JP4674452B2 - Membrane electrode composite for tube fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、チューブ状に形成することにより、コストを低減し、かつ小型化が可能なチューブ型燃料電池に用いられるチューブ型燃料電池用膜電極複合体に関する。 The present invention relates to a membrane electrode assembly for a tube-type fuel cell that is used in a tube-type fuel cell that can be reduced in size and cost by being formed into a tube shape.
従来の平板構造の固体高分子電解質型燃料電池（以下、単に燃料電池と称する場合がある。）の最小発電単位である単位セルは、一般に固体電解質膜の両側に触媒電極層が接合されている膜電極複合体を有し、この膜電極複合体の両側にはガス拡散層が配されている。さらに、その外側にはガス流路を備えたセパレータが配されており、ガス拡散層を介して膜電極複合体の触媒電極層へと供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスを通流させるとともに、発電により得られた電流を外部に伝える働きをしている。 A unit cell, which is a minimum power generation unit of a conventional solid polymer electrolyte fuel cell having a flat plate structure (hereinafter sometimes simply referred to as a fuel cell), generally has a catalyst electrode layer bonded to both sides of the solid electrolyte membrane. A membrane electrode assembly is provided, and gas diffusion layers are disposed on both sides of the membrane electrode assembly. Furthermore, a separator having a gas flow path is arranged outside thereof, and the fuel gas and the oxidant gas supplied to the catalyst electrode layer of the membrane electrode composite are passed through the gas diffusion layer, It works to transmit the current obtained by power generation to the outside.
上記燃料電池の小型化のため、および、単位体積当たりの発電反応面積を大きくするためには、燃料電池の上記構成部材の厚さを薄くする必要がある。しかしながら、このような従来の平板構造の燃料電池においては、各構成部材の厚さをある一定以下の値にすることは、機能面や強度面から好ましくなく、設計限界に近づきつつある。例えば、現在汎用されているナフィオン（商品名：Nafion、デュポン株式会社製）の膜は厚さが一定以下になるとガス透過性が大きくなりすぎ、セル内でガスのクロスリークが生じて発電電圧が低下する等の問題がある。このようなことから、従来の平板構造の燃料電池の単位体積当たりの出力密度を一定以上に向上させることは構造上困難である。 In order to reduce the size of the fuel cell and increase the power generation reaction area per unit volume, it is necessary to reduce the thickness of the constituent members of the fuel cell. However, in such a conventional flat-plate structure fuel cell, it is not preferable in terms of function and strength to make the thickness of each component member a certain value or less, and the design limit is approaching. For example, the membrane of Nafion (trade name: Nafion, manufactured by DuPont Co., Ltd.), which is widely used at present, becomes too gas permeable when its thickness is below a certain level, causing gas cross-leakage in the cell and generating voltage. There are problems such as lowering. For this reason, it is structurally difficult to improve the power density per unit volume of a conventional flat plate fuel cell to a certain level or more.
そこで、中空糸等を用い、その内面および外面に電解質膜や触媒電極層等を積層したチューブ形状の膜電極複合体を用いて燃料電池を構成することにより出力密度を高める研究が行なわれている。しかしながら、径の極めて小さなチューブ状に膜を精度よく形成することは容易ではないため、従来の平板構造では問題にならなかったことがチューブ形状の膜電極複合体において問題となる場合がある。 Therefore, research has been conducted to increase the power density by constructing a fuel cell using a tubular membrane electrode assembly in which hollow fibers or the like are used and an electrolyte membrane, a catalyst electrode layer, etc. are laminated on the inner and outer surfaces thereof. . However, since it is not easy to accurately form a film in a tube shape having an extremely small diameter, there is a case where a problem does not occur in the conventional flat plate structure in the tube-shaped membrane electrode assembly.
例えば、チューブ型の燃料電池においては、発電反応により発生した電力はチューブの軸方向に流し、集電されるが、効率よく集電するためにはチューブ形状の固体電解質膜の内側および外側に配置された触媒電極層と集電体とを密着させる必要がある。従来の平板構造の燃料電池においては、平板形状であることから触媒電極層と集電体とを密着させることは容易であるためそのことは問題にはならなかった。しかしながらチューブ形状の燃料電池においては、特に、チューブの内側の集電体をその外側に位置する触媒電極層に圧力をもって密着させることが困難であるため、集電を効率よく行うことが困難であった。 For example, in a tube-type fuel cell, the electric power generated by the power generation reaction flows in the axial direction of the tube and is collected, but for efficient current collection, it is placed inside and outside the tube-shaped solid electrolyte membrane It is necessary to bring the catalyst electrode layer and the current collector into close contact with each other. In a conventional fuel cell having a flat plate structure, since it has a flat plate shape, it is easy to bring the catalyst electrode layer and the current collector into close contact with each other, which is not a problem. However, in a tube-shaped fuel cell, it is particularly difficult to collect current efficiently because it is difficult to bring the current collector inside the tube into close contact with the catalyst electrode layer located outside the tube with pressure. It was.
なお、特許文献１には、中空形状のガス拡散電極層上に固体高分子電解質層、さらにガス拡散電極層が形成された固体高分子型燃料電池、およびその製造方法が開示されている。しかしながら、特許文献１においては、上記ガス拡散電極層をガスの流路のみならず集電体としても用いる旨が記載されており、このような場合、電子は炭素粒子間、または炭素繊維間を移動しなくてはならず、このような方法では効率的な集電は困難であることが考えられる。 Patent Document 1 discloses a solid polymer electrolyte fuel cell in which a solid polymer electrolyte layer and a gas diffusion electrode layer are formed on a hollow gas diffusion electrode layer, and a manufacturing method thereof. However, Patent Document 1 describes that the gas diffusion electrode layer is used not only as a gas flow path but also as a current collector. In such a case, electrons are interposed between carbon particles or between carbon fibers. It must be moved, and it is considered that efficient current collection is difficult by such a method.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、集電効率が高く、かつ、単純な構造のチューブ型燃料電池用膜電極複合体を提供することを主目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and has as its main object to provide a membrane electrode assembly for a tube type fuel cell having a high current collection efficiency and a simple structure.
上記目的を達成するために、本発明は、チューブ形状の固体電解質膜と、上記固体電解質膜の外周面に形成された外側触媒電極層と、上記固体電解質膜の内周面に形成された内側触媒電極層とを少なくとも有するチューブ型燃料電池用膜電極複合体であって、上記内側触媒電極層、および外側触媒電極層の少なくとも一方が、触媒が担持されたカーボンナノチューブと、上記触媒が担持されたカーボンナノチューブ間の間隙を満たす電解質材料とから形成され、上記触媒が担持されたカーボンナノチューブは、チューブ形状の軸方向に沿うように、かつ、隣り合う上記カーボンナノチューブ間の最短距離が１００〜１０００ｎｍの範囲内となるように配され、上記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の軸方向の一方の端部から他方の端部までが一本の上記カーボンナノチューブで結ばれていることを特徴とするチューブ型燃料電池用膜電極複合体を提供する。 To achieve the above object, the present invention provides a tube-shaped solid electrolyte membrane, an outer catalyst electrode layer formed on the outer peripheral surface of the solid electrolyte membrane, and an inner surface formed on the inner peripheral surface of the solid electrolyte membrane. A membrane electrode assembly for a tubular fuel cell having at least a catalyst electrode layer, wherein at least one of the inner catalyst electrode layer and the outer catalyst electrode layer has a carbon nanotube on which a catalyst is supported, and the catalyst is supported. The carbon nanotubes that are formed from an electrolyte material that fills the gaps between the carbon nanotubes and that support the catalyst are along the axial direction of the tube shape, and the shortest distance between adjacent carbon nanotubes is 100 to 1000 nm. arranged to be within a range of from one axial end portion of the tube-type fuel cell membrane electrode assembly to the other end Providing tubular fuel cell membrane electrode assembly, characterized in that are connected by one of the carbon nanotubes.
本発明のチューブ型燃料電池用膜電極複合体（以下、単に膜電極複合体と称する場合がある。）においては、内側触媒電極層、外側触媒電極層に用いられているカーボンナノチューブが高い導電性を示すので集電体としても機能させることができる。そのため、別途に集電体層を設ける必要がなく、単純な構造であり、かつ、集電効率の良好な膜電極複合体を得ることができる。 In the membrane electrode assembly for a tube-type fuel cell of the present invention (hereinafter sometimes referred to simply as a membrane electrode assembly), the carbon nanotubes used in the inner catalyst electrode layer and the outer catalyst electrode layer have high conductivity. Therefore, it can function as a current collector. Therefore, it is not necessary to provide a separate current collector layer, and a membrane electrode assembly having a simple structure and good current collection efficiency can be obtained.
本発明は、集電効率が高く、かつ、単純な構造のチューブ型燃料電池用膜電極複合体を得ることができるといった効果を奏する。 The present invention has an effect that a membrane electrode assembly for a tube-type fuel cell having a high current collection efficiency and a simple structure can be obtained.
以下、本発明のチューブ型燃料電池用膜電極複合体について詳細に説明する。
本発明の膜電極複合体は、チューブ形状の固体電解質膜と、上記固体電解質膜の外周面に形成された外側触媒電極層と、上記固体電解質膜の内周面に形成された内側触媒電極層とを少なくとも有するチューブ型燃料電池用膜電極複合体であって、上記内側触媒電極層、および外側触媒電極層の少なくとも一方が、触媒が担持されたカーボンナノチューブと、上記触媒が担持されたカーボンナノチューブ間の間隙を満たす電解質材料とから形成され、上記触媒が担持されたカーボンナノチューブは、チューブ形状の軸方向に沿うように、かつ、ガスが透過できる程度に緻密に配されていることを特徴とするものである。
Hereinafter, the membrane electrode assembly for a tube type fuel cell of the present invention will be described in detail.
The membrane electrode assembly of the present invention includes a tube-shaped solid electrolyte membrane, an outer catalyst electrode layer formed on the outer peripheral surface of the solid electrolyte membrane, and an inner catalyst electrode layer formed on the inner peripheral surface of the solid electrolyte membrane. And at least one of the inner catalyst electrode layer and the outer catalyst electrode layer, the carbon nanotube carrying the catalyst, and the carbon nanotube carrying the catalyst The carbon nanotubes formed from an electrolyte material that fills the gap between them and on which the catalyst is supported are characterized by being densely arranged so that gas can permeate along the axial direction of the tube shape. To do.
本発明の膜電極複合体においては、内側触媒電極層、および外側触媒電極層に担体として用いられているカーボンナノチューブが高い導電性を有しており、集電体としても機能するため、発電反応により発生した電力を効率よく集電することができる。また、集電を行うための部材を別途に設ける必要がないため、単純な構造の膜電極複合体を得ることができる。 In the membrane electrode assembly of the present invention, the carbon catalyst used as a carrier in the inner catalyst electrode layer and the outer catalyst electrode layer has high conductivity, and functions as a current collector. It is possible to efficiently collect the power generated by. In addition, since it is not necessary to separately provide a member for collecting current, a membrane electrode assembly having a simple structure can be obtained.
まず、本発明の膜電極複合体の構造について図を用いて説明する。
図１は、本発明の膜電極複合体の一例を示す概略構造図である。図１に示すように、本発明の膜電極複合体１は、内側触媒電極層２、固体電解質膜３、および外側触媒電極層４がこの順に積層されて形成されている。上記内側触媒電極層２、および外側触媒電極層４には、触媒が担持されたカーボンナノチューブ５が、チューブ形状の軸方向に沿って配されている。
以下、本発明の膜電極複合体の各構成について、それぞれ説明する。
First, the structure of the membrane electrode assembly of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic structural diagram showing an example of the membrane electrode assembly of the present invention. As shown in FIG. 1, the membrane electrode assembly 1 of the present invention is formed by laminating an inner catalyst electrode layer 2, a
Hereinafter, each configuration of the membrane electrode assembly of the present invention will be described.
１．内側触媒電極層
まず、本発明の膜電極複合体に用いられる内側触媒電極層について、図を用いて説明する。図２は、本発明に用いられる内側触媒電極層の構成の一例であって、チューブ形状の軸に垂直な断面を示すものである。図２に示すように、内側触媒電極層は、チューブ形状の軸方向に沿って配され、かつ、触媒１１が担持されたカーボンナノチューブ１２と、上記触媒１１が担持されたカーボンナノチューブ１２間の間隙を満たす電解質材料１３とから形成されている。
1. Inner Catalyst Electrode Layer First, the inner catalyst electrode layer used in the membrane electrode assembly of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is an example of the configuration of the inner catalyst electrode layer used in the present invention, and shows a cross section perpendicular to the tube-shaped axis. As shown in FIG. 2, the inner catalytic electrode layer is disposed along the axial direction of the tube shape, and the gap between the
上記触媒が担持されるカーボンナノチューブの層の数は特に限定されるものではなく、単層のものでも、多層のものでもよい。また、上記カーボンナノチューブの外径は特に限定されるものではないが、５〜１０００ｎｍの範囲内、中でも１００〜２００ｎｍの範囲内であることが好ましい。外径が上記範囲に満たないと、小さすぎて精度よく形成できない可能性がある。一方、上記範囲を超える外径を有するカーボンナノチューブは製造が困難である可能性がある。 The number of the carbon nanotube layers on which the catalyst is supported is not particularly limited, and may be a single layer or a multilayer. The outer diameter of the carbon nanotube is not particularly limited, but is preferably in the range of 5 to 1000 nm, and more preferably in the range of 100 to 200 nm. If the outer diameter is less than the above range, it may be too small to form accurately. On the other hand, carbon nanotubes having an outer diameter exceeding the above range may be difficult to produce.
本発明においては、上記カーボンナノチューブが、膜電極複合体のチューブ形状の軸方向に沿って配される。カーボンナノチューブは導電性の高い物質であり、上記軸方向に沿って配されたカーボンナノチューブが集電体として機能するため、発電反応により発生した電子の軸方向の移動を円滑に行うことが可能になり、効率的な集電が可能になる。この際のカーボンナノチューブの軸方向の長さは特に限定されるものではないが、膜電極複合体の軸方向の一方の端部から他方の端部までの長さと同程度の長さを有することが好ましい。上記長さを有するカーボンナノチューブを用いて、膜電極複合体の軸方向の一方の端部から他方の端部までが一本のカーボンナノチューブで結ばれていると、発電反応により発生した電子を一本のカーボンナノチューブを介して集電できるため、電子はカーボンナノチューブ間を移動する必要がなく、効率的な集電が可能になる。 In the present invention, the carbon nanotubes are arranged along the axial direction of the tube shape of the membrane electrode assembly. Carbon nanotubes are highly conductive substances, and the carbon nanotubes arranged along the axial direction function as current collectors, enabling smooth movement of the electrons generated by the power generation reaction in the axial direction. Thus, efficient current collection becomes possible. In this case, the length of the carbon nanotube in the axial direction is not particularly limited, but has a length similar to the length from one end of the membrane electrode assembly to the other end in the axial direction. Is preferred. When carbon nanotubes having the above length are used to connect one end of the membrane electrode assembly in the axial direction to the other end with a single carbon nanotube, electrons generated by the power generation reaction are all collected. Since current can be collected via the carbon nanotubes, electrons do not need to move between the carbon nanotubes, and efficient current collection is possible.
本発明においては、上記カーボンナノチューブは、触媒が担持された状態でガスが透過できる程度に緻密に配される。この際、隣り合うカーボンナノチューブ間の最短距離は特に限定されるものではないが、１００〜１０００ｎｍの範囲内、中でも２００〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましい。隣り合うカーボンナノチューブ間の最短距離が上記範囲に満たないと、内側触媒電極層においてガスの移動が制限され、ガスが触媒に到達できず、発電反応を効率的に行なえない可能性がある。一方、最短距離が上記範囲を超えると、一定の空間に配することができる触媒の量が少なくなり、単位体積当たりの出力密度が低下してしまう可能性がある。 In the present invention, the carbon nanotubes are densely arranged so that gas can permeate while the catalyst is supported. At this time, the shortest distance between adjacent carbon nanotubes is not particularly limited, but is preferably in the range of 100 to 1000 nm, and more preferably in the range of 200 to 300 nm. If the shortest distance between adjacent carbon nanotubes is less than the above range, gas movement is limited in the inner catalyst electrode layer, and the gas cannot reach the catalyst, and the power generation reaction may not be performed efficiently. On the other hand, when the shortest distance exceeds the above range, the amount of the catalyst that can be arranged in a certain space is reduced, and the power density per unit volume may be reduced.
上記カーボンナノチューブに担持される触媒は特に限定されるものではなく、例えば、白金や白金合金など、燃料電池に通常用いられている触媒を用いることができる。その担持方法は特に限定されるものではなく、触媒を担体に担持する際に用いられる通常の方法により行うことができる。例えば、担体に触媒水溶液を含浸し、電圧をかけることにより、担体上に触媒を析出させる方法等を用いることができる。 The catalyst supported on the carbon nanotube is not particularly limited, and for example, a catalyst usually used in a fuel cell such as platinum or a platinum alloy can be used. The supporting method is not particularly limited, and can be carried out by a usual method used when the catalyst is supported on a carrier. For example, a method of depositing the catalyst on the support by impregnating the support with an aqueous catalyst solution and applying a voltage can be used.
本発明において、上記方法により触媒を担持する場合は、チューブ形状の固体電解質膜の内側面および外側面上にカーボンナノチューブが軸方向に沿って配されており、上記カーボンナノチューブ間の間隙が電解質材料によって満たされた状態のチューブ形状の積層体に白金イオン水溶液（〔Ｐｔ（ＮＨ３）４〕Ｃｌ２：０．０１ｍｏｌ／ｌなど）を含浸し、電圧をかけると、白金がイオン化し、上記積層体内のプロトンが移動可能な箇所に白金が析出する。上記方法によれば、プロトンが到達できる箇所にのみ白金を析出させることができるので、白金を必要な箇所のみに析出させることができる。そのため、発電反応に寄与しない白金の量を最低限に抑制することができるので、コスト増加の一因となっている高価な白金の使用量を大幅に削減することができる。 In the present invention, when the catalyst is supported by the above method, the carbon nanotubes are arranged along the axial direction on the inner side surface and the outer side surface of the tube-shaped solid electrolyte membrane, and the gap between the carbon nanotubes is an electrolyte material. The tube-shaped laminate in a state of being filled with is impregnated with a platinum ion aqueous solution ([Pt (NH 3 ) 4 ] Cl 2 : 0.01 mol / l, etc.), and when a voltage is applied, platinum is ionized, and the laminate Platinum deposits where the protons in the body can move. According to the above method, platinum can be deposited only at a location where protons can reach, so that platinum can be deposited only at a necessary location. Therefore, since the amount of platinum that does not contribute to the power generation reaction can be minimized, the amount of expensive platinum used that contributes to an increase in cost can be greatly reduced.
また、本発明においては、上記カーボンナノチューブ間の間隙は電解質材料により満たされる。このような電解質材料は、プロトン伝導性に優れ、かつ、電子を導通させないものであれば特に限定されるものではない。例えば、ナフィオン（商品名：Nafion、デュポン株式会社製）などに代表されるようなフッ素系樹脂、アミド系樹脂に代表されるような炭化水素系樹脂等有機系のもの、または、ケイ素酸化物を主成分とするものなどの無機系のもの等を用いることができ、中でもナフィオンが好適に用いられる。 In the present invention, the gap between the carbon nanotubes is filled with an electrolyte material. Such an electrolyte material is not particularly limited as long as it has excellent proton conductivity and does not conduct electrons. For example, organic resin such as fluorine resin represented by Nafion (trade name: Nafion, manufactured by DuPont), hydrocarbon resin represented by amide resin, or silicon oxide An inorganic material such as a main component can be used, and among these, Nafion is preferably used.
