JP2003178774A - Fuel-cell unit and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、プロトン伝導性ゲ
ルからなる電解質層を備えた燃料電池セルユニットおよ
びその製法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell unit having an electrolyte layer made of a proton conductive gel and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】燃料電池は、電解質層を主面両側に、燃
料極触媒層と空気極触媒層で挟み、これを2枚のガス拡
散層間に配したセル構造を持ち、燃料極側に水素を含む
反応ガス、空気極側に酸素を含む反応ガス(酸化剤ガ
ス)をそれぞれ供給し、水素と酸素を反応させて発電を
行う。空気極側に供給される反応ガスには一般的に空気
が用いられる。燃料極側に供給される反応ガスには純水
素ガスの他、天然ガスやナフサなどの軽質炭化水素など
の燃料ガスを燃料ガス改質系(改質器、CO変性器、C
O除去器など)を用いて改質し、水素リッチな改質ガス
としたものが用いられる。2. Description of the Related Art A fuel cell has a cell structure in which an electrolyte layer is sandwiched between a fuel electrode catalyst layer and an air electrode catalyst layer on both sides of a main surface, and this is arranged between two gas diffusion layers. A reaction gas containing oxygen and a reaction gas containing oxygen (oxidant gas) are supplied to the air electrode side to react hydrogen with oxygen to generate power. Air is generally used as the reaction gas supplied to the air electrode side. As the reaction gas supplied to the fuel electrode side, in addition to pure hydrogen gas, fuel gas such as natural gas or light hydrocarbon such as naphtha is used as a fuel gas reforming system (reformer, CO modifier, C
A hydrogen-rich reformed gas that has been reformed by using an O remover or the like) is used.
【0003】電解質層にはさまざまな種類が用いられて
いるが、このうち陽イオン交換樹脂からなる固体高分子
膜を電解質に用いた固体高分子型燃料電池は、乗り物
用、携帯電話用、家庭用などの電源として広く適用され
ている。Various types of electrolyte layers are used. Among them, a polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer membrane made of a cation exchange resin as an electrolyte is used for vehicles, mobile phones, households. Widely applied as a power source for business.
【0004】一方近年、燃料電池用の電解質としてプロ
トン伝導性ゲルが研究されている。このプロトン伝導性
ゲルは、例えば特開平8−249923号公報、特開平
11−203936号公報に開示されているように、ゾ
ルゲル法により作成した酸化ケイ素とブレンステッド酸
(リン酸など)を主体とする化合物であって、これを電
解質に用いた燃料電池は固体高分子型燃料電池の作動温
度(約60〜100℃)よりも高い作動温度(150
℃)で発電することができる。したがって従来の固体高
分子型燃料電池のように、燃料ガス改質系からの高温の
改質ガスを、燃料電池の作動温度(約60〜100℃)
に合わせて大幅に冷却する必要がなくなり、発電にかか
る熱効率を飛躍的に改善することができる。また固体高
分子型燃料電池では、固体高分子膜を十分に湿潤させな
いと内部抵抗が上昇して発電効率が低下するが、上記プ
ロトン伝導性ゲルには発電に際して固体高分子膜よりも
水分を必要とせず、固体高分子型燃料電池より比較的高
温下でも安定した発電が可能である。このように上記プ
ロトン伝導性ゲルを電解質に用いると、固体高分子型燃
料電池の抱えていた問題の多くを改善できると考えられ
ている。On the other hand, in recent years, a proton conductive gel has been studied as an electrolyte for fuel cells. This proton-conducting gel is mainly composed of silicon oxide and Bronsted acid (phosphoric acid, etc.) prepared by a sol-gel method, as disclosed in, for example, JP-A-8-249923 and JP-A-11-203936. The fuel cell using the compound as an electrolyte has a higher operating temperature (150 ° C) than the operating temperature (about 60 to 100 ° C) of the polymer electrolyte fuel cell.
Power can be generated at (° C). Therefore, like the conventional polymer electrolyte fuel cell, the high-temperature reformed gas from the fuel gas reforming system is supplied to the operating temperature (about 60 to 100 ° C.) of the fuel cell.
Therefore, it is not necessary to cool it significantly, and the thermal efficiency for power generation can be dramatically improved. In a polymer electrolyte fuel cell, internal resistance increases and power generation efficiency decreases if the polymer electrolyte membrane is not sufficiently wet, but the proton conductive gel requires more water than the polymer electrolyte membrane during power generation. In other words, stable power generation is possible even at relatively high temperatures compared to polymer electrolyte fuel cells. Thus, it is considered that the use of the above-mentioned proton-conducting gel in the electrolyte can solve many of the problems of the polymer electrolyte fuel cell.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】図4(A)〜(C)に
示すように、このプロトン伝導性ゲルからなる電解質層
(膜)をゾルゲル法により作成するには、通常、燃料極
触媒層(例えば、白金担持カーボン粒子とポリテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)を混合したシート)と空気
極触媒層(例えば、白金担持カーボン粒子とポリテトラ
フルオロエチレン(PTFE)を混合したシート)の間
にゾルを流し込み、そしてゲル化させることにより行わ
れている。すなわち、先ず図4(A)に示すように、ガ
ス拡散層(例えば、カーボンペーパーにカーボン粉末お
よびポリテトラフルオロエチレン粉末を充填したもの)
1を接合、積層した燃料極触媒層2とガス拡散層3(例
えば、ガス拡散層1と同じもの)を接合、積層した空気
極触媒層4をスペーサ(ポリテトラフルオロエチレン製
テープ)5を介して配置し、そして図4(B)に示すよ
うに、ゾル6中に浸して、燃料極触媒層2と空気極触媒
層4の間にゾルを流し込み、ゾルを流し込んだ後、図4
(C)に示すように、例えば、大気中で溶媒を自然乾燥
させるなどしてゲル化させてプロトン伝導性ゲルを電解
質層7に用いた燃料電池セルユニット8が作成される。
しかし、このようにして作成された電解質層7中にはク
ラック9が発生し、反応ガスがこのクラック9を通って
リーク(クロスリーク)する問題があるとともに、触媒
層2、4と電解質層7との密着性が悪く、セル特性が低
下する問題があった。As shown in FIGS. 4 (A) to 4 (C), in order to prepare an electrolyte layer (membrane) made of this proton conductive gel by the sol-gel method, the fuel electrode catalyst layer is usually used. A sol is provided between (for example, a sheet in which platinum-supporting carbon particles and polytetrafluoroethylene (PTFE) are mixed) and an air electrode catalyst layer (for example, a sheet in which platinum-supporting carbon particles and polytetrafluoroethylene (PTFE) are mixed). It is performed by pouring and gelling. That is, first, as shown in FIG. 4 (A), a gas diffusion layer (for example, carbon paper filled with carbon powder and polytetrafluoroethylene powder)
1. A fuel electrode catalyst layer 2 and a gas diffusion layer 3 (for example, the same as the gas diffusion layer 1) joined and laminated 1 are joined and laminated, and an air electrode catalyst layer 4 is laminated via a spacer (polytetrafluoroethylene tape) 5 4B, the sol 6 is immersed in the sol 6, the sol is poured between the fuel electrode catalyst layer 2 and the air electrode catalyst layer 4, and the sol is poured.
As shown in (C), for example, the fuel cell unit 8 using the proton conductive gel in the electrolyte layer 7 is prepared by gelling the solvent by natural drying in the air.
However, there is a problem that cracks 9 occur in the electrolyte layer 7 thus formed, and the reaction gas leaks (cross leaks) through the cracks 9, and the catalyst layers 2 and 4 and the electrolyte layer 7 There is a problem that the cell characteristics are deteriorated due to poor adhesion with.
【0006】本発明の第1の目的は、従来の上記問題を
解決し、ゾルゲル法によりプロトン伝導性ゲルからなる
電解質層(膜)を作成しても、電解質層中にクラックが
発生せず、触媒層と電解質層との密着性が良好で高いセ
ル特性を有する燃料電池セルユニットを提供することで
あり、本発明の第2の目的は、そのような燃料電池セル
ユニットを容易に経済的に製造する方法を提供すること
である。A first object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and even if an electrolyte layer (membrane) made of a proton conductive gel is prepared by the sol-gel method, cracks do not occur in the electrolyte layer, A second object of the present invention is to provide a fuel cell unit having good adhesion between the catalyst layer and the electrolyte layer and high cell characteristics. A second object of the present invention is to provide such a fuel cell unit easily and economically. It is to provide a method of manufacturing.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明者等は従来の問題
を解決するために鋭意研究した結果、触媒層内部あるい
は触媒層と接する少なくとも一部に、イオン交換樹脂か
らなる層を存在させて電解質層(膜)を作成することに
より解決できることを見いだし、またさらに、触媒層内
部あるいは触媒層と接する少なくとも一部に、イオン交
換樹脂からなる層を存在させ電解質層(膜)を作成した
後、このイオン交換樹脂を除去することにより解決でき
ることを見いだし、本発明を成すに到った。Means for Solving the Problems As a result of intensive studies for solving the conventional problems, the present inventors have found that a layer made of an ion-exchange resin is present in the catalyst layer or in at least a part in contact with the catalyst layer. It has been found that the problem can be solved by forming an electrolyte layer (membrane), and further, after forming a layer made of an ion exchange resin in at least part of the inside of the catalyst layer or in contact with the catalyst layer to form the electrolyte layer (membrane), The inventors have found that the problem can be solved by removing the ion exchange resin, and completed the present invention.
【0008】すなわち、前記課題を解決するための本発
明の請求項1記載の燃料電池セルユニットは、電解質層
の主面両側に、それぞれ触媒層とガス拡散層をこの順に
配したセル構造を有する燃料電池セルユニットにおい
て、前記電解質層はプロトン伝導性ゲルからなり、前記
触媒層内部あるいは触媒層と接する少なくとも一部に、
イオン交換樹脂からなる層が存在することを特徴とす
る。That is, the fuel cell unit according to claim 1 of the present invention for solving the above problem has a cell structure in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are arranged in this order on both sides of the main surface of the electrolyte layer. In the fuel cell unit, the electrolyte layer is made of a proton conductive gel, and at least a part of the inside of the catalyst layer or in contact with the catalyst layer,
It is characterized by the presence of a layer of ion exchange resin.
【0009】また本発明の請求項2記載の燃料電池セル
ユニットは、請求項1記載の燃料電池セルユニットにお
いて、前記プロトン伝導性ゲルは、SiO2 、Al2 O
3 、TiO2 、V2 O5 、ZrO2 の中から選ばれた材
料とリン酸、過塩素酸、ホウ酸、ケイ酸の中から選ばれ
た材料とを含んでなることを特徴とする。The fuel cell unit according to claim 2 of the present invention is the fuel cell unit according to claim 1, wherein the proton conductive gel is SiO 2 , Al 2 O.
3 , a material selected from TiO 2 , V 2 O 5 , and ZrO 2 and a material selected from phosphoric acid, perchloric acid, boric acid, and silicic acid.
【0010】本発明の請求項3は、電解質層の主面両側
に、それぞれ触媒層とガス拡散層をこの順に配したセル
構造を有する燃料電池セルユニットを製造する際、前記
触媒層内部あるいは触媒層と接する少なくとも一部にイ
オン交換樹脂からなる層を設けた状態で、プロトン伝導
性ゲルからなる電解質層を形成することを特徴とする燃
料電池セルユニットの製法である。According to a third aspect of the present invention, when manufacturing a fuel cell unit having a cell structure in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are arranged in this order on both sides of the main surface of the electrolyte layer, the inside of the catalyst layer or the catalyst is formed. A method for producing a fuel cell unit, characterized in that an electrolyte layer made of a proton conductive gel is formed in a state where a layer made of an ion exchange resin is provided on at least a part in contact with the layer.
【0011】本発明の請求項4は、電解質層の主面両側
に、それぞれ触媒層とガス拡散層をこの順に配したセル
構造を有する燃料電池セルユニットを製造する際、前記
触媒層内部あるいは触媒層と接する少なくとも一部にイ
オン交換樹脂からなる層を設けた状態で、プロトン伝導
性ゲルからなる電解質層を形成した後、前記イオン交換
樹脂からなる層を除去することを特徴とする燃料電池セ
ルユニットの製法である。According to a fourth aspect of the present invention, when a fuel cell unit having a cell structure in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are arranged in this order on both sides of the main surface of an electrolyte layer, the inside of the catalyst layer or the catalyst is produced. A fuel cell, characterized in that an electrolyte layer made of a proton conductive gel is formed in a state where a layer made of an ion exchange resin is provided on at least a part in contact with the layer, and then the layer made of the ion exchange resin is removed. This is the manufacturing method of the unit.
【0012】本発明の請求項5は、請求項3あるいは請
求項4記載の燃料電池セルユニットの製法において、前
記プロトン伝導性ゲルは、SiO2 、Al2 O3 、Ti
O2、V2 O5 、ZrO2 の中から選ばれた材料とリン
酸、過塩素酸、ホウ酸、ケイ酸の中から選ばれた材料と
を含んでなることを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the method for producing a fuel cell unit according to the third or fourth aspect, the proton conductive gel is SiO 2 , Al 2 O 3 or Ti.
It is characterized by containing a material selected from O 2 , V 2 O 5 and ZrO 2 and a material selected from phosphoric acid, perchloric acid, boric acid and silicic acid.
