JPH06215780A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JPH06215780A JPH06215780A JP5005052A JP505293A JPH06215780A JP H06215780 A JPH06215780 A JP H06215780A JP 5005052 A JP5005052 A JP 5005052A JP 505293 A JP505293 A JP 505293A JP H06215780 A JPH06215780 A JP H06215780A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- groove
- surface area
- separator
- grooves
- main surface
- 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.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 反応ガス流路用として主表面に連続かつ、開
放上面面積が３０から７０％である溝を有するセパレー
ターを用いる固体高分子型燃料電池。 【効果】 本発明により、出力性能が大きく向上する。
放上面面積が３０から７０％である溝を有するセパレー
ターを用いる固体高分子型燃料電池。 【効果】 本発明により、出力性能が大きく向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子電解質型燃
料電池（以下、ＰＥＦＣと称する。）に関するものであ
る。
料電池（以下、ＰＥＦＣと称する。）に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】低公害性と高効率性という特徴により、
燃料電池が注目されている。燃料電池は水素やメタノー
ル等の燃料を酸素又は空気を用いて電気化学的に酸化
し、燃料の化学エネルギーを電気エネルギーとして取り
出すものである。用いる電解質の種類によりリン酸型、
溶融炭酸塩型、固体酸化物型等に分類される。この中
で、低温作動性と高出力密度という特徴から、近年特に
ＰＥＦＣが注目されてきた。
燃料電池が注目されている。燃料電池は水素やメタノー
ル等の燃料を酸素又は空気を用いて電気化学的に酸化
し、燃料の化学エネルギーを電気エネルギーとして取り
出すものである。用いる電解質の種類によりリン酸型、
溶融炭酸塩型、固体酸化物型等に分類される。この中
で、低温作動性と高出力密度という特徴から、近年特に
ＰＥＦＣが注目されてきた。
【０００３】図２を用いてＰＥＦＣの基本構造について
説明する。図２に示すように電池本体は固体高分子電解
質膜１の両側にガス拡散電極２が接合されることにより
構成されている。ガス拡散電極２には触媒が担持されて
おり、電池反応は固体高分子電解質膜１とガス拡散電極
２の接合界面にて生じる。例えば、ガス拡散電極２に水
素ガスを流すと膜との接合界面で、２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４
ｅ- の反応が生じる。Ｈ+ は固体高分子電解質膜１を通
って対極のガス拡散電極２に移動する。このガス拡散電
極２に酸素ガスを流すと、Ｏ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ
2 Ｏの反応が膜と電極の界面で生じ、水が生成すると同
時に電気エネルギーが得られる。
説明する。図２に示すように電池本体は固体高分子電解
質膜１の両側にガス拡散電極２が接合されることにより
構成されている。ガス拡散電極２には触媒が担持されて
おり、電池反応は固体高分子電解質膜１とガス拡散電極
２の接合界面にて生じる。例えば、ガス拡散電極２に水
素ガスを流すと膜との接合界面で、２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４
ｅ- の反応が生じる。Ｈ+ は固体高分子電解質膜１を通
って対極のガス拡散電極２に移動する。このガス拡散電
極２に酸素ガスを流すと、Ｏ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- →２Ｈ
2 Ｏの反応が膜と電極の界面で生じ、水が生成すると同
時に電気エネルギーが得られる。
【０００４】従って反応ガスをいかに均等に電極面に供
給するかが出力性能に大きく影響してくる。従来技術で
は太い、あるいは広い主穴、あるいは溝を主表面外周部
に配置し、ガス入口側の主穴とガス出口側の主穴とを直
線的につないで反応ガス路としていた（特開平３−１０
２７７４号公報）。しかし、この形状ではガス流抵抗の
少しの差によっても片流れが生じることになる。これは
出力性能の低下につながると同時に、出力性能の不安定
さをも生じさせる。
給するかが出力性能に大きく影響してくる。従来技術で
は太い、あるいは広い主穴、あるいは溝を主表面外周部
に配置し、ガス入口側の主穴とガス出口側の主穴とを直
線的につないで反応ガス路としていた（特開平３−１０
２７７４号公報）。しかし、この形状ではガス流抵抗の
少しの差によっても片流れが生じることになる。これは
出力性能の低下につながると同時に、出力性能の不安定
さをも生じさせる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は出力性能に優
れた燃料電池を提供することを目的とする。
れた燃料電池を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは反応ガスの
流れについて鋭意検討した結果、反応ガス流路である溝
を連続とし、かつ一本の溝がセパレーターが電極と接し
ている表面（主表面）の全体に行き渡るように配置し、
さらに溝の面積を主表面の面積の特定の範囲の値とする
ことで出力を大きくとれることを見い出し、本発明に至
った。
流れについて鋭意検討した結果、反応ガス流路である溝
を連続とし、かつ一本の溝がセパレーターが電極と接し
ている表面（主表面）の全体に行き渡るように配置し、
さらに溝の面積を主表面の面積の特定の範囲の値とする
ことで出力を大きくとれることを見い出し、本発明に至
った。
【０００７】すなわち、本発明は電解質としてイオン交
換膜を用いる燃料電池において、反応ガス流路用として
セパレーターの主表面に連続の溝部をもち、該溝部の溝
一本のガス入口から出口までの長さが上記主表面の外周
の長さ以上で、かつその溝部の開放上面面積の合計が主
表面面積の３０％から７０％であるセパレーターを用い
ることを特徴とする燃料電池を提供するものである。
換膜を用いる燃料電池において、反応ガス流路用として
セパレーターの主表面に連続の溝部をもち、該溝部の溝
一本のガス入口から出口までの長さが上記主表面の外周
の長さ以上で、かつその溝部の開放上面面積の合計が主
表面面積の３０％から７０％であるセパレーターを用い
ることを特徴とする燃料電池を提供するものである。
【０００８】本発明において、電解質として用いるイオ
ン交換膜としては、例えば含フッ素高分子を骨格とし、
スルホン酸基および／又はカルボキシル基を有するもの
であり、例えば下記化１で示される。
ン交換膜としては、例えば含フッ素高分子を骨格とし、
スルホン酸基および／又はカルボキシル基を有するもの
であり、例えば下記化１で示される。
【０００９】
【化１】
【００１０】電極は公知のガス拡散電極であればよく、
例えば白金を担持したカーボンと、結着剤・撥水剤とし
てのテフロン、さらにプロトン導伝材としての、例えば
イオン交換樹脂成分から成る。セパレーターの主表面と
は、イオン交換膜と接合した電極に接する面をいう。溝
の開放上面の幅は０．５〜１０ｍｍであることが好まし
く、より好ましくは１〜５ｍｍである。０．５ｍｍ未満
では、反応ガスを流した時に圧力損失が大きくなり高圧
で反応ガスを流入しなければならなくなると同時に、電
極とセパレーターの部分的剥離を生じる。一方１０ｍｍ
より大きいと、１本の溝の中で反応ガスの片流れが生じ
性能低下の原因となる。溝の底面の幅は溝の開放上面の
幅以下がよい。溝の一方の端は反応ガス入口と、そして
もう一方の端は反応ガス出口とつながっている。反応ガ
スの入口、出口は、同じに５本以下の溝と直接連結され
ていてもよくさらに、同じ入口、出口の溝間ではガス流
路が交差しても良い。
例えば白金を担持したカーボンと、結着剤・撥水剤とし
てのテフロン、さらにプロトン導伝材としての、例えば
イオン交換樹脂成分から成る。セパレーターの主表面と
は、イオン交換膜と接合した電極に接する面をいう。溝
の開放上面の幅は０．５〜１０ｍｍであることが好まし
く、より好ましくは１〜５ｍｍである。０．５ｍｍ未満
では、反応ガスを流した時に圧力損失が大きくなり高圧
で反応ガスを流入しなければならなくなると同時に、電
極とセパレーターの部分的剥離を生じる。一方１０ｍｍ
より大きいと、１本の溝の中で反応ガスの片流れが生じ
性能低下の原因となる。溝の底面の幅は溝の開放上面の
幅以下がよい。溝の一方の端は反応ガス入口と、そして
もう一方の端は反応ガス出口とつながっている。反応ガ
スの入口、出口は、同じに５本以下の溝と直接連結され
ていてもよくさらに、同じ入口、出口の溝間ではガス流
路が交差しても良い。
【００１１】一本の溝のガス入口から出口までの長さ、
言い換えると一個のガス分子が入口から出口までに移動
する長さが、主表面外周の長さ以上である。この長さよ
り短いと反応ガスを主表面全体に分散・供給させること
が難しく、出力低下と不安定な出力の原因となる。溝の
開方上面面積の合計が主表面積の３０％から７０％であ
り、好ましくは４０％から６０％である。３０％未満で
は、セパレーターの溝以外の部分に接しているガス拡散
電極への反応ガスの供給が不足し出口電圧が低下する。
一方、７０％以上ではセパレーターのもう一つの役割で
ある集電体としての機能が低下し性能低下につながる。
言い換えると一個のガス分子が入口から出口までに移動
する長さが、主表面外周の長さ以上である。この長さよ
り短いと反応ガスを主表面全体に分散・供給させること
が難しく、出力低下と不安定な出力の原因となる。溝の
開方上面面積の合計が主表面積の３０％から７０％であ
り、好ましくは４０％から６０％である。３０％未満で
は、セパレーターの溝以外の部分に接しているガス拡散
電極への反応ガスの供給が不足し出口電圧が低下する。
一方、７０％以上ではセパレーターのもう一つの役割で
ある集電体としての機能が低下し性能低下につながる。
【００１２】セパレーターに設けられる溝構造の具体例
は例えば図４に示す溝構造などが挙げられる。ただし、
これに限定されるものではない。ここでは実線が溝を示
している。溝の深さは０．２〜５ｍｍであり、好ましく
は１から３ｍｍである。０．２ｍｍ未満では、ガス拡散
電極とセパレーターを重ねて締め付けた時に溝が閉塞し
やすくなり、一方、５ｍｍより大きいとセパレーターが
厚くなり、かつ、反応ガスの未使用分が増加し好ましく
ない。
は例えば図４に示す溝構造などが挙げられる。ただし、
これに限定されるものではない。ここでは実線が溝を示
している。溝の深さは０．２〜５ｍｍであり、好ましく
は１から３ｍｍである。０．２ｍｍ未満では、ガス拡散
電極とセパレーターを重ねて締め付けた時に溝が閉塞し
やすくなり、一方、５ｍｍより大きいとセパレーターが
厚くなり、かつ、反応ガスの未使用分が増加し好ましく
ない。
【００１３】セパレーターは反応ガスに対して不活性で
あり、ガス透過性がなく、かつ電導体である材料であれ
ば良く、例えばチタン、ニオブ、銅、ニッケル、カーボ
ン、または、それらの構造物に白金、銀、パラジウム、
ロジウム等をメッキしたもの、あるいは、ポリテトラフ
ルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオ
ロアルキルビニルエーテル共重合体、テトロフルオロエ
チレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素
樹脂と前記金属との混合物が好ましい。
あり、ガス透過性がなく、かつ電導体である材料であれ
ば良く、例えばチタン、ニオブ、銅、ニッケル、カーボ
ン、または、それらの構造物に白金、銀、パラジウム、
ロジウム等をメッキしたもの、あるいは、ポリテトラフ
ルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオ
ロアルキルビニルエーテル共重合体、テトロフルオロエ
チレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素
樹脂と前記金属との混合物が好ましい。
【００１４】
【実施例】面積が１０ｃｍ2 のガス拡散電極（米国Ｅ−
ＴＥＫ １ｎｃ．社製）白金担持量０．３８ｍｇ／ｃｍ
2 を２枚用意し、一方、パーフルオロカーボンイオン交
換膜 Ａｃｉｐｌｅｘ〔旭化成工業（株）製 商標１０
００ｇ／当量〕を、重量で５０対５０のエタノールと水
の混合溶媒に溶解して５重量％の溶液とした。用意した
ガス拡散電極にＡｃｉｐｌｅｘ溶液０．１５ｍｌを含浸
した後、７０℃にて２時間減圧乾燥した。得られた電極
の重量測定より含浸したＡｃｉｐｌｅｘ成分量は０．６
ｍｇ／ｃｍ2 であった。
ＴＥＫ １ｎｃ．社製）白金担持量０．３８ｍｇ／ｃｍ
2 を２枚用意し、一方、パーフルオロカーボンイオン交
換膜 Ａｃｉｐｌｅｘ〔旭化成工業（株）製 商標１０
００ｇ／当量〕を、重量で５０対５０のエタノールと水
の混合溶媒に溶解して５重量％の溶液とした。用意した
ガス拡散電極にＡｃｉｐｌｅｘ溶液０．１５ｍｌを含浸
した後、７０℃にて２時間減圧乾燥した。得られた電極
の重量測定より含浸したＡｃｉｐｌｅｘ成分量は０．６
ｍｇ／ｃｍ2 であった。
【００１５】４ミルの厚みのＡｃｉｐｌｅｘ膜をこの電
極で挟んで、ホットプレス器にて１４０℃、９０秒間接
合処理を行った。得られた接合体を図５（ａ）の溝構造
（一本の溝の長さは主表面外周の長さの２．７倍、開放
上面面積４５％、溝の開放上面幅１ｍｍ、溝深さ１ｍ
ｍ）をもつ単セルを用い、図６に示す評価装置にて評価
を行った。評価圧力は常圧、セル温度５５℃、加湿温度
７０℃、使用ガスは酸素、水素で行った。酸素、水素の
流量はそれぞれ５０ｍｌ／ｍｉｎ、１００ｍｌ／ｍｉｎ
で行った。結果は限界電流密度１．０Ａ／ｃｍ2 であっ
た。得られた電流密度対電圧曲線を図１に示す。
極で挟んで、ホットプレス器にて１４０℃、９０秒間接
合処理を行った。得られた接合体を図５（ａ）の溝構造
（一本の溝の長さは主表面外周の長さの２．７倍、開放
上面面積４５％、溝の開放上面幅１ｍｍ、溝深さ１ｍ
ｍ）をもつ単セルを用い、図６に示す評価装置にて評価
を行った。評価圧力は常圧、セル温度５５℃、加湿温度
７０℃、使用ガスは酸素、水素で行った。酸素、水素の
流量はそれぞれ５０ｍｌ／ｍｉｎ、１００ｍｌ／ｍｉｎ
で行った。結果は限界電流密度１．０Ａ／ｃｍ2 であっ
た。得られた電流密度対電圧曲線を図１に示す。
【００１６】
【比較例１〜２】実施例と同じ操作により作成した接合
体を用いて、図５（ｂ）の溝のない構造（開放上面面積
０％）の単セル（比較例１）、及び図５（ｃ）の個々に
独立した溝の構造（一本の溝の長さは主表面外周の０．
４６倍、開放上面面積４５％、溝の開放上面幅１ｍｍ、
溝深さ１ｍｍ）の単セル（比較例２）を用い、実施例と
同じ装置で同じ条件にて出力評価を行った。図５におい
て実線は溝を示す。この結果、限界電流密度が比較例１
では０．４５Ａ／ｃｍ2 、比較例２では１．２Ａ／ｃｍ
2 であった。得られた電流密度対電圧曲線を図１に示
す。
体を用いて、図５（ｂ）の溝のない構造（開放上面面積
０％）の単セル（比較例１）、及び図５（ｃ）の個々に
独立した溝の構造（一本の溝の長さは主表面外周の０．
４６倍、開放上面面積４５％、溝の開放上面幅１ｍｍ、
溝深さ１ｍｍ）の単セル（比較例２）を用い、実施例と
同じ装置で同じ条件にて出力評価を行った。図５におい
て実線は溝を示す。この結果、限界電流密度が比較例１
では０．４５Ａ／ｃｍ2 、比較例２では１．２Ａ／ｃｍ
2 であった。得られた電流密度対電圧曲線を図１に示
す。
【００１７】
【発明の効果】本発明の燃料電池では、出力性能が大き
く向上している。
く向上している。
【図１】実施例および比較例の評価結果の電流密度対電
圧を示すグラフ図である。
圧を示すグラフ図である。
【図２】評価用単セル構造概略図である。
【図３】反応ガス流路用溝構造を示す説明図である。
【図４】本発明の燃料電池に用いられる反応流路用溝構
造の具体例を示す模式図である。
造の具体例を示す模式図である。
【図５】実施例及び比較例で用いた単セル溝構造を示す
模式図である。（ａ）実施例１における溝構造を示す模
式図、（ｂ），（ｃ）比較例１，２における溝構造を示
す模式図。
模式図である。（ａ）実施例１における溝構造を示す模
式図、（ｂ），（ｃ）比較例１，２における溝構造を示
す模式図。
【図６】実施例および比較例で用いた接合体評価装置を
示す説明図である。
示す説明図である。
１ イオン交換膜 ２ ガス拡散電極 ３ セパレーター ４ ガス分集溝 ５ 反応ガス流路用溝開口部 ６ 反応ガス出入口 ７ 燃料電池単セル ８ 加湿器 ９ 純水
Claims (1)
- 【請求項１】 電解質としてイオン交換膜を用いる燃料
電池において、反応ガス流路用としてセパレーターの主
表面に連続の溝部をもち、該溝部の溝一本のガス入口か
ら出口までの長さが上記主表面の外周の長さ以上で、か
つその溝部の開放上面面積の合計が主表面面積の３０％
から７０％であるセパレーターを用いることを特徴とす
る燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5005052A JPH06215780A (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5005052A JPH06215780A (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06215780A true JPH06215780A (ja) | 1994-08-05 |
Family
ID=11600635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5005052A Withdrawn JPH06215780A (ja) | 1993-01-14 | 1993-01-14 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06215780A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5998055A (en) * | 1996-08-08 | 1999-12-07 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Gas-passage plates of a fuel cell |
-
1993
- 1993-01-14 JP JP5005052A patent/JPH06215780A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5998055A (en) * | 1996-08-08 | 1999-12-07 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Gas-passage plates of a fuel cell |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7803490B2 (en) | Direct methanol fuel cell | |
| US8309273B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell and fuel cell stack including the same | |
| US8877405B2 (en) | Fuel cell including membrane electrode assembly to maintain humidity condition | |
| US6896792B2 (en) | Method and device for improved catalytic activity in the purification of fluids | |
| JP2002289230A (ja) | 高分子電解質型燃料電池 | |
| JP2005108849A (ja) | 液体燃料混合装置及びこれを適用した直接液体燃料電池 | |
| CN101313433A (zh) | 燃料电池 | |
| JP2002270196A (ja) | 高分子電解質型燃料電池およびその運転方法 | |
| JP2001006708A (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
| JPH06196187A (ja) | 固体高分子型燃料電池の活性化方法 | |
| JP2000100452A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池とその製造法 | |
| JP2004103296A (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
| EP2273589B1 (en) | Membrane electrode assembly and fuel cell | |
| JP2005251434A (ja) | 燃料電池システム、燃料電池の制御方法 | |
| JP3643719B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
| JP2005150002A (ja) | 燃料電池 | |
| JP2002151098A (ja) | 燃料電池 | |
| JP4739880B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池 | |
| JP3500086B2 (ja) | 燃料電池用セル及びこれを用いた燃料電池 | |
| JPH10208757A (ja) | 燃料電池発電装置 | |
| EP1453131A2 (en) | Fuel cell with internal auxiliary electrode and method of controlling | |
| JPH06231773A (ja) | 燃料電池 | |
| JP2002056856A (ja) | 液体燃料を用いる燃料電池 | |
| JPH06215780A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH06150937A (ja) | 固体高分子型燃料電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000404 |