JP2007184201A - Fuel cells - Google Patents

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Hiroyuki Kawai
博之 川合
Naoki Ito
直樹 伊藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell which employs a material having the same constituent for an electrolyte membrane and a catalyst carrier to increase the strength of a joint, to prevent peel-off at the joint, and to reduce a resistance between an electrolyte and an electrode. <P>SOLUTION: This fuel cell comprises a conductive and an insulating electrolyte 10, an anode catalyst electrode 12a which contains the main constituent identical to that of the electrolyte and has properties such as conductivity and catalytic activity and a cathode catalyst electrode 12b. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

従来、例えば特開２００３−３３１８６２号公報には、ガラス電解質膜を備えた板状電解質体が開示されている。この板状電解質体は、具体的には、ガラス電解質膜と多孔質材料によって構成された一対の板状の支持体により構成されている。支持体上には、各々触媒が塗布され触媒層が形成される。そして、前記触媒層の間にガラス電解質ゾルを挟持し焼成することにより、ガラス電解質体が形成される。   Conventionally, for example, JP 2003-331862 A discloses a plate-like electrolyte body provided with a glass electrolyte membrane. Specifically, this plate-like electrolyte body is composed of a pair of plate-like supports made of a glass electrolyte membrane and a porous material. On the support, each catalyst is applied to form a catalyst layer. A glass electrolyte body is formed by sandwiching and firing a glass electrolyte sol between the catalyst layers.

特開２００３−３３１８６２号公報JP 2003-331862 A 特開２００３−３３１８６７号公報JP 2003-331867 A

ところで、上記従来のガラス電解質体においては、上記支持体は多孔質カーボンや、金属酸化物により構成される。このため、上記支持体の間にガラス電解質膜を挟持し焼成する場合においては、異種材料を接合させる事となるため、十分な接合強度を確保することができず剥離等が発生する可能性があった。   By the way, in the said conventional glass electrolyte body, the said support body is comprised with porous carbon or a metal oxide. For this reason, in the case where the glass electrolyte membrane is sandwiched between the supports and baked, dissimilar materials are bonded, so that sufficient bonding strength cannot be ensured and peeling or the like may occur. there were.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電解質膜、および触媒電極に同一の成分を含む材料を使用することで接合強度を高め、接合面での剥離を防止し、さらには電解質−電極間の抵抗の低減を可能とする燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and by using a material containing the same component for the electrolyte membrane and the catalyst electrode, the bonding strength is increased and peeling at the bonding surface is prevented. It is another object of the present invention to provide a fuel cell that can reduce the resistance between the electrolyte and the electrode.

第１の発明は、燃料電池であって、
プロトン伝導性、および絶縁性を有する電解質と、
前記電解質と主要成分が同様の多孔質体であって、
導電性、および触媒作用を有する触媒電極と、を備えることを特徴とする。 The first invention is a fuel cell,
An electrolyte having proton conductivity and insulation;
The electrolyte and the main component are the same porous body,
A catalyst electrode having electrical conductivity and catalytic action.

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記電解質は、多孔質ガラスを含み、
前記触媒電極は、前記多孔質ガラスに含まれる主成分を含むガラスであることを特徴とする。 The second invention is the first invention, wherein
The electrolyte includes porous glass,
The catalyst electrode is a glass containing a main component contained in the porous glass.

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記電解質は、プロトン伝導ガラスであることを特徴とする。 The third invention is the second invention, wherein
The electrolyte is proton conductive glass.

また、第４の発明は、第１の発明において、
前記電解質は、シリカを含み、
前記触媒電極は、前記電解質に含まれるシリカと同様の主成分を含むシリカであることを特徴とする。 Moreover, 4th invention is set in 1st invention,
The electrolyte includes silica;
The catalyst electrode is silica containing a main component similar to silica contained in the electrolyte.

第１の発明によれば、触媒電極には、前記電解質と主要成分が同様の多孔質体が使用される。このため、前記触媒電極は、前記電解質と類似する骨格構造を備えることとなる。同種の骨格構造を有する材料の結合は、異種材料の結合に比して強い。したがって、前記電解質と前記触媒担体を接合する場合においては、高い接合強度を確保することができる。   According to the first invention, a porous body having the same main component as the electrolyte is used for the catalyst electrode. For this reason, the catalyst electrode has a skeletal structure similar to the electrolyte. Bonding of materials having the same kind of skeleton structure is stronger than bonding of dissimilar materials. Therefore, when joining the electrolyte and the catalyst carrier, high joining strength can be ensured.

第２の発明によれば、前記電解質には多孔質ガラスが使用される。そして、前記触媒電極には、同じ主成分を含む多孔質ガラスが使用される。このため、前記触媒電極は、前記電解質と類似するガラス骨格構造を備えることとなる。したがって、前記電解質と前記触媒電極を接合する場合においては、高い接合強度を確保することができる。   According to the second invention, porous glass is used as the electrolyte. And the porous glass containing the same main component is used for the said catalyst electrode. For this reason, the catalyst electrode has a glass skeleton structure similar to the electrolyte. Therefore, when bonding the electrolyte and the catalyst electrode, high bonding strength can be ensured.

第３の発明によれば、前記電解質、および前記触媒電極にはプロトン伝導ガラスが使用される。プロトン伝導ガラスは、プロトン伝導性を有するガラスである。このため、前記電解質、および前記触媒電極は、後にプロトン伝導材料を含浸させる工程を行う必要がなく、プロトン伝導性を確保することができる。   According to the third invention, proton conducting glass is used for the electrolyte and the catalyst electrode. The proton conductive glass is a glass having proton conductivity. For this reason, the electrolyte and the catalyst electrode do not need to be impregnated with a proton conductive material later, and can ensure proton conductivity.

第４の発明によれば、前記電解質にはシリカが使用される。そして、前記触媒担体には、同じ主成分を含むシリカが使用される。このため、前記触媒電極は、前記電解質と類似する骨格構造を備えることとなる。したがって、前記電解質と前記触媒電極を接合する場合においては、高い接合強度を確保することができる。   According to the fourth invention, silica is used for the electrolyte. For the catalyst carrier, silica containing the same main component is used. For this reason, the catalyst electrode has a skeletal structure similar to the electrolyte. Therefore, when bonding the electrolyte and the catalyst electrode, high bonding strength can be ensured.

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施形態１の構成を説明するための図を示す。図１に示すように、本実施形態の燃料電池は電解質１０を備えている。電解質１０の両側には、アノード触媒電極１２ａ、およびカソード触媒電極１２ｂが配置されている。そして、これらが接合され、膜電極接合体（以下「ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）」と記述する。）１４が構成される。ＭＥＡ１４の外側には、セパレータ１６ａ、１６ｂがそれぞれ配置され、単位セル１８が構成される。単位セルから発電される電力は微量であるため、通常、単位セルを複数積層したセルスタックを構成し、必要とされる電力を確保することとしている。 Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the fuel cell of the present embodiment includes an electrolyte 10. On both sides of the electrolyte 10, an anode catalyst electrode 12a and a cathode catalyst electrode 12b are arranged. These are joined to form a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA (Membrane Electrode Assembly)”) 14. Separator 16a, 16b is each arrange | positioned on the outer side of MEA14, and the unit cell 18 is comprised. Since the amount of power generated from the unit cell is very small, a cell stack in which a plurality of unit cells are stacked is usually configured to ensure the required power.

[実施の形態１の特徴]
次に、図２を参照して、本発明の実施形態１の特徴について説明する。図２に示すように、本実施の形態の電解質１０は多孔質ガラスにより構成されている。多孔質ガラスには、例えば、１種類のガラス成分からなるケイ酸ガラス、リン酸ガラス、ホウ酸ガラス、２種類以上のガラスを混合したリンケイ酸ガラス、ホウリン酸ガラス、ケイホウ酸ガラス等の多孔体が使用される。また、多孔質ガラスは絶縁体であるため、電解質１０内部の電子の通過を遮断する役割を果たす。 [Features of Embodiment 1]
Next, features of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the electrolyte 10 of the present embodiment is made of porous glass. Porous glass includes, for example, porous materials such as silicate glass, phosphate glass, borate glass, phosphosilicate glass, borophosphate glass, and silicoborate glass made by mixing two or more types of glass. Is used. Further, since the porous glass is an insulator, it plays a role of blocking the passage of electrons inside the electrolyte 10.

次に、アノード触媒電極１２ａ、およびカソード触媒電極１２ｂは、前述したガラス電解質１０と同様の多孔質ガラスによって構成される。ここで、前述のとおり、多孔質ガラスは絶縁体であるため、このままでは電極としての役割を果たすことができない。そこで、触媒電極の多孔質ガラスには、生成時にカーボン（Ｃ）等の導電性物質が混ぜられ、導電性を確保することとしている。   Next, the anode catalyst electrode 12a and the cathode catalyst electrode 12b are made of the same porous glass as the glass electrolyte 10 described above. Here, as described above, since the porous glass is an insulator, it cannot serve as an electrode as it is. Therefore, the porous glass of the catalyst electrode is mixed with a conductive substance such as carbon (C) at the time of generation to ensure conductivity.

また、触媒電極１２ａ、および１２ｂには化学反応を促進させるための触媒物質が必要となる。触媒物質には、主に白金（Ｐt）が使用される。ここで、白金（Ｐt）は高価な物質であることから、消費量が少ないほど好ましい。そこで、経済性を考慮し、化学反応が主に行われる電解質側から濃度勾配を付けて、徐々に含有量を減少させるように含浸させることとすると好適である。   The catalyst electrodes 12a and 12b require a catalyst material for promoting a chemical reaction. Platinum (Pt) is mainly used as the catalyst material. Here, platinum (Pt) is an expensive substance, so the smaller the consumption, the better. Therefore, in consideration of economy, it is preferable to impregnate so as to gradually reduce the content by providing a concentration gradient from the electrolyte side where the chemical reaction is mainly performed.

次いで、本実施の形態においては、アノード触媒電極１２ａ、およびカソード触媒電極１２ｂの間に前記ガラス電解質１０を挟み、加熱することにより両電極が電解質に接合され、ＭＥＡ１４が形成される。ここで、前述のとおり、上記ガラス電解質１０と、触媒電極１２は同じガラス成分を含有する。このため、前記触媒担体は、前記電解質と高い接合強度で接合される。また、同種の材料は比較的容易に接合することが可能であるため、接合工程を簡素化することができる。   Next, in the present embodiment, the glass electrolyte 10 is sandwiched between the anode catalyst electrode 12a and the cathode catalyst electrode 12b and heated, whereby both electrodes are joined to the electrolyte, and the MEA 14 is formed. Here, as described above, the glass electrolyte 10 and the catalyst electrode 12 contain the same glass component. For this reason, the catalyst carrier is bonded to the electrolyte with high bonding strength. Moreover, since the same kind of materials can be joined relatively easily, the joining process can be simplified.

次いで、前記ガラス電解質１０にプロトン伝導材料が含浸される。ここでプロトン伝導材料とは、プロトン（Ｈ＋）が内部を伝導することのできる材料を言う。ここでは、例えばＣsＨＳＯ４、ＣsＨ２ＰＯ４、Ｈ２Ｗ１２ＰＯ４０等が使用される。これにより、電解質１０の内部をプロトン（Ｈ＋）が通過することができることとなる。以上により、本実施の形態のＭＥＡ１４が形成される。 Next, the glass electrolyte 10 is impregnated with a proton conductive material. Here, the proton conductive material refers to a material in which proton (H + ) can conduct inside. Here, for example, CsHSO 4 , CsH 2 PO 4 , H 2 W 12 PO 40 and the like are used. As a result, protons (H + ) can pass through the electrolyte 10. As described above, the MEA 14 of the present embodiment is formed.

次に、本実施の形態の燃料電池の動作を説明する。アノード触媒電極３４に供給された水素ガス（Ｈ２）は、アノード電極１２ａ内部に混入された触媒の作用によって原子間の結合が弱められ、プロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）に分離される。そしてプロトンはプロトン伝導材料が含浸されたガラス電解質１０内部をカソード触媒電極１２ｂに向かって移動し、電子は図示しない負荷を通ってカソード電極１２ｂに向かって移動する。カソード触媒電極１２ｂに供給される空気に含まれる酸素（Ｏ２）、負荷を通った電子、及びガラス電解質１０内部を移動したプロトンは、カソード電極１２ｂ内部に混入された触媒の作用によって水分子（Ｈ２Ｏ）を生成する。燃料電池では、このような一連の反応が行われ、空気、及び水素が連続的に供給されることによって発電を行い、負荷で電力が取り出される。 Next, the operation of the fuel cell according to the present embodiment will be described. The hydrogen gas (H 2 ) supplied to the anode catalyst electrode 34 is separated into protons (H + ) and electrons (e − ) because the bonds between the atoms are weakened by the action of the catalyst mixed in the anode electrode 12a. The The proton moves inside the glass electrolyte 10 impregnated with the proton conducting material toward the cathode catalyst electrode 12b, and the electrons move toward the cathode electrode 12b through a load (not shown). Oxygen (O 2 ) contained in the air supplied to the cathode catalyst electrode 12b, electrons passing through the load, and protons moving inside the glass electrolyte 10 are converted into water molecules (by the action of the catalyst mixed in the cathode electrode 12b). H 2 O). In a fuel cell, such a series of reactions are performed, and air and hydrogen are continuously supplied to generate power, and electric power is taken out by a load.

以上、説明したとおり、本実施形態の燃料電池においては、触媒電極１２ａ、および１２ｂが、ガラス電解質１０と同じ成分を含むガラスによって形成される。このため、前記ガラス電解質と前記触媒電極との接合強度が強く、接合面においての剥離等を効果的に防止することができる。また、接合面を境とした急激な材質変化がないため、前記触媒電極から前記電解質へ、プロトンが伝導する際の抵抗が低減され、燃料電池出力低下を軽減することができる。   As described above, in the fuel cell of the present embodiment, the catalyst electrodes 12 a and 12 b are formed of glass containing the same components as the glass electrolyte 10. For this reason, the bonding strength between the glass electrolyte and the catalyst electrode is strong, and peeling or the like on the bonding surface can be effectively prevented. In addition, since there is no sudden material change at the joint surface, resistance when protons are conducted from the catalyst electrode to the electrolyte is reduced, and a decrease in fuel cell output can be reduced.

また、本実施の形態においては、多孔質ガラスによって形成されている各触媒電極が、電極内部に浸入する反応ガスを拡散させる。このため、別途ガス拡散層を電極外側に設置することなく、ガス拡散機能を果たすことができる。   Moreover, in this Embodiment, each catalyst electrode formed with the porous glass diffuses the reaction gas which permeates into the inside of an electrode. For this reason, a gas diffusion function can be achieved without separately providing a gas diffusion layer outside the electrode.

ところで、上述した実施の形態１においては、電極での化学反応を促進するために触媒電極１２ａ、および１２ｂに白金等の触媒を含浸させることとしている。これは、化学反応が起こるためには、プロトン伝導性を有するエリアに触媒物質、及び反応ガスが存在していることが必要となるためである。このため、接合面だけでなく前記触媒電極内部にプロトン伝導エリアを形成することで、さらに化学反応を促進させる構成も可能である。すなわち、電極内部にプロトン伝導体を含浸させることにより、化学反応を更に促進させる構成としてもよい。   By the way, in the first embodiment described above, the catalyst electrodes 12a and 12b are impregnated with a catalyst such as platinum in order to promote the chemical reaction at the electrodes. This is because in order for a chemical reaction to occur, it is necessary that a catalytic substance and a reactive gas exist in an area having proton conductivity. For this reason, the structure which further promotes a chemical reaction is possible by forming a proton conduction area not only in a joint surface but in the said catalyst electrode. That is, it is good also as a structure which further promotes a chemical reaction by impregnating the inside of an electrode with a proton conductor.

また、上述した実施の形態１においては、ガラス多孔体により、ＭＥＡ１４を形成することとしているが、材質はガラスのみに限られない。すなわち、多孔質ガラスと同様の効果を有するのであれば、例えば、シリカ等に代表される非ガラスの多孔体であってもよい。   Moreover, in Embodiment 1 mentioned above, although it is supposed that MEA14 is formed with a glass porous body, a material is not restricted only to glass. That is, as long as it has the same effect as the porous glass, for example, a non-glass porous body represented by silica or the like may be used.

また、上述した実施の形態１においては、触媒電極１２ａ、および１２ｂに白金等の触媒物質を含浸させる際に、化学反応が主に行われる電解質側から濃度勾配を付けて徐々に含有量を減少させることしている。しかしながら、触媒物質を前記触媒電極に付与する形態はこれに限られない。すなわち、前記触媒物質が均一に含有された多孔質ガラスと、前記触媒物質が含まれない多孔質ガラスとを別途形成し、化学反応が主に行われる電解質側に触媒物質を含む多孔質ガラスが配置されるように両ガラスを張り合わせて、前記触媒電極を形成することとしてもよい。また、前記触媒物質が均一に含有された多孔質ガラスのみにより前記触媒電極を構成することとしてもよい。また、触媒物質を多孔質ガラスに均一に含有させる手法に関しては、ガラス生成後に含浸させる方法であっても、ガラス生成時に混ぜる方法であってもよい。   In Embodiment 1 described above, when the catalyst electrodes 12a and 12b are impregnated with a catalyst material such as platinum, the concentration is gradually reduced by applying a concentration gradient from the electrolyte side where the chemical reaction is mainly performed. I am letting you. However, the form in which the catalyst material is applied to the catalyst electrode is not limited to this. That is, a porous glass containing the catalyst substance uniformly and a porous glass not containing the catalyst substance are separately formed, and the porous glass containing the catalyst substance on the electrolyte side where the chemical reaction is mainly performed It is good also as sticking together both glass so that it may arrange | position, and forming the said catalyst electrode. Further, the catalyst electrode may be constituted only by porous glass containing the catalyst substance uniformly. Moreover, regarding the method of uniformly containing the catalyst substance in the porous glass, it may be a method of impregnation after glass production or a method of mixing at the time of glass production.

また、上述した実施の形態１においては、アノード触媒電極１２ａ、およびカソード触媒電極１２ｂは、前述したガラス電解質１０と同様の多孔質ガラスによって構成されることとしているが、前記触媒電極の材質はこれに限られない。すなわち、前記触媒電極の材質がガラス電解質１０に含まれる主成分を含むガラスであれば、材料骨格が類似するため本発明の効果を有する。例えば、前記電解質がケイ酸ガラスである場合、前記触媒電極は、ケイ酸を主成分とし他のガラス成分を混合した、リンケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス等であってもよい。   In the first embodiment described above, the anode catalyst electrode 12a and the cathode catalyst electrode 12b are made of porous glass similar to the glass electrolyte 10 described above. Not limited to. That is, if the material of the catalyst electrode is glass containing a main component contained in the glass electrolyte 10, the material skeleton is similar, and thus the effect of the present invention is obtained. For example, when the electrolyte is silicate glass, the catalyst electrode may be phosphosilicate glass, borosilicate glass or the like in which silicic acid is the main component and other glass components are mixed.

実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
上述した実施の形態１では、多孔質ガラスにプロトン伝導材料を含浸させることによりガラス電解質を形成することとしている。しかしながら、ガラス電解質内部は常に水分に浸されており、またプロトン伝導材料は含浸されているため、プロトン伝導材料が水分と共に徐々に流出する恐れがある。そこで、ＭＥＡの材料として、プロトン伝導ガラスを使用することも可能である。 Embodiment 2. FIG.
[Configuration of Embodiment 2]
In Embodiment 1 described above, the glass electrolyte is formed by impregnating a porous glass with a proton conductive material. However, since the inside of the glass electrolyte is always immersed in water and the proton conductive material is impregnated, the proton conductive material may gradually flow out together with the water. Therefore, it is also possible to use proton conducting glass as the MEA material.

プロトン伝導ガラスとは、プロトン伝導性を有するガラス材料であり、例えば、ＳiＯ２−Ｐ２Ｏ５、ＰbＯ−ＳrＯ−Ｐ２Ｏ５、ＰbＯ−ＳrＯ−ＢaＯ−Ｐ２Ｏ５、ＳiＯ２−ＺrＯ２−Ｐ２Ｏ５等が該当する。これらのガラス材料は、後からプロトン伝導材料を含浸させる必要が無く、また、伝導材が流れ出る恐れも無いため好適である。 The proton conductive glass is a glass material having proton conductivity, for example, SiO 2 —P 2 O 5 , PbO—SrO—P 2 O 5 , PbO—SrO—BaO—P 2 O 5 , SiO 2 —ZrO. 2- P 2 O 5 or the like is applicable. These glass materials are suitable because they do not need to be impregnated with a proton conductive material later and there is no fear that the conductive material will flow out.

[実施の形態２の特徴]
次に、図３を参照して、本実施形態の特徴であるプロトン伝導ガラスを使用したＭＥＡの構成について説明する。先ず、図３に示すように、本実施の形態のＭＥＡ３４は、電解質膜３０、アノード触媒電極３２ａ、およびカソード触媒電極３２ｂから構成されている。先ず、電解質３０は上記プロトン伝導ガラスにより形成されている。このため、プロトン伝導材料を含浸させる必要がなく、ガラス電解質３０内部をプロトンが通過することができる。 [Features of Embodiment 2]
Next, with reference to FIG. 3, the structure of MEA using the proton conductive glass which is the characteristic of this embodiment is demonstrated. First, as shown in FIG. 3, the MEA 34 of the present embodiment includes an electrolyte membrane 30, an anode catalyst electrode 32a, and a cathode catalyst electrode 32b. First, the electrolyte 30 is formed of the proton conductive glass. For this reason, it is not necessary to impregnate the proton conducting material, and protons can pass through the glass electrolyte 30.

次に、触媒電極３２ａ、および３２ｂには、前述したガラス電解質３０と同じプロトン伝導ガラスが使用される。ここで、プロトン伝導ガラスは絶縁体であるため、このままでは触媒電極としての役割を果たすことができない。そこで、前述した実施の形態１と同様に、触媒電極のプロトン伝導ガラスには、カーボン（Ｃ）等の導電性物質が混ぜられ、導電性を確保することとしている。また、触媒には、前述した実施の形態１と同様に、白金（Ｐt）等が含浸され、触媒性能を確保することとしている。   Next, the same proton conductive glass as the glass electrolyte 30 described above is used for the catalyst electrodes 32a and 32b. Here, since the proton conductive glass is an insulator, it cannot serve as a catalyst electrode as it is. Therefore, as in Embodiment 1 described above, the proton conductive glass of the catalyst electrode is mixed with a conductive substance such as carbon (C) to ensure conductivity. Further, the catalyst is impregnated with platinum (Pt) or the like in the same manner as in the first embodiment to ensure the catalyst performance.

次いで、本実施の形態では、アノード触媒電極３２ａ、およびカソード触媒電極３２ｂの間に前記ガラス電解質３０を挟み、加熱することにより両電極がガラス電解質に接合され、ＭＥＡ３４が形成される。ここで、前述のとおり、上記ガラス電解質３０と、触媒電極３２は同じ成分を有するプロトン伝導ガラスである。このため、これらは高い接合強度で接合される。また、比較的容易に接合することが可能であるため、接合工程を簡素化することができる。   Next, in the present embodiment, the glass electrolyte 30 is sandwiched between the anode catalyst electrode 32a and the cathode catalyst electrode 32b and heated to join both electrodes to the glass electrolyte, thereby forming the MEA 34. Here, as described above, the glass electrolyte 30 and the catalyst electrode 32 are proton conductive glasses having the same components. For this reason, they are bonded with high bonding strength. Moreover, since it is possible to join relatively easily, the joining process can be simplified.

以上、説明したとおり、本実施形態の燃料電池においては、触媒電極３２ａ、３２ｂが、ガラス電解質３０と同じ成分を含むプロトン伝導ガラスによって形成される。このため、ガラス電解質３０と触媒電極３２との接合強度が強く、接合面においての剥離等を効果的に防止することができる。また、接合面を境とした急激な材質変化がないため、電極から電解質へプロトンが伝導する際の抵抗が低減され、燃料電池出力低下を軽減することができる。   As described above, in the fuel cell of this embodiment, the catalyst electrodes 32 a and 32 b are formed of proton conductive glass containing the same components as the glass electrolyte 30. For this reason, the joining strength between the glass electrolyte 30 and the catalyst electrode 32 is strong, and peeling and the like on the joining surface can be effectively prevented. In addition, since there is no sudden material change at the junction surface, the resistance when protons are conducted from the electrode to the electrolyte is reduced, and the decrease in fuel cell output can be reduced.

また、本実施の形態においては、多孔質ガラスによって形成されている各触媒電極が、電極内部に浸入する反応ガスを拡散させる。このため、別途ガス拡散層を電極外側に設置することなく、ガス拡散機能を果たすことができる。   Moreover, in this Embodiment, each catalyst electrode formed with the porous glass diffuses the reaction gas which permeates into the inside of an electrode. For this reason, a gas diffusion function can be achieved without separately providing a gas diffusion layer outside the electrode.

ところで、上述した実施の形態２においては、触媒電極３２ａ、および３２ｂに白金等の触媒物質を含浸させる際に、化学反応が主に行われる電解質側から濃度勾配を付けて徐々に含有量を減少させることしている。しかしながら、触媒物質を前記触媒電極に付与する形態はこれに限られない。すなわち、前記触媒物質が均一に含有されたプロトン伝導ガラスと、前記触媒物質が含まれないプロトン伝導ガラスとを別途形成し、化学反応が主に行われる電解質側に触媒物質を含むプロトン伝導ガラスが配置されるように両ガラスを張り合わせて、前記触媒電極を形成することとしてもよい。また、前記触媒物質が均一に含有されたプロトン伝導ガラスのみにより前記触媒電極を構成することとしてもよい。また、触媒物質をプロトン伝導ガラスに均一に含有させる手法に関しては、ガラス生成後に含浸させる方法であっても、ガラス生成時に混ぜる方法であってもよい。   By the way, in Embodiment 2 mentioned above, when impregnating catalyst materials, such as platinum, in the catalyst electrodes 32a and 32b, the concentration is gradually reduced from the electrolyte side where the chemical reaction is mainly performed. I am letting you. However, the form in which the catalyst material is applied to the catalyst electrode is not limited to this. That is, a proton conducting glass containing the catalyst material uniformly and a proton conducting glass not containing the catalyst material are separately formed, and the proton conducting glass containing the catalyst material on the electrolyte side where the chemical reaction is mainly performed It is good also as sticking together both glass so that it may arrange | position, and forming the said catalyst electrode. Further, the catalyst electrode may be constituted only by proton conductive glass containing the catalyst substance uniformly. In addition, regarding the method of uniformly containing the catalyst substance in the proton conductive glass, it may be a method of impregnation after glass production or a method of mixing at the time of glass production.

また、上述した実施の形態２においては、アノード触媒電極３２ａ、およびカソード触媒電極３２ｂは、前述したガラス電解質３０と同様のプロトン伝導ガラスによって構成されることとしているが、前記触媒電極の材質はこれに限られない。すなわち、前記触媒電極の材質がガラス電解質１０に含まれる主成分を含むプロトン伝導ガラスであればよい。   In the second embodiment described above, the anode catalyst electrode 32a and the cathode catalyst electrode 32b are made of the same proton conductive glass as that of the glass electrolyte 30 described above. Not limited to. That is, the material of the catalyst electrode may be proton conductive glass containing a main component contained in the glass electrolyte 10.

本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１のＭＥＡの構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of MEA of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態２のＭＥＡの構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of MEA of Embodiment 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０、３０ 電解質
１２ａ、３２ａ アノード触媒電極
１２ｂ、３２ｂ カソード触媒電極
１４、３４ ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）
１６ａ、１６ｂ セパレータ
１８ 単位セル 10, 30 Electrolytes 12a, 32a Anode catalyst electrodes 12b, 32b Cathode catalyst electrodes 14, 34 MEA (Membrane Electrode Assembly)
16a, 16b Separator 18 Unit cell

Claims (4)

プロトン伝導性、および絶縁性を有する電解質と、
前記電解質と主要成分が同様の多孔質体であって、
導電性、および触媒作用を有する触媒電極と、を備えることを特徴とする燃料電池。 An electrolyte having proton conductivity and insulation;
The electrolyte and the main component are the same porous body,
A fuel cell comprising a catalyst electrode having electrical conductivity and catalytic action. 前記電解質は、多孔質ガラスを含み、
前記触媒電極は、前記多孔質ガラスに含まれる主成分を含むガラスであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。 The electrolyte includes porous glass,
The fuel cell according to claim 1, wherein the catalyst electrode is a glass containing a main component contained in the porous glass. 前記電解質は、プロトン伝導ガラスであることを特徴とする請求項２記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 2, wherein the electrolyte is proton conductive glass. 前記電解質は、シリカを含み、
前記触媒電極は、前記電解質に含まれるシリカと同様の主成分を含むシリカであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。 The electrolyte includes silica;
2. The fuel cell according to claim 1, wherein the catalyst electrode is silica containing a main component similar to silica contained in the electrolyte.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000357524A (en) * 1999-06-15 2000-12-26 Toshiba Corp Proton conductor, fuel cell, manufacture of electrolyte plate, and manufacture of fuel cell
JP2001102071A (en) * 1999-09-30 2001-04-13 Toshiba Corp Fuel cell and method for manufacturing it
JP2001143723A (en) * 1999-11-11 2001-05-25 Mitsubishi Chemicals Corp Electrolyte for fuel cell and fuel cell
JP2003017089A (en) * 2001-06-29 2003-01-17 Toshiba Corp Fuel cell and its manufacturing method
JP2003297392A (en) * 2002-03-28 2003-10-17 Kyocera Corp Proton conductor, its manufacturing method and fuel cell
JP2004296274A (en) * 2003-03-27 2004-10-21 Kyocera Corp Cell for fuel cell, its manufacturing method, and fuel cell
JP2005032454A (en) * 2003-07-07 2005-02-03 Toyota Motor Corp Ion conductive electrolyte membrane and its manufacturing method as well as fuel cell

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000357524A (en) * 1999-06-15 2000-12-26 Toshiba Corp Proton conductor, fuel cell, manufacture of electrolyte plate, and manufacture of fuel cell
JP2001102071A (en) * 1999-09-30 2001-04-13 Toshiba Corp Fuel cell and method for manufacturing it
JP2001143723A (en) * 1999-11-11 2001-05-25 Mitsubishi Chemicals Corp Electrolyte for fuel cell and fuel cell
JP2003017089A (en) * 2001-06-29 2003-01-17 Toshiba Corp Fuel cell and its manufacturing method
JP2003297392A (en) * 2002-03-28 2003-10-17 Kyocera Corp Proton conductor, its manufacturing method and fuel cell
JP2004296274A (en) * 2003-03-27 2004-10-21 Kyocera Corp Cell for fuel cell, its manufacturing method, and fuel cell
JP2005032454A (en) * 2003-07-07 2005-02-03 Toyota Motor Corp Ion conductive electrolyte membrane and its manufacturing method as well as fuel cell

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