JPH0684528A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池Info
- Publication number
- JPH0684528A JPH0684528A JP4233967A JP23396792A JPH0684528A JP H0684528 A JPH0684528 A JP H0684528A JP 4233967 A JP4233967 A JP 4233967A JP 23396792 A JP23396792 A JP 23396792A JP H0684528 A JPH0684528 A JP H0684528A
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- Japan
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- polymer electrolyte
- solid polymer
- high polymer
- solid high
- fuel cell
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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
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】固体高分子電解質膜におけるガスのクロスリー
クがなく信頼性に優れる固体高分子電解質型燃料電池を
得る。 【構成】固体高分子電解質膜１を複数積層した固体高分
子電解質体７を用いる。
クがなく信頼性に優れる固体高分子電解質型燃料電池を
得る。 【構成】固体高分子電解質膜１を複数積層した固体高分
子電解質体７を用いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は固体高分子電解質型燃
料電池の固体高分子電解質膜に係り、特に反応ガスのク
ロスリークがない固体高分子電解質膜に関する。
料電池の固体高分子電解質膜に係り、特に反応ガスのク
ロスリークがない固体高分子電解質膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池は固体高分
子電解質膜の二つの主面にそれぞれアノードとカソード
を配して形成される。アノードまたはカソードの各電極
は電極基材上に電極触媒を配している。固体高分子電解
質膜はスルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イオン交
換膜をカチオン導電性膜として使用したもの、フロロカ
ーボンスルホン酸とポリビニリデンフロライドの混合
膜、あるいはフロロカーボンマトリックスにトリフロロ
エチレンをグラフト化したものなどが知られているが最
近ではパーフロロカーボンスルホン酸膜を用いて燃料電
池の長寿命化を図ったものが知られるに至った。
子電解質膜の二つの主面にそれぞれアノードとカソード
を配して形成される。アノードまたはカソードの各電極
は電極基材上に電極触媒を配している。固体高分子電解
質膜はスルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イオン交
換膜をカチオン導電性膜として使用したもの、フロロカ
ーボンスルホン酸とポリビニリデンフロライドの混合
膜、あるいはフロロカーボンマトリックスにトリフロロ
エチレンをグラフト化したものなどが知られているが最
近ではパーフロロカーボンスルホン酸膜を用いて燃料電
池の長寿命化を図ったものが知られるに至った。
【０００３】固体高分子電解質膜は分子中にプロトン
（水素イオン）交換基を有し、飽和に含水させることに
より常温で２０Ω・ｃｍ以下の比抵抗を示しプロトン導
電性電解質として機能する。飽和含水量は温度によって
可逆的に変化する。電極基材は多孔質体で燃料電池の反
応ガス供給手段または反応ガス排出手段および集電体と
して機能する。アノードまたはカソードの電極において
は三相界面が形成され電気化学反応が起こる。
（水素イオン）交換基を有し、飽和に含水させることに
より常温で２０Ω・ｃｍ以下の比抵抗を示しプロトン導
電性電解質として機能する。飽和含水量は温度によって
可逆的に変化する。電極基材は多孔質体で燃料電池の反
応ガス供給手段または反応ガス排出手段および集電体と
して機能する。アノードまたはカソードの電極において
は三相界面が形成され電気化学反応が起こる。
【０００４】アノードでは（１）式の反応が起こる。 Ｈ2 ＝２Ｈ+ ＋２ｅ （１） カソードでは（２）式の反応が起こる。 １／２Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ＝Ｈ2 Ｏ （２） つまりアノードにおいては系の外部より供給された水素
がプロトンと電子を生成する。生成したプロトンはイオ
ン交換膜中をカソードに向かって移動し電子は外部回路
を通ってカソードに移動する。一方カソードにおいては
系の外部より供給された酸素とイオン交換膜中をアノー
ドより移動してきたプロトンと外部回路より移動してき
た電子が反応し、水を生成する。
がプロトンと電子を生成する。生成したプロトンはイオ
ン交換膜中をカソードに向かって移動し電子は外部回路
を通ってカソードに移動する。一方カソードにおいては
系の外部より供給された酸素とイオン交換膜中をアノー
ドより移動してきたプロトンと外部回路より移動してき
た電子が反応し、水を生成する。
【０００５】図３は従来の固体高分子電解質型燃料電池
を示す断面図である。電極基材３の上に電極触媒層２が
積層されて電極８が構成される。電極８は固体高分子電
解質膜１の両主面にホットプレスにより密着して配置さ
れる。電極の配置された固体高分子電解質膜１はセパレ
ータ４により挟持される。セパレータ４の反応ガス通流
溝６には燃料ガスまたは酸化剤ガスが流される。
を示す断面図である。電極基材３の上に電極触媒層２が
積層されて電極８が構成される。電極８は固体高分子電
解質膜１の両主面にホットプレスにより密着して配置さ
れる。電極の配置された固体高分子電解質膜１はセパレ
ータ４により挟持される。セパレータ４の反応ガス通流
溝６には燃料ガスまたは酸化剤ガスが流される。
【０００６】固体高分子電解質膜１はその内部に水を包
含しており、電解質として機能するばかりでなく燃料ガ
スと酸化剤ガスが相互に混合するクロスリークを防止す
る。
含しており、電解質として機能するばかりでなく燃料ガ
スと酸化剤ガスが相互に混合するクロスリークを防止す
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述のよ
うな従来の固体高分子電解質型燃料電池にあっては固体
高分子電解質膜がピンホールを有し、そのために反応ガ
スがクロスリークし電極特性が徐々に低下するという問
題があった。これは反応ガスが長期の運転においてピン
ホールを介して直接燃焼反応をおこし、その結果リーク
範囲を広げることに起因する。
うな従来の固体高分子電解質型燃料電池にあっては固体
高分子電解質膜がピンホールを有し、そのために反応ガ
スがクロスリークし電極特性が徐々に低下するという問
題があった。これは反応ガスが長期の運転においてピン
ホールを介して直接燃焼反応をおこし、その結果リーク
範囲を広げることに起因する。
【０００８】この発明は上述の点に鑑みてなされ、その
目的は固体高分子電解質膜におけるクロスリークを防止
して、信頼性に優れる固体高分子電解質型燃料電池を提
供することにある。
目的は固体高分子電解質膜におけるクロスリークを防止
して、信頼性に優れる固体高分子電解質型燃料電池を提
供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上述の目的はこの発明に
よれば固体高分子電解質体と、電極と、セパレータとを
有し、固体高分子電解質体はその二つの主面に電極が密
着して配置され、セパレータは前記電極の配置された固
体高分子電解質体を挟持し、固体高分子電解質体は複数
の固体高分子電解質膜が積層されたもので、固体高分子
電解質膜は水を包含して膜中をプロトンが拡散し、セパ
レータは電極に燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給するも
のであるとすることにより達成される。
よれば固体高分子電解質体と、電極と、セパレータとを
有し、固体高分子電解質体はその二つの主面に電極が密
着して配置され、セパレータは前記電極の配置された固
体高分子電解質体を挟持し、固体高分子電解質体は複数
の固体高分子電解質膜が積層されたもので、固体高分子
電解質膜は水を包含して膜中をプロトンが拡散し、セパ
レータは電極に燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給するも
のであるとすることにより達成される。
【００１０】
【作用】固体高分子電解質膜の複数を積層すると、各固
体高分子電解質膜にピンホールが存在してもその位置は
相互にずれるため、反応ガスのクロスリークは低減され
る。
体高分子電解質膜にピンホールが存在してもその位置は
相互にずれるため、反応ガスのクロスリークは低減され
る。
【００１１】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基いて説明す
る。図１はこの発明の実施例に係る固体高分子電解質型
燃料電池を示す断面図である。従来の固体高分子電解質
型燃料電池を示す断面図とは固体高分子電解質膜が複数
積層された固体高分子電解質体が用いられる点が異な
る。
る。図１はこの発明の実施例に係る固体高分子電解質型
燃料電池を示す断面図である。従来の固体高分子電解質
型燃料電池を示す断面図とは固体高分子電解質膜が複数
積層された固体高分子電解質体が用いられる点が異な
る。
【００１２】この様な固体高分子電解質型燃料電池は以
下のようにして調製される。白金黒を２０％担持したカ
ーボンと、ポリテトラフロロエチレンのディスパージョ
ンを混合し、０．４ｍｍの厚さを有するカーボンペーパ
にスポイトにて滴加した。真空乾燥器にて２４ｈ乾燥し
たのち、３６０℃で１５ｍｉｎ焼成してカーボンペーパ
上に１００μｍの電極触媒層を得た。電極触媒層の上に
フッ素樹脂系の陽イオン交換溶液を刷毛で一回塗布し
た。このようにして電極８が調製される。
下のようにして調製される。白金黒を２０％担持したカ
ーボンと、ポリテトラフロロエチレンのディスパージョ
ンを混合し、０．４ｍｍの厚さを有するカーボンペーパ
にスポイトにて滴加した。真空乾燥器にて２４ｈ乾燥し
