JP6850851B1 - Fuel cell - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料電池の出力低下を抑制する。【解決手段】燃料電池100は、膜電極接合体10、第1及び第2セパレータ11,12、第1及び第2シール部材13,14、並びに、第1酸化触媒部15を備えている。第1シール部材13は、第1セパレータ11と膜電極接合体10との間に配置される。第1シール部材13は、膜電極接合体10の外周部と第1セパレータ11の外周部との間をシールする。第2シール部材14は、第2セパレータ12と膜電極接合体10との間に配置される。第2シール部材14は、膜電極接合体10の外周部と第2セパレータ12の外周部との間をシールする。第1酸化触媒部15は、第1シール部材13と第1電極3との間に配置される。第1酸化触媒部15は、膜電極接合体10に供給される燃料と酸化剤との酸化反応に対して活性を有する酸化触媒を有する。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a decrease in output of a fuel cell. A fuel cell 100 includes a membrane electrode assembly 10, first and second separators 11, 12, first and second seal members 13, 14, and a first oxidation catalyst section 15. The first seal member 13 is arranged between the first separator 11 and the membrane electrode assembly 10. The first sealing member 13 seals between the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly 10 and the outer peripheral portion of the first separator 11. The second sealing member 14 is arranged between the second separator 12 and the membrane electrode assembly 10. The second sealing member 14 seals between the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly 10 and the outer peripheral portion of the second separator 12. The first oxidation catalyst unit 15 is arranged between the first seal member 13 and the first electrode 3. The first oxidation catalyst unit 15 has an oxidation catalyst that is active in the oxidation reaction between the fuel supplied to the membrane electrode assembly 10 and the oxidizing agent. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell.

燃料電池は、水素などの燃料と、空気などの酸化剤との電気化学反応によって電気エネルギーを取り出す。燃料電池は、膜電極接合体と、一対のセパレータとを有している。膜電極接合体は、電解質と、一対の電極とを有している。電解質は、一対の電極間に配置されている。一対のセパレータは、膜電極接合体を挟むように配置されている。この膜電極接合体とセパレータとの間から燃料又は酸化剤が外部へ漏出しないようにシール部材が設けられている。 A fuel cell extracts electrical energy by an electrochemical reaction between a fuel such as hydrogen and an oxidizing agent such as air. The fuel cell has a membrane electrode assembly and a pair of separators. The membrane electrode assembly has an electrolyte and a pair of electrodes. The electrolyte is located between the pair of electrodes. The pair of separators are arranged so as to sandwich the membrane electrode assembly. A sealing member is provided so that the fuel or the oxidizing agent does not leak to the outside from between the membrane electrode assembly and the separator.

特開2018−206572号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-206572

以上のような構成の燃料電池において、出力低下の抑制が要望されている。そこで本発明の課題は、燃料電池の出力低下を抑制することにある。 In a fuel cell having the above configuration, it is required to suppress a decrease in output. Therefore, an object of the present invention is to suppress a decrease in the output of the fuel cell.

本発明の第1側面に係る燃料電池は、膜電極接合体と、第1セパレータと、第2セパレータと、第1シール部材と、第2シール部材と、第1酸化触媒部とを備えている。膜電極接合部は、電解質、第1電極、及び第2電極を有する。第1セパレータは、膜電極接合体の第1電極側に配置される。第2セパレータは、膜電極接合体の第2電極側に配置される。第1シール部材は、第1セパレータと膜電極接合体との間に配置される。第1シール部材は、膜電極接合体の外周部と第1セパレータの外周部との間をシールする。第2シール部材は、第2セパレータと膜電極接合体との間に配置される。第2シール部材は、膜電極接合体の外周部と第2セパレータの外周部との間をシールする。第1酸化触媒部は、第1シール部材と第1電極との間に配置される。第1酸化触媒部は、膜電極接合体に供給される燃料と酸化剤との酸化反応に対して活性を有する酸化触媒を有する。 The fuel cell according to the first aspect of the present invention includes a membrane electrode assembly, a first separator, a second separator, a first seal member, a second seal member, and a first oxidation catalyst portion. .. The membrane electrode junction has an electrolyte, a first electrode, and a second electrode. The first separator is arranged on the first electrode side of the membrane electrode assembly. The second separator is arranged on the second electrode side of the membrane electrode assembly. The first sealing member is arranged between the first separator and the membrane electrode assembly. The first sealing member seals between the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly and the outer peripheral portion of the first separator. The second sealing member is arranged between the second separator and the membrane electrode assembly. The second sealing member seals between the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly and the outer peripheral portion of the second separator. The first oxidation catalyst portion is arranged between the first seal member and the first electrode. The first oxidation catalyst section has an oxidation catalyst that is active in the oxidation reaction between the fuel supplied to the membrane electrode assembly and the oxidizing agent.

この構成によれば、次のような要領で、燃料電池の出力の低下を抑制することができる。まず、第1電極に燃料が供給され第2電極に酸化剤が供給される場合において、第1シール部材の密着不良などによって、第1セパレータのガス流路に酸化剤が侵入することがある。ここで、従来の燃料電池では、その酸化剤が第1電極まで到達し、第1電極の表面で酸化剤と燃料との燃焼反応が起こるおそれがある。このように第1電極の表面で燃焼反応が起こると、第1電極内で混成電位が形成され、燃料電池による出力が低下する。 According to this configuration, it is possible to suppress a decrease in the output of the fuel cell in the following manner. First, when fuel is supplied to the first electrode and the oxidizing agent is supplied to the second electrode, the oxidizing agent may enter the gas flow path of the first separator due to poor adhesion of the first sealing member or the like. Here, in a conventional fuel cell, the oxidant may reach the first electrode, and a combustion reaction between the oxidant and the fuel may occur on the surface of the first electrode. When the combustion reaction occurs on the surface of the first electrode in this way, a hybrid potential is formed in the first electrode, and the output of the fuel cell decreases.

これに対して、上述したように構成された燃料電池は、第1酸化触媒部が第1シール部材と第1電極との間に配置されているため、上述した燃料電池の出力低下を次のように抑制することができる。まず、第1セパレータのガス流路内に侵入した酸化剤は、第1電極に到達する前に、第1酸化触媒部上で、ガス流路内を流れる燃料と燃焼反応が起こる。この燃焼反応によって酸化剤が消費されるため、第1電極に到達する酸化剤が低減する。この結果、第1電極の表面での酸化剤と燃料との燃焼反応の発生が低減し、燃料電池の出力の低下を抑制することができる。なお、第1電極に酸化剤が供給され第2電極に燃料が供給される場合であっても、同様に燃料電池の出力の低下を抑制することができる。 On the other hand, in the fuel cell configured as described above, since the first oxidation catalyst portion is arranged between the first seal member and the first electrode, the output reduction of the fuel cell described above is described as follows. Can be suppressed as such. First, the oxidant that has entered the gas flow path of the first separator undergoes a combustion reaction with the fuel flowing in the gas flow path on the first oxidation catalyst section before reaching the first electrode. Since the oxidizing agent is consumed by this combustion reaction, the amount of the oxidizing agent reaching the first electrode is reduced. As a result, the occurrence of a combustion reaction between the oxidant and the fuel on the surface of the first electrode is reduced, and a decrease in the output of the fuel cell can be suppressed. Even when the oxidizing agent is supplied to the first electrode and the fuel is supplied to the second electrode, the decrease in the output of the fuel cell can be similarly suppressed.

好ましくは、燃料電池は、第2酸化触媒部をさらに備える。第2酸化触媒部は、第2シール部材と第2電極との間に配置される。第2酸化触媒部は、膜電極接合体に供給される燃料と酸化剤との酸化反応に対して活性を有する酸化触媒を有する。 Preferably, the fuel cell further comprises a second oxidation catalyst section. The second oxidation catalyst portion is arranged between the second seal member and the second electrode. The second oxidation catalyst section has an oxidation catalyst that is active in the oxidation reaction between the fuel supplied to the membrane electrode assembly and the oxidizing agent.

好ましくは、第1酸化触媒部は、第1シール部材上に配置される。 Preferably, the first oxidation catalyst section is arranged on the first seal member.

好ましくは、電解質は、第1中央領域と、第1外周領域とを有する。第1中央領域は、第1電極が配置される領域である。第1外周領域は、第1中央領域と第1シール部材との間の領域である。第1酸化触媒部は、第1外周領域に配置される。 Preferably, the electrolyte has a first central region and a first outer peripheral region. The first central region is a region in which the first electrode is arranged. The first outer peripheral region is a region between the first central region and the first seal member. The first oxidation catalyst section is arranged in the first outer peripheral region.

好ましくは、第1電極は、平面視において矩形状である。第1シール部材は、平面視において矩形環状である。第1酸化触媒部は、第1電極の角部と、第1シール部材の角部との間に配置される。 Preferably, the first electrode is rectangular in plan view. The first seal member has a rectangular annular shape in a plan view. The first oxidation catalyst portion is arranged between the corner portion of the first electrode and the corner portion of the first seal member.

好ましくは、第1酸化触媒部は、酸化触媒として白金を有する。 Preferably, the first oxidation catalyst section has platinum as the oxidation catalyst.

本発明によれば、燃料電池の出力低下を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in the output of the fuel cell.

燃料電池の断面図。Sectional view of the fuel cell. 電解質の平面図。Top view of the electrolyte. 電解質の底面図。Bottom view of the electrolyte. 膜電極接合体の拡大断面図。An enlarged cross-sectional view of a membrane electrode assembly. 第1セパレータを取り外した状態の燃料電池の平面図。Top view of the fuel cell with the first separator removed. 第2セパレータを取り外した状態の燃料電池の底面図。Bottom view of the fuel cell with the second separator removed. 第1セパレータを取り外した状態の、変形例に係る燃料電池の平面図。The plan view of the fuel cell which concerns on the modification with the 1st separator removed. 第1セパレータを取り外した状態の、変形例に係る燃料電池の平面図。The plan view of the fuel cell which concerns on the modification with the 1st separator removed. 変形例に係る燃料電池の断面図。Sectional drawing of the fuel cell which concerns on modification. 変形例に係る燃料電池の断面図。Sectional drawing of the fuel cell which concerns on modification. 変形例に係る電解質の拡大断面図。An enlarged cross-sectional view of the electrolyte according to the modified example. 変形例に係る膜電極接合体の拡大断面図。An enlarged cross-sectional view of a membrane electrode assembly according to a modified example.

以下、本発明に係る燃料電池の実施形態である固体アルカリ形燃料電池100について図面を参照しつつ説明する。固体アルカリ形燃料電池100は、水酸化物イオンをキャリアとするアルカリ形燃料電池(AFC)の一種である。 Hereinafter, the solid alkaline fuel cell 100, which is an embodiment of the fuel cell according to the present invention, will be described with reference to the drawings. The solid alkaline fuel cell 100 is a type of alkaline fuel cell (AFC) having a hydroxide ion as a carrier.

(固体アルカリ形燃料電池100)
図1は、実施形態に係る固体アルカリ形燃料電池100の構成を示す断面図である。固体アルカリ形燃料電池100は、膜電極接合体10、第1セパレータ11、第2セパレータ12、第1シール部材13、第2シール部材14、第1酸化触媒部15、及び第2酸化触媒部16を有している。実際に使用する際は、複数の固体アルカリ形燃料電池100がスタックされる。詳細には、複数の膜電極接合体10が第1及び第2セパレータ11、12を介してスタックされる。
(Solid alkaline fuel cell 100)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the solid alkaline fuel cell 100 according to the embodiment. The solid alkaline fuel cell 100 includes a membrane electrode assembly 10, a first separator 11, a second separator 12, a first seal member 13, a second seal member 14, a first oxidation catalyst section 15, and a second oxidation catalyst section 16. have. In actual use, a plurality of solid alkaline fuel cells 100 are stacked. Specifically, a plurality of membrane electrode assemblies 10 are stacked via the first and second separators 11 and 12.

(膜電極接合体10)
膜電極接合体10は、アノード2(第1電極の一例)、カソード3(第2電極の一例)、及び電解質4を備える。膜電極接合体10は、下記の電気化学反応式に基づいて、比較的低温(例えば、50℃〜250℃)で発電する。ただし、下記の電気化学反応式では、燃料の一例としてメタノールが用いられている。
(Membrane electrode assembly 10)
The membrane electrode assembly 10 includes an anode 2 (an example of a first electrode), a cathode 3 (an example of a second electrode), and an electrolyte 4. The membrane electrode assembly 10 generates electricity at a relatively low temperature (for example, 50 ° C. to 250 ° C.) based on the following electrochemical reaction formula. However, in the following electrochemical reaction formula, methanol is used as an example of fuel.

・アノード2: CHOH+6OH→6e+CO+5H
・カソード3: 3/2O+3HO+6e→6OH
・全体 : CHOH+3/2O→CO+2H
・ Anode 2: CH 3 OH + 6OH → 6e + CO 2 + 5H 2 O
・ Cathode 3: 3 / 2O 2 + 3H 2 O + 6e → 6OH
・ Overall: CH 3 OH + 3 / 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O

(アノード2)
アノード2は、電解質4の第1面41側(図1の上面側)に配置されている。アノード2は、一般的に燃料極と呼ばれる陰極である。
(Anode 2)
The anode 2 is arranged on the first surface 41 side (upper surface side in FIG. 1) of the electrolyte 4. The anode 2 is a cathode generally called a fuel electrode.

固体アルカリ形燃料電池100の発電中、アノード2には、第1セパレータ11の第1流路111を介して、水素原子(H)を含む燃料が供給される。燃料としては、メタノールを用いるのが好ましい。アノード2は、内部に燃料を拡散可能な多孔質体である。アノード2の気孔率は特に制限されない。アノード2の厚みは特に制限されないが、例えば3〜500μmとすることができる。 During power generation of the solid alkaline fuel cell 100, fuel containing a hydrogen atom (H) is supplied to the anode 2 via the first flow path 111 of the first separator 11. As the fuel, it is preferable to use methanol. The anode 2 is a porous body capable of diffusing fuel inside. The porosity of the anode 2 is not particularly limited. The thickness of the anode 2 is not particularly limited, but can be, for example, 3 to 500 μm.

燃料は、アノード2において水酸化物イオン(OH)と反応可能な燃料化合物を含んでいればよく、液体燃料及び気体燃料のいずれの形態であってもよい。 The fuel may contain a fuel compound capable of reacting with hydroxide ions (OH ) at the anode 2, and may be in the form of either a liquid fuel or a gaseous fuel.

燃料化合物としては、例えば、(i)ヒドラジン(NHNH)、水加ヒドラジン(NHNH・HO)、炭酸ヒドラジン((NHNHCO)、硫酸ヒドラジン(NHNH・HSO)、モノメチルヒドラジン(CHNHNH)、ジメチルヒドラジン((CHNNH、CHNHNHCH)、及びカルボンヒドラジド((NHNHCO)等のヒドラジン類、(ii)尿素(NHCONH)、(iii)アンモニア(NH)、(iv)イミダゾール、1,3,5−トリアジン、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール等の複素環類化合物、(v)ヒドロキシルアミン(NHOH)、硫酸ヒドロキシルアミン(NHOH・HSO)等のヒドロキシルアミン類、及びこれらの組合せが挙げられる。これらの燃料化合物のうち炭素を含まない化合物(すなわち、ヒドラジン、水加ヒドラジン、硫酸ヒドラジン、アンモニア、ヒドロキシルアミン、硫酸ヒドロキシルアミン等)は、一酸化炭素による触媒被毒の問題が無いため特に好適である。 Examples of the fuel compound include (i) hydrazine (NH 2 NH 2 ), hydrated hydrazine (NH 2 NH 2 · H 2 O), hydrazine carbonate ((NH 2 NH 2 ) 2 CO 2 ), and hydrazine sulfate (NH). 2 NH 2 · H 2 SO 4 ), monomethylhydrazine (CH 3 NHNH 2 ), dimethylhydrazine ((CH 3 ) 2 NNH 2 , CH 3 NHNHCH 3 ), and hydrazines such as carboxylic hydrazine ((NHNH 2 ) 2 CO). Class, (ii) urea (NH 2 CONH 2 ), (iii) ammonia (NH 3 ), (iv) imidazole, 1,3,5-triazine, 3-amino-1,2,4-triazole and other heterocycles. Examples thereof include hydroxylamines such as (v) hydroxylamine (NH 2 OH) and hydroxylamine sulfate (NH 2 OH · H 2 SO 4 ), and combinations thereof. Of these fuel compounds, carbon-free compounds (ie, hydrazine, hydrated hydrazine, hydrazine sulfate, ammonia, hydroxylamine, hydroxylamine sulfate, etc.) are particularly suitable because they do not have the problem of catalyst poisoning by carbon monoxide. is there.

燃料化合物は、そのまま燃料として用いてもよいが、水及び/又はアルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの低級アルコール等)に溶解させた溶液として用いてもよい。例えば、上記燃料化合物のうち、ヒドラジン、水化ヒドラジン、モノメチルヒドラジン及びジメチルヒドラジンは液体であるので、そのまま液体燃料として使用可能である。また、炭酸ヒドラジン、硫酸ヒドラジン、カルボンヒドラジド、尿素、イミダゾール、及び3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、及び硫酸ヒドロキシルアミンは固体であるが水に可溶である。1,3,5−トリアジン及びヒドロキシルアミンは固体であるがアルコールに可溶である。アンモニアは気体であるが水に可溶である。このように、固体の燃料化合物は、水又はアルコールに溶解させて液体燃料として使用可能である。燃料化合物を水及び/又はアルコールに溶解させて用いる場合、溶液中の燃料化合物の濃度は、例えば1〜90重量%であり、好ましくは1〜30重量%である。 The fuel compound may be used as a fuel as it is, or may be used as a solution dissolved in water and / or an alcohol (for example, a lower alcohol such as methanol, ethanol, propanol or isopropanol). For example, among the above fuel compounds, hydrazine, hydrated hydrazine, monomethylhydrazine and dimethylhydrazine are liquids and can be used as they are as liquid fuels. In addition, hydrazine carbonate, hydrazine sulfate, carboxylic hydrazine, urea, imidazole, and 3-amino-1,2,4-triazole, and hydroxylamine sulfate are solid but soluble in water. 1,3,5-triazine and hydroxylamine are solid but soluble in alcohol. Ammonia is a gas but is soluble in water. As described above, the solid fuel compound can be dissolved in water or alcohol and used as a liquid fuel. When the fuel compound is dissolved in water and / or alcohol and used, the concentration of the fuel compound in the solution is, for example, 1 to 90% by weight, preferably 1 to 30% by weight.

また、メタノール、エタノール等のアルコール類やエーテル類を含む炭化水素系液体燃料、メタン等の炭化水素系ガス、或いは純水素などは、そのまま燃料として用いることができる。特に、本実施形態に係る固体アルカリ形燃料電池100に用いられる燃料としては、メタノールが好適である。メタノールは、気体状態、液体状態、及び、気液混合状態のいずれであってもよい。 Further, a hydrocarbon-based liquid fuel containing alcohols such as methanol and ethanol and ethers, a hydrocarbon-based gas such as methane, or pure hydrogen can be used as it is as a fuel. In particular, methanol is preferable as the fuel used in the solid alkaline fuel cell 100 according to the present embodiment. Methanol may be in a gaseous state, a liquid state, or a gas-liquid mixed state.

アノード2は、AFCに使用される公知のアノード触媒を含むものであればよく、特に限定されない。アノード触媒の例としては、Pt、Ni、Co、Fe、Ru、Sn、及びPd等の金属触媒が挙げられる。金属触媒は、カーボン等の担体に担持されるのが好ましいが、金属触媒の金属原子を中心金属とする有機金属錯体の形態としてもよく、この有機金属錯体を担体として担持されていてもよい。また、アノード触媒の表面には多孔質材料等で構成された拡散層を配置してもよい。アノード2及びそれを構成する触媒の好ましい例としては、ニッケル、コバルト、銀、白金担持カーボン(Pt/C)、パラジウム担持カーボン(Pd/C)、ロジウム担持カーボン(Rh/C)、ニッケル担持カーボン(Ni/C)、銅担持カーボン(Cu/C)、及び銀担持カーボン(Ag/C)が挙げられる。 The anode 2 is not particularly limited as long as it contains a known anode catalyst used for AFC. Examples of anode catalysts include metal catalysts such as Pt, Ni, Co, Fe, Ru, Sn, and Pd. The metal catalyst is preferably supported on a carrier such as carbon, but may be in the form of an organic metal complex having a metal atom of the metal catalyst as a central metal, or the organic metal complex may be supported as a carrier. Further, a diffusion layer made of a porous material or the like may be arranged on the surface of the anode catalyst. Preferred examples of the anode 2 and the catalysts constituting the anode 2 are nickel, cobalt, silver, platinum-supported carbon (Pt / C), palladium-supported carbon (Pd / C), rhodium-supported carbon (Rh / C), and nickel-supported carbon. (Ni / C), copper-supported carbon (Cu / C), and silver-supported carbon (Ag / C) can be mentioned.

アノード2の作製方法は特に限定されないが、例えば、アノード触媒及び所望により担体をバインダと混合してペースト状にする。そして、このペースト状混合物を電解質4の第1面41上に塗布することにより形成することができる。 The method for producing the anode 2 is not particularly limited, but for example, the anode catalyst and, if desired, the carrier are mixed with a binder to form a paste. Then, this paste-like mixture can be formed by applying it on the first surface 41 of the electrolyte 4.

(カソード3)
カソード3は、電解質4の第2面42側(図1の下面側)に配置されている。カソード3は、一般的に空気極と呼ばれる陽極である。
(Cathode 3)
The cathode 3 is arranged on the second surface 42 side (lower surface side in FIG. 1) of the electrolyte 4. The cathode 3 is an anode generally called an air electrode.

固体アルカリ形燃料電池100の発電中、カソード3には、第2セパレータ12の第2流路121を介して酸素(O)を含む酸化剤が供給される。酸化剤としては、空気を用いるのが好ましく、空気は加湿されていることがより好ましい。カソード3は、内部に酸化剤を拡散可能な多孔質体である。カソード3の気孔率は特に制限されない。カソード3の厚みは特に制限されないが、例えば5〜200μmとすることができる。 During power generation of the solid alkaline fuel cell 100, an oxidizing agent containing oxygen (O 2 ) is supplied to the cathode 3 via the second flow path 121 of the second separator 12. As the oxidizing agent, it is preferable to use air, and it is more preferable that the air is humidified. The cathode 3 is a porous body capable of diffusing an oxidizing agent inside. The porosity of the cathode 3 is not particularly limited. The thickness of the cathode 3 is not particularly limited, but can be, for example, 5 to 200 μm.

カソード3は、AFCに使用される公知の空気極触媒を含むものであればよく、特に限定されない。カソード触媒の例としては、白金族元素(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)、鉄族元素(Fe、Co、Ni)等の第8〜10族元素(IUPAC形式での周期表において第8〜10族に属する元素)、Cu、Ag、Au等の第11族元素(IUPAC形式での周期表において第11族に属する元素)、ロジウムフタロシアニン、テトラフェニルポルフィリン、Coサレン、Niサレン(サレン=N,N’−ビス(サリチリデン)エチレンジアミン)、銀硝酸塩、及びこれらの任意の組み合わせが挙げられる。カソード3における触媒の担持量は特に限定されないが、好ましくは0.1〜10mg/cm、より好ましくは、0.1〜5mg/cmである。カソード触媒はカーボンに担持させるのが好ましい。カソード3ないしそれを構成する触媒の好ましい例としては、白金担持カーボン(Pt/C)、パラジウム担持カーボン(Pd/C)、ロジウム担持カーボン(Rh/C)、ニッケル担持カーボン(Ni/C)、銅担持カーボン(Cu/C)、及び銀担持カーボン(Ag/C)が挙げられる。 The cathode 3 is not particularly limited as long as it contains a known air electrode catalyst used for AFC. Examples of cathode catalysts include group 8-10 elements (IUPAC format periodic table) such as group 11 elements (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) and group 11 elements (Fe, Co, Ni). Group 8-10 elements), Group 11 elements such as Cu, Ag, Au (elements belonging to Group 11 in the periodic table in the IUPAC format), rhodium phthalocyanine, tetraphenylporphyrin, Co-salene, Ni-salene ( Salen = N, N'-bis (salicylidene) ethylenediamine), silver nitrate, and any combination thereof. The amount of the catalyst supported on the cathode 3 is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 10 mg / cm 2 , more preferably 0.1 to 5 mg / cm 2 . The cathode catalyst is preferably supported on carbon. Preferred examples of the cathode 3 or the catalyst constituting the cathode 3 are platinum-supported carbon (Pt / C), palladium-supported carbon (Pd / C), rhodium-supported carbon (Rh / C), nickel-supported carbon (Ni / C), and the like. Examples thereof include copper-supported carbon (Cu / C) and silver-supported carbon (Ag / C).

カソード3の作製方法は特に限定されないが、例えば、カソード触媒及び所望により担体をバインダと混合してペースト状にする。そして、このペースト状混合物を電解質4の第2面42上に塗布することにより形成することができる。 The method for producing the cathode 3 is not particularly limited, but for example, the cathode catalyst and, if desired, the carrier are mixed with a binder to form a paste. Then, this paste-like mixture can be formed by applying it on the second surface 42 of the electrolyte 4.

(電解質4)
電解質4は、アノード2とカソード3との間に配置される。電解質4は、アノード2及びカソード3のそれぞれに接続される。電解質4は、イオン伝導性を有する。電解質4は、膜状であって、第1面41と第2面42とを有している。第1面41と第2面42とは、互いに逆側を向いている。電解質4の第1面41側にはアノード2が配置されており、第2面42側にはカソード3が配置されている。
(Electrolyte 4)
The electrolyte 4 is arranged between the anode 2 and the cathode 3. The electrolyte 4 is connected to each of the anode 2 and the cathode 3. Electrolyte 4 has ionic conductivity. The electrolyte 4 is in the form of a film and has a first surface 41 and a second surface 42. The first surface 41 and the second surface 42 face opposite to each other. The anode 2 is arranged on the first surface 41 side of the electrolyte 4, and the cathode 3 is arranged on the second surface 42 side.

図2は、電解質4の平面図である。なお、図2において、内側の二点鎖線によって囲まれた領域はアノード2が配置される領域を示しており、外側の二点鎖線よりも外側の領域は第1シール部材13が配置される領域を示している。 FIG. 2 is a plan view of the electrolyte 4. In FIG. 2, the region surrounded by the inner two-dot chain line indicates the region where the anode 2 is arranged, and the region outside the outer two-dot chain line is the region where the first seal member 13 is arranged. Is shown.

図2に示すように、電解質4は、第1中央領域43と、第1外周領域44とを有している。第1中央領域43は、アノード2が配置される領域である。アノード2及び第1中央領域43は平面視において矩形状である。 As shown in FIG. 2, the electrolyte 4 has a first central region 43 and a first outer peripheral region 44. The first central region 43 is a region in which the anode 2 is arranged. The anode 2 and the first central region 43 are rectangular in a plan view.

第1外周領域44は、第1中央領域43と第1シール部材13との間の領域である。すなわち、第1外周領域44は、第1中央領域43を囲んでおり、第1シール部材13によって囲まれている。第1外周領域44は、枠状である。 The first outer peripheral region 44 is an region between the first central region 43 and the first seal member 13. That is, the first outer peripheral region 44 surrounds the first central region 43, and is surrounded by the first seal member 13. The first outer peripheral region 44 has a frame shape.

図3は、電解質4の底面図である。なお、図3において、内側の二点鎖線によって囲まれた領域はカソード3が配置される領域を示しており、外側の二点鎖線よりも外側の領域は第2シール部材14が配置される領域を示している。 FIG. 3 is a bottom view of the electrolyte 4. In FIG. 3, the region surrounded by the inner two-dot chain line indicates the region where the cathode 3 is arranged, and the region outside the outer two-dot chain line is the region where the second seal member 14 is arranged. Is shown.

図3に示すように、電解質4は、第2中央領域45と、第2外周領域46とを有している。第2中央領域45は、カソード3が配置される領域である。カソード3及び第2中央領域45は、平面視において矩形状である。なお、第2中央領域45は、第1中央領域43と同じ大きさでもよいし、第1中央領域43よりも小さくてもよいし、第1中央領域43よりも大きくてもよい。 As shown in FIG. 3, the electrolyte 4 has a second central region 45 and a second outer peripheral region 46. The second central region 45 is a region where the cathode 3 is arranged. The cathode 3 and the second central region 45 are rectangular in a plan view. The second central region 45 may have the same size as the first central region 43, may be smaller than the first central region 43, or may be larger than the first central region 43.

第2外周領域46は、第2中央領域45と第2シール部材14との間の領域である。すなわち、第2外周領域46は、第2中央領域45を囲んでおり、第2シール部材14によって囲まれている。第2外周領域46は、枠状である。 The second outer peripheral region 46 is an region between the second central region 45 and the second seal member 14. That is, the second outer peripheral region 46 surrounds the second central region 45, and is surrounded by the second seal member 14. The second outer peripheral region 46 has a frame shape.

図4は、電解質4の断面を拡大して示す模式図である。電解質4は、支持体5と、イオン伝導体6とを有する。 FIG. 4 is a schematic view showing an enlarged cross section of the electrolyte 4. The electrolyte 4 has a support 5 and an ionic conductor 6.

支持体5は、イオン伝導体6を支持するように構成されている。詳細には、支持体5は、三次元網目構造を有する多孔質基材である。「三次元網目構造」とは、基材の構成物質が立体的かつ網目状に繋がった構造である。支持体5は、連続孔5aを形成する。連続孔5aは、立体的かつ網目状に孔が繋がることによって構成されており、支持体5の外表面に露出している。連続孔5aには、イオン伝導体6が含浸されている。 The support 5 is configured to support the ionic conductor 6. Specifically, the support 5 is a porous substrate having a three-dimensional network structure. The "three-dimensional network structure" is a structure in which the constituent substances of the base material are three-dimensionally and network-likely connected. The support 5 forms a continuous hole 5a. The continuous holes 5a are formed by connecting the holes in a three-dimensional and mesh pattern, and are exposed on the outer surface of the support 5. The continuous hole 5a is impregnated with the ionic conductor 6.

支持体5は、金属材料、セラミックス材料、及び高分子材料から選択される少なくとも1種によって構成することができる。 The support 5 can be composed of at least one selected from a metal material, a ceramic material, and a polymer material.

支持体5を構成する金属材料としては、ステンレス(Fe−Cr系合金、Fe−Ni−Cr系合金など)、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、又は、チタンなどを用いることができる。このような金属材料は、セラミックス材料や高分子材料に比べて熱伝導性が高いため、支持体5の放熱効率を向上させることができるとともに、支持体5内の温度分布を低減させることができる。三次元網目構造を有する限り、支持体5の形態は特に制限されず、例えば、多孔質金属材料(例えば、発砲金属材料)によって構成されるセル状又はモノリス状の構造物であってもよいし、細線金属材料によって構成されるメッシュ状の塊であってもよい。 As the metal material constituting the support 5, stainless steel (Fe—Cr alloy, Fe—Ni—Cr alloy, etc.), aluminum, zinc, nickel, titanium, or the like can be used. Since such a metal material has higher thermal conductivity than a ceramic material or a polymer material, it is possible to improve the heat dissipation efficiency of the support 5 and reduce the temperature distribution in the support 5. .. The form of the support 5 is not particularly limited as long as it has a three-dimensional network structure, and may be, for example, a cell-like or monolith-like structure composed of a porous metal material (for example, a foamed metal material). , It may be a mesh-like mass composed of a fine wire metal material.

また、支持体5が金属材料によって構成される場合、支持体5の表面には絶縁膜が形成されていてもよい。絶縁膜は、Cr、Al、ZrO、MgO、MgAlなどによって構成することができる。支持体5をステンレスによって構成する場合、ステンレスを酸化処理することにより、絶縁膜としてのCr膜を簡便に形成することができる。ただし、本実施形態では、後述する第1及び第2膜状部4b,4cが、絶縁膜として機能するため、支持体5の表面には、絶縁膜が形成されていなくてもよい。 When the support 5 is made of a metal material, an insulating film may be formed on the surface of the support 5. The insulating film can be composed of Cr 2 O 3 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , MgO, Mg Al 2 O 4, and the like. When the support 5 is made of stainless steel, a Cr 2 O 3 film as an insulating film can be easily formed by oxidizing the stainless steel. However, in the present embodiment, since the first and second film-like portions 4b and 4c, which will be described later, function as an insulating film, the insulating film may not be formed on the surface of the support 5.

支持体5を構成するセラミックス材料としては、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、カルシア、コージェライト、ゼオライト、ムライト、酸化亜鉛、炭化ケイ素、及びこれらの任意の組合せが挙げられる。 Examples of the ceramic material constituting the support 5 include alumina, zirconia, titania, magnesia, calcia, cordierite, zeolite, mullite, zinc oxide, silicon carbide, and any combination thereof.

支持体5を構成する高分子材料としては、例えば、ポリスチレン、ポリエーテルサルフォン、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド、親水化したフッ素樹脂(四フッ素化樹脂:PTFE等、ポリフッ化ビニリデン)、セルロース、ナイロン、ポリエチレン及びこれらの任意の組合せが挙げられる。支持体5をフレキシブル性の高分子材料で構成する場合には、気孔率を高めながら厚さを薄くしやすいため、水酸化物イオン伝導性を向上させることができる。高分子材料によって構成される支持体5としては、リチウム電池用セパレータとして市販されているような微多孔膜を用いることができる。 Examples of the polymer material constituting the support 5 include polystyrene, polyether sulfone, polypropylene, epoxy resin, polyphenylene sulfide, hydrophilic fluororesin (tetrafluorinated resin: PTFE, etc., polyvinylidene fluoride), cellulose, and the like. Examples include nylon, polyethylene and any combination thereof. When the support 5 is made of a flexible polymer material, the thickness can be easily reduced while increasing the porosity, so that the hydroxide ion conductivity can be improved. As the support 5 made of a polymer material, a microporous membrane as commercially available as a separator for a lithium battery can be used.

支持体5の厚さは特に制限されないが、例えば、200μm以下とすることができ、好ましくは100μm以下、より好ましくは75μm以下、さらに好ましくは50μm以下、特に好ましくは25μm以下であり、5μm以下が最も好ましい。支持体5の厚さの下限値は、用途に応じて適宜設定すればよいが、ある程度の堅さを確保するには1μm以上が好ましく、2μm以上がより好ましい。 The thickness of the support 5 is not particularly limited, but can be, for example, 200 μm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 75 μm or less, still more preferably 50 μm or less, particularly preferably 25 μm or less, and 5 μm or less. Most preferred. The lower limit of the thickness of the support 5 may be appropriately set according to the intended use, but is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more in order to secure a certain degree of hardness.

支持体5の断面における連続孔5aの平均内径は特に制限されないが、例えば、0.001〜1.5μmとすることができ、好ましくは0.001〜1.25μm、より好ましくは0.001〜1.0μm、さらに好ましくは0.001〜0.75μm、特に好ましくは0.001〜0.5μmである。これらの範囲内とすることによって、支持体5に支持体としての強度を付与しつつ、イオン伝導体6の緻密度を向上させることができる。連続孔5aの平均内径とは、支持体5の断面を電子顕微鏡で観察した場合に、観察画像上で無作為に選出した20箇所における連続孔5aの円相当径を算術平均することによって得られる。連続孔5aの円相当径とは、観察画像において、連続孔5aの断面積と同じ面積を有する円の直径である。なお、電子顕微鏡の倍率は、連続孔5aの断面サイズに応じて適宜設定すればよい。 The average inner diameter of the continuous holes 5a in the cross section of the support 5 is not particularly limited, but can be, for example, 0.001 to 1.5 μm, preferably 0.001 to 1.25 μm, and more preferably 0.001 to 0.001. It is 1.0 μm, more preferably 0.001 to 0.75 μm, and particularly preferably 0.001 to 0.5 μm. By setting it within these ranges, it is possible to improve the density of the ionic conductor 6 while imparting the strength of the support 5 as a support. The average inner diameter of the continuous holes 5a is obtained by arithmetically averaging the equivalent circle diameters of the continuous holes 5a at 20 randomly selected positions on the observation image when the cross section of the support 5 is observed with an electron microscope. .. The circle-equivalent diameter of the continuous hole 5a is the diameter of a circle having the same area as the cross-sectional area of the continuous hole 5a in the observation image. The magnification of the electron microscope may be appropriately set according to the cross-sectional size of the continuous hole 5a.

連続孔5aの体積率は特に制限されないが、例えば、10〜80%とすることができ、好ましくは15〜75%、より好ましくは20〜70%である。これらの範囲内とすることによって、支持体5に支持体としての強度を確保しつつ、イオン伝導体6の緻密度を向上させることができる。連続孔5aの体積率は、アルキメデス法により測定することができる。 The volume fraction of the continuous hole 5a is not particularly limited, but can be, for example, 10 to 80%, preferably 15 to 75%, and more preferably 20 to 70%. Within these ranges, the density of the ionic conductor 6 can be improved while ensuring the strength of the support 5 as a support. The volume fraction of the continuous hole 5a can be measured by the Archimedes method.

また、図4では図示されていないが、支持体5は、それ自体の内部に複数の細孔を有することが好ましい。複数の細孔は、支持体5の内部において、互いに繋がっていてもよい。そして、各細孔は支持体5の表面に開口する開気孔であって、各細孔にはイオン伝導体6が含浸していることがより好ましい。これによって、連続孔5a→支持体5内の細孔→連続孔5aという短距離イオン伝導パスや、連続孔5a→支持体5内の細孔→第2膜状部4c、或いは、第1膜状部4b→支持体5内の細孔→第2膜状部4cという長距離イオン伝導パスを形成することができる。その結果、複合部4a内のイオン伝導可能領域が広がるため、電解質4全体としてのイオン伝導性を向上させることができる。 Further, although not shown in FIG. 4, the support 5 preferably has a plurality of pores inside itself. The plurality of pores may be connected to each other inside the support 5. It is more preferable that each pore is an open pore that opens on the surface of the support 5, and each pore is impregnated with the ionic conductor 6. As a result, a short-distance ion conduction path of continuous hole 5a → pore in support 5 → continuous hole 5a, continuous hole 5a → pore in support 5, second film-like portion 4c, or first film. It is possible to form a long-distance ion conduction path of the shape portion 4b → the pores in the support 5 → the second film-like portion 4c. As a result, the ionic conductive region in the composite portion 4a is widened, so that the ionic conductivity of the electrolyte 4 as a whole can be improved.

イオン伝導体6は、水酸化物イオン伝導性を有する。固体アルカリ形燃料電池100の発電中、イオン伝導体6は、カソード3側からアノード2側に水酸化物イオン(OH)を伝導させる。イオン伝導体6の水酸化物イオン伝導率は特に制限されないが、0.1mS/cm以上が好ましく、より好ましくは0.5mS/cm以上、さらに好ましくは1.0mS/cm以上である。イオン伝導体6の水酸化物イオン伝導率は、高いほど好ましく、その上限値は特に制限されないが、例えば10mS/cmである。 The ionic conductor 6 has hydroxide ionic conductivity. During power generation of the solid alkaline fuel cell 100, the ion conductor 6 conducts hydroxide ions (OH ) from the cathode 3 side to the anode 2 side. The hydroxide ion conductivity of the ion conductor 6 is not particularly limited, but is preferably 0.1 mS / cm or more, more preferably 0.5 mS / cm or more, still more preferably 1.0 mS / cm or more. The higher the hydroxide ion conductivity of the ionic conductor 6, the more preferable it is, and the upper limit thereof is not particularly limited, but is, for example, 10 mS / cm.

イオン伝導体6は、水酸化物イオン伝導性を有するセラミックス材料によって構成することができる。このようなセラミックス材料としては、層状複水酸化物(LDH:Layered Double Hydroxide)が好適である。 The ionic conductor 6 can be made of a ceramic material having hydroxide ionic conductivity. As such a ceramic material, layered double hydroxide (LDH) is suitable.

LDHは、M2+ 1−x3+ (OH)n−x/n・mHO(式中、M2+は2価の陽イオン、M3+は3価の陽イオンであり、An−はn価の陰イオン、nは1以上の整数、xは0.1〜0.4、mは水のモル数を意味する任意の整数である)の一般式で示される基本組成を有する。M2+の例としてはMg2+、Ca2+、Sr2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、及びZn2+が挙げられ、M3+の例としては、Al3+、Fe3+、Ti3+、Y3+、Ce3+、Mo3+、及びCr3+が挙げられ、An−の例としてはCO 2−及びOHが挙げられる。M2+及びM3+としては、それぞれ1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることもできる。 LDH is M 2+ 1-x M 3+ x (OH) 2 A n− x / n · mH 2 O (in the formula, M 2+ is a divalent cation, M 3+ is a trivalent cation, and A The basic composition represented by the general formula of n− is an n-valent anion, n is an integer of 1 or more, x is 0.1 to 0.4, and m is an arbitrary integer meaning the number of moles of water). Have. Examples of M 2+ include Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ni 2+ , Co 2+ , Fe 2+ , Mn 2+ , and Zn 2+ , and examples of M 3+ include Al 3+ , Fe 3+ , Ti 3+ , Y 3+, Ce 3+, Mo 3+ , and Cr 3+, and examples of a n- is CO 3 2- and OH - are exemplified. As M 2+ and M 3+ , one type may be used alone or two or more types may be used in combination.

LDHは、複数の水酸化物基本層と、これら複数の水酸化物基本層間に介在する中間層とから構成される。中間層は、陰イオン及びHOで構成される。水酸化物基本層は、例えば金属MがNi、Al、Tiの場合には、Ni、Al、Ti及びOH基を含む。以下、LDHの水酸化物基本層がNi、Al、Ti及びOH基を含む場合について説明する。 LDH is composed of a plurality of hydroxide basic layers and an intermediate layer interposed between the plurality of hydroxide basic layers. Intermediate layer is composed of an anion and H 2 O. The hydroxide basic layer contains, for example, Ni, Al, Ti and OH groups when the metal M is Ni, Al, Ti. Hereinafter, a case where the hydroxide basic layer of LDH contains Ni, Al, Ti and OH groups will be described.

LDH中のNiはニッケルイオンの形態を採りうる。LDH中のニッケルイオンは典型的にはNi2+であると考えられるが、Ni3+等の他の価数もありうるため、特に限定されない。LDH中のAlはアルミニウムイオンの形態を採りうる。LDH中のアルミニウムイオンは典型的にはAl3+であると考えられるが、他の価数もありうるため、特に限定されない。LDH中のTiはチタンイオンの形態を採りうる。LDH中のチタンイオンは典型的にはTi4+であると考えられるが、Ti3+等の他の価数もありうるため、特に限定されない。水酸化物基本層は、Ni、Al、Ti及びOH基を主要構成要素として含むのが好ましいが、他の元素ないしイオンを含んでいてもよいし、不可避不純物を含んでいてもよい。不可避不純物は、製法上不可避的に混入されうる任意元素であり、例えば原料や基材に由来してLDH中に混入しうる。 Ni in LDH can take the form of nickel ions. Nickel ions in LDH are typically considered to be Ni 2+ , but are not particularly limited as other valences such as Ni 3+ are possible. Al in LDH can take the form of aluminum ions. Aluminum ions in LDH are typically considered to be Al 3+ , but are not particularly limited as other valences are possible. Ti in LDH can take the form of titanium ions. Titanium ions in LDH are typically considered to be Ti 4+ , but are not particularly limited as other valences such as Ti 3+ are possible. The hydroxide basic layer preferably contains Ni, Al, Ti and OH groups as main constituent elements, but may contain other elements or ions, or may contain unavoidable impurities. The unavoidable impurity is an arbitrary element that can be unavoidably mixed in the production method, and can be mixed in LDH from, for example, a raw material or a base material.

LDHの中間層は、陰イオン及びHOで構成される。陰イオンは1価以上の陰イオン、好ましくは1価又は2価のイオンである。好ましくは、LDH中の陰イオンはOH及び/又はCO 2−を含む。 Intermediate layer of LDH is composed of anionic and H 2 O. The anion is a monovalent or higher anion, preferably a monovalent or divalent ion. Preferably, the anions in LDH contain OH and / or CO 3 2- .

上記のとおり、Ni、Al及びTiの価数は必ずしも定かではないため、LDHを一般式で厳密に特定することは非実際的又は不可能である。仮に水酸化物基本層が主としてNi2+、Al3+、Ti4+及びOH基で構成されるものと想定した場合、LDHは、一般式:Ni2+ 1−x−yAl3+ Ti4+ (OH)n− (x+2y)/n・mHO(式中、An−はn価の陰イオン、nは1以上の整数、好ましくは1又は2であり、0<x<1、好ましくは0.01≦x≦0.5、0<y<1、好ましくは0.01≦y≦0.5、0<x+y<1、mは0以上、典型的には0を超える又は1以上の実数である)なる基本組成で表すことができる。もっとも、上記一般式はあくまで「基本組成」と解されるべきであり、Ni2+、Al3+、Ti4+等の元素がLDHの基本的特性を損なわない程度に他の元素又はイオン(同じ元素の他の価数の元素又はイオンや製法上不可避的に混入されうる元素又はイオンを含む)で置き換え可能なものとして解されるべきである。 As described above, since the valences of Ni, Al and Ti are not always fixed, it is impractical or impossible to specify LDH strictly by a general formula. Assuming that the basic hydroxide layer is mainly composed of Ni 2+ , Al 3+ , Ti 4+ and OH groups, LDH is expressed by the general formula: Ni 2+ 1-xy Al 3+ x Ti 4+ y (OH). ) 2 a n- (x + 2y ) / n · mH 2 O ( wherein, a n-n-valent anion, n is an integer of 1 or more, preferably 1 or 2, 0 <x <1, preferably 0.01 ≦ x ≦ 0.5, 0 <y <1, preferably 0.01 ≦ y ≦ 0.5, 0 <x + y <1, m is 0 or more, typically more than 0 or 1 or more It can be expressed by the basic composition (which is a real number of). However, the above general formula should be understood as "basic composition" to the extent that elements such as Ni 2+ , Al 3+ , and Ti 4+ do not impair the basic characteristics of LDH, and other elements or ions (of the same element). It should be understood as replaceable with other valence elements or ions or elements or ions that can be unavoidably mixed in the process.

電解質4は、複合部4a、第1膜状部4b、及び第2膜状部4cを有する。複合部4aは、支持体5とイオン伝導体6とを有する。第1膜状部4b及び第2膜状部4cは、イオン伝導体6を有しているが、支持体5を有していない。 The electrolyte 4 has a composite portion 4a, a first membranous portion 4b, and a second membranous portion 4c. The composite portion 4a has a support 5 and an ionic conductor 6. The first film-like portion 4b and the second film-like portion 4c have an ionic conductor 6, but do not have a support 5.

複合部4aは、第1膜状部4bと第2膜状部4cとの間に配置される。イオン伝導体6は、支持体5内において、支持体5に支持されている。詳細には、イオン伝導体6は、支持体5の連続孔5a内に配置される。イオン伝導体6は、支持体5の連続孔5a内に含浸されており、支持体5と一体化している。このように、イオン伝導体6を支持体5で支持することによって、イオン伝導体6の強度を向上できるため、イオン伝導体6を薄くすることができる。その結果、電解質4の低抵抗化を図ることができる。 The composite portion 4a is arranged between the first film-like portion 4b and the second film-like portion 4c. The ionic conductor 6 is supported by the support 5 in the support 5. Specifically, the ionic conductor 6 is arranged in the continuous hole 5a of the support 5. The ionic conductor 6 is impregnated in the continuous holes 5a of the support 5, and is integrated with the support 5. By supporting the ionic conductor 6 with the support 5 in this way, the strength of the ionic conductor 6 can be improved, so that the ionic conductor 6 can be made thinner. As a result, the resistance of the electrolyte 4 can be reduced.

本実施形態において、イオン伝導体6は、支持体5の連続孔5aの略全域に広がる。ただし、電解質4が第1膜状部4b及び第2膜状部4cの少なくとも一方を有さない場合、イオン伝導体6は、支持体5の一部にのみ含浸されていてもよい。 In the present embodiment, the ionic conductor 6 extends over substantially the entire continuous hole 5a of the support 5. However, when the electrolyte 4 does not have at least one of the first film-like portion 4b and the second film-like portion 4c, the ionic conductor 6 may be impregnated only in a part of the support 5.

ここで、複合部4aにおいて、電解質4は、その内部に形成された複数の閉気孔61を有する。このような閉気孔61が形成されるため、固体アルカリ形燃料電池100の作動中にイオン伝導体6の含水状況の変動に起因する電解質4の体積変化を緩和させることができる。これにより、電解質4とカソード3との界面、又は/及び電解質4とアノード2との界面に応力が発生することを抑制できる。その結果、カソード3又は/及びアノード2から電解質4が剥離したり、電解質4自体が変形したりすることを抑制できる。 Here, in the composite portion 4a, the electrolyte 4 has a plurality of closed pores 61 formed inside the composite portion 4a. Since such closed pores 61 are formed, it is possible to alleviate the volume change of the electrolyte 4 due to the change in the water content of the ionic conductor 6 during the operation of the solid alkaline fuel cell 100. As a result, it is possible to suppress the generation of stress at the interface between the electrolyte 4 and the cathode 3 and / and the interface between the electrolyte 4 and the anode 2. As a result, it is possible to prevent the electrolyte 4 from peeling off from the cathode 3 and / and the anode 2 and the electrolyte 4 itself from being deformed.

さらに、閉気孔61が複合部4aの内部に形成されることで、複合部4aに柔軟性を付与することができるため、固体アルカリ形燃料電池100内の温度分布に起因して、カソード3と電解質4との界面、又は/及び、アノード2と電解質4との界面に熱応力が発生することを抑制できる。そのため、カソード3又は/及びアノード2から電解質4が剥離したり、或いは、電解質4自体が変形したりすることを抑制できる。 Further, since the closed pores 61 are formed inside the composite portion 4a, the composite portion 4a can be provided with flexibility. Therefore, due to the temperature distribution in the solid alkaline fuel cell 100, the cathode 3 and the cathode 3 It is possible to suppress the generation of thermal stress at the interface with the electrolyte 4 and / and the interface between the anode 2 and the electrolyte 4. Therefore, it is possible to prevent the electrolyte 4 from peeling off from the cathode 3 and / and the anode 2 or the electrolyte 4 itself from being deformed.

閉気孔61は、支持体5から離れている。すなわち、閉気孔61は、複合部4aの内部に閉じこめられており、連続孔5aの内表面と直接的に接触しない。これによって、閉気孔61が支持体5に直接接触する場合に比べて、電解質4に体積変化や変形が生じた場合に、支持体5、複合部4a及び閉気孔61の三者で作られる角部を起点として、複合部4aが支持体5から剥離することを抑制できる。 The closed hole 61 is separated from the support 5. That is, the closed air hole 61 is confined inside the composite portion 4a and does not come into direct contact with the inner surface of the continuous hole 5a. As a result, when the electrolyte 4 undergoes a volume change or deformation as compared with the case where the air-closing hole 61 comes into direct contact with the support 5, the angle formed by the support 5, the composite portion 4a, and the air-closing hole 61 is formed. It is possible to prevent the composite portion 4a from peeling off from the support 5 starting from the portion.

各閉気孔61の平均円相当径は特に制限されないが、例えば、0.001〜1.0μmとすることができる。各閉気孔61の平均円相当径は、0.001μm以上が好ましく、0.002μm以上がより好ましい。これによって、複合部4aの柔軟性をより向上させることができる。また、各閉気孔61の平均円相当径は、1.0μm以下が好ましく、0.8μm以下がより好ましい。 The average circle-equivalent diameter of each closed hole 61 is not particularly limited, but may be, for example, 0.001 to 1.0 μm. The average circle-equivalent diameter of each closed hole 61 is preferably 0.001 μm or more, more preferably 0.002 μm or more. Thereby, the flexibility of the composite portion 4a can be further improved. The average circle-equivalent diameter of each closed hole 61 is preferably 1.0 μm or less, more preferably 0.8 μm or less.

各閉気孔61の平均円相当径は、電解質4の断面を20,000〜1,500,000倍の電子顕微鏡で観察し、無作為に選出した20個の閉気孔61の円相当径を算術平均することによって得られる。閉気孔61の円相当径とは、電解質4の断面において、閉気孔61と同じ面積を有する円の直径である。ただし、0.001μm以下の円相当径を有する閉気孔61は、複合部4aの柔軟性向上への寄与が極めて小さいため、各閉気孔61の平均円相当径を求める際には除外するものとする。 For the average equivalent circle diameter of each closed pore 61, the cross section of the electrolyte 4 was observed with an electron microscope at a magnification of 20,000 to 1,500,000 times, and the equivalent circle diameter of 20 randomly selected closed pores 61 was calculated. Obtained by averaging. The circle-equivalent diameter of the closed hole 61 is the diameter of a circle having the same area as the closed hole 61 in the cross section of the electrolyte 4. However, since the closed pores 61 having a circular equivalent diameter of 0.001 μm or less have an extremely small contribution to improving the flexibility of the composite portion 4a, they should be excluded when determining the average circular equivalent diameter of each closed pore 61. To do.

第1膜状部4bは、複合部4aのアノード2側に連なる。第1膜状部4bは、膜状に形成される。第1膜状部4bのイオン伝導体6は、複合部4aのイオン伝導体6と一体的に形成される。 The first film-like portion 4b is connected to the anode 2 side of the composite portion 4a. The first film-like portion 4b is formed in a film-like shape. The ionic conductor 6 of the first film-like portion 4b is integrally formed with the ionic conductor 6 of the composite portion 4a.

第2膜状部4cは、複合部4aのカソード3側に連なる。第2膜状部4cは、膜状に形成される。第2膜状部4cのイオン伝導体6は、複合部4aのイオン伝導体6と一体的に形成される。第1膜状部4b及び第2膜状部4cそれぞれは、一様な平面状に形成されていてもよいし、縞状など所望の平面形状にパターン化されていてもよい。第1膜状部4b及び第2膜状部4cそれぞれの厚さは特に制限されないが、例えば、10μm以下とすることができ、好ましくは7μm以下、より好ましくは5μm以下である。 The second film-like portion 4c is connected to the cathode 3 side of the composite portion 4a. The second film-like portion 4c is formed in a film-like shape. The ionic conductor 6 of the second film-like portion 4c is integrally formed with the ionic conductor 6 of the composite portion 4a. Each of the first film-like portion 4b and the second film-like portion 4c may be formed in a uniform planar shape, or may be patterned into a desired planar shape such as a striped shape. The thickness of each of the first film-like portion 4b and the second film-like portion 4c is not particularly limited, but can be, for example, 10 μm or less, preferably 7 μm or less, and more preferably 5 μm or less.

(電解質4の製造方法)
電解質4の作製方法は特に限定されないが、イオン伝導体6をLDHで構成する場合であって、LDHの水酸化物基本層がNi、Al、Ti及びOH基を含むとき、以下の工程(1)〜(4)で作製することができる。
(Manufacturing method of electrolyte 4)
The method for producing the electrolyte 4 is not particularly limited, but when the ionic conductor 6 is composed of LDH and the hydroxide basic layer of LDH contains Ni, Al, Ti and OH groups, the following step (1) ) To (4).

(1)支持体5を用意する。 (1) Prepare the support 5.

(2)支持体5の全体にアルミナ及びチタニアの混合ゾルを含浸させて熱処理することでアルミナ・チタニア層を形成させる。後述するように、支持体5の表面全体からLDHを成長させるには、支持体5の表面全体にアルミナ・チタニア層を形成させることが重要となるため、アルミナ及びチタニアの混合ゾルを含浸させて熱処理することを複数回実施する。これにより、支持体5の表面全体にアルミナ・チタニア層を形成することができる。 (2) The entire support 5 is impregnated with a mixed sol of alumina and titania and heat-treated to form an alumina-titania layer. As will be described later, in order to grow LDH from the entire surface of the support 5, it is important to form an alumina-titania layer on the entire surface of the support 5, so a mixed sol of alumina and titania is impregnated. The heat treatment is performed a plurality of times. As a result, an alumina titania layer can be formed on the entire surface of the support 5.

(3)ニッケルイオン(Ni2+)及び尿素を含む原料水溶液に支持体5を浸漬させる。 (3) The support 5 is immersed in a raw material aqueous solution containing nickel ions (Ni 2+) and urea.

(4)原料水溶液中で支持体5を水熱処理して、LDHを支持体5上及び支持体5中に形成させることによって、イオン伝導体6を形成する。この際、水熱処理時間および溶液濃度を適宜調整することによって、気孔が閉塞する前に反応を停止することでイオン伝導体6内に閉気孔61を形成させることができる。LDHは支持体5の表面に形成されたアルミナ・チタニア層を核として成長するため、支持体5の表面全体にアルミナ・チタニア層を形成させた場合においては、支持体5の表面全体からLDHが成長することになる。その結果として、閉気孔61を支持体5から離すことができる。 (4) The ionic conductor 6 is formed by hydrothermally treating the support 5 in the raw material aqueous solution to form LDH on the support 5 and in the support 5. At this time, by appropriately adjusting the hydrothermal treatment time and the solution concentration, the closed pores 61 can be formed in the ionic conductor 6 by stopping the reaction before the pores are closed. Since LDH grows around the alumina-titania layer formed on the surface of the support 5, LDH is generated from the entire surface of the support 5 when the alumina-titania layer is formed on the entire surface of the support 5. Will grow. As a result, the closed pores 61 can be separated from the support 5.

(第1及び第2セパレータ11、12)
図1に示すように、第1セパレータ11は、膜電極接合体10のアノード2側に配置されている。第2セパレータ12は、膜電極接合体10のカソード3側に配置されている。第1セパレータ11と第2セパレータ12との間に膜電極接合体10が配置されている。積層方向(z軸方向)において、第1セパレータ11と第2セパレータ12とによって、膜電極接合体10を挟んでいる。
(1st and 2nd separators 11 and 12)
As shown in FIG. 1, the first separator 11 is arranged on the anode 2 side of the membrane electrode assembly 10. The second separator 12 is arranged on the cathode 3 side of the membrane electrode assembly 10. A membrane electrode assembly 10 is arranged between the first separator 11 and the second separator 12. In the stacking direction (z-axis direction), the membrane electrode assembly 10 is sandwiched between the first separator 11 and the second separator 12.

第1セパレータ11は、アノード2に水素原子(H)を含む燃料を供給するように構成されている。第1セパレータ11は、第1流路111を有している。第1流路111は、アノード2と対向している。この第1流路111には、燃料ガス供給路(図示省略)が連結されており、水素原子(H)を含む燃料が供給される。例えば、第1流路111には、メタノールが供給される。 The first separator 11 is configured to supply fuel containing a hydrogen atom (H) to the anode 2. The first separator 11 has a first flow path 111. The first flow path 111 faces the anode 2. A fuel gas supply path (not shown) is connected to the first flow path 111, and fuel containing a hydrogen atom (H) is supplied. For example, methanol is supplied to the first flow path 111.

第2セパレータ12は、カソード3に酸素(O)を含む酸化剤を供給するように構成されている。第2セパレータ12は、第1流路121を有している。第2流路121は、カソード3と対向している。この第2流路121には、酸化剤ガス供給路(図示省略)が連結されており、酸素(O)を含む酸化剤が供給される。 The second separator 12 is configured to supply an oxidizing agent containing oxygen (O 2) to the cathode 3. The second separator 12 has a first flow path 121. The second flow path 121 faces the cathode 3. An oxidant gas supply path (not shown) is connected to the second flow path 121, and an oxidant containing oxygen (O 2 ) is supplied.

複数の膜電極接合体10が第1及び第2セパレータ11,12を介してスタックされている場合は、第1セパレータ11は、第1流路111が形成される面とは反対側の面に第2流路が形成されている。また、第2セパレータ12は、第2流路121が形成される面とは反対側の面に第1流路が形成されている。 When a plurality of membrane electrode assemblies 10 are stacked via the first and second separators 11 and 12, the first separator 11 is placed on a surface opposite to the surface on which the first flow path 111 is formed. A second flow path is formed. Further, in the second separator 12, the first flow path is formed on the surface opposite to the surface on which the second flow path 121 is formed.

(第1シール部材13)
第1シール部材13は、第1セパレータ11と膜電極接合体10との間に配置されている。第1シール部材13は、第1セパレータ11と膜電極接合体10との間をシールしている。詳細には、第1シール部材13は、第1セパレータ11の外周部と、膜電極接合体10の外周部との間をシールしている。第1シール部材13は、膜電極接合部10の電解質4の外周部と当接している。第1シール部材13は、電解質4の第1面41と当接している。
(1st seal member 13)
The first seal member 13 is arranged between the first separator 11 and the membrane electrode assembly 10. The first sealing member 13 seals between the first separator 11 and the membrane electrode assembly 10. Specifically, the first sealing member 13 seals between the outer peripheral portion of the first separator 11 and the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly 10. The first seal member 13 is in contact with the outer peripheral portion of the electrolyte 4 of the membrane electrode joint portion 10. The first seal member 13 is in contact with the first surface 41 of the electrolyte 4.

第1シール部材13は、第1ガス流路111内を流れる燃料が外部へ漏出することを防止するように構成されている。また、第1シール部材13は、カソード3に供給される酸化剤が第1ガス流路111内に侵入することを防止するように構成されている。 The first seal member 13 is configured to prevent the fuel flowing in the first gas flow path 111 from leaking to the outside. Further, the first seal member 13 is configured to prevent the oxidizing agent supplied to the cathode 3 from entering the first gas flow path 111.

図5は、第1セパレータ11が取り外された状態の燃料電池100の平面図である。図5に示すように、第1シール部材13は、平面視において、矩形環状である。第1シール部材13は、アノード2を囲むように配置されている。第1シール部材13は、アノード2に対して間隔をあけて配置されている。この第1シール部材13とアノード2との間の空間内に、第1酸化触媒部15が配置されている。 FIG. 5 is a plan view of the fuel cell 100 in a state where the first separator 11 is removed. As shown in FIG. 5, the first seal member 13 has a rectangular annular shape in a plan view. The first seal member 13 is arranged so as to surround the anode 2. The first seal member 13 is arranged at intervals with respect to the anode 2. The first oxidation catalyst unit 15 is arranged in the space between the first seal member 13 and the anode 2.

第1シール部材13は、例えば、Oリング、又はゴムシートなどを例示することができる。第1シール部材13は、第1セパレータ11と別部材である。なお、第1シール部材13は、第1セパレータ11と一体的に構成されていてもよい。 The first seal member 13 may be, for example, an O-ring, a rubber sheet, or the like. The first seal member 13 is a separate member from the first separator 11. The first seal member 13 may be integrally configured with the first separator 11.

(第2シール部材14)
図1に示すように、第2シール部材14は、第2セパレータ12と膜電極接合体10との間に配置されている。第2シール部材14は、第2セパレータ12と膜電極接合体10との間をシールしている。詳細には、第2シール部材14は、第2セパレータ12の外周部と、膜電極接合体10の外周部との間をシールしている。第2シール部材14は、膜電極接合部10の電解質4の外周部と当接している。第2シール部材14は、電解質4の第2面42と当接している。
(2nd seal member 14)
As shown in FIG. 1, the second sealing member 14 is arranged between the second separator 12 and the membrane electrode assembly 10. The second sealing member 14 seals between the second separator 12 and the membrane electrode assembly 10. Specifically, the second sealing member 14 seals between the outer peripheral portion of the second separator 12 and the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly 10. The second seal member 14 is in contact with the outer peripheral portion of the electrolyte 4 of the membrane electrode joint portion 10. The second seal member 14 is in contact with the second surface 42 of the electrolyte 4.

第2シール部材14は、第2ガス流路121内を流れる酸化剤が外部へ漏出することを防止するように構成されている。また、第2シール部材14は、アノード2に供給される燃料が第2ガス流路121内に侵入することを防止するように構成されている。 The second seal member 14 is configured to prevent the oxidizing agent flowing in the second gas flow path 121 from leaking to the outside. Further, the second seal member 14 is configured to prevent the fuel supplied to the anode 2 from entering the second gas flow path 121.

図6は、第2セパレータ12が取り外された状態の燃料電池100の底面図である。図6に示すように、第2シール部材14は、平面視において、矩形環状である。第2シール部材14は、カソード3を囲むように配置されている。第2シール部材14は、カソード3に対して間隔をあけて配置されている。この第2シール部材14とカソード3との間の空間内に、第2酸化触媒部16が配置されている。 FIG. 6 is a bottom view of the fuel cell 100 with the second separator 12 removed. As shown in FIG. 6, the second seal member 14 has a rectangular annular shape in a plan view. The second seal member 14 is arranged so as to surround the cathode 3. The second seal member 14 is arranged at intervals with respect to the cathode 3. The second oxidation catalyst unit 16 is arranged in the space between the second seal member 14 and the cathode 3.

第2シール部材14は、例えば、Oリング、又はゴムシートなどを例示することができる。第2シール部材14は、第2セパレータ12と別部材である。なお、第2シール部材14は、第2セパレータ12と一体的に構成されていてもよい。 The second seal member 14 can be exemplified by, for example, an O-ring or a rubber sheet. The second seal member 14 is a separate member from the second separator 12. The second seal member 14 may be integrally configured with the second separator 12.

(第1酸化触媒部15)
図1及び図5に示すように、第1酸化触媒部15は、第1シール部材13とアノード2との間に配置されている。詳細には、第1酸化触媒部15は、第1シール部材13の内周面上に配置されている。第1酸化触媒部15は、第1シール部材13の内周面に沿って、環状に延びている。
(First Oxidation Catalyst Unit 15)
As shown in FIGS. 1 and 5, the first oxidation catalyst unit 15 is arranged between the first seal member 13 and the anode 2. Specifically, the first oxidation catalyst unit 15 is arranged on the inner peripheral surface of the first seal member 13. The first oxidation catalyst portion 15 extends in an annular shape along the inner peripheral surface of the first seal member 13.

第1酸化触媒部15は、燃料と酸化剤との酸化反応に対して活性を有する酸化触媒を有している。具体的には、第1酸化触媒部15は、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、ニッケル及び鉄の少なくとも一つを酸化触媒として有している。酸化触媒は一部または全体が酸化物となった形態であってもよい。好ましくは、第1酸化触媒部15は、酸化触媒として白金を有している。 The first oxidation catalyst unit 15 has an oxidation catalyst that is active in the oxidation reaction between the fuel and the oxidizing agent. Specifically, the first oxidation catalyst unit 15 has at least one of platinum, rhodium, iridium, ruthenium, nickel and iron as an oxidation catalyst. The oxidation catalyst may be in the form of an oxide in part or in whole. Preferably, the first oxidation catalyst unit 15 has platinum as an oxidation catalyst.

例えば、燃料電池スタックとして組み立てる前の時点で第1シール部材13の内周面上に酸化触媒を塗布しておくことによって、第1酸化触媒部15を第1シール部材13の内周面上に形成することができる。酸化触媒の塗布方法としては、スプレーコート法、刷毛塗法、又は印刷法などを用いることができる。酸化触媒の固着性を高めるために、適宜バインダを添加してもよい。 For example, by applying the oxidation catalyst on the inner peripheral surface of the first seal member 13 before assembling as a fuel cell stack, the first oxidation catalyst portion 15 is placed on the inner peripheral surface of the first seal member 13. Can be formed. As a method for applying the oxidation catalyst, a spray coating method, a brush coating method, a printing method or the like can be used. A binder may be added as appropriate in order to improve the stickiness of the oxidation catalyst.

このように第1酸化触媒部15が配置されているため、次のような効果を得ることができる。例えば、第1シール部材13の密着不良などによって、第1ガス流路111内に空気などの酸化剤が侵入することがある。ここで、第1酸化触媒部15が配置されていない場合、その酸化剤がアノード2まで到達すると、アノード2の表面で酸化剤と燃料との燃焼反応が発生する。この結果、アノード2内で混成電位が形成され、この燃料電池100による出力が低下するおそれがある。 Since the first oxidation catalyst unit 15 is arranged in this way, the following effects can be obtained. For example, an oxidizing agent such as air may enter the first gas flow path 111 due to poor adhesion of the first sealing member 13. Here, when the first oxidation catalyst unit 15 is not arranged, when the oxidizing agent reaches the anode 2, a combustion reaction between the oxidizing agent and the fuel occurs on the surface of the anode 2. As a result, a hybrid potential is formed in the anode 2, and the output of the fuel cell 100 may decrease.

これに対して、本実施形態のように第1酸化触媒部15が第1シール部材13とアノード2との間に配置されていると、上述した燃料電池100の出力低下を次のように抑制することができる。まず、第1ガス流路111内に侵入した酸化剤は、アノード2に到達する前に、第1酸化触媒部15上で、第1ガス流路111内を流れる燃料と燃焼反応が起こる。この燃焼反応によって酸化剤が消費されるため、アノード2に到達する酸化剤が低減する。この結果、アノード2の表面での酸化剤と燃料との燃焼反応の発生が低減し、燃料電池100の出力の低下を抑制することができる。 On the other hand, when the first oxidation catalyst unit 15 is arranged between the first seal member 13 and the anode 2 as in the present embodiment, the above-mentioned decrease in the output of the fuel cell 100 is suppressed as follows. can do. First, the oxidant that has entered the first gas flow path 111 undergoes a combustion reaction with the fuel flowing in the first gas flow path 111 on the first oxidation catalyst section 15 before reaching the anode 2. Since the oxidizing agent is consumed by this combustion reaction, the amount of the oxidizing agent reaching the anode 2 is reduced. As a result, the occurrence of a combustion reaction between the oxidant and the fuel on the surface of the anode 2 is reduced, and a decrease in the output of the fuel cell 100 can be suppressed.

(第2酸化触媒部16)
図1及び図6に示すように、第2酸化触媒部16は、第2シール部材14とカソード3との間に配置されている。詳細には、第2酸化触媒部16は、第2シール部材14の内周面上に配置されている。第2酸化触媒部16は、第2シール部材14の内周面に沿って、環状に延びている。
(Second Oxidation Catalyst Unit 16)
As shown in FIGS. 1 and 6, the second oxidation catalyst unit 16 is arranged between the second seal member 14 and the cathode 3. Specifically, the second oxidation catalyst unit 16 is arranged on the inner peripheral surface of the second seal member 14. The second oxidation catalyst portion 16 extends in an annular shape along the inner peripheral surface of the second seal member 14.

第2酸化触媒部16は、燃料と酸化剤との酸化反応に対して活性を有する酸化触媒を有している。具体的には、第2酸化触媒部16は、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、ニッケル及び鉄の少なくとも一つを酸化触媒として有している。酸化触媒は一部または全体が酸化物となった形態であってもよい。好ましくは、第2酸化触媒部16は、酸化触媒として白金を有している。 The second oxidation catalyst unit 16 has an oxidation catalyst that is active in the oxidation reaction between the fuel and the oxidizing agent. Specifically, the second oxidation catalyst unit 16 has at least one of platinum, rhodium, iridium, ruthenium, nickel and iron as an oxidation catalyst. The oxidation catalyst may be in the form of an oxide in part or in whole. Preferably, the second oxidation catalyst unit 16 has platinum as an oxidation catalyst.

例えば、燃料電池スタックとして組み立てる前の時点で第2シール部材14の内周面上に酸化触媒を塗布しておくことによって、第2酸化触媒部16を第2シール部材14の内周面上に形成することができる。酸化触媒の塗布方法としては、スプレーコート法、刷毛塗法、又は印刷法などを用いることができる。酸化触媒の固着性を高めるために、適宜バインダを添加してもよい。 For example, by applying the oxidation catalyst on the inner peripheral surface of the second seal member 14 before assembling as a fuel cell stack, the second oxidation catalyst portion 16 is placed on the inner peripheral surface of the second seal member 14. Can be formed. As a method for applying the oxidation catalyst, a spray coating method, a brush coating method, a printing method or the like can be used. A binder may be added as appropriate in order to improve the stickiness of the oxidation catalyst.

このように第2酸化触媒部16が配置されているため、次のような効果を得ることができる。例えば、第2シール部材14の密着不良などによって、第2ガス流路121内にメタノールなどの燃料が侵入することがある。ここで、第2酸化触媒部16が配置されていない場合、その燃料がカソード3まで到達すると、カソード3の表面で燃料と酸化剤との燃焼反応が発生する。この結果、カソード3内で混成電位が形成され、この燃料電池100による出力が低下するおそれがある。 Since the second oxidation catalyst unit 16 is arranged in this way, the following effects can be obtained. For example, fuel such as methanol may enter the second gas flow path 121 due to poor adhesion of the second seal member 14. Here, when the second oxidation catalyst unit 16 is not arranged, when the fuel reaches the cathode 3, a combustion reaction between the fuel and the oxidant occurs on the surface of the cathode 3. As a result, a hybrid potential is formed in the cathode 3, and the output of the fuel cell 100 may decrease.

これに対して、本実施形態のように第2酸化触媒部16が第2シール部材14とカソード3との間に配置されていると、上述した燃料電池100の出力低下を次のように抑制することができる。まず、第2ガス流路121内に侵入した燃料は、カソード3に到達する前に、第2酸化触媒部16上で、第2ガス流路121内を流れる酸化剤と燃焼反応が起こる。この燃焼反応によって燃料が消費されるため、カソード3に到達する燃料が低減する。この結果、カソード3の表面での燃料と酸化剤との燃焼反応の発生が低減し、燃料電池100の出力の低下を抑制することができる。 On the other hand, when the second oxidation catalyst unit 16 is arranged between the second seal member 14 and the cathode 3 as in the present embodiment, the above-mentioned decrease in the output of the fuel cell 100 is suppressed as follows. can do. First, the fuel that has entered the second gas flow path 121 undergoes a combustion reaction with the oxidant flowing in the second gas flow path 121 on the second oxidation catalyst section 16 before reaching the cathode 3. Since fuel is consumed by this combustion reaction, the amount of fuel reaching the cathode 3 is reduced. As a result, the occurrence of a combustion reaction between the fuel and the oxidant on the surface of the cathode 3 is reduced, and a decrease in the output of the fuel cell 100 can be suppressed.

(実施形態の変形例)
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
(Modified example of the embodiment)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

変形例1
上記実施形態では、第1酸化触媒部15は、第1シール部材13の内周面に沿って、環状に連続して延びているが、第1酸化触媒部15の構成はこれに限定されない。例えば、第1酸化触媒部15は、環状に断続的に延びていてもよい。第2酸化触媒部16も同様である。
Modification 1
In the above embodiment, the first oxidation catalyst unit 15 extends continuously in an annular shape along the inner peripheral surface of the first seal member 13, but the configuration of the first oxidation catalyst unit 15 is not limited to this. For example, the first oxidation catalyst unit 15 may extend intermittently in a ring shape. The same applies to the second oxidation catalyst unit 16.

第1酸化触媒部15は環状に延びていなくてもよい。この場合、第1酸化触媒部15は、第1シール部材13のうち、より酸化剤が侵入してきやすい場所に配置されることが好ましい。例えば、図7に示すように、第1酸化触媒部15は、アノード2の角部と第1シール部材13の角部との間に配置されていてもよい。同様に、第2酸化触媒部16は、カソード3の角部と第2シール部材14の角部との間に配置されていてもよい。 The first oxidation catalyst unit 15 does not have to extend in a ring shape. In this case, it is preferable that the first oxidation catalyst unit 15 is arranged in a place of the first seal member 13 where the oxidizing agent is more likely to invade. For example, as shown in FIG. 7, the first oxidation catalyst portion 15 may be arranged between the corner portion of the anode 2 and the corner portion of the first seal member 13. Similarly, the second oxidation catalyst portion 16 may be arranged between the corner portion of the cathode 3 and the corner portion of the second seal member 14.

また、図8に示すように、酸化剤が流れる配管101とアノード2との間に、複数の第1酸化触媒部15が互いに間隔をあけて配置されていてもよい。同様に、燃料が流れる配管とカソード3との間に、複数の第2酸化触媒部16が互いに間隔をあけて配置されていてもよい。 Further, as shown in FIG. 8, a plurality of first oxidation catalyst portions 15 may be arranged at intervals between the pipe 101 through which the oxidizing agent flows and the anode 2. Similarly, a plurality of second oxidation catalyst portions 16 may be arranged at intervals from each other between the pipe through which the fuel flows and the cathode 3.

変形例2
上記実施形態では、第1酸化触媒部15は、第1シール部材13の内周面上に配置されているが、第1酸化触媒部15の配置はこれに限定されない。例えば、図9に示すように、第1酸化触媒部15は、電解質4の第1外周領域44上に配置されていてもよい。そして、第1酸化触媒部15は、第1シール部材13から離れていてもよい。同様に、第2酸化触媒部16は、電解質4の第2外周領域46上に配置されており、第2シール部材14から離れていてもよい。
Modification 2
In the above embodiment, the first oxidation catalyst unit 15 is arranged on the inner peripheral surface of the first seal member 13, but the arrangement of the first oxidation catalyst unit 15 is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, the first oxidation catalyst unit 15 may be arranged on the first outer peripheral region 44 of the electrolyte 4. Then, the first oxidation catalyst unit 15 may be separated from the first seal member 13. Similarly, the second oxidation catalyst unit 16 is arranged on the second outer peripheral region 46 of the electrolyte 4, and may be separated from the second seal member 14.

変形例3
上記実施形態では、第1及び第2酸化触媒部15、16は、電解質4上に配置されているが、第1及び第2酸化触媒部15、16の配置はこれに限定されない。例えば、図10に示すように、膜電極接合部10は、枠状部材47を有している。この枠状部材47は開口部を有しており、電解質4は枠状部材47の開口部内に配置されている。そして、枠状部材47と電解質4とは互いに接合されている。そして、第1酸化触媒部15は、この枠状部材47上に配置されていてもよい。この場合、第1シール部材13及び第2シール部材14は、枠状部材47上に配置されている。
Modification 3
In the above embodiment, the first and second oxidation catalyst parts 15 and 16 are arranged on the electrolyte 4, but the arrangement of the first and second oxidation catalyst parts 15 and 16 is not limited to this. For example, as shown in FIG. 10, the membrane electrode joint portion 10 has a frame-shaped member 47. The frame-shaped member 47 has an opening, and the electrolyte 4 is arranged in the opening of the frame-shaped member 47. The frame-shaped member 47 and the electrolyte 4 are joined to each other. The first oxidation catalyst unit 15 may be arranged on the frame-shaped member 47. In this case, the first seal member 13 and the second seal member 14 are arranged on the frame-shaped member 47.

変形例4
上記実施形態では、電解質4の支持体5は、多孔質基材によって構成されているが、支持体5はこれに限定されない。例えば、電解質4の支持体5は、バインダであってもよい。例えば、図11に示すように、バインダとして構成されている支持体5は、イオン伝導体6の構成粒子間に配置されている。この支持体5は、イオン伝導体6の各構成粒子同士を結着する。例えば、支持体5は、LDH粒子同士を結着することによって、電解質4の形状を維持する。このようなバインダとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、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)、スチレン−ブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、又はエチレン−アクリル酸共重合体などを挙げることができる。
Modification 4
In the above embodiment, the support 5 of the electrolyte 4 is composed of a porous base material, but the support 5 is not limited thereto. For example, the support 5 of the electrolyte 4 may be a binder. For example, as shown in FIG. 11, the support 5 configured as a binder is arranged between the constituent particles of the ionic conductor 6. The support 5 binds the constituent particles of the ionic conductor 6 to each other. For example, the support 5 maintains the shape of the electrolyte 4 by binding LDH particles to each other. Examples of such a binder include polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene-butadiene rubber, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, and vinylidene fluoride-hexa. Fluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene, vinylidene fluoride-pentafluoropropylene copolymer, propylene-tetrafluoroethylene copolymer Polymer, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-perfluoromethylvinyl ether-tetrafluoroethylene copolymer, or ethylene-acrylic acid copolymer Examples thereof include copolymers.

変形例5
上記実施形態では、閉気孔61は、支持体5から離れていたが、図12に示すように、閉気孔61は、支持体5に接していてもよい。すなわち、閉気孔61は、連続孔5aの内表面と直接的に接触していてもよい。これによって、閉気孔61が支持体5から離れている場合に比べて、閉気孔61の存在による支持体5の拘束面積を低減できるため、支持体5自体の柔軟性を向上させることができる。そのため、電解質4に体積変化や変形が生じた場合に、カソード3と電解質4との界面、又は/及び、アノード2と電解質4との界面に応力が発生することをより抑制できる。
Modification 5
In the above embodiment, the closed hole 61 is separated from the support 5, but as shown in FIG. 12, the closed hole 61 may be in contact with the support 5. That is, the closed air hole 61 may be in direct contact with the inner surface of the continuous hole 5a. As a result, the restricted area of the support 5 due to the presence of the closed holes 61 can be reduced as compared with the case where the closed holes 61 are separated from the support 5, so that the flexibility of the support 5 itself can be improved. Therefore, when the electrolyte 4 undergoes a volume change or deformation, it is possible to further suppress the generation of stress at the interface between the cathode 3 and the electrolyte 4 and / or the interface between the anode 2 and the electrolyte 4.

変形例6
上記実施形態では、電解質4は、複合部4a、第1膜状部4b、及び第2膜状部4cを有することとしたが、複合部4aのみを有していてもよい。すなわち、電解質4は、第1膜状部4b及び第2膜状部4cの少なくとも一方を備えていなくてよい。
Modification 6
In the above embodiment, the electrolyte 4 has the composite portion 4a, the first membrane-like portion 4b, and the second membrane-like portion 4c, but may have only the composite portion 4a. That is, the electrolyte 4 does not have to include at least one of the first film-like portion 4b and the second film-like portion 4c.

変形例7
上記実施形態では、第1酸化触媒部15及び第2酸化触媒部16が設けられているが、第1酸化触媒部15のみを設けていてもよい。すなわち、第2酸化触媒部16は省略されてもよい。
Modification 7
In the above embodiment, the first oxidation catalyst unit 15 and the second oxidation catalyst unit 16 are provided, but only the first oxidation catalyst unit 15 may be provided. That is, the second oxidation catalyst unit 16 may be omitted.

変形例8
上記実施形態では、アノード2が本発明の第1電極に相当し、カソード3が本発明の第2電極に相当しているが、逆であってもよい。すなわち、アノード2が本発明の第2電極に相当し、カソード3が本発明の第1電極に相当してもよい
Modification 8
In the above embodiment, the anode 2 corresponds to the first electrode of the present invention and the cathode 3 corresponds to the second electrode of the present invention, but vice versa. That is, the anode 2 may correspond to the second electrode of the present invention, and the cathode 3 may correspond to the first electrode of the present invention.

変形例9
上記実施形態では、本発明に係る燃料電池を固体アルカリ形燃料電池に適用した実施形態を説明したが、本発明に係る燃料電池が適用される対象は固体アルカリ形燃料電池に限定されず、例えば、プロトン伝導膜を用いた固体高分子形燃料電池などの他の燃料電池にも適用することができる。
Modification 9
In the above embodiment, the embodiment in which the fuel cell according to the present invention is applied to the polymer electrolyte fuel cell has been described, but the object to which the fuel cell according to the present invention is applied is not limited to the polymer electrolyte fuel cell, for example. It can also be applied to other fuel cells such as polymer electrolyte fuel cells using a proton conductive film.

2 アノード
3 カソード
4 電解質
10 膜電極接合体
11 第1セパレータ
12 第2セパレータ
13 第1シール部材
14 第2シール部材
15 第1酸化触媒部
16 第2酸化触媒部
100 燃料電池
2 Anode 3 Cathode 4 Electrolyte 10 Membrane electrode assembly 11 1st separator 12 2nd separator 13 1st seal member 14 2nd seal member 15 1st oxidation catalyst part 16 2nd oxidation catalyst part 100 Fuel cell

Claims (7)

電解質、第1電極、及び第2電極を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記第1電極側に配置される第1セパレータと、
前記膜電極接合体の前記第2電極側に配置される第2セパレータと、
前記第1セパレータと前記膜電極接合体との間に配置され、前記膜電極接合体の外周部と前記第1セパレータの外周部との間をシールする第1シール部材と、
前記第2セパレータと前記膜電極接合体との間に配置され、前記膜電極接合体の外周部と前記第2セパレータの外周部との間をシールする第2シール部材と、
前記第1シール部材と前記第1電極との間に配置され、前記膜電極接合体に供給される燃料と酸化剤との酸化反応に対して活性を有する酸化触媒を有する第1酸化触媒部と、
を備え、
前記第1酸化触媒部は、前記第1シール部材上に配置される、
燃料電池。
A membrane electrode assembly having an electrolyte, a first electrode, and a second electrode,
A first separator arranged on the first electrode side of the membrane electrode assembly and
A second separator arranged on the second electrode side of the membrane electrode assembly and
A first sealing member which is arranged between the first separator and the membrane electrode assembly and seals between the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly and the outer peripheral portion of the first separator.
A second sealing member which is arranged between the second separator and the membrane electrode assembly and seals between the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly and the outer peripheral portion of the second separator.
A first oxidation catalyst section which is arranged between the first seal member and the first electrode and has an oxidation catalyst which is active in the oxidation reaction between the fuel and the oxidizing agent supplied to the membrane electrode assembly. ,
With
The first oxidation catalyst unit is arranged on the first seal member.
Fuel cell.
電解質、第1電極、及び第2電極を有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記第1電極側に配置される第1セパレータと、
前記膜電極接合体の前記第2電極側に配置される第2セパレータと、
前記第1セパレータと前記膜電極接合体との間に配置され、前記膜電極接合体の外周部と前記第1セパレータの外周部との間をシールする第1シール部材と、
前記第2セパレータと前記膜電極接合体との間に配置され、前記膜電極接合体の外周部と前記第2セパレータの外周部との間をシールする第2シール部材と、
前記第1シール部材と前記第1電極との間に配置され、前記膜電極接合体に供給される燃料と酸化剤との酸化反応に対して活性を有する酸化触媒を有する第1酸化触媒部と、
を備え、
前記第1酸化触媒部は、前記第1電極から空間的に独立している、
燃料電池。
A membrane electrode assembly having an electrolyte, a first electrode, and a second electrode,
A first separator arranged on the first electrode side of the membrane electrode assembly and
A second separator arranged on the second electrode side of the membrane electrode assembly and
A first sealing member which is arranged between the first separator and the membrane electrode assembly and seals between the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly and the outer peripheral portion of the first separator.
A second sealing member which is arranged between the second separator and the membrane electrode assembly and seals between the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly and the outer peripheral portion of the second separator.
A first oxidation catalyst section which is arranged between the first seal member and the first electrode and has an oxidation catalyst which is active in the oxidation reaction between the fuel and the oxidizing agent supplied to the membrane electrode assembly. ,
With
The first oxidation catalyst section is spatially independent of the first electrode.
Fuel cell.
前記第1酸化触媒部は、前記第1シール部材上に配置される、
請求項2に記載の燃料電池。
The first oxidation catalyst unit is arranged on the first seal member.
The fuel cell according to claim 2.
前記第2シール部材と前記第2電極との間に配置され、前記膜電極接合体に供給される燃料と酸化剤との酸化反応に対して活性を有する酸化触媒を有する第2酸化触媒部をさらに備える、
請求項1から3のいずれかに記載の燃料電池。
A second oxidation catalyst section which is arranged between the second seal member and the second electrode and has an oxidation catalyst which is active in the oxidation reaction between the fuel and the oxidizing agent supplied to the membrane electrode assembly. Further prepare
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3.
前記電解質は、前記第1電極が配置される第1中央領域と、前記第1中央領域と前記第1シール部材との間の第1外周領域とを有しており、
前記第1酸化触媒部は、前記第1外周領域に配置される、
請求項1から4のいずれかに記載の燃料電池。
The electrolyte has a first central region in which the first electrode is arranged, and a first outer peripheral region between the first central region and the first sealing member.
The first oxidation catalyst unit is arranged in the first outer peripheral region.
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4.
前記第1電極は、平面視において矩形状であり、
前記第1シール部材は、平面視において矩形環状であり、
前記第1酸化触媒部は、前記第1電極の角部と、前記第1シール部材の角部との間に配置される、
請求項1から5のいずれかに記載の燃料電池。
The first electrode has a rectangular shape in a plan view and has a rectangular shape.
The first seal member has a rectangular annular shape in a plan view.
The first oxidation catalyst portion is arranged between the corner portion of the first electrode and the corner portion of the first seal member.
The fuel cell according to any one of claims 1 to 5.
前記第1酸化触媒部は、酸化触媒として白金を有する、
請求項1から6のいずれかに記載の燃料電池。
The first oxidation catalyst section has platinum as an oxidation catalyst.
The fuel cell according to any one of claims 1 to 6.
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