JPH07254420A - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents
固体高分子型燃料電池Info
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- JPH07254420A JPH07254420A JP6071633A JP7163394A JPH07254420A JP H07254420 A JPH07254420 A JP H07254420A JP 6071633 A JP6071633 A JP 6071633A JP 7163394 A JP7163394 A JP 7163394A JP H07254420 A JPH07254420 A JP H07254420A
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- JP
- Japan
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- electrode
- fluorine
- gas diffusion
- ion exchange
- diffusion electrode
- Prior art date
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- Withdrawn
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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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 常温にてしかも十分なる接合強度をもって接
合された電極・膜接合体を有する固体高分子型燃料電池
を提供する。 【構成】 非含フッ素アルコール類、含フッ素化合物
類、またはこれらの混合物をイオン交換樹脂の溶剤とし
て用い、内部にイオン交換樹脂を含有したガス拡散電極
とイオン交換膜とを接合する。
合された電極・膜接合体を有する固体高分子型燃料電池
を提供する。 【構成】 非含フッ素アルコール類、含フッ素化合物
類、またはこれらの混合物をイオン交換樹脂の溶剤とし
て用い、内部にイオン交換樹脂を含有したガス拡散電極
とイオン交換膜とを接合する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体高分子型燃料電池に
関し、さらに詳しく言えば、その電極・膜接合体に関す
るものである。
関し、さらに詳しく言えば、その電極・膜接合体に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、水素と酸素を
燃料するものであるため、その反応生成物は原理的に水
のみであり、地球環境への悪影響のほとんどない発電シ
ステムとして注目されている。
燃料するものであるため、その反応生成物は原理的に水
のみであり、地球環境への悪影響のほとんどない発電シ
ステムとして注目されている。
【０００３】ところで、この固体高分子型燃料電池にお
ける電極・膜接合体の製造方法としては、大別して次の
２つの方法が知られている。
ける電極・膜接合体の製造方法としては、大別して次の
２つの方法が知られている。
【０００４】（１）イオン交換膜に直接電極触媒を析出
させる方法（例えば、特公昭５８−４７４７１号公報参
照）。
させる方法（例えば、特公昭５８−４７４７１号公報参
照）。
【０００５】（２）触媒能を有するガス拡散電極シート
を作製し、ホットプレスによりイオン交換膜に接合する
方法（以下、ホットプレス法という。例えば、米国特許
第３１３４６９７号明細書、同第３２９７４８４号明細
書および特公平２−７３９８号公報参照）。
を作製し、ホットプレスによりイオン交換膜に接合する
方法（以下、ホットプレス法という。例えば、米国特許
第３１３４６９７号明細書、同第３２９７４８４号明細
書および特公平２−７３９８号公報参照）。
【０００６】現在では、少量の触媒を有効に利用できる
（２）のホットプレス法が主流となっている。これま
で、固体高分子型燃料電池などに用いる電極・膜接合体
の研究では、ガス拡散電極シート上に触媒層を形成する
方法として、例えば電気化学的析出法（米国特許第５０
８４１４４号明細書参照）、触媒ペーストの塗布（特開
平４−１６２３６５号公報など参照）など、種々の方法
が提案されている。
（２）のホットプレス法が主流となっている。これま
で、固体高分子型燃料電池などに用いる電極・膜接合体
の研究では、ガス拡散電極シート上に触媒層を形成する
方法として、例えば電気化学的析出法（米国特許第５０
８４１４４号明細書参照）、触媒ペーストの塗布（特開
平４−１６２３６５号公報など参照）など、種々の方法
が提案されている。
【０００７】また、電極触媒・膜・気相との三相界面を
拡大するため（特開平４−３２９２６４号公報参照）、
また、ホットプレス圧を低減するため（特開平４−３２
９２６４号公報参照）、ガス拡散電極にイオン交換樹脂
液を塗布するなどの工夫は広く行なわれていたが、ホッ
トプレスによると電極の細孔構造が破壊され易く、その
効果は必ずしも十分ではなかった。
拡大するため（特開平４−３２９２６４号公報参照）、
また、ホットプレス圧を低減するため（特開平４−３２
９２６４号公報参照）、ガス拡散電極にイオン交換樹脂
液を塗布するなどの工夫は広く行なわれていたが、ホッ
トプレスによると電極の細孔構造が破壊され易く、その
効果は必ずしも十分ではなかった。
【０００８】しかしながら、最終的にイオン交換膜と接
合する方法に関しては、いずれの方法もホットプレスに
頼っていた。
合する方法に関しては、いずれの方法もホットプレスに
頼っていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ホットプレス法では、
イオン交換膜と電極間の十分な接合強度、電気的接合状
態を得るため、イオン交換膜を形成する樹脂のガラス転
移点である百数十℃でプレスするようにしている。
イオン交換膜と電極間の十分な接合強度、電気的接合状
態を得るため、イオン交換膜を形成する樹脂のガラス転
移点である百数十℃でプレスするようにしている。
【００１０】このとき、イオン交換膜は乾燥により含水
率が低下し、膜抵抗が増大する。また、ホットプレス温
度を高くし過ぎた場合には、膜の変質がおこり得る。な
お、イオン交換膜を水中で煮沸することにより、膜の含
水量はある程度回復するが、膜の種類や煮沸処理の条件
によっては完全に回復しないことが報告されている
（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１４０，１
９８１，（１９９３）．参照）。
率が低下し、膜抵抗が増大する。また、ホットプレス温
度を高くし過ぎた場合には、膜の変質がおこり得る。な
お、イオン交換膜を水中で煮沸することにより、膜の含
水量はある程度回復するが、膜の種類や煮沸処理の条件
によっては完全に回復しないことが報告されている
（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１４０，１
９８１，（１９９３）．参照）。
【００１１】この問題を回避するには、飽和水蒸気圧下
でホットプレスするという方法（特開平３−８４８６６
号公報参照）も提案されているが、この方法は煩雑であ
り、常温・非加圧で電極とイオン交換膜とを接合するプ
ロセスが求められていた。また、大面積の接合体を作製
する場合には、常温プロセスの方が昇温を必要とするホ
ットプレスに比べ、量産性の点で有利である。
でホットプレスするという方法（特開平３−８４８６６
号公報参照）も提案されているが、この方法は煩雑であ
り、常温・非加圧で電極とイオン交換膜とを接合するプ
ロセスが求められていた。また、大面積の接合体を作製
する場合には、常温プロセスの方が昇温を必要とするホ
ットプレスに比べ、量産性の点で有利である。
【００１２】本発明は上記従来の事情に鑑みなされたも
ので、その目的は、高性能で、かつ、簡便に製造し得る
電極・膜接合体を備えた固体高分子型燃料電池を提供す
ることにある。
ので、その目的は、高性能で、かつ、簡便に製造し得る
