JP2002198059A

JP2002198059A - 高分子電解質型燃料電池およびその運転方法

Info

Publication number: JP2002198059A
Application number: JP2000391404A
Authority: JP
Inventors: Satoru Fujii; 覚藤井; Kazuhito Hado; 一仁羽藤; Masato Hosaka; 正人保坂; Junji Niikura; 順二新倉; Kazufumi Nishida; 和史西田; Teruhisa Kanbara; 輝壽神原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2002-07-12

Abstract

(57)【要約】【課題】金属配管やガス、金属製セパレータ板から、
金属イオンをはじめとする不純物イオンが高分子電解質
膜に拡散し、膜のイオン交換サイトにトラップされ、電
解質膜自身のイオン伝導性が低下する。本発明は、電解
質膜への不純物イオンの拡散を防止し、長期間高効率で
運転できる燃料電池を提供する。【解決手段】電極のガス拡散層にイオン捕捉体を設け
る。ガス拡散層は、複数のガス拡散用材料の層とイオン
捕捉体が積層されて構成され、ガス拡散層に含まれるイ
オン捕捉体が複数に分割されるか複数の欠如部を有し、
分割されたイオン捕捉体または前記欠如部が、導電性セ
パレータ板と触媒層とを電気的に導通するが両者間の直
線的なイオンの移動を阻止するように配列されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポータブル電源、
電気自動車用電源、家庭内コージェネレーションシステ
ム等に使用される高分子電解質型燃料電池、特にその不
純物イオンの混入を防止するための改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】高分子電解質膜を用いた燃料電池は、水
素を含有する燃料ガスと空気など酸素を含有する酸化剤
ガスとを電気化学的に反応させることにより、電力と熱
とを同時に発生させるものである。この燃料電池は、基
本的には、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質
膜、および高分子電解質膜の両面に形成された一対の電
極、すなわちアノードとカソードから構成される。前記
の電極は、通常、白金族金属触媒を担持したカーボン粉
末を主成分とし、高分子電解質膜の表面に形成される触
媒層、およびこの触媒層の外面に形成される、通気性と
電子伝導性を併せ持つ拡散層からなる。さらに、電極に
供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスが外にリークした
り、二種類のガスが互いに混合したりしないように、電
極の周囲には高分子電解質膜を挟んでガスシール材やガ
スケットが配置される。これらのシール材やガスケット
は、電極及び高分子電解質膜と一体化してあらかじめ組
み立てられる。これをＭＥＡ（電解質膜−電極接合体）
と呼ぶ。ＭＥＡの外側には、これを機械的に固定すると
ともに、隣接したＭＥＡを互いに電気的に直列に、場合
によっては並列に、接続するための導電性のセパレータ
板が配置される。セパレータ板のＭＥＡと接触する部分
には、電極面に反応ガスを供給し、生成ガスや余剰ガス
を運び去るためのガス流路が形成される。ガス流路は、
セパレータ板と別に設けることもできるが、セパレータ
板の表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的であ
る。

【０００３】これらの溝に燃料ガスおよび酸化剤ガスを
供給するためには、燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞ
れ供給する配管を、使用するセパレータ板の枚数に分岐
し、その分岐先を直接セパレータ板の溝につなぐ配管治
具が必要となる。この治具をマニホールドと呼び、上記
のような燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給配管から直接
つなぎ込むタイプを外部マニホールドを呼ぶ。このマニ
ホールドには、構造をより簡単にした内部マニホールド
と呼ぶ形式のものがある。内部マニホールドとは、ガス
流路を形成したセパレータ板に、貫通した孔を設け、ガ
ス流路の出入り口をこの孔まで通し、この孔から直接燃
料ガスおよび酸化剤ガスを供給するものである。燃料電
池は、運転中に発熱するので、電池を良好な温度状態に
維持するために、冷却水等で冷却する必要がある。通
常、１〜３セル毎に、冷却水を流す冷却部が設けられ
る。冷却部をセパレータ板とセパレータ板との間に挿入
する形式と、セパレータ板の背面に冷却水流路を設けて
冷却部とする形式とがあり、後者が多く利用される。こ
れらのＭＥＡとセパレータ板および冷却部を交互に重ね
て１０〜２００セル積層し、その積層体を集電板と絶縁
板を介して端板で挟み、締結ボルトで両端から固定する
のが一般的な積層電池の構造である。このような固体高
分子電解質型燃料電池では、セパレータ板は導電性が高
く、かつ燃料ガスおよび酸化剤ガスに対して気密性が高
く、さらに水素／酸素を酸化還元する際の反応に対して
高い耐食性を持つ必要がある。このような理由から、従
来のセパレータ板は、通常グラッシーカーボンや膨張黒
鉛などのカーボン材料で構成され、ガス流路もその表面
の切削や、膨張黒鉛の場合は型による成型により、作製
されていた。

【０００４】従来のカーボン板の切削による方法では、
カーボン板の材料コストと共に、これを切削するための
コストを引き下げることが困難であった。また、膨張黒
鉛を用いた方法も材料コストが高く、これが実用化のた
めの障害と考えられている。近年、従来より使用された
カーボン材料に代えて、ステンレス鋼などの金属板を用
いる試みが行われている。しかし、上述の金属板を用い
る方法では、金属板が高温においてｐＨ２〜３程度の酸
化性の雰囲気に曝されるため、長期間使用すると、金属
板の腐食や溶解が起こる。金属板が腐食すると、腐食部
分の電気抵抗が増大し、電池の出力が低下する。また、
金属板が溶解すると、溶解した金属イオンが高分子電解
質膜に拡散し、これが高分子電解質膜のイオン交換サイ
トにトラップされ、結果的に高分子電解質自身のイオン
伝導性が低下する。これらの原因により、金属板をその
ままセパレータ板に使用し、電池を長期間運転すると、
発電効率が次第に低下するという問題があった。また、
セパレータ板がカーボン材料で構成されている場合で
も、通常金属を用いたガス配管等から金属イオンが不純
物として高分子電解質膜に拡散することも想定される。
さらに、酸化剤ガスとして使用される空気中の不純物
や、ハロゲン等の不純物も考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、燃料電池に
使用されるガス拡散層を改良して、金属製配管に起因す
る金属イオンの高分子電解質膜への拡散を防止すると共
に、金属製セパレータ板を使用した場合でもセパレータ
板から高分子電解質膜への金属イオンの拡散を防止し、
耐久性にすぐれた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】本発明の高分子電解質型
燃料電池は、高分子電解質膜、前記高分子電解質膜を挟
むアノードおよびカソード、前記アノードに燃料ガスを
供給するガス流路を有するアノード側導電性セパレータ
板、並びに前記カソードに酸化剤ガスを供給するガス流
路を有するカソード側導電性セパレータ板を具備し、前
記アノードおよびカソードが、ガス拡散層および触媒層
を有し、前記ガス拡散層がイオン捕捉体を含むことを特
徴とする。前記ガス拡散層は、複数のガス拡散用材料の
層とイオン捕捉体が積層されて構成されており、前記ガ
ス拡散層に含まれるイオン捕捉体が複数に分割されるか
複数の欠如部を有し、前記分割されたイオン捕捉体また
は前記欠如部が、前記導電性セパレータ板と触媒層とを
電気的に導通するが両者間の直線的なイオンの移動を阻
止するように配列されていることが好ましい。ここに用
いるイオン捕捉体は、イオン交換樹脂であることが好ま
しい。

【０００７】本発明は、前記の高分子電解質型燃料電池
を所定時間運転した後または所定の出力低下が認められ
たときに、導電性セパレータ板に接する部分のガス拡散
層を剥離して、新しいガス拡散層に交換する工程を有す
る高分子電解質型燃料電池の運転方法を提供する。ま
た、本発明は、イオン捕捉体としてイオン交換樹脂を用
いた高分子電解質型燃料電池を所定時間運転した後また
は所定の出力低下が認められたときに、ガス流路に酸ま
たはアルカリ水溶液を充填して前記イオン捕捉体に捕捉
された不純物陽イオンまたは陰イオンを交換し、燃料電
池から排出する工程を有する高分子電解質型燃料電池の
運転方法を提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のアノードおよびカソード
のガス拡散層は、好ましい形態においては、ガス拡散用
材料の層とイオン捕捉体が積層されており、前記ガス拡
散層に含まれるイオン捕捉体が複数に分割されるか複数
の欠如部を有するようにパターニングされ、前記分割さ
れたイオン捕捉体または前記欠如部が、前記導電性セパ
レータ板と触媒層とを電気的に導通するが両者間の直線
的なイオンの移動を阻止するように配列されている。

