WO2006109837A1 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池 Download PDF

Info

Publication number
WO2006109837A1
WO2006109837A1 PCT/JP2006/307785 JP2006307785W WO2006109837A1 WO 2006109837 A1 WO2006109837 A1 WO 2006109837A1 JP 2006307785 W JP2006307785 W JP 2006307785W WO 2006109837 A1 WO2006109837 A1 WO 2006109837A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrolyte membrane
fuel cell
hydrogen peroxide
catalyst layer
layer
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/307785
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Shinobu Sekine
Original Assignee
Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha filed Critical Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority to US11/918,069 priority Critical patent/US20090023028A1/en
Priority to EP06731721A priority patent/EP1873853A4/en
Priority to CA002604117A priority patent/CA2604117A1/en
Publication of WO2006109837A1 publication Critical patent/WO2006109837A1/ja

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a fuel cell capable of improving durability.
  • a fuel cell includes a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA (Membrane)” including an electrolyte layer (hereinafter referred to as “electrolyte membrane”) and electrodes (anode and cathode) disposed on both sides of the electrolyte membrane. Electrode Assembly) ”) The electrical energy generated by the electrochemical reaction in) is taken out through separators arranged on both sides of this ME A.
  • solid polymer fuel cells hereinafter referred to as “PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell) used in home-use cogeneration systems and automobiles are used in the low-temperature region. Is possible.
  • the PEFC unit cell includes an electrolyte membrane, an anode and force sword with at least a catalyst layer, and a separator.
  • the PEFC anode electrode is supplied with a reaction gas containing hydrogen
  • the cathode electrode is supplied with a reaction gas containing oxygen.
  • These reaction gases and a catalyst contained in the catalyst layer for example, P t Etc.
  • electrochemical reactions occur at the three-phase interface formed by the electrolyte components. This electrochemical reaction makes it possible to obtain an electromotive force of about 0.7 V, for example, with a PEFC unit cell.
  • the catalyst layer stack surface, the electrolyte membrane stack surface, and the diffusion layer stack surface are usually different in shape and size, so a space (gap) is formed at the end of the electrolyte membrane.
  • Cheap water is generated by an electrochemical reaction, and hydrogen peroxide is generated as a side reaction. If this hydrogen peroxide is present in the space formed at the end of the electrolyte membrane (hereinafter sometimes referred to as the “space between the electrolyte membrane and the diffusion layer”), the electrolyte membrane may deteriorate. .
  • the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-310 9 6 2 3 is characterized in that a molecule having excellent oxidation resistance is contained in the catalyst layer.
  • an object of the present invention is to provide a fuel cell capable of improving durability. Disclosure of the invention
  • an aspect of the present invention includes an electrolyte membrane, a catalyst layer laminated on both sides of the electrolyte membrane, and a diffusion layer laminated on the outside of the catalyst layer, and the lamination surface of the catalyst layer is an electrolyte.
  • the surface of the electrolyte membrane that should be in contact with the catalyst layer is smaller than the membrane lamination surface, the diffusion layer lamination surface is larger than the catalyst layer lamination surface, and smaller than the electrolyte membrane lamination surface.
  • the surface A 2 has a hydrogen peroxide decomposition performance
  • a fuel cell comprising a single element and / or a compound containing the metal element.
  • lamination surface means a plane whose normal direction is the lamination direction of the catalyst layers.
  • the surface A 2 of the electrolyte membrane is provided with a simple substance of a metal element capable of decomposing hydrogen peroxide, and Z or a compound containing the metal element” means that the surface A 2 has hydrogen peroxide.
  • metal elements capable of decomposing hydrogen peroxide include Mn, Fe, Pt, Pd, Ni, Cr, Cu, Ce, Sc, Rb, Co , I r, A g, A u, R h, T i, Z r, A l, H f, Ta, N b, O s, etc.
  • specific examples of the compound include oxides containing the above metal elements, etc. Can do.
  • the adhesive material layer may be disposed on the surface A 2.
  • the adhesive material layer includes a simple substance of a metal element having hydrogen peroxide decomposition performance, and Z or a compound containing the metal element. May be provided.
  • the catalyst layer may be provided with a single metal element having hydrogen peroxide decomposing ability and / or a compound containing the metal element.
  • water accumulates in the space formed at the end of the electrolyte membrane, and even if hydrogen peroxide remains in this water, it is peroxidized on the surface A 2 of the electrolyte membrane to be contacted with water. Since there is a simple metal element having hydrogen decomposing performance and a compound containing the metal element or the metal element (hereinafter, simply referred to as “hydrogen peroxide decomposing substance”), the end of the electrolyte membrane is provided. It becomes possible to decompose the hydrogen peroxide provided in the space formed in this. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a fuel cell capable of improving durability.
  • the adhesive material layer is disposed on the surface A 2. Then, the space formed at the end of the electrolyte membrane can be closed with the adhesive material layer. Therefore, by reducing the amount of water collected at the end of the electrolyte membrane, it becomes possible to reduce the amount of hydrogen peroxide remaining in the space, and temporarily accumulates water in the space, and this water contains hydrogen peroxide. Even if it is, hydrogen peroxide can be decomposed by the hydrogen peroxide decomposing substance provided on the surface A 2 of the electrolyte membrane.
  • the adhesive material layer is provided with a hydrogen peroxide decomposition substance
  • the hydrogen peroxide remaining at the end of the electrolyte membrane is converted into the peroxide material provided in the adhesive material layer. It can be decomposed by a hydrogenolytic substance. Therefore, with such a configuration, it is possible to provide a fuel cell capable of effectively improving durability.
  • the catalyst layer is provided with a hydrogen peroxide decomposition substance, hydrogen peroxide can be decomposed more effectively. Therefore, with this configuration, the durability of the fuel cell can be further improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a fuel cell of the present invention according to a first embodiment and an electrolyte membrane of the fuel cell.
  • FIG. 2 schematically shows an example of a fuel cell according to the second embodiment of the present invention. It is sectional drawing shown.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of the fuel cell of the present invention according to the third embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a conventional fuel cell.
  • 1 is an electrolyte membrane
  • 2 a is an anode catalyst layer
  • 2 b is a force sword catalyst layer
  • 3 a is an anode diffusion layer
  • 3 b is a force sword diffusion layer
  • 10 is a cerium oxide-containing layer ( Hydrogen peroxide-decomposing substance-containing layer)
  • 20 and 21 are adhesive material layers
  • 100, 20 and 30 are fuel cells.
  • PEFC the electrochemical reaction occurs where protons and electrons are generated from hydrogen, while in the cathode, oxygen reacts with electrons that have traveled through the external circuit and protons that have passed through the electrolyte membrane. As a result, water is generated.
  • side reactions occur in addition to these main reactions, and hydrogen peroxide is generated by these side reactions.
  • iron ions etc. are present in PEFC, OH radicals etc. are generated from hydrogen peroxide, and the electrolyte components contained in the electrolyte membrane etc. are oxidized and deteriorated by these OH radicals. Hydrogen peroxide generated in the PEFC can move with water generated by the electrochemical reaction in the PEFC by diffusion, etc.
  • the laminated surface of the electrolyte membrane in PEFC is usually larger than the laminated surface of the catalyst layer.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and the gist of the present invention is that the surface of the electrolyte membrane does not contact the catalyst layer and forms a space between the electrolyte membrane and the diffusion layer. It is an object of the present invention to provide a fuel cell capable of improving durability by providing a hydrogen peroxide-decomposing substance.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a conventional fuel cell, and the vertical direction of the figure is the stacking direction of the catalyst layers.
  • a conventional fuel cell 90 includes an electrolyte membrane 9 1, and an anode catalyst layer 9 2 a and a cathode catalyst layer 9 2 b disposed on both sides of the electrolyte membrane 9 1.
  • MEA 95, the anode diffusion layer 3a and the force sword diffusion layer 3b disposed on both sides of the MEA 95, and the outside of the anode diffusion layer 3a and the force source diffusion layer 3b.
  • Separators 6 and 6 are provided.
  • anode catalyst layer 9 2 a and the force sword catalyst layer 9 2 b for example, carbon particles carrying platinum functioning as a catalyst for electrochemical reaction are supported.
  • the anode diffusion layer 3 a and the force sword diffusion layer 3 b are made of carbon paper made of carbon fiber, for example. 6, the fastening pressure is applied to the electrolyte membrane 9 1 side.
  • the separators 6 and 6 arranged outside the MEA 95 are provided with reaction gas supply paths 7 a, 7 a,..., And 7 b on the anode diffusion layer 3 a and force sword diffusion layer 3 b sides, respectively. , 7 b, ... are formed, and the reaction gas supply path 7 a, 7 a, ...
  • hydrogen a hydrogen-containing substance
  • air oxygen-containing substances
  • the power sword of a fuel cell is a potential environment of about 0.4 to 1.0 V, and when oxygen is reduced on platinum-supported carbon in such an environment, hydrogen peroxide is generated. OH radicals are generated due to hydrogen oxide.
  • the force sword diffusion layer 3 b is made of carbon fiber, so that hydrogen peroxide is generated even when oxygen is reduced on the carbon fiber, and OH caused by hydrogen peroxide. Radicals etc. are generated.
  • the electrolyte membrane 9 1 Spaces 50, 50,... are formed at the ends, and when the fuel cell 90 0 is operated, the generated water tends to accumulate in the spaces 50, 50,. It tends to stay in the space 50, 50,. Therefore, the end portion of the electrolyte membrane 91 is easily degraded and damaged by the OH radical or the like. If the electrolyte membrane 91 is broken, the voltage of the fuel cell is lowered, and the power generation performance is lowered. Therefore, it is desirable to suppress the deterioration of the electrolyte membrane and improve the durability of the fuel cell by suppressing the production of hydrogen peroxide that contributes to such damage.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a fuel cell according to the first embodiment of the present invention and an electrolyte membrane of the fuel cell, and the vertical direction of the figure is the stacking direction of the catalyst layers. is there.
  • FIG. 1 (A) is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of the fuel cell of the present invention according to the first embodiment
  • FIG. 1 (B) is an electrolyte shown in FIG. 1 (A).
  • It is sectional drawing which extracts and shows only a film
  • components and parts that have the same configuration as the conventional fuel cell shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 4, and description thereof is omitted as appropriate. .
  • the anode catalyst layer and the force sword catalyst layer may be simply referred to as “catalyst layer”.
  • the fuel cell 100 is MEA 5 having an electrolyte membrane 1 and an anode catalyst layer 2 a and a cathode catalyst layer 2 b disposed on both sides of the electrolyte membrane 1; a node diffusion layer 3 a and a cathode disposed on both sides of the MEA 5
  • a diffusion layer 3 b and separators 6 and 6 disposed outside the anode diffusion layer 3 a and the force sword diffusion layer 3 b are provided.
  • the anode catalyst layer 2a and the force sword catalyst layer 2b are provided with, for example, a hydrogen peroxide decomposition substance (hereinafter sometimes referred to as “cerium oxide”) together with a platinum supporting force of one bon.
  • cerium oxide hydrogen peroxide decomposition substance
  • the anode diffusion layer 3a and the cathode diffusion layer 3b are made of, for example, carbon paper made of carbon fiber. Then, the cerium oxide-containing layers 10, 10,... Are disposed on the surface of the electrolyte film 1 that constitutes the spaces 50, 50,. A hydrogen oxide cracking material is provided.
  • the spaces 50, 50,... are formed at the end portion of the electrolyte membrane 1, when the fuel cell 100 is operated, the generated water easily collects in the space, and at the same time, peroxidation occurs. Hydrogen also tends to stay.
  • the cerium oxide-containing layer 10, 10,... On the surface of the electrolyte membrane 1 constituting the spaces 50, 50,. Is provided. Therefore, according to the fuel cell 100, it becomes possible to decompose hydrogen peroxide that may exist in the spaces 50, 50,..., And as a result, damage to the end of the electrolyte membrane 1 can be suppressed. It becomes possible.
  • the catalyst layers 2 a and 2 b according to the first embodiment include Contains cerium oxide. Therefore, according to the fuel cell 100, hydrogen peroxide existing in parts other than the spaces 50, 50,..., Such as the anode catalyst layer 2a and the force sword catalyst layer 2b, can be decomposed. It becomes possible. Therefore, by adopting such a configuration, it becomes possible to prevent the oxidative deterioration of the fuel cell and to provide a fuel cell capable of improving the durability.
  • FIG. 1 (B) is an enlarged view showing only the electrolyte membrane 1 provided in the fuel cell 100 shown in FIG. 1 (A).
  • the fuel cell 100 includes a catalyst layer having a smaller stacking surface than the electrolyte membrane, similarly to the conventional fuel cell 90.
  • the surface of the electrolyte membrane 1 is an electrolyte that forms a space between the surface A 1 that should be in contact with the catalyst layers 2 a and 2 b and no contact with the catalyst layer, and between the electrolyte membrane and the diffusion layer. It can be divided into membrane surfaces A 2 and A 2 (see Fig. 1 (B)).
  • FIG. 1 (B) is an enlarged view showing only the electrolyte membrane 1 provided in the fuel cell 100 shown in FIG. 1 (A).
  • the fuel cell 100 includes a catalyst layer having a smaller stacking surface than the electrolyte membrane, similarly to the conventional fuel cell 90.
  • the surface of the electrolyte membrane 1 is an electrolyte that forms a space between the surface A 1 that
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of the fuel cell of the present invention according to the second embodiment, and the vertical direction of the figure is the stacking direction of the catalyst layers.
  • FIG. 2 the same configuration as that of the fuel cell according to the first embodiment shown in FIG. 1 is adopted.
  • Constituent members and parts are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 1, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • the fuel cell 200 includes an electrolyte membrane 1 and an anode catalyst layer 2 a and a cathode catalyst layer disposed on both sides of the electrolyte membrane 1. 2b, an anode diffusion layer 3a and a force sword diffusion layer 3b disposed on both sides of the MEA 5, and the anode diffusion layer 3a and the force sword diffusion layer 3b. Separators 6 and 6 are provided on the outside. Further, the surface A 2, A 2,... Of the electrolyte membrane 1 constituting the spaces 50, 50,...
  • conductive materials such as by-products with carbon filler (Byron is a registered trademark of Toyobo Co., Ltd., the same shall apply hereinafter) are provided in the spaces 50, 50,. Are provided with adhesive material layers 20, 20,.
  • the adhesive material layers 20 0, 20 are formed in the spaces 50 0, 50,... Formed at the ends of the electrolyte membrane 1.
  • the gaps in the spaces 50, 50, ... according to the second embodiment are smaller than the gaps in the spaces 50, 50, ... according to the first embodiment, . Therefore, according to the fuel cell 200 according to the second embodiment, the generated water hardly accumulates at the end of the electrolyte membrane 1 and hydrogen peroxide does not easily stay at the end. It becomes possible to easily suppress the oxidative deterioration of the part. In addition, even if the generated water collects in a slight gap between the spaces 50, 50,. On the surface A 2, A 2, etc.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of the fuel cell according to the third embodiment of the present invention.
  • the same components as those of the fuel cell according to the second embodiment shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. Is omitted as appropriate.
  • the fuel cell 300 includes an electrolyte membrane 1 and an anode catalyst layer 2 a and a cathode catalyst layer 2 b disposed on both sides of the electrolyte membrane 1.
  • MEA 5 provided, the anode diffusion layer 3 a and the force sword diffusion layer 3 b disposed on both sides of the MEA 5, and the outside of the anode diffusion layer 3 a and the force sword diffusion layer 3 b Separators 6 and 6 are provided.
  • a 2 A 2 On the surface A 2, A 2,... Of the electrolyte membrane 1 constituting the spaces 50, 50,... Formed at the end of the electrolyte membrane 1, the adhesive material layers 21, 21, This adhesive material layer 2 1, 2 1,...
  • the space 50, 50,... Formed at the end portion of the electrolyte membrane 1 is coated with cerium oxide which is a hydrogen peroxide decomposing substance. Since the adhesive material layers 2 1, 2 1,... That are included are disposed, hydrogen peroxide that may exist in the spaces 50, 50,... Is transferred to the adhesive material layers 2 1, 2 1,. It can be decomposed by the hydrogen peroxide decomposing substances (or ions eluted from the hydrogen peroxide decomposing substances). Therefore, with this configuration, it is possible to effectively improve the durability of the fuel cell 300.
  • the arrangement form of the adhesive material layer is particularly limited as long as it is arranged so as to contact the surface A 2, A 2,. It is not something. However, from the viewpoint of effectively improving the durability of the electrolyte membrane and the like by reducing the gap in which the generated water and hydrogen peroxide can be retained as small as possible, the spaces 50, 50,. It is preferable to dispose the adhesive material layer in a form that can be almost completely closed.
  • the glass transition temperature T 1 of the adhesive material layer is not particularly limited.
  • T2 when the glass transition temperature of the electrolyte membrane is T2, T 1 ⁇ T 2
  • the fuel cell can be integrated with the ME cell and the diffusion layer by thermocompression bonding. Can It becomes possible, and it becomes possible to manufacture a fuel cell easily.
  • the method of disposing the adhesive material layer on the surface A2, A2, ... of the electrolyte membrane is not particularly limited. From the viewpoint of enabling easy and reliable disposition, it is preferable to dispose the adhesive material using a syringe or the like. If the adhesive material is placed using a syringe, set the needle hole diameter of the syringe! : When the elastic modulus of the diffusion layer is ⁇ and the thickness of the catalyst layer is d, It is preferable that If a syringe having a needle hole with such a diameter is used, an adhesive material in an amount capable of almost completely closing the spaces 50, 50,.
  • the catalyst layer according to the present invention is not limited to this form, and the catalyst does not contain the hydrogen peroxide decomposing substance. Even a fuel cell with a layer is acceptable. However, from the viewpoint of a fuel cell capable of effectively decomposing hydrogen peroxide produced as a by-product during the operation of the fuel cell, a fuel cell having a catalyst layer containing a hydrogen peroxide decomposing substance may be used. preferable.
  • cerium oxide has been provided as a hydrogen peroxide decomposition substance.
  • the hydroperoxide decomposition material that can be provided in the fuel cell of the present invention is not limited to cerium oxide.
  • Specific examples of hydrogen peroxide decomposing substances that can be provided in the fuel cell of the present invention include Mn, Fe, Pt, Pd, Ni, Cr, Cu, Ce, Sc, Rb, C, Ir, Ag, Au, Rh, Ti, Zr, Al, Hf, Ta, Nb, Os, etc. and / or compounds containing these metal elements Can do.
  • the fuel cell including the separator in the form in which the reaction gas supply path is formed on the ME A side is described.
  • the separator that can be provided in the fuel cell according to the present invention is limited to this form.
  • a flat type separator in which no reaction gas supply path is formed on the MEA side may be used.
  • the layers to be brought into contact with the separator are formed by a plating method or a foaming method.
  • the fuel cell may be formed of a porous material such as stainless steel, foamed metal such as titanium or nickel, or sintered metal, and the reaction gas is supplied to the layer.
  • the fuel cell according to the present invention is suitable for use as a power source of an electric vehicle, for example.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