上記電解質材料によりカーボンナノチューブ間の間隙を満たす方法は特に限定されるものではない。例えば、チューブ形状の固体電解質膜の内側面または外側面上に、ガスが透過できる程度に緻密に配されたカーボンナノチューブの上から、溶媒に分散または溶解された上記電解質材料を塗布するなどの方法により行うことができる。 The method for filling the gap between the carbon nanotubes with the electrolyte material is not particularly limited. For example, a method of applying the above-mentioned electrolyte material dispersed or dissolved in a solvent from the top of carbon nanotubes arranged so densely that gas can permeate on the inner or outer surface of a tube-shaped solid electrolyte membrane Can be performed.
また、上記電解質材料を塗布する厚さは特に限定されるものではないが、塗布された電解質材料の膜の厚さが１〜１００μｍの範囲内、中でも５〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。塗布された電解質材料の膜の厚さが上記範囲に満たないと、上記触媒が担持されたカーボンナノチューブが電解質材料と接触できず、プロトン伝導性を十分に確保できない可能性がある。一方、厚さが上記範囲を超えると、内側触媒電極層、または外側触媒電極層内でのガス拡散性を十分に確保できない可能性がある。 The thickness of the electrolyte material applied is not particularly limited, but the thickness of the applied electrolyte material film is preferably in the range of 1 to 100 μm, and more preferably in the range of 5 to 10 μm. . If the thickness of the applied electrolyte material film is less than the above range, the carbon nanotubes on which the catalyst is supported cannot contact the electrolyte material, and proton conductivity may not be sufficiently secured. On the other hand, when the thickness exceeds the above range, there is a possibility that gas diffusibility in the inner catalyst electrode layer or the outer catalyst electrode layer cannot be sufficiently ensured.
２．固体電解質膜
本発明の膜電極複合体においては、上記内側触媒電極層の外側に固体電解質膜が形成されている。このような固体電解質膜としては、チューブ状の形態を有し、かつプロトン伝導性に優れかつ電流を流さない材料からなるものであれば特に限定されるものではない。固体電解質膜を形成する電解質材料としては、ナフィオン（商品名：Nafion、デュポン株式会社製）などに代表されるようなフッ素系樹脂、アミド系樹脂に代表されるような炭化水素系樹脂等有機系のもの、または、ケイ素酸化物を主成分とするものなどの無機系のもの等を挙げることができる。中でも、形成が容易なことなどから、無機系のもの、特にケイ素酸化物を主成分とするものが好ましい。
2. Solid Electrolyte Membrane In the membrane electrode assembly of the present invention, a solid electrolyte membrane is formed outside the inner catalyst electrode layer. Such a solid electrolyte membrane is not particularly limited as long as it has a tube-like form and is made of a material that has excellent proton conductivity and does not flow current. The electrolyte material for forming the solid electrolyte membrane includes organic resins such as fluorine resins represented by Nafion (trade name: Nafion, manufactured by DuPont) and hydrocarbon resins represented by amide resins. Or inorganic materials such as those mainly composed of silicon oxide. Of these, inorganic materials, particularly those containing silicon oxide as the main component are preferred because they are easy to form.
上記無機系の電解質材料を用いた固体電解質膜としては、多孔質ガラスをチューブ状に成形し、そのナノ細孔内の表面を改質して、プロトン導電性を付与したチューブ状固体電解質膜や、チューブ状のリン酸ガラスを応用したもの等を挙げることができる。上記多孔質ガラスを用いたものとしては、例えば多孔質ガラスの細孔内表面のＯＨ基にメルカプトプロピルトリメトキシシランのシランカップリング剤を反応させ、その後にメルカプト基の−ＳＨを酸化することにより、プロトン伝導性を有するスルホン酸基を導入する方法（化学と工業 第５７巻 第１号(２００４年）ｐ４１〜ｐ４４）等を挙げることができる。また、リン酸ガラスを応用したものとしては、燃料電池 Ｖｏｌ．３ Ｎｏ．３ ２００４ ｐ６９〜ｐ７１に報告された例等を挙げることができる。 As the solid electrolyte membrane using the inorganic electrolyte material, a tube-shaped solid electrolyte membrane provided with proton conductivity by forming a porous glass into a tube shape, modifying the surface in the nanopore, In addition, a tube-like phosphate glass is applied. As the above-mentioned porous glass, for example, by reacting a silane coupling agent of mercaptopropyltrimethoxysilane with an OH group on the pore inner surface of the porous glass, and then oxidizing -SH of the mercapto group. And a method of introducing a sulfonic acid group having proton conductivity (Chemical and Industrial Vol. 57 No. 1 (2004) p41 to p44). In addition, as an application of phosphate glass, fuel cell Vol. 3 No. 3 2004 p69 to p71 can be mentioned.
３．外側触媒電極層
本発明の膜電極複合体においては、上記固体電解質膜の外側に外側触媒電極層が形成されている。このような外側触媒電極層については、上記「１．内側触媒電極層」の記載と同様であるので、ここでの説明は省略する。
3. Outer catalyst electrode layer In the membrane electrode assembly of the present invention, an outer catalyst electrode layer is formed outside the solid electrolyte membrane. Such an outer catalyst electrode layer is the same as that described in “1. Inner catalyst electrode layer”, and thus the description thereof is omitted here.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。例えば、本発明においては、内側触媒電極層、または外側触媒電極層のどちらか一方が上述したような構成を有していればよく、他方は異なる構成を有していてもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention. It is included in the technical scope of the invention. For example, in the present invention, either the inner catalyst electrode layer or the outer catalyst electrode layer may have the above-described configuration, and the other may have a different configuration.
１ … 膜電極複合体
２ … 内側触媒電極層
３ … 固体電解質膜
４ … 外側触媒電極層
５、１２ … カーボンナノチューブ
１１ … 触媒
１３ … 電解質材料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Membrane electrode composite 2 ... Inner
Claims (1)
前記内側触媒電極層、および外側触媒電極層の少なくとも一方が、触媒が担持されたカーボンナノチューブと、前記触媒が担持されたカーボンナノチューブ間の間隙を満たす電解質材料とから形成され、
前記触媒が担持されたカーボンナノチューブは、チューブ形状の軸方向に沿うように、かつ、隣り合う前記カーボンナノチューブ間の最短距離が１００〜１０００ｎｍの範囲内となるように配され、
前記チューブ型燃料電池用膜電極複合体の軸方向の一方の端部から他方の端部までが一本の前記カーボンナノチューブで結ばれていることを特徴とするチューブ型燃料電池用膜電極複合体。 A tubular fuel cell having at least a tube-shaped solid electrolyte membrane, an outer catalyst electrode layer formed on the outer peripheral surface of the solid electrolyte membrane, and an inner catalyst electrode layer formed on the inner peripheral surface of the solid electrolyte membrane A membrane electrode assembly,
At least one of the inner catalyst electrode layer and the outer catalyst electrode layer is formed from a carbon nanotube carrying a catalyst and an electrolyte material filling a gap between the carbon nanotubes carrying the catalyst,
The carbon nanotubes on which the catalyst is supported are disposed so that the shortest distance between the adjacent carbon nanotubes is in the range of 100 to 1000 nm along the axial direction of the tube shape,
A membrane electrode assembly for a tube type fuel cell, wherein one end of the membrane electrode assembly for a tube type fuel cell in the axial direction to the other end is connected by one carbon nanotube. .
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