JPH0722037A - 燃料電池およびその製造方法 - Google Patents
燃料電池およびその製造方法Info
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- JPH0722037A JPH0722037A JP5178544A JP17854493A JPH0722037A JP H0722037 A JPH0722037 A JP H0722037A JP 5178544 A JP5178544 A JP 5178544A JP 17854493 A JP17854493 A JP 17854493A JP H0722037 A JPH0722037 A JP H0722037A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電解質として高分子イオン交換膜を用いる固
体高分子型燃料電池において、ガス交換膜ないし集電体
として従来用いられてきたカーボンシートに代えて、よ
りガス供給能に優れると共により抵抗の小さな材料を用
い、これによって発電効率を向上させると共に、高分子
イオン交換膜中のスルホン酸基によって集電体の材料が
腐食されることを防止する。 【構成】 固体高分子電解質３１の両側に燃料極３２と
酸化極３３とが形成された電極構造体３４の両側に、セ
パレータ３６、３６’の内側面に多孔質金属材料よりな
るガス供給層３５、３５’が接合されてなる極室構造体
３７、３７’が配され、極室構造体の外側より一括加圧
処理して一体的に積層し、単セルの燃料電池３０が得ら
れる。燃料極および酸化極の外面側には耐触カーボン層
が形成され、前記一括加圧処理により、ガス供給層と耐
触カーボン層とが互いに投錨的に交絡した状態にて接合
されている。
体高分子型燃料電池において、ガス交換膜ないし集電体
として従来用いられてきたカーボンシートに代えて、よ
りガス供給能に優れると共により抵抗の小さな材料を用
い、これによって発電効率を向上させると共に、高分子
イオン交換膜中のスルホン酸基によって集電体の材料が
腐食されることを防止する。 【構成】 固体高分子電解質３１の両側に燃料極３２と
酸化極３３とが形成された電極構造体３４の両側に、セ
パレータ３６、３６’の内側面に多孔質金属材料よりな
るガス供給層３５、３５’が接合されてなる極室構造体
３７、３７’が配され、極室構造体の外側より一括加圧
処理して一体的に積層し、単セルの燃料電池３０が得ら
れる。燃料極および酸化極の外面側には耐触カーボン層
が形成され、前記一括加圧処理により、ガス供給層と耐
触カーボン層とが互いに投錨的に交絡した状態にて接合
されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池に関し、特に、
電解質として高分子イオン交換膜を用いる固体高分子型
燃料電池に関する。
電解質として高分子イオン交換膜を用いる固体高分子型
燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】電解質として、例えばデュポン社からナ
フィオン（Ｎａｆｉｏｎ−登録商標）の商品名の下に提
供されるパーフルオロカーボンスルホン酸重合体等の高
分子イオン交換膜を用い、この電解質の両側に燃料極と
空気極とを配し、燃料極と酸化極とにそれぞれ水素と酸
素とを供給することによって電池反応を得る、いわゆる
固体高分子型燃料電池は公知である。
フィオン（Ｎａｆｉｏｎ−登録商標）の商品名の下に提
供されるパーフルオロカーボンスルホン酸重合体等の高
分子イオン交換膜を用い、この電解質の両側に燃料極と
空気極とを配し、燃料極と酸化極とにそれぞれ水素と酸
素とを供給することによって電池反応を得る、いわゆる
固体高分子型燃料電池は公知である。
【０００３】この固体高分子型燃料電池は、小型軽量化
することができ、電解質が固体であるために逸失のおそ
れがない等の有利性より、ガソリンエンジンに代えて或
いは併用して作動させる電気モータの電源として車載用
に適するものとして注目されている。
することができ、電解質が固体であるために逸失のおそ
れがない等の有利性より、ガソリンエンジンに代えて或
いは併用して作動させる電気モータの電源として車載用
に適するものとして注目されている。
【０００４】従来の固体高分子型燃料電池の構成例は、
特開平３−２９５１７６号公報の第１図に記載の通りで
あって、固体高分子電解質膜１の両側に燃料極及び酸化
極となるガス拡散電極２Ａ、２Ｂを配し、燃料極となる
ガス拡散電極２Ａにはガスセパレータ５を介して水素を
供給すると共に、酸化極となるガス拡散電極２Ｂにはガ
スセパレータ６を介して酸素を供給するよう構成されて
いる。
特開平３−２９５１７６号公報の第１図に記載の通りで
あって、固体高分子電解質膜１の両側に燃料極及び酸化
極となるガス拡散電極２Ａ、２Ｂを配し、燃料極となる
