JP2003208908A - 燃料電池用電解質膜構成体 - Google Patents
燃料電池用電解質膜構成体Info
- Publication number
- JP2003208908A JP2003208908A JP2002003448A JP2002003448A JP2003208908A JP 2003208908 A JP2003208908 A JP 2003208908A JP 2002003448 A JP2002003448 A JP 2002003448A JP 2002003448 A JP2002003448 A JP 2002003448A JP 2003208908 A JP2003208908 A JP 2003208908A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte membrane
- fuel cell
- film
- constituent
- solid polymer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
用電解質膜構成体を提供する。 【解決手段】固体高分子電解質膜21の両面に、第1お
よび第2の白金膜22および24と、電解質膜21の構
成材を溶質とする溶液の塗布による第1および第2の塗
布膜23および25を交互に積層することによって触媒
層26および27を構成する。
Description
膜構成体に関し、特に、薄肉で安定した構成の触媒層を
備えた燃料電池用電解質膜構成体に関する。
す。(a)に示されるように固体高分子電解質膜1をセ
パレータ2および3で挟持し、これらのセパレータ2と
3に、燃料である水素の導入部4、酸素の導入部5、お
よび生成した水の排出部6を形成した構成を有する。
ス拡散層7および8を形成した固体高分子電解質膜1の
両面に、陽極側ガス溝9と陰極側ガス溝10をそれぞれ
内面に形成したセパレータ2および3を配し、これらを
一体化した構成を有する。
を示す。陰極11側より導入された水素ガスは、陰極1
1内を通過して反応帯域近くに到達し、固体高分子電解
質膜1が表面に有する陰極側の触媒層12に吸収される
ことによって水の存在のもとに活性な水素原子と電子に
なり、このとき、2個の電子を発生させる。 H2+2H2O→2H++2e-
在のもとで、外部より供給された酸素分子が固体高分子
電解質膜1からの水と反応して水酸イオンを生成する。 1/2O2+H2O→2OH- この陽極13の側で生成した水酸イオンは、固体高分子
電解質膜1の中を移動してきた水素原子と反応して水分
子となり、この結果、電池全体の反応としては、 H2+1/2O2→2H2O のように燃料ガスの水素と空気中の酸素による水生成の
反応となる。
としては、通常、白金が使用される。また、メタノール
系あるいはガソリン改質系のシステムにおいては、対一
酸化炭素策としてルテニウムを添加した白金が使用さ
れ、これらの白金あるいはその混合体は、電析の手法に
よってカーボン粉の表面に析出させられる。
1:1に設定されるのが普通であり、白金を表面に担持
させたカーボン粉は、バインダー成分を含む溶液の塗布
によって固体高分子電解質膜1上に固着され、これによ
って所定の触媒層12および14が形成される。
おいて水素イオン(プロトン)と電子に別れ、これらの
うち水素イオンは、固体高分子電解質膜1中を伝搬して
酸素極である陽極13の側に移動する一方、電子は、触
媒12上よりこれに接触している図2の導電性のガス拡
散層7およびセパレータ2を通して取り出され、これに
よって所定の電池機能が発揚される。
分子電解質膜1への触媒層12および14の形成を如何
に安定したものとするかが重要であり、このため、カー
ボン粉を固定するのに使用される溶液中のバインダーの
種類、濃度、塗布厚、あるいは塗布方法等に関して、様
々な検討が行われている。
ン粉担持形式の触媒層を有した電解質膜構成体による
と、隙間発生を防ぐ意味から触媒層を厚く形成しなけれ
ばならず、このため、厚肉の触媒層の存在が、水素イオ
ンに対する抵抗成分として作用するとともに、触媒とし
て機能しない部分を生成させる問題を有している。触媒
層の厚肉形成と非触媒分の生成は、白金が高価であるこ
とを考慮するとき、経済的に明らかに不利となる。
は、温度や湿度の変化による固体高分子電解質膜の伸
縮、あるいは振動等を原因としたガス拡散層と触媒層の
擦れによるカーボン粉の凝集現象を招きやすく、このた
め、電池機能を低下させやすいという構成上の不利益性
も有している。
構成の触媒層を備えた燃料電池用電解質膜構成体を提供
することにある。
達成するため、固体高分子電解質膜上に白金等を構成成
分とする触媒層を形成した燃料電池用電解質膜構成体に
おいて、前記触媒層は、前記固体高分子電解質膜上に蒸
着等によって形成された前記構成成分の膜と、前記構成
成分の膜上に形成された前記固体高分子電解質膜の構成
材を溶質とする溶液の塗布膜より構成されることを特徴
とする燃料電池用電解質膜構成体を提供するものであ
る。
形成される上記の構成成分の膜としては、下限において
は、所定の触媒効果を得るため、そして、上限において
は、過剰な厚さとなるのを防ぐ意味から、0.2〜5n
mの厚さとなるように形成することが好ましい。
ために複数の膜の積層体の形式が好ましく、さらに、白
金等を構成成分とする膜は、電解質膜の構成材を溶質と
する溶液の塗布膜との関係において、いずれかあるいは
双方が複数形成されるとともに、互いに交互に積層され
ることが、より高度の構造安定化を図るうえにおいて好
ましい。
合、白金が使用されるが、たとえば、使用燃料がメタノ
ールあるいはガソリン改質系のように一酸化炭素含有の
可能性のある場合における、被毒対策としてのルテニウ
ム含有白金のように、複数元素による成分構成もある。
なお、電解質膜上へのこれらの元素の膜の形成手段とし
ては、スパッタリング法あるいは電子ビーム蒸着法が好
ましい。
解質膜構成体の実施の形態を説明する。図1は、その構
成を示したもので、21はナフィオン112(デュポン
社商品名)より構成される固体高分子電解質膜、22は
電解質膜21の両面にそれぞれスパッタリング法によっ
て形成された1nm厚さの第1の白金膜を示す。
水・エタノール混合液をスプレーにより塗布し、これを
加熱することによって白金膜22上に形成された第1の
塗布膜、24は塗布膜23上に白金膜22と同様にして
同厚に形成された第2の白金膜、25は白金膜24上に
塗布膜23と同様にして形成された第2の塗布膜を示
す。
よる燃料電池用電解質膜構成体によれば、固体高分子電
解質膜21の両面に形成された触媒層26および27
が、白金膜22と24、および固体高分子電解質膜の構
成材による塗布膜23と25によって構成されるため、
厚さを大幅に薄肉化できるとともに、白金膜22と24
が塗布膜23と25内に埋められることによる構造の安
定化を図ることができる。
式に基づく従来の電解質膜構成体のように、厚肉形成を
原因とした水素イオンに対する抵抗作用、あるいは電解
質膜の伸縮や振動等による性能低下の問題を完全に解消
することができ、さらに、薄肉化による経済的な利益を
得ることができる。
層26と27が、第1および第2の白金膜22および2
4と第1および第2の塗布膜23および25の交互積層
体によって構成されるため、構造的により安定した状態
の触媒層を形成することが可能となる。
膜構成体を使用した燃料電池の内部抵抗を比較したとこ
ろ、本実施の形態による電解質膜構成体を使用したもの
が0.5Ω/cm2と、従来タイプに対して30%以上
もの改善を示すことが確認された。
電池用電解質膜構成体によれば、固体高分子電解質膜上
に蒸着等によって形成された白金等の膜と、この膜の上
に形成された固体高分子電解質膜の構成材を溶質とする
溶液の塗布膜によって触媒層を構成しているため、薄肉
で安定した構成の触媒層を備える燃料電池用電解質膜構
成体を提供することができる。
の形態を示す説明図。
(a)は斜視図、(b)は横断面図を示す。
Claims (6)
- 【請求項1】固体高分子電解質膜上に白金等を構成成分
とする触媒層を形成した燃料電池用電解質膜構成体にお
いて、 前記触媒層は、前記固体高分子電解質膜上に蒸着等によ
って形成された前記構成成分の膜と、前記構成成分の膜
上に形成された前記固体高分子電解質膜の構成材を溶質
とする溶液の塗布膜より構成されることを特徴とする燃
料電池用電解質膜構成体。 - 【請求項2】前記構成成分の膜は、0.2〜5nmの厚
さに形成されていることを特徴とする請求項1項記載の
燃料電池用電解質膜構成体。 - 【請求項3】前記構成成分の膜は、前記構成成分の膜の
複数の積層体より構成されることを特徴とする請求項1
項記載の燃料電池用電解質膜構成体。 - 【請求項4】前記構成成分の膜と前記塗布膜は、いずれ
か一方あるいは双方が複数形成され、互いに交互に積層
されていることを特徴とする請求項1項記載の燃料電池
用電解質膜構成体。 - 【請求項5】前記構成成分の膜は、白金およびルテニウ
ムの組合せのような複数の元素を含むことを特徴とする
請求項1項記載の燃料電池用電解質膜構成体。 - 【請求項6】前記構成成分の膜は、スパッタリングある
いは電子ビーム蒸着によって形成されていることを特徴
とする請求項1項記載の燃料電池用電解質膜構成体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002003448A JP3797226B2 (ja) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | 燃料電池用電解質膜構成体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002003448A JP3797226B2 (ja) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | 燃料電池用電解質膜構成体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003208908A true JP2003208908A (ja) | 2003-07-25 |
JP3797226B2 JP3797226B2 (ja) | 2006-07-12 |
Family
ID=27643037
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002003448A Expired - Fee Related JP3797226B2 (ja) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | 燃料電池用電解質膜構成体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3797226B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005078870A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Sony Corp | 燃料電池およびその製造方法 |
JP2010033759A (ja) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | Toshiba Corp | 触媒層担持基板の製造方法、触媒層担持基板、膜電極複合体、および燃料電池 |
CN102709574A (zh) * | 2011-03-28 | 2012-10-03 | 株式会社东芝 | 催化剂层、膜电极组件以及电化学电池 |
-
2002
- 2002-01-10 JP JP2002003448A patent/JP3797226B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005078870A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Sony Corp | 燃料電池およびその製造方法 |
JP2010033759A (ja) * | 2008-07-25 | 2010-02-12 | Toshiba Corp | 触媒層担持基板の製造方法、触媒層担持基板、膜電極複合体、および燃料電池 |
US8758959B2 (en) | 2008-07-25 | 2014-06-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Processes for producing catalyst-layer-supporting substrate, catalyst-layer-supporting substrate, membrane electrode assembly, and fuel cell |
US9666875B2 (en) | 2008-07-25 | 2017-05-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Processes for producing catalyst-layer-supporting substrate, catalyst-layer-supporting substrate, membrane electrode assembly, and fuel cell |
CN102709574A (zh) * | 2011-03-28 | 2012-10-03 | 株式会社东芝 | 催化剂层、膜电极组件以及电化学电池 |
JP2012204221A (ja) * | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | 層状触媒層、膜電極接合体、および電気化学セル |
US9406941B2 (en) | 2011-03-28 | 2016-08-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Catalyst layer, membrane electrode assembly, and electrochemical cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3797226B2 (ja) | 2006-07-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5759712A (en) | Surface replica fuel cell for micro fuel cell electrical power pack | |
US5958616A (en) | Membrane and electrode structure for methanol fuel cell | |
TWI276242B (en) | Gas diffusive electrode body, method of manufacturing the electrode body, and electrochemical device | |
JP5551215B2 (ja) | 高分子電解質型燃料電池の製造方法 | |
WO2006057080A1 (ja) | 電極触媒、その製造方法、直接アルコール型燃料電池 | |
US20100203418A1 (en) | Solid polymer fuel battery | |
JP5062392B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
US7169503B2 (en) | Basic fuel cell element limiting methanol crossing through the electrolyte | |
WO2008096887A1 (ja) | 膜-電極接合体およびそれを備えた燃料電池 | |
WO2007086432A1 (ja) | 燃料電池 | |
JPWO2008072363A1 (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
JP2003208908A (ja) | 燃料電池用電解質膜構成体 | |
JP2003168443A (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
JPH06338342A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池セルスタック構造 | |
JP2006147425A (ja) | 固体高分子型燃料電池用電解質膜およびその製造方法並びに固体高分子型燃料電池 | |
WO2008032449A1 (fr) | Membrane électrolytique et pile à combustible | |
US20080167177A1 (en) | Fuel efficient membrane electrode assembly | |
JPH08148151A (ja) | 燃料電池用電極及びその製造方法 | |
JP2008293705A (ja) | 膜電極接合体および燃料電池 | |
JP5130690B2 (ja) | 電極−電解質膜接合体 | |
JP2003017091A (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
JP2007157703A (ja) | アノード触媒及びその製造方法 | |
JP2007026873A (ja) | 燃料電池 | |
JP2007157593A (ja) | 燃料電池 | |
JP2004303472A (ja) | 燃料電池スタック |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040220 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051215 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051227 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060224 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060328 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060410 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100428 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100428 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110428 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120428 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |