JP2000100456A - 固体高分子電解質膜と電極の接合体の製造方法及び固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
固体高分子電解質膜と電極の接合体の製造方法及び固体高分子電解質型燃料電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電池性能が高く固体高分子電解質膜の破損を
防止できる固体高分子電解質膜と電極の接合体及び固体
高分子電解質型燃料電池を低コストな製造方法で提供す
る。 【解決手段】 固体高分子電解質膜１をアノード電極２
とカソード電極３で挟持して、前記固体高分子電解質膜
１の発電領域６である電極接合部分の膜厚を、該発電領
域６の周辺部（シール部７）の膜厚より薄くするように
圧力をかけて接合したことを特徴とする固体高分子電解
質膜と電極の接合体１０の製造方法及び固体高分子電解
質型燃料電池。
防止できる固体高分子電解質膜と電極の接合体及び固体
高分子電解質型燃料電池を低コストな製造方法で提供す
る。 【解決手段】 固体高分子電解質膜１をアノード電極２
とカソード電極３で挟持して、前記固体高分子電解質膜
１の発電領域６である電極接合部分の膜厚を、該発電領
域６の周辺部（シール部７）の膜厚より薄くするように
圧力をかけて接合したことを特徴とする固体高分子電解
質膜と電極の接合体１０の製造方法及び固体高分子電解
質型燃料電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体高分子電解質膜
と電極の接合体及びその製造方法及び固体高分子電解質
型燃料電池に関する。
と電極の接合体及びその製造方法及び固体高分子電解質
型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、固体高分子電解質型燃料電池は低
温で作動し出力密度が高く小型軽量電源としての研究と
自動車、住生活、レジャー、その他への応用が展開され
つつあり、その性能レベルは実用域に達しているが、一
般的に電池の構成単位は数十枚から数百枚の固体高分子
電解質膜の積層体からなり１枚の膜面内での均一な発電
と共に前記固体高分子電解質膜が１枚でも膜破れがない
ような高い強度的信頼性が求められている。
温で作動し出力密度が高く小型軽量電源としての研究と
自動車、住生活、レジャー、その他への応用が展開され
つつあり、その性能レベルは実用域に達しているが、一
般的に電池の構成単位は数十枚から数百枚の固体高分子
電解質膜の積層体からなり１枚の膜面内での均一な発電
と共に前記固体高分子電解質膜が１枚でも膜破れがない
ような高い強度的信頼性が求められている。
【０００３】前記固体高分子電解質膜は、前記固体高分
子電解質型燃料電池の電解質であると同時にアノード電
極側の燃料ガスとカソード電極側の酸化剤ガスを分離す
るガスシールの役割を担っている。
子電解質型燃料電池の電解質であると同時にアノード電
極側の燃料ガスとカソード電極側の酸化剤ガスを分離す
るガスシールの役割を担っている。
【０００４】図２は一般的な固体高分子電解質型燃料電
池の単セルの概略断面図である。前記固体高分子電解質
型燃料電池の単セルは固体高分子電解質膜１１をアノー
ド電極１２とカソード電極１３でホットプレス等で接合
して挟持した固体高分子電解質膜と電極の接合体２０を
燃料ガス又は酸化剤ガスの通流溝を有し前記固体高分子
電解質膜と電極の接合体２０で発電した電気を外部に取
り出す機能を有するセパレータ１４ａ、１４ｂで挟んだ
構造をしている。
池の単セルの概略断面図である。前記固体高分子電解質
型燃料電池の単セルは固体高分子電解質膜１１をアノー
ド電極１２とカソード電極１３でホットプレス等で接合
して挟持した固体高分子電解質膜と電極の接合体２０を
燃料ガス又は酸化剤ガスの通流溝を有し前記固体高分子
電解質膜と電極の接合体２０で発電した電気を外部に取
り出す機能を有するセパレータ１４ａ、１４ｂで挟んだ
構造をしている。
【０００５】前記固体高分子電解質膜１１の電極１２、
１３との接合部である発電領域１６の周辺部１７を利用
してシールリング１５で前記燃料ガスと前記酸化剤ガス
をシールしている。前記固体高分子電解質膜１１は一定
の膜厚である。
１３との接合部である発電領域１６の周辺部１７を利用
