JP2002516471A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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バース，トーマス
ゼベリッヒ，ビルギット
カスパー，クラウス
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カール・フロイデンベルク
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Abstract

(57)【要約】 ケーシングと、両面が触媒層（５）によって被覆されている少なくとも１つのプロトン伝導体である第１層（１）と、第１層の両面の触媒層（５）上に配置されている通気性電極（２）と、導電性プレートの形態の第２層（３）とからなる燃料電池であって、第２層が通気性電極（２）と近接距離で電気的に接触し、通気性電極（２）と共働してガス誘導チャネル（４）を画定し、一方の層（１、３）が、実質上平坦な構造の表面によって、他方の層（３、１）と接触している燃料電池である。第１層（１）又は第２層（３）は、チャネル（４）を形成するために、波形加工、プリーツ加工及び／又は深押し型加工を施されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも一つのケーシング、両面が触媒層によって被覆されてい
るプロトン伝導性ポリマー材料からなる少なくとも一つの層、触媒層上の通気性
電極及び双極プレートからなり、この双極プレートが、通気性電極と近接距離で
電気的に接触し、通気性電極と共働してガス誘導チャネルを画定する、燃料電池
に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような燃料電池は、1995年７月発行の「Spektrum der Wissenschaft」98
ページから公知である。それによるとチャネルは互いに平行に並び、双極プレー
トと一体を成している。したがってその製造には手間がかかり、コストがかかる
。公知の燃料電池の場合には単位出力当たりの重量が大きく、あまり満足できる
ものではない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記種類の燃料電池をより簡易な技術で、より低コストで作り出す
ことを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記種類の燃料電池におけるこの課題は、本発明を構成する特許請求項１の主
な特徴によって解決される。有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【０００５】 本発明に基づく燃料電池では、第１層又は第２層のいずれかが、チャネルを形
成するように、波形加工、プリーツ加工及び／又は深押し型加工が施されており
、他方の層が平坦に構成されている。第１層及び第２層それぞれの互いに相対す
る面は平行なので、そのため有効面積が拡大されるか、又は側方隣接チャネルが
相互にオーバーラップすることになり、その結果単位空間当たりの出力密度が明
らかに上昇し、それと同時に単位出力当たりの重量も改善される。このことは特
に自動車業界での適用の際には大きな利点となる。
【０００６】 両層のどちらに、波形加工、プリーツ加工及び／又は深押し型加工を施して、
どちらを平坦に仕上げるかは、本発明の趣旨からは特別な意味はない。しかし技
術的理由から、第１層はその上に設置されている触媒層及び電極を含めて平坦に
構成して、ほとんどの場合金属製である第２層に波形加工、プリーツ加工及び／
又は深押し型加工をするのが好ましい。このようなタイプの製品は他の種類のも
のよりほとんどの場合、機能安全性に優れている。
【０００７】 燃料電池の横断面は、波形層、プリーツ層、深押し型加工層と、平坦層とを段
ボール紙のように交互に重ね合わることによって、層全体の総厚み又は総出力を
希望する値に調整して形成することができる。個々の層間に形成されているチャ
ネルは、所定通りの使用において、水素及び酸素を含むガスが交互に通過するよ
うになっていて、このガスは過剰な熱及び化学反応中に発生する水を燃料電池か
ら搬送させる機能もある。この目的には、所定通り使用する場合において、少な
くとも水の発生するチャネルを垂直に配置して、上から下へガスを通すのが好ま
しい。燃料電池の温度が十分に高い場合には、水は気体状態、すなわち水蒸気の
状態にある。その場合では水の分離は本来チャネル外で行うことができ、未使用
のまま残されたガスは必要に応じて温度調整され、チャネルに戻されて循環する
。他のチャネルも「導水」チャネルと並列位置にあることが好ましい。しかしそ
れらは導水チャネルを横切る位置にすることもできる。
【０００８】 第１層又は第２層が弾性圧縮可能で、対応する層がそれぞれ噛み合わされて、
非圧縮的に他方の層と構成されている場合には、隣接チャネル相互の良好な密着
性が自動的に得られ、製造誤差の補整及び良好な効率の達成が可能である。波形
、プリーツ及び／又は深押し型部分が圧縮性の層の構成要素をなしているのであ
れば、製造は極めて簡単である。それは繊維加工に適用される方法、例えば深絞
り法又はプリーツ加工法にしたがって実施可能である。金属薄板加工でも同様の
方法が知られている。それらを同様の趣旨で適用することもできる。
【０００９】 第１層は有孔箔、織物、編物、ステープルファイバー又はフィラメント繊維か
らなる不織布で構成することができる、これらはペルフルオロ系イオノマーを飽
和状態になるまで含浸される。なおペルフルオロ系イオノマーの例としては、ス
ルフォン化ペルフルオロビニルエーテル側鎖を備えるポリテトラフルオロエチレ
ンが挙げられる。代替的にはマイクロファイバー不織布に１〜５モルの硫酸水溶
液又は濃縮燐酸を含浸させるという方法がある。さらには、燐酸ジルコニウム水
和物又は燐酸水素アンモニウム水和物の使用も可能である。
【００１０】 第１層の厚みを薄くすることによって、燃料電池の効率を上げることができる
。この観点から、第１層に含まれる不織布がマイクロファイバー、薄膜微細繊維
又はマイクロフィラメントからなるものであれば有利であることが実証されてい
る。その他、有孔箔の使用も同様に可能である。定評ある材質としては、特にＰ
ＴＦＥ及びポリスルフォンが挙げられる。
【００１１】 プロトン伝導体としてマイクロファイバー不織布を使用する場合、これに電解
質を飽和状態になるまで含浸させる。このときマイクロファイバー不織布は、＋
200℃までの温度なら、酸化力及び還元力のある条件下で、電解質に対して化学
的及び物理的に不活性であって、かつ重量が20〜200g/m2、厚みが最大１mm、細
孔容積が65〜92％である。
【００１２】 マイクロファイバー不織布の平均細孔半径は20nm〜10μmでなければならない
。
【００１３】 第１層を電極と直接貼り合わせることができ、例えば部分的に間隔を保ちつつ
相対する面を直接接着させることができる。電極は、ポリマー材料からなる炭化
繊維、例えばポリアクリルニトリル炭化繊維又はピッチ繊維を使用することがで
き、その厚みは0.5mm未満、単位面積当たりの重量は20〜100g/m2である。
【００１４】 第２層は、最も簡単な例では平坦な金属薄板から形成されている。所定通りの
使用において、燃料電池中に発生する熱を、主体的に又は補足的に、この第２層
を介して発生電流と平行方向に誘導搬出することができる。
【００１５】 チャネルは、第１層及び第２層の特殊な状態に関わりなく、櫛状に互いに噛み
合った突出部の突き出る少なくとも１つの端部をケーシングに導き、その部分で
は波形加工、プリーツ加工及び／又は深押し型加工のなされた層の両面が密着し
ている。それにより、所定通りの使用においては、燃料電池を通リ抜ける作用ガ
スは第１層を通過する伝導プロトンとのみ反応できる。
【００１６】 図１は燃料電池の例を図示したものである。この燃料電池は図１には示されな
いケーシング、両面を触媒層で被覆されたポリマー材料からなるプロトン伝導体
である第１層１、触媒層上の通気性電極２、通気性電極２と近接距離で電気的に
接触し、通気性電極２と共働してガス誘導チャネル４を画定する、第１層１の両
側に配置された導電性プレートの形態の第２層３を有している。このとき、第１
層１にはチャネル４を形成するためにプリーツ加工がなされており、第２層３は
第１層１上にある通気性電極２の襞山に接している平坦な金属薄板によって構成
されている。所定通りの使用では、第１層１によって分離された両側のチャネル
を酸素又は水素を含むガスが通過し、触媒表面で反応した後、第１層１を通過し
て互いに反応する。その際発生する電流は通気性電極２を通って第２層３へと導
かれ、そこから取り出される。化学的なプロセスにより発生した熱も同じ経路を
たどる。
【００１７】 図１に示される燃料電池は最小単位の機能性ユニットである。その電流発生は
、第１層の大きさ及びチャネル４の断面に大きく左右される。電流の発生量は、
然るべき値を引き上げることによって、又は一パッケージ内に同一構成ユニット
を並列接続することによって高められる。
【００１８】 本発明に基づく燃料電池で最も簡易な例では、チャネル形成のために第１層に
は波形加工、プリーツ加工及び／又は深押し型加工がなされており、第２層３は
金属薄板により平坦に構成されている。このとき第１層１に所要の機械的抵抗性
を付与するために、第１層１をステープルファイバー又はフィラメント繊維から
なる不織布から形成することが好ましい。このような不織布の空洞に含まれる電
解質は、機械的負荷を受けることはない。電気化学的効果の面では、特に良好な
効果を達成するために、不織布の種類と量を最適化することが可能である。細孔
内に然るべき電解質を含んでいる有孔箔の使用も同様に可能である。
【００１９】 第１層１の温度安定性は、第１層を形成する不織布又は有孔箔の種類によって
決定的に左右される。第１層にＰＴＦＥ又はポリスルフォンからなる不織布、あ
るいは有孔箔を使用すれば、非常に高い温度安定性が達成される。このような構
成の場合には、動作温度が90℃を越えても、改質メタノールを使用する動作の際
に、化学的副反応による触媒毒が発生するということもなく、燃料電池の寿命が
損なわれることもない。マイクロファイバーからなる不織布は、その細孔構造特
性から嵩高であり、一方で通気性があり、大きな割合を占めるその細孔部分は表
面が繊維で覆われているという利点を有する。そのため、所定通りの使用におい
て、生成される水により電解質が流し落とされるという不都合は抑制される。
【００２０】 ポリマー材料からなる層は、飽和に到るまで電解質を含浸させたマイクロファ
イバー不織布によって、あるいは有孔組織の生成下で半融結合加工又は延伸加工
した合成樹脂箔によって形成することができる。この繊維又は箔は、所定の使用
