JP2002289202A - 燃料電池カソード活性化過電圧の低減方法 - Google Patents
燃料電池カソード活性化過電圧の低減方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 カソード活性化過電圧を低減し、ＰＥＦＣセ
ル電圧を高めることができる燃料電池カソード活性化過
電圧の低減方法を提供する。 【解決手段】 固体高分子型燃料電池のカソード触媒層
に酸素溶解性の高い高分子化合物を含有させ、カソード
触媒表面での酸素濃度を高め、カソード反応過電圧を低
下させる。
ル電圧を高めることができる燃料電池カソード活性化過
電圧の低減方法を提供する。 【解決手段】 固体高分子型燃料電池のカソード触媒層
に酸素溶解性の高い高分子化合物を含有させ、カソード
触媒表面での酸素濃度を高め、カソード反応過電圧を低
下させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池カソード
活性化過電圧の低減方法に関する。
活性化過電圧の低減方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）セル
の内部抵抗にはカソード活性化過電圧、膜抵抗、オーム
損、アノード活性化過電圧、ガス拡散抵抗、電極抵抗な
どがあるので、実際のＰＥＦＣセル電圧は開回路電圧よ
りもずっと低いものとなる。これらの内部抵抗はＰＥＦ
Ｃの仕様に応じてその大きさが様々に変化するものであ
るが、ＰＥＦＣ電流密度が０．５Ａ／ｃｍ2以下の領域
では内部抵抗の大部分はカソード活性化過電圧となる。
の内部抵抗にはカソード活性化過電圧、膜抵抗、オーム
損、アノード活性化過電圧、ガス拡散抵抗、電極抵抗な
どがあるので、実際のＰＥＦＣセル電圧は開回路電圧よ
りもずっと低いものとなる。これらの内部抵抗はＰＥＦ
Ｃの仕様に応じてその大きさが様々に変化するものであ
るが、ＰＥＦＣ電流密度が０．５Ａ／ｃｍ2以下の領域
では内部抵抗の大部分はカソード活性化過電圧となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＰＥＦＣのカソード活
性化過電圧について図３を参照して説明する。図３は、
縦軸に電圧（Ｖ）をとり、横軸に電流密度（Ａ／ｃ
ｍ2）をとって、ＰＥＦＣセル電圧の低下要因を示す電
流電圧特性線図である（D.M.Bernardi andM.W.Verbrugg
e,J.Electrochem.Soc.,139,2477(1992)）。図に示すよ
うに、ＰＥＦＣ内部抵抗のうち最大のものはカソード活
性化過電圧Ｖｃであり、各内部抵抗はＰＥＦＣ電流密度
が上昇するに従ってそれぞれ増大するが、ＰＥＦＣの理
論起電力（開回路電圧）１．２３Ｖに対して内部抵抗は
０．４Ｖ相当（理論値の約３０％）となる。ＰＥＦＣセ
ル電圧Ｖ1は次式（１）により求めることができる。 Ｖ1＝Ｖｏ−（Ｖｃ＋Ωｆ＋Ωｅ＋Ｖａ） …（１） 但し、Ｖｏ；開回路電圧 Ｖｃ；カソード活性化過電圧 Ωｆ；膜抵抗 Ωｅ；電極抵抗（オーム損） Ｖａ；アノード活性化過電圧 ＰＥＦＣの内部抵抗を低減するために、従来から膜抵抗
Ωｆの低減化（イオン伝導度の向上）、あるいは膜厚を
薄くすることによる膜抵抗Ωｆの低減化、あるいはメタ
ノール等の改質ガスでのＣＯ被毒を防止するためのアノ
ード白金触媒のルテニウムとの合金化（特開2000-3712
号公報）など種々の方法が提案されているが、これらは
いずれもカソード活性化過電圧Ｖｃを下げるものではな
い。
性化過電圧について図３を参照して説明する。図３は、
縦軸に電圧（Ｖ）をとり、横軸に電流密度（Ａ／ｃ
ｍ2）をとって、ＰＥＦＣセル電圧の低下要因を示す電
流電圧特性線図である（D.M.Bernardi andM.W.Verbrugg
e,J.Electrochem.Soc.,139,2477(1992)）。図に示すよ
うに、ＰＥＦＣ内部抵抗のうち最大のものはカソード活
性化過電圧Ｖｃであり、各内部抵抗はＰＥＦＣ電流密度
が上昇するに従ってそれぞれ増大するが、ＰＥＦＣの理
論起電力（開回路電圧）１．２３Ｖに対して内部抵抗は
０．４Ｖ相当（理論値の約３０％）となる。ＰＥＦＣセ
ル電圧Ｖ1は次式（１）により求めることができる。 Ｖ1＝Ｖｏ−（Ｖｃ＋Ωｆ＋Ωｅ＋Ｖａ） …（１） 但し、Ｖｏ；開回路電圧 Ｖｃ；カソード活性化過電圧 Ωｆ；膜抵抗 Ωｅ；電極抵抗（オーム損） Ｖａ；アノード活性化過電圧 ＰＥＦＣの内部抵抗を低減するために、従来から膜抵抗
Ωｆの低減化（イオン伝導度の向上）、あるいは膜厚を
薄くすることによる膜抵抗Ωｆの低減化、あるいはメタ
ノール等の改質ガスでのＣＯ被毒を防止するためのアノ
ード白金触媒のルテニウムとの合金化（特開2000-3712
号公報）など種々の方法が提案されているが、これらは
いずれもカソード活性化過電圧Ｖｃを下げるものではな
い。
【０００４】文献（G.Lalande, R.cote, g.tamizhaman
i, D.Guary, J.P.Dodelet, L.Dignard, L.T.Weng, and
P.Berd, Electrochim.Acta., 40, 2635 (1995)）には、
カソード活性化過電圧Ｖｃを下げるために、触媒として
例えば金属ポルリフィリンなどの大環状化合物を白金の
代替えとして検討した例もみられるが、実用的に十分な
低減効果は得られていない。
i, D.Guary, J.P.Dodelet, L.Dignard, L.T.Weng, and
P.Berd, Electrochim.Acta., 40, 2635 (1995)）には、
カソード活性化過電圧Ｖｃを下げるために、触媒として
例えば金属ポルリフィリンなどの大環状化合物を白金の
代替えとして検討した例もみられるが、実用的に十分な
低減効果は得られていない。
【０００５】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであって、ＰＥＦＣ内部抵抗であるカソード活性
化過電圧を低減し、セル電圧を高めることができる燃料
電池カソード活性化過電圧の低減方法を提供することを
目的とする。
たものであって、ＰＥＦＣ内部抵抗であるカソード活性
化過電圧を低減し、セル電圧を高めることができる燃料
電池カソード活性化過電圧の低減方法を提供することを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に係る燃料電池カ
ソード活性化過電圧の低減方法は、固体高分子型燃料電
池のカソード触媒層に酸素溶解性の高い高分子化合物を
含有させ、カソード触媒表面での酸素濃度を高め、カソ
ード反応過電圧を低下させることを特徴とする。
ソード活性化過電圧の低減方法は、固体高分子型燃料電
池のカソード触媒層に酸素溶解性の高い高分子化合物を
含有させ、カソード触媒表面での酸素濃度を高め、カソ
ード反応過電圧を低下させることを特徴とする。
【０００７】酸素溶解性の高い高分子化合物としてはポ
リジメチルシロキサンようなシリコーン系高分子化合物
を用いることが好ましい。
リジメチルシロキサンようなシリコーン系高分子化合物
を用いることが好ましい。
【０００８】カソード触媒層中のシリコーン系化合物の
含有率は１〜１０質量％とすることが好ましい。シリコ
ーン系化合物の含有率が１質量％を下回ると、カソード
触媒表面に濃縮される酸素濃度が不足してカソード活性
化過電圧の低減効果が不十分となるので、その下限値は
１質量％とする。一方、シリコーン系化合物の含有率が
１０質量％を上回ると、ガス拡散抵抗成分が増大するの
で、その上限値は１０質量％とする。
含有率は１〜１０質量％とすることが好ましい。シリコ
ーン系化合物の含有率が１質量％を下回ると、カソード
触媒表面に濃縮される酸素濃度が不足してカソード活性
化過電圧の低減効果が不十分となるので、その下限値は
１質量％とする。一方、シリコーン系化合物の含有率が
１０質量％を上回ると、ガス拡散抵抗成分が増大するの
で、その上限値は１０質量％とする。
【０００９】カソード触媒層の膜厚は３０〜５０μｍと
することが好ましい。カソード触媒層には白金担持カー
ボン触媒膜を用いるが、その膜厚が３０μｍを下回る
と、触媒機能が不十分になるので、その下限値は３０μ
ｍとする。一方、カソード触媒層の膜厚が５０μｍを上
回ると、ガス拡散抵抗成分が増大するので、その上限値
は５０μｍとする。
することが好ましい。カソード触媒層には白金担持カー
ボン触媒膜を用いるが、その膜厚が３０μｍを下回る
と、触媒機能が不十分になるので、その下限値は３０μ
ｍとする。一方、カソード触媒層の膜厚が５０μｍを上
回ると、ガス拡散抵抗成分が増大するので、その上限値
は５０μｍとする。
【００１０】カソード触媒層には酸素含有ガスとして空
気を供給するが、この供給空気の圧力を１２１５９０〜
３０３９７５Ｐａ(1.2atm〜3.0atm)に制御することが好
ましい。空気の供給圧力が１２１５９０Ｐａ(1.2atm)を
下回ると、カソード極に供給される酸素量が不足して反
応が不十分となるか又は促進されなくなるので、その下
限値は１２１５９０Ｐａ(1.2atm)とする。一方、空気の
供給圧力が３０３９７５Ｐａを上回ると、供給ポンプ動
力が大きくなり燃料電池システム全体の効率が低下する
ので、その上限値は３０３９７５Ｐａ(3.0atm)とする。
気を供給するが、この供給空気の圧力を１２１５９０〜
３０３９７５Ｐａ(1.2atm〜3.0atm)に制御することが好
ましい。空気の供給圧力が１２１５９０Ｐａ(1.2atm)を
下回ると、カソード極に供給される酸素量が不足して反
応が不十分となるか又は促進されなくなるので、その下
限値は１２１５９０Ｐａ(1.2atm)とする。一方、空気の
供給圧力が３０３９７５Ｐａを上回ると、供給ポンプ動
力が大きくなり燃料電池システム全体の効率が低下する
ので、その上限値は３０３９７５Ｐａ(3.0atm)とする。
【００１１】また、供給空気の温度は６０〜８０℃に制
御することが望ましい。供給空気の温度が６０℃を下回
ると、反応効率が低下するので、その下限値は６０℃と
する。一方、供給空気の温度が８０℃を上回ると、固体
高分子電解質膜の劣化が著しくなるので、その上限値は
８０℃とする。
御することが望ましい。供給空気の温度が６０℃を下回
ると、反応効率が低下するので、その下限値は６０℃と
する。一方、供給空気の温度が８０℃を上回ると、固体
高分子電解質膜の劣化が著しくなるので、その上限値は
８０℃とする。
【００１２】また、供給空気の湿度は５０〜１００％に
制御することが望ましい。供給空気の湿度が５０％を下
回ると、固体高分子電解質膜が乾燥するので、その下限
値は５０％とする。一方、供給空気の湿度が１００％を
上回ると、セパレータガス供給溝に滞留する生成水の排
水が困難になるので、その上限値は１００％とする。
制御することが望ましい。供給空気の湿度が５０％を下
回ると、固体高分子電解質膜が乾燥するので、その下限
値は５０％とする。一方、供給空気の湿度が１００％を
上回ると、セパレータガス供給溝に滞留する生成水の排
水が困難になるので、その上限値は１００％とする。
【００１３】
【作用】図２を参照しながらＰＥＦＣの発電原理と本発
明の作用について説明する。
明の作用について説明する。
【００１４】ＰＥＦＣにおける電池反応は、主に固体高
分子電解質膜５とアノード触媒層６ａとの間の接触界面
及びアノード触媒層内での添加ナフィオンと触媒との接
触界面、および固体高分子電解質膜５とカソード触媒層
反応層６ｂとの間の接触界面及びカソード触媒層内での
添加ナフィオンと触媒との接触界面で起こる。セパレー
タ３ａの内側面には水素供給溝９が形成され、セパレー
タ３ｂの内側面には酸素供給溝１０が形成されている。
水素供給溝９に水素ガスを供給するとともに酸素供給溝
１０に酸素ガスを供給すると、各々のガスはガス拡散膜
４ａ，４ｂを透過して反応層６ａ，６ｂに供給され、各
反応層６ａ，６ｂと固体高分子電解質膜５との界面及び
触媒層内での添加ナフィオンと触媒との接触界面で次のよう
な反応が起こる。
分子電解質膜５とアノード触媒層６ａとの間の接触界面
及びアノード触媒層内での添加ナフィオンと触媒との接
触界面、および固体高分子電解質膜５とカソード触媒層
反応層６ｂとの間の接触界面及びカソード触媒層内での
添加ナフィオンと触媒との接触界面で起こる。セパレー
タ３ａの内側面には水素供給溝９が形成され、セパレー
タ３ｂの内側面には酸素供給溝１０が形成されている。
水素供給溝９に水素ガスを供給するとともに酸素供給溝
１０に酸素ガスを供給すると、各々のガスはガス拡散膜
４ａ，４ｂを透過して反応層６ａ，６ｂに供給され、各
反応層６ａ，６ｂと固体高分子電解質膜５との界面及び
触媒層内での添加ナフィオンと触媒との接触界面で次のよう
な反応が起こる。
【００１５】 カソード極側での反応：Ｏ2＋４Ｈ＋→２Ｈ2Ｏ …（２） アノード極側での反応：２Ｈ2→４Ｈ＋＋４ｅ− …（３） ここで、水素イオンＨ＋は固体高分子電解質膜５を通っ
てアノード触媒層６aからカソード触媒層６bへ流れ、電
子ｅ−は外部負荷を通ってアノード触媒層６ａからカソ
ード触媒層６ｂへ流れる。これにより電気エネルギが得
られる。
てアノード触媒層６aからカソード触媒層６bへ流れ、電
子ｅ−は外部負荷を通ってアノード触媒層６ａからカソ
ード触媒層６ｂへ流れる。これにより電気エネルギが得
られる。
【００１６】ところで、酸素の還元反応速度は水素の酸
化反応に比べて遅いので、上式（２）の反応速度は上式
（３）の反応速度よりもかなり遅くなり、カソード活性
化過電圧Ｖｃの低減化が難しいことの主たる原因となっ
ている。
化反応に比べて遅いので、上式（２）の反応速度は上式
（３）の反応速度よりもかなり遅くなり、カソード活性
化過電圧Ｖｃの低減化が難しいことの主たる原因となっ
ている。
【００１７】本発明においては、高い酸素透過性をもつ
シリコーン系高分子化合物をカソード触媒層中に添加す
るので、カソード触媒表面での酸素濃度が高まり、上式
（２）の反応が促進される。すなわち、カソード触媒層
に酸素濃縮機能をもたせているので、カソード触媒表面
が活性化される。その結果として上記の水生成反応が促
進され、カソード活性化過電圧が低下する。
シリコーン系高分子化合物をカソード触媒層中に添加す
るので、カソード触媒表面での酸素濃度が高まり、上式
（２）の反応が促進される。すなわち、カソード触媒層
に酸素濃縮機能をもたせているので、カソード触媒表面
が活性化される。その結果として上記の水生成反応が促
進され、カソード活性化過電圧が低下する。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１を参照しながらＰＥＦＣの製
造方法の一例を説明する。
造方法の一例を説明する。
【００１９】５０％白金担持カーボンブラック（田中貴
金属株式会社製）１００に対してポリジメチルシロキサ
ンディスパージョン１〜１０の割合で添加しながら所定
時間混練し、これによりシリコーン系高分子化合物を含
む白金担持カーボン触媒（Ｐｔ／Ｃ／ＳｉＲ2Ｏ）を得
た（工程Ｓ２）。
金属株式会社製）１００に対してポリジメチルシロキサ
ンディスパージョン１〜１０の割合で添加しながら所定
時間混練し、これによりシリコーン系高分子化合物を含
む白金担持カーボン触媒（Ｐｔ／Ｃ／ＳｉＲ2Ｏ）を得
た（工程Ｓ２）。
【００２０】さらに、白金担持カーボンブラックに対し
て電解質溶液としてパーフルオロスルホン酸溶液（デュ
ポン社製のNafion115又はNafion117）中のナフィオン成
分重量当たり７０の割合で、溶媒としてエタノールを触
媒混練物（Ｐｔ／Ｃ／ＳｉＲ 2Ｏ）に添加し、これを超
音波攪拌機などにより混練してスラリーとした（工程Ｓ
３）。
て電解質溶液としてパーフルオロスルホン酸溶液（デュ
ポン社製のNafion115又はNafion117）中のナフィオン成
分重量当たり７０の割合で、溶媒としてエタノールを触
媒混練物（Ｐｔ／Ｃ／ＳｉＲ 2Ｏ）に添加し、これを超
音波攪拌機などにより混練してスラリーとした（工程Ｓ
３）。
【００２１】このスラリーをカーボンペーパーの片面に
固形分で1.0ｍｇ／ｃｍ2の割合で塗布した（工程Ｓ
４）。塗布方法には流延法を用いた。次いで、この塗布
物を８０℃×３０分間の条件で熱処理し、塗布スラリー
に含まれる溶媒を揮発させた（工程Ｓ５）。
固形分で1.0ｍｇ／ｃｍ2の割合で塗布した（工程Ｓ
４）。塗布方法には流延法を用いた。次いで、この塗布
物を８０℃×３０分間の条件で熱処理し、塗布スラリー
に含まれる溶媒を揮発させた（工程Ｓ５）。
【００２２】得られたカソード触媒層／拡散層複合体を
別途製造したアノード触媒層／拡散層複合体とで固体高
分子電解質膜が触媒層塗布面に相互に接触するように重
ね合わせ、この積層体を１３０℃×１０分間の条件でホ
ットプレスした（工程Ｓ６）。これにより拡散層／アノ
ード極／固体高分子電解質膜／カソード極／拡散層の接
合体を得た（工程Ｓ７）。なお、アノード極／拡散層複
合体のアノード極は、白金ルテニウム合金担持カーボン
触媒（ＰｔＲｕ／Ｃ）に電解質膜溶液としてパーフルオ
ロスルホン酸溶液（デュポン社製のNafion115又はNafio
n117）を、溶媒としてエタノールを添加したスラリーを
カーボンペーパーの片面に固形分で1.5ｍｇ／ｃｍ2の割
合で塗布した後加熱乾燥することにより形成した。
別途製造したアノード触媒層／拡散層複合体とで固体高
分子電解質膜が触媒層塗布面に相互に接触するように重
ね合わせ、この積層体を１３０℃×１０分間の条件でホ
ットプレスした（工程Ｓ６）。これにより拡散層／アノ
ード極／固体高分子電解質膜／カソード極／拡散層の接
合体を得た（工程Ｓ７）。なお、アノード極／拡散層複
合体のアノード極は、白金ルテニウム合金担持カーボン
触媒（ＰｔＲｕ／Ｃ）に電解質膜溶液としてパーフルオ
ロスルホン酸溶液（デュポン社製のNafion115又はNafio
n117）を、溶媒としてエタノールを添加したスラリーを
カーボンペーパーの片面に固形分で1.5ｍｇ／ｃｍ2の割
合で塗布した後加熱乾燥することにより形成した。
【００２３】このようにして得られた膜−電極接合体２
を、図２に示すように両側から一対のガス拡散膜４ａ，
４ｂで挟み込み、さらに外側から一対のセパレータ３
ａ，３ｂで挟み込み、一体化接合した。なお、図中にて
符号５は固体高分子電解質膜（ナフィオン膜）を、符号
６ａはアノード触媒層／拡散層複合体を、符号６ｂはカ
ソード触媒層／拡散層複合体をそれぞれ示す。
を、図２に示すように両側から一対のガス拡散膜４ａ，
４ｂで挟み込み、さらに外側から一対のセパレータ３
ａ，３ｂで挟み込み、一体化接合した。なお、図中にて
符号５は固体高分子電解質膜（ナフィオン膜）を、符号
６ａはアノード触媒層／拡散層複合体を、符号６ｂはカ
ソード触媒層／拡散層複合体をそれぞれ示す。
【００２４】各セパレータ３ａ，３ｂにはガス供給溝
９，１０が形成され、一方側の溝９には図示しないガス
供給源から水素ガスが供給され、他方側の溝１０には図
示しないガス供給源から酸素ガスが供給されるようにな
っている。
９，１０が形成され、一方側の溝９には図示しないガス
供給源から水素ガスが供給され、他方側の溝１０には図
示しないガス供給源から酸素ガスが供給されるようにな
っている。
【００２５】ガス拡散膜４ａ，４ｂにはポリアクリルニ
トリル（ＰＡＮ）系の炭素繊維を原料とするカーボンペ
ーパー（多孔質体）をフッ素樹脂で撥水化処理したもの
を用いた。ガス拡散層４ａ，４ｂはカーボンペーパーの
他にカーボンクロス、カーボン不織布のような導電性多
孔質基材を用いるようにしてもよい。
トリル（ＰＡＮ）系の炭素繊維を原料とするカーボンペ
ーパー（多孔質体）をフッ素樹脂で撥水化処理したもの
を用いた。ガス拡散層４ａ，４ｂはカーボンペーパーの
他にカーボンクロス、カーボン不織布のような導電性多
孔質基材を用いるようにしてもよい。
【００２６】表１に各種膜材料の気体透過係数をそれぞ
れ示す。ポリジメチルシロキサン膜（実施例１）は、２
０℃での酸素の透過係数が３５２×１０10cm3（STP）・
cm／cm2・sec・cmＨｇであり、窒素の透過係数が１８１
×１０10cm3（STP）・cm／cm 2・sec・cmＨｇである。ポ
リ（4-メチルペンテン-1）膜（比較例１）は、２５℃で
の酸素の透過係数が１６．４×１０10cm3（STP）・cm／
cm2・sec・cmＨｇであり、窒素の透過係数が３．８３×
１０10cm3（STP）・cm／cm2・sec・cmＨｇである。エチ
ルセルロース膜（比較例２）は、２５℃での酸素の透過
係数が１５×１０10cm3（STP）・cm／cm2・sec・cmＨｇ
であり、窒素の透過係数が４．４３×１０10cm3（STP）
・cm／cm2・sec・cmＨｇである。（引用文献：化学one
point１１、膜のはたらき、仲川 勤 著、共立出版、
第2章２９項表２．１）このように酸素と窒素とは高分
子膜の透過係数が異なるので、これを利用してカソード
触媒層の表面の酸素濃度を高め、反応抵抗の低減化を図
り、ＰＥＦＣ発電電圧を上昇させることができる。
れ示す。ポリジメチルシロキサン膜（実施例１）は、２
０℃での酸素の透過係数が３５２×１０10cm3（STP）・
cm／cm2・sec・cmＨｇであり、窒素の透過係数が１８１
×１０10cm3（STP）・cm／cm 2・sec・cmＨｇである。ポ
リ（4-メチルペンテン-1）膜（比較例１）は、２５℃で
の酸素の透過係数が１６．４×１０10cm3（STP）・cm／
cm2・sec・cmＨｇであり、窒素の透過係数が３．８３×
１０10cm3（STP）・cm／cm2・sec・cmＨｇである。エチ
ルセルロース膜（比較例２）は、２５℃での酸素の透過
係数が１５×１０10cm3（STP）・cm／cm2・sec・cmＨｇ
であり、窒素の透過係数が４．４３×１０10cm3（STP）
・cm／cm2・sec・cmＨｇである。（引用文献：化学one
point１１、膜のはたらき、仲川 勤 著、共立出版、
第2章２９項表２．１）このように酸素と窒素とは高分
子膜の透過係数が異なるので、これを利用してカソード
触媒層の表面の酸素濃度を高め、反応抵抗の低減化を図
り、ＰＥＦＣ発電電圧を上昇させることができる。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、高
い酸素透過性をもつシリコーン系高分子化合物をカソー
ド触媒層中に添加するので、カソード触媒表面での酸素
濃度が高まり、活性化され、カソード極側での水生成反
応が促進され、その結果、カソード活性化過電圧が低下
する。
い酸素透過性をもつシリコーン系高分子化合物をカソー
ド触媒層中に添加するので、カソード触媒表面での酸素
濃度が高まり、活性化され、カソード極側での水生成反
応が促進され、その結果、カソード活性化過電圧が低下
する。
【図１】ＰＥＦＣの製造方法を示す工程図。
【図２】ＰＥＦＣを模式的に示す分解断面図。
【図３】ＰＥＦＣセル電圧の低下要因を模式的に示す電
流電圧特性線図。
流電圧特性線図。
１…固体高分子型燃料電池、 ２…セル、 ３a，３b…セパレータ、 ４ａ，４ｂ…ガス拡散層、 ５…固体高分子電解質膜、 ６ａ…アノード触媒層／拡散層複合体、 ６ｂ…カソード触媒層／拡散層複合体、 ９，１０…ガス供給溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 昭彦 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS03 EE16 HH00 HH03 HH06 HH08 HH09 5H026 AA06 CC03 5H027 AA06 KK02 KK31 KK44 MM04
Claims (6)
- 【請求項１】 固体高分子型燃料電池のカソード触媒層
に酸素溶解性の高い高分子化合物を含有させ、カソード
触媒表面での酸素濃度を高め、カソード反応過電圧を低
下させることを特徴とする燃料電池カソード活性化過電
圧の低減方法。 - 【請求項２】 前記酸素溶解性の高い高分子化合物とし
てシリコーン系高分子化合物を用いることを特徴とする
請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記シリコーン系高分子化合物はポリジ
メチルシロキサンであることを特徴とする請求項２記載
の方法。 - 【請求項４】 カソード触媒層中の前記酸素溶解性の高
い高分子化合物の含有率を１〜１０質量％とすることを
特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 カソード触媒層の膜厚を３０〜５０μｍ
とすることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれ
か１記載の方法。 - 【請求項６】 カソード触媒層に酸素含有ガスとして空
気を供給し、この供給空気の圧力を121590〜303975Ｐａ
(1.2atm〜3.0atm)に、温度を６０〜８０℃に、湿度を５
０〜１００％に制御することを特徴とする請求項１乃至
５のうちのいずれか１記載の方法。
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