JP2009206075A - Electrolyte membrane-electrode assembly with auxiliary film, and polymer electrolyte fuel cell using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、補助膜付き電解質膜−電極接合体、及びこれを用いた固体高分子形燃料電池に関するものである。 The present invention relates to an electrolyte membrane-electrode assembly with an auxiliary membrane, and a polymer electrolyte fuel cell using the same.
燃料電池は、電解質の両面に電極が配置され、水素と酸素の電気化学反応により発電する電池であり、発電時に発生するのは水のみである。このように従来の内燃機関と異なり、二酸化炭素等の環境負荷ガスを発生しないために次世代のクリーンエネルギーシステムとして普及が見込まれている。その中でも特に固体高分子形燃料電池は、作動温度が低く、電解質の抵抗が少ないことに加え、活性の高い触媒を用いるので小型でも高出力を得ることができ、家庭用コージェネレーションシステム等として早期の実用化が見込まれている。 A fuel cell is a cell in which electrodes are arranged on both sides of an electrolyte and generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and only water is generated during power generation. Thus, unlike the conventional internal combustion engine, it is expected to spread as a next-generation clean energy system because it does not generate environmental load gas such as carbon dioxide. In particular, the polymer electrolyte fuel cell has a low operating temperature and low electrolyte resistance. In addition, it uses a highly active catalyst, so it can obtain high output even in a small size. Is expected to be put to practical use.
この固体高分子形燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用い、この電解質膜よりも一回り小さく形成された触媒層及びガス拡散層からなる電極を電解質膜の両面に形成している。そして、この電極の周囲を囲むよう、電解質膜の外周縁部に枠状のガスケットを設置し、さらにこれらをセパレータで挟んだ構造を有している(例えば、特許文献1の図1参照)。この構成の固体高分子形燃料電池は、ガスケットが設置される電解質膜の外周縁部は発電に寄与しない部分であり、一般的に高価な電解質膜を有効に利用できていないといった問題があった。 This polymer electrolyte fuel cell uses a proton-conducting solid polymer electrolyte membrane, and an electrode composed of a catalyst layer and a gas diffusion layer formed slightly smaller than the electrolyte membrane is formed on both surfaces of the electrolyte membrane. ing. And it has the structure which installed the frame-shaped gasket in the outer peripheral edge part of the electrolyte membrane so that the circumference | surroundings of this electrode might be enclosed, and also pinched | interposed these with the separator (for example, refer FIG. 1 of patent document 1). In the polymer electrolyte fuel cell having this configuration, the outer peripheral edge of the electrolyte membrane on which the gasket is installed is a portion that does not contribute to power generation, and generally there is a problem that an expensive electrolyte membrane cannot be effectively used. .
この問題を解消するため、例えば特許文献2の図1に記載された固体高分子形燃料電池は、電解質膜の両面全体に触媒層を形成し、その触媒層上にガス拡散層を設置している。そして、ガスケットを設置するために、この電解質膜−電極接合体の外周縁部から外方に延びる補助膜を別途設けている。このように、補助膜を別途設け、その補助膜上にガスケットを設置することで、電解質膜の発電に寄与しない部分を無くしている。
しかしながら、上述したような補助膜を別途設けた固体高分子形燃料電池は、補助膜を有さない固体高分子形燃料電池に比べて取り出せる起電力が低いという問題があった。また、触媒層上に積層されたガス拡散層に割れが生じやすいという問題もあった。なお、ガス拡散層が割れてしまうと、割れた部分にだけガスが多く流れてしまうため、ガス拡散のムラが生じ、ひいては反応ムラが生じてしまうといった問題が生じる。 However, the polymer electrolyte fuel cell separately provided with the auxiliary membrane as described above has a problem that the electromotive force that can be taken out is lower than that of the polymer electrolyte fuel cell not having the auxiliary membrane. There is also a problem that the gas diffusion layer laminated on the catalyst layer is easily cracked. If the gas diffusion layer is cracked, a large amount of gas flows only in the cracked portion, which causes a problem of uneven gas diffusion and eventually uneven reaction.
よって、本発明は、十分に起電力を取り出せることができ、ガス拡散層の割れを防止することができる補助膜付き電解質膜−電極接合体、及びこれを用いた固体高分子形燃料電池を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides an electrolyte membrane-electrode assembly with an auxiliary membrane that can sufficiently extract an electromotive force and prevent cracking of a gas diffusion layer, and a polymer electrolyte fuel cell using the same. The task is to do.
本件発明者らは、上記補助膜を有する固体高分子形燃料電池の起電力の低下や、ガス拡散層の割れが生じやすいという問題がどのような原因で起こるのかを鋭意研究した結果、触媒層とガス拡散層との間に補助膜が介在していることが起電力の低下や割れの原因となっているということが判明した。すなわち、触媒層の外周縁部上に補助膜が存在することによって、ガス拡散層は、中央部が触媒層上に設置され、外周縁部が補助膜上に乗り上げるように設置されることになる。このため、ガス拡散層の上面は段差が形成され、このガス拡散層上に設置されるセパレータは、ガス拡散層との接触が不均一となって集電効率が低下し、ひいては起電力も低下してしまっていることを本件発明者らは見出した。また、ガス拡散層が設置される面には、触媒層と補助膜との境界部分に段差が形成されているため、ガス拡散層の段差に相当する部分に応力が集中し、その部分に割れが生じてしまっていることも本件発明者らは見出した。 As a result of earnestly studying what causes the problem that the electromotive force of the polymer electrolyte fuel cell having the auxiliary membrane is lowered and the gas diffusion layer is easily cracked, the present inventors have made a catalyst layer. It has been found that an auxiliary film interposed between the gas diffusion layer and the gas diffusion layer causes a drop in electromotive force and a crack. That is, by the presence of the auxiliary membrane on the outer peripheral edge of the catalyst layer, the gas diffusion layer is installed such that the central portion is installed on the catalyst layer and the outer peripheral edge runs on the auxiliary membrane. . For this reason, a step is formed on the upper surface of the gas diffusion layer, and the separator installed on the gas diffusion layer has non-uniform contact with the gas diffusion layer, resulting in a decrease in current collection efficiency, and thus an electromotive force. The present inventors have found that this is the case. In addition, since a step is formed at the boundary between the catalyst layer and the auxiliary membrane on the surface where the gas diffusion layer is installed, stress concentrates on the portion corresponding to the step of the gas diffusion layer and cracks occur in that portion. The present inventors have also found that this has occurred.
そこで、本発明に係る補助膜付き電解質膜−電極接合体は、上記課題を解決するために、固体高分子電解質膜と、前記電解質膜と合致するような外形を有し、前記電解質膜の両面全体にそれぞれ形成された触媒層と、前記各触媒層上にそれぞれ設置され、中央に開口部を有する枠状であり前記触媒層よりも一回り大きく形成された補助膜と、前記各補助膜の開口部から露出した触媒層上にそれぞれ設置されたガス拡散層と、を備え、前記各補助膜は、外周縁部同士が接着するとともに、内周縁部が前記触媒層の外周縁部と接着している。 Accordingly, an electrolyte membrane-electrode assembly with an auxiliary membrane according to the present invention has a solid polymer electrolyte membrane and an outer shape that matches the electrolyte membrane in order to solve the above-described problems, and both surfaces of the electrolyte membrane. A catalyst layer formed on the whole, an auxiliary membrane installed on each of the catalyst layers and having a frame shape having an opening in the center and formed slightly larger than the catalyst layer; and Gas diffusion layers installed on the catalyst layers exposed from the openings, and the auxiliary membranes are bonded to each other at the outer peripheral edges, and the inner peripheral edges are bonded to the outer peripheral edges of the catalyst layers. ing.
このように構成された補助膜付き電解質膜−電極接合体は、まず、補助膜を備えているため、この補助膜上にガスケットを設置することができる。これにより電解質膜上にガスケットを設置する必要がなくなるため、電解質膜の両面全体に触媒層を形成することができ、電解質膜の全てを発電に寄与させることができる。また、補助膜の開口部内においてガス拡散層は触媒層上に設置されるため、ガス拡散層が設置される面には段差がなくガス拡散層の上面も平坦となる。よって、ガス拡散層上にセパレータを設置した場合、セパレータはガス拡散層と均一に接触するため集電効率が低下することはなく、ひいては十分な起電力を取り出すことができる。また、ガス拡散層が設置される面を平坦にすることで、ガス拡散層の一部分にのみ応力が集中して割れが生じてしまうといった問題も解消することができる。なお、上記補助膜は枠状であるが、この「枠状」とは、平面視矩形状の枠や、平面視円形状の枠等も含む概念である。また、上記触媒層は、電解質膜と合致するような外形を有しているが、完全に一致している必要はない。また、上記補助膜は、触媒層などに接着しているが、この「接着」とは溶着や粘着なども含む概念である。 Since the electrolyte membrane-electrode assembly with an auxiliary membrane configured as described above includes an auxiliary membrane, a gasket can be installed on the auxiliary membrane. This eliminates the need to install a gasket on the electrolyte membrane, so that a catalyst layer can be formed on both surfaces of the electrolyte membrane, and all of the electrolyte membrane can contribute to power generation. Further, since the gas diffusion layer is installed on the catalyst layer in the opening of the auxiliary membrane, there is no step on the surface on which the gas diffusion layer is installed, and the upper surface of the gas diffusion layer is flat. Therefore, when a separator is installed on the gas diffusion layer, the separator is uniformly in contact with the gas diffusion layer, so that the current collection efficiency does not decrease, and a sufficient electromotive force can be taken out. Further, by flattening the surface on which the gas diffusion layer is installed, it is possible to solve the problem that stress concentrates on only a part of the gas diffusion layer and cracks occur. The auxiliary film has a frame shape, but the “frame shape” is a concept including a rectangular frame in plan view, a circular frame in plan view, and the like. In addition, the catalyst layer has an outer shape that matches the electrolyte membrane, but does not need to be completely matched. The auxiliary film is bonded to the catalyst layer or the like, and this “adhesion” is a concept including welding and adhesion.
上記補助膜付き電解質膜−触媒層接合体は種々の構成をとることができ、例えば、上記各補助膜は、触媒層側に配置され触媒層と接着する第1の接着層と、燃料ガス及び酸化剤ガスの透過を防止するガスバリア層とを有することが好ましい。このように、補助膜を二層構造とし、触媒層と接着するための層と、燃料ガス及び酸化剤ガスの透過を防止するための層とに分けることで、それぞれの役割を確実に果たすようにすることができる。 The auxiliary membrane-attached electrolyte membrane-catalyst layer assembly can have various configurations. For example, each auxiliary membrane is disposed on the catalyst layer side and adhered to the catalyst layer, a fuel gas, It is preferable to have a gas barrier layer that prevents permeation of the oxidant gas. In this way, the auxiliary membrane has a two-layer structure and is divided into a layer for adhering to the catalyst layer and a layer for preventing permeation of fuel gas and oxidant gas, so that each role can be surely fulfilled. Can be.
また、上記各補助膜は、最外層に配置されガスケットと接着する第2の接着層をさらに有していることが好ましい。この構成によれば、ガスケットを補助膜上に確実に接着させることができる。 Moreover, it is preferable that each said auxiliary | assistant film | membrane further has a 2nd contact bonding layer arrange | positioned in the outermost layer and adhere | attached with a gasket. According to this structure, a gasket can be reliably adhere | attached on an auxiliary | assistant film | membrane.
また、本発明に係る固体高分子形燃料電池は、上記課題を解決するためになされたものであり、上記いずれかの補助膜付き電解質膜−電極接合体と、前記各補助膜上にそれぞれ設置されたガスケットと、前記各電極及びガスケット上にそれぞれ設置されたセパレータと、を備えている。 In addition, a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention has been made to solve the above-described problems, and is installed on each of the above-described electrolyte membrane-electrode assemblies with an auxiliary membrane and each auxiliary membrane. And a separator installed on each of the electrodes and the gasket.
このように、本発明に係る固体高分子形燃料電池は、上述したいずれかの補助膜付き電解質膜−電極接合体を用いているため、ガス拡散層の上面は段差が無い。よって、セパレータはガス拡散層と均一に接触するために集電効率が低下することが無く、十分な起電力を取り出すことができる。、また、ガス拡散層が設置される面上には段差が無いため、ガス拡散層の一部分に応力が集中して割れが生じてしまうといった問題も解消することができる。 Thus, since the polymer electrolyte fuel cell according to the present invention uses any of the above-mentioned electrolyte membrane-electrode assemblies with an auxiliary membrane, the upper surface of the gas diffusion layer has no step. Therefore, since the separator uniformly contacts the gas diffusion layer, the current collection efficiency does not decrease, and a sufficient electromotive force can be taken out. In addition, since there is no step on the surface on which the gas diffusion layer is installed, it is possible to solve the problem that stress concentrates on a part of the gas diffusion layer and cracking occurs.
本発明によれば、十分な起電力を取り出せることができ、ガス拡散層の割れを防止することができる補助膜付き電解質膜−電極接合体、及びこれを用いた固体高分子形燃料電池を提供することができる。 According to the present invention, an electrolyte membrane-electrode assembly with an auxiliary membrane capable of taking out sufficient electromotive force and preventing cracking of a gas diffusion layer, and a polymer electrolyte fuel cell using the same are provided. can do.
以下、本発明に係る補助膜付き電解質膜−電極接合体、及び固体高分子形燃料電池の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は本実施形態に係る固体高分子形燃料電池の正面断面図、図2は本実施形態に係る固体高分子形燃料電池の平面図、図3は、補助膜付き電解質膜−電極接合体の外周縁部の詳細を示す拡大正面断面図である。なお、図2において、説明を分かりやすくするため、セパレータ及びガスケットの記載を省略している。 Hereinafter, embodiments of an electrolyte membrane-electrode assembly with an auxiliary membrane and a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front sectional view of a polymer electrolyte fuel cell according to this embodiment, FIG. 2 is a plan view of the polymer electrolyte fuel cell according to this embodiment, and FIG. 3 is an electrolyte membrane-electrode assembly with an auxiliary membrane. It is an expanded front sectional view which shows the detail of the outer periphery part. In FIG. 2, the description of the separator and the gasket is omitted for easy understanding.
図1及び図2に示すように、固体高分子形燃料電池1は、電解質膜2、触媒層3及びガス拡散層5からなる電解質膜−電極接合体20と、この電解質膜−電極接合体20から外方に延びる補助膜4と、補助膜4上に設置されたガスケット6と、これらを挟持するセパレータ7とを備えている。以下、各部材について詳細に説明する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the polymer
電解質膜2は、平面視矩形状であり、この電解質膜2の上面及び下面全体に電解質膜2とほぼ同一サイズ及び同一形状の触媒層3が形成されている。この電解質膜2の両面に触媒層3が形成されたものを電解質膜−触媒層接合体10という。
The
そして、この電解質膜−触媒層接合体10を上面及び下面から挟持するよう、各触媒層3上に補助膜4が設置されている。この補助膜4は、中央に開口部41を有する枠状であって、この開口部41から触媒層3が外周縁部31を除いて露出しており、補助膜4の内周縁部46(図3参照)は触媒層3の外周縁部31と接着している。また、補助膜4は、電解質膜2及び触媒層3よりも一回り大きく形成されており、触媒層3より外方に位置する補助膜4の外周縁部45(図3参照)同士が互いに接着している。なお、この補助膜4の外周縁から電解質膜−触媒層接合体10の外周縁までの距離Aは、1〜100mmであることが好ましい。また、補助膜4の内周縁から電解質膜−触媒層接合体10の外周縁までの距離Bは1〜10mmであることが好ましい。
And the
このような形状をした補助膜4は、二層構造であって、燃料電池の発電に用いられる燃料ガスや酸化剤ガスの透過を防止するガスバリア層42と、触媒層3と接着する第1の接着層43とから構成されている。このガスバリア層42の膜厚は、5〜50μmとすることが好ましく、第1の接着層43の膜厚は、1〜50μmとすることが好ましい。
The
補助膜4の開口部41から露出している触媒層3上には、平面視矩形状のガス拡散層5が設置されている。このガス拡散層5の外周縁から補助膜4の内周縁までの距離C(図3参照)は、0〜5mmであることが好ましい。また、ガス拡散層5の膜厚は補助膜4の膜厚よりも厚く、200〜400μmであることが好ましい。なお、この触媒層3とガス拡散層5とから電極Eを構成しており、電解質膜2の両面に電極Eが形成されたものを電解質膜−電極接合体20という。本実施形態のように、電解質膜−電極接合体20に補助膜4が設置されているものが、本発明の補助膜付き電解質膜−電極接合体に相当する。
On the
そして、補助膜4上に枠状のガスケット6が設置されているとともに、電極E及びガスケット6上にセパレータ7が設置されている。セパレータ7は、ガス拡散層5と対向する領域にガス流路71が形成されている。
A frame-
次に上記のように構成された固体高分子形燃料電池1の各構成要素の材質について説明する。
Next, the material of each component of the polymer
電解質膜2は、例えば、基材上に水素イオン伝導性高分子電解質を含有する溶液を塗工し、乾燥することにより形成される。水素イオン伝導性高分子電解質としては、例えば、パーフルオロスルホン酸系のフッ素イオン交換樹脂、より具体的には、炭化水素系イオン交換膜のC−H結合をフッ素で置換したパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー(PFS系ポリマー)等が挙げられる。電気陰性度の高いフッ素原子を導入することで、化学的に非常に安定し、スルホン酸基の解離度が高く、高いイオン伝導性が実現できる。このような水素イオン伝導性高分子電解質の具体例としては、デュポン社製の「Nafion」(登録商標)、旭硝子(株)製の「Flemion」(登録商標)、旭化成(株)製の「Aciplex」(登録商標)、ゴア(Gore)社製の「Gore Select」(登録商標)等が挙げられる。水素イオン伝導性高分子電解質含有溶液中に含まれる水素イオン伝導性高分子電解質の濃度は、通常5〜60重量%程度、好ましくは20〜40重量%程度である。なお、電解質膜2の膜厚は通常20〜250μm程度、好ましくは20〜80μm程度である。また、上記の水素イオン伝導性高分子電解質膜以外には、アニオン導電性固高分子電解質膜や液状物質含浸膜も挙げられる。アニオン伝導性電解質膜としては炭化水素系樹脂又はフッ素系樹脂等が挙げられ、具体例としては炭化水素系樹脂としては、旭化成(株)製のAciplex(登録商標)A201,211,221や、トクヤマ(株)製のネオセプタ(登録商標)AM−1,AHA等が挙げられ、フッ素系樹脂としては、東ソー(株)製のトスフレックス(登録商標)IE−SF34等が挙げられる。また液状物質含浸膜としては、例えばポリベンゾイミダゾール(PBI)が挙げられる。
The
触媒層3は、公知の白金含有の触媒層(カソード触媒及びアノード触媒)である。詳しくは、触媒層3は、触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を含有する。触媒粒子としては、例えば、白金や白金化合物等が挙げられる。白金化合物としては、例えば、ルテニウム、パラジウム、ニッケル、モリブデン、イリジウム、鉄等からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属と、白金との合金等が挙げられる。なお、通常は、カソード触媒層に含まれる触媒粒子は白金であり、アノード触媒層に含まれる触媒粒子は前記金属と白金との合金である。また、水素イオン伝導性高分子電解質としては、上述した電解質膜2に使用されるものと同じ材料を使用することができる。
The
補助膜4は、ガスバリア層42と第1の接着層43から構成されているが、ガスバリア層42は、水蒸気、水、燃料ガス及び酸化剤ガスに対するバリア性を有するポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリメチルテンペン、ポリフェニレンオキサイド、ポリサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイドなどを好ましく使用することができる。なお、ポリエステルは、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート等を挙げることができる。
The
また、第1の接着層43の材料としては、ポリオレフィン系樹脂が好ましく、例えば、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、エチレン−α・オレフィン共重合体、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイソブテン、ポエイソブチレン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、エチレン−メタクリル酸共重合体、あるいはエチレン−アクリル酸共重合体等のエチレンと不飽和カルボン酸との共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、アイオノマー樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体等を使用することができる。またそれらを変性した酸変性ポリオレフィン系樹脂、シラン変性ポリオレフィン系樹脂を使用することができ、その中でも不飽和カルボン酸でグラフト変性したポリプロピレンもしくは不飽和カルボン酸で変性したポリエチレンを使用することが絶縁性もしくは耐熱性の点で好ましい。
The material of the first
ガス拡散層5としては、公知であり、燃料極、空気極を構成する各種のガス拡散層を使用でき、燃料である燃料ガス及び酸化剤ガスを効率よく触媒層3に供給するため、多孔質の導電性基材からなっている。多孔質の導電性基材としては、例えば、カーボンペーパーやカーボンクロス等が挙げられる。
As the
ガスケット6としては、熱プレスに耐えうる強度を保ち、かつ、外部に燃料及び酸化剤を漏出しない程度のガスバリア性を有しているものを使用することができ、例えば、ポリエチレンテレフタレートシートやテフロン(登録商標)シート、シリコンゴムシート等を例示することができる。
As the
セパレータ7としては、公知であり、燃料電池内の環境においても安定な導電性板であればよく、一般的には、カーボン板にガス流路71を形成したものが用いられる。また、セパレータ7をステンレス等の金属により構成し、金属の表面にクロム、白金族金属又はその酸化物、導電性ポリマーなどの導電性材料からなる被膜を形成したものや、同様にセパレータを金属によって構成し、該金属の表面に銀、白金族の複合酸化物、窒化クロム等の材料によるメッキ処理を施したもの等も使用可能である。
The
次に上述した固体高分子形燃料電池1の製造方法について図面を参照しつつ説明する。図4は、本実施形態に係る固体高分子形燃料電池1の製造方法を示す説明図である。
Next, a method for producing the above-described polymer
図4に示すように、上述した材料からなる電解質膜2を準備し、この電解質膜2の両面に触媒層形成用転写シート8を重ねて配置する。ここで触媒層形成用転写シート8とは、転写される触媒層3が転写用基材81に形成されたものである。この触媒層形成用転写シート8の製造方法について説明すると、まず、上述した触媒粒子を担持させた炭素粒子及び水素イオン伝導性高分子電解質を適当な溶剤に混合、分散して触媒ペーストを作製する。そして、形成される触媒層3が所望の膜厚になるように触媒ペーストを公知の方法に従い、必要に応じて離型層を介して転写用基材81上に塗工する。このとき、触媒層3が、電解質膜2と同一サイズ且つ同一形状となるように、触媒ペーストを転写用基材81に塗工する。触媒ペーストの塗工方法としては、スクリーン印刷や、スプレーコーティング、ダイコーティング、ナイフコーティングなどの公知の塗工方法を挙げることができる。また、上記の溶剤としては、各種アルコール類、各種エーテル類、各種ジアルキルスルホキシド類、水またはこれらの混合物等が挙げられ、これらの中でもアルコール類が好ましい。アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、tert−ブタノール、等の炭素数1〜4の一価アルコール、各種の多価アルコール等が挙げられる。転写用基材81としては、例えば、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリパルバン酸アラミド、ポリアミド(ナイロン)、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリエチレンナフタレート等の高分子フィルムを挙げることができる。また、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の耐熱性フッ素樹脂を用いることもできる。さらに転写用基材81は、高分子フィルム以外にアート紙、コート紙、軽量コート紙等の塗工紙、ノート用紙、コピー用紙などの非塗工紙であっても良い。転写用基材81の厚さは、取り扱い性及び経済性の観点から通常6〜100μm程度、好ましくは10〜30μm程度程度とするのがよい。従って、転写用基材81としては、安価で入手が容易な高分子フィルムが好ましく、ポリエチレンテレフタレート等がより好ましい。
As shown in FIG. 4, an
そして、触媒ペーストを塗工した後、所定の温度及び時間で乾燥することにより転写用基材81上に触媒層3が形成される。乾燥温度は、通常40〜100℃程度、好ましくは60〜80℃程度である。乾燥時間は、乾燥温度にもよるが、通常5分〜2時間程度、好ましくは10分〜1時間程度である。
Then, after applying the catalyst paste, the
図4に戻って、固体高分子形燃料電池の製造方法について説明を続ける。上述したように作製した触媒層形成用転写シート8を触媒層3が電解質膜1に対面するように配置し(図4(a))、転写シート8の背面側から加熱プレスを施して触媒層3を電解質膜2に転写させて、転写シート8の転写用基材81を剥離する(図4(b))。作業性を考慮すると、触媒層3を電解質膜2の両面に同時に積層することが好ましいが片面ずつ触媒層3を形成することもできる。加熱プレスの加圧レベルは、転写不良を避けるために、通常0.5〜20MPa程度、好ましくは1〜10MPa程度がよい。また、この加圧操作の際に、転写不良を避けるために加圧面を加熱するのが好ましい。加熱温度は、電解質膜2の破損、変形等を避けるために、通常200℃以下、好ましくは150℃以下がよい。このように電解質膜2の両面に触媒層3を形成することで電解質膜−触媒層接合体10が形成される。このとき、各触媒層3は、電解質膜2の上面又は下面の全体を覆うように形成されている。
Returning to FIG. 4, the description of the method for producing the polymer electrolyte fuel cell will be continued. The
次に、このようにして形成された電解質膜−触媒層接合体10に、補助膜4を取り付ける(図4(c))。この工程について図5を参照しつつ詳細に説明する。図5は、電解質膜−触媒層接合体10に補助膜4を取り付ける工程を示した平面図である。図5に示すように、上述した材料からなる2枚の補助膜4を重ねて、1辺を残した残り3辺を互いに溶着させる。これによって、2枚の補助膜4は、コ字状に溶着部が形成されるとともに、左側の一辺が開口している袋体となる(図5(a))。なお、この溶着方法は種々の公知の方法を採用することができ、例えば、高周波溶着や、熱風式溶着、熱板式溶着、インパルス式溶着、コテ式溶着、超音波溶着などを採用することができる。
Next, the
補助膜4によって袋体を形成すると、次に、この袋体を構成する各補助膜4の中央部に電解質膜−触媒層接合体10の触媒層3よりも一回り小さい易除去領域44を形成する(図5(b))。なお、この易除去領域44とは、容易に取り除ける領域のことをいい、例えば、その外周縁にミシン目を入れることや、一部だけ残して切込みを入れること等によって形成することができる。このように易除去領域44が形成された袋体に、その溶着されていない左側から、電解質膜−触媒層接合体10を挿入して所定位置まで移動させる(図5(c))。この所定位置とは、電解質膜−触媒層接合体10の触媒層3が外周縁部31を除いて易除去領域44に対向している位置のことをいう。
When the bag is formed by the
電解質膜−触媒層接合体10を所定位置まで移動させた後、易除去領域44の外周縁のミシン目を切断して易除去領域44を各補助膜4から取り外すことで、各補助膜4の中央部に開口部41が形成される(図5(d))。このように易除去領域44が各補助膜4から取り外されて開口部41が形成されると、電解質膜−触媒層接合体10の触媒層3が外周縁部31を除いて各開口部41から露出した状態となる。そして、この状態で補助膜4の溶着されていなかった残りの部分を公知の方法で溶着させることで、補助膜4は、電解質−触媒層接合体10の触媒層3の外周縁部31や、電解質膜2の外周縁部21に溶着するとともに、補助膜4の外周縁部45同士でも溶着する。以上の工程によって、補助膜付き電解質膜−触媒層接合体が完成する(図5(e)、図4(c))。
After the electrolyte membrane-
図4に戻って、固体高分子形燃料電池1の製造方法の説明を続ける。上述した補助膜付き電解質膜−触媒層接合体の開口部41から露出している触媒層3上に、ガス拡散層5を熱圧着により積層形成して、補助膜付き電解質膜−電極接合体が完成する(図4(d))。続いて、触媒層3及びガス拡散層5からなる電極Eの周囲を囲むように補助膜4上にガスケット6を配置する。そして、セパレータ7を、ガス流路71がガス拡散層5と対向するように、ガス拡散層5及びガスケット6上に配置して、ガス拡散層5とセパレータ7とが電気的に接続するようにセパレータ7で該電解質膜−電極接合体を挟持することによって、固体高分子形燃料電池1が完成する(図4(e))。
Returning to FIG. 4, the description of the method for producing the polymer
以上のように、本実施形態では、電解質膜−電極接合体20が補助膜4を有しているため、ガスケット6を補助膜4上に設置することができる。よって、電解質膜2上にガスケットを設置しなくてもよく、触媒層3を電解質膜2の全体に形成することができ、電解質膜2を全て発電に寄与させることができる。また、ガス拡散層5は、補助膜4の開口部41内において、開口部41から露出した触媒層3上に形成されている。このようにガス拡散層5を補助膜4の開口部41内に形成されているため、ガス拡散層5が形成される面は平坦でありガス拡散層5の上面も平坦とすることができる。よって、セパレータ7はガス拡散層5と均一に接触するため集電効率が低下することがなく、十分な起電力を取り出すことができる。また、ガス拡散層5が設置される面が平坦なため、ガス拡散層5の一部に応力が集中して割れが生じることを防止することができる。
As described above, in the present embodiment, since the electrolyte membrane-
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、補助膜4を一旦、袋体にして、電解質膜−触媒層接合体10を挿入するという製造方法を採用しているが、特にこれに限定されるものではない。例えば、電解質膜−触媒層接合体10の両面に、予め開口部41が形成された補助膜4を、第1の接着層43が電解質膜−触媒層接合体10を向くようにそれぞれ配置し、公知の溶着方法などよって電解質膜−触媒層接合体10の両面に補助膜4を溶着させて、補助膜付き電解質膜−触媒層接合体を作製することもできる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention. For example, in the above-described embodiment, a manufacturing method is employed in which the
また、上記実施形態では、補助膜4を溶着によって電解質膜−触媒層接合体10に接着しているが、例えば、補助膜4を電解質膜−触媒層接合体10に粘着させることもできる。この場合は、補助膜4の第1の接着層43の材料としては、例えば、アクリル系、ゴム系、シリコーン系の粘着剤を使用できる。具体的には、アクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸エステル共重合体、天然ゴム(NR)、合成天然ゴム(IR)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、ポリイソブチレン(PIB)、ブチルゴム(IIR)、シリコーンゴム等を挙げることができる。なお、この場合は、第1の接着層43を電解質膜−触媒層接合体10に粘着させる方法として、種々の方法を採用することができる。例えば、補強膜4を電解質膜−触媒層接合体10上に配置してからハンドローラを補助膜4上で転がすことによって補強膜4を電解質膜−電極接合体10に粘着させたり、又はプレスなどで圧着させることもできる。なお、粘着させる場合の圧力は、熱圧着させる場合の圧力よりもかなり低い圧力で十分であり、例えば、0.01〜0.3MPa程度の圧力で十分に補助膜4を電解質膜−触媒層接合体10に粘着させることができる。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、補助膜4は、ガスバリア層42と第1の接着層43の2層から構成されているが、3層以上であってもよい。例えば、図6に示すように、各補助膜4を3層構造とすることができ、この場合は、各補助膜4は、電解質膜2側から順に、第1の接着層43、ガスバリア層42、第2の接着層47を備えている。第1の接着層43は、電解質膜−触媒層接合体10に接着するよう構成されている。この第1の接着層43上に、燃料電池の発電に用いられる燃料ガスや酸化剤ガスの透過を防止するガスバリア層42が形成されている。さらにこのガスバリア層42上に、ガスケット6と接着するよう構成された第2の接着層47が形成されている。この第2の接着層47は第1の接着層43よりも高い融点を有しており、第2の接着層47の融点は第1の接着層43の融点に比べて30〜60℃程度高いことが好ましい。このように第2の接着層47の融点を第1の接着層43の融点よりも高くすることで次のような効果を得ることができる。すなわち、補助膜4を電解質膜−触媒層接合体10に溶着させる際、まず、第1の接着層43の融点よりも高く且つ第2の接着層47の融点よりも低い温度で溶着することができる。これにより、まず、第1の接着層43のみを溶融させて、補助膜4を電解質膜−触媒層接合体10に溶着させることができる。そして、その後、第2の接着層47の融点よりも高い温度で溶着することで、第2の接着層47を溶融させてガスケット6と溶着させることができる。このような溶着方法をとることによって、電解質膜−触媒層接合体10に与える熱を少なくすることができ、熱的損傷を低減することができる。なお、第1の接着層43は1〜50μmとすることが好ましく、ガスバリア層42の膜厚は、6〜20μmとすることが好ましく、さらに第2の接着層47の膜厚は、1〜50μmとすることが好ましい。
Moreover, in the said embodiment, although the auxiliary | assistant film |
また、上記実施形態では、固体高分子形燃料電池1を構成する電解質膜2や触媒層3、ガス拡散層5など全て平面視矩形状として説明したが、特に形状は限定されるものではなく、例えば平面視円形状とすることもできる。
In the above embodiment, the
以下に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described more specifically with reference to the following examples and comparative examples. In addition, this invention is not limited to the following Example.
(実施例1)
図1に示すような補強膜付き電解質膜−電極接合体を作製した。電解質膜2は、53×53mmの大きさに切断された膜厚53μmのNRE212CS(Dupont社製)を使用した。
Example 1
An electrolyte membrane-electrode assembly with a reinforcing membrane as shown in FIG. 1 was produced. As the
次に、触媒層形成用転写シート8を次の要領で作製した。まず、白金触媒担持カーボン(白金担持量:45.7wt%、田中貴金属社製、TEC10E50E)2gに、1−ブタノール10g、3−ブタノール10g、フッ素樹脂(5wt%ナフィオンバインダー、デュポン社製)20g及び水6gを加え、これらを分散機にて攪拌混合することにより、触媒層形成用インク組成物を調製した。次に、該インクをポリエステルフィルム(東レ製、X44、25μm)に触媒層乾燥後の白金重量が0.4mg/cm2となるように塗工し、触媒層形成用転写シート8を作製した。
Next, a
以上のように作製した触媒層形成用転写シート8を53×53mmの大きさに切断し、電解質膜2の両面それぞれに触媒層3が電解質膜2側を向くように中心を合わせて配置した。そして、135℃、5.0MPa、150秒の条件で熱プレスすることで、電解質膜2の両面に触媒層3を形成し、電解質膜−触媒層接合体10を作製した。なお、触媒層3の厚さは20μmである。
The catalyst layer forming
続いて、補助膜4を作製した。補助膜4のガスバリア層42として、二軸延伸ポリエチレンナフタレート(帝人社製、テオネックス、12μm)を使用した。このポリエチレンナフタレート上に、溶融押出し法により、不飽和カルボン酸グラフト変性ポリプロピレンを30μmの厚さで押し出し、第1の接着層43を形成した。この補助膜4を80×80mmの大きさに切断し、その中央部に50×50mmの大きさの開口部41を形成した。そして、補助膜4を電解質膜−触媒層接合体10の両面に中心を合わせて配置し、130℃、1.0MPa、30秒の条件で熱プレスすることで補助膜4を電解質膜−触媒層接合体10に溶着し、補助膜付き電解質膜−触媒層接合体を作製した。
Subsequently, the
さらに続いて、開口部41から露出している触媒層3上に、ガス拡散層5として、49×49mmの大きさに切断されたカーボンペーパー(東レ社製、TGP−H−090、厚さ280μm)を積層し、補助膜付き電解質膜−電極接合体を形成した。以上のように形成した補助膜付き電解質膜−電極接合体のガスバリア層42上にエチレンプロピレンゴム製のガスケット6(NOK社製、EPDM、厚さ250μm)を載置した。
Subsequently, on the
(実施例2)
図6に示すような、補助膜4が3層構造である補強膜付き電解質膜−電極接合体を作製した。この実施例2の固体高分子形燃料電池は、補助膜4が3層構造であること以外は、上述した実施例1と同一の材料、寸法、製造方法で作成されている。この実施例2の補助膜4について説明すると、まずガスバリア層42として二軸延伸ポリエチレンナフタレート(帝人社製、テオネックス、12μm)を使用した。このガスバリア層42の下面に溶融押出し法により不飽和カルボン酸グラフト変性ポリエチレンを15μmの厚さで押し出し、第1の接着層43を形成した。また、ガスバリア層42の上面に不飽和カルボン酸グラフト変性ポリプロピレンを15μmの厚さで押し出し、第2の接着層47を形成した。この補助膜4を80×80mmの大きさに切断し、その中央部に50×50mmの大きさの開口部41を形成した。そして、融点が110℃の第1の接着層43同士が向かい合うように、補助膜4を電解質膜−触媒層接合体10の両面に配置し、100℃、1.0MPa、30秒の条件で熱プレスすることで補助膜4を電解質膜−触媒層接合体10に溶着し、補助膜付き電解質膜−触媒層接合体を作製した。そして、融点が146℃の第2接着層47の上にエチレンプロピレンゴム製のガスケット6(NOK社製、EPDM、厚さ200μm)を配置後、130℃、1.0MPa、30秒の条件で熱プレスしガスケット6を第2接着層47に接着させた。なお、接着層の融点はJISK7121に準じ、示差走査熱量計を用いて行い、測定した。
(Example 2)
As shown in FIG. 6, an electrolyte membrane-electrode assembly with a reinforcing membrane in which the
(実施例3)
補助膜4の材料が異なる点、補助膜4の接着条件が異なる点以外は、上述した実施例1と同一の材料、寸法、製造方法で、補強膜付き電解質膜−電極接合体を作製した。なお、補助膜4は、ガスバリア層42として二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(帝人社製、テフレックス、厚さ20μm)を使用した。このポリエチレンテレフタレート上に、溶融押出し法により、不飽和カルボン酸グラフト変性ポリエチレンを30μmの厚さで押し出し、第1の接着層43を形成した。この補助膜4を電解質膜−触媒層接合体10の両面に中心を合わせて配置し、100℃、1.0MPa、30秒の条件で熱プレスすることで補助膜4を電解質膜−触媒層接合体10に接着し、補強膜付き電解質膜−電極接合体を作製した。以上のように形成した補助膜付き電解質膜−電極接合体のガスバリア層42上にエチレンプロピレンゴム製のガスケット6(NOK社製、EPDM、厚さ250μm)を載置した。
(Example 3)
An electrolyte membrane-electrode assembly with a reinforcing membrane was produced with the same material, dimensions, and manufacturing method as in Example 1 except that the material of the
(実施例4)
電解質膜2及び触媒層形成用転写シート8を56×56mmの大きさに切断した点以外は、上述した実施例1と同一の材料、寸法、製造方法で、補強膜付き電解質膜−電極接合体を作製した。そして、ガスバリア層42上にエチレンプロピレンゴム製のガスケット6(NOK社製、EPDM、厚さ250μm)を載置した。
Example 4
Except that the
(実施例5)
補助膜4の材料が異なる点、及び電解質膜−触媒層接合体10に対して補助膜4を接着させる際のプレス条件が異なる点以外は、上述した実施例1と同一の材料、寸法、製造方法で、補強膜付き電解質膜−電極接合体を作製した。
(Example 5)
Except for the point that the material of the
なお、実施例5の補助膜4としてプロスウェル(日東電工社製、PW−3610A)を用いた。なお、このプロスウェルは、厚さ25μmのポリイミドからなるガスバリア層42と、厚さ10μmのアクリル樹脂からなる第1の接着層43とから構成されている。また、補助膜4を電解質膜−触媒層接合体10に粘着させる際のプレス条件は常温(25℃)、0.3MPa、30秒とした。このように形成した補助膜付き電解質膜−電極接合体のガスバリア層42の上にエチレンプロピレンゴム製のガスケット6(NOK社製、EPDM、厚さ250μm)を載置した。
In addition, as the
(比較例1)
比較例1として、ガス拡散層5の大きさと積層方法が異なる点以外は、上記実施例1と同一の補強膜付き電解質膜−電極接合体を作製した(図7参照)。なお、ガス拡散層5は、電解質膜2及び触媒層3と同じ53×53mmの大きさに切断した。そして、このガス拡散層5を触媒層3上に補助膜4を間に介在させて設置した。この補助膜付き電解質膜−電極接合体のガスバリア層42上にエチレンプロピレンゴム製のガスケット6(NOK社製、EPDM、厚さ250μm)を載置した。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, the same electrolyte membrane-electrode assembly with a reinforcing membrane as that of Example 1 was prepared except that the size of the
(比較例2)
ガス拡散層5を53×53mmの大きさに切断した点、及び電解質膜2と触媒層形成用転写シート8を50×50mmの大きさに切断した点以外は、上記実施例1と同一の材料、寸法、製造方法で、補強膜付き電解質膜−電極接合体を作製した(図8参照)。この補助膜付き電解質膜−電極接合体のガスバリア層42の上にエチレンプロピレンゴム製のガスケット6(NOK社製、EPDM、厚さ250μm)を載置した。
(Comparative Example 2)
The same material as in Example 1 except that the
(比較例3)
ガス拡散層5を53×53mmの大きさに切断した点、及び電解質膜2と触媒層形成用転写シート8を50×50mmの大きさに切断した点以外は、上記実施例5と同一の材料、寸法、製造方法で、補強膜付き電解質膜−電極接合体を作製した(図8参照)。そして、この補強膜付き電解質膜−電極接合体のガスバリア層42上にエチレンプロピレンゴム製のガスケット6(NOK社製、EPDM、厚さ250μm)を載置した。
(Comparative Example 3)
The same material as in Example 5 except that the
(比較例4)
ガス拡散層5を53×53mmの大きさに切断した点、及び電解質膜2と触媒層形成用転写シート8を50×50mmの大きさに切断した点以外は、上記実施例2と同一の材料、寸法、製造方法で、補強膜付き電解質膜−電極接合体を作製した(図8参照)。そして、この補強膜付き電解質膜−電極接合体の第2接着層47の上にエチレンプロピレンゴム製のガスケット6(NOK社製、EPDM、厚さ200μm)を配置後、130℃、1.0MPa、30秒の条件で熱プレスした。
(Comparative Example 4)
The same material as in Example 2 except that the
(評価方法)
実施例1〜5の補助膜付き電解質膜−電極接合体及び比較例1〜4の電解質膜−電極接合体について、セパレータ7を設置して固体高分子形燃料電池をそれぞれ作製し、各固体高分子形燃料電池の電流−電圧特性評価を行った。その際にセパレータ7で挟持した補助膜付き電解質膜−電極接合体の抵抗値(Ω)を抵抗計により測定したところ、実施例1の抵抗値は4.7mΩ、実施例2は5.0mΩ、実施例3は4.8mΩ、実施例4は3.8mΩ、実施例5は4.0mΩであるのに対して、比較例1は20.0mΩ、比較例2は26.7mΩ、比較例3は47.0mΩ、比較例4は29.0mΩであった。また起電力は実施例1が0.990V、実施例2が0.984V、実施例3が0.995、実施例4が0.989V、実施例5が0.975Vであるのに対して、比較例1が0.828V、比較例2が0.350V、比較例3が0.404V、比較例4が0.366Vであった。
(Evaluation methods)
With respect to the electrolyte membrane-electrode assemblies with auxiliary membranes of Examples 1 to 5 and the electrolyte membrane-electrode assemblies of Comparative Examples 1 to 4,
また、上記実施例1〜5の補強膜付き電解質膜−電極接合体、及び比較例1〜4の補強膜付き電解質膜−電極接合体について、セパレータ7を設置して固体高分子形燃料電池をそれぞれ作製し、負荷変動サイクル試験を実施した。このときの測定条件は、セル温度80℃、燃料利用率70%、酸化剤利用率40%、加湿温度50℃とした。また、負荷変動サイクル試験として、電流密度0.3A/cm2にて1分間発電した後、電流密度0.01A/cm2にて1分間発電するサイクルを繰り返した。この負荷変動サイクル試験の結果、実施例1の燃料電池セルは1600時間、実施例2〜5の燃料電池セルは1000時間経過しても電圧が低下することはなく、また、この負荷変動サイクル試験後に電解質膜を確認したところ電解質膜の破損は見られなった。一方、比較例1の燃料電池セルは100時間経過した時点で電圧の低下が確認され、またこの負荷変動サイクル試験実施後、電解質膜2の破損が目視により確認された。そして比較例2〜4の燃料電池セルは負荷変動サイクル試験が測定不能で耐久性時間は0時間であった。これは、補強膜4の開口部41と電解質膜−触媒層接合体との間からガスリークしていることが原因と考えられる。また負荷変動サイクル試験後のリーク電流量を測定した結果、実施例1〜5の燃料電池セルのリーク電流は1mA/cm2以下に対し、比較例1の燃料電池セルのリーク電流量は20mA/cm2以上、比較例2〜4の燃料電池セルのリーク電流量は30mA/cm2以上で、電解質膜破損あるいはシール性不良によるガスリークが観られた。以下、表1に試験結果を示す。
Moreover, about the electrolyte membrane-electrode assembly with a reinforcement film of the said Examples 1-5, and the electrolyte membrane-electrode assembly with a reinforcement film of Comparative Examples 1-4, the
以上のように、実施例1〜5の固体高分子形燃料電池は、比較例1〜4の固体高分子形燃料電池に比べて、抵抗値が低く且つ起電力が高いため、集電効率が高く、燃料電池性能が高いことが分かった。 As described above, since the polymer electrolyte fuel cells of Examples 1 to 5 have a lower resistance value and a higher electromotive force than the polymer electrolyte fuel cells of Comparative Examples 1 to 4, the current collection efficiency is high. It was found that the fuel cell performance was high.
1 固体高分子形燃料電池
2 電解質膜
21 電解質膜の外周縁部
3 触媒層
31 触媒層の外周縁部
4 補助膜
41 開口部
42 バリア層
43 第1の接着層
45 補助膜の外周縁部
46 補助膜の内周縁部
47 第2の接着層
5 ガス拡散層
6 ガスケット
7 セパレータ
10 電解質膜−触媒層接合体
20 電解質膜−電極接合体
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電解質膜と合致するような外形を有し、前記電解質膜の両面全体にそれぞれ形成された触媒層と、
前記各触媒層上にそれぞれ設置され、中央に開口部を有する枠状であり前記触媒層よりも一回り大きく形成された補助膜と、
前記各補助膜の開口部から露出した触媒層上にそれぞれ設置されたガス拡散層と、を備え、
前記各補助膜は、外周縁部同士が接着するとともに、内周縁部が前記触媒層の外周縁部と接着している、補助膜付き電解質膜−電極接合体。 A solid polymer electrolyte membrane;
A catalyst layer having an outer shape that matches the electrolyte membrane, and formed on each of both surfaces of the electrolyte membrane;
An auxiliary membrane that is installed on each of the catalyst layers and has a frame shape having an opening in the center and is formed slightly larger than the catalyst layer;
A gas diffusion layer installed on each catalyst layer exposed from the opening of each auxiliary membrane, and
Each of the auxiliary membranes is an electrolyte membrane-electrode assembly with an auxiliary membrane in which outer peripheral edges are bonded to each other and an inner peripheral edge is bonded to an outer peripheral edge of the catalyst layer.
前記各補助膜上にそれぞれ設置されたガスケットと、
前記各電極及びガスケット上にそれぞれ設置されたセパレータと、
を備えた、固体高分子形燃料電池。 An electrolyte membrane-electrode assembly with an auxiliary membrane according to any one of claims 1 to 3,
A gasket installed on each auxiliary membrane;
Separators respectively installed on the electrodes and gaskets;
A solid polymer fuel cell comprising:
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011065876A (en) * | 2009-09-17 | 2011-03-31 | Dainippon Printing Co Ltd | Catalyst layer-electrolyte membrane laminate with edge sealing, membrane electrode assembly with edge seal, and solid polymer fuel cell |
WO2011118136A1 (en) * | 2010-03-23 | 2011-09-29 | パナソニック株式会社 | Membrane electrode assembly with integrated frame and fuel cell |
WO2014011153A1 (en) | 2012-07-10 | 2014-01-16 | United Technologies Corporation | Fuel cell electrode assembly |
DE102015215258A1 (en) * | 2015-08-11 | 2017-02-16 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | fuel cell stack |
JP2019528551A (en) * | 2016-08-26 | 2019-10-10 | バラード パワー システムズ インコーポレイテッド | Fuel cell with improved durability |
JP2022517716A (en) * | 2019-03-11 | 2022-03-10 | アウディ アクチェンゲゼルシャフト | Fuel cell assembly, fuel cell system and fuel cell vehicle |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004047230A (en) * | 2002-07-10 | 2004-02-12 | Asahi Glass Co Ltd | Solid polymer electrolyte fuel cell |
JP2006236957A (en) * | 2005-01-31 | 2006-09-07 | Uchiyama Mfg Corp | Constituent member for fuel cell |
JP2007042348A (en) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Nissan Motor Co Ltd | Membrane electrode assembly and production method therefor |
JP2007250249A (en) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Toyota Motor Corp | Seal integrated membrane-electrode assembly |
JP2009531818A (en) * | 2006-03-27 | 2009-09-03 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | Manufacturing method of membrane / electrode assembly for fuel cell |
-
2008
- 2008-08-20 JP JP2008211439A patent/JP5277792B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004047230A (en) * | 2002-07-10 | 2004-02-12 | Asahi Glass Co Ltd | Solid polymer electrolyte fuel cell |
JP2006236957A (en) * | 2005-01-31 | 2006-09-07 | Uchiyama Mfg Corp | Constituent member for fuel cell |
JP2007042348A (en) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Nissan Motor Co Ltd | Membrane electrode assembly and production method therefor |
JP2007250249A (en) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Toyota Motor Corp | Seal integrated membrane-electrode assembly |
JP2009531818A (en) * | 2006-03-27 | 2009-09-03 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア | Manufacturing method of membrane / electrode assembly for fuel cell |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011065876A (en) * | 2009-09-17 | 2011-03-31 | Dainippon Printing Co Ltd | Catalyst layer-electrolyte membrane laminate with edge sealing, membrane electrode assembly with edge seal, and solid polymer fuel cell |
US9859573B2 (en) | 2010-03-23 | 2018-01-02 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Membrane electrode assembly with integrated frame and fuel cell |
WO2011118136A1 (en) * | 2010-03-23 | 2011-09-29 | パナソニック株式会社 | Membrane electrode assembly with integrated frame and fuel cell |
JP4871434B2 (en) * | 2010-03-23 | 2012-02-08 | パナソニック株式会社 | Frame-integrated membrane electrode assembly and manufacturing method thereof |
US10205186B2 (en) | 2012-07-10 | 2019-02-12 | Audi Ag | Fuel cell electrode assembly |
EP2873106A4 (en) * | 2012-07-10 | 2016-02-24 | Audi Ag | Fuel cell electrode assembly |
CN104641501A (en) * | 2012-07-10 | 2015-05-20 | 百拉得动力系统公司 | Fuel cell electrode assembly |
KR101924253B1 (en) * | 2012-07-10 | 2018-11-30 | 아우디 아게 | Fuel cell electrode assembly |
WO2014011153A1 (en) | 2012-07-10 | 2014-01-16 | United Technologies Corporation | Fuel cell electrode assembly |
DE102015215258A1 (en) * | 2015-08-11 | 2017-02-16 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | fuel cell stack |
JP2019528551A (en) * | 2016-08-26 | 2019-10-10 | バラード パワー システムズ インコーポレイテッド | Fuel cell with improved durability |
US11271234B2 (en) | 2016-08-26 | 2022-03-08 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell with improved durability |
JP2022517716A (en) * | 2019-03-11 | 2022-03-10 | アウディ アクチェンゲゼルシャフト | Fuel cell assembly, fuel cell system and fuel cell vehicle |
JP7101891B2 (en) | 2019-03-11 | 2022-07-15 | アウディ アクチェンゲゼルシャフト | Fuel cell assembly, fuel cell system and fuel cell vehicle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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