JPS59154771A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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Publication number
JPS59154771A
JPS59154771A JP58028534A JP2853483A JPS59154771A JP S59154771 A JPS59154771 A JP S59154771A JP 58028534 A JP58028534 A JP 58028534A JP 2853483 A JP2853483 A JP 2853483A JP S59154771 A JPS59154771 A JP S59154771A
Authority
JP
Japan
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separator
fuel cell
electrode
fuel
molded
Prior art date
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Pending
Application number
JP58028534A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Kuwabara
武 桑原
Hiroshi Hayashi
宏 林
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS59154771A publication Critical patent/JPS59154771A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0213Gas-impermeable carbon-containing materials
    • 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

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、総料雷1池に係シ、特にセパレータを改良し
た燃料電池に関するものである。
〔発明の技術的背景とその間即点〕
従来、燃料の有しているエネルギーを直#電気的エネル
ギーに変換する装置として燃料電池が知られている。こ
の燃料電池は通常、電解質を挾んで一対の多孔質背極を
配置するとともに、一方の電栃の脅面に水素等の流体燃
料を接触:させ、また他方の電極の背面に酸素等の流体
酸化剤を接触させ、このときに起る電気化学反応を利用
して、上記電極間から電気エネルギーを取り出すように
したものでちゃ、前記燃料と酸化剤が供給されている限
シ高い変換効率で電気エネルギーを取シ出すことができ
るものである。
ところで上記の原理に基づく、特にリン酸を電解質とし
た燃料電池の単位セルは通常第1図(a)又は0))に
示すように構成されておシ、またこの却位セルを複数個
fliすることによって第2図に示すように燃料電池を
構成している。
すなわち、第1図(a)において、単位セルは電解質を
含浸したマトリックス1を介して相対向して両側に多孔
質体で形成され触媒が付加されている電極2,3(通常
炭素材から成る)を配置F&’L、さらに両電極2,3
のマトリックスlとの背面にはそれぞれリブ4,5の付
いたプレート6(一般はクラファイトと熱硬化性樹脂の
混合結着体から構成される。以後インタコネクターと称
する。)を配置している。上記インタコネクタ6の各電
極2゜3 (ill、lに位置する面には、それぞれリ
ブ4,5によって互いに直交するような向きに溝7,8
が複数本規則的に平行に設けてあシ、これらの溝7,8
にはそれぞれ流体燃料および流体酸化剤の流通路をオ・
4成する。またインタコネタ260反対令j11の面に
も同様にリブ4,5によって互いに直行するよう段向き
に隣接する単位セルにおける流体燃料および流体酸化剤
の流通路に供される溝7,8が形成されている。このよ
うにマトリックス1、電極2.3およびインタコネクタ
6を積層し、この状態でインタコネクタ6の谷溝7,8
の両端開口だけを残して各積層端面部を気密にシールし
て単位セルを構成している。
第1図(ωのように構成された単位セルは複数個8を層
され、第2図に示すようにこの積層体の1っの対向する
端面の一方に燃料供給口9を有したマニホルドJOと、
他方に燃料排出口11とを有したマニホルド12とが当
てがわれ、また、他の対向する端面に酸化剤供給口13
を有したマニホルド14と他方に酸化剤排出口15を有
したマニホルド16とが当てがわれ、これらマニホルド
10.12.14.1.6がボルト等で締付けられて気
密保持され、これによって燃料電池17が構成されてい
る。したがって、この燃料電池17によると、磐料供給
口9から流体燃料を供給すると、この燃料は各単位セル
の流通路である複数の溢7を分流して多孔性の雷、極2
の背面に接しながら流れ、その後燃料排出口11から排
出される。また酸化剤供給口13から流体酸化剤を供給
すると、この酸化剤は各単位セルの流通路である複数の
溝8を分流して多孔性の電極3の背面に接触しながら流
れ、その後酸化剤排出口15から排出されることになる
。流体燃料と流体酸化剤はそれぞれ拡散によって多孔性
の電極2,3内に供給され燃料電池としてのπL気エネ
ルギーを発生する。々お図では出力端子は省略している
しかしながら、従来の上記のように構成された燃料電池
にあっては、次のよう表問題があった。
(1)インタコネクタの厚さが大きいので電気抵抗が大
きくなり電圧降下分が大きく串力電気エネルギーの損失
が大きくなる。
(2)  インクコネクタの厚さが大きく、かつ密度が
大きい(約1.8g/d程度)ため燃料電池の重量が太
きい。
(3)  自重が太きいため、その自重により劣化が促
進される。
以上の間匙点に対する改良型として第1図0に示すよう
に構成された単位セルを用いる燃料電池が考えられてい
る。すなわち、第1図(b)において、18はセパレー
タ、19はリブドサブストレートである。第1図(a)
と同じ作用を示すものは同じ番号で示しである。すなわ
ち、第1図(a)に示すインクコネクタ6がセパレータ
18とリブに分割構成され、そのリブが電極2,3と夫
々一体化されて1、リプドザブストレート19として構
成されている。この改良型の特徴は、セパレータ18が
流体燃料と流体酸化剤との混合を防止し、かつ単位セル
積層化の集電体としての役目をしている。この改良型燃
料電池は、第1図(a)に示すインクコネクタを用いた
燃料電池に比較すると半分に軽量化が達成される。
しかし、セパレータ18の材料及びその製造方法は、従
来のインクコネクタと同じ材料及びその製造方法による
のが一般的である。従って500+++m×500mM
以上の大型のシート状のセパレータを形成することはm
Mであp、その厚さも2 ’I1m以下でピンホールが
ないものにすることは技術的に困短であった。
〔発明の目的〕
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、iJA造が簡単で、厚さの薄い
シート状に成形でき、かつ長寿命化が図れるセパレータ
を備えた燃料油−池を提供することにある。
〔発明の概敬〕
本発明は、燃料電池のセパレータが膨張黒鉛を任意の厚
さに加温・加圧成形し、かつその表面をチ 検水処理したものであることを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を参照して更に詳しく説
明する。
第3図において、18けセパレータ、19ケリブトザブ
ストレートで電極2とリブ4、電極3とリブ5とを夫々
一体化して構成されている。7,8は夫々流体燃料流通
路および流体酸化剤流通路を構成する溝である。電極2
,3間には、図示しない電解質を含浸したマトリックス
を配潤する。
本発明に係る燃料電池におけるセパレータは次のような
実施例によシ形成される。
黒鉛層間化合物を950°Cで急激に加熱膨張させた膨
張黒鉛(かさ密度約0.005 z、/cl ) 66
0 gを700朋×700朋の成形金型を用い200に
9/瀘の成形仕方で、常温及び】50°Cで加圧成形を
行ないセパレータとした。このとき得られたセパレータ
の平均厚さ及び密度を表−1に示す。常温で成形したも
のの 表−1成形セパレータの厚み及び密度 密度は1.55 g/dであり、150℃で成形したも
のの密度は1.64g/7であり、高温で成形したとき
がより高密度のセパレータが得られることが明らかであ
る。
次に、このようにして形成された成形セパレータのリン
酸浸漬試験を行なった。190°0−95wt%リン酸
中に浸漬したところ、常温成形セパレータは浸漬開始2
時間後に表面に比較的大きなフクレが生じた。このフク
レの部分をセパレータ厚み方向に切断して観察したとこ
ろ、平面方向と平行に層状に内部はく離を起しているの
が認められた。
しかし150℃成型のセパレータはまったく変化は々く
、−週間浸漬後においても変化は認められず従来のもの
に比して化学的に安定であることが確認さねた。
まブヒ、150°0で成形した七ノ(レータは、常温で
成形したものに比して高密度のものがイ得られるために
、厚ざ方向の電気伝導性はよシ甚くなI)、その′11
1乞抵抗は0.02Ω・α以下であった。才た高温浸漬
において常溜1成形セパレータのようなフクレによる層
間はく離が生じないために、初期の高い電気伝導性を維
持できることがわかった。
この150°Cで成形したセパレータの水素刀ス透過性
を調べたところ、ゲージ圧0..3 kg/Cdの条件
下でI−1水素透過性は才った〈々いことがわかつ1ヒ
しかし、1000時間以上の長期にわたって熱リン酸に
浸漬すると、水素透過性は低下する。すなわち、第4図
は、熱リン酸中浸漬1000時間後における水累透過士
X゛とセパレータ表面に徐布するポ1ノテトラフルオロ
エチレン(PTFE)の!’& 温溶液の濃度との関係
を示したものである。図から明らかなように、セパレー
クの゛表面に10%以上のポリテトラ水処理という)、
水素透過量が増力口するという現/ 度が30%以上に々ると、FTFBが絶終体であるため
接触抵抗が垢・加する。この現象は燃料電池の性能低下
をもたらす。
なうことにより、寿命特性を向上させた七ノくレークを
得ることができる。
そして、この150°Cで成形した七ノくレークは十分
なる可撓性、弾力性を持ち、積層した場合、相接する他
の部材との接触性が良好であり、接角虫肛ε抗が小さく
なるとともに層間の気密性も良p子である。
また、セパレークのJiiさは、膨張黒鉛量をWM整す
ることによシ、0.1Wlfi’!で成形可能であり、
特性的にも上記と同等のものが得られた。
かくして本発明によれば、従来の製造法では不可能とさ
れていたl am以下の任意の厚さの高密度でが料電池
運転時の高温雰囲気条件下においても変形のない特性の
優れたセパレータを容易に製造でき、したがって相利使
用景も減るために、セパレータの重量も従来の115〜
IAO(従来は700 mrrX 700 mm×3 
mqで約3kgであったが本発明によれは700 mm
 X 700 mm X O,5mmで約04に9とな
る)に低減化される。このようにしてH造さ71、たセ
パレータを介して複数個の単位セルを積層し、燃料電池
全組立てる。これによシ、り料′重池の$4玉J化全可
能とし、かつセパレータ自体の高密度化による電気伝導
性の増大によるオーム降下および接触抵抗による熱損失
を低減できるため、結果的にエネルギー効率の向上を図
れる燃料電池を得ることができる。
さらに、軽量化につき具体的に説明すれは、例えば25
0 KW容量の燃料電池は積層数が500セルに達する
。したがって、セパレータを従来法のものよυ、本発明
のものに変更することによυ、重量が3100に9が1
900kgに、高さで4500m1が3300 mra
に減少させることができる。
ところで、セパレータの製造にあたっては、金形による
高温加圧成形のみならず、高温加熱加B’−成形が可能
な例えばロール成型により製造が可能であることはいう
までもない。
〔発明の効果〕 以上費明したように、本発明によれば、上記セパレータ
の良好な耐熱性、朝薬品性、熱及び電気伝導性、気密性
、胛カ性を活用することができることからこのセパレー
クを組み込むことによシ熱損失を低減化でき、反応流体
の混合も防止され、かつ、小型軽量化、長寿命化を図れ
る燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(稙、Φ)は従来の燃料電池の単位セルを示す分
解斜視図、第2図は同セルを組み込んだ従来の燃料電池
装置の斜視図、第3図は本発明の一実施例を示す分解斜
視図、第4図は本発明の一実施例に係るセパレータに塗
布するPTFE 溶度と水素悉鍋量との関係図、第5図
は本発明の一実施例に係るセパレータに塗布するPT 
FE濃度と接触抵抗との関係図である。 1・・マトリックス  2,3・電  極4.5・・リ
  ブ   6・・インタコネクタ18・・セパレーク
    19・・・リプドサプストレート代理人 弁理
士 則 近 憲 佑 (tlか1名)第1図 (αジ (b) 第2図 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、電解質を含浸したマトリックスを介して配置された
    一対の電極を有する単位セルをセパレータを介して栓数
    個積層した燃料電池において、削ることを特徴とする燃
    料電池。 2、撥水処理はポリテトラフルオロエチレン(pTFE
    )の懸濁溶液で行なわれる特許請求の範囲第1項記載の
    健刺1♀池。 8、 ポリテトラフルオロエチレン(PTFE )の懸
    濁溶液濃度は10〜30%である特許請求の範囲第2項
    記載の燃料電池。
JP58028534A 1983-02-24 1983-02-24 燃料電池 Pending JPS59154771A (ja)

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JP58028534A JPS59154771A (ja) 1983-02-24 1983-02-24 燃料電池

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JP58028534A JPS59154771A (ja) 1983-02-24 1983-02-24 燃料電池

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62223012A (ja) * 1986-03-24 1987-10-01 Kobe Steel Ltd 多孔質炭素製品
JPS62232864A (ja) * 1986-04-02 1987-10-13 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池のガス分離板
JPH03205763A (ja) * 1989-08-30 1991-09-09 Canada 燃料電池
WO2002098632A1 (en) * 2001-06-01 2002-12-12 Graftech Inc. Hydrophobic fuel cell component

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