JPH05109418A - 固体高分子電解質膜と電極との接合体 - Google Patents
固体高分子電解質膜と電極との接合体Info
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- JPH05109418A JPH05109418A JP3266381A JP26638191A JPH05109418A JP H05109418 A JPH05109418 A JP H05109418A JP 3266381 A JP3266381 A JP 3266381A JP 26638191 A JP26638191 A JP 26638191A JP H05109418 A JPH05109418 A JP H05109418A
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- electrolyte membrane
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- 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
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電池や水電解等に用いた場合に電池反応
効率が大幅に向上する固体高分子電解質膜と電極との接
合体とする。 【構成】 触媒または触媒を担持した微粒子をガス透過
性の網状体である網９に付着させ、反応膜４Ａ，４Ｂを
内側に形成したガス拡散電極３Ａ，３Ｂを、前記網９を
挾んで固体高分子電解質膜２の両側に圧着する。
効率が大幅に向上する固体高分子電解質膜と電極との接
合体とする。 【構成】 触媒または触媒を担持した微粒子をガス透過
性の網状体である網９に付着させ、反応膜４Ａ，４Ｂを
内側に形成したガス拡散電極３Ａ，３Ｂを、前記網９を
挾んで固体高分子電解質膜２の両側に圧着する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質膜と
電極との接合体に関し、燃料電池、水電解、オゾン発生
等に用いて好適なものである。
電極との接合体に関し、燃料電池、水電解、オゾン発生
等に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、資源の枯渇問題を有する化
石燃料を使う必要がない上、騒音をほとんど発生せず、
エネルギの回収効率も他のエネルギ機関と較べて非常に
高くできる等の優れた特徴を持っているため、例えばビ
ルディング単位や工場単位の比較的小型の発電プラント
として利用されている。近年、この燃料電池を車載用の
内燃機関に代えて作動するモータの電源として利用し、
このモータにより車両等を駆動することが考えられてい
る。この場合に重要なことは、反応によって生成する物
質をできるだけ再利用することは当然のこととして、車
載用であることからも明らかなように、余り大きな出力
は必要でないものの、全ての付帯設備と共に可能な限り
小型であることが望ましく、このような点から固体高分
子電解質膜燃料電池が注目されている。
石燃料を使う必要がない上、騒音をほとんど発生せず、
エネルギの回収効率も他のエネルギ機関と較べて非常に
高くできる等の優れた特徴を持っているため、例えばビ
ルディング単位や工場単位の比較的小型の発電プラント
として利用されている。近年、この燃料電池を車載用の
内燃機関に代えて作動するモータの電源として利用し、
このモータにより車両等を駆動することが考えられてい
る。この場合に重要なことは、反応によって生成する物
質をできるだけ再利用することは当然のこととして、車
載用であることからも明らかなように、余り大きな出力
は必要でないものの、全ての付帯設備と共に可能な限り
小型であることが望ましく、このような点から固体高分
子電解質膜燃料電池が注目されている。
【０００３】ここで、一例として固体高分子電解質膜燃
料電池本体の基本構造を図７を参照しながら説明する。
同図に示すように、電池本体１は固体高分子電解質膜２
（以下単に電解質膜２と称す）の両側にガス拡散電極３
Ａ，３Ｂが接合されることにより構成されている。そし
てこの接合体は、電解質膜２の両側にガス拡散電極３
Ａ，３Ｂを合せた後、ホットプレス等することにより製
造される。また、ガス拡散電極３Ａ，３Ｂはそれぞれ反
応膜４Ａ，４Ｂ及びガス拡散膜５Ａ，５Ｂが接合された
ものであり、電解質膜２とは反応膜４Ａ，４Ｂの表面が
接触している。したがって、電池反応は主に電解質膜２
と反応膜４Ａ，４Ｂとの間の接触面で起こる。また、上
記ガス拡散電極３Ａの表面には、酸素供給溝６ａを有す
るガスセパレータ６が、また他方のガス拡散電極３Ｂの
表面には水素供給溝７ａを有するガスセパレータ７がそ
れぞれ接合されており、酸素極と水素極を構成してい
る。
料電池本体の基本構造を図７を参照しながら説明する。
同図に示すように、電池本体１は固体高分子電解質膜２
（以下単に電解質膜２と称す）の両側にガス拡散電極３
Ａ，３Ｂが接合されることにより構成されている。そし
てこの接合体は、電解質膜２の両側にガス拡散電極３
Ａ，３Ｂを合せた後、ホットプレス等することにより製
造される。また、ガス拡散電極３Ａ，３Ｂはそれぞれ反
応膜４Ａ，４Ｂ及びガス拡散膜５Ａ，５Ｂが接合された
ものであり、電解質膜２とは反応膜４Ａ，４Ｂの表面が
接触している。したがって、電池反応は主に電解質膜２
と反応膜４Ａ，４Ｂとの間の接触面で起こる。また、上
記ガス拡散電極３Ａの表面には、酸素供給溝６ａを有す
るガスセパレータ６が、また他方のガス拡散電極３Ｂの
表面には水素供給溝７ａを有するガスセパレータ７がそ
れぞれ接合されており、酸素極と水素極を構成してい
る。
【０００４】そして、酸素供給溝６ａ及び水素供給溝７
ａに酸素及び水素をそれぞれ供給すると、これらの酸
素，水素は、各々のガス拡散膜５Ａ，５Ｂを介して反応
膜４Ａ，４Ｂ側へと供給され、各反応膜４Ａ，４Ｂと電
解質膜２との界面で次のような反応が起こる。 反応膜４Ａの界面： Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ 反応膜４Ｂの界面： ２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- ここで、４Ｈ+ は電解質膜２を通って水素極から酸素極
へ流れるが、４ｅ- は負荷８を通って水素極から酸素極
へ流れることになり、電気エネルギが得られる。
ａに酸素及び水素をそれぞれ供給すると、これらの酸
素，水素は、各々のガス拡散膜５Ａ，５Ｂを介して反応
膜４Ａ，４Ｂ側へと供給され、各反応膜４Ａ，４Ｂと電
解質膜２との界面で次のような反応が起こる。 反応膜４Ａの界面： Ｏ2 ＋４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ2 Ｏ 反応膜４Ｂの界面： ２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- ここで、４Ｈ+ は電解質膜２を通って水素極から酸素極
へ流れるが、４ｅ- は負荷８を通って水素極から酸素極
へ流れることになり、電気エネルギが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した構成の燃料電
池本体１では、電池反応は主に、電解質膜２と各反応膜
４Ａ，４Ｂ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大きくあるいは多層にしなければな
らないという問題がある。すなわち、例えば燃料電池の
小型化を追求するためには、上述した電池本体１の単位
体積当りの電池反応の向上が必須となる。これは、水電
解等を行う場合にも同様である。そして、単位体積当り
の電池反応を向上させるためには、例えば上記反応膜４
Ａ，４Ｂの有効に使える触媒担持量を増大させるのが有
効である。
池本体１では、電池反応は主に、電解質膜２と各反応膜
４Ａ，４Ｂ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大きくあるいは多層にしなければな
らないという問題がある。すなわち、例えば燃料電池の
小型化を追求するためには、上述した電池本体１の単位
体積当りの電池反応の向上が必須となる。これは、水電
解等を行う場合にも同様である。そして、単位体積当り
の電池反応を向上させるためには、例えば上記反応膜４
Ａ，４Ｂの有効に使える触媒担持量を増大させるのが有
効である。
【０００６】しかし、上述した反応膜４Ａ，４Ｂは一般
に、例えば白金系触媒若しくは白金系触媒を担持させた
親水性カーボン微粒子をフッ素樹脂等に分散させたもの
であり、触媒担持量には限界があり、例えば１mg／cm2
程度までである。
に、例えば白金系触媒若しくは白金系触媒を担持させた
親水性カーボン微粒子をフッ素樹脂等に分散させたもの
であり、触媒担持量には限界があり、例えば１mg／cm2
程度までである。
【０００７】本発明はこのような事情に鑑み、燃料電池
や水電解等に用いた場合に電池反応効率を大幅に向上さ
せるために触媒担持量を増大させた、固体高分子電解質
膜と電極との接合体を提供することを目的とする。
や水電解等に用いた場合に電池反応効率を大幅に向上さ
せるために触媒担持量を増大させた、固体高分子電解質
膜と電極との接合体を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る固体高分子電解質膜と電極との接合体は、触媒
または該触媒を担持した担体の微粒子をガス透過性の網
状体に付着させると共に、必要に応じて内側に反応膜を
形成したガス拡散電極を、前記網を挾んで固体高分子電
解質膜の少なくとも一方の面に圧着させたことを特徴と
する。
明に係る固体高分子電解質膜と電極との接合体は、触媒
または該触媒を担持した担体の微粒子をガス透過性の網
状体に付着させると共に、必要に応じて内側に反応膜を
形成したガス拡散電極を、前記網を挾んで固体高分子電
解質膜の少なくとも一方の面に圧着させたことを特徴と
する。
【０００９】
【作用】必要に応じて内側に反応膜を形成したガス拡散
電極と固体高分子電解質膜の少なくとも一方側面とを、
触媒または該触媒を担持した担体の微粒子を付着させた
網を挾んで、圧着させたので、主たる反応域であるこれ
らガス拡散電極と固体高分子電解質膜との接触面におけ
る触媒密度が増大する。
電極と固体高分子電解質膜の少なくとも一方側面とを、
触媒または該触媒を担持した担体の微粒子を付着させた
網を挾んで、圧着させたので、主たる反応域であるこれ
らガス拡散電極と固体高分子電解質膜との接触面におけ
る触媒密度が増大する。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。
する。
【００１１】図１には固体高分子電解質膜燃料電池に応
用した一実施例の断面図を、図２にはその一部を分解し
て表した斜視図をそれぞれ示す。なお、従来の技術と同
一の部材には同一の符号を付して表すこととし、重複す
る説明は省略する。両図に示すように、固体高分子電解
質膜２（以下単に電解質膜２と称す）の両側面には、触
媒または該触媒を担持した担体微粒子を付着させた導電
性の網９を挾んで、ガス拡散電極３Ａ，３Ｂが夫々圧着
されている。つまり、この網９は、例えばタンタル，チ
タン等の導電性の金属でできた金属網で形成され、さら
に該網９の表面に白金，パラジウム，イリジウム，金，
銀、またはこれらの金属の合金或いは酸化物、またはオ
ゾン発生のときの陽極酸化鉛などの触媒微粒子を付着さ
せたものである。さらには、これらの触媒微粒子を親水
性カーボン微粒子等の担体微粒子に担持させ、該担体微
粒子を前記網９に付着させてもよい。
用した一実施例の断面図を、図２にはその一部を分解し
て表した斜視図をそれぞれ示す。なお、従来の技術と同
一の部材には同一の符号を付して表すこととし、重複す
る説明は省略する。両図に示すように、固体高分子電解
質膜２（以下単に電解質膜２と称す）の両側面には、触
媒または該触媒を担持した担体微粒子を付着させた導電
性の網９を挾んで、ガス拡散電極３Ａ，３Ｂが夫々圧着
されている。つまり、この網９は、例えばタンタル，チ
タン等の導電性の金属でできた金属網で形成され、さら
に該網９の表面に白金，パラジウム，イリジウム，金，
銀、またはこれらの金属の合金或いは酸化物、またはオ
ゾン発生のときの陽極酸化鉛などの触媒微粒子を付着さ
せたものである。さらには、これらの触媒微粒子を親水
性カーボン微粒子等の担体微粒子に担持させ、該担体微
粒子を前記網９に付着させてもよい。
【００１２】従って、このような網９の介在により、電
解質膜２とガス拡散電極３Ａ，３Ｂ夫々との接触面にお
ける触媒密度が増大し、本来これらの接触面において主
