JP2007213926A - 燃料電池システム、ガス配管および補機 - Google Patents

燃料電池システム、ガス配管および補機 Download PDF

Info

Publication number
JP2007213926A
JP2007213926A JP2006031363A JP2006031363A JP2007213926A JP 2007213926 A JP2007213926 A JP 2007213926A JP 2006031363 A JP2006031363 A JP 2006031363A JP 2006031363 A JP2006031363 A JP 2006031363A JP 2007213926 A JP2007213926 A JP 2007213926A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conductive polymer
fuel cell
metal material
gas
flow path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006031363A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuki Amamiya
一樹 雨宮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2006031363A priority Critical patent/JP2007213926A/ja
Publication of JP2007213926A publication Critical patent/JP2007213926A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】燃料電池システムに備えられるガス配管等の流路部分の防食性を高める。
【解決手段】酸化ガス排出用配管54は、ステンレス鋼により形成される管状の本体部54aと、その本体部54aの内側に被覆された導電性ポリマー層54bとを備える。導電性ポリマー層54bは、導電性ポリマーにより形成されている。導電性ポリマーは、金属と接触させたときに金属表面に作用して、当該表面の耐食性を助長するという防食機能を備える。この機能によって、酸化ガス排出用配管54の腐食を防止する。
【選択図】図2

Description

本発明は、燃料電池にガスを給排するガス流路系を備える燃料電池システム、燃料電池にガスを給排するガス流路系に用いられるガス配管、燃料電池にガスを給排するガス流路系に用いられる補機、および燃料電池に用いられる金属セパレータに関する。
燃料電池は、水素と酸素とを電気化学的に反応させて直接的に電気エネルギを取り出す電池であり、水素ガスと酸素を含有する酸化ガスとの供給を必要としている。これらガスの給排は、ステンレスやアルミニウムのガス配管によってなされる。
燃料電池内部は強い酸性環境にあり、電気化学反応により生成された水も酸性になる。この酸性の水は、ガス配管を伝うことから、上記ステンレスやアルミニウムの配管では、容易に腐食してしまう。そこで、下記の特許文献1に示すように、ガス配管の内面をフッ素樹脂のフィルムで被覆した構成が提案されている。
特開平5−89903号公報
しかしながら、前記技術では、フッ素樹脂を用いて、ガス配管の内面をピンホール等の欠陥なく緻密に被覆することは困難であり、ガス配管の腐食を十分に防止することができないという問題があった。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ガス配管等の流路部分の防食性を高めることを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、
燃料電池と、
該燃料電池において用いられるガスを前記燃料電池に給排するガス流路系と
を備える燃料電池システムにおいて、
前記ガス流路系は、
流路を構成するつながりの少なくとも一部分が金属材料により形成され、該金属材料により形成された部分の少なくとも一部に、導電性ポリマーが付与された構成である
ことを特徴とする。
ここで、「導電性ポリマー」とは、電子の移動を可能にする化学構造を持った有機高分子である。すなわち、導電性ポリマーは導電性有機重合体である。この明細書では、「導電性ポリマー」は同じ意味で用いている。
導電性ポリマーは、金属と接触させたときに金属表面に作用して、当該表面の耐食性を助長するという防食機能を備える。上記構成の燃料電池システムによれば、ガス流路系の少なくとも一部分が金属材料により形成され、この金属材料により形成された部分の少なくとも一部に導電性ポリマーが付与されていることから、導電性ポリマーの防食機能により、ガス流路系の少なくとも一部分の防食性を高めることができる。導電性ポリマーが金属とある程度接触しておれば防食機能は発揮され、金属が完全に覆われている必要がない(0.5mm以下のマクロ孔でも防食効果は得られた)。したがって、導電性ポリマーをピンホール等の欠陥なく緻密に被覆する必要がないことから、防食性を確実に高めることができる。これらの結果、ガス流路系の少なくとも一部分の腐食を十分に防止することができるという効果を奏する。
前記導電性ポリマーは、前記金属材料により形成された部分の内側表面に被覆された構成とすることができる。
また、さらに、上記被覆された導電性ポリマーの層の表面に、前記導電性ポリマーよりも撥水性が高く、前記金属材料よりも耐食性の高い物質を被覆した構成とすることもできる。
導電性ポリマーは、親水性であるため水を含み易い。一方、燃料電池では電気化学反応により水が生成され、しかもその水は酸性で金属を腐食させる。上記のように撥水性の物質を上記導電性ポリマーの層の表面に被覆することで、燃料電池の生成水が上記導電性ポリマーの層に含まれるのを防止することができ、この結果、その生成水が金属材料に接触することを抑制することができる。したがって、導電性ポリマーの防食機能と導電性ポリマーの層の表面に被覆した物質の撥水機能により、ガス流路系の金属材料からなる部分の防食性を一層高めることができる。
上記構成の燃料電池システムにおいて、前記金属材料により形成された部分は、ガス配管としてもよい。この構成によれば、ガス配管部分の防食性を高めることができる。
上記燃料電池システムにおいて、前記金属材料により形成された部分は、前記ガスの給排に必要な補機の備えるガス流路部分としてもよい。この構成によれば、補機の備えるガス流路部分の防食性を高めることができる。
上記燃料電池システムにおいて、前記金属材料により形成された部分は、ガス配管とガス配管もしくはガス配管と補機とを連結する連結部分としてもよい。
この構成によれば、ガス配管とガス配管もしくはガス配管と補機とを連結する連結部分の防食性を高めることができる。また次のような効果も奏する。背景技術のように金属材料の表面をフッ素樹脂等により被覆した構成においては、連結部分は振動を受けたときにその被覆が剥離して防食効果を損ね易い。これに対して、上記の構成によれば、導電性ポリマーが振動によって多少欠損したとしても、金属に対する防食機能を失うことがない。この結果、振動によって連結部分の防食効果が損ねられるのを防止することができる。
上記燃料電池システムにおいて、導電性ポリマーは、ポリアセチレン系、ポリアセン系、ポリ芳香族ビニレン系、ポリピロール系、ポリアニリン系、ポリチオフェン系およびそれらの誘導体のいずれかである構成としてもよい。
本発明のガス配管は、
燃料電池にガスを給排するガス流路系に用いられるガス配管であって、
金属材料により形成され、該金属材料の少なくとも一部に導電性ポリマーが付与された構成であることを特徴とする。
上記構成のガス配管は、金属材料により形成され、この金属材料の少なくとも一部に導電性ポリマーが付与されていることから、この導電性ポリマーの防食機能によりガス配管の防食性を高めることができる。この防食効果は、前述したように導電性ポリマーをピンホール等の欠陥なく緻密に被覆する必要もないことから、確実なものである。したがって、ガス配管の腐食を十分に防止することができるという効果を奏する。
本発明の補機は、
燃料電池にガスを給排するガス流路系に用いられる補機であって、
前記ガスの流れるガス流路部分を備え、
前記ガス流路部分は、
金属材料により形成され、該金属材料の少なくとも一部に導電性ポリマーが付与された構成である
ことを特徴とする。
上記構成の補機によれば、補機の備えるガス流路部分は、金属材料により形成され、この金属材料の少なくとも一部に導電性ポリマーが付与されていることから、この導電性ポリマーの防食機能によりガス配管の防食性を高めることができる。この防食効果は、前述したように導電性ポリマーをピンホール等の欠陥なく緻密に被覆する必要もないことから、確実なものである。したがって、補機のガス流路部分の腐食を十分に防止することができるという効果を奏する。
本発明の金属セパレータは、
隣り合う単位燃料電池間を直列接続するとともに、金属材料により形成される金属セパレータであって、
前記単位燃料電池と接触することでガス用の流路を形成する凹部と備え、
前記凹部は、
少なくとも一部に導電性ポリマーが付与された構成である
ことを特徴とする。
上記構成の金属セパレータによれば、ガスの流路を形成する凹部は、金属材料により形成されており、この金属材料の少なくとも一部に導電性ポリマーが付与されていることから、この導電性ポリマーの防食機能によりガス流路部分の防食性を高めることができる。この防食効果は、前述したように導電性ポリマーをピンホール等の欠陥なく緻密に被覆する必要もないことから、確実なものである。したがって、金属セパレータの凹部の腐食を十分に防止することができるという効果を奏する。
前記ガス配管、補機または金属セパレータの備える導電性ポリマーは、前記金属材料により形成された部分の内側表面に被覆された構成とすることができる。また、上記被覆された導電性ポリマーの層の表面に、前記導電性ポリマーよりも撥水性が高く、前記金属材料よりも耐食性の高い物質を被覆した構成とすることもできる。さらに、前記導電性ポリマーは、ポリアセチレン系、ポリアセン系、ポリ芳香族ビニレン系、ポリピロール系、ポリアニリン系、ポリチオフェン系およびそれらの誘導体のいずれかである構成としてもよい。
本発明は、以下のような他の態様も含んでいる。その第1の態様は、この発明の燃料電池システム、ガス配管、補機または金属セパレータにおいて、前記導電性ポリマーを、前記金属材料により形成された部分の表面に、径が0.5mm以下の孔の発生を許容し得るように被覆した構成である。
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1実施例:
A−1.燃料電池システムの全体構成:
A−2.ガス配管の構成:
A−3.効果:
B.第2実施例:
C.第3実施例:
D.第4実施例:
E.第5実施例:
F.他の実施形態:
A.第1実施例:
A−1.燃料電池システムの全体構成:
図1は、本発明の第1実施例を適用した燃料電池システム1の全体構成図である。図示するように、この燃料電池システム1は、水素を含んだ水素ガスと酸化ガス(例えば、空気)の供給を受けて電力を発生する燃料電池10と、水素ガスを貯える水素ガス源20と、システム内で水素ガスを流通させるための水素ガス流路系30と、酸化ガスの供給を可能とした酸化ガス源40と、システム内で酸化ガスを流通させるための酸化ガス流路系50とを備えている。
燃料電池10は、水素ガスと酸化ガスの供給を受けて、水素極と酸素極において、下記に示すような反応式に従って、電気化学反応を起こし、電力を発生させている。即ち、水素極に水素ガスが、酸素極に酸化ガスがそれぞれ供給されると、水素極側では式(1)の反応が、酸素極側では式(2)の反応がそれぞれ起こり、燃料電池全体としては、式(3)の反応が行なわれる。
2 → 2H++2e- …(1)
2H++2e-+(1/2)O2 → H2O …(2)
2+(1/2)O2 → H2O …(3)
また、燃料電池10は、複数の単セルが積層された燃料電池スタックによって構成されており、1つの単セルは、電解質膜(図示せず)と、それを両側から挟み込む拡散電極(図示せず)である水素極及び酸素極と、さらにそれらを両側から挟み込む2枚のセパレータ(図示せず)と、で構成されている。セパレータの両面には、凹凸が形成されており、挟み込んだ水素極と酸素極との間で、単セル内ガス流路を形成している。このうち、水素極との間で形成される単セル内ガス流路には、前述したごとく供給された水素ガスが、酸素極との間で形成される単セル内ガス流路には、酸化ガスが、それぞれ流れている。なお、燃料電池スタックは、スタックケース12内に収納されている。
水素ガス流路系30は、水素ガス源20の放出口から燃料電池10の供給口に至る水素ガス供給用配管32と、燃料電池10の排出口から外部に至る水素ガス排出用配管34とを備える。前記燃料電池10の供給口および排出口は、水素極との間で形成される単セル内ガス流路に接続されている。水素ガス供給用配管32には、加湿モジュール36が配置されている。また、水素ガス排出用配管34には、水素希釈器38および消音器39が配置されている。加湿モジュール36、水素希釈器38および消音器39は、いわゆる補機であり、これら以外にも図示はしないが例えばポンプ等の種々の補機が必要に応じて水素ガス流路系30には備えられている。
