JP3446254B2 - Fuel cell and method of manufacturing the same - Google Patents

Fuel cell and method of manufacturing the same

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JP3446254B2
JP3446254B2 JP17854493A JP17854493A JP3446254B2 JP 3446254 B2 JP3446254 B2 JP 3446254B2 JP 17854493 A JP17854493 A JP 17854493A JP 17854493 A JP17854493 A JP 17854493A JP 3446254 B2 JP3446254 B2 JP 3446254B2
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electrolyte
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慎之 高田
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燃料電池に関し、特に、
電解質として高分子イオン交換膜を用いる固体高分子型
燃料電池に関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to fuel cells, and more particularly to
The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell using a polymer ion exchange membrane as an electrolyte.

【0002】[0002]

【従来の技術】電解質として、例えばデュポン社からナ
フィオン(Nafion−登録商標)の商品名の下に提
供されるパーフルオロカーボンスルホン酸重合体等の高
分子イオン交換膜を用い、この電解質の両側に燃料極と
空気極とを配し、燃料極と酸化極とにそれぞれ水素と酸
素とを供給することによって電池反応を得る、いわゆる
固体高分子型燃料電池は公知である。
2. Description of the Related Art As an electrolyte, for example, a polymer ion exchange membrane such as a perfluorocarbon sulfonic acid polymer provided under the trade name of Nafion (registered trademark) by DuPont is used, and a fuel is provided on both sides of the electrolyte. A so-called polymer electrolyte fuel cell is known in which a cell reaction is obtained by arranging an electrode and an air electrode and supplying hydrogen and oxygen to the fuel electrode and the oxidation electrode, respectively.

【0003】この固体高分子型燃料電池は、小型軽量化
することができ、電解質が固体であるために逸失のおそ
れがない等の有利性より、ガソリンエンジンに代えて或
いは併用して作動させる電気モータの電源として車載用
に適するものとして注目されている。
This polymer electrolyte fuel cell can be reduced in size and weight, and since the electrolyte is solid, there is no danger of loss, and therefore, the electric fuel cell operated in place of or in combination with the gasoline engine is operated. It has been attracting attention as a motor power source suitable for in-vehicle use.

【0004】従来の固体高分子型燃料電池の構成例は、
特開平3−295176号公報の第1図に記載の通りで
あって、固体高分子電解質膜1の両側に燃料極及び酸化
極となるガス拡散電極2A、2Bを配し、燃料極となる
ガス拡散電極2Aにはガスセパレータ5を介して水素を
供給すると共に、酸化極となるガス拡散電極2Bにはガ
スセパレータ6を介して酸素を供給するよう構成されて
いる。
A constitutional example of a conventional polymer electrolyte fuel cell is
As shown in FIG. 1 of JP-A-3-295176, gas diffusion electrodes 2A and 2B serving as a fuel electrode and an oxidation electrode are arranged on both sides of the solid polymer electrolyte membrane 1 to form a gas serving as a fuel electrode. Hydrogen is supplied to the diffusion electrode 2A via the gas separator 5, and oxygen is supplied to the gas diffusion electrode 2B serving as an oxidizing electrode via the gas separator 6.

【0005】セパレータは導電性の薄板(たとえば金属
製)により作られ、燃料電池を積層した場合に隣接する
空気極、燃料極にそれぞれ供給される酸素と水素とが混
合しないための仕切板の働きをする。また、セパレータ
は隣接する空気極と燃料極とを電気的に接続することに
よって、積層された燃料電池間を電気的に直列に接続さ
せる。
The separator is made of a conductive thin plate (for example, made of metal), and functions as a partition plate for preventing mixing of oxygen and hydrogen supplied to the adjacent air electrode and fuel electrode when fuel cells are stacked. do. In addition, the separator electrically connects the air electrode and the fuel electrode which are adjacent to each other, thereby electrically connecting the stacked fuel cells in series.

【0006】各々のガス拡散電極2A、2Bは、固体高
分子電解質膜1の側の反応膜3A、3Bとガス供給側の
ガス拡散膜4A、4Bとが接合されてなる。
Each of the gas diffusion electrodes 2A and 2B is formed by joining the reaction films 3A and 3B on the solid polymer electrolyte membrane 1 side and the gas diffusion films 4A and 4B on the gas supply side.

【0007】ガス拡散膜4A、4Bは、ガスセパレータ
5、6を介して供給されるガス(水素、酸素)を均等に
拡散しつつ反応膜3A、3Bへと供給する役割を果たす
必要があると共に、固体高分子電解質膜1に含まれるス
ルホン酸基(−SOH)によって腐食されないもので
あること、導電性を持つことが要求され、これらの要求
を満たすものとして、一般にカーボンシートが用いられ
ている。
The gas diffusion films 4A and 4B need to play the role of supplying the gases (hydrogen and oxygen) supplied through the gas separators 5 and 6 to the reaction films 3A and 3B while evenly diffusing them. It is required that the solid polymer electrolyte membrane 1 is not corroded by the sulfonic acid group (—SO 3 H) contained in the solid polymer electrolyte membrane 1 and that it has electrical conductivity, and a carbon sheet is generally used to satisfy these requirements. ing.

【0008】反応膜3A、3Bは、ガス拡散膜4A、4
Bを経て供給されるガス(水素、酸素)によって、固体
高分子電解質膜1との界面において電池反応を得るもの
であって、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PT
FE)等の撥水性材料と白金(Pt)や白金担持カーボ
ン等の触媒粒子との混合物を焼結させたものが用いられ
ている。
The reaction films 3A and 3B are gas diffusion films 4A and 4A.
A gas (hydrogen, oxygen) supplied through B obtains a battery reaction at the interface with the solid polymer electrolyte membrane 1, and is, for example, polytetrafluoroethylene (PT).
A sintered mixture of a water repellent material such as FE) and catalyst particles such as platinum (Pt) or platinum-supporting carbon is used.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の燃料
電池用電極におけるガス拡散膜として用いられるカーボ
ンシートは、一般に抵抗値が大きい。
However, a carbon sheet used as a gas diffusion film in a conventional fuel cell electrode generally has a high resistance value.

【0010】また、カーボンシートのガス透過性は、カ
ーボンペーパーの一市販品のガス供給能のカタログ値で
850ml・mm/hr・cm・mmAq程度である
に過ぎない。
The gas permeability of the carbon sheet is only about 850 ml · mm / hr · cm 2 · mmAq, which is the catalog value of the gas supply capacity of a commercially available product of carbon paper.

【0011】そこで、発電効率を向上させるために、カ
ーボンシートに比して、より小さな抵抗を有すると共に
より優れたガス透過性を有する材料を電極のガス拡散膜
に用いることが望まれる。
Therefore, in order to improve the power generation efficiency, it is desired to use a material having a smaller resistance and a higher gas permeability than the carbon sheet for the gas diffusion film of the electrode.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するため、従来のカーボンシートに代えて、ニッケル
(Ni)発泡体等の多孔質金属材料を電極のガス拡散膜
ないしガス供給層として用いることを想起した。そし
て、試験の結果、多孔質金属材料をガス拡散膜に用いた
電極は、従来のカーボンシートをガス拡散膜に用いた電
極に比べるときわめて比抵抗値が小さいものであること
が判明した。また、ガス供給能についても、カーボンシ
ートよりも更に良好であることが確認された。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor replaced the conventional carbon sheet with a porous metal material such as nickel (Ni) foam and the like as a gas diffusion film or gas supply layer of the electrode. Recalled to be used as. As a result of the test, it was found that the electrode using the porous metal material as the gas diffusion film has a much smaller specific resistance value than the electrode using the conventional carbon sheet as the gas diffusion film. It was also confirmed that the gas supply ability was better than that of the carbon sheet.

【0013】しかるに、ニッケル等の金属は、電解質中
のスルホン酸基に対する耐食性に乏しく、電解質と接触
すると容易に腐食し、電解質中に溶出して電池反応に直
接関与してしまうことに鑑み、これを防止するために、
反応膜ないし触媒層との間に耐腐食性材料、特にカーボ
ンよりなる層を介在させることを想起して、特願平5−
27362の出願をなすに至った。
However, in view of the fact that metals such as nickel have poor corrosion resistance to sulfonic acid groups in the electrolyte, are easily corroded when they come into contact with the electrolyte, and are eluted into the electrolyte to directly participate in the battery reaction. To prevent
Recalling that a layer made of a corrosion resistant material, especially carbon, is interposed between the reaction film and the catalyst layer, Japanese Patent Application No.
He has filed an application for 27362.

【0014】すなわち、この先願発明は、燃料極および
酸化極を、それぞれ、ガス供給側に多孔質金属材料より
なるガス供給層を配すると共に、供給されるガスを電池
反応させるための触媒層を固体電解質に接して設け、こ
れらガス供給層と触媒層との間に電解質中の強酸性成分
に対して耐食性を示す材料よりなる耐触層を介在させる
ことによって構成した燃料電池である。
That is, according to the invention of the prior application, the fuel electrode and the oxidizing electrode are each provided with a gas supply layer made of a porous metal material on the gas supply side, and a catalyst layer for reacting the supplied gas with a cell. A fuel cell is provided in contact with a solid electrolyte, and a contact-resistant layer made of a material having corrosion resistance to a strongly acidic component in the electrolyte is interposed between the gas supply layer and the catalyst layer.

【0015】この先願発明によれば、従来の燃料電池の
持つ不利欠点を解消することができるが、より抵抗値を
低減させることを目的として改良を重ね、本発明を完成
するに至った。
According to this prior invention, the disadvantages of the conventional fuel cell can be eliminated, but improvements have been made for the purpose of further reducing the resistance value and the present invention has been completed.

【0016】即ち、本発明は、電解質と該電解質の両側
に燃料極及び酸化極を配してなる燃料電池であって、こ
れら燃料極及び酸化極の少なくとも一方が、ガス供給可
能な多孔質金属材料よりなるガス供給層と、前記ガス供
給層から供給されるガスを電池反応させるために前記電
解質に接して設けられる触媒層と、前記ガス供給層と前
記触媒層との間に設けられたカーボン耐食層とを備え、
前記カーボン耐食層は、前記ガス供給層と投錨的に交絡
された状態で接合されていることを特徴とする。
That is, the present invention is a fuel cell comprising an electrolyte and a fuel electrode and an oxidizing electrode on both sides of the electrolyte, wherein at least one of the fuel electrode and the oxidizing electrode is a porous metal capable of supplying gas. A gas supply layer made of a material, a catalyst layer provided in contact with the electrolyte for cell reaction of gas supplied from the gas supply layer, and carbon provided between the gas supply layer and the catalyst layer With a corrosion resistant layer,
The carbon corrosion-resistant layer is joined to the gas supply layer in an anchored and entangled state.

【0017】更に、前記ガス供給層の非触媒層側に導電
性のセパレータを拡散接合することができる。
Further, a conductive separator can be diffusion-bonded to the non-catalyst layer side of the gas supply layer.

【0018】このような構成の燃料電池は、電解質と、
該電解質の両側に接して設けられる触媒層と、該触媒層
の外側に設けられる電解質成分への耐触性材料からなる
耐触層とが一体的に接合されてなる電極構造体を作成
し、一方、ガス供給可能な多孔質金属材料よりなるガス
供給層と導電性セパレータとを接合して極室構造体を作
成し、前記電極構造体における前記耐触層と前記極室構
造体における前記ガス供給層とを接合して前記耐触層と
前記ガス供給層とが投錨的に交絡された状態とすること
によって製造される。
The fuel cell having such a structure comprises an electrolyte,
A catalyst layer provided in contact with both sides of the electrolyte and a contact-resistant layer made of a contact-resistant material for an electrolyte component provided outside the catalyst layer are integrally bonded to create an electrode structure, On the other hand, a gas supply layer made of a porous metal material capable of gas supply and a conductive separator are joined to create a polar chamber structure, and the touch-resistant layer in the electrode structure and the gas in the polar chamber structure. It is manufactured by joining the supply layer to each other so that the anticorrosion layer and the gas supply layer are anchored and entangled.

【0019】[0019]

【作用】多孔質金属材料よりなるガス供給層は、抵抗値
が小さく、またガス供給能が良好であり、発電効率を高
める作用を果たす。
The gas supply layer made of a porous metal material has a small resistance value and a good gas supply ability, and serves to enhance power generation efficiency.

【0020】ガス供給層と触媒層との間に介在される耐
触層は、電解質中の強酸性成分、特にナフィオン等の固
体高分子電解質が用いられた場合のスルホン酸基に対し
て耐食性を示す材料、例えばカーボンシートより形成さ
れ、ガス供給層の多孔質金属材料が該強酸性成分によっ
て腐食されることを防止する。
The anticorrosion layer interposed between the gas supply layer and the catalyst layer has a corrosion resistance against a strongly acidic component in the electrolyte, particularly a sulfonic acid group when a solid polymer electrolyte such as Nafion is used. It is formed of the material shown, for example, a carbon sheet, and prevents the porous metal material of the gas supply layer from being corroded by the strongly acidic component.

【0021】ガス供給層と耐触層とが、前者の有する多
孔性と後者の有する弾力性により、投錨的に交絡された
状態で圧接されているため、これらの接触面積が増大さ
れる。また、圧接により、これらガス供給層および耐触
層の厚みが縮小し、電極全体が薄く形成される。これら
により、電極の抵抗値が大幅に低減される。
Since the gas supply layer and the touch-resistant layer are pressed against each other in an anchored and entangled state due to the porosity of the former and the elasticity of the latter, the contact area between them is increased. Further, the pressure contact reduces the thickness of the gas supply layer and the touch-resistant layer, so that the entire electrode is formed thin. These greatly reduce the resistance value of the electrodes.

【0022】[0022]

【実施例】図1は本発明による燃料電池の構成例を模式
的に示すもので、固体高分子電解質10の両側に燃料極
11及び酸化極15が積層されてなる。固体高分子電解
質10をなすイオン交換樹脂としては一般にナフィオン
が用いられるが、その他、例えばPSSA−PVA(ポ
リスチレンスルホン酸−ポリビニルアルコール共重合
体)やPSSA−EVOH(ポリスチレンスルホン酸−
エチレンビニルアルコール共重合体)等を用いることも
可能である。
EXAMPLE FIG. 1 schematically shows a constitutional example of a fuel cell according to the present invention, in which a fuel electrode 11 and an oxidizing electrode 15 are laminated on both sides of a solid polymer electrolyte 10. Although Nafion is generally used as the ion exchange resin forming the solid polymer electrolyte 10, for example, PSSA-PVA (polystyrene sulfonic acid-polyvinyl alcohol copolymer) or PSSA-EVOH (polystyrene sulfonic acid-).
It is also possible to use (ethylene vinyl alcohol copolymer) or the like.

【0023】燃料極11には燃料としての水素ガスが供
給され、酸化極15には酸化剤としての酸素を含む空気
が供給される。公知のように、燃料極11においてはH
→2H+2eの反応が、酸化極15においては1
/2O+2H+2e→HOの反応が、それぞれ
得られ、水素イオンが燃料極11から固体高分子電解質
10を通って酸化極15へと移動すると共に、電子が燃
料極側セパレータ19から酸化極側セパレータ20に向
かって流れ、電力が得られる。
Hydrogen gas as a fuel is supplied to the fuel electrode 11, and air containing oxygen as an oxidant is supplied to the oxidizing electrode 15. As is well known, in the fuel electrode 11, H
The reaction of 2 → 2H + + 2e is 1 at the oxidation electrode 15.
A reaction of / 2O 2 + 2H + + 2e → H 2 O is obtained, and hydrogen ions move from the fuel electrode 11 through the solid polymer electrolyte 10 to the oxidizing electrode 15, while the electrons move toward the fuel electrode side separator 19. Flow toward the oxidation electrode side separator 20 to obtain electric power.

【0024】燃料極11は、水素ガスが供給される側に
多孔質金属材料よりなるガス供給層12、その内側に耐
触カーボン層13、また固体高分子電解質10と接する
側に触媒層14を有してなる。
The fuel electrode 11 has a gas supply layer 12 made of a porous metal material on the side to which hydrogen gas is supplied, a contact-resistant carbon layer 13 on the inside, and a catalyst layer 14 on the side in contact with the solid polymer electrolyte 10. To have.

【0025】 ガス供給層12は、多孔質金属材料より
なり、例えばニッケル発泡体シートの市販品(厚さ80
0〜1000μm)を7.5重量%程度のPTFE水溶
液に2分間程度浸漬した後不活性ガス雰囲気で乾燥させ
ることによって撥水化処理したものが用いられる。
The gas supply layer 12 is made of a porous metal material, for example, a commercially available nickel foam sheet (thickness: 80).
(0 to 1000 μm) is water-repellent-treated by immersing it in a 7.5 wt% PTFE aqueous solution for about 2 minutes and then drying it in an inert gas atmosphere.

【0026】カーボン層13としては、市販のカーボン
シートを用いることができる。一般に、カーボンシート
中のカーボン粒子は、PTFE等の撥水材で表面被覆さ
れている。
As the carbon layer 13, a commercially available carbon sheet can be used. Generally, the carbon particles in the carbon sheet are surface-coated with a water repellent material such as PTFE.

【0027】触媒層14は、触媒付きのカーボンに、固
体高分子電解質10の成分であるイオン交換樹脂を混合
し、この混合体をプレスやスクリーン印刷等の手法によ
りシート状に一体成形されてなる。
The catalyst layer 14 is formed by mixing carbon with a catalyst with an ion exchange resin, which is a component of the solid polymer electrolyte 10, and integrally molding this mixture into a sheet by a method such as pressing or screen printing. .

【0028】触媒としては白金が好適であるが、メタノ
ール等の原料炭化水素ガスを改質装置によって水素リッ
チな状態として燃料極11に供給する場合であっても、
幾分の一酸化炭素ガスの混入を避けることができない。
そこで、供給される水素ガス中に含まれる一酸化炭素ガ
スによって白金が被毒されることを防止するため、白金
とルテニウム(Ru)または白金とスズ(Sn)等の合
金を触媒として用いることが好ましい。
Platinum is suitable as the catalyst, but even when a raw material hydrocarbon gas such as methanol is supplied to the fuel electrode 11 in a hydrogen-rich state by a reformer,
Some carbon monoxide gas cannot be avoided.
Therefore, in order to prevent the poisoning of platinum by carbon monoxide gas contained in the supplied hydrogen gas, it is preferable to use an alloy of platinum and ruthenium (Ru) or platinum and tin (Sn) as a catalyst. preferable.

【0029】一般にガス供給層12は500〜800μ
mの厚さに形成される。カーボン層13及び触媒層14
の厚さは一般に前者が100〜150μm程度、後者が
40〜50μm程度であるが、各々の作用を損なわない
限りにおいてできるだけ薄いものを用い、また各層どう
しの接触面積を増大させることが、電極全体としての抵
抗値を低減させる上において有利である。
Generally, the gas supply layer 12 is 500 to 800 μm.
It is formed to a thickness of m. Carbon layer 13 and catalyst layer 14
The thickness of the former is generally about 100 to 150 μm, and the latter is about 40 to 50 μm. However, use the thinnest possible one without impairing the action of each, and increasing the contact area between the layers makes it possible to increase the entire electrode. It is advantageous in reducing the resistance value as.

【0030】この観点より、ガス供給層12とカーボン
層13とは、前者の多孔性と後者の弾力性を利用して、
投錨的に交絡した状態として圧接されている。これによ
り、燃料極11の厚みが低減される。
From this viewpoint, the gas supply layer 12 and the carbon layer 13 utilize the former porosity and the latter elasticity,
It is pressed against the ship as it is entangled as an anchor. As a result, the thickness of the fuel electrode 11 is reduced.

【0031】酸化極15の構成及び製造方法も燃料極1
1と略同様であって、空気ガスが供給される側に多孔質
金属材料よりなるガス供給層16、その内側にカーボン
層17、また固体高分子電解質10と接する側に触媒層
18を有してなり、ガス供給層16とカーボン層17と
は投錨的に交絡した状態に圧接されている。
The structure and manufacturing method of the oxidizing electrode 15 are also the fuel electrode 1.
1 has a gas supply layer 16 made of a porous metal material on the side to which the air gas is supplied, a carbon layer 17 on the inside, and a catalyst layer 18 on the side in contact with the solid polymer electrolyte 10. Therefore, the gas supply layer 16 and the carbon layer 17 are pressed and contacted in an anchored and entangled state.

【0032】ただし、改質器と共に適応する場合には、
空気が供給される酸化極15の触媒層18にあっては、
燃料極11の触媒層14において考慮したような一酸化
炭素による被毒の問題は生じないので、触媒には白金単
体が用いられる。
However, when it is applied together with the reformer,
In the catalyst layer 18 of the oxidizing electrode 15 to which air is supplied,
Since the problem of poisoning by carbon monoxide, which has been considered in the catalyst layer 14 of the fuel electrode 11, does not occur, platinum is used alone as the catalyst.

【0033】燃料極11におけるガス供給層12および
酸化極15におけるガス供給層16の外側には、供給さ
れるガスを均等に拡散するためのガスセパレータを設け
ることができる。この場合、ガス供給層をガスセパレー
タの片側に接合して極室構造体とし、2つの極室構造体
を、耐触カーボン層および触媒層を固体電解質の両側に
形成してなる電極構造体の両側から10〜20kg/c
程度のコールドプレスにて一括加圧処理することに
よって、本発明の燃料電池が得られる。
On the outside of the gas supply layer 12 of the fuel electrode 11 and the gas supply layer 16 of the oxidizing electrode 15, a gas separator for evenly diffusing the supplied gas can be provided. In this case, a gas supply layer is bonded to one side of the gas separator to form a polar chamber structure, and two polar chamber structures are formed in the electrode structure in which the anti-contact carbon layer and the catalyst layer are formed on both sides of the solid electrolyte. 10-20kg / c from both sides
The fuel cell of the present invention can be obtained by collectively pressurizing with a cold press of about m 2 .

【0034】この燃料電池の製造工程を以下に説明す
る。 1.電極構造体のアセンブル工程 PTFE等により撥水処理されたカーボンシートの片面
に、カーボン粉末にPtまたはPt/Ru触媒を担持さ
せたものと、固体電解質として用いられるNafion
等のイオン交換膜と、水やアルコール、グリセリン等の
粘稠剤とを混合してなるペースト成分をスクリーン印刷
により塗布した後、ペースト成分中の粘稠剤を80℃の
ガス中あるいは低真空中にて乾燥除去する。このよ
うにして、カーボンシートの片面に反応層(触媒層)が
形成される。
The manufacturing process of this fuel cell will be described below. 1. Assembling process of electrode structure: A carbon sheet, which has been subjected to water repellent treatment by PTFE or the like, has carbon powder carrying Pt or Pt / Ru catalyst on one surface thereof, and Nafion used as a solid electrolyte.
And the like, and a paste component prepared by mixing a thickener such as water, alcohol, or glycerin with screen printing, and then applying the thickener in the paste component in N 2 gas at 80 ° C. or at a low level. Dry off in vacuum. In this way, the reaction layer (catalyst layer) is formed on one side of the carbon sheet.

【0035】このカーボンシート+反応層を2つ用意
し、反応層を内側にして、固体電解質(イオン交換膜)
の両側にそれぞれ配置し、ホットプレス(130℃、印
加荷重150kg/cm以下、20sec〜3mi
n)により接合する。
This carbon sheet + two reaction layers are prepared, with the reaction layers inside, the solid electrolyte (ion exchange membrane)
Placed on both sides of the hot press (130 ° C., applied load 150 kg / cm 2 or less, 20 sec to 3 mi)
Joined according to n).

【0036】かくして、固体電解質31の両側に燃料極
32および酸化極33が形成されてなる電極構造体34
が得られる(図2)。32aおよび33aは反応層、3
2bおよび33bは耐触カーボン層である。 2.極室構造体のアセンブル工程 発泡Ni(例えば住友電工製「セルメット(商標
名)」)あるいはメッシュ状SUS(例えば日本精線製
「ナスロン(商標名)」)等よりなる多孔質金属材料を
用い、これをPTFEディパージョン中に浸漬した後、
350℃のNガス中にて乾燥溶融して撥水化処理す
る。
Thus, the electrode structure 34 in which the fuel electrode 32 and the oxidizing electrode 33 are formed on both sides of the solid electrolyte 31.
Is obtained (FIG. 2). 32a and 33a are reaction layers, 3
2b and 33b are anticorrosion carbon layers. 2. Assembling process of polar chamber structure A porous metal material such as foamed Ni (for example, "Celmet (trademark)" manufactured by Sumitomo Electric Industries) or mesh SUS (for example, "Naslon (trademark)" manufactured by Nippon Seisen) is used. After immersing this in PTFE diffusion,
Water-repellent treatment is performed by drying and melting in N 2 gas at 350 ° C.

【0037】撥水化処理された多孔質金属材料を、A
l、Cuまたは稠密(=ガス透過率が略0である状態)
カーボン等よりなるセパレータ材の片面に接合し、ガス
の気密性を保持するために圧接部に熱硬化性樹脂接着剤
等よりなるシーリング剤を注入する。
A water-repellent porous metal material is
l, Cu or dense (= gas permeability is almost 0)
A separator material made of carbon or the like is bonded to one surface, and a sealing agent made of a thermosetting resin adhesive or the like is injected into the pressure contact portion in order to maintain gas tightness.

【0038】かくして、多孔質金属材料よりなるガス供
給層35がセパレータ36と一体化されてなる極室構造
体37が得られる(図3)。38は注入されたシーリン
グ剤である。 3.単セルのアセンブル工程 図2の電極構造体34の両側に、図3の極室構造体3
7、37’を、ガス供給層35、35’を内側にして配
置し、セパレータ36、36’の外側より10kg/c
程度の印加荷重にて一括加圧処理し、この状態を維
持しつつ80℃程度の大気中にてシーリング剤38、3
8’を乾燥硬化する。更に、セパレータ36、36’の
露出内面にシーリング剤39、39’を注入し、同様に
80℃程度の大気中にて乾燥硬化して、図4および図5
に示されるような構造の単セル30が得られる。 4.セル積層工程 上記のようにして得られた単セル30のセパレータ(3
6、36’)の外面に同様のガス供給層を接合し、予め
作成しておいた同様の極室構造体との間に同様の電極構
造体を挟んで同様に両側から加圧することにより、2セ
ル分または3セル分の積層体が得られる。
Thus, the polar chamber structure 37 in which the gas supply layer 35 made of a porous metal material is integrated with the separator 36 is obtained (FIG. 3). 38 is the injected sealing agent. 3. Assembling process of single cell On both sides of the electrode structure 34 of FIG. 2, the polar chamber structure 3 of FIG.
7, 37 'are arranged with the gas supply layers 35, 35' inside, and 10 kg / c from the outside of the separators 36, 36 '.
A batch pressure treatment is applied with an applied load of about m 2, and while maintaining this state, the sealing agent 38, 3 in the atmosphere of about 80 ° C.
Dry cure 8 '. Further, the sealing agent 39, 39 'is injected into the exposed inner surface of the separator 36, 36', and similarly dried and cured in the atmosphere at about 80 ° C.
A single cell 30 having a structure as shown in FIG. 4. Cell stacking step The separator (3 of the single cell 30 obtained as described above
6, 36 ') is bonded to the same gas supply layer on the outer surface, and the same electrode structure is sandwiched between the previously prepared same polar chamber structure and pressure is applied from both sides in the same manner. A laminated body of 2 cells or 3 cells can be obtained.

【0039】この積層工程を繰り返すことにより、任意
の個数分のセルの積層体が得られる。図6は4セル分の
積層体40を示す。
By repeating this stacking step, a stack of cells of an arbitrary number can be obtained. FIG. 6 shows a laminated body 40 for four cells.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明によれば、ガス供給能が向上され
ると共に抵抗が大幅に低減され、発電効率の優れた燃料
電池が供給される。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, a fuel cell having an improved gas supply capability and a significantly reduced resistance, and having excellent power generation efficiency is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による燃料電池の構成例を模式的に示す
図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example of a fuel cell according to the present invention.

【図2】本発明の燃料電池を構成する電極構造体を模式
的に示す図である。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an electrode structure constituting a fuel cell of the present invention.

【図3】本発明の燃料電池を構成する極室構造体を模式
的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a polar chamber structure that constitutes the fuel cell of the present invention.

【図4】図2の電極構造体を挟んで2個の図3の極室構
造体が一括加圧処理されてなる単セルの構成を模式的に
示す図である。
4 is a diagram schematically showing a configuration of a single cell in which two electrode chamber structures shown in FIG. 3 are collectively pressure-treated with the electrode structure shown in FIG. 2 interposed therebetween.

【図5】図4と同様の単セルの構成を示す分解斜視図で
ある。
FIG. 5 is an exploded perspective view showing a configuration of a single cell similar to that in FIG.

【図6】図4の単セルを積層してなる積層体を模式的に
示す図である。
6 is a diagram schematically showing a laminated body formed by laminating the unit cells of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 固体高分子電解質 11 燃料極 12 ガス供給層 13 カーボン層(耐触層) 14 触媒層 15 酸化極 16 ガス供給層 17 カーボン層(耐触層) 18 触媒層 19、20 セパレータ 30 単セル 31 固体電解質 32 燃料極 33 酸化極 34 電極構造体 35 ガス供給層 36 セパレータ 37 極室構造体 40 セル積層体 10 Solid polymer electrolyte 11 Fuel pole 12 Gas supply layer 13 Carbon layer (touch resistant layer) 14 Catalyst layer 15 Oxidation pole 16 Gas supply layer 17 Carbon layer (touch resistant layer) 18 Catalyst layer 19, 20 separator 30 single cells 31 Solid electrolyte 32 fuel pole 33 Oxidation pole 34 Electrode structure 35 gas supply layer 36 separator 37 Polar Chamber Structure 40 cell stack

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電解質と該電解質の両側に燃料極及び酸化
極を配してなる燃料電池であって、 これら燃料極及び酸化極の少なくとも一方が、 ガス供給可能な多孔質金属材料よりなるガス供給層と、 前記ガス供給層から供給されるガスを電池反応させるた
めに前記電解質に接して設けられる触媒層と、前記ガス供給層と前記触媒層との間に設けられたカーボ
ン耐食層とを備え、 前記カーボン耐食層は、前記ガス供給層と投錨的に交絡
された状態で接合されている ことを特徴とする燃料電
池。
1. A fuel cell comprising an electrolyte and a fuel electrode and an oxidizing electrode arranged on both sides of the electrolyte, wherein at least one of the fuel electrode and the oxidizing electrode is a gas made of a porous metal material capable of supplying gas. A supply layer, a catalyst layer provided in contact with the electrolyte for cell reaction of the gas supplied from the gas supply layer, and a carbo provided between the gas supply layer and the catalyst layer.
And a carbon corrosion resistant layer, the carbon corrosion resistant layer being anchored and entangled with the gas supply layer.
A fuel cell characterized by being joined together in a fixed state .
【請求項2】電解質と該電解質の両側に燃料極及び酸化
極を配してなる燃料電池であって、 これら燃料極及び酸化極の少なくとも一方が、 ガス供給可能な多孔質金属材料よりなるガス供給層と、 前記ガス供給層から供給されるガスを電池反応させるた
めに前記電解質に接して設けられる触媒層と、 前記ガス供給層の非触媒層側に拡散接合される導電性の
セパレータと、前記ガス供給層と前記触媒層との間に設けられたカーボ
ン耐食層とを備え、 前記カーボン耐食層は、前記ガス供給層と投錨的に交絡
された状態で接合されている ことを特徴とする燃料電
池。
2. A fuel cell comprising an electrolyte and a fuel electrode and an oxidizing electrode disposed on both sides of the electrolyte, wherein at least one of the fuel electrode and the oxidizing electrode is a gas made of a porous metal material capable of supplying gas. A supply layer, a catalyst layer provided in contact with the electrolyte for cell reaction of gas supplied from the gas supply layer, and a conductive separator diffusion-bonded to the non-catalyst layer side of the gas supply layer, Carbo provided between the gas supply layer and the catalyst layer
And a carbon corrosion resistant layer, the carbon corrosion resistant layer being anchored and entangled with the gas supply layer.
A fuel cell characterized by being joined together in a fixed state .
【請求項3】前記ガス供給層の多孔質金属材料がニッケ
ル発泡体よりなることを特徴とする請求項1または2の
燃料電池。
3. The fuel cell according to claim 1, wherein the porous metal material of the gas supply layer is made of nickel foam.
【請求項4】前記耐食層がカーボンシートよりなること
を特徴とする請求項1または2の燃料電池。
4. The fuel cell according to claim 1, wherein the corrosion resistant layer is made of a carbon sheet .
【請求項5】前記触媒層に前記電解質に含まれる強酸性
成分と同一成分が含まれることを特徴とする請求項1ま
たは2の燃料電池。
5. The fuel cell according to claim 1, wherein the catalyst layer contains the same component as the strongly acidic component contained in the electrolyte.
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