JP2009054573A - 燃料電池セル、および燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 膜電極接合体と、2つの拡散層と、酸素供給層と、吸水層と、集電体とからなる燃料電池セルであって、
前記燃料電池セルが、
燃料電池セルが有する側面のうち前記電解質膜のプロトン伝導方向と平行な側面の少なくとも一部に開口部を有し、
吸水層が前記酸素供給層と前記集電体との間に存在し、
前記吸水層の端部が前記開口部を含む平面上もしくは前記平面を基準として前記燃料電池セル側に存在し、
前記吸水層を含みかつ前記平面に垂直な面で前記燃料電池セルを切断した際の断面における前記酸素供給層の前記吸水層と接触している部分の一方の端部から他方の端部までの長さが、前記断面における前記吸水層の前記酸素供給層と接触している部分を含む前記吸水層の一方の端部から他方の端部までの長さよりも短いことを特徴とする燃料電池セル。
【選択図】 図3
Description
電解質膜と前記電解質膜を挟んで対向する2つの触媒層とからなる膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟んで対向する2つの拡散層と、前記2つの拡散層のうちの一方の拡散層と接触する酸素供給層と、前記酸素供給層と接触する吸水層と、前記酸素供給層と接触する集電体とからなる燃料電池セルであって、
前記燃料電池セルが、前記燃料電池セルが有する側面のうち前記電解質膜のプロトン伝導方向と平行な側面の一部に開口部を有し、
前記吸水層が前記酸素供給層と前記集電体との間に存在し、
前記吸水層の端部が前記開口部を含む平面上もしくは前記平面を基準として前記燃料電池セル側に存在し、
前記吸水層を含みかつ前記平面に垂直な面で前記燃料電池セルを切断した際の断面における前記酸素供給層の前記吸水層と接触している部分の一方の端部から他方の端部までの長さが、前記断面における前記吸水層の前記酸素供給層と接触している部分を含む前記吸水層の一方の端部から他方の端部までの長さよりも短いことを特徴とする燃料電池セルである。
図1は、第1の実施形態における燃料電池の全体構成を示す斜視図であり、図3は、第1の実施形態の燃料電池セルの構成を示す斜視分解図である。
本実施形態の燃料電池セルおよび燃料電池は、酸素供給層の形が異なる以外は第1の実施形態と同様である。
本実施形態の燃料電池セルおよび燃料電池は、酸素供給層の形が異なる以外は第1の実施形態と同様である。
本実施形態の燃料電池セルおよび燃料電池は、酸素供給層の形が異なる以外は第1の実施形態と同様である。
本実施例においては、第1の実施形態で述べた図4(a)〜(c)に示す酸素供給層を用い、図5(a)〜(e)に示すように酸素供給層に吸水層を配置させた。このような構成にすることにより、吸水層がセル外へはみ出さない構成でも吸水層端部が大気へ露出する面積を大きくすることができ、蒸散性を向上することが可能となる。
電解質膜への転写層であるPTFEシート(日東電工製ニトフロン)上に反応性スパッタ法により樹枝状構造を有する白金酸化物触媒を2000nm形成した。このときのPt担持量をXRFにより測定したところ、0.68mg/cm2であった。反応性スパッタは、全圧4Pa、酸素流量比(Q02/(QAr+QO2)70%、基板温度300℃、投入パワー4.9W/cm2なる条件にて行った。引き続き、この樹枝状構造をとる白金酸化物触媒に2%H2/He雰囲気(1atm)にて120度C30分間の還元処理を行い、PTFEシート上に樹枝状構造の白金触媒層を得た。
電解質膜への転写層であるPTFEシート上に、ドクターブレードを用いて白金担持カーボン触媒を形成した。ここで使用する触媒スラリーは、白金担持カーボン(Jhonson Matthey製 HiSPEC4000)、Nafion、PTFE、IPA、水の混錬物である。このときの白金担持量をXRFにより測定したところ、0.35mg/cm2であった。
(工程1)により作製した触媒層を酸素極、(工程2)によって作製した触媒層を燃料極として、前記一対の触媒層(酸素極および燃料極)で固体高分子電解質膜(Dupont製Nafion112)を挟み、8MPa、150℃、1minなるプレス条件でホットプレスを行った。
酸素供給層前駆体層として、長さ28mm、幅10mm、厚み2mmの発泡金属を用いた。また、エンドプレートとしては、長さ37mm幅10mmのものを用い、これをセルの長さおよび幅とした。酸素供給層前駆体層の一方の面、酸素極側集電体と接触する側に長さ10mm、幅2.5mm、深さ500μmの溝を前記酸素供給層前駆体層が有する10mmの幅と平行な方向に等間隔に4本形成した。また、これらの溝の両端を左右各々1.3mmずり削り落として貫通孔を形成し、図4(a)に示す酸素供給層を得た。なお、削り落とすことによってできた凹凸部分は、酸素供給層のうち、酸素極側の拡散層には接しておらず、かつセルの支持部材のビームを加圧する。つまり、拡散層は発泡金属の中央部分と接触し、中央部分によって加圧されるが、支持部材のビームは発泡金属の歯抜けになった部分(図4においては部分μなど)により加圧されることになる。
以上により得られた膜電極接合体と、酸素供給層と吸水層の接合体、および燃料極側集電体、燃料極側拡散層、酸素極側拡散層、酸素極側集電体を図3の如く積層して燃料電池セルを得た。なお、本例における燃料極側集電体は図3におけるセパレータ7に当たる。また、本実施例では燃料極側拡散層の一部が燃料供給層として機能している。
実施例1の工程4で用いた酸素供給層として、端部を削り落としていない酸素供給層前駆体層を用いたこと、および吸水層の端部が前記開口部を含む平面を基準として前記燃料電池セル側に存在する吸水層を用いたこと以外は実施例1と同様した。なお、酸素供給層には、実施例1と同様、吸水層を設置するための溝を設けた。吸水層のサイズは、長さのみを5mmとした以外は実施例1と同様である。前記溝の配置は実施例1と同様とし、吸水層は溝の中央部に設置した。つまり、吸水層の両端部が前記開口部を含む平面を基準として各々5mm内側になるようにした。
本実施例においては、第3の形態で述べた図8(a)〜(c)に示す酸素供給層を用い、図9(a)〜(d)に示すように酸素供給層に吸水層を配置させる。図8および、図9に示すような吸水層および酸素供給層を用いる以外は実施例1と同様である。
本実施例においては、第2の形態で述べた図6(a)〜(c)に示す酸素供給層を用い、図7(a)〜(d)に示すように酸素供給層に吸水層を配置させる。このような構成にすることにより、吸水層がセル外にはみ出さない構成でも吸水層端部が大気へ露出する面積を大きくすることができ、蒸散性を向上することが可能となる。
2 酸素供給層
3 拡散層
4 膜電極接合体
5 拡散層
6 燃料供給層
7 セパレータ
8 開口部
10 燃料電池
10A セルスタック
10B 燃料タンク
10S 燃料電池セル
11 吸水層
12 電解質膜
13 触媒層(燃料極)
14 触媒層(酸素極)
15 ビーム
16 Oリング
Claims (4)
- 電解質膜と前記電解質膜を挟んで対向する2つの触媒層とからなる膜電極接合体と、前記膜電極接合体を挟んで対向する2つの拡散層と、前記2つの拡散層のうちの一方の拡散層と接触する酸素供給層と、前記酸素供給層と接触する吸水層と、前記酸素供給層と接触する集電体とからなる燃料電池セルであって、
前記燃料電池セルが、
前記燃料電池セルが有する側面のうち前記電解質膜のプロトン伝導方向と平行な側面の一部に開口部を有し、
前記吸水層が前記酸素供給層と前記集電体との間に存在し、
前記吸水層の端部が前記開口部を含む平面上もしくは前記平面を基準として前記燃料電池セル側に存在し、
前記吸水層を含みかつ前記平面に垂直な面で前記燃料電池セルを切断した際の断面における前記酸素供給層の前記吸水層と接触している部分の一方の端部から他方の端部までの長さが、前記断面における前記吸水層の前記酸素供給層と接触している部分を含む前記吸水層の一方の端部から他方の端部までの長さよりも短いことを特徴とする燃料電池セル。 - 前記断面における前記酸素供給層の前記吸水層と接触している部分の一方の端部から他方の端部までの長さが、前記断面における前記膜電極接合体の前記開口部を含む平面に垂直な方向の長さ以上の長さであることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池セル。
- 前記断面における前記酸素供給層の前記吸水層と接触している部分の一方の端部から他方の端部までの長さが、前記断面における前記酸素供給層の前記集電体と接触している部分の一方の端部から他方の端部までの長さよりも短いことを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池セル。
- 複数の燃料電池セルがスタックした燃料電池であって、前記燃料電池セルが請求項1〜3に示す燃料電池セルであることを特徴とする燃料電池。
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