JPH1145729A - 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
- JPH1145729A JPH1145729A JP9200220A JP20022097A JPH1145729A JP H1145729 A JPH1145729 A JP H1145729A JP 9200220 A JP9200220 A JP 9200220A JP 20022097 A JP20022097 A JP 20022097A JP H1145729 A JPH1145729 A JP H1145729A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte
- fuel cell
- catalyst layer
- assembly
- solid polymer
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-
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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
Abstract
(57)【要約】
【課題】触媒層/電解質接合体と電極機材とが適正に接
合され、組立や交換が容易で、かつ信頼性の高いものと
する。 【解決手段】高分子電解質膜の両面に触媒層4を密着し
て形成した触媒層/電解質接合体3に、多孔質電極基材
2を、ホットメルト層を有するカバーシートフィルム1
を用いて熱圧着して、電解質/電極接合体を構成し、こ
れを用いて固体高分子電解質型燃料電池を構成する。
合され、組立や交換が容易で、かつ信頼性の高いものと
する。 【解決手段】高分子電解質膜の両面に触媒層4を密着し
て形成した触媒層/電解質接合体3に、多孔質電極基材
2を、ホットメルト層を有するカバーシートフィルム1
を用いて熱圧着して、電解質/電極接合体を構成し、こ
れを用いて固体高分子電解質型燃料電池を構成する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子膜を
電解質として用いて電気化学反応により電気エネルギー
を得る固体高分子電解質型燃料電池に係わり、特に、触
媒層―電解質接合体と多孔質の電極基材との一体化構造
に関する。
電解質として用いて電気化学反応により電気エネルギー
を得る固体高分子電解質型燃料電池に係わり、特に、触
媒層―電解質接合体と多孔質の電極基材との一体化構造
に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池は、電解質層をアノード極とカ
ソード極とで挟持し、水素と酸素を供給して電気化学反
応により電気エネルギーを得る装置で、固体高分子電解
質型燃料電池は、含水することによりイオン導電性を示
す高分子膜、例えばパーフルオロエチレンスルホン酸樹
脂膜を電解質として用いたものである。
ソード極とで挟持し、水素と酸素を供給して電気化学反
応により電気エネルギーを得る装置で、固体高分子電解
質型燃料電池は、含水することによりイオン導電性を示
す高分子膜、例えばパーフルオロエチレンスルホン酸樹
脂膜を電解質として用いたものである。
【0003】固体高分子電解質型燃料電池においては、
上記のごとく含水することによりイオン導電性を示す高
分子電解質膜の電極領域となる中央部分の両面に、例え
ば白金および白金化合物からなる触媒層を密着させて触
媒層/電解質接合体を形成し、さらに、その表面に、例
えばカーボンペーパーやカーボンクロスなどからなる多
孔質の電極基材を密着させ、これらを、アノード極に供
給する水素を通流するガス流路を備えたセパレータと、
カソード極に供給する酸素を通流するガス流路を備えた
セパレータで挟持することによって、単位電池が構成さ
れており、これらの単位電池を積層することにより所定
の出力電圧の固体高分子電解質型燃料電池が構成されて
いる。
上記のごとく含水することによりイオン導電性を示す高
分子電解質膜の電極領域となる中央部分の両面に、例え
ば白金および白金化合物からなる触媒層を密着させて触
媒層/電解質接合体を形成し、さらに、その表面に、例
えばカーボンペーパーやカーボンクロスなどからなる多
孔質の電極基材を密着させ、これらを、アノード極に供
給する水素を通流するガス流路を備えたセパレータと、
カソード極に供給する酸素を通流するガス流路を備えた
セパレータで挟持することによって、単位電池が構成さ
れており、これらの単位電池を積層することにより所定
の出力電圧の固体高分子電解質型燃料電池が構成されて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一方、この構成の固体
高分子電解質型燃料電池においては、高分子電解質膜は
上述のごとくイオン導電性を得るために含水して用いら
れるので、膜内の水分の蒸発状態により、また触媒層/
電解質接合体の触媒層結着部分とその周辺部分とにより
収縮量に違いが生じて変形が起きるので、セパレータで
挟持する際にしわとなり、運転時にガスのリークが生じ
