JP2006278037A - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
ガス拡散層を作製する作業時間の短縮化を図ることができる燃料電池を提供することを目的とする。
【解決手段】
電解質層12と、第1の電極(14、20)と、第2の電極(22、28)と、を備える固体高分子形燃料電池10において、第1の電極は、触媒作用を有する触媒層14と、導電性を有する基材18と、導電性を有すると共に触媒層と基材との間の水の移動を管理する水マネジメント層16と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
〔比較例1〕
ガス拡散層の基材となるカーボンペーパ(東レ社製:TGPH060H)は、実施例1と同様のFEP撥水処理を行う。カーボンペーストもまた実施例1と同様に作製する。
〔比較例2〕
ガス拡散層の基材となるカーボンペーパ(東レ社製:TGPH060H)は、実施例1の同様のFEP撥水処理を行う。カーボンペーストもまた実施例1の同様に作製する。
以上の実施例1、実施例2、比較例1および比較例2のガス拡散層を用いて、各ガス拡散層に塗布したガス拡散層ペーストの重量を測定し、ガス拡散層単位面積あたりに塗布したガス拡散層ペースト量を比較した。ガス拡散層ペーストの塗布量Dは式(1)のように規定する。
ここで、WAはガス拡散層ペーストを塗布・乾燥・熱処理した後のガス拡散層全体の重量、WCはガス拡散層ペーストを塗布する前のカーボンペーパの重量、Sはカーボンペーパ主面の面積である。この結果を表1に示す。
次に、各ガス拡散層ペーストを基材に塗布する作業性を比較するため、実施例2、比較例1および2のガス拡散層について、室温20℃、湿度35〜50%の環境下において、40枚の基材にガス拡散層ペーストを塗布するのに要した時間を測定した。この結果を表2に示す。また、同様に、40枚の基材にガス拡散層ペーストを塗布するのに準備する(要する)ガス拡散層ペーストの量を測定した。この結果を表3に示す。
実施例1、2、比較例1および2のガス拡散層を用いて、図1に示すような単セル10を作製し、セル電圧の経時的変化を測定した。単セル10は、実施例1、2、比較例1および2の各ガス拡散層20、28の、ガス拡散層ペーストを塗布して水マネジメント層16、24を形成した面に触媒層14、22を形成し、固体高分子膜(Nafion112)12を挟持して作製する。カソード側の触媒層14は、Pt担持カーボンと電解質溶液(20%Nafion溶液)とをPt担持カーボン:電解質溶液=3:8の割合で混合し、アノード側の触媒層22は、Pt−Ru担持カーボンと電解質溶液(20%Nafion溶液)とをPt−Ru担持カーボン:電解質溶液=1:2の割合で混合して作製する。
本実施の形態では、ヘラを用いて基材にペーストを塗布する方法を用いたが、塗布方法はこれに限らず、スクリーン印刷などの塗布方法でも、所定量のガス拡散層ペーストを基材に塗布できる方法であれば良い。また、実施例1および2では、低分子フッ素系樹脂としてダイキン社製のルブロンLDW40E、高分子フッ素樹脂としてデュポン社製のPTFE30Jを用いたが、低分子フッ素樹脂としては撥水性を有して結着性を有さない(結着性が低い)物質、高分子フッ素系樹脂としては結着性を有する物質であればよく、高分子フッ素系樹脂の代わりにFEPを用いても良い。但し、FEPは熱処理をすることで結着性を発揮するので、FEPを用いた場合には、ガス拡散層ペーストを基材に塗布した後に、熱処理の工程を加える必要がある。さらに、基材のカーボンペーパに撥水処理を施す際に、FEPを用いたが、これを高分子フッ素系樹脂(PTFE)に置き換えることも可能である。
12 固体高分子膜
14 カソード側触媒層
16 カソード側水マネジメント層(カソード側ガス拡散層ペースト)
18 カソード側基材
20 カソード側ガス拡散層
22 アノード側触媒層
24 アノード側水マネジメント層(アノード側ガス拡散層ペースト)
26 アノード側基材
28 アノード側ガス拡散層
Claims (12)
- 導電性を有する導電性物質と、撥水性を有する撥水性物質と、結着性を有する結着性物質と、を含むことを特徴とするガス拡散層ペースト。
- 請求項1記載のガス拡散層ペーストにおいて、
前記撥水性物質は第1のフッ素系樹脂であり、前記結着性物質は前記第1のフッ素系樹脂よりも平均分子量の大きい第2のフッ素系樹脂であることを特徴とする請求項1記載のガス拡散層ペースト。 - 請求項2記載のガス拡散層ペーストにおいて、
前記第1のフッ素系樹脂はポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項2記載のガス拡散層ペースト。 - 導電性を有する基材と、前記基材の一方の主面に形成され、導電性を有すると共に水の移動を管理する水マネジメント層と、を備えることを特徴とするガス拡散層。
- 請求項4記載のガス拡散層において、
前記水マネジメント層は、導電性を有する導電性物質と、撥水性を有する撥水性物質と、を含むこと特徴とする請求項4記載のガス拡散層。 - 請求項4または5記載のガス拡散層において、
前記基材は、撥水性と固着性とを有する第3のフッ素系樹脂を含むことを特徴とする請求項4または5記載のガス拡散層。 - 少なくとも、撥水性を有する前記第1のフッ素系樹脂と、結着性を有する前記第2のフッ素系樹脂と、を含むことを特徴とするガス拡散層。
- 請求項7記載のガス拡散層において、
撥水性と固着性とを有する前記第3のフッ素系樹脂をさらに含むことを特徴とする請求項7記載のガス拡散層。 - 電解質層と、前記電解質層の一方の面に設けられた第1の電極と、前記電解質層の他方の面に設けられた第2の電極と、を備える固体高分子形燃料電池において、
前記第1の電極は、触媒作用を有する触媒層と、導電性を有する基材と、導電性を有すると共に前記触媒層と前記基材との間の水の移動を管理する水マネジメント層と、を備えることを特徴とする固体高分子形燃料電池。 - 電解質層と、前記電解質層の一方の面に設けられた第1の電極と、前記電解質層の他方の面に設けられた第2の電極と、を備える固体高分子形燃料電池において、
前記第1の電極は、触媒作用を有する触媒層と、請求項4から8のいずれかに記載のガス拡散層と、を備えることを特徴とする固体高分子形燃料電池。 - 粒子状の導電性物質と界面活性剤と溶媒とを混合して導電性物質ペーストを作製する導電性物質混合ステップと、
前記導電性物質ペーストと前記第1のフッ素系樹脂と前記第2のフッ素系樹脂とを混合するフッ素系樹脂混合ステップと、
を含むことを特徴とするガス拡散層ペーストの作製方法。 - 請求項11記載のガス拡散層ペーストの作製方法において、
前記フッ素系樹脂混合ステップの前段に設けられ、前記導電性物質ペーストを冷却する冷却ステップ
を含むことを特徴とする請求項11記載のガス拡散層ペーストの作製方法。
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