JPH10302817A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JPH10302817A JPH10302817A JP9106915A JP10691597A JPH10302817A JP H10302817 A JPH10302817 A JP H10302817A JP 9106915 A JP9106915 A JP 9106915A JP 10691597 A JP10691597 A JP 10691597A JP H10302817 A JPH10302817 A JP H10302817A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- gas flow
- catalyst layer
- fuel cell
- gas
- 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
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-
- 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】
【課題】電極基材の側面からの反応ガスの漏洩が抑制さ
れ、かつ簡便な方法で安価に製作できる構成の燃料電池
を得る。 【解決手段】電解質のリン酸を保持したマトリックス１
を燃料極触媒層２と空気極触媒層３で挟持し、さらにそ
の外面にガス流路７を備えた多孔質材料よりなる燃料極
基材４と、ガス流路８を備えた同じく多孔質材料よりな
る空気極基材５を配して単セルを構成し、この構成の単
セルを多数積層し、ガス流路７に燃料ガスを、またガス
流路８に空気を通流して発電する燃料電池において、燃
料極基材４の両側端部のウェットシ─ル層４ａにスリッ
ト１０を設け、その内部に微粒子を充填する。
れ、かつ簡便な方法で安価に製作できる構成の燃料電池
を得る。 【解決手段】電解質のリン酸を保持したマトリックス１
を燃料極触媒層２と空気極触媒層３で挟持し、さらにそ
の外面にガス流路７を備えた多孔質材料よりなる燃料極
基材４と、ガス流路８を備えた同じく多孔質材料よりな
る空気極基材５を配して単セルを構成し、この構成の単
セルを多数積層し、ガス流路７に燃料ガスを、またガス
流路８に空気を通流して発電する燃料電池において、燃
料極基材４の両側端部のウェットシ─ル層４ａにスリッ
ト１０を設け、その内部に微粒子を充填する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学反応によ
り電気エネルギーを得る燃料電池に係わり、とくに、燃
料電池積層体を構成する単セルからのガスの漏洩を防止
する構造を備えた燃料電池に関する。
り電気エネルギーを得る燃料電池に係わり、とくに、燃
料電池積層体を構成する単セルからのガスの漏洩を防止
する構造を備えた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、電解質を保持したマトリッ
クスを燃料極触媒層と空気極触媒層で挟持し、燃料極触
媒層に燃料ガスを、また空気極触媒層に空気を供給して
電気化学反応を発生させ、電気エネルギーを取り出すも
のである。図２は、従来より用いられている燃料電池の
単セルの基本構成例を示す断面図である。電解質のりん
酸を保持した平板状のマトリックス１を燃料極触媒層２
と空気極触媒層３で挟持し、燃料極触媒層２の外面と空
気極触媒層３の外面に、それぞれ多孔質カーボン材より
なる燃料極基材４と空気極基材５を配して単セルが形成
されている。燃料極基材４の外側の面の中央部分には、
一方の端面から相対する端面へと延伸する複数の平行に
配されたガス流路７が備えられており、一方の空気極基
材５の外側の面の中央部分には、上記のガス流路７に直
交して、端面から相対する端面へと延伸する複数の平行
に配されたガス流路８が備えられている。したがって、
本構成の単セルをガス不透過性のセパレータ６を介装し
つつ積層して燃料電池積層体を構成し、各側面にガス供
給用あるいは排出用のマニホールドを組み込んで燃料ガ
スおよび空気を供給すれば、ガス流路７に送られた燃料
ガスは多孔質カーボン材よりなる燃料極基材４の空孔中
を拡散して燃料極触媒層２へと達し、同様にのガス流路
８に送られた空気は同じく多孔質カーボン材よりなる空
