JP3382655B2 - 改良されてなる固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
改良されてなる固体高分子電解質型燃料電池Info
- Publication number
- JP3382655B2 JP3382655B2 JP03942193A JP3942193A JP3382655B2 JP 3382655 B2 JP3382655 B2 JP 3382655B2 JP 03942193 A JP03942193 A JP 03942193A JP 3942193 A JP3942193 A JP 3942193A JP 3382655 B2 JP3382655 B2 JP 3382655B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- film
- water content
- polymer electrolyte
- polymer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
電池に関するものである。
として用いる燃料電池(固体高分子電解質型燃料電池)
の研究が進んでいる。固体高分子電解質型燃料電池は、
低温で作動し出力密度が高く小型化が可能であるという
特徴を有し、車載用電源等の用途に対し有望視されてい
る。
料電池に用いられる高分子膜は、通常厚さ100〜20
0μmのプロトン伝導性イオン交換膜が用いられ、特に
スルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体から
なる陽イオン交換膜が基本特性に優れ広く検討されてい
る。しかし、現在提案されている陽イオン交換膜の電気
抵抗は、より高出力密度の電池を得る観点から必ずしも
十分に低いとは言えない。
としてはスルホン酸基濃度の増加と膜厚の低減がある
が、スルホン酸基濃度の著しい増加は膜の機械的強度を
低下させたり、長期運転において膜がクリープしやすく
なり耐久性を低下させるなどの問題点が生じる。一方膜
厚の低減は膜の機械的強度を低下させたり、更にガス拡
散電極との接合等の加工性・取扱い性を低下させるなど
の問題点が生じる。かくして、電気抵抗が低くかつ機械
的強度が高い隔膜の開発が望まれていた。
解決すべくなされたものであり、スルホン酸基を有する
パーフルオロカーボン重合体からなる陽イオン交換膜を
固体高分子電解質として正極と負極の間に配置して有す
る燃料電池において、陽イオン交換膜が、異なる含水率
を有する重合体フィルム3層以上の積層構造を有し、正
極に隣接する重合体フィルムの含水率及び負極に隣接す
る重合体フィルムの含水率が、正極にも負極にも隣接し
ない中間の重合体フィルムの含水率よりも高いことを特
徴とする固体高分子電解質型燃料電池を提供するもので
ある。
正極に面する重合体フィルムが、かかる両層に挟まれた
中間の重合体フィルムに比べて、含水率が5〜50重量
%、特には10〜30重量%大きいことが好ましい。負
極に隣接する重合体フィルムと正極に隣接する重合体フ
ィルムは、そのいずれか一方が他方よりも大きい含水率
を有してもよい。各重合体フィルムの含水率は、いずれ
も30〜110重量%、特には35〜95重量%に制御
するのが好ましい。
の含水率(ΔW)は以下のように定義される。 ΔW=(W1/W2−1)×100(重量%) W1:90℃、純水中24時間浸漬後の膜重量。 W2:W1を測定後、100℃にて16時間真空乾燥した
後の膜重量。
層してなる陽イオン交換膜は、膜厚として30〜300
μm、更には50〜250μmであるのが好ましい。上
記範囲の下限値より薄いと膜強度及び電極接合等におけ
る膜取扱い性が低下し、一方上限値より厚いと膜抵抗が
上昇し、出力が低下するため好ましくない。
(以下、スルホン酸型という。)パーフルオロカーボン
重合体としては、テトラフルオロエチレンとCF2=C
F−(OCF2CFX)m−Oq−(CF2)n−A(式中
mは0〜3、nは0〜12、qは0又は1、XはF又は
CF3、Aはスルホン酸基。)で表されるフルオロビニ
ル化合物との共重合体が好ましく採用可能である。
しては、CF2=CFO(CF2) r SO 3 H、CF2=C
FOCF2CF(CF3)O(CF2) s SO 3 H、CF2=
CF(CF2) t SO 3 H、CF2=CF(OCF2CF
(CF3)) u O(CF2)2SO 3 H、などが挙げられ
る。ただし、rは1〜8であり、sは1〜8であり、t
は0〜8 であり、uは1〜5である。
重合体を構成するためのコモノマーである上記テトラフ
ルオロエチレンの代わりにヘキサフルオロプロピレンの
如きパーフルオロオレフィン、パーフルオロ(アルキル
ビニルエーテル)等を用いることも可能である。
の積層体である陽イオン交換膜は、フィブリル状、織布
状、又は不織布状のパーフルオロカーボン重合体で補強
することもできる。
ィルムの積層体からなる陽イオン交換膜は通常の既知の
手法に従ってその表面にガス拡散電極を密着させ、次い
で集電体を取り付け燃料電池として組み立てられる。
持させた導電性のカーボンブラック粉末をポリテトラフ
ルオロエチレンなどの疎水性樹脂結着材で保持させた多
孔質体のシートよりなるが、該多孔質体がスルホン酸型
パーフルオロカーボン重合体や該重合体で表面を被覆さ
れた微粒子を含んでいてもよい。ガス拡散電極とスルホ
ン酸型パーフルオロカーボン重合体とは加熱プレス法等
により密着される。
となる溝が形成された導電性カーボン板等が用いられ
る。
も明らかではないが、以下のように考えられる。水素ガ
ス燃料電池においては以下の反応に従って化学エネルギ
ーが電気エネルギーに変換される。 負極: H2→2H++2e- 正極: 1/2O2+2H++2e-→H2O 燃料電池における陽イオン交換膜中のプロトンの移動性
は、該膜の含水率に大きく関わっており、含水率が高い
ほどプロトンの移動性は高く、膜抵抗は低下する。
って水を生成するため、高含水状態となりプロトンの移
動性も高い状態に維持されるが、一方、膜の負極側は相
対的に含水率が低くなり、膜中のプロトンの移動は負極
が律速になると推定される。かかる膜の負極側に高い含
水率を有する層を設置することにより、プロトンの移動
性の低下を防ぐことが可能であり、結果として燃料電池
の高出力化が達成されると考えられる。
側へ拡散するが、さらにかかる膜の正極側にも高い含水
率を有する層を設置することにより、膜内の水分子の拡
散が加速されると考えられる。この結果膜の負極側の低
含水状態を緩和しさらに抵抗の低い膜が得られる。
拠し、CF2=CF2とCF2=CFOCF2CF(C
F3)O(CF2)2SO2Fとの共重合体からなるイオン
交換容量(以下ARという。)が1.0ミリ当量/g乾
燥樹脂の共重合体、及びARが1.1ミリ当量/g乾燥
樹脂の共重合体をそれぞれ得た。前者の共重合体を22
0℃で押し出し製膜し、厚さ60μmのフィルムを得
た。次に後者の共重合体を220℃で押し出し製膜し、
厚さ20μmのフィルムを得た。
Rが1.0ミリ当量/g乾燥樹脂で 厚さ60μmのフィ
ルム1枚とARが1.1ミリ当量/g乾燥樹脂で厚さ2
0μmのフィルム2枚を使用し、220℃にてロールプ
レスにより、2枚の厚さ20μmのフィルムで厚さ60
μmのフィルムを挟むようにして積層した。得られた積
層体を、ジメチルスルホキシド30重量%と苛性カリ1
5重量%とを含む水溶液中で加水分解を行い、水洗した
後1Nの塩酸中に浸漬した。次に得られた陽イオン交換
膜を水洗し、膜の四辺を専用治具で拘束した後60℃で
1時間乾燥した。なお、上記重合体フィルムの含水率
は、ARが1.0ミリ当量/g乾燥樹脂のものは50重
量%であり、ARが1.1ミリ当量/g乾燥樹脂のもの
は70重量%であった。
性を評価した。白金触媒微粒子を担持させたカーボンブ
ラック粉末にポリテトラフルオロエチレンを混合し、ロ
ールプレスを用いて厚さ250μmのシート状のガス拡
散電極を作製した。上記2枚のガス拡散電極の間に上記
陽イオン交換膜を挿入し平板熱プレス機を用いて積層す
ることにより膜電極接合体を作製した。膜電極接合体の
白金触媒量は膜面積1cm2当り1mgであった。
ポリテトラフルオロエチレン製のガス供給室、ヒーター
の順番で両側から挟み、有効膜面積9cm2の燃料電池
を組みあげた。セルの温度を80℃に保ち、正極に酸
素、負極に水素をそれぞれ5気圧で供給したときの電流
密度に対する端子電圧を測定したところ、電流密度1A
/cm2 においてセル電圧0.65Vであった。
当量/g乾燥樹脂の共重合体単独を220℃で押し出し
製膜し、厚さ100μmのフィルムを得た。これに実施
例1と同様な処理を施し、陽イオン交換膜を製造した。
実施例1と同様な方法により燃料電池を組みあげた後、
同様な条件下で電流密度に対する端子電圧を測定したと
ころ、電流密度1A/cm2 においてセル電圧0.60
Vであった。
陽イオン交換膜は比較例1の膜に比べ、燃料電池を組み
あげたときのエネルギー損失が小さい。
オン交換膜を固体高分子電解質とすることにより、高性
能の固体高分子電解質型燃料電池が得られる。
Claims (4)
- 【請求項1】スルホン酸基を有するパーフルオロカーボ
ン重合体からなる陽イオン交換膜を固体高分子電解質と
して正極と負極の間に配置して有する燃料電池におい
て、陽イオン交換膜が、異なる含水率を有する重合体フ
ィルム3層以上の積層構造を有し、正極に隣接する重合
体フィルムの含水率及び負極に隣接する重合体フィルム
の含水率が、正極にも負極にも隣接しない中間の重合体
フィルムの含水率よりも高いことを特徴とする固体高分
子電解質型燃料電池。 - 【請求項2】正極及び負極に隣接する重合体フィルムの
含水率が、前記中間の重合体フィルムの含水率よりも5
〜50重量%高い請求項1に記載の固体高分子電解質型
燃料電池。 - 【請求項3】各重合体フィルムの含水率が30〜110
重量%である請求項1又は2に記載の固体高分子電解質
型燃料電池。 - 【請求項4】パーフルオロカーボン重合体が、CF2=
CF2とCF2=CF−(OCF2CFX)m−Oq−(C
F2)n−A(式中mは0〜3、nは0〜12、qは0又
は1、XはF又はCF3、Aはスルホン酸基。)との共
重合体である請求項1、2又は3に記載の固体高分子電
解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03942193A JP3382655B2 (ja) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | 改良されてなる固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03942193A JP3382655B2 (ja) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | 改良されてなる固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06231783A JPH06231783A (ja) | 1994-08-19 |
JP3382655B2 true JP3382655B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=12552524
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03942193A Expired - Fee Related JP3382655B2 (ja) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | 改良されてなる固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3382655B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4090108B2 (ja) * | 1997-04-04 | 2008-05-28 | 旭化成ケミカルズ株式会社 | 固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体 |
DE19854728B4 (de) | 1997-11-27 | 2006-04-27 | Aisin Seiki K.K., Kariya | Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle |
JP2005322621A (ja) * | 2004-03-22 | 2005-11-17 | Ibiden Co Ltd | 固体高分子電解質型燃料電池 |
JP4578174B2 (ja) * | 2004-08-17 | 2010-11-10 | 旭化成イーマテリアルズ株式会社 | 高分子電解質組成物、プロトン交換膜、膜電極接合体及び固体高分子型燃料電池 |
JP5109311B2 (ja) * | 2005-12-27 | 2012-12-26 | 日産自動車株式会社 | 膜電極接合体、および、これを用いた燃料電池 |
JP5059341B2 (ja) * | 2006-05-09 | 2012-10-24 | 株式会社トクヤマ | 直接液体型燃料電池用隔膜 |
-
1993
- 1993-02-03 JP JP03942193A patent/JP3382655B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06231783A (ja) | 1994-08-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3453125B2 (ja) | 電気化学的燃料電池 | |
JP3342726B2 (ja) | 固体高分子電解質型の燃料電池及びその製造方法 | |
JP3382654B2 (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 | |
US7494733B2 (en) | Electrode structure for solid polymer fuel cell, its production method, and solid polymer fuel cell | |
EP1116291A1 (en) | Polymer-based hydroxide conducting membranes | |
JP4887580B2 (ja) | ガス拡散電極及びこれを備えた固体高分子型燃料電池 | |
JP2000106202A (ja) | 燃料電池 | |
JP4090108B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体 | |
JP3358222B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池の活性化方法 | |
JP3714766B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池用電極及び膜・電極接合体 | |
JP3541466B2 (ja) | 改良された固体高分子電解質型燃料電池 | |
JP3382655B2 (ja) | 改良されてなる固体高分子電解質型燃料電池 | |
JP3378028B2 (ja) | 燃料電池用ガス拡散電極の製造方法 | |
US7745036B2 (en) | Direct oxidation fuel cell system and membrane electrode assembly thereof | |
JPH11135136A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 | |
JP4848587B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池用電解質材料とその製造方法、及び固体高分子型燃料電池 | |
JPH06349498A (ja) | ガス拡散電極、接合体、燃料電池及びそれらの製造方法 | |
JP4218255B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池用膜・電極接合体の製造方法 | |
JPH09219206A (ja) | 電気化学素子 | |
JP4438283B2 (ja) | 膜電極接合体 | |
JPH06231782A (ja) | 改良された固体高分子電解質型燃料電池 | |
JP2002319421A (ja) | 固体高分子型燃料電池の起動方法及び製造方法 | |
JPH06231778A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 | |
JP5773863B2 (ja) | レドックスフロー二次電池 | |
JPH08298128A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081220 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081220 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091220 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091220 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101220 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111220 Year of fee payment: 9 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |