JP2004235034A

JP2004235034A - 高分子電解質型燃料電池およびそのセパレータ板の製造方法

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Publication number: JP2004235034A
Application number: JP2003022550A
Authority: JP
Inventors: Kiichi Shibata; 礎一柴田; Mitsuru Harada; 充原田; Kazunori Menya; 和則面屋; Takayuki Urata; ▲隆▼行浦田; Nobunori Hase; 伸啓長谷; Hiroki Kusakabe; 弘樹日下部; Hideo Obara; 英夫小原; Koichi Ito; 浩一伊藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】導電性炭素粉末とバインダー樹脂を原料にして成形加工したセパレータ板は、バインダーである樹脂より溶出するイオンあるいは有機物により、電極の白金族金属触媒の触媒能や高分子電解質膜のイオン導電性を低下させる。本発明は、そのような溶出を抑制して、長期運転における特性の低下がない高分子電解質型燃料電池を提供する。
【解決手段】溶出成分を捕捉する機能を持つトラッピング剤をセパレータ板の中に添加、あるいは表面に塗布することで電池特性に悪影響を与える成分の溶出を防ぐ。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポータブル電源、電気自動車用電源、家庭内コージェネレーションシステム等に使用される高分子電解質を用いた燃料電池及びその導電性セパレータ板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、空気など酸素を含有する燃料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ものである。この燃料電池は、基本的には、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜、および高分子電解質膜の両面に配置された一対の電極からなる。電極は、白金族金属触媒を担持した導電性カーボン粉末を主成分とする触媒層、およびこの触媒層の外面に形成された、通気性と電子導電性を併せ持つ、例えば撥水処理を施したカーボンペーパーからなるガス拡散層から構成される。
供給するガスが外にリークしたり、燃料ガスと酸化剤ガスとが互いに混合したりしないように、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、電極及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る。これをＭＥＡ（電解質膜−電極接合体）と呼ぶ。ＭＥＡの外側には、これを機械的に固定するとともに、隣接したＭＥＡを互いに電気的に直列に接続するための導電性のセパレータ板が配置される。セパレータ板のＭＥＡ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、セパレータ板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。
これらのＭＥＡとセパレータ板を交互に重ねていき、１０〜２００セル積層した後、集電板と絶縁板を介して端板でこれを挟み、締結ボルトで両端から固定するのが一般的な積層電池の構造である。
【０００３】
このような高分子電解質型燃料電池に用いるセパレータ板は、導電性が高く、かつ反応ガスに対して高い気密性を持ち、さらに水素／酸素を酸化還元する際の反応に対して高い耐食性、即ち耐酸性を持つ必要がある。このような理由で従来のセパレータ板は、グラッシーカーボン板の表面に切削加工でガス流路を形成する方法や、特許文献１および２に記載されているように、導電性炭素粉末に対してフェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂をバインダーとして添加したものを、樹脂が黒鉛化しない温度で加熱圧縮成型やトランスファー成形、射出成型する方法により製造している。
【０００４】
