JP4838729B2 - バッキング層に不規則分散化した炭素繊維を有する燃料電池 - Google Patents
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- 還元流体と酸素含有酸化反応物の流れから電気を発生する燃料電池(40)であって、
(a)電解質(16´)の各面に取り付けられた第1の触媒(12´)および第2の触媒(14´)と、
(b)前記第1の触媒(12´)に連通するように取り付けられるとともに、複数のリブ(32A´、32B´、32C´、32D´、32E´)の間に複数の流路(30A´、30B´、30C´、30D´)を画定する第1の流れ場(26´)と、
(c)前記第1の流れ場(26´)と前記第1の触媒(12´)との間に連通するように取り付けられたバッキング層(42)と、
を備え、さらに
(d)前記バッキング層(42)は、
i)5〜25(質量%)のカーボンブラックと、
ii)最も幅の広い流路(30D´)の幅(46)の少なくとも2倍の長さを有する50〜90(質量%)の炭素繊維(44)と、(但し、最も幅の広い流路(30D´)の幅(46)は、前記第1の流路(26´)において前記最も幅の広い流路(30D´)を画定する流れ場のリブ(32D´と32E´)との間の最短距離により定義する)
iii)5〜25(質量%)の疎水性ポリマと、
を含み、さらに
iv)前記炭素繊維(44)が、前記カーボンブラックと疎水性ポリマとともに不規則に分散されて、前記第1の触媒(12´)と前記第1の流れ場(26´)との間に25〜250ミクロンの厚さを有するとともに、5kgf/cm2以上の耐圧強度を持つ前記バッキング層(42)を形成することを特徴とする燃料電池(40)。 - 前記第1の触媒(12´)がアノード触媒であり、前記第2の触媒(14´)がカソード基板(24´)に取り付けられたカソード拡散層(20´)に、さらに取り付けられたカソード触媒であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池(40)。
- 前記第2の触媒(14´)と、該第2の触媒(14´)に連通するように取り付けられるとともに、複数のリブ(33A´、33B´、33C´、33D´、33E´)の間に複数の流路(31A´、31B´、31C´、31D´)を画定する第2の流れ場(28´)と、の間にさらに第2のバッキング層を備えることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池(40)。
- 前記第1の触媒(12´)がカソード触媒であり、前記第2の触媒(14´)がアノード基板(24´)に取り付けられたアノード拡散層(20´)に、さらに取り付けられたアノード触媒であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池(40)。
- 前記電解質(16´)が固体高分子膜であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池(40)。
- 燃料電池(40)の隣接する触媒(12´、14´)用のバッキング層(42)の製造方法であって、
(a)カーボンブラックと、炭素繊維(44)と、疎水性ポリマと、を水の懸濁液中で不規則に分散させるステップであって、前記炭素繊維(44)が前記触媒(12´、14´)に連通するように取り付けられた流れ場(26´)における最も幅の広い流路(30D´)の幅(46)の、少なくとも2倍の長さを有するステップと、
(b)前記水の懸濁液から水を除去するステップと、
(c)前記バッキング層(42)のカーボンブラックと、炭素繊維(44)と、疎水性ポリマとを熱処理して前記疎水性ポリマを融解させるステップと、
を備えてなる燃料電池(40)の隣接する触媒(12´、14´)用のバッキング層(42)の製造方法。 - (a)カソード拡散層(20´)をカソード基板(24´)に取り付けるステップと、
(b)アノード触媒(12´)とカソード触媒(14´)とを電解質(16´)の各面に取り付けて膜電極アセンブリを形成するステップと、
(c)前記カソード触媒(14´)を前記カソード拡散層(20´)に接合するステップと、
(d)請求項1に記載の前記バッキング層(42)を前記アノード触媒(12´)に接合するステップと、
を備えてなる燃料電池(40)の製造方法。
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