JP5084329B2 - 燃料電池用膜−電極接合体、燃料電池用膜−電極接合体の製造方法および燃料電池用膜−電極接合体を備える燃料電池システム - Google Patents
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Description
発明の望ましい一実施例であり、本発明が下記の実施例によって限定されるのではない。
(実施例1)
(比較例1)
30、30’ 燃料電池用電極
40 第1水素イオン伝導性高分子から形成される基材
50、50’ 電極基材
60、60’ コーティング層
70、70’ 触媒層
100 燃料電池システム
110 スタック
112 膜−電極接合体
114、114’ セパレータ
115 電気発生部
120 燃料供給部
122 燃料タンク
124 燃料ポンプ
130 酸化剤供給部
132 酸化剤ポンプ
Claims (14)
- 互いに対向配置されるアノード電極およびカソード電極と;
前記アノード電極と前記カソード電極との間に位置する高分子電解質膜と;
を備え、
前記高分子電解質膜は、
第1水素イオン伝導性高分子から形成される基材、および前記基材の少なくとも一面に配置され、第2水素イオン伝導性高分子を含むコーティング層を備え、
前記第1水素イオン伝導性高分子は、120℃〜150℃で吸熱ピークを示し、前記第2水素イオン伝導性高分子は、100℃〜115℃で吸熱ピークを示し、
前記第1水素イオン伝導性高分子は、前記第2水素イオン伝導性高分子より10%〜40%増加された数平均分子量を有し、
前記コーティング層は、50nm〜5000nmの表面粗度を有し、
前記第1及び第2水素イオン伝導性高分子はパーフルオロスルホン酸系ポリマである
ことを特徴とする、燃料電池用膜−電極接合体。 - 前記コーティング層は、所定のパターンの表面粗度を有する
ことを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池用膜−電極接合体。 - 前記コーティング層は、前記基材の両面に形成される
ことを特徴とする、請求項1または2に記載の燃料電池用膜−電極接合体。 - 前記第1水素イオン伝導性高分子は、側鎖に、スルホン酸基、カルボキシル基、燐酸基、ホスホン酸基およびこれらの誘導体で構成される群より選択される陽イオン交換基を有する高分子樹脂である
ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池用膜−電極接合体。 - 前記基材と前記コーティング層との厚さ比は、260:1〜25:1である
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池用膜−電極接合体。 - 前記コーティング層の表面粗度が形成される面は、前記アノード電極または前記カソード電極のうちのいずれか一つに接触する
ことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池用膜−電極接合体。 - 第1水素イオン伝導性高分子から形成される基材を準備する基材準備段階と;
前記基材の少なくとも一面に、第2水素イオン伝導性高分子を含むコーティング層を形成するコーティング層形成段階と;
前記コーティング層に、所定の表面粗度を有する金属薄膜を接合させて加圧することにより、前記コーティング層に50nm〜5000nmの表面粗度を形成する表面粗度形成段階と;
前記コーティング層から前記金属薄膜を除去して、高分子電解質膜を製造する高分子電解質膜形成段階と;
前記高分子電解質膜の両面に、触媒層と電極基材を配置してアノード電極およびカソード電極を形成する電極形成段階と;
を含み、
示差走査熱量計で測定する場合、前記第1水素イオン伝導性高分子は、120℃〜150℃で吸熱ピークを示し、前記第2水素イオン伝導性高分子は、100℃〜115℃で吸熱ピークを示し、
前記第1水素イオン伝導性高分子は、前記第2水素イオン伝導性高分子より10%〜40%増加された数平均分子量を有し、
前記コーティング層における前記表面粗度形成段階は、表面粗度が形成された前記金属薄膜を前記コーティング層に1000〜3000kg/m2で加圧することで実施され、
前記第1及び第2水素イオン伝導性高分子はパーフルオロスルホン酸系ポリマである
ことを特徴とする、燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。 - 前記金属薄膜は、Al、Ni、Cu、Feで構成される群より選択される少なくとも一つの金属で形成される
ことを特徴とする、請求項7に記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。 - 前記金属薄膜は、酸溶液によるエッチング処理法、陽極化成法、所定のパターンを有するプラスチック基材を用いた圧延処理法、プラズマ処理法、サンドペーパー法、サンドブラスティング法から構成される群より選択される少なくとも一つの方法によって、表面粗度を形成される
ことを特徴とする、請求項7または8に記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。 - 前記酸溶液によるエッチング処理法で用いられる酸溶液は、0.01N〜1Nの濃度で前記金属薄膜を処理する
ことを特徴とする、請求項9に記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。 - 前記高分子電解質膜形成段階において、前記金属薄膜は、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸で構成される群より選択される少なくとも一つの酸溶液で処理されることにより除去される
ことを特徴とする、請求項7〜10のいずれかに記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。 - 前記酸溶液の濃度は、0.01N〜1Nである
ことを特徴とする、請求項11に記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。 - 前記電極形成段階は、前記高分子電解質膜に前記触媒層を形成した後に前記電極基材を接合して前記アノード電極および前記カソード電極を形成する、または前記触媒層が形成された前記電極基材と前記高分子電解質膜とを接合して前記アノード電極および前記カソード電極を形成する段階である
ことを特徴とする、請求項7〜12のいずれかに記載の燃料電池用膜−電極接合体の製造方法。 - 膜−電極接合体および前記膜−電極接合体の両面に位置するセパレータを含み、燃料と酸化剤との電気化学的反応を通して、電気を生成させる少なくとも一つの電気発生部と;
前記燃料を前記電気発生部に供給する燃料供給部と;
前記酸化剤を前記電気発生部に供給する酸化剤供給部と;
を備え、
前記膜−電極接合体は、
互いに対向配置されるアノード電極およびカソード電極と;
前記アノード電極と前記カソード電極との間に位置する高分子電解質膜と;
を含み、
前記高分子電解質膜は、請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載される高分子電解質膜である
ことを特徴とする、燃料電池システム。
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