JPH0878029A - 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

Publication number
JPH0878029A
JPH0878029A JP6229040A JP22904094A JPH0878029A JP H0878029 A JPH0878029 A JP H0878029A JP 6229040 A JP6229040 A JP 6229040A JP 22904094 A JP22904094 A JP 22904094A JP H0878029 A JPH0878029 A JP H0878029A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer electrolyte
solid polymer
electrode
electrolyte membrane
fuel cell
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.)
Pending
Application number
JP6229040A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomoko Sugano
友子 菅野
Junko Shimizu
純子 清水
Takeshi Hara
毅 原
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.)
Aisin AW Co Ltd
Equos Research Co Ltd
Original Assignee
Aisin AW Co Ltd
Equos Research Co Ltd
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 Aisin AW Co Ltd, Equos Research Co Ltd filed Critical Aisin AW Co Ltd
Priority to JP6229040A priority Critical patent/JPH0878029A/ja
Publication of JPH0878029A publication Critical patent/JPH0878029A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反応層と固体高分子電解質膜との接合強度を
簡易な手法によって増大させ、湿潤状態に維持される固
体高分子電解質膜からガス拡散層が剥離することを防止
する。 【構成】 固体高分子電解質膜1の両側に、外側のガス
供給層2と内側の反応層3とからなるガス拡散電極4が
接合されてなり、その四隅には曲面状の面取り部5が形
成されている固体高分子電解質型燃料電池。面取りは多
角面状になされていてもよい。面取りによって、湿潤状
態にある電解質膜から反応層の角周辺に受ける応力が分
散され、接着力が増大する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質型燃
料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】固体高分子電解質膜の両側にガス拡散電
極を配して構成される固体高分子電解質型燃料電池は、
小型かつ高電流密度が得られるため、各種分野において
小型電源としての有効利用が期待されている。
【0003】固定高分子電解質型燃料電池におけるガス
拡散電極は、ガスセパレータを介して供給される燃料ガ
ス(たとえば水素ガス)および酸化剤ガス(たとえば酸
素ガス)を均等に拡散しつつ供給する外側のガス供給層
と、該ガス供給層に隣接して電解質膜との間に設けられ
て該ガス供給層から供給される燃料ガスと酸化剤ガスと
を反応させる触媒成分を担持する内側の反応層とからな
る。
【0004】従来法による固体高分子電解質型燃料電池
の製造は、湿潤状態にある固体高分子電解質膜の両面に
方形形状に成形したガス拡散電極をホットプレスにより
接合し、それぞれの背面に水素または酸素供給溝を設け
たガスセパレータを密着させることによって行われてい
る。
【0005】固体高分子電解質型燃料電池に安定した性
能を与えるためには、固体高分子電解質膜は、燃料電池
の稼働中常に湿潤状態に維持されなければならない。こ
のために、水素ガスに一定量の水蒸気を添加して燃料電
池の燃料極に供給するようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、稼働中
常に湿潤状態にある固体高分子電解質膜は膨潤して、そ
の両側に隣接している反応層に対して隣接面と垂直方向
に応力を加えることになる。このため、反応層あるいは
反応層を含むガス拡散電極が、特にその角部において、
電解質膜から剥離するという障害が生じていた。
【0007】電解質膜から剥離しないよう、ガス拡散電
極と固体高分子電解質膜とを接合させる際のホットプレ
ス条件を変えて反応層と固体高分子電解質膜との接合強
度を上げることも検討されているが、ホットプレス時の
加熱温度および荷重圧を最適値範囲よりも上げること
は、反応層中の触媒を熱劣化させ、ガス拡散層内の気孔
を潰すこととなって反応ガス流路を閉塞させる、等の問
