JPH0636784A - 燃料電池用集電体およびそれを用いた燃料電池 - Google Patents
燃料電池用集電体およびそれを用いた燃料電池Info
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- JPH0636784A JPH0636784A JP4209472A JP20947292A JPH0636784A JP H0636784 A JPH0636784 A JP H0636784A JP 4209472 A JP4209472 A JP 4209472A JP 20947292 A JP20947292 A JP 20947292A JP H0636784 A JPH0636784 A JP H0636784A
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- fuel cell
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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
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 集電体の電解質または電極一体型電解質と接
する面に電極触媒層を形成し、セパレータと接する面に
電子導電性物質層を形成した燃料電池用集電体。 【効果】 接触抵抗が低減するため、内部抵抗が小さく
なり、また電極反応層が拡大され、電子集電面も拡大さ
れる。さらに、熱伝導性が向上して、発熱や蓄熱の問題
が解決され、燃料電池の性能の向上を図れる。
する面に電極触媒層を形成し、セパレータと接する面に
電子導電性物質層を形成した燃料電池用集電体。 【効果】 接触抵抗が低減するため、内部抵抗が小さく
なり、また電極反応層が拡大され、電子集電面も拡大さ
れる。さらに、熱伝導性が向上して、発熱や蓄熱の問題
が解決され、燃料電池の性能の向上を図れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池用集電体およ
びこの集電体を用いた燃料電池に関する。
びこの集電体を用いた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、一般に電解質膜の両側に設
けられたアノードおよびカソードの電極からなる単位電
池が集電体に挟まれ、１つのセルが構成され、このセル
がセパレータを介して積層されている。各集電体上で燃
料ガス（例えば、水素）と酸化剤ガス（例えば、酸素）
との酸化還元反応が起こるようにするため、集電体には
ガスの流路用溝が形成されていることが多い。
けられたアノードおよびカソードの電極からなる単位電
池が集電体に挟まれ、１つのセルが構成され、このセル
がセパレータを介して積層されている。各集電体上で燃
料ガス（例えば、水素）と酸化剤ガス（例えば、酸素）
との酸化還元反応が起こるようにするため、集電体には
ガスの流路用溝が形成されていることが多い。
【０００３】反応ガスは、燃料ガスと酸化剤ガスからな
り、集電体の流路から供給され、このような反応ガスの
供給の結果、電気化学的反応の進行にともない電子が発
生し、この電子を外部回路から取り出すことにより、電
気エネルギーを発生する。このときに、集電体とセパレ
ータの間に、接触抵抗があり、これが燃料電池全体の内
部抵抗を大きくしてしまう原因となる。
り、集電体の流路から供給され、このような反応ガスの
供給の結果、電気化学的反応の進行にともない電子が発
生し、この電子を外部回路から取り出すことにより、電
気エネルギーを発生する。このときに、集電体とセパレ
ータの間に、接触抵抗があり、これが燃料電池全体の内
部抵抗を大きくしてしまう原因となる。
【０００４】また、多孔質電極基材の表面は、緻密質の
ものに比べて凹凸、ガス気孔部分が多く存在するため、
隣接する材料、すなわち集電体との間で電子や熱が移動
する場合に接触面積が小さいと、接触抵抗による発熱や
熱伝導層の不連続による蓄熱などが起こって燃料電池の
性能に悪影響を与える。一方、ガスのイオン化反応の頻
度を高めるために、集電体に電極機能を与えて三次元的
反応場の拡大を図ることが可能であるが、従来、これに
効果のあるような試みはなされていない。
ものに比べて凹凸、ガス気孔部分が多く存在するため、
隣接する材料、すなわち集電体との間で電子や熱が移動
する場合に接触面積が小さいと、接触抵抗による発熱や
熱伝導層の不連続による蓄熱などが起こって燃料電池の
性能に悪影響を与える。一方、ガスのイオン化反応の頻
度を高めるために、集電体に電極機能を与えて三次元的
反応場の拡大を図ることが可能であるが、従来、これに
効果のあるような試みはなされていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な従来の技術を背景になされたものであり、内部抵抗を
小さくでき、熱伝導性に優れ、発熱や蓄熱の問題がな
く、かつ電極反応場が拡大できる燃料電池用集電体およ
びこれを用いた燃料電池を提供するものである。
な従来の技術を背景になされたものであり、内部抵抗を
小さくでき、熱伝導性に優れ、発熱や蓄熱の問題がな
く、かつ電極反応場が拡大できる燃料電池用集電体およ
びこれを用いた燃料電池を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、多孔質集電体
の少なくとも１面に、その面が接する材料の機能と同様
の機能または求められる機能を付与したことを特徴とす
る燃料電池用集電体、およびこの集電体を用いた燃料電
池を提供するものである。
の少なくとも１面に、その面が接する材料の機能と同様
の機能または求められる機能を付与したことを特徴とす
る燃料電池用集電体、およびこの集電体を用いた燃料電
池を提供するものである。
【０００７】本発明の集電体を適用し得る燃料電池は、
電解質膜の両側に設けられたアノードおよびカソードの
電極からなる単位電池が集電体に挟まれ、１つのセルが
構成され、このセルがセパレータを介して積層されてい
る構造を持つ。本発明において、集電体の材質および形
状などは、特に限定されるものではないが、例えば多孔
質炭素焼結体、カーボンペーパー、カーボンクロスなど
が好ましい。また、集電体のリブの有無、リブの形状も
限定されない。このような集電体の少なくとも１面にそ
れが接する材料の機能と同様の機能または求められる機
能を付与するが、具体的には、電解質または電極一体型
電解質に接する面には電極機能を持たせ、セパレータと
接する面には、電子導電性を付与する。すなわち、集電
体の、電解質または電極一体型電解質に接する面には、
電極触媒層を形成させ、セパレータと接する面には、電
子導電性物質層を形成させる。なお、集電体は、どちら
か一方だけの面に機能が付与されていても、両方に機能
が付与されていてもよい。
電解質膜の両側に設けられたアノードおよびカソードの
電極からなる単位電池が集電体に挟まれ、１つのセルが
構成され、このセルがセパレータを介して積層されてい
る構造を持つ。本発明において、集電体の材質および形
状などは、特に限定されるものではないが、例えば多孔
質炭素焼結体、カーボンペーパー、カーボンクロスなど
が好ましい。また、集電体のリブの有無、リブの形状も
限定されない。このような集電体の少なくとも１面にそ
れが接する材料の機能と同様の機能または求められる機
能を付与するが、具体的には、電解質または電極一体型
電解質に接する面には電極機能を持たせ、セパレータと
接する面には、電子導電性を付与する。すなわち、集電
体の、電解質または電極一体型電解質に接する面には、
電極触媒層を形成させ、セパレータと接する面には、電
子導電性物質層を形成させる。なお、集電体は、どちら
か一方だけの面に機能が付与されていても、両方に機能
が付与されていてもよい。
【０００８】このうち、電解質側の集電体に、電極触媒
層を形成させるには、電極触媒ペーストをスプレーある
いは塗布し、溶媒を乾燥除去後固着させ、その後平滑化
すればよい。電極触媒ペーストとしては、白金族金属の
粉末、カーボンブラックまたは白金族金属をカーボンブ
ラックに担持させたものを溶媒に分散させたものが好ま
しい。また、白金族金属のほかに、白金と他の金属の合
金を用いることもできる。このようにして形成された電
極触媒層の厚みは、数μｍ〜数１００μｍ程度が好まし
い。また、集電体のセパレータ側に電子導電性物質層を
形成させる場合も、電子導電性物質ぺーストを用い、電
極触媒層の形成と同様に行えばよい。電子導電性物質ペ
ーストとしては、白金、金、銀、イリジウム、ロジウ
ム、ルテニウム、パラジウムなどのペーストが挙げら
れ、これらを単独あるいは２種以上組み合わせて用いら
れる。また、溶媒としては、水とアルコールの混合溶媒
などが挙げられる。また、電子導電層の厚みは、数μｍ
〜数１００μｍが好ましい。
層を形成させるには、電極触媒ペーストをスプレーある
いは塗布し、溶媒を乾燥除去後固着させ、その後平滑化
すればよい。電極触媒ペーストとしては、白金族金属の
粉末、カーボンブラックまたは白金族金属をカーボンブ
ラックに担持させたものを溶媒に分散させたものが好ま
しい。また、白金族金属のほかに、白金と他の金属の合
金を用いることもできる。このようにして形成された電
極触媒層の厚みは、数μｍ〜数１００μｍ程度が好まし
い。また、集電体のセパレータ側に電子導電性物質層を
形成させる場合も、電子導電性物質ぺーストを用い、電
極触媒層の形成と同様に行えばよい。電子導電性物質ペ
ーストとしては、白金、金、銀、イリジウム、ロジウ
ム、ルテニウム、パラジウムなどのペーストが挙げら
れ、これらを単独あるいは２種以上組み合わせて用いら
れる。また、溶媒としては、水とアルコールの混合溶媒
などが挙げられる。また、電子導電層の厚みは、数μｍ
〜数１００μｍが好ましい。
【０００９】このようにして得られた集電体は、図１に
示すように、集電体１０の表面の電極触媒塗布面２０に
電極４０が設けられた電解質５０を、また電子導電性物
質塗布面３０にセパレータ６０を積層して圧接し、これ
をもう一方の電極にも同様に行って、単セルの電池とす
る。このような本発明の集電体は、導電性に優れている
ので、接触抵抗が小さくなり、電池の内部抵抗を小さく
することができ、熱伝導性も向上し、発熱、蓄熱の問題
もない。また、集電体の表面に電極触媒層を塗布したた
め、電極機能が付与され、三次元的反応場の拡大を図る
ことができる。なお、図１において、電極４０を設けな
い電解質５０を用いて単セルの電池を組み立ててもよ
い。すなわち、集電体１０の表面の電極触媒塗布面２０
に電極４０を設けない電解質５０を、また電子導電性物
質塗布面３０にセパレータ６０を積層して圧接し、これ
をもう一方の電極にも同様に行って、単セルの電池とし
てもよい。
示すように、集電体１０の表面の電極触媒塗布面２０に
電極４０が設けられた電解質５０を、また電子導電性物
質塗布面３０にセパレータ６０を積層して圧接し、これ
をもう一方の電極にも同様に行って、単セルの電池とす
る。このような本発明の集電体は、導電性に優れている
ので、接触抵抗が小さくなり、電池の内部抵抗を小さく
することができ、熱伝導性も向上し、発熱、蓄熱の問題
もない。また、集電体の表面に電極触媒層を塗布したた
め、電極機能が付与され、三次元的反応場の拡大を図る
ことができる。なお、図１において、電極４０を設けな
い電解質５０を用いて単セルの電池を組み立ててもよ
い。すなわち、集電体１０の表面の電極触媒塗布面２０
に電極４０を設けない電解質５０を、また電子導電性物
質塗布面３０にセパレータ６０を積層して圧接し、これ
をもう一方の電極にも同様に行って、単セルの電池とし
てもよい。
【００１０】次に、本発明の燃料電池は、上記のような
集電体を用いたことを特徴とし、電解質とその両側にカ
ソードとアノード、またはカソード、アノードのない電
解質、さらに電解質側にカソード、アノードと同様の機
能を有する電極触媒層を設け、かつセパレータ側に電子
導電性物質層を設けた集電体を１つのセルとして有し、
このセルは、セパレータを介して積層される。例えば、
図１に示すように、集電体１０の表面の電極触媒塗布面
２０に、電極一体型電解質、すなわち電極４０が設けら
れた電解質５０を、また電子導電性物質塗布面３０にセ
パレータ６０を積層して圧接し、これをもう一方の電極
にも同様に行って、単セルの電池とし、これを積層す
る。
集電体を用いたことを特徴とし、電解質とその両側にカ
ソードとアノード、またはカソード、アノードのない電
解質、さらに電解質側にカソード、アノードと同様の機
能を有する電極触媒層を設け、かつセパレータ側に電子
導電性物質層を設けた集電体を１つのセルとして有し、
このセルは、セパレータを介して積層される。例えば、
図１に示すように、集電体１０の表面の電極触媒塗布面
２０に、電極一体型電解質、すなわち電極４０が設けら
れた電解質５０を、また電子導電性物質塗布面３０にセ
パレータ６０を積層して圧接し、これをもう一方の電極
にも同様に行って、単セルの電池とし、これを積層す
る。
【００１１】なお、本発明において、電解質としては、
固体高分子電解質膜を用いると効果的である。この固体
高分子電解質膜としては、ポリパーフルオロスルフォニ
ック酸などが好ましい。また、電解質の膜厚は、おおよ
そ５０〜２００μｍ程度である。本発明の燃料電池は、
集電体の少なくとも１面に、その面が接する材料の機能
と同様の機能または求められる機能を付与していること
が特徴であり、これにより電子導電性がよくなり、接触
抵抗が低減され、発熱や蓄熱の問題がなくなり、さらに
電極機能の三次元的反応場の拡大も図れるのであり、こ
の特徴が生かされているものであれば、上述の例に限定
されるものではなく、どのような形式の燃料電池でもよ
い。
固体高分子電解質膜を用いると効果的である。この固体
高分子電解質膜としては、ポリパーフルオロスルフォニ
ック酸などが好ましい。また、電解質の膜厚は、おおよ
そ５０〜２００μｍ程度である。本発明の燃料電池は、
集電体の少なくとも１面に、その面が接する材料の機能
と同様の機能または求められる機能を付与していること
が特徴であり、これにより電子導電性がよくなり、接触
抵抗が低減され、発熱や蓄熱の問題がなくなり、さらに
電極機能の三次元的反応場の拡大も図れるのであり、こ
の特徴が生かされているものであれば、上述の例に限定
されるものではなく、どのような形式の燃料電池でもよ
い。
【００１２】
【作用】本発明においては、集電体表面のセパレータに
接する面に、導電性物質を塗布するので、接触抵抗を低
減することができ、熱伝導性も向上する。また、集電体
表面の電解質または電極一体型電解質に接する面には、
電極触媒を塗布するので、電極反応層が拡大し、電子集
電面も拡大し、熱伝導性も向上し、発熱や蓄熱が解決で
きる。
接する面に、導電性物質を塗布するので、接触抵抗を低
減することができ、熱伝導性も向上する。また、集電体
表面の電解質または電極一体型電解質に接する面には、
電極触媒を塗布するので、電極反応層が拡大し、電子集
電面も拡大し、熱伝導性も向上し、発熱や蓄熱が解決で
きる。
【００１３】
【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明を説明するが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 実施例１ 多孔質カーボン板からなる集電体の固体高分子電解質膜
〔ポリパーフルオロスルフォニック酸（ナフィオン１１
７）〕と接する面に、電極ぺースト〔炭素：白金：ポリ
テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）：固体高分子電解
質（ＰＥＭ）（重量比）＝３５．２：２３．５：１８．
５：２２．８〕を塗布し、ペースト中の溶媒を乾燥除去
した後固着させ、さらに平滑化した。この塗布層の厚さ
は２５μｍであった。この集電体を用い、図１に示すよ
うに、電極ぺーストを塗布した面に固体高分子電解質膜
を圧接し、他方も同様にして単電池のセルとし、これを
積層して、燃料電池を作製したところ（ただし、電極４
０は設けていない）、図２の結果を得た。
本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 実施例１ 多孔質カーボン板からなる集電体の固体高分子電解質膜
〔ポリパーフルオロスルフォニック酸（ナフィオン１１
７）〕と接する面に、電極ぺースト〔炭素：白金：ポリ
テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）：固体高分子電解
質（ＰＥＭ）（重量比）＝３５．２：２３．５：１８．
５：２２．８〕を塗布し、ペースト中の溶媒を乾燥除去
した後固着させ、さらに平滑化した。この塗布層の厚さ
は２５μｍであった。この集電体を用い、図１に示すよ
うに、電極ぺーストを塗布した面に固体高分子電解質膜
を圧接し、他方も同様にして単電池のセルとし、これを
積層して、燃料電池を作製したところ（ただし、電極４
０は設けていない）、図２の結果を得た。
【００１４】
【発明の効果】本発明の集電体により、集電体表面とセ
パレータの間の接触抵抗を低減することができるので電
池の内部抵抗を小さくでき、熱伝導性も向上できる。ま
た、集電体表面と電極の間に電極反応層を拡大すること
ができ、電子集電面も拡大され、熱伝導性も向上でき
る。これにより発熱や蓄熱の問題もなくなる。さらに、
電極を設けていない電解質の接する集電体面に電極機能
を付与した場合には、セル作製プロセスの簡素化が図れ
る。
パレータの間の接触抵抗を低減することができるので電
池の内部抵抗を小さくでき、熱伝導性も向上できる。ま
た、集電体表面と電極の間に電極反応層を拡大すること
ができ、電子集電面も拡大され、熱伝導性も向上でき
る。これにより発熱や蓄熱の問題もなくなる。さらに、
電極を設けていない電解質の接する集電体面に電極機能
を付与した場合には、セル作製プロセスの簡素化が図れ
る。
【図１】本発明の集電体を用いた単セル電池の一部の模
式断面図である。
式断面図である。
【図２】本発明および従来の燃料電池の電流密度と端子
電圧との関係を示すグラフである。
電圧との関係を示すグラフである。
１０ 集電体 ２０ 電極塗布層 ３０ 電子導電性物質塗布層 ４０ 電極 ６０ セパレータ
Claims (4)
- 【請求項１】 多孔質集電体の少なくとも１面に、その
面が接する材料の機能と同様の機能または求められる機
能を付与したことを特徴とする燃料電池用集電体。 - 【請求項２】 多孔質集電体の電解質または電極一体型
電解質と接する面に、電極の機能を付与した請求項１記
載の集電体。 - 【請求項３】 多孔質集電体のセパレータと接する面
に、電子導電性の機能を付与した請求項１または２記載
の集電体。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載の集
電体を用いた燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4209472A JPH0636784A (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 燃料電池用集電体およびそれを用いた燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4209472A JPH0636784A (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 燃料電池用集電体およびそれを用いた燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0636784A true JPH0636784A (ja) | 1994-02-10 |
Family
ID=16573423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4209472A Pending JPH0636784A (ja) | 1992-07-15 | 1992-07-15 | 燃料電池用集電体およびそれを用いた燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0636784A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007087775A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用触媒層とその製造方法および製造装置 |
| WO2007069404A1 (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-21 | Kabushiki Kaisha Equos Research | 燃料電池用電極、燃料電池のセル及び燃料電池のスタック |
| US7494741B2 (en) | 2003-04-02 | 2009-02-24 | Seiko Epson Corporation | Fuel cell with a porous electron collection layer formed by stacking conductive material particles |
-
1992
- 1992-07-15 JP JP4209472A patent/JPH0636784A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7494741B2 (en) | 2003-04-02 | 2009-02-24 | Seiko Epson Corporation | Fuel cell with a porous electron collection layer formed by stacking conductive material particles |
| JP2007087775A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用触媒層とその製造方法および製造装置 |
| WO2007069404A1 (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-21 | Kabushiki Kaisha Equos Research | 燃料電池用電極、燃料電池のセル及び燃料電池のスタック |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020903 |