JP5162884B2 - Solid polymer electrolyte fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給して発電する固体高分子電解質型燃料電池、特に、固体高分子電解質膜を挟んでその両面に燃料電極および酸化剤電極を配設してなる膜・電極接合体の構成に関する。なお本発明は、上記固体高分子電解質型燃料電池以外に、主に携帯用機器に用いられ燃料としてメタノールを直接用いる直接メタノール型燃料電池にも適用できる。 The present invention relates to a solid polymer electrolyte fuel cell that generates power by supplying a fuel gas and an oxidant gas, and in particular, a membrane in which a fuel electrode and an oxidant electrode are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane. -It is related with the structure of an electrode assembly. In addition to the solid polymer electrolyte fuel cell, the present invention can also be applied to a direct methanol fuel cell that is mainly used in portable equipment and directly uses methanol as a fuel.
近年、地球環境問題に鑑みクリーンで発電効率の高い次世代の発電装置が希求されており、その1つとして水素と空気中の酸素を化学反応させる際にその化学エネルギー変化を直接電気エネルギーとして取り出す燃料電池の実用化が大いに期待されている。特に、上記固体高分子電解質型燃料電池や直接メタノール型燃料電池は、一般家庭用としても、次第に普及する傾向が強まっている。 In recent years, there has been a demand for a next-generation power generation device that is clean and has high power generation efficiency in view of global environmental problems. As one of them, when chemical reaction between hydrogen and oxygen in the air is performed, the chemical energy change is directly taken out as electric energy. The practical application of fuel cells is highly expected. In particular, the solid polymer electrolyte fuel cell and the direct methanol fuel cell are becoming increasingly popular for general household use.
前記固体高分子電解質型燃料電池は、一般に、固体高分子電解質膜を挟んでその両面に燃料電極および酸化剤電極を配設してなる膜・電極接合体と、ガス不透過性のセパレ−ト板との積層体からなり、前記膜・電極接合体とセパレ−ト板との間には、その外周部に反応ガスの漏洩防止用のシール手段を備える(特許文献1,2参照)。
The solid polymer electrolyte fuel cell generally includes a membrane / electrode assembly in which a fuel electrode and an oxidant electrode are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and a gas-impermeable separator. It consists of a laminated body with a plate, and a seal means for preventing leakage of reactive gas is provided on the outer periphery between the membrane / electrode assembly and the separator plate (see
特許文献1,2においては、いずれも、アノードおよびカソードの一対の電極の面積より大きく形成された固体高分子電解質膜の額縁状の外周部と、セパレ−ト板との間にシール部材を設けて、反応ガスのシールを行なう構成を採用している。
In each of
上記のように、固体高分子電解質膜にシール部材を直接当接してシールを行なうもの以外に、電解質膜から張り出して設けた樹脂膜を用いて樹脂膜部でシールするものや、樹脂膜を補強膜として用いてシールする構成の燃料電池も知られている(特許文献3,4参照)。
As described above, in addition to sealing the solid polymer electrolyte membrane by directly contacting the sealing member, sealing with a resin membrane portion using a resin membrane protruding from the electrolyte membrane or reinforcing the resin membrane There is also known a fuel cell configured to be sealed as a membrane (see
特許文献3は、その要約の記載を引用すると、「電極一体膜におけるイオン交換膜の面積をその主たる機能を損なうことなく縮小した固体高分子電解質型燃料電池を得る。」ことを目的として、図8に示すように「両面に酸化剤電極13および燃料電極14が密着して固着したイオン交換膜12の外周部分が、これと重なりを有する額縁状の樹脂膜,例えばフッ素系モノマ−膜15の内周部分に熱融着部16で気密に結合されて一体化するよう電極一体膜を構成し、電極一体膜外周部分のガスシ−ル機能,およびマニホ−ルドなどをイオン交換膜に比べて極めて安価な額縁状の樹脂膜15に分担させることにより、高価なイオン交換膜の面積を陽イオン交換膜として機能するに必要な一対の電極面積近くにまで縮小する。」構成を備える固体高分子電解質型燃料電池を開示している。
図8は、特許文献3の図1として開示された膜・電極接合体を示す平面図である(なお、一部の部番を変更している)。 FIG. 8 is a plan view showing the membrane-electrode assembly disclosed as FIG. 1 of Patent Document 3 (note that some part numbers have been changed).
特許文献4は、その要約の記載を引用すると、「固体高分子電解質膜の破損がなく信頼性に優れる固体高分子電解質型燃料電池を得る。」ことを目的として、図9に示すように「固体高分子電解質膜1に外形寸法が前記固体高分子電解質膜の外形寸法より小さい電極2,3を前記膜を介して対向して設けるとともに固体高分子電解質膜1の電極2,3の設けられていない外縁部と前記電極の周縁部に補強膜7,8を被覆して単セルとしこの単セルを前記固体高分子電解質膜の外縁部に設けられたガスシール部を介して反応ガス供給板4により挟持し且つシールする。」構成を備える固体高分子電解質型燃料電池を開示している。
Patent Document 4 quotes the summary description as shown in FIG. 9 for the purpose of “obtaining a solid polymer electrolyte fuel cell with no damage to the solid polymer electrolyte membrane and excellent reliability”.
図9は、特許文献4の図1として開示された固体高分子電解質型燃料電池の断面図である。なお、図9における上記以外の部番の説明は省略する(詳細は、特許文献4参照)。 FIG. 9 is a cross-sectional view of the solid polymer electrolyte fuel cell disclosed as FIG. In addition, description of part numbers other than the above in FIG.
図7は、前記図8の構成と類似する膜・電極接合体の断面図を示す。図7において、21は固体高分子電解質膜、22はカソード触媒層、23はアノード触媒層、24はカソード拡散層、25はアノード拡散層、26は額縁状の樹脂膜としての補強フィルムを示す。
ここで、カソード触媒層22とカソード拡散層24とで一方の電極(カソード)を構成し、アノード触媒層23とアノード拡散層25とで他方の電極(アノード)を構成する。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a membrane / electrode assembly similar to the structure of FIG. In FIG. 7, 21 is a solid polymer electrolyte membrane, 22 is a cathode catalyst layer, 23 is an anode catalyst layer, 24 is a cathode diffusion layer, 25 is an anode diffusion layer, and 26 is a reinforcing film as a frame-shaped resin film.
Here, the
ところで、図7と図8との主な相違点は下記のとおりである。即ち、図7の場合、額縁状の樹脂膜26が、アノード触媒層23の内方において、固体高分子電解質膜21の外縁部と重なりを有し、電極外方に張り出した構成を備えている点である。
上記のような従来の固体高分子電解質型燃料電池においては、下記のような問題があった。即ち、特許文献1〜4および図7に記載のいずれの燃料電池においても、固体高分子電解質膜または額縁状の樹脂膜が直線状に構成され、かつ電解質膜または樹脂膜の外周部に反応ガスの漏洩防止用のシール手段があって、電解質膜の面方向の直線状の自由な動きを、前記シール手段が拘束している。
The conventional solid polymer electrolyte fuel cell as described above has the following problems. That is, in any of the fuel cells described in
固体高分子電解質型燃料電池の場合には、通常、電解質膜は加湿状態で運転されるが、燃料電池運転時に好適な加湿状態が維持されずに電解質膜が乾燥状態となった場合には、電解質膜が収縮する。その際、電解質膜または樹脂膜の外周部におけるシール手段の拘束によって、電解質膜には収縮に抗した引っ張り応力が作用し、電解質膜の損傷やクリープが生じ、燃料電池が運転不能となる問題がある。 In the case of a solid polymer electrolyte fuel cell, the electrolyte membrane is usually operated in a humidified state, but when the electrolyte membrane is in a dry state without maintaining a suitable humidified state during fuel cell operation, The electrolyte membrane contracts. At that time, due to the restraint of the sealing means at the outer periphery of the electrolyte membrane or resin membrane, the tensile stress against the shrinkage acts on the electrolyte membrane, resulting in damage or creep of the electrolyte membrane, and the problem that the fuel cell becomes inoperable. is there.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、電解質膜が燃料電池運転時に収縮した際にも、電解質膜に作用する引張り応力が抑制可能な構造を備え、運転寿命の長い固体高分子電解質型燃料電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to provide a structure capable of suppressing tensile stress acting on the electrolyte membrane even when the electrolyte membrane contracts during fuel cell operation. An object of the present invention is to provide a solid polymer electrolyte fuel cell having a long operating life.
上記課題は、以下により達成される。即ち、固体高分子電解質膜を挟んでその両面に燃料電極および酸化剤電極を配設してなる膜・電極接合体と、ガス不透過性のセパレ−ト板との積層体からなり、前記膜・電極接合体とセパレ−ト板との間には、その外周部に反応ガスの漏洩防止用のシール手段を備えた固体高分子電解質型燃料電池において、前記膜・電極接合体は、前記一対の電極の面積より大きく形成された固体高分子電解質膜の額縁状の外周部を備え、前記電解質膜の額縁状の外周部は、前記電解質膜が収縮した際の応力緩和手段を備え、この応力緩和手段の外側に前記シール手段を備え、前記応力緩和手段は、前記電解質膜の額縁状の外周部に設けた電解質膜の折り曲げ部であり、前記折り曲げ部は、膜面方向に唯一つの面状の段差を有するS字状の折り曲げ部であることを特徴とする(請求項1)。 The above-mentioned subject is achieved by the following. That is, a membrane / electrode assembly in which a fuel electrode and an oxidizer electrode are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane and a gas impermeable separator plate, and the membrane In the polymer electrolyte fuel cell having a sealing means for preventing leakage of reaction gas on the outer periphery between the electrode assembly and the separator plate, the membrane / electrode assembly is the pair with the outer peripheral portion frame-like the larger solid polymer electrolyte membrane than the area of the electrode, frame-shaped outer peripheral portion of the electrolyte membrane is provided with a stress relieving means when the electrolyte membrane contracts, the stress The sealing means is provided outside the relaxing means, and the stress relaxing means is a bent portion of the electrolyte membrane provided on a frame-like outer peripheral portion of the electrolyte membrane. bent portions der Ru S-shape having a stepped It characterized the door (claim 1).
前記請求項1の発明の実施態様としては、下記請求項2の発明が好ましい。即ち、前記請求項1に記載のものにおいて、前記S字状折り曲げ部における折り曲げ部の長さは、0.2〜2mmとする(請求項2)。
As an embodiment of the invention of
なお、参考までに、前記課題は、下記の参考構成例1〜8によっても達成される。即ち、固体高分子電解質膜を挟んでその両面に燃料電極および酸化剤電極を配設してなる膜・電極接合体と、ガス不透過性のセパレ−ト板との積層体からなり、前記膜・電極接合体とセパレ−ト板との間には、その外周部に反応ガスの漏洩防止用のシール手段を備えた固体高分子電解質型燃料電池において、前記膜・電極接合体は、前記固体高分子電解質膜の外縁部と重なりを有して接合され電極外方に張り出した額縁状の樹脂膜を備え、前記額縁状の樹脂膜は、前記電解質膜が収縮した際の応力緩和手段を備え、この応力緩和手段の外側に前記シール手段を備えることを特徴とする(参考構成例1)。For reference, the above-described problem is also achieved by the following reference configuration examples 1 to 8. That is, a membrane / electrode assembly in which a fuel electrode and an oxidizer electrode are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane and a gas impermeable separator plate, and the membrane In the polymer electrolyte fuel cell having a sealing means for preventing leakage of reaction gas on the outer periphery between the electrode assembly and the separator plate, the membrane / electrode assembly is the solid A frame-shaped resin film that is joined to the outer edge of the polymer electrolyte membrane so as to overlap and protrudes outward from the electrode, and the frame-shaped resin film includes stress relaxation means when the electrolyte membrane contracts. The sealing means is provided outside the stress relaxation means (Reference Configuration Example 1).
前記参考構成例1の実施態様としては、下記参考構成例2ないし8が好ましい。即ち、前記参考構成例1に記載のものにおいて、前記応力緩和手段は、前記電解質膜の額縁状の外周部に設けた電解質膜の折り曲げ部とする(参考構成例2)。また、前記参考構成例1に記載のものにおいて、前記応力緩和手段は、前記額縁状の樹脂膜に設けた樹脂膜の折り曲げ部とする(参考構成例3)。さらに、前記参考構成例2または3に記載のものにおいて、前記折り曲げ部は、S字状の折り曲げ部とする(参考構成例4)。さらにまた、前記参考構成例4に記載のものにおいて、前記S字状折り曲げ部における折り曲げ部の長さは、0.2〜2mmとする(参考構成例5)。また、前記参考構成例3に記載のものにおいて、前記折り曲げ部は、U字状の折り曲げ部とする(参考構成例6)。さらに、前記参考構成例6に記載のものにおいて、前記U字状折り曲げ部における湾曲部内側半径は、0.2〜2mmとする(参考構成例7)。また、前記参考構成例3または4に記載のものにおいて、前記額縁状の樹脂膜は、固体高分子電解質膜と同程度の融点を有するフッ素系ポリマーからなり、固体高分子電解質膜の周縁部と熱融着により接合されてなるものとする(参考構成例8)。As embodiments of the reference configuration example 1, the following reference configuration examples 2 to 8 are preferable. That is, in the structure described in the reference configuration example 1, the stress relaxation means is a bent portion of the electrolyte membrane provided on the frame-shaped outer peripheral portion of the electrolyte membrane (reference configuration example 2). Moreover, in the thing of the said reference structure example 1, the said stress relaxation means is made into the bending part of the resin film provided in the said frame-shaped resin film (reference structure example 3). Furthermore, in the thing of the said reference structure example 2 or 3, the said bending part is made into a S-shaped bending part (reference structure example 4). Furthermore, in the thing of the said reference structure example 4, the length of the bending part in the said S-shaped bending part shall be 0.2-2 mm (reference structure example 5). Moreover, in the thing of the said reference structural example 3, let the said bending part be a U-shaped bending part (reference structural example 6). Furthermore, in the thing of the said reference structural example 6, the curved part inner side radius in the said U-shaped bending part shall be 0.2-2 mm (reference structural example 7). Further, in the structure described in the reference configuration example 3 or 4, the frame-shaped resin film is made of a fluorine-based polymer having a melting point similar to that of the solid polymer electrolyte membrane, and the peripheral portion of the solid polymer electrolyte membrane is It shall be joined by thermal fusion (Reference Configuration Example 8).
この発明によれば、電解質膜の収縮に伴う応力が緩和されるので、燃料電池運転時に電解質膜の損傷やクリープを生じ難い膜・電極接合体が得られ、運転寿命の長い固体高分子電解質型燃料電池が提供できる。 According to the present invention, the stress associated with the contraction of the electrolyte membrane is relieved, so that a membrane / electrode assembly that hardly causes damage or creep of the electrolyte membrane during operation of the fuel cell can be obtained, and the solid polymer electrolyte type with a long operating life is obtained. A fuel cell can be provided.
次に、この発明の実施形態ならびに参考構成例および比較例に関して、図1ないし図6に基いて説明する。図1および2は、本発明の参考構成例1および2に係る膜・電極接合体の模式的断面図、図3および4は、図1および2の膜・電極接合体の製造治具および製造方法を説明する模式的断面図である。 Next, an embodiment of the present invention, a reference configuration example, and a comparative example will be described with reference to FIGS. 1 and 2 are schematic cross-sectional views of membrane / electrode assemblies according to Reference Configuration Examples 1 and 2 of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are manufacturing jigs and manufactures of the membrane / electrode assemblies of FIGS. It is typical sectional drawing explaining a method.
上記、図1〜4は、いずれも電極外方に張り出した額縁状の樹脂膜を有する参考構成例を示すが、これらについて説明する前に、本発明の実施形態に係る膜・電極接合体の模式的断面図を示す図6について述べる。 Above, FIGS. 1-4, an example reference structure having a frame-like resin film both overhanging electrode outward, before describing these, according to the exemplary shape condition of the present invention membrane electrode assembly FIG. 6 showing a schematic cross-sectional view of FIG.
図6の実施形態は、前記図9の膜・電極接合体をベースとし、応力緩和手段として、電解質膜の外周部に電解質膜の折り曲げ部1aを設けたものであり、シール手段は概念的に部番56として示す。シール手段の構成としては、図9に開示されたように、フッ素樹脂からなる補強膜を介して反応ガスをシールする構成としてもよいし、また、補強膜を用いずに、固体高分子電解質膜1を直接シールする構成としてもよい。
The embodiment of FIG. 6 is based on the membrane / electrode assembly of FIG. 9 and is provided with a
上記図6の構成によれば、電解質膜が燃料電池運転時に収縮した際に、電解質膜の折り曲げ部1aが容易に追随して電解質膜の面方向に動き得るので、電解質膜に作用する引張り応力が抑制できる。
According to the configuration of FIG. 6, when the electrolyte membrane contracts during fuel cell operation, the
次に、図1および図2の参考構成例について述べる。図1および図2において、図7に示した部材と同一機能部材には、同一番号を付して示す。図1の参考構成例は、固体高分子電解質膜の外縁部と重なりを有して接合され電極外方に張り出した額縁状の樹脂膜26を備え、応力緩和手段として、前記額縁状の樹脂膜に設けた樹脂膜の折り曲げ部26aを設けた態様を示す。この折り曲げ部26aは、図1(b)の拡大図に示すように、S字状折り曲げ部であって、その長さ(図1(b)に示すL)は、0.2〜2mmが好ましい。この長さLは、主に家庭用1kWの固体高分子電解質膜型燃料電池を対象とする電極サイズ:約15cm×15cmの場合に対する所要長さであるが、電極サイズの大小に応じて、適宜、比例的に増減する。
Next, a reference configuration example of FIGS. 1 and 2 will be described. In FIG. 1 and FIG. 2, the same functional members as those shown in FIG. The reference configuration example of FIG. 1 includes a frame-shaped
図2の参考構成例は、額縁状の樹脂膜26に設けた樹脂膜の折り曲げ部をU字状の折り曲げ部26bとした態様を示す。前記U字状折り曲げ部26bにおける湾曲部内側半径(図2(b)に示すr)は、0.2〜2mmとするのが好ましい。このrの値は、電極サイズの大小に応じて、適宜、比例的に増減する。
The reference configuration example of FIG. 2 shows an aspect in which the bent portion of the resin film provided on the frame-shaped
次に、図3および4について述べる。図3および4における部番27および28は、後述する実施例1および2において使用したプレス治具を示し、膜・電極接合体の製作に当たっては、固体高分子電解質膜21を挟む電極部には熱と圧力を加え、所謂熱プレスにより、所定の温度および圧力下で一体化する。
(参考構成の具体例)
Next, FIGS. 3 and 4 will be described.
(Specific examples of reference configuration)
次に、参考構成の具体例および比較例に関して述べる。 Next, specific examples of the reference configuration and comparative examples will be described.
(参考構成の具体例1)
白金担持量40質量%の白金担持カーボン10gと、パーフルオロスルホン酸ポリマー5%g/gアルコール溶液100gとを混合して作製した触媒ペーストを拡散層上にダイコーターを用いて白金量が0.3mg/cm2となるように塗布し、空気電極/拡散層接合体を作製した。次に白金担持量30質量%,ルテニウム担持量15質量%の白金ルテニウムカーボン10gと、パーフルオロスルホン酸ポリマー5%g/gアルコール溶液100gとを混合して作成した触媒ペーストを電解質膜上にダイコーターを用いて白金量が0.3mg/cm2となるように塗布し、燃料電極/拡散層接合体を作製した。
( Specific example 1 of the reference configuration )
A catalyst paste prepared by mixing 10 g of platinum-supporting carbon having a platinum-supporting amount of 40% by mass with 100 g of a perfluorosulfonic acid polymer 5% g / g alcohol solution was placed on the diffusion layer using a die coater. The air electrode / diffusion layer assembly was prepared by coating at 3 mg / cm 2 . Next, a catalyst paste prepared by mixing 10 g of platinum ruthenium carbon having a platinum loading of 30% by mass and ruthenium loading of 15% by mass with 100 g of a perfluorosulfonic acid polymer 5% g / g alcohol solution is formed on the electrolyte membrane by Daiko. The fuel electrode / diffusion layer assembly was prepared by applying a platinum so that the amount of platinum was 0.3 mg / cm 2 .
次に、電解質膜および電極を、あらかじめS字状折り曲げ部(図1の26a)をつけておいた額縁状補強フィルムと共に図3に示す製作治具にセットし、空気電極/拡散層接合体、燃料電極/拡散層接合体を電解質膜の両面に配置して熱プレスし、温度140℃、圧力5MPaで一体化した。 Next, the electrolyte membrane and the electrode are set in the production jig shown in FIG. 3 together with the frame-shaped reinforcing film with the S-shaped bent portion (26a in FIG. 1) attached in advance, and the air electrode / diffusion layer assembly, The fuel electrode / diffusion layer assembly was placed on both sides of the electrolyte membrane and hot-pressed and integrated at a temperature of 140 ° C. and a pressure of 5 MPa.
(参考構成の具体例2)
白金担持量40質量%の白金担持カーボン10gと、パーフルオロスルホン酸ポリマー5%g/gアルコール溶液100gとを混合して作製した触媒ペーストを拡散層上にダイコーターを用いて白金量が0.3mg/cm2となるように塗布し、空気電極/拡散層を作製した。次に、空気電極/拡散層の空気電極側に電解質膜を温度140℃、圧力5MPaで一体化した。次に、白金担持量30質量%,ルテニウム担持量15質量%の白金ルテニウムカーボン10gと、パーフルオロスルホン酸ポリマー5%g/gアルコール溶液100gとを混合して作成した触媒ペーストを電解質膜上にダイコーターを用いて白金量が0.3mg/cm2となるように塗布し、燃料電極/拡散層接合体を作製した。
( Specific example 2 of reference configuration )
A catalyst paste prepared by mixing 10 g of platinum-supporting carbon having a platinum-supporting amount of 40% by mass with 100 g of a perfluorosulfonic acid polymer 5% g / g alcohol solution was placed on the diffusion layer using a die coater. The air electrode / diffusion layer was prepared by coating to 3 mg / cm 2 . Next, an electrolyte membrane was integrated at a temperature of 140 ° C. and a pressure of 5 MPa on the air electrode / diffusion layer side of the air electrode. Next, a catalyst paste prepared by mixing 10 g of platinum ruthenium carbon having a platinum loading amount of 30% by mass and ruthenium loading amount of 15% by mass with 100 g of a perfluorosulfonic acid polymer 5% g / g alcohol solution is formed on the electrolyte membrane. Coating was performed using a die coater so that the amount of platinum was 0.3 mg / cm 2 , thereby preparing a fuel electrode / diffusion layer assembly.
最後に、あらかじめU字状折り曲げ部(図2の26b)をつけておいた額縁状補強フィルムを図4に示す製作治具にセットし、電解質膜/空気電極/拡散層接合体、燃料電極/拡散層接合体を額縁状補強フィルムの両面に配置して、温度140℃、圧力5MPaで一体化した。 Finally, a frame-like reinforcing film with a U-shaped bent portion (26b in FIG. 2) attached in advance is set on the production jig shown in FIG. 4, and the electrolyte membrane / air electrode / diffusion layer assembly, fuel electrode / The diffusion layer assembly was disposed on both sides of the frame-shaped reinforcing film and integrated at a temperature of 140 ° C. and a pressure of 5 MPa.
(比較例)
下記により、前記図7に示すような膜・電極接合体を製作した。
(Comparative example)
A membrane / electrode assembly as shown in FIG. 7 was manufactured as follows.
白金担持量40質量%の白金担持カーボン10gと、パーフルオロスルホン酸ポリマー5%g/gアルコール溶液100gとを混合して作製した触媒ペーストを拡散層上にダイコーターを用いて白金量が0.3mg/cm2となるように塗布し、空気電極/拡散層接合体を作製した。次に白金担持量30質量%,ルテニウム担持量15質量%の白金ルテニウムカーボン10gと、パーフルオロスルホン酸ポリマー5%g/gアルコール溶液100gとを混合して作成した触媒ペーストを電解質膜上にダイコーターを用いて白金量が0.3mg/cm2となるように塗布し、燃料電極/拡散層接合体を作製した。 A catalyst paste prepared by mixing 10 g of platinum-supporting carbon having a platinum-supporting amount of 40% by mass with 100 g of a perfluorosulfonic acid polymer 5% g / g alcohol solution was placed on the diffusion layer using a die coater. The air electrode / diffusion layer assembly was prepared by coating at 3 mg / cm 2 . Next, a catalyst paste prepared by mixing 10 g of platinum ruthenium carbon having a platinum loading of 30% by mass and ruthenium loading of 15% by mass with 100 g of a perfluorosulfonic acid polymer 5% g / g alcohol solution is formed on the electrolyte membrane by Daiko. The fuel electrode / diffusion layer assembly was prepared by applying a platinum so that the amount of platinum was 0.3 mg / cm 2 .
最後に、電解質膜を凹凸のない製作治具にセットし、空気電極/拡散層接合体、燃料電極/拡散層接合体を電解質膜の両面に配置して、温度140℃、圧力5MPaで一体化した。 Finally, the electrolyte membrane is set in a manufacturing jig without unevenness, and the air electrode / diffusion layer assembly and the fuel electrode / diffusion layer assembly are arranged on both sides of the electrolyte membrane, and integrated at a temperature of 140 ° C. and a pressure of 5 MPa. did.
上記参考構成の具体例1,2及び比較例のセル長期試験結果を図5に示す。図5の横軸は、運転時間(h)を、縦軸は単セル電圧(m V)を示す。比較例で作製した膜・電極接合体では、電解質膜が切れて電池電圧が急低下したのに対し、参考構成の具体例1,2の膜・電極接合体の場合には安定に運転することができた。 FIG. 5 shows the results of the long-term cell tests of specific examples 1 and 2 of the reference configuration and the comparative example. The horizontal axis in FIG. 5 represents the operation time (h), and the vertical axis represents the single cell voltage (mV). In the membrane / electrode assembly produced in the comparative example, the electrolyte membrane was cut and the battery voltage dropped sharply, whereas in the case of the membrane / electrode assembly of specific examples 1 and 2 of the reference configuration , the operation should be stable. I was able to.
1,21:固体高分子電解質膜、2:アノード、3:カソード、22:カソード触媒層、23:アノード触媒層、24:カソード拡散層、25:アノード拡散層、26:額縁状の樹脂膜(補強フィルム)、1a:固体高分子電解質膜のS字状折り曲げ部、26a:樹脂膜のS字状折り曲げ部、26b:樹脂膜のU字状の折り曲げ部、27,28:プレス治具、56:シール手段。
1, 2: 1: solid polymer electrolyte membrane, 2: anode, 3: cathode, 22: cathode catalyst layer, 23: anode catalyst layer, 24: cathode diffusion layer, 25: anode diffusion layer, 26: frame-shaped resin membrane ( Reinforcing film), 1a: S-shaped bent portion of solid polymer electrolyte membrane, 26a: S-shaped bent portion of resin film, 26b: U-shaped bent portion of resin film, 27, 28: Press jig, 56 : Sealing means.
Claims (2)
前記膜・電極接合体は、前記一対の電極の面積より大きく形成された固体高分子電解質膜の額縁状の外周部を備え、前記電解質膜の額縁状の外周部は、前記電解質膜が収縮した際の応力緩和手段を備え、この応力緩和手段の外側に前記シール手段を備え、前記応力緩和手段は、前記電解質膜の額縁状の外周部に設けた電解質膜の折り曲げ部であり、前記折り曲げ部は、膜面方向に唯一つの面状の段差を有するS字状の折り曲げ部であることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。 A membrane / electrode assembly comprising a fuel electrode and an oxidant electrode disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane and a gas impermeable separator plate, and the membrane / electrode Between the joined body and the separator plate, in the solid polymer electrolyte fuel cell provided with sealing means for preventing leakage of the reaction gas on the outer periphery thereof,
The membrane electrode assembly includes an outer peripheral portion frame shape of the pair of electrodes solid polymer electrolyte membrane from the larger area of the picture frame-shaped outer peripheral portion of the electrolyte membrane, the electrolyte membrane contracts A stress relaxation means, and the sealing means is provided outside the stress relaxation means. The stress relaxation means is a bent portion of the electrolyte membrane provided on a frame-shaped outer peripheral portion of the electrolyte membrane, and the bent portion a solid polymer electrolyte fuel cell, wherein the bent portion der Rukoto of S-shaped with only one surface of the step in the membrane surface direction.
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