JPH06295733A - フッ素系樹脂を積層してなるセパレータープレート - Google Patents
フッ素系樹脂を積層してなるセパレータープレートInfo
- Publication number
- JPH06295733A JPH06295733A JP5328014A JP32801493A JPH06295733A JP H06295733 A JPH06295733 A JP H06295733A JP 5328014 A JP5328014 A JP 5328014A JP 32801493 A JP32801493 A JP 32801493A JP H06295733 A JPH06295733 A JP H06295733A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- porous structure
- electrolyte
- fluororesin
- graphite plate
- plate
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0234—Carbonaceous material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0213—Gas-impermeable carbon-containing materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0221—Organic resins; Organic polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0223—Composites
- H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0297—Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 セル間電解質移動を効果的に抑制し得るセパ
レータープレートを提供すること。 【構成】 少くとも１つの多孔質構造体と、少くとも１
つのフッ素系樹脂フィルムと、前記フッ素系樹脂フィル
ムにより前記多孔質構造体に積層され、かつ、当該多孔
質構造体との間に電気的導通が確保された黒鉛板とから
なり、前記フッ素系樹脂フィルムが、前記多孔質構造体
および前記黒鉛板との間において解質移動に対する障壁
としての機能を有することを特徴とする、セパレーター
プレート。
レータープレートを提供すること。 【構成】 少くとも１つの多孔質構造体と、少くとも１
つのフッ素系樹脂フィルムと、前記フッ素系樹脂フィル
ムにより前記多孔質構造体に積層され、かつ、当該多孔
質構造体との間に電気的導通が確保された黒鉛板とから
なり、前記フッ素系樹脂フィルムが、前記多孔質構造体
および前記黒鉛板との間において解質移動に対する障壁
としての機能を有することを特徴とする、セパレーター
プレート。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセパレータープレートに
関し、特に酸不透性のセパレータープレートおよびこれ
を使用する燃料電池およびその他電気化学的反応装置に
関する。
関し、特に酸不透性のセパレータープレートおよびこれ
を使用する燃料電池およびその他電気化学的反応装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池積層体は、水素と酸素とを電気
化学的に反応させることにより電力を発生させる燃料電
池単セルと電気的に直列に接続することにより構成され
る。個々の燃料電池単セルにおいて、水素がアノード触
媒に接触し、そこで水素イオンと電子に変換される。こ
の水素イオンは電解質を通じてカソード触媒へ移動し、
酸素分子および外部負荷を通じて移動して来た電子と反
応する。このようにして電力と水が生成する。
化学的に反応させることにより電力を発生させる燃料電
池単セルと電気的に直列に接続することにより構成され
る。個々の燃料電池単セルにおいて、水素がアノード触
媒に接触し、そこで水素イオンと電子に変換される。こ
の水素イオンは電解質を通じてカソード触媒へ移動し、
酸素分子および外部負荷を通じて移動して来た電子と反
応する。このようにして電力と水が生成する。
【０００３】燐酸型燃料電池の運転に例を取ると、電解
質はセル間およびセル内において電位勾配により移動
し、そのためセルの一方においては、電解質が減少し、
他方においては増加する単一セル内におけるカソード電
解質保持板からアノード電解質保持板に移動する。この
ようなセル間電解質移動により、通常８セルから成るサ
ブスタックのアノード側端部のセルにおいて電解質フラ
ッディングが発生し、燃料電池積層体の特性および効率
が低下する可能性がある。
質はセル間およびセル内において電位勾配により移動
し、そのためセルの一方においては、電解質が減少し、
他方においては増加する単一セル内におけるカソード電
解質保持板からアノード電解質保持板に移動する。この
ようなセル間電解質移動により、通常８セルから成るサ
ブスタックのアノード側端部のセルにおいて電解質フラ
ッディングが発生し、燃料電池積層体の特性および効率
が低下する可能性がある。
【０００４】電解質移動の防止のため、黒鉛セパレータ
ープレートを使用する方法が多数提案されており、その
例として米国特許第４，３６０，４８５号および米国特