【０００９】イオン捕捉体は、イオン交換樹脂が好まし
い。このイオン交換樹脂が膜状になっている場合には、
あらかじめ抜き型をはじめとする方法で必要なパターン
に加工した後に、ガス拡散用材料の層と積層する。ま
た、イオン交換樹脂が液状の場合には、印刷法をはじめ
とする方法で、ガス拡散用材料の層上に直接イオン交換
樹脂のパターンを形成した後に焼成する。そして、さら
にその上にガス拡散用材料の層を積層し、その層上にイ
オン交換樹脂のパターンを形成し、焼成する。これを繰
り返して積層構造のガス拡散層を作製する。また、粉末
状のイオン交換樹脂をイオン捕捉体として使用すること
も可能である。例えば、粉末状のイオン交換樹脂に適当
なバインダーを混ぜてインクを調製し、これをカーボン
ペーパーなどの上に所定のパターンで印刷することが可
能である。また、カーボンペーパー上に適当な粒径のイ
オン交換樹脂粒子を分散し、このようなカーボンペーパ
ーを複数積層してガス拡散層を形成することもできる。
陽イオン交換樹脂としては、好ましくは、低価格の炭化
水素系、特にポリスチレン系、フェノール系、ポリアク
リル酸系のイオン交換樹脂が用いられる。もちろん、本
発明において高分子電解質膜として使用されるパーフル
オロスルホン酸系のイオン交換樹脂膜をイオン捕捉体に
適用することができる。陰イオン交換樹脂として、好ま
しくは、ポリスチレン系、ポリアクリル酸誘導体系、エ
ポキシ−ポリアミン系が用いられる。

【００１０】本発明の高分子電解質型燃料電池の運転方
法は、一定の運転時間あるいは出力低下が見られたとき
に、導電性セパレータ板に接した部分のガス拡散層を剥
離して、新しいガス拡散層に交換する工程を備えてい
る。また、本発明の高分子電解質型燃料電池の運転方法
は、一定の運転時間あるいは所定の出力低下が認められ
た時に、ガス流路に酸またはアルカリ水溶液を充填して
イオン捕捉体に捕捉された不純物陽イオンまたは陰イオ
ンを交換し、燃料電池から排出させる工程を備えてい
る。例えば、Ｎａ、Ｃａ等水に起因する陽イオンや、金
属製のセパレータ板を使用した時に発生するＦｅ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ等の金属イオンを除去するためには、Ｈ₂ＳＯ₄
等の酸によりイオン捕捉体として使用されている陽イオ
ン交換樹脂を再生すればよい。また、Ｃｌなどのハロゲ
ンをはじめとする陰イオンに対しては、アルカリ溶液に
よりイオン捕捉体として使用されている陰イオン交換樹
脂を再生すればよい。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。ここに用いられた構造図は理解を容易にするため
のものであって、各要素の相対的大きさや位置関係は必
ずしも正確ではない。

【００１２】《実施例１》図１は本実施例の高分子電解
質型燃料電池の単位セルを示す縦断面図であり、図２は
そのガス拡散層の部分を拡大した縦断面図である。１１
は高分子電解質膜を表し、その一方の面にはアノード１
２、他方の面にはカソード１３が接合されている。電解
質膜１１、アノード１２およびカソード１３を合わせて
電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）という。このＭＥＡ１
０の外側には、アノード側導電性セパレータ板２１及び
カソード側導電性セパレータ板３１と、集電板２２およ
び３２が配置されている。このような単電池を複数個直
列に接続して積層することにより所望の出力の燃料電池
スタックが構成される。導電性セパレータ板２１のアノ
ード側表面に形成した溝４１に水素などの燃料ガスを流
通させる。同様に、導電性セパレータ板３１のカソード
側表面に形成した溝４２に空気などの酸化剤ガスを流通
させる。本実施例では、アノード側導電性セパレータ板
およびカソード側導電性セパレータ板は各々独立に作製
したが、アノード側導電性セパレータ板およびカソード
側導電性セパレータ板を１枚のセパレータ板で構成し、
その表面側をアノード側導電性セパレータ板とし、裏面
をカソード側導電性セパレータ板とすることもできる。

