JPH1145729A - 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
- JPH1145729A JPH1145729A JP9200220A JP20022097A JPH1145729A JP H1145729 A JPH1145729 A JP H1145729A JP 9200220 A JP9200220 A JP 9200220A JP 20022097 A JP20022097 A JP 20022097A JP H1145729 A JPH1145729 A JP H1145729A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolyte
- assembly
- fuel cell
- catalyst layer
- solid polymer
- Prior art date
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子膜を
電解質として用いて電気化学反応により電気エネルギー
を得る固体高分子電解質型燃料電池に係わり、特に、触
媒層―電解質接合体と多孔質の電極基材との一体化構造
に関する。
電解質として用いて電気化学反応により電気エネルギー
を得る固体高分子電解質型燃料電池に係わり、特に、触
媒層―電解質接合体と多孔質の電極基材との一体化構造
に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、電解質層をアノード極とカ
ソード極とで挟持し、水素と酸素を供給して電気化学反
応により電気エネルギーを得る装置で、固体高分子電解
質型燃料電池は、含水することによりイオン導電性を示
す高分子膜、例えばパーフルオロエチレンスルホン酸樹
脂膜を電解質として用いたものである。
ソード極とで挟持し、水素と酸素を供給して電気化学反
応により電気エネルギーを得る装置で、固体高分子電解
質型燃料電池は、含水することによりイオン導電性を示
す高分子膜、例えばパーフルオロエチレンスルホン酸樹
脂膜を電解質として用いたものである。
【０００３】固体高分子電解質型燃料電池においては、
上記のごとく含水することによりイオン導電性を示す高
分子電解質膜の電極領域となる中央部分の両面に、例え
ば白金および白金化合物からなる触媒層を密着させて触
媒層／電解質接合体を形成し、さらに、その表面に、例
えばカーボンペーパーやカーボンクロスなどからなる多
孔質の電極基材を密着させ、これらを、アノード極に供
給する水素を通流するガス流路を備えたセパレータと、
カソード極に供給する酸素を通流するガス流路を備えた
セパレータで挟持することによって、単位電池が構成さ
れており、これらの単位電池を積層することにより所定
の出力電圧の固体高分子電解質型燃料電池が構成されて
いる。
上記のごとく含水することによりイオン導電性を示す高
分子電解質膜の電極領域となる中央部分の両面に、例え
ば白金および白金化合物からなる触媒層を密着させて触
媒層／電解質接合体を形成し、さらに、その表面に、例
えばカーボンペーパーやカーボンクロスなどからなる多
孔質の電極基材を密着させ、これらを、アノード極に供
給する水素を通流するガス流路を備えたセパレータと、
カソード極に供給する酸素を通流するガス流路を備えた
セパレータで挟持することによって、単位電池が構成さ
れており、これらの単位電池を積層することにより所定
の出力電圧の固体高分子電解質型燃料電池が構成されて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一方、この構成の固体
高分子電解質型燃料電池においては、高分子電解質膜は
上述のごとくイオン導電性を得るために含水して用いら
れるので、膜内の水分の蒸発状態により、また触媒層／
電解質接合体の触媒層結着部分とその周辺部分とにより
収縮量に違いが生じて変形が起きるので、セパレータで
挟持する際にしわとなり、運転時にガスのリークが生じ
る危険性がある。
高分子電解質型燃料電池においては、高分子電解質膜は
上述のごとくイオン導電性を得るために含水して用いら
れるので、膜内の水分の蒸発状態により、また触媒層／
電解質接合体の触媒層結着部分とその周辺部分とにより
収縮量に違いが生じて変形が起きるので、セパレータで
挟持する際にしわとなり、運転時にガスのリークが生じ
る危険性がある。
【０００５】また、本構成では、触媒層／電解質接合体
の表面に電極基材を密着させ、セパレータで挟持するこ
ととしているので、組み込み作業に際して電極基材の位
置ずれを生じやすいという欠点がある。さらに、本構成
では、複数の単位電池を積層して発電運転を行った後、
ガスのクロスリーク等を生じた不良電池を除去して修復
しようとしても、それぞれの単位電池の触媒層／電解質
接合体にそれぞれ収縮変形があり、電極基材の位置合わ
