JPH01173576A - 燃料電池セパレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池の集電セパレータに係シ、特にメタノ
ール燃料電池に好適な集電セパレータに関する。

〔従来の技術〕

まず、メタノール燃料電池の構成全説明する。

第１５−１図は従来セパレータの１例の平面図、第１６
−２図はそｏｘ−ｘＩｌｆｒ面図、第ｔ３−３図はＹ　
−Ｙｉｌ’ｉ面図であシ、符号３は流路溝、５はフラン
ジ部、１０はセパレータ全意味する。セパレータ１０は
高密度カーボン等（比重１．８〜２．０）の導電材よ勺
なる。表裏面は同一形状で流路溝３が形成しである。例
えば図で表面を酸化剤の空気を流す側、裏面は燃料であ
るメタノールを含むアノライト（１，５Ｍ　ＨｇＳＯ４
＋　１．０　Ｍ　ＣＨ３０Ｈ＋Ｈ２０の混合液）を流す
側である。セパレータの周縁はゴム枠体に嵌合するフラ
ンジ部５である。

第１４−１図はゴム枠体１１にセパレータのフランジ部
５が嵌合した状態を示す平面図、第１４−２図は七のＢ
−Ｂｖｆｒ面図、第１４−５図はＡ−ＡｗＲ面図であシ
、符号１は液供給孔、２は液排出孔、１０はセパレータ
、１１はゴム枠体、１５は液溝、１５は空気溝、３１は
アノライト、５２は空気、７０は空気供給孔、７１は空
気排出孔を意味する◇ゴム枠体にはアノライトの液供給
孔１、液排出孔２、空気供給孔７０、空気排出孔７１が
設けである。また、アノライト３１及び空気３２を供給
孔１及び７０からセパレータの流路＠５へ導びく液溝１
３．空気溝１５が設けである。排出孔２及び排気孔７１
にも同様、セパレータから排出孔、排気孔へ導びく液溝
１５、空気溝１５が設けである。図で表側はアメライト
の供給、排出の流路溝部を実線で示しである。アノライ
ト３１は供給孔１よ＃）ｍ＃１３にそってセパレータへ
に流入する。セパレータでは流路溝３を上昇し上端に達
した７ノ２イ）ｆｌゴム枠体のｇ＃１３に流入し２つの
排出孔２へ抜ける。空気３２は供給孔７０から図の裏側
に示した空気溝１５に流入し、セパレータに入り、セパ
レータの流路溝３を流下し下端に達するとゴム枠体の空
気溝１５より２つの排出孔７１へ抜ける。

第１５図は積層電池の構成を示す斜視図でおシ、符号１
０．１１．３１．３２は前記のとおシ、３９はガスケッ
ト、４０はイオン交換膜、４１は空気極、４２はメタノ
ール極を意味する。電解質を含んだイオン交換膜４０を
空気電極４１とメタノール電極４２の内電極で挟み、そ
の両外側を空気及びアノライトの通る穴があいた、かつ
、片面が軟質、他面が硬質製のガスケット３９が両側よ
り接して位置する。更にその両外側をゴム枠体１１に納
めたセパレータ１０が位置し、この積層を密着すると単
位′＃ＩＬ池を構成する〇 イオン交換膜４０、ガスケット３９、ゴム枠体嵌合セパ
レーｊ１１０で囲まれた空間は空気又はアノライトの流
路の溝室を構成する。空気電極の介在する側が空気流路
の溝室、メタノール電極の介在する側がアノライト流路
の溝室である。実際は単位電池を必要によって所定数同
様に積層して使用する。次にアノライト３１の供給はゴ
ム枠体の下部供給孔１より矢印で示すセパレータの流路
溝３に流れ上昇し上部の排出孔２へ流出する。

