JP2005197064A - Electrode structure for fuel cell, gas diffusion electrode, and fuel cell - Google Patents

Electrode structure for fuel cell, gas diffusion electrode, and fuel cell Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode structure for a fuel cell in which a gas passage is formed on the inside of a gas supply layer with a composite of fluororesin having hardness not deformed by pressing and fine carbon particles. <P>SOLUTION: Fluid dispersion of the fluororesin and fine carbon particles is concentrated by a cataphoretic electrodeposition method or a phase separation method utilizing colloidalization of nonionic surface active agent, the concentrated fluid is heated at a temperature of a melting point or more of the fluororesin to obtain a hydrophobic porous composite in which fine carbon particles are uniformly dispersed and having high hardness, many through holes are installed in the surface direction of the composite as passages of fuel and oxygen gas, and thereby, groove forming work of a bipolar plate is made unnecessary, manufacturing cost of the fuel cell is reduced, and power generation efficiency is enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ガス拡散電極用の電極構造体に関し、とくに発電等の効率の向上と製造コストの低減を図ることのできる電極構造体とこれを用いたガス拡散電極及び燃料電池に関する。   The present invention relates to an electrode structure for a gas diffusion electrode, and more particularly to an electrode structure capable of improving the efficiency of power generation and the like and reducing manufacturing costs, and a gas diffusion electrode and a fuel cell using the same.

固体高分子電解質型燃料電池は、図４に示すように、固体電解質１を挟んでその両側に燃料極（アノード）９と酸素極（カソード）１０が配され、その外側を燃料ガス通路１１及び酸素ガス通路１２の溝が加工された一対のバイポーラプレート（セパレータ）１３で挟んだものが１ユニットとなり、これを多段に積層した構造からなっている。燃料極９と酸素極１０は、図４(ｂ)に示すように、それぞれ固体電解質１側の反応層２とその外側のガス拡散層１４の２層構造になっている。燃料ガス（水素等）及び酸素ガス（空気等）は、それぞれガス通路１１，１２とガス拡散層１４を通過して反応層２に達し、電気化学反応により電池として作用する。なお、図示していないが、ガス拡散層１４の外側には集電体としてカーボンペーパー又はカーボンクロスが配されることが多い。   As shown in FIG. 4, the solid polymer electrolyte fuel cell includes a fuel electrode (anode) 9 and an oxygen electrode (cathode) 10 on both sides of the solid electrolyte 1, and a fuel gas passage 11 and an outer side of the fuel electrode (anode) 9. What is sandwiched between a pair of bipolar plates (separators) 13 in which the grooves of the oxygen gas passage 12 are processed is one unit, and this is a multi-layered structure. As shown in FIG. 4B, the fuel electrode 9 and the oxygen electrode 10 each have a two-layer structure of a reaction layer 2 on the solid electrolyte 1 side and a gas diffusion layer 14 on the outside thereof. Fuel gas (hydrogen and the like) and oxygen gas (air and the like) pass through the gas passages 11 and 12 and the gas diffusion layer 14 to reach the reaction layer 2, respectively, and act as a battery by an electrochemical reaction. Although not shown, carbon paper or carbon cloth is often disposed outside the gas diffusion layer 14 as a current collector.

従来から、上記のような燃料電池のガス供給層として、フッ素樹脂微粒子とカーボンブラック微粒子からなる多孔質の複合体が用いられることが多い。この両微粒子を水性媒体中で混合分散した後、アルコール等で凝集し、濾過乾燥し、ソルベントナフサを添加してロール掛けすることにより、シート状のものが得られる。このシート状のものを融点以上に加熱することで、フッ素樹脂微粒子と炭素微粒子からなる複合体のガス供給層が作られている。しかし、分散液を凝集・濾過して作られた従来のガス供給層は、炭素微粒子の分散が不均一なため電気抵抗が高く、かつ濾過ケーキの密度が低いためこれを加熱成形しても、柔軟性があり過ぎて加圧すると変形し、ガス供給層にあけた穴が塞がってしまうという問題があった。   Conventionally, a porous composite composed of fluororesin fine particles and carbon black fine particles is often used as the gas supply layer of the fuel cell as described above. These fine particles are mixed and dispersed in an aqueous medium, and then agglomerated with alcohol or the like, filtered and dried, and added with solvent naphtha and rolled to obtain a sheet. By heating the sheet-like material to the melting point or higher, a composite gas supply layer composed of fluororesin fine particles and carbon fine particles is formed. However, the conventional gas supply layer made by aggregating and filtering the dispersion liquid has high electrical resistance due to non-uniform dispersion of carbon fine particles, and the density of the filter cake is low, so even if it is thermoformed, There was a problem that when the pressure was applied because it was too flexible, it was deformed and the hole formed in the gas supply layer was closed.

また、従来の複合体は、シート状物として表面に溝加工することは不可能ではないが、柔らかいため、形成された加工溝は、燃料電池を組み立てる際の締め付け圧で容易に変形し、溝が埋まってしまうという欠点があった。そのため、燃料や酸素のガス供給通路を、ガス供給層内部に設けることは難しく、セパレータであるバイポーラプレートの表面に溝加工してガス供給通路を形成するのが通例である。   In addition, it is not impossible for a conventional composite to be grooved on the surface as a sheet-like material, but since it is soft, the formed groove is easily deformed by the clamping pressure when assembling the fuel cell, and the groove There was a drawback that would be buried. For this reason, it is difficult to provide a gas supply passage for fuel and oxygen inside the gas supply layer, and it is usual to form a gas supply passage by forming a groove on the surface of the bipolar plate as a separator.

このバイポーラプレートは、ガスバリア性の高い不浸透性カーボン板を主体にしたもので、その溝加工は機械加工、例えばフライス加工、サンドブラスト等で行われるため、非常に高価なものであった。そのため、従来からセパレータに用いるカーボン板の切削性の改善や、金属製セパレータの耐食性の改善等に関して種々の提案がなされている。また、セパレータ自体に溝加工することなく、セパレータとガス拡散層との間にガス通路の確保を目的とする層を設ける提案もなされている（特許文献１，２など）。   This bipolar plate is mainly composed of an impervious carbon plate having a high gas barrier property, and its grooving is performed by machining, for example, milling, sand blasting, etc., and is very expensive. For this reason, various proposals have been made for improving the machinability of a carbon plate used for a separator and improving the corrosion resistance of a metallic separator. In addition, proposals have been made to provide a layer for the purpose of securing a gas passage between the separator and the gas diffusion layer without groove processing in the separator itself (Patent Documents 1 and 2, etc.).

特開２０００−２９４２５７号公報JP 2000-294257 A 特開２００２−１８４４２２号公報JP 2002-184422 A 特開２００２−１２１６９７号公報JP 2002-121697 A

前述したように、従来のバイポーラプレートは、精密機械加工例えばＮＣ旋盤を用いたフライス加工等で、両面にガス通路の溝を形成させるので、その加工に長時間を要し、きわめて高価なものであった。燃料電池の普及という観点からは、如何にしてこれをコストダウンするかが大きな課題である。   As described above, the conventional bipolar plate is formed with gas passage grooves on both sides by precision machining, such as milling using an NC lathe, which requires a long time for processing and is extremely expensive. there were. From the viewpoint of the spread of fuel cells, how to reduce the cost is a major issue.

また、バイポーラプレートに形成された溝をガス通路とする場合、この溝部分に近い反応層には、ガス供給層を介して容易にガスが供給されるが、溝間の凸部（バイポーラプレートとカーボンペーパーの接触部）に近い反応層にはガスが供給されにくく、そのため高電流密度で発電する場合、この接触部に近い反応部に反応ガスの供給が十分でない状況になって、効率が低下するという課題もあった。   Further, when a groove formed in the bipolar plate is used as a gas passage, gas is easily supplied to the reaction layer near the groove portion through the gas supply layer. Gas is unlikely to be supplied to the reaction layer close to the carbon paper contact area), so when power is generated at a high current density, the reaction gas supply to the reaction area close to this contact area is not sufficient and efficiency is reduced. There was also a problem to do.

したがって、ガス供給層内部にガス通路を形成することができれば、反応層へのガスの供給がより均一となる。また、バイポーラプレートに溝加工する必要がなくなり、平板状のカーボン板をそのまま用いることができるので、加工コストが大幅に低減される。しかし、分散液を凝集・濾過して作られた従来のフッ素樹脂及び炭素微粒子の複合体は、余りにも柔らか過ぎて硬さがないため、その内部にガス通路を形成することは困難であった。
そこで本発明は、ガス供給層に用いるフッ素樹脂及び炭素微粒子の複合体として、加圧により変形しない十分な硬さのあるものを用い、ガス供給層内部にガス通路が形成された燃料電池用電極構造体を提供することを課題としている。 Therefore, if a gas passage can be formed inside the gas supply layer, the gas supply to the reaction layer becomes more uniform. Further, since it is not necessary to groove the bipolar plate, a flat carbon plate can be used as it is, so that the processing cost is greatly reduced. However, the conventional fluororesin and carbon fine particle composite made by aggregating and filtering the dispersion is too soft and not hard, so it was difficult to form a gas passage in the composite. .
Accordingly, the present invention provides a fuel cell electrode in which a gas resin is used as a composite of a fluororesin and a carbon fine particle used for a gas supply layer, and has a sufficient hardness so as not to be deformed by pressure, and a gas passage is formed inside the gas supply layer It is an object to provide a structure.

前記の課題を解決するため、本発明者は鋭意検討した結果、フッ素樹脂及び炭素微粒子は、水性分散液中では平均粒径３００ｎｍ程度の大きさに分散して存在しており、この良好な分散状態を損なわずに固形化できる方法が有ることを見いだした。その一は電気泳動電着法で固形化する方法（特許文献３）であり、その二は相分離により濃厚分散液を作り水分を蒸発させて固形化する方法（特願２００２−２１２６８７など）である。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied. As a result, the fluororesin and the carbon fine particles are dispersed in an average particle size of about 300 nm in the aqueous dispersion, and this good dispersion is obtained. It has been found that there is a method that can be solidified without impairing the state. The first is a method of solidification by electrophoretic electrodeposition (Patent Document 3), and the second is a method of making a concentrated dispersion by phase separation and evaporating the water to solidify (such as Japanese Patent Application No. 2002-212687). is there.

これらの方法で固形化した析出物又は濃縮物（以下「複合体前駆析出物」ということがある）は、フッ素樹脂の融点以上に加熱するだけで、電気抵抗が小さく、硬く圧縮強度の高いものが得られ、ガス供給層として好適である。このガス供給層は、その内部に穴を穿っても、締め付け圧に耐えられる圧縮強度が得られるので、この特性を活かして本発明を完成するに至った。   Precipitates or concentrates solidified by these methods (hereinafter sometimes referred to as “composite precursor precipitates”) are those that have low electrical resistance, high hardness, and high compressive strength simply by heating above the melting point of the fluororesin. Is suitable as a gas supply layer. Since this gas supply layer has a compressive strength that can withstand the tightening pressure even if a hole is formed in the gas supply layer, the present invention has been completed utilizing this characteristic.

すなわち、本発明の電極構造体の第一は、フッ素樹脂微粒子および炭素微粒子から構成された疎水性多孔質複合体からなる平板内部に面方向に多数の貫通孔を有する電極構造体である。   That is, the first electrode structure of the present invention is an electrode structure having a large number of through-holes in the plane direction inside a flat plate made of a hydrophobic porous composite composed of fluororesin fine particles and carbon fine particles.

また、本発明の電極構造体の第二は、前記の疎水性多孔質複合体からなる平板内部に面方向に多数の貫通孔を有するとともに、該平板の片面に並行した溝を有することを特徴とする電極構造体である。   The second electrode structure of the present invention is characterized in that it has a large number of through-holes in the plane direction inside the flat plate made of the hydrophobic porous composite and has a groove parallel to one side of the flat plate. Is an electrode structure.

上記第一及び第二の電極構造体における疎水性多孔質複合体は、フッ素樹脂微粒子と炭素微粒子との分散液から電気泳動により形成させた析出物を、該フッ素樹脂の融点以上に加熱してなるものであってもよい。   The hydrophobic porous composite in the first and second electrode structures is obtained by heating a precipitate formed by electrophoresis from a dispersion of fluororesin fine particles and carbon fine particles to a temperature higher than the melting point of the fluororesin. It may be.

