JP2001093544A - 燃料電池用電極、その製造方法並びに燃料電池 - Google Patents
燃料電池用電極、その製造方法並びに燃料電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 固体高分子電解質膜を用いた燃料電池に
おいて、電池外に排出される水の量を低減することによ
り、外部から供給する加湿水量を少なくする。 【構成】 ガス拡散層３Ｂ上に触媒層３Ａを設けてなる
燃料電池用電極であって、前記ガス拡散層３Ｂの、少な
くとも前記触媒層３Ａ側の領域において、当該ガス拡散
層３Ｂを構成する骨格材料３０の表面がイオン交換樹脂
からなる被覆層１０により被覆されていることを特徴と
する。
おいて、電池外に排出される水の量を低減することによ
り、外部から供給する加湿水量を少なくする。 【構成】 ガス拡散層３Ｂ上に触媒層３Ａを設けてなる
燃料電池用電極であって、前記ガス拡散層３Ｂの、少な
くとも前記触媒層３Ａ側の領域において、当該ガス拡散
層３Ｂを構成する骨格材料３０の表面がイオン交換樹脂
からなる被覆層１０により被覆されていることを特徴と
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に固体高分子電
解質膜を用いた燃料電池に関し、電極での水分蒸発を抑
制することにより電解質膜の加湿を有効に行うことので
きる電極、その製造方法並びに燃料電池に係る。
解質膜を用いた燃料電池に関し、電極での水分蒸発を抑
制することにより電解質膜の加湿を有効に行うことので
きる電極、その製造方法並びに燃料電池に係る。
【０００２】
【従来の技術】図６は、固体高分子電解質膜を用いた従
来の燃料電池における単位セル構造を模式化して示す断
面図である。１はイオン導電性を示す固体高分子からな
る電解質膜であり、電解質膜１の互いに対向する２主面
には夫々アノード２及びカソード３が設けられている。
これらアノード２及びカソード３は、夫々触媒層２Ａ，
３Ａと、この触媒層２Ａ，３Ａを支持するガス拡散層２
Ｂ，３Ｂとからなり、各触媒層２Ａ，３Ａが電解質膜１
と接するように配されている。
来の燃料電池における単位セル構造を模式化して示す断
面図である。１はイオン導電性を示す固体高分子からな
る電解質膜であり、電解質膜１の互いに対向する２主面
には夫々アノード２及びカソード３が設けられている。
これらアノード２及びカソード３は、夫々触媒層２Ａ，
３Ａと、この触媒層２Ａ，３Ａを支持するガス拡散層２
Ｂ，３Ｂとからなり、各触媒層２Ａ，３Ａが電解質膜１
と接するように配されている。
【０００３】そして、アノード２側に設けられた燃料室
４に水素を含む燃料ガスを供給する一方、カソード３側
に設けられた酸化剤室６に酸素を含む酸化剤ガスを供給
することにより、発電が生じる。そして、通常の燃料電
池は斯かる構成の単位セルが複数個積層されて構成され
ている。
４に水素を含む燃料ガスを供給する一方、カソード３側
に設けられた酸化剤室６に酸素を含む酸化剤ガスを供給
することにより、発電が生じる。そして、通常の燃料電
池は斯かる構成の単位セルが複数個積層されて構成され
ている。
【０００４】燃料室４及び酸化剤室５に夫々燃料ガスと
酸化剤ガスとが供給されると、アノード２側では、燃料
ガス中の水素ガスがＨ2→２Ｈ+＋２ｅ-の反応によって
プロトンと電子を生成する。プロトンは水分子と水和し
た状態で電解質膜１を通ってカソード３に進み、電子は
外部回路（図示せず）に流れる。カソード３では、酸化
剤ガス中の酸素と、電解質膜１を通って移動してきたプ
ロトン、及び外部回路を通って流入した電子が、１／２
Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏの反応により、反応生成水を
生ずるとともに起電力を発生する。
酸化剤ガスとが供給されると、アノード２側では、燃料
ガス中の水素ガスがＨ2→２Ｈ+＋２ｅ-の反応によって
プロトンと電子を生成する。プロトンは水分子と水和し
た状態で電解質膜１を通ってカソード３に進み、電子は
外部回路（図示せず）に流れる。カソード３では、酸化
剤ガス中の酸素と、電解質膜１を通って移動してきたプ
ロトン、及び外部回路を通って流入した電子が、１／２
Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏの反応により、反応生成水を
生ずるとともに起電力を発生する。
【０００５】電解質膜１には、通常、Ｎａｆｉｏｎ（デ
ュポン社製）、Ｆｌｅｍｉｏｎ（旭硝子株式会社製）、
Ａｃｉｐｌｅｘ（旭化成工業株式会社製）などが使用さ
れている。
ュポン社製）、Ｆｌｅｍｉｏｎ（旭硝子株式会社製）、
Ａｃｉｐｌｅｘ（旭化成工業株式会社製）などが使用さ
れている。
【０００６】触媒層２Ａ，３Ａは、夫々アノード２及び
カソード３で電気化学反応を生じさせるための触媒を含
む層である。触媒には単に白金黒を用いる場合もある
が、通常はアセチレンブラック、ファーネスブラックな
どの高い比表面積を有するカーボン表面に、触媒作用を
有する白金あるいは白金とルテニウム等他の金属との合
金（白金合金）の微粒子を分散担持したもの（カーボン
担持白金触媒）を使用する。
カソード３で電気化学反応を生じさせるための触媒を含
む層である。触媒には単に白金黒を用いる場合もある
が、通常はアセチレンブラック、ファーネスブラックな
どの高い比表面積を有するカーボン表面に、触媒作用を
有する白金あるいは白金とルテニウム等他の金属との合
金（白金合金）の微粒子を分散担持したもの（カーボン
担持白金触媒）を使用する。
【０００７】また、触媒層２Ａ，３Ａ中には、通常、電
解質膜１と同組成の高分子並びにフッ素樹脂粒子などの
撥水性を有する微粒子も混合されている。このように電
解質膜１と同組成の高分子を触媒層中に混合することよ
り、白金或いは白金合金の利用率を向上させることがで
きる。また、撥水性を有する微粒子を触媒層中に混合す
ることにより、電解質膜１への水供給や、電池反応によ
り生じた反応生成水の取出しがスムーズに行われる。
解質膜１と同組成の高分子並びにフッ素樹脂粒子などの
撥水性を有する微粒子も混合されている。このように電
解質膜１と同組成の高分子を触媒層中に混合することよ
り、白金或いは白金合金の利用率を向上させることがで
きる。また、撥水性を有する微粒子を触媒層中に混合す
ることにより、電解質膜１への水供給や、電池反応によ
り生じた反応生成水の取出しがスムーズに行われる。