電極・膜接合体を備えた固体高分子型燃料電池を提供す
ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては、ガス拡散電極とパーフルオロイ
オン交換膜との電極・膜接合体を備えた固体高分子型燃
料電池において、上記電極・膜接合体が、電極の表層ま
たは内部にイオン交換樹脂を含有したガス拡散電極に非
含フッ素アルコール類、含フッ素化合物類のいずれか、
またはこれらの混合溶剤を含浸させ、同ガス拡散電極と
パーフルオロイオン交換膜とを接合することにより形成
されていることを特徴としている。この場合、ガス拡散
電極とパーフルオロイオン交換膜は、常温にて接合され
る。
め、本発明においては、ガス拡散電極とパーフルオロイ
オン交換膜との電極・膜接合体を備えた固体高分子型燃
料電池において、上記電極・膜接合体が、電極の表層ま
たは内部にイオン交換樹脂を含有したガス拡散電極に非
含フッ素アルコール類、含フッ素化合物類のいずれか、
またはこれらの混合溶剤を含浸させ、同ガス拡散電極と
パーフルオロイオン交換膜とを接合することにより形成
されていることを特徴としている。この場合、ガス拡散
電極とパーフルオロイオン交換膜は、常温にて接合され
る。
【００１４】本発明の接合原理は、上記溶剤の含浸によ
り、ガス拡散電極の表層または内部のイオン交換樹脂が
溶解し、これにより接合される電極と膜との界面にイオ
ン交換樹脂を含むゲル状物質が介在し、接合時に押圧す
ることによりそのゲル状物質が電極の細孔と膜との間で
流動し一体化し、再び固化することによる投錨効果によ
るものと考えられる。
り、ガス拡散電極の表層または内部のイオン交換樹脂が
溶解し、これにより接合される電極と膜との界面にイオ
ン交換樹脂を含むゲル状物質が介在し、接合時に押圧す
ることによりそのゲル状物質が電極の細孔と膜との間で
流動し一体化し、再び固化することによる投錨効果によ
るものと考えられる。
【００１５】本発明を以下に詳しく説明する。ガス拡散
電極の表層または内部にイオン交換樹脂を含有させる方
法には、イオン交換樹脂を付着させた粉体から電極シー
トを作製する方法、電極シートにイオン交換樹脂溶を適
宜の媒体中に分散または溶解した形で含浸させる方法な
どがあるが、電極作製工程のどの段階でイオン交換樹脂
を含有させてもよい。
電極の表層または内部にイオン交換樹脂を含有させる方
法には、イオン交換樹脂を付着させた粉体から電極シー
トを作製する方法、電極シートにイオン交換樹脂溶を適
宜の媒体中に分散または溶解した形で含浸させる方法な
どがあるが、電極作製工程のどの段階でイオン交換樹脂
を含有させてもよい。
【００１６】本発明でガス拡散電極の表層または内部に
含有されるイオン交換樹脂の好ましい例としては、パー
フルオロイオン交換樹脂が使用され、次の繰り返し単位
（イ）および（ロ）を含有するものが挙げられる。
含有されるイオン交換樹脂の好ましい例としては、パー
フルオロイオン交換樹脂が使用され、次の繰り返し単位
（イ）および（ロ）を含有するものが挙げられる。
【００１７】 ここで、Ｘは−Ｆまたは−ＣＦ３であり、Ｘ’はＸまた
は−（ＣＦ２）ｍ−ＣＦ３であり、ｍは１〜５の整数で
あり、ｎは０または１であり、Ａは炭素数１〜２０個の
有機基であり、Ｙは−（Ｐ・Ｑ・Ｒ）−または−Ｏ−
（Ｐ・Ｑ・Ｒ）−である。そして、Ｐは−（ＣＦ２）ａ
−（ＣＸＸ’）ｂ−（ＣＦ２）ｃ−であり、Ｑは−（Ｃ
Ｆ２−Ｏ−ＣＸＸ’）ｄ−であり、Ｒは−（ＣＸＸ’−
Ｏ−ＣＦ２）ｅ−であり、（Ｐ・Ｑ・Ｒ）はＰ，Ｑおよ
びＲの少なくとも一つを任意の順序で配列することを表
し、ａ，ｂ，ｃ，ｄおよびｅは０または１〜６の整数で
ある。−（Ｐ・Ｑ・Ｒ）−または−Ｏ−（Ｐ・Ｑ・Ｒ）
−の具体例としては−（ＣＦ２）ｘ−、−Ｏ−（Ｃ
Ｆ２）ｘ−、−（Ｏ−ＣＦ２−ＣＦＺ）ｙ−、−（Ｏ−
ＣＦ２−ＣＦＺ）ｙ−（Ｏ−ＣＦ２−ＣＦＲｆ）ｚ−、
−Ｏ−ＣＦ２−（ＣＦＺ−Ｏ−ＣＦ２）ｙ−（ＣＦ２）
ｘ−（ＣＦ２−Ｏ−ＣＦＲｆ）ｚ−などが挙げられる。
ｘ，ｙ，ｚ，ｆは１〜６の整数であり、Ｚ，Ｒｆは−Ｆ
または炭素数１〜６個のパーフルオロアルキル基であ
