JPS59154773A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPS59154773A
JPS59154773A JP58028538A JP2853883A JPS59154773A JP S59154773 A JPS59154773 A JP S59154773A JP 58028538 A JP58028538 A JP 58028538A JP 2853883 A JP2853883 A JP 2853883A JP S59154773 A JPS59154773 A JP S59154773A
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JP
Japan
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separator
fuel cell
electrode
impregnated
carbon fiber
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Pending
Application number
JP58028538A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiaki Seki
関 敏昭
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 JPS59154773A publication Critical patent/JPS59154773A/ja
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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

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Products (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、燃料電池に係り、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問題点〕
従来、燃料の有しているエネルギーを直接電気的エネル
ギーに変換する装置として燃料電池が知られている1、
この燃料電池は通常、電解質を挾んで一対の多孔質電極
を配置するとともに、一方の電極の背面に水素等の流体
燃料を接触てせ、また他方の電極の背面に酸累等の流体
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
したものであり、前記燃料と酸化剤が供給てれている限
り高い変換効率で電気エネルギーを取り出すことができ
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迫當第1図(a)又は(b)に
示すように構成されており、またこの単位セルを複数個
積層することによって第2図に示すように燃料電池を構
成し七いる。
すなわち、第1図(a)において、罹位セルは電解質を
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てれている′市、桓12.3
(辿常炭素材から成る)を配置し、芒らに両電極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てれる。以後インタコネクターと称
する。)を配置市している。上記・rフタコネクタ6の
各*祿2.3ψ11に位置する面には、それぞ九リブ4
.5によって互いにio、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り、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構成
する。
′+、たインタコネクタ6の反対jqilの面にもFj
−1様にリブ4.5によって互いに信性するようiH向
きに隣接する単位セルにおける流5体燃料および流体酸
化剤の流通路に供芒れる講7.8が形成ちれている。
このようにマトリックス1、電4tν2.3およびイン
タコネクタ6を柑励り、 、この状態でインクコネクタ
6の台溝7.8の両端開口だけを残して各積層的゛1面
部を気密にシールしてポ位セルを構成している。
第1図(a)のように構成された単位セルは複数個昆層
てれ、第2図に示すようにこの積層体の1つの対向する
端面の一方に・り(′料供飽口9を有したマニホルド1
0と、他方に燃料排出口11とを治したマニホルド12
とが当てがわれ、ま7’r、 s他のメ」向する端面V
C(m吐剤供給口13を有したマニホルド14と他方に
酸化剤排出口j15を有したマニホルド16とが当てが
わitl これらマニホルド10.12.14.16が
ボルト等で締付けられて気密保持でれ、これによって燃
料賃1:池17が構成σれている。したがって、この燃
料電池17によると、燃料供給口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溝
7を分流して多孔性の電極2の背面に接(−ながら流れ
、その後燃料排出口11から排出で:?しる。また酸化
負11供給口13から流体酸化剤を11i給すると、こ
の酸化剤は各単位セルの(+ff、通路である複数の(
波8を分流して多孔性の電極3の背面に接触しなから流
n1その後酸化剤排出口15からゼト出されることにな
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内に供給てれ燃料電池としての電気エネ
ルギーを発生する。な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きれた燃料電池
にあっては、次のような問題があった。
(])  インタコネクタの厚てΣが大きいので電気抵
抗が大きくなり宵、圧降下分が大きく出力電気エネルギ
ーの損失が大きくなる。
(2)インタコネクタの厚さが大きく、かつ密度が大き
い(約1.8 g/cri’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、
促進を凡る。
以上の問題点に対する改良型として第1図(b)に示す
ように構成てれた爪位セルを用いる燃料電池が考えらす
tている。すなわち、第1図(b>において、18はセ
パレータ、19はリブドザストレートである。
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)に示すインタコネクタ6
がセパレータ18とリブに分ill m成され、そのリ
ブがm’t42.3と夫々一体化されて、リブドサブス
トレート19として構成、テれている。この改良型の特
徴は、セパレータ】8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)、計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
示すインタコネクタを用いプζ燃料電池に比較すると半
分に経世化が達成される。
しかし、セパレータ18の材料及びその製造方法は、従
来のインタ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咽X 500 謹以上
の大型のシート状のセパレータを形成することは困難で
あり、その厚さも2間以下でビンネールがないものにす
ることに技術的に困難であった。
〔発明の目的〕
本発明は、このような事情に鑑みてな烙れたもので、そ
の目的とするところは、製造75: 1vji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(ifiiえた燃料電池を提供することに
おる。
〔発明の概要〕
かかる目的を達成するため、本発明は、燃料電池のセパ
レータが熱硬化性樹脂を含浸式せた炭素繊維拐を加τト
加圧成形し、且つ黒鉛化処理したものであることを特徴
とする。
〔発ψ)の実施例〕
以F1本発明の一実施例を図面を参照して更に詳しく説
ツ」する。
第3図において、18はセパレータ、19はリブドサブ
ストレートで電極2とリプ4、’yT=f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
。′r【2.31Mi K /d図示しない電解′15
を含浸したマトリックスを配置する。
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
実施例により形成される。
黒鉛北岸素繊維フェルト(600X700(:m、。
嵩S’?度(108gkrri”、見掛厚さ約]3關)
をレゾールタイプフェノール樹脂溶液(樹脂:メタノー
ル=1:2)に浸漬し、次に、取り出し風乾させた後に
、80’Cで乾燥を行ない溶媒(メタール)を完全に除
去する。乾燥を終了した樹脂含浸フェルトを成形温度・
160℃、圧力200に鉤で、5分間加圧成形しンー、
ト化した。その後、24時間、200bCに維持し硬化
させた。次にこのシートを最高温度950 ”Cで炭化
処理を行ない、完全に樹脂分を炭化させ之後、最高温t
w約2500 ’Cで黒鉛化処理を行なっブこ。
次に、この黒鉛化処理したシートの化学的安定性につい
てMjMべた。
200 ’G−95wt%リン酸に浸漬放置したところ
、浸漬30日後においても、リン酸浴液中への溶出物も
認めらt′シす、外しj l’1′!JVcも9漬前と
比較しで変化が認められず、ぞ[来のものに比して化学
的に安定であることがυ4;認妊れた。
また、この得られたシートの)411気的特性を調べた
。シート厚み方向の電気伝巧1度の初期値は。、o2Ω
・儂以下であり、2000G−95wt%リン師浸j’
;’i 30日徐−の電気伝釣度は初期値と同程塵であ
り、高温リン酸中への浸ひjfによる電気伝感度の低下
に全く認められなかった。
更に、この黒鉛化処理したシートの水素ガス透過性を訓
べたところ、ゲージ圧0.3 kg/、:の条件下では
水素透過性はまったくないことが判明した。
そして、このシートは十分なる可撓性をもち、取扱いが
容易であるために、電池積層時、わ(I何時に割れ、変
形等が生ずることなく安定した特性を示す積層電池を構
成することができる。
シートの浮式は、炭素繊維材の忙を調整することにより
、03謳程度まで任意に成形することができる。
また、本実施例においては、炭素繊維フェルトに樹脂を
含浸式せた例を述べたが、フェルトに黒鉛粒子又は黒鉛
化したアセチレンブラック昏の熱分解カーボン等不二l
ij!f脂とともに含浸させ、炭化・黒鉛化処理をして
も良いととはいうまでもない。
他にカーボン織布、カーボン不織布でもよい。
樹脂は熱硬化性樹脂であればよく、他にフルフラール樹
月旨でもよい。
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1箇以下の任意の厚さの高密度で、燃料電池
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、したがって材料使
用址も減るために、セパレータの重量も従来のし75〜
1/10(従来は700闘×700調×3(転)で約3
 hpであったが本発明によれば700mX700膿×
0.5調で約0、41cgとなる)VC低減化でれる。
このようにして製造烙れたセパレータを介して複数個の
単位セルを積層し、燃料電池を組立てる。これにより燃
料電池の軽量化を可能とし、かつセパレーク自体の薄肉
化による電気抵抗の減少によりオーム降下による熱損失
を低減できるため、結果的にエネルギー効率の向上全図
れる燃料電池を得ることができるO べらに、軽量化につき具体的に説明すれば、例えば25
0 i(〜V容LI゛の燃料電池はイ゛5層数が500
セルに連する。したがって、セパレータを従来法のもの
より、本発明のものに変更すること(2でよ怜、M量が
3100 kgが1 !400〜に、尚さで4500闇
が3 :(OOtanに減少てせることができる。
ところで、セパレータの製造にあたっては、金型による
高温加圧成型のみならず、高温加熱加圧成形が可能な例
えばロール成型ンこよりip!造が可能である。とばい
う−までもない。
〔発明の効果〕
以上説、明したように、本発明によれば、」二記セパレ
ータの良好な耐熱性、耐薬品性、熱及び電気伝導i<+
、 、気密性、弾力性を活用することができることから
このセパレータを糸n、み込むことにより熱損失を低減
4化でき、反応流体の混合も防止烙れ、かつ、小型fI
:城化、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(a)、 (b)は従来の燃料電池の単位セルを
示す分解斜視図1、ム′与2図は同セルf::組み込ん
だ従来の燃料電池装(行のガ、・;・親図、肛・:3図
は本糺明の一実施例を示す分解斜視図である。 1・・・マトリックス   2.3・・・室41:メ4
.5・・・リブ      6・・・インクコネクタ1
8・・・セパレータ      19・・・リプドサブ
ストレート代理人 弁理士 則 近 Yf  佑 (は
が1名)第1図 (b) 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てれた
    一対の電極を有する単位セルをセパレータを介して複数
    個積層した燃料電池において、前記セパレータは熱硬化
    性樹脂を含浸させた炭素繊維材を加温、加圧成形し、且
    つ黒鉛化処理したものであることを特徴とする燃料電池
    。 2、炭素繊維材は炭化又は黒鉛化した炭素繊維フェルト
    、カーボン織布、又はカーボン不織布のいずれかである
    特許請求の範囲第1項記載の燃料電池。 3 熱硬化性樹脂はフェノール樹脂、フルフラール樹脂
    のいずれかである特許請求の範I)に m 1項及び第
    2項記載の燃料電池。
JP58028538A 1983-02-24 1983-02-24 燃料電池 Pending JPS59154773A (ja)

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JP58028538A JPS59154773A (ja) 1983-02-24 1983-02-24 燃料電池

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996033520A1 (en) * 1995-04-20 1996-10-24 International Fuel Cells Corporation Graphitized composite article of carbon-fibre-reinforced carbon and method for manufacturing the same
US11424558B2 (en) 2017-11-28 2022-08-23 Weidmüller Interface GmbH & Co. KG Connection device for the connection of a conductor end

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