JP2008282646A - Fuel cell - Google Patents

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Seiji Sano
誠治 佐野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the variation of a pressure loss in a flow passage at each laminated body assembly in a fuel cell having a gas diffusion layer formed by using carbon nanotubes, and to effectively generate electric power in the fuel cell. <P>SOLUTION: The fuel cell 100 has the gas diffusion layer 30 formed between an electrolyte/electrode assembly 20 and a separator 40 so as to make the carbon nanotubes 34 orientate toward the electrode assembly 20 from the separator 40. Elastic members 32 for reducing the variation of the thickness of the gas diffusion layer 30 caused by the swelling of the electrolyte layer 23 forming the electrolyte/electrode assembly 20 are arranged on the gas diffusion layer 30 at equal intervals. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池に関し、さらに詳しくは、ガス拡散層にカーボンナノチューブを用いた燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell using carbon nanotubes in a gas diffusion layer.

燃料電池は、一般的に、電解質の両面を、電極層、ガス拡散層、セパレータで挟持して形成される積層体アセンブリを複数積層して構成される。固形高分子形燃料電池の場合、上述の電極層やガス拡散層には、例えば、良導体であるカーボンペーパーやカーボンの不織布などが用いられる。こうしたカーボン系のガス拡散層を用いる場合、電解質と電極層との接触面や、ガス拡散層とセパレータの接触抵抗が大きくならないように、積層された積層体アセンブリをその両端から強く締め付けている。締め付けることで、接触面を圧接し、接触抵抗を下げて発電効率を向上させているのである。   A fuel cell is generally configured by laminating a plurality of laminate assemblies formed by sandwiching both surfaces of an electrolyte with an electrode layer, a gas diffusion layer, and a separator. In the case of a solid polymer fuel cell, for example, carbon paper or carbon non-woven fabric, which is a good conductor, is used for the electrode layer and the gas diffusion layer. When such a carbon-based gas diffusion layer is used, the laminated assembly is strongly clamped from both ends so that the contact surface between the electrolyte and the electrode layer and the contact resistance between the gas diffusion layer and the separator do not increase. By tightening, the contact surface is pressed and the contact resistance is lowered to improve the power generation efficiency.

このように、積層体アセンブリを大きな外力で締め付けることは、電解質の耐久性の観点から好ましいことではない。そこで、カーボンナノチューブを電極層やガス拡散層に用いた燃料電池が開発されている。カーボンナノチューブは、炭素によって作られる六員環ネットワークが単層あるいは多層の同軸管状になった繊維質の物質であり、単層の場合、最小の繊維径は1nm程度となる。このような微細な繊維を用いることで、上述の接触面積を増加させ、大きな外力で締め付けずとも、発電効率を向上させることができる。このようにカーボンナノチューブを利用した燃料電池として、例えば、下記特許文献の技術が知られている。   Thus, tightening the laminate assembly with a large external force is not preferable from the viewpoint of the durability of the electrolyte. Therefore, fuel cells using carbon nanotubes for electrode layers and gas diffusion layers have been developed. A carbon nanotube is a fibrous material in which a six-membered ring network made of carbon is a single layer or a multilayer coaxial tube. In the case of a single layer, the minimum fiber diameter is about 1 nm. By using such fine fibers, it is possible to increase the above-described contact area and improve power generation efficiency without tightening with a large external force. As a fuel cell using carbon nanotubes as described above, for example, the technique of the following patent document is known.

特開2005−203332号公報JP 2005-203332 A 特開2005−004967号公報JP-A-2005-004967 特開2005−302305号公報JP 2005-302305 A

しかしながら、上述のカーボンナノチューブを用いた燃料電池においては、カーボンナノチューブの剛性が小さいために、燃料電池の運転により電解質が水を含んで膨潤したり、燃料電池の温度が上昇してセパレータが膨張したりすると、その分、カーボンナノチューブが変形して、ガス拡散層の層厚が小さくなる。このような現象が、積層された各々の積層体アセンブリでばらついて生じると、積層体アセンブリごとの流路圧損に変動が生じる。   However, in the above-described fuel cell using carbon nanotubes, the rigidity of the carbon nanotubes is small, so that the electrolyte swells with water during operation of the fuel cell, or the temperature of the fuel cell rises and the separator expands. If so, the carbon nanotubes are deformed accordingly, and the thickness of the gas diffusion layer is reduced. When such a phenomenon occurs in each laminated body assembly, the flow path pressure loss of each laminated body assembly varies.

かかる燃料電池においては、各積層体アセンブリで一定以上の発電性能を発揮するためには、流路圧損の大きなガス拡散層を有する積層体アセンブリに対応して、燃料ガスや酸化ガスを供給する必要がある。したがって、燃料ガスや酸化ガスの過剰供給率が大きくなることが問題となっていた。   In such a fuel cell, in order to achieve a certain level of power generation performance in each laminate assembly, it is necessary to supply a fuel gas and an oxidizing gas corresponding to the laminate assembly having a gas diffusion layer having a large flow path pressure loss. There is. Therefore, there has been a problem that the excessive supply rate of the fuel gas and the oxidizing gas is increased.

上述の問題を踏まえ、本発明が解決しようとする課題は、カーボンナノチューブを用いて形成されたガス拡散層を有する燃料電池において、積層体アセンブリごとの流路圧損の変動を緩和し、効率的な発電を行うことである。   In light of the above problems, the problem to be solved by the present invention is to reduce fluctuations in flow path pressure loss for each laminate assembly in a fuel cell having a gas diffusion layer formed using carbon nanotubes. It is to generate electricity.

上記課題を解決する本発明の燃料電池は、
燃料電池であって、
イオン伝導性を有する電解質層と触媒能を有する電極層とからなる電解質・電極接合体と、
前記燃料電池における燃料電池反応に供される反応ガスの隔壁として機能するセパレータと、
該セパレータと前記電解質・電極接合体との間に、前記セパレータ及び前記電解質・電極接合体が向かい合う面に略垂直の方向にカーボンナノチューブが配向して形成されたガス拡散層と、
前記ガス拡散層の中に配置され、前記燃料電池の運転に伴う前記燃料電池の部材の膨張によって生じる、前記ガス拡散層の層厚の変化を緩和させる弾性部材と
を備えたことを要旨とする。
The fuel cell of the present invention that solves the above problems is
A fuel cell,
An electrolyte-electrode assembly comprising an electrolyte layer having ion conductivity and an electrode layer having catalytic ability;
A separator that functions as a partition wall for a reaction gas provided for a fuel cell reaction in the fuel cell;
Between the separator and the electrolyte / electrode assembly, a gas diffusion layer formed by orienting carbon nanotubes in a direction substantially perpendicular to a surface of the separator and the electrolyte / electrode assembly facing each other;
And an elastic member that is disposed in the gas diffusion layer and relaxes a change in the thickness of the gas diffusion layer caused by expansion of the member of the fuel cell caused by operation of the fuel cell. .

かかる構成の燃料電池は、燃料電池の運転に伴って、燃料電池の部材が膨張し、ガス拡散層の層厚を変化させる力が作用しても、ガス拡散層の中に配置された弾性部材がガス拡散層の層厚の変化を緩和させる。したがって、積層体アセンブリごとの流路圧損の変動を緩和でき、燃料ガスや酸化ガスの過剰供給率を抑えて、効率的な発電を行うことができる。   The fuel cell having such a structure is an elastic member disposed in the gas diffusion layer even when a force that changes the thickness of the gas diffusion layer acts as the fuel cell member expands as the fuel cell is operated. Relaxes the change in the thickness of the gas diffusion layer. Therefore, fluctuations in flow path pressure loss for each laminate assembly can be mitigated, and efficient power generation can be performed while suppressing an excessive supply rate of fuel gas and oxidizing gas.

また、かかる構成の燃料電池において、弾性部材は、コイルばねとしてもよい。このような構成とすれば、弾性部材がガス拡散層において大きな容積を占めることがない。したがって、ガス拡散層の機能低下を抑えながら、ガス拡散層の層厚の変化を十分に緩和し、積層体アセンブリごとの流路圧損の変動を緩和することができる。   In the fuel cell having such a configuration, the elastic member may be a coil spring. With such a configuration, the elastic member does not occupy a large volume in the gas diffusion layer. Therefore, it is possible to sufficiently relieve the change in the thickness of the gas diffusion layer while suppressing the deterioration of the function of the gas diffusion layer, and to mitigate fluctuations in the flow path pressure loss for each laminate assembly.

また、かかる構成の燃料電池において、カーボンナノチューブは、単層構造としてもよい。このような構成とすれば、単層構造のカーボンナノチューブは、極めて径が小さいために、ガス拡散層と、電解質・電極接合体またはセパレータとの接触面積を十分に確保して接触抵抗を小さくできる。したがって、効率的な発電を行うことができる。   In the fuel cell having such a configuration, the carbon nanotube may have a single-layer structure. With such a configuration, the single-walled carbon nanotube has a very small diameter, so that a sufficient contact area between the gas diffusion layer and the electrolyte / electrode assembly or separator can be secured to reduce the contact resistance. . Therefore, efficient power generation can be performed.

(1)実施例:
本発明の実施例について説明する。図1は、本発明の実施例としての燃料電池100の構成を示す説明図である。燃料電池100は、固形高分子形の燃料電池である。かかる燃料電池100は、電解質・電極接合体20の両側を、ガス拡散層30、セパレータ40が挟持して形成される積層体アセンブリを複数積層して構成される。図1には、その積層される一部分を示している。
(1) Example:
Examples of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a fuel cell 100 as an embodiment of the present invention. The fuel cell 100 is a solid polymer fuel cell. The fuel cell 100 is configured by laminating a plurality of laminate assemblies formed by sandwiching the gas diffusion layer 30 and the separator 40 on both sides of the electrolyte / electrode assembly 20. FIG. 1 shows a part of the stacked layers.

電解質・電極接合体20は、燃料電池の電気化学反応が行われる部位であり、アノード電極層22、電解質層23、カソード電極層24により構成される。電解質層23は、固体高分子材料により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。本実施例においては、フッ素系樹脂を用いた。   The electrolyte / electrode assembly 20 is a portion where an electrochemical reaction of the fuel cell is performed, and is composed of an anode electrode layer 22, an electrolyte layer 23, and a cathode electrode layer 24. The electrolyte layer 23 is a proton conductive ion exchange membrane made of a solid polymer material, and exhibits good electrical conductivity in a wet state. In this example, a fluororesin was used.

アノード電極層22及びカソード電極層24は、導電性を有する担体上に触媒を担持させることによって形成される。本実施例においては、白金触媒を担持したカーボン粒子と、電解質層23を構成する電解質と同一材質の電解質とを用いて電極ペーストを作製し、この電極ペーストを、電解質層23に塗布し、乾燥・固着させたものを用いた。   The anode electrode layer 22 and the cathode electrode layer 24 are formed by supporting a catalyst on a conductive carrier. In this embodiment, an electrode paste is prepared using carbon particles carrying a platinum catalyst and an electrolyte made of the same material as the electrolyte constituting the electrolyte layer 23, and this electrode paste is applied to the electrolyte layer 23 and dried.・ Used one that was fixed.

ガス拡散層30は、電解質・電極接合体20での電気化学反応に供される反応ガス(水素を含有する燃料ガスあるいは酸素を含有する酸化ガス)の流路になると共に、集電を行なうものである。ガス拡散層30は、一般的に、ガス透過性を有する導電性部材、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンナノチューブなどによって形成することができる。本実施例においては、ガス拡散層30は、カーボンナノチューブ34と弾性部材32により形成するものとした。   The gas diffusion layer 30 serves as a flow path for a reactive gas (a fuel gas containing hydrogen or an oxidizing gas containing oxygen) used for an electrochemical reaction in the electrolyte / electrode assembly 20 and collects current. It is. In general, the gas diffusion layer 30 can be formed of a conductive member having gas permeability, such as carbon paper, carbon cloth, or carbon nanotube. In this embodiment, the gas diffusion layer 30 is formed by the carbon nanotubes 34 and the elastic member 32.