せも必要であるので、組み込み作業は極めて困難であ
る。
の表面に電極基材を密着させ、セパレータで挟持するこ
ととしているので、組み込み作業に際して電極基材の位
置ずれを生じやすいという欠点がある。さらに、本構成
では、複数の単位電池を積層して発電運転を行った後、
ガスのクロスリーク等を生じた不良電池を除去して修復
しようとしても、それぞれの単位電池の触媒層／電解質
接合体にそれぞれ収縮変形があり、電極基材の位置合わ
せも必要であるので、組み込み作業は極めて困難であ
る。
【０００６】本発明の目的は、これらの従来技術の難点
を解消し、触媒層／電解質接合体と電極基材とがガスリ
ークの要因となる変形やしわを生じることなく適正に接
合され、組立や交換が容易で、かつ信頼性の高い固体高
分子電解質型燃料電池を提供することにある。
を解消し、触媒層／電解質接合体と電極基材とがガスリ
ークの要因となる変形やしわを生じることなく適正に接
合され、組立や交換が容易で、かつ信頼性の高い固体高
分子電解質型燃料電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、 （１）高分子電解質膜の両面に触媒層を密着して形成し
た触媒層／電解質接合体に、多孔質の電極基材を、ホッ
トメルト層を有するカバーシートフィルムを用い、例え
ば、熱間ロールあるいは熱間プレスにより熱圧着して電
解質／電極接合体を形成し、この電解質／電極接合体を
用いて固体高分子電解質型燃料電池を構成することとす
る。
めに、本発明においては、 （１）高分子電解質膜の両面に触媒層を密着して形成し
た触媒層／電解質接合体に、多孔質の電極基材を、ホッ
トメルト層を有するカバーシートフィルムを用い、例え
ば、熱間ロールあるいは熱間プレスにより熱圧着して電
解質／電極接合体を形成し、この電解質／電極接合体を
用いて固体高分子電解質型燃料電池を構成することとす
る。
【０００８】（２）また、多孔質の電極基材を、長尺の
触媒層／電解質接合体に長尺のカバーシートフィルムを
用いて熱間ロールにより熱圧着し、これを切断して上記
の電解質／電極接合体を形成することとする。上記の
（１）のごとく、触媒層／電解質接合体に電極基材を熱
圧着して電解質／電極接合体を形成することとすれば、
触媒層／電解質接合体と電極基材は、一体化して形成さ
れるので、組立や交換が容易となる。また、触媒層／電
解質接合体に、従来見られたごとき変形やしわを生じる
恐れがないので、ガスクロスリークを生じることなく安
定して運転できることとなる。
触媒層／電解質接合体に長尺のカバーシートフィルムを
用いて熱間ロールにより熱圧着し、これを切断して上記
の電解質／電極接合体を形成することとする。上記の
（１）のごとく、触媒層／電解質接合体に電極基材を熱
圧着して電解質／電極接合体を形成することとすれば、
触媒層／電解質接合体と電極基材は、一体化して形成さ
れるので、組立や交換が容易となる。また、触媒層／電
解質接合体に、従来見られたごとき変形やしわを生じる
恐れがないので、ガスクロスリークを生じることなく安
定して運転できることとなる。
【０００９】また、上記（２）のごとく電解質／電極接
合体を形成することとすれば、触媒層／電解質接合体と
電極基材とを一体化して形成した触媒層／電解質接合体
が連続的に得られるので、高品質の固体高分子電解質型
燃料電池が安価に得られることとなる。
合体を形成することとすれば、触媒層／電解質接合体と
電極基材とを一体化して形成した触媒層／電解質接合体
が連続的に得られるので、高品質の固体高分子電解質型
燃料電池が安価に得られることとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例における
固体高分子電解質型燃料電池の単位電池の基本構成を示
す要部分解斜視図である。すなわち、本実施例の燃料電
池の各単位電池では、方形状の電解質膜の中央部分に触
媒層４を密着させて形成した触媒層／電解質接合体３の
両面に、触媒層４に面して多孔質電極基材２を配置し、
さらにその両外面に、中心部の触媒層４に相当する部分
を切除したカバーシートフィルム１を配し、これらを熱
圧着することにより、触媒層／電解質接合体３と多孔質
電極基材２を一体に形成した電解質／電極接合体が用い
られている。
固体高分子電解質型燃料電池の単位電池の基本構成を示
す要部分解斜視図である。すなわち、本実施例の燃料電
池の各単位電池では、方形状の電解質膜の中央部分に触
媒層４を密着させて形成した触媒層／電解質接合体３の
両面に、触媒層４に面して多孔質電極基材２を配置し、
さらにその両外面に、中心部の触媒層４に相当する部分
を切除したカバーシートフィルム１を配し、これらを熱
圧着することにより、触媒層／電解質接合体３と多孔質
電極基材２を一体に形成した電解質／電極接合体が用い
られている。
【００１１】なお、基材フィルムとホットメルト層より
なるカバーシートフィルム１は、膜厚が10〜200 μｍ程
度でよく、またホットメルト層の割合が20〜80％のもの
でよい。図２は、図１に示すようにして形成された電解
質／電極接合体を用いて構成される単位電池の構造を示
す分解斜視図である。電解質／電極接合体５の両面にセ
パレータ６を配して挟持することにより単位電池が構成
されており、セパレータ６には、電解質／電極接合体５
に一体化された多孔質電極基材２に面してガス流路が形
成されている。
なるカバーシートフィルム１は、膜厚が10〜200 μｍ程
度でよく、またホットメルト層の割合が20〜80％のもの
でよい。図２は、図１に示すようにして形成された電解
質／電極接合体を用いて構成される単位電池の構造を示
す分解斜視図である。電解質／電極接合体５の両面にセ
パレータ６を配して挟持することにより単位電池が構成
されており、セパレータ６には、電解質／電極接合体５
に一体化された多孔質電極基材２に面してガス流路が形
成されている。
【００１２】図３は、熱間ロールを用いて熱圧着し、形
成される電解質／電極接合体の構成図である。図１のご
とく形成し、配置した触媒層／電解質接合体３と多孔質
電極基材２を積層し、熱間ロール７により圧着すること
により電解質／電極接合体として一体に形成される。な
お、熱間ロール７は、温度を80〜150 ℃、ロールによる
加圧力を凡そ２〜６×105 Paに選定して使用される。
成される電解質／電極接合体の構成図である。図１のご
とく形成し、配置した触媒層／電解質接合体３と多孔質
電極基材２を積層し、熱間ロール７により圧着すること
により電解質／電極接合体として一体に形成される。な
お、熱間ロール７は、温度を80〜150 ℃、ロールによる
加圧力を凡そ２〜６×105 Paに選定して使用される。
【００１３】図４は、熱間プレスを用いて熱圧着し、形
成される電解質／電極接合体の構成図である。図３と同
様に、触媒層／電解質接合体３と多孔質電極基材２を積
層し、熱間プレス８により圧着することにより、電解質
／電極接合体として一体に形成される。なお、熱間プレ
ス８は、温度を80〜150 ℃、プレスによる加圧力を凡そ
50〜200 ×105 Paに選定して使用される図５は、連続的
に熱間ロールを用いて熱圧着し、連続的に電解質／電極
接合体を形成する製造工程を説明する構成図である。
成される電解質／電極接合体の構成図である。図３と同
様に、触媒層／電解質接合体３と多孔質電極基材２を積
層し、熱間プレス８により圧着することにより、電解質
／電極接合体として一体に形成される。なお、熱間プレ
ス８は、温度を80〜150 ℃、プレスによる加圧力を凡そ
50〜200 ×105 Paに選定して使用される図５は、連続的
に熱間ロールを用いて熱圧着し、連続的に電解質／電極
接合体を形成する製造工程を説明する構成図である。
【００１４】本製造工程においては、まず、断続して触
媒層４を形成した長尺のシート９と長尺の電解質膜１０
を熱間ロール７を通過させ、触媒層４を電解質膜１０に
熱圧着して接合させることにより、触媒層／電解質接合
体を形成する。ついで、触媒層４と同等の大きさの切除
部分を有し、その切除部分に多孔質電極基材２を配した
長尺のカバーシートフィルム１を、上記の触媒層／電解
質接合体とともに、触媒層４と多孔質電極基材２との位
置を一致させて、次の段の熱間ロール７へと送って熱圧
着して接合させ、長尺の電解質／電極接合体を得る。本
製造工程を使用すれば、連続的に電解質／電極接合体が
得られるので、製造が容易となり、安価にかつ効率的に
均質な単位電池を形成することができる。
媒層４を形成した長尺のシート９と長尺の電解質膜１０
を熱間ロール７を通過させ、触媒層４を電解質膜１０に
熱圧着して接合させることにより、触媒層／電解質接合
体を形成する。ついで、触媒層４と同等の大きさの切除
部分を有し、その切除部分に多孔質電極基材２を配した
長尺のカバーシートフィルム１を、上記の触媒層／電解
質接合体とともに、触媒層４と多孔質電極基材２との位
置を一致させて、次の段の熱間ロール７へと送って熱圧
着して接合させ、長尺の電解質／電極接合体を得る。本
製造工程を使用すれば、連続的に電解質／電極接合体が
得られるので、製造が容易となり、安価にかつ効率的に
均質な単位電池を形成することができる。
【００１５】なお、熱間ロール１１，および熱間ロール
７における熱圧着は、図３の場合に説明したごとく、温
度を80〜150 ℃、ロールによる加圧力を凡そ２〜６×10
5 Paに選定して行えばよい。
７における熱圧着は、図３の場合に説明したごとく、温
度を80〜150 ℃、ロールによる加圧力を凡そ２〜６×10
5 Paに選定して行えばよい。
【００１６】
【発明の効果】上述のように、本発明においては、 （１）高分子電解質膜の両面に触媒層を密着して形成し
た触媒層／電解質接合体に、多孔質の電極基材を、ホッ
トメルト層を有するカバーシートフィルムを用い、例え
ば、熱間ロールあるいは熱間プレスにより熱圧着して電
解質／電極接合体を形成し、この電解質／電極接合体を
用いて燃料電池を構成することとしたので、触媒層／電
解質接合体と電極基材が適正に接合され、組立や交換が
容易で、かつ信頼性の高い固体高分子電解質型燃料電池
が得られることとなった。
た触媒層／電解質接合体に、多孔質の電極基材を、ホッ
トメルト層を有するカバーシートフィルムを用い、例え
ば、熱間ロールあるいは熱間プレスにより熱圧着して電
解質／電極接合体を形成し、この電解質／電極接合体を
用いて燃料電池を構成することとしたので、触媒層／電
解質接合体と電極基材が適正に接合され、組立や交換が
容易で、かつ信頼性の高い固体高分子電解質型燃料電池
が得られることとなった。
【００１７】（２）また、多孔質の電極基材を、長尺の
触媒層／電解質接合体に長尺のカバーシートフィルムを
用いて熱間ロールにより熱圧着し、これを切断して上記
の電解質／電極接合体を形成することとすれば、連続的
に上記の電解質／電極接合体が形成されるので、触媒層
／電解質接合体と電極基材が適正に接合され、組立や交
換が容易で、かつ信頼性の高い固体高分子電解質型燃料
電池として好適である。
触媒層／電解質接合体に長尺のカバーシートフィルムを
用いて熱間ロールにより熱圧着し、これを切断して上記
の電解質／電極接合体を形成することとすれば、連続的
に上記の電解質／電極接合体が形成されるので、触媒層
／電解質接合体と電極基材が適正に接合され、組立や交
換が容易で、かつ信頼性の高い固体高分子電解質型燃料
電池として好適である。
【図１】本発明の実施例における固体高分子電解質型燃
料電池の単位電池の基本構成を示す要部分解斜視図
料電池の単位電池の基本構成を示す要部分解斜視図
【図２】図１のごとく形成された電解質／電極接合体を
用いて構成される単位電池の構造を示す分解斜視図
用いて構成される単位電池の構造を示す分解斜視図
【図３】熱間ロールを用いて熱圧着し、形成される電解
質／電極接合体の構成図
質／電極接合体の構成図
【図４】熱間プレスを用いて熱圧着し、形成される電解
質／電極接合体の構成図
質／電極接合体の構成図
【図５】連続的に熱間ロールを用いて熱圧着し、連続的
に電解質／電極接合体を形成する製造工程を説明する構
成図
に電解質／電極接合体を形成する製造工程を説明する構
成図
１ カバーシートフィルム ２ 多孔質電極基材 ３ 触媒層／電解質接合体 ４ 触媒層 ５ 電解質／電極接合体 ６ セパレータ ７ 熱間ロール ８ 熱間プレス ９ シート １０ 電解質膜 １１ 熱間ロール
Claims (4)
- 【請求項１】高分子電解質膜の両面に触媒層を密着して
形成した触媒層／電解質接合体にホットメルト層を有す
るカバーシートフィルムを用いて多孔質の電極基材を熱
圧着してなる電解質／電極接合体を備えたことを特徴と
する固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項２】前記の電解質／電極接合体が熱間ロールに
より熱圧着してなることを特徴とする請求項１に記載の
固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項３】前記の電解質／電極接合体が熱間プレスに
より熱圧着してなることを特徴とする請求項１に記載の
固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項４】前記の電解質／電極接合体が、多孔質の電
極基材を、長尺の触媒層／電解質接合体に長尺のカバー
シートフィルムを用いて熱間ロールにより熱圧着し、こ
れを切断して形成されてなることを特徴とする請求項１
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 |
|---|---|---|---|
| JP9200220A JPH1145729A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9200220A JPH1145729A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1145729A true JPH1145729A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=16420814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9200220A Pending JPH1145729A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1145729A (ja) |
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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