JP6572665B2 - Membrane electrode assembly and fuel cell including the same - Google Patents
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Description
本発明は、膜電極接合体およびそれを含む燃料電池に関する。 The present invention relates to a membrane electrode assembly and a fuel cell including the same.
近年、エネルギー・環境問題を背景とした社会的要求や動向と呼応して、常温でも作動して高出力密度が得られる燃料電池が電気自動車用電源、定置型電源として注目されている。燃料電池は、電極反応による生成物が原理的に水であり、地球環境への悪影響がほとんどないクリーンな発電システムである。特に、固体高分子形燃料電池(PEFC)は、比較的低温で作動することから、電気自動車用電源として期待されている。 In recent years, in response to social demands and trends against the background of energy and environmental problems, fuel cells that can operate at room temperature and obtain high output density have attracted attention as power sources for electric vehicles and stationary power sources. A fuel cell is a clean power generation system in which the product of an electrode reaction is water in principle and has almost no adverse effect on the global environment. In particular, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is expected as a power source for electric vehicles because it operates at a relatively low temperature.
固体高分子形燃料電池は、発電機能を発揮する複数の単セルが積層された構造を有する。この単セルは、高分子電解質膜、当該膜の両面に順次形成される一対の触媒層および一対のガス拡散層(GDL)を有する膜電極接合体(MEA)を備える。そして、個々の単セルが有するMEAは、セパレータを介して隣接する単セルのMEAと電気的に接続される。このようにして単セルが積層されることにより、燃料電池スタックが構成される。そして、この燃料電池スタックは、種々の用途に使用可能な発電手段として機能する。 The polymer electrolyte fuel cell has a structure in which a plurality of single cells that exhibit a power generation function are stacked. This single cell includes a polymer electrolyte membrane, a membrane electrode assembly (MEA) having a pair of catalyst layers and a pair of gas diffusion layers (GDL) that are sequentially formed on both surfaces of the membrane. And MEA which each single cell has is electrically connected with MEA of an adjacent single cell through a separator. Thus, a fuel cell stack is comprised by laminating | stacking a single cell. The fuel cell stack functions as power generation means that can be used for various applications.
上記構成のうち、ガス拡散層は、膜電極接合体に供給された燃料ガスや酸化ガス(反応ガス)を拡散して、触媒層の全体に行き渡らせるためのガス流路として機能する。 Among the above-described configurations, the gas diffusion layer functions as a gas flow path for diffusing the fuel gas and the oxidizing gas (reactive gas) supplied to the membrane electrode assembly and spreading them throughout the catalyst layer.
ガス拡散層を構成するガス拡散層基材としては、例えばカーボンペーパやカーボンクロスなどの導電性およびガス透過性を有する多孔質部材が知られている。これらは、性状により外側に向けて伸びている先鋭な端部を含むことが一般的である。特に、ガス拡散層基材は、所定の寸法となるように成形された際、当該先鋭な端部が外側に向けられてしまう傾向が顕著となる。 As a gas diffusion layer base material constituting the gas diffusion layer, for example, a porous member having conductivity and gas permeability such as carbon paper and carbon cloth is known. These typically include sharp edges that extend outward due to the nature. In particular, when the gas diffusion layer base material is molded so as to have a predetermined size, the sharp end tends to be directed outward.
ところで、電解質膜は一般に、薄膜であり、その薄さ故、損傷を外部から受け易い。よって仮に、先鋭な端部を含むガス拡散層が電解質膜に接触をし、当該電解質膜が損傷を受けてしまうと、クロスリークが発生する可能性がある。この現象は、マイクロポーラス層を介しても起こる。クロスリークが発生すると、発電性能の低下や、燃費の低下に繋がってしまう。 By the way, the electrolyte membrane is generally a thin film, and is easily damaged from the outside because of its thinness. Therefore, if the gas diffusion layer including the sharp end contacts the electrolyte membrane and the electrolyte membrane is damaged, a cross leak may occur. This phenomenon also occurs through the microporous layer. When the cross leak occurs, the power generation performance and fuel consumption are reduced.
かような問題を解決すべく、従来、以下のような構成が知られている。 In order to solve such a problem, the following configurations are conventionally known.
すなわち、電解質膜と、前記電解質膜を両側から狭持する触媒層と、を備え、前記触媒層の外周端部は、前記電解質膜の外周端部より内側に位置するとともに、前記触媒層の外表面から突起した凸部を有する、膜電極接合体との構成である。 That is, an electrolyte membrane and a catalyst layer that sandwiches the electrolyte membrane from both sides, and the outer peripheral end portion of the catalyst layer is located inside the outer peripheral end portion of the electrolyte membrane, and the outer periphery of the catalyst layer is disposed. It is a structure with the membrane electrode assembly which has the convex part protruded from the surface.
かような構成とすることによって、凸部の高さの分だけ、触媒層の外周領域において電解質膜がガス拡散層から受ける押圧力を抑制しようとしている(例えば、特許文献1 図8)。 By setting it as such a structure, it is trying to suppress the pressing force which an electrolyte membrane receives from a gas diffusion layer in the outer peripheral area | region of a catalyst layer by the height of a convex part (for example, patent document 1 FIG. 8).
しかしながら、特許文献1の構成では、電解質膜の損傷を十分に抑制できるものではなかった。 However, in the configuration of Patent Document 1, damage to the electrolyte membrane cannot be sufficiently suppressed.
そこで、本発明の目的とするところは、膜電極接合体を構成する電解質膜を保護することができる、新規な膜電極接合体を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel membrane electrode assembly capable of protecting the electrolyte membrane constituting the membrane electrode assembly.
本発明者らは、上記の問題を解決すべく、鋭意研究を行った。その結果、ガス拡散層の外周領域の少なくとも一部の内部および/または外周領域の少なくとも一部の表面に、樹脂を配置してなる部位を設けることによって上記課題が解決できることを見出し、本発明の完成に至った。 The present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, it has been found that the above problem can be solved by providing a portion formed by disposing a resin in at least a part of the outer peripheral region of the gas diffusion layer and / or a surface of at least a part of the outer peripheral region. Completed.
本発明の膜電極接合体においては、ガス拡散層の外周領域の少なくとも一部の内部および/または外周領域の少なくとも一部の表面に、樹脂を配置してなる部位を有している。その樹脂によって、ガス拡散層における外側に向けて伸びている先鋭な端部から、電解質膜を保護する。そのことによって、発電性能の低下や、燃費の低下を抑制することができる。 The membrane / electrode assembly of the present invention has a portion formed by arranging a resin in at least a part of the outer peripheral region of the gas diffusion layer and / or at least a part of the surface of the outer peripheral region. The resin protects the electrolyte membrane from sharp edges extending outward in the gas diffusion layer. As a result, a decrease in power generation performance and a decrease in fuel consumption can be suppressed.
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の燃料電池の一実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明は、以下の実施形態のみには制限されない。なお、各図面は説明の便宜上誇張されて表現されており、各図面における各構成要素の寸法比率が実際とは異なる場合がある。また、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明した場合では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment of a fuel cell of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, the present invention is not limited only to the following embodiments. Each drawing is exaggerated for convenience of explanation, and the dimensional ratio of each component in each drawing may be different from the actual one. Further, in the case where the embodiment of the present invention is described with reference to the drawings, the same reference numerals are given to the same elements in the description of the drawings, and a duplicate description is omitted.
また、本明細書において、範囲を示す「X〜Y」は「X以上Y以下」を意味する。また、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温(20〜25℃)/相対湿度40〜50%の条件で測定する。 In this specification, “X to Y” indicating a range means “X or more and Y or less”. Unless otherwise specified, measurement of operation and physical properties is performed under conditions of room temperature (20 to 25 ° C.) / Relative humidity 40 to 50%.
本発明の一実施形態の膜電極接合体は、燃料電池に好ましく適用できる。よって、本発明では、膜電極接合体を含む、燃料電池をも提供する。以下では、本発明の一実施形態の膜電極接合体を、燃料電池に適用した形態を例に挙げて説明する。 The membrane electrode assembly of one embodiment of the present invention can be preferably applied to a fuel cell. Therefore, the present invention also provides a fuel cell including a membrane electrode assembly. Below, the form which applied the membrane electrode assembly of one Embodiment of this invention to the fuel cell is mentioned as an example, and is demonstrated.
<燃料電池>
燃料電池は、膜電極接合体(MEA)と、燃料ガスが流れる燃料ガス流路を有するアノード側セパレータと酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を有するカソード側セパレータとからなる一対のセパレータとを有する。
<Fuel cell>
A fuel cell includes a membrane electrode assembly (MEA), a pair of separators including an anode side separator having a fuel gas flow path through which fuel gas flows and a cathode side separator having an oxidant gas flow path through which oxidant gas flows. Have.
本発明の一実施形態の膜電極接合体(MEA)は、電解質膜の両側に少なくとも、触媒層と;マイクロポーラス層ならびに本体をなす基部および前記基部の外面よりも外側に向けて伸びている先鋭な端部を含む導電性のガス拡散層基材を含むガス拡散層と;をこの順で有する膜電極接合体であって、前記ガス拡散層の少なくとも一方が、当該ガス拡散層に接触している触媒層より平面方向に大きな外周領域を有しており、かつ、当該ガス拡散層に接触している触媒層が、前記電解質膜より平面方向に小さく、前記外周領域の少なくとも一部の内部および/または前記外周領域の少なくとも一部の表面に、樹脂が配置されてなる部位を有する、膜電極接合体である。 A membrane electrode assembly (MEA) according to an embodiment of the present invention includes at least a catalyst layer on both sides of an electrolyte membrane; a microporous layer, a base that forms a main body, and a sharp tip extending outward from the outer surface of the base A gas diffusion layer including a conductive gas diffusion layer substrate including an end, and in this order, at least one of the gas diffusion layers being in contact with the gas diffusion layer The catalyst layer having a larger outer peripheral area in the planar direction than the catalyst layer and the catalyst layer in contact with the gas diffusion layer is smaller in the planar direction than the electrolyte membrane, and the inside of at least a part of the outer peripheral area and // A membrane electrode assembly having a portion where a resin is disposed on at least a part of the surface of the outer peripheral region.
このような構成により、ガス拡散層において外側に向けて伸びている先鋭な端部から、その樹脂が、電解質膜を保護する。そのことによって、クロスリーク、ゆえに発電性能の低下や、燃費の低下を抑制する。また、基材の先鋭な端部がマイクロポーラス層を突き抜け、電解質膜に直接接触することを抑制する。 With such a configuration, the resin protects the electrolyte membrane from the sharp end extending outward in the gas diffusion layer. As a result, cross leaks, and hence power generation performance and fuel consumption are prevented from being reduced. In addition, the sharp end of the substrate is prevented from penetrating the microporous layer and directly contacting the electrolyte membrane.
まずは、図1を用いて、本発明の一実施形態に係る固体高分子形燃料電池(PEFC)1の基本構成を説明し、樹脂が配置されてなる部位を有する形態については、図2以降で説明する。 First, the basic structure of a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1, and a form having a portion where a resin is arranged will be described with reference to FIG. explain.
図1に示されるように、PEFC1は、電解質膜2と、これを挟持する一対の触媒層(アノード触媒層3aおよびカソード触媒層3c)とを有する。そして、電解質膜2と触媒層(3a、3c)との積層体はさらに、一対のガス拡散層(GDL)(アノードガス拡散層4aおよびカソードガス拡散層4c)により挟持されている。このように、PEFC1は、電解質膜2、一対の触媒層(3a、3c)および一対のガス拡散層(4a、4c)は、積層された状態で膜電極接合体(MEA)10を構成する。 As shown in FIG. 1, the PEFC 1 includes an electrolyte membrane 2 and a pair of catalyst layers (an anode catalyst layer 3a and a cathode catalyst layer 3c) that sandwich the membrane. The laminate of the electrolyte membrane 2 and the catalyst layers (3a, 3c) is further sandwiched between a pair of gas diffusion layers (GDL) (the anode gas diffusion layer 4a and the cathode gas diffusion layer 4c). Thus, the PEFC 1 constitutes the membrane electrode assembly (MEA) 10 in a state where the electrolyte membrane 2, the pair of catalyst layers (3a, 3c) and the pair of gas diffusion layers (4a, 4c) are laminated.
ここで、アノードガス拡散層4aおよびカソードガス拡散層4cは、ガス拡散層基材(4ag、4cg)と、マイクロポーラス層(4am、4cm)とが積層されることによりなる。ここで、触媒層(3a、3c)側にマイクロポーラス層(4am、4cm)を有する。すなわち、本発明の一実施形態に係るPEFC1は、電解質膜2の両側に少なくとも、触媒層(3a、3c)と;マイクロポーラス層(4am、4cm)およびにガス拡散層基材(4ag、4cg)を含むガス拡散層と;をこの順で有する。 Here, the anode gas diffusion layer 4a and the cathode gas diffusion layer 4c are formed by laminating a gas diffusion layer base material (4ag, 4cg) and a microporous layer (4am, 4cm). Here, a microporous layer (4am, 4cm) is provided on the catalyst layer (3a, 3c) side. That is, the PEFC 1 according to an embodiment of the present invention includes at least a catalyst layer (3a, 3c) on each side of the electrolyte membrane 2, a microporous layer (4am, 4cm), and a gas diffusion layer base material (4ag, 4cg). And a gas diffusion layer including: in this order.
PEFC1において、MEA10はさらに、一対のセパレータ(アノードセパレータ5aおよびカソードセパレータ5c)により挟持されている。図1において、セパレータ(5a、5c)は、図示したMEA10の両端に位置するように図示されている。ただし、複数のMEAが積層されてなる燃料電池スタックでは、セパレータは、隣接するPEFC(図示せず)のためのセパレータとしても用いられるのが一般的である。換言すれば、燃料電池スタックにおいてMEAは、セパレータを介して順次積層されることにより、スタックを構成することとなる。なお、実際の燃料電池スタックにおいては、セパレータ(5a、5c)と電解質膜2との間や、PEFC1とこれと隣接する他のPEFCとの間にガスシール部(ガスケット)が配置されるが、図1ではこれらの記載を省略する。 In PEFC1, the MEA 10 is further sandwiched between a pair of separators (anode separator 5a and cathode separator 5c). In FIG. 1, the separators (5 a, 5 c) are illustrated so as to be positioned at both ends of the illustrated MEA 10. However, in a fuel cell stack in which a plurality of MEAs are stacked, the separator is generally used as a separator for an adjacent PEFC (not shown). In other words, in the fuel cell stack, the MEAs are sequentially stacked via the separator to form a stack. In an actual fuel cell stack, a gas seal portion (gasket) is disposed between the separators (5a, 5c) and the electrolyte membrane 2 or between the PEFC 1 and another PEFC adjacent thereto. These descriptions are omitted in FIG.
