[發明專利]高分子型燃料電池的運轉方法

有效

• 申請號: 201080034117.1
• 申請日: 2010-06-14
• 公開（公告）號: CN102473934A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發明（設計）人: 行天久朗;相澤將徒;田尾本昭
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M4/86;H01M8/04;H01M8/10
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及能夠作為電動汽車用電源或者家庭內電源系統使用的將氫或者醇等烴作為燃料的高分子型燃料電池的發電方法。

背景技術

目前，已報告有為了實現固體高分子型燃料電池的高性能化而對電解質膜的表面實施凹凸化并使催化劑層與電解質膜的接觸面積增大的方法。在專利文獻1中公開了將具有由硬度高于該電解質膜的材料形成的凹凸構造的成形模型(模版)擠壓到電解質膜的表面從而將凹凸構造形成于電解質膜的表面的方法。在專利文獻2中公開了以下方法：在兼作保護電解質膜的基材薄膜的表面預先賦予凹凸構造，并將高分子膜形成材料涂布于該基材薄膜之上并使其干燥，之后從電解質膜上剝離該基材薄膜，從而將凹凸構造形成于電解質膜的表面。

在非專利文獻1中公開了以下方法：將由紫外線進行固化的電解質材料的前體液體澆注到由聚氰甲基丙烯酸酯形成的表面被施以微細加工的模版薄膜上，在用紫外線固化后從電解質膜上剝離該薄膜。

專利文獻1的圖3表示說明將微小突起形成于電解質膜表面的各個工序的流程圖。在該方法中，由具有規定凹形狀的成形模型203沖壓放置于金屬制作臺204之上的電解質膜201，從而將柱狀微小突起104形成于電解質膜表面。作為微小突起(在專利文獻1的表中表述為柱(pillar))的形狀，公開了2種構造。即，直徑大約為0.3μm且長為3μm的所謂的棒狀的微小突起(專利文獻1的圖1以及圖2)、以及直徑為0.5～5μm且長度(高度)為0.25～2.6μm的圓盤狀的微小突起(專利文獻1的圖5、圖7以及圖8)。

作為具有棒狀微小突起的燃料電池的制造方法，公開有通過在氮氛圍氣體中以100℃加熱2分鐘或者由濺射法將碳化層形成于微小突起的表面、并將鉑等金屬催化劑析出至該碳化層上的方法。然而，在以上所述條件下認為不能夠形成碳化層。因此，在專利文獻1中并沒有公開能夠實現的制造方法。除此之外，完全沒有公開有關性能評價結果的具體的或者定量的記述，所以棒狀微小突起的有效性不明。

另一方面，作為具有圓盤狀微小突起的電解質膜的制造方法，公開有對磺甲基化聚醚砜膜沖壓凹型成形模型來進行制造的例子。但是，微小突起的高度為0.5～1μm，微小突起的最大直徑為2.6μm。相對于此，被形成于具有微小突起的電解質膜表面的催化劑層的厚度相當厚，在陰極側為160μm，在陽極側為55μm。通過比較單電池的輸出密度，從而評價圓盤狀微小突起有無的效果以及該突起形狀的效果，然而輸出密度的改善較小，最大為2倍。

在專利文獻1的權利要求中記載有微小突起的直徑以及高度，但是這些只不過是表示在構成燃料電池的時候可能的一般性的數值而已。與實際的膜·電極組件(MEA)中的催化劑層的厚度以及形狀的關系并沒有被記載，用于證實其效果的實驗方法和數據也沒有被公開。

專利文獻2的圖2表示了對將微小凹凸構造形成于由澆注(cast)成形制作的電解質膜表面的各個工序進行說明的流程圖。在該方法中，通過由2個輥10、11擠壓保護片3a(3b)，從而將輥10上的微小突起4a復制至保護片上。接著，通過從噴嘴13將烴類的高分子膜形成材料12吐出至保護片上，用刮刀14對其進行均勻的延展并實施干燥，從而形成電解質膜。但是，關于電解質膜上的微小凹凸構造的形狀只不過公開了與專利文獻1的公開內容同樣的內容。而且，有關發電條件、特別是供給氣體的加濕條件，也沒有充分公開。

在專利文獻3中，作為凸部的形成方法，公開了使顆粒狀的電解質附著于平坦膜上的方法、以及溶解平坦膜的一部分的方法。除此之外，還公開了在使用相對濕度為26％的陽極氣體以及陰極氣體的情況下的發電性能。雖然有提及在電解質膜上具有凸部的燃料電池在相同條件下能夠給出較高的電壓，但是有關凸部的形狀與優選的加濕條件的關系，沒有給出任何啟示(特別參照專利文獻3的段落號0020以及0036)。

在非專利文獻1中公開了：將被規則性地排列的3μm×3μm的微小嵌入部(凹部)形成于電解質膜表面，在漸漸地將其深度加深到1.4μm、1.9μm、3.7μm之后，雖然在低電流密度時性能有所提高，但是在高電流密度時性能反而降低。但是，并沒有提到電解質膜表面的微細構造的優選形狀以及供給氣體的加濕條件。

除此之外，作為與本發明相關的文獻，還可以列舉專利文獻4。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2005-108822號公報(特別是段落0025、0037～0040、0049～0057、圖8(a)、0045～0048、圖8(b)、0062、0068、0069、圖8(c))