ガス拡散電極２Ａにはガスセパレータ５を介して水素を
供給すると共に、酸化極となるガス拡散電極２Ｂにはガ
スセパレータ６を介して酸素を供給するよう構成されて
いる。
【０００５】セパレータは導電性の薄板（たとえば金属
製）により作られ、燃料電池を積層した場合に隣接する
空気極、燃料極にそれぞれ供給される酸素と水素とが混
合しないための仕切板の働きをする。また、セパレータ
は隣接する空気極と燃料極とを電気的に接続することに
よって、積層された燃料電池間を電気的に直列に接続さ
せる。
製）により作られ、燃料電池を積層した場合に隣接する
空気極、燃料極にそれぞれ供給される酸素と水素とが混
合しないための仕切板の働きをする。また、セパレータ
は隣接する空気極と燃料極とを電気的に接続することに
よって、積層された燃料電池間を電気的に直列に接続さ
せる。
【０００６】各々のガス拡散電極２Ａ、２Ｂは、固体高
分子電解質膜１の側の反応膜３Ａ、３Ｂとガス供給側の
ガス拡散膜４Ａ、４Ｂとが接合されてなる。
分子電解質膜１の側の反応膜３Ａ、３Ｂとガス供給側の
ガス拡散膜４Ａ、４Ｂとが接合されてなる。
【０００７】ガス拡散膜４Ａ、４Ｂは、ガスセパレータ
５、６を介して供給されるガス（水素、酸素）を均等に
拡散しつつ反応膜３Ａ、３Ｂへと供給する役割を果たす
必要があると共に、固体高分子電解質膜１に含まれるス
ルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）によって腐食されないもので
あること、導電性を持つことが要求され、これらの要求
を満たすものとして、一般にカーボンシートが用いられ
ている。
５、６を介して供給されるガス（水素、酸素）を均等に
拡散しつつ反応膜３Ａ、３Ｂへと供給する役割を果たす
必要があると共に、固体高分子電解質膜１に含まれるス
ルホン酸基（−ＳＯ３Ｈ）によって腐食されないもので
あること、導電性を持つことが要求され、これらの要求
を満たすものとして、一般にカーボンシートが用いられ
ている。
【０００８】反応膜３Ａ、３Ｂは、ガス拡散膜４Ａ、４
Ｂを経て供給されるガス（水素、酸素）によって、固体
高分子電解質膜１との界面において電池反応を得るもの
であって、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）等の撥水性材料と白金（Ｐｔ）や白金担持カーボ
ン等の触媒粒子との混合物を焼結させたものが用いられ
ている。
Ｂを経て供給されるガス（水素、酸素）によって、固体
高分子電解質膜１との界面において電池反応を得るもの
であって、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴ
ＦＥ）等の撥水性材料と白金（Ｐｔ）や白金担持カーボ
ン等の触媒粒子との混合物を焼結させたものが用いられ
ている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の燃料
電池用電極におけるガス拡散膜として用いられるカーボ
ンシートは、一般に抵抗値が大きい。
電池用電極におけるガス拡散膜として用いられるカーボ
ンシートは、一般に抵抗値が大きい。
【００１０】また、カーボンシートのガス透過性は、カ
ーボンペーパーの一市販品のガス供給能のカタログ値で
８５０ｍｌ・ｍｍ／ｈｒ・ｃｍ２・ｍｍＡｑ程度である
に過ぎない。
ーボンペーパーの一市販品のガス供給能のカタログ値で
８５０ｍｌ・ｍｍ／ｈｒ・ｃｍ２・ｍｍＡｑ程度である
に過ぎない。
【００１１】そこで、発電効率を向上させるために、カ
ーボンシートに比して、より小さな抵抗を有すると共に
より優れたガス透過性を有する材料を電極のガス拡散膜
に用いることが望まれる。
ーボンシートに比して、より小さな抵抗を有すると共に
より優れたガス透過性を有する材料を電極のガス拡散膜
に用いることが望まれる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するため、従来のカーボンシートに代えて、ニッケル
（Ｎｉ）発泡体等の多孔質金属材料を電極のガス拡散膜
ないしガス供給層として用いることを想起した。そし
て、試験の結果、多孔質金属材料をガス拡散膜に用いた
電極は、従来のカーボンシートをガス拡散膜に用いた電
極に比べるときわめて比抵抗値が小さいものであること
が判明した。また、ガス供給能についても、カーボンシ
ートよりも更に良好であることが確認された。
決するため、従来のカーボンシートに代えて、ニッケル
（Ｎｉ）発泡体等の多孔質金属材料を電極のガス拡散膜
ないしガス供給層として用いることを想起した。そし
て、試験の結果、多孔質金属材料をガス拡散膜に用いた
電極は、従来のカーボンシートをガス拡散膜に用いた電
極に比べるときわめて比抵抗値が小さいものであること
が判明した。また、ガス供給能についても、カーボンシ
ートよりも更に良好であることが確認された。
