JP6204119B2 - 燃料電池の膜電極接合体 - Google Patents
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Description
[数1] CH3OH+H2O→CO2+6H++6e−
という酸化反応が生じ、カソードにおいては、
[数2] 1/2O2+6H++6e−→3H2O
という還元反応が生じる。これによりアノードとカソードとの間に電流が流れることになる。
高分子電解質膜111として、縦200mm、横200mm、厚さ125μmのパーフルオロカーボンスルホン酸からなる高分子電解質膜(米国DuPont社製のNafion(商品名,登録商標))を用い、
アノード触媒層112として、縦142mm、横124mm、厚さ40μmの白金・ルテニウム触媒(田中貴金属社製TEC66E50,白金・ルテニウム担持量50重量%)を用い、
カソード触媒113として、縦142mm、横124mm、厚さ20μmの白金触媒(田中貴金属社製TEC10E70TPM,白金担持量70重量%)を用い、
アノードガス拡散層114及びカソードガス拡散層115として、縦146mm、横128mm、厚さ235μmの黒鉛繊維不織布(MFCテクノロジー社製カーボンファイバペーパSIGRACET GDL25BC)を用い、
防潤層116A,116Bとして、外縁の縦196mm、外縁の横196mm、内縁の縦144mm、内縁の横126mm、厚さ25μmのポリエチレンナフタレートフィルム(帝人デュポンフィルム社製テオネックス)を用い
補強層117A,117Bとして、外縁の縦210mm、外縁の横210mm、内縁の縦138mm、内縁の横120mm、厚さ25μmのポリエチレンナフタレートフィルム(帝人デュポンフィルム社製テオネックス)を用いた。
実施例1の比較例として、実施例1の防潤層116A,116Bを省略したこと以外は実施例1と同じ条件で膜電極接合体11を作製し、同じ評価を行った。この結果、水に12時間浸した燃料電池を分解して膜電極接合体11を目視にて観察したところ、ガス拡散層114,115の剥離及び補強層117A,117Bと高分子電解質膜111の間の剥離が観察された。
実施例1及び比較例1の結果から、防潤層116A,116Bを省略した比較例1は、水分の浸入が実施例1に比べて著しく、初回の組立時の動作試験における出力密度はさほど差はないが、分解後に再組立てした後の動作試験では、実施例1の90mW/cm2に比べて42mW/cm2と著しく低い。これはガス拡散層114,115の剥離による反応性の低下と、一部の燃料がガス拡散層から触媒層を介さずに直接高分子電解質膜に侵入したこと、また高分子電解質膜と補強層とが剥離して燃料リークが生じたことが原因であると推察される。これに対して実施例1の膜電極接合体11については、再組立てしても出力密度はさほど低下しなかった。
実施例1の防潤層116A,116Bの外縁(縦196mm,横196mm)の長さを表1のとおりに設定した以外は実施例1と同じ条件で膜電極接合体11を作製し、得られた膜電極接合体11を用いて燃料電池1を組み立て、組み立てられた燃料電池にメタノールと空気を供給し、電圧を0.4Vに固定して動作試験を行い、単電池の出力密度を測定した。この結果を表1の初回出力密度として示す。
実施例2〜7の結果から、防潤層116A,116Bの外縁の大きさは、実施例3〜7の膜電極接合体11が、実施例2の膜電極接合体11に比べて、出力密度の変動が極めて小さく良好であった。すなわち、防潤層116A,116Bの外縁全周の長さが、ガス拡散層114,115の外縁全周の長さに対して1.03倍以上である場合に、再組立てを行っても出力密度の変動が極めて小さいことが確認された。
11…膜電極接合体
111…高分子電解質膜
112…アノード触媒層(燃料極)
113…カソード触媒層(空気極)
114…アノードガス拡散層
115…カソードガス拡散層
116A,116B…防潤層
117A,117B…補強層
12…アノード集電体
13…カソード集電体
14…アノードセパレータ
15…カソードセパレータ
16…アノード流路
17…カソード流路
18,19…ガスケット
5…ホットプレス機
51…第1熱盤
52…第2熱盤
53…治具
54…位置決め固定用ピン
55…加圧シリンダ
Claims (2)
- 高分子電解質膜と、
前記高分子電解質膜の第1主面及び第2主面のそれぞれに設けられ、前記高分子電解質膜の外縁より小さい外縁を有するアノード触媒層及びカソード触媒層と、
前記アノード触媒層より大きい外縁形状に形成され、当該アノード触媒層上に外縁が外方へ延出するように設けられたアノードガス拡散層と、
前記カソード触媒層より大きい外縁形状に形成され、当該カソード触媒層上に外縁が外方へ延出するように設けられたカソードガス拡散層と、
前記高分子電解質膜の前記第1主面上の外縁部又は前記第2主面上の外縁部の少なくとも一方と、前記アノードガス拡散層又は前記カソードガス拡散層の少なくとも前記一方との間にその内縁部が延在し、且つ当該内縁部が前記アノード触媒層又は前記カソード触媒層に重ならないように設けられた額縁状の防潤層と、
前記アノードガス拡散層上の外縁部又は前記カソードガス拡散層上の外縁部の少なくとも前記一方に、その内縁部が重なるように設けられた額縁状の補強層と、を備え、
前記防潤層が設けられた前記第1主面又は前記第2主面の前記一方からの、前記防潤層の厚さは、当該防潤層が設けられた前記第1主面又は前記第2主面の前記一方に設けられた前記アノード触媒層又は前記カソード触媒層の前記一方の厚さより厚く、
前記アノードガス拡散層又は前記カソードガス拡散層の一方は、前記アノード触媒層又は前記カソード触媒層の前記一方と、前記防潤層とに直接積層されている燃料電池用膜電極接合体。 - 前記防潤層の外縁全周の長さは、前記アノードガス拡散層又は前記カソードガス拡散層の少なくとも前記一方の外縁全周の長さに対して1.03倍以上である請求項1に記載の燃料電池用膜電極接合体。
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