JP2006222025A - 固体高分子型燃料電池、膜−電極接合体およびガス拡散電極基材 - Google Patents
固体高分子型燃料電池、膜−電極接合体およびガス拡散電極基材 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006222025A JP2006222025A JP2005036263A JP2005036263A JP2006222025A JP 2006222025 A JP2006222025 A JP 2006222025A JP 2005036263 A JP2005036263 A JP 2005036263A JP 2005036263 A JP2005036263 A JP 2005036263A JP 2006222025 A JP2006222025 A JP 2006222025A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas diffusion
- gas
- diffusion electrode
- polymer electrolyte
- 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.)
- Granted
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
【解決手段】 二次元平面内におけるガス透過係数の異方度が1.1以上および導電率の異方度が1.5以上である導電性多孔質体を有する固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極基材。このガス拡散電極基材を有するMEA。このガス拡散電極基材を有し、ガス透過係数または導電率が最大となる方向とセパレーターが有するガス流路方向とが交わる角度が45度を超える固体高分子型燃料電池。
【選択図】 図2
Description
該アノード側およびカソード側ガス拡散電極はいずれも触媒層およびガス拡散電極基材を有し、アノード側およびカソード側のガス拡散電極基材のうちの一方もしくは両方が上記ガス拡散電極基材であることを特徴とする固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体が提供される。
該アノード側およびカソード側ガス拡散電極はいずれも触媒層およびガス拡散電極基材を有し、アノード側およびカソード側の少なくとも一方において、ガス拡散電極基材が上記ガス拡散電極基材であってガス拡散電極基材の二次元平面内におけるガス透過係数または導電率が最大となる方向とセパレーターが有するガス流路方向とが交わる角度が45度を超えることを特徴とする固体高分子型燃料電池が提供される。
長さ3mmにカットした平均直径4μmのPAN系炭素短繊維を30質量%と、長さ3mmにカットした平均直径7μmのPAN系炭素短繊維を70質量%とからなる炭素短繊維を水中で分散させ、抄紙方向へ炭素短繊維が配向するように連続的に金網上に抄造し、バインダーとしてポリビニルアルコール(PVA)(商品名:VBP105−1、クラレ株式会社製)を付着させた後、乾燥させて炭素繊維紙を得た。なお、PVAの付着は、乾燥後の炭素繊維紙中にPVAが28質量%含まれるように行った。
平均直径4μmの炭素短繊維と、平均直径7μmの炭素短繊維の割合を50質量%ずつに変えた以外は実施例1と同様にして、導電性多孔質体を得た。また実施例1同様、物性値を測定した。測定結果を表1に示す。
抄造の際に、炭素短繊維がランダムに配向するように連続的に金網上に抄造した以外は実施例1と同様にして、二次元平面内においてランダムに分散せしめられた炭素短繊維の抄紙体からなる導電性多孔質体を得た。また実施例1同様、物性値を測定した。測定結果を表1に示す。
抄造の際に、炭素短繊維がランダムに配向するように連続的に金網上に抄造した以外は実施例2と同様にして、二次元平面内においてランダムに分散せしめられた炭素短繊維の抄紙体からなる導電性多孔質体を得た。また実施例1同様、物性値を測定した。測定結果を表1に示す。
PAN系マルチフィラメントを耐炎化して得られた1100dtex/フィラメント本数1000本の耐炎化糸に1m当たり60回の撚りを加えた収束性をよくした後、レピア織機を用いて表2に示した織編物密度で平織物を製織した。この織物を窒素雰囲気中で2000℃に加熱して焼成し、二次元平面内において経緯の織編物密度が異なる炭素長繊維の織物体からなる導電性多孔質体を得た。また実施例1同様、物性値を測定した。測定結果を表2に示す。
製織の際に、表2に示した打ち込み本数以外は実施例3と同様にして、二次元平面内において織編物密度がほぼ等しい炭素長繊維の織物体からなる導電性多孔質体を得た。また実施例1同様、物性値を測定した。測定結果を表2に示す。
厚み測定装置ダイヤルシックネスゲージ7321(商品名。ミツトヨ社製)を使用し、測定した。なお、このときの測定子の大きさは、直径10mmで測定圧力は1.5kPaで行った。
〔嵩密度〕
坪量を、300mm×200mmに切断した導電性多孔質体の質量を測定して以下の式により求めた。
JIS−P8117に準拠し、ガーレー式デンソメーターを使用し、200mm3の気体が通過する時間を測定し、算出した。
図5に示すガス透気度評価装置を用いて面内方向ガス透過係数を求めた。このガス透気度評価装置は導電性多孔質体104を挟持する第一部材101および第二部材102、ならびに導電性多孔質体の周囲からの気体の流出を防ぐガスケット103とからなる。第一部材101の導電性多孔質体の挟持面には、弁を介してガス源に連通する通路と、弁を介して差圧計接続口に連通する通路とを有する第一空間部111が開口しており、さらに、弁を介してガス源またはガス排出口に連通する通路と弁を介して差圧計接続口に連通する通路とを有する第二空間部112が開口している。第二部材102の導電性多孔質体の挟持面には、導電性多孔質体を挟持したときに第一部材の第二空間部の開口に対峙する位置に開口しており、弁を介して差圧計に連通する通路と、弁を介してガス排出口に連通する通路とを有する第三空間部121を有する。
面内のそれぞれの方向の面内方向ガス透過係数を測定し、測定値が最大となる方向と最大値とを求めた。面内方向ガス透過係数の最大値を、最大値を与える方向と直交方向の面内方向ガス透過係数で除した値を面内方向ガス透過係数異方度とした。
導電性多孔質体の片面に2cmの間隔をあけて銅線をのせ、10mA/cm2の電流密度で電流を流した時の抵抗を測定し、算出した。
面内のそれぞれの方向の面内方向導電率を測定し、測定値が最大となる方向と最大値とを求めた。面内方向導電率の最大値を、最大値を与える方向と直交方向の面内方向の導電率で除した値を面内方向導電率異方度とした。
(1)ガス拡散電極基材の前処理
実施例1の導電性多孔質体を用い、これの片面にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)ディスパージョン(商品名:PTFEディスパージョン、三井−デュポンフロロケミカル株式会社製)とアセチレンブラック(商品名:デンカブラック、電気化学工業株式会社製)の混合液(PTFE含有率0.3質量%、デンカブラック含有率1.5質量%)を塗布した後、100℃で乾燥させた。これによってガス拡散電極基材にカーボンブラックとフッ素樹脂を含むカーボン層が形成された。