一方、空気３２はゴム枠体の上部の供給孔７０よ）セパ
レータ裏側の流路ｆ１５’に流下し、下部に設けである
排出孔７１に抜ける。

このように、アノライト溝室及び空気溝室へそれぞれ７
ノライト及び空気を供給することにより発電する。

第１６−１図は積層組立てた単位電池の側面図、第１６
−２図はそのＡ−Ａｌｆｒ面図でめ）、符号５０は端板
、５１は絶縁端板、５２は締付ボルト、５６μ給液管、
５４は排液管、５５は給気管、５６は排気管、５７はｓ
ｍ板、５８は端子、６０は本位’ＭＥ池を意味する。

構成′を第１５図に示した単位電池６０を積層した両端
に絶縁端板５１、端板５０を位置させこれらを締付ボル
ト５２で所定の圧力まで締付けると各単位電池は直列に
接続された電池となる。また。

俗単位電池の流路溝室は気密に構成される０発生電気は
両端の集電板５７の端子５８より取出される。

アノライトは管５３より谷単位電池へ供給される。各単
位電池内では７ノライト中のメタノールが消費する。各
単位電池を出たアノライトは排液管５４に集められ図示
しないアノライトタンクに戻る。

一方、空気は給気管５５から各単位電池に供給され、電
池を出た空気は排気管５６から大気中に排出される。

以上メタノール燃料電池の構造、運転操作の概要につい
て述べた。とこで、単位電池全構成するゴム枠体嵌合セ
パレータ、ガスケット、イオン交換膜による流路溝室の
気密保持、セパレータ、電極及びイオン交換膜積層の接
触部電気抵抗の低減は電池性能向上につながる。しかし
、締付けを大Ｋｆるとゴム枠体がセパレータから離脱す
る。又はセパレータが破損する。締付けが小だと、気密
性が低下し、かつ、電気抵抗が増加する。このため、積
層面は均一な面接触が要求され、ゴム枠体、ガスケット
またセパレータの厚みにｆＦｌｌ＠さが要求される。電
池構成部材が多く電池′Ｍ量及び容積が大になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来のゴム枠体嵌合セパレータは重量、容積につい
ては配慮されてはおらず、これを使用した積層電池は発
＊敏に対し重量及び容積が比較的太であった。また積層
の密着性及び気密性に対しても問題があった。

本発明の目的は、電池の小形軽鎗化及びコスト低減化か
つ性能安定化全達成する燃料電池セパレータを提供する
ことにある０ 〔問題点を解決するための手段〕 本発明を概説すれば、本発明は燃料電池セパレータに関
する発明であって、電解質イオン交換膜を、燃料物質’
ｔｘ気化学的に酸化する燃料極、及び酸化剤を電気化学
的に還元する酸化剤極の画電極で挟み、その外側に導電
体で両極へ燃料及び酸化剤を供給する流路を有し、かつ
両極による発生電気を集電するセパレータを密着積層す
る燃料電池のセパレータにおいて、燃料及び空気を供給
及び研出する孔口金膜けたことを特徴とする。

すなわち、本発明においては、セパレータに燃料の供給
孔口及び排出孔口、空気の供給孔口及び排気孔口を設け
る。これら孔口からセパレータの主流路溝へ導びく案内
流路溝を設けることが好ましい。また案内流路溝上には
必要に石じカバープレートヲ位置し設けるとよい。また
、該孔口の近傍及び周囲にシール用溝が設けられている
のが好ましい。また、形成する流路溝室のシールはセパ
ットヲ用いる。これで流路溝室は気密にできる。

したがって、従来のゴム枠体の機能をＮするセパレータ
が達成される。

給排孔口を設けたセパレータを用いた電池の積層組立は
従来のゴム枠体嵌合セパレータを用いたと同様の方法で
行える。

イオン交換ＢＡを挟んだ触１ｓ電極の外側にセパレータ
を位置させ積層する。イオン交換膜とセパレータによっ
て形成する流路溝室の気密はセパレータとイオン交換膜
のシール部に粘着パテ若しくはガスケットを用い締付け
ることにより達成されるＯしかも粘着パテを用いた場合
には小さい締付力でパテが塑性変形するので気密性が良
好であシ、イオン交換膜、触媒電極、セパレータの密着
性が良く一体化された構造となシ、これらの接触部の電
気抵抗が低減できる効果金有する０ ７ノライトの供給、及び排出孔口の案内流路溝上のカバ
ープレートはシール材（パテ）の落込みを防ぐので流路
は閉塞なく、流れは容易となる。

