JP2003317741A - Electrode structure for fuel cell - Google Patents

Electrode structure for fuel cell

Info

Publication number
JP2003317741A
JP2003317741A JP2002125292A JP2002125292A JP2003317741A JP 2003317741 A JP2003317741 A JP 2003317741A JP 2002125292 A JP2002125292 A JP 2002125292A JP 2002125292 A JP2002125292 A JP 2002125292A JP 2003317741 A JP2003317741 A JP 2003317741A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
porous body
catalyst layer
gas
fuel cell
electrode structure
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
Application number
JP2002125292A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazushi Okato
一志 岡登
Atsushi Ishida
敦之 石田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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 Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2002125292A priority Critical patent/JP2003317741A/en
Publication of JP2003317741A publication Critical patent/JP2003317741A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode structure for a fuel cell, capable of increasing electrode area per unit volume and providing high power generating performance. <P>SOLUTION: The electrode structure comprises a porous body 1 having continuous gas cavities capable of passing gas, a plurality of communication holes 2 formed in the porous body 1, first catalyst layers 3 formed on the inner wall surfaces of the communication holes 2, ion conductable electrolyte 4 formed on the first catalyst layers 3, and second catalyst layers 5 formed on the electrolyte 4. The porous body 1 passes oxygen containing gas or fuel gas, and the communication holes 2 pass the other gas. The porous body 1 has porosity of a range of 20 to 80%. The porous body 1 is made of one material selected from a group formed of cordierite, alumina, and mullite. One end surface of the porous body 1 is provided with a first electrode terminal 6 connected to the first catalyst layers 3, and the other end surface of the porous body 1 is provided with a second electrode terminal 7 that is different from the first electrode terminal 6 and is connected to the catalyst layers 5. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用電極構
造体に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electrode structure for a fuel cell.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、石油資源が枯渇化する一方、化石
燃料の消費による地球温暖化等の環境問題が深刻化して
いる。そこで、二酸化炭素の発生を伴わないクリーンな
電動機用電力源として燃料電池が注目され、広範に開発
が行われている。2. Description of the Related Art In recent years, as petroleum resources have been depleted, environmental problems such as global warming due to consumption of fossil fuels have become serious. Therefore, a fuel cell has attracted attention as a clean electric power source for electric motors that does not generate carbon dioxide, and has been extensively developed.

【０００３】従来、前記燃料電池用電極構造体として、
平板状の一対の触媒層の間にイオン導伝可能な電解質膜
を挟持したものが用いられている。前記触媒層は、例え
ば、白金等の触媒をカーボンブラック等の触媒担体に担
持させた触媒粒子と、イオン導伝性高分子バインダーと
からなるペーストが、カーボン等の導電性多孔質体上に
塗布されることにより形成されている。そして、前記燃
料電池用電極構造体は、前記触媒層と前記高分子電解質
膜とをプレスして密着させることにより形成されてい
る。Conventionally, as the fuel cell electrode structure,
An ion-conducting electrolyte membrane is sandwiched between a pair of flat catalyst layers. The catalyst layer is, for example, a paste composed of catalyst particles in which a catalyst such as platinum is supported on a catalyst carrier such as carbon black, and an ion-conducting polymer binder is applied onto a conductive porous body such as carbon. Are formed. The fuel cell electrode structure is formed by pressing the catalyst layer and the polymer electrolyte membrane into close contact with each other.

【０００４】前記燃料電池用電極構造体では、前記各触
媒層の上にガス通路を形成し、該ガス通路を介して一方
の触媒層に水素、メタノール等の還元性ガスを導入し、
他方の触媒層に空気、酸素等の酸化性ガスを導入する。
このようにすると、前記還元性ガスが導入される側の触
媒層はアノードとなり、前記触媒の作用により前記還元
性ガスからプロトン及び電子が生成する。そして、前記
プロトンは前記電解質膜を介して、前記酸化性ガスが導
入される側の触媒層に移動する。一方、前記酸化性ガス
が導入される側の触媒層はカソードとなり、アノード側
の前記触媒層から移動する前記プロトンが、前記触媒の
作用により前記酸化性ガス及び電子と反応して水を生成
する。In the fuel cell electrode structure, a gas passage is formed on each catalyst layer, and a reducing gas such as hydrogen or methanol is introduced into one catalyst layer through the gas passage,
An oxidizing gas such as air or oxygen is introduced into the other catalyst layer.
In this case, the catalyst layer on the side where the reducing gas is introduced serves as an anode, and the action of the catalyst produces protons and electrons from the reducing gas. Then, the protons move to the catalyst layer on the side where the oxidizing gas is introduced through the electrolyte membrane. On the other hand, the catalyst layer on the side where the oxidizing gas is introduced serves as a cathode, and the protons moving from the catalyst layer on the anode side react with the oxidizing gas and electrons by the action of the catalyst to generate water. .

