of a solid polymer membrane, leaving a fixed margin, and a cell constituted by arranging plates on both sides of the solid polymer membrane is provided. A fuel cell comprising a fuel cell stack as described above, wherein the electrode catalyst portion is formed unevenly.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11093120A JP2000285937A (en) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11093120A JP2000285937A (en) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=14073671
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---|---|---|---|
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JP (1) | JP2000285937A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008507106A (en) * | 2004-07-21 | 2008-03-06 | ペメアス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Improved membrane electrode assembly and high durability fuel cell |
JP2008507107A (en) * | 2004-07-21 | 2008-03-06 | ペメアス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Membrane electrode unit and fuel cell with extended service life |
-
1999
- 1999-03-31 JP JP11093120A patent/JP2000285937A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008507106A (en) * | 2004-07-21 | 2008-03-06 | ペメアス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Improved membrane electrode assembly and high durability fuel cell |
JP2008507107A (en) * | 2004-07-21 | 2008-03-06 | ペメアス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Membrane electrode unit and fuel cell with extended service life |
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