JP2002289206A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
型燃料電池セルに係り、特に、触媒層に特徴を有する固
体高分子型燃料電池セルに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell, and more particularly to a solid polymer fuel cell having a catalyst layer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来において、水素ガスを燃料とし、酸
素ガスを酸化剤とする固体高分子型燃料電池は、図８に
示すような構造となっている。2. Description of the Related Art Conventionally, a polymer electrolyte fuel cell using hydrogen gas as a fuel and oxygen gas as an oxidant has a structure as shown in FIG.
【０００３】図８の燃料電池は、固体高分子電解質膜８
０の両側には、それぞれ、触媒８３、８４が付与された
アノード極（負極）８１及びカソード極（正極）８２が
設けられている。[0003] The fuel cell shown in FIG.
On both sides of 0, an anode electrode (negative electrode) 81 and a cathode electrode (positive electrode) 82 provided with catalysts 83 and 84 are provided, respectively.
【０００４】水素ガス及び酸素ガスは、それぞれアノー
ド極８１とカソード極８２に供給される。[0004] Hydrogen gas and oxygen gas are supplied to an anode 81 and a cathode 82, respectively.
【０００５】触媒が付与されたアノード極８１では、外
から供給された水素ガスが、触媒が付与されたアノード
極８１を通過して反応帯域近くに達し、触媒に吸収され
て活性な水素イオンと電子に分かれる。その水素イオン
は、固体電解質膜８０中の水分と共に固体電解質膜８０
中を移動して触媒が付与されたカソード極８２に移動す
る。At the anode electrode 81 provided with the catalyst, the hydrogen gas supplied from the outside passes through the anode electrode 81 provided with the catalyst, reaches near the reaction zone, and is absorbed by the catalyst to form active hydrogen ions. Divided into electrons. The hydrogen ions, together with the water in the solid electrolyte membrane 80,
It moves inside and moves to the cathode electrode 82 to which the catalyst has been applied.
【０００６】一方、触媒が付与されたカソード極８２で
は、２個の電子を受け取り、外から供給された酸素分子
が高分子固体電解質膜８０からの水と反応して、水酸イ
オンを生成する。On the other hand, the cathode electrode 82 provided with a catalyst receives two electrons, and oxygen molecules supplied from the outside react with water from the polymer solid electrolyte membrane 80 to generate hydroxyl ions. .
【０００７】１／２Ｏ2 ＋ Ｈ2Ｏ → ２ＯＨ- このカソード極８２で生成した水酸イオンは、固体高分
子電解質膜８０中を移動してきた水素イオンと反応して
水を形成し、全体の回路を構成する。[0007] 1/2 O 2 + H 2 O → 2OH - The hydroxyl ions generated at the cathode electrode 82 react with the hydrogen ions moving through the solid polymer electrolyte membrane 80 to form water, and Configure the circuit.
【０００８】従って、電池全体の反応は、 Ｈ2 ＋ １／２Ｏ2 → ２Ｈ2Ｏ となり、燃料ガス中の水素と空気中の酸素が反応し、水
が生成する反応となる。Accordingly, the reaction of the whole battery is H 2 + 1 / 2O 2 → 2H 2 O, and the hydrogen in the fuel gas reacts with the oxygen in the air to produce water.
【０００９】このとき、一方では、電子の移動が起こ
り、電池として機能することになる。At this time, on the one hand, the movement of electrons takes place, and functions as a battery.