【０００５】従って、カソード側の各触媒層と、アノー
ド側の各触媒層とをそれぞれ出力端子に接続し、各出力
端子を導線により接続すると、カソード側の触媒層と、
アノード側の触媒層とを結ぶ回路が形成され、電流を取
り出すことができる。Therefore, by connecting each catalyst layer on the cathode side and each catalyst layer on the anode side to each output terminal and connecting each output terminal by a conductor, the catalyst layer on the cathode side,
A circuit that connects to the catalyst layer on the anode side is formed, and current can be taken out.

【０００６】前記燃料電池用電極構造体では、前記ガス
通路上にさらにセパレータを積層するか、或いは該ガス
通路をセパレータを兼ねる構成とし、さらに該セパレー
タを介して複数の電極構造体を積層することにより、燃
料電池を構成することができる。In the fuel cell electrode structure, a separator may be further laminated on the gas passage, or the gas passage may also serve as a separator, and a plurality of electrode structures may be laminated via the separator. With this, a fuel cell can be configured.

【０００７】しかしながら、前記燃料電池では、平板状
の一対の触媒層の間に高分子電解質膜が挟持された複数
の電極構造体が、さらにセパレータを介して積層される
構成であるため、単位容積当たりの電極面積に制限があ
るという不都合がある。However, in the fuel cell, since a plurality of electrode structures in which a polymer electrolyte membrane is sandwiched between a pair of flat plate-shaped catalyst layers are further laminated via a separator, the unit volume is There is an inconvenience that there is a limit to the electrode area per hit.

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる不都
合を解消して、単位容積当たりの電極面積を増大させる
ことができ、優れた発電性能を得ることができる燃料電
池用電極構造体を提供することを目的とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a fuel cell electrode structure capable of solving such inconvenience, increasing the electrode area per unit volume, and obtaining excellent power generation performance. The purpose is to do.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の燃料電池用電極構造体は、一対の触媒層
と、両触媒層に挟持されたイオン導伝可能な電解質とを
備える燃料電池用電極構造体において、気体が流通可能
な連続気孔を備える柱状の多孔質体と、該多孔質体の一
方の端面から他方の端面に連通する複数の連通孔と、該
連通孔の内壁面上に形成された第１の触媒層と、第１の
触媒層上に形成されたイオン導伝可能な電解質と、該電
解質上に形成された第２の触媒層とを備え、該多孔質体
を酸素含有ガスまたは燃料ガスの通路とし、該連通孔を
他方のガスの通路とすることを特徴とする。In order to achieve the above object, the fuel cell electrode structure of the present invention comprises a pair of catalyst layers and an ion-conducting electrolyte sandwiched between the catalyst layers. In a fuel cell electrode structure, a columnar porous body having continuous pores through which a gas can flow, a plurality of communication holes communicating from one end surface of the porous body to the other end surface, and among the communication holes A first catalyst layer formed on the wall surface; an ion-conducting electrolyte formed on the first catalyst layer; and a second catalyst layer formed on the electrolyte, The body is a passage for oxygen-containing gas or fuel gas, and the communication hole is a passage for the other gas.

【００１０】本発明の燃料電池用電極構造体では、前記
多孔質体に備えられた複数の連通孔の内壁面上に、第１
の触媒層と、イオン導伝可能な電解質と、第２の触媒層
とがこの順に形成されている。そして、前記多孔質体は
気体が流通可能な連続気孔を備えるので、該多孔質体自
体が酸素含有ガスまたは燃料ガスの通路とされ、前記連
通孔が他方のガスの通路とされている。In the fuel cell electrode structure of the present invention, the first structure is provided on the inner wall surface of the plurality of communication holes provided in the porous body.
The catalyst layer, the ion conductive electrolyte, and the second catalyst layer are formed in this order. Since the porous body has continuous pores through which gas can flow, the porous body itself serves as a passage for the oxygen-containing gas or the fuel gas, and the communication hole serves as a passage for the other gas.

【００１１】前記本発明によれば、平板状の一対の触媒
層の間にイオン導伝可能な電解質膜を挟持させることな
く電極構造体を構成することができ、しかも各電極構造
体の間にセパレータを介在させる必要がない。従って、
単位容積当たりの電極面積を著しく増大させることがで
き、大電流を取り出すことができる。According to the present invention, an electrode structure can be constructed without sandwiching an ion-conducting electrolyte membrane between a pair of flat plate-shaped catalyst layers, and furthermore, between the electrode structures. There is no need to interpose a separator. Therefore,
The electrode area per unit volume can be remarkably increased and a large current can be taken out.

【００１２】本発明の燃料電池用電極構造体では、前記
多孔質体を酸素含有ガスの通路とし、前記連通孔を燃料
ガスの通路としてもよく、反対に前記多孔質体を燃料ガ
スの通路とし、前記連通孔を酸素含有ガスの通路として
もよい。In the fuel cell electrode structure of the present invention, the porous body may be used as an oxygen-containing gas passage, and the communication hole may be used as a fuel gas passage. Conversely, the porous body may be used as a fuel gas passage. The communication hole may be a passage for the oxygen-containing gas.

【００１３】本発明の燃料電池用電極構造体では、前記
多孔質体は、２０〜８０％の範囲の気孔率を備えること
を特徴とする。前記多孔質体は、前記気孔率が２０％未
満では前記酸素含有ガスまたは燃料ガスの圧力損失が大
きく、該多孔質体内を該ガスが透過することが難しくな
る。また、前記気孔率が８０％を超えると、構造体とし
て必要とされる剛性が得られないことがある。In the fuel cell electrode structure of the present invention, the porous body has a porosity in the range of 20 to 80%. When the porosity of the porous body is less than 20%, the pressure loss of the oxygen-containing gas or the fuel gas is large, and it becomes difficult for the gas to permeate through the porous body. If the porosity exceeds 80%, the rigidity required for the structure may not be obtained.

【００１４】前記気孔率を備える多孔質体として、コー
ジェライト、アルミナ、ムライトからなる群から選択さ
れる１種の材料を用いることができるが、他の多孔質セ
ラミックスであってもよい。As the porous body having the porosity, one kind of material selected from the group consisting of cordierite, alumina and mullite can be used, but other porous ceramics may be used.

【００１５】また、本発明の燃料電池用電極構造体は、
前記多孔質体の一方の端面に第１の触媒層と第２の触媒
層とのいずれか一方の触媒層に接続された第１の電極端
子を備え、該多孔質体の他方の端面に第１の電極端子と
異なる触媒層に接続された第２の電極端子を備えること
を特徴とする。The fuel cell electrode structure of the present invention comprises:
A first electrode terminal connected to one of the first catalyst layer and the second catalyst layer is provided on one end surface of the porous body, and the first electrode terminal is connected to the other end surface of the porous body. It is characterized by including a second electrode terminal connected to a catalyst layer different from one electrode terminal.

【００１６】本発明の燃料電池用電極構造体は、前記各
端面に前記各電極端子を備えているので、平板状の一対
の触媒層の間にイオン導伝可能な電解質を挟持させて電
極構造体を構成し、各電極構造体の間にセパレータを介
在させる場合に比較して小型化が可能であり、電気抵抗
を小さくすることができる。Since the fuel cell electrode structure of the present invention is provided with the respective electrode terminals on the respective end faces, the electrode structure is obtained by sandwiching the electrolyte capable of ion conduction between a pair of flat catalyst layers. The size can be reduced and the electric resistance can be reduced as compared with the case where a body is formed and a separator is interposed between each electrode structure.

【００１７】[0017]

【発明の実施の形態】次に、添付の図面を参照しながら
本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図
１は本実施形態の燃料電池用電極構造体に用いる多孔質
体の一構成例を示す斜視図であり、図２は図１の多孔質
体を用いて形成された本実施形態の燃料電池用電極構造
体の説明的断面図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view showing one structural example of a porous body used in the fuel cell electrode structure of the present embodiment, and FIG. 2 is a fuel cell of the present embodiment formed using the porous body of FIG. It is an explanatory sectional view of an electrode structure for use.

【００１８】本実施形態の燃料電池用電極構造体は、例
えば、図１示のような円筒状の多孔質体１を用いて形成
する。多孔質体１は、気体が流通可能な連続気孔を備
え、気孔率２０〜８０％、好ましくは４０〜５０％のコ
ージェライトからなり、一方の端面から他方の端面に連
通する複数の連通孔２が形成されたハニカム構造体とな
っている。連通孔２は、断面正方形で格子状に整列され
ており、例えば１ｃｍ2当たり２０〜１００個形成され
ている。The fuel cell electrode structure of this embodiment is formed by using, for example, a cylindrical porous body 1 as shown in FIG. The porous body 1 has continuous pores through which gas can flow, is made of cordierite having a porosity of 20 to 80%, preferably 40 to 50%, and has a plurality of communicating holes 2 communicating from one end face to the other end face. To form a honeycomb structure. The communication holes 2 are arranged in a lattice shape having a square cross section, and for example, 20 to 100 communication holes 2 are formed per cm 2 .

【００１９】本実施形態の燃料電池用電極構造体は、図
２示のように、多孔質体１の連通孔２の内壁面上に、第
１の触媒層３と、イオン導伝可能な電解質膜４と、第２
の触媒層５とをこの順に備える構成となっている。As shown in FIG. 2, the electrode structure for a fuel cell of this embodiment has a first catalyst layer 3 and an electrolyte capable of conducting ions on the inner wall surface of the communication hole 2 of the porous body 1. Membrane 4 and second
And the catalyst layer 5 in this order.

【００２０】前記触媒層３，５は、例えば、カーボン粒
子に白金を担持させた触媒粒子（例えば、田中貴金属社
製１０Ｖ３０Ｅ（商品名））を、ポリテトラフルオロエ
チレン（例えば、三井デュポンフロロケミカル社製テフ
ロン３０Ｊ（商品名））等の粒子と共に、パーフルオロ
アルキレンスルホン酸高分子化合物（例えば、デュポン
社製ナフィオン（商品名））等の固体高分子電解質溶液
に分散した触媒ペーストを塗布、乾燥することにより形
成することができる。また、イオン導伝可能な電解質膜
４は、前記固体高分子電解質溶液を塗布、乾燥すること
により形成することができる。In the catalyst layers 3 and 5, for example, catalyst particles in which carbon particles are supported by platinum (for example, 10V30E (trade name) manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.) are mixed with polytetrafluoroethylene (for example, Mitsui DuPont Fluorochemical Co., Ltd.). A catalyst paste dispersed in a solid polymer electrolyte solution such as a perfluoroalkylenesulfonic acid polymer compound (for example, Nafion (trade name) manufactured by DuPont) is applied together with particles such as Teflon 30J (trade name) manufactured by Co., Ltd. and dried. Can be formed. The ion-conducting electrolyte membrane 4 can be formed by applying and drying the solid polymer electrolyte solution.

【００２１】多孔質体１の外周面はコージェライトが露
出されており、この面から空気等の酸素含有ガスが酸化
性のカソードガスとして、図示しない供給手段により供
給され、該カソードガスは多孔質体１自体をガス通路と
して内部に拡散する。Cordierite is exposed on the outer peripheral surface of the porous body 1, and an oxygen-containing gas such as air is supplied from this surface as an oxidizing cathode gas by an unillustrated supply means, and the cathode gas is porous. The body 1 itself diffuses inside as a gas passage.

【００２２】一方、多孔質体１の一方の端面は第１の触
媒層３により被覆されており、各連通孔２に形成された
触媒層３のそれぞれに接合されたメッシュ状のカソード
電極端子６が設けられている。また、他方の端面は電解
質膜４と、電解質膜４上に形成された第２の触媒層５と
により被覆されており、各連通孔２に形成された触媒層
５のそれぞれに接合されたメッシュ状のアノード電極端
子７が設けられている。On the other hand, one end surface of the porous body 1 is covered with the first catalyst layer 3, and the mesh-shaped cathode electrode terminal 6 joined to each of the catalyst layers 3 formed in the respective communication holes 2. Is provided. The other end face is covered with the electrolyte membrane 4 and the second catalyst layer 5 formed on the electrolyte membrane 4, and the mesh bonded to each of the catalyst layers 5 formed in the respective communication holes 2 is formed. Shaped anode electrode terminals 7 are provided.

【００２３】尚、カソード電極端子６が設けられている
面では、電解質膜４、第２の触媒層５の端部とカソード
電極端子６との間にはガスシール材８が介在されてお
り、第２の触媒層５がカソード電極端子６と短絡しない
ようにされる一方、連通孔２を流通するアノードガスが
第１の触媒層３と接触しないようにされている。また、
アノード電極端子７が設けられている面では、第２の触
媒層５は電解質膜４により、第１の触媒層３から電気的
に絶縁されている。On the surface on which the cathode electrode terminal 6 is provided, a gas sealing material 8 is interposed between the cathode electrode terminal 6 and the ends of the electrolyte membrane 4 and the second catalyst layer 5. The second catalyst layer 5 is prevented from short-circuiting with the cathode electrode terminal 6, while the anode gas flowing through the communication hole 2 is prevented from coming into contact with the first catalyst layer 3. Also,
On the surface where the anode electrode terminal 7 is provided, the second catalyst layer 5 is electrically insulated from the first catalyst layer 3 by the electrolyte membrane 4.

【００２４】そして、水素等の燃料ガスが還元性のアノ
ードガスとして、図示しない供給手段により、アノード
電極端子７を介して各連通孔２に供給される。アノード
電極端子７から供給された前記アノードガスは、カソー
ド電極端子６から流出するが、各電極端子６，７はメッ
シュ状であるので前記アノードガスの流通を妨げること
はない。Then, a fuel gas such as hydrogen is supplied as a reducing anode gas to each communication hole 2 through the anode electrode terminal 7 by a supply means (not shown). The anode gas supplied from the anode electrode terminal 7 flows out from the cathode electrode terminal 6, but since the electrode terminals 6 and 7 have a mesh shape, they do not hinder the flow of the anode gas.

【００２５】本実施形態の電極構造体によれば、図２に
矢示するように、多孔質体１の外周面から前記カソード
ガスを供給する一方、アノード電極端子７を介して各連
通孔２に前記アノードガスを供給する。すると、前記ア
ノードガスは各連通孔２をガス通路として流通して第２
の触媒層５内に拡散し、触媒層５では、前記触媒の作用
により、前記アノードガスに含まれる水素からプロトン
及び電子が生成する。According to the electrode structure of the present embodiment, as shown by the arrow in FIG. 2, the cathode gas is supplied from the outer peripheral surface of the porous body 1 while the communicating holes 2 are formed through the anode electrode terminals 7. Is supplied with the anode gas. Then, the anode gas flows through the communication holes 2 as gas passages to generate the second gas.
In the catalyst layer 5, protons and electrons are generated from the hydrogen contained in the anode gas by the action of the catalyst.

【００２６】前記プロトンは、第２の触媒層５から電解
質膜４を介して、第１の触媒層３に移動する。このと
き、第１の触媒層３には、多孔質体１の外周面から供給
され多孔質体１自体をガス通路として流通する前記カソ
ードガスが拡散している。そこで、第２の触媒層５から
移動した前記プロトンが、前記触媒の作用により前記カ
ソードガス及び電子と反応して水を生成する。The protons move from the second catalyst layer 5 to the first catalyst layer 3 through the electrolyte membrane 4. At this time, the cathode gas supplied from the outer peripheral surface of the porous body 1 and flowing through the porous body 1 itself as a gas passage is diffused into the first catalyst layer 3. Therefore, the protons that have moved from the second catalyst layer 5 react with the cathode gas and electrons by the action of the catalyst to generate water.

【００２７】従って、本実施形態の電極構造体は、電極
端子６，７を接続して回路を形成することにより、燃料
電池として作用することができる。このとき第２の触媒
層５では、前述のように水が生成するが、この水は多孔
質体１を介して排出することができるので好都合であ
る。Therefore, the electrode structure of this embodiment can function as a fuel cell by connecting the electrode terminals 6 and 7 to form a circuit. At this time, water is generated in the second catalyst layer 5 as described above, but this water is convenient because it can be discharged through the porous body 1.

【００２８】本実施形態の電極構造体は、例えば、次の
ようにして製造することができる。The electrode structure of this embodiment can be manufactured, for example, as follows.

【００２９】まず、半乾燥状態のコージェライト成形体
を押出成形することにより、図１示のように、複数の連
通孔２が格子状に備えられた多孔質体１を形成する。多
孔質体１は、前記押出成形後、乾燥、焼結され、連通孔
２の内壁面に、第１の触媒層３、電解質膜４、第２の触
媒層５が形成される。First, a cordierite molded body in a semi-dried state is extruded to form a porous body 1 having a plurality of communication holes 2 arranged in a lattice, as shown in FIG. After the extrusion molding, the porous body 1 is dried and sintered, and the first catalyst layer 3, the electrolyte membrane 4, and the second catalyst layer 5 are formed on the inner wall surface of the communication hole 2.

【００３０】第１の触媒層３を形成するには、多孔質体
１の外周面と、アノード電極端子７が接合される側の端
面とをマスキングした状態で、多孔質体１が前記触媒ペ
ーストに浸漬される。前記触媒ペーストは、カーボン粒
子に例えば３０重量％の白金を担持させた触媒粒子を、
該触媒粒子に対して例えば１５重量％のポリテトラフル
オロエチレン粒子と共に、パーフルオロアルキレンスル
ホン酸高分子化合物溶液に分散したものである。前記パ
ーフルオロアルキレンスルホン酸高分子化合物溶液は例
えば５重量％の濃度であり、前記触媒ペーストは、必要
に応じて、水、エタノール等で希釈されていてもよい。To form the first catalyst layer 3, the porous body 1 is covered with the catalyst paste while the outer peripheral surface of the porous body 1 and the end surface on the side to which the anode electrode terminal 7 is bonded are masked. Be immersed in. The catalyst paste is composed of carbon particles carrying, for example, 30% by weight of platinum,
For example, 15% by weight of polytetrafluoroethylene particles with respect to the catalyst particles are dispersed in a perfluoroalkylene sulfonic acid polymer compound solution. The perfluoroalkylenesulfonic acid polymer compound solution has a concentration of, for example, 5% by weight, and the catalyst paste may be diluted with water, ethanol or the like, if necessary.

【００３１】多孔質体１は、前記ペーストから取り出さ
れた後、エアガン等により空気を吹き付けて余分のペー
ストを除去して、予備乾燥される。そして、前述のよう
に多孔質体１を前記触媒ペーストに浸漬し、取り出した
後、予備乾燥する操作を数回繰り返した後、窒素雰囲気
中、例えば１２０℃で１時間乾燥する。前記操作によ
り、連通孔２の内壁面とカソード電極端子６が接合され
る側の端面との上に、白金量が約１．０ｍｇ／ｃｍ2に
調整され、所望の厚さを備える第１の触媒層３が形成さ
れる。After being taken out of the paste, the porous body 1 is pre-dried by blowing air with an air gun or the like to remove excess paste. Then, as described above, the porous body 1 is dipped in the catalyst paste, taken out, and then pre-dried, which is repeated several times, and then dried in a nitrogen atmosphere at 120 ° C. for 1 hour, for example. By the above operation, the platinum amount is adjusted to about 1.0 mg / cm 2 on the inner wall surface of the communication hole 2 and the end surface on the side where the cathode electrode terminal 6 is bonded, and the first thickness having a desired thickness is obtained. The catalyst layer 3 is formed.

【００３２】次に、電解質膜４を形成するには、多孔質
体１の外周面と、カソード電極端子６が接合される側の
端面とをマスキングした状態で、多孔質体１が前記パー
フルオロアルキレンスルホン酸高分子化合物溶液に浸漬
される。前記パーフルオロアルキレンスルホン酸高分子
化合物溶液は例えば５重量％の濃度であり、必要に応じ
て濃縮されていてもよい。多孔質体１は、前記パーフル
オロアルキレンスルホン酸高分子化合物溶液から取り出
された後、エアガン等により空気を吹き付けて余分の溶
液を除去して、予備乾燥される。そして、多孔質体１を
前記パーフルオロアルキレンスルホン酸高分子化合物に
浸漬し、取り出した後、予備乾燥する操作を数回繰り返
した後、窒素雰囲気中、例えば１２０℃で１時間乾燥す
る。前記操作により、第１の触媒層３とアノード電極端
子７が接合される側の端面との上に、所望の厚さの電解
質膜４が形成される。Next, in order to form the electrolyte membrane 4, while the outer peripheral surface of the porous body 1 and the end surface on the side to which the cathode electrode terminal 6 is bonded are masked, the porous body 1 is made into the above-mentioned perfluoro. It is immersed in an alkylene sulfonic acid polymer compound solution. The perfluoroalkylene sulfonic acid polymer compound solution has a concentration of, for example, 5% by weight, and may be concentrated if necessary. The porous body 1 is taken out of the perfluoroalkylene sulfonic acid polymer compound solution, then blown with air by an air gun or the like to remove the excess solution, and preliminarily dried. Then, the porous body 1 is dipped in the perfluoroalkylenesulfonic acid polymer compound, taken out, and then preliminarily dried, which is repeated several times, and then dried in a nitrogen atmosphere, for example, at 120 ° C. for 1 hour. By the above operation, the electrolyte membrane 4 having a desired thickness is formed on the first catalyst layer 3 and the end surface on the side where the anode electrode terminal 7 is joined.

【００３３】次に、第２の触媒層５を形成するには、電
解質膜４が形成された多孔質体１が、外周面と、カソー
ド電極端子６が接合される側の端面とをマスキングした
状態のままで、前記触媒ペーストに浸漬される。そし
て、第１の触媒層３を形成する場合と同一の操作を行う
ことにより、電解質膜４の上に、白金量が約１．０ｍｇ
／ｃｍ2に調整され、所望の厚さを備える第２の触媒層
５が形成される。Next, in order to form the second catalyst layer 5, the outer peripheral surface of the porous body 1 on which the electrolyte membrane 4 is formed and the end surface on the side where the cathode electrode terminal 6 is bonded are masked. It is immersed in the catalyst paste as it is. Then, by performing the same operation as the case of forming the first catalyst layer 3, the platinum amount on the electrolyte membrane 4 is about 1.0 mg.
The second catalyst layer 5 having a desired thickness, which is adjusted to / cm 2 , is formed.

【００３４】次に、第１の触媒層３、電解質膜４、第２
の触媒層５が形成された多孔質体１に対し、例えば１２
０℃で１時間の真空乾燥を行う。第１の触媒層３はコー
ジェライトからなる多孔質体１の細孔による毛管現象に
より、連通孔２の内壁との間で優れた密着性を示すが、
前記真空乾燥により、さらに触媒層３，５と電解質膜４
との間でも優れた密着性を得ることができる。Next, the first catalyst layer 3, the electrolyte membrane 4, the second
For the porous body 1 on which the catalyst layer 5 of
Vacuum dry at 0 ° C. for 1 hour. The first catalyst layer 3 exhibits excellent adhesion to the inner wall of the communication hole 2 due to the capillary phenomenon due to the pores of the porous body 1 made of cordierite.
By the vacuum drying, the catalyst layers 3 and 5 and the electrolyte membrane 4 are further added.
Excellent adhesion can also be obtained between and.

【００３５】次に、第１の触媒層３が形成されている側
の端面にカソード電極端子６を、電解質膜４と第２の触
媒層５とが形成されている側の端面にアノード電極端子
７を接合することにより、燃料電池用電極構造体が得ら
れる。前記電極端子６，７を接合する際に、触媒層３，
５の表面の平滑性が不十分であるときには、該表面に導
電性カーボン等を塗布して平滑性を確保するようにして
もよい。触媒層３，５の表面を平滑にすることにより、
電極端子６，７と触媒層３，５との間で優れた密着性が
得られ、接触抵抗を低減することができる。Next, the cathode electrode terminal 6 is formed on the end surface on the side where the first catalyst layer 3 is formed, and the anode electrode terminal 6 is formed on the end surface on the side where the electrolyte membrane 4 and the second catalyst layer 5 are formed. By joining 7 together, a fuel cell electrode structure is obtained. When bonding the electrode terminals 6 and 7, the catalyst layer 3
When the smoothness of the surface of 5 is insufficient, conductive carbon or the like may be applied to the surface to ensure the smoothness. By smoothing the surfaces of the catalyst layers 3 and 5,
Excellent adhesion can be obtained between the electrode terminals 6 and 7 and the catalyst layers 3 and 5, and the contact resistance can be reduced.

【００３６】尚、本実施形態では、多孔質体１自体に前
記カソードガスを流通させ、連通孔２に前記アノードガ
スを流通させるようにしているが、反対に多孔質体１自
体に前記アノードガスを流通させ、連通孔２に前記カソ
ードガスを流通させるようにしてもよい。In this embodiment, the cathode gas is circulated through the porous body 1 itself and the anode gas is circulated through the communication hole 2. However, on the contrary, the anode gas is circulated through the porous body 1 itself. May be circulated, and the cathode gas may be circulated in the communication hole 2.

【００３７】また、本実施形態では、コージェライトか
らなる多孔質体１を用いる場合について説明している
が、多孔質体１はアルミナ、ムライト等でもよく、さら
に他の多孔質セラミックスであってもよい。また、多孔
質体１が非導電性であるときには、第１の触媒層３を形
成する前に、連通孔２の内壁面と多孔質体１の端面と
に、ニッケル無電解メッキ等を施すようにしてもよい。
前記ニッケル無電解メッキ等を施すことにより、第１の
触媒層３の導電性を向上することができる。In this embodiment, the case where the porous body 1 made of cordierite is used is explained, but the porous body 1 may be alumina, mullite or the like, and may be other porous ceramics. Good. When the porous body 1 is non-conductive, nickel electroless plating or the like is applied to the inner wall surface of the communication hole 2 and the end surface of the porous body 1 before forming the first catalyst layer 3. You may
By applying the nickel electroless plating or the like, the conductivity of the first catalyst layer 3 can be improved.

【００３８】また、本実施形態では、連通孔２の内部は
空洞となっているが、金属繊維を充填して、第２の触媒
層５と該金属繊維とを接続するようにしてもよい。前記
金属繊維を充填することにより、第２の触媒層５の導電
性を向上することができる。Further, in this embodiment, the inside of the communication hole 2 is hollow, but it may be filled with metal fibers to connect the second catalyst layer 5 and the metal fibers. By filling the metal fibers, the conductivity of the second catalyst layer 5 can be improved.

【００３９】また、本実施形態では、多孔質体１の一方
の端面を第１の触媒層３により被覆し、他方の端面を電
解質膜４と第２の触媒層５により被覆して、各端面の触
媒層３，５に、電極端子６，７を接続するようにしてい
る。しかし、触媒層３，５は連通孔２の内壁面のみを被
覆し、多孔質体１の端面を被覆しない構成とされていて
もよく、この場合、電極端子６，７は導線等の手段によ
り触媒層３，５と接続することができる。Further, in this embodiment, one end surface of the porous body 1 is covered with the first catalyst layer 3, and the other end surface is covered with the electrolyte membrane 4 and the second catalyst layer 5, and each end surface is covered. The electrode terminals 6 and 7 are connected to the catalyst layers 3 and 5. However, the catalyst layers 3 and 5 may be configured so as to cover only the inner wall surface of the communication hole 2 and not the end surface of the porous body 1. In this case, the electrode terminals 6 and 7 are formed by means such as a conductive wire. It can be connected to the catalyst layers 3 and 5.

【００４０】さらに、本実施形態では、断面正方形の連
通孔２を形成するようにしているが、連通孔２の断面形
状は円形、六角形、三角形等のような他の形状であって
もよい。Further, in the present embodiment, the communication hole 2 having a square cross section is formed, but the communication hole 2 may have another cross-sectional shape such as a circular shape, a hexagonal shape or a triangular shape. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の燃料電池用電極構造体に用いる多孔質
体の一構成例を示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing one structural example of a porous body used in a fuel cell electrode structure of the present invention.

【図２】図１の多孔質体を用いて形成された燃料電池用
電極構造体の一構成例を示す説明的断面図。FIG. 2 is an explanatory cross-sectional view showing one structural example of a fuel cell electrode structure formed using the porous body of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…多孔質体、 ２…連通孔、 ３…第１の触媒層、
４…電解質、 ５…第２の触媒層、 ６…第１の電極端
子、 ７…第２の電極端子。1 ... Porous body, 2 ... Communication hole, 3 ... First catalyst layer,
4 ... Electrolyte, 5 ... 2nd catalyst layer, 6 ... 1st electrode terminal, 7 ... 2nd electrode terminal.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】１対の触媒層と、両触媒層に挟持されたイ
オン導伝可能な電解質とを備える燃料電池用電極構造体
において、 気体が流通可能な連続気孔を備える柱状の多孔質体と、
該多孔質体の一方の端面から他方の端面に連通する複数
の連通孔と、該連通孔の内壁面上に形成された第１の触
媒層と、第１の触媒層上に形成されたイオン導伝可能な
電解質と、該電解質上に形成された第２の触媒層とを備
え、該多孔質体を酸素含有ガスまたは燃料ガスの通路と
し、該連通孔を他方のガスの通路とすることを特徴とす
る燃料電池用電極構造体。1. A fuel cell electrode structure comprising a pair of catalyst layers and an electrolyte capable of conducting ions, which is sandwiched between the catalyst layers. A columnar porous body having continuous pores through which gas can flow. When,
A plurality of communication holes communicating from one end surface of the porous body to the other end surface, a first catalyst layer formed on the inner wall surface of the communication hole, and ions formed on the first catalyst layer A conductive electrolyte and a second catalyst layer formed on the electrolyte, wherein the porous body serves as a passage for oxygen-containing gas or fuel gas, and the communication hole serves as a passage for the other gas. An electrode structure for a fuel cell, comprising: 【請求項２】前記多孔質体は、２０〜８０％の範囲の気
孔率を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池
用電極構造体。2. The fuel cell electrode structure according to claim 1, wherein the porous body has a porosity in the range of 20 to 80%. 【請求項３】前記多孔質体は、コージェライト、アルミ
ナ、ムライトからなる群から選択される１種の材料から
なることを特徴とする請求項２記載の燃料電池用電極構
造体。3. The fuel cell electrode structure according to claim 2, wherein the porous body is made of one kind of material selected from the group consisting of cordierite, alumina and mullite. 【請求項４】前記多孔質体の一方の端面に第１の触媒層
と第２の触媒層とのいずれか一方の触媒層に接続された
第１の電極端子を備え、該多孔質体の他方の端面に第１
の電極端子と異なる触媒層に接続された第２の電極端子
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいず
れか１項記載の燃料電池用電極構造体。4. The porous body is provided with a first electrode terminal connected to one of the first catalyst layer and the second catalyst layer on one end surface of the porous body, First on the other end
The fuel cell electrode structure according to any one of claims 1 to 3, further comprising a second electrode terminal connected to a catalyst layer different from the above electrode terminal.
JP2002125292A 2002-04-26 2002-04-26 Electrode structure for fuel cell Pending JP2003317741A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002125292A JP2003317741A (en) 2002-04-26 2002-04-26 Electrode structure for fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002125292A JP2003317741A (en) 2002-04-26 2002-04-26 Electrode structure for fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003317741A true JP2003317741A (en) 2003-11-07

Family

ID=29540062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002125292A Pending JP2003317741A (en) 2002-04-26 2002-04-26 Electrode structure for fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003317741A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005322621A (en) * 2004-03-22 2005-11-17 Ibiden Co Ltd Solid polymer electrolyte fuel cell
JP2006225211A (en) * 2005-02-18 2006-08-31 Dainippon Printing Co Ltd Porous body
WO2009134039A3 (en) * 2008-04-29 2010-02-25 주식회사 이엠따블유에너지 Inorganic ion conductive membrane, fuel cell containing the same and manufacturing method thereof
JP2011222290A (en) * 2010-04-09 2011-11-04 Konica Minolta Holdings Inc Fuel cell

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005322621A (en) * 2004-03-22 2005-11-17 Ibiden Co Ltd Solid polymer electrolyte fuel cell
JP2006225211A (en) * 2005-02-18 2006-08-31 Dainippon Printing Co Ltd Porous body
JP4742607B2 (en) * 2005-02-18 2011-08-10 大日本印刷株式会社 Porous material
WO2009134039A3 (en) * 2008-04-29 2010-02-25 주식회사 이엠따블유에너지 Inorganic ion conductive membrane, fuel cell containing the same and manufacturing method thereof
US8728681B2 (en) 2008-04-29 2014-05-20 E.M.W. Energy Co., Ltd. Inorganic conductive membrane, fuel cell containing the same, and method for manufacturing thereof
JP2011222290A (en) * 2010-04-09 2011-11-04 Konica Minolta Holdings Inc Fuel cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6743541B2 (en) Monopolar cell pack of proton exchange membrane fuel cell and direct methanol fuel cell
WO2005088749A1 (en) Membrane electrode assembly, method for producing the same, and solid state polymer fuel cell
JP2002343378A (en) Fuel cell, fuel cell electricity generating device, and equipment using the same
JP2002124273A (en) Solid high-polymer type fuel cell, its manufacturing method, and module of such fuel cell
CN100474677C (en) Cell module and fuel cell
JP2004192950A (en) Solid polymer fuel cell and its manufacturing method
JP2003303603A (en) Fuel cell cell and cell stack and fuel cell
KR100656632B1 (en) Liquid fuel feed type fuel cell
JPH07326363A (en) Ion conductivity imparting electrode and jointing material for electrode and electrolyte and cell using the ion conductivity imparting electrode
JP2007265898A (en) Electrolyte membrane for polymer electrolyte fuel cell, and polymer electrolyte fuel cell equipped with it
US20090286126A1 (en) Tube-shaped solid polymer fuel cell and method for producing tube-shaped solid polymer fuel cell
JP2003317741A (en) Electrode structure for fuel cell
JP4965833B2 (en) Solid polymer electrolyte membrane electrode assembly and solid polymer fuel cell
JP2004014148A (en) Liquid fuel cell
JP4604072B2 (en) Membrane / electrode assembly
JP5087216B2 (en) Membrane electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell and polymer electrolyte fuel cell
JP2006216402A (en) Manufacturing method of cell module for fuel cell
JP4320482B2 (en) Fuel cell electrode and manufacturing method thereof
JP3575477B2 (en) Fuel cell
WO2006083038A1 (en) Fuel cell
JP3898592B2 (en) Fuel cell manufacturing method
JP2006216409A (en) Cell module assembly and fuel cell
JP2005116180A (en) Fuel cell equipped with diffusion layer having function of separator also; and material for diffusion layer
JP2005353490A (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041130

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070124

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070320

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070517

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080520