JPWO2016203679A1 - セル、燃料電池スタック、燃料電池システムおよび膜−電極接合体 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明者等は、セル、燃料電池スタック、燃料電池システムおよび膜−電極接合体において、サイズおよびコストの上昇を抑えつつ、発電性能の低下の抑制することについて検討を重ねた。その結果、本発明者らは従来技術には下記のような問題があることを見出した。
本発明の第1の態様に係るセルは、膜−電極接合体と、前記膜−電極接合体を互いの間に挟む一対のセパレータと、を備えているセルであって、前記膜−電極接合体は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の第1主面上に配置されたアノード触媒層と、前記高分子電解質膜の第2主面上に配置されたカソード触媒層と、を備えており、前記アノード触媒層が、水素酸化反応に対して活性を持つ第1触媒材料と、水素雰囲気下における電気抵抗と酸素雰囲気下における電気抵抗とが異なる第1導電性材料と、を含んでおり、前記カソード触媒層が、酸素還元反応に対して活性を持つ第2触媒材料と、前記第1導電性材料とは異なる第2導電性材料とを含んでおり、前記アノード触媒層が酸素雰囲気下にある前記セルの電気抵抗は、前記アノード触媒層が水素雰囲気下にある前記セルの電気抵抗の2倍を超える。
実施の形態1に係る燃料電池システム100の構成について、図1を参照して説明する。図1は、燃料電池システム100の構成を概略的に示す機能ブロック図である。燃料電池システム100は、燃料電池スタック10、燃料ガス供給器30、および酸化剤ガス供給器50を備えている。
実施例のセル11および比較例のセル111について、電気抵抗評価試験、水素ポンプ試験、発電性能評価試験およびガス置換サイクル試験を行った。まず、この評価に用いた実施例のセル11および比較例のセル111の作成方法について、以下に説明する。図4は、実施例のセル11を概略的に示す断面図である。図5は、比較例のセル111を概略的に示す断面図である。
11 :セル
12 :MEA(膜−電極接合体)
13 :アノード側セパレータ(セパレータ)
14 :カソード側セパレータ(セパレータ)
15 :高分子電解質膜
19 :アノード触媒層
20 :カソード触媒層
23 :アノード側流路(流路)
24 :カソード側流路(流路)
100 :燃料電池システム
Claims (13)
- 膜−電極接合体と、
前記膜−電極接合体を互いの間に挟む一対のセパレータと、を備えているセルであって、
前記膜−電極接合体は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の第1主面上に配置されたアノード触媒層と、前記高分子電解質膜の第2主面上に配置されたカソード触媒層と、を備えており、
前記アノード触媒層が、水素酸化反応に対して活性を持つ第1触媒材料と、水素雰囲気下における電気抵抗と酸素雰囲気下における電気抵抗とが異なる第1導電性材料と、を含んでおり、
前記カソード触媒層が、酸素還元反応に対して活性を持つ第2触媒材料と、前記第1導電性材料とは異なる第2導電性材料とを含んでおり、
前記アノード触媒層が酸素雰囲気下にある前記セルの電気抵抗は、前記アノード触媒層が水素雰囲気下にある前記セルの電気抵抗の2倍を超える、セル。 - 前記アノード触媒層は、イオン伝導性のバインダーを有している、請求項1に記載のセル。
- 前記第1導電性材料は、抵抗変化特性を持つ導電性セラミックスであり、前記第2導電性材料がカーボンである、請求項1または2に記載のセル。
- 前記抵抗変化特性を持つ導電性セラミックスは、チタンを含んでいる、請求項3に記載のセル。
- 前記第1導電性材料が粒子状に形成されており、前記粒子の平均一次径が10nm以上1000nm以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のセル。
- 前記第1触媒材料が、白金または白金合金を含んでいる、請求項1〜5のいずれか一項に記載のセル。
- 前記第1触媒材料が粒子状に形成されており、前記粒子の平均一次径が1nm以上10nm以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のセル。
- 前記第1触媒材料が、前記第1導電性材料の表面に担持されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載のセル。
- 前記アノード触媒層が酸素雰囲気下にある前記セルの電気抵抗は、前記アノード触媒層が水素雰囲気下にある前記セルの電気抵抗の9倍以上である、請求項1〜8のいずれか一項に記載のセル。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載のセルが複数、積層して構成されている、燃料電池スタック。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載のセルが複数、積層して構成される燃料電池スタックと、
前記一対のセパレータの流路に燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ供給する供給装置と、を備えている、燃料電池システム。 - 高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の第1主面上に配置されたアノード触媒層と、前記高分子電解質膜の第2主面上に配置されたカソード触媒層と、を備えており、
前記アノード触媒層は、水素酸化反応に対して活性を持つ第1触媒材料と、水素雰囲気下における電気抵抗と酸素雰囲気下における電気抵抗とが異なる第1導電性材料と、を含んでおり、
水素雰囲気下における前記アノード触媒層の電気抵抗に対する酸素雰囲気下における前記アノード触媒層の電気抵抗の比は、水素雰囲気下における前記カソード触媒層の電気抵抗に対する酸素雰囲気下における前記カソード触媒層の電気抵抗の比より大きい、膜−電極接合体。 - 高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜の第1主面上に配置されたアノード触媒層と、
前記高分子電解質膜の第2主面上に配置されたカソード触媒層と、を備えており、
前記アノード触媒層が、白金/タンタルドープ酸化チタンである、膜−電極接合体。
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