[發明專利]燃料電池用膜電極接合體的保管方法

無效

• 申請號: 200810002279.1
• 申請日: 2005-03-09
• 公開（公告）號: CN101217199A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 中川貴嗣;寺西正俊;辻庸一郎
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M4/88;H01M8/10
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 陳建全

本申請是2005年3月9日提交的申請號為200510054129.1、發明名稱為“燃料電池用膜電極接合體的保管方法”的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及在固體高分子電解質膜上層疊氧極和燃料極的燃料電池用膜電極接合體的保管方法。

背景技術

最近，燃料電池作為清潔電源備受矚目。該燃料電池存在許多種類，其中之一有固體高分子電解質型燃料電池。

該固體高分子電解質型燃料電池，具有將多個作為發電最小單位的所謂單電池串聯層疊起來而形成的所謂燃料電池堆(多層電池)，由于在該燃料電池堆中配備有氧和燃料的供給手段以及多層電池的冷卻手段，因而在各單電池中使氫和氧反應便可獲得希望的電力(電壓)。

上述單電池進而具有燃料電池用膜電極接合體、以及層疊單電池時隔開相鄰的接合體并使之導電的隔板，管理上述反應的主體部分為燃料電池用膜電極接合體。

該燃料電池用膜電極接合體具有由含磺酸基的氟樹脂系離子交換膜之類的高分子離子交換膜構成的電解質膜，在該電解質膜的兩側分別具有以層疊狀態配置的成為氧極的陰極催化層、以及成為燃料極的陽極催化層。而且陽極催化層例如使用鉑和釕的合金，陰極催化層例如使用鉑。

具有這樣結構的燃料電池用膜電極接合體像下述那樣使氧和氫發生反應。也就是說，使供給到燃料極的氫氣等在上述陽極催化層變為氫離子，而以水合狀態通過上述電解質膜向氧極側移動的氫離子在陰極催化層與氧和電子反應而生成水。然后，通過這些反應的反復進行，燃料電池用膜電極接合體便產生電力(電壓)。

以前，這樣的固體高分子電解質型燃料電池幾乎都是從單電池的制造到燃料電池堆的安裝、再到最終的燃料電池的安裝這樣連續地進行生產的，這樣可以獲得燃料電池所希望的性能。

在這些燃料電池得以普及、燃料電池以批量方式進行生產的時代將要到來的時候，一般認為有必要在不使性能退化的狀態下長期保管燃料電池安裝前的部件，以確保燃料電池完成時可以獲得所希望的性能。例如，在燃料電池堆的狀態下，可以考慮在去除了空氣(氧)的氣氛中進行保管的方法，該方法是通過采用惰性氣體或水凈化殘留在流道中的空氣(氧)的方式來去除空氣(氧)的，其中流道設置在隔膜上，用于流過氧氣和氫氣(例如，參照特開2002-93448號公報和特開平6-251788號公報)。另外，作為在去除了氧的氣氛中進行保管的技術，可以考慮使用氧氣吸收劑的保管方法(例如，參照特開2000-289380號公報)。

但是，作為燃料電池堆組裝后，一般認為用現有例子的方法進行長期保管是可能的，不過，例如隨著燃料電池的通用化，就不能適合只生產燃料電池用膜電極接合體、且需要向遠方運輸時的接合體單個體的保管。

發明內容

于是，本發明者鑒于現有的技術反復進行了潛心的研究，最后查明了燃料電池用電極接合體單個體保管時發生不良情況的原因。

即在膜電極接合體的催化層的制造工序中使用了醇。例如，作為催化層的制造工序，以載有鉑-釕合金粒子或鉑粒子的乙炔黑系碳粉為催化劑粉末，將該催化劑粉末分散在含有全氟磺酸(perfluorocarbonsulfonic?acid)粉末的乙醇中而制成糊狀的催化劑。然后在碳制無紡布的一面涂敷該糊狀催化劑，由此形成催化層。接著將涂敷有催化劑的一側朝向電解質膜使電解質膜夾持在兩個催化層之間，這樣就制成了膜電極接合體。

但是，上述的醇即使在膜電極接合體制成后，也會殘留在無紡布上，如果就這樣直接保存的話，則空氣中的氧和該醇反應而生成醋酸等氧化物，對催化劑產生不良影響。而且認識到長期保管將導致催化劑本身的變質。

另外還認識到：處在工廠或倉庫等環境中，空氣中含有的有機物等灰塵往往會附著在膜電極接合體上，當不必要的有機物長期附著在催化劑時，將會使催化層變質。

此外，金屬(特別是過渡金屬)微粒子到達電解質膜上時，由于電解質膜的強酸性，金屬粒子將發生離子化。而且當離子化的金屬粒子附著的電解質膜用在燃料電池上并且使該燃料電池運轉時，通過電解質膜滲漏過來的氣體或因副反應的影響生成的過氧化氫和上述附著的離子化金屬發生反應而產生羥基自由基，由于該自由基的作用，電解質膜遭受分解。此外還認識到：電解質膜一旦遭受分解，則滲漏增加，分解加速，電解質膜的厚度減少，最終就不能維持發電了。

另外還得知：暴露于空氣里的氧中，各催化層達到接近1V的高電壓，這促進了催化層中的載體碳、鉑和釕等金屬催化劑的氧化而喪失作為催化劑的功能，或者催化劑從催化層中溶出而產生缺損。