JPH05174845A - 高分子電解質型燃料電池及びその製造法 - Google Patents
高分子電解質型燃料電池及びその製造法Info
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- JPH05174845A JPH05174845A JP3339119A JP33911991A JPH05174845A JP H05174845 A JPH05174845 A JP H05174845A JP 3339119 A JP3339119 A JP 3339119A JP 33911991 A JP33911991 A JP 33911991A JP H05174845 A JPH05174845 A JP H05174845A
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Classifications
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 イオン交換膜、該イオン交換膜の両側に配置
されたガス拡散電極、該ガス拡散電極の外側に配置され
た集電体を含んでなる高分子電解質型燃料電池におい
て、イオン交換膜の周辺部を樹脂膜により補強する。 【効果】 燃料ガス中に酸素ガスが混入した場合におい
て、イオン交換膜の損傷を防止し、またガスケットで締
め付けを行なう場合、ガスケット近傍でのイオン交換膜
の破損が防止できる。
されたガス拡散電極、該ガス拡散電極の外側に配置され
た集電体を含んでなる高分子電解質型燃料電池におい
て、イオン交換膜の周辺部を樹脂膜により補強する。 【効果】 燃料ガス中に酸素ガスが混入した場合におい
て、イオン交換膜の損傷を防止し、またガスケットで締
め付けを行なう場合、ガスケット近傍でのイオン交換膜
の破損が防止できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高分子電解質型燃料電
池およびその製造法に関し、更に詳しくはイオン交換膜
を樹脂膜により補強した高分子電解質型燃料電池および
その製造法に関する。
池およびその製造法に関し、更に詳しくはイオン交換膜
を樹脂膜により補強した高分子電解質型燃料電池および
その製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高分子電解質型燃料電池のセル構造とし
て、従来、ジャーナル・オブ・パワー・ソーシズ (Ｊou
rnal of Ｐower Ｓources, ２９ (１９９０）３６７〜
３８７に示されているように、イオン交換膜 (メンブレ
ン）２０１を図２のように直接ガスケット２０３ではさ
み込み、イオン交換膜の両側にガス拡散電極２０４、集
電体２０５および外部端子付集電体２０６を順次重ね、
その外側に外部端子付集電体用ガスケット２０８を配置
し、それらをはさんで支持体２０２が設けられ上下にガ
ス出入口２０７を備えた構造が知られている。
て、従来、ジャーナル・オブ・パワー・ソーシズ (Ｊou
rnal of Ｐower Ｓources, ２９ (１９９０）３６７〜
３８７に示されているように、イオン交換膜 (メンブレ
ン）２０１を図２のように直接ガスケット２０３ではさ
み込み、イオン交換膜の両側にガス拡散電極２０４、集
電体２０５および外部端子付集電体２０６を順次重ね、
その外側に外部端子付集電体用ガスケット２０８を配置
し、それらをはさんで支持体２０２が設けられ上下にガ
ス出入口２０７を備えた構造が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のこの種の装置で
は、２０７から供給されるＨ2ガス中にＯ2ガスが混入す
る場合がある。この混合ガスが拡散電極２０４の表面に
接触すると、拡散電極２０４の白金触媒の触媒作用によ
りＨ2とＯ2が反応し、その反応熱によって約５０〜２０
０μm厚のイオン交換膜２０１を破損させるという問題
点があった。また、従来のこの種の高分子電解質型燃料
電池のセル構造では、図２に示すようにイオン交換膜２
０１を直接ガスケット２０３により挟み込んでいたの
で、強度の弱いイオン交換膜はガスケットの端部近傍で
破損して使用できないという問題があった。
は、２０７から供給されるＨ2ガス中にＯ2ガスが混入す
る場合がある。この混合ガスが拡散電極２０４の表面に
接触すると、拡散電極２０４の白金触媒の触媒作用によ
りＨ2とＯ2が反応し、その反応熱によって約５０〜２０
０μm厚のイオン交換膜２０１を破損させるという問題
点があった。また、従来のこの種の高分子電解質型燃料
電池のセル構造では、図２に示すようにイオン交換膜２
０１を直接ガスケット２０３により挟み込んでいたの
で、強度の弱いイオン交換膜はガスケットの端部近傍で
破損して使用できないという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、樹脂膜に
よりイオン交換膜の周辺部を補強することにより、Ｈ2
ガス中へＯ2ガスが混入した場合のイオン交換膜の破損
及びガスケット近傍でのイオン交換膜の破損が防止でき
ることを見い出し、本発明を完成するに至った。即ち、
本発明は、イオン交換膜、該イオン交換膜の両側に配置
されたガス拡散電極、該ガス拡散電極の外側に配置され
た集電体を含んでなり、該イオン交換膜の周辺部を樹脂
膜により補強したことを特徴とする高分子電解質型燃料
電池を提供する。
よりイオン交換膜の周辺部を補強することにより、Ｈ2
ガス中へＯ2ガスが混入した場合のイオン交換膜の破損
及びガスケット近傍でのイオン交換膜の破損が防止でき
ることを見い出し、本発明を完成するに至った。即ち、
本発明は、イオン交換膜、該イオン交換膜の両側に配置
されたガス拡散電極、該ガス拡散電極の外側に配置され
た集電体を含んでなり、該イオン交換膜の周辺部を樹脂
膜により補強したことを特徴とする高分子電解質型燃料
電池を提供する。
【０００５】本発明の高分子電解質型燃料電池を、添付
図面を参照して説明する。図１は、本発明の高分子電解
質型燃料電池の一具体例の断面図であり、イオン交換膜
１０１が含まれ、その周辺部には樹脂膜１０２が両側か
ら接合されている。
図面を参照して説明する。図１は、本発明の高分子電解
質型燃料電池の一具体例の断面図であり、イオン交換膜
１０１が含まれ、その周辺部には樹脂膜１０２が両側か
ら接合されている。
【０００６】また、ガス拡散電極１０４は、少なくとも
イオン交換膜１０１に接合され、好ましくは図２に示す
ようにイオン交換膜１０１と樹脂膜１０２との両者にま
たがって接合されている。ガスケット１０３により、１
組の樹脂膜を両側からシールする。
イオン交換膜１０１に接合され、好ましくは図２に示す
ようにイオン交換膜１０１と樹脂膜１０２との両者にま
たがって接合されている。ガスケット１０３により、１
組の樹脂膜を両側からシールする。
【０００７】本発明の高分子電解質型燃料電池における
他の構造は、従来のものと同様であってよく、ガス拡散
電極１０４の外側に、集電体１０５、外部端子付集電体
１０６および外部端子付集電体用ガスケット１０９が配
置され、それらを囲んで支持体１０８が設けられ、それ
を通ってガス出入口１０７が設けられる。燃料電池の全
体は、端板１１０と締結具１１１(たとえば、ボルト、
ワッシャおよびナット)により一体に保持されている。
他の構造は、従来のものと同様であってよく、ガス拡散
電極１０４の外側に、集電体１０５、外部端子付集電体
１０６および外部端子付集電体用ガスケット１０９が配
置され、それらを囲んで支持体１０８が設けられ、それ
を通ってガス出入口１０７が設けられる。燃料電池の全
体は、端板１１０と締結具１１１(たとえば、ボルト、
ワッシャおよびナット)により一体に保持されている。
【０００８】本発明の高分子電解質型燃料電池の樹脂膜
を除く各要素の材質は、従来の燃料電池と同様であって
よい。
を除く各要素の材質は、従来の燃料電池と同様であって
よい。
【０００９】樹脂膜の材料としては、１００℃程度の耐
熱性があり、ガス拡散電極の成分などと反応しないもの
であれば、任意に選択できるが、含フッ素樹脂、たとえ
ば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフル
オライド、ＰＦＡ（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共重合体）、ＥＴＦＥ（エ
チレン−テトラフルオロエチレン共重合体）や、その他
の樹脂、たとえば、ポリイミドなどが好ましく使用でき
る。
熱性があり、ガス拡散電極の成分などと反応しないもの
であれば、任意に選択できるが、含フッ素樹脂、たとえ
ば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフル
オライド、ＰＦＡ（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共重合体）、ＥＴＦＥ（エ
チレン−テトラフルオロエチレン共重合体）や、その他
の樹脂、たとえば、ポリイミドなどが好ましく使用でき
る。
【００１０】樹脂膜の厚さは特に限定されないが、通
常、０．０５〜１．０mm、好ましくは０．１〜０．５mm
である。
常、０．０５〜１．０mm、好ましくは０．１〜０．５mm
である。
【００１１】次に、図３を参照して、本発明の製造法の
一具体例を説明する。まず、イオン交換樹脂の溶液３０
３を補強膜３０２の接合面に塗布し [図３ (ａ）参
照］、その一端又は全部がイオン交換膜３０１の一端に
重なるように接合する [図３ (ｂ）参照］。
一具体例を説明する。まず、イオン交換樹脂の溶液３０
３を補強膜３０２の接合面に塗布し [図３ (ａ）参
照］、その一端又は全部がイオン交換膜３０１の一端に
重なるように接合する [図３ (ｂ）参照］。
【００１２】最後に、図３ (ｃ）に示すように１対のホ
ットプレス板３０５を用いて樹脂膜をホットプレスして
接合する。スペーサ３０４が樹脂膜３０２に当てられて
いるので、ホットプレス工程においてホットプレス板３
０５により樹脂膜に均一に圧力をかけることができる。
ホットプレスにより、イオン交換樹脂のガラス転移が起
き、樹脂膜同志および樹脂膜とイオン交換膜とが接合さ
れる。
ットプレス板３０５を用いて樹脂膜をホットプレスして
接合する。スペーサ３０４が樹脂膜３０２に当てられて
いるので、ホットプレス工程においてホットプレス板３
０５により樹脂膜に均一に圧力をかけることができる。
ホットプレスにより、イオン交換樹脂のガラス転移が起
き、樹脂膜同志および樹脂膜とイオン交換膜とが接合さ
れる。
【００１３】
【作用】 (１)ガス拡散電極１０４がイオン交換膜および樹脂膜の
両方にまたがって接合または接触しているので、Ｈ2ガ
ス中へＯ2ガスが混入した場合において、この混合ガス
が拡散電極１０４の表面に接触すると、拡散電極１０４
に担持された白金触媒の触媒作用によりＨ2とＯ2が反応
する。この反応は、拡散電極内部に比べ周辺部で多く起
きる。従って反応熱も拡散電極周辺部で多く発生する
が、補強膜１０３により発生した反応熱によりイオン交
換膜の破損を防ぐ。
両方にまたがって接合または接触しているので、Ｈ2ガ
ス中へＯ2ガスが混入した場合において、この混合ガス
が拡散電極１０４の表面に接触すると、拡散電極１０４
に担持された白金触媒の触媒作用によりＨ2とＯ2が反応
する。この反応は、拡散電極内部に比べ周辺部で多く起
きる。従って反応熱も拡散電極周辺部で多く発生する
が、補強膜１０３により発生した反応熱によりイオン交
換膜の破損を防ぐ。
【００１４】(２)また図１に示すように、ガスケット１
０３で締めつけを行う部分はイオン交換膜１０１単独に
比べて高い強度をもつ構造となっており、ガスケットの
締め付けによっては破損しない。イオン交換膜１０１が
ガスケット１０３と直接に接触していない構造になって
いるため、従来問題となっていたガスケット端部付近で
のイオン交換膜の破損を防ぐことができる。
０３で締めつけを行う部分はイオン交換膜１０１単独に
比べて高い強度をもつ構造となっており、ガスケットの
締め付けによっては破損しない。イオン交換膜１０１が
ガスケット１０３と直接に接触していない構造になって
いるため、従来問題となっていたガスケット端部付近で
のイオン交換膜の破損を防ぐことができる。
【００１５】(３)さらに、ガス拡散電極１０４がイオン
交換膜および樹脂膜の両方にまたがって接合または接触
しているため、該電極物質がイオン交換膜と樹脂膜との
境界での強度を更に補強する。
交換膜および樹脂膜の両方にまたがって接合または接触
しているため、該電極物質がイオン交換膜と樹脂膜との
境界での強度を更に補強する。
【００１６】
【実施例】実施例１ イオン交換膜としてナフィオン (Ｎafion）溶液 [アル
ドリッチ・ケミカル (Ａldrich Ｃhemical）社製］から
作成した円形ナフィオン膜 (膜厚５０μm、半径３c
m）、補強膜としてドーナツ型のポリテトラフルオロエ
チレン膜 (膜厚５０μm、外半径３cm、内半径１．８c
m）２枚、イオン交換樹脂溶液としてナフィオン溶液を
使用した。
ドリッチ・ケミカル (Ａldrich Ｃhemical）社製］から
作成した円形ナフィオン膜 (膜厚５０μm、半径３c
m）、補強膜としてドーナツ型のポリテトラフルオロエ
チレン膜 (膜厚５０μm、外半径３cm、内半径１．８c
m）２枚、イオン交換樹脂溶液としてナフィオン溶液を
使用した。
【００１７】ナフィオン溶液を樹脂膜の接合面に０．０
２ml／cm2の割合で塗布し、乾燥した後、樹脂膜の間に
ナフィオンイオン交換膜を挟み、ホットプレス温度１３
０℃、ホットプレス圧力５(kgf／cm2)、ホットプレス時
間１２０秒にてホットプレスを行って、良好な気密性を
持つ補強膜・イオン交換膜接合膜を作製した。
２ml／cm2の割合で塗布し、乾燥した後、樹脂膜の間に
ナフィオンイオン交換膜を挟み、ホットプレス温度１３
０℃、ホットプレス圧力５(kgf／cm2)、ホットプレス時
間１２０秒にてホットプレスを行って、良好な気密性を
持つ補強膜・イオン交換膜接合膜を作製した。
【００１８】前記方法にて樹脂膜としてテトラフルオロ
エチレン膜(膜厚５０μm)をもちいて作製した樹脂膜・
イオン交換膜接合膜とイオン交換膜単独膜とについてガ
スケット接触部分での引っ張り耐強度比較を行った。表
１の結果のように本発明の樹脂膜・イオン交換膜接合膜
は耐強度面でイオン交換膜単独膜より優れている。
エチレン膜(膜厚５０μm)をもちいて作製した樹脂膜・
イオン交換膜接合膜とイオン交換膜単独膜とについてガ
スケット接触部分での引っ張り耐強度比較を行った。表
１の結果のように本発明の樹脂膜・イオン交換膜接合膜
は耐強度面でイオン交換膜単独膜より優れている。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、イオン交換膜の周
辺部に樹脂膜を接合することによりＨ2ガスにＯ2ガスが
混入した場合において、触媒作用により反応し、その反
応熱によってイオン交換膜が溶解し破損することがな
い、またガスケットによる締め付けによるイオン交換膜
の破損を防ぐことができるので、強度の弱いイオン交換
膜を高分子電解質型燃料電池に用いることができる。
辺部に樹脂膜を接合することによりＨ2ガスにＯ2ガスが
混入した場合において、触媒作用により反応し、その反
応熱によってイオン交換膜が溶解し破損することがな
い、またガスケットによる締め付けによるイオン交換膜
の破損を防ぐことができるので、強度の弱いイオン交換
膜を高分子電解質型燃料電池に用いることができる。
【図１】 本発明の高分子電解質燃料電池の一具体例の
断面図。
断面図。
【図２】 従来の高分子電解質燃料電池の断面図。
【図３】 本発明の高分子電解質燃料電池の製造法の概
略を示す図。
略を示す図。
１０１,２０１,３０１…イオン交換膜、１０２,３０２
…樹脂膜、１０３,２０３…ガスケット、１０４,２０４
…ガス拡散電極、１０５,２０５…集電体、１０６,２０
６…外部端子付集電体、１０７,２０７…ガス出入口、
１０８…支持体、１０９,２０８…外部端子付集電体用
ガスケット、１１０…端板、１１１…締結具。
…樹脂膜、１０３,２０３…ガスケット、１０４,２０４
…ガス拡散電極、１０５,２０５…集電体、１０６,２０
６…外部端子付集電体、１０７,２０７…ガス出入口、
１０８…支持体、１０９,２０８…外部端子付集電体用
ガスケット、１１０…端板、１１１…締結具。
Claims (2)
- 【請求項１】 イオン交換膜、該イオン交換膜の両側に
配置されたガス拡散電極、該ガス拡散電極の外側に配置
された集電体を含んでなり、該イオン交換膜の周辺部に
樹脂膜を設け、さらに該ガス拡散電極が、イオン交換膜
と樹脂膜との両方にまたがって接合または接触している
ことを特徴とする高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 請求項１記載の固体高分子電解質型燃料
電池の製造法において、該樹脂膜と該イオン交換膜の接
合を、該樹脂膜の接合面にイオン交換膜成分の溶液を塗
布し、ホットプレス法により行うことを特徴とする製造
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3339119A JP2961161B2 (ja) | 1991-12-21 | 1991-12-21 | 高分子電解質型燃料電池の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3339119A JP2961161B2 (ja) | 1991-12-21 | 1991-12-21 | 高分子電解質型燃料電池の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05174845A true JPH05174845A (ja) | 1993-07-13 |
| JP2961161B2 JP2961161B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=18324432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3339119A Expired - Lifetime JP2961161B2 (ja) | 1991-12-21 | 1991-12-21 | 高分子電解質型燃料電池の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2961161B2 (ja) |
Cited By (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0690519A1 (en) | 1994-07-01 | 1996-01-03 | Japan Gore-Tex, Inc. | A sealing assembly for a solid polymer ion exchange membrane |
| US5945192A (en) * | 1995-06-29 | 1999-08-31 | Japan Gore-Tex, Inc. | Sealing assembly for a solid polymer ion exchange membrane |
| JP2000182639A (ja) * | 1998-12-16 | 2000-06-30 | Toyota Motor Corp | シール部材およびこれを用いた燃料電池 |
| WO2000074160A1 (de) * | 1999-05-28 | 2000-12-07 | Heliocentris Energiesysteme Gmbh | Membran-elektroden-einheit für brennstoffzellen und dgl. |
| JP2003068318A (ja) * | 2001-08-23 | 2003-03-07 | Osaka Gas Co Ltd | 固体高分子型燃料電池のセル及び固体高分子型燃料電池 |
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