【００１３】次に、ＭＥＡの作成方法を説明する。アセ
チレンブラックに白金粒子を担持した電極触媒と、パー
フルオロカーボンスルホン酸の混合物を、カーボン不織
布に塗布することにより、同じ構成のアノードおよびカ
ソードを作製した。これらの電極を、電極より一回り大
きい面積を有するプロトン伝導性高分子電解質膜（デュ
ポン社製ナフィオン膜）の中心部の両面に、カソードお
よびアノードの触媒層が電解質膜側に接するようにホッ
トプレスによって接合することでＭＥＡを作製した。ま
た、触媒層に混合されたパーフルオロカーボンスルホン
酸も、デュポン社製のナフィオンを用いた。

【００１４】図２に示したガス拡散層は、ガス拡散用材
料の層１４とイオン捕捉体１５、１６を積層することに
より作製した。ガス拡散用材料の層１４としてカーボン
不織布を用いた。イオン捕捉体としては、イオン交換樹
脂を用いた。イオン交換樹脂は、陽イオン交換樹脂と陰
イオン交換樹脂に分類できる。本実施例では、陽イオン
交換樹脂と陰イオン交換樹脂の両方をイオン捕捉体とし
て使用した。即ち、Ｎａ、Ｃａ等水に起因する陽イオン
や、金属製のセパレータ板を使用した時に発生するＦ
ｅ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属イオンを除去するために陽イオ
ン交換樹脂１５を、Ｃｌなどのハロゲンをはじめとする
陰イオンの除去のために陰イオン交換樹脂１６を用い
た。陽イオン交換樹脂としてポリスチレン系ゲル型のも
の（三菱化成（株）製Diaion SK110）、陰イオン交換
樹脂としてポリスチレン系ゲル型のもの（三菱化成
（株）製Diaion SA21A）をそれぞれ使用した。

【００１５】アノード側導電性セパレータ板２１とアノ
ードの触媒層１７との間、およびカソード側導電性セパ
レータ板３１とカソードの触媒層１８との間を電気的に
導通するが、直線的なイオンの移動を阻止するように、
図２に示すように、イオン捕捉体１５および１６はパタ
ーンニングされている。イオン捕捉体が膜状の場合に
は、あらかじめ抜き型等で加工した後に、ガス拡散用材
料の層１４と積層する。図示の例では、４枚のガス拡散
用材料の層１４と２枚の陽イオン交換樹脂１５および１
枚の陰イオン交換樹脂１６を積層し、ホットプレスによ
り一体に接合した。こうすることにより、後の取り扱い
が容易になった。セパレータ板には、カーボン板を使用
し、切削加工によりガス流路を形成した。このセパレー
タ板を上記のＭＥＡに組み合わせて５０セルを積層し、
この積層セルを集電板と絶縁板を介して、ステンレス鋼
製の端板と締結ロッドで、２０ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で
締結した。セパレータ板とＭＥＡ、セパレータ板とセパ
レータ板などのガスシールが必要な部分は、シリコーン
グリースを薄く塗布することによってあまり導電性を低
下させずにシール性を確保した。

【００１６】陽イオン交換樹脂および陰イオン交換樹脂
であるイオン捕捉体を含んだガス拡散層を用いた本実施
例の燃料電池と、イオン捕捉体を持たないガス拡散層を
用いた比較例１の燃料電池を、８０〜９０℃に保持し、
アノード側に７５〜８５℃の露点となるよう加湿・加温
した水素ガスを、またカソード側に７０〜８０℃の露点
となるように加湿・加温した空気をそれぞれ供給した。
その結果、電流を外部に出力しない無負荷時には、５０
Ｖの開路電圧を示した。これらの電池を燃料利用率８０
％、酸素利用率４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ²の条
件で連続発電試験をした。図３は出力特性の時間変化を
示す。比較例１の電池は時間の経過と共に出力が低下す
るのに対し、実施例１の電池は、８０００時間以上にわ
たって約１２５０Ｗ（２７．５Ｖ−４５Ａ）の電池出力
を維持した。実施例１の電池は、ガス拡散層にイオン捕
捉体が設けられているために、電池外部から触媒層や高
分子電解質膜への不純物イオンの拡散が防止され、長期
の駆動における出力の変動や低下量は減少した。

