JP2006244782A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2006244782A
JP2006244782A JP2005056415A JP2005056415A JP2006244782A JP 2006244782 A JP2006244782 A JP 2006244782A JP 2005056415 A JP2005056415 A JP 2005056415A JP 2005056415 A JP2005056415 A JP 2005056415A JP 2006244782 A JP2006244782 A JP 2006244782A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
electrolyte membrane
anode
hydrogen peroxide
ceo
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
Application number
JP2005056415A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Tsubosaka
健二 壷阪
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
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2005056415A priority Critical patent/JP2006244782A/en
Publication of JP2006244782A publication Critical patent/JP2006244782A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell which can improve durability without reducing power generation performance. <P>SOLUTION: A fuel cell 100 comprises an electrolyte film 11 and an MEA 15 having an anode electrode 12 and a cathode electrode 13 which are placed on the both sides of the electrolyte film 11, respectively. A material with hydrogen peroxide decomposition performance is placed in at least one region of regions composed of the electrolyte film 11, the anode electrode 12, and a mid-area between the electrolyte film 11 and the anode electrode 12. The material with hydrogen peroxide decomposition performance is a compound containing a single body of a metal element and/or the metal element. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池に関し、特に、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させることが可能な燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell capable of improving durability without reducing power generation performance.

燃料電池は、電解質と、当該電解質の両側に配置される電極(カソード及びアノード)とを備える膜電極接合体(以下において、「MEA(Membrane Electrode Assembly)」と記述する。)における電気化学反応により発生した電気エネルギーを、このMEAの両側に配設されるセパレータを介して外部に取り出している。この燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等に使用される固体高分子型燃料電池(以下において、「PEFC(Polymer Electrolyte Fuel Cell)」と記述する。)は、低温領域での運転が可能であり、50〜100℃の運転温度で使用されるのが一般的である。また、PEFCは、50〜60%の高いエネルギー変換効率を示し、起動時間が短く、かつシステムが小型軽量であることから、電気自動車や携帯用電源の最適な動力源として注目されている。   A fuel cell is based on an electrochemical reaction in a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA (Membrane Electrode Assembly)”) including an electrolyte and electrodes (cathode and anode) disposed on both sides of the electrolyte. The generated electric energy is taken out through separators disposed on both sides of the MEA. Among these fuel cells, polymer electrolyte fuel cells (hereinafter referred to as “PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell)”) used in home cogeneration systems and automobiles are operated at low temperatures. It is generally used at an operating temperature of 50 to 100 ° C. In addition, PEFC has shown high energy conversion efficiency of 50 to 60%, has a short start-up time, and has a small and light system.

PEFCのユニットセルは、電解質膜、触媒層と拡散層とを備えるカソード及びアノード、並びに、セパレータを含み、その理論起電力は1.23Vである。しかし、かかる低起電力では電気自動車等の動力源として不十分であるため、通常は、ユニットセルを直列に積層した積層体の積層方向両端にエンドプレート等を配置して構成されるスタック形態の燃料電池が使用されている。   A unit cell of PEFC includes an electrolyte membrane, a cathode and an anode including a catalyst layer and a diffusion layer, and a separator, and the theoretical electromotive force thereof is 1.23V. However, since such a low electromotive force is insufficient as a power source for an electric vehicle or the like, the stack form is generally configured by disposing end plates or the like at both ends in the stacking direction of a stacked body in which unit cells are stacked in series. A fuel cell is used.

他方、燃料電池の発電時にユニットセル内の触媒層で過酸化水素が生成され、この過酸化水素から生成されるOHラジカルが起点となってMEAの高分子電解質を劣化させていることが明らかになりつつある。かかる劣化は、燃料電池の発電性能低下の一因となるため、MEA内の過酸化水素を低減することで上記劣化を抑制し、燃料電池の耐久性及び発電性能を向上させることが望まれている。   On the other hand, it is clear that hydrogen peroxide is generated in the catalyst layer in the unit cell during power generation of the fuel cell, and the OH radicals generated from this hydrogen peroxide are the starting point and deteriorate the polymer electrolyte of MEA. It is becoming. Since such deterioration contributes to a decrease in the power generation performance of the fuel cell, it is desired to reduce the hydrogen peroxide in the MEA to suppress the deterioration and improve the durability and power generation performance of the fuel cell. Yes.

燃料電池の発電性能向上を目的とした技術は、これまでにいくつか開示されてきている。例えば、特許文献1には、Ptを担持した担体にCeOを担持させて成ることを特徴とする燃料電池用カソード触媒に関する技術が開示されており、かかる触媒を用いることで、カソードにおける酸素の還元反応速度を上昇させることが可能になるとしている。また、特許文献2には、カソード側の電極が、酸化物と触媒と固体高分子電解質材とからなる触媒・酸化物・高分子電解質薄層を含むことを特徴とする燃料電池に関する技術が開示されており、かかる燃料電池とすることで、クロスオーバーが抑制され、クロスオーバーによる発電性能の低下を防止することが可能になるとしている。
特開2003−100308号公報 特開2003−86192号公報
Several techniques for improving the power generation performance of fuel cells have been disclosed so far. For example, Patent Document 1 discloses a technique related to a cathode catalyst for a fuel cell, which is characterized in that CeO 2 is supported on a carrier supporting Pt. By using such a catalyst, oxygen at the cathode is disclosed. The reduction reaction rate can be increased. Patent Document 2 discloses a technique relating to a fuel cell, in which the cathode-side electrode includes a catalyst / oxide / polymer electrolyte thin layer composed of an oxide, a catalyst, and a solid polymer electrolyte material. By using such a fuel cell, crossover is suppressed, and it is possible to prevent a decrease in power generation performance due to crossover.
JP 2003-100308 A JP 2003-86192 A

しかし、特許文献1に開示されている技術では、燃料電池内の電気化学反応に寄与しないCeOを、カソード触媒に担持させている。ここに、燃料電池内の電気化学反応は、カソード反応が律速であることが知られている。そのため、燃料電池内の電気化学反応に寄与しないCeOをカソード触媒に担持させると、カソードにおける電気化学反応の反応速度が低下し、燃料電池の発電性能が低下する虞があるという問題があった。また、特許文献2に開示されている技術によっても、燃料電池の耐久性を向上させることは困難であるという問題があった。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1, CeO 2 that does not contribute to the electrochemical reaction in the fuel cell is supported on the cathode catalyst. Here, it is known that the cathode reaction of the electrochemical reaction in the fuel cell is rate limiting. Therefore, when CeO 2 that does not contribute to the electrochemical reaction in the fuel cell is supported on the cathode catalyst, there is a problem that the reaction rate of the electrochemical reaction at the cathode is lowered and the power generation performance of the fuel cell may be lowered. . Further, even with the technique disclosed in Patent Document 2, there is a problem that it is difficult to improve the durability of the fuel cell.

そこで本発明は、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させることが可能な燃料電池を提供することを課題とする。   Then, this invention makes it a subject to provide the fuel cell which can improve durability, without reducing electric power generation performance.

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
請求項1に記載の発明は、電解質膜と、当該電解質膜の両側に設けられるアノード電極及びカソード電極とを備えるMEA、を備える燃料電池であって、電解質膜、アノード電極、及び、電解質膜とアノード電極との間、からなる領域の少なくともいずれか一の領域に、過酸化水素分解性能を有する物質が備えられ、過酸化水素分解性能を有する当該物質が、金属元素の単体、及び/又は当該金属元素を含む化合物であることを特徴とする、燃料電池により、上記課題を解決する。
In order to solve the above problems, the present invention takes the following means. That is,
The invention according to claim 1 is a fuel cell comprising an electrolyte membrane and an MEA comprising an anode electrode and a cathode electrode provided on both sides of the electrolyte membrane, the electrolyte membrane, the anode electrode, and the electrolyte membrane; A substance having the ability to decompose hydrogen peroxide is provided in at least one of the areas between the anode electrode and the substance having the ability to decompose hydrogen peroxide. The above problem is solved by a fuel cell, which is a compound containing a metal element.

ここに、本発明において、過酸化水素分解性能を有する物質は、過酸化水素分解性能を有する金属単体及び/又は当該金属元素を含む金属化合物であれば特に限定されるものではない。当該物質の具体例としては、Mn、Fe、Pt、Pd、Ni、Cr、Cu、Ce、Rb、Co、Ir、Ag、Au、Rh、Ti、Zr、Al、Hf、Ta、Nb、Os等からなる単体及び/又は上記元素を含む化合物を挙げることができる。   Here, in the present invention, the substance having hydrogen peroxide decomposition performance is not particularly limited as long as it is a metal simple substance having hydrogen peroxide decomposition performance and / or a metal compound containing the metal element. Specific examples of the substance include Mn, Fe, Pt, Pd, Ni, Cr, Cu, Ce, Rb, Co, Ir, Ag, Au, Rh, Ti, Zr, Al, Hf, Ta, Nb, Os, etc. And / or a compound containing the above element.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の燃料電池であって、アノード電極が、触媒層と拡散層とを含み、アノード電極に過酸化水素分解性能を有する物質が備えられる場合、過酸化水素分解性能を有する当該物質は、触媒層、拡散層、及び、触媒層と拡散層との間、からなる領域の少なくともいずれか一の領域に、備えられることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the fuel cell according to claim 1, wherein the anode electrode includes a catalyst layer and a diffusion layer, and the anode electrode is provided with a substance having hydrogen peroxide decomposition performance. The substance having hydrogen peroxide decomposition performance is provided in at least one of a catalyst layer, a diffusion layer, and a region formed between the catalyst layer and the diffusion layer.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の燃料電池であって、過酸化水素分解性能を有する物質が、遷移金属元素又は希土類金属元素からなる元素群に含まれる金属元素の単体、及び/又は当該金属元素を含む化合物であることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the substance having hydrogen peroxide decomposition performance is a metal element contained in an element group consisting of a transition metal element or a rare earth metal element. It is a compound containing a single element and / or the metal element.

請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池であって、過酸化水素分解性能を有する物質が、セリウム含有酸化物であることを特徴とする。   The invention according to claim 4 is the fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the substance having hydrogen peroxide decomposition performance is a cerium-containing oxide.

ここに、本発明において、セリウム含有酸化物の具体例としては、CeO等を挙げることができる。 Here, in the present invention, specific examples of the cerium-containing oxide include CeO 2 and the like.

請求項1に記載の発明によれば、過酸化水素分解性能を有する物質が、電解質膜、アノード電極、及び、電解質膜とアノード電極との間からなる領域の少なくともいずれか一の領域(以下において、「アノード側」と記述することがある。)に備えられているので、当該物質及び/又は当該物質から溶出したイオンにより、MEA内の過酸化水素を分解することが可能になる。MEA内に存在する過酸化水素は、MEAの劣化、特に電解質膜の劣化の一因となるため、MEA内の過酸化水素を分解することで、電解質膜の劣化を抑制することが可能になる。また、本発明によれば、燃料電池における電気化学反応の律速部位であるカソード電極ではなく、それ以外の上記領域に過酸化水素分解性能を有する物質が備えられているので、燃料電池の発電性能を低下させる虞が少ない。加えて、本発明によれば、過酸化水素分解性能を有する物質がアノード側に備えられており、生成水による当該物質の流出がカソード側よりも少ないので、当該物質の過酸化水素分解効果を長期間に亘って維持することが可能になる。したがって、請求項1に記載の発明によれば、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させることが可能な燃料電池を提供することが可能になる。
なお、以下において、それ自体が過酸化水素分解性能を有する物質(金属単体・金属化合物)と、過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させる物質(金属単体・金属化合物)とを、まとめて「過酸化水素分解物質」と表記する。
According to the first aspect of the present invention, the substance having the ability to decompose hydrogen peroxide is at least one of the electrolyte membrane, the anode electrode, and the region formed between the electrolyte membrane and the anode electrode (in the following). , The hydrogen peroxide in the MEA can be decomposed by the substance and / or ions eluted from the substance. The hydrogen peroxide present in the MEA contributes to the deterioration of the MEA, particularly the electrolyte membrane. Therefore, the degradation of the electrolyte membrane can be suppressed by decomposing the hydrogen peroxide in the MEA. . Further, according to the present invention, the power generation performance of the fuel cell is provided because the substance having hydrogen peroxide decomposition performance is provided in the above-mentioned region other than the cathode electrode which is the rate-limiting part of the electrochemical reaction in the fuel cell. There is little possibility of lowering. In addition, according to the present invention, the substance having hydrogen peroxide decomposition performance is provided on the anode side, and the outflow of the substance by the generated water is less than that on the cathode side. It can be maintained for a long time. Therefore, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a fuel cell capable of improving the durability without reducing the power generation performance.
In the following, substances that themselves have hydrogen peroxide decomposition ability (metal simple substance / metal compound) and substances that elute ions that have hydrogen peroxide decomposition ability (metal simple substance / metal compound) are collectively referred to as “ It is expressed as “hydrogen peroxide decomposing substance”.

請求項2に記載の発明によれば、過酸化水素分解性能を有する物質がアノード電極に備えられる場合には、アノード触媒層、アノード拡散層、及び、アノード触媒層とアノード拡散層との間、からなる領域の少なくともいずれか一の領域に備えられるので、アノード電極の触媒層において生じる過酸化水素を効果的に分解することが可能になる。したがって、請求項2に記載の発明によれば、発電性能を低下させることなく耐久性を効果的に向上させることが可能な燃料電池を提供することが可能になる。   According to the invention described in claim 2, when a substance having hydrogen peroxide decomposition performance is provided in the anode electrode, the anode catalyst layer, the anode diffusion layer, and the anode catalyst layer and the anode diffusion layer, Therefore, hydrogen peroxide generated in the catalyst layer of the anode electrode can be effectively decomposed. Therefore, according to the invention described in claim 2, it is possible to provide a fuel cell capable of effectively improving the durability without deteriorating the power generation performance.

請求項3に記載の発明によれば、遷移金属元素単体若しくは当該元素を含む化合物、及び/又は、希土類金属元素単体若しくは当該元素を含む化合物を、電解質膜、アノード電極、及び、電解質膜とアノード電極との間からなる領域の少なくともいずれか一の領域に備えることが可能になる。そのため、過酸化水素分解物質及び/又は当該物質から溶出したイオンにより、MEA内の過酸化水素を分解することが可能になる。したがって、請求項3に記載の発明によれば、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させることが可能な燃料電池を提供することが可能になる。   According to the third aspect of the present invention, the transition metal element alone or the compound containing the element, and / or the rare earth metal element alone or the compound containing the element, the electrolyte membrane, the anode electrode, and the electrolyte membrane and anode It is possible to provide at least one of the regions formed between the electrodes. Therefore, the hydrogen peroxide in the MEA can be decomposed by the hydrogen peroxide decomposing substance and / or ions eluted from the substance. Therefore, according to the invention described in claim 3, it is possible to provide a fuel cell capable of improving the durability without deteriorating the power generation performance.

請求項4に記載の発明によれば、電解質膜、アノード電極、及び、電解質膜とアノード電極からなる領域の少なくともいずれか一の領域に、セリウム含有酸化物が備えられている。ここに、セリウム含有酸化物から生じるCe3+は過酸化水素を効果的に分解可能であるほか、セリウム含有酸化物は自動車触媒用の材料として一般的に普及している。したがって、請求項4に記載の発明によれば、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させることが可能な燃料電池を容易に提供することが可能になる。 According to the invention of claim 4, the cerium-containing oxide is provided in at least one of the electrolyte membrane, the anode electrode, and the region composed of the electrolyte membrane and the anode electrode. Here, Ce 3+ generated from the cerium-containing oxide can effectively decompose hydrogen peroxide, and the cerium-containing oxide is generally spread as a material for automobile catalysts. Therefore, according to the invention described in claim 4, it is possible to easily provide a fuel cell capable of improving durability without deteriorating power generation performance.

燃料電池の発電時には、アノード電極の触媒層で過酸化水素が生じることが知られており、この過酸化水素から生成されるOHラジカルによって、MEA(例えば、電解質膜等)の電解質物質が劣化する。これまでに、過酸化水素分解性能を有するイオンを溶出させる化合物(例えば、CeO等)をMEA内に含む構成の燃料電池に関する技術は開示されているが、従来技術における当該化合物の適用は、カソード電極における反応性向上を目的としたものに留まっており、過酸化水素分解性能を有する金属単体及び/又は当該金属を含む化合物を、電解質膜、アノード電極、及び電解質膜とアノード電極との間からなる領域の少なくともいずれか一の領域に備える燃料電池に関する技術は未だ開示されていない。過酸化水素分解物質を上記領域に備えれば、燃料電池内の電気化学反応の反応速度を低下させることなく、すなわち、燃料電池の発電性能を低下させることなく、MEA内で生成される過酸化水素を分解することが可能になり、長期間に亘って電解質層の劣化を抑制することが容易になる。したがって、かかる構成とすることで、燃料電池の発電性能を低下させることなく耐久性を向上させ得る燃料電池を提供することが可能になる。 During power generation of a fuel cell, it is known that hydrogen peroxide is generated in the catalyst layer of the anode electrode, and OH radicals generated from the hydrogen peroxide degrade the electrolyte material of MEA (for example, an electrolyte membrane). . Up to now, a technology related to a fuel cell having a structure containing a compound (for example, CeO 2 ) that elutes ions having hydrogen peroxide decomposition performance in the MEA has been disclosed. It remains only for the purpose of improving the reactivity in the cathode electrode, and a single metal having hydrogen peroxide decomposition performance and / or a compound containing the metal is added between the electrolyte membrane, the anode electrode, and the electrolyte membrane and the anode electrode. A technology relating to a fuel cell provided in at least one of the regions consisting of the above has not yet been disclosed. If the hydrogen peroxide decomposing substance is provided in the above region, the peroxide generated in the MEA without reducing the reaction rate of the electrochemical reaction in the fuel cell, that is, without reducing the power generation performance of the fuel cell. It becomes possible to decompose hydrogen, and it becomes easy to suppress deterioration of the electrolyte layer over a long period of time. Therefore, with such a configuration, it is possible to provide a fuel cell that can improve durability without deteriorating the power generation performance of the fuel cell.

本発明は、このような観点からなされたものであり、その要旨は、例えばCeO等に代表される過酸化水素分解物質が、電解質膜、アノード電極、及び電解質膜とアノード電極との間からなる領域の少なくともいずれか一の領域に備えられる構成とすることで、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させることが可能な燃料電池を提供することにある。 The present invention has been made from such a viewpoint, and the gist of the present invention is that, for example, a hydrogen peroxide decomposing substance typified by CeO 2 is present from the electrolyte membrane, the anode electrode, and between the electrolyte membrane and the anode electrode. An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of improving durability without deteriorating power generation performance by adopting a configuration provided in at least one of the regions.

以下に図面を参照しつつ、本発明の燃料電池ついてさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the fuel cell of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.

1.燃料電池の構成
図1は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池を概略的に示す断面図である。図示のように、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池100は、電解質膜11と当該電解質膜11の両側に配置されるアノード電極12(以下、単に「アノード12」と記述する。)及びカソード電極13(以下、単に「カソード13」と記述する。)とを備えるMEA15、並びに、当該MEA15の外側に配置されるセパレータ16a、16bを備え、アノード12及び電解質膜11にはセリウム含有酸化物(以下において、「CeO」と記述する。)が混入されている。アノード12は、アノード触媒層12a及びアノード拡散層12bを備える一方、カソード13は、カソード触媒層13a及びカソード拡散層13bを備え、触媒層12a及び13aは電解質膜11側に、拡散層12b及び13bはセパレータ16a及び16b側に、それぞれ配置されている。MEA15の外側に配置されるセパレータ16a及び16bには、拡散層12b及び13b側に反応ガス供給路18a、18a、…、及び18b、18b、…が形成されており、アノード12側の反応ガス供給路18a、18a、…には水素含有物質(以下において、「水素」と記述する。)が供給される一方、カソード13側の反応ガス供給路18b、18b、…には酸素含有物質(以下において、「空気」と記述する。)が供給され、これらの反対側の面には冷却媒体流路17、17、…が形成されている。
1. Configuration of Fuel Cell FIG. 1 is a sectional view schematically showing a fuel cell according to the first embodiment of the present invention. As illustrated, the fuel cell 100 according to the first embodiment of the present invention includes an electrolyte membrane 11, anode electrodes 12 (hereinafter simply referred to as “anode 12”) disposed on both sides of the electrolyte membrane 11, and the like. An MEA 15 including a cathode electrode 13 (hereinafter simply referred to as “cathode 13”) and separators 16a and 16b disposed outside the MEA 15 are provided. The anode 12 and the electrolyte membrane 11 include a cerium-containing oxide. (Hereinafter described as “CeO 2 ”). The anode 12 includes an anode catalyst layer 12a and an anode diffusion layer 12b, while the cathode 13 includes a cathode catalyst layer 13a and a cathode diffusion layer 13b. The catalyst layers 12a and 13a are disposed on the electrolyte membrane 11 side, and the diffusion layers 12b and 13b. Are arranged on the separators 16a and 16b side, respectively. In the separators 16a and 16b arranged outside the MEA 15, reaction gas supply paths 18a, 18a,..., 18b, 18b,... Are formed on the diffusion layers 12b and 13b side, and the reaction gas supply on the anode 12 side is formed. A hydrogen-containing substance (hereinafter referred to as “hydrogen”) is supplied to the passages 18a, 18a,..., While an oxygen-containing substance (hereinafter, referred to as a reaction gas supply path 18b, 18b,. , “Air”, and cooling medium channels 17, 17,... Are formed on the opposite surfaces.

燃料電池の発電時には、反応ガス供給路18b、18b、…から供給される空気に含まれる酸素の一部が、電解質膜11を透過して、アノード触媒層12aへと達する場合がある。この酸素が触媒層12a(当該触媒層12aに、例えば白金担持カーボンからなる触媒が含まれている場合には、白金上及び/又はカーボン上)において還元されると過酸化水素が生成され、さらに、当該過酸化水素に起因するOHラジカルが生成される。OHラジカルは、電解質膜11の劣化の一因となり、この劣化が進行すると電解質膜11が破損する。電解質膜11が破損すると、燃料電池の電圧が低下し、発電性能の低下を招くため、かかる破損の一因となる過酸化水素を予め分解することで、電解質膜の劣化を抑制し、燃料電池の耐久性を向上させることが望ましい。そこで、本実施形態にかかる燃料電池100では、電解質膜11、アノード触媒層12a、及びアノード拡散層12bに、過酸化水素分解性能を有するCe3+を溶出させるCeOを混入することで、触媒層12aにて生成された過酸化水素を分解し、電解質膜11の劣化を抑制している。 At the time of power generation of the fuel cell, part of oxygen contained in the air supplied from the reaction gas supply paths 18b, 18b,... May pass through the electrolyte membrane 11 and reach the anode catalyst layer 12a. When this oxygen is reduced in the catalyst layer 12a (in the case where the catalyst layer 12a includes a catalyst made of platinum-supported carbon, for example, on platinum and / or carbon), hydrogen peroxide is generated. OH radicals resulting from the hydrogen peroxide are generated. The OH radical contributes to the deterioration of the electrolyte membrane 11, and the electrolyte membrane 11 is damaged as the deterioration proceeds. If the electrolyte membrane 11 is damaged, the voltage of the fuel cell is lowered, leading to a decrease in power generation performance. Therefore, the degradation of the electrolyte membrane is suppressed by previously decomposing hydrogen peroxide that contributes to the damage, and the fuel cell It is desirable to improve the durability. Therefore, in the fuel cell 100 according to the present embodiment, the catalyst layer is mixed with CeO 2 that elutes Ce 3+ having hydrogen peroxide decomposition performance into the electrolyte membrane 11, the anode catalyst layer 12a, and the anode diffusion layer 12b. The hydrogen peroxide generated in 12a is decomposed to suppress the deterioration of the electrolyte membrane 11.

本発明にかかる燃料電池100は、アノード12、電解質膜11、及びアノード12と電解質膜11との間からなる領域に、CeOが備えられる点に特徴を有する。以下に、かかる領域にCeOを配置することにより得られる効果を示す。 The fuel cell 100 according to the present invention is characterized in that CeO 2 is provided in the anode 12, the electrolyte membrane 11, and the region formed between the anode 12 and the electrolyte membrane 11. Hereinafter, effects obtained by arranging CeO 2 in such a region will be described.

アノード触媒層では、反応ガス供給路及びアノード拡散層を介して供給された水素から電子と水素イオンとが生成される電気化学反応が起こる。一方、カソード触媒層では、電子、反応ガス供給路及びカソード拡散層を介して供給された空気内に含まれる酸素、及び電解質膜を通過してきた水素イオンから水が生成される電気化学反応が起こる。通常、アノード及びカソードにおける電気化学反応の反応速度には差があることが知られており、燃料電池内では、カソード反応が電気化学反応の律速となっている。ここで、過酸化水素分解物質をMEA内に混入させる場合には、カソードも混入部位の候補になり得る。しかし、燃料電池内における電気化学反応の律速部位であるカソードに過酸化水素分解物質を混入させると、当該過酸化水素分解物質がカソードにおける電気化学反応に寄与しない場合には、カソードの電気化学反応を阻害し、当該反応の反応速度を一層低下させるという問題がある。これに対し、上記過酸化水素分解物質がカソードの電気化学反応にも寄与する場合、当該物質(例えば、Pt等)がカソード反応の速度を低下させる虞は少ないと考えられるが、このような物質は高価であることが多いため、燃料電池の製造コストの増加を招きやすいという問題がある。また、通常、カソードへと供給される空気の流量はアノードへと供給される水素の流量よりも多いほか、カソードでは電気化学反応により水が生成される。すなわち、カソードではアノードよりも多くの物質が移動しているため、過酸化水素分解物質をカソードに混入させると、当該過酸化水素分解物質はカソード内を移動する物質により持ち去られやすく、過酸化水素分解性能を長期間に亘って維持し難いという問題もある。   In the anode catalyst layer, an electrochemical reaction in which electrons and hydrogen ions are generated from hydrogen supplied via the reaction gas supply path and the anode diffusion layer occurs. On the other hand, in the cathode catalyst layer, an electrochemical reaction occurs in which water is generated from electrons, oxygen contained in the air supplied through the reaction gas supply path and the cathode diffusion layer, and hydrogen ions that have passed through the electrolyte membrane. . Usually, it is known that there is a difference in the reaction rate of the electrochemical reaction between the anode and the cathode, and in the fuel cell, the cathode reaction is the rate-limiting of the electrochemical reaction. Here, when the hydrogen peroxide decomposing substance is mixed into the MEA, the cathode can also be a candidate for the mixing site. However, if a hydrogen peroxide decomposing substance is mixed into the cathode, which is the rate limiting part of the electrochemical reaction in the fuel cell, if the hydrogen peroxide decomposing substance does not contribute to the electrochemical reaction at the cathode, the electrochemical reaction of the cathode There is a problem that the reaction rate of the reaction is further reduced. On the other hand, when the hydrogen peroxide decomposing substance also contributes to the electrochemical reaction of the cathode, it is considered that the substance (for example, Pt or the like) is less likely to decrease the rate of the cathode reaction. Is often expensive, and thus tends to increase the manufacturing cost of the fuel cell. In addition, the flow rate of air supplied to the cathode is usually larger than the flow rate of hydrogen supplied to the anode, and water is generated by an electrochemical reaction at the cathode. That is, since more material is moving at the cathode than at the anode, when the hydrogen peroxide decomposing substance is mixed into the cathode, the hydrogen peroxide decomposing substance is easily carried away by the substance moving inside the cathode. There is also a problem that it is difficult to maintain the decomposition performance over a long period of time.

そこで、これらの問題を回避するため、本発明では、CeO等の過酸化水素分解物質を、電解質膜、アノード電極(アノード触媒層、アノード拡散層)、及び電解質膜とアノード電極との間からなる領域の少なくともいずれか一の領域に備える構成としている。かかる構成とすれば、過酸化水素分解物質によりMEA内の過酸化水素を分解することが可能になる。さらに、かかる構成とすることで、アノード触媒層の過酸化水素を分解することも可能になるため、アノード逆拡散水中の過酸化水素による、電解質膜及びカソード触媒層中の電解質物質の劣化を防止することも可能になる。したがって、本発明によれば、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させ得る燃料電池を、比較的安価に提供することが可能になる。 Therefore, in order to avoid these problems, in the present invention, a hydrogen peroxide decomposing substance such as CeO 2 is introduced from the electrolyte membrane, the anode electrode (anode catalyst layer, anode diffusion layer), and between the electrolyte membrane and the anode electrode. It is set as the structure provided in at least any one area | region of becoming. With this configuration, hydrogen peroxide in the MEA can be decomposed by the hydrogen peroxide decomposing substance. Furthermore, this configuration also makes it possible to decompose the hydrogen peroxide in the anode catalyst layer, thereby preventing deterioration of the electrolyte material in the electrolyte membrane and the cathode catalyst layer due to hydrogen peroxide in the anode reverse diffusion water. It is also possible to do. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a fuel cell that can improve the durability without reducing the power generation performance at a relatively low cost.

本発明の燃料電池では、電解質膜、アノード(アノード触媒層、アノード拡散層)、電解質膜とアノードとの間からなる領域の少なくともいずれか一の領域にCeO等の過酸化水素分解物質が備えられていれば、当該過酸化水素分解物質の配置形態は特に限定されるものではない。図1に示す燃料電池100のように、電解質膜11、アノード触媒層12a、及びアノード拡散層13aにCeOが備えられていても良く、例えば、電解質膜11、アノード触媒層12a、又はアノード拡散層13aの1つの部位のみにCeOが備えられていても良い。そこで、以下に、電解質膜11、アノード触媒層12a、又はアノード拡散層13aの1つの部位のみにCeOが備えられている形態の燃料電池について説明する。 In the fuel cell of the present invention, a hydrogen peroxide decomposing substance such as CeO 2 is provided in at least one of the electrolyte membrane, the anode (anode catalyst layer, anode diffusion layer), and the region between the electrolyte membrane and the anode. If it is, the arrangement form of the hydrogen peroxide decomposing substance is not particularly limited. As in the fuel cell 100 shown in FIG. 1, the electrolyte membrane 11, the anode catalyst layer 12a, and the anode diffusion layer 13a may be provided with CeO 2 , for example, the electrolyte membrane 11, the anode catalyst layer 12a, or the anode diffusion. CeO 2 may be provided in only one part of the layer 13a. Therefore, hereinafter, a fuel cell in a form in which CeO 2 is provided only in one portion of the electrolyte membrane 11, the anode catalyst layer 12a, or the anode diffusion layer 13a will be described.

図2(A)は、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池を概略的に示す断面図である。図示のように、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池200は、電解質膜11と当該電解質膜11の両側に配置されるアノード22及びカソード13とを備えるMEA25、並びに、当該MEA25の外側に配置されるセパレータ16a、16bを備え、電解質膜11にCeOが混入されている。アノード22は、アノード触媒層22a及びアノード拡散層22bを備える一方、カソード13は、カソード触媒層13a及びカソード拡散層13bを備え、触媒層22a及び13aは電解質膜11側に、拡散層22b及び13bはセパレータ16a及び16b側に、それぞれ配置されている。なお、図2(A)において、第1実施形態にかかる燃料電池100の構成部位と同一の構成を採る部位には、図1の構成部位に付した符号と同符号を付し、その詳細説明を省略する。 FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing the fuel cell of the present invention according to the second embodiment. As illustrated, the fuel cell 200 of the present invention according to the second embodiment includes an electrolyte membrane 11 and an MEA 25 including an anode 22 and a cathode 13 disposed on both sides of the electrolyte membrane 11, and an outside of the MEA 25. Separators 16 a and 16 b are provided, and CeO 2 is mixed in the electrolyte membrane 11. The anode 22 includes an anode catalyst layer 22a and an anode diffusion layer 22b, while the cathode 13 includes a cathode catalyst layer 13a and a cathode diffusion layer 13b. The catalyst layers 22a and 13a are disposed on the electrolyte membrane 11 side, and the diffusion layers 22b and 13b. Are arranged on the separators 16a and 16b side, respectively. In FIG. 2A, parts having the same configuration as the constituent parts of the fuel cell 100 according to the first embodiment are assigned the same reference numerals as those shown in FIG. Is omitted.

図2(A)に示すように、電解質膜11にCeOが混入されていれば、電解質膜11を劣化させるOHラジカルの発生源である過酸化水素を、劣化部位である電解質膜11にて分解することが可能になるため、電解質膜11の劣化を直接的に防止することが可能になる。したがって、かかる構成とすることで、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させ得る燃料電池200を提供することが可能になる。 As shown in FIG. 2 (A), if CeO 2 is mixed in the electrolyte membrane 11, hydrogen peroxide, which is a source of OH radicals that degrade the electrolyte membrane 11, is absorbed in the electrolyte membrane 11 that is a degradation site. Since it becomes possible to decompose, it becomes possible to directly prevent the deterioration of the electrolyte membrane 11. Therefore, with this configuration, it is possible to provide the fuel cell 200 that can improve the durability without reducing the power generation performance.

図2(B)及び(C)は、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池の、さらに詳細な態様例を概略的に示す断面図である。図2(B)に示すように、本態様にかかる燃料電池210は、電解質膜11のアノード触媒層側の部位11aに、CeOが混入されている。一方、図2(C)に示すように、本態様にかかる燃料電池220は、電解質膜11のカソード触媒層側の部位11cに、CeOが混入されている。なお、図2(B)及び(C)において、上記燃料電池200の構成部位と同一の構成を採る部位には、図2(A)の構成部位に付した符号と同符号を付し、その詳細説明を省略する。 FIGS. 2B and 2C are cross-sectional views schematically showing a more detailed example of the fuel cell of the present invention according to the second embodiment. As shown in FIG. 2B, in the fuel cell 210 according to this embodiment, CeO 2 is mixed in the portion 11a of the electrolyte membrane 11 on the anode catalyst layer side. On the other hand, as shown in FIG. 2C, in the fuel cell 220 according to this embodiment, CeO 2 is mixed in the portion 11c of the electrolyte membrane 11 on the cathode catalyst layer side. 2B and 2C, parts having the same configuration as the constituent parts of the fuel cell 200 are given the same reference numerals as the constituent parts in FIG. Detailed description is omitted.

図2(B)に示すように、電解質膜11のアノード触媒層側の部位11aに、CeOが混入されていれば、触媒層22aにて生じ電解質膜11に到達した過酸化水素を、上記部位11aにて分解することが可能になる。したがって、かかる構成とすることで、電解質膜11の劣化を効果的に抑制することが可能になるため、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させ得る燃料電池210を提供することが可能になる。 As shown in FIG. 2B, if CeO 2 is mixed in the portion 11a on the anode catalyst layer side of the electrolyte membrane 11, the hydrogen peroxide generated in the catalyst layer 22a and reaching the electrolyte membrane 11 is It becomes possible to decompose at the part 11a. Therefore, by adopting such a configuration, it is possible to effectively suppress the deterioration of the electrolyte membrane 11, so that it is possible to provide the fuel cell 210 that can improve the durability without reducing the power generation performance. Become.

一方、図2(C)に示すように、電解質膜11のカソード触媒層側の部位11cにCeOが混入されていても、電解質膜11内の過酸化水素を分解することが可能になる。したがって、かかる構成であっても、電解質膜11の劣化を抑制することが可能になるため、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させ得る燃料電池220を提供することが可能になる。 On the other hand, as shown in FIG. 2C, even if CeO 2 is mixed in the portion 11c on the cathode catalyst layer side of the electrolyte membrane 11, hydrogen peroxide in the electrolyte membrane 11 can be decomposed. Therefore, even with such a configuration, it is possible to suppress the deterioration of the electrolyte membrane 11, and thus it is possible to provide the fuel cell 220 that can improve the durability without reducing the power generation performance.

図3(A)は、第3実施形態にかかる本発明の燃料電池を概略的に示す断面図である。図示のように、第3実施形態にかかる本発明の燃料電池300は、電解質膜31と当該電解質膜31の両側に配置されるアノード32及びカソード13とを備えるMEA35、並びに、当該MEA35の外側に配置されるセパレータ16a、16bを備えている。アノード32は、アノード触媒層12a及びアノード拡散層22bを備える一方、カソード13は、カソード触媒層13a及びカソード拡散層13bを備え、触媒層12a及び13aは電解質膜31側に、拡散層22b及び13bはセパレータ16a及び16b側に、それぞれ配置されている。そして、CeOはアノード触媒層12aに混入されている。なお、図3(A)において、第1実施形態にかかる燃料電池100及び/又は第2実施形態にかかる燃料電池200の構成部位と同一の構成を採る部位には、図1及び/又は図2(A)の構成部位に付した符号と同符号を付し、その詳細説明を省略する。 FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing a fuel cell of the present invention according to the third embodiment. As illustrated, the fuel cell 300 according to the third embodiment of the present invention includes an MEA 35 including an electrolyte membrane 31 and anodes 32 and cathodes 13 disposed on both sides of the electrolyte membrane 31, and outside the MEA 35. Separators 16a and 16b are provided. The anode 32 includes an anode catalyst layer 12a and an anode diffusion layer 22b, while the cathode 13 includes a cathode catalyst layer 13a and a cathode diffusion layer 13b. The catalyst layers 12a and 13a are disposed on the electrolyte membrane 31 side, and the diffusion layers 22b and 13b. Are arranged on the separators 16a and 16b side, respectively. CeO 2 is mixed in the anode catalyst layer 12a. In FIG. 3 (A), parts that adopt the same configuration as the constituent parts of the fuel cell 100 according to the first embodiment and / or the fuel cell 200 according to the second embodiment are shown in FIG. 1 and / or FIG. The same reference numerals are assigned to the components shown in (A), and detailed description thereof is omitted.

図3(A)に示すように、アノード触媒層12aにCeOが混入されていれば、電解質膜31を劣化させるOHラジカルの発生源である過酸化水素を、当該過酸化水素の発生部位である触媒層12aにおいて分解することが可能になるため、電解質膜31の劣化を効果的に防止することが可能になる。したがって、かかる構成とすることで、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させ得る燃料電池300を提供することが可能になる。 As shown in FIG. 3A, when CeO 2 is mixed in the anode catalyst layer 12a, hydrogen peroxide that is a source of OH radicals that degrade the electrolyte membrane 31 is converted at the hydrogen peroxide generation site. Since the catalyst layer 12a can be decomposed, the electrolyte membrane 31 can be effectively prevented from being deteriorated. Therefore, with this configuration, it is possible to provide the fuel cell 300 that can improve durability without deteriorating the power generation performance.

図3(B)及び(C)は、第3実施形態にかかる本発明の燃料電池の、さらに詳細な態様例を概略的に示す断面図である。図3(B)に示すように、本態様にかかる燃料電池310は、アノード触媒層12aのアノード拡散層側の部位12dに、CeOが混入されている。一方、図3(C)に示すように、本態様にかかる燃料電池320は、アノード触媒層12aの電解質膜側の部位12eに、CeOが混入されている。なお、図3(B)及び(C)において、上記燃料電池300の構成部位と同一の構成を採る部位には、図3(A)の構成部位に付した符号と同符号を付し、その詳細説明を省略する。 3 (B) and 3 (C) are cross-sectional views schematically showing a further detailed example of the fuel cell according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3B, in the fuel cell 310 according to this embodiment, CeO 2 is mixed in the portion 12d on the anode diffusion layer side of the anode catalyst layer 12a. On the other hand, as shown in FIG. 3C, in the fuel cell 320 according to this embodiment, CeO 2 is mixed in the portion 12e on the electrolyte membrane side of the anode catalyst layer 12a. 3 (B) and 3 (C), parts having the same configuration as the constituent parts of the fuel cell 300 are given the same reference numerals as the constituent parts in FIG. Detailed description is omitted.

図3(B)に示すように、アノード触媒層12aの拡散層側の部位12dに、CeOが混入されていれば、触媒層12aにて生成された過酸化水素を当該触媒層12a内にて分解することが可能になる。したがって、かかる構成とすることで、電解質膜31の劣化を抑制することが可能になるため、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させ得る燃料電池310を提供することが可能になる。 As shown in FIG. 3B, if CeO 2 is mixed in the diffusion layer side portion 12d of the anode catalyst layer 12a, the hydrogen peroxide generated in the catalyst layer 12a is contained in the catalyst layer 12a. Can be disassembled. Therefore, with this configuration, it is possible to suppress deterioration of the electrolyte membrane 31, and thus it is possible to provide the fuel cell 310 that can improve the durability without reducing the power generation performance.

一方、図3(C)に示すように、アノード触媒層12aの電解質膜側の部位12eに、CeOが混入されていれば、触媒層12aにて生じた過酸化水素が電解質膜31へと到達する前に、当該触媒層12a内にて過酸化水素を分解することが可能になる。したがって、かかる構成とすることで、電解質膜31の劣化をより効果的に抑制することが可能になるため、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させ得る燃料電池320を提供することが可能になる。 On the other hand, as shown in FIG. 3C, if CeO 2 is mixed in the portion 12e on the electrolyte membrane side of the anode catalyst layer 12a, hydrogen peroxide generated in the catalyst layer 12a is transferred to the electrolyte membrane 31. Before reaching, hydrogen peroxide can be decomposed in the catalyst layer 12a. Therefore, by adopting such a configuration, it is possible to more effectively suppress the deterioration of the electrolyte membrane 31, and thus it is possible to provide the fuel cell 320 that can improve the durability without reducing the power generation performance. become.

図4(A)は、第4実施形態にかかる本発明の燃料電池を概略的に示す断面図である。図示のように、第4実施形態にかかる本発明の燃料電池400は、電解質膜31と当該電解質膜31の両側に配置されるアノード42及びカソード13とを備えるMEA45、並びに、当該MEA45の外側に配置されるセパレータ16a、16bを備えている。アノード42は、アノード触媒層22a及びアノード拡散層12bを備える一方、カソード13は、カソード触媒層13a及びカソード拡散層13bを備え、触媒層22a及び13aは電解質膜11側に、拡散層12b及び13bはセパレータ16a及び16b側に、それぞれ配置されている。そして、CeOはアノード拡散層12bに混入されている。なお、図4(A)において、第1実施形態にかかる燃料電池100及び/又は第2実施形態にかかる燃料電池200の構成部位と同一の構成を採る部位には、図1及び/又は図2(A)の構成部位に付した符号と同符号を付し、その詳細説明を省略する。 FIG. 4A is a sectional view schematically showing a fuel cell according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in the drawing, the fuel cell 400 of the present invention according to the fourth embodiment includes an MEA 45 including an electrolyte membrane 31 and anodes 42 and cathodes 13 disposed on both sides of the electrolyte membrane 31, and outside the MEA 45. Separators 16a and 16b are provided. The anode 42 includes an anode catalyst layer 22a and an anode diffusion layer 12b, while the cathode 13 includes a cathode catalyst layer 13a and a cathode diffusion layer 13b. The catalyst layers 22a and 13a are disposed on the electrolyte membrane 11 side, and the diffusion layers 12b and 13b. Are arranged on the separators 16a and 16b side, respectively. CeO 2 is mixed in the anode diffusion layer 12b. In FIG. 4 (A), the parts adopting the same configuration as the constituent parts of the fuel cell 100 according to the first embodiment and / or the fuel cell 200 according to the second embodiment are shown in FIG. 1 and / or FIG. The same reference numerals are assigned to the components shown in (A), and detailed description thereof is omitted.

図4(A)に示すように、アノード拡散層12bにCeOが混入されていれば、アノード拡散層12bはアノードの反応場ではないため、アノード反応の反応速度を低下させる虞は少ない。CeOがアノード拡散層12bに混入されていても、CeOから溶出したCe3+は、当該拡散層12b内を供給される水素とともにアノード触媒層22aへと到達することが可能である。すなわち、かかる形態の燃料電池400であっても、アノード触媒層22a及び/又は電解質膜31にて過酸化水素を分解することが可能であるため、電解質膜31の劣化を防止することが可能になる。したがって、かかる構成とすることで、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させ得る燃料電池400を提供することが可能になる。 As shown in FIG. 4A, if CeO 2 is mixed in the anode diffusion layer 12b, the anode diffusion layer 12b is not a reaction field of the anode, so there is little possibility of reducing the reaction rate of the anode reaction. Even if CeO 2 is mixed in the anode diffusion layer 12b, Ce 3+ eluted from the CeO 2 can reach the anode catalyst layer 22a together with hydrogen supplied in the diffusion layer 12b. That is, even in such a fuel cell 400, hydrogen peroxide can be decomposed by the anode catalyst layer 22a and / or the electrolyte membrane 31, so that deterioration of the electrolyte membrane 31 can be prevented. Become. Therefore, with this configuration, it is possible to provide the fuel cell 400 that can improve the durability without deteriorating the power generation performance.

図4(B)及び(C)は、第4実施形態にかかる本発明の燃料電池の、さらに詳細な態様例を概略的に示す断面図である。図4(B)に示すように、本態様にかかる燃料電池410は、アノード拡散層12bのセパレータ側の部位12sに、CeOが混入されている。これに対し、図4(C)に示すように、本態様にかかる燃料電池420は、アノード拡散層12bのアノード触媒層側の部位12cに、CeOが混入されている。なお、図4(B)及び(C)において、上記燃料電池400の構成部位と同一の構成を採る部位には、図4(A)の構成部位に付した符号と同符号を付し、その詳細説明を省略する。 4 (B) and 4 (C) are cross-sectional views schematically showing a more detailed example of the fuel cell according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4B, in the fuel cell 410 according to this embodiment, CeO 2 is mixed in the separator-side portion 12s of the anode diffusion layer 12b. On the other hand, as shown in FIG. 4C, in the fuel cell 420 according to this embodiment, CeO 2 is mixed in the portion 12c on the anode catalyst layer side of the anode diffusion layer 12b. 4B and 4C, parts having the same configuration as the constituent parts of the fuel cell 400 are given the same reference numerals as the constituent parts in FIG. Detailed description is omitted.

上述のように、アノード拡散層12bにCeOが混入されていても、電解質膜31の劣化を抑制することが可能であるため、かかる構成とすることで、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させ得る燃料電池410又は420を提供することが可能になる。 As described above, even when CeO 2 is mixed in the anode diffusion layer 12b, the deterioration of the electrolyte membrane 31 can be suppressed. Therefore, by adopting such a configuration, durability is not reduced without reducing the power generation performance. It becomes possible to provide the fuel cell 410 or 420 that can improve the fuel efficiency.

2.CeOの分散方法
電解質膜、アノード触媒層、アノード拡散層へCeOを混合・分散させる方法について、以下に説明する。
2. CeO 2 Dispersion Method A method of mixing and dispersing CeO 2 in the electrolyte membrane, the anode catalyst layer, and the anode diffusion layer will be described below.

本発明の燃料電池に備えられる電解質膜は、例えば、溶融状態の電解質から成形される。一方、本発明の燃料電池100、200、210、220、300、310、320、400、410、420に備えられるCeOは粉状物である。そのため、溶融状態の電解質(以下において、「電解質インク」と記述することがある。)中に粉状のCeOを分散させる等の方法により、CeOを分散させた電解質膜とすることが可能になる。なお、本発明にかかる電解質膜は、層に分けて製造することも可能である。そのため、例えば、アノード触媒層側の部位等にCeOが偏在している電解質膜を製造する場合には、アノード触媒層側に配置される電解質膜の部位(第1層)にCeOを分散して当該第1層を製造した後、当該第1層の表面にCeOが分散されていない電解質膜の層(第2層)を製造する等の方法により、CeOが偏在している電解質膜とすることが可能になる。 The electrolyte membrane provided in the fuel cell of the present invention is formed from, for example, a molten electrolyte. On the other hand, CeO 2 provided in the fuel cells 100, 200, 210, 220, 300, 310, 320, 400, 410, and 420 of the present invention is a powdery substance. Therefore, it is possible to obtain an electrolyte membrane in which CeO 2 is dispersed by a method such as dispersing powdered CeO 2 in a molten electrolyte (hereinafter sometimes referred to as “electrolyte ink”). become. In addition, the electrolyte membrane concerning this invention can also be divided and manufactured in a layer. Therefore, for example, when manufacturing an electrolyte membrane in which CeO 2 is unevenly distributed at a site on the anode catalyst layer side, CeO 2 is dispersed in the site (first layer) of the electrolyte membrane disposed on the anode catalyst layer side. Then, after the first layer is manufactured, the electrolyte in which CeO 2 is unevenly distributed is manufactured by a method such as manufacturing a layer (second layer) of the electrolyte membrane in which CeO 2 is not dispersed on the surface of the first layer. A film can be formed.

本発明の燃料電池に備えられるアノード触媒層は、上記方法等により作製された電解質膜の表面にペースト状の触媒層(以下において、「触媒インク」と記述することがある。)を塗布し乾燥させる等の方法により、製造される。ここに、上記触媒インクは、燃料電池内の電気化学反応において触媒として機能する粉状の白金担持カーボン等を溶媒中に分散させる等の方法により作製される。そのため、上記触媒インクに粉状のCeOを分散させる等の方法により、CeOを分散させたアノード触媒層とすることが可能になる。なお、CeOが偏在している触媒層を製造する場合には、CeOを分散させた触媒インクとCeOを分散させていない触媒インクとを用意し、一方の触媒層を電解質膜表面に塗布し乾燥させた後、他方の触媒層を当該乾燥させた触媒層の表面に塗布し乾燥させる等の方法により、CeOが偏在している触媒層とすることが可能になる。 The anode catalyst layer provided in the fuel cell of the present invention is coated with a paste-like catalyst layer (hereinafter sometimes referred to as “catalyst ink”) on the surface of the electrolyte membrane produced by the above method or the like, and then dried. Manufactured by a method such as Here, the catalyst ink is prepared by a method of dispersing powdery platinum-supported carbon or the like that functions as a catalyst in an electrochemical reaction in a fuel cell in a solvent. Therefore, an anode catalyst layer in which CeO 2 is dispersed can be obtained by a method such as dispersing powdered CeO 2 in the catalyst ink. In the case of producing a catalyst layer CeO 2 is unevenly distributed, providing a catalyst ink that has not been dispersed catalyst ink and CeO 2 containing dispersed CeO 2, the electrolyte membrane surface one catalyst layer After applying and drying, a catalyst layer in which CeO 2 is unevenly distributed can be obtained by applying the other catalyst layer to the surface of the dried catalyst layer and drying it.

本発明の燃料電池に備えられるアノード拡散層は、例えば、カーボンペーパー等からなる基材に、撥水性を有するペースト(以下において、「撥水ペースト」と記述することがある。)を塗布し乾燥させる等の方法により製造される。ここに、上記撥水ペーストは、例えば、カーボン及びポリテトラフルオロエチレン樹脂(PTFE)等を含有している。そのため、撥水ペーストに粉状のCeOを分散させる等の方法により、CeOを分散させたアノード拡散層とすることが可能になる。なお、CeOが偏在している拡散層は、CeOが偏在している触媒層の上記製造方法と以下同様の方法等により、製造することができる。 The anode diffusion layer provided in the fuel cell of the present invention is coated with a water-repellent paste (hereinafter sometimes referred to as “water-repellent paste”) on a substrate made of, for example, carbon paper, and then dried. Manufactured by a method such as Here, the water-repellent paste contains, for example, carbon and polytetrafluoroethylene resin (PTFE). Therefore, an anode diffusion layer in which CeO 2 is dispersed can be obtained by a method such as dispersing powdered CeO 2 in a water-repellent paste. The diffusion layer CeO 2 is unevenly distributed, by the production method and the following same method or the like of the catalyst layer CeO 2 are unevenly distributed, can be produced.

上記実施形態にかかる燃料電池の各部位へCeOを分散させる際の具体例を、以下に記述する。 A specific example when CeO 2 is dispersed in each part of the fuel cell according to the above embodiment will be described below.

2.1.アノード触媒層に均等に分散させる場合
上記実施形態にかかる燃料電池100、300のように、アノード触媒層にCeOを均等に分散させる場合には、触媒インク調整時に、当該触媒インクへCeOを混合・分散させる。ここで、CeOの混合・分散量は、過酸化水素分解効果を長期間に亘って持続可能とする観点から、触媒目付け量に対して1質量%以上とすることが好ましい。一方で、分散過多による発電性能の低下を抑制するという観点から、混合・分散量は5質量%以下とすることが好ましい。
本発明において、アノード触媒層へ混合・分散させるCeOの粒径は、過酸化水素分解性能を効果的に発現可能であれば特に限定されるものではないが、燃料電池外への溶出を抑制し過酸化水素分解効果を長期間に亘って持続可能とする観点から、0.1μm以上とすることが好ましい。一方で、あまりに大きなCeOを含有させることに起因する電解質膜の損傷を抑制するという観点から、上記粒径は5μm以下とすることが好ましい。
上記分量のCeOを分散させた後、例えば、CeOを含む触媒インクを電解質膜又はアノード拡散層に塗布し乾燥させることにより、アノード触媒層を形成させる。ここで、上記塗布方法は特に限定されるものではなく、その具体的な方法としては、転写法、スプレー法、あるいは静電塗工法等を挙げることができる。
2.1. Like the fuel cell 100 and 300 according to the embodiment when evenly distributed in the anode catalyst layer, in the case of evenly distributing the CeO 2 to the anode catalyst layer, in the catalyst ink adjustment, the CeO 2 to the catalyst ink Mix and disperse. Here, the mixing / dispersing amount of CeO 2 is preferably 1% by mass or more with respect to the catalyst basis weight from the viewpoint of sustaining the hydrogen peroxide decomposition effect over a long period of time. On the other hand, from the viewpoint of suppressing a decrease in power generation performance due to excessive dispersion, the amount of mixing / dispersing is preferably 5% by mass or less.
In the present invention, the particle size of CeO 2 mixed and dispersed in the anode catalyst layer is not particularly limited as long as hydrogen peroxide decomposition performance can be effectively expressed, but the elution to the outside of the fuel cell is suppressed. From the viewpoint of making the hydrogen peroxide decomposition effect sustainable over a long period of time, it is preferably 0.1 μm or more. On the other hand, from the viewpoint of suppressing damage to the electrolyte membrane caused by containing too large CeO 2 , the particle diameter is preferably 5 μm or less.
After the amount of CeO 2 is dispersed, for example, a catalyst ink containing CeO 2 is applied to the electrolyte membrane or the anode diffusion layer and dried to form the anode catalyst layer. Here, the coating method is not particularly limited, and specific examples of the coating method include a transfer method, a spray method, and an electrostatic coating method.

2.2.アノード触媒層に分散を集中させる場合
上記実施形態にかかる燃料電池310、320のように、アノード触媒層のアノード拡散層側又は電解質膜側にCeOを集中的に分散させる場合には、まず、上記塗布方法等により、CeOを備えない触媒インクを形成させる。その後、触媒インクの触媒目付け量に対して例えば1〜5質量%のCeOを混合・分散させたCeO含有触媒インクを調整し、上記塗布方法等により当該CeO含有触媒インクをアノード触媒層のアノード拡散層側又は電解質膜側へ塗布し乾燥させることにより、集中的に分散されたCeOを備えるアノード触媒層を作製することが可能になる。
2.2. When the dispersion is concentrated on the anode catalyst layer When the CeO 2 is concentrated on the anode diffusion layer side or the electrolyte membrane side of the anode catalyst layer as in the fuel cells 310 and 320 according to the above-described embodiment, first, A catalyst ink not containing CeO 2 is formed by the coating method or the like. After that, adjusting the CeO 2 containing catalyst solution of CeO 2 for example 1 to 5% by weight relative to the catalyst unit weight of the catalyst ink were mixed and dispersed, the anode catalyst layer the CeO 2 containing catalyst ink by the coating method or the like It is possible to produce an anode catalyst layer comprising intensively dispersed CeO 2 by applying to the anode diffusion layer side or the electrolyte membrane side and drying.

2.3.電解質膜に均等に分散させる場合
上記実施形態にかかる燃料電池100、200のように、電解質膜にCeOを均等に分散させる場合には、電解質膜作製時に、電解質インクへCeOを混合・分散させる。ここで、CeOの混合・分散量は、過酸化水素分解効果を長期間に亘って持続可能とする観点から、電解質インク中の電解質成分に対して1質量%以上とすることが好ましい。一方で、分散過多によるイオン導電率の低下を抑制するという観点から、混合・分散量は5質量%以下とすることが好ましい。
本発明において、電解質膜へ混合・分散されるCeOの粒径は、過酸化水素分解性能を効果的に発現可能であれば特に限定されるものではない。例えば、電解質膜の厚みが30〜50μm程度である場合には、あまりに大きなCeOを含有させることに起因する触媒層の損傷を抑制するという観点から、上記粒径は10μm以下とすることが好ましい。一方で、CeOを電解質膜に分散させる場合、CeOは電解質膜中の電解質成分によって保持されるため、上記粒径は0.1μm以下であっても良いと考えられる。
なお、本発明において、上記分量のCeOを分散させた電解質インクから電解質膜を形成する方法は特に限定されるものではなく、形成方法の具体例としては、キャスト法や溶融押出法等を挙げることができる。
2.3. In the case where the electrolyte membrane is evenly dispersed As in the fuel cells 100 and 200 according to the above-described embodiment, when the CeO 2 is uniformly dispersed in the electrolyte membrane, the CeO 2 is mixed and dispersed in the electrolyte ink at the time of producing the electrolyte membrane. Let Here, the mixing / dispersing amount of CeO 2 is preferably 1% by mass or more with respect to the electrolyte component in the electrolyte ink, from the viewpoint of allowing the hydrogen peroxide decomposition effect to be sustained over a long period of time. On the other hand, from the viewpoint of suppressing a decrease in ionic conductivity due to excessive dispersion, the amount of mixing / dispersing is preferably 5% by mass or less.
In the present invention, the particle size of CeO 2 mixed / dispersed in the electrolyte membrane is not particularly limited as long as the hydrogen peroxide decomposition performance can be effectively expressed. For example, when the thickness of the electrolyte membrane is about 30 to 50 μm, the particle size is preferably 10 μm or less from the viewpoint of suppressing damage to the catalyst layer caused by containing too large CeO 2. . On the other hand, when CeO 2 is dispersed in the electrolyte membrane, CeO 2 is retained by the electrolyte component in the electrolyte membrane, so it is considered that the particle size may be 0.1 μm or less.
In the present invention, the method for forming the electrolyte membrane from the electrolyte ink in which the above amount of CeO 2 is dispersed is not particularly limited, and specific examples of the forming method include a casting method and a melt extrusion method. be able to.

2.4.電解質膜に分散を集中させる場合
上記実施形態にかかる燃料電池210、220のように、電解質膜のアノード触媒層側又はカソード触媒層側にCeOを集中的に分散させる場合には、まず、キャスト法等により、CeOを備えない電解質膜を形成させる。その後、電解質インクの電解質成分に対して例えば1〜5質量%のCeOを混合・分散させたCeO含有電解質インクを調整し、上記形成方法等により当該CeO含有電解質インクを、CeOを備えない上記電解質膜に形成させることにより、集中的に分散されたCeOを備える電解質膜を作製することが可能になる。
2.4. When Concentrating Dispersion on Electrolyte Membrane When CeO 2 is intensively dispersed on the anode catalyst layer side or the cathode catalyst layer side of the electrolyte membrane as in the fuel cells 210 and 220 according to the above-described embodiment, first, cast An electrolyte membrane not including CeO 2 is formed by a method or the like. After that, adjusting the CeO 2 containing electrolyte ink was mixed and dispersed with respect to electrolyte component for example of 1 to 5 wt% of CeO 2 in the electrolyte ink, the CeO 2 containing electrolyte ink by the forming method and the like, the CeO 2 By forming the electrolyte membrane on the electrolyte membrane that is not provided, it is possible to produce an electrolyte membrane that includes CeO 2 dispersed in a concentrated manner.

2.5.アノード拡散層に均等に分散させる場合
上記実施形態にかかる燃料電池100、400のように、アノード拡散層にCeOを均等に分散させる場合には、撥水ペースト調製時に、撥水ペーストへCeOを混合・分散させる。ここで、CeOの混合・分散量は、過酸化水素分解効果を長期間に亘って持続可能とする観点から、撥水ペースト中の固形分比率(あるいは、撥水層目付け)に対して1質量%以上とすることが好ましい。一方で、分散過多による発電性能の低下を抑制するという観点から、混合・分散量は5質量%以下とすることが好ましい。
本発明において、アノード拡散層へ混合・分散させるCeOの粒径は、過酸化水素分解性能を効果的に発現可能であれば特に限定されるものではないが、燃料電池外への溶出を抑制し過酸化水素分解効果を長期間に亘って持続可能とする観点から、0.1μm以上とすることが好ましい。一方で、あまりに大きなCeOを含有させることに起因するアノード触媒層の損傷を抑制するという観点から、上記粒径は5μm以下とすることが好ましい。
上記分量のCeOを分散させた後、例えば、CeOを含む撥水ペーストを拡散層基材に含侵させることで、均一にCeOが分散したアノード拡散層を作製することが可能になる。
2.5. Like the fuel cell 100 and 400 according to the embodiment when to evenly distribute the anode diffusion layer, in the case of evenly distributing the CeO 2 to the anode diffusion layer, when the water repellent paste preparation, CeO 2 to water repellent paste Mix and disperse. Here, the mixing / dispersing amount of CeO 2 is 1 with respect to the solid content ratio (or the basis weight of the water-repellent layer) in the water-repellent paste from the viewpoint that the hydrogen peroxide decomposition effect can be sustained over a long period of time. It is preferable to set it as mass% or more. On the other hand, from the viewpoint of suppressing a decrease in power generation performance due to excessive dispersion, the mixing / dispersing amount is preferably 5% by mass or less.
In the present invention, the particle size of CeO 2 to be mixed and dispersed in the anode diffusion layer is not particularly limited as long as hydrogen peroxide decomposition performance can be expressed effectively, but the elution to the outside of the fuel cell is suppressed. From the viewpoint of making the hydrogen peroxide decomposition effect sustainable over a long period of time, it is preferably 0.1 μm or more. On the other hand, from the viewpoint of suppressing damage to the anode catalyst layer caused by containing too large CeO 2 , the particle size is preferably 5 μm or less.
After the above amount of CeO 2 is dispersed, for example, by impregnating the diffusion layer base material with a water repellent paste containing CeO 2 , an anode diffusion layer in which CeO 2 is uniformly dispersed can be produced. .

2.6.アノード拡散層に分散を集中させる場合
上記実施形態にかかる燃料電池410、420のように、アノード拡散層のセパレータ側又はアノード触媒層側にCeOを集中的に分散させる場合には、まず、CeOを備えない撥水ペーストを拡散層基材に含侵させる等の方法により、撥水処理を施したアノード拡散層を作製する。その後、撥水ペースト中の固形分比率(あるいは、撥水層目付け)に対して例えば1〜5質量%のCeOを混合・分散させたCeO含有撥水ペーストを調整し、上記塗布方法等により当該CeO含有撥水ペーストをアノード拡散層のセパレータ側又はアノード触媒層側へ塗布し乾燥させることにより、集中的に分散されたCeOを備えるアノード拡散層を作製することが可能になる。
2.6. When Dispersion is Concentrated in the Anode Diffusion Layer When CeO 2 is intensively dispersed on the separator side or anode catalyst layer side of the anode diffusion layer as in the fuel cells 410 and 420 according to the above-described embodiment, first, CeO 2 is dispersed. An anode diffusion layer subjected to a water repellent treatment is produced by a method of impregnating the diffusion layer base material with a water repellent paste not having 2 . Thereafter, a CeO 2 -containing water-repellent paste in which, for example, 1 to 5% by mass of CeO 2 is mixed and dispersed with respect to the solid content ratio in the water-repellent paste (or the basis weight of the water-repellent layer) is prepared, and the above-described application method and the like By applying the CeO 2 -containing water-repellent paste to the separator side or the anode catalyst layer side of the anode diffusion layer and drying it, it becomes possible to produce an anode diffusion layer comprising intensively dispersed CeO 2 .

上記説明では、便宜上、アノードと電解質膜との間、及びアノード触媒層とアノード拡散層との間に部材が介在していない形態の燃料電池について説明したが、本発明にかかる燃料電池は当該形態に限定されるものではなく、これらの部位に介在物(例えば、発電性能を向上させるための物質等)が備えられている形態であっても良い。本発明にかかる燃料電池がこのような形態を有する場合には、当該介在物にもCeO等の過酸化水素分解物質を分散することができる。 In the above description, for convenience, the fuel cell in the form in which no member is interposed between the anode and the electrolyte membrane and between the anode catalyst layer and the anode diffusion layer has been described. However, the fuel cell according to the present invention is in this form. However, the present invention is not limited thereto, and may be a form in which inclusions (for example, a substance for improving power generation performance) are provided in these portions. When the fuel cell according to the present invention has such a configuration, a hydrogen peroxide decomposing substance such as CeO 2 can be dispersed in the inclusion.

アノードと電解質膜との間に介在物が備えられている場合、当該介在物に過酸化水素分解物質が分散されていれば、アノードの触媒層にて生じ電解質膜へと移動する過酸化水素が当該介在物を通過する際に、この過酸化水素を分解することが可能になる。また、アノードと電解質膜との間に備えられる介在物に過酸化水素分解物質が分散されていれば、当該過酸化水素分解物質によりカソードの電気化学反応が阻害される虞は少ない。したがって、かかる構成とすることで、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させ得る燃料電池を提供することが可能になる。   When inclusions are provided between the anode and the electrolyte membrane, if hydrogen peroxide decomposition substances are dispersed in the inclusions, hydrogen peroxide generated in the catalyst layer of the anode and moving to the electrolyte membrane This hydrogen peroxide can be decomposed when passing through the inclusion. Further, if the hydrogen peroxide decomposing substance is dispersed in the inclusions provided between the anode and the electrolyte membrane, there is little possibility that the electrochemical reaction of the cathode is inhibited by the hydrogen peroxide decomposing substance. Therefore, by adopting such a configuration, it is possible to provide a fuel cell that can improve durability without deteriorating power generation performance.

一方、アノード触媒層とアノード拡散層との間に介在物が備えられている場合、当該介在物に過酸化水素分解物質が分散されていれば、当該過酸化水素分解物質から溶出した過酸化水素分解性能を有するイオン等により、過酸化水素を分解することが可能になる。また、アノード触媒層とアノード拡散層との間に備えられる介在物に過酸化水素分解物質が分散されている場合も、当該過酸化水素分解物質によりカソードの電気化学反応が阻害される虞は少ない。したがって、かかる構成としても、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させ得る燃料電池を提供することが可能になる。   On the other hand, when an inclusion is provided between the anode catalyst layer and the anode diffusion layer, if hydrogen peroxide decomposition material is dispersed in the inclusion, hydrogen peroxide eluted from the hydrogen peroxide decomposition material Hydrogen peroxide can be decomposed by ions having decomposition performance. In addition, when the hydrogen peroxide decomposition substance is dispersed in the inclusions provided between the anode catalyst layer and the anode diffusion layer, there is little possibility that the electrochemical reaction of the cathode is inhibited by the hydrogen peroxide decomposition substance. . Therefore, even with such a configuration, it is possible to provide a fuel cell that can improve durability without reducing power generation performance.

また、便宜上、上記説明では、CeOが分散されている燃料電池について記述したが、本発明にかかる燃料電池が備え得る過酸化水素分解物質はCeOに限定されるものではなく、MEA内の環境において過酸化水素分解性能を有する物質(金属単体・金属化合物)及び/又はMEA内の環境において過酸化水素分解性能を有するイオンを生じさせる物質(金属単体・金属化合物)であれば好適に備えることができる。MEA内の環境において過酸化水素分解性能を有する物質、又はMEA内の環境において過酸化水素分解性能を有するイオンを生じさせる物質の具体例としては、Mn、Fe、Pt、Pd、Ni、Cr、Cu、Ce、Se、Rb、Co、Ir、Ag、Au、Rh、Sn、Ti、Zr、Al、Hf、Ta、Nb、Os、Si、C等からなる単体及び上記元素を含む化合物を挙げることができる。 For convenience, the fuel cell in which CeO 2 is dispersed has been described in the above description. However, the hydrogen peroxide decomposing substance that the fuel cell according to the present invention can be provided is not limited to CeO 2 , It is suitable if it is a substance (metal simple substance / metal compound) having hydrogen peroxide decomposition ability in the environment and / or a substance (metal simple substance / metal compound) that generates ions having hydrogen peroxide decomposition ability in the environment within the MEA. be able to. Specific examples of substances that have hydrogen peroxide decomposition performance in the environment within the MEA or substances that generate hydrogen peroxide decomposition performance in the environment within the MEA include Mn, Fe, Pt, Pd, Ni, Cr, Mentioning simple substance consisting of Cu, Ce, Se, Rb, Co, Ir, Ag, Au, Rh, Sn, Ti, Zr, Al, Hf, Ta, Nb, Os, Si, C, etc. and a compound containing the above elements Can do.

さらに、上記説明では、拡散層側に反応ガス供給路が形成されている形態のセパレータを備える燃料電池について記述したが、本発明にかかる燃料電池が備え得るセパレータは当該形態に限定されるものではなく、例えば、拡散層側に反応ガス供給路が形成されていないフラットタイプのセパレータであっても良い。   Further, in the above description, the fuel cell including the separator in the form in which the reaction gas supply path is formed on the diffusion layer side has been described. However, the separator that can be included in the fuel cell according to the present invention is not limited to the form. For example, it may be a flat type separator in which no reaction gas supply path is formed on the diffusion layer side.

なお、本発明にかかる燃料電池に備えられる各構成要素(電解質膜、アノード触媒層、アノード拡散層、カソード触媒層、カソード拡散層、及びセパレータ等)の構成材料は特に限定されるものではなく、通常のPEFCにおいてこれら構成要素を構成し得る材料を適宜利用することができる。   The constituent materials of the constituent elements (electrolyte membrane, anode catalyst layer, anode diffusion layer, cathode catalyst layer, cathode diffusion layer, separator, etc.) provided in the fuel cell according to the present invention are not particularly limited, In a normal PEFC, materials that can constitute these components can be appropriately used.

上記混合・分散方法によりCeOを均等に分散させた電解質膜、アノード触媒層、及びアノード拡散層を備える燃料電池(実施例)と、CeOを備えない燃料電池(比較例)とを用いて耐久試験を行い、これらの燃料電池から回収した水の中に含まれるFイオン量(F溶出量)をそれぞれ測定した。なお、本実施例及び比較例にかかる燃料電池は、何れも、フッ素系の樹脂を含む電解質膜を備えていた。また、フッ素系樹脂を含む電解質膜が劣化するとFイオンが溶出するため、F溶出量は耐久性の指標となる。 Using a fuel cell (Example) including an electrolyte membrane, an anode catalyst layer, and an anode diffusion layer in which CeO 2 is uniformly dispersed by the above mixing / dispersing method, and a fuel cell (Comparative Example) not including CeO 2 Durability tests were conducted, and the amount of F ions (F elution amount) contained in the water collected from these fuel cells was measured. The fuel cells according to the present example and the comparative example were each provided with an electrolyte membrane containing a fluorine-based resin. Further, since F ions are eluted when the electrolyte membrane containing a fluororesin is deteriorated, the F elution amount is an index of durability.

耐久試験において、実施例にかかる燃料電池と比較例にかかる燃料電池とは、通常運転時における発電性能が略同等であった。また、F溶出量測定において、比較例にかかる燃料電池では、時間が経過するにつれて多くのFイオンが溶出したが、実施例にかかる燃料電池では、Fイオンの溶出量が低減された。したがって、本発明によれば、発電性能を低下させることなく耐久性を向上させ得る燃料電池を提供可能であることが確認された。   In the durability test, the fuel cell according to the example and the fuel cell according to the comparative example had substantially the same power generation performance during normal operation. Further, in the measurement of F elution amount, in the fuel cell according to the comparative example, many F ions were eluted as time passed, but in the fuel cell according to the example, the elution amount of F ions was reduced. Therefore, according to the present invention, it has been confirmed that it is possible to provide a fuel cell capable of improving durability without deteriorating power generation performance.

第1実施形態にかかる本発明の燃料電池を概略的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a fuel cell of the present invention according to a first embodiment. 第2実施形態にかかる本発明の燃料電池を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the fuel cell of this invention concerning 2nd Embodiment. 第3実施形態にかかる本発明の燃料電池を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the fuel cell of this invention concerning 3rd Embodiment. 第4実施形態にかかる本発明の燃料電池を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the fuel cell of this invention concerning 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

11、31 電解質膜
12、22、32、42 アノード(アノード電極)
12a、22a アノード触媒層
12b、22b アノード拡散層
13 カソード(カソード電極)
15、25、35、45 MEA
16a、16b セパレータ
100、200、300、400 燃料電池
11, 31 Electrolyte membrane 12, 22, 32, 42 Anode (anode electrode)
12a, 22a Anode catalyst layer 12b, 22b Anode diffusion layer 13 Cathode (cathode electrode)
15, 25, 35, 45 MEA
16a, 16b Separator 100, 200, 300, 400 Fuel cell

Claims (4)

電解質膜と、該電解質膜の両側に設けられるアノード電極及びカソード電極とを備えるMEA、を備える燃料電池であって、
前記電解質膜、前記アノード電極、及び、前記電解質膜と前記アノード電極との間、からなる領域の少なくともいずれか一の領域に、過酸化水素分解性能を有する物質が備えられ、
過酸化水素分解性能を有する該物質が、金属元素の単体、及び/又は該金属元素を含む化合物であることを特徴とする、燃料電池。
A fuel cell comprising an electrolyte membrane and an MEA comprising an anode electrode and a cathode electrode provided on both sides of the electrolyte membrane,
A substance having hydrogen peroxide decomposition performance is provided in at least one of the electrolyte membrane, the anode electrode, and a region between the electrolyte membrane and the anode electrode,
A fuel cell, wherein the substance having hydrogen peroxide decomposition performance is a simple substance of a metal element and / or a compound containing the metal element.
前記アノード電極が、触媒層と拡散層とを含み、
該アノード電極に過酸化水素分解性能を有する前記物質が備えられる場合、過酸化水素分解性能を有する該物質は、前記触媒層、前記拡散層、及び、前記触媒層と前記拡散層との間、からなる領域の少なくともいずれか一の領域に、備えられることを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池。
The anode electrode includes a catalyst layer and a diffusion layer;
When the anode electrode is provided with the substance having the ability to decompose hydrogen peroxide, the substance having the ability to decompose hydrogen peroxide includes the catalyst layer, the diffusion layer, and the catalyst layer and the diffusion layer. 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is provided in at least one of the regions.
過酸化水素分解性能を有する前記物質が、遷移金属元素又は希土類金属元素からなる元素群に含まれる金属元素の単体、及び/又は該金属元素を含む化合物であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の燃料電池。 The said substance which has hydrogen peroxide decomposition | disassembly performance is the simple substance of the metal element contained in the element group which consists of a transition metal element or a rare earth metal element, and / or the compound containing this metal element, It is characterized by the above-mentioned. Or the fuel cell of 2. 過酸化水素分解性能を有する前記物質が、セリウム含有酸化物であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the substance having hydrogen peroxide decomposition performance is a cerium-containing oxide.
JP2005056415A 2005-03-01 2005-03-01 Fuel cell Pending JP2006244782A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005056415A JP2006244782A (en) 2005-03-01 2005-03-01 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005056415A JP2006244782A (en) 2005-03-01 2005-03-01 Fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006244782A true JP2006244782A (en) 2006-09-14

Family

ID=37050997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005056415A Pending JP2006244782A (en) 2005-03-01 2005-03-01 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006244782A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009001560A1 (en) 2007-06-25 2008-12-31 Panasonic Corporation Fuel cell, membrane-electrode assembly, and membrane-catalyst layer assembly
JP2009054292A (en) * 2007-08-23 2009-03-12 Toyota Motor Corp Electrolyte membrane-electrode assembly, and manufacturing method of electrolyte membrane
JP2011514635A (en) * 2008-03-07 2011-05-06 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー Ion conductive membrane structure
JP2011113860A (en) * 2009-11-27 2011-06-09 Toyota Motor Corp Fuel cell
US7989115B2 (en) 2007-12-14 2011-08-02 Gore Enterprise Holdings, Inc. Highly stable fuel cell membranes and methods of making them
JP2016081630A (en) * 2014-10-14 2016-05-16 トヨタ自動車株式会社 Water repellent layer and fuel cell
US20180034083A1 (en) * 2016-08-01 2018-02-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004023576A2 (en) * 2002-09-04 2004-03-18 Utc Fuel Cells, L.L.C. Membrane electrode assemblies with hydrogen peroxide decomposition catalyst
JP2005019232A (en) * 2003-06-26 2005-01-20 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Transition metal oxide containing solid polyelectrolyte

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004023576A2 (en) * 2002-09-04 2004-03-18 Utc Fuel Cells, L.L.C. Membrane electrode assemblies with hydrogen peroxide decomposition catalyst
JP2005019232A (en) * 2003-06-26 2005-01-20 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Transition metal oxide containing solid polyelectrolyte

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009001560A1 (en) 2007-06-25 2008-12-31 Panasonic Corporation Fuel cell, membrane-electrode assembly, and membrane-catalyst layer assembly
US8309269B2 (en) 2007-06-25 2012-11-13 Panasonic Corporation Fuel cell, membrane-electrode assembly, and membrane-catalyst layer assembly
JP2009054292A (en) * 2007-08-23 2009-03-12 Toyota Motor Corp Electrolyte membrane-electrode assembly, and manufacturing method of electrolyte membrane
JP4506796B2 (en) * 2007-08-23 2010-07-21 トヨタ自動車株式会社 Electrolyte membrane-electrode assembly and method for producing electrolyte membrane
US8241814B2 (en) 2007-12-14 2012-08-14 W. L. Gore & Associates, Inc. Highly stable fuel cell membranes and methods of making them
US7989115B2 (en) 2007-12-14 2011-08-02 Gore Enterprise Holdings, Inc. Highly stable fuel cell membranes and methods of making them
JP2011514635A (en) * 2008-03-07 2011-05-06 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー Ion conductive membrane structure
JP2011113860A (en) * 2009-11-27 2011-06-09 Toyota Motor Corp Fuel cell
US9397349B2 (en) 2009-11-27 2016-07-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell
JP2016081630A (en) * 2014-10-14 2016-05-16 トヨタ自動車株式会社 Water repellent layer and fuel cell
US10629924B2 (en) 2014-10-14 2020-04-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Water-repellent layer and fuel cell
US20180034083A1 (en) * 2016-08-01 2018-02-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP2018022571A (en) * 2016-08-01 2018-02-08 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
US11245122B2 (en) 2016-08-01 2022-02-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8026018B2 (en) Electrolyte membrane-electrode assembly and production method thereof
US7226689B2 (en) Method of making a membrane electrode assembly for electrochemical fuel cells
JP3732213B2 (en) Membrane catalyst layer assembly, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell
JP2006339124A (en) Membrane-electrode assembly for fuel cell, and solid polymer fuel cell using this
JP4708757B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP2006244782A (en) Fuel cell
JP2007172909A (en) Direct type fuel cell and direct type fuel cell system
JPH1145733A (en) Solid polimer fuel cell
JP2003178780A (en) Polymer electrolyte type fuel cell system and operating method of polymer electrolyte type fuel cell
US11145873B2 (en) Membrane electrode assembly and fuel cell comprising core-shell catalyst
JP5354982B2 (en) Direct oxidation fuel cell
JP2008123728A (en) Membrane catalyst layer assembly, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell
JP2007335163A (en) Membrane catalyst layer assembly, membrane electrode assembly, and polymer-electrolyte fuel cell
JP2005222720A (en) Fuel cell
USH2240H1 (en) Membrane electrode assemblies
JP5204382B2 (en) Cathode catalyst layer, membrane catalyst assembly, cathode gas diffusion electrode, membrane electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell using the same
JP5044909B2 (en) Fuel cell
JP2005339962A (en) Polymer membrane electrode jointed body, polymer electrolyte fuel cell and manufacturing method for polymer membrane electrode jointed body
JP2008171771A (en) Electrode catalyst, and fuel cell
US20100003567A1 (en) Fuel cell
JP5356053B2 (en) Fuel cell
JP5272314B2 (en) Membrane / electrode assembly for direct methanol fuel cell and direct methanol fuel cell using the same
JP2010073419A (en) Electrolyte membrane-electrode assembly for fuel cell
KR101181853B1 (en) Electrode and membrane/electrode assembly for fuel cell and fuel cell comprising same
JP2007335162A (en) Membrane catalyst layer assembly, membrane electrode assembly, and polymer-electrolyte fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071023

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100712

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100727

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100922

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20101101

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110809