JP2008066270A - FUEL CELL AND METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL GAS CHANNEL FORMING MEMBER - Google Patents
FUEL CELL AND METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL GAS CHANNEL FORMING MEMBER Download PDFInfo
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Abstract
【課題】ガス流路に金属線を用いた構成の燃料電池における電解質層の損傷を防止する。
【解決手段】燃料電池は、電解質層と電極とガス流路とを備える。このガス流路を形成するためのガス流路形成部材22,23は、メッシュ用細線51を織り込んだ金属メッシュ50により形成され、メッシュ用細線51は、金属線51aと、金属線51aを被覆する導電性樹脂コート層51bとを備えるように構成されている。
【選択図】図3An electrolyte layer is prevented from being damaged in a fuel cell having a metal channel in a gas flow path.
A fuel cell includes an electrolyte layer, an electrode, and a gas flow path. The gas flow path forming members 22 and 23 for forming the gas flow path are formed by a metal mesh 50 in which fine mesh wires 51 are woven, and the fine mesh wires 51 cover the metal wires 51a and the metal wires 51a. The conductive resin coat layer 51b is provided.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、燃料電池と、燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell and a method for producing a fuel cell gas flow path forming member.
燃料電池は、単セルと呼ばれる構造を単位として形成されており、単セルは、電解質層と、電解質層の両面に設けられた触媒層と、触媒層のさらに外側に設けられたガス流路とを備えている。燃料電池の構造の一例として、上記ガス流路を、金属線を織って作ったシート状金属材料によって構成したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。このような燃料電池では、触媒上で進行する電気化学反応に供されるガスは、シート状金属材料内に形成される金属線と金属線の間の空間を通過する。シート状金属材料は、上記のガスの拡散の働き以外にも、単セルの外側に配置されるセパレータとの間の電子伝導の役割を持つ。 The fuel cell is formed in units of a structure called a single cell. The single cell includes an electrolyte layer, a catalyst layer provided on both sides of the electrolyte layer, and a gas flow path provided further outside the catalyst layer. It has. As an example of the structure of a fuel cell, one in which the gas flow path is made of a sheet metal material made by weaving metal wires is known (see, for example, Patent Document 1). In such a fuel cell, the gas subjected to the electrochemical reaction that proceeds on the catalyst passes through the space between the metal wires formed in the sheet metal material. In addition to the gas diffusion function described above, the sheet metal material has a role of electron conduction with the separator disposed outside the single cell.
しかしながら、前記従来の燃料電池では、シート状金属材料が、燃料電池の作動中に他部材の膨張及び伸縮の影響を受けて金属線同士で擦れ合うことから、金属イオンが排出されて電解質層に損傷を与える問題が発生した。例えば、電解質層が固体高分子膜によって構成された固体高分子型燃料電池では、電気化学反応の際、副反応によって過酸化水素(H2O2)が発生する。過酸化水素は、前記金属イオンと反応して、酸化力の極めて強いラジカルを生成する。生成されたラジカルは、固体高分子膜を連鎖的に分解する反応を引き起こし、固体高分子膜に損傷を与える。このような電解質層の損傷は、燃料電池の性能劣化、寿命の短縮化を引き起こした。 However, in the conventional fuel cell, the sheet metal material is affected by the expansion and contraction of other members during the operation of the fuel cell and rubs between the metal wires, so that metal ions are discharged and the electrolyte layer is damaged. A problem that gives you. For example, the polymer electrolyte fuel cell electrolyte layer is constituted by a solid polymer membrane, during the electrochemical reaction, hydrogen peroxide (H 2 O 2) occurs by side reactions. Hydrogen peroxide reacts with the metal ions to generate radicals with extremely strong oxidizing power. The generated radicals cause a reaction that sequentially decomposes the solid polymer film and damages the solid polymer film. Such damage to the electrolyte layer caused deterioration of fuel cell performance and shortened life.
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、ガス流路に金属線を用いた構成の燃料電池における電解質層の損傷を防止することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object thereof is to prevent damage to an electrolyte layer in a fuel cell having a configuration in which a metal wire is used for a gas flow path.
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、
電解質層と、
前記電解質層上に形成された触媒を備える電極と、
前記電極上に配設されると共に、金属線を組み合わせて作ったシート状金属材料によって形成され、該金属線間の空間が前記電極に給排されるガスの流路となるガス流路と
を備えた燃料電池であって、
前記金属線は、導電性高分子材料により被覆された構成である
ことを要旨とする。
In order to achieve the above object, the fuel cell of the present invention comprises:
An electrolyte layer;
An electrode comprising a catalyst formed on the electrolyte layer;
A gas flow path that is disposed on the electrode and is formed of a sheet-like metal material made by combining metal wires, and in which a space between the metal wires serves as a flow path for gas supplied to and discharged from the electrode; A fuel cell comprising:
The gist of the present invention is that the metal wire is coated with a conductive polymer material.
