JPH07135003A - 高分子陽イオン交換膜および燃料電池 - Google Patents
高分子陽イオン交換膜および燃料電池Info
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- JPH07135003A JPH07135003A JP5307263A JP30726393A JPH07135003A JP H07135003 A JPH07135003 A JP H07135003A JP 5307263 A JP5307263 A JP 5307263A JP 30726393 A JP30726393 A JP 30726393A JP H07135003 A JPH07135003 A JP H07135003A
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- water
- exchange membrane
- membrane
- polymer cation
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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
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 陽イオン交換膜における水分管理の簡略化を
図る。 【構成】 燃料電池セルは、電解質膜１０と、その両側
の陽極２０および陰極３０とを備えて構成されており、
各電極外側には、陽極側燃料（酸素ガス）および陰極側
燃料（水素ガス）の流路を形成するガス流路構造体と各
セルを仕切るセパレータとが備え付けられている。陽極
２０および陰極３０に挟持された電解質膜１０は、親水
基として−ＣＯＯ- を有する架橋ポリアクリル酸塩高分
子樹脂の粒状体１２（平均粒径約２０μｍ）を分散保持
したフッ素系スルホン酸高分子樹脂製の陽イオン交換膜
で形成されている。そして、この粒状体１２により、電
解質膜１０の湿潤状態の発現およびその維持が図られ
る。
図る。 【構成】 燃料電池セルは、電解質膜１０と、その両側
の陽極２０および陰極３０とを備えて構成されており、
各電極外側には、陽極側燃料（酸素ガス）および陰極側
燃料（水素ガス）の流路を形成するガス流路構造体と各
セルを仕切るセパレータとが備え付けられている。陽極
２０および陰極３０に挟持された電解質膜１０は、親水
基として−ＣＯＯ- を有する架橋ポリアクリル酸塩高分
子樹脂の粒状体１２（平均粒径約２０μｍ）を分散保持
したフッ素系スルホン酸高分子樹脂製の陽イオン交換膜
で形成されている。そして、この粒状体１２により、電
解質膜１０の湿潤状態の発現およびその維持が図られ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、陽イオンに対するイオ
ン交換基を備え、該陽イオンを選択的に透過する高分子
陽イオン交換膜と当該膜を用いた燃料電池に関する。
ン交換基を備え、該陽イオンを選択的に透過する高分子
陽イオン交換膜と当該膜を用いた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の高分子陽イオン交換膜（以下、
単に陽イオン交換膜ともいう）は、陽イオンを選択的に
透過させるという性質を有することから、種々の用途に
用いられており、例えば水素と酸素の化学反応を利用し
た燃料電池における電解質膜として実用化されている。
燃料電池における電解質膜としてに限らず、陽イオン交
換膜が上記した性質を発揮するには、陽イオン交換膜が
適当な湿潤環境下にあること、換言すれば吸水環境下に
あることが必要である。例えば、陽イオン交換膜を電解
質膜として用いる場合には、水素イオンがＨ+ （xＨ
2Ｏ）の水和状態で透過（拡散）するため、膜のイオン
導電率は膜中水分量（吸水量）と相関関係にあり、膜中
水分量が不足するとイオン導電率の低下、即ち電池性能
の低下をもたらす。従って、燃料電池の電極への燃料ガ
ス（水素ガス）を水蒸気により加湿して供給すること
で、膜を適当な吸水状態におき、膜のイオン導電率の低
下、延いては電池性能の低下の防止が図られていた。
単に陽イオン交換膜ともいう）は、陽イオンを選択的に
透過させるという性質を有することから、種々の用途に
用いられており、例えば水素と酸素の化学反応を利用し
た燃料電池における電解質膜として実用化されている。
燃料電池における電解質膜としてに限らず、陽イオン交
換膜が上記した性質を発揮するには、陽イオン交換膜が
適当な湿潤環境下にあること、換言すれば吸水環境下に
あることが必要である。例えば、陽イオン交換膜を電解
質膜として用いる場合には、水素イオンがＨ+ （xＨ
2Ｏ）の水和状態で透過（拡散）するため、膜のイオン
導電率は膜中水分量（吸水量）と相関関係にあり、膜中
水分量が不足するとイオン導電率の低下、即ち電池性能
の低下をもたらす。従って、燃料電池の電極への燃料ガ
ス（水素ガス）を水蒸気により加湿して供給すること
で、膜を適当な吸水状態におき、膜のイオン導電率の低
下、延いては電池性能の低下の防止が図られていた。
【０００３】その一方で、燃料ガス（水素ガス）は水蒸
気により加湿して供給されるので、水蒸気分圧に相当す
る分だけ燃料ガスの分圧が低下するため、電解質膜であ
る陽イオン交換膜をＨ+ （xＨ2Ｏ）の水和状態で透過
（拡散）する水素イオンの絶対量が少なくなる。また、
一般に、電極は白金等の触媒を担持した導電性粒子や導
電性繊維から形成されているので、電極界面や電極中
（粒子間間隙，繊維間間隙）において水蒸気が結露し、
陽イオン交換膜への燃料ガスの拡散が阻害されることが
ある。よって、これらの事態に到ると、燃料電池として
の電池性能の低下を来たしていた。
気により加湿して供給されるので、水蒸気分圧に相当す
る分だけ燃料ガスの分圧が低下するため、電解質膜であ
る陽イオン交換膜をＨ+ （xＨ2Ｏ）の水和状態で透過
（拡散）する水素イオンの絶対量が少なくなる。また、
一般に、電極は白金等の触媒を担持した導電性粒子や導
電性繊維から形成されているので、電極界面や電極中
（粒子間間隙，繊維間間隙）において水蒸気が結露し、
陽イオン交換膜への燃料ガスの拡散が阻害されることが
ある。よって、これらの事態に到ると、燃料電池として
の電池性能の低下を来たしていた。
【０００４】このような欠点を解消するために、例えば
特開平４−２５９７５９には、電解質膜である陽イオン
交換膜に水分を細管により直接供給して当該膜を吸水状
態におく技術が提案されている。そして、このようにす
ることで、燃料ガス分圧の低下や電極における水蒸気の
結露といった事態を招くことがなくなり、燃料電池の電
池性能の向上が図られていた。
特開平４−２５９７５９には、電解質膜である陽イオン
交換膜に水分を細管により直接供給して当該膜を吸水状
態におく技術が提案されている。そして、このようにす
ることで、燃料ガス分圧の低下や電極における水蒸気の
結露といった事態を招くことがなくなり、燃料電池の電
池性能の向上が図られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報で提案された技術では、水分を供給する細管に起因し
て、次のような問題点がある。即ち、この細管が水分の
供給中に微細なゴミ等により閉塞したり、陽イオン交換
膜と電極とのホットプレス時の圧力により閉塞すること
がある。このため、閉塞しないようにその加圧圧力を調
整する必要がある。そして、細管が閉塞すると、その後
のおよび閉塞箇所以降の水分の供給ができないために膜
中水分が不足して、膜のイオン導電率の低下により電池
性能が低下する。また、細管を通して水分が圧送されて
いるため、過剰の水が細管周辺或いは閉塞箇所周辺に偏
在して溶出し、膜中における燃料ガスの拡散を阻害する
虞もある。なお、細管が閉塞すれば、当然に水分圧送系
への負荷が増大する。
報で提案された技術では、水分を供給する細管に起因し
て、次のような問題点がある。即ち、この細管が水分の
供給中に微細なゴミ等により閉塞したり、陽イオン交換
膜と電極とのホットプレス時の圧力により閉塞すること
がある。このため、閉塞しないようにその加圧圧力を調
整する必要がある。そして、細管が閉塞すると、その後
のおよび閉塞箇所以降の水分の供給ができないために膜
中水分が不足して、膜のイオン導電率の低下により電池
性能が低下する。また、細管を通して水分が圧送されて
いるため、過剰の水が細管周辺或いは閉塞箇所周辺に偏
在して溶出し、膜中における燃料ガスの拡散を阻害する
虞もある。なお、細管が閉塞すれば、当然に水分圧送系
への負荷が増大する。
【０００６】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、陽イオン交換膜における水分管理の簡略化を図る
ことを目的とする。
され、陽イオン交換膜における水分管理の簡略化を図る
ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１記載の高分子陽イオン交換膜は、
陽イオンに対するイオン交換基を備え、該陽イオンを選
択的に透過する高分子陽イオン交換膜であって、膜中
に、少なくとも前記高分子陽イオン交換膜以上の吸水性
を有する吸水部材を配設したことをその要旨とする。
めになされた請求項１記載の高分子陽イオン交換膜は、
陽イオンに対するイオン交換基を備え、該陽イオンを選
択的に透過する高分子陽イオン交換膜であって、膜中
に、少なくとも前記高分子陽イオン交換膜以上の吸水性
を有する吸水部材を配設したことをその要旨とする。
【０００８】請求項２記載の高分子陽イオン交換膜で
は、前記吸水部材を前記吸水性を有する吸水性樹脂の粒
状体として有し、該粒状体を分散保持させた。
は、前記吸水部材を前記吸水性を有する吸水性樹脂の粒
状体として有し、該粒状体を分散保持させた。
【０００９】請求項３記載の高分子陽イオン交換膜で
は、前記吸水部材を膜厚方向に前記陽イオンの透過が可
能な薄膜体として有し、該薄膜体を前記高分子陽イオン
交換膜の膜中にサンドイッチ状に介在させた。
は、前記吸水部材を膜厚方向に前記陽イオンの透過が可
能な薄膜体として有し、該薄膜体を前記高分子陽イオン
交換膜の膜中にサンドイッチ状に介在させた。
【００１０】請求項４記載の高分子陽イオン交換膜で
は、前記吸水部材を薄膜片として有し、該薄膜片を前記
高分子陽イオン交換膜の膜中に分散して介在させた。
は、前記吸水部材を薄膜片として有し、該薄膜片を前記
高分子陽イオン交換膜の膜中に分散して介在させた。
【００１１】請求項５記載の燃料電池は、水素イオンに
対するイオン交換基を有した請求項１ないし請求項４い
ずれか記載の高分子陽イオン交換膜を、陽極と陰極との
間に電解質膜として挟持して備える。
対するイオン交換基を有した請求項１ないし請求項４い
ずれか記載の高分子陽イオン交換膜を、陽極と陰極との
間に電解質膜として挟持して備える。
【００１２】請求項６記載の燃料電池では、水素イオン
に対するイオン交換基を備えた高分子陽イオン交換膜
を、陽極と陰極との間に電解質膜として挟持して備える
燃料電池であって、少なくとも前記高分子陽イオン交換
膜以上の吸水性を有し膜厚方向に水素イオンの透過が可
能な薄膜体を、前記高分子陽イオン交換膜中にサンドイ
ッチ状に介在させて備え、該薄膜体に外部から水分を供
給する水供給手段を有することをその要旨とする。
に対するイオン交換基を備えた高分子陽イオン交換膜
を、陽極と陰極との間に電解質膜として挟持して備える
燃料電池であって、少なくとも前記高分子陽イオン交換
膜以上の吸水性を有し膜厚方向に水素イオンの透過が可
能な薄膜体を、前記高分子陽イオン交換膜中にサンドイ
ッチ状に介在させて備え、該薄膜体に外部から水分を供
給する水供給手段を有することをその要旨とする。
【００１３】
【作用】上記構成を有する高分子陽イオン交換膜のうち
請求項１記載の高分子陽イオン交換膜では、その膜中に
配設した吸水部材に、高分子陽イオン交換膜単独の場合
に比べて少なくとも多くの水分を、膜の使用当初から継
続して吸水させた吸水状態とすることが可能である。よ
って、この吸水部材を介してその周辺を湿潤状態におく
ことができるとともに、吸水部材の吸水能力を越える量
の水分しか膜中に溶出させない。また、この吸水部材が
吸水状態にあれば、加圧の有無に拘らずその周辺の湿潤
状態を維持できる。そして、この湿潤状態の発現および
維持を通して、膜のイオン導電率を向上させることがで
きる。
請求項１記載の高分子陽イオン交換膜では、その膜中に
配設した吸水部材に、高分子陽イオン交換膜単独の場合
に比べて少なくとも多くの水分を、膜の使用当初から継
続して吸水させた吸水状態とすることが可能である。よ
って、この吸水部材を介してその周辺を湿潤状態におく
ことができるとともに、吸水部材の吸水能力を越える量
の水分しか膜中に溶出させない。また、この吸水部材が
吸水状態にあれば、加圧の有無に拘らずその周辺の湿潤
状態を維持できる。そして、この湿潤状態の発現および
維持を通して、膜のイオン導電率を向上させることがで
きる。
【００１４】請求項２記載の高分子陽イオン交換膜で
は、吸水部材を上記の吸水性を有する吸水性樹脂の粒状
体として有し、その粒状体を分散保持させたので、吸水
性樹脂の粒状体の周辺を湿潤状態におきその状態を維持
することを、高分子陽イオン交換膜の全体に亘って行な
うことができる。そして、この湿潤状態の発現および維
持を通して、膜のイオン導電率を向上させることができ
る。
は、吸水部材を上記の吸水性を有する吸水性樹脂の粒状
体として有し、その粒状体を分散保持させたので、吸水
性樹脂の粒状体の周辺を湿潤状態におきその状態を維持
することを、高分子陽イオン交換膜の全体に亘って行な
うことができる。そして、この湿潤状態の発現および維
持を通して、膜のイオン導電率を向上させることができ
る。
【００１５】この場合、吸水性を有する吸水性樹脂とし
ては、架橋ポリアクリル酸塩，デンプン−アクリル酸塩
グラフト共重合架橋物，ポバール系，ポリアクリロニト
リル系，カルボキシメチルセルロース系等の樹脂を例示
することができ、高分子陽イオン交換膜の有する吸水性
との比較の上で適宜選択することができる。
ては、架橋ポリアクリル酸塩，デンプン−アクリル酸塩
グラフト共重合架橋物，ポバール系，ポリアクリロニト
リル系，カルボキシメチルセルロース系等の樹脂を例示
することができ、高分子陽イオン交換膜の有する吸水性
との比較の上で適宜選択することができる。
【００１６】請求項３記載の高分子陽イオン交換膜で
は、吸水部材を膜厚方向に陽イオンの透過が可能な薄膜
体として有し、この薄膜体を高分子陽イオン交換膜の膜
中にサンドイッチ状に介在させたので、高分子陽イオン
交換膜の膜厚方向の陽イオンの透過を阻害することはな
いとともに、薄膜体周辺を湿潤状態におきその状態を維
持することを、薄膜体の表裏面に亘って行なうことがで
きる。また、薄膜体周辺の湿潤化を通して、高分子陽イ
オン交換膜の全体に亘っての湿潤化およびその維持が可
能となる。そして、この湿潤状態の発現および維持を通
して、膜のイオン導電率を向上させることができる。
は、吸水部材を膜厚方向に陽イオンの透過が可能な薄膜
体として有し、この薄膜体を高分子陽イオン交換膜の膜
中にサンドイッチ状に介在させたので、高分子陽イオン
交換膜の膜厚方向の陽イオンの透過を阻害することはな
いとともに、薄膜体周辺を湿潤状態におきその状態を維
持することを、薄膜体の表裏面に亘って行なうことがで
きる。また、薄膜体周辺の湿潤化を通して、高分子陽イ
オン交換膜の全体に亘っての湿潤化およびその維持が可
能となる。そして、この湿潤状態の発現および維持を通
して、膜のイオン導電率を向上させることができる。
【００１７】この場合、薄膜体を少なくとも高分子陽イ
オン交換膜以上の吸水性を有する吸水性樹脂そのものか
ら形成したフィルムや、当該吸水性樹脂繊維の織布，不
織布等としたり、吸水性樹脂を含有したフィルム，吸水
性樹脂を表面に分散保持した織布，不織布等とすること
ができる。なお、吸水性を有する吸水性樹脂としては、
上記した架橋ポリアクリル酸塩等の樹脂を例示すること
ができ、高分子陽イオン交換膜の有する吸水性との比較
の上で適宜選択することができる。
オン交換膜以上の吸水性を有する吸水性樹脂そのものか
ら形成したフィルムや、当該吸水性樹脂繊維の織布，不
織布等としたり、吸水性樹脂を含有したフィルム，吸水
性樹脂を表面に分散保持した織布，不織布等とすること
ができる。なお、吸水性を有する吸水性樹脂としては、
上記した架橋ポリアクリル酸塩等の樹脂を例示すること
ができ、高分子陽イオン交換膜の有する吸水性との比較
の上で適宜選択することができる。
【００１８】請求項４記載の高分子陽イオン交換膜で
は、吸水部材を薄膜片として有し、該薄膜片を前記高分
子陽イオン交換膜の膜中に分散して介在させたので、薄
膜片の周辺を湿潤状態におきその状態を維持すること
を、高分子陽イオン交換膜の全体に亘って行なうことが
できる。そして、この湿潤状態の発現および維持を通し
て、膜のイオン導電率を向上させることができる。
は、吸水部材を薄膜片として有し、該薄膜片を前記高分
子陽イオン交換膜の膜中に分散して介在させたので、薄
膜片の周辺を湿潤状態におきその状態を維持すること
を、高分子陽イオン交換膜の全体に亘って行なうことが
できる。そして、この湿潤状態の発現および維持を通し
て、膜のイオン導電率を向上させることができる。
【００１９】この場合、薄膜片を少なくとも高分子陽イ
オン交換膜以上の吸水性を有する吸水性樹脂そのものか
ら形成したフィルムを微小な短冊状等の形状に破砕した
或いは切断した細片や、当該吸水性樹脂繊維の織布，不
織布等の切り布としたり、吸水性樹脂を含有したフィル
ムの細片，吸水性樹脂を表面に分散保持した織布，不織
布等の切り布などとすることができる。また、吸水性を
有する吸水性樹脂としては、上記した架橋ポリアクリル
酸塩等の樹脂を例示することができ、高分子陽イオン交
換膜の有する吸水性との比較の上で適宜選択することが
できる。
オン交換膜以上の吸水性を有する吸水性樹脂そのものか
ら形成したフィルムを微小な短冊状等の形状に破砕した
或いは切断した細片や、当該吸水性樹脂繊維の織布，不
織布等の切り布としたり、吸水性樹脂を含有したフィル
ムの細片，吸水性樹脂を表面に分散保持した織布，不織
布等の切り布などとすることができる。また、吸水性を
有する吸水性樹脂としては、上記した架橋ポリアクリル
酸塩等の樹脂を例示することができ、高分子陽イオン交
換膜の有する吸水性との比較の上で適宜選択することが
できる。
【００２０】請求項５記載の燃料電池では、水素イオン
に対するイオン交換基を有した上記したいずれかの高分
子陽イオン交換膜を、陽極と陰極との間に電解質膜とし
て挟持して備えることで、その高分子陽イオン交換膜の
有する性質（膜全体に亘る湿潤状態の発現および維持）
を通して発揮させるイオン導電率の向上により、電池性
能を向上させることができる。また、膜を透過（拡散）
した水素イオンと酸素との電極における化学反応を経て
生成される水をこの高分子陽イオン交換膜中の吸水部材
に吸水して、電極付近への水の滞留を防止できる。
に対するイオン交換基を有した上記したいずれかの高分
子陽イオン交換膜を、陽極と陰極との間に電解質膜とし
て挟持して備えることで、その高分子陽イオン交換膜の
有する性質（膜全体に亘る湿潤状態の発現および維持）
を通して発揮させるイオン導電率の向上により、電池性
能を向上させることができる。また、膜を透過（拡散）
した水素イオンと酸素との電極における化学反応を経て
生成される水をこの高分子陽イオン交換膜中の吸水部材
に吸水して、電極付近への水の滞留を防止できる。
【００２１】請求項６記載の燃料電池では、陽極と陰極
との間に電解質膜として挟持する高分子陽イオン交換膜
を、少なくともこの高分子陽イオン交換膜以上の吸水性
を有し膜厚方向に水素イオンの透過が可能な薄膜体をサ
ンドイッチ状に介在したものとし、この薄膜体に水供給
手段により外部から水分を供給する。よって、この高分
子陽イオン交換膜の有する性質（膜全体に亘る湿潤状態
の発現および維持）を通して発揮させるイオン導電率の
向上により、電池性能を向上させることができる。ま
た、電池としての運転を開始する当初から水供給手段に
より薄膜体周辺はもとより高分子陽イオン交換膜の全体
に亘って湿潤化することができるとともに、運転開始後
にはこの水供給手段により供給された水或いは水素イオ
ンと酸素との電極における化学反応を経て生成される水
をこの高分子陽イオン交換膜中の薄膜体に吸水できる。
よって、運転当初から電解質膜の湿潤化ができるととも
に電極付近における水の滞留を防止できる。
との間に電解質膜として挟持する高分子陽イオン交換膜
を、少なくともこの高分子陽イオン交換膜以上の吸水性
を有し膜厚方向に水素イオンの透過が可能な薄膜体をサ
ンドイッチ状に介在したものとし、この薄膜体に水供給
手段により外部から水分を供給する。よって、この高分
子陽イオン交換膜の有する性質（膜全体に亘る湿潤状態
の発現および維持）を通して発揮させるイオン導電率の
向上により、電池性能を向上させることができる。ま
た、電池としての運転を開始する当初から水供給手段に
より薄膜体周辺はもとより高分子陽イオン交換膜の全体
に亘って湿潤化することができるとともに、運転開始後
にはこの水供給手段により供給された水或いは水素イオ
ンと酸素との電極における化学反応を経て生成される水
をこの高分子陽イオン交換膜中の薄膜体に吸水できる。
よって、運転当初から電解質膜の湿潤化ができるととも
に電極付近における水の滞留を防止できる。
【００２２】この場合、既述したように、薄膜体を吸水
性樹脂そのものから形成したフィルムや、当該吸水性樹
脂繊維の織布，不織布等としたり、吸水性樹脂を架橋ポ
リアクリル酸塩等の樹脂とすることができ、樹脂の選択
に当たっては、高分子陽イオン交換膜の有する吸水性と
の比較の上で適宜選択することができる。
性樹脂そのものから形成したフィルムや、当該吸水性樹
脂繊維の織布，不織布等としたり、吸水性樹脂を架橋ポ
リアクリル酸塩等の樹脂とすることができ、樹脂の選択
に当たっては、高分子陽イオン交換膜の有する吸水性と
の比較の上で適宜選択することができる。
【００２３】
【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図１は、本発明の一実施例である燃料電池（固
体高分子電解質型燃料電池）のセル構造の模式図であ
る。図示するように、セルは、電解質膜１０と、その両
側の陽極２０および陰極３０とを備えて構成されてお
り、各電極外側には、陽極側燃料（酸素ガス）および陰
極側燃料（水素ガス）の流路を形成する図示しないガス
流路構造体と各セルを仕切るセパレータとが備え付けら
れている。
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図１は、本発明の一実施例である燃料電池（固
体高分子電解質型燃料電池）のセル構造の模式図であ
る。図示するように、セルは、電解質膜１０と、その両
側の陽極２０および陰極３０とを備えて構成されてお
り、各電極外側には、陽極側燃料（酸素ガス）および陰
極側燃料（水素ガス）の流路を形成する図示しないガス
流路構造体と各セルを仕切るセパレータとが備え付けら
れている。
【００２４】陽極２０および陰極３０は、触媒として白
金または白金と他の金属からなる合金等を担持したカー
ボン粒子を凝集・積層して構成されている。
金または白金と他の金属からなる合金等を担持したカー
ボン粒子を凝集・積層して構成されている。
【００２５】電解質膜１０は、アクリル系高吸水性樹脂
の粒状体１２（平均粒径約２０μｍ）を分散保持すると
ともに水素イオンに対するイオン交換基を有する陽イオ
ン交換膜である。この陽イオン交換膜は、フッ素系スル
ホン酸高分子樹脂溶液から後述する工程を経て生成さ
れ、スルホン基をイオン交換基として有する。また、こ
の陽イオン交換膜からなる電解質膜１０の膜厚は、１８
０μｍである。
の粒状体１２（平均粒径約２０μｍ）を分散保持すると
ともに水素イオンに対するイオン交換基を有する陽イオ
ン交換膜である。この陽イオン交換膜は、フッ素系スル
ホン酸高分子樹脂溶液から後述する工程を経て生成さ
れ、スルホン基をイオン交換基として有する。また、こ
の陽イオン交換膜からなる電解質膜１０の膜厚は、１８
０μｍである。
【００２６】ここで、陽イオン交換膜、即ち電解質膜１
０の生成工程について説明する。まず、フッ素系スルホ
ン酸高分子樹脂溶液として、そのモノマーであるテトラ
フルオロエチレン溶液と、フルオロスルホニル基を含ん
だパーフルオロビニルエーテル溶液とを用意し、併せ
て、アクリル系高吸水性樹脂として架橋ポリアクリル酸
塩（親水基−ＣＯＯ- ）を用意する。そして、架橋ポリ
アクリル酸塩を、平均粒径が約２０μｍとなるように粉
砕調製して粒状体１２を生成し、架橋ポリアクリル酸塩
とフッ素系スルホン酸高分子樹脂溶液（テトラフルオロ
エチレン溶液，パーフルオロビニルエーテル溶液）とを
秤量する。次いで、両者を混合・攪拌して、架橋ポリア
クリル酸塩の粒状体１２をフッ素系スルホン酸高分子樹
脂溶液中に分散させる。その後、重合槽にてテトラフル
オロエチレンとパーフルオロビニルエーテルとを共重合
させて、カレンダーロール法等の適宜な薄膜成形法によ
り、膜厚１８０μｍの薄膜に製膜し、加水分解処理を施
す。こうして、アクリル系高吸水性樹脂（架橋ポリアク
リル酸塩）の粒状体１２を分散保持した陽イオン交換膜
が完成する。この場合、アクリル系高吸水性樹脂である
架橋ポリアクリル酸塩は、陽イオン交換膜より高い吸水
性を有する。
０の生成工程について説明する。まず、フッ素系スルホ
ン酸高分子樹脂溶液として、そのモノマーであるテトラ
フルオロエチレン溶液と、フルオロスルホニル基を含ん
だパーフルオロビニルエーテル溶液とを用意し、併せ
て、アクリル系高吸水性樹脂として架橋ポリアクリル酸
塩（親水基−ＣＯＯ- ）を用意する。そして、架橋ポリ
アクリル酸塩を、平均粒径が約２０μｍとなるように粉
砕調製して粒状体１２を生成し、架橋ポリアクリル酸塩
とフッ素系スルホン酸高分子樹脂溶液（テトラフルオロ
エチレン溶液，パーフルオロビニルエーテル溶液）とを
秤量する。次いで、両者を混合・攪拌して、架橋ポリア
クリル酸塩の粒状体１２をフッ素系スルホン酸高分子樹
脂溶液中に分散させる。その後、重合槽にてテトラフル
オロエチレンとパーフルオロビニルエーテルとを共重合
させて、カレンダーロール法等の適宜な薄膜成形法によ
り、膜厚１８０μｍの薄膜に製膜し、加水分解処理を施
す。こうして、アクリル系高吸水性樹脂（架橋ポリアク
リル酸塩）の粒状体１２を分散保持した陽イオン交換膜
が完成する。この場合、アクリル系高吸水性樹脂である
架橋ポリアクリル酸塩は、陽イオン交換膜より高い吸水
性を有する。
【００２７】こうして得られた陽イオン交換膜を電解質
膜１０とする燃料電池は、上記した陽極２０，陰極３０
の間に電解質膜１０を挟持し、ホットプレス（１２０
℃，１００ｋｇ／ｃｍ2 ）を経て完成する。
膜１０とする燃料電池は、上記した陽極２０，陰極３０
の間に電解質膜１０を挟持し、ホットプレス（１２０
℃，１００ｋｇ／ｃｍ2 ）を経て完成する。
【００２８】次に、完成した本実施例の燃料電池（電解
質膜１０における粒状体１２の配合比率：５ｖｏｌ％）
の性能評価について説明する。対比する燃料電池（比較
例）は、粒状体１２を有しないパーフルオロカーボンス
ルホン酸高分子膜（商品名：ナフィオン１１７， Du Po
nt社製）を膜厚１８０μｍの電解質膜とする燃料電池で
ある。なお、パーフルオロカーボンスルホン酸高分子膜
は、テトラフルオロエチレンとパーフルオロビニルエー
テルとを共重合させたフッ素系スルホン酸高分子樹脂に
他ならない。よって、本実施例の燃料電池と対比する燃
料電池とは、膜中に粒状体１２が分散保持されている点
でその構成が異なる。
質膜１０における粒状体１２の配合比率：５ｖｏｌ％）
の性能評価について説明する。対比する燃料電池（比較
例）は、粒状体１２を有しないパーフルオロカーボンス
ルホン酸高分子膜（商品名：ナフィオン１１７， Du Po
nt社製）を膜厚１８０μｍの電解質膜とする燃料電池で
ある。なお、パーフルオロカーボンスルホン酸高分子膜
は、テトラフルオロエチレンとパーフルオロビニルエー
テルとを共重合させたフッ素系スルホン酸高分子樹脂に
他ならない。よって、本実施例の燃料電池と対比する燃
料電池とは、膜中に粒状体１２が分散保持されている点
でその構成が異なる。
【００２９】まず、両燃料電池についてＩ−Ｖ特性を調
べた。その結果を図２に示す。この図２から明らかなよ
うに、実施例の燃料電池では、測定範囲の総ての電流密
度に亘って比較例の燃料電池よりその特性が優れ、特
に、０．５Ａ／ｃｍ2 以上の高電流密度領域では、その
差が顕著であった。このことから、粒状体１２を分散保
持した陽イオン交換膜を電解質膜１０に用いることによ
り、電池特性の向上を図ることができる。つまり、電解
質膜１０中に分散保持した粒状体１２が吸水状態にある
ことで、各粒状体１２の周辺はもとより電解質膜１０を
その全体に亘って湿潤状態におきその状態を維持するこ
とができたため、更には陽極２０において生成された水
をこの粒状体１２に吸水できるので、電解質膜１０のイ
オン導電率が向上したことになる。
べた。その結果を図２に示す。この図２から明らかなよ
うに、実施例の燃料電池では、測定範囲の総ての電流密
度に亘って比較例の燃料電池よりその特性が優れ、特
に、０．５Ａ／ｃｍ2 以上の高電流密度領域では、その
差が顕著であった。このことから、粒状体１２を分散保
持した陽イオン交換膜を電解質膜１０に用いることによ
り、電池特性の向上を図ることができる。つまり、電解
質膜１０中に分散保持した粒状体１２が吸水状態にある
ことで、各粒状体１２の周辺はもとより電解質膜１０を
その全体に亘って湿潤状態におきその状態を維持するこ
とができたため、更には陽極２０において生成された水
をこの粒状体１２に吸水できるので、電解質膜１０のイ
オン導電率が向上したことになる。
【００３０】また、粒状体１２が吸水状態にあるという
粒状体１２の保水効果により、負荷が急変するような悪
条件下においても、膜のドライアップを回避できるので
高い電池特性を維持することができる。しかも、このよ
うな優れた電池特性を得るに当たり、特別な水分管理を
要しないので、膜の水分管理を簡略化することができ
る。更に、燃料電池を製造するに当たり、ホットプレス
による加圧を経ても膜中の湿潤状態に変化はなく電池特
性を低下させないので、加圧圧力の調整等を必要としな
くなり燃料電池製造工程の簡略化を図ることができる。
粒状体１２の保水効果により、負荷が急変するような悪
条件下においても、膜のドライアップを回避できるので
高い電池特性を維持することができる。しかも、このよ
うな優れた電池特性を得るに当たり、特別な水分管理を
要しないので、膜の水分管理を簡略化することができ
る。更に、燃料電池を製造するに当たり、ホットプレス