空気の給排においても案内流路溝の変形がなく流路が閉
塞しない。

したがって、燃料及び空気の給排がスムースに行えるこ
とから８ｍ１１池は安定した運転操作ができる。

〔実施例〕 以下、本発明を実施例にニジ更に具体的に説明するが、
本発明はこれら実施ＩＦＩＪに限定されない。

実施例１ 第１図に本発明セパレータの一実施例全示す０すなわち
第１−１図は本発明のメタノール燃料電池セパレータの
一実施例のメタノール極側の平面図、第１−２図はその
Ａ　−Ａ＃面園であシ、符号１は液供給孔、２は液排出
孔、３−１は溝山、４−１は液溝、５−１は突起、６は
プレート受け（す、７は流路＃全意味する０セパレータ
は液供給孔１、液排出孔２が谷２個設けである。液の供
給及び排出孔からは案内する流路溝７が設けである。流
路溝上はプレートの受け（す６が設けである。セパレー
タの中央部は溝山３−１、液溝４−１が設けておる。ま
た上下部位には浮島状の突起５−１が設けである。

第２−１図は本発明のメタノール燃料電池セパレータの
一実施例の空気極側の平面図、第２−２図はそのＣ−Ｃ
断面図であり、符号１及び２は前記のとおり、４−２は
空気溝、８はプレート受け（２）全意味する。セパレー
タ中央に仝気溝４−２が縦方向に１０数本設けである。

下部位にはプレートの受け（２）８がある。

第３図は第２−１図のＤ−Ｄ断面図、すなわち、空気流
路溝下部位の断面図でろシ、符号５−１は突起、４−５
は空気流路、９−２はプレート（２）である。空気流路
４−３はプレート（２）　９−２でカバーされる。プレ
ートラ受けた面の厚みはセパレータの厚みと同一厚みに
なるように形成する。

第４図は稟１−１図のＢ−Ｂ断面図、すなわち液供給、
排出孔部位の断面図であシ、符号１．２．４−２．５−
１．７は前記のとおシ、９−１はプレート（りを意味す
る。流路＠７は、プレート（す９−１でカバーされる。

プレートラ受けた面の厚みはセパレータ４各と同一にな
るように形成しである。

実施例２ 第５−１図は本発明のセパレータにおいて用いるガスケ
ットのＸＰ−面図、第５−２図はそのＡ−Ａ断面図でラ
シ、符号３９はガスケット、１及び２は前記のとおシで
ある。ガスケット５９は軟質ゴム材等による。外郭、孔
はセパレータと同一寸法で、セパレータの中央部に位置
する部分は抜いである形状をしている。

実施例３ 第６−１図及び第６−２図は本発明のセパレータにシー
ル材を張付した平面図である。すなわちシール材として
、粘着性植毛パテ１００を用いたシール方法を示しであ
る。図はシールの部位に幅数■、厚み１ｍ１１１程の該
パテを張付したものである。

第６−１図がを気極側、第６−２図がメタノール極側で
、同一位置に該パテが張付しである。積層するとイオン
交換膜を挟み相対しセパレータとイオン交換膜はパテに
よって気密に保持される。

