JPH09289027A - 燃料電池用カーボン不織布及びスタック構造 - Google Patents

燃料電池用カーボン不織布及びスタック構造

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JPH09289027A
JPH09289027A JP8102461A JP10246196A JPH09289027A JP H09289027 A JPH09289027 A JP H09289027A JP 8102461 A JP8102461 A JP 8102461A JP 10246196 A JP10246196 A JP 10246196A JP H09289027 A JPH09289027 A JP H09289027A
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JP
Japan
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gas
fuel cell
manifold hole
nonwoven fabric
carbon
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Pending
Application number
JP8102461A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Yanagihara
浩 柳原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Original Assignee
Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
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Publication date
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    • 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

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄型の燃料電池の実現、セルの積層数の増加
による出力電圧の高い燃料電池の実現、軽量、低価格の
燃料電池の実現を達成できる燃料電池用カーボン不織布
及びスタック構造を提供する。 【構成】 カーボンペーパーに穿設したガス入口用マニ
ホールド穴周辺から中央部分及びガス出口用マニホール
ド穴周辺までが、そのままガス透過部分として残され、
その他の部分にガス不透過処理が施され、ガス透過の中
央部分がそのままの状態になされるか、又は表面に撥水
化処理が施され、その中央部分の表面に触媒層が形成さ
れた燃料電池用カーボン不織布。このカーボン不織布2
枚で固体高分子電解質膜を挾んで積層一体化した燃料電
池用のユニット部材を多数積層して締付固定した燃料電
池用のスタック構造。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池に係り、
特に出力電圧が高く、薄型の燃料電池を構成するための
カーボン不織布及びスタック構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、燃料電池用のガスプレート、冷却
水プレートの素材にはカーボンプレートを用いていた。
このカーボンプレートからなるガスプレート、冷却水プ
レートを積層し、セルひいてはスタックを構成する際の
シール方法にはOリング方式、フラットガスケット方式
が採用されていた。
【0003】ところが、Oリング方式の場合、Oリング
を設置するための溝加工を必要とし、両面のガス通路用
の溝や冷却水通路用の溝も含め、ガスプレート、冷却プ
レートの板厚は、5mm〜8mmと厚くならざるを得なかっ
た。
【0004】また、フラットガスケット方式の場合、あ
まり薄くすると、機械強度が低下して、加工時や組み立
て時にプレートが割れたり、欠けたり、破損してしまう
ことが多かった。しかも機械加工の限界があり、最小2
mm〜3mm必要であった。
【0005】従って、上記のような厚さの厚いガスプレ
ートや冷却水プレートを用い、冷却部、加湿部、発電部
も含めスタックを構成すると、積層厚が大きく、重量大
となっていた。また、材料費、加工費も高くついてい
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、薄型
化を図ると共に、セルの積層数を増やして出力電圧を向
上させることのできる燃料電池を実現するため、及び軽
量、低価格の燃料電池を実現するための燃料電池用の電
極、セル及びスタックを提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の燃料電池用カーボン不織布は、位置決め穴、
ガス入口、出口用マニホールド穴、冷却水入口、出口用
マニホールド穴が穿設されたカーボンペーパーの前記ガ
ス入口用マニホールド穴周辺から中央部分及びガス出口
用マニホールド穴周辺が、そのままガス透過部分として
残され、その他の部分にガス不透過処理が施され、ガス
透過の中央部分がそのままの状態になされるか、又は撥
水化処理が施されていることを特徴とするものである。
【0008】本発明の燃料電池用スタック構造の1つ
は、前記構成のカーボン不織布2枚により固体高分子電
解質膜がカーボン不織布のガス透過部に配置された触媒
層とともに、さらに片側の部材の外面にセパレータープ
レートを配置したユニット部材を多数積層してなること
を特徴とするものである。
【0009】本発明の燃料電池用スタック構造の他の1
つは、前記構成のユニット部材のセパレータープレート
のさらに外面に、冷却水プレート、セパレータープレー
トが積層一体化された冷却器付ユニット部材を多数積層
してなることを特徴とするものである。
【0010】なお、カーボン不織布は、カーボン繊維を
シート状に成形したものを言い、カーボンペーパーに代
表され、トレカTGP−H、(東レ株式会社製)等があ
る。
【0011】
【発明の実施の形態】上記のように本発明の燃料電池用
カーボン不織布は、カーボンペーパーを素材としている
ので、1mm以下の極めて薄いものにでき、しかもカーボ
ンプレートのような脆性を示さず、柔軟性を有するの
で、加工時や積層時に割れたり、欠けたり、破損したり
することがなく、積層した際には密着できる。
【0012】従って、この燃料電池用カーボン不織布2
枚の間に固体高分子電解質膜を挾んで積層一体化されて
いるユニット部材も薄型化が達成され、このユニット部
材の一面にセパレータープレート、冷却水プレート、セ
パレータープレートが積層一体化された冷却器付ユニッ
ト部材も薄型化が達成される。そして、これらが多数積
層されてなるスタック構造は、従来のスタック構造に比
べ著しく薄型化し、また積層数の増加により出力電圧が
高く、軽量、低価格の燃料電池が実現する。
【0013】
【実施例】本発明の燃料電池用カーボン不織布の一実施
例を図によって説明すると、図1のaに示すように厚さ
0.36mm、一辺 120mmの方形のカーボンペーパー1の四隅
に位置決め穴2、前後両側にH2 ガス入口用マニホール
ド穴3、H2 ガス出口用マニホールド穴4、冷却水入口
用マニホールド穴5、冷却水出口用マニホールド穴6、
2 ガス入口用マニホールド穴7、O2 ガス出口用マニ
ホールド穴8を抜き型により抜き加工して穿設し、この
カーボンペーパー1の図1のbに示す前記ガス入口用マ
ニホールド穴3の周辺から矩形状に区画される中央部分
9及びガス出口用マニホールド穴4の周辺までをそのま
まガス透過部分として残し、その他の斜線に示す部分10
にガス不透過処理を施し、前記中央部分9の表面に図1
のcに示すように触媒層11を形成して燃料電池用カーボ
ン不織布12となしてある。
【0014】次に本発明の燃料電池用カーボン不織布の
他の実施例を図によって説明すると、図2のaに示すよ
うに厚さ0.36mm、一辺 120mmの方形のカーボンペーパー
1の四隅に位置決め穴2、前後両側にガス入口用マニホ
ールド穴3、ガス出口用マニホールド穴4、冷却水入口
用マニホールド穴5、冷却水出口用マニホールド穴6、
2 ガス入口用マニホールド穴7、O2 ガス出口用マニ
ホールド穴8を抜き型により抜き加工して穿設し、この
カーボンペーパー1の図2のbに示す前記ガス入口用マ
ニホールド穴3の周辺から矩形状に区画される中央部分
9及びガス出口用マニホールド穴4の周辺までをそのま
まガス透過部分として残し、その他の斜線に示す部分10
にガス不透過処理を施し、ガス透過の中央部分9の表面
に図2のcに示すように撥水化処理を施し、その撥水化
処理の中央部分9の表面に図2のdに示すように触媒層
11を形成して燃料電池用カーボン不織布12′となしてあ
る。
【0015】次に本発明の燃料電池用スタック構造の1
つの一実施例を図によって説明すると、図3に示すよう
に燃料電池用カーボン不織布12′(図2のdに示すも
の)を2枚用いて厚さ50μm、一辺 120mmの方形の固体
高分子電解質膜13を触媒層11側で挾み、さらに下側のカ
ーボン不織布12′の下面に厚さ0.36mm、一辺 120mmで、
ガス不透過処理(斜線で示す)を施したセパレータープ
レート14をカーボン不織布12′側に向けて積層し、これ
らを図4に示すように一体化して燃料電池用ユニット部
材15となし、多数積層してスタック構造となすものであ
る。
【0016】次に本発明の燃料電池用スタック構造の他
の1つの一実施例を図によって説明すると、図5に示す
ように燃料電池用カーボン不織布12′(図2のdに示す
もの)を2枚用いて厚さ50μm、一辺 120mmの方形の固
体高分子電解質膜13を触媒層11側で挾み、さらに下側の
カーボン不織布12′の下面に厚さ0.36mm、一辺 120mmで
ガス不透過処理を施したセパレータープレート14を積層
し、そしてそのセパレータープレート14の外面に冷却水
通路16を有するカーボンペーパーからなる冷却水プレー
ト17をさらにガス不透過処理を施したセパレータープレ
ート14を積層し、これを図6に示すように一体化して燃
料電池用の冷却器付ユニット部材18となし、多数積層し
てスタック構造となすものである。
【0017】更に本発明の燃料電池用スタック構造の一
実施例を図によって説明すると、図7に示すように燃料
電池用ユニット部材15(図4に示すもの)を10層とその
上にセパレータープレート14を積層し、さらにその上下
に厚さ10mm、一辺 120mmの方形のダミープレート19を積
層して、これらを上下両側から厚さ20mm、一辺 150mmの
方形のメタルプレート20にて挾んでボルトナットにて締
付固定して図8に示すように燃料電池用のスタック21と
なしてある。
【0018】前記のように構成された実施例の図1のc
及び図2のdに示される燃料電池用カーボン不織布12、
12′は、夫々カーボンペーパーを素材としているので、
厚さが0.36mmと極めて薄く、しかもカーボンプレートの
ような脆性は無く、柔軟性を有するので、加工時や積層
時に割れたり、欠けたり、破損したりすることがなく、
積層した際には密着できる。
【0019】実際に図2のdに示す燃料電池用カーボン
不織布12′を2枚用い、図3に示すように固体高分子電
解質膜13を挾んで図4に示すように積層一体化した際に
は割れたり、欠けたり、破損したりすることなく、密着
して、図4に示すように超薄型の燃料電池用ユニット部
材15が実現した。
【0020】そして、この燃料電池用ユニット部材15を
用い、図7に示すように10層積層して図8に示すように
構成した燃料電池用のスタック21は、従来のスタックに
比べ、少なくとも1/10以下の極めて薄いスタックとな
り、また積層数の増加により出力電圧が高く、軽量、低
価格の燃料電池が得られた。
【0021】
【発明の効果】以上の説明で判るように本発明の燃料電
池用カーボン不織布及びスタック構造によれば、薄型の
燃料電池の実現、そして積層数の増加による出力電圧の
高い燃料電池の実現、軽量、低価格の燃料電池の実現を
達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池用カーボン不織布の一実施例
を示すもので、a〜cはその製作工程図である。
【図2】本発明の燃料電池用カーボン不織布の他の実施
例を示すもので、a〜dはその製作工程図である。
【図3】本発明の燃料電池用スタック構造の1つの一実
施例の組み立て前の状態を示す斜視図である。
【図4】図3の実施例の組み立て後の状態を示す斜視図
である。
【図5】本発明の燃料電池用スタック構造の他の1つの
一実施例の組み立て前の状態を示す斜視図である。
【図6】図5の実施例の組み立て後の状態を示す斜視図
である。
【図7】本発明の燃料電池用のスタック構造の一実施例
の組み立て前の状態を示す斜視図である。
【図8】図7の実施例の組み立て後の状態を示す斜視図
である。
【符号の説明】
1 カーボンペーパー 2 位置決め穴 3 ガス入口用マニホールド穴 4 ガス出口用マニホールド穴 5 冷却水入口用マニホールド穴 6 冷却水出口用マニホールド穴 9 中央部分 10 ガス不透過処理部分 11 触媒層 12、12′ 燃料電池用カーボン不織布 13 固体高分子電解質膜 14 セパレータプレート 15 燃料電池用ユニット部材 17 冷却水プレート 18 燃料電池用の冷却器付ユニット部材 19 ダミープレート 20 メタルプレート 21 燃料電池用のスタック

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 位置決め穴、ガス入口、出口用マニホー
    ルド穴、冷却水入口、出口用マニホールド穴が穿設され
    たカーボン不織布の前記ガス入口用マニホールド穴周辺
    から中央部分及びガス出口用マニホールド穴周辺まで
    が、そのままガス透過部分として残され、その他の部分
    にガス不透過処理が施され、ガス透過の中央部分がその
    ままの状態になされるか、又は表面に撥水化処理が施さ
    れていることを特徴とする燃料電池用カーボン不織布。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のカーボン不織布2枚によ
    り固体高分子電解質膜がカーボン不織布のガス透過部に
    配置された触媒層とともに挟まれ、さらに片側の部材の
    外面にセパレータープレートを配置したユニット部材を
    多数積層して成る燃料電池用スタック構造。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のユニット部材のセパレー
    タープレートのさらに外面に、冷却水プレート、セパレ
    ータープレートが積層一体化された冷却器付ユニット部
    材を多数積層して成る燃料電池用スタック構造。
JP8102461A 1996-04-24 1996-04-24 燃料電池用カーボン不織布及びスタック構造 Pending JPH09289027A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005183358A (ja) * 2003-11-25 2005-07-07 Toyota Motor Corp 燃料電池
US7361425B2 (en) 2002-04-12 2008-04-22 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell
US7803474B2 (en) 2003-07-22 2010-09-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Thermal stress tolerant fuel cell assembly within a housing
US7833678B2 (en) 2003-03-06 2010-11-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell stack

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US7803474B2 (en) 2003-07-22 2010-09-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Thermal stress tolerant fuel cell assembly within a housing
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