たのち、３６０℃で１５ｍｉｎ焼成してカーボンペーパ
上に１００μｍの電極触媒層を得た。電極触媒層の上に
フッ素樹脂系の陽イオン交換溶液を刷毛で一回塗布し
た。このようにして電極８が調製される。
【００１３】次に純水を塗布したフッ素樹脂系の陽イオ
ン交換膜（厚さ２０ないし１００μｍ）を二枚積層した
のち電極８にてサンドウィッチし、１２０℃で１０ｍｉ
ｎホットプレスし固体高分子電解質体と電極を密着かつ
一体化させた。上述の他フッ素樹脂系の陽イオン交換膜
にフッ素樹脂系の陽イオン交換溶液を塗布して積層し固
体高分子電解質体を調製することができる。
ン交換膜（厚さ２０ないし１００μｍ）を二枚積層した
のち電極８にてサンドウィッチし、１２０℃で１０ｍｉ
ｎホットプレスし固体高分子電解質体と電極を密着かつ
一体化させた。上述の他フッ素樹脂系の陽イオン交換膜
にフッ素樹脂系の陽イオン交換溶液を塗布して積層し固
体高分子電解質体を調製することができる。
【００１４】図２はこの発明の実施例に係る固体高分子
電解質型燃料電池の出力−運転時間特性（イ）を従来の
燃料電池の特性（ロ）と対比して示す線図である。本発
明の固体高分子電解質体はガスのクロスリークが低減さ
れ、従来のものと比較して信頼性が向上していることが
わかる。
電解質型燃料電池の出力−運転時間特性（イ）を従来の
燃料電池の特性（ロ）と対比して示す線図である。本発
明の固体高分子電解質体はガスのクロスリークが低減さ
れ、従来のものと比較して信頼性が向上していることが
わかる。
【００１５】
【発明の効果】この発明によれば固体高分子電解質体
と、電極と、セパレータとを有し、固体高分子電解質体
はその二つの主面に電極が密着して配置され、セパレー
タは前記電極の配置された固体高分子電解質体を挟持
し、固体高分子電解質体は複数の固体高分子電解質膜が
積層されたもので、固体高分子電解質膜は水を包含して
膜中をプロトンが拡散し、セパレータは電極に燃料ガス
または酸化剤ガスを供給するものであるので、固体高分
子電解質膜の複数を積層すると、各固体高分子電解質膜
にピンホールが存在してもその位置は相互にずれること
となり、反応ガスのクロスリークは低減して信頼性に優
れる固体高分子電解質型燃料電池が得られる。
と、電極と、セパレータとを有し、固体高分子電解質体
はその二つの主面に電極が密着して配置され、セパレー
タは前記電極の配置された固体高分子電解質体を挟持
し、固体高分子電解質体は複数の固体高分子電解質膜が
積層されたもので、固体高分子電解質膜は水を包含して
膜中をプロトンが拡散し、セパレータは電極に燃料ガス
または酸化剤ガスを供給するものであるので、固体高分
子電解質膜の複数を積層すると、各固体高分子電解質膜
にピンホールが存在してもその位置は相互にずれること
となり、反応ガスのクロスリークは低減して信頼性に優
れる固体高分子電解質型燃料電池が得られる。
【図１】この発明の実施例に係る固体高分子電解質型燃
料電池を示す断面図
料電池を示す断面図
【図２】この発明の実施例に係る固体高分子電解質型燃
料電池の出力−運転時間特性（イ）を従来の燃料電池の
特性（ロ）と対比して示す線図
料電池の出力−運転時間特性（イ）を従来の燃料電池の
特性（ロ）と対比して示す線図
【図３】従来の固体高分子電解質型燃料電池を示す断面
図
図
１ 固体高分子電解質膜 ２ 電極触媒層 ３ 電極基材 ４ セパレータ ６ 反応ガス通流溝 ７ 固体高分子電解質体 ８ 電極
Claims (4)
- 【請求項１】固体高分子電解質体と、電極と、セパレー
タとを有し、 固体高分子電解質体はその二つの主面に電極が密着して
配置され、 セパレータは前記電極の配置された固体高分子電解質体
を挟持し、 固体高分子電解質体は複数の固体高分子電解質膜が積層
されたもので、固体高分子電解質膜は水を包含して膜中
をプロトンが拡散し、 セパレータは電極に燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給す
るものであることを特徴とする固体高分子電解質型燃料
電池。 - 【請求項２】請求項１記載の燃料電池において、電極は
電極基材に電極触媒層が積層されたものであることを特
徴とする固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項３】請求項１記載の燃料電池において、固体高
分子電解質体は厚さ２０ないし１００μｍの固体高分子
電解質膜を二枚積層してなることを特徴とする固体高分
子電解質型燃料電池。 - 【請求項４】請求項１記載の燃料電池において、固体高
分子電解質体は固体高分子電解質膜をホットプレスして
なることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4233967A JPH0684528A (ja) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4233967A JPH0684528A (ja) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0684528A true JPH0684528A (ja) | 1994-03-25 |
Family
ID=16963448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4233967A Pending JPH0684528A (ja) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0684528A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001286742A (ja) * | 2000-04-10 | 2001-10-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水素分離膜 |
| JP2004202479A (ja) * | 2002-10-31 | 2004-07-22 | Matsushita Refrig Co Ltd | 水素分離透過膜とその製造方法と水素生成分離装置 |
| JP2005276747A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Hitachi Ltd | 固体高分子電解質複合膜、固体電解質複合膜／電極接合体、及びそれを用いた燃料電池 |
| JP2006059551A (ja) * | 2004-08-17 | 2006-03-02 | Asahi Kasei Chemicals Corp | 補強材を有する高分子固体電解質膜 |
| JP2008516395A (ja) * | 2004-10-08 | 2008-05-15 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 膜電極アセンブリ用の硬化可能なサブガスケット |
| JP2009094010A (ja) * | 2007-10-11 | 2009-04-30 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池用電解質膜積層体、膜電極接合体、及び燃料電池用電解質膜積層体の製造方法 |
| JP2011187436A (ja) * | 2010-03-10 | 2011-09-22 | Samsung Sdi Co Ltd | 燃料電池用膜−電極接合体、燃料電池用膜−電極接合体の製造方法、燃料電池システム、及び燃料電池用スタック |
| WO2011122250A1 (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-06 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 無欠陥化水素分離膜、無欠陥化水素分離膜の製造方法及び水素分離方法 |
-
1992
- 1992-09-02 JP JP4233967A patent/JPH0684528A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001286742A (ja) * | 2000-04-10 | 2001-10-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水素分離膜 |
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| JP4632717B2 (ja) * | 2004-08-17 | 2011-02-16 | 旭化成イーマテリアルズ株式会社 | フッ素系高分子固体高分子電解質膜、フッ素系高分子固体高分子電解質膜積層体、膜／電極接合体及び固体高分子型燃料電池 |
| JP2008516395A (ja) * | 2004-10-08 | 2008-05-15 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 膜電極アセンブリ用の硬化可能なサブガスケット |
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| US8735017B2 (en) | 2010-03-10 | 2014-05-27 | Samsung Sdi Co., Ltd | Membrane-electrode assembly for fuel cell, method of manufacturing membrane-electrode assembly for fuel cell, and fuel cell system |
| WO2011122250A1 (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-06 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 無欠陥化水素分離膜、無欠陥化水素分離膜の製造方法及び水素分離方法 |
| US9149762B2 (en) | 2010-03-29 | 2015-10-06 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Defectless hydrogen separation membrane, production method for defectless hydrogen separation membrane and hydrogen separation method |
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