JP5339261B2 - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP5339261B2
JP5339261B2 JP2006152654A JP2006152654A JP5339261B2 JP 5339261 B2 JP5339261 B2 JP 5339261B2 JP 2006152654 A JP2006152654 A JP 2006152654A JP 2006152654 A JP2006152654 A JP 2006152654A JP 5339261 B2 JP5339261 B2 JP 5339261B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
base material
gas diffusion
material layer
cathode
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006152654A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007323939A (en
Inventor
洋史 ▲高▼見
純史 上田
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.)
Eneos Corp
Original Assignee
JXTG Nippon Oil and Energy Corp
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 JXTG Nippon Oil and Energy Corp filed Critical JXTG Nippon Oil and Energy Corp
Priority to JP2006152654A priority Critical patent/JP5339261B2/en
Publication of JP2007323939A publication Critical patent/JP2007323939A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5339261B2 publication Critical patent/JP5339261B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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

Description

本発明は、水素と酸素の電気化学反応により発電する燃料電池に関する。より具体的には、本発明は、燃料電池を構成するガス拡散層のガス拡散性能を改良する技術に関する。   The present invention relates to a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. More specifically, the present invention relates to a technique for improving gas diffusion performance of a gas diffusion layer constituting a fuel cell.

近年、エネルギー変換効率が高く、かつ、発電反応により有害物質を発生しない燃料電池が注目を浴びている。こうした燃料電池の一つとして、１００℃以下の低温で作動する固体高分子形燃料電池が知られている。   In recent years, fuel cells that have high energy conversion efficiency and do not generate harmful substances due to power generation reactions have attracted attention. As one of such fuel cells, a polymer electrolyte fuel cell that operates at a low temperature of 100 ° C. or lower is known.

固体高分子形燃料電池は、電解質膜である固体高分子膜を燃料極と空気極との間に配した基本構造を有し、燃料極に水素を含む燃料ガス、空気極に酸素を含む酸化剤ガスを供給し、以下の電気化学反応により発電する装置である。   A polymer electrolyte fuel cell has a basic structure in which a polymer electrolyte membrane, which is an electrolyte membrane, is disposed between a fuel electrode and an air electrode. The fuel electrode contains hydrogen and the air electrode contains oxygen. It is a device that supplies the agent gas and generates power by the following electrochemical reaction.

燃料極：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−（１）
空気極：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ（２）
燃料極および空気極は、触媒層とガス拡散層が積層した構造からなる。各電極の触媒層が固体高分子膜を挟んで対向配置され、燃料電池を構成する。触媒層は、触媒を担持した炭素粒子がイオン交換樹脂により結着されてなる層である。ガス拡散層は酸化剤ガスや燃料ガスの通過経路となる。 Fuel electrode: H 2 → 2H ++ 2e − (1)
Air electrode: 1 / 2O 2 + 2H ++ 2e − → H 2 O (2)
The fuel electrode and the air electrode have a structure in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are laminated. The catalyst layers of the electrodes are arranged opposite to each other with the solid polymer film interposed therebetween, thereby constituting a fuel cell. The catalyst layer is a layer formed by binding carbon particles carrying a catalyst with an ion exchange resin. The gas diffusion layer becomes a passage for the oxidant gas and the fuel gas.

燃料極においては、供給された燃料中に含まれる水素が上記式（１）に示されるように水素イオンと電子に分解される。このうち水素イオンは固体高分子電解質膜の内部を空気極に向かって移動し、電子は外部回路を通って空気極に移動する。一方、空気極においては、空気極に供給された酸化剤ガスに含まれる酸素が燃料極から移動してきた水素イオンおよび電子と反応し、上記式（２）に示されるように水が生成する。このように、外部回路では燃料極から空気極に向かって電子が移動するため、電力が取り出される。   At the fuel electrode, hydrogen contained in the supplied fuel is decomposed into hydrogen ions and electrons as shown in the above formula (1). Among these, hydrogen ions move inside the solid polymer electrolyte membrane toward the air electrode, and electrons move to the air electrode through an external circuit. On the other hand, in the air electrode, oxygen contained in the oxidant gas supplied to the air electrode reacts with hydrogen ions and electrons that have moved from the fuel electrode, and water is generated as shown in the above formula (2). In this way, in the external circuit, electrons move from the fuel electrode toward the air electrode, so that electric power is taken out.

ガス拡散層に関しては、ガス拡散性を向上させるべく開発が行われている。たとえば、特許文献１は、抄紙シートの内部の空隙に撥水性材料を含浸させて得たベースシート（カーボン基材）の表面に導電性物質を含む流動物（ガス拡散ペースト）を塗布することにより、粗層の表面に密層を積層させた複層構造が形成されたガス拡散部材を開示する。
特開２００５−７１９４１号公報 The gas diffusion layer has been developed to improve gas diffusibility. For example, Patent Document 1 discloses that a fluid (gas diffusion paste) containing a conductive substance is applied to the surface of a base sheet (carbon base material) obtained by impregnating a water-repellent material in a void inside a papermaking sheet. Disclosed is a gas diffusion member in which a multilayer structure in which a dense layer is laminated on the surface of a coarse layer is formed.
JP 2005-71941 A

従来、燃料電池に用いられるガス拡散層では、単一構造のカーボン基材にガス拡散ペーストを塗布していたため、ガス拡散ペーストの塗布深さ、塗布分布がカーボン基材面内で不均一となりやすくなる傾向があった。これは、単一構造のカーボン基材では、ガス拡散ペーストが入り込める気孔の分布にばらつきが生じていることに起因する。この結果、ガス拡散層のガス拡散性が面内で不均一となり、電気化学反応が場所によって阻害され、燃料電池の動作安定性が損なわれるという課題があった。   Conventionally, in a gas diffusion layer used in a fuel cell, the gas diffusion paste is applied to a carbon base material having a single structure. Therefore, the application depth and distribution of the gas diffusion paste are likely to be uneven within the carbon base surface. There was a tendency to become. This is because the carbon base material having a single structure has a variation in the distribution of pores into which the gas diffusion paste can enter. As a result, the gas diffusibility of the gas diffusion layer becomes non-uniform in the plane, the electrochemical reaction is hindered depending on the location, and the operation stability of the fuel cell is impaired.

また、カソードでは、酸化剤の流れに従って生成水が移動するため、酸化剤の流れの上流側ほどガス拡散層が乾燥しやすくなり、酸化剤の流れの下流側ほどガス拡散層が過加湿状態となる問題があった。 Furthermore, at the cathode, because the generated water was you move along the flow of the oxidizing agent, the upstream side as a gas diffusion layer of the oxidant stream is likely to dry, the gas diffusion layer toward the downstream side of the flow of oxidant is over-humidification There was a problem that would be in a state.

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複層構造を有するガス拡散層のガス拡散性を向上させる技術の提供にある。また、本発明の他の目的は、カソード側のガス拡散層の水分の分布を均一化する技術の提供にある。   The present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a technique for improving the gas diffusibility of a gas diffusion layer having a multilayer structure. Another object of the present invention is to provide a technique for making the water distribution in the gas diffusion layer on the cathode side uniform.

本発明のある態様は、燃料電池である。当該燃料電池は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に接合されたアノード触媒層と、アノード触媒層の外面に配設されたアノードガス拡散層と、アノードガス拡散層の表面に沿って燃料を供給する燃料供給手段と、電解質膜の他方の面に接合されたカソード触媒層と、カソード触媒層の外面に配設されたカソードガス拡散層と、カソードガス拡散層の表面に沿って酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、を備え、アノードガス拡散層は、第１の基材層と第２の基材層とを含む複層構造であり、第１の基材層の平均細孔径が第２の基材層の平均細孔径よりも大きいアノード基材と、アノードガス拡散層の第１の基材層に塗布された導電性粉末および撥水剤の混練物で形成され、アノードガス拡散層の第１の基材層の厚さと同等な厚さを有するアノード微細孔層と、を有し、カソードガス拡散層は、第１の基材層と第２の基材層とを含む複層構造であり、第1の基材層の平均細孔径が第２の基材層の平均細孔径よりも大きいカソード基材と、カソードガス拡散層の第１の基材層に塗布された導電性粉末および撥水剤の混練物で形成され、カソードガス拡散層の第１の基材層の厚さと同等な厚さを有するカソード微細孔層と、を有し、アノード触媒層とアノードガス拡散層のアノード微細孔層とが、カソード触媒層とカソードガス拡散層のカソード微細孔層とがそれぞれ接するように積層し、アノードガス拡散層およびカソードガス拡散層において、それぞれ、第２の基材層の平均細孔径が１０〜１００μｍであり、第１の基材層の平均細孔径が２００μｍを超えない範囲で、第２の基材層の平均細孔径の２倍以上であることを特徴とする。 One embodiment of the present invention is a fuel cell. The fuel cell includes an electrolyte membrane, an anode catalyst layer bonded to one surface of the electrolyte membrane, an anode gas diffusion layer disposed on the outer surface of the anode catalyst layer, and a fuel along the surface of the anode gas diffusion layer. , A cathode catalyst layer bonded to the other surface of the electrolyte membrane, a cathode gas diffusion layer disposed on the outer surface of the cathode catalyst layer, and an oxidizer along the surface of the cathode gas diffusion layer An anode gas diffusion layer having a multilayer structure including a first base material layer and a second base material layer, and an average pore diameter of the first base material layer There are formed in the kneaded product of the second and larger anode substrate than the average pore size of the base layer, the first applied to the substrate layer conductivity of the anode gas diffusion layer powder and water repellent, the anode gas Ano having a thickness equal to a thickness of the first base layer of the diffusion layer Has a de microporous layer, a cathode gas diffusion layer is a multilayer structure comprising a first substrate layer and the second base material layer, the average pore diameter of the first base layer is first The cathode gas diffusion layer is formed of a cathode base material having a larger average pore diameter than the base material layer 2 and a kneaded mixture of conductive powder and water repellent applied to the first base material layer of the cathode gas diffusion layer. first possess the cathode microporous layer, a having a thickness equal to a thickness of the substrate layer, and the anode catalyst layer and the anode microporous layer of the anode gas diffusion layer, cathode catalyst layer and the cathode gas diffusion layer cathode microporous layer and is laminated so that to contact respectively in the anode gas diffusion layer and a cathode gas diffusion layer, respectively, an average pore diameter of the second base layer is 10 to 100 [mu] m, a first group of As long as the average pore diameter of the material layer does not exceed 200 μm, the flatness of the second base material layer Characterized in der Rukoto more than twice the HitoshiHoso pore size.

この態様によれば、アノードおよびカソードのガス拡散層において、導電性粉末および撥水剤の混練物からなる微細孔層の厚さがカソード基材中の細孔径が相対的に大きい部分である第１の基材層によって規定される。この結果、微細孔層の厚さおよび分布のばらつきが抑制され、燃料電池の動作安定性が向上する。 According to this aspect, in the gas diffusion layers of the anode and the cathode, the thickness of the microporous layer made of the kneaded mixture of the conductive powder and the water repellent is the portion where the pore diameter in the cathode base material is relatively large . 1 substrate layer . As a result, variations in the thickness and distribution of the microporous layer are suppressed, and the operational stability of the fuel cell is improved.

カソードガス拡散層の第１の基材層の方がカソードガス拡散層の第２の基材層に比べて撥水性が高くてもよい。 The first base material layer of the cathode gas diffusion layer may have higher water repellency than the second base material layer of the cathode gas diffusion layer .

この態様によれば、カソードのガス拡散層において、酸化剤の流れの上流側の微細孔層の撥水性がより高くなる。この結果、酸化剤の流れの上流側の微細孔層が乾燥することがさらに抑制されるとともに、酸化剤の流れの下流側の微細孔層が過加湿状態になることがさらに抑制される。   According to this aspect, in the gas diffusion layer of the cathode, the water repellency of the microporous layer on the upstream side of the oxidant flow becomes higher. As a result, the microporous layer on the upstream side of the oxidant flow is further suppressed from drying, and the microporous layer on the downstream side of the oxidant flow is further suppressed from being excessively humidified.

上記態様において、カソードガス拡散層の第１の基材層の厚さが、酸化剤の流れの上流側の方が酸化剤の流れの下流側に対して厚くなっていてもよい。 In the above aspect, the thickness of the first base material layer of the cathode gas diffusion layer may be thicker on the upstream side of the oxidant flow than on the downstream side of the oxidant flow.

この態様によれば、カソードのガス拡散層において、酸化剤の流れの上流側の微細孔層の撥水性が高くなる。言い換えると、酸化剤の流れの上流側の微細孔層の水分透過性が低くなる。この結果、酸化剤の流れの上流側の微細孔層が乾燥することが抑制されるとともに、酸化剤の流れの下流側の微細孔層が過加湿状態になることが抑制される。ひいては、ガス拡散層および電解質膜の水分が適度に保たれ、燃料電池の動作安定性が向上する。   According to this aspect, in the gas diffusion layer of the cathode, the water repellency of the microporous layer on the upstream side of the oxidant flow is increased. In other words, the water permeability of the microporous layer upstream of the oxidant flow is reduced. As a result, drying of the microporous layer on the upstream side of the oxidant flow is suppressed, and the microporous layer on the downstream side of the oxidant flow is suppressed from being excessively humidified. As a result, the moisture in the gas diffusion layer and the electrolyte membrane is appropriately maintained, and the operation stability of the fuel cell is improved.

本発明によれば、ガス拡散層のガス拡散性を向上させることができる。   According to the present invention, the gas diffusibility of the gas diffusion layer can be improved.

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電極触媒およびこれを用いた燃料電池１０の構造を模式的に示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ線上の断面図である。燃料電池１０は、平板状のセル５０を備え、このセル５０の両側にはセパレータ３４およびセパレータ３６が設けらている。この例では一つのセル５０のみを示すが、セパレータ３４やセパレータ３６を介して複数のセル５０を積層して、燃料電池１０が構成されてもよい。セル５０は、固体高分子電解質膜２０、燃料極（アノード）２２および空気極（カソード）２４とを有する。燃料極２２は、触媒層２６およびガス拡散層２８からなる積層体を有する。同様に、空気極２４は、触媒層３０およびガス拡散層３２からなる積層体を有する。燃料極２２の触媒層２６と空気極２４の触媒層３０は、固体高分子電解質膜２０を挟んで対向するように設けられている。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the structure of an electrode catalyst according to Embodiment 1 and a fuel cell 10 using the electrode catalyst. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. The fuel cell 10 includes a flat cell 50, and a separator 34 and a separator 36 are provided on both sides of the cell 50. Although only one cell 50 is shown in this example, the fuel cell 10 may be configured by stacking a plurality of cells 50 via the separator 34 or the separator 36. The cell 50 includes a solid polymer electrolyte membrane 20, a fuel electrode (anode) 22, and an air electrode (cathode) 24. The fuel electrode 22 has a laminate composed of a catalyst layer 26 and a gas diffusion layer 28. Similarly, the air electrode 24 has a laminate composed of the catalyst layer 30 and the gas diffusion layer 32. The catalyst layer 26 of the fuel electrode 22 and the catalyst layer 30 of the air electrode 24 are provided so as to face each other with the solid polymer electrolyte membrane 20 interposed therebetween.

燃料極２２側に設けられるセパレータ３４にはガス流路３８が設けられており、このガス流路３８を通じてセル５０に燃料ガスが供給される。同様に、空気極２４側に設けられるセパレータ３６にもガス流路４０が設けられ、このガス流路４０を通じてセル５０に酸化剤ガスが供給される。具体的には、燃料電池１０の運転時、燃料ガス、例えば水素ガスがガス流路３８内をガス拡散層２８の表面に沿って上方から下方へ流通することにより、燃料極２２に燃料ガスが供給される。一方、燃料電池１０の運転時、酸化剤ガス、たとえば、空気がガス流路４０内をガス拡散層３２の表面に沿って上方から下方へ流通することにより、空気極２４に酸化剤ガスが供給される。これにより、セル５０内で反応が生じる。ガス拡散層２８を介して触媒層２６に水素ガスが供給されると、ガス中の水素がプロトンとなり、このプロトンが固体高分子電解質膜２０中を空気極２４側へ移動する。このとき放出される電子は外部回路に移動し、外部回路から空気極２４に流れ込む。一方、ガス拡散層３２を介して触媒層３０に空気が供給されると、酸素がプロトンと結合して水となる。この結果、外部回路においては燃料極２２から空気極２４に向かって電子が流れることとなり、電力を取り出すことができる。   A gas flow path 38 is provided in the separator 34 provided on the fuel electrode 22 side, and fuel gas is supplied to the cell 50 through the gas flow path 38. Similarly, a gas flow path 40 is also provided in the separator 36 provided on the air electrode 24 side, and an oxidant gas is supplied to the cell 50 through the gas flow path 40. Specifically, during operation of the fuel cell 10, fuel gas, for example hydrogen gas, flows from the upper side to the lower side along the surface of the gas diffusion layer 28 in the gas flow path 38, so that the fuel gas is supplied to the fuel electrode 22. Supplied. On the other hand, during operation of the fuel cell 10, an oxidant gas, for example, air flows in the gas flow path 40 from the upper side to the lower side along the surface of the gas diffusion layer 32, thereby supplying the oxidant gas to the air electrode 24. Is done. Thereby, a reaction occurs in the cell 50. When hydrogen gas is supplied to the catalyst layer 26 via the gas diffusion layer 28, hydrogen in the gas becomes protons, and these protons move through the solid polymer electrolyte membrane 20 toward the air electrode 24. At this time, the emitted electrons move to the external circuit and flow into the air electrode 24 from the external circuit. On the other hand, when air is supplied to the catalyst layer 30 through the gas diffusion layer 32, oxygen is combined with protons to become water. As a result, electrons flow from the fuel electrode 22 toward the air electrode 24 in the external circuit, and electric power can be taken out.

固体高分子電解質膜２０は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示し、燃料極２２および空気極２４の間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。固体高分子電解質膜２０は、含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成され、例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例として、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）１１２などがあげられる。また、非フッ素重合体の例として、スルホン化された、芳香族ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンなどが挙げられる。   The solid polymer electrolyte membrane 20 exhibits good ion conductivity in a wet state, and functions as an ion exchange membrane that moves protons between the fuel electrode 22 and the air electrode 24. The solid polymer electrolyte membrane 20 is formed of a solid polymer material such as a fluorine-containing polymer or a non-fluorine polymer. A fluorocarbon polymer or the like can be used. Examples of the sulfonic acid type perfluorocarbon polymer include Nafion (manufactured by DuPont: registered trademark) 112. Examples of non-fluorine polymers include sulfonated aromatic polyetheretherketone and polysulfone.

燃料極２２を構成する触媒層２６は、イオン交換樹脂と、触媒を担持した炭素粒子すなわち触媒担持炭素粒子とから構成される。イオン交換樹脂は、触媒を担持した炭素粒子と固体高分子電解質膜２０を接続し、両者間においてプロトンを伝達する役割を持つ。イオン交換樹脂は、固体高分子電解質膜２０と同様の高分子材料から形成されてよい。担持される触媒には、例えば白金、ルテニウム、ロジウムなどの１種または２種を合金化したものなどがある。また触媒を担持する炭素粒子には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブなどがある。   The catalyst layer 26 constituting the fuel electrode 22 is composed of an ion exchange resin and carbon particles carrying a catalyst, that is, catalyst-carrying carbon particles. The ion exchange resin has a role of transmitting protons between the carbon particles carrying the catalyst and the solid polymer electrolyte membrane 20 connected to each other. The ion exchange resin may be formed of the same polymer material as the solid polymer electrolyte membrane 20. Examples of the supported catalyst include those obtained by alloying one or two of platinum, ruthenium, rhodium and the like. Examples of the carbon particles supporting the catalyst include acetylene black, ketjen black, and carbon nanotube.

燃料極２２を構成するガス拡散層２８は、アノード基材６０およびアノード基材６０に塗布された微細孔層６２を有する。ガス拡散層２８の製造方法については後述する。   The gas diffusion layer 28 constituting the fuel electrode 22 has an anode substrate 60 and a microporous layer 62 applied to the anode substrate 60. A method for manufacturing the gas diffusion layer 28 will be described later.

アノード基材６０は、第１の基材層６４および第２の基材層６６を有する。第１の基材層６４および第２の基材層６６は、電子伝導性を有する多孔体で構成されることが好ましく、たとえばカーボンペーパー、カーボンの織布または不織布などを用いることができる。第１の基材層６４は、固体高分子電解質膜２０側に位置し、平均細孔径が相対的に大きい部分である。第２の基材層６６は、固体高分子電解質膜２０の反対側に位置し、平均細孔径が相対的に小さい部分である。   The anode substrate 60 has a first substrate layer 64 and a second substrate layer 66. The first base material layer 64 and the second base material layer 66 are preferably composed of a porous body having electron conductivity. For example, carbon paper, carbon woven fabric, or non-woven fabric can be used. The 1st base material layer 64 is a part which is located in the solid polymer electrolyte membrane 20 side, and an average pore diameter is comparatively large. The second base material layer 66 is located on the opposite side of the solid polymer electrolyte membrane 20 and has a relatively small average pore diameter.

平均細孔径が相対的に小さい第２の基材層６６の平均細孔径は１０〜１００μｍが好ましい。平均細孔径が相対的に大きい第１の基材層６４の平均細孔径は、第２の基材層６６の平均細孔径の２倍以上が好ましい。第１の基材層６４の平均細孔径を第２の基材層６６の平均細孔径の２倍以上とすることにより、微細孔層６２の透過性に明確な差をつけることができ、第２の基材層６６への微細孔層６２の進入を防ぐ効果が高くなる。 The average pore diameter of the second base material layer 66 having a relatively small average pore diameter is preferably 10 to 100 μm . The average pore diameter of the flat HitoshiHoso pore size is relatively large first base layer 64 is more than twice is preferable average pore diameter of the second substrate layer 66. By making the average pore diameter of the first base material layer 64 more than twice the average pore diameter of the second base material layer 66, it is possible to make a clear difference in the permeability of the microporous layer 62, The effect of preventing the fine pore layer 62 from entering the second base material layer 66 is enhanced .

微細孔層６２は、導電性粉末と撥水剤とを混練して得られるペースト状の混練物である。導電性粉末としては、たとえば、カーボンブラックを用いることができる。また、撥水剤としては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂を用いることができる。なお、撥水剤は結着性を有することがこのましい。ここで、結着性とは、粘りの少ないものやくずれやすいものをつなぎ合わせ、粘りのあるもの（状態）にすることができる性質をいう。撥水剤が結着性を有することにより、導電性粉末と撥水剤とを混練することにより、ペースト状の混練物を得ることができる。   The microporous layer 62 is a paste-like kneaded product obtained by kneading a conductive powder and a water repellent. For example, carbon black can be used as the conductive powder. As the water repellent, a fluorine resin such as tetrafluoroethylene resin (PTFE) can be used. It is preferable that the water repellent has a binding property. Here, the binding property refers to a property that can be made sticky (state) by joining things that are less sticky or those that tend to break apart. Since the water repellent has binding properties, a paste-like kneaded product can be obtained by kneading the conductive powder and the water repellent.

微細孔層６２は、細孔径が相対的に大きい第１の基材層６４に塗布されている。このため、微細孔層６２は、第１の基材層６４の形状によって規定され、厚さや分布にばらつきが少なくなっている。この結果、ガス拡散層２８のガス拡散性が場所によってばらつくことが抑制され、ひいては、電気化学反応に供される燃料電池１０の動作安定性が向上する。   The microporous layer 62 is applied to the first base material layer 64 having a relatively large pore diameter. For this reason, the microporous layer 62 is prescribed | regulated by the shape of the 1st base material layer 64, and variation in thickness and distribution has decreased. As a result, the gas diffusivity of the gas diffusion layer 28 is suppressed from varying depending on the location, and as a result, the operational stability of the fuel cell 10 subjected to the electrochemical reaction is improved.

空気極２４を構成する触媒層３０は、イオン交換樹脂と、触媒を担持した炭素粒子すなわち触媒担持炭素粒子とから構成される。イオン交換樹脂は、触媒を担持した炭素粒子と固体高分子電解質膜２０を接続し、両者間においてプロトンを伝達する役割を持つ。イオン交換樹脂は、固体高分子電解質膜２０と同様の高分子材料から形成されてよい。担持される触媒には、例えば白金、ルテニウム、ロジウムなどの１種または２種を合金化したものなどがある。また触媒を担持する炭素粒子には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブなどがある。   The catalyst layer 30 constituting the air electrode 24 is composed of an ion exchange resin and carbon particles carrying a catalyst, that is, catalyst-carrying carbon particles. The ion exchange resin has a role of transmitting protons between the carbon particles carrying the catalyst and the solid polymer electrolyte membrane 20 connected to each other. The ion exchange resin may be formed of the same polymer material as the solid polymer electrolyte membrane 20. Examples of the supported catalyst include those obtained by alloying one or two of platinum, ruthenium, rhodium and the like. Examples of the carbon particles supporting the catalyst include acetylene black, ketjen black, and carbon nanotube.

空気極２４を構成するガス拡散層３２は、カソード基材７０およびカソード基材７０に塗布された微細孔層７２を有する。ガス拡散層３２の製造方法については後述する。   The gas diffusion layer 32 constituting the air electrode 24 has a cathode base material 70 and a microporous layer 72 applied to the cathode base material 70. A method for manufacturing the gas diffusion layer 32 will be described later.

カソード基材７０は、第１の基材層７４および第２の基材層７６を有する。第１の基材層７４および第２の基材層７６は、電子伝導性を有する多孔体で構成されることが好ましく、たとえばカーボンペーパー、カーボンの織布または不織布などを用いることができる。第１の基材層７４は、固体高分子電解質膜２０側に位置し、細孔径が相対的に大きい部分である。第２の基材層７６は、固体高分子電解質膜２０の反対側に位置し、細孔径が相対的に小さい部分である。   The cathode base material 70 has a first base material layer 74 and a second base material layer 76. The first base material layer 74 and the second base material layer 76 are preferably composed of a porous body having electron conductivity, and for example, carbon paper, carbon woven fabric or non-woven fabric can be used. The 1st base material layer 74 is located in the solid polymer electrolyte membrane 20 side, and is a part with a comparatively large pore diameter. The second base material layer 76 is located on the opposite side of the solid polymer electrolyte membrane 20 and has a relatively small pore diameter.

平均細孔径が相対的に小さい第２の基材層７６の平均細孔径は１０〜１００μｍが好ましい。平均細孔径が相対的に大きい第１の基材層７４の平均細孔径は、第２の基材層７６の平均細孔径の２倍以上が好ましい。第１の基材層７４の平均細孔径を第２の基材層７６の平均細孔径の２倍以上とすることにより、微細孔層７２の透過性に明確な差をつけることができ、第２の基材層７６への微細孔層７２の進入を防ぐ効果が高くなる。 The average pore diameter of the second base material layer 76 having a relatively small average pore diameter is preferably 10 to 100 μm . The average pore diameter of the flat HitoshiHoso pore size is relatively large first base material layer 74 is more than twice is preferable average pore diameter of the second substrate layer 76. By making the average pore diameter of the first base material layer 74 at least twice the average pore diameter of the second base material layer 76, it is possible to make a clear difference in the permeability of the microporous layer 72, The effect of preventing the fine pore layer 72 from entering the second base material layer 76 is enhanced .

微細孔層７２は、導電性粉末と撥水剤とを混練して得られるペースト状の混練物である。導電性粉末としては、たとえば、カーボンブラックを用いることができる。また、撥水剤としては、四フッ化エチレン樹脂（PTFE）などのフッ素系樹脂を用いることができる。なお、撥水剤は結着性を有することがこのましい。ここで、結着性とは、粘りの少ないものやくずれやすいものをつなぎ合わせ、粘りのあるもの（状態）にすることができる性質をいう。撥水剤が結着性を有することにより、導電性粉末と撥水剤とを混練することにより、ペースト状の混練物を得ることができる。   The microporous layer 72 is a paste-like kneaded product obtained by kneading a conductive powder and a water repellent. For example, carbon black can be used as the conductive powder. In addition, as the water repellent, a fluorine resin such as tetrafluoroethylene resin (PTFE) can be used. It is preferable that the water repellent has a binding property. Here, the binding property refers to a property that can be made sticky (state) by joining things that are less sticky or those that tend to break apart. Since the water repellent has binding properties, a paste-like kneaded product can be obtained by kneading the conductive powder and the water repellent.

微細孔層７２は、細孔径が相対的に大きい第１の基材層７４に塗布されている。このため、微細孔層７２は、第１の基材層７４の形状によって規定され、厚さや分布にばらつきが少なくなっている。この結果、ガス拡散層３２のガス拡散性が場所によってばらつくことが抑制され、ひいては、電気化学反応に供される燃料電池１０の動作安定性が向上する。   The microporous layer 72 is applied to the first base material layer 74 having a relatively large pore diameter. For this reason, the microporous layer 72 is prescribed | regulated by the shape of the 1st base material layer 74, and variation in thickness and distribution has decreased. As a result, the gas diffusibility of the gas diffusion layer 32 is suppressed from varying depending on the location, and as a result, the operational stability of the fuel cell 10 subjected to the electrochemical reaction is improved.

（ガス拡散層の作製方法）
図１および図２に示した燃料極２２を構成するガス拡散層２８および空気極２４を構成するガス拡散層３２は、以下の手順により作製することができる。ガス拡散層２８およびガス拡散層３２は同様な手順で作製できるため、ガス拡散層３２の作製手順を中心に説明し、必要に応じてガス拡散層２８の作製手順を説明する。 (Production method of gas diffusion layer)
The gas diffusion layer 28 constituting the fuel electrode 22 and the gas diffusion layer 32 constituting the air electrode 24 shown in FIGS. 1 and 2 can be produced by the following procedure. Since the gas diffusion layer 28 and the gas diffusion layer 32 can be manufactured in the same procedure, the manufacturing procedure of the gas diffusion layer 32 will be mainly described, and the manufacturing procedure of the gas diffusion layer 28 will be described as necessary.

まず、図３に示すような、カーボンペーパからなる第１の基材層７４および第２の基材層７６を有するカソード基材７０を用意する。第１の基材層７４の厚さは、特に限定されないが、たとえば５０μｍとすることができる。また、第２の基材層７６の厚さは、特に限定されないが、たとえば１５０μｍとすることができる。   First, a cathode substrate 70 having a first substrate layer 74 and a second substrate layer 76 made of carbon paper as shown in FIG. 3 is prepared. Although the thickness of the 1st base material layer 74 is not specifically limited, For example, it can be 50 micrometers. The thickness of the second base material layer 76 is not particularly limited, but can be set to 150 μm, for example.

次に、重量比でカーボンペーパ：ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）＝９５：５となるように、カソード基材７０をＦＥＰ分散液に浸漬した後、３８０℃を２時間保持して熱処理（ＦＥＰ撥水処理）を行う。カソード基材７０をＦＥＰ分散液に浸漬することにより、第１の基材層７４の方が第２の基材層７６よりＦＥＰ分散液の含浸量が多くなる。これにより、熱処理後の撥水性は、第１の基材層７４の方が第２の基材層７６より高くなる。言い換えると、第１の基材層７４の方が第２の基材層７６より水分透過性が低くなる。   Next, the cathode base material 70 is immersed in the FEP dispersion so that the weight ratio of carbon paper: FEP (tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer) = 95: 5, and then maintained at 380 ° C. for 2 hours. Then, heat treatment (FEP water repellent treatment) is performed. By immersing the cathode base material 70 in the FEP dispersion liquid, the first base material layer 74 is more impregnated with the FEP dispersion liquid than the second base material layer 76. Thereby, the water repellency after the heat treatment is higher in the first base material layer 74 than in the second base material layer 76. In other words, the first base material layer 74 has lower water permeability than the second base material layer 76.

なお、アノード基材６０については、カーボンペーパ：ＦＥＰ＝６０：４０となるように、アノード基材６０をＦＥＰ分散液に浸漬する。   In addition, about the anode base material 60, the anode base material 60 is immersed in a FEP dispersion so that it may become carbon paper: FEP = 60: 40.

次に、カーボンブラックと溶媒としてテルピネオールと非イオン性界面活性剤のトリトンとを、重量比がカーボンブラック：テルピネオール：トリトン＝２０：１５０：３となるように、万能混合機にて常温で６０分間、均一になるように混合し、カーボンペーストを作製する。   Next, carbon black and terpineol as a solvent and triton of a nonionic surfactant are mixed at a room temperature with a universal mixer for 60 minutes so that the weight ratio is carbon black: terpineol: triton = 20: 150: 3. Then, the mixture is mixed uniformly to produce a carbon paste.

次に、カーボンペーストとフッ素樹脂とを混練する。具体的には、ハイブリッドミキサ用容器に上記カーボンペーストを投入し、カーボンペーストが１０〜１２℃になるまで冷却する。冷却したカーボンペーストに撥水剤としてフッ素樹脂を含むフッ素樹脂分散液を投入し、重量比をカーボンペースト：フッ素樹脂（分散液中に含まれるフッ素樹脂成分）＝３１：１にする。フッ素樹脂分散液は、分散液中のフッ素樹脂の重量比を低分子ＰＴＦＥ：高分子ＰＴＦＥ＝２０：３としたものを用いることができる。   Next, the carbon paste and the fluororesin are kneaded. Specifically, the carbon paste is put into a hybrid mixer container and cooled until the carbon paste reaches 10 to 12 ° C. A fluororesin dispersion containing a fluororesin as a water repellent is introduced into the cooled carbon paste so that the weight ratio is carbon paste: fluororesin (a fluororesin component contained in the dispersion) = 31: 1. As the fluororesin dispersion, a dispersion in which the weight ratio of the fluororesin in the dispersion is low molecular PTFE: polymer PTFE = 20: 3 can be used.

続いて、ハイブリッドミキサ（キーエンス社製：ＥＣ５００）の混合モードにてカーボンペーストとフッ素樹脂との混合物を１２〜１８分間混合した後、脱泡モードにて１〜３分間脱泡を行う。脱泡を終えたペーストを自然冷却することにより、微細孔層６２を形成するカソード用のガス拡散層ペーストが得られる。   Subsequently, the mixture of the carbon paste and the fluororesin is mixed for 12 to 18 minutes in the mixing mode of the hybrid mixer (manufactured by Keyence Corporation: EC500), and then defoamed in the defoaming mode for 1 to 3 minutes. A gas diffusion layer paste for the cathode for forming the microporous layer 62 is obtained by naturally cooling the paste after defoaming.

なお、アノード用のガス拡散層ペーストの場合には、ハイブリッドミキサ用容器に上記ガーボンペーストと低分子ＰＴＦＥとを、重量比がカーボンペースト：低分子ＰＴＦＥ＝２６：３となるように投入し、ハイブリッドミキサの混合モードにて１５分間混合する。混合した後、ハイブリッドミキサを脱泡モードに切り替え、４分間脱泡を行う。脱泡を終えたペーストの上部に上澄み液が溜まった場合には、この上澄み液を廃棄し、ペーストを自然冷却して、アノード用のガス拡散層ペーストを得る。   In the case of the gas diffusion layer paste for the anode, the above-mentioned garbon paste and low molecular PTFE are put into a hybrid mixer container so that the weight ratio is carbon paste: low molecular PTFE = 26: 3, Mix for 15 minutes in the mixing mode of the hybrid mixer. After mixing, the hybrid mixer is switched to defoaming mode and defoamed for 4 minutes. When the supernatant liquid accumulates on the upper part of the paste after defoaming, the supernatant liquid is discarded and the paste is naturally cooled to obtain a gas diffusion layer paste for the anode.

カソード用のガス拡散層ペーストを、カソード基材７０の第１の基材層７４に塗布する。本実施の形態では、第１の基材層７４は第２の基材層７６に比べて細孔径が大きいため、ガス拡散層ペーストが塗布される領域を第１の基材層７４に限定し、ガス拡散層ペーストの塗布厚さを制御することができる。このため、第１の基材層７４と第２の基材層７６との界面を平滑にすることにより、ガス拡散層ペースト、すなわち、微細孔層７２の塗布厚さおよび分布のばらつきを低減することが可能となる。

The cathode gas diffusion layer paste is applied to the first substrate layer 74 of the cathode substrate 70. In the present embodiment, since the first base material layer 74 has a larger pore diameter than the second base material layer 76, the region where the gas diffusion layer paste is applied is limited to the first base material layer 74. The coating thickness of the gas diffusion layer paste can be controlled. For this reason, by smoothing the interface between the first base material layer 74 and the second base material layer 76, variation in the coating thickness and distribution of the gas diffusion layer paste, that is, the microporous layer 72 is reduced. It becomes possible.

ガス拡散層ペーストが塗布されたカソード基材７０を熱風乾燥機などを用いて６０℃で６０分間乾燥した後、３６０℃で２時間熱処理を行うことにより、空気極２４を構成するガス拡散層３２が得られる。   The cathode base material 70 coated with the gas diffusion layer paste is dried at 60 ° C. for 60 minutes using a hot air dryer or the like, and then heat treated at 360 ° C. for 2 hours, whereby the gas diffusion layer 32 constituting the air electrode 24 is formed. Is obtained.

（実施の形態２）
実施の形態２の燃料電池１０の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、同様な構成については実施の形態１と同一の符号を付して、説明を適宜省略する。実施の形態１では、カソード基材７０の第１の基材層７４の厚さが均等にしていたが、実施の形態２では、図４に示すように、細孔径が相対的に大きい第１の基材層７４の厚さは、酸化剤の流れの上流側の方が酸化剤の流れの下流側に対して厚くなっている。たとえば、カソード基材７０全体の厚さを２００μｍとした場合には、第１の基材層７４の最上流側（図４の最上部）の厚さを１５０μｍとし、第１の基材層７４の最下流側（図４の最下部）の厚さを２０μｍとすることができる。 (Embodiment 2)
Since the basic configuration of the fuel cell 10 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and description thereof will be omitted as appropriate. In the first embodiment, the thickness of the first base material layer 74 of the cathode base material 70 is uniform. However, in the second embodiment, as shown in FIG. The base layer 74 is thicker on the upstream side of the oxidant flow than on the downstream side of the oxidant flow. For example, when the thickness of the entire cathode base material 70 is 200 μm, the thickness on the most upstream side (the uppermost part in FIG. 4) of the first base material layer 74 is 150 μm, and the first base material layer 74 is formed. The thickness of the most downstream side (lowermost part in FIG. 4) can be 20 μm.

これによれば、カソードのガス拡散層３２において、酸化剤の流れの上流側の微細孔層７２の撥水性が高くなる。言い換えると、酸化剤の流れの上流側の微細孔層７２の水分透過性が低くなる。この結果、酸化剤の流れの上流側の微細孔層７２が乾燥することが抑制されるとともに、酸化剤の流れの下流側の微細孔層７２が過加湿状態になることが抑制される。ひいては、ガス拡散層３２および固体高分子電解質膜２０の水分が適度に保たれ、燃料電池１０の動作安定性が向上する。   According to this, in the gas diffusion layer 32 of the cathode, the water repellency of the microporous layer 72 upstream of the oxidant flow is increased. In other words, the moisture permeability of the microporous layer 72 on the upstream side of the oxidant flow is lowered. As a result, drying of the microporous layer 72 on the upstream side of the oxidant flow is suppressed, and the microporous layer 72 on the downstream side of the oxidant flow is suppressed from being excessively humidified. As a result, the moisture of the gas diffusion layer 32 and the solid polymer electrolyte membrane 20 is kept moderate, and the operational stability of the fuel cell 10 is improved.

なお、カソード基材７０をＦＥＰ分散液に浸漬することにより、第１の基材層７４の方が第２の基材層７６よりＦＥＰ分散液の含浸量が多くなる。これにより、熱処理後の撥水性は、第１の基材層７４の方が第２の基材層７６より高くなる。本実施の形態では、酸化剤の流れの上流側ほど、第１の基材層７４の割合が高くなっているため、カソードのガス拡散層３２において、酸化剤の流れの上流側の微細孔層７２の撥水性がより高くなる。この結果、酸化剤の流れの上流側の微細孔層７２が乾燥することがさらに抑制されるとともに、酸化剤の流れの下流側の微細孔層７２が過加湿状態になることがさらに抑制される。   In addition, by immersing the cathode base material 70 in the FEP dispersion, the first base material layer 74 is impregnated with the FEP dispersion more than the second base material layer 76. Thereby, the water repellency after the heat treatment is higher in the first base material layer 74 than in the second base material layer 76. In the present embodiment, since the ratio of the first base material layer 74 is higher on the upstream side of the oxidant flow, the microporous layer on the upstream side of the oxidant flow in the cathode gas diffusion layer 32. The water repellency of 72 becomes higher. As a result, the microporous layer 72 on the upstream side of the oxidant flow is further suppressed from drying, and the microporous layer 72 on the downstream side of the oxidant flow is further suppressed from being excessively humidified. .

本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications such as design changes can be added based on the knowledge of those skilled in the art. The form can also be included in the scope of the present invention.

例えば、上述の各実施の形態では、アノード側の第１の基材層６４およびカソード側の第１の基材層７４の方が、それぞれアノード側の第２の基材層６６およびカソード側の第２の基材層７６に比べて細孔径が大きくなっているが、これに限られない。たとえば、アノード側の第１の基材層６４とアノード側の第２の基材層６６との関係、およびカソード側の第１の基材層７４とカソード側の第２の基材層７６との関係は下記の表のとおりであってもよい。   For example, in each of the above-described embodiments, the anode-side first base material layer 64 and the cathode-side first base material layer 74 are respectively the anode-side second base material layer 66 and the cathode-side base material. Although the pore diameter is larger than that of the second base material layer 76, the present invention is not limited to this. For example, the relationship between the first base layer 64 on the anode side and the second base layer 66 on the anode side, and the first base layer 74 on the cathode side and the second base layer 76 on the cathode side, The relationship may be as shown in the table below.

Figure 0005339261
Figure 0005339261

なお、かさ密度とは、単位体積あたりのカーボン繊維の重量をいう。また、目付量とは、単位面積あたりのカーボン繊維の重量をいう。気孔率は、単位面積あたりの気孔の割合をいう。   The bulk density refers to the weight of the carbon fiber per unit volume. The basis weight is the weight of carbon fiber per unit area. Porosity refers to the ratio of pores per unit area.

かさ密度および目付量は、細孔径と大小関係が逆である。一方、気孔率は、細孔径と大小関係が同じであり、細孔径に代えて気孔率により、アノードおよびカソードの第１の基材層、第２の基材層を定義することも可能である。   The bulk density and the basis weight are opposite to the pore size and the magnitude relationship. On the other hand, the porosity has the same magnitude relationship as the pore diameter, and it is also possible to define the first and second substrate layers of the anode and the cathode by the porosity instead of the pore diameter. .

また、実施の形態２では、酸化剤の流れの上流側から下流側に向けて、カソード基材７０の第１の基材層７４の厚さが徐々に減少しているが、これに限られない。たとえば、図５に示すように、カソード基材７０の第１の基材層７４の厚さは、段階的に減少してもよい。   In the second embodiment, the thickness of the first base material layer 74 of the cathode base material 70 gradually decreases from the upstream side to the downstream side of the oxidant flow. However, the present invention is not limited to this. Absent. For example, as shown in FIG. 5, the thickness of the first base material layer 74 of the cathode base material 70 may be decreased stepwise.

また、カソード用のガス流路４０は途中で屈曲していてもよく、この場合には、ガス流路４０の経路に沿って、酸化剤の流れの上流側から下流側に向けて、カソード基材７０の第１の基材層７４の厚さを減少させてもよい。   Further, the cathode gas flow path 40 may be bent in the middle. In this case, the cathode base is formed along the path of the gas flow path 40 from the upstream side to the downstream side of the oxidant flow. The thickness of the first base material layer 74 of the material 70 may be reduced.

実施の形態１に係る燃料電池の構造を模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing the structure of a fuel cell according to Embodiment 1. FIG. 図１のＡ−Ａ線上の断面図である。It is sectional drawing on the AA line of FIG. カソード用のガス拡散層の作製に用いられるカソード基材の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cathode base material used for preparation of the gas diffusion layer for cathodes. 実施の形態２に係る燃料電池の構造を示す断面図である。5 is a cross-sectional view showing a structure of a fuel cell according to Embodiment 2. FIG. 変形例に係る燃料電池の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fuel cell which concerns on a modification.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 燃料電池、２０ 固体高分子電解質膜、２２ 燃料極、２４ 空気極、２６、３０ 触媒層、２８、３２ ガス拡散層、３４、３６ セパレータ、５０ セル   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell, 20 Solid polymer electrolyte membrane, 22 Fuel electrode, 24 Air electrode, 26, 30 Catalyst layer, 28, 32 Gas diffusion layer, 34, 36 Separator, 50 cell

Claims (3)

電解質膜と、
前記電解質膜の一方の面に接合されたアノード触媒層と、
前記アノード触媒層の外面に配設されたアノードガス拡散層と、
前記アノードガス拡散層の表面に沿って燃料を供給する燃料供給手段と、
前記電解質膜の他方の面に接合されたカソード触媒層と、
前記カソード触媒層の外面に配設されたカソードガス拡散層と、
前記カソードガス拡散層の表面に沿って酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、
を備え、
前記アノードガス拡散層は、第１の基材層と第２の基材層とを含む複層構造であり、前記第１の基材層の平均細孔径が前記第２の基材層の平均細孔径よりも大きいアノード基材と、前記アノードガス拡散層の第１の基材層に塗布された導電性粉末および撥水剤の混練物で形成され、前記アノードガス拡散層の前記第１の基材層の厚さと同等な厚さを有するアノード微細孔層と、を有し、
前記カソードガス拡散層は、第１の基材層と第２の基材層とを含む複層構造であり、前記第1の基材層の平均細孔径が前記第２の基材層の平均細孔径よりも大きいカソード基材と、前記カソードガス拡散層の第１の基材層に塗布された導電性粉末および撥水剤の混練物で形成され、前記カソードガス拡散層の前記第１の基材層の厚さと同等な厚さを有するカソード微細孔層と、
を有し、
前記アノード触媒層と前記アノードガス拡散層のアノード微細孔層とが、前記カソード触媒層と前記カソードガス拡散層のカソード微細孔層とがそれぞれ接するように積層し、
前記アノードガス拡散層および前記カソードガス拡散層において、それぞれ、
前記第２の基材層の平均細孔径が１０〜１００μｍであり、前記第１の基材層の平均細孔径が２００μｍを超えない範囲で、前記第２の基材層の平均細孔径の２倍以上であることを特徴とする燃料電池。 An electrolyte membrane;
An anode catalyst layer bonded to one surface of the electrolyte membrane;
An anode gas diffusion layer disposed on the outer surface of the anode catalyst layer;
Fuel supply means for supplying fuel along the surface of the anode gas diffusion layer;
A cathode catalyst layer bonded to the other surface of the electrolyte membrane;
A cathode gas diffusion layer disposed on an outer surface of the cathode catalyst layer;
An oxidant supply means for supplying an oxidant along the surface of the cathode gas diffusion layer;
With
The anode gas diffusion layer has a multilayer structure including a first base material layer and a second base material layer, and an average pore diameter of the first base material layer is an average of the second base material layer. An anode base material larger than the pore diameter, and a kneaded product of conductive powder and water repellent applied to the first base material layer of the anode gas diffusion layer; An anode microporous layer having a thickness equivalent to the thickness of the base material layer,
The cathode gas diffusion layer has a multilayer structure including a first base material layer and a second base material layer, and an average pore diameter of the first base material layer is an average of the second base material layer. A cathode base material having a pore diameter larger than the first base material layer of the cathode gas diffusion layer, and a kneaded product of a conductive powder and a water repellent agent. A cathode microporous layer having a thickness equivalent to the thickness of the substrate layer;
Have
The anode catalyst layer and the anode microporous layer of the anode gas diffusion layer are laminated so that the cathode catalyst layer and the cathode microporous layer of the cathode gas diffusion layer are in contact with each other,
In the anode gas diffusion layer and the cathode gas diffusion layer, respectively
The average pore diameter of the second base material layer is 10 to 100 μm, and the average pore diameter of the second base material layer is 2 within the range where the average pore diameter of the first base material layer does not exceed 200 μm. A fuel cell characterized by being more than doubled. 前記カソードガス拡散層の第１の基材層の方が前記カソードガス拡散層の第２の基材層に比べて撥水性が高いことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the first base material layer of the cathode gas diffusion layer has higher water repellency than the second base material layer of the cathode gas diffusion layer. 前記カソードガス拡散層の第１の基材層の厚さが、前記酸化剤の流れの上流側の方が前記酸化剤の流れの下流側に対して厚くなっていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。   The thickness of the first base material layer of the cathode gas diffusion layer is such that the upstream side of the oxidant flow is thicker than the downstream side of the oxidant flow. 2. The fuel cell according to 2.
JP2006152654A 2006-05-31 2006-05-31 Fuel cell Expired - Fee Related JP5339261B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006152654A JP5339261B2 (en) 2006-05-31 2006-05-31 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006152654A JP5339261B2 (en) 2006-05-31 2006-05-31 Fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007323939A JP2007323939A (en) 2007-12-13
JP5339261B2 true JP5339261B2 (en) 2013-11-13

Family

ID=38856562

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006152654A Expired - Fee Related JP5339261B2 (en) 2006-05-31 2006-05-31 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5339261B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130114921A (en) * 2012-04-10 2013-10-21 삼성에스디아이 주식회사 Electrode for fuel cell, method of fabricating the same, and membrane-electrode assembly for fuel cell and fuel cell system including the same
US11380923B2 (en) * 2015-09-17 2022-07-05 Intelligent Energy Limited Oxygen regulated fuel cell
US20210194028A1 (en) * 2017-11-06 2021-06-24 Crrc Qingdao Sifang Co., Ltd. Microporous layer structure of fuel cell and preparation method therefor, and fuel cell cathode assembly

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6280965A (en) * 1985-10-02 1987-04-14 Hitachi Ltd Fuel cell
JPH08124583A (en) * 1994-10-20 1996-05-17 Toyota Motor Corp Fuel cell
JPH11154523A (en) * 1997-11-19 1999-06-08 Fuji Electric Co Ltd Cell and stack of solid polymer electrolyte fuel cell
JP2001006708A (en) * 1999-06-22 2001-01-12 Sanyo Electric Co Ltd Solid high polymer fuel cell
JP2002352807A (en) * 2001-05-30 2002-12-06 Toray Ind Inc Gas diffuser and manufacturing method therefor
JP4610815B2 (en) * 2001-09-14 2011-01-12 東芝燃料電池システム株式会社 Polymer electrolyte fuel cell
JP3596773B2 (en) * 2001-09-28 2004-12-02 松下電器産業株式会社 Polymer electrolyte fuel cell
JP4396091B2 (en) * 2002-09-30 2010-01-13 三菱マテリアル株式会社 Gas diffusion layer for fuel cells
JP2005032628A (en) * 2003-07-08 2005-02-03 Honda Motor Co Ltd Diffusion layer for fuel cell
JP2005100748A (en) * 2003-09-24 2005-04-14 Nec Tokin Corp Electrolyte membrane electrode bonded laminate, its manufacturing method as well as solid polymer fuel cell
JP2005174607A (en) * 2003-12-08 2005-06-30 Aisin Seiki Co Ltd Solid polymer electrolyte fuel cell, and gas diffusion electrode for solid polymer electrolyte fuel cell
JP2006286494A (en) * 2005-04-04 2006-10-19 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp Polymer electrolyte fuel cell
JP2006324104A (en) * 2005-05-18 2006-11-30 Nissan Motor Co Ltd Gas diffusion layer for fuel cell and fuel cell using this
JP4942362B2 (en) * 2006-02-21 2012-05-30 三菱レイヨン株式会社 Membrane-electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007323939A (en) 2007-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6408562B2 (en) Self-humidifying membrane / electrode assembly and fuel cell equipped with the same
JP4023903B2 (en) Membrane / electrode assembly for polymer electrolyte fuel cells
WO2005124903A1 (en) Gas diffusion electrode and solid-state high-molecular electrolyte type fuel cell
JP2001338655A (en) Fuel cell
WO2007074616A1 (en) Membrane electrode joint product and fuel cell using the same
JP5034172B2 (en) Gas diffusion layer for fuel cell and fuel cell using the same
JP4956870B2 (en) Fuel cell and fuel cell manufacturing method
JP2006324104A (en) Gas diffusion layer for fuel cell and fuel cell using this
JP2008311180A (en) Membrane electrode assembly, its manufacturing method, and fuel cell using the membrane electrode assembly
KR100548118B1 (en) Electrode for fuel cell and fuel cell
JP2006339018A (en) Gas diffusion layer for fuel cell and its manufacturing method
JP2005026174A (en) Solid polymer type fuel cell
JP2009199988A (en) Anode electrode for direct methanol fuel cell and direct methanol type fuel cell using the same
JP2006120506A (en) Solid polymer fuel cell
JP2009238388A (en) Paste for micropore layer, membrane electrode assembly, and fuel cell
KR20240004136A (en) Gas diffusion layer comprising a microporous layer having a through-path and/or a concentration gradient of a water-repellent resin in the thickness direction, and fuel cell comprising the same
JP5339261B2 (en) Fuel cell
JP2007265898A (en) Electrolyte membrane for polymer electrolyte fuel cell, and polymer electrolyte fuel cell equipped with it
JP2005038780A (en) Solid polymer fuel cell
KR101326190B1 (en) Membrane Electrode Assembly for fuel cell and fuel cell using the same
JP4338491B2 (en) Method for producing gas diffusion layer for polymer electrolyte fuel cell
JP2003197203A (en) Fuel cell
JP2009129599A (en) Membrane electrode stack and fuel cell including the same
JP4180556B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP2008027811A (en) Membrane/electrode assembly for fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090508

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120413

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120417

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120605

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120911

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121106

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130212

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20130318

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130326

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20130522

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130528

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20130522

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130611

AA92 Notification of invalidation

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971092

Effective date: 20130702

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130716

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130730

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees