JP2012174456A - 燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池100は、電解質膜10と、触媒層20と、ガス拡散層としての微小多孔質層30およびガス拡散層基材40と、を備える。微小多孔質層30は、カーボンブラックと撥水剤とを含む。微小多孔質層30は、撥水剤として、分子間をガスが透過する性質を有する非晶質のポリテトラフルオロエチレンを含む。
燃料電池。
【選択図】図1
Description
燃料電池であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の表面に形成された触媒層と、
前記触媒層の前記電解質膜とは反対側の表面に形成されたガス拡散層と、
を備え、
前記ガス拡散層は、前記触媒層と当接する部位に、導電体と撥水剤とを含む微小多孔質層を備え、
前記微小多孔質層は、前記撥水剤として、分子間をガスが透過する性質を有するガス透過性樹脂を含む、
燃料電池。
適用例1記載の燃料電池であって、
前記微小多孔質層は、前記ガス透過性樹脂として、非晶質のフッ素樹脂を含む、
燃料電池。
適用例2記載の燃料電池であって、
前記微小多孔質層は、該微小多孔質層の厚さ方向の全体に亘って、前記非晶質のフッ素樹脂を結晶質のフッ素樹脂よりも多く含む、
燃料電池。
適用例2記載の燃料電池であって、
前記微小多孔質層は、
前記触媒層側に配置された第1の微小多孔質層であって、前記非晶質のフッ素樹脂を結晶質のフッ素樹脂よりも多く含む第1の微小多孔質層と、
前記第1の微小多孔質層の前記触媒層側とは反対側に配置された第2の微小多孔質層であって、前記結晶質のフッ素樹脂を前記非晶質のフッ素樹脂よりも多く含む第2の微小多孔質層と、
を備える燃料電池。
適用例2記載の燃料電池であって、
前記微小多孔質層は、該微小多孔質層の厚さ方向の全体に亘って、前記非晶質のフッ素樹脂と、結晶質のフッ素樹脂との混合物を含む、
燃料電池。
適用例1ないし5のいずれかに記載の燃料電池であって、さらに、
前記触媒層は、前記微小多孔質層と当接する部位に、前記非晶質のフッ素樹脂を含む、
燃料電池。
適用例1ないし6のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記ガス透過性樹脂のガス透過係数は、100×10−10(cm3・cm/(cm2・s・cmHg))以上である、
燃料電池。
適用例1ないし7のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記微小多孔質層において、前記ガス透過性樹脂の前記導電体に対する質量比率は、0.05〜0.6である、
燃料電池。
A.第1実施例:
図1は、本発明の第1実施例としての燃料電池100の概略構成を示す説明図である。図1では、燃料電池100の断面構造を模式的に示した。図示するように、燃料電池100は、電解質膜10の両面に、それぞれ、触媒層20と、微小多孔質層30と、ガス拡散層基材40とを、この順に備える。微小多孔質層30、および、ガス拡散層基材40は、課題を解決するための手段におけるガス拡散層に相当する。
第2実施例の燃料電池は、図示は省略するが、第1実施例の燃料電池100における微小多孔質層30の代わりに、後述する微小多孔質層30Aを備えている。これ以外は、第1実施例の燃料電池100と同じである。
第3実施例の燃料電池は、図示は省略するが、第1実施例の燃料電池100における微小多孔質層30の代わりに、後述する微小多孔質層30Bを備えている。これ以外は、第1実施例の燃料電池100と同じである。
第4実施例の燃料電池は、図示は省略するが、第1実施例の燃料電池100における微小多孔質層30の代わりに、後述する微小多孔質層30Cを備えている。また、第4実施例の燃料電池は、第1実施例の燃料電池100における触媒層20の代わりに、後述する触媒層20Cを備えている。これら以外は、第1実施例の燃料電池100と同じである。
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
上記第1実施例の燃料電池100では、触媒層20のほぼ全面に、非晶質のポリテトラフルオロエチレン34を含む微小多孔質層30を配置するものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、触媒層20の面内における一部の領域に、微小多孔質層30を配置するようにし、他の領域に、他の微小多孔質層を配置するようにしてもよい。具体的には、触媒層20の面内において、水が過剰になりやすい領域に、非晶質のポリテトラフルオロエチレン34を含む微小多孔質層30を備えるようにし、乾燥しやすい領域に、他の微小多孔質層を備えるようにしてもよい。こうすることによって、燃料電池100における局所的なフラッディングや、ドライアップを抑制することができる。これは、第2〜4実施例の燃料電池における微小多孔質層30A,30B,30Cについても同様である。
上記第1実施例の燃料電池100では、微小多孔質層30は、導電体として、カーボンブラックを含むものとしたが、本発明は、これに限られない。カーボンブラックの代わりに、繊維状のカーボン(例えば、カーボンナノチューブ)を用いるものとしてもよい。これは、第2〜4実施例の燃料電池における微小多孔質層30A,30B,30Cについても同様である。
上記第1実施例の燃料電池100では、微小多孔質層30は、結晶質のポリテトラフルオロエチレンを含まないものとしたが、本発明は、これに限られない。微小多孔質層30は、非晶質のポリテトラフルオロエチレン34を結晶質のポリテトラフルオロエチレンよりも多く含んでいればよい。
上記第2実施例の燃料電池では、第1の微小多孔質層30A1は、結晶質のポリテトラフルオロエチレン36を含まないものとしたが、本発明はこれに限られない。第1の微小多孔質層30A1は、非晶質のポリテトラフルオロエチレン34を結晶質のポリテトラフルオロエチレン36よりも多く含んでいればよい。
上記第1実施例の燃料電池100では、微小多孔質層30は、非晶質のポリテトラフルオロエチレン34を含むものとしたが、本発明は、これに限られない。非晶質のポリテトラフルオロエチレン34の代わりに、他の非晶質のフッ素樹脂、さらには、他の非晶質のフッ素樹脂の代わりに、撥水性および分子間をガスが透過する性質を有する樹脂を含むものとしてもよい。
10…電解質膜
20,20C…触媒層
30,30A,30B,30C…微小多孔質層
30A1…第1の微小多孔質層
30A2…第2の微小多孔質層
30h…細孔
32…カーボンブラック
34…ポリテトラフルオロエチレン(非晶質)
36…ポリテトラフルオロエチレン(結晶質)
40…ガス拡散層基材
Claims (8)
- 燃料電池であって、
電解質膜と、
前記電解質膜の表面に形成された触媒層と、
前記触媒層の前記電解質膜とは反対側の表面に形成されたガス拡散層と、
を備え、
前記ガス拡散層は、前記触媒層と当接する部位に、導電体と撥水剤とを含む微小多孔質層を備え、
前記微小多孔質層は、前記撥水剤として、分子間をガスが透過する性質を有するガス透過性樹脂を含む、
燃料電池。 - 請求項1記載の燃料電池であって、
前記微小多孔質層は、前記ガス透過性樹脂として、非晶質のフッ素樹脂を含む、
燃料電池。 - 請求項2記載の燃料電池であって、
前記微小多孔質層は、該微小多孔質層の厚さ方向の全体に亘って、前記非晶質のフッ素樹脂を結晶質のフッ素樹脂よりも多く含む、
燃料電池。 - 請求項2記載の燃料電池であって、
前記微小多孔質層は、
前記触媒層側に配置された第1の微小多孔質層であって、前記非晶質のフッ素樹脂を結晶質のフッ素樹脂よりも多く含む第1の微小多孔質層と、
前記第1の微小多孔質層の前記触媒層側とは反対側に配置された第2の微小多孔質層であって、前記結晶質のフッ素樹脂を前記非晶質のフッ素樹脂よりも多く含む第2の微小多孔質層と、
を備える燃料電池。 - 請求項2記載の燃料電池であって、
前記微小多孔質層は、該微小多孔質層の厚さ方向の全体に亘って、前記非晶質のフッ素樹脂と、結晶質のフッ素樹脂との混合物を含む、
燃料電池。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載の燃料電池であって、さらに、
前記触媒層は、前記微小多孔質層と当接する部位に、前記非晶質のフッ素樹脂を含む、
燃料電池。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記ガス透過性樹脂のガス透過係数は、100×10−10(cm3・cm/(cm2・s・cmHg))以上である、
燃料電池。 - 請求項1ないし7のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記微小多孔質層において、前記ガス透過性樹脂の前記導電体に対する質量比率は、0.05〜0.6である、
燃料電池。
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JP5530954B2 (ja) | 2014-06-25 |
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