JP2003142121A - 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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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のセパレータでは加湿水や生成水からの
余剰な水によってガス拡散層やセパレータ流路が閉塞し
まい、触媒層までガスが供給されないために、電池が安
定して運転できないという課題があった。 【解決手段】 ガス拡散層の導電性セパレータに対向す
る側と導電性セパレータのガス流通側に撥水処理を施す
ことで、ガス拡散層や導電性セパレータのガス流通溝へ
の加湿水や生成水からの余剰な水による閉塞が防止で
き、触媒層への安定したガス供給が確保できる。
余剰な水によってガス拡散層やセパレータ流路が閉塞し
まい、触媒層までガスが供給されないために、電池が安
定して運転できないという課題があった。 【解決手段】 ガス拡散層の導電性セパレータに対向す
る側と導電性セパレータのガス流通側に撥水処理を施す
ことで、ガス拡散層や導電性セパレータのガス流通溝へ
の加湿水や生成水からの余剰な水による閉塞が防止で
き、触媒層への安定したガス供給が確保できる。
Description
【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、家庭用コージェネシステム等に使用
する固体高分子電解質を用いた燃料電池に関する。
電気自動車用電源、家庭用コージェネシステム等に使用
する固体高分子電解質を用いた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質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で、電力と
熱とを同時に発生させるものである。その構造は、ま
ず、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜の両
面に、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成
分とする触媒反応層を形成する。次に、この触媒反応層
の外面に、燃料ガスの通気性と、電子導電性を併せ持つ
拡散層を形成し、この拡散層と触媒反応層とを合わせて
電極とする。
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で、電力と
熱とを同時に発生させるものである。その構造は、ま
ず、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜の両
面に、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成
分とする触媒反応層を形成する。次に、この触媒反応層
の外面に、燃料ガスの通気性と、電子導電性を併せ持つ
拡散層を形成し、この拡散層と触媒反応層とを合わせて
電極とする。
【０００３】次に、供給する燃料ガスが外にリークした
り、二種類の反応ガスが互いに混合しないように、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
ケットを配置する。こ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、
これを、ＭＥＡ（電極電解質膜接合体）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接続するための導電性
のセパレータ板を配置する。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、生成水や
余剰ガスを運び去るためのガス流路を形成する。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。
り、二種類の反応ガスが互いに混合しないように、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
ケットを配置する。こ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、
これを、ＭＥＡ（電極電解質膜接合体）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接続するための導電性
のセパレータ板を配置する。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、生成水や
余剰ガスを運び去るためのガス流路を形成する。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。
【０００４】これらのＭＥＡとセパレータを交互に重ね
ていき、１０〜２００セル積層した後、集電板と絶縁板
を介し、端板でこれを挟み、締結ロッドで両端から固定
するのが一般的な積層電池の構造である。
ていき、１０〜２００セル積層した後、集電板と絶縁板
を介し、端板でこれを挟み、締結ロッドで両端から固定
するのが一般的な積層電池の構造である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この積層電池が安定し
た発電を行うためには、ＭＥＡ両面のガス拡散層を経由
して触媒層に反応ガスが安定して供給されなくてはなら
ない。しかし、加湿水や生成水から余剰になった水がガ
ス拡散層やセパレータ流路を閉塞してしまい、ＭＥＡの
触媒層まで反応ガスが供給されず電池が安定して運転で
きなくなるという課題があった。
た発電を行うためには、ＭＥＡ両面のガス拡散層を経由
して触媒層に反応ガスが安定して供給されなくてはなら
ない。しかし、加湿水や生成水から余剰になった水がガ
ス拡散層やセパレータ流路を閉塞してしまい、ＭＥＡの
触媒層まで反応ガスが供給されず電池が安定して運転で
きなくなるという課題があった。
【０００６】本発明は、それらの課題を解決するために
ガス拡散層の導電性セパレータに対向する側と導電性セ
パレータのガス流通溝側に撥水処理を施すことによっ
て、ガス拡散層やセパレータ流路内での水の閉塞を回避
し、触媒層への安定したガス供給を確保することによっ
て信頼性の高い固体高分子型燃料電池を提供することを
目的とする。
ガス拡散層の導電性セパレータに対向する側と導電性セ
パレータのガス流通溝側に撥水処理を施すことによっ
て、ガス拡散層やセパレータ流路内での水の閉塞を回避
し、触媒層への安定したガス供給を確保することによっ
て信頼性の高い固体高分子型燃料電池を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明の固体高分子型燃料電池は、水素イオン
伝導性高分子電解質膜と、前記水素イオン伝導性高分子
電解質膜の両面に配置した一対の電極と、前記電極の一
方に燃料ガスを供給排出し、他方に酸化剤ガスを供給排
出するガス流通溝を有する一対の導電性セパレータとを
具備した高分子電解質型燃料電池において、前記電極は
前記水素イオン伝導性高分子電解質膜に接触する触媒層
と、前記導電性セパレータと前記触媒層とに接触するガ
ス拡散層とを有し、前記ガス拡散層の前記導電性セパレ
ータに対向する側と、前記導電性セパレータの前記ガス
流通溝側とに撥水処理を施したことを特徴とする。
るために本発明の固体高分子型燃料電池は、水素イオン
伝導性高分子電解質膜と、前記水素イオン伝導性高分子
電解質膜の両面に配置した一対の電極と、前記電極の一
方に燃料ガスを供給排出し、他方に酸化剤ガスを供給排
出するガス流通溝を有する一対の導電性セパレータとを
具備した高分子電解質型燃料電池において、前記電極は
前記水素イオン伝導性高分子電解質膜に接触する触媒層
と、前記導電性セパレータと前記触媒層とに接触するガ
ス拡散層とを有し、前記ガス拡散層の前記導電性セパレ
ータに対向する側と、前記導電性セパレータの前記ガス
流通溝側とに撥水処理を施したことを特徴とする。
【０００８】このとき、撥水処理後のガス拡散層の濡れ
角をＤ、導電性セパレータの濡れ角をＳとするとき、Ｄ
＞Ｓであることが望ましい。さらに、導電性セパレータ
の濡れ角が、ガス流通溝の入口から出口になるにしたが
い小さくなるように撥水処理を施したことが望ましい。
角をＤ、導電性セパレータの濡れ角をＳとするとき、Ｄ
＞Ｓであることが望ましい。さらに、導電性セパレータ
の濡れ角が、ガス流通溝の入口から出口になるにしたが
い小さくなるように撥水処理を施したことが望ましい。
【０００９】以上では、導電性セパレータのガス流通溝
の幅が、１．０ｍｍ以下であることが望ましく、また、
ガス流通溝は、幅と深さとの比（深さ／幅）が、０．３
５以上であることが望ましい。
の幅が、１．０ｍｍ以下であることが望ましく、また、
ガス流通溝は、幅と深さとの比（深さ／幅）が、０．３
５以上であることが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明のポイントは、ガス拡散層
の導電性セパレータに対向する側と導電性セパレータの
ガス流通溝側に撥水処理を施すことで、ガス拡散層やセ
パレータ流路内での水の閉塞を回避し、安定した運転を
可能にする方法を見いだしたことである。以下、本発明
の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
の導電性セパレータに対向する側と導電性セパレータの
ガス流通溝側に撥水処理を施すことで、ガス拡散層やセ
パレータ流路内での水の閉塞を回避し、安定した運転を
可能にする方法を見いだしたことである。以下、本発明
の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例１〜３で試験を行った電池の
仕様とその他に試験を行った電池の仕様について、表１
にまとめる。ただし、各電池ともにガス流通溝をガスが
通過する際の断面積は同等になるように設計した。
仕様とその他に試験を行った電池の仕様について、表１
にまとめる。ただし、各電池ともにガス流通溝をガスが
通過する際の断面積は同等になるように設計した。
【００１２】
【表１】
【００１３】（実施例１）アセチレンブラック系カ−ボ
ン粉末に、平均粒径約３０Åの白金粒子を２５重量％担
持したものを電極触媒とした。この触媒粉末をイソプロ
パノ−ルに分散させた溶液に、パーフルオロカーボンス
ルホン酸の粉末をエチルアルコールに分散したディスパ
ージョン溶液を混合し、電極用ペーストにした。
ン粉末に、平均粒径約３０Åの白金粒子を２５重量％担
持したものを電極触媒とした。この触媒粉末をイソプロ
パノ−ルに分散させた溶液に、パーフルオロカーボンス
ルホン酸の粉末をエチルアルコールに分散したディスパ
ージョン溶液を混合し、電極用ペーストにした。
【００１４】一方、厚さ３００μｍのカーボンペーパー
９をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の水性デ
ィスパージョンに浸し、乾燥処理を行うことで撥水性の
多孔質電極基材９を得た。このとき、セパレータ１に接
触する側のカーボンペーパー９の濡れ角は１１５°とな
るように撥水処理を行った。この多孔質電極基材９の片
面に前記電極用ペーストを塗布・乾燥することで電極８
とした。次に、一対の前記電極８で、電極用ペーストを
塗布した面を内側にして、高分子電解質膜７を挟み、こ
れを１１０℃の温度で３０秒間ホットプレスすることに
より、電極／電解質接合体（ＭＥＡ２）を作製した。こ
こでは高分子電解質膜７としては、パーフルオロカーボ
ンスルホン酸を５０μｍの厚さで薄膜化したもの（デュ
ポン社製ナフィオン）を用いた。
９をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の水性デ
ィスパージョンに浸し、乾燥処理を行うことで撥水性の
多孔質電極基材９を得た。このとき、セパレータ１に接
触する側のカーボンペーパー９の濡れ角は１１５°とな
るように撥水処理を行った。この多孔質電極基材９の片
面に前記電極用ペーストを塗布・乾燥することで電極８
とした。次に、一対の前記電極８で、電極用ペーストを
塗布した面を内側にして、高分子電解質膜７を挟み、こ
れを１１０℃の温度で３０秒間ホットプレスすることに
より、電極／電解質接合体（ＭＥＡ２）を作製した。こ
こでは高分子電解質膜７としては、パーフルオロカーボ
ンスルホン酸を５０μｍの厚さで薄膜化したもの（デュ
ポン社製ナフィオン）を用いた。
【００１５】多孔質電極基材９としては上述のカーボン
ペーパー９の他にも、可撓性を有する素材としてカーボ
ン繊維を織ったカーボンクロス、さらにはカーボン繊維
とカーボン粉末を混合し有機バインダーを加えて成型し
たカーボンフェルトを用いることもできる。
ペーパー９の他にも、可撓性を有する素材としてカーボ
ン繊維を織ったカーボンクロス、さらにはカーボン繊維
とカーボン粉末を混合し有機バインダーを加えて成型し
たカーボンフェルトを用いることもできる。
【００１６】導電性セパレータ１は厚さ３ｍｍの等方性
黒鉛材を用い、そこに機械加工によって流路を形成し
た。流路幅は０．９ｍｍ、溝深さは０．３ｍｍとした。
このセパレータを１０分程度超音波清浄し、ガス流通溝
を３００Ｗ５分程度プラズマ処理して、ガス流通溝側に
活性水素を含む水酸基１０を付与した。プラズマ処理
は、０．０５Ｔｏｒｒの酸素プラズマで、１０分間の交
流１００Ｗで実施した。つぎに、５重量％のＣＦ3（Ｃ
Ｆ2）7（ＣＨ2）2Ｓｉ（ＯＣＨ3）3のメタノール溶液を
作り、ガス流通溝側に塗布して、室温で１時間乾燥を行
った後、１００℃で１５分間焼成し、ガス流通溝にシロ
キサン結合を介して共有結合したＣＦ3（ＣＦ2）7（Ｃ
Ｈ2）2Ｓｉ（ＯＣＨ3）3による撥水層１１を図２の模式
図のように高密度に形成した。このときの撥水処理を施
したセパレータ表面の濡れ角は１０８°となり、ガス拡
散層の濡れ角１１５°より小さくした。
黒鉛材を用い、そこに機械加工によって流路を形成し
た。流路幅は０．９ｍｍ、溝深さは０．３ｍｍとした。
このセパレータを１０分程度超音波清浄し、ガス流通溝
を３００Ｗ５分程度プラズマ処理して、ガス流通溝側に
活性水素を含む水酸基１０を付与した。プラズマ処理
は、０．０５Ｔｏｒｒの酸素プラズマで、１０分間の交
流１００Ｗで実施した。つぎに、５重量％のＣＦ3（Ｃ
Ｆ2）7（ＣＨ2）2Ｓｉ（ＯＣＨ3）3のメタノール溶液を
作り、ガス流通溝側に塗布して、室温で１時間乾燥を行
った後、１００℃で１５分間焼成し、ガス流通溝にシロ
キサン結合を介して共有結合したＣＦ3（ＣＦ2）7（Ｃ
Ｈ2）2Ｓｉ（ＯＣＨ3）3による撥水層１１を図２の模式
図のように高密度に形成した。このときの撥水処理を施
したセパレータ表面の濡れ角は１０８°となり、ガス拡
散層の濡れ角１１５°より小さくした。
【００１７】次に、図１で示すように導電性セパレータ
１とＭＥＡ２を交互に５０セル積層した後、集電板３と
絶縁板４を介し、ステンレス製の端板５と締結ロッド６
で、１０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で締結した。以上の電池
を本実施例の電池Ａとした。
１とＭＥＡ２を交互に５０セル積層した後、集電板３と
絶縁板４を介し、ステンレス製の端板５と締結ロッド６
で、１０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で締結した。以上の電池
を本実施例の電池Ａとした。
【００１８】比較例の電池は、本実施例のカーボンペー
パーの撥水処理を電極側にのみ施したものを用い、ま
た、導電性セパレータ１は撥水処理を行わず、それ以外
は全て上記本実施例の条件と同一とした電池Ｂを使用し
た。
パーの撥水処理を電極側にのみ施したものを用い、ま
た、導電性セパレータ１は撥水処理を行わず、それ以外
は全て上記本実施例の条件と同一とした電池Ｂを使用し
た。
【００１９】このように作製した本実施例と比較例の電
池を、８５℃に保持し、一方の電極側に８３℃の露点と
なるよう加湿・加温した燃料ガスを、もう一方の電極側
に７８℃の露点となるように加湿・加温した空気を供給
した。この電池を酸素利用率３０％、燃料利用率８０
％、電流密度０．３Ａ／ｃｍ2の条件で耐久試験を行っ
た。その結果を図３に示す。
池を、８５℃に保持し、一方の電極側に８３℃の露点と
なるよう加湿・加温した燃料ガスを、もう一方の電極側
に７８℃の露点となるように加湿・加温した空気を供給
した。この電池を酸素利用率３０％、燃料利用率８０
％、電流密度０．３Ａ／ｃｍ2の条件で耐久試験を行っ
た。その結果を図３に示す。
【００２０】図３において、比較例の電池は試験開始か
ら５０時間を経過したころから電圧値が振動を開始し、
７０時間に達すると性能が低下してしまった。これに対
して、本実施例では２００時間を経過しても安定して性
能が得られている。これは本実施例ではガス拡散層と導
電性セパレータの接触面に撥水処理を施したことにより
特にカソード側では生成水がガス拡散層から濡れ角の小
さいセパレータのガス流通溝へ、そして、電池外へと容
易に排出されたため、反応ガスの安定した供給が確保さ
れ、比較例に対して電池性能の安定性向上が確認でき
た。
ら５０時間を経過したころから電圧値が振動を開始し、
７０時間に達すると性能が低下してしまった。これに対
して、本実施例では２００時間を経過しても安定して性
能が得られている。これは本実施例ではガス拡散層と導
電性セパレータの接触面に撥水処理を施したことにより
特にカソード側では生成水がガス拡散層から濡れ角の小
さいセパレータのガス流通溝へ、そして、電池外へと容
易に排出されたため、反応ガスの安定した供給が確保さ
れ、比較例に対して電池性能の安定性向上が確認でき
た。
【００２１】（実施例２）本実施例では実施例１で用い
た電池Ａのカソード側セパレータの濡れ角をガス流通溝
の入口側半面を１１２°、出口側半面を１０４°と傾斜
をつけ、それ以外は全て前記電池Ａの条件と同一とした
電池Ｃを使用した。これらの電池について実施例１の運
転条件を基準にして酸素利用率依存性試験を行った。そ
の結果を図４に示す。ただし、比較例の電池として電池
Ａを用いた。
た電池Ａのカソード側セパレータの濡れ角をガス流通溝
の入口側半面を１１２°、出口側半面を１０４°と傾斜
をつけ、それ以外は全て前記電池Ａの条件と同一とした
電池Ｃを使用した。これらの電池について実施例１の運
転条件を基準にして酸素利用率依存性試験を行った。そ
の結果を図４に示す。ただし、比較例の電池として電池
Ａを用いた。
【００２２】図４の結果から酸素利用率が高い領域では
本実施例の電池Ｃの方が電圧低下を招くことなく安定し
た性能を維持していることが分かる。これは、上流域で
の濡れ角を下流域に比べより高めたことによって上流域
でより容易に余剰になった水を排出させ、濡れ角の勾配
によって上流から下流へと流れやすい環境を作り上げた
ために、酸素利用率の高い雰囲気下でも安定した発電が
可能になったためであると考えられる。したがって、本
実施例からセパレータ面内で濡れ角分布を持たせること
がより安定した運転を可能にできることを確認した。
本実施例の電池Ｃの方が電圧低下を招くことなく安定し
た性能を維持していることが分かる。これは、上流域で
の濡れ角を下流域に比べより高めたことによって上流域
でより容易に余剰になった水を排出させ、濡れ角の勾配
によって上流から下流へと流れやすい環境を作り上げた
ために、酸素利用率の高い雰囲気下でも安定した発電が
可能になったためであると考えられる。したがって、本
実施例からセパレータ面内で濡れ角分布を持たせること
がより安定した運転を可能にできることを確認した。
【００２３】また、アノード側のセパレータにも同様の
濡れ角の勾配を付けても燃料利用率の高い領域や燃料ガ
スの加湿露点が高い運転条件でも安定した運転を可能に
するという同等の効果が得られた。
濡れ角の勾配を付けても燃料利用率の高い領域や燃料ガ
スの加湿露点が高い運転条件でも安定した運転を可能に
するという同等の効果が得られた。
【００２４】（実施例３）本実施例では、導電性セパレ
ータの流路幅を２．０ｍｍとして、溝深さを０．５ｍｍ
と０．８ｍｍのセパレータ表面に撥水処理を施さない電
池Ｄ、Ｅを作製した。また、溝深さ０．８ｍｍに関して
はセパレータ表面に撥水処理を施した電池Ｆについても
作製した。以上のそれぞれの電池に対して、実施例１の
運転条件で耐久試験を行った。その結果を図５に示す。
ータの流路幅を２．０ｍｍとして、溝深さを０．５ｍｍ
と０．８ｍｍのセパレータ表面に撥水処理を施さない電
池Ｄ、Ｅを作製した。また、溝深さ０．８ｍｍに関して
はセパレータ表面に撥水処理を施した電池Ｆについても
作製した。以上のそれぞれの電池に対して、実施例１の
運転条件で耐久試験を行った。その結果を図５に示す。
【００２５】図５において、電池Ｄでは２００時間経過
しても安定して運転が行えることが確認できたが、電池
Ｅでは４０時間を過ぎた頃から電圧値が振動を開始し、
最終的に電池性能が低下してしまった。これは、セパレ
ータの溝幅が広く、溝が浅い場合ではセパレータのガス
流通溝の単位断面積に対するガス拡散層の接触面積が広
くなるために幅が狭い場合とは異なり撥水処理を行わな
くても安定したガス供給が行えたためであると考えられ
る。しかし、セパレータ表面に撥水処理を施さなくても
安定して発電が可能である電池Ｄではセパレータの溝幅
が広くなるために狭い場合と比べてガス拡散層との導電
性の低下から電池性能が悪くなるため実用性に欠けてし
まう。
しても安定して運転が行えることが確認できたが、電池
Ｅでは４０時間を過ぎた頃から電圧値が振動を開始し、
最終的に電池性能が低下してしまった。これは、セパレ
ータの溝幅が広く、溝が浅い場合ではセパレータのガス
流通溝の単位断面積に対するガス拡散層の接触面積が広
くなるために幅が狭い場合とは異なり撥水処理を行わな
くても安定したガス供給が行えたためであると考えられ
る。しかし、セパレータ表面に撥水処理を施さなくても
安定して発電が可能である電池Ｄではセパレータの溝幅
が広くなるために狭い場合と比べてガス拡散層との導電
性の低下から電池性能が悪くなるため実用性に欠けてし
まう。
【００２６】また、電池Ｆの撥水処理を施した電池の耐
久結果では電池性能の低下は見られず、安定した運転が
可能であることを確認した。これは、溝幅が広くても溝
が深い場合では浅い場合とは逆にセパレータのガス流通
溝の単位断面積に対するガス拡散層の接触面積が小さく
なり、また、カソード側のガス流通溝で単位パスに流入
する生成水が浅い場合に比べて多くなってしまい、セパ
レータ表面の濡れ角を高めることによって水の排出を促
さないとそのような条件では安定して運転をすることが
できないことが本実施例より確認できた。以上の結果に
加えて、さらに、導電性セパレータのガス流通溝は、幅
と深さとの比（深さ／幅）が、０．３５以上２．０以下
であるとき、高い電池特性と安定性とを得ることが出来
た。
久結果では電池性能の低下は見られず、安定した運転が
可能であることを確認した。これは、溝幅が広くても溝
が深い場合では浅い場合とは逆にセパレータのガス流通
溝の単位断面積に対するガス拡散層の接触面積が小さく
なり、また、カソード側のガス流通溝で単位パスに流入
する生成水が浅い場合に比べて多くなってしまい、セパ
レータ表面の濡れ角を高めることによって水の排出を促
さないとそのような条件では安定して運転をすることが
できないことが本実施例より確認できた。以上の結果に
加えて、さらに、導電性セパレータのガス流通溝は、幅
と深さとの比（深さ／幅）が、０．３５以上２．０以下
であるとき、高い電池特性と安定性とを得ることが出来
た。
【００２７】
【発明の効果】本発明によると、ガス拡散層の導電性セ
パレータに対向する側と導電性セパレータのガス流通側
に撥水処理を施すことで、ガス拡散層やセパレータ流路
での水の閉塞を防ぎ、触媒層への安定したガス供給を確
保し、燃料電池の安定性向上と高効率化が図れる。
パレータに対向する側と導電性セパレータのガス流通側
に撥水処理を施すことで、ガス拡散層やセパレータ流路
での水の閉塞を防ぎ、触媒層への安定したガス供給を確
保し、燃料電池の安定性向上と高効率化が図れる。
【図１】本発明の実施例１〜３の燃料電池の積層電池の
構成を示した図
構成を示した図
【図２】本発明の実施例１の撥水層の分子構造を示した
図
図
【図３】本発明の実施例１の燃料電池の耐久試験結果を
示した図
示した図
【図４】本発明の実施例２の燃料電池の酸素依存性試験
の結果を示した図
の結果を示した図
【図５】本発明の実施例３の燃料電池の耐久試験結果を
示した図
示した図
１ 導電性セパレータ
２ ＭＥＡ
３ 集電板
４ 絶縁板
５ 端板
６ 締結ロッド
７ 高分子電解質膜
８ 触媒層
９ 多孔質電極基材
１０ 親水基
１１ 撥水層
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フロントページの続き
(72)発明者 日下部 弘樹
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 小原 英夫
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 小林 晋
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 山崎 達人
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 長谷 伸啓
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 BB08 DD01 HH00
HH05
5H026 AA06 BB04 CC03 EE05 HH00
HH03
Claims (5)
- 【請求項１】 水素イオン伝導性高分子電解質膜と、前
記水素イオン伝導性高分子電解質膜の両面に配置した一
対の電極と、前記電極の一方に燃料ガスを供給排出し、
他方に酸化剤ガスを供給排出するガス流通溝を有する一
対の導電性セパレータとを具備した高分子電解質型燃料
電池において、前記電極は前記水素イオン伝導性高分子
電解質膜に接触する触媒層と、前記導電性セパレータと
前記触媒層とに接触するガス拡散層とを有し、前記ガス
拡散層の前記導電性セパレータに対向する側と、前記導
電性セパレータの前記ガス流通溝側とに撥水処理を施し
たことを特徴とする固体高分子型燃料電池。 - 【請求項２】 撥水処理後のガス拡散層の濡れ角をＤ、
導電性セパレータの濡れ角をＳとするとき、Ｄ＞Ｓであ
ることを特徴とする請求項１記載の固体高分子型燃料電
池。 - 【請求項３】 導電性セパレータの濡れ角が、ガス流通
溝の入口から出口になるにしたがい小さくなるように撥
水処理を施したことを特徴とする請求項１または２記載
の固体高分子型燃料電池。 - 【請求項４】 導電性セパレータのガス流通溝の幅が、
１．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１、２ま
たは３記載の固体高分子型燃料電池。 - 【請求項５】 導電性セパレータのガス流通溝は、幅と
深さとの比（深さ／幅）が、０．３５以上２．０以下で
あることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の
固体高分子型燃料電池。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001336319A JP2003142121A (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | 固体高分子型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001336319A JP2003142121A (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | 固体高分子型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003142121A true JP2003142121A (ja) | 2003-05-16 |
Family
ID=19151165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001336319A Withdrawn JP2003142121A (ja) | 2001-11-01 | 2001-11-01 | 固体高分子型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003142121A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005276731A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Toyota Motor Corp | 多孔質のセパレータを備える燃料電池 |
| JP2006351334A (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| JP2007027055A (ja) * | 2005-07-21 | 2007-02-01 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池及び燃料電池システム |
| JP2007311066A (ja) * | 2006-05-16 | 2007-11-29 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池およびその製造方法 |
| US8057960B2 (en) * | 2009-04-28 | 2011-11-15 | Panasonic Corporation | Electrode for fuel cells and method for manufacturing the same, and fuel cell using the same |
-
2001
- 2001-11-01 JP JP2001336319A patent/JP2003142121A/ja not_active Withdrawn
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