JPH10294117A - 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
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- JPH10294117A JPH10294117A JP9101436A JP10143697A JPH10294117A JP H10294117 A JPH10294117 A JP H10294117A JP 9101436 A JP9101436 A JP 9101436A JP 10143697 A JP10143697 A JP 10143697A JP H10294117 A JPH10294117 A JP H10294117A
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- anode
- catalyst layer
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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】
【課題】簡単な構成によりＣＯ2 やＣＯによる触媒層の
被毒を抑制し、さらに電解質層の水分の管理を容易にし
て、コストが安く、安定して運転できるものにする。 【解決手段】薄膜の電解質層１Ａの両主面に白金を担持
したカーボン粉末よりなるカソード側触媒層２とアノー
ド側触媒層３Ａとを配し、アノード側触媒層３Ａの外面
にパラジウム金属薄膜からなる分離層４を配したのち、
さらにその外側に多孔質カーボンシートよりなるカソ─
ド側拡散層５とアノ─ド側拡散層６を配して、膜電極複
合体を構成し、燃料ガス中の水素のみを選択的に選別し
てアノード側触媒層３Ａへと送る。
被毒を抑制し、さらに電解質層の水分の管理を容易にし
て、コストが安く、安定して運転できるものにする。 【解決手段】薄膜の電解質層１Ａの両主面に白金を担持
したカーボン粉末よりなるカソード側触媒層２とアノー
ド側触媒層３Ａとを配し、アノード側触媒層３Ａの外面
にパラジウム金属薄膜からなる分離層４を配したのち、
さらにその外側に多孔質カーボンシートよりなるカソ─
ド側拡散層５とアノ─ド側拡散層６を配して、膜電極複
合体を構成し、燃料ガス中の水素のみを選択的に選別し
てアノード側触媒層３Ａへと送る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子電解
質膜を電解質層として用いる固体高分子電解質型燃料電
池に係わり、特にアノード電極部の構成に関する。
質膜を電解質層として用いる固体高分子電解質型燃料電
池に係わり、特にアノード電極部の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は、従来より用いられている固体高
分子電解質型燃料電池の単位セルの基本構成を示す分解
斜視図である。固体高分子電解質膜よりなる電解質層１
の一方の主面にカソード側触媒層２を、また他方の主面
に図示されていないアノード側触媒層を接合して、膜電
極接合体を形成し、さらにこの膜電極接合体を、導電性
を備えたカソード側拡散層５とアノード側拡散層６、な
らびに反応ガス流路を備えたガス不透過性材料よりなる
セパレータ７、８で挟んで、単位セルが構成されてい
る。なお、本図には示されていないが、セルの温度を一
定に保持するためにセパレータの外側、あるいは内側に
冷却部を備える場合もある。また、図においては、セパ
レータ７、８に反応ガス流路を備えているが、カソード
側拡散層５とアノード側拡散層６に反応ガス流路を備え
て、セパレータ７、８は溝なしの薄板構造とする場合も
ある。なお、固体高分子電解質型燃料電池では、固体高
分子電解質膜が乾燥するとその特性が極度に低下するの
で、反応ガスをセルの温度に近い露点まで加湿して供給
する。
分子電解質型燃料電池の単位セルの基本構成を示す分解
斜視図である。固体高分子電解質膜よりなる電解質層１
の一方の主面にカソード側触媒層２を、また他方の主面
に図示されていないアノード側触媒層を接合して、膜電
極接合体を形成し、さらにこの膜電極接合体を、導電性
を備えたカソード側拡散層５とアノード側拡散層６、な
らびに反応ガス流路を備えたガス不透過性材料よりなる
セパレータ７、８で挟んで、単位セルが構成されてい
る。なお、本図には示されていないが、セルの温度を一
定に保持するためにセパレータの外側、あるいは内側に
冷却部を備える場合もある。また、図においては、セパ
レータ７、８に反応ガス流路を備えているが、カソード
側拡散層５とアノード側拡散層６に反応ガス流路を備え
て、セパレータ７、８は溝なしの薄板構造とする場合も
ある。なお、固体高分子電解質型燃料電池では、固体高
分子電解質膜が乾燥するとその特性が極度に低下するの
で、反応ガスをセルの温度に近い露点まで加湿して供給
する。
【０００３】図６は、図５の単位セルの電極部の構成を
示す断面図である。電解質層１に用いる固体高分子電解
質膜は、厚さ 20 〜200 μｍで、パーフロロカーボンス
ルホン酸膜（デュポン社製 Nafion など）が最もよく使
用されている。カソード側触媒層２は、概して 5〜50μ
ｍの厚さで、白金をカーボン粉末に担持した触媒にポリ
テトラフロロエチレンを混合して撥水性を持たせてい
る。アノード側触媒層３もほぼ同様に形成されるが、供
給される燃料ガス中にＣＯ2 やＣＯが含まれる場合に
は、触媒の被毒を防止するためにPt−Ru系の触媒が使用
される。カソード側拡散層５とアノード側拡散層６は、
導電性とガス拡散性を備える必要があるので、カーボン
の多孔質材や、チタン、ステンレス鋼等の金属の多孔質
材が用いられる。標準的な厚さは 100〜500 μｍである
が、これらの拡散層にガス流路の機能を備える場合には
１ｍｍ以上の厚さになることが多い。
示す断面図である。電解質層１に用いる固体高分子電解
質膜は、厚さ 20 〜200 μｍで、パーフロロカーボンス
ルホン酸膜（デュポン社製 Nafion など）が最もよく使
用されている。カソード側触媒層２は、概して 5〜50μ
ｍの厚さで、白金をカーボン粉末に担持した触媒にポリ
テトラフロロエチレンを混合して撥水性を持たせてい
る。アノード側触媒層３もほぼ同様に形成されるが、供
給される燃料ガス中にＣＯ2 やＣＯが含まれる場合に
は、触媒の被毒を防止するためにPt−Ru系の触媒が使用
される。カソード側拡散層５とアノード側拡散層６は、
導電性とガス拡散性を備える必要があるので、カーボン
の多孔質材や、チタン、ステンレス鋼等の金属の多孔質
材が用いられる。標準的な厚さは 100〜500 μｍである
が、これらの拡散層にガス流路の機能を備える場合には
１ｍｍ以上の厚さになることが多い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】燃料ガスとして一般に
用いられる水蒸気改質して得た燃料ガス中には、多量の
ＣＯ2 やＣＯが含まれており、アノード側触媒層３には
触媒の被毒を防止するためにPt−Ru系の触媒が用いられ
ている。しかしながら、このPt−Ru系の触媒において
も、ＣＯの濃度が凡そ 100 ppm以下であることが必要で
あり被毒を防止するため、燃料電池の前段に精製装置を
組み込んで燃料ガスのＣＯ濃度を所定値以下に低減して
用いるのが通例である。このため、従来の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記のごとき触媒の被毒防
止用の装置を専用に備える必要があり、コストが高くな
るという難点がある。
用いられる水蒸気改質して得た燃料ガス中には、多量の
ＣＯ2 やＣＯが含まれており、アノード側触媒層３には
触媒の被毒を防止するためにPt−Ru系の触媒が用いられ
ている。しかしながら、このPt−Ru系の触媒において
も、ＣＯの濃度が凡そ 100 ppm以下であることが必要で
あり被毒を防止するため、燃料電池の前段に精製装置を
組み込んで燃料ガスのＣＯ濃度を所定値以下に低減して
用いるのが通例である。このため、従来の固体高分子電
解質型燃料電池においては、上記のごとき触媒の被毒防
止用の装置を専用に備える必要があり、コストが高くな
るという難点がある。
【０００５】一方、図５の構成の単位セルにおいて、電
解質層１の電解質抵抗は膜厚に比例するので、ガス不透
過性を備えているかぎり、膜厚の薄い方が電池特性が向
上する。また、前述のようにカソード側に供給される酸
化剤ガス、アノード側に供給される燃料ガスはいずれも
加湿して供給されるが、電解質層１の膜厚が薄ければ、
電気化学反応によりカソード側で生成した水のアノード
側への拡散が容易となるので、露点の低い燃料ガスを供
給しても拡散した水によって電解質抵抗の上昇が抑えら
れ、イオン導電性が維持される。すなわち、電解質層１
の膜厚が薄ければ薄いほど、電解質層１の水分の管理が
容易となり、運転可能な温度範囲も広がる。
解質層１の電解質抵抗は膜厚に比例するので、ガス不透
過性を備えているかぎり、膜厚の薄い方が電池特性が向
上する。また、前述のようにカソード側に供給される酸
化剤ガス、アノード側に供給される燃料ガスはいずれも
加湿して供給されるが、電解質層１の膜厚が薄ければ、
電気化学反応によりカソード側で生成した水のアノード
側への拡散が容易となるので、露点の低い燃料ガスを供
給しても拡散した水によって電解質抵抗の上昇が抑えら
れ、イオン導電性が維持される。すなわち、電解質層１
の膜厚が薄ければ薄いほど、電解質層１の水分の管理が
容易となり、運転可能な温度範囲も広がる。
【０００６】しかしながら、図５の構成において、カソ
ード側拡散層５とアノード側拡散層６およびカソード側
触媒層２とアノード触媒層はいずれもガス透過性が大き
いため、セパレータ７、８の反応ガス流路に送られた酸
化剤ガスと燃料ガスの圧力が電解質層１に加わることと
なる。特に、酸化剤ガスとして空気を用いれば、酸化剤
ガスのガス量は多量となり、また、水蒸気改質して得た
燃料ガスを用いれば、約３０％のＣＯ2 を含むので燃料
ガスのガス量は多量となり、電解質層１に加わる圧力も
多大となる。この圧力によって電解質層１に孔が開く事
態となると、極間のガス漏れを生じてセルの損傷を引き
起こす恐れがある。したがって、電解質層１は、極間の
ガス漏れを生じないよう長期間十分な機械的強度を保持
する膜厚を備える必要があり、フッ素系ポリマーを主体
とする固体高分子電解質膜を用いる電解質層１において
は、均質膜で約50μｍ、補強糸を編み込んだ膜で約20μ
ｍが、最小限の膜厚である。
ード側拡散層５とアノード側拡散層６およびカソード側
触媒層２とアノード触媒層はいずれもガス透過性が大き
いため、セパレータ７、８の反応ガス流路に送られた酸
化剤ガスと燃料ガスの圧力が電解質層１に加わることと
なる。特に、酸化剤ガスとして空気を用いれば、酸化剤
ガスのガス量は多量となり、また、水蒸気改質して得た
燃料ガスを用いれば、約３０％のＣＯ2 を含むので燃料
ガスのガス量は多量となり、電解質層１に加わる圧力も
多大となる。この圧力によって電解質層１に孔が開く事
態となると、極間のガス漏れを生じてセルの損傷を引き
起こす恐れがある。したがって、電解質層１は、極間の
ガス漏れを生じないよう長期間十分な機械的強度を保持
する膜厚を備える必要があり、フッ素系ポリマーを主体
とする固体高分子電解質膜を用いる電解質層１において
は、均質膜で約50μｍ、補強糸を編み込んだ膜で約20μ
ｍが、最小限の膜厚である。
【０００７】このため、従来の単位セルの構成において
は、電解質層１の薄膜化が制限され、生成水の電解質層
１を介しての拡散が抑えられるので、反応ガスを多量に
加湿して供給する必要があり、水分の管理が複雑になる
という問題点がある。本発明の目的は、上記のごとき従
来技術の難点を解消し、ＣＯ2 やＣＯによる触媒層の被
毒が簡単な構成により効果的に抑制され、さらには電解
質層の薄膜化により電解質層の水分の管理が容易とな
り、コストが安く、長期にわたり安定して運転できる固
体高分子電解質型燃料電池を提供することにある。
は、電解質層１の薄膜化が制限され、生成水の電解質層
１を介しての拡散が抑えられるので、反応ガスを多量に
加湿して供給する必要があり、水分の管理が複雑になる
という問題点がある。本発明の目的は、上記のごとき従
来技術の難点を解消し、ＣＯ2 やＣＯによる触媒層の被
毒が簡単な構成により効果的に抑制され、さらには電解
質層の薄膜化により電解質層の水分の管理が容易とな
り、コストが安く、長期にわたり安定して運転できる固
体高分子電解質型燃料電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、固体高分子電解質膜よりなる
電解質層の両主面に触媒層を配し、さらにその外面に導
電性のガス拡散層を配して形成した膜電極複合体を、ガ
ス不透過性のセパレータで挟んで単位セルを構成し、カ
ソード側触媒層に対向して配されたガス流路に酸化剤ガ
スを、またアノード側触媒層に対向して配されたガス流
路に水素を含む燃料ガスを通流して、電気化学反応によ
り発電する固体高分子電解質型燃料電池において、アノ
ード側触媒層と燃料ガスを通流するガス流路との間に、
水素を選択的に透過するガス分離層、例えば、パラジウ
ムまたはパラジウム合金よりなるガス分離層、あるい
は、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリイミド、酢酸セ
ルロースおよびポリフッ化ビニルのうちのいずれか一つ
を細孔内に充填した多孔質カーボンシートよりなるガス
分離層、あるいは、細孔の平均径が１μｍ以下の多孔質
膜よりなるガス分離層を備えることとする。
めに、本発明においては、固体高分子電解質膜よりなる
電解質層の両主面に触媒層を配し、さらにその外面に導
電性のガス拡散層を配して形成した膜電極複合体を、ガ
ス不透過性のセパレータで挟んで単位セルを構成し、カ
ソード側触媒層に対向して配されたガス流路に酸化剤ガ
スを、またアノード側触媒層に対向して配されたガス流
路に水素を含む燃料ガスを通流して、電気化学反応によ
り発電する固体高分子電解質型燃料電池において、アノ
ード側触媒層と燃料ガスを通流するガス流路との間に、
水素を選択的に透過するガス分離層、例えば、パラジウ
ムまたはパラジウム合金よりなるガス分離層、あるい
は、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリイミド、酢酸セ
ルロースおよびポリフッ化ビニルのうちのいずれか一つ
を細孔内に充填した多孔質カーボンシートよりなるガス
分離層、あるいは、細孔の平均径が１μｍ以下の多孔質
膜よりなるガス分離層を備えることとする。
【０００９】上記のごとく構成すれば、アノード側触媒
層に対向して配されたガス流路に燃料ガスを通流する
と、水素を選択的に透過するガス分離層において、燃料
ガス中の水素が、水素以外の成分、例えばＣＯ2 やＣＯ
より選択的に選別されて、ガス分離層を透過してアノー
ド側触媒層へと達することとなる。したがって、アノー
ド側触媒層はＣＯ2 やＣＯに曝されることがないので、
これらのガスによる被毒がなく、安定した特性を持続す
ることとなる。
層に対向して配されたガス流路に燃料ガスを通流する
と、水素を選択的に透過するガス分離層において、燃料
ガス中の水素が、水素以外の成分、例えばＣＯ2 やＣＯ
より選択的に選別されて、ガス分離層を透過してアノー
ド側触媒層へと達することとなる。したがって、アノー
ド側触媒層はＣＯ2 やＣＯに曝されることがないので、
これらのガスによる被毒がなく、安定した特性を持続す
ることとなる。
【００１０】また、水素を選択的に透過するガス分離層
は必然的にガス拡散層よりガス透過性が低いので、仮に
電解質層に孔が開いてもガス透過量が低く抑えられ、他
の電極部分は発電可能な状態に維持される。したがっ
て、電解質層の厚さを従来より極めて薄くすることが可
能となる。電解質層を薄くすれば生成水の電解質層を介
しての拡散が容易に生じるので、反応ガスの加湿量を抑
えても電解質層を湿潤に保持することが容易となり、し
たがって水分の管理が容易となる。
は必然的にガス拡散層よりガス透過性が低いので、仮に
電解質層に孔が開いてもガス透過量が低く抑えられ、他
の電極部分は発電可能な状態に維持される。したがっ
て、電解質層の厚さを従来より極めて薄くすることが可
能となる。電解質層を薄くすれば生成水の電解質層を介
しての拡散が容易に生じるので、反応ガスの加湿量を抑
えても電解質層を湿潤に保持することが容易となり、し
たがって水分の管理が容易となる。
【００１１】
＜実施例１＞図１は、本発明の実施例１の単位セルの電
極部の構成を示す断面図である。電解質層１Ａには、厚
さ10μｍと薄膜のパーフロロカーボンスルホン酸膜が使
用されている。カソード側触媒層２とアノード側触媒層
３には、いずれも、厚さ20μｍの、白金を担持したカー
ボン粉末触媒が用いられている。分離層４は、厚さ50μ
ｍのパラジウム金属薄膜からなり、アノード側のガス流
路に通流する燃料ガス中の水素を選択的に透過してアノ
ード側触媒層３Ａへと透過する役割を果たすものであ
る。また、カソード側拡散層５とアノード側拡散層６に
は、いずれも厚さが 200μｍの多孔質カーボンシートが
用いられている。
極部の構成を示す断面図である。電解質層１Ａには、厚
さ10μｍと薄膜のパーフロロカーボンスルホン酸膜が使
用されている。カソード側触媒層２とアノード側触媒層
３には、いずれも、厚さ20μｍの、白金を担持したカー
ボン粉末触媒が用いられている。分離層４は、厚さ50μ
ｍのパラジウム金属薄膜からなり、アノード側のガス流
路に通流する燃料ガス中の水素を選択的に透過してアノ
ード側触媒層３Ａへと透過する役割を果たすものであ
る。また、カソード側拡散層５とアノード側拡散層６に
は、いずれも厚さが 200μｍの多孔質カーボンシートが
用いられている。
【００１２】本構成では、パラジウム金属薄膜からなる
分離層４が備えられているので、燃料ガス中に含まれる
ＣＯ2 やＣＯのアノード側触媒層３Ａへの透過が抑制さ
れ、被毒が回避される。また、分離層４を備えたことに
より、電解質層１Ａの薄膜化が可能となり、発電運転に
伴う生成水が電解質層１Ａを介して容易に拡散できるこ
ととなるので、反応ガスの加湿量を抑えても電解質層１
Ａを湿潤に保持することが容易となる。
分離層４が備えられているので、燃料ガス中に含まれる
ＣＯ2 やＣＯのアノード側触媒層３Ａへの透過が抑制さ
れ、被毒が回避される。また、分離層４を備えたことに
より、電解質層１Ａの薄膜化が可能となり、発電運転に
伴う生成水が電解質層１Ａを介して容易に拡散できるこ
ととなるので、反応ガスの加湿量を抑えても電解質層１
Ａを湿潤に保持することが容易となる。
【００１３】なお、本実施例では分離層４にパラジウム
金属薄膜を用いているが、同様に、導電性を備え、水素
を選択的に透過するパラジウム合金薄膜を用いて分離層
４を形成してもよい。 ＜実施例２＞図２は、本発明の実施例２の単位セルの電
極部の構成を示す断面図である。
金属薄膜を用いているが、同様に、導電性を備え、水素
を選択的に透過するパラジウム合金薄膜を用いて分離層
４を形成してもよい。 ＜実施例２＞図２は、本発明の実施例２の単位セルの電
極部の構成を示す断面図である。
【００１４】本実施例の実施例１との相違点は分離層の
構成にあり、導電性を備える多孔質カーボンシートから
なるアノード側拡散層６の電解質層１Ａ側の部分に、水
素を選択的に透過する特性を備えた高分子材料のポリエ
チレンを充填することにより、導電性を備え、かつ水素
を選択的に透過する特性を備えるよう形成された分離層
４Ａが備えられている点にある。したがって、本実施例
においても、実施例１と同様に、ＣＯ2 やＣＯによるア
ノード側触媒層３Ａの被毒が回避され、また、電解質層
１Ａの薄膜化が可能となり、電解質層１Ａを湿潤に保持
することが容易となる。
構成にあり、導電性を備える多孔質カーボンシートから
なるアノード側拡散層６の電解質層１Ａ側の部分に、水
素を選択的に透過する特性を備えた高分子材料のポリエ
チレンを充填することにより、導電性を備え、かつ水素
を選択的に透過する特性を備えるよう形成された分離層
４Ａが備えられている点にある。したがって、本実施例
においても、実施例１と同様に、ＣＯ2 やＣＯによるア
ノード側触媒層３Ａの被毒が回避され、また、電解質層
１Ａの薄膜化が可能となり、電解質層１Ａを湿潤に保持
することが容易となる。
【００１５】なお、本実施例において用いているポリエ
チレンのほか、同様に水素を選択的に透過する特性を備
えるポリスチレン、ポリイミド、酢酸セルロースおよび
ポリフッ化ビニル等の高分子材料を多孔質カーボンシー
トに充填して分離層を形成しても同様の効果が得られ
る。 ＜実施例３＞図３は、本発明の実施例３の単位セルの電
極部の構成を示す断面図である。
チレンのほか、同様に水素を選択的に透過する特性を備
えるポリスチレン、ポリイミド、酢酸セルロースおよび
ポリフッ化ビニル等の高分子材料を多孔質カーボンシー
トに充填して分離層を形成しても同様の効果が得られ
る。 ＜実施例３＞図３は、本発明の実施例３の単位セルの電
極部の構成を示す断面図である。
【００１６】本構成の特徴は、平均細孔径が約 0.1μｍ
の多孔質カーボン材よりなる分離層４Ｂが備えられてい
ることにある。平均細孔径がおおよそ約１μｍ以下と微
少であれば、アノード側に供給された燃料ガスの成分の
うち平均自由行程が極めて短い水素分子は細孔を通して
拡散し易いが、平均自由行程の長いＣＯ2 やＣＯは拡散
が困難となる。すなわち、本構成の分離層４Ｂにより燃
料ガス中の水素が選択的に選別されてアノード触媒層３
Ａへ到達することとなり、アノード触媒層３ＡのＣＯ2
やＣＯによる被毒は回避され、また、電解質層１Ａの薄
膜化が実現されることとなる。なお、本構成では、分離
層４Ｂが従来例のアノード側拡散層６の機能を兼ねてお
り、専用の拡散層は備えていない。
の多孔質カーボン材よりなる分離層４Ｂが備えられてい
ることにある。平均細孔径がおおよそ約１μｍ以下と微
少であれば、アノード側に供給された燃料ガスの成分の
うち平均自由行程が極めて短い水素分子は細孔を通して
拡散し易いが、平均自由行程の長いＣＯ2 やＣＯは拡散
が困難となる。すなわち、本構成の分離層４Ｂにより燃
料ガス中の水素が選択的に選別されてアノード触媒層３
Ａへ到達することとなり、アノード触媒層３ＡのＣＯ2
やＣＯによる被毒は回避され、また、電解質層１Ａの薄
膜化が実現されることとなる。なお、本構成では、分離
層４Ｂが従来例のアノード側拡散層６の機能を兼ねてお
り、専用の拡散層は備えていない。
【００１７】＜実施例４＞図４は、本発明の実施例４の
単位セルの電極部の構成を示す断面図である。本構成
は、水素透過係数の小さい材料よりなる分離層４Ｃを組
み込んだ構成を示すものである。水素透過係数が小さい
ので、所定の水素量を確保するために分離層４Ｃは薄い
層に形成されている。このため分離層４Ｃの機械的強度
は低いので、電解質層１は従来例のように厚い膜より形
成されている。したがって、本構成においては、電解質
層１のＣＯ2 やＣＯによる被毒が回避される。
単位セルの電極部の構成を示す断面図である。本構成
は、水素透過係数の小さい材料よりなる分離層４Ｃを組
み込んだ構成を示すものである。水素透過係数が小さい
ので、所定の水素量を確保するために分離層４Ｃは薄い
層に形成されている。このため分離層４Ｃの機械的強度
は低いので、電解質層１は従来例のように厚い膜より形
成されている。したがって、本構成においては、電解質
層１のＣＯ2 やＣＯによる被毒が回避される。
【００１８】
【発明の効果】上述のように、本発明においては、固体
高分子電解質膜よりなる電解質層の両主面に触媒層を配
し、さらにその外面に導電性のガス拡散層を配して形成
した膜電極複合体を、ガス不透過性のセパレータで挟ん
で単位セルを構成し、カソード側触媒層に対向して配さ
れたガス流路に酸化剤ガスを、またアノード側触媒層に
対向して配されたガス流路に水素を含む燃料ガスを通流
して、電気化学反応により発電する固体高分子電解質型
燃料電池において、アノード側触媒層と燃料ガスを通流
するガス流路との間に、水素を選択的に透過するガス分
離層、例えば、パラジウムまたはパラジウム合金よりな
るガス分離層、あるいは、ポリエチレン、ポリスチレ
ン、ポリイミド、酢酸セルロースおよびポリフッ化ビニ
ルのうちのいずれか一つを細孔内に充填した多孔質カー
ボンシートよりなるガス分離層、あるいは、細孔の平均
径が１μｍ以下の多孔質膜よりなるガス分離層を備える
こととしたので、簡単な構成によりＣＯ2やＣＯによる
触媒層の被毒が効果的に抑制されることとなり、さらに
は電解質層の薄膜化により電解質層の水分の管理が容易
となり、コストが安く、長期にわたり安定して運転でき
る固体高分子電解質型燃料電池が得られることとなっ
た。
高分子電解質膜よりなる電解質層の両主面に触媒層を配
し、さらにその外面に導電性のガス拡散層を配して形成
した膜電極複合体を、ガス不透過性のセパレータで挟ん
で単位セルを構成し、カソード側触媒層に対向して配さ
れたガス流路に酸化剤ガスを、またアノード側触媒層に
対向して配されたガス流路に水素を含む燃料ガスを通流
して、電気化学反応により発電する固体高分子電解質型
燃料電池において、アノード側触媒層と燃料ガスを通流
するガス流路との間に、水素を選択的に透過するガス分
離層、例えば、パラジウムまたはパラジウム合金よりな
るガス分離層、あるいは、ポリエチレン、ポリスチレ
ン、ポリイミド、酢酸セルロースおよびポリフッ化ビニ
ルのうちのいずれか一つを細孔内に充填した多孔質カー
ボンシートよりなるガス分離層、あるいは、細孔の平均
径が１μｍ以下の多孔質膜よりなるガス分離層を備える
こととしたので、簡単な構成によりＣＯ2やＣＯによる
触媒層の被毒が効果的に抑制されることとなり、さらに
は電解質層の薄膜化により電解質層の水分の管理が容易
となり、コストが安く、長期にわたり安定して運転でき
る固体高分子電解質型燃料電池が得られることとなっ
た。
【図１】本発明の実施例１の単位セルの電極部の構成を
示す断面図
示す断面図
【図２】本発明の実施例２の単位セルの電極部の構成を
示す断面図
示す断面図
【図３】本発明の実施例３の単位セルの電極部の構成を
示す断面図
示す断面図
【図４】本発明の実施例４の単位セルの電極部の構成を
示す断面図
示す断面図
【図５】従来より用いられている固体高分子電解質型燃
料電池の単位セルの基本構成を示す分解斜視図
料電池の単位セルの基本構成を示す分解斜視図
【図６】図５の従来例の単位セルの電極部の構成を示す
断面図
断面図
１ 電解質層 １Ａ 電解質層 ２ カソード側触媒層 ３ アノード側触媒層 ３Ａ アノード側触媒層 ４ 分離層 ４Ａ 分離層 ４Ｂ 分離層 ４Ｃ 分離層 ５ カソード側拡散層 ６ アノード側拡散層
Claims (4)
- 【請求項１】固体高分子電解質膜よりなる電解質層の両
主面に触媒層を配し、さらにその外面に導電性のガス拡
散層を配して形成した膜電極複合体を、ガス不透過性の
セパレータで挟んで単位セルを構成し、カソード側触媒
層に対向して配されたガス流路に酸化剤ガスを、またア
ノード側触媒層に対向して配されたガス流路に水素を含
む燃料ガスを通流して、電気化学反応により発電する固
体高分子電解質型燃料電池において、アノード側触媒層
と燃料ガスを通流するガス流路との間に、水素を選択的
に透過するガス分離層を備えた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】前記のガス分離層が、パラジウム、または
パラジウム合金よりなることを特徴とする請求項１に記
載の固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項３】前記のガス分離層が、ポリエチレン、ポリ
スチレン、ポリイミド、酢酸セルロースおよびポリフッ
化ビニルのうちのいずれか一つを細孔内に充填した多孔
質カーボンシートよりなることを特徴とする請求項１に
記載の固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項４】前記のガス分離層が、細孔の平均径が１μ
ｍ以下の多孔質膜よりなることを特徴とする請求項１に
記載の固体高分子電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9101436A JPH10294117A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9101436A JPH10294117A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10294117A true JPH10294117A (ja) | 1998-11-04 |
Family
ID=14300651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9101436A Pending JPH10294117A (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10294117A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005013405A1 (ja) * | 2003-07-31 | 2005-02-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池スタックおよび燃料電池システム並びに燃料電池スタックの製造方法 |
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| WO2008123364A1 (ja) | 2007-03-28 | 2008-10-16 | Sumitomo Chemical Company, Limited | 電極触媒組成物及びその製造方法、電極並びにこれを備える燃料電池及び膜－電極接合体 |
| WO2008123365A1 (ja) | 2007-03-28 | 2008-10-16 | Sumitomo Chemical Company, Limited | 電極触媒組成物、電極並びにこれを備える燃料電池及び膜－電極接合体 |
| US7867668B2 (en) | 2004-04-23 | 2011-01-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Electrolyte layer for fuel cell, fuel cell, and method of manufacturing electrolyte layer for fuel cell |
-
1997
- 1997-04-18 JP JP9101436A patent/JPH10294117A/ja active Pending
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| WO2008123364A1 (ja) | 2007-03-28 | 2008-10-16 | Sumitomo Chemical Company, Limited | 電極触媒組成物及びその製造方法、電極並びにこれを備える燃料電池及び膜－電極接合体 |
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