本実施例で用いるカーボンナノチューブ34は、最小径が1nm程度の単層カーボンナノチューブがセパレータ40から電極接合体20に向けて配向して形成されたものである。かかるカーボンナノチューブ34は、良導体であると共に、最小径が小さく、上述のカーボンペーパーなどと比べて、カソード電極層24やセパレータ40との接触面積を増やすことができる。したがって、燃料電池100の両端から強く締め付けなくても、電気的接触を確保できると共に、接触抵抗を低減させて、発電効率を向上させることができる。勿論、カーボンナノチューブ34は単層構造のものに限らず、複層のものであってもよい。かかるカーボンナノチューブ34は、剛性が小さく、曲げ応力を受けても、うねり構造をとりながら変形するので、破断しにくく、また、復元する性質を有している。   The carbon nanotubes 34 used in this example are formed by aligning single-walled carbon nanotubes having a minimum diameter of about 1 nm from the separator 40 toward the electrode assembly 20. The carbon nanotube 34 is a good conductor and has a small minimum diameter, and can increase the contact area with the cathode electrode layer 24 and the separator 40 as compared with the above-described carbon paper. Therefore, it is possible to ensure electrical contact without strongly tightening from both ends of the fuel cell 100, to reduce contact resistance, and to improve power generation efficiency. Of course, the carbon nanotube 34 is not limited to a single-layer structure, and may be a multi-layer structure. Such a carbon nanotube 34 has low rigidity, and even when subjected to bending stress, the carbon nanotube 34 is deformed while taking a wavy structure.

なお、カーボンナノチューブ34は、アーク放電法やレーザー蒸着法、カーボンナノチューブを生成するための触媒金属を用いこれに炭化水素系ガスや水素系ガスを供給等して合成するCVD法、高温・高圧条件下において一酸化炭素の不均化反応(CO+CO→C+CO2)を起こさせて合成するHiPco法など、公知の合成法を利用して生成することができる。   The carbon nanotube 34 is an arc discharge method, a laser vapor deposition method, a CVD method in which a catalyst metal for generating a carbon nanotube is used and a hydrocarbon gas or a hydrogen gas is supplied thereto, and a high temperature / high pressure condition. It can be produced by using a known synthesis method such as HiPco method in which carbon monoxide is disproportionated (CO + CO → C + CO2).

弾性部材32は、カソード電極層24とセパレータ40の間に設けられたコイルばねであり、本実施例においては、ステンレス鋼を用いた。この弾性部材32は、燃料電池100の運転に伴い、電解質層23が水を含んで膨潤したり、セパレータ40が温度上昇によって熱膨張したりして、剛性の小さいカーボンナノチューブ34を変形させて、ガス拡散層30の層厚を小さくする方向に力が作用した際に、その力に対抗して、ガス拡散層30の層厚の変化を緩和させる。   The elastic member 32 is a coil spring provided between the cathode electrode layer 24 and the separator 40, and stainless steel is used in this embodiment. As the fuel cell 100 is operated, the elastic member 32 causes the electrolyte layer 23 to swell with water, or the separator 40 to thermally expand due to a temperature rise, thereby deforming the carbon nanotube 34 with low rigidity, When a force acts in the direction of decreasing the thickness of the gas diffusion layer 30, the change in the thickness of the gas diffusion layer 30 is relaxed against the force.

本実施例においては、弾性部材32は、一つのガス拡散層30につき15本のコイルばねを等間隔に設置したが、弾性部材32の個数や設置箇所は、電解質・電極接合体20の大きさや、電解質層23の材質、想定される電解質層23の膨潤具合の偏り等に応じて適宜設定すればよい。また、ガス拡散層30の層厚が小さい、例えば、100μmの場合、弾性部材32は、マイクロマシン技術により制作された極小ばねであってもよい。   In this embodiment, the elastic member 32 has 15 coil springs arranged at equal intervals per gas diffusion layer 30, but the number and installation locations of the elastic members 32 are the size of the electrolyte / electrode assembly 20, and the like. What is necessary is just to set suitably according to the material of the electrolyte layer 23, the bias | inclination of the swelling condition of the electrolyte layer 23 etc. which are assumed. In addition, when the layer thickness of the gas diffusion layer 30 is small, for example, 100 μm, the elastic member 32 may be a minimal spring manufactured by micromachine technology.