セパレータ板をグラッシーカーボン板の切削で作る従来の方法では、グラッシーカーボン板の材料コストそのものが高い上に、これを切削するためのコストを引き下げることも困難である。また、バインダーとしてフェノール樹脂やエポキシ樹脂といった熱硬化性樹脂を添加した導電性炭素粉末を成形する方法では、樹脂の種類や添加量を最適化することにより、燃料電池のセパレータ板として必要な導電性や物理的強度を付与することが可能である。また、圧縮成型やトランスファー成形、射出成形といった製造方法は、切削に比べ生産速度が速く、硬化剤や硬化促進剤の添加により硬化時間の短縮が可能であるなど、量産性の面でも優れている。
【０００５】
しかしながら、バインダーとして樹脂を含むセパレータ板は、高温の水蒸気に長時間さらされると、樹脂成分に含まれる官能基や未反応基が遊離あるいは分解され、イオンの形で溶出することが知られている。例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂は、その製造過程で未反応部分にクロロ基を持つため、硬化後の樹脂より塩化物イオンが溶出し、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂からは臭化物イオンが溶出する。また、量産性を高めるために必要な硬化剤や硬化促進剤には一般的にアミン系の化合物が用いられており、硬化後の樹脂より、アンモニアあるいはアンモニウムイオンが溶出する。また、特許文献３に記載されているように、ノボラック型のフェノール樹脂においても、燃料電池の運転時に遊離フェノールやホルマリン、アンモニア、硬化剤などのイオン及び有機物の溶出が起こる。
【０００６】
このようなセパレータ板より溶出するイオンあるいは有機物は、燃料電池に用いられている白金族金属触媒の触媒能や高分子電解質膜のイオン導電性を低下させるため、たとえ少量の溶出であっても長期間の運転の中で蓄積し、燃料電池の性能を損なうことになる。
バインダー樹脂としては、熱可塑性樹脂を用いるものもあり、例えばポリビニルクロライド樹脂からは塩化物イオンが溶出して金属触媒表面に吸着するなどの不都合を生じさせる。
【特許文献１】
特開昭６０−２４６５６８号公報
【特許文献２】
特開平９−５０５００２号公報
【特許文献３】
特開２００２−８６７６号公報
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑み、バインダー樹脂より電極や高分子電解質に有害なイオンや有機物が溶出するのを抑制して、長期運転における特性の低下がない高分子電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
本発明は、またそのようなセパレータ板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため本発明の高分子電解質型燃料電池は、水素イオン伝導性高分子電解質膜、前記水素イオン伝導性高分子電解質膜の両面に配置した一対の電極、および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板を具備する高分子電解質型燃料電池であって、前記導電性セパレータ板は、主材料の導電性炭素粒子、およびバインダー樹脂よりなり、さらにアニオン及びカチオンの少なくとも一方を捕捉する機能を有する材料を含んでいることを特徴とする。
ここに用いる前記アニオン及びカチオンの少なくとも一方を捕捉する機能を有する材料は、有機イオン交換体、無機イオン交換体、有機吸着体、または無機吸着体からなり、粒径０．１μｍ〜１０μｍの粒子が５０％以上となる粒度分布を有し、かつ前記樹脂１００質量部に対し、１〜１０質量部であることが好ましい。
【０００８】
本発明は、水素イオン伝導性高分子電解質膜、前記水素イオン伝導性高分子電解質膜の両面に配置した一対の電極、および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板を具備する高分子電解質型燃料電池であって、前記導電性セパレータ板は、主材料である導電性炭素粒子およびバインダー樹脂よりなり、その表面に、アニオン及びカチオンの少なくとも一方を捕捉する機能を有する材料の塗膜を有する高分子電解質型燃料電池を提供する。
前記塗膜の厚みは、１μｍ〜５０μｍであることが好ましい。
本発明は、導電性炭素粒子、バインダー樹脂、並びにアニオン及びカチオンの少なくとも一方を捕捉する機能を有する材料を混合した混合物を、圧縮成型、射出成型またはトランスファー成型することを特徴とする高分子電解質型燃料電池用セパレータ板の製造方法をも提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の要点は、高分子電解質型燃料電池の構成要素である、導電性炭素粉末を主成分とし、バインダー樹脂を含む導電性セパレータ板に、トラッピング剤を添加または表面に塗布することで、電池特性の低下を引き起こすイオン性溶出物の溶出量を抑制する点にある。
本発明による導電性セパレータ板を用いた燃料電池は、長期間の運転において高い電池特性を維持することができる。
【００１０】
ここに用いるトラッピング剤は、粒径０．１μｍ〜１０μｍの粒子が５０％以上を占める粒度分布を有するものとすることで、重量当たりの表面積が増加し、対象となる溶出イオンとの接触機会が増えるため、少ない添加量で高い捕捉能力を得ることが可能となる。また、添加量をバインダー樹脂１００重量部に対し１〜１０重量部の添加量とすることで、添加による導電性の低下を無視できる程度に抑制することができる。
トラッピング剤をセパレータ板の表面に塗布する場合、トラッピング剤の膜厚が１μｍ未満であると、溶出成分を十分に捕捉することができずに十分な効果が得られず、５０μｍを超えるとガス拡散層とセパレータ板間の電子移動における抵抗となるため、電池特性の低下を引き起こしてしまう。したがって、前述したセパレータ板における表面塗布層は、厚みが１μｍ〜５０μｍであることが望ましい。
【００１１】
本発明に用いるトラッピング剤のうち、有機イオン交換体としては、スチレン系またはアクリル系の樹脂を基体として、４級アンモニウム、３級アミン、２−ヒドロキシプルピルアミノ基、トリエチルアミノ基、ジエチルアミノエチル基、エピクロロヒドリントリエタノールアミン、ｐ−アミノベンジル基などを交換基として持つ陰イオン交換樹脂がある。また、スチレン系、メタクリル酸系またはアクリル酸系の樹脂を基体として、スルホン酸、カルボン酸、スルホエチル基、ホスホメチル基、スルホン酸、フェノール、リン酸基、カルボキシメロキシプルアミノ基、トリメチルアミノ基などを交換基として持つ陽イオン交換樹脂や、スチレン系の樹脂を基体として陽イオン交換基と陰イオン交換基の両官能基を持つ交換樹脂などが挙げられる。また、無機イオン交換体としては、シャバサイト、モルデナイト、フォージャサイトなどのゼオライト系や、アンチモン酸リチウムなどのアンチモン系、水酸化リン酸鉛、合成アルミノケイ酸塩、ハイドロタルサイトなどの無機イオン交換体などが挙げられる。また、有機吸着体としては、スチレンージビニルベンゼン、メタクリル酸エステル、ビニルピリジンなどが挙げられる。無機吸着体としては、シリカゲルなどが挙げられる。
上記のカチオンもしくはアニオンまたは両方を捕捉する機能を有する材料は、これらの中で１種類を単独で、または２種以上を組合せて用いることができる。
【００１２】
導電性炭素粉末としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛、メソフェーズカーボン、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、グラッシーカーボンなどを挙げることができるが、特に限定されない。さらに、導電助剤として、カーボンナノチューブなどの繊維状カーボンフィラーや、例えば、銀、銅、アルミニウム、鉄、ニッケル、鉛、すず、チタン、亜鉛、タングステン、コバルト、モリブデンなどまたはそれらの合金などの金属フィラーを添加してもよい。
【００１３】
バインダーの熱硬化性樹脂としては、尿素樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂などのアミノ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂環型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ハロゲン化ビスフェノール型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂、レゾール型、ノボラック型などのフェノール樹脂、およびポリイミド樹脂が好ましく、単独で用いても、２種以上を混合して使用しても良い。エポキシ樹脂を使用する場合、エポキシ希釈剤としてスチレンオキシド、ブチルグリシジルエーテルなどのアルコールのグリシジルエーテル、カルボン酸のグリシジルエステルなど、さらにグリシドキシプロピルトリメトキシシランなどのシラン類を適宜添加しも良い。硬化剤、硬化触媒としては、アミン、ポリアミン、アミンアダクト、アミン塩、ポリアミド、イミダゾール誘導体、シジアンジアミド、尿素化合物、メラミン誘導体、ルイス酸塩、ケチミン、酸ヒドラジド、酸無水物、ポリチオール、スルフィド誘導体、フェノール樹脂、アミノ樹脂などを用いても良い。また、強度・靱性などの物性調整を目的として、例えば、ポリブタジエン、ポリクロロプレン、ポリニトリルブタジエンなどのゴム類、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリ塩化ビニル、セルロース類、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などを適宜配合しても良い。
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルスルフォン、ポリカーボネート、ポリオキサメチレン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルクロライド、フッ素樹脂、ポリフェニルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリメチルベンデンなどを用いることができる。
【００１４】
次に、以下の実施例に用いたＭＥＡおよびセパレータ板の構造について説明する。
図１は、ＭＥＡの構成を示す縦断面図である。１１はカーボンペーパーやカーボン不織布からなる拡散層、１２はその片面に形成した触媒層であり、両者を併せて電極１３と呼ぶ。この一対の電極により高分子電解質膜１４を挟んでＭＥＡ１５が構成される。
【００１５】
図２はセパレータ板をカソード側から見た正面図であり、図３はその背面図で、アノード側から見た正面図である。このセパレータ板２０は、カソード側セパレータ板とアノード側セパレータ板とを兼ねている。セパレータ板２０は、一方の端部に、酸化剤ガスの入り口側マニホールド孔２３ａ、燃料ガスの入り口側マニホールド孔２４ａおよび冷却水の入り口側マニホールド孔２５ａを有し、他方の端部に、酸化剤ガスの出口側マニホールド孔２３ｂ、燃料ガスの出口側マニホールド孔２４ｂおよび冷却水の出口側マニホールド孔２５ｂを有する。セパレータ板２０のカソードと対向する面には、マニホールド孔２３ａから２３ｂに連なる溝２６が形成され、この溝内には中央を仕切るリブ２７と複数の平行するガス流路２９を形成するためのリブ群２８が設けてある。
一方、セパレータ板２０のアノードと対向する面には、マニホールド孔２４ａから２４ｂに連なる溝３０が形成され、この溝内には中央を仕切るリブ３１と複数の平行するガス流路３３を形成するためのリブ群３２が設けてある。
ここに示したセパレータ板２０は、単電池間に挿入されるものであり、単電池を複数個積層した積層電池の端部に位置するカソード側のセパレータ板は、一方の面には図２のようなガス流路を有するが、他方の面は平面である。また、積層電池の端部に位置するアノード側のセパレータ板は、図３のようなガス流路を有するが、他方の面は平面である。
【００１６】
図４はセパレータ板の冷却水の流路を有する面側の正面図である。このセパレータ板４１は、セパレータ板２０と同様に、一方の端部に、酸化剤ガスの入り口側マニホールド孔４３ａ、燃料ガスの入り口側マニホールド孔４４ａおよび冷却水の入り口側マニホールド孔４５ａを有し、他方の端部に、酸化剤ガスの出口側マニホールド孔４３ｂ、燃料ガスの出口側マニホールド孔４４ｂおよび冷却水の出口側マニホールド孔４５ｂを有する。セパレータ板４１の一方の表面には、マニホールド孔４４ａから４４ｂに連なる、冷却水の流路を形成する溝４６が形成され、この溝内には複数の円形のリブ４７が設けてある。
このセパレータ板４１は、その一対を、冷却水の流路４６を有する面を対向させて接合し、両者間に冷却水を流す冷却部を構成する。そして、一方のセパレータ板の裏面には酸化剤ガスの流路を形成し、他方のセパレータ板の裏面には燃料ガスの流路を形成する。
【００１７】
図５はＭＥＡの正面図である。ＭＥＡ５０は、高分子電解質膜５１とこれを挟む電極５２からなり、高分子電解質膜５１には、一方の端部に、酸化剤ガスの入り口側マニホールド孔５３ａ、燃料ガスの入り口側マニホールド孔５４ａおよび冷却水の入り口側マニホールド孔５５ａを有し、他方の端部に、酸化剤ガスの出口側マニホールド孔５３ｂ、燃料ガスの出口側マニホールド孔５４ｂおよび冷却水の出口側マニホールド孔５５ｂを有する。
【００１８】
以下に示す実施例においては、図５に示すＭＥＡ５０をセパレータ板２０を介して積層し、２セル毎に上記の冷却部を形成する一対のセパレータ板４１を挿入して１００セルを積層した。そして、電極５２の周囲を囲むように、高分子電解質膜５１と導電性セパレータ板との間には、酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却水のための各一対のマニホールド孔を設けたガスケットを介在させた。
【００１９】
【実施例】