また、上記の疎水性多孔質複合体は、フッ素樹脂微粒子と炭素微粒子との分散液に３〜３０％非イオン界面活性剤を含有させ、該非イオン界面活性剤含有分散液をその曇点以上に加熱して相分離させ、分離した下部の濃縮物を所定の水分濃度になるまで乾燥した後、前記フッ素樹脂の融点以上に加熱してなるものであってもよい。   Further, the hydrophobic porous composite described above contains 3 to 30% nonionic surfactant in a dispersion of fluororesin fine particles and carbon fine particles, and the nonionic surfactant-containing dispersion is made to have a cloud point or higher. It may be formed by heating to cause phase separation, drying the separated lower concentrate until a predetermined moisture concentration is reached, and then heating to a temperature equal to or higher than the melting point of the fluororesin.

上記の電極構造体においては、前記フッ素樹脂微粒子がポリテトラフルオロエチレンであり、前記炭素微粒子が疎水性カーボンブラックであることが好ましい。また、前記炭素微粒子の一部が、カーボンナノチューブ又は／及びフラーレンであることが好ましい。
さらに、この電極構造体は、カーボンクロス又は／及びカーボンペーパーを包含してなるものであってもよい。 In the above electrode structure, it is preferable that the fluororesin fine particles are polytetrafluoroethylene and the carbon fine particles are hydrophobic carbon black. Moreover, it is preferable that a part of the carbon fine particles is a carbon nanotube or / and fullerene.
Further, the electrode structure may include carbon cloth and / or carbon paper.

本発明のガス拡散電極は、上記のいずれかの電極構造体をガス供給層とし、少なくともその一方の面に電気化学的触媒を含有させた反応層を形成させてなるものである。   The gas diffusion electrode of the present invention is obtained by forming any of the above electrode structures as a gas supply layer and forming a reaction layer containing an electrochemical catalyst on at least one surface thereof.

本発明の燃料電池は、上記のガス拡散電極の反応層側を内側にして固体高分子電解質を挟み、これらを平板状セパレータで挟んでなる構造のユニットからなるものである。上記のセパレータは金属製であってもよい。   The fuel cell of the present invention comprises a unit having a structure in which a solid polymer electrolyte is sandwiched with the reaction layer side of the gas diffusion electrode on the inside, and these are sandwiched by flat plate separators. The separator may be made of metal.

また、この燃料電池は、少なくとも一方のガス供給層内部に貫通孔とその片側表面に溝を有する構造のユニットからなり、この貫通孔に燃料電池用ガスを流し、溝に加湿および冷却用の水を流すことを特徴とするものであってもよい。   The fuel cell is composed of a unit having a structure having a through hole and a groove on one surface of the inside of at least one gas supply layer. The fuel cell gas is supplied to the through hole, and water for humidification and cooling is supplied to the groove. It may be characterized by flowing.

かかる溝を有する構造のユニットにおいては、溝に流す加湿および冷却用の媒体として、フッ化水素吸収性の化合物を溶解させた水溶液を用いることが好ましい。これにより、フッ素樹脂の分解によって発生するフッ化水素等を吸収することができる。   In a unit having such a groove, it is preferable to use an aqueous solution in which a hydrogen fluoride-absorbing compound is dissolved as a humidifying and cooling medium flowing in the groove. Thereby, hydrogen fluoride etc. which generate | occur | produce by decomposition | disassembly of a fluororesin can be absorbed.

本発明の電極構造体は上記のように構成されているため、硬く強度が高く、ガス透過性があり比抵抗が低いという特徴を有するので、燃料電池におけるガス拡散電極のガス供給層に好適に用いることができる。また、このガス供給層は、貫通孔や表面の溝の形成を容易に行なえるので、これを燃料ガス、酸素ガスや水の通路として用いることができ、その外側に配置するバイポーラプレート（セパレータ）は表面が平滑な単なるプレートで十分となる。したがって、高価な溝加工を施したバイポーラプレートは不要となり、燃料電池スタックの製造コストを大幅に低減することができる。   Since the electrode structure of the present invention is configured as described above, it has characteristics of being hard and high in strength, having gas permeability and low specific resistance, and therefore suitable for a gas supply layer of a gas diffusion electrode in a fuel cell. Can be used. Moreover, since this gas supply layer can easily form a through hole or a groove on the surface, it can be used as a passage for fuel gas, oxygen gas or water, and a bipolar plate (separator) disposed outside the gas supply layer. A simple plate with a smooth surface is sufficient. Therefore, an expensive grooving bipolar plate is not required, and the manufacturing cost of the fuel cell stack can be greatly reduced.

また、従来のバイポーラプレートでは、カーボンペーパー等と接触している溝の凸部からはガスが供給されないので、その付近の反応層ではガス供給が不十分となるという欠点を有していた。これに対して、本発明のような貫通孔や溝を有するガス供給層を用いれば、孔や溝周囲の壁の部分にもガス透過性があるため、反応層全体にガスが供給されるという特長を有する。また、バイポーラプレート側のガス供給層の溝に水を流すことで加湿が容易になり、加湿水の成分を調製することで、固体電解質の分解成分であるフッ化水素（ＨＦ）等の腐食性物質を除去することも容易になる。   In addition, since the conventional bipolar plate does not supply gas from the convex portion of the groove that is in contact with the carbon paper or the like, there is a disadvantage that the gas supply is insufficient in the reaction layer in the vicinity thereof. On the other hand, if a gas supply layer having through holes and grooves as in the present invention is used, gas is also supplied to the entire reaction layer because gas is permeable to the walls around the holes and grooves. Has features. Moreover, humidification is facilitated by flowing water into the gas supply layer groove on the bipolar plate side, and corrosiveness such as hydrogen fluoride (HF), which is a decomposition component of the solid electrolyte, is prepared by preparing components of humidified water. It is also easy to remove material.

まず、本発明に用いるフッ素樹脂微粒子と炭素微粒子の複合体について説明する。この複合体は、分散液の凝集・濾過により作製される従来の複合体に比して、硬さや強度が大幅に大きくなっており、内部の貫通孔や表面の溝が加圧により変形することがない。かかる硬い複合体を作製する方法としては、電気泳動による方法と相分離により濃縮する方法を例示することができる。以下、これらの方法を詳細に説明するが、本発明において硬い複合体を作製する方法は、これらに限定されるものではない。   First, the composite of fluororesin fine particles and carbon fine particles used in the present invention will be described. This composite is significantly harder and stronger than conventional composites produced by agglomeration and filtration of the dispersion, and the internal through-holes and surface grooves are deformed by pressure. There is no. As a method for producing such a hard complex, a method by electrophoresis and a method by concentration by phase separation can be exemplified. Hereinafter, although these methods are demonstrated in detail, the method of producing a hard composite in this invention is not limited to these.

電気泳動による方法は、水性媒体中にフッ素樹脂微粒子及びカーボンブラック等の炭素微粒子を分散させた分散液に、カソードとアノードとを浸し、電流を流すことでフッ素樹脂微粒子と炭素微粒子をアノード側に電気泳動させて濃縮する方法である。これらの微粒子を導電性基材、具体的にはアノード表面又はアノード近傍に設置した多孔体、例えば多孔膜に析出させるという方法で、複合体の前駆析出物を得ることができる。この前駆析出物は、フッ素樹脂と炭素の微粒子が均一に混合された状態を保って微粒子の濃度を非常に高く（例えば５０％以上に）することができ、これを後述する加熱等の処理をすることにより、硬く強度大な複合体を得ることができる。   In the method by electrophoresis, the cathode and the anode are immersed in a dispersion in which carbon fine particles such as fluororesin fine particles and carbon black are dispersed in an aqueous medium, and an electric current is passed to bring the fluororesin fine particles and the carbon fine particles to the anode side. This is a method of concentrating by electrophoresis. The precursor precipitate of the composite can be obtained by a method in which these fine particles are deposited on a conductive substrate, specifically, a porous body disposed on or near the anode, for example, a porous film. This precursor precipitate can maintain the state in which the fluororesin and carbon fine particles are uniformly mixed, and the concentration of the fine particles can be made extremely high (for example, 50% or more). By doing so, a hard and strong composite can be obtained.

分散液に用いられるフッ素樹脂微粒子としては四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、三フッ化塩化エチレン樹脂、パーフロロアルコキシ樹脂等が挙げられる。
分散液に用いられる炭素微粒子としては、カーボンブラック、黒鉛化カーボンブラック、黒鉛、活性炭、炭素繊維、ウィスカー、フラーレン又はカーボンナノチューブ等が挙げられ、これらのうちの１種もしくは２種以上を選択して使用する。なかでも、炭素微粒子の全部又は一部、好ましくは２０〜２％の範囲でカーボンナノチューブを用いると、得られる電極構造体の圧縮強度が増加し、比抵抗値をさらに低下させることができるので好ましい。 Examples of the fluororesin fine particles used in the dispersion include tetrafluoroethylene resin (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer, trifluoroethylene chloride resin, perfluoroalkoxy resin, and the like.
Examples of the carbon fine particles used in the dispersion include carbon black, graphitized carbon black, graphite, activated carbon, carbon fiber, whisker, fullerene, or carbon nanotube, and one or more of these are selected. use. Among them, it is preferable to use carbon nanotubes in the whole or a part of the carbon fine particles, preferably in the range of 20 to 2%, because the compressive strength of the obtained electrode structure increases and the specific resistance value can be further reduced. .

炭素微粒子は、平均粒径を４００ｎｍ以下に調製しておくことが好ましく、さらに要求された特性に応じた粒径とする。疎水性カーボンブラック等のように、水への分散性が悪いものについては、非イオン性界面活性剤を併用し、ジェットミル等を用いて所定の粒径にして分散させることが好ましい。非イオン性界面活性剤としては、トライトンＸ−１００や高級アルコール系非イオン性界面活性剤(ポリオキシエチレンアルキルエーテル等)を好適に用いることができる。   The carbon fine particles are preferably prepared to have an average particle size of 400 nm or less, and have a particle size according to required characteristics. For those having poor water dispersibility, such as hydrophobic carbon black, it is preferable to use a nonionic surfactant in combination and disperse to a predetermined particle size using a jet mill or the like. As the nonionic surfactant, Triton X-100 and higher alcohol nonionic surfactants (polyoxyethylene alkyl ether and the like) can be suitably used.

相分離により濃縮する方法は、所定の濃度範囲の非イオン性界面活性剤が添加されたフッ素樹脂や炭素等の微粒子の分散液を、この界面活性剤の曇点以上の温度に加熱して、２相以上に相分離させて濃縮するものである。一般に非イオン性界面活性剤の水溶液を加熱すると、ある温度（曇点）以上で疎水化し透明な水溶液がエマルジョンになって白濁することが知られている。   The method of concentrating by phase separation is to heat a dispersion of fine particles such as fluororesin and carbon to which a nonionic surfactant in a predetermined concentration range is added to a temperature equal to or higher than the cloud point of this surfactant, The phase is separated into two or more phases and concentrated. In general, it is known that when an aqueous solution of a nonionic surfactant is heated, it becomes hydrophobic at a certain temperature (cloud point) or higher and the transparent aqueous solution becomes an emulsion and becomes clouded.

本発明者らは、この現象を利用すると、上記の分散液が界面活性剤濃厚相と分散液濃厚相の２相（又は界面活性剤低濃度相、界面活性剤濃厚相と分散液濃厚相の３相）に相分離することを知見した。また、この分散液濃厚相では、フッ素樹脂や炭素等の微粒子が均一に混合された状態を保って微粒子の濃度を非常に高くできることを知見した。したがって、これをフッ素樹脂と炭素微粒子の複合体の前駆析出物とすることにより、硬く強度の大きい複合体を得ることができる。   When the present inventors use this phenomenon, the above dispersion is composed of two phases, a surfactant-rich phase and a dispersion-rich phase (or a surfactant low-concentration phase, a surfactant-rich phase, and a dispersion-rich phase). It was found that phase separation into three phases). In addition, it has been found that in the concentrated phase of the dispersion, the concentration of the fine particles can be made extremely high while maintaining the finely mixed fine particles of fluororesin and carbon. Therefore, by using this as a precursor precipitate of a composite of a fluororesin and carbon fine particles, a hard composite with high strength can be obtained.

この相分離により濃縮する方法においても、分散液に用いられるフッ素樹脂微粒子や炭素微粒子は、前記の電気泳動による方法と同様のものを好適に用いることができる。非イオン界面活性剤の種類には、ポリオキシエチレン系、ジエタノールアミン系、多価アルコール脂肪酸エステル系その他のものがあるが、代表的なものはポリオキシエチレン系（ポリオキシエチレングリコール型）のものである。このポリオキシエチレン系のものは、親水基の大きさを加減できるので、親水基と疎水基のバランスを目的に適合するように調製しやすく、本発明に用いる非イオン界面活性剤としてとくに好適である。   Also in the method of concentrating by this phase separation, the same fluororesin fine particles and carbon fine particles used in the dispersion as in the method by electrophoresis can be preferably used. Nonionic surfactants include polyoxyethylene, diethanolamine, polyhydric alcohol fatty acid ester and others, but typical ones are polyoxyethylene (polyoxyethylene glycol type). is there. Since this polyoxyethylene-based one can adjust the size of the hydrophilic group, it can be easily prepared to suit the balance between the hydrophilic group and the hydrophobic group, and is particularly suitable as a nonionic surfactant used in the present invention. is there.

分散液における非イオン界面活性剤の含有量は、３〜３０％の範囲が好適である。３％未満では曇点が存在せず、３０％を超えると分散液の粘度が過大になるためである。また、上記の非イオン界面活性剤は、４０〜８０℃程度の曇点を有すること好ましい。このような条件で、非イオン界面活性剤を含有する分散液を曇点以上の温度に加熱して相分離させることにより、下層の分散液濃厚中の分散物濃度を４０％程度以上にすることができる。   The content of the nonionic surfactant in the dispersion is preferably in the range of 3 to 30%. If it is less than 3%, there is no cloud point, and if it exceeds 30%, the viscosity of the dispersion becomes excessive. Moreover, it is preferable that said nonionic surfactant has a cloud point of about 40-80 degreeC. Under these conditions, the dispersion containing the nonionic surfactant is heated to a temperature equal to or higher than the cloud point and phase-separated, so that the dispersion concentration in the lower layer dispersion is about 40% or more. Can do.

上記のような電気泳動又は相分離により濃縮された複合体前駆析出物は、まず乾燥工程で分散媒である水や界面活性剤を除去する。乾燥は初めは室温等の低温で行い、その後１００〜１５０℃で行なうことが好ましい。高温での急激な乾燥は、得られる構造体に亀裂等を生じさせたり割れたりするおそれがある。場合により、加圧下で乾燥することも重要である。また、電気泳動工程や相分離工程で、カーボンクロスに直接析出させるか、または得られた析出物にカーボンクロスを埋没させてから乾燥させる等の方法で、カーボンクロスを含有した複合体を得ることができ、これは含有しないものよりさらに強度が上がり、比抵抗及び接触抵抗が低下するので好ましい。   The composite precursor precipitate concentrated by electrophoresis or phase separation as described above first removes water and surfactant as a dispersion medium in a drying step. It is preferable to dry at first at a low temperature such as room temperature and then at 100 to 150 ° C. Rapid drying at a high temperature may cause a crack or the like in the resulting structure. In some cases, it is also important to dry under pressure. Also, a composite containing carbon cloth can be obtained by, for example, depositing directly on carbon cloth in the electrophoresis process or phase separation process, or by burying the carbon cloth in the obtained precipitate and drying it. This is preferable because the strength is further increased and specific resistance and contact resistance are lowered than those not containing.

乾燥後の析出物をフッ素樹脂の融点以上で加熱することにより、硬く強度が高く、通気性や導電性も良好な本発明に用いられる複合体が得られる。なお、必要に応じて乾燥後の析出物から界面活性剤をアルコール等で抽出した後に、フッ素樹脂の融点以上で可熱処理してもよい。本発明の電極構造体は、上記の複合体からなるガス供給層の内部にガスの通路となる貫通孔を有し、さらに必要に応じてガス供給層の表面にもガス通路が形成されてなるものであるが、かかるガス通路の形成方法については後述する。   By heating the dried precipitate at the melting point of the fluororesin or higher, the composite used in the present invention is obtained which is hard and high in strength, and has good air permeability and conductivity. If necessary, the surfactant may be extracted from the dried precipitate with alcohol or the like and then heat-treatable at a melting point or higher of the fluororesin. The electrode structure of the present invention has a through-hole serving as a gas passage inside the gas supply layer made of the above composite, and further, a gas passage is formed on the surface of the gas supply layer as necessary. However, a method for forming such a gas passage will be described later.

以下、実施例の図面に基づき、本発明の電極構造体について説明するが、本発明の実施形態はこれらの例に限定されるものではない。図１は、本発明の一実施例である電極構造体のユニットセルの構造を示す斜視概要図である。このユニットセルは、高分子固体電解質膜１を挟んでその両側に燃料極と酸素極の反応層２が形成され、その両外側に前記のフッ素樹脂微粒子と炭素微粒子の硬い複合体を用いたガス供給層３が形成されている。ガス供給層３内部には、その面と平行に多数の貫通孔４が並列に設けられており、それぞれ燃料ガス及び酸素ガスの通路となっている（電解質膜１のいずれの側が燃料極であっても差し支えないので、本図においては両極の区別はしていない）。また、ガス供給層３の外側は、それぞれセパレータ５により挟まれているが、このセパレータは溝加工によりガス通路を設ける必要がないので平板である。   Hereinafter, although the electrode structure of this invention is demonstrated based on drawing of an Example, embodiment of this invention is not limited to these examples. FIG. 1 is a schematic perspective view showing the structure of a unit cell of an electrode structure according to an embodiment of the present invention. In this unit cell, a reaction layer 2 of a fuel electrode and an oxygen electrode is formed on both sides of a polymer solid electrolyte membrane 1, and a gas using a hard composite of fluororesin fine particles and carbon fine particles on both outer sides thereof. A supply layer 3 is formed. A large number of through holes 4 are provided in parallel in the gas supply layer 3 in parallel with the surface of the gas supply layer 3 and serve as passages for fuel gas and oxygen gas, respectively (either side of the electrolyte membrane 1 is a fuel electrode). However, in this figure, the two poles are not distinguished). In addition, the outside of the gas supply layer 3 is sandwiched between separators 5, but this separator is a flat plate because it is not necessary to provide a gas passage by groove processing.

上記のガス供給層の厚みや貫通孔の径はとくに限定を要しないが、通常はガス供給層３の厚みを０．３〜５ｍｍ、貫通孔４の径を０．１〜３ｍｍ程度にする。図１の例では、貫通孔４の断面は両極側ともに円形であるが、これが楕円（長円）形、方（長方）形、多角形等のいずれであってもよく、両側の極で断面形状や大きさが異なっていても差し支えない。また、この例では両側の極で貫通孔４の方向が直交するように形成されているが、これが平行であっても差し支えない。このようなユニットセルを、多段に積層することにより燃料電池が構成される。   The thickness of the gas supply layer and the diameter of the through hole are not particularly limited, but usually the thickness of the gas supply layer 3 is set to 0.3 to 5 mm, and the diameter of the through hole 4 is set to about 0.1 to 3 mm. In the example of FIG. 1, the cross-section of the through-hole 4 is circular on both pole sides, but this may be any of an ellipse (oval) shape, a square (rectangular) shape, a polygon, etc. The cross-sectional shape and size may be different. In this example, the through holes 4 are formed so that the directions of the through holes 4 are perpendicular to each other on both poles, but they may be parallel. A fuel cell is configured by stacking such unit cells in multiple stages.

図２は、本発明の第二の実施例である電極構造体のユニットセルの構造を示す斜視概要図である。この例では電解質膜１、反応層２、ガス供給層３や貫通孔４の構成は図１の例と同じであるが、セパレータ５が相違している。すなわち、セパレータ５の面には、多数の水通過孔６が所定の間隔で設けられている。また、図示されたユニットセルのセパレータ５ａと、その上側のユニットセルのセパレータ５ｂの間は、コルゲート加工された波板７によって所定の距離離れており、この空間がＨ2Ｏ（水又は水蒸気）の通路となっている（図示されていないが、セパレータ５ｂ側にも多数の水通過孔が設けられている）。 FIG. 2 is a schematic perspective view showing the structure of the unit cell of the electrode structure according to the second embodiment of the present invention. In this example, the configuration of the electrolyte membrane 1, the reaction layer 2, the gas supply layer 3, and the through-hole 4 is the same as that in the example of FIG. 1, but the separator 5 is different. That is, a large number of water passage holes 6 are provided on the surface of the separator 5 at predetermined intervals. The illustrated unit cell separator 5a and the upper unit cell separator 5b are separated from each other by a corrugated corrugated plate 7, and this space is H 2 O (water or water vapor). (Although not shown, many water passage holes are also provided on the separator 5b side).

燃料極側には、この通路から水通過孔６を介してＨ2Ｏが供給されプロトン同伴水を補充する。酸素極側では生成水が、水通過孔６を介して排出されるよう構成されている。なお、２枚のセパレータ５ａ，５ｂの間にＨ2Ｏの通路を確保する手段は、コルゲート波板を挟むような方法に限定する必要はなく、例えば孔径や空隙率の比較的大きい金属やセラミックスのポーラスプレートを挟むような方法によってもよい。要は燃料電池スタック組立て時の締付け圧に耐えて、２枚のセパレータの間隙を保持し、かつその間隙をＨ2Ｏが容易に流通するような構造であればよい。 On the fuel electrode side, H 2 O is supplied from this passage through the water passage hole 6 to replenish the proton-entrained water. On the oxygen electrode side, the generated water is configured to be discharged through the water passage hole 6. The means for securing the H 2 O passage between the two separators 5a and 5b need not be limited to a method in which a corrugated corrugated sheet is sandwiched. A method of sandwiching the porous plate may be used. In short, any structure that can withstand the clamping pressure during assembly of the fuel cell stack, hold the gap between the two separators, and allow H 2 O to easily flow through the gap is sufficient.

図３は、本発明の第三の実施例である電極構造体のユニットセルの構造を示す斜視概要図である。この例でも、ガス供給層３ａ，３ｂには、上記の硬い複合体が用いられる。下側のガス供給層３ａ側が燃料極で、断面が円形の貫通孔４ａが設けられ、かつガス供給層３ａのセパレータ５側の表面に多数の平行溝８が設けられ、これがＨ2Ｏの通路を形成している。また、上側のガス供給層３ｂ側が酸素極で、縦長の長円形の貫通孔４ｂが設けられ、これが酸素ガスの通路となるだけでなく、生成水の排出路としても利用することができる。したっがって、図２の例のようにセパレータに加工することなく、ガス供給層への水素・酸素の供給と、水の供給・排出を行なうことができる。 FIG. 3 is a schematic perspective view showing the structure of the unit cell of the electrode structure according to the third embodiment of the present invention. Also in this example, the above-mentioned hard composite is used for the gas supply layers 3a and 3b. The lower gas supply layer 3a side is a fuel electrode, a through hole 4a having a circular cross section is provided, and a number of parallel grooves 8 are provided on the surface of the gas supply layer 3a on the separator 5 side, and this is a H 2 O passage. Is forming. Further, the upper gas supply layer 3b side is an oxygen electrode, and a vertically long oval through-hole 4b is provided, which not only serves as a passage for oxygen gas but can also be used as a discharge passage for generated water. Therefore, it is possible to supply hydrogen / oxygen to the gas supply layer and supply / discharge water without processing into a separator as in the example of FIG.

次ぎに、ガス供給層を構成する複合体に貫通孔を形成する方法について説明する。ただし、これらは例示であって、本発明において貫通孔を形成する方法はこれらに限定されるものではない。まず、第一の方法は、前述の複合体前駆析出物を粉砕して粉末とし、この粉末をプレス成形して貫通孔を有する板状の成形体を製造する方法（粉末成形法）である。プレス成形の際に、型の中に貫通孔の形状に見合った線材を多数本平行に張り渡しておき、この型内に上記の原料粉末を充填してプレス成形する。板状にプレス成形されたガス供給層の複合体から、この線材の型を引き抜くことによって、容易に貫通孔を有するガス供給層を形成することができる。   Next, a method for forming a through hole in the composite constituting the gas supply layer will be described. However, these are examples, and the method of forming the through hole in the present invention is not limited to these. First, the first method is a method (powder molding method) in which the composite precursor precipitate described above is pulverized into a powder, and this powder is press-molded to produce a plate-shaped molded body having through holes. At the time of press molding, a number of wires corresponding to the shape of the through-holes are stretched in parallel in the mold, and the above raw material powder is filled into the mold and press molded. A gas supply layer having a through hole can be easily formed by pulling out the wire mold from the composite of the gas supply layer pressed into a plate shape.

原料粉末は、前駆析出物を乾燥した後粉砕することが好ましい。乾燥後（加熱前）の析出物はまだ強度が低く、通常の破砕機で容易に粉末にすることができる。また、この粉末をフッ素樹脂の融点以上に加熱してプレス成形をすれば、成形後の板状体を硬く強度の大きいものにすることができる。ただし、加熱による固化は、プレス成形した後別途に行なってもよい。貫通孔を形成するための型は、例えば枠に金属製又はカーボン製の線材を所定の間隔で張り渡したグリッド状のものを用い、プレス成形後にこの線材を引き抜くような方法によればよい。必要に応じて、この線材に離型剤を塗布して、引き抜きを容易にしてもよい。   The raw material powder is preferably pulverized after drying the precursor precipitate. The precipitate after drying (before heating) is still low in strength and can be easily made into a powder with a normal crusher. Further, if this powder is heated to a melting point or higher of the fluororesin and press-molded, the plate-like body after molding can be made hard and high in strength. However, solidification by heating may be performed separately after press molding. The mold for forming the through hole may be a grid-like shape in which, for example, a metal or carbon wire is stretched over a frame at a predetermined interval, and the wire is pulled out after press molding. If necessary, a release agent may be applied to the wire to facilitate drawing.

ガス供給層に貫通孔を形成する第二の方法は、電気泳動や相分離により、分散液の濃厚相を形成する際に、この濃厚相の中にグリッド状の型を予め埋め込んでおく方法（埋込み法）である。例えば、電気泳動の電極構成を平行平板電極系とし、そのアノード近傍に、これと平行に線材を張り渡したグリッド状の型を配置しておき、生成した前駆析出物をある程度乾燥した後、この線材を引き抜くような方法によればよい。   A second method of forming a through-hole in the gas supply layer is a method in which a grid-shaped mold is embedded in advance in a concentrated phase when a concentrated phase of a dispersion is formed by electrophoresis or phase separation ( Embedding method). For example, the electrode configuration of electrophoresis is a parallel plate electrode system, and a grid-like mold with a wire stretched in parallel with the anode is arranged in the vicinity of the anode, and after the generated precursor precipitate is dried to some extent, A method of drawing the wire may be used.

あるいは、ガス供給層の形状に見合った沈降槽を用いて相分離を行ない、その底部付近の所定の位置に、前記にようなグリッド状の型を配置しておき、濃厚相を分離して乾燥した後、上記と同様に型の線材を引き抜けばよい。埋込み法の場合にも、粉末成形法と同様に金属製又はカーボン製の線材を型として用い、必要に応じて離型剤を塗布しておけばよい。上記のいずれの場合も、このようにして形成された貫通孔を有する板状のガス供給層の素材を、フッ素樹脂の融点以上で加熱すれば、硬く強度の大きいガス供給層を得ることができる。加圧下でこの加熱を行なってもよい。   Alternatively, phase separation is performed using a sedimentation tank suitable for the shape of the gas supply layer, and a grid-shaped mold as described above is arranged at a predetermined position near the bottom, and the concentrated phase is separated and dried. After that, the mold wire may be pulled out as described above. Also in the case of the embedding method, a metal or carbon wire may be used as a mold as in the powder molding method, and a release agent may be applied if necessary. In any of the above cases, a hard and strong gas supply layer can be obtained by heating the material of the plate-like gas supply layer having the through holes formed in this way at a melting point or higher of the fluororesin. . This heating may be performed under pressure.

図３の例に見られるように、ガス供給層内に貫通孔４ａを設け、さらにその表面に多数の平行溝８を形成したい場合がある。この平行溝はプレスの型を押し当てるだけで簡単に形成することができる。前述の粉末成形法の場合は、貫通孔の型と平行溝の型を併用して、一体として成形すればよい。また、埋込み法の場合も予めグリッド状の型を埋め込んだ前駆析出物の表面を、平行溝の型でプレスして成形すればよい。この際、完全に乾燥した板状物をプレスで溝加工するには、高い圧力で加圧しなければならず、成形加工は未乾燥の状態か又は少なくとも完全に乾燥する前に行なうことが好ましい。   As seen in the example of FIG. 3, there are cases where it is desired to provide the through holes 4a in the gas supply layer and to form a large number of parallel grooves 8 on the surface thereof. These parallel grooves can be easily formed simply by pressing a press die. In the case of the above-described powder molding method, the through-hole mold and the parallel groove mold may be used together and molded integrally. In the case of the embedding method, the surface of the precursor precipitate in which the grid-shaped mold is embedded in advance may be pressed by a parallel groove mold. At this time, in order to groove the completely dried plate-like material with a press, it must be pressurized at a high pressure, and the forming process is preferably performed in an undried state or at least before completely drying.

なお、ガス供給層内にガス通路の貫通孔を設ける方法として、溝の位置が互に対応するように表面に溝加工された２枚の前駆析出物をプレス成形等で張り合わせて形成することも可能である。   In addition, as a method of providing a gas passage through-hole in the gas supply layer, two precursor precipitates that are grooved on the surface so that the positions of the grooves correspond to each other may be bonded together by press molding or the like. Is possible.

このようにして貫通孔が形成され（必要に応じて片面に溝加工され）、加熱処理された複合体（ガス供給層）の片面（溝加工した場合は加工面と反対の面）に固体高分子電解質、炭素微粒子及び触媒微粒子からなる反応層を電気泳動法又は塗布等で形成させて、ガス拡散電極を得ることができる。このガス拡散電極２枚で固体電解質、例えば固体高分子電解質膜を挟み、上下両側に表面平滑なプレート（セパレータ）を配してこれを積層すれば燃料電池スタックとなる。   Through holes are formed in this way (grooved on one side if necessary), and solid surface is formed on one side of the heat-treated composite (gas supply layer) (opposite to the machined surface if grooved). A gas diffusion electrode can be obtained by forming a reaction layer composed of molecular electrolyte, carbon fine particles and catalyst fine particles by electrophoresis or coating. A fuel cell stack is obtained by sandwiching a solid electrolyte, for example, a solid polymer electrolyte membrane, between two gas diffusion electrodes, and by arranging and stacking smooth surface plates (separators) on both upper and lower sides.

本発明の一実施例である電極構造体のユニットセルの構造を示す斜視概要図である。It is a perspective schematic diagram which shows the structure of the unit cell of the electrode structure which is one Example of this invention. 本発明の他の実施例である電極構造体のユニットセルの構造を示す斜視概要図である。It is a perspective schematic diagram which shows the structure of the unit cell of the electrode structure which is the other Example of this invention. 本発明の他の実施例である電極構造体のユニットセルの構造を示す斜視概要図である。It is a perspective schematic diagram which shows the structure of the unit cell of the electrode structure which is the other Example of this invention. 従来の燃料電池スタックの例を示す図で、図４(ａ)は全体構成を示す斜視概要図、図４(ｂ)は図４(ａ)のＡ部の拡大図である。4A and 4B are diagrams showing an example of a conventional fuel cell stack, in which FIG. 4A is a schematic perspective view showing the overall configuration, and FIG. 4B is an enlarged view of a portion A in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１：固体電解質膜
２：反応層
３，３ａ，３ｂ：ガス供給層
４，４ａ，４ｂ：貫通孔
５，５ａ，５ｂ：セパレータ
６：水通過孔
７：波板
８：平行溝
９：燃料極
１０：酸素極
１１：燃料ガス通路
１２：酸素ガス通路
１３：バイポーラプレート
１４：ガス拡散層
1: Solid electrolyte membrane 2: Reaction layers 3, 3a, 3b: Gas supply layers 4, 4a, 4b: Through holes 5, 5a, 5b: Separator 6: Water passage hole 7: Corrugated plate 8: Parallel groove 9: Fuel electrode 10: oxygen electrode 11: fuel gas passage 12: oxygen gas passage 13: bipolar plate 14: gas diffusion layer

Claims (12)

フッ素樹脂微粒子および炭素微粒子から構成された疎水性多孔質複合体からなる平板内部に面方向に多数の貫通孔を有する電極構造体。   An electrode structure having a large number of through-holes in the plane direction inside a flat plate made of a hydrophobic porous composite composed of fluororesin fine particles and carbon fine particles. 前記平板の片面に並行した溝を有することを特徴とする請求項１記載の電極構造体。   The electrode structure according to claim 1, further comprising a groove parallel to one side of the flat plate. 前記複合体が、フッ素樹脂微粒子と炭素微粒子との分散液から電気泳動により形成させた析出物を、該フッ素樹脂の融点以上に加熱してなるものである請求項１又は２記載の電極構造体。   3. The electrode structure according to claim 1, wherein the composite is formed by heating a precipitate formed by electrophoresis from a dispersion of fluororesin fine particles and carbon fine particles to a temperature equal to or higher than the melting point of the fluororesin. . 前記複合体が、フッ素樹脂微粒子と炭素微粒子との分散液に３〜３０％非イオン界面活性剤を含有させ、該非イオン界面活性剤含有分散液をその曇点以上に加熱して相分離させ、分離した下部の濃縮物を乾燥した後、前記フッ素樹脂の融点以上に加熱してなるものである請求項１又は２記載の電極構造体。   The composite contains 3-30% nonionic surfactant in a dispersion of fluororesin fine particles and carbon fine particles, and the nonionic surfactant-containing dispersion is heated above its cloud point to cause phase separation, 3. The electrode structure according to claim 1, wherein the separated lower concentrate is dried and then heated to the melting point of the fluororesin or higher. 前記フッ素樹脂微粒子がポリテトラフルオロエチレンであり、前記炭素微粒子が疎水性カーボンブラックである請求項１乃至４のいずれかに記載の電極構造体。   The electrode structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the fluororesin fine particles are polytetrafluoroethylene, and the carbon fine particles are hydrophobic carbon black. 前記炭素微粒子の一部が、カーボンナノチューブ又は／及びフラーレンである請求項５記載の電極構造体。   The electrode structure according to claim 5, wherein a part of the carbon fine particles is a carbon nanotube or / and fullerene. カーボンクロス又は／及びカーボンペーパーを包含してなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電極構造体。   The electrode structure according to any one of claims 1 to 6, comprising carbon cloth and / or carbon paper. 請求項１乃至７のいずれかに記載の電極構造体をガス供給層とし、少なくともその一方の面に電気化学的触媒を含有させた反応層を形成させてなるガス拡散電極。   A gas diffusion electrode comprising the electrode structure according to any one of claims 1 to 7 as a gas supply layer, and a reaction layer containing an electrochemical catalyst formed on at least one surface thereof. 請求項８記載のガス拡散電極の反応層側を内側にして固体高分子電解質を挟み、これらを平板状セパレータで挟んでなる構造のユニットからなる固体高分子電解質型燃料電池。   9. A solid polymer electrolyte fuel cell comprising a unit having a structure in which a solid polymer electrolyte is sandwiched with the reaction layer side of the gas diffusion electrode as inward and sandwiched between flat plate separators. 前記セパレータが金属製である請求項９記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 9, wherein the separator is made of metal. 少なくとも一方のガス供給層内部に貫通孔とその片側表面に溝を有する構造のユニットからなり、前記貫通孔に燃料電池用ガスを流し、前記溝に加湿および冷却用の水を流すことを特徴とする請求項９又は１０記載の燃料電池。   A unit having a structure having a through hole and a groove on one side surface of at least one gas supply layer, wherein fuel cell gas is supplied to the through hole, and humidification and cooling water is supplied to the groove. The fuel cell according to claim 9 or 10. 加湿および冷却用の媒体として、フッ化水素吸収性の化合物を溶解させた水溶液を用いることを特徴とする請求項１１記載の燃料電池。
12. The fuel cell according to claim 11, wherein an aqueous solution in which a hydrogen fluoride-absorbing compound is dissolved is used as the humidifying and cooling medium.
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JP2008262716A (en) * 2007-04-10 2008-10-30 Nok Corp Method for manufacturing polymer electrolyte membrane-electrode assembly
JP4897928B2 (en) * 2009-03-24 2012-03-14 パナソニック株式会社 Polymer electrolyte fuel cell and separator for polymer electrolyte fuel cell
JP2014029877A (en) * 2007-05-10 2014-02-13 Alan Devoe Fuel cell device and system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008262716A (en) * 2007-04-10 2008-10-30 Nok Corp Method for manufacturing polymer electrolyte membrane-electrode assembly
JP2014029877A (en) * 2007-05-10 2014-02-13 Alan Devoe Fuel cell device and system
JP4897928B2 (en) * 2009-03-24 2012-03-14 パナソニック株式会社 Polymer electrolyte fuel cell and separator for polymer electrolyte fuel cell

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