JP5219571B2 - 膜電極接合体および燃料電池 - Google Patents
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Description
空気極:1/2O2+2H++2e−→H2O ・・・(2)
アノードおよびカソードは、それぞれ触媒層とガス拡散層が積層した構造からなる。各電極の触媒層が固体高分子膜を挟んで対向配置され、燃料電池を構成する。触媒層は、触媒を担持した炭素粒子がイオン交換樹脂により結着されてなる層である。ガス拡散層は酸化剤ガスや燃料ガスの通過経路となる。
図1は、実施の形態に係る燃料電池10の構造を模式的に示す斜視図である。図2は、図1のA−A線上の断面図である。燃料電池10は、平板状の膜電極接合体50を備え、この膜電極接合体50の両側にはセパレータ34およびセパレータ36が設けられている。この例では一つの膜電極接合体50のみを示すが、セパレータ34やセパレータ36を介して複数の膜電極接合体50を積層して燃料電池スタックが構成されてもよい。膜電極接合体50は、固体高分子電解質膜20、アノード22、およびカソード24を有する。
ここで、本実施の形態の膜電極接合体の作製方法について説明する。
カソード触媒として、白金コバルト担持カーボン(白金:コバルト=3:1(元素比),田中貴金属工業株式会社)を用い、イオン伝導体として、アイオノマー溶液Aciplex(登録商標)SS700C/20溶液(20%,Ew=780,含水率=36wt%(25℃),旭化成ケミカルズ製、以下SS700と略す)を用いた。白金コバルト担持カーボン5gに対し、10mLの超純水を添加し撹拌した後に、15mLエタノールおよび発泡剤セルボンSC-C(永和化成工業)0.5gを添加した。第2の微細孔径は、添加される発泡剤のメジアン径によって調整することができる。発泡剤の添加量は、触媒の重量に対して0.01重量%〜20重量%が好適であり、0.5重量%〜1重量%がさらに好適である。
上記の方法で作製した触媒スラリーをスクリーン印刷(150メッシュ)によって、バルカンXC72によって作製した微細孔層付きのガス拡散層に塗布し、80℃、3時間の乾燥および180℃、45分の熱処理を行った。
アノード触媒層用の触媒スラリーの作製方法は、触媒として白金ルテニウム担持カーボン(TEC61E54、田中貴金属工業株式会社)を使用する点および発泡剤を使用しない点を除き、カソード触媒スラリーの作製方法と同様である。イオン伝導体として、SS700を用いた。
上記の方法で作製したアノード第1の触媒層用の触媒スラリーおよびアノード第2の触媒層用の触媒スラリーを順にスクリーン印刷(150メッシュ)によって、バルカンXC72によって作製した微細孔層付きのガス拡散層に塗布し、80℃、3時間の乾燥および180℃、45分の熱処理を行った。
上記の方法で作製したアノードとカソードとの間に固体高分子電解質膜を狭持した状態でホットプレスを行う。固体高分子電解質膜としてAciplex(登録商標)(SF7201x、旭化成ケミカルズ製)を用いた。170℃、200秒の接合条件でアノード、固体高分子電解質膜、およびカソードをホットプレスすることによって膜電極接合体を作製した。
上述した膜電極接合体の製造方法にしたがって、第1の微細孔径についての触媒層1g当たりの細孔容量P1(ml/g)に対する第2の微細孔径についての触媒層1g当たりの細孔容量P2(ml/g)の比(P2/P1)を変えて膜電極接合体を製造し、セル電圧を測定した。
Claims (4)
- 電解質膜と、
前記電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、
前記電解質膜の他方の面に設けられたカソードと、
を備え、
前記カソードは、0.01μm以上0.1μm未満の第1の微細孔径についての細孔容量に対する0.1μm以上1μm未満の第2の微細孔径についての細孔容量の比が3.8以上8.3以下の触媒層を有することを特徴とする膜電極接合体。 - 前記触媒層は、白金合金担持触媒を含むことを特徴とする請求項1に記載の膜電極接合体。
- 前記触媒層は、イオン交換基当量重量Ewが800以下のイオン伝導体を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の膜電極接合体。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の膜電極接合体を有することを特徴とする燃料電池。
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