る危険性がある。
高分子電解質型燃料電池においては、高分子電解質膜は
上述のごとくイオン導電性を得るために含水して用いら
れるので、膜内の水分の蒸発状態により、また触媒層/
電解質接合体の触媒層結着部分とその周辺部分とにより
収縮量に違いが生じて変形が起きるので、セパレータで
挟持する際にしわとなり、運転時にガスのリークが生じ
る危険性がある。
【0005】また、本構成では、触媒層/電解質接合体
の表面に電極基材を密着させ、セパレータで挟持するこ
ととしているので、組み込み作業に際して電極基材の位
置ずれを生じやすいという欠点がある。さらに、本構成
では、複数の単位電池を積層して発電運転を行った後、
ガスのクロスリーク等を生じた不良電池を除去して修復
しようとしても、それぞれの単位電池の触媒層/電解質
接合体にそれぞれ収縮変形があり、電極基材の位置合わ
せも必要であるので、組み込み作業は極めて困難であ
る。
の表面に電極基材を密着させ、セパレータで挟持するこ
ととしているので、組み込み作業に際して電極基材の位
置ずれを生じやすいという欠点がある。さらに、本構成
では、複数の単位電池を積層して発電運転を行った後、
ガスのクロスリーク等を生じた不良電池を除去して修復
しようとしても、それぞれの単位電池の触媒層/電解質
接合体にそれぞれ収縮変形があり、電極基材の位置合わ
せも必要であるので、組み込み作業は極めて困難であ
る。
【0006】本発明の目的は、これらの従来技術の難点
を解消し、触媒層/電解質接合体と電極基材とがガスリ
ークの要因となる変形やしわを生じることなく適正に接
合され、組立や交換が容易で、かつ信頼性の高い固体高
分子電解質型燃料電池を提供することにある。
を解消し、触媒層/電解質接合体と電極基材とがガスリ
ークの要因となる変形やしわを生じることなく適正に接
合され、組立や交換が容易で、かつ信頼性の高い固体高
分子電解質型燃料電池を提供することにある。
【0007】
【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、 (1)高分子電解質膜の両面に触媒層を密着して形成し
た触媒層/電解質接合体に、多孔質の電極基材を、ホッ
トメルト層を有するカバーシートフィルムを用い、例え
ば、熱間ロールあるいは熱間プレスにより熱圧着して電
解質/電極接合体を形成し、この電解質/電極接合体を
用いて固体高分子電解質型燃料電池を構成することとす
る。
めに、本発明においては、 (1)高分子電解質膜の両面に触媒層を密着して形成し
た触媒層/電解質接合体に、多孔質の電極基材を、ホッ
トメルト層を有するカバーシートフィルムを用い、例え
ば、熱間ロールあるいは熱間プレスにより熱圧着して電
解質/電極接合体を形成し、この電解質/電極接合体を
用いて固体高分子電解質型燃料電池を構成することとす
る。
【0008】(2)また、多孔質の電極基材を、長尺の
触媒層/電解質接合体に長尺のカバーシートフィルムを
用いて熱間ロールにより熱圧着し、これを切断して上記
の電解質/電極接合体を形成することとする。上記の
(1)のごとく、触媒層/電解質接合体に電極基材を熱
圧着して電解質/電極接合体を形成することとすれば、
触媒層/電解質接合体と電極基材は、一体化して形成さ
れるので、組立や交換が容易となる。また、触媒層/電
解質接合体に、従来見られたごとき変形やしわを生じる
恐れがないので、ガスクロスリークを生じることなく安
定して運転できることとなる。
触媒層/電解質接合体に長尺のカバーシートフィルムを
用いて熱間ロールにより熱圧着し、これを切断して上記
の電解質/電極接合体を形成することとする。上記の
(1)のごとく、触媒層/電解質接合体に電極基材を熱
圧着して電解質/電極接合体を形成することとすれば、
触媒層/電解質接合体と電極基材は、一体化して形成さ
れるので、組立や交換が容易となる。また、触媒層/電
解質接合体に、従来見られたごとき変形やしわを生じる
恐れがないので、ガスクロスリークを生じることなく安
定して運転できることとなる。
【0009】また、上記(2)のごとく電解質/電極接
合体を形成することとすれば、触媒層/電解質接合体と
電極基材とを一体化して形成した触媒層/電解質接合体
が連続的に得られるので、高品質の固体高分子電解質型
燃料電池が安価に得られることとなる。
合体を形成することとすれば、触媒層/電解質接合体と
電極基材とを一体化して形成した触媒層/電解質接合体
が連続的に得られるので、高品質の固体高分子電解質型
燃料電池が安価に得られることとなる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例における
固体高分子電解質型燃料電池の単位電池の基本構成を示
す要部分解斜視図である。すなわち、本実施例の燃料電
池の各単位電池では、方形状の電解質膜の中央部分に触
媒層4を密着させて形成した触媒層/電解質接合体3の
両面に、触媒層4に面して多孔質電極基材2を配置し、
さらにその両外面に、中心部の触媒層4に相当する部分
を切除したカバーシートフィルム1を配し、これらを熱
圧着することにより、触媒層/電解質接合体3と多孔質
電極基材2を一体に形成した電解質/電極接合体が用い