セパレータ(5a、5c)は、例えば、厚さ0.5mm以下の薄板にプレス処理を施すことで図1に示すような凹凸状の形状に成形することにより得られる。セパレータ(5a、5c)のMEA側から見た凸部はMEA10と接触している。これにより、MEA10との電気的な接続が確保される。また、セパレータ(5a、5c)のMEA側から見た凹部(セパレータの有する凹凸状の形状に起因して生じるセパレータとMEAとの間の空間)は、PEFC1の運転時にガスを流通させるためのガス流路として機能する。具体的には、アノードセパレータ5aのアノードガス流路6aには燃料ガス(例えば、水素など)を流通させ、カソードセパレータ5cのカソードガス流路6cには酸化剤ガス(例えば、空気など)を流通させる。 The separators (5a, 5c) are obtained, for example, by forming a concavo-convex shape as shown in FIG. 1 by subjecting a thin plate having a thickness of 0.5 mm or less to a press treatment. The convex part seen from the MEA side of the separator (5a, 5c) is in contact with the MEA 10. Thereby, the electrical connection with MEA10 is ensured. Further, a recess (space between the separator and the MEA generated due to the concavo-convex shape of the separator) viewed from the MEA side of the separator (5a, 5c) is a gas for circulating gas during operation of the PEFC 1 Functions as a flow path. Specifically, fuel gas (for example, hydrogen) is circulated through the anode gas channel 6a of the anode separator 5a, and oxidant gas (for example, air) is circulated through the cathode gas channel 6c of the cathode separator 5c. Let
一方、セパレータ(5a、5c)のMEA側とは反対の側から見た凹部は、PEFC1の運転時にPEFCを冷却するための冷媒(例えば、水)を流通させるための冷媒流路7とされる。さらに、セパレータには通常、マニホールド(図示せず)が設けられる。このマニホールドは、スタックを構成した際に各セルを連結するための連結手段として機能する。かような構成とすることで、燃料電池スタックの機械的強度が確保されうる。 On the other hand, the recess viewed from the side opposite to the MEA side of the separator (5a, 5c) serves as a refrigerant flow path 7 for circulating a refrigerant (for example, water) for cooling the PEFC during operation of the PEFC 1. . Further, the separator is usually provided with a manifold (not shown). This manifold functions as a connection means for connecting cells when a stack is formed. With such a configuration, the mechanical strength of the fuel cell stack can be ensured.
なお、図1に示す実施形態においては、セパレータ(5a、5c)は凹凸状の形状に成形されている。ただし、セパレータは、かような凹凸状の形態のみに限定されるわけではなく、ガス流路および冷媒流路の機能を発揮できる限り、平板状、一部凹凸状などの任意の形態であってもよい。 In addition, in embodiment shown in FIG. 1, the separator (5a, 5c) is shape | molded by the uneven | corrugated shape. However, the separator is not limited to such a concavo-convex shape, and may be any form such as a flat plate shape and a partially concavo-convex shape as long as the functions of the gas flow path and the refrigerant flow path can be exhibited. Also good.
[膜電極接合体]
図2は、本発明の膜電極接合体の第1の実施形態を示す概略断面図である。
[Membrane electrode assembly]
FIG. 2 is a schematic sectional view showing the first embodiment of the membrane electrode assembly of the present invention.
(ガス拡散層)
図2において、ガス拡散層(4a、4c)は、ガス拡散層基材(4ag、4cg)と、ガス拡散層基材上に隣接して配置されるマイクロポーラス層(4am、4cm)からなる。マイクロポーラス層(4am、4cm)は、触媒層(3a、3c)側に配置されている。
(Gas diffusion layer)
In FIG. 2, the gas diffusion layers (4a, 4c) are composed of a gas diffusion layer base material (4ag, 4cg) and a microporous layer (4am, 4cm) disposed adjacent to the gas diffusion layer base material. The microporous layer (4am, 4cm) is disposed on the catalyst layer (3a, 3c) side.
本実施形態のガス拡散層(4a、4c)では、ガス拡散層基材(4ag、4cg)と、マイクロポーラス層(4am、4cm)との間に中間層を設けてもよい。しかし、ガス拡散層基材(4ag、4cg)上に直接マイクロポーラス層(4am、4cm)が配置されてなる形態が好ましい。かような形態であると、ガス拡散層全体(4a、4c)の抵抗が上昇することなく、排水を効率的に行うことができ、電池特性が向上するためである。 In the gas diffusion layer (4a, 4c) of the present embodiment, an intermediate layer may be provided between the gas diffusion layer substrate (4ag, 4cg) and the microporous layer (4am, 4cm). However, a form in which the microporous layer (4am, 4cm) is directly disposed on the gas diffusion layer substrate (4ag, 4cg) is preferable. This is because drainage can be performed efficiently without increasing the resistance of the entire gas diffusion layer (4a, 4c), and the battery characteristics are improved.
ガス拡散層(4a、4c)は、セパレータのガス流路を介して供給されたガス(燃料ガスまたは酸化剤ガス)を触媒層(3a、3c)へと拡散を促進する機能、および電子伝導パスとしての機能を有する。 The gas diffusion layer (4a, 4c) has a function of promoting the diffusion of the gas (fuel gas or oxidant gas) supplied through the gas flow path of the separator into the catalyst layer (3a, 3c), and an electron conduction path. As a function.
本発明の膜電極接合体の一実施形態において、ガス拡散層基材(4ag、4cg)を構成する材料は、本体をなす基部と、前記基部の外面よりも外側に向けて伸びている先鋭な端部を含む。より具体的に、ガス拡散層基材(4ag、4cg)を構成する材料は、例えば、カーボンペーパ、カーボンクロス等の炭素繊維で形成された炭素製の織物、紙状抄紙体、フェルト、不織布といった導電性および多孔質性を有するシート状材料;ならびに金網、発泡金属、エキスパンドメタル、精密プレス加工プレート、金属メッシュ、金属細線焼結体、金属不織布などが挙げられる。 In one embodiment of the membrane electrode assembly of the present invention, the material constituting the gas diffusion layer base material (4ag, 4cg) includes a base portion that forms the main body and a sharp tip that extends outward from the outer surface of the base portion. Including ends. More specifically, the material constituting the gas diffusion layer base material (4ag, 4cg) is, for example, a carbon woven fabric formed of carbon fibers such as carbon paper or carbon cloth, a paper-like paper body, a felt, or a non-woven fabric. Examples thereof include a sheet-like material having conductivity and porosity; and a wire mesh, a foam metal, an expanded metal, a precision press-worked plate, a metal mesh, a metal fine wire sintered body, a metal nonwoven fabric, and the like.
ここで、カーボンペーパの場合の「本体をなす基部」は、炭素繊維で形成された導電性の多孔質性シート状材料を指す。また、「基部の外面よりも外側に向けて伸びている先鋭な端部」は、炭素繊維で形成された多孔質性シート状材料などは、通常、毛羽立って繊維の端部が外側に向けて飛び出している部分があり、それを意味している。また、金網の場合の「本体をなす基部」は、線材を編んだり重ねたりして作った多孔性シートを指す。また、「基部の外面よりも外側に向けて伸びている先鋭な端部」は、金網などは、通常、金網を構成する線材の表面が削れたり剥けたりして外側に向けて飛び出している部分があり、それを意味している。 Here, the “base forming the main body” in the case of carbon paper refers to a conductive porous sheet-like material formed of carbon fibers. In addition, “a sharp end extending outward from the outer surface of the base” is usually a porous sheet-like material formed of carbon fiber, and the end of the fiber faces outward. There is a protruding part, which means it. In the case of a wire mesh, the “base portion constituting the main body” refers to a porous sheet made by knitting or overlapping wire materials. In addition, the “sharp end extending outward from the outer surface of the base” is a portion of a wire mesh or the like that usually protrudes outward due to the surface of the wire constituting the wire mesh being scraped or peeled off. There is and it means.
一方、本発明の第1の実施形態では、図2に示されるように、ガス拡散層(4a、4c)は、当該ガス拡散層(4a、4c)に接触している触媒層(3a、3c)より平面方向に大きな外周領域を有している。このような構成であることによって、触媒層(3a、3c)の反応有効面積を最大限に利用している。また、当該ガス拡散層(4a、4c)に接触している触媒層(3a、3c)は、電解質膜2より平面方向に小さい。換言すれば、電解質膜2は、触媒層(3a、3c)より平面方向に大きい。これにより、触媒層(3a、3c)の反応有効面積を最大限に利用している。 On the other hand, in the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the gas diffusion layers (4a, 4c) are in contact with the catalyst diffusion layers (3a, 3c). ) It has a larger outer peripheral area in the plane direction. With such a configuration, the effective reaction area of the catalyst layers (3a, 3c) is utilized to the maximum extent. Further, the catalyst layers (3a, 3c) in contact with the gas diffusion layers (4a, 4c) are smaller in the planar direction than the electrolyte membrane 2. In other words, the electrolyte membrane 2 is larger in the planar direction than the catalyst layers (3a, 3c). Thereby, the effective reaction area of the catalyst layers (3a, 3c) is utilized to the maximum extent.
しかし、このような大小関係を有する膜電極接合体10においては、ガス拡散層基材(4ag、4cg)における外側に向けて伸びている先鋭な端部が、電解質膜2に接触し易くなる。これは、例えマイクロポーラス層(4am、4cm)があったとしても同様である。 However, in the membrane electrode assembly 10 having such a magnitude relationship, the sharp end portion extending outward of the gas diffusion layer base material (4ag, 4cg) is likely to come into contact with the electrolyte membrane 2. This is the same even if there is a microporous layer (4am, 4cm).
そして電解質膜は、一般に、薄膜であり、その薄さ故、損傷を外部から受け易い。ガス拡散層基材(4ag、4cg)における外側に向けて伸びている先鋭な端部が直接、電解質膜2に接触すると、当該電解質膜2を突き刺してしまうことがあり、なおさら損傷を受け易くなる。これはマイクロポーラス層が介在しても、マイクロポーラス層も一般に薄膜であり同様である。電解質膜2が損傷を受けてしまうと、クロスリークが発生する可能性がある。クロスリークが発生すると、発電性能の低下や、燃費の低下に繋がってしまう。 The electrolyte membrane is generally a thin film, and is easily damaged from the outside because of its thinness. When the sharp end portion extending toward the outside of the gas diffusion layer base material (4ag, 4cg) is in direct contact with the electrolyte membrane 2, the electrolyte membrane 2 may be pierced, which is more likely to be damaged. . This is the same even if the microporous layer is interposed, and the microporous layer is generally a thin film. If the electrolyte membrane 2 is damaged, a cross leak may occur. When the cross leak occurs, the power generation performance and fuel consumption are reduced.
これに対し、図2に示される本発明の膜電極接合体の第1の実施形態では、ガス拡散層(4a、4c)における、触媒層(3a、3c)より平面方向に大きな領域の少なくとも一部の内部に、樹脂が配置されてなる部位Rを有する。このような構成によって、その樹脂が、ガス拡散層基材の先鋭な部分から、電解質膜2を保護する。そのことによって、発電性能の低下や、燃費の低下を抑制することができる。より具体的に説明すると、外側に向けて伸びている先鋭な端部(炭素繊維であれば、突出し繊維)を、当該樹脂が被覆し、当該突出し繊維が、電解質膜2に直接接触することを抑制する。また、樹脂がガス拡散層基材の外周領域の変形を防ぎ、マイクロポーラス層の外周領域を固くするという効果も有する。なお、「触媒層(3a、3c)より平面方向に大きな領域」のことを、本明細書中、単に「外周領域」とも称する。 On the other hand, in the first embodiment of the membrane electrode assembly of the present invention shown in FIG. 2, at least one of the regions in the gas diffusion layer (4a, 4c) larger in the plane direction than the catalyst layers (3a, 3c). Inside the part, there is a portion R in which resin is arranged. With such a configuration, the resin protects the electrolyte membrane 2 from a sharp portion of the gas diffusion layer base material. As a result, a decrease in power generation performance and a decrease in fuel consumption can be suppressed. More specifically, the resin covers the sharp end portion (protruding fiber in the case of carbon fiber) that extends outward, and the protruding fiber is in direct contact with the electrolyte membrane 2. Suppress. The resin also has an effect of preventing deformation of the outer peripheral region of the gas diffusion layer base material and hardening the outer peripheral region of the microporous layer. The “region larger in the planar direction than the catalyst layers (3a, 3c)” is also simply referred to as “outer peripheral region” in the present specification.
また、ガス拡散層(4a、4c)は、その作製の工程上、打ち抜き、カット等によって成形されることが一般的である。このようにして成形されたガス拡散層(4a、4c)(特に、外周領域)には、本体をなす基部から切断されてしまった、本体をなす基部を構成する先鋭な部材が残留している場合がある。そうすると、膜電極接合体10を作製する際や、膜電極接合体10の使用時(つまり、燃料電池の運転時)などに、先鋭な部材が脱落し、それが電解質膜2に接触する可能性もある。 The gas diffusion layers (4a, 4c) are generally formed by punching, cutting, or the like in the manufacturing process. In the gas diffusion layers (4a, 4c) thus formed (particularly, the outer peripheral region), a sharp member constituting the base portion that has been cut from the base portion that forms the main body remains. There is a case. Then, when the membrane / electrode assembly 10 is manufactured or when the membrane / electrode assembly 10 is used (that is, when the fuel cell is operated), the sharp member may drop out and come into contact with the electrolyte membrane 2. There is also.
これに対し、本発明の膜電極接合体の一実施形態では、切断された(あるいは切断される可能性のある)先鋭な部材を、当該樹脂によって、本体をなす基部に固定しておくことができる。そうすることで、上記のような脱落を抑制し、燃料電池の信頼性を向上させることができる。 On the other hand, in one embodiment of the membrane electrode assembly of the present invention, a sharp member that is cut (or possibly cut) may be fixed to the base portion that forms the main body by the resin. it can. By doing so, it is possible to suppress such dropout and improve the reliability of the fuel cell.
なお、本発明の膜電極接合体の一実施形態では、ガス拡散層(4a、4c)の外周領域の少なくとも一部の内部に、樹脂が配置されてなる部位Rを有すればよい。よって例えば、額縁状の外周領域において、少なくとも1辺、2辺または3辺に、樹脂が配置されてなる部位Rを有させ、その他の辺には、ガス拡散層(4a、4c)の外周領域と、電解質膜2とが直接接触しないように、中間層を設けてもよい。このような形態とすることによって、膜電極接合体の製造性が良くなり、歩留り向上、低コスト化の効果を有する。 In addition, in one Embodiment of the membrane electrode assembly of this invention, the site | part R by which resin is arrange | positioned should just have in the inside of at least one part of the outer peripheral area | region of a gas diffusion layer (4a, 4c). Thus, for example, in a frame-shaped outer peripheral region, at least one side, two sides, or three sides have a portion R in which resin is arranged, and the other side has an outer peripheral region of the gas diffusion layer (4a, 4c). An intermediate layer may be provided so that the electrolyte membrane 2 does not come into direct contact with the electrolyte membrane 2. By adopting such a form, the manufacturability of the membrane electrode assembly is improved, and the yield is improved and the cost is reduced.
また、ガス拡散層の外周領域の少なくとも一部の内部において、樹脂の厚みは、ガス拡散層の外周領域の厚みと一致していなくてもよく、好ましくはガス拡散層の外周領域の厚みの50%以上、より好ましくは70%以上、さらに好ましくは90%以上の厚みを有しているとよい。また、ガス拡散層の外周領域の少なくとも一部の内部において、樹脂の厚さは部分的に異なっていてもよい。この時、マイクロポーラス層側に配置していることがより好ましい。 Further, in at least a part of the outer peripheral region of the gas diffusion layer, the thickness of the resin may not coincide with the thickness of the outer peripheral region of the gas diffusion layer, and preferably 50% of the thickness of the outer peripheral region of the gas diffusion layer. % Or more, preferably 70% or more, and more preferably 90% or more. Further, the resin thickness may be partially different in at least a part of the outer peripheral region of the gas diffusion layer. At this time, it is more preferable to arrange on the microporous layer side.
なお、外周領域は、四角形状の額縁状に限られず、各角に丸みを帯びさせてもよい。 The outer peripheral region is not limited to a rectangular frame shape, and each corner may be rounded.
また、各辺において、樹脂は、連続的に配置されていなくてもよい。図3は、ガス拡散層(4a、4c)の外周領域の一辺をガス流路と直行するように切った概略断面図である。図3に示されるように、ガス拡散層(4a、4c)の外周領域において、樹脂が配置されてなる部位Rが、非連続的に設けられている(図3では、点在的に設けられている)。 Moreover, resin does not need to be arrange | positioned continuously in each edge | side. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in which one side of the outer peripheral region of the gas diffusion layer (4a, 4c) is cut so as to be orthogonal to the gas flow path. As shown in FIG. 3, in the outer peripheral region of the gas diffusion layers (4a, 4c), the parts R where the resin is arranged are provided discontinuously (in FIG. 3, the parts R are provided in a scattered manner). ing).
このように樹脂を非連続的に設けることによって、樹脂の使用量を減少させつつ、本発明の所期の効果と同様の効果を得ることができる。 By providing the resin discontinuously as described above, it is possible to obtain the same effect as the intended effect of the present invention while reducing the amount of the resin used.
なお、樹脂が配置されてなる部位Rが位置する場所は、特に制限されないが、図3に示されるように、セパレータ(5a、5c)の凸部(リブ)が直上(方向によっては直下)になるように設けるとよい。このように設けることによって、膜電極接合体の機械的強度の向上を期待することができる。また、ガス拡散層が電解質膜と接触し損傷を受けやすい部位を保護することが可能となりクロスリークを抑制する効果がある。 In addition, although the location in particular where the site | part R where resin is arrange | positioned is located is not restrict | limited, as FIG. 3 shows, the convex part (rib) of a separator (5a, 5c) is right above (it is right below depending on direction). It is good to provide. By providing in this way, improvement in the mechanical strength of the membrane electrode assembly can be expected. In addition, the gas diffusion layer can be in contact with the electrolyte membrane to protect a portion that is easily damaged, and has an effect of suppressing cross leak.
なお、樹脂が配置されてなる部位Rを非連続的に位置させる場合、ガス拡散層と触媒層の各投影面積差に対し、例えば5〜50%程度、あるいは9〜25%程度設けておくことがよい。 In addition, when positioning the site | part R where resin is arrange | positioned discontinuously, about 5 to 50% or about 9 to 25% is provided with respect to each projection area difference of a gas diffusion layer and a catalyst layer, for example. Is good.
また、図2に示される本発明の膜電極接合体の第1の実施形態では、触媒層(3a、3c)の外周縁辺と、樹脂が配置されてなる部位Rの内周縁辺とが面一である。図4に示されるように、第3の実施形態によれば、樹脂が配置されてなる部位Rを、ガス拡散層(4a、4c)の内方に向かって設けてもよい。ただし、内方に向かって樹脂が設けられた部位Rは、電極反応を妨げる虞がある。そのため、ガス拡散層の電極有効面積を85%以上、90%以上、あるいは97%以上確保するように樹脂が設けられた部位Rを位置させることが好ましい。 Moreover, in 1st Embodiment of the membrane electrode assembly of this invention shown by FIG. 2, the outer peripheral edge of a catalyst layer (3a, 3c) and the inner peripheral edge of the site | part R where resin is arrange | positioned are flush. It is. As shown in FIG. 4, according to the third embodiment, the portion R where the resin is arranged may be provided toward the inside of the gas diffusion layers (4 a, 4 c). However, the portion R where the resin is provided inward may interfere with the electrode reaction. Therefore, it is preferable to position the portion R where the resin is provided so as to ensure an electrode effective area of the gas diffusion layer of 85%, 90%, or 97%.
なお、図2に示される本発明の膜電極接合体の第1の実施形態では、ガス拡散層(4a、4c)におけるマイクロポーラス層(4am、4cm)の外周領域の少なくとも一部の内部にも樹脂が配置されてなる部位Rを有する。 In the first embodiment of the membrane / electrode assembly of the present invention shown in FIG. 2, the gas diffusion layers (4a, 4c) are also provided inside at least a part of the outer peripheral region of the microporous layer (4am, 4cm). It has the site | part R where resin is arrange | positioned.
ここで、マイクロポーラス部は、ガス拡散層基材よりも脆いため部材切断時に端部に欠損やクラックが生じる。その結果直接電解質膜にガス拡散層繊維が接触することによる損傷が発生する虞がある。また、基材に対して別途マイクロポーラス層を積層して形成する場合においても、積層位置ずれやサイズの誤差により外周部にマイクロポーラス層によるカバーがなされない個所が発生し、直接電解質膜にガス拡散層繊維が接触することによる損傷が発生する虞がある。これに対し、本発明によれば、樹脂によって、外側に向けて伸びている先鋭な端部から、膜電極接合体10を構成する電解質膜2を保護する。これによって、先鋭な端部がクラック部を通じて露出したとしても、当該先鋭な端部が直接、電解質膜2に接触することが抑制される。そのことは、発電性能の低下や、燃費の低下抑制に繋がる。 Here, since the microporous portion is more fragile than the gas diffusion layer base material, the end portion is broken or cracked when the member is cut. As a result, there is a risk of damage due to the gas diffusion layer fibers coming into direct contact with the electrolyte membrane. In addition, even when a microporous layer is separately laminated on the base material, a portion that is not covered by the microporous layer is generated on the outer peripheral portion due to a stacking position shift or a size error, and gas is directly applied to the electrolyte membrane. There is a risk of damage due to contact of the diffusion layer fibers. On the other hand, according to the present invention, the electrolyte membrane 2 constituting the membrane electrode assembly 10 is protected from the sharp end extending outward by the resin. Thereby, even if the sharp end portion is exposed through the crack portion, the sharp end portion is suppressed from coming into direct contact with the electrolyte membrane 2. This leads to a decrease in power generation performance and a reduction in fuel consumption.
また、樹脂が配置されてなる部位Rを有するガス拡散層を作製する際、樹脂は、通常、クラック部を埋める。そのため、先鋭な端部が電解質膜2に直接接触することがより抑制され、そのことも、発電性能の低下や、燃費の低下の抑制に繋がる。 Moreover, when producing the gas diffusion layer which has the site | part R by which resin is arrange | positioned, resin fills a crack part normally. Therefore, it is further suppressed that the sharp end directly contacts the electrolyte membrane 2, which also leads to suppression of power generation performance and fuel consumption.
また、図2に示される本発明の膜電極接合体の第1の実施形態では、部位Rの厚みと、ガス拡散層(4a、4c)との厚みが一致している。しかし、部位Rの厚みと、ガス拡散層(4a、4c)との厚みは一致させなくてもよい。 Moreover, in 1st Embodiment of the membrane electrode assembly of this invention shown by FIG. 2, the thickness of the site | part R and the thickness of a gas diffusion layer (4a, 4c) correspond. However, the thickness of the part R and the thickness of the gas diffusion layers (4a, 4c) do not have to be matched.
図5に示される本発明の膜電極接合体の第4の実施形態では、ガス拡散層(4a、4c)の外周領域のうち、電解質膜2側の表層領域に、樹脂が配置されてなる部位Rを有する。この形態では、セパレータ(5a、5c)側の表層領域には、樹脂が配置されてなる部位Rを有さない。このような形態とすることによって、樹脂を効率的に使用して、図2の形態と同様の技術的効果を得ることができる。 In the fourth embodiment of the membrane electrode assembly of the present invention shown in FIG. 5, a portion in which resin is arranged in the surface layer region on the electrolyte membrane 2 side in the outer peripheral region of the gas diffusion layers (4 a, 4 c). R is included. In this embodiment, the surface layer region on the separator (5a, 5c) side does not have the portion R where the resin is arranged. By setting it as such a form, resin can be used efficiently and the technical effect similar to the form of FIG. 2 can be acquired.
ここで、ガス拡散層(4a、4c)の外周領域のうち、電解質膜2側の表層領域は、マイクロポーラス層(4am、4cm)の外周領域を含むことが好ましい。また、ガス拡散層基材(4ag、4cg)の外周領域のうち、マイクロポーラス層側の表層領域を含むことが好ましい。ここで、マイクロポーラス層側の表層領域とは、ガス拡散層基材のマイクロポーラス層側の表面から、セパレータ(5a、5c)側に向かって、当該ガス拡散層基材(4ag、4cg)の厚みの15%程度、あるいは20%程度、あるいは50%程度であることが好ましい。この数値が増えるにつれて、燃料電池の信頼性は向上する。 Here, among the outer peripheral regions of the gas diffusion layers (4a, 4c), the surface layer region on the electrolyte membrane 2 side preferably includes the outer peripheral region of the microporous layer (4am, 4 cm). Moreover, it is preferable that the surface layer area | region by the side of a microporous layer is included among the outer peripheral area | regions of a gas diffusion layer base material (4ag, 4cg). Here, the surface layer region on the microporous layer side refers to the gas diffusion layer base material (4ag, 4cg) from the surface on the microporous layer side of the gas diffusion layer base material toward the separator (5a, 5c) side. It is preferably about 15%, about 20%, or about 50% of the thickness. As this number increases, the reliability of the fuel cell improves.
また、図6に示される本発明の膜電極接合体の第5の実施形態は、ガス拡散層(4a、4c)の外周領域において、電解質膜2側の表面にも樹脂が配置されてなる部位Rを有する形態である。このような形態とすることによって、より確実に上記で説明した技術的効果を得ることができ、より確実に信頼性の高い燃料電池を提供することが可能となる。この電解質膜2側の表面に設けられる、樹脂が配置されてなる部位Rの厚さにも特に制限はないが、触媒層2の厚さよりも薄いことが好ましい。すなわち、本発明の好ましい実施形態では、前記外周領域の少なくとも一部の表面に配置された樹脂の厚みが、前記ガス拡散層に接触している触媒層より薄い。このように、触媒層の厚みより、表面に配置した樹脂の厚みを薄くすることによって、表面に配置した樹脂Rと、電解質膜2とが直接接触することを抑制することができる。そのことによって、より確実に上記の効果を得ることができる。 In addition, the fifth embodiment of the membrane electrode assembly of the present invention shown in FIG. 6 is a portion in which resin is also disposed on the surface on the electrolyte membrane 2 side in the outer peripheral region of the gas diffusion layers (4a, 4c). It is a form having R. By adopting such a configuration, the technical effects described above can be obtained more reliably, and a highly reliable fuel cell can be provided more reliably. There is no particular limitation on the thickness of the portion R provided with resin on the surface on the electrolyte membrane 2 side, but it is preferably thinner than the thickness of the catalyst layer 2. That is, in a preferred embodiment of the present invention, the resin disposed on at least a part of the surface of the outer peripheral region is thinner than the catalyst layer in contact with the gas diffusion layer. Thus, by making the thickness of the resin disposed on the surface thinner than the thickness of the catalyst layer, it is possible to suppress direct contact between the resin R disposed on the surface and the electrolyte membrane 2. As a result, the above-described effect can be obtained more reliably.
このように、本発明の好ましい実施形態においては、外周領域の少なくとも一部の内部だけでなく、外周領域の少なくとも一部の表面に、樹脂が配置されてなる部位を有させる。そのことによって、より確実に上記で説明した技術的効果を得ることができ、より確実に信頼性の高い燃料電池を提供することが可能となる。なお、無論、外周領域の少なくとも一部の表面だけに樹脂が配置されてなる部位を有させてもよい。 As described above, in a preferred embodiment of the present invention, not only at least a part of the outer peripheral region but also at least a part of the outer peripheral region has a portion where the resin is arranged. As a result, the technical effects described above can be obtained more reliably, and a highly reliable fuel cell can be provided more reliably. Of course, you may have the site | part by which resin is arrange | positioned only at the surface of at least one part of an outer peripheral area | region.
また、図2に示される本発明の膜電極接合体の第1の実施形態では、ガス拡散層(4a、4c)の外周縁辺と、樹脂が配置されてなる部位Rの外周縁辺とが面一であるが、そのようにしなくてもよい。 Moreover, in 1st Embodiment of the membrane electrode assembly of this invention shown by FIG. 2, the outer periphery edge of the gas diffusion layer (4a, 4c) and the outer periphery edge of the site | part R where resin is arrange | positioned are flush. However, it is not necessary to do so.
図7に示される本発明の膜電極接合体の第6の実施形態は、ガス拡散層(4a、4c)の外周領域において、その端部にも樹脂が配置されてなる部位Rを有する形態である。すなわち、本発明の好ましい実施形態では、外周領域の端部の少なくとも一部に、樹脂が配置されてなる部位をさらに有する。 The sixth embodiment of the membrane electrode assembly of the present invention shown in FIG. 7 has a portion R in which the resin is also disposed at the end portion in the outer peripheral region of the gas diffusion layer (4a, 4c). is there. That is, in a preferred embodiment of the present invention, it further has a portion where resin is arranged at least at a part of the end of the outer peripheral region.
これは、ガス拡散層の成形過程で、外周領域の端部の外側に向けて伸びている先鋭な端部が、電解質膜側に向く場合もあるし、あるいは、燃料電池の膨潤収縮によっても電解質膜側に向く場合もあるからである。 This is because, in the process of forming the gas diffusion layer, the sharp end extending toward the outside of the end of the outer peripheral region may face the electrolyte membrane side, or the electrolyte may also be caused by swelling shrinkage of the fuel cell. This is because it may face the film side.
図7に示される本発明の膜電極接合体の第6の実施形態であれば、そのような場合であっても、その樹脂が、外周領域の端部から電解質膜2に向かって伸びている先鋭な部分を被覆することができる。そのことによって、より確実に電解質膜2を保護し、ひいては、発電性能の低下や、燃費の低下を抑制することができる。 If it is 6th Embodiment of the membrane electrode assembly of this invention shown by FIG. 7, even in such a case, the resin is extended toward the electrolyte membrane 2 from the edge part of an outer peripheral area | region. Sharp parts can be covered. As a result, the electrolyte membrane 2 can be more reliably protected, and as a result, a reduction in power generation performance and a reduction in fuel consumption can be suppressed.
なお、当該端部に樹脂が配置されてなる部位を有する形態において、その樹脂の厚さにも特に制限はないが、図6で示した、表面に樹脂が配置されてなる部位の厚みと同程度にすることができる。この程度の厚さとすることによって、より確実に先鋭な端部を当該樹脂が被覆し、電解質膜2に突出し繊維が直接接触することを抑制することができる。 In addition, in the form having the part where the resin is arranged at the end, the thickness of the resin is not particularly limited, but it is the same as the thickness of the part where the resin is arranged on the surface shown in FIG. Can be about. By setting the thickness to this level, it is possible to more reliably prevent the resin from covering the sharp end and projecting to the electrolyte membrane 2 and directly contacting the fiber.
(樹脂)
外周領域の少なくとも一部の内部および/または前記外周領域の少なくとも一部の表面に配置させる樹脂の種類としては特に制限されず、導電性樹脂であってもよいし、絶縁性樹脂であってもよい。いずれであっても、外側に向けて伸びている先鋭な端部(炭素繊維であれば、突出し繊維)を被覆し、突出し繊維が、電解質膜2に直接接触することを抑制する。なお、絶縁性樹脂であれば、さらに信頼性の高い燃料電池を提供することが可能となる。つまり、本発明の好ましい実施形態では、前記樹脂が、絶縁性樹脂である。
(resin)
There is no particular limitation on the type of resin disposed in at least a part of the outer peripheral region and / or at least a part of the surface of the outer peripheral region, and may be a conductive resin or an insulating resin. Good. In any case, the sharp end portion (protruding fiber in the case of carbon fiber) that extends toward the outside is covered, and the protruding fiber is prevented from directly contacting the electrolyte membrane 2. Note that an insulating resin can provide a more reliable fuel cell. That is, in a preferred embodiment of the present invention, the resin is an insulating resin.
絶縁性樹脂は、絶縁性を有する樹脂であれば特に限定されない。絶縁性樹脂としては、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS樹脂等の熱可塑性絶縁樹脂;フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、アルキド樹脂等の熱硬化性絶縁樹脂や、これらの所望の共重合体などが挙げられる。中でも、熱可塑性絶縁樹脂を用いる場合、熱可塑性絶縁樹脂の軟化点以上に加熱することによって、軟化した熱可塑性絶縁樹脂を自由に移動させることが可能である。したがって、熱可塑性絶縁樹脂を用いる場合、熱可塑性絶縁樹脂を流動化させ、その配置位置をより適した位置にコントロールすることも可能であるという利点も有する。 The insulating resin is not particularly limited as long as it is an insulating resin. Examples of the insulating resin include thermoplastic insulating resins such as polyolefin, polyethylene, polypropylene, polystyrene, and ABS resin; thermosetting insulating resins such as phenol resin, epoxy resin, polyurethane, alkyd resin, and desired copolymers thereof. Is mentioned. In particular, when a thermoplastic insulating resin is used, it is possible to freely move the softened thermoplastic insulating resin by heating it above the softening point of the thermoplastic insulating resin. Therefore, when the thermoplastic insulating resin is used, there is an advantage that the thermoplastic insulating resin can be fluidized and its arrangement position can be controlled to a more suitable position.
(ガス拡散層基材)
ガス拡散層基材の厚さは、得られるガス拡散層の特性を考慮して適宜決定すればよいが、通常、80〜400μm程度、あるいは、100〜300μm程度とすればよい。基材の厚さが、かような範囲内の値であれば、機械的強度とガスおよび水などの拡散性とのバランスが適切に制御されうる。
(Gas diffusion layer base material)
The thickness of the gas diffusion layer base material may be appropriately determined in consideration of the characteristics of the obtained gas diffusion layer, but is usually about 80 to 400 μm or about 100 to 300 μm. If the thickness of the substrate is a value within such a range, the balance between mechanical strength and diffusibility such as gas and water can be appropriately controlled.
ガス拡散層基材は、撥水剤を含むことが好ましい。撥水剤としては、特に限定されず、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)などのフッ素系の高分子材料、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの従来公知の撥水剤を用いてもよい。撥水処理方法は特に制限されず、一般的な撥水処理方法を用いて行えばよい。例えば、ガス拡散層に用いられる基材を撥水剤の分散液に浸漬した後、オーブン等で加熱乾燥させる方法などが挙げられる。 The gas diffusion layer substrate preferably contains a water repellent. The water repellent is not particularly limited, and is a fluorine-based polymer such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyhexafluoropropylene, and tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP). Conventionally known water repellents such as molecular materials, polypropylene, and polyethylene may be used. The water repellent treatment method is not particularly limited, and may be performed using a general water repellent treatment method. For example, after immersing the base material used for a gas diffusion layer in the dispersion liquid of a water repellent agent, the method of heat-drying with oven etc. is mentioned.
ガス拡散層基材は、その他の添加剤を有していてもよい。添加剤としては、導電性カーボン、分散剤、分散助剤などが挙げられる。 The gas diffusion layer substrate may have other additives. Examples of the additive include conductive carbon, a dispersant, and a dispersion aid.
(マイクロポーラス層)
マイクロポーラス層は、通常、撥水性をより向上させるために設けられている。また、マイクロポーラス層は、通常、撥水剤を含むカーボン粒子の集合体からなるカーボン粒子層で構成される。
(Microporous layer)
The microporous layer is usually provided to further improve water repellency. The microporous layer is usually composed of a carbon particle layer made of an aggregate of carbon particles containing a water repellent.
カーボン粒子としては、特に限定されず、カーボンブラック、黒鉛、膨張黒鉛などの従来一般的なものであればよい。なかでも、電子伝導性に優れ、比表面積が大きいことから、オイルファーネスブラック、チャネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックが好ましく挙げられる。前記カーボン粒子の粒径は、10〜100nm程度とするのがよい。これにより、毛細管力による高い排水性が得られるとともに、触媒層との接触性も向上させることが可能となる。 The carbon particles are not particularly limited, and may be conventional ones such as carbon black, graphite, and expanded graphite. Of these, carbon blacks such as oil furnace black, channel black, lamp black, thermal black, and acetylene black are preferred because of their excellent electron conductivity and large specific surface area. The particle size of the carbon particles is preferably about 10 to 100 nm. Thereby, while being able to obtain the high drainage property by capillary force, it becomes possible to improve contact property with a catalyst layer.
マイクロポーラス層に用いられる撥水剤としては、前記ガス拡散層基材に用いられる上述した撥水剤と同様のものが挙げられる。なかでも、撥水性、電極反応時の耐食性などに優れることから、フッ素系の高分子材料が好ましく用いられる。 Examples of the water repellent used for the microporous layer include the same water repellents as those used for the gas diffusion layer substrate. Of these, fluorine-based polymer materials are preferably used because of their excellent water repellency and corrosion resistance during electrode reaction.
マイクロポーラス層における、カーボン粒子と撥水剤との混合比は、質量比で、90:10〜40:60程度とするのがよい。これにより、適度な撥水性と、電子伝導性とを得ることができる。 The mixing ratio of the carbon particles and the water repellent in the microporous layer is preferably about 90:10 to 40:60 in terms of mass ratio. Thereby, moderate water repellency and electronic conductivity can be obtained.
前記マイクロポーラス層の厚さは、得られるガス拡散層の撥水性を考慮して適宜決定すればよいが、通常、10〜50μm程度、あるいは、20〜40μm程度である。このように、マイクロポーラス層は、通常、薄膜であるが故、それを成形することによって外周部にクラックや欠損が発生する場合もある。そのような場合、上記ガス拡散基材の先鋭な端部が、クラック部や欠損部を通じて露出し易い状態となることがある。これに対し、本発明によれば、樹脂によって、外側に向けて伸びている先鋭な端部から、電解質膜2を保護する。これによって、先鋭な端部がクラック部を通じて露出したとしても、当該先鋭な端部が直接、電解質膜に接触することが抑制される。そのことは、ひいては、発電性能の低下や、燃費の低下抑制に繋がる。また、樹脂はそのクラック部を埋める作用もある。そうすると、上記のような直接接触がより確実に抑制される。 The thickness of the microporous layer may be appropriately determined in consideration of the water repellency of the obtained gas diffusion layer, but is usually about 10 to 50 μm or about 20 to 40 μm. Thus, since the microporous layer is usually a thin film, there are cases where cracks and defects occur in the outer peripheral portion by molding the microporous layer. In such a case, the sharp end of the gas diffusion base material may be easily exposed through a crack part or a defect part. On the other hand, according to the present invention, the electrolyte membrane 2 is protected from the sharp end extending outward by the resin. Thereby, even if the sharp end portion is exposed through the crack portion, the sharp end portion is prevented from coming into direct contact with the electrolyte membrane. This eventually leads to a decrease in power generation performance and a reduction in fuel consumption. The resin also has an action of filling the crack portion. Then, the direct contact as described above is more reliably suppressed.
(触媒層)
触媒層(アノード触媒層3a、カソード触媒層3c)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3aでは水素の酸化反応が進行し、カソード触媒層3cでは酸素の還元反応が進行する。
(Catalyst layer)
The catalyst layers (the anode catalyst layer 3a and the cathode catalyst layer 3c) are layers in which the cell reaction actually proceeds. Specifically, the oxidation reaction of hydrogen proceeds in the anode catalyst layer 3a, and the reduction reaction of oxygen proceeds in the cathode catalyst layer 3c.
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(導電性担体)、および電解質を含む。以下、触媒担体に触媒成分が担持されてなる複合体を「電極触媒」とも称する。 The catalyst layer includes a catalyst component, a conductive catalyst carrier (conductive carrier) that supports the catalyst component, and an electrolyte. Hereinafter, a composite in which a catalyst component is supported on a catalyst carrier is also referred to as an “electrode catalyst”.
アノード触媒層に用いられる触媒成分は、水素の酸化反応に触媒作用を有するものであれば特に制限はなく公知の触媒が同様にして使用できる。また、カソード触媒層に用いられる触媒成分もまた、酸素の還元反応に触媒作用を有するものであれば特に制限はなく公知の触媒が同様にして使用できる。具体的には、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属およびこれらの合金などから選択されうる。 The catalyst component used in the anode catalyst layer is not particularly limited as long as it has a catalytic action in the oxidation reaction of hydrogen, and a known catalyst can be used in the same manner. The catalyst component used in the cathode catalyst layer is not particularly limited as long as it has a catalytic action for the oxygen reduction reaction, and a known catalyst can be used in the same manner. Specifically, it can be selected from metals such as platinum, ruthenium, iridium, rhodium, palladium, osmium, tungsten, lead, iron, chromium, cobalt, nickel, manganese, vanadium, molybdenum, gallium, aluminum, and alloys thereof. .
これらのうち、触媒活性、一酸化炭素等に対する耐被毒性、耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好ましく用いられる。前記合金の組成は、合金化する金属の種類にもよるが、白金の含有量を30〜90原子%とし、白金と合金化する金属の含有量を10〜70原子%とするのがよい。なお、合金とは、一般に金属元素に1種以上の金属元素または非金属元素を加えたものであって、金属的性質をもっているものの総称である。合金の組織には、成分元素が別個の結晶となるいわば混合物である共晶合金、成分元素が完全に溶け合い固溶体となっているもの、成分元素が金属間化合物または金属と非金属との化合物を形成しているものなどがあり、いずれであってもよい。この際、アノード触媒層に用いられる触媒成分およびカソード触媒層に用いられる触媒成分は、上記の中から適宜選択されうる。本明細書では、特記しない限り、アノード触媒層用およびカソード触媒層用の触媒成分についての説明は、両者について同様の定義である。よって、一括して「触媒成分」と称する。しかしながら、アノード触媒層およびカソード触媒層の触媒成分は同一である必要はなく、上記したような所望の作用を奏するように、適宜選択されうる。 Among these, those containing at least platinum are preferably used in order to improve catalyst activity, poisoning resistance to carbon monoxide and the like, heat resistance, and the like. Although the composition of the alloy depends on the type of metal to be alloyed, the content of platinum is preferably 30 to 90 atomic%, and the content of the metal to be alloyed with platinum is preferably 10 to 70 atomic%. In general, an alloy is a generic term for a metal element having one or more metal elements or non-metal elements added and having metallic properties. The alloy structure consists of a eutectic alloy, which is a mixture of the component elements as separate crystals, a component element completely melted into a solid solution, and a component element composed of an intermetallic compound or a compound of a metal and a nonmetal. There is what is formed, and any may be sufficient. At this time, the catalyst component used in the anode catalyst layer and the catalyst component used in the cathode catalyst layer can be appropriately selected from the above. In the present specification, unless otherwise specified, descriptions of the catalyst components for the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer have the same definition for both. Therefore, they are collectively referred to as “catalyst components”. However, the catalyst components of the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer do not have to be the same, and can be appropriately selected so as to exhibit the desired action as described above.
触媒成分の形状や大きさは、特に制限されず公知の触媒成分と同様の形状および大きさが採用されうる。例えば、触媒成分の形状は、粒状、鱗片状、層状などのものが使用できるが、粒状であることが好ましい。この際、触媒粒子の平均粒子径は、好ましくは1〜30nm、より好ましくは1〜10nm、さらに好ましくは1〜5nm、特に好ましくは2〜4nmである。触媒粒子の平均粒子径がかような範囲内の値であると、電気化学反応が進行する有効電極面積に関連する触媒利用率と担持の簡便さとのバランスが適切に制御されうる。なお、本発明における「触媒粒子の平均粒子径」は、X線回折における触媒成分の回折ピークの半値幅より求められる結晶子径や、透過型電子顕微鏡(TEM)より調べられる触媒成分の粒子径の平均値として測定されうる。 The shape and size of the catalyst component are not particularly limited, and the same shape and size as known catalyst components can be adopted. For example, the catalyst component may be granular, scale-like, or layered, but is preferably granular. At this time, the average particle diameter of the catalyst particles is preferably 1 to 30 nm, more preferably 1 to 10 nm, still more preferably 1 to 5 nm, and particularly preferably 2 to 4 nm. When the average particle diameter of the catalyst particles is within such a range, the balance between the catalyst utilization rate related to the effective electrode area where the electrochemical reaction proceeds and the ease of loading can be appropriately controlled. The “average particle diameter of the catalyst particles” in the present invention is the crystallite diameter determined from the half-value width of the diffraction peak of the catalyst component in X-ray diffraction, or the particle diameter of the catalyst component determined by a transmission electron microscope (TEM). It can be measured as an average value of.
上述した触媒成分は好適には導電性担体に担持された電極触媒として触媒層に含まれる。 The catalyst component described above is preferably contained in the catalyst layer as an electrode catalyst supported on a conductive carrier.
導電性担体は、上述した触媒成分を担持するための担体、および触媒成分と他の部材との間での電子の授受に関与する電子伝導パスとして機能する。導電性担体としては、触媒粒子を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、集電体として十分な電子導電性を有しているものであればよく、主成分がカーボンであるのが好ましい。具体的には、カーボンブラック、活性炭、コークス、天然黒鉛、人造黒鉛などからなるカーボン粒子が挙げられる。なお、「主成分がカーボンである」とは、主成分として炭素原子を含むことをいい、炭素原子のみからなる、実質的に炭素原子からなる、の双方を含む概念である。場合によっては、燃料電池の特性を向上させるために、炭素原子以外の元素が含まれていてもよい。なお、実質的に炭素原子からなるとは、2〜3重量%程度以下の不純物の混入が許容されることを意味する。 The conductive carrier functions as a carrier for supporting the above-described catalyst component and an electron conduction path involved in the transfer of electrons between the catalyst component and another member. Any conductive carrier may be used as long as it has a specific surface area for supporting the catalyst particles in a desired dispersed state and has sufficient electronic conductivity as a current collector. The main component is carbon. Is preferred. Specific examples include carbon particles made of carbon black, activated carbon, coke, natural graphite, artificial graphite and the like. “The main component is carbon” means that the main component contains carbon atoms, and is a concept that includes both carbon atoms and substantially carbon atoms. In some cases, elements other than carbon atoms may be included in order to improve the characteristics of the fuel cell. In addition, being substantially composed of carbon atoms means that mixing of impurities of about 2 to 3% by weight or less is allowed.
導電性担体のBET比表面積は、触媒成分を高分散担持させるのに十分な比表面積であればよいが、好ましくは20〜1600m2/g、より好ましくは80〜1200m2/gとするのがよい。比表面積が上記したような範囲であれば、導電性担体への触媒成分および高分子電解質が十分分散して十分な発電性能が得られ、また、触媒成分および高分子電解質を十分有効利用できる。 The BET specific surface area of the conductive carrier may be a specific surface area sufficient to carry the catalyst component in a highly dispersed state, but is preferably 20 to 1600 m 2 / g, more preferably 80 to 1200 m 2 / g. Good. When the specific surface area is in the above range, the catalyst component and the polymer electrolyte are sufficiently dispersed in the conductive support to obtain sufficient power generation performance, and the catalyst component and the polymer electrolyte can be used sufficiently effectively.
また、導電性担体の大きさは、特に限定されないが、担持の容易さ、触媒利用率、電極触媒層の厚みを適切な範囲で制御するなどの観点からは、平均粒子径が5〜200nm、好ましくは10〜100nm程度とするのがよい。 In addition, the size of the conductive carrier is not particularly limited, but from the viewpoint of controlling the ease of loading, catalyst utilization, and the thickness of the electrode catalyst layer within an appropriate range, the average particle size is 5 to 200 nm, The thickness is preferably about 10 to 100 nm.
導電性担体に触媒成分が担持された電極触媒において、触媒成分の担持量は、電極触媒の全量に対して、好ましくは10〜80重量%、より好ましくは30〜70重量%とするのがよい。触媒成分の担持量がかような範囲内の値であると、触媒担体上での触媒成分の分散度と触媒性能とのバランスが適切に制御されうる。なお、触媒成分の担持量は、誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)によって調べることができる。 In the electrode catalyst in which the catalyst component is supported on the conductive support, the supported amount of the catalyst component is preferably 10 to 80% by weight, more preferably 30 to 70% by weight, based on the total amount of the electrode catalyst. . When the supported amount of the catalyst component is within such a range, the balance between the degree of dispersion of the catalyst component on the catalyst support and the catalyst performance can be appropriately controlled. The amount of the catalyst component supported can be examined by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP).
触媒層には、電極触媒に加えて、イオン伝導性の高分子電解質が含まれる。当該高分子電解質は特に限定されず従来公知の知見が適宜参照されうる。例えば、下記電解質層を構成するイオン交換樹脂が、高分子電解質として触媒層に添加されうる。 The catalyst layer includes an ion conductive polymer electrolyte in addition to the electrode catalyst. The polymer electrolyte is not particularly limited, and conventionally known knowledge can be referred to as appropriate. For example, the ion exchange resin which comprises the following electrolyte layer can be added to a catalyst layer as a polymer electrolyte.
当該高分子電解質は特に限定されず従来公知の知見が適宜参照されうる。高分子電解質は、構成材料であるイオン交換樹脂の種類によって、フッ素系高分子電解質と炭化水素系高分子電解質とに大別される。なお、フッ素系高分子電解質と炭化水素系高分子電解質の具体的な説明は下記電解質膜における説明と同様であるため、ここでは説明を省略する。これらのうち、高分子電解質は、耐熱性、化学的安定性などに優れることから、フッ素原子を含むのが好ましい。特に、ナフィオン(登録商標、デュポン社製)、アシプレックス(登録商標、旭化成株式会社製)、フレミオン(登録商標、旭硝子株式会社製)などのフッ素系電解質が好ましく挙げられる。 The polymer electrolyte is not particularly limited, and conventionally known knowledge can be referred to as appropriate. Polymer electrolytes are roughly classified into fluorine-based polymer electrolytes and hydrocarbon-based polymer electrolytes depending on the type of ion exchange resin that is a constituent material. In addition, since the specific description of the fluorine-based polymer electrolyte and the hydrocarbon-based polymer electrolyte is the same as the description of the following electrolyte membrane, the description is omitted here. Among these, the polymer electrolyte preferably contains a fluorine atom because it is excellent in heat resistance, chemical stability, and the like. Particularly preferred are fluorine-based electrolytes such as Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont), Aciplex (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.), Flemion (registered trademark, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), and the like.
触媒層中の高分子電解質の含有量は特に限定されるものではないが、電極触媒中のカーボンに対する高分子電解質の比が0.3〜1.6であることが好ましい。 The content of the polymer electrolyte in the catalyst layer is not particularly limited, but the ratio of the polymer electrolyte to carbon in the electrode catalyst is preferably 0.3 to 1.6.
また、導電性担体への触媒成分の担持は公知の方法で行うことができる。例えば、含浸法、液相還元担持法、蒸発乾固法、コロイド吸着法、噴霧熱分解法、逆ミセル(マイクロエマルジョン法)などの公知の方法が使用できる。または、電極触媒は、市販品を用いてもよい。 The catalyst component can be supported on the conductive carrier by a known method. For example, known methods such as impregnation method, liquid phase reduction support method, evaporation to dryness method, colloid adsorption method, spray pyrolysis method, reverse micelle (microemulsion method) can be used. Alternatively, a commercially available electrode catalyst may be used.
触媒層の形成方法は特に限定されないが、好適には、上記したような電極触媒、高分子電解質および溶剤からなる触媒インクを、高分子電解質膜表面に塗布することによって、触媒層を形成する方法が挙げられる。この際、溶剤としては、特に制限されず、触媒層を形成するのに使用される通常の溶剤が同様にして使用できる。具体的には、水、シクロヘキサノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール等の低級アルコールが使用できる。また、溶剤の使用量もまた、特に制限されず公知と同様の量が使用できる。触媒インクにおいて、電極触媒は、所望の作用、即ち、水素の酸化反応(アノード側)および酸素の還元反応(カソード側)を触媒する作用を十分発揮できる量であればいずれの量で、使用されてもよい。電極触媒が、触媒インク中、5〜30重量%、より好ましくは9〜20重量%となるような量で存在することが好ましい。 The method for forming the catalyst layer is not particularly limited, but preferably a method for forming the catalyst layer by applying a catalyst ink comprising the electrode catalyst, polymer electrolyte and solvent as described above to the surface of the polymer electrolyte membrane. Is mentioned. In this case, the solvent is not particularly limited, and usual solvents used for forming the catalyst layer can be used in the same manner. Specifically, lower alcohols such as water, cyclohexanol, ethanol, 1-propanol and 2-propanol can be used. Further, the amount of the solvent used is not particularly limited, and a known amount can be used. In the catalyst ink, the electrocatalyst is used in any amount as long as it can sufficiently exhibit the desired action, that is, the action of catalyzing the hydrogen oxidation reaction (anode side) and the oxygen reduction reaction (cathode side). May be. It is preferable that the electrode catalyst is present in the catalyst ink in an amount of 5 to 30% by weight, more preferably 9 to 20% by weight.
触媒インクは、電極触媒、電解質および溶剤、ならびに必要であれば撥水性高分子および/または増粘剤、が適宜混合されたものであればその調製方法は特に制限されない。例えば、電解質を極性溶媒に添加し、この混合液を加熱・攪拌して、電解質を極性溶媒に溶解した後、これに電極触媒を添加することによって、触媒インクが調製できる。または、電解質を、溶剤中に一旦分散/懸濁された後、上記分散/懸濁液を電極触媒と混合して、触媒インクを調製してもよい。また、電解質が予め上記他の溶媒中に調製されている市販の電解質溶液(例えば、デュポン製のNafion溶液:1−プロパノール中に5wt%の濃度でNafionが分散/懸濁したもの)をそのまま上記方法に使用してもよい。 The preparation method of the catalyst ink is not particularly limited as long as the electrode catalyst, the electrolyte and the solvent, and if necessary, the water-repellent polymer and / or the thickener are appropriately mixed. For example, a catalyst ink can be prepared by adding an electrolyte to a polar solvent, heating and stirring the mixed solution to dissolve the electrolyte in the polar solvent, and then adding an electrode catalyst thereto. Alternatively, after the electrolyte is once dispersed / suspended in a solvent, the dispersion / suspension may be mixed with an electrode catalyst to prepare a catalyst ink. In addition, a commercially available electrolyte solution (for example, DuPont Nafion solution: Nafion dispersed / suspended at a concentration of 5 wt% in 1-propanol) in which the electrolyte is previously prepared in the above other solvent is used as it is. May be used in the method.
上記したような触媒インクを、高分子電解質膜上にまたは本発明のガス拡散層上に、塗布して、各触媒層が形成される。この際、高分子電解質膜上へのカソード/アノード触媒層の形成条件は、特に制限されず、公知の方法が同様にしてあるいは適宜修飾を加えて使用できる。 The catalyst ink as described above is applied on the polymer electrolyte membrane or the gas diffusion layer of the present invention to form each catalyst layer. At this time, the conditions for forming the cathode / anode catalyst layer on the polymer electrolyte membrane are not particularly limited, and can be used in the same manner as known methods or appropriately modified.
また、単位触媒塗布面積当たりの触媒含有量(mg/cm2)は、特に制限されないが、十分な触媒の担体上での分散度、発電性能などを考慮すると、0.01〜1.0mg/cm2である。ただし、触媒が白金または白金含有合金を含む場合、単位触媒塗布面積当たりの白金含有量が0.5mg/cm2以下であることが好ましい。白金(Pt)や白金合金に代表される高価な貴金属触媒の使用は燃料電池の高価格要因となっている。したがって、高価な白金の使用量(白金含有量)を上記範囲まで低減し、コストを削減することが好ましい。下限値は発電性能が得られる限り特に制限されず、例えば、0.01mg/cm2以上である。なお、本明細書において、「単位触媒塗布面積当たりの触媒(白金)含有量(mg/cm2)」の測定(確認)には、誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)を用いる。所望の「単位触媒塗布面積当たりの触媒(白金)含有量(mg/cm2)」にせしめる方法も当業者であれば容易に行うことができ、インクの組成(触媒濃度)と塗布量を制御することで量を調整することができる。 Further, the catalyst content per unit catalyst coating area (mg / cm 2 ) is not particularly limited, but in view of sufficient dispersion of the catalyst on the carrier, power generation performance, etc., 0.01 to 1.0 mg / cm 2 . However, when the catalyst contains platinum or a platinum-containing alloy, the platinum content per unit catalyst coating area is preferably 0.5 mg / cm 2 or less. The use of expensive noble metal catalysts typified by platinum (Pt) and platinum alloys has become a high cost factor for fuel cells. Therefore, it is preferable to reduce the amount of expensive platinum used (platinum content) to the above range and reduce the cost. The lower limit is not particularly limited as long as power generation performance is obtained, and is, for example, 0.01 mg / cm 2 or more. In this specification, inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP) is used for measurement (confirmation) of “catalyst (platinum) content per unit catalyst application area (mg / cm 2 )”. A person skilled in the art can easily carry out a method of making the desired “catalyst (platinum) content per unit catalyst coating area (mg / cm 2 )”, and control the ink composition (catalyst concentration) and coating amount. You can adjust the amount.
触媒層の厚みは触媒層(乾燥後)の厚みは、好ましくは0.5〜30μm、より好ましくは1〜20μm、さらに好ましくは2〜15μmである。なお、上記厚みは、カソード触媒層およびアノード触媒層双方に適用される。カソード触媒層およびアノード触媒層の厚みは、同じであってもあるいは異なってもよい。 The thickness of the catalyst layer is preferably 0.5 to 30 μm, more preferably 1 to 20 μm, and still more preferably 2 to 15 μm. In addition, the said thickness is applied to both a cathode catalyst layer and an anode catalyst layer. The thickness of the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer may be the same or different.
(電解質膜)
電解質膜2は、PEFC1の運転時にアノード触媒層3a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3cへと選択的に透過させる機能を有する。また、電解質膜2は、アノード側に供給される燃料ガスとカソード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。
(Electrolyte membrane)
The electrolyte membrane 2 has a function of selectively transmitting protons generated in the anode catalyst layer 3a during operation of the PEFC 1 to the cathode catalyst layer 3c along the film thickness direction. The electrolyte membrane 2 also has a function as a partition wall for preventing the fuel gas supplied to the anode side and the oxidant gas supplied to the cathode side from being mixed.
電解質膜2は、構成材料であるイオン交換樹脂の種類によって、フッ素系高分子電解質膜と炭化水素系高分子電解質膜とに大別される。フッ素系高分子電解質膜を構成するイオン交換樹脂としては、例えば、ナフィオン(登録商標、デュポン社製)、アシプレックス(登録商標、旭化成株式会社製)、フレミオン(登録商標、旭硝子株式会社製)等のパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー、パーフルオロカーボンホスホン酸系ポリマー、トリフルオロスチレンスルホン酸系ポリマー、エチレンテトラフルオロエチレン−g−スチレンスルホン酸系ポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオリド−パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーなどが挙げられる。耐熱性、化学的安定性などの発電性能を向上させるという観点からは、これらのフッ素系高分子電解質膜が好ましく用いられ、特に好ましくはパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーから構成されるフッ素系高分子電解質膜が用いられる。 The electrolyte membrane 2 is roughly classified into a fluorine-based polymer electrolyte membrane and a hydrocarbon-based polymer electrolyte membrane depending on the type of ion exchange resin that is a constituent material. Examples of ion exchange resins constituting the fluorine-based polymer electrolyte membrane include Nafion (registered trademark, manufactured by DuPont), Aciplex (registered trademark, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.), Flemion (registered trademark, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), and the like. Perfluorocarbon sulfonic acid polymer, perfluorocarbon phosphonic acid polymer, trifluorostyrene sulfonic acid polymer, ethylene tetrafluoroethylene-g-styrene sulfonic acid polymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polyvinylidene fluoride- Examples include perfluorocarbon sulfonic acid polymers. From the viewpoint of improving power generation performance such as heat resistance and chemical stability, these fluorine-based polymer electrolyte membranes are preferably used, and particularly preferably fluorine-based polymer electrolytes composed of perfluorocarbon sulfonic acid polymers. A membrane is used.
炭化水素系電解質として、具体的には、スルホン化ポリエーテルスルホン(S−PES)、スルホン化ポリアリールエーテルケトン、スルホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、ホスホン化ポリベンズイミダゾールアルキル、スルホン化ポリスチレン、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン(S−PEEK)、スルホン化ポリフェニレン(S−PPP)などが挙げられる。これらの炭化水素系高分子電解質膜は、原料が安価で製造工程が簡便であり、かつ材料の選択性が高いといった製造上の利点がある。 Specific examples of the hydrocarbon electrolyte include sulfonated polyethersulfone (S-PES), sulfonated polyaryletherketone, sulfonated polybenzimidazole alkyl, phosphonated polybenzimidazole alkyl, sulfonated polystyrene, and sulfonated poly. Examples include ether ether ketone (S-PEEK) and sulfonated polyphenylene (S-PPP). These hydrocarbon-based polymer electrolyte membranes have manufacturing advantages such as low cost raw materials, simple manufacturing processes, and high material selectivity.
なお、上述したイオン交換樹脂は、1種のみが単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。また、上述した材料のみに制限されず、その他の材料が用いられてもよい。 In addition, as for the ion exchange resin mentioned above, only 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together. Moreover, it is not restricted only to the material mentioned above, Other materials may be used.
電解質膜の厚さは、得られる燃料電池の特性を考慮して適宜決定すればよく、特に制限されない。電解質膜の厚さは、通常は5〜200μm程度であり、あるいは、10〜30μm程度である。電解質膜の厚さがかような範囲内の値であると、製膜時の強度や使用時の耐久性および使用時の出力特性のバランスが適切に制御されうる。このように、電解質膜は一般に、薄膜であり、その薄さ故、損傷を外部から受け易い。よって仮に、先鋭な端部を含むガス拡散層が電解質膜に接触をし、当該電解質膜が損傷を受けてしまうと、クロスリークが発生する可能性がある。クロスリークが発生すると、発電性能の低下や、燃費の低下に繋がってしまう。 The thickness of the electrolyte membrane may be appropriately determined in consideration of the characteristics of the obtained fuel cell, and is not particularly limited. The thickness of the electrolyte membrane is usually about 5 to 200 μm, or about 10 to 30 μm. When the thickness of the electrolyte membrane is within such a range, the balance of strength during film formation, durability during use, and output characteristics during use can be appropriately controlled. As described above, the electrolyte membrane is generally a thin film and is easily damaged from the outside because of its thinness. Therefore, if the gas diffusion layer including the sharp end contacts the electrolyte membrane and the electrolyte membrane is damaged, a cross leak may occur. When the cross leak occurs, the power generation performance and fuel consumption are reduced.
これに対し、本発明の実施形態の構成によれば、ガス拡散層の外周領域の少なくとも一部の内部および/または外周領域の少なくとも一部の表面に、樹脂を配置してなる部位を有している。その樹脂によって、ガス拡散層における外側に向けて伸びている先鋭な端部から、電解質膜を保護する。そのことによって、発電性能の低下や、燃費の低下を抑制することができる。 On the other hand, according to the configuration of the embodiment of the present invention, the gas diffusion layer has a portion formed by arranging resin on at least a part of the outer peripheral region and / or at least a part of the outer peripheral region. ing. The resin protects the electrolyte membrane from sharp edges extending outward in the gas diffusion layer. As a result, a decrease in power generation performance and a decrease in fuel consumption can be suppressed.
なお、図2〜7に示した形態においては、当業者であれば、適宜組み合わせて適用することができる。例えば、ガス拡散層(4a、4c)の外周領域の、電解質膜2側の表層領域に、樹脂が配置されてなる部位Rを有しながら、端部や、表面に、樹脂が配置されてなる部位Rを有してもよい。このように、図2〜7に示した形態を適宜組み合わせたりする形態を、本明細書は開示している。 In addition, in the form shown in FIGS. 2-7, those skilled in the art can apply it combining suitably. For example, the resin is disposed on the end or on the surface of the outer peripheral region of the gas diffusion layer (4a, 4c) while having the portion R on which the resin is disposed in the surface layer region on the electrolyte membrane 2 side. You may have the site | part R. FIG. As described above, the present specification discloses a mode in which the modes illustrated in FIGS.
[膜電極接合体の製造方法]
本願発明においては、電解質膜の両側に少なくとも、触媒層と;マイクロポーラス層ならびに本体をなす基部および前記基部の外面よりも外側に向けて伸びている先鋭な端部を含む導電性のガス拡散層基材を含むガス拡散層と;をこの順で有する膜電極接合体の製造方法であって、前記ガス拡散層の少なくとも一方が、当該ガス拡散層に接触している触媒層より平面方向に大きな外周領域を有しており、かつ、当該ガス拡散層に接触している触媒層が、前記電解質膜より平面方向に小さく、前記外周領域の少なくとも一部の内部および/または前記外周領域の少なくとも一部の表面に、樹脂が配置されてなる部位を作製する工程を有する、膜電極接合体の製造方法が提供される。
[Production method of membrane electrode assembly]
In the present invention, a conductive gas diffusion layer including at least a catalyst layer on both sides of an electrolyte membrane; a microporous layer, a base portion constituting a main body, and a sharp end extending outward from the outer surface of the base portion And a gas diffusion layer including a base material in this order, wherein at least one of the gas diffusion layers is larger in a planar direction than the catalyst layer in contact with the gas diffusion layer. The catalyst layer that has an outer peripheral region and is in contact with the gas diffusion layer is smaller in the planar direction than the electrolyte membrane, and at least a part of the outer peripheral region and / or at least one of the outer peripheral regions. A method for producing a membrane / electrode assembly is provided, which includes a step of producing a portion in which a resin is disposed on the surface of the part.
かような構成とすることで、電解質膜の損傷を有意に低減させることのできる、新規な構造の膜電極接合体を製造することができる。 By setting it as such a structure, the membrane electrode assembly of a novel structure which can reduce the damage of an electrolyte membrane significantly can be manufactured.
本発明の膜電極接合体の製造方法の一実施形態においては、ガス拡散層の少なくとも一方が、当該ガス拡散層に接触している触媒層より平面方向に大きな外周領域を有し、かつ、当該ガス拡散層に接触している触媒層が、電解質膜より平面方向に小さい。 In one embodiment of the method for producing a membrane electrode assembly of the present invention, at least one of the gas diffusion layers has a larger outer peripheral area in the planar direction than the catalyst layer in contact with the gas diffusion layer, and the The catalyst layer in contact with the gas diffusion layer is smaller in the planar direction than the electrolyte membrane.
そして、本発明の膜電極接合体の製造方法の一実施形態においては、前記外周領域の少なくとも一部の内部および/または前記外周領域の少なくとも一部の表面に、樹脂が配置されてなる部位を作製する工程を有する。以下、より詳しく説明する。 In one embodiment of the method for producing a membrane / electrode assembly of the present invention, a portion in which resin is disposed in at least a part of the outer peripheral region and / or at least a surface of the outer peripheral region is provided. It has the process to produce. This will be described in more detail below.
本発明の膜電極接合体の製造方法の好ましい実施形態においては、マイクロポーラス層と、本体をなす基部および前記基部の外面よりも外側に向けて伸びている先鋭な端部を含むガス拡散層基材とを積層することによってガス拡散層前駆体を準備する工程と;前記ガス拡散層前駆体の外周領域の少なくとも一部の内部および/または前記外周領域の少なくとも一部の表面に、前記樹脂を含浸させた後に、接触させる触媒層より平面方向に大きくなるように前記ガス拡散層として成形する工程と;を有する。 In a preferred embodiment of the method for producing a membrane / electrode assembly of the present invention, a gas diffusion layer base comprising a microporous layer, a base portion constituting a main body, and a sharp end extending outward from the outer surface of the base portion. A step of preparing a gas diffusion layer precursor by laminating a material; and at least a part of an outer peripheral region of the gas diffusion layer precursor and / or a surface of at least a part of the outer peripheral region. And forming the gas diffusion layer so as to be larger in the planar direction than the contacted catalyst layer after impregnation.
まず、マイクロポーラス層と、本体をなす基部および前記基部の外面よりも外側に向けて伸びている先鋭な端部を含むガス拡散層基材とを積層することによってガス拡散層前駆体を準備する工程を説明する。 First, a gas diffusion layer precursor is prepared by laminating a microporous layer and a gas diffusion layer base material including a base portion forming a main body and a sharp end extending outward from the outer surface of the base portion. The process will be described.
マイクロポーラス層と、ガス拡散層基材との積層は、どのように積層してもよいが、ガス拡散層基材上にマイクロポーラス層を積層することが好ましい。例えば、以下のような方法がある。まず、カーボン粒子、撥水剤等を、溶媒中に分散させることによりスラリーを調製する。次に、前記スラリーを、本体をなす基部および前記基部の外面よりも外側に向けて伸びている先鋭な端部を含むガス拡散層基材上に塗布し乾燥させる。あるいは、前記スラリーを一度乾燥させ粉砕することで粉体にし、これを、本体をなす基部および前記基部の外面よりも外側に向けて伸びている先鋭な端部を含むガス拡散層基材上に塗布する。その後、マッフル炉や焼成炉を用いて250〜400℃程度で熱処理を施す。上記方法において、スラリーの調製に使用される溶媒としては、特に制限されない。例えば、水、パーフルオロベンゼン、ジクロロペンタフルオロプロパン、メタノールやエタノール等のアルコール系溶媒が好ましく使用できる。このようにして、樹脂がまだ配置されていない、「ガス拡散層前駆体」を作製する。なお、「ガス拡散層前駆体」は、市販品があればそれを購入して準備してもよい。 The microporous layer and the gas diffusion layer base material may be stacked in any manner, but it is preferable to stack the microporous layer on the gas diffusion layer base material. For example, there are the following methods. First, a slurry is prepared by dispersing carbon particles, a water repellent and the like in a solvent. Next, the slurry is applied onto a gas diffusion layer base material including a base portion constituting a main body and a sharp end extending outward from the outer surface of the base portion, and is dried. Alternatively, the slurry is once dried and pulverized to form a powder, and this is formed on a gas diffusion layer base material including a base portion forming a main body and a sharp end extending outward from the outer surface of the base portion. Apply. Thereafter, heat treatment is performed at about 250 to 400 ° C. using a muffle furnace or a firing furnace. In the above method, the solvent used for preparing the slurry is not particularly limited. For example, water, perfluorobenzene, dichloropentafluoropropane, alcohol solvents such as methanol and ethanol can be preferably used. In this way, a “gas diffusion layer precursor” in which the resin is not yet arranged is produced. In addition, if there exists a commercial item, you may purchase and prepare a "gas diffusion layer precursor".
続いて、前記ガス拡散層前駆体の外周領域の少なくとも一部の内部および/または前記外周領域の少なくとも一部の表面に、前記樹脂を含浸させた後に、接触させる触媒層より平面方向に大きくなるように前記ガス拡散層として成形する工程を行う。 Subsequently, the resin layer is impregnated with at least a part of the outer peripheral region of the gas diffusion layer precursor and / or at least a part of the surface of the outer peripheral region, and then becomes larger in a planar direction than the catalyst layer to be contacted. Thus, the step of forming the gas diffusion layer is performed.
まず、図8に示されるように、成形されるガス拡散層の外周領域に、樹脂が配置されてなる部位Rを有させるように、それに対応するガス拡散層前駆体の外周領域に、所望の形状(例えば、額縁状)の樹脂シートR’を配置することができる。あるいは、ガス拡散層前駆体(4a’,4c’)のガス拡散層となる部分にマスキングをして当該部位以外の領域に樹脂液を塗布することもできる。ここで、塗布の方法も従来公知の方法を適用することができ、例えば、アプリケータを使ったり、スクリーン印刷等の技術を使ったりすることができる。 First, as shown in FIG. 8, in the outer peripheral region of the gas diffusion layer precursor corresponding to the gas diffusion layer precursor corresponding thereto, the outer peripheral region of the gas diffusion layer to be molded has a portion R where the resin is arranged. A resin sheet R ′ having a shape (for example, a frame shape) can be disposed. Alternatively, the portion of the gas diffusion layer precursor (4a ′, 4c ′) that becomes the gas diffusion layer is masked, and the resin liquid can be applied to a region other than the region. Here, as a coating method, a conventionally known method can be applied. For example, an applicator or a technique such as screen printing can be used.
なお上記において、ガス拡散層前駆体のガス拡散層基材側に、樹脂シートを配置したり、樹脂液を塗布したりしてもよい。あるいは、ガス拡散層前駆体のマイクロポーラス層側に樹脂シートを配置したり、樹脂液を塗布したりしてもよい。ただし、ガス拡散層の外周領域の電解質膜への直接接触を抑制するためには、後者が好ましい。 In the above, a resin sheet may be arranged on the gas diffusion layer base material side of the gas diffusion layer precursor, or a resin liquid may be applied. Alternatively, a resin sheet may be disposed on the microporous layer side of the gas diffusion layer precursor, or a resin liquid may be applied. However, the latter is preferable in order to suppress direct contact of the outer peripheral region of the gas diffusion layer with the electrolyte membrane.
そして、図8に示されるように、樹脂シートR’をガス拡散層前駆体(4a’,4c’)に配置した後、ガス拡散層前駆体(4a’,4c’)の外周領域の少なくとも一部の内部および/または前記外周領域の少なくとも一部の表面に、樹脂を含浸させる。その方法にも制限されない。例えば、樹脂として、熱可塑性樹脂を用いる場合、該熱可塑性樹脂の軟化点以上に加熱することによって、軟化した熱可塑性樹脂を自由に移動(含浸)させることが可能である。したがって、熱可塑性樹脂を流動化させ、その配置位置をより適した位置にコントロールさせることができる。また、樹脂シートや、塗布された樹脂の上から、圧力(必要に応じて温度)をかけながら、外周領域の少なくとも一部の内部および/または前記外周領域の少なくとも一部の表面に、前記樹脂を含浸させることもできる。なお、塗布で行う場合、塗布したくない部分に予めマスキングを行うことによって、所望の位置に前記樹脂を含浸させることができる。 Then, as shown in FIG. 8, after the resin sheet R ′ is arranged on the gas diffusion layer precursor (4a ′, 4c ′), at least one of the outer peripheral regions of the gas diffusion layer precursor (4a ′, 4c ′). A resin is impregnated into the inside of the part and / or at least a part of the surface of the outer peripheral region. The method is not limited. For example, when a thermoplastic resin is used as the resin, the softened thermoplastic resin can be freely moved (impregnated) by heating to a temperature above the softening point of the thermoplastic resin. Therefore, it is possible to fluidize the thermoplastic resin and control the arrangement position to a more suitable position. Further, the resin is applied to at least a part of the outer peripheral region and / or at least a part of the outer peripheral region while applying pressure (temperature if necessary) from above the resin sheet and the applied resin. Can also be impregnated. In addition, when performing by application | coating, it can be made to impregnate the said resin in a desired position by masking beforehand the part which does not want to apply | coat.
なお、樹脂シートの大きさや厚み、塗布量や塗布厚みは、どこにどの程度、樹脂が配置されてなる部位を作製したいかに応じて、適宜設計をすればよい。例えば、図2に示されるように、外周領域の厚みと、樹脂の厚みとを一致させたい場合、それに必要なだけの樹脂シートの厚みや、塗布量、塗布厚みにすればよい。図4に示されるように樹脂を内方に配置させたいのであれば、それに応じた大きさの樹脂シートを用意したり、マスキングの大きさを変えればよい。図5に示されるような、表層領域に樹脂を配置させたい場合は、それに応じて樹脂シートの厚みや、塗布量、塗布厚みを変えればよい。また、図6のように、外周領域の表面に樹脂を配置させたい場合、それに応じた厚さの樹脂シートを選んだり、その分、樹脂の塗布量を多くすればよい。あるいは、接着剤等を使って樹脂シートを表面のみに貼りあわせるだけでもよい。また、圧力および/または温度を調整して、樹脂が表面に残るように設計してもよい。 In addition, what is necessary is just to design suitably the magnitude | size and thickness of a resin sheet, the application quantity, and application thickness according to where and how much the part by which resin is arrange | positioned is produced. For example, as shown in FIG. 2, when it is desired to match the thickness of the outer peripheral region with the thickness of the resin, the thickness of the resin sheet, the coating amount, and the coating thickness may be set as much as necessary. If it is desired to arrange the resin inward as shown in FIG. 4, a resin sheet having a size corresponding to the resin may be prepared or the masking size may be changed. When it is desired to dispose the resin in the surface layer region as shown in FIG. 5, the thickness, coating amount, and coating thickness of the resin sheet may be changed accordingly. In addition, as shown in FIG. 6, when resin is to be arranged on the surface of the outer peripheral region, a resin sheet having a thickness corresponding to the resin may be selected, or the amount of resin applied may be increased accordingly. Alternatively, the resin sheet may be bonded only to the surface using an adhesive or the like. Further, the pressure and / or temperature may be adjusted so that the resin remains on the surface.
続いて、樹脂を含浸させた後、接触させる触媒層より平面方向に大きくなるようにガス拡散層として成形する。成形の方法には、特に制限されないが、ガス拡散層が、当該ガス拡散層に接触する触媒層より平面方向に大きな外周領域を有するように打ち抜いたり、あるいは、少なくとも一辺ずつカットしたりすればよい。 Subsequently, after impregnating the resin, the gas diffusion layer is formed so as to be larger in the planar direction than the catalyst layer to be contacted. The molding method is not particularly limited, and the gas diffusion layer may be punched out so as to have a larger outer peripheral area in the plane direction than the catalyst layer in contact with the gas diffusion layer, or may be cut at least one side at a time. .
本実施形態においては、樹脂を配置した後にガス拡散層を成形する。本実施形態では、基部の外面よりも外側に向けて伸びている先鋭な端部が、樹脂によって前記基部に固定されている。そのため、前記基部から先鋭な部材が脱落することを抑制することができる。また、樹脂を浸透させているため、樹脂が接着剤の役割を果たし、基材と、マイクロポーラス層がより強固に接合するため、マイクロポーラス層の脱落が抑制される効果もある。加えて、マイクロポーラス層を構成する成分も、樹脂によって固定されているため、その成分自体が脱落することを抑制するという効果もある。このように、ガス拡散層を成形した時または成形した後に、ガス拡散層を取り扱う際、マイクロポーラス層や、先鋭な部材の脱落を抑制することができるため、信頼性の高い燃料電池の提供が可能となる。 In the present embodiment, the gas diffusion layer is formed after the resin is arranged. In the present embodiment, a sharp end extending outward from the outer surface of the base is fixed to the base by resin. Therefore, it is possible to prevent the sharp member from dropping from the base portion. In addition, since the resin is infiltrated, the resin plays the role of an adhesive, and the base material and the microporous layer are more firmly bonded, so that the microporous layer can be prevented from dropping off. In addition, since the component constituting the microporous layer is also fixed by the resin, there is an effect of suppressing the component itself from dropping off. As described above, when the gas diffusion layer is molded or after the molding, when the gas diffusion layer is handled, dropping of the microporous layer and the sharp member can be suppressed, so that a highly reliable fuel cell can be provided. It becomes possible.
また、本発明の膜電極接合体の製造方法の他の好ましい実施形態によれば、マイクロポーラス層と、本体をなす基部および前記基部の外面よりも外側に向けて伸びている先鋭な端部を含むガス拡散層基材とを積層することによってガス拡散層前駆体を準備する工程と;前記ガス拡散層前駆体を、前記ガス拡散層が接触する触媒層より平面方向に大きくなるように成形する工程と;前記成形されたガス拡散層前駆体の外周領域の少なくとも一部の内部および/または前記外周領域の少なくとも一部の表面に、前記樹脂を含浸させる工程と;を有する。 Further, according to another preferred embodiment of the method for producing a membrane electrode assembly of the present invention, the microporous layer, the base part constituting the main body, and the sharp end extending outward from the outer surface of the base part are provided. A step of preparing a gas diffusion layer precursor by laminating a gas diffusion layer base material, and the gas diffusion layer precursor is shaped to be larger in a planar direction than a catalyst layer with which the gas diffusion layer is in contact And a step of impregnating at least a part of an outer peripheral region of the molded gas diffusion layer precursor and / or a surface of at least a part of the outer peripheral region with the resin.
本実施形態では、ガス拡散層前駆体を、ガス拡散層が接触する触媒層より平面方向に大きくなるように成形した後、成形されたガス拡散層前駆体の外周領域の少なくとも一部の内部および/または前記外周領域の少なくとも一部の表面に、前記樹脂を含浸させる。以下、説明する。 In the present embodiment, the gas diffusion layer precursor is molded so as to be larger in the planar direction than the catalyst layer with which the gas diffusion layer contacts, and then the interior of at least a part of the outer peripheral region of the molded gas diffusion layer precursor and At least a part of the surface of the outer peripheral region is impregnated with the resin. This will be described below.
ガス拡散層前駆体を準備する工程については上記と同様である。 The step of preparing the gas diffusion layer precursor is the same as described above.
続いて、ガス拡散層前駆体を、ガス拡散層が接触する触媒層より平面方向に大きくなるように成形する。成形の方法については上記と同様である。 Subsequently, the gas diffusion layer precursor is shaped so as to be larger in the planar direction than the catalyst layer with which the gas diffusion layer contacts. The molding method is the same as described above.
その後、図9に示されるように、成形されたガス拡散層前駆体(4a’,4c’)の外周領域に、額縁状の樹脂シートR’を配置する。無論、上記のように、樹脂液を塗布し、樹脂を含浸させてもよい。樹脂シートを配置したり、樹脂液を塗布したりする方法や、前記樹脂を含浸させる方法については上記と同様である。 Thereafter, as shown in FIG. 9, a frame-shaped resin sheet R ′ is disposed in the outer peripheral region of the molded gas diffusion layer precursor (4 a ′, 4 c ′). Of course, as described above, a resin liquid may be applied and impregnated with the resin. The method of arranging a resin sheet, applying a resin liquid, and the method of impregnating the resin are the same as described above.
本実施形態では、予めガス拡散層前駆体を成形する。そうすると、基部の外面よりも外側に向けて伸びている先鋭な端部が多くなる傾向にある。しかし、本実施形態であれば、樹脂が、先鋭な端部を被覆する。これによって、ガス拡散層の電解質膜への直接接触を抑制することができる。それはひいては、膜電極接合体を製造する際、あるいは、燃料電池の運転中に、当該先鋭な端部が脱落することを抑制し、信頼性の高い燃料電池を提供することが可能となる。 In this embodiment, the gas diffusion layer precursor is formed in advance. If it does so, it exists in the tendency for the sharp edge part extended toward the outer side rather than the outer surface of a base to increase. However, in this embodiment, the resin covers the sharp end. Thereby, direct contact of the gas diffusion layer with the electrolyte membrane can be suppressed. As a result, when manufacturing the membrane electrode assembly or during the operation of the fuel cell, it is possible to prevent the sharp end from dropping off, and to provide a highly reliable fuel cell.
なお、図9に示される形態では、樹脂を含浸させるガス拡散層前駆体よりも、平面方向に大きな樹脂シートを使用している。そのため、図7に示されるような、ガス拡散層の外周領域において、その端部にも樹脂が配置されてなる部位を有させることができる。このように、本発明であれば、ガス拡散層の外周領域の内部、表面だけではなく、端部にも自由自在に、樹脂が配置されてなる部位を有させることができる。 In the embodiment shown in FIG. 9, a resin sheet that is larger in the plane direction than the gas diffusion layer precursor impregnated with resin is used. Therefore, in the outer peripheral region of the gas diffusion layer as shown in FIG. 7, it is possible to have a portion where the resin is disposed at the end portion. As described above, according to the present invention, not only the inside and the surface of the outer peripheral region of the gas diffusion layer, but also the end portion can have a portion where the resin is arranged freely.
なお、膜電極接合体は、電解質膜の両側に少なくとも、触媒層と;本発明のガス拡散層と;をこの順で有するように製造できれば、他は、従来公知の方法を使用あるいは組み合わせることで行うことができる。例えば、電解質膜に触媒層をホットプレスで転写または塗布し、これを乾燥したものに、本発明の樹脂が配置されてなる部位を有するガス拡散層を接合する方法がある。あるいは、ガス拡散層のマイクロポーラス層面に触媒層を予め塗布して乾燥することによりガス拡散電極(GDE)を2枚作製し、電解質膜の両面にこのガス拡散電極をホットプレスで接合する方法を使用することができる。ホットプレス等の塗布、接合条件は、電解質膜や触媒層内の高分子電解質の種類(パ−フルオロスルホン酸系や炭化水素系)によって適宜調整すればよい。 The membrane / electrode assembly can be produced by using or combining conventionally known methods as long as at least the catalyst layer and the gas diffusion layer of the present invention can be produced in this order on both sides of the electrolyte membrane. It can be carried out. For example, there is a method of joining a gas diffusion layer having a portion where the resin of the present invention is disposed to a catalyst layer transferred or applied to an electrolyte membrane by hot pressing and dried. Alternatively, a method of preparing two gas diffusion electrodes (GDE) by applying a catalyst layer in advance to the microporous layer surface of the gas diffusion layer and drying, and bonding the gas diffusion electrodes to both surfaces of the electrolyte membrane by hot pressing. Can be used. Application and bonding conditions such as hot pressing may be appropriately adjusted depending on the type of polymer electrolyte (perfluorosulfonic acid type or hydrocarbon type) in the electrolyte membrane or catalyst layer.
<燃料電池>
本発明においては、上記の膜電極接合体または上記の製造方法によって製造されてなる膜電極接合体が、ガス流路を有するセパレータによって挟持されてなる、燃料電池も提供される。
<Fuel cell>
The present invention also provides a fuel cell in which the above membrane electrode assembly or the membrane electrode assembly produced by the above production method is sandwiched between separators having gas flow paths.
上記のように、ガス拡散層の外周領域の少なくとも一部の内部および/または前記外周領域の少なくとも一部の表面に、樹脂が配置されてなる部位を有する。そのため、その樹脂によって、ガス拡散層における外側に向けて伸びている先鋭な端部から、電解質膜を保護する。そのことによって、発電性能の低下や、燃費の低下を抑制することができる。 As mentioned above, it has the site | part by which resin is arrange | positioned in the inside of at least one part of the outer periphery area | region of a gas diffusion layer, and / or the surface of at least one part of the said outer periphery area | region. Therefore, the electrolyte membrane is protected from the sharp end portion extending outward in the gas diffusion layer by the resin. As a result, a decrease in power generation performance and a decrease in fuel consumption can be suppressed.
[セパレータ]
セパレータは、固体高分子形燃料電池などの燃料電池の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に接続する機能を有する。また、セパレータは、燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却剤を互に分離する隔壁としての機能も有する。これらの流路を確保するため、上述したように、セパレータのそれぞれにはガス流路および冷却流路が設けられていることが好ましい。セパレータを構成する材料としては、緻密カーボングラファイト、炭素板などのカーボンや、ステンレスなどの金属など、従来公知の材料が適宜制限なく採用できる。セパレータの厚さやサイズ、設けられる各流路の形状やサイズなどは特に限定されず、得られる燃料電池の所望の出力特性などを考慮して適宜決定できる。
[Separator]
The separator has a function of electrically connecting each cell in series when a plurality of single cells of a fuel cell such as a polymer electrolyte fuel cell are connected in series to form a fuel cell stack. The separator also functions as a partition that separates the fuel gas, the oxidant gas, and the coolant from each other. In order to secure these flow paths, as described above, each of the separators is preferably provided with a gas flow path and a cooling flow path. As a material constituting the separator, conventionally known materials such as dense carbon graphite, carbon such as a carbon plate, and metal such as stainless steel can be appropriately employed without limitation. The thickness and size of the separator and the shape and size of each flow path provided are not particularly limited, and can be appropriately determined in consideration of the desired output characteristics of the obtained fuel cell.
燃料電池の種類としては、特に限定されず、上記した説明中では高分子電解質型燃料電池(PEFC)を例に挙げて説明したが、この他にも、アルカリ型燃料電池、ダイレクトメタノール型燃料電池、マイクロ燃料電池などが挙げられる。なかでも小型かつ高密度・高出力化が可能であるから、高分子電解質型燃料電池が好ましく挙げられる。また、燃料電池は、搭載スペースが限定される車両などの移動体用電源の他、定置用電源などとして有用であるが、特にシステムの起動/停止や出力変動が頻繁に発生する自動車用途で特に好適に使用できる。 The type of the fuel cell is not particularly limited. In the above description, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) has been described as an example. However, in addition to the above, an alkaline fuel cell and a direct methanol fuel cell are used. And a micro fuel cell. Among them, a polymer electrolyte fuel cell is preferable because it is small in size, and can achieve high density and high output. The fuel cell is useful as a power source for stationary vehicles as well as a power source for a moving body such as a vehicle in which a mounting space is limited. Particularly, the fuel cell is particularly useful for an automobile application in which system start / stop and output fluctuation frequently occur. It can be used suitably.
燃料電池の製造方法は、特に制限されることなく、燃料電池の分野において従来公知の知見が適宜参照されうる。 The manufacturing method of the fuel cell is not particularly limited, and conventionally known knowledge can be appropriately referred to in the field of the fuel cell.
燃料電池を運転する際に用いられる燃料は特に限定されない。例えば、水素、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、第2級ブタノール、第3級ブタノール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチレングリコール、ジエチレングリコールなどが用いられうる。なかでも、高出力化が可能である点で、水素やメタノールが好ましく用いられる。 The fuel used when operating the fuel cell is not particularly limited. For example, hydrogen, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, secondary butanol, tertiary butanol, dimethyl ether, diethyl ether, ethylene glycol, diethylene glycol and the like can be used. Of these, hydrogen and methanol are preferably used in that high output is possible.
さらに、燃料電池が所望する電圧を発揮できるように、セパレータを介して膜電極接合体を複数積層して直列に繋いだ構造の燃料電池スタックを形成してもよい。燃料電池の形状などは、特に限定されず、所望する電圧などの電池特性が得られるように適宜決定すればよい。 Furthermore, a fuel cell stack having a structure in which a plurality of membrane electrode assemblies are stacked and connected in series via a separator may be formed so that the fuel cell can exhibit a desired voltage. The shape of the fuel cell is not particularly limited, and may be determined as appropriate so that desired battery characteristics such as voltage can be obtained.
本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。なお、下記実施例において、特記しない限り、操作は室温(25℃)で行われた。また、特記しない限り、「%」および「部」は、それぞれ、「重量%」および「重量部」を意味する。 The effects of the present invention will be described using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples. In the following examples, the operation was performed at room temperature (25 ° C.) unless otherwise specified. Unless otherwise specified, “%” and “part” mean “% by weight” and “part by weight”, respectively.
<実施例1(絶縁性樹脂をガス拡散層の内部に配置;固体絶縁物を溶融し含浸)>
GDL(ガス拡散層)の作製は、以下の手順により行った。
<Example 1 (Insulating resin is disposed inside gas diffusion layer; solid insulator is melted and impregnated)>
Production of GDL (gas diffusion layer) was performed according to the following procedure.
まず、ガス拡散層前駆体(SGLカーボン社製25BC)を準備した。このガス拡散層前駆体は、ガス拡散層基材(カーボンペーパ、5重量%PTFE含有、厚さ225μm)と、マイクロポーラス層(厚み35μm)とからなっており、ガス拡散層基材は、カーボンペーパであり、外側に向けて伸びている先鋭な端部を備える。 First, a gas diffusion layer precursor (25BC manufactured by SGL Carbon Co.) was prepared. This gas diffusion layer precursor is composed of a gas diffusion layer substrate (carbon paper, containing 5 wt% PTFE, thickness 225 μm) and a microporous layer (thickness 35 μm). Paper, with sharp edges extending outward.
そのガス拡散層前駆体を所定の寸法に切り出した。 The gas diffusion layer precursor was cut into a predetermined size.
他方、当該ガス拡散層前駆体より大きい寸法に切り出した絶縁性樹脂シート(低密度ポリエチレンシート)を準備した。それを当該ガス拡散層前駆体より小さい寸法を(不要部分として)打ち抜き、額縁状の絶縁性樹脂シートを作製した。 On the other hand, an insulating resin sheet (low density polyethylene sheet) cut out to a size larger than the gas diffusion layer precursor was prepared. It was punched into dimensions smaller than the gas diffusion layer precursor (as an unnecessary part) to produce a frame-shaped insulating resin sheet.
切り出されたガス拡散層前駆体のマイクロポーラス層側に、額縁状の絶縁性樹脂シートを積層し、150℃、0.2MPa、10分の条件でホットプレスし、絶縁性樹脂をガス拡散層前駆体の外周領域の内部に含浸させた。 A frame-shaped insulating resin sheet is laminated on the microporous layer side of the cut out gas diffusion layer precursor, and hot-pressed at 150 ° C., 0.2 MPa, for 10 minutes to make the insulating resin into the gas diffusion layer precursor. Impregnation into the outer peripheral area of the body.
このようにして、ガス拡散層の外周領域に、ガス拡散層と同様の厚さを有する樹脂が配置されてなる部位を有するガス拡散層を作製した。 In this way, a gas diffusion layer having a portion in which a resin having the same thickness as the gas diffusion layer is arranged in the outer peripheral region of the gas diffusion layer was produced.
なお、実施例1では、予めガス拡散層前駆体を所定の寸法に切り出したが、絶縁性樹脂をガス拡散層前駆体の外周領域の内部に含浸させた後、所定寸法に切り出すことによって、ガス拡散層としてもよい。 In Example 1, the gas diffusion layer precursor was cut out to a predetermined size in advance, but after impregnating the insulating resin inside the outer peripheral region of the gas diffusion layer precursor, the gas diffusion layer precursor was cut out to the predetermined size. It may be a diffusion layer.
<実施例2(絶縁性樹脂をGDL内部に配置;溶液の絶縁性樹脂を塗布し含浸)>
まず、ガス拡散層前駆体(SGLカーボン社製25BC)を準備した。
<Example 2 (Insulating resin is disposed inside GDL; applying insulating resin in solution and impregnating)>
First, a gas diffusion layer precursor (25BC manufactured by SGL Carbon Co.) was prepared.
続いて、クラレ社製セプトン(型番:SEBS8004)とトルエンを1:10の重量比で混合し、80℃で混合操作を行い、9%固形分濃度の絶縁性樹脂溶液を作製した。なお、セプトン(型番:SEBS8004)は、ポリスチレンブロックと柔軟なポリオレフィン構造のエラストマーブロックで構成されており、ジブロックとトリブロックの2種類を基本とするブロック共重合体である。 Subsequently, Kuraray Septon (model number: SEBS8004) and toluene were mixed at a weight ratio of 1:10, and a mixing operation was performed at 80 ° C. to prepare an insulating resin solution having a solid content concentration of 9%. Septon (model number: SEBS8004) is composed of a polystyrene block and a flexible polyolefin-structured elastomer block, and is a block copolymer based on two types of diblock and triblock.
続いて、ガス拡散層の中央部に相当する、ガス拡散層前駆体のマイクロポーラス層側の部位に、溶液の絶縁性樹脂が含浸しないようマスキングした後、アプリケータを用いてセプトン溶液をマスキング面から塗布を行い、樹脂を含浸させた。 Subsequently, after masking the portion of the gas diffusion layer precursor on the microporous layer side corresponding to the central portion of the gas diffusion layer so as not to be impregnated with the insulating resin of the solution, the applicator is used to mask the septon solution. Was applied and impregnated with resin.
その後、マスキングを剥離し、オーブンで80℃、空気雰囲気、15分間乾燥を行い、ガス拡散層と同様の厚さを有する、外周領域に樹脂が配置されてなる部位を作製した。 Thereafter, the masking was peeled off, and drying was performed in an oven at 80 ° C. in an air atmosphere for 15 minutes to produce a portion having a thickness similar to that of the gas diffusion layer and having a resin disposed in the outer peripheral region.
その後、ガス拡散層前駆体を、所定の寸法に切り出した。 Thereafter, the gas diffusion layer precursor was cut into a predetermined size.
なお、実施例2では、溶液の絶縁性樹脂をアプリケータにより塗布、含浸しガス拡散層を作製したが、スクリーン印刷等の別の方法でガス拡散層の外周領域に塗布、含浸を行ってもよい。 In Example 2, a gas diffusion layer was produced by applying and impregnating a solution insulating resin with an applicator. However, the outer peripheral region of the gas diffusion layer may be applied and impregnated by another method such as screen printing. Good.
<実施例3(絶縁性樹脂をガス拡散層内部及び表面に配置;溶液の絶縁性樹脂を塗布し含浸および表面に配置)>
実施例2と同様の手順で作製したセプトンのトルエン溶液をマスキング面から塗布を行ってガス拡散層のマイクロポーラス層上にもセプトン樹脂部材(10μm)を配置した以外は、実施例2と同様にしてガス拡散層を作製した。
<Example 3 (Insulating resin is disposed inside and on surface of gas diffusion layer; impregnated with insulating resin in solution and disposed on surface)>
The same procedure as in Example 2 was applied except that a Septon toluene solution produced in the same procedure as in Example 2 was applied from the masking surface and a Septon resin member (10 μm) was also disposed on the microporous layer of the gas diffusion layer. Thus, a gas diffusion layer was produced.
<比較例(樹脂含浸無し)>
SGLカーボン社製25BCを使用し、絶縁性樹脂が含浸されていないガス拡散層を比較例として準備した。
<Comparative example (no resin impregnation)>
A gas diffusion layer that was not impregnated with an insulating resin was prepared as a comparative example using 25BC manufactured by SGL Carbon.
<最大突き刺し応力評価方法>
ガス拡散層と、電解質膜とを下記3層構造となるように積層した評価試料を作製した。
<Maximum piercing stress evaluation method>
An evaluation sample was prepared in which a gas diffusion layer and an electrolyte membrane were laminated so as to have the following three-layer structure.
<評価用試料構成>
(実施例1)
実施例1で作製したガス拡散層―電解質膜(デュポン社製NRE211)―比較例ガス拡散層(SGLカーボン社製25BC)
(実施例2)
実施例2で作製したガス拡散層―電解質膜(デュポン社製NRE211)―比較例ガス拡散層(SGLカーボン社製25BC)
(実施例3)
実施例3で作製したガス拡散層―電解質膜(デュポン社製NRE211)―比較例ガス拡散層(SGLカーボン社製25BC)
(比較例)
比較例ガス拡散層(SGLカーボン社製25BC)―電解質膜(デュポン社製NRE211)―比較例ガス拡散層(SGLカーボン社製25BC)
<最大突き刺し応力測定>
作製した評価用試料と、直径0.5mm炭素棒とを材料試験機(島津製作所製AUTOGRAPH AG−X)にセットし、作製したガス拡散層の外周領域の表面から炭素棒を1.00mm/分の速度で突き刺し試験を行った。突き刺し試験時の最大荷重を計測し、炭素棒の断面積を除することにより最大突き刺し応力を算出した。結果を図10に示す。なお、炭素棒は、ガス拡散層基材を構成するカーボン繊維を想定している。
<Sample configuration for evaluation>
Example 1
Gas diffusion layer produced in Example 1—Electrolyte membrane (NRE211 manufactured by DuPont) —Comparative gas diffusion layer (25BC manufactured by SGL Carbon)
(Example 2)
Gas diffusion layer produced in Example 2—Electrolyte membrane (NRE211 manufactured by DuPont) —Comparative gas diffusion layer (25BC manufactured by SGL Carbon)
(Example 3)
Gas diffusion layer produced in Example 3—Electrolyte membrane (NRE211 made by DuPont) —Comparative gas diffusion layer (25BC made by SGL Carbon)
(Comparative example)
Comparative Example Gas Diffusion Layer (SBC Carbon 25BC) -Electrolyte Membrane (DuPont NRE211) -Comparative Example Gas Diffusion Layer (SGL Carbon 25BC)
<Maximum piercing stress measurement>
The prepared sample for evaluation and a carbon rod having a diameter of 0.5 mm were set on a material testing machine (AUTOGRAPH AG-X manufactured by Shimadzu Corporation), and the carbon rod was 1.00 mm / min from the surface of the outer peripheral region of the produced gas diffusion layer. The piercing test was conducted at a speed of. The maximum puncture stress was calculated by measuring the maximum load during the piercing test and dividing the cross-sectional area of the carbon rod. The results are shown in FIG. In addition, the carbon rod assumes the carbon fiber which comprises a gas diffusion layer base material.
図10に示されるように、比較例の構成であると、実施例の構成と比較し、最大突き刺し応力が弱い。これに対し、実施例の構成ではいずれも、比較例の構成よりも最大突き刺し応力が強い。これは、ガス拡散層の先鋭な部材の突き刺しが困難(つまり、電解質膜へのダメージを与えにくい)ことを示唆している。 As shown in FIG. 10, the maximum piercing stress is weaker in the configuration of the comparative example than in the configuration of the example. On the other hand, in the configuration of the example, the maximum piercing stress is stronger than the configuration of the comparative example. This suggests that it is difficult to pierce the sharp member of the gas diffusion layer (that is, it is difficult to damage the electrolyte membrane).
よって、膜電極接合体において、ガス拡散層が、ガス拡散層に接触している触媒層より平面方向に大きな外周領域を有しており、かつ、当該ガス拡散層に接触している触媒層が、前記電解質膜より平面方向に小さい場合であっても、以下の効果がある。すなわち、樹脂によって、ガス拡散層における外側に向けて伸びている先鋭な端部から、電解質膜を保護する。そのことによって、発電性能の低下や、燃費の低下を抑制することができることが示唆される。 Therefore, in the membrane electrode assembly, the gas diffusion layer has a larger peripheral area in the plane direction than the catalyst layer in contact with the gas diffusion layer, and the catalyst layer in contact with the gas diffusion layer has Even if it is smaller in the plane direction than the electrolyte membrane, the following effects are obtained. That is, the electrolyte membrane is protected from the sharp end portion extending outward in the gas diffusion layer by the resin. This suggests that power generation performance and fuel consumption can be prevented from decreasing.
1…固体高分子形燃料電池(PEFC)、
2…電解質膜、
3…触媒層、
3a…アノード触媒層、
3c…カソード触媒層、
4a…アノードガス拡散層、
4c…カソードガス拡散層、
4ag…アノードガス拡散層基材、
4cg…カソードガス拡散層基材、
4am…アノードマイクロポーラス層、
4cm…カソードマイクロポーラス層、
4a’…アノードガス拡散層前駆体、
4c’…カソードガス拡散層前駆体、
R…樹脂が配置されてなる部位、
R’…樹脂シート、
5a…アノードセパレータ、
5c…カソードセパレータ、
6a…アノードガス流路、
6c…カソードガス流路、
7…冷媒流路、
10…電解質膜電極接合体(MEA)。
1 ... Polymer electrolyte fuel cell (PEFC),
2 ... electrolyte membrane,
3 ... Catalyst layer,
3a ... anode catalyst layer,
3c ... cathode catalyst layer,
4a ... anode gas diffusion layer,
4c ... cathode gas diffusion layer,
4ag ... anode gas diffusion layer substrate,
4cg ... cathode gas diffusion layer substrate,
4am ... Anode microporous layer,
4 cm ... cathode microporous layer,
4a '... anode gas diffusion layer precursor,
4c '... cathode gas diffusion layer precursor,
R: part where resin is arranged,
R '... resin sheet,
5a ... anode separator,
5c ... cathode separator,
6a ... anode gas flow path,
6c ... cathode gas flow path,
7: Refrigerant flow path,
10: Electrolyte membrane electrode assembly (MEA).
Claims (7)
前記ガス拡散層の少なくとも一方が、当該ガス拡散層に接触している触媒層より平面方向に大きな外周領域を有しており、かつ、当該ガス拡散層に接触している触媒層が、前記電解質膜より平面方向に小さく、
前記外周領域の少なくとも一部の内部および/または前記外周領域の少なくとも一部の表面に、樹脂が配置されてなる部位を有し、前記外周領域の少なくとも一部の表面に配置された樹脂の厚みが、前記ガス拡散層に接触している触媒層より薄い、膜電極接合体。 A gas comprising at least a catalyst layer on both sides of the electrolyte membrane; a microporous layer, and a conductive gas diffusion layer base material including a base portion forming a main body and a sharp end extending outward from the outer surface of the base portion A membrane electrode assembly having a diffusion layer and in this order,
At least one of the gas diffusion layers has a larger outer peripheral area in the planar direction than the catalyst layer in contact with the gas diffusion layer, and the catalyst layer in contact with the gas diffusion layer is the electrolyte. Smaller in the plane direction than the membrane,
Wherein at least a portion of the internal and / or at least a portion of a surface of the outer peripheral region of the outer peripheral region, have a site where the resin is disposed, at least a portion of the thickness of the placed resin on the surface of the outer peripheral region The membrane electrode assembly is thinner than the catalyst layer in contact with the gas diffusion layer .
前記ガス拡散層の少なくとも一方が、当該ガス拡散層に接触している触媒層より平面方向に大きな外周領域を有しており、かつ、当該ガス拡散層に接触している触媒層が、前記電解質膜より平面方向に小さく、
前記外周領域の少なくとも一部の内部および/または前記外周領域の少なくとも一部の表面に、樹脂が配置されてなる部位を作製する工程を有し、ただし、前記外周領域の少なくとも一部の表面に配置された樹脂の厚みが、前記ガス拡散層に接触している触媒層より薄い、膜電極接合体の製造方法。 A gas comprising at least a catalyst layer on both sides of the electrolyte membrane; a microporous layer, and a conductive gas diffusion layer base material including a base portion forming a main body and a sharp end extending outward from the outer surface of the base portion A manufacturing method of a membrane electrode assembly having a diffusion layer in this order,
At least one of the gas diffusion layers has a larger outer peripheral area in the planar direction than the catalyst layer in contact with the gas diffusion layer, and the catalyst layer in contact with the gas diffusion layer is the electrolyte. Smaller in the plane direction than the membrane,
In at least a portion of the inside and / or at least a portion of a surface of the outer peripheral region of the outer peripheral region, have a step of preparing a site where the resin is disposed, however, at least a portion of the surface of the outer peripheral region A method for producing a membrane / electrode assembly , wherein the resin disposed is thinner than the catalyst layer in contact with the gas diffusion layer .
前記ガス拡散層前駆体の外周領域の少なくとも一部の内部および/または前記外周領域の少なくとも一部の表面に、前記樹脂を含浸させた後に、接触させる触媒層より平面方向に大きくなるように前記ガス拡散層として成形する工程と;
を有する、請求項4に記載の製造方法。 Preparing a gas diffusion layer precursor by laminating a microporous layer and a gas diffusion layer base material including a base portion forming a main body and a sharp end extending outward from an outer surface of the base portion; and ;
The impregnation of at least a part of the outer peripheral region of the gas diffusion layer precursor and / or a surface of at least a part of the outer peripheral region with the resin so as to be larger in a planar direction than the catalyst layer to be contacted. Forming as a gas diffusion layer;
The manufacturing method of Claim 4 which has these.
前記ガス拡散層前駆体を、前記ガス拡散層が接触する触媒層より平面方向に大きくなるように成形する工程と;
前記成形されたガス拡散層前駆体の外周領域の少なくとも一部の内部および/または前記外周領域の少なくとも一部の表面に、前記樹脂を含浸させる工程と;
を有する、請求項4に記載の製造方法。 Preparing a gas diffusion layer precursor by laminating a microporous layer and a gas diffusion layer base material including a base portion forming a main body and a sharp end extending outward from an outer surface of the base portion; and ;
Forming the gas diffusion layer precursor so as to be larger in a planar direction than the catalyst layer with which the gas diffusion layer contacts;
Impregnating the resin with at least a part of an outer peripheral region of the molded gas diffusion layer precursor and / or a surface of at least a part of the outer peripheral region;
The manufacturing method of Claim 4 which has these.
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