JP2005294121A - Gas diffusion layer and fuel cell using it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガスの流路が内部に形成されたガス拡散層およびそれを用いた燃料電池に関する。 The present invention relates to a gas diffusion layer having a gas flow path formed therein and a fuel cell using the same.
固体高分子電解質型燃料電池の最小発電単位である単位セルは一般に図3に示すように、電解質膜1の両側に触媒電極2が接合されている膜電極複合体3を有し、この膜電極複合体3の両側にはガス拡散層4が配されている。さらに、その外側にはガス流路5を備えたセパレータ6が配されており、ガス拡散層4を介して膜電極複合体3の触媒電極2へと供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスを通流させるとともに、発電により得られた電流を外部に伝える働きをしている。
As shown in FIG. 3, a unit cell, which is the minimum power generation unit of a solid polymer electrolyte fuel cell, generally has a membrane electrode assembly 3 having catalyst electrodes 2 bonded to both sides of an electrolyte membrane 1, and this membrane electrode
燃料電池による発電では、水素と酸素が反応することにより水が発生する。この反応の際に発生した水が排水されずにガス拡散層4内に留まると、いわゆるフラッディングが生じ、溜まった水により、触媒電極2への燃料ガスの供給が阻害され、燃料電池の性能低下に繋がってしまう。そのため、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給だけでなく、反応により発生した水の排水路としても、ガス流路の役割は大きい。
In power generation using a fuel cell, water is generated by the reaction of hydrogen and oxygen. If the water generated during this reaction remains in the
従来の燃料電池セルでは、セパレータ表面にガス流路が設けられているため、セパレータにガス流路を形成するための加工をする必要がある。また、ガス流路用の溝をセパレータ表面に形成することとなり、その分セパレータの厚さを厚くする必要があった。 In the conventional fuel cell, since the gas flow path is provided on the separator surface, it is necessary to perform processing for forming the gas flow path in the separator. In addition, a gas channel groove is formed on the separator surface, and the thickness of the separator needs to be increased accordingly.
特に、セパレータが金属製の場合は、腐食を防止するために表面の金メッキ処理が必要である。しかしながら、表面にガス流路が形成されていると、セパレータの表面の形状が複雑になり、そのような複雑な形状の表面に一様に金メッキ処理を施すことは容易ではないといった問題があった。このため、表面が平滑なセパレータを用い、かつガス流路を確保する方法が求められている。 In particular, when the separator is made of metal, a gold plating process on the surface is necessary to prevent corrosion. However, when the gas flow path is formed on the surface, the shape of the surface of the separator becomes complicated, and there is a problem that it is not easy to uniformly perform gold plating on the surface of such a complicated shape. . For this reason, a method of using a separator having a smooth surface and securing a gas flow path is required.
特許文献1では、パターン状に裁断されたカーボンペーパーをセパレータとガス拡散層との間に配置することにより、ガス流路を確保する方法が開示されている。しかしながら、この方法によると、従来の燃料電池よりも構成部材が増えてしまい、さらに、パターン状に裁断された薄いカーボンペーパーは破損しやすく、取り扱いには細心の注意が必要であるといった問題点があった。 Patent Document 1 discloses a method for securing a gas flow path by disposing carbon paper cut into a pattern between a separator and a gas diffusion layer. However, according to this method, the number of constituent members is increased as compared with the conventional fuel cell, and the thin carbon paper cut into a pattern is easily damaged, and requires careful handling for handling. there were.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、表面が平滑なセパレータを用いた場合でも、燃料電池の構成部材を増やすことなくガス流路を確保することができるガス拡散層、およびそれを用いた燃料電池を提供することを主目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and even when a separator having a smooth surface is used, a gas diffusion layer capable of ensuring a gas flow path without increasing the number of components of the fuel cell, and The main object is to provide a fuel cell using the same.
上記目的を達成するために、本発明は、燃料電池におけるセパレータと膜電極複合体との間に配置されるガス拡散層であって、上記ガス拡散層内にガス流路を形成する隔壁を有することを特徴とするガス拡散層を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention has a gas diffusion layer disposed between a separator and a membrane electrode assembly in a fuel cell, and has a partition wall that forms a gas flow path in the gas diffusion layer. A gas diffusion layer is provided.
本発明のガス拡散層においては、燃料ガスや酸化剤ガス、または反応により発生する水の流れを、上述した隔壁によって形成されたガス流路によりつくることができる。そのため、このガス拡散層と共に用いるセパレータにはガス流路を形成する必要がなく、表面が平滑なセパレータを用いることができる。 In the gas diffusion layer of the present invention, the flow of water generated by the fuel gas, the oxidant gas, or the reaction can be formed by the gas flow path formed by the partition walls described above. Therefore, it is not necessary to form a gas flow path for the separator used with this gas diffusion layer, and a separator having a smooth surface can be used.
上記発明においては、前記隔壁が、撥水性を有する樹脂から構成されていることが好ましい。発電の際に発生した水の排水を円滑にするため、上記隔壁は撥水性を有することが好ましいからである。 In the said invention, it is preferable that the said partition is comprised from resin which has water repellency. This is because the partition walls preferably have water repellency in order to smoothly drain water generated during power generation.
また、本発明は、上述したガス拡散層を備え、かつ前記ガス拡散層と接するセパレータ表面が平面であることを特徴とする燃料電池を提供する。燃料電池に上記のガス流路が形成されたガス拡散層を用いることにより、ガス拡散層側の表面が平滑なセパレータを用いることができる。そのため、従来のようにセパレータにガス流路を形成する必要がなくなるので、その分セパレータを薄くすることができ、小型化された燃料電池を得ることができる。 The present invention also provides a fuel cell comprising the gas diffusion layer described above, and a separator surface in contact with the gas diffusion layer being a flat surface. By using the gas diffusion layer in which the gas flow path is formed in the fuel cell, a separator having a smooth surface on the gas diffusion layer side can be used. Therefore, it is not necessary to form a gas flow path in the separator as in the prior art, so that the separator can be made thinner by that amount, and a miniaturized fuel cell can be obtained.
本発明のガス拡散層は、表面が平滑なセパレータを用いた場合でも、構成部材を増やすことなくガス流路を確保することができ、燃料電池の小型化、コストの削減といった効果を奏する。 Even when a separator having a smooth surface is used, the gas diffusion layer of the present invention can secure a gas flow path without increasing the number of constituent members, and has the effects of downsizing the fuel cell and reducing costs.
以下に本発明のガス拡散層および燃料電池について、それぞれ詳細に説明する。 The gas diffusion layer and fuel cell of the present invention will be described in detail below.
A.ガス拡散層
本発明のガス拡散層は、燃料電池におけるセパレータと膜電極複合体との間に配置されるガス拡散層であって、このガス拡散層内にガス流路を形成する隔壁を有することを特徴とするものである。なお、本発明においては、上記ガス拡散層の上記隔壁以外の部分をガス拡散層本体と称する場合がある。
A. Gas diffusion layer The gas diffusion layer of the present invention is a gas diffusion layer disposed between a separator and a membrane electrode assembly in a fuel cell, and has a partition wall that forms a gas flow path in the gas diffusion layer. It is characterized by. In the present invention, the portion of the gas diffusion layer other than the partition walls may be referred to as a gas diffusion layer body.
本発明のガス拡散層においては、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流れを上述した隔壁によってガス拡散層内部に形成されたガス流路によりつくることができる。このようなガスの流れをつくることにより、これらのガスが特定の箇所に留まることなく円滑に移動させることができ、これに伴い反応により発生した水の流れも円滑になり、フラッディングを防止して、燃料電池の発電効率が低下することを抑制することができる。さらに、上記ガス拡散層内にガス流路が設けられているため、このガス拡散層と共に用いるセパレータにはガス流路を形成する必要がなく、表面が平滑なセパレータを用いることができる。これにより、セパレータの厚さを薄くすることができ、セパレータが金属の場合は、表面のメッキを容易に行うことができる。
以下、このような本発明のガス拡散層について、隔壁とガス拡散層本体に分けて説明する。
In the gas diffusion layer of the present invention, the flow of the fuel gas and the oxidant gas can be created by the gas flow path formed inside the gas diffusion layer by the partition walls described above. By creating such a gas flow, these gases can move smoothly without staying at a specific location, and the flow of water generated by the reaction is also smoothed to prevent flooding. And it can suppress that the power generation efficiency of a fuel cell falls. Further, since a gas flow path is provided in the gas diffusion layer, it is not necessary to form a gas flow path as a separator used with the gas diffusion layer, and a separator having a smooth surface can be used. Thereby, the thickness of a separator can be made thin, and when a separator is a metal, surface plating can be performed easily.
Hereinafter, the gas diffusion layer of the present invention will be described by dividing it into a partition wall and a gas diffusion layer body.
1.隔壁
(1)隔壁の形状
本発明のガス拡散層内に形成される隔壁の形状について図を用いて説明する。図1は、本発明のガス拡散層の一例を示す概略断面図である。図1に例示するように、隔壁7はガス拡散層4の内部に埋め込まれるように形成されている。この例において、隔壁7の上面は、ガス拡散層4の上面と同一面に形成されており、隔壁7の下面は、ガス拡散層4の厚さの半分程度まで達している。なお、ここでは、隔壁7の図の縦方向の長さを高さ「a」とし、横方向の長さを幅「b」とする。
1. Partition (1) Shape of Partition The shape of the partition formed in the gas diffusion layer of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a gas diffusion layer of the present invention. As illustrated in FIG. 1, the
本発明のガス拡散層の特徴である隔壁の形状としては、ガス流路が形成できる形状であれば特に限定されるものではないが、隔壁のセパレータ側の面がガス拡散層のセパレータ側の面と同一面であることが好ましい。このように形成することにより、ガス拡散層のセパレータ側の表面を平滑にすることができるため、燃料電池の構成部材としてセパレータと接合する際の密着性を良好に保つことができるからである。 The shape of the partition wall, which is a feature of the gas diffusion layer of the present invention, is not particularly limited as long as the gas flow path can be formed, but the separator side surface of the partition wall is the separator side surface of the gas diffusion layer. It is preferable that the same surface. By forming in this way, the surface of the gas diffusion layer on the separator side can be made smooth, so that the adhesiveness when joining the separator as a constituent member of the fuel cell can be kept good.
隔壁の高さaとしては、ガス流路を形成できるだけの高さであれば特に限定されるものではないが、隔壁がガス拡散層の触媒電極側の表面に達しない程度の深さであることが好ましい。中でも、ガス拡散層の膜厚の半分程度まで隔壁が達していることがより好ましい。隔壁が触媒電極側の表面まで達しており、触媒電極と接触していると、カーボンなどの導電性の良好な物質で形成されているガス拡散層本体と触媒電極とが接触する面積が減少し、発生した電気の集電効率が低下してしまう可能性があるからである。
このような隔壁の高さaとしては、ガス拡散層の厚みを1とした場合、0.1〜0.8の範囲内、中でも0.7〜0.8の範囲内であることが好ましい。
The height a of the partition wall is not particularly limited as long as it is high enough to form a gas flow path, but the depth is such that the partition wall does not reach the surface of the gas diffusion layer on the catalyst electrode side. Is preferred. Among these, it is more preferable that the partition reaches about half of the thickness of the gas diffusion layer. When the partition wall reaches the surface on the catalyst electrode side and is in contact with the catalyst electrode, the area where the gas diffusion layer body formed of a material having good conductivity such as carbon and the catalyst electrode is in contact with the catalyst electrode decreases. This is because the current collection efficiency of the generated electricity may be reduced.
The height a of the partition wall is preferably in the range of 0.1 to 0.8, and more preferably in the range of 0.7 to 0.8, where the thickness of the gas diffusion layer is 1.
また、隔壁の幅bは、ガスが透過しない状態で、ガス拡散層内にガス流路を形成することができる幅であれば特に限定されるものではない。具体的には100〜1000μmの範囲内、中でも500〜1000μmの範囲内であることが好ましい。 The width b of the partition wall is not particularly limited as long as the gas flow path can be formed in the gas diffusion layer in a state where gas does not permeate. Specifically, it is preferably in the range of 100 to 1000 μm, and more preferably in the range of 500 to 1000 μm.
