JP2007242407A - Solid polymer electrolyte membrane type cell, and its component - Google Patents

Solid polymer electrolyte membrane type cell, and its component Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a component being a component constituting a solid polymer electrolyte membrane type cell, that is, a fuel cell or a water electrolysis-fuel cell reversible cell, facilitating assembly work of a cell stack by forming, into an integrated component, a reaction gas/water diffusing body and a separator/bipolar plate, and capable of preventing increase of contact resistance between the components. <P>SOLUTION: This component of the cell is composed by stacking the reaction gas/water diffusing body on the separator/bipolar plate and integrating them with each other by diffusion joining. It is preferable that a nonconductor coating film of a metal oxide is formed on surfaces of the reaction gas/water diffusing body and the separator/bipolar plate by executing at least one kind of treatment within an electrolysis anode treatment, a chemical treatment, and a heat treatment in an air or oxygen atmosphere after the diffusion joining. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体高分子電解質膜型(以下「固体高分子型」と略称する)のセルの構成部品である、反応ガス/水拡散体(以下単に「拡散体」という)とセパレータ/複極板(以下単に「セパレータ」という)との積層体の改良に関し、この構成部品を使用して組み立てた固体高分子型燃料セルにも関する。 The present invention relates to a component of a solid polymer electrolyte membrane type (hereinafter abbreviated as “solid polymer type”) cell, which is a reaction gas / water diffuser (hereinafter simply referred to as “diffuser”) and a separator / bipolar. The present invention relates to improvement of a laminate with a plate (hereinafter simply referred to as “separator”), and also relates to a polymer electrolyte fuel cell assembled using this component.

固体高分子型のセル、代表的には燃料電池は、基本的な態様としては図1に示すように、1枚のMEA(膜電解質アセンブリMembrane Electrode Assembly)、2枚のセパレータ/複極板、2枚の反応ガス/反応液の拡散体、2枚の給電板、2枚の絶縁板および2枚のエンドプレートから構成されるか、または、1枚のMEA、2枚のセパレータ/複極板、1枚の反応ガス/反応液の拡散体、1枚の金属不溶性電極、2枚の給電/集電板、2枚の絶縁板および2枚のエンドプレートから構成される。 As shown in FIG. 1, a solid polymer type cell, typically a fuel cell, basically has one MEA (Membrane Electrode Assembly), two separators / bipolar plates, Consists of two reaction gas / reaction liquid diffusers, two power supply plates, two insulating plates and two end plates, or one MEA, two separators / bipolar plates It consists of one reactant gas / reaction liquid diffuser, one metal insoluble electrode, two power supply / current collector plates, two insulating plates, and two end plates.

上記の構成部材を使用して、1枚のMEA、2枚のセパレータ/複極板および2枚の反応ガス/反応液の拡散体を積み重ねることにより、または、1枚のMEA、2枚のセパレータ/複極板、1枚の反応ガス/反応液用の拡散体および1枚の金属不溶性電極を積み重ねることにより、たとえば燃料電池の単セルが構成される。この単セルを複数個積層してセル・スタックを構成し、セル・スタックの両端に給電/集電板、絶縁板およびエンドプレートを配置して、エンドプレートに設けたボルトを締め付けてその形状を維持するという要領で、燃料電池が構成される。 By stacking one MEA, two separators / bipolar plates and two reaction gas / reaction liquid diffusers using the above components, or one MEA, two separators For example, a single cell of a fuel cell is formed by stacking a bipolar plate, a reactant gas / reaction liquid diffuser, and a metal insoluble electrode. A plurality of single cells are stacked to form a cell stack. A power supply / current collector plate, an insulating plate, and an end plate are arranged at both ends of the cell stack, and the bolts provided on the end plate are tightened to form the shape. The fuel cell is configured in the manner of maintaining.

セルの構成において、MEAと拡散体とを一体化した例も見受けられる(特許文献1)が、燃料電池をはじめとするこの種のセルは、基本的には、MEAや電解質膜のしきい性を利用して、2枚のセパレータ/複極板の間に2個の隔離された反応室を設けた電気化学反応装置であって、反応物/生成物が気体の場合に対処できるよう、二つの電極のうち少なくとも一方はガス拡散電極とした構造がより一般的である。 In the cell configuration, an example in which an MEA and a diffuser are integrated can be seen (Patent Document 1). However, this type of cell including a fuel cell basically has a threshold of MEA or electrolyte membrane. An electrochemical reaction apparatus having two isolated reaction chambers between two separators / bipolar plates, with two electrodes so that the reactant / product can be handled in the case of gas A structure in which at least one of them is a gas diffusion electrode is more general.

このような構造を有する固体高分子型のセルは、各種燃料電池のほか、水電解セル、可逆セル(燃料電池と水電解セルとを一体にしたもの、「一体化再生可能燃料電池」URFCSと呼ぶ)をはじめ、除湿用セル、空気中の酸素濃縮用セル、酸素陰極によるソーダ電解用セル、オンサイトでのオゾンまたは過酸化水素製造用のセル、および、亜硝酸ガス、フロンガス、二酸化炭素を処理するための電気化学セルといった、多岐にわたる用途が期待される電気化学セルである。 In addition to various fuel cells, solid polymer type cells having such a structure include water electrolysis cells, reversible cells (integrated fuel cells and water electrolysis cells, “integrated renewable fuel cells” URFCS and Cell) for dehumidification, cell for oxygen concentration in air, cell for soda electrolysis with oxygen cathode, cell for on-site ozone or hydrogen peroxide production, and nitrous acid gas, Freon gas, carbon dioxide It is an electrochemical cell that is expected to have a wide variety of uses, such as an electrochemical cell for processing.

これらの固体高分子型セルでは、単セルを大型化することによりセルのスケールアップを図ろうとすれば、構成部材の大型化に伴う加工精度の制約が高まること、締め付け時の構成部材の均一な接触が得難くなること、などの問題に遭遇する。単セルの大型化によるスケールアップはまた、単セルごとの電解電流や発電電流が増大することになり、その結果、電圧降下の増大や電源装置の整流効率の低下によって、システム全体の効率が低下するという問題もある。そこで、図1にみるように、単セルを複数個積層させたセル・スタックによって、スケールアップを図るのが通常である。 In these polymer electrolyte cells, if the scale of the cell is increased by increasing the size of the single cell, the restriction on the processing accuracy associated with the increase in the size of the component will increase, and the components will be uniform when tightened. We encounter problems such as difficulty in obtaining contact. Scale-up by increasing the size of a single cell also increases the electrolysis current and power generation current for each single cell. As a result, the efficiency of the entire system decreases due to an increase in voltage drop and a decrease in rectification efficiency of the power supply. There is also the problem of doing. Therefore, as shown in FIG. 1, it is usual to scale up with a cell stack in which a plurality of single cells are stacked.

このような固体高分子型セルの、単セルおよびスタック内での反応物や生成物/副生成物の輸送経路の形成は、それぞれのセルごとに外部からの導入経路を設ける「外部マニホールド方式」によるか、または、構成部材に設けた開口部を積層することで形成される空間を、ヘッダー管構造の幹線として利用し、そこから各単セルへ分岐流出させる機構をセル内に設ける「内部マニホールド方式」のいずれかによる。通常は、構造の簡素化によるコスト低減、省スペースという点において有利な、内部マニホールド方式が選択されている。 The formation of transport paths for reactants and products / by-products in single cells and stacks of such polymer electrolyte cells is an “external manifold system” in which an external introduction path is provided for each cell. Or a space formed by stacking openings provided in the constituent members is used as a main line of the header pipe structure, and a mechanism for branching out of each single cell from there is provided in the cell. According to one of "method". Usually, an internal manifold system is selected which is advantageous in terms of cost reduction and space saving due to simplification of the structure.

内部マニホールド方式では、外部から供給される反応物は、まず内部マニホールドを通って各セルに設けられた分流機構部から各セル室内へ流入して、セパレータ上に設けられた流路を経由し、その反応剤流体が拡散体側へ流出して、そこを透過して電極面へ至るというものであるから、前記のようなセル内に形成される2個の隔離された反応室へ2種類以上の異なる反応剤を供給する場合には、それぞれの室のための内部マニホールドを設ける必要がある。基本的には、反応ガスAの出入り口用と反応ガスBの出入り口用に合計4個の開口部を設けるが、反応系が発熱的であって冷却材の導入が必要である場合や、スタックのセル数が数十〜数百に及ぶような場合には、さらに冷却系出入り口用の内部マニホールドを追加して設ける必要がある。 In the internal manifold system, the reactants supplied from the outside first flow into the cell chambers from the flow dividing mechanism provided in each cell through the internal manifold, and pass through the flow path provided on the separator. Since the reactant fluid flows out to the diffuser side and permeates there to reach the electrode surface, two or more kinds of reaction fluids are formed in the two isolated reaction chambers formed in the cell as described above. When supplying different reactants, it is necessary to provide an internal manifold for each chamber. Basically, a total of four openings are provided for the entrance and exit of the reaction gas A and the entrance and exit of the reaction gas B. However, when the reaction system is exothermic and the introduction of coolant is necessary, When the number of cells reaches several tens to several hundreds, it is necessary to additionally provide an internal manifold for the cooling system entrance / exit.

このような固体高分子型セルを数十〜数百個積層してスタックにするに際しては、積層作業を簡素化してその作業の確実性を向上させることが、品質安定化には重要であり、それには、セル構成部材の部品点数を極力削減することが、基本的に有利な対策である。 When stacking dozens to several hundreds of such solid polymer cells, it is important to stabilize quality by simplifying the stacking work and improving the reliability of the work, For this purpose, it is basically an advantageous measure to reduce the number of parts of the cell component as much as possible.

スタック化による固体高分子型セルのスケールアップにおいて、積層するセル数を増加させると、セルの基本構成部材であるセパレータ/複極板や、反応水/反応ガス拡散体の必要な数量自体が、当然に増加することとなる。したがって、固体高分子型セルの低コスト化をはかるには、個々のセパレータ/複極板および反応水/反応ガス拡散体の製造コストを低減することが重要である。 In the scale-up of polymer electrolyte cells by stacking, if the number of cells to be stacked is increased, the required quantity of separator / bipolar plate and reaction water / reaction gas diffuser, which are basic components of the cell, Naturally it will increase. Therefore, in order to reduce the cost of the solid polymer cell, it is important to reduce the manufacturing cost of each separator / bipolar plate and reaction water / reaction gas diffuser.

一般に固体高分子型セルのセパレータには、図2に示す、内部マニホールドを形成するための開口部(a)と、複数の凹凸部(b)とが、その片面または両面に設けてある。このうち凹部分は、通常「チャネル」と呼ばれ、内部マニホールドから流入してくる反応ガス/反応水の電極面全面への均一な分流を促す流路として機能し、流路全体は、複数のチャネルによって形成されるのが普通である。一方、凸部分は、セパレータと拡散体との電子伝導や熱伝導を担い、通電および伝熱面としての機能を果たすものである。以下の記述では、この凸部分を「接電部」と呼ぶ。 In general, a separator of a polymer electrolyte cell is provided with an opening (a) for forming an internal manifold and a plurality of concave and convex portions (b) shown in FIG. Of these, the concave portion is usually called a “channel” and functions as a flow path that promotes a uniform flow of the reaction gas / reaction water flowing from the internal manifold to the entire electrode surface. Usually formed by a channel. On the other hand, the convex portion is responsible for electronic conduction and thermal conduction between the separator and the diffuser, and functions as an energization and heat transfer surface. In the following description, this convex portion is referred to as a “contact portion”.

このような流路および接電部は、機械切削、冷間プレスおよび超塑性プレス、サンドブラストおよびケミカルエッチングや、電解研磨、樹脂モールディングなど、既知の加工技術から任意のものを選んで実施することにより形成することができる。 Such flow paths and electrical contact parts can be selected from known processing techniques such as mechanical cutting, cold pressing and superplastic pressing, sand blasting and chemical etching, electrolytic polishing, resin molding, etc. Can be formed.

セパレータ上に設ける流路および接電部の機能を十分に発揮させるためには、まず、流路に関して、反応剤の各チャネルヘの分配が均一に行なわれ、かつ、生成物および副生成物の排出がスムーズに行なわれることを可能とする構造が求められる。これには、流路の形状、深さ、幅などの寸法の設計が適切であるとともに、それを実現する高い加工精度が必要とされる。流路の形状に関して最も簡単なものは、図2に示したような、各チャネルを平行配置させたパラレルチャネルタイプであるが、機能をさらに向上させる工夫が提案されており(特許文献2および3)、複雑な形状の加工を高精度に、安価に実現する技術も多数開示されている(特許文献4〜6)。 In order to fully perform the functions of the flow path and the electric contact portion provided on the separator, first, the reactant is uniformly distributed to each channel with respect to the flow path, and the product and by-products are discharged. Therefore, there is a demand for a structure that can smoothly perform the above. For this purpose, design of dimensions such as the shape, depth, and width of the flow path is appropriate, and high processing accuracy for realizing it is required. The simplest as to the shape of the flow path is a parallel channel type in which the respective channels are arranged in parallel as shown in FIG. 2, but a device for further improving the function has been proposed (Patent Documents 2 and 3). ), A number of techniques for realizing complicated processing with high accuracy and low cost have been disclosed (Patent Documents 4 to 6).

セパレータには、反応剤であるガスや反応の生成物である水が、スタックを構成している隣接セルの間で混合しないようにするための、しきい性も必要となる。セパレータとして金属板を使用している場合や、セパレータ表面に金属薄膜層が形成されていれば、それ自体で十分なしきい性が確保されるため問題はないが、樹脂成形品やグラファイト材を使用している場合には、とりわけ気体の透過量を減少させる目的で、ガス不透過処理が必要となる。その技術も開示されているが(特許文献7)、一般的には、グラファイト系の材料を使用するよりも、金属材料または金属薄膜が被覆された材料を使用する方が、セパレータに対してより簡易に、しきい性を付与することができる。 The separator also needs to have a threshold value so that the gas as a reactant and the water as a reaction product are not mixed between adjacent cells constituting the stack. If a metal plate is used as a separator, or if a metal thin film layer is formed on the separator surface, there will be no problem because sufficient threshold is secured by itself, but resin molded products and graphite materials are used. In this case, a gas impermeability treatment is necessary particularly for the purpose of reducing the gas permeation amount. Although the technology is also disclosed (Patent Document 7), it is generally more preferable to use a metal material or a material coated with a metal thin film than a graphite-based material. Threshold can be easily provided.

一方、セパレータは、運転中および停止中に、固体高分子電解質膜自体が弱酸性ないし強酸性、または弱アルカリ性ないし強アルカリ性を示す性質を有することや、セル内に供給される反応剤、その中の不純物、反応生成物および副生成物、ならびに供給される水蒸気に暴露されることに起因して、腐食、孔食、溶出が生じることがある。また、各セルを構成する2個のセパレータのうちの一方(セパレータを複極板として適用する場合には片面)が、運転中や運転前後に、アノード電位に分極される。このような環境において、不適切な材質のセパレータを使用すると、セパレータから金属イオンや金属オキソ酸イオンが溶出して、それが電解質膜に捕捉されたり、金属イオンから形成される金属酸化物、水酸化物が電解質膜に固着したりすることによって電解質膜の抵抗を増加させ、これが固体高分子型セルの性能を大きく低下させることとなる。最終的にはセパレータ自体が腐食して崩壊するか、セルの締め付け力によって応力腐食割れを生じるので、固体高分子型セル自体が使用不可能に陥る。 On the other hand, the separator has a property in which the solid polymer electrolyte membrane itself exhibits weak acidity or strong acidity, or weak alkalinity or strong alkalinity during operation or stoppage, or a reactant supplied into the cell, Corrosion, pitting, and elution may occur due to exposure to impurities, reaction products and by-products, and supplied water vapor. Also, one of the two separators constituting each cell (one side when the separator is applied as a bipolar plate) is polarized to the anode potential during or before operation. In such an environment, if a separator made of an inappropriate material is used, metal ions and metal oxoacid ions are eluted from the separator and are captured by the electrolyte membrane, or are formed from metal oxides and water formed from the metal ions. Oxide adheres to the electrolyte membrane to increase the resistance of the electrolyte membrane, which greatly reduces the performance of the solid polymer cell. Ultimately, the separator itself corrodes and collapses, or stress corrosion cracking occurs due to the cell clamping force, so that the solid polymer cell itself becomes unusable.

この問題に対処するため、セパレータの材質には、耐酸性または耐アルカリ性、耐食性および耐アノード性が同時に求められる。アノード電位が0.8〜1.0V(vs.NHE)以下であれば、グラファイト系、TiおよびTi以外のバルブメタル、Ti合金および酸化物、窒化物、ケイ化物および炭化物、AlおよびAl合金、Al酸化物、ステンレス鋼、Ni系合金などを使用すればよいが、1.0V(vs.NHE)を超えるような環境下で使用できるセパレータの材質は、酸性環境ではTiおよびそのほかのバルブメタル、Ti合金、Tiの酸化物、窒化物、ケイ化物および炭化物、ならびにAlの酸化物にほぼ限定される。アルカリ性環境でも、上記の酸性環境で使用できる材質に加えて、NiおよびNi系合金が使用可能になる程度である。 In order to cope with this problem, the separator material is required to have acid resistance or alkali resistance, corrosion resistance, and anode resistance at the same time. If the anode potential is 0.8 to 1.0 V (vs. NHE) or less, graphite, valve metals other than Ti and Ti, Ti alloys and oxides, nitrides, silicides and carbides, Al and Al alloys, Al oxide, stainless steel, Ni-based alloy, etc. may be used, but separator materials that can be used in an environment exceeding 1.0 V (vs. NHE) are Ti and other valve metals in an acidic environment, Almost limited to Ti alloys, Ti oxides, nitrides, silicides and carbides, and Al oxides. Even in an alkaline environment, Ni and Ni-based alloys can be used in addition to the materials that can be used in the acidic environment.

セパレータ上の接電部においては、前記したように電子伝導性の確保が重要である。電子伝導性を確保するためには、金属材質の成型品やグラファイトを使用するほか、導電性粉末を含浸させた樹脂モールド材の使用(特許文献8)、出願人が提案する、樹脂成型母材上に無電解メッキやスパッタリングによって導電性材料を被覆したもの(特許文献9)もある。セパレータ自体の電気抵抗は、使用した金属固有の比抵抗に依存し、通常1cm以下の厚さであるセパレータにおいては、十分な電子伝導性が確保されている。セパレータの電子伝導性を決定する場所は、図3に示すセパレータと拡散体との接触部分であって、両者の接触抵抗が問題である。 In the contact portion on the separator, it is important to ensure electronic conductivity as described above. In order to ensure electronic conductivity, in addition to using metal moldings and graphite, the use of resin molding materials impregnated with conductive powder (Patent Document 8), the resin molding matrix proposed by the applicant There is also one in which a conductive material is coated thereon by electroless plating or sputtering (Patent Document 9). The electrical resistance of the separator itself depends on the specific resistance of the metal used, and sufficient electronic conductivity is ensured in the separator having a thickness of usually 1 cm or less. The place where the electronic conductivity of the separator is determined is the contact portion between the separator and the diffuser shown in FIG. 3, and the contact resistance between the two is a problem.

