JP2003331851A - 高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
高分子電解質型燃料電池Info
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- JP2003331851A JP2003331851A JP2002138935A JP2002138935A JP2003331851A JP 2003331851 A JP2003331851 A JP 2003331851A JP 2002138935 A JP2002138935 A JP 2002138935A JP 2002138935 A JP2002138935 A JP 2002138935A JP 2003331851 A JP2003331851 A JP 2003331851A
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- cathode
- catalyst layer
- gas
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- 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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- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＭＥＡの組立時にアノードとカソードの誤組
み合わせの危険をなくす。 【解決手段】 ＭＥＡ、およびアノードに対向する面に
燃料ガスを供給・排出するためのガス流路を有し、カソ
ードに対向する面に酸化剤ガスを供給・排出するための
ガス流路を有し、ＭＥＡの間に挿入された導電性セパレ
ータ板を含む燃料電池において、各触媒層及び各ガス拡
散層の少なくとも一つにマーキングを施し、アノードと
カソードの識別を可能とした。燃料ガスの入り口側およ
び出口側マニホールド孔から遠い方の角部に、コーナー
カットを設けるのが好ましい。
み合わせの危険をなくす。 【解決手段】 ＭＥＡ、およびアノードに対向する面に
燃料ガスを供給・排出するためのガス流路を有し、カソ
ードに対向する面に酸化剤ガスを供給・排出するための
ガス流路を有し、ＭＥＡの間に挿入された導電性セパレ
ータ板を含む燃料電池において、各触媒層及び各ガス拡
散層の少なくとも一つにマーキングを施し、アノードと
カソードの識別を可能とした。燃料ガスの入り口側およ
び出口側マニホールド孔から遠い方の角部に、コーナー
カットを設けるのが好ましい。
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、家庭内コージェネレーションシステ
ム等に使用する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、家庭内コージェネレーションシステ
ム等に使用する高分子電解質を用いた燃料電池に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】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。この燃料電池は、基本
的には、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質
膜、電解質膜の両面に形成された白金族金属触媒を担持
したカーボン粉末を主成分とする触媒層、及び触媒層の
外面に形成された、通気性と電子導電性を併せ持つ拡散
層から構成される。拡散層と触媒層とを合わせて電極と
する。
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。この燃料電池は、基本
的には、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質
膜、電解質膜の両面に形成された白金族金属触媒を担持
したカーボン粉末を主成分とする触媒層、及び触媒層の
外面に形成された、通気性と電子導電性を併せ持つ拡散
層から構成される。拡散層と触媒層とを合わせて電極と
する。
【０００３】供給する燃料ガス及び酸化剤ガスが外にリ
ークしたり、二種類のガスが互いに混合したりしないよ
うに、電極の周囲には高分子電解質膜を挟んでガスシー
ル材やガスケットが配置される。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
み立てられる。これを電解質膜・電極接合体（ＭＥＡ）
と呼ぶ。ＭＥＡの外側には、これを機械的に固定すると
ともに、隣接する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が配置される。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、生成ガスや余剰ガスを運び去るためのガス流路
が形成される。ガス流路は、セパレータ板と別に設ける
こともできるが、セパレータ板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。
ークしたり、二種類のガスが互いに混合したりしないよ
うに、電極の周囲には高分子電解質膜を挟んでガスシー
ル材やガスケットが配置される。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
み立てられる。これを電解質膜・電極接合体（ＭＥＡ）
と呼ぶ。ＭＥＡの外側には、これを機械的に固定すると
ともに、隣接する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が配置される。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、生成ガスや余剰ガスを運び去るためのガス流路
が形成される。ガス流路は、セパレータ板と別に設ける
こともできるが、セパレータ板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とセパレータ板及び冷却部
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て、端板でこれを挟み、締結ボルト
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。このような高分子電解質型の燃料電池では、アノー
ド及びカソードの電極の形状は同一であり、かつ中心軸
に対して対称な形状であった。
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て、端板でこれを挟み、締結ボルト
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。このような高分子電解質型の燃料電池では、アノー
ド及びカソードの電極の形状は同一であり、かつ中心軸
に対して対称な形状であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の高分子電解質型
燃料電池のように、アノード及びカソードの形状が共通
で方向性を持たない場合、ＭＥＡの組立時にアノードと
カソードの誤組み合わせの危険性が高い。そのためアノ
ード同士やカソード同士の組み合わせ、あるいはアノー
ドとカソードの逆転などが発生するという問題を有して
いた。また、燃料電池スタックの組立時においても、Ｍ
ＥＡに方向性がないために、アノードとカソードの逆転
が生じるという問題を有していた。
燃料電池のように、アノード及びカソードの形状が共通
で方向性を持たない場合、ＭＥＡの組立時にアノードと
カソードの誤組み合わせの危険性が高い。そのためアノ
ード同士やカソード同士の組み合わせ、あるいはアノー
ドとカソードの逆転などが発生するという問題を有して
いた。また、燃料電池スタックの組立時においても、Ｍ
ＥＡに方向性がないために、アノードとカソードの逆転
が生じるという問題を有していた。
【０００６】さらに、触媒層部分における実際のガスの
流れは、セパレータ板に形成されたガス流路の入口部か
ら出口部に向けて対角方向に流れる傾向があり、この流
れと反対側の角部には十分なガスが供給されず、デッド
スペースとなるという問題も有していた。
流れは、セパレータ板に形成されたガス流路の入口部か
ら出口部に向けて対角方向に流れる傾向があり、この流
れと反対側の角部には十分なガスが供給されず、デッド
スペースとなるという問題も有していた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め本発明の高分子電解質型燃料電池は、水素イオン伝導
性の高分子電解質膜、及び前記高分子電解質膜を挟むカ
ソード及びアノードを具備し、前記カソード及びアノー
ドがそれぞれ触媒層及びガス拡散層からなる複数の膜・
電極接合体、並びに前記アノードに対向する面に燃料ガ
スを供給・排出するためのガス流路を有し、前記カソー
ドに対向する面に酸化剤ガスを供給・排出するためのガ
ス流路を有し、前記膜・電極接合体の間に挿入された導
電性セパレータ板を含み、前記各触媒層及び各ガス拡散
層の少なくとも一つにマーキングが施され、アノードと
カソードの識別が可能であることを特徴とする。
め本発明の高分子電解質型燃料電池は、水素イオン伝導
性の高分子電解質膜、及び前記高分子電解質膜を挟むカ
ソード及びアノードを具備し、前記カソード及びアノー
ドがそれぞれ触媒層及びガス拡散層からなる複数の膜・
電極接合体、並びに前記アノードに対向する面に燃料ガ
スを供給・排出するためのガス流路を有し、前記カソー
ドに対向する面に酸化剤ガスを供給・排出するためのガ
ス流路を有し、前記膜・電極接合体の間に挿入された導
電性セパレータ板を含み、前記各触媒層及び各ガス拡散
層の少なくとも一つにマーキングが施され、アノードと
カソードの識別が可能であることを特徴とする。
【０００８】このとき、触媒層または拡散層の角部を少
なくとも１箇所以上コーナーカット（以下Ｃカットとい
う）することによって、中心軸に対して非対称な形状と
することが有効である。また、Ｃカットの位置が燃料ガ
スの入り口側マニホールド孔及び出口側マニホールド孔
から遠い方の角部であることが有効である。
なくとも１箇所以上コーナーカット（以下Ｃカットとい
う）することによって、中心軸に対して非対称な形状と
することが有効である。また、Ｃカットの位置が燃料ガ
スの入り口側マニホールド孔及び出口側マニホールド孔
から遠い方の角部であることが有効である。
【０００９】本発明は、また水素イオン伝導性の高分子
電解質膜、及び前記高分子電解質膜を挟むカソード及び
アノードを具備し、前記カソード及びアノードがそれぞ
れ触媒層及びガス拡散層からなる複数の膜・電極接合
体、並びに前記アノードに対向する面に燃料ガスを供給
・排出するためのガス流路を有し、前記カソードに対向
する面に酸化剤ガスを供給・排出するためのガス流路を
有し、前記膜・電極接合体の間に挿入された導電性セパ
レータ板を含み、前記アノードの触媒層の表面の光沢度
とカソードの触媒層の表面の光沢度が異なることを特徴
とする高分子電解質型燃料電池を提供する。
電解質膜、及び前記高分子電解質膜を挟むカソード及び
アノードを具備し、前記カソード及びアノードがそれぞ
れ触媒層及びガス拡散層からなる複数の膜・電極接合
体、並びに前記アノードに対向する面に燃料ガスを供給
・排出するためのガス流路を有し、前記カソードに対向
する面に酸化剤ガスを供給・排出するためのガス流路を
有し、前記膜・電極接合体の間に挿入された導電性セパ
レータ板を含み、前記アノードの触媒層の表面の光沢度
とカソードの触媒層の表面の光沢度が異なることを特徴
とする高分子電解質型燃料電池を提供する。
【００１０】ＪＩＳ−Ｚ８７４１の評価法による前記ア
ノード触媒層の表面の８５°光沢度は、前記カソード触
媒層の表面の８５°光沢度より大きいことが有効であ
る。
ノード触媒層の表面の８５°光沢度は、前記カソード触
媒層の表面の８５°光沢度より大きいことが有効であ
る。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の特徴は、アノード及びカ
ソードの外形形状をコーナーカットなどによってマーキ
ングすることにより、アノードとカソードの識別を可能
としたことである。本発明の別の観点においては、アノ
ード触媒層及びカソード触媒層の表面の光沢度を変化さ
せることによって、アノードとカソードの識別を可能と
する。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。
ソードの外形形状をコーナーカットなどによってマーキ
ングすることにより、アノードとカソードの識別を可能
としたことである。本発明の別の観点においては、アノ
ード触媒層及びカソード触媒層の表面の光沢度を変化さ
せることによって、アノードとカソードの識別を可能と
する。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。
【００１２】《実施の形態１》本実施の形態におけるＭ
ＥＡを図１に示す。高分子電解質膜１３の表面に形成さ
れたアノードの拡散層１１に、マーキング１２が施さ
れ、このマーキング１２によってアノードとカソードの
識別が可能となり、組立時の誤組立を防止することがで
きる。図では、燃料ガス及び酸化剤ガスのマニホールド
孔は省いている。このようなＭＥＡの作製方法の例を以
下に述べる。
ＥＡを図１に示す。高分子電解質膜１３の表面に形成さ
れたアノードの拡散層１１に、マーキング１２が施さ
れ、このマーキング１２によってアノードとカソードの
識別が可能となり、組立時の誤組立を防止することがで
きる。図では、燃料ガス及び酸化剤ガスのマニホールド
孔は省いている。このようなＭＥＡの作製方法の例を以
下に述べる。
【００１３】まず、３０ｎｍの平均一次粒子径を持つ導
電性カ−ボン粒子であるケッチェンブラックＥＣ（オラ
ンダ国、ＡＫＺＯ Ｃｈｅｍｉｅ社）に、平均粒径約３
０Åの白金粒子を５０重量％担持してカソード側の触媒
