JPH0668899A - 高分子固体電解質型電気化学セル - Google Patents
高分子固体電解質型電気化学セルInfo
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- JPH0668899A JPH0668899A JP4245673A JP24567392A JPH0668899A JP H0668899 A JPH0668899 A JP H0668899A JP 4245673 A JP4245673 A JP 4245673A JP 24567392 A JP24567392 A JP 24567392A JP H0668899 A JPH0668899 A JP H0668899A
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- ion exchange
- electrochemical cell
- anode
- cathode
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 イオン交換膜と電極や集電体との接合にホッ
トプレス法を使用する従来の電気化学セルでは、耐熱性
の高価なイオン交換膜の使用が不可欠であった。本発明
はイオン交換膜をホットプレス等の高温に曝さずにセル
を構成して、作業性の向上と安価なイオン交換膜の使用
を可能にする電気化学セルを提供する。 【構成】 電極用集電体２及び６−電極３及び５−イオ
ン交換膜４をそれらの外側に位置させた１対の締着用プ
レート１及び７に内向きの力を加えて締着し、イオン交
換膜に高温を掛けずに電気化学セルを組み立てる。高温
により劣化しやすい安価な炭化水素系のイオン交換膜も
本発明で使用でき、かつ工程数が減少し加熱処理も不要
になるため、作業性が向上する。
トプレス法を使用する従来の電気化学セルでは、耐熱性
の高価なイオン交換膜の使用が不可欠であった。本発明
はイオン交換膜をホットプレス等の高温に曝さずにセル
を構成して、作業性の向上と安価なイオン交換膜の使用
を可能にする電気化学セルを提供する。 【構成】 電極用集電体２及び６−電極３及び５−イオ
ン交換膜４をそれらの外側に位置させた１対の締着用プ
レート１及び７に内向きの力を加えて締着し、イオン交
換膜に高温を掛けずに電気化学セルを組み立てる。高温
により劣化しやすい安価な炭化水素系のイオン交換膜も
本発明で使用でき、かつ工程数が減少し加熱処理も不要
になるため、作業性が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高分子固体電解質型燃
料電池や化学センサー等の電気化学セルの改良に関する
ものである。
料電池や化学センサー等の電気化学セルの改良に関する
ものである。
【０００２】
【従来技術及び問題点】電気化学セル、例えば高分子固
体電解質型燃料電池はリン酸型燃料電池と比較してコン
パクトで高い電流密度を取り出せることから電気自動
車、宇宙船用の電源として注目されている。又この分野
の開発においても種々の電極構造や触媒作製方法、シス
テム構成等に関する提案がなされている。従来の燃料電
池の電極構造は、例えば図５に示すようにカソード用集
電体Ａ／カソードＢ／高分子固体電解質（イオン交換
膜）Ｃ／アノードＤ／アノード用集電体Ｅの５層サンド
イッチ構造となっている。この構造を構成するために
は、ホットプレス法や焼成法が使用され、まずイオン
交換膜Ｃの両面にそれぞれカソードＢ及びアノードＤを
結着し、更にホットプレス等により前記カソードＢ及び
アノードＤの外面にそれぞれカソード用集電体Ａとアノ
ード用集電体Ｅを結着させ、あるいはカソードＢとカ
ソード用集電体Ａ及びアノードＤとアノード用集電体Ｅ
とをそれぞれホットプレスや焼成により結着させたのち
に該両結着体をイオン交換膜Ｃの両面にホットプレスや
焼成により結着して５層サンドイッチ構造を形成するよ
うにしている。水電解用の電解セルや化学センサーにお
いても同様の構造が用いられてきた。
体電解質型燃料電池はリン酸型燃料電池と比較してコン
パクトで高い電流密度を取り出せることから電気自動
車、宇宙船用の電源として注目されている。又この分野
の開発においても種々の電極構造や触媒作製方法、シス