してシールリング１５で前記燃料ガスと前記酸化剤ガス
をシールしている。前記固体高分子電解質膜１１は一定
の膜厚である。
【０００６】前記アノード電極１２では前記燃料ガス中
の水素が触媒に接触することにより下記の反応が生ず
る。
の水素が触媒に接触することにより下記の反応が生ず
る。
【０００７】２Ｈ２ → ４Ｈ＋ ＋４ｅ− Ｈ＋は、前記固体高分子電解質膜１１中を移動し前記カ
ソード電極１３の触媒に達し前記酸化剤ガス中の酸素と
反応して水となる。
ソード電極１３の触媒に達し前記酸化剤ガス中の酸素と
反応して水となる。
【０００８】 ４Ｈ＋ ＋４ｅ− ＋Ｏ２ → ２Ｈ２Ｏ 固体高分子電解質型燃料電池は上記の反応により起電力
が生ずる。
が生ずる。
【０００９】電気を外部に取り出した時、前記固体高分
子電解質膜１１は内部抵抗として働き、該内部抵抗が低
い方が電池性能が良いので、性能面からは前記固体高分
子電解質膜１１の発電領域１６の膜厚は薄い方が望まし
い。
子電解質膜１１は内部抵抗として働き、該内部抵抗が低
い方が電池性能が良いので、性能面からは前記固体高分
子電解質膜１１の発電領域１６の膜厚は薄い方が望まし
い。
【００１０】一方、前記固体高分子電解質膜１１の周辺
部１７は、ガスによる圧縮応力及びシールしているガス
の圧力が変動し繰り返し曲げ応力が働くので、膜厚が薄
いと破損するという問題が生じる。前記固体高分子電解
質膜１１の周辺部１７が破損すると前記燃料ガスと前記
酸化剤ガスが直接接触し燃料電池で使用される量が減少
するため発電効率が低下し固体高分子電解質型燃料電池
の出力低下となる。
部１７は、ガスによる圧縮応力及びシールしているガス
の圧力が変動し繰り返し曲げ応力が働くので、膜厚が薄
いと破損するという問題が生じる。前記固体高分子電解
質膜１１の周辺部１７が破損すると前記燃料ガスと前記
酸化剤ガスが直接接触し燃料電池で使用される量が減少
するため発電効率が低下し固体高分子電解質型燃料電池
の出力低下となる。
【００１１】従来技術として、特開平８―１８５８８１
号公報に固体高分子電解質膜をスピンコーティング装置
のステージにのせて回転させ、回転中心上部より固体高
分子電解質膜の溶液を滴下し、前記固体高分子電解質膜
の溶液の溶媒が蒸発するまで回転を続けて、遠心力の作
用を利用して膜厚の変化を作り出し、前記固体高分子電
解質膜の中央部の膜厚を周辺部より薄くした固体高分子
電解質膜の製造方法が開示されている。
号公報に固体高分子電解質膜をスピンコーティング装置
のステージにのせて回転させ、回転中心上部より固体高
分子電解質膜の溶液を滴下し、前記固体高分子電解質膜
の溶液の溶媒が蒸発するまで回転を続けて、遠心力の作
用を利用して膜厚の変化を作り出し、前記固体高分子電
解質膜の中央部の膜厚を周辺部より薄くした固体高分子
電解質膜の製造方法が開示されている。
【００１２】具体的には前記。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術は、スピンコートの原理から中央部を薄く周辺部を厚
くしようとすると、膜厚は均一にならず固体高分子電解
質膜の中心部は薄く円周方向に向かって厚く徐変する。
術は、スピンコートの原理から中央部を薄く周辺部を厚
くしようとすると、膜厚は均一にならず固体高分子電解
質膜の中心部は薄く円周方向に向かって厚く徐変する。
【００１４】こうして作製された固体高分子電解質膜を
用いて固体高分子電解質型燃料電池を製造し発電させる
と、より薄い部分に電流集中が起こるので、局所的な発
熱があるなど電池としての不具合が発生する。
用いて固体高分子電解質型燃料電池を製造し発電させる
と、より薄い部分に電流集中が起こるので、局所的な発
熱があるなど電池としての不具合が発生する。
【００１５】また、スピンコートによる製造方法は、固
体高分子電解質膜の溶液中の溶媒が蒸発して固体高分子
電解質膜として固化するまでスピンコーティング装置の
回転を続けなければならないため生産性が悪く高コスト
になるし、品質的にもばらつきが大きく問題がある。
体高分子電解質膜の溶液中の溶媒が蒸発して固体高分子
電解質膜として固化するまでスピンコーティング装置の
回転を続けなければならないため生産性が悪く高コスト
になるし、品質的にもばらつきが大きく問題がある。
【００１６】本発明は上記課題を解決したもので、固体
高分子電解質膜の破損が防止でき、且つ電池性能が向上
できる低コストの固体高分子電解質膜と電極の接合体及
びその製造方法及び固体高分子電解質型燃料電池を提供
する。
高分子電解質膜の破損が防止でき、且つ電池性能が向上
できる低コストの固体高分子電解質膜と電極の接合体及
びその製造方法及び固体高分子電解質型燃料電池を提供
する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、固体高分子
電解質膜を電極で挟持して、該固体高分子電解質膜の発
電領域である電極接合部分の膜厚を、該発電領域の周辺
部の膜厚より薄くするように圧力をかけて接合したこと
を特徴とする固体高分子電解質膜と電極の接合体の製造
方法である。
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
（以下、第１の技術的手段と称する。）は、固体高分子
電解質膜を電極で挟持して、該固体高分子電解質膜の発
電領域である電極接合部分の膜厚を、該発電領域の周辺
部の膜厚より薄くするように圧力をかけて接合したこと
を特徴とする固体高分子電解質膜と電極の接合体の製造
方法である。
【００１８】上記第１の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００１９】即ち、ガスシール部分である前記発電領域
の周辺部の強度が向上でき、且つ固体高分子電解質型燃
料電池の内部抵抗を低くすることができるので、電池性
能が高く、且つ固体高分子電解質膜の破損が防止できる
固体高分子電解質膜と電極の接合体を簡単な方法で低コ
ストに製造することができる。
の周辺部の強度が向上でき、且つ固体高分子電解質型燃
料電池の内部抵抗を低くすることができるので、電池性
能が高く、且つ固体高分子電解質膜の破損が防止できる
固体高分子電解質膜と電極の接合体を簡単な方法で低コ
ストに製造することができる。
【００２０】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記固体高分子電解質膜がパ
ーフルオロカーボンスルホン酸系樹脂であることを特徴
とする請求項１記載の固体高分子電解質膜と電極の接合
体の製造方法である。
の請求項２において講じた技術的手段（以下、第２の技
術的手段と称する。）は、前記固体高分子電解質膜がパ
ーフルオロカーボンスルホン酸系樹脂であることを特徴
とする請求項１記載の固体高分子電解質膜と電極の接合
体の製造方法である。
【００２１】上記第２の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２２】即ち、上記材料を使用することにより、高
性能な固体高分子電解質型燃料電池ができるといった効
果を有する。
性能な固体高分子電解質型燃料電池ができるといった効
果を有する。
【００２３】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記固体高分子電解質膜が炭
化フッ素系ビニルモノマーと炭化水素系ビニルモノマー
の共重合体のスルホン酸系樹脂であることを特徴とする
請求項１記載の固体高分子電解質膜と電極の接合体の製
造方法である。
の請求項３において講じた技術的手段（以下、第３の技
術的手段と称する。）は、前記固体高分子電解質膜が炭
化フッ素系ビニルモノマーと炭化水素系ビニルモノマー
の共重合体のスルホン酸系樹脂であることを特徴とする
請求項１記載の固体高分子電解質膜と電極の接合体の製
造方法である。
【００２４】上記第３の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２５】即ち、上記材料を使用することにより、高
性能で低コストの固体高分子電解質型燃料電池ができる
といった効果を有する。
性能で低コストの固体高分子電解質型燃料電池ができる
といった効果を有する。
【００２６】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、固体高分子電解質膜を電極で
挟持して、該固体高分子電解質膜の発電領域である電極
接合部分の膜厚を、該発電領域の周辺部の膜厚より薄く
するように圧力をかけて接合した固体高分子電解質膜と
電極の接合体をセパレータで挟持したことを特徴とする
固体高分子電解質型燃料電池である。
の請求項４において講じた技術的手段（以下、第４の技
術的手段と称する。）は、固体高分子電解質膜を電極で
挟持して、該固体高分子電解質膜の発電領域である電極
接合部分の膜厚を、該発電領域の周辺部の膜厚より薄く
するように圧力をかけて接合した固体高分子電解質膜と
電極の接合体をセパレータで挟持したことを特徴とする
固体高分子電解質型燃料電池である。
【００２７】上記第４の技術的手段による効果は、以下
のようである。
のようである。
【００２８】即ち、固体高分子電解質膜の破損が防止で
き、且つ発電領域での内部抵抗を下げることができるの
で、電池性能が高く且つ信頼性の高い固体高分子電解質
型燃料電池が低コスト化できる。
き、且つ発電領域での内部抵抗を下げることができるの
で、電池性能が高く且つ信頼性の高い固体高分子電解質
型燃料電池が低コスト化できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面に基づいて説明する。
図面に基づいて説明する。
【００３０】性能面からは固体高分子電解質膜の発電領
域は低抵抗即ち膜厚が薄い状態が望ましく、一方、前記
固体高分子電解質膜の支持固定を兼ねた周辺部は圧縮、
繰り返し曲げに対する耐久性から膜厚を厚くすることが
望ましい。
域は低抵抗即ち膜厚が薄い状態が望ましく、一方、前記
固体高分子電解質膜の支持固定を兼ねた周辺部は圧縮、
繰り返し曲げに対する耐久性から膜厚を厚くすることが
望ましい。
【００３１】本発明は、前記固体高分子電解質膜の発電
領域の膜厚を、該発電領域の周辺部の膜厚より薄くした
固体高分子電解質膜と電極の接合体を工業的有利に製造
するものである。
領域の膜厚を、該発電領域の周辺部の膜厚より薄くした
固体高分子電解質膜と電極の接合体を工業的有利に製造
するものである。
【００３２】本発明の固体高分子電解質膜と電極の接合
体は、前記固体高分子電解質膜を前記電極で上下から挟
持して、室温又は加温状態でプレス等で加圧することに
より製造する。この時、前記固体高分子電解質膜は乾
燥、湿潤または完全に吸水した状態のいずれでもよい。
体は、前記固体高分子電解質膜を前記電極で上下から挟
持して、室温又は加温状態でプレス等で加圧することに
より製造する。この時、前記固体高分子電解質膜は乾
燥、湿潤または完全に吸水した状態のいずれでもよい。
【００３３】前記電極で挟まれた部分の固体高分子電解
質膜は温度、圧力に応じて薄くなり、その周辺部にあた
るプレス圧のかからないガスシールする部分の固体高分
子電解質膜は押しつぶされることなく元の膜厚が確保さ
れる。
質膜は温度、圧力に応じて薄くなり、その周辺部にあた
るプレス圧のかからないガスシールする部分の固体高分
子電解質膜は押しつぶされることなく元の膜厚が確保さ
れる。
【００３４】なお、本発明に使用できる固体高分子電解
質膜は、すでに食塩電解工業分野等で上市されているナ
フィオン（デュポン社製）を中心とするパーフルオロカ
ーボンスルホン酸系樹脂、又は炭化フッ素系ビニルモノ
マーと炭化水素系ビニルモノマーの共重合体のスルホン
酸系樹脂、炭化水素スルホン酸系樹脂を材料とするもの
等固体高分子電解質型燃料電池に使用できる固体高分子
電解質膜ならすべて適用できる。
質膜は、すでに食塩電解工業分野等で上市されているナ
フィオン（デュポン社製）を中心とするパーフルオロカ
ーボンスルホン酸系樹脂、又は炭化フッ素系ビニルモノ
マーと炭化水素系ビニルモノマーの共重合体のスルホン
酸系樹脂、炭化水素スルホン酸系樹脂を材料とするもの
等固体高分子電解質型燃料電池に使用できる固体高分子
電解質膜ならすべて適用できる。
【００３５】また電極の形状の詳細については、膜厚が
変化する部位に接する前記電極の最外周角部の直線部と
コーナ部は膜への応力集中をさけるに足りる面取りをす
ることは固体高分子電解質膜の強度確保にとって有利で
あり、より信頼性が高くなることは言うまでもない。
変化する部位に接する前記電極の最外周角部の直線部と
コーナ部は膜への応力集中をさけるに足りる面取りをす
ることは固体高分子電解質膜の強度確保にとって有利で
あり、より信頼性が高くなることは言うまでもない。
【００３６】（実施例）本実施例で使用した固体高分子
電解質膜は、炭化フッ素系ビニールモノマーと炭化水素
系ビニールモノマーの共重合体を主鎖とし、スルホン酸
基を有する炭化水素系側鎖からなる陽イオン交換膜であ
る。
電解質膜は、炭化フッ素系ビニールモノマーと炭化水素
系ビニールモノマーの共重合体を主鎖とし、スルホン酸
基を有する炭化水素系側鎖からなる陽イオン交換膜であ
る。
【００３７】具体的には、エチレンテトラフルオロエチ
レンにγ線を照射し、生成するラジカルを起点にスチレ
ンをグラフトし、引続きスルホン化反応によりスルホン
酸基を導入し前記固体高分子電解質膜を作製した。
レンにγ線を照射し、生成するラジカルを起点にスチレ
ンをグラフトし、引続きスルホン化反応によりスルホン
酸基を導入し前記固体高分子電解質膜を作製した。
【００３８】前記固体高分子電解質膜の膜厚は１００℃
絶乾状態で７５μｍ、室温飽和含水状態で９０μｍであ
った。
絶乾状態で７５μｍ、室温飽和含水状態で９０μｍであ
った。
【００３９】一辺２００ｍｍ正方形の前記固体高分子電
解質膜を室温で飽和含水させた後、厚さ１８０μｍのカ
ーボンペーパーの一方の面に白金・カーボンペーストを
塗布し乾燥させた厚みが２１０μｍ、一辺１８５ｍｍ正
方形の電極２枚で前記固体高分子電解質膜の外周部が
７．５ｍｍの幅で残るように前記固体高分子電解質膜を
挟持し、ホットプレス条件１６０℃、８０Ｋｇ／ｃｍ２
で全体の厚みが４６０μｍになる迄圧縮し、この状態を
１分間保持した。
解質膜を室温で飽和含水させた後、厚さ１８０μｍのカ
ーボンペーパーの一方の面に白金・カーボンペーストを
塗布し乾燥させた厚みが２１０μｍ、一辺１８５ｍｍ正
方形の電極２枚で前記固体高分子電解質膜の外周部が
７．５ｍｍの幅で残るように前記固体高分子電解質膜を
挟持し、ホットプレス条件１６０℃、８０Ｋｇ／ｃｍ２
で全体の厚みが４６０μｍになる迄圧縮し、この状態を
１分間保持した。
【００４０】出来上がった固体高分子電解質膜と電極の
接合体の前記固体高分子電解質膜は、ほぼ絶乾状態に仕
上がり断面の観察を実施した。前記電極が存在する発電
領域の全体の厚みは４６０μｍ、前記固体高分子電解質
膜の電極に挟まれた発電領域の膜厚は４０μｍとほぼ均
一に圧縮されていた。前記固体高分子電解質膜の発電領
域の周辺部の膜厚は７５μｍで、初期の膜厚のままだっ
た。
接合体の前記固体高分子電解質膜は、ほぼ絶乾状態に仕
上がり断面の観察を実施した。前記電極が存在する発電
領域の全体の厚みは４６０μｍ、前記固体高分子電解質
膜の電極に挟まれた発電領域の膜厚は４０μｍとほぼ均
一に圧縮されていた。前記固体高分子電解質膜の発電領
域の周辺部の膜厚は７５μｍで、初期の膜厚のままだっ
た。
【００４１】図１は本発明の実施例の固体高分子電解質
膜と電極の接合体の評価に使用した固体高分子電解質型
燃料電池の単セルの概略断面図である。
膜と電極の接合体の評価に使用した固体高分子電解質型
燃料電池の単セルの概略断面図である。
【００４２】１０は、上記で作製した固体高分子電解質
膜と電極の接合体である。１が固体高分子電解質膜であ
り、発電領域６の膜厚は均一で薄く、該発電領域６の周
辺部７の膜厚は厚くなっている。２はアノード電極、３
はカソード電極である。
膜と電極の接合体である。１が固体高分子電解質膜であ
り、発電領域６の膜厚は均一で薄く、該発電領域６の周
辺部７の膜厚は厚くなっている。２はアノード電極、３
はカソード電極である。
【００４３】前記固体高分子電解質型燃料電池の単セル
は前記固体高分子電解質膜と電極の接合体１０を燃料ガ
ス又は酸化剤ガスの通流溝を有し前記固体高分子電解質
膜と電極の接合体１０で発電した電気を外部に取り出す
機能を有するセパレータ４ａ、４ｂで挟んだ構造をして
いる。
は前記固体高分子電解質膜と電極の接合体１０を燃料ガ
ス又は酸化剤ガスの通流溝を有し前記固体高分子電解質
膜と電極の接合体１０で発電した電気を外部に取り出す
機能を有するセパレータ４ａ、４ｂで挟んだ構造をして
いる。
【００４４】前記発電領域６の周辺部７を利用してシー
ルリング５で前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスをシール
している。
ルリング５で前記燃料ガス及び前記酸化剤ガスをシール
している。
【００４５】セパレータ４ａには水素供給口２１ａ、水
素通流溝２２ａ、水素排出口２３ａが設けられ、セパレ
ータ４ｂには空気供給口２１ｂ、空気通流溝２２ｂ、空
気排出口２３ｂが設けられている。
素通流溝２２ａ、水素排出口２３ａが設けられ、セパレ
ータ４ｂには空気供給口２１ｂ、空気通流溝２２ｂ、空
気排出口２３ｂが設けられている。
【００４６】前記水素供給口２１ａより前記水素通流溝
２２ａを介して前記アノード電極２に２．５ａｔｍの燃
料ガスである水素を、前記空気供給口２１ｂより前記空
気通流溝２２ｂを介して前記カソード電極３に２．５ａ
ｔｍの酸化剤ガスである空気を供給した。
２２ａを介して前記アノード電極２に２．５ａｔｍの燃
料ガスである水素を、前記空気供給口２１ｂより前記空
気通流溝２２ｂを介して前記カソード電極３に２．５ａ
ｔｍの酸化剤ガスである空気を供給した。
【００４７】前記空気及び前記水素にはバブリング法に
より水蒸気を供給して加湿を行った。前記セパレータ４
ａと前記セパレータ４ｂの電気端子から発電した電気を
取り出し、外部の可変抵抗８で抵抗を変えて電流密度と
セル電圧を測定して評価した。
より水蒸気を供給して加湿を行った。前記セパレータ４
ａと前記セパレータ４ｂの電気端子から発電した電気を
取り出し、外部の可変抵抗８で抵抗を変えて電流密度と
セル電圧を測定して評価した。
【００４８】セル温度８０℃、水素・空気の利用率８０
％・４０％で性能評価を実施した結果、電流密度１Ａ／
ｃｍ２で６３０ｍＶの出力を得た。
％・４０％で性能評価を実施した結果、電流密度１Ａ／
ｃｍ２で６３０ｍＶの出力を得た。
【００４９】一方、圧縮されていない固体高分子電解質
膜の周辺部７の引張強度をＪＩＳＫ―６２５１（６号形
ダンベル）の方法で測定したところ３．５Ｋｇ／ｃｍ
で、接合体を作製する前の前記固体高分子電解質膜の引
張強度と比較した引張強度である強度保持率はほぼ１０
０％であることが分かり、ガスシール部の強度として信
頼性の高い状態であることが確認できた。
膜の周辺部７の引張強度をＪＩＳＫ―６２５１（６号形
ダンベル）の方法で測定したところ３．５Ｋｇ／ｃｍ
で、接合体を作製する前の前記固体高分子電解質膜の引
張強度と比較した引張強度である強度保持率はほぼ１０
０％であることが分かり、ガスシール部の強度として信
頼性の高い状態であることが確認できた。
【００５０】（比較例）実施例と同じ方法で膜厚だけが
異なる固体高分子電解質膜を作製した。該固体高分子電
解質膜の膜厚は１００℃絶乾状態で４０μｍであった。
乾燥状態の前記固体高分子電解質膜を使用し、該固体高
分子電解質膜の表面に少量のイオン交換溶液（和光純薬
製、ナフィオン５ｗｔ％溶液）を塗布した後、実施例と
同様の電極で挟んで実施例と同じプレス条件で固体高分
子電解質膜と電極の接合体を作製した。
異なる固体高分子電解質膜を作製した。該固体高分子電
解質膜の膜厚は１００℃絶乾状態で４０μｍであった。
乾燥状態の前記固体高分子電解質膜を使用し、該固体高
分子電解質膜の表面に少量のイオン交換溶液（和光純薬
製、ナフィオン５ｗｔ％溶液）を塗布した後、実施例と
同様の電極で挟んで実施例と同じプレス条件で固体高分
子電解質膜と電極の接合体を作製した。
【００５１】前記電極が存在する発電領域の全体の厚み
は４６０μｍ、前記固体高分子電解質膜の電極に挟まれ
た発電領域の膜厚、前記固体高分子電解質膜の発電領域
の周辺部の膜厚は同じ４０μｍの厚さに仕上がった。
は４６０μｍ、前記固体高分子電解質膜の電極に挟まれ
た発電領域の膜厚、前記固体高分子電解質膜の発電領域
の周辺部の膜厚は同じ４０μｍの厚さに仕上がった。
【００５２】実施例と同じ方法で電池性能を評価したと
ころ、実施例とほぼ同じレベルの電流密度１Ａ／ｃｍ２
で６００ｍＶの出力を得た。
ころ、実施例とほぼ同じレベルの電流密度１Ａ／ｃｍ２
で６００ｍＶの出力を得た。
【００５３】前記固体高分子電解質膜の発電領域の周辺
部の引張強度を実施例と同様にＪＩＳ Ｋ―６２５１
（６号形ダンベル）の方法で測定したところ２．０Ｋｇ
／ｃｍで、実施例の引張強度の５７％であった。前記引
張強度は、ほぼ膜厚に比例しているが、固体高分子電解
質膜の破損を防止するためには前記引張強度が大きいこ
とが重要である。
部の引張強度を実施例と同様にＪＩＳ Ｋ―６２５１
（６号形ダンベル）の方法で測定したところ２．０Ｋｇ