による加圧を経ても膜中の湿潤状態に変化はなく電池特
性を低下させないので、加圧圧力の調整等を必要としな
くなり燃料電池製造工程の簡略化を図ることができる。
【００３１】また、実施例の陽イオン交換膜によれば、
粒状体１２を陽イオン交換膜の製膜中（加水分解前）に
分散させるだけで、膜の水分管理が容易で且つイオン導
電率の高い陽イオン交換膜、延いては燃料電池を容易に
製造することができる。
粒状体１２を陽イオン交換膜の製膜中（加水分解前）に
分散させるだけで、膜の水分管理が容易で且つイオン導
電率の高い陽イオン交換膜、延いては燃料電池を容易に
製造することができる。
【００３２】次に、粒状体１２の配合比率を５〜５０ｖ
ｏｌ％の範囲で変えて製造した陽イオン交換膜を電解質
膜１０とした各燃料電池について、高吸水性樹脂（粒状
体１２）の添加量（配合量）と電池内部抵抗との関係を
調べた。その結果を、図３に示す。電流密度が１．０Ａ
／ｃｍ2 の高電流密度であっても、粒状体１２を配合す
ることで、粒状体１２の吸水による膜の湿潤を通してイ
オン導電率を向上させて電池内部抵抗の低下を招くこと
ができた。しかし、粒状体１２の配合比率が４０ｖｏｌ
％以上では、その配合比率が０ｖｏｌ％のもの（粒状体
１２を有しない従来の燃料電池）と同程度の電池内部抵
抗となったことから、粒状体１２の配合比率の上限は４
０ｖｏｌ％程度と考えられる。
ｏｌ％の範囲で変えて製造した陽イオン交換膜を電解質
膜１０とした各燃料電池について、高吸水性樹脂（粒状
体１２）の添加量（配合量）と電池内部抵抗との関係を
調べた。その結果を、図３に示す。電流密度が１．０Ａ
／ｃｍ2 の高電流密度であっても、粒状体１２を配合す
ることで、粒状体１２の吸水による膜の湿潤を通してイ
オン導電率を向上させて電池内部抵抗の低下を招くこと
ができた。しかし、粒状体１２の配合比率が４０ｖｏｌ
％以上では、その配合比率が０ｖｏｌ％のもの（粒状体
１２を有しない従来の燃料電池）と同程度の電池内部抵
抗となったことから、粒状体１２の配合比率の上限は４
０ｖｏｌ％程度と考えられる。
【００３３】次に、他の実施例について説明する。この
第２の実施例の燃料電池のセルは、図４の模式図に示す
ように、上記した陽イオン交換膜と同一の交換膜からな
る電解質膜１０と、その両側の陽極２０および陰極３０
とを備えて構成されており、各電極外側には、ガス流路
構造体とセパレータとが備え付けられている。この陽極
２０および陰極３０は、触媒として白金または白金と他
の金属からなる合金等を担持したカーボン粒子を凝集・
積層して構成されている。
第２の実施例の燃料電池のセルは、図４の模式図に示す
ように、上記した陽イオン交換膜と同一の交換膜からな
る電解質膜１０と、その両側の陽極２０および陰極３０
とを備えて構成されており、各電極外側には、ガス流路
構造体とセパレータとが備え付けられている。この陽極
２０および陰極３０は、触媒として白金または白金と他
の金属からなる合金等を担持したカーボン粒子を凝集・
積層して構成されている。
【００３４】電解質膜１０は、アクリル系高吸水性樹脂
の薄膜体１４（平均膜厚約２０μｍ）を陽イオン交換膜
でサンドイッチ状に挟持して構成されている。この薄膜
体１４は、粒状体１２と同様、架橋ポリアクリル酸塩か
ら形成されており、薄膜体１４の全面に亘っては、貫通
孔１６が１ｍｍ間隔であけられている。よって、薄膜体
１４は、膜厚方向にこの貫通孔１６を水素イオンの水和
物を透過させることができるとともに、陽イオン交換膜
より高い吸水性を有することになる。そして、この薄膜
体１４に水分を例えば液体として或いは水蒸気として、
一定時間ごとに所定量だけ供給するポンプ等の水供給器
１８が、備え付けられている。
の薄膜体１４（平均膜厚約２０μｍ）を陽イオン交換膜
でサンドイッチ状に挟持して構成されている。この薄膜
体１４は、粒状体１２と同様、架橋ポリアクリル酸塩か
ら形成されており、薄膜体１４の全面に亘っては、貫通
孔１６が１ｍｍ間隔であけられている。よって、薄膜体
１４は、膜厚方向にこの貫通孔１６を水素イオンの水和
物を透過させることができるとともに、陽イオン交換膜
より高い吸水性を有することになる。そして、この薄膜
体１４に水分を例えば液体として或いは水蒸気として、
一定時間ごとに所定量だけ供給するポンプ等の水供給器
１８が、備え付けられている。
【００３５】ここで、第２の実施例の燃料電池における
電解質膜１０の生成工程について説明する。まず、フッ
素系スルホン酸高分子樹脂溶液として、そのモノマーで
あるテトラフルオロエチレン溶液と、フルオロスルホニ
ル基を含んだパーフルオロビニルエーテル溶液とを用意
し、併せて、アクリル系高吸水性樹脂として架橋ポリア
クリル酸塩（親水基−ＣＯＯ- ）を用意する。そして、
フッ素系スルホン酸高分子樹脂溶液（テトラフルオロエ
チレン溶液，パーフルオロビニルエーテル溶液）と架橋
ポリアクリル酸塩について、それぞれ別個に薄膜を製膜
する。この際、フッ素系スルホン酸高分子樹脂の薄膜、
即ち陽イオン交換膜については膜厚が５０μｍとなるよ
う、架橋ポリアクリル酸塩の薄膜、即ち薄膜体１４につ
いては膜厚が２０μｍとなるようにする。次いで、薄膜
体１４に上記した間隔で貫通孔１６をあけた後、薄膜体
１４の表裏面にフッ素系スルホン酸高分子樹脂溶液を塗
布して陽イオン交換膜でサンドイッチ状に挟持し、加水
分解処理を施す。こうして、吸水性と貫通孔１６を有す
るアクリル系高吸水性樹脂（架橋ポリアクリル酸塩）の
薄膜体１４をサンドイッチ状に挟持した陽イオン交換
膜、即ち電解質膜１０が完成する。
電解質膜１０の生成工程について説明する。まず、フッ
素系スルホン酸高分子樹脂溶液として、そのモノマーで
あるテトラフルオロエチレン溶液と、フルオロスルホニ
ル基を含んだパーフルオロビニルエーテル溶液とを用意
し、併せて、アクリル系高吸水性樹脂として架橋ポリア
クリル酸塩（親水基−ＣＯＯ- ）を用意する。そして、
フッ素系スルホン酸高分子樹脂溶液（テトラフルオロエ
チレン溶液，パーフルオロビニルエーテル溶液）と架橋
ポリアクリル酸塩について、それぞれ別個に薄膜を製膜
する。この際、フッ素系スルホン酸高分子樹脂の薄膜、
即ち陽イオン交換膜については膜厚が５０μｍとなるよ
う、架橋ポリアクリル酸塩の薄膜、即ち薄膜体１４につ
いては膜厚が２０μｍとなるようにする。次いで、薄膜
体１４に上記した間隔で貫通孔１６をあけた後、薄膜体
１４の表裏面にフッ素系スルホン酸高分子樹脂溶液を塗
布して陽イオン交換膜でサンドイッチ状に挟持し、加水
分解処理を施す。こうして、吸水性と貫通孔１６を有す
るアクリル系高吸水性樹脂（架橋ポリアクリル酸塩）の
薄膜体１４をサンドイッチ状に挟持した陽イオン交換
膜、即ち電解質膜１０が完成する。
【００３６】こうして得られた陽イオン交換膜を電解質
膜１０とする燃料電池は、上記した陽極２０，陰極３０
の間に電解質膜１０を挟持し、ホットプレス（１２０
℃，１００ｋｇ／ｃｍ2 ）を経て完成する。このように
して完成した燃料電池について、その電池特性を調べた
ところ、既述した実施例の燃料電池と同様に、高電流密
度領域であっても高いＩ−Ｖ特性が得られた。よって、
粒状体１２の分散保持に代えて、薄膜体１４を膜中にサ
ンドイッチ状に挟持した陽イオン交換膜であっても、こ
の陽イオン交換膜を電解質膜１０に用いることにより、
電池特性の向上を図ることができた。つまり、薄膜体１
４を膜中にサンドイッチ状に挟持した陽イオン交換膜か
らなる電解質膜１０であっても、既述した実施例の燃料
電池と同様に、電解質膜１０のイオン導電率の向上や、
膜の水分管理の簡略化並びに高性能な膜自体および燃料
電池の製造工程の簡略化を図ることができる。
膜１０とする燃料電池は、上記した陽極２０，陰極３０
の間に電解質膜１０を挟持し、ホットプレス（１２０
℃，１００ｋｇ／ｃｍ2 ）を経て完成する。このように
して完成した燃料電池について、その電池特性を調べた
ところ、既述した実施例の燃料電池と同様に、高電流密
度領域であっても高いＩ−Ｖ特性が得られた。よって、
粒状体１２の分散保持に代えて、薄膜体１４を膜中にサ
ンドイッチ状に挟持した陽イオン交換膜であっても、こ
の陽イオン交換膜を電解質膜１０に用いることにより、
電池特性の向上を図ることができた。つまり、薄膜体１
４を膜中にサンドイッチ状に挟持した陽イオン交換膜か
らなる電解質膜１０であっても、既述した実施例の燃料
電池と同様に、電解質膜１０のイオン導電率の向上や、
膜の水分管理の簡略化並びに高性能な膜自体および燃料
電池の製造工程の簡略化を図ることができる。
【００３７】また、この第２の実施例では、薄膜体１４
に水分を供給する水供給器１８を有するので、この水供
給器１８から水分を単に供給するだけで、電池としての
運転を開始する当初から薄膜体周辺はもとより高分子陽
イオン交換膜の全体に亘って湿潤化することができると
ともに、運転開始後には供給された水分或いは陽極２０
において化学反応を経て生成される水分をこの薄膜体１
４に吸水できる。よって、この第２の実施例における燃
料電池によれば、より確実に運転当初から電解質膜の湿
潤化ができるとともに電極付近における水の滞留を防止
して、電池の運転効率、延いては電池性能の向上を運転
当初から図ることができる。
に水分を供給する水供給器１８を有するので、この水供
給器１８から水分を単に供給するだけで、電池としての
運転を開始する当初から薄膜体周辺はもとより高分子陽
イオン交換膜の全体に亘って湿潤化することができると
ともに、運転開始後には供給された水分或いは陽極２０
において化学反応を経て生成される水分をこの薄膜体１
４に吸水できる。よって、この第２の実施例における燃
料電池によれば、より確実に運転当初から電解質膜の湿
潤化ができるとともに電極付近における水の滞留を防止
して、電池の運転効率、延いては電池性能の向上を運転
当初から図ることができる。
【００３８】以上本発明の一実施例について説明した
が、本発明はこの様な実施例になんら限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。
が、本発明はこの様な実施例になんら限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。
【００３９】例えば、第２の実施例における燃料電池に
備え付けた水供給器１８を、膜中の薄膜体１４に水分を
一定時間ごとに所定量だけ供給する構成としたが、運転
状態に応じて供給量を可変するよう構成することもでき
る。より詳細に説明すると、運転初期の期間に亘っては
やや多めの水分を薄膜体１４に供給し、運転継続時には
連続運転時間が長くなるに従って供給量を少なくし、運
転休止期間には微量の水分をやや長めの時間間隔で供給
したりするよう構成することもできる。このようにする
ことで、運転初期には陽イオン交換膜の湿潤化を早期に
且つ促進して実現して高い電池特性を運転初期から発揮
し、連続運転中には電極において生成する水分の積極的
な吸水に吸水部材（薄膜体１４）を機能させ、運転休止
期間には陽イオン交換膜、延いては電解質膜１０のドラ
イアップを回避することができる。
備え付けた水供給器１８を、膜中の薄膜体１４に水分を
一定時間ごとに所定量だけ供給する構成としたが、運転
状態に応じて供給量を可変するよう構成することもでき
る。より詳細に説明すると、運転初期の期間に亘っては
やや多めの水分を薄膜体１４に供給し、運転継続時には
連続運転時間が長くなるに従って供給量を少なくし、運
転休止期間には微量の水分をやや長めの時間間隔で供給
したりするよう構成することもできる。このようにする
ことで、運転初期には陽イオン交換膜の湿潤化を早期に
且つ促進して実現して高い電池特性を運転初期から発揮
し、連続運転中には電極において生成する水分の積極的
な吸水に吸水部材（薄膜体１４）を機能させ、運転休止
期間には陽イオン交換膜、延いては電解質膜１０のドラ
イアップを回避することができる。
【００４０】また、電解質膜１０中に分散保持した粒状
体１２に代えて、高い吸水性を有する架橋ポリアクリル
酸塩から形成したフィルムを微小な短冊状等の形状に破
砕或いは切断した細片を電解質膜１０中に分散保持した
り、架橋ポリアクリル酸塩溶液から高速延伸紡糸した繊
維の織布，不織布等の切り布を電解質膜１０中に分散保
持したり、或いは架橋ポリアクリル酸塩を含有したフィ
ルムの細片や架橋ポリアクリル酸塩粒状体を表面に分散
保持した織布，不織布等の切り布を電解質膜１０中に分
散保持したりすることもできる。なお、架橋ポリアクリ
ル酸塩溶液から高速延伸紡糸した繊維を短く破断したも
のを電解質膜１０中に分散保持したりすることもでき
る。
体１２に代えて、高い吸水性を有する架橋ポリアクリル
酸塩から形成したフィルムを微小な短冊状等の形状に破
砕或いは切断した細片を電解質膜１０中に分散保持した
り、架橋ポリアクリル酸塩溶液から高速延伸紡糸した繊
維の織布，不織布等の切り布を電解質膜１０中に分散保
持したり、或いは架橋ポリアクリル酸塩を含有したフィ
ルムの細片や架橋ポリアクリル酸塩粒状体を表面に分散
保持した織布，不織布等の切り布を電解質膜１０中に分
散保持したりすることもできる。なお、架橋ポリアクリ
ル酸塩溶液から高速延伸紡糸した繊維を短く破断したも
のを電解質膜１０中に分散保持したりすることもでき
る。
【００４１】更には、膜中にサンドイッチ状に挟持した
薄膜体１４に代えて、架橋ポリアクリル酸塩溶液から高
速延伸紡糸した繊維の織布，不織布等を膜中にサンドイ
ッチ状に挟持したり、架橋ポリアクリル酸塩を含有した
フィルムの細片や架橋ポリアクリル酸塩粒状体を表面に
分散保持した織布，不織布等を膜中にサンドイッチ状に
挟持したりすることもできる。このように構成すること
で、薄膜体１４には貫通孔１６をあける必要がなくな
る。なお、架橋ポリアクリル酸塩を含有したフィルムの
細片を間隔をあけて一面に並べてこれを膜中にサンドイ
ッチ状に挟持することもできる。
薄膜体１４に代えて、架橋ポリアクリル酸塩溶液から高
速延伸紡糸した繊維の織布，不織布等を膜中にサンドイ
ッチ状に挟持したり、架橋ポリアクリル酸塩を含有した
フィルムの細片や架橋ポリアクリル酸塩粒状体を表面に
分散保持した織布，不織布等を膜中にサンドイッチ状に
挟持したりすることもできる。このように構成すること
で、薄膜体１４には貫通孔１６をあける必要がなくな
る。なお、架橋ポリアクリル酸塩を含有したフィルムの
細片を間隔をあけて一面に並べてこれを膜中にサンドイ
ッチ状に挟持することもできる。
【００４２】また、粒状体１２や薄膜体１４を、架橋ポ
リアクリル酸塩に代えて、デンプン−アクリル酸塩グラ
フト共重合架橋物，ポバール系，ポリアクリロニトリル
系，カルボキシメチルセルロース系等の高い吸水性を有
する樹脂から形成することもできる。
リアクリル酸塩に代えて、デンプン−アクリル酸塩グラ
フト共重合架橋物，ポバール系，ポリアクリロニトリル
系，カルボキシメチルセルロース系等の高い吸水性を有
する樹脂から形成することもできる。
【００４３】
【発明の効果】以上詳述したように請求項１に記載した
高分子陽イオン交換膜では、その交換膜中に配設した吸
水部材を膜の使用当初から継続して吸水状態としておく
ことで、吸水部材周辺の膜を常時湿潤状態にしこの湿潤
状態を加圧の有無に拘らず確実に維持できる。このた
め、請求項１記載の高分子陽イオン交換膜によれば、吸
水部材を吸水状態とするだけで膜の湿潤状態の発現およ
び維持をできるので、水分管理を簡略化することができ
る。また、請求項１記載の高分子陽イオン交換膜によれ
ば、この湿潤状態の発現および維持を通して、膜のイオ
ン導電率を向上させることができる。
高分子陽イオン交換膜では、その交換膜中に配設した吸
水部材を膜の使用当初から継続して吸水状態としておく
ことで、吸水部材周辺の膜を常時湿潤状態にしこの湿潤
状態を加圧の有無に拘らず確実に維持できる。このた
め、請求項１記載の高分子陽イオン交換膜によれば、吸
水部材を吸水状態とするだけで膜の湿潤状態の発現およ
び維持をできるので、水分管理を簡略化することができ
る。また、請求項１記載の高分子陽イオン交換膜によれ
ば、この湿潤状態の発現および維持を通して、膜のイオ
ン導電率を向上させることができる。
【００４４】更に、高分子陽イオン交換膜を燃料電池等
に利用する際にその製造過程等において加圧工程が必要
な場合でも、膜の湿潤状態の発現および維持を図ること
ができる。よって、請求項１記載の高分子陽イオン交換
膜によれば、高分子陽イオン交換膜の利用対象製品（例
えば燃料電池等）の製造工程の簡略化を図ることができ
る。
に利用する際にその製造過程等において加圧工程が必要
な場合でも、膜の湿潤状態の発現および維持を図ること
ができる。よって、請求項１記載の高分子陽イオン交換
膜によれば、高分子陽イオン交換膜の利用対象製品（例
えば燃料電池等）の製造工程の簡略化を図ることができ
る。
【００４５】請求項２記載の高分子陽イオン交換膜によ
れば、吸水性を有する吸水性樹脂の粒状体の周辺のみな
らず、当該粒状体の分散を通して高分子陽イオン交換膜
をその全体に亘って湿潤状態におきその状態を維持する
ことができるので、膜の水分管理の簡略化並びにイオン
導電率の向上を図ることができる。また、高分子陽イオ
ン交換膜の製造過程において粒状体を分散するだけでよ
いので、請求項２記載の高分子陽イオン交換膜によれ
ば、膜の水分管理が容易で且つイオン導電率の高い高分
子陽イオン交換膜を容易に製造することができる。
れば、吸水性を有する吸水性樹脂の粒状体の周辺のみな
らず、当該粒状体の分散を通して高分子陽イオン交換膜
をその全体に亘って湿潤状態におきその状態を維持する
ことができるので、膜の水分管理の簡略化並びにイオン
導電率の向上を図ることができる。また、高分子陽イオ
ン交換膜の製造過程において粒状体を分散するだけでよ
いので、請求項２記載の高分子陽イオン交換膜によれ
ば、膜の水分管理が容易で且つイオン導電率の高い高分
子陽イオン交換膜を容易に製造することができる。
【００４６】請求項３記載の高分子陽イオン交換膜によ
れば、吸水性を有し膜厚方向に陽イオンの透過が可能な
薄膜体の表裏面に亘ってその周辺、延いては膜全体を湿
潤状態におきその状態を維持することができのるで、膜
の水分管理の簡略化並びにイオン導電率の向上を図るこ
とができる。また、高分子陽イオン交換膜の製造過程に
おいて薄膜体をサンドイッチ状に介在さるだけでよいの
で、請求項３記載の高分子陽イオン交換膜によれば、膜
の水分管理が容易で且つイオン導電率の高い高分子陽イ
オン交換膜を容易に製造することができる。
れば、吸水性を有し膜厚方向に陽イオンの透過が可能な
薄膜体の表裏面に亘ってその周辺、延いては膜全体を湿
潤状態におきその状態を維持することができのるで、膜
の水分管理の簡略化並びにイオン導電率の向上を図るこ
とができる。また、高分子陽イオン交換膜の製造過程に
おいて薄膜体をサンドイッチ状に介在さるだけでよいの
で、請求項３記載の高分子陽イオン交換膜によれば、膜
の水分管理が容易で且つイオン導電率の高い高分子陽イ
オン交換膜を容易に製造することができる。
【００４７】請求項４記載の高分子陽イオン交換膜によ
れば、吸水性を有する薄膜片の周辺のみならず、当該薄
膜片の分散を通して高分子陽イオン交換膜をその全体に
亘って湿潤状態におきその状態を維持することができる
ので、膜の水分管理の簡略化並びにイオン導電率の向上
を図ることができる。また、高分子陽イオン交換膜の製
造過程において薄膜片を分散するだけでよいので、請求
項４記載の高分子陽イオン交換膜によれば、膜の水分管
理が容易で且つイオン導電率の高い高分子陽イオン交換
膜を容易に製造することができる。
れば、吸水性を有する薄膜片の周辺のみならず、当該薄
膜片の分散を通して高分子陽イオン交換膜をその全体に
亘って湿潤状態におきその状態を維持することができる
ので、膜の水分管理の簡略化並びにイオン導電率の向上
を図ることができる。また、高分子陽イオン交換膜の製
造過程において薄膜片を分散するだけでよいので、請求
項４記載の高分子陽イオン交換膜によれば、膜の水分管
理が容易で且つイオン導電率の高い高分子陽イオン交換
膜を容易に製造することができる。
【００４８】請求項５記載の燃料電池によれば、膜の湿
潤状態の発現および維持を通して当初から高いイオン導
電率を有する高分子陽イオン交換膜を陽極と陰極との間
の電解質膜として用いることで、高い電池性能を運転当
初から備えた燃料電池を提供することができる。また、
膜を透過（拡散）した水素イオンと酸素との電極におけ
る化学反応を経て生成される水をこの高分子陽イオン交
換膜中の吸水部材に吸水できるので、請求項５記載の燃
料電池によれば、電極付近への水の滞留を防止して、電
池の運転効率、延いては電池性能低下を回避することが
できる。
潤状態の発現および維持を通して当初から高いイオン導
電率を有する高分子陽イオン交換膜を陽極と陰極との間
の電解質膜として用いることで、高い電池性能を運転当
初から備えた燃料電池を提供することができる。また、
膜を透過（拡散）した水素イオンと酸素との電極におけ
る化学反応を経て生成される水をこの高分子陽イオン交
換膜中の吸水部材に吸水できるので、請求項５記載の燃
料電池によれば、電極付近への水の滞留を防止して、電
池の運転効率、延いては電池性能低下を回避することが
できる。
【００４９】また、この燃料電池を製造する際に陽陰の
電極とその間の電解質膜（高分子陽イオン交換膜）とを
ホットプレス時に加圧しても、高分子陽イオン交換膜の
湿潤状態の発現および維持を図ることができるので、請
求項５記載の燃料電池によれば、電池性能の高い燃料電
池を容易に製造することができる。
電極とその間の電解質膜（高分子陽イオン交換膜）とを
ホットプレス時に加圧しても、高分子陽イオン交換膜の
湿潤状態の発現および維持を図ることができるので、請
求項５記載の燃料電池によれば、電池性能の高い燃料電
池を容易に製造することができる。
【００５０】請求項６記載の燃料電池によれば、膜の湿
潤状態の発現および維持を通して当初から高いイオン導
電率を有する高分子陽イオン交換膜を陽極と陰極との間
の電解質膜として用いることで、高い電池性能を運転当
初から備えた燃料電池を提供することができる。また、
水を単に供給するだけで、電池としての運転を開始する
当初から薄膜体周辺はもとより高分子陽イオン交換膜の
全体に亘って湿潤化することができるとともに、運転開
始後には供給された水或いは水素イオンと酸素との電極
における化学反応を経て生成される水をこの高分子陽イ
オン交換膜中の薄膜体に吸水できる。よって、請求項６
記載の燃料電池によれば、より確実に運転当初から電解
質膜の湿潤化ができるとともに電極付近における水の滞
留を防止して、電池の運転効率、延いては電池性能の向
上を運転当初から図ることができる。
潤状態の発現および維持を通して当初から高いイオン導
電率を有する高分子陽イオン交換膜を陽極と陰極との間
の電解質膜として用いることで、高い電池性能を運転当
初から備えた燃料電池を提供することができる。また、
水を単に供給するだけで、電池としての運転を開始する
当初から薄膜体周辺はもとより高分子陽イオン交換膜の
全体に亘って湿潤化することができるとともに、運転開
始後には供給された水或いは水素イオンと酸素との電極
における化学反応を経て生成される水をこの高分子陽イ
オン交換膜中の薄膜体に吸水できる。よって、請求項６
記載の燃料電池によれば、より確実に運転当初から電解
質膜の湿潤化ができるとともに電極付近における水の滞
留を防止して、電池の運転効率、延いては電池性能の向
上を運転当初から図ることができる。
【００５１】また、請求項５記載の燃料電池と同様、請
求項６記載の燃料電池によれば、電池性能の高い燃料電
池を容易に製造することができる。
求項６記載の燃料電池によれば、電池性能の高い燃料電
池を容易に製造することができる。
【図１】第１の実施例における燃料電池のセル構造の模
式図。
式図。
【図２】実施例の燃料電池と比較例の燃料電池との電池
特性の比較評価を説明するためのグラフ。
特性の比較評価を説明するためのグラフ。
【図３】実施例の燃料電池の評価を説明するためのグラ
フ。
フ。
【図４】第２の実施例における燃料電池のセル構造の模
式図。
式図。
１０…電解質膜 １２…粒状体 １４…薄膜体 １６…貫通孔 １８…水供給器 ２０…陽極 ３０…陰極
Claims (6)
- 【請求項１】 陽イオンに対するイオン交換基を備え、
該陽イオンを選択的に透過する高分子陽イオン交換膜で
あって、 膜中に、少なくとも前記高分子陽イオン交換膜以上の吸
水性を有する吸水部材を配設した高分子陽イオン交換
膜。 - 【請求項２】 請求項１記載の高分子陽イオン交換膜で
あって、前記吸水部材を前記吸水性を有する吸水性樹脂
の粒状体として有し、該粒状体を分散保持した高分子陽
イオン交換膜。 - 【請求項３】 請求項１記載の高分子陽イオン交換膜で
あって、前記吸水部材を膜厚方向に前記陽イオンの透過
が可能な薄膜体として有し、該薄膜体を前記高分子陽イ
オン交換膜の膜中にサンドイッチ状に介在させた高分子
陽イオン交換膜。 - 【請求項４】 請求項１記載の高分子陽イオン交換膜で
あって、前記吸水部材を薄膜片として有し、該薄膜片を
前記高分子陽イオン交換膜の膜中に分散して介在させた
高分子陽イオン交換膜。 - 【請求項５】 水素イオンに対するイオン交換基を有し
た請求項１ないし請求項４いずれか記載の高分子陽イオ
ン交換膜を、陽極と陰極との間に電解質膜として挟持し
て備える燃料電池。 - 【請求項６】 水素イオンに対するイオン交換基を備え
た高分子陽イオン交換膜を、陽極と陰極との間に電解質
膜として挟持して備える燃料電池であって、 少なくとも前記高分子陽イオン交換膜以上の吸水性を有
し膜厚方向に水素イオンの透過が可能な薄膜体を、前記
高分子陽イオン交換膜中にサンドイッチ状に介在させて
備え、 該薄膜体に外部から水分を供給する水供給手段を有する
ことを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5307263A JPH07135003A (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 高分子陽イオン交換膜および燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5307263A JPH07135003A (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 高分子陽イオン交換膜および燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07135003A true JPH07135003A (ja) | 1995-05-23 |
Family
ID=17967009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5307263A Pending JPH07135003A (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 高分子陽イオン交換膜および燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07135003A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004501492A (ja) * | 2000-05-08 | 2004-01-15 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
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| EP1691440A1 (en) | 2005-02-07 | 2006-08-16 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Solid electrolyte, method for producing the solid electrolyte, membrane, membrane electrode assembly and fuel cell comprising the solid electrolyte |
| JP2006351271A (ja) * | 2005-06-14 | 2006-12-28 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池用電解質組成物 |
| WO2007007771A1 (en) | 2005-07-07 | 2007-01-18 | Fujifilm Corporation | Solid electrolyte multilayer membrane, method and apparatus of producing the same, membrane electrode assembly, and fuel cell |
| WO2007007824A1 (en) | 2005-07-07 | 2007-01-18 | Fuji Film Corporation | Solid electrolyte membrane, method and apparatus for producing the same, membrane electrode assembly and fuel cell |
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| EP2037525A1 (en) | 2007-09-11 | 2009-03-18 | FUJIFILM Corporation | Electrolyte membrane, membrane and electrode assembly and fuel cell using membrane and electrode assembly |
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| CN114759235A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-07-15 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种保水层、膜电极及其制备方法 |
-
1993
- 1993-11-12 JP JP5307263A patent/JPH07135003A/ja active Pending
Cited By (16)
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| CN114759235B (zh) * | 2022-03-31 | 2024-04-16 | 东风汽车集团股份有限公司 | 一种保水层、膜电极及其制备方法 |
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