JP6963705B2 - 膜電極接合体 - Google Patents
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Description
図1に示すように、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、及び第2セパレータ12を備えている。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。
膜電極接合体10は、カソード2、アノード3、及び電解質膜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。
・アノード3: CH3OH+6OH−→6e−+CO2+5H2O
・全体 : CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O
カソード2は、電解質膜4の第1面41側(図1の上面側)に配置されている。カソード2は、一般的に空気極と呼ばれる陽極である。
図1に示すように、アノード3は、電解質膜4の第2面42側(図1の下面側)に配置されている。アノード3は、一般的に燃料極と呼ばれる陰極である。
図1に示すように、電解質膜4は、カソード2とアノード3との間に配置される。電解質膜4は、カソード2及びアノード3のそれぞれに接続される。電解質膜4は、イオン伝導性を有する。電解質膜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。電解質膜4の第1面41側にはカソード2が配置されており、第2面42側にはアノード3が配置されている。
次に、電解質膜4を構成するイオン伝導体の製造方法について説明する。
図1に示すように、第1及び第2セパレータ11、12は、膜電極接合体10を厚さ方向(z軸方向)の両側から挟むように配置されている。第1セパレータ11は、カソード2に酸素(O2)を含む酸化剤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、カソード2と対向している。この第1流路111には、酸素(O2)を含む酸化剤が供給される。
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。
上記実施形態では、カソード2が本発明の第1触媒層及び第1ガス拡散層の一例である第1触媒層21及び第1ガス拡散層22を有しているがこれに限定されない。例えば、アノード3が本発明の第1触媒層及び第1ガス拡散層の一例である第1触媒層21及び第1ガス拡散層22を有していてもよい。
電解質膜4は、イオン伝導体に加えて、層状複水酸化物(LDH:Layered Double Hydroxide)をさらに含んでいてもよい。
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。
まず、支持体5として、ポリフッ化ビニリデンによって構成され、連続孔を有する多孔質基材を用意した。
以上のように各膜電極接合体10に対して、以下の方法によって、電解質膜4の耐久性を評価した。
試験Bでは、電解質膜4として、高分子電解質であるNafion(登録商標、デュポン社製)を使用した。詳細には、5ミル厚のNafion115を使用した。なお、電解質膜4の面積は、試験Aと同様に20cm2とした。
10 膜電極接合体
21 第1触媒層
22 第1ガス拡散層
31 第2触媒層
22 第2ガス拡散層
Claims (5)
- 電解質膜と、
第1触媒、及び陽イオン交換能を有する第1吸着材を含み、前記電解質膜上に配置される第1触媒層と、
前記第1触媒層上に配置される第1ガス拡散層と、
を備え、
前記第1触媒層は、前記電解質膜と対向する面の全体が前記電解質膜と接し、前記第1ガス拡散層と対向する面の全体が前記第1ガス拡散層と接しており、
前記第1触媒層と前記第1ガス拡散層との界面の長さである第1界面長さL1は、前記第1触媒層と前記電解質膜との界面の長さである第2界面長さL2よりも長く、
前記第2界面長さL2に対する、前記第1界面長さL1の割合(L1/L2)は、1.07以上である、
膜電極接合体。
- 前記第1吸着材は、多価の陽イオンに対してイオン交換能を有する、
請求項1に記載の膜電極接合体。
- 第2触媒、及び陽イオン交換能を有する第2吸着材を含み、前記第1触媒層と反対側において前記電解質膜上に配置される第2触媒層と、
前記第2触媒層上に配置される第2ガス拡散層と、
をさらに備える、請求項1又は2に記載の膜電極接合体。
- 前記第2吸着材は、多価の陽イオンに対してイオン交換能を有する、
請求項3に記載の膜電極接合体。
- 前記第2触媒層と前記電解質膜との界面の長さである第5界面長さL5に対する、前記第2触媒層と前記第2ガス拡散層との界面の長さである第4界面長さL4の割合(L4/L5)は、前記第2界面長さL2に対する、前記第1界面長さL1の割合(L1/L2)よりも小さい、
請求項3又は4に記載の膜電極接合体。
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