／ｃｍで、実施例の引張強度の５７％であった。前記引
張強度は、ほぼ膜厚に比例しているが、固体高分子電解
質膜の破損を防止するためには前記引張強度が大きいこ
とが重要である。
【００５４】以上のように、実施例は固体高分子電解質
膜の電極に挟まれた発電領域の膜厚が均一且つ薄く、前
記固体高分子電解質膜の発電領域以外の電極の周辺部の
引張強度が大きくなっているので、電池性能が高いまま
ガスシール部の強度を大きくすることができ、前記固体
高分子電解質膜の破損を防止できることが確認できた。
膜の電極に挟まれた発電領域の膜厚が均一且つ薄く、前
記固体高分子電解質膜の発電領域以外の電極の周辺部の
引張強度が大きくなっているので、電池性能が高いまま
ガスシール部の強度を大きくすることができ、前記固体
高分子電解質膜の破損を防止できることが確認できた。
【００５５】実施例の固体高分子電解質膜と電極の接合
体の製造方法は、新たな工程を設ける必要がないので低
コストで製造することができる。
体の製造方法は、新たな工程を設ける必要がないので低
コストで製造することができる。
【００５６】
【発明の効果】以上のように、本発明は、固体高分子電
解質膜を電極で挟持して、該固体高分子電解質膜の発電
領域である電極接合部分の膜厚を、該発電領域の周辺部
の膜厚より薄くするように圧力をかけて接合したことを
特徴とする固体高分子電解質膜と電極の接合体の製造方
法及び固体高分子電解質型燃料電池であるので、電池性
能が高く、前記固体高分子電解質膜の破損を防止できる
固体高分子電解質膜と電極の接合体及び固体高分子電解
質型燃料電池が低コストでできる。
解質膜を電極で挟持して、該固体高分子電解質膜の発電
領域である電極接合部分の膜厚を、該発電領域の周辺部
の膜厚より薄くするように圧力をかけて接合したことを
特徴とする固体高分子電解質膜と電極の接合体の製造方
法及び固体高分子電解質型燃料電池であるので、電池性
能が高く、前記固体高分子電解質膜の破損を防止できる
固体高分子電解質膜と電極の接合体及び固体高分子電解
質型燃料電池が低コストでできる。
【図１】本発明の実施例の固体高分子電解質膜と電極の
接合体の評価に使用した固体高分子電解質型燃料電池の
単セルの概略断面図
接合体の評価に使用した固体高分子電解質型燃料電池の
単セルの概略断面図
【図２】一般的な固体高分子電解質型燃料電池の単セル
の概略断面図
の概略断面図
１…固体高分子電解質膜 ２…電極（アノード） ３…電極（カソード） ４ａ、４ｂ…セパレータ ６…発電領域 ７…電極の周辺部 １０…固体高分子電解質膜と電極の接合体
Claims (4)
- 【請求項１】 固体高分子電解質膜を電極で挟持して、
該固体高分子電解質膜の発電領域である電極接合部分の
膜厚を、該発電領域の周辺部の膜厚より薄くするように
圧力をかけて接合したことを特徴とする固体高分子電解
質膜と電極の接合体の製造方法。 - 【請求項２】 前記固体高分子電解質膜がパーフルオロ
カーボンスルホン酸系樹脂であることを特徴とする請求
項１記載の固体高分子電解質膜と電極の接合体の製造方
法。 - 【請求項３】 前記固体高分子電解質膜が炭化フッ素系
ビニルモノマーと炭化水素系ビニルモノマーの共重合体
のスルホン酸系樹脂であることを特徴とする請求項１記
載の固体高分子電解質膜と電極の接合体の製造方法。 - 【請求項４】 固体高分子電解質膜を電極で挟持して、
該固体高分子電解質膜の発電領域である電極接合部分の
膜厚を、該発電領域の周辺部の膜厚より薄くするように
圧力をかけて接合した固体高分子電解質膜と電極の接合
体をセパレータで挟持したことを特徴とする固体高分子
電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10267951A JP2000100456A (ja) | 1998-09-22 | 1998-09-22 | 固体高分子電解質膜と電極の接合体の製造方法及び固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10267951A JP2000100456A (ja) | 1998-09-22 | 1998-09-22 | 固体高分子電解質膜と電極の接合体の製造方法及び固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000100456A true JP2000100456A (ja) | 2000-04-07 |
Family
ID=17451874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10267951A Pending JP2000100456A (ja) | 1998-09-22 | 1998-09-22 | 固体高分子電解質膜と電極の接合体の製造方法及び固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000100456A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002025582A (ja) * | 2000-07-06 | 2002-01-25 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | パターン化電解質膜 |
| JP2004063099A (ja) * | 2002-07-24 | 2004-02-26 | Honda Motor Co Ltd | 車載用燃料電池スタック |
| JP2005285677A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Toyota Motor Corp | 固体高分子型燃料電池 |
| JP2005285350A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子電解質型燃料電池 |
| JP2009009916A (ja) * | 2007-06-29 | 2009-01-15 | Dainippon Printing Co Ltd | 触媒層付電解質膜 |
| JP2009505341A (ja) * | 2005-08-12 | 2009-02-05 | ビーエーエスエフ、フューエル、セル、ゲゼルシャフト、ミット、ベシュレンクテル、ハフツング | 長寿命の改良型膜電極ユニット及び燃料電池 |
| JP2009509311A (ja) * | 2005-09-23 | 2009-03-05 | コーニング インコーポレイテッド | 固体酸化物燃料電池における集成電解質シートのための応力低減マウント |
| JP2009245796A (ja) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Dainippon Printing Co Ltd | 燃料電池用膜・電極接合体およびその製造方法 |
| US20100173226A1 (en) * | 2007-05-28 | 2010-07-08 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell |
| JP2010257669A (ja) * | 2009-04-23 | 2010-11-11 | Toppan Printing Co Ltd | 膜電極接合体及びその製造方法並びに固体高分子形燃料電池 |
| WO2011158286A1 (ja) * | 2010-06-15 | 2011-12-22 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池、燃料電池の製造方法 |
| EP2161772A4 (en) * | 2007-06-15 | 2011-12-28 | Sumitomo Chemical Co | MEMBRANE, ELECTRODE, GAS DIFFUSION LAYER AND SEAL ASSEMBLY, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF AND FESTPOLYMER FUEL CELL |
-
1998
- 1998-09-22 JP JP10267951A patent/JP2000100456A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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