JP3454838B2 - 固体高分子電解質膜型燃料電池 - Google Patents

固体高分子電解質膜型燃料電池

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内部抵抗を低減できる
燃料電池用多孔質集電体を用いた固体高分子電解質膜型
燃料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】従来型の燃料電池の斜視構成図を図1に
示す。符号10は、電解質膜でその両側に設けられたア
ノードおよびカソードの電極20からなる単位電池が集
電体30に挟まれ、それぞれの集電体に集電端子40が
接続され、1つのセルが構成され、このセルがセパレー
タを介して積層されている。なお、符号50はフッ素ゴ
ム(例えば、デュポン社製バイトン)からなるOリン
グ、符号60はフッ素ゴム(例えば、デュポン社製バイ
トン)からなる平型パッキング、符号70はステンレス
(例えば、SUS304)製のホルダー、符号80は端
子である。各集電体上で燃料ガス(例えば、水素)と酸
化剤ガス(例えば、酸素)との酸化還元反応が起こるよ
うにするため、集電体にはガスの流路用溝が形成されて
いることが多い。
【0003】反応ガスは、燃料ガスと酸化剤ガスからな
り、集電体の流路から供給され、このような反応ガスの
供給の結果、電気化学的反応の進行にともない電子が発
生し、この電子を外部回路から取り出すことにより、電
気エネルギーを発生する。
【0004】このときに、集電体と電極および集電体と
集電端子間に、接触抵抗があり、これが燃料電池全体の
内部抵抗を大きくしてしまう原因となる。また、この集
電体は、燃料ガス、酸化剤ガスにさらされるので、耐蝕
性に優れたものでなければならないが、従来のものでは
この点で不充分である。一方、電極と集電体界面での水
素吸着能の向上は、電池の性能向上につながるが、従
来、これに効果のあるような試みはなされていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な従来の技術を背景になされたものであり、内部抵抗を
小さくでき、耐蝕性に優れ、かつ水素吸着能が向上した
多孔質集電体を用いた固体高分子電解質膜燃料電池を提
供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、炭素質材料か
らなる多孔質集電体の電極と接する表面に導電性と耐蝕
性に優れる金属をコーティングしてなる多孔質集電体を
有する固体高分子電解質膜型燃料電池を提供するもので
ある。上記多孔質集電体の集電体端子と接する表面に
も、導電性と耐蝕性に優れる金属をコーティングしても
よい。上記金属は、白金、金、イリジウム、ロジウム、
ルテニウムおよびパラジウムの群から選ばれた少なくと
も1種であることが好ましい。
【0007】本発明において、炭素質材料からなる多孔
集電体の材質および形状などは、特に限定されるもの
ではないが、例えば多孔質炭素焼結体、カーボンペーパ
ー、カーボンクロスなどが好ましい。また、コーティン
グに供される金属としては、導電性と耐蝕性に優れるも
のが用いられるが、白金、金、イリジウム、ロジウム、
ルテニウム、パラジウムが挙げられ、これらを単独ある
いは2種以上組み合わせて用いられる。
【0008】コーティングの方法としては、スパッタリ
ング法、蒸着法、あるいはメッキ法などが挙げられ、こ
のようにしてコーティングすることにより、金属膜が
孔質集電体表面に密着して形成される。金属層の厚み
は、0.05〜2μm程度が好ましい。
【0009】このようにして金属をコーティングされた
多孔質集電体は、導電性、耐蝕性に優れた金属を用いて
いるので、内部抵抗を小さくすることができ、耐蝕性に
も優れる。また、多孔質集電体と触媒層の界面に金属が
入り込むため、水素吸着能も向上する。
【0010】次に、本発明の燃料電池は、上記のような
多孔質集電体を用いたことを特徴とし、固体高分子電解
質膜、その両側に正極と負極、さらに正極、負極の外側
多孔質集電体およびこれと接して集電端子を1つのセ
ルとして有する。本発明の燃料電池としては、例えば図
1に示す燃料電池の集電体を本発明の多孔質集電体に置
き換えたものを挙げることができる。そして、通常、こ
のセルは、セパレータを介して積層される。
【0011】なお、本発明の固体高分子電解質膜として
は、ポリパーフルオロカーボンスルホン酸などが好まし
い。また、固体高分子電解質膜の膜厚は、おおよそ50
〜200μm程度である。本発明の燃料電池は、多孔質
集電体の少なくとも電極と接する表面が導電および耐蝕
性に優れる金属でコーティングされていることが特徴で
あり、これにより接触抵抗が低減され、耐蝕性に優れて
いるのであり、この特徴が生かされているものであれ
ば、上述の例に限定されるものではなく、どのような形
式の燃料電池でもよい。
【0012】本発明においては、多孔質集電体の少なく
とも電極と接する表面に導電性および耐蝕性に優れる金
属をコーティングしているので、多孔質集電体と電極と
の接触面での接触抵抗を低減することができ、電池の内
部抵抗を小さくすることができ、また耐蝕性の向上も図
ることができる。さらに、多孔質集電体と電極の界面に
金属が入り込み、これにより水素吸着能を向上させるこ
とができる。
【0013】以下に実施例を挙げ、本発明を説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。 実施例1 多孔質カーボン板からなる集電体に、白金をスパッタリ
ングにより厚み0.1μmになるようにコーティングし
た。この多孔質集電体を用い、図2に示すようなセルを
組み、発電を行った。なお、図2において、各符号は図
1と同様であり、符号10は固体高分子電解質膜、符号
20は電極、符号30は集電体、符号40は集電体端子
であり、また符号90はこの集電体30の電極および集
電体端子と接する表面にコーティングされた金属コーテ
ィング膜である。
【0014】このとき、集電体−集電端子間、および集
電体−電極間の接触抵抗と集電体自身の抵抗の和(以
下、単に「抵抗」と記す)Rは、R=(V1−V2)/A
で表される。そこで、コーティングしたときの抵抗をR
1、コーティングしないときの抵抗をR2とし、電流密度
を変えてR1/R2を測定した。結果を図3に示す。図3
より、集電体に金属をコーティングすることにより、抵
抗が1/2程度に減少することが分かる。
【0015】
【発明の効果】本発明の固体高分子電解質膜型燃料電池
は、炭素質材料からなる多孔質集電体の少なくとも
接する表面に導電性と耐蝕性に優れる金属をコーティ
ングしてなる集電体を有するため、耐蝕性が向上し、内
部抵抗を小さくすることでき、さらには多孔質集電体−
触媒層界面における水素吸着能を向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】燃料電池の斜視構成図である。
【図2】実施例1で用いられるセルの断面図である。
【図3】実施例1における測定結果を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
10 固体高分子電解質膜 20 電極 30 集電体 40 集電端子 90 金属コーティング膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−128558(JP,A) 特開 平1−309263(JP,A) 特開 平3−269955(JP,A) 特開 昭53−102278(JP,A) 特開 平2−250265(JP,A) 特開 平3−79783(JP,A) 特開 昭58−161265(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/02 H01M 8/10 H01M 4/86 - H10M 4/98

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素質材料からなる多孔質集電体の電
    接する表面に導電性と耐蝕性に優れる金属をコーティ
    ングしてなる多孔質集電体を有する固体高分子電解質膜
    型燃料電池。
  2. 【請求項2】 炭素質材料からなる多孔質集電体の集電
    体端子と接する表面に導電性と耐蝕性に優れる金属をコ
    ーティングしてなる請求項1記載の固体高分子電解質膜
    型燃料電池。
  3. 【請求項3】 金属が、白金、金、イリジウム、ロジウ
    ム、ルテニウムおよびパラジウムの群から選ばれた少な
    くとも1種である請求項1または2記載の固体高分子電
    解質膜型燃料電池。
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