【００１３】しかるに、ニッケル等の金属は、電解質中
のスルホン酸基に対する耐食性に乏しく、電解質と接触
すると容易に腐食し、電解質中に溶出して電池反応に直
接関与してしまうことに鑑み、これを防止するために、
反応膜ないし触媒層との間に耐腐食性材料、特にカーボ
ンよりなる層を介在させることを想起して、特願平５−
２７３６２の出願をなすに至った。
のスルホン酸基に対する耐食性に乏しく、電解質と接触
すると容易に腐食し、電解質中に溶出して電池反応に直
接関与してしまうことに鑑み、これを防止するために、
反応膜ないし触媒層との間に耐腐食性材料、特にカーボ
ンよりなる層を介在させることを想起して、特願平５−
２７３６２の出願をなすに至った。
【００１４】すなわち、この先願発明は、燃料極および
酸化極を、それぞれ、ガス供給側に多孔質金属材料より
なるガス供給層を配すると共に、供給されるガスを電池
反応させるための触媒層を固体電解質に接して設け、こ
れらガス供給層と触媒層との間に電解質中の強酸性成分
に対して耐食性を示す材料よりなる耐触層を介在させる
ことによって構成した燃料電池である。
酸化極を、それぞれ、ガス供給側に多孔質金属材料より
なるガス供給層を配すると共に、供給されるガスを電池
反応させるための触媒層を固体電解質に接して設け、こ
れらガス供給層と触媒層との間に電解質中の強酸性成分
に対して耐食性を示す材料よりなる耐触層を介在させる
ことによって構成した燃料電池である。
【００１５】この先願発明によれば、従来の燃料電池の
持つ不利欠点を解消することができるが、より抵抗値を
低減させることを目的として改良を重ね、本発明を完成
するに至った。
持つ不利欠点を解消することができるが、より抵抗値を
低減させることを目的として改良を重ね、本発明を完成
するに至った。
【００１６】即ち、本発明は、電解質と該電解質の両側
に燃料極及び酸化極を配してなる燃料電池であって、こ
れら燃料極及び酸化極の少なくとも一方が、ガス供給可
能な多孔質金属材料よりなるガス供給層と、前記ガス供
給層から供給されるガスを電池反応させるために前記電
解質に接して設けられる触媒層と、これらガス供給層と
触媒層との間に設けられて前記ガス供給層と投錨的に交
絡された状態で接合され、前記電解質中の強酸性成分に
対して耐触性を示す材料よりなる耐触層と、を有してな
ることを特徴とする。
に燃料極及び酸化極を配してなる燃料電池であって、こ
れら燃料極及び酸化極の少なくとも一方が、ガス供給可
能な多孔質金属材料よりなるガス供給層と、前記ガス供
給層から供給されるガスを電池反応させるために前記電
解質に接して設けられる触媒層と、これらガス供給層と
触媒層との間に設けられて前記ガス供給層と投錨的に交
絡された状態で接合され、前記電解質中の強酸性成分に
対して耐触性を示す材料よりなる耐触層と、を有してな
ることを特徴とする。
【００１７】更に、前記ガス供給層の非触媒層側に導電
性のセパレータを拡散接合することができる。
性のセパレータを拡散接合することができる。
【００１８】このような構成の燃料電池は、電解質と、
該電解質の両側に接して設けられる触媒層と、該触媒層
の外側に設けられる電解質成分への耐触性材料からなる
耐触層とが一体的に接合されてなる電極構造体を作成
し、一方、ガス供給可能な多孔質金属材料よりなるガス
供給層と導電性セパレータとを接合して極室構造体を作
成し、前記電極構造体における前記耐触層と前記極室構
造体における前記ガス供給層とを接合して前記耐触層と
前記ガス供給層とが投錨的に交絡された状態とすること
によって製造される。
該電解質の両側に接して設けられる触媒層と、該触媒層
の外側に設けられる電解質成分への耐触性材料からなる
耐触層とが一体的に接合されてなる電極構造体を作成
し、一方、ガス供給可能な多孔質金属材料よりなるガス
供給層と導電性セパレータとを接合して極室構造体を作
成し、前記電極構造体における前記耐触層と前記極室構
造体における前記ガス供給層とを接合して前記耐触層と
前記ガス供給層とが投錨的に交絡された状態とすること
によって製造される。
【００１９】
【作用】多孔質金属材料よりなるガス供給層は、抵抗値
が小さく、またガス供給能が良好であり、発電効率を高
める作用を果たす。
が小さく、またガス供給能が良好であり、発電効率を高
める作用を果たす。
【００２０】ガス供給層と触媒層との間に介在される耐
触層は、電解質中の強酸性成分、特にナフィオン等の固
体高分子電解質が用いられた場合のスルホン酸基に対し
て耐食性を示す材料、例えばカーボンシートより形成さ
れ、ガス供給層の多孔質金属材料が該強酸性成分によっ
て腐食されることを防止する。
触層は、電解質中の強酸性成分、特にナフィオン等の固
体高分子電解質が用いられた場合のスルホン酸基に対し
て耐食性を示す材料、例えばカーボンシートより形成さ
れ、ガス供給層の多孔質金属材料が該強酸性成分によっ