導電性高分子材料は、金属に対して防食効果を発揮することから、上記構成の燃料電池によれば、金属線を被覆する被覆効果と相まって、ガス流路で用いられる金属線の防食性を高めることができる。このために、本発明の燃料電池は、金属線からの金属イオンの排出を抑制することができることから、電解質層の損傷を防止することができるという効果を奏する。したがって、本発明の燃料電池は、燃料電池の性能劣化を防止するとともに、寿命の伸長化を図ることができる。また、導電性高分子材料は電子伝導性に優れていることから、電極との間の電子伝導の役割を損ねることもない。 Since the conductive polymer material exerts an anticorrosion effect on the metal, according to the fuel cell having the above configuration, the anticorrosion property of the metal wire used in the gas flow path is coupled with the covering effect of covering the metal wire. Can be increased. For this reason, since the fuel cell of the present invention can suppress discharge of metal ions from the metal wire, it has the effect of preventing damage to the electrolyte layer. Therefore, the fuel cell of the present invention can prevent the performance deterioration of the fuel cell and extend the life. In addition, since the conductive polymer material is excellent in electron conductivity, the role of electron conduction with the electrode is not impaired.
なお、導電性高分子材料は、金属と接触させたときに金属表面に作用して、当該表面の耐食性を助長することで上記防食効果を強めている。このために、導電性高分子材料の被膜に欠損ができても防食機能を維持することができる。この結果、ある程度の大きさの欠損まで防食することができることから、電解質層の損傷の防止をより一層確実なものとすることができる。 Note that the conductive polymer material acts on the metal surface when brought into contact with the metal, and enhances the corrosion resistance of the surface by enhancing the corrosion resistance of the surface. For this reason, even if the coating of the conductive polymer material is deficient, the anticorrosion function can be maintained. As a result, since it is possible to prevent corrosion to a certain size, it is possible to further reliably prevent the electrolyte layer from being damaged.
前記導電性高分子材料は、樹脂に導電性フィラーを含有させた導電性樹脂組成物としてもよい。この構成によれば、導電性フィラーの含有量によって、導電性の調整が容易である。また、成形性を高めることもできる。 The conductive polymer material may be a conductive resin composition in which a conductive filler is contained in a resin. According to this configuration, the conductivity can be easily adjusted depending on the content of the conductive filler. Moreover, moldability can also be improved.
前記導電性樹脂組成物は、前記樹脂として疎水性を有した樹脂塗料を用いた構成としてもよい。この構成によれば、疎水性の性質により金属線の防食性をより高めることができる。また、改めて疎水処理を施す場合に比較して、疎水処理に伴う気孔径の狭小化を抑えることができることから、触媒にガスが行き渡りやすくなる。この結果、フラッディングによる性能低下を防止することができる。 The conductive resin composition may be configured using a resin paint having hydrophobicity as the resin. According to this configuration, the anticorrosion property of the metal wire can be further improved due to the hydrophobic nature. Further, compared with the case where the hydrophobic treatment is performed again, it is possible to suppress the narrowing of the pore diameter due to the hydrophobic treatment, so that the gas easily spreads to the catalyst. As a result, performance degradation due to flooding can be prevented.
前記樹脂塗料は、フッ素樹脂からなるものとしてもよい。ここで、フッ素樹脂とは、フッ素原子(F)を含む高分子化合物である。 The resin paint may be made of a fluororesin. Here, the fluororesin is a polymer compound containing a fluorine atom (F).
前記導電性樹脂組成物は、前記樹脂として硬化性樹脂を用いた構成としてもよい。この構成によれば、溶剤を蒸発させる乾燥工程が不要となることから、生産速度の向上、溶剤回収設備の不要化による生産設備の小型化等を図ることができる。 The conductive resin composition may have a configuration using a curable resin as the resin. According to this configuration, since a drying step for evaporating the solvent is not necessary, it is possible to improve the production speed, reduce the size of the production facility by eliminating the need for the solvent recovery facility, and the like.
本発明の燃料電池において、前記導電性高分子材料は、導電性ポリマーとしてもよい。 In the fuel cell of the present invention, the conductive polymer material may be a conductive polymer.
本発明の燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法は、
燃料電池用のガス流路形成部材を製造する燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法であって、
金属線を防食性材料で被覆する工程と、
前記防食性材料が被覆された金属線を織り込んでシート状の部材を生成し、該部材を前記ガス流路形成部材とする工程と
を備えることを特徴としている。
The method for producing a gas flow path forming member for a fuel cell of the present invention comprises:
A method of manufacturing a fuel cell gas flow path forming member for manufacturing a fuel cell gas flow path forming member, comprising:
Coating a metal wire with an anticorrosive material;
Forming a sheet-like member by weaving a metal wire coated with the anticorrosive material, and using the member as the gas flow path forming member.
上記構成の燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法によれば、ガス流路形成部材が、防食性材料で被覆された金属線を用いて織り込まれたものであることから、金属線の防食性を高めることができる。金属線の防食性が高いと、金属線からの金属イオンの排出を抑制することができることから、燃料電池に組み込んだときに、電解質層の損傷を防止することができる。 According to the method for manufacturing a fuel cell gas flow path forming member having the above-described structure, the gas flow path forming member is woven using a metal wire covered with an anticorrosive material, and therefore the metal wire is protected against corrosion. Can increase the sex. When the corrosion resistance of the metal wire is high, the discharge of metal ions from the metal wire can be suppressed, so that the electrolyte layer can be prevented from being damaged when incorporated in a fuel cell.
上記構成の燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法において、前記防食性材料は、導電性高分子材料としてもよい。 In the manufacturing method of the fuel cell gas flow path forming member having the above-described configuration, the anticorrosive material may be a conductive polymer material.
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の燃料電池を備える燃料電池システムなどの形態で実現することが可能である。 The present invention can be realized in various forms other than those described above. For example, the present invention can be realized in the form of a fuel cell system including the fuel cell of the present invention.
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.燃料電池の構成:
B.ガス流路形成部材の製造方法:
C.作用・効果:
D.他の実施形態:
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Fuel cell configuration:
B. Manufacturing method of gas flow path forming member:
C. Action / Effect:
D. Other embodiments:
A.燃料電池の構成:
本発明の一実施例である燃料電池は、固体高分子型燃料電池であり、単セルを複数積層したスタック構造を有している。図1は、本実施例の燃料電池の構成の概略を現わす断面模式図である。図1に示すように、本実施例の燃料電池は、複数の単セル20を積層して構成されている。単セル20は、電解質層を含むMEA(膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly)21と、MEA21を両側から挟持してサンドイッチ構造を形成するガス流路形成部材22,23と、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟持するセパレータ24,25とを備えている。
A. Fuel cell configuration:
A fuel cell according to an embodiment of the present invention is a polymer electrolyte fuel cell and has a stack structure in which a plurality of single cells are stacked. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an outline of the configuration of the fuel cell of this embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell of the present embodiment is configured by stacking a plurality of
MEA21は、電解質層30と、電解質層30を間に挟んでその表面に形成された電極であるアノード31およびカソード32を備えている。電解質層30は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。本実施例では、ナフィオン膜(デュポン社製)を使用した。アノード31およびカソード32は、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金、あるいは白金と他の金属から成る合金を備えている。アノード31およびカソード32を形成するには、例えば、白金または白金と他の金属からなる合金を担持させたカーボン粉を作製し、この触媒を担持したカーボン粉を適当な有機溶剤に分散させ、電解質溶液(例えば、Aldrich Chemical社、Nafion Solution)を適量添加することで、ペーストを作製すればよい。このペーストを、電解質層30上にスクリーン印刷等の方法により塗布することで、アノード31およびカソード32を形成することができる。
The MEA 21 includes an
図2は、ガス流路形成部材22,23を構成する金属メッシュ50を示す説明図である。図示するように、金属メッシュ50は、メッシュ用細線51を織り込んで作成したものである。
FIG. 2 is an explanatory view showing a metal mesh 50 constituting the gas flow
図3は、メッシュ用細線51の断面を表わす説明図である。図示するように、メッシュ用細線51は、金属線51aと、金属線51aを被覆する導電性樹脂コート層51bとを備える。金属線51aは、酸に対して耐腐食性に優れた金属種が用いられており、例えばステンレス、チタン合金、ニッケル合金等が用いられている。金属線51aの線幅は、5〜300μm、好ましくは15〜100μm、さらに好ましくは20〜75μmである。なお、この線幅はこのサイズに限定されるものではない。
FIG. 3 is an explanatory view showing a cross section of the
導電性樹脂コート層51bは、樹脂に導電性フィラー(導電性付与剤)を含有した導電性樹脂組成物であり、この実施例では、特に、樹脂として疎水性を有した樹脂塗料が用いられている。導電性フィラーとしては、酸に対して耐腐食性に優れたものが好ましく、カーボンブラック、カーボンファイバ、カーボンフィラメント、貴金属微粒子、導電性セラミックス微粒子が用いられている。導電性フィラーの粒径は、50μm以下、好ましくは10μm以下、さらに好ましくは0.01〜5μmである。なお、この粒径はこのサイズに限定されるものではない。樹脂に導電性フィラーを含有させた導電性樹脂組成物によると、導電性フィラーの含有量によって導電性の調整が容易である。また、成形性を高めることもできる。
The conductive
疎水性を有した樹脂塗料としては、疎水性と耐酸性に優れたフッ素樹脂からなる樹脂塗料が好適であり、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、ポリフツ化ビニリデン、ポリフツ化ビニル、フッ化エチレンプロピレンコポリマー、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー、等を用いることができる。こうした樹脂塗料に導電性フィラーを含有させ、その導電性フィラーを含有した樹脂塗料を金属線51aにコートし、このコートされた金属線51aを編み込んで金属メッシュ50を製造する。
As a resin coating having hydrophobicity, a resin coating made of a fluororesin excellent in hydrophobicity and acid resistance is suitable. Polytetrafluoroethylene, ethylenetetrafluoroethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, fluoride, Ethylene propylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, and the like can be used. A conductive filler is contained in such a resin coating, the resin coating containing the conductive filler is coated on the
金属メッシュ50はシート状のもので、金属メッシュ50の厚さは、30〜2000μm、好ましくは50〜700μm、さらに好ましくは10〜500μmである。なお、この厚さはこのサイズに限定されるものではない。金属メッシュ50の製造方法については、後ほど更に詳しく説明する。 The metal mesh 50 is a sheet, and the thickness of the metal mesh 50 is 30 to 2000 μm, preferably 50 to 700 μm, and more preferably 10 to 500 μm. This thickness is not limited to this size. The manufacturing method of the metal mesh 50 will be described in more detail later.
図1に示すように、こうした構成の金属メッシュ50から成るガス流路形成部材22,23は、電極とセパレータとの間に形成される空間全体を占めるように配設されており、メッシュ用細線51とメッシュ用細線51の間に形成される空間を、電気化学反応に供されるガスが通過する。すなわち、アノード31とセパレータ24との間でガス流路形成部材22内部の金属メッシュ50によって形成される空間は、水素を含有する燃料ガスが通過する単セル内燃料ガス流路を形成する。また、カソード32とセパレータ25との間でガス流路形成部材23内部の金属メッシュ50によって形成される空間は、酸素を含有する酸化ガスが通過する単セル内酸化ガス流路を形成する。このような金属メッシュ50から成るガス流路形成部材22,23は、アノード31あるいはカソード32と接触することによって、集電も行なう。
As shown in FIG. 1, the gas flow
セパレータ24,25は、電子伝導性を有する材料で形成されたガス不透過な部材であり、例えば、ステンレス鋼等の金属部材やカーボン部材によって形成することができる。本実施例のセパレータ24,25は、凹凸のない平坦な表面を有する薄板状に形成されている。
The
なお、単セル20の外周部には、単セル内燃料ガス流路および単セル内酸化ガス流路におけるガスシール性を確保するために、ガスケット等のシール部材が配設されている。また、単セル20が積層されたスタック構造の外周部には、単セル20の積層方向と平行であって燃料ガスあるいは酸化ガスが流通する複数のガスマニホールドが設けられている(図示せず)。これら複数のガスマニホールドのうちの燃料ガス供給マニホールドを流れる燃料ガスは、各単セル20に分配され、電気化学反応に供されつつ各単セル内燃料ガス流路(ガス流路形成部材22)内を通過し、その後、燃料ガス排出マニホールドに集合する。同様に、酸化ガス供給マニホールドを流れる酸化ガスは、各単セル20に分配され、電気化学反応に供されつつ各単セル内酸化ガス流路(ガス流路形成部材23)内を通過し、その後、酸化ガス排出マニホールドに集合する。図1では、単セル内燃料ガス流路における燃料ガス(H2)と単セル内酸化ガス流路における酸化ガス(O2)とは並行に流れるように記載しているが、これらのガスの流れは、ガスマニホールドの配置によって、上記した並行の他、対向、直交など異なる向きに流れることとしてもよい。
In addition, a sealing member such as a gasket is disposed on the outer peripheral portion of the
燃料電池に供給される燃料ガスとしては、炭化水素系燃料を改質して得られる水素リッチガスを用いてもよいし、純度の高い水素ガスを用いてもよい。また、燃料電池に供給される酸化ガスとしては、例えば空気を用いることができる。 As the fuel gas supplied to the fuel cell, a hydrogen rich gas obtained by reforming a hydrocarbon-based fuel may be used, or a high purity hydrogen gas may be used. For example, air can be used as the oxidizing gas supplied to the fuel cell.
図1に示す燃料電池では、さらに、隣り合う単セルの間、すなわち、ある単セルを構成するセパレータ24と、この単セルに隣接する単セルが備えるセパレータ25との間には、冷媒流路形成部材26が配設されている。冷媒流路形成部材26は、電子伝導性を有する材料で形成された板状部材であり、例えば、ステンレス鋼等の金属部材や緻密質カーボンなどのカーボン部材によって形成されている。冷媒流路形成部材26には、冷媒流路形成部材26を厚み方向に貫通する所定の形状の貫通孔が設けられている。この貫通孔は、冷媒流路形成部材26に隣接するセパレータ24およびセパレータ25に挟まれることで、冷媒流路35を形成する。
In the fuel cell shown in FIG. 1, the refrigerant flow path is further between adjacent single cells, that is, between the
単セル20が積層されたスタック構造の外周部には、既述したガスを給排するマニホールドに加えて、冷媒を給排するための冷媒供給マニホールドおよび冷媒排出マニホールドが設けられている(図示せず)。冷媒供給マニホールドを流れる冷媒は、各単セル間において冷媒流路形成部材26によって形成される冷媒流路35に分配され、冷媒流路35内を流れつつスタック構造内部を冷却し、その後冷媒排出マニホールドに集合する。冷媒流路形成部材26に設ける貫通孔は、このような冷媒流路として機能することができれば、任意の形状とすることができる。
In addition to the above-described manifold for supplying and discharging gas, a refrigerant supply manifold and a refrigerant discharge manifold for supplying and discharging refrigerant are provided on the outer peripheral portion of the stack structure in which the
B.ガス流路形成部材の製造方法:
図4は、ガス流路形成部材22,23としての金属メッシュ50を製造する製造方法を示すフローチャートである。この製造方法は、大まかには、ステップS1〜S3で、メッシュ用細線51を作成して、ステップS4で、メッシュ用細線51を織り込んで金属メッシュ50を製造するというものである。以下、詳細に説明する。
B. Manufacturing method of gas flow path forming member:
FIG. 4 is a flowchart showing a manufacturing method for manufacturing the metal mesh 50 as the gas flow
図示するように、処理が開始されると、作業者は、メッシュ用細線51の金属線51aとなりうる金属線Mを樹脂コート機にセットする処理を行なう(ステップS1)。なお、金属線Mは、溶融押し出し等の方法で均一な金属導線として形成されたもので、この製造方法においては、線幅50μmのニッケル線が用いられたものとする。
As shown in the figure, when the process is started, the operator performs a process of setting the metal wire M that can be the
