JPS59169077A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPS59169077A
JPS59169077A JP58043112A JP4311283A JPS59169077A JP S59169077 A JPS59169077 A JP S59169077A JP 58043112 A JP58043112 A JP 58043112A JP 4311283 A JP4311283 A JP 4311283A JP S59169077 A JPS59169077 A JP S59169077A
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JP
Japan
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fuel cell
separator
expanded graphite
chlorine gas
sheet
Prior art date
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Pending
Application number
JP58043112A
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 JPS59169077A publication Critical patent/JPS59169077A/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
    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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、燃料の有している工゛ネルギーを薦接電気的エネ
ルギーに変換する装置として燃料電池が知られている。
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累等の流体
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
したものであり、前記燃料と酸化剤が供給されている限
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通常第1図(a)又は0))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l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)を配置し、さらに両電極2.3のマト
リックス1との背面にはそれぞれリプ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。上記インクコネクタ6の各電極2
゜3側に位置する面喀;は、それぞれリプ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
に平行に設けてあり、これらの溝7.8にはそれだれ流
体燃#+および流体酸化剤の流通路を構成する。またイ
ンクコネクタ6の反対側の面にも同様C;リプ4,5に
よって互いに直行するような向き(二隣接する単位セル
における流体燃料および流体酸イビ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およびインクコネクタ6を積層し、この
状態でインクコネクタ6の各溝7.8の両端開口だけを
残して各積層端面部を気密Cニシールして単位セルを構
成している。
第1図(a)のよう(:構成された単位セルは複数個積
層され、第2図C:示すようにこの積層体の1つの対向
する端面の一方に燃料供給口9を有したマニホルド10
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゜12.14.16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、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
の背面に接しながら流れ、その後燃料排出口11から押
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された燃料電池
にあっては、次のような問題があった。
(1)  インク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出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1.8j’/cd程度)ため燃料電池の重置
が大きい。
(3)  自重が大きいため、その自重により劣化が促
進される。
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(二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はリプドサプストレートである。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とリプに分割構成され、そのリプが電極2
.3と夫々一体化されて、リプドサプストレー+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、m 
I S (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に化が達成される。
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■×5QQswa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21111以下でピンホールがないも
の6=することは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されたもので、そ
の目的とするところは、製造が簡単で、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
えた燃料電池を提供することにある。
〔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
ータが塩素ガス処理した膨張黒鉛を加温加圧成形したも
のであることを特徴とする特〔発明の実施例〕 以下、本発明の一実施飼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はセパレータ、19はリプドサプ
ストレートで電極2とリプ4、電極3とリプ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。
黒鉛層間化合物を950℃で急激に加熱膨張させて得ら
れた膨張黒鉛(かさ密度的0.005 # /cIIl
)を温間500℃以、上の塩素ガス雰囲気中で6時間処
理をした。この塩素ガスで処理した膨張黒鉛660gを
700 m X 700 mの平板成形金型を用い成形
圧力200KP/am、成形温度150℃で加温加圧成
形を行ないシート状に形成した。また比較のため未処理
膨張黒鉛も同様にシートとした。このとき得られたシー
トの平均厚さ及び密度は、0.87111.1.55N
/cII  であり、未処理のものと差は認められずい
ずれも高密度のシートが得られた。
次に、このようにして形成した成形シートのリン酸浸漬
試験を行なった。200℃−105wt%リン酸中に浸
漬したところ、未処理膨張黒鉛成形シートは浸漬開始後
数時間後に表面に小さなフクレが多数化じた。このフク
レ部分をシート厚み方向に切断して観察したところ、平
面方向に層状に内部はく離を起しているのが認められた
。しかし塩素ガスで処理した膨張黒鉛シートにはまった
く変化はなく、−週間浸漬後においても変化はしめられ
ず化学的に安定であることがわかった。また、この塩素
ガス処理した膨僑黒鉛と未処理膨張黒鉛について化学分
析をしたところ、未処理膨張黒鉛は0.15 wt%の
鉄分(純鉄換算)が含まれているのに対し塩素ガス処理
膨張黒鉛は0.01wt%以下と非常に鉄分の含有量が
低下しているのがわかった。これらことは、高温塩素ガ
ス処理により、膨張黒鉛層間に含まれる鉄分等の不純物
が除去されることにより不純物含有量が低下し、結果的
にリン酸浸漬時にフクレが生成しなくなったものと考え
られる。
また、塩素ガス処理膨張黒鉛を成形して形成したシート
の電気抵抗は、0.020・α以下であり高い電気伝導
性をもっており、高温リン酸浸漬においてもフクレによ
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。
この塩素ガス処理した膨張黒鉛を成形したシートの水素
ガス透過性を調べたところ、ゲージ圧0.3KP/cd
の条件では水素透過性はほとんど認められなかった。
そして、この塩素ガスで処理した膨張黒鉛を用いたシー
トは、十分なる可−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、接触抵抗が
小さくなるとともに層間の気密性も良好である。
また、シートの厚さは、塩素ガス処理膨張黒鉛量を調整
することにより、0.1■まで成型可能であり、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、従来のセパレータと同等の寿
命を有し、従来の製造法では不可能とされていた111
III以下の任意の厚さで高密度で燃料電池運転の高温
雰囲気条件下で変形のない特性の優れたシートが容易に
製造でき、したがって材料使用量も減るために、セパレ
ータの重置も従来の115〜t/lo (従来は700
1111X 70(lsax 3mで約3駿であったが
本発明によれば700■×700wm X Q、5諺で
約0.4 KFとなる)に低減化され、燃料電池の軽量
イ1を可能とし、かつセパレータ自体の高密度化C二よ
る電気法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(: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ば、例えば25
0 KW容蓋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り、本発明
のものに変更することにより、重量が3100 IIが
19aaKpに、高さで4500 mが3300簡に減
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、金型による
高温加圧成型のみならず、高温加熱加圧成型が可能な例
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〕
以上説明したように、本発明によれは、上記セパレータ
の良好な耐熱性、耐薬品性、熱及び電気伝導性、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
タを組み込むことにより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(a) 、 (b)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
す分解斜視図である。 1・・・マトリックス   2.3・・・電極4.5・
・・リプ       6・・・インタコネクタ18・
・・セパレータ      19・・・リプドサプスト
レートI−/−1Cト。 \            \

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
    複数口積層した燃料電池仁おい・て、前記セパレータは
    塩素ガス処理した膨張黒鉛を加温加圧成形したものであ
    ることを特徴とする燃料電池。 2、塩素ガス処理は500℃以上の雰囲気中で行なわれ
    る特許請求の範囲第1項記載の燃料電池。
JP58043112A 1983-03-17 1983-03-17 燃料電池 Pending JPS59169077A (ja)

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JP58043112A JPS59169077A (ja) 1983-03-17 1983-03-17 燃料電池

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JP58043112A JPS59169077A (ja) 1983-03-17 1983-03-17 燃料電池

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ID=12654741

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Cited By (2)

* 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
CN110117807A (zh) * 2019-03-09 2019-08-13 深圳市中科墨磷科技有限公司 一种二维材料-过渡金属异质结薄片的制备方法

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