JPH0384866A - 電解質膜と電極との接合方法及び装置 - Google Patents
電解質膜と電極との接合方法及び装置Info
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- JPH0384866A JPH0384866A JP1220235A JP22023589A JPH0384866A JP H0384866 A JPH0384866 A JP H0384866A JP 1220235 A JP1220235 A JP 1220235A JP 22023589 A JP22023589 A JP 22023589A JP H0384866 A JPH0384866 A JP H0384866A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
-
- 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
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- 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】
(産業上の利用分野)
本発明は、固体高分子電解質膜とガス拡散電極とを接合
する方法及びその装置に関し、特に、この接合体は、燃
料電池、水電解装置、塩酸電解装置、食塩電解装置、酸
素又は水素の分離装置、各種ガスセンサー等の電気化学
セルに用いることかできるものである。
する方法及びその装置に関し、特に、この接合体は、燃
料電池、水電解装置、塩酸電解装置、食塩電解装置、酸
素又は水素の分離装置、各種ガスセンサー等の電気化学
セルに用いることかできるものである。
(従来の技術)
固体高分子電解質型燃料電池は、固体高分子電解質膜と
ガス拡散電極とをホットプレスなどにより接合した電気
化学セルが使用される。このホットプレスによる接合は
、大気中で行われるために、固体高分子電解質膜が乾燥
し易く、短時間の間に硬くなり、接合を困難にしている
。
ガス拡散電極とをホットプレスなどにより接合した電気
化学セルが使用される。このホットプレスによる接合は
、大気中で行われるために、固体高分子電解質膜が乾燥
し易く、短時間の間に硬くなり、接合を困難にしている
。
また、固体高分子電解質膜は、湿潤すると接合時よりも
膨張するが、ガス拡散電極は固体高分子電解質膜はどに
は膨張せず、膨張率の差により界面に局部的な剥離を生
じ、該界面の電気抵抗を増加させるという問題があった
。
膨張するが、ガス拡散電極は固体高分子電解質膜はどに
は膨張せず、膨張率の差により界面に局部的な剥離を生
じ、該界面の電気抵抗を増加させるという問題があった
。
(発明が解決しようとする課題)
本発明は、上記の問題を解消し、使用状態に嘲した湿潤
状態で接合することにより、使用に際して固体高分子電
解質膜とガス拡散電極との膨張の差による剥離を防止し
、良好な接合状態を保持することのできる接合方法及び
その装置を提供しようとするものである。
状態で接合することにより、使用に際して固体高分子電
解質膜とガス拡散電極との膨張の差による剥離を防止し
、良好な接合状態を保持することのできる接合方法及び
その装置を提供しようとするものである。
(課題を解決するための手段)
本発明は、(1)固体高分子電解質膜とガス拡散電極と
の接合方法において、2枚のガス拡散電極で固体高分子
電解質膜を挟んで密閉系に収容し、該密閉系に水を供給
し、加熱、加圧することにより飽和水蒸気圧の下で接合
することを特徴とする接合方法、(2)ガス拡散電極の
表面に、イオン交換基を導入した液状パーフルオロカー
ボン樹脂を塗布し、該電極の細孔内に拡散させた後、樹
脂の溶媒を蒸発除去し、次いで、該電極により固体高分
子電解質膜を挟んで接合することを特徴とする上記(1
)記載の接合方法、及び、(3)固体高分子電解質膜と
ガス拡散電極とを接合する装置において、ホットプレス
の間に、2枚のガス拡散電極で挟んだ固体高分子電解質
IIOを収容する密閉系を設け、該密閉系を形成する部
材に密閉系内に水を供給するための通路を設けたことを
特徴とする接合装置である。
の接合方法において、2枚のガス拡散電極で固体高分子
電解質膜を挟んで密閉系に収容し、該密閉系に水を供給
し、加熱、加圧することにより飽和水蒸気圧の下で接合
することを特徴とする接合方法、(2)ガス拡散電極の
表面に、イオン交換基を導入した液状パーフルオロカー
ボン樹脂を塗布し、該電極の細孔内に拡散させた後、樹
脂の溶媒を蒸発除去し、次いで、該電極により固体高分
子電解質膜を挟んで接合することを特徴とする上記(1
)記載の接合方法、及び、(3)固体高分子電解質膜と
ガス拡散電極とを接合する装置において、ホットプレス
の間に、2枚のガス拡散電極で挟んだ固体高分子電解質
IIOを収容する密閉系を設け、該密閉系を形成する部
材に密閉系内に水を供給するための通路を設けたことを
特徴とする接合装置である。
(作用)
第1図及び第3図は、本発明の具体例である接合装置の
断面図であり、第2図は、第1図のピストンとシリンダ
の関係を示した説明図であって、(a)はシリンダの平
面図、(b)は(a)のA−A矢視のシリンダにピスト
ンを加えたピストン・シリンダ断面図、(c)は(a)
のB−8矢視のシリンダ断面図である。
断面図であり、第2図は、第1図のピストンとシリンダ
の関係を示した説明図であって、(a)はシリンダの平
面図、(b)は(a)のA−A矢視のシリンダにピスト
ンを加えたピストン・シリンダ断面図、(c)は(a)
のB−8矢視のシリンダ断面図である。
第10は、ピストン1とシリンダ2の摺動面にOリング
3を配同して、2枚のガス拡散電極で挟んだ固体高分子
電解質膜4を収容するための密閉系を形成した装置であ
る。シリンダ2には密閉系に水を供給するための通路5
と温度センサー6を設けである。
3を配同して、2枚のガス拡散電極で挟んだ固体高分子
電解質膜4を収容するための密閉系を形成した装置であ
る。シリンダ2には密閉系に水を供給するための通路5
と温度センサー6を設けである。
接合の手順は、2枚のガス拡散電極で挟んだ固体高分子
電解質膜4を直接シリンダ2内に収容するか、予め、該
ガス拡散電極表面、イオン交換基を導入した液状パーフ
ルオロカーボン樹脂を塗布し、該電極の細孔内に拡散さ
せた後、樹脂の溶媒を蒸発除去した2枚のガス拡散電極
で固体高分子電解質膜を挟み、これをシリンダ9で固定
してから、ヒータ7を内蔵するホットプレス8の間に該
ピストン・シリンダ装置き、密閉系に水を供給しながら
加熱加圧し、飽和水蒸気の下で両者を接合するものであ
る。なお、電極の細孔内に液状パーフルオロカーボン樹
脂を拡散させるときに、電極の背面より吸引して拡散を
促進させることも可能である。
電解質膜4を直接シリンダ2内に収容するか、予め、該
ガス拡散電極表面、イオン交換基を導入した液状パーフ
ルオロカーボン樹脂を塗布し、該電極の細孔内に拡散さ
せた後、樹脂の溶媒を蒸発除去した2枚のガス拡散電極
で固体高分子電解質膜を挟み、これをシリンダ9で固定
してから、ヒータ7を内蔵するホットプレス8の間に該
ピストン・シリンダ装置き、密閉系に水を供給しながら
加熱加圧し、飽和水蒸気の下で両者を接合するものであ
る。なお、電極の細孔内に液状パーフルオロカーボン樹
脂を拡散させるときに、電極の背面より吸引して拡散を
促進させることも可能である。
このように、固体高分子電解質膜とガス拡散電極との接
合は飽和水蒸気圧の下で行われるので、護膜は膨潤して
極めて薄い状態で電極と接合され、膜抵抗を低下させる
ことができ、また、護膜を構成するイオン交換樹脂をガ
ス拡散電極の反応層細孔内に拡散することができ、水素
イオンの移動を容易にし、反応層の触媒利用率を向上さ
せることができる。
合は飽和水蒸気圧の下で行われるので、護膜は膨潤して
極めて薄い状態で電極と接合され、膜抵抗を低下させる
ことができ、また、護膜を構成するイオン交換樹脂をガ
ス拡散電極の反応層細孔内に拡散することができ、水素
イオンの移動を容易にし、反応層の触媒利用率を向上さ
せることができる。
なお、この接合は、100〜200℃の温度範囲で5〜
100 kgf/cm”の圧力で飽和水蒸気圧の下で行
うことが好ましい。
100 kgf/cm”の圧力で飽和水蒸気圧の下で行
うことが好ましい。
まh、本発明で使用するガス拡散電極は、例より作製さ
れるものであり、白金族金属、その酸化物等及びカーボ
ンブラック及びポリ四フッ化エチレンを配合した微細な
親水部と疎水部とを有する反応層と、カーボンブラック
及びポリ四フッ化エチレンを配合した疎水性ガス拡散層
とを備えたものである。
れるものであり、白金族金属、その酸化物等及びカーボ
ンブラック及びポリ四フッ化エチレンを配合した微細な
親水部と疎水部とを有する反応層と、カーボンブラック
及びポリ四フッ化エチレンを配合した疎水性ガス拡散層
とを備えたものである。
第3図は、アンビル14及び15の間に0リング16を
置き、2枚のガス拡散電極で挟んだ固体高分子電解質膜
4を収容するための密閉系を形成した装置である。アン
ビルには、該密閉系に水を供給若しくは排出するための
通路17及び温度センサー6を設けである。このような
