JP2005174763A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池 Download PDF

Info

Publication number
JP2005174763A
JP2005174763A JP2003413680A JP2003413680A JP2005174763A JP 2005174763 A JP2005174763 A JP 2005174763A JP 2003413680 A JP2003413680 A JP 2003413680A JP 2003413680 A JP2003413680 A JP 2003413680A JP 2005174763 A JP2005174763 A JP 2005174763A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
catalyst layer
electrode side
side catalyst
fuel cell
hydrogen
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
Application number
JP2003413680A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4826057B2 (ja
Inventor
Souzaburo Ohashi
聡三郎 大橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2003413680A priority Critical patent/JP4826057B2/ja
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to DE602004025608T priority patent/DE602004025608D1/de
Priority to US10/562,970 priority patent/US7592092B2/en
Priority to CNB2004800187760A priority patent/CN100486010C/zh
Priority to PCT/JP2004/017825 priority patent/WO2005057698A1/ja
Priority to CA002533138A priority patent/CA2533138C/en
Priority to EP04799885A priority patent/EP1693913B1/en
Publication of JP2005174763A publication Critical patent/JP2005174763A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4826057B2 publication Critical patent/JP4826057B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8636—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells with a gradient in another property than porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8814—Temporary supports, e.g. decal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8828—Coating with slurry or ink
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8896—Pressing, rolling, calendering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H01M4/861—Porous electrodes with a gradient in the porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • 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

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】 水素極側触媒層から電解質膜を介して空気極側触媒層へ透過する水素量を低減し、空気極側触媒層での水素の直接燃焼反応を抑制して電池の耐久性を向上させる。
【解決手段】 燃料電池の膜電極接合体１において、水素極側触媒層１１ａの気孔率が空気極側触媒層１１ｂの気孔率よりも小さくなるようにする。具体的には、水素極側触媒層を構成するイオン交換樹脂のカーボン担体に対する重量比率を空気極側触媒層のその重量比率よりも大とする、あるいは、水素極側触媒層に所定粒径以下の添加材を含ませる、あるいは、水素極側触媒層は触媒インクのスプレー塗布により形成し、空気極側触媒層は転写法で形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料電池、特に膜電極接合体を備えた固体高分子型燃料電池に関する。
図６は、固体高分子型燃料電池の要部を示しており、膜電極接合体（ＭＥＡ:Membrane-Electrode Assembly）１がセパレータ（不図示）で挟持されて多数配置されている。膜電極接合体１は、イオン交換樹脂からなる電解質膜１０の一方側に形成された水素極側触媒層１１ａと、他方側に形成された空気極側触媒層１１ｂとを備える。燃料電池電極における触媒層は一般的にカーボン担体に白金のような貴金属を担持させ、イオン交換樹脂がそのように触媒を担持したカーボン担体周囲を被覆している構造を持ち、触媒層は触媒反応が行われることの他に、ガス拡散性、電子伝導性、イオン導電性の機能が必要とされる。
触媒層の形成に当たっては、触媒を担持したカーボン担体と溶媒とイオン交換樹脂（電解質）とで構成される触媒インクを調整し、それを電解質膜上にスプレー塗布あるいはドクターブレード方式のアプリケータなどにより塗布し乾燥するか、触媒インクをＰＴＦＥやＰＥＴなどの基材に塗布した後、これを電解質膜にホットプレスで熱圧転写して、触媒層とされる。触媒層１１ａ，１１ｂの上には、さらにガス拡散層１２ａ，１２ｂが積層され、セパレータに形成された流路を介して、水素極側触媒層１１ａには燃料ガスとしての水素が、また、空気極側触媒層１１ｂには酸化ガスとして通常は空気が供給される。
触媒層において、触媒反応を促進させるためには、触媒層中のガス拡散性が高い方が有利であり、より気孔体積が多くなるように触媒層を設計するのが普通である。その観点から、特許文献１（特開平８−１３８７１５号公報）には、膜上に化学メッキ法に係る分散メッキ法により電極触媒塩を高分子粒子と共に吸着させ、その後、酸性溶液を用いて高分子粒子を除去することにより、空隙率の高い多孔性電極触媒層を形成する技術が記載されている。
特開平８−１３８７１５号公報
本発明者はこれまで固体高分子型燃料電池の研究と製造に携わってきているが、その過程で、固体高分子型燃料電池では、図６に示すように、発電中に水素極側から電解質膜を透過した水素が、空気極側で酸素との直接燃焼反応や過酸化水素の生成を起こす場合があることを経験した。空気極側でのこのような直接燃焼反応や過酸化水素の存在は触媒層や電解質膜の劣化を引き起こし、電池寿命を低下させる要因となるので、回避しなければならない。
ところで、前記のように、触媒反応を促進させるために、触媒層は気孔体積が多くなるように設計されるのが普通であり、そのために特許文献１のような新たな提案もなされている。しかし、水素極側触媒層については、その気孔体積が多くなると、水素の拡散性も高くなり、電解質膜を透過する水素量が増加する。これが、空気極側触媒層での劣化につながる直接燃焼反応や過酸化水素の生成を多く発生させてしまう一因と考えられる。
本発明者は、電解質膜を透過する水素量を低減させれば、水素との直接燃焼反応や過酸化水素の生成量を少なくすることができ、電池寿命が改善されると考え、水素極側触媒層の気孔率を空気極側触媒層の気孔率よりも小さくした膜電極接合体を作り、それを備えた燃料電池の寿命を測定したところ、水素極側触媒層の気孔率を空気極側触媒層の気孔率と同じとした膜電極接合体を備えたものよりも、電池寿命が明らかに長くなることを知った。
本発明は上記の知見に基づいており、本発明による燃料電池は、電解質膜と、その一方側に形成した水素極側触媒層と、他方側に形成した空気極側触媒層とを備える膜電極接合体を少なくとも有する燃料電池であって、水素極側触媒層の気孔率が空気極側触媒層の気孔率よりも小さくされていることを特徴とする。
上記のように構成することにより、空気極側触媒層での直接燃焼反応や過酸化水素の生成を抑制することができ、燃料電池の寿命は、水素極側触媒層が空気極側触媒層の気孔率と同じに設計したものよりも長くなる。なお、水素極側触媒層の気孔率を空気極側触媒層の気孔率よりも小さくすることにより、従来の燃料電池と比較して、水素極側触媒層での水素拡散は低下する。しかし、固体高分子型燃料電池の反応では、空気極側が圧倒的に反応律速となっており、水素極側の水素還元反応が律速になることはないので、理論上のガス量を継続して供給（ストイキ１以上）することにより、電池性能が影響を受けることはない。
水素極側触媒層の気孔率を空気極側触媒層の気孔率よりも小さくするための具体的な手段はいろいろ存在する。例えば、水素極側触媒層を構成するイオン交換樹脂（電解質）のカーボン担体に対する重量比率を、空気極側触媒層のその重量比率よりも大とするようにしてもよい。イオン交換樹脂量を増加させることによりカーボン粒子（担体）上の樹脂被膜が厚くなり粒子間に存在する気孔体積が低減することで、水素極側触媒層の気孔率は空気極側触媒層の気孔率よりも小さくなる。
本発明者の実験では、通常使用される固体高分子型燃料電池において、空気極側触媒層のイオン交換樹脂のカーボン担体に対する重量比率は０．４倍以上１．５培未満の範囲であり、その場合に、水素極側触媒層のイオン交換樹脂のカーボン担体に対する重量比率が１．５倍以上３．０培未満であれば、十分に所期の目的を達成することができた。より好ましくは、空気極側触媒層のイオン交換樹脂のカーボン担体に対する重量比率は０．８培程度であり、水素極側触媒層のイオン交換樹脂のカーボン担体に対する重量比率は２．０培程度であった。
また、通常使用される固体高分子型燃料電池において、空気極側触媒層の気孔部分の体積は全体体積の３％以上３０％以下の範囲であり、その場合に、水素極側触媒層での気孔部分の体積が全体体積の１．０％以上３．０％以下の範囲であれば、十分に所期の目的を達成することができた。特に好ましくは、空気極側触媒層の気孔部分の体積は全体体積の３０％程度であり、その場合に、水素極側触媒層での気孔部分の体積は全体体積の２％程度であった。
他の方法として、水素極側触媒層に所定粒径以下の添加材を含ませることで、水素極側触媒層の気孔率を空気極側触媒層の気孔率よりも小さくするようにしてもよい。添加材としては、好ましくは、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウムなどが挙げられるが、イオン化合物（水中でイオンに解離するもの）でなければ、粒径がカーボン担体より小さいこと（好ましくは、平均粒子径が０．３μｍ以下）と触媒反応を阻害しないことを条件に、基本的に任意のものを用いることができる。この方法によっても、粒子間に存在する気孔体積が添加材によって埋められるので粒子間に存在する気孔体積が低減し、結果として、水素極側触媒層の気孔率は空気極側触媒層の気孔率よりも小さくなる。
ここでも、本発明者の実験では、空気極側触媒層の気孔部分の体積が全体体積の３．０％〜３０％の範囲である場合に、水素極側触媒層での気孔部分の体積が全体体積の１．０％〜３．０％以内であれば、効果的に所期の目的を達成することができる。
さらに他の方法として、水素極側触媒層は触媒インクのスプレー塗布により形成し、空気極側触媒層は転写法で形成することも有効である。従来、触媒層の形成方法は水素極と空気極とで同一の方法を用いている（例えば、スプレー塗布の場合は、水素極側触媒層および空気極側触媒層ともにスプレー塗布）が、スプレーによる膜への直接塗布が転写法より触媒層の体積気孔率（気孔体積／触媒層体積）が低いという特徴を生かして、上記のように形成方法を異ならせることで、水素極側触媒層の気孔率を空気極側触媒層の気孔率よりも小さくすることができる。
本発明によれば、水素極側触媒層から電解質膜を介して空気極側触媒層へ透過（クロスオーバー）する水素量を低減することができ、空気極側触媒層での水素の直接燃焼反応を抑制できるので、電池の耐久性を向上することが可能となる。
［実施例１］
（１）水素極側触媒層の形成
白金粒子をカーボンブラック（Vulcan XC-72(Cabot社製)）上に１５ｗｔ％担持させた触媒粒子約１０ｇに対して、水を６０ｇ投入する。次にエタノール４５ｇを投入してよく攪拌混合する。最後に電解質としてナフィオン溶液（デュポン社 DC-2020 ２１％溶液）を８０ｇ投入して攪拌する。この攪拌溶液を超音波ホモジナイザーにより約１分間音波照射させ、発熱を伴うために５分間冷却する。この操作を１０回程度繰り返した分散溶液を水素極側触媒層用の触媒インクとする。
この分散溶液をドクターブレード方式のアプリケータによりＰＴＦＥ基材上に塗布する。塗布量は白金重量が約０．１ｍｇ／ｃｍ２になるように調整する。塗布後、１００℃で温風乾燥させ、電解質膜にホットプレスにより熱圧転写し、ＰＴＦＥを剥離して水素極側触媒層とする。この材料比率で作成した水素極側触媒層はイオン交換樹脂のカーボン担体に対する重量比率が２．０となる。
（２）空気極側触媒層の形成
Ketjen EC（商品名：ケチェンブラックインターナショナル社製）に白金４５ｗｔ％を担持させた触媒１０ｇに対して水５０ｇ、エタノール５０ｇ、ナフィオン溶液（２１％）２６ｇを加え、後の工程は水素極側と同様にして作った触媒粒子の分散溶液を空気極側触媒層用の触媒インクとする。この分散溶液をドクターブレード方式のアプリケータによりＰＴＦＥ基材上に塗布する。塗布量は白金重量が約０．４ｍｇ／ｃｍ２になるように調整する。塗布後、１００℃で温風乾燥させ、電解質膜にホットプレスにより熱圧転写し、ＰＴＦＥを剥離して空気極側触媒層とする。この材料比率で作成した空気極側触媒層はイオン交換樹脂のカーボン担体に対する重量比率が１．０となる。
（３）上記のようにして水素極側触媒層および空気極側触媒層を形成した膜電極接合体を拡散層とセパレータと共に用いて燃料電池とし、それを連続放電したときの電極を透過するガス量の変化を図１のグラフに線Ａ（電解質／カーボン２．０）で示す。なお、線Ｂは電解質／カーボン１．０の場合であり、線Ｃは電解質／カーボン０．６の場合である。図１のグラフで線Ａで示すように、本発明による燃料電池の経時的な封圧変化量はきわめて小さく、本発明の優位性が示される。
（４）それぞれの場合の、それぞれの触媒層気孔率を水銀ポロシメータにより測定し、０．００１μｍ〜１μｍの気孔分布と気孔体積（気孔率累積）を図２、図３に示す。図から、本発明において、水素極側触媒層での気孔部分の体積が全体体積３．０％以内である場合が特に有効であることが示される。
［実施例２］
（１）水素極側触媒層の形成
白金粒子をカーボンブラック（Vulcan XC-72(Cabot社製)）上に１５ｗｔ％担持させた触媒粒子約１０ｇに対して、水を６０ｇ投入する。次にエタノール４５ｇを投入してよく攪拌混合する。次にナフィオン溶液（デュポン社 DC-2020 ２１％溶液）を４０ｇ投入して攪拌する。この溶液に添加材としての酸化チタン（テイカ製、商品名ＭＴ−１００ＡＱ 平均粒子径０．２４μｍ）を４．３ｇ加え攪拌する。この攪拌溶液を超音波ホモジナイザーにより約１分間音波照射させ、発熱を伴うために５分間冷却する。この操作を１０回程度繰り返した触媒粒子の分散溶液を水素極側触媒層用の触媒インクとする。
この分散溶液をドクターブレード方式のアプリケータによりＰＴＦＥ基材上に塗布する。塗布量は白金重量が約０．１ｍｇ／ｃｍ２になるように調整する。塗布後、１００℃で温風乾燥させ、電解質膜にホットプレスにより熱圧転写し、ＰＴＦＥを剥離して水素極側触媒層とする。
（２）空気極側触媒層の形成
Ketjen EC（商品名：ケチェンブラックインターナショナル社製）に白金４５重量％を担持させた触媒１０ｇに対して水５０ｇ、エタノール５０ｇ、ナフィオン溶液（２１％）２６ｇを加え、後の工程は水素極と同様にして作った触媒粒子の分散溶液を空気極側触媒層用の触媒インクとする。
この分散溶液をドクターブレード方式のアプリケータによりＰＴＦＥ基材上に塗布する。塗布量は白金重量が約０．４ｍｇ／ｃｍ２になるように調整する。塗布後、１００℃で温風乾燥させ、電解質膜にホットプレスにより熱圧転写し、ＰＴＦＥを剥離して空気極側触媒層とする。
（３）上記のようにして水素極側触媒層および空気極側触媒層を形成した膜電極接合体を拡散層とセパレータと共に用いて燃料電池とし、それを連続放電したときの電極を透過するガス量の変化を図１のグラフに線Ｄで示す。図１のグラフで線Ｄで示すように、本発明による燃料電池の経時的な封圧変化量はきわめて小さく、本発明の優位性を明らかに示している。
［実施例３］
（１）水素極側触媒層の形成
白金粒子をカーボンブラック（Ketjen EC (ケチェンブラックインターナショナル社製)）上に４５ｗｔ％担持させた触媒粒子約１０ｇに対して、水を５０ｇ投入する。次にエタノール５０ｇを投入してよく攪拌混合する。最後にナフィオン溶液（デュポン社 DC-2020 ２１％溶液）を１０ｇ投入して攪拌する。この攪拌溶液を超音波ホモジナイザーにより約１分間音波照射させ、発熱を伴うために５分間冷却する。この操作を１０回程度繰り返したものを触媒粒子の分散溶液（触媒インク）とする。この分散溶液をスプレーにより電解質膜上に塗布して水素極側触媒層を形成する。
（２）空気極側触媒層の形成
上記触媒インクをドクターブレード方式のアプリケータによりＰＴＦＥ基材上に塗布、乾燥後に、電解質膜にホットプレスにより熱圧転写し、ＰＴＦＥを剥離して空気極側触媒層とする。
（３）上記のようにして水素極側触媒層および空気極側触媒層を形成した膜電極接合体を拡散層とセパレータと共に用いて燃料電池とし、それを連続放電したときの電極を透過するガス量の変化を図１のグラフに線Ｅで示す。図１のグラフで線Ｅで示すように、本発明による燃料電池の経時的な封圧変化量はきわめて小さく、本発明の優位性を明らかに示している。
（４）触媒層気孔率を水銀ポロシメータにより測定した。０．００１μｍ〜１μｍの気孔分布と気孔体積を図４、図５に示す。この図から、スプレー塗布による水素極側触媒層の気孔率は、転写による空気極側触媒層の気孔率よりも明らかに小さくなっていることがわかる。
実施例の燃料電池でのクロスリーク量の推移を示すグラフ。 実施例１の触媒層での気孔率分布を示すグラフ。 実施例１の触媒層での気孔体積（気孔率累積）を示すグラフ。 実施例３の触媒層での気孔率分布を示すグラフ。 実施例３の触媒層での気孔体積（気孔率累積）を示すグラフ。 膜電極接合体を備えた燃料電池と空気極側触媒層での燃焼反応を説明する図。
符号の説明
１…膜電極接合体、１０…電解質膜、１１…触媒層、１２…拡散層

Claims (8)

  1. 電解質膜と、その一方側に形成した水素極側触媒層と、他方側に形成した空気極側触媒層とを備える膜電極接合体を少なくとも有する燃料電池であって、水素極側触媒層の気孔率が空気極側触媒層の気孔率よりも小さくされていることを特徴とする燃料電池。
  2. 請求項１に記載の燃料電池であって、水素極側触媒層を構成するイオン交換樹脂のカーボン担体に対する重量比率が、空気極側触媒層のその重量比率よりも大とすることにより、水素極側触媒層の気孔率が空気極側触媒層の気孔率よりも小さくされていることを特徴とする燃料電池。
  3. 請求項２に記載の燃料電池であって、水素極側触媒層でのイオン交換樹脂のカーボン担体に対する重量比率が１．５以上３．０未満の範囲であり、空気極側触媒層のその重量比率が０．４以上１．５未満の範囲であることを特徴とする燃料電池。
  4. 請求項２に記載の燃料電池であって、水素極側触媒層での気孔部分の体積が全体体積の１．０％以上３．０％以下の範囲であり、空気極側触媒層の気孔部分の体積が全体体積の３％以上３０％以下の範囲であることを特徴とする燃料電池。
  5. 請求項１に記載の燃料電池であって、水素極側触媒層に所定粒径以下の添加材を含ませることで、水素極側触媒層の気孔率が空気極側触媒層の気孔率よりも小さくされていることを特徴とする燃料電池。
  6. 請求項５に記載の燃料電池であって、添加材の平均粒子径が０．３μｍ以下であることを特徴とする燃料電池。
  7. 請求項５に記載の燃料電池であって、水素極側触媒層での気孔部分の体積が全体体積の１．０％以上３．０％以下の範囲であり、空気極側触媒層の気孔部分の体積が全体体積の３．０％以上３０％以下の範囲であることを特徴とする燃料電池。
  8. 請求項１に記載の燃料電池であって、水素極側触媒層は触媒インクのスプレー塗布により形成し、空気極側触媒層は転写法で形成することにより、水素極側触媒層の気孔率が空気極側触媒層の気孔率よりも小さくされていることを特徴とする燃料電池。
JP2003413680A 2003-12-11 2003-12-11 燃料電池 Expired - Fee Related JP4826057B2 (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003413680A JP4826057B2 (ja) 2003-12-11 2003-12-11 燃料電池
US10/562,970 US7592092B2 (en) 2003-12-11 2004-11-24 Fuel cell having a hydrogen electrode catalyst layer porosity that is lower than the air electrode catalyst layer porosity
CNB2004800187760A CN100486010C (zh) 2003-12-11 2004-11-24 燃料电池
PCT/JP2004/017825 WO2005057698A1 (ja) 2003-12-11 2004-11-24 燃料電池
DE602004025608T DE602004025608D1 (de) 2003-12-11 2004-11-24 Brennstoffzelle
CA002533138A CA2533138C (en) 2003-12-11 2004-11-24 Fuel cell
EP04799885A EP1693913B1 (en) 2003-12-11 2004-11-24 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003413680A JP4826057B2 (ja) 2003-12-11 2003-12-11 燃料電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005174763A true JP2005174763A (ja) 2005-06-30
JP4826057B2 JP4826057B2 (ja) 2011-11-30

Family

ID=34675066

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003413680A Expired - Fee Related JP4826057B2 (ja) 2003-12-11 2003-12-11 燃料電池

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7592092B2 (ja)
EP (1) EP1693913B1 (ja)
JP (1) JP4826057B2 (ja)
CN (1) CN100486010C (ja)
CA (1) CA2533138C (ja)
DE (1) DE602004025608D1 (ja)
WO (1) WO2005057698A1 (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007134173A (ja) * 2005-11-10 2007-05-31 Toyota Motor Corp 燃料電池用触媒、燃料電池用触媒の製造方法、燃料電池用接合体及び燃料電池
WO2007126153A1 (ja) * 2006-04-27 2007-11-08 University Of Yamanashi ガス拡散電極の製造方法、及びガス拡散電極、並びにそれを備えた膜電極接合体
JP2018022587A (ja) * 2016-08-02 2018-02-08 凸版印刷株式会社 膜電極接合体製造方法
JP2019186193A (ja) * 2018-11-27 2019-10-24 凸版印刷株式会社 触媒層、膜電極接合体、固体高分子形燃料電池
KR20200004704A (ko) * 2018-07-04 2020-01-14 현대자동차주식회사 계면저항을 최소화한 박막형 막-전극 접합체 제조방법
JP2020177828A (ja) * 2019-04-19 2020-10-29 凸版印刷株式会社 膜電極接合体、および、固体高分子形燃料電池
JP2020177829A (ja) * 2019-04-19 2020-10-29 凸版印刷株式会社 膜電極接合体、および、固体高分子形燃料電池
JP2020177830A (ja) * 2019-04-19 2020-10-29 凸版印刷株式会社 膜電極接合体、および、固体高分子形燃料電池

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7289807B2 (en) 2004-06-24 2007-10-30 Nokia Corporation System and method for using licensed radio technology to determine the operation parameters of an unlicensed radio technology in a mobile terminal
US8652705B2 (en) * 2005-09-26 2014-02-18 W.L. Gore & Associates, Inc. Solid polymer electrolyte and process for making same
KR100722093B1 (ko) * 2005-10-19 2007-05-25 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 막전극 어셈블리, 이의 제작방법, 및 이를채용한 연료전지 시스템
JP4506740B2 (ja) * 2006-09-14 2010-07-21 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用触媒構造体、膜電極接合体、燃料電池、燃料電池用触媒構造体の製造方法
US7989115B2 (en) * 2007-12-14 2011-08-02 Gore Enterprise Holdings, Inc. Highly stable fuel cell membranes and methods of making them
FR2958797B1 (fr) * 2010-04-13 2012-04-27 Commissariat Energie Atomique Structuration d'electrode de piles a combustible a membrane echangeuse de protons
JP7187697B2 (ja) * 2018-11-26 2022-12-12 日本ゴア合同会社 鉛蓄電池用の触媒デバイス及び鉛蓄電池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05251086A (ja) * 1992-03-09 1993-09-28 Hitachi Ltd 燃料電池及びその応用装置
JPH0652871A (ja) * 1992-06-02 1994-02-25 Hitachi Ltd 固体高分子型燃料電池
JPH09245802A (ja) * 1996-03-11 1997-09-19 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 高分子固体電解質型燃料電池用電極
JPH10270055A (ja) * 1997-03-25 1998-10-09 Mitsubishi Electric Corp 電気化学触媒並びにそれを用いた電気化学反応装置、電気化学素子、リン酸型燃料電池およびメタノール直接型燃料電池

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58150271A (ja) * 1982-03-03 1983-09-06 Hitachi Ltd 燃料電池
EP0660969A1 (en) * 1991-07-26 1995-07-05 International Fuel Cells Corporation High current acid fuel cell electrodes
US5350643A (en) * 1992-06-02 1994-09-27 Hitachi, Ltd. Solid polymer electrolyte type fuel cell
JP2859531B2 (ja) * 1993-12-29 1999-02-17 三菱電機株式会社 燃料電池用電極およびその製造方法
JP3143568B2 (ja) 1994-11-08 2001-03-07 住友電気工業株式会社 レドックスフロー電池の運転方法
JPH08138715A (ja) 1994-11-09 1996-05-31 Fuji Electric Co Ltd 固体高分子型燃料電池とその製造方法
JP4528386B2 (ja) * 1999-08-18 2010-08-18 株式会社東芝 固体高分子型燃料電池およびその製造方法
US6890680B2 (en) 2002-02-19 2005-05-10 Mti Microfuel Cells Inc. Modified diffusion layer for use in a fuel cell system
JP4130792B2 (ja) * 2002-11-25 2008-08-06 本田技研工業株式会社 膜−電極構造体及びそれを用いる固体高分子型燃料電池
JP2004186049A (ja) * 2002-12-04 2004-07-02 Honda Motor Co Ltd 固体高分子型燃料電池用電極構造体およびその製造方法
JP4492037B2 (ja) * 2003-05-21 2010-06-30 株式会社エクォス・リサーチ 燃料電池用電極

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05251086A (ja) * 1992-03-09 1993-09-28 Hitachi Ltd 燃料電池及びその応用装置
JPH0652871A (ja) * 1992-06-02 1994-02-25 Hitachi Ltd 固体高分子型燃料電池
JPH09245802A (ja) * 1996-03-11 1997-09-19 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 高分子固体電解質型燃料電池用電極
JPH10270055A (ja) * 1997-03-25 1998-10-09 Mitsubishi Electric Corp 電気化学触媒並びにそれを用いた電気化学反応装置、電気化学素子、リン酸型燃料電池およびメタノール直接型燃料電池

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007134173A (ja) * 2005-11-10 2007-05-31 Toyota Motor Corp 燃料電池用触媒、燃料電池用触媒の製造方法、燃料電池用接合体及び燃料電池
WO2007126153A1 (ja) * 2006-04-27 2007-11-08 University Of Yamanashi ガス拡散電極の製造方法、及びガス拡散電極、並びにそれを備えた膜電極接合体
JP2018022587A (ja) * 2016-08-02 2018-02-08 凸版印刷株式会社 膜電極接合体製造方法
KR20200004704A (ko) * 2018-07-04 2020-01-14 현대자동차주식회사 계면저항을 최소화한 박막형 막-전극 접합체 제조방법
KR102644540B1 (ko) * 2018-07-04 2024-03-06 현대자동차주식회사 계면저항을 최소화한 박막형 막-전극 접합체 제조방법
JP2019186193A (ja) * 2018-11-27 2019-10-24 凸版印刷株式会社 触媒層、膜電極接合体、固体高分子形燃料電池
JP2020177828A (ja) * 2019-04-19 2020-10-29 凸版印刷株式会社 膜電極接合体、および、固体高分子形燃料電池
JP2020177829A (ja) * 2019-04-19 2020-10-29 凸版印刷株式会社 膜電極接合体、および、固体高分子形燃料電池
JP2020177830A (ja) * 2019-04-19 2020-10-29 凸版印刷株式会社 膜電極接合体、および、固体高分子形燃料電池
JP7205363B2 (ja) 2019-04-19 2023-01-17 凸版印刷株式会社 膜電極接合体、および、固体高分子形燃料電池
JP7205364B2 (ja) 2019-04-19 2023-01-17 凸版印刷株式会社 膜電極接合体、および、固体高分子形燃料電池
JP7275800B2 (ja) 2019-04-19 2023-05-18 凸版印刷株式会社 膜電極接合体、および、固体高分子形燃料電池

Also Published As

Publication number Publication date
US7592092B2 (en) 2009-09-22
CN100486010C (zh) 2009-05-06
CA2533138C (en) 2009-04-28
EP1693913B1 (en) 2010-02-17
US20060166073A1 (en) 2006-07-27
DE602004025608D1 (de) 2010-04-01
CA2533138A1 (en) 2005-06-23
EP1693913A1 (en) 2006-08-23
EP1693913A4 (en) 2007-05-09
WO2005057698A1 (ja) 2005-06-23
JP4826057B2 (ja) 2011-11-30
CN1816931A (zh) 2006-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4826057B2 (ja) 燃料電池
US20110123902A1 (en) Permselective Membrane-Free Direct Fuel Cell and Components Thereof
CA2497105A1 (en) Fuel cell electrode
JP2008243732A (ja) 直接メタノール型燃料電池
JP2004192950A (ja) 固体高分子型燃料電池及びその製造方法
JPH0888007A (ja) 固体高分子型燃料電池およびその電極
JP2009026501A (ja) 電解質膜−電極接合体
JP2009199988A (ja) 直接メタノール型燃料電池用アノード電極及びそれを用いた直接メタノール型燃料電池
JP5425441B2 (ja) 燃料電池用電極層の形成材料、燃料電池用膜電極接合体、燃料電池、燃料電池用電極層の形成材料の製造方法、燃料電池用電極層の製造方法
JP3523484B2 (ja) 燃料電池
CN100506373C (zh) 基于混合碳载体的改进的聚合物电解质膜燃料电池电催化剂
JP2005197195A (ja) 固体高分子型燃料電池
JP2003282074A (ja) 燃料電池用電極とその製造方法
JP2009170243A (ja) 膜電極複合体
JP3523853B2 (ja) 固体高分子型燃料電池用電極
CA2653479A1 (en) Fuel cell having a catalyst layer with a catalyst carrier and a catalyst layer with no catalyst carrier
JP2006066255A (ja) 燃料電池用カソード及びこれを備えた固体高分子型燃料電池
JP2006344441A (ja) 固体高分子形燃料電池用触媒混合体の製造方法およびその製造方法で得られた触媒混合体を用いた固体高分子形燃料電池
JP2003036857A (ja) 固体高分子型燃料電池用膜電極複合体
JP2002373662A (ja) 固体高分子型燃料電池用電極
JP3873387B2 (ja) 高分子電解質膜−反応部接合体の製造方法
JP2005302554A (ja) 固体高分子形燃料電池およびその製造方法
JP2005353376A (ja) 固体高分子形燃料電池用の電極の製造方法
JP2002373665A (ja) 固体高分子型燃料電池用電極の製造方法
JP2007026952A (ja) 固体高分子形燃料電池用触媒混合体の製造方法およびそれを用いた固体高分子形燃料電池。

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060810

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100615

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100805

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110628

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110801

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: 20110816

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110829

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140922

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4826057

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140922

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees