JP2005317517A - 固体高分子形燃料電池 - Google Patents
固体高分子形燃料電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005317517A JP2005317517A JP2005073750A JP2005073750A JP2005317517A JP 2005317517 A JP2005317517 A JP 2005317517A JP 2005073750 A JP2005073750 A JP 2005073750A JP 2005073750 A JP2005073750 A JP 2005073750A JP 2005317517 A JP2005317517 A JP 2005317517A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst layer
- cathode
- solid polymer
- anode
- fuel cell
- 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.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- 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
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
カソード触媒層でのプロトンの供給不足によって固体高分子膜に生じるピンホールの形成を抑制する固体高分子形燃料電池を提供する。
【構成】
固体高分子膜24と、アノード触媒層50と、カソード触媒層52と、アノード電極基材40と、カソード電極基材42と、を備える固体高分子形燃料電池10において、固体高分子膜24に対して、少なくともカソード触媒層52と対向する位置にはアノード触媒層50を形成する。これにより、カソード触媒層の三相界面においてプロトン供給不足が起こることがなく、カソード触媒層中でのカーボンの燃焼反応によるピンホールの形成を回避することができる。
【選択図】 図1
Description
図1は、実施の形態における燃料電池の単セル10の基本構造を模式的に示す断面図であり、特に特徴を有する単セル10の端部を表している。単セル10は、アノード電極20、カソード電極22および両電極に狭持された固体高分子膜24からなるMEA26を、セパレータ30、32とで挟持して構成される。図1では、セパレータ30、32に同一のバイポーラプレート形セパレータを用いているが、セパレータは両面に流路が形成されたバイポーラプレート形である必要はなく、本実施の形態の説明では、アノード電極20へ燃料を供給する流路を有するセパレータをアノードセパレータ30、カソード電極22へ酸化剤を供給する流路を有するセパレータをカソードセパレータ32と称する。
アノード電極基材40およびカソード電極基材42は供給される水素または空気などの反応ガスを触媒層へ供給する機能を有する。また、発電反応により生じる電荷を外部回路に移動させる機能および生成した水を排出する機能を有する。従って、アノード電極基材40およびカソード電極基材42は電子伝導性を有する多孔体で構成されることが好ましく、例えば、カーボンペーパ、カーボン不織布またはカーボンクロスなどが適している。カソード電極基材42は撥水処理を行うことにより、生成水や加湿運転時における凝縮水によってカソード電極基材42内部で水がつまってガス流通経路が阻害してしまうのを抑制することができる。アノード電極基材40も撥水処理をおこなうことにより、同様の効果を得ることができる。
アノードセパレータ30は、アノード電極20と接する面の中央部に、水素などの燃料と固体高分子膜24の加湿用の水蒸気とをアノード電極20へ供給し、かつアノード電極20からの水(液体あるいは気体)と未反応ガスを排出するためのアノード流路60が形成されている。また、カソードセパレータ32はカソード電極22と接する面の中央部に、空気などの酸化剤と加湿用の水蒸気をカソード電極22へ供給し、かつカソード電極22から水(液体あるいは気体)と未反応ガスを排出するためのカソード流路62が形成されている。ここで、アノード流路60が形成されている領域はカソード流路62が形成されている領域とほぼ同等、もしくは広くなるように形成され、またアノード流路60が形成されている領域はアノード触媒層50領域と同等あるいは狭く、かつカソード流路62が形成されている領域はカソード触媒層52領域と同等あるいは狭くなるように形成する。このように配置することによって、燃料あるいは酸化剤が流路60、62に供給されたときに、燃料あるいは酸化剤が流路60、62から直接固体高分子膜24へ達することなく、触媒層50、52領域を通過してから固体高分子膜24へ達するので、クロスオーバが抑制できる。
アノードの触媒は水素酸化を促進する金属微粒子を用い、その粒径は通常約10〜300Åである。金属微粒子には白金、金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、タングステン、マンガン、クロム、ニッケル、鉄、コバルトのうち少なくとも一つを含む1〜3元合金が選ばれるが、特に白金−ルテニウム合金が多くの場合用いられる。これらの触媒はカーボン粒子等の担体に担持させた方が金属微粒子の凝集が起こりにくく、また、電極表面積が増加するため有効である。
カソードの触媒は酸素還元を促進する金属微粒子を用い、その粒径は通常約10〜300Åである。金属微粒子には白金、金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、タングステン、マンガン、クロム、ニッケル、鉄、コバルトのうち少なくとも一つを含む1〜3元合金が選ばれるが、特に白金粒子が多くの場合用いられる。これらの触媒はカーボン粒子等の担体に担持させた方が金属微粒子の凝集が起こりにくく、また、電極表面積が増加するため有効である。
各電極基材140、142に塗布された触媒スラリは60〜130℃の恒温槽中で乾燥させるが、乾燥方法は20〜130℃で真空乾燥でもよく、また組み合わせてもよい。このとき、アノード触媒スラリとカソード触媒スラリの乾燥温度、乾燥時間、真空度などの乾燥履歴は異なっても良いが、工程削減を考慮して乾燥条件を同じにしてアノード触媒スラリとカソード触媒スラリの乾燥を同時に行うことが望ましい。
カソード非触媒層282は、上記基材粒子と助剤とを混合して作製した撥水性を有する非触媒性粒子に、水、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、エチレングリコール、ブタノールなどの有機溶媒のうち少なくとも一つを含む溶媒を混合攪拌し、非触媒スラリを作製する。この非触媒スラリをカソード電極基材242上にスクリーン印刷法により塗布し、カソード非触媒層282を形成する。このとき、カソード電極基材242中央のカソード触媒層252が形成される領域は、固体高分子膜224を挟んで対向する位置にアノード触媒層250が必ず形成されているように配置するため、カソード触媒層252を形成する領域をマスキングした状態で、非触媒スラリをカソード電極基材242上にスクリーン印刷により塗布し、カソード非触媒層282を形成する。
このように形成したカソード電極222を用いて、実施例1と同様に、各電極220、222と固体高分子膜224は、アノード触媒層250とカソード触媒層252とが固体高分子膜224を挟んで対向するように配置し、ホットプレス法により加熱圧着させる。このとき、固体高分子膜224のガラス遷移温度にもよるが、110〜180℃、1〜10MPaで加熱圧着させることが好ましく、本実施例では130〜160℃で、3〜8MPaで加熱圧着した。また、触媒層250、252を塗布した固体高分子膜224と電極基材240、242とを接合する場合も、ホットプレス法で加熱圧着させることが望ましいが、常温での圧着や接着剤による接着でもよい。
カソード触媒スラリは実施例1と同様に作製し、カソード電極基材342上にスクリーン印刷法により塗布し、カソード触媒層352を形成する。このとき、カソード触媒層352を形成させる領域は、固体高分子膜324を挟んで対向する位置にアノード触媒層350が形成されているように配置する。そして、遮蔽シート384は、水溶系または有機溶剤系のフッ素系樹脂ディスパージョンよりなる接着剤をカソード触媒層352の全外周縁あるいは外周縁の一部の遮蔽シート384がカソード電極基材342に接する面に塗布して接着する。なお、遮蔽シート384の厚みは、カソード触媒層352と同等になることが望ましい。
このように形成したカソード電極322を用いて、実施例1と同様に、各電極320、322と固体高分子膜324は、アノード触媒層350とカソード触媒層352が固体高分子膜324を挟んで対向するように配置し、ホットプレス法により加熱圧着させる。このとき、固体高分子膜324のガラス遷移温度にもよるが、110〜180℃、1〜10MPaで加熱圧着させることが好ましく、本実施例では130〜160℃で、3〜8MPaで加熱圧着した。また、触媒層350、352を塗布した固体高分子膜324と電極基材340、342とを接合する場合も、ホットプレス法で加熱圧着させることが望ましいが、常温での圧着や接着剤による接着でもよい。
20、120、220、320、520 アノード電極
22、122、222、322、522 カソード電極
24、124、224、324、524 固体高分子膜
26、126、226、326、526 MEA
30、130、230、330、530 アノードセパレータ(第1のセパレータ)
32、132、232、332、532 カソードセパレータ(第2のセパレータ)
40、140、240、340、540 アノード電極基材
42、142、242、342、542 カソード電極基材
50、150、250、350、550 アノード触媒層
52、152、252、352、552 カソード触媒層
60、160、260、360、560 アノード流路
62、162、262、362、562 カソード流路
70、170、270、370、570 ガスケット
72、172、272、372、572 ガスケット
282 カソード非触媒層
384 遮蔽シート
Claims (4)
- 固体高分子膜と、前記固体高分子膜の一方の面に配されたアノード触媒層と、前記固体高分子膜の他方の面に配されたカソード触媒層と、前記アノード触媒層に燃料を供給するアノード電極基材と、前記カソード触媒層に酸化剤を供給するカソード電極基材と、を備える固体高分子形燃料電池において、
前記固体高分子膜に対して、少なくとも前記カソード触媒層と対向する位置には前記アノード触媒層が配されていることを特徴とする固体高分子形燃料電池。 - 前記カソード電極基材の前記固体高分子膜と対向する面であって前記カソード触媒層が配されていない領域において、前記酸化剤に対して触媒作用を有さない非触媒層を備えることを特徴とする請求項1記載の固体高分子形燃料電池。
- 前記非触媒層は撥水性を有することを特徴とする請求項2記載の固体高分子形燃料電池。
- 前記非触媒層は絶縁性を有することを特徴とする請求項2または3記載の固体高分子形燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005073750A JP2005317517A (ja) | 2004-03-31 | 2005-03-15 | 固体高分子形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004106125 | 2004-03-31 | ||
JP2005073750A JP2005317517A (ja) | 2004-03-31 | 2005-03-15 | 固体高分子形燃料電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005317517A true JP2005317517A (ja) | 2005-11-10 |
Family
ID=35444678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005073750A Pending JP2005317517A (ja) | 2004-03-31 | 2005-03-15 | 固体高分子形燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005317517A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007064044A1 (ja) * | 2005-12-02 | 2007-06-07 | Nagasaki Institute Of Applied Science | 燃料電池用触媒 |
-
2005
- 2005-03-15 JP JP2005073750A patent/JP2005317517A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007064044A1 (ja) * | 2005-12-02 | 2007-06-07 | Nagasaki Institute Of Applied Science | 燃料電池用触媒 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4304101B2 (ja) | 電解質膜・電極構造体及び燃料電池 | |
JP5022898B2 (ja) | 燃料電池のための膜電極体(mea) | |
JP5326189B2 (ja) | 電解質膜−電極接合体およびその製造方法 | |
JP2010506352A (ja) | 膜−電極アセンブリを製造する方法 | |
JP4890787B2 (ja) | 燃料電池及びその製造方法 | |
US8795918B2 (en) | Single fuel cell and fuel cell stack | |
JPH11204122A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 | |
US10170783B2 (en) | Manufacture of a fuel cell with liquid electrolyte migration prevention | |
JP2007035621A (ja) | 高温用燃料電池システム | |
JP5153130B2 (ja) | 膜電極接合体 | |
US7220511B2 (en) | Fuel cell | |
JP4493954B2 (ja) | 高分子電解質膜−電極接合体およびこれを用いた高分子電解質型燃料電池 | |
US11552318B2 (en) | Method of manufacturing electricity-generating assembly | |
JP2003178780A (ja) | 高分子電解質型燃料電池システム、および高分子電解質型燃料電池の運転方法 | |
JP2010170892A (ja) | 燃料電池 | |
JP2007066767A (ja) | 燃料電池および燃料電池スタック | |
JP2005317518A (ja) | 固体高分子形燃料電池 | |
JP2005317517A (ja) | 固体高分子形燃料電池 | |
KR101423614B1 (ko) | 연료전지용 막전극접합체 | |
JP2008288068A (ja) | 燃料電池、燃料電池のアノード、および、膜電極接合体 | |
JP2007157453A (ja) | 膜触媒層接合体、これを用いた膜電極接合体および高分子電解質形燃料電池 | |
JP3730242B2 (ja) | 燃料電池、および燃料電池の製造方法 | |
JP2005285569A (ja) | 電解質膜電極接合体及びその製造方法並びに高分子電解質型燃料電池 | |
JP2007179900A (ja) | 燃料電池システム及び燃料電池積層体 | |
JP2006156097A (ja) | 燃料電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20051227 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060405 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081110 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081118 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090317 |