に生ずる電池反応が一層促進されることになる。なお、
ガス拡散電極３Ａ，３Ｂの夫々は、従来例において既述
した如く、ガス拡散膜５Ａ，５Ｂと反応膜４Ａ，４Ｂと
を重ね合わせたものである。このうちガス拡散膜５Ａ，
５Ｂは、一般に疎水性カーボン及びフッ素樹脂などの疎
水性樹脂で形成され、通気性及び導電性を有するものの
通水性は備えぬという特性を持つ。また、反応膜４Ａ，
４Ｂは、親水性カーボン等の親水性材料に、例えば白金
系の触媒微粒子、または該触媒微粒子を担持させた親水
性カーボン微粒子を担持させたものであり、電解質や水
などを透過させる性質を有する。
解質膜２とガス拡散電極３Ａ，３Ｂ夫々との接触面にお
ける触媒密度が増大し、本来これらの接触面において主
に生ずる電池反応が一層促進されることになる。なお、
ガス拡散電極３Ａ，３Ｂの夫々は、従来例において既述
した如く、ガス拡散膜５Ａ，５Ｂと反応膜４Ａ，４Ｂと
を重ね合わせたものである。このうちガス拡散膜５Ａ，
５Ｂは、一般に疎水性カーボン及びフッ素樹脂などの疎
水性樹脂で形成され、通気性及び導電性を有するものの
通水性は備えぬという特性を持つ。また、反応膜４Ａ，
４Ｂは、親水性カーボン等の親水性材料に、例えば白金
系の触媒微粒子、または該触媒微粒子を担持させた親水
性カーボン微粒子を担持させたものであり、電解質や水
などを透過させる性質を有する。
【００１３】また、ここで電解質膜２は、水が共存して
も液体にならない電解質膜をいい、好適なものとしては
パーフルオロスルフォン酸ポリマー膜（ナフィオン：デ
ュポン社商品名）を挙げられるが、例えばスチレン系イ
オン交換膜等の一般のイオン交換膜も使用できる。上述
した如き電解質膜２或いはガス拡散電極３Ａ，３Ｂ等の
一具体例を付記すれば、次のようなものがある。即ち、
電解質膜２としては、厚さ0.１７mmの前記ナフィオン、
また、反応膜４Ａ，４Ｂは、平均粒径５０Åの白金と平
均粒径４５０Åの親水性カーボンブラックと疎水性カー
ボンと平均粒径０．３μｍのポリテトラフルオロエチレ
ンとが０．７：７：４：３の割合で構成されるもの、ガ
ス拡散膜５Ａ，５Ｂは、平均粒径４２０Åの疎水性カー
ボンブラックと平均粒径0.３μｍのポリテトラフルオロ
エチレンとが７：３の割合で構成されるものである。こ
のような反応膜４Ａ，４Ｂ及びガス拡散膜５Ａ，５Ｂ
は、白金以外の各原料粉末にソルベントナフサ、アルコ
ール、水、炭化水素などの溶媒を混合した後、圧縮成形
することにより得ることができる。
も液体にならない電解質膜をいい、好適なものとしては
パーフルオロスルフォン酸ポリマー膜（ナフィオン：デ
ュポン社商品名）を挙げられるが、例えばスチレン系イ
オン交換膜等の一般のイオン交換膜も使用できる。上述
した如き電解質膜２或いはガス拡散電極３Ａ，３Ｂ等の
一具体例を付記すれば、次のようなものがある。即ち、
電解質膜２としては、厚さ0.１７mmの前記ナフィオン、
また、反応膜４Ａ，４Ｂは、平均粒径５０Åの白金と平
均粒径４５０Åの親水性カーボンブラックと疎水性カー
ボンと平均粒径０．３μｍのポリテトラフルオロエチレ
ンとが０．７：７：４：３の割合で構成されるもの、ガ
ス拡散膜５Ａ，５Ｂは、平均粒径４２０Åの疎水性カー
ボンブラックと平均粒径0.３μｍのポリテトラフルオロ
エチレンとが７：３の割合で構成されるものである。こ
のような反応膜４Ａ，４Ｂ及びガス拡散膜５Ａ，５Ｂ
は、白金以外の各原料粉末にソルベントナフサ、アルコ
ール、水、炭化水素などの溶媒を混合した後、圧縮成形
することにより得ることができる。
【００１４】そして、これらの電解質膜２とガス拡散電
極３Ａ，３Ｂとの間に、既述した如く網９が介在し且つ
圧着されることにより、反応面における触媒密度が増大
し、以て該反応の促進が実現されることになる。本実施
例においては、触媒密度を増大させる手段として、触媒
を付着させた導電性の金属網９を用いたが、必ずしも導
電性である必要はなく、また該網９の代わりとして、薄
板に多数の孔を穿設して形成した網状仕様の基材を用
い、これに触媒を付着させたものでもよい。さらには、
本実施例においてガス拡散電極３Ａ，３Ｂが有する反応
膜４Ａ，４Ｂは必ずしも必須ではない。なお、既述した
電解質膜２，網９，ガス拡散電極３Ａ，３Ｂを重ね合わ
せ且つ圧着接合する方法としては、以下のようなものが
好適である。
極３Ａ，３Ｂとの間に、既述した如く網９が介在し且つ
圧着されることにより、反応面における触媒密度が増大
し、以て該反応の促進が実現されることになる。本実施
例においては、触媒密度を増大させる手段として、触媒
を付着させた導電性の金属網９を用いたが、必ずしも導
電性である必要はなく、また該網９の代わりとして、薄
板に多数の孔を穿設して形成した網状仕様の基材を用
い、これに触媒を付着させたものでもよい。さらには、
本実施例においてガス拡散電極３Ａ，３Ｂが有する反応
膜４Ａ，４Ｂは必ずしも必須ではない。なお、既述した
電解質膜２，網９，ガス拡散電極３Ａ，３Ｂを重ね合わ
せ且つ圧着接合する方法としては、以下のようなものが
好適である。
【００１５】接合方法の一例を図３に示す。同図に示す
ように、ここで用いる装置は上型１１及び下型１２を有
し、この上型１１及び下型１２の間にＯリング１３を挾
持することにより外気と遮断されるプレス室１４が形成
できるようになっており、このプレス室１４内で２枚の
ガス拡散電極３Ａ，３Ｂで網９及び電解質膜２を挾んだ
挾持体１５をホットプレスする構造となっている。そし
て、下型１２にはプレス室１４に連通する供給通路１６
及び排出通路１７が形成されており、これら通路１６，
１７を介してプレス室１４内に水を充たすことができる
ようになっている。一方、上型１１及び下型１２の上，
下側にはこれら上・下側１１，１２を加熱するためのヒ
ータ１８，１９が設けられている。また、上型１１内に
は温度センサ２０が設けられている。
ように、ここで用いる装置は上型１１及び下型１２を有
し、この上型１１及び下型１２の間にＯリング１３を挾
持することにより外気と遮断されるプレス室１４が形成
できるようになっており、このプレス室１４内で２枚の
ガス拡散電極３Ａ，３Ｂで網９及び電解質膜２を挾んだ
挾持体１５をホットプレスする構造となっている。そし
て、下型１２にはプレス室１４に連通する供給通路１６
及び排出通路１７が形成されており、これら通路１６，
１７を介してプレス室１４内に水を充たすことができる
ようになっている。一方、上型１１及び下型１２の上，
下側にはこれら上・下側１１，１２を加熱するためのヒ
ータ１８，１９が設けられている。また、上型１１内に
は温度センサ２０が設けられている。
【００１６】このような装置を用いてホットプレスを実
施するには下型１２上にＯリング１３を載置し、この中
に既述した挾持体１５を載置する。この状態で上型１１
を合わせた後、供給通路１６から純水を排出通路１７か
ら排出するまで供給する。そして、このようにプレス室
１４内に水を適度に満たした状態で設定温度（例えば１
２０〜１３０℃）に加熱しつつ例えば６０kg／cm2 の条
件で６０秒間加圧する。加熱後、プレス室１４に冷却水
を流してプレス室１４の温度を下げ、治具をはずして接
合体を取り出す。
施するには下型１２上にＯリング１３を載置し、この中
に既述した挾持体１５を載置する。この状態で上型１１
を合わせた後、供給通路１６から純水を排出通路１７か
ら排出するまで供給する。そして、このようにプレス室
１４内に水を適度に満たした状態で設定温度（例えば１
２０〜１３０℃）に加熱しつつ例えば６０kg／cm2 の条
件で６０秒間加圧する。加熱後、プレス室１４に冷却水
を流してプレス室１４の温度を下げ、治具をはずして接
合体を取り出す。
【００１７】この方法では、電解質膜２が膨潤あるいは
多少溶解した状態でプレスされるので、該電解質膜２が
網９と共にガス拡散電極３Ａ，３Ｂ内へと多く入り込む
ようになる。従って、電解質膜２，網９に付着した触媒
及び、ガス拡散電極３Ａ，３Ｂの三者が共存する領域が
広くなり、電池反応の効率が向上する。なお、既述した
水の代りに、例えばイソプロパノールと水との１：１の
混合溶媒を用いてもよいが、このようにアルコール等の
溶媒を用いた場合には、接合後、溶媒を除去した後発電
等に供する必要がある。
多少溶解した状態でプレスされるので、該電解質膜２が
網９と共にガス拡散電極３Ａ，３Ｂ内へと多く入り込む
ようになる。従って、電解質膜２，網９に付着した触媒
及び、ガス拡散電極３Ａ，３Ｂの三者が共存する領域が
広くなり、電池反応の効率が向上する。なお、既述した
水の代りに、例えばイソプロパノールと水との１：１の
混合溶媒を用いてもよいが、このようにアルコール等の
溶媒を用いた場合には、接合後、溶媒を除去した後発電
等に供する必要がある。
【００１８】また図４には、他の接合方法を示したよう
に、まず、上述した電解質膜２及び網９をガス拡散電極
３Ａ，３Ｂで挾んだ挾持体を２枚の押え板２１で押えた
状態で２０μｍ程度の厚さのステンレス鋼箔２２で包み
込む。ここで、押え板２１は０．１mm程度の厚さのステ
ンレス綱からなり、ガス拡散電極３Ａ，３Ｂに対する面
圧の均一化と、これらガス拡散電極３Ａ，３Ｂの上記ス
テンレス綱箔２２に対する剥離性向上とを目的としてい
る。そして、ガス拡散電極３Ａ，３Ｂからはみ出した固
体高分子電解質膜２の周縁部をステンレス綱箔２２を介
して押えるようにゴムシート２３を装着し、さらに全体
を２枚のゴムシート２４で挾んだ状態で、電気ヒータ２
５を内蔵する上下一対のダイス２６内に載置し、上述し
た例と同様な条件でプレスする。ここで、ゴムシート２
３，２４としては例えばフッ素系のものを用いればよい
が、ゴムシート２３の厚さは、ガス拡散電極３Ａ（若し
くは３Ｂ）と押え板２１とを重ねた厚さよりも大きく例
えば１．０mm程度とする。なお、ゴムシート２４も、例
えば１．０mm程度の厚さのものを用いればよい。このよ
うな接合方法では、ゴムシート２３，２４により、電解
質膜２の面方向への延伸が制限され、電解質膜２がガス
拡散電極３Ａ，３Ｂの反応層内に深く拡散していくこと
になり、電池反応の効率が向上する。
に、まず、上述した電解質膜２及び網９をガス拡散電極
３Ａ，３Ｂで挾んだ挾持体を２枚の押え板２１で押えた
状態で２０μｍ程度の厚さのステンレス鋼箔２２で包み
込む。ここで、押え板２１は０．１mm程度の厚さのステ
ンレス綱からなり、ガス拡散電極３Ａ，３Ｂに対する面
圧の均一化と、これらガス拡散電極３Ａ，３Ｂの上記ス
テンレス綱箔２２に対する剥離性向上とを目的としてい
る。そして、ガス拡散電極３Ａ，３Ｂからはみ出した固
体高分子電解質膜２の周縁部をステンレス綱箔２２を介
して押えるようにゴムシート２３を装着し、さらに全体
を２枚のゴムシート２４で挾んだ状態で、電気ヒータ２
５を内蔵する上下一対のダイス２６内に載置し、上述し
た例と同様な条件でプレスする。ここで、ゴムシート２
３，２４としては例えばフッ素系のものを用いればよい
が、ゴムシート２３の厚さは、ガス拡散電極３Ａ（若し
くは３Ｂ）と押え板２１とを重ねた厚さよりも大きく例
えば１．０mm程度とする。なお、ゴムシート２４も、例
えば１．０mm程度の厚さのものを用いればよい。このよ
うな接合方法では、ゴムシート２３，２４により、電解
質膜２の面方向への延伸が制限され、電解質膜２がガス
拡散電極３Ａ，３Ｂの反応層内に深く拡散していくこと
になり、電池反応の効率が向上する。
【００１９】図５には水電解に応用した一実施例を示
す。なお、図１と同一部材には同一符号を付して重複す
る説明は省略する。同図に示すように、電解質膜２の両
側には網９を介してガス拡散電極３Ａ，３Ｂが接合され
ており、その両側にはチャンバ１０Ａ，１０Ｂが設けら
れている。そして、ガス拡散電極３Ａ，３Ｂには電源１
１により電圧が印加される構成となっている。
す。なお、図１と同一部材には同一符号を付して重複す
る説明は省略する。同図に示すように、電解質膜２の両
側には網９を介してガス拡散電極３Ａ，３Ｂが接合され
ており、その両側にはチャンバ１０Ａ，１０Ｂが設けら
れている。そして、ガス拡散電極３Ａ，３Ｂには電源１
１により電圧が印加される構成となっている。
【００２０】かかる構成で、チャンバ１０Ａ，１０Ｂに
水を供給し、ガス拡散電極３Ａ，３Ｂに電圧を印加する
と、陽極及び陰極では次の反応が生じ、チャンバ１０Ａ
からは酸素が、また、チャンバ１０Ｂからは水素が得ら
れる。 陽極：Ｈ2 Ｏ→２Ｈ+ ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ 陰極：２Ｈ+ ＋２ｅ→Ｈ2
水を供給し、ガス拡散電極３Ａ，３Ｂに電圧を印加する
と、陽極及び陰極では次の反応が生じ、チャンバ１０Ａ
からは酸素が、また、チャンバ１０Ｂからは水素が得ら
れる。 陽極：Ｈ2 Ｏ→２Ｈ+ ＋１／２Ｏ2 ＋２ｅ 陰極：２Ｈ+ ＋２ｅ→Ｈ2
【００２１】図６にはオゾン発生に応用した一実施例を
示す。なお、図１と同一部材には同一符号を付して重複