【０００８】これら触媒層２Ａ，３Ａは２００μｍ以下
と厚みが薄く、かつ脆いために単層では取り扱い困難な
場合が多い。このため、これらの触媒層を補強する意味
でもガス拡散層２Ｂ，３Ｂが用いられる。このガス拡散
層２Ｂ，３Ｂに必要な機能は、電池の取り扱いを容易に
し、かつ積層に耐える強度、電気伝導性、ガス拡散性な
どであり、多孔質構造を有するカーボン材料に撥水処理
を行ったものが使用されることが多い。多孔質構造を有
するカーボン材料は、カーボン繊維からなる骨格材料を
有しており、この骨格材料間に多数の間隙を有している
ために、この間隙を通してガス拡散性が確保される。
と厚みが薄く、かつ脆いために単層では取り扱い困難な
場合が多い。このため、これらの触媒層を補強する意味
でもガス拡散層２Ｂ，３Ｂが用いられる。このガス拡散
層２Ｂ，３Ｂに必要な機能は、電池の取り扱いを容易に
し、かつ積層に耐える強度、電気伝導性、ガス拡散性な
どであり、多孔質構造を有するカーボン材料に撥水処理
を行ったものが使用されることが多い。多孔質構造を有
するカーボン材料は、カーボン繊維からなる骨格材料を
有しており、この骨格材料間に多数の間隙を有している
ために、この間隙を通してガス拡散性が確保される。
【０００９】このガス拡散層としては、具体的には、カ
ーボンペーパーにフッ素樹脂で撥水処理を行ったもの
や、カーボンとフッ素樹脂との混合物を板状に焼き固め
たものが使用されている。このようにフッ素樹脂を含ん
でいるのは、ガス拡散層中での水の滞留を抑制するため
である。
ーボンペーパーにフッ素樹脂で撥水処理を行ったもの
や、カーボンとフッ素樹脂との混合物を板状に焼き固め
たものが使用されている。このようにフッ素樹脂を含ん
でいるのは、ガス拡散層中での水の滞留を抑制するため
である。
【００１０】ところで、電解質膜１として用いられる固
体高分子は、分子中にプロトン（水素イオン）交換基を
持ち、乾燥状態では電気抵抗が高く、湿潤状態において
プロトン導電性電解質膜として機能する、という性質を
有している。このため発電時には電解質膜１を湿潤状態
に保持して使用する必要がある。然し乍ら、固体高分子
電解質膜を用いた燃料電池においては、以下のように電
解質膜１の湿潤状態を変動させるいくつかの要因が存在
する。 （１）電解質膜１中をアノード２からカソード３へ移動
するプロトンは、水分子を伴って水和状態で移動する。 （２）カソード３では生成水が生じる。 （３）上記（１），（２）の水の一部は、カソード３か
らアノード２へ拡散する。 （４）燃料ガスによって電解質膜１のアノード２から水
が電池外へ取り去られる。 （５）酸化剤ガスによって電解質膜１のカソード３から
水が電池外へ取り去られる。
体高分子は、分子中にプロトン（水素イオン）交換基を
持ち、乾燥状態では電気抵抗が高く、湿潤状態において
プロトン導電性電解質膜として機能する、という性質を
有している。このため発電時には電解質膜１を湿潤状態
に保持して使用する必要がある。然し乍ら、固体高分子
電解質膜を用いた燃料電池においては、以下のように電
解質膜１の湿潤状態を変動させるいくつかの要因が存在
する。 （１）電解質膜１中をアノード２からカソード３へ移動
するプロトンは、水分子を伴って水和状態で移動する。 （２）カソード３では生成水が生じる。 （３）上記（１），（２）の水の一部は、カソード３か
らアノード２へ拡散する。 （４）燃料ガスによって電解質膜１のアノード２から水
が電池外へ取り去られる。 （５）酸化剤ガスによって電解質膜１のカソード３から
水が電池外へ取り去られる。
【００１１】この中で（１）と（２）は、電解質膜１の
カソード３側の含水量が増す要因となる。（３）は
（１）＋（２）の一部であり、電解質膜１のアノード２
側の含水量が増す要因となる。
カソード３側の含水量が増す要因となる。（３）は
（１）＋（２）の一部であり、電解質膜１のアノード２
側の含水量が増す要因となる。
【００１２】（４），（５）は共に電解質膜１の含水量
が減る要因である。そして、実際の燃料電池においては
これら（４）、（５）の影響が大きいために電解質膜１
は短時間で乾燥し、この結果電池特性が低下する。そこ
で、従来電解質膜１に外部から水を供給することによ
り、電解質膜１を湿潤状態に保つことが行われている。
が減る要因である。そして、実際の燃料電池においては
これら（４）、（５）の影響が大きいために電解質膜１
は短時間で乾燥し、この結果電池特性が低下する。そこ
で、従来電解質膜１に外部から水を供給することによ
り、電解質膜１を湿潤状態に保つことが行われている。
【００１３】このように電解質膜を湿潤させる方法とし
ては、従来燃料ガス又は酸化剤ガスを予め外部加湿器に
よって加湿した状態で燃料電池に供給する方法が知られ
ている。
ては、従来燃料ガス又は酸化剤ガスを予め外部加湿器に
よって加湿した状態で燃料電池に供給する方法が知られ
ている。
【００１４】また、燃料電池本体のカソードから排出さ
れるカソード排ガス中に含まれる水分を水凝集器によっ
て回収し、回収された水を燃料ガスや酸化剤ガスの加湿
に利用する方法も知られている。
れるカソード排ガス中に含まれる水分を水凝集器によっ
て回収し、回収された水を燃料ガスや酸化剤ガスの加湿
に利用する方法も知られている。
【００１５】或いは、燃料ガスと共に液体状態の水を直
接アノードに供給する方法も知られている。
接アノードに供給する方法も知られている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上記の様に、固体高分
子電解質膜を用いた燃料電池では電解質膜を湿潤させて
使用する必要があり、加湿器や水凝集器或いは水をアノ
ードに供給するためのポンプ等の付加設備が必要にな
る。
子電解質膜を用いた燃料電池では電解質膜を湿潤させて
使用する必要があり、加湿器や水凝集器或いは水をアノ
ードに供給するためのポンプ等の付加設備が必要にな
る。
【００１７】このため、燃料電池を車載用や家庭用或い
はアウトドア用の目的に使用するためにコンパクト化を
図らんとすると、これらの負荷設備もコンパクトなもの
とすることが要求される。
はアウトドア用の目的に使用するためにコンパクト化を
図らんとすると、これらの負荷設備もコンパクトなもの
とすることが要求される。
【００１８】然し乍ら、従来の燃料電池においては上述
したように燃料ガス及び酸化剤ガスによって水が電池外
へ取り去られるために、電解質膜を湿潤状態で使用する
ためにはある程度の加湿水量が必要となり、上記付加設