酸化ガス流路系50は、酸化ガス源40の放出口から燃料電池10の供給口に至る酸化ガス供給用配管52と、燃料電池10の排出口から外部に至る酸化ガス排出用配管54とを備える。前記燃料電池10の供給口および排出口は、酸素極との間で形成される単セル内ガス流路に接続されている。酸化ガス供給用配管52には、加湿モジュール56が配置されている。また、酸化ガス排出用配管54には、水素ガス排出用配管34と共用の前述した消音器39が配置されている。酸化ガス流路系50にも、加湿モジュール56および消音器39以外に図示はしないが種々の補機が必要に応じて備えられている。
A−2.ガス配管の構成:
図2は、酸化ガス排出用配管54の断面図である。図示するように、酸化ガス排出用配管54は、ステンレス鋼により形成される管状の本体部54aと、その本体部54aの内側に被覆された導電性ポリマー層54bとを備える。
本体部54aで用いられるステンレス鋼は、SUS304である。なお、ステンレス鋼は、SUS316等の他の種類のものとすることもできる。また、ステンレス鋼に替えて、アルミニウム等の他の金属材料とすることもできる。
導電性ポリマー層54bは、電子の移動を可能にする化学構造を持った有機高分子、いわゆる導電性ポリマーにより形成されている。導電性ポリマーとしては、例えば、ポリアセチレン系、ポリアセン系、ポリ芳香族ビニレン系、ポリピロール系、ポリアニリン系、ポリチオフェン系およびそれらの誘導体が用いられる。この実施例では、ポリピロールが用いられている。なお、導電性ポリマーとしては、電子の移動を可能にする化学構造を持った有機高分子であれば、いずれの材料に換えることもできる。詳細には、ポリピロール以外には、例えば、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリインドール、ポリ−2,5−ジアミノアントラキノン、ポリ(o−フェニレンジアミン)、ポリ(キノリニウム)塩、ポリ(イソキノリニウム)塩、ポリピリジン、ポリキノキサリン、ポリフェニルキノキサリン等を挙げることができる。これらの導電性ポリマーは、種々の置換基を有していてもよい。このような置換基の具体例として、例えば、アルキル基、水酸基、アルコキシル基、アミノ基、カルボキシル基、スルホン酸基、ハロゲン基、ニトロ基、シアノ基、アルキルスルホン酸基、ジアルキルアミノ基等を挙げることができる。
本体部54aに対する導電性ポリマー層54bの被覆は、電解重合によるものである。詳細には、SUS304により管状に形成された本体部54aを作用極として、対極をPt板として、0.1Mピロールモノマーを含む0.2MH3PO4(pH1.0)水溶液中で、2mA/cm2の定電流で通電電気量が2C/cm2となるように電解重合した。なお、SUS304板に導電性の有機高分子を電解重合により被覆させた後、溶接等により管状に形成してもよい。
A−3.効果:
導電性ポリマーは、金属と接触させたときに金属表面に作用して、当該表面の耐食性を助長するという防食機能を備える。上記構成の燃料電池システム1によれば、酸化ガス排出用配管54がステンレス鋼により形成され、この部分に、導電性ポリマー層54bが被覆されていることから、上記の導電性ポリマーの防食機能により酸化ガス排出用配管54の防食性を高めることができる。この防食効果は、前述したように導電性ポリマーをピンホール等の欠陥なく緻密に被覆する必要もないことから、確実なものである。したがって、酸化ガス排出用配管54の腐食を十分に防止することができるという効果を奏する。
本実施例では、酸化ガス排出用配管54に導電性ポリマー層54bが被覆されているが、これは、燃料電池では、生成水は水素極側よりも酸素極側から多く排出されることから酸化ガス排出用配管54が最も腐食され易いためである。これに替えて、水素ガス排出用配管34に導電性ポリマーを被覆する構成とすることもできる。あるいは、水素ガス排出用配管34と酸化ガス排出用配管54の両方に導電性ポリマーを被覆する構成としてもよい。さらには、水素ガス供給用配管32および/または酸化ガス供給用配管52に導電性ポリマーを被覆する構成としてもよい。要は、水素ガス流路系30および酸化ガス流路系50のいずれの配管32,34,52,54にも導電性ポリマーを被覆する構成とすることができる。
B.第2実施例:
第2実施例について次に説明する。第2実施例の燃料電池システムは、第1実施例の燃料電池システム1と比較して、酸化ガス排出用配管の構成が相違するだけであり、その他の構成は同一である。
図3は、第2実施例における酸化ガス排出用配管154の断面図である。図示するように、酸化ガス排出用配管154は、第1実施例の酸化ガス排出用配管54と同様に、本体部54aと導電性ポリマー層54bを備える。この第2実施例では、さらに、導電性ポリマー層54bの表面に樹脂層54cが被覆されている。この樹脂層54cが被覆されていることが、第1実施例と相違する。
樹脂層54cは、フッ素を含有する樹脂(以下、「フッ素系樹脂」と呼ぶ)により形成されている。フッ素系樹脂としては、好ましくは、含フッ素高分子を骨格としたものである。含フッ素高分子としては、例えばテトラフルオロエチレン、トリフルオロモノクロロエチレン、トリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン、1,1−ジフルオロ−2,2一ジクロロエチレン、1,1−ジフルオロ−2−クロロエチレン、ヘキサフルオロブロビレン、1,1,1,3,3−ベンタフルオロブロビレン、オクタフルオロイソプチレン、エチレン、塩化ビニル、およびアルキルビニルエステル等のモノマーの重合体であることが好ましい。重合体は、モノマー2分子以上結合しておれば良いが、耐久性の観点からその分子量は5000以上が好ましい。
さらに、フッ素系樹脂に導電性ポリマーを含有させるようにして樹脂層54cを形成するようにしてもよい。この導電性ポリマーは、導電性ポリマー層54bで用いることができるものと同一である。例えば、ポリアセチレン系、ポリアセン系、ポリ芳香族ビニレン系、ポリピロール系、ポリアニリン系、ポリチオフェン系およびそれらの誘導体を用いることができる。こうした樹脂層54cは、導電性ポリマー層54bよりも撥水性が高く、本体部54aよりも耐食性の高いものとなっている。
導電性ポリマーは、親水性であるため水を含み易いし、燃料電池の生成水は酸性で金属を腐食させ易いが、以上のように構成された第2実施例の燃料電池システムでは、樹脂層54cの撥水機能によって、導電性ポリマー層54bに燃料電池の生成水が接触することを防ぐことができる。したがって、導電性ポリマー層54bによる防食機能と相まって、ガス流路系の金属材料からなる部分の防食性を一層高めることができる。
なお、この第2実施例の変形例として、樹脂層54cをフッ素系樹脂に換えて、ポリオレフィンのような炭化水素を骨格とするものとすることもできる。また、樹脂に限る必要もなく、前記導電性ポリマーよりも撥水性が高く、前記金属材料よりも耐食性の高い物質であればどのような物質に換えることもできる。
また、酸化ガス排出用配管154に限る必要もなく、水素ガス流路系30および酸化ガス流路系50の他の配管32,34,52にも、第2実施例の特徴、すなわち、導電性ポリマーを被覆し、さらに、前記導電性ポリマーよりも撥水性が高く、前記金属材料よりも耐食性の高い物質であればどのような物質を被覆した構成とすることもできる。
第1実施例および第2実施例の酸化ガス排出用配管54、154についての腐食試験を行なったので、その試験結果について次に説明する。腐食試験としては、酸化ガス排出用配管54、154と同じ層構造の板材を試料として、この試料を3.5wt%NaCl水溶液(pH2(HClで調整))中に浸漬し、24時間毎に溶液を採取し、ICP−AESにより地金Feの腐食量測定を行なった。
図4は、その試験結果を示すグラフである。グラフに示した「第1従来例」は、SUS304の表面にフッ素系樹脂を被覆したものであり、「第2従来例」は、SUS304をそのまま用いたものである。図示するように、96時間後のFe相対腐食量は、第1実施例では5.5%であり、第2実施例では3.4%であり、第1従来例では30%であり、第2従来例では100%である。したがって、第2実施例が最も耐腐食性(=防食性)が優れており、次いで、第1実施例が耐腐食性に優れていた。第1および第2従来例は耐腐食性に劣っていた。
さらに、酸性水溶液浸漬中において、第1実施例と第1従来例の浸漬電位測定を行なったところ、第1実施例では+0.2V(vs.Ag/AGcl)であり、第1従来例ではー0.6vとなり、導電性ポリマーを被覆したことで、明らかに電位が貴な方向にシフトしていることが認められた。
C.第3実施例:
第3実施例について次に説明する。第1実施例または第2実施例では、本発明の特徴部分は、水素ガス流路系30および酸化ガス流路系50に備えられる配管32,34,52,54にあったが、これに換えて、この第3実施例では、水素ガス流路系30および酸化ガス流路系50に備えられる補機のガス流路に、本発明を採用したものである。補機とは、ガスの給排に必要な機器である。なお、この第3実施例では、配管32,34,52,54は、ステンレス鋼にフッ素樹脂を被覆した従来のものである。
図5は、第3実施例における消音器200の断面を示す説明図である。図示するように、消音器200は、内部に仕切り板210を備える筒状の部材220である。この筒状の部材220と仕切り板210の表面には、導電性ポリマー層230が被覆されている。この筒状の部材220と仕切り板210は、SUS304を材料としている。なお、他のステンレス鋼や、アルミニウム等の他の金属材料とすることもできる。導電性ポリマー層230は、第1実施例の導電性ポリマー層54bと同じ材料により形成されている。筒状の部材220と仕切り板210は、消音器200の流路部分に相当する。
以上のように構成された第3実施例によれば、消音器200の備える流路部分、すなわち、筒状の部材220と仕切り板210の腐食を十分に防止することができるという効果を奏する。
なお、消音器以外にも、ポンプ等の他の補機の備えるガス流路部分に、導電性ポリマーを被覆する構成としてもよい。また、第2実施例に対応する構成として、第3実施例において、さらに、導電性ポリマー層の表面に樹脂層を被覆する構成としてもよい。この樹脂層は、第2実施例における樹脂層54cと同一である。
D.第4実施例:
第4実施例について次に説明する。この第4実施例では、第1実施例における水素ガス流路系30および酸化ガス流路系50に備えられるガス配管とガス配管を連結する連結部分に、本発明を採用したものである。
図6は、前記連結部分としての管継手の一部破断図である。図示するように、管継手300は、流路方向を90度転換する継手であり、両端付近にネジ山300sが切られている。ガス配管は、管継手300の両端にネジ作用により接合される。管継手300は、ステンレス鋼により形成される管状の本体部300aと、その本体部300aの内側に被覆された導電性ポリマー層300bとを備える。なお、ネジ山300s部分には、導電性ポリマー層300bは被覆されていない。この導電性ポリマー層300bは、第1実施例の導電性ポリマー層54bと同じ材料により形成されている。
以上のように構成された第4実施例によれば、ガス配管とガス配管を連結する連結部分の腐食を十分に防止することができるという効果を奏する。また次のような効果も奏する。背景技術のように金属材料の表面をフッ素樹脂等により被覆した構成においては、連結部分は振動を受けたときにその被覆が剥離して防食効果を損ね易い。この燃料電池システムを車載に用いれば、振動の影響はより一層大きい。これに対して、上記の構成によれば、導電性ポリマー層300bが振動によって多少欠損したとしても、金属に対する防食機能を失うことがない。この結果、振動によって連結部分の防食効果が損ねられるのを防止することができる。
なお、第4実施例の変形例として、ガス配管と補機を連結する管継手に、導電性ポリマーを被覆する構成としてもよい。また、第2実施例に対応する構成として、第4実施例において、さらに、導電性ポリマー層の表面に樹脂層を被覆する構成としてもよい。この樹脂層は、第2実施例における樹脂層54cと同一である。
E.第5実施例:
第5実施例について次に説明する。この第5実施例は、燃料電池用の金属セパレータに特徴部分を備えるものである。
図7は、第5実施例としての金属セパレータを備える燃料電池400の構成を模式的に示す説明図である。図示するように、単位燃料電池(以下、セルと呼ぶ)410が複数積層されており、隣り合うセル410間は金属セパレータ420により直列的に接続されている。
金属セパレータ420は、水素極411、酸素極412と接触することで前述した単セル内ガス流路を形成する凹部421,422を備える。金属セパレータ420は、導電性の高い金属材料(例えば、アルミニウムやステンレスあるいはニッケル合金など)により製造されており、酸素極412側の凹部422の内側には、導電性ポリマー層423が被覆されている。導電性ポリマー層423は、第1実施例の導電性ポリマー層54bと同じ材料により形成されている。
以上のように構成された第5実施例によれば、燃料電池内の酸素極側の単セル内ガス流路の腐食を十分に防止することができるという効果を奏する。また、第2実施例に対応する構成として、この第5実施例において、さらに、導電性ポリマー層の表面に樹脂層を被覆する構成としてもよい。この樹脂層は、第2実施例における樹脂層54cと同一である。なお、この第5実施例では、酸素極側の凹部422に導電性ポリマー層423を付与する構成としていたが、これに換えて、水素極側の凹部421に導電性ポリマーを付与する構成としてもよい。あるいは、酸素極側の凹部422と水素極側の凹部423の双方に導電性ポリマーを付与する構成としてもよい。
F.他の実施形態:
なお、この発明は上記の実施例や変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能であり、例えば次のような他の実施形態も可能である。
(1)上記第1ないし第5実施例では、金属材料におけるガスと接触する側の面に、導電性ポリマーを被覆していたが、必ずしもガスと接触する側の面でなくてもよい。前述したように、導電性ポリマーの防食機能は、導電性ポリマーが、金属中に存在する電子を吸い上げることで、金属を防食性の高い電子状態に変えるためであることから、金属材料におけるガスと接触する側と反対側の面に導電性ポリマーを被覆した構成としても、ガスと接触する側の面の防食性を高めることができる。また、導電性ポリマーは、前述してきたように、金属材料を完全に覆う必要もないことから、金属材料の表面に必ずしも被覆する必要もなく、塗布等の手法により、金属材料の一部分に付与させる構成とすることもできる。
(2)上記第1ないし第5実施例では、導電性ポリマーをSUSに対して電解重合により被覆させるよう構成されており、その被覆の緻密さの程度については特に制限はされていない。これに対して、変形例では、導電性ポリマーを、金属材料により形成された部分の表面に、径が0.5mm以下のマクロ孔の発生を許容し得るように被覆した構成としてもよい。実験によれば、被覆の欠損部分が0.5mm以下であれば防食効果は得られたことから、上記の構成によれば、導電性ポリマーが被覆された範囲内において腐食を確実に防止することができる。
(3)上記第1ないし第5実施例では、燃料電池は固体高分子型燃料電池としたが、固体酸化物型燃料電池やリン酸型燃料電池等、異なる種類の燃料電池に適用することも可能である。
本発明の第1実施例を適用した燃料電池システム1の全体構成図である。 酸化ガス排出用配管54の断面図である。 第2実施例における酸化ガス排出用配管154の断面図である。 第1、第2実施例における腐食試験の試験結果を示すグラフである。 第3実施例における消音器200の断面を示す説明図である。 第4実施例における管継手300の一部破断図である。 第5実施例としての金属セパレータ420を備える燃料電池400の構成を模式的に示す説明図である。
符号の説明
1…燃料電池システム
10…燃料電池
12…スタックケース
20…水素ガス源
30…水素ガス流路系
32…水素ガス供給用配管
34…水素ガス排出用配管
36…加湿モジュール
38…水素希釈器
39…消音器
40…酸化ガス源
50…酸化ガス流路系
52…酸化ガス供給用配管
54…酸化ガス排出用配管
54a…本体部
54b…導電性ポリマー層
56…加湿モジュール
154…酸化ガス排出用配管
54c…樹脂層
200…消音器
210…仕切り板
220…筒状部材
230…導電性ポリマー層
300…管継手
300a…本体部
300b…導電性ポリマー層
300s…ネジ山
400…燃料電池
410…単位燃料電池
420…金属セパレータ
423……導電性ポリマー層

