JP2002343367A - Fuel cell 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、燃料として水素ガ
ス、あるいはメタノールまたは化石燃料からの改質水
素、もしくはメタノール、エタノール、ジメチルエーテ
ルなどの液体燃料を直接用い、空気や酸素を酸化剤とす
る燃料電池に関するものであり、とくに高分子電解質を
用いた燃料電池に関し、特にその電極およびその製造方
法に関する。The present invention relates to a fuel using hydrogen gas, reformed hydrogen from methanol or fossil fuel, or liquid fuel such as methanol, ethanol or dimethyl ether directly as fuel, and using air or oxygen as an oxidant. The present invention relates to a battery, and particularly to a fuel cell using a polymer electrolyte, and more particularly to an electrode thereof and a method of manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】まず、従来の固体高分子電解質型燃料電
池の一般的な構成を説明する。高分子電解質を用いた燃
料電池は、水素を含有する燃料ガスと、空気などの酸素
を含有する酸化剤ガスとを、電気化学的に反応させるこ
とで、電力と熱とを同時に発生させる。2. Description of the Related Art First, a general configuration of a conventional solid polymer electrolyte fuel cell will be described. A fuel cell using a polymer electrolyte generates electricity and heat simultaneously by electrochemically reacting a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen such as air.
【0003】図1は、固体高分子電解質型燃料電池の単
電池の一部の構造を説明するための概略断面図である。
図1に示すように、水素イオンを選択的に輸送する高分
子電解質膜11の両面に、白金系の金属触媒を担持した
炭素粉末を触媒体とし、これに水素イオン伝導性高分子
電解質を混合したもので触媒層12が形成される。FIG. 1 is a schematic sectional view for explaining a partial structure of a unit cell of a solid polymer electrolyte fuel cell.
As shown in FIG. 1, on both surfaces of a polymer electrolyte membrane 11 for selectively transporting hydrogen ions, a carbon powder carrying a platinum-based metal catalyst is used as a catalyst, and a hydrogen ion-conductive polymer electrolyte is mixed therewith. Thus, the catalyst layer 12 is formed.
【0004】現在、高分子電解質膜11としては、式:At present, the polymer electrolyte membrane 11 has the following formula:
【0005】[0005]
【化6】 Embedded image
【0006】で示されるパーフルオロカーボンスルホン
酸からなる高分子電解質膜(例えば、米国Du Pon
t社製のNafion膜など)が一般的に使用されてい
る。この触媒層12の外面には、通気性および電子伝導
性を併せ持つ、例えば撥水処理を施したカーボンペーパ
ーでガス拡散層13が形成される。この触媒層12とガ
ス拡散層13とを合わせて電極14と呼ぶ。[0006] A polymer electrolyte membrane made of perfluorocarbon sulfonic acid represented by, for example, US
A Nafion membrane manufactured by T Co., Ltd.) is generally used. On the outer surface of the catalyst layer 12, a gas diffusion layer 13 is formed of, for example, carbon paper having both air permeability and electron conductivity and subjected to a water-repellent treatment. The catalyst layer 12 and the gas diffusion layer 13 are collectively called an electrode 14.
【0007】つぎに、供給する燃料ガスおよび酸化剤ガ
スが外にリークしたり、2種類のガスが互いに混合しな
いように、電極の周囲には高分子電解質膜を挟んでガス
シール材やガスケットが配置される。このシール材やガ
スケットは、電極および高分子電解質膜と一体化してあ
らかじめ組み立てられ、これをMEA(電解質膜電極接
合体)15と呼ぶ。Next, in order to prevent the supplied fuel gas and the oxidizing gas from leaking outside and to prevent the two types of gases from being mixed with each other, a gas sealing material or a gasket is provided around the electrodes with a polymer electrolyte membrane interposed therebetween. Be placed. The sealing material and the gasket are integrated with the electrode and the polymer electrolyte membrane in advance and assembled, and this is referred to as MEA (electrolyte membrane electrode assembly) 15.
【0008】図2に示すように、MEA15の外側に
は、MEA15を機械的に固定するための導電性セパレ
ータ板21が配置される。図2は、固体高分子電解質型
燃料電池の単電池の構造を説明するための概略断面図で
ある。セパレータ板21のMEA15と接触する部分に
は、電極面に反応ガスを供給し、生成ガスや余剰ガスを
運び去るためのガス流路22が形成される。ガス流路は
セパレータ板と別に設けることもできるが、セパレータ
の表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的であ
る。このように、一対のセパレータ板21でMEA15
を固定し、片側のガス流路に燃料ガスを供給し、他方の
ガス流路に酸化剤ガスを供給することで、一つの単電池
で0.8V程度の起電力を発生させることができる。As shown in FIG. 2, a conductive separator plate 21 for mechanically fixing the MEA 15 is disposed outside the MEA 15. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of a unit cell of the solid polymer electrolyte fuel cell. A gas flow path 22 for supplying a reaction gas to the electrode surface and carrying away generated gas and surplus gas is formed in a portion of the separator plate 21 that contacts the MEA 15. Although the gas flow path can be provided separately from the separator plate, a method of providing a gas flow path by providing a groove on the surface of the separator is general. Thus, the MEA 15 is formed by the pair of separator plates 21.
Is fixed, and the fuel gas is supplied to one gas flow path and the oxidizing gas is supplied to the other gas flow path, so that a single cell can generate an electromotive force of about 0.8 V.
【0009】一対のセパレータでMEAを固定したもの
を単電池23と呼ぶ。しかし、通常、燃料電池を電源と
して使うときは、数ボルトから数百ボルトの電圧を必要
とするため、実際には、単電池23を必要とする個数だ
け直列に連結する。このとき、セパレータ21の裏表の
両面にガス流路22を形成し、セパレータ/MEA/セ
パレータ/MEAの繰り返しで、直列の連結構成にす
る。A cell in which the MEA is fixed by a pair of separators is called a unit cell 23. However, normally, when a fuel cell is used as a power source, a voltage of several volts to several hundred volts is required. Therefore, in practice, the required number of cells 23 are connected in series. At this time, the gas flow paths 22 are formed on both sides of the separator 21 and the separator / MEA / separator / MEA is repeated to form a series connection configuration.
【0010】ガス流路にガスを供給するためには、ガス
を供給する配管を、使用するセパレータの枚数に対応す
る数に分岐し、その分岐先を直接セパレータ状の溝につ
なぎ込む配管治具が必要となる。この治具をマニホール
ドと呼び、特に上記のような燃料ガスの供給配管から直
接つなぎ込むタイプを外部マニホールドを呼ぶ。このマ
ニホールドには、構造をより簡単にした内部マニホール
ドと呼ぶ形式のものがある。内部マニホールドとは、ガ
ス流路を形成したセパレータ板に、貫通した孔を設け、
ガス流路の出入り口をこの孔まで通し、この孔から直接
ガスをガス流路に供給するものである。In order to supply gas to the gas flow path, a pipe jig for branching a gas supply pipe into a number corresponding to the number of separators to be used and connecting the branch directly to a separator-like groove. Is required. This jig is referred to as a manifold, and in particular, the type directly connected from the fuel gas supply pipe as described above is referred to as an external manifold. There is a type of this manifold called an internal manifold which has a simpler structure. The internal manifold is provided with a through hole in the separator plate on which the gas flow path is formed,
The entrance and exit of the gas flow path are passed to this hole, and the gas is supplied directly to the gas flow path from this hole.
【0011】以上のような燃料電池の電極を構成するガ
ス拡散層および触媒層について説明する。The gas diffusion layer and the catalyst layer constituting the electrodes of the fuel cell as described above will be described.
【0012】ガス拡散層は、主につぎの3つの機能を持
つ。その第一は、ガス拡散層のさらに外面に形成された
ガス流路から触媒層中の触媒へ、均一に燃料ガスまたは
酸化剤ガスなどの反応ガスを供給するために、反応ガス
を拡散する機能である。第二は、触媒層で反応により生
成した水を速やかにガス流路に排出する機能である。第
三は、反応に必要な電子または生成される電子を伝導す
る機能である。すなわち、ガス拡散層には、高い反応ガ
ス透過性、水蒸気透過性および電子伝導性が必要とな
る。The gas diffusion layer mainly has the following three functions. The first is the function of diffusing the reaction gas in order to uniformly supply the reaction gas such as a fuel gas or an oxidizing gas to the catalyst in the catalyst layer from the gas passage formed on the outer surface of the gas diffusion layer. It is. The second is a function of quickly discharging water generated by the reaction in the catalyst layer to the gas channel. The third is a function of conducting electrons required for the reaction or generated electrons. That is, the gas diffusion layer requires high reaction gas permeability, water vapor permeability and electron conductivity.
【0013】従来の一般的な技術として、ガス透過性を
もたせるために、ガス拡散層にストラクチャー構造の発
達した炭素粉末、造孔材、カーボンペーパーおよびカー
ボンクロスなどの導電性多孔質基材を用いて多孔質構造
とすることが行われている。また、水蒸気透過性をもた
せるために、フッ素樹脂を代表とする撥水性高分子など
をガス拡散層などの中に分散させることが行われてい
る。さらに、電子伝導性をもたせるために、カーボン繊
維、金属繊維および炭素粉末などの電子伝導性材料でガ
ス拡散層を構成することが行われている。As a conventional general technique, in order to impart gas permeability, a conductive porous substrate such as carbon powder, pore-forming material, carbon paper and carbon cloth having a developed structure is used for a gas diffusion layer. To have a porous structure. Further, in order to impart water vapor permeability, a water-repellent polymer represented by a fluororesin is dispersed in a gas diffusion layer or the like. Further, in order to provide electron conductivity, a gas diffusion layer is made of an electron conductive material such as carbon fiber, metal fiber, and carbon powder.
【0014】つぎに、触媒層は、主につぎの4つの機能
を持つ。その第一は、ガス拡散層から供給された燃料ガ
スまたは酸化剤ガスなどの反応ガスを触媒層の反応サイ
トに供給する機能である。第二は、触媒上の反応に必要
な水素イオンまたは生成される水素イオンを速やかに電
解質膜に伝達する機能である。さらに第三は、反応に必
要な電子または生成される電子を伝導する機能である。
第四は、速やかに反応させるための高い触媒性能とその
広い反応面積である。すなわち、触媒層には高い反応ガ
ス透過性、水素イオン透過性、電子伝導性および触媒性
能が必要となる。Next, the catalyst layer mainly has the following four functions. The first function is to supply a reaction gas such as a fuel gas or an oxidizing gas supplied from the gas diffusion layer to a reaction site of the catalyst layer. The second function is to quickly transfer hydrogen ions required for the reaction on the catalyst or generated hydrogen ions to the electrolyte membrane. The third is a function of conducting electrons required for the reaction or generated electrons.
Fourth, high catalytic performance for prompt reaction and a wide reaction area. That is, the catalyst layer needs to have high reaction gas permeability, hydrogen ion permeability, electron conductivity and catalytic performance.
【0015】従来の一般的な技術として、ガス透過能を
もたせるために、触媒層にストラクチャー構造の発達し
た炭素粉末や造孔材を用いて多孔質構造とすることが行
われている。また、水素イオン透過能をもたせるため
に、高分子電解質を触媒層中の触媒近傍に分散し、かつ
水素イオンネットワークを形成させることが行われてい
る。また、電子伝導性を持たせるために、炭素粉末や炭
素繊維などの電子伝導性材料で触媒担体を構成すること
が行われている。さらに、触媒性能を向上させるため
に、白金に代表される反応活性の高い金属触媒を、粒径
が数nmの非常に微細な粒子として炭素粉末上に担持
し、触媒層中に高分散させることが行われている。As a conventional general technique, a porous structure is formed by using carbon powder or a pore-forming material having a well-developed structure for the catalyst layer in order to impart gas permeability. Further, in order to provide hydrogen ion permeability, a polymer electrolyte is dispersed in the vicinity of a catalyst in a catalyst layer to form a hydrogen ion network. Further, in order to impart electron conductivity, a catalyst carrier is made of an electron conductive material such as carbon powder or carbon fiber. Furthermore, in order to improve the catalytic performance, a highly reactive metal catalyst represented by platinum is supported on carbon powder as very fine particles having a particle size of several nm, and is highly dispersed in the catalyst layer. Has been done.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】しかし、触媒層におい
て高分子電解質を触媒層中の触媒近傍に分散させ、良好
な水素イオンネットワークを形成させることは非常に難
しい。However, it is very difficult to disperse the polymer electrolyte in the catalyst layer near the catalyst in the catalyst layer to form a good hydrogen ion network.
【0017】つまり、一般的に触媒層に用いる炭素粉末
は、数10〜数1000m2の比表面積を持つ炭素粉末
の場合、数10nmの一次粒子がさらに結合して鎖状の
集合体(ストラクチャー)となっているために、化6式に
代表される数100nmの高分子電解質のアイオノマー
をストラクチャー内部の数nm〜数100nmの細孔に
担持吸着されている触媒表面近傍に均一に分散する事が
困難であり、十分な触媒の有効反応面積を確保すること
が難しく、かつ上記高分子電解質アイオノマー同士の結
合により水素イオンネットワークを形成することが困難
であるために十分な水素イオン導電率も確保できないと
いう課題があった。That is, when the carbon powder generally used for the catalyst layer is a carbon powder having a specific surface area of several tens to several thousand m 2 , primary particles of several tens of nm are further bonded to form a chain-like aggregate (structure). Therefore, it is possible to uniformly disperse the ionomer of the polymer electrolyte of several hundred nm represented by the chemical formula 6 in the vicinity of the catalyst surface supported and adsorbed in the pores of several nm to several 100 nm inside the structure. It is difficult to secure a sufficient effective reaction area of the catalyst, and it is also difficult to form a hydrogen ion network by bonding between the polymer electrolyte ionomers, so that sufficient hydrogen ion conductivity cannot be ensured. There was a problem that.
【0018】また、上記触媒層に用いる炭素粉末は、ス
トラクチャー構造をもつために、この触媒粉末に高分子
電解質や水やアルコール、その他の有機溶媒などを混合
して作成した触媒インクは、非常に凝集しやすく、スタ
ーラーや超音波バスなどの通常の攪拌・分散方法では、
数10μmのメジアン径を持つ粒度分布を示す。そのた
め、膜や拡散層、転写フィルムなどに数μm〜数10μ
mの触媒層を塗工する場合、数10μmの触媒層粉末の
凝集層となるため、凝集した数10μmより薄い薄膜を
塗工することが困難であり、緻密で平滑な塗膜が得られ
ないという課題があった。Further, since the carbon powder used for the catalyst layer has a structural structure, a catalyst ink prepared by mixing the catalyst powder with a polymer electrolyte, water, alcohol, or another organic solvent is very difficult. It is easy to agglomerate, and with ordinary stirring and dispersion methods such as stirrer and ultrasonic bath,
The particle size distribution has a median diameter of several tens of μm. Therefore, several μm to several tens μm are used for films, diffusion layers, transfer films, etc.
When a catalyst layer of m is applied, it becomes an agglomerated layer of the catalyst layer powder of several tens of μm, so it is difficult to apply a thin film thinner than several tens of μm, and a dense and smooth coating film cannot be obtained. There was a problem that.
【0019】そこで従来、良好な分散状態を得るために
種々の界面活性剤が使用されてきた。例えば、最も一般
的な代表例として特開平11−335886号公報、1
1−269689号公報、11−050290号公報、
10−092439号公報、06−116774号公
報、に開示されているように、撥水性高分子材料の分散
剤として用いる界面活性剤として、アルキルフェノール
類のエトキシル酸オクチルフェノール(Octyl phenol e
thoxylate)、具体的な商品名ではトライトンX−10
0を用いている。また、特開平6−036771号公報
では、一般的な界面活性剤として、アニオン系では、脂
肪酸石鹸、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルア
リルスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、
カチオン系では、アルキルアミン塩、アミド結合アミド
塩、エステル結合アミン塩、アルキルアンモニウム塩、
アミド結合アンモニウム塩、エステル結合アンモニウム
塩、エーテル結合アンモニウム塩、アルキルピリジニウ
ム塩、エステル結合ピリジニウム塩、両性では、長鎖ア
ルキルアミノ酸、ノニオン系では、アルキルアリルエー
テル、アルキルエーテル、アルキルアミン脂肪酸グリセ
リンエステル、アニヒドロソルビトール脂肪酸エステ
ル、ポリエチレンイミン、脂肪酸アルキロールアミドな
どを開示しているが、実施例ではやはり上記アルキルフ
ェノール類のエトキシル酸オクチルフェノールであるト
ライトン X−100を用いる。したがって、上記種々
の界面活性剤は一般的な界面活性剤を紹介してのみであ
り、燃料電池での効果は示されていない。Therefore, conventionally, various surfactants have been used to obtain a good dispersion state. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-335886,
1-269689, 11-050290,
As disclosed in JP-A-10-092439 and JP-A-06-116774, as a surfactant used as a dispersant for a water-repellent polymer material, octylphenol ethoxylate of alkylphenols is used.
thoxylate), the specific product name is Triton X-10
0 is used. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-036771, fatty acids soaps, alkylbenzenesulfonates, alkylallylsulfonates, alkylnaphthalenesulfonates, as anionic surfactants, are used as general surfactants.
In cationic systems, alkylamine salts, amide-bonded amide salts, ester-bonded amine salts, alkylammonium salts,
Amide bond ammonium salt, ester bond ammonium salt, ether bond ammonium salt, alkylpyridinium salt, ester bond pyridinium salt, amphoteric long-chain alkyl amino acid, nonionic alkyl allyl ether, alkyl ether, alkylamine fatty acid glycerin ester, aniline Although hydrosorbitol fatty acid ester, polyethyleneimine, fatty acid alkylolamide and the like are disclosed, in Examples, Triton X-100, which is octylphenol ethoxylate of the above alkylphenols, is also used. Therefore, the above-mentioned various surfactants are merely introductions of general surfactants, and do not show an effect in a fuel cell.
【0020】ただし、上記界面活性剤はおもに、拡散層
において撥水性高分子材料を分散するために最適化され
た構成であって、本発明の触媒層における高分子電解質
と炭素粉末の分散に関わる技術の開示ではない。However, the above-mentioned surfactant has a structure optimized mainly for dispersing the water-repellent polymer material in the diffusion layer, and relates to the dispersion of the polymer electrolyte and the carbon powder in the catalyst layer of the present invention. It is not a disclosure of technology.
【0021】また、特開平8−236123号公報、0
9−180727号公報、10−284086号公報
は、触媒層への界面活性剤の使用を開示しているが、界
面活性剤を混合してあらかじめ触媒層を形成した後に高
分子電解質を含浸する方法もしくは、あらかじめ形成し
た触媒層に界面活性剤を含浸した後に高分子電解質を含
浸もしくはコーティングする方法が開示されており、高
分子電解質を電極に染み込みやすくする方法である。こ
れらの方法では、電極を形成する際には結着剤も兼ねて
いる高分子電解質が存在せず、炭素粉末と高分子電解質
の分散状態を界面活性剤の効果をもちいて制御すること
はできないので、炭素粉末の凝集防止と高分子電解質の
分散を同時に行い水素イオンネットワークを形成するこ
とが不可能で、かつ緻密で平滑な塗膜が得られない。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-236123,
Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 9-180727 and 10-284086 disclose the use of a surfactant for a catalyst layer, and a method of impregnating a polymer electrolyte after mixing a surfactant to form a catalyst layer in advance. Alternatively, a method of impregnating or coating a polymer electrolyte after impregnating a surfactant formed on a catalyst layer formed in advance is disclosed, which is a method of easily permeating the polymer electrolyte into an electrode. In these methods, when forming an electrode, there is no polymer electrolyte also serving as a binder, and the dispersion state of the carbon powder and the polymer electrolyte cannot be controlled using the effect of the surfactant. Therefore, it is impossible to form a hydrogen ion network by simultaneously preventing aggregation of the carbon powder and dispersing the polymer electrolyte, and a dense and smooth coating film cannot be obtained.
【0022】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、燃料電池の触媒層における分子量電解質や炭素粉末
の分散性や結着剤を向上させるため、界面活性剤を最適
化することによって、製品や製造工程の安全性が高く、
製造工程での塗着量バラツキや塗着不良が少なく、低コ
ストで高い放電性能を持つ固体高分子型燃料電池、液体
燃料電池および電極を提供することを目的とするもので
ある。The present invention solves the above-mentioned conventional problems. In order to improve the dispersibility of a molecular weight electrolyte and carbon powder in a catalyst layer of a fuel cell and to improve a binder, a product is optimized by using a surfactant. And the safety of the manufacturing process is high,
It is an object of the present invention to provide a polymer electrolyte fuel cell, a liquid fuel cell, and an electrode that have less variation in the amount of coating and poor coating in a manufacturing process, and have low cost and high discharge performance.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに本発明の燃料電池は、水素イオン伝導性高分子電解
質膜と、前記水素イオン伝導性高分子電解質膜に接触し
た触媒層と前記触媒層に接触したガス拡散層とを積層し
た一対の電極と、前記電極の一方に燃料ガスを供給排出
し他方に酸化剤ガスを供給排出するガス流路を有する一
対の導電性セパレータとを具備した燃料電池において、
前記触媒層の少なくとも一方が、炭素粉末と界面活性剤
と高分子電解質とを含むことを特徴とする。To solve the above problems, a fuel cell according to the present invention comprises a hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane, a catalyst layer in contact with the hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane, and A pair of electrodes having a gas diffusion layer in contact with the catalyst layer and a pair of conductive separators having a gas flow path for supplying and discharging a fuel gas to one of the electrodes and supplying and discharging an oxidizing gas to the other of the electrodes. Fuel cell,
At least one of the catalyst layers contains carbon powder, a surfactant, and a polymer electrolyte.
【0024】また、本発明の燃料電池の製造方法は、触
媒層の少なくとも一方が炭素粉末と界面活性剤と高分子
電解質とを少なくとも含む混合物から作製されることを
特徴とする。Further, the method of manufacturing a fuel cell according to the present invention is characterized in that at least one of the catalyst layers is made of a mixture containing at least carbon powder, a surfactant and a polymer electrolyte.
【0025】このとき前記界面活性剤として下記式で表
されることが望ましい。At this time, the surfactant is desirably represented by the following formula.
【0026】[0026]
【化7】 Embedded image
【0027】また、別の方法として下記式で表される界
面活性剤を用いることが望ましい。As another method, it is desirable to use a surfactant represented by the following formula.
【0028】[0028]
【化8】 Embedded image
【0029】また、別の方法として下記式で表される界
面活性剤を用いることが望ましい。As another method, it is desirable to use a surfactant represented by the following formula.
【0030】[0030]
【化9】 Embedded image
【0031】[0031]
【化10】 Embedded image
【0032】さらに、別の方法として下記式で表される
界面活性剤を用いることが望ましい。Further, as another method, it is desirable to use a surfactant represented by the following formula.
【0033】[0033]
【化11】 Embedded image
【0034】上記分子式を満たす界面活性剤を用いるこ
とによって、高分子電解質や炭素粉末、その他の結着剤
が十分に分散され、高分子電解質や炭素粉末、その他の
結着剤が偏在することなく、十分な触媒の有効反応面積
を確保することが可能となり、かつ上記高分子電解質ア
イオノマー同士の結合により水素イオンネットワークを
形成することが可能となるために十分な水素イオン導電
率も確保できる。By using a surfactant that satisfies the above molecular formula, the polymer electrolyte, carbon powder, and other binders are sufficiently dispersed, and the polymer electrolyte, carbon powder, and other binders are not unevenly distributed. In addition, a sufficient effective reaction area of the catalyst can be ensured, and a sufficient hydrogen ion conductivity can be ensured because a hydrogen ion network can be formed by bonding between the polymer electrolyte ionomers.
【0035】また、高分子電解質や炭素粉末、結着剤の
混合溶液(以下、触媒層インク)の安定性が高く、塗
工、印刷などの製造プロセスにおいて、配管やポンプな
どに触媒層インクの目詰まりや濃度変化が少なく、塗着
量バラツキや塗着不良が低減し、結果的に電極の放電性
能が向上するという作用を有する。Further, the stability of a mixed solution of a polymer electrolyte, carbon powder, and a binder (hereinafter referred to as a catalyst layer ink) is high, and in a production process such as coating and printing, the catalyst layer ink is used for piping and pumps. It has the effect of reducing clogging and concentration change, reducing coating amount variation and coating failure, and consequently improving the discharge performance of the electrode.
【0036】また、従来、広く用いられている界面活性
剤のうち内分泌攪乱作用物質として疑われている物質の
多くがアルキルフェノール類に分類され、分子内にフェ
ノール基を持つ。これと比較して本発明はフェノール基
を含まないために内分泌攪乱作用が無く、混合、混練、
塗工、印刷などの製造プロセスにおいて、環境ホルモン
を含まないために製造工程における安全性が向上する。
また、安全性を確保するために界面活性剤の溶剤抽出処
理における廃液処理や熱処理装置でのスクラバー装置な
ど特別な処理工程、設備を必要としないため、製造コス
トが低減できる。さらに、最終製品に環境ホルモンが微
量に残存する恐れもないために製品の安全性が確保で
き、特別な廃棄処理の必要性がなくなるという作用を有
する。Further, among the surfactants that have hitherto been widely used, many of the substances suspected as endocrine disrupting substances are classified as alkylphenols and have a phenol group in the molecule. In contrast, the present invention has no endocrine disrupting action because it does not contain a phenol group, and can be mixed, kneaded,
In manufacturing processes such as coating and printing, safety is improved in the manufacturing process because environmental hormones are not contained.
Further, in order to ensure safety, no special processing steps or equipment such as waste liquid treatment in solvent extraction processing of a surfactant or a scrubber device in a heat treatment device are required, so that manufacturing costs can be reduced. Furthermore, since there is no possibility that trace amounts of environmental hormones remain in the final product, the safety of the product can be ensured, and the need for special disposal treatment is eliminated.
【0037】以上のように、本発明の構成により、結果
的に高い放電性能を持ち、かつ低コストな燃料電池が実
現できる。As described above, according to the configuration of the present invention, a fuel cell having high discharge performance and low cost can be realized.
【0038】[0038]
【実施例】《実施例1》炭素粉末であるアセチレンブラ
ック(電気化学工業(株)製のデンカブラック、粒径3
5nm)を、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)
の水性ディスパージョン(ダイキン工業(株)製のD
1)と混合し、乾燥重量としてPTFEを20重量%含
む撥水インクを調製した。このインクを、ガス拡散層の
基材となるカーボンペーパー(東レ(株)製のTGPH
060H)の上に塗布、含浸し、熱風乾燥機を用いて3
00℃で熱処理してガス拡散層を形成した。EXAMPLES Example 1 Acetylene black as carbon powder (Denka black manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK, particle size 3)
5 nm) with polytetrafluoroethylene (PTFE)
Aqueous dispersion (D made by Daikin Industries, Ltd.)
1) to prepare a water-repellent ink containing 20% by weight of PTFE as a dry weight. This ink is used as carbon paper (TGPH manufactured by Toray Industries, Inc.) as a base material of the gas diffusion layer.
060H), and impregnated with hot air drier.
Heat treatment was performed at 00 ° C. to form a gas diffusion layer.
【0039】一方、炭素粉末であるケッチェンブラック
(ケッチェンブラックインターナショナル(株)製のK
etjen Black EC:粒径30nm)上にP
t触媒を50重量%担持した触媒体66重量部を、水素
イオン伝導材かつ結着剤であるパーフルオロカーボンス
ルホン酸アイオノマー(米国Aldrich社製の5重
量%Nafion分散液)33重量部(高分子乾燥重
量)と下記式で表される界面活性剤を混合して触媒層を
形成した。On the other hand, Ketjen Black (Ketjen Black International K.K.)
etjen Black EC: particle size 30 nm)
66 parts by weight of a catalyst supporting 50% by weight of a t-catalyst were added to 33 parts by weight of a perfluorocarbon sulfonic acid ionomer (5% by weight Nafion dispersion manufactured by Aldrich, USA) as a hydrogen ion conductive material and a binder Weight) and a surfactant represented by the following formula were mixed to form a catalyst layer.
【0040】[0040]
【化12】 Embedded image
【0041】上述のようにして得たガス拡散層と触媒層
を、高分子電解質膜(米国Du Pont社のNafi
on112膜)の両面に接合し、図1に示す構造のME
A−aを作製した。The gas diffusion layer and the catalyst layer obtained as described above were combined with a polymer electrolyte membrane (Nafi of Du Pont, USA).
on112 film), and the ME having the structure shown in FIG.
A-a was prepared.
【0042】《実施例2》下記式で表される界面活性剤
を混合した他は実施例1と同様に触媒層を形成し、ガス
拡散層と触媒層を、高分子電解質膜(米国Du Pon
t社のNafion112膜)の両面に接合し、図1に
示す構造のMEA−bを作製した。Example 2 A catalyst layer was formed in the same manner as in Example 1 except that a surfactant represented by the following formula was mixed, and a gas diffusion layer and a catalyst layer were formed using a polymer electrolyte membrane (Du Pont, USA).
MEA-b having the structure shown in FIG.
【0043】[0043]
【化13】 Embedded image
【0044】《実施例3》下記式で表される界面活性剤
を混合した他は実施例1と同様に触媒層を形成し、ガス
拡散層と触媒層を、高分子電解質膜(米国Du Pon
t社のNafion112膜)の両面に接合し、図1に
示す構造のMEA−cを作製した。Example 3 A catalyst layer was formed in the same manner as in Example 1 except that a surfactant represented by the following formula was mixed. A gas diffusion layer and a catalyst layer were formed by using a polymer electrolyte membrane (Du Pont, USA).
MEA-c having the structure shown in FIG.
【0045】[0045]
【化14】 Embedded image
【0046】《実施例4》下記式で表される界面活性剤
を混合した他は実施例1と同様に触媒層を形成し、ガス
拡散層と触媒層を、高分子電解質膜(米国Du Pon
t社のNafion112膜)の両面に接合し、図1に
示す構造のMEA−dを作製した。Example 4 A catalyst layer was formed in the same manner as in Example 1 except that a surfactant represented by the following formula was mixed. A gas diffusion layer and a catalyst layer were formed by using a polymer electrolyte membrane (Du Pont, USA).
MEA-d having the structure shown in FIG.
【0047】[0047]
【化15】 Embedded image
【0048】《実施例5》下記式で表される界面活性剤
を混合した他は実施例1と同様に触媒層を形成し、ガス
拡散層と触媒層を、高分子電解質膜(米国Du Pon
t社のNafion112膜)の両面に接合し、図1に
示す構造のMEA−eを作製した。Example 5 A catalyst layer was formed in the same manner as in Example 1 except that a surfactant represented by the following formula was mixed. A gas diffusion layer and a catalyst layer were formed by using a polymer electrolyte membrane (Du Pont, USA).
MEA-e having the structure shown in FIG.
【0049】[0049]
【化16】 Embedded image
【0050】《比較例1》アセチレンブラック(電気化
学工業(株)製のデンカブラック)とPTFE水性ディ
スパージョン(ダイキン工業(株)製のD1)とを、乾
燥重量としてPTFEを20重量%含む撥水性インクを
調製し、ガス拡散層を構成するカーボンペーパー(東レ
(株)製のTGPH060H)上に塗布し、熱風乾燥機
を用いて、300℃で熱処理してガス拡散層を形成し
た。Comparative Example 1 Repellent containing acetylene black (Denka Black manufactured by Denki Kagaku Kogyo KK) and aqueous PTFE dispersion (D1 manufactured by Daikin Kogyo KK) containing 20% by weight of PTFE as a dry weight. A water-based ink was prepared, applied on carbon paper (TGPH060H manufactured by Toray Industries, Inc.) constituting the gas diffusion layer, and heat-treated at 300 ° C. using a hot air drier to form a gas diffusion layer.
【0051】一方、ケッチェンブラック(ケッチェンブ
ラックインターナショナル(株)製のKetjen B
lack EC)上にPt触媒を50重量%担持した触
媒体66重量部を、水素イオン伝導材かつ結着剤である
パーフルオロカーボンスルホン酸アイオノマー(米国A
ldrich社製の5重量%Nafion分散液)33
重量部と混合して成形し、触媒層を形成した。On the other hand, Ketjen Black (Ketjen B manufactured by Ketjen Black International Co., Ltd.)
and a perfluorocarbon sulfonic acid ionomer (US A) serving as a hydrogen ion conductive material and a binder.
5 wt% Nafion dispersion manufactured by ldrich) 33
The catalyst layer was formed by mixing with parts by weight and molding.
【0052】上述のようにして得たガス拡散層と触媒層
を、高分子電解質膜(米国Du Pont社のNafi
on112膜)の両面に接合し、図1に示す構造のME
A−xを作製した。The gas diffusion layer and the catalyst layer obtained as described above were combined with a polymer electrolyte membrane (Nafi of Du Pont, USA).
on112 film), and the ME having the structure shown in FIG.
Ax was prepared.
【0053】《実施例6〜10および比較例2》つぎ
に、以上のように作製したMEAの高分子電解質膜の外
周部にゴム製のガスケット板を接合し、冷却水と燃料ガ
スおよび酸化剤ガス流通用のマニホールド穴を成形し
た。<< Examples 6 to 10 and Comparative Example 2 >> Next, a rubber gasket plate was joined to the outer periphery of the polymer electrolyte membrane of the MEA manufactured as described above, and cooling water, fuel gas and oxidizing agent were joined. A manifold hole for gas distribution was formed.
【0054】20cm×32cm×1.3mmの外寸を
有し、かつ深さ0.5mmのガス流路および冷却水流路
を有する、フェノール樹脂を含浸した黒鉛板からなる導
電性セパレータ板を準備した。このセパレータ板を2枚
用い、MEAの一方の面に酸化剤ガス流路が成形された
セパレータ板を、裏面に燃料ガス流路が成形されたセパ
レータ板を重ね合わせて単電池を得た。A conductive separator plate made of a graphite plate impregnated with a phenol resin and having a gas flow path and a cooling water flow path having an outer dimension of 20 cm × 32 cm × 1.3 mm and a depth of 0.5 mm was prepared. . Using two of these separator plates, a unit cell was obtained by laminating a separator plate having an oxidizing gas channel formed on one surface of the MEA and a separator plate having a fuel gas channel formed on the back surface.
【0055】この単電池を2個積層し、冷却水路溝を成
形したセパレータ板で、溝がMEA側に位置するように
して挟み込んで2セル積層電池を得、このパターンを繰
り返して100セル積層電池(スタック)を作製した。
このとき、スタックの両端部には、ステンレス鋼製の集
電板、電気絶縁材料の絶縁板および端板を配置し、締結
ロッドで固定した。このときの締結圧はセパレータの面
積当たり15kgf/cm2とした。Two unit cells were stacked and sandwiched by a separator plate in which a cooling channel groove was formed so that the groove was positioned on the MEA side to obtain a two-cell stacked battery. This pattern was repeated to obtain a 100-cell stacked battery. (Stack) was prepared.
At this time, a current collector plate made of stainless steel, an insulating plate made of an electrically insulating material and an end plate were arranged at both ends of the stack, and were fixed with fastening rods. The fastening pressure at this time was 15 kgf / cm2 per area of the separator.
【0056】以上の方法で作製した燃料電池において、
それぞれMEA−a、MEA−b、MEA−c、MEA
−d、MEA−eまたはMEA−xを用いたものを、電
池A、電池B、電池C、電池D、電池Eおよび電池Xと
した。In the fuel cell manufactured by the above method,
MEA-a, MEA-b, MEA-c, MEA
Those using -d, MEA-e or MEA-x were referred to as Battery A, Battery B, Battery C, Battery D, Battery E, and Battery X.
【0057】[評価試験]以上の電池の燃料極に純水素
ガスを、空気極に空気をそれぞれ供給し、電池温度を7
5℃、燃料ガス利用率(Uf)を70%、空気利用率
(Uo)を40%とし、ガス加湿は燃料ガスを70℃、
空気を50℃のバブラーを通して行うことで、電池の放
電試験を行った。[Evaluation Test] Pure hydrogen gas was supplied to the fuel electrode of the above battery, and air was supplied to the air electrode.
5 ° C., fuel gas utilization rate (Uf) is 70%, air utilization rate (Uo) is 40%, and gas humidification is performed at 70 ° C.
The discharge test of the battery was performed by passing air through a bubbler at 50 ° C.
【0058】また、本発明の実施例および比較例の電池
の燃料極に、液体燃料の代表例として2mol/リット
ルのメタノール水溶液を温度60℃で供給し、電池温度
を75℃、空気利用率(Uo)を40%の条件で、空気
を50℃のバブラーを通して供給し、直接型メタノール
燃料電池としての電池の放電試験を行った。Further, a 2 mol / l aqueous methanol solution was supplied at a temperature of 60 ° C. as a typical example of liquid fuel to the fuel electrodes of the cells of the examples and comparative examples of the present invention, and the cell temperature was 75 ° C. and the air utilization rate ( Under a condition of Uo) of 40%, air was supplied through a bubbler at 50 ° C. to perform a discharge test of a cell as a direct methanol fuel cell.
【0059】図3に、本発明の実施例の電池A、B、
C、D、Eと比較例の電池Xの水素―空気型燃料電池と
しての寿命特性を示した。図3は、電池の作動時間とセ
ル(単電池)1個当たりの電圧との関係を示すグラフで
ある。FIG. 3 shows the batteries A, B, and B of the embodiment of the present invention.
The life characteristics of C, D, E and the battery X of the comparative example as a hydrogen-air fuel cell were shown. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the operation time of the battery and the voltage per cell (unit cell).
【0060】電流密度300mA/cm2における平均
単電池電圧は、電池A、B、C、D、EおよびXの初期
電圧は、それぞれ806mV、789mV、800m
V、768mV、762mVおよび721mVであっ
た。3000時間後の特性は、それぞれ798mV、7
71mV、773mV、765mV、743mVおよび
287mVであった。比較例である電池Xが434mV
劣化したのと比較して、実施例である電池A、B、C、
D、およびEは、それぞれ8mV、18mV、27m
V、3mVおよび19mVの低下にとどまった。The average cell voltage at a current density of 300 mA / cm 2 was as follows: The initial voltages of batteries A, B, C, D, E and X were 806 mV, 789 mV and 800 m, respectively.
V, 768 mV, 762 mV and 721 mV. The characteristics after 3000 hours were 798 mV and 7 mV, respectively.
71 mV, 773 mV, 765 mV, 743 mV and 287 mV. Battery X of the comparative example was 434 mV
The batteries A, B, C, and
D and E are 8 mV, 18 mV, and 27 m, respectively.
V, 3 mV and 19 mV.
【0061】このように上記分子式を満たす界面活性剤
を用いることによって、高分子電解質や炭素粉末、その
他の結着剤が十分に分散され、高分子電解質や炭素粉
末、その他の結着剤が偏在することなく、高分子電解質
の含水率の低下と炭素粉末の撥水性の低下が抑制され、
長時間にわたって水素イオン導電率とガス拡散能と生成
水の排出能が維持された結果である。また、十分な触媒
の有効反応面積を確保することが可能となり、かつ上記
高分子電解質アイオノマー同士の結合により水素イオン
ネットワークを形成することが可能となるために十分な
水素イオン導電率も確保でき、初期特性の向上にも効果
があった。As described above, by using a surfactant satisfying the above molecular formula, the polymer electrolyte, carbon powder, and other binders are sufficiently dispersed, and the polymer electrolyte, carbon powder, and other binders are unevenly distributed. Without reducing the water content of the polymer electrolyte and the water repellency of the carbon powder are suppressed,
This is a result of maintaining the hydrogen ion conductivity, gas diffusing ability, and generated water discharging ability for a long time. In addition, it is possible to secure a sufficient effective reaction area of the catalyst, and also to secure a sufficient hydrogen ion conductivity in order to be able to form a hydrogen ion network by bonding between the polymer electrolyte ionomers, It was also effective in improving the initial characteristics.
【0062】つぎに、図4に、本発明の実施例の電池
A、B、C、D、Eおよび比較例の電池Xの液体燃料電
池としての寿命特性を示した。図4は、電池の作動時間
とセル(単電池)1個当たりの電圧との関係を示すグラ
フである。ただし、液体燃料電池用のMEAは、負極の
触媒をケッチェンブラック(ケッチェンブラックインタ
ーナショナル(株)製のKetjen Black E
C)上にPt触媒を50重量%担持した触媒体から、ケ
ッチェンブラック(ケッチェンブラックインターナショ
ナル(株)製のKetjen Black EC)上に
Pt触媒を40重量%とRu触媒を20重量%担持した
触媒体に変更して試験した。Next, FIG. 4 shows the life characteristics of the batteries A, B, C, D and E of the example of the present invention and the battery X of the comparative example as a liquid fuel cell. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the operating time of the battery and the voltage per cell (unit cell). However, the MEA for a liquid fuel cell uses Ketjen Black (Ketjen Black E, manufactured by Ketjen Black International Co., Ltd.)
C) 40% by weight of a Pt catalyst and 20% by weight of a Ru catalyst were supported on Ketjen Black (Ketjen Black EC manufactured by Ketjen Black International) from a catalyst body having 50% by weight of a Pt catalyst supported thereon. The test was performed by changing to a catalyst body.
【0063】電流密度200mA/cm2における平均
単電池電圧は、電池A、B、C、D、EおよびXの初期
電圧は、それぞれ530mV、517mV、497m
V、522mV、479mVおよび410mVであっ
た。3000時間後の特性は、それぞれ506mV、4
86mV、462mV、492mV、446mVおよび
34mVであった。比較例である電池Xが376mV劣
化したのと比較して、実施例である電池A、B、C、D
およびEは、それぞれ24mV、31mV、35mV、
30mVおよび33mVの低下にとどまった。The average cell voltage at a current density of 200 mA / cm 2 was 530 mV, 517 mV, and 497 mV, respectively, for the initial voltages of batteries A, B, C, D, E and X.
V, 522 mV, 479 mV and 410 mV. The characteristics after 3000 hours are 506 mV, 4
86 mV, 462 mV, 492 mV, 446 mV and 34 mV. The batteries A, B, C, and D of the examples were compared with the battery X of the comparative example which was deteriorated by 376 mV.
And E are 24 mV, 31 mV, 35 mV,
The drop was only 30 mV and 33 mV.
【0064】このように、電極への金属酸化物添加の効
果が、液体燃料電池でも同様に発揮されることが確認で
きた。As described above, it was confirmed that the effect of adding the metal oxide to the electrode was similarly exhibited in the liquid fuel cell.
【0065】表1〜表5に、それぞれ本発明の実施例の
電池A、B、C、D、Eの水素―空気型燃料電池と液体
燃料電池としての1000時間後の単電池電圧特性を示
した。電流密度は、水素−空気型燃料電池の場合には2
50mA/cm2、液体燃料電池の場合には150mA
/cm2とした。Tables 1 to 5 show the cell voltage characteristics of the cells A, B, C, D and E of the present invention as hydrogen-air fuel cells and liquid fuel cells after 1000 hours, respectively. Was. The current density is 2 for a hydrogen-air fuel cell.
50 mA / cm2, 150 mA for liquid fuel cell
/ Cm2.
【0066】[0066]
【表1】 [Table 1]
【0067】[0067]
【表2】 [Table 2]
【0068】[0068]
【表3】 [Table 3]
【0069】[0069]
【表4】 [Table 4]
【0070】[0070]
【表5】 [Table 5]
【0071】水素−空気型燃料電池においてmおよびn
の値が実施例1〜5の範囲にある場合は、それぞれ75
0mV以上の特性を示したのと比較して、実施例の範囲
に無い場合にはそれぞれ650mV未満の特性を示し
た。また、液体燃料電池としてはmおよびnの値が実施
例の範囲にある場合は、それぞれ450mV以上の特性
を示したのと比較して、実施例1〜5の範囲に無い場合
にはそれぞれ300mV未満の特性を示した。In a hydrogen-air fuel cell, m and n
Are in the range of Examples 1 to 5, 75
Compared to the characteristics of 0 mV or more, each of the characteristics less than 650 mV was shown in the case of not being in the range of the example. When the values of m and n are within the range of the embodiment, the liquid fuel cell exhibited characteristics of 450 mV or more, respectively. Showed less than 30%.
【0072】したがって、それぞれの界面活性剤のmお
よびnの値が実施例1〜5の範囲にある場合において高
分子電解質や炭素粉末、その他の結着剤が十分に分散さ
れ、高分子電解質や炭素粉末、その他の結着剤が偏在す
ることなく、高分子電解質の含水率の低下と炭素粉末の
撥水性の低下が抑制され、長時間にわたって水素イオン
導電率とガス拡散能と生成水の排出能が維持されたと考
えられる。Therefore, when the values of m and n of each surfactant are in the range of Examples 1 to 5, the polymer electrolyte, carbon powder, and other binders are sufficiently dispersed, and the The carbon powder and other binders are not unevenly distributed, and the decrease in the water content of the polymer electrolyte and the decrease in the water repellency of the carbon powder are suppressed. It is considered that the performance was maintained.
【0073】なお、本実施例においては、燃料として水
素およびメタノールを用いたが、水素としては、炭酸ガ
ス、窒素および一酸化炭素などの不純物を含む燃料改質
水素を用いても同様の結果が得られた。また、メタノー
ルの代わりにエタノールおよびジメチルエーテル、エチ
レングリコールなどの液体燃料ならびにそれらの混合物
を用いても同様の結果が得られた。液体燃料はあらかじ
め蒸発させ、蒸気として供給してもよい。Although hydrogen and methanol were used as fuels in the present embodiment, similar results can be obtained by using fuel reformed hydrogen containing impurities such as carbon dioxide, nitrogen and carbon monoxide. Obtained. Similar results were obtained when liquid fuels such as ethanol, dimethyl ether, and ethylene glycol and mixtures thereof were used instead of methanol. The liquid fuel may be evaporated in advance and supplied as steam.
【0074】さらに、本実施例の構成は、実施例に示し
た炭素粉末やカーボンペーパーに限定されるものではな
く、バルカンXC−72やN330などの他のカーボン
ブラックやカーボンクロスを用いた場合にも効果があっ
た。Further, the structure of this embodiment is not limited to the carbon powder and carbon paper shown in the embodiment, but may be applied to the case where other carbon black or carbon cloth such as Vulcan XC-72 or N330 is used. Was also effective.
【0075】[0075]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、燃料電
池および電極において、金属酸化物によって電極の調湿
性能が最適化される。そして、前記触媒層およびガス拡
散層の撥水性を制御し、その経時劣化を抑制して、長期
にわたって高いガス拡散性と排水性を維持したより高い
性能を発揮する高分子電解質型燃料電池および液体燃料
電池ならびにこれらの電極を提供することができる。As described above, according to the present invention, in the fuel cell and the electrode, the humidity control performance of the electrode is optimized by the metal oxide. The polymer electrolyte fuel cell and the liquid exhibiting higher performance by controlling the water repellency of the catalyst layer and the gas diffusion layer, suppressing the deterioration over time, and maintaining high gas diffusion and drainage for a long period of time. Fuel cells as well as these electrodes can be provided.
【0076】なお、高分子電解質膜と電極との接合体
(MEA)は、酸素、オゾンおよび水素などのガス発生
器およびガス精製器ならびに酸素センサおよびアルコー
ルセンサなどのガスセンサーへの応用することも可能で
ある。The assembly (MEA) of the polymer electrolyte membrane and the electrode can be applied to a gas generator and a gas purifier for oxygen, ozone and hydrogen, and a gas sensor such as an oxygen sensor and an alcohol sensor. It is possible.
【図1】高分子電解質型燃料電池の構成要素であるME
Aの構成を示す概略断面図FIG. 1 shows ME as a component of a polymer electrolyte fuel cell.
Schematic sectional view showing the configuration of A
【図2】高分子電解質型燃料電池の構成要素である単電
池の構成を示す概略断面図FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a unit cell which is a constituent element of a polymer electrolyte fuel cell.
【図3】本発明の実施例および比較例の高分子電解質型
燃料電池の電圧―作動時間特性を示すグラフFIG. 3 is a graph showing the voltage-operating time characteristics of the polymer electrolyte fuel cells of Examples and Comparative Examples of the present invention.
【図4】本発明の実施例および比較例の液体燃料電池の
電圧―作動時間特性を示すグラフFIG. 4 is a graph showing voltage-operating time characteristics of the liquid fuel cells of Examples and Comparative Examples of the present invention.
11 高分子電解質膜 12 触媒層 13 ガス拡散層 14 電極 15 MEA 21 セパレータ板 22 ガス流路 23 単電池 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Polymer electrolyte membrane 12 Catalyst layer 13 Gas diffusion layer 14 Electrode 15 MEA 21 Separator plate 22 Gas flow path 23 Single cell
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 昭彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H018 AA06 AA07 AS02 AS03 BB01 BB05 BB06 BB08 BB12 CC06 DD06 DD08 EE03 EE08 EE17 EE18 EE19 HH00 5H026 AA06 AA08 BB08 CC03 CX03 CX05 EE05 EE18 HH00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Akihiko Yoshida 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F term (reference) 5H018 AA06 AA07 AS02 AS03 BB01 BB05 BB06 BB08 BB12 CC06 DD06 DD08 EE03 EE08 EE17 EE18 EE19 HH00 5H026 AA06 AA08 BB08 CC03 CX03 CX05 EE05 EE18 HH00
Claims (7)
記水素イオン伝導性高分子電解質膜に接触した触媒層と
前記触媒層に接触したガス拡散層とを積層した一対の電
極と、前記電極の一方に燃料ガスを供給排出し他方に酸
化剤ガスを供給排出するガス流路を有する一対の導電性
セパレータとを具備した燃料電池において、前記触媒層
の少なくとも一方が、炭素粉末と界面活性剤と高分子電
解質とを含むことを特徴とする燃料電池。1. A pair of electrodes comprising a hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane, a catalyst layer in contact with the hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane, and a gas diffusion layer in contact with the catalyst layer, and the electrode And a pair of conductive separators having a gas flow path for supplying and discharging a fuel gas to one of them and supplying and discharging an oxidizing gas to the other, wherein at least one of the catalyst layers comprises carbon powder and a surfactant. And a polymer electrolyte.
記水素イオン伝導性高分子電解質膜に接触した触媒層
と、前記触媒層に接触したガス拡散層とを積層した一対
の電極と、前記電極の一方に燃料ガスを供給排出し他方
に酸化剤ガスを供給排出するガス流路を有する一対の導
電性セパレータとを具備した燃料電池において、前記触
媒層の少なくとも一方が、炭素粉末と界面活性剤と高分
子電解質とを少なくとも含む混合物から作製されること
を特徴とする燃料電池の製造方法。2. A pair of electrodes comprising a hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane, a catalyst layer in contact with the hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane, and a gas diffusion layer in contact with the catalyst layer. In a fuel cell comprising a pair of conductive separators having a gas flow path for supplying and discharging fuel gas to one of the electrodes and supplying and discharging an oxidizing gas to the other, at least one of the catalyst layers has a surface activity of carbon powder. A method for producing a fuel cell, comprising a mixture containing at least an agent and a polymer electrolyte.
とを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池。 【化1】 3. The fuel cell according to claim 1, wherein the surfactant is represented by the following formula. Embedded image
とを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池。 【化2】 4. The fuel cell according to claim 1, wherein the surfactant is represented by the following formula. Embedded image
とを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池。 【化3】 5. The fuel cell according to claim 1, wherein the surfactant is represented by the following formula. Embedded image
とを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池。 【化4】 6. The fuel cell according to claim 1, wherein the surfactant is represented by the following formula. Embedded image
とを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池。 【化5】 7. The fuel cell according to claim 1, wherein the surfactant is represented by the following formula. Embedded image
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JP2001139766A JP2002343367A (en) | 2001-05-10 | 2001-05-10 | Fuel cell and its manufacturing method |
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JP2001139766A JP2002343367A (en) | 2001-05-10 | 2001-05-10 | Fuel cell and its manufacturing method |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003100891A1 (en) * | 2002-05-28 | 2003-12-04 | Nec Corporation | Fuel cell-use catalyst electrode and fuel cell having this catalyst electrode, and production methods therefor |
JP2007179858A (en) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Dainippon Printing Co Ltd | Paste composition for forming catalyst layer and catalyst layer transfer sheet using it |
-
2001
- 2001-05-10 JP JP2001139766A patent/JP2002343367A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2003100891A1 (en) * | 2002-05-28 | 2003-12-04 | Nec Corporation | Fuel cell-use catalyst electrode and fuel cell having this catalyst electrode, and production methods therefor |
JP2007179858A (en) * | 2005-12-27 | 2007-07-12 | Dainippon Printing Co Ltd | Paste composition for forming catalyst layer and catalyst layer transfer sheet using it |
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