JP2003123771A - 燃料電池用の電極およびこれを用いる燃料電池 - Google Patents
燃料電池用の電極およびこれを用いる燃料電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 三相界面が形成される部位を多くして燃料電
池用の電極としての性能を向上させる。 【解決手段】 触媒としての白金粒子２４を表面に担持
したカーボン粒子２２とこのカーボン粒子２２より粒径
が小さな電解質微粒子２６とにより電極２０を構成す
る。電極全体に微細の間隙が形成されて電極全体に均一
的な三相界面が形成されるから、電極としての性能を向
上させることができる。この結果、この電極２０を用い
ることにより、燃料電池の性能を向上させることができ
る。
池用の電極としての性能を向上させる。 【解決手段】 触媒としての白金粒子２４を表面に担持
したカーボン粒子２２とこのカーボン粒子２２より粒径
が小さな電解質微粒子２６とにより電極２０を構成す
る。電極全体に微細の間隙が形成されて電極全体に均一
的な三相界面が形成されるから、電極としての性能を向
上させることができる。この結果、この電極２０を用い
ることにより、燃料電池の性能を向上させることができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用の電極
およびこれを用いる燃料電池に関する。
およびこれを用いる燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池用の電極は、連続して電気化学
反応が行なわれるために、燃料の供給経路としてのガス
相とイオンの経路としての液相と電子の経路としての固
相とが混合する三相界面が形成されることが必要とされ
る。従来、こうした三相界面を形成するために、多孔質
構造を有する高分子電解質の表面部分に触媒を担持する
と共に触媒と電気的に接触している電子電導体微粒子を
備えるものが提案されている（例えば、特開２０００−
２６０４３５号広報など）。
反応が行なわれるために、燃料の供給経路としてのガス
相とイオンの経路としての液相と電子の経路としての固
相とが混合する三相界面が形成されることが必要とされ
る。従来、こうした三相界面を形成するために、多孔質
構造を有する高分子電解質の表面部分に触媒を担持する
と共に触媒と電気的に接触している電子電導体微粒子を
備えるものが提案されている（例えば、特開２０００−
２６０４３５号広報など）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多孔質
構造を有する高分子電解質により電極を形成するもので
は、形成される孔の粒径は不均一になりやすく、三相界
面が形成される部位が少なくなり、十分な性能を発揮で
きない場合が生じる。
構造を有する高分子電解質により電極を形成するもので
は、形成される孔の粒径は不均一になりやすく、三相界
面が形成される部位が少なくなり、十分な性能を発揮で
きない場合が生じる。
【０００４】本発明の燃料電池用の電極は、三相界面が
形成される部位をより多くすることを目的の一つとす
る。また、本発明の燃料電池用の電極は、電極としての
性能を向上させることを目的の一つとする。本発明の燃
料電池は、燃料電池の性能を向上させることを目的の一
つとする。
形成される部位をより多くすることを目的の一つとす
る。また、本発明の燃料電池用の電極は、電極としての
性能を向上させることを目的の一つとする。本発明の燃
料電池は、燃料電池の性能を向上させることを目的の一
つとする。
【０００５】なお、出願人は、上述の目的の少なくとも
一部を達成する燃料電池用の電極として、触媒を担持し
たカーボン粒子を電解質により覆うことにより形成して
なる電極を提案している（特願平９−３０９７６３
号）。
一部を達成する燃料電池用の電極として、触媒を担持し
たカーボン粒子を電解質により覆うことにより形成して
なる電極を提案している（特願平９−３０９７６３
号）。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の燃料電池用の電極およびこれを備える燃料電池
は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下
の手段を採った。
発明の燃料電池用の電極およびこれを備える燃料電池
は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下
の手段を採った。
【０００７】本発明の燃料電池用の電極は、燃料電池に
用いられる電極であって、主として、導電性材料により
形成され触媒を担持した導電性粒子と、プロトン伝導性
を有する電解質粒子とから構成されることを要旨とす
る。
用いられる電極であって、主として、導電性材料により
形成され触媒を担持した導電性粒子と、プロトン伝導性
を有する電解質粒子とから構成されることを要旨とす
る。
【０００８】この本発明の燃料電池用の電極では、主と
して、導電性材料により形成され触媒を担持した導電性
粒子とプロトン伝導性を有する電解質粒子とにより電極
を構成することにより、電極全体に微細の間隙を形成し
て電極全体に均一的な三相界面を形成する。この結果、
電極としての性能を向上させることができる。ここで、
電解質粒子の粒径は、０．００１μｍないし１００μ
ｍ、好ましくは０．０１μｍないし１０μｍ、さらに好
ましくは０．０１μｍないし５μｍであるものとするこ
ともできる。また、「導電性粒子」としては、カーボン
により形成されたカーボン粒子を用いることができる。
して、導電性材料により形成され触媒を担持した導電性
粒子とプロトン伝導性を有する電解質粒子とにより電極
を構成することにより、電極全体に微細の間隙を形成し
て電極全体に均一的な三相界面を形成する。この結果、
電極としての性能を向上させることができる。ここで、
電解質粒子の粒径は、０．００１μｍないし１００μ
ｍ、好ましくは０．０１μｍないし１０μｍ、さらに好
ましくは０．０１μｍないし５μｍであるものとするこ
ともできる。また、「導電性粒子」としては、カーボン
により形成されたカーボン粒子を用いることができる。
【０００９】こうした本発明の燃料電池用の電極におい
て、電極の厚み方向に前記電解質粒子の平均粒径が一様
方向に変化するよう形成されてなるものとすることもで
きる。こうすれば、電極における保水性や排水性を調節
することができる。
て、電極の厚み方向に前記電解質粒子の平均粒径が一様
方向に変化するよう形成されてなるものとすることもで
きる。こうすれば、電極における保水性や排水性を調節
することができる。
【００１０】本発明の燃料電池は、高分子材料により形
成された電解質膜を備える燃料電池であって、前記電解
質膜の少なくとも一方の面に上述のいずれかの態様の本
発明の電極を接合してなる発電層、即ち、基本的には、
電解質膜の少なくとも一方の面に、主として導電性材料
により形成され触媒を担持した導電性粒子とプロトン伝
導性を有する電解質粒子とから構成される電極を備える
ことを要旨とする。
成された電解質膜を備える燃料電池であって、前記電解
質膜の少なくとも一方の面に上述のいずれかの態様の本
発明の電極を接合してなる発電層、即ち、基本的には、
電解質膜の少なくとも一方の面に、主として導電性材料
により形成され触媒を担持した導電性粒子とプロトン伝
導性を有する電解質粒子とから構成される電極を備える
ことを要旨とする。
【００１１】この本発明の燃料電池では、電解質膜の少
なくとも一方の面に上述のいずれかの本発明の電極、即
ち、基本的には、主として、導電性材料により形成され
触媒を担持した導電性粒子と、プロトン伝導性を有する
電解質粒子とから構成される電極を接合してなる発電層
を備えるから、本発明の電極が奏する効果、例えば電極
全体に微細の間隙を形成して電極全体に均一的な三相界
面を形成することにより電極としての性能を向上させる
ことができる効果を奏することができる。
なくとも一方の面に上述のいずれかの本発明の電極、即
ち、基本的には、主として、導電性材料により形成され
触媒を担持した導電性粒子と、プロトン伝導性を有する
電解質粒子とから構成される電極を接合してなる発電層
を備えるから、本発明の電極が奏する効果、例えば電極
全体に微細の間隙を形成して電極全体に均一的な三相界
面を形成することにより電極としての性能を向上させる
ことができる効果を奏することができる。
【００１２】電極の厚み方向に電解質粒子の平均粒径が
一様方向に変化するよう電極が形成されてなる態様の本
発明の燃料電池において、供給ガスの入口に近い電極ほ
ど前記電解質膜に近い方から遠方に向けて前記電解質粒
子の粒径が大きくなるよう形成されてなり、供給ガスの
出口に近い電極ほど前記電解質膜に近い方から遠方に向
けて前記電解質粒子の粒径が小さくなるよう形成されて
なるものとすることもできる。こうすれば、供給ガスの
入口近傍の乾燥と、供給ガスの出口付近の過湿を抑制す
ることができ、燃料電池としての性能を向上させること
ができる。
一様方向に変化するよう電極が形成されてなる態様の本
発明の燃料電池において、供給ガスの入口に近い電極ほ
ど前記電解質膜に近い方から遠方に向けて前記電解質粒
子の粒径が大きくなるよう形成されてなり、供給ガスの
出口に近い電極ほど前記電解質膜に近い方から遠方に向
けて前記電解質粒子の粒径が小さくなるよう形成されて
なるものとすることもできる。こうすれば、供給ガスの
入口近傍の乾燥と、供給ガスの出口付近の過湿を抑制す
ることができ、燃料電池としての性能を向上させること
ができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である
燃料電池用の電極２０の構成を模式的に示す構成図であ
る。実施例の電極２０は、図示するように、触媒として
の白金粒子２４を表面に担持したカーボン粒子２２とカ
ーボン粒子２２より粒径が小さな電解質微粒子２６とが
電解質膜１０に接合されて構成されている。
例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である
燃料電池用の電極２０の構成を模式的に示す構成図であ
る。実施例の電極２０は、図示するように、触媒として
の白金粒子２４を表面に担持したカーボン粒子２２とカ
ーボン粒子２２より粒径が小さな電解質微粒子２６とが
電解質膜１０に接合されて構成されている。
【００１４】カーボン粒子２２としては、粒径が０．０
１μｍないし１．０μｍ、好ましくは０．０５μｍない
し０．１μｍ程度のものを用いることができ、表面に２
０ｗｔ％程度の白金粒子２４を担持している。
１μｍないし１．０μｍ、好ましくは０．０５μｍない
し０．１μｍ程度のものを用いることができ、表面に２
０ｗｔ％程度の白金粒子２４を担持している。
【００１５】電解質微粒子２６は、粒径が０．００１μ
ｍないし１００μｍ、好ましくは０．０１μｍないし１
０μｍ、更に好ましくは０．１μないし５μｍに調整さ
れたものを用いている。電解質微粒子２６は、例えば、
エタノールとｎ−ヘキサンの重量比１：１の混合溶液３
０ｇにポリメチルビニルエーテルなどのマトリックスポ
リマー３ｇとスチレンスルホン酸ナトリウム５ｇと架橋
剤としてジビニルベンゼン０．５ｇと開始剤（ＡＩＢ
Ｎ）０．０５ｇとを溶解し、６０℃で１８時間加熱する
ことにより、粒径３〜２０μｍのものとして得ることが
できる。なお、混合溶液における貧溶媒であるｎ−ヘキ
サンの組成比を大きくすることにより電解質粒子２６の
粒径を小さく調節することができる。
ｍないし１００μｍ、好ましくは０．０１μｍないし１
０μｍ、更に好ましくは０．１μないし５μｍに調整さ
れたものを用いている。電解質微粒子２６は、例えば、
エタノールとｎ−ヘキサンの重量比１：１の混合溶液３
０ｇにポリメチルビニルエーテルなどのマトリックスポ
リマー３ｇとスチレンスルホン酸ナトリウム５ｇと架橋
剤としてジビニルベンゼン０．５ｇと開始剤（ＡＩＢ
Ｎ）０．０５ｇとを溶解し、６０℃で１８時間加熱する
ことにより、粒径３〜２０μｍのものとして得ることが
できる。なお、混合溶液における貧溶媒であるｎ−ヘキ
サンの組成比を大きくすることにより電解質粒子２６の
粒径を小さく調節することができる。
【００１６】図２は、実施例の電極２０を用いた燃料電
池の単位セル３０の構成の概略を示す構成図である。単
位セル３０は、図示するように、湿潤状態で良好なプロ
トン伝導性を示す電解質膜１０と、実施例の電極２０が
表面に塗布されてこの塗布面で電解質膜１０を挟持する
ガス拡散電極３４，３５と、ガス拡散電極３４，３５と
により燃料ガスや酸化ガスの流路である燃料ガス流路３
７および酸化ガス流路３８を形成すると共に隣接する単
位セル３０の隔壁をなすセパレータ３６とから構成され
ている。
池の単位セル３０の構成の概略を示す構成図である。単
位セル３０は、図示するように、湿潤状態で良好なプロ
トン伝導性を示す電解質膜１０と、実施例の電極２０が
表面に塗布されてこの塗布面で電解質膜１０を挟持する
ガス拡散電極３４，３５と、ガス拡散電極３４，３５と
により燃料ガスや酸化ガスの流路である燃料ガス流路３
７および酸化ガス流路３８を形成すると共に隣接する単
位セル３０の隔壁をなすセパレータ３６とから構成され
ている。
【００１７】実施例では、白金粒子２４を担持したカー
ボン粒子２２適量に電解質微粒子２６を５ｗｔ％分散さ
せた水溶液を適量添加して攪拌し、混ぜ合わせた後、こ
れをガス拡散電極３４，３５上にスパチュラなどを用い
て均一に塗布し、室温で減圧乾燥することにより溶媒を
除去して、ガス拡散電極３４，３５上に電極２０を形成
する。電極２０が形成されたガス拡散電極３４，３５の
電極２０が形成された面で電解質膜１０を挟持し、ホッ
トプレス法（例えば、電解質膜１０がデュポン社のナフ
ィオン膜の場合では温度１２０℃程度で圧力１０ＭＰｓ
程度で１０分間程度）により膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒ
ａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ、以下
ＭＥＡという）とし、これをセパレータ３６で挟持して
単位セル３０を構成する。
ボン粒子２２適量に電解質微粒子２６を５ｗｔ％分散さ
せた水溶液を適量添加して攪拌し、混ぜ合わせた後、こ
れをガス拡散電極３４，３５上にスパチュラなどを用い
て均一に塗布し、室温で減圧乾燥することにより溶媒を
除去して、ガス拡散電極３４，３５上に電極２０を形成
する。電極２０が形成されたガス拡散電極３４，３５の
電極２０が形成された面で電解質膜１０を挟持し、ホッ
トプレス法（例えば、電解質膜１０がデュポン社のナフ
ィオン膜の場合では温度１２０℃程度で圧力１０ＭＰｓ
程度で１０分間程度）により膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒ
ａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ、以下
ＭＥＡという）とし、これをセパレータ３６で挟持して
単位セル３０を構成する。
【００１８】図３に実施例の電極２０を用いた燃料電池
の単位セル３０の性能を示す。図３中の比較例は、図４
に示すように、白金粒子１２４を担持したカーボン粒子
１２２を電解質１２６で覆った構成の電極１２０を用い
た燃料電池の単位セルの性能を示している。なお、比較
例は、エタノール３０ｇにポリメチルビニルエーテルな
どのマトリックスポリマー３ｇとスチレンスルホン酸ナ
トリウム５ｇとジビニルベンゼン０．５ｇとホスマー５
ｇと開始剤（ＡＩＢＮ）０．０５ｇとを溶解し、６０℃
で１８時間加熱することにより、電解質微粒子２６を調
製し、この電解質微粒子２６の溶液を濃度５％に調整
し、実施例と同様にＭＥＡを接合し、単位セルとした。
性能試験は、電極面積１３平方センチメートルのセルを
用いてセル温度８０℃、両極圧力２ａｔｍ、アノードガ
スとして純水素、アノードバブラ９０℃、アノードガス
流量３００ｃｃ／ｍｉｎ、カソードガスとして空気、カ
ソードバブラ８０℃、カソードガス流量１０００ｃｃ／
ｍｉｎの条件での電流掃引試験とした。
の単位セル３０の性能を示す。図３中の比較例は、図４
に示すように、白金粒子１２４を担持したカーボン粒子
１２２を電解質１２６で覆った構成の電極１２０を用い
た燃料電池の単位セルの性能を示している。なお、比較
例は、エタノール３０ｇにポリメチルビニルエーテルな
どのマトリックスポリマー３ｇとスチレンスルホン酸ナ
トリウム５ｇとジビニルベンゼン０．５ｇとホスマー５
ｇと開始剤（ＡＩＢＮ）０．０５ｇとを溶解し、６０℃
で１８時間加熱することにより、電解質微粒子２６を調
製し、この電解質微粒子２６の溶液を濃度５％に調整
し、実施例と同様にＭＥＡを接合し、単位セルとした。
性能試験は、電極面積１３平方センチメートルのセルを
用いてセル温度８０℃、両極圧力２ａｔｍ、アノードガ
スとして純水素、アノードバブラ９０℃、アノードガス
流量３００ｃｃ／ｍｉｎ、カソードガスとして空気、カ
ソードバブラ８０℃、カソードガス流量１０００ｃｃ／
ｍｉｎの条件での電流掃引試験とした。
【００１９】実施例の電極２０を用いた燃料電池の単位
セル３０は、図３に示すように、高電流密度領域で比較
例に比して良好な性能を示す。これは、比較例では高電
流密度領域においてカソード電極部分で発生した水が電
極部分に滞留することによる空気の供給阻害（フラッデ
ィング）を引き起こしているのに対し、実施例では電極
部の水はけが改善されることによりフラッディングが抑
制されたため、即ち三相界面が保持されるためと考えら
れる。
セル３０は、図３に示すように、高電流密度領域で比較
例に比して良好な性能を示す。これは、比較例では高電
流密度領域においてカソード電極部分で発生した水が電
極部分に滞留することによる空気の供給阻害（フラッデ
ィング）を引き起こしているのに対し、実施例では電極
部の水はけが改善されることによりフラッディングが抑
制されたため、即ち三相界面が保持されるためと考えら
れる。
【００２０】以上説明した実施例の電極２０によれば、
電極全体に微細の間隙を形成して電極全体に均一的な三
相界面を形成することができ、電極としての性能を向上
させることができる。この結果、実施例の電極２０を用
いることにより、燃料電池の性能を向上させることがで
きる。
電極全体に微細の間隙を形成して電極全体に均一的な三
相界面を形成することができ、電極としての性能を向上
させることができる。この結果、実施例の電極２０を用
いることにより、燃料電池の性能を向上させることがで
きる。
【００２１】実施例の電極２０を用いた燃料電池の単位
セル３０では、ガス拡散電極３４，３５の表面に電極２
０を塗布することにより形成し、電解質膜１０を挟持し
てＭＥＡを形成したが、電解質膜１０の両面に電極２０
を塗布することにより形成し、これをガス拡散電極３
４，３５で挟持してＭＥＡを形成するものとしてもよ
い。
セル３０では、ガス拡散電極３４，３５の表面に電極２
０を塗布することにより形成し、電解質膜１０を挟持し
てＭＥＡを形成したが、電解質膜１０の両面に電極２０
を塗布することにより形成し、これをガス拡散電極３
４，３５で挟持してＭＥＡを形成するものとしてもよ
い。
【００２２】実施例の電極２０では、略均一な粒径の電
解質微粒子２６を用いたが、電極の厚み方向に電解質微
粒子２６の粒径が一様にあるいは層状に変化するように
電極を形成するものとしてもよい。図５に電解質微粒子
の粒径の大小に着目した電極２２０の構成を模式的に示
す。図５には、説明の容易のために、白金粒子を担持し
たカーボン粒子の図示は省略した。変形例の電極２２０
は、図示するように、電解質膜２１０に近い方から遠方
に向けて粒径の大きな電解質微粒子２２６ａ，粒径の中
くらいの電解質微粒子２２６ｂ，粒径の小さな電解質微
粒子２２６ｃの順に三層に形成されている。変形例の電
極２２０によれば、このように電解質微粒子の粒径に異
方性を持たせることにより、電極における排水性を良好
なものとすることができるから、電極反応で生成する水
の排水を促進することができる。電極を図示した変形例
の電極２２０とは粒径の大小の向きを変更すれば、即
ち、電解質膜２１０に近い方から遠方に向けて粒径の小
さな電解質微粒子２２６ｃ，粒径の中くらいの電解質微
粒子２２６ｂ，粒径の大きな電解質微粒子２２６ａの順
に電極を三層に形成すれば、電極における保水性を良好
なものとすることができるから、電解質膜２２０の乾燥
を抑制することができる。
解質微粒子２６を用いたが、電極の厚み方向に電解質微
粒子２６の粒径が一様にあるいは層状に変化するように
電極を形成するものとしてもよい。図５に電解質微粒子
の粒径の大小に着目した電極２２０の構成を模式的に示
す。図５には、説明の容易のために、白金粒子を担持し
たカーボン粒子の図示は省略した。変形例の電極２２０
は、図示するように、電解質膜２１０に近い方から遠方
に向けて粒径の大きな電解質微粒子２２６ａ，粒径の中
くらいの電解質微粒子２２６ｂ，粒径の小さな電解質微
粒子２２６ｃの順に三層に形成されている。変形例の電
極２２０によれば、このように電解質微粒子の粒径に異
方性を持たせることにより、電極における排水性を良好
なものとすることができるから、電極反応で生成する水
の排水を促進することができる。電極を図示した変形例
の電極２２０とは粒径の大小の向きを変更すれば、即
ち、電解質膜２１０に近い方から遠方に向けて粒径の小
さな電解質微粒子２２６ｃ，粒径の中くらいの電解質微
粒子２２６ｂ，粒径の大きな電解質微粒子２２６ａの順
に電極を三層に形成すれば、電極における保水性を良好
なものとすることができるから、電解質膜２２０の乾燥
を抑制することができる。
【００２３】こうした電解質微粒子の粒径に異方性を持
たせた電極２２０は、燃料電池において電解質膜の保水
性が求められる部位や生成水の排水性が求められる部位
に用いることができる。例えば、図６に例示するよう
に、供給されるガスの入口近くは比較的ドライな状態だ
から、電解質膜の保水性が高くなるように電解質膜に近
い方から遠方に向けて粒径が大きくなるよう電解質微粒
子２２６ａ〜２２６ｃにより電極を形成し、供給される
画図の出口近くは比較的ウェットな状態だから、生成水
の排水性が高くなるように電解質膜に近い方から遠方に
向けて粒径が小さくなるよう電解質微粒子２２６ａ〜２
２６ｃにより電極を形成するのである。このように形成
した電極を用いた燃料電池では、供給されるガスの入口
近くでは電解質膜の保水性が向上することによりその部
位における性能を向上させることができ、供給されるガ
スの出口近くでは生成水の排水性が向上することにより
その部位における性能を向上させることができる。した
がって、全体として燃料電池の性能を向上させることが
できる。
たせた電極２２０は、燃料電池において電解質膜の保水
性が求められる部位や生成水の排水性が求められる部位
に用いることができる。例えば、図６に例示するよう
に、供給されるガスの入口近くは比較的ドライな状態だ
から、電解質膜の保水性が高くなるように電解質膜に近
い方から遠方に向けて粒径が大きくなるよう電解質微粒
子２２６ａ〜２２６ｃにより電極を形成し、供給される
画図の出口近くは比較的ウェットな状態だから、生成水
の排水性が高くなるように電解質膜に近い方から遠方に
向けて粒径が小さくなるよう電解質微粒子２２６ａ〜２
２６ｃにより電極を形成するのである。このように形成
した電極を用いた燃料電池では、供給されるガスの入口
近くでは電解質膜の保水性が向上することによりその部
位における性能を向上させることができ、供給されるガ
スの出口近くでは生成水の排水性が向上することにより
その部位における性能を向上させることができる。した
がって、全体として燃料電池の性能を向上させることが
できる。
【００２４】変形例の電極２２０では、粒径の異なる３
つの電解質微粒子２２６ａ〜２２６ｃを用いて異方性を
有するよう三層構造となるように電極を形成したが、粒
径の異なる２つの電解質微粒子を用いて異方性を有する
よう二層構造となるよう電極を形成してもよく、粒径の
異なる４つ以上の電解質微粒子を用いて異方性を有する
よう四層以上の構造に電極を形成するものとしてもよ
い。また、複数の異なる粒径分布を有する電解質微粒子
を用いて異方性を有するよう複数層構造としても構わな
い。
つの電解質微粒子２２６ａ〜２２６ｃを用いて異方性を
有するよう三層構造となるように電極を形成したが、粒
径の異なる２つの電解質微粒子を用いて異方性を有する
よう二層構造となるよう電極を形成してもよく、粒径の
異なる４つ以上の電解質微粒子を用いて異方性を有する
よう四層以上の構造に電極を形成するものとしてもよ
い。また、複数の異なる粒径分布を有する電解質微粒子
を用いて異方性を有するよう複数層構造としても構わな
い。
【００２５】以上、本発明の実施の形態について実施例
を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
【図１】本発明の一実施例である燃料電池用の電極２０
の構成を模式的に示す構成図である。
の構成を模式的に示す構成図である。
【図２】実施例の電極２０を用いた燃料電池の単位セル
３０の構成の概略を示す構成図である。
３０の構成の概略を示す構成図である。
【図３】実施例の電極２０を用いた燃料電池の単位セル
３０の性能を示す説明図である。
３０の性能を示す説明図である。
【図４】比較例の電極の構成を模式的に示す構成図であ
る。
る。
【図５】電解質微粒子の粒径の大小に着目した電極２２
０の構成を模式的に示す説明図である。
０の構成を模式的に示す説明図である。
【図６】供給されるガスと電解質微粒子の粒径の異方性
との関係を模式的に示す説明図である。
との関係を模式的に示す説明図である。
１０，１１０，２１０ 電解質膜、２０，１２０，２２
０ 電極、２２，１２２ カーボン粒子、２４，１２４
白金粒子、２６，２２６ａ〜２２６ｃ 電解質微粒
子、３４，３５ ガス拡散電極、３６ セパレータ、３
７ 燃料ガス流路、３８ 酸化ガス流路。
０ 電極、２２，１２２ カーボン粒子、２４，１２４
白金粒子、２６，２２６ａ〜２２６ｃ 電解質微粒
子、３４，３５ ガス拡散電極、３６ セパレータ、３
７ 燃料ガス流路、３８ 酸化ガス流路。
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Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS01 BB01 BB03 BB06
BB08 BB12 CC06 DD08 DD10
EE03 EE05 EE17 HH01
5H026 AA06 CC03 CX05 EE18 HH01
Claims (7)
- 【請求項１】 燃料電池に用いられる電極であって、 主として、導電性材料により形成され触媒を担持した導
電性粒子と、プロトン伝導性を有する電解質粒子とから
構成される電極。 - 【請求項２】 前記電解質粒子は、粒径が０．００１μ
ｍないし１００μｍである請求項１記載の電極。 - 【請求項３】 前記電解質粒子は、粒径が０．０１μｍ
ないし１０μｍである請求項１記載の電極。 - 【請求項４】 前記電解質粒子は、粒径が０．０１μｍ
ないし５μｍである請求項１記載の電極。 - 【請求項５】 電極の厚み方向に前記電解質粒子の平均
粒径が一様方向に変化するよう形成されてなる請求項１
ないし４いずれか記載の電極。 - 【請求項６】 高分子材料により形成された電解質膜を
備える燃料電池であって、 前記電解質膜の少なくとも一方の面に請求項１ないし５
いずれか記載の電極を接合してなる発電層を備える燃料
電池。 - 【請求項７】 請求項５に係る請求項６記載の燃料電池
であって、 供給ガスの入口に近い電極ほど、前記電解質膜に近い方
から遠方に向けて前記電解質粒子の粒径が大きくなるよ
う形成されてなり、 供給ガスの出口に近い電極ほど、前記電解質膜に近い方
から遠方に向けて前記電解質粒子の粒径が小さくなるよ
う形成されてなる燃料電池。
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|---|---|---|---|
| JP2001322237A JP3738723B2 (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 燃料電池用の電極およびこれを用いる燃料電池 |
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| JP2001322237A JP3738723B2 (ja) | 2001-10-19 | 2001-10-19 | 燃料電池用の電極およびこれを用いる燃料電池 |
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| JP2003123771A true JP2003123771A (ja) | 2003-04-25 |
| JP3738723B2 JP3738723B2 (ja) | 2006-01-25 |
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|---|---|---|---|---|
| WO2007081040A1 (ja) * | 2006-01-11 | 2007-07-19 | Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute | 固体高分子電解質形燃料電池用の膜／電極接合体、その製造方法、および前記膜／電極接合体を用いた固体高分子電解質形燃料電池 |
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| WO2008096598A1 (ja) | 2007-02-07 | 2008-08-14 | Kuraray Co., Ltd. | 触媒層及びその製法並びに該触媒層を使用した膜－電極接合体及び固体高分子型燃料電池 |
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-
2001
- 2001-10-19 JP JP2001322237A patent/JP3738723B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| TWI426650B (zh) * | 2007-02-07 | 2014-02-11 | Kuraray Co | 觸媒層及其製法與使用該觸媒層之膜-電極接合體及固體高分子型燃料電池 |
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| JP3738723B2 (ja) | 2006-01-25 |
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