る。Ａは−ＳＯ３Ｍ（Ｍは水素またはアルカリ金属、以
下同じ）、−ＣＯＯＭまたは加水分解によりこれらの基
に転換する基を言う。
は−（ＣＦ２）ｍ−ＣＦ３であり、ｍは１〜５の整数で
あり、ｎは０または１であり、Ａは炭素数１〜２０個の
有機基であり、Ｙは−（Ｐ・Ｑ・Ｒ）−または−Ｏ−
（Ｐ・Ｑ・Ｒ）−である。そして、Ｐは−（ＣＦ２）ａ
−（ＣＸＸ’）ｂ−（ＣＦ２）ｃ−であり、Ｑは−（Ｃ
Ｆ２−Ｏ−ＣＸＸ’）ｄ−であり、Ｒは−（ＣＸＸ’−
Ｏ−ＣＦ２）ｅ−であり、（Ｐ・Ｑ・Ｒ）はＰ，Ｑおよ
びＲの少なくとも一つを任意の順序で配列することを表
し、ａ，ｂ，ｃ，ｄおよびｅは０または１〜６の整数で
ある。−（Ｐ・Ｑ・Ｒ）−または−Ｏ−（Ｐ・Ｑ・Ｒ）
−の具体例としては−（ＣＦ２）ｘ−、−Ｏ−（Ｃ
Ｆ２）ｘ−、−（Ｏ−ＣＦ２−ＣＦＺ）ｙ−、−（Ｏ−
ＣＦ２−ＣＦＺ）ｙ−（Ｏ−ＣＦ２−ＣＦＲｆ）ｚ−、
−Ｏ−ＣＦ２−（ＣＦＺ−Ｏ−ＣＦ２）ｙ−（ＣＦ２）
ｘ−（ＣＦ２−Ｏ−ＣＦＲｆ）ｚ−などが挙げられる。
ｘ，ｙ，ｚ，ｆは１〜６の整数であり、Ｚ，Ｒｆは−Ｆ
または炭素数１〜６個のパーフルオロアルキル基であ
る。Ａは−ＳＯ３Ｍ（Ｍは水素またはアルカリ金属、以
下同じ）、−ＣＯＯＭまたは加水分解によりこれらの基
に転換する基を言う。
【００１８】イオン交換樹脂のイオン交換容量（酸型）
は、好ましくは０．５〜４．０ミリ当量／ｇ乾燥樹脂、
多くは１．０〜３．０ミリ当量／ｇ乾燥樹脂が好適であ
る。含フッ素イオン交換樹脂の形状は好ましくは粒状が
使用される。
は、好ましくは０．５〜４．０ミリ当量／ｇ乾燥樹脂、
多くは１．０〜３．０ミリ当量／ｇ乾燥樹脂が好適であ
る。含フッ素イオン交換樹脂の形状は好ましくは粒状が
使用される。
【００１９】接合されるイオン交換膜は粗面化のような
前処理を行なってもよいし、しかし、このような前処理
を行なわない場合も十分な接合力が得られる。
前処理を行なってもよいし、しかし、このような前処理
を行なわない場合も十分な接合力が得られる。
【００２０】イオン交換樹脂が含有された電極に対して
は、非含フッ素アルコール類、含フッ素化合物類のいず
れか、またはその混合溶剤が好ましくは塗布、浸漬など
によって含浸される。
は、非含フッ素アルコール類、含フッ素化合物類のいず
れか、またはその混合溶剤が好ましくは塗布、浸漬など
によって含浸される。
【００２１】非含フッ素アルコール類としては、例えば
メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルア
ルコール、ｉ−プロピルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチル
アルコールなどが使用できる。アルコール類の主鎖の炭
素数は１〜４が好適である。
メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルア
ルコール、ｉ−プロピルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチル
アルコールなどが使用できる。アルコール類の主鎖の炭
素数は１〜４が好適である。
【００２２】含フッ素化合物としては、例えばＨＦＣ−
２３６ｅａ（１，１，１，２，３，３−ヘキサフルオロ
プロパン）、ＨＦＣ−３３８ｐｃｃ（１，１，２，２，
３，３，４，４−オクタフルオロブタン）、ＨＦＣ−４
３−１０ｍｅｅ（１，１，１，２，３，４，４，５，
５，５−デカフルオロペンタン）、ＨＦＣ−５３−１２
ｍｙｅｅ（１，１，１，２，３，４，５，５，５−ノナ
フルオロ−２−（トリフルオロメチル）−ペンタン）、
ＨＦＣ−５３−１２−ｍｅｃｃｅ（１，１，１，２，
３，３，４，４，５，６，６，６−ドデカフルオロヘキ
サン）、ＨＦＣ−５２−１３−ｍｃｅｙ（１，１，１，
２，３，４，４，５，５，５−デカフルオロ−２−（ト
リフルオロメチル）−ペンタン）、ＦＣ−Ｃ−５１−１
２ｍｙｍ（１，２，３，３，４，４−ヘキサフルオロ−
１，２−ジ（トリフルオロメチル）−シクロブタン）、
Ｒ−７１−１８（パーフルオロオクタン）、Ｒ−６１−
１６（パーフルオロヘプタン）、Ｒ−５１−１４（パー
フルオロヘキサン）などのようなフルオロカーボン類、
ＨＣＦＣ−１４１ｂ（１，１−ジクロロ−１−フルオロ
エタン）、ＨＣＦＣ−１２３（２，２，２−トリフルオ
ロ−１，１−ジクロロエタン）、ＨＣＦＣ−２２５（ジ
クロロペンタフルオロプロパン）などのようなハイドロ
クロロフルオロカーボン類、ＨＦＥ−３４７（１，１，
２，２−テトラフルオロエチル−１，１，１−トリフル
オロエチルエーテル）、ＨＦＥ−３５６ｍｅｃ（メチル
−１，１，１，２，３，３−ヘキサフルオロプロピルエ
ーテル）などのようなフルオロエーテル類、トリフルオ
ロエタノール、５フッ化フロパノール、ヘキサフルオロ
イソプロパノールなどのような含フッ素アルコール類が
使用できる。５ＦＰなどの含フッ素アルコール類は混合
溶剤とせず、単独で用いてもよい。
２３６ｅａ（１，１，１，２，３，３−ヘキサフルオロ
プロパン）、ＨＦＣ−３３８ｐｃｃ（１，１，２，２，
３，３，４，４−オクタフルオロブタン）、ＨＦＣ−４
３−１０ｍｅｅ（１，１，１，２，３，４，４，５，
５，５−デカフルオロペンタン）、ＨＦＣ−５３−１２
ｍｙｅｅ（１，１，１，２，３，４，５，５，５−ノナ
フルオロ−２−（トリフルオロメチル）−ペンタン）、
ＨＦＣ−５３−１２−ｍｅｃｃｅ（１，１，１，２，
３，３，４，４，５，６，６，６−ドデカフルオロヘキ
サン）、ＨＦＣ−５２−１３−ｍｃｅｙ（１，１，１，
２，３，４，４，５，５，５−デカフルオロ−２−（ト
リフルオロメチル）−ペンタン）、ＦＣ−Ｃ−５１−１
２ｍｙｍ（１，２，３，３，４，４−ヘキサフルオロ−
１，２−ジ（トリフルオロメチル）−シクロブタン）、
Ｒ−７１−１８（パーフルオロオクタン）、Ｒ−６１−
１６（パーフルオロヘプタン）、Ｒ−５１−１４（パー
フルオロヘキサン）などのようなフルオロカーボン類、
ＨＣＦＣ−１４１ｂ（１，１−ジクロロ−１−フルオロ
エタン）、ＨＣＦＣ−１２３（２，２，２−トリフルオ
ロ−１，１−ジクロロエタン）、ＨＣＦＣ−２２５（ジ
クロロペンタフルオロプロパン）などのようなハイドロ
クロロフルオロカーボン類、ＨＦＥ−３４７（１，１，
２，２−テトラフルオロエチル−１，１，１−トリフル
オロエチルエーテル）、ＨＦＥ−３５６ｍｅｃ（メチル
−１，１，１，２，３，３−ヘキサフルオロプロピルエ
ーテル）などのようなフルオロエーテル類、トリフルオ
ロエタノール、５フッ化フロパノール、ヘキサフルオロ
イソプロパノールなどのような含フッ素アルコール類が
使用できる。５ＦＰなどの含フッ素アルコール類は混合
溶剤とせず、単独で用いてもよい。
【００２３】また、Ｃ８Ｆ１６Ｏ、（Ｃ４Ｆ９）３Ｎ
（トリ（パーフルオロブチル）アミン）、Ｃ１０Ｈ５Ｆ
１７なども使用できる。なお、環境保護のために規制対
象となっているいわゆる特定フロンと呼ばれる、ＣＦＣ
−１１（トリクロロフルオロメタン）、ＣＦＣ−１１３
（トリクロロトリフルオロエタン）のようなクロロフル
オロカーボン類も使用することができる。
（トリ（パーフルオロブチル）アミン）、Ｃ１０Ｈ５Ｆ
１７なども使用できる。なお、環境保護のために規制対
象となっているいわゆる特定フロンと呼ばれる、ＣＦＣ
−１１（トリクロロフルオロメタン）、ＣＦＣ−１１３
（トリクロロトリフルオロエタン）のようなクロロフル
オロカーボン類も使用することができる。
【００２４】本発明において、イオン交換樹脂の溶解力
は溶剤の種類によって異なり、溶解力が強いほど接合は
容易になる。一般的な傾向として、含フッ素化合物類の
主鎖の炭素数が多いほど、また分子中のフッ素原子数が
多い溶剤ほど溶解力が強い。また、含フッ素アルコール
類と含フッ素化合物類の混合溶剤の場合には、溶解力の
点で好適な混合比は含フッ素化合物類の割合が１０〜９
０重量％、好ましくは３０〜７０重量％である。したが
って、上記溶剤から選択、混合して溶解能力の強さを制
御することができる。
は溶剤の種類によって異なり、溶解力が強いほど接合は
容易になる。一般的な傾向として、含フッ素化合物類の
主鎖の炭素数が多いほど、また分子中のフッ素原子数が
多い溶剤ほど溶解力が強い。また、含フッ素アルコール
類と含フッ素化合物類の混合溶剤の場合には、溶解力の
点で好適な混合比は含フッ素化合物類の割合が１０〜９
０重量％、好ましくは３０〜７０重量％である。したが
って、上記溶剤から選択、混合して溶解能力の強さを制
御することができる。
【００２５】電極への溶剤の含浸量が多すぎると、溶剤
中の非含フッ素アルコール類などの成分によってイオン
交換膜が部分的に膨潤する一方、電極はそれほど膨潤し
ないために接合が困難になってしまう。したがって、好
適な含浸量は、塗工の場合２ｍｌ／ｃｍ２以下、好まし
くは１ｍｌ／ｃｍ２以下である。また、塗工の場合電極
への溶剤の塗工は、接合時にイオン交換膜と接合したと
きに界面となる側、または外側になる側のどちらでもよ
い。
中の非含フッ素アルコール類などの成分によってイオン
交換膜が部分的に膨潤する一方、電極はそれほど膨潤し
ないために接合が困難になってしまう。したがって、好
適な含浸量は、塗工の場合２ｍｌ／ｃｍ２以下、好まし
くは１ｍｌ／ｃｍ２以下である。また、塗工の場合電極
への溶剤の塗工は、接合時にイオン交換膜と接合したと
きに界面となる側、または外側になる側のどちらでもよ
い。
【００２６】溶剤含浸後の押し付け圧力は特に大きくす
る必要はない。例えば、１０ｋｇ／ｃｍ２以下の圧力で
も十分に接合することが可能であるが、電極・膜間の気
泡などを追い出す操作を行なって良好な密着性を得るこ
とに留意する必要がある。このためには、ローラーを施
すなどの方法があるが、これらの方法に限定されるもの
ではない。
る必要はない。例えば、１０ｋｇ／ｃｍ２以下の圧力で
も十分に接合することが可能であるが、電極・膜間の気
泡などを追い出す操作を行なって良好な密着性を得るこ
とに留意する必要がある。このためには、ローラーを施
すなどの方法があるが、これらの方法に限定されるもの
ではない。
【００２７】接合時の加圧状態を保つ時間は、用いる溶
剤によって異なる。すなわち、一旦電極内部と膜表面の
イオン交換樹脂が溶解一体化し、溶剤が蒸発して固化す
るまでが保持時間となる。
剤によって異なる。すなわち、一旦電極内部と膜表面の
イオン交換樹脂が溶解一体化し、溶剤が蒸発して固化す
るまでが保持時間となる。
【００２８】接合は常温で行なうことが可能であり、好
ましくは０〜７０℃で溶剤を塗工して接合を行ない、１
００℃以下、好ましくは７０℃以下の乾燥工程で溶剤を
除去する。
ましくは０〜７０℃で溶剤を塗工して接合を行ない、１
００℃以下、好ましくは７０℃以下の乾燥工程で溶剤を
除去する。
【００２９】
【作用】本発明の接合原理は、上記イオン交換樹脂溶解
性溶剤の含浸により、ガス拡散電極内部のイオン交換樹
脂およびイオン交換膜表面が溶解され、電極と膜との界
面でゲル状、可塑状態となったイオン交換樹脂が、押圧
操作により電極の細孔と膜との間で流動し一体化し、再
び固化することによる投錨効果によるものと考えられ
る。
性溶剤の含浸により、ガス拡散電極内部のイオン交換樹
脂およびイオン交換膜表面が溶解され、電極と膜との界
面でゲル状、可塑状態となったイオン交換樹脂が、押圧
操作により電極の細孔と膜との間で流動し一体化し、再
び固化することによる投錨効果によるものと考えられ
る。
【００３０】
【実施例】以下、本発明の具体的な態様を実施例および
比較例により説明するが、本発明は必ずしもこれらに限
定されるものではない。
比較例により説明するが、本発明は必ずしもこれらに限
定されるものではない。
【００３１】《実施例１》イオン交換膜として厚さ８０
μｍのフレミオンＳ膜（商品名、旭硝子株式会社製パー
フルオロイオン交換膜）、ガス拡散電極としてカーボン
ブラック６０重量部とポリテトラフルオロエチレン（Ｐ
ＴＦＥ）４０重量部とからなる厚さ約１００μｍのＰｔ
担持ガス拡散電極（Ｐｔ担持量０．５ｍｇ／ｃｍ２）を
用意した。
μｍのフレミオンＳ膜（商品名、旭硝子株式会社製パー
フルオロイオン交換膜）、ガス拡散電極としてカーボン
ブラック６０重量部とポリテトラフルオロエチレン（Ｐ
ＴＦＥ）４０重量部とからなる厚さ約１００μｍのＰｔ
担持ガス拡散電極（Ｐｔ担持量０．５ｍｇ／ｃｍ２）を
用意した。
【００３２】ガス拡散電極には、上記フレミオンＳの粒