実施例４ 第７−１図は本発明のセパレータの他の実施例のメタノ
ール極側の平面図、第７−２図はそのＡ−Ａｗｆｒ面図
であシ、符号で７−１は溝山、その他は前記のとお遵で
ある。図で液供給孔１はセバレーメ下部位に位置し、こ
れよりセバレータへ液を流す案内流路溝７が設けである
。セパレータ中央はｆｉ＃１４−１がある。上部位には
液排出孔２が２個設けてあって排出孔には流路＃Ｉ７が
連なっているＯ 第８−１図は第７−１図に示したセパレータの空気極側
の平面図、第８−２図はそのＡ−ＡＷｒ面図であシ、符
号４−２は空気溝、７０は空気供給孔、７１に空気排出
孔、７２は空気案内溝、７３は溝山を意味する。図で上
部位に空気供給孔７０があシ、これより空気案内溝７２
が設けである。

セパレータ中央部は空気溝４−２がある。下部位には空
気排出孔７１が設けてあシ、空気案内溝７２からの空気
を排出する構造をとる。また、第７図の流路溝７及び第
８−１図の空気案内溝７２はプレート（図示せず）でカ
バーする構造をとる。

実施例５ 第９−１図及び第９−２図は第７図及び第８図に示した
セパレータにシール材を張付した平面図である。すなわ
ちシール材として粘着性植毛パテ１００全用いたシール
方法を示しである。図はシールの部位に＠数瓢、厚さ１
１１１１程の該パテを張付した状態を示す。第９−１図
はメタノール極側、第９−２図は空気極側を示し、同一
位置に該ノくテ全張付しである。積層でイオン交換膜を
挟んで相対し、セパレータとイオン交換膜間は押圧によ
り該パテで気密に保持される。

実施例６ 第１０図は第７図及び第８図に示したセパレータ全ガス
ケットを用いて電池積層する場合のガスケットの平面図
であシ、符号は前記のとおシである。ガスケットの外郭
、孔はセパレータと同一寸法で中央部は矩形孔全抜いた
形状をとる。

実施例７ 第ｍ１−１図は第１図に示したセパレータのメタノール
極（ｉｌＪ　’！ｋ　、第１２−１図は第２図のセパレ
ータの空気極側をシール用溝切シをした１例の平面図で
めシ、第１１−２図及び第１２−２図はそれぞれの溝の
部分のＡ　−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である。谷図面
において符号８０はシール用４を意味する。シール用溝
８０はメタノール極側と空気極側が同一寸法で同一位置
にくるように設はテｉＴ）る。シール用溝のシール充て
ん材には、粘着性植毛パテ、ゴム紐、発泡ポリエチレン
のガスケット等全充てんすることでシールが容易となる
。

しかも、溝ヲ切ることで積層性植毛パテを用いたと＠は
パテの伸張はみだしを防止できる。また、シール面積が
小さくなるのでセパレータの小形軽輩化につながる。

第１、第２、第７、第８、ｉｔ　１％第１２の各図に示
した本発明のセパレータを使用した電池の積層組立は従
来のゴム枠嵌合セパレータの電池組立と同様で、ガスケ
ットを用いる積ＮＩはセパレータ、ガスケット、イオン
変換膜、ガスケット、セパレータの繰返し積層であシ、
粘着性植毛パテ金用いる積層は積層性植毛パテ張付セパ
レータ、イオン交換膜、粘着性植毛パテ張付セパレータ
、溝切セパレータはシール材充てんセパレータ、イオン
交換膜、シール材充てんセパレータの繰返しで電池の積
層組立ができる。したがって、本発明のセパレータは従
来のゴム枠体嵌合セパレータの機能をもったセパレータ
である。

