JP2012209105A - Method of manufacturing fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の製造方法、詳しくは、液体燃料が用いられる燃料電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell, and more particularly to a method for manufacturing a fuel cell using liquid fuel.
従来、液体燃料を使用する燃料電池として、例えば、直接メタノール形燃料電池、直接ジメチルエーテル形燃料電池、ヒドラジン形燃料電池などが知られている。 Conventionally, as a fuel cell using liquid fuel, for example, a direct methanol fuel cell, a direct dimethyl ether fuel cell, a hydrazine fuel cell, and the like are known.
液体燃料を使用する燃料電池は、具体的には、高分子電解質膜からなる電解質層、その電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極を備える膜・電極接合体(MEA)と、燃料側電極に対向配置される燃料側セパレータと、酸素側電極に対向配置される酸素側セパレータとを備える単位セルを有している。燃料電池では、このような単位セルが複数スタックされている。 Specifically, a fuel cell using a liquid fuel includes a membrane / electrode assembly (MEA) including an electrolyte layer made of a polymer electrolyte membrane, a fuel side electrode and an oxygen side electrode arranged opposite to each other with the electrolyte layer interposed therebetween. And a unit cell comprising a fuel side separator disposed opposite to the fuel side electrode and an oxygen side separator disposed opposite to the oxygen side electrode. In the fuel cell, a plurality of such unit cells are stacked.
そして、燃料や空気を円滑に拡散させ、また、生成する水を円滑に排出させるために、膜・電極接合体と燃料側セパレータとの間、および、膜・電極接合体と酸素側セパレータとの間には、ガス拡散層がそれぞれ介在されている。 In order to smoothly diffuse the fuel and air and to smoothly discharge the generated water, between the membrane / electrode assembly and the fuel side separator, and between the membrane / electrode assembly and the oxygen side separator. There are gas diffusion layers interposed between them.
このような燃料電池において、アニオン型の高分子電解質膜は、MEAを作製するときに、アルカリ溶液に浸漬して、イオン交換を実施している(たとえば、特許文献1参照)。 In such a fuel cell, the anion-type polymer electrolyte membrane is ion-exchanged by immersing it in an alkaline solution when the MEA is produced (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、電解質層をアルカリ溶液に浸漬すると、過度に柔軟となる。そのため、単位セルを作製する際の作業性、ひいては、燃料電池を作製する際の作業性に劣るという不具合がある。 However, when the electrolyte layer is immersed in an alkaline solution, it becomes excessively flexible. For this reason, there is a problem that the workability at the time of manufacturing the unit cell, and hence the workability at the time of manufacturing the fuel cell, is inferior.
本発明の目的は、電解質層のイオン交換を効率よく実施することができながら、燃料電池の作製時の作業性を確保することができる、燃料電池の製造方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the manufacturing method of a fuel cell which can ensure workability | operativity at the time of preparation of a fuel cell, while being able to implement ion exchange of an electrolyte layer efficiently.
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池の製造方法は、アニオン交換型の高分子電解質膜からなる電解質層、前記電解質層を挟むように積層される燃料側電極および酸素側電極を備える膜・電極接合体を用意する第1工程と、前記第1工程の後、前記膜・電極接合体に接触するように、ガス拡散層を積層する第2工程と、前記第2工程の後、前記ガス拡散層に接触するように、セパレータを組付けて、単位セルを作製する第3工程と、前記第3工程の後、前記単位セルをスタックすることにより、燃料電池スタックを作製する第4工程と、少なくとも前記第2工程の後、前記ガス拡散層が積層された前記膜・電極接合体をアルカリ溶液に浸漬する工程とを含むことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a method for producing a fuel cell of the present invention includes an electrolyte layer made of an anion exchange type polymer electrolyte membrane, a fuel side electrode and an oxygen side electrode laminated so as to sandwich the electrolyte layer. A first step of preparing a membrane / electrode assembly, a second step of laminating a gas diffusion layer so as to come into contact with the membrane / electrode assembly after the first step, and after the second step, A third step of fabricating a unit cell by assembling a separator so as to be in contact with the gas diffusion layer, and a fourth step of fabricating a fuel cell stack by stacking the unit cell after the third step. And a step of immersing the membrane / electrode assembly on which the gas diffusion layer is laminated in an alkaline solution at least after the second step.
本発明の燃料電池の製造方法では、少なくとも膜・電極接合体にガス拡散層が積層された後に、ガス拡散層が積層された膜・電極接合体がアルカリ溶液に浸漬される。そのため、アルカリ溶液の浸漬により、電解質層が過度に柔軟となっても、電解質層(膜・電極接合体)は、ガス拡散層に支持されているので、良好な作業性を確保することができる。 In the fuel cell manufacturing method of the present invention, at least after the gas diffusion layer is laminated on the membrane / electrode assembly, the membrane / electrode assembly on which the gas diffusion layer is laminated is immersed in an alkaline solution. Therefore, even if the electrolyte layer becomes excessively soft due to the immersion of the alkaline solution, the electrolyte layer (membrane / electrode assembly) is supported by the gas diffusion layer, so that good workability can be ensured. .
その結果、本発明の燃料電池の製造方法では、電解質層のイオン交換を効率よく実施することができ、燃料電池の作製時の作業性を確保することができる。よって、燃料電池の製造コストを低減することができる。 As a result, in the fuel cell manufacturing method of the present invention, ion exchange of the electrolyte layer can be efficiently performed, and workability at the time of manufacturing the fuel cell can be ensured. Therefore, the manufacturing cost of the fuel cell can be reduced.
1.燃料電池
(1−1)燃料電池の構成
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す概略構成図、図2は、図1に示す燃料電池の製造方法を示す工程図である。
1. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a process diagram showing a method for manufacturing the fuel cell shown in FIG. .
図1および図2において、燃料電池1は、液体の燃料成分が直接供給されるアニオン交換型燃料電池である。
1 and 2, a
燃料電池1に供給される燃料成分としては、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン(水加ヒドラジン、無水ヒドラジンなどを含む)などが挙げられる。
Examples of the fuel component supplied to the
燃料電池1は、膜・電極接合体2、膜・電極接合体2の一方側(アノード側)に積層されたガス拡散層としてのアノード側拡散層8、アノード側拡散層8における膜・電極接合体2の他方側に積層された燃料供給部材3、膜・電極接合体2の他方側(カソード側)に積層されたガス拡散層としてのカソード側拡散層9、および、カソード側拡散層9における膜・電極接合体2の他方側に積層された空気供給部材4を有する単位セル16(燃料電池セル)が、複数積層された燃料電池スタックとして形成されている。
The
なお、図1では、複数の単位セル16のうち1つだけを取り出して分解して表し、その他の単位セル16については積層状態を示している。また、図2では、複数の単位セル16のうち1つだけを取り出してその製造方法を示し、その他の単位セル16については省略している。
In FIG. 1, only one of the plurality of
膜・電極接合体2は、図2(a)に示すように、電解質層5、電解質層5の厚み方向一方側の面(以下、単に一方面と記載する。)に積層される燃料側電極としてのアノード電極6、および、電解質層5の厚み方向他方側の面(以下、単に他方面と記載する。)に積層される酸素側電極としてのカソード電極7を備えている。
As shown in FIG. 2A, the membrane-
電解質層5は、アニオン成分が移動可能なアニオン交換型の高分子電解質膜(以下、アニオン交換膜と記載する。)から形成されている。 The electrolyte layer 5 is formed of an anion exchange type polymer electrolyte membrane (hereinafter referred to as an anion exchange membrane) in which an anion component can move.
アニオン交換膜としては、アニオン成分(例えば、水酸化物イオン(OH−)など)が移動可能な媒体であれば、特に限定されず、例えば、4級アンモニウム基、ピリジニウム基などのアニオン交換基を有する固体高分子膜(アニオン交換樹脂)が挙げられる。 The anion exchange membrane is not particularly limited as long as it is a medium in which an anion component (for example, hydroxide ion (OH − )) can move, and for example, an anion exchange group such as a quaternary ammonium group or a pyridinium group can be used. And a solid polymer membrane (anion exchange resin).
アニオン交換膜を形成する固体高分子としては、例えば、ポリスチレンおよびその変性体などの炭化水素系の固体高分子膜などが挙げられる。 Examples of the solid polymer forming the anion exchange membrane include hydrocarbon-based solid polymer membranes such as polystyrene and modified products thereof.
また、アニオン交換膜を形成する固体高分子は、その分子構造において、架橋構造を有していてもよい。 The solid polymer forming the anion exchange membrane may have a cross-linked structure in its molecular structure.
また、アニオン交換膜は、市販品として入手可能であり、例えば、セレミオン(旭硝子社製)、ネオセプタ(アストム社製)などが挙げられる。 Moreover, an anion exchange membrane is available as a commercial item, for example, Selemion (made by Asahi Glass Co., Ltd.), Neoceptor (made by Astom Corp.), etc. are mentioned.
また、電解質層5の膜厚は、例えば、10〜100μmである。 Moreover, the film thickness of the electrolyte layer 5 is 10-100 micrometers, for example.
アノード電極6は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。また、触媒担体を用いずに、触媒を、直接、アノード電極6として形成してもよい。
The
触媒としては、特に制限されず、例えば、白金族元素(ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt))、鉄族元素(鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni))などの周期表第8〜10(VIII)族元素や、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)などの周期表第11(IB)族元素などが挙げられる。これらのうち、好ましくは、ニッケルが挙げられる。また、これらは、単独使用または2種以上併用することができる。 The catalyst is not particularly limited, and examples thereof include platinum group elements (ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt)), iron group elements ( Periodic table 8-10 (VIII) group elements such as iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)), for example, periodic table such as copper (Cu), silver (Ag), gold (Au) 11th (IB) group element etc. are mentioned. Of these, nickel is preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
触媒担体としては、例えば、カーボンなどの多孔質物質が挙げられる。 Examples of the catalyst carrier include porous substances such as carbon.
アノード電極6の厚みは、例えば、10〜200μm、好ましくは、20〜100μmである。
The thickness of the
カソード電極7は、例えば、アノード電極6と同様に、触媒を担持した触媒担体により形成されている。
The cathode electrode 7 is formed of, for example, a catalyst carrier that supports a catalyst, similarly to the
また、カソード電極7は、例えば、錯体形成有機化合物および/または導電性高分子とカーボンとからなる複合体(以下、この複合体を「カーボンコンポジット」という。)に、遷移金属が担持されている材料により形成されてもよい。 The cathode electrode 7 has a transition metal supported on, for example, a complex composed of a complex-forming organic compound and / or a conductive polymer and carbon (hereinafter, this complex is referred to as “carbon composite”). It may be formed of a material.
遷移金属としては、例えば、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、ランタン(La)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、金(Au)などが挙げられる。これらのうち、好ましくは、銀、コバルトが挙げられる。また、これらは、単独使用または2種以上併用することができる。 Examples of the transition metal include scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu ), Yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), lanthanum (La) ), Hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au), and the like. Among these, Preferably, silver and cobalt are mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
錯体形成有機化合物は、金属原子に配位することによって、当該金属原子と錯体を形成する有機化合物であって、例えば、ピロール、ポルフィリン、テトラメトキシフェニルポルフィリン、ジベンゾテトラアザアヌレン、フタロシアニン、コリン、クロリンなどの錯体形成有機化合物またはこれらの重合体が挙げられる。これらのうち、好ましくは、ピロールの重合体であるポリピロールが挙げられる。また、これらは、単独使用または2種以上併用することができる。 The complex-forming organic compound is an organic compound that forms a complex with the metal atom by coordinating with the metal atom. For example, pyrrole, porphyrin, tetramethoxyphenylporphyrin, dibenzotetraazaannulene, phthalocyanine, choline, chlorin And complex-forming organic compounds such as these or polymers thereof. Among these, Preferably, the polypyrrole which is a polymer of pyrrole is mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
導電性高分子としては、上記錯体形成有機化合物と重複する化合物もあるが、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリビニルカルバゾール、ポリトリフェニルアミン、ポリピリジン、ポリピリミジン、ポリキノキサリン、ポリフェニルキノキサリン、ポリイソチアナフテン、ポリピリジンジイル、ポリチエニレン、ポリパラフェニレン、ポリフルラン、ポリアセン、ポリフラン、ポリアズレン、ポリインドール、ポリジアミノアントラキノンなどが挙げられる。これらのうち、好ましくは、ポリピロールが挙げられる。また、これらは、単独使用または2種以上併用することができる。 As the conductive polymer, there is a compound overlapping with the above complex-forming organic compound, for example, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyvinylcarbazole, polytriphenylamine, polypyridine, polypyrimidine, polyquinoxaline, polyphenylquinoxaline, Examples include polyisothianaphthene, polypyridinediyl, polythienylene, polyparaphenylene, polyflurane, polyacene, polyfuran, polyazulene, polyindole, and polydiaminoanthraquinone. Among these, Preferably, a polypyrrole is mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
カソード電極7の厚みは、例えば、10〜300μm、好ましくは、20〜150μmである。 The thickness of the cathode electrode 7 is, for example, 10 to 300 μm, preferably 20 to 150 μm.
アノード側拡散層8としては、例えば、カーボンペーパーあるいはカーボンクロスなどが、必要によりフッ素処理されている硬質のガス透過性材料が挙げられる。また、アノード側拡散層8は、集電体としても作用する。
As the anode
アノード側拡散層8は、市販品として入手可能であり、例えば、B−1 Carbon Cloth Type A No wet proofing(BASF社製)、ELAT(登録商標)、LT 1400−W(BASF社製)などが挙げられる。
The anode
なお、アノード側拡散層は、液体燃料の浸透性を向上させるために、親水化処理してもよい。 The anode side diffusion layer may be hydrophilized in order to improve the permeability of the liquid fuel.
燃料供給部材3は、ガス不透過性の導電性部材からなり、アノード側拡散層8を介して、アノード電極6に液体燃料を供給する。また、燃料供給部材3は、セパレータとしても兼用される。燃料供給部材3には、その表面から凹む、例えば、葛折状などの溝が形成されている。そして、燃料供給部材3は、溝の形成された表面がアノード電極6に対向されている。これにより、アノード電極6の一方面と燃料供給部材3の他方面(溝の形成された表面)との間には、アノード電極6全体に燃料成分を接触させるための燃料供給路10が形成される(図2(e)参照)。
The
燃料供給路10には、燃料成分を燃料供給部材3内に流入させるための燃料供給口11が一端側(図2(e)における紙面上側)に形成され、燃料成分を燃料供給部材3から排出するための燃料排出口12が他端側(図2(e)における紙面下側)に形成されている。
A
カソード側拡散層9としては、例えば、アノード側拡散層8として例示した、硬質のガス透過性材料などが挙げられる。また、アノード側拡散層8と同様に、カソード側拡散層9も、集電体としても作用する。
Examples of the cathode
空気供給部材4は、ガス不透過性の導電性部材からなり、カソード側拡散層9を介して、カソード電極7に空気を供給する。また、空気供給部材4は、セパレータとしても兼用される。空気供給部材4には、その表面から凹む、例えば、葛折状などの溝が形成されている。そして、空気供給部材4は、溝の形成された表面がカソード電極7に対向されている。これにより、カソード電極7の他方面と空気供給部材4の一方面(溝の形成された表面)との間には、カソード電極7全体に空気を接触させるための空気供給路13が形成される(図2(e)参照)。
The
空気供給路13には、空気を空気供給部材4内に流入させるための空気供給口14が一端側(図2(e)における紙面上側)に形成され、空気を空気供給部材4から排出するための空気排出口15が他端側(図2(e)における紙面下側)に形成されている。
(1−2)燃料電池による発電
上記した燃料電池1では、燃料成分が燃料供給口11からアノード電極6に供給される。一方、空気が空気供給口14からカソード電極7に供給される。
In the
(1-2) Power Generation by Fuel Cell In the
アノード側では、液体燃料が、アノード電極6と接触しながら燃料供給路10を通過する。一方、カソード側では、空気が、カソード電極7と接触しながら空気供給路13を通過する。
On the anode side, the liquid fuel passes through the
そして、各電極(アノード電極6およびカソード電極7)において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。例えば、液体燃料がメタノールである場合には、下記式(1)〜(3)の通りとなる。
(1) CH3OH+6OH−→CO2+5H2O+6e− (アノード電極6での反応)
(2) O2+2H2O+4e−→4OH− (カソード電極7での反応)
(3) CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O (燃料電池1全体での反応)
すなわち、メタノールが供給されたアノード電極6では、メタノール(CH3OH)とカソード電極7での反応で生成した水酸化物イオン(OH−)とが反応して、二酸化炭素(CO2)および水(H2O)が生成するとともに、電子(e−)が発生する(上記式(1)参照)。
Then, an electrochemical reaction occurs in each electrode (the
(1) CH 3 OH + 6OH − → CO 2 + 5H 2 O + 6e − (reaction at anode electrode 6)
(2) O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (reaction at cathode electrode 7)
(3) CH 3 OH + 3 / 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O (reaction in the entire fuel cell 1)
That is, at the
アノード電極6で発生した電子(e−)は、図示しない外部回路を経由してカソード電極7に到達する。つまり、この外部回路を通過する電子(e−)が、電流となる。
Electrons (e − ) generated at the
一方、カソード電極7では、電子(e−)と、外部からの供給もしくは燃料電池1での反応で生成した水(H2O)と、空気供給路13を流れる空気中の酸素(O2)とが反応して、水酸化物イオン(OH−)が生成する(上記式(2)参照)。
On the other hand, in the cathode electrode 7, electrons (e − ), water (H 2 O) generated by external supply or reaction in the
そして、生成した水酸化物イオン(OH−)が、電解質層5を通過してアノード電極6に到達し、上記と同様の反応(上記式(1)参照)が生じる。
And the produced | generated hydroxide ion (OH < - >) passes the electrolyte layer 5, reaches the
このようなアノード電極6およびカソード電極7での電気化学的反応が連続的に生じることによって、燃料電池1全体として上記式(3)で表わされる反応が生じて、燃料電池1に起電力が発生する。すなわち、燃料電池1は、燃料成分を消費して発電する。
When the electrochemical reaction at the
また、例えば、燃料成分がヒドラジンである場合には、電気化学反応は、下記式(4)〜(6)の通りとなる。
(4) N2H4+4OH−→N2+4H2O+4e− (アノード電極6での反応)
(5) O2+2H2O+4e−→4OH− (カソード電極7での反応)
(6) N2H4+O2→N2+2H2O (燃料電池1全体での反応)
2.燃料電池の製造方法
次に、本実施形態の燃料電池の製造方法について、図2を参照して説明する。
For example, when the fuel component is hydrazine, the electrochemical reaction is represented by the following formulas (4) to (6).
(4) N 2 H 4 + 4OH − → N 2 + 4H 2 O + 4e − (reaction at anode electrode 6)
(5) O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (reaction at cathode electrode 7)
(6) N 2 H 4 + O 2 → N 2 + 2H 2 O (reaction in the entire fuel cell 1)
2. 2. Fuel Cell Manufacturing Method Next, a fuel cell manufacturing method of the present embodiment will be described with reference to FIG.
まず、この方法では、図2(a)に示すように、電解質層5と、電解質層5を挟むように積層されるアノード電極6およびカソード電極7とを備える膜・電極接合体2を用意する(第1工程)。
First, in this method, as shown in FIG. 2A, a membrane /
アノード電極6およびカソード電極7を形成するには、まず、アノード電極6用の触媒インク、および、カソード電極7用の触媒インクを調製する。
In order to form the
アノード電極6用の触媒インクの調製には、まず、上記した触媒100質量部に対して、電解質樹脂(アイオノマ)5〜50質量部、および、溶媒100〜10000質量部を加え、攪拌することによって、アノード電極6用の触媒インクを調製する。
In preparation of the catalyst ink for the
電解質樹脂(アイオノマ)としては、例えば、電解質層5と同じアニオン導電性の樹脂が挙げられる。電解質樹脂(アイオノマ)は、予め、例えば、メタノール、エタノール、プロパノールなどの低級アルコール、水など、公知の溶媒に溶解されたものを用いてもよい。 Examples of the electrolyte resin (ionomer) include the same anion conductive resin as that of the electrolyte layer 5. As the electrolyte resin (ionomer), a resin previously dissolved in a known solvent such as, for example, a lower alcohol such as methanol, ethanol or propanol, or water may be used.
カソード電極7用の触媒インクは、例えば、アノード電極6用の触媒インクと同様にして、調製する。
The catalyst ink for the cathode electrode 7 is prepared in the same manner as the catalyst ink for the
また、アノード電極6用の触媒インクおよびカソード電極7用の触媒インクは、例えば、公知の方法により、カーボンコンポジットを形成した後、このカーボンコンポジットに遷移金属を担持させて、調製してもよい。
The catalyst ink for the
次いで、例えば、スプレー法、ダイコーター法、インクジェット法など公知の塗布方法により、電解質層5の一方面にアノード電極6用の触媒インクを塗布し、電解質層5の他方面にカソード電極7用の触媒インクを塗布し、例えば、10〜40℃で乾燥させ、必要により、加圧する。これにより、アノード電極6およびカソード電極7が電解質層5に積層される膜・電極接合体2が形成される。
Next, for example, a catalyst ink for the
次いで、この方法では、図2(b)に示すように、膜・電極接合体2に接触するように、アノード側拡散層8およびカソード側拡散層9を積層する(第2工程)。
Next, in this method, as shown in FIG. 2B, the anode
アノード側拡散層8およびカソード側拡散層9を膜・電極接合体2に積層するには、膜・電極接合体2の両側に、アノード側拡散層8がアノード電極6の表面を被覆し、カソード側拡散層9がカソード電極7の表面を被覆するように、アノード側拡散層8およびカソード側拡散層9を配置して、必要により、ガスケット(図示せず)などで固定する。
In order to laminate the anode
また、アノード側拡散層8およびカソード側拡散層9を膜・電極接合体2に積層するには、電解質層5の両側に、アノード側拡散層8がアノード電極6の表面を被覆し、カソード側拡散層9がカソード電極7の表面を被覆するように、アノード側拡散層8およびカソード側拡散層9を配置して、膜・電極接合体2の厚み方向両側から、例えば、0.5〜30MPa、好ましくは、1〜20MPaの圧力で加圧(圧縮成形)してもよい。
In order to laminate the anode
次いで、この方法では、図2(c)に示すように、アノード側拡散層8およびカソード側拡散層9が積層された膜・電極接合体2をアルカリ溶液に浸漬する(浸漬工程)。
Next, in this method, as shown in FIG. 2C, the membrane /
アルカリ溶液としては、例えば、水を溶媒として、1〜20重量%、好ましくは、5〜15重量%の水酸化カリウムを溶質とした水酸化カリウム水溶液や、水を溶媒として、1〜20重量%、好ましくは、5〜15重量%の水酸化ナトリウムを溶質とした水酸化ナトリウム水溶液が挙げられる。 As an alkaline solution, for example, water is used as a solvent, 1 to 20% by weight, preferably a potassium hydroxide aqueous solution containing 5 to 15% by weight of potassium hydroxide as a solute, or water as a solvent and 1 to 20% by weight. Preferably, an aqueous sodium hydroxide solution containing 5 to 15% by weight of sodium hydroxide as a solute can be used.
また、浸漬条件としては、特に制限されないが、アルカリ溶液の液温が、例えば、10〜80℃、好ましくは、20〜40℃であり、浸漬時間が、例えば、1分〜48時間、好ましくは、12〜36時間である。 Further, the immersion conditions are not particularly limited, but the liquid temperature of the alkaline solution is, for example, 10 to 80 ° C., preferably 20 to 40 ° C., and the immersion time is, for example, 1 minute to 48 hours, preferably 12 to 36 hours.
なお、アノード側拡散層8およびカソード側拡散層9が積層された膜・電極接合体2を、0.01〜0.1MPa、好ましくは、0.03〜0.05kPaの圧力条件下でアルカリ溶液に加圧含浸することもできる。
The membrane /
次いで、この方法では、図2(d)に示すように、アノード側拡散層8に接触するように、燃料供給部材3を膜・電極接合体2に組付けるとともに、カソード側拡散層9に接触するように、空気供給部材4を膜・電極接合体2に組付ける(第3工程)。
Next, in this method, as shown in FIG. 2 (d), the
燃料供給部材3および空気供給部材4の組付けでは、例えば、膜・電極接合体2の両側に、燃料供給部材3がアノード側拡散層8を被覆し、空気供給部材4がカソード側拡散層9を被覆するように、燃料供給部材3および空気供給部材4を配置して、膜・電極接合体2を挟むように、それらを固定する。
In assembling the
なお、燃料供給部材4および空気供給部材5が一体的に形成され、スタックされた複数の単位セル16をそれぞれ区分する1つのセパレータをなしている場合には、例えば、アノード側拡散層8に接触するように、セパレータにおける燃料供給部材3側を膜・電極接合体2に組付けるとともに、カソード側拡散層9に接触するように、セパレータにおける空気供給部材4側を膜・電極接合体2に組付ける。
In the case where the
これにより、図2(e)に示すように、単位セル16を作製することができる。
Thereby, as shown in FIG.2 (e), the
次いで、この方法では、単位セル16を複数スタックすることにより、燃料電池スタック(燃料電池1)を作製する(第4工程)(図1参照)。単位セル16をスタックする方法は、特に制限されず、公知の手法に準拠する。
3.作用効果
この燃料電池1の製造方法では、膜・電極接合体2にアノード側拡散層8およびカソード側拡散層9が積層された後に、膜・電極接合体2がアルカリ溶液に浸漬される。そのため、アルカリ溶液の浸漬により、電解質層5が過度に柔軟となっても、電解質層5(膜・電極接合体2)は、アノード側拡散層8およびカソード側拡散層9に支持されているので、良好な作業性を確保することができる。
Next, in this method, a plurality of
3. Effects In this method of manufacturing the
具体的には、例えば、従来の浸漬工程に約3日間要していたものを約1日に短縮することができる。すなわち、浸漬工程に要する時間を、従来の約1/3に短縮することができる。 Specifically, for example, what is required for the conventional dipping process for about 3 days can be shortened to about 1 day. That is, the time required for the dipping process can be reduced to about 1/3 of the conventional time.
その結果、このような燃料電池1の製造方法によれば、電解質層5のイオン交換を効率よく実施することができ、燃料電池1の作製時の作業性を確保することができる。よって、燃料電池の製造コストを低減することができる。
As a result, according to such a manufacturing method of the
また、上記の実施形態では、膜・電極接合体2とともに、アノード側拡散層8およびカソード側拡散層9もアルカリ溶液に浸漬される。そのため、最初の運転時から、アノード側拡散層8の液体燃料に対する親和性を確保し、優れた燃料拡散性を確保することができる。
In the above embodiment, the anode-
なお、上記した実施形態では、膜・電極接合体2にアノード側拡散層8およびカソード側拡散層9が積層された後に、膜・電極接合体2をアルカリ溶液に浸漬させたが、図2(e)に示すように、アノード側拡散層8に燃料供給部材3を組付けるとともに、カソード側拡散層9に空気供給部材4を組付ける工程の後、燃料供給部材3および空気供給部材4が組付けられた膜・電極接合体2、すなわち、単位セル16をアルカリ溶液に浸漬してもよい。このような方法においても、上記の実施形態と同様に、電解質層5のイオン交換を効率よく実施することができ、燃料電池1の作製時の作業性を確保することができる。
In the above-described embodiment, the anode-
さらには、図1に示すように、単位セル16を複数スタックして、燃料電池スタックを作製する工程の後、燃料電池スタックをアルカリ溶液に浸漬してもよい。このような方法においても、上記の実施形態と同様に、電解質層5のイオン交換を効率よく実施することができ、燃料電池1の作製時の作業性を確保することができる。
Further, as shown in FIG. 1, after the step of stacking a plurality of
また、アノード側拡散層8、および/または、カソード側拡散層9には、ガスケットまたはシールゴムなどを利用して、操作用の把持部20(図1の点線参照)を形成してもよい。これにより、アノード側拡散層8およびカソード側拡散層9が積層された膜・電極接合体2の取扱性をさらに向上させることができる。
In addition, the anode-
1 燃料電池
2 膜・電極接合体
3 燃料供給部材
4 空気供給部材
5 電解質層
6 アノード電極
7 カソード電極
8 アノード側拡散層
9 カソード側拡散層
16 単位セル
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記第1工程の後、前記膜・電極接合体に接触するように、ガス拡散層を積層する第2工程と、
前記第2工程の後、前記ガス拡散層に接触するように、セパレータを組付けて、単位セルを作製する第3工程と、
前記第3工程の後、前記単位セルをスタックすることにより、燃料電池スタックを作製する第4工程と、
少なくとも前記第2工程の後、前記ガス拡散層が積層された前記膜・電極接合体をアルカリ溶液に浸漬する工程と
を含む、燃料電池の製造方法。 A first step of preparing a membrane / electrode assembly including an electrolyte layer composed of an anion exchange type polymer electrolyte membrane, a fuel side electrode and an oxygen side electrode laminated so as to sandwich the electrolyte layer;
After the first step, a second step of laminating a gas diffusion layer so as to come into contact with the membrane-electrode assembly,
After the second step, a third step of fabricating a unit cell by assembling a separator so as to be in contact with the gas diffusion layer;
After the third step, a fourth step of fabricating a fuel cell stack by stacking the unit cells;
And a step of immersing the membrane-electrode assembly on which the gas diffusion layer is laminated in an alkaline solution after at least the second step.
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CN109346757A (en) * | 2018-11-12 | 2019-02-15 | 南京攀峰赛奥能源科技有限公司 | A kind of fuel cell pile |
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2011
- 2011-03-29 JP JP2011073278A patent/JP2012209105A/en not_active Withdrawn
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CN109346757A (en) * | 2018-11-12 | 2019-02-15 | 南京攀峰赛奥能源科技有限公司 | A kind of fuel cell pile |
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