気極基材５の空孔中を拡散して空気極触媒層３へと達し
て、電気化学反応を生じることとなる。なお、ガス流路
７に送られた燃料ガスが燃料極基材４の空孔中を拡散し
て側面より漏出すると、空気と互いに混ざり合って直接
反応が生じ損傷を引き起こす危険性があるため、燃料極
基材４のガス流路７の両側端部には、カーボンやシリコ
ンカーバイトの粉末を充填して細孔にりん酸を保持さ
せ、燃料ガスの通流を遮断するウェットシール層４ａが
備えられている。また、空気極基材５の両側端部にも、
同様に、細孔にりん酸を保持させて空気の通流を遮断す
る図示しないウェットシール層が備えられている。しか
しながら、本構成のごときウェットシール層を形成する
方法においては、カーボンやシリコンカーバイトの粉末
が多孔質カーボン材の表面近傍に偏って充填され、中心
部分への充填が困難であるため、中心部を通してガスが
漏出するという危険性があった。
クスを燃料極触媒層と空気極触媒層で挟持し、燃料極触
媒層に燃料ガスを、また空気極触媒層に空気を供給して
電気化学反応を発生させ、電気エネルギーを取り出すも
のである。図２は、従来より用いられている燃料電池の
単セルの基本構成例を示す断面図である。電解質のりん
酸を保持した平板状のマトリックス１を燃料極触媒層２
と空気極触媒層３で挟持し、燃料極触媒層２の外面と空
気極触媒層３の外面に、それぞれ多孔質カーボン材より
なる燃料極基材４と空気極基材５を配して単セルが形成
されている。燃料極基材４の外側の面の中央部分には、
一方の端面から相対する端面へと延伸する複数の平行に
配されたガス流路７が備えられており、一方の空気極基
材５の外側の面の中央部分には、上記のガス流路７に直
交して、端面から相対する端面へと延伸する複数の平行
に配されたガス流路８が備えられている。したがって、
本構成の単セルをガス不透過性のセパレータ６を介装し
つつ積層して燃料電池積層体を構成し、各側面にガス供
給用あるいは排出用のマニホールドを組み込んで燃料ガ
スおよび空気を供給すれば、ガス流路７に送られた燃料
ガスは多孔質カーボン材よりなる燃料極基材４の空孔中
を拡散して燃料極触媒層２へと達し、同様にのガス流路
８に送られた空気は同じく多孔質カーボン材よりなる空
気極基材５の空孔中を拡散して空気極触媒層３へと達し
て、電気化学反応を生じることとなる。なお、ガス流路
７に送られた燃料ガスが燃料極基材４の空孔中を拡散し
て側面より漏出すると、空気と互いに混ざり合って直接
反応が生じ損傷を引き起こす危険性があるため、燃料極
基材４のガス流路７の両側端部には、カーボンやシリコ
ンカーバイトの粉末を充填して細孔にりん酸を保持さ
せ、燃料ガスの通流を遮断するウェットシール層４ａが
備えられている。また、空気極基材５の両側端部にも、
同様に、細孔にりん酸を保持させて空気の通流を遮断す
る図示しないウェットシール層が備えられている。しか
しながら、本構成のごときウェットシール層を形成する
方法においては、カーボンやシリコンカーバイトの粉末
が多孔質カーボン材の表面近傍に偏って充填され、中心
部分への充填が困難であるため、中心部を通してガスが
漏出するという危険性があった。
【０００３】図３は、従来より用いられている燃料電池
の単セルの他の基本構成例を示す断面図で、上記図２の
構成例の難点を解消するものとして特開昭62―165868号
に開示されている構成例である。本図は図２に対比して
表示されており、同一機能を有する構成部品には同一符
号が付されている。本構成においては、図２の構成のウ
ェットシール層４ａに加えて、さらにウェットシール層
４ａの部分にガス流路７と平行して延伸する溝を設け、
先ずカーボンやシリコンカーバイトの粉末を充填した
後、シリコンカーバイトとポリテトラフロロエチレン等
よりなる粘性の高いペースト状マトリックスを充填して
なるシール溝９を備えている。したがって、本構成にお
いてはシール溝９によって、多孔質カーボン材の中心部
を通してのガスの漏出が防止されることとなる。
の単セルの他の基本構成例を示す断面図で、上記図２の
構成例の難点を解消するものとして特開昭62―165868号
に開示されている構成例である。本図は図２に対比して
表示されており、同一機能を有する構成部品には同一符
号が付されている。本構成においては、図２の構成のウ
ェットシール層４ａに加えて、さらにウェットシール層
４ａの部分にガス流路７と平行して延伸する溝を設け、
先ずカーボンやシリコンカーバイトの粉末を充填した
後、シリコンカーバイトとポリテトラフロロエチレン等
よりなる粘性の高いペースト状マトリックスを充填して
なるシール溝９を備えている。したがって、本構成にお
いてはシール溝９によって、多孔質カーボン材の中心部
を通してのガスの漏出が防止されることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の図３のごとく、
各触媒層を支持して反応ガスを供給する電極基材のガス
流路の両側端部に、ウェットシール層に加えてシール溝
を備えれば、反応ガスの側面からの漏出が防止され、安
定して運転できる燃料電池が得られる。しかしながら、
本構成の燃料電池においても、シール溝の形成には二つ
の充填工程、すなわち、カーボンやシリコンカーバイト
の粉末充填工程と、シリコンカーバイトとポリテトラフ
ロロエチレン等よりなるペースト充填工程とが必要とな
るので、製作工程が増加して製作コストが高くなるとい
う難点があり、また、ペーストが経時的な形状変化、す
なわち“へたり”を生じて、溝部分の平面度が悪くな
り、その部分よりガスの漏れが増加する危険性がある。
各触媒層を支持して反応ガスを供給する電極基材のガス
流路の両側端部に、ウェットシール層に加えてシール溝
を備えれば、反応ガスの側面からの漏出が防止され、安
定して運転できる燃料電池が得られる。しかしながら、
本構成の燃料電池においても、シール溝の形成には二つ
の充填工程、すなわち、カーボンやシリコンカーバイト
の粉末充填工程と、シリコンカーバイトとポリテトラフ
ロロエチレン等よりなるペースト充填工程とが必要とな
るので、製作工程が増加して製作コストが高くなるとい
う難点があり、また、ペーストが経時的な形状変化、す
なわち“へたり”を生じて、溝部分の平面度が悪くな
り、その部分よりガスの漏れが増加する危険性がある。
【０００５】本発明はこのような難点を解消するために
なされたもので、本発明の目的は、工程数の少ない簡便
な方法により、電極基材の側面からの反応ガスの漏出が
確実に防止される単セルが製作でき、安価で信頼性の高
い燃料電池を提供することにある。
なされたもので、本発明の目的は、工程数の少ない簡便
な方法により、電極基材の側面からの反応ガスの漏出が
確実に防止される単セルが製作でき、安価で信頼性の高
い燃料電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、電解質を保持した平板状のマ
トリックスを燃料極触媒層と空気極触媒層で挟持し、さ
らにその両主面に多孔質材料からなる電極基材を配して
単セルを形成し、この単セルを積層して燃料電池積層体
を構成し、電極基材の外面側に備えられた一方の端面か
ら相対する端面へと延伸する複数のガス流路に燃料ガス
および空気を供給して用いる燃料電池において、電極基
材の複数のガス流路の両側端部にガスの流れ方向に対し
て平行に延伸するスリットを少なくとも一つ以上備え、
かつスリットの内部を含む両側端部に耐熱性かつ耐酸性
の微粒子を充填することととする。
めに、本発明においては、電解質を保持した平板状のマ
トリックスを燃料極触媒層と空気極触媒層で挟持し、さ
らにその両主面に多孔質材料からなる電極基材を配して
単セルを形成し、この単セルを積層して燃料電池積層体
を構成し、電極基材の外面側に備えられた一方の端面か
ら相対する端面へと延伸する複数のガス流路に燃料ガス
および空気を供給して用いる燃料電池において、電極基
材の複数のガス流路の両側端部にガスの流れ方向に対し
て平行に延伸するスリットを少なくとも一つ以上備え、
かつスリットの内部を含む両側端部に耐熱性かつ耐酸性
の微粒子を充填することととする。
【０００７】上記のごとく電極基材の両側端部にスリッ
トを備え、カーボンやシリコンカーバイトの粉末を例え
ば減圧充填法を用いて充填すれば、粉末は両側端部の表
面から電極基材の内部へと充填されるばかりでなく、ス
リット内部にも容易に充填され、スリット内部の表面か
らも電極基材の内部へと充填されることとなる。したが
って、例えば、電極基材の厚さ方向の中心部近傍まで達
する深さをもつスリットを形成すれば、中心部からも電
極基材中へ粉末が充填され、スリットに沿って粉末の充
填密度の高い層が壁状に配されるので、りん酸を保持さ
せることにより、ガスの通流を効果的にシールするウェ
ットシール層が形成されることとなる。また、電極基材
の両側端部に複数のスリットを備えれば、より効果的に
シールできることとなる。
トを備え、カーボンやシリコンカーバイトの粉末を例え
ば減圧充填法を用いて充填すれば、粉末は両側端部の表
面から電極基材の内部へと充填されるばかりでなく、ス
リット内部にも容易に充填され、スリット内部の表面か
らも電極基材の内部へと充填されることとなる。したが
って、例えば、電極基材の厚さ方向の中心部近傍まで達
する深さをもつスリットを形成すれば、中心部からも電
極基材中へ粉末が充填され、スリットに沿って粉末の充
填密度の高い層が壁状に配されるので、りん酸を保持さ
せることにより、ガスの通流を効果的にシールするウェ
ットシール層が形成されることとなる。また、電極基材
の両側端部に複数のスリットを備えれば、より効果的に
シールできることとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の燃料電池の単セ
ルの基本構成例を示す断面図である。本図は図２、図３
に示した従来例の構成の断面と同様の断面を示すもので
あり、同一機能を有する構成部品には同一符号を付して
重複する説明は省略する。本構成においては、燃料ガス
のガス流路７を形成した多孔質カーボン板の両側端部に
それぞれ２本の幅 0.5mmのスリット１０を設け、多孔質
カーボン板を真空ポンプに接続して内部を減圧状態と
し、その側端部を平均粒径約１μｍのシリコンカーバイ
ト粉末と純水と界面活性剤とからなる溶液に浸すことに
よって内部にシリコンカーバイトを充填し、その後、空
気中、110 ℃で 14 時間以上乾燥したのち、両側端部の
気孔体積の 80 ％が埋まるようにりん酸を含浸して、ス
リット１０とウェットシール層４ａを備えた燃料極基材
４が形成されている。なお、図示されていないが、空気
極基材５にも、ガス流路８の両側端部に、同様に形成さ
れたスリットとウェットシール層が備えられている。
ルの基本構成例を示す断面図である。本図は図２、図３
に示した従来例の構成の断面と同様の断面を示すもので
あり、同一機能を有する構成部品には同一符号を付して
重複する説明は省略する。本構成においては、燃料ガス
のガス流路７を形成した多孔質カーボン板の両側端部に
それぞれ２本の幅 0.5mmのスリット１０を設け、多孔質
カーボン板を真空ポンプに接続して内部を減圧状態と
し、その側端部を平均粒径約１μｍのシリコンカーバイ
ト粉末と純水と界面活性剤とからなる溶液に浸すことに
よって内部にシリコンカーバイトを充填し、その後、空
気中、110 ℃で 14 時間以上乾燥したのち、両側端部の
気孔体積の 80 ％が埋まるようにりん酸を含浸して、ス
リット１０とウェットシール層４ａを備えた燃料極基材
４が形成されている。なお、図示されていないが、空気
極基材５にも、ガス流路８の両側端部に、同様に形成さ
れたスリットとウェットシール層が備えられている。
【０００９】したがって、本構成では、ガス流路７を通
流する燃料ガスの燃料極基材４の両側面からの漏出が抑
えられ、また、ガス流路８を通流する空気が空気極基材
５の両側面から漏出する危険性も極めて低くなるので、
従来の構成に見られたごとき燃料ガスと空気のクロスリ
ークによる損傷の発生が回避され、安定して運転できる
こととなる。
流する燃料ガスの燃料極基材４の両側面からの漏出が抑
えられ、また、ガス流路８を通流する空気が空気極基材
５の両側面から漏出する危険性も極めて低くなるので、
従来の構成に見られたごとき燃料ガスと空気のクロスリ
ークによる損傷の発生が回避され、安定して運転できる
こととなる。
【００１０】なお、用いる微粒子の粒径をおおよそ１μ
ｍ以下とすれば、多孔質の燃料極基材４の空隙に微粒子
が充填されて形成される細孔の大きさがりん酸の表面張
力によるシール層の形成に適度の大きさを備えることと
なり、また、形成するスリット１０の間隙を 0.4〜0.6
mmとすれば、上記の微粒子が過不足なくスリット１０の
内部へと導かれて充填されることとなるので、優れたシ
ール性能を備えたウェットシール層が形成できることと
なる。
ｍ以下とすれば、多孔質の燃料極基材４の空隙に微粒子
が充填されて形成される細孔の大きさがりん酸の表面張
力によるシール層の形成に適度の大きさを備えることと
なり、また、形成するスリット１０の間隙を 0.4〜0.6
mmとすれば、上記の微粒子が過不足なくスリット１０の
内部へと導かれて充填されることとなるので、優れたシ
ール性能を備えたウェットシール層が形成できることと
なる。
【００１１】
【発明の効果】上述のごとく、本発明によれば、電解質
を保持した平板状のマトリックスを燃料極触媒層と空気
極触媒層で挟持し、さらにその両主面に多孔質材料から
なる電極基材を配して単セルを形成し、この単セルを積
層して燃料電池積層体を構成し、電極基材の外面側に備
えられた一方の端面から相対する端面へと延伸する複数
のガス流路に燃料ガスおよび空気を供給して用いる燃料
電池において、 電極基材の複数のガス流路の両側端部
にガスの流れ方向に対して平行に延伸するスリットを少
なくとも一つ以上備え、かつスリットの内部を含む両側
端部に耐熱性かつ耐酸性の微粒子を充填することとした
ので、電極基材の側面からの反応ガスの漏出が確実に防
止される単セルが工程数の少ない簡便な方法により製作
でき、安価で信頼性の高い燃料電池が得られることとな
った。
を保持した平板状のマトリックスを燃料極触媒層と空気
極触媒層で挟持し、さらにその両主面に多孔質材料から
なる電極基材を配して単セルを形成し、この単セルを積
層して燃料電池積層体を構成し、電極基材の外面側に備
えられた一方の端面から相対する端面へと延伸する複数
のガス流路に燃料ガスおよび空気を供給して用いる燃料
電池において、 電極基材の複数のガス流路の両側端部
にガスの流れ方向に対して平行に延伸するスリットを少
なくとも一つ以上備え、かつスリットの内部を含む両側
端部に耐熱性かつ耐酸性の微粒子を充填することとした
ので、電極基材の側面からの反応ガスの漏出が確実に防
止される単セルが工程数の少ない簡便な方法により製作
でき、安価で信頼性の高い燃料電池が得られることとな
った。
【図１】本発明の燃料電池の単セルの基本構成例を示す
断面図
断面図
【図２】従来より用いられている燃料電池の単セルの基
本構成の一例を示す断面図
本構成の一例を示す断面図
【図３】従来より用いられている燃料電池の単セルの基
本構成の他の例を示す断面図
本構成の他の例を示す断面図
１ マトリックス ２ 燃料極触媒層 ３ 空気極触媒層 ４ 燃料極基材 ４ａ ウェットシール層 ５ 空気極基材 ６ セパレータ ７ ガス流路（燃料ガス） ８ ガス流路（空気） １０ スリット
Claims (1)
- 【請求項１】電解質を保持した平板状のマトリックスを
燃料極触媒層と空気極触媒層で挟持し、さらにその両主
面に多孔質材料からなる電極基材を配して単セルを形成
し、この単セルを積層して燃料電池積層体を構成し、前
記電極基材の外面側に備えられた一方の端面から相対す
る端面へと延伸する複数のガス流路に燃料ガスおよび空
気を供給して用いる燃料電池において、前記電極基材
が、複数のガス流路の両側端部にガスの流れ方向に対し
て平行に延伸するスリットを少なくとも一つ以上備え、
かつ、スリットの内部を含む前記の両側端部に耐熱性か
つ耐酸性の微粒子を充填してなることを特徴とする燃料
電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9106915A JPH10302817A (ja) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9106915A JPH10302817A (ja) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10302817A true JPH10302817A (ja) | 1998-11-13 |
Family
ID=14445733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9106915A Pending JPH10302817A (ja) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10302817A (ja) |
-
1997
- 1997-04-24 JP JP9106915A patent/JPH10302817A/ja active Pending
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