KR20020020950A - 고분자 전해질형 연료전지 - Google Patents

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모리시타 요이찌
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Abstract

본 발명은, 고분자 전해질형 연료전지에 관한 것이다.
고분자 전해질형 연료전지는, 고분자 전해질 및 그 막을 사이에 끼운 한 쌍의 가스확산전극으로 이루어지는 MEA를 구비하고, MEA의 바깥면에는 도전성 세퍼레이터가 배치되어 있다. 도전성 세퍼레이터로는 카본재료가 사용되는 경우가 많지만, 제조비용 등의 관점에서, 금속기재를 사용하는 것이 검토되고 있다. 금속기재를 사용한 도전성 세퍼레이터는, 장시간, 고습도가스에 노출되어도 부식하지 않는, 강한 내식성과 함께, MEA와의 접촉저항의 증대의 억제도 요구된다.
본 발명에서는, 고분자 전해질형 연료전지에 있어서의 도전성 세퍼레이터에, 금속기재(1) 및, 상기 금속기재상에 형성되어, 발수성 또는 염기성의 기를 가진 수지(2)와 도전성입자형상물질(3)로 이루어지며, MEA와 접촉한, 도전성수지층(2)으로 이루어진 것을 사용함에 따라, 상기 요구의 만족을 도모하였다.

Description

고분자 전해질형 연료전지{POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL}
연료전지의 가스확산전극에서는, 수소 등의 연료가스와 공기 등의 산화제가스가 전기화학적으로 반응하고, 그 결과, 전기와 열이 동시에 공급된다. 연료전지로는, 구비한 전해질의 종류에 따라, 몇 가지 타입이 있다.
고분자 전해질형 연료전지는, 고분자 전해질막 및 그 막을 사이에 끼운 한 쌍의 가스확산전극으로 이루어지는 전해질막-전극접합체(MEA:menbrane electrode assembly)를 구비한다. 고분자 전해질막은, 예컨대 -CF2-의 골격을 가지며, 술폰산을 측쇄의 말단에 가진 퍼플루오로카본술폰산으로 이루어진다.
가스확산전극은, 고분자 전해질막에 접한 촉매층 및 촉매층의 바깥면에 배치된 통풍성과 도전성을 가진 전극기재로 이루어진다. 또한, 촉매층은, 백금계의 금속을 담지한 카본분말 등으로 이루어진다.
MEA의 바깥면에는, MEA를 고정함과 동시에, 인접한 MEA를 서로 전기적으로 직렬로 접속하기 위한 도전성 세퍼레이터가 배치된다. 도전성 세퍼레이터는, 가스확산전극에 연료가스 또는 산화제가스를 공급하고, 수소와 산소의 반응으로 생성된 물이나 잉여가스를 운반하기 위한 가스유로를 가진다.
도전성 세퍼레이터의 가스유로나 가스확산전극의 주위에는 가스켓 등의 시일부재가 배치되어, 가스의 혼합이나 외부에의 누출을 방지하고 있다.
발전장치를 얻는 경우, 출력전압을 높이기 위해서, MEA 및 한 쌍의 가스유로를 가진 도전성 세퍼레이터로 이루어진 단셀을 복수개 적층한다. 각 가스유로에는, 매니폴드를 통하여 외부로부터 연료가스와 산화제가스가 공급된다. 그리고, 전극반응에 의해 발생한 전류는, 전극기재로 집전되어, 도전성 세퍼레이터를 통하여 외부로 방출된다.
도전성 세퍼레이터는, 기밀성 및 내식성을 가진 카본재료로 이루어진 것이 많다. 또한, 제조 비용 및 도전성 세퍼레이터의 가공 및 박형화의 용이함의 관점에서, 스테인레스강 등의 금속기재를 사용한 도전성 세퍼레이터도 검토되고 있다.