て腐食されることを防止する。
【００２１】ガス供給層と耐触層とが、前者の有する多
孔性と後者の有する弾力性により、投錨的に交絡された
状態で圧接されているため、これらの接触面積が増大さ
れる。また、圧接により、これらガス供給層および耐触
層の厚みが縮小し、電極全体が薄く形成される。これら
により、電極の抵抗値が大幅に低減される。
孔性と後者の有する弾力性により、投錨的に交絡された
状態で圧接されているため、これらの接触面積が増大さ
れる。また、圧接により、これらガス供給層および耐触
層の厚みが縮小し、電極全体が薄く形成される。これら
により、電極の抵抗値が大幅に低減される。
【００２２】
【実施例】図１は本発明による燃料電池の構成例を模式
的に示すもので、固体高分子電解質１０の両側に燃料極
１１及び酸化極１５が積層されてなる。固体高分子電解
質１０をなすイオン交換樹脂としては一般にナフィオン
が用いられるが、その他、例えばＰＳＳＡ−ＰＶＡ（ポ
リスチレンスルホン酸−ポリビニルアルコール共重合
体）やＰＳＳＡ−ＥＶＯＨ（ポリスチレンスルホン酸−
エチレンビニルアルコール共重合体）等を用いることも
可能である。
的に示すもので、固体高分子電解質１０の両側に燃料極
１１及び酸化極１５が積層されてなる。固体高分子電解
質１０をなすイオン交換樹脂としては一般にナフィオン
が用いられるが、その他、例えばＰＳＳＡ−ＰＶＡ（ポ
リスチレンスルホン酸−ポリビニルアルコール共重合
体）やＰＳＳＡ−ＥＶＯＨ（ポリスチレンスルホン酸−
エチレンビニルアルコール共重合体）等を用いることも
可能である。
【００２３】燃料極１１には燃料としての水素ガスが供
給され、酸化極１５には酸化剤としての酸素を含む空気
が供給される。公知のように、燃料極１１においてはＨ
２→２Ｈ＋＋２ｅ−の反応が、酸化極１５においては１
／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏの反応が、それぞれ
得られ、水素イオンが燃料極１１から固体高分子電解質
１０を通って酸化極１５へと移動すると共に、電子が燃
料極側セパレータ１９から酸化極側セパレータ２０に向
かって流れ、電力が得られる。
給され、酸化極１５には酸化剤としての酸素を含む空気
が供給される。公知のように、燃料極１１においてはＨ
２→２Ｈ＋＋２ｅ−の反応が、酸化極１５においては１
／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏの反応が、それぞれ
得られ、水素イオンが燃料極１１から固体高分子電解質
１０を通って酸化極１５へと移動すると共に、電子が燃
料極側セパレータ１９から酸化極側セパレータ２０に向
かって流れ、電力が得られる。
【００２４】燃料極１１は、水素ガスが供給される側に
多孔質金属材料よりなるガス供給層１２、その内側に耐
触カーボン層１３、また固体高分子電解質１０と接する
側に触媒層１４を有してなる。
多孔質金属材料よりなるガス供給層１２、その内側に耐
触カーボン層１３、また固体高分子電解質１０と接する
側に触媒層１４を有してなる。
【００２５】ガス供給層１２は、多孔質金属材料よりな
り、例えばニッケル発泡体シートの市販品（厚さ８００
〜１００μｍ）を７．５重量％程度のＰＴＦＥ水溶液に
２分間程度浸漬した後不活性ガス雰囲気で乾燥させるこ
とによって撥水化処理したものが用いられる。
り、例えばニッケル発泡体シートの市販品（厚さ８００
〜１００μｍ）を７．５重量％程度のＰＴＦＥ水溶液に
２分間程度浸漬した後不活性ガス雰囲気で乾燥させるこ
とによって撥水化処理したものが用いられる。
【００２６】カーボン層１３としては、市販のカーボン
シートを用いることができる。一般に、カーボンシート
中のカーボン粒子は、ＰＴＦＥ等の撥水材で表面被覆さ
れている。
シートを用いることができる。一般に、カーボンシート
中のカーボン粒子は、ＰＴＦＥ等の撥水材で表面被覆さ
れている。
【００２７】触媒層１４は、触媒付きのカーボンに、固
体高分子電解質１０の成分であるイオン交換樹脂を混合
し、この混合体をプレスやスクリーン印刷等の手法によ
りシート状に一体成形されてなる。
体高分子電解質１０の成分であるイオン交換樹脂を混合
し、この混合体をプレスやスクリーン印刷等の手法によ
りシート状に一体成形されてなる。
【００２８】触媒としては白金が好適であるが、メタノ
ール等の原料炭化水素ガスを改質装置によって水素リッ
チな状態として燃料極１１に供給する場合であっても、
幾分の一酸化炭素ガスの混入を避けることができない。
そこで、供給される水素ガス中に含まれる一酸化炭素ガ
スによって白金が被毒されることを防止するため、白金
とルテニウム（Ｒｕ）または白金とスズ（Ｓｎ）等の合
金を触媒として用いることが好ましい。
ール等の原料炭化水素ガスを改質装置によって水素リッ
チな状態として燃料極１１に供給する場合であっても、
幾分の一酸化炭素ガスの混入を避けることができない。
そこで、供給される水素ガス中に含まれる一酸化炭素ガ
スによって白金が被毒されることを防止するため、白金
とルテニウム（Ｒｕ）または白金とスズ（Ｓｎ）等の合
金を触媒として用いることが好ましい。
【００２９】一般にガス供給層１２は５００〜８００μ
ｍの厚さに形成される。カーボン層１３及び触媒層１４
の厚さは一般に前者が１００〜１５０μｍ程度、後者が
４０〜５０μｍ程度であるが、各々の作用を損なわない
限りにおいてできるだけ薄いものを用い、また各層どう
しの接触面積を増大させることが、電極全体としての抵
抗値を低減させる上において有利である。
ｍの厚さに形成される。カーボン層１３及び触媒層１４
の厚さは一般に前者が１００〜１５０μｍ程度、後者が
４０〜５０μｍ程度であるが、各々の作用を損なわない
限りにおいてできるだけ薄いものを用い、また各層どう
しの接触面積を増大させることが、電極全体としての抵
抗値を低減させる上において有利である。
【００３０】この観点より、ガス供給層１２とカーボン
層１３とは、前者の多孔性と後者の弾力性を利用して、
投錨的に交絡した状態として圧接されている。これによ
り、燃料極１１の厚みが低減される。
層１３とは、前者の多孔性と後者の弾力性を利用して、
投錨的に交絡した状態として圧接されている。これによ
り、燃料極１１の厚みが低減される。
【００３１】酸化極１５の構成及び製造方法も燃料極１
１と略同様であって、空気ガスが供給される側に多孔質
金属材料よりなるガス供給層１６、その内側にカーボン
層１７、また固体高分子電解質１０と接する側に触媒層
１８を有してなり、ガス供給層１６とカーボン層１７と
は投錨的に交絡した状態に圧接されている。
１と略同様であって、空気ガスが供給される側に多孔質
金属材料よりなるガス供給層１６、その内側にカーボン
層１７、また固体高分子電解質１０と接する側に触媒層
１８を有してなり、ガス供給層１６とカーボン層１７と
は投錨的に交絡した状態に圧接されている。
【００３２】ただし、改質器と共に適応する場合には、
空気が供給される酸化極１５の触媒層１８にあっては、
燃料極１１の触媒層１４において考慮したような一酸化
炭素による被毒の問題は生じないので、触媒には白金単
体が用いられる。
空気が供給される酸化極１５の触媒層１８にあっては、
燃料極１１の触媒層１４において考慮したような一酸化
炭素による被毒の問題は生じないので、触媒には白金単
体が用いられる。
【００３３】燃料極１１におけるガス供給層１２および
酸化極１５におけるガス供給層１６の外側には、供給さ
れるガスを均等に拡散するためのガスセパレータを設け
ることができる。この場合、ガス供給層をガスセパレー
タの片側に接合して極室構造体とし、２つの極室構造体
を、耐触カーボン層および触媒層を固体電解質の両側に
形成してなる電極構造体の両側から１０〜２０ｋｇ／ｃ
ｍ２程度のコールドプレスにて一括加圧処理することに
よって、本発明の燃料電池が得られる。
酸化極１５におけるガス供給層１６の外側には、供給さ
れるガスを均等に拡散するためのガスセパレータを設け
ることができる。この場合、ガス供給層をガスセパレー
タの片側に接合して極室構造体とし、２つの極室構造体
を、耐触カーボン層および触媒層を固体電解質の両側に
形成してなる電極構造体の両側から１０〜２０ｋｇ／ｃ
ｍ２程度のコールドプレスにて一括加圧処理することに
よって、本発明の燃料電池が得られる。
【００３４】この燃料電池の製造工程を以下に説明す
る。 １．電極構造体のアセンブル工程 ＰＴＦＥ等により撥水処理されたカーボンシートの片面
に、カーボン粉末にＰｔまたはＰｔ／Ｒｕ触媒を担持さ
せたものと、固体電解質として用いられるＮａｆｉｏｎ
等のイオン交換膜と、水やアルコール、グリセリン等の
粘稠剤とを混合してなるペースト成分をスクリーン印刷
により塗布した後、ペースト成分中の粘稠剤を８０℃の
Ｎ２ガス中あるいは低真空中にて乾燥除去する。このよ
うにして、カーボンシートの片面に反応層（触媒層）が
形成される。
る。 １．電極構造体のアセンブル工程 ＰＴＦＥ等により撥水処理されたカーボンシートの片面
に、カーボン粉末にＰｔまたはＰｔ／Ｒｕ触媒を担持さ
せたものと、固体電解質として用いられるＮａｆｉｏｎ
等のイオン交換膜と、水やアルコール、グリセリン等の
粘稠剤とを混合してなるペースト成分をスクリーン印刷
により塗布した後、ペースト成分中の粘稠剤を８０℃の
Ｎ２ガス中あるいは低真空中にて乾燥除去する。このよ
うにして、カーボンシートの片面に反応層（触媒層）が
形成される。
【００３５】このカーボンシート＋反応層を２つ用意
し、反応層を内側にして、固体電解質（イオン交換膜）
の両側にそれぞれ配置し、ホットプレス（１３０℃、印
加荷重１５０ｋｇ／ｃｍ２以下、２０ｓｅｃ〜３ｍｉ
ｎ）により接合する。
し、反応層を内側にして、固体電解質（イオン交換膜）
の両側にそれぞれ配置し、ホットプレス（１３０℃、印
加荷重１５０ｋｇ／ｃｍ２以下、２０ｓｅｃ〜３ｍｉ
ｎ）により接合する。
【００３６】かくして、固体電解質３１の両側に燃料極
３２および酸化極３３が形成されてなる電極構造体３４
が得られる（図２）。３２ａおよび３３ａは反応層、３
２ｂおよび３３ｂは耐触カーボン層である。 ２．極室構造体のアセンブル工程 発泡Ｎｉ（例えば住友電工製「セルメット（商標
名）」）あるいはメッシュ状ＳＵＳ（例えば日本精線製
「ナスロン（商標名）」）等よりなる多孔質金属材料を
用い、これをＰＴＦＥディパージョン中に浸漬した後、
３５０℃のＮ２ガス中にて乾燥溶融して撥水化処理す
る。
３２および酸化極３３が形成されてなる電極構造体３４
が得られる（図２）。３２ａおよび３３ａは反応層、３
２ｂおよび３３ｂは耐触カーボン層である。 ２．極室構造体のアセンブル工程 発泡Ｎｉ（例えば住友電工製「セルメット（商標
名）」）あるいはメッシュ状ＳＵＳ（例えば日本精線製
「ナスロン（商標名）」）等よりなる多孔質金属材料を
用い、これをＰＴＦＥディパージョン中に浸漬した後、
３５０℃のＮ２ガス中にて乾燥溶融して撥水化処理す
る。
【００３７】撥水化処理された多孔質金属材料を、Ａ
ｌ、Ｃｕまたは稠密（＝ガス透過率が略０である状態）
カーボン等よりなるセパレータ材の片面に接合し、ガス
の気密性を保持するために圧接部に熱硬化性樹脂接着剤
等よりなるシーリング剤を注入する。
ｌ、Ｃｕまたは稠密（＝ガス透過率が略０である状態）
カーボン等よりなるセパレータ材の片面に接合し、ガス
の気密性を保持するために圧接部に熱硬化性樹脂接着剤
等よりなるシーリング剤を注入する。
【００３８】かくして、多孔質金属材料よりなるガス供
給層３５がセパレータ３６と一体化されてなる極室構造
体３７が得られる（図３）。３８は注入されたシーリン
グ剤である。 ３．単セルのアセンブル工程 図２の電極構造体３４の両側に、図３の極室構造体３
７、３７’を、ガス供給層３５、３５’を内側にして配
置し、セパレータ３６、３６’の外側より１０ｋｇ／ｃ
ｍ２程度の印加荷重にて一括加圧処理し、この状態を維
持しつつ８０℃程度の大気中にてシーリング剤３８、３
８’を乾燥硬化する。更に、セパレータ３６、３６’の
露出内面にシーリング剤３９、３９’を注入し、同様に
８０℃程度の大気中にて乾燥硬化して、図４および図５
に示されるような構造の単セル３０が得られる。 ４．セル積層工程 上記のようにして得られた単セル３０のセパレータ（３
６、３６’）の外面に同様のガス供給層を接合し、予め
作成しておいた同様の極室構造体との間に同様の電極構
造体を挟んで同様に両側から加圧することにより、２セ
ル分または３セル分の積層体が得られる。
給層３５がセパレータ３６と一体化されてなる極室構造
体３７が得られる（図３）。３８は注入されたシーリン
グ剤である。 ３．単セルのアセンブル工程 図２の電極構造体３４の両側に、図３の極室構造体３
７、３７’を、ガス供給層３５、３５’を内側にして配
置し、セパレータ３６、３６’の外側より１０ｋｇ／ｃ
ｍ２程度の印加荷重にて一括加圧処理し、この状態を維
持しつつ８０℃程度の大気中にてシーリング剤３８、３
８’を乾燥硬化する。更に、セパレータ３６、３６’の
露出内面にシーリング剤３９、３９’を注入し、同様に
８０℃程度の大気中にて乾燥硬化して、図４および図５
に示されるような構造の単セル３０が得られる。 ４．セル積層工程 上記のようにして得られた単セル３０のセパレータ（３
６、３６’）の外面に同様のガス供給層を接合し、予め
作成しておいた同様の極室構造体との間に同様の電極構
造体を挟んで同様に両側から加圧することにより、２セ
ル分または３セル分の積層体が得られる。
【００３９】この積層工程を繰り返すことにより、任意
の個数分のセルの積層体が得られる。図６は４セル分の
積層体４０を示す。
の個数分のセルの積層体が得られる。図６は４セル分の
積層体４０を示す。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、ガス供給能が向上され
ると共に抵抗が大幅に低減され、発電効率の優れた燃料
電池が供給される。
ると共に抵抗が大幅に低減され、発電効率の優れた燃料
電池が供給される。
【図１】本発明による燃料電池の構成例を模式的に示す
図である。
図である。
【図２】本発明の燃料電池を構成する電極構造体を模式
的に示す図である。
的に示す図である。
【図３】本発明の燃料電池を構成する極室構造体を模式
的に示す図である。
的に示す図である。
【図４】図２の電極構造体を挟んで２個の図３の極室構
造体が一括加圧処理されてなる単セルの構成を模式的に
示す図である。
造体が一括加圧処理されてなる単セルの構成を模式的に
示す図である。
【図５】図４と同様の単セルの構成を示す分解斜視図で
ある。
ある。
【図６】図４の単セルを積層してなる積層体を模式的に
示す図である。
示す図である。
１０ 固体高分子電解質 １１ 燃料極 １２ ガス供給層 １３ カーボン層（耐触層） １４ 触媒層 １５ 酸化極 １６ ガス供給層 １７ カーボン層（耐触層） １８ 触媒層 １９、２０ セパレータ ３０ 単セル ３１ 固体電解質 ３２ 燃料極 ３３ 酸化極 ３４ 電極構造体 ３５ ガス供給層 ３６ セパレータ ３７ 極室構造体 ４０ セル積層体
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年７月１３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】 ガス供給層１２は、多孔質金属材料より
なり、例えばニッケル発泡体シートの市販品（厚さ８０
０〜１０００μｍ）を７．５重量％程度のＰＴＦＥ水溶
液に２分間程度浸漬した後不活性ガス雰囲気で乾燥させ
ることによって撥水化処理したものが用いられる。
なり、例えばニッケル発泡体シートの市販品（厚さ８０
０〜１０００μｍ）を７．５重量％程度のＰＴＦＥ水溶
液に２分間程度浸漬した後不活性ガス雰囲気で乾燥させ
ることによって撥水化処理したものが用いられる。
Claims (6)
- 【請求項１】 電解質と該電解質の両側に燃料極及び
酸化極を配してなる燃料電池であって、 これら燃料極及び酸化極の少なくとも一方が、 ガス供給可能な多孔質金属材料よりなるガス供給層と、 前記ガス供給層から供給されるガスを電池反応させるた
めに前記電解質に接して設けられる触媒層と、 これらガス供給層と触媒層との間に設けられて前記ガス
供給層と投錨的に交絡された状態で接合され、前記電解
質中の強酸性成分に対して耐触性を示す材料よりなる耐
触層と、を有してなることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 電解質と該電解質の両側に燃料極及び
酸化極を配してなる燃料電池であって、 これら燃料極及び酸化極の少なくとも一方が、 ガス供給可能な多孔質金属材料よりなるガス供給層と、 前記ガス供給層から供給されるガスを電池反応させるた
めに前記電解質に接して設けられる触媒層と、 これらガス供給層と触媒層との間に設けられて前記ガス
供給層と投錨的に交絡された状態で接合され、前記電解
質中の強酸性成分に対して耐触性を示す材料よりなる耐
触層と、 前記ガス供給層の非触媒層側に拡散接合される導電性の
セパレータと、を有してなることを特徴とする燃料電
池。 - 【請求項３】 前記ガス供給層の多孔質金属材料がニ
ッケル発泡体よりなることを特徴とする請求項１または
２の燃料電池。 - 【請求項４】 前記耐触層がカーボンよりなることを
特徴とする請求項１または２の燃料電池。 - 【請求項５】 前記触媒層に前記電解質に含まれる強
酸性成分と同一成分が含まれることを特徴とする請求項
１または２の燃料電池。 - 【請求項６】 電解質と、該電解質の両側に接して設
けられる触媒層と、該触媒層の外側に設けられる電解質
成分への耐触性材料からなる耐触層とが一体的に接合さ
れてなる電極構造体を作成し、一方、ガス供給可能な多
孔質金属材料よりなるガス供給層と導電性セパレータと
を接合して極室構造体を作成し、前記電極構造体におけ
る前記耐触層と前記極室構造体における前記ガス供給層
とを接合して前記耐触層と前記ガス供給層とが投錨的に
交絡された状態とすることを特徴とする燃料電池の製造
方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17854493A JP3446254B2 (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | 燃料電池およびその製造方法 |
| US08/181,048 US5460896A (en) | 1993-01-22 | 1994-01-14 | Fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17854493A JP3446254B2 (ja) | 1993-06-28 | 1993-06-28 | 燃料電池およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0722037A true JPH0722037A (ja) | 1995-01-24 |
| JP3446254B2 JP3446254B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=16050341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17854493A Expired - Lifetime JP3446254B2 (ja) | 1993-01-22 | 1993-06-28 | 燃料電池およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3446254B2 (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999057774A1 (de) * | 1998-04-30 | 1999-11-11 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Elektrode für eine brennstoffzelle und brennstoffzelle |
| WO2001093356A1 (fr) * | 2000-05-30 | 2001-12-06 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Pile a combustible |
| KR100423843B1 (ko) * | 2001-09-25 | 2004-03-22 | 한국과학기술연구원 | 연료전지용 전극의 제조방법 및 이를 이용하여 제조되는전극 |
| JP2004186116A (ja) * | 2002-12-06 | 2004-07-02 | Mitsubishi Materials Corp | 固体高分子型燃料電池のセパレータおよびセパレータの製造方法 |
| JP2005158324A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-16 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP2007179769A (ja) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| JP2007242407A (ja) * | 2006-03-08 | 2007-09-20 | Daiki Ataka Engineering Co Ltd | 固体高分子電解質膜型セルとその構成部品 |
| JP2008108456A (ja) * | 2006-10-23 | 2008-05-08 | Equos Research Co Ltd | 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 |
| JP2008130349A (ja) * | 2006-11-21 | 2008-06-05 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池のセル及びスタック |
| JP2008171613A (ja) * | 2007-01-10 | 2008-07-24 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| DE112006002324T5 (de) | 2005-09-22 | 2008-07-31 | Toyota Shatai K.K., Kariya | Separator für Brennstoffzelle |
| JP2009009731A (ja) * | 2007-06-26 | 2009-01-15 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池構成部材 |
| JP2009110973A (ja) * | 2009-01-13 | 2009-05-21 | Mitsubishi Materials Corp | 固体高分子型燃料電池のセパレータ |
| JP2010212056A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Mitsubishi Materials Corp | 燃料電池用セパレータの製造方法 |
-
1993
- 1993-06-28 JP JP17854493A patent/JP3446254B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8206865B2 (en) | 2005-09-22 | 2012-06-26 | Toyota Shatai Kabushiki Kaisha | Separator for fuel cell |
| DE112006002324T5 (de) | 2005-09-22 | 2008-07-31 | Toyota Shatai K.K., Kariya | Separator für Brennstoffzelle |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3446254B2 (ja) | 2003-09-16 |
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