備のコンパクト化には限界があった。
したように燃料ガス及び酸化剤ガスによって水が電池外
へ取り去られるために、電解質膜を湿潤状態で使用する
ためにはある程度の加湿水量が必要となり、上記付加設
備のコンパクト化には限界があった。
【００１９】そこで、従来カソードにおける触媒層とガ
ス拡散層との間に、ＳｉＯ2，ＳｎＯ2，Ａｌ2Ｏ3などの
親水性の材料を含む親水層を設けた構成が検討されてい
る（特開平１１−４５７３３号）。斯かる構成によれ
ば、親水層がプロトンと共に移動してきた水と反応生成
水とを捕らえるために、電解質膜１の乾燥が抑制され、
外部から供給する加湿水の量を低減することができる。
従って、外部から加湿水を供給するために必要な加湿
器、ポンプ等の付加設備のコンパクト化を図ることがで
きるものと考えられる。
ス拡散層との間に、ＳｉＯ2，ＳｎＯ2，Ａｌ2Ｏ3などの
親水性の材料を含む親水層を設けた構成が検討されてい
る（特開平１１−４５７３３号）。斯かる構成によれ
ば、親水層がプロトンと共に移動してきた水と反応生成
水とを捕らえるために、電解質膜１の乾燥が抑制され、
外部から供給する加湿水の量を低減することができる。
従って、外部から加湿水を供給するために必要な加湿
器、ポンプ等の付加設備のコンパクト化を図ることがで
きるものと考えられる。
【００２０】然し乍ら、斯かる構成によっても外部から
供給する加湿水量の低減の効果は未だ十分なものではな
く、さらに加湿水量を低減することのできる構成が望ま
れていた。
供給する加湿水量の低減の効果は未だ十分なものではな
く、さらに加湿水量を低減することのできる構成が望ま
れていた。
【００２１】本発明は、斯かる従来の課題に鑑みなされ
たものであって、電池外に排出される水の量を低減する
ことにより加湿水量を少なくすることができ、従ってよ
り一層のコンパクト化を図ることができる燃料電池用電
極、その製造方法並びに燃料電池を提供することを目的
とする。
たものであって、電池外に排出される水の量を低減する
ことにより加湿水量を少なくすることができ、従ってよ
り一層のコンパクト化を図ることができる燃料電池用電
極、その製造方法並びに燃料電池を提供することを目的
とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明燃料電池用電極
は、ガス拡散層上に触媒層を設けてなる燃料電池用電極
であって、前記ガス拡散層の、少なくとも前記触媒層側
の領域において、当該ガス拡散層を構成する骨格材料の
表面がイオン交換樹脂からなる被覆層により被覆されて
いることを特徴とする。
は、ガス拡散層上に触媒層を設けてなる燃料電池用電極
であって、前記ガス拡散層の、少なくとも前記触媒層側
の領域において、当該ガス拡散層を構成する骨格材料の
表面がイオン交換樹脂からなる被覆層により被覆されて
いることを特徴とする。
【００２３】また、前記被覆層が、前記ガス拡散層にお
いて前記骨格材料間に存在する間隙の大部分を維持した
状態で、前記骨格材料の表面を被覆するように設けられ
ていることを特徴とする。
いて前記骨格材料間に存在する間隙の大部分を維持した
状態で、前記骨格材料の表面を被覆するように設けられ
ていることを特徴とする。
【００２４】さらに、前記被覆層の前記触媒層側が、当
該被覆層における前記ガス拡散層側よりもイオン交換容
量の大きいイオン交換樹脂からなることを特徴とする。
該被覆層における前記ガス拡散層側よりもイオン交換容
量の大きいイオン交換樹脂からなることを特徴とする。
【００２５】加えて、前記被覆層中のイオン交換体の重
量が０．０２ｍｇ／ｃｍ2以上、０．１２ｍｇ／ｃｍ2以
下の範囲であることを特徴とし、好ましくは０．０４ｍ
ｇ／ｃｍ2以上、０．０９ｍｇ／ｃｍ2以下の範囲である
ことを特徴とする。
量が０．０２ｍｇ／ｃｍ2以上、０．１２ｍｇ／ｃｍ2以
下の範囲であることを特徴とし、好ましくは０．０４ｍ
ｇ／ｃｍ2以上、０．０９ｍｇ／ｃｍ2以下の範囲である
ことを特徴とする。
【００２６】本発明燃料電池用電極の製造方法は、ガス
拡散層の表面にイオン交換樹脂を塗布する工程と、当該
イオン交換樹脂が塗布された前記ガス拡散層の表面に、
触媒層を設ける工程と、を有することを特徴とする。
拡散層の表面にイオン交換樹脂を塗布する工程と、当該
イオン交換樹脂が塗布された前記ガス拡散層の表面に、
触媒層を設ける工程と、を有することを特徴とする。
【００２７】また、前記ガス拡散層の表面に第１のイオ
ン交換樹脂を塗布する工程と、当該第１のイオン交換樹
脂が塗布された前記ガス拡散層の表面に、前記第１のイ
オン交換樹脂よりもイオン交換容量の大きい第２のイオ
ン交換樹脂を塗布する工程と、を有することを特徴とす
る。
ン交換樹脂を塗布する工程と、当該第１のイオン交換樹
脂が塗布された前記ガス拡散層の表面に、前記第１のイ
オン交換樹脂よりもイオン交換容量の大きい第２のイオ
ン交換樹脂を塗布する工程と、を有することを特徴とす
る。
【００２８】さらには、前記ガス拡散層上に塗布される
イオン交換樹脂中のイオン交換体の重量を、０．０２ｍ
ｇ／ｃｍ2以上、０．１２ｍｇ／ｃｍ2以下の範囲とした
ことを特徴とし、好ましくは０．０４ｍｇ／ｃｍ2以
上、０．０９ｍｇ／ｃｍ2以下の範囲としたことを特徴
とする。
イオン交換樹脂中のイオン交換体の重量を、０．０２ｍ
ｇ／ｃｍ2以上、０．１２ｍｇ／ｃｍ2以下の範囲とした
ことを特徴とし、好ましくは０．０４ｍｇ／ｃｍ2以
上、０．０９ｍｇ／ｃｍ2以下の範囲としたことを特徴
とする。
【００２９】さらに、本発明燃料電池は、電解質膜の互
いに対向する２主面に夫々アノードとカソードを配して
なる単位セルを有する燃料電池であって、前記アノード
及びカソードは、夫々ガス拡散層上に触媒層が設けられ
てなり、且つ前記カソードにおける前記ガス拡散層の、
少なくとも前記触媒層側の領域において、当該ガス拡散
層を構成する骨格材料の表面が、イオン交換樹脂からな
る被覆層により被覆されていることを特徴とする。
いに対向する２主面に夫々アノードとカソードを配して
なる単位セルを有する燃料電池であって、前記アノード
及びカソードは、夫々ガス拡散層上に触媒層が設けられ
てなり、且つ前記カソードにおける前記ガス拡散層の、
少なくとも前記触媒層側の領域において、当該ガス拡散
層を構成する骨格材料の表面が、イオン交換樹脂からな
る被覆層により被覆されていることを特徴とする。
【００３０】また、前記被覆層が、前記ガス拡散層にお
いて前記骨格材料間に存在する間隙の大部分を維持した
状態で、前記骨格材料の表面を被覆するように設けられ
ていることを特徴とする。
いて前記骨格材料間に存在する間隙の大部分を維持した
状態で、前記骨格材料の表面を被覆するように設けられ
ていることを特徴とする。
【００３１】さらには、前記被覆層の前記触媒層側は、
当該被覆層における前記ガス拡散層側よりもイオン交換
容量の大きいイオン交換樹脂からなることを特徴とす
る。
当該被覆層における前記ガス拡散層側よりもイオン交換
容量の大きいイオン交換樹脂からなることを特徴とす
る。
【００３２】加えて、前記被覆層中のイオン交換体の重
量が０．０２ｍｇ／ｃｍ2以上、０．１２ｍｇ／ｃｍ2以
下の範囲であることを特徴とし、好ましくは０．０４ｍ
ｇ／ｃｍ2以上、０．０９ｍｇ／ｃｍ2以下の範囲である
ことを特徴とする。
量が０．０２ｍｇ／ｃｍ2以上、０．１２ｍｇ／ｃｍ2以
下の範囲であることを特徴とし、好ましくは０．０４ｍ
ｇ／ｃｍ2以上、０．０９ｍｇ／ｃｍ2以下の範囲である
ことを特徴とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。
に説明する。
【００３４】図１は、本発明に係る燃料電池の単位セル
構造を模式化して示す断面図である。尚、同図において
図６と同一の機能を呈する部分には同一の符号を付して
いる。
構造を模式化して示す断面図である。尚、同図において
図６と同一の機能を呈する部分には同一の符号を付して
いる。
【００３５】同図を参照して、本発明の特徴となるの
は、カソード３におけるガス拡散層３Ｂを構成する骨格
材料の表面が、イオン交換樹脂からなる被覆層１０によ
り被覆されている点にある。斯かるイオン交換樹脂とし
ては、例えばパーフルオロスルホン酸、ポリスチレンス
ルホン酸、ポリベンズイミダゾールスルホン酸或いはポ
リエーテルケトンスルホン酸を用いることができる。
は、カソード３におけるガス拡散層３Ｂを構成する骨格
材料の表面が、イオン交換樹脂からなる被覆層１０によ
り被覆されている点にある。斯かるイオン交換樹脂とし
ては、例えばパーフルオロスルホン酸、ポリスチレンス
ルホン酸、ポリベンズイミダゾールスルホン酸或いはポ
リエーテルケトンスルホン酸を用いることができる。
【００３６】イオン交換樹脂は、イオン交換容量に応じ
た保水性を示し、イオン交換容量が大きいほど保水性も
大きくなる。従って、イオン交換樹脂からなる被覆層１
０を設けることにより、プロトンと共に移動した水と電
池反応により生じた反応生成水とが被覆層１０に保持さ
れるため、電解質膜１の乾燥が抑制されることとなる。
た保水性を示し、イオン交換容量が大きいほど保水性も
大きくなる。従って、イオン交換樹脂からなる被覆層１
０を設けることにより、プロトンと共に移動した水と電
池反応により生じた反応生成水とが被覆層１０に保持さ
れるため、電解質膜１の乾燥が抑制されることとなる。
【００３７】また、被覆層１０は、図１に示す如くガス
拡散層３Ｂにおける触媒層３Ａ側の領域に配することが
好ましい。触媒層３Ａ側に設けることにより、プロトン
と共に移動した水と電池反応により生じた反応生成水と
が電解質膜１に近い位置で保持されることとなり、電解
質膜１の乾燥が強く抑制される。また、ガス拡散層３Ｂ
の内部領域への水の拡散が抑制されることから、ガス拡
散層３Ｂ内部での水の滞留を抑制でき、当該ガス拡散層
３Ｂにおけるガス拡散性の低下を招くことがない。
拡散層３Ｂにおける触媒層３Ａ側の領域に配することが
好ましい。触媒層３Ａ側に設けることにより、プロトン
と共に移動した水と電池反応により生じた反応生成水と
が電解質膜１に近い位置で保持されることとなり、電解
質膜１の乾燥が強く抑制される。また、ガス拡散層３Ｂ
の内部領域への水の拡散が抑制されることから、ガス拡
散層３Ｂ内部での水の滞留を抑制でき、当該ガス拡散層
３Ｂにおけるガス拡散性の低下を招くことがない。
【００３８】図２に示す要部拡大断面図を参照して、本
発明にあっては被覆層１０が、ガス拡散層３Ｂを構成す
るカーボン繊維等の骨格材料３０の表面を被覆するよう
に設けられている。被覆層１０は、必ずしもガス拡散層
３Ｂの表面部分に限って設ける必要はなく、内部領域に
至るまで設けるようにしても良い。然し乍ら、被覆層１
０をガス拡散層３Ｂの内部領域に至るまで設けるように
すると、骨格材料３０間に存在する間隙３１まで被覆層
１０により充填される可能性がある。被覆層１０が骨格
材料３０間に存在する間隙３１の大部分を充填してしま
うと、ガス拡散層３Ｂにおける酸化剤ガスの拡散が阻害
されて電池特性が低下してしまう。従って、被覆層１０
は、骨格材料３０の間に存在する間隙３１の大部分を維
持した状態で、できるだけ骨格材料３０のみを被覆する
ように設けることが好ましい。このように間隙３１の大
部分を除いて被覆層１０を設けることにより、ガス拡散
性の低下を抑制することができる。
発明にあっては被覆層１０が、ガス拡散層３Ｂを構成す
るカーボン繊維等の骨格材料３０の表面を被覆するよう
に設けられている。被覆層１０は、必ずしもガス拡散層
３Ｂの表面部分に限って設ける必要はなく、内部領域に
至るまで設けるようにしても良い。然し乍ら、被覆層１
０をガス拡散層３Ｂの内部領域に至るまで設けるように
すると、骨格材料３０間に存在する間隙３１まで被覆層
１０により充填される可能性がある。被覆層１０が骨格
材料３０間に存在する間隙３１の大部分を充填してしま
うと、ガス拡散層３Ｂにおける酸化剤ガスの拡散が阻害
されて電池特性が低下してしまう。従って、被覆層１０
は、骨格材料３０の間に存在する間隙３１の大部分を維
持した状態で、できるだけ骨格材料３０のみを被覆する
ように設けることが好ましい。このように間隙３１の大
部分を除いて被覆層１０を設けることにより、ガス拡散
性の低下を抑制することができる。
【００３９】斯かる効果が生じる理由については次の様
に推察される。図３は本発明の効果を説明するための説
明図であり、カソード３における水分濃度の分布を模式
的に示している。
に推察される。図３は本発明の効果を説明するための説
明図であり、カソード３における水分濃度の分布を模式
的に示している。
【００４０】まず、同図（Ａ）を参照して、従来の燃料
電池におけるカソードは触媒層とガス拡散層とから構成
されており、触媒層が電解質膜側に、ガス拡散層が酸化
剤室側に配されている。また、前述の通り触媒層では反
応生成水が生成され、酸化剤室には酸化剤ガスとしての
空気が供給される。従って、カソード中における水分濃
度は触媒層側が高く、ガス拡散層側が低くなる。
電池におけるカソードは触媒層とガス拡散層とから構成
されており、触媒層が電解質膜側に、ガス拡散層が酸化
剤室側に配されている。また、前述の通り触媒層では反
応生成水が生成され、酸化剤室には酸化剤ガスとしての
空気が供給される。従って、カソード中における水分濃
度は触媒層側が高く、ガス拡散層側が低くなる。
【００４１】ところで、触媒層には前述の通り電解質膜
と同組成の高分子が混合されているが、この高分子は保
水性を有している。従って、撥水性の微粒子も混合され
てはいるものの、触媒層はガス拡散性よりも高い保水能
力を有している。このために、触媒層とガス拡散層との
界面には、両者の保水性の差に起因する水分濃度差が生
じる。
と同組成の高分子が混合されているが、この高分子は保
水性を有している。従って、撥水性の微粒子も混合され
てはいるものの、触媒層はガス拡散性よりも高い保水能
力を有している。このために、触媒層とガス拡散層との
界面には、両者の保水性の差に起因する水分濃度差が生
じる。
【００４２】次に、同図（Ｂ）を参照して、前述の触媒
層とガス拡散層との間に親水層を設けたカソードにおい
ては、この親水層における水分濃度が最も大きくなり、
親水層とガス拡散層との間に生じる水分濃度差は同図
（Ａ）の場合よりも大きくなる。
層とガス拡散層との間に親水層を設けたカソードにおい
ては、この親水層における水分濃度が最も大きくなり、
親水層とガス拡散層との間に生じる水分濃度差は同図
（Ａ）の場合よりも大きくなる。
【００４３】これに対し、本発明の場合には、同図
（Ｃ）に示す如く、触媒層とガス拡散層との間にイオン
交換樹脂からなる被覆層が存在している。この被覆層を
構成するイオン交換樹脂は前述の通り保水性をすると共
に、乾燥雰囲気の方向に疎水基を向け、湿潤雰囲気の方
向に親水基を向ける、という性質を有している。従っ
て、被覆層の電解質膜（触媒層）側には親水基が向いて
親水性となり、酸化剤室側（ガス拡散層側）には疎水基
が向いて疎水性となる。このため、本発明にあっては被
覆層で最も水分濃度が大きくなるものの、被覆層内部で
も同図に示すような水分濃度の勾配が生じ、被覆層とガ
ス拡散層との界面に生じる水分濃度差は、同図（Ａ）及
び（Ｂ）に比べて小さくなる。
（Ｃ）に示す如く、触媒層とガス拡散層との間にイオン
交換樹脂からなる被覆層が存在している。この被覆層を
構成するイオン交換樹脂は前述の通り保水性をすると共
に、乾燥雰囲気の方向に疎水基を向け、湿潤雰囲気の方
向に親水基を向ける、という性質を有している。従っ
て、被覆層の電解質膜（触媒層）側には親水基が向いて
親水性となり、酸化剤室側（ガス拡散層側）には疎水基
が向いて疎水性となる。このため、本発明にあっては被
覆層で最も水分濃度が大きくなるものの、被覆層内部で
も同図に示すような水分濃度の勾配が生じ、被覆層とガ
ス拡散層との界面に生じる水分濃度差は、同図（Ａ）及
び（Ｂ）に比べて小さくなる。
【００４４】以上の様に、本発明にあってはガス拡散層
との間に生じる水分濃度差を従来よりも小さくすること
ができる。ところで一般に水分の拡散は、水分濃度の大
きい側から水分濃度の小さい側に向かって生じ、拡散す
る水分の量は両者の間の水分濃度差が大きいほど大きく
なる。このため、図３（Ｂ）に示した親水層を備えるカ
ソードの場合に比べ、本発明の場合には被覆層とガス拡
散層との間での水分濃度差を小さくできるので、被覆層
からガス拡散層へ拡散する水分の量を低減でき、電池外
へ排出される水分量をより一層少なくすることができる
ものと推察される。
との間に生じる水分濃度差を従来よりも小さくすること
ができる。ところで一般に水分の拡散は、水分濃度の大
きい側から水分濃度の小さい側に向かって生じ、拡散す
る水分の量は両者の間の水分濃度差が大きいほど大きく
なる。このため、図３（Ｂ）に示した親水層を備えるカ
ソードの場合に比べ、本発明の場合には被覆層とガス拡
散層との間での水分濃度差を小さくできるので、被覆層
からガス拡散層へ拡散する水分の量を低減でき、電池外
へ排出される水分量をより一層少なくすることができる
ものと推察される。
【００４５】以上のように、本発明によれば、反応生成
水を電解質膜１の加湿に従来よりも有効に利用すること
が可能となる。このため、例え反応生成水だけでは電解
質膜１を湿潤させるのに不充分であっても、外部から供
給する水分の量を従来に比べ低減することが可能とな
り、加湿水を供給するために設ける必要のある加湿器或
いはポンプ等の付加設備のコンパクト化を図れ、燃料電
池のより一層のコンパクト化を図ることができる。
水を電解質膜１の加湿に従来よりも有効に利用すること
が可能となる。このため、例え反応生成水だけでは電解
質膜１を湿潤させるのに不充分であっても、外部から供
給する水分の量を従来に比べ低減することが可能とな
り、加湿水を供給するために設ける必要のある加湿器或
いはポンプ等の付加設備のコンパクト化を図れ、燃料電
池のより一層のコンパクト化を図ることができる。
【００４６】さらに、本発明にあっては被覆層１０を多
層構造とし、触媒層３Ａ側をイオン交換容量の大きいイ
オン交換樹脂から構成し、酸化剤室５側をイオン交換容
量の小さいイオン交換樹脂から構成するようにしても良
い。斯かる構成によれば、図３（Ｄ）に示す如く、被覆
層とガス拡散層との間の水分濃度差をより小さくできる
ので、ガス拡散層へ拡散する水分の量をより一層低減す
ることができる。
層構造とし、触媒層３Ａ側をイオン交換容量の大きいイ
オン交換樹脂から構成し、酸化剤室５側をイオン交換容
量の小さいイオン交換樹脂から構成するようにしても良
い。斯かる構成によれば、図３（Ｄ）に示す如く、被覆
層とガス拡散層との間の水分濃度差をより小さくできる
ので、ガス拡散層へ拡散する水分の量をより一層低減す
ることができる。
【００４７】ところで、前述の通りガス拡散層は例えば
カーボン繊維等の骨格材料からなり、この骨格材料間に
存在する間隙を通してガスが拡散する。従って、被覆層
１０がこの骨格材料間に存在する間隙を完全に覆ってし
まうと、被覆層１０が水分を吸収した際に、この水分を
吸収した被覆層１０により覆われた間隙でのガス拡散性
が低下する。また、被覆層１０を構成するイオン交換樹
脂は電子伝導性を有さないために、イオン交換樹脂の量
が多すぎるとカソード３の電子伝導性を損なう。これら
ガス拡散性の低下及び電子伝導性の低下はいずれも電池
特性の低下を招く。そこで、斯かる電池特性の低下を抑
制するためには被覆層１０中に存在するイオン交換体の
量を少なくする必要があり、具体的にはイオン交換体の
重量を０．０２ｍｇ／ｃｍ2以上、０．１２ｍｇ／ｃｍ2
以下とすることが好ましく、０．０４ｍｇ／ｃｍ2以
上、０．０９ｍｇ／ｃｍ2以下の範囲とすることがより
好ましい。
カーボン繊維等の骨格材料からなり、この骨格材料間に
存在する間隙を通してガスが拡散する。従って、被覆層
１０がこの骨格材料間に存在する間隙を完全に覆ってし
まうと、被覆層１０が水分を吸収した際に、この水分を
吸収した被覆層１０により覆われた間隙でのガス拡散性
が低下する。また、被覆層１０を構成するイオン交換樹
脂は電子伝導性を有さないために、イオン交換樹脂の量
が多すぎるとカソード３の電子伝導性を損なう。これら
ガス拡散性の低下及び電子伝導性の低下はいずれも電池
特性の低下を招く。そこで、斯かる電池特性の低下を抑
制するためには被覆層１０中に存在するイオン交換体の
量を少なくする必要があり、具体的にはイオン交換体の
重量を０．０２ｍｇ／ｃｍ2以上、０．１２ｍｇ／ｃｍ2
以下とすることが好ましく、０．０４ｍｇ／ｃｍ2以
上、０．０９ｍｇ／ｃｍ2以下の範囲とすることがより
好ましい。
【００４８】また、斯様に少量のイオン交換体を含む被
覆層１０を形成するためには、イオン交換樹脂をアルコ
ール溶液中に溶解させて液体状態とし、そしてこのイオ
ン交換樹脂の溶液をガス拡散層に塗布して形成すると良
い。イオン交換樹脂の溶液を用いる方法によれば、溶液
中のイオン交換体の量を容易に制御することができる。
尚、イオン交換樹脂の溶液をガス拡散層に塗布するにあ
たっては、刷毛で塗るようにして塗布しても良いし、或
いはスプレー法により塗布しても良い。さらには、溶液
中にガス拡散層の表面を直接浸すことによりガス拡散層
の表面にイオン交換樹脂の溶液を塗布するようにしても
良い。
覆層１０を形成するためには、イオン交換樹脂をアルコ
ール溶液中に溶解させて液体状態とし、そしてこのイオ
ン交換樹脂の溶液をガス拡散層に塗布して形成すると良
い。イオン交換樹脂の溶液を用いる方法によれば、溶液
中のイオン交換体の量を容易に制御することができる。
尚、イオン交換樹脂の溶液をガス拡散層に塗布するにあ
たっては、刷毛で塗るようにして塗布しても良いし、或
いはスプレー法により塗布しても良い。さらには、溶液
中にガス拡散層の表面を直接浸すことによりガス拡散層
の表面にイオン交換樹脂の溶液を塗布するようにしても
良い。
【００４９】（実施例１）本実施例に係る燃料電池を以
下の様にして作製した。
下の様にして作製した。
【００５０】カソードの作製 まず、厚み２００μｍのカーボンペーパーをＰＴＦＥ分
散溶液に浸漬し、その後３８０℃で１時間焼成すること
によりガス拡散層を作製した。
散溶液に浸漬し、その後３８０℃で１時間焼成すること
によりガス拡散層を作製した。
【００５１】次いで、このガス拡散層の表面に、イオン
交換容量が１．０ｍｅｑ．／ｇのパーフルオロスルホン
酸をイソプロピルアルコール中に溶解して作成したイオ
ン交換樹脂溶液をスプレー法により塗布し、８０℃で２
０分間乾燥させることによりアルコール分を蒸発させ、
被覆層を形成した。尚、被覆層中のイオン交換体の量は
０．０６ｍｇ／ｃｍ2とした。
交換容量が１．０ｍｅｑ．／ｇのパーフルオロスルホン
酸をイソプロピルアルコール中に溶解して作成したイオ
ン交換樹脂溶液をスプレー法により塗布し、８０℃で２
０分間乾燥させることによりアルコール分を蒸発させ、
被覆層を形成した。尚、被覆層中のイオン交換体の量は
０．０６ｍｇ／ｃｍ2とした。
【００５２】さらに、白金担持カーボン、イオン交換容
量１．０ｍｅｑ．／ｇのイオン交換樹脂溶液及びＰＴＦ
Ｅを重量比１００：２０：５の割合で混合し、この混合
物を上記被覆層上にスプレー法により約２０μｍの厚み
に塗布し、８０℃で６０分間乾燥させることにより、被
覆層上に触媒層を形成した。
量１．０ｍｅｑ．／ｇのイオン交換樹脂溶液及びＰＴＦ
Ｅを重量比１００：２０：５の割合で混合し、この混合
物を上記被覆層上にスプレー法により約２０μｍの厚み
に塗布し、８０℃で６０分間乾燥させることにより、被
覆層上に触媒層を形成した。
【００５３】アノードの作製 被覆層を設けない以外はカソードの作製と同一の方法で
アノードを作製した。
アノードを作製した。
【００５４】単位セルの作製 電解質膜として厚み約５０μｍのＮａｆｉｏｎ１１２膜
（デュポン社製）を用い、ホットプレスによりカソー
ド、電解質膜及びアノードを一体化して単位セルを作製
した。
（デュポン社製）を用い、ホットプレスによりカソー
ド、電解質膜及びアノードを一体化して単位セルを作製
した。
【００５５】（実施例２）後述の様に、カソードにおけ
る被覆層を２層とした以外は実施例１と同一の方法で単
位セルを作製し、実施例２の燃料電池とした。
る被覆層を２層とした以外は実施例１と同一の方法で単
位セルを作製し、実施例２の燃料電池とした。
【００５６】まず、厚み２００μｍのカーボンペーパー
をＰＴＦＥ分散溶液に浸漬し、その後３８０℃で１時間
焼成することによりガス拡散層を作製した。
をＰＴＦＥ分散溶液に浸漬し、その後３８０℃で１時間
焼成することによりガス拡散層を作製した。
【００５７】次に、このガス拡散層の表面に、イオン交
換容量が０．９１ｍｅｑ．／ｇのパーフルオロスルホン
酸をイソプロピルアルコール中に溶解して作成したイオ
ン交換樹脂溶液をスプレー法により塗布し、８０℃で２
０分間乾燥させることによりアルコール分を蒸発させ、
第１の被覆層とした。このときのイオン交換樹脂の塗布
量は０．０３ｍｇ／ｃｍ2とした。
換容量が０．９１ｍｅｑ．／ｇのパーフルオロスルホン
酸をイソプロピルアルコール中に溶解して作成したイオ
ン交換樹脂溶液をスプレー法により塗布し、８０℃で２
０分間乾燥させることによりアルコール分を蒸発させ、
第１の被覆層とした。このときのイオン交換樹脂の塗布
量は０．０３ｍｇ／ｃｍ2とした。
【００５８】次いで、イオン交換容量が１．０ｍｅｑ．
／ｇのイオン交換樹脂溶液をスプレー法により塗布し、
８０℃で２０分間乾燥させることによりアルコール分を
蒸発させ、第２の被覆層とした。イオン交換樹脂の塗布
量は、第１被覆層と第２被覆層とを合わせて０．０６ｍ
ｇ／ｃｍ2とした。
／ｇのイオン交換樹脂溶液をスプレー法により塗布し、
８０℃で２０分間乾燥させることによりアルコール分を
蒸発させ、第２の被覆層とした。イオン交換樹脂の塗布
量は、第１被覆層と第２被覆層とを合わせて０．０６ｍ
ｇ／ｃｍ2とした。
【００５９】さらに、実施例１と同一の方法で被覆層上
に触媒層を形成した。
に触媒層を形成した。
【００６０】（比較例）カソードに被覆層を備えない以
外は実施例１と同一の方法で比較例の燃料電池を作製し
た。
外は実施例１と同一の方法で比較例の燃料電池を作製し
た。
【００６１】（実験結果）実施例１，２及び比較例の燃
料電池を、燃料ガスとして純水素、酸化剤ガスとして空
気を使用し、セル温度８０℃、燃料利用率７０％、酸化
剤利用率４０％の条件で運転し、夫々の電流−電圧特性
を測定した。その結果を図４の特性図に示す。尚、酸化
剤ガスの加湿は行っていない。
料電池を、燃料ガスとして純水素、酸化剤ガスとして空
気を使用し、セル温度８０℃、燃料利用率７０％、酸化
剤利用率４０％の条件で運転し、夫々の電流−電圧特性
を測定した。その結果を図４の特性図に示す。尚、酸化
剤ガスの加湿は行っていない。
【００６２】同図に示す如く、実施例１及び実施例２の
燃料電池は比較例に比べて高いセル電圧を得ることがで
き、また実施例２の方が実施例１よりも高いセル電圧が
得られた。これは、比較例の燃料電池ではカソードで生
じた反応生成水が電池外に排出されるため、電解質膜が
乾燥して特性が低下したのに対し、実施例の燃料電池に
よれば反応生成水が被覆層により吸収されるため、電解
質膜の乾燥を抑制することができたことによるものと考
えられる。また、実施例２の燃料電池においては被覆層
を２層構造とし、触媒層側をイオン交換容量の大きいイ
オン交換樹脂から構成するとと共に酸化剤室側をイオン
交換容量の小さいイオン交換樹脂から構成したために、
実施例１の燃料電池よりもカソードからの水分の蒸発を
さらに抑制することができたことによるものと考えられ
る。
燃料電池は比較例に比べて高いセル電圧を得ることがで
き、また実施例２の方が実施例１よりも高いセル電圧が
得られた。これは、比較例の燃料電池ではカソードで生
じた反応生成水が電池外に排出されるため、電解質膜が
乾燥して特性が低下したのに対し、実施例の燃料電池に
よれば反応生成水が被覆層により吸収されるため、電解
質膜の乾燥を抑制することができたことによるものと考
えられる。また、実施例２の燃料電池においては被覆層
を２層構造とし、触媒層側をイオン交換容量の大きいイ
オン交換樹脂から構成するとと共に酸化剤室側をイオン
交換容量の小さいイオン交換樹脂から構成したために、
実施例１の燃料電池よりもカソードからの水分の蒸発を
さらに抑制することができたことによるものと考えられ
る。
【００６３】（実施例３）次に、被覆層におけるイオン
交換体樹脂溶液の塗布量を調整することにより被覆層中
に含まれるイオン交換体の重量を変化させた燃料電池を
作製した。尚、イオン交換体の重量以外の作製条件は実
施例１と同一である。
交換体樹脂溶液の塗布量を調整することにより被覆層中
に含まれるイオン交換体の重量を変化させた燃料電池を
作製した。尚、イオン交換体の重量以外の作製条件は実
施例１と同一である。
【００６４】そして、これらの燃料電池について、電流
密度０．３ｍＡ／ｃｍ2の条件で発電試験を行った。そ
の結果を図４に示す。同図から分かるように、被覆層中
のイオン交換体重量を０．０２ｍｇ／ｃｍ2以上、０．
１２ｍｇ／ｃｍ2以下、好ましくは０．０４ｍｇ／ｃｍ2
以上、０．０９ｍｇ／ｃｍ2以下の範囲とすることで、
従来の燃料電池（イオン交換体重量が０ｍｇ／ｃｍ2）
に比べ高いセル電圧を得られることが分った。
密度０．３ｍＡ／ｃｍ2の条件で発電試験を行った。そ
の結果を図４に示す。同図から分かるように、被覆層中
のイオン交換体重量を０．０２ｍｇ／ｃｍ2以上、０．
１２ｍｇ／ｃｍ2以下、好ましくは０．０４ｍｇ／ｃｍ2
以上、０．０９ｍｇ／ｃｍ2以下の範囲とすることで、
従来の燃料電池（イオン交換体重量が０ｍｇ／ｃｍ2）
に比べ高いセル電圧を得られることが分った。
【００６５】
【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、電
解質膜を湿潤状態に維持するための加湿水量を従来に比
べて低減することができる。従って、本発明によれば反
応生成水を電解質膜の加湿に有効に利用することが可能
となる。また、例え反応生成水だけでは電解質膜を湿潤
させるのに不充分であっても、外部から供給する水分の
量を従来に比べ低減することが可能となり、加湿水を供
給するための加湿器或いはポンプ等の付加設備のコンパ
クト化を図れ、燃料電池のより一層のコンパクト化を図
ることができる。
解質膜を湿潤状態に維持するための加湿水量を従来に比
べて低減することができる。従って、本発明によれば反
応生成水を電解質膜の加湿に有効に利用することが可能
となる。また、例え反応生成水だけでは電解質膜を湿潤
させるのに不充分であっても、外部から供給する水分の
量を従来に比べ低減することが可能となり、加湿水を供
給するための加湿器或いはポンプ等の付加設備のコンパ
クト化を図れ、燃料電池のより一層のコンパクト化を図
ることができる。
【図１】本発明に係る燃料電池の単位セル構造を模式化
して示す断面図である。
して示す断面図である。
【図２】図１における要部拡大断面図である。
【図３】カソードにおける水分濃度の分布を模式的に示
した説明図である。
した説明図である。
【図４】実施例及び比較例に係る燃料電池の電流―電圧
特性を示す特性図である。
特性を示す特性図である。
【図５】被覆層中のイオン交換体重量と燃料電池特性と
の関係を示す特性図である。
の関係を示す特性図である。
【図６】従来の燃料電池の単位セル構造を模式化して示
す断面図である。
す断面図である。
１…電解質膜、２…アノード、３…カソード、２Ａ，３
Ａ…触媒層、２Ｂ，３Ｂ…ガス拡散層、４…燃料室、５
…酸化剤室、１０…被覆層、３０…骨格材料、３１…間
隙
Ａ…触媒層、２Ｂ，３Ｂ…ガス拡散層、４…燃料室、５
…酸化剤室、１０…被覆層、３０…骨格材料、３１…間
隙
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近野 義人 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS02 AS03 BB08 EE03 EE05 HH00 HH05 5H026 AA06 BB00 BB04 CX05 HH00 HH05
Claims (14)
- 【請求項１】 ガス拡散層上に触媒層を設けてなる燃料
電池用電極であって、前記ガス拡散層の、少なくとも前
記触媒層側の領域において、当該ガス拡散層を構成する
骨格材料の表面がイオン交換樹脂からなる被覆層により
被覆されていることを特徴とする燃料電池用電極。 - 【請求項２】 前記被覆層が、前記ガス拡散層において
前記骨格材料間に存在する間隙の大部分を維持した状態
で、前記骨格材料の表面を被覆するように設けられてい
ることを特徴とする請求項１記載の燃料電池用電極。 - 【請求項３】 前記被覆層の前記触媒層側が、当該被覆
層における前記ガス拡散層側よりもイオン交換容量の大
きいイオン交換樹脂からなることを特徴とする請求項１
又は２記載の燃料電池用電極。 - 【請求項４】 前記被覆層中のイオン交換体の重量が
０．０２ｍｇ／ｃｍ2以上、０．１２ｍｇ／ｃｍ2以下の
範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
に記載の燃料電池用電極。 - 【請求項５】 前記被覆層中のイオン交換体の重量が、
０．０４ｍｇ／ｃｍ2以上、０．０９ｍｇ／ｃｍ2以下の
範囲であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池
用電極。 - 【請求項６】 ガス拡散層の表面にイオン交換樹脂を塗
布する工程と、当該イオン交換樹脂が塗布された前記ガ
ス拡散層の表面に、触媒層を設ける工程と、を有するこ
とを特徴とする燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項７】 前記ガス拡散層の表面に第１のイオン交
換樹脂を塗布する工程と、当該第１のイオン交換樹脂が
塗布された前記ガス拡散層の表面に、前記第１のイオン
交換樹脂よりもイオン交換容量の大きい第２のイオン交
換樹脂を塗布する工程と、を有することを特徴とする請
求項６記載の燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項８】 前記ガス拡散層上に塗布されるイオン交
換樹脂中のイオン交換体の重量を、０．０２ｍｇ／ｃｍ
2以上、０．１２ｍｇ／ｃｍ2以下の範囲としたことを特
徴とする請求項６又は７記載の燃料電池用電極の製造方
法。 - 【請求項９】 前記ガス拡散層上に塗布されるイオン交
換樹脂中のイオン交換体の重量を、０．０４ｍｇ／ｃｍ
2以上、０．０９ｍｇ／ｃｍ2以下の範囲としたことを特
徴とする請求項８記載の燃料電池用電極の製造方法。 - 【請求項１０】 電解質膜の互いに対向する２主面に夫
々アノードとカソードを配してなる単位セルを有する燃
料電池であって、 前記アノード及びカソードは、夫々ガス拡散層上に触媒
層が設けられてなり、且つ前記カソードにおける前記ガ
ス拡散層の、少なくとも前記触媒層側の領域において、
当該ガス拡散層を構成する骨格材料の表面が、イオン交
換樹脂からなる被覆層により被覆されていることを特徴
とする燃料電池。 - 【請求項１１】 前記被覆層が、前記ガス拡散層におい
て前記骨格材料間に存在する間隙の大部分を維持した状
態で、前記骨格材料の表面を被覆するように設けられて
いることを特徴とする請求項１０記載の燃料電池。 - 【請求項１２】 前記被覆層の前記触媒層側は、当該被
覆層における前記ガス拡散層側よりもイオン交換容量の
大きいイオン交換樹脂からなることを特徴とする請求項
１０又は１１記載の燃料電池。 - 【請求項１３】 前記被覆層中のイオン交換体の重量が
０．０２ｍｇ／ｃｍ2以上、０．１２ｍｇ／ｃｍ2以下の
範囲であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいず
れかに記載の燃料電池。 - 【請求項１４】 前記被覆層中のイオン交換体の重量が
０．０４ｍｇ／ｃｍ2以上、０．０９ｍｇ／ｃｍ2以下の
範囲であることを特徴とする請求項１３のいずれかに記
載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27083799A JP2001093544A (ja) | 1999-09-24 | 1999-09-24 | 燃料電池用電極、その製造方法並びに燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27083799A JP2001093544A (ja) | 1999-09-24 | 1999-09-24 | 燃料電池用電極、その製造方法並びに燃料電池 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP27083799A Pending JP2001093544A (ja) | 1999-09-24 | 1999-09-24 | 燃料電池用電極、その製造方法並びに燃料電池 |
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030051048A (ko) * | 2001-12-20 | 2003-06-25 | 현대자동차주식회사 | 워터밸런스 유지용 연료전지 멤브레인 |
| JP2005174768A (ja) * | 2003-12-11 | 2005-06-30 | Equos Research Co Ltd | 膜電極接合体、その製造方法及びその使用方法 |
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| JP2008159573A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-07-10 | Gm Global Technology Operations Inc | オーバーコートを有する燃料電池基板 |
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-
1999
- 1999-09-24 JP JP27083799A patent/JP2001093544A/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
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| KR100570769B1 (ko) | 2004-06-23 | 2006-04-12 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료전지용 전극 및 이를 포함하는 연료전지 |
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