JP4498844B2 - 固体高分子形燃料電池用膜電極接合体の製造方法 - Google Patents
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Description
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。図1は、固体高分子電解質形燃料電池の単電池10の構造を示す概略断面図である。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、白金族金属触媒を炭素粉末に担持させて得られる触媒体と、水素イオン伝導性高分子電解質を含む触媒層12が形成されている。
すなわち、上記のようなMEAや膜触媒層接合体を長期保管した場合、前記加水分解性樹脂が、空気中の水分と酸性のスルホン酸系高分子成分の影響により加水分解し、低分子の分解生成物が電極もしくは触媒層表面上に残留することとなる。この場合、前記分解生成物が、構成される電池の長期運転中に、電解質膜や触媒層などに蓄積し、導電性の低下や電極反応性の低下を引き起こし、電池寿命を悪化させる。
従って、高分子フィルムをラミネータ装置でMEAに被覆させる方法をとる場合、MEAは高分子フィルムとともにロールに巻かれるので、次のようにするのが好都合である。例えば、大判の高分子電解質膜に電極を多数形成し、これら全体に高分子フィルムをラミネートする。これをそのまま保管するか、個々の高分子フィルム付きMEAに切断して保管する。または、個々のMEA毎に高分子フィルムで被覆してもよい。高分子フィルムで覆うのは、電極であり、電解質膜の触媒層で被覆されていない部分は必ずしも高分子フィルムで覆う必要はない。
以下、本発明をその実施例により説明する。
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35nm)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D1)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TGPH060H)の上に塗布して含浸させ、熱風乾燥機を用いて300℃で熱処理し、厚さ約200μmのガス拡散層を形成した。
電池組立に供されたMEAについては、まず、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、燃料ガスおよび酸化剤ガスの流通用のマニホールド孔を形成した。
上記の固体高分子形燃料電池システムに、原料ガスである13Aガスを改質器によって改質した燃料ガス、および酸化剤ガスとしての空気を、それぞれの電極に供給し、電池温度70℃、燃料ガス利用率(Uf)75%、および空気利用率(Uo)40%、電流密度200mA/cm2の条件で、放電試験を行い、電圧の低下率を測定した。また、同時に、排出ガスおよびドレイン水に含まれるF-イオンの量をイオンクロマトグラフ法(計測器:東亜DKK製イオンアナライザーIA−100)によって定量した。このF-イオンは高分子電解質が分解する際に生成すると考えられるため、この量を高分子分解量の指標とした。
11 高分子電解質膜
12 触媒層
13 ガス拡散層
14 電極
15 ガスケット
16 セパレータ板
17 ガス流路
18 冷却水流路
21、31 高分子電解質膜
22、32 触媒層
23 ガス拡散層
24、34 高分子フィルム
24 膜電極接合体(MEA)
36 膜触媒層接合体
Claims (1)
- スルホン酸系高分子を成分として含む高分子電解質膜の一方の面にアノード用触媒層を、他方の面にカソード用触媒層をそれぞれ転写し、
前記アノード用触媒層および前記カソード用触媒層の前記高分子電解質膜と接していない面に、それぞれガス拡散層を接合することで膜電極接合体を作製し、
その後、前記ガス拡散層の触媒層と接していない面を高分子フィルムで被覆する、固体高分子形燃料電池用膜電極接合体の製造方法であって、
前記高分子フィルムは、炭化水素系高分子、ポリテトラフルオロエチレン系高分子、ポリクロロトリフルオロエチレン系高分子、およびポリ弗化ビニル系高分子からなる群より選択される少なくとも1種から構成されることを特徴とする固体高分子形燃料電池用膜電極接合体の製造方法。
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