JP2012129011A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 水素イオン伝導性を有する固体高分子を電解質に用いた固体高分子電解質型燃料電池であって、固体高分子電解質膜3と、膜3の一方の面に配置された燃料極4と、膜3の他方の面に配置された酸化剤極5と、燃料極4の膜3とは反対側の面に配置された燃料極側セパレータ12と、酸化剤極5の膜3とは反対側の面に配置された酸化剤極側セパレータ13とを有している。さらに、燃料極4の外周端部で且つ燃料極側セパレータ12のガス流路の少なくともガス入口部に相当する部分を被覆するように、導電性材料と親水性の官能基を有する高分子樹脂とを含む被覆層25が形成されている。
【選択図】 図2
Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる固体高分子電解質型燃料電池の基本構成を一部切欠して示す斜視図である。また、図2は同実施形態の固体高分子電解質型燃料電池の全体構成を示す断面図、図3(a)(b)は要部構成を示す平面図である。なお、図2は図3(a)の矢視X−X’断面に相当している。
酸化剤極:1/2 O2 + 2H+ + 2e- → H2O…………(2)
さらに、燃料極4と酸化剤極5の触媒層中では、それぞれ副反応生成物として過酸化水素(H2O2)が発生し、下記(3)式のような分解反応を引き起こしてヒドロキシラジカル(OH−)等のラジカルを発生させる。
発生したラジカルの一部は、触媒層中を移動して当該触媒層を構成する固体高分子電解質や、当該触媒層に隣接した固体高分子電解質膜3の高分子構造を切断するように作用する。その結果、触媒層8,9や固体高分子電解質膜3を分解損耗することによる化学劣化を進行させると共に、更には固体高分子電解質膜3の機械的強度を低下させてピンホールやクラックを発生させて、燃料極4と酸化剤極5との間にクロスリークを引き起こす原因となることが懸念される。
図6乃至図8は、本発明の第2の実施形態に係わる固体高分子電解質型燃料電池を説明するためのもので、図6及び図7は要部構成を示す平面図、図8は図7の矢視Y−Y’断面図である。
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。
2…接合体
3…固体高分子電解質膜
4…燃料極
5…酸化剤極
6…燃料極ガス拡散層
7…酸化剤極ガス拡散層
8…燃料極側触媒層
9…酸化剤極側触媒層
10…燃料極の接着層
11…酸化剤極の接着層
12,13…セパレータ
14…燃料ガス供給溝
15…酸化剤ガス供給溝
16…燃料極側ガスシール層
17…酸化剤極側ガスシール層
18…間隙部
19…燃料極側電池反応面
20…酸化剤極側電池反応面
21…燃料極側ガスシール面
22…酸化剤極側ガスシール面
23…燃料極のガス入口部
24…酸化剤極のガス入口部
25…燃料極側被覆層
26…酸化剤極側被覆層
27…燃料極側ガス透過層
28…酸化剤極側ガス透過層
Claims (8)
- 水素イオン伝導性を有する固体高分子を電解質とした固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の一方の面に配置された燃料極と、
前記固体高分子電解質膜の他方の面に配置された酸化剤極と、
前記燃料極の前記固体高分子電解質膜とは反対側の面に配置され、前記燃料極の表面上に燃料ガスを分配供給するためのガス流路が形成された燃料極側セパレータと、
前記酸化剤極の前記固体高分子電解質膜とは反対側の面に配置され、前記酸化剤極の表面上に酸化剤ガスを分配供給するためのガス流路が形成された酸化剤極側セパレータと、
前記燃料極の外周端部で且つ前記燃料極側セパレータのガス流路の少なくともガス入口部に相当する部分を被覆するように配置され、導電性材料と親水性の官能基を有する高分子樹脂とを含んで形成された、前記燃料ガスの透過が可能な被覆層と、
を具備したことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。 - 水素イオン伝導性を有する固体高分子を電解質とした固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の一方の面に配置された燃料極と、
前記固体高分子電解質膜の他方の面に配置された酸化剤極と、
前記燃料極の前記固体高分子電解質膜とは反対側の面に配置され、前記燃料極の表面上に燃料ガスを分配供給するためのガス流路が形成された燃料極側セパレータと、
前記酸化剤極の前記固体高分子電解質膜とは反対側の面に配置され、前記酸化剤極の表面上に酸化剤ガスを分配供給するためのガス流路が形成された酸化剤極側セパレータと、
前記酸化剤極の外周端部で且つ前記酸化剤極側セパレータのガス流路の少なくともガス入口部に相当する部分を被覆するように配置され、導電性材料と親水性の官能基を有する高分子樹脂とを含んで形成された、前記酸化剤ガスの透過が可能な被覆層と、
を具備したことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。 - 水素イオン伝導性を有する固体高分子を電解質とした固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の一方の面に配置された燃料極と、
前記固体高分子電解質膜の他方の面に配置された酸化剤極と、
前記燃料極の前記固体高分子電解質膜とは反対側の面に配置され、前記燃料極の表面上に燃料ガスを分配供給するためのガス流路が形成された燃料極側セパレータと、
前記酸化剤極の前記固体高分子電解質膜とは反対側の面に配置され、前記酸化剤極の表面上に酸化剤ガスを分配供給するためのガス流路が形成された酸化剤極側セパレータと、
前記燃料極の外周端部で且つ前記燃料極側セパレータのガス流路の少なくともガス入口部に相当する部分を被覆するように配置され、導電性材料と親水性の官能基を有する高分子樹脂とを含んで形成された、前記燃料ガスの透過が可能な燃料極側被覆層と、
前記酸化剤極の外周端部で且つ前記酸化剤極側セパレータのガス流路の少なくともガス入口部に相当する部分を被覆するように配置され、導電性材料と親水性の官能基を有する高分子樹脂とを含んで形成された、前記酸化剤ガスの透過が可能な酸化剤極側被覆層と、
を具備したことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。 - 前記各セパレータのガス流路は、前記燃料極又は前記酸化剤極と前記固体高分子電解質膜との対向方向と直交する方向に設けられ、且つ前記燃料極側セパレータのガス流路と前記酸化剤極側セパレータのガス流路は互いに直交していることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の固体高分子電解質型燃料電池。
- 前記被覆層を構成する導電性材料は、導電性カーボン粉末、繊維状カーボン、及び導電性金属酸化物粒子の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の固体高分子電解質型燃料電池。
- 前記導電性カーボン粉末は、バルカンXC72、アセチレンブラック、及びケッチェンブラックを含むカーボンブラックの少なくとも一つを含み、前記導電性金属酸化物粒子は二酸化チタン(TiO2)、SiO2、ZrO、SnO2、Al2O3、及びCeO2 の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項5に記載の固体高分子電解質型燃料電池。
- 前記導電性カーボン粉末には、白金、パラジウム、金、イリジウム、及びロジウムの少なくとも一つの元素を含む金属触媒が担持されていることを特徴とする請求項5に記載の固体高分子電解質型燃料電池。
- 前記親水性の官能基を有する高分子樹脂は、スルホン基、カルボキシル基、及びリン酸基の少なくとも1つのイオン交換基を有するイオン伝導性樹脂を含むことを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の固体高分子電解質型燃料電池。
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