JPH03167752A - ガス拡散電極及びそれを用いた固体高分子電解質燃料電池本体 - Google Patents
ガス拡散電極及びそれを用いた固体高分子電解質燃料電池本体Info
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- JPH03167752A JPH03167752A JP1306556A JP30655689A JPH03167752A JP H03167752 A JPH03167752 A JP H03167752A JP 1306556 A JP1306556 A JP 1306556A JP 30655689 A JP30655689 A JP 30655689A JP H03167752 A JPH03167752 A JP H03167752A
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く産業上の利用分野〉
本発明は、燃料電池あるいは水電解プロセスに用いて有
用なガス拡散電極及びそれを用いた固体高分子電解質燃
料電池本体に関する。
用なガス拡散電極及びそれを用いた固体高分子電解質燃
料電池本体に関する。
く従来の技術〉
従来より、アルカリ電解液燃料電池、固体高分子電解質
燃料電池などのガス燃料電池は、水素やメタノールなど
の燃料ガスと酸素とを用いて高効率で電気二ネルギ会得
るものとして周知である。これらガス燃料電池は、アル
カリ電解液を吸蔵する電解質膜あるい｛よ固体電解質膜
の両面に接合されるガス拡散電極を有しており、これら
のガス拡散’Ｒｆｍと電解質との接触面で主に電池反応
を生じさせて電気エネルギを取り出すものである。一方
、同様の構成として、両電極に通電することにより水電
解を行う水電解プロセスも知られている。
燃料電池などのガス燃料電池は、水素やメタノールなど
の燃料ガスと酸素とを用いて高効率で電気二ネルギ会得
るものとして周知である。これらガス燃料電池は、アル
カリ電解液を吸蔵する電解質膜あるい｛よ固体電解質膜
の両面に接合されるガス拡散電極を有しており、これら
のガス拡散’Ｒｆｍと電解質との接触面で主に電池反応
を生じさせて電気エネルギを取り出すものである。一方
、同様の構成として、両電極に通電することにより水電
解を行う水電解プロセスも知られている。
ここで、一例として固体高分子電解質燃料電池本体の基
本構造を第４図を参照しながら説明する。同図に示すよ
うに、ＴＡ池本体０１は固体高分子電解質ｙ１０２の両
側にガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂが接合されることによ
り構成されていろ。ガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂはそれ
ぞれ反応１１０４Ａ，０４Ｂ及゛びガス拡敦漢０５Ａ，
０５Ｂが接合されたものであ９１解買摸０２とは反応摸
０４Ａ，０４Ｂの表面が接触していろ。したがって、電
池反応ｔ＋ｆ主に電解質摸０２と反応摸０４Ａ，０４Ｂ
との間の接触面で起こる。
本構造を第４図を参照しながら説明する。同図に示すよ
うに、ＴＡ池本体０１は固体高分子電解質ｙ１０２の両
側にガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂが接合されることによ
り構成されていろ。ガス拡散電極０３Ａ，０３Ｂはそれ
ぞれ反応１１０４Ａ，０４Ｂ及゛びガス拡敦漢０５Ａ，
０５Ｂが接合されたものであ９１解買摸０２とは反応摸
０４Ａ，０４Ｂの表面が接触していろ。したがって、電
池反応ｔ＋ｆ主に電解質摸０２と反応摸０４Ａ，０４Ｂ
との間の接触面で起こる。
例えばガス拡敦１極０３Ａを場４、ガス拡１１電極０３
Ｂを陰極とし、各々の１′ス拡散膜０５Ａ，０５Ｂを介
してｍ素，水素８叉応摸０４Ａ，０４Ｂ側へ供給すると
、各反応膜０４Ａ，０４Ｂと電解寅摸０２との界面で次
のような反応が起こる。
Ｂを陰極とし、各々の１′ス拡散膜０５Ａ，０５Ｂを介
してｍ素，水素８叉応摸０４Ａ，０４Ｂ側へ供給すると
、各反応膜０４Ａ，０４Ｂと電解寅摸０２との界面で次
のような反応が起こる。
反応膜０４Ａの界面：
０＋４Ｈ″＋４ｅ−＝２ＨＯ
反応膜０４Ｂの界面：
２ Ｈ −＝４ ８ ＋４ ｅ
ここで、４Ｈ＋は電解質摸０２全通って陰極から場極へ
流れるが、４ｅｌよ負荷０６を通って陰極から陽へへ流
れろことになり、電気エネルギーが得られろ。
流れるが、４ｅｌよ負荷０６を通って陰極から陽へへ流
れろことになり、電気エネルギーが得られろ。
く発明が７解決しようとするＮ題〉
上述した構成の燃料電１也本体０１で：よ、電池反応（
よ主に、電解質膜０２と各反応摸０４Ａ，０４Ｂとの接
触面で起こるので、電池性能を向上させるには電極自体
を太きくしなけれ：ごならないという問題がある。
よ主に、電解質膜０２と各反応摸０４Ａ，０４Ｂとの接
触面で起こるので、電池性能を向上させるには電極自体
を太きくしなけれ：ごならないという問題がある。
本発明はこのような事情に鑑み、電極自体の大きさを変
更することなく触媒利用率を向上させたガス拡散電極及
びそれを用いた固体高分子電解質燃料電泊太体を提供す
ることを目的とする。
更することなく触媒利用率を向上させたガス拡散電極及
びそれを用いた固体高分子電解質燃料電泊太体を提供す
ることを目的とする。
〈課題を解決するための手段〉
上記目的を達成する本発明に係るガス拡散電極は、電解
質と接触する反応膜と、この反応膜と接合されるガス拡
散膜とからなるガス拡散電極であって、上記反応膜側表
面が凹凸を有することを特徴とし、また、それを用いた
固体高分子電解質燃料電池本体は、固体高分子電解質膜
の両側にガス拡散Ｓ極を接合してなる燃料電池本体であ
って、上記電解質摸？上記ガス拡ｆｉ摸との肇触面の少
なくとも一方が凹凸であることを持微とする。
質と接触する反応膜と、この反応膜と接合されるガス拡
散膜とからなるガス拡散電極であって、上記反応膜側表
面が凹凸を有することを特徴とし、また、それを用いた
固体高分子電解質燃料電池本体は、固体高分子電解質膜
の両側にガス拡散Ｓ極を接合してなる燃料電池本体であ
って、上記電解質摸？上記ガス拡ｆｉ摸との肇触面の少
なくとも一方が凹凸であることを持微とする。
上記構成のガス拡散電極は、反応摸側表■が凹凸を有し
ているので電解質との接触面積が増大し、１４の単位面
積当りの触媒の利用率が大幅：こ向上する。
ているので電解質との接触面積が増大し、１４の単位面
積当りの触媒の利用率が大幅：こ向上する。
なお、本発明において反応襖の材質：よ持に隈定されな
いが、＝１に、疎水生カーボン及びフッ素樹脂などの疎
水性樹脂からなり、これに触媒を担持させた親水性カー
ボン微粒子若しく：よ触謀微粒子を分散させたものであ
り、１解夜や水を透過させる性′Ｒ全有していろ。
いが、＝１に、疎水生カーボン及びフッ素樹脂などの疎
水性樹脂からなり、これに触媒を担持させた親水性カー
ボン微粒子若しく：よ触謀微粒子を分散させたものであ
り、１解夜や水を透過させる性′Ｒ全有していろ。
ここで、触媒として；よ、白金萬金漬及び／又ｊよその
酸化物の他、Ｐｔ，Ｐｄ及び／又はＩｒ等にＲｕ，Ｓｎ
等を加えて合金化したもの等を１げることができろ。ま
た、ガス拡ｒｌｍも、通気性ζよあるが通水性ば有さな
いものであれぽその材質は特に限定されないが、一役に
疎水性カーボノ及びフッ素曲脂などの疎水性樹指からな
る。
酸化物の他、Ｐｔ，Ｐｄ及び／又はＩｒ等にＲｕ，Ｓｎ
等を加えて合金化したもの等を１げることができろ。ま
た、ガス拡ｒｌｍも、通気性ζよあるが通水性ば有さな
いものであれぽその材質は特に限定されないが、一役に
疎水性カーボノ及びフッ素曲脂などの疎水性樹指からな
る。
く＊ 施 例〉
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
第１図には一実施例に係るガス拡散電極の断面形状を示
す。同図に示すように、このガス拡散電極１はガス拡散
摸２と反応漠３とが接合されたものであり、反応摸３の
ガス拡散膜２との接合面とは反対側の面は凹凸面４とな
っている。なお、反応摸３とガス拡散摸２との接合面は
図示のように平面状であってもよいし、その反対側と同
時に凹凸を有していてもよい。
す。同図に示すように、このガス拡散電極１はガス拡散
摸２と反応漠３とが接合されたものであり、反応摸３の
ガス拡散膜２との接合面とは反対側の面は凹凸面４とな
っている。なお、反応摸３とガス拡散摸２との接合面は
図示のように平面状であってもよいし、その反対側と同
時に凹凸を有していてもよい。
本実施例に係るガス拡散電極１は例えば第２図に示すよ
うなプレス治具によって作製される。同図に示すように
、このプレス治具；よ雌型５とこの雌型５１ζ嵌合する
雄型６とからなり、雌型５の凹部咲面に凹凸面７が形成
されている。この凹凸面７上に、親水性カーボ）ブラノ
ク（５０％Ｌ ＊水性カーボン（２０％）及びポリテト
ラフルオコエチレン（３０％）よりなり５０人の白金粉
末を含有する反応摸３′と、疎水竺てーボ冫ブラック．
１７０％）及びボ゜３テトラフ・レオコニチシン（３０
′Ｙ３）からなるガス拡散摸２′とを合せてＲＷし、雄
型６を降下させることにより、凹凸面４：ｅ有するガス
拡散電ｌ１ｉ１が作警される。このプレスの程度によっ
て、ガス拡散摸２と反応摸３との接合面も凹凸面となる
。
うなプレス治具によって作製される。同図に示すように
、このプレス治具；よ雌型５とこの雌型５１ζ嵌合する
雄型６とからなり、雌型５の凹部咲面に凹凸面７が形成
されている。この凹凸面７上に、親水性カーボ）ブラノ
ク（５０％Ｌ ＊水性カーボン（２０％）及びポリテト
ラフルオコエチレン（３０％）よりなり５０人の白金粉
末を含有する反応摸３′と、疎水竺てーボ冫ブラック．
１７０％）及びボ゜３テトラフ・レオコニチシン（３０
′Ｙ３）からなるガス拡散摸２′とを合せてＲＷし、雄
型６を降下させることにより、凹凸面４：ｅ有するガス
拡散電ｌ１ｉ１が作警される。このプレスの程度によっ
て、ガス拡散摸２と反応摸３との接合面も凹凸面となる
。
かかるガス拡散屠陽１は７４解質と接触する反応摸３の
表面が凹凸面４となり、電極の単位面項当りの電解質と
の接触面積が大きくなるので、反応膜３中の触媒の利用
率が大幅に向上する， 第３図には、上記実施例の反応ＷＡ３の両側に凹凸を有
するガス拡散電極を用いた固体高分子電解質撚科電池本
体の基本構造を示す。
表面が凹凸面４となり、電極の単位面項当りの電解質と
の接触面積が大きくなるので、反応膜３中の触媒の利用
率が大幅に向上する， 第３図には、上記実施例の反応ＷＡ３の両側に凹凸を有
するガス拡散電極を用いた固体高分子電解質撚科電池本
体の基本構造を示す。
同図に示すよう：こ、、同じ構成の２枚のガス拡散電ｌ
！ｉｉｌＡ，ＩＢを固体高分子電解質摸８の両側に接合
してＲ料電池本体を構成している。
！ｉｉｌＡ，ＩＢを固体高分子電解質摸８の両側に接合
してＲ料電池本体を構成している。
ここで、固体高分子電解質膜８としては厚さ０．１７＋
ＩＩＩｍのデュポン社製のナフィオン（商品名）を渭シ
）な， かかる燃料電池本体は、ガス拡散１４１Ａ，ＩＢの上述
したような凹凸面４で固体高分子電解質．摸８を挾み、
ホットプンスすることにより作製されろうこのホットプ
レスにより、固体高分子電解貫漠８はガス拡散１極ＩＡ
，ＩＢの凹凸面４の凹部に入り込み、凹凸面４全体と完
全に接触することになる。この結果、ガス拡散電極ＩＡ
，ＩＢと固体高分子電解貫摸８との接触面積は大幅に向
上する。
ＩＩＩｍのデュポン社製のナフィオン（商品名）を渭シ
）な， かかる燃料電池本体は、ガス拡散１４１Ａ，ＩＢの上述
したような凹凸面４で固体高分子電解質．摸８を挾み、
ホットプンスすることにより作製されろうこのホットプ
レスにより、固体高分子電解貫漠８はガス拡散１極ＩＡ
，ＩＢの凹凸面４の凹部に入り込み、凹凸面４全体と完
全に接触することになる。この結果、ガス拡散電極ＩＡ
，ＩＢと固体高分子電解貫摸８との接触面積は大幅に向
上する。
ここで、ガス拡散電極ＩＡ側へ０２を０．５〜１ ｋｇ
／ｃｊ圧で、ガス拡散電３１Ｂ側ヘ１｛２金０．５〜Ｉ
ｋｇ／ｃ＋７圧で、それぞれ供給して発電試験を行った
なところ、ガス拡散電ｌ！ｊｌＡが陽極、ガス拡散電極
１Ｂが陰極となり、第４図に示す結果が得られた。
／ｃｊ圧で、ガス拡散電３１Ｂ側ヘ１｛２金０．５〜Ｉ
ｋｇ／ｃ＋７圧で、それぞれ供給して発電試験を行った
なところ、ガス拡散電ｌ！ｊｌＡが陽極、ガス拡散電極
１Ｂが陰極となり、第４図に示す結果が得られた。
なお、比較のための同寸法で凹凸面を有さない電極を用
いた場合（第５図参照）について同様に試験したところ
、第４図に示すように、実施例の方が大出力であった。
いた場合（第５図参照）について同様に試験したところ
、第４図に示すように、実施例の方が大出力であった。
く発明の効果〉
以上説明したように、本発明に係るガス拡散電極は、反
応膜側に凹凸面を有するので、同寸法の電極と比較して
電解質との接触面積が大きくなるので、触媒の利用率が
向上する。
応膜側に凹凸面を有するので、同寸法の電極と比較して
電解質との接触面積が大きくなるので、触媒の利用率が
向上する。
したがって、本発明のガス拡散電極を固体高分子電解質
などを用いる燃料電池又は水電解システムに用いると、
大型化することなく高性能化を図ることができる。
などを用いる燃料電池又は水電解システムに用いると、
大型化することなく高性能化を図ることができる。
第１図は本発明の一実施例に係るガス拡散電極の断面図
、第２図はその製造に用いるプレス治具を示す断面図、
第３図は本発明のガス拡散電極を用いた固体高分子電解
質燃料電池本体の基本構造を示す説明図、第４図は試験
例の結果を示すグラフ、第５図は従来技術に係る固体高
分子電解質燃料電池本体の基本構造を示す説明図である
。 図 面 中、 １，ＩＡ，ＩＢはガス拡散電極、 ２：よガス拡散摸、 ３は反応膜、 ４は凹凸面、 ８は固体高分子電解質摸である。 特 許 出 願 人 三菱重工業株式会社 代 理 人
、第２図はその製造に用いるプレス治具を示す断面図、
第３図は本発明のガス拡散電極を用いた固体高分子電解
質燃料電池本体の基本構造を示す説明図、第４図は試験
例の結果を示すグラフ、第５図は従来技術に係る固体高
分子電解質燃料電池本体の基本構造を示す説明図である
。 図 面 中、 １，ＩＡ，ＩＢはガス拡散電極、 ２：よガス拡散摸、 ３は反応膜、 ４は凹凸面、 ８は固体高分子電解質摸である。 特 許 出 願 人 三菱重工業株式会社 代 理 人
Claims (2)
- （１）電解質と接触する反応膜と、この反応膜と接合さ
れるガス拡散膜とからなるガス拡散電極であって、上記
反応膜側表面が凹凸を有することを特徴とするガス拡散
電極。 - （２）固体高分子電解質膜の両側にガス拡散電極を接合
してなる燃料電池本体であって、上記電解質膜と上記ガ
ス拡散膜との接触面の少なくとも一方が凹凸であること
を特徴とする固体高分子電解質燃料電池本体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1306556A JP2831061B2 (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | ガス拡散電極及びそれを用いた固体高分子電解質燃料電池本体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1306556A JP2831061B2 (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | ガス拡散電極及びそれを用いた固体高分子電解質燃料電池本体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03167752A true JPH03167752A (ja) | 1991-07-19 |
| JP2831061B2 JP2831061B2 (ja) | 1998-12-02 |
Family
ID=17958472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1306556A Expired - Fee Related JP2831061B2 (ja) | 1989-11-28 | 1989-11-28 | ガス拡散電極及びそれを用いた固体高分子電解質燃料電池本体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2831061B2 (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001319665A (ja) * | 2000-05-08 | 2001-11-16 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池及びその電解質の製造方法 |
| JP2003059506A (ja) * | 2001-08-16 | 2003-02-28 | Mitsubishi Electric Corp | 電気化学素子及び電気化学素子装置 |
| US6566004B1 (en) | 2000-08-31 | 2003-05-20 | General Motors Corporation | Fuel cell with variable porosity gas distribution layers |
| JP2005108822A (ja) * | 2003-09-12 | 2005-04-21 | Hitachi Ltd | 燃料電池用電解質膜とその製造方法及びそれを用いた燃料電池 |
| JP2005174564A (ja) * | 2003-12-08 | 2005-06-30 | Hitachi Ltd | 燃料電池用高分子電解質膜／電極接合体、それを用いた燃料電池、その燃料電池を搭載した電子機器 |
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