JP2003123770A - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents
固体高分子型燃料電池Info
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- JP2003123770A JP2003123770A JP2001319554A JP2001319554A JP2003123770A JP 2003123770 A JP2003123770 A JP 2003123770A JP 2001319554 A JP2001319554 A JP 2001319554A JP 2001319554 A JP2001319554 A JP 2001319554A JP 2003123770 A JP2003123770 A JP 2003123770A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 黒鉛質電極の表面を改質して電極とセパレー
タとの接触抵抗を低減させて発電効率を高めた固体高分
子型燃料電池を提供する。 【解決手段】 この固体高分子型燃料電池は、固体高分
子膜１の両面に配置された黒鉛質の酸化極２および燃料
極３を金属製セパレータ５で挟んだ構造をもつ。黒鉛質
酸化極および黒鉛質燃料極のセパレータと接触する面
に、蒸着法により比電気抵抗が１×１０-3Ω・ｃｍ以下
の金属，合金または化合物のコーティング層を形成す
る。 【効果】 セパレータと電極の接触を金属−金属の接触
にして両者間の接触抵抗を低減化し、燃料電池の軽量化
と低コスト化を可能とする。
タとの接触抵抗を低減させて発電効率を高めた固体高分
子型燃料電池を提供する。 【解決手段】 この固体高分子型燃料電池は、固体高分
子膜１の両面に配置された黒鉛質の酸化極２および燃料
極３を金属製セパレータ５で挟んだ構造をもつ。黒鉛質
酸化極および黒鉛質燃料極のセパレータと接触する面
に、蒸着法により比電気抵抗が１×１０-3Ω・ｃｍ以下
の金属，合金または化合物のコーティング層を形成す
る。 【効果】 セパレータと電極の接触を金属−金属の接触
にして両者間の接触抵抗を低減化し、燃料電池の軽量化
と低コスト化を可能とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、クリーンな動力源とし
て注目されている固体高分子型燃料電池に関する。
て注目されている固体高分子型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池のなかでも、固体高分子型の燃
料電池は、１００℃以下の温度で動作可能であり、短時
間で起動する長所を備えている。また、各部材が固体か
らなるため、構造が簡単でメンテナンスが容易であり、
振動や衝撃に曝される用途にも適用できる。さらに、出
力密度が高いため小型化に適し、燃料効率が高く、騒音
が小さい等の長所を備えている。これらの長所から、電
気自動車搭載用としての用途が検討されている。ガソリ
ン自動車と同等の走行距離を出せる燃料電池を自動車に
搭載できると、ＮＯx，ＳＯxの発生がほとんどなく、Ｃ
Ｏ2の発生が半減する等、環境に対して非常にクリーン
な動力源になる。
料電池は、１００℃以下の温度で動作可能であり、短時
間で起動する長所を備えている。また、各部材が固体か
らなるため、構造が簡単でメンテナンスが容易であり、
振動や衝撃に曝される用途にも適用できる。さらに、出
力密度が高いため小型化に適し、燃料効率が高く、騒音
が小さい等の長所を備えている。これらの長所から、電
気自動車搭載用としての用途が検討されている。ガソリ
ン自動車と同等の走行距離を出せる燃料電池を自動車に
搭載できると、ＮＯx，ＳＯxの発生がほとんどなく、Ｃ
Ｏ2の発生が半減する等、環境に対して非常にクリーン
な動力源になる。
【０００３】固体高分子型燃料電池は、分子中にプロト
ン交換基をもつ固体高分子樹脂膜がプロトン伝導性電解
質として機能することを利用したものであり、他の形式
の燃料電池と同様に固体高分子膜の一側に水素などの燃
料ガスを流し、他側に空気などの酸化性ガスを流す構造
になっている。具体的には、固体高分子膜１は、図１に
示すように両側に酸化極２および燃料極３が接合され、
それぞれガスケット４を介してセパレータ５を対向させ
ている。酸化極２側のセパレータ５には空気供給口６，
空気排出口７が形成され、燃料極３側のセパレータ５に
は水素供給口８，水素排出口９が形成されている。セパ
レータ５には、水素ｇおよび酸素または空気ｏの導通お
よび均一分配のため、水素ｇおよび酸素または空気ｏの
流動方向に延びる複数の溝１０が形成されている。
ン交換基をもつ固体高分子樹脂膜がプロトン伝導性電解
質として機能することを利用したものであり、他の形式
の燃料電池と同様に固体高分子膜の一側に水素などの燃
料ガスを流し、他側に空気などの酸化性ガスを流す構造
になっている。具体的には、固体高分子膜１は、図１に
示すように両側に酸化極２および燃料極３が接合され、
それぞれガスケット４を介してセパレータ５を対向させ
ている。酸化極２側のセパレータ５には空気供給口６，
空気排出口７が形成され、燃料極３側のセパレータ５に
は水素供給口８，水素排出口９が形成されている。セパ
レータ５には、水素ｇおよび酸素または空気ｏの導通お
よび均一分配のため、水素ｇおよび酸素または空気ｏの
流動方向に延びる複数の溝１０が形成されている。
【０００４】また、発電時に発熱があるため、給水口１
１から送り込んだ冷却水ｗをセパレータ５の内部に循環
させた後、排水口１２から排出させる水冷機構をセパレ
ータ５に内蔵させている。水素供給口８から燃料極３と
セパレータ５との間隙に送り込まれた水素ｇは、電子を
放出したプロトンとなって固体高分子膜１を透過し、酸
化極２側で電子を受け、酸化極２とセパレータ５との間
隙を通過する酸素又は空気ｏによって燃焼する。そこ
で、酸化極２と燃料極３に接触する各セパレータ５，５
に電流を流し、負荷を接続するとき、電力を取出すこと
ができる。
１から送り込んだ冷却水ｗをセパレータ５の内部に循環
させた後、排水口１２から排出させる水冷機構をセパレ
ータ５に内蔵させている。水素供給口８から燃料極３と
セパレータ５との間隙に送り込まれた水素ｇは、電子を
放出したプロトンとなって固体高分子膜１を透過し、酸
化極２側で電子を受け、酸化極２とセパレータ５との間
隙を通過する酸素又は空気ｏによって燃焼する。そこ
で、酸化極２と燃料極３に接触する各セパレータ５，５
に電流を流し、負荷を接続するとき、電力を取出すこと
ができる。
【０００５】燃料電池１セル当りの発電量が極く僅かな
ため、図１（ｂ）に示すようにセパレータ５，５で挟ま
れた固体高分子膜を１単位とし、複数のセルを積層する
ことによって取出し可能な電力量を大きくしている。多
数のセルを積層した構造では、酸化極２および燃料極３
と各セパレータ５，５との接触抵抗が発電効率に大きな
影響を及ぼす。発電効率を向上させるために、導電性が
良好で、酸化極２および燃料極３との接触抵抗の低いセ
パレータが要求され、リン酸型燃料電池と同様に黒鉛製
セパレータが従来から使用されている。
ため、図１（ｂ）に示すようにセパレータ５，５で挟ま
れた固体高分子膜を１単位とし、複数のセルを積層する
ことによって取出し可能な電力量を大きくしている。多
数のセルを積層した構造では、酸化極２および燃料極３
と各セパレータ５，５との接触抵抗が発電効率に大きな
影響を及ぼす。発電効率を向上させるために、導電性が
良好で、酸化極２および燃料極３との接触抵抗の低いセ
パレータが要求され、リン酸型燃料電池と同様に黒鉛製
セパレータが従来から使用されている。
【０００６】また、酸化極と燃料極は、反応ガスや生成
水の透過性と耐食性の観点から黒鉛質のカーボンペーパ
ーやカーボンクロスが使用されている。Ｐｔ系の触媒層
２２，３２を介して固体高分子膜１と接合して膜電極接
合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を形成
している。
水の透過性と耐食性の観点から黒鉛質のカーボンペーパ
ーやカーボンクロスが使用されている。Ｐｔ系の触媒層
２２，３２を介して固体高分子膜１と接合して膜電極接
合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を形成
している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】固体高分子型燃料電池
は、クリーンなエネルギー源として注目され移動用途、
家庭用途など、多方面での利用が期待され、活発な研究
が行われている。しかし、普及のためには、コンパクト
化と低コスト化の２つの課題がある。固体高分子型燃料
電池のコンパクト化には、セパレータの薄肉化が必須で
あるが、黒鉛質の場合、機械的強度の制限により薄肉化
は困難である。しかも、反応ガスの複雑な流路を切削加
工により形成する必要があるため生産性が悪く、低コス
ト化を難しくしている。
は、クリーンなエネルギー源として注目され移動用途、
家庭用途など、多方面での利用が期待され、活発な研究
が行われている。しかし、普及のためには、コンパクト
化と低コスト化の２つの課題がある。固体高分子型燃料
電池のコンパクト化には、セパレータの薄肉化が必須で
あるが、黒鉛質の場合、機械的強度の制限により薄肉化
は困難である。しかも、反応ガスの複雑な流路を切削加
工により形成する必要があるため生産性が悪く、低コス
ト化を難しくしている。
【０００８】そこで、プレス加工やパンチング加工等に
よって金属板からセパレータを作ることが特開平８−１
８０８８３号公報で提案されている。金属製セパレータ
の適用が可能となれば、その機械的特性とガス不透過性
により、セパレータの薄肉化が可能であり、結果とし
て、電池セルスタックのコンパクト化、軽量化が可能と
なる。金属製セパレータとして、例えばステンレス鋼板
などの耐酸性金属の適用が試みられている。しかし、こ
れら耐酸性金属は、その表面に強固な不動態皮膜のため
にガス拡散電極（燃料極および酸化極）との接触抵抗が
大きく、結果として発電ロスが大きくなっている。
よって金属板からセパレータを作ることが特開平８−１
８０８８３号公報で提案されている。金属製セパレータ
の適用が可能となれば、その機械的特性とガス不透過性
により、セパレータの薄肉化が可能であり、結果とし
て、電池セルスタックのコンパクト化、軽量化が可能と
なる。金属製セパレータとして、例えばステンレス鋼板
などの耐酸性金属の適用が試みられている。しかし、こ
れら耐酸性金属は、その表面に強固な不動態皮膜のため
にガス拡散電極（燃料極および酸化極）との接触抵抗が
大きく、結果として発電ロスが大きくなっている。
【０００９】したがって、固体高分子型燃料電池に金属
セパレータを適用する場合は、新たな課題として、電極
とセパレータ間の接触抵抗の低減化が必要となる。この
ため、金属セパレータ表面に導電性金属コーティング層
や導電性塗料コーティング層の形成などで接触抵抗の低
減化が検討されている。その一つとして、セパレータ表
面に貴金属めっきして接触抵抗を低減させる方法が検討
されている。貴金属めっきした場合、基材へ通じる貫通
孔があると基材に孔食を生じる危険性がある。この危険
性を回避するためにはめっき膜厚を厚くして貫通孔をな
くす必要があり、コスト的にも高価になる。
セパレータを適用する場合は、新たな課題として、電極
とセパレータ間の接触抵抗の低減化が必要となる。この
ため、金属セパレータ表面に導電性金属コーティング層
や導電性塗料コーティング層の形成などで接触抵抗の低
減化が検討されている。その一つとして、セパレータ表
面に貴金属めっきして接触抵抗を低減させる方法が検討
されている。貴金属めっきした場合、基材へ通じる貫通
孔があると基材に孔食を生じる危険性がある。この危険
性を回避するためにはめっき膜厚を厚くして貫通孔をな
くす必要があり、コスト的にも高価になる。
【００１０】さらに、セパレータにコーティング層を形
成しようとすれば、成形後にコーティングするか、コー
ティングした後成形するかになるが、いずれの方法もコ
スト的にあるいは品質的に満足できない。例えば、金属
をセパレータ形状に加工後にコーティングする場合は、
加工およびセッティングに時間がかかり、生産性が良く
ない。また、板状の金属に連続的にコーティングした後
にセパレータ形状に成形する場合は、その製造工程にお
いて、加工によるコーティング層の電気伝導度が低下し
たり、あたり疵の発生によりセパレータに腐食の発生原
因を作ることにもなる。したがって、セパレータ表面の
被覆処理法は適用が難しい状況である。
成しようとすれば、成形後にコーティングするか、コー
ティングした後成形するかになるが、いずれの方法もコ
スト的にあるいは品質的に満足できない。例えば、金属
をセパレータ形状に加工後にコーティングする場合は、
加工およびセッティングに時間がかかり、生産性が良く
ない。また、板状の金属に連続的にコーティングした後
にセパレータ形状に成形する場合は、その製造工程にお
いて、加工によるコーティング層の電気伝導度が低下し
たり、あたり疵の発生によりセパレータに腐食の発生原
因を作ることにもなる。したがって、セパレータ表面の
被覆処理法は適用が難しい状況である。
【００１１】また、本発明者らは、ステンレス製セパレ
ータ表面を粗面化することによって接触抵抗を低減でき
ることを、特願２０００−２７６８９３号で提案してい
る。しかしながら、今までの提案は、いずれも金属セパ
レータ表面を改質し黒鉛質電極との接触抵抗を低減しよ
うとしているものであって、金属と黒鉛の接触である点
で変わりはなく、接触抵抗は期待するほど低下していな
い。本発明は、このような問題を解消すべく案出された
ものであり、金属セパレータ表面を改質するのではな
く、黒鉛質電極の表面を改質して電極とセパレータとの
接触抵抗を低減させて発電効率を高めた固体高分子型燃
料電池を提供することを目的とする。
ータ表面を粗面化することによって接触抵抗を低減でき
ることを、特願２０００−２７６８９３号で提案してい
る。しかしながら、今までの提案は、いずれも金属セパ
レータ表面を改質し黒鉛質電極との接触抵抗を低減しよ
うとしているものであって、金属と黒鉛の接触である点
で変わりはなく、接触抵抗は期待するほど低下していな
い。本発明は、このような問題を解消すべく案出された
ものであり、金属セパレータ表面を改質するのではな
く、黒鉛質電極の表面を改質して電極とセパレータとの
接触抵抗を低減させて発電効率を高めた固体高分子型燃
料電池を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の固体高分子型燃
料電池は、その目的を達成するため、固体高分子膜の両
面に配置された黒鉛質酸化極および黒鉛質燃料極を金属
製セパレータで挟んだ構造をもち、前記黒鉛質酸化極お
よび黒鉛質燃料極が、そのセパレータと接触する面に比
電気抵抗が１×１０-3Ω・ｃｍ以下の金属，合金または
化合物のコーティング層を有するものであることを特徴
とする。このコーティング層としては、蒸着法により形
成されたものであることが好ましい。
料電池は、その目的を達成するため、固体高分子膜の両
面に配置された黒鉛質酸化極および黒鉛質燃料極を金属
製セパレータで挟んだ構造をもち、前記黒鉛質酸化極お
よび黒鉛質燃料極が、そのセパレータと接触する面に比
電気抵抗が１×１０-3Ω・ｃｍ以下の金属，合金または
化合物のコーティング層を有するものであることを特徴
とする。このコーティング層としては、蒸着法により形
成されたものであることが好ましい。
【００１３】
【作用】電極とセパレータとの間の接触抵抗は、接触す
るお互いの材料の皮膜抵抗と集中抵抗により生じる。金
属同士の接触の場合、固体高分子型燃料電池の締結圧力
である５〜３０ｋｇｆ／ｃｍ2の荷重では、皮膜抵抗の
影響が小さくなり、集中抵抗の影響が大きくなる。集中
抵抗は、接触する材料の比抵抗に比例する。例えば、セ
パレータとして使用されようとしているＳＵＳ３０４の
比抵抗は７２×１０-6Ω・ｃｍであるのに対し、黒鉛製
品の比抵抗は約１〜２×１０-3Ω・ｃｍであり、ＳＵＳ
３０４などの金属の方が電気伝導性は優れている。ま
た、電極として使用されるカーボンペーパーの厚さ方向
の比抵抗は約８×１０-2Ω・ｃｍである。このように、
黒鉛よりも金属の方が比電気抵抗が小さいため、金属−
黒鉛よりも金属−金属の方が接触抵抗が小さくなる。し
たがって、黒鉛質の電極表面に金属のコーティング層を
形成し、金属同士の接触面を形成することにより、接触
抵抗の低減化を図ることができる。
るお互いの材料の皮膜抵抗と集中抵抗により生じる。金
属同士の接触の場合、固体高分子型燃料電池の締結圧力
である５〜３０ｋｇｆ／ｃｍ2の荷重では、皮膜抵抗の
影響が小さくなり、集中抵抗の影響が大きくなる。集中
抵抗は、接触する材料の比抵抗に比例する。例えば、セ
パレータとして使用されようとしているＳＵＳ３０４の
比抵抗は７２×１０-6Ω・ｃｍであるのに対し、黒鉛製
品の比抵抗は約１〜２×１０-3Ω・ｃｍであり、ＳＵＳ
３０４などの金属の方が電気伝導性は優れている。ま
た、電極として使用されるカーボンペーパーの厚さ方向
の比抵抗は約８×１０-2Ω・ｃｍである。このように、
黒鉛よりも金属の方が比電気抵抗が小さいため、金属−
黒鉛よりも金属−金属の方が接触抵抗が小さくなる。し
たがって、黒鉛質の電極表面に金属のコーティング層を
形成し、金属同士の接触面を形成することにより、接触
抵抗の低減化を図ることができる。
【００１４】一般に黒鉛への金属コーティングは困難と
されている。黒鉛は金属との結合層を形成しがたく、ま
た脆弱であるためその上に強固な皮膜を形成することは
難しい。しかし、蒸着によれば、カーボンペーパーやカ
ーボンクロスのような黒鉛質の材料に対して密着性の良
い皮膜を形成することができる。さらに、気体透過性の
要求されるガス拡散電極に対しても、蒸着によるコーテ
ィング層を形成すれば、空孔を閉鎖することなく導電性
を確保することが可能である。また、蒸着の際、蒸着物
質は、蒸発源から直線的に飛来するので、反対側の面に
被覆物が漏洩したり通過したりすることはない。しか
も、蒸着法を採用すれば、一面だけへの被覆が可能であ
り、ガス拡散電極の場合、触媒を担持する面を無被覆に
することができる。したがって、触媒層を形成する面に
はコーティング層形成の影響を及ぼさないので、電池反
応には影響しない。
されている。黒鉛は金属との結合層を形成しがたく、ま
た脆弱であるためその上に強固な皮膜を形成することは
難しい。しかし、蒸着によれば、カーボンペーパーやカ
ーボンクロスのような黒鉛質の材料に対して密着性の良
い皮膜を形成することができる。さらに、気体透過性の
要求されるガス拡散電極に対しても、蒸着によるコーテ
ィング層を形成すれば、空孔を閉鎖することなく導電性
を確保することが可能である。また、蒸着の際、蒸着物
質は、蒸発源から直線的に飛来するので、反対側の面に
被覆物が漏洩したり通過したりすることはない。しか
も、蒸着法を採用すれば、一面だけへの被覆が可能であ
り、ガス拡散電極の場合、触媒を担持する面を無被覆に
することができる。したがって、触媒層を形成する面に
はコーティング層形成の影響を及ぼさないので、電池反
応には影響しない。
【００１５】また、セパレータへのコーティングではな
いので、コーティング層が島状に存在していてもセパレ
ータの腐食は助長されない。さらに、電気的には均一な
コーティング層は必ずしも必要ではなく、島状に分散す
る形態でも構わない。金属コーティング層の厚さはほと
んど問題にならない。金属層が形成されていれば良く、
５ｎｍの厚さもあれば所期の目的は十分達成される。コ
ーティングする材料は導電性がある金属，合金および化
合物であれば種類は問わない。ただ、黒鉛に比べて優位
性のある比抵抗１×１０-3Ω・ｃｍ以下の材料であれば
よい。電池セル内の環境を考えると、耐酸性に優れるＡ
ｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｔｉ
Ｎ，ＴｉＣ，ＣｒＣ，ＴａＣ，Ｂ4Ｃ，ＳｉＣ，ＷＣ，
ＺｒＮ，ＣｒＮ，ＨｆＣなどが好ましい。
いので、コーティング層が島状に存在していてもセパレ
ータの腐食は助長されない。さらに、電気的には均一な
コーティング層は必ずしも必要ではなく、島状に分散す
る形態でも構わない。金属コーティング層の厚さはほと
んど問題にならない。金属層が形成されていれば良く、
５ｎｍの厚さもあれば所期の目的は十分達成される。コ
ーティングする材料は導電性がある金属，合金および化
合物であれば種類は問わない。ただ、黒鉛に比べて優位
性のある比抵抗１×１０-3Ω・ｃｍ以下の材料であれば
よい。電池セル内の環境を考えると、耐酸性に優れるＡ
ｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｔｉ
Ｎ，ＴｉＣ，ＣｒＣ，ＴａＣ，Ｂ4Ｃ，ＳｉＣ，ＷＣ，
ＺｒＮ，ＣｒＮ，ＨｆＣなどが好ましい。
【００１６】本発明の導電性材料コーティング層を有す
る電極を組込んだ膜電極接合体の構成例を図２に示す。
固体高分子膜１の両側に触媒層２２，３２を介して導電
性材料コーティング層２１、３１を有する酸化極２と燃
料極３が配置され、さらにその側方に、電極側にセパレ
ータ５が配置されて、固体高分子膜１を中心にして酸化
極２と燃料極３を両側のセパレータ５で挟み込んだ構造
となっている。
る電極を組込んだ膜電極接合体の構成例を図２に示す。
固体高分子膜１の両側に触媒層２２，３２を介して導電
性材料コーティング層２１、３１を有する酸化極２と燃
料極３が配置され、さらにその側方に、電極側にセパレ
ータ５が配置されて、固体高分子膜１を中心にして酸化
極２と燃料極３を両側のセパレータ５で挟み込んだ構造
となっている。
【００１７】本発明によれば、被コーティング材料は板
状又は布状のままの黒鉛質電極でよいので、生産性は極
めて良い。また、黒鉛質電極上に金属コーティング層を
形成するのみで、セパレータ材料の金属との接触は金属
−金属接触となり、集中抵抗の影響だけを受けた低抵抗
となる。これにより、セパレータと電極間の電気伝導性
が向上して、全体として発電効率が高くなる。なお、セ
パレータ基材となる耐酸性金属材料は、その不動態皮膜
を有するがゆえに耐食性を発揮できるものであるから、
不動態皮膜を形成したままの状態で使用することが好ま
しい。
状又は布状のままの黒鉛質電極でよいので、生産性は極
めて良い。また、黒鉛質電極上に金属コーティング層を
形成するのみで、セパレータ材料の金属との接触は金属
−金属接触となり、集中抵抗の影響だけを受けた低抵抗
となる。これにより、セパレータと電極間の電気伝導性
が向上して、全体として発電効率が高くなる。なお、セ
パレータ基材となる耐酸性金属材料は、その不動態皮膜
を有するがゆえに耐食性を発揮できるものであるから、
不動態皮膜を形成したままの状態で使用することが好ま
しい。
【００１８】
【実施例】実施例１
電極として、東レ社製のカーボンペーパー（商品名：Ｔ
ＧＰ−Ｈ−１２０）を使用し、電極の片側にマグネトロ
ンスパッタリングにてＡｕを２．５〜７５ｎｍコーティ
ングした。また、金属製セパレータとして、ＳＵＳ３０
４光輝焼鈍材を使用した。電極−セパレータ間の接触抵
抗を測定圧力を変化させて測定した。また、比較例とし
て、電極にＡｕをコーティングしない場合の接触抵抗を
測定した。その測定結果を図３に示す。
ＧＰ−Ｈ−１２０）を使用し、電極の片側にマグネトロ
ンスパッタリングにてＡｕを２．５〜７５ｎｍコーティ
ングした。また、金属製セパレータとして、ＳＵＳ３０
４光輝焼鈍材を使用した。電極−セパレータ間の接触抵
抗を測定圧力を変化させて測定した。また、比較例とし
て、電極にＡｕをコーティングしない場合の接触抵抗を
測定した。その測定結果を図３に示す。
【００１９】実施例２
ＳＵＳ３０４焼鈍酸洗仕上げ材を塩化第二鉄水溶液中で
交番電解エッチングにより粗面化した。そして、Ａｕコ
ーティングした電極との間の接触抵抗を測定した。その
測定結果を図４に示す。セパレータとなるステンレス鋼
板を粗面化処理すると接触抵抗が低減するが、さらに、
電極へのＡｕコーティング層形成により、接触抵抗が低
減でき、セパレータと電極間の電気伝導性が向上する。
交番電解エッチングにより粗面化した。そして、Ａｕコ
ーティングした電極との間の接触抵抗を測定した。その
測定結果を図４に示す。セパレータとなるステンレス鋼
板を粗面化処理すると接触抵抗が低減するが、さらに、
電極へのＡｕコーティング層形成により、接触抵抗が低
減でき、セパレータと電極間の電気伝導性が向上する。
【００２０】実施例３
実施例１と同じ材質の電極の片面に、マグネトロンスパ
ッタリングにてＴｉのコーティング層を０．０８μｍ形
成した。この電極に対し、ＳＵＳ３０４光輝焼鈍材との
接触抵抗を測定した。その結果を図５に示す。実施例４ Ｔｉを０．０８μｍコーティングした後さらにＴｉＮを
０．３μｍコーティングした。この電極に対し、ＳＵＳ
３０４光輝焼鈍材との接触抵抗を測定した。測定結果を
図６に示す。実施例３および４にみられるように、燃料
極および空気極へのコーティングはＡｕに代表される貴
金属でなくとも通常の比抵抗を有する金属，合金および
化合物であれば十分に接触抵抗を低減化することが可能
であり、固体高分子型燃料電池のコンパクト化および低
コスト化を図ることができる。
ッタリングにてＴｉのコーティング層を０．０８μｍ形
成した。この電極に対し、ＳＵＳ３０４光輝焼鈍材との
接触抵抗を測定した。その結果を図５に示す。実施例４ Ｔｉを０．０８μｍコーティングした後さらにＴｉＮを
０．３μｍコーティングした。この電極に対し、ＳＵＳ
３０４光輝焼鈍材との接触抵抗を測定した。測定結果を
図６に示す。実施例３および４にみられるように、燃料
極および空気極へのコーティングはＡｕに代表される貴
金属でなくとも通常の比抵抗を有する金属，合金および
化合物であれば十分に接触抵抗を低減化することが可能
であり、固体高分子型燃料電池のコンパクト化および低
コスト化を図ることができる。
【００２１】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、ガス拡散電極に導電性材料コーティング層を形成す
ることにより、セパレータと電極の接触を、金属−黒鉛
の接触から金属−金属の接触に変えて、集中抵抗を低減
化し接触抵抗を小さくしている。これにより、金属セパ
レータの耐食性を損なうことなく、電極とセパレータ間
の接触抵抗の低減化ができ、燃料電池の軽量化と低コス
ト化が可能となった。
ば、ガス拡散電極に導電性材料コーティング層を形成す
ることにより、セパレータと電極の接触を、金属−黒鉛
の接触から金属−金属の接触に変えて、集中抵抗を低減
化し接触抵抗を小さくしている。これにより、金属セパ
レータの耐食性を損なうことなく、電極とセパレータ間
の接触抵抗の低減化ができ、燃料電池の軽量化と低コス
ト化が可能となった。
【図１】 固体高分子膜を電解質として使用した燃料電
池の内部構造を示す断面図（ａ）および分解斜視図
（ｂ）
池の内部構造を示す断面図（ａ）および分解斜視図
（ｂ）
【図２】 本発明による電池セルの構成例
【図３】 電極へＡｕコーティングした場合のＳＵＳ３
０４光輝焼鈍材との接触抵抗を示すグラフ
０４光輝焼鈍材との接触抵抗を示すグラフ
【図４】 電極へＡｕコーティングした場合のＳＵＳ３
０４電解粗面化材との接触抵抗を示すグラフ
０４電解粗面化材との接触抵抗を示すグラフ
【図５】 電極へＴｉコーティングした場合のＳＵＳ３
０４光輝焼鈍材との接触抵抗を示すグラフ
０４光輝焼鈍材との接触抵抗を示すグラフ
【図６】 電極へＴｉＮコーティングした場合のＳＵＳ
３０４光輝焼鈍材との接触抵抗を示すグラフ
３０４光輝焼鈍材との接触抵抗を示すグラフ
１：固体高分子膜 ２：酸化極 ３：燃料極
５：セパレータ ２１，３１：導電性材料コーティング層 ２２，３
２：触媒層
５：セパレータ ２１，３１：導電性材料コーティング層 ２２，３
２：触媒層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 鴨志田 真一
大阪府堺市石津西町５番地 日新製鋼株式
会社技術研究所内
(72)発明者 金月 俊樹
大阪府堺市石津西町５番地 日新製鋼株式
会社技術研究所内
(72)発明者 和泉 圭二
大阪府堺市石津西町５番地 日新製鋼株式
会社技術研究所内
(72)発明者 八神 裕一
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動
車株式会社内
(72)発明者 和田 三喜男
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動
車株式会社内
(72)発明者 高橋 剛
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動
車株式会社内
(72)発明者 梶川 義明
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動
車株式会社内
(72)発明者 児玉 幸多
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動
車株式会社内
Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS02 AS03 BB07 BB17
EE02 EE03 EE06 EE10 EE11
HH06
5H026 AA06 BB04 CC03 EE02 EE06
EE08 EE11 HH06
Claims (2)
- 【請求項１】 固体高分子膜の両面に配置された黒鉛質
酸化極および黒鉛質燃料極を金属製セパレータで挟んだ
構造をもち、前記黒鉛質酸化極および黒鉛質燃料極が、
そのセパレータと接触する面に比電気抵抗が１×１０-3
Ω・ｃｍ以下の金属，合金または化合物のコーティング
層を有するものであることを特徴とする固体高分子型燃
料電池。 - 【請求項２】 コーティング層が蒸着法により形成され
たものである請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001319554A JP2003123770A (ja) | 2001-10-17 | 2001-10-17 | 固体高分子型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001319554A JP2003123770A (ja) | 2001-10-17 | 2001-10-17 | 固体高分子型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003123770A true JP2003123770A (ja) | 2003-04-25 |
Family
ID=19137086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001319554A Pending JP2003123770A (ja) | 2001-10-17 | 2001-10-17 | 固体高分子型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003123770A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006107967A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 固体高分子型燃料電池 |
| JP2007538370A (ja) * | 2004-05-20 | 2007-12-27 | ゼネラル・モーターズ・コーポレーション | Ｐｅｍ燃料電池用の高性能膜電極接合体（ｍｅａ）を製造するための新しいアプローチ |
-
2001
- 2001-10-17 JP JP2001319554A patent/JP2003123770A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007538370A (ja) * | 2004-05-20 | 2007-12-27 | ゼネラル・モーターズ・コーポレーション | Ｐｅｍ燃料電池用の高性能膜電極接合体（ｍｅａ）を製造するための新しいアプローチ |
| US8101319B2 (en) * | 2004-05-20 | 2012-01-24 | GM Global Technology Operations LLC | Approach to make a high performance membrane electrode assembly (MEA) for a PEM fuel cell |
| JP2006107967A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 固体高分子型燃料電池 |
| JP4708757B2 (ja) * | 2004-10-07 | 2011-06-22 | 株式会社豊田中央研究所 | 固体高分子型燃料電池 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040713 |
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| A521 | Written amendment |
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