する説明は省略する。同図に示すように、電解質膜２の
片側のみにガス拡散電極３Ａが接合されており、このガ
ス拡散電極３Ａ側にガスチャンバ１２が設けられてい
る。一方、電解質膜２側には陽極チャンバ１３が設けら
れており、この陽極チャンバ１３内には電解質膜２に対
向して陽極１４が設けられている。ここで、陽極１４と
してはＰｂＯ2 コーティングＴｉ電極を用い、この陽極
１４及びガス拡散電極３Ａに電源１１により電圧が印加
されるようになっている。なお、陽極はＰｂＯ2 が付着
されたものであれば特に限定されず、例えばＰｂＯ2 を
コーティングした網を電解質膜２の表面に接触して設け
るようにしてもよい。
示す。なお、図１と同一部材には同一符号を付して重複
する説明は省略する。同図に示すように、電解質膜２の
片側のみにガス拡散電極３Ａが接合されており、このガ
ス拡散電極３Ａ側にガスチャンバ１２が設けられてい
る。一方、電解質膜２側には陽極チャンバ１３が設けら
れており、この陽極チャンバ１３内には電解質膜２に対
向して陽極１４が設けられている。ここで、陽極１４と
してはＰｂＯ2 コーティングＴｉ電極を用い、この陽極
１４及びガス拡散電極３Ａに電源１１により電圧が印加
されるようになっている。なお、陽極はＰｂＯ2 が付着
されたものであれば特に限定されず、例えばＰｂＯ2 を
コーティングした網を電解質膜２の表面に接触して設け
るようにしてもよい。
【００２２】かかる構成で、ガスチャンバ１２内に空気
若しくは酸素を供給すると共に陽極チャンバ１３内に水
を供給し、陽極１４及びガス拡散電極３Ａに電圧を印加
すると、下記の反応により陽極チャンバ１３からオゾン
が得られる。 陽極：５Ｈ2 Ｏ→１０Ｈ+ ＋Ｏ3 ＋Ｏ2＋１０ｅ 陰極：１０Ｈ+ ＋５／２Ｏ2 ＋１０ｅ→５Ｈ2 Ｏ
若しくは酸素を供給すると共に陽極チャンバ１３内に水
を供給し、陽極１４及びガス拡散電極３Ａに電圧を印加
すると、下記の反応により陽極チャンバ１３からオゾン
が得られる。 陽極：５Ｈ2 Ｏ→１０Ｈ+ ＋Ｏ3 ＋Ｏ2＋１０ｅ 陰極：１０Ｈ+ ＋５／２Ｏ2 ＋１０ｅ→５Ｈ2 Ｏ
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、触媒を付着させたガス
透過性の網状体を挾んで、電解質膜とガス拡散電極とを
接合圧着したことにより、主たる反応域である接合面に
おける触媒密度が大きくなり、燃料電池や水電解等に用
いた場合の電池反応率が大幅に向上するという効果を奏
する。
透過性の網状体を挾んで、電解質膜とガス拡散電極とを
接合圧着したことにより、主たる反応域である接合面に
おける触媒密度が大きくなり、燃料電池や水電解等に用
いた場合の電池反応率が大幅に向上するという効果を奏
する。
【図１】本発明の接合体の一実施例を表す断面図であ
る。
る。
【図２】図１の分解斜視図である。
【図３】接合体を圧着形成するための装置構成例を表す
断面図である。
断面図である。
【図４】接合体を圧着形成するための装置構成例を表す
断面図である。
断面図である。
【図５】水電解に応用した一実施例を示す構成図であ
る。
る。
【図６】オゾン発生に応用した一実施例を示す構成図で
ある。
ある。
【図７】従来の接合体の一例を示す断面図である。
１ 電池本体 ２ 固体高分子電解質膜 ３Ａ，３Ｂ ガス拡散電極 ４Ａ，４Ｂ 反応膜 ５Ａ，５Ｂ ガス拡散膜 ９ 網
Claims (1)
- 【請求項１】 触媒または該触媒を担持した担体の微粒
子をガス透過性の網状体に付着させると共に、必要に応
じて内側に反応膜を形成したガス拡散電極を、前記網状
体を挾んで固体高分子電解質膜の少くとも一方の面に圧
着させたことを特徴とする固体高分子電解質膜と電極と
の接合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3266381A JPH05109418A (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 固体高分子電解質膜と電極との接合体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3266381A JPH05109418A (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 固体高分子電解質膜と電極との接合体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05109418A true JPH05109418A (ja) | 1993-04-30 |
Family
ID=17430150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3266381A Pending JPH05109418A (ja) | 1991-10-15 | 1991-10-15 | 固体高分子電解質膜と電極との接合体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05109418A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07134995A (ja) * | 1993-11-09 | 1995-05-23 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 燃料電池 |
| JP2001236971A (ja) * | 2000-02-24 | 2001-08-31 | Fuji Electric Co Ltd | 固体高分子型燃料電池セルの製造方法 |
| US6391487B1 (en) * | 1999-01-13 | 2002-05-21 | Japan Storage Battery Co., Ltd. | Gas diffusion electrode, method for manufacturing the same, and fuel cell with such electrode |
| JP2005537618A (ja) * | 2002-08-28 | 2005-12-08 | ニューキャッスル ユニバーシティ ベンチャーズ リミティド | 燃料電池電極 |
| JP2007173240A (ja) * | 2005-12-20 | 2007-07-05 | Gm Global Technology Operations Inc | 触媒被覆拡散媒体 |
| JP2013134877A (ja) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Toyota Motor Corp | 燃料電池とその製造方法 |
| WO2020085434A1 (ja) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 三菱重工業株式会社 | 水素及び酸素生成システム並びに水素及び酸素生成方法 |
-
1991
- 1991-10-15 JP JP3266381A patent/JPH05109418A/ja active Pending
Cited By (9)
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|---|---|---|---|---|
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| WO2020085434A1 (ja) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 三菱重工業株式会社 | 水素及び酸素生成システム並びに水素及び酸素生成方法 |
| JP2020066796A (ja) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | 三菱重工業株式会社 | 水素及び酸素生成システム並びに水素及び酸素生成方法 |
| US11618958B2 (en) | 2018-10-26 | 2023-04-04 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Hydrogen-oxygen generation system and hydrogen-oxygen generation method |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000229 |