JP2001160408A

JP2001160408A - 固体高分子電解質型燃料電池

Info

Publication number: JP2001160408A
Application number: JP34232199A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Terada; 一郎寺田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1999-12-01
Filing date: 1999-12-01
Publication date: 2001-06-12

Abstract

(57)【要約】【課題】長期的に性能が安定した固体高分子電解質型燃
料電池の提供。【解決手段】水素を含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤
ガスがそれぞれアノード及びカソードに供給されて電気
化学的に発電する固体高分子電解質型燃料電池におい
て、燃料ガス及び／又は酸化剤ガスを、イオン交換性物
質と接触させた後にそれぞれアノード及びカソードに供
給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料ガス又は酸化
剤ガスをイオン交換体で前処理して使用する固体高分子
電解質型燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】水素・酸素燃料電池は、その反応生成物
が原理的に水のみであり地球環境への悪影響がほとんど
ない発電システムとして注目されている。固体高分子電
解質型燃料電池は、かつてジェミニ計画及びバイオサテ
ライト計画で宇宙船に搭載されたが、当時の電池出力密
度は低かった。その後、より高性能のアルカリ型燃料電
池が開発され、現在のスペースシャトルに至るまで宇宙
用にはアルカリ型燃料電池が採用されている。

【０００３】ところが、近年技術の進歩により固体高分
子電解質型燃料電池が再び注目されている。その理由と
して次の２点が挙げられる。（１）固体高分子電解質と
して高導電性の膜が開発された。（２）ガス拡散電極層
に用いられる触媒をカーボンに担持し、さらにこれをイ
オン交換樹脂で被覆することにより、きわめて大きな活
性が得られるようになった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現在使用され
ている固体高分子電解質型燃料電池は長期間使用すると
発電電圧が低下する等、電池性能安定性に問題があっ
た。この原因の１つが外部からの不純物の混入であり、
特にイオン性物質の混入は使用されている固体高分子電
解質膜の抵抗を増大させ、性能安定性を低下させてい
た。

【０００５】そこで本発明は、燃料極及び酸化剤極に供
給されるガス中に含まれる不純物を除去することによ
り、固体高分子電解質型燃料電池セル内に外部から混入
する不純物を減少させ、長期的に性能が安定した固体高
分子電解質型燃料電池を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、アノードとカ
ソードとが固体高分子電解質膜を介して対向し、水素を
含む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスがそれぞれアノ
ード及びカソードに供給されて電気化学的に発電する固
体高分子電解質型燃料電池において、燃料ガス及び／又
は酸化剤ガスはイオン交換性物質と接触させた後に供給
されることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池を
提供する。

【０００７】また、本発明は、アノードとカソードとが
固体高分子電解質膜を介して対向するセルに、水素を含
む燃料ガス及び酸素を含む酸化剤ガスをそれぞれアノー
ド及びカソードに供給して電気化学的に発電させる固体
高分子電解質型燃料電池の作動方法において、燃料ガス
及び／又は酸化剤ガスをイオン交換性物質と接触させた
後にセルに供給することを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池の作動方法を提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明では、燃料ガス及び／又は
酸化剤ガスをイオン交換性物質と接触させてから燃料電
池セルに供給する。燃料ガスと酸化剤ガスの一方が不純
物としてイオン性物質を含まない場合、イオン性物質を
含むガスのみをイオン交換性物質と接触させればよい
が、両方のガスともイオン性物質を含む場合は、両方の
ガスともイオン交換性物質と接触させてから燃料電池セ
ルに供給することが好ましい。本明細書では、以下、イ
オン交換性物質と接触させる燃料ガス及び／又は酸化剤
ガスを単にガスと記載して説明する。

【０００９】本発明においてイオン交換性物質は、陽イ
オン交換体と陰イオン交換体の両方からなり、かつガス
は、陽イオン交換体と陰イオン交換体の両方と接触させ
ることが好ましい。陽イオン交換体か陰イオン交換体の
いずれか一方と接触させただけでは充分には不純物のイ
オン性物質を除去できない。燃料電池の固体高分子電解
質膜として陽イオン交換膜を使用する場合は、ガスは少
なくとも陽イオン交換体と接触させた後に供給すること
が好ましい。陽イオン交換膜は、特に陽イオン不純物の
影響により性能劣化しやすいためである。また、同様に
燃料電池の固体高分子電解質膜として陰イオン交換膜を
使用する場合は、ガスは少なくとも陰イオン交換体と接
触させた後に供給することが好ましい。

【００１０】ガスは陽イオン交換体と陰イオン交換体の
混合物と接触させてもよいが、例えば陽イオン交換体か
らなる層及び陰イオン交換体からなる層の両方をガスを
通過させることが好ましい。また、陽イオン交換体及び
陰イオン交換体をそれぞれ異なる容器に充填し、ガスを
各容器を通過させてから燃料電池セルに供給する方法等
も採用できる。

【００１１】ガスを接触させるイオン交換性物質は、陽
イオン交換体も陰イオン交換体も、イオン交換容量は
０．２〜５．０ミリ当量／ｇ乾燥樹脂であることが好ま
しい。イオン交換容量が０．２ミリ当量／ｇ乾燥樹脂よ
り小さい場合は、ガス中のイオン性物質の除去を十分に
行うために使用するイオン交換性物質が大量に必要とな
り、装置が大きくなるので好ましくない。また、イオン
交換容量が５．０ミリ当量／ｇ乾燥樹脂より大きいとイ
オン交換性物質の強度が低いため処理中にイオン交換性
物質が破損するおそれがある。イオン交換容量が１．０
〜４．０ミリ当量／ｇ乾燥樹脂である場合には、イオン
交換性物質の強度が高く、効率的にガスを処理できるの
で特に好ましい。

【００１２】また、イオン交換性物質が陽イオン交換体
及び陰イオン交換体からなる場合、陽イオン交換体の総
イオン交換容量と陰イオン交換体の総イオン交換容量の
比は１０／１〜１／１０が好ましく、特に３／１〜１／
３が好ましい。１０／１〜１／１０の範囲を外れると、
ガス中のイオン性物質の除去が十分でなくなり、燃料電
池セルの性能が低下するおそれがある。

【００１３】本発明におけるイオン交換性物質は、フィ
ルタ状、布状、又は多孔性板状に加工されていることが
好ましい。イオン交換性物質が陽イオン交換体及び陰イ
オン交換体からなるときは、陽イオン交換体と陰イオン
交換体がそれぞれフィルタ状、布状、又は多孔性板状に
加工されていることが好ましい。具体的には、フィルタ
状又は布状物質を基材とし、その基材にイオン交換性物
質の溶液を塗布して乾燥又は該溶液に基材を浸漬させて
乾燥することにより得られるイオン交換性フィルタを、
ガスを通過させることが好ましい。

【００１４】フィルタ状又は布状物質の基材に、イオン
交換基又はイオン交換基を導入しうる基を有するモノマ
ーを放射線グラフト重合して得られるイオン交換性フィ
ルタを、ガスを通過させることも好ましい。また、乾燥
した球状のイオン交換樹脂を少量のバインダポリマーで
固めて多孔性板状にして使用することもできる。

【００１５】基材を用いる場合には、厚さ１０〜５００
０μｍ、目付量５〜２５００ｇ／ｍ ²の基材を使用する
ことが好ましい。厚さが１０μｍ未満又は目付量が５ｇ
／ｍ²未満であると、基材の強度が弱く破損のおそれが
ある。また、厚さが５０００μｍより厚い又は目付量が
２５００ｇ／ｍ²より大きいと、処理するガスの圧損が
大きくなり効率的に処理できなくなるので好ましくな
い。厚さが１００〜１０００μｍ、かつ目付量が５０〜
５００ｇ／ｍ²である場合には、強度が高くガスの圧損
も少ないので特に好ましい。また、上記基材は、ポリオ
レフィン製又はポリフルオロオレフィン製であると、化
学的安定性に優れ、かつ強度が高いので好ましい。