以下、実施例および比較例を示し、本発明を具体的に説明する。
《実施例１〜５、比較例１〜６》
まず、触媒層を有する電極の作製方法を説明する。アセチレンブラック粉末に、平均粒径約３０Åの白金粒子を２５重量％担持したものを電極の触媒とした。この触媒粉末のイソプロパノ−ル分散液と、パーフルオロカーボンスルホン酸粉末のエチルアルコール分散液を混合してペースト状のインクを調製した。
一方、電極の支持体になる、外寸８ｃｍ×１０ｃｍ、厚み３６０μｍのカーボン不織布（東レ（株）製、ＴＧＰ−Ｈ−１２０）を、フッ素樹脂の水性ディスパージョン（ダイキン工業（株）製、ネオフロンＮＤ１）に浸漬した後乾燥し、４００℃で３０分加熱することで、撥水性を与えた。このカーボン不織布の一方の面に、前記のインクをスクリーン印刷法を用いて塗布することで触媒層を形成した。このとき、触媒層の一部は、カーボン不織布の中に埋まり込んでいた。このようにして作製した触媒層とカーボン不織布とを合わせて電極とした。電極中に含まれる白金量は０．５ｍｇ／ｃｍ^２、パーフルオロカーボンスルホン酸の量は１．２ｍｇ／ｃｍ^２となるよう調整した。
次に、外寸が１０ｃｍ×２０ｃｍのプロトン伝導性高分子電解質膜の裏表両面に、一対の電極を触媒層が電解質膜の側に接するようにホットプレスで接合し、これを電解質膜電極接合体（ＭＥＡ）とした。ここでは、プロトン伝導性高分子電解質膜として、パーフルオロカーボンスルホン酸を５０μｍの厚みに薄膜化したものを用いた。
【００２０】
次に、本発明のポイントであるトラッピング剤を含む導電性セパレータ板について説明する。
表１および表２の組成（表中の各材料の数値の単位は重量部）の原料をニーダーで混合し、押出成形することにより３ｍｍφ×５ｍｍのペレットを作製した。これを、セパレータ板を成形するための金型を備えた射出成型機を用いて下記の成形条件で射出成形を行い、セパレータ板を製作した。ただし、実施例５および比較例５については、ペレットの流動性が不足したため、射出成形による製造ができなかったので、下記の成形条件で圧縮成形を行った。
【００２１】
［成型条件］
１）射出成形
シリンダ温度：９０℃
射出圧力：１８０ＭＰａ
射出時間：１０ｓｅｃ
金型温度：１８０℃
硬化時間：６０ｓｅｃ
２）圧縮成形
成型圧力：１９０ＭＰａ
成形温度：１８０℃
成形時間：３００ｓｅｃ
【００２２】
【表１】

【００２３】
【表２】

【００２４】
表１および２において、※１はジルコニウム系陽イオン交換体（東亞合成（株）製ＩＸＥ−１００）、※２はジルコニウム系陰イオン交換体（東亞合成（株）製ＩＸＥ−８００）、※３はアンチモン・ビスマス系両イオン交換体（東亞合成（株）製ＩＸＥ−６００）、※４は旭硝子（株）製ＳＵＮＳＰＨＥＲＥ（ｒ）Ｈ−３１をふるいにて分級したもの、※５は旭硝子（株）製ＳＵＮＳＰＨＥＲＥ（ｒ）Ｈ−１２１をふるいにて分級したものである。
【００２５】
以上のようにして、図２および図３に示した構造の導電性セパレータ板２０、および図４に示した冷却水の流路を有するセパレータ板４１を作製した。セパレータ板２０の大きさは１０ｃｍ×２０ｃｍ、厚さは４ｍｍであり、溝２６および３０の深さは１．５ｍｍ、リブ２８および３２の幅は１ｍｍ、これらリブ間のガス流路２９および３３の幅は２ｍｍである。
セパレータ板４１は、セパレータ板２０と同じ大きさであり、冷却水の流路となる溝４６の深さは１．５ｍｍである。
次に、上記で作製したＭＥＡの水素イオン伝導性高分子電解質膜に、図５のように、酸化剤ガス、燃料ガス及び冷却水流通用のマニホールド孔を形成した。このＭＥＡ１００個に前記の導電性セパレータ板２０および４１を組み合わせて電池スタックを組み立てた。電池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、および端板を重ね合わせ、これらを締結ロッドで固定した。この時の締結圧はセパレータ板の面積当たり１０ｋｇｆ／ｃｍ^２とした。また、イオン等の溶出がない比較例のセパレータ板として、上記と同じ大きさと厚さのグラッシーカーボン板に、切削加工によりガス流路を形成したものを比較例６とした。
【００２６】
このように作製した実施例１〜５および比較例１〜６の高分子電解質型燃料電池を、８５℃に保持し、アノードに８３℃の露点となるよう加湿・加温した水素ガスを、カソードに７８℃の露点となるように加湿・加温した空気をそれぞれ供給した。その結果、電流を外部に出力しない無負荷時には、９６Ｖの電池開放電圧を得た。
この電池を燃料利用率８０％、酸素利用率５０％、電流密度０．７Ａ／ｃｍ^２の条件で連続発電試験を行い、発電開始２４時間経過後の平均電圧および８０００時間経過後の平均電圧を計測した。その結果を表３に示す。
【００２７】
【表３】

【００２８】
実施例１〜５の電池の電圧変化は比較例１〜５に比べ小さく、また、比較例６と同等であり、適切な粒径のトラッピング剤を適量添加することにより電池特性改善の効果が確認された。
【００２９】
《実施例６〜７、比較例７〜８》
ＭＥＡは、前記の実施例と同じものとした。
セパレータ板は、比較例５のセパレータ板に、トラッピング剤としてのパーフルオロカーボンスルホン酸粉末のエチルアルコール分散液を、スプレーを用いて塗布し、８０℃の高温槽で３０分間乾燥させた。この作業を数回繰り返し、表４に示すように、各種膜厚のトラッピング剤の塗膜を有するセパレータ板を調製した。
【００３０】
【表４】

【００３１】
これらのセパレータ板を用いて前記実施例と同様にして１００セル積層の電池スタックを組み立てた。このように作製した実施例６〜７および比較例７〜８の高分子電解質型燃料電池を、前記実施例と同条件で作動させたところ、電流を外部に出力しない無負荷時には、９６Ｖの電池開放電圧を得た。次に、これらの電池の連続発電試験を行い、発電開始２４時間経過後の平均電圧および８０００時間経過後の平均電圧を計測した。その結果を表５に示す。
【００３２】
【表５】

【００３３】
実施例６〜７の電池の電圧変化は比較例７、８に比べ小さく、また、表４の比較例６と同等であり、トラッピング剤を適切な膜厚となるように塗布することにより電池特性の改善効果が確認された。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、バインダー樹脂より溶出する成分による長期間運転における電池性能の低下を防ぐことが可能となる。これにより、安価でかつ加工性、成形性に優れた樹脂を材料としたセパレータ板を製造することが可能となり、燃料電池のセパレータ板の生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における燃料電池のＭＥＡの構成を示す要部の縦断面図である。
【図２】本発明の実施例の燃料電池に用いたセパレータ板のカソード側から見た正面図である。
【図３】同セパレータ板の背面図である。
【図４】本発明の実施例の燃料電池に用いた他のセパレータ板の正面図である。
【図５】本発明の実施例の燃料電池に用いたＭＥＡシートの正面図である。
【符号の説明】
１１拡散層
１２触媒層
１３電極
１４水素イオン伝導性高分子電解質膜
１５、５０ＭＥＡ
２０、４１セパレータ板
２３ａ、２３ｂ、４３ａ、４３ｂ、５３ａ、５３ｂ酸化剤ガスのマニホールド孔
２４ａ、２４ｂ、４４ａ、４４ｂ、５４ａ、５４ｂ燃料ガスのマニホ−ルド孔
２５ａ、２５ｂ、４５ａ，４５ｂ、５５ａ、５５ｂ冷却水のマニホ−ルド孔
２６、２９、３０、３３ガス流路用溝
４６冷却水の流路

Claims

水素イオン伝導性高分子電解質膜、前記水素イオン伝導性高分子電解質膜の両面に配置した一対の電極、および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板を具備する高分子電解質型燃料電池であって、前記導電性セパレータ板は、主材料の導電性炭素粒子、およびバインダー樹脂よりなり、さらにアニオン及びカチオンの少なくとも一方を捕捉する機能を有する材料を含んでいることを特徴とする高分子電解質型燃料電池。
前記アニオン及びカチオンの少なくとも一方を捕捉する機能を有する材料が、有機イオン交換体、無機イオン交換体、有機吸着体、または無機吸着体からなり、粒径０．１μｍ〜１０μｍの粒子が５０％以上となる粒度分布を有し、かつ前記樹脂１００質量部に対し、１〜１０質量部である請求項１記載の高分子電解質型燃料電池。
水素イオン伝導性高分子電解質膜、前記水素イオン伝導性高分子電解質膜の両面に配置した一対の電極、および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板を具備する高分子電解質型燃料電池であって、前記導電性セパレータ板は、主材料である導電性炭素粒子およびバインダー樹脂よりなり、その表面に、アニオン及びカチオンの少なくとも一方を捕捉する機能を有する材料の塗膜を有することを特徴とする高分子電解質型燃料電池。
前記塗膜の厚みが１μｍ〜５０μｍである請求項３記載の高分子電解質型燃料電池。
導電性炭素粒子、バインダー樹脂、並びにアニオン及びカチオンの少なくとも一方を捕捉する機能を有する材料を混合した混合物を、圧縮成型、射出成型またはトランスファー成型することを特徴とする高分子電解質型燃料電池用セパレータ板の製造方法。