接電面もまた、前記した環境に置かれる。セパレータと拡散体の双方の電子伝導媒体がグラファイト系材料であれば、不導体皮膜が形成されないから、接電部の接触抵抗が経年的に増加することはないが、セパレータの接電部、または拡散体の一方または両方の表面が金属によって形成されている場合には、経年的に不導体皮膜が形成してゆき、その成長につれて接触抵抗が増加する。Ti等のバルブメタルやその合金では、それらの酸化物が半導性であるため、アノード側に配置されている場合には、最終的に絶縁性を示すし、Alを使用すると、その酸化物は絶縁物であるから、アノード側、カソード側のどちらに配置した場合でも絶縁性を示し、セル内での電気化学反応の進行が妨げられる。 The contact surface is also placed in the environment described above. If the electron conducting medium of both the separator and the diffuser is a graphite-based material, the non-conductive film is not formed, so the contact resistance of the contact portion does not increase over time, but the contact portion of the separator, or When one or both surfaces of the diffuser are made of metal, a non-conductive film is formed over time, and the contact resistance increases with the growth. In valve metals such as Ti and their alloys, their oxides are semiconducting, so when they are arranged on the anode side, they finally show insulation properties, and when Al is used, the oxides Since it is an insulator, it exhibits insulating properties when it is arranged on either the anode side or the cathode side, and the progress of the electrochemical reaction in the cell is hindered.

このように、固体高分子型のセパレータの材料として金属を選択する場合には、耐酸性、耐アルカリ性、耐食性および耐アノード性の向上をはかると同時に、不導体皮膜の成長による拡散体との間の接触抵抗の増加を抑制することが必要である。この観点から、セパレータの流路部、接電部または全面に、Au、Pt、Ir、Ru、Agなどの貴金属、それらの合金または酸化物薄膜層を、無電解メッキ、電気メッキまたはスパッタリングによって形成したり、グラファイト、Ti系粉末材料等の導電性塗膜を形成したりする手法が考案されている(特許文献10〜12)。 Thus, when a metal is selected as the material for the solid polymer type separator, the acid resistance, alkali resistance, corrosion resistance, and anode resistance are improved, and at the same time, the gap between the diffuser due to the growth of the nonconductive film is improved. It is necessary to suppress an increase in contact resistance. From this point of view, a noble metal such as Au, Pt, Ir, Ru, Ag, an alloy thereof, or an oxide thin film layer is formed by electroless plating, electroplating, or sputtering on the flow path portion, contact portion, or the entire surface of the separator. Or a method of forming a conductive coating such as graphite or Ti-based powder material has been devised (Patent Documents 10 to 12).

上記の手法のうち、貴金属薄膜層の形成は、古くから電子部品の接点部やアルカリ電解装置の電極薄膜の形成に実施されてきた技術であり、セパレータの耐酸性、耐アルカリ性、耐食性、耐アノード性の向上や電子伝導性の確保に関して、非常に効果的な手法であると言えるが、課題として、高価な貴金属をセパレータ上に使用することによるコストの増大が挙げられる。この対策として、貴金属薄膜層をいっそう薄くして、貴金属使用量を低減することによりコストを押さえる技術もある(特許文献13および14)。
特願2002−295311 USP5454666 特開2004−158379 特開2000−273681 特開2003−242994 特開2004−119346 特開2001−85032 特開2002−289217 特開2003−36867 特開2000−21419 特開2004−31166 特開2004−235091 特開2001−297777 特開2004−265695
Among the above methods, the formation of the noble metal thin film layer is a technique that has been practiced for a long time in the formation of contact parts of electronic components and electrode thin films of alkaline electrolysis devices. Although it can be said that it is a very effective technique for improving the property and ensuring the electronic conductivity, the problem is an increase in cost due to the use of an expensive noble metal on the separator. As a countermeasure, there is a technique for reducing the cost by making the noble metal thin film layer thinner and reducing the amount of noble metal used (Patent Documents 13 and 14).
Japanese Patent Application No. 2002-295311 USP 5454666 JP2004-158379 JP 2000-236881 JP2003-242994 JP 2004-119346 A JP 2001-85032 A JP 2002-289217 A JP 2003-36867 A JP2000-21419 JP 2004-31166 A JP 2004-235091 A JP 2001-297777 A JP 2004-265695 A

導電性粉末材料により導電性塗膜を形成させる場合、Au、Agなどの貴金属を導電性担体に用いれば、貴金属の使用によるコスト高を招くこと、スパッタリングやメッキに比べて、薄膜化による貴金属使用量の低減が困難であることから、それ以外の、耐酸性、耐アルカリ性、耐食性、耐アノード性が比較的高い非貴金属材料であるグラファイト系材料や、Ti系合金の粉末材料を導電性担体として用いる工夫がなされている。 When forming a conductive coating film with a conductive powder material, if noble metals such as Au and Ag are used for the conductive carrier, the use of noble metals increases the cost. Compared with sputtering and plating, the use of noble metals is reduced. Since it is difficult to reduce the amount, graphite-based materials, which are other non-noble metal materials with relatively high acid resistance, alkali resistance, corrosion resistance, and anode resistance, and powder materials of Ti-based alloys are used as conductive carriers. Ingenuity to use is made.

しかしながら、固体高分子型燃料電池は、分散配置型の自動車用や家庭用向けの開発が先行しており、この種の燃料電池が市場に出るようになれば、リサイクルを考慮に入れても、世界市場で必要とされるセパレータの数量は、数億枚以上と膨大なものになる。貴重な資源である貴金属の被覆を、固体高分子型セルの構成部材のうちで、最も被覆を要する面積が大きいと目されるセパレータ上に施すことは、将来的な貴金属の値上がりや資源の枯渇を招くことは必至であり、賢明でないことが明らかである。また、貴金属薄膜の形成に際して、ピンホールレスの被覆を実現することは困難であり、ピンホールが生じれば、そこから素地の金属板へ水蒸気や空気、酸素等が到達することによって素地の腐食や不導体皮膜の成長が進行し、最終的に貴金属被覆層が剥離するという事態も懸念される。 However, polymer electrolyte fuel cells have been developed for distributed vehicles and homes, and if this type of fuel cell comes to market, even if recycling is taken into consideration, The number of separators required in the global market will be enormous, exceeding several hundred million. Applying precious metal coating, which is a precious resource, to the separator that is considered to require the largest area of the solid polymer cell component, it is possible to increase the price of precious metal and deplete resources in the future. It is clear that it is inevitable and unwise. In addition, it is difficult to achieve a pinhole-less coating when forming a noble metal thin film. If a pinhole occurs, the corrosion of the substrate is caused by water vapor, air, oxygen, etc. reaching the substrate metal plate from there. There is also a concern that the growth of the non-conductive film progresses and the noble metal coating layer eventually peels off.

一方、グラファイト系材料やTi系合金の粉末材料を導電性担体に用いた塗膜の形成は、貴金属を用いない点で有利な手法であるものの、塗膜が粉末の集合により形成された多孔質の層であることから、ピンホールの存在は避け難く、やはり素地の不導体皮膜成長が生じ、被覆層の脱落等を生じる懸念があるとともに、導電性担体が貴金属でないため、貴金属被覆を施したセパレータに比べれば、1.0V(vs.NHE)を超える高いアノード分極電圧の環境下におけるアノード耐久性には、課題が残る。 On the other hand, the formation of a coating film using a graphite-based material or a Ti-based alloy powder material as a conductive carrier is an advantageous technique in that no precious metal is used, but the coating film is a porous film formed by a collection of powders. Therefore, the presence of pinholes is unavoidable, and there is also a concern that non-conductive film growth of the substrate may occur and the covering layer may fall off, and since the conductive support is not a noble metal, noble metal coating was applied. As compared with the separator, a problem remains in anode durability in an environment of a high anode polarization voltage exceeding 1.0 V (vs. NHE).

本発明の目的は、概括的にいえば、固体高分子型セルであって、単セルを数十〜数百個スタックしたものにおいて、積層作業を簡素化するためにセル構成部品点数の削減を可能にする、固体高分子型セルの構成部品を提供することにある。本発明の目的をより具体的にいえば、耐酸性ないし耐アルカリ性、耐食性、耐アノード性にすぐれ、不導体皮膜の成長によって生じるセパレータ/拡散体間の接触抵抗の増加を防止することができ、かつ、貴金属の使用量を大幅に低減させることが可能であって、とりわけセパレータ上への貴金属の被覆や導電性塗膜の形成を必要としない、固体高分子型セル用の、安価なセパレータ/拡散体の積層一体化部品を提供することにある。 In general, the object of the present invention is to reduce the number of cell components in order to simplify the stacking work in a polymer electrolyte cell in which dozens to hundreds of single cells are stacked. An object of the present invention is to provide a component of a solid polymer type cell. More specifically, the object of the present invention is excellent in acid resistance or alkali resistance, corrosion resistance, and anode resistance, and can prevent an increase in the contact resistance between the separator and the diffuser caused by the growth of the nonconductive film, In addition, it is possible to significantly reduce the amount of noble metal used, and in particular, an inexpensive separator / solid polymer cell that does not require coating of a noble metal or a conductive coating on the separator. It is to provide a laminated integrated part of a diffuser.

上記の目的を達成する本発明のセパレータ/拡散体の積層体は、固体高分子電解質膜型のセルの構成部材である反応ガス/水拡散体と、セパレータ/複極板とを積層し、拡散接合によって一体化させて得たセルの構成部品である。 The separator / diffusion body laminate of the present invention that achieves the above object comprises a reaction gas / water diffusion body, which is a constituent member of a solid polymer electrolyte membrane cell, and a separator / bipolar plate, and diffusion. It is the component of the cell obtained by integrating by joining.

拡散接合とは、よく知られているように、2個の構成部材を当接させた状態で、熱、超音波、高周波または振動を与えて部材の表面にエネルギーを供給しながら、部材の接触面に圧力を加えることにより、接合部分において両部材が拡散により混合し、一体化した組織を形成させて接合する加工法であり、それによって構成部材の融点以下での接合が実現する。そのため、いわば低温で溶接されたような接合部が得られ、接合された金属部品の表層部においては構成部材の間で自由電子雲の重なりが生じており、それにより電子伝導性が確保されることとなるので、セパレータと拡散体間における電子伝導が、接合部の金属バルク内において可能となり、金属表層部で生じやすい不導体皮膜の成長による影響を受け難い、安定な電子伝導性を有するセパレータと拡散体の積層体が獲得できる。 As is well known, diffusion bonding is the contact of members while supplying energy to the surface of the member by applying heat, ultrasonic waves, high frequency or vibration in a state where two components are in contact with each other. This is a processing method in which both members are mixed by diffusion at the joining portion by applying pressure to the surface, and an integrated structure is formed and joined, thereby realizing joining below the melting point of the constituent members. For this reason, a joined part that is welded at a low temperature is obtained, and in the surface layer part of the joined metal part, free electron clouds are overlapped between the constituent members, thereby ensuring electronic conductivity. Therefore, it is possible to conduct electrons between the separator and the diffuser in the metal bulk of the joint, and it is difficult to be affected by the growth of the non-conductive film that is likely to occur in the metal surface layer portion, and has a stable electron conductivity. And a diffuser stack can be obtained.

本発明に従って製造した、セパレータと拡散体とを積層一体化してなるセルの構成部品は、耐酸性および耐アルカリ性、耐食性、耐アノード性にすぐれ、長期間の使用によっても接触抵抗が増加しない。貴金属を使用しないか、または使用してもその量が少なくて済むから、製造コストは低廉であるし、資源の問題も生じない。この構成部品を使用して固体高分子型セルを組み立てれば、セパレータと拡散体とがすでに一体化しているから、部品点数の削減が可能であって、かつ、固体高分子型セルの製造コストを低く抑えることができる。 A cell component produced by stacking and integrating a separator and a diffuser manufactured according to the present invention is excellent in acid resistance, alkali resistance, corrosion resistance, and anode resistance, and does not increase contact resistance even when used for a long time. Since no precious metal is used or even if it is used, the amount of the precious metal is small, the manufacturing cost is low, and there is no problem of resources. If a solid polymer cell is assembled using these components, the separator and diffuser are already integrated, so the number of components can be reduced and the production cost of the solid polymer cell can be reduced. It can be kept low.

後記する好ましい実施態様においては、構成部品のセパレータ部分と拡散体部分および接電部の断面において、図5に示した、基材層、不導体被膜による保護層、電子伝導機能帯をそれぞれ有する材料構造を実現することが可能となり、耐酸性、耐アルカリ性、耐食性、耐アノード性が一層すぐれ、不導体皮膜の成長によって生じるセパレータ/拡散層間の接触抵抗の増加を防止することができる。 In a preferred embodiment to be described later, in the cross section of the separator part, the diffuser part, and the contact part of the component, the material having the base material layer, the protective layer by the nonconductive film, and the electron conduction functional band shown in FIG. The structure can be realized, and the acid resistance, alkali resistance, corrosion resistance, and anode resistance are further improved, and the increase in the contact resistance between the separator and the diffusion layer caused by the growth of the nonconductive film can be prevented.

本発明のセパレータと拡散体とを積層一体化したセルの構成部品に対して、接合の後に、または接合前に、拡散体に対して、接合部と反対側の表面に対して導電性を付与する加工を施せば、図1に示した構造の固体高分子型セルを形成させた場合にも、セパレータとMEA間における高い電子伝導性を確保することができる。 Conductivity is imparted to the surface on the side opposite to the joint to the diffuser after joining or before joining the cell component in which the separator and diffuser of the present invention are laminated and integrated. If the processing is performed, high electronic conductivity between the separator and the MEA can be ensured even when the solid polymer cell having the structure shown in FIG. 1 is formed.

上記の導電性を付与する加工によって得た構成部品に対して、電解アノード処理、薬液処理、水蒸気雰囲気処理、空気または酸素雰囲気中の熱処理の、少なくとも1種の処理を施すことによって、拡散体およびセパレータ表面において、導電性が必要でない部分に不導体酸化皮膜を形成させ、これを保護層として利用することによって、積層体に耐酸性および耐アルカリ性、耐食性、耐アノード性を持たせることが可能である。この場合、セパレータと拡散体の接合部表層で不導体皮膜が形成されるものの、セパレータと拡散体との間の電子伝導は、それらの接合部の金属バルク内でなされるから、両者の間の電子伝導性が阻害されることはない。 By applying at least one treatment of electrolytic anodic treatment, chemical solution treatment, water vapor atmosphere treatment, and heat treatment in air or oxygen atmosphere to the component obtained by the above-described process for imparting conductivity, the diffuser and By forming a non-conductive oxide film on the separator surface where no electrical conductivity is required and using this as a protective layer, it is possible to make the laminate have acid and alkali resistance, corrosion resistance, and anode resistance. is there. In this case, although a non-conductive film is formed on the surface layer of the junction between the separator and the diffuser, the electron conduction between the separator and the diffuser is performed within the metal bulk of the junction, Electronic conductivity is not hindered.

本発明に従い、セパレータと拡散体とを積層一体化した構成部品を製造する工程は、図4の上段から中段に示すとおりである。積層体を製造するためには、まず、Ti、Ta、Nbなどのバルブメタルやその合金、Alおよびその合金、ステンレス鋼、またはNi系耐硫酸鋼等の、市場で入手可能な金属材料を選び、これに機械切削、冷間プレスおよび超塑性プレス、サンドブラストおよびケミカルエッチングや電解研磨によって、前記したような形状をもつ流路、接電部、マニホールド開口部を有するセパレータ用部材を用意する。 In accordance with the present invention, the process of manufacturing the component part in which the separator and the diffuser are laminated and integrated is as shown in the upper to middle stages of FIG. To manufacture a laminate, first select a metal material available on the market, such as valve metals such as Ti, Ta, and Nb, alloys thereof, Al and alloys thereof, stainless steel, or Ni-based sulfuric acid-resistant steel. A separator member having a flow path, a contact portion, and a manifold opening having the above-described shape is prepared by mechanical cutting, cold pressing and superplastic pressing, sand blasting, chemical etching, and electrolytic polishing.

このようなセパレータの材料には、金属が使用しやすいが、金属でなくとも、前記した出願人の提案にかかる、樹脂成型母材上に無電解メッキやスパッタリングによる導電性金属材料の被覆を、少なくとも拡散体との接合部に当たるセパレータの接電面に施したものであれば、使用可能である。同様に、セパレータの材料としてグラファイト系のものを使用している場合にも、無電解メッキやスパッタリングによる導電性金属材料の被覆が、少なくとも拡散体との接合部に当たるセパレータの接電面に施されていれば、使用可能である。 For such a separator material, a metal is easy to use, but even if it is not a metal, a coating of a conductive metal material by electroless plating or sputtering on the resin molded base material according to the applicant's proposal, Any material can be used as long as it is applied to the contact surface of the separator corresponding to the junction with the diffuser. Similarly, when a graphite material is used as a separator material, a conductive metal material coating by electroless plating or sputtering is applied to at least the contact surface of the separator that contacts the diffuser. If it is, it can be used.

一方、この構成部品のもうひとつの部材である拡散体としては、Ti、Ta、Nbなどのバルブメタル、その合金、Alおよびその合金、ステンレス鋼、ニッケル系耐硫酸鋼等で製造した、金属繊維不織布、金属粉末の焼結体、エキスパンドメタル、またはマイクロメッシュ、およびそれらの2種以上を組み合わせ、接合して得た多孔体を使用することができる。 On the other hand, as a diffuser which is another member of this component, a metal fiber manufactured from valve metals such as Ti, Ta, Nb, alloys thereof, Al and alloys thereof, stainless steel, nickel-based sulfuric acid-resistant steel, etc. A non-woven fabric, a sintered metal powder, expanded metal, or micromesh, and a porous body obtained by combining and joining two or more of them can be used.

市販のカーボンペーパーやカーボンクロスのような多孔体を基材として使用し、無電解メッキ、電気メッキ、スパッタリングなどの方法で、前記した導電性金属材料を基材の片面に被覆することによっても、セパレータと接合して使用することができる拡散体が得られる。 By using a porous material such as commercially available carbon paper or carbon cloth as a base material, and by coating the conductive metal material described above on one side of the base material by a method such as electroless plating, electroplating, sputtering, A diffuser that can be used by being joined to a separator is obtained.

同様に、発泡ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロプロピレンを材料とする濾過機用フィルター材のような、高分子の多孔性材料や、それらを積層し溶着した材料を基材として使用し、それに対して無電解メッキ、電気メッキ、スパッタリングなどを行なって、前記した導電性金属材料が、基材の両側の表面と、孔内の表面全体にわたって存在するようにしたものもまた、セパレータとの接合に使用することができる。 Similarly, a polymer porous material such as a filter material for a filter made of foamed polyurethane, polyethylene, or polypropylene, or a material obtained by laminating and welding them is used as a base material, and it is electroless. Plating, electroplating, sputtering, etc., so that the conductive metal material described above exists on both surfaces of the base material and the entire surface in the hole, should also be used for joining to the separator. Can do.

最後に、上記のようにして用意したセパレータ1枚と、拡散体を1枚または2枚積層して適切な圧力を加えた状態で、空気中か、必要であれば真空またはN2やArのような不活性ガス雰囲気中で、熱、超音波、高周波または振動のいずれかをエネルギー源とする拡散接合により一体化すれば、本発明のセルの構成部品を得ることができる。 Finally, one or two separators prepared as described above and one or two diffusers are laminated and applied with appropriate pressure in air or, if necessary, vacuum or N 2 or Ar In such an inert gas atmosphere, by integrating by diffusion bonding using any one of heat, ultrasonic waves, high frequency or vibration as an energy source, the cell component of the present invention can be obtained.

本発明の実施に当たって、セパレータ、拡散体およびその表面を被覆する金属材料の組み合わせは、接合処理を簡単で確実に行なえるようにする観点から、基本的には同一材質であることが望ましい。合金材料を一方または両方に使用する場合には、少なくともそれらの主成分が一致するようにはかることが望ましい。両方の材料は熱膨張率がなるべく近いことが好ましいが、その差が10%以内であれば、接合部分に空隙が生じたり、温度の上昇下降に伴ってひずみが生じたりすることが避けられ、良好な接合を得ることができる。 In practicing the present invention, it is desirable that the combination of the separator, the diffuser, and the metal material covering the surface thereof is basically the same material from the viewpoint of enabling the joining process to be performed easily and reliably. When alloy materials are used for one or both, it is desirable that at least their main components match. It is preferable that both materials have a coefficient of thermal expansion as close as possible, but if the difference is within 10%, it is possible to avoid voids in the joint portion or distortion due to temperature rise and fall, Good bonding can be obtained.

セパレータと拡散体との材料の性質を実質上一致させることができず、それにより接合に不良を生じるおそれがある場合には、セパレータと拡散体のいずれか一方を、主成分を同じくする金属、または熱膨張率の差が10%以内に収まるような金属で被覆し、厚さ0.5〜2μmの薄膜層を形成してから接合すれば、接合状態が効果的に改善される。 In the case where the properties of the material of the separator and the diffuser cannot be substantially matched, and thus there is a risk of causing poor bonding, either the separator or the diffuser is made of a metal having the same main component, Alternatively, the bonding state can be effectively improved by coating with a metal that has a difference in thermal expansion coefficient within 10% and bonding after forming a thin film layer having a thickness of 0.5 to 2 μm.

セパレータおよび拡散体の材質として、Ti、Ta、Nb等のバルブメタルや、Alとその合金、あるいはステンレス鋼を用いて本発明を実施してみて、接合不良が生じた場合、その原因としては、接合処理前にセパレータまたは拡散体の接合部のどちらか一方または両方に、強固な不導体皮膜が形成されていことが考えられる。上記の材料を使用して接合処理を確実なものとするためには、サンドブラスト、ケミカルエッチング、電解研磨、電解脱脂等の前処理を、セパレータおよび拡散体の一方または両方に施しておくことが効果的である。 As a material of the separator and the diffuser, when performing the present invention using a valve metal such as Ti, Ta, Nb, Al and its alloys, or stainless steel, when a bonding failure occurs, the cause is as follows: It is conceivable that a strong non-conductive film is formed on one or both of the separator and the diffusion member before the bonding treatment. In order to ensure the bonding process using the above materials, it is effective to perform pretreatment such as sandblasting, chemical etching, electrolytic polishing, electrolytic degreasing on one or both of the separator and the diffuser Is.

拡散接合によって得られたセルの構成部品に、いっそう良好な耐酸および耐アルカリ性、耐食性、耐アノード性をもたせようとする場合には、とりわけセパレータや拡散体自体、およびその被覆層の材料として、Ti、Nb、Ta等のバルブメタルかAlまたはその合金を選択し、得られた接合体に対して、電解アノード処理、酸化剤薬液処理、水蒸気雰囲気処理、空気ないし酸素雰囲気中の熱処理などの処理のいずれか、またはそれらを複合した処理を行なって、材料表面に緻密で強固な不導体酸化皮膜を形成させることが推奨される。その模様は、図4の中段から下段にかけて示すとおりである。 When the components of the cell obtained by diffusion bonding are to have better acid and alkali resistance, corrosion resistance, and anode resistance, Ti, as a material for the separator, the diffusion body itself, and its coating layer, in particular, Valve metal such as Nb, Ta or Al or its alloy is selected, and the obtained joined body is subjected to treatment such as electrolytic anodic treatment, oxidant chemical treatment, steam atmosphere treatment, heat treatment in air or oxygen atmosphere, etc. It is recommended that a dense and strong non-conductive oxide film be formed on the surface of the material by performing any one or a combination thereof. The pattern is as shown from the middle to the bottom of FIG.

得られた積層体の、接合部と反対側の拡散体部分の表層に電子伝導性を付与する工程は、下記のいずれかによってなされていれば問題なく、積層体の機能が発揮される。そのひとつは、金属の多孔体、カーボンの多孔体またはプラスチックの多孔体に金属の薄膜を形成した、接合処理前の拡散体に対して、その接合面とは反対側の面上に、Pt、Ir、Ru、Au、Ag等の貴金属か、Niおよびその合金からなる材料を、無電解メッキ、電解メッキまたはスパッタリング等の技術を用いてあらかじめ被覆処理しておくことである。 The step of imparting electron conductivity to the surface layer of the diffuser portion on the side opposite to the bonded portion of the obtained laminate can be performed without any problem as long as it is performed by any of the following methods. One of them is Pt, on the surface opposite to the bonding surface with respect to the diffusion body before the bonding process, in which a metal thin film is formed on a metal porous body, a carbon porous body, or a plastic porous body. That is, a precious metal such as Ir, Ru, Au, Ag, or a material made of Ni and an alloy thereof is coated in advance using a technique such as electroless plating, electrolytic plating, or sputtering.

いまひとつは、前述のようにして得た構成部品、または、それに対してさらに不導体酸化皮膜形成処理を施したものに対して、拡散体部の接合部とは反対側の面に、サンドブラスト、電解研磨、ケミカルエッチングなどを施した後に、既知の技術に従い、Pt、Ir、Ru、Au、Ag等の貴金属か、Niおよびその合金を、無電解メッキ、電解メッキ、スパッタリングにより被覆処理することである。しかし、接合処理の後に拡散体表面に部分的な導電性処理を施す場合には、処理に不必要な箇所をテープでマスキングするか、フォトレジストを用いた厳密なマスキングをすることが必要になってコストの上昇につながるため、接合前にあらかじめ拡散体片面に導電性処理をしておくのが得策である。 The other is that the components obtained as described above, or those subjected to further non-conductive oxide film formation treatment, are sandblasted, electrolyzed on the surface opposite to the junction of the diffuser. After polishing, chemical etching, etc., according to a known technique, a precious metal such as Pt, Ir, Ru, Au, Ag or Ni and its alloy is coated by electroless plating, electrolytic plating, sputtering. . However, when a partial conductive treatment is performed on the surface of the diffuser after the bonding treatment, it is necessary to mask a portion unnecessary for the treatment with a tape or to perform a strict masking using a photoresist. Therefore, it is a good idea to conduct conductive treatment on one side of the diffuser in advance before joining.

拡散体の表面を導電性処理する手法としては、上記した方法以外にも、拡散体の材料として、Tiの窒化物、ケイ化物、炭化物またはホウ化物を用いるか、市販のTi材にこれらTi化合物からなる多孔体を接合した材料を用いるか、または、Tiからなる多孔性材料の表層を、反応スパッタリングの手法によりあらかじめ窒化物、ケイ化物、炭化物、ホウ化物としておき、それを利用する方法も可能である。 In addition to the above-described method, the surface of the diffuser may be treated by using Ti nitride, silicide, carbide or boride as the diffuser material, or these Ti compounds may be used in commercially available Ti materials. It is possible to use a material in which a porous body made of a material is bonded, or a method in which the surface layer of a porous material made of Ti is previously formed as a nitride, silicide, carbide or boride by a reactive sputtering method. It is.

本発明に従って得たセルの構成部品の接電部における断面と、そこにおける電子の流れとは、図5の上段に示すとおりである。これに対し、本発明に従う拡散接合を行なわなかった場合のセル・スタックの、接電部における断面と、そこにおける電子の流れは、図5の下段に示すとおりであって、セルの使用中に不導体皮膜が生じて、接触抵抗が増大する可能性がこの図から理解される。 The cross section of the contact part of the cell component obtained according to the present invention and the flow of electrons there are as shown in the upper part of FIG. On the other hand, the cross section of the cell stack and the flow of electrons in the cell stack when the diffusion bonding according to the present invention is not performed are as shown in the lower part of FIG. It can be seen from this figure that a non-conductive coating can occur and contact resistance can increase.

固体高分子電解質膜型のセルの代表的な構造を示す模式的な展開図。The typical expanded view which shows the typical structure of a solid polymer electrolyte membrane type cell. 図1のセルに使用するセパレータ/複極板の形状を示す、斜視図および一部の断面の拡大図。The perspective view which shows the shape of the separator / bipolar plate used for the cell of FIG. 1, and the enlarged view of a part of cross section. セル内でセパレータ/複極板と反応ガス/水拡散体との間に接触抵抗が生じる箇所を示す、斜視図および一部の断面の拡大図。The perspective view and the enlarged view of the one part cross section which show the location where contact resistance arises between a separator / bipolar plate and a reaction gas / water diffuser in a cell. セパレータ/複極板と反応ガス/水拡散体とを積層一体化して、セルの構成部品を製造する工程、および不導体化処理を行なう工程を説明する工程図。Process drawing explaining the process of carrying out the process of manufacturing the component of a cell by laminating | stacking and integrating a separator / bipolar plate and a reactive gas / water diffuser, and the process of making a non-conductor. 本発明の効果が生じる機構を説明する図であって、上段は本発明を実施した場合、下段は実施しなかった場合を、それぞれ示す。It is a figure explaining the mechanism in which the effect of this invention arises, Comprising: The upper stage shows the case where this invention is implemented, and the lower stage does not implement, respectively.

Claims (4)

固体高分子電解質膜型セルの反応ガス/水拡散体と、セパレータ/複極板とを積層し、拡散接合によって一体化させて得た上記セルの構成部品。 A component of the cell obtained by laminating a reaction gas / water diffuser of a solid polymer electrolyte membrane cell and a separator / bipolar plate and integrating them by diffusion bonding. 反応ガス/水拡散体の表面に、貴金属の被覆または導電性ペーストの被覆を行なうことにより、反応ガス/水拡散体の表面側における導電性を確保した請求項1のセルの構成部品。 The component of the cell according to claim 1, wherein the surface of the reaction gas / water diffuser is coated with a noble metal or a conductive paste to ensure conductivity on the surface side of the reaction gas / water diffuser. 拡散接合によって一体化させたのち、電解アノード処理、薬液処理、水蒸気雰囲気処理、空気または酸素雰囲気中の熱処理の少なくとも1種の処理を行なうことによって、反応ガス/水拡散体およびセパレータ/複極板の表面上に、金属酸化物の不導体皮膜を形成させた請求項1または2のセルの構成部品。 After integrating by diffusion bonding, reactive gas / water diffuser and separator / bipolar plate are obtained by performing at least one of electrolytic anodic treatment, chemical treatment, steam atmosphere treatment, and heat treatment in air or oxygen atmosphere. 3. A cell component according to claim 1 or 2, wherein a non-conductive film of metal oxide is formed on the surface of said metal oxide. 請求項1〜3のいずれかに記載のセルの構成部品を使用して構成した固体高分子電解質膜型セル。

A solid polymer electrolyte membrane cell configured using the cell component according to claim 1.

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