図5は、樹脂コート機100の概略的な構成を示す説明図である。樹脂コート機100は、樹脂塗料貯溜槽105と乾燥炉110と搬送機構120とにより構成されている。搬送機構120は、金属線Mが巻回されて収容される金属線ロール122と、前記金属線Mを搬送するための複数の搬送用ローラ124と、搬送用ローラ124により送られてきた金属線Mを巻き取って収容する巻き取りローラ126とを備える。搬送用ローラ124によって定まる搬送路の途中に、樹脂塗料貯溜槽105と乾燥炉110が設けられている。なお、樹脂塗料貯溜槽105は搬送路の上流側(金属線ロール122側)に、乾燥炉110は下流側(巻き取りローラ126側)に位置する。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the resin coating machine 100. The resin coating machine 100 includes a resin paint storage tank 105, a drying furnace 110, and a transport mechanism 120. The transport mechanism 120 includes a
樹脂塗料貯溜槽105には、前述した導電性樹脂コート層51bを構成するための樹脂塗料(疎水性を有した樹脂塗料)であるフッ素樹脂コート液(旭硝子社製、サイトップ)が貯留されている。なお、フッ素樹脂コート液中には、導電性フィラーとしてのカーボンブラックが分散されている。詳細には、フッ素樹脂コート液中には、コート液重量に対して60重量%の割合で一次粒径50nmなるカーボンブラック(ライオン社製、ケッチェンブラック)が分散されている。乾燥炉110は、一般的なもので、通過する金属線Mを乾燥する。乾燥条件としては、190℃、10分以上を実現する。
The resin paint storage tank 105 stores a fluororesin coat liquid (Cytop, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), which is a resin paint (hydrophobic resin paint) for forming the conductive
図4に戻って、ステップS1では、詳細には、上記構成の樹脂コート機100に備えられる搬送機構120に金属線Mをセットする処理を行なう。次いで、樹脂コート機100を起動して金属線Mを搬送機構120により送ることにより、金属線ロール122に収容される金属線Mを、樹脂塗料貯溜槽105に貯留される溶液、すなわちカーボンブラックが分散されたフッ素樹脂コート液に浸漬する処理を行なう(ステップS2)。その後、樹脂塗料貯溜槽105に浸漬された金属線Mを乾燥炉110に送って乾燥する処理を行なう(ステップS3)。この結果、導電性樹脂コート層51bが被覆された金属線Mが作成される。
Returning to FIG. 4, in step S <b> 1, in detail, a process of setting the metal wire M to the transport mechanism 120 provided in the resin coating machine 100 configured as described above is performed. Next, the resin coating machine 100 is started and the metal wire M is sent by the transport mechanism 120, so that the metal wire M accommodated in the
ステップS3の実行後、乾燥された金属線Mを巻き取りローラ126に巻き取る処理を行なう(ステップS4)。ステップS2ないしS4は、樹脂コート機100によって実行される作業であり、ステップS4までの処理により、前述した金属線51aに導電性樹脂コート層51bが被覆されたメッシュ用細線51が作成される。続いて、メッシュ用細線51を自動織機にて織り込む作業を行なう(ステップS5)。自動織機は、糸を使って織物を織る一般的なものであることから、ここでは詳細な説明を省略する。ステップS5の結果、厚さ500μm、気孔率85%であるシート状の金属メッシュ50が得られる。
After execution of step S3, a process of winding the dried metal wire M around the winding
C.作用・効果:
以上詳述したように本実施例の燃料電池では、ガス流路形成部材22,23は、メッシュ用細線51を織り込んだ金属メッシュ50により形成され、メッシュ用細線51は、金属線51aと、金属線51aを被覆する導電性樹脂コート層51bとを備えるように構成されている。導電性樹脂コート層51bは、金属に対して防食効果を発揮することから、金属線51aを被覆する被覆効果と相まって、金属線51aの防食性を高めることができる。このために、本実施例の燃料電池は、金属線51aからの金属イオンの排出を抑制することができることから、電解質層30の損傷を防止することができるという効果を奏する。したがって、本実施例の燃料電池は、燃料電池の性能劣化を防止するとともに、寿命の伸長化を図ることができる。なお、導電性樹脂コート層51bは電子伝導性に優れていることから、電極からの電子伝導の役割を損ねることもない。
C. Action / Effect:
As described above in detail, in the fuel cell of the present embodiment, the gas flow
なお、本実施例では、導電性樹脂コート層51bは、金属と接触させたときに金属表面に作用して、当該表面の耐食性を助長することで上記防食効果を強めている。このために、導電性樹脂コート層51bに欠損ができても防食機能を維持することができる。この結果、ある程度の大きさ(例えば2ミリ程度)の欠損まで防食することができることから、電解質層30の損傷の防止をより一層確実なものとすることができる。
In this embodiment, the conductive
さらに、金属線51aを導電性樹脂コート層51bにより被覆したことにより、以下に示すように様々な効果を奏する。金属線51aを導電性樹脂コート層51bにより被覆することで、メッシュ用細線51間の摩擦係数が小さくなり、滑りがよくなり金属メッシュ50全体として柔軟となる。このために、電解質層30の損傷をより一層防止することができる。従来、燃料電池用ガス流路形成部材を金属焼結体によって構成する場合があるが、こうした場合、触媒層と金属焼結体との間にカーボン紙やカーボンクロスを挟んで触媒層を保護する必要があった。また金属メッシュの場合にも、こうしたカーボン紙やカーボンクロスが必要であったが、本実施例の場合には、金属メッシュ50が柔軟であるために、金属メッシュ50を触媒(アノード31およびカソード32)に直接接触させても、触媒や電解質層30を損傷することがない。このために、部品点数の削減といった効果も奏する。また、上述したように、金属メッシュ50全体として柔軟であることから、面内の厚さバラツキも柔軟となるために、金属メッシュ50の組付けを均一に行なうことができる。
Furthermore, by coating the
本実施例では、前述したように、導電性フィラーとしてのカーボンブラックが分散されているフッ素樹脂コート液中に金属線Mを浸漬することで、金属線51aに導電性樹脂コート層51bを被覆して、その導電性樹脂コート層51bが被覆された金属線51aを織り込んでシート状の部材を生成することにより、ガス流路形成部材としての金属メッシュ50を製造している。このために、金属線51aは導電性樹脂コート層51bにより被覆されたものとなることから、金属線51aの防食性を高めることができる。金属線51aの防食性が高いと、金属線51aからの金属イオンの排出を抑制することができることから、燃料電池に組み込んだときに、電解質層の損傷を防止することができる。
In this embodiment, as described above, the metal wire M is immersed in the fluororesin coating liquid in which carbon black as the conductive filler is dispersed, thereby covering the
D.他の実施形態:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
D. Other embodiments:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
D1.変形例1:
前記実施例では、導電性樹脂コート層51bを形成する樹脂として疎水性を有した樹脂塗料が用いられていたが、これに換えて、特に疎水性を有しない樹脂塗料を用いた構成としてもよい。こうした樹脂塗料としては、軟化点90℃以上、好ましくは120℃以上であり、耐酸性に優れ、さらに溶剤への可溶性に優れた熱可撓性樹脂が好適である。具体的には、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリノルポルネン系樹脂、ポリアリレート、ポリプロピレン、ポリメチルぺンテン、シリコーン樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリケトン、LCP、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、等を用いることができる。なお、この変形例1の燃料電池では、前記樹脂塗料以外は、前記実施例と同一の構成とすることができる。また、ガス流路形成部材の製造方法についても、樹脂塗料を替えるだけで上記実施例と同様な方法で製造することができる。
D1. Modification 1:
In the above embodiment, a resin paint having hydrophobicity is used as the resin for forming the conductive
この変形例1の燃料電池は、上記実施例と同様に電解質層の損傷を防止することができるという効果を奏する。したがって、この変形例1の燃料電池は、燃料電池の性能劣化を防止するとともに、寿命の伸長化を図ることができる。 The fuel cell according to this modified example 1 has an effect that it is possible to prevent damage to the electrolyte layer as in the above-described embodiment. Therefore, the fuel cell of this modification 1 can prevent the performance deterioration of the fuel cell and extend the life.
D2.変形例2:
また、前記実施例では、導電性樹脂コート層51bを形成する樹脂として疎水性を有した樹脂塗料が用いられていたが、これに換えて、前記樹脂として硬化性樹脂を用いた構成とすることができる。硬化性樹脂は、熱硬化性のもの、光硬化性のもののいずれであってもよい。熟硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ビニルエステル樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、マレイン酸樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、キシレン樹脂、グアナミン樹脂、等を用いることができる。光硬化性樹脂としては、単官能アクリレート樹脂、多官能アクリレート樹脂、メタクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリエステルアクリレート樹脂、ポリプタジ工ンアクリレート樹脂、シリコーンアクリレート樹脂、光ラジカル重合マレイミド樹脂、光ラジカル重合ポリエンチオール樹脂、光カチオン重合エポキシ樹脂、光カチオン重合オキセタン樹脂、光カチオン重合ビニルエーテル樹脂、光カチオン重合プロペニルエーテル樹脂、等を用いることができる。なお、この変形例2の燃料電池では、前記樹脂以外は、前記実施例と同一の構成とすることができる。
D2. Modification 2:
Moreover, in the said Example, although the resin coating material which has hydrophobicity was used as resin which forms the conductive
金属メッシュの製造方法の具体的な一例としては、光硬化性アクリル樹脂モノマー溶液に、アクリル樹脂重量に対し60重量%の割合で一次粒径50nmなるカーボンブラック(ライオン社製、ケッチェンブラック)が配されたコート液を用い、線幅50μmのニッケル線に上記コート液を上記実施例と同様なディッピング法にて被覆し、紫外線を照射することにより、導電性を有した光硬化樹脂コート層をニッケル線に被覆する。このニッケル線を、前記実施例と同様に、自動織機を用いて織り込むことにより、ガス流路形成部材としての金属メッシュを製造する。 As a specific example of a method for producing a metal mesh, carbon black (Ketjen Black, manufactured by Lion Co., Ltd.) having a primary particle size of 50 nm at a ratio of 60% by weight with respect to the weight of the acrylic resin is added to the photocurable acrylic resin monomer solution. Using the coated coating liquid, a nickel wire having a line width of 50 μm is coated with the coating liquid by the same dipping method as in the above embodiment, and irradiated with ultraviolet rays to form a conductive photocurable resin coating layer. Cover the nickel wire. This nickel wire is woven using an automatic loom as in the above embodiment to produce a metal mesh as a gas flow path forming member.
この変形例2の燃料電池は、上記実施例と同様に電解質層の損傷を防止することができるという効果を奏する。したがって、この変形例2の燃料電池は、燃料電池の性能劣化を防止するとともに、寿命の伸長化を図ることができる。特に、この変形例2では、金属メッシュの製造方法において、溶剤を蒸発させる乾燥工程が不要となることから、生産速度の向上、溶剤回収設備の不要化による生産設備の小型化、揮発溶剤による環境への悪影響の低減等の効果を奏することができる。 The fuel cell of the second modification has an effect that the electrolyte layer can be prevented from being damaged as in the above embodiment. Therefore, the fuel cell according to the second modification can prevent the deterioration of the performance of the fuel cell and can extend the life. In particular, in the second modification, in the metal mesh manufacturing method, a drying step for evaporating the solvent is not required, so that the production speed is improved, the production facility is downsized by eliminating the need for the solvent recovery facility, and the environment using the volatile solvent It is possible to achieve effects such as reduction of adverse effects on the body.
D3.変形例3:
前記実施例では、金属メッシュ50を構成するメッシュ用細線51は、金属線51aに、導電性フィラーを含有させた導電性樹脂組成物、すなわち、導電性樹脂コート層51bを被覆した構成であったが、これに換えて、金属線に導電性ポリマーを被覆した構成としてもよい。導電性ポリマーとしては、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリパラフェニレン、ポリビニルカルバゾール、等を用いることができる。金属メッシュの製造方法は、具体的には、線幅50μmのニッケル線を自動織機にて織り込み、厚さ800μm、気孔率90%なる導電性メッシュを作成し、その後、支持電解質を過塩素酸テトラ−n−ブチルアンモニウム、溶剤をアセトニトリルとし、陽極酸化法によってニッケル線表面にポリピロール薄膜を形成したものとすることができる。上記線幅、厚さ、気孔率とは任意に変更することができる。
D3. Modification 3:
In the said Example, the
この変形例3の燃料電池では、導電性高分子材料としての導電性ポリマーは、金属に対して防食効果を発揮することから、金属線を被覆する被覆効果と相まって、金属線の防食性を高めることができる。このために、変形例3の燃料電池は、金属線からの金属イオンの排出を抑制することができることから、電解質層の損傷を防止することができるという効果を奏する。したがって、変形例3の燃料電池は、燃料電池の性能劣化を防止するとともに、寿命の伸長化を図ることができる。また、導電性ポリマーは電子伝導性に優れていることから、電極との間の電子伝導の役割を損ねることもない。 In the fuel cell of Modification 3, the conductive polymer as the conductive polymer material exerts an anticorrosive effect on the metal, and therefore, in combination with the covering effect of covering the metal wire, enhances the anticorrosive property of the metal wire. be able to. For this reason, since the fuel cell of the modification 3 can suppress discharge | emission of the metal ion from a metal wire, there exists an effect that damage to an electrolyte layer can be prevented. Therefore, the fuel cell of Modification 3 can prevent deterioration of the performance of the fuel cell and extend the life. In addition, since the conductive polymer is excellent in electron conductivity, the role of electron conduction with the electrode is not impaired.
なお、導電性ポリマーは、金属と接触させたときに金属表面に作用して、当該表面の耐食性を助長することで上記防食効果を強めている。このために、導電性高分子材料の被膜に欠損ができても防食機能を維持することができる。この結果、ある程度の大きさの欠損まで防食することができることから、電解質層の損傷の防止をより一層確実なものとすることができる。 The conductive polymer acts on the metal surface when brought into contact with the metal, and enhances the corrosion resistance by promoting the corrosion resistance of the surface. For this reason, even if the coating of the conductive polymer material is deficient, the anticorrosion function can be maintained. As a result, since it is possible to prevent corrosion to a certain size, it is possible to further reliably prevent the electrolyte layer from being damaged.
D4.変形例4:
前記実施例では、導電性樹脂コート層51bが被覆された金属線51aを自動織機で織り込んで金属メッシュ50を製造していたが、その織り込みは必ずしも自動織機を用いる必要はなく、手動にて行なう構成とすることもできる。さらには、必ずしも布状に織り込む必要もなく、金属線を組み合わせてシート状とする構成とすることもできる。
D4. Modification 4:
In the above embodiment, the
D5.変形例5:
前記実施例では、セパレータ24,25を、表面が平坦な板状部材としたが、異なる形状としてもよい。例えば、単セル内ガス流路を形成する側の面において、凹凸形状が形成されていてもよい。このような場合にも、金属メッシュ50には柔軟性があることから凹凸形状による面圧の不均一さを吸収することができる。
D5. Modification 5:
In the said Example, although the
D6.変形例6:
前記実施例では、アノード31側のガス流路形成部材22とカソード32側のガス流路形成部材23の双方共に、導電性高分子材料により被覆された金属メッシュ50からなる構成としていたが、これに換えて、ガス流路形成部材22とガス流路形成部材23とのいずれか一方を金属メッシュ50からなる構成としてもよい。すなわち、ガス流路形成部材22とガス流路形成部材23とのいずれか一方を導電性高分子材料により被覆された金属線を用いた構成とし、他方を、導電性高分子材料による被覆がなされていない金属線を用いた構成、あるいは金属線そのものを用いていない他の流路形状の構成としてもよい。
D6. Modification 6:
In the above embodiment, both the gas flow
D7.変形例7:
また、前記実施例とは異なる種類の燃料電池に本発明を適用することとしてもよい。例えば、ダイレクトメタノール型燃料電池に適用することができる。あるいは、固体高分子以外の電解質層を有する燃料電池であってもよく、本発明を適用することで同様の効果が得られる。
D7. Modification 7:
Further, the present invention may be applied to a fuel cell of a different type from the above embodiment. For example, it can be applied to a direct methanol fuel cell. Or the fuel cell which has electrolyte layers other than a solid polymer may be sufficient, and the same effect is acquired by applying this invention.
20…単セル
21…MEA
22,23…ガス流路形成部材
24,25…セパレータ
26…冷媒流路形成部材
30…電解質層
31…アノード
32…カソード
35…冷媒流路
50…金属メッシュ
51…メッシュ用細線
51a…金属線
51b…導電性樹脂コート層
100…樹脂コート機
105…樹脂塗料貯溜槽
110…乾燥炉
120…搬送機構
122…金属線ロール
124…搬送用ローラ
126…巻き取りローラ
20 ...
22, 23 ... Gas flow
Claims (8)
前記電解質層上に形成された触媒を備える電極と、
前記電極上に配設されると共に、金属線を組み合わせて作ったシート状金属材料によって形成され、該金属線間の空間が前記電極に給排されるガスの流路となるガス流路と
を備えた燃料電池であって、
前記金属線は、導電性高分子材料により被覆された構成である
燃料電池。 An electrolyte layer;
An electrode comprising a catalyst formed on the electrolyte layer;
A gas flow path that is disposed on the electrode and is formed of a sheet-like metal material made by combining metal wires, and in which a space between the metal wires serves as a flow path for gas supplied to and discharged from the electrode; A fuel cell comprising:
The metal wire is configured to be coated with a conductive polymer material.
前記導電性高分子材料は、樹脂に導電性フィラーを含有させた導電性樹脂組成物である
燃料電池。 The fuel cell according to claim 1,
The conductive polymer material is a conductive resin composition in which a conductive filler is contained in a resin.
前記導電性樹脂組成物は、前記樹脂として疎水性を有した樹脂塗料を用いた構成である
燃料電池。 The fuel cell according to claim 2, wherein
The conductive resin composition has a configuration using a resin paint having hydrophobicity as the resin.
前記樹脂塗料は、フッ素樹脂からなる
燃料電池。 The fuel cell according to claim 3, wherein
The resin paint is a fuel cell made of a fluororesin.
前記導電性樹脂組成物は、前記樹脂として硬化性樹脂を用いた構成である
燃料電池。 The fuel cell according to claim 2, wherein
The conductive resin composition has a configuration using a curable resin as the resin.
前記導電性高分子材料は、導電性ポリマーである
燃料電池。 The fuel cell according to claim 1,
The conductive polymer material is a conductive polymer.
金属線を防食性材料で被覆する工程と、
前記防食性材料が被覆された金属線を織り込んでシート状の部材を生成し、該部材を前記ガス流路形成部材とする工程と
を備える燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法。 A method of manufacturing a fuel cell gas flow path forming member for manufacturing a fuel cell gas flow path forming member, comprising:
Coating a metal wire with an anticorrosive material;
A method for producing a gas flow path forming member for a fuel cell, comprising: forming a sheet-like member by weaving a metal wire coated with the anticorrosive material; and using the member as the gas flow path forming member.
前記防食性材料は、導電性高分子材料である
燃料電池用ガス流路形成部材の製造方法。 It is a manufacturing method of the gas channel formation member for fuel cells according to claim 7,
The anticorrosive material is a conductive polymer material. A method of manufacturing a gas flow path forming member for a fuel cell.
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| JP2007014976A JP2008066270A (en) | 2006-08-11 | 2007-01-25 | FUEL CELL AND METHOD FOR PRODUCING FUEL CELL GAS CHANNEL FORMING MEMBER |
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|---|---|---|---|---|
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2007
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