금속기재를 사용한 도전성 세퍼레이터는, 장시간, 고습도가스에 노출되기 때문에, 강한 내식성을 요한다. 또한, 전지의 발전효율을 높게 하기 위해서는, 도전성 세퍼레이터와 MEA와의 접촉저항의 억제도 중요하다. 그래서, 예를 들어 스테인레스강판을 금속기재로서 사용하는 경우, 스테인레스강판의 표면에 산화크롬으로 이루어진 부동태층을 형성하여, 그 내식성을 높이고 있다.
그러나, 비교적 두껍고 안정된 부동태층이 금속기재의 표면에 형성되면, 부동태층이 전기저항이 되기 때문에, 접촉저항이 증대한다. 따라서, 고출력의 전지를 얻을 수 없다. 반대로, 부동태층이 불안정한 경우, 금속기재가 부식하여, 용출(溶出)한 금속이온에 의해서 MEA가 손상을 받는다.
금속기재의 표면에, 금 등의 내식성금속의 화학도금이나 증착 등에 의해서 얻어지는 층을 형성하는 방법도 검토되고 있다. 그러나, 저비용화는 곤란하다.
카본분말을 셀룰로오즈, 폴리염화비닐, 에폭시수지 등에 분산시킨 수지조성물을 금속기재의 표면에 도공하는 방법도 검토되고 있다. 그러나, 내구성에 문제가 있다.
금속기재의 표면에 그 내식성을 높이기 위한 층을 형성함과 동시에, 세퍼레이터와 MEA와의 접촉부분에, 상기 층을 관통하여 도전 패스를 형성하기 위한 고경도의 도전성 입자형상 물질을 배치하는 방법 등도 검토되고 있다. 이 방법은 비교적 저비용이다. 그러나, 장시간 전지를 운전하면, 역시 금속이온이 용출하여, MEA가 손상을 받는다.
[발명의 개시]
본 발명은, 고분자 전해질막 및 고분자 전해질막을 사이에 끼운 한 쌍의 가스확산전극으로 이루어지는 전해질막-전극접합체, 한 쌍의 가스확산전극의 한쪽에 산화제가스를 공급하기 위한 가스유로를 가진 제 1 도전성 세퍼레이터 및 한 쌍의 가스확산전극의 다른 쪽에 연료가스를 공급하기 위한 가스유로를 가진 제 2 도전성 세퍼레이터로 이루어지는 연료전지로서, 제 1 도전성 세퍼레이터 및 제 2 도전성 세퍼레이터의 적어도 한쪽은, 금속기재 및 금속기재상에 형성되고, 또한, 전해질막 -전극접합체와 접촉한 도전성수지층으로 이루어지며, 도전성수지층은, 발수성 또는 염기성의 기를 가진 수지 및 도전성입자형상 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지에 관한 것이다.
또한, 제 1 도전성 세퍼레이터 또는 제 2 도전성 세퍼레이터는, 그 한쪽 면에 MEA의 가스확산전극의 한쪽에 산화제가스를 공급하기 위한 가스유로를 가지며, 다른 쪽 면에 다른 MEA의 가스확산전극의 한쪽에 연료가스를 공급하기 위한 가스유로를 갖고 있어도 좋다.
도전성입자형상물질은, 100m2/g 미만의 비표면적을 가진 카본분말로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 도전성입자형상물질은, 유리상 카본으로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명의 고분자 전해질형 연료전지는, 금속기재와 도전성수지층과의 사이에, 금속 Zn, 금속 Sn, 금속 Al, Cr 함유화합물, Mo 함유화합물 및 W 함유화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 층을 가진 것이 바람직하다.
본 발명은, 민간용 코제너레이션 시스템이나 이동체용의 발전기로서 유용한 고분자 전해질형 연료전지에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명에 관한 도전성 세퍼레이터와 가스확산전극의 접촉부분의 단면모식도이다.
도 2는, 본 발명의 실시예로 제작한 단전지의 내구시험의 결과를 나타낸 도면이다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
고분자 전해질형 연료전지에 공급되는 산화제가스 및 연료가스는, 고분자 전해질막의 도전성을 유지하기 위해서 가습할 필요가 있다. 또한, 음극에는, 전지반응에 의해서 물이 생성된다. 따라서, 전지의 운전중에, 도전성 세퍼레이터와 가스확산전극과의 접촉부분에는, 수증기가 응축하고 있다고 생각된다. 그리고, 응축한 수증기에 탄산가스나 불순물이온이 용해된다. 그 결과, 도전성 세퍼레이터의 금속기재의 부식이 촉진된다.
본 발명의 도전성 세퍼레이터는, 금속기재 및 금속기재의 표면에 형성된 도전성수지층으로 이루어져 있다. 그리고, 도전성 수지층은, 가스확산전극과 접촉하고 있다. 도전성 수지층은, 도전성입자형상물질을 분산시킨 발수성 또는 염기성의 기를 갖는 수지로 이루어지고 있다. 한편, 수지는, 발수성의 기와 염기성의 기의 양쪽을 갖고 있어도 좋다.
도전성 수지층에 있어서 발수성의 기를 가진 수지를 사용하면, 그 발수성 때문에, 이온전도성을 가진 물이 도전성 수지층을 침투하여 금속기재의 표면에 도달하기 어렵다. 따라서, 도전성수지층에 핀홀이 있다고 해도, 그것을 통과하여 물이 금속기재에 접하는 것에 의한 부식을 억제할 수 있다.
발수성의 기로서는, -F, -CF3, -CF2-, 펜타플루오로페닐기 등의 불소원자함유기 등을 들 수 있다.
한편, 스테인레스강 등의 합금은, 표면에 형성되는 산화물의 부동태층에 의해 내식성이 높아지고 있다. 이 부동태층의 안정성은, 분위기의 pH에 의해서 좌우된다. 산성분위기에서는 부동태층이 부식하여, 스테인레스강으로부터 용출하는 이온량이 많아진다. 용출한 금속이온은, 수소이온 대신에 고분자 전해질막속에 들어가, 막의 수소이온전도도를 저하시킨다. 또한, 금속이온은, 고분자전해질막의 함수율을 저하시키거나, 백금의 촉매활성을 저하시키거나 한다고 생각되고 있다.
그래서, 도전성 수지층에 있어서 염기성의 기를 가진 수지를 사용하면, 세퍼레이터표면의 pH가 높아져, 부동태층이 안정화된다. 그 결과, 전지의 운전중에, 장기간 금속이온의 용출이 억제된다.
염기성의 기로서는, 아미노기, 아미드기, 이미드기 등의 질소원자함유기를 들 수 있다. 수지가 이들 기를 가진 경우, 질소원자의 전자쌍에 의해, 인접한 금속표면의 산화물층이 안정화되기 때문에, 도전성 세퍼레이터의 내식성이 향상한다고 생각된다.
또한, 금속기재의 표면에 Zn, Sn, Al 등의 금속기재의 금속보다 이온화경향이 큰 금속을 함유한 층을 배치함으로써, 금속기재로부터의 금속이온의 용출이 억제된다. 또한, Cr, Mo, W 등의 산화물이나 수산화물을 포함한 층을 금속기재의 표면에 형성하는 것에 의해서도 금속기재로부터의 금속이온의 용출이 억제된다.
도전성 수지층은, 높은 도전성을 얻기 위해서는, 충분한 양의 도전성입자형상물질을 함유해야만 한다. 그러나, 금속기재의 표면에서 생성된 금속이온은, 수지와 도전성입자의 표면과의 계면을 확산함으로써 도전성 세퍼레이터의 외부로 용출하기 때문에, 도전성입자형상물질의 비표면적은 작은 쪽이 바람직하다.
도전성 입자형상물질로서는, 어느 정도의 내식성을 가진 금속, 금속산화물, 금속질화물, 금속탄화물 등의 분말이 효과적이다. 예를 들면, 카본, 티타늄, 산화루테늄, 질화티타늄, 티타늄 카바이트 등의 분말이 효과적이다. 또한, 이들 중에서는, 특히 카본분말이 효과적이다.
카본분말은, 층상 흑연(그래파이트), 비늘형상흑연, 유리상 카본 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 이들 중에서는, 유리상 카본의 분말이 바람직하다. 이것은, 금속이온이 층상 흑연 등의 층간을 확산하여 외부로 용출한다고 생각되기 때문이다. 또한, 도전성이 높은 층상 흑연의 분말과 유리상 카본 등의 비정질카본의 분말을 혼합하여 사용하는 것이, 도전성과, 금속이온의 용출억제와의 균형면에서 바람직하다.
도전성 수지층에 있어서의 도전성입자형상물질의 함유량은, 일반적으로, 수지 100중량부당, 100∼900중량부이다.
금속기재의 표면의 부동태층은, 접촉저항의 증대의 원인이 되기 때문에, 부식의 문제가 없는 경우에는, 도전성수지층을 형성하기 전에 부동태층을 제거해 두는 편이 좋다. 또, 금속기재는, 스테인레스강, 탄소강 등으로 이루어지는 것이 내식성면에서 바람직하다. 단, 본 발명에 있어서는, 알루미늄 등의 내식성이 낮은 금속으로 이루어지는 금속기재도 사용할 수 있다.
전극기재로서는, 카본페이퍼, 카본섬유를 짜서 얻어지는 카본 크로스, 카본섬유와 카본분말의 혼합물에 유기 바인더를 가하여, 성형하여 얻어지는 카본 펠트 등을 들 수 있다.
고분자 전해질막으로서는, 종래부터 고분자 전해질형 연료전지의 MEA에 사용되고 있는 것을 사용하면 된다.
실시예 1
75중량부의 아세틸렌블랙(비표면적 180m2/g)에, 25중량부의 백금입자(평균입자지름 약 30Å)을 담지한 촉매분말을 준비하였다. 이 촉매분말 및 이소프로판올로 이루어지는 분산액과, 화학식(1)로 나타낸 퍼플루오로카본술폰산의 분말 및 에탄올로 이루어지는 분산액을 혼합하여, 페이스트를 얻었다. 페이스트에 있어서의 퍼플루오로카본술폰산의 함유량은, 촉매분말 100중량부 당 30중량부이다.
화학식 (1):
다음에, 가스확산전극의 기재가 되는 두께 300㎛의 카본페이퍼를 준비하였다. 그리고, 그 한 면에, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 수성분산액으로 발수처리한 카본분말(비표면적 180m2/g, PTFE의 함유량은, 카본분말100중량부 당 200중량부)로 이루어진 두께 약40㎛의 층을 형성하였다. 이어서, 그 층 위에 상기 페이스트를 도포함으로써 두께 약30㎛의 촉매층을 형성하여, 가스확산전극을 얻었다.
한 쌍의 가스확산전극에서, 촉매층을 안쪽으로 하고, 고분자 전해질막을 사이에 끼워, 110℃에서 30초간 핫프레스하여, MEA를 얻었다. 고분자 전해질막으로서는, Nafion 112(Du Pont사제, 두께 약 50㎛)을 사용하였다.
다음에, 두께 500㎛의 스테인레스강판(SUS316)을 2장 준비하였다. 또한, 도전성 수지층을 형성하기 위한 수지조성물을 준비하였다. 수지조성물은, 플루오로엘라스토머(CF2=CF-CF=CF2, CH3-CF=CF2, CF2=CF2등으로 이루어진 공중합체의 분말), 비늘형상 흑연 및 메틸에틸케톤으로 이루어진 혼합물(중량비 10:50:40)을 유성 볼 밀로 혼련하여 얻은 것이다. 플루오로엘라스토머는 발수성을 가진다. 이 수지조성물을 각 스테인레스강판의 한 면에 도포하여, 건조시켜, 발수성을 가진 두께 약 15㎛의 도전성 수지층을 형성하였다. 이어서, 한쪽의 스테인레스강판의 도전성수지층을 가진 면에 수소가스유로를 형성하고, 다른 쪽의 스테인레스강판의 도전성수지층을 가진 면에 공기유로를 형성하여, 한 쌍의 도전성 세퍼레이터를 얻었다. 각 유로는, 도전성 수지층을 가진 스테인레스강판을 프레스하여 가스를 도입하기 위한 홈 또는 리브를 형성하여, 여기에 탄성을 가진 절연성 시트를 조합하여 형성하였다. 절연성 시트는, 블랭킹 가공에 의해 형성되어, 상기 스테인레스강판의 홈 또는 리브와 협동하여 가스를 그 공급측에서 배출측으로 도입하는 유로를 형성하고,또한 가스가 상기 유로로부터 외부로 누출되는 것을 방지하는 가스켓으로서 작용한다(WO 00/01025참조).