とする。また、同じケッチェンブラックＥＣに、平均粒
径約３０Åの白金粒子とルテニウム粒子とを、それぞれ
２５重量％担持してアノード側の触媒とする。これらの
触媒粉末をイソプロパノールに分散させる。一方、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
に分散させる。これらの触媒粉末分散液とパーフルオロ
カーボンスルホン酸粉末の分散液とを混合して、触媒層
用ペーストを調製する。これらのペーストを原料としス
クリーン印刷法を用いて、厚み２５０μｍのカ−ボン不
織布の一方の面に触媒層を形成する。電極中に含まれる
触媒金属量は０．５ｍｇ／ｃｍ2、パーフルオロカーボ
ンスルホン酸の量は１．２ｍｇ／ｃｍ2となるように調
整する。このとき、アノードあるいはカソードのカーボ
ン不織布のいずれか一つの印刷面と反対側にはあらかじ
めカーボンペーストや鉛筆などを用いてマーキングを施
す。
電性カ−ボン粒子であるケッチェンブラックＥＣ（オラ
ンダ国、ＡＫＺＯ Ｃｈｅｍｉｅ社）に、平均粒径約３
０Åの白金粒子を５０重量％担持してカソード側の触媒
とする。また、同じケッチェンブラックＥＣに、平均粒
径約３０Åの白金粒子とルテニウム粒子とを、それぞれ
２５重量％担持してアノード側の触媒とする。これらの
触媒粉末をイソプロパノールに分散させる。一方、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
に分散させる。これらの触媒粉末分散液とパーフルオロ
カーボンスルホン酸粉末の分散液とを混合して、触媒層
用ペーストを調製する。これらのペーストを原料としス
クリーン印刷法を用いて、厚み２５０μｍのカ−ボン不
織布の一方の面に触媒層を形成する。電極中に含まれる
触媒金属量は０．５ｍｇ／ｃｍ2、パーフルオロカーボ
ンスルホン酸の量は１．２ｍｇ／ｃｍ2となるように調
整する。このとき、アノードあるいはカソードのカーボ
ン不織布のいずれか一つの印刷面と反対側にはあらかじ
めカーボンペーストや鉛筆などを用いてマーキングを施
す。
【００１４】これらのアノード及びカソードは、電極よ
り一回り大きい面積を有するプロトン伝導性高分子電解
質膜の中心部の両面に、印刷した触媒層が電解質膜側に
接するようにホットプレスによって接合する。プロトン
伝導性高分子電解質膜として、パーフルオロカーボンス
ルホン酸を薄膜化したもの（米国デュポン社製：ナフィ
オン１１２）を用いる。さらに、電極の外周には、電解
質膜を挟んで両側に、外形がセパレータ板と同一の形状
に打ち抜かれたガスケットをホットプレスによって接合
し、膜・電極接合体（ＭＥＡ）を作成する。こうして図
１に示すようなＭＥＡが得られる。
り一回り大きい面積を有するプロトン伝導性高分子電解
質膜の中心部の両面に、印刷した触媒層が電解質膜側に
接するようにホットプレスによって接合する。プロトン
伝導性高分子電解質膜として、パーフルオロカーボンス
ルホン酸を薄膜化したもの（米国デュポン社製：ナフィ
オン１１２）を用いる。さらに、電極の外周には、電解
質膜を挟んで両側に、外形がセパレータ板と同一の形状
に打ち抜かれたガスケットをホットプレスによって接合
し、膜・電極接合体（ＭＥＡ）を作成する。こうして図
１に示すようなＭＥＡが得られる。
【００１５】《実施の形態２》本実施の形態におけるカ
ソードの触媒層を図２（ａ）に、アノードの触媒層を図
２（ｂ）にそれぞれ示す。これらの図は、支持シート上
に形成した触媒層をその表面側から見た図であり、カソ
ード触媒層２１は図中左上部にＣカット２２を設けてい
る。一方、アノードの触媒層２３は図中右上部にＣカッ
ト２４を設けた形状となっている。これによって、カソ
ード触媒層とアノード触媒層の識別が可能となる。した
がって、このあとの、転写工程において、カソードとア
ノードの組み合わせ間違いを完全に防止できる。このよ
うなＭＥＡの作製方法の例を以下に述べる。
ソードの触媒層を図２（ａ）に、アノードの触媒層を図
２（ｂ）にそれぞれ示す。これらの図は、支持シート上
に形成した触媒層をその表面側から見た図であり、カソ
ード触媒層２１は図中左上部にＣカット２２を設けてい
る。一方、アノードの触媒層２３は図中右上部にＣカッ
ト２４を設けた形状となっている。これによって、カソ
ード触媒層とアノード触媒層の識別が可能となる。した
がって、このあとの、転写工程において、カソードとア
ノードの組み合わせ間違いを完全に防止できる。このよ
うなＭＥＡの作製方法の例を以下に述べる。
【００１６】実施の形態１と同様の方法で作製したカソ
ード及びアノード触媒粉末を、水及び水素イオン伝導性
高分子電解質のアルコール分散液（旭硝子（株）製、商
品名：９％ＦＳＳ）と混合し、これをビーズミル分散機
（独国、ＧＥＴＺＭＡＮＮ社製：Ｄｉｓｐｅｒｍａｔ
ＳＬ−Ｃ１２Ｚ）を用いて分散処理し、触媒インクとす
る。得られたカソード触媒インクとアノード触媒インク
を支持シートとしてのポリプロピレンフィルム（東レ
（株）製：トレファン５０−２５００）上に、コンマコ
ーターを用いて塗工し、乾燥してカソード触媒層及びア
ノード触媒層を形成する。このカソード触媒層及びアノ
ード触媒層をそれぞれトムソン型を用いてポリプロピレ
ンフィルムと共に切り抜く。図２はこの状態を示してい
る。
ード及びアノード触媒粉末を、水及び水素イオン伝導性
高分子電解質のアルコール分散液（旭硝子（株）製、商
品名：９％ＦＳＳ）と混合し、これをビーズミル分散機
（独国、ＧＥＴＺＭＡＮＮ社製：Ｄｉｓｐｅｒｍａｔ
ＳＬ−Ｃ１２Ｚ）を用いて分散処理し、触媒インクとす
る。得られたカソード触媒インクとアノード触媒インク
を支持シートとしてのポリプロピレンフィルム（東レ
（株）製：トレファン５０−２５００）上に、コンマコ
ーターを用いて塗工し、乾燥してカソード触媒層及びア
ノード触媒層を形成する。このカソード触媒層及びアノ
ード触媒層をそれぞれトムソン型を用いてポリプロピレ
ンフィルムと共に切り抜く。図２はこの状態を示してい
る。
【００１７】次に、これらのカソード触媒層を、触媒層
より一回り大きいプロトン伝導性高分子電解質膜の一方
の面に、アノード触媒層をプロトン伝導性高分子電解質
膜の他方の面にそれぞれ転写してＭＥＡを作製する。次
いで、炭素粒子（電気化学工業（株）製：デンカブラッ
ク）と、ポリテトラフルオロエチレンの分散液（ダイキ
ン製：ルブロンＬＤＷ−４０）とを混合して撥水層イン
クを作製し、カーボン不織布の上に塗工し、熱風乾燥機
を用いて３８０℃で熱処理してガス拡散層を作製する。
この拡散層も触媒層同様、トムソン型を用いてカソード
用及びアノード用の各形状に切り抜く。
より一回り大きいプロトン伝導性高分子電解質膜の一方
の面に、アノード触媒層をプロトン伝導性高分子電解質
膜の他方の面にそれぞれ転写してＭＥＡを作製する。次
いで、炭素粒子（電気化学工業（株）製：デンカブラッ
ク）と、ポリテトラフルオロエチレンの分散液（ダイキ
ン製：ルブロンＬＤＷ−４０）とを混合して撥水層イン
クを作製し、カーボン不織布の上に塗工し、熱風乾燥機
を用いて３８０℃で熱処理してガス拡散層を作製する。
この拡散層も触媒層同様、トムソン型を用いてカソード
用及びアノード用の各形状に切り抜く。
【００１８】最後に、これらのガス拡散層をＣカットの
部分が一致するように、上記のＭＥＡの両面に接合し、
セルを作製する。これによって、セルの外観でアノード
及びカソードの識別が可能となり、スタック組立時にお
けるカソード、アノードの誤組立を完全に防止できる。
部分が一致するように、上記のＭＥＡの両面に接合し、
セルを作製する。これによって、セルの外観でアノード
及びカソードの識別が可能となり、スタック組立時にお
けるカソード、アノードの誤組立を完全に防止できる。
【００１９】《実施の形態３》実施の形態２と同様の方
法で、支持シート上に塗工した触媒層を、図３に示した
形状にトムソン型を用いて切り抜く。図は触媒層側から
見た図で、カソード触媒層３１は図中左上と右下の対角
をカット３２した形状となっており、逆にアノード触媒
層３３は図中右上と左下の対角をＣカット３４した形状
となっている。
法で、支持シート上に塗工した触媒層を、図３に示した
形状にトムソン型を用いて切り抜く。図は触媒層側から
見た図で、カソード触媒層３１は図中左上と右下の対角
をカット３２した形状となっており、逆にアノード触媒
層３３は図中右上と左下の対角をＣカット３４した形状
となっている。
【００２０】この対角の位置は、作製したＭＥＡをスタ
ックに組み立てる際に、燃料ガスの入り口側マニホール
ド孔及び出口側マニホールド孔が配置される対角の反対
側の対角になっている。また、ガス拡散層を同様の形状
とすることによって、実施の形態２と同様にカソード、
アノードの識別が可能となり、誤組立を完全に防止でき
る。
ックに組み立てる際に、燃料ガスの入り口側マニホール
ド孔及び出口側マニホールド孔が配置される対角の反対
側の対角になっている。また、ガス拡散層を同様の形状
とすることによって、実施の形態２と同様にカソード、
アノードの識別が可能となり、誤組立を完全に防止でき
る。
【００２１】図４は、一般的な燃料電池セルにおける拡
散層でのガスの流れの模式図を示す。セルに供給される
燃料ガスの一部はセパレータ板４１に構成された入り口
側マニホールド孔４３からガス流路４２に沿って出口側
マニホールド孔４４に流れる。また一方で、燃料ガスの
一部は入り口側マニホールド孔４３から出口側マニホー
ルド孔４４に向かって、一点鎖線４５で囲まれた部分に