状物を溶解させた５％エタノール溶液を片側から塗布
し、イオン交換樹脂の付着量が０．５ｍｇ／ｃｍ２とな
るよう十分に乾燥した。溶剤は、エタノール５０重量部
とＨＦＣ−５３−１２ｍｙｅｅが５０重量部との混合溶
剤を準備した。
状物を溶解させた５％エタノール溶液を片側から塗布
し、イオン交換樹脂の付着量が０．５ｍｇ／ｃｍ２とな
るよう十分に乾燥した。溶剤は、エタノール５０重量部
とＨＦＣ−５３−１２ｍｙｅｅが５０重量部との混合溶
剤を準備した。
【００３３】常温において、１０ｃｍ２のガス拡散電極
に対し、そのイオン交換樹脂のエタノール溶液の塗布面
に１ｍｌの上記混合溶剤を塗布し、イオン交換膜上を所
定位置に合わせた後、手押しローラーで押し付け、常温
で十分に乾燥した。このようにして、ガス拡散電極をイ
オン交換膜の両側に接合させた。水中で３０分間煮沸し
たが、剥がれはなく、電極の端部から無理に引き剥がす
と膜側に電極層の一部が残った。
に対し、そのイオン交換樹脂のエタノール溶液の塗布面
に１ｍｌの上記混合溶剤を塗布し、イオン交換膜上を所
定位置に合わせた後、手押しローラーで押し付け、常温
で十分に乾燥した。このようにして、ガス拡散電極をイ
オン交換膜の両側に接合させた。水中で３０分間煮沸し
たが、剥がれはなく、電極の端部から無理に引き剥がす
と膜側に電極層の一部が残った。
【００３４】《実施例２》実施例１と同様なイオン交換
膜と、イオン交換樹脂を塗布したガス拡散電極、エタノ
ール５０重量部とＨＦＣ−５３−１２ｍｙｅｅが５０重
量部の混合溶剤を用意した。
膜と、イオン交換樹脂を塗布したガス拡散電極、エタノ
ール５０重量部とＨＦＣ−５３−１２ｍｙｅｅが５０重
量部の混合溶剤を用意した。
【００３５】ガス拡散電極のイオン交換樹脂のエタノー
ル溶液の塗布面をイオン交換膜側に向けて所定の位置に
置いた後、電極部分に１ｍｌの混合溶剤を塗布し、手押
しローラーで押し付け、常温で十分に乾燥した。このよ
うにして、ガス拡散電極をイオン交換膜の両側に接合さ
せた。水中で３０分間煮沸したが、剥がれはなく、電極
の端部から無理に引き剥がすと膜側に電極層の一部が残
った。
ル溶液の塗布面をイオン交換膜側に向けて所定の位置に
置いた後、電極部分に１ｍｌの混合溶剤を塗布し、手押
しローラーで押し付け、常温で十分に乾燥した。このよ
うにして、ガス拡散電極をイオン交換膜の両側に接合さ
せた。水中で３０分間煮沸したが、剥がれはなく、電極
の端部から無理に引き剥がすと膜側に電極層の一部が残
った。
【００３６】〈比較例１〉イオン交換膜として厚さ８０
μｍのフレミオンＳ膜（商品名、旭硝子株式会社製パー
フルオロイオン交換膜）と、ガス拡散電極としてカーボ
ンブラック６０重量部とＰＴＦＥ４０重量部とからなる
厚さ約１００μｍのＰｔ担持ガス拡散電極（Ｐｔ担持量
０．５ｍｇ／ｃｍ２）とを温度１５０℃、圧力１０ｋｇ
／ｃｍ２で１０秒間の条件でホットプレス法により、膜
の両側に接合させた。
μｍのフレミオンＳ膜（商品名、旭硝子株式会社製パー
フルオロイオン交換膜）と、ガス拡散電極としてカーボ
ンブラック６０重量部とＰＴＦＥ４０重量部とからなる
厚さ約１００μｍのＰｔ担持ガス拡散電極（Ｐｔ担持量
０．５ｍｇ／ｃｍ２）とを温度１５０℃、圧力１０ｋｇ
／ｃｍ２で１０秒間の条件でホットプレス法により、膜
の両側に接合させた。
【００３７】これらの各実施例１，２および比較例で得
たサンプルを電池性能測定セルに組み込んで、同じ条件
で発電試験を行なった。その結果を表１に示す。
たサンプルを電池性能測定セルに組み込んで、同じ条件
で発電試験を行なった。その結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】 これによると、実施例１，２のサンプルは比較例１のも
のに比べて端子電圧が高く、ｉＲ損が約１０％低減し
た。端子電圧、ｉＲ損は電流密度１Ａ／ｃｍ２の時の値
である。
のに比べて端子電圧が高く、ｉＲ損が約１０％低減し
た。端子電圧、ｉＲ損は電流密度１Ａ／ｃｍ２の時の値
である。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による固体
高分子型燃料電池は、常温において十分なる接合強度を