題が生ずるため、好ましくない。
【0008】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、上記の
ような従来技術の問題点に鑑み、ホットプレス時の接合
条件を最適値範囲から変えることなしに、反応層と固体
高分子電解質膜との接合強度を簡易な手法によって増大
させ、湿潤状態に維持される固体高分子電解質膜からガ
ス拡散層が剥離することを防止することを目的とする。
【0009】この目的を達成するために創案された本発
明は、反応層とガス供給層を含む電極と固体高分子電解
質膜を積層して、該電極が前記固体高分子電解質膜を挟
持するように構成した燃料電池において、前記固体高分
子電解質膜と前記電極のそれぞれの隣接面は、前記固体
高分子電解質膜隣接面が前記電極隣接面を含むように、
より大きく構成されると共に、前記固体高分子電解質膜
隣接面の角部において、その辺部よりも前記電極隣接面
に対する余白がより大きく構成されてなることを特徴と
する。
【0010】好ましくは、固体高分子電解質の隣接面を
方形状に構成し、かつ、電極の隣接面の周縁部の四つの
角をすべて面取りして構成することができる。電極の隣
接面の周縁部の四つの角はすべて同一に面取りすること
が好ましい。面取りは、曲面状の面取り(R面取り)あ
るいは多角面状の面取り(C面取り)のいずれであって
もよく、この場合のRまたはCの寸法は非限定的であ
る。
【0011】図1は、本発明による固体高分子電解質膜
燃料電池の概略構成例を示す。すなわち、固体高分子電
解質膜1の両側に、外側のガス供給層2と内側の反応層
3とからなるガス拡散電極4が接合されてなり、その四
隅には曲面状の面取り部5が形成されている。前述のよ
うに、面取り部5は多角面状になされてもよい。
【0012】本発明による固体高分子電解質型燃料電池
は、四つの角が鋭角状をなす方形状の反応層またはガス
拡散電極が固体高分子電解質膜の両面に接合されている
従来の固体高分子電解質型燃料電池に比べ、面取りがな
されていることによって、接着面の角周辺に受ける応力
が分散されるため、電解質膜と反応層あるいはガス拡散
電極との接合強度が増大する。
【0013】反応層に担持させる触媒としては白金が適
しているが、メタノール等の原料炭化水素ガスを改質装
置によって水素リッチな状態としてガス拡散電極に供給
する場合であっても、微量の一酸化炭素ガスの混入を避
けることができない。そこで、供給される水素ガス中に
含まれる一酸化炭素ガスによって白金が被毒されること
を防止するため、白金とルテニウム(Ru)または白金
とスズ(Sn)等の合金として触媒に用いることが好ま
しい。
【0014】固体高分子電解質膜としてはパーフルオロ
カーボンスルホン酸膜(商品名ナフィオン、米国デュポ
ン社製)が好適に用いられるが、そのほか、PSSA−
PVA(ポリスチレンスルホン酸−ポリビニルアルコー
ル共重合体)、PSSA−EVOH(ポリスチレンスル
ホン酸−エチレンビニルアルコール共重合体)等を用い
てもよい。
【0015】
【作用】電極の反応層が角部において面取りされた方形
状の隣接面において固体高分子電解質膜に接合されるた
め、該隣接面の角部周辺に受ける応力が分散され、良好
な接合強度が得られる。
【0016】
【実施例】
実施例1 開孔率:70%、面内抵抗:5×10-3Ω・cm、厚
み:260μm、大きさ:120mm×120mmであ
る多孔性カーボンシートの市販品を、7.5重量%程度
のポリ四弗化エチレン水溶液に約2分間浸漬した後、不
活性ガス雰囲気中で乾燥させることによって撥水化処理
を施し、ガス供給層を作成した。
【0017】また、面内抵抗:3Ω・cm、厚み:70
μm、大きさ:120mm×120mmであるカーボン
シートの市販品を加熱乾燥することにより該カーボンシ
ート内に含まれる樹脂バインダーを揮発除去し、厚さ5
0μmのカーボンのみからなるカーボンシートとした。
【0018】この厚さ50μmのカーボンシートをホッ
トプレスにより厚さ30〜40μmに薄膜化し、前述の
ガス供給層での撥水化処理と同様に、7.5重量%程度
のポリ四弗化エチレン水溶液に約2分間浸漬した後、不
活性ガス雰囲気中で乾燥させることによって撥水化処理
を施し、さらに、この撥水化処理の施されたカーボンシ
ートに塩化白金酸水溶液を吸引塗布し、酸化、還元処理
を行い、電極のみかけの表面積当たり2mgの白金触媒
を担持した反応層を得た。
【0019】以上のようにして得た反応層とガス供給層
とを、ホットプレス(130℃、100kg/cm
90秒間)にて接合して、ガス拡散電極を製造した。
【0020】このガス拡散電極の四つの角を同一にR面
取り加工した。
【0021】R面取り加工されたガス拡散電極を、厚み
が0.1〜0.2mm、大きさが140mm×140m
mの固体高分子電解質膜(ナフィオン117(商品
名)、デュポン社製)の両側に配して、ホットプレス
(130℃、40kg/cm、3分間)により接合し
て、燃料電池単セルを製造した。
【0022】実施例2 実施例1と同様にしてガス供給層を作成した。
【0023】触媒(Pt)を担持するカーボンブラッ
ク、イオン導電性ポリマー(ナフィオン(商品名)、デ
ュポン社製)のアルコール溶液および水を1:13:4
の割合で混合し、15分間超音波撹拌した後、65℃の
加熱条件に1時間保持して粘度調整して、塗布用ペース
トを調製した。
【0024】この塗布用ペーストを、塗布用の枠内に固
定したガス供給層上に塗布した後、室温にて約1時間乾
燥してナフィオン溶液中のアルコール溶剤を乾燥除去
し、ガス供給層上に反応層が積層形成されたガス拡散電
極を得た。
【0025】このガス拡散電極を、実施例1と同様にし
て、R面取り加工した上で、固体高分子電解質膜の両側
に配してホットプレスにより接合して、燃料電池単セル
を製造した。
【0026】比較例 大きさが140mm×140mmのナフィオン(商品
名)膜の両側に面取り加工されていない120mm×1
20mmのガス拡散電極を実施例1と同様の方法にて接
合して得た従来構成の固体高分子電解質型燃料電池を比
較例として用いた。
【0027】これら実施例1、2および比較例による固
体高分子電解質型燃料電池について、室温の水中に48
時間浸漬した場合、および電池の作動温度範囲内にある
70℃の温水中に10時間浸漬した場合についてそれぞ
れ耐久試験を行った。その結果を表1に示す。
【表1】 表1において、○は浸漬後もはがれなどの変化が認めら
れなかったことを示し、水中浸漬の場合にはいずれの供
試体にもはがれなどの変化が認められなかったが、電池
作動温度と近似する条件である温水中浸漬の場合には比
較例の単セルにおいてガス拡散電極の鋭角な角部にはが
れが認められた。本発明実施例の単セルにおいては、1
0時間温水中に浸漬した後にも、はがれなどの変化は全
く認められなかった。
【発明の効果】本発明によれば、反応層の方形状隣接面
の角を面取りすることにより、湿潤状態にある固体高分
子電解質膜から該隣接面の角の周辺に受ける応力が分散
され、反応層と固体高分子電解質膜との間の接着力が向
上し、従来の固体高分子電解質型燃料電池におけるこれ
らの間の剥離の問題を回避することができる。本発明で
は、反応層の角を曲面状または多角面状に面取りすると
いう簡単な加工によって固体高分子電解質膜と反応層な
いしガス拡散電極間の接合強度を増大させることがで
き、接合の際のホットプレス条件や、固体高分子電解質
膜あるいはガス拡散電極の厚み、材質等の条件を何ら変
更する必要がないので、触媒性能、反応ガス輸送能力、
電解質膜加湿に不可欠な水の輸送能力等を低下させるこ
とがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による固体高分子電解質膜燃料電池の構
成を示す概略図である。
【符号の説明】
1 固体高分子電解質膜 2 ガス供給層 3 反応層 4 ガス拡散電極 5 面取り部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 毅 愛知県安城市藤井町高根10番地 アイシ ン・エィ・ダブリュ株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応層とガス供給層を含む電極と固体
    高分子電解質膜を積層して、該電極が前記固体高分子電
    解質膜を挟持するように構成した燃料電池において、前
    記固体高分子電解質膜と前記電極のそれぞれの隣接面
    は、前記固体高分子電解質膜隣接面が前記電極隣接面を
    含むように、より大きく構成されると共に、前記固体高
    分子電解質膜隣接面の角部において、その辺部よりも前
    記電極隣接面に対する余白がより大きく構成されてなる
    ことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。
  2. 【請求項2】 前記固体高分子電解質膜の隣接面は方
    形状に構成され、かつ、前記電極の隣接面はその周縁部
    の四つの角がすべて面取りされていることを特徴とする
    請求項1の固体高分子電解質型燃料電池。
  3. 【請求項3】 前記固体高分子電解質膜の隣接面は方
    形状に構成され、かつ、前記電極の隣接面はその周縁部
    の四つの角がすべて同一に面取りされていることを特徴
    とする請求項1の固体高分子電解質型燃料電池。
  4. 【請求項4】 前記固体高分子電解質膜の隣接面は方
    形状に構成され、かつ、前記電極の隣接面はその周縁部
    の四つの角がすべて曲面状または多角面状に面取りされ
    ていることを特徴とする請求項1の固体高分子電解質型
    燃料電池。
JP6229040A 1994-08-31 1994-08-31 固体高分子電解質型燃料電池 Pending JPH0878029A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6229040A JPH0878029A (ja) 1994-08-31 1994-08-31 固体高分子電解質型燃料電池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6229040A JPH0878029A (ja) 1994-08-31 1994-08-31 固体高分子電解質型燃料電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0878029A true JPH0878029A (ja) 1996-03-22

Family

ID=16885807

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6229040A Pending JPH0878029A (ja) 1994-08-31 1994-08-31 固体高分子電解質型燃料電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0878029A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006004678A (ja) * 2004-06-15 2006-01-05 Ngk Spark Plug Co Ltd 固体電解質形燃料電池
WO2006085617A1 (ja) * 2005-02-10 2006-08-17 Kabushiki Kaisha Toshiba 燃料電池
JP2006331718A (ja) * 2005-05-24 2006-12-07 Hitachi Ltd 燃料電池
WO2014103963A1 (ja) * 2012-12-27 2014-07-03 日産自動車株式会社 膜電極接合体および膜電極接合体の製造方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006004678A (ja) * 2004-06-15 2006-01-05 Ngk Spark Plug Co Ltd 固体電解質形燃料電池
JP4658524B2 (ja) * 2004-06-15 2011-03-23 日本特殊陶業株式会社 固体電解質形燃料電池
WO2006085617A1 (ja) * 2005-02-10 2006-08-17 Kabushiki Kaisha Toshiba 燃料電池
JPWO2006085617A1 (ja) * 2005-02-10 2008-06-26 株式会社東芝 燃料電池
US7749640B2 (en) 2005-02-10 2010-07-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel Cell
JP2006331718A (ja) * 2005-05-24 2006-12-07 Hitachi Ltd 燃料電池
WO2014103963A1 (ja) * 2012-12-27 2014-07-03 日産自動車株式会社 膜電極接合体および膜電極接合体の製造方法
CN104885275A (zh) * 2012-12-27 2015-09-02 日产自动车株式会社 膜电极接合体及膜电极接合体的制造方法
JP6026561B2 (ja) * 2012-12-27 2016-11-16 日産自動車株式会社 膜電極接合体および膜電極接合体の製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3555999B2 (ja) 高分子電解質型燃料電池用高分子固体電解質・電極接合体の製造方法
JP5551215B2 (ja) 高分子電解質型燃料電池の製造方法
JP2013030490A (ja) アニールされたポリマー電解質膜を有する膜電極アセンブリ
JP2003203646A (ja) 燃料電池用膜−電極−ガスケット接合体の製造方法及びそれを含む燃料電池
JP2004006369A (ja) 触媒コーティングされた膜を用いる膜電極アセンブリの製造方法
JP2009534796A (ja) 電気化学電池用の構成要素を構成する方法
JP2000090944A (ja) 触媒層−電解質膜接合体の製造方法およびそれを用いた固体高分子電解質型燃料電池
JP3446254B2 (ja) 燃料電池およびその製造方法
JP4506796B2 (ja) 電解質膜−電極接合体および電解質膜の製造方法
JP4228643B2 (ja) 固体高分子型燃料電池の膜電極接合体の製造方法
JPH09180740A (ja) 固体高分子型燃料電池、その製造方法及び装置
US6136463A (en) HSPES membrane electrode assembly
JP2004247294A (ja) 燃料電池用発電素子およびその製造方法ならびに前記発電素子を用いた燃料電池
JPH0878029A (ja) 固体高分子電解質型燃料電池
JP2002313363A (ja) 固体高分子電解質膜及びその製造方法
JP2011520237A (ja) 膜電極接合体の活性化方法及び膜電極接合体とそれを用いた固体高分子型燃料電池
JP3619737B2 (ja) 燃料電池用セル及び燃料電池
JP2009104905A (ja) 燃料電池の電極用ペースト、電極及び膜電極接合体並びに燃料電池システムの製造方法。
JPH06203849A (ja) 固体高分子型燃料電池の製造方法
JP2741574B2 (ja) 固体高分子電解質型燃料電池
JP5614468B2 (ja) 燃料電池用ガス拡散電極の製造方法
JP2002289202A (ja) 燃料電池カソード活性化過電圧の低減方法
JPH06203848A (ja) 固体高分子型燃料電池の製造方法
JP4262942B2 (ja) リチウム電池用高分子固体電解質・電極接合体及びその製造方法
JP2010170895A (ja) 膜電極接合体の製造方法および製造装置