上述した隔壁によって形成されるガス流路の幅は、ガスが流れを形成できる幅であれば特に限定されるものではない。ガス流路の幅は、隔壁の撥水性や流すガスの量等により大きく異なるものではあるが、具体的には、0.5〜2mmの範囲内、中でも0.5〜1mmの範囲内であることが好ましい。ガス流路の幅が上記範囲に満たないと、流れるガスの量に対して幅が十分でない可能性があり、上記範囲を超えると、ガスがガス流路内全面を流れなくなり、ガスの滞留が生じ、フラッディングが生じる可能性があるからである。 The width of the gas flow path formed by the partition walls is not particularly limited as long as the gas can form a flow. The width of the gas flow path varies greatly depending on the water repellency of the partition walls, the amount of gas to flow, etc., but specifically, it is in the range of 0.5 to 2 mm, particularly in the range of 0.5 to 1 mm. It is preferable. If the width of the gas flow path is less than the above range, the width may not be sufficient with respect to the amount of gas flowing, and if it exceeds the above range, the gas will not flow over the entire surface of the gas flow path, This is because flooding may occur.
上記隔壁により形成されるガス流路のパターンは、特に限定されるものではなく、従来のセパレータに形成されていたガス流路のパターンと同様に形成することができる。そのようなガス流路のパターンとしては、例えば、ストレート型やサーペンタイン型等を挙げることができる。 The gas channel pattern formed by the partition walls is not particularly limited, and can be formed in the same manner as the gas channel pattern formed in the conventional separator. Examples of such gas flow path patterns include a straight type and a serpentine type.
(2)隔壁を構成する物質
上述したような隔壁を形成するのに用いることができる物質としては、特に限定されるものではないが、樹脂や金属等のガス透過性の低い物質を用いることが好ましい。多孔質体等のガス透過性の高い物質を用いて隔壁を形成した場合は、ガスが隔壁を透過してしまい、ガス流路を形成する隔壁としての役割を果たすことができないからである。
(2) Substance constituting the partition The substance that can be used to form the partition as described above is not particularly limited, but it is preferable to use a substance having low gas permeability such as resin or metal. preferable. This is because when the partition walls are formed using a material having high gas permeability such as a porous body, the gas permeates the partition walls and cannot serve as the partition walls forming the gas flow path.
また、本発明に用いられる隔壁は、表面に撥水性を有することが好ましい。ガス流路を形成する隔壁の表面が撥水性でない場合は、発電反応により発生した水が隔壁に付着し、これによりガス流路内に水が溜まり、ガス流路を塞いでしまう可能性があるからである。隔壁の表面に撥水性を持たせる方法としては、隔壁の表面を撥水処理する方法と、撥水性を有する物質により隔壁を形成する方法とがあるが、本発明においては、撥水性を有する物質により隔壁を形成することが好ましい。隔壁の形成が容易だからである。 Moreover, it is preferable that the partition used for this invention has the water repellency on the surface. When the surface of the partition wall forming the gas flow path is not water-repellent, water generated by the power generation reaction may adhere to the partition wall, which may cause water to accumulate in the gas flow path and block the gas flow path. Because. As a method for imparting water repellency to the surface of the partition wall, there are a method of treating the surface of the partition wall with water repellency and a method of forming the partition wall with a water repellent material. It is preferable to form a partition wall. This is because the partition wall can be easily formed.
上述したような撥水性を有する物質としては、フッ素系樹脂を用いることが好ましい。耐酸性を有し、かつ、高い撥水性を有するからである。このようなフッ素系樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリクロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー、エチレン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー、パーフルオロシクロポリマー、ビニルエーテル−フルオロオレフィンコポリマー、ビニルエステル−フルオロオレフィンコポリマー、テトラフルオロエチレン−ビニルエーテルコポリマー、クロロトリフルオロエチレン−ビニルエーテルコポリマー、テトラフルオロエチレンウレタン架橋体、テトラフルオロエチレンエポキシ架橋体、テトラフルオロエチレンアクリル架橋体、テトラフルオロエチレンメラミン架橋体等フルオロ基を含有するポリマー等を挙げることができ、中でもPTFEを用いることがより好ましい。 As the substance having water repellency as described above, it is preferable to use a fluororesin. It is because it has acid resistance and high water repellency. Examples of such fluorine-based resins include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, polychlorotrifluoroethylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, and ethylene. -Chlorotrifluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, perfluorocyclopolymer, vinyl ether-fluoroolefin copolymer, vinyl ester-fluoroolefin copolymer, tetrafluoroethylene-vinyl ether copolymer, chlorotrifluoroethylene-vinyl ether copolymer, Tetrafluoroethylene urethane crosslinked product, tetrafluoroethylene epoxy Hashitai, tetrafluoroethylene acrylic crosslinked body, there may be mentioned polymers containing tetrafluoroethylene melamine crosslinked body and the like fluoro groups, it is more preferred to use among them PTFE.
(3)隔壁の形成方法
上述したような隔壁の形成方法としては、上述した形状に精度良く形成できる方法であれば特に限定されるものではない。このような方法の例としては、予め固体状の物質を用いて隔壁をパターン状に形成し、それをガス拡散層本体に埋め込む方法もしくは、隔壁上にガス拡散層本体を形成するといった方法と、隔壁を形成する材料を含有する塗工液を用いてこれを直接ガス拡散層内に含浸させ、それを固化させる方法等を挙げることができる。
(3) Formation method of partition The method for forming the partition as described above is not particularly limited as long as it can be accurately formed into the shape described above. Examples of such a method include forming a partition wall in a pattern using a solid substance in advance and embedding it in the gas diffusion layer body, or forming a gas diffusion layer body on the partition wall, and A method of impregnating this directly into the gas diffusion layer using a coating liquid containing a material for forming the partition walls and solidifying it can be mentioned.
上記のうち、固体状の物質を用いる場合は、例えばセパレータ上に、予め隔壁をパターン状に形成し、それを覆うようにカーボン繊維等のガス拡散層本体を形成することによりガス拡散層内に隔壁を形成するといった方法を挙げることができる。 Among the above, when a solid substance is used, for example, a partition wall is previously formed in a pattern on a separator, and a gas diffusion layer body such as carbon fiber is formed so as to cover the partition wall. The method of forming a partition can be mentioned.
一方、塗工液を用いる場合の塗工液としては、隔壁を形成する樹脂を溶剤中に溶解または分散させた塗工液、熱硬化性樹脂のモノマー等からなる塗工液、熱可塑性樹脂を溶融させた状態の塗工液等を挙げることができるが、本発明においては、熱硬化性樹脂のモノマー等からなる塗工液を用いることが好ましい。塗工液の粘度を低く抑えることができ、かつ熱を加えることにより、乾燥等の手間無しに容易に隔壁を形成することができるからである。 On the other hand, as the coating liquid in the case of using the coating liquid, a coating liquid in which a resin forming a partition wall is dissolved or dispersed in a solvent, a coating liquid composed of a monomer of a thermosetting resin, or a thermoplastic resin is used. Examples include a coating solution in a melted state. In the present invention, it is preferable to use a coating solution composed of a monomer of a thermosetting resin. This is because the viscosity of the coating liquid can be kept low, and by applying heat, the partition walls can be easily formed without trouble such as drying.
拡散層本体にこのような塗工液をパターン状に含浸させる方法としては、隔壁を精度良く形成することができる方法であれば特に限定されるものではないが、例えば隔壁が形成されるパターンと同様の形状に形成された吐出口を有するヘッドを用い、これを拡散層表面に接触させて塗工液を吐出口から吐出させる方法、先端に吐出口を有する細いノズルを隔壁が形成されるパターンに沿って移動させつつ吐出させる方法、インクジェット方式を用いる方法等を挙げることができる。 The method for impregnating the diffusion layer body with such a coating liquid in a pattern is not particularly limited as long as it can form the partition walls with high accuracy. A method in which a head having a discharge port formed in the same shape is used, and this is brought into contact with the surface of the diffusion layer to discharge the coating liquid from the discharge port. A pattern in which a thin nozzle having a discharge port at the tip is formed as a partition wall For example, a method of discharging while moving along an ink jet, a method of using an ink jet method, and the like can be given.
2.ガス拡散層本体
上述したような隔壁を形成するガス拡散層本体としては、ガスの透過性を有し、かつ発生した電気を集電できるものであれば特に限定されるものではなく、従来の燃料電池に用いられてきたガス拡散層を用いることができる。一般的には、カーボン繊維から成るカーボンクロスやカーボンペーパーなどの多孔体が好適に用いられる。
このようなガス拡散層本体の厚さ等は、上述したような隔壁が形成でき、かつ、従来のガス拡散層としての機能を果たせるものであれば特に限定されるものではない。
2. Gas diffusion layer body The gas diffusion layer body forming the partition walls as described above is not particularly limited as long as it has gas permeability and can collect the generated electricity. Gas diffusion layers that have been used in batteries can be used. In general, a porous body such as carbon cloth or carbon paper made of carbon fiber is preferably used.
The thickness of the gas diffusion layer main body is not particularly limited as long as the above-described partition can be formed and the function as a conventional gas diffusion layer can be achieved.
B.燃料電池
次に、本発明の燃料電池について説明する。
本発明の燃料電池は、上述したガス拡散層を用いたことを特徴とするものである。
このような、本発明の燃料電池の構成について図を用いて説明する。図2は、本発明の燃料電池の最小単位である燃料電池セルの一例を示す断面概略図である。燃料電池セルの中心部に配置される電解質膜1の両側には、触媒電極2が接合されており(膜電極複合体3)、その両側にはガス流路5を形成する隔壁7を有するガス拡散層4が、さらにその両側には表面が平滑なセパレータ6が配される。また、図示していないが、電解質膜1を挟んだ両側の触媒電極2にそれぞれ燃料ガスと酸化剤ガスとを供給するためのガス供給装置がそれぞれ対応する側のセパレータ6に接続されている。
B. Fuel Cell Next, the fuel cell of the present invention will be described.
The fuel cell of the present invention is characterized by using the gas diffusion layer described above.
Such a configuration of the fuel cell of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a fuel cell that is the minimum unit of the fuel cell of the present invention. A catalyst electrode 2 is joined to both sides of the electrolyte membrane 1 disposed at the center of the fuel cell (membrane electrode assembly 3), and a gas having a
本発明の燃料電池は、セパレータではなく、ガス拡散層にガス流路が形成されていることを特徴とするものである。このようにガス拡散層がガス流路を有するため、本発明においては、セパレータにガス流路を形成する必要がない。そのため、従来ガス流路が形成されていたセパレータの表面を平滑にすることができ、セパレータの表面のメッキ処理等を容易にできるようになる。さらに、セパレータの従来ガス流路が形成されていた部分は不要となるため、セパレータの厚さを薄くすることができ、燃料電池の小型化にも貢献できるものである。
以下、本発明の燃料電池を構成部材ごとに説明する。
The fuel cell of the present invention is characterized in that a gas flow path is formed in the gas diffusion layer, not in the separator. Since the gas diffusion layer has the gas flow path as described above, it is not necessary to form the gas flow path in the separator in the present invention. Therefore, it is possible to smooth the surface of the separator on which the gas flow path has been conventionally formed, and to easily perform the plating process on the surface of the separator. Furthermore, since the portion of the separator where the conventional gas flow path is formed is not necessary, the thickness of the separator can be reduced, and the fuel cell can be reduced in size.
Hereinafter, the fuel cell of the present invention will be described for each component.
(1)電解質膜
本発明に用いられる電解質膜としては、イオン(プロトン)透過性に優れ且つ電流を流さない材料からなるものであれば特に限定されるものではない。現在汎用されている材料としてはパーフルオロスルホン酸系ポリマー(商品名:NafionTM、デュポン株式会社製)等を挙げることができる。
(1) Electrolyte membrane The electrolyte membrane used in the present invention is not particularly limited as long as it is made of a material that is excellent in ion (proton) permeability and does not flow current. Examples of materials that are currently widely used include perfluorosulfonic acid polymers (trade name: NafionTM, manufactured by DuPont).
(2)触媒電極
本発明に用いられる触媒電極についても特に限定されるものではなく、従来用いられてきた通常のものを用いることができる。たとえば、カーボン粉末上に白金や白金のアロイを分散させた触媒を用いることができる。また、この触媒をそのままもしくは結着剤等と混合して電解質膜表面で製膜することで触媒電極を形成することができる。
(2) Catalytic electrode The catalytic electrode used in the present invention is not particularly limited, and conventional ones that have been conventionally used can be used. For example, a catalyst in which platinum or an alloy of platinum is dispersed on carbon powder can be used. Further, the catalyst electrode can be formed by forming the catalyst on the electrolyte membrane surface as it is or by mixing it with a binder or the like.
(3)ガス拡散層
本発明の燃料電池に用いられるガス拡散層は、上述したような、ガス流路を形成する隔壁を有するものである。そのようなガス拡散層については、上記「A.ガス拡散層」において説明したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
(3) Gas Diffusion Layer The gas diffusion layer used in the fuel cell of the present invention has a partition that forms a gas flow path as described above. Such a gas diffusion layer is the same as that described in “A. Gas Diffusion Layer” above, and thus description thereof is omitted here.
(4)セパレータ
本発明の燃料電池は、表面が平滑なセパレータが用いられる。これは、上述したようなガス流路を形成する隔壁を有するガス拡散層と共に用いることにより、従来のセパレータのようにガス流路を設ける必要がないからである。本発明に用いられるセパレータは表面が平滑でよいので、セパレータの製造工程を大幅に簡略化することができる。特に、セパレータが金属の場合は、表面が平滑であるので、メッキ処理を容易に行うことができる。さらに、従来設けられていたガス流路の部分が不要になるので、その分厚さを薄くすることができるという利点も有する。
(4) Separator A separator having a smooth surface is used for the fuel cell of the present invention. This is because it is not necessary to provide a gas flow path unlike the conventional separator by using it with the gas diffusion layer which has the partition which forms a gas flow path as mentioned above. Since the separator used in the present invention may have a smooth surface, the manufacturing process of the separator can be greatly simplified. In particular, when the separator is a metal, the surface is smooth, so that the plating process can be easily performed. Furthermore, since the gas flow path portion that has been conventionally provided is unnecessary, there is an advantage that the thickness can be reduced accordingly.
本発明に用いられるセパレータの材質としては特に限定されるものではなく、従来用いられてきたカーボンや金属等を用いることができる。中でも、本発明においては金属を用いることが好ましい。セパレータが金属製の場合は、腐食防止のためにセパレータ表面にメッキ処理を施す必要があるが、セパレータの表面が平滑な場合はメッキ処理がし易く、本発明の効果がより一層発揮されることとなるからである。 The material of the separator used in the present invention is not particularly limited, and conventionally used carbon or metal can be used. Among them, it is preferable to use a metal in the present invention. When the separator is made of metal, it is necessary to apply a plating treatment to the surface of the separator to prevent corrosion. However, if the separator surface is smooth, the plating treatment is easy and the effect of the present invention is further exhibited. Because it becomes.
(5)その他
本発明の燃料電池の製造方法は、特に限定されるものではない。すなわち、本発明の燃料電池は、従来の電解質膜および触媒電極、上述した材質、形状、方法等により製造されたガス拡散層およびセパレータを用いて、従来の方法によって製造することができる。
(5) Others The method for producing the fuel cell of the present invention is not particularly limited. That is, the fuel cell of the present invention can be manufactured by a conventional method using a conventional electrolyte membrane and catalyst electrode, a gas diffusion layer and a separator manufactured by the above-described materials, shapes, methods, and the like.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
例えば、上記拡散層中の隔壁がセパレータと一体に形成された場合であっても、本発明の範囲に包含されるものである。すなわち、例えば、セパレータ表面に予めセパレータと一体に隔壁を形成しておき、このセパレータ表面に拡散層本体を形成することにより、内部に流路を有する拡散層としてもよい。これにより、内部に流路を有し、かつ集電効果の高い拡散層とすることができるからである。 For example, even when the partition in the diffusion layer is formed integrally with the separator, it is included in the scope of the present invention. That is, for example, a partition layer may be formed integrally with the separator on the separator surface in advance, and a diffusion layer body may be formed on the separator surface, thereby forming a diffusion layer having a flow path therein. This is because a diffusion layer having a flow path inside and having a high current collecting effect can be obtained.
1 … 電解質膜
2 … 触媒電極
3 … 膜電極複合体
4 … ガス拡散層
5 … ガス流路
6 … セパレータ
7 … 隔壁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrolyte membrane 2 ... Catalyst electrode 3 ...
Claims (3)
A fuel cell comprising the gas diffusion layer according to claim 1 or 2, wherein a separator surface in contact with the gas diffusion layer is a flat surface.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007149425A (en) * | 2005-11-25 | 2007-06-14 | Toyota Motor Corp | Fuel cell |
JP2008047299A (en) * | 2006-08-10 | 2008-02-28 | Toyota Motor Corp | Fuel cell |
JP2010135156A (en) * | 2008-12-04 | 2010-06-17 | Hitachi Maxell Ltd | Fuel cell |
JP2010153158A (en) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Hitachi Ltd | Separator for fuel cell, and fuel cell |
WO2011027539A1 (en) * | 2009-09-01 | 2011-03-10 | パナソニック株式会社 | Membrane electrode assembly, production method for same, and fuel cell |
WO2011030489A1 (en) | 2009-09-10 | 2011-03-17 | パナソニック株式会社 | Gas diffusion layer and process for production thereof, and fuel cell |
JP2017016942A (en) * | 2015-07-03 | 2017-01-19 | 国立大学法人山梨大学 | Separator for fuel battery, cell structure and cell stack |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6191875A (en) * | 1984-10-08 | 1986-05-09 | Toshiba Corp | Fuel cell |
JP2000123850A (en) * | 1998-10-15 | 2000-04-28 | Fuji Electric Co Ltd | Solid polymer electrolyte fuel cell |
JP2004207041A (en) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Sanyo Electric Co Ltd | Cell unit for fuel cell |
-
2004
- 2004-04-01 JP JP2004109289A patent/JP4599873B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6191875A (en) * | 1984-10-08 | 1986-05-09 | Toshiba Corp | Fuel cell |
JP2000123850A (en) * | 1998-10-15 | 2000-04-28 | Fuji Electric Co Ltd | Solid polymer electrolyte fuel cell |
JP2004207041A (en) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Sanyo Electric Co Ltd | Cell unit for fuel cell |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007149425A (en) * | 2005-11-25 | 2007-06-14 | Toyota Motor Corp | Fuel cell |
JP2008047299A (en) * | 2006-08-10 | 2008-02-28 | Toyota Motor Corp | Fuel cell |
JP2010135156A (en) * | 2008-12-04 | 2010-06-17 | Hitachi Maxell Ltd | Fuel cell |
JP2010153158A (en) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Hitachi Ltd | Separator for fuel cell, and fuel cell |
WO2011027539A1 (en) * | 2009-09-01 | 2011-03-10 | パナソニック株式会社 | Membrane electrode assembly, production method for same, and fuel cell |
JP4790873B2 (en) * | 2009-09-01 | 2011-10-12 | パナソニック株式会社 | Membrane electrode assembly, method for producing the same, and fuel cell |
CN102308419A (en) * | 2009-09-01 | 2012-01-04 | 松下电器产业株式会社 | Membrane electrode assembly, production method for same and fuel cell |
JP2012059694A (en) * | 2009-09-01 | 2012-03-22 | Panasonic Corp | Membrane electrode assembly, manufacturing method thereof, and fuel cell |
US9793555B2 (en) | 2009-09-01 | 2017-10-17 | Panasonic Corporation | Membrane electrode assembly with gas diffusion layers having a rib porosity and method of manufacturing the same, as well as fuel cell |
WO2011030489A1 (en) | 2009-09-10 | 2011-03-17 | パナソニック株式会社 | Gas diffusion layer and process for production thereof, and fuel cell |
US8790846B2 (en) | 2009-09-10 | 2014-07-29 | Panasonic Corporation | Gas diffusion layer and process for production thereof, and fuel cell |
JP2017016942A (en) * | 2015-07-03 | 2017-01-19 | 国立大学法人山梨大学 | Separator for fuel battery, cell structure and cell stack |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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