前記(1)において前処理したガス拡散電極基材を2枚用意した。両面に触媒担持カーボン(触媒:Pt、触媒担持量50質量%)からなる触媒層(触媒層面積25cm2、Pt付量0.3mg/cm2)を形成したパーフルオロスルホン酸系の高分子電解質膜(膜厚30μm)を、この2枚のガス拡散電極基材によって挟持し、これらを接合しMEAを得た。
前記(2)において作製したMEAを、蛇腹状のガス流路を有する2枚のカーボンセパレーターによって挟み、固体高分子型燃料電池(単セル)を形成した。このとき、カソード側およびアノード側のそれぞれにおいて、カーボンセパレーターのガス流路溝とガス拡散電極基材中の炭素短繊維の配向方向とが直交するようにMEAとセパレーターとを配置した。
カソード側およびアノード側のそれぞれにおいて、カーボンセパレーターのガス流路溝とガス拡散電極基材中の炭素短繊維の配向方向とが平行になるようにMEAとセパレーターとを配置した以外は実施例4と同様にして単セルを組み立て、評価した。
実施例1の導電性多孔質体に替えて比較例1の導電性多孔質体を用いたこと以外は、実施例4と同様にして単セルを組み立て、評価した。
実施例1の導電性多孔質体に替えて実施例2の導電性多孔質体を用いたこと以外は、実施例4と同様にして単セルを組み立て、評価した。
実施例1の導電性多孔質体に替えて比較例2の導電性多孔質体を用いたこと以外は、実施例4と同様にして単セルを組み立て、評価した。
2:カソード側触媒層
3:アノード側触媒層
4:カソード側ガス拡散電極基材
5:アノード側ガス拡散電極基材
6:膜−電極接合体(MEA)
7:カソード側セパレーター
8:アノード側セパレーター
9:酸化ガス導入部
10:酸化ガス排出部
11:燃料ガス導入部
12:燃料ガス排出部
13:カソード側ガス流路
14:アノード側ガス流路
21:ガス拡散電極基材
22:炭素短繊維
31:ガス拡散電極基材
32:炭素長繊維
41:セパレーター
42:ガス流路
43:ガス拡散電極基材
101:ガス透気度評価装置の第一部材
102:ガス透気度評価装置の第二部材
103:ガス透気度評価装置のガスケット
104:導電性多孔質体
111:ガス透気度評価装置の第一空間部
112:ガス透気度評価装置の第二空間部
121:ガス透気度評価装置の第三空間部
A:面内方向ガス透気率または面内方向導電率が最大値を示す方向
B:ガス流路の方向
Claims (3)
- 二次元平面内におけるガス透過係数の異方度が1.1以上および導電率の異方度が1.5以上である導電性多孔質体を有する固体高分子型燃料電池用ガス拡散電極基材。
- 高分子電解質膜と、アノード側およびカソード側ガス拡散電極を有する固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体において、
該アノード側およびカソード側ガス拡散電極はいずれも触媒層およびガス拡散電極基材を有し、アノード側およびカソード側のガス拡散電極基材のうちの一方もしくは両方が請求項1記載のガス拡散電極基材であることを特徴とする固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体。 - 高分子電解質膜;アノード側およびカソード側ガス拡散電極;ならびにアノード側およびカソード側セパレーターを有する固体高分子型燃料電池において、
該アノード側およびカソード側ガス拡散電極はいずれも触媒層およびガス拡散電極基材を有し、アノード側およびカソード側の少なくとも一方において、ガス拡散電極基材が請求項1記載のガス拡散電極基材であってガス拡散電極基材の二次元平面内におけるガス透過係数または導電率が最大となる方向とセパレーターが有するガス流路方向とが交わる角度が45度を超えることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005036263A JP4959946B2 (ja) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | 固体高分子型燃料電池、膜−電極接合体およびガス拡散電極基材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005036263A JP4959946B2 (ja) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | 固体高分子型燃料電池、膜−電極接合体およびガス拡散電極基材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006222025A true JP2006222025A (ja) | 2006-08-24 |
JP4959946B2 JP4959946B2 (ja) | 2012-06-27 |
Family
ID=36984179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005036263A Active JP4959946B2 (ja) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | 固体高分子型燃料電池、膜−電極接合体およびガス拡散電極基材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4959946B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017149633A1 (ja) * | 2016-03-01 | 2017-09-08 | 株式会社日立製作所 | 水処理装置及びこれに用いる導電性多孔質炭素材料 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0935706A (ja) * | 1995-07-14 | 1997-02-07 | Toray Ind Inc | 電池用電極 |
JP2003183994A (ja) * | 2001-10-09 | 2003-07-03 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 炭素繊維紙およびそれを用いた燃料電池用多孔質炭素電極基材 |
JP2004185936A (ja) * | 2002-12-02 | 2004-07-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池 |
JP2005222841A (ja) * | 2004-02-06 | 2005-08-18 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
-
2005
- 2005-02-14 JP JP2005036263A patent/JP4959946B2/ja active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0935706A (ja) * | 1995-07-14 | 1997-02-07 | Toray Ind Inc | 電池用電極 |
JP2003183994A (ja) * | 2001-10-09 | 2003-07-03 | Mitsubishi Rayon Co Ltd | 炭素繊維紙およびそれを用いた燃料電池用多孔質炭素電極基材 |
JP2004185936A (ja) * | 2002-12-02 | 2004-07-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池 |
JP2005222841A (ja) * | 2004-02-06 | 2005-08-18 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017149633A1 (ja) * | 2016-03-01 | 2017-09-08 | 株式会社日立製作所 | 水処理装置及びこれに用いる導電性多孔質炭素材料 |
JP6224269B1 (ja) * | 2016-03-01 | 2017-11-01 | 株式会社日立製作所 | 水処理装置及びこれに用いる導電性多孔質炭素材料 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4959946B2 (ja) | 2012-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4083784B2 (ja) | 膜電極接合体、その製造方法及び高分子電解質形燃料電池 | |
EP1950826A1 (en) | Gas diffusion electrode substrate, gas diffusion electrode and process for its production, and fuel cell | |
US9601793B2 (en) | Electrolyte film—electrode assembly | |
JP4959945B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
WO2011013711A1 (ja) | 固体高分子形燃料電池用ガス拡散層部材および固体高分子形燃料電池 | |
WO2007136135A1 (ja) | 燃料電池用電極及び燃料電池用電極の製造方法、膜-電極接合体及び膜-電極接合体の製造方法、並びに固体高分子型燃料電池 | |
JP2001283865A (ja) | 電極触媒層、膜−電極複合体およびそれらの製造方法並びにそれらを用いた燃料電池 | |
CA2868720A1 (en) | Gas diffusion electrode medium for fuel cell | |
JP2008311180A (ja) | 膜電極接合体、その製造方法及び該膜電極接合体を用いた燃料電池 | |
JP5106808B2 (ja) | 多孔質炭素電極基材およびそれを用いた固体高分子型燃料電池 | |
JP2010015908A (ja) | ガス拡散電極用基材、その製造方法、および膜−電極接合体 | |
JP2010153222A (ja) | 柔軟型ガス拡散電極基材および膜−電極接合体 | |
JP2004296176A (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
JP4942362B2 (ja) | 膜−電極接合体及びそれを用いた固体高分子型燃料電池 | |
US11749810B2 (en) | Gas diffusion layer, membrane electrode assembly, and fuel cell | |
JP5311538B2 (ja) | 多孔質炭素電極基材の製造方法 | |
JP2005100748A (ja) | 電解質膜電極接合体及びその製造方法並びに固体高分子型燃料電池 | |
JP2011049179A (ja) | 固体高分子型燃料電池用膜−電極接合体およびガス拡散電極基材 | |
JP5884550B2 (ja) | アノードガス拡散層 | |
JP4959946B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池、膜−電極接合体およびガス拡散電極基材 | |
JP2007149454A (ja) | ガス拡散層、ガス拡散電極、膜電極接合体及び高分子電解質形燃料電池 | |
JP2008311181A (ja) | 膜電極接合体、その製造方法及び該膜電極接合体を用いた燃料電池 | |
US9859572B2 (en) | Gas diffusion substrate | |
JP4438408B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP2005251491A (ja) | 燃料電池システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080121 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100811 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100908 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101104 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110518 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110719 |
|
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: 20120313 |
|
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: 20120322 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150330 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4959946 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: 20150330 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150330 Year of fee payment: 3 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150330 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150330 Year of fee payment: 3 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |