JPH1012246A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池Info
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- JPH1012246A JPH1012246A JP8182701A JP18270196A JPH1012246A JP H1012246 A JPH1012246 A JP H1012246A JP 8182701 A JP8182701 A JP 8182701A JP 18270196 A JP18270196 A JP 18270196A JP H1012246 A JPH1012246 A JP H1012246A
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体高分子電解質型燃料電池のバイポーラプ
レートを樹脂成形して、ガス流通手段と集電体からなる
構造を簡略化し、製造を容易にしながら、且つ腐食性電
解質に対しての抵抗性、良好な集電機能をも維持する。 【解決手段】 固体高分子電解質膜とこれを挟持するガ
ス拡散電極および両面に燃料及び酸化剤の供給及び排出
用通路が設けられたガス分離板と集電体とを兼ねたバイ
ポーラプレートからなる固体高分子電解質型燃料電池に
おいて、前記バイポーラプレートの主要構成要素を良好
な流動性をもつポリマーを用いて成形し、更にその表面
を金属または金属窒化物あるいは金属炭化物によってコ
ーティング処理するものである。
レートを樹脂成形して、ガス流通手段と集電体からなる
構造を簡略化し、製造を容易にしながら、且つ腐食性電
解質に対しての抵抗性、良好な集電機能をも維持する。 【解決手段】 固体高分子電解質膜とこれを挟持するガ
ス拡散電極および両面に燃料及び酸化剤の供給及び排出
用通路が設けられたガス分離板と集電体とを兼ねたバイ
ポーラプレートからなる固体高分子電解質型燃料電池に
おいて、前記バイポーラプレートの主要構成要素を良好
な流動性をもつポリマーを用いて成形し、更にその表面
を金属または金属窒化物あるいは金属炭化物によってコ
ーティング処理するものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は燃料及び酸化剤から
電気エネルギーを直接に発生するためのガス拡散電極及
び固体高分子電解質膜よりなる燃料電池に関するもので
あり、特に腐食性電解質に対して高い抵抗性を示すとと
もに、成形加工性に優れた構造を有する燃料電池のバイ
ポーラプレートの構造体に関する。
電気エネルギーを直接に発生するためのガス拡散電極及
び固体高分子電解質膜よりなる燃料電池に関するもので
あり、特に腐食性電解質に対して高い抵抗性を示すとと
もに、成形加工性に優れた構造を有する燃料電池のバイ
ポーラプレートの構造体に関する。
【０００２】
【従来技術】近年、発電効率が高い等の有利な特徴から
開発が進められている固体高分子電解質型燃料電池は、
互いに対向して配設されたガス拡散電極であるカソード
およびアノード、両電極間に介在し、両電極に接触する
ように保持されている固体高分子からなる電解質から構
成される単位電池を、ガス流通手段を設けたバイポーラ
プレートを介して交互に複数個積層して構成されてい
る。この燃料電池は、燃料及び酸化剤をそれぞれアノー
ド側の燃料室及びカソード側の酸化剤室に供給すること
により、アノードとカソード間の電気化学反応により発
電を行わせるものである。
開発が進められている固体高分子電解質型燃料電池は、
互いに対向して配設されたガス拡散電極であるカソード
およびアノード、両電極間に介在し、両電極に接触する
ように保持されている固体高分子からなる電解質から構
成される単位電池を、ガス流通手段を設けたバイポーラ
プレートを介して交互に複数個積層して構成されてい
る。この燃料電池は、燃料及び酸化剤をそれぞれアノー
ド側の燃料室及びカソード側の酸化剤室に供給すること
により、アノードとカソード間の電気化学反応により発
電を行わせるものである。
【０００３】燃料電池において、異なる電極に燃料と酸
化剤を同時に独立して供給すると、これらの電極を横切
って電気化学ポテンシャルが発生する。この電極を横切
って電気的負荷を与えると、それらの間を電気が流れ、
その結果、一つの電極で燃料が電気触媒的に酸化される
と同時にもう一方の電極で酸化剤が電気触媒的に還元さ
れることによって、前述のように化学反応エネルギーを
直接電気エネルギーに変換させる効率のよい発電装置と
なる。
化剤を同時に独立して供給すると、これらの電極を横切
って電気化学ポテンシャルが発生する。この電極を横切
って電気的負荷を与えると、それらの間を電気が流れ、
その結果、一つの電極で燃料が電気触媒的に酸化される
と同時にもう一方の電極で酸化剤が電気触媒的に還元さ
れることによって、前述のように化学反応エネルギーを
直接電気エネルギーに変換させる効率のよい発電装置と
なる。
【０００４】本発明と同様の固体高分子電解質型燃料電
池の電解質となるイオン交換膜の官能基を有する成分と
しては、含フッ素高分子を骨格とし、官能基として、ス
ルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基およびホスホン酸
基のいずれか一つまたは複数を有するものが挙げられ
る。
池の電解質となるイオン交換膜の官能基を有する成分と
しては、含フッ素高分子を骨格とし、官能基として、ス
ルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基およびホスホン酸
基のいずれか一つまたは複数を有するものが挙げられ
る。
【０００５】電解質のイオン交換膜のポリマーとして
は、テトラフルオロエチレンとＣＦ2＝ＣＦ−(ＯＣＦ2
ＣＦＸ)m−Ｏq−(ＣＦ2)n−Ａ（式中ｍ＝０〜３、ｎ＝
０〜１２、ｑ＝０又は１、Ｘ＝Ｆ又はＣＦ3、Ａ＝スル
ホン酸型官能基、カルボン酸型官能基、リン酸型官能
基）で表わされるフルオロビニル化合物との共重合体が
好適に採用され得る。
は、テトラフルオロエチレンとＣＦ2＝ＣＦ−(ＯＣＦ2
ＣＦＸ)m−Ｏq−(ＣＦ2)n−Ａ（式中ｍ＝０〜３、ｎ＝
０〜１２、ｑ＝０又は１、Ｘ＝Ｆ又はＣＦ3、Ａ＝スル
ホン酸型官能基、カルボン酸型官能基、リン酸型官能
基）で表わされるフルオロビニル化合物との共重合体が
好適に採用され得る。
【０００６】上記フルオロビニル化合物の好ましい例と
しては ＣＦ2＝ＣＦＯ（ＣＦ2)1-8Ａ ＣＦ2＝ＣＦＯＣＦ2ＣＦ（ＣＦ3）Ｏ（ＣＦ2)1-8Ａ ＣＦ2＝ＣＦ（ＣＦ2）0-8Ａ ＣＦ2＝ＣＦ（ＯＣＦ2ＣＦ（ＣＦ3）)1-5Ｏ（ＣＦ2)2Ａ などが挙げられる。
しては ＣＦ2＝ＣＦＯ（ＣＦ2)1-8Ａ ＣＦ2＝ＣＦＯＣＦ2ＣＦ（ＣＦ3）Ｏ（ＣＦ2)1-8Ａ ＣＦ2＝ＣＦ（ＣＦ2）0-8Ａ ＣＦ2＝ＣＦ（ＯＣＦ2ＣＦ（ＣＦ3）)1-5Ｏ（ＣＦ2)2Ａ などが挙げられる。
【０００７】なお上記官能基を有するフルオロカーボン
重合体を構成するモノマーである上記テトラフルオロエ
チレンの代わりにヘキサフルオロプロピレン、クロロト
リフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシビニルエ
ーテルの如きパーフルオロオレフィンを用いることも可
能である。
重合体を構成するモノマーである上記テトラフルオロエ
チレンの代わりにヘキサフルオロプロピレン、クロロト
リフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシビニルエ
ーテルの如きパーフルオロオレフィンを用いることも可
能である。
【０００８】共重合後、必要であれば例えば加水分解等
の後処理にてプロトン移動性の官能基へと変換させる。
官能基を有する成分の交換容量は、１ｇ当たりの官能基
のモル数で定義され、通常、滴定法により測定される。
一般的に官能基を有する成分の交換容量は、０.８〜２
ミリ当量／ｇであり、好ましくは０.９〜２ミリ当量／
ｇである。０.８ミリ当量／ｇより小さいと抵抗が大き
くなり性能が低下する。また、２ミリ当量／ｇより大き
いと、膜の構造物としての強度低下が大きくなる。
の後処理にてプロトン移動性の官能基へと変換させる。
官能基を有する成分の交換容量は、１ｇ当たりの官能基
のモル数で定義され、通常、滴定法により測定される。
一般的に官能基を有する成分の交換容量は、０.８〜２
ミリ当量／ｇであり、好ましくは０.９〜２ミリ当量／
ｇである。０.８ミリ当量／ｇより小さいと抵抗が大き
くなり性能が低下する。また、２ミリ当量／ｇより大き
いと、膜の構造物としての強度低下が大きくなる。
【０００９】このような固体高分子電解質膜として、米
国デュポン社から商業的に入手可能なスルホン化パーフ
ルオロカーボン膜（デュポン社商品名：ナフィオン）が
膜の強度、寸法安定性および電気的特性で優れているこ
とから利用されている。
国デュポン社から商業的に入手可能なスルホン化パーフ
ルオロカーボン膜（デュポン社商品名：ナフィオン）が
膜の強度、寸法安定性および電気的特性で優れているこ
とから利用されている。
【００１０】同時に強い耐蝕性を有し、ガス透過性がな
く、良好な導電性を有するカーボンブロックを切削加工
して形成されるバイポーラプレートの利用を必要とす
る。よってバイポーラプレートの製造が非常に難しい、
または、電解質の一面にカソードを、他の面にアノード
を形成した膜電極複合体からなる電池単位構成を積層し
て、各電池単位間に一般に広く使用されている炭素から
なるバイポーラプレートを介在させて電気回路を構成す
ると、電解質と電極を横切ってバイポーラプレートに漏
洩電流が流れる場合があり、それによるバイポーラプレ
ートに腐食が生じる問題もあった。すなわち、隣接電池
単位の電極間の接続を行い、しかも腐食性電解質体に対
して高い抵抗性を示し、良好な集電体機能をも具備する
とともに高度の構造的一体性を有するバイポーラプレー
トを単一の材料を用いて加工、製造することは困難であ
った。
く、良好な導電性を有するカーボンブロックを切削加工
して形成されるバイポーラプレートの利用を必要とす
る。よってバイポーラプレートの製造が非常に難しい、
または、電解質の一面にカソードを、他の面にアノード
を形成した膜電極複合体からなる電池単位構成を積層し
て、各電池単位間に一般に広く使用されている炭素から
なるバイポーラプレートを介在させて電気回路を構成す
ると、電解質と電極を横切ってバイポーラプレートに漏
洩電流が流れる場合があり、それによるバイポーラプレ
ートに腐食が生じる問題もあった。すなわち、隣接電池
単位の電極間の接続を行い、しかも腐食性電解質体に対
して高い抵抗性を示し、良好な集電体機能をも具備する
とともに高度の構造的一体性を有するバイポーラプレー
トを単一の材料を用いて加工、製造することは困難であ
った。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述した技術における
具体的問題点は次の通りである。つまり、その両面に燃
料及び酸化剤の供給及び排出用通路（ガス流通手段とい
う）を設け、更にそれらの通路を形成するバイポーラプ
レートの凹凸形状及び配置が、ガス流の均一配分、均一
な密度での電極面への供給を決定することから、非常に
複雑な構造となるために、このバイポーラプレートを単
一のカーボンブロックから切削加工によって製造するこ
とは多大な困難を伴う上に、良好な再現可能性を期待す
ることができないために、製造効率に限界があった。
具体的問題点は次の通りである。つまり、その両面に燃
料及び酸化剤の供給及び排出用通路（ガス流通手段とい
う）を設け、更にそれらの通路を形成するバイポーラプ
レートの凹凸形状及び配置が、ガス流の均一配分、均一
な密度での電極面への供給を決定することから、非常に
複雑な構造となるために、このバイポーラプレートを単
一のカーボンブロックから切削加工によって製造するこ
とは多大な困難を伴う上に、良好な再現可能性を期待す
ることができないために、製造効率に限界があった。
【００１２】本発明は、上述の問題を解決するためのも
のであり、良好な流動性をもつポリマーを用いてバイポ
ーラプレートを成形することにより、バイポーラプレー
トに設けられるガス流通手段の形状並びにガス流通手段
と集電体との構造及びガス流通手段のバイポーラプレー
ト内での配置を改良することによって腐食性電解質に対
しての耐性を有しながら、集電体機能をも保持し、且つ
簡単な構造であり、簡単な製造方法によって製造するこ
とができ、小型軽量化を可能にするばかりでなく、製造
コストを低くすることができる固体高分子電解質型燃料
電池を提供することを目的とする。
のであり、良好な流動性をもつポリマーを用いてバイポ
ーラプレートを成形することにより、バイポーラプレー
トに設けられるガス流通手段の形状並びにガス流通手段
と集電体との構造及びガス流通手段のバイポーラプレー
ト内での配置を改良することによって腐食性電解質に対
しての耐性を有しながら、集電体機能をも保持し、且つ
簡単な構造であり、簡単な製造方法によって製造するこ
とができ、小型軽量化を可能にするばかりでなく、製造
コストを低くすることができる固体高分子電解質型燃料
電池を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】また、請求項１の発明
は、固体高分子電解質膜とこれを挟持するガス拡散電極
および両面に燃料及び酸化剤の供給及び排出用通路が設
けられたガス分離板と集電体とを兼ねたバイポーラプレ
ートからなる固体高分子電解質型燃料電池において、前
記バイポーラプレートの少なくとも燃料及び酸化剤の供
給及び排出用通路を形成する凸起を良好な流動性をもつ
ポリマーによって成形し、更にその表面を金属または金
属窒化物あるいは金属炭化物によってスパッタリングま
たは化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法）か、物理的気相蒸着
法（ＰＶＤ法）などによってコーティング処理したこと
を特徴とする。
は、固体高分子電解質膜とこれを挟持するガス拡散電極
および両面に燃料及び酸化剤の供給及び排出用通路が設
けられたガス分離板と集電体とを兼ねたバイポーラプレ
ートからなる固体高分子電解質型燃料電池において、前
記バイポーラプレートの少なくとも燃料及び酸化剤の供
給及び排出用通路を形成する凸起を良好な流動性をもつ
ポリマーによって成形し、更にその表面を金属または金
属窒化物あるいは金属炭化物によってスパッタリングま
たは化学的気相蒸着法（ＣＶＤ法）か、物理的気相蒸着
法（ＰＶＤ法）などによってコーティング処理したこと
を特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の固体高分子電解質型燃料
電池においては、バイポーラプレートのベース板材とし
てアルミニウム板を用いて、その表面に流動性に優れた
ポリマーを用いてガス流通手段を形成するための凸起を
射出成形するものであり、キャビティ内に設けられたセ
ット用の押えピンによってアルミニウム板がキャビティ
内でセットされた後、金型を閉じ、良好な流動性をもつ
ポリマーをキャビティ内に射出注入して、バイポーラプ
レートのアルミニウム板の表面に燃料及び酸化剤の供給
及び排出用の通路の設けられているガス分離部が一体成
形される。更にその供給及び排出用の通路を形成する凸
起表面及びアルミニウム板の露出面をＴｉ、Ａｕ、Ｎ
ｂ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＣｒＮ等の金属または
金属窒化物、金属炭化物を使用して表面処理して集電体
を形成する。このようにして得られたバイポーラプレー
トは、高強度、高弾性率、寸法安定性の良い耐熱性、耐
蝕性、高度の構造的一体性、良好な芯特性を有する。こ
れらの金属窒化物、金属炭化物は優れた耐蝕性、耐摩耗
性と１０-3Ωcmオーダーの体積固有抵抗率をもち表面処
理に最適である。更にこのバイポーラプレートは、それ
を介在して配置されるカソード、アノード及び固体高分
子からなる電解質によって構成される膜電極複合体の電
池単位構成を積層した燃料電池の構造を小型軽量化並び
に製造コストの低減を達成できる。
電池においては、バイポーラプレートのベース板材とし
てアルミニウム板を用いて、その表面に流動性に優れた
ポリマーを用いてガス流通手段を形成するための凸起を
射出成形するものであり、キャビティ内に設けられたセ
ット用の押えピンによってアルミニウム板がキャビティ
内でセットされた後、金型を閉じ、良好な流動性をもつ
ポリマーをキャビティ内に射出注入して、バイポーラプ
レートのアルミニウム板の表面に燃料及び酸化剤の供給
及び排出用の通路の設けられているガス分離部が一体成
形される。更にその供給及び排出用の通路を形成する凸
起表面及びアルミニウム板の露出面をＴｉ、Ａｕ、Ｎ
ｂ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＣｒＮ等の金属または
金属窒化物、金属炭化物を使用して表面処理して集電体
を形成する。このようにして得られたバイポーラプレー
トは、高強度、高弾性率、寸法安定性の良い耐熱性、耐
蝕性、高度の構造的一体性、良好な芯特性を有する。こ
れらの金属窒化物、金属炭化物は優れた耐蝕性、耐摩耗
性と１０-3Ωcmオーダーの体積固有抵抗率をもち表面処
理に最適である。更にこのバイポーラプレートは、それ
を介在して配置されるカソード、アノード及び固体高分
子からなる電解質によって構成される膜電極複合体の電
池単位構成を積層した燃料電池の構造を小型軽量化並び
に製造コストの低減を達成できる。
【００１５】このガス流通手段をバイポーラプレートの
ベース板材上に形成するために使用される流動性に優れ
たポリマーは、１mm厚以下のガス分離部を成形できるポ
リマーであり、これらポリマーの例としては、ポリフェ
ニルスルフィド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリオ
キシメチレン、ポリアミド、強化剤の含有量が１０％以
下のポリカーボネート、強化剤の含有量が３０％以下の
ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレ
ート、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン、ポリ
メタクリル酸メチル、液晶ポリマー及びポリオレフィン
がその流動性と表面平滑性から挙げられる。しかしなが
ら、本燃料電池の通常の作動条件である、５０℃〜８０
℃、飽和水蒸気中において、長期間物性を保つことが可
能で流れ性が良好であればこれらのポリマーに限定され
るものではない。液晶ポリマーは加水分解に強く、成形
時の流れ性が良好で本発明のような微細な構造物に最適
である。また液晶ポリマーは含有金属イオンが他のポリ
マーに比べて極めて少量であるので、高分子電解質膜の
イオン導電性を阻害することがない。好適な液晶ポリマ
ーの構成成分としては、 ｉ) 芳香族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸の１つま
たはそれ以上からなるもの、ii) 芳香族ジオール、脂環
族ジオール、脂肪族ジオールの１つまたはそれ以上から
なるもの、iii) 芳香族ヒドロキシカルボン酸の１つま
たはそれ以上からなるもの、iv) 芳香族チオールカルボ
ン酸の１つまたはそれ以上からなるもの、ｖ) 芳香族ジ
チオール、芳香族チオールフェノールの１つまたはそれ
以上からなるもの、vi) 芳香族ヒドロキシアミン、芳香
族ジアミンの１つまたはそれ以上からなるもの等から選
ばれ、異方性溶融相を形成するポリマーは ａ) ｉ)とii)からなるポリエステル、ｂ) iii)だけから
なるポリエステル、ｃ) ｉ)とii)とiii)からなるポリエ
ステル、ｄ) iv)だけからなるポリチオールエステル、
ｅ) ｉ)とｖ)からなるポリチオールエステル、ｆ) ｉ)
及びiv)、ｖ)からなるポリチオールエステル、ｇ) ｉ)
及びiii)、vi)からなるポリエステルアミド、ｈ) ｉ)及
びii)、iii)、vi)からなるポリエステルアミド等の組み
合わせから構成される異方性溶融相を形成するポリエス
テルである。
ベース板材上に形成するために使用される流動性に優れ
たポリマーは、１mm厚以下のガス分離部を成形できるポ
リマーであり、これらポリマーの例としては、ポリフェ
ニルスルフィド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリオ
キシメチレン、ポリアミド、強化剤の含有量が１０％以
下のポリカーボネート、強化剤の含有量が３０％以下の
ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレ
ート、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン、ポリ
メタクリル酸メチル、液晶ポリマー及びポリオレフィン
がその流動性と表面平滑性から挙げられる。しかしなが
ら、本燃料電池の通常の作動条件である、５０℃〜８０
℃、飽和水蒸気中において、長期間物性を保つことが可
能で流れ性が良好であればこれらのポリマーに限定され
るものではない。液晶ポリマーは加水分解に強く、成形
時の流れ性が良好で本発明のような微細な構造物に最適
である。また液晶ポリマーは含有金属イオンが他のポリ
マーに比べて極めて少量であるので、高分子電解質膜の
イオン導電性を阻害することがない。好適な液晶ポリマ
ーの構成成分としては、 ｉ) 芳香族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸の１つま
たはそれ以上からなるもの、ii) 芳香族ジオール、脂環
族ジオール、脂肪族ジオールの１つまたはそれ以上から
なるもの、iii) 芳香族ヒドロキシカルボン酸の１つま
たはそれ以上からなるもの、iv) 芳香族チオールカルボ
ン酸の１つまたはそれ以上からなるもの、ｖ) 芳香族ジ
チオール、芳香族チオールフェノールの１つまたはそれ
以上からなるもの、vi) 芳香族ヒドロキシアミン、芳香
族ジアミンの１つまたはそれ以上からなるもの等から選
ばれ、異方性溶融相を形成するポリマーは ａ) ｉ)とii)からなるポリエステル、ｂ) iii)だけから
なるポリエステル、ｃ) ｉ)とii)とiii)からなるポリエ
ステル、ｄ) iv)だけからなるポリチオールエステル、
ｅ) ｉ)とｖ)からなるポリチオールエステル、ｆ) ｉ)
及びiv)、ｖ)からなるポリチオールエステル、ｇ) ｉ)
及びiii)、vi)からなるポリエステルアミド、ｈ) ｉ)及
びii)、iii)、vi)からなるポリエステルアミド等の組み
合わせから構成される異方性溶融相を形成するポリエス
テルである。
【００１６】液晶ポリマーを用いてガス流通手段を形成
するための成形条件としては、例えば金型温度が６０
℃、樹脂温度が３５０〜３６０℃、（デュポン社 ゼナ
イト ＨＸ６１３０（デュポン社商品名）を使用した場
合）、保圧０.５〜１秒で成形サイクルが１０秒程度で
あるのが典型的な例としてあげられる。
するための成形条件としては、例えば金型温度が６０
℃、樹脂温度が３５０〜３６０℃、（デュポン社 ゼナ
イト ＨＸ６１３０（デュポン社商品名）を使用した場
合）、保圧０.５〜１秒で成形サイクルが１０秒程度で
あるのが典型的な例としてあげられる。
【００１７】また、ポリオレフィンとしては、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルペン
テン、あるいはこれらの共重合物が、その優れた耐酸特
性、耐加水分解特性と良好な流動性により使用可能であ
る。
レン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルペン
テン、あるいはこれらの共重合物が、その優れた耐酸特
性、耐加水分解特性と良好な流動性により使用可能であ
る。
【００１８】ポリエチレンは、エチレンの重合によって
得られ、ポリエチレンの基本的分子構造は −(ＣＨ2)−
が数千から数十万個も連鎖状につらなったものの混合
物で、分子量分布のある長い鎖の炭化水素と考えられて
いる。平均分子量が大になると、軟化点もやや上昇す
る。ポリエチレンは製法によって次のような種類があ
る。ポリエチレンはその原料であるエチレンガスを直接
重合してつくるのであるが、重合する方法には高圧法、
中圧法及び低圧法があって、それぞれ性質の少しずつ異
なるポリエチレンが得られる。
得られ、ポリエチレンの基本的分子構造は −(ＣＨ2)−
が数千から数十万個も連鎖状につらなったものの混合
物で、分子量分布のある長い鎖の炭化水素と考えられて
いる。平均分子量が大になると、軟化点もやや上昇す
る。ポリエチレンは製法によって次のような種類があ
る。ポリエチレンはその原料であるエチレンガスを直接
重合してつくるのであるが、重合する方法には高圧法、
中圧法及び低圧法があって、それぞれ性質の少しずつ異
なるポリエチレンが得られる。
【００１９】高圧法でつくられたポリエチレンは密度が
０.９１〜０.９４で低密度ポリエチレン、中・低圧法で
つくられたものは密度が０.９１〜０.９７と幅が広く、
０.９４以上のものは高密度ポリエチレン、０.９４未満
のものは直鎖状低密度ポリエチレン（linear low densi
ty polyethylene）と分類される。ポリエチレンの成形
条件としては、樹脂温度１５０〜２１０℃、金型温度４
０〜５０℃、成形サイクル２０〜４０秒程度で行うのが
一般的である。
０.９１〜０.９４で低密度ポリエチレン、中・低圧法で
つくられたものは密度が０.９１〜０.９７と幅が広く、
０.９４以上のものは高密度ポリエチレン、０.９４未満
のものは直鎖状低密度ポリエチレン（linear low densi
ty polyethylene）と分類される。ポリエチレンの成形
条件としては、樹脂温度１５０〜２１０℃、金型温度４
０〜５０℃、成形サイクル２０〜４０秒程度で行うのが
一般的である。
【００２０】ポリプロピレンはプロピレン分子 −(ＣＨ
2−ＣＨ(ＣＨ3))− が立体的に規則正しく配列した結晶
性の高分子であり、比重が０.９０でポリメチルペンテ
ンに次いで軽い。融点は１６５℃で、圧縮強さ、衝撃強
度も良好で表面硬度は高い。成形性に関しては、非常に
流動性がよく、厚さの薄いものや複雑な形の型物が容易
に成形できる。成形の際の収縮はポリエチレンより少な
く、また縦・横の収縮差が少なくバランスが良いポリマ
ーである。ポリプロピレンの一般的な成形条件として
は、樹脂温度１９０〜２３０℃、金型温度４０〜８０
℃、成形サイクル２０〜４０秒程度である。
2−ＣＨ(ＣＨ3))− が立体的に規則正しく配列した結晶
性の高分子であり、比重が０.９０でポリメチルペンテ
ンに次いで軽い。融点は１６５℃で、圧縮強さ、衝撃強
度も良好で表面硬度は高い。成形性に関しては、非常に
流動性がよく、厚さの薄いものや複雑な形の型物が容易
に成形できる。成形の際の収縮はポリエチレンより少な
く、また縦・横の収縮差が少なくバランスが良いポリマ
ーである。ポリプロピレンの一般的な成形条件として
は、樹脂温度１９０〜２３０℃、金型温度４０〜８０
℃、成形サイクル２０〜４０秒程度である。
【００２１】ポリスチレンはスチレンモノマー −(ＣＨ
2−ＣＨ(Ｃ6Ｈ5))− を重合して得られるポリマーで、
成形性が良く、透明性が優れており、寸法安定性も良好
で耐水性も高い。また酸・アルカリ類の薬品に対しては
優れた耐薬品性を示す。ポリスチレンの成形条件は、樹
脂温度２００〜２３０℃、金型温度３０〜５０℃、成形
サイクル３０〜６０秒程度である。
2−ＣＨ(Ｃ6Ｈ5))− を重合して得られるポリマーで、
成形性が良く、透明性が優れており、寸法安定性も良好
で耐水性も高い。また酸・アルカリ類の薬品に対しては
優れた耐薬品性を示す。ポリスチレンの成形条件は、樹
脂温度２００〜２３０℃、金型温度３０〜５０℃、成形
サイクル３０〜６０秒程度である。
【００２２】ポリメチルペンテンは４−メチルペンテン
−１をチーグラー・ナッタ触媒で重合したもので
−１をチーグラー・ナッタ触媒で重合したもので
【化１】 のような構造をもつ。融点は２３０℃〜２４０℃で、比
重は０.８３で熱可塑性樹脂の中で量も軽い。耐薬品性
も良好なポリマーである。
重は０.８３で熱可塑性樹脂の中で量も軽い。耐薬品性
も良好なポリマーである。
【００２３】
【実施例】図１に示すように、バイポーラプレート１を
構成するベース板２のアルミニウム板を、射出成形機の
キャビティ型にセットし、型内に設けられたアルミニウ
ム押えピンの働きによって固定され、金型を閉じて、流
動性に優れたポリマー、例えば液晶ポリマーをキャビテ
ィ内に射出注入して、バイポーラプレート１のアルミニ
ウム板２の表面に燃料及び酸化剤の供給及び排出用の通
路の設けられているガス分離部３が一体成形された後、
更にそのガス分離部３を形成されたバイポーラプレート
１の表面にＡｕ、Ｔｉ、Ｎｂ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣ
Ｎ、ＣｒＮなどから選択される金属または金属窒化物や
金属炭化物を用いて一般によく知られている化学的気相
蒸着法（ＣＶＤ法）、物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）や
スパッタリング法により集電体としての金属薄膜４を形
成する。前記の金属または金属窒化物、金属炭化物の薄
膜４が表面に形成された流動性に優れたポリマーから形
成されるガス分離部３の凸起の先端は、バイポーラプレ
ートを介在して積層されて電池のユニットが形成された
場合、高分子電解質膜５、例えばスルホン化パーフルオ
ロカーボン膜（デュポン社商品名：ナフィオン）とこれ
をサンドイッチするカソード６およびアノード７によっ
て一体形成された膜電極複合体８の外側の電極、例えば
アノード７に当接される高さに形成されて集電するよう
になっているとともに、前記炭素板または金属板２の凹
部と各電極との間にガス流通手段である燃料室が、カソ
ード６の当接する側では酸化剤室が形成される。
構成するベース板２のアルミニウム板を、射出成形機の
キャビティ型にセットし、型内に設けられたアルミニウ
ム押えピンの働きによって固定され、金型を閉じて、流
動性に優れたポリマー、例えば液晶ポリマーをキャビテ
ィ内に射出注入して、バイポーラプレート１のアルミニ
ウム板２の表面に燃料及び酸化剤の供給及び排出用の通
路の設けられているガス分離部３が一体成形された後、
更にそのガス分離部３を形成されたバイポーラプレート
１の表面にＡｕ、Ｔｉ、Ｎｂ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣ
Ｎ、ＣｒＮなどから選択される金属または金属窒化物や
金属炭化物を用いて一般によく知られている化学的気相
蒸着法（ＣＶＤ法）、物理的気相蒸着法（ＰＶＤ法）や
スパッタリング法により集電体としての金属薄膜４を形
成する。前記の金属または金属窒化物、金属炭化物の薄
膜４が表面に形成された流動性に優れたポリマーから形
成されるガス分離部３の凸起の先端は、バイポーラプレ
ートを介在して積層されて電池のユニットが形成された
場合、高分子電解質膜５、例えばスルホン化パーフルオ
ロカーボン膜（デュポン社商品名：ナフィオン）とこれ
をサンドイッチするカソード６およびアノード７によっ
て一体形成された膜電極複合体８の外側の電極、例えば
アノード７に当接される高さに形成されて集電するよう
になっているとともに、前記炭素板または金属板２の凹
部と各電極との間にガス流通手段である燃料室が、カソ
ード６の当接する側では酸化剤室が形成される。
【００２４】
【発明の効果】本発明に係る固体高分子電解質型燃料電
池は、以上説明したように、アルミニウムのベース板の
表面に流動性に優れたポリマーを用いてガス流通手段を
形成する凸起を射出成形し、その流動性に優れたポリマ
ーのガス流通手段のための凸起部の表面コーティングに
よって金属または金属窒化物、金属炭化物の薄膜を形成
し、集電体を設けたバイポーラプレートとすることによ
って、簡単な構造であり、簡単な製造方法によって製造
することができ、小型軽量化を可能にするばかりでな
く、製造コストを低くすることができる。
池は、以上説明したように、アルミニウムのベース板の
表面に流動性に優れたポリマーを用いてガス流通手段を
形成する凸起を射出成形し、その流動性に優れたポリマ
ーのガス流通手段のための凸起部の表面コーティングに
よって金属または金属窒化物、金属炭化物の薄膜を形成
し、集電体を設けたバイポーラプレートとすることによ
って、簡単な構造であり、簡単な製造方法によって製造
することができ、小型軽量化を可能にするばかりでな
く、製造コストを低くすることができる。
【図１】本発明に係る固体高分子電解質型燃料電池の実
施の形態を示す構成図である。
施の形態を示す構成図である。
１ バイポーラプレート ２ アルミニウム板 ３ ガス分離部 ４ 集電体としての金属薄膜 ５ 高分子電解質膜 ６ カソード ７ アノード ８ 膜電極複合体
Claims (1)
- 【請求項１】 固体高分子電解質膜とこれを挟持するガ
ス拡散電極および両面に燃料及び酸化剤の供給及び排出
用通路が設けられたガス分離板と集電体とを兼ねたバイ
ポーラプレートからなる固体高分子電解質型燃料電池に
おいて、前記バイポーラプレートの少なくとも燃料及び
酸化剤の供給及び排出用通路を形成する凸起を流動性に
優れたポリマーによって形成し、更にその表面を金属ま
たは金属窒化物あるいは金属炭化物によってコーティン
グ処理したことを特徴とする固体高分子電解質型燃料電
池。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18270196A JP3660754B2 (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
| CA002259223A CA2259223C (en) | 1996-06-25 | 1997-06-25 | Polymer electrolyte membrane fuel cell with bipolar plate having molded polymer projections |
| PCT/US1997/011072 WO1997050138A1 (en) | 1996-06-25 | 1997-06-25 | Polymer electrolyte membrane fuel cell with bipolar plate having molded polymer projections |
| EP97933169A EP0956604B1 (en) | 1996-06-25 | 1997-06-25 | Polymer electrolyte membrane fuel cell with bipolar plate having molded polymer projections |
| DE69719560T DE69719560T2 (de) | 1996-06-25 | 1997-06-25 | Polymerelektrolyt-membran-brennstoffzelle mit bipolarem platte mit polymeren angeformten vorsprüngen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18270196A JP3660754B2 (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1012246A true JPH1012246A (ja) | 1998-01-16 |
| JP3660754B2 JP3660754B2 (ja) | 2005-06-15 |
Family
ID=16122932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18270196A Expired - Fee Related JP3660754B2 (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0956604B1 (ja) |
| JP (1) | JP3660754B2 (ja) |
| CA (1) | CA2259223C (ja) |
| DE (1) | DE69719560T2 (ja) |
| WO (1) | WO1997050138A1 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999049530A1 (fr) * | 1998-03-20 | 1999-09-30 | Osaka Gas Company Limited | Separateur pour element a combustible et son procede de production |
| WO2000001025A1 (fr) * | 1998-06-30 | 2000-01-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pile a combustible electrolytique en polymere solide |
| JP2000215902A (ja) * | 1999-01-27 | 2000-08-04 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用ガスセパレ―タおよび燃料電池、並びに燃料電池用ガスセパレ―タの製造方法 |
| JP2001006694A (ja) * | 1999-06-16 | 2001-01-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池用セパレータ |
| JP2001068128A (ja) * | 1999-06-24 | 2001-03-16 | Unitika Ltd | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
| JP2002141084A (ja) * | 2000-05-08 | 2002-05-17 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| KR20030061484A (ko) * | 2002-01-14 | 2003-07-22 | (주)세티 | 연료전지용 바이폴라 플레이트 및 그 제조방법 |
| CN1331260C (zh) * | 2003-09-26 | 2007-08-08 | 三星Sdi株式会社 | 用于燃料电池的双极板 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE29802444U1 (de) * | 1998-02-12 | 1999-04-01 | Siemens Ag | Hochtemperatur-Brennstoffzelle und Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel |
| US6261710B1 (en) | 1998-11-25 | 2001-07-17 | Institute Of Gas Technology | Sheet metal bipolar plate design for polymer electrolyte membrane fuel cells |
| JP3530462B2 (ja) * | 1999-07-02 | 2004-05-24 | イビデン株式会社 | 固体高分子型燃料電池のセパレータ及び固体高分子型燃料電池 |
| DE10039674A1 (de) * | 2000-08-14 | 2002-03-07 | Basf Ag | Bipolarplatte für PEM-Brennstoffzellen |
| CN2791889Y (zh) * | 2004-10-19 | 2006-06-28 | 胜光科技股份有限公司 | 用于燃料电池的流道板结构改良 |
| US7862956B2 (en) | 2004-12-29 | 2011-01-04 | 3M Innovative Properties Company | Z-axis electrically conducting flow field separator |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL128269C (ja) * | 1959-11-03 | 1900-01-01 | ||
| US3589942A (en) * | 1966-12-22 | 1971-06-29 | Cons Natural Gas Svc | Bipolar collector plates |
| DE3321984A1 (de) * | 1982-06-23 | 1983-12-29 | General Electric Co., Schenectady, N.Y. | Brennstoffzellenbatterie mit verbesserter membrankuehlung |
| JP2928249B2 (ja) * | 1988-05-25 | 1999-08-03 | 株式会社日立製作所 | 燃料電池セパレータ |
| DE4443939C1 (de) * | 1994-12-09 | 1996-08-29 | Fraunhofer Ges Forschung | PEM-Brennstoffzelle mit strukturierten Platten |
-
1996
- 1996-06-25 JP JP18270196A patent/JP3660754B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-06-25 DE DE69719560T patent/DE69719560T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-06-25 EP EP97933169A patent/EP0956604B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-06-25 WO PCT/US1997/011072 patent/WO1997050138A1/en active IP Right Grant
- 1997-06-25 CA CA002259223A patent/CA2259223C/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999049530A1 (fr) * | 1998-03-20 | 1999-09-30 | Osaka Gas Company Limited | Separateur pour element a combustible et son procede de production |
| WO2000001025A1 (fr) * | 1998-06-30 | 2000-01-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pile a combustible electrolytique en polymere solide |
| US6660419B1 (en) | 1998-06-30 | 2003-12-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Solid polymer electrolyte fuel cell |
| JP2000215902A (ja) * | 1999-01-27 | 2000-08-04 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用ガスセパレ―タおよび燃料電池、並びに燃料電池用ガスセパレ―タの製造方法 |
| JP2001006694A (ja) * | 1999-06-16 | 2001-01-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 固体高分子型燃料電池用セパレータ |
| JP4719948B2 (ja) * | 1999-06-16 | 2011-07-06 | 住友電気工業株式会社 | 固体高分子型燃料電池用セパレータ |
| JP2001068128A (ja) * | 1999-06-24 | 2001-03-16 | Unitika Ltd | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
| JP2002141084A (ja) * | 2000-05-08 | 2002-05-17 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| JP4630484B2 (ja) * | 2000-05-08 | 2011-02-09 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| KR20030061484A (ko) * | 2002-01-14 | 2003-07-22 | (주)세티 | 연료전지용 바이폴라 플레이트 및 그 제조방법 |
| CN1331260C (zh) * | 2003-09-26 | 2007-08-08 | 三星Sdi株式会社 | 用于燃料电池的双极板 |
Also Published As
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|---|---|
| WO1997050138A1 (en) | 1997-12-31 |
| EP0956604A1 (en) | 1999-11-17 |
| CA2259223C (en) | 2008-01-15 |
| JP3660754B2 (ja) | 2005-06-15 |
| DE69719560D1 (de) | 2003-04-10 |
| DE69719560T2 (de) | 2003-12-11 |
| EP0956604B1 (en) | 2003-03-05 |
| CA2259223A1 (en) | 1997-12-31 |
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