JP2007123197A - Gas diffusion electrode for fuel cell and method of manufacturing the same, and polymer electrolyte fuel cell - Google Patents

Gas diffusion electrode for fuel cell and method of manufacturing the same, and polymer electrolyte fuel cell Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas diffusion electrode for a fuel cell which is improved in water drainage, and also to provide a polymer electrolyte fuel cell. <P>SOLUTION: The gas diffusion electrode 12 for the fuel cell comprises a catalyst layer 3, and a conductive and porous gas diffusion layer 7. The surface of the gas diffusion layer 7 being contacting with the catalyst layer 3 has at least one groove 14 for making fluid circulate or store therein, and the groove has a convex-concave structure on the bottom in parallel to the longitudinal direction of the groove and is opened to the outside at least one end. The polymer electrolyte fuel cell uses the gas diffusion electrode for the fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池用ガス拡散電極、その製造方法及び固体高分子型燃料電池に関するものである。   The present invention relates to a gas diffusion electrode for a fuel cell, a production method thereof, and a polymer electrolyte fuel cell.

固体高分子型燃料電池は、エネルギー変換効率が高いこと、クリーンであること、静かであることなどから、将来のエネルギー生成装置として期待されている。とりわけ、近年では、自動車や家庭用発電機などの用途だけではなく、そのエネルギー密度の高さと運転温度の低さから携帯電話やノート型パソコン、デジタルカメラなど小型の電気機器に搭載することによって、従来の2次電池に比べ長時間駆動できる可能性があり、注目を集めている。   The polymer electrolyte fuel cell is expected as a future energy generation device because of its high energy conversion efficiency, cleanliness, and quietness. In particular, in recent years, not only for applications such as automobiles and household generators, but also because of its high energy density and low operating temperature, it can be installed in small electrical devices such as mobile phones, laptop computers, and digital cameras. It has the potential to be driven for a longer time than conventional secondary batteries, and is attracting attention.

しかし固体高分子型燃料電池は、運転温度が100℃以下でも駆動できるものの、発電時間の経過に伴って次第に電圧が低下し、終には発電が停止するという問題がある。これは反応で生じる水が燃料ガスの通気孔となる空隙内に滞留することで、反応物質である燃料ガスの供給を妨げてしまうことにより発電反応が停止するという、所謂「フラッディング」が原因である。特に水が生成するカソード側の触媒層でフラッディングが起きやすい。   However, although the polymer electrolyte fuel cell can be driven even at an operating temperature of 100 ° C. or lower, there is a problem that the voltage gradually decreases with the lapse of the power generation time and the power generation stops at the end. This is due to the so-called “flooding” in which the power generation reaction is stopped by blocking the supply of the fuel gas, which is a reactant, because the water generated by the reaction stays in the gap that becomes the fuel gas ventilation hole. is there. In particular, flooding is likely to occur in the catalyst layer on the cathode side where water is generated.

また小型の電気機器用燃料電池としての実用化には、システム全体のコンパクト化が必須である。特に燃料電池を小型電気機器に搭載する場合においては、電池自体も小型化する必要があり、ポンプやブロワーなどを用いずに空気を通気孔から自然拡散によって空気極へ供給する方式(エア ブリースィング:Air Breathing)が多く採られている。このような場合、生成水は自然蒸発によってのみ燃料電池外へ排出され得るので、フラッディングが起こることが多い。   Further, for practical use as a fuel cell for a small electric device, it is essential to make the entire system compact. In particular, when a fuel cell is mounted on a small electrical device, it is necessary to downsize the battery itself, and a method of supplying air from the vent hole to the air electrode by natural diffusion without using a pump or a blower (air breathing) : Air Breathing). In such a case, since generated water can be discharged out of the fuel cell only by natural evaporation, flooding often occurs.

一般に燃料電池のセパレータにはフラッディング防止のため、流体流通溝が備えられ、この溝をガス拡散経路及び生成水の排水流路として利用する。さらに水の排出をスムーズに行うために、必要に応じてセパレータの溝表面にポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの撥水剤を付与したり、セパレータ材質や溝加工方法、溝形状などを工夫したりする。また、エア ブリースィング方式の燃料電池では、前記の溝付きセパレータの代わりに、発泡金属などの多孔性導電体を使用することで、ガス給排気部の空隙率を90%以上に高め、生成水の自然拡散を促進したり、空隙を生成水の排水路として利用したりする工夫がされているものがある。   In general, a separator of a fuel cell is provided with a fluid circulation groove for preventing flooding, and this groove is used as a gas diffusion path and a drainage flow path of generated water. Furthermore, in order to smoothly discharge water, a water repellent such as polytetrafluoroethylene (PTFE) is applied to the groove surface of the separator as necessary, and the separator material, groove processing method, groove shape, etc. are devised. Or Further, in the air-breathing type fuel cell, the porosity of the gas supply / exhaust part is increased to 90% or more by using a porous conductor such as foam metal instead of the grooved separator, and the generated water Some have been devised to promote natural diffusion of water and to use voids as drainage for generated water.

しかし、それでも燃料電池を高電流密度で長時間駆動すると、燃料電池の電圧降下が生じてしまう。これは発電により生成した水蒸気が、ガス拡散層及び触媒層から構成されるガス拡散電極の空孔内で凝縮し、ガス拡散電極内でフラッディングを生じてしまうことが原因である。   However, when the fuel cell is driven at a high current density for a long time, the voltage drop of the fuel cell occurs. This is because water vapor generated by power generation is condensed in the holes of the gas diffusion electrode composed of the gas diffusion layer and the catalyst layer, and flooding occurs in the gas diffusion electrode.

さらに、ガス流通溝を備えたセパレータで膜−電極接合体(MEA)を挟持した形式の燃料電池や積層型の燃料電池では、電極面内の位置によってセル外部からの反応ガス及び水蒸気の拡散距離が異なるため、ガス拡散電極の面内で水蒸気分圧分布が生じる。この場合、燃料電池を高負荷で長時間駆動すると、水蒸気分圧分布の差は大きくなり、局所的に飽和水蒸気圧に近くなる。その結果、生成した水蒸気はガス拡散電極内部の空孔内部で局所的に凝縮し空孔を塞ぎ、局所的なフラッディングを起こす。   Further, in a fuel cell of a type in which a membrane-electrode assembly (MEA) is sandwiched by a separator having a gas flow groove or a stacked fuel cell, the diffusion distance of reaction gas and water vapor from the outside of the cell depending on the position in the electrode surface Therefore, the water vapor partial pressure distribution is generated in the plane of the gas diffusion electrode. In this case, when the fuel cell is driven at a high load for a long time, the difference in the water vapor partial pressure distribution becomes large and locally approaches the saturated water vapor pressure. As a result, the generated water vapor locally condenses inside the vacancies inside the gas diffusion electrode, closes the vacancies, and causes local flooding.

このようなガス拡散電極内でのフラッディングを防止するためには、ガス拡散電極の排水性を向上させることが必要である。
この目的のため、通常ガス拡散層及び触媒層の空孔内部は、PTFEなどの撥水剤などにより撥水性が付与されることが多い。
In order to prevent such flooding in the gas diffusion electrode, it is necessary to improve the drainage of the gas diffusion electrode.
For this purpose, the inside of the pores of the gas diffusion layer and the catalyst layer is often provided with water repellency by a water repellent such as PTFE.

具体的なガス拡散層の材質としては、数μm径のカーボン繊維やカーボン微粒子と、PTFEなどの疎水性高分子との混合物からなるカーボンクロスやカーボンペーパーなどが用いられる。   As a specific material for the gas diffusion layer, carbon cloth or carbon paper made of a mixture of carbon fibers or carbon fine particles having a diameter of several μm and a hydrophobic polymer such as PTFE is used.

また触媒層には、やはりPTFEなど疎水性高分子の微粒子などを混在させることにより撥水性を付与する方法が取られている。但しPTFE微粒子は不導体でかつ触媒活性も無いため、触媒層の疎水性を高めるためにPTFE微粒子を多く添加すると、触媒活性や触媒利用率が低下してしまう。   The catalyst layer is also provided with water repellency by mixing fine particles of hydrophobic polymer such as PTFE. However, since PTFE fine particles are non-conductive and have no catalytic activity, if a large amount of PTFE fine particles are added to increase the hydrophobicity of the catalyst layer, the catalyst activity and the catalyst utilization rate are lowered.

上記のようにガス拡散層及び触媒層は撥水性を付与されているが、両者の撥水度は触媒層>ガス拡散層であるように調整されることが多い。これは凝縮水を触媒層からガス拡散層へ移動させ、またガス拡散層から触媒層への水の逆流を防ぐためである。   As described above, the gas diffusion layer and the catalyst layer are provided with water repellency, but the water repellency of both is often adjusted so that catalyst layer> gas diffusion layer. This is to move the condensed water from the catalyst layer to the gas diffusion layer and to prevent back flow of water from the gas diffusion layer to the catalyst layer.

しかし疎水性を付与した多孔質体内に水を染み込ませることは原理的に抵抗が大きいため、ガス拡散層内への水の浸透速度は遅く、燃料電池を高負荷で駆動させると、触媒層で凝縮して発生した生成水の発生量がガス拡散層内への浸透速度を上回り、凝縮水がガス拡散層/触媒層界面に滞留してしまう。   However, soaking water into a porous body imparted with hydrophobicity has a large resistance in principle, so the penetration rate of water into the gas diffusion layer is slow, and when the fuel cell is driven at a high load, the catalyst layer The amount of generated water generated by condensation exceeds the permeation rate into the gas diffusion layer, and the condensed water stays at the gas diffusion layer / catalyst layer interface.