耐久性を向上させることが可能な燃料電池を提供する。電解質膜（１）と、電解質膜（１）の両側に積層される触媒層（２ａ、２ｂ）と、触媒層（２ａ、２ｂ）の外側に積層される拡散層（３ａ、３ｂ）と、を備え、触媒層（２ａ、２ｂ）の積層面が、電解質膜（１）の積層面よりも小さく、拡散層（３ａ、３ｂ）の積層面が、触媒層（２ａ、２ｂ）の積層面よりも大きく、かつ、電解質膜（１）の積層面よりも小さく、触媒層（２ａ、２ｂ）と当接すべき電解質膜（１）の表面をＡ１、触媒層（２ａ、２ｂ）と当接せず、かつ、電解質膜（１）と拡散層（３ａ、３ｂ）との間の空間を形成する電解質膜（１）の表面をＡ２とするとき、表面Ａ２に、過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及び／又は該金属元素を含む化合物を備えることを特徴とする、燃料電池（１００）とする。

Description

燃料電池
技術分野
明
本発明は、 燃料電池に関し、 特に、 耐久性を向上させることが可能な燃 料電池に関する。 書
背景技術 燃料電池は、 電解質層 （以下、 「電解質膜」 という。 ） と、 当該電解質 膜の両側に配置される電極 （アノード及びカソード） とを備える膜電極接合 体 （以下において、 「MEA (Membrane Electrode Assembly) 」 と記述す る。 ） における電気化学反応により発生した電気エネルギーを、 この ME A の両側に配設されるセパレータを介して外部に取り出している。燃料電池の 中でも、家庭用コージエネレ一ショ ン · システムや自動車等に使用される固 体高分子型燃料電池 （以下において、 「P E F C (Polymer Electrolyte F uel Cell) 」 と記述する。 ） は、 低温領域での運転が可能である。 また、 P E F Cは、 高いエネルギー変換効率を示し、 起動時間が短く、 かつシステム が小型軽量であることから、電気自動車や携帯用電源の最適な動力源と して 注目されている。 P E F Cのュニッ トセルは、 電解質膜、 少なく とも触媒層を備えるァノ 一ド及び力ソード、 並びに、 セパレータを含んでいる。 P E F Cのァノード 電極には水素を含む反応ガスが供給されるとともに、カソード電極には酸素 を含む反応ガスが供給され、 これらの反応ガス、 並びに、 触媒層中に含まれ る触媒 （例えば、 P t等） 及び電解質成分により形成される三相界面におい て電気化学反応が起こる。 この電気化学反応により、 P E F Cのユエッ トセ ルでは、 例えば 0 . 7 V程度の起電力を得ることが可能になる。 しかし、 か かる低起電力では電気自動車等の動力源として不十分であるため、 通常は、 ュニッ トセルを直列に積層した積層体の積層方向両端にェンドブレート等 を配置して構成されるスタック形態の燃料電池が使用されている。
他方、燃料電池の発電時にユニッ トセル内の触媒層で過酸化水素が生成 され、この過酸化水素から生成される O Hラジカル等が起点となって M E A の高分子電解質を酸化劣化させていることが明らかになりつつある。かかる 劣化は、燃料電池の耐久性低下の一因となるため、 M E A内の過酸化水素を 低減することで上記劣化を抑制し、燃料電池の耐久性を向上させることが望 まれている。
燃料電池の耐久性を向上させることを目的とした技術は、これまでに開 示されている。 例えば、 特開 2 0 0 3— 1 0 9 6 2 3号公報には、 電解質膜 を挟むように配置された一対の触媒層の少なく とも一方が、パーフルォロカ 一ボンスルホン酸系高分子電解質と、炭素一フッ素結合より小さい結合エネ ルギーを有する分子とを含むことを特徴とする、高分子電解質型燃料電池に 関する技術が開示されている。 かかる技術によれば、 過酸化物ラジカルゃヒ ドロキシラジカルに対する耐酸化性が飛躍的に向上した耐久性の高い高分 子電解質型燃料電池が得られるとしている。
P E F Cにおいて、触媒層の積層面と電解質膜の積層面と拡散層の積層 面とは、通常、それぞれの形状や大きさが異なるため、電解質膜の端部には、 空間 （隙間） が形成されやすい。 一方、 燃料電池の作動時には電気化学反応 により水が生成されるとともに、 副反応として、 過酸化水素が生成される。 この過酸化水素が、 電解質膜の端部に形成された空間 （以下、 「電解質膜と 拡散層との間の空間」 ということがある。 ） に存在すると、 電解質膜の劣化 が生じることがある。
ここで、 特開 2 00 3— 1 0 9 6 2 3号公報に開示されている技術は、 優れた耐酸化性能を有する分子が触媒層に含まれる点に特徴があり、触媒層 内で耐酸化性能を発現させることは可能である反面、電解質膜の端部では当 該耐酸化性能を発現させ難い。 すなわち、 特開 200 3— 1 0 96 2 3号公 報に開示されている技術によっても、電解質膜の端部で生じる酸化劣化を防 止することは困難であり、燃料電池の耐久性を向上させ難いという問題があ つた。
そこで本発明は、耐久性を向上させることが可能な燃料電池を提供する ことを課題とする。 発明の開示
上記課題を解決するために、 本発明は以下の手段をとる。 すなわち、 本 発明の態様は、 電解質膜と、 該電解質膜の両側に積層される触媒層と、 該触 媒層の外側に積層される拡散層と、 を備え、 触媒層の積層面が、 電解質膜の 積層面よりも小さく、 拡散層の積層面が、 触媒層の積層面よりも大きく、 か つ、 電解質膜の積層面よりも小さく、 触媒層と当接すべき電解質膜の表面を A l、 触媒層と当接せず、 かつ、 電解質膜と拡散層との間の空間を形成する 電解質膜の表面を A 2とするとき、 表面 A 2に、 過酸化水素分解性能を有す る金属元素の単体、及び 又は該金属元素を含む化合物を備えることを特徴 とする、 燃料電池である。
ここに、 「積層面」 とは、 触媒層の積層方向を法線方向とする平面を意 味している。 さらに、 本発明において、 「電解質膜の表面 A 2に過酸化水素 分解性能を有する金属元素の単体、及び Z又は該金属元素を含む化合物を備 える」 とは、 当該表面 A 2に過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、 及び Z又は該金属元素を含む化合物のみが備えられる形態のほか、表面 A 2 に配設される物質に過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及び/又 は該金属元素を含む化合物が備えられる形態をも含む概念である。 加えて、 過酸化水素分解性能を有する金属元素の具体例としては、 M n、 F e、 P t、 P d、 N i 、 C r、 C u、 C e、 S c、 R b、 C o、 I r、 A g、 A u、 R h、 T i 、 Z r 、 A l 、 H f 、 T a、 N b、 O s等を挙げることができ、 ィ匕 合物の具体例としては、前記金属元素を含む酸化物等を挙げることができる。
また、 上記本発明の態様において、 接着性材料層が、 表面 A 2に配設さ れていてもよい。
さらに、 上記本発明の態様 （変形例を含む。 以下において同じ。 ） にお いて、 接着性材料層に、 過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、 及び Z又は、 当該金属元素を含む化合物が備えられていてもよい。
さらにまた、 上記本発明の態様において、 触媒層に、 過酸化水素分解性 能を有する金属元素の単体、及び 又は当該金属元素を含む化合物が備えら れていてもよレヽ。 発明の効果
本発明の態様によれば、電解質膜の端部に形成される空間に水が溜まり、 この水の中に過酸化水素が留まっても、水と接触すべき電解質膜の表面 A 2 に過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、及びノ又は該金属元素を含 む化合物 （以下において、 単に 「過酸化水素分解物質」 と記述する。 ） が備 えられているので、電解質膜の端部に形成される空間に備えられる過酸化水 素を分解することが可能になる。 したがって、 本発明によれば、 耐久性を向 上させることが可能な燃料電池を提供できる。
上記本発明の態様において、 接着性材料層が、 表面 A 2に配設されてい れば、 電解質膜の端部に形成される空間を、 接着性材料層で塞ぐことが可能 になる。 そのため、 電解質膜の端部に溜まる水を低減することで、 上記空間 に留まる過酸化水素の量を低減することが可能になり、仮に当該空間に水が 溜まり、 この水に過酸化水素が含まれていたとしても、 電解質膜の表面 A 2 に備えられる過酸化水素分解物質により過酸化水素を分解することが可能 になる。
また、 上記本発明の態様において、 接着性材料層に、 過酸化水素分解物 質が備えられていれば、 電解質膜の端部に留まる過酸化水素を、 上記接着性 材料層に備えられる過酸化水素分解物質により分解することが可能になる。 したがって、 かかる構成とすることで、 耐久性を効果的に向上させることが 可能な燃料電池を提供することが可能になる。
さらに、 上記本発明の態様において、 触媒層に、 過酸化水素分解物質が 備えられていれば、 より効果的に過酸化水素を分解することが可能になる。 したがって、 かかる構成とすることで、燃料電池の耐久性をより一層向上さ せることが可能になる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 第 1実施形態にかかる本発明の燃料電池、 及び、 当該燃料電 池の電解質膜を概略的に示す断面図である。
第 2図は、第 2実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を概略的に 示す断面図である。
第 3図は、第 3実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を概略的に 示す断面図である。
第 4図は、 従来の燃料電池を概略的に示す断面図である。
添付の図面において、 1は電解質膜、 2 aはアノード触媒層、 2 bは力 ソード触媒層、 3 aはアノード拡散層、 3 bは力ソード拡散層、 1 0は酸化 セリ ゥム含有層 （過酸化水素分解物質含有層） 、 2 0及び 2 1は接着性材料 層、 1 0 0、 2 0 0、 及び 3 0 0は燃料電池を示す。 発明を実施するための最良の形態
P E F Cのァノードでは、水素からプロ トン及び電子が発生する電気化 学反応が生じる一方、カソードでは、酸素が、外部回路を移動してきた電子、 及び、 電解質膜を通過してきたプロ トンと反応することにより、 水が生成さ れる。 しかしながら、 P E F Cを実際に作動させると、 これらの主反応の他 に副反応が生じ、この副反応によって過酸化水素が生成されることが知られ ている。 そして、 P E F C内に鉄イオン等が存在すると、 過酸化水素から O Hラジカル等が発生し、 この O Hラジカル等により、 電解質膜等に含まれる 電解質成分が酸化劣化する。 なお、 P E F C内で発生した過酸化水素は、 拡 散等によって、 P E F C内の電気化学反応により生成される水 （以下におい て、 「生成水」 と記述することがある。 ） とともに移動可能である。 一方、 P E F Cにおける電解質膜の積層面は、 通常、 触媒層の積層面よ りも大きく、 これらの構成部材を用いてュニッ トセルが作製されると、 電解 質膜の端部には空間 （隙間） が形成されやすい。 かかる空間には、 P E F C の作動時に生成される水が溜まりやすく、 さらに、過酸化水素も留まりやす い。 そのため、 電解質膜の端部では、 O Hラジカル等が発生しやすく、 酸化 劣化されやすい。
本発明は、 かかる問題を解決するためになされたものであり、 その要旨 は、 触媒層と当接せず、 かつ、 電解質膜と拡散層との間の空間を形成する電 解質膜の表面に過酸化水素分解物質を備える構成とすることで、耐久性を向 上させることが可能な燃料電池を提供することにある。
まず、 本発明の理解を容易にするため、 従来の燃料電池について概説す る。
第 4図は、 従来の燃料電池を概略的に示す断面図であり、 図の上下方向 が触媒層の積層方向である。第 4図に示すように、従来の燃料電池 9 0 0は、 電解質膜 9 1 と当該電解質膜 9 1の両側に配設されるアノード触媒層 9 2 a及びカソード触媒層 9 2 bとを備える M E A 9 5と、当該 M E A 9 5の両 側に配設されるァノード拡散層 3 a及び力ソード拡散層 3 bと、当該ァノー ド拡散層 3 a及び力ソ一ド拡散層 3 bの外側に配設されるセパレータ 6、 6 とを備えている。 そして、 ァノード触媒層 9 2 a及び力ソード触媒層 9 2 b には、 例えば、 電気化学反応の触媒として機能する白金が担持された炭素粒 子 （以下において、 「白金担持カーボン」 と記述する。 ） が備えられる一方、 アノード拡散層 3 a及び力ソード拡散層 3 bは、 例えば、 炭素繊維からなる カーボンペーパーにより構成され、 セパレ一タ 6、 6を介して電解質膜 9 1 側へ締結圧力が加えられている。 M E A 9 5の外側に配置されるセパレータ 6、 6には、 アノード拡散層 3 a及び力ソード拡散層 3 b側に、 それぞれ、 反応ガス供給路 7 a、 7 a、 · ··、 及び 7 b、 7 b、 …が形成されており、 反 応ガス供給路 7 a、 7 a、 …には水素含有物質 （以下において、 「水素」 と 記述する。 ） が供給される一方、 反応ガス供給路 7 b、 7 b、 …には酸素含 有物質 （以下において、 「空気」 と記述する。 ） が供給され、 これらの反対 側の面には冷却媒体流路 8、 8、 …が形成されている。
燃料電池 9 0 0の発電時には、 例えば、 反応ガス供給路 7 a、 7 a、 … から供給される水素の一部が、 電解質膜 9 1を透過して、 力ソード触媒層 9 2 bへと達し、カソード触媒層 9 2 bにおいて水素ガス及び酸素ガスが共存 する場合がある。 一般に、 燃料電池の力ソードは 0 . 4〜 1 . 0 V程度の電 位環境であり、かかる環境下において白金担持カーボン上で酸素が還元され ると過酸化水素が生成され、 さらに、 当該過酸化水素に起因する O Hラジカ ルが生成される。 また、 上述のように、 力ソード拡散層 3 bは炭素繊維によ り構成されているため、当該炭素繊維上で酸素が還元されても過酸化水素が 生成され、 過酸化水素に起因する O Hラジカル等が生成される。
他方、 第 4図に示すように、 燃料電池 9 0 0において、 電解質膜 9 1の 端部には、 空間 5 0、 5 0、 …が形成されており、 燃料電池 9 0 0の作動時 には生成水が空間 5 0、 5 0、 …に溜まりやすく、 同時に、 過酸化水素も当 該空間 5 0、 5 0、 …に留まりやすい。 そのため、 電解質膜 9 1の端部は、 上記 O Hラジカル等によって劣化され、破損されやすい。 電解質膜 9 1が破 損すると、 燃料電池の電圧が低下し、 発電性能の低下を招く。 したがって、 かかる破損の一因となる過酸化水素の生成を抑制することで、電解質膜の劣 化を抑制し、 燃料電池の耐久性を向上させることが望ましい。
以下に図面を参照しつつ、本発明の燃料電池ついてさらに具体的に説明 する。
1 . 第 1実施形態
第 1図は、 第 1実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例、 及び、 当 該燃料電池の電解質膜を概略的に示す断面図であり、図の上下方向が触媒層 の積層方向である。 第 1図 （A ) は、 第 1実施形態にかかる本発明の燃料電 池の形態例を概略的に示す断面図であり、 第 1図 （B ) は、 第 1図 （A ) に 示す電解質膜のみを抽出して示す断面図である。 なお、 第 1図において、 第 4図に示す従来の燃料電池と同様の構成を採る構成部材 ·部位には、第 4図 にて使用した符号と同符号を付し、 その説明を適宜省略する。 また、 以下に おいて、 アノード触媒層及び力ソード触媒層を、 単に 「触媒層」 と表記する ことがある。
第 1図 （A ) に示すように、 第 1実施形態にかかる燃料電池 1 0 0は、 電解質膜 1 と当該電解質膜 1の両側に配設されるアノード触媒層 2 a及び カソード触媒層 2 bとを備える M E A 5と、当該 M E A 5の両側に配設され るァノード拡散層 3 a及びカソード拡散層 3 bと、当該ァノード拡散層 3 a 及び力ソード拡散層 3 bの外側に配設されるセパレータ 6、 6とを備えてい る。 アノード触媒層 2 a及び力ソード触媒層 2 bには、 例えば、 白金担持力 一ボンとともに過酸化水素分解物質 （以下において、 「酸化セリ ウム」 と記 述することがある。 ） が備えられる一方、 アノード拡散層 3 a及びカソード 拡散層 3 bは、 例えば、 炭素繊維からなるカーボンペーパーにより構成され ている。 そして、 電解質膜 1の端部に形成される空間 5 0、 5 0、 …を構成 する電解質膜 1の表面に、 酸化セリウム含有層 1 0、 1 0、 …が配設される ことで、 過酸化水素分解物質が備えられている。
このように、 電解質膜 1の端部には空間 5 0、 5 0、 …が形成されてい るため、 燃料電池 1 0 0の作動時には、 当該空間に生成水が溜まりやすく、 それとともに、 過酸化水素も留まりやすい。 ところが、 第 1実施形態にかか る燃料電池 1 0 0によれば、 空間 5 0、 5 0、 …を構成する電解質膜 1の表 面に酸化セリ ゥム含有層 1 0、 1 0、 …が備えられている。 そのため、 燃料 電池 1 0 0によれば、 空間 5 0、 5 0、 …に存在し得る過酸化水素を分解す ることが可能になる結果、電解質膜 1の端部の損傷を抑制することが可能に なる。
さらに、 上述のように、 第 1実施形態にかかる触媒層 2 a、 2 bには、 酸化セリ ゥムが含まれている。 そのため、 燃料電池 1 0 0によれば、 空間 5 0、 5 0、 …以外の部位、 例えば、 アノード触媒層 2 aや力ソード触媒層 2 b等に存在する過酸化水素をも分解することが可能になる。 したがって、 か かる構成とすることで、 燃料電池の酸化劣化を防止することが可能になり、 耐久性を向上させることが可能な燃料電池を提供することが可能になる。
次に、 触媒層と当接すべき電解質膜の表面 A 1、 及び、 触媒層と当接せ ず、 かつ、 電解質膜と拡散層との間の空間を形成する電解質膜の表面 A 2に ついて、 第 1図 （A ) 及び第 1図 （B ) を適宜参照しつつ、 説明する。
第 1図 （B ) は、 第 1図 （A ) に示す燃料電池 1 0 0に備えられる電解 質膜 1のみを抽出して示す拡大図である。 第 1図 （A ) に示すように、 本実 施形態にかかる燃料電池 1 0 0は、 従来の燃料電池 9 0 0と同様に、 電解質 膜よりも積層面が小さい触媒層を備えている。 そのため、 電解質膜 1の表面 は、 触媒層 2 a、 2 bと当接すべき表面 A 1 と、 触媒層と当接せず、 かつ、 電解質膜と拡散層との間の空間を形成する電解質膜の表面 A 2、 A 2とに区 分することができる （第 1図 （B ) 参照） 。 以下、 表面 A l、 表面 A 2とい う表現を適宜使用しつつ、 本発明の他の実施形態について説明する。
2 . 第 2実施形態
第 2図は、第 2実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を概略的に 示す断面図であり、 図の上下方向が触媒層の積層方向である。 なお、 第 2図 において、第 1図に示す第 1実施形態にかかる燃料電池と同様の構成を採る 構成部材 ·部位には、 第 1図にて使用した符号と同符号を付し、 その説明を 適宜省略する。
第 2図に示すように、 第 2実施形態にかかる燃料電池 2 0 0は、 電解質 膜 1 と当該電解質膜 1の両側に配設されるァノ一ド触媒層 2 a及びカソ一 ド触媒層 2 bとを備える M E A 5と、当該 M E A 5の両側に配設されるァノ 一ド拡散層 3 a及び力ソード拡散層 3 bと、当該ァノード拡散層 3 a及び力 ソード拡散層 3 bの外側に配設されるセパレータ 6、 6とを備えている。 そ して、 電解質膜 1の端部に形成される空間 5 0、 5 0、 …を構成する電解質 膜 1の表面 A 2、 A 2、 …には、 酸化セリ ゥム含有層 1 0、 1 0、 …が配設 されているほか、 当該空間 5 0、 5 0、 …に、 カーボンフイラ一入りバイ口 ン （バイロンは、 東洋紡績株式会社の登録商標。 以下において同じ。 ） 等の 導電性材料により構成される接着性材料層 2 0、 2 0、…が配設されている。