【００１７】《実施例２》実施例１と同様にして高分子
電解質型燃料電池を作製した。実施例１との相違点は、
導電性セパレータ板２１および３１として金属セパレー
タ板を用いた点である。本実施例ではステンレス鋼ＳＵ
Ｓ３１６板をプレス加工によって波状に加工してガスを
導くための溝またはリブを形成した。そして、前記溝ま
たはリブと協同してガスをその供給側から排出側に導く
ガス流路を形成し、かつガスが前記ガス流路から外部に
漏れるのを防止するガスケットとして働く弾性を有する
絶縁性シートを組み合わせて使用した（ＷＯ００／０１
０２５参照）。また、本実施例では、イオン交換樹脂が
溶液のため、印刷法によりガス拡散用材料の層上に直接
パターンを形成することによりイオン捕捉体とした。

【００１８】図４は、本実施例の燃料電池スタックの出
力の経時変化を示す。比較例として、ＳＵＳ３１６セパ
レータ板を用い、イオン捕捉体が設けられていないガス
拡散層を持つ燃料電池スタックを比較例２として結果を
並記した。比較例２は、運転時間の経過とともに大きな
出力低下が見られた。この出力低下は比較例１の場合よ
りも大きかった。これは、金属セパレータ板の使用によ
り、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ金属イオンが、電極の触媒層や高
分子電解質膜に拡散したためと考えられる。電解質膜中
のスルホン基が金属イオンによって置換されたイオン交
換サイトの置換率の経時変化を図５に示す。明らかに、
イオン捕捉体を設けたガス拡散層を持つ本実施例の燃料
電池スタックの方が、金属イオンに置換されているスル
ホン基の割合が小さい。従って、金属板をセパレータ板
として使用した場合でも、本発明のガス拡散層を持つ燃
料電池は、長期間の運転でも安定した性能を示す。

【００１９】《実施例３》本実施例では、各種の耐腐食
性被膜を形成した金属セパレータ板を用いた点が実施例
２と異なる。表１に金属の種類、耐腐食性被膜の種類、
ガス拡散層中のイオン捕捉体の有無、並びに運転直後お
よび運転８０００時間後の出力をまとめて示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表中、被膜形状が島状と記載された実施例
は、導電性セパレータ板の表面積の５０％以上に耐腐食
性被膜が形成されている。また、耐腐食性被膜であるＡ
ｕおよびＴｉＮの膜厚は１００Å以上であり、ｒｆ−マ
グネトロンスパッタ法で作製した。成膜条件は、真空度
０．２Ｐａ、ｒｆパワー３００Ｗ、成膜時間は１分間、
基板温度は２００℃とし、Ａｕ被膜作製時はＡｒガス流
量２０ｓｃｃｍ、ＴｉＮ作製時には、Ａｒ／Ｎ₂＝１２
／８sccmとした。基板温度は非加熱でも問題はなかっ
た。また、耐食性被膜は、化学蒸着法、メッキ等による
プロセスで形成しても本発明が有効であることは明らか
である。耐腐食性被膜としては、ＺｒＮ、ＴｉＡｌＮ、
ＴｉＺｒＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＣｒＮ等の金属窒化物、Ｔ
ｉＣ、ＺｒＣ、ＷＣ、ＴａＣ等の金属炭化物も本発明に
有効である。耐腐食性被膜としてＴｉＮを使用した場合
には、ＴｉとＮの比率を断続的または連続的に変化させ
ることも可能である。この場合、被膜の残留応力の低減
やピンホールの減少を図れる点で有効である。

【００２２】《実施例４》実施例２と同様にして、ステ
ンレス鋼ＳＵＳ３１６をセパレータ板とした燃料電池を
作製し、実施例１と同様の条件で連続運転した。そし
て、運転時間が１００００時間となった段階で、導電性
セパレータ板に接した部分のガス拡散層を剥離した。そ
の後、新しいガス拡散用材料とイオン捕捉体を積層して
燃料電池のガス拡散層に再び設置した。燃料電池の運転
を再開した結果、初期出力に対する出力低下の幅は２／
３に減少した。燃料電池の出力変化を表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】本実施例の運転方法により、イオン捕捉体
を交換できるために、長期間の運転においても電解質膜
への不純物イオンの拡散を抑制できる点で本発明は有効
である。

【００２５】《実施例５》実施例２と同様にして、ステ
ンレス鋼ＳＵＳ３１６をセパレータ板として使用した燃
料電池を作製し、実施例１と同様の条件で連続運転し
た。そして、運転時間が１００００時間となった段階
で、燃料電池のガス流路に０．１Ｍの水酸化ナトリウム
水溶液を１時間、ポンプで循環させた。その後、燃料電
池のガス流路に０．１Ｍの硫酸水溶液を３時間循環させ
た後、水洗した。この燃料電池の出力変化を表３に示
す。１００００時間運転後の処理により、初期出力に対
する出力低下幅は１／２に減少した。これは、酸および
アルカリによる処理により、拡散層中のイオン捕捉体と
して設けたイオン交換樹脂および高分子電解質膜が再生
されたことにより、ＭＥＡへの不純物イオンの拡散量が
減少したためと考えられる。Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉイオンに
よる高分子電解質膜中のイオン交換サイトの置換率を分
析した結果、表４に示すように、酸およびアルカリ処理
後は置換率が確実に減少した。

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】

【００２８】本実施例の運転方法により、燃料電池内の
不純物イオンの除去が可能である。さらに燃料電池を分
解することなく、イオン捕捉体を再生できるために、メ
ンテナンスの簡便化が図れる点で有効である。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ガス拡散
層にイオン捕捉体を設けることにより、電極の触媒層や
高分子電解質膜への不純物イオンの拡散を防止できる。
従って、燃料電池を長期間安定した出力で運転できる。
また、一定時間の運転後、あるいは一定の出力低下が認
められたときには、導電性セパレータ板に接したガス拡
散層を交換するか、または燃料電池に酸およびアルカリ
を循環させることにより、出力を回復させることが可能
であり、長時間安定した出力で燃料電池の運転が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における燃料電池の単位セルを
表す縦断面図である。

【図２】同燃料電池のガス拡散層の部分を拡大した縦断
面図である。

【図３】実施例１および比較例１の燃料電池の出力特性
を示した図である。

【図４】実施例２および比較例２の燃料電池の出力特性
を示した図である。

【図５】実施例２および比較例２の燃料電池の電解質膜
の陽イオン置換率を示した図である。

【符号の説明】

１０ＭＥＡ１１高分子電解質膜１２アノード１３カソード１４ガス拡散用材料の層１５イオン捕捉体（陽イオン交換樹脂）１６イオン捕捉体（陰イオン交換樹脂）１７アノード触媒層１８カソード触媒層２１アノード側セパレータ板２２、３２集電板３１カソード側セパレータ板４１、４２ガス流路用溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者保坂正人大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者新倉順二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者西田和史大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者神原輝壽大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS02 AS03 CC06 DD01 DD03 EE05 EE17 5H026 AA06 CC03 CX01 CX03 EE05 EE18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高分子電解質膜、前記高分子電解質膜を
挟むアノードおよびカソード、前記アノードに燃料ガス
を供給するガス流路を有するアノード側導電性セパレー
タ板、並びに前記カソードに酸化剤ガスを供給するガス
流路を有するカソード側導電性セパレータ板を具備し、
前記アノードおよびカソードが、ガス拡散層および触媒
層を有し、前記ガス拡散層がイオン捕捉体を含むことを
特徴とする高分子電解質型燃料電池。
【請求項２】前記ガス拡散層は、複数のガス拡散用材
料の層とイオン捕捉体が積層されて構成されており、前
記ガス拡散層に含まれるイオン捕捉体が複数に分割され
るか複数の欠如部を有し、前記分割されたイオン捕捉体
または前記欠如部が、前記導電性セパレータ板と触媒層
とを電気的に導通するが両者間の直線的なイオンの移動
を阻止するように配列されている請求項１に記載の高分
子電解質型燃料電池。
【請求項３】前記イオン捕捉体が、イオン交換樹脂で
ある請求項１に記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項４】請求項１記載の高分子電解質型燃料電池
を所定時間運転した後または所定の出力低下が認められ
たときに、導電性セパレータ板に接する部分のガス拡散
層を剥離して、新しいガス拡散層に交換する工程を有す
る高分子電解質型燃料電池の運転方法。
【請求項５】請求項３記載の高分子電解質型燃料電池
を所定時間運転した後または所定の出力低下が認められ
たときに、ガス流路に酸またはアルカリ水溶液を充填し
て前記イオン捕捉体に捕捉された不純物陽イオンまたは
陰イオンを交換し、燃料電池から排出する工程を有する
高分子電解質型燃料電池の運転方法。