JP5500908B2 - 固体高分子形燃料電池 - Google Patents
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Description
アノード反応:H2→2H++2e−・・・(1)
カソード反応:2H++2e−+(1/2)O2→H2O・・・(2)
である。
アノード電極部材50aは、燃料ガスをアノード触媒層30aに供給するガス供給機能と、集電機能とを備えている。カソード電極部材50cも同様に、酸化剤ガスをカソード触媒層30cに供給するガス供給機能と、集電機能とを備えている。
織物100の折り曲げ加工に関しては、織物100をエンボスロール成型することによって、波型形状を賦形することが好ましい。エンボスロール成型は、コストが比較的安く、大量生産に適しているからである。
図1(A)を参照して、カーボン粒子層31a、31c(マイクロポーラス層;MPL)は、集電性向上のため、触媒層30a、30c上に圧着によって設けている。
セパレータ80a、80cは、単セルを複数個直列に接続して燃料電池スタックを構成する際に、各セルを電気的に直列接続する機能を有する。また、セパレータ80a、80cは、燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却剤を互いに遮断する隔壁としての機能も有する。
電解質層は、固体高分子電解質膜20から構成される。この高分子電解質膜20は、PEFC10の運転時にアノード触媒層30aで生成したプロトンを膜厚方向に沿ってカソード触媒層30cへと選択的に透過させる機能を有する。また、高分子電解質膜20は、アノード60a側に供給される燃料ガスとカソード60c側に供給される酸化剤ガスとを混合させないための隔壁としての機能をも有する。
触媒層30a、30cは、実際に電池反応が進行する層である。具体的には、アノード触媒層30aでは水素の酸化反応が進行し、カソード触媒層30cでは酸素の還元反応が進行する。触媒層は、触媒成分、触媒成分を担持する導電性の触媒担体、および高分子電解質を含む。
平面視における流路形状は、上述した実施形態の流路形状に限定されるものではない。
また、平面視における流路形状は、次のようにも改変できる。
さらに、平面視における流路形状は、次のようにも改変できる。
織物100の波型形状は、図示した三角形状のような波型形状に限定されるものではなく、適宜の形状を選択することができる。例えば、サインカーブのような波型形状でもよい。さらには、矩形形状のような波型形状でもよい。織物100の波型形状が矩形形状の場合でも、織物100は多数の開口部103を有しているので、触媒層30a、30cに接している部位に開口部103が臨んでいる。織物100が触媒層30a、30cに接している部位においても、開口部103を介して、触媒層30a、30cにガスを直接供給することができる。このため、触媒層30a、30cの全面を均一に利用することができ、これによって、セル電圧を高めることができる。
以下、本発明による効果を、実施例および比較例を用いて説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの実施例に限定されない。
固体高分子電解質膜として、ナフィオンCS(登録商標、デュポン社製))を用いた。この電解質膜に、白金担持カーボン(田中貴金属工業株式会社製 TEC10E50E、白金含量50質量%)を塗布したテフロン(登録商標)シートをホットプレス法にて転写し、触媒層を形成した。白金触媒使用量は、アノード、カソードともに、0.4mg/cm2とした。
アノード側のステンレスメッシュとして、溝が平面視において波状の流路を形成するように加工したものを使用した。カソード側のステンレスメッシュとして、溝が平面視においてストレートの流路を形成するように加工したものを使用した。これら以外は、実施例1と同様である。
アノード側のステンレスメッシュおよびカソード側のステンレスメッシュともに、溝が平面視においてストレートの流路を形成するように加工したものを使用した。これら以外は、実施例1と同様である。
20 高分子電解質膜、
30a アノード触媒層、
30c カソード触媒層、
31a カーボン粒子層、
31c カーボン粒子層、
40 積層体(アノード触媒層、高分子電解質膜およびカソード触媒層)、
50a アノード電極部材、
50c カソード電極部材、
60a アノード、
60c カソード、
70 膜電極接合体(MEA)、
80a アノード平板セパレータ、
80c カソード平板セパレータ、
82 平面、
100 織物、
101 メタルメッシュ(織物)、
102 線材、
103 開口部、
111 頂点部、
112 頂点部、
120a アノード側のメッシュ溝、
120c カソード側のメッシュ溝、
140 導電性防食処理のためのコーティング。
Claims (7)
- 高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜のそれぞれの面に設けられるアノード触媒層およびカソード触媒層と、
導電性を備えガスを遮断するためのアノードセパレータおよびカソードセパレータと、
前記アノード触媒層と前記アノードセパレータとの間に配置されて前記アノード触媒層とともにアノードを形成するアノード電極部材と、
前記カソード触媒層と前記カソードセパレータとの間に配置されて前記カソード触媒層とともにカソードを形成するカソード電極部材と、を有し、
前記アノード電極部材および前記カソード電極部材のそれぞれは、線材を交錯させた平板形状を有する素材を折り曲げ加工することによって微細な溝が並列に複数本形成された導電性の織物であって、溝のピッチが0.2〜1mm、かつ、溝の深さが0.2〜1mmである織物から構成され、
発電に寄与する反応部の少なくとも一部の領域において、前記アノード触媒層、前記高分子電解質膜およびカソード触媒層を介して、前記アノード電極部材を構成する前記織物の頂点部と、前記カソード電極部材を構成する前記織物の頂点部とが交差している、固体高分子形燃料電池。 - 前記反応部のすべての領域において、前記アノード触媒層、前記高分子電解質膜およびカソード触媒層を介して、前記アノード電極部材を構成する前記織物の頂点部と、前記カソード電極部材を構成する前記織物の頂点部とが交差している、請求項1に記載の固体高分子形燃料電池。
- 前記アノード側の溝および前記カソード側の溝のうちの一方の溝が、または、両方の溝のそれぞれが、平面視において波状の流路を形成する、請求項1または請求項2に記載の固体高分子形燃料電池。
- 前記アノード側の溝および前記カソード側の溝のそれぞれが、平面視において波状の流路を形成し、
前記波状の流路のピッチ、幅、位相、および溝のピッチの少なくとも一つが、前記アノード側の溝と前記カソード側の溝との間でずれている、請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の固体高分子形燃料電池。 - 前記アノード側の溝および前記カソード側の溝のそれぞれが、平面視において波状の流路を形成し、
前記波状の流路のピッチ、幅、および溝のピッチが、前記アノード側の溝および前記カソード側の溝ともに同じで、前記波状の流路の位相が、前記アノード側の溝と前記カソード側の溝との間で逆である、請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の固体高分子形燃料電池。 - 前記アノード側の溝および前記カソード側の溝のそれぞれが、平面視において波状の流路を形成し、
前記カソード側の溝がなす前記波状の流路の曲率が、前記アノード側の溝がなす前記波状の流路の曲率よりも小さい、請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の固体高分子形燃料電池。 - 前記アノード側の溝が、平面視において波状の流路を形成し、前記カソード側の溝が、平面視において直線状の流路を形成している、請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の固体高分子形燃料電池。
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