JPH04264367A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池Info
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- JPH04264367A JPH04264367A JP3023623A JP2362391A JPH04264367A JP H04264367 A JPH04264367 A JP H04264367A JP 3023623 A JP3023623 A JP 3023623A JP 2362391 A JP2362391 A JP 2362391A JP H04264367 A JPH04264367 A JP H04264367A
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
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- H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
-
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- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、固体高分子電解質型
燃料電池のセル構造、特に陽イオン交換膜の薄膜化に関
する。
燃料電池のセル構造、特に陽イオン交換膜の薄膜化に関
する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池はこれに用いる電解質の種類に
より、例えばアルカリ型，固体高分子電解質型，および
りん酸型などの低温動作型の燃料電池と、溶融炭酸塩型
，固体酸化物電解質型等の高温動作型の燃料電池とに大
別される。この内、固体高分子電解質型燃料電池は、固
体高分子電解質膜（イオン交換膜）をアノード，カソー
ド一対の電極で挟持し、これをさらに各電極に反応ガス
を供給するガス通路を有する導電材からなる一対のセパ
レータ間に挟持した構造となっている。固体高分子電解
質膜は、スルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イオン
交換膜をカチオン導電性膜として使用したもの、フロロ
カーボンスルホン酸とポリビニリデンフロライドの混合
膜、あるいはフロロカーボンマトリックスにトリフロロ
エチレンをグラフト化したものなどが知られているが、
最近ではパーフロロカーボンスルホン酸膜（米国、デュ
ポン社製、商品名ナフィオン膜）を用いることにより、
燃料電池を長寿命化したもの等が知られている。陽イオ
ン交換膜は分子中にプロトン（水素イオン）交換基を持
ち、飽和状態に含水させることにより常温で２０Ω−ｃ
ｍ 以下の比抵抗を示し、プロトン導電性電解質として
機能する。また、飽和含水量は温度によって変化する。 電極基材は触媒層への反応ガスの供給手段および集電体
として機能する。
より、例えばアルカリ型，固体高分子電解質型，および
りん酸型などの低温動作型の燃料電池と、溶融炭酸塩型
，固体酸化物電解質型等の高温動作型の燃料電池とに大
別される。この内、固体高分子電解質型燃料電池は、固
体高分子電解質膜（イオン交換膜）をアノード，カソー
ド一対の電極で挟持し、これをさらに各電極に反応ガス
を供給するガス通路を有する導電材からなる一対のセパ
レータ間に挟持した構造となっている。固体高分子電解
質膜は、スルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イオン
交換膜をカチオン導電性膜として使用したもの、フロロ
カーボンスルホン酸とポリビニリデンフロライドの混合
膜、あるいはフロロカーボンマトリックスにトリフロロ
エチレンをグラフト化したものなどが知られているが、
最近ではパーフロロカーボンスルホン酸膜（米国、デュ
ポン社製、商品名ナフィオン膜）を用いることにより、
燃料電池を長寿命化したもの等が知られている。陽イオ
ン交換膜は分子中にプロトン（水素イオン）交換基を持
ち、飽和状態に含水させることにより常温で２０Ω−ｃ
ｍ 以下の比抵抗を示し、プロトン導電性電解質として
機能する。また、飽和含水量は温度によって変化する。 電極基材は触媒層への反応ガスの供給手段および集電体
として機能する。
【０００３】図４は陽イオン交換膜を用いた固体高分子
電解質型燃料電池の動作原理を示す説明図であり、燃料
極（アノード）４では供給された水素がプロトンと電子
を生成する電極反応が起こり、生成したプロトンは陽イ
オン交換膜１中を空気極（カソード）５に向かって移動
し、電子は外部回路を通ってカソードに移動し、この時
発電が行われる。一方、カソード５においては、供給さ
れた酸素と陽イオン交換膜１中を移動したプロトンと外
部回路を通った電子とが反応して水を生成する電極反応
が行われる。
電解質型燃料電池の動作原理を示す説明図であり、燃料
極（アノード）４では供給された水素がプロトンと電子
を生成する電極反応が起こり、生成したプロトンは陽イ
オン交換膜１中を空気極（カソード）５に向かって移動
し、電子は外部回路を通ってカソードに移動し、この時
発電が行われる。一方、カソード５においては、供給さ
れた酸素と陽イオン交換膜１中を移動したプロトンと外
部回路を通った電子とが反応して水を生成する電極反応
が行われる。
【０００４】このような陽イオン交換膜を用いた固体高
分子電解質型燃料電池においては、プロトンがアノード
からカソードに向かって陽イオン交換膜中を移動する際
、水和の状態で移動するためにアノード近傍では含水量
が減少し、陽イオン交換膜が乾いてくるという現象が発
生する。このためにアノード近傍には水を供給して乾燥
を防がないとプロトンの移動が困難になり、セルの内部
抵抗が増して抵抗分極による燃料電池の電圧降下が大き
くなる。このように、固体高分子電解質型燃料電池では
セルの内部抵抗の中でも、陽イオン交換膜のイオン伝導
抵抗が抵抗分極の大半を占め、かつ陽イオン交換膜と電
極（触媒層）との接触抵抗も主要なファクターを占める
。
分子電解質型燃料電池においては、プロトンがアノード
からカソードに向かって陽イオン交換膜中を移動する際
、水和の状態で移動するためにアノード近傍では含水量
が減少し、陽イオン交換膜が乾いてくるという現象が発
生する。このためにアノード近傍には水を供給して乾燥
を防がないとプロトンの移動が困難になり、セルの内部
抵抗が増して抵抗分極による燃料電池の電圧降下が大き
くなる。このように、固体高分子電解質型燃料電池では
セルの内部抵抗の中でも、陽イオン交換膜のイオン伝導
抵抗が抵抗分極の大半を占め、かつ陽イオン交換膜と電
極（触媒層）との接触抵抗も主要なファクターを占める
。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、燃料電池
の発電特性（Ｉ−Ｖ特性）に重大な影響を持つ陽イオン
交換膜のイオン伝導抵抗は、一般に陽イオン交換膜の厚
みにより管理されるが、陽イオン交換膜（例えばナフィ
オン膜）を一対の電極間に挟持して使用する従来の固体
高分子電解質型燃料電池においては、主として陽イオン
交換膜の機械的強度の制約により、陽イオン交換膜の厚
みを薄くすることが困難であり、通常０．１３ｍｍから
０．２５ｍｍ程度の厚い陽イオン交換膜が用いられてお
り、イオン伝導抵抗を所望の値にコントロールできない
という問題があった。また、陽イオン交換膜と電極との
界面の接触抵抗もその低減が困難であった。さらに、陽
イオン交換膜は水分量の増加に伴って膨張するので、陽
イオン交換膜の厚みが厚いと寸法変化が大きくなって燃
料電池の形状安定性が低下するとともに、水分の供給量
が増してその安定供給が困難になるなどの不都合が生ず
る。
の発電特性（Ｉ−Ｖ特性）に重大な影響を持つ陽イオン
交換膜のイオン伝導抵抗は、一般に陽イオン交換膜の厚
みにより管理されるが、陽イオン交換膜（例えばナフィ
オン膜）を一対の電極間に挟持して使用する従来の固体
高分子電解質型燃料電池においては、主として陽イオン
交換膜の機械的強度の制約により、陽イオン交換膜の厚
みを薄くすることが困難であり、通常０．１３ｍｍから
０．２５ｍｍ程度の厚い陽イオン交換膜が用いられてお
り、イオン伝導抵抗を所望の値にコントロールできない
という問題があった。また、陽イオン交換膜と電極との
界面の接触抵抗もその低減が困難であった。さらに、陽
イオン交換膜は水分量の増加に伴って膨張するので、陽
イオン交換膜の厚みが厚いと寸法変化が大きくなって燃
料電池の形状安定性が低下するとともに、水分の供給量
が増してその安定供給が困難になるなどの不都合が生ず
る。
【０００６】この発明の目的は、イオン交換膜の薄膜化
を可能にすることにより、イオン伝導抵抗および電極と
の接触抵抗を低減し、電流密度に対する電圧降下を減ら
すとともに、イオン交換膜の寸法変化を少なくすること
にある。
を可能にすることにより、イオン伝導抵抗および電極と
の接触抵抗を低減し、電流密度に対する電圧降下を減ら
すとともに、イオン交換膜の寸法変化を少なくすること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、多孔質で導電性の電極基材と、
その一方の面に形成された触媒活物質を含む触媒層とか
らなる一対の電極と、この一対の電極の前記触媒層間に
密着して挟持されたイオン交換膜との積層体が、枠状絶
縁シートを介在させて、反応ガス通路を有する一対のセ
パレータ間に気密に挟持されたものにおいて、前記イオ
ン交換膜が前記一対の電極それぞれの触媒層の表面にあ
らかじめ塗布形成された一対のイオン交換皮膜の熱融着
体からなるものとする。
に、この発明によれば、多孔質で導電性の電極基材と、
その一方の面に形成された触媒活物質を含む触媒層とか
らなる一対の電極と、この一対の電極の前記触媒層間に
密着して挟持されたイオン交換膜との積層体が、枠状絶
縁シートを介在させて、反応ガス通路を有する一対のセ
パレータ間に気密に挟持されたものにおいて、前記イオ
ン交換膜が前記一対の電極それぞれの触媒層の表面にあ
らかじめ塗布形成された一対のイオン交換皮膜の熱融着
体からなるものとする。
【０００８】また、イオン交換皮膜が陽イオン交換皮膜
であり、この陽イオン交換皮膜がふっ素樹脂系陽イオン
交換膜の溶液を電極の触媒層表面に塗布し加熱乾燥した
ものからなるものとする。
であり、この陽イオン交換皮膜がふっ素樹脂系陽イオン
交換膜の溶液を電極の触媒層表面に塗布し加熱乾燥した
ものからなるものとする。
【０００９】さらに、枠状絶縁シートの内周縁が陽イオ
ン交換皮膜の熱融着体からなる陽イオン交換膜の層間に
埋設され、前記陽イオン交換膜の周囲に露出した枠状絶
縁シートの外周部分が一対のセパレータ間に気密に挟持
されてなるものとするか、さらにまた、陽イオン交換皮
膜が枠状絶縁シート全体を挟むよう一対の電極の外側に
まで延長され、この延長部分が一対のセパレータ間に挟
持されてなるものとする。
ン交換皮膜の熱融着体からなる陽イオン交換膜の層間に
埋設され、前記陽イオン交換膜の周囲に露出した枠状絶
縁シートの外周部分が一対のセパレータ間に気密に挟持
されてなるものとするか、さらにまた、陽イオン交換皮
膜が枠状絶縁シート全体を挟むよう一対の電極の外側に
まで延長され、この延長部分が一対のセパレータ間に挟
持されてなるものとする。
【００１０】
【作用】この発明の構成において、イオン交換膜を一対
の電極それぞれの触媒層の表面にあらかじめ塗布形成さ
れた一対のイオン交換皮膜を相互に熱融着体として一体
化したことにより、薄膜化したイオン交換膜を電極と一
体化した状態で容易に形成でき、したがってイオン電導
抵抗および電極との接触抵抗が低く、電圧降下の少ない
固体高分子電解質型燃料電池が得られるとともに、薄膜
化されて水膨張による寸法変化も少なく、優れた形態安
定性および水分の補給性能が得られる。
の電極それぞれの触媒層の表面にあらかじめ塗布形成さ
れた一対のイオン交換皮膜を相互に熱融着体として一体
化したことにより、薄膜化したイオン交換膜を電極と一
体化した状態で容易に形成でき、したがってイオン電導
抵抗および電極との接触抵抗が低く、電圧降下の少ない
固体高分子電解質型燃料電池が得られるとともに、薄膜
化されて水膨張による寸法変化も少なく、優れた形態安
定性および水分の補給性能が得られる。
【００１１】また、陽イオン交換皮膜をふっ素樹脂系陽
イオン交換膜の溶液を電極の触媒層表面に塗布し加熱乾
燥したものとしたことにより、塗布する塗膜の厚みによ
り所望の厚みに薄膜化した陽イオン交換膜を形成できる
とともに、陽イオン交換膜の厚みの自由度を向上させる
機能が得られる。
イオン交換膜の溶液を電極の触媒層表面に塗布し加熱乾
燥したものとしたことにより、塗布する塗膜の厚みによ
り所望の厚みに薄膜化した陽イオン交換膜を形成できる
とともに、陽イオン交換膜の厚みの自由度を向上させる
機能が得られる。
【００１２】さらに、枠状絶縁シートの内周縁を陽イオ
ン交換膜の層間に埋設し、露出した枠状絶縁シートの外
周部分を一対のセパレータ間に気密に挟持するか、ある
いは陽イオン交換皮膜を枠状絶縁シート全体広げ、延長
部分を一対のセパレータ間に挟持するよう構成すること
により、陽イオン交換膜と一対の電極とが一体化した単
セル部分をセパレータ内に気密に収納してアノードガス
とカソードガスのガスシールを行う機能と、異なる電位
のセパレータ間および電極間を電気的に絶縁する機能と
を同時かつ容易に得ることができる。
ン交換膜の層間に埋設し、露出した枠状絶縁シートの外
周部分を一対のセパレータ間に気密に挟持するか、ある
いは陽イオン交換皮膜を枠状絶縁シート全体広げ、延長
部分を一対のセパレータ間に挟持するよう構成すること
により、陽イオン交換膜と一対の電極とが一体化した単
セル部分をセパレータ内に気密に収納してアノードガス
とカソードガスのガスシールを行う機能と、異なる電位
のセパレータ間および電極間を電気的に絶縁する機能と
を同時かつ容易に得ることができる。
【００１３】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明する
。図１はこの発明の実施例になる固体高分子電解質型燃
料電池を模式化して示す断面図である。図において、ア
ノード４およびカソード５はいずれも厚み０．４ｍｍ程
度のカーボンペーパを多孔質の電極基板３とし、白金を
２０％担持したカーボン粉末とポリテトラフルオロエチ
レンの懸濁液との混合液を電極基板３の一方の面にスポ
イトで所定量滴下し、２４時間真空乾燥した後、３６０
°Ｃ で１５分間焼成し、厚み１００μｍ程度の触媒層
３を形成したものを用いた。また、陽イオン交換膜１は
ふっ素樹脂系陽イオン交換膜の溶液を触媒層３の表面に
刷毛塗りし、８０°Ｃ１時間乾燥する作業を２回繰り返
して行い、重量１ｍｇ ／ ｃｍ ２，厚み１０μｍ
の陽イオン交換皮膜１Ａ，１Ｂをそれぞれの電極につい
て形成し、両電極４，５を陽イオン交換皮膜同士が接触
するよう重ね合わせ、２００°Ｃ で５分間ヒートプレ
スして陽イオン交換皮膜を相互に熱融着することにより
、一体化した厚みがほぼ２０μｍ の陽イオン交換膜１
を形成した。なお、ヒートプレスを行うに際して陽イオ
ン交換皮膜間に額縁状のポリテトラフルオロエチレンの
シートを挟んでヒートプレスし、シートの内周縁側が陽
イオン交換膜１の層間に埋設されて一体化した枠状絶縁
シート６を形成した。
。図１はこの発明の実施例になる固体高分子電解質型燃
料電池を模式化して示す断面図である。図において、ア
ノード４およびカソード５はいずれも厚み０．４ｍｍ程
度のカーボンペーパを多孔質の電極基板３とし、白金を
２０％担持したカーボン粉末とポリテトラフルオロエチ
レンの懸濁液との混合液を電極基板３の一方の面にスポ
イトで所定量滴下し、２４時間真空乾燥した後、３６０
°Ｃ で１５分間焼成し、厚み１００μｍ程度の触媒層
３を形成したものを用いた。また、陽イオン交換膜１は
ふっ素樹脂系陽イオン交換膜の溶液を触媒層３の表面に
刷毛塗りし、８０°Ｃ１時間乾燥する作業を２回繰り返
して行い、重量１ｍｇ ／ ｃｍ ２，厚み１０μｍ
の陽イオン交換皮膜１Ａ，１Ｂをそれぞれの電極につい
て形成し、両電極４，５を陽イオン交換皮膜同士が接触
するよう重ね合わせ、２００°Ｃ で５分間ヒートプレ
スして陽イオン交換皮膜を相互に熱融着することにより
、一体化した厚みがほぼ２０μｍ の陽イオン交換膜１
を形成した。なお、ヒートプレスを行うに際して陽イオ
ン交換皮膜間に額縁状のポリテトラフルオロエチレンの
シートを挟んでヒートプレスし、シートの内周縁側が陽
イオン交換膜１の層間に埋設されて一体化した枠状絶縁
シート６を形成した。
【００１４】上述のように陽イオン交換膜１に電極４，
５および枠状絶縁シート６が結合して一体化した燃料電
池の単セル部分は、陽イオン交換膜の外側に露出した枠
状絶縁シート６の外周部分が、カーボンの焼結体等から
なる一対のセパレータ７間に挟持され、それぞれの電極
電位に保持されるセパレータ７，７間が電気的に絶縁さ
れるとともに、セパレータ間の気密が保持される。また
、セパレータ７はアノードガス通路８およびカソードガ
ス通路９を備え、アノードガス８Ａおよびカソードガス
９Ａをそれぞれの通路を介してアノード４およびカソー
ド５に供給することにより電極反応が行われるが、両ガ
ス通路間のガスシールも枠状絶縁シート６により保持さ
れる。
５および枠状絶縁シート６が結合して一体化した燃料電
池の単セル部分は、陽イオン交換膜の外側に露出した枠
状絶縁シート６の外周部分が、カーボンの焼結体等から
なる一対のセパレータ７間に挟持され、それぞれの電極
電位に保持されるセパレータ７，７間が電気的に絶縁さ
れるとともに、セパレータ間の気密が保持される。また
、セパレータ７はアノードガス通路８およびカソードガ
ス通路９を備え、アノードガス８Ａおよびカソードガス
９Ａをそれぞれの通路を介してアノード４およびカソー
ド５に供給することにより電極反応が行われるが、両ガ
ス通路間のガスシールも枠状絶縁シート６により保持さ
れる。
【００１５】図２は実施例になる固体高分子電解質型燃
料電池の出力電圧−電流特性（Ｉ−Ｖ特性）を従来例の
それと比較して示す特性線図であり、実施例では陽イオ
ン交換膜１の厚みが従来例のそれの１／１０程度に薄膜
化されたことによりイオン電導抵抗が大幅に減り、かつ
電極と陽イオン交換膜が相互に一体化して両者間の接触
抵抗も大幅に減少するので、電流密度に対する電位降下
が減少し、出力電圧Ｖを一定とすれば大きな出力電流を
得られる発電特性の優れた固体高分子電解質型燃料電池
を得ることができる。また、薄膜化により水膨張による
寸法変化が減り、燃料電池の形態安定性が増すとともに
、水の補給量も減ってその供給が容易化される。さらに
、陽イオン交換膜溶液の濃度や塗り重ね回数の選択の仕
方により、陽イオン交換皮膜１Ａ，１Ｂの厚みの自由度
が向上するので、目的に応じて所望の厚みの陽イオン交
換膜を容易に形成できる利点が得られる。
料電池の出力電圧−電流特性（Ｉ−Ｖ特性）を従来例の
それと比較して示す特性線図であり、実施例では陽イオ
ン交換膜１の厚みが従来例のそれの１／１０程度に薄膜
化されたことによりイオン電導抵抗が大幅に減り、かつ
電極と陽イオン交換膜が相互に一体化して両者間の接触
抵抗も大幅に減少するので、電流密度に対する電位降下
が減少し、出力電圧Ｖを一定とすれば大きな出力電流を
得られる発電特性の優れた固体高分子電解質型燃料電池
を得ることができる。また、薄膜化により水膨張による
寸法変化が減り、燃料電池の形態安定性が増すとともに
、水の補給量も減ってその供給が容易化される。さらに
、陽イオン交換膜溶液の濃度や塗り重ね回数の選択の仕
方により、陽イオン交換皮膜１Ａ，１Ｂの厚みの自由度
が向上するので、目的に応じて所望の厚みの陽イオン交
換膜を容易に形成できる利点が得られる。
【００１６】図３はこの発明の異なる実施例を模式化し
て示す断面図であり、陽イオン交換膜１１を枠状絶縁シ
ート６のほぼ全面を覆うよう拡張し、一対のセパレータ
７，７間に挟持するよう構成した点が前述の実施例と異
なっており、３層構造となった絶縁兼シール部により、
異なる電位の電極間およびセパレータ間の電気的絶縁お
よびガスシールをより確実に行える利点が得られる。ま
た、陽イオン交換皮膜１１Ａ，１１Ｂの面積の拡張方法
としては、方形の電極４，５をそれぞれの外周縁に密着
して包囲する額縁状で厚みが電極のそれと等しい治具を
用い、溶液の塗布面を触媒層の表面積と治具の表面積と
の和に相当する面積に拡張し、陽イオン交換膜の溶液を
治具の表面にまで渡って塗布し、乾燥処理することによ
り形成することができる。その際溶液の塗布面となる部
分に皮膜との剥離が容易なアルミニウム箔等を用い、陽
イオン交換皮膜の熱融着に際し、治具を電極同様に熱圧
板として利用するよう構成すれば、薄い陽イオン交換皮
膜を損傷することなく一体化した単セル部分を形成する
ことができる。
て示す断面図であり、陽イオン交換膜１１を枠状絶縁シ
ート６のほぼ全面を覆うよう拡張し、一対のセパレータ
７，７間に挟持するよう構成した点が前述の実施例と異
なっており、３層構造となった絶縁兼シール部により、
異なる電位の電極間およびセパレータ間の電気的絶縁お
よびガスシールをより確実に行える利点が得られる。ま
た、陽イオン交換皮膜１１Ａ，１１Ｂの面積の拡張方法
としては、方形の電極４，５をそれぞれの外周縁に密着
して包囲する額縁状で厚みが電極のそれと等しい治具を
用い、溶液の塗布面を触媒層の表面積と治具の表面積と
の和に相当する面積に拡張し、陽イオン交換膜の溶液を
治具の表面にまで渡って塗布し、乾燥処理することによ
り形成することができる。その際溶液の塗布面となる部
分に皮膜との剥離が容易なアルミニウム箔等を用い、陽
イオン交換皮膜の熱融着に際し、治具を電極同様に熱圧
板として利用するよう構成すれば、薄い陽イオン交換皮
膜を損傷することなく一体化した単セル部分を形成する
ことができる。
【００１７】
【発明の効果】この発明は前述のように、イオン交換膜
を一対の電極それぞれの触媒層の表面にあらかじめ塗布
形成された一対のイオン交換皮膜を、相互に熱融着して
一体化した構造とするよう構成した。その結果、イオン
交換膜があらかじめ電極と一体化した状態で補強される
ので、既製の陽イオン交換膜を電極間に挟んだ構造の従
来の固体高分子電解質型燃料電池では困難であったイオ
ン交換膜の薄膜化が可能となり、イオン交換膜の厚みが
従来のそれの１／１０程度に薄膜化され、かつ電極表面
にイオン交換膜が強固に結合した固体高分子電解質型燃
料電池が得られる。したがって、イオン電導抵抗および
電極との接触抵抗が下がり，出力電流に対する電圧降下
も大幅に減少するので、優れた発電性能を有し、かつ薄
膜化されて水膨張による寸法変化も減るので形態安定性
に優れ、水分の補給が容易化された固体高分子電解質型
燃料電池を提供することができる。
を一対の電極それぞれの触媒層の表面にあらかじめ塗布
形成された一対のイオン交換皮膜を、相互に熱融着して
一体化した構造とするよう構成した。その結果、イオン
交換膜があらかじめ電極と一体化した状態で補強される
ので、既製の陽イオン交換膜を電極間に挟んだ構造の従
来の固体高分子電解質型燃料電池では困難であったイオ
ン交換膜の薄膜化が可能となり、イオン交換膜の厚みが
従来のそれの１／１０程度に薄膜化され、かつ電極表面
にイオン交換膜が強固に結合した固体高分子電解質型燃
料電池が得られる。したがって、イオン電導抵抗および
電極との接触抵抗が下がり，出力電流に対する電圧降下
も大幅に減少するので、優れた発電性能を有し、かつ薄
膜化されて水膨張による寸法変化も減るので形態安定性
に優れ、水分の補給が容易化された固体高分子電解質型
燃料電池を提供することができる。
【００１８】また、陽イオン交換皮膜をふっ素樹脂系陽
イオン交換膜の溶液を電極の触媒層表面に塗布し加熱乾
燥したものとするよう構成すれば、塗布する塗膜の厚み
により所望の厚みの陽イオン交換膜を形成できるので、
要求性能に好適な厚みの陽イオン交換膜を備えた固体高
分子電解質型燃料電池を提供することができる。
イオン交換膜の溶液を電極の触媒層表面に塗布し加熱乾
燥したものとするよう構成すれば、塗布する塗膜の厚み
により所望の厚みの陽イオン交換膜を形成できるので、
要求性能に好適な厚みの陽イオン交換膜を備えた固体高
分子電解質型燃料電池を提供することができる。
【００１９】さらに、枠状絶縁シートの内周縁を陽イオ
ン交換膜の層間に埋設し、露出した枠状絶縁シートの外
周部分を一対のセパレータ間に気密に挟持するか、ある
いは陽イオン交換皮膜を枠状絶縁シート全体広げ、延長
部分を一対のセパレータ間に挟持するよう構成するよう
構成したことにより、陽イオン交換膜と一対の電極とが
一体化した単セル部分をセパレータ内に気密に収納して
アノードガスとカソードガスのガスシールを行う機能と
、導電材からなるセパレータ間および電極間を電気的に
絶縁する機能とを同時かつ簡単に得ることが可能となり
、優れたガスシール性能および絶縁性能を有する簡素化
された構造の固体高分子電解質型燃料電池を提供するこ
とができる。
ン交換膜の層間に埋設し、露出した枠状絶縁シートの外
周部分を一対のセパレータ間に気密に挟持するか、ある
いは陽イオン交換皮膜を枠状絶縁シート全体広げ、延長
部分を一対のセパレータ間に挟持するよう構成するよう
構成したことにより、陽イオン交換膜と一対の電極とが
一体化した単セル部分をセパレータ内に気密に収納して
アノードガスとカソードガスのガスシールを行う機能と
、導電材からなるセパレータ間および電極間を電気的に
絶縁する機能とを同時かつ簡単に得ることが可能となり
、優れたガスシール性能および絶縁性能を有する簡素化
された構造の固体高分子電解質型燃料電池を提供するこ
とができる。
【図１】この発明の実施例になる固体高分子電解質型燃
料電池を模式化して示す断面図
料電池を模式化して示す断面図
【図２】実施例になる固体高分子電解質型燃料電池のＩ
−Ｖ特性を従来技術のそれと比較して示す特性線図
−Ｖ特性を従来技術のそれと比較して示す特性線図
【図
３】この発明の異なる実施例を模式化して示す断面図
３】この発明の異なる実施例を模式化して示す断面図
【図４】固体高分子電解質型燃料電池の動作原理を示す
説明図
説明図
１ 陽イオン交換膜
２ 触媒層
３ 電極基板
４ 燃料極（アノード）
５ 空気極（カソード）
６ 枠状絶縁シート
７ セパレータ
８ アノードガス通路
９ カソードガス通路
１１ 陽イオン交換膜
１１Ａ 陽イオン交換皮膜
１１Ｂ 陽イオン交換皮膜
Claims (4)
- 【請求項１】多孔質で導電性の電極基材と、その一方の
面に形成された触媒活物質を含む触媒層とからなる一対
の電極と、この一対の電極の前記触媒層間に密着して挟
持されたイオン交換膜との積層体が、枠状絶縁シートを
介在させて、反応ガス通路を有する一対のセパレータ間
に気密に挟持されたものにおいて、前記イオン交換膜が
前記一対の電極それぞれの触媒層の表面にあらかじめ塗
布形成された一対のイオン交換皮膜の熱融着体からなる
ことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項２】イオン交換皮膜が陽イオン交換皮膜であり
、この陽イオン交換皮膜がふっ素樹脂系イオン交換膜の
溶液を電極の触媒層表面に塗布し加熱乾燥したものから
なることを特徴とする請求項１記載の固体高分子電解質
型燃料電池。 - 【請求項３】枠状絶縁シートの内周縁が陽イオン交換皮
膜の熱融着体からなる陽イオン交換膜の層間に埋設され
、前記陽イオン交換膜の周囲に露出した前記枠状絶縁シ
ートの外周部分が一対のセパレータ間に気密に挟持され
てなることを特徴とする請求項１記載の固体高分子電解
質型燃料電池。 - 【請求項４】陽イオン交換皮膜が枠状絶縁シート全体を
挟むよう一対の電極の外側にまで延長され、この延長部
分が一対のセパレータ間に気密に挟持されてなることを
特徴とする請求項１または請求項３のいずれかに記載の
固体高分子電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3023623A JPH04264367A (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3023623A JPH04264367A (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04264367A true JPH04264367A (ja) | 1992-09-21 |
Family
ID=12115728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3023623A Pending JPH04264367A (ja) | 1991-02-19 | 1991-02-19 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04264367A (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5474857A (en) * | 1993-08-06 | 1995-12-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solid polymer type fuel cell and method for manufacturing the same |
| US5723173A (en) * | 1995-01-26 | 1998-03-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for manufacturing solid polymer electrolyte fuel cell |
| WO2002058178A1 (fr) * | 2001-01-19 | 2002-07-25 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Procede de fabrication d'une liaison film electrolytique-electrode de pile a combustible |
| US6746793B1 (en) | 1998-06-16 | 2004-06-08 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
| US7220514B2 (en) | 2000-07-03 | 2007-05-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
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| JP2008130416A (ja) * | 2006-11-22 | 2008-06-05 | Toyota Motor Corp | 膜電極接合体の製造方法 |
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| US9786925B2 (en) | 2004-04-22 | 2017-10-10 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Fuel cell and fuel cell use gas diffusion electrode |
| US11258075B2 (en) | 2016-12-09 | 2022-02-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell electrode catalyst |
-
1991
- 1991-02-19 JP JP3023623A patent/JPH04264367A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6977234B2 (en) | 2001-01-19 | 2005-12-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for manufacturing fuel cell electrolyte film-electrode bond |
| CN100338805C (zh) * | 2001-01-19 | 2007-09-19 | 松下电器产业株式会社 | 燃料电池用电解质膜－电极接合体的制造方法 |
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