【００１０】[0010]
【解決しようとする課題】実際の燃料電池セルは、図９
及び図１０のように固体高分子電解質膜１００を触媒層
付電極１０３，１０４で挟み、水素ガスや酸素ガスを配
管し供給する構造を取る。ここで高性能な電池セルの製
作のために重要なことは、触媒の塗布方法であると言わ
れている。触媒には、通常Ｐｔ（白金）がアノード極、
カソード極共に用いられ、一方で、ＣＯ（一酸化炭素）
がアノード極側燃料（水素ガス）に含まれる恐れがあ
り、メタノール、ガソリン改質系のシステムでは、ＣＯ
被毒対策として、Ｒｕ（ルテニウム）添加されたＰｔが
用いられている。これらの触媒を固体高分子電解質膜１
００上に配し、３層の界面で水素分子は水素イオン（プ
ロトン）と電子に分かれ、水素イオンは高分子電解質膜
中を伝播し、カソード極１０３の方へ移動し、電子は触
媒上から接触している導電性であるガス拡散層（電極本
体部分）、セパレータを通して取り出される。ここで、
従来は触媒層の形成方法として、まず、カーボン粉表面
にＰｔ化合物の水溶液からＰｔを析出されている。析出
の割合は、あとの塗布方法などの兼ね合いもあるが、カ
ーボンと白金の重量比１：１のものなどが用いられてい
る。このようにＰｔもしくはＲｕを複合担持させたカー
ボン粉を、高分子電解質膜の溶液に溶かして、色々な塗
布方法を用いて塗布する方法が一般的である。The actual fuel cell is shown in FIG.
As shown in FIG. 10, the solid polymer electrolyte membrane 100 is sandwiched between the electrodes 103 and 104 with a catalyst layer, and hydrogen gas and oxygen gas are supplied by piping. It is said that what is important for producing a high-performance battery cell is a method for applying a catalyst. The catalyst usually contains Pt (platinum) as an anode electrode,
Used with cathode electrode, while CO (carbon monoxide)
May be contained in the anode side fuel (hydrogen gas).
As a poisoning measure, Pt to which Ru (ruthenium) is added is used. These catalysts are used as solid polymer electrolyte membrane 1
At the interface of the three layers, hydrogen molecules are split into hydrogen ions (protons) and electrons, and the hydrogen ions propagate through the polymer electrolyte membrane, move toward the cathode electrode 103, and the electrons flow from the catalyst The conductive gas diffusion layer (electrode body portion) that is in contact is taken out through the separator. here,
Conventionally, as a method for forming a catalyst layer, first, Pt is precipitated from an aqueous solution of a Pt compound on the surface of carbon powder. Although the ratio of precipitation depends on the subsequent coating method and the like, a carbon / platinum ratio of 1: 1 is used. In general, a method of dissolving the carbon powder on which Pt or Ru is compositely supported in a solution of a polymer electrolyte membrane and applying the solution by using various application methods is common.
【００１１】しかし、これらの塗布方法によるカーボン
粉担持触媒層には、次に上げるような問題点がある。第
１の問題点は、粉体を溶液に溶かした溶剤によって塗布
するために、ある程度の厚みを持たせないと隙間が生じ
るが、厚すぎると水素イオン対し、抵抗成分になってし
まうことや、３相界面が形成できなくて触媒にならない
Ｐｔ、Ｒｕが増加することにある。このときに一番問題
なのは、希少金属であるＰｔ、Ｒｕの使用量が増加する
ことによってコストが高くなることである。製造コスト
を下げるためには、できる限り塗布量、担持量が少ない
方が望ましい。However, the carbon powder-carrying catalyst layers formed by these coating methods have the following problems. The first problem is that, since the powder is applied with a solvent dissolved in a solution, a gap is formed unless the powder has a certain thickness, but if it is too thick, it becomes a resistance component against hydrogen ions, The reason is that Pt and Ru that cannot form a catalyst because a three-phase interface cannot be formed increase. The most problematic at this time is that an increase in the use of rare metals Pt and Ru increases costs. In order to reduce the production cost, it is desirable that the coating amount and the carrying amount are as small as possible.
【００１２】また、第２の問題点は、カーボン粉担持触
媒は粉体であるために、通常の使用環境では、振動や、
温度及び湿度の変化による固体高分子電解質の伸び縮み
によるガス拡散層との摩擦などで、凝集し、玉になるこ
とである。A second problem is that since the carbon powder-carrying catalyst is a powder, in a normal use environment, vibration,
Agglomeration and beads due to friction with the gas diffusion layer due to expansion and contraction of the solid polymer electrolyte due to changes in temperature and humidity.
【００１３】上記２つの問題点は、いずれも、イニシャ
ルコスト、電池の初期効率、電池の信頼性の低下に繋が
るものである。Both of the above two problems lead to a reduction in initial cost, initial efficiency of the battery, and reliability of the battery.
【００１４】なお、図９において、９０はカソードガス
（水素）導入管であり、９１はアノードガス（酸素、も
しくは空気）導入管であり、９２は生成水排出管であ
る。In FIG. 9, reference numeral 90 denotes a cathode gas (hydrogen) introduction pipe, 91 denotes an anode gas (oxygen or air) introduction pipe, and 92 denotes a generated water discharge pipe.
【００１５】本発明の目的は、上記課題を解決し、触媒
金属の使用量を低減し、大幅な製造コストの低減を実現
した、信頼性の高い燃料電池セルを提供することにあ
る。An object of the present invention is to provide a highly reliable fuel cell which solves the above-mentioned problems, reduces the amount of catalyst metal used, and achieves a significant reduction in manufacturing cost.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、固体高分子電解質型燃料電池セ
ルにおける触媒層を、固体高分子電解質の上、もしく
は、固体高分子電解質に接する材料の上に形成する方法
において、該触媒層を、溶剤を用いないで形成したこと
を特徴とする固体高分子電解質型燃料電池セルである。In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is to provide a catalyst layer in a solid polymer electrolyte fuel cell, wherein the catalyst layer is formed on a solid polymer electrolyte or a solid polymer electrolyte. A solid polymer electrolyte fuel cell, wherein the catalyst layer is formed without using a solvent.
【００１７】請求項２の発明は、前記触媒層を形成する
触媒材料として、単一元素、もしくは、２つ以上の化合
物を用いたことを特徴とする請求項１記載の固体高分子
電解質型燃料電池セルである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a solid polymer electrolyte fuel according to the first aspect, wherein a single element or two or more compounds are used as a catalyst material for forming the catalyst layer. It is a battery cell.
【００１８】請求項３の発明は、前記触媒層を形成する
触媒材料として、Ｐｔ、Ｒｕ、もしくは、その両方を用
いたことを特徴とする請求項１記載の固体高分子電解質
型燃料電池セルである。According to a third aspect of the present invention, there is provided a solid polymer electrolyte fuel cell according to the first aspect, wherein Pt, Ru, or both are used as a catalyst material for forming the catalyst layer. is there.
【００１９】請求項４の発明は、前記触媒層として、単
一層、もしくは、２つ以上の層を積層した多層構造を用
いたことを特徴とする請求項１乃至３記載の固体高分子
電解質型燃料電池セルである。According to a fourth aspect of the present invention, as the catalyst layer, a single layer or a multilayer structure in which two or more layers are laminated is used. It is a fuel cell.
【００２０】請求項５の発明は、前記触媒層を、触媒材
料を真空中で加熱し、蒸着する方法を用いて作製したこ
とを特徴とする請求項１乃至４記載の固体高分子電解質
型燃料電池セルである。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the solid polymer electrolyte type fuel according to any one of the first to fourth aspects, wherein the catalyst layer is formed by heating the catalyst material in a vacuum and depositing the catalyst material. It is a battery cell.
【００２１】請求項６の発明は、前記触媒層を、触媒材
料をスパッタリングする方法を用いて作製したことを特
徴とする請求項１乃至４記載の固体高分子電解質型燃料
電池セルである。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the solid polymer electrolyte fuel cell according to any one of the first to fourth aspects, wherein the catalyst layer is formed by using a method of sputtering a catalyst material.
【００２２】請求項７の発明は、前記触媒層を、電子線
ビームで加熱し、蒸着する方法を用いて作製したことを
特徴とする請求項１乃至４記載の固体高分子電解質型燃
料電池セルである。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the solid polymer electrolyte fuel cell according to any one of the first to fourth aspects, wherein the catalyst layer is formed by a method of heating and depositing the catalyst layer with an electron beam. It is.
【００２３】請求項８の発明は、請求項１乃至７記載の
固体高分子電解質型燃料電池セルにおいて、カソード極
側触媒層付電極膜の略前面をカソードガス流路に開放さ
せたことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池セル
である。According to an eighth aspect of the present invention, in the solid polymer electrolyte fuel cell according to any one of the first to seventh aspects, a substantially front surface of the electrode film with the catalyst layer on the cathode side is opened to the cathode gas flow path. Is a solid polymer electrolyte fuel cell.
【００２４】以上において、従来の燃料電池セルにおい
ては、ＰｔもしくはＲｕを複合担持させたカーボン粉を
塗布することにより触媒を形成していたのに対し、本発
明においては、Ｐｔ、Ｒｕ、もしくは、その両方を蒸着
して触媒を形成することにより、触媒金属の使用量を低
減し、大幅な製造コストの低減を実現した信頼性の高い
燃料電池セルを提供することができる。As described above, in the conventional fuel cell, the catalyst is formed by applying a carbon powder on which Pt or Ru is compositely supported, whereas in the present invention, Pt, Ru, or By forming a catalyst by vapor deposition of both, the amount of catalyst metal used can be reduced, and a highly reliable fuel cell that has achieved a significant reduction in manufacturing cost can be provided.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適実施の形態を
添付図面に基づいて詳述する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【００２６】図１は、カソード電極の電極本体部分を構
成するガス拡散層１０の上に、Ｐｔ（白金）触媒をスパ
ッタ法を用いて形成したものであり、このときＰｔ触媒
層１１の厚さは４nmである。FIG. 1 shows a Pt (platinum) catalyst formed by a sputtering method on a gas diffusion layer 10 constituting an electrode body portion of a cathode electrode. Is 4 nm.
【００２７】図２は、アノード電極の電極本体部分を構
成するガス拡散層１２上に、Ｐｔ触媒をスパッタ法を用
いて形成し、さらにその上に、Ｒｕ（ルテニウム）をス
パッタ蒸着して、Ｐｔ、Ｒｕ触媒層１３を形成したもの
を示している。このとき、Ｒｕ触媒層は４nmであり、Ｐ
ｔ、Ｒｕ触媒層１３全体の厚みは、８nmである。FIG. 2 shows that a Pt catalyst is formed by a sputtering method on a gas diffusion layer 12 constituting an electrode main body portion of an anode electrode, and Ru (ruthenium) is further sputter deposited thereon to form a Pt catalyst. , Ru catalyst layer 13 is formed. At this time, the Ru catalyst layer is 4 nm,
t, the total thickness of the Ru catalyst layer 13 is 8 nm.
【００２８】図２は全体として、ガス拡散層１２とＰ
ｔ、Ｒｕ触媒層１３とを接合したものと、ガス拡散層１
０とＰｔ触媒層１１とを接合したものとを用いて、固体
高分子電解質１４を挟む様子を示している。FIG. 2 shows the gas diffusion layer 12 and P
t, Ru catalyst layer 13 and gas diffusion layer 1
2 shows a state in which the solid polymer electrolyte 14 is sandwiched between the solid polymer electrolyte 14 and the Pt catalyst layer 11 joined together.
【００２９】図３は、これら触媒層を用いて固体高分子
電解質を挟んで、約５分間、２５０℃にて加熱し、且つ
２気圧程度の圧力を加圧して、ガス拡散層、触媒層、固
体高分子電解質層を一体化し、ＭＥＡ（Membrane-Elect
rode Assembly）３８を形成し、さらに、このＭＥＡ３
８を用いて作製した固体高分子電解質型燃料電池セルを
表わしている。FIG. 3 shows that the solid polymer electrolyte is sandwiched between these catalyst layers and heated at 250 ° C. for about 5 minutes, and a pressure of about 2 atm is applied to the gas diffusion layer, the catalyst layer, MEA (Membrane-Elect)
rode assembly) 38, and the MEA3
8 shows a solid polymer electrolyte fuel cell manufactured using No. 8.
【００３０】このとき、アノード極側（燃料ガス側）に
Ｐｔ、Ｒｕ触媒層を用い、耐ＣＯ被毒性を向上させた。At this time, a Pt, Ru catalyst layer was used on the anode electrode side (fuel gas side) to improve the resistance to CO poisoning.
【００３１】なお、図３（ａ）に示したように、アノー
ド用セパレータとカソード用セパレータに形成されたガ
ス溝が、互いに平行になるように作製しても良いし、図
３（ｂ）に示したように、アノード用セパレータとカソ
ード用セパレータに形成されたガス溝が、互いに直交す
るように作製しても良い。また、今回は、スパッタ法を
用いて蒸着を行ったが、その他の蒸着法を用いることも
可能である（例えば、電子線ビーム蒸着法など）。As shown in FIG. 3A, the gas grooves formed in the anode separator and the cathode separator may be formed so as to be parallel to each other. As shown, the gas grooves formed in the anode separator and the cathode separator may be formed so as to be orthogonal to each other. Further, in this case, the vapor deposition is performed using the sputtering method, but another vapor deposition method can be used (for example, an electron beam vapor deposition method).
【００３２】図４に、図２に示したＭＥＡを用いて作製
した燃料電池セルを示す。FIG. 4 shows a fuel cell manufactured using the MEA shown in FIG.
【００３３】ここで、図４（ａ）は、燃料電池セルをカ
ソード極側からみた正面図であり、図４（ｂ）は、図４
（ａ）に示した燃料電池セルのＡ−Ａ断面図である。Here, FIG. 4A is a front view of the fuel cell viewed from the cathode electrode side, and FIG.
It is an AA sectional view of a fuel cell shown in (a).
【００３４】この図４に示した燃料電池セルは、カソー
ド側にセパレータを用いず、カソードガスに対して開放
するような形状に作製したものである。The fuel cell shown in FIG. 4 is manufactured without using a separator on the cathode side and in a shape that is open to the cathode gas.
【００３５】本発明の他の実施例として、図５に示した
ように、同一平面状に複数の燃料電池セルを形成した構
造を示す。As another embodiment of the present invention, a structure in which a plurality of fuel cells are formed on the same plane as shown in FIG. 5 is shown.
【００３６】図５は、３×３のセルを製作した例であ
る。図５に示したベース板５６としては、絶縁性の材料
を選択すれば良く、例えば、樹脂系の材料であっても良
い。FIG. 5 shows an example in which a 3 × 3 cell is manufactured. As the base plate 56 shown in FIG. 5, an insulating material may be selected, and for example, a resin-based material may be used.
【００３７】本実施例では、ベース板５６としてポリカ
ーボネイトを採用した。In this embodiment, polycarbonate is used as the base plate 56.
【００３８】図５（ｂ）には図５（ａ）のＡ−Ａ断面図
を示す。ベース板５６には、各ユニットセルにアノード
燃料ガス用配管を施した。また、アノード極用セパレー
タ５５に、アノード極用触媒付き電極膜のカーボンペー
パー５３、固体高分子電解質膜５２、カソード極用触媒
付き電極膜のカーボンペーパー５０を積層し、これらを
カソード側フレーム枠（カソードカバー）５１で押さえ
つけることによって、燃料電池ユニットを作製した。図
５には示してはいないが、これらの各ユニットは電気的
に直列に繋がっている。FIG. 5B is a sectional view taken along line AA of FIG. 5A. The base plate 56 was provided with anode fuel gas piping for each unit cell. Further, on the separator 55 for the anode electrode, the carbon paper 53 of the electrode film with the catalyst for the anode electrode, the solid polymer electrolyte membrane 52, and the carbon paper 50 of the electrode film with the catalyst for the cathode electrode are laminated. A fuel cell unit was manufactured by pressing with a (cathode cover) 51. Although not shown in FIG. 5, these units are electrically connected in series.
【００３９】今回、固体高分子電解質膜５３に、ＤｕＰ
ｏｎｔ社製の固体高分子電解質膜であるＮａｆｉｏｎＮ
−１１５を用いた。In this case, the solid polymer electrolyte membrane 53 has DuP
NafionN, a solid polymer electrolyte membrane manufactured by Ont
-115 was used.
【００４０】この燃料電池セルでは、カソード側のガス
原料に大気圧の空気を用い、また、アノード側のガス燃
料には０．５気圧の純水素を用いた。In this fuel cell, air at atmospheric pressure was used as the gas material on the cathode side, and pure hydrogen at 0.5 atm was used as the gas fuel on the anode side.
【００４１】その結果、この燃料電池セルでは、１セル
当たり、０．７Ｖの電圧を得て、これらを直列で繋ぐこ
とによって、全体では、０．７×９＝６．３Ｖの電圧出
力を得た。As a result, in this fuel cell, a voltage of 0.7 V was obtained per cell, and a voltage output of 0.7 × 9 = 6.3 V was obtained as a whole by connecting them in series. Was.
【００４２】本発明の実施例の１つとして、図６に円筒
型燃料電池セルの実施例を示す。円筒型燃料電池セルの
アノード側セパレータ６２の外周上にＭＥＡ６１を巻
き、カソード側セパレータ６０で覆われた形を形成し
た。なお、アノード側セパレータは、その芯に貫通孔６
６を有し、その貫通孔６６と、アノード側セパレータ６
２に形成された各溝との間には、アノード極側セパレー
タを貫通するように穴（図示せず。）が空いており、貫
通孔６６と各溝とは、そのアノード側セパレータを貫通
する穴によって繋がっている。FIG. 6 shows an embodiment of a cylindrical fuel cell as one of the embodiments of the present invention. The MEA 61 was wound around the outer periphery of the anode-side separator 62 of the cylindrical fuel cell to form a shape covered with the cathode-side separator 60. The anode-side separator has a through hole 6 at its core.
6, the through-hole 66 and the anode-side separator 6
A hole (not shown) is formed between each groove formed in the second through the anode electrode side separator, and the through hole 66 and each groove penetrate the anode side separator. They are connected by holes.
【００４３】また、カソード側セパレータ６０に形成し
た溝の下部に、ドレイン孔を設けて、そのドレイン孔と
加湿器６３とを繋ぎ、また、燃料ガスをアノード側ガス
溝に導入するための管と、加湿器５３を繋ぐことによっ
て、ドレイン孔から排出された水を加湿器５３によって
回収し、その水をアノードガス側に供給することによ
り、ＭＥＡのアノード側の乾燥を防ぐことができる。更
に、過剰な水分はドレイン６７より排出した。A drain hole is provided below the groove formed in the cathode-side separator 60 to connect the drain hole to the humidifier 63, and a pipe for introducing fuel gas into the anode-side gas groove is provided. By connecting the humidifier 53, the water discharged from the drain hole is collected by the humidifier 53, and the water is supplied to the anode gas side, so that the MEA on the anode side can be prevented from being dried. Further, excess water was discharged from the drain 67.
【００４４】図７に、本発明の他の実施例として、円筒
型セルを示す。FIG. 7 shows a cylindrical cell as another embodiment of the present invention.
【００４５】この円筒型セルは、アノード側セパレータ
７１の外周上に、カソード用触媒付き電極膜のカーボン
ペーパー７２、固体高分子電解質膜７３、アノード用触
媒付き電極膜のカーボンペーパー７４から構成されるＭ
ＥＡを巻き、ワイヤー７０によりこれらを押さえつけた
ものである。This cylindrical cell is composed of carbon paper 72 as a cathode catalyst electrode film, solid polymer electrolyte membrane 73, and carbon paper 74 as an anode catalyst electrode film on the outer periphery of an anode separator 71. M
EA is wound, and these are pressed down by the wire 70.
【００４６】この実施例では、円筒状で行ったが、矩形
でも良く、これらを何本かまとめて配置する際には、空
間密度の点から有利な六角形が良い。In this embodiment, a cylindrical shape is used. However, a rectangular shape may be used, and a hexagonal shape which is advantageous in terms of space density is preferable when several of these are arranged together.
【００４７】[0047]
【発明の効果】以上、本発明によれば、固体高分子型燃
料電池セルを作製する際の触媒金属の使用量を大幅に低
減することができ、それにより大幅な製造コストの低減
を実現することができた。As described above, according to the present invention, the amount of catalyst metal used in producing a polymer electrolyte fuel cell can be significantly reduced, thereby realizing a significant reduction in manufacturing cost. I was able to.
【００４８】また、触媒を、固体高分子膜やガス拡散層
に直接形成したことで、経時変化を起こしにくく、信頼
性の高い燃料電池セルを提供することができた。Further, by forming the catalyst directly on the solid polymer membrane or the gas diffusion layer, it is possible to provide a highly reliable fuel cell which is unlikely to change over time.
【００４９】また、触媒がＰｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニ
ウム）などの白金族であるために、蒸着装置内に付着し
た触媒材料の回収再生が非常に容易であり、非常に僅か
なロスで製造することが可能である。Further, since the catalyst is a platinum group such as Pt (platinum) or Ru (ruthenium), it is very easy to recover and regenerate the catalyst material attached in the vapor deposition apparatus, and it is possible to produce the catalyst with very little loss. It is possible to
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
【図２】図１の触媒付ガス拡散層を用いて作製したＭＥ
Ａを示す図である。FIG. 2 is an ME produced using the gas diffusion layer with catalyst of FIG.
FIG.
【図３】図２のＭＥＡを用いて作製した固体高分子電解
質型燃料電池セルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a solid polymer electrolyte fuel cell manufactured using the MEA of FIG. 2;
【図４】本発明の他の実施の形態を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
【図５】本発明の他の実施の形態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
【図６】本発明の他の実施の形態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
【図７】本発明の他の実施の形態を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
【図８】従来の燃料電池セルを示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a conventional fuel cell unit.
【図９】従来の燃料電池セルを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a conventional fuel cell unit.
【図１０】従来の燃料電池セルを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a conventional fuel cell unit.
１０ カソード用ガス拡散層 １１ カソード用触媒層 １２ アノード用ガス拡散層 １３ アノード用触媒層 １４ 固体高分子電解質層 ３０ 固体高分子電解質層 ３３ カソードガス用溝 ３５ カソード用セパレータ ３６ アノード用セパレータ ３７ シール材 ３８ ＭＥＡ膜 ４０ カソード用触媒付き電極膜のカーボンペーパー ４１ カソードカバー ４２ 固体高分子電解質膜 ４３ アノード用触媒付き電極膜のカーボンペーパー ５０ カソード用触媒付き電極膜のカーボンペーパー ５１ カソードカバー ５２ 固体高分子電解質膜 ５３ アノード用触媒付き電極膜のカーボンペーパー ５４ アノードガス用溝 ５５ アノード用セパレータ ５６ ３×３セルユニットベース板 ６０ カソード用円筒型セパレータ ６１ ＭＥＡ ６３ 加湿器 ６７ 排水孔（ドレイン） ６２ アノード用セパレータ ６６ 貫通孔 ６４ 燃料ガス（水素ガス）ボンベ ６５ 酸素ガスボンベ、もしくは空気ボンベ ７０ シート押さえワイヤー ７１ アノード用セパレータ ７２ カソード用触媒付き電極膜のカーボンペーパー ７３ 固体高分子電解質膜 ７４ アノード用触媒付き電極膜のカーボンペーパー ７６，７７ シール板 ８５ 負荷 ９０ カソードガス（水素）導入管 ９１ アノードガス（酸素、もしくは空気）導入管 ９２ 生成水排出管 １００ 固体高分子電解質膜 １０１，１０２ 一般的な固体高分子型燃料電池セルの
セパレータ １０３，１０４ 触媒層付電極 １０５ カソード側ガス溝 １０６ アノード側ガス溝Reference Signs List 10 gas diffusion layer for cathode 11 catalyst layer for cathode 12 gas diffusion layer for anode 13 catalyst layer for anode 14 solid polymer electrolyte layer 30 solid polymer electrolyte layer 33 groove for cathode gas 35 separator for cathode 36 separator for anode 37 sealing material 38 MEA membrane 40 Cathode-catalyzed electrode membrane carbon paper 41 Cathode cover 42 Solid polymer electrolyte membrane 43 Anode catalyst-catalyst electrode membrane carbon paper 50 Cathode-catalyst electrode membrane carbon paper 51 Cathode cover 52 Solid polymer electrolyte Membrane 53 Carbon paper of electrode film with catalyst for anode 54 Groove for anode gas 55 Separator for anode 56 3 × 3 cell unit base plate 60 Cylindrical separator for cathode 61 MEA 63 Humidifier 67 Drainage hole (drain) 62 Anode separator 66 Through hole 64 Fuel gas (hydrogen gas) cylinder 65 Oxygen gas cylinder or air cylinder 70 Sheet holding wire 71 Anode separator 72 Carbon paper of electrode film with catalyst for cathode 73 Solid polymer electrolyte membrane 74 Catalyst for anode Carbon paper with electrode membrane 76, 77 Seal plate 85 Load 90 Cathode gas (hydrogen) introduction pipe 91 Anode gas (oxygen or air) introduction pipe 92 Generated water discharge pipe 100 Solid polymer electrolyte membrane 101, 102 General solid Separator of polymer fuel cell 103, 104 Electrode with catalyst layer 105 Cathode-side gas groove 106 Anode-side gas groove
Claims (8)
介して、アノード層、カソード層を形成した固体高分子
電解質型燃料電池セルにおいて、該触媒層の少なくとも
一方は、溶剤を用いずに形成したものであることを特徴
とする固体高分子型燃料電池セル。In a solid polymer electrolyte fuel cell having an anode layer and a cathode layer formed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane via catalyst layers, at least one of the catalyst layers does not use a solvent. A polymer electrolyte fuel cell, characterized in that it is formed as described above.
以上の元素を含む化合物を含む材料からなることを特徴
とする請求項１記載の固体高分子電解質型燃料電池セ
ル。2. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the catalyst layer is made of a material containing a single element or a compound containing two or more elements.
の両方を含む材料からなることを特徴とする請求項１記
載の固体高分子電解質型燃料電池セル。3. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the catalyst layer is made of a material containing Pt, Ru, or both.
上の層が積層された多層構造からなることを特徴とする
請求項１乃至３記載の固体高分子電解質型燃料電池セ
ル。4. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the catalyst layer has a single layer or a multilayer structure in which two or more layers are stacked.
蒸着することにより形成されたものであることを特徴と
する請求項１乃至４記載の固体高分子電解質型燃料電池
セル。5. The method according to claim 1, wherein the catalyst layer heats the material in a vacuum.
5. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is formed by vapor deposition.
することにより形成されたものであることを特徴とする
請求項１乃至４記載の固体高分子電解質型燃料電池セ
ル。6. A solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein said catalyst layer is formed by sputtering said material.
加熱、蒸着することにより形成されたものであることを
特徴とする請求項１乃至４記載の固体高分子電解質型燃
料電池セル。7. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the catalyst layer is formed by heating and depositing the material with an electron beam.
燃料電池セルにおいて、カソード極の表面側をカソード
ガス流路に開放させたことを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池セル。8. The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the surface of the cathode is opened to the cathode gas flow path.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2857163A1 (en) * | 2003-07-01 | 2005-01-07 | Commissariat Energie Atomique | Fuel cell with electrodes and catalytic elements with the circulation of a fluid essentially parallel to its electrolytic membrane, notable for micro-fuel cells |
| JP2005353591A (en) * | 2004-06-07 | 2005-12-22 | Samsung Sdi Co Ltd | Membrane-electrode assembly for fuel cell, its manufacturing method and fuel cell including them |
-
2001
- 2001-03-26 JP JP2001088503A patent/JP2002289206A/en not_active Withdrawn
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