JP4075786B2 - 燃料電池の製造方法および燃料電池 - Google Patents
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Description
(a)前記水素透過性金属層の表面を非平滑化する工程と、
(b)前記水素透過性金属層に対して、前記電解質層を形成するための電解質材料を放出し、前記非平滑化した表面に沿って前記電解質層を形成する工程と
を備えることを要旨とする。
前記凹凸形状は、該凹凸形状が備える凸部の高さが所定範囲内に揃う規則性を有しており、
前記(b)工程は、前記凸部の高さ寸法よりも厚さ寸法が小さい前記電解質層を形成することとしても良い。
前記(a)工程で形成する前記凹凸形状が備える凸部は、前記水素透過性金属層の面方向に対して略垂直な壁面を有し、
前記(b)工程は、
(b−1)前記水素透過性金属層に対して、該水素透過性金属層の面方向に略垂直に前記電解質材料を放出する工程と、
(b−2)前記水素透過性金属層に対して、前記(b−1)工程とは異なる角度で前記電解質材料を放出する工程と
を備えることとしても良い。
(c)前記凹凸形状に沿って形成されることで該凹凸形状に応じた形状を有する前記電解質層に対して、電子伝導性を示す導電性材料を放出し、前記電解質層上に前記導電性材料から成る導電層を形成する工程を備えることとしても良い。
(a)前記水素透過性金属層上に、表面を非平滑化された前記電解質層を形成する工程と、
(b)前記電解質層に対して、電子伝導性を示す導電性材料を放出し、前記非平滑化した表面に沿って前記導電性材料から成る導電層を形成する工程と
を備えることを要旨とする。
前記導電性材料は貴金属であり、前記導電層は電極であることとしても良い。
A.燃料電池の構成:
B.製造方法:
C.第2実施例:
D.第3実施例:
E.変形例:
図1は、本発明の好適な一実施例である燃料電池を構成する単セル20の構成の概略を表わす断面模式図である。単セル20は、水素透過性金属層22と電解質層21とから成る電解質部23と、電解質層21上に形成されるカソード電極24と、ガスセパレータ27,29とを備えている。ガスセパレータ27と水素透過性金属層22との間には、水素を含有する燃料ガスが通過する単セル内燃料ガス流路30が形成されている。また、ガスセパレータ29とカソード電極24との間には、酸素を含有する酸化ガスが通過する単セル内酸化ガス流路32が形成されている。水素透過性金属層22、電解質層21およびカソード電極24から成る構造を、以下、MEA(Membrane Electrode Assembly)40と呼ぶ。図1では単セル20を示したが、実際の本実施例の燃料電池は、図1の単セル20を複数積層したスタック構造を有している。なお、図示は省略しているが、スタック構造の内部温度を調節するために、各単セル間に、あるいは所定数の単セルを積層する毎に、冷媒の通過する冷媒流路を設けることとしても良い。
以下に、本実施例の単セル20を製造する際の特徴的な工程であるMEA40の製造工程を説明する。図2は、MEA40の製造工程を表わす説明図である。
水素透過性金属層22の凹凸形状に沿って電解質層21を形成する方法として、水素透過性金属層22に対する電解質材料放出源の相対的な位置を変化させることによって、水素透過性金属層に対して電解質材料が放出される角度を変更することとしても良い。このような構成を第2実施例として以下に説明する。
第1および第2実施例では、水素透過性金属層22の凹凸形状に沿って電解質層21を形成することにより、電解質層21は上記凹凸形状に対応する凹凸形状を備えることとしたが、電解質層に積極的に凹凸形状を形成することとしても良い。このような構成を第3実施例として以下に説明する。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
既述した第1ないし第3実施例では、電解質層を形成する際の基材となる水素透過性金属層をアノード側に配設し、電解質層上に形成する貴金属層をカソード電極としたが、アノード側の配置とカソード側の配置とを入れ替えることとしても良い。すなわち、既述したいずれかの実施例における水素透過性金属層を燃料電池のカソード電極とし、電解質部の電解質層側に形成する貴金属層をアノード電極としても良い。この場合には、水素透過性金属層のカソード側にはさらに触媒層を設けることとしても良い。
あるいは、電解質層と水素透過性金属層とを備える電解質部において、電解質層および/または水素透過性金属層を、複数備えることとしても良い。図11は、5層構造を有するMEA240を備える単セル220の構成の概略を現わす断面模式図である。MEA240は、5族金属あるいは5族金属合金で形成された基材層222と、基材層222の両面に成膜されて電解質層21と同様の固体酸化物からなる電解質層221,225と、さらにそれらの外面に設けられたPdあるいはPd合金からなる被覆層224,226と、を備えている。このような場合にも、本発明を適用することで同様の効果を得ることができる。すなわち、基材層222の両面にそれぞれ電解質層221,225を形成した後、電解質層221,225上に凹凸形状を形成し、第1または第2実施例と同様の方法により、電解質層221,225上にそれぞれ被覆層226,224を形成すればよい。
21,121…電解質層
22,122…水素透過性金属層
23,123…電解質部
24,124…カソード電極
27,29…ガスセパレータ
30…単セル内燃料ガス流路
32…単セル内酸化ガス流路
40,140,240…MEA
221,225…電解質層
222…基材層
224,226…被覆層
Claims (10)
- 水素透過性金属を含有する水素透過性金属層と、該水素透過性金属層上に配設されると共にプロトン伝導性を有する電解質層と、を備える燃料電池の製造方法であって、
(a)前記水素透過性金属層の表面を非平滑化する工程と、
(b)前記水素透過性金属層に対して、前記電解質層を形成するための電解質材料を放出し、前記非平滑化した表面に沿って前記電解質層を形成する工程と
を備える燃料電池の製造方法。 - 請求項1記載の燃料電池の製造方法であって、
前記(a)工程は、前記非平滑化によって、前記水素透過性金属層の表面に凹凸形状を形成する
燃料電池の製造方法。 - 請求項2記載の燃料電池の製造方法であって、
前記(b)工程は、前記凹凸形状が備える凸部の高さ寸法よりも、厚さ寸法が小さい前記電解質層を形成する
燃料電池の製造方法。 - 請求項2または3記載の燃料電池の製造方法において、
前記(a)工程で形成する前記凹凸形状が備える凸部は、前記水素透過性金属層の面方向に対して垂直な壁面を有し、
前記(b)工程は、
(b−1)前記水素透過性金属層に対して、該水素透過性金属層の面方向に垂直に前記電解質材料を放出する工程と、
(b−2)前記水素透過性金属層に対して、前記(b−1)工程とは異なる角度で前記電解質材料を放出する工程と
を備える燃料電池の製造方法。 - 請求項2ないし4いずれか記載の燃料電池の製造方法であって、
前記(b)工程は、前記水素透過性金属層を、該水素透過性金属層をシーソー状に揺動させる揺動軸を中心として揺動させつつ、該揺動する水素透過性金属層に対して、一方向から前記電解質材料を放出する
燃料電池の製造方法。 - 請求項2ないし4いずれか記載の燃料電池の製造方法であって、
前記(b)工程は、前記電解質材料を放出する電解質材料放出源から前記水素透過性金属層へと前記電解質材料が放出される角度が変更されるように、前記電解質材料放出源の、前記水素透過性金属層に対する相対的な位置を変化させつつ、前記水素透過性金属層上に前記電解質材料を放出する
燃料電池の製造方法。 - 請求項2ないし6いずれか記載の燃料電池の製造方法であって、さらに、
(c)前記凹凸形状に沿って形成されることで該凹凸形状に応じた形状を有する前記電解質層に対して、電子伝導性を示す導電性材料を放出し、前記電解質層上に前記導電性材料から成る導電層を形成する工程を備える
燃料電池の製造方法。 - 水素透過性金属を含有する水素透過性金属層と、該水素透過性金属層上に配設されると共にプロトン伝導性を有する電解質層と、を備える燃料電池の製造方法であって、
(a)前記水素透過性金属層上に、表面を非平滑化された前記電解質層を形成する工程と、
(b)前記電解質層に対して、電子伝導性を示す導電性材料を放出し、前記非平滑化した表面に沿って前記導電性材料から成る導電層を形成する工程と
を備える燃料電池の製造方法。 - 請求項7または8記載の燃料電池の製造方法であって、
前記導電性材料は貴金属であり、前記導電層は電極である
燃料電池の製造方法。 - 水素透過性金属を含有する水素透過性金属層と、該水素透過性金属層上に配設されると共にプロトン伝導性を有する電解質層と、を備える燃料電池であって、
請求項1ないし9いずれか記載の燃料電池の製造方法により製造された燃料電池。
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JP2003405760A JP4075786B2 (ja) | 2003-12-04 | 2003-12-04 | 燃料電池の製造方法および燃料電池 |
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JP2003405760A JP4075786B2 (ja) | 2003-12-04 | 2003-12-04 | 燃料電池の製造方法および燃料電池 |
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