JPH0450711B2 - - Google Patents

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JPH0450711B2
JPH0450711B2 JP59257602A JP25760284A JPH0450711B2 JP H0450711 B2 JPH0450711 B2 JP H0450711B2 JP 59257602 A JP59257602 A JP 59257602A JP 25760284 A JP25760284 A JP 25760284A JP H0450711 B2 JPH0450711 B2 JP H0450711B2
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JP
Japan
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electrode
gas
fuel cell
power generation
electrodes
Prior art date
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JP59257602A
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JPS61138464A (ja
Inventor
Shohei Uozumi
Hiroyuki Amekawa
Kenji Enomoto
Toshimitsu Tanai
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605Porous electrodes
    • H01M4/8626Porous electrodes characterised by the form
    • 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

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Sustainable Energy (AREA)
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  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は燃料電池に係り、特に電極端部にガス
シールが設けられている燃料電池に関するもので
ある。
〔発明の背景〕
第7図には燃料電池の従来例が示されている。
同図に示されているように燃料電池は燃料ガスで
ある水素H2および酸化剤ガスである空気を図中
に矢印で示されているように直交するように流
し、水素H2と空気中の酸素O2との周知の反応で
電気エネルギーを取り出すものであるが、空気の
流れるガス通路1を有する空気極2はガス通路1
と反対側の面に触媒層が処理され、空気がこの触
媒層に速やかに達することができるようにポーラ
スな炭素材料で形成されている。この空気極2の
対極となる燃料極3は空気極2と同様燃料のガス
通路4および触媒層を有し、かつポーラスな炭素
材料で形成されている。そしてこれら空気極2と
燃料極3との間にはイオンの良導体であるリン酸
等の電解液を保持するマトリツクス(電解質層)
5が密着するように配設されて単位電池が構成さ
れ、この単位電池がセパレータ6を介して複数個
積層されて電池本体が構成されている。
この電池本体の四方の側面には電池本体に燃料
および空気を給排するための給排装置7が固着さ
れており、また単位電池を数個積層する毎に冷却
装置8が挿入され、冷却水等によつて電池本体を
冷却し一定の温度に保つようにされている。
このように構成された燃料電池で空気極2およ
び燃料極3である電極2,3は上述のようにポー
ラスなので、第8図に矢印で示されているように
ガス通路1,4と電極外との間で電極端部9を通
してガス漏れPが生じてしまう。このため電極端
部9にはガス漏れPが生じないようにガスシール
を施すことが必要で、溶媒中に溶解したふつ素ゴ
ムを電極端部9に含浸したり、炭化けい素SiC粉
またはカーボン粉などを電極端部9に充填したり
して電極端部9を緻密化したものをガスシールと
した(これに関するものとして特開昭57−208076
がある)り、電極端部9の細孔径を他の部分より
小さくしたものに電解液を保持させたウエツトシ
ールをガスシールとしていた(なおこれに関する
ものとして特開昭50−95746特開昭50−95747等が
ある)。しかしこのうち前者は電極端部9の細孔
を十分に塞ぐことができないのでシール性が十分
でなく、後者は差圧や毛細管現象による電解液の
移動や蒸発による電解液の減少によつて信頼性、
耐久性が十分でなかつた。また上述のように電極
2,3はポーラスなために電極2,3の外径寸法
の精度が悪く、上述の第7図に示されているよう
に電極2,3を多数積層した際にその端面が凹凸
しており、給排装置7から給排される燃料および
空気のガスリークが多かつた。
〔発明の目的〕
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、
電極端部からの長期にわたるガス漏れ低減を可能
とし、さらに電池本体と給排装置との間からもガ
ス漏れのない燃料電池を提供することを目的とす
るものである。
〔発明の概要〕
すなわち本発明は電極は、電極の中央部に配置
され、かつポーラスな材料より形成されている発
電部と、電極の端部に配置され、かつ前記発電部
よりガス透過率の小さい材料より形成されている
電極端部と、より形成すると共に、前記発電部と
前記電極端部との結合を、凹凸突合せ接合で、か
つ突合せ部に〓間を有して接着するようになし所
期の目的を達成するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明
する。第1図には本発明の一実施例が示されてい
る。なお従来と同じ部品には同じ符号を付したの
で説明を省略する。本実施例は両電極2a,3a
をポーラスな材料よりなる発電部10とこの発電
部10よりガス透過率を小さくした緻密な材料よ
りなる電極端部9aとを接着剤層11により一体
に接合して形成した。この場合特に両者の接合
は、凹凸突合せ接合で、かつ突合せ部に〓間を有
して接着するようにしている。このように、する
ことにより両電極2a,3aは、ポーラスな材料
よりなる発電部10とこの発電部10よりガス透
過率を小さくした緻密な材料よりなる電極端部9
aとが接着剤層11により一体に接合して形成さ
れるようになつて、電極端部9aからの長期にわ
たるガス漏れ低減を可能とした燃料電池を得るこ
とができる。
さらにまた両者突合わせ部に〓間が形成される
ことから、発電部10に製作誤差が生じても両電
極2a,3aの外径寸法Lを所定の寸法精度にす
ることができ、積層時の端面の凹凸を減少させる
ことができる。このことは給排装置7との接合を
良好となしこの部分のガス漏れを防止することが
できる。なおこの突合わせ部12a,12bの隙
間はガスシール上何等の不都合も生じない。
以上の実施例についての効果を第2図に示され
ているような単位電池を作成し、これを実施例A
として検討したがそれを次に述べる。空気極2a
は発電部10aとガス透過率が0.05cm2/S(1atm
差、空気)の緻密カーボン板より製作した電極端
部9aとを、厚さが50μmのふつ化アルコキシエ
チレン樹脂フイルム(PFAフイルム)を熱融着
させた接着剤層11で接合して形成したが、接着
剤層11はPFAフイルムを電極端部9aと発電
部10aとの間に装着し、上下から加圧・加熱し
て形成した。また発電部10aには触媒層13a
を処理した。
この空気極2aと同一の構成にした燃料極3a
はそのガス通路4が空気極2aのガス通路1と直
交するように、また発電部10bに処理した触媒
層13bが空気極2aの触媒層13aと対面する
ようにして配設した。そしてこの両電極2a,3
a間にはマトリツクス5を密着するように配設
し、かつスペーサ14により所定寸法に保持し
た。
このようにして単位電池を構成し、セパレータ
6を配設した状態で夫々のガス通路1,4に空気
および水素を流通し、電極端部9aからのガスリ
ーク量を検討した。なお検討に当つては従来の単
位電池を従来例Bとして比較検討した。検討結果
は縦軸に従来例Bの初期値を1としたガスリーク
量比をとり、横軸に経過時間をとつて経過時間に
よるガスリーク量比の変化特性が示されている第
3図のように、実施例Aが従来例Bに比べてガス
リーク量比の経過時間による変化が小さくすぐれ
ている。すなわち実施例Aは初期のガスリーク量
が従来例Bに比べて大きかつたものの経時的変化
が殆んどなく、約500時間後にはガスリーク量が
従来例Bよりも小さくなつている。このように本
実施例Aによれば長期信頼性の高いガスシールが
得られることがわかつたが、初期におけるガスリ
ーク量が大きかつたのは電極端部9aとセパレー
タ6(共に第2図参照)との界面におけるガスリ
ークが影旗響しているためである。従つてこれを
解決するにはこの界面を高精度で平坦化する要が
ある。
なお本実施例Aでは接着剤層11にふつ化アル
コキシエチレン樹脂フイルムを使用したが、これ
のみに限るものではなく四ふつ化エチレン六ふつ
化プロピレン共重合樹脂フイルム(FEPフイル
ム)を使用するようにしてもよい。
なおまた本実施例Aではガス透過率が0.05cm2
S(1atm差、空気)の緻密カーボン板を使用した
が、このようにガス透過率は10-1cm2/S(1atm
差、空気)以下のものを使用するのが望ましい。
第4図には本発明の他の実施例が示されてい
る。本実施例は両電極2a,3aをポーラスな材
料よりなる発電部10とこの発電部10よりガス
透過率を小さくした緻密な材料よりなる電極端部
9aとを接着剤層11により一体に接合して形成
すると共に、電極端部9aとセパレータとの間に
クツシヨン層15を設けた。このようにすること
により電極端部9aとセパレータとの間にはクツ
シヨン層15が設けられるようになつて、前述の
場合よりもガスリーク量を減少させることができ
る。
この実施例についての効果を第5図に示されて
いるような単位電池を作成し、これを実施例Cと
して従来例Bと比較検討したが、それを次に述べ
る。実施例Cの構成は電極端部9aとセパレータ
6との間に多孔質化した四ふつ化エチレン樹脂で
形成したクツション層15を設けた以外は、上述
の実施例Aのそれと全く同じである。このクツシ
ヨン層15は電極端部9aの厚みを発電部10,
10a,10bの厚みより小さくして挿入する
が、無荷重の状態では発電部10の厚みより若干
大きくし、所定の荷重がかけられることにより圧
縮され、十分なシール性が保持されるようにし
た。
検討結果は縦軸に従来例Bの初期値を1とした
ガスリーク量比をとり、横軸に経過時間をとつて
経過時間によるガスリーク量比の変化特性が示さ
れている第6図のように、実施例Cが従来例Bに
比べてガスリーク量が小さく、かつ時間による増
加も殆んどなく、前述の場合よりもすぐれている
のが認められた。これは電極端部9aとセパレー
タ6(共に第5図参照)との界面におけるガスリ
ークが、クツシヨン層15によつて防止されるた
めであり、ガスリーク量を従来例Bの約1/3にす
ることができた。これのみならず電極の外径寸法
のばらつきを前述の実施例Aの場合と同様に、従
来例Bのばらつきの約1/4にすることができた。
なお本実施例Cではクツシヨン層15に四ふつ
化エチレン樹脂を使用したが、これのみに限るも
のではなく未焼成の四ふつ化エチレン樹脂(配管
用シールテープ等)を使用するようにしてもよ
い。
〔発明の効果〕
上述のように本発明は電極端部からの長期にわ
たりガス漏れが防止され、かつ給排装置部分から
もガス漏れのない燃料電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の燃料電池の一実施例の電極の
縦断側面図、第2図は同じく一実施例の単位電池
の縦断側面図、第3図は同じく一実施例と従来例
との経過時間によるガスリーク量比の変化特性
図、第4図は本発明の燃料電池の他の実施例の電
極の縦断側面図、第5図は同じく他の実施例の単
位電池の縦断側面図、第6図は同じく他の実施例
と従来例との経過時間によるガスリーク量比の変
化特性図、第7図は従来の燃料電池の斜視図、第
8図は従来の燃料電池の電極端部の斜視図であ
る。 1…ガス通路、2a…空気極、3a…燃料極、
4…ガス通路、5…マトリツクス(電解質層)、
6…セパレータ、7…給排装置、9a…緻密な材
料よりなる電極端部、10,10a,10b…ポ
ーラスな材料よりなる発電部、11…接着剤層、
12a,12b…突合わせ部、13a,13b…
触媒層、14…スペーサ、15…クツシヨン層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 燃料極、空気極及び電解質層を有する単位電
    池がセパレータを介して複数個積層された電池本
    体と、 この電池本体の側面に配置され、電池本体に燃
    料及び酸化剤のガスを給排する給排装置とを備
    え、 前記両電極がそれぞれガス流通路を備えている
    燃料電池において、 前記電極を、 電極の中央部に配置され、かつポーラスな材料
    より形成されている発電部と、 電極の端部に配置され、かつ前記発電部より透
    過率の小さい材料より形成されている電極端部
    と、 より形成すると共に、 前記発電部と前記電極端部との結合を、凹凸突
    合せ接合で、かつ突合せ部に〓間を有して接着す
    るようにしたことを特徴とする燃料電池。
JP59257602A 1984-12-07 1984-12-07 燃料電池 Granted JPS61138464A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59257602A JPS61138464A (ja) 1984-12-07 1984-12-07 燃料電池

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JP59257602A JPS61138464A (ja) 1984-12-07 1984-12-07 燃料電池

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0330124A3 (en) * 1988-02-24 1991-06-12 Toray Industries, Inc. Electroconductive integrated substrate and process for producing the same

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59191271A (ja) * 1983-04-13 1984-10-30 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd ガス拡散性電極板を有する燃料電池の積み重ね構造
JPS6171557A (ja) * 1984-09-14 1986-04-12 Toshiba Corp 燃料電池

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