テム構成等に関する提案がなされている。従来の燃料電
池の電極構造は、例えば図５に示すようにカソード用集
電体Ａ／カソードＢ／高分子固体電解質（イオン交換
膜）Ｃ／アノードＤ／アノード用集電体Ｅの５層サンド
イッチ構造となっている。この構造を構成するために
は、ホットプレス法や焼成法が使用され、まずイオン
交換膜Ｃの両面にそれぞれカソードＢ及びアノードＤを
結着し、更にホットプレス等により前記カソードＢ及び
アノードＤの外面にそれぞれカソード用集電体Ａとアノ
ード用集電体Ｅを結着させ、あるいはカソードＢとカ
ソード用集電体Ａ及びアノードＤとアノード用集電体Ｅ
とをそれぞれホットプレスや焼成により結着させたのち
に該両結着体をイオン交換膜Ｃの両面にホットプレスや
焼成により結着して５層サンドイッチ構造を形成するよ
うにしている。水電解用の電解セルや化学センサーにお
いても同様の構造が用いられてきた。
【０００３】しかしこの構成方法のうちの方法では、
イオン交換膜が含水量に応じて伸縮するため電極にひび
割れが生じ易く、取扱いが困難であるとともに、該イオ
ン交換膜がホットプレスの高温に曝されるため、該イオ
ン交換膜に耐熱性が要求されるという欠点がある。次い
での方法では、カソード又はアノードとそれらの集電
体、そしてこれらとイオン交換膜との結着との２回にわ
たってホットプレス等が必要となりホットプレスの工程
数が増加して、これらの工程中にイオン交換膜が高温に
曝される可能性が高くなり、より以上の耐熱性を要求さ
れるとともに保管時のイオン交換膜の伸縮によりカソー
ドやアノードが剥離しやすいという欠点もある。前記イ
オン交換膜としては通常高価なパーフルオロカーボン系
イオン交換膜が使用されているが、これは通常の炭化水
素系イオン交換膜を使用するとホットプレスや焼成時の
高温によりイオン交換膜が劣化することを防止するため
である。従ってホットプレスや焼成を行わなければ高価
なパーフルオロカーボン系イオン交換膜の使用も不要に
なると考えられる。
イオン交換膜が含水量に応じて伸縮するため電極にひび
割れが生じ易く、取扱いが困難であるとともに、該イオ
ン交換膜がホットプレスの高温に曝されるため、該イオ
ン交換膜に耐熱性が要求されるという欠点がある。次い
での方法では、カソード又はアノードとそれらの集電
体、そしてこれらとイオン交換膜との結着との２回にわ
たってホットプレス等が必要となりホットプレスの工程
数が増加して、これらの工程中にイオン交換膜が高温に
曝される可能性が高くなり、より以上の耐熱性を要求さ
れるとともに保管時のイオン交換膜の伸縮によりカソー
ドやアノードが剥離しやすいという欠点もある。前記イ
オン交換膜としては通常高価なパーフルオロカーボン系
イオン交換膜が使用されているが、これは通常の炭化水
素系イオン交換膜を使用するとホットプレスや焼成時の
高温によりイオン交換膜が劣化することを防止するため
である。従ってホットプレスや焼成を行わなければ高価
なパーフルオロカーボン系イオン交換膜の使用も不要に
なると考えられる。
【０００４】
【発明の目的】本発明は上記問題点に鑑み、製造時にイ
オン交換膜が高温に曝されるホットプレス等の操作を回
避することにより、安価な炭化水素系イオン交換膜の使
用をも可能にした高分子固体電解質型電気化学セルを提
供することを目的とする。
オン交換膜が高温に曝されるホットプレス等の操作を回
避することにより、安価な炭化水素系イオン交換膜の使
用をも可能にした高分子固体電解質型電気化学セルを提
供することを目的とする。
【０００５】
【問題題を解決するための手段】本発明は、カソード用
集電体−カソード−イオン交換膜−アノード−アノード
用集電体の順に積層された５層サンドイッチ構造の電気
化学セル構成用部材の前記両集電体の外側に位置させた
１対の締着用プレートに内向きの力を加えて締着して構
成したことを特徴とする高分子固体電解質型電気化学セ
ルである。
集電体−カソード−イオン交換膜−アノード−アノード
用集電体の順に積層された５層サンドイッチ構造の電気
化学セル構成用部材の前記両集電体の外側に位置させた
１対の締着用プレートに内向きの力を加えて締着して構
成したことを特徴とする高分子固体電解質型電気化学セ
ルである。
【０００６】以下、本発明の詳細について説明する。従
来の５層サンドイッチ構造では集電体又はイオン交換膜
と電極（カソード又はアノード）とをホットプレスや焼
成により一体化しているが、該ホットプレス等は単に一
体化するだけでなく集電体と電極及び電極とイオン交換
膜との界面部の接合を良好にして接触抵抗を減少するこ
とも意図している。本発明では従来のこのホットプレス
による部材の一体化と抵抗減少を、積層した部材の両側
に位置した締着用プレートによる締着により行わせ、ホ
ットプレス法の欠点である耐熱性イオン交換膜の使用を
不要にしたことを特徴とする。
来の５層サンドイッチ構造では集電体又はイオン交換膜
と電極（カソード又はアノード）とをホットプレスや焼
成により一体化しているが、該ホットプレス等は単に一
体化するだけでなく集電体と電極及び電極とイオン交換
膜との界面部の接合を良好にして接触抵抗を減少するこ
とも意図している。本発明では従来のこのホットプレス
による部材の一体化と抵抗減少を、積層した部材の両側
に位置した締着用プレートによる締着により行わせ、ホ
ットプレス法の欠点である耐熱性イオン交換膜の使用を
不要にしたことを特徴とする。
【０００７】本発明の電気化学セルに使用するイオン交
換膜はイオン交換基を有する任意のイオン交換膜とする
ことができ、例えば耐熱性のパーフルオロカーボン系の
スルホン酸又はカルボン酸タイプのイオン交換膜や非耐
熱性の炭化水素系のスルホン酸又はカルボン酸タイプの
イオン交換膜等を使用することができる。そしてアノー
ド及びカソードを構成する電極粒子はカーボン粉末に白
金等の触媒金属を担持させた従来のものをそのまま使用
すればよい。又この電極粒子はその全てに触媒が担持さ
れている必要はなく触媒担持粒子と無担持粒子の混合物
としてもよい。更に該電極触媒粒子上にイオン交換樹脂
を被覆しイオン交換膜との親和性を向上させることが望
ましい。又集電体も特に限定されず多孔質の、カーボン
ペーパや金属粒子の焼結シートあるいはカーボンや金属
メッシュ等を好ましく使用できる。この集電体と前記電
極とは締着に先立ってホットプレスや冷間プレス等によ
り一体化しておくことが望ましい。
換膜はイオン交換基を有する任意のイオン交換膜とする
ことができ、例えば耐熱性のパーフルオロカーボン系の
スルホン酸又はカルボン酸タイプのイオン交換膜や非耐
熱性の炭化水素系のスルホン酸又はカルボン酸タイプの
イオン交換膜等を使用することができる。そしてアノー
ド及びカソードを構成する電極粒子はカーボン粉末に白
金等の触媒金属を担持させた従来のものをそのまま使用
すればよい。又この電極粒子はその全てに触媒が担持さ
れている必要はなく触媒担持粒子と無担持粒子の混合物
としてもよい。更に該電極触媒粒子上にイオン交換樹脂
を被覆しイオン交換膜との親和性を向上させることが望
ましい。又集電体も特に限定されず多孔質の、カーボン
ペーパや金属粒子の焼結シートあるいはカーボンや金属
メッシュ等を好ましく使用できる。この集電体と前記電
極とは締着に先立ってホットプレスや冷間プレス等によ
り一体化しておくことが望ましい。
【０００８】これらの各部材は上述の通り、カソード用
集電体−カソード−イオン交換膜−アノード−アノード
用集電体の順に積層され、その両側に位置する締着用プ
レートにより締着し一体化する。この締着には両締着用
プレート及びイオン交換膜を貫通するボルトを使用する
ことが望ましく、この他に弾性体等を周囲に巻き付けて
固定することもできる。この締着力が弱いと各部材が十
分に密着せず、従って抵抗値が十分低下せず、一方締着
力を強くしすぎても部材の破損が生じやすくなるだけで
意味がなく、該締着力は単位電極面積に対して10〜500
ｋｇ／ｃｍ2 とすることが望ましい。この締着力は、締
着後の５層サンドイッチ構造の厚さが締着により元の厚
さのほぼ95〜60％に縮む力にほぼ相当する。又この時の
抵抗値はイオン交換膜と電極部材の抵抗値を合わせた値
の1.5 倍以下となる。
集電体−カソード−イオン交換膜−アノード−アノード
用集電体の順に積層され、その両側に位置する締着用プ
レートにより締着し一体化する。この締着には両締着用
プレート及びイオン交換膜を貫通するボルトを使用する
ことが望ましく、この他に弾性体等を周囲に巻き付けて
固定することもできる。この締着力が弱いと各部材が十
分に密着せず、従って抵抗値が十分低下せず、一方締着
力を強くしすぎても部材の破損が生じやすくなるだけで
意味がなく、該締着力は単位電極面積に対して10〜500
ｋｇ／ｃｍ2 とすることが望ましい。この締着力は、締
着後の５層サンドイッチ構造の厚さが締着により元の厚
さのほぼ95〜60％に縮む力にほぼ相当する。又この時の
抵抗値はイオン交換膜と電極部材の抵抗値を合わせた値
の1.5 倍以下となる。
【０００９】このように構成される本発明の電気化学セ
ルは、イオン交換膜の接合にホットプレスや焼成を使用
しないため、イオン交換膜の熱による劣化が生ずること
がなく、従ってイオン交換膜として耐熱性のない安価な
炭化水素系イオン交換膜を使用することが可能となり、
しかも締着のみで一体化できるため工程数を減少させて
作業効率を上昇させることができる。更に組み立て前に
イオン交換膜とカソード及びアノードとが別個に保存さ
れるため、イオン交換膜とカソードやアノードとの間に
歪が生じて剥離することがない。このような利点を有す
る本発明の電気化学セルは、ホットプレスにより製造さ
れる電気化学セルと同等の特性を有している。
ルは、イオン交換膜の接合にホットプレスや焼成を使用
しないため、イオン交換膜の熱による劣化が生ずること
がなく、従ってイオン交換膜として耐熱性のない安価な
炭化水素系イオン交換膜を使用することが可能となり、
しかも締着のみで一体化できるため工程数を減少させて
作業効率を上昇させることができる。更に組み立て前に
イオン交換膜とカソード及びアノードとが別個に保存さ
れるため、イオン交換膜とカソードやアノードとの間に
歪が生じて剥離することがない。このような利点を有す
る本発明の電気化学セルは、ホットプレスにより製造さ
れる電気化学セルと同等の特性を有している。
【００１０】図１は、本発明に係わる高分子固体電解質
型電気化学セルの締着前の積層状態を例示する分解正面
図、図２は、図１の電気化学セルの締着後の積層状態を
示す正面図である。この電気化学セルは、左から順に、
カソード用締着用プレート１、カソード用集電体２、カ
ソード３、イオン交換膜４、アノード５、アノード用集
電体６及びアノード用締着用プレート７から構成され、
カソード用集電体２とカソード及びアノード５とアノー
ド用集電体６は予めホットプレス等により一体化されて
いる。カソード用締着用プレート１及びアノード用締着
用プレート７のそれぞれの集電体２及び６に向かう面に
は多数の凹面８が形成され、該両締着用プレート１及び
７の四隅のそれぞれの対応箇所にはボルト孔９が形成さ
れている。このボルト孔９にはボルト10が嵌入され、他
端側をナット11で締着することにより前記カソード用集
電体２−カソード３、イオン交換膜４及びアノード５−
アノード用集電体６を強固に密着させ一体化する。
型電気化学セルの締着前の積層状態を例示する分解正面
図、図２は、図１の電気化学セルの締着後の積層状態を
示す正面図である。この電気化学セルは、左から順に、
カソード用締着用プレート１、カソード用集電体２、カ
ソード３、イオン交換膜４、アノード５、アノード用集
電体６及びアノード用締着用プレート７から構成され、
カソード用集電体２とカソード及びアノード５とアノー
ド用集電体６は予めホットプレス等により一体化されて
いる。カソード用締着用プレート１及びアノード用締着
用プレート７のそれぞれの集電体２及び６に向かう面に
は多数の凹面８が形成され、該両締着用プレート１及び
７の四隅のそれぞれの対応箇所にはボルト孔９が形成さ
れている。このボルト孔９にはボルト10が嵌入され、他
端側をナット11で締着することにより前記カソード用集
電体２−カソード３、イオン交換膜４及びアノード５−
アノード用集電体６を強固に密着させ一体化する。
【００１１】
【実施例】次に本発明に係わる電気化学セルの実施例を
記載するが、本実施例は本発明を限定するものではな
い。
記載するが、本実施例は本発明を限定するものではな
い。
【実施例１】カーボン粉末10ｇに塩化白金酸水溶液（白
金濃度150 ｇ／リットル）を含浸させた後、熱分解処理
を行って白金担持量が30重量％である白金カーボン触媒
を調製した。該カーボン触媒を市販のイオン交換樹脂分
散溶液（ナフィオン溶液）に浸漬しその後乾燥してその
表面にイオン交換樹脂層を形成した。この触媒粉末を担
持白金量が平均0.3 ｍｇ／ｃｍ2 となるように分別し、
アルコール中に再分散させた。
金濃度150 ｇ／リットル）を含浸させた後、熱分解処理
を行って白金担持量が30重量％である白金カーボン触媒
を調製した。該カーボン触媒を市販のイオン交換樹脂分
散溶液（ナフィオン溶液）に浸漬しその後乾燥してその
表面にイオン交換樹脂層を形成した。この触媒粉末を担
持白金量が平均0.3 ｍｇ／ｃｍ2 となるように分別し、
アルコール中に再分散させた。
【００１２】次にこの分散液を弱い吸引下で濾過して直
径50ｍｍの濾紙上に前記触媒粉末をアルコールが若干残
るように付着させた後、該濾紙を集電体として機能する
撥水化処理した直径20ｍｍ、厚さ360 μｍのカーボンペ
ーパとともに130 ℃、５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力でホットプ
レスして一方面にアノード又はカソードが形成された集
電体付電極を調製した。この両電極を直径30ｍｍ、厚さ
150 μｍで四隅近傍にボルト孔を有するパーフルオロカ
ーボン系イオン交換膜であるナフィオン（デュポン社
製）の両側に密着させ、更に前記両電極の外面に縦５ｃ
ｍ、横５ｃｍ、厚さ10ｍｍで内面に多数の凹面を有し四
隅近傍にボルト孔を有する真鍮製の１対の締着用プレー
トを位置させ、両締着用プレートの四隅のボルト孔にボ
ルト（１ピッチ＝0.8 ｍｍ）を挿入し、ボルトの先端を
ナットで締着して電気化学セルを組み立てた。
径50ｍｍの濾紙上に前記触媒粉末をアルコールが若干残
るように付着させた後、該濾紙を集電体として機能する
撥水化処理した直径20ｍｍ、厚さ360 μｍのカーボンペ
ーパとともに130 ℃、５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力でホットプ
レスして一方面にアノード又はカソードが形成された集
電体付電極を調製した。この両電極を直径30ｍｍ、厚さ
150 μｍで四隅近傍にボルト孔を有するパーフルオロカ
ーボン系イオン交換膜であるナフィオン（デュポン社
製）の両側に密着させ、更に前記両電極の外面に縦５ｃ
ｍ、横５ｃｍ、厚さ10ｍｍで内面に多数の凹面を有し四
隅近傍にボルト孔を有する真鍮製の１対の締着用プレー
トを位置させ、両締着用プレートの四隅のボルト孔にボ
ルト（１ピッチ＝0.8 ｍｍ）を挿入し、ボルトの先端を
ナットで締着して電気化学セルを組み立てた。
【００１３】この締着時のボルトの回転度を変えて締着
強度を変化させて、ボルトの回転度と電気化学セルの抵
抗との関係を測定した。その結果を図３のグラフに示し
た。このグラフからボルトの回転度が8.6 回を越える付
近から十分に抵抗が降下して各部材が密着し一体化され
ていることが判る。又この電気化学セルを使用してその
特性を電流−電圧の関係を下記条件で測定することによ
り評価した。つまりアノード及びカソードへの供給ガス
はそれぞれ１気圧の加湿水素及び無加湿酸素とし、80℃
におけるＩＲフリーの電流密度（ｍＡ／ｃｍ2 ）の対数
と得られる電圧（ｍＶ）の関係を測定した。その結果を
図４のグラフに示した。
強度を変化させて、ボルトの回転度と電気化学セルの抵
抗との関係を測定した。その結果を図３のグラフに示し
た。このグラフからボルトの回転度が8.6 回を越える付
近から十分に抵抗が降下して各部材が密着し一体化され
ていることが判る。又この電気化学セルを使用してその
特性を電流−電圧の関係を下記条件で測定することによ
り評価した。つまりアノード及びカソードへの供給ガス
はそれぞれ１気圧の加湿水素及び無加湿酸素とし、80℃
におけるＩＲフリーの電流密度（ｍＡ／ｃｍ2 ）の対数
と得られる電圧（ｍＶ）の関係を測定した。その結果を
図４のグラフに示した。
【００１４】
【比較例１】実施例１のアノード又はカソードが形成さ
れた集電体付電極間に実施例１のイオン交換膜を位置さ
せ、130 ℃、５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力でホットプレスして
電気化学セルを構成した。実施例１と同様の方法でこの
電気化学セルの特性を電流−電圧の関係を測定すること
により評価した。その結果を図４のグラフに示した。図
４から判るように両セルの電流−電圧の関係はほぼ一致
し、実施例１で締着法により製造した電気化学セルはホ
ットプレス法により製造した本比較例のセルとほぼ同一
の特性を有することが判る。
れた集電体付電極間に実施例１のイオン交換膜を位置さ
せ、130 ℃、５ｋｇ／ｃｍ2 の圧力でホットプレスして
電気化学セルを構成した。実施例１と同様の方法でこの
電気化学セルの特性を電流−電圧の関係を測定すること
により評価した。その結果を図４のグラフに示した。図
４から判るように両セルの電流−電圧の関係はほぼ一致
し、実施例１で締着法により製造した電気化学セルはホ
ットプレス法により製造した本比較例のセルとほぼ同一
の特性を有することが判る。
【００１５】
【実施例２及び比較例２】イオン交換膜としてＥＷ値が
900 の炭化水素系イオン交換膜を使用したこと以外は実
施例１と同一条件で電気化学セルを組み立てた（実施例
２）。一方イオン交換膜として実施例２の炭化水素系イ
オン交換膜を使用したこと以外は比較例１と同一条件で
セルを製造した（比較例２）。カレントインタラプタ法
で測定したセル抵抗値は0.1 Ω・ｃｍ2 （実施例２）、
及び0.3 Ω・ｃｍ2 （比較例２）であり、同一の耐熱性
に劣る炭化水素系イオン交換膜を使用した場合に、本実
施例の締着法により組み立てたセルはホットプレス法に
よるセルよりもホットプレス時の熱による劣化がみられ
ずＩＲロスが少ないことが判る。
900 の炭化水素系イオン交換膜を使用したこと以外は実
施例１と同一条件で電気化学セルを組み立てた（実施例
２）。一方イオン交換膜として実施例２の炭化水素系イ
オン交換膜を使用したこと以外は比較例１と同一条件で
セルを製造した（比較例２）。カレントインタラプタ法
で測定したセル抵抗値は0.1 Ω・ｃｍ2 （実施例２）、
及び0.3 Ω・ｃｍ2 （比較例２）であり、同一の耐熱性
に劣る炭化水素系イオン交換膜を使用した場合に、本実
施例の締着法により組み立てたセルはホットプレス法に
よるセルよりもホットプレス時の熱による劣化がみられ
ずＩＲロスが少ないことが判る。
【００１６】
【発明の効果】本発明は、カソード用集電体−カソード
−イオン交換膜−アノード−アノード用集電体の順に積
層された５層サンドイッチ構造の電気化学セル構成用部
材の前記両集電体の外側に位置させた１対の締着用プレ
ートに内向きの力を加えて締着したことを特徴とする高
分子固体電解質型電気化学セルである（請求項１）。こ
のように構成したセルは、イオン交換膜の接合にホット
プレスや焼成を使用せず、ボルト等による締着のみで組
み立てを行うことができるため、作業性が大きく向上す
る。しかもイオン交換膜の熱による劣化が生ずることが
なく、従ってイオン交換膜として耐熱性のない安価な炭
化水素系イオン交換膜を使用することが可能となる。更
に組み立て前にイオン交換膜とカソード及びアノードと
が別個に保存されるため、イオン交換膜とカソードやア
ノードとの間に歪が生じて剥離することがない。
−イオン交換膜−アノード−アノード用集電体の順に積
層された５層サンドイッチ構造の電気化学セル構成用部
材の前記両集電体の外側に位置させた１対の締着用プレ
ートに内向きの力を加えて締着したことを特徴とする高
分子固体電解質型電気化学セルである（請求項１）。こ
のように構成したセルは、イオン交換膜の接合にホット
プレスや焼成を使用せず、ボルト等による締着のみで組
み立てを行うことができるため、作業性が大きく向上す
る。しかもイオン交換膜の熱による劣化が生ずることが
なく、従ってイオン交換膜として耐熱性のない安価な炭
化水素系イオン交換膜を使用することが可能となる。更
に組み立て前にイオン交換膜とカソード及びアノードと
が別個に保存されるため、イオン交換膜とカソードやア
ノードとの間に歪が生じて剥離することがない。
【００１７】このような利点を有する本発明の電気化学
セルは、ホットプレスにより製造される電気化学セルと
同等の特性を有し、ホットプレス法による欠点を解消し
た画期的な電気化学セルということができる。このセル
の組み立て時の締着力が不十分であると各部材が十分に
密着せず従って抵抗が大きくなる。一方締着力を大きく
しすぎても抵抗が低下する訳ではなく各部材に過大な負
荷が掛かるだけてある。望ましい締着力の範囲は、単位
電極面積当たり10〜500 ｋｇ／ｃｍ2 である（請求項
２）。
セルは、ホットプレスにより製造される電気化学セルと
同等の特性を有し、ホットプレス法による欠点を解消し
た画期的な電気化学セルということができる。このセル
の組み立て時の締着力が不十分であると各部材が十分に
密着せず従って抵抗が大きくなる。一方締着力を大きく
しすぎても抵抗が低下する訳ではなく各部材に過大な負
荷が掛かるだけてある。望ましい締着力の範囲は、単位
電極面積当たり10〜500 ｋｇ／ｃｍ2 である（請求項
２）。
【図１】本発明に係わる高分子固体電解質型電気化学セ
ルの締着前の積層状態を例示する分解正面図。
ルの締着前の積層状態を例示する分解正面図。
【図２】図１のセルの締着後の積層状態を示す正面図。
【図３】実施例１の電気化学セルのボルト締着による組
み立て時のボルトの回転度とセルの抵抗との関係を示す
グラフ。
み立て時のボルトの回転度とセルの抵抗との関係を示す
グラフ。
【図４】実施例１と比較例１の両セルの電流の対数と電
圧の関係を示すグラフ。
圧の関係を示すグラフ。
【図５】従来の燃料電池の電極構造を示す概略断面図。
１・・・カソード用締着用プレート ２・・・カソード
用集電体 ３・・・カソード ４・・・イオン交換膜
５・・・アノード ６・・・アノード用集電体７・・・
アノード用締着用プレート ８・・・凹面 ９・・・ボ
ルト孔 10・・・ボルト 11・・・ナット
用集電体 ３・・・カソード ４・・・イオン交換膜
５・・・アノード ６・・・アノード用集電体７・・・
アノード用締着用プレート ８・・・凹面 ９・・・ボ
ルト孔 10・・・ボルト 11・・・ナット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 391016716 ストンハルト・アソシエーツ・インコーポ レーテッド ＳＴＯＮＥＨＡＲＴ ＡＳＳＯＣＩＡＴＥ Ｓ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ アメリカ合衆国 06443 コネチカット州、 マジソン、コテッジ・ロード17、ピー・オ ー・ボックス1220 (72)発明者 渡辺 政廣 山梨県甲府市和田町2412番地の８ (72)発明者 坂入 弘一 神奈川県平塚市新町２−73 田中貴金属工 業技術開発センター内
Claims (2)
- 【請求項１】 カソード用集電体−カソード−イオン交
換膜−アノード−アノード用集電体の順に積層された５
層サンドイッチ構造の電気化学セル構成用部材の前記両
集電体の外側に位置させた１対の締着用プレートに内向
きの力を加えて締着して構成したことを特徴とする高分
子固体電解質型電気化学セル。 - 【請求項２】 締着圧を単位電極面積当たり10〜500 ｋ
ｇ／ｃｍ2 とした請求項１に記載の電気化学セル。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4245673A JPH0668899A (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 高分子固体電解質型電気化学セル |
| EP93830355A EP0589850A1 (en) | 1992-08-21 | 1993-08-23 | Electrochemical cell employing solid polymer electrolyte |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4245673A JPH0668899A (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 高分子固体電解質型電気化学セル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0668899A true JPH0668899A (ja) | 1994-03-11 |
Family
ID=17137116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4245673A Pending JPH0668899A (ja) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | 高分子固体電解質型電気化学セル |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0589850A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0668899A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002533869A (ja) * | 1998-08-10 | 2002-10-08 | セラニーズ・ヴェンチャーズ・ゲーエムベーハー | 改良した長期間性能を有するｐｅｍ燃料電池、ｐｅｍ燃料電池の操作方法およびｐｅｍ燃料電池蓄電池 |
| KR20040004934A (ko) * | 2002-07-06 | 2004-01-16 | 엘지전자 주식회사 | 연료전지의 멤브레인 조립체 |
| JP2004235085A (ja) * | 2003-01-31 | 2004-08-19 | Hitachi Maxell Ltd | 燃料電池 |
Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2000030730A (ja) | 1998-07-08 | 2000-01-28 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| DE102004028141C5 (de) * | 2004-06-10 | 2015-11-19 | Elcomax Membranes Gmbh | Membran-Elektroden-Modul (MEA) für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzellenstapel |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3012086A (en) * | 1957-07-17 | 1961-12-05 | Allis Chalmers Mfg Co | Fuel cell |
| DE1421612A1 (de) * | 1962-07-10 | 1969-02-20 | Siemens Ag | Verfahren zur Aufbringung von Netzelektroden auf Ionen-Austauscher-Membranen fuer Brennstoff-Elemente |
| JPS5693883A (en) * | 1979-12-27 | 1981-07-29 | Permelec Electrode Ltd | Electrolytic apparatus using solid polymer electrolyte diaphragm and preparation thereof |
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-
1992
- 1992-08-21 JP JP4245673A patent/JPH0668899A/ja active Pending
-
1993
- 1993-08-23 EP EP93830355A patent/EP0589850A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002533869A (ja) * | 1998-08-10 | 2002-10-08 | セラニーズ・ヴェンチャーズ・ゲーエムベーハー | 改良した長期間性能を有するｐｅｍ燃料電池、ｐｅｍ燃料電池の操作方法およびｐｅｍ燃料電池蓄電池 |
| KR20040004934A (ko) * | 2002-07-06 | 2004-01-16 | 엘지전자 주식회사 | 연료전지의 멤브레인 조립체 |
| JP2004235085A (ja) * | 2003-01-31 | 2004-08-19 | Hitachi Maxell Ltd | 燃料電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0589850A1 (en) | 1994-03-30 |
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