JP6546951B2 - 電解質膜・電極構造体 - Google Patents
電解質膜・電極構造体 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6546951B2 JP6546951B2 JP2017052330A JP2017052330A JP6546951B2 JP 6546951 B2 JP6546951 B2 JP 6546951B2 JP 2017052330 A JP2017052330 A JP 2017052330A JP 2017052330 A JP2017052330 A JP 2017052330A JP 6546951 B2 JP6546951 B2 JP 6546951B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- electrode
- electrolyte membrane
- porous layer
- pore diameter
- 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.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
- H01M4/8626—Porous electrodes characterised by the form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0234—Carbonaceous material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0239—Organic resins; Organic polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
- H01M8/04171—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal using adsorbents, wicks or hydrophilic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/1039—Polymeric electrolyte materials halogenated, e.g. sulfonated polyvinylidene fluorides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
- H01M2004/8684—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
- H01M2004/8689—Positive electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Description
前記アノード電極は、前記電解質膜に臨む第1電極触媒層と、燃料ガスが流通する第1ガス拡散層と、前記第1電極触媒層及び前記第1ガス拡散層の間に介在する第1多孔質層とを有し、
前記カソード電極は、少なくとも、前記電解質膜に臨む第2電極触媒層と、酸化剤ガスが流通する第2ガス拡散層と、前記第2電極触媒層及び前記第2ガス拡散層の間に介在する第2多孔質層とを有し、
前記第1ガス拡散層と前記第1多孔質層を重畳した第1重畳体の10μm以下の細孔径分布と、前記第2ガス拡散層と前記第2多孔質層を重畳した第2重畳体の10μm以下の細孔径分布とを比較したとき、細孔容積が最大となる基準細孔径よりも小径側では略同等であり、且つ前記基準細孔径よりも大径側では、第2重畳体の方が、同一細孔径での細孔容積が第1重畳体よりも大きく、
さらに、下記の式(1)で表される細孔容積比が1.10〜1.60であることを特徴とする。
細孔容積比=第2重畳体の、細孔径が基準細孔径以上である細孔の全容積/第1重畳体の、細孔径が基準細孔径以上である細孔の全容積 …(1)
細孔容積比=第2重畳体の、細孔径が基準細孔径以上である細孔の全容積/第1重畳体の、細孔径が基準細孔径以上である細孔の全容積 …(1)
嵩密度が0.34g/m2、厚みが150μmのカーボンペーパに、三井・デュポンフロロケミカル社製の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(FEP)分散液「FEP120JRB」(商品名)を含浸させ、120℃で30分間乾燥させた。さらに、380℃で加熱処理を施して、第1ガス拡散層22を得た。
第2多孔質層34の単位面積当たりの乾燥重量を1.4mg/cm2、1.6mg/cm2、1.9mg/cm2としたことを除いては実施例1と同様にして単位セル10を構成した。各々を実施例2〜4とする。
第2多孔質層34の単位面積当たりの乾燥重量を1.0mg/cm2、2.0mg/cm2としたことを除いては実施例1と同様にして単位セルを構成した。各々を比較例1、2とする。
親水層32を形成しなかったことを除いては実施例3と同様にして単位セルを構成した。これを比較例3とする。
14…電解質膜 16…アノード電極
18…カソード電極 20…第1電極触媒層
22…第1ガス拡散層 24…第1多孔質層
26…第1重畳体 28…第2電極触媒層
30…第2ガス拡散層 32…親水層
34…第2多孔質層 36…第2重畳体
40…アノード側セパレータ 42…カソード側セパレータ
44…燃料ガス流路 46…酸化剤ガス流路
48…冷却媒体流路
Claims (6)
- 固体高分子膜からなる電解質膜をアノード電極とカソード電極で挟持して構成される電解質膜・電極構造体であって、
前記アノード電極は、前記電解質膜に臨む第1電極触媒層と、燃料ガスが流通する第1ガス拡散層と、前記第1電極触媒層及び前記第1ガス拡散層の間に介在する第1多孔質層とを有し、
前記カソード電極は、少なくとも、前記電解質膜に臨む第2電極触媒層と、酸化剤ガスが流通する第2ガス拡散層と、前記第2電極触媒層及び前記第2ガス拡散層の間に介在する第2多孔質層とを有し、
前記第1ガス拡散層と前記第1多孔質層を重畳した第1重畳体の10μm以下の細孔径分布と、前記第2ガス拡散層と前記第2多孔質層を重畳した第2重畳体の10μm以下の細孔径分布とを比較したとき、細孔容積が最大となる基準細孔径よりも小径側では略同等であり、且つ前記基準細孔径よりも大径側では、第2重畳体の方が、同一細孔径での細孔容積が第1重畳体よりも大きく、
さらに、下記の式(1)で表される細孔容積比が1.10〜1.60であることを特徴とする電解質膜・電極構造体。
細孔容積比=第2重畳体の、細孔径が基準細孔径以上である細孔の全容積/第1重畳体の、細孔径が基準細孔径以上である細孔の全容積 …(1) - 請求項1記載の電解質膜・電極構造体において、前記基準細孔径が0.7〜1μmの範囲内であることを特徴とする電解質膜・電極構造体。
- 請求項1又は2記載の電解質膜・電極構造体において、前記第1多孔質層の厚みが、前記第2多孔質層の厚み以上であることを特徴とする電解質膜・電極構造体。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電解質膜・電極構造体において、前記カソード電極が、前記第2多孔質層と前記第2電極触媒層との間に介在する親水層をさらに有することを特徴とする電解質膜・電極構造体。
- 請求項4記載の電解質膜・電極構造体において、前記親水層がアイオノマーを含むことを特徴とする電解質膜・電極構造体。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の電解質膜・電極構造体において、前記第1多孔質層及び前記第2多孔質層が気相成長炭素繊維を含むことを特徴とする電解質膜・電極構造体。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017052330A JP6546951B2 (ja) | 2017-03-17 | 2017-03-17 | 電解質膜・電極構造体 |
US15/919,278 US10707510B2 (en) | 2017-03-17 | 2018-03-13 | Membrane electrode assembly |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017052330A JP6546951B2 (ja) | 2017-03-17 | 2017-03-17 | 電解質膜・電極構造体 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018156819A JP2018156819A (ja) | 2018-10-04 |
JP6546951B2 true JP6546951B2 (ja) | 2019-07-17 |
Family
ID=63520321
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017052330A Active JP6546951B2 (ja) | 2017-03-17 | 2017-03-17 | 電解質膜・電極構造体 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10707510B2 (ja) |
JP (1) | JP6546951B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7306361B2 (ja) | 2020-10-16 | 2023-07-11 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006134630A (ja) * | 2004-11-04 | 2006-05-25 | Honda Motor Co Ltd | 固体高分子型燃料電池の電極構造体 |
JP4612569B2 (ja) * | 2006-03-20 | 2011-01-12 | 本田技研工業株式会社 | 固体高分子型燃料電池用膜電極構造体 |
JP2011243314A (ja) * | 2010-05-14 | 2011-12-01 | Honda Motor Co Ltd | 固体高分子型燃料電池用膜電極構造体 |
US9178238B2 (en) * | 2012-04-03 | 2015-11-03 | Gm Global Technology Operations, Llc | Rubber crack mitigants in polyelectrolyte membranes |
JP6356436B2 (ja) * | 2013-03-26 | 2018-07-11 | 本田技研工業株式会社 | 電解質膜・電極構造体 |
-
2017
- 2017-03-17 JP JP2017052330A patent/JP6546951B2/ja active Active
-
2018
- 2018-03-13 US US15/919,278 patent/US10707510B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20180269508A1 (en) | 2018-09-20 |
JP2018156819A (ja) | 2018-10-04 |
US10707510B2 (en) | 2020-07-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4190478B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
JP2001057218A (ja) | 固体高分子型燃料電池およびその製造方法 | |
JP2011243314A (ja) | 固体高分子型燃料電池用膜電極構造体 | |
JP2007250279A (ja) | 固体高分子型燃料電池用膜電極構造体 | |
JP5743762B2 (ja) | 電解質膜・電極接合体及びその製造方法 | |
JP2001357869A (ja) | 固体高分子型燃料電池スタック | |
US20070202389A1 (en) | Membrane electrode structure for polymer electrolyte fuel cell | |
JP6546951B2 (ja) | 電解質膜・電極構造体 | |
JP2007134306A (ja) | 直接酸化型燃料電池およびその膜電極接合体 | |
JP4180556B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
JP2006049115A (ja) | 燃料電池 | |
JP2015079639A (ja) | 電解質膜・電極構造体 | |
JP5002269B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
JP5981205B2 (ja) | 電解質膜・電極構造体 | |
US8778557B2 (en) | Membrane electrode assembly for fuel cell and fuel cell using the same | |
JP2009043688A (ja) | 燃料電池 | |
JP6356436B2 (ja) | 電解質膜・電極構造体 | |
JP2008262715A (ja) | 燃料電池用セル | |
JP2009009839A (ja) | 固体高分子型燃料電池用電解質膜・電極構造体 | |
JP6007163B2 (ja) | 電解質膜・電極構造体 | |
JP2006134640A (ja) | 固体高分子型燃料電池及びその製造方法 | |
JP6412995B2 (ja) | 電解質膜・電極構造体の製造方法 | |
JP7354928B2 (ja) | 燃料電池用のガス拡散層 | |
JP2015032415A (ja) | 電解質膜・電極構造体 | |
JP5889720B2 (ja) | 電解質膜・電極構造体及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181025 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181030 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181227 |
|
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: 20190604 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190624 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6546951 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |