JPH05251091A - メタノール燃料電池用セパレータ - Google Patents

メタノール燃料電池用セパレータ

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JPH05251091A
JPH05251091A JP4044795A JP4479592A JPH05251091A JP H05251091 A JPH05251091 A JP H05251091A JP 4044795 A JP4044795 A JP 4044795A JP 4479592 A JP4479592 A JP 4479592A JP H05251091 A JPH05251091 A JP H05251091A
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JP
Japan
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air
separator
fuel
fuel cell
electrode
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Pending
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JP4044795A
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English (en)
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Tetsuya Otake
哲也 大武
Kiyotaka Asahi
聖隆 朝日
Makoto Shimizu
信 清水
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Hitachi Machinery and Engineering Ltd
Original Assignee
Hitachi Machinery and Engineering Ltd
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Publication date
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Publication of JPH05251091A publication Critical patent/JPH05251091A/ja
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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
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223Composites
    • H01M8/0228Composites in the form of layered or coated products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 セパレータに設けた空気流路および空気出口
端部の撥水性を高めることにより、生成水の排水性能を
向上させる。 【構成】 セパレータ1は、燃料極へ燃料を供給する燃
料分配路4と、燃料流路3a、3bおよび空気極に空気
を供給する空気流路2aと、空気の出入口である空気入
口端面2b及び空気出口端面2cとを具備し、空気流路
2a表面の一部および空気出口端面2cに撥水性を有す
る被膜Mを形成し、さらに燃料流路3a、3bおよび燃
料分配路4の全表面に耐薬品性を有する被膜Mを形成し
た。 【効果】 生成水の付着による空気流路閉塞がなく、セ
パレータが燃料と非接触のため電気化学的腐食電食によ
る損傷を受けず、長期間安定した電池出力が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、メタノール燃料電池に
係り、特に生成水の凝縮を防止するのに好適なメタノー
ル燃料電池用セパレータに関する。
【0002】
【従来の技術】メタノール燃料電池は、メタノール極で
メタノール及び水を消費して二酸化炭素を排出し、空気
極で酸素を消費して生成水を排出する。
【0003】この空気極の生成水は、通常、過剰の空気
を供給することにより、水蒸気として空気流路出口から
排出される。従って、供給する空気の湿度等の条件によ
って、生成水の排出効率が大きく左右される。このため
空気の供給量が不充分である場合に、生成水が凝縮し水
滴となって空気流路を閉塞することがある。
【0004】従来のメタノール燃料電池用セパレータに
おいては、以上のようなことを防止するため、セパレー
タに設けた空気流路表面にPTFE(ポリテトラフルオ
ルエチレン)を固着させることで流路の撥水性を高め、
流路内に水滴が付着することを抑制し、流路を適正に確
保していた。
【0005】さらに発電時の外気温、湿度および電池温
度等の環境条件を検知しそれにより供給する空気の量を
制御し、空気流路内の生成水の凝縮を防止することによ
って、常に流路を確保するようになっている。
【0006】なお、この種の技術としては、例えば特開
昭59−180978号公報および特開昭62−176
064号公報に記載された装置等がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のメタノール燃料
電池用セパレータにあっては、空気流路内で生成水の凝
縮による水滴付着のためにおこる流路閉塞については配
慮されているが、その水滴が空気出口端部に付着して発
生する閉塞および短絡という点については、配慮されて
おらず、これらに起因する電池起電力の低下という問題
があった。さらに生成水の凝縮を完全に防止するため、
空気供給量を常に適切に制御する方法があるが、消費電
力の増大や装置の複雑化等の点で配慮が充分でなく、発
電効率が低下するため電池が大型化するという問題があ
った。
【0008】本発明の目的は、空気流路内および空気出
口端面の撥水性を高めることで生成水がセパレータに付
着することを防止し、空気供給路を適切に確保すること
により、電池出力を安定に保ち、さらに生成水の付着に
よる短絡を防止することのできるメタノール燃料電池用
セパレータを提供することにある。
【0009】本発明の他の目的は、アノライト供給のた
めの燃料流路内を絶縁処理することにより漏洩電流を抑
制し、電気化学的腐食によるセパレータの破壤を防止す
ることにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係るメタノール燃料電池用セパレータは、
燃料極と空気極とよりなる単位電位に積層され、燃料極
に燃料を供給する少なくとも一つの燃料流路と、空気極
に空気を供給する少なくとも一つの空気流路とを備えた
メタノール燃料電池用セパレータにおいて、それぞれの
空気流路の少なくとも空気出口端面にフッ素樹脂の被膜
を形成した構成とする。
【0011】そしてそれぞれの空気流路の表面の少なく
とも一部に、フッ素樹脂の被膜を形成した構成でもよ
い。
【0012】またそれぞれの燃料流路の表面に、耐薬品
性及び絶縁性を有する被膜を形成した構成でもよい。
【0013】さらにそれぞれの燃料流路の表面に、耐薬
品性及び絶縁性を有する被膜を形成し、被膜は、フッ素
樹脂、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプ
レンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン又は塩素化ポ
リエチレンのうちのいずれか一つで形成されている構成
でもよい。
【0014】
【作用】本発明によれば、セパレータに設けられた空気
流路および空気出口端面に形成されたPTFE等のフッ
素樹脂の被膜は、高い撥水性能を示すため、空気極で発
生した生成水が、結露した場合でも空気流路内に付着し
にくく、発電に使用された空気とともに排出される。さ
らに空気出口端面も撥水性を有するため、空気の流れを
阻害するようなことはなく、燃料電池性能が安定する。
また、フッ素樹脂は絶縁性能にもすぐれており、空気出
口端面に付着した生成水による短絡がないため、燃料電
池が高出力に維持される。
【0015】さらに、セパレータに設けられた燃料流路
内に形成されたPTFE等のフッ素樹脂あるいはIIR
等のゴムによる被覆により、カーボン材からなるセパレ
ータと燃料のアノライト中の電解質との接触が防止され
る。したがってセパレータの電気化学的腐食が防止され
漏洩電流も減少するため、長期にわたり安定した出力が
得られ、セパレータの再利用も可能となる。
【0016】
【実施例】本発明の一実施例を図1〜図4を参照しなが
ら説明する。
【0017】図1は、セパレータ1の空気極側を示した
外観図であり、図2は、セパレータ1の燃料極側の外観
図を示したものである。
【0018】セパレータ1は、導電性の良好な高密度カ
ーボン平板に図1に示す空気極へ酸化剤である空気を供
給する一つ以上の空気流路2aを形成しており、その裏
面には、燃料極へ燃料のアノライトを供給する一つ以上
の燃料流路3a、3bが形成されている。またこのセパ
レータ1には、積層電池における各燃料極へアノライト
を分配する燃料分配路4が燃料流路3bに連通して設け
られている。さらにこのセパレータ1には、空気出口側
端面2c及び空気出口付近の空気流路2a表面に、ポリ
テトラフルオルエチレン(PTFE)等のフッ素樹脂等
の耐薬品性を有し、かつ絶縁性能の良好な高撥水性を有
する厚さ5〜20μmの被膜Mを形成してあり、燃料分
配路4の表面及び燃料流路3a、3bの表面にも厚さ5
〜20μmのPTFE等のフッ素樹脂、又はブチルゴ
ム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム、クロ
ロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン等のゴ
ムの被膜Mが形成されている。これらの部分を詳細に示
した図が図3及び図4に示した断面図である。
【0019】次に本実施例のセパレータ1を用いた燃料
電池の構造を図5を参照しながら説明する。燃料電池
は、イオン交換膜7を介して配された空気極5と燃料極
6からなる単位電池8に、各電極5、6に空気および燃
料を供給する流路を具備したセパレータ1を交互に積層
したものであり、単位電池8の両面に、空気極5には空
気流路2aを対向させ、燃料極6には燃料流路3aを対
向させてセパレータ1を配して積層してある。この燃料
電池の発電時には、空気入口端面2bから酸化剤である
空気を供給し、燃料分配路4より燃料であるアノライト
の供給を行い発電させる。この時空気出口端面2cから
は、反応によって生成した生成水が余剰空気とともに排
出され、燃料分配路4から二酸化炭素が放出される。
【0020】通常、空気極5で発生した生成水は、燃料
電池外部へ排出されるが、これは、供給された空気に含
まれる水分であり、排出空気の湿度が飽和していないた
め生成されるものである。したがって、供給する空気の
湿度および電池の温度等の環境条件によっては、水蒸気
として排除できない生成水が、空気流路2a内表面に水
滴として付着し燃料電池下部の空気出口端面2c付近に
集まり、空気流路2aを塞閉してしまう可能性があるが
本実施例のセパレータは、空気出口の流路表面にPTF
Eの被膜Mを設けたため、フッ素樹脂の撥水性によりそ
の部分に発生した水滴は、供給された空気の流れに押し
出されるか、あるいは、水滴の自重によって空気流路2
a内に滞留することなく、空気出口端面2cより流出さ
れる。さらに空気出口端面2cにもPTFE等による被
膜Mが設けてあり、これに流出した水滴が再付着するこ
とがないため、空気流路2aが常に正常に保たれる。ま
た、空気出口端面2cに水滴が付着することがないた
め、各電池は短絡することがない。従って長時間にわた
り安定した出力を得ることができる。この時の燃料電池
の性能を図6に示し、従来のセパレータを用いた燃料電
池の性能も示してある。
【0021】さらに、このセパレータには、燃料流路3
a、3b及び燃料分配路4の表面に、前記空気流路と同
じPTFE等による被膜が設けてある。このため、アノ
ライトとセパレータの基材であるカーボンとが直接接触
することがなくなり、従来のセパレータでは、1000
時間程度の発電によって、燃料流路3a、3bおよび燃
料分配路4に観察された電気化学的腐食によるセパレー
タの損傷がなくなり、正常な状態であった。従ってセパ
レータの破損によるアノライトの漏れがなく、燃料電池
周辺を汚染することもなく、長期間にわたり発電するこ
とができる。
【0022】なお、本実施例では、空気流路2a表面の
被覆処理は、空気出口端面2cから流路長(空気入口端
面2bから空気出口端面2cまでの距離)の20%の範
囲において実施したが、この処理範囲は、全面であって
もかまわない。
【0023】本発明によれば、空気流路および空気出口
端面にPTFE等のフッ素樹脂等の撥水性を有する被膜
を形成したため、生成水の付着による流路閉塞あるいは
短絡などがなくなり、長時間にわたり安定して作動する
燃料電池を提供できる。また、燃料電池の発電時の環境
変化に対しても有効に作用するため、燃料電池の発電制
御を簡素化でき、消費電力を10%程度低減できる。
【0024】さらに、燃料流路および燃料分配路に被膜
を形成することにより、電気化学的腐食等によるセパレ
ータの基材の損傷が防止できるため、燃料電池寿命の向
上を図ることができる。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、空気流路及び燃料流路
にフッ素樹脂等の被膜を形成したため、生成水の付着に
よる流路閉塞又は短絡が防止できて発電が安定するとと
もに、セパレータの電気化学的腐食による燃料の漏洩が
防止できて周辺を汚染することのないメタノール燃料電
池用セパレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すセパレータの空気流路
の斜視図である。
【図2】本発明の一実施例を示すセパレータの燃料流路
の斜視図である。
【図3】図2のA−A線断面を示す断面図である。
【図4】図3のB−B線断面を示す断面図である。
【図5】積層した燃料電池の構造を示す斜視図である。
【図6】燃料電池出力の経時変化を測定したグラフであ
る。
【符号の説明】
1 セパレータ 2a 空気流路 2b 空気入口端面 2c 空気出口端面 3a 燃料流路 3b 燃料流路 4 燃料分配路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料極と空気極とよりなる単位電位に積
    層され、前記燃料極に燃料を供給する少なくとも一つの
    燃料流路と、前記空気極に空気を供給する少なくとも一
    つの空気流路とを備えたメタノール燃料電池用セパレー
    タにおいて、それぞれの空気流路の少なくとも空気出口
    端面にフッ素樹脂の被膜を形成したことを特徴とするメ
    タノール燃料電池用セパレータ。
  2. 【請求項2】 それぞれの空気流路の表面の少なくとも
    一部に、フッ素樹脂の被膜を形成したことを特徴とする
    請求項1記載のメタノール燃料電池用セパレータ。
  3. 【請求項3】 それぞれの燃料流路の表面に、耐薬品性
    及び絶縁性を有する被膜を形成したことを特徴とする請
    求項1又は2記載のメタノール燃料電池用セパレータ。
  4. 【請求項4】 それぞれの燃料流路の表面に、耐薬品性
    及び絶縁性を有する被膜を形成し、該被膜は、フッ素樹
    脂、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレ
    ンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン又は塩素化ポリ
    エチレンのうちのいずれか一つで形成されていることを
    特徴とする請求項1又は2記載のメタノール燃料電池用
    セパレータ。
JP4044795A 1992-03-02 1992-03-02 メタノール燃料電池用セパレータ Pending JPH05251091A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002015750A (ja) * 2000-06-30 2002-01-18 Mitsubishi Plastics Ind Ltd 燃料電池用セパレータ
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WO2010053084A1 (ja) * 2008-11-07 2010-05-14 ソニー株式会社 燃料電池およびこれに用いる酸素電極ならびに電子機器
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JP2015088326A (ja) * 2013-10-30 2015-05-07 ダイハツ工業株式会社 燃料電池のセパレータ構造

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