られている。
固体高分子電解質型燃料電池の単位電池の基本構成を示
す要部分解斜視図である。すなわち、本実施例の燃料電
池の各単位電池では、方形状の電解質膜の中央部分に触
媒層4を密着させて形成した触媒層/電解質接合体3の
両面に、触媒層4に面して多孔質電極基材2を配置し、
さらにその両外面に、中心部の触媒層4に相当する部分
を切除したカバーシートフィルム1を配し、これらを熱
圧着することにより、触媒層/電解質接合体3と多孔質
電極基材2を一体に形成した電解質/電極接合体が用い
られている。
【0011】なお、基材フィルムとホットメルト層より
なるカバーシートフィルム1は、膜厚が10〜200 μm程
度でよく、またホットメルト層の割合が20〜80%のもの
でよい。図2は、図1に示すようにして形成された電解
質/電極接合体を用いて構成される単位電池の構造を示
す分解斜視図である。電解質/電極接合体5の両面にセ
パレータ6を配して挟持することにより単位電池が構成
されており、セパレータ6には、電解質/電極接合体5
に一体化された多孔質電極基材2に面してガス流路が形
成されている。
なるカバーシートフィルム1は、膜厚が10〜200 μm程
度でよく、またホットメルト層の割合が20〜80%のもの
でよい。図2は、図1に示すようにして形成された電解
質/電極接合体を用いて構成される単位電池の構造を示
す分解斜視図である。電解質/電極接合体5の両面にセ
パレータ6を配して挟持することにより単位電池が構成
されており、セパレータ6には、電解質/電極接合体5
に一体化された多孔質電極基材2に面してガス流路が形
成されている。
【0012】図3は、熱間ロールを用いて熱圧着し、形
成される電解質/電極接合体の構成図である。図1のご
とく形成し、配置した触媒層/電解質接合体3と多孔質
電極基材2を積層し、熱間ロール7により圧着すること
により電解質/電極接合体として一体に形成される。な
お、熱間ロール7は、温度を80〜150 ℃、ロールによる
加圧力を凡そ2〜6×105 Paに選定して使用される。
成される電解質/電極接合体の構成図である。図1のご
とく形成し、配置した触媒層/電解質接合体3と多孔質
電極基材2を積層し、熱間ロール7により圧着すること
により電解質/電極接合体として一体に形成される。な
お、熱間ロール7は、温度を80〜150 ℃、ロールによる
加圧力を凡そ2〜6×105 Paに選定して使用される。
【0013】図4は、熱間プレスを用いて熱圧着し、形
成される電解質/電極接合体の構成図である。図3と同
様に、触媒層/電解質接合体3と多孔質電極基材2を積
層し、熱間プレス8により圧着することにより、電解質
/電極接合体として一体に形成される。なお、熱間プレ
ス8は、温度を80〜150 ℃、プレスによる加圧力を凡そ
50〜200 ×105 Paに選定して使用される図5は、連続的
に熱間ロールを用いて熱圧着し、連続的に電解質/電極
接合体を形成する製造工程を説明する構成図である。
成される電解質/電極接合体の構成図である。図3と同
様に、触媒層/電解質接合体3と多孔質電極基材2を積
層し、熱間プレス8により圧着することにより、電解質
/電極接合体として一体に形成される。なお、熱間プレ
ス8は、温度を80〜150 ℃、プレスによる加圧力を凡そ
50〜200 ×105 Paに選定して使用される図5は、連続的
に熱間ロールを用いて熱圧着し、連続的に電解質/電極
接合体を形成する製造工程を説明する構成図である。
【0014】本製造工程においては、まず、断続して触
媒層4を形成した長尺のシート9と長尺の電解質膜10
を熱間ロール7を通過させ、触媒層4を電解質膜10に
熱圧着して接合させることにより、触媒層/電解質接合
体を形成する。ついで、触媒層4と同等の大きさの切除
部分を有し、その切除部分に多孔質電極基材2を配した
長尺のカバーシートフィルム1を、上記の触媒層/電解
質接合体とともに、触媒層4と多孔質電極基材2との位
置を一致させて、次の段の熱間ロール7へと送って熱圧
着して接合させ、長尺の電解質/電極接合体を得る。本
製造工程を使用すれば、連続的に電解質/電極接合体が
得られるので、製造が容易となり、安価にかつ効率的に
均質な単位電池を形成することができる。
媒層4を形成した長尺のシート9と長尺の電解質膜10
を熱間ロール7を通過させ、触媒層4を電解質膜10に
熱圧着して接合させることにより、触媒層/電解質接合
体を形成する。ついで、触媒層4と同等の大きさの切除
部分を有し、その切除部分に多孔質電極基材2を配した
長尺のカバーシートフィルム1を、上記の触媒層/電解
質接合体とともに、触媒層4と多孔質電極基材2との位
置を一致させて、次の段の熱間ロール7へと送って熱圧
着して接合させ、長尺の電解質/電極接合体を得る。本
製造工程を使用すれば、連続的に電解質/電極接合体が
得られるので、製造が容易となり、安価にかつ効率的に
均質な単位電池を形成することができる。
【0015】なお、熱間ロール11,および熱間ロール
7における熱圧着は、図3の場合に説明したごとく、温
度を80〜150 ℃、ロールによる加圧力を凡そ2〜6×10
5 Paに選定して行えばよい。
7における熱圧着は、図3の場合に説明したごとく、温
度を80〜150 ℃、ロールによる加圧力を凡そ2〜6×10
5 Paに選定して行えばよい。
【0016】
【発明の効果】上述のように、本発明においては、 (1)高分子電解質膜の両面に触媒層を密着して形成し
た触媒層/電解質接合体に、多孔質の電極基材を、ホッ
トメルト層を有するカバーシートフィルムを用い、例え
ば、熱間ロールあるいは熱間プレスにより熱圧着して電
解質/電極接合体を形成し、この電解質/電極接合体を
用いて燃料電池を構成することとしたので、触媒層/電
解質接合体と電極基材が適正に接合され、組立や交換が
容易で、かつ信頼性の高い固体高分子電解質型燃料電池
が得られることとなった。
た触媒層/電解質接合体に、多孔質の電極基材を、ホッ
トメルト層を有するカバーシートフィルムを用い、例え
ば、熱間ロールあるいは熱間プレスにより熱圧着して電
解質/電極接合体を形成し、この電解質/電極接合体を
用いて燃料電池を構成することとしたので、触媒層/電
解質接合体と電極基材が適正に接合され、組立や交換が
容易で、かつ信頼性の高い固体高分子電解質型燃料電池
が得られることとなった。
【0017】(2)また、多孔質の電極基材を、長尺の
触媒層/電解質接合体に長尺のカバーシートフィルムを
用いて熱間ロールにより熱圧着し、これを切断して上記
の電解質/電極接合体を形成することとすれば、連続的
に上記の電解質/電極接合体が形成されるので、触媒層
/電解質接合体と電極基材が適正に接合され、組立や交
換が容易で、かつ信頼性の高い固体高分子電解質型燃料
電池として好適である。
触媒層/電解質接合体に長尺のカバーシートフィルムを
用いて熱間ロールにより熱圧着し、これを切断して上記
の電解質/電極接合体を形成することとすれば、連続的
に上記の電解質/電極接合体が形成されるので、触媒層
/電解質接合体と電極基材が適正に接合され、組立や交
換が容易で、かつ信頼性の高い固体高分子電解質型燃料
電池として好適である。
【図1】本発明の実施例における固体高分子電解質型燃
料電池の単位電池の基本構成を示す要部分解斜視図
料電池の単位電池の基本構成を示す要部分解斜視図
【図2】図1のごとく形成された電解質/電極接合体を
用いて構成される単位電池の構造を示す分解斜視図
用いて構成される単位電池の構造を示す分解斜視図
【図3】熱間ロールを用いて熱圧着し、形成される電解
質/電極接合体の構成図
質/電極接合体の構成図
【図4】熱間プレスを用いて熱圧着し、形成される電解
質/電極接合体の構成図
質/電極接合体の構成図
【図5】連続的に熱間ロールを用いて熱圧着し、連続的
に電解質/電極接合体を形成する製造工程を説明する構
成図
に電解質/電極接合体を形成する製造工程を説明する構
成図
1 カバーシートフィルム 2 多孔質電極基材 3 触媒層/電解質接合体 4 触媒層 5 電解質/電極接合体 6 セパレータ 7 熱間ロール 8 熱間プレス 9 シート 10 電解質膜 11 熱間ロール
Claims (4)
- 【請求項1】高分子電解質膜の両面に触媒層を密着して
形成した触媒層/電解質接合体にホットメルト層を有す
るカバーシートフィルムを用いて多孔質の電極基材を熱
圧着してなる電解質/電極接合体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】前記の電解質/電極接合体が熱間ロールに
より熱圧着して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】前記の電解質/電極接合体が熱間プレスに
より熱圧着して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】前記の電解質/電極接合体が、多孔質の電
極基材を、長尺の触媒層/電解質接合体に長尺のカバー
シートフィルムを用いて熱間ロールにより熱圧着し、こ
れを切断して形成されて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 |
---|---|---|---|
JP9200220A JPH1145729A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9200220A JPH1145729A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1145729A true JPH1145729A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=16420814
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9200220A Pending JPH1145729A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1145729A (ja) |
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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