JP7103970B2 - 燃料電池及びその製造方法 - Google Patents
燃料電池及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7103970B2 JP7103970B2 JP2019027739A JP2019027739A JP7103970B2 JP 7103970 B2 JP7103970 B2 JP 7103970B2 JP 2019027739 A JP2019027739 A JP 2019027739A JP 2019027739 A JP2019027739 A JP 2019027739A JP 7103970 B2 JP7103970 B2 JP 7103970B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte membrane
- catalyst layer
- fuel cell
- layer
- catalyst
- 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
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
プロトン伝導性を有する電解質膜(例えば、実施形態の電解質膜12。以下、同一。)と、
前記電解質膜の一方の面に配置され、且つ互いに間隔を存して配置された複数の第1触媒層(例えば、実施形態の電解質膜12の上側の触媒層16であって、分割溝17で分割された触媒層16。以下、同一。)と、
前記電解質膜の他方の面に配置され、且つ互いに間隔を存して配置された複数の第2触媒層(例えば、実施形態の電解質膜12の下側の触媒層16であって、分割溝17で分割された触媒層16。以下、同一。)と、
を有する複数の単位セル(例えば、実施形態の領域L。以下、同一。)を備えた燃料電池(例えば、実施形態の燃料電池10。以下、同一。)であって、
互いに隣接する前記単位セルの前記電解質膜は連続しており1つの前記電解質膜で構成され、
前記電解質膜は、前記単位セルの前記第1触媒層と、該単位セルに隣接する前記単位セルの前記第2触媒層と、を電気的に接続するインターコネクト部(例えば、実施形態のインターコネクト部30。以下、同一。)を備え、
前記第1触媒層と前記電解質膜との間であって前記インターコネクト部及び前記インターコネクト部の縁の前記電解質膜を覆うように、前記第1触媒層よりも薄い厚さであり且つ導電性を備える非プロトン伝導性層(例えば、実施形態の非プロトン伝導性層110。以下、同一。)が設けられていることを特徴とする。
前記第1触媒層側に水素ガスが供給され、前記第2触媒層側に酸素含有ガスが供給される前記燃料電池であって、
前記電解質膜と前記第1触媒層との間には、少なくとも前記インターコネクト部及び前記インターコネクト部の縁の前記電解質膜を覆うように配置された、前記水素ガスが前記電解質膜を通って前記第2触媒層側に漏れることを防止する保護層(例えば、実施形態の保護層14。以下、同一。)を備え、
前記非プロトン伝導性層は、前記第1触媒層と前記保護層との間に設けられていることが好ましい。
前記保護層と前記第1触媒層とは、隣接する前記単位セルの隣接方向の幅が同一となるように、設定されていることが好ましい。
前記単位セルの前記第1触媒層と、該単位セルに隣接する前記単位セルの前記第2触媒層とが、前記電解質膜を挟んで重なり合う「重なり領域」(例えば、実施形態の第2領域Y。以下、同一。)を備え、
前記非プロトン伝導性層は、少なくとも前記重なり領域における前記電解質膜を覆うように設けられていることが好ましい。
前記非プロトン伝導性層は、
前記重なり領域に加えて、
前記第1触媒層と、該単位セルに隣接する前記第2触媒層とが、前記電解質膜を挟んで重なり合っていない領域であって、
前記単位セル自身の前記第2触媒層から前記電解質膜が露出した領域(例えば、実施形態の第1領域Xから第2領域Yを除いた残りの部分の領域。以下、同一。)に設けられ、
且つ、同一の前記単位セル内における前記第1触媒層と前記第2触媒層との間には設けられていないことが好ましい。
プロトン伝導性を有する電解質膜と、
前記電解質膜の一方の面に配置され、且つ互いに間隔を存して配置された複数の第1触媒層と、
前記電解質膜の他方の面に配置され、且つ互いに間隔を存して配置された複数の第2触媒層と、
を有する複数の単位セルを備えた燃料電池の製造方法であって、
互いに隣接する前記単位セルの前記電解質膜は連続しており1つの前記電解質膜で構成され、
前記電解質膜は、前記単位セルの前記第1触媒層と、該単位セルに隣接する前記単位セルの前記第2触媒層と、を電気的に接続するインターコネクト部を備え、
前記第1触媒層と前記電解質膜との間であって前記インターコネクト部及び前記インターコネクト部の縁の前記電解質膜を覆うように、前記第1触媒層よりも薄い厚さであり且つ導電性を備える非プロトン伝導性層を設けることを特徴とする。
図1は、本発明を適用した燃料電池の一実施形態を示す模式断面図であり、図2は図1の要部を拡大して示す図であり、上側がアノード、下側がカソードである。図1、図2に示す燃料電池10の膜・電極接合体(MEA)11は、電解質膜12の両面側に、ガス拡散層18を備え、下側には電極層として触媒層16が、上側には電極層として触媒層16と電解質膜12に接する保護層14が設けられている。すなわち、本実施形態では上側の電極層は触媒層16と保護層14の2層で構成されている。さらに、上側のガス拡散層18の上方には上板20が設けられ、下側のガス拡散層の下方には下板22が設けられている。なお、図1においては、中央に位置する積層構造を省略した状態の燃料電池10を描いている。
本発明の燃料電池における電解質膜に特に限定はなく、種々の電解質膜を採用することができる。そして、上記の通り、電解質膜内に、隣接する単位セル同士を電気的に直列接続するインターコネクト部を備える。インターコネクト部は、後述するように、電解質膜に局所的に熱をかけて炭化することで形成される。
触媒層は、例えば、触媒金属を担持した炭素粒子(触媒粒子)を含んで構成される。炭素粒子としては、カーボンブラックを用いることができるが、この他にも、例えば、黒鉛、炭素繊維、活性炭等やこれらの粉砕物、カーボンナノファイバーやカーボンナノチューブ等の炭素化合物を採用することができる。一方、触媒金属としては、白金、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、パラジウム、オスニウム、タングステン、鉛、鉄、クロム、コバルト、ニッケル、マンガン、バナジウム、モリブデン、ガリウム、アルミニウム等の金属を単独で又は2種以上組み合わせて使用することができる。
電解質膜、又は電解質膜内のインターコネクト部若しくはその近傍において、ガスがリークするいわゆるクロスリークを防止するために、電解質膜の一方の面側又は両面側に保護層を設けることが好ましい。図1においては、電解質膜12の上面側に保護層を設けている。
ガス拡散層18は、基材と、多孔質層とが積層されて構成される。基材は、カーボンペーパーやカーボンクロスを用いることができる。
上板20及び下板22は、前述のようにガス拡散層18側にガスのための流路溝(凹部分)を備える。MEA11の単セル同士はインターコネクト部30を通して直列に接続されるので、上板20及び下板22は絶縁性の樹脂で形成することが好ましい。当該汎用樹脂としては、ポリプロピレン樹脂(PP)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)等を挙げることができる。
本実施形態の燃料電池は、以下に説明する本発明の実施形態の製造方法により製造することができる。
以上のようにプロトン伝導性樹脂を加熱により炭化させることで、当該箇所に対し体積抵抗率が0.1Ω・mm程度の導電性を容易に付与することができる。
12 電解質膜
14 保護層
16 触媒層
17 分割溝
18 ガス拡散層
20 上板
22 下板
24 シール
26 黒鉛シート
28 導線
30 インターコネクト部
110 非プロトン伝導性層
Claims (6)
- プロトン伝導性を有する電解質膜と、
前記電解質膜の一方の面に配置され、且つ互いに間隔を存して配置された複数の第1触媒層と、
前記電解質膜の他方の面に配置され、且つ互いに間隔を存して配置された複数の第2触媒層と、
を有する複数の単位セルを備えた燃料電池であって、
互いに隣接する前記単位セルの前記電解質膜は連続しており、且つ1つの前記電解質膜で構成され、
前記電解質膜は、前記単位セルの前記第1触媒層と、該単位セルに隣接する前記単位セルの前記第2触媒層と、を電気的に接続するインターコネクト部を備え、
前記第1触媒層と前記電解質膜との間であって前記インターコネクト部の縁に隣接する前記電解質膜の部分を覆うように、前記第1触媒層よりも薄い厚さであり且つ導電性を備える非プロトン伝導性層が設けられていることを特徴とする燃料電池。 - 請求項1に記載の燃料電池であって、
前記第1触媒層側に水素ガスが供給され、前記第2触媒層側に酸素含有ガスが供給される前記燃料電池であって、
前記電解質膜と前記第1触媒層との間には、少なくとも前記インターコネクト部及び前記インターコネクト部の縁の前記電解質膜を覆うように配置された、前記水素ガスが前記電解質膜を通って前記第2触媒層側に漏れることを防止する保護層を備え、
前記非プロトン伝導性層は、前記第1触媒層と前記保護層との間に設けられていることを特徴とする燃料電池。 - 請求項2に記載の燃料電池であって、
前記保護層と前記第1触媒層とは、隣接する前記単位セル同士の隣接方向の幅が同一となるように、設定されていることを特徴とする燃料電池。 - 請求項1から請求項3の何れか1項に記載の燃料電池であって、
前記単位セルの前記第1触媒層と、該単位セルに隣接する前記単位セルの前記第2触媒層とが、前記電解質膜を挟んで重なり合う「重なり領域」を備え、
前記非プロトン伝導性層は、少なくとも前記重なり領域における前記電解質膜を覆うように設けられていることを特徴とする燃料電池。 - 請求項4に記載の燃料電池であって、
前記非プロトン伝導性層は、
前記重なり領域に加えて、
前記第1触媒層と、該単位セルに隣接する前記第2触媒層とが、前記電解質膜を挟んで重なり合っていない領域であって、
前記単位セル自身の前記第2触媒層から前記電解質膜が露出した領域に設けられ、
且つ、同一の前記単位セル内における前記第1触媒層と前記第2触媒層との間には設けられていないことを特徴とする燃料電池。 - プロトン伝導性を有する電解質膜と、
前記電解質膜の一方の面に配置され、且つ互いに間隔を存して配置された複数の第1触媒層と、
前記電解質膜の他方の面に配置され、且つ互いに間隔を存して配置された複数の第2触媒層と、
を有する複数の単位セルを備えた燃料電池の製造方法であって、
互いに隣接する前記単位セルの前記電解質膜は連続しており、且つ1つの前記電解質膜で構成され、
前記電解質膜は、前記単位セルの前記第1触媒層と、該単位セルに隣接する他の前記単位セルの前記第2触媒層と、を電気的に接続するインターコネクト部を備え、
前記第1触媒層と前記電解質膜との間であって前記インターコネクト部及び前記インターコネクト部の縁の前記電解質膜を覆うように、前記第1触媒層よりも薄い厚さであり且つ導電性を備える非プロトン伝導性層を設けることを特徴とする燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019027739A JP7103970B2 (ja) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | 燃料電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019027739A JP7103970B2 (ja) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | 燃料電池及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020136064A JP2020136064A (ja) | 2020-08-31 |
JP7103970B2 true JP7103970B2 (ja) | 2022-07-20 |
Family
ID=72263446
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019027739A Active JP7103970B2 (ja) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | 燃料電池及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7103970B2 (ja) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005078975A (ja) | 2003-09-01 | 2005-03-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子電解質膜−電極接合体およびこれを用いた高分子電解質型燃料電池 |
JP2006501602A (ja) | 2002-05-09 | 2006-01-12 | ザ・ボード・オブ・トラスティーズ・オブ・ザ・レランド・スタンフォード・ジュニア・ユニバーシティ | 改善された燃料電池 |
JP2008140716A (ja) | 2006-12-04 | 2008-06-19 | Toyota Motor Corp | 水素分離膜−電解質膜接合体、それを備えた燃料電池、およびそれらの製造方法 |
JP2011204609A (ja) | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池層、燃料電池システム、および燃料電池層の製造方法 |
JP2015079562A (ja) | 2012-01-31 | 2015-04-23 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池及び燃料電池システム |
WO2017047343A1 (ja) | 2015-09-18 | 2017-03-23 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池及びその製造方法 |
WO2017047342A1 (ja) | 2015-09-18 | 2017-03-23 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
-
2019
- 2019-02-19 JP JP2019027739A patent/JP7103970B2/ja active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006501602A (ja) | 2002-05-09 | 2006-01-12 | ザ・ボード・オブ・トラスティーズ・オブ・ザ・レランド・スタンフォード・ジュニア・ユニバーシティ | 改善された燃料電池 |
JP2005078975A (ja) | 2003-09-01 | 2005-03-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子電解質膜−電極接合体およびこれを用いた高分子電解質型燃料電池 |
JP2008140716A (ja) | 2006-12-04 | 2008-06-19 | Toyota Motor Corp | 水素分離膜−電解質膜接合体、それを備えた燃料電池、およびそれらの製造方法 |
JP2011204609A (ja) | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Sanyo Electric Co Ltd | 燃料電池層、燃料電池システム、および燃料電池層の製造方法 |
JP2015079562A (ja) | 2012-01-31 | 2015-04-23 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池及び燃料電池システム |
WO2017047343A1 (ja) | 2015-09-18 | 2017-03-23 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池及びその製造方法 |
WO2017047342A1 (ja) | 2015-09-18 | 2017-03-23 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020136064A (ja) | 2020-08-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6595605B2 (ja) | 燃料電池及びその製造方法 | |
JP6595604B2 (ja) | 燃料電池 | |
US20050142397A1 (en) | Membrane electrode assembly and fuel cell | |
JP5157050B2 (ja) | 膜電極接合体及びその製造方法 | |
US20100190084A1 (en) | Single fuel cell | |
JP6740376B2 (ja) | 燃料電池の製造方法および加工装置 | |
JP2012015093A (ja) | 複合膜および燃料電池 | |
JP5838570B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池における膜電極接合体 | |
JP7103970B2 (ja) | 燃料電池及びその製造方法 | |
JP7103971B2 (ja) | 燃料電池及びその製造方法 | |
JP6867424B2 (ja) | 燃料電池の製造方法、及び燃料電池 | |
JP7041641B2 (ja) | 燃料電池の製造方法、及び燃料電池の製造装置 | |
US20130337361A1 (en) | Fuel cell and method for producing the same | |
JP2009238495A (ja) | 燃料電池およびこれに用いられる膜−電極−ガス拡散層接合体 | |
JP7522760B2 (ja) | セパレータ、燃料電池及びセパレータの製造方法 | |
JP2010161039A (ja) | 膜電極接合体の製造方法 | |
US20160248112A1 (en) | Fuel cell with optimised operation along the air flow channel | |
JP2005078870A (ja) | 燃料電池およびその製造方法 | |
JPWO2012160779A1 (ja) | 燃料電池 | |
JP2009181738A (ja) | 多孔質炭素電極基材の製造方法および膜−電極接合体 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210329 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220301 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220421 |
|
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: 20220705 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20220707 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7103970 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |