JPWO2006118107A1 - 燃料電池および燃料電池用触媒層電極 - Google Patents
燃料電池および燃料電池用触媒層電極 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2006118107A1 JPWO2006118107A1 JP2007514743A JP2007514743A JPWO2006118107A1 JP WO2006118107 A1 JPWO2006118107 A1 JP WO2006118107A1 JP 2007514743 A JP2007514743 A JP 2007514743A JP 2007514743 A JP2007514743 A JP 2007514743A JP WO2006118107 A1 JPWO2006118107 A1 JP WO2006118107A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst layer
- fuel cell
- layer electrode
- solid electrolyte
- corner portion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
- H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
触媒層電極12A,12Bは、二次元投影面形状が矩形状に形成され、少なくとも1つの隅角部において隣り合う短辺12aと長辺12bの終端同士が直交して出会わないように隅角部の一部を欠落させた欠落隅角部13A,13Bを有し、固体電解質膜11に圧着されている。
Description
本発明は、安定かつ良好な特性を示す電子機器の動作に有効な平面形状の燃料電池、およびその燃料電池に液体燃料および水を補給するための燃料電池および燃料電池用触媒層電極に関する。
燃料電池は,電池反応による生成物が原理的に水であり,地球環境への悪影響がほとんど無いクリーンな発電システムとして注目されている。特に固体電解質膜を有し、液体燃料を使用する直接メタノール燃料電池(DMFC)は、携帯情報機器に最適な燃料電池として、その実用化が期待されている。
例えば特許第3413111号公報に記載されたDMFCは、プロトン導電性を有する固体電解質膜と、イオン交換樹脂で被覆された触媒担持カーボン微粒子を有する触媒層電極と、触媒層電極に反応燃料を供給するとともに電荷を集電するガス拡散層とからなり、燃料と水から電荷とプロトンを生成するアノードと、上記イオン交換樹脂で被覆された触媒担持カーボン微粒子を有する触媒層電極と、触媒層電極に酸素を供給するとともに電荷を伝導するガス拡散層からなりプロトンと酸素から水を生成するカソードとから形成される膜電極接合体(MEA;Membrane Electrode Assembly)を構成の単位セルとして有し、周辺に液体燃料タンクを備え、単数または複数の単位セルを保護カバーで覆っている。触媒層電極内にはカーボン微粒子の二次粒子間または三次粒子間に形成される微小な細孔からなる空隙部が存在し、反応ガスの拡散経路として機能する。
DMFCは、高いイオン導電性を有する固体電解質膜が開発されたこと、固体電解質膜と同種あるいは異種のイオン交換樹脂で被覆した触媒担持カーボン微粒子を電極の触媒層の構成材料として使用し、触媒層内の反応サイトの3次元化が図られたこと、等によって発電性能が大きく向上してきている。
しかし、従来のDMFCのMEA10においては、図10に示すように、触媒層電極12の隅角部13が固体電解質膜11から剥がれ易く、発電反応に寄与できる面積が減少して十分な発電性能が得られ難い。触媒層電極12は、カーボンペーパーや炭素繊維などのフェルト質を基材とするものであり、熱プレスを利用するラミネート処理により固体電解質膜11に圧着されているが、その接着強度が弱いためこれを電池本体の中に組み込む際に隅角部13から剥がれることがある。このため触媒層電極12と固体電解質膜11との間で本来なされるべき反応がなされず、部分的に電池特性が阻害され、設計仕様どおりの出力を得ることができないという問題がある。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、圧着された触媒層電極が固体電解質膜から剥がれ難く、安定かつ良好な電池性能を有する燃料電池および燃料電池用触媒層電極を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明者らは、触媒層電極と固体電解質膜との圧着について触媒層電極の隅角部の形状に着目して鋭意研究した結果、固体電解質膜から剥がれ難い本発明の触媒層電極を開発した。
本発明に係る燃料電池は、固体電解質膜と、前記固体電解質膜を挟んで対向して設けられたアノードとカソードを単位セルとして備え、前記単位セルを単数または面方向に複数配置してなる携帯機器用燃料電池であって、前記アノード及びカソードの少なくとも一方の触媒層電極は、90°以下の角部を有さず、前記固体電解質膜の各面にそれぞれ一体化されていることを特徴とする。
前記アノード及びカソードの各触媒層電極は、二次元投影面形状が実質的に矩形状であり、少なくとも1つの隅角部において隣り合う辺の終端同士が90°以下の角度で出会わないように隅角部の一部を欠落させた欠落隅角部を有し、前記固体電解質膜の各面にそれぞれ圧着されている。
本発明に係る燃料電池用触媒層電極は、固体電解質膜と、前記固体電解質膜を挟んで対向して設けられたアノードとカソードを単位セルとして備え、前記単位セルを単数または面方向に複数配置してなる燃料電池であって、前記アノード及びカソードの少なくとも一方の触媒層電極は、90°以下の角部を有さず、前記固体電解質膜の各面にそれぞれ一体化されていることを特徴とする。
本発明に係る燃料電池用触媒層電極は、上記の燃料電池に用いられる触媒層電極であって、二次元投影面形状が実質的に矩形状であり、隅角部において隣り合う辺の終端同士が90°以下の角度で出会わないように前記隅角部の一部を欠落させた欠落隅角部を有することを特徴とする。
触媒層電極の二次元投影面形状を五角形以上の多角形とするか、または、触媒層電極の隅角部の二次元投影面形状を円弧とすることが好ましい。前者の場合は隅角部を90°を超える角度(鈍角)とし、かつ二次元投影面において欠落隅角部を持たない真正矩形状の面積の90%以上の面積を有するものとすることが望ましく、後者の場合は隅角部の円弧の曲率半径Rを1mm以上とし、かつ二次元投影面において欠落隅角部を持たない真正矩形状の面積の90%以上の面積を有するものとすることが望ましい。面取りを過度に大きくしたり、円弧の曲率半径を過度に大きくしたりすると、触媒層電極の面積そのものが小さくなりすぎて発電に必要とされる反応面積が不足するおそれがあるからである。元の矩形状面積の90%以上であれば、そのおそれは実質的にない。
欠落隅角部は、二次元投影面において隣り合う辺の終端が出会う交点を頂点とし、該交点から所定長さ離れたところで隣り合う辺をそれぞれ斜めに横切る直線を底辺とする三角形の部分を切除して形成するようにしてもよいし(図2)、二次元投影面において隣り合う辺の終端が出会う交点から所定長さ離れたところで、隣り合う辺がそれぞれ外接する円弧の外側の部分を切除して形成するようにしてもよい(図3)。このような欠落隅角部は、図9に示す真正矩形状の触媒層電極の隅角部を面取り又は切除することにより形成される。
本発明は隅角部を欠落させない形状の触媒層電極をも含むものである。例えば、二次元投影面において触媒層電極の各辺を外方に湾曲(膨出)する曲線形状とすれば、隣り合う辺の終端同士が必ず90°を超える角度で出会うようになる(図4)。辺の曲線形状には、真円の円弧、楕円の円弧、懸垂線、サイクロイド、カージオイドなど種々の二次元曲線を用いることができる。このような曲線形状の辺をもつ触媒層電極においても、さらに隅角部を欠落させれば、さらに効果を高めることができる(図5)。さらに、同一サイズ・同一形状の複数の触媒層電極を平行に並べて1つの固体電解質膜に貼りつけ、マルチ型の膜電極接合体を形成するようにしてもよい(図6、図7)。
「各触媒層電極の二次元投影面形状が実質的に矩形状である」とは、正方形、あるいは長方形、あるいは四辺のうちの少なくとも1つが外側に湾曲(膨出)する擬似長方形を含むことを意味している。
また、触媒層電極は、シート状の炭素含有基材に触媒含有物質を塗布または含浸させたものを圧着により一体形成することで得ることができる。具体的には、例えば100〜160℃の温度で熱プレスすることにより固体電解質膜に圧着させることができる。炭素含有基材には炭素繊維またはカーボンペーパーなどのフェルトシートが用いられ、このようなシートに所定成分と量の触媒含有ペーストを塗布するかまたは含浸させ、固体電解質膜を間に挟んで両面にペースト塗布シートを貼り付け、これを熱プレスにより一体成形圧着する。
以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための種々の形態を説明する。
先ず、本発明の実施の形態に係る携帯機器用燃料電池の全体概要について図1を参照して説明する。燃料電池1は、全体が保護カバー20で覆われ、内部に単位セルを有する。燃料電池1は、保護カバー20側からシール部材17,18を介して内部の単位セルをボルト28とナット29で締め付けて一体化したものである。押え部材としてのシール部材17,18と複数本のスペーサ25とによって燃料電池1の内部には種々のスペースや間隙が形成されている。それらのスペースや間隙のうち、例えばカソード側のスペースは水貯蔵室26として用いられ、アノード側のスペースは燃料貯蔵室27として用いられる。カソード側の保護カバー20には複数の細かな通気孔24が形成され、空間部26にそれぞれ連通している。
燃料電池の単位セルは、固体電解質膜11、アノードおよびカソードを備えている。アノードとカソードは固体電解質膜11を間に挟んで対向配置されている。アノードはアノード触媒層電極12A(12B〜12D)およびアノードガス拡散層14を有する。アノード触媒層電極12A(12B〜12D)は、ガス拡散層14を介して供給される燃料を酸化して燃料から電子とプロトンとを取り出すものであり、触媒層電極12A(12B〜12D)とガス拡散層14とが積み重ねられた積層構造をなしている。アノード触媒層電極12A(12B〜12D)は、例えば、触媒を含む炭素粉末により構成されている。触媒には、例えば、白金(Pt)の微粒子、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru)あるいはモリブデン(Mo)などの遷移金属あるいはその酸化物あるいはそれらの合金などの微粒子が用いられる。但し、触媒をルテニウムと白金との合金により構成するようにすれば、一酸化炭素(CO)の吸着による触媒の不活性化を防止することができるので好ましい。
また、アノード触媒層電極12A(12B〜12D)は、後述する固体電解質膜11に用いられる樹脂の微粒子を含むほうがより望ましい。発生させたプロトンの移動を容易とするためである。ガス拡散層14は、例えば多孔質の炭素材料よりなる薄膜で構成され、具体的にはカーボンペーパーまたは炭素繊維などで構成されている。なお、ガス拡散層14の端部に導通する負極リード16bが外方に延び出している。
カソードはカソード触媒層電極12A(12B〜12D)およびカソードガス拡散層15を有する。カソード触媒層電極12A(12B〜12D)は、酸素を還元して、電子とアノード触媒層電極12A(12B〜12D)において発生したプロトンとを反応させて水を生成するものであり、例えば上述のアノード触媒層電極12A(12B〜12D)及びガス拡散層14と同様に構成されている。すなわち、カソードは、固体電解質膜11の側から順に触媒を含む炭素粉末よりなるカソード触媒層電極12A(12B〜12D)と多孔質の炭素材料よりなるカソードガス拡散層15(ガス透過層)とが積み重ねられた積層構造をなしている。カソード触媒層電極12A(12B〜12D)に用いられる触媒はアノード触媒層電極12A(12B〜12D)のそれと同様であり、アノード触媒層電極12A(12B〜12D)が固体電解質膜11に用いられる樹脂の微粒子を含む場合があることもアノード触媒層電極12A(12B〜12D)と同様である。なお、カソードガス拡散層15の端部に導通する正極リード16aが外方に延び出している。
次に、触媒層電極12A(12B〜12D)の種々の形状について説明する。
触媒層電極の形状は、例えば図2に示すように触媒層電極12Aの二次元投影面形状を五角形以上の多角形とするか、または、図3に示すように触媒層電極12Bの隅角部13Bの二次元投影面形状を円弧とすることができる。前者12Aの場合は隅角部を90°以上の鈍角とし、かつ二次元投影面において欠落隅角部を持たない真正矩形状の面積の90%以上の面積を有するものとすることが望ましい。後者12Bの場合は隅角部の円弧の曲率半径Rを1mm以上とし、かつ二次元投影面において欠落隅角部を持たない真正矩形状の面積の90%以上の面積を有するものとすることが望ましい。面取りを過度に大きくしたり、円弧の曲率半径を過度に大きくしたりすると、触媒層電極の面積そのものが小さくなりすぎて発電に必要とされる反応面積が不足するおそれがあるからである。元の矩形状面積の90%以上であれば、そのおそれは実質的にない。
欠落隅角部13Aは、図2に示すように、二次元投影面において隣り合う辺終端が出会う直交点を頂点とし、該直交点から所定長さ離れたところで隣り合う辺をそれぞれ斜めに横切る直線を底辺とする三角形の部分を切除して形成するようにしてもよい。また、図3に示すように、欠落隅角部13Bは、二次元投影面において隣り合う辺終端が出会う直交点から所定長さ離れたところで隣り合う辺がそれぞれ外接する円弧の外側の部分を切除して形成するようにしてもよい。このような欠落隅角部は、図7に示す真正矩形状の触媒層電極の隅角部を面取り又は切除することにより形成される。
隅角部を欠落させない形状の触媒層電極を本発明に含ませることができる。例えば、図4に示すように、二次元投影面において触媒層電極12Cの各辺12a,12bを外方に湾曲(膨出)する曲線形状とすれば、隣り合う辺の終端同士が必ず90°を超える角度で出会うようになる。辺の曲線形状には、真円の円弧、楕円の円弧、懸垂線、サイクロイド、カージオイドなど種々の二次元曲線を用いることができる。さらに、図5に示すように、曲線形状の辺12a,12bをもつ触媒層電極12Dにおいても、隅角部を欠落させて欠落隅角部13Dを形成すれば、さらに効果を高めることができる。
固体電解質膜11は、アノード触媒層電極12A(12B〜12D)において発生したプロトンをカソード触媒層電極12A(12B〜12D)に輸送するためのものであり、電子伝導性を持たず、プロトンを輸送することが可能な材料により構成されている。例えば、ポリパーフルオロスルホン酸系の樹脂膜、具体的には、デュポン社製のナフィオン膜、旭硝子社製のフレミオン膜、あるいは旭化成工業社製のアシプレックス膜などにより構成されている。なお、ポリパーフルオロスルホン酸系の樹脂膜以外にも、トリフルオロスチレン誘導体の共重合膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、芳香族ポリエーテルケトンスルホン酸膜、あるいは脂肪族炭化水素系樹脂獏などプロトンを輸送可能な固体電解質膜11を構成するようにしてもよい。
さらに、1つの固体電解質膜11の上に複数の触媒層電極を平行に並べて貼りつけ、マルチ型の膜電極接合体を形成するようにしてもよい。本実施の形態では、図6に示すように4つの触媒層電極E1,E2,E3,E4を幅方向(X方向)に等ピッチ間隔に平行に配置した。触媒層電極E1〜E4として、図3に示すR面取りした隅角部13Bを有し、かつアスペクト比が3〜8の触媒層電極12Bを用いた。
アノードガス拡散層14の固体電解質膜11と反対側には、例えば、内部に形成された液体燃料貯蔵空間を有する燃料貯蔵室27がアノードガス拡散層14に隣接して設けられている。高濃度な液体燃料を使用することで、燃料電池体積効率が向上するとともに、燃料電池と一緒に携帯される燃料カートリッジの大きさと重量が小さく抑えられるという利点がある。シール部材18を貫通する燃料供給口(図示せず)が燃料貯蔵室27に連通し、燃料貯蔵室27に液体燃料が供給されるようになっている。この燃料供給口には燃料供給口21を閉鎖する蓋体(図示せず)が着脱可能に取り付けられている。燃料貯蔵室27および蓋体は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン,ポリスチレン,ポリプロピレンあるいはポリカーボネートなどの液体燃料で膨潤等生じない硬質のプラスチックでつくられている。また、燃料貯蔵室27および蓋体をステンレス鋼やニッケル金属などの耐食性に優れた金属材料とすることもできる。金属材料により燃料貯蔵室27を構成する場合には、アノード触媒層電極12Aとカソード触媒層電極12Aとが短絡しないように燃料貯蔵室27を配設するか、または短絡を防止するための図示しない絶縁部材を挿入する必要がある。また、ガス拡散層14から負極リード16bに電子を取り出すために、保護カバー20からガス拡散層14に向かって延び出す複数のスペーサ25(突起構造)を設けることにより、発電エネルギーの効率よい利用が可能となる。また、負極リード16bは多くの開口と間隙を有し、ガスの拡散を阻害しない形状とする。
燃料貯蔵室27の内部には、液体燃料を含浸して保持する液体燃料含浸部材を充填する場合がある。液体燃料含浸部材として、例えば多孔質ポリエステル繊維、具体的にはユニチカ社製ユニベックス等が使用される。この液体燃料含浸部は,アノードガス拡散層14と燃料開口(図示せず)との間に配置され、燃料を適量アノードに供給する機能を有する。ポリエステル繊維以外にも、アクリル酸系の樹脂などの各種吸水性ポリマーにより構成してもよく、スポンジまたは繊維の集合体など液体の浸透性を利用して液体を保持することができる材料により構成する。本液体燃料含浸部は,本体の姿勢に関わらず適量の燃料を供給するのに有効である。なお、液体燃料としては、例えばメタノール水溶液、エタノール水溶液、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸水溶液、ギ酸ナトリウム水溶液、酢酸水溶液、エチレングリコール水溶液などの水素を含む有機系の水溶液が用いられる。中でもメタノール水溶液は、炭素数が1で反応の際に発生するのが炭酸ガスであると共に、低温での発電反応が可能であり、産業廃棄物から比較的容易に製造することができるので好ましい。いずれにしても、燃料電池に適応する液体燃料が使用される。カソード側の保護カバー20には、例えば間隙を介してカソードガス拡散層15に外気を自然拡散により供給するための多数の通気孔24が開口している。これらの通気孔24は、外気が通過する開口を形成するが、外気の通過を阻害せずに、外部からカソードガス拡散層15への微小あるいは針状の異物の浸入・接触を防止しうるような形状が工夫されている。
以上、種々の実施の形態を挙げて説明したが、本発明は上記各実施の形態のみに限定されるものではなく、種々変形および組み合わせることが可能である。
[実施例1,2,3および比較例1]
カーボンペーパーを基材とし、これに触媒含有ペーストを塗布し、これを固体電解質膜の両面にそれぞれ貼り付け、これを熱プレスにより一体成形圧着し、それぞれ所定形状の実施例1〜3及び比較例1の発電素子構造を得た。
カーボンペーパーを基材とし、これに触媒含有ペーストを塗布し、これを固体電解質膜の両面にそれぞれ貼り付け、これを熱プレスにより一体成形圧着し、それぞれ所定形状の実施例1〜3及び比較例1の発電素子構造を得た。
実施例1は図2に示す形状の触媒層電極12A、実施例2は図3に示す形状の触媒層電極12B、実施例3は図4に示す形状の触媒層電極12C、比較例1は図9に示す形状の触媒層電極12をそれぞれ用いた結果をそれぞれ示した。なお、長辺12bの長さL1を40mm、短辺12aの長さL2を30mmとし、実施例1においては欠落隅角部13Aの面取りサイズL3を1mm、実施例2においては欠落隅角部13Bの円弧の曲率半径R3を1mm、実施例3においては短辺12aの曲率半径R2を100mm,長辺12bの曲率半径R1を200mmとした。また、各実施例1,2,3及び比較例1ともに温度125℃、圧力300MPa/cm2との条件で熱プレスした。熱プレス後の固体電解質膜/アノード触媒層電極/カソード触媒層電極の合計厚さは約1.5mmであった。
下記の条件で各実施例1,2,3及び比較例1の燃料電池をそれぞれ発電させ、長期発電前後の電池性能を比較した。
電池に組立て後、燃料を注入し、内部抵抗を測定し、初期の内部抵抗とした。その後、0.3V定電圧負荷で500時間の長期発電試験を実施した。試験開始直後の電力値を基準としたときの500時間後の電力値を維持率として求めた。また、試験後の内部抵抗値も測定し、長時間発電前後における内部抵抗の変化を求めた。その試験結果を下記の表1に示す。
表1において、内部抵抗値を長期発電前後で比べてみると、比較例1の内部抵抗値(160mΩ)のほうが実施例1,2,3のそれ(95mΩ,90mΩ、92mΩ)に比べて高くなっていることが判明した。これは長期発電試験での経時変化により電極の密着強度が低下したために内部抵抗が増大したものと考えられる。また、電力の維持率においても比較例1が51%にすぎないのに対して、実施例1では85%、実施例2では83%、実施例3では82%とそれぞれ高い維持率を示した。このことから各実施例1,2,3では長期発電後においても電池の特性を保っていることが分かった。
[実施例4および比較例2]
カーボンペーパーを基材とし、これに触媒含有ペーストを塗布し、これを固体電解質膜の両面にそれぞれ貼り付け、これを熱プレスにより一体成形圧着し、図7に示す所定形状の実施例4および図8に示す比較例2の膜電極接合体をそれぞれ得た。
カーボンペーパーを基材とし、これに触媒含有ペーストを塗布し、これを固体電解質膜の両面にそれぞれ貼り付け、これを熱プレスにより一体成形圧着し、図7に示す所定形状の実施例4および図8に示す比較例2の膜電極接合体をそれぞれ得た。
実施例4は図2に示す形状の触媒層電極12Aを3列平行に並べたマルチ型の膜電極接合体、比較例2は図9に示す形状の触媒層電極12を3列並べて直列に接続したマルチ型の膜電極接合体である。なお、長辺12bの長さL1を40mm、短辺12aの長さL2を9mmとし、実施例4の欠落隅角部の面取りサイズL3を1mmとし、電極間の相互間隙L5を1.5mm、総幅L6を30mmとした。また、実施例4及び比較例2ともに温度125℃、圧力300MPa/cm2との条件で熱プレスした。熱プレス後の固体電解質膜/アノード触媒層電極/カソード触媒層電極の合計厚さは約1.5mmであった。
表2において、内部抵抗値を長期発電前後で比べてみると、比較例2の内部抵抗値(380mΩ)のほうが実施例4のそれ(300mΩ)に比べて高くなっていることが判明した。これは長期発電試験での経時変化により電極の密着強度が低下したために内部抵抗が増大したものと考えられる。また、電力の維持率においても比較例2が50%にすぎないのに対して、実施例4では79%と高い維持率を示した。このことから実施例4では長期発電後においても電池の特性を保っていることが分かった。
本発明によれば、圧着された触媒層電極が固体電解質膜から剥がれ難くなるので、良好な電池性能が安定して得られるようになり、携帯電話、ノートパソコン、携帯ゲーム機などのモバイル機器の電源としてバラツキの無い出力特性を得ることができる。
本発明の燃料電池は、簡易な操作によって電池機能を維持・回復させることができるので、携帯電話、ノートパソコン、携帯ゲーム機などのモバイル機器に組み込んで用いられる電源として極めて利用価値が高い。
Claims (13)
- 固体電解質膜と、前記固体電解質膜を挟んで対向して設けられたアノードとカソードを単位セルとして備え、前記単位セルを単数または面方向に複数配置してなる燃料電池であって、
前記アノード及びカソードの少なくとも一方の触媒層電極は、90°以下の角部を有さず、前記固体電解質膜の各面にそれぞれ一体化されていることを特徴とする燃料電池。 - 前記アノード及びカソードの少なくとも一方の触媒層電極は、二次元投影面形状が実質的に矩形状であり、少なくとも1つの隅角部において隣り合う辺の終端同士が90°以下の角度で出会わないように前記隅角部の一部を欠落させた欠落隅角部を有していることを特徴とする請求項1記載の燃料電池。
- 前記触媒層電極の二次元投影面形状が五角形以上の多角形であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池。
- 前記多角形の隅角部が90°を超える鈍角であり、かつ二次元投影面において欠落隅角部を持たない真正矩形状の面積の90%以上の面積を有することを特徴とする請求項3記載の燃料電池。
- 前記触媒層電極の隅角部の二次元投影面形状が円弧であることを特徴とする請求項2記載の燃料電池。
- 前記隅角部の円弧は曲率半径が1mm以上であり、かつ二次元投影面において欠落隅角部を持たない真正矩形状の面積の90%以上の面積を有することを特徴とする請求項5記載の燃料電池。
- 前記欠落隅角部は、二次元投影面において隣り合う辺の終端が出会う交点を頂点とし、該交点から所定長さ離れたところで隣り合う辺をそれぞれ斜めに横切る直線を底辺とする三角形の部分を切除して形成されることを特徴とする請求項2記載の燃料電池。
- 前記欠落隅角部は、二次元投影面において隣り合う辺の終端が出会う交点から所定長さ離れたところで隣り合う辺がそれぞれ外接する円弧の外側の部分を切除して形成されることを特徴とする請求項2記載の燃料電池。
- 前記アノード及びカソードの少なくとも一方の触媒層電極は、二次元投影面形状が実質的に矩形状であり、少なくとも1つの辺は外方に湾曲する曲線であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池。
- 前記触媒層電極は、圧着、溶着または接着のいずれかにより前記固体電解質膜と一体化されていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池。
- 前記触媒層電極は、シート状の炭素含有基材に触媒含有物質を塗布または含浸させたものを100〜160℃の温度で熱プレスすることにより、前記固体電解質膜に圧着されていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池。
- 固体電解質膜と、前記固体電解質膜を挟んで対向して設けられたアノードとカソードを単位セルとして備え、前記単位セルを単数または面方向に複数配置してなる燃料電池に使用される前記アノード及びカソードの少なくとも一方の触媒層電極であって、
前記アノード及びカソードの少なくとも一方の触媒層電極は、90°以下の角部を有さないことを特徴とする燃料電池用触媒層電極。 - 前記請求項1記載の燃料電池に用いられる触媒層電極であって、二次元投影面形状が実質的に矩形状であり、隅角部において隣り合う辺の終端同士が90°以下の角度で出会わないように前記隅角部の一部を欠落させた欠落隅角部を有することを特徴とする燃料電池用触媒層電極。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005129548 | 2005-04-27 | ||
JP2005129548 | 2005-04-27 | ||
PCT/JP2006/308646 WO2006118107A1 (ja) | 2005-04-27 | 2006-04-25 | 燃料電池および燃料電池用触媒層電極 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2006118107A1 true JPWO2006118107A1 (ja) | 2008-12-18 |
Family
ID=37307907
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007514743A Pending JPWO2006118107A1 (ja) | 2005-04-27 | 2006-04-25 | 燃料電池および燃料電池用触媒層電極 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20080096077A1 (ja) |
EP (1) | EP1881548A4 (ja) |
JP (1) | JPWO2006118107A1 (ja) |
KR (1) | KR20070114219A (ja) |
CN (1) | CN101176228A (ja) |
TW (1) | TW200707830A (ja) |
WO (1) | WO2006118107A1 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009117184A (ja) * | 2007-11-07 | 2009-05-28 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
JP4608582B2 (ja) * | 2009-03-18 | 2011-01-12 | アクアフェアリー株式会社 | 燃料電池 |
JP5650019B2 (ja) * | 2011-03-02 | 2015-01-07 | 日本特殊陶業株式会社 | 固体酸化物形燃料電池 |
KR101534553B1 (ko) * | 2013-08-13 | 2015-07-10 | 주식회사 포스코 | 연료전지 |
LT3320576T (lt) * | 2015-07-08 | 2022-02-25 | Agora Energy Technologies Ltd. | Pratakusis oksidacinis-redukcinis akumuliatorius su anglies dioksido oksidacine-redukcine pora |
WO2023277067A1 (ja) * | 2021-07-01 | 2023-01-05 | 日東電工株式会社 | 燃料電池、ギ酸塩の製造方法、及び発電方法 |
CN115284353A (zh) * | 2022-09-30 | 2022-11-04 | 江苏智泰新能源科技有限公司 | 一种软包锂离子电池弧形切边装置及其使用方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06338335A (ja) * | 1993-05-27 | 1994-12-06 | Fuji Electric Co Ltd | 固体高分子電解質型燃料電池 |
JP2000123842A (ja) * | 1998-10-13 | 2000-04-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池 |
JP2005108508A (ja) * | 2003-09-29 | 2005-04-21 | Toshiba Corp | アルコール型燃料電池用電極、アルコール型燃料電池用膜触媒層複合体及びアルコール型燃料電池。 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1159788C (zh) * | 1998-06-16 | 2004-07-28 | 松下电器产业株式会社 | 高分子电解质燃料电池 |
WO2002019445A2 (en) * | 2000-09-01 | 2002-03-07 | Global Thermoelectric Inc. | Electrode pattern for solid oxide fuel cells |
-
2006
- 2006-04-25 CN CNA2006800146045A patent/CN101176228A/zh active Pending
- 2006-04-25 WO PCT/JP2006/308646 patent/WO2006118107A1/ja active Application Filing
- 2006-04-25 KR KR1020077024088A patent/KR20070114219A/ko not_active Application Discontinuation
- 2006-04-25 EP EP06745674A patent/EP1881548A4/en not_active Withdrawn
- 2006-04-25 JP JP2007514743A patent/JPWO2006118107A1/ja active Pending
- 2006-04-27 TW TW095115086A patent/TW200707830A/zh unknown
-
2007
- 2007-10-26 US US11/925,049 patent/US20080096077A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06338335A (ja) * | 1993-05-27 | 1994-12-06 | Fuji Electric Co Ltd | 固体高分子電解質型燃料電池 |
JP2000123842A (ja) * | 1998-10-13 | 2000-04-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池 |
JP2005108508A (ja) * | 2003-09-29 | 2005-04-21 | Toshiba Corp | アルコール型燃料電池用電極、アルコール型燃料電池用膜触媒層複合体及びアルコール型燃料電池。 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20070114219A (ko) | 2007-11-29 |
WO2006118107A1 (ja) | 2006-11-09 |
US20080096077A1 (en) | 2008-04-24 |
TW200707830A (en) | 2007-02-16 |
EP1881548A1 (en) | 2008-01-23 |
EP1881548A4 (en) | 2009-01-28 |
CN101176228A (zh) | 2008-05-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4296625B2 (ja) | 発電デバイス | |
JP4420960B2 (ja) | 燃料電池および燃料電池層 | |
JP4517415B2 (ja) | 発電デバイス | |
JPWO2006118107A1 (ja) | 燃料電池および燃料電池用触媒層電極 | |
US20060269814A1 (en) | Fuel cell membrane and fuel cells including same | |
JP2006331718A (ja) | 燃料電池 | |
TW201041215A (en) | Fuel cell | |
JP4810841B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池用電解質膜−触媒層接合体の製造方法および製造装置 | |
JP5533134B2 (ja) | 触媒層−電解質膜積層体、エッジシール付き触媒層−電解質膜積層体、膜−電極接合体、エッジシール付き膜−電極接合体、およびこれらの製造方法 | |
JP2004079506A (ja) | 液体燃料電池 | |
JP2003317791A (ja) | 液体燃料電池 | |
JP2007273218A (ja) | 固体電解質型燃料電池及びその製造方法 | |
JPWO2008023634A1 (ja) | 燃料電池 | |
JPWO2008050640A1 (ja) | 燃料電池 | |
JP4007883B2 (ja) | 液体燃料電池 | |
JP2004127833A (ja) | 燃料電池 | |
JP2008016258A (ja) | 燃料電池 | |
JP2004014148A (ja) | 液体燃料電池 | |
JP4236156B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP2012074205A (ja) | 膜電極複合体およびアルカリ形燃料電池 | |
JP4018500B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP2010170895A (ja) | 膜電極接合体の製造方法および製造装置 | |
JP2009231195A (ja) | 燃料電池及び電子装置 | |
TW200836392A (en) | Fuel cell | |
JP2004095208A (ja) | 燃料電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090409 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120508 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20120529 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20121002 |