逆にガス拡散層内で生成水が凝縮する場合もあり、この場合では生成水はガス拡散層の表面に押し出されるが、一部の凝縮水がガス拡散層/触媒層界面に析出してしまう。そして触媒層とガス拡散層の双方が疎水性であるため、どちらの空孔内へも浸透しにくい結果、界面で滞留してしまう凝縮水が発生する。   On the contrary, the produced water may condense in the gas diffusion layer. In this case, the produced water is pushed out to the surface of the gas diffusion layer, but a part of the condensed water is deposited at the gas diffusion layer / catalyst layer interface. . And since both a catalyst layer and a gas diffusion layer are hydrophobic, as a result of being hard to permeate into both pores, condensed water that stays at the interface is generated.

燃料電池の出力密度が低い場合には、生成水はすべて水蒸気で拡散するため、上述のような問題は起こらない。しかし、燃料電池を高電流密度で長時間駆動させると、上述のとおり水蒸気の拡散速度分布の違いからガス拡散電極内で局所的に水蒸気分圧が飽和水蒸気圧近傍に上昇する部分が多くなってくるため、ガス拡散層または触媒層内で凝縮する生成水が駆動時間とともに多くなる。このような場合、上述のようにガス拡散層/触媒層界面に滞留する凝縮水が増加してしまう。   When the power density of the fuel cell is low, all the generated water diffuses with water vapor, so that the above-mentioned problem does not occur. However, when the fuel cell is driven at a high current density for a long time, as described above, due to the difference in the water vapor diffusion rate distribution, the portion of the water vapor partial pressure locally increases in the vicinity of the saturated water vapor pressure in the gas diffusion electrode. Therefore, the amount of product water condensed in the gas diffusion layer or the catalyst layer increases with the driving time. In such a case, the condensed water staying at the gas diffusion layer / catalyst layer interface increases as described above.

ガス拡散層/触媒層界面に生成水が滞留すると、少量の水であっても広い面積の水膜を形成するため、反応ガスの触媒層への供給面積が大きく減少し、その結果として燃料電池の電圧が大きく低下または発電が停止してしまう。   When the generated water stays at the gas diffusion layer / catalyst layer interface, even if a small amount of water is formed, a wide area water film is formed, so that the supply area of the reaction gas to the catalyst layer is greatly reduced. As a result, the fuel cell The voltage will drop significantly or power generation will stop.

このように、ガス拡散層及び触媒層に撥水性を付与する方法では、燃料電池を高負荷で長時間駆動させた場合、ガス拡散層/触媒層界面へ凝縮水が滞留してしまうという課題があり、ガス拡散電極の排水性を効率良く改善できているとは言えなかった。   As described above, in the method of imparting water repellency to the gas diffusion layer and the catalyst layer, when the fuel cell is driven at a high load for a long time, there is a problem that condensed water stays at the gas diffusion layer / catalyst layer interface. In other words, the drainage performance of the gas diffusion electrode could not be improved efficiently.

このような問題を解決するため、ガス拡散層内に疎水性の異なる2種の微粒子からなる充填剤を混在させ、排水経路と反応ガス拡散経路とを分ける方法(特許文献1)が提案されている。   In order to solve such a problem, a method (Patent Document 1) is proposed in which a filler composed of two kinds of fine particles having different hydrophobicity is mixed in the gas diffusion layer to separate the drainage path and the reaction gas diffusion path. Yes.

さらに、触媒層のガス拡散層と接する面に排水用の溝を設ける(特許文献2,3)方法、ガス拡散層に貫通孔を設ける(特許文献4)方法、ガス拡散層に疎水性貫通孔と親水性貫通孔設ける方法(特許文献5)も提案されている。
特開平10−289723号公報 特開2004−327358号公報 特開2005−38780号公報 特開2005−85517号公報 特開2003−151585号公報
Furthermore, a method of providing a drainage groove on the surface of the catalyst layer in contact with the gas diffusion layer (Patent Documents 2 and 3), a method of providing a through hole in the gas diffusion layer (Patent Document 4), and a hydrophobic through hole in the gas diffusion layer And a method of providing a hydrophilic through hole (Patent Document 5) has also been proposed.
JP-A-10-289723 JP 2004-327358 A JP 2005-38780 A JP 2005-85517 A JP 2003-151585 A

しかし上記のような従来の方法では、次のような問題点がある。
まず特許文献1に記載の構成の場合、ガス拡散層内の排水経路と反応ガス拡散経路は偶然に形成されることを期待しているため、それぞれの経路の構造が制御されていないため、排水経路と反応ガス拡散経路が必要以上に長くなる場合がある。或いは両経路が途中で繋がってしまい、排水が途中で止まりガス拡散経路を塞いでしまう場合があるという問題点がある。
However, the conventional method as described above has the following problems.
First, in the case of the configuration described in Patent Document 1, since the drainage path and the reaction gas diffusion path in the gas diffusion layer are expected to be formed by chance, the structure of each path is not controlled. The path and the reaction gas diffusion path may be longer than necessary. Alternatively, there is a problem in that both paths are connected in the middle, and the drainage may stop in the middle and block the gas diffusion path.

また、特許文献2及び3に記載の、触媒層のガス拡散層と接する面に排水用の凹溝を設ける構成の場合、触媒担持量が溝体積に相当する分減少してしまうため触媒の反応面積が減少し、燃料電池の出力密度が低下してしまうという問題点がある。   Further, in the case of the structure described in Patent Documents 2 and 3, in which the groove for drainage is provided on the surface of the catalyst layer in contact with the gas diffusion layer, the catalyst loading amount is reduced by an amount corresponding to the groove volume, so that the reaction of the catalyst. There is a problem that the area is reduced and the output density of the fuel cell is lowered.

また、特許文献4に記載のガス拡散層に貫通孔を設ける構成の場合、貫通孔の分布が電極面内の水蒸気分圧分布に従って最適に配置されている。しかし、貫通孔の分布同士の連結が無いため、電極面内での電流密度分布、すなわち水蒸気分圧分布の変動が設計値と異なって変動した場合には所望の効果が得られないという問題点があった。電極面内での水蒸気分圧分布は、空気の供給流れ方向によっていとも簡単に大きく変動するため、空気の供給流れ方向が一定では無い形式の燃料電池では、効果が得られないという問題点があった。   Moreover, in the structure which provides a through-hole in the gas diffusion layer of patent document 4, distribution of a through-hole is optimally arrange | positioned according to the water vapor partial pressure distribution in an electrode surface. However, since there is no connection between the distributions of the through holes, the desired effect cannot be obtained if the current density distribution in the electrode surface, that is, the variation of the water vapor partial pressure distribution varies from the design value. was there. Since the water vapor partial pressure distribution in the electrode surface fluctuates easily and greatly depending on the air supply flow direction, there is a problem that the effect cannot be obtained in a fuel cell of a type in which the air supply flow direction is not constant. It was.

さらに水蒸気分圧分布は燃料電池の起動直後と長時間駆動中、さらに長時間駆動後に停止し再起動させた直後など、燃料電池の運転状況に応じて大きく変動する上に、燃料電池の負荷変動によっても簡単に変動してしまう。そのため、定置型燃料電池などの負荷変動がほとんどなく、連続運転が中心で起動停止頻度の低い燃料電池には上記構成は効果を発揮する。しかし、起動停止が頻繁でかつある程度の負荷変動にも追従できることが求められる小型電気機器向けの燃料電池では、上記構成によるフラッディング抑制効果は限定的にしか得られないという問題点があった。   In addition, the water vapor partial pressure distribution varies greatly depending on the fuel cell operating conditions, such as immediately after starting the fuel cell, during long-time driving, and immediately after stopping and restarting after long-time driving, as well as fuel cell load fluctuations Depending on the situation. Therefore, the above-described configuration is effective for a fuel cell that has almost no load fluctuation, such as a stationary fuel cell, and that has a low frequency of starting and stopping mainly in continuous operation. However, in a fuel cell for small electrical equipment that is frequently started and stopped and is capable of following a certain amount of load fluctuation, there is a problem that the flooding suppression effect by the above configuration can be obtained only in a limited manner.

また特許文献5に記載の、ガス拡散層に貫通孔を設けかつ貫通孔をガス拡散経路と水拡散経路と完全に分離した構成では、実施例2に記載されているように拡散層基材として金属など非多孔質材を用いている。この場合、基材と接する触媒には燃料ガスが届きにくく、触媒の反応面積が減少してしまう結果、フラッディングは抑制できるものの反応ガス供給律速から限界電流密度が低下してしまうという問題点があった。   Moreover, in the structure which provided the through-hole in the gas diffusion layer described in patent document 5, and the through-hole was completely isolate | separated into the gas diffusion path and the water diffusion path, as described in Example 2, as the diffusion layer base material Non-porous material such as metal is used. In this case, it is difficult for the fuel gas to reach the catalyst in contact with the base material and the reaction area of the catalyst is reduced. As a result, although flooding can be suppressed, the limiting current density is reduced due to the reaction gas supply rate limiting. It was.

さらに貫通孔をガス拡散経路と水拡散経路と完全に分離した構成であるため、セパレータの代わりに発泡金属などの多孔性導電体を利用するエア ブリースィング方式の燃料電池の場合では、上記構成によるフラッディング抑制効果は限定的にしか得られないという問題点があった。   Furthermore, since the through hole is completely separated from the gas diffusion path and the water diffusion path, in the case of an air-breathing type fuel cell that uses a porous conductor such as foam metal instead of the separator, the above structure is used. There is a problem that the flooding suppression effect can be obtained only in a limited manner.

何故なら、導電性多孔体内の空孔は通常すべて連続した空孔構造となっているため、空孔内は疎水性か親水性かのどちらかにしか制御できず、ガス拡散層においてガス拡散用貫通孔と水拡散用貫通孔をいくら分離していても、導電性多孔体内で両経路が交差してしまうためである。   This is because the pores in the conductive porous body usually have a continuous pore structure, so the inside of the pores can only be controlled to be either hydrophobic or hydrophilic, and the gas diffusion layer can be used for gas diffusion. This is because no matter how much the through hole and the water diffusion through hole are separated, both paths intersect in the conductive porous body.

従来技術では上記のような問題があり、ガス拡散電極の排水性を効率良く改善する技術が求められていた。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたもので、ガス拡散層の触媒層に接する面に流体を流通または溜める溝を設けることにより、排水性を向上させた燃料電池用ガス拡散電極およびその製造方法を提供するものである。
The conventional technique has the above-described problems, and a technique for efficiently improving the drainage of the gas diffusion electrode has been demanded.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a gas diffusion electrode for a fuel cell with improved drainage by providing a groove for circulating or accumulating fluid on the surface of the gas diffusion layer in contact with the catalyst layer. And a manufacturing method thereof.

また、本発明は、上記のガス拡散電極を用いた、安定な発電特性を有する固体高分子型燃料電池を低コストで提供するものである。   The present invention also provides a polymer electrolyte fuel cell having stable power generation characteristics using the gas diffusion electrode described above at low cost.

本発明は上述した課題を解決するために鋭意検討を行ってなされたものであり、下記の構成を有するものである。
上述した課題を解決する燃料電池用ガス拡散電極は、触媒層と導電性多孔質のガス拡散層とから構成される燃料電池用ガス拡散電極において、前記ガス拡散層の触媒層に接する面に流体を流通または溜める少なくとも一つの溝が設けられていることを特徴とする。
The present invention has been made through extensive studies to solve the above-described problems, and has the following configuration.
A gas diffusion electrode for a fuel cell that solves the above-described problems is a gas diffusion electrode for a fuel cell that includes a catalyst layer and a conductive porous gas diffusion layer. It is characterized in that at least one groove for circulating or accumulating is provided.

前記溝の底部に、溝の長さ方向に対して平行な凹凸を有することが好ましい。
前記溝の少なくとも一端は、前記ガス拡散層の外側に開口していることが好ましい。
前記溝の幅が中央部から外周部に向かって縮小していることが好ましい。
It is preferable that the bottom of the groove has irregularities parallel to the length direction of the groove.
At least one end of the groove is preferably open to the outside of the gas diffusion layer.
It is preferable that the width of the groove is reduced from the central portion toward the outer peripheral portion.

前記溝の幅が1μm以上1000μm以下であることが好ましい。
前記溝の間隔が5μm以上1000μm以下であることが好ましい。
前記ガス拡散層の空孔内が疎水性であり、前記溝の表面は親水性であることが好ましい。
The width of the groove is preferably 1 μm or more and 1000 μm or less.
The interval between the grooves is preferably 5 μm or more and 1000 μm or less.
It is preferable that the pores of the gas diffusion layer are hydrophobic, and the surface of the groove is hydrophilic.

前記ガス拡散層の空孔内が親水性であり、前記溝の表面は疎水性であることが好ましい。
前記ガス拡散層の触媒層に接する面は、炭素微粒子、炭素繊維、発泡金属、発泡合金および金属繊維からなる群から選ばれた1種類以上からなることが好ましい。
It is preferable that the pores of the gas diffusion layer are hydrophilic and the surface of the groove is hydrophobic.
The surface of the gas diffusion layer in contact with the catalyst layer is preferably composed of one or more selected from the group consisting of carbon fine particles, carbon fiber, foam metal, foam alloy and metal fiber.

前記ガス拡散電極はカソードであることが好ましい。
また、上述した課題を解決する燃料電池用ガス拡散電極の製造方法は、触媒層と導電性多孔質のガス拡散層とから構成される燃料電池用ガス拡散電極の製造方法において、前記ガス拡散層の触媒層と接する面にレーザーを照射することにより、流体を流通または溜める溝を形成する工程を含むことを特徴とする。
The gas diffusion electrode is preferably a cathode.
In addition, a method for manufacturing a gas diffusion electrode for a fuel cell that solves the above-described problem is a method for manufacturing a gas diffusion electrode for a fuel cell that includes a catalyst layer and a conductive porous gas diffusion layer. And a step of forming a groove for circulating or accumulating a fluid by irradiating a surface in contact with the catalyst layer with a laser.

また、上述した課題を解決する固体高分子型燃料電池は、上記の燃料電池用ガス拡散電極を用いたことを特徴とする。
また本発明は、上記の排水性を向上させたガス拡散電極を用いて、安定な発電特性を有する固体高分子型燃料電池を低コストで提供するものである。
Further, a polymer electrolyte fuel cell that solves the above-described problems is characterized by using the fuel cell gas diffusion electrode.
The present invention also provides a polymer electrolyte fuel cell having stable power generation characteristics at a low cost by using the gas diffusion electrode with improved drainage.

本発明によれば、ガス拡散層と触媒層との界面に水が滞留し、反応ガスの供給を妨げるフラッディングを軽減させることができるため、燃料電池を高負荷で長時間安定に駆動させることができる。   According to the present invention, water stays at the interface between the gas diffusion layer and the catalyst layer, and flooding that hinders the supply of the reaction gas can be reduced. Therefore, the fuel cell can be stably driven for a long time with a high load. it can.

本発明によれば、ガス拡散層の触媒層に接する面に流体を流通または溜める溝を設けることにより、排水性を向上させた燃料電池用ガス拡散電極を提供することができる。
また、本発明は、上記のガス拡散電極を用いた、安定な発電特性を有する固体高分子型燃料電池を低コストで提供することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the gas diffusion electrode for fuel cells which improved the drainage property can be provided by providing the groove | channel which distribute | circulates or stores a fluid in the surface which contact | connects the catalyst layer of a gas diffusion layer.
In addition, the present invention can provide a polymer electrolyte fuel cell using the above gas diffusion electrode and having stable power generation characteristics at low cost.

以下図面を参照して、本発明の固体高分子型燃料電池のガス拡散電極について、好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。
ただし、この実施の形態に記載されている構成部材の材質、寸法、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。同様に以下に記述する製造方法も唯一のものではない。
Exemplary embodiments of a gas diffusion electrode of a polymer electrolyte fuel cell of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
However, the materials, dimensions, shapes, relative arrangements, and the like of the constituent members described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. Absent. Similarly, the manufacturing method described below is not the only one.

好ましい実施態様は、触媒層と導電性多孔質のガス拡散層とから構成され、前記ガス拡散層の触媒層に接する面に流体を流通または溜める少なくとも一つの溝が設けられている燃料電池用ガス拡散電極(以下、「溝付きGDE、Gas Diffusion Electrode」と称す)である。   A preferred embodiment is a fuel cell gas comprising a catalyst layer and a conductive porous gas diffusion layer, wherein at least one groove for circulating or storing fluid is provided on a surface of the gas diffusion layer in contact with the catalyst layer. It is a diffusion electrode (hereinafter referred to as “grooved GDE, Gas Diffusion Electrode”).

図1は、本発明の溝付きGDEを用いて作製した固体高分子型燃料電池単セルの断面構成の一例を表す模式図である。図1において、1は固体高分子電解質膜、これを挟んで一対の触媒層、すなわちアノード側の触媒層2と、カソード側の触媒層3が配置されている。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional configuration of a single polymer electrolyte fuel cell unit cell produced using the grooved GDE of the present invention. In FIG. 1, 1 is a solid polymer electrolyte membrane, and a pair of catalyst layers, that is, a catalyst layer 2 on the anode side and a catalyst layer 3 on the cathode side are arranged with this sandwiched therebetween.

本実施例においては、カソード(空気極)側のみ、本発明の溝付きGDEが配置された例を示すが、配置構成としてはこれに限定するものではない。例えば、両極とも本発明の溝付きGDEを配置する場合、あるいはアノード側のみ本発明の溝付きGDEを配置する場合をも含んでおり、種々の構成を好ましく選択することができる。   In the present embodiment, an example in which the grooved GDE of the present invention is arranged only on the cathode (air electrode) side is shown, but the arrangement configuration is not limited thereto. For example, it includes the case where the grooved GDE of the present invention is disposed on both poles, or the case where the grooved GDE of the present invention is disposed only on the anode side, and various configurations can be preferably selected.

カソード側触媒層3は、触媒4と、該触媒4を支持する触媒担体5とから構成される。アノード側の触媒層2の外側には、アノード側ガス拡散層6とアノード側電極(燃料極)8が配置される。カソード側の触媒層3の外側には、カソード側ガス拡散層7と、多孔質導電体13と、カソード側電極(空気極)9が配置される。14はカソード側ガス拡散層7に設けられた溝を表す。   The cathode side catalyst layer 3 includes a catalyst 4 and a catalyst carrier 5 that supports the catalyst 4. An anode side gas diffusion layer 6 and an anode side electrode (fuel electrode) 8 are arranged outside the catalyst layer 2 on the anode side. A cathode-side gas diffusion layer 7, a porous conductor 13, and a cathode-side electrode (air electrode) 9 are disposed outside the catalyst layer 3 on the cathode side. Reference numeral 14 denotes a groove provided in the cathode-side gas diffusion layer 7.

固体高分子電解質膜1としては、スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体や非フッ素重合体などの高分子材料から形成され、例えばスルホン酸型パーフルオロカーボン重合体や、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基またはカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体を好適に使用することができる。パーフルオロスルホン酸ポリマーの例としてナフィオン(デュポン社製)112が挙げられる。また非フッ素重合体の例として、スルホン化された方構造ポリエーテルケトン、ポリスルホンなどが挙げられる。   The solid polymer electrolyte membrane 1 is formed of a polymer material such as a perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid group or a non-fluorine polymer. For example, a sulfonic acid type perfluorocarbon polymer, a polysulfone resin, a phosphonic acid group or a carboxyl group is used. A perfluorocarbon polymer having an acid group can be preferably used. An example of a perfluorosulfonic acid polymer is Nafion (manufactured by DuPont) 112. Examples of the non-fluorine polymer include sulfonated square structure polyether ketone and polysulfone.

なお、プロトンH+が電解質膜中をカソード側に向かって移動する場合は水分子を媒体として電解質中の親水性部分を移動するので、電解質膜は水分子を保有する機能も有しているのが好ましい。したがって、固体高分子電解質膜の機能としては、アノード側で生成したプロトンH+をカソード側に伝達するとともに未反応の反応ガス(水素および酸素)を通さないこと、所定の保水機能があることが必要である。この条件を満たすものであれば、任意のものを選択して使用することができる。 When proton H + moves in the electrolyte membrane toward the cathode side, the electrolyte membrane also has a function of holding water molecules because the hydrophilic portion in the electrolyte moves using water molecules as a medium. Is preferred. Therefore, the function of the solid polymer electrolyte membrane is to transmit proton H + generated on the anode side to the cathode side and not to pass unreacted reaction gases (hydrogen and oxygen) and to have a predetermined water retention function. is necessary. Any one satisfying this condition can be selected and used.

触媒層4は、水素還元能または酸素酸化能を有する電子伝導体と、プロトン伝導性電解質とからなる多孔質層である。触媒層は、燃料電池反応の触媒能(水素還元能または酸素酸化能)、プロトン伝導性、電子伝導性、及びガス拡散性を備えていれば任意のものを選択して使用することができる。   The catalyst layer 4 is a porous layer composed of an electron conductor having hydrogen reducing ability or oxygen oxidizing ability and a proton conducting electrolyte. Any catalyst layer can be selected and used as long as it has catalytic ability (hydrogen reduction ability or oxygen oxidation ability) for fuel cell reaction, proton conductivity, electron conductivity, and gas diffusibility.

触媒としては具体的には白金、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、パラジウム、オスミニウム等の白金族金属及びそれら合金からなる微粒子を用いることができる。触媒層としては、触媒微粒子をプロトン伝導性電解質と混連して層状に加工した多孔質層や、前記触媒微粒子をカーボン微粒子などの担体上に分散担持したものをプロトン伝導性電解質と混連して層状に加工した多孔質層を好ましく用いることができる。触媒層に撥水剤を混合するとさらに好ましい。   Specifically, fine particles comprising platinum group metals such as platinum, rhodium, ruthenium, iridium, palladium, osmium, and alloys thereof can be used as the catalyst. As the catalyst layer, a porous layer in which catalyst fine particles are mixed with a proton conductive electrolyte and processed into a layer shape, or a catalyst in which the catalyst fine particles are dispersed and supported on a carrier such as carbon fine particles is mixed with a proton conductive electrolyte. A porous layer processed into a layer shape can be preferably used. It is more preferable to mix a water repellent with the catalyst layer.

触媒担体5の役割は、助触媒としての触媒活性向上、疎水性触媒4の形態保持、電子伝導チャネルの確保、比表面積増大等が挙げられ、例えばカーボンブラック、白金微粒子層あるいは金微粒子膜層を好ましく用いることができる。なお、触媒担体5は必ずしも使用しなくても良い。   The role of the catalyst carrier 5 is to improve the catalytic activity as a co-catalyst, to maintain the shape of the hydrophobic catalyst 4, to secure the electron conduction channel, to increase the specific surface area, etc. For example, carbon black, platinum fine particle layer or gold fine particle film layer It can be preferably used. Note that the catalyst carrier 5 is not necessarily used.

ガス拡散層6,7は、燃料電池反応を効率良く行わせるために、燃料ガスまたは空気を燃料極または空気極の触媒層中の電極反応領域へ、面内で均一に充分に供給するとともに、アノード電極反応によって生じる電荷を単セル外部に放出させること、さらに反応生成水や未反応ガスを単セル外部に効率よく排出する役割を担うものである。   The gas diffusion layers 6 and 7 supply the fuel gas or air uniformly and sufficiently in the plane to the electrode reaction region in the catalyst layer of the fuel electrode or the air electrode in order to efficiently perform the fuel cell reaction, The charge generated by the anode electrode reaction is released to the outside of the single cell, and the reaction product water and unreacted gas are efficiently discharged to the outside of the single cell.

ガス拡散層は導電性多孔質物質であれば良く、疎水性を有することが好ましい。具体的には、疎水性樹脂、炭素微粒子、炭素繊維、発泡金属、発泡合金および金属繊維からなる群から選ばれた少なくとも1種類以上の材質からなるものが好ましい。例えばカーボンクロスやカーボンペーパーを好ましく用いることができる。   The gas diffusion layer may be a conductive porous material, and preferably has a hydrophobic property. Specifically, those made of at least one material selected from the group consisting of hydrophobic resin, carbon fine particles, carbon fiber, foam metal, foam alloy and metal fiber are preferable. For example, carbon cloth or carbon paper can be preferably used.

次に、図2は、本発明の実施例の溝付きGDEに用いられたガス拡散層の薄膜の溝断面構造を示す走査電子顕微鏡写真(倍率100倍)である。図3は図2と同じガス拡散層の溝断面構造を示す走査電子顕微鏡写真(倍率500倍)である。   Next, FIG. 2 is a scanning electron micrograph (magnification 100 times) showing the groove cross-sectional structure of the thin film of the gas diffusion layer used in the grooved GDE of the example of the present invention. FIG. 3 is a scanning electron micrograph (magnification 500 times) showing the groove cross-sectional structure of the same gas diffusion layer as FIG.

本発明の溝付きGDEは、例えば図2及び図3に示したように、触媒層と導電性多孔質のガス拡散層とから構成される燃料電池用ガス拡散電極において、前記ガス拡散層の触媒層側と接する面に流体流通溝または流体溜まりとして作用する溝が設けられていることを特徴とする。このようにすることで、触媒層とガス拡散層の界面に生成水が滞留しても、生成水は溝内に誘導されるので、水が界面に滞留して薄く広い膜を張ることがなく、触媒層へのガス供給面積の大幅な低下を防ぐことができる。   As shown in FIGS. 2 and 3, for example, the grooved GDE of the present invention is a catalyst for the gas diffusion layer in a gas diffusion electrode for a fuel cell composed of a catalyst layer and a conductive porous gas diffusion layer. The surface contacting the layer side is provided with a fluid circulation groove or a groove acting as a fluid reservoir. By doing so, even if the generated water stays at the interface between the catalyst layer and the gas diffusion layer, the generated water is guided into the groove, so that the water stays at the interface and does not stretch a thin wide film. Thus, it is possible to prevent a significant decrease in the area of gas supply to the catalyst layer.

図4は本発明の溝付きGDEに用いられたガス拡散層の一部分を示す概略図であり、図4(a)は平面図、図4(b)はAA’線断面図を示す。図4において、ガス拡散層7の触媒層側と接する面に少なくとも1つの溝14が設けられている。溝14の底部15には、溝の長さ方向に対して平行な凹部16および凸部17を有する凹凸が設けられていることが好ましい。また、溝の少なくとも一端は、前記ガス拡散層7の外側18に開口していることが好ましい。   4A and 4B are schematic views showing a part of a gas diffusion layer used in the grooved GDE of the present invention. FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line AA ′. In FIG. 4, at least one groove 14 is provided on the surface of the gas diffusion layer 7 in contact with the catalyst layer side. The bottom 15 of the groove 14 is preferably provided with irregularities having a concave portion 16 and a convex portion 17 parallel to the length direction of the groove. Moreover, it is preferable that at least one end of the groove is open to the outer side 18 of the gas diffusion layer 7.

溝付きGDEの溝の少なくとも一端は、ガス拡散層面の外側に開口していることで、溝に溜まった水がガス拡散層端面から排出されやすくなる。また水の排出が問題となる高出力運転以外の場合には、溝が水で満たされていないため、溝を反応ガスや水蒸気の拡散経路として利用することもできる。   Since at least one end of the groove of the grooved GDE is open to the outside of the gas diffusion layer surface, water accumulated in the groove is easily discharged from the end surface of the gas diffusion layer. Further, in cases other than the high-power operation where water discharge is a problem, the groove is not filled with water, so that the groove can be used as a diffusion path for the reaction gas and water vapor.

前記ガス拡散層の触媒層に接する面に設けられた溝は、溝の幅Wが1μm以上1000μm以下、好ましくは10μm以上100μm以下にすることが望ましい。1μm未満では溝の幅が小さくなりすぎ、凝縮水の溝内での粘性力が増すため、水の流動抵抗が大きくなり、排水能力が低下する。1000μmをこえると、溝の幅が大きくなりすぎるため、MEAの上にガス拡散層を積層する際に、MEAやガス拡散層が変形して溝がつぶれてしまう可能性がある。   The groove provided on the surface of the gas diffusion layer in contact with the catalyst layer has a groove width W of 1 μm to 1000 μm, preferably 10 μm to 100 μm. If it is less than 1 μm, the width of the groove becomes too small and the viscosity force in the groove of condensed water increases, so that the water flow resistance increases and the drainage capacity decreases. If the thickness exceeds 1000 μm, the width of the groove becomes too large. Therefore, when the gas diffusion layer is laminated on the MEA, the MEA or the gas diffusion layer may be deformed and the groove may be crushed.

また、前記ガス拡散層に設けられた溝の深さDは1μm以上、好ましくは5μm以上にすることが望ましい。1μm未満では溝の深さが小さいので凝縮水の溝中での粘性力が増すため水の移動抵抗が大きくなり排水能力が低下する。溝深さDの上限については厳密な制限は無いが、ガス拡散層の厚みの半分程度にしておくことが好ましい。溝の深さDがガス拡散層の厚みに対して大きくなりすぎるとガス拡散層自体の機械的強度が弱くなってしまい、燃料電池セルを組み立てる際にガス拡散層が破壊されやすくなるため好ましくない。   Further, the depth D of the groove provided in the gas diffusion layer is 1 μm or more, preferably 5 μm or more. If the depth is less than 1 μm, the depth of the groove is small, so that the viscous force in the groove of condensed water increases, so that the water transfer resistance increases and the drainage capacity decreases. The upper limit of the groove depth D is not strictly limited, but is preferably about half the thickness of the gas diffusion layer. If the depth D of the groove becomes too large with respect to the thickness of the gas diffusion layer, the mechanical strength of the gas diffusion layer itself is weakened, which is not preferable because the gas diffusion layer is easily broken when the fuel cell is assembled. .

また、前記ガス拡散層の触媒層に接する面には1個または複数箇の溝が設けられているが、複数箇の溝を設けるのが好ましい。複数箇の溝が設けられた場合の溝と溝の間隔は、5μm以上1000μm以下、好ましくは10μm以上100μm以下にすることが望ましい。5μm未満であると溝間隔が小さくなりすぎて、溝と溝との間の畝部が剥離してしまいやすくなる。また1000μm以上であると、溝間隔が大きくなりすぎてしまい溝と溝の間に生じた凝縮水が溝部に到達するまでの距離が長くなりすぎるため、排水性が悪くなってしまう。   Further, one or a plurality of grooves are provided on the surface of the gas diffusion layer in contact with the catalyst layer, but it is preferable to provide a plurality of grooves. When a plurality of grooves are provided, the distance between the grooves is preferably 5 μm or more and 1000 μm or less, and more preferably 10 μm or more and 100 μm or less. If the thickness is less than 5 μm, the groove interval becomes too small, and the flange between the grooves tends to peel off. On the other hand, if it is 1000 μm or more, the groove interval becomes too large, and the distance until the condensed water generated between the grooves reaches the groove part becomes too long, so that the drainage is deteriorated.

前記溝の表面を親水性とした場合には、ガス拡散層の空孔内を疎水性とすることが好ましい。
このようにすることで、前記溝を排水経路、ガス拡散層の空孔内をガス拡散経路としてそれぞれ独立させることができるので、ガス拡散性が水により阻害されることが少なく、反応ガスを触媒層へ効率良く供給することができる。
When the surface of the groove is made hydrophilic, the inside of the pores of the gas diffusion layer is preferably made hydrophobic.
In this way, the groove can be made independent as a drainage path and the pores of the gas diffusion layer can be made independent as a gas diffusion path. It is possible to efficiently supply to the layer.

反対に前記溝の表面を疎水性とした場合には、ガス拡散層の空孔内を親水性とすることが好ましい。このようにすることで、前記溝をガス拡散経路、ガス拡散層の空孔内を排水経路としてそれぞれ独立させることができるので、ガス拡散性が水により阻害されることが少なく、反応ガスを触媒層へ効率良く供給することができる。   On the contrary, when the surface of the groove is made hydrophobic, it is preferable that the pores of the gas diffusion layer are made hydrophilic. In this way, the groove can be made independent as a gas diffusion path and the pores of the gas diffusion layer as drainage paths, so that the gas diffusibility is less likely to be hindered by water and the reaction gas can be catalyzed. It is possible to efficiently supply to the layer.

前記溝の幅は水蒸気分圧の高い部分から低い部分に向かって縮小していることが好ましい。水蒸気分圧の高い部分では発電で生じた水蒸気が凝集しやすいが、前記溝の幅を上記のように形成することで毛管力やクヌーセン効果により、凝集した水を水蒸気分圧の低い部分へと誘導または分散させることができるため、局所的なフラッディングを起こり難くすることができる。例えば、溝の幅が中央部から外周部に向かって縮小していることが好ましい。   The width of the groove is preferably reduced from a high water vapor partial pressure portion toward a low water vapor partial pressure portion. Water vapor generated by power generation tends to agglomerate in the portion where the water vapor partial pressure is high, but by forming the groove width as described above, the condensed water is reduced to the portion where the water vapor partial pressure is low due to the capillary force and Knudsen effect. Since it can be guided or dispersed, local flooding can be made difficult to occur. For example, the width of the groove is preferably reduced from the central portion toward the outer peripheral portion.

また前記ガス拡散層の触媒層に接する面は、炭素微粒子、炭素繊維、発泡金属、発泡合金および金属繊維とからなる群から選ばれた少なくともいずれか1種類以上の材質からなる導電性多孔質物質であることが好ましい。   The surface of the gas diffusion layer in contact with the catalyst layer is a conductive porous material made of at least one material selected from the group consisting of carbon fine particles, carbon fiber, foam metal, foam alloy and metal fiber. It is preferable that

また前記ガス拡散電極は、カソードであることが好ましい。固体高分子型燃料電池では、カソード側の触媒層で生成水が生じるため、カソードでフラッディングが起こりやすく、本発明の効果が大きい。   The gas diffusion electrode is preferably a cathode. In the polymer electrolyte fuel cell, generated water is generated in the catalyst layer on the cathode side, so that flooding is likely to occur at the cathode, and the effect of the present invention is great.

次に、本発明の燃料電池用ガス拡散電極の製造方法について説明する。本発明の燃料電池用ガス拡散電極の製造方法は、前記ガス拡散層の触媒層と接する面にレーザーを照射することにより、流体を流通または溜める溝を形成する工程を含むことを特徴とする。   Next, the manufacturing method of the gas diffusion electrode for fuel cells of this invention is demonstrated. The method for producing a gas diffusion electrode for a fuel cell according to the present invention includes a step of forming a groove for circulating or storing a fluid by irradiating a surface of the gas diffusion layer in contact with the catalyst layer with a laser.

ガス拡散層の触媒層と接する面に溝を設ける方法としては、レーザーを用いることが好ましい。レーザーで加工することで、溝を精度よく低コストで加工できる。なおガス拡散層としてカーボンクロスを用いる場合には、溝形状を加工するのはカーボン微粒子層側にすることが好ましい。通常カーボンクロスは表裏でカーボン繊維の織布からなる面とカーボン微粒子層からなる面を有しているが、カーボンクロスからなる面は織布であるため、溝形状を精度よく加工することが困難である。   As a method of providing a groove on the surface of the gas diffusion layer in contact with the catalyst layer, it is preferable to use a laser. By machining with a laser, the groove can be machined accurately and at low cost. When carbon cloth is used as the gas diffusion layer, the groove shape is preferably processed on the carbon fine particle layer side. Normally, carbon cloth has a surface made of carbon fiber woven fabric and a surface made of carbon fine particle layer on the front and back, but since the surface made of carbon cloth is woven fabric, it is difficult to accurately process the groove shape. It is.

溝を加工するレーザーの種類としては、カーボン微粒子層を切断できるものであれば何でも良い。ただし、あまりに高出力のレーザーを照射すると、短時間でガス拡散層自体が切断されてしまい、加工性が悪くなる。   As the kind of laser for processing the groove, any laser can be used as long as it can cut the carbon fine particle layer. However, if an excessively high power laser is irradiated, the gas diffusion layer itself is cut in a short time, resulting in poor workability.

また、溝内を親水化する場合には、溝加工と同時に溝表面の疎水性樹脂を親水化すると工数が少なく製造コストを低くできるため好ましい。
例えば、ガス拡散層中の撥水剤である疎水性樹脂がフルオロカーボン系ポリマーからなる場合、ArFやKrFなどのエキシマ−レーザーを、水蒸気やヒドラジン雰囲気内においたガス拡散層に照射する。このようにすると、フルオロカーボン系ポリマー中のC−F基から脱フッ素化反応が進行し、溝の形成と同時に溝表面が親水化されるため、工数が少なくなり好ましい。
In addition, when the inside of the groove is made hydrophilic, it is preferable to make the hydrophobic resin on the groove surface hydrophilic at the same time as the groove processing because the number of steps can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.
For example, when the hydrophobic resin that is a water repellent in the gas diffusion layer is made of a fluorocarbon polymer, an excimer laser such as ArF or KrF is irradiated to the gas diffusion layer in an atmosphere of water vapor or hydrazine. This is preferable because the defluorination reaction proceeds from the C—F group in the fluorocarbon polymer, and the groove surface is hydrophilized simultaneously with the formation of the groove.

本発明の溝付きGDEを用いた燃料電池単セルの作製方法としては、様々な方法が挙げられるが、図1に示した構成の場合を例として、以下にその一例を挙げて説明する。なお、本発明は下記の製法になんら限定されるものではない。   Various methods can be used as a method for producing a single fuel cell using the grooved GDE of the present invention. The following is an example of the configuration shown in FIG. In addition, this invention is not limited to the following manufacturing method at all.

(1)触媒層を準備する。
PTFEシート上に、ドクターブレードを用いて白金担持カーボン触媒層または白金黒触媒層を形成する。触媒層の厚さは20〜40μmの範囲が好ましい。この例で使用する触媒スラリーは、白金担持カーボン(Jhonson Matthey製、HiSPEC4000)または白金黒(Jhonson Matthey製、HiSPEC1000)、及びNafion、PTFE、IPA(イソプロピルアルコール)、水の混錬物である。
(1) A catalyst layer is prepared.
A platinum-supporting carbon catalyst layer or a platinum black catalyst layer is formed on the PTFE sheet using a doctor blade. The thickness of the catalyst layer is preferably in the range of 20 to 40 μm. The catalyst slurry used in this example is a mixture of platinum-supported carbon (manufactured by Johnson Matthey, HiSPEC 4000) or platinum black (manufactured by Johnson Matthey, HiSPEC 1000), Nafion, PTFE, IPA (isopropyl alcohol), and water.

(2)MEAを作成する。
上記により作製した一対の触媒層によって固体高分子電解質膜(Dupont製、Nafion112)を、PTFEシートが外側になる様に挟みこんでホットプレスを行う。さらに、PTFEシートを剥離することにより、一対の触媒層を固体高分子電解質膜に転写して、電解質膜と一対の触媒層を接合し膜−電極接合体(MEA)を得る。
(2) Create an MEA.
The solid polymer electrolyte membrane (manufactured by Dupont, Nafion 112) is sandwiched between the pair of catalyst layers produced as described above so that the PTFE sheet is on the outside, and hot pressing is performed. Furthermore, by peeling the PTFE sheet, the pair of catalyst layers are transferred to the solid polymer electrolyte membrane, and the electrolyte membrane and the pair of catalyst layers are joined to obtain a membrane-electrode assembly (MEA).

(3)溝付きガス拡散層を準備する。
ガス拡散層としてのカーボンクロス(E−TEK製 LT1400−W)を用い、カーボン微粒子層側に、レーザーで所望の溝形状を加工する。レーザーの出力、ビームサイズ、パルス幅、走査速度などは、所望の溝形状が得られるように合わせる。
(3) A grooved gas diffusion layer is prepared.
Using a carbon cloth (LT1400-W manufactured by E-TEK) as a gas diffusion layer, a desired groove shape is processed with a laser on the carbon fine particle layer side. The laser output, beam size, pulse width, scanning speed, etc. are adjusted so as to obtain a desired groove shape.

(4)単セルを作成する。
(2)で準備したMEAを、(3)で用意した溝付きガス拡散層及び燃料極電極および空気極電極によって図1のように挟んで単セルを作製する。
(4) Create a single cell.
The MEA prepared in (2) is sandwiched between the grooved gas diffusion layer prepared in (3), the fuel electrode, and the air electrode as shown in FIG.

本発明はこの単セル構成の固体高分子型燃料電池に限定されるものではなく、単セルを複数スタックした構成の固体高分子型燃料電池にも適用可能である。   The present invention is not limited to the polymer electrolyte fuel cell having a single cell configuration, and can also be applied to a polymer electrolyte fuel cell having a configuration in which a plurality of single cells are stacked.

次に、具体的な実施例を示し、本発明を詳細に説明する。
実施例1
本実施例は、実施形態の中の図1に示した構成からなる固体高分子型燃料電池を作製した例である。
Next, specific examples will be shown to describe the present invention in detail.
Example 1
In this example, a polymer electrolyte fuel cell having the configuration shown in FIG. 1 in the embodiment was produced.

以下、本実施例に係わる固体高分子型燃料電池の製造工程を詳細に説明する。
(工程1)
高分子電解質膜への転写層としてのPTFEシート上に、ドクターブレード法にて白金黒触媒層を約20μmの厚さに形成した。ここで使用する触媒スラリーは、白金黒(Jhonson Matthey製、HiSPEC1000)1質量部、Nafion0.07質量部、IPA1質量部、水0.4質量部の混錬物である。このときのPt担持量は5.3mg/cm2であった。
Hereinafter, the manufacturing process of the polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment will be described in detail.
(Process 1)
A platinum black catalyst layer having a thickness of about 20 μm was formed on a PTFE sheet as a transfer layer to the polymer electrolyte membrane by a doctor blade method. The catalyst slurry used here is a kneaded mixture of 1 part by mass of platinum black (manufactured by Johnson Matthey, HiSPEC 1000), 0.07 parts by mass of Nafion, 1 part by mass of IPA, and 0.4 parts by mass of water. At this time, the amount of Pt supported was 5.3 mg / cm 2 .

(工程2)
工程1で作成した触媒層を電極寸法に合わせて2つ切り出し、固体高分子電解質膜(Dupont製、Nafion112)を挟み、8MPa、150℃、1minなるプレス条件でホットプレスを行った。その後PTFEシートを剥離することにより、一対の触媒層を高分子電解質膜に転写して、電解質膜と一対の触媒層を接合した。
(Process 2)
Two catalyst layers prepared in Step 1 were cut out in accordance with the electrode dimensions, sandwiched between solid polymer electrolyte membranes (manufactured by Dupont, Nafion 112), and hot pressed under press conditions of 8 MPa, 150 ° C., and 1 min. Thereafter, the PTFE sheet was peeled off to transfer the pair of catalyst layers to the polymer electrolyte membrane, thereby joining the electrolyte membrane and the pair of catalyst layers.

(工程3)
ガス拡散層としてカーボンクロス(E−TEK製 LT1400−W)を用い、前記カーボンクロスのカーボン微粒子からなる面に、YAGレーザーを照射し、溝形状を加工した。レーザーの出力は8W、ビームサイズ50μm、パルス幅は3μm/Pulse、走査速度を25mm/秒とした。溝の幅を80μmとするため、溝1つあたりレーザーを2回照射し、1回目の照射は溝幅50μmであり、2回目の照射を1回目の照射より30μmほど溝幅方向に位置をずらして行った。
(Process 3)
A carbon cloth (LT1400-W manufactured by E-TEK) was used as the gas diffusion layer, and the surface of the carbon cloth made of carbon fine particles was irradiated with a YAG laser to process the groove shape. The laser output was 8 W, the beam size was 50 μm, the pulse width was 3 μm / Pulse, and the scanning speed was 25 mm / second. To make the groove width 80 μm, the laser is irradiated twice per groove, the first irradiation is the groove width 50 μm, and the second irradiation is shifted in the groove width direction by 30 μm from the first irradiation. I went.

加工後の溝の形状の走査電子顕微鏡写真を図2(倍率100倍)及び図3(倍率500倍)に示す。これらの図から判るように幅約80μm、深さ約25μmの溝が、カーボン微粒子層に形成されていることが判る。   Scanning electron micrographs of the groove shape after processing are shown in FIG. 2 (magnification 100 times) and FIG. 3 (magnification 500 times). As can be seen from these figures, a groove having a width of about 80 μm and a depth of about 25 μm is formed in the carbon fine particle layer.

上記の操作を繰り返し行い、幅80μmの溝が80μm間隔でカーボン微粒子層全面に配置されたガス拡散層を得た。その後、ガス拡散層を電極寸法に合わせて切り出し、すべての溝端部がガス拡散層側面で開口するようにした。   The above operation was repeated to obtain a gas diffusion layer in which grooves having a width of 80 μm were arranged on the entire surface of the carbon fine particle layer at intervals of 80 μm. Thereafter, the gas diffusion layer was cut out according to the electrode dimensions, and all the groove end portions were opened at the side surfaces of the gas diffusion layer.

(工程4)
工程2で得られたMEAのカソード側に工程3で得られた溝付きガス拡散層を、アノード側に溝加工されていないガス拡散層をそれぞれ配置し、さらに燃料極電極板および空気極電極板、及び多孔質導電体の一種である発泡金属(住友電工製、セルメット2mm厚、ステンレス製)を、図1のように挟んで単セルを形成した。ここで燃料極電極板にスリットを設け、水素ガスが流通できるようにした。
(Process 4)
The grooved gas diffusion layer obtained in step 3 is disposed on the cathode side of the MEA obtained in step 2, and the gas diffusion layer not grooved is disposed on the anode side, and further, a fuel electrode plate and an air electrode plate A single cell was formed by sandwiching a foam metal (Sumitomo Electric, Celmet 2 mm thickness, stainless steel), which is a kind of porous conductor, as shown in FIG. Here, a slit was provided in the fuel electrode plate so that hydrogen gas could flow.

一方、空気極電極板にはスリットを設けていないものを使用した。この構成においては空気及び生成水は発泡金属表面及びガス拡散層側面から流通することができる。またカソード側ガス拡散層に設けられた溝がガス拡散層側面で開口しているため、溝の無いガス拡散層を使用した場合に比べて、空気及び生成水がよりスムーズに流通することができる。   On the other hand, the air electrode plate was not provided with a slit. In this configuration, air and generated water can flow from the surface of the foam metal and the side surface of the gas diffusion layer. In addition, since the groove provided in the cathode side gas diffusion layer is open on the side of the gas diffusion layer, air and generated water can flow more smoothly than when a gas diffusion layer without a groove is used. .

以上の工程によって作製した単セルに関して、図5に示した構成の評価装置を用いて特性評価を行った。アノード電極側に水素ガスをデッドエンドで充填し、カソード電極側は大気に開放して、電池温度80℃にて放電試験を行ったところ、図6に示すような電流−電圧特性が得られた。   With respect to the single cell manufactured through the above steps, the characteristics were evaluated using the evaluation apparatus having the configuration shown in FIG. When the anode electrode side was filled with hydrogen gas at the dead end, the cathode electrode side was opened to the atmosphere, and a discharge test was performed at a battery temperature of 80 ° C., current-voltage characteristics as shown in FIG. 6 were obtained. .

比較例1として、溝加工されていないガス拡散層LT−1400Wをカソードに用いた以外はすべて同様にして作成した単セルを用いた場合の例を図6中に示した。
本発明の溝付きGDEの効果は拡散分極の低減であるので、拡散分極が原理的に小さい低電流密度領域では、実施例と比較例の違いはあまり見られなかった。しかし、300mA/cm2近傍から違いがみられ始め、高電流密度領域すなわち拡散分極律速領域になるほど、本発明の溝付きGDEの効果が顕著であった。拡散分極律速領域である600mA/cm2での電圧を比較すると、本実施例の単セルが0.42V以上の電圧が取れるのに対し、比較例では約0.17Vと約40%の電圧しか得られなかった。すなわち、本実施例の溝付きGDE層は比較例のGDE層に対し、拡散分極による電池特性の劣化が大幅に抑えられていた。このことは、本発明の溝付きGDE層が比較例のGDE層に対し、排水性に優れていることを示す。
As Comparative Example 1, FIG. 6 shows an example in which a single cell prepared in the same manner except that the gas diffusion layer LT-1400W that has not been grooved is used as the cathode is used.
Since the effect of the grooved GDE of the present invention is a reduction in diffusion polarization, in the low current density region where diffusion polarization is small in principle, the difference between the example and the comparative example was not so much seen. However, the difference began to be observed in the vicinity of 300 mA / cm 2 , and the effect of the grooved GDE of the present invention became more remarkable as the region became a high current density region, that is, a diffusion polarization controlling region. When the voltage at 600 mA / cm 2 , which is the diffusion polarization limiting region, is compared, the single cell of this example can take a voltage of 0.42 V or more, whereas the comparative example has a voltage of about 0.17 V, which is only about 40%. It was not obtained. That is, in the grooved GDE layer of this example, deterioration of battery characteristics due to diffusion polarization was significantly suppressed as compared with the GDE layer of the comparative example. This indicates that the grooved GDE layer of the present invention is superior in drainage to the comparative GDE layer.

次に、本実施例1の単セルを470mA/cm2の電流密度で、連続発電を行った場合の電圧の時間変化を、比較例1の単セルの結果とともに図7に示す。
本実施例の溝付きGDEを用いた単セルが、90分を経過してもなお電圧が0.6V以上に維持され、なおかつ時間の経過と共に電圧が上昇していったのに対し、比較例の単セルでは発電開始当初から電圧が実施例より約0.05Vも低く、発電開始から82分後に電圧が突然0Vになり発電が停止してしまった。これはガス拡散電極内で凝縮した生成水が、ガス拡散層/触媒層界面に滞留し蓄積されていった。その結果、ある時点で滞留水の水滴が互いに連結して薄く広い面積の水膜が形成されガス拡散層/触媒層界面をすべて覆ってしまったため、触媒層への酸素の供給が瞬間的に遮断されたために発電が停止したものと考えられる。
Next, FIG. 7 shows the time variation of the voltage when the single cell of Example 1 is continuously generated at a current density of 470 mA / cm 2 together with the result of the single cell of Comparative Example 1.
The single cell using the grooved GDE of this example was maintained at a voltage of 0.6 V or more even after 90 minutes, and the voltage increased with the passage of time. In the single cell, the voltage was about 0.05 V lower than that at the start of power generation, and the voltage suddenly became 0 V 82 minutes after the start of power generation, and power generation stopped. In this case, the produced water condensed in the gas diffusion electrode stayed and accumulated at the gas diffusion layer / catalyst layer interface. As a result, the water droplets of the staying water are connected to each other at a certain point in time, forming a thin and wide water film covering the entire gas diffusion layer / catalyst layer interface, so that the supply of oxygen to the catalyst layer is momentarily interrupted. It is thought that the power generation was stopped because of this.

一方、本実施例の単セルではガス拡散電極内で生成水が凝縮しても、ガス拡散層に設けられた溝内に凝縮水が滞留するため、触媒層への酸素供給が遮断されることがなく発電が継続される。さらに溝に滞留した凝縮水が電解質膜及び触媒層中の電解質を加湿する効果を与えたためMEAのプロトン伝導性が向上し、発電時間の経過と共に電圧が上昇し、発電が停止するどころか逆に燃料電池の出力密度が向上したものと考えられる。   On the other hand, in the single cell of this example, even if the generated water is condensed in the gas diffusion electrode, the condensed water stays in the groove provided in the gas diffusion layer, so that the oxygen supply to the catalyst layer is blocked. There is no power and power generation continues. Furthermore, the condensed water staying in the groove has the effect of humidifying the electrolyte in the electrolyte membrane and the catalyst layer, so that the proton conductivity of the MEA is improved, the voltage rises with the lapse of power generation time, and on the contrary, the power generation stops. It is thought that the power density of the battery has been improved.

このことは、本実施例の溝付きGDE層が比較例のGDE層に対し排水性に優れており、なおかつガス拡散層/触媒界面の水分状態が自律的に最適に制御されることで、燃料電池性能の安定性と出力密度が同時に向上したことを示す。   This is because the grooved GDE layer of this example has better drainage than the GDE layer of the comparative example, and the moisture state at the gas diffusion layer / catalyst interface is autonomously and optimally controlled. It shows that the battery performance stability and power density were improved at the same time.

本発明のガス拡散電極は、ガス拡散層の触媒層との界面に溝を備えることによって、触媒層及びガス拡散層からの排水性を向上できるので、固体高分子型燃料電池を高出力で長時間駆動させることができる。   The gas diffusion electrode of the present invention can improve drainage from the catalyst layer and the gas diffusion layer by providing a groove at the interface between the gas diffusion layer and the catalyst layer. Can be driven for hours.

また、本発明のガス拡散電極を備えた固体高分子型燃料電池は、携帯電話やノート型パソコン、デジタルカメラなど小型の電気機器用の燃料電池として利用することができる。   The polymer electrolyte fuel cell provided with the gas diffusion electrode of the present invention can be used as a fuel cell for small electric devices such as a mobile phone, a notebook computer, and a digital camera.

本発明の溝付きGDEを用いて作製した固体高分子型燃料電池単セルの断面構成の一例を表す模式図である。It is a schematic diagram showing an example of a section composition of a polymer electrolyte fuel cell single cell produced using GDE with a groove of the present invention. 本発明の実施例の溝付きGDEに用いられたガス拡散層の薄膜の溝断面構造を示す走査電子顕微鏡写真(倍率100倍)である。It is a scanning electron micrograph (100-times multiplication factor) which shows the groove | channel cross-sectional structure of the thin film of the gas diffusion layer used for GDE with a groove | channel of the Example of this invention. 本発明の実施例の溝付きGDEに用いられたガス拡散層の薄膜の溝断面構造を示す走査電子顕微鏡写真(倍率500倍)である。It is a scanning electron micrograph (500-times multiplication factor) which shows the groove | channel cross-section structure of the thin film of the gas diffusion layer used for GDE with a groove | channel of the Example of this invention. 本発明の溝付きGDEに用いられたガス拡散層の一部分を示す概略図である。It is the schematic which shows a part of gas diffusion layer used for GDE with a groove | channel of this invention. 固体高分子型燃料電池の評価装置の模式図である。It is a schematic diagram of the evaluation apparatus of a polymer electrolyte fuel cell. 本発明の実施例1および比較例1の固体高分子型燃料電池の電圧−電流密度の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the voltage-current density of the polymer electrolyte fuel cell of Example 1 and Comparative Example 1 of this invention. 本発明の実施例1および比較例1の固体高分子型燃料電池の出力電流密度470mA/cm2における電圧の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the voltage in the output current density of 470 mA / cm < 2 > of the polymer electrolyte fuel cell of Example 1 and Comparative Example 1 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 固体高分子電解質膜
2 アノード側触媒層
3 カソード側触媒層
4 触媒
5 触媒担体
6 アノード側ガス拡散層
7 カソード側ガス拡散層
8 アノード側電極(燃料極)
9 カソード側電極(空気極)
10 膜−電極接合体
11 アノード側ガス拡散電極
12 カソード側ガス拡散電極
13 多孔質導電体
14 溝
15 溝の底部
16 凹部
17 凸部
18 ガス拡散層の外側
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid polymer electrolyte membrane 2 Anode side catalyst layer 3 Cathode side catalyst layer 4 Catalyst 5 Catalyst support 6 Anode side gas diffusion layer 7 Cathode side gas diffusion layer 8 Anode side electrode (fuel electrode)
9 Cathode side electrode (air electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Membrane-electrode assembly 11 Anode-side gas diffusion electrode 12 Cathode-side gas diffusion electrode 13 Porous conductor 14 Groove 15 Groove bottom 16 Recess 17 Projection 18 Outside of gas diffusion layer

Claims (12)

触媒層と導電性多孔質のガス拡散層とから構成される燃料電池用ガス拡散電極において、前記ガス拡散層の触媒層に接する面に流体を流通または溜める少なくとも一つの溝が設けられていることを特徴とする燃料電池用ガス拡散電極。   In a gas diffusion electrode for a fuel cell composed of a catalyst layer and a conductive porous gas diffusion layer, at least one groove for circulating or accumulating fluid is provided on a surface of the gas diffusion layer in contact with the catalyst layer. A gas diffusion electrode for a fuel cell. 前記溝の底部に、溝の長さ方向に対して平行な凹凸を有することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用ガス拡散電極。   The gas diffusion electrode for a fuel cell according to claim 1, wherein the bottom of the groove has irregularities parallel to the length direction of the groove. 前記溝の少なくとも一端は、前記ガス拡散層の外側に開口していることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池用ガス拡散電極。   The gas diffusion electrode for a fuel cell according to claim 1 or 2, wherein at least one end of the groove is open to the outside of the gas diffusion layer. 前記溝の幅が中央部から外周部に向かって縮小していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかの項に記載の燃料電池用ガス拡散電極。   The gas diffusion electrode for a fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein a width of the groove is reduced from a central portion toward an outer peripheral portion. 前記溝の幅が1μm以上1000μm以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかの項に記載の燃料電池用ガス拡散電極。   The gas diffusion electrode for a fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the groove has a width of 1 µm or more and 1000 µm or less. 前記溝の間隔が5μm以上1000μm以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかの項に記載の燃料電池用ガス拡散電極。   The gas diffusion electrode for a fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein an interval between the grooves is 5 µm or more and 1000 µm or less. 前記ガス拡散層の空孔内が疎水性であり、前記溝の表面は親水性であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかの項に記載の燃料電池用ガス拡散電極。   The gas diffusion electrode for a fuel cell according to any one of claims 1 to 6, wherein the pores of the gas diffusion layer are hydrophobic, and the surface of the groove is hydrophilic. 前記ガス拡散層の空孔内が親水性であり、前記溝の表面は疎水性であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかの項に記載の燃料電池用ガス拡散電極。   The gas diffusion electrode for a fuel cell according to any one of claims 1 to 7, wherein the inside of the pores of the gas diffusion layer is hydrophilic, and the surface of the groove is hydrophobic. 前記ガス拡散層の触媒層に接する面は、炭素微粒子、炭素繊維、発泡金属、発泡合金および金属繊維からなる群から選ばれた1種類以上からなることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかの項に記載の燃料電池用ガス拡散電極。   The surface of the gas diffusion layer in contact with the catalyst layer is made of at least one selected from the group consisting of carbon fine particles, carbon fiber, foam metal, foam alloy and metal fiber. A gas diffusion electrode for a fuel cell according to any one of the above items. 前記ガス拡散電極はカソードである請求項1乃至9のいずれかの項に記載の燃料電池用ガス拡散電極。   The gas diffusion electrode for a fuel cell according to any one of claims 1 to 9, wherein the gas diffusion electrode is a cathode. 触媒層と導電性多孔質のガス拡散層とから構成される燃料電池用ガス拡散電極の製造方法において、前記ガス拡散層の触媒層と接する面にレーザーを照射することにより、流体を流通または溜める溝を形成する工程を含むことを特徴とする燃料電池用ガス拡散電極の製造方法。   In a method for producing a gas diffusion electrode for a fuel cell comprising a catalyst layer and a conductive porous gas diffusion layer, a fluid is circulated or accumulated by irradiating a surface of the gas diffusion layer in contact with the catalyst layer with a laser. The manufacturing method of the gas diffusion electrode for fuel cells characterized by including the process of forming a groove | channel. 請求項1乃至10のいずれかに記載の燃料電池用ガス拡散電極を用いた固体高分子型燃料電池。   A polymer electrolyte fuel cell using the gas diffusion electrode for a fuel cell according to any one of claims 1 to 10.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008117624A (en) * 2006-11-02 2008-05-22 Canon Inc Membrane electrode assembly for solid polymer fuel cell, and solid polymer electrolyte fuel cell
JP2010049860A (en) * 2008-08-20 2010-03-04 Canon Inc Fuel cell
JP2010065276A (en) * 2008-09-10 2010-03-25 Mitsubishi Materials Corp Porous metal body and production method therefor
JP2011076849A (en) * 2009-09-30 2011-04-14 Dainippon Printing Co Ltd Gas diffusion electrode with micro porous layer of fuel cell, catalyst layer with micro porous layer, gas diffusion electrode with catalyst layer, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell
JP2011524618A (en) * 2008-06-20 2011-09-01 エスゲーエル カーボン ソシエタス ヨーロピア Gas diffusion layer
JP2015079639A (en) * 2013-10-17 2015-04-23 本田技研工業株式会社 Electrolyte membrane/electrode structure
WO2017170355A1 (en) * 2016-03-29 2017-10-05 東レ株式会社 Gas diffusion electrode base, laminate and fuel cell
CN112670522A (en) * 2020-12-08 2021-04-16 安徽枡水新能源科技有限公司 Method for preparing fuel cell ordered membrane electrode carrier
US11387478B2 (en) 2019-12-13 2022-07-12 Hyundai Motor Company Elastomeric cell frame for fuel cell

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4769297A (en) * 1987-11-16 1988-09-06 International Fuel Cells Corporation Solid polymer electrolyte fuel cell stack water management system
JPH01309263A (en) * 1988-02-12 1989-12-13 Internatl Fuel Cells Corp Solid polymer electrolyte fuel cell
JPH10294116A (en) * 1997-04-18 1998-11-04 Fuji Electric Co Ltd Solid high-molecular electrolyte fuel cell
JP2001110432A (en) * 1999-10-08 2001-04-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Polymer electrolyte type fuel cell
JP2003036866A (en) * 2001-06-29 2003-02-07 Foamex Lp Wicking structure for controlling water and/or fuel of fuel cell
JP2003151585A (en) * 2001-11-12 2003-05-23 Toyota Motor Corp Fuel cell and diffusion layer
JP2003217599A (en) * 2002-01-23 2003-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid polymer type fuel cell
JP2004327358A (en) * 2003-04-28 2004-11-18 Nissan Motor Co Ltd Polymer electrolyte fuel cell
JP2005038780A (en) * 2003-07-18 2005-02-10 Nissan Motor Co Ltd Solid polymer fuel cell

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4769297A (en) * 1987-11-16 1988-09-06 International Fuel Cells Corporation Solid polymer electrolyte fuel cell stack water management system
JPH01309263A (en) * 1988-02-12 1989-12-13 Internatl Fuel Cells Corp Solid polymer electrolyte fuel cell
JPH10294116A (en) * 1997-04-18 1998-11-04 Fuji Electric Co Ltd Solid high-molecular electrolyte fuel cell
JP2001110432A (en) * 1999-10-08 2001-04-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd Polymer electrolyte type fuel cell
JP2003036866A (en) * 2001-06-29 2003-02-07 Foamex Lp Wicking structure for controlling water and/or fuel of fuel cell
JP2003151585A (en) * 2001-11-12 2003-05-23 Toyota Motor Corp Fuel cell and diffusion layer
JP2003217599A (en) * 2002-01-23 2003-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid polymer type fuel cell
JP2004327358A (en) * 2003-04-28 2004-11-18 Nissan Motor Co Ltd Polymer electrolyte fuel cell
JP2005038780A (en) * 2003-07-18 2005-02-10 Nissan Motor Co Ltd Solid polymer fuel cell

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008117624A (en) * 2006-11-02 2008-05-22 Canon Inc Membrane electrode assembly for solid polymer fuel cell, and solid polymer electrolyte fuel cell
JP2011524618A (en) * 2008-06-20 2011-09-01 エスゲーエル カーボン ソシエタス ヨーロピア Gas diffusion layer
JP2010049860A (en) * 2008-08-20 2010-03-04 Canon Inc Fuel cell
JP2010065276A (en) * 2008-09-10 2010-03-25 Mitsubishi Materials Corp Porous metal body and production method therefor
JP2011076849A (en) * 2009-09-30 2011-04-14 Dainippon Printing Co Ltd Gas diffusion electrode with micro porous layer of fuel cell, catalyst layer with micro porous layer, gas diffusion electrode with catalyst layer, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell
JP2015079639A (en) * 2013-10-17 2015-04-23 本田技研工業株式会社 Electrolyte membrane/electrode structure
WO2017170355A1 (en) * 2016-03-29 2017-10-05 東レ株式会社 Gas diffusion electrode base, laminate and fuel cell
JPWO2017170355A1 (en) * 2016-03-29 2019-02-07 東レ株式会社 Gas diffusion electrode substrate, laminate, and fuel cell
US10804542B2 (en) 2016-03-29 2020-10-13 Toray Industries, Inc. Gas diffusion electrode base, laminate and fuel cell
TWI710468B (en) * 2016-03-29 2020-11-21 日商東麗股份有限公司 Gas diffusion electrode substrate, laminate and fuel cell
US11387478B2 (en) 2019-12-13 2022-07-12 Hyundai Motor Company Elastomeric cell frame for fuel cell
CN112670522A (en) * 2020-12-08 2021-04-16 安徽枡水新能源科技有限公司 Method for preparing fuel cell ordered membrane electrode carrier

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