【００１６】基材を用いてイオン交換性物質の溶液を塗
布し乾燥したものを使用する場合には、陽イオン交換体
の溶液と陰イオン交換体の溶液を準備し、それぞれ基材
フィルタに塗布して乾燥又は浸漬させて乾燥して陽イオ
ン交換性フィルタと陰イオン交換性フィルタとを得るこ
とが好ましい。そしてガスが燃料電池セルに供給される
前に陽イオン交換性フィルタと陰イオン交換性フィルタ
の両方を通過するようにセットされることが好ましい。
なお、陽イオン交換性フィルタと陰イオン交換性フィル
タとは必ずしも上記方法で得られたものを使用すること
を要せず、一方を上記方法で得られたものとし、もう一
方を後述するグラフト重合法等で得られるものとしても
よく、また両方とも後述するグラフト重合法等で得られ
るものとしてもよい。

【００１７】陽イオン交換体としては、以下のものが挙
げられる。なお、本明細書において単量体Ａの単独重合
体及び共重合体とは、単量体Ａに基づく重合単位からな
る共重合体及び単量体Ａに基づく重合単位を含む共重合
体を示す。スチレンスルホン酸の単独重合体及び共重合
体、ビニルスルホン酸の単独重合体及び共重合体、２−
アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸の単独
重合体及び共重合体等が挙げられる。

【００１８】また、スルホン化ポリスルホン、スルホン
化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリアリールエー
テルスルホン、スルホン化ポリアリールエーテルスルホ
ン／ポリチオエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテ
ルケトン、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、ス
ルホン化ポリエーテルイミド、スルホン化ポリフェニレ
ンオキシド、及びこれらのポリマーの１種以上を他のポ
リマーとブレンドしたものも使用できる。その他、スル
ホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体（エーテ
ル結合性の酸素原子等を含んでいてもよい。）等も好ま
しく使用できる。

【００１９】また、陰イオン交換体としては、（ビニル
フェニル）トリメチルアンモニウムクロリドの単独重合
体及び共重合体、４−ビニルピリジン４級化物の単独重
合体及び共重合体、２−ビニルピリジン４級化物の単独
重合体及び共重合体、１−ビニルイミダゾール４級化物
の単独重合体及び共重合体、２−ビニルピラジン４級化
物の単独重合体及び共重合体、４−（３−ブテニル）ピ
リジン４級化物の単独重合体及び共重合体、Ｎ，Ｎ−ジ
メチルアクリルアミド４級化物の単独重合体及び共重合
体、Ｎ−（３−（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アミノプロピル）
アクリルアミド４級化物の単独重合体及び共重合体、２
−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル）アクリレート４級
化物の単独重合体及び共重合体等が挙げられる。

【００２０】また、４級アンモニウム化ポリスルホン、
４級アンモニウム化ポリエーテルスルホン、４級アンモ
ニウム化ポリアリールエーテルスルホン、４級アンモニ
ウム化ポリアリールエーテルスルホン／ポリチオエーテ
ルスルホン、４級アンモニウム化ポリエーテルイミド、
４級アンモニウム化ポリフェニレンオキシド、及びこれ
らのポリマーの１種以上を他のポリマーとブレンドした
ものも陰イオン交換体として使用できる。

【００２１】上に挙げたようなポリマーを、溶媒に溶解
した溶液を基材上に塗布し乾燥して陽イオン交換性フィ
ルタ又は陰イオン交換性フィルタを得る場合には、基材
をあらかじめ表面処理しておくと、塗布するポリマーと
の接着性が向上し耐久性に優れるフィルタが得られるの
で好ましい。表面処理の方法としては、放射線処理、放
電処理、薬品処理又はグラフト重合法処理等が挙げられ
る。

【００２２】また、基材にイオン交換基又はイオン交換
基を導入しうる基を有するモノマーを放射線グラフト重
合することによりイオン交換性フィルタを得る場合に
は、基材にイオン交換基又はイオン交換基を導入しうる
基を有するイオン交換基導入用モノマーを浸漬させなが
ら放射線照射しグラフト重合させる。また、基材に放射
線を照射した後にイオン交換基導入用モノマーを浸漬さ
せてグラフト重合させてもよい。しかし、基材にイオン
交換基導入用モノマーを浸漬させながら放射線照射する
方法は取り扱いが煩雑であるので、後者の方法が好まし
い。

【００２３】放射線としては、γ線や電子線が用いられ
る。放射線の照射線量は１〜２００ｋＧｙ、特には１０
〜１００ｋＧｙが好ましい。照射線量が１ｋＧｙより小
さいと表面処理効果が小さく、また２００ｋＧｙより大
きいと基材ポリマー分子鎖の切断が進行し、基材自体の
強度が低下する。照射線量が１〜２００ｋＧｙの場合に
は基材の強度低下は著しくなく、活性種が基材に効率的
に導入される。

【００２４】放射線照射は、照射中に発生するラジカル
を保護するため、減圧下又は窒素等の不活性ガス雰囲気
中で行うことが好ましい。また、放射線を照射してから
基材をイオン交換基導入用モノマーに浸漬するまでの間
は、ラジカル濃度の低下を防ぐために基材を低温で保持
することが好ましい。基材のイオン交換基導入用モノマ
ーへの浸漬も、減圧下又は不活性ガス雰囲気中で行うこ
とが好ましく、グラフト重合の温度は４０〜９０℃が好
ましい。

【００２５】イオン交換基導入用モノマーとしては、ス
チレン、α−メチルスチレン、クロロメチルスチレン、
スチレンスルホン酸又はその塩、２−アクリルアミド−
２−メチルプロパンスルホン酸、パーフルオロアルケニ
ルスルホニルフルオリド、パーフルオロアルコキシアル
ケニルスルホニルフルオリド、（ビニルフェニル）トリ
メチルアンモニウムクロリド、アリルアミン又はその
塩、４−ビニルピリジン、２−ビニルピリジン、１−ビ
ニルイミダゾール、２−ビニルピラジン、４−（３−ブ
テニル）ピリジン、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル
アクリルアミド、Ｎ−（３−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミ
ノ）プロピル）アクリルアミド、２−（Ｎ，Ｎ−ジメチ
ルアミノエチル）アクリレート、ビニル基とスルホン酸
基を有する化合物又はその塩等が挙げられる。

【００２６】上記官能基導入モノマーは液体である場合
は基材を直接浸漬させてもよいし、溶媒を用いて希釈し
てから基材を浸漬させてもよい。また、基材をイオン交
換基導入用モノマーに浸漬させる方法以外に、減圧下で
モノマーを気体にして基材に導入する方法も採用でき、
この場合は窒素等の不活性ガスで気体を希釈することも
できる。イオン交換基導入用モノマーが固体である場合
は、モノマーが溶解する溶媒に溶解させて使用する。

【００２７】イオン交換基導入用モノマーが、イオン交
換基を導入しうる基を有している場合は、グラフト重合
後イオン交換基をフィルタに導入する。また、イオン交
換性フィルタは、必要に応じて、陽イオン交換フィルタ
であれば酸型処理、陰イオン交換フィルタであれば対イ
オンを水酸基とする等の操作を行う。

【００２８】

【実施例】［例１］アゾビスイソブチロニトリルを開始
剤として、２ｍｏｌのテトラフルオロエチレンと０．４
５ｍｏｌのＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ（ＣＦ₃）Ｏ（Ｃ
Ｆ₂）₂ＳＯ₂Ｆとを、７０℃にて５時間共重合し、イオ
ン交換容量１．１ミリ当量／グラム乾燥樹脂の共重合体
を得た。これを２０％ＫＯＨ水溶液中で９０℃にて１６
時間かけて加水分解した後、１ｍｏｌ／Ｌの塩酸に室温
にて１６時間浸漬して酸型に変換し、水洗乾燥後エタノ
ールに溶解することにより、スルホン酸基を含有するパ
ーフルオロカーボン重合体を溶液全質量の９％含む溶液
を得た。

【００２９】厚さ５００μｍ、目付量２００ｇ／ｍ²の
ポリエチレン繊維製フィルタを上記溶液に浸漬後、乾燥
して陽イオン交換性フィルタを作製した。塗布乾燥後の
厚さは５１０μｍであり、目付量は２９０ｇ／ｍ²であ
った。

【００３０】次に、特開昭６１−１６８６２９の実施例
１４に記載された合成法に準じて、以下のようにしてポ
リスルホン／ポリチオエーテルスルホン共重合体（以
下、共重合体ａという）を得た。

【００３１】まず、オートクレーブに３．６ｍｏｌの
４，４’−ジフェノールと、水酸化ナトリウム水溶液、
Ｎ−メチル−２−ピロリドン及びトルエンを仕込み、窒
素ガスを流しながら加熱して水及びトルエンを除去し冷
却した。これに３．９６ｍｏｌの４，４’−ジクロロジ
フェニルスルホンを仕込み、窒素雰囲気中で１６０℃で
３時間反応させ、芳香族ポリスルホンの繰り返し単位か
らなる反応物を得た。冷却後、これに３．２４ｍｏｌの
４，４’−ジクロロジフェニルスルホンと、３．７８ｍ
ｏｌの硫化ナトリウムと、無水酢酸リチウム及びＮ−メ
チル−２−ピロリドンを加えて窒素ガスで０．４９ＭＰ
ａに加圧し１６０℃にて３時間反応させ、２２００ｇの
共重合体ａを得た。共重合体ａの固有粘度は０．５０で
あった。

【００３２】７５０ｇの上記共重合体ａを、１，１，
２，２−テトラクロロエタン１０Ｌに溶解した後、（ク
ロロメトキシ）メタン４０００ｇ及び無水塩化スズ４５
ｇを添加し、１１０℃にて４時間クロロメチル化反応を
行った。次いで、メタノール５０Ｌにて反応生成物を沈
殿させ、該反応生成物を洗浄し、クロロメチル化共重合
体８５０ｇを得た。クロロメチル化共重合体におけるク
ロロメチル基の導入率は、１繰り返し単位あたり約１．
９個であり、このクロロメチル基をすべてトリメチルア
ミンでアミノ化したところ、イオン交換容量は２．２ミ
リ当量／ｇ乾燥樹脂であった。

【００３３】５００ｇのクロロメチル化共重合体を２８
３０ｇのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに溶解して調製
した溶液を、０℃にて撹拌しながら、１ｍｏｌ／Ｌのト
リメチルアミンのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液１
１４０ｍｌをゆっくり滴下した。さらに、２−メトキシ
エタノール５００ｇを添加し、イオン交換容量２．０ミ
リ当量／ｇ乾燥樹脂の溶液を得た。

【００３４】上記した陽イオン交換性フィルタの作製と
同様に、厚さ５００μｍ、目付量２００ｇ／ｍ²のポリ
エチレン繊維製フィルタを上記溶液に浸漬後、乾燥して
陰イオン交換性フィルタを得た。塗布乾燥後のフィルタ
の厚さは５１０μｍであり、目付量は２８５ｇ／ｍ²で
あった。

【００３５】得られた陽イオン交換性フィルタ及び陰イ
オン交換性フィルタをそれぞれ直径１０ｃｍの円盤状に
切り、２枚重ねてフィルタホルダに収容し、カソード側
空気コンプレッサと燃料電池セルの間に設置し、カソー
ド側空気はこのフィルタを通過したものが燃料電池セル
に供給されるようにした。

【００３６】燃料電池セルは以下のようにして組み立て
た。テトラフルオロエチレンに基づく重合単位とＣＦ₂
＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ（ＣＦ₃）Ｏ（ＣＦ₂）₂ＳＯ₃Ｈに基
づく重合単位とからなる共重合体（イオン交換容量１．
１ミリ当量／グラム乾燥樹脂）と白金担持カーボンとを
１：３の質量比で含み、エタノールを溶媒とする塗工液
を、カーボン布上にダイコート法で塗工した。これを乾
燥して厚さ１０μｍ、白金担持量０．５ｍｇ／ｃｍ²の
ガス拡散電極層が形成されたガス拡散電極を作製した。

【００３７】上記ガス拡散電極２枚の間に、テトラフル
オロエチレンに基づく重合単位とＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂Ｃ
Ｆ（ＣＦ₃）Ｏ（ＣＦ₂）₂ＳＯ₃Ｈに基づく重合単位とか
らなる共重合体（イオン交換容量１．１ミリ当量／グラ
ム乾燥樹脂）からなる陽イオン交換膜（厚さ５０μｍ）
を挟み、平板プレス機を用いてプレスして膜電極接合体
を作製した。この膜電極接合体の外側にチタン製の集電
体、さらにその外側にポリテトラフルオロエチレン製の
ガス供給室、さらにその外側にヒーターを配置し、有効
膜面積９ｃｍ²の燃料電池を組み立てた。

【００３８】燃料電池の温度を８０℃に保ち、カソード
にフィルタを通過した空気、アノードに水素をそれぞれ
０．２ＭＰａで供給した。電流密度１Ａ／ｃｍ²のとき
の端子電圧を測定したところ、端子電圧は０．５９Ｖで
あった。さらに、上記の燃料電池を８０℃、電流密度１
Ａ／ｃｍ²で連続運転を行った。１０００時間後の端子
電圧は０．５９Ｖであり初期と変化がなかった。

【００３９】［例２］例１で基材として用いたポリエチ
レン繊維製フィルタに減圧下、２５℃にて３０ｋＧｙの
γ線を照射した後、スチレンモノマーに浸漬し、６０℃
で２４時間反応させてグラフト重合を行った。グラフト
率は４０％であった。

【００４０】得られたフィルタを１５ｃｍ角に切ったも
のを複数枚作製し、一部は溶液全質量に対し溶質濃度が
２０％のクロロスルホン酸の１，１，２，２−テトラク
ロロエタン溶液に２５℃で１時間浸漬してクロロスルホ
ン化した。また、一部は１，１，２，２−テトラクロロ
エタン溶液に浸漬し、（クロロメトキシ）メタン及び無
水塩化スズを添加し、７０℃にて２時間反応させてクロ
ロメチル化した。

【００４１】クロロスルホン化したものは、水酸化カリ
ウムを全質量の１０％含む水溶液で加水分解した後、塩
酸で酸型に変換して−ＳＯ₂Ｃｌをスルホン酸基に変換
した。またクロロメチル化したものはトリメチルアミン
水溶液と反応させ、塩酸洗浄、水洗後、０．１ｍｏｌ／
Ｌ水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して、クロロメチル基
を対イオンがＯＨイオンの４級アンモニウム塩基とし
た。

【００４２】上記のように得られた陽イオン交換性フィ
ルタ及び陰イオン交換性フィルタは、イオン交換容量が
それぞれ２．０ミリ当量／グラム乾燥樹脂及び１．９ミ
リ当量／グラム乾燥樹脂であった。また、厚さはそれぞ
れ５２０μｍ及び５１０μｍであり、目付量は、それぞ
れ３４０ｇ／ｍ²及び３４０ｇ／ｍ²であった。

【００４３】例１と同様にして上記の２種のフィルタを
重ねてホルダにセットし、燃料電池セルを組み立てて例
１と同様にして評価を行った。電流密度１Ａ／ｃｍ²の
とき初期の端子電圧は０．６０Ｖであった。また１００
０時間後の端子電圧は０．５９Ｖであり、初期とほとん
ど変化がなかった。

【００４４】［例３（比較例）］例１において、フィル
タホルダにポリエチレン繊維製フィルタを２枚重ねてセ
ットした以外は例１と同様にして燃料電池セルを組み立
て、評価した。電流密度１Ａ／ｃｍ²のときの端子電圧
を測定したところ、端子電圧は０．６０Ｖであった。し
かし、１０００時間運転後の端子電圧は０．５１Ｖに低
下した。

【００４５】

【発明の効果】本発明は、イオン交換性物質によって処
理したガスを固体高分子電解質型燃料電池に供給する、
すなわちイオン成分が除去されたガスが供給されるた
め、固体高分子電解質膜内へのイオンの蓄積がなくな
る。そのため、燃料電池を長期間作動させても、抵抗の
上昇と発電電圧の低下を抑制できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アノードとカソードとが固体高分子電解質
膜を介して対向し、水素を含む燃料ガス及び酸素を含む
酸化剤ガスがそれぞれアノード及びカソードに供給され
て電気化学的に発電する固体高分子電解質型燃料電池に
おいて、燃料ガス及び／又は酸化剤ガスはイオン交換性
物質と接触させた後に供給されることを特徴とする固体
高分子電解質型燃料電池。
【請求項２】イオン交換性物質のイオン交換容量が０．
２〜５．０ミリ当量／ｇ乾燥樹脂である請求項１に記載
の固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項３】イオン交換性物質は、陽イオン交換体及び
陰イオン交換体からなり、燃料ガス及び／又は酸化剤ガ
スは、陽イオン交換体と陰イオン交換体の両方に接触さ
せた後、供給される請求項１又は２に記載の固体高分子
電解質型燃料電池。
【請求項４】陽イオン交換体及び陰イオン交換体は、そ
れぞれフィルタ状、布状又は多孔性板状に加工されてい
る請求項３に記載の固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項５】燃料ガス及び／又は酸化剤ガスは、厚さ１
０〜５０００μｍかつ目付量５〜２５００ｇ／ｍ²の基
材にイオン交換性物質の溶液を塗布して乾燥又は浸漬さ
せて乾燥することにより得られるフィルタを、通過させ
ることによりイオン交換性物質と接触させる請求項１、
２又は３に記載の固体高分子電解質型燃料電池。
【請求項６】燃料ガス及び／又は酸化剤ガスは、厚さ１
０〜５０００μｍかつ目付量５〜２５００ｇ／ｍ²の基
材にイオン交換基又はイオン交換基を導入しうる基を有
するモノマーを放射線グラフト重合することにより得ら
れるフィルタを、通過させることによりイオン交換性物
質と接触させる請求項１、２又は３に記載の固体高分子
電解質型燃料電池。
【請求項７】前記基材が、ポリオレフィン製又はポリフ
ルオロオレフィン製である請求項５又は６に記載の固体
高分子電解質型燃料電池。
【請求項８】アノードとカソードとが固体高分子電解質
膜を介して対向するセルに、水素を含む燃料ガス及び酸
素を含む酸化剤ガスをそれぞれアノード及びカソードに
供給して電気化学的に発電させる固体高分子電解質型燃
料電池の作動方法において、燃料ガス及び／又は酸化剤
ガスをイオン交換性物質と接触させた後にセルに供給す
ることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池の作動
方法。