JP2009135091A - Fuel cell, and method of manufacturing fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、液体燃料を用いた燃料電池及び燃料電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell using a liquid fuel and a method for manufacturing the fuel cell.
近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。 In recent years, attempts have been made to use a fuel cell as a power source for portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones so that they can be used for a long time without being charged. A fuel cell is characterized in that it can generate electric power simply by supplying fuel and air, and can generate electric power continuously for a long time if fuel is replenished. For this reason, if the fuel cell can be reduced in size, it can be said that the system is extremely advantageous as a power source for portable electronic devices.
直接メタノール型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell:DMFC)は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯用電子機器の電源として有望視されている。DMFCにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。 A direct methanol fuel cell (DMFC) is promising as a power source for portable electronic devices because it can be miniaturized and the fuel can be easily handled. As the liquid fuel supply method in the DMFC, there are known an active method such as a gas supply type and a liquid supply type, and a passive method such as an internal vaporization type in which the liquid fuel in the fuel container is vaporized inside the cell and supplied to the fuel electrode. It has been.
これらのうち、内部気化型等のパッシブ方式はDMFCの小型化に対して特に有利である。パッシブ型DMFCにおいては、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造が提案されている(例えば特許文献1参照)。 Among these, a passive system such as an internal vaporization type is particularly advantageous for downsizing of the DMFC. In the passive type DMFC, for example, a structure in which a membrane electrode assembly (MEA) having a fuel electrode, an electrolyte membrane, and an air electrode is arranged on a fuel housing portion formed of a resin-made box-like container has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
このような膜電極接合体を用いた燃料電池では、電解質膜の膨潤によって触媒層の剥離や電解質膜の破損などが発生し、燃料電池の発電電圧が低下するといった課題がある。このような課題に対しては、例えば、触媒層及びガス拡散層の周辺部と電解質膜とを樹脂で接着する構成が提案されている(例えば特許文献2参照)
この発明は、上述した課題に鑑みなされたものであって、その目的は、出力を向上することが可能であるとともに、十分な出力を長期にわたって安定して得ることを可能にした燃料電池及び燃料電池の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to improve the output and to provide a fuel cell and a fuel capable of stably obtaining a sufficient output over a long period of time. It is in providing the manufacturing method of a battery.
この発明の第1の態様による燃料電池は、
アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとに挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体を備え、
前記アノード及び前記カソードの少なくとも一方の側面は、プロトン伝導性を有する被覆体によって被覆され、前記電解質膜と前記被覆体とが接触することを特徴とする。
The fuel cell according to the first aspect of the present invention comprises:
A membrane electrode assembly having an anode, a cathode, and an electrolyte membrane sandwiched between the anode and the cathode;
At least one side surface of the anode and the cathode is covered with a covering body having proton conductivity, and the electrolyte membrane and the covering body are in contact with each other.
この発明の第2の態様による燃料電池の製造方法は、
アノードとカソードとによって電解質膜を挟持した膜電極接合体を用意する工程と、
前記アノード及び前記カソードの少なくとも一方の側面を、プロトン伝導性を有する被覆体によって被覆する工程と、を有し、
前記電解質膜と前記被覆体とが接触することを特徴とする。
A fuel cell manufacturing method according to a second aspect of the present invention comprises:
Preparing a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode;
Covering at least one side surface of the anode and the cathode with a covering body having proton conductivity,
The electrolyte membrane and the covering are in contact with each other.
また、この発明の他の態様による燃料電池の製造方法は、
電解質膜の少なくとも1つの主平面に、プロトン伝導性を有する被覆体を塗布またはスプレーする工程と、
前記被覆体が硬化する前に、前記電解質膜の一方の主平面にアノードを配置するとともに前記電解質膜の他方の主平面にカソードを配置する工程と、を有し、
硬化した前記被覆体は、前記アノード及び前記カソードの少なくとも一方の側面を被覆するとともに、前記電解質膜と接触することを特徴とするものであっても良い。
A fuel cell manufacturing method according to another aspect of the present invention includes:
Applying or spraying a proton conductive coating on at least one major plane of the electrolyte membrane;
Arranging the anode on one main plane of the electrolyte membrane and the cathode on the other main plane of the electrolyte membrane before the covering is cured,
The cured covering may cover at least one side surface of the anode and the cathode and may be in contact with the electrolyte membrane.
この発明によれば、アノード及びカソードの少なくとも一方の電極の側面は、プロトン伝導性を有する被覆体によって被覆され、しかも、電解質膜と被覆体とが接触している。これにより、電解質膜から離間していた(つまり電解質膜と接触していなかった)電極部分においてもプロトン伝導が可能となり、発電反応に寄与する。このため、出力を向上することが可能であるとともに、十分な出力を長期にわたって安定して得ることを可能にした燃料電池及び燃料電池の製造方法を提供することができる。 According to this invention, the side surface of at least one of the anode and the cathode is covered with the covering body having proton conductivity, and the electrolyte membrane and the covering body are in contact with each other. As a result, proton conduction is possible even in the electrode portion that is separated from the electrolyte membrane (that is, not in contact with the electrolyte membrane), and contributes to the power generation reaction. Therefore, it is possible to provide a fuel cell and a method for manufacturing the fuel cell that can improve the output and stably obtain a sufficient output over a long period of time.
なお、本発明でいう「電極の側面」とは、電解質膜と接触していない電解質膜と接触(積層)する方向に対し実質的に直交する方向の面をいう。 The “side surface of the electrode” as used in the present invention refers to a surface in a direction substantially perpendicular to the direction of contact (stacking) with the electrolyte membrane not in contact with the electrolyte membrane.
以下、この発明の一実施の形態に係る燃料電池及びその製造方法について図面を参照して説明する。 Hereinafter, a fuel cell and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、この実施の形態に係る燃料電池1の構造を概略的に示す断面図である。なお、この実施の形態においては、燃料電池1として、内部気化型のパッシブ方式について説明するが、この方式に限定されるものではない。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a
燃料電池1は、起電部を構成する膜電極接合体2を備えている。すなわち、燃料電池1において、膜電極接合体2は、アノード触媒層11とアノードガス拡散層12とを有するアノード(燃料極)13と、カソード触媒層14とカソードガス拡散層15とを有するカソード(空気極/酸化剤極)16と、アノード触媒層11とカソード触媒層14とで挟持されたプロトン(水素イオン)伝導性の電解質膜17とを備えて構成されている。
The
アノード触媒層11やカソード触媒層14に含有される触媒としては、例えば白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、パラジウム(Pd)等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層11には、メタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するPt−RuやPt−Mo等を用いることが好ましい。カソード触媒層14には、PtやPt−Ni等を用いることが好ましい。ただし、触媒は、これらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は、炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
Examples of the catalyst contained in the
電解質膜17を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂(ナフィオン(商品名、デュポン社製)やフレミオン(商品名、旭硝子社製)等)、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜17は、これらに限られるものではない。
Examples of the proton conductive material constituting the
アノード触媒層11に積層されるアノードガス拡散層12は、アノード触媒層11に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層11の集電機能も有している。カソード触媒層14に積層されるカソードガス拡散層15は、カソード触媒層14に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層14の集電機能も有している。アノードガス拡散層12及びカソードガス拡散層15は、例えばカーボンや導電性高分子などの繊維からなるペーパー、不織布、織布、編物や、導電性などの多孔質基材が挙げられるが、中でもカーボンペーパーで構成されていることが好ましい。
The anode
なお、図2及び図3に示した例においては、膜電極接合体2は、複数の単セルCを有し、単セルCのそれぞれは、電解質膜17の平面内において分離して配置されている。すなわち、膜電極接合体2は、単一の電解質膜17の一方の面において間隔をおいて配置された複数のアノード13と、電解質膜17の他方の面においてアノード13のそれぞれと対向するように間隔をおいて配置された複数のカソード16と、を備えている。電解質膜17を挟持するアノード13とカソード16との組み合わせは、単セルCをなしている。ここでは、アノード13及びカソード16がそれぞれ4個である場合を示している。
In the example shown in FIGS. 2 and 3, the
ここに示した例では、単セルCのそれぞれは、同一平面上において、その長手方向と直交する方向に間隔をおいて並んで配置されている。なお、膜電極接合体2の構造は、この例に限らず他の構造であっても良い。
In the example shown here, each of the single cells C are arranged side by side in the direction orthogonal to the longitudinal direction on the same plane. The structure of the
複数の単セルCを有する膜電極接合体2においては、各単セルCは、集電体によって電気的に直列に接続されている。すなわち、集電体は、アノード集電体及びカソード集電体を有している。図2などに示した膜電極接合体2に対応するために、集電体は、それぞれ4個のアノード集電体及びカソード集電体を有している。
In the
アノード集電体のそれぞれは、各単セルCにおいてアノードガス拡散層12に積層されている。また、カソード集電体のそれぞれは、各単セルCにおいてカソードガス拡散層15に積層されている。アノード集電体及びカソード集電体としては、例えば金(Au)、ニッケル(Ni)などの金属材料からなる多孔質層(例えばメッシュ)または箔体、あるいはステンレス鋼(SUS)などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材などをそれぞれ使用することができる。
Each of the anode current collectors is stacked on the anode
電解質膜17のアノード側及びカソード側には、それぞれゴム製のOリングなどのシール材19が配置されており、これらによって膜電極接合体2からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
A sealing material 19 such as a rubber O-ring is disposed on the anode side and the cathode side of the
燃料電池1は、さらに、膜電極接合体2に対して液体燃料Fを供給する燃料供給機構3を備えている。この燃料供給機構3は、液体燃料Fを収容する燃料収容部30を備えている。この燃料収容部30は、膜電極接合体2のアノード13側に配置され、膜電極接合体2のアノード13に対して燃料を供給するものである。膜電極接合体2は、たとえば矩形の平面形状を有し、燃料収容部30も同一矩形の平面形状を有している。燃料収容部30は、膜電極接合体2のアノード13と対向する面に設けられた開口部30Aを有している。すなわち、燃料収容部30は、その上面全面が開口された箱状容器となっている。このような燃料収容部30の内部には、膜電極接合体2に対応した液体燃料Fが収容されている。
The
液体燃料Fとしては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。なお、液体燃料Fは、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料Fは、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、膜電極接合体2に応じた液体燃料Fが使用される。
Examples of the liquid fuel F include methanol fuels such as methanol aqueous solutions having various concentrations and pure methanol. The liquid fuel F is not necessarily limited to methanol fuel. The liquid fuel F may be, for example, an ethanol fuel such as an ethanol aqueous solution or pure ethanol, a propanol fuel such as a propanol aqueous solution or pure propanol, a glycol fuel such as a glycol aqueous solution or pure glycol, dimethyl ether, formic acid, or other liquid fuel. In any case, the liquid fuel F corresponding to the
燃料収容部30は、例えば樹脂製容器によって構成される。燃料収容部30は、液体燃料Fの残量を外部から目視することが可能なように透明樹脂によって形成されることが望ましい。また、このような透明樹脂は、耐メタノール性などを有していることが好ましい。なお、燃料収容部30は、全体を透明樹脂で形成しても良いし、その一部を透明樹脂で形成しても良い。
The
上述した透明樹脂としては、例えばポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状オレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルペンテン、ポリフェニルサルホンなどが挙げられる。ただし、一般的なポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂などのオレフィン系樹脂などで構成した燃料収容部30を除外するものではない。
Examples of the transparent resin described above include polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, cyclic olefin copolymer, cycloolefin polymer, polymethylpentene, and polyphenylsulfone. However, this does not exclude the
燃料収容部30の開口部30Aと膜電極接合体2との間には、図1に示したように、気液分離膜4が設置されていてもよい。この気液分離膜4は、燃料収容部30の開口部30Aを塞ぐように配置され、液体燃料Fの気化成分を透過するとともに液体燃料Fを透過させない膜によって形成されている。これにより、燃料収容部30内で気化した液体燃料Fの気化成分は、燃料収容部30の開口部30A及び気液分離膜4を介して膜電極接合体2のアノード13に供給される。
As shown in FIG. 1, a gas-
このような気液分離膜4の構成材料としては、例えば、シリコン、ポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素系樹脂などが挙げられる。ここで、液体燃料Fの気化成分とは、例えば液体燃料Fとしてメタノール水溶液を適用した場合には、メタノールの気化成分と水の気化成分とからなる混合気を意味し、液体燃料Fとして純メタノールを適用した場合には、メタノールの気化成分を意味する。
Examples of the constituent material of the gas-
膜電極接合体2のカソード16上には、保湿層20が配置されているが省略しても良い。この保湿層20は、カソード触媒層14で生成された水の一部を含浸して、水の蒸散を抑制するとともに、カソードガス拡散層15に酸化剤(空気)を均一に導入することで、カソード触媒層14への酸化剤の均一拡散を促進する機能を有している。この保湿層20は、たとえば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としては、ポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体などが挙げられる。
The
また、この実施の形態において、燃料電池1は、さらに、膜電極接合体2のカソード(空気極)16側に配置されたカバー部材18を備えている。このカバー部材18は、外観が略箱状のものであり、例えばステンレス鋼(SUS)によって形成されている。また、カバー部材18は、酸化剤である空気を取入れるための複数の開口(空気導入孔)18Aを有している。
In this embodiment, the
このようなカバー部材18は、気液分離膜4、膜電極接合体2、及び、保湿層20を覆うようにして燃料収容部30に固定されている。つまり、膜電極接合体2は、燃料収容部30とカバー部材18との間に配置されている。そして、このカバー部材18は、膜電極接合体2を支持する支持体として機能する。
Such a
上述したような構成の燃料電池1においては、以下のようなプロセスによって発電する。
In the
すなわち、燃料収容部30内のメタノール燃料などの液体燃料Fが気化し、この気化成分が気液分離膜4を透過して膜電極接合体2に供給される。膜電極接合体2内において、液体燃料Fの気化成分は、アノードガス拡散層12で拡散してアノード触媒層11に供給される。液体燃料Fとしてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層11に供給された気化成分は、下記の(1)式に示したメタノールの内部改質反応を生じさせる。
That is, the liquid fuel F such as methanol fuel in the
CH3OH+H2O → CO2+6H++6e- …(1)
なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、燃料収容部30から水蒸気が供給されないため、カソード触媒層14で生成した水や電解質膜17中の水をメタノールと反応させて(1)式の内部改質反応を生起させる。あるいは、上記した(1)式の内部改質反応によらず、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − (1)
Note that when pure methanol is used as the methanol fuel, water vapor is not supplied from the
この内部改質反応で生成された電子(e-)は、集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード16に導かれる。また、(1)式の内部改質反応で生成したプロトン(H+)は、電解質膜17を経てカソード16に導かれる。
Electrons (e − ) generated by this internal reforming reaction are led to the outside via a current collector, and are led to the
一方、カソード16には、酸化剤として空気が供給される。すなわち、カバー部材18に設けられた開口18Aから導入された空気は、保湿層20及びカソードガス拡散層15を通過し、カソード触媒層14へと供給される。カソード16に到達した電子(e-)とプロトン(H+)は、カソード触媒層14で空気中の酸素と下記の(2)式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
On the other hand, air is supplied to the
6e-+6H++(3/2)O2 → 3H2O …(2)
上述した燃料電池1の発電反応において、発電する電力を増大させるためには触媒反応を円滑に行わせるとともに、膜電極接合体2の電極全体をより有効に発電に寄与させることが重要となる。
6e − + 6H + + (3/2) O 2 → 3H 2 O (2)
In the power generation reaction of the
ところで、この実施の形態に係る膜電極接合体2においては、アノード13及びカソード16の少なくとも一方の電極の側面は、プロトン伝導性を有する被覆体によって被覆されている。図2乃至図4に示した例では、4組全てのアノード13及びカソード16の側面13S及び16Sは、被覆体50によって覆われている。ここでは、特に、アノード13及びカソード16は、短冊状に形成されており、その4方の端面が全て被覆体50によって覆われている。つまり、被覆体50は、アノード13及びカソード16の外周に沿って額縁状に配置されている。
By the way, in the
すなわち、図4に示すように、アノード13を構成するアノード触媒層11の表面11P及びカソード16を構成するカソード触媒層14の表面14Pは、それぞれ電解質膜17の主平面17A及び17Bに接合されている。このため、これらの接合面は、プロトン伝導経路として機能し、上記した発電反応に寄与する。
That is, as shown in FIG. 4, the
一方、アノード触媒層11の側面11S及びカソード触媒層14の側面14Sは、電解質膜17と直接接触していない。このため、各電極の側面部分では、プロトン伝導経路が形成されず、発電反応に寄与していない。
On the other hand, the side surface 11S of the
そこで、この実施の形態においては、アノード13及びカソード16の各電極の側面13S及び16Sを、プロトン伝導性を有する被覆体50によって被覆している。これにより、アノード触媒層11の側面11S及びカソード触媒層14の側面14Sは、被覆体50を介して電解質膜17と接触する。つまり、被覆体50と電解質膜17とが接触することにより、電解質膜17と直接接触していなかった部分、つまり、アノード触媒層11の側面11S及びカソード触媒層14の側面14Sにプロトン伝導経路を形成することが可能となる。
Therefore, in this embodiment, the side surfaces 13S and 16S of the electrodes of the
このように、各電極において、被覆体50が少なくとも触媒層の側面を被覆するように配置されることにより、発電反応に寄与する電極面積つまりプロトン伝導経路を増大させることが可能となる。アノード触媒層11は、例えば100μm〜130μmの厚みを有している。また、カソード触媒層14は、例えば60μm〜80μmの厚みを有している。このため、これらの触媒層の厚みと触媒層の外周長との積に相当する面積が電極面積として加算されることになる。
As described above, in each electrode, the covering 50 is arranged so as to cover at least the side surface of the catalyst layer, whereby the electrode area contributing to the power generation reaction, that is, the proton conduction path can be increased. The
なお、当然のことながら、被覆体50が触媒層の側面のみならずガス拡散層の側面を被覆するように配置されてもいても、同様に発電反応に寄与する電極面積を増大させることが可能となる。 Of course, even if the covering 50 is arranged so as to cover not only the side surface of the catalyst layer but also the side surface of the gas diffusion layer, the electrode area contributing to the power generation reaction can be similarly increased. It becomes.
これにより、従来発電反応に寄与していなかった各電極の側面においても、プロトン伝導が可能となり、発電反応に寄与するようになる。つまり、発電反応に寄与する電極面積を増大させることが可能となる。このため、出力を向上することが可能となるとともに、長期にわたって安定した出力を得ることができ、信頼性を向上することが可能となる。 Thereby, proton conduction is possible also on the side surface of each electrode that has not conventionally contributed to the power generation reaction, and contributes to the power generation reaction. That is, the electrode area contributing to the power generation reaction can be increased. Therefore, it is possible to improve the output, obtain a stable output over a long period of time, and improve the reliability.
上述した実施の形態においては、電解質膜17は、アノード13及びカソード16よりも大きな寸法に形成されており、これらのアノード13及びカソード16よりも外方に延在している。このため、アノード13の側面13Sを被覆する被覆体50は、電解質膜17の主平面17Aと接触する。つまり、被覆体50により側面13Sと主平面17Aとの間にプロトン伝導経路が形成される。また、カソード16の側面16Sを被覆する被覆体50は、電解質膜17の主平面17Bと接触する。つまり、被覆体50により側面16Sと主平面17Bとの間にプロトン伝導経路が形成される。
In the above-described embodiment, the
また、図5及び図6に示すように、アノード13及びカソード16の各電極の側面のみならず、アノード13及びカソード16から露出した電解質膜17を、プロトン伝導性を有する被覆体50によって被覆しても良い。このとき、被覆体50は、電解質膜17の全面(シール材19によってシールされる電解質膜17の周縁を除く)を被覆しても良いし、電極が隣接する間の電解質膜17を被覆しても良い。
Further, as shown in FIGS. 5 and 6, not only the side surfaces of the electrodes of the
電解質膜17の全面にわたって被覆体50により被覆する場合には、隣接する単セルC間での短絡防止効果もあり、製造上品質安定化に繋がる。さらに、電極間の隙間を被覆体50によって被覆することにより、空間をなくす効果があり、アノード側からカソード側への燃料の透過が抑制されるとともに、MEA全体により均一な温度分布を持たせる事が可能になる。
In the case where the entire surface of the
このような構成においても、アノード触媒層11の側面及びカソード触媒層14の側面が被覆体50を介して電解質膜17と接触するため、発電反応に寄与するプロトン伝導経路を増大させることが可能となる。このため、出力を向上することが可能となるとともに、長期にわたって安定した出力を得ることができ、信頼性を向上することが可能となる。
Even in such a configuration, the side surface of the
なお、図4などに示したような断面は、膜電極接合体を樹脂によって固め、切断した後に断面を削り、走査型電子顕微鏡(SEM)によって観察したときに確認することが可能である。 The cross section as shown in FIG. 4 or the like can be confirmed when the membrane / electrode assembly is solidified with a resin, cut and then cut and observed with a scanning electron microscope (SEM).
上述した被覆体50は、電解質膜17を構成するプロトン伝導性材料と同一材料によって形成することが可能である。
The covering
また、被覆体50は、炭化水素系電解質によって形成することも可能である。 The covering 50 can also be formed of a hydrocarbon electrolyte.
すなわち、炭化水素系電解質としては、例えば(A)主鎖が脂肪族炭化水素からなる高分子にスルホン酸基および/またはホスホン酸基を導入した高分子電解質、(B)主鎖が芳香環を有する高分子にスルホン酸基および/またはホスホン酸基を導入した高分子電解質、(C)上述した(A)及び(B)のスルホン酸基および/またはホスホン酸基導入前の高分子を構成する繰り返し単位から選ばれるいずれか2種以上の繰り返し単位からなる共重合体にスルホン酸基および/またはホスホン酸基を導入した高分子電解質等が挙げられる。 That is, as the hydrocarbon-based electrolyte, for example, (A) a polymer electrolyte in which a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group is introduced into a polymer in which the main chain is an aliphatic hydrocarbon, (B) the main chain has an aromatic ring. A polyelectrolyte in which a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group are introduced into the polymer having (C) the polymer before introduction of the sulfonic acid group and / or phosphonic acid group in (A) and (B) described above Examples thereof include a polymer electrolyte obtained by introducing a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group into a copolymer composed of any two or more kinds of repeating units selected from repeating units.
ここに「高分子にスルホン酸基および/またはホスホン酸基を導入した」とは、「高分子骨格にスルホン酸基および/またはホスホン酸基を化学結合を介して導入した」ことを意味する。 Here, “the sulfonic acid group and / or phosphonic acid group is introduced into the polymer” means “the sulfonic acid group and / or phosphonic acid group is introduced into the polymer skeleton via a chemical bond”.
上述した(A)の高分子電解質としては、例えば、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリ(α−メチルスチレン)スルホン酸、等が挙げられる。 Examples of the polymer electrolyte (A) described above include polyvinyl sulfonic acid, polystyrene sulfonic acid, poly (α-methylstyrene) sulfonic acid, and the like.
上述した(B)の高分子電解質としては、主鎖が酸素原子等のヘテロ原子で中断されているものであってもよく、例えば、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリ(アリーレン・エーテル)、ポリフォスファゼン、ポリイミド、ポリ(4−フェノキシベンゾイル−1,4−フェニレン)、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニルキノキサレン等の単独重合体のそれぞれにスルホン酸基が導入されたもの、アリールスルホン化ポリベンズイミダゾール、アルキルスルホン化ポリベンズイミダゾール、アルキルホスホン化ポリベンズイミダゾール、ホスホン化ポリ(フェニレンエーテル)等が挙げられる。 The polymer electrolyte of (B) described above may be one in which the main chain is interrupted by a hetero atom such as an oxygen atom. For example, polyether ether ketone, polysulfone, polyether sulfone, poly (arylene. Ether), polyphosphazene, polyimide, poly (4-phenoxybenzoyl-1,4-phenylene), polyphenylene sulfide, polyphenylquinoxalen, and other homopolymers each having a sulfonic acid group introduced, arylsulfone Polybenzimidazole, alkylsulfonated polybenzimidazole, alkylphosphonated polybenzimidazole, phosphonated poly (phenylene ether), and the like.
上述した(C)の高分子電解質としては、ランダム共重合体にスルホン酸基および/またはホスホン酸基が導入されたものでも、交互共重合体にスルホン酸基および/またはホスホン酸基が導入されたものでも、ブロック共重合体にスルホン酸基および/またはホスホン酸基が導入されたものでもよい。ランダム共重合体にスルホン酸基が導入されたものとしては、例えば、スルホン化ポリエーテルスルホン−ジヒドロキシビフェニル共重合体が挙げられる。ブロック共重合体にスルホン酸基および/またはホスホン酸基が導入されたものとしては、全てのブロックの主鎖が脂肪族炭化水素で構成されるブロック共重合体、例えばスチレン−(エチレン−ブチレン)−スチレントリブロック共重合体にスルホン酸基および/またはホスホン酸基を導入したもの等であってもよいが、少なくとも一つのブロックがその主鎖に芳香環を有するブロック共重合体であることで耐熱性が高く好ましい。またスルホン酸基および/またはホスホン酸基を持つブロックとスルホン酸基および/またはホスホン酸基を実質的に持たないブロックとをそれぞれ一つ以上有するブロック共重合体が伝導性に優れるためより好ましい。 As the polymer electrolyte (C) described above, a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group is introduced into a random copolymer, but a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group is introduced into an alternating copolymer. Alternatively, a block copolymer having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group introduced may be used. Examples of the sulfonic acid group introduced into the random copolymer include a sulfonated polyethersulfone-dihydroxybiphenyl copolymer. The block copolymer having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group introduced is a block copolymer in which the main chain of all blocks is composed of aliphatic hydrocarbons, such as styrene- (ethylene-butylene). -A styrene triblock copolymer having a sulfonic acid group and / or a phosphonic acid group introduced may be used, but at least one block is a block copolymer having an aromatic ring in its main chain. High heat resistance is preferable. In addition, a block copolymer having at least one block having a sulfonic acid group and / or phosphonic acid group and one or more blocks having substantially no sulfonic acid group and / or phosphonic acid group is more preferable because of excellent conductivity.
特に、炭化水素系電解質は、水や燃料による膨潤収縮が少なく、加えて、燃料(例えばメタノール)に対する耐性が高い。このため、炭化水素系電解質によって強靭な被覆体50を形成することが可能となる。
In particular, the hydrocarbon-based electrolyte is less swelled and contracted by water or fuel, and in addition, has high resistance to fuel (for example, methanol). For this reason, it becomes possible to form the
このように、炭化水素系電解質によって形成された被覆体50は、電解質膜17を構成するプロトン伝導性材料と同様に、触媒利用効率改善による出力向上とともに、長期にわたって安定した出力が得ることが可能になる。
As described above, the covering 50 formed of the hydrocarbon-based electrolyte can obtain a stable output over a long period of time as well as an improvement in output by improving the catalyst utilization efficiency, like the proton conductive material constituting the
次に、上述した構造の膜電極接合体2の製造方法について説明する。なお、ここで説明する製造方法は一例であって、他の工程が追加になってもよいし、説明した工程が他の工程に置換されても良い。
Next, the manufacturing method of the
図7Aに示す第1の製造方法によれば、まず、ガス拡散層の上に触媒層を塗布する。すなわち、ガス拡散層として機能するカーボンペーパー上に、溶剤、触媒などを混合して調製したペーストを塗布する。そして、塗布したペーストを乾燥する。これにより、ガス拡散層に触媒層を積層した構造のアノード13及びカソード16が形成される。
According to the first manufacturing method shown in FIG. 7A, first, a catalyst layer is applied on the gas diffusion layer. That is, a paste prepared by mixing a solvent, a catalyst, and the like is applied onto carbon paper that functions as a gas diffusion layer. Then, the applied paste is dried. Thereby, the
このようにして形成されたカソード16及びアノード13は、洗浄された後、所望のサイズ(例えば図3に示した短冊形状)に切断される。そして、電解質膜17を挟んでそれぞれアノード13及びカソード16を配置し、加熱しつつ加圧することにより全てが接合され、膜電極接合体2が製造される。
The
続いて、このようにして製造された膜電極接合体2において、アノード13及びカソード16のうちの少なくとも一方の電極の側面を、電解質膜17と同一のプロトン伝導性を有する被覆体50によって被覆する。すなわち、液状の被覆体50を電極の側面に沿って塗布またはスプレーした後、乾燥して硬化させる。このとき、被覆体50は、少なくとも触媒層の側面を被覆するように配置される。このようにして形成した被覆体50は、電解質膜17に接触している。
Subsequently, in the membrane /
このような製造工程を経て形成された膜電極接合体2によれば、アノード13及びカソード16のうちの少なくとも一方については、その電極側面がプロトン伝導性を有する被覆体によって被覆されているため、側面についても、プロトン伝導が可能となり、発電反応に寄与する。したがって、発電効率を向上することができ、安定した出力の燃料電池を供給することができる。
According to the
図7Bに示す第2の製造方法によれば、第1の製造方法と同様に、まず、ガス拡散層に触媒層を積層した構造のアノード13及びカソード16が用意する。そして、電解質膜17を用意する。
According to the second manufacturing method shown in FIG. 7B, similarly to the first manufacturing method, first, the
そして、電解質膜17の一方の主平面17Aに、電解質膜17と同一のプロトン伝導性を有する液状の被覆体50を塗布またはスプレーする。そして、この被覆体50が硬化する前に、主平面17Aの上に、アノード13を配置する。このとき、アノード13を電解質膜17に向けて加圧することにより、アノード13と電解質膜17との間の被覆体50が外方に逃げて硬化する。このため、硬化した被覆体50は、アノード13の側面13Sを被覆するとともに、電解質膜17に接触する。
Then, a
同様に、電解質膜17の他方の主平面17Bにおいても、液状の被覆体50を塗布またはスプレーしたのち、被覆体50が硬化する前に、主平面17Bの上に、カソード16を配置する。そして、カソード16を電解質膜17に向けて加圧した後に乾燥することにより、硬化した被覆体50は、カソード16の側面16Sを被覆するとともに、電解質膜17に接触する。
Similarly, on the other
このような製造工程を経て形成された膜電極接合体2においても、電極側面がプロトン伝導性を有する被覆体によって被覆されているため、側面についても、プロトン伝導が可能となり、発電反応に寄与する。したがって、発電効率を向上することができ、安定した出力の燃料電池を供給することができる。
Also in the
上述した実施の形態においては、膜電極接合体2のアノード側に燃料収容部30を備えた内部気化型のような純パッシブ方式の燃料電池について説明したが、膜電極接合体2のアノード13に対して燃料を供給する燃料供給部、及び、この燃料供給部に対して供給される燃料を収容する燃料収容部を備えたセミパッシブ型と称される方式の燃料電池についても同様の構成を適用することにより、同様の効果が得られることは言うまでもない。
In the above-described embodiment, a purely passive type fuel cell such as an internal vaporization type equipped with the
例えば、図8に示す例では、燃料供給機構3は、膜電極接合体2のアノード13側に配置され、膜電極接合体2のアノード13に対して燃料を供給する燃料供給部31を備えている。また、この燃料供給機構3は、燃料供給部31に供給される液体燃料を収容する図示しない燃料収容部を備えている。燃料収容部は、膜電極接合体2に対応した液体燃料を収容している。
For example, in the example shown in FIG. 8, the
燃料供給部31と燃料収容部とは、図示しない配管のような液体燃料の流路を介して接続されている。つまり、燃料供給部31には、燃料収容部から流路を介して液体燃料が導入される。流路は、燃料供給部31や燃料収容部と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料供給部31と燃料収容部とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料の流路であってもよい。 The fuel supply unit 31 and the fuel storage unit are connected via a liquid fuel passage such as a pipe (not shown). That is, liquid fuel is introduced into the fuel supply unit 31 from the fuel storage unit via the flow path. The flow path is not limited to piping independent of the fuel supply unit 31 and the fuel storage unit. For example, when the fuel supply unit 31 and the fuel storage unit are stacked and integrated, a liquid fuel flow path connecting them may be used.
セミパッシブ方式の燃料電池では、燃料収容部から膜電極接合体2に供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料収容部に戻されることはない。セミパッシブ方式の燃料電池は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。また、このセミパッシブ方式の燃料電池は、燃料の供給にポンプを使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。なお、このセミパッシブ方式の燃料電池では、燃料収容部から膜電極接合体2への燃料供給が行われる構成であればポンプに代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。
In the semi-passive type fuel cell, the fuel supplied from the fuel storage part to the
燃料供給部31は、その底部に、液体燃料が流路を介して注入される燃料注入口32と、燃料注入口32から注入された液体燃料やその気化成分を供給する燃料供給口33と、燃料注入口32と燃料供給口33とを繋ぐ細管34と、を有している。ここで示した燃料供給部31の例では、燃料注入口32及び燃料供給口33は、それぞれ1箇所である。
The fuel supply unit 31 has a fuel inlet 32 through which liquid fuel is injected via a flow path at the bottom thereof, a
膜電極接合体2と燃料供給部31との間には、膜電極接合体2をアノード13側から支持する支持部材41が配置されても良い。
A support member 41 that supports the
このようなセミパッシブ方式においては支持部材41を適用することにより以下のような効果が得られる。すなわち、膜電極接合体2と燃料供給部31との間に支持部材41を配置したことにより、燃料供給口33から膜電極接合体2までの距離を確保することができる。このため、燃料供給口33から供給された液体燃料の気化を促進するのに十分な容量を確保することができ、気体の状態の燃料を広範囲にわたって拡散させることが可能である。
In such a semi-passive method, the following effects can be obtained by applying the support member 41. That is, by disposing the support member 41 between the
これにより、アノード13の面内における燃料の分布を平準化することが可能となり、膜電極接合体2での発電反応に必要とされる燃料を全体的に過不足なく供給することができる。したがって、燃料電池1の大型化や複雑化等を招くことなく、膜電極接合体2で効率的に発電反応を生起させることができる。これによって、燃料電池1の出力を向上させることが可能となる。言い換えると、燃料を循環させない燃料電池1の利点を損なうことなく、出力やその安定性を高めることができる。
As a result, the fuel distribution in the plane of the
また、支持部材41により膜電極接合体2を支持するとともに、支持部材41とカバー部材18との間で膜電極接合体2を保持するため、膜電極接合体2の撓みなどの変形を抑制することができ、起電部と集電体との密着性を高めて出力の低下を抑制することが可能となる。
Moreover, since the
膜電極接合体2と燃料供給部31との間には、少なくとも1つの多孔体42が配置されても良い。多孔体42の構成材料としては、各種樹脂が使用され、多孔質状態の樹脂フィルム等が多孔体42として用いられる。このような多孔体42は、複数の多孔膜を積層して配置してもよい。すなわち、主にある一方向への拡散性が高い多孔体と、これに交差する(あるいは直交する)方向への拡散性が高い多孔体とを組み合わせて適用しても良い。
At least one
このようなセミパッシブ方式においては、多孔体42を適用することにより以下のような効果が得られる。すなわち、多孔体42を配置することによって、アノード13に対する燃料供給量をより一層平均化することができる。すなわち、燃料供給部31の燃料供給口33から供給された液体燃料は一旦多孔体42に吸収され、多孔体42の内部で面内方向に拡散する。この後、多孔体42からアノード13に燃料が供給されるため、燃料供給量をより一層平均化することが可能となる。
In such a semi-passive method, the following effects can be obtained by applying the
そして、図1に示した例と同様に、アノード13及びカソード16の少なくとも一方の側面は、プロトン伝導性を有する被覆体50によって被覆され、電解質膜17と被覆体50とが接触する構造を適用している。このような構成であっても、図1に示した例と同様の効果が得られる。
As in the example shown in FIG. 1, at least one side surface of the
図9に示した例では、燃料供給機構3を構成する燃料供給部31は、その底部に、液体燃料が流路を介して注入される燃料注入口32と、燃料注入口32から注入された液体燃料やその気化成分を供給する複数の燃料供給口33と、燃料注入口32と各燃料供給口33とを繋ぐ細管34と、を有している。
In the example shown in FIG. 9, the fuel supply unit 31 constituting the
このような構成の燃料供給機構3においては、燃料注入口32から燃料供給部31内に注入された液体燃料を、複数に分岐した細管34を介して複数の燃料供給口33にそれぞれ導くことが可能である。つまり、このような燃料供給機構3を適用することによって、燃料注入口32から注入された液体燃料を方向や位置に係わりなく、複数の燃料供給口33に均等に分配することができる。したがって、膜電極接合体2の面内における発電反応の均一性をより一層高めることが可能となる。
In the
さらに、燃料注入口32と複数の燃料供給口33とを細管34で接続することによって、燃料電池1の特定箇所により多くの燃料を供給するような設計が可能となる。例えば、装置装着上の都合から燃料電池1の半分の放熱がよくなってしまうような場合、従来では温度分布が生じてしまい、平均出力の低下が避けられない。これに対して、細管34の形成パターンを調整し、予め放熱のよい部分に燃料供給口33を密に配置することによって、その部分での発電に伴う発熱を多くすることができる。これによって、面内の発電度合いを均一化することができ、出力低下を抑制することが可能となる。
Further, by connecting the fuel injection port 32 and the plurality of
このような例の燃料電池1においても、図1に示した例と同様に、アノード13及びカソード16の少なくとも一方の側面は、プロトン伝導性を有する被覆体50によって被覆され、電解質膜17と被覆体50とが接触する構造を適用している。このような構成であっても、図1に示した例と同様の効果が得られる。
Also in the
さらに、アクティブ方式の燃料電池についても同様の構成を適用することにより、同様の効果が得られることは言うまでもない。 Furthermore, it goes without saying that the same effect can be obtained by applying the same configuration to the active fuel cell.
≪実施例−その1≫
次に、実施例について説明する。
<< Example-
Next, examples will be described.
実施例に係る膜電極接合体2においては、アノード13及びカソード16は、81.4mm×9.8mmの短冊状に形成されている。アノード13において、アノード触媒層11は、130μmの厚みに形成されている。また、カソード16において、カソード触媒層14は、80μmの厚みに形成されている。
In the
被覆体50によって電極外周を被覆しなかった場合、発電反応に寄与する電極面積は、81.4×9.8=797.7mm2となる。 When the electrode outer periphery is not covered with the covering 50, the electrode area contributing to the power generation reaction is 81.4 × 9.8 = 797.7 mm 2 .
一方、電極の全外周を被覆体50によって被覆した場合には、上記の電極面積に加えて、さらに、電極側面(すなわち触媒層側面)が電極面積として加わる。この加算分は、厚みが薄いカソード触媒層を基準とすると、(81.4+9.8)×2×0.08=14.59mm2となる。つまり、電極の全外周を被覆体50によって被覆することにより、被覆しなかった場合と比較して約2%の電極面積が増大する。このため、理論上の出力も、電極面積の増加分と同等に増大する。
On the other hand, when the entire outer periphery of the electrode is covered with the covering 50, in addition to the above electrode area, the electrode side surface (that is, the catalyst layer side surface) is further added as the electrode area. The addition amount, when a reference is thin cathode catalyst layer, the (81.4 + 9.8) × 2 × 0.08 = 14.59
≪実施例−その2≫
以下、本実施形態の構成とその効果を具体的に示す実施例について説明する。
<< Example-
Hereinafter, examples specifically showing the configuration of the present embodiment and the effects thereof will be described.
(実施例1)
積層一体化した膜電極接合体2のアノード13及びカソード16のそれぞれの電極側面を被覆体50として炭化水素系電解質によって被覆し乾燥させた。
Example 1
The
(実施例2)
積層一体化した膜電極接合体2のアノード13及びカソード16のそれぞれの電極側面及び電極から露出した電解質膜17の全面にわたって、被覆体50として炭化水素系電解質によって被覆し乾燥させた。
(Example 2)
The electrode body side surfaces of the
(実施例3)
積層一体化した膜電極接合体2のアノード13及びカソード16のそれぞれの電極側面を被覆体50として、パーフルオロスルホン酸ポリマーであるデュポン社製のナフィオンによって被覆し乾燥させた。
(Example 3)
The electrode side surfaces of the
(実施例4)
積層一体化した膜電極接合体2のアノード13及びカソード16のそれぞれの電極側面及び電極から露出した電解質膜17の全面にわたって、被覆体50として、パーフルオロスルホン酸ポリマーであるデュポン社製のナフィオンによって被覆し乾燥させた。
Example 4
A covering 50 is formed by Nafion manufactured by DuPont, which is a perfluorosulfonic acid polymer, on the side surfaces of the
(比較例)
積層一体化した膜電極接合体2に被覆体を適用することなく、そのまま試験用の燃料電池を組み立てた。
(Comparative example)
A test fuel cell was assembled as it was without applying a covering to the laminated
なお、実施例1〜4及び比較例においては、アノード触媒層中に含まれる貴金属量を3.0mg/cm2、カソード触媒層中に含まれる貴金属量を2.5mg/cm2に合わせた。 In Examples 1 to 4 and the comparative example, the amount of noble metal contained in the anode catalyst layer was adjusted to 3.0 mg / cm 2 , and the amount of noble metal contained in the cathode catalyst layer was adjusted to 2.5 mg / cm 2 .
実施例1〜4及び比較例で作製した膜電極接合体2を用いて組み立てた燃料電池について、それぞれ燃料電池評価装置に組み込み、アノード側へは直接メタノールを供給し、カソード側へは25℃50%の空気雰囲気に調整しながら、カソード温度55℃・電圧0.35Vの条件で出力密度を測定した。
About the fuel cell assembled using the
比較例における初期の出力密度を100%としたとき、実施例1の初期出力密度は113%であり、実施例2の初期出力密度は105%であり、実施例3の初期出力密度は116%であり、実施例4の初期出力密度は103%であり、実施例1〜4のいずれも比較例より高い初期出力密度が得られることが確認された。特に、実施例1及び3のように、各電極の側面を被覆体50で被覆した場合に高い出力密度が得られる傾向にあることが確認された。 When the initial output density in the comparative example is 100%, the initial output density of Example 1 is 113%, the initial output density of Example 2 is 105%, and the initial output density of Example 3 is 116%. Thus, the initial output density of Example 4 was 103%, and it was confirmed that any of Examples 1 to 4 can obtain an initial output density higher than that of the comparative example. In particular, as in Examples 1 and 3, it was confirmed that a high power density tends to be obtained when the side surface of each electrode is covered with the covering 50.
また、連続して5000時間発電した後の出力密度については、比較例では初期出力密度から68%低下したのに対して、実施例1では初期出力密度から37%低下し、実施例2では初期出力密度から20%低下し、実施例3では初期出力密度から66%低下し、実施例4では初期出力密度から54%低下したことが確認された。 Further, the output density after continuously generating power for 5000 hours was reduced by 68% from the initial output density in the comparative example, whereas it was reduced by 37% from the initial output density in the first example, and the initial density in the second example. It was confirmed that the output density decreased by 20%, that in Example 3, it decreased by 66% from the initial output density, and in Example 4, it decreased by 54% from the initial output density.
上述した各実施形態の燃料電池1は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。各実施形態の燃料電池1は、濃度が80wt%以上のメタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。したがって、各実施形態は、濃度が80wt%以上のメタノール水溶液または純メタノールを液体燃料として用いた燃料電池1に適用することが好ましい。
The
なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、MEAに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、全てが液体燃料、または一部が液体状態で供給される液体燃料の蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除したりする等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention can be applied to various fuel cells using liquid fuel. In addition, the specific configuration of the fuel cell, the supply state of the fuel, and the like are not particularly limited, and all of the fuel supplied to the MEA is liquid fuel vapor, all is liquid fuel, or part is liquid state. The present invention can be applied to various forms such as a vapor of supplied liquid fuel. In the implementation stage, the constituent elements can be modified and embodied without departing from the technical idea of the present invention. Furthermore, various modifications are possible, such as appropriately combining a plurality of constituent elements shown in the above embodiment, or deleting some constituent elements from all the constituent elements shown in the embodiment. Embodiments of the present invention can be expanded or modified within the scope of the technical idea of the present invention, and these expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
1…燃料電池 2…膜電極接合体 3…燃料供給機構
11…アノード触媒層 12…アノードガス拡散層 13…アノード
14…カソード触媒層 15…カソードガス拡散層 16…カソード
50…被覆体
17…電解質膜
18…カバー部材 18A…開口
19…シール材 20…保湿層
3…燃料供給機構 30…燃料収容部 30A…開口部 31…燃料供給部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記アノード及び前記カソードの少なくとも一方の側面は、プロトン伝導性を有する被覆体によって被覆され、前記電解質膜と前記被覆体とが接触することを特徴とする燃料電池。 A membrane electrode assembly having an anode, a cathode, and an electrolyte membrane sandwiched between the anode and the cathode;
At least one side surface of the anode and the cathode is covered with a covering body having proton conductivity, and the electrolyte membrane and the covering body are in contact with each other.
前記被覆体は、少なくとも前記触媒層の側面を被覆することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 The anode and the cathode have a gas diffusion layer, and a catalyst layer formed on the gas diffusion layer and facing the electrolyte membrane,
The fuel cell according to claim 1, wherein the covering covers at least a side surface of the catalyst layer.
前記被覆体は、前記電解質膜の主平面に接触することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 The electrolyte membrane extends outward from the anode and the cathode,
The fuel cell according to claim 1, wherein the covering is in contact with a main plane of the electrolyte membrane.
前記アノード及び前記カソードの少なくとも一方の側面を、プロトン伝導性を有する被覆体によって被覆する工程と、を有し、
前記電解質膜と前記被覆体とが接触することを特徴とする燃料電池の製造方法。 Preparing a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane sandwiched between an anode and a cathode;
Covering at least one side surface of the anode and the cathode with a covering body having proton conductivity,
A method of manufacturing a fuel cell, wherein the electrolyte membrane and the covering are in contact with each other.
前記被覆体が硬化する前に、前記電解質膜の一方の主平面にアノードを配置するとともに前記電解質膜の他方の主平面にカソードを配置する工程と、を有し、
硬化した前記被覆体は、前記アノード及び前記カソードの少なくとも一方の側面を被覆するとともに、前記電解質膜と接触することを特徴とする燃料電池の製造方法。 Applying or spraying a proton conductive coating on at least one major plane of the electrolyte membrane;
Arranging the anode on one main plane of the electrolyte membrane and the cathode on the other main plane of the electrolyte membrane before the covering is cured,
The cured covering body covers at least one side surface of the anode and the cathode and is in contact with the electrolyte membrane.
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008273278A Withdrawn JP2009135091A (en) | 2007-11-02 | 2008-10-23 | Fuel cell, and method of manufacturing fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009135091A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114388832A (en) * | 2021-12-21 | 2022-04-22 | 欣和智达能源科技发展(浙江)有限公司 | Spraying jig for membrane electrode of proton exchange membrane fuel cell |
-
2008
- 2008-10-23 JP JP2008273278A patent/JP2009135091A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114388832A (en) * | 2021-12-21 | 2022-04-22 | 欣和智达能源科技发展(浙江)有限公司 | Spraying jig for membrane electrode of proton exchange membrane fuel cell |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20120110 |