JP2000021419A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池Info
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体高分子型の燃料電池の構成要素であるセ
パレーター板は、従来、カーボン板を用い、この表面部
分を切削加工して、ガス流通路を形成していた。この方
法では、カーボン板の材料コストと共に、これを切削す
るためのコストを引き下げることが困難であった。これ
に替わり、金属を用いる方法が考えられるが、金属を用
いる方法では、金属が高温で酸化性の雰囲気に曝される
ため、長期間使用すると、金属の腐食や溶解が起こり、
電池の発電効率が次第に低下するという課題があった。 【解決手段】 セパレータを構成する金属薄板上で、電
極が位置する主要部にプレス成形などによってガス流路
を形成し、この表面部分に炭素系導電層を有する層を形
成する。
パレーター板は、従来、カーボン板を用い、この表面部
分を切削加工して、ガス流通路を形成していた。この方
法では、カーボン板の材料コストと共に、これを切削す
るためのコストを引き下げることが困難であった。これ
に替わり、金属を用いる方法が考えられるが、金属を用
いる方法では、金属が高温で酸化性の雰囲気に曝される
ため、長期間使用すると、金属の腐食や溶解が起こり、
電池の発電効率が次第に低下するという課題があった。 【解決手段】 セパレータを構成する金属薄板上で、電
極が位置する主要部にプレス成形などによってガス流路
を形成し、この表面部分に炭素系導電層を有する層を形
成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポータブル電源、
電気自動車用電源、家庭内コージェネシステム等に使用
する固体高分子電解質を用いた燃料電池に関する。
電気自動車用電源、家庭内コージェネシステム等に使用
する固体高分子電解質を用いた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質を用いた燃料電池は、
水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有する燃
料ガスとを、電気化学的に反応させることで、電力と熱
とを同時に発生させるものである。その構造は、まず、
水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜の両面
に、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分
とする触媒反応層を形成する。次に、この触媒反応層の
外面に、燃料ガスの通気性と、電子導電性を併せ持つ拡
散層を形成し、この拡散層と触媒反応層とを合わせて電
極とする。
水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有する燃
料ガスとを、電気化学的に反応させることで、電力と熱
とを同時に発生させるものである。その構造は、まず、
水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜の両面
に、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分
とする触媒反応層を形成する。次に、この触媒反応層の
外面に、燃料ガスの通気性と、電子導電性を併せ持つ拡
散層を形成し、この拡散層と触媒反応層とを合わせて電
極とする。
【０００３】次に、供給する燃料ガスが外にリークした
り、二種類の燃料ガスが互いに混合しないように、電極
の周囲には高分子電解質膜を挟んでガスシール材やガス
ケットを配置する。このシール材やガスケットは、電極
及び高分子電解質膜と一体化してあらかじめ組み立て、
これを、ＭＥＡ（電極電解質膜接合体）と呼ぶ。ＭＥＡ
の外側には、これを機械的に固定するとともに、隣接し
たＭＥＡを互いに電気的に直列に接続するための導電性
のセパレータ板を配置する。セパレータ板のＭＥＡと接
触する部分には、電極面に反応ガスを供給し、生成ガス
や余剰ガスを運び去るためのガス流路を形成する。ガス
流路はセパレータ板と別に設けることもできるが、セパ
レータの表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的
である。
り、二種類の燃料ガスが互いに混合しないように、電極
の周囲には高分子電解質膜を挟んでガスシール材やガス
ケットを配置する。このシール材やガスケットは、電極
及び高分子電解質膜と一体化してあらかじめ組み立て、
これを、ＭＥＡ（電極電解質膜接合体）と呼ぶ。ＭＥＡ
の外側には、これを機械的に固定するとともに、隣接し
たＭＥＡを互いに電気的に直列に接続するための導電性
のセパレータ板を配置する。セパレータ板のＭＥＡと接
触する部分には、電極面に反応ガスを供給し、生成ガス
や余剰ガスを運び去るためのガス流路を形成する。ガス
流路はセパレータ板と別に設けることもできるが、セパ
レータの表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的
である。
【０００４】この溝に燃料ガスを供給するためは、燃料
ガスを供給する配管を、使用するセパレータの枚数に分
岐し、その分岐先を直接セパレータ状の溝につなぎ込む
配管治具が必要となる。この治具をマニホールドと呼
び、上記のような燃料ガスの供給配管から直接つなぎ込
むタイプを外部マニホールドを呼ぶ。このマニホールド
には、構造をより簡単にした内部マニホールドと呼ぶ形
式のものがある。内部マニホールドとは、ガス流路を形
成したセパレータ板に、貫通した孔を設け、ガス流路の
出入り口をこの孔まで通し、この孔から直接燃料ガスを
供給するものである。
ガスを供給する配管を、使用するセパレータの枚数に分
岐し、その分岐先を直接セパレータ状の溝につなぎ込む
配管治具が必要となる。この治具をマニホールドと呼
び、上記のような燃料ガスの供給配管から直接つなぎ込
むタイプを外部マニホールドを呼ぶ。このマニホールド
には、構造をより簡単にした内部マニホールドと呼ぶ形
式のものがある。内部マニホールドとは、ガス流路を形
成したセパレータ板に、貫通した孔を設け、ガス流路の
出入り口をこの孔まで通し、この孔から直接燃料ガスを
供給するものである。
【０００５】燃料電池は運転中に発熱するので、電池を
良好な温度状態に維持するために、冷却水等で冷却する
必要がある。通常、１〜３セル毎に冷却水を流す冷却部
をセパレータとセパレータとの間に挿入するが、セパレ
ータの背面に冷却水流路を設けて冷却部とする場合が多
い。これらのＭＥＡとセパレータおよび冷却部を交互に
重ねていき、１０〜２００セル積層した後、集電板と絶
縁板を介し、端板でこれを挟み、締結ボルトで両端から
固定するのが一般的な積層電池の構造である。
良好な温度状態に維持するために、冷却水等で冷却する
必要がある。通常、１〜３セル毎に冷却水を流す冷却部
をセパレータとセパレータとの間に挿入するが、セパレ
ータの背面に冷却水流路を設けて冷却部とする場合が多
い。これらのＭＥＡとセパレータおよび冷却部を交互に
重ねていき、１０〜２００セル積層した後、集電板と絶
縁板を介し、端板でこれを挟み、締結ボルトで両端から
固定するのが一般的な積層電池の構造である。
【０００６】このような固体高分子型の燃料電池では、
セパレータは導電性が高く、かつ燃料ガスに対してガス
気密性が高く、更に水素／酸素を酸化還元する際の反応
に対して高い耐食性を持ち必要がある。このような理由
で、従来のセパレータは通常グラッシーカーボンや膨張
黒鉛などのカーボン材料で構成し、ガス流路もその表面
での切削や、膨張黒鉛の場合は型による成型で作製して
いた。
セパレータは導電性が高く、かつ燃料ガスに対してガス
気密性が高く、更に水素／酸素を酸化還元する際の反応
に対して高い耐食性を持ち必要がある。このような理由
で、従来のセパレータは通常グラッシーカーボンや膨張
黒鉛などのカーボン材料で構成し、ガス流路もその表面
での切削や、膨張黒鉛の場合は型による成型で作製して
いた。
【０００７】しかしながら近年、従来より使用されたカ
ーボン材料に代えて、ステンレスなどの金属を用いる試
みが行われている。
ーボン材料に代えて、ステンレスなどの金属を用いる試
みが行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来のカーボン板の切
削による方法では、カーボン板の材料コストと共に、こ
れを切削するためのコストを引き下げることが困難であ
り、また膨張黒鉛を用いた方法も材料コストが高く、こ
れが実用化の為の障害と考えられている。
削による方法では、カーボン板の材料コストと共に、こ
れを切削するためのコストを引き下げることが困難であ
り、また膨張黒鉛を用いた方法も材料コストが高く、こ
れが実用化の為の障害と考えられている。
【０００９】また、上述の金属を用いる方法では、金属
が高温で酸化性の雰囲気に曝されるため、長期間使用す
ると、金属の腐食や溶解が起こる。金属が腐食すると、
腐食部分の電気抵抗が増大し、電池の出力が低下する。
また、金属が溶解すると、溶解した金属イオンが高分子
電解質に拡散し、これが高分子電解質のイオン交換サイ
トにトラップされ、結果的に高分子電解質自身のイオン
電導性が低下する。これらの原因により、金属をそのま
まセパレータに使用し、電池を長期間運転すると、発電
効率が次第に低下するという課題があった。
が高温で酸化性の雰囲気に曝されるため、長期間使用す
ると、金属の腐食や溶解が起こる。金属が腐食すると、
腐食部分の電気抵抗が増大し、電池の出力が低下する。
また、金属が溶解すると、溶解した金属イオンが高分子
電解質に拡散し、これが高分子電解質のイオン交換サイ
トにトラップされ、結果的に高分子電解質自身のイオン
電導性が低下する。これらの原因により、金属をそのま
まセパレータに使用し、電池を長期間運転すると、発電
効率が次第に低下するという課題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のポイントは、金
属を材料とする導電性セパレータの腐食と溶解を押さえ
込むことで、導電性を有したまま、酸性雰囲気に曝され
ても化学的不活性を維持させる方法を見出したことであ
る。
属を材料とする導電性セパレータの腐食と溶解を押さえ
込むことで、導電性を有したまま、酸性雰囲気に曝され
ても化学的不活性を維持させる方法を見出したことであ
る。
【００１１】即ち、本発明の固体高分子電解質型燃料電
池は、固体高分子電解質膜を挟む一対の電極と、前記電
極に燃料ガスを供給排出する手段とを具備した単電池と
を、導電性セパレータを介して積層した固体高分子電解
質型燃料電池において、前記導電性セパレータは表面に
炭素系導電層を有する金属よりなり、かつ前記導電性セ
パレータは前記燃料ガスを流通するガス流通溝を形成
し、さらに前記燃料ガスに対するガスシール性を有する
材料により、前記ガス流通溝と前記燃料ガスを供給排出
する手段とを接続したことを特徴とする。
池は、固体高分子電解質膜を挟む一対の電極と、前記電
極に燃料ガスを供給排出する手段とを具備した単電池と
を、導電性セパレータを介して積層した固体高分子電解
質型燃料電池において、前記導電性セパレータは表面に
炭素系導電層を有する金属よりなり、かつ前記導電性セ
パレータは前記燃料ガスを流通するガス流通溝を形成
し、さらに前記燃料ガスに対するガスシール性を有する
材料により、前記ガス流通溝と前記燃料ガスを供給排出
する手段とを接続したことを特徴とする。
【００１２】さらに、導電性セパレータに形成したガス
流通溝は、互いに平行な複数の直線形状であることが有
効である。
流通溝は、互いに平行な複数の直線形状であることが有
効である。
【００１３】また、導電性セパレータの一方の面に形成
したガス流通溝の凸部が、前記導電性セパレータの背面
でガス流通溝の凹を形成していることが望ましい。
したガス流通溝の凸部が、前記導電性セパレータの背面
でガス流通溝の凹を形成していることが望ましい。
【００１４】以上で、黒鉛またはカーボンブラックを構
成成分とする導電剤を金属に塗布、乾燥する工程と、ロ
ーラーを用いて前記導電剤が塗布された金属を圧延する
工程を含む固体高分子電解質型燃料電池の製造方法が有
効である。
成成分とする導電剤を金属に塗布、乾燥する工程と、ロ
ーラーを用いて前記導電剤が塗布された金属を圧延する
工程を含む固体高分子電解質型燃料電池の製造方法が有
効である。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
【００１６】
【実施例】（実施例１）アセチレンブラック系カ−ボン
粉末に、平均粒径約３０の白金粒子を２５重量％担持し
たものを反応電極の触媒とした。この触媒粉末をイソプ
ロパノ−ルに分散させた溶液に、（化１）で示したパー
フルオロカーボンスルホン酸の粉末をエチルアルコール
に分散したディスパージョン溶液を混合し、ペースト状
にした。このペーストを原料としスクリ−ン印刷法をも
ちいて、厚み２５０μｍのカ−ボン不織布の一方の面に
電極触媒層を形成した。形成後の反応電極中に含まれる
白金量は０．５ｍｇ／ｃｍ2、パーフルオロカーボンス
ルホン酸の量は１．２ｍｇ／ｃｍ2となるよう調整し
た。
粉末に、平均粒径約３０の白金粒子を２５重量％担持し
たものを反応電極の触媒とした。この触媒粉末をイソプ
ロパノ−ルに分散させた溶液に、（化１）で示したパー
フルオロカーボンスルホン酸の粉末をエチルアルコール
に分散したディスパージョン溶液を混合し、ペースト状
にした。このペーストを原料としスクリ−ン印刷法をも
ちいて、厚み２５０μｍのカ−ボン不織布の一方の面に
電極触媒層を形成した。形成後の反応電極中に含まれる
白金量は０．５ｍｇ／ｃｍ2、パーフルオロカーボンス
ルホン酸の量は１．２ｍｇ／ｃｍ2となるよう調整し
た。
【００１７】
【化１】
【００１８】これらの電極は、正極・負極共に同一構成
とし、電極より一回り大きい面積を有するプロトン伝導
性高分子電解質膜の中心部の両面に、印刷した触媒層が
電解質膜側に接するようにホットプレスによって接合し
て、電極／電解質接合体（ＭＥＡ）を作成した。ここで
は、プロトン伝導性高分子電解質として、（化２）に示
したパーフルオロカーボンスルホン酸を２５μｍの厚み
に薄膜化したものを用いた。
とし、電極より一回り大きい面積を有するプロトン伝導
性高分子電解質膜の中心部の両面に、印刷した触媒層が
電解質膜側に接するようにホットプレスによって接合し
て、電極／電解質接合体（ＭＥＡ）を作成した。ここで
は、プロトン伝導性高分子電解質として、（化２）に示
したパーフルオロカーボンスルホン酸を２５μｍの厚み
に薄膜化したものを用いた。
【００１９】
【化２】
【００２０】本実施例で作製した固体高分子電解質型燃
料電池の各構成要素の構造を図１，図２、及び図３に示
した。
料電池の各構成要素の構造を図１，図２、及び図３に示
した。
【００２１】まず、表面に炭素系導電層を有する金属よ
りなる導電性セパレータの作成方法を示す。縦２０ｍ、
横５０ｃｍ、厚み１．８ｍｍ、密度４０〜５０ｇ／ｍ2
の発泡ウレタン（有機高分子）の帯状有機高分子シート
を用意し、先ずこの帯状有機高分子シートに対し電子導
電性の付与を目的とし、シート１ｍ2当たり約３０ｇの
炭素を塗布した。次に、長径と短径を有する略紡錘形の
多数のウレタン構成単位（有機高分子単位）の大半を、
長手方向と平行する方向に長径を有する形状にするべ
く、帯状有機高分子シートに対し長手方向から引っ張り
力を加え、同時に幅方向から前記引っ張り力と同等以下
の引っ張り力を加えた。更にこの状態で、帯状有機高分
子シートをニッケルイオンを含む溶液に浸漬し、直流電
流を通じてニッケルメッキを施した。ニッケルメッキし
た帯状有機高分子シートを、７５０℃で所定時間かけて
ばい焼し、有機物を消去した後、更に還元雰囲気中で焼
結を行い、スポンジ状のニッケル多孔体（Ｎｉ基体）を
作製した。このスポンジ状ニッケル基体の目付量（密
度）は６００ｇ／ｍ2であり、基体表面と略平行な格子
線分の長径／短径比は１．３であった。
りなる導電性セパレータの作成方法を示す。縦２０ｍ、
横５０ｃｍ、厚み１．８ｍｍ、密度４０〜５０ｇ／ｍ2
の発泡ウレタン（有機高分子）の帯状有機高分子シート
を用意し、先ずこの帯状有機高分子シートに対し電子導
電性の付与を目的とし、シート１ｍ2当たり約３０ｇの
炭素を塗布した。次に、長径と短径を有する略紡錘形の
多数のウレタン構成単位（有機高分子単位）の大半を、
長手方向と平行する方向に長径を有する形状にするべ
く、帯状有機高分子シートに対し長手方向から引っ張り
力を加え、同時に幅方向から前記引っ張り力と同等以下
の引っ張り力を加えた。更にこの状態で、帯状有機高分
子シートをニッケルイオンを含む溶液に浸漬し、直流電
流を通じてニッケルメッキを施した。ニッケルメッキし
た帯状有機高分子シートを、７５０℃で所定時間かけて
ばい焼し、有機物を消去した後、更に還元雰囲気中で焼
結を行い、スポンジ状のニッケル多孔体（Ｎｉ基体）を
作製した。このスポンジ状ニッケル基体の目付量（密
度）は６００ｇ／ｍ2であり、基体表面と略平行な格子
線分の長径／短径比は１．３であった。
【００２２】上記で作製した帯状のスポンジ状ニッケル
基体にカーボンブラックを充填して導電性セパレータと
なし、この導電性セパレータを用いて燃料電池を作製し
た。作製方法の詳細は、次の通りである。
基体にカーボンブラックを充填して導電性セパレータと
なし、この導電性セパレータを用いて燃料電池を作製し
た。作製方法の詳細は、次の通りである。
【００２３】カーボンブラックとポリテトラフルオロエ
チレンを重量比で３：７となるよう混合した。次いで、
この混合物を１０倍のカルボキシメチルセルロース水溶
液に懸濁させて、導電ペーストとし、これをスポンジ状
ニッケル基体に充填し乾燥した。次いで、ローラーを用
いて、前記スポンジ状ニッケル基体を厚さ０．３ｍｍに
圧延した。この圧延したスポンジ状ニッケル基体の中央
部１０ｃｍ×９ｃｍの領域に、５．６ｍｍピッチ（溝幅
約２．８ｍｍ）の波状加工部１を、プレス加工によって
形成した。このとき溝２の深さ（山３の高さ）は約１ｍ
ｍとした。次に、図１に示したように、対抗する２辺に
はそれぞれ水素ガス、冷却水、空気を供給・排出するた
めのマニホールド孔４を設けた。
チレンを重量比で３：７となるよう混合した。次いで、
この混合物を１０倍のカルボキシメチルセルロース水溶
液に懸濁させて、導電ペーストとし、これをスポンジ状
ニッケル基体に充填し乾燥した。次いで、ローラーを用
いて、前記スポンジ状ニッケル基体を厚さ０．３ｍｍに
圧延した。この圧延したスポンジ状ニッケル基体の中央
部１０ｃｍ×９ｃｍの領域に、５．６ｍｍピッチ（溝幅
約２．８ｍｍ）の波状加工部１を、プレス加工によって
形成した。このとき溝２の深さ（山３の高さ）は約１ｍ
ｍとした。次に、図１に示したように、対抗する２辺に
はそれぞれ水素ガス、冷却水、空気を供給・排出するた
めのマニホールド孔４を設けた。
【００２４】つぎに、図２（ａ）に示したように、水素
側となるセパレータには、マニホルド孔から金属板の加
工によるガス流通溝まで、フェノール樹脂でできた凸部
５によってガスを誘導する溝６を設けた。また、２個の
溝が互いに隣り合い、湾曲してつながるようにフェノー
ル樹脂でできた凸部５を重ねた。
側となるセパレータには、マニホルド孔から金属板の加
工によるガス流通溝まで、フェノール樹脂でできた凸部
５によってガスを誘導する溝６を設けた。また、２個の
溝が互いに隣り合い、湾曲してつながるようにフェノー
ル樹脂でできた凸部５を重ねた。
【００２５】このフェノール樹脂製の凸部は、厚みが約
１ｍｍでセパレータ板の溝の山の高さと同じとした。セ
パレータ板の外周部、マニホルド孔の周囲にも同様に形
成し、金属板の形状に対応したガスケット７を構成して
いる。
１ｍｍでセパレータ板の溝の山の高さと同じとした。セ
パレータ板の外周部、マニホルド孔の周囲にも同様に形
成し、金属板の形状に対応したガスケット７を構成して
いる。
【００２６】さらに、図２（ｂ）に示したように、空気
側となるセパレータは隣り合う６個の溝が、湾曲して連
続したガス流通溝を形成するようにした。空気側と水素
ガス側で構造を変えているのは、空気側と水素ガス側と
でガス流量が２５倍程度異なるからである。逆に言え
ば、このような構造では、ガス流量に応じて樹脂製のガ
ス流通溝の形状を変えることにより、最適なガス流速と
ガス圧損にする事が可能である。
側となるセパレータは隣り合う６個の溝が、湾曲して連
続したガス流通溝を形成するようにした。空気側と水素
ガス側で構造を変えているのは、空気側と水素ガス側と
でガス流量が２５倍程度異なるからである。逆に言え
ば、このような構造では、ガス流量に応じて樹脂製のガ
ス流通溝の形状を変えることにより、最適なガス流速と
ガス圧損にする事が可能である。
【００２７】つぎに、図３に示したように、これら２種
類のセパレータとガスケットにより、ＭＥＡ８をはさみ
電池の構成単位とした。図３で示したように、水素側の
ガス流通溝９と空気側のガス流通溝１０の位置は対応す
るように構成し、電極に過剰なセンダン力がかからない
ようにした。単電池を２セル積層ごとに冷却水を流す冷
却部１１を設けた。冷却部にはＳＵＳ３１６製の金属メ
ッシュ１２を用いて導電性と冷却水の流通性を確保し、
外周部とガスマニホルド部にフェノール樹脂製のガスケ
ット７を設けることによってシール部とした。ガスケッ
トとＭＥＡ、セパレータ板とセパレータ板、ガスケット
とセパレータ板などのガスシールが必要な部分はグリス
１３を薄く塗布することによってあまり導電性を低下さ
せずにシール性を確保した。
類のセパレータとガスケットにより、ＭＥＡ８をはさみ
電池の構成単位とした。図３で示したように、水素側の
ガス流通溝９と空気側のガス流通溝１０の位置は対応す
るように構成し、電極に過剰なセンダン力がかからない
ようにした。単電池を２セル積層ごとに冷却水を流す冷
却部１１を設けた。冷却部にはＳＵＳ３１６製の金属メ
ッシュ１２を用いて導電性と冷却水の流通性を確保し、
外周部とガスマニホルド部にフェノール樹脂製のガスケ
ット７を設けることによってシール部とした。ガスケッ
トとＭＥＡ、セパレータ板とセパレータ板、ガスケット
とセパレータ板などのガスシールが必要な部分はグリス
１３を薄く塗布することによってあまり導電性を低下さ
せずにシール性を確保した。
【００２８】以上示したＭＥＡを５０セルを積層した
後、集電板と絶縁板を介し、ステンレス製の単板と締結
ロッドで、２０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で締結した。締結
圧力は小さすぎるとガスがリークし、接触抵抗も大きい
ので電池性能が低くなるが、逆に大きすぎると電極が破
損したり、セパレータ板が変形したりするのでガス流通
溝の設計に応じて締結圧を変えることが重要であった。
後、集電板と絶縁板を介し、ステンレス製の単板と締結
ロッドで、２０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で締結した。締結
圧力は小さすぎるとガスがリークし、接触抵抗も大きい
ので電池性能が低くなるが、逆に大きすぎると電極が破
損したり、セパレータ板が変形したりするのでガス流通
溝の設計に応じて締結圧を変えることが重要であった。
【００２９】比較例の電池として、上記実施例の電池の
ように表面コートをしないＳＵＳ３１６板により導電性
セパレータを構成したものを作製した。比較例の電池
で、導電性セパレータ以外は、全て上記実施例の構成と
同一とした。
ように表面コートをしないＳＵＳ３１６板により導電性
セパレータを構成したものを作製した。比較例の電池
で、導電性セパレータ以外は、全て上記実施例の構成と
同一とした。
【００３０】このように作製した本実施例と比較例の高
分子電解質型燃料電池を、８５℃に保持し、一方の電極
側に８３℃の露点となるよう加湿・加温した水素ガス
を、もう一方の電極側に７８℃の露点となるように加湿
・加温した空気を供給した。その結果、電流を外部に出
力しない無負荷時には、５０Ｖの電池開放電圧を得た。
分子電解質型燃料電池を、８５℃に保持し、一方の電極
側に８３℃の露点となるよう加湿・加温した水素ガス
を、もう一方の電極側に７８℃の露点となるように加湿
・加温した空気を供給した。その結果、電流を外部に出
力しない無負荷時には、５０Ｖの電池開放電圧を得た。
【００３１】この電池を燃料利用率８０％、酸素利用率
４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ2の条件で連続発電試
験を行い、出力特性の時間変化を図５に示した。その結
果、比較例の電池は駆動時間と共に出力が低下するのに
比べ、本実施例の電池は、８０００時間以上にわたって
１０００Ｗ（２２Ｖ−４５Ａ）の電池出力を維持するこ
とを確認した。
４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ2の条件で連続発電試
験を行い、出力特性の時間変化を図５に示した。その結
果、比較例の電池は駆動時間と共に出力が低下するのに
比べ、本実施例の電池は、８０００時間以上にわたって
１０００Ｗ（２２Ｖ−４５Ａ）の電池出力を維持するこ
とを確認した。
【００３２】この実施例ではガス流通溝が複数の平行直
線の場合を試みたが、図４のように２度の湾曲部１４を
経て、ガス供給マニホルドから、ガス排出マニホルド孔
をガス流通溝でつなぐ構造や、巻き貝の殻のように中央
部のマニホルド孔と外側のマニホルド孔とをガス流通溝
でつなぐ構造など様々な構造も可能である。
線の場合を試みたが、図４のように２度の湾曲部１４を
経て、ガス供給マニホルドから、ガス排出マニホルド孔
をガス流通溝でつなぐ構造や、巻き貝の殻のように中央
部のマニホルド孔と外側のマニホルド孔とをガス流通溝
でつなぐ構造など様々な構造も可能である。
【００３３】（実施例２）実施例１では、金属の表面に
カーボンブラックを導電剤とする炭素系導電層を形成し
た導電性セパレータを用いたが、本実施例では、黒鉛を
導電剤とした例を示す。なお、本実施例では、導電層形
成方法、電池構成、及び電池の特性評価条件は、全て実
施例１と同一とした。
カーボンブラックを導電剤とする炭素系導電層を形成し
た導電性セパレータを用いたが、本実施例では、黒鉛を
導電剤とした例を示す。なお、本実施例では、導電層形
成方法、電池構成、及び電池の特性評価条件は、全て実
施例１と同一とした。
【００３４】電池特性は実施例１と同じく、燃料電池を
８５℃に保持し、一方の電極側に８３℃の露点となるよ
う加湿・加温した水素ガスを、もう一方の電極側に７８
℃の露点となるように加湿・加温した空気を供給し、燃
料利用率８０％、酸素利用率４０％、電流密度０．５Ａ
／ｃｍ2の条件で連続発電試験を行ったときの、初期
と、運転時間が８０００時間経過したときの電池出力を
示した。その結果を図６に示した。その結果、比較例の
電池は駆動時間と共に出力が低下するのに比べ、本実施
例の電池は、８０００時間以上にわたって１０００Ｗ
（２２Ｖ−４５Ａ）の電池出力を維持することを確認し
た。
８５℃に保持し、一方の電極側に８３℃の露点となるよ
う加湿・加温した水素ガスを、もう一方の電極側に７８
℃の露点となるように加湿・加温した空気を供給し、燃
料利用率８０％、酸素利用率４０％、電流密度０．５Ａ
／ｃｍ2の条件で連続発電試験を行ったときの、初期
と、運転時間が８０００時間経過したときの電池出力を
示した。その結果を図６に示した。その結果、比較例の
電池は駆動時間と共に出力が低下するのに比べ、本実施
例の電池は、８０００時間以上にわたって１０００Ｗ
（２２Ｖ−４５Ａ）の電池出力を維持することを確認し
た。
【００３５】
【発明の効果】本発明によると、セパレーター板とし
て、従来のカーボン板の切削工法に替わり、ステンレス
などの金属材料を切削加工しないで用いることができる
ので、量産時に大幅なコスト低減が図れる。また、セパ
レータを一層薄くできるので積層電池のコンパクト化に
寄与する。
て、従来のカーボン板の切削工法に替わり、ステンレス
などの金属材料を切削加工しないで用いることができる
ので、量産時に大幅なコスト低減が図れる。また、セパ
レータを一層薄くできるので積層電池のコンパクト化に
寄与する。
【図１】本発明の第１の実施例の燃料電池で用いた導電
性セパレータの構成を示した図
性セパレータの構成を示した図
【図２】本発明の第１の実施例の燃料電池で用いた水素
側セパレータの構成を示した図
側セパレータの構成を示した図
【図３】本発明の第１の実施例の燃料電池の積層電池の
構成を示した図
構成を示した図
【図４】本発明の第１の実施例の燃料電池で用いること
ができる他の導電性セパレータの構成を示した図
ができる他の導電性セパレータの構成を示した図
【図５】本発明の第１の実施例の燃料電池の出力特性を
示した図
示した図
【図６】本発明の第２の実施例の燃料電池の出力特性を
示した図
示した図
１ 波状加工部 ２ 溝 ３ 山 ４ マニホルド孔 ５ フェノール製凸部 ６ フェノール製の溝 ７ フェノール製のガスケット ８ ＭＥＡ ９ 水素側のガス流通溝 １０ 空気側のガス流通溝 １１ 冷却部 １２ 金属メッシュ １３ グリス １４ 湾曲部 １５ 継ぎ目
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 行天 久朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 羽藤 一仁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 内田 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小原 英夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 菅原 靖 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 神原 輝壽 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 松本 敏宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA01 AA02 AA06 BB02 BB03 BB04 CC03 CX01 EE02 EE05
Claims (5)
- 【請求項１】 固体高分子電解質膜を挟む一対の電極
と、前記電極に燃料ガスを供給排出する手段とを具備し
た単電池とを、導電性セパレータを介して積層した固体
高分子電解質型燃料電池において、前記導電性セパレー
タは表面に炭素系導電層を有する金属よりなり、かつ前
記導電性セパレータは前記燃料ガスを流通するガス流通
溝を形成し、さらに前記燃料ガスに対するガスシール性
を有する材料により、前記ガス流通溝と前記燃料ガスを
供給排出する手段とを接続したことを特徴とする固体高
分子電解質型燃料電池。 - 【請求項２】 金属が、スポンジ状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型燃料電池。 - 【請求項３】 黒鉛またはカーボンブラックを構成成分
とする導電剤を金属に塗布、乾燥する工程と、ローラー
を用いて前記導電剤が塗布された金属を圧延する工程を
含む固体高分子電解質型燃料電池の製造方法。 - 【請求項４】 導電性セパレータに形成したガス流通溝
は、互いに平行な複数の直線形状であることを特徴とす
る請求項１または２記載の固体高分子電解質型燃料電
池。 - 【請求項５】 導電性セパレータの一方の面に形成した
ガス流通溝の凸部が、前記導電性セパレータの背面でガ
ス流通溝の凹を形成していることを特徴とする請求項１
または２記載の固体高分子電解質型燃料電池。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10183757A JP2000021419A (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
| DE69933566T DE69933566T2 (de) | 1998-06-30 | 1999-06-28 | Brennstoffzelle mit festem polymerelektrolyten |
| KR10-2000-7014997A KR100426094B1 (ko) | 1998-06-30 | 1999-06-28 | 고체고분자전해질형 연료전지 |
| KR10-2004-7001021A KR100453597B1 (ko) | 1998-06-30 | 1999-06-28 | 고체고분자전해질형 연료전지 |
| CNB998080349A CN1151573C (zh) | 1998-06-30 | 1999-06-28 | 固体高分子电解质燃料电池 |
| EP99926831A EP1094535B1 (en) | 1998-06-30 | 1999-06-28 | Solid polymer electrolyte fuel cell |
| US09/719,832 US6660419B1 (en) | 1998-06-30 | 1999-06-28 | Solid polymer electrolyte fuel cell |
| PCT/JP1999/003464 WO2000001025A1 (fr) | 1998-06-30 | 1999-06-28 | Pile a combustible electrolytique en polymere solide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10183757A JP2000021419A (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000021419A true JP2000021419A (ja) | 2000-01-21 |
Family
ID=16141454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10183757A Withdrawn JP2000021419A (ja) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000021419A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002352817A (ja) * | 2001-05-25 | 2002-12-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子電解質型燃料電池 |
| WO2003044889A1 (en) * | 2001-11-21 | 2003-05-30 | Kuk Il Inntot Ltd. | Metal structure plate for fuel cell |
| US6849355B2 (en) | 2000-11-07 | 2005-02-01 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack having correction plates for correcting deformation of metal separators |
| WO2007100131A1 (ja) | 2006-02-27 | 2007-09-07 | Nippon Steel Corporation | 固体高分子型燃料電池用セパレータおよびその製造方法 |
| US7807281B2 (en) | 2005-06-22 | 2010-10-05 | Nippon Steel Corporation | Stainless steel, titanium, or titanium alloy solid polymer fuel cell separator and its method of production and method of evaluation of warp and twist of separator |
| US9065081B2 (en) | 2009-08-03 | 2015-06-23 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Titanium material for solid polymer fuel cell separator use and method of production of same |
| CN106785511A (zh) * | 2017-01-06 | 2017-05-31 | 深圳供电局有限公司 | 一种输电线路杆塔水平接地复合降阻槽及施工方法 |
| CN115771889A (zh) * | 2022-11-22 | 2023-03-10 | 陕西科技大学 | 钴铁负载多孔碳海绵吸波材料的原位燃烧合成方法 |
-
1998
- 1998-06-30 JP JP10183757A patent/JP2000021419A/ja not_active Withdrawn
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6849355B2 (en) | 2000-11-07 | 2005-02-01 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack having correction plates for correcting deformation of metal separators |
| JP2002352817A (ja) * | 2001-05-25 | 2002-12-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子電解質型燃料電池 |
| WO2003044889A1 (en) * | 2001-11-21 | 2003-05-30 | Kuk Il Inntot Ltd. | Metal structure plate for fuel cell |
| US8304141B2 (en) | 2005-06-22 | 2012-11-06 | Sintokogio Ltd. | Stainless steel, titanium, or titanium alloy solid polymer fuel cell separator and its method of production and method of evaluation of warp and twist of separator |
| US7807281B2 (en) | 2005-06-22 | 2010-10-05 | Nippon Steel Corporation | Stainless steel, titanium, or titanium alloy solid polymer fuel cell separator and its method of production and method of evaluation of warp and twist of separator |
| WO2007100131A1 (ja) | 2006-02-27 | 2007-09-07 | Nippon Steel Corporation | 固体高分子型燃料電池用セパレータおよびその製造方法 |
| US8182961B2 (en) | 2006-02-27 | 2012-05-22 | Nippon Steel Corporation | Solid polymer type fuel cell separator and method of production of same |
| US8361676B2 (en) | 2006-02-27 | 2013-01-29 | Nippon Steel Corporation | Solid polymer type fuel cell separator and method of production of same |
| US9065081B2 (en) | 2009-08-03 | 2015-06-23 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Titanium material for solid polymer fuel cell separator use and method of production of same |
| CN106785511A (zh) * | 2017-01-06 | 2017-05-31 | 深圳供电局有限公司 | 一种输电线路杆塔水平接地复合降阻槽及施工方法 |
| CN106785511B (zh) * | 2017-01-06 | 2022-08-30 | 深圳供电局有限公司 | 一种输电线路杆塔水平接地复合降阻槽及施工方法 |
| CN115771889A (zh) * | 2022-11-22 | 2023-03-10 | 陕西科技大学 | 钴铁负载多孔碳海绵吸波材料的原位燃烧合成方法 |
| CN115771889B (zh) * | 2022-11-22 | 2024-05-10 | 西安英利科电气科技有限公司 | 钴铁负载多孔碳海绵吸波材料的原位燃烧合成方法 |
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