JPH1050332A - 燃料電池のガスシール構造 - Google Patents
燃料電池のガスシール構造Info
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- JPH1050332A JPH1050332A JP8208044A JP20804496A JPH1050332A JP H1050332 A JPH1050332 A JP H1050332A JP 8208044 A JP8208044 A JP 8208044A JP 20804496 A JP20804496 A JP 20804496A JP H1050332 A JPH1050332 A JP H1050332A
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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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Abstract
(57)【要約】
【課題】 セパレータによって狭圧される膜体の外縁部
における応力の発生を回避し、ガスシール機能の信頼性
を高める。 【解決手段】セパレータ２３、２４で挟まれる膜体１１
は、イオン導電性処理が行われない未処理部１２と、イ
オン交換膜部１３とからなり、セパレータ２３、２４で
狭圧される部分は、未処理部１２のうち最外縁の未処理
狭圧部１６だけとし、未処理中間外縁部１５を狭圧され
ない膜部とした。
における応力の発生を回避し、ガスシール機能の信頼性
を高める。 【解決手段】セパレータ２３、２４で挟まれる膜体１１
は、イオン導電性処理が行われない未処理部１２と、イ
オン交換膜部１３とからなり、セパレータ２３、２４で
狭圧される部分は、未処理部１２のうち最外縁の未処理
狭圧部１６だけとし、未処理中間外縁部１５を狭圧され
ない膜部とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型の燃
料電池のガスシール構造に関する。
料電池のガスシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、イオン導電性
を有するイオン交換膜をアノードとカソードとなる両ガ
ス拡散電極で挟んだ発電セル構造の積層体であり、各セ
ルはガス拡散電極の一方へ水素ガス等の燃料ガスを、他
方へ酸化剤としての酸素ガス又は空気等の酸化ガスをそ
れぞれ通気するセパレータ対で挟んで、燃料ガスのもつ
化学エネルギーを電気量に変換して取出している。
を有するイオン交換膜をアノードとカソードとなる両ガ
ス拡散電極で挟んだ発電セル構造の積層体であり、各セ
ルはガス拡散電極の一方へ水素ガス等の燃料ガスを、他
方へ酸化剤としての酸素ガス又は空気等の酸化ガスをそ
れぞれ通気するセパレータ対で挟んで、燃料ガスのもつ
化学エネルギーを電気量に変換して取出している。
【０００３】そこで、燃料ガスと酸化ガスとが混り合わ
ないようにするため、セパレータにはガスシール構造が
必要になる。従来のガスシール構造として、特開平６−
１１９９２８号公報には、ガス拡散電極よりサイズの大
きいイオン交換膜を用い、その外縁部をセパレータの外
縁部（ガスシール部）で狭圧してシール構造を実現して
いるが、膜自体が吸湿性をもち、また、膜自体のイオン
導電性が加湿されることにより得られることから、供給
ガスに水分を加えており、該水分を吸湿して例えば３０
パーセント以上も膜が膨張する。反対に運転休止中は膜
が乾き収縮する。このような吸湿と乾燥を繰返すイオン
交換膜は、各供給ガスが通気する内側部とセパレータ対
で狭圧された外縁部とでは、膨張と収縮の度合が異な
り、その境界部分に応力が作用する。また、膜には燃料
ガスと酸化ガスの圧力差により圧力が加わり、この差圧
よる応力が上記境界部分に作用する。
ないようにするため、セパレータにはガスシール構造が
必要になる。従来のガスシール構造として、特開平６−
１１９９２８号公報には、ガス拡散電極よりサイズの大
きいイオン交換膜を用い、その外縁部をセパレータの外
縁部（ガスシール部）で狭圧してシール構造を実現して
いるが、膜自体が吸湿性をもち、また、膜自体のイオン
導電性が加湿されることにより得られることから、供給
ガスに水分を加えており、該水分を吸湿して例えば３０
パーセント以上も膜が膨張する。反対に運転休止中は膜
が乾き収縮する。このような吸湿と乾燥を繰返すイオン
交換膜は、各供給ガスが通気する内側部とセパレータ対
で狭圧された外縁部とでは、膨張と収縮の度合が異な
り、その境界部分に応力が作用する。また、膜には燃料
ガスと酸化ガスの圧力差により圧力が加わり、この差圧
よる応力が上記境界部分に作用する。
【０００４】従って、セパレータ対で膜を狭圧しただけ
の燃料電池では、セパレータ対で狭圧された膜外縁部と
該セパレータ対の締付力が加わらない膜内側部との境界
部分に常に意図しない応力が作用して経時的な変化で破
損しガス同士の混合を起すという問題を生じている。
の燃料電池では、セパレータ対で狭圧された膜外縁部と
該セパレータ対の締付力が加わらない膜内側部との境界
部分に常に意図しない応力が作用して経時的な変化で破
損しガス同士の混合を起すという問題を生じている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記膜破損を対策した
従来技術として、特開平５−２４２８９７号（以下、文
献１という）及び実開平６−１１２５９号（以下、文献
２という）等が提案されているが、膜外縁部と膜内側部
との膨張量及び収縮量の度合差を抑えることは困難であ
る。
従来技術として、特開平５−２４２８９７号（以下、文
献１という）及び実開平６−１１２５９号（以下、文献
２という）等が提案されているが、膜外縁部と膜内側部
との膨張量及び収縮量の度合差を抑えることは困難であ
る。
【０００６】すなわち、文献１には、膜の外縁部とガス
拡散電極の外縁部とを共に綴じるように断面凹の補強用
膜を設けてセパレータで挟む構造を採るが、膜自体の膨
張及び収縮による応力はガス拡散電極との接合境界で依
然として残り（膜の外縁部とガス拡散電極の外縁部とを
共に綴じてもガス拡散電極の厚み分だけ補強用膜に段差
が生じ、その段差部、すなわちガス拡散電極との接合境
界に応力が集中する）、経時的な変化による膜外縁部の
破損は免れない。また、この文献１の対策によると、補
強膜の追加によるコストアップとともに、電極の一部を
補強膜で覆うことになり、電極の有効面積が減って出力
低下につながっている。
拡散電極の外縁部とを共に綴じるように断面凹の補強用
膜を設けてセパレータで挟む構造を採るが、膜自体の膨
張及び収縮による応力はガス拡散電極との接合境界で依
然として残り（膜の外縁部とガス拡散電極の外縁部とを
共に綴じてもガス拡散電極の厚み分だけ補強用膜に段差
が生じ、その段差部、すなわちガス拡散電極との接合境
界に応力が集中する）、経時的な変化による膜外縁部の
破損は免れない。また、この文献１の対策によると、補
強膜の追加によるコストアップとともに、電極の一部を
補強膜で覆うことになり、電極の有効面積が減って出力
低下につながっている。
【０００７】文献２の対策は、セルの供給ガス流通方向
に沿う外側面とこれに対向したセパレータの内側面との
間の間隙にガスシール材を充填したものであるが、この
場合も、特別にガスシール部材を必要とするともに、上
記間隙へのガスシール材の完全充填は極めて困難を伴
う。本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされた
もので、セパレータ対で狭圧された外縁部と狭圧されな
い内側部との境界部分において膨張量と収縮量との度合
差を生じないようにして、膜の破損を防止することを解
決すべき課題とする。
に沿う外側面とこれに対向したセパレータの内側面との
間の間隙にガスシール材を充填したものであるが、この
場合も、特別にガスシール部材を必要とするともに、上
記間隙へのガスシール材の完全充填は極めて困難を伴
う。本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされた
もので、セパレータ対で狭圧された外縁部と狭圧されな
い内側部との境界部分において膨張量と収縮量との度合
差を生じないようにして、膜の破損を防止することを解
決すべき課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、セパレータの外縁部で狭圧される膜外縁
部だけは膜体となるベースフィルムにイオン交換膜とす
る処理を省略することにより、膜体の外縁部に原材がも
つ強度が確保されることに着目した。すなわち、本発明
の請求項１に係る燃料電池のガスシール構造では、イオ
ン交換膜としての機能を膜全体に付与するのではなく、
膜外縁部にはイオン導電性付与化する処理は行わない。
これにより、膜外縁部には、ベースフィルムの性質がそ
のまま残ることになり、セパレータ対で狭圧しても狭圧
されない部分との境界において吸湿による膨張と乾燥に
よる収縮との度合差がほとんど生じず、応力の発生を防
止して信頼性の確かなガスシール構造とすることができ
る。
め、本発明は、セパレータの外縁部で狭圧される膜外縁
部だけは膜体となるベースフィルムにイオン交換膜とす
る処理を省略することにより、膜体の外縁部に原材がも
つ強度が確保されることに着目した。すなわち、本発明
の請求項１に係る燃料電池のガスシール構造では、イオ
ン交換膜としての機能を膜全体に付与するのではなく、
膜外縁部にはイオン導電性付与化する処理は行わない。
これにより、膜外縁部には、ベースフィルムの性質がそ
のまま残ることになり、セパレータ対で狭圧しても狭圧
されない部分との境界において吸湿による膨張と乾燥に
よる収縮との度合差がほとんど生じず、応力の発生を防
止して信頼性の確かなガスシール構造とすることができ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態に係る燃料
電池のガスシール構造は、膜状の外縁部には原材の性質
を維持しイオン導電性化処理が省略された未処理部をも
つ膜体と、該膜体のイオン交換能を有する内側部に接合
されたガス拡散電極と、該ガス拡散電極に燃料ガス及び
酸化ガスを供給可能に前記膜体の外縁部を狭圧するセパ
レータ対とを具備する。
電池のガスシール構造は、膜状の外縁部には原材の性質
を維持しイオン導電性化処理が省略された未処理部をも
つ膜体と、該膜体のイオン交換能を有する内側部に接合
されたガス拡散電極と、該ガス拡散電極に燃料ガス及び
酸化ガスを供給可能に前記膜体の外縁部を狭圧するセパ
レータ対とを具備する。
【００１０】上記ガスシール構造の燃料電池は、次のよ
うにして作成することができる。外縁部にイオン導電性
化未処理部をもつ膜体は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラ
フロールエチレン）等の固体高分子膜をベースフィルム
とし、その外縁部はイオン導電性化処理を省略して構成
する。イオン導電性化処理は、例えばガンマ線等の放射
線を照射してスチレン基を重合させるグラフト重合法が
ある。そこで、ベースフィルムの内側部のみ放射線を照
射し、外縁部に元の性質を残して内側部にイオン交換能
を有するイオン交換膜が得られる。このイオン交換膜の
両主面に電極を接合し、単一構造のセルを作成できる。
うにして作成することができる。外縁部にイオン導電性
化未処理部をもつ膜体は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラ
フロールエチレン）等の固体高分子膜をベースフィルム
とし、その外縁部はイオン導電性化処理を省略して構成
する。イオン導電性化処理は、例えばガンマ線等の放射
線を照射してスチレン基を重合させるグラフト重合法が
ある。そこで、ベースフィルムの内側部のみ放射線を照
射し、外縁部に元の性質を残して内側部にイオン交換能
を有するイオン交換膜が得られる。このイオン交換膜の
両主面に電極を接合し、単一構造のセルを作成できる。
【００１１】次にガスシールのために、上記膜体の外縁
部をセパレータ対で狭圧して各供給ガス通路の確保とガ
スの混合を生じない構造とする。こうしてセパレータ対
によって保持されたセルの膜体は、セパレータ対によっ
て挟まれた外縁部がベースフィルムのままの性質を保っ
ているため、供給ガス中に含まれる水分を吸湿すること
がほとんどなく、機械強度を維持し、吸湿、乾燥による
膨張量、収縮量の度合差も僅少で、信頼性の高い燃料電
池を提供することができる。
部をセパレータ対で狭圧して各供給ガス通路の確保とガ
スの混合を生じない構造とする。こうしてセパレータ対
によって保持されたセルの膜体は、セパレータ対によっ
て挟まれた外縁部がベースフィルムのままの性質を保っ
ているため、供給ガス中に含まれる水分を吸湿すること
がほとんどなく、機械強度を維持し、吸湿、乾燥による
膨張量、収縮量の度合差も僅少で、信頼性の高い燃料電
池を提供することができる。
【００１２】好適な態様として上記未処理部は、セパレ
ータ対で狭圧される部分と、狭圧されない部分とをもつ
構成とする。すなわち、膜体は、セパレータ対で狭圧さ
れた最外縁の未処理狭圧部と、狭圧されない未処理中間
外縁部と、ガス拡散電極が接合された内側部とをもつ構
造とする。上記膜体の構成により、未処理狭圧部と未処
理中間外縁部との境界において意図しない応力の発生が
見られず、破損を確実に防止してガスシール機能の信頼
性を高めることができる。
ータ対で狭圧される部分と、狭圧されない部分とをもつ
構成とする。すなわち、膜体は、セパレータ対で狭圧さ
れた最外縁の未処理狭圧部と、狭圧されない未処理中間
外縁部と、ガス拡散電極が接合された内側部とをもつ構
造とする。上記膜体の構成により、未処理狭圧部と未処
理中間外縁部との境界において意図しない応力の発生が
見られず、破損を確実に防止してガスシール機能の信頼
性を高めることができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の燃料電池のガスシール構造を
図面を参照して具体的に説明する。図１に示す燃料電池
は、セル単位構造を示し、中央のイオン交換膜としての
膜体１１は、図２及び図３に示すように、イオン導電性
化処理が行われない外縁の未処理部１２と、イオン導電
性化処理が行われた点模様で表示（図２）の内側部（以
下、イオン交換膜部という）１３とからなり、固体高分
子フィルム、例えばＰＴＦＥをベースフィルムとして構
成されたものである。イオン導電性化処理は、ガンマ線
等の放射線を照射することによって行われ、その照射さ
れた部分だけがイオン交換能をもつことになる。
図面を参照して具体的に説明する。図１に示す燃料電池
は、セル単位構造を示し、中央のイオン交換膜としての
膜体１１は、図２及び図３に示すように、イオン導電性
化処理が行われない外縁の未処理部１２と、イオン導電
性化処理が行われた点模様で表示（図２）の内側部（以
下、イオン交換膜部という）１３とからなり、固体高分
子フィルム、例えばＰＴＦＥをベースフィルムとして構
成されたものである。イオン導電性化処理は、ガンマ線
等の放射線を照射することによって行われ、その照射さ
れた部分だけがイオン交換能をもつことになる。
【００１４】上記膜体１１には、図４に示すように、イ
オン交換膜部１３と、該イオン交換膜部１３よりややは
み出した枠状の遊接部１４とに亘って多孔質体製のガス
拡散電極２０、２１が接合されて、発電セルを構成して
いる。上記発電セルは、それぞれ両側からガス不透過性
のカーボン若しくは金属等からなるセパレータ２３、２
４の外縁部で狭圧されている。このセパレータ２３、２
４と、発電セルとの間の空間に、それぞれ燃料ガス及び
酸化ガスが流通されて、発電の化学反応が生じることに
なる。
オン交換膜部１３と、該イオン交換膜部１３よりややは
み出した枠状の遊接部１４とに亘って多孔質体製のガス
拡散電極２０、２１が接合されて、発電セルを構成して
いる。上記発電セルは、それぞれ両側からガス不透過性
のカーボン若しくは金属等からなるセパレータ２３、２
４の外縁部で狭圧されている。このセパレータ２３、２
４と、発電セルとの間の空間に、それぞれ燃料ガス及び
酸化ガスが流通されて、発電の化学反応が生じることに
なる。
【００１５】従って、上記実施例の燃料電池によれば、
膜体１１がセパレータ２３、２４の対によって実際に狭
圧される部分が、図２の点線斜線にて示す最外縁の未処
理狭圧部１６であり、ベースフィルムの性質を残す未処
理部１２は、狭圧された上記未処理狭圧部１６と、狭圧
されない未処理中間外縁部１５（遊接部１４を含む）と
に分かれている。
膜体１１がセパレータ２３、２４の対によって実際に狭
圧される部分が、図２の点線斜線にて示す最外縁の未処
理狭圧部１６であり、ベースフィルムの性質を残す未処
理部１２は、狭圧された上記未処理狭圧部１６と、狭圧
されない未処理中間外縁部１５（遊接部１４を含む）と
に分かれている。
【００１６】このように未処理部１２が狭圧力を受ける
未処理狭圧部１６と狭圧力を受けない未処理中間外縁部
１５とをもつことは、未処理狭圧部１６が狭圧されてい
ても、未処理中間外縁部１５とほぼ同じ程度の膨張量と
収縮量となり、両部分の境界において顕著な応力はかか
らない。よって、本実施例による燃料電池は、ガスシー
ル用に特別な部材を用いることなく、膜体１１の強度が
確保され、ガスの混合を低コストで確実に防止すること
ができる。
未処理狭圧部１６と狭圧力を受けない未処理中間外縁部
１５とをもつことは、未処理狭圧部１６が狭圧されてい
ても、未処理中間外縁部１５とほぼ同じ程度の膨張量と
収縮量となり、両部分の境界において顕著な応力はかか
らない。よって、本実施例による燃料電池は、ガスシー
ル用に特別な部材を用いることなく、膜体１１の強度が
確保され、ガスの混合を低コストで確実に防止すること
ができる。
【００１７】なお、ガス拡散電極２０、２１が未処理部
１２とオーバラップしていてもよい。
１２とオーバラップしていてもよい。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、格
別なガスシール材を付加することなく、膜体の強度を確
保してガスシールの信頼性を高めることができる。
別なガスシール材を付加することなく、膜体の強度を確
保してガスシールの信頼性を高めることができる。
【図１】 本発明の一実施例に係る燃料電池のガスシー
ル構造を示す断面図である。
ル構造を示す断面図である。
【図２】 上記実施例に掲げた膜体の平面図である。
【図３】 図２の膜体の断面図である。
【図４】 本発明による発電セルを示す断面図である。
１１は膜体、１２は未処理部、１３はイオン交換膜部、
１４は遊接部、１５は未処理中間外縁部、１６は未処理
狭圧部、２０、２１はガス拡散電極、２３、２４はセパ
レータである。
１４は遊接部、１５は未処理中間外縁部、１６は未処理
狭圧部、２０、２１はガス拡散電極、２３、２４はセパ
レータである。
Claims (1)
- 【請求項１】 膜状の外縁部には原材の性質を維持すべ
くイオン導電性化処理が省略された未処理部をつも膜体
と、該膜体のイオン交換能を有する内側部に接合された
ガス拡散電極と、該ガス拡散電極に燃料ガス及び酸化ガ
スを供給可能に前記膜体の未処理部を狭圧するセパレー
タ対とを具備したことを特徴とする燃料電池のガスシー
ル構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8208044A JPH1050332A (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 燃料電池のガスシール構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8208044A JPH1050332A (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 燃料電池のガスシール構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1050332A true JPH1050332A (ja) | 1998-02-20 |
Family
ID=16549720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8208044A Pending JPH1050332A (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 燃料電池のガスシール構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1050332A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1220346A1 (fr) * | 2000-12-29 | 2002-07-03 | Commissariat A L'energie Atomique | Element de base composite et son joint pour pile à combustible et procédé de fabrication de l'ensemble |
| KR100441066B1 (ko) * | 2001-12-31 | 2004-07-21 | 한국과학기술연구원 | 모자이크형 복합 고분자 전해질막 및 이의 제조 방법 |
| US7097926B2 (en) | 2000-10-24 | 2006-08-29 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte membrane and fuel cell comprising same |
| WO2008029818A1 (en) * | 2006-09-06 | 2008-03-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Electrolyte membrane, membrane electrode assembly, and methods for manufacturing the same |
-
1996
- 1996-08-07 JP JP8208044A patent/JPH1050332A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7097926B2 (en) | 2000-10-24 | 2006-08-29 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Solid polymer electrolyte membrane and fuel cell comprising same |
| EP1220346A1 (fr) * | 2000-12-29 | 2002-07-03 | Commissariat A L'energie Atomique | Element de base composite et son joint pour pile à combustible et procédé de fabrication de l'ensemble |
| FR2819108A1 (fr) * | 2000-12-29 | 2002-07-05 | Commissariat Energie Atomique | Element de base composite et son joint pour pile a combustible et procede de fabrication de l'ensemble |
| KR100441066B1 (ko) * | 2001-12-31 | 2004-07-21 | 한국과학기술연구원 | 모자이크형 복합 고분자 전해질막 및 이의 제조 방법 |
| WO2008029818A1 (en) * | 2006-09-06 | 2008-03-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Electrolyte membrane, membrane electrode assembly, and methods for manufacturing the same |
| JP2008066084A (ja) * | 2006-09-06 | 2008-03-21 | Toyota Motor Corp | 電解質膜および膜電極接合体並びにそれらの製造方法 |
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