第 2図に示すように、 第 2実施形態にかかる燃料電池 2 0 0では、 電解 質膜 1の端部に形成される空間 5 0、 5 0、 …に接着性材料層 2 0、 2 0、 …が配設されているため、 第 2実施形態にかかる空間 5 0、 5 0、 …の隙間 は、 第 1実施形態にかかる空間 5 0、 5 0、 …の隙間よりも、 小さレ、。 した がって、 第 2実施形態にかかる燃料電池 2 0 0によれば、 電解質膜 1の端部 に生成水が溜まり難く、 当該端部に過酸化水素が留まり難いので、 電解質膜 1の端部の酸化劣化を容易に抑制することが可能になる。 また、 上記空間 5 0、 5 0、 …の僅かな隙間に生成水が溜まったとしても、 本実施形態にかか る電解質膜 1の表面 A 2、 A 2、 …には酸化セリ ゥム含有層 1 0、 1 0、 · ·· が形成されているため、電解質膜 1の端部において過酸化水素を効果的に分 解することが可能になる。 したがって、 かかる形態とすることで、 耐久性を 効果的に向上させ得る燃料電池 2 0 0を提供することが可能になる。
3 . 第 3実施形態
第 3図は、第 3実施形態にかかる本発明の燃料電池の形態例を概略的に 示す断面図であり、 図の上下方向が触媒層の積層方向である。 なお、 第 3図 において、第 2図に示す第 2実施形態にかかる燃料電池と同様の構成を採る 構成部材 ·部位には、 第 2図にて使用した符号と同符号を付し、 その説明を 適宜省略する。
第 3図に示すように、 第 3実施形態にかかる燃料電池 3 0 0は、 電解質 膜 1 と当該電解質膜 1の両側に配設されるアノード触媒層 2 a及びカソー ド触媒層 2 bとを備える M E A 5と、当該 M E A 5の両側に配設されるァノ 一ド拡散層 3 a及び力ソード拡散層 3 bと、当該ァノード拡散層 3 a及び力 ソード拡散層 3 bの外側に配設されるセパレ一タ 6、 6とを備えている。 そ して、 電解質膜 1の端部に形成される空間 5 0、 5 0、 …を構成する電解質 膜 1の表面 A 2、 A 2、 …には、 接着性材料層 2 1、 2 1、 …が配設されて おり、 この接着性材料層 2 1、 2 1、 …は、 例えば、 カーボンフイラ一入り バイ口ン等の導電性材料に酸化セリ ゥムを分散させる等の方法により形成 されている。 このように、 第 3実施形態にかかる燃料電池 3 0 0では、 電解質膜 1の 端部に形成される空間 5 0、 5 0、 …に、 過酸化水素分解物質である酸化セ リ ゥムを含む接着性材料層 2 1、 2 1、 …が配設されているため、 当該空間 5 0、 5 0、 …に存在し得る過酸化水素を、 接着性材料層 2 1、 2 1、 …に 含まれる過酸化水素分解物質 （又は、 当該過酸化水素分解物質から溶出する イオン等） により分解することが可能になる。 したがって、 かかる形態とす ることで、燃料電池 3 0 0の耐久性を効果的に向上させることが可能になる。
本発明の燃料電池に接着性材料層が備えられる場合、電解質膜の表面 A 2、 A 2、 …と当接するように配設されていれば、 接着性材料層の配設形態 は特に限定されるものではない。 但し、 生成水及び過酸化水素を滞留させ得 る隙間を可能な限り小さくすることで電解質膜等の耐久性を効果的に向上 させる等の観点からは、上記空間 5 0、 5 0、…を略完全に塞ぎ得る形態で、 接着性材料層を配設することが好ましい。
また、 本発明の燃料電池に上記接着性材料層が備えられる場合、 当該接 着性材料層のガラス転移温度 T 1は、 特に限定されるものではない。 但し、 M E Aと拡散層とを熱圧着により一体化可能とすることで燃料電池を容易 に製造可能とする等の観点から、電解質膜のガラス転移温度を T 2とすると き、 T 1 < T 2であることが好ましい。 かかる条件を満たす接着性材料層を 用いれば、本発明の燃料電池が炭化水素系の電解質膜を備える場合であって も、 M E Αと拡散層とを熱圧着により一体化し得る、 燃料電池とすることが 可能になり、 燃料電池を容易に製造することが可能になる。
さらに、 上記接着性材料層を備える燃料電池とする場合、 当該接着性材 料層を電解質膜の表面 A 2、 A 2、 …上に配設する方法は特に限定されるも のではないが、 簡易かつ確実に配設可能とする等の観点からは、 注射器等を 用いて接着性材料を配設することが好ましい。 ここに、 注射器を用いて上記 接着性材料を配設する場合、 注射器の針穴径を！：、 拡散層の弾性率を μ、 触 媒層の厚さを dとするとき、
Figure imgf000018_0001
であることが好ましい。 かかる径の針穴を有する注射器を用いれば、 上記空 間 5 0、 5 0、…を略完全に塞ぎ得る量の接着性材料を上記表面 A 2、 A 2、
…に容易に配設することが可能になり、電解質膜の酸化劣化を効果的に抑制 し得る燃料電池を提供することが可能になる。
上記説明では、触媒層に過酸化水素分解物質が含まれる形態について記 述したが、 本発明にかかる触媒層は当該形態に限定されるものではなく、 過 酸化水素分解物質を含まない形態の触媒層を備える燃料電池であっても良 レ、。 但し、燃料電池の作動時に副生される過酸化水素を効果的に分解し得る 燃料電池とする観点からは、 過酸化水素分解物質を含む触媒層、 を備える形 態の燃料電池とすることが好ましい。
また、 これまで、過酸化水素分解物質として酸化セリ ウムが備えられる 形態の燃料電池について記述したが、本発明の燃料電池に備えられ得る過酸 化水素分解物質は酸化セリ ウムに限定されるものではない。本発明の燃料電 池に備えられ得る過酸化水素分解物質の具体例としては、 Mn、 F e、 P t、 P d、 N i、 C r、 C u、 C e、 S c、 R b、 C o、 I r、 A g、 Au、 R h、 T i、 Z r、 A l、 H f 、 T a、 N b、 O s等、 及び/又は、 これらの 金属元素を含む化合物を挙げることができる。
また、 上記説明では、 ME A側に反応ガス供給路が形成されている形態 のセパレータを備える燃料電池について記述したが、本発明にかかる燃料電 池が備え得るセパレータは当該形態に限定されるものではなく、 例えば、 M E A側に反応ガス供給路が形成されていないフラッ トタイプのセパレータ であっても良い。 かかる形態の燃料電池とする場合には、 セパレータと当接 すべき層（第 1ないし第 3実施形態にかかる燃料電池ではアノード拡散層及 び力ソ一ド拡散層）を、めっき法や発泡法等により製造されるステンレス鋼、 チタン又はニッケル等の発泡金属、あるいは焼結金属等の多孔体により形成 し、 当該層に反応ガスが供給される形態の燃料電池とすれば良い。 産業上の利用可能性
以上のように、 本発明にかかる燃料電池は、 例えば、 電気自動車の動力 源として用いるのに適している。

Claims

請 求 の 範 囲
電解質膜と、 該電解質膜の両側に積層される触媒層と、 該触媒層の外側 に積層される拡散層と、 を備え、 前記触媒層の積層面が、 前記電解質膜 の積層面よりも小さく、 前記拡散層の積層面が、 前記触媒層の積層面よ りも大きく、 かつ、 前記電解質膜の積層面よりも小さく、 前記触媒層と 当接すべき前記電解質膜の表面を A 1、 前記触媒層と当接せず、 かつ、 前記電解質膜と前記拡散層との間の空間を形成する前記電解質膜の表 面を A 2とするとき、 前記表面 A 2に、 過酸化水素分解性能を有する金 属元素の単体、 及び Z又は該金属元素を含む化合物を備えることを特徴 とする、 燃料電池。
接着性材料層が、 前記表面 A 2に配設されることを特徴とする、 請求の 範囲第 1項に記載の燃料電池。
前記接着性材料層に、 過酸化水素分解性能を有する金属元素の単体、 及 びノ又は該金属元素を含む化合物が備えられることを特徴とする、 請求 の範囲第 2項に記載の燃料電池。
前記触媒層に、 過酸化水素分解性能を有する前記金属元素の単体、 及び Z又は該金属元素を含む前記化合物が備えられることを特徴とする、 請 求の範囲第 1〜 3項のいずれか 1項に記載の燃料電池。
PCT/JP2006/307785 2005-04-06 2006-04-06 燃料電池 WO2006109837A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/918,069 US20090023028A1 (en) 2005-04-06 2006-04-06 Fuel Cell
EP06731721A EP1873853A4 (en) 2005-04-06 2006-04-06 FUEL CELL
CA002604117A CA2604117A1 (en) 2005-04-06 2006-04-06 Fuel cell

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005-109734 2005-04-06
JP2005109734A JP2006294293A (ja) 2005-04-06 2005-04-06 燃料電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006109837A1 true WO2006109837A1 (ja) 2006-10-19

Family

ID=37087102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2006/307785 WO2006109837A1 (ja) 2005-04-06 2006-04-06 燃料電池

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20090023028A1 (ja)
EP (1) EP1873853A4 (ja)
JP (1) JP2006294293A (ja)
CN (1) CN101203972A (ja)
CA (1) CA2604117A1 (ja)
WO (1) WO2006109837A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011216380A (ja) * 2010-04-01 2011-10-27 Hitachi Ltd 固体高分子形燃料電池

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5166690B2 (ja) * 2005-06-02 2013-03-21 三菱重工業株式会社 固体高分子電解質形燃料電池
JP2009037919A (ja) * 2007-08-02 2009-02-19 Sharp Corp 燃料電池およびその製造方法、ならびに燃料電池スタック
US7989115B2 (en) 2007-12-14 2011-08-02 Gore Enterprise Holdings, Inc. Highly stable fuel cell membranes and methods of making them
US8999595B2 (en) 2010-11-30 2015-04-07 GM Global Technology Operations LLC Fuel cells having improved durability
JP2013008687A (ja) * 2012-08-24 2013-01-10 Sharp Corp 燃料電池スタック
JP6098430B2 (ja) * 2013-04-15 2017-03-22 旭硝子株式会社 固体高分子形燃料電池
JP6325025B2 (ja) * 2016-07-05 2018-05-16 本田技研工業株式会社 電解質膜・電極構造体の製造方法
WO2020241773A1 (ja) 2019-05-31 2020-12-03 旭化成株式会社 高分子電解質膜、膜電極接合体、固体高分子電解質形燃料電池、及び高分子電解質膜の製造方法
JP2021099953A (ja) * 2019-12-23 2021-07-01 トヨタ自動車株式会社 燃料電池単位セル
JP7456374B2 (ja) 2020-12-25 2024-03-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池セルおよび膜電極接合体プレートの製造方法
US11404747B1 (en) 2022-02-18 2022-08-02 ZAF Energy Systems, Incorporated Ceria coatings and structures for zinc-based battery separators

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0790111A (ja) * 1993-06-18 1995-04-04 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 高分子固体電解質組成物
JPH10154521A (ja) * 1996-09-24 1998-06-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子型燃料電池
JP2000106203A (ja) * 1998-09-30 2000-04-11 Aisin Seiki Co Ltd 固体高分子電解質膜及び燃料電池用電極及び固体高分子電解質型燃料電池
JP2003123777A (ja) * 2001-10-19 2003-04-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子電解質型燃料電池
JP2005019232A (ja) * 2003-06-26 2005-01-20 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 遷移金属酸化物含有固体高分子電解質
JP2005063902A (ja) * 2003-08-19 2005-03-10 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 固体高分子型燃料電池用電解質膜電極接合体および固体高分子型燃料電池

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0586461B1 (en) * 1991-06-04 1995-09-13 Ballard Power Systems Inc. Gasketed membrane electrode assembly for electrochemical fuel cells
US5766787A (en) * 1993-06-18 1998-06-16 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. Solid polymer electrolyte composition
AU2001260606B2 (en) * 2000-11-21 2006-10-19 Nok Corporation Constituent part for fuel cell
EP1357622A4 (en) * 2001-01-31 2008-12-24 Panasonic Corp HIGH POLYMER ELECTROLYTIC FUEL CELL AND ELECTROLYTIC FILM SEAL ASSEMBLY FOR THE FUEL CELL
DE10130828A1 (de) * 2001-06-27 2003-01-16 Basf Ag Brennstoffzelle
JP4105421B2 (ja) * 2001-10-31 2008-06-25 株式会社日立製作所 固体高分子型燃料電池用電極及びそれを用いた固体高分子型燃料電池並びに発電システム
US7112386B2 (en) * 2002-09-04 2006-09-26 Utc Fuel Cells, Llc Membrane electrode assemblies with hydrogen peroxide decomposition catalyst
JP4979179B2 (ja) * 2003-08-22 2012-07-18 株式会社豊田中央研究所 固体高分子型燃料電池およびその製造方法
EP1658652B1 (en) * 2003-08-29 2011-01-26 E.I. Du Pont De Nemours And Company Process for the preparation of a unitized membrane electrode assembly
US7132191B2 (en) * 2003-09-17 2006-11-07 General Motors Corporation Addressing one MEA failure mode by controlling MEA catalyst layer overlap

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0790111A (ja) * 1993-06-18 1995-04-04 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 高分子固体電解質組成物
JPH10154521A (ja) * 1996-09-24 1998-06-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子型燃料電池
JP2000106203A (ja) * 1998-09-30 2000-04-11 Aisin Seiki Co Ltd 固体高分子電解質膜及び燃料電池用電極及び固体高分子電解質型燃料電池
JP2003123777A (ja) * 2001-10-19 2003-04-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子電解質型燃料電池
JP2005019232A (ja) * 2003-06-26 2005-01-20 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 遷移金属酸化物含有固体高分子電解質
JP2005063902A (ja) * 2003-08-19 2005-03-10 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 固体高分子型燃料電池用電解質膜電極接合体および固体高分子型燃料電池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1873853A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011216380A (ja) * 2010-04-01 2011-10-27 Hitachi Ltd 固体高分子形燃料電池

Also Published As

Publication number Publication date
CN101203972A (zh) 2008-06-18
CA2604117A1 (en) 2006-10-19
EP1873853A1 (en) 2008-01-02
US20090023028A1 (en) 2009-01-22
JP2006294293A (ja) 2006-10-26
EP1873853A4 (en) 2011-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2006109837A1 (ja) 燃料電池
JP2010003568A (ja) リチャージャブルダイレクトカーボン燃料電池
CN102668210B (zh) 燃料电池
WO2009139370A1 (ja) 燃料電池および燃料電池層
JP4828841B2 (ja) 燃料電池
JP4566995B2 (ja) 膜電極アッセンブリを備える装置及びこの装置を準備する方法
JP4553861B2 (ja) 燃料電池
JP5021885B2 (ja) 燃料電池
JP2008004448A (ja) 燃料電池スタック
JP2007059340A (ja) 燃料電池の製造方法
JP2009009731A (ja) 燃料電池構成部材
JP2006244721A (ja) 燃料電池及び燃料電池の製造方法
WO2009119434A1 (ja) 燃料電池ユニット、燃料電池スタックおよび電子機器
JP5044909B2 (ja) 燃料電池
JP2008171771A (ja) 電極触媒及び燃料電池
JP2006351320A (ja) 燃料電池の製造方法
JP4019678B2 (ja) 固体高分子電解質型燃料電池
JP5002890B2 (ja) 燃料電池
JP7452465B2 (ja) 燃料電池
JP2005190749A (ja) 燃料電池用膜電極接合体及びそれを用いた固体高分子形燃料電池
JP2004303472A (ja) 燃料電池スタック
JP2006520995A (ja) 電気化学エネルギー源およびそのようなエネルギー源を内蔵する電子装置
JP2006140087A (ja) 膜電極接合体及び燃料電池
KR100599773B1 (ko) 휴대형 전자기기용 연료 전지 시스템
JP2007287412A (ja) 燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200680020043.X

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2604117

Country of ref document: CA

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2006731721

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: RU

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2006731721

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11918069

Country of ref document: US