JP2001196082A - リン酸型燃料電池用電極ユニット - Google Patents
リン酸型燃料電池用電極ユニットInfo
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- JP2001196082A JP2001196082A JP2000005887A JP2000005887A JP2001196082A JP 2001196082 A JP2001196082 A JP 2001196082A JP 2000005887 A JP2000005887 A JP 2000005887A JP 2000005887 A JP2000005887 A JP 2000005887A JP 2001196082 A JP2001196082 A JP 2001196082A
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- 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
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 リン酸の外部への浸出およびリン酸中の水分
の蒸発を防止する。 【解決手段】 リン酸型燃料電池用電極ユニット２は，
耐熱性を有する樹脂マトリックス５にリン酸を含浸させ
た電解質６と，その電解質６を挟むと共にその電解質６
の外周縁よりも外側に在る環状食出し部７，８を有する
空気極９および燃料極１０と，環状食出し部７，８間に
挟まれたシール部材１１とを備えている。
の蒸発を防止する。 【解決手段】 リン酸型燃料電池用電極ユニット２は，
耐熱性を有する樹脂マトリックス５にリン酸を含浸させ
た電解質６と，その電解質６を挟むと共にその電解質６
の外周縁よりも外側に在る環状食出し部７，８を有する
空気極９および燃料極１０と，環状食出し部７，８間に
挟まれたシール部材１１とを備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はリン酸型燃料電池用
電極ユニットに関する。
電極ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，この種の電極ユニットとして，耐
熱性を有する樹脂マトリックスにリン酸を含浸させた電
解質を，空気極および燃料極により挟み，且つその樹脂
マトリックスの外周部を空気極および燃料極の外周縁よ
り延出させたものが知られている。この延出部分は両セ
パレータ間に挟まれて両セパレータ間からの水素および
空気の洩れを防止するシール部材として用いられる。
熱性を有する樹脂マトリックスにリン酸を含浸させた電
解質を，空気極および燃料極により挟み，且つその樹脂
マトリックスの外周部を空気極および燃料極の外周縁よ
り延出させたものが知られている。この延出部分は両セ
パレータ間に挟まれて両セパレータ間からの水素および
空気の洩れを防止するシール部材として用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記のよ
うな手段を採用すると，樹脂マトリックスが持つ微細孔
を経てリン酸が外部に浸出したり，また高い動作温度
（約２００℃）下で，樹脂マトリックス表面付近に存在
するリン酸中の水分が前記微細孔を経て蒸発するおそれ
があり，その上，コストの高い樹脂マトリックスを本来
の目的以外にも使用することになるので，その使用量の
増加が電極ユニットの高コスト化を招く，といった問題
があった。
うな手段を採用すると，樹脂マトリックスが持つ微細孔
を経てリン酸が外部に浸出したり，また高い動作温度
（約２００℃）下で，樹脂マトリックス表面付近に存在
するリン酸中の水分が前記微細孔を経て蒸発するおそれ
があり，その上，コストの高い樹脂マトリックスを本来
の目的以外にも使用することになるので，その使用量の
増加が電極ユニットの高コスト化を招く，といった問題
があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明はリン酸の外部へ
の浸出およびリン酸中の水分の蒸発を防止し，また高コ
スト化を抑制し得るようにした前記リン酸型燃料電池用
電極ユニットを提供することを目的とする。
の浸出およびリン酸中の水分の蒸発を防止し，また高コ
スト化を抑制し得るようにした前記リン酸型燃料電池用
電極ユニットを提供することを目的とする。
【０００５】前記目的を達成するため本発明によれば，
耐熱性を有する樹脂マトリックスにリン酸を含浸させた
電解質と，その電解質を挟むと共にその電解質の外周縁
よりも外側に在る環状食出し部を有する空気極および燃
料極と，前記環状食出し部間に挟まれた環状シール部材
とを備えているリン酸型燃料電池用電極ユニットが提供
される。こゝで，「環状」とは「無端状」と同義であ
り，これは以下同じである。
耐熱性を有する樹脂マトリックスにリン酸を含浸させた
電解質と，その電解質を挟むと共にその電解質の外周縁
よりも外側に在る環状食出し部を有する空気極および燃
料極と，前記環状食出し部間に挟まれた環状シール部材
とを備えているリン酸型燃料電池用電極ユニットが提供
される。こゝで，「環状」とは「無端状」と同義であ
り，これは以下同じである。
【０００６】前記のように構成すると，電解質，したが
って樹脂マトリックスの外周面をシール部材によりシー
ルして，リン酸の外部への浸出およびリン酸中の水分の
蒸発を防止することができる。またシール部材としては
樹脂マトリックスよりも低コストな材料よりなるものを
用いることが可能であるから，電極ユニットの高コスト
化を十分に抑制することができる。
って樹脂マトリックスの外周面をシール部材によりシー
ルして，リン酸の外部への浸出およびリン酸中の水分の
蒸発を防止することができる。またシール部材としては
樹脂マトリックスよりも低コストな材料よりなるものを
用いることが可能であるから，電極ユニットの高コスト
化を十分に抑制することができる。
【０００７】また本発明によれば，前記シール部材と，
前記空気極および前記燃料極の前記両環状食出し部との
間にそれぞれテトラフロオロエチレンよりなる接着層が
存在するリン酸型燃料電池用電極ユニットが提供され
る。
前記空気極および前記燃料極の前記両環状食出し部との
間にそれぞれテトラフロオロエチレンよりなる接着層が
存在するリン酸型燃料電池用電極ユニットが提供され
る。
【０００８】前記のように構成すると，前記シール効果
を一層向上させることができる。
を一層向上させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１，２において，リン酸型燃料
電池用セル１は平面四角形の平板状電極ユニット２と，
その電極ユニット２を挟む２枚の平面四角形の平板状セ
パレータ３，４とよりなる。電極ユニット２は，耐熱性
を有する樹脂マトリックス５にリン酸を含浸させた平面
四角形の平板状電解質６と，その電解質６を挟むと共に
その電解質６の外周縁よりも外側に在る環状食出し部
７，８を有する平面四角形の平板状空気極（＋）９およ
び平板状燃料極（−）１０と，両環状食出し部７，８間
に挟まれた，平面四角形の額縁形をなす環状シール部材
１１とを備えている。この場合，電解質６としては，リ
ン酸を含浸させた２つの耐熱性樹脂マトリックス５を重
ね合せたものが用いられている。また環状シール部材１
１としては，環状食出し部７，８間に挟まれた環状主体
部１２と，その環状主体部１２の内周面に設けられて両
樹脂マトリックス５の圧縮変形した外周縁部ａ間に挟ま
れた環状突出部１３と，環状主体部１２の外周側に連設
されて空気極９および燃料極１０の外周面に密着する外
枠部１４とを有するものが用いられている。この場合，
両樹脂マトリックス５の外周縁部ａは圧縮変形により高
密度化してシール性を持つ。両セパレータ３，４の四隅
には，スタックを組立てる際に締付ボルトを挿通するた
めの挿通孔１５がそれぞれ形成されている。
電池用セル１は平面四角形の平板状電極ユニット２と，
その電極ユニット２を挟む２枚の平面四角形の平板状セ
パレータ３，４とよりなる。電極ユニット２は，耐熱性
を有する樹脂マトリックス５にリン酸を含浸させた平面
四角形の平板状電解質６と，その電解質６を挟むと共に
その電解質６の外周縁よりも外側に在る環状食出し部
７，８を有する平面四角形の平板状空気極（＋）９およ
び平板状燃料極（−）１０と，両環状食出し部７，８間
に挟まれた，平面四角形の額縁形をなす環状シール部材
１１とを備えている。この場合，電解質６としては，リ
ン酸を含浸させた２つの耐熱性樹脂マトリックス５を重
ね合せたものが用いられている。また環状シール部材１
１としては，環状食出し部７，８間に挟まれた環状主体
部１２と，その環状主体部１２の内周面に設けられて両
樹脂マトリックス５の圧縮変形した外周縁部ａ間に挟ま
れた環状突出部１３と，環状主体部１２の外周側に連設
されて空気極９および燃料極１０の外周面に密着する外
枠部１４とを有するものが用いられている。この場合，
両樹脂マトリックス５の外周縁部ａは圧縮変形により高
密度化してシール性を持つ。両セパレータ３，４の四隅
には，スタックを組立てる際に締付ボルトを挿通するた
めの挿通孔１５がそれぞれ形成されている。
【００１０】耐熱性樹脂マトリックス５は少なくとも窒
素を含むヘテロ環構造を持つポリマ，例えばポリベンズ
イミダゾールよりなる高分子膜である。このような耐熱
性高分子膜は米国特許第5,525,436 号明細書に開示され
ており，そこに開示された各種の耐熱性高分子膜が本発
明において用いられる。
素を含むヘテロ環構造を持つポリマ，例えばポリベンズ
イミダゾールよりなる高分子膜である。このような耐熱
性高分子膜は米国特許第5,525,436 号明細書に開示され
ており，そこに開示された各種の耐熱性高分子膜が本発
明において用いられる。
【００１１】前記耐熱性高分子膜は電極反応による温度
上昇に十分に耐え得る。またリン酸としては，沸点の高
い濃厚なもの（８５％以上）が用いられ，そのリン酸は
前記温度上昇下においても高分子膜に保持されてプロト
ン伝導の媒体をなす。このようなセル１は小型・軽量化
を図られており，またその動作温度を，例えば，最高２
００℃程度に高めてその発生熱を有効に利用することが
可能であるから，車載用として好適である。ただし，動
作温度が２１０℃になると，リン酸は分解して酸化リン
が生じる。
上昇に十分に耐え得る。またリン酸としては，沸点の高
い濃厚なもの（８５％以上）が用いられ，そのリン酸は
前記温度上昇下においても高分子膜に保持されてプロト
ン伝導の媒体をなす。このようなセル１は小型・軽量化
を図られており，またその動作温度を，例えば，最高２
００℃程度に高めてその発生熱を有効に利用することが
可能であるから，車載用として好適である。ただし，動
作温度が２１０℃になると，リン酸は分解して酸化リン
が生じる。
【００１２】空気極９および燃料極１０はカーボンファ
イバクロスおよび触媒金属（例えばＰｔ）よりなり，ま
た各セパレータ３，４は黒鉛化炭素，ステンレス鋼（耐
腐食性処理を施されたものを含む）等より構成される。
空気極９側のセパレータ３に存する複数の溝１６に空気
が，また燃料極１０側のセパレータ４に存する複数の溝
１７に水素（燃料）がそれぞれ供給される。シール部材
１１はポリイミド樹脂（例えば，デュポン社製，商品名
カプトン）より構成されている。
イバクロスおよび触媒金属（例えばＰｔ）よりなり，ま
た各セパレータ３，４は黒鉛化炭素，ステンレス鋼（耐
腐食性処理を施されたものを含む）等より構成される。
空気極９側のセパレータ３に存する複数の溝１６に空気
が，また燃料極１０側のセパレータ４に存する複数の溝
１７に水素（燃料）がそれぞれ供給される。シール部材
１１はポリイミド樹脂（例えば，デュポン社製，商品名
カプトン）より構成されている。
【００１３】前記のように構成すると，電解質６，した
がって両樹脂マトリックス５，空気極９および燃料極１
０の各外周面をシール部材１１によりシールして，リン
酸の電極ユニット２外への浸出およびリン酸中の水分の
蒸発を防止することができる。またシール部材１１とし
ては樹脂マトリックス５よりも低コストな材料よりなる
ものを用いたので，電極ユニット２の高コスト化を十分
に抑制することができる。
がって両樹脂マトリックス５，空気極９および燃料極１
０の各外周面をシール部材１１によりシールして，リン
酸の電極ユニット２外への浸出およびリン酸中の水分の
蒸発を防止することができる。またシール部材１１とし
ては樹脂マトリックス５よりも低コストな材料よりなる
ものを用いたので，電極ユニット２の高コスト化を十分
に抑制することができる。
【００１４】電極ユニット２の形成に当っては，図３に
示すように，先ず，電解質６，したがってリン酸を含浸
させ，且つ重ね合せられた両樹脂マトリックス５の外周
にシール部材１１を嵌めて両樹脂マトリックス５の外周
縁部ａ間に環状突出部１３を挿入する。次いで，電解質
６およびシール部材１１の環状主体部１２を空気極９お
よび燃料極１０により挟み，その後，１６０℃，４ＭＰ
ａの条件でホットプレスを行うことによって，図１に示
すように，両樹脂マトリックス５の外周縁部ａを圧縮変
形させた状態で，シール部材１１と，空気極９，燃料極
１０の両食出し部７，８および両樹脂マトリックス５の
外周縁部ａとを接合する。
示すように，先ず，電解質６，したがってリン酸を含浸
させ，且つ重ね合せられた両樹脂マトリックス５の外周
にシール部材１１を嵌めて両樹脂マトリックス５の外周
縁部ａ間に環状突出部１３を挿入する。次いで，電解質
６およびシール部材１１の環状主体部１２を空気極９お
よび燃料極１０により挟み，その後，１６０℃，４ＭＰ
ａの条件でホットプレスを行うことによって，図１に示
すように，両樹脂マトリックス５の外周縁部ａを圧縮変
形させた状態で，シール部材１１と，空気極９，燃料極
１０の両食出し部７，８および両樹脂マトリックス５の
外周縁部ａとを接合する。
【００１５】接合強度の向上を図るべく，図４に示すよ
うに，シール部材１１の環状主体部１２両面にポリテト
ラフルオロエチレンよりなる接着剤のコーティング層１
８を設けることが行われる。これにより図５に示すよう
に，シール部材１１と，空気極９および燃料極１０の両
食出し部７，８との間にそれぞれテトラフロオロエチレ
ンよりなる接着層１９が存在する。
うに，シール部材１１の環状主体部１２両面にポリテト
ラフルオロエチレンよりなる接着剤のコーティング層１
８を設けることが行われる。これにより図５に示すよう
に，シール部材１１と，空気極９および燃料極１０の両
食出し部７，８との間にそれぞれテトラフロオロエチレ
ンよりなる接着層１９が存在する。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば前記のように構成するこ
とによって，樹脂マトリックス中に存在するリン酸の外
部への浸出および樹脂マトリックス表面付近に存在する
リン酸中の水分の蒸発を防止すると共に高コスト化を抑
制したリン酸型燃料電池用電極ユニットを提供すること
ができる。
とによって，樹脂マトリックス中に存在するリン酸の外
部への浸出および樹脂マトリックス表面付近に存在する
リン酸中の水分の蒸発を防止すると共に高コスト化を抑
制したリン酸型燃料電池用電極ユニットを提供すること
ができる。
【図１】セルの断面図である。
【図２】電極ユニットの分解図である。
【図３】電極ユニットの形成方法を示す断面図である。
【図４】接着剤よりなるコーティング層を有するシール
部材の要部拡大断面図である。
部材の要部拡大断面図である。
【図５】接着層を有する電極ユニットの要部拡大断面図
である。
である。
２………………電極ユニット ５………………樹脂マトリックス ６………………電解質 ７，８…………食出し部 ９………………空気極 １０……………燃料極 １１……………シール部材 １２……………環状主体部 １３……………環状突出部 １４……………外枠部 １９……………接着層 ａ………………外周縁部
Claims (4)
- 【請求項１】 耐熱性を有する樹脂マトリックス（５）
にリン酸を含浸させた電解質（６）と，その電解質
（６）を挟むと共にその電解質（６）の外周縁よりも外
側に在る環状食出し部（７，８）を有する空気極（９）
および燃料極（１０）と，前記環状食出し部（７，８）
間に挟まれた環状シール部材（１１）とを備えているこ
とを特徴とするリン酸型燃料電池用電極ユニット。 - 【請求項２】 前記樹脂マトリックス（５）は，ポリベ
ンズイミダゾールよりなる高分子膜であり，前記シール
部材（１１）はポリイミド樹脂よりなる，請求項１記載
のリン酸型燃料電池用電極ユニット。 - 【請求項３】 前記シール部材（１１）と，前記空気極
（９）および前記燃料極（１０）の前記両環状食出し部
（７，８）との間にそれぞれテトラフロオロエチレンよ
りなる接着層（１９）が存在する，請求項１または２記
載のリン酸型燃料電池用電極ユニット。 - 【請求項４】 リン酸を含浸させた２つの耐熱性樹脂マ
トリックス（５）を重ね合せた電解質（６）と，その電
解質（６）を挟むと共にその電解質（６）の外周縁より
も外側に在る環状食出し部（７，８）を有する空気極
（９）および燃料極（１０）と，前記環状食出し部
（７，８）間に挟まれた環状シール部材（１１）とを備
え，その環状シール部材（１１）は，前記環状食出し部
（７，８）間に挟まれた環状主体部（１２）と，その環
状主体部（１２）の内周面に設けられて前記両樹脂マト
リックス（５）の外周縁部（ａ）間に挟まれた環状突出
部（１３）と，前記環状主体部（１２）の外周側に連設
されて前記空気極（９）および前記燃料極（１０）の外
周面に密着する外枠部（１４）とを有することを特徴と
するリン酸型燃料電池用電極ユニット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000005887A JP2001196082A (ja) | 2000-01-07 | 2000-01-07 | リン酸型燃料電池用電極ユニット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000005887A JP2001196082A (ja) | 2000-01-07 | 2000-01-07 | リン酸型燃料電池用電極ユニット |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001196082A true JP2001196082A (ja) | 2001-07-19 |
Family
ID=18534504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000005887A Pending JP2001196082A (ja) | 2000-01-07 | 2000-01-07 | リン酸型燃料電池用電極ユニット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001196082A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006008158A2 (de) | 2004-07-21 | 2006-01-26 | Pemeas Gmbh | Membran-elektrodeneinheiten und brennstoffzellen mit erhöhter lebensdauer |
| CN100346501C (zh) * | 2002-12-23 | 2007-10-31 | 上海神力科技有限公司 | 一种燃料电池的密封结构 |
| JP2007299550A (ja) * | 2006-04-27 | 2007-11-15 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
| EP2131433A1 (de) | 2008-06-05 | 2009-12-09 | Reinz-Dichtungs-Gmbh | Elektrochemische Zelle und Verfahren zur ihrer Herstellung |
| WO2011006623A1 (de) | 2009-07-16 | 2011-01-20 | Basf Se | Verfahren zum betrieb einer brennstoffzelle |
| WO2011006625A1 (de) | 2009-07-16 | 2011-01-20 | Basf Se | Verfahren zum betrieb einer brennstoffzelle und zugehörige brennstoffzelle |
| WO2011006624A2 (de) | 2009-07-16 | 2011-01-20 | Basf Se | Verfahren zum betrieb einer brennstoffzelle und zugehörige brennstoffzelle |
| US8012647B2 (en) | 2004-08-05 | 2011-09-06 | Basf Fuel Cell Gmbh | Membrane-electrode unit and fuel elements with increased service life |
| WO2011154811A1 (en) | 2010-06-08 | 2011-12-15 | Rensselaer Polytechnic Institute | Method for the production of an electrochemical cell |
| US8206870B2 (en) | 2004-08-05 | 2012-06-26 | Basf Fuel Cell Gmbh | Long-life membrane electrode assemblies with gasket and frame |
| DE102012007178A1 (de) | 2011-04-14 | 2012-10-18 | Basf Se | Verbesserte Membran-Elektrodeneinheiten und Brennstoffzellen mit langer Lebensdauer |
| EP2843743A1 (en) | 2013-09-02 | 2015-03-04 | Basf Se | Membrane electrode units for high temperature fuel cells with improved stability |
| US9130208B2 (en) | 2012-05-08 | 2015-09-08 | Basf Se | Membrane electrode assemblies and fuel cells with long lifetime |
| US9325025B2 (en) | 2011-04-14 | 2016-04-26 | Basf Se | Membrane electrode assemblies and fuel cells with long lifetime |
| US9559367B2 (en) | 2002-08-02 | 2017-01-31 | Basf Fuel Cell Gmbh | Long-life membrane electrode assemblies and its use in fuel cells |
-
2000
- 2000-01-07 JP JP2000005887A patent/JP2001196082A/ja active Pending
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| WO2011006624A2 (de) | 2009-07-16 | 2011-01-20 | Basf Se | Verfahren zum betrieb einer brennstoffzelle und zugehörige brennstoffzelle |
| WO2011154811A1 (en) | 2010-06-08 | 2011-12-15 | Rensselaer Polytechnic Institute | Method for the production of an electrochemical cell |
| US9537166B2 (en) | 2010-06-08 | 2017-01-03 | Rensselaer Polytechnic Institute | Method for the production of an electrochemical cell |
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| DE102012007178A1 (de) | 2011-04-14 | 2012-10-18 | Basf Se | Verbesserte Membran-Elektrodeneinheiten und Brennstoffzellen mit langer Lebensdauer |
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