Claims (17)

  1. 燃料電池と、
    該燃料電池において用いられるガスを前記燃料電池に給排するガス流路系と
    を備える燃料電池システムにおいて、
    前記ガス流路系は、
    流路を構成するつながりの少なくとも一部分が金属材料により形成され、該金属材料により形成された部分の少なくとも一部に導電性ポリマーが付与された構成である
    燃料電池システム。
  2. 請求項1に記載の燃料電池システムであって、
    前記導電性ポリマーは、前記金属材料により形成された部分の内側表面に被覆された構成である
    燃料電池システム。
  3. 請求項2に記載の燃料電池システムであって、さらに、
    前記導電性ポリマーの層の表面に、前記導電性ポリマーよりも撥水性が高く、前記金属材料よりも耐食性の高い物質を被覆した燃料電池システム。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
    前記金属材料により形成された部分は、ガス配管である
    燃料電池システム。
  5. 請求項1ないし3のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
    前記金属材料により形成された部分は、前記ガスの給排に必要な補機の備えるガス流路部分である
    燃料電池システム。
  6. 請求項1ないし3のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
    前記金属材料により形成された部分は、ガス配管とガス配管もしくはガス配管と補機とを連結する連結部分である
    燃料電池システム。
  7. 請求項1ないし6のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
    前記導電性ポリマーは、ポリアセチレン系、ポリアセン系、ポリ芳香族ビニレン系、ポリピロール系、ポリアニリン系、ポリチオフェン系およびそれらの誘導体のいずれかである
    燃料電池システム。
  8. 燃料電池にガスを給排するガス流路系に用いられるガス配管であって、
    金属材料により形成され、該金属材料の少なくとも一部に導電性ポリマーが付与された構成であるガス配管。
  9. 請求項8に記載のガス配管であって、
    前記導電性ポリマーは、前記金属材料により形成された部分の内側表面に被覆された構成である
    ガス配管。
  10. 請求項9に記載のガス配管であって、さらに、
    前記導電性ポリマーの層の表面に、前記導電性ポリマーよりも撥水性が高く、前記金属材料よりも耐食性の高い物質を被覆したガス配管。
  11. 燃料電池にガスを給排するガス流路系に用いられる補機であって、
    前記ガスの流れるガス流路部分を備え、
    前記ガス流路部分は、
    金属材料により形成され、該金属材料の少なくとも一部に導電性ポリマーが付与された構成である
    補機。
  12. 請求項11に記載の補機であって、
    前記導電性ポリマーは、前記金属材料により形成された部分の内側表面に被覆された構成である
    補機。
  13. 請求項12に記載の補機であって、さらに、
    前記導電性ポリマーの層の表面に、前記導電性ポリマーよりも撥水性が高く、前記金属材料よりも耐食性の高い物質を被覆した補機。
  14. 隣り合う単位燃料電池間を直列接続するとともに、金属材料により形成される金属セパレータであって、
    前記単位燃料電池と接触することでガス用の流路を形成する凹部と備え、
    前記凹部は、
    少なくとも一部に導電性ポリマーが付与された構成である
    金属セパレータ。
  15. 請求項14に記載の金属セパレータであって、
    前記導電性ポリマーは、前記凹部の内側表面に被覆された構成である
    金属セパレータ。
  16. 請求項15に記載の金属セパレータであって、さらに、
    前記導電性ポリマーの層の表面に、前記導電性ポリマーよりも撥水性が高く、前記金属材料よりも耐食性の高い物質を被覆した金属セパレータ。
  17. 請求項14ないし16のいずれかに記載の金属セパレータであって、
    前記導電性ポリマーは、ポリアセチレン系、ポリアセン系、ポリ芳香族ビニレン系、ポリピロール系、ポリアニリン系、ポリチオフェン系およびそれらの誘導体のいずれかである
    金属セパレータ。
JP2006031363A 2006-02-08 2006-02-08 燃料電池システム、ガス配管および補機 Pending JP2007213926A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006031363A JP2007213926A (ja) 2006-02-08 2006-02-08 燃料電池システム、ガス配管および補機

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006031363A JP2007213926A (ja) 2006-02-08 2006-02-08 燃料電池システム、ガス配管および補機

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007213926A true JP2007213926A (ja) 2007-08-23

Family

ID=38492173

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006031363A Pending JP2007213926A (ja) 2006-02-08 2006-02-08 燃料電池システム、ガス配管および補機

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007213926A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016520976A (ja) * 2013-05-30 2016-07-14 ニンポー インスティテュート オブ マテリアルズ テクノロジー アンド エンジニアリング, チャイニーズ アカデミー オブ サイエンシズ 固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ
JP2018091561A (ja) * 2016-12-05 2018-06-14 積水化学工業株式会社 発泡樹脂管

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016520976A (ja) * 2013-05-30 2016-07-14 ニンポー インスティテュート オブ マテリアルズ テクノロジー アンド エンジニアリング, チャイニーズ アカデミー オブ サイエンシズ 固体酸化物形燃料電池発電システムにおけるスタックアレイ
US10141596B2 (en) 2013-05-30 2018-11-27 Ningbo Institute Of Materials Technology & Engineering, Chinese Academy Of Sciences Stack array in solid oxide fuel cell power generation system
JP2018091561A (ja) * 2016-12-05 2018-06-14 積水化学工業株式会社 発泡樹脂管

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20090246587A1 (en) Fuel cell
KR100840111B1 (ko) 연료 전지 스택
US7364814B2 (en) Separator of a fuel cell and a manufacturing method thereof
US7887973B2 (en) Cell module and fuel cell having a water permeable hollow body
JP2007066750A (ja) 燃料電池用ガス拡散体、燃料電池用セパレータ及び燃料電池
JP2007213926A (ja) 燃料電池システム、ガス配管および補機
JP2006344525A (ja) ガス拡散体及びその製造方法並びに燃料電池
JP5167627B2 (ja) 燃料電池
JP2006269333A (ja) 燃料電池
US11121380B2 (en) Fuel cell stack
JP5309902B2 (ja) 燃料電池
US7608350B2 (en) Preparation and storage of membrane and electrode assemblies
KR101065375B1 (ko) 연료 전지용 바이폴라 플레이트, 이의 제조 방법 및 이를포함하는 연료 전지
JP2006100021A (ja) 燃料電池スタック
JP5543828B2 (ja) 燃料電池スタック
KR102106110B1 (ko) 레독스 흐름 전지
WO2012117525A1 (ja) 燃料電池システム
JP4993436B2 (ja) 燃料電池反応ガス加湿用水タンク
JP2006059679A (ja) 燃料電池スタック
US11309567B2 (en) Ion exchange membrane and flow battery including same
JP2008103133A (ja) 燃料電池
US10897053B2 (en) Aging device for fuel cell stack
JP2010113863A (ja) 燃料電池
WO2010058811A1 (ja) 燃料電池
JP2021034246A (ja) セパレータ、発電セル、燃料電池スタック及び液体検出装置