TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
公開番号2022011735
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-01-17
出願番号2020113059
出願日2020-06-30
発明の名称燃料電池
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人個人,個人
主分類H01M 8/02 20160101AFI20220107BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】セパレータのリブ幅に対してガス拡散層の厚みを薄くすることで、高電流密度域でのガス拡散性を向上させ、発電性能を高めた燃料電池を提供することを目的とする。
【解決手段】高分子電解質膜の両面に、それぞれ触媒層及びガス拡散層を積層してなる膜・電極接合体(MEA)を、セパレータによって挟持した燃料電池において、セパレータは、ガス拡散層と当接する側の表面に、発電に供する反応ガスが流れるガス流路を構成するためのリブ及び溝を備えており、ガス拡散層の厚みをh、リブにおける前記ガス拡散層と当接する部分の幅をRwとしたとき、0.29Rw≦h≦0.55Rw、且つガス拡散層が、導電性粒子と導電性繊維と高分子樹脂とを含み、導電性繊維の平均繊維長Flと平均繊維径FdがFl<Rw/2であり、且つFd<h/100である。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項1】
高分子電解質膜の両面に、それぞれ触媒層及びガス拡散層を積層してなる、膜・電極接合体を、セパレータによって挟持した燃料電池であって、
前記セパレータは、前記ガス拡散層と接触する側の表面に、発電に供する反応ガスが流れるガス流路を構成するためのリブ及び溝を備えており、
前記ガス拡散層の厚みをhとし、
前記リブにおける前記ガス拡散層と接触する部分の幅をRwとしたとき、
0.29Rw≦h≦0.55Rw
であり、且つ、
前記ガス拡散層が、導電性粒子と導電性繊維と高分子樹脂とを含み、
前記導電性繊維の平均繊維長Flと平均繊維径Fdが
Fl<Rw/2、及びFd<h/100
である、燃料電池。
続きを表示(約 910 文字)【請求項2】
高分子電解質膜の両面に、それぞれ触媒層及びガス拡散層を積層してなる、膜・電極接合体(MEA)を、セパレータによって挟持した燃料電池であって、
前記セパレータは、前記ガス拡散層と接触する側の表面に、発電に供する反応ガスが流れるガス流路を構成するためのリブ及び溝を備えており、
前記ガス拡散層の厚みをhとし、
前記リブにおける前記ガス拡散層と接触する部分の幅をRwとしたとき、
0.29Rw≦h≦0.48Rw
であり、且つ、
前記ガス拡散層が、導電性粒子と導電性繊維と高分子樹脂とを含み、
前記導電性繊維の平均繊維長Flと平均繊維径Fdが
Fl<Rw/2、及びFd<h/100
である、燃料電池。
【請求項3】
前記導電性繊維の平均繊維長Flと平均繊維径Fdが、
0.5μm≦Fl≦50μm、及び
0.05μm≦Fd≦0.3μm
である、請求項1又は2に記載の燃料電池。
【請求項4】
前記ガス拡散層における前記導電性繊維の量は、前記導電性粒子の量より多い、請求項3に記載の燃料電池。
【請求項5】
前記ガス拡散層において、前記リブと前記溝との境界に段差を有し、前記リブの頂部平坦部に接触する面と、前記溝に対向する面とが非連続な凹凸面で構成された、請求項4に記載の燃料電池。
【請求項6】
前記リブと前記溝との境界における前記ガス拡散層の段差の高さが5~30μmである、請求項5に記載の燃料電池。
【請求項7】
前記ガス拡散層において、前記セパレータと接触する面側の面粗さSaが3μmより小さい、請求項6に記載の燃料電池。
【請求項8】
前記セパレータのリブ幅Rwと溝幅Gwが、
0.7Gw≦Rw≦1.3Gw
である、請求項1から7のいずれか1項に記載の燃料電池。
【請求項9】
前記ガス拡散層と前記セパレータがカソード側である、請求項1から8のいずれか1項に記載の燃料電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、燃料電池、特に固体高分子形の燃料電池に関する。
続きを表示(約 1,300 文字)【背景技術】
【0002】
燃料電池の一例である固体高分子形燃料電池は、プロトン伝導性高分子電解質膜の一方の面を水素等の燃料ガスに暴露し、他方の面を酸素に暴露して、電解質膜を介した化学反応によって水を合成することでその際に生じる反応エネルギーを電気的に取り出している。
【0003】
固体高分子形燃料電池の単電池は、膜・電極接合体(以下、MEAと記載する)と、MEAの両面に配置された一対の導電性のセパレータとを有している。MEAは、プロトン伝導性高分子電解質膜と、この電解質膜を挟む一対の電極層とを備えている。一対の電極層は、高分子電解質膜の両面に形成され、白金族触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒層と、当該触媒層上に形成され、集電作用とガス透過性と撥水性とを併せ持つガス拡散層とを有している。
【0004】
セパレータには、ガス拡散層と当接する側の表面に、発電に供する反応ガスが流れるガス流路を形成するためのリブ及び溝を備えている。
【0005】
MEAにおけるガス拡散層は、セパレータのガス流路から供給される反応ガスを触媒層に供給する。また、ガス拡散層は、触媒層とセパレータ間の電子の導電経路としても機能する。このため、MEAに用いられるガス拡散層には導電性多孔質部材が使用されている。
【0006】
例えば、特許文献1には、反応ガスが流れるガス流路を構成するためのリブ及び溝が形成されたセパレータを用いた燃料電池において、リブとガス拡散層との接触部分に対向するガス拡散層の領域への反応ガスの供給量を増大させることと、リブとガス拡散層との接触抵抗を低下させることを目的とした燃料電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
特開2010-218817号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかし、特許文献1に記載の燃料電池では、セパレータのリブ幅Rw(特許文献1では2x)に対してガス拡散層の厚みhが、h≧0.7Rwと厚いため、触媒に到達する反応ガスの供給量が低下し、特に、高電流密度域において拡散過電圧が上昇し、発電性能が低下する。
【0009】
本開示は、セパレータのリブ幅に対してガス拡散層の厚みを薄くすることで、特に、高電流密度域でのガス拡散性を向上させて、発電性能を高めた燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を達成するために、本発明者らは鋭意検討した結果、ガス拡散層が導電性粒子と導電性繊維と高分子樹脂とにより構成されたガス拡散層において、導電性繊維の平均繊維長がセパレータのリブ幅の1/2よりも短く、導電性繊維の平均繊維径がガス拡散層の厚みの1/100以下であるガス拡散層を用いることにより、ガス拡散層の厚み方向と面方向のガス拡散性が均一化することを知見した。この知見により、リブ幅に対してガス拡散層の厚みを薄く形成しても、リブ下のガス拡散が阻害されにくく、特に、高電流密度域での発電性能が大幅に向上することを見出した。
(【0011】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

個人
光センサ装置
3日前
日星電気株式会社
編組導体
9日前
個人
蔓状炭素膜
10日前
ホシデン株式会社
コネクタ
2日前
TDK株式会社
リチウム二次電池
10日前
東レ株式会社
電子部品の製造方法
8日前
太陽誘電株式会社
コイル部品
7日前
株式会社GSユアサ
蓄電素子
2日前
太陽誘電株式会社
全固体電池
4日前
株式会社タムラ製作所
端子台
2日前
太陽誘電株式会社
全固体電池
4日前
株式会社村田製作所
コイル部品
3日前
富士通株式会社
光検出器
10日前
住友電装株式会社
端子台
3日前
トヨタ自動車株式会社
加熱装置
10日前
住友電装株式会社
端子台
3日前
住友電装株式会社
コネクタ
8日前
個人
光電コネクタ
2日前
ローム株式会社
半導体装置
9日前
住友電装株式会社
コネクタ
2日前
住友電装株式会社
コネクタ
3日前
ローム株式会社
半導体装置
2日前
アトナープ株式会社
イオン化装置
2日前
三洋電機株式会社
電源装置
2日前
TDK株式会社
複合電子部品
3日前
日本航空電子工業株式会社
コネクタ
8日前
IDEC株式会社
マイクロスイッチ
2日前
IDEC株式会社
マイクロスイッチ
2日前
日本航空電子工業株式会社
コネクタ
9日前
日本航空電子工業株式会社
コネクタ
9日前
三菱電機株式会社
半導体装置
3日前
日本航空電子工業株式会社
コネクタ
8日前
三菱電機株式会社
半導体装置
10日前
積水ポリマテック株式会社
導電部材
10日前
株式会社豊田自動織機
蓄電装置
9日前
株式会社ディスコ
被加工物の加工方法
9日前
続きを見る