アンビルは、第1図の装置の場合と同様に、ヒータ7を
内蔵するホットプレス8の間に置き、密閉系に水を供給
して加熱加圧し、飽和水蒸気の下で両者を接合すること
ができ、第1図の装置と同様に、上記の作用効果を有す
る。
置き、2枚のガス拡散電極で挟んだ固体高分子電解質膜
4を収容するための密閉系を形成した装置である。アン
ビルには、該密閉系に水を供給若しくは排出するための
通路17及び温度センサー6を設けである。このような
アンビルは、第1図の装置の場合と同様に、ヒータ7を
内蔵するホットプレス8の間に置き、密閉系に水を供給
して加熱加圧し、飽和水蒸気の下で両者を接合すること
ができ、第1図の装置と同様に、上記の作用効果を有す
る。
(実施例)
平均粒径250人のRuO*+Ir0t触媒と、平均粒
径450人の疎水性カーボンブラックと平均粒径0.3
μ図のポリ四フッ化エチレンとを3:3:2の割合で一
配合した厚さ0. In+o+の反応層と、平均粒径4
20人の疎水性カーボンブラックと平均粒径0.3μm
のポリ四フッ化エチレンとを7二3の割合で配合した厚
さ0.5am+のガス拡散層とを備えたガス拡散電極を
用い、該電極の表面にデュポン社製の液状ナフィオンを
塗布し、電極細孔内に拡散させた後、樹脂の溶媒を蒸発
除去し、次いで、−辺11crtrの正方形のデュポン
社製のナフィオン117で作製した固体高分子電解質膜
の両面に、該ガス拡散電極を重ねて第1図の装置のシリ
ンダ内に置き、Oリングを置いてピストンを載せ、締め
付けねじで固定した後、ホットプレスにセットした。次
いで、シリンダの通路を介して水を供給し、ホットプレ
スのヒータに通電して密閉系内を130℃に加熱してか
ら、50kgr/c+++”の圧力で加圧して接合した
。
径450人の疎水性カーボンブラックと平均粒径0.3
μ図のポリ四フッ化エチレンとを3:3:2の割合で一
配合した厚さ0. In+o+の反応層と、平均粒径4
20人の疎水性カーボンブラックと平均粒径0.3μm
のポリ四フッ化エチレンとを7二3の割合で配合した厚
さ0.5am+のガス拡散層とを備えたガス拡散電極を
用い、該電極の表面にデュポン社製の液状ナフィオンを
塗布し、電極細孔内に拡散させた後、樹脂の溶媒を蒸発
除去し、次いで、−辺11crtrの正方形のデュポン
社製のナフィオン117で作製した固体高分子電解質膜
の両面に、該ガス拡散電極を重ねて第1図の装置のシリ
ンダ内に置き、Oリングを置いてピストンを載せ、締め
付けねじで固定した後、ホットプレスにセットした。次
いで、シリンダの通路を介して水を供給し、ホットプレ
スのヒータに通電して密閉系内を130℃に加熱してか
ら、50kgr/c+++”の圧力で加圧して接合した
。
このようにして得た電解質膜と電極の接合体にガスセパ
レータを密着させて燃料電池セルを構成し、性能テスト
を行った。燃料電池には、水素圧と酸素圧はともに1k
gf/c−とじ、水素ガスは加湿してから供給した。セ
ル温度は77℃で発電させたところ、電流密度−セル電
圧特性は、第3図に示す通りであり、例えば、0.5A
/am”の電流密度で0.5vのセル電圧を継続的に安
定して得ることができた。
レータを密着させて燃料電池セルを構成し、性能テスト
を行った。燃料電池には、水素圧と酸素圧はともに1k
gf/c−とじ、水素ガスは加湿してから供給した。セ
ル温度は77℃で発電させたところ、電流密度−セル電
圧特性は、第3図に示す通りであり、例えば、0.5A
/am”の電流密度で0.5vのセル電圧を継続的に安
定して得ることができた。
比較のために、上記の装置でOリングを用いず、水を供
給しないで大気中で電解質膜とガス拡散電極とを接合し
、上記と同様の燃料電池を構成して発電させたところ、
第3図に示すように急激に電圧降下を起こし、0.2^
/C−の電流密度で0.2vのセル電圧しか得ることが
できなかった。
給しないで大気中で電解質膜とガス拡散電極とを接合し
、上記と同様の燃料電池を構成して発電させたところ、
第3図に示すように急激に電圧降下を起こし、0.2^
/C−の電流密度で0.2vのセル電圧しか得ることが
できなかった。
(発明の効果)
本発明は、上記の構成を採用することにより、電気化学
セルとしての使用条件に近い膨潤状態で固体高分子電解
質膜とガス拡散電極を接合することができるので、該電
解質膜と電極との接合状態を常時良好に保つことができ
、両者の界膜低抗を低くして、電極性能を十分に引き出
すことができ、安定した高性能セルとして使用すること
ができるようになった。
セルとしての使用条件に近い膨潤状態で固体高分子電解
質膜とガス拡散電極を接合することができるので、該電
解質膜と電極との接合状態を常時良好に保つことができ
、両者の界膜低抗を低くして、電極性能を十分に引き出
すことができ、安定した高性能セルとして使用すること
ができるようになった。
第1図及び第3図は、本発明の具体例である接合装置の
断面図であり、第2図は、第1図のピストンとシリンダ
の関係を示した説明図であって、(a)はシリンダの平
面図、(b)は(a)の^−A矢視のシリンダにピスト
ンを加えたピストン・シリンダ断面図、(C)は(a)
のB−13矢視のシリンダ断面図であり、第4図は実施
例及び比較例で得た電気化学セルを燃料電池として用い
たときの、電流密度−セル電圧特性図である。 第 1 図 第2図 第3図 第4図
断面図であり、第2図は、第1図のピストンとシリンダ
の関係を示した説明図であって、(a)はシリンダの平
面図、(b)は(a)の^−A矢視のシリンダにピスト
ンを加えたピストン・シリンダ断面図、(C)は(a)
のB−13矢視のシリンダ断面図であり、第4図は実施
例及び比較例で得た電気化学セルを燃料電池として用い
たときの、電流密度−セル電圧特性図である。 第 1 図 第2図 第3図 第4図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)固体高分子電解質膜とガス拡散電極との接合方法
において、2枚のガス拡散電極で固体高分子電解質膜を
挟んで密閉系に収容し、該密閉系に水を供給し、加熱、
加圧することにより飽和水蒸気圧の下で接合することを
特徴とする接合方法。 (2)ガス拡散電極の表面に、イオン交換基を導入した
液状パーフルオロカーボン樹脂を塗布し、該電極の細孔
内に拡散させた後、樹脂の溶媒を蒸発除去し、次いで、
該電極により固体高分子電解質膜を挟んで接合すること
を特徴とする請求項(1)記載の接合方法。(3)固体
高分子電解質膜とガス拡散電極とを接合する装置におい
て、ホットプレスの間に、2枚のガス拡散電極で挟んだ
固体高分子電解質膜を収容する密閉系を設け、該密閉系
を形成する部材に密閉系内に水を供給するための通路を
設けたことを特徴とする接合装置。 (4)2つのアンビルの間にOリングを置いて密閉系を
形成し、Oリングの内側に連通する水供給通路を一方の
アンビルに設け、ホットプレスの間に配置したことを特
徴とする請求項(3)記載の接合装置。 (5)ピストンとシリンダの摺動面にOリングを配置し
て密閉系を形成し、該密閉系に水を供給するための通路
を上記ピストン又はシリンダに設け、ホットプレスの間
に上記のピストンとシリンダとを配置したことを特徴と
する請求項(3)記載の接合装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1220235A JP2637565B2 (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 電解質膜と電極との接合方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1220235A JP2637565B2 (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 電解質膜と電極との接合方法及び装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0384866A true JPH0384866A (ja) | 1991-04-10 |
JP2637565B2 JP2637565B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=16748009
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1220235A Expired - Lifetime JP2637565B2 (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 電解質膜と電極との接合方法及び装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2637565B2 (ja) |
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1989
- 1989-08-29 JP JP1220235A patent/JP2637565B2/ja not_active Expired - Lifetime
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