JPH07176307A - 燃料電池 - Google Patents
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- JPH07176307A JPH07176307A JP5320673A JP32067393A JPH07176307A JP H07176307 A JPH07176307 A JP H07176307A JP 5320673 A JP5320673 A JP 5320673A JP 32067393 A JP32067393 A JP 32067393A JP H07176307 A JPH07176307 A JP H07176307A
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- 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
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】電極基材が電解質によって腐食され、そのはっ
水性が低下しても、反応ガスの供給を低下させずに発電
性能を維持できる単位セル構造を得る。 【構成】一定の細孔径分布を有するガス透過性の電極基
材５Ｆ，５Ａ，およびその一方の面に支持された電極触
媒層６Ｆ，６Ａからなる燃料電極３および空気電極４
と、一対の電極の電極触媒層間に挟持された電解質層２
とからなる単位セル１０と、これを挟持するリブ付セパ
レ−ト板７側に複数条設けた反応ガス供給溝８とを備え
たものにおいて、一対の電極３，４の少なくとも一方の
電極基材が細孔径分布の平均細孔径の５倍以上の径の貫
通孔２１を、隣接する貫通孔間に貫通孔２１の径の２倍
以上の中心間隔を保持して複数個形成してなるものとす
る。
水性が低下しても、反応ガスの供給を低下させずに発電
性能を維持できる単位セル構造を得る。 【構成】一定の細孔径分布を有するガス透過性の電極基
材５Ｆ，５Ａ，およびその一方の面に支持された電極触
媒層６Ｆ，６Ａからなる燃料電極３および空気電極４
と、一対の電極の電極触媒層間に挟持された電解質層２
とからなる単位セル１０と、これを挟持するリブ付セパ
レ−ト板７側に複数条設けた反応ガス供給溝８とを備え
たものにおいて、一対の電極３，４の少なくとも一方の
電極基材が細孔径分布の平均細孔径の５倍以上の径の貫
通孔２１を、隣接する貫通孔間に貫通孔２１の径の２倍
以上の中心間隔を保持して複数個形成してなるものとす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばりん酸型燃料
電池の単位セル構造、ことに反応ガスの透過性を改善し
た電極構造に関する。
電池の単位セル構造、ことに反応ガスの透過性を改善し
た電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６はリブ付セパレ−タ方式のりん酸型
燃料電池の従来の単位セルを展開して示す斜視図であ
り、単位セル１は電解質としてのりん酸を保持した電解
質層（マトリックスと呼ぶ）２を挟んでその両側に燃料
電極３および空気電極４を配した構造となっている。ま
た、単位セル１はその両側にリブ付セパレ−ト板７を配
して複数層積層することにより、その積層数に対応した
出力電圧を有する図示しない積層燃料電池（スタック）
が構成される。リブ付セパレ−ト板７は、その両面に互
いに直交する方向に形成された複数条の反応ガス供給溝
８を備え、平板状に形成された単位セル１との間に反応
ガス通路を形成する。
燃料電池の従来の単位セルを展開して示す斜視図であ
り、単位セル１は電解質としてのりん酸を保持した電解
質層（マトリックスと呼ぶ）２を挟んでその両側に燃料
電極３および空気電極４を配した構造となっている。ま
た、単位セル１はその両側にリブ付セパレ−ト板７を配
して複数層積層することにより、その積層数に対応した
出力電圧を有する図示しない積層燃料電池（スタック）
が構成される。リブ付セパレ−ト板７は、その両面に互
いに直交する方向に形成された複数条の反応ガス供給溝
８を備え、平板状に形成された単位セル１との間に反応
ガス通路を形成する。
【０００３】図７はリブ付セパレ−タ方式のりん酸型燃
料電池の従来の単位セルを模式化して示す要部の断面図
であり、燃料電極３は一様な厚みでガス透過性を有する
電極基材５Ｆの電解質層２側の面に電極触媒層６Ｆを設
けたものからなり、空気電極４も同様に一様な厚みでガ
ス透過性を有する電極基材５Ａと電極触媒層５Ａとで構
成される。電極基材５Ｆおよび５Ａはカ−ボン繊維にバ
インダを加えて一様な厚みの紙状に成形し、これを焼成
した後、フッ素樹脂を含浸してはっ水処理したものから
なり、電極基材５Ｆはリブ付セパレ−ト板７に形成され
た反応ガス供給溝８を介して燃料電極３に送られる燃料
ガス中の水素を透過して電極触媒層６Ｆに供給し、電極
基材５Ａはリブ付セパレ−ト板７に形成された反応ガス
供給溝８を介して空気電極４に送られる酸化剤としての
空気中の酸素を透過して電極触媒層６Ａに供給すること
により、電極触媒層１１Ｂ，１５Ｂ間で電気化学反応に
基づく発電が行われる。
料電池の従来の単位セルを模式化して示す要部の断面図
であり、燃料電極３は一様な厚みでガス透過性を有する
電極基材５Ｆの電解質層２側の面に電極触媒層６Ｆを設
けたものからなり、空気電極４も同様に一様な厚みでガ
ス透過性を有する電極基材５Ａと電極触媒層５Ａとで構
成される。電極基材５Ｆおよび５Ａはカ−ボン繊維にバ
インダを加えて一様な厚みの紙状に成形し、これを焼成
した後、フッ素樹脂を含浸してはっ水処理したものから
なり、電極基材５Ｆはリブ付セパレ−ト板７に形成され
た反応ガス供給溝８を介して燃料電極３に送られる燃料
ガス中の水素を透過して電極触媒層６Ｆに供給し、電極
基材５Ａはリブ付セパレ−ト板７に形成された反応ガス
供給溝８を介して空気電極４に送られる酸化剤としての
空気中の酸素を透過して電極触媒層６Ａに供給すること
により、電極触媒層１１Ｂ，１５Ｂ間で電気化学反応に
基づく発電が行われる。
【０００４】図８はリブ付電極方式のりん酸型燃料電池
の従来の単位セルを模式化して示す要部の断面図であ
り、燃料電極３および空気電極４それぞれの電極基材
が、反応ガス供給溝８を有するリブ付電極基材１５Ｆお
よび１５Ａで構成され、隣接する単位セル間にガス不透
過性の平板状のセパレ−ト板９を配して積層することに
より互いにガス区分される点が前述のリブ付セパレ−タ
方式のりん酸型燃料電池の従来の単位セル１と異なって
いる。
の従来の単位セルを模式化して示す要部の断面図であ
り、燃料電極３および空気電極４それぞれの電極基材
が、反応ガス供給溝８を有するリブ付電極基材１５Ｆお
よび１５Ａで構成され、隣接する単位セル間にガス不透
過性の平板状のセパレ−ト板９を配して積層することに
より互いにガス区分される点が前述のリブ付セパレ−タ
方式のりん酸型燃料電池の従来の単位セル１と異なって
いる。
【０００５】図９は従来の単位セルの電極基材の細孔径
分布を示す特性線図であり、細孔径分布曲線１０１は細
孔径が約１００μm に細孔数のピ−ク値を有する山形分
布を示し、その平均細孔径は６０〜１００μm の範囲に
あることを示しており、反応ガスは反応ガス供給溝８内
を流れる過程で反応活物質である水素または酸素が電極
基材の細孔内を拡散によって透過して電極触媒層に到達
し、電極触媒粒子の表面で電解質と接触することにより
電気化学反応に基づく発電が行われる。
分布を示す特性線図であり、細孔径分布曲線１０１は細
孔径が約１００μm に細孔数のピ−ク値を有する山形分
布を示し、その平均細孔径は６０〜１００μm の範囲に
あることを示しており、反応ガスは反応ガス供給溝８内
を流れる過程で反応活物質である水素または酸素が電極
基材の細孔内を拡散によって透過して電極触媒層に到達
し、電極触媒粒子の表面で電解質と接触することにより
電気化学反応に基づく発電が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように構成され
た燃料電池の従来の単位セルにおいて、電極基材内部に
おける反応活物質の拡散し易さ（有効拡散係数）は電極
基材の気孔率に比例し，細孔の迷宮度に逆比例する性質
があり、ことに電極基材の気孔率が単位セルの電気的出
力に大きな影響を与える。また、電極基材は単位セルが
発電した電流の導電路を兼ねるため、その比抵抗が低
く，ジュ−ル発熱による電力損失および電圧降下が低い
ことが求められるとともに、発熱反応である電極反応に
よる過度の温度上昇を避けるために熱抵抗が低く，排熱
が容易であることが求められる。カ−ボン繊維を主材と
する電極基材において、その比抵抗および熱抵抗は電極
基材の気孔率に逆比例して増加するため、有効拡散係数
の増大要求と電気的，熱的損失の低減要求との互いに相
反する要求を両立させるため、電極基材の平均細孔径を
６０〜１００μm という微細な気孔範囲に抑制し、３者
の協調を保つよう構成されている。
た燃料電池の従来の単位セルにおいて、電極基材内部に
おける反応活物質の拡散し易さ（有効拡散係数）は電極
基材の気孔率に比例し，細孔の迷宮度に逆比例する性質
があり、ことに電極基材の気孔率が単位セルの電気的出
力に大きな影響を与える。また、電極基材は単位セルが
発電した電流の導電路を兼ねるため、その比抵抗が低
く，ジュ−ル発熱による電力損失および電圧降下が低い
ことが求められるとともに、発熱反応である電極反応に
よる過度の温度上昇を避けるために熱抵抗が低く，排熱
が容易であることが求められる。カ−ボン繊維を主材と
する電極基材において、その比抵抗および熱抵抗は電極
基材の気孔率に逆比例して増加するため、有効拡散係数
の増大要求と電気的，熱的損失の低減要求との互いに相
反する要求を両立させるため、電極基材の平均細孔径を
６０〜１００μm という微細な気孔範囲に抑制し、３者
の協調を保つよう構成されている。
【０００７】一方、上述のように形成された電極基材を
用いた単位セルをその最適運転温度（りん酸型燃料電池
で約１９０°C ）で長期間運転すると、腐食性の強いり
ん酸によって電極基材が徐々に浸食され、フッ素樹脂に
よるはっ水性が低下するため、細孔径が小さく作用する
毛管力が大きい細孔内に電解液が浸透して細孔を塞ぎ、
これに伴って電極基材の気孔率および有効拡散係数が低
下し、遂には単位セルの出力電圧の低下を招くという問
題があり、甚だしい場合には燃料電池の発電が不能にな
るという事態が発生する。
用いた単位セルをその最適運転温度（りん酸型燃料電池
で約１９０°C ）で長期間運転すると、腐食性の強いり
ん酸によって電極基材が徐々に浸食され、フッ素樹脂に
よるはっ水性が低下するため、細孔径が小さく作用する
毛管力が大きい細孔内に電解液が浸透して細孔を塞ぎ、
これに伴って電極基材の気孔率および有効拡散係数が低
下し、遂には単位セルの出力電圧の低下を招くという問
題があり、甚だしい場合には燃料電池の発電が不能にな
るという事態が発生する。
【０００８】この発明の目的は、電極基材が電解質によ
って腐食され、そのはっ水性が低下しても、反応ガスの
供給を低下させずに発電性能を維持できる単位セル構造
を得ることにある。
って腐食され、そのはっ水性が低下しても、反応ガスの
供給を低下させずに発電性能を維持できる単位セル構造
を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、一定の細孔径分布を有するガス
透過性の電極基材，およびその一方の面に支持された電
極触媒層からなる燃料電極および空気電極と、前記一対
の電極の電極触媒層間に挟持された電解質層と、前記燃
料電極および空気電極それぞれの反電解質層側に複数条
設けた反応ガス供給溝とを備えたものにおいて、前記一
対の電極の少なくとも一方の電極基材が、前記細孔径分
布の平均細孔径より大きい径の貫通孔を、所定の間隔を
保持して複数個備えてなるものとする。
に、この発明によれば、一定の細孔径分布を有するガス
透過性の電極基材，およびその一方の面に支持された電
極触媒層からなる燃料電極および空気電極と、前記一対
の電極の電極触媒層間に挟持された電解質層と、前記燃
料電極および空気電極それぞれの反電解質層側に複数条
設けた反応ガス供給溝とを備えたものにおいて、前記一
対の電極の少なくとも一方の電極基材が、前記細孔径分
布の平均細孔径より大きい径の貫通孔を、所定の間隔を
保持して複数個備えてなるものとする。
【００１０】貫通孔の径が平均細孔径の５倍以上である
ものとする。隣接する貫通孔の中心間隔が貫通孔の径の
２倍以上であるものとする。反応ガス供給溝が一様な厚
みの電極基材を挟持するリブ付セパレ−ト板側に形成さ
れ、複数個の貫通孔が前記一様な厚みの電極基材の電極
触媒層に対向する部分に分布して形成されてなるものと
する。
ものとする。隣接する貫通孔の中心間隔が貫通孔の径の
２倍以上であるものとする。反応ガス供給溝が一様な厚
みの電極基材を挟持するリブ付セパレ−ト板側に形成さ
れ、複数個の貫通孔が前記一様な厚みの電極基材の電極
触媒層に対向する部分に分布して形成されてなるものと
する。
【００１１】貫通孔が一様な厚みの電極基材のリブ付セ
パレ−ト板の凹溝に対向する部分に分布して形成されて
なるものとする。一対の電極の電極基材が反応ガス供給
溝を有するリブ付き電極基材からなり、貫通孔が前記リ
ブ付き電極基材の凹溝部分に分布して形成されてなるも
のとする。
パレ−ト板の凹溝に対向する部分に分布して形成されて
なるものとする。一対の電極の電極基材が反応ガス供給
溝を有するリブ付き電極基材からなり、貫通孔が前記リ
ブ付き電極基材の凹溝部分に分布して形成されてなるも
のとする。
【００１２】
【作用】この発明において、単位セルの一対の電極の少
なくとも一方の電極基材に、細孔径分布の平均細孔径よ
り大きい径の貫通孔を、所定の間隔を保持して複数個形
成するよう構成したことにより、単位セルを長期間運転
することによって電極基材のはっ水性が低下し、細孔に
電解質が浸透してガス拡散性が低下する反応ガス供給障
害を生じた場合にも、平均細孔径より径が大きく，作用
する毛管力が低い貫通孔には電解質が浸透せず、この貫
通孔を通して電極触媒層に反応ガスを安定して供給する
機能が得られる。
なくとも一方の電極基材に、細孔径分布の平均細孔径よ
り大きい径の貫通孔を、所定の間隔を保持して複数個形
成するよう構成したことにより、単位セルを長期間運転
することによって電極基材のはっ水性が低下し、細孔に
電解質が浸透してガス拡散性が低下する反応ガス供給障
害を生じた場合にも、平均細孔径より径が大きく，作用
する毛管力が低い貫通孔には電解質が浸透せず、この貫
通孔を通して電極触媒層に反応ガスを安定して供給する
機能が得られる。
【００１３】また、貫通孔の径を平均細孔径の５倍以
上。隣接する貫通孔の中心間隔を貫通孔の径の２倍以上
とすれば、貫通孔を介して電極触媒層に供給する反応ガ
ス量を、電極基材の初期の有効拡散係数とほぼ等価なレ
ベルに保持し、反応ガスの供給障害に基づく発電性能の
低下を防止する機能が得られる。さらに、反応ガス供給
溝が一様な厚みの電極基材を挟持するリブ付セパレ−ト
板側に形成された燃料電池の場合、複数個の貫通孔を一
様な厚みの電極基材の電極触媒層に対向する部分に分布
して形成した場合、電極基材の電気抵抗および熱抵抗の
増加を無視できる程度にすることができる。また、貫通
孔を一様な厚みの電極基材のリブ付セパレ−ト板の凹溝
に対向する部分にのみ分布して形成するよう構成すれ
ば、この部分を反応ガスの供給通路，リブ付セパレ−ト
板のリブと重なる部分を電流通路および熱流通路にそれ
ぞれ利用して反応ガスの供給性能に優れ，電気的，熱的
損失の少ない燃料電池（単位セル）が得られる。
上。隣接する貫通孔の中心間隔を貫通孔の径の２倍以上
とすれば、貫通孔を介して電極触媒層に供給する反応ガ
ス量を、電極基材の初期の有効拡散係数とほぼ等価なレ
ベルに保持し、反応ガスの供給障害に基づく発電性能の
低下を防止する機能が得られる。さらに、反応ガス供給
溝が一様な厚みの電極基材を挟持するリブ付セパレ−ト
板側に形成された燃料電池の場合、複数個の貫通孔を一
様な厚みの電極基材の電極触媒層に対向する部分に分布
して形成した場合、電極基材の電気抵抗および熱抵抗の
増加を無視できる程度にすることができる。また、貫通
孔を一様な厚みの電極基材のリブ付セパレ−ト板の凹溝
に対向する部分にのみ分布して形成するよう構成すれ
ば、この部分を反応ガスの供給通路，リブ付セパレ−ト
板のリブと重なる部分を電流通路および熱流通路にそれ
ぞれ利用して反応ガスの供給性能に優れ，電気的，熱的
損失の少ない燃料電池（単位セル）が得られる。
【００１４】さらにまた、一対の電極の電極基材に反応
ガス供給溝を有するリブ付電極基材を用いた燃料電池の
場合、貫通孔をリブ付電極基材の凹溝部分にのみ分布し
て形成するよう構成すれば、この部分を反応ガスの供給
通路，リブ付電極基材のリブの部分を電流通路および熱
流通路にそれぞれ利用して反応ガスの供給性能に優れ，
電気的，熱的損失の少ない燃料電池（単位セル）が得ら
れる。
ガス供給溝を有するリブ付電極基材を用いた燃料電池の
場合、貫通孔をリブ付電極基材の凹溝部分にのみ分布し
て形成するよう構成すれば、この部分を反応ガスの供給
通路，リブ付電極基材のリブの部分を電流通路および熱
流通路にそれぞれ利用して反応ガスの供給性能に優れ，
電気的，熱的損失の少ない燃料電池（単位セル）が得ら
れる。
【００１５】
【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明の実施例になるリブ付セパレ−タ方
式のりん酸型燃料電池の単位セルを模式化して示す断面
図であり、従来技術と同じ構成部分には同一参照符号を
付すことにより、重複した説明を省略する。図におい
て、単位セル１０はその燃料電極３が、一様な厚みでガ
ス透過性を有する電極基材５Ｆの電解質層２側の面に電
極触媒層６Ｆを設けたものからなり、その電極基材５Ｆ
には細孔径分布の平均細孔径より大きい径の貫通孔２１
が所定の間隔を保持して複数個形成される。また、空気
電極４も同様に一様な厚みでガス透過性を有する電極基
材５Ａと電極触媒層６Ａとで構成され、その電極基材５
Ａには細孔径分布の平均細孔径より大きい径の貫通孔２
１が所定の間隔を保持して複数個形成される。なお、貫
通孔２１は電極触媒層に対向する電極基材部分に均等に
分布して形成するか、あるいは反応ガス供給溝８に対向
する部分にのみ分布して形成してよく、いずれの場合も
電極基材の導電性および熱伝導性を殆ど損なわずに反応
ガスの供給性能を向上する効果が得られる。即ち、実施
例になるりん酸型燃料電池の単位セル１０においては、
単位セル１０を長期間運転することによって電極基材の
はっ水性が低下し、細孔に電解質が浸透してガス拡散性
が低下した場合にも、平均細孔径より径が大きく毛管力
が低い貫通孔２１には電解質が浸透せず、この貫通孔を
通して電極触媒層に反応ガスを安定して供給できるの
で、反応ガス供給障害に起因する発電性能の低下を阻止
できる利点が得られる。
る。図１はこの発明の実施例になるリブ付セパレ−タ方
式のりん酸型燃料電池の単位セルを模式化して示す断面
図であり、従来技術と同じ構成部分には同一参照符号を
付すことにより、重複した説明を省略する。図におい
て、単位セル１０はその燃料電極３が、一様な厚みでガ
ス透過性を有する電極基材５Ｆの電解質層２側の面に電
極触媒層６Ｆを設けたものからなり、その電極基材５Ｆ
には細孔径分布の平均細孔径より大きい径の貫通孔２１
が所定の間隔を保持して複数個形成される。また、空気
電極４も同様に一様な厚みでガス透過性を有する電極基
材５Ａと電極触媒層６Ａとで構成され、その電極基材５
Ａには細孔径分布の平均細孔径より大きい径の貫通孔２
１が所定の間隔を保持して複数個形成される。なお、貫
通孔２１は電極触媒層に対向する電極基材部分に均等に
分布して形成するか、あるいは反応ガス供給溝８に対向
する部分にのみ分布して形成してよく、いずれの場合も
電極基材の導電性および熱伝導性を殆ど損なわずに反応
ガスの供給性能を向上する効果が得られる。即ち、実施
例になるりん酸型燃料電池の単位セル１０においては、
単位セル１０を長期間運転することによって電極基材の
はっ水性が低下し、細孔に電解質が浸透してガス拡散性
が低下した場合にも、平均細孔径より径が大きく毛管力
が低い貫通孔２１には電解質が浸透せず、この貫通孔を
通して電極触媒層に反応ガスを安定して供給できるの
で、反応ガス供給障害に起因する発電性能の低下を阻止
できる利点が得られる。
【００１６】図２はこの発明の異なる実施例になるリブ
付電極方式のりん酸型燃料電池の単位セルを模式化して
示す断面図であり、単位セル２０は燃料電極３および空
気電極４それぞれの電極基材が、反応ガス供給溝８を有
するリブ付電極基材１５Ｆおよび１５Ａで構成され、そ
れぞれの反応ガス供給溝８の底部に細孔径分布の平均細
孔径より大きい径の貫通孔３１を、所定の間隔を保持し
て複数個形成した点が前述の実施例と異なっており、リ
ブ付セパレ−タ方式の場合と同様に細孔に電解質が浸透
してガス拡散性が低下した場合にも、平均細孔径より径
が大きく毛管力が低い貫通孔３１には電解質が浸透せ
ず、この部分を反応ガスの供給通路として電極触媒層に
反応ガスを安定して供給できるので、反応ガスの供給性
能に優れた燃料電池（単位セル）が得られるとともに、
貫通孔のないリブの部分を電流通路および熱流通路にそ
れぞれ利用して電気的，熱的損失の少ない燃料電池（単
位セル）が得られる。
付電極方式のりん酸型燃料電池の単位セルを模式化して
示す断面図であり、単位セル２０は燃料電極３および空
気電極４それぞれの電極基材が、反応ガス供給溝８を有
するリブ付電極基材１５Ｆおよび１５Ａで構成され、そ
れぞれの反応ガス供給溝８の底部に細孔径分布の平均細
孔径より大きい径の貫通孔３１を、所定の間隔を保持し
て複数個形成した点が前述の実施例と異なっており、リ
ブ付セパレ−タ方式の場合と同様に細孔に電解質が浸透
してガス拡散性が低下した場合にも、平均細孔径より径
が大きく毛管力が低い貫通孔３１には電解質が浸透せ
ず、この部分を反応ガスの供給通路として電極触媒層に
反応ガスを安定して供給できるので、反応ガスの供給性
能に優れた燃料電池（単位セル）が得られるとともに、
貫通孔のないリブの部分を電流通路および熱流通路にそ
れぞれ利用して電気的，熱的損失の少ない燃料電池（単
位セル）が得られる。
【００１７】図３は上述の各実施例における貫通孔の径
および間隔を示す説明図であり、貫通孔２１または３１
の径ｄを平均細孔径の５倍以上。隣接する貫通孔２１ま
たは３１の中心間隔ｐを貫通孔の径の２倍以上とすれ
ば、貫通孔を介して電極触媒層に供給する反応ガス量
を、電極基材の初期の有効拡散係数とほぼ等価なレベル
に保持し、反応ガスの供給障害に基づく発電性能の低下
を防止することが可能になる。また、電極基材の孔開け
加工方法としては、直径ｄなる打ち抜きピンを中心間隔
ｐで複数本植え込んだ雄型，およびこれに嵌合する打ち
抜き孔を有する雌型を用いて電極基材に貫通孔を打ち抜
き加工し、しかる後はっ水処理を行い、その後は従来と
同様な方法で電極を製作することによって、貫通孔以外
の部分の気孔率に影響を及ぼすことなく燃料電極および
空気電極を製作することができる。
および間隔を示す説明図であり、貫通孔２１または３１
の径ｄを平均細孔径の５倍以上。隣接する貫通孔２１ま
たは３１の中心間隔ｐを貫通孔の径の２倍以上とすれ
ば、貫通孔を介して電極触媒層に供給する反応ガス量
を、電極基材の初期の有効拡散係数とほぼ等価なレベル
に保持し、反応ガスの供給障害に基づく発電性能の低下
を防止することが可能になる。また、電極基材の孔開け
加工方法としては、直径ｄなる打ち抜きピンを中心間隔
ｐで複数本植え込んだ雄型，およびこれに嵌合する打ち
抜き孔を有する雌型を用いて電極基材に貫通孔を打ち抜
き加工し、しかる後はっ水処理を行い、その後は従来と
同様な方法で電極を製作することによって、貫通孔以外
の部分の気孔率に影響を及ぼすことなく燃料電極および
空気電極を製作することができる。
【００１８】図４は実施例になる貫通孔を有する電極基
材の細孔径分布および貫通孔径分布を示す特性線図であ
り、貫通孔径ｄを１mm, その中心間隔を５mmとして打ち
抜き加工を行って得られた電極基材の細孔分布は、約１
００μm にピ−ク値を有する細孔径分布曲線１０１と、
約１０００μm にピ−ク値を有する貫通孔径分布曲線１
０２とで表され、細孔に電解質が浸透してガス拡散性が
低下した場合にも、平均細孔径１００μm の１０倍の径
を有する貫通孔の毛管力は約１／１０と小さいために貫
通孔には電解質が浸透せず、この部分を反応ガスの供給
通路として電極触媒層に反応ガスを安定して供給できる
ことを示している。
材の細孔径分布および貫通孔径分布を示す特性線図であ
り、貫通孔径ｄを１mm, その中心間隔を５mmとして打ち
抜き加工を行って得られた電極基材の細孔分布は、約１
００μm にピ−ク値を有する細孔径分布曲線１０１と、
約１０００μm にピ−ク値を有する貫通孔径分布曲線１
０２とで表され、細孔に電解質が浸透してガス拡散性が
低下した場合にも、平均細孔径１００μm の１０倍の径
を有する貫通孔の毛管力は約１／１０と小さいために貫
通孔には電解質が浸透せず、この部分を反応ガスの供給
通路として電極触媒層に反応ガスを安定して供給できる
ことを示している。
【００１９】図５は図４に示す細孔径分布および貫通孔
径分布を有する電極基材を用いた燃料電池の単位セル電
圧の経時変化を従来の燃料電池のそれと比較して示す特
性線図であり、従来例曲線１１０が運転時間１００００
時間を越えるあたりから単位セル電圧が大幅に低下し、
細孔に電解質が浸透してガス拡散性が低下したことを示
している。これに対して、実施例曲線１１１は数万時間
に及んで単位セル電圧の極端な低下がなく、細孔に電解
質が浸透してそのガス拡散性が低下した状態になって
も、電極基材に分布して形成した貫通孔が反応ガスの安
定供給に効果的に作用し、単位セル電圧の低下，言い換
えれば発電性能の低下を阻止していることを示してい
る。
径分布を有する電極基材を用いた燃料電池の単位セル電
圧の経時変化を従来の燃料電池のそれと比較して示す特
性線図であり、従来例曲線１１０が運転時間１００００
時間を越えるあたりから単位セル電圧が大幅に低下し、
細孔に電解質が浸透してガス拡散性が低下したことを示
している。これに対して、実施例曲線１１１は数万時間
に及んで単位セル電圧の極端な低下がなく、細孔に電解
質が浸透してそのガス拡散性が低下した状態になって
も、電極基材に分布して形成した貫通孔が反応ガスの安
定供給に効果的に作用し、単位セル電圧の低下，言い換
えれば発電性能の低下を阻止していることを示してい
る。
【００２０】
【発明の効果】この発明は前述のように、単位セルの一
対の電極の少なくとも一方の電極基材に、電極基材の平
均細孔径の５倍以上の径の貫通孔を、その径の２倍以上
の中心間隔を保持して複数個分布して形成するよう構成
した。その結果、単位セルを長期間運転することによっ
て電極基材のはっ水性が低下し、細孔に電解質が浸透し
てガス拡散性が低下した場合にも、平均細孔径より径が
大きく毛管力が低い貫通孔には電解質が浸透せず、この
貫通孔を通して電極触媒層に反応ガスを安定して供給す
ることが可能となり、従来の燃料電池（単位セル）で問
題になった反応ガスの供給障害によって生ずる発電性能
の低下を排除し、１００００時間を越える長期運転にお
いても単位セル電圧の極端な低下を生じない燃料電池を
提供することができる。
対の電極の少なくとも一方の電極基材に、電極基材の平
均細孔径の５倍以上の径の貫通孔を、その径の２倍以上
の中心間隔を保持して複数個分布して形成するよう構成
した。その結果、単位セルを長期間運転することによっ
て電極基材のはっ水性が低下し、細孔に電解質が浸透し
てガス拡散性が低下した場合にも、平均細孔径より径が
大きく毛管力が低い貫通孔には電解質が浸透せず、この
貫通孔を通して電極触媒層に反応ガスを安定して供給す
ることが可能となり、従来の燃料電池（単位セル）で問
題になった反応ガスの供給障害によって生ずる発電性能
の低下を排除し、１００００時間を越える長期運転にお
いても単位セル電圧の極端な低下を生じない燃料電池を
提供することができる。
【００２１】また、打ち抜き加工により貫通孔を形成
し、しかる後はっ水処理を行えば、電極基材の導電性お
よび熱伝導性を損なうことなく反応ガスの供給性能を向
上することが可能であり、ことに反応ガス供給溝の部分
にのみ貫通孔を形成することによって電極基材の導電性
および熱伝導性の低下をほぼ完全に阻止できる利点が得
られる。
し、しかる後はっ水処理を行えば、電極基材の導電性お
よび熱伝導性を損なうことなく反応ガスの供給性能を向
上することが可能であり、ことに反応ガス供給溝の部分
にのみ貫通孔を形成することによって電極基材の導電性
および熱伝導性の低下をほぼ完全に阻止できる利点が得
られる。
【図１】この発明の実施例になるリブ付セパレ−タ方式
のりん酸型燃料電池の単位セルを模式化して示す断面図
のりん酸型燃料電池の単位セルを模式化して示す断面図
【図２】この発明の異なる実施例になるリブ付電極方式
のりん酸型燃料電池の単位セルを模式化して示す断面図
のりん酸型燃料電池の単位セルを模式化して示す断面図
【図３】実施例における貫通孔の径および間隔を示す説
明図
明図
【図４】実施例になる貫通孔を有する電極基材の細孔分
布を示す特性線図
布を示す特性線図
【図５】図４に示す細孔径分布および貫通孔径分布を有
する電極基材を用いた燃料電池の単位セル電圧の経時変
化を従来の燃料電池のそれと比較して示す特性線図
する電極基材を用いた燃料電池の単位セル電圧の経時変
化を従来の燃料電池のそれと比較して示す特性線図
【図６】リブ付セパレ−タ方式のりん酸型燃料電池の従
来の単位セルを展開して示す斜視図
来の単位セルを展開して示す斜視図
【図７】リブ付セパレ−タ方式のりん酸型燃料電池の従
来の単位セルを模式化して示す要部の断面図
来の単位セルを模式化して示す要部の断面図
【図８】リブ付電極方式のりん酸型燃料電池の従来の単
位セルを模式化して示す要部の断面図
位セルを模式化して示す要部の断面図
【図９】従来の単位セルの電極基材の細孔径分布を示す
特性線図
特性線図
【符号の説明】 １ 単位セル（燃料電池） ２ 電解質層 ３ 燃料電極 ４ 空気電極 ５Ａ 電極基材（空気電極側） ５Ｆ 電極基材（燃料電極側） ６Ａ 電極触媒層（空気電極側） ６Ｆ 電極触媒層（燃料電極側） ７ リブ付セパレ−ト板 ８ 反応ガス供給溝 ９ セパレ−ト板 １０ 単位セル（燃料電池） １１ 単位セル（燃料電池） １５Ａ リブ付電極基材（空気電極側） １５Ｆ リブ付電極基材（燃料電極側） ２０ 単位セル（燃料電池） ２１ 貫通孔 ３１ 貫通孔 ｄ 貫通孔の径 ｐ 貫通孔の中心間隔
Claims (6)
- 【請求項１】一定の細孔径分布を有するガス透過性の電
極基材，およびその一方の面に支持された電極触媒層か
らなる燃料電極および空気電極と、前記一対の電極の電
極触媒層間に挟持された電解質層と、前記燃料電極およ
び空気電極それぞれの反電解質層側に複数条設けた反応
ガス供給溝とを備えたものにおいて、前記一対の電極の
少なくとも一方の電極基材が、前記細孔径分布の平均細
孔径より大きい径の貫通孔を、所定の間隔を保持して複
数個備えてなることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】貫通孔の径が平均細孔径の５倍以上である
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池。 - 【請求項３】互いに隣接する貫通孔の中心間隔が貫通孔
の径の２倍以上であることを特徴とする請求項１記載の
燃料電池。 - 【請求項４】反応ガス供給溝が一様な厚みの電極基材を
挟持するリブ付セパレ−ト板側に形成され、複数個の貫
通孔が前記一様な厚みの電極基材の電極触媒層に対向す
る部分に分布して形成されてなることを特徴とする請求
項１記載の燃料電池。 - 【請求項５】貫通孔が一様な厚みの電極基材のリブ付セ
パレ−ト板の凹溝に対向する部分に分布して形成されて
なることを特徴とする請求項４記載の燃料電池。 - 【請求項６】一対の電極の電極基材が反応ガス供給溝を
有するリブ付き電極基材からなり、貫通孔が前記リブ付
き電極基材の凹溝部分に分布して形成されてなることを
特徴とする請求項１記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5320673A JPH07176307A (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5320673A JPH07176307A (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07176307A true JPH07176307A (ja) | 1995-07-14 |
Family
ID=18124056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5320673A Pending JPH07176307A (ja) | 1993-12-21 | 1993-12-21 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07176307A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004063097A (ja) * | 2002-07-24 | 2004-02-26 | Mitsubishi Materials Corp | 固体高分子型燃料電池の集電板 |
| JP2005071941A (ja) * | 2003-08-27 | 2005-03-17 | Aisin Seiki Co Ltd | ガス拡散部材、ガス拡散部材の製造方法、燃料電池 |
| JP2005174621A (ja) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Hitachi Ltd | 燃料電池部材とその製造方法およびそれを用いた燃料電池 |
| JP2006049097A (ja) * | 2004-08-04 | 2006-02-16 | Seiko Instruments Inc | 燃料電池用電極 |
| US7727665B2 (en) | 2002-05-09 | 2010-06-01 | Honda Motor Co., Ltd | Fuel cell assembly, separator-diffusion layer assembly for fuel cell assembly and manufacturing method therefor |
| WO2011045933A1 (ja) * | 2009-10-16 | 2011-04-21 | パナソニック株式会社 | 燃料電池用膜電極接合体およびそれを用いた燃料電池 |
| CN103762373A (zh) * | 2014-02-17 | 2014-04-30 | 天津大学 | 一种质子交换膜燃料电池的阴极结构 |
| JP2021026992A (ja) * | 2019-08-08 | 2021-02-22 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池用接合体、及び燃料電池 |
-
1993
- 1993-12-21 JP JP5320673A patent/JPH07176307A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7727665B2 (en) | 2002-05-09 | 2010-06-01 | Honda Motor Co., Ltd | Fuel cell assembly, separator-diffusion layer assembly for fuel cell assembly and manufacturing method therefor |
| JP2004063097A (ja) * | 2002-07-24 | 2004-02-26 | Mitsubishi Materials Corp | 固体高分子型燃料電池の集電板 |
| JP2005071941A (ja) * | 2003-08-27 | 2005-03-17 | Aisin Seiki Co Ltd | ガス拡散部材、ガス拡散部材の製造方法、燃料電池 |
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| WO2011045933A1 (ja) * | 2009-10-16 | 2011-04-21 | パナソニック株式会社 | 燃料電池用膜電極接合体およびそれを用いた燃料電池 |
| JP5238888B2 (ja) * | 2009-10-16 | 2013-07-17 | パナソニック株式会社 | 燃料電池用膜電極接合体およびそれを用いた燃料電池 |
| CN103762373A (zh) * | 2014-02-17 | 2014-04-30 | 天津大学 | 一种质子交换膜燃料电池的阴极结构 |
| JP2021026992A (ja) * | 2019-08-08 | 2021-02-22 | 日本碍子株式会社 | 燃料電池用接合体、及び燃料電池 |
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