얻어진 한 쌍의 도전성 세퍼레이터에서, 주위에 실리콘고무의 가스켓을 배치한 MEA를 사이에 끼워, 단전지를 얻었다. 이 때, 도전성 세퍼레이터의 도전성수지층과 MEA의 가스확산전극의 바깥면을 접촉시켰다.
이 단전지에 있어서, MEA에서 발생한 전기는, 도전성 세퍼레이터와 가스확산전극의 접촉면 및 도전성 세퍼레이터를 경유하여 외부로 꺼낼 수 있다. 실제로는, 이러한 단전지와 냉각수 등의 냉매를 흐르게 하기 위한 냉각 셀을 복수개 적층한 적층전지가 형성되는데, 본 실시예에서는 이 단전지의 예에 대하여 설명한다.
도 1은, 얻어진 단전지의 도전성 세퍼레이터와 가스확산전극의 접촉부분의 단면모식도이다. 도 1에 있어서, 1은 스테인레스강판(SUS316)이고, 2는 그 표면에 형성된 도전성 수지층을 나타내고 있다. 도전성 수지층(2)의 내부에는, 도전성을 확보하기 위한 도전성입자(비늘형상 흑연의 입자)(3)가 분산되어 있다. 도전성입자(3)는 서로 접촉 또는 도전성을 가질 정도로 접근하고 있다. 4는 가스확산전극의 카본페이퍼부분이고, 5는 카본페이퍼를 구성하는 카본섬유이다.
카본페이퍼와 도전성수지층의 계면(6)에는 수증기가 응집한 물(7)이 존재하지만, 도전성수지층(2)에 의해, 물(7)과 스테인레스강판(1)과의 접촉이 방해되고 있다. 또한, 도전성 수지층(2)이 발수성을 갖기 때문에, 도전성수지층(2)에 핀홀 (8)이 존재한다고 해도, 물(7)은 핀홀(8)을 통과할 수 없다.
다음에, 얻어진 단전지의 내구시험을 하였다. 한편, 전극면적은 25cm2(5cm각)이고, 음극 및 양극의 촉매층에는, 각각 0.3mg/cm2의 Pt가 포함되어 있다. 양극에는 수소가스를, 음극에는 공기를 공급하였다. 또한, 전지온도를 75℃, 연료이용율을 70%, 공기이용율을 30%로 설정하였다. 더욱, 수소가스는 75℃, 공기는 60℃의 노점이 되도록 가스를 가습하였다. 전류밀도 0.5A/cm2로 단전지를 연속 운전하였을 때의 전지전압과 운전시간과의 관계를 도 2의 a에 나타낸다.
실시예 2
비늘형상 흑연에, 테트라플루오로에틸렌 및 헥사플루오로프로필렌의 공중합체의 수성분산액을 가하면서 혼련하여, 수분의 일부를 증발시켜, 수지조성물을 얻었다. 테트라플루오로에틸렌 및 헥사플루오로프로필렌의 공중합체는 발수성을 가진다. 이 수지조성물의 비늘형상 흑연과 수지성분과의 중량비는 50:10이었다. 이 수지조성물을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 같이 도전성 세퍼레이터를 제조하여, 마찬가지로 평가하였다. 결과를 도 2의 b에 나타낸다.
비교예 1
폴리염화비닐, 비늘형상 흑연 및 메틸에틸케톤으로 이루어지는 혼합물(중량비 10:50:40)을 유성 볼밀로 혼련하여 수지조성물을 얻었다. 이 수지조성물을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 같이 도전성 세퍼레이터를 제조하여, 마찬가지로 평가하였다. 결과를 도 2의 c에 나타낸다.
비교예 2
폴리아크릴산메틸, 비늘형상 흑연 및 물로 이루어지는 혼합물(중량비 5:45: 50)을 유성 볼 밀로 혼련하여 수지조성물을 얻었다. 이 수지조성물을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 같이 도전성 세퍼레이터를 제조하여, 마찬가지로 평가하였다. 결과를 도 2의 d에 나타낸다.
도 2로부터 명백하듯이, 폴리염화비닐이나 아크릴수지를 도전성 수지층에 사용한 전지에서는, 운전개시후, 단시간에 전압이 저하하고 있다. 한편, 플루오로엘라스토머나 불소폴리머를 사용한 전지에서는, 장시간 경과후에도, 현저한 전압저하는 인정되지 않는다.
그래서, 도전성 수지층의 발수성을 조사하기 위해서, 각 도전성 수지층상의 평활한 부분에서 물의 접촉각을 측정하였다. 그 결과, 가장 접촉각이 컸던 것은 테트라플루오로에틸렌과 헥사플오로프로필렌과의 공중합체를 사용한 도전성 수지층이었다. 또한, 플루오로엘라스토머, 폴리염화비닐, 아크릴수지의 순서로, 접촉각이 작아지고 있었다. 이로부터, 도전성 수지층의 발수성이 클수록, 연료전지의 내구성이 높아지는 것을 알 수 있다.
실시예 3
염기성의 기를 가진 수지를 사용한 경우에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 도전성 입자형상 물질로서 비늘형상 흑연을 사용하여, 수지로서 히타치가세이공업(주)제의 폴리아미드이미드수지, 용매로서 셀로솔브아세테이트를 사용하여 수지조성물을 얻었다. 이 수지조성물의 비늘형상 흑연과 수지성분과의 중량비는 50:10이었다. 이 수지조성물을 사용한 것 이외에는, 실시예 1과 같이 도전성 세퍼레이터를 제조하여, 마찬가지로 평가하였다. 도전성 수지층의 두께는 약 50㎛로 하였다. 그 결과, 초기의 전압은 약간 낮아지지만, 내구성은, 도 2에 나타낸 아크릴수지나 폴리염화비닐을 사용한 전지에 비해서 크게 개선되었다.
초기의 전압이 낮아진 것은, 아크릴수지나 폴리염화비닐을 사용한 도전성수지층보다, 폴리아미드이미드수지를 사용한 도전성수지층쪽이, 초기의 도전성이 낮아지기 때문이라고 생각된다.
실시예 4
실시예 2에서는, 단전지를 500시간 이상 운전하면, 출력전압이 초기에 비해서 10%이상 저하하였다. 그래서, 비늘형상 흑연 대신에 유리상 카본의 분말(평균입자지름 약 20㎛)을 사용한 것 이외에는, 실시예 2와 같이 도전성 세퍼레이터를 제조하여, 마찬가지로 평가하였다.
그 결과, 운전개시후 500시간이 경과하여도, 단전지의 전압저하는 3% 미만이었다. 그러나, 유리상 카본은 비늘형상 흑연에 비해서 도전성이 낮기 때문에, 출력전압은 조금 저하하였다.
실시예 5
비늘형상 흑연 대신에 비표면적이 140m2/g, 100m2/g 및 60m2/g의 아세틸렌 블랙을 사용한 것 이외에는, 실시예 2와 같이 각각 도전성 세퍼레이터를 제조하여, 마찬가지로 평가하였다. 그 결과, 비표면적이 100m2/g보다 작은 경우, 단전지의 내구성이 효과적으로 개선되는 것을 알 수 있다.
실시예 6
금속기재와 도전성수지층과의 사이에, 금속 Zn, 금속 Sn, 금속 Al, Cr 함유화합물, Mo 함유화합물 또는 W 함유화합물을 포함하는 층을 형성한 경우 에 대하여 검토하였다.
두께 500㎛의 탄소강판의 표면에, 증착에 의해, 두께 수㎛의 Zn의 층을 형성하였다. 이 금속기재를 사용한 것 이외에는, 실시예 4와 같이 도전성 세퍼레이터를 제조하여, 마찬가지로 평가하였다. 또한, Zn 대신에, Sn 및 Al을 사용한 경우에 대서도 마찬가지로 검토하였다.
또한, Zn층 대신에, 탄소강판의 표면에, 스퍼터링법에 의해, 두께 수㎛의 크롬산화물, 몰리브덴산화물 및 텅스텐산화물 층을 형성한 경우에 대해서도 마찬가지로 검토하였다.
그 결과, 어느 단전지나 운전개시후 500시간 경과후의 출력저하가 2%정도였다. 단, Al나 산화물층을 금속기재의 표면에 형성한 경우에 대해서는, 초기의 전압이 약간 낮았다. 이것은, Al나 산화물층에 의한 저항의 증가가 원인이라고 생각된다.
또한, 테트라플루오로에틸렌 및 헥사플루오로프로필렌의 공중합체 대신에, 폴리염화비닐 등의 발수성이나 염기성을 갖지 않은 수지를 사용한 경우에 대해서도 마찬가지로 검토하였다.
그 결과, 금속기재와 도전성수지층과의 사이에 금속이나 산화물층을 형성하면, 도전성수지층이 발수성이나 염기성을 갖지 않은 경우라 해도, 도전성 세퍼레이터의 내구성이 개선되는 것을 알 수 있었다.
실시예 7
유리상 카본을 볼 밀로써 분쇄하여, 평균입자지름 5㎛, 10㎛, 25㎛ 및 50㎛의 분말을 얻었다. 이들 분말을 도전성입자형상물질로서 사용한 것 이외에는, 실시예 4와 같이 도전성 세퍼레이터를 제조하여, 마찬가지로 평가하였다. 그 결과, 분말의 입자지름이 작고, 도전성 수지층에 있어서의 분말의 함유량이 많을수록 단전지의 초기전압이 높은 것을 알 수 있다. 또한, 분말의 입자지름이 크고, 도전성 수지층에 있어서의 분말의 함유량이 적을수록 단전지의 내구성이 높은 것을 알 수 있다.
본 발명에 의하면, 연료전지에 있어서의 가스확산전극과 도전성 세퍼레이터와의 접촉저항의 증대 및 도전성 세퍼레이터의 부식에 의한 출력저하를 장기간 억제할 수 있다.

Claims (4)

  1. 고분자전해질막 및 상기 고분자전해질막을 사이에 끼운 한 쌍의 가스확산전극으로 이루어지는 전해질막-전극접합체, 상기 한 쌍의 가스확산전극의 한쪽에 산화제가스를 공급하기 위한 가스유로를 가진 제 1 도전성 세퍼레이터 및 상기 한 쌍의 가스확산전극의 다른 쪽에 연료가스를 공급하기 위한 가스유로를 가진 제 2 도전성 세퍼레이터로 이루어지는 연료전지로서, 상기 제 1 도전성 세퍼레이터 및 상기 제 2 도전성 세퍼레이터의 적어도 한쪽은, 금속기재 및 상기 금속기재상에 설치되고, 또한, 상기 전해질막-전극접합체와 접촉한 도전성 수지층으로 이루어지며, 상기 도전성 수지층은, 발수성 또는 염기성의 기를 가진 수지 및 도전성입자형상물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고분자 전해질형 연료전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 입자형상물질은, 100m2/g 미만의 비표면적을 가진 카본분말로 이루어지는 고분자 전해질형 연료전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 도전성입자형상물질은, 유리상 카본으로 이루어지는 고분자 전해질형 연료전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 금속기재와 상기 도전성수지층과의 사이에, 금속Zn, 금속 Sn, 금속 Al, Cr 함유화합물, Mo 함유화합물 및 W 함유화합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 층을 가진 고분자 전해질형 연료전지.
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