JP2016062725A - 固体高分子形燃料電池及びセパレータ - Google Patents
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Abstract
Description
燃料電池は、膜電極接合体11が一対のセパレータ20,30により挟持されてなるセル10を複数積層することにより形成されている。膜電極接合体11は、固体高分子膜よりなる電解質膜12が一対の電極触媒層13,14によって挟持されたものであり、所謂MEA(Membrane Electrode Assembly)と称される。なお、第1電極触媒層13が燃料極として機能し、第2電極触媒層14が空気極として機能する。
図3に示すように、第2セパレータ30におけるガス拡散層16に接触する面においては、基材31の表面に第1層34が設けられており、同第1層34の表面に最表層としての第2層37が設けられている。従って、第2セパレータ30においては、第2層37がガス拡散層16に接触する。
一方、図4に示すように、第1セパレータ20の下側の凹溝20bの裏面、すなわち第2セパレータ30に接触する面においては、基材21の表面に第1層24のみが設けられており、基材21の最表面は第1層24とされている。従って、第1セパレータ20においては、第1層24が第2セパレータ30に接触する。
まず、第1比較例における第1セパレータ120及び第2セパレータ130の構成について説明する。
図7に示すように、第2セパレータ230におけるガス拡散層16に接触する面においては、基材31の表面に第1層34のみが設けられている。従って、第2セパレータ230においては、第1層34がガス拡散層16に接触する。
r(A,B)+R(B)+r(B,C)+R(C)+r(C,D)・・・(1)
なお、第2層37内におけるグラファイト39同士の界面抵抗は無視できるほど小さいことから、上記式(1)では省略している。また、本実施形態における第1セパレータ20とガス拡散層15との接触抵抗も、同様にして以下の式(1)で表すことができる。
r(A,B)+R(B)+r(B,D)・・・(2)
上記式(1)と式(2)とを比較すると、本実施形態の接触抵抗に比べて第2比較例の接触抵抗が大きい理由は、r(B,D)が他の成分に比べて大きいためであるといえる。このことは、異質の材料同士の界面抵抗が同質の材料同士の界面抵抗よりも大きくなるとの一般的な傾向と合致する。
{r(A,B)+R(B)}×2+r(B,B)・・・(3)
次に、第1比較例における第1セパレータ120と第2セパレータ130との接触抵抗は、以下の式(4)で表すことができ、測定結果は、7.1(mΩ・cm2)であった。
上記式(3)と式(4)とを比較すると、本実施形態の接触抵抗に比べて第1比較例の接触抵抗が大きい理由としては、以下の3つが考えられる。
・R(C)が大きい。
・r(C,C)が大きい。
(1)互いに隣接する第1セパレータ20及び第2セパレータ30の間においては第1層24,34同士が接触している。
・ガス拡散層15,16を炭素繊維の織物であるカーボンクロスによって形成することもできる。
・図8(a),(b)に示すように、第2セパレータ330の第1層34及び第2層37を省略し、互いに隣接する第1セパレータ20及び第2セパレータ330の間において、第1セパレータ20の第1層24と第2セパレータ330の基材31とが接触するようにしてもよい。
・導電性粒子をカーボンブラックなどの他の粒子に変更することもできる。
Claims (5)
- 膜電極接合体が一対のセパレータにより挟持されてなるセルを複数積層することにより形成された固体高分子形燃料電池において、
前記セパレータの各々は金属材料よりなる基材を有し、
前記セパレータの各々における前記基材の表面には、同基材の酸化被膜よりも高硬度の導電性粒子を含む樹脂層が設けられ、
互いに隣接する前記セパレータの各々の間においては前記樹脂層同士が接触している、
固体高分子形燃料電池。 - 膜電極接合体が一対のセパレータにより挟持されてなるセルを複数積層することにより形成された固体高分子形燃料電池において、
前記セパレータの各々は金属材料よりなる基材を有し、
前記セパレータの一方における前記基材の表面には、同基材の酸化被膜よりも高硬度の導電性粒子を含む樹脂層が設けられ、
互いに隣接する前記セパレータの各々の間においては前記一方のセパレータの前記樹脂層と他方のセパレータの前記基材とが接触している、
固体高分子形燃料電池。 - 前記樹脂層を構成する樹脂膜の厚さは前記導電性粒子の最大凝集粒子径よりも小さくされている、
請求項1又は請求項2に記載の固体高分子形燃料電池。 - 前記膜電極接合体と前記セパレータの各々との間には、炭素系材料により形成されたガス拡散層が介設されており、
前記基材の前記ガス拡散層に対向する面には、同基材の酸化被膜よりも高硬度の導電性粒子を含む第1層が設けられるとともに、前記第1層の表面には、炭素系材料を含む第2層が設けられ、
前記第2層と前記ガス拡散層とが接触している、
請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の固体高分子形燃料電池。 - 固体高分子形燃料電池に適用されるセパレータにおいて、
前記セパレータは金属材料よりなる基材を有し、
前記基材の少なくとも一方の最表面は、同基材の酸化被膜よりも高硬度の導電性粒子を含む樹脂層とされている、
セパレータ。
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