JP2005267904A - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 固体高分子型燃料電池1は、イオン導電性を有する電解質膜2と、電解質膜2の両側に配置された一対の電極3、4と、からなる電解質膜電極接合体(MEA)と、該電解質膜電極接合体を両側から挟持するセパレータ5と、を備える。電解質膜2とセパレータ5との間をシールするシール部材6には、過酸化物を分解する過酸化物分解触媒が配置される。
【選択図】 図1
Description
2H2O2 → 2H2O + O2 ・・・(1)
このように、運転中に生成された過酸化水素は、ラジカル化する前に過酸化物分解触媒により分解されるため、過酸化水素ラジカルによるフッ素系材料等の分解や低分子量化は抑制される。つまり、シール部材の劣化は抑制される。これより、電解質膜とセパレータとの間のガスシールは確保され、反応ガスの混合による問題も解消される。また、電解質膜や電極の劣化も抑制される。したがって、本発明の固体高分子型燃料電池は、耐久性に優れる。
(1)シール部材の原料となる所定の樹脂に、粉末状、ゾル状等の過酸化物分解触媒を混合する。
(2)過酸化物分解触媒を水等の溶媒に分散させた過酸化物分解触媒液を、シール部材の表面にスプレー塗布する。あるいは、シール部材を過酸化物分解触媒液に浸漬する。
(3)蒸着、スパッタリング、レーザアブレーション等により、シール部材の表面に過酸化物分解触媒を付着させる。
(4)シール部材の弾性向上のため、シール部材にSiO2、ZrO2等の樹脂ビーズを含有させる場合には、その樹脂ビーズを過酸化物分解触媒により作製する。また、従来の樹脂ビーズの表面に過酸化物分解触媒を付着させる。
(1)シール部材の作製
過酸化物分解触媒には、粉末状のCeO2(平均粒子径1μm)を使用した。また、シール部材の材料には、(a)SBR(スチレンブタジエンゴム);セメダイン株式会社製「CA−141」、(b)シリコーン;株式会社スリーボンド製「スリーボンド 1211」、(c)エポキシ樹脂;コニシ株式会社製「ボンドクイック5」、の三種類を使用した。まず、CeO2と上記三種類の材料とを、それぞれテフロン(登録商標、デュポン社製)製のシート上で混合し、2×2cm、厚さ0.2mmの薄片状に成形した。次に、80℃の温度下で2時間保持して硬化させた後、シートから剥離して、そのまま室温で一昼夜放置した。さらに、80℃の温度下で2時間真空加熱した後、徐冷して、シール部材を得た。この時の各シール部材の重量W1を測定した。
まず、PTFE内筒のSUS316製圧力容器中に、1wt%の過酸化水素水溶液を200ml準備した。この過酸化水素水溶液に、OHラジカル発生触媒となる鉄イオン(Fe2+)を10ppm加え(試薬FeCl2・6H2Oを使用)、鉄イオンを含む過酸化水素水溶液を調製した。次に、上記作製した三種類のシール部材を、調製した過酸化水素水溶液に浸漬し、100℃に加熱して8時間保持した。その後、シール部材を取り出し、流水で洗浄した。そして、80℃の温度下で2時間真空加熱し、徐冷した後、各シール部材の重量W2を測定した。過酸化水素水溶液へ浸漬する前後の重量変化率ΔW(%)を、次式[ΔW=(W1−W2)/W1×100]より求めた。表1に、各シール部材の重量変化率ΔW(%)を示す。なお、表1には、比較のため、過酸化物分解触媒を混合せずに作製したシール部材についての結果をも併せて示す。
下記表2に示す種々の過酸化物分解触媒について、過酸化物の分解能を調査した。過酸化物の分解能は、以下の試験により評価した。まず、PTFE内筒のSUS316製圧力容器に、1wt%の過酸化水素水溶液を30ml準備した。次いで、この過酸化水素水溶液に、各々の過酸化物分解触媒を0.1g添加した。そして、100℃の温度下で1時間保持した後、水溶液の過酸化水素濃度E2を求めた。過酸化水素濃度は、濃度0.1mol/Lの硫酸中の1.2V vs SHEでの定電位酸化電流(10分後)が、過酸化水素濃度に比例することを利用して、過酸化水素濃度−電流値の検量線を用いて求めた(定電位電気化学的酸化法)。
6、8:シール部材 7:電極端部
Claims (5)
- イオン導電性を有する電解質膜と、該電解質膜の両側に配置された一対の電極と、からなる電解質膜電極接合体と、
該電解質膜電極接合体を両側から挟持するセパレータと、
を備え、
該電解質膜と該セパレータとの間をシールするシール部材には、過酸化物を分解する過酸化物分解触媒が配置されることを特徴とする固体高分子型燃料電池。 - 前記過酸化物分解触媒は、貴金属、大環状金属錯体、難溶性金属酸化物、難溶性リン酸塩、難溶性フッ化物、難溶性タングス酸塩から選ばれる一種以上である請求項1に記載の固体高分子型燃料電池。
- 前記過酸化物分解触媒は、電気導電性の低い難溶性金属酸化物、大環状金属錯体、難溶性リン酸塩、難溶性フッ化物、難溶性タングス酸塩から選ばれる一種以上である請求項1に記載の固体高分子型燃料電池。
- 前記過酸化物分解触媒の量は、前記シール部材の重量を100wt%とした場合の0.1wt%以上1wt%以下である請求項1に記載の固体高分子型燃料電池。
- 前記過酸化物分解触媒の平均粒子径は10μm以下である請求項1に記載の固体高分子型燃料電池。
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