また、本実施例においては、線形特性ばねを用いたが、テーパーコイルばねや不等ピッチコイルばねなどの非線形特性ばねを用いてもよい。こうすれば、電解質層23の膨潤の程度が箇所によって偏る場合であっても、変位量に応じてばね定数が大きくなる非線形特性ばねを用いることによって、効果的にガス拡散層30の層厚の変化を緩和させることができる。   In this embodiment, a linear characteristic spring is used. However, a non-linear characteristic spring such as a tapered coil spring or an unequal pitch coil spring may be used. In this way, even if the degree of swelling of the electrolyte layer 23 is uneven depending on the location, the layer thickness of the gas diffusion layer 30 can be effectively increased by using a nonlinear characteristic spring in which the spring constant increases according to the amount of displacement. Change can be mitigated.

また、本実施例においては、弾性部材32として、コイルばねを用いたが、板ばね、皿バネ等種々の形式のばねが利用できる。もとより、ばねに限らず、ウレタンなどの樹脂系やスチールウールなど、ガス拡散層30の層厚の変化を緩和させる種々の弾性体であればよい。このように弾性体を用いるのは、ガス拡散層30の層厚を小さくする方向に作用する力に対抗して、電解質層23に大きな応力がかからないようにするためである。電解質層23に剛性の大きな材質が用いられる場合には、弾性体に限らず、ガス拡散層30の層厚を拘束する支持部材であってもよい。弾性部材32の材質には、導電性の高い材質、例えば、銅合金などを用いれば、抵抗を小さくすることができるので、なお望ましい。   In this embodiment, a coil spring is used as the elastic member 32. However, various types of springs such as a leaf spring and a disc spring can be used. Needless to say, the elastic body is not limited to a spring, and may be various elastic bodies that relieve changes in the thickness of the gas diffusion layer 30, such as a resin system such as urethane or steel wool. The reason why the elastic body is used in this way is to prevent a large stress from being applied to the electrolyte layer 23 against the force acting in the direction of reducing the thickness of the gas diffusion layer 30. When a material with high rigidity is used for the electrolyte layer 23, the support member is not limited to an elastic body and may be a support member that restricts the thickness of the gas diffusion layer 30. If the elastic member 32 is made of a highly conductive material such as a copper alloy, the resistance can be reduced.

また、本実施例においては、ガス拡散層30は、アノード電極層22側、カソード電極層24側共に、カーボンナノチューブ34と弾性部材32により構成したが、いずれか片側のガス拡散層だけこのような構成とすることであってもよい。   In this embodiment, the gas diffusion layer 30 is composed of the carbon nanotubes 34 and the elastic member 32 on both the anode electrode layer 22 side and the cathode electrode layer 24 side. It may be configured.

上述のセパレータ40は、反応ガスの流路となるガス拡散層30の壁面を成す部位であり、本実施例においては、ステンレス鋼を用いたが、ガス不透過な導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、焼成カーボンなどであってもよい。また、セパレータ40は、燃料電池の運転温度を調節するための冷却水流路42をその内部に備えている。なお、本実施例においては、セパレータ40として、アノード電極層22側に設けられる平坦なセパレータと、カソード電極層24側に設けられる平坦なセパレータと、それらの間に配置されて、冷却流路となる所定形状の貫通孔が形成された中間プレートとが一体となった3層セパレータを用いたが、これに限られるものではない。例えば、2層からなるセパレータや、表面に凹凸を有するセパレータなど、種々のセパレータを用いることができる。   The separator 40 described above is a portion that forms the wall surface of the gas diffusion layer 30 serving as a reaction gas flow path. In this embodiment, stainless steel is used, but a gas-impermeable conductive member such as carbon is used. It may be dense carbon that has been compressed and gas-impermeable, or calcined carbon. In addition, the separator 40 includes a cooling water passage 42 for adjusting the operating temperature of the fuel cell. In this embodiment, as the separator 40, a flat separator provided on the anode electrode layer 22 side, a flat separator provided on the cathode electrode layer 24 side, a cooling flow path disposed between them, Although the three-layer separator integrated with the intermediate plate in which the through hole having a predetermined shape is formed is used, the present invention is not limited to this. For example, various separators such as a separator having two layers and a separator having irregularities on the surface can be used.

また、各々のセパレータ40の間であって、電解質・電極接合体20、ガス拡散層30の外周部には、セル内ガス流路におけるシール性を確保するためのシール部50が、電解質・電極接合体20と一体で設けられている。本実施例においては、フッ素ゴムを用いた。   Further, between the separators 40, the outer periphery of the electrolyte / electrode assembly 20 and the gas diffusion layer 30 is provided with a seal portion 50 for ensuring sealing performance in the gas flow path in the cell. It is provided integrally with the joined body 20. In this example, fluororubber was used.

上述のセパレータ40及びシール部50には、貫通孔が設けられており、これらが連通して、酸化ガス供給マニホールド44、酸化ガス排出マニホールド46を形成している。図示するとおり、酸化ガス供給マニホールド44に供給された酸化ガスとしての酸素は、セパレータ40の内部を通って、ガス拡散層30に供給され、カソード電極層24での燃料電池反応に供される。そして、その排ガス(カソード排ガス)は、ガス拡散層30からセパレータ40の内部を経由して、酸化ガス排出マニホールド46へと排出される。なお、説明は省略するが、燃料ガスや冷却水についても、図示していない他の断面においてセパレータ40及びシール部50に形成されたマニホールドを通じて、アノード電極層22または冷却水流路42に供給され、排出される。   The separator 40 and the seal portion 50 described above are provided with through holes, and these communicate with each other to form an oxidizing gas supply manifold 44 and an oxidizing gas discharge manifold 46. As shown in the drawing, the oxygen as the oxidizing gas supplied to the oxidizing gas supply manifold 44 is supplied to the gas diffusion layer 30 through the inside of the separator 40 and used for the fuel cell reaction at the cathode electrode layer 24. Then, the exhaust gas (cathode exhaust gas) is discharged from the gas diffusion layer 30 to the oxidizing gas discharge manifold 46 through the inside of the separator 40. Although explanation is omitted, fuel gas and cooling water are also supplied to the anode electrode layer 22 or the cooling water passage 42 through manifolds formed in the separator 40 and the seal portion 50 in other cross sections (not shown). Discharged.

かかる構成の燃料電池100は、燃料電池100の運転に伴い、電解質層23が水を含んで膨潤したり、セパレータ40が温度上昇によって熱膨張したりすることによって、剛性の小さいカーボンナノチューブ34を変形させて、ガス拡散層30の層厚を小さくする方向に力が作用しても、弾性部材32がその力に対抗して、ガス拡散層30の層厚の変化を緩和させる。したがって、燃料電池100を構成する各々の積層体アセンブリの流路圧損が均一化されるので、反応ガスの過剰供給率を抑えることができる。   The fuel cell 100 having such a configuration deforms the carbon nanotube 34 having a low rigidity by the electrolyte layer 23 containing water and swelling due to the operation of the fuel cell 100, or by the thermal expansion of the separator 40 due to the temperature rise. Even if a force acts in the direction of decreasing the thickness of the gas diffusion layer 30, the elastic member 32 counters the force and relaxes the change in the layer thickness of the gas diffusion layer 30. Therefore, the flow path pressure loss of each laminate assembly constituting the fuel cell 100 is made uniform, so that the excessive supply rate of the reaction gas can be suppressed.

また、かかる構成の燃料電池100は、弾性部材32にコイルバネを用いているので、弾性部材32がガス拡散層30において大きな容積を占めることがない。したがって、ガス拡散層30の機能低下を抑えることができる。   Further, since the fuel cell 100 configured as described above uses a coil spring for the elastic member 32, the elastic member 32 does not occupy a large volume in the gas diffusion layer 30. Therefore, it is possible to suppress the functional degradation of the gas diffusion layer 30.

(2)変形例:
本実施例においては、アノード電極層22及びカソード電極層24はカーボンナノチューブとは異なる材質(触媒を担持したカーボン粒子の電極ペースト)を用いて形成したが、カーボンナノチューブを用いて形成してもよい。この場合、アノード電極層22及びカソード電極層24は、電解質層23上に形成されたカーボンナノチューブの層として形成してもよい。あるいは、実施例で示したカーボンナノチューブ34の電解質・電極接合体20側の先端部に触媒を担持させることで、アノード電極層22及び電解質層23として機能させてもよい。これらの場合、実施例で示した弾性部材32は、電解質層23とセパレータ40の間に設置してもよい。
(2) Modification:
In this embodiment, the anode electrode layer 22 and the cathode electrode layer 24 are formed using a material different from carbon nanotubes (electrode paste of carbon particles carrying a catalyst), but may be formed using carbon nanotubes. . In this case, the anode electrode layer 22 and the cathode electrode layer 24 may be formed as a carbon nanotube layer formed on the electrolyte layer 23. Or you may make it function as the anode electrode layer 22 and the electrolyte layer 23 by making a catalyst carry | support to the front-end | tip part by the side of the electrolyte-electrode assembly 20 of the carbon nanotube 34 shown in the Example. In these cases, the elastic member 32 shown in the embodiment may be installed between the electrolyte layer 23 and the separator 40.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることは勿論である。例えば、本発明の燃料電池は、実施例に示した固形高分子形の燃料電池に限るものではない。カーボンナノチューブを用いたガス拡散層を有していれば、他の形式の燃料電池としても構成できる。   The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to such an example, and it is needless to say that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention. For example, the fuel cell of the present invention is not limited to the polymer electrolyte fuel cell shown in the examples. As long as it has a gas diffusion layer using carbon nanotubes, it can be configured as another type of fuel cell.

本発明の燃料電池100の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell 100 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

20…電解質・電極接合体
22…アノード電極層
23…電解質層
24…カソード電極層
30…ガス拡散層
32…弾性部材
34…カーボンナノチューブ
40…セパレータ
42…冷却水流路
44…酸化ガス供給マニホールド
46…酸化ガス排出マニホールド
50…シール部
100…燃料電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Electrolyte / electrode assembly 22 ... Anode electrode layer 23 ... Electrolyte layer 24 ... Cathode electrode layer 30 ... Gas diffusion layer 32 ... Elastic member 34 ... Carbon nanotube 40 ... Separator 42 ... Cooling water flow path 44 ... Oxidizing gas supply manifold 46 ... Oxidizing gas discharge manifold 50 ... Seal part 100 ... Fuel cell

Claims (3)

燃料電池であって、
イオン伝導性を有する電解質層と触媒能を有する電極層とからなる電解質・電極接合体と、
前記燃料電池における燃料電池反応に供される反応ガスの隔壁として機能するセパレータと、
該セパレータと前記電解質・電極接合体との間に、前記セパレータ及び前記電解質・電極接合体が向かい合う面に略垂直の方向にカーボンナノチューブが配向して形成されたガス拡散層と、
前記ガス拡散層の中に配置され、前記燃料電池の運転に伴う前記燃料電池の部材の膨張によって生じる、前記ガス拡散層の層厚の変化を緩和させる弾性部材と
を備えた燃料電池。
A fuel cell,
An electrolyte-electrode assembly comprising an electrolyte layer having ion conductivity and an electrode layer having catalytic ability;
A separator that functions as a partition wall for a reaction gas provided for a fuel cell reaction in the fuel cell;
Between the separator and the electrolyte / electrode assembly, a gas diffusion layer formed by orienting carbon nanotubes in a direction substantially perpendicular to a surface of the separator and the electrolyte / electrode assembly facing each other;
A fuel cell comprising: an elastic member that is disposed in the gas diffusion layer and that relaxes a change in the layer thickness of the gas diffusion layer caused by expansion of the member of the fuel cell caused by operation of the fuel cell.
前記弾性部材は、コイルばねである請求項1記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the elastic member is a coil spring. 前記カーボンナノチューブは、単層構造である請求項1または請求項2記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the carbon nanotube has a single-layer structure.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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