条件下では、電解質に対して化学的に不活性であるポリマー材料からなり、この
とき酸化条件下でも還元条件下でも＋200℃までの温度が発生することがある。
層の形成にはポリテトラフルオロエチレンが特に適している。
【００２１】 繊維は、連続繊条として形成することができ、例えば繊維間の膨潤接合及び／
又は相互融合により二次的な接着剤を使用しなくても接合できる。
【００２２】 特に使用される不織布は、縦／横の引張強さが50 MPa以上、破断伸びが50〜10
0％、ヤング率が２〜４GPaで、周辺温度が＋200℃までは物理的に安定なもので
あることが好ましい。不織布の重量は、電解質を含浸させた状態の厚みが１mm以
下、平均細孔半径が0.1〜10μm、細孔容積が65〜92％として、20〜200g/m2でな
ければならない。誘電率は0.3200〜3500Hzの範囲とする。
【００２３】 不織布基質が膜の機械的安定性をもたらすので、電解質はもはやこの機能を果
たす必要がなくなり、相当な低濃度で、単に電池内の電気化学反応の調整にだけ
必要とされる。それにより膜の材料コストは、例えば対応する大きさのペルフル
オロ系イオノマー箔に要する製造コストと比較して90％までも削減される。
【００２４】 本発明に基づく膜の温度安定性は、他に対立要因がなければ、主として不織布
材料によって決定づけられる。このことから、改質メタノールを使用する燃料電
池にも膜の使用が可能となり、しかも90℃以上の動作温度ではいずれの場合にも
、化学的副反応の過程で発生する触媒毒の量が減少し、これによって電池の寿命
が延びることとなる。
【００２５】 次の例では、本発明が種々な態様のいずれの場合でも、ペルフルオロ系イオノ
マーからなる純ポリマー膜より優れていることが示されている。以下の説明にお
いて、基材はいずれの例でも共通しており同じである。
【００２６】 ・不織布材料：断面が四角形（幅６〜13μm、高さ1.7〜2.4μm）であるポリス
ルホン繊維。
【００２７】 ・ポリスルホン材料の機械的特性： 溶融範囲：343〜399℃ 引張強さ：70 Mpa 破断伸び：50〜100％ ヤング率：2.4Gpa 負荷1.8MPa時の曲げ温度：174℃ 誘電率： 3100 Hz。
【００２８】 ・繊維の製造：ポリスルホンの塩化メチレン溶液を静電場で繊維化する。例え
ばそのためにDE-OS2620399に記載の装置を使用することができる。繊維は線形に
連続して動く繊維キャリアーに集められる。
【００２９】 ・不織布の特性： 重量：150g/m2 厚み（圧縮時）：0.05mm 厚み（電解質含浸）：0.25mm 非圧縮状態の平均細孔半径：８μm 圧縮状態の平均細孔半径：４μm 細孔容積：83％。
【００３０】 本発明の膜の温度安定性は、それと異なる他の理由がない限り、主として不織
布材料によって決定され、そのため温度安定性が失われるのは、純粋な繊維材料
ポリスルホンの場合約174℃になってからである。不織布中で繊維が相互に機械
的に結合しているため、さらに機械的安定性も温度250℃まで高められる。これ
により燃料電池の高温動作が可能になり、これは例えば触媒毒生成量を減少させ
る上で重要なことである。
【００３１】 例１ 直径16mmのガラス濾過器内で、DuPont社市販のペルフルオロ系イオノマーであ
る液体Nafionを、マイクロファイバー不織布に被覆する。わずかな負圧をかけて
この液相物を不織布の細孔構造に吸引する。溶剤を分離するため、こうして含浸
させた膜を乾燥棚内で60℃で処理する。その後は再処理まで蒸留水中で保管可能
である。
【００３２】 例２〜４ 上記マイクロファイバー不織布に例１と同様に、三つの異なるモル数の硫酸水
溶液を含浸させる。その際粘性を減じるために硫酸を約70℃まで加熱する。異常
を生じることなく、70℃まで加熱した酸の中で不織布を数分間煮沸することがで
きる。
【００３３】 こうして得られた膜の保管は、同じ含浸媒質中で行うのが合目的である。
【００３４】 このようにして準備された膜に対し、1979年５月付けのDIN53779に記載の方法
にしたがって比導電率を求めた。結果は下表の通りである。
【００３５】
【表１】
【００３６】 表中の例５は、従来技術によるポリマー膜に対して同じ測定を行った場合の比
較例であって、ペルフルオロ系イオノマー（Nafion-117、Dupont社）からなり、
厚み125μmで、他の支持を必要とせずに自己支持できるポリマー膜を用いた。
【００３７】 比導電率S/cmの数値は次のことを示す。すなわち純粋なNafionに比べるとコス
トが非常に有利で、構造がより単純であり、機械的にも安定性がある本発明の膜
によって、従来技術に相当する出力を持つ燃料電池を動作可能であるということ
である。温度100℃以上の場合に採用するときは、濃縮燐酸をイオン伝導体とし
て使用できる。
【００３８】 例えば厚み125μmの膨潤Nafion膜と比較すると、例１〜４に使用された電解質
を含浸した不織布は２倍の厚みがある。
【００３９】 電圧と電流の積から得られる燃料電池の出力は、酸濃度を高くすること、すな
わち比導電率S/cmを高くすることによってだけでなく、より薄い不織布を使用し
て拡散障害を少なくすることによっても得られる。
【００４０】 例として、例１、３、５に対応するそれぞれの室温における電流／電圧曲線を
図２に示す。従来技術（例５）と比較すると、これに匹敵する特性曲線が本発明
による膜によって得られることがわかる。酸濃度が高くなれば、又は不織布材料
が薄くなれば、電池出力が高くなるという上記の効果は、この図においては各曲
線を縦軸の座標の正の方向に移動させることによって得られる。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年５月２６日（２０００．５．２６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB03 CX03 CX04 EE02 EE05 EE18 EE19 HH03 HH04 HH05 HH08

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １つのケーシングと、両面が触媒層によって被覆されている、
    プロトン伝導体からなるポリマー材料の少なくとも１つの第１層（１）と、該触
    媒層上かつ該第１層（１）の両側に配置されている通気性電極（２）と、該電極
    （２）と近接距離で電気的に接触し、該電極（２）と共働してガス誘導チャネル
    （４）を画定する、導電性プレートの形態の第２層（３）とからなる燃料電池で
    あって、一方の層（１、３）が実質上平坦な構造の表面によって他方の層（３、
    １）と接触するものにおいて 前記チャネル（４）を形成するために、前記第１層（１）又は前記第２層（３
    ）に波形加工、プリーツ加工及び／又は深押し型加工が施されていることを特徴
    とする燃料電池。
  2. 【請求項２】 前記第１層（１）が、有孔箔、織物、編物あるいはステープル
    ファイバー又はフィラメント繊維からなる不織布より構成され、その細孔には電
    解質が飽和状態にまで含浸され、前記第１層（１）が、該電解質に対して温度20
    0℃まで化学的及び物理的に不活性であることを特徴とする、請求項１に記載の
    燃料電池。
  3. 【請求項３】 前記第１層が不織布からなり、この不織布が、マイクロファイ
    バー、薄膜微細繊維又はマイクロフィラメントからなることを特徴とする、請求
    項２に記載の燃料電池。
  4. 【請求項４】 前記第１層（１）がＰＴＦＥ又はポリスルフォンからなること
    を特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池。
  5. 【請求項５】 前記第１層（１）の平均細孔半径が20nm〜10μmであることを
    特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
  6. 【請求項６】 前記第１層（１）がペルフルオロ系イオノマーで含浸されてい
    ることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
  7. 【請求項７】 前記ペルフルオロ系イオノマーが、スルフォン化ペルフルオロ
    ビニルエーテル側鎖を備えるポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とす
    る、請求項６に記載の燃料電池。
  8. 【請求項８】 前記不織布がマイクロファイバーからなり、この不織布が１〜
    ５モルの硫酸水溶液で含浸されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれ
    か１項に記載の燃料電池。
  9. 【請求項９】 前記不織布がマイクロファイバーからなり、この不織布が濃縮
    燐酸で含浸されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の
    燃料電池。
  10. 【請求項１０】 前記不織布がマイクロファイバーからなり、この不織布が燐
    酸ジルコニウム水和物及び燐酸水素アンモニウム水和物で含浸されていることを
    特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池。
  11. 【請求項１１】 前記第１層（１）の単位面積当たりの重量が20〜200g/m2、
    電解質を含浸させた状態の厚みが１mm以下、平均細孔半径が0.1〜10μm、細孔容
    積が65〜92％であることを特徴とする、請求項２〜１０のいずれか１項に記載の
    燃料電池。
  12. 【請求項１２】 前記第１層（１）と前記電極（２）が貼り合わされているこ
    とを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池。
  13. 【請求項１３】 前記電極（２）と前記第１層（１）が、間隔を保ちつつ互い
    に接着されていることを特徴とする、請求項１２に記載の燃料電池。
  14. 【請求項１４】 前記電極（２）がポリマー材料からなる炭化繊維よりなるこ
    とを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の燃料電池。
  15. 【請求項１５】 前記電極（２）の厚みが0.5mm以下で、単位面積当たりの重
    量が20〜100g/m2であることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか１項に
    記載の燃料電池。
  16. 【請求項１６】 前記第２層（３）が金属薄板からなることを特徴とする、請
    求項１〜１５のいずれか１項に記載の燃料電池。
  17. 【請求項１７】 前記チャネル（４）が対向流の原理で貫流されることを特徴
    とする、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の燃料電池。
  18. 【請求項１８】 前記チャネル（４）が、櫛状に互いに噛み合った突出部の突
    き出る少なくとも１つの端部をケーシングに導き、その部分では波形加工、プリ
    ーツ加工及び／又は深押し型加工のなされた層（１、３）の両面が密着している
    ことを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の燃料電池。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007537568A (ja) * 2004-05-12 2007-12-20 プジョー・シトロエン・オトモビル・ソシエテ・アノニム 固形電解燃料電池のためのセル

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4748914B2 (ja) * 2000-05-08 2011-08-17 本田技研工業株式会社 燃料電池
US6663994B1 (en) * 2000-10-23 2003-12-16 General Motors Corporation Fuel cell with convoluted MEA
KR100409042B1 (ko) * 2001-02-24 2003-12-11 (주)퓨얼셀 파워 막전극 접합체와 그 제조 방법
FR2828769A1 (fr) * 2001-12-21 2003-02-21 Commissariat Energie Atomique Element de base d'une pile a combustible avec electrolyte tridimensionnel et son procede de fabrication
JP2005517273A (ja) * 2002-02-06 2005-06-09 アングストロム パワー、インク． ミクロ構造コンポーネントを用いた高電力密度燃料電池層装置
US7201986B2 (en) 2004-05-04 2007-04-10 Angstrom Power Incorporated Electrochemical cells formed on pleated substrates
US8133634B2 (en) 2005-12-12 2012-03-13 Georgia Tech Research Corporation Fuel cell with porous frit based composite proton exchange membrane
DE102012011314A1 (de) * 2012-06-06 2013-12-12 Manfred Völker Elektrochemischer Ozonerzeuger undWasserstoff-Generator

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1002588A (en) * 1973-04-04 1976-12-28 Alfred D. Nelson Membrane of micro-fibers for fuel cells
DE2514034C3 (de) * 1975-03-29 1979-04-19 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Festelektrolyt-Batterie
JPS6337134A (ja) * 1986-08-01 1988-02-17 Tokuyama Soda Co Ltd 含フツ素系イオン交換膜
DE3812813A1 (de) * 1988-04-16 1989-06-15 Mtu Friedrichshafen Gmbh Elektrochemisch arbeitende brennstoffzelle
JPH0529006A (ja) * 1991-07-25 1993-02-05 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
JPH0850903A (ja) * 1994-08-08 1996-02-20 Mazda Motor Corp 固体高分子型燃料電池
US5672438A (en) * 1995-10-10 1997-09-30 E. I. Du Pont De Nemours And Company Membrane and electrode assembly employing exclusion membrane for direct methanol fuel cell
JPH09259904A (ja) * 1996-03-19 1997-10-03 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007537568A (ja) * 2004-05-12 2007-12-20 プジョー・シトロエン・オトモビル・ソシエテ・アノニム 固形電解燃料電池のためのセル

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