もって接合されたガス拡散電極とイオン交換膜の電極・
膜接合体を備えており、これによれば、熱によるイオン
交換膜やガス拡散電極の物性変化が抑制され、また、ホ
ットプレス法によるものと比べて、電池の内部抵抗が低
減する。他方、電極・膜接合工程における作業性が改善
されるとともに、作製装置も簡便になる、などの効果が
奏される。
高分子型燃料電池は、常温において十分なる接合強度を
もって接合されたガス拡散電極とイオン交換膜の電極・
膜接合体を備えており、これによれば、熱によるイオン
交換膜やガス拡散電極の物性変化が抑制され、また、ホ
ットプレス法によるものと比べて、電池の内部抵抗が低
減する。他方、電極・膜接合工程における作業性が改善
されるとともに、作製装置も簡便になる、などの効果が
奏される。
Claims (3)
- 【請求項１】 ガス拡散電極とパーフルオロイオン交換
膜との電極・膜接合体を備えた固体高分子型燃料電池に
おいて、上記電極・膜接合体が、電極の表層乃至内部に
イオン交換樹脂を含有したガス拡散電極に非含フッ素ア
ルコール類、含フッ素化合物類のいずれか、またはこれ
らの混合溶剤を含浸させ、同ガス拡散電極とパーフルオ
ロイオン交換膜とを接合することにより形成されている
ことを特徴とする固体高分子型燃料電池。 - 【請求項２】 上記ガス拡散電極と上記パーフルオロイ
オン交換膜との接合が常温下において行なわれることを
特徴とする請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。 - 【請求項３】 上記含フッ素化合物類がクロロフルオロ
カーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、フルオロ
カーボン、フルオロエーテル、含フッ素アルコールから
選ばれる少なくとも１種類以上のものであることを特徴
とする請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6071633A JPH07254420A (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 固体高分子型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6071633A JPH07254420A (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 固体高分子型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07254420A true JPH07254420A (ja) | 1995-10-03 |
Family
ID=13466255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6071633A Withdrawn JPH07254420A (ja) | 1994-03-16 | 1994-03-16 | 固体高分子型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07254420A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009170271A (ja) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Toyota Motor Corp | 膜電極接合体の製造方法 |
-
1994
- 1994-03-16 JP JP6071633A patent/JPH07254420A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009170271A (ja) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Toyota Motor Corp | 膜電極接合体の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |