JPH11185776A - Phosphoric acid fuel cell - Google Patents

Phosphoric acid fuel cell

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JPH11185776A
JPH11185776A JP10241685A JP24168598A JPH11185776A JP H11185776 A JPH11185776 A JP H11185776A JP 10241685 A JP10241685 A JP 10241685A JP 24168598 A JP24168598 A JP 24168598A JP H11185776 A JPH11185776 A JP H11185776A
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JP
Japan
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phosphoric acid
fuel cell
separator
fluororesin
porous carbon
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Application number
JP10241685A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshihiro Sugiyama
智弘 杉山
Yoshihiro Oka
嘉弘 岡
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH11185776A publication Critical patent/JPH11185776A/en
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    • 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

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stable characteristic of power generation, by preventing corrosion caused by phosphoric acid of separators. SOLUTION: Ribbed substrates 5 made of porous carbon material provided with gas circulating grooves 6 are set on both main surfaces of an electric cell 1 formed by sandwiching a matrix 2 by a fuel electrode 3 and an air electrode 4, then they are plurally piled through separators 7 to constitute the fuel battery. The ribbed substrates 5 are integrally formed with the separators 7 through sheets made of fluoroplastic, or surfaces facing to the separators 7 of the ribbed substrates 5 are applied with water-repellent treatment.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、りん酸を電解質と
して用いて電気化学反応により電気エネルギーを得るり
ん酸型燃料電池の電池積層体の構成に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a cell stack of a phosphoric acid type fuel cell in which electric energy is obtained by an electrochemical reaction using phosphoric acid as an electrolyte.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は、従来のりん酸型燃料電池の基本
構成を模式的に示す分解断面図である。図に見られるよ
うに、電解質としてのりん酸を保持した平板状のマトリ
ックス2の両主面に燃料極3と空気極4とを配して単電
池1を構成し、その両外面に、複数のガス通流溝6を備
えた多孔質カーボンよりなるリブ付き基材5を配し、さ
らにこの構成ユニットをセパレータ7を介して多数積層
して電池積層体が形成されている。積層された電池積層
体の各側面に反応ガスを供給、排出するためのマニホー
ルドを組み込み、リブ付き基材5のガス通流溝6へ燃料
ガス、あるいは空気を供給することによって、単電池1
で電気化学反応が生じ、電池積層体の両端に単電池の直
列接続体としての直流電圧が得られることとなる。な
お、図6においては、分かり易く示すために、リブ付き
基材5のガス通流溝6が、両極側とも図中紙面に垂直な
方向に延びる溝として表示されているが、実際の装置で
は、両極に供給されるガスが互いに直交する方向に流れ
るように配されるのが一般的である。
2. Description of the Related Art FIG. 6 is an exploded sectional view schematically showing the basic structure of a conventional phosphoric acid fuel cell. As shown in the figure, a fuel cell 3 and an air electrode 4 are arranged on both main surfaces of a flat matrix 2 holding phosphoric acid as an electrolyte to constitute a unit cell 1, and a plurality of cells are provided on both outer surfaces thereof. The ribbed base material 5 made of porous carbon having the gas flow grooves 6 is disposed, and a large number of the constituent units are stacked via a separator 7 to form a battery stack. A manifold for supplying and discharging a reaction gas is installed on each side of the stacked battery stack, and fuel gas or air is supplied to the gas flow groove 6 of the base member 5 with ribs, whereby the cell 1
Then, an electrochemical reaction occurs, and a DC voltage as a series connection of unit cells is obtained at both ends of the battery stack. In FIG. 6, for easy understanding, the gas flow grooves 6 of the ribbed base material 5 are shown as grooves extending in a direction perpendicular to the paper of the drawing on both pole sides, but in an actual device. Generally, the gas supplied to both electrodes is arranged so as to flow in directions orthogonal to each other.

【0003】電池積層体は単電池の直列接続体として積
層されるので、各単電池の間に配されるセパレータ7の
一方の面は、水素ガスが流れる燃料極側のリブ付き基材
5に接し、他方の面は酸素ガスが流れる空気極側のリブ
付き基材5に接することとなる。したがって、セパレー
タ7は、これらのガスが混合して反応を生じないよう十
分なガス遮断性を備えたものでなければならない。ま
た、各単電池はセパレータ7を介して電気的に接続され
ており、セパレータ7の抵抗が大きいと燃料電池の内部
損失が増大することとなるので、セパレータ7は電気伝
導性の優れたものでなければならない。したがって、従
来のりん酸型燃料電池においては、これらの条件を満た
すセパレータ用の材料として、気孔率を、例えば数%程
度と低くし、かさ密度を高くしたガス不透過性のカーボ
ン材が用いられている。
[0003] Since the battery stack is stacked as a series connection of single cells, one surface of the separator 7 disposed between the single cells is attached to the ribbed base material 5 on the fuel electrode side through which hydrogen gas flows. The other surface is in contact with the ribbed substrate 5 on the air electrode side where oxygen gas flows. Therefore, the separator 7 must have a sufficient gas barrier property so that these gases are not mixed to cause a reaction. Further, each cell is electrically connected via a separator 7. If the resistance of the separator 7 is large, the internal loss of the fuel cell will increase. Therefore, the separator 7 has excellent electric conductivity. There must be. Therefore, in a conventional phosphoric acid fuel cell, a gas-impermeable carbon material having a low porosity, for example, about several percent and a high bulk density is used as a material for a separator satisfying these conditions. ing.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、りん酸型燃
料電池においては、運転にともなってマトリックス2に
保持されているりん酸が徐々に蒸発し、反応ガス、とく
に流量の多い反応空気中へと飛散し、外部へ放出される
ので、多孔質カーボン材からなるリブ付き基材5の気孔
中に補充用のりん酸を貯留させて、これをりん酸のリザ
ーバとして用い、マトリックス2の不足したりん酸を補
充する方法が採られている。
By the way, in the phosphoric acid type fuel cell, the phosphoric acid held in the matrix 2 gradually evaporates with the operation, and becomes a reaction gas, particularly a reaction air having a large flow rate. Since it is scattered and released to the outside, phosphoric acid for replenishment is stored in the pores of the ribbed base material 5 made of a porous carbon material, and this is used as a reservoir of phosphoric acid. A method of supplementing acid has been adopted.

【0005】このため、セパレータ7のリブ付き基材5
に相対する面は、リブ付き基材5に貯留されたりん酸に
接することとなり、長期間運転を持続すると、セパレー
タ7の表面がりん酸によって腐食され、安定した発電特
性が得られなくなるという問題点がある。本発明の目的
は、反応ガスの遮断性能および電気導電性に優れ、かつ
りん酸による腐食の恐れのないセパレータを備え、長期
にわたり安定して運転できるりん酸型燃料電池を提供す
ることにある。
For this reason, the ribbed substrate 5 of the separator 7
Is in contact with the phosphoric acid stored in the base material 5 with ribs. If the operation is continued for a long time, the surface of the separator 7 is corroded by the phosphoric acid, and stable power generation characteristics cannot be obtained. There is a point. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a phosphoric acid type fuel cell which has a separator excellent in the reaction gas blocking performance and electric conductivity and is not likely to be corroded by phosphoric acid, and can be operated stably for a long period of time.

【0006】[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、りん酸を保持した平板状マト
リックスを燃料極と空気極により挟持してなる単電池
を、その両主面にガス通流溝を備えた多孔質カーボン基
材を配したのち、ガス不透過性のカーボン材よりなるセ
パレータを介装して、複数個積層して構成されるりん酸
型燃料電池において、上記の接して配される多孔質カー
ボン基材とセパレータを、 (1)フッ素樹脂よりなるシートを介して一体に成形し
て構成することとし、例えば、PTFE(ポリテトラフ
ロロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン/パ
ーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)あるいは
FEP(テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロ
ピレン共重合体)よりなるシートを介して、その溶融温
度以上の温度において加圧成形することにより、一体に
成形して構成することとする。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a unit cell comprising a flat matrix holding phosphoric acid sandwiched between a fuel electrode and an air electrode. After arranging a porous carbon base material having a gas flow groove in the phosphoric acid fuel cell configured by laminating a plurality of layers with a separator made of a gas impermeable carbon material interposed therebetween, (1) The porous carbon substrate and the separator, which are disposed in contact with each other, are integrally formed via a sheet made of a fluororesin. For example, PTFE (polytetrafluoroethylene), PFA (tetrafluoroethylene) Through a sheet made of ethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer) or FEP (tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer). By pressure molding at a temperature equal to or higher than the melting temperature, they are integrally molded.

【0007】(2)または、フッ素樹脂よりなるシート
と多孔質のカーボンシートを介して一体に成形して構成
することとし、例えば、PTFE、PFAあるいはFE
Pよりなるシートと多孔質のカーボンシートをその溶融
温度以上の温度において加圧成形し、得られた複合シー
トを介して、その溶融温度以上の温度において加圧成形
することにより、一体に成形して構成することとする。
(2) Alternatively, a sheet made of a fluororesin and a porous carbon sheet may be integrally formed and formed, for example, PTFE, PFA or FE.
The sheet made of P and the porous carbon sheet are molded under pressure at a temperature higher than the melting temperature, and the resulting composite sheet is molded integrally by pressure molding at a temperature higher than the melting temperature. It shall be constituted.

【0008】(3)あるいは、多孔質カーボン基材のセ
パレータに相対する側の面若しくはセパレータ表面には
っ水処理を施すことととし、例えば、多孔質カーボン基
材のセパレータに相対する側の面若しくはセパレータ表
面に、PTFE、PFAあるいはFEP等のフッ素樹脂
粉末若しくはフッ素樹脂分散液をスプレー若しくは塗布
した後、前記フッ素樹脂の融点以上の温度で熱処理する
こととする。
(3) Alternatively, the surface of the porous carbon substrate facing the separator or the surface of the separator is subjected to a water repellent treatment, for example, the surface of the porous carbon substrate facing the separator. Alternatively, after spraying or applying a fluororesin powder such as PTFE, PFA or FEP or a fluororesin dispersion on the surface of the separator, heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the melting point of the fluororesin.

【0009】上記(1)のごとく多孔質カーボン基材と
セパレータを一体に成形することとすれば、フッ素樹
脂、例えばPFA、あるいはFEPが溶融し、特に多孔
質カーボン基材の中にこれらのフッ素樹脂浸透層を形成
して、一体に成形されることとなる。したがって、ガス
不透過性、良導電性のカーボン材よりなるセパレータ
が、多孔質カーボン基材中に保持されるりん酸に直接接
触する恐れがなくなり、セパレータのりん酸による腐食
が回避されるので、長期間安定して使用できることとな
る。
If the porous carbon substrate and the separator are integrally formed as described in (1) above, the fluorocarbon resin, for example, PFA or FEP is melted, and particularly, the fluorine resin is contained in the porous carbon substrate. A resin permeable layer is formed and molded integrally. Therefore, the gas impermeable, separator made of a carbon material of good conductivity, there is no risk of direct contact with the phosphoric acid held in the porous carbon substrate, corrosion of the separator by phosphoric acid is avoided, It can be used stably for a long time.

【0010】また、上記(2)のごとくとすれば、フッ
素樹脂、例えばPFAあるいはFEPが溶融して浸透し
た多孔質のカーボンシートを介して、多孔質カーボン基
材とセパレータが一体に成形されるので、上記(1)と
同様に、セパレータがりん酸に直接接触する恐れがなく
なり、セパレータのりん酸による腐食が回避され、長期
間安定して使用できることとなる。
According to the above (2), the porous carbon substrate and the separator are integrally formed via the porous carbon sheet into which the fluororesin, for example, PFA or FEP is melted and permeated. Therefore, similarly to the above (1), there is no possibility that the separator comes into direct contact with phosphoric acid, corrosion of the separator by phosphoric acid is avoided, and the separator can be used stably for a long period of time.

【0011】さらに、上記(3)のごとくすれば、多孔
質カーボン基材のセパレータに相対する側の面若しくは
セパレータ表面に、PTFE、PFAあるいはFEP等
のフッ素樹脂層が形成されてセパレータがりん酸に直接
接触する恐れがなくなり、セパレータのりん酸による腐
食が回避され、長期間安定して使用できることとなる。
Further, according to the above (3), a fluororesin layer such as PTFE, PFA or FEP is formed on the surface of the porous carbon substrate facing the separator or on the separator surface, and the separator is made of phosphoric acid. This eliminates the possibility of direct contact with the separator, avoids corrosion of the separator by phosphoric acid, and enables stable use for a long period of time.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】<実施例1>図1は、本発明のり
ん酸型燃料電池の第1の実施例の基本構成を模式的に示
す分解断面図である。本実施例の構成の従来例との差異
は、多孔質カーボン材よりなるリブ付き基材5が、フッ
素樹脂のPFAよりなるシートにより、隣接するセパレ
ータ7と一体に成形されていることにある。
<First Embodiment> FIG. 1 is an exploded sectional view schematically showing a basic structure of a first embodiment of a phosphoric acid fuel cell according to the present invention. The difference between the configuration of the present embodiment and the conventional example is that the ribbed substrate 5 made of a porous carbon material is formed integrally with the adjacent separator 7 by a sheet made of PFA made of a fluororesin.

【0013】図2は、リブ付き基材5とセパレータ7を
一体に成形する工程を示したフロー図である。図に見ら
れるように、かさ密度 1.7〔g/cc〕、気孔率7%のガス
不透過性のセパレータ用カーボン板と、厚さ 0.05 〔m
m〕のPFAシートを積層し、さらに、かさ密度 0.9〔g
/cc〕、気孔率 60 %の多孔質カーボン材よりなるリブ
付き基材を積層し、PFAの融点(300〜310℃)を超え
る 360℃に加熱し、10〔kg/cm2〕の圧力を加えて、セパ
レータと基材の接合体を形成している。
FIG. 2 is a flow chart showing a process of integrally molding the ribbed base material 5 and the separator 7. As shown in the figure, a carbon plate for a gas-impermeable separator having a bulk density of 1.7 [g / cc] and a porosity of 7% and a thickness of 0.05 [m
m] PFA sheet, and a bulk density of 0.9 g
/ cc], a base material with ribs made of a porous carbon material having a porosity of 60% is laminated, and heated to 360 ° C. which exceeds the melting point of PFA (300 to 310 ° C.), and a pressure of 10 kg / cm 2 is applied. In addition, a joined body of the separator and the base material is formed.

【0014】このような工程によりリブ付き基材5とセ
パレータ7を一体に成形すれば、フッ素樹脂のPFAは
溶融して、多孔質のリブ付き基材5の内部へと浸透し、
図1に模式的に示したように、リブ付き基材5のセパレ
ータ7の側にフッ素樹脂浸透層8が形成されることとな
る。したがって、本構成では、フッ素樹脂浸透層8によ
ってセパレータ7がリブ付き基材5に保持されたりん酸
と隔てられるため、セパレータ7のりん酸による腐食が
回避されることとなる。
If the ribbed base material 5 and the separator 7 are integrally formed by such a process, the fluororesin PFA melts and penetrates into the porous ribbed base material 5,
As schematically shown in FIG. 1, the fluororesin permeable layer 8 is formed on the side of the separator 7 of the ribbed base material 5. Therefore, in this configuration, since the separator 7 is separated from the phosphoric acid held on the ribbed base material 5 by the fluororesin permeable layer 8, corrosion of the separator 7 by the phosphoric acid is avoided.

【0015】<実施例2>図3は、本発明のりん酸型燃
料電池の第2の実施例の基本構成を模式的に示す分解断
面図である。本実施例の構成の特徴は、多孔質カーボン
材よりなるリブ付き基材5が、フッ素樹脂のPFAシー
トおよびカーボンシート9により、隣接するセパレータ
7と一体に成形されていることにある。
<Embodiment 2> FIG. 3 is an exploded sectional view schematically showing a basic structure of a second embodiment of the phosphoric acid type fuel cell according to the present invention. The feature of this embodiment is that the ribbed base material 5 made of a porous carbon material is formed integrally with the adjacent separator 7 by a fluorocarbon resin PFA sheet and a carbon sheet 9.

【0016】図4は、本構成例のリブ付き基材5とセパ
レータ7を一体に成形する工程を示したフロー図であ
る。図に見られるように、かさ密度 1.7〔g/cc〕、気孔
率7%のガス不透過性のセパレータ用カーボン板と、厚
さ 0.05 〔mm〕のPFAシートを積層し、次いで、かさ
密度 0.4〔g/cc〕、気孔率 78 %、厚さ0.12〔mm〕のカ
ーボンシートを積層し、さらに、かさ密度 0.9〔g/c
c〕、気孔率 60 %の多孔質カーボン材よりなるリブ付
き基材を積層し、実施例1と同じく、 360℃に加熱し、
10〔kg/cm2〕の圧力を加えて、セパレータと基材の接合
体を形成している。
FIG. 4 is a flow chart showing a process of integrally molding the ribbed base material 5 and the separator 7 of this configuration example. As shown in the figure, a carbon plate for a gas impermeable separator having a bulk density of 1.7 [g / cc] and a porosity of 7% and a PFA sheet having a thickness of 0.05 [mm] were laminated, and then a bulk density of 0.4 [mm] was obtained. [G / cc], a porosity of 78%, a carbon sheet with a thickness of 0.12 [mm] are laminated, and a bulk density of 0.9 [g / c]
c], a ribbed base material made of a porous carbon material having a porosity of 60% is laminated, and heated to 360 ° C. as in Example 1,
By applying a pressure of 10 [kg / cm 2 ], a joined body of the separator and the base material is formed.

【0017】このような工程によりリブ付き基材5とセ
パレータ7を一体に成形すれば、PFAは溶融して、多
孔質のカーボンシート9の内部、さらにはリブ付き基材
5の内部へと浸透し、図3に、ハッチングを用いて示し
たようにフッ素樹脂浸透層8Aが形成されることとな
る。したがって、本構成では、フッ素樹脂浸透層8Aに
よってセパレータ7がリブ付き基材5に保持されたりん
酸と隔てられるため、セパレータ7のりん酸による腐食
が回避されることとなる。また、本構成においては、リ
ブ付き基材5のフッ素樹脂浸透層8Aの部分が、第1の
実施例に比較して小さく抑えられるので、リブ付き基材
5のりん酸保持容量の低下を抑えることができるという
利点がある。
If the ribbed substrate 5 and the separator 7 are integrally formed by such a process, the PFA is melted and permeates into the porous carbon sheet 9 and further into the ribbed substrate 5. Then, as shown by hatching in FIG. 3, the fluororesin permeable layer 8A is formed. Therefore, in the present configuration, the separator 7 is separated from the phosphoric acid held on the ribbed base material 5 by the fluororesin permeable layer 8A, so that the corrosion of the separator 7 due to the phosphoric acid is avoided. Further, in the present configuration, since the portion of the fluororesin permeable layer 8A of the ribbed base material 5 is suppressed to be smaller than that of the first embodiment, a decrease in the phosphoric acid holding capacity of the ribbed base material 5 is suppressed. There is an advantage that can be.

【0018】なお、本実施例の図4に示した工程では、
セパレータ用カーボン板、PFAシート、カーボンシー
ト、およびリブ付き基材を順次積層したのち、加熱加圧
処理を行って接合しているが、PFAシートとカーボン
シートを予め加熱加圧処理し、これをセパレータ用カー
ボン板、およびリブ付き基材と積層し、加熱加圧処理し
て接合することとしても良い。
In the process of this embodiment shown in FIG.
After sequentially laminating the carbon plate for separator, PFA sheet, carbon sheet, and base material with ribs, they are heated and pressurized and joined, but the PFA sheet and the carbon sheet are preheated and pressurized. The separator may be laminated with a carbon plate for a separator and a substrate with ribs, and may be joined by heating and pressing.

【0019】また、上記の二つの実施例では、フッ素樹
脂よりなるシートとして、いずれもPFAシートを用い
ているが、本発明は、PFAシートの適用に限るもので
はなく、PFAシートに代わってFEPやPTFE等の
シートを用い、その融点より高い温度で加圧処理して接
合することとしても、同等の効果が得られる。
In each of the above two embodiments, a PFA sheet is used as a sheet made of a fluororesin. However, the present invention is not limited to the application of a PFA sheet. The same effect can be obtained by using a sheet such as PTFE or PTFE and performing the pressure treatment at a temperature higher than the melting point to join the sheets.

【0020】<実施例3>図5は、本発明のりん酸型燃
料電池の第3の実施例の基本構成を模式的に示す分解断
面図である。本実施例の構成の特徴は、多孔質カーボン
材よりなるリブ付き基材5のセパレータ7側の表面にフ
ッ素樹脂粉末又はフッ素樹脂液をスプレーもしくは塗布
することにより、はっ水処理を施してあることにある。
<Embodiment 3> FIG. 5 is an exploded sectional view schematically showing the basic structure of a third embodiment of the phosphoric acid fuel cell according to the present invention. The feature of the configuration of the present embodiment is that a water repellent treatment is performed by spraying or applying a fluororesin powder or a fluororesin liquid on the surface of the ribbed base material 5 made of a porous carbon material on the separator 7 side. It is in.

【0021】フッ素樹脂粉末を用いたはっ水処理におい
ては、平均気孔径10〜30μmの多孔質カーボン材か
らなるリブ付き基材5のセパレータ7側の表面にPTF
E(ポリテトラフロロエチレン)粉末をスプレーにより
噴きつけた後、電気炉若しくは加熱プレスにより350
℃の温度で熱処理することにより、リブ付き基材5表面
にフッ素樹脂層10を形成している。
In the water repellent treatment using the fluororesin powder, the surface of the ribbed substrate 5 made of a porous carbon material having an average pore diameter of 10 to 30 μm on the separator 7 side is coated with PTF.
After spraying E (polytetrafluoroethylene) powder by spraying, 350
The fluororesin layer 10 is formed on the surface of the ribbed base material 5 by performing a heat treatment at a temperature of ℃.

【0022】リブ付き基材5は、りん酸の貯蔵や飛散り
ん酸を回収する機能を有しているので、その機能を損な
わないようにフッ素樹脂層10はリブ付き基材5の内部
まで浸透させず、できるだけ表面部に形成させることが
好ましい。したがって、用いるフッ素樹脂粉末の平均粒
径は、リブ付き基材5の平均気孔径と同程度のものを選
ぶことが望ましい。
Since the ribbed substrate 5 has a function of storing phosphoric acid and collecting scattered phosphoric acid, the fluororesin layer 10 penetrates into the ribbed substrate 5 so as not to impair the function. It is preferable to form them on the surface as much as possible without forming them. Therefore, it is desirable to select an average particle diameter of the fluororesin powder to be used which is substantially the same as the average pore diameter of the ribbed base material 5.

【0023】次に、フッ素樹脂液を用いてリブ付き基材
5のセパレータ7側の表面をはっ水処理する場合におい
ては、平均気孔径10〜30μmの多孔質カーボン材か
らなるリブ付き基材5のセパレータ7側の表面に、界面
活性剤若しくはイソプロピルアルコールにPTFE粉末
を分散させた濃度20〜60wt%のフッ素樹脂分散液を
塗布し、その後電気炉若しくは加熱プレスにより350
℃の温度で熱処理することにより、リブ付き基材5表面
にフッ素樹脂層10を形成している。
Next, when the surface of the ribbed substrate 5 on the separator 7 side is subjected to water repellency treatment using a fluororesin liquid, a ribbed substrate made of a porous carbon material having an average pore diameter of 10 to 30 μm is used. 5 is coated with a fluororesin dispersion having a concentration of 20 to 60% by weight in which PTFE powder is dispersed in a surfactant or isopropyl alcohol, and then is coated with an electric furnace or a hot press.
The fluororesin layer 10 is formed on the surface of the ribbed base material 5 by performing a heat treatment at a temperature of ℃.

【0024】なお、本方法においても、リブ付き基材5
の平均気孔径に応じて、フッ素樹脂分散液がリブ付き基
材5の内部まで浸透しすぎないように、フッ素樹脂粉末
の粒径およびフッ素樹脂分散液の濃度を調整することが
望ましい。さらに、本実施例においてはフッ素樹脂層1
0はPTFEにより形成されているが、これに限るもの
ではなく、上述のPTFE粉末に代えてPFA粉末若し
くはFEP粉末等を用いてもよい。
In this method, the base material 5 with ribs is also used.
It is desirable to adjust the particle size of the fluororesin powder and the concentration of the fluororesin dispersion so that the fluororesin dispersion does not excessively penetrate into the inside of the ribbed base material 5 in accordance with the average pore diameter of. Further, in this embodiment, the fluororesin layer 1
0 is formed of PTFE, but is not limited thereto, and PFA powder or FEP powder or the like may be used instead of the above-mentioned PTFE powder.

【0025】また、本実施例では、フッ素樹脂粉末又は
フッ素樹脂液によるはっ水処理をリブ付き基材5のセパ
レータ7側の表面に施してあるが、これに代えて、セパ
レータ7のリブ付き基材5に相対する面に上述の方法で
はっ水処理を施すこととしても同様の効果が得られる。
Further, in this embodiment, the surface of the ribbed base material 5 on the side of the separator 7 is subjected to the water repellent treatment with the fluororesin powder or the fluororesin liquid. The same effect can be obtained by subjecting the surface facing the substrate 5 to the water repellency treatment by the above-described method.

【0026】[0026]

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、りん酸
を保持した平板状マトリックスを燃料極と空気極により
挟持してなる単電池を、その両主面にガス通流溝を備え
た多孔質カーボン基材を配したのち、ガス不透過性のカ
ーボン材よりなるセパレータを介装して、複数個積層し
て構成されるりん酸型燃料電池において、上記の接して
配される多孔質カーボン基材とセパレータを、 (1)フッ素樹脂よりなるシートを介して一体に成形し
て構成することとし、例えば、PFAあるいはFEPよ
りなるシートを介して、その溶融温度以上の温度におい
て加圧成形することにより、一体に成形して構成するこ
ととしたので、反応ガスの遮断性能および電気導電性に
優れ、かつりん酸による腐食の恐れのないセパレータを
備えることとなり、長期にわたり安定して運転できるり
ん酸型燃料電池が得られることとなった。
As described above, according to the present invention, a unit cell in which a flat matrix holding phosphoric acid is sandwiched between a fuel electrode and an air electrode is provided with gas flow grooves on both main surfaces thereof. After arranging the porous carbon substrate, a separator made of a gas-impermeable carbon material is interposed, and in the phosphoric acid type fuel cell configured by The porous carbon substrate and the separator are integrally formed by (1) a sheet made of a fluororesin, for example, pressurized through a sheet made of PFA or FEP at a temperature higher than the melting temperature thereof. By molding, it was decided to be integrally molded, so that it was equipped with a separator that was excellent in reaction gas blocking performance and electrical conductivity, and that was not susceptible to corrosion by phosphoric acid. Thus, a phosphoric acid fuel cell that can be operated stably over a long period of time has been obtained.

【0027】(2)また、フッ素樹脂よりなるシートと
多孔質のカーボンシートを介して一体に成形して構成す
ることとし、例えば、PFAあるいはFEPよりなるシ
ートと多孔質のカーボンシートをその溶融温度以上の温
度において加圧成形し、得られた複合シートを介して、
その溶融温度以上の温度において加圧成形することによ
り、一体に成形して構成することとしても、反応ガスの
遮断性能および電気導電性に優れ、かつりん酸による腐
食の恐れのないセパレータを備えることとなるので、長
期にわたり安定して運転できるりん酸型燃料電池として
好適である。
(2) Further, a sheet made of a fluororesin and a porous carbon sheet are integrally formed and molded, and for example, a sheet made of PFA or FEP and a porous carbon sheet are melted at a melting temperature. Pressure molding at the above temperature, through the obtained composite sheet,
Even if it is formed integrally by pressure molding at a temperature equal to or higher than the melting temperature, a separator having excellent reaction gas blocking performance and electric conductivity and no corrosion by phosphoric acid is provided. Therefore, it is suitable as a phosphoric acid type fuel cell which can be stably operated for a long time.

【0028】(3)あるいは、多孔質カーボン基材のセ
パレータに相対する側の面若しくはセパレータ表面には
っ水処理を施すことととし、例えば、多孔質カーボン基
材のセパレータに相対する側の面若しくはセパレータ表
面に、PTFE、PFAあるいはFEP等のフッ素樹脂
粉末若しくはフッ素樹脂分散液をスプレー若しくは塗布
した後、前記フッ素樹脂の融点以上の温度で熱処理する
ことにより、反応ガスの遮断性能および電気導電性に優
れ、かつりん酸による腐食の恐れのないセパレータを備
えることとなり、長期にわたり安定して運転できるりん
酸型燃料電池が得られることとなった。
(3) Alternatively, the surface of the porous carbon substrate facing the separator or the surface of the separator may be subjected to water repellency treatment, for example, the surface of the porous carbon substrate facing the separator. Alternatively, after spraying or applying a fluororesin powder such as PTFE, PFA or FEP or a fluororesin dispersion on the surface of the separator, and heat-treating at a temperature equal to or higher than the melting point of the fluororesin, the reaction gas blocking performance and the electrical conductivity Therefore, a phosphoric acid fuel cell which can be operated stably for a long period of time can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のりん酸型燃料電池の第1の実施例の基
本構成を模式的に示す分解断面図
FIG. 1 is an exploded sectional view schematically showing a basic configuration of a first embodiment of a phosphoric acid fuel cell according to the present invention.

【図2】第1の実施例のリブ付き基材とセパレータの一
体成形工程を示すフロー図
FIG. 2 is a flowchart showing an integrated molding step of a ribbed base material and a separator according to the first embodiment.

【図3】本発明のりん酸型燃料電池の第2の実施例の基
本構成を模式的に示す分解断面図
FIG. 3 is an exploded sectional view schematically showing a basic configuration of a second embodiment of the phosphoric acid fuel cell of the present invention.

【図4】第2の実施例のリブ付き基材とセパレータの一
体成形工程を示すフロー図
FIG. 4 is a flowchart showing an integrated molding process of a ribbed base material and a separator according to a second embodiment.

【図5】本発明のりん酸型燃料電池の第3の実施例の基
本構成を模式的に示す分解断面図
FIG. 5 is an exploded sectional view schematically showing a basic configuration of a third embodiment of the phosphoric acid fuel cell of the present invention.

【図6】従来のりん酸型燃料電池の基本構成を模式的に
示す分解断面図
FIG. 6 is an exploded sectional view schematically showing a basic configuration of a conventional phosphoric acid fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 単電池 2 マトリックス 3 燃料極 4 空気極 5 リブ付き基材 6 ガス通流溝 7 セパレータ 8,8A フッ素樹脂浸透層 9 カーボンシート 10 フッ素樹脂層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single cell 2 Matrix 3 Fuel electrode 4 Air electrode 5 Base with ribs 6 Gas flow groove 7 Separator 8, 8A Fluororesin permeable layer 9 Carbon sheet 10 Fluororesin layer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】りん酸を保持した平板状マトリックスを燃
料極と空気極により挟持してなる単電池を、その両主面
にガス通流溝を備えた多孔質カーボン基材を配したの
ち、ガス不透過性のカーボン材よりなるセパレータを介
装して、複数個積層して構成されるりん酸型燃料電池に
おいて、 前記多孔質カーボン基材とセパレータとが、フッ素樹脂
よりなるシートを介して一体に成形されていることを特
徴とするりん酸型燃料電池。
1. A unit cell comprising a flat matrix holding phosphoric acid sandwiched between a fuel electrode and an air electrode, and a porous carbon substrate provided with gas flow grooves on both main surfaces thereof. In a phosphoric acid fuel cell including a plurality of gas-impermeable carbon material-separated separators interposed therebetween, the porous carbon substrate and the separator are interposed via a sheet made of a fluororesin. A phosphoric acid fuel cell, which is integrally formed.
【請求項2】りん酸を保持した平板状マトリックスを燃
料極と空気極により挟持してなる単電池を、その両主面
にガス通流溝を備えた多孔質カーボン基材を配したの
ち、ガス不透過性のカーボン材よりなるセパレータを介
装して、複数個積層して構成されるりん酸型燃料電池に
おいて、 前記多孔質カーボン基材とセパレータとが、フッ素樹脂
よりなるシートと多孔質のカーボンシートとを介して一
体に成形されていることを特徴とするりん酸型燃料電
池。
2. A unit cell in which a flat matrix holding phosphoric acid is sandwiched between a fuel electrode and an air electrode, and a porous carbon base material provided with gas flow grooves on both main surfaces thereof is provided. In a phosphoric acid fuel cell configured by laminating a plurality of separators made of a gas-impermeable carbon material, the porous carbon substrate and the separator are made of a sheet made of a fluororesin and a porous material. A phosphoric acid type fuel cell formed integrally with the carbon sheet through the carbon sheet.
【請求項3】請求項2に記載のりん酸型燃料電池におい
て、前記フッ素樹脂よりなるシートと多孔質のカーボン
シートが、前記フッ素樹脂の溶融温度以上の温度におい
て加圧成形されてなることを特徴とするりん酸型燃料電
池。
3. The phosphoric acid fuel cell according to claim 2, wherein the sheet made of the fluororesin and the porous carbon sheet are pressure-formed at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the fluororesin. A phosphoric acid type fuel cell.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載のりん酸
型燃料電池において、前記多孔質カーボン基材とセパレ
ータが、前記フッ素樹脂の溶融温度以上の温度において
加圧成形されてなることを特徴とするりん酸型燃料電
池。
4. The phosphoric acid fuel cell according to claim 1, wherein the porous carbon substrate and the separator are pressure-formed at a temperature equal to or higher than a melting temperature of the fluororesin. A phosphoric acid type fuel cell characterized by the above-mentioned.
【請求項5】りん酸を保持した平板状マトリックスを燃
料極と空気極により挟持してなる単電池を、その両主面
にガス通流溝を備えた多孔質カーボン基材を配したの
ち、ガス不透過性のカーボン材よりなるセパレータを介
装して、複数個積層して構成されるりん酸型燃料電池に
おいて、 前記多孔質カーボン基材のセパレータに相対する側の面
若しくは前記セパレータ表面にはっ水処理が施されてい
ることを特徴とするりん酸型燃料電池。
5. A unit cell in which a flat matrix holding phosphoric acid is sandwiched between a fuel electrode and an air electrode, and a porous carbon substrate having gas flow grooves on both main surfaces thereof is disposed. In a phosphoric acid fuel cell configured by stacking a plurality of layers by interposing a separator made of a gas impermeable carbon material, a surface of the porous carbon substrate facing the separator or a surface of the separator A phosphoric acid type fuel cell which has been subjected to water repellency treatment.
【請求項6】請求項5に記載のりん酸型燃料電池におい
て、前記はっ水処理が、フッ素樹脂粉末若しくはフッ素
樹脂分散液をスプレー若しくは塗布した後、前記フッ素
樹脂の融点以上の温度で熱処理する工程を有するりん酸
型燃料電池。
6. The phosphoric acid fuel cell according to claim 5, wherein the water repellency treatment is performed by spraying or applying a fluororesin powder or a fluororesin dispersion, and then performing a heat treatment at a temperature equal to or higher than the melting point of the fluororesin. A phosphoric acid type fuel cell having a step of performing.
【請求項7】請求項1乃至4又は6のいずれかに記載の
りん酸型燃料電池において、前記フッ素樹脂が、PTF
E(ポリテトラフロロエチレン)、PFA(テトラフル
オロエチレン/パーフルオロアルキルビニルエーテル共
重合体)、あるいはFEP(テトラフルオロエチレン/
ヘキサフルオロプロピレン共重合体)のいずれかである
ことを特徴とするりん酸型燃料電池。
7. The phosphoric acid fuel cell according to claim 1, wherein the fluororesin is PTF.
E (polytetrafluoroethylene), PFA (tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), or FEP (tetrafluoroethylene /
(Hexafluoropropylene copolymer).
JP10241685A 1997-10-16 1998-08-27 Phosphoric acid fuel cell Pending JPH11185776A (en)

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JP9-283343 1997-10-16
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