【発明の効果〕

本発明のセパレータによればセパレータにアノライトの
供給及び排出かつ空気の供給、排出溝孔を設けることで
従来のゴム枠体が不要となシ、電池積層部材の低減が図
れる。また、ゴム枠体がないので締付圧を減少でき積層
における各部材の密着性がよくなることからシール性が
容易となり、電池の小形軽被化につながる。また、アノ
ライトの供給、排出及び空気の供給、排出流路溝形状が
積層の締付及び運転中に変形若しくは閉塞がなくなるの
で電池性能の安定化にもつながる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１−１図は本発明メタノール燃料電池セパレータの一
実施例のメタノール極側の平面図、第１−２図はそのＡ
−Ａｌｌｉ面図、第２−１図は本発明メタノール燃料電
池セパレータの一実施例の空気極側の平面図、第２−２
図はそのＣ−Ｃｗｒ面図、第３図は第２−１図のＤ−Ｄ
断面図、第４図は第１−１図のＢ−Ｂｖｆｒ面図、第５
−１図は第１図及び第２図に示したセパレータのガスケ
ットの平面図、第５−２図は七のＡ−Ａ断面図、第６−
１図、第６−２図は第１−１図及び第２−１図に示した
セパレータにシール材を張付した平面図、第７−１図は
本発明セパレータの他の実施例のメタノール極側の平面
図、第７−２図はそのＡ−Ａ′ｅｒ面図、第８−１図は
第７−１図に示したセパレータの空気極側の平面図、第
８−２図はそのＡ　−Ａ＠面図、第９−１図及び第９−
２図はそれぞれ第７図及び第８図に示したセパレータに
シール材を張付した平面図、第１０図は第７図及び第８
図に示したセパレータのガスケットの平面図、第１１−
１図は第１図に示したセパレータにシール用溝全役けた
平面図、第１１−２図はそのＡ−Ａ断面図、第１２−１
図は第２図に示したセパレータにシール用溝全役けた平
面図、第１２−２図はそのＢ−Ｂｌｆｒ面図、第１３−
１図は従来セパレータの１例の平面図、第１３−２図は
そのＸ−Ｘ断面図、第１３−３図はＹ−ＹｖＩｉ面図、
第１４−１図はゴム枠体にセパレータのフランジ部が嵌
合した状態を示す平面図、第１４−２図はそのＢ−Ｂ断
面図、第１４−３図はＡ−Ａ＠面図、第１５図は積層電
池の構成を示す斜視図、第１６−１図は積層組立てた単
位電池の側面図、第１６−２図はそのＡ−ＡｗＴ面図で
ある。 １：液供給孔、２：ｇ、排出孔、３及び７：流路溝、３
−１．７−１及び７５：＠山、４−１及び１３：液溝、
４−２：空気溝、４−３：空気流路、５：フランジ部、
５−１＝突起、６：プレート受け（１）、８ニブレート
受け（２）、９−１＝プレート（す、９−２ニブレート
（２）％　１０：セパレータ、１１：ゴム枠体、３１：
アノライト、３２：”２％、　　３　ｑ　：ガスケット
、４０：イオン交換膜、４１：空気極、４２：メタノー
ル極、５０：端板、５１：絶縁端板、５２：締付ボルト
、５３：給液管、５４：排液管、５５：給気管、５６：
併気管、５７：集電板、５８：端子、６０：単位゛電池
、７０：空気供給孔、７１：空気排出孔、７２：突気案
内溝、８０：シール用溝、１００：粘着性植毛パテ 特許出願人　株式会社　日立裏作所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電解質イオン交換膜を、燃料物質を電気化学的に酸
   化する燃料極、及び酸化剤を電気化学的に還元する酸化
   剤極の両電極で挟み、その外側に導電体で両極へ燃料及
   び酸化剤を供給する流路を有し、かつ両極による発生電
   気を集電するセパレータを密着積層する燃料電池のセパ
   レータにおいて、燃料及び空気を供給及び排出する孔口
   を設けたことを特徴とする燃料電池セパレータ。 ２、該孔口より流路溝が設けられている特許請求の範囲
   第１項記載の燃料電池セパレータ。 ３、該流路溝上にカバー用プレートが設けられている特
   許請求の範囲第２項記載の燃料電池セパレータ。 ４、該孔口の近傍及び周囲にシール用溝が設けられてい
   る特許請求の範囲第１項記載の燃料電池セパレータ。