位置する拡散層を流れる傾向にある。このため、拡散層
を流れるガスの分布は図に示したような分布となる。す
なわち、ガスの出入口と反対側の対角部分には、ガスが
流れにくく、この部分の触媒層はもともと電池性能には
寄与していないと考えられる。このため、電池性能を損
なうことなく、Ｃカットを施すことが可能となる。な
お、４６は酸化剤ガスの入り口側マニホールド孔、４７
は酸化剤ガスの出口側マニホールド孔を表す。
散層でのガスの流れの模式図を示す。セルに供給される
燃料ガスの一部はセパレータ板４１に構成された入り口
側マニホールド孔４３からガス流路４２に沿って出口側
マニホールド孔４４に流れる。また一方で、燃料ガスの
一部は入り口側マニホールド孔４３から出口側マニホー
ルド孔４４に向かって、一点鎖線４５で囲まれた部分に
位置する拡散層を流れる傾向にある。このため、拡散層
を流れるガスの分布は図に示したような分布となる。す
なわち、ガスの出入口と反対側の対角部分には、ガスが
流れにくく、この部分の触媒層はもともと電池性能には
寄与していないと考えられる。このため、電池性能を損
なうことなく、Ｃカットを施すことが可能となる。な
お、４６は酸化剤ガスの入り口側マニホールド孔、４７
は酸化剤ガスの出口側マニホールド孔を表す。
【００２２】次にＣカットの大きさを変更して、実際に
積層電池を構成し、運転したときの電池電圧を測定した
結果を図５に示す。実験の条件は、模擬改質ガス（水素
８０体積％、二酸化炭素２０体積％、一酸化炭素５０ｐ
ｐｍ）と、空気を反応ガスとして、水素利用率８０％、
酸素利用率５０％、水素加湿バブラー温度７５℃、空気
加湿バブラー温度５０℃、電池温度７５℃、電流密度
０．３Ａ／ｃｍ2とした。なお、触媒層などの仕様は、
実施の形態２の具体例と同じである。この結果より、Ｃ
カットの距離がＣ２０（カットされた二等辺三角形の等
辺側の長さ２０ｍｍ）以下の時には電池性能に大きな影
響を与えないことが判った。
積層電池を構成し、運転したときの電池電圧を測定した
結果を図５に示す。実験の条件は、模擬改質ガス（水素
８０体積％、二酸化炭素２０体積％、一酸化炭素５０ｐ
ｐｍ）と、空気を反応ガスとして、水素利用率８０％、
酸素利用率５０％、水素加湿バブラー温度７５℃、空気
加湿バブラー温度５０℃、電池温度７５℃、電流密度
０．３Ａ／ｃｍ2とした。なお、触媒層などの仕様は、
実施の形態２の具体例と同じである。この結果より、Ｃ
カットの距離がＣ２０（カットされた二等辺三角形の等
辺側の長さ２０ｍｍ）以下の時には電池性能に大きな影
響を与えないことが判った。
【００２３】《実施の形態４》本実施の形態では、カソ
ードとアノードの触媒層の表面の光沢度を異ならせる。
具体例を説明すると、実施の形態２の具体例で述べたも
のと同様の方法でカソード触媒層インクとアノード触媒
層インクを調製する。そして、カソード触媒層インク
は、プロトン伝導性電解質膜にスクリーン印刷する。一
方、アノード触媒層インクは、ポリプロピレンフィルム
上に塗工して触媒層を形成し、これを前記プロトン伝導
性電解質膜の他方の面に転写する。こうしてＭＥＡ−Ａ
を作製した。
ードとアノードの触媒層の表面の光沢度を異ならせる。
具体例を説明すると、実施の形態２の具体例で述べたも
のと同様の方法でカソード触媒層インクとアノード触媒
層インクを調製する。そして、カソード触媒層インク
は、プロトン伝導性電解質膜にスクリーン印刷する。一
方、アノード触媒層インクは、ポリプロピレンフィルム
上に塗工して触媒層を形成し、これを前記プロトン伝導
性電解質膜の他方の面に転写する。こうしてＭＥＡ−Ａ
を作製した。
【００２４】このとき、ＪＩＳ−Ｚ８７４１による評価
法によりそれぞれの触媒層の表面の８５°光沢度を測定
した結果、カソード触媒層は２０〜３５％、アノード触
媒層は４０〜６０％を示した。これにより、触媒層の光
沢度を測定することによって、ＭＥＡにおけるカソード
とアノードの識別が可能となる。
法によりそれぞれの触媒層の表面の８５°光沢度を測定
した結果、カソード触媒層は２０〜３５％、アノード触
媒層は４０〜６０％を示した。これにより、触媒層の光
沢度を測定することによって、ＭＥＡにおけるカソード
とアノードの識別が可能となる。
【００２５】次に、上記とは逆に、アノード触媒層イン
クを電解質膜の一方の面にスクリーン印刷し、カソード
触媒層インクをポリプロピレンフィルムからの転写によ
り電解質膜の他方の面に形成してＭＥＡ−Ｂを作製し
た。この結果、アノード触媒層の表面の８５°光沢度は
２０〜３５％となり、カソード触媒層の表面の８５°光
沢度は４０〜６０％となった。
クを電解質膜の一方の面にスクリーン印刷し、カソード
触媒層インクをポリプロピレンフィルムからの転写によ
り電解質膜の他方の面に形成してＭＥＡ−Ｂを作製し
た。この結果、アノード触媒層の表面の８５°光沢度は
２０〜３５％となり、カソード触媒層の表面の８５°光
沢度は４０〜６０％となった。
【００２６】次に、これらのＭＥＡを用いて、実際に積
層電池を構成し、運転したときの電池電圧を測定した結
果を図６に示した。実験の条件は、実施の形態３の具体
例と同じである。
層電池を構成し、運転したときの電池電圧を測定した結
果を図６に示した。実験の条件は、実施の形態３の具体
例と同じである。
【００２７】図６より、ＭＥＡ−ＡはＭＥＡ−Ｂに対し
て約３０ｍＶ程度、電圧値が高くなることがわかる。こ
れより、アノード触媒層は、表面の８５°光沢度をカソ
ード触媒層のそれより高くすることが効果的であること
がわかった。
て約３０ｍＶ程度、電圧値が高くなることがわかる。こ
れより、アノード触媒層は、表面の８５°光沢度をカソ
ード触媒層のそれより高くすることが効果的であること
がわかった。
【００２８】
【発明の効果】本発明によると、アノード及びカソード
の外形形状をＣカットなどによってマーキングすること
により、アノードとカソードの識別が可能となり、誤組
み合わせや誤組立を防止できる。また、アノード触媒層
及びカソード触媒層の表面の光沢度を変化させることに
より、アノードとカソードの識別を可能となる。
の外形形状をＣカットなどによってマーキングすること
により、アノードとカソードの識別が可能となり、誤組
み合わせや誤組立を防止できる。また、アノード触媒層
及びカソード触媒層の表面の光沢度を変化させることに
より、アノードとカソードの識別を可能となる。
【図１】本発明の実施の形態１のＭＥＡのアノード側の
正面図である。
正面図である。
【図２】本発明の実施の形態２の支持シート上に形成さ
れた転写用触媒層の正面図である。
れた転写用触媒層の正面図である。
【図３】本発明の実施の形態３の支持シート上に形成さ
れた触媒層の正面図である。
れた触媒層の正面図である。
【図４】一般的な燃料電池における拡散層内でのガス流
れを模式的に示したセパレータ板のアノード側の正面図
である。
れを模式的に示したセパレータ板のアノード側の正面図
である。
【図５】本発明の実施の形態３による燃料電池の電池性
能を示した図である。
能を示した図である。
【図６】本発明の実施の形態４による燃料電池の電池性
能を示した図である。
能を示した図である。
１１ アノード拡散層
１２ マーキング
１３ 高分子電解質膜
２１、３１ カソード触媒層
２３、３３ アノード触媒層
４１ セパレータ
４２ 燃料ガスの流路
４３ 燃料ガスの入口側マニホールド孔
４４ 燃料ガスの出口側マニホールド孔
４５ ガス拡散層
４６ 酸化剤ガスの入り口側マニホールド孔
４７ 酸化剤ガスの出口側マニホールド孔
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(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 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
(72)発明者 竹口 伸介
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 柴田 礎一
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
Ｆターム(参考） 5H018 AA06 AS02 AS03 BB11 HH00
5H026 AA06 BB06 CC03 CC08 HH00
Claims (5)
- 【請求項１】 水素イオン伝導性の高分子電解質膜、及
び前記高分子電解質膜を挟むカソード及びアノードを具
備し、前記カソード及びアノードがそれぞれ触媒層及び
ガス拡散層からなる複数の膜・電極接合体、並びに前記
アノードに対向する面に燃料ガスを供給・排出するため
のガス流路を有し、前記カソードに対向する面に酸化剤
ガスを供給・排出するためのガス流路を有し、前記膜・
電極接合体の間に挿入された導電性セパレータ板を含
み、前記各触媒層及び各ガス拡散層の少なくとも一つに
マーキングが施され、アノードとカソードの識別が可能
であることを特徴とする高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 前記マーキングが、前記触媒層またはガ
ス拡散層の少なくとも１箇所の角部がカットされたコー
ナーカット部であり、これにより前記触媒層またはガス
拡散層が中心軸に対して非対称な形状となっている請求
項１記載の高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項３】 前記コーナーカット部の位置が、前記燃
料ガスの入り口側マニホールド孔及び出口側マニホール
ド孔から遠い方の角部である請求項２記載の高分子電解
質型燃料電池。 - 【請求項４】 水素イオン伝導性の高分子電解質膜、及
び前記高分子電解質膜を挟むカソード及びアノードを具
備し、前記カソード及びアノードがそれぞれ触媒層及び
ガス拡散層からなる複数の膜・電極接合体、並びに前記
アノードに対向する面に燃料ガスを供給・排出するため
のガス流路を有し、前記カソードに対向する面に酸化剤
ガスを供給・排出するためのガス流路を有し、前記膜・
電極接合体の間に挿入された導電性セパレータ板を含
み、前記アノードの触媒層の表面の光沢度とカソードの
触媒層の表面の光沢度が異なることを特徴とする高分子
電解質型燃料電池。 - 【請求項５】 ＪＩＳ−Ｚ８７４１の評価法による前記
アノードの触媒層の表面の８５°光沢度が前記カソード
の触媒層の表面の８５°光沢度より大きい請求項４記載
の高分子電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002138935A JP3989771B2 (ja) | 2002-05-14 | 2002-05-14 | 高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002138935A JP3989771B2 (ja) | 2002-05-14 | 2002-05-14 | 高分子電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003331851A true JP2003331851A (ja) | 2003-11-21 |
| JP3989771B2 JP3989771B2 (ja) | 2007-10-10 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002138935A Expired - Fee Related JP3989771B2 (ja) | 2002-05-14 | 2002-05-14 | 高分子電解質型燃料電池 |
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007179809A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Japan Gore Tex Inc | 識別マークを有する膜電極接合体およびそれを用いた固体高分子電解質型燃料電池の製造方法 |
| WO2007126095A1 (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池のセパレータ |
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| JP2011258358A (ja) * | 2010-06-07 | 2011-12-22 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 固体酸化物形燃料電池及びその製造方法 |
| US8535822B2 (en) | 2008-06-23 | 2013-09-17 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electrode assembly and secondary battery having the same |
| JP2017084456A (ja) * | 2015-10-22 | 2017-05-18 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| JP2019139952A (ja) * | 2018-02-09 | 2019-08-22 | 凸版印刷株式会社 | 膜電極接合体およびこれを備えた固体高分子形燃料電池 |
-
2002
- 2002-05-14 JP JP2002138935A patent/JP3989771B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2019139952A (ja) * | 2018-02-09 | 2019-08-22 | 凸版印刷株式会社 | 膜電極接合体およびこれを備えた固体高分子形燃料電池 |
| JP7119402B2 (ja) | 2018-02-09 | 2022-08-17 | 凸版印刷株式会社 | 膜電極接合体およびこれを備えた固体高分子形燃料電池 |
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