許第４，３０１，２２２号が挙げられる。また、フッ素
系樹脂による障壁を使用する手法、黒鉛とフッ素系樹脂
の混合物から成るセパレータープレートを使用する方法
も存在する。通常個々の単セルは、多孔質黒鉛により形
成された電解質保持板および多孔質黒鉛により形成され
た冷却管保持板（以下、これらをまとめて多孔質構造体
と呼ぶこととする）の一方もしくは両方にその両端を接
するので、電解質移動を防止する構造体は個々の単セル
を分離し、多孔質構造体に接する位置に設けられる。
ープレートを使用する方法が多数提案されており、その
例として米国特許第４，３６０，４８５号および米国特
許第４，３０１，２２２号が挙げられる。また、フッ素
系樹脂による障壁を使用する手法、黒鉛とフッ素系樹脂
の混合物から成るセパレータープレートを使用する方法
も存在する。通常個々の単セルは、多孔質黒鉛により形
成された電解質保持板および多孔質黒鉛により形成され
た冷却管保持板（以下、これらをまとめて多孔質構造体
と呼ぶこととする）の一方もしくは両方にその両端を接
するので、電解質移動を防止する構造体は個々の単セル
を分離し、多孔質構造体に接する位置に設けられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来から存在する電解質移動防止方法は部分的にし
か成功してはいない。黒鉛セパレータープレートはセル
間の電解質移動を防止するために設けられているが、黒
鉛セパレータープレートにはその中に空孔が存在してい
るため、電解質を吸収してしまう。多孔質構造体を通過
した電解質はある程度黒鉛セパレータープレートに吸収
され、隣接する単セルへの電解質移動を許してしまうこ
とになる。しかしながら、黒鉛セパレータープレートが
電解質により飽和してしまうと、電解質移動を防ぐこと
ができなくなる。
うな従来から存在する電解質移動防止方法は部分的にし
か成功してはいない。黒鉛セパレータープレートはセル
間の電解質移動を防止するために設けられているが、黒
鉛セパレータープレートにはその中に空孔が存在してい
るため、電解質を吸収してしまう。多孔質構造体を通過
した電解質はある程度黒鉛セパレータープレートに吸収
され、隣接する単セルへの電解質移動を許してしまうこ
とになる。しかしながら、黒鉛セパレータープレートが
電解質により飽和してしまうと、電解質移動を防ぐこと
ができなくなる。
【０００６】フッ素系樹脂による障壁は、初期において
は、電解質移動に対して障壁として作用する。しかしな
がら、フッ素系樹脂による障壁はおよそ５００時間程度
の運転で著しく劣化する。
は、電解質移動に対して障壁として作用する。しかしな
がら、フッ素系樹脂による障壁はおよそ５００時間程度
の運転で著しく劣化する。
【０００７】さらに、黒鉛とフッ素系樹脂の混合体を使
用する方法が挙げられる。これは黒鉛板として作用する
のみならず、内部の空孔をフッ素系樹脂が埋め、電解質
の浸透を阻害するので、フッ素系樹脂による障壁として
も作用する。この黒鉛とフッ素系樹脂の混合体は、初期
的には電解質移動を防ぐことができる。しかしながら、
昇温および降温を繰り返すうちに内部に亀裂が生じ、こ
れを通じて電解質移動が発生するようになる。
用する方法が挙げられる。これは黒鉛板として作用する
のみならず、内部の空孔をフッ素系樹脂が埋め、電解質
の浸透を阻害するので、フッ素系樹脂による障壁として
も作用する。この黒鉛とフッ素系樹脂の混合体は、初期
的には電解質移動を防ぐことができる。しかしながら、
昇温および降温を繰り返すうちに内部に亀裂が生じ、こ
れを通じて電解質移動が発生するようになる。
【０００８】燐酸型燃料電池における実績に例を取り、
これまで述べた３種の方法により発生するセル間電解質
移動の量を図１のデータ１〜４に示す。黒鉛セパレータ
ープレートの使用例をデータ３および４に示すが、電解
質移動は１０００時間当り約０．９７〜約２８０ｇ／ｍ
2 に抑制されている。一方、フッ素系樹脂による障壁で
は、データ１に示すように１０００時間当り約１．３〜
約２７ｋｇ／ｍ2 に上る電解質移動が発生し、黒鉛−フ
ッ素系樹脂混合体を使用する場合は，データ２に示すよ
うに１０００時間当り約０．２２〜約１．１ｋｇ／ｍ2
の電解質移動が発生する。
これまで述べた３種の方法により発生するセル間電解質
移動の量を図１のデータ１〜４に示す。黒鉛セパレータ
ープレートの使用例をデータ３および４に示すが、電解
質移動は１０００時間当り約０．９７〜約２８０ｇ／ｍ
2 に抑制されている。一方、フッ素系樹脂による障壁で
は、データ１に示すように１０００時間当り約１．３〜
約２７ｋｇ／ｍ2 に上る電解質移動が発生し、黒鉛−フ
ッ素系樹脂混合体を使用する場合は，データ２に示すよ
うに１０００時間当り約０．２２〜約１．１ｋｇ／ｍ2
の電解質移動が発生する。
【０００９】以上のことから、セル間電解質移動を抑制
し得るセパレータープレートを提供することが技術的課
題となっている。
し得るセパレータープレートを提供することが技術的課
題となっている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】黒鉛板は電解質移動を防
止する上である程度有効であるが、本質的に燐酸を吸収
するため問題がある。一方、フッ素系樹脂による障壁は
燐酸を吸収しないため本質的な電解質移動防止方法とな
り得るが、剥離しやすく、長期的安定性に問題がある。
そこで本発明では、多孔質構造体と黒鉛板の間にフッ素
系樹脂層を担持することにより、２重のセル間電解質移
動に対する障壁を形成するものである。
止する上である程度有効であるが、本質的に燐酸を吸収
するため問題がある。一方、フッ素系樹脂による障壁は
燐酸を吸収しないため本質的な電解質移動防止方法とな
り得るが、剥離しやすく、長期的安定性に問題がある。
そこで本発明では、多孔質構造体と黒鉛板の間にフッ素
系樹脂層を担持することにより、２重のセル間電解質移
動に対する障壁を形成するものである。
【００１１】
【作用】本発明にかかるセパレータープレートは、少く
とも１つの多孔質構造体と黒鉛板からなり、しかもこの
両者の間には少くとも１層のフッ素系樹脂層が電解質移
動障壁として存在するのみならず、多孔質構造体と黒鉛
板との間には電気的導通が存在する。多孔質構造体をそ
の内に有する単セルは黒鉛板を介して隣接する単セルと
電気的導通が確保されるが、電解質に関しては黒鉛板と
フッ素系樹脂層が障壁となり分離されている。このよう
にして、燃料電池積層体としての要求を満たしながら、
セル間の電解質移動を防ぐことができる。
とも１つの多孔質構造体と黒鉛板からなり、しかもこの
両者の間には少くとも１層のフッ素系樹脂層が電解質移
動障壁として存在するのみならず、多孔質構造体と黒鉛
板との間には電気的導通が存在する。多孔質構造体をそ
の内に有する単セルは黒鉛板を介して隣接する単セルと
電気的導通が確保されるが、電解質に関しては黒鉛板と
フッ素系樹脂層が障壁となり分離されている。このよう
にして、燃料電池積層体としての要求を満たしながら、
セル間の電解質移動を防ぐことができる。
【００１２】
【実施例】本発明はセル間電解質移動を遮断する機能を
有するセパレータープレートに関する。このセパレータ
ープレートは少くとも１つの多孔質構造体と、当該多孔
質構造体との間に電気的導通が確保された黒鉛板と、少
くとも１つのフッ素樹脂フィルムからなり、かつ上記フ
ッ素系樹脂フィルムが上記多孔質構造体および黒鉛板と
の間で電解質移動に対する障壁として機能している。
有するセパレータープレートに関する。このセパレータ
ープレートは少くとも１つの多孔質構造体と、当該多孔
質構造体との間に電気的導通が確保された黒鉛板と、少
くとも１つのフッ素樹脂フィルムからなり、かつ上記フ
ッ素系樹脂フィルムが上記多孔質構造体および黒鉛板と
の間で電解質移動に対する障壁として機能している。
【００１３】さらに本発明は上記のようなセパレーター
プレートを有する燃料電池積層体に関する。燃料電池積
層体は、アノード電極、カソード電極、その間に担持さ
れた電解質、アノードガス流路カソードガス流路、多孔
質構造体および黒鉛板からなる単セル複合体により構成
される。本発明では、任意のセルの多孔質構造体が黒鉛
板フッ素系樹脂フィルムにより積層され、このフッ素系
樹脂は電解質に対する障壁としての機能を有するが、黒
鉛板と多孔質構造体の間に電気的導通が確保されてい
る。
プレートを有する燃料電池積層体に関する。燃料電池積
層体は、アノード電極、カソード電極、その間に担持さ
れた電解質、アノードガス流路カソードガス流路、多孔
質構造体および黒鉛板からなる単セル複合体により構成
される。本発明では、任意のセルの多孔質構造体が黒鉛
板フッ素系樹脂フィルムにより積層され、このフッ素系
樹脂は電解質に対する障壁としての機能を有するが、黒
鉛板と多孔質構造体の間に電気的導通が確保されてい
る。
【００１４】上述した実施例においては、多孔質構造体
が電解質保持板である場合について述べたが、本発明に
係るセパレータープレートは冷却管の保持体に使用する
こともできる。すなわち、多孔質黒鉛板に冷却管を埋め
込んだ外観を持つ冷却装置（以下、冷却板と称する）に
ついて、燃料電池積層体に組み込んだ場合の２つの積層
面のうち少くとも一方の面に本発明に係る方法により黒
鉛板を弗素系樹脂により接着するのである。
が電解質保持板である場合について述べたが、本発明に
係るセパレータープレートは冷却管の保持体に使用する
こともできる。すなわち、多孔質黒鉛板に冷却管を埋め
込んだ外観を持つ冷却装置（以下、冷却板と称する）に
ついて、燃料電池積層体に組み込んだ場合の２つの積層
面のうち少くとも一方の面に本発明に係る方法により黒
鉛板を弗素系樹脂により接着するのである。
【００１５】冷却板はセル間に積層されるため、セルを
分離する機能をあわせもつ。そのためそれ自体に電解質
移動を防止する能力を保持することが要請されている。
またこれに加えて、冷却板内の多孔質黒鉛板に電解質が
浸透した場合、多孔質黒鉛板により保持されている冷却
管が腐食される可能性があるため、冷却板内部への電解
質移動を防ぐ必要がある。このため、燃料電池積層体に
おける冷却板の積層方向両面に弗素系樹脂により黒鉛板
を接着し、本発明に係るセパレータープレートを形成す
る。これによりセル間の電解質移動に対し障壁を形成す
るだけでなく、冷却板内部に電解質が浸透することによ
り発生する冷却間の腐食を防止することができる。
分離する機能をあわせもつ。そのためそれ自体に電解質
移動を防止する能力を保持することが要請されている。
またこれに加えて、冷却板内の多孔質黒鉛板に電解質が
浸透した場合、多孔質黒鉛板により保持されている冷却
管が腐食される可能性があるため、冷却板内部への電解
質移動を防ぐ必要がある。このため、燃料電池積層体に
おける冷却板の積層方向両面に弗素系樹脂により黒鉛板
を接着し、本発明に係るセパレータープレートを形成す
る。これによりセル間の電解質移動に対し障壁を形成す
るだけでなく、冷却板内部に電解質が浸透することによ
り発生する冷却間の腐食を防止することができる。
【００１６】具体的には、黒鉛板の上に厚さ０．１２７
ｍｍのチフロンフィルムを載せ、その上に冷却板を重
ね、さらにその上にチフロンフィルム、電解質保持板と
積層する。積層に使用する材料はすべてあらかじめ８３
１．８５ｍｍに成形する。積層したものを５００トンプ
レスに入れ、３２６．７℃、２．７６ＭＰａにて１０分
間保持する。その後、２．７６ＭＰａの加圧下で室温ま
で降温する。このようにして、電解質保持板の場合とほ
ぼ同等の特性を示すセパレータープレートを冷却板の両
側に形成させることができる。
ｍｍのチフロンフィルムを載せ、その上に冷却板を重
ね、さらにその上にチフロンフィルム、電解質保持板と
積層する。積層に使用する材料はすべてあらかじめ８３
１．８５ｍｍに成形する。積層したものを５００トンプ
レスに入れ、３２６．７℃、２．７６ＭＰａにて１０分
間保持する。その後、２．７６ＭＰａの加圧下で室温ま
で降温する。このようにして、電解質保持板の場合とほ
ぼ同等の特性を示すセパレータープレートを冷却板の両
側に形成させることができる。
【００１７】以下、本発明の特徴について、さらに具体
的に説明する。
的に説明する。
【００１８】黒鉛板については米国特許第４，３０１，
２２２号に記載されており、本発明においては、この黒
鉛板が使用し得る。該板は、積み重ねによって、フッ素
系樹脂フィルムを黒鉛板および多孔質構造体に積層され
る。積み重ねの順序は、多孔質構造体、フッ素系樹脂フ
ィルム、黒鉛板、フッ素系樹脂フィルム、多孔質構造
体、の順序である。この積層は、上記のような多孔質構
造体とフッ素系樹脂フィルム、黒鉛板の積層体に熱と圧
力を約５〜約６０分程度加えることにより達成される。
この条件として温度は約２８０℃から約３４５℃の間、
圧力は約０．３４５ＭＰａから約４．４１ＭＰａの間が
望ましいが、温度が約３０５℃から約３３０℃の間、圧
力が約１．３８ＭＰａから約２．７６ＭＰａの間にある
場合がより一層望ましい。加える圧力を高めることでよ
り多くのフッ素系樹脂を多孔質構造体に含浸させること
ができるが、圧力の上限は多孔質構造体の圧縮弾性が維
持される程度でなればならない。また、温度を高めるこ
とで溶融したフッ素系樹脂の粘度が低下し、より多くの
フッ素系樹脂が多孔質構造体に含浸するが、３３０℃以
上に加熱すると逆にフッ素系樹脂が劣化する。
２２２号に記載されており、本発明においては、この黒
鉛板が使用し得る。該板は、積み重ねによって、フッ素
系樹脂フィルムを黒鉛板および多孔質構造体に積層され
る。積み重ねの順序は、多孔質構造体、フッ素系樹脂フ
ィルム、黒鉛板、フッ素系樹脂フィルム、多孔質構造
体、の順序である。この積層は、上記のような多孔質構
造体とフッ素系樹脂フィルム、黒鉛板の積層体に熱と圧
力を約５〜約６０分程度加えることにより達成される。
この条件として温度は約２８０℃から約３４５℃の間、
圧力は約０．３４５ＭＰａから約４．４１ＭＰａの間が
望ましいが、温度が約３０５℃から約３３０℃の間、圧
力が約１．３８ＭＰａから約２．７６ＭＰａの間にある
場合がより一層望ましい。加える圧力を高めることでよ
り多くのフッ素系樹脂を多孔質構造体に含浸させること
ができるが、圧力の上限は多孔質構造体の圧縮弾性が維
持される程度でなればならない。また、温度を高めるこ
とで溶融したフッ素系樹脂の粘度が低下し、より多くの
フッ素系樹脂が多孔質構造体に含浸するが、３３０℃以
上に加熱すると逆にフッ素系樹脂が劣化する。
【００１９】上記条件に基づいて接着することにより、
フッ素系樹脂が多孔質構造体に含浸され、フッ素系樹脂
による電解質移動障壁が形成される点が重要である。通
常、この接着操作により、フッ素系樹脂は０．２５ｍｍ
から０．５０ｍｍの深さで多孔質構造体に含浸される。
フッ素系樹脂が多孔質構造体に含浸され、フッ素系樹脂
による電解質移動障壁が形成される点が重要である。通
常、この接着操作により、フッ素系樹脂は０．２５ｍｍ
から０．５０ｍｍの深さで多孔質構造体に含浸される。
【００２０】接着に使用するフッ素系樹脂フィルムの厚
さはおよそ０．７６ｍｍ以下で通常はおよそ０．２５ｍ
ｍまでであり、およそ０．０５ｍｍから０．１３ｍｍの
間であればさらに望ましい。この値は、フッ素系樹脂含
浸層の望ましい厚さがおよそ０．１５ｍｍから０．３８
ｍｍの間であり、多孔質構造体のフッ素系樹脂含浸層の
厚さがもとのフィルム厚さの約３倍になることから導出
される。
さはおよそ０．７６ｍｍ以下で通常はおよそ０．２５ｍ
ｍまでであり、およそ０．０５ｍｍから０．１３ｍｍの
間であればさらに望ましい。この値は、フッ素系樹脂含
浸層の望ましい厚さがおよそ０．１５ｍｍから０．３８
ｍｍの間であり、多孔質構造体のフッ素系樹脂含浸層の
厚さがもとのフィルム厚さの約３倍になることから導出
される。
【００２１】フッ素系樹脂は気孔を含まないので、切れ
目なく一様に含浸されているならば、電解質はフッ素系
樹脂含浸層を通過することができない。そのために単一
のフッ素系樹脂フィルムを多孔質構造体と黒鉛板の間に
挟み、これに熱と圧力を加えてフッ素系樹脂含浸層を作
成する。
目なく一様に含浸されているならば、電解質はフッ素系
樹脂含浸層を通過することができない。そのために単一
のフッ素系樹脂フィルムを多孔質構造体と黒鉛板の間に
挟み、これに熱と圧力を加えてフッ素系樹脂含浸層を作
成する。
【００２２】多孔質構造体中に十分な厚さの含浸層を形
成することに加え、フッ素系樹脂は多孔質構造体と黒鉛
板を接着して電気的導通を確保させる必要がある。多孔
質構造体はフッ素系樹脂を含浸されることにより、黒鉛
板との境界が平滑になり、双方の部材の接触が確保され
るため、多孔質構造体は黒鉛板を通じて隣接セルの多孔
質構造体と電気的に接続される。つまり、多孔質構造体
と黒鉛板の接触面には通常凹凸が存在するが、両者が接
触していない個所は加熱圧着によりフッ素系樹脂で埋め
られるのに対し、接触個所ではフッ素系樹脂が押し出さ
れて両者が直接接触する。多孔質構造体と黒鉛板が接触
しても、フッ素系樹脂含浸層は連続しているため、電解
質移動に対する障壁として機能する。このようにして形
成される接着部分の電気抵抗は３７ｍΩ／ｃｍ2 以下で
あるが、９〜１８ｍΩ／ｃｍ2 程度、もしくはそれ以下
であることが望ましい。
成することに加え、フッ素系樹脂は多孔質構造体と黒鉛
板を接着して電気的導通を確保させる必要がある。多孔
質構造体はフッ素系樹脂を含浸されることにより、黒鉛
板との境界が平滑になり、双方の部材の接触が確保され
るため、多孔質構造体は黒鉛板を通じて隣接セルの多孔
質構造体と電気的に接続される。つまり、多孔質構造体
と黒鉛板の接触面には通常凹凸が存在するが、両者が接
触していない個所は加熱圧着によりフッ素系樹脂で埋め
られるのに対し、接触個所ではフッ素系樹脂が押し出さ
れて両者が直接接触する。多孔質構造体と黒鉛板が接触
しても、フッ素系樹脂含浸層は連続しているため、電解
質移動に対する障壁として機能する。このようにして形
成される接着部分の電気抵抗は３７ｍΩ／ｃｍ2 以下で
あるが、９〜１８ｍΩ／ｃｍ2 程度、もしくはそれ以下
であることが望ましい。
【００２３】積層部分の電気抵抗を確保するため、積層
物を、加圧した状態で環境温度まで降温することが好ま
しい。
物を、加圧した状態で環境温度まで降温することが好ま
しい。
【００２４】この方法に使用されるフッ素系樹脂は、燃
料電池の運転条件に耐性が有り、かつ溶融するものであ
ればよい。このような樹脂の例として、ＦＥＰ（フッ化
エチレン‐ポリプロピレン高分子重合体）、ＰＦＡ（テ
トラフルオロエチレン‐過フッ化ビニルエーテル共重合
体）、およびこれらの混合物が挙げられる。これら樹脂
はDo Pont 社その他で製造されている。
料電池の運転条件に耐性が有り、かつ溶融するものであ
ればよい。このような樹脂の例として、ＦＥＰ（フッ化
エチレン‐ポリプロピレン高分子重合体）、ＰＦＡ（テ
トラフルオロエチレン‐過フッ化ビニルエーテル共重合
体）、およびこれらの混合物が挙げられる。これら樹脂
はDo Pont 社その他で製造されている。
【００２５】以上、本発明の実施例について述べたが、
次に、これを更に具体的に説明する。 電解質保持板の
上に厚さ０．１２７ｍｍのＦＥＰグレードテフロン（商
標）フィルムを載せ、その上に黒鉛板（０．９mm厚）を
重ね、さらにその上にテフロンフィルム、電解質保持板
を積層した。さらに、この積層物を５００トンプレスに
置き、３２６．７℃、２．７５ＭＰａの条件に加熱加圧
して１０分間保持した。積層後、この積層物を２．７６
ＭＰａの加圧条件下でほぼ室温まで冷却した。このよう
にして得られたセパレータープレートに０．１０８Ａ／
ｃｍ2 の電流を流したところ、１．３ｍＶの電圧降下が
認められた。
次に、これを更に具体的に説明する。 電解質保持板の
上に厚さ０．１２７ｍｍのＦＥＰグレードテフロン（商
標）フィルムを載せ、その上に黒鉛板（０．９mm厚）を
重ね、さらにその上にテフロンフィルム、電解質保持板
を積層した。さらに、この積層物を５００トンプレスに
置き、３２６．７℃、２．７５ＭＰａの条件に加熱加圧
して１０分間保持した。積層後、この積層物を２．７６
ＭＰａの加圧条件下でほぼ室温まで冷却した。このよう
にして得られたセパレータープレートに０．１０８Ａ／
ｃｍ2 の電流を流したところ、１．３ｍＶの電圧降下が
認められた。
【００２６】このように、本発明におけるセパレーター
プレートは、セル間電解質移動を効果的に防止すること
ができる。図１に示す通り、この方法により作成された
セパレータープレートによる電解質移動は、従来のセパ
レータープレートでは１００時間当りおよそ約０．９７
ｇ／ｍ2 〜約１．０８ｇ／ｍ2 （データ４参照）である
のに対し、１０００時間当りおよそ約０．１３ｇ／ｍ2
（データ５参照）である。
プレートは、セル間電解質移動を効果的に防止すること
ができる。図１に示す通り、この方法により作成された
セパレータープレートによる電解質移動は、従来のセパ
レータープレートでは１００時間当りおよそ約０．９７
ｇ／ｍ2 〜約１．０８ｇ／ｍ2 （データ４参照）である
のに対し、１０００時間当りおよそ約０．１３ｇ／ｍ2
（データ５参照）である。
【００２７】本発明によるセパレータープレートは、黒
鉛板とフッ素系樹脂フィルムとを組み合わせ、多孔質構
造体と接着することにより全体がセパレータープレート
として機能するように配置したものであり、電解質移動
を抑制することにより燃料電池およびその他類似の電気
化学的反応装置が０．２Ａ／ｃｍ2 から０．４Ａ／ｃｍ
2 程度の電流密度で４０，０００時間運転することを可
能にする。
鉛板とフッ素系樹脂フィルムとを組み合わせ、多孔質構
造体と接着することにより全体がセパレータープレート
として機能するように配置したものであり、電解質移動
を抑制することにより燃料電池およびその他類似の電気
化学的反応装置が０．２Ａ／ｃｍ2 から０．４Ａ／ｃｍ
2 程度の電流密度で４０，０００時間運転することを可
能にする。
【図１】本発明および従来技術におけるるセパレーター
プレートについて、電解質移動の量を表したものであ
る。ここで、データ１はフッ素系樹脂による障壁のみを
使用した場合、データ２は黒鉛粉とフッ素系樹脂の混合
物をセパレーターとして使用した場合、データ３および
データ４は黒鉛板のみをセパレータプレートとして使用
した場合、データ５は本発明に係る方法で作成されてセ
パレータープレートを使用した場合を示している。
プレートについて、電解質移動の量を表したものであ
る。ここで、データ１はフッ素系樹脂による障壁のみを
使用した場合、データ２は黒鉛粉とフッ素系樹脂の混合
物をセパレーターとして使用した場合、データ３および
データ４は黒鉛板のみをセパレータプレートとして使用
した場合、データ５は本発明に係る方法で作成されてセ
パレータープレートを使用した場合を示している。
Claims (9)
- 【請求項１】少くとも１つの多孔質構造体と、 少くとも１つのフッ素系樹脂フィルムと、 前記フッ素系樹脂フィルムにより前記多孔質構造体に積
層され、かつ、当該多孔質構造体との間に電気的導通が
確保された黒鉛板とからなり、 前記フッ素系樹脂フィルムが、前記多孔質構造体および
前記黒鉛板との間において電解質移動に対する障壁とし
ての機能を有することを特徴とする、セパレータープレ
ート。 - 【請求項２】請求項１において、多孔質構造体が電解質
保持体もしくは冷却管の保持体である、セパレータープ
レート。 - 【請求項３】請求項１において、フッ素系樹脂がフッ化
エチレン‐ポリプロピレン高分子重合体、もしくはテト
ラフルオロエチレンを含む高分子重合体、もしくは前二
者の混合物もしくは共重合体である、セパレータープレ
ート。 - 【請求項４】アノード電極、カソード電極、その間に担
持された電解質、アノードガス流路、カソードガス流
路、多孔質構造体および黒鉛板からなる単セル積層体に
より構成され、 任意のセルの前記多孔質構造体に前記黒鉛板がフッ素系
樹脂により積層され、 かつ前記フッ素系樹脂が電解質に対する障壁としての機
能を有し、 かつ前記黒鉛板と前記多孔質構造体の間に電気的導通が
確保されていることを特徴とする、燃料電池。 - 【請求項５】請求項４において、黒鉛板がひとつのセル
のみならずそれに隣接するセルの多孔質構造体とも前記
フッ素系樹脂から独立したフッ素系樹脂により積層され
てなり、 前記フッ素系樹脂により電解質に対する障壁が形成さ
れ、かつ第一のセルの多孔質からそれに隣接するセルの
前記多孔質構造体との間に前記黒鉛板を介して電気的導
通が確保されている、燃料電池。 - 【請求項６】請求項４において、多孔質構造体が電解質
保持体もしくは冷却管の保持体である燃料電池。 - 【請求項７】請求項４において、フッ素系樹脂がフッ化
エチレン‐ポリプロピレン高分子重合体もしくはテトラ
フルオロエチレンを含む高分子重合体、もしくは前二者
の混合物もしくは共重合体である燃料電池。 - 【請求項８】請求項５において、多孔質構造体が電解質
保持体もしくは冷却管の保持体である燃料電池。 - 【請求項９】請求項５において、フッ素系樹脂が、フッ
化エチレン‐ポリプロピレン高分子重合体もしくはテト
ラフルオロエチレンを含む高分子重合体、もしくは前二
者の混合物もしくは共重合体である燃料電池。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US997440 | 1992-12-28 | ||
| US07/997,440 US5268239A (en) | 1992-12-28 | 1992-12-28 | Fluoropolymer laminated separator plate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06295733A true JPH06295733A (ja) | 1994-10-21 |
Family
ID=25544035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5328014A Pending JPH06295733A (ja) | 1992-12-28 | 1993-12-24 | フッ素系樹脂を積層してなるセパレータープレート |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5268239A (ja) |
| EP (1) | EP0605049B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06295733A (ja) |
| CA (1) | CA2112340A1 (ja) |
| DE (1) | DE69313425T2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5556627A (en) * | 1994-10-12 | 1996-09-17 | Bipolar Technologies, Inc. | Bipolar battery cells, batteries and methods |
| US5582937A (en) * | 1994-10-12 | 1996-12-10 | Bipolar Technologies, Inc. | Bipolar battery cells, batteries and methods |
| US5582622A (en) * | 1994-10-12 | 1996-12-10 | Bipolar Technologies, Inc. | Methods of making bipolar battery plates comprising carbon and a fluoroelastomer |
| WO1996012313A1 (en) * | 1994-10-12 | 1996-04-25 | Bipolar Technologies Corporation | Bipolar battery cells, batteries, and methods |
| US6037075A (en) * | 1996-11-26 | 2000-03-14 | United Technologies Corporation | Electrically non-conductive plate structures and high pressure electrochemical cell devices employing same |
| GB9915925D0 (en) * | 1999-07-08 | 1999-09-08 | Univ Loughborough | Flow field plates |
| FR2834818B1 (fr) * | 2002-01-14 | 2006-09-15 | Atofina | Poudre microcomposite a base de plaquettes de graphite et d'un fluoropolymere et objets fabriques avec cette poudre |
| JP6634601B2 (ja) * | 2016-05-09 | 2020-01-22 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | グラファイトプレートとその製造方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4360485A (en) * | 1980-08-25 | 1982-11-23 | United Technologies Corporation | Method for making improved separator plates for electrochemical cells |
| US4301222A (en) * | 1980-08-25 | 1981-11-17 | United Technologies Corporation | Separator plate for electrochemical cells |
| US4526924A (en) * | 1982-07-01 | 1985-07-02 | Plastics Engineering Company | Thermosettable compositions convertible to vitreous carbon and process for preparation thereof |
| US4550015A (en) * | 1983-03-21 | 1985-10-29 | Plastics Engineering Company | Vitreous carbon and process for preparation thereof |
| JPS6042213A (ja) * | 1983-08-19 | 1985-03-06 | Showa Denko Kk | 炭素薄板の製造法 |
| US4737421A (en) * | 1983-12-27 | 1988-04-12 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | Method for producing a carbon sheet and a fuel cell separator |
| US4624811A (en) * | 1984-11-05 | 1986-11-25 | Plastics Engineering Company | Process for preparing a vitreous carbon |
| US4668496A (en) * | 1984-11-05 | 1987-05-26 | Plastics Engineering Company | Vitreous carbon |
| US4611396A (en) * | 1985-04-15 | 1986-09-16 | Great Lakes Carbon Corporation | Fuel cell plate separator |
| US4978591A (en) * | 1989-09-11 | 1990-12-18 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Corrosion free phosphoric acid fuel cell |
| US5096786A (en) * | 1989-09-11 | 1992-03-17 | Westinghouse Electric Corp. | Integral edge seals for phosphoric acid fuel cells |
-
1992
- 1992-12-28 US US07/997,440 patent/US5268239A/en not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-12-23 EP EP93203644A patent/EP0605049B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-12-23 CA CA002112340A patent/CA2112340A1/en not_active Abandoned
- 1993-12-23 DE DE69313425T patent/DE69313425T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-12-24 JP JP5328014A patent/JPH06295733A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2112340A1 (en) | 1994-06-29 |
| DE69313425D1 (de) | 1997-10-02 |
| DE69313425T2 (de) | 1998-04-02 |
| EP0605049A3 (en) | 1995-03-29 |
| EP0605049B1 (en) | 1997-08-27 |
| EP0605049A2 (en) | 1994-07-06 |
| US5268239A (en) | 1993-12-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3052536B2 (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 | |
| US4505992A (en) | Integral gas seal for fuel cell gas distribution assemblies and method of fabrication | |
| EP1624515B1 (en) | Unitized electrochemical cell sub-assembly and the method of making the same | |
| EP0847097A1 (en) | Polymer electrolyte membrane fuel cell | |
| US4732637A (en) | Method of fabricating an integral gas seal for fuel cell gas distribution assemblies | |
| CN100477347C (zh) | 边缘保护的涂覆催化剂的扩散介质和膜电极组件 | |
| WO2002027842A1 (fr) | Separateur de pile a combustible, procede de fabrication de ce separateur et pile a combustible a polymere solide mettant en oeuvre ce separateur | |
| US9397351B2 (en) | Apparatus and methods for connecting fuel cells to an external circuit | |
| US5079104A (en) | Integrated fuel cell stack shunt current prevention arrangement | |
| JPH06295733A (ja) | フッ素系樹脂を積層してなるセパレータープレート | |
| JP2007273141A (ja) | 燃料電池及び燃料電池の製造方法 | |
| JP3530339B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池およびその製造方法 | |
| JPH0878028A (ja) | 固体高分子電解質燃料電池およびその製造方法 | |
| JPS5889780A (ja) | 電気化学的発電装置 | |
| JP2829184B2 (ja) | 燃料電池 | |
| US4461813A (en) | Electrochemical power generator | |
| JP2007193948A (ja) | 燃料電池 | |
| US5328542A (en) | Method of manufacturing a laminated fuel cell component with an internal fluid impermeable barrier | |
| JPH0652658B2 (ja) | 燃料電池 | |
| JP5341321B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池用電解質膜・電極構造体 | |
| JP2008153130A (ja) | 燃料電池用単セル及びこれを備えた燃料電池 | |
| JPH08329959A (ja) | 燃料電池 | |
| KR101949933B1 (ko) | 연료전지용 막-전극 어셈블리의 표면 발수성 증대를 위한 다공성 필름 레이어를 포함하는 이형지 | |
| JP2005190749A (ja) | 燃料電池用膜電極接合体及びそれを用いた固体高分子形燃料電池 | |
| JP2022048654A (ja) | 燃料電池セルの製造方法 |