【0013】触媒層内部あるいは触媒層と接する少なく
とも一部に、イオン交換樹脂からなる層を存在させて電
解質層を作成することにより、あるいは、触媒層内部あ
るいは触媒層と接する少なくとも一部に、イオン交換樹
脂からなる層を存在させ電解質層を作成した後、このイ
オン交換樹脂を除去することにより、電解質層中にクラ
ックが発生せず、触媒層と電解質層との密着性が良好と
なり、高いセル特性を有する燃料電池セルユニットを提
供できる。By forming a layer made of an ion-exchange resin in at least a part of the inside of the catalyst layer or in contact with the catalyst layer to form an electrolyte layer, or at least in a part of the inside of the catalyst layer or in contact with the catalyst layer, After creating an electrolyte layer with a layer consisting of an exchange resin, by removing this ion exchange resin, cracks do not occur in the electrolyte layer, good adhesion between the catalyst layer and the electrolyte layer, high cell A fuel cell unit having characteristics can be provided.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。図1(A)〜(C)は、本発
明の第1の実施形態である燃料電池セルユニットを作成
する工程を模式的に説明する説明図である。図2は、図
1に示した燃料電池セルユニットを用いて組み立てた燃
料電池セルユニット積層体の組立説明図である。図3
(A)〜(D)は、本発明の第2の実施形態である燃料
電池セルユニットを作成する工程を模式的に説明する説
明図である。なお、図1〜図3において図4に示した構
成部分と同じ構成部分には同一参照符号を付すことによ
り、重複した説明を省略する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. 1 (A) to 1 (C) are explanatory views schematically explaining a process of producing a fuel cell unit which is the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an assembly explanatory diagram of a fuel battery cell unit stack assembled using the fuel battery cell unit shown in FIG. Figure 3
(A)-(D) is explanatory drawing which illustrates typically the process of producing the fuel cell unit which is the 2nd Embodiment of this invention. In FIGS. 1 to 3, the same components as those shown in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and a duplicate description will be omitted.
【0015】(本発明の第1の実施形態)図1(A)に
示すように、燃料極触媒層2と空気極触媒層4の上にイ
オン交換樹脂からなる層10をそれぞれ設けた以外は、
図4(A)〜(C)と同様にして本発明の燃料電池セル
ユニット11を作成する。このようにして作成された電
解質層7は均一で電解質層7中にはクラックがなく、そ
して触媒層2、4と電解質層7との密着性がよく、本発
明の燃料電池セルユニット11は高いセル特性を有す
る。電解質層7と触媒層2、4との接合界面にイオン交
換樹脂からなる層10を設けたので、イオン交換樹脂の
末端に位置するスルホン基などがゲルと化学的に結合
し、触媒層2、4と電解質層7との密着性がよくなった
ものと考えられる。また、ゲル生成過程におけるゾル中
の溶媒の除去がスルホン基などが会合した親水性のクラ
スターを介してスムーズに起こるためクラックの少ない
電解質層7が形成されたものと考えられる。勿論これら
の考え方に限定されるものではない。(First Embodiment of the Invention) As shown in FIG. 1A, except that a layer 10 made of an ion exchange resin is provided on each of the fuel electrode catalyst layer 2 and the air electrode catalyst layer 4. ,
The fuel cell unit 11 of the present invention is prepared in the same manner as in FIGS. 4 (A) to 4 (C). The electrolyte layer 7 thus formed is uniform, there are no cracks in the electrolyte layer 7, and the adhesion between the catalyst layers 2 and 4 and the electrolyte layer 7 is good, and the fuel cell unit 11 of the present invention is high. It has cell characteristics. Since the layer 10 made of the ion exchange resin is provided at the joint interface between the electrolyte layer 7 and the catalyst layers 2 and 4, the sulfone group or the like located at the end of the ion exchange resin is chemically bonded to the gel, and the catalyst layer 2, It is considered that the adhesion between No. 4 and the electrolyte layer 7 is improved. Further, it is considered that the removal of the solvent in the sol during the gel formation process smoothly takes place through the hydrophilic clusters associated with the sulfone groups and the like, so that the electrolyte layer 7 having few cracks is formed. Of course, it is not limited to these ideas.
【0016】本発明で用いるイオン交換樹脂としては、
具体的には、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸
ポリマー(米国デュポン社製、商品名:ナフィオン)、
パーフルオロカーボンカルボン酸ポリマー、スチレンス
ルホン酸−ジビニルベンゼンコポリマー、スチレンスル
ホン酸−ブタジエンコポリマー、ポリスチレンスルホン
酸−ポリビニルアルコールコポリマー、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、スルホ
ン化ポリエチレン、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物、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、これ
らの2種以上の混合物などを挙げることができる。The ion exchange resin used in the present invention is
Specifically, for example, a perfluorocarbon sulfonic acid polymer (manufactured by DuPont, USA, trade name: Nafion),
Perfluorocarbon carboxylic acid polymer, styrene sulfonic acid-divinylbenzene copolymer, styrene sulfonic acid-butadiene copolymer, polystyrene sulfonic acid-polyvinyl alcohol copolymer, polystyrene sulfonic acid-ethylene vinyl alcohol copolymer, sulfonated polyethylene, fluorocarbon sulfonic acid and polyvinylidene Examples thereof include a mixture of fluoride, a fluorocarbon matrix grafted with trifluoroethylene, and a mixture of two or more of these.
【0017】図2に示すように、燃料電池セルユニット
積層体20は、空気極側チャネルプレート15と燃料極
側チャネルプレート16との間に燃料電池セルユニット
11を積層した構成となっている。燃料電池セルユニッ
ト11は電解質層7の一方の面に、イオン交換樹脂から
なる層10、空気極触媒層4、ガス拡散層3、他方の面
にイオン交換樹脂からなる層10、燃料極触媒層2、ガ
ス拡散層1を順次接合し積層した構成となっている。高
出力の電力が取り出せるように燃料電池は積層体20を
複数個積層し、その両端が一対の端板で固定された構成
(セルスタック)に組み上げられる。空気極触媒層4と
燃料極触媒層2は、例えば触媒担持粒子(白金担持カー
ボン粒子とポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を
混合したものから形成されている。As shown in FIG. 2, the fuel cell unit laminate 20 has a structure in which the fuel cell unit 11 is laminated between the air electrode side channel plate 15 and the fuel electrode side channel plate 16. The fuel cell unit 11 has a layer 10 made of an ion exchange resin, an air electrode catalyst layer 4, a gas diffusion layer 3 on one surface of the electrolyte layer 7, and a layer 10 made of an ion exchange resin on the other surface, a fuel electrode catalyst layer. 2. The gas diffusion layer 1 is sequentially joined and laminated. The fuel cell is assembled into a structure (cell stack) in which a plurality of laminated bodies 20 are laminated and both ends thereof are fixed by a pair of end plates so that high-power electric power can be taken out. The air electrode catalyst layer 4 and the fuel electrode catalyst layer 2 are formed of, for example, a mixture of catalyst-supporting particles (platinum-supporting carbon particles and polytetrafluoroethylene (PTFE)).
【0018】本発明で用いるガス拡散層1、3は、具体
的には、例えば、厚み約200μmの基材(カーボンペ
ーパー)に撥水性樹脂(例えば、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))を
塗布し、これにカーボン粉末を充填して形成される。ガ
ス拡散層1、3は集電体とも称され、空気極触媒層4と
燃料極触媒層2とチャネルプレート15、16との電流
の流れを確保する。The gas diffusion layers 1 and 3 used in the present invention are, for example, a base material (carbon paper) having a thickness of about 200 μm and a water repellent resin (for example, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer ( FEP)) is applied and carbon powder is filled in this. The gas diffusion layers 1 and 3 are also called current collectors, and ensure the flow of current between the air electrode catalyst layer 4, the fuel electrode catalyst layer 2, and the channel plates 15 and 16.
【0019】燃料極側チャネルプレート16は、フェノ
ール樹脂などの樹脂材料にカーボン粉末を混合したもの
を射出成形してなる部材であって、燃料極側ガス拡散層
1と対向する面に、x方向を長手方向としてy方向に一
定間隔毎にリブ166が並設され、これにより同方向に
燃料ガス(水素または水素リッチな改質ガス)を流通さ
せるチャネル165が形成されている。The fuel electrode side channel plate 16 is a member formed by injection-molding a mixture of carbon powder with a resin material such as phenol resin and has a surface facing the fuel electrode side gas diffusion layer 1 in the x direction. The ribs 166 are juxtaposed at regular intervals in the y direction with the longitudinal direction as the longitudinal direction, thereby forming a channel 165 through which the fuel gas (hydrogen or hydrogen-rich reformed gas) flows.
【0020】空気極側チャネルプレート15は、燃料極
側チャネルプレート16とほぼ同様の部材であり、空気
極側ガス拡散層3と対向する面に、y方向を長手方向と
してx方向に一定間隔毎に図示しないリブが並設され、
これにより同方向に酸化剤ガス(空気などの酸化剤)を
流通させるチャネルが形成されている。The air electrode side channel plate 15 is substantially the same member as the fuel electrode side channel plate 16, and is arranged on the surface facing the air electrode side gas diffusion layer 3 at regular intervals in the x direction with the y direction as the longitudinal direction. Ribs (not shown) are installed side by side,
As a result, channels are formed to allow the oxidant gas (oxidant such as air) to flow in the same direction.
【0021】これら1〜16の構成要素には内部マニホ
ールドを形成するために各主面の4隅に開孔部(131
〜134、151〜154、161〜163のみを図示
した)が設けてあり、このうち開孔部161、131、
151を含んでz方向に連なる開孔部により燃料極側チ
ャネルプレート16のチャネル165に反応ガス(燃料
ガス)が供給され、開孔部163、133、153を含
んでz方向に連なる開孔部により空気極側チャネルプレ
ート15の図示しないチャネルに反応ガス(空気などの
酸化剤ガス)が供給され、開孔部132、162、15
2を含んでz方向に連なる開孔部により排出される。The components 1 to 16 have openings (131) at the four corners of each main surface to form an internal manifold.
~ 134, 151-154, 161-163 are shown), of which the openings 161, 131,
Reactant gas (fuel gas) is supplied to the channel 165 of the fuel electrode side channel plate 16 by the opening portion including 151 and extending in the z direction, and the opening portion including the opening portions 163, 133 and 153 and extending in the z direction. Thereby supplying a reaction gas (oxidant gas such as air) to a channel (not shown) of the air electrode side channel plate 15, and the openings 132, 162, 15 are formed.
It is discharged through the open hole portion including 2 in the z direction.
【0022】このような燃料電池の稼働時には燃料極側
に水素ガス(水素リッチな改質ガス)、空気極側に空気
を供給する。これにより水素は燃料極においてプロトン
(H 2 →2H+ +2e- )となり、電解質層7のゲル中
を空気極側へと移動する。一方空気中の酸素は移動して
きたプロトンと反応して水を生じる(2H+ +2e-+
1/2O2 →H2 O)。電解質層7中にはわずかしか水
が含まれていなくても、プロトン伝導性ゲルによってプ
ロトンが伝導され発電反応がなされる。During operation of such a fuel cell, the fuel electrode side
Hydrogen gas (hydrogen-rich reformed gas), air on the air electrode side
To supply. This causes hydrogen to become a proton at the fuel electrode.
(H 2 → 2H+ + 2e- ), In the gel of the electrolyte layer 7
To the air electrode side. On the other hand, oxygen in the air moves
Reacts with incoming protons to produce water (2H+ + 2e-+
1 / 2O2 → H2 O). Little water in the electrolyte layer 7
Even if it contains no
The roton is conducted and the power generation reaction is performed.
【0023】電解質層7は、プロトン伝導性ゲルからな
り、SiO2 、Al2 O3 、TiO 2 、V2 O5 、Zr
O2 の中から選ばれた材料(プロトン伝導性を示す化合
物)とブレンステッド酸(リン酸、過塩素酸、ホウ酸、
ケイ酸などのプロトン供与体として作用する化合物)の
中から選ばれた材料とを含んでなり、ブレンステッド酸
に保持された酸化ケイ素などの末端表面に水酸基が高濃
度で結合した化学構造となっている。The electrolyte layer 7 is made of a proton conductive gel.
SiO2 , Al2 O3 , TiO 2 , V2 OFive , Zr
O2 Materials selected from among
Substance) and Bronsted acid (phosphoric acid, perchloric acid, boric acid,
Of compounds that act as proton donors such as silicic acid)
Bronsted acid comprising a material selected from
High concentration of hydroxyl groups on the terminal surface of silicon oxide etc.
It has a chemical structure that is bound in degrees.
【0024】電解質層7はゾルゲル法で作製される。先
ず、プロトン伝導性材料の溶液(ゾル)(例えば、ケ
イ酸エチルSi(OC2 H5 )4 +リン酸トリメチルP
O(OCH3 )3 +水+エタノールC2 H5 OH+塩酸
HClをモル比1:0.04:1:1:0.0027の
割合で混合(加水分解)し、この溶液に水+エタノー
ルC2 H5 OH+塩酸HClを、のケイ酸エチル1モ
ルに対してモル比4:1:0.011の割合で混合し、
1時間攪拌しゾルを作製する)を作製し、大気中でゾル
中の溶媒を自然乾燥させて重縮合反応によりゲル化させ
る。The electrolyte layer 7 is produced by the sol-gel method. First, a solution (sol) of a proton conductive material (for example, ethyl silicate Si (OC 2 H 5 ) 4 + trimethyl phosphate P)
O (OCH 3 ) 3 + water + ethanol C 2 H 5 OH + hydrochloric acid HCl were mixed (hydrolyzed) at a molar ratio of 1: 0.04: 1: 1: 0.0027, and this solution was mixed with water + ethanol C. 2 H 5 OH + HCl is mixed at a molar ratio of 4: 1: 0.011 to 1 mol of ethyl silicate,
A sol is prepared by stirring for 1 hour), and the solvent in the sol is naturally dried in the air to cause gelation by a polycondensation reaction.
【0025】(本発明の第2の実施形態)図3(A)に
示すように、ガス拡散層1、3内部にイオン交換樹脂溶
液を塗布、含浸、乾燥するなどしてイオン交換樹脂を充
填し、触媒層2、4と接する少なくとも一部にイオン交
換樹脂からなる層10を設けた以外は、図4(A)〜
(C)と同様にして図3(C)に示すプロトン伝導性ゲ
ルからなる電解質層7を有する燃料電池セルユニットを
作成する。しかる後、図3(C)に示す燃料電池セルユ
ニットをメタノール中に浸漬するなどにより前記イオン
交換樹脂からなる層10をメタノール中へ溶解して除去
して本発明の燃料電池セルユニット12を作成する。こ
のようにして作成された電解質層7は均一で電解質層7
中にはクラックがなく、そして触媒層2、4と電解質層
7との密着性がよく、本発明の燃料電池セルユニット1
2は高いセル特性を有する。(Second Embodiment of the Invention) As shown in FIG. 3 (A), the gas diffusion layers 1 and 3 are filled with the ion exchange resin by coating, impregnating, and drying the ion exchange resin solution. 4A to 4C except that the layer 10 made of an ion exchange resin is provided on at least part of the catalyst layers 2 and 4 in contact with each other.
In the same manner as in (C), the fuel cell unit having the electrolyte layer 7 made of the proton conductive gel shown in FIG. 3 (C) is prepared. Thereafter, the layer 10 made of the ion exchange resin is dissolved in methanol and removed by immersing the fuel cell unit shown in FIG. 3 (C) in methanol to prepare the fuel cell unit 12 of the present invention. To do. The electrolyte layer 7 formed in this way is uniform and
There are no cracks in the inside, and the adhesion between the catalyst layers 2 and 4 and the electrolyte layer 7 is good, and the fuel cell unit 1 of the present invention is
2 has high cell characteristics.
【0026】なお、上記実施形態の説明は、本発明を説
明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発
明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。The above description of the embodiments is for explaining the present invention, and does not limit the invention described in the claims or reduce the scope thereof. Further, the configuration of each part of the present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications can be made within the technical scope described in the claims.
【0027】[0027]
【実施例】以下、実施例および比較例により本発明の内
容をさらに具体的に説明するが、本発明の主旨を逸脱し
ない限り本発明はこれらの実施例に何ら限定されるもの
ではない。
(実施例1)
(ゾルの作製)
ケイ酸エチルSi(OC2 H5 )4 +リン酸トリメチ
ルPO(OCH3 )3 +水+エタノールC2 H5 OH+
塩酸HClをモル比1:0.04:1:1:0.002
7の割合で混合(加水分解)した。
この溶液に水+エタノールC2 H5 OH+塩酸HCl
を、のケイ酸エチル1モルに対してモル比4:1:
0.011の割合で混合し、1時間攪拌しゾルを作製し
た。
(カーボンペーパーの前処理)カーボンペーパー中にテ
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)を16質量%含浸後、380℃で1時間
熱処理した。
(本発明の燃料電池セルユニットの作製)前処理を行っ
たカーボンペーパーの両面から、カーボン粉末とPTF
E粉末を質量比60:40で混合したスラリーを塗りこ
み、カーボンペーパー中に充填した。その後、360℃
で2時間熱処理した。次にこの熱処理したカーボンペー
パー(ガス拡散層)と、白金担持カーボン粉末とPTF
E粉末を質量比70:30で混合、シート化したもの
(触媒層)、イオン交換樹脂からなる層(商品名:Go
re−select膜、厚み20μm)をこの順に重
ね、150℃、20kgf/cm2 で10秒間ホットプ
レスにより接合した。EXAMPLES The contents of the present invention will be described more specifically below with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples without departing from the gist of the present invention. (Example 1) Ethyl (Sol Preparation) silicate Si (OC 2 H 5) 4 + trimethyl phosphate PO (OCH 3) 3 + water + ethanol C 2 H 5 OH +
HCl with a molar ratio of 1: 0.04: 1: 1: 0.002
Mixed (hydrolyzed) at a ratio of 7. Water + ethanol C 2 H 5 OH + hydrochloric acid HCl
In a molar ratio of 4: 1 to 1 mol of ethyl silicate.
The mixture was mixed at a ratio of 0.011 and stirred for 1 hour to prepare a sol. (Pretreatment of carbon paper) Carbon paper was impregnated with 16% by mass of tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) and then heat-treated at 380 ° C for 1 hour. (Preparation of Fuel Cell Unit of the Present Invention) Carbon powder and PTF are prepared from both sides of pretreated carbon paper.
A slurry prepared by mixing E powder at a mass ratio of 60:40 was applied and filled in carbon paper. After that, 360 ℃
And heat treated for 2 hours. Next, this heat-treated carbon paper (gas diffusion layer), platinum-supporting carbon powder and PTF
E powder mixed at a mass ratio of 70:30 and formed into a sheet (catalyst layer), a layer made of an ion exchange resin (trade name: Go
A re-select film and a thickness of 20 μm) were stacked in this order and bonded by hot pressing at 150 ° C. and 20 kgf / cm 2 for 10 seconds.
【0028】次に、このようにして作製したものを2枚
(燃料極側と空気極側)を図1(A)に示したように重
ね合わせた状態で、図1(B)に示したようにゾル中に
浸した後、大気中でゾル中の溶媒を自然乾燥させながら
ゲル化させ、図1(C)に示したようにイオン交換樹脂
からなる層10、10の間にプロトン伝導性ゲルからな
る電解質層7を生成させ本発明の燃料電池セルユニット
11を作製した。Next, FIG. 1 (B) shows a state in which two sheets (fuel electrode side and air electrode side) thus produced are stacked as shown in FIG. 1 (A). After soaking in the sol, the solvent in the sol is naturally dried in the air to cause gelation, and as shown in FIG. The electrolyte layer 7 made of gel was produced to prepare the fuel cell unit 11 of the present invention.
【0029】(電解質層7の断面SEM観察)本発明の
燃料電池セルユニット11のプロトン伝導性ゲルからな
る電解質層7の断面を電子顕微鏡(走査型電子顕微鏡S
−2300、日立製作所製)を用い、加速電圧20k
v、Emission current 120μA、
倍率500倍で観察した結果を図5に示す。(SEM Observation of Cross Section of Electrolyte Layer 7) A cross section of the electrolyte layer 7 made of the proton conductive gel of the fuel cell unit 11 of the present invention is taken by an electron microscope (scanning electron microscope S).
-2300, manufactured by Hitachi, Ltd., accelerating voltage 20k
v, Emission current 120 μA,
The result of observation at a magnification of 500 is shown in FIG.
【0030】(セル特性試験)作動温度120℃、水素
を燃料とし、空気を酸化剤ガスとして用い、電極面積9
cm2 の本発明の燃料電池セルユニット11のセル電圧
−電流特性を図7に示す。(Cell characteristic test) Operating temperature is 120 ° C., hydrogen is used as fuel, air is used as oxidant gas, and electrode area is 9
FIG. 7 shows the cell voltage-current characteristics of the fuel cell unit 11 of the present invention of cm 2 .
【0031】本発明の燃料電池セルユニット11の電解
質層7は均一で電解質層7中にはクラックが少なく、そ
して触媒層2、4と電解質層7との密着性がよく、高い
セル特性を有する。The electrolyte layer 7 of the fuel cell unit 11 of the present invention is uniform, there are few cracks in the electrolyte layer 7, and the adhesion between the catalyst layers 2 and 4 and the electrolyte layer 7 is good and has high cell characteristics. .
【0032】(実施例2)
(本発明の燃料電池セルユニットの作製)実施例1にお
いて前処理を行ったカーボンペーパーに、イオン交換樹
脂(米国デュポン社製、商品名:ナフィオン)溶液を塗
布、乾燥することによりカーボンペーオパーの内部にイ
オン交換樹脂を充填した。その後、150℃で1時間熱
処理した。次にこのカーボンペーパー(ガス拡散層)
と、白金担持カーボン粉末とPTFE粉末を質量比7
0:30で混合、シート化したもの(触媒層)とを、1
50℃、20kgf/cm2 で10秒間ホットプレスに
より接合した。Example 2 (Preparation of Fuel Cell Unit of the Present Invention) Carbon paper pretreated in Example 1 was coated with an ion-exchange resin (Dupont, USA, trade name: Nafion) solution, An ion exchange resin was filled inside the carbon paper by drying. Then, it heat-processed at 150 degreeC for 1 hour. Next, this carbon paper (gas diffusion layer)
And platinum supporting carbon powder and PTFE powder in a mass ratio of 7
What was mixed and sheeted at 0:30 (catalyst layer) was 1
Bonding was performed by hot pressing at 50 ° C. and 20 kgf / cm 2 for 10 seconds.
【0033】次に、このようにして作製したものを2枚
(燃料極側と空気極側)を図3(A)に示したように重
ね合わせた状態で、図3(B)に示したようにゾル中に
浸した後、大気中でゾル中の溶媒を自然乾燥させながら
ゲル化させ、図3(C)に示したように燃料極触媒層2
と空気極触媒層4の間にプロトン伝導性ゲルからなる電
解質層7を生成させた。このようにして作製したセルユ
ニットを、メタノール中に浸漬しオートクレーブ中20
0℃、200気圧で1時間処理し、カーボンペーパー内
部に充填されたイオン交換樹脂を溶解、除去して図3
(D)に示す本発明の燃料電池セルユニット12を作製
した。Next, FIG. 3 (B) shows a state in which two sheets (fuel electrode side and air electrode side) thus produced are superposed as shown in FIG. 3 (A). After soaking in the sol, the solvent in the sol is allowed to gel while naturally drying in the atmosphere, and as shown in FIG.
An electrolyte layer 7 made of a proton conductive gel was formed between the cathode electrode layer 4 and the air electrode catalyst layer 4. The cell unit thus prepared was immersed in methanol and placed in an autoclave for 20
After treatment at 0 ° C. and 200 atm for 1 hour, the ion-exchange resin filled in the carbon paper is dissolved and removed, and then the carbon paper shown in FIG.
The fuel cell unit 12 of the present invention shown in (D) was produced.
【0034】実施例1と同様にして本発明の燃料電池セ
ルユニット12のセル特性を試験した結果を図7に示
す。本発明の燃料電池セルユニット12の電解質層7は
均一で電解質層7中にはクラックが少なく、そして触媒
層2、4と電解質層7との密着性がよく、高いセル特性
を有する。FIG. 7 shows the result of testing the cell characteristics of the fuel cell unit 12 of the present invention in the same manner as in Example 1. The electrolyte layer 7 of the fuel cell unit 12 of the present invention is uniform, there are few cracks in the electrolyte layer 7, the adhesion between the catalyst layers 2 and 4 and the electrolyte layer 7 is good, and high cell characteristics are obtained.
【0035】(比較例1)
(比較のための燃料電池セルユニットの作製)実施例1
において前処理を行ったカーボンペーパーの両面から、
カーボン粉末とPTFE粉末を質量比60:40で混合
したスラリーを塗りこみ、カーボンペーパー中に充填し
た。その後、360℃で2時間熱処理した。次にこの熱
処理したカーボンペーパー(ガス拡散層)と、白金担持
カーボン粉末とPTFE粉末を質量比70:30で混
合、シート化したもの(触媒層)とを、150℃、20
kgf/cm2 で10秒間ホットプレスにより接合し
た。(Comparative Example 1) (Preparation of fuel cell unit for comparison) Example 1
From both sides of the carbon paper pretreated in
A slurry prepared by mixing carbon powder and PTFE powder at a mass ratio of 60:40 was applied and filled in carbon paper. Then, it heat-processed at 360 degreeC for 2 hours. Next, this heat-treated carbon paper (gas diffusion layer) and platinum-supported carbon powder and PTFE powder were mixed at a mass ratio of 70:30 and formed into a sheet (catalyst layer) at 150 ° C., 20
Bonding was carried out by hot pressing for 10 seconds at kgf / cm 2 .
【0036】次に、このようにして作製したものを2枚
(燃料極側と空気極側)を図4(A)に示したように重
ね合わせた状態で、図4(B)に示したようにゾル中に
浸した後、大気中でゾル中の溶媒を自然乾燥させながら
ゲル化させ、図4(C)に示したように燃料極触媒層2
と空気極触媒層4の間にプロトン伝導性ゲルからなる電
解質層7を生成させ比較のための燃料電池セルユニット
8を作製した。Next, FIG. 4B shows a state in which two sheets (fuel electrode side and air electrode side) thus manufactured are stacked as shown in FIG. 4A. After soaking in the sol, the solvent in the sol is allowed to gel while naturally drying in the atmosphere, and as shown in FIG.
An electrolyte layer 7 made of a proton conductive gel was formed between the cathode electrode layer 4 and the air electrode catalyst layer 4 to prepare a fuel cell unit 8 for comparison.
【0037】実施例1と同様にして比較のための燃料電
池セルユニット8のプロトン伝導性ゲルからなる電解質
層7の断面を電子顕微鏡で観察した結果を図6に示す。
また、実施例1と同様にして比較のための燃料電池セル
ユニット8のセル特性を試験した結果を図7に示す。比
較のための燃料電池セルユニット8の電解質層7は不均
一で電解質層7中にはクラック9が発生しており、そし
て触媒層2、4と電解質層7との密着性が不良であり、
セル特性が劣る。FIG. 6 shows the result of observing the cross section of the electrolyte layer 7 made of the proton conductive gel of the fuel cell unit 8 for comparison with an electron microscope in the same manner as in Example 1.
Moreover, the result of having tested the cell characteristic of the fuel cell unit 8 for comparison similarly to Example 1 is shown in FIG. The electrolyte layer 7 of the fuel cell unit 8 for comparison is non-uniform, cracks 9 are generated in the electrolyte layer 7, and the adhesion between the catalyst layers 2 and 4 and the electrolyte layer 7 is poor.
Poor cell characteristics.
【0038】実施例1、2の燃料電池セルユニット1
1、12は比較のための燃料電池セルユニット8よりも
開回路電圧が高く、全ての電流密度(測定範囲内)にお
いてセル電圧が高い。これは実施例1、2の燃料電池セ
ルユニット11、12の電解質層7が均一で電解質層7
中にはクラックが少なく、反応ガスのクロスリークが少
なくなったためである。実施例2の燃料電池セルユニッ
ト12は実施例1の燃料電池セルユニット11より高電
流密度側でセル電圧が高いが、これは実施例2の燃料電
池セルユニット12のガス拡散層1、3中のガス拡散性
がやや高いためと考えられる。実施例1、2の燃料電池
セルユニット11、12の触媒層2、4と電解質層7と
の密着性は比較のための燃料電池セルユニット8の触媒
層2、4と電解質層7との密着性よりも大幅に改善され
ていることが確認された。Fuel cell unit 1 of Examples 1 and 2
Nos. 1 and 12 have a higher open circuit voltage than the fuel cell unit 8 for comparison, and the cell voltage is high at all current densities (within the measurement range). This is because the electrolyte layer 7 of the fuel cell units 11 and 12 of Examples 1 and 2 was uniform and
This is because there were few cracks inside and the cross leak of the reaction gas was reduced. The fuel cell unit 12 of the second embodiment has a higher cell voltage on the higher current density side than the fuel cell unit 11 of the first embodiment. This is because the gas diffusion layers 1 and 3 of the fuel cell unit 12 of the second embodiment are the same. It is considered that the gas diffusivity of is slightly high. The adhesion between the catalyst layers 2, 4 and the electrolyte layer 7 of the fuel cell units 11, 12 of Examples 1 and 2 is the adhesion between the catalyst layers 2, 4 and the electrolyte layer 7 of the fuel cell unit 8 for comparison. It was confirmed that it was significantly improved compared to sex.
【0039】[0039]
【発明の効果】本発明の請求項1記載の燃料電池セルユ
ニットは、電解質層の主面両側に、それぞれ触媒層とガ
ス拡散層をこの順に配したセル構造を有する燃料電池セ
ルユニットにおいて、前記電解質層はプロトン伝導性ゲ
ルからなり、前記触媒層内部あるいは触媒層と接する少
なくとも一部に、イオン交換樹脂からなる層が存在する
ので、ゾルゲル法によりプロトン伝導性ゲルからなる電
解質層を作成しても、電解質層中にクラックが発生せ
ず、触媒層と電解質層との密着性が良好であり、高いセ
ル特性を示すという顕著な効果を奏する。The fuel cell unit according to claim 1 of the present invention is a fuel cell unit having a cell structure in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are arranged in this order on both sides of the main surface of an electrolyte layer. The electrolyte layer is made of a proton conductive gel, and at least a part of the inside of the catalyst layer or in contact with the catalyst layer has a layer made of an ion exchange resin, so that an electrolyte layer made of a proton conductive gel is prepared by a sol-gel method. In addition, cracks do not occur in the electrolyte layer, the adhesion between the catalyst layer and the electrolyte layer is good, and high cell characteristics are exhibited, which is a remarkable effect.
【0040】本発明の請求項2記載の燃料電池セルユニ
ットは、請求項1記載の燃料電池セルユニットにおい
て、前記プロトン伝導性ゲルは、SiO2 、Al2 O
3 、TiO2 、V2 O5 、ZrO2 の中から選ばれた材
料とリン酸、過塩素酸、ホウ酸、ケイ酸の中から選ばれ
た材料とを含んでなるので、請求項1記載の燃料電池セ
ルユニットと同じ効果を奏する上、プロトン伝導性によ
り優れるというさらなる顕著な効果を奏する。A fuel cell unit according to a second aspect of the present invention is the fuel cell unit according to the first aspect, wherein the proton conductive gel is SiO 2 , Al 2 O.
3. A material selected from the group consisting of 3 , TiO 2 , V 2 O 5 and ZrO 2 and a material selected from phosphoric acid, perchloric acid, boric acid and silicic acid. In addition to the same effect as that of the fuel cell unit of No. 3, it has a further remarkable effect of being superior in proton conductivity.
【0041】本発明の請求項3は、電解質層の主面両側
に、それぞれ触媒層とガス拡散層をこの順に配したセル
構造を有する燃料電池セルユニットを製造する際、前記
触媒層内部あるいは触媒層と接する少なくとも一部にイ
オン交換樹脂からなる層を設けた状態で、プロトン伝導
性ゲルからなる電解質層を形成することを特徴とする燃
料電池セルユニットの製法であり、請求項1記載の燃料
電池セルユニットを容易に経済的に製造することができ
るという顕著な効果を奏する。According to a third aspect of the present invention, when manufacturing a fuel cell unit having a cell structure in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are arranged in this order on both sides of the main surface of the electrolyte layer, the inside of the catalyst layer or the catalyst is produced. The fuel cell unit manufacturing method according to claim 1, wherein an electrolyte layer made of a proton conductive gel is formed in a state in which a layer made of an ion exchange resin is provided on at least a part in contact with the layer. The remarkable effect that a battery cell unit can be manufactured easily and economically is produced.
【0042】本発明の請求項4は、電解質層の主面両側
に、それぞれ触媒層とガス拡散層をこの順に配したセル
構造を有する燃料電池セルユニットを製造する際、前記
触媒層内部あるいは触媒層と接する少なくとも一部にイ
オン交換樹脂からなる層を設けた状態で、プロトン伝導
性ゲルからなる電解質層を形成した後、前記イオン交換
樹脂からなる層を除去することを特徴とする燃料電池セ
ルユニットの製法であり、ゾルゲル法によりプロトン伝
導性ゲルからなる電解質層を作成しても、電解質層中に
クラックが発生せず、触媒層と電解質層との密着性が良
好であり、高いセル特性を示す燃料電池セルユニットを
容易に経済的に製造することができるという顕著な効果
を奏する。According to a fourth aspect of the present invention, when manufacturing a fuel cell unit having a cell structure in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are arranged in this order on both sides of the main surface of the electrolyte layer, the inside of the catalyst layer or the catalyst is produced. A fuel cell, characterized in that an electrolyte layer made of a proton conductive gel is formed in a state where a layer made of an ion exchange resin is provided on at least a part in contact with the layer, and then the layer made of the ion exchange resin is removed. A unit manufacturing method, even if an electrolyte layer made of a proton conductive gel is prepared by the sol-gel method, cracks do not occur in the electrolyte layer, good adhesion between the catalyst layer and the electrolyte layer, and high cell characteristics. The remarkable effect is that the fuel cell unit having the above can be manufactured easily and economically.
【0043】本発明の請求項5は、請求項3あるいは請
求項4記載の燃料電池セルユニットの製法において、前
記プロトン伝導性ゲルは、SiO2 、Al2 O3 、Ti
O2、V2 O5 、ZrO2 の中から選ばれた材料とリン
酸、過塩素酸、ホウ酸、ケイ酸の中から選ばれた材料と
を含んでなるので、プロトン伝導性により優れるという
さらなる顕著な効果を奏する。According to a fifth aspect of the present invention, in the method for producing a fuel cell unit according to the third or fourth aspect, the proton conductive gel is SiO 2 , Al 2 O 3 or Ti.
Since it contains a material selected from O 2 , V 2 O 5 , and ZrO 2 and a material selected from phosphoric acid, perchloric acid, boric acid, and silicic acid, it is said to be superior in proton conductivity. Has a further remarkable effect.
【図1】(A)〜(C)は、本発明の第1の実施形態で
ある燃料電池セルユニットを作成する工程を模式的に説
明する説明図である。FIG. 1A to FIG. 1C are explanatory views schematically explaining a process of producing a fuel cell unit which is a first embodiment of the present invention.
【図2】図1に示した燃料電池セルユニットを用いて組
み立てた燃料電池セルユニット積層体の組立説明図であ
る。FIG. 2 is an assembly explanatory diagram of a fuel cell unit laminated body assembled using the fuel cell unit shown in FIG.
【図3】(A)〜(D)は、本発明の第2の実施形態で
ある燃料電池セルユニットを作成する工程を模式的に説
明する説明図である。3 (A) to 3 (D) are explanatory views schematically illustrating a process of producing a fuel cell unit which is a second embodiment of the present invention.
【図4】(A)〜(C)は、従来の燃料電池セルユニッ
トを作成する工程を模式的に説明する説明図である。4 (A) to 4 (C) are explanatory views schematically illustrating a process of producing a conventional fuel cell unit.
【図5】本発明の燃料電池セルユニットの電解質層の断
面を示す電子顕微鏡写真である。FIG. 5 is an electron micrograph showing a cross section of an electrolyte layer of a fuel cell unit of the present invention.
【図6】従来の燃料電池セルユニットの電解質層の断面
を示す電子顕微鏡写真である。FIG. 6 is an electron micrograph showing a cross section of an electrolyte layer of a conventional fuel cell unit.
【図7】セル電圧−電流特性を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing cell voltage-current characteristics.
1、3 ガス拡散層 2 燃料極触媒層 4 空気極触媒層 5 スペーサ 6 ゾル 7 電解質層 8、11、12 燃料電池セルユニット 9 クラック 10 イオン交換樹脂からなる層 1, 3 gas diffusion layer 2 Fuel electrode catalyst layer 4 Air electrode catalyst layer 5 spacers 6 sol 7 Electrolyte layer 8, 11, 12 Fuel cell unit 9 crack 10 Layer made of ion exchange resin
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高岡 大造 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 BB00 BB04 CX05 EE11 EE12 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Daizo Takaoka 2-5-3 Keihan Hondori, Moriguchi City, Osaka Prefecture Within Yo Denki Co., Ltd. F term (reference) 5H026 AA06 BB00 BB04 CX05 EE11 EE12
Claims (5)
とガス拡散層をこの順に配したセル構造を有する燃料電
池セルユニットにおいて、前記電解質層はプロトン伝導
性ゲルからなり、前記触媒層内部あるいは触媒層と接す
る少なくとも一部に、イオン交換樹脂からなる層が存在
することを特徴とする燃料電池セルユニット。1. A fuel cell unit having a cell structure in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are arranged in this order on both sides of a main surface of an electrolyte layer, wherein the electrolyte layer is made of a proton conductive gel, and the inside of the catalyst layer is formed. Alternatively, the fuel cell unit, wherein a layer made of an ion exchange resin is present at least at a part in contact with the catalyst layer.
Al2 O3 、TiO 2 、V2 O5 、ZrO2 の中から選
ばれた材料とリン酸、過塩素酸、ホウ酸、ケイ酸の中か
ら選ばれた材料とを含んでなることを特徴とする請求項
1記載の燃料電池セルユニット。2. The proton conductive gel is SiO2 ,
Al2 O3 , TiO 2 , V2 OFive , ZrO2 Select from
Whether the material is exposed to phosphoric acid, perchloric acid, boric acid or silicic acid
A material selected from the group consisting of:
1. The fuel cell unit according to 1.
とガス拡散層をこの順に配したセル構造を有する燃料電
池セルユニットを製造する際、前記触媒層内部あるいは
触媒層と接する少なくとも一部にイオン交換樹脂からな
る層を設けた状態で、プロトン伝導性ゲルからなる電解
質層を形成することを特徴とする燃料電池セルユニット
の製法。3. When manufacturing a fuel cell unit having a cell structure in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are arranged in this order on both sides of a main surface of an electrolyte layer, at least a part of the inside of the catalyst layer or in contact with the catalyst layer A method for producing a fuel cell unit, comprising forming an electrolyte layer made of a proton conductive gel in a state where a layer made of an ion exchange resin is provided on the.
とガス拡散層をこの順に配したセル構造を有する燃料電
池セルユニットを製造する際、前記触媒層内部あるいは
触媒層と接する少なくとも一部にイオン交換樹脂からな
る層を設けた状態で、プロトン伝導性ゲルからなる電解
質層を形成した後、前記イオン交換樹脂からなる層を除
去することを特徴とする燃料電池セルユニットの製法。4. When manufacturing a fuel cell unit having a cell structure in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are arranged in this order on both sides of a main surface of an electrolyte layer, at least a part of the inside of the catalyst layer or in contact with the catalyst layer. A method for producing a fuel cell unit, comprising forming an electrolyte layer made of a proton conductive gel in a state where a layer made of an ion exchange resin is provided, and then removing the layer made of the ion exchange resin.
Al2 O3 、TiO 2 、V2 O5 、ZrO2 の中から選
ばれた材料とリン酸、過塩素酸、ホウ酸、ケイ酸の中か
ら選ばれた材料とを含んでなることを特徴とする請求項
3あるいは請求項4記載の燃料電池セルユニットの製
法。5. The proton conductive gel is SiO 2.2 ,
Al2 O3 , TiO 2 , V2 OFive , ZrO2 Select from
Whether the material is exposed to phosphoric acid, perchloric acid, boric acid or silicic acid
A material selected from the group consisting of:
3 or manufacturing the fuel cell unit according to claim 4.
Law.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001377711A JP2003178774A (en) | 2001-12-11 | 2001-12-11 | Fuel-cell unit and its manufacturing method |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004273255A (en) * | 2003-03-07 | 2004-09-30 | Asahi Kasei Corp | Method for producing membrane electrode assembly for fuel cell |
-
2001
- 2001-12-11 JP JP2001377711A patent/JP2003178774A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2004273255A (en) * | 2003-03-07 | 2004-09-30 | Asahi Kasei Corp | Method for producing membrane electrode assembly for fuel cell |
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