JP2003303600A - 燃料電池の製造方法 - Google Patents
燃料電池の製造方法Info
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- JP2003303600A JP2003303600A JP2002108395A JP2002108395A JP2003303600A JP 2003303600 A JP2003303600 A JP 2003303600A JP 2002108395 A JP2002108395 A JP 2002108395A JP 2002108395 A JP2002108395 A JP 2002108395A JP 2003303600 A JP2003303600 A JP 2003303600A
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- 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
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- 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
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池の製造を簡単にするため、高分子電
解質膜と触媒付き電極の接着を燃料電池の組立後に行っ
て、膜電極複合体の接着工程を省略し、燃料電池組立中
の高分子電解質膜と触媒付き電極の剥がれを防止する燃
料電池の製造方法を提供する。 【解決手段】 燃料電池の製造方法は、高分子電解質膜
１の両側より、触媒付き電極２、必要に応じガスケット
３、さらにセパレーター４、加圧板５の順に重ねあわせ
て高分子電解質膜を挟み、加圧板５同士を締め付け手段
（例えば締め付けボルト７）を用いて締め付けて加圧
し、電池を組立てた後に、水や有機溶媒に浸して高分子
電解質膜１を膨潤させ、高分子電解質膜１の膨潤による
膨張圧力で、高分子電解質膜１と触媒付き電極２を接着
することからなる。前記高分子電解質膜１の両表面に接
着性の高分子電解質が積層されていることが好ましい。
解質膜と触媒付き電極の接着を燃料電池の組立後に行っ
て、膜電極複合体の接着工程を省略し、燃料電池組立中
の高分子電解質膜と触媒付き電極の剥がれを防止する燃
料電池の製造方法を提供する。 【解決手段】 燃料電池の製造方法は、高分子電解質膜
１の両側より、触媒付き電極２、必要に応じガスケット
３、さらにセパレーター４、加圧板５の順に重ねあわせ
て高分子電解質膜を挟み、加圧板５同士を締め付け手段
（例えば締め付けボルト７）を用いて締め付けて加圧
し、電池を組立てた後に、水や有機溶媒に浸して高分子
電解質膜１を膨潤させ、高分子電解質膜１の膨潤による
膨張圧力で、高分子電解質膜１と触媒付き電極２を接着
することからなる。前記高分子電解質膜１の両表面に接
着性の高分子電解質が積層されていることが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高分子電解質膜を
用いてなる燃料電池の製造方法に関する。
用いてなる燃料電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の膜電極複合体は、触媒付き電
極を高分子電解質膜に接着して製造する。触媒付き電極
は、カーボンペーパーの片面にカーボンブラックに担持
した白金触媒などを、バインダーに高分子電解質を用い
て塗布し製造する。
極を高分子電解質膜に接着して製造する。触媒付き電極
は、カーボンペーパーの片面にカーボンブラックに担持
した白金触媒などを、バインダーに高分子電解質を用い
て塗布し製造する。
【０００３】この膜電極複合体に要求される性質として
は、燃料が触媒に安定して供給されること、電子が触媒
から電気的に接続したカーボンペーパーにすみやかに流
れること、燃料の分解で生成したプロトンが高分子電解
質膜中を移動して反対電極の触媒まですみやかに運ばれ
ること、生成した水がすみやかに排出されることなどが
挙げられる。
は、燃料が触媒に安定して供給されること、電子が触媒
から電気的に接続したカーボンペーパーにすみやかに流
れること、燃料の分解で生成したプロトンが高分子電解
質膜中を移動して反対電極の触媒まですみやかに運ばれ
ること、生成した水がすみやかに排出されることなどが
挙げられる。
【０００４】通常、この膜電極複合体は、高分子電解質
膜の両面に触媒付き電極を熱プレスを用いて接着して製
造する。しかし、触媒付き電極に用いるカーボンペーパ
ーと高分子電解質膜との熱膨張率が異なるため、高温で
接着する熱プレスでは取り出したときに剥がれやすくな
ったり、接着力が低くなったりする。また、接着力が低
いと燃料電池の組立中に剥がれることがある。
膜の両面に触媒付き電極を熱プレスを用いて接着して製
造する。しかし、触媒付き電極に用いるカーボンペーパ
ーと高分子電解質膜との熱膨張率が異なるため、高温で
接着する熱プレスでは取り出したときに剥がれやすくな
ったり、接着力が低くなったりする。また、接着力が低
いと燃料電池の組立中に剥がれることがある。
【０００５】また、燃料電池を組み立てた後、燃料電池
を動作させるためには高分子電解質膜を湿潤状態にして
プロトン伝導性を上げる必要がある。この湿潤時にカー
ボンペーパーと高分子電解質膜との膨潤率の差によって
接着部が剥がれることがある。触媒付き電極のカーボン
ペーパーと高分子電解質膜が剥がれると、プロトン伝導
性が低下するため電池の性能が落ちる。
を動作させるためには高分子電解質膜を湿潤状態にして
プロトン伝導性を上げる必要がある。この湿潤時にカー
ボンペーパーと高分子電解質膜との膨潤率の差によって
接着部が剥がれることがある。触媒付き電極のカーボン
ペーパーと高分子電解質膜が剥がれると、プロトン伝導
性が低下するため電池の性能が落ちる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、燃料電池の
製造を簡単にするため、高分子電解質膜と触媒付き電極
の接着を燃料電池の組立後に行って、膜電極複合体の接
着工程を省略し、燃料電池組立中の高分子電解質膜と触
媒付き電極の剥がれを防止する燃料電池の製造方法を提
供することを目的とする。
製造を簡単にするため、高分子電解質膜と触媒付き電極
の接着を燃料電池の組立後に行って、膜電極複合体の接
着工程を省略し、燃料電池組立中の高分子電解質膜と触
媒付き電極の剥がれを防止する燃料電池の製造方法を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明により、高分子電
解質膜１の両側より、触媒付き電極２、必要に応じガス
ケット３、さらにセパレーター４、加圧板５の順に重ね
あわせて高分子電解質膜を挟み、加圧板５同士を締め付
け手段を用いて締め付けて加圧し、電池を組立てた後
に、水や有機溶媒に浸して高分子電解質膜１を膨潤さ
せ、高分子電解質膜１の膨潤による膨張圧力で、高分子
電解質膜１と触媒付き電極２を接着することを特徴とす
る燃料電池の製造方法が提供される。
解質膜１の両側より、触媒付き電極２、必要に応じガス
ケット３、さらにセパレーター４、加圧板５の順に重ね
あわせて高分子電解質膜を挟み、加圧板５同士を締め付
け手段を用いて締め付けて加圧し、電池を組立てた後
に、水や有機溶媒に浸して高分子電解質膜１を膨潤さ
せ、高分子電解質膜１の膨潤による膨張圧力で、高分子
電解質膜１と触媒付き電極２を接着することを特徴とす
る燃料電池の製造方法が提供される。
【０００８】本発明の好適な態様では、前記高分子電解
質膜１がスルホン酸基を有する樹脂からなることが好ま
しい。さらには、前記高分子電解質膜１がスルホン酸基
を有するフッ素系樹脂からなることが好ましい。
質膜１がスルホン酸基を有する樹脂からなることが好ま
しい。さらには、前記高分子電解質膜１がスルホン酸基
を有するフッ素系樹脂からなることが好ましい。
【０００９】本発明の燃料電池の製造方法においては、
前記高分子電解質膜１の両表面に接着性の高分子電解質
が積層されていることが好ましい。
前記高分子電解質膜１の両表面に接着性の高分子電解質
が積層されていることが好ましい。
【００１０】また、前記触媒付き電極２の触媒面（高分
子電解質膜１との接着面）に接着性の高分子電解質が積
層されていることが好ましい。
子電解質膜１との接着面）に接着性の高分子電解質が積
層されていることが好ましい。
【００１１】本発明の好適な態様では、前記接着性の高
分子電解質がスルホン酸基を有する低分子量の樹脂から
なることが好ましい。さらには、前記接着性の高分子電
解質がスルホン酸基を有するフッ素系樹脂からなること
が好ましい。
分子電解質がスルホン酸基を有する低分子量の樹脂から
なることが好ましい。さらには、前記接着性の高分子電
解質がスルホン酸基を有するフッ素系樹脂からなること
が好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明は、燃料電池の製造方法に
おいて高分子電解質膜１と触媒付き電極２の接着物であ
る膜電極複合体をあらかじめ製造することなく、図1の
ように燃料電池の組立時に積層し、燃料電池の組立後に
高分子電解質膜１と触媒付き電極２を燃料電池中で接
着、結合させるものである。
おいて高分子電解質膜１と触媒付き電極２の接着物であ
る膜電極複合体をあらかじめ製造することなく、図1の
ように燃料電池の組立時に積層し、燃料電池の組立後に
高分子電解質膜１と触媒付き電極２を燃料電池中で接
着、結合させるものである。
【００１３】すなわち、まず、高分子電解質膜１の両側
より、触媒付き電極２、必要に応じガスケット３、さら
にセパレーター４、加圧板５の順に重ねあわせて高分子
電解質膜を挟み、加圧板５同士を締め付け手段、例えば
締め付けボルト７を用いて締め付けて加圧し、電池を組
立てる。次いで、高分子電解質膜１を水や有機溶媒に浸
して膨潤させる。この時、高分子電解質膜1は膨潤によ
って膨張し、その圧力で高分子電解質膜１と触媒付き電
極２が接着される。この際、燃料電池の組立後に、水、
または有機溶剤を燃料電池に充填、還流し、加熱するこ
とによって高分子電解質膜１を膨潤させてもよい。
より、触媒付き電極２、必要に応じガスケット３、さら
にセパレーター４、加圧板５の順に重ねあわせて高分子
電解質膜を挟み、加圧板５同士を締め付け手段、例えば
締め付けボルト７を用いて締め付けて加圧し、電池を組
立てる。次いで、高分子電解質膜１を水や有機溶媒に浸
して膨潤させる。この時、高分子電解質膜1は膨潤によ
って膨張し、その圧力で高分子電解質膜１と触媒付き電
極２が接着される。この際、燃料電池の組立後に、水、
または有機溶剤を燃料電池に充填、還流し、加熱するこ
とによって高分子電解質膜１を膨潤させてもよい。
【００１４】高分子電解質膜１の膨潤による膨張圧力が
効果的に接着に寄与するために、燃料電池組立後のセパ
レーター４，４の間隔と、膨潤後の高分子電解質膜１の
厚さ、膨潤後の触媒付き電極２の厚さが重要である。燃
料電池組立後のセパレーター４，４の間隔を調整するた
めに、ガスケットを用いる場合は、ガスケット３の厚さ
を、（触媒付き電極２の厚さ）＋（高分子電解質膜１の
膨潤による厚さの増加分／２）より小さくし十分膨張圧
力が加わるようにする。十分な膨潤圧力を得るために膨
潤接着時の充填、還流水にアルコール類や、ケトン類の
有機溶媒を添加することもできる。
効果的に接着に寄与するために、燃料電池組立後のセパ
レーター４，４の間隔と、膨潤後の高分子電解質膜１の
厚さ、膨潤後の触媒付き電極２の厚さが重要である。燃
料電池組立後のセパレーター４，４の間隔を調整するた
めに、ガスケットを用いる場合は、ガスケット３の厚さ
を、（触媒付き電極２の厚さ）＋（高分子電解質膜１の
膨潤による厚さの増加分／２）より小さくし十分膨張圧
力が加わるようにする。十分な膨潤圧力を得るために膨
潤接着時の充填、還流水にアルコール類や、ケトン類の
有機溶媒を添加することもできる。
【００１５】本発明における高分子電解質膜１として
は、フッ素樹脂にスルホン酸基を導入したパーフルオロ
アルキルスルホン酸（Ｎａｆｉｏｎ(登録商標)）や、ポ
リエーテルケトン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポ
リフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ
アミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポ
キシ樹脂などにスルホン酸基を導入した樹脂を使用する
ことが好ましい。これらの樹脂にスルホン酸基を導入す
る方法としては、発煙硫酸を用いて反応させるなどの公
知の方法を採用できる。
は、フッ素樹脂にスルホン酸基を導入したパーフルオロ
アルキルスルホン酸（Ｎａｆｉｏｎ(登録商標)）や、ポ
リエーテルケトン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポ
リフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ
アミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポ
キシ樹脂などにスルホン酸基を導入した樹脂を使用する
ことが好ましい。これらの樹脂にスルホン酸基を導入す
る方法としては、発煙硫酸を用いて反応させるなどの公
知の方法を採用できる。
【００１６】本発明においては、高分子電解質膜１と触
媒付き電極２との接着力を増すために、高分子電解質膜
１の両表面に接着性を付与した高分子電解質を積層する
ことが好ましい。同じ目的で、触媒付き電極２の触媒面
（高分子電解質膜１との接着面）に接着性を付与した高
分子電解質を積層することが好ましい。この場合のガス
ケット３の厚さは、（触媒付き電極２の厚さ）＋（高分
子電解質膜１の膨潤による厚さの増加分／２）＋（膨潤
後の接着性電解質の厚さ）より小さくし十分膨張圧力が
加わるようにする。
媒付き電極２との接着力を増すために、高分子電解質膜
１の両表面に接着性を付与した高分子電解質を積層する
ことが好ましい。同じ目的で、触媒付き電極２の触媒面
（高分子電解質膜１との接着面）に接着性を付与した高
分子電解質を積層することが好ましい。この場合のガス
ケット３の厚さは、（触媒付き電極２の厚さ）＋（高分
子電解質膜１の膨潤による厚さの増加分／２）＋（膨潤
後の接着性電解質の厚さ）より小さくし十分膨張圧力が
加わるようにする。
【００１７】接着性の高分子電解質としては、フッ素樹
脂にスルホン酸基を導入したパーフルオロアルキルスル
ホン酸（Ｎａｆｉｏｎ(登録商標)）や、ポリエーテルケ
トン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリフェニレン
サルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、
エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂など
にスルホン酸基を導入した樹脂の低分子量のものを使用
することができる。同種の高分子電解質を用いる場合
は、接着性を向上させるために高分子電解質膜1に使用
したものより分子量の低い高分子電解質を使用すること
ができる。
脂にスルホン酸基を導入したパーフルオロアルキルスル
ホン酸（Ｎａｆｉｏｎ(登録商標)）や、ポリエーテルケ
トン樹脂、ポリエーテルサルホン樹脂、ポリフェニレン
サルファイド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、
エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂など
にスルホン酸基を導入した樹脂の低分子量のものを使用
することができる。同種の高分子電解質を用いる場合
は、接着性を向上させるために高分子電解質膜1に使用
したものより分子量の低い高分子電解質を使用すること
ができる。
【００１８】接着性の高分子電解質には、接着性をさら
に上げるために、発明の目的を損ねない範囲で必要に応
じて、架橋剤、溶剤、補強剤等の添加剤を添加すること
ができる。これらは、１種単独でも、２種以上の混合で
も使用することができる。
に上げるために、発明の目的を損ねない範囲で必要に応
じて、架橋剤、溶剤、補強剤等の添加剤を添加すること
ができる。これらは、１種単独でも、２種以上の混合で
も使用することができる。
【００１９】
【実施例】以下本発明の製造方法を実施例により詳細に
説明する。 （実施例１）高分子電解質膜としてＮａｆｉｏｎ１１７
（デュポン社製、厚さ１８０μｍ）を用い、その両表面
に接着性高分子電解質としてＮａｆｉｏｎの５ｗｔ％ア
ルコール−水溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ２７４７０−４）を
噴霧塗布し、常温空気中で乾燥した。すなわち接着性高
分子電解質の噴霧塗布時、２２.５ｍｍ角の穴のあいた
ポリエチレン板を少し浮かして高分子電解質膜Ｎａｆｉ
ｏｎ１１７の上に置き、触媒付き電極２が接着される部
分にだけ接着性高分子電解質を塗布し乾燥した。片面に
塗布した後、裏面も同様に塗布、乾燥した。この塗布−
乾燥をコート膜厚が５μｍ程度になるまで繰り返した。
この塗布、乾燥したものを高分子電解質膜1として使用
した。
説明する。 （実施例１）高分子電解質膜としてＮａｆｉｏｎ１１７
（デュポン社製、厚さ１８０μｍ）を用い、その両表面
に接着性高分子電解質としてＮａｆｉｏｎの５ｗｔ％ア
ルコール−水溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ２７４７０−４）を
噴霧塗布し、常温空気中で乾燥した。すなわち接着性高
分子電解質の噴霧塗布時、２２.５ｍｍ角の穴のあいた
ポリエチレン板を少し浮かして高分子電解質膜Ｎａｆｉ
ｏｎ１１７の上に置き、触媒付き電極２が接着される部
分にだけ接着性高分子電解質を塗布し乾燥した。片面に
塗布した後、裏面も同様に塗布、乾燥した。この塗布−
乾燥をコート膜厚が５μｍ程度になるまで繰り返した。
この塗布、乾燥したものを高分子電解質膜1として使用
した。
【００２０】触媒付き電極２としてエレクトロケム社製
電極ＥＣ−２０−１０−７を２２.５ｍｍ角に切って使
用した。この触媒付き電極は、カーボンペーパーに、白
金触媒を担持(１ｍｇ／ｃｍ2)したカーボンブラックを
Ｎａｆｉｏｎの５ｗｔ％アルコール−水溶液（Ａｌｄｒ
ｉｃｈ２７４７０−４）を用いて接着してある。図２の
電池セルとしてエレクトロケム社製ＥＦＣ−０５−ＲＥ
Ｆを用いた。
電極ＥＣ−２０−１０−７を２２.５ｍｍ角に切って使
用した。この触媒付き電極は、カーボンペーパーに、白
金触媒を担持(１ｍｇ／ｃｍ2)したカーボンブラックを
Ｎａｆｉｏｎの５ｗｔ％アルコール−水溶液（Ａｌｄｒ
ｉｃｈ２７４７０−４）を用いて接着してある。図２の
電池セルとしてエレクトロケム社製ＥＦＣ−０５−ＲＥ
Ｆを用いた。
【００２１】先に製作した高分子電解質膜１は乾燥状態
で使用し、加圧版５、セパレーター４、ガスケット３、
高分子電解質膜1、ガスケット３、セパレーター４、加
圧版５の順序で積層し、締め付けボルト７によって加圧
し燃料ガスが漏れないように燃料電池セルを組み立て
た。
で使用し、加圧版５、セパレーター４、ガスケット３、
高分子電解質膜1、ガスケット３、セパレーター４、加
圧版５の順序で積層し、締め付けボルト７によって加圧
し燃料ガスが漏れないように燃料電池セルを組み立て
た。
【００２２】ガスケット３の厚さを（触媒付き電極２の
厚さ）＋（高分子電解質１の膨潤による厚さの増加分／
２）＋（膨潤後の接着剤厚さ）より小さくなるように調
整し高分子電解質１と接着剤が水により膨潤して触媒付
き電極２と膨潤による膨張圧力によって接着−結合され
るようにした。本実施例の場合、触媒付き電極２の厚さ
０.２ｍｍ、シリコンゴム製ガスケット厚さ０．２５ｍ
ｍのものを用いた。
厚さ）＋（高分子電解質１の膨潤による厚さの増加分／
２）＋（膨潤後の接着剤厚さ）より小さくなるように調
整し高分子電解質１と接着剤が水により膨潤して触媒付
き電極２と膨潤による膨張圧力によって接着−結合され
るようにした。本実施例の場合、触媒付き電極２の厚さ
０.２ｍｍ、シリコンゴム製ガスケット厚さ０．２５ｍ
ｍのものを用いた。
【００２３】電池セルを組み立てた後、燃料ガス供給口
より水を電池セル中に充填した。水を充填した状態のま
ま８０℃恒温槽に入れて加熱し２時間放置した。この水
の充填−加熱により高分子電解質膜１が水により膨潤
し、膨潤による膨張圧力によって触媒付き電極２と接着
−結合された。
より水を電池セル中に充填した。水を充填した状態のま
ま８０℃恒温槽に入れて加熱し２時間放置した。この水
の充填−加熱により高分子電解質膜１が水により膨潤
し、膨潤による膨張圧力によって触媒付き電極２と接着
−結合された。
【００２４】加熱接着処理後、図３のような燃料電池評
価装置を使用して電池特性を測定した。すなわち、燃料
ガスをマスフローコントローラー１１により、圧力、流
量を表１のように制御して加湿用バブリングタンク９に
通じ加湿した後、燃料電池セル８に供給した。電子負荷
１０の負荷電流を０Ａから徐々に増加させながら燃料電
池セルの端子電圧を測定し、燃料電池放電特性（図４）
を測定した。燃料電池セル８の温度などの測定条件を表
１に示した。
価装置を使用して電池特性を測定した。すなわち、燃料
ガスをマスフローコントローラー１１により、圧力、流
量を表１のように制御して加湿用バブリングタンク９に
通じ加湿した後、燃料電池セル８に供給した。電子負荷
１０の負荷電流を０Ａから徐々に増加させながら燃料電
池セルの端子電圧を測定し、燃料電池放電特性（図４）
を測定した。燃料電池セル８の温度などの測定条件を表
１に示した。
【００２５】
【表１】
【００２６】（実施例２）窒素導入管、温度計、還流冷
却器および撹拌装置を備えた５つ口反応器に、５，５’
−カルボニルビス（２−フルオロベンゼンスルホン酸ナ
トリウム）４．２２ｇ（０．０１ｍｏｌ）、４，４’−
ジフルオロベンゾフェノン２．１８ｇ（０．０１ｍｏ
ｌ）、２，２−ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキ
シフェニル）プロパン５．６９ｇ（０．０２ｍｏｌ）お
よび炭酸カリウム３．４６ｇ（０．０２５ｍｏｌ）秤取
した。これにジメチルスルホキシド４０ｍｌとトルエン
３０ｍｌを加え、窒素雰囲気下で撹拌しながら、１３０
℃で２時間加熱し、生成する水を系外に除去した後、ト
ルエンを留去した。引き続き、１６０℃で１４時間反応
を行い、粘稠なポリマー溶液を得た。得られた溶液にジ
メチルスルホキシド６０ｍｌを加えて希釈したのち濾過
した。このポリマー溶液をアセトン６００ｍｌ中に排出
し、析出したポリマー粉を濾過後、１６０℃で４時間乾
燥してポリマー粉１０．３９ｇ（収率９２％）を得た。
このポリマー粉０．５０ｇをジメチルスルホキシド１０
０ｍｌに溶解して３５℃において測定した対数粘度は
０．８５ｄｌ／ｇであった。昇温速度１０℃／ｍｉｎで
示差走査熱量測定（ＤＳＣ、マック・サイエンス社製Ｄ
ＳＣ３１００）を用いて測定したガラス転移温度は２３
０℃であった。同様に、空気中にて昇温速度１０℃／ｍ
ｉｎでＤＴＡ−ＴＧ（マック・サイエンス社製ＴＧ−Ｄ
ＴＡ２０００）を用いて測定した５％重量減少温度は３
６７℃であった。
却器および撹拌装置を備えた５つ口反応器に、５，５’
−カルボニルビス（２−フルオロベンゼンスルホン酸ナ
トリウム）４．２２ｇ（０．０１ｍｏｌ）、４，４’−
ジフルオロベンゾフェノン２．１８ｇ（０．０１ｍｏ
ｌ）、２，２−ビス（３，５−ジメチル−４−ヒドロキ
シフェニル）プロパン５．６９ｇ（０．０２ｍｏｌ）お
よび炭酸カリウム３．４６ｇ（０．０２５ｍｏｌ）秤取
した。これにジメチルスルホキシド４０ｍｌとトルエン
３０ｍｌを加え、窒素雰囲気下で撹拌しながら、１３０
℃で２時間加熱し、生成する水を系外に除去した後、ト
ルエンを留去した。引き続き、１６０℃で１４時間反応
を行い、粘稠なポリマー溶液を得た。得られた溶液にジ
メチルスルホキシド６０ｍｌを加えて希釈したのち濾過
した。このポリマー溶液をアセトン６００ｍｌ中に排出
し、析出したポリマー粉を濾過後、１６０℃で４時間乾
燥してポリマー粉１０．３９ｇ（収率９２％）を得た。
このポリマー粉０．５０ｇをジメチルスルホキシド１０
０ｍｌに溶解して３５℃において測定した対数粘度は
０．８５ｄｌ／ｇであった。昇温速度１０℃／ｍｉｎで
示差走査熱量測定（ＤＳＣ、マック・サイエンス社製Ｄ
ＳＣ３１００）を用いて測定したガラス転移温度は２３
０℃であった。同様に、空気中にて昇温速度１０℃／ｍ
ｉｎでＤＴＡ−ＴＧ（マック・サイエンス社製ＴＧ−Ｄ
ＴＡ２０００）を用いて測定した５％重量減少温度は３
６７℃であった。
【００２７】得られたポリマー粉をジメチルスルホキシ
ドに溶解させガラス基板上にキャストし、２００℃で４
時間乾燥してスルホン酸Ｎａを含有するポリエーテルケ
トン膜を得た後、メタルハライドランプを用いて６００
０ｍＪ／ｃｍ2の光照射を行い、架橋させた。更にこの
膜を２Ｎ硫酸に一晩、次いで蒸留水に一晩浸した後、１
５０℃で４時間乾燥して、フリーのプロトン酸を含有す
る電解質膜（イオン交換基当量５４３ｇ／ｍｏｌ、図５
に構造式例を示す。）を得た。得られた膜の厚さは５０
μｍで可とう性に富み、強靭であった。
ドに溶解させガラス基板上にキャストし、２００℃で４
時間乾燥してスルホン酸Ｎａを含有するポリエーテルケ
トン膜を得た後、メタルハライドランプを用いて６００
０ｍＪ／ｃｍ2の光照射を行い、架橋させた。更にこの
膜を２Ｎ硫酸に一晩、次いで蒸留水に一晩浸した後、１
５０℃で４時間乾燥して、フリーのプロトン酸を含有す
る電解質膜（イオン交換基当量５４３ｇ／ｍｏｌ、図５
に構造式例を示す。）を得た。得られた膜の厚さは５０
μｍで可とう性に富み、強靭であった。
【００２８】このポリエーテルケトン樹脂（ＰＥＫ）電
解質膜の両表面に接着性高分子電解質としてＮａｆｉｏ
ｎの５ｗｔ％アルコール−水溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ２７
４７０−４）を噴霧塗布し、常温空気中で乾燥した。す
なわち接着性高分子電解質の噴霧塗布時、２２.５ｍｍ
角の穴のあいたポリエチレン板を少し浮かして高分子電
解質膜Ｎａｆｉｏｎ１１７の上に置き、触媒付き電極２
が接着される部分にだけ接着性高分子電解質を塗布し乾
燥した。片面に塗布した後、裏面も同様に塗布、乾燥し
た。この塗布−乾燥をコート膜厚が５μｍ程度になるま
で繰り返した。この塗布乾燥したものを高分子電解質膜
1として使用した。
解質膜の両表面に接着性高分子電解質としてＮａｆｉｏ
ｎの５ｗｔ％アルコール−水溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ２７
４７０−４）を噴霧塗布し、常温空気中で乾燥した。す
なわち接着性高分子電解質の噴霧塗布時、２２.５ｍｍ
角の穴のあいたポリエチレン板を少し浮かして高分子電
解質膜Ｎａｆｉｏｎ１１７の上に置き、触媒付き電極２
が接着される部分にだけ接着性高分子電解質を塗布し乾
燥した。片面に塗布した後、裏面も同様に塗布、乾燥し
た。この塗布−乾燥をコート膜厚が５μｍ程度になるま
で繰り返した。この塗布乾燥したものを高分子電解質膜
1として使用した。
【００２９】触媒付き電極２としてエレクトロケム社製
電極ＥＣ−２０−１０−７を２２.５ｍｍ角に切って使
用した。この触媒付き電極は、カーボンペーパーに白金
触媒を担持(１ｍｇ／ｃｍ2)したカーボンブラックをＮ
ａｆｉｏｎの５ｗｔ％アルコール−水溶液（Ａｌｄｒｉ
ｃｈ２７４７０−４）を用いて接着してある。図２の電
池セルとしてエレクトロケム社製ＥＦＣ−０５−ＲＥＦ
を用いた。
電極ＥＣ−２０−１０−７を２２.５ｍｍ角に切って使
用した。この触媒付き電極は、カーボンペーパーに白金
触媒を担持(１ｍｇ／ｃｍ2)したカーボンブラックをＮ
ａｆｉｏｎの５ｗｔ％アルコール−水溶液（Ａｌｄｒｉ
ｃｈ２７４７０−４）を用いて接着してある。図２の電
池セルとしてエレクトロケム社製ＥＦＣ−０５−ＲＥＦ
を用いた。
【００３０】先に製作した高分子電解質膜1は乾燥状態
で使用し、加圧版５、セパレーター４、ガスケット３、
高分子電解質膜１、ガスケット３、セパレーター４、加
圧版５の順序で積層し、締め付けボルト７によって加圧
し燃料ガスが漏れないように燃料電池セルを組み立て
た。
で使用し、加圧版５、セパレーター４、ガスケット３、
高分子電解質膜１、ガスケット３、セパレーター４、加
圧版５の順序で積層し、締め付けボルト７によって加圧
し燃料ガスが漏れないように燃料電池セルを組み立て
た。
【００３１】ガスケット３の厚さを（触媒付き電極２の
厚さ）＋（高分子電解質１の膨潤による厚さの増加分／
２）＋（膨潤後の接着剤厚さ）より小さくなるように調
整し高分子電解質１と接着剤が水により膨潤して触媒付
き電極２と膨潤による膨張圧力によって接着、結合され
るようにした。本実施例の場合、触媒付き電極２の厚さ
０.２ｍｍ、シリコンゴム製ガスケット厚さ０．２５ｍ
ｍのものを用いた。
厚さ）＋（高分子電解質１の膨潤による厚さの増加分／
２）＋（膨潤後の接着剤厚さ）より小さくなるように調
整し高分子電解質１と接着剤が水により膨潤して触媒付
き電極２と膨潤による膨張圧力によって接着、結合され
るようにした。本実施例の場合、触媒付き電極２の厚さ
０.２ｍｍ、シリコンゴム製ガスケット厚さ０．２５ｍ
ｍのものを用いた。
【００３２】電池セルを組み立てた後、燃料ガス供給口
より水を電池セル中に充填した。水を充填した状態のま
ま８０℃恒温槽に入れて加熱し２時間放置した。この水
の充填、加熱により高分子電解質膜１が水により膨潤
し、膨潤による膨張圧力によって触媒付き電極２と接着
−結合された。加熱接着処理後、実施例１と同様にして
電池特性を測定した。製作した燃料電池の電池特性の測
定結果を図４に示した。燃料電池放電特性の測定条件を
表２に示した。
より水を電池セル中に充填した。水を充填した状態のま
ま８０℃恒温槽に入れて加熱し２時間放置した。この水
の充填、加熱により高分子電解質膜１が水により膨潤
し、膨潤による膨張圧力によって触媒付き電極２と接着
−結合された。加熱接着処理後、実施例１と同様にして
電池特性を測定した。製作した燃料電池の電池特性の測
定結果を図４に示した。燃料電池放電特性の測定条件を
表２に示した。
【００３３】
【表２】
【００３４】
【発明の効果】本発明により、熱プレスによる高分子電
解質膜の接着工程を省略することができ、大幅な製造工
程の省略が行え、コストダウンが図れる。また、燃料電
池組立中の高分子電解質膜と触媒付き電極の剥がれを防
止することができる。
解質膜の接着工程を省略することができ、大幅な製造工
程の省略が行え、コストダウンが図れる。また、燃料電
池組立中の高分子電解質膜と触媒付き電極の剥がれを防
止することができる。
【図１】 燃料電池の組立状態を説明する断面構造図で
ある。
ある。
【図２】 本発明の実施例で用いた燃料電池セルの断面
構造図である。
構造図である。
【図３】 本発明の実施例で用いた燃料電池評価装置で
ある。
ある。
【図４】 本発明の実施例で製作した燃料電池の電池特
性の測定結果を示す図である。
性の測定結果を示す図である。
【図５】 実施例２で用いたスルホン酸基をつけたポリ
エーテルケトン樹脂の部分構造式例である。
エーテルケトン樹脂の部分構造式例である。
１ 高分子電解質膜
２ 触媒付き電極
３ ガスケット
４ セパレーター
５ 加圧板
６ ガス流路
７ 締め付けボルト
８ 燃料電池セル
９ 加湿用バブリングタンク
１０ 電子負荷
１１ マスフローコントローラー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB02 BB03 CX05 EE18
EE19
Claims (7)
- 【請求項１】 高分子電解質膜１の両側より、触媒付き
電極２、必要に応じガスケット３、さらにセパレーター
４、加圧板５の順に重ねあわせて高分子電解質膜を挟
み、加圧板５同士を締め付け手段を用いて締め付けて加
圧し、電池を組立てた後に、水や有機溶媒に浸して高分
子電解質膜１を膨潤させ、高分子電解質膜１の膨潤によ
る膨張圧力で、高分子電解質膜１と触媒付き電極２を接
着することを特徴とする燃料電池の製造方法。 - 【請求項２】 前記高分子電解質膜１がスルホン酸基を
有する樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の
燃料電池の製造方法。 - 【請求項３】 前記高分子電解質膜１がスルホン酸基を
有するフッ素系樹脂からなることを特徴とする請求項２
に記載の燃料電池の製造方法。 - 【請求項４】 前記高分子電解質膜１の両表面に接着性
の高分子電解質が積層されていることを特徴とする請求
項１〜３のいずれかに記載の燃料電池の製造方法。 - 【請求項５】 前記触媒付き電極２の触媒面（高分子電
解質膜１との接着面）に接着性の高分子電解質が積層さ
れていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
載の燃料電池の製造方法。 - 【請求項６】 前記接着性の高分子電解質がスルホン酸
基を有する低分子量の樹脂からなることを特徴とする請
求項４又は５に記載の燃料電池の製法方法。 - 【請求項７】 前記接着性の高分子電解質がスルホン酸
基を有するフッ素系樹脂からなることを特徴とする請求
項４又は５に記載の燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002108395A JP3841714B2 (ja) | 2002-04-10 | 2002-04-10 | 燃料電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002108395A JP3841714B2 (ja) | 2002-04-10 | 2002-04-10 | 燃料電池の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003303600A true JP2003303600A (ja) | 2003-10-24 |
| JP3841714B2 JP3841714B2 (ja) | 2006-11-01 |
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ID=29392191
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002108395A Expired - Fee Related JP3841714B2 (ja) | 2002-04-10 | 2002-04-10 | 燃料電池の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3841714B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100705553B1 (ko) | 2005-09-16 | 2007-04-09 | 성균관대학교산학협력단 | 연료전지용 막전극접합체의 수소이온교환막 상에 촉매층을형성시키는 방법 |
| CN100438187C (zh) * | 2005-07-22 | 2008-11-26 | 三星Sdi株式会社 | 高温燃料电池系统 |
| KR101147238B1 (ko) * | 2004-06-29 | 2012-05-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지 시스템 및 그 스택 |
| WO2012141296A1 (ja) * | 2011-04-15 | 2012-10-18 | セントラル硝子株式会社 | プロトン伝導性高分子膜およびそれを用いた膜―電極接合体並びに高分子電解質型燃料電池 |
-
2002
- 2002-04-10 JP JP2002108395A patent/JP3841714B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| CN100438187C (zh) * | 2005-07-22 | 2008-11-26 | 三星Sdi株式会社 | 高温燃料电池系统 |
| KR100705553B1 (ko) | 2005-09-16 | 2007-04-09 | 성균관대학교산학협력단 | 연료전지용 막전극접합체의 수소이온교환막 상에 촉매층을형성시키는 방법 |
| WO2012141296A1 (ja) * | 2011-04-15 | 2012-10-18 | セントラル硝子株式会社 | プロトン伝導性高分子膜およびそれを用いた膜―電極接合体並びに高分子電解質型燃料電池 |
| JP2012230890A (ja) * | 2011-04-15 | 2012-11-22 | Central Glass Co Ltd | プロトン伝導性高分子膜およびそれを用いた膜―電極接合体並びに高分子電解質型燃料電池 |
| CN103493269A (zh) * | 2011-04-15 | 2014-01-01 | 中央硝子株式会社 | 质子传导性高分子膜及使用其的膜-电极接合体以及高分子电解质型燃料电池 |
| KR20140006055A (ko) * | 2011-04-15 | 2014-01-15 | 샌트랄 글래스 컴퍼니 리미티드 | 프로톤 전도성 고분자막 및 그것을 이용한 막-전극 접합체와 고분자 전해질형 연료 전지 |
| KR101589161B1 (ko) * | 2011-04-15 | 2016-01-27 | 샌트랄 글래스 컴퍼니 리미티드 | 프로톤 전도성 고분자막 및 그것을 이용한 막-전극 접합체와 고분자 전해질형 연료 전지 |
| US9318764B2 (en) | 2011-04-15 | 2016-04-19 | Central Glass Company, Limited | Proton conducting polymer membrane, membrane-electrode assembly using same, and polymer electrolyte fuel cell |
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| JP3841714B2 (ja) | 2006-11-01 |
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