JPS5927468A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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JPS5927468A
JPS5927468A JP57136313A JP13631382A JPS5927468A JP S5927468 A JPS5927468 A JP S5927468A JP 57136313 A JP57136313 A JP 57136313A JP 13631382 A JP13631382 A JP 13631382A JP S5927468 A JPS5927468 A JP S5927468A
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JP
Japan
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interconnector
plate
electrode
gas
type
Prior art date
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Application number
JP57136313A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Michio Kobayashi
道夫 小林
Kinnosuke Koizumi
小泉 金之助
Toshiaki Seki
関 敏昭
Hiroshi Hayashi
宏 林
Takeshi Kuwabara
武 桑原
Toshihisa Saito
斉藤 敏久
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
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Electric Power Co Inc
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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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
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • 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
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    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

PURPOSE:To stabilize the reaction at high temperature by forming an interconnector having fuel gas or oxidizing gas supply grooves with a mixture of solid resol type phenol resin and artificial graphite. CONSTITUTION:Electrode 12 and 12a are arranged on the both sides of a matrix 11, and an interconnector 27 obtained by forming intersecting fuel gas and oxidizing gas supply grooves 15 and 15a and by embedding a cooling pipe 26 is placed to form a unit cell 10. A plurality of unit cells are stacked to form a fuel cell 17. The connector 27 is formed by mixing 5-40wt% solid resol type phenol resin and 60-95wt% artificial graphite having a particle size of 10- 300mu and kneading them, then molding. Therefore, heat resistance and heat conductivity are improved and stability at high temperature is increased and energy conversion efficiency is improved.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は燃料電池6二係り、%(二#e電及び冷却機能
有するプレートの組成及び構造を改良した燃料電池に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a fuel cell in which the composition and structure of a plate having electric and cooling functions are improved.

〔発明の技術的背景〕[Technical background of the invention]

従来、燃料の有している化学的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(以下電池と
記す)が知られている。この電池は通常、電解質を挾ん
で一対の多孔質の電極を配置するとともC二、一方の電
極の背面に水素ガスを供給する燃料ガスを接触させ、ま
た他方の電極の背面に酸素ガスのような酸化剤ガスを接
触させ、このとき起る電気化学的反応を利用して、両電
極間から高いエネルギーの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。
2. Description of the Related Art Fuel cells (hereinafter referred to as batteries) are conventionally known as devices that directly convert chemical energy contained in fuel into electrical energy. This battery usually has a pair of porous electrodes sandwiching an electrolyte, and a fuel gas that supplies hydrogen gas is brought into contact with the back of one electrode, and a fuel gas that supplies hydrogen gas is brought into contact with the back of the other electrode. By bringing an oxidizing gas into contact with each other and utilizing the electrochemical reaction that occurs at this time, electrical energy can be extracted from between both electrodes with high energy conversion efficiency.

ところで、上記の原理に基づく、特6二りん酸(H11
PO4)を電解質とした電池を構成する単位セルは次の
ようC二形成される。すなわち、単位セルは電解質を含
浸したマトリックスを境にして両側に多孔質で形成され
、夫々マトリックス側(二触媒層が付加されている一対
の電極を配設する。さらに両電極のマ)IJラックスの
背面()ill l二夫々溝及び凸部となるリブの付い
たプレート(以下インターコネクタと配す)を配置する
。このインターコネクタの各′電極1tlIに位置する
面には夫々リプC二よって互口直交するような向@f二
夫々溝が複数個互に半行に形成される。インターコネク
タの片側の面の溝は燃料ガスの流通路となり、他の側の
面の直交する向きに形成された溝は酸化剤ガスの流通路
となる。このように形成されたインターコネクタを介し
て複数個の単位セルを積層して、上下端部に梁電板を配
設し、さらに絶縁板及び締付部材を肖接して一体に締付
けて電池積層体を形成する。
By the way, based on the above principle, special 6 diphosphoric acid (H11
A unit cell constituting a battery using PO4) as an electrolyte is formed as follows. That is, the unit cell is formed of porous material on both sides with a matrix impregnated with an electrolyte as a boundary, and a pair of electrodes on the matrix side (to which two catalyst layers are added) are arranged on each side. A plate (hereinafter referred to as an interconnector) with ribs serving as a groove and a convex portion is placed on the back surface of the ( ) ill and l two plates. On the surface of this interconnector located at each 'electrode 1tlI, a plurality of grooves in the directions @f2, which are perpendicular to each other, are formed in half rows by means of lips C2, respectively. The grooves on one side of the interconnector serve as flow paths for fuel gas, and the grooves formed in the orthogonal direction on the other side serve as flow paths for oxidizing gas. A plurality of unit cells are stacked via the interconnectors formed in this way, beam electrical plates are arranged at the upper and lower ends, and insulating plates and clamping members are attached and tightened together to stack the battery. form the body.

そしてこの電曲積ノ一体の互に対向する面(二反応ガス
供給容器(以下マニホールドと記す)を配設する。一方
の対向したマニホールドは燃料ガスを供給及び排出し、
他方の対向したマニホールドは酸化剤ガスを供紹及び排
出し、上述のインターコネクタの夫々の溝1:、両カス
を夫々流通させる。このようにしてインターコネクタ形
の!池が構成される。
Then, two reaction gas supply containers (hereinafter referred to as manifolds) are arranged on mutually opposing surfaces of this integrated electrical structure.One opposing manifold supplies and discharges fuel gas,
The other opposed manifold introduces and discharges oxidizing gas and allows the respective grooves 1 and 2 of the above-mentioned interconnectors to flow respectively. In this way, the interconnector type! A pond is constructed.

他≦ニリブ付電極形の′a池がある。この電池は前述の
インターコネクタをセパレータとリプと(−分割して構
成する。すなわち、マトリックスの両側に、触媒1−を
形成したリプ付電極を配設して単位セルを形成する。そ
して、リブ付′RL極のマ) IJラックス接する反対
側に、溝及びリブを形成し、両電極の溝及びリプは互に
直交する方向口形成されていることはインターコネクタ
と同様である。この単位セルを複数個積層する際に、両
ガスの混合を防ぐためにプレート、す々わち板状のセパ
レータを介して積層し、前述と同様にして電池積層体を
形成し、この電池積層体l二夫々マニホールドを取付け
てリプ付電極形の電池を構成する。
Others≦There is an electrode type 'a pond with Nirib. This battery is constructed by dividing the aforementioned interconnector into a separator and a lip (-). That is, electrodes with lips on which a catalyst 1- is formed are arranged on both sides of the matrix to form a unit cell. Similar to the interconnector, grooves and ribs are formed on the opposite side of the RL pole that contacts the IJ rack, and the grooves and ribs of both electrodes are formed in directions perpendicular to each other. When stacking a plurality of unit cells, they are stacked with a plate, ie, a plate-shaped separator, in between to prevent the two gases from mixing, and a battery stack is formed in the same manner as described above. Attach a manifold to each of the two to form a lip-equipped electrode type battery.

上述のように構成されたインターコネクタ形及びリプ付
電極形の電池5二あっては、運転時における単位セル部
分の発熱(二よる温度上昇のために触媒J−の劣化など
による性能低下が起る。これを防止するため(−数個の
単位セル毎に、インターコネクタ形の電池にあってはイ
ンターコネクタに冷却管が埋め込まれたインターコネク
タ形冷却プレートを配設する。またリプ付電極形の電池
にあっては、数個の単位セル毎響二、セパレータC:冷
却管が埋め込まれたセパレータ形冷却プレートが配設さ
れる。このようにして単位セル内部の発熱を外部に取り
出して電池温度の過度の上昇を防止している0 これらインターコネクタ形及びセパレータ形の冷却プレ
ートは何れも単位セルの積層方向の高い熱伝導性及び電
気伝導性弯ユすぐれ、また耐りん酸性、耐熱性ならびC
ニオ法安定性などが要求される。
In the interconnector-type and lip-attached electrode-type batteries 52 configured as described above, performance degradation may occur due to deterioration of the catalyst J- due to heat generation (2) in the unit cell portion during operation. In order to prevent this (-In the case of interconnector type batteries, an interconnector type cooling plate with a cooling pipe embedded in the interconnector is provided for every few unit cells. In this type of battery, a separator-type cooling plate with cooling pipes embedded is installed for each unit cell.In this way, the heat generated inside the unit cell is taken out to the outside and the battery is discharged. These interconnector-type and separator-type cooling plates both have high thermal conductivity and electrical conductivity in the stacking direction of the unit cells, as well as phosphoric acid resistance, heat resistance, and C
Nitrochemical stability is required.

このtC一般1:は、ノボラック形フェノー々樹脂−二
硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを使用し、天然
の鱗片状あるいは土状のグラファイトを混合して成形し
次部材C二機械加工して、冷却管を埋め込むか、又は冷
却管を一体化成形した後(二機械加工をして形成する。
This tC General 1: is a novolac type phenolic resin, hexamethylenetetramine is used as a di-curing agent, natural scale-like or earth-like graphite is mixed and molded, and the next part C2 is machined and the cooling pipe is Either by embedding the cooling pipe or by integrally molding the cooling pipe (by machining).

〔背景技術の問題点〕[Problems with background technology]

しかしながら、電池は高出力化及び大形@を化のためC
二、190℃ないし200℃という高温で運転する必要
が出てきた。しかし、上述のノボラック形フェノール樹
脂区二硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを使用し
て形成した従来のプレートでは必然的に使用温度C二限
界があって、150℃以下で使用しなけれはならない。
However, due to the high output and large size of batteries, C
Second, it has become necessary to operate at high temperatures of 190°C to 200°C. However, the conventional plate formed using hexamethylenetetramine as a hardening agent for the novolak type phenolic resin described above inevitably has a usage temperature limit of C2, and must be used at a temperature below 150°C.

また従来のように天然鱗片状のグラファイトを使用した
場合は、それの形状特性のために平面方向の特性は優れ
ているが、プレートとして必要な積層方向の特性が低く
、また厚み方向の寸法変化も大きく、熱劣化C二より亀
裂が入りガス漏れの原因となるおそれがあった。
Furthermore, when natural flaky graphite is used as in the past, it has excellent properties in the plane direction due to its shape characteristics, but the properties in the stacking direction required for plates are poor, and dimensional changes in the thickness direction There was a risk that cracks would occur due to thermal deterioration C2, causing gas leakage.

さらC二、土状のグラファイトを使用した場合は、固定
炭素量が70〜80重量饅程度で少々く、熱伝導性及び
電気伝導性が低く、結果的に電池の効率が低下する原因
とがるおそれがあった。
Furthermore, when earth-like graphite is used, the amount of fixed carbon is small at about 70 to 80% by weight, and the thermal conductivity and electrical conductivity are low, resulting in a decrease in battery efficiency. There was a risk that

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上記の点を考慮してなされたもので、その1自
9とするところは、190℃ないし200℃の高温状態
で安定した運転のできる燃料電池を提供することl二あ
る。
The present invention has been made in consideration of the above points, and its 1st and 9th aspects are to provide a fuel cell that can operate stably at high temperatures of 190°C to 200°C.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

か\る目的を達成するために、本発明は、燃料ガスと酸
化剤ガスとの混合を防止し、かつ単位セルを電気的に接
続する機能を有するプレートを介して複数個の単位セル
を積ノーシてなり、前記プレートが同形レゾール形フェ
ノール樹脂5〜40重量%、10〜300μの粒度の人
造グラファイト60〜95重量係からなる組成部材を混
合及び混練して成形すること3二よって、190℃〜2
00℃の高温状態で熱伝尋性、電気伝導性、耐りん酸性
、耐熱性及び寸法安定性にすぐれfcプレートを配設し
たことをぞの%砿とする。なおプレートの成形時に冷却
管を一体成形した冷却プレートを数個の単位セルごと書
=配設することが適している。またインターコネクタ形
のt池においてはプレートをインターコネクタとして形
成することが適している。さらにリブ付1!極形の電池
においてはプレートをセパレータとして形成することが
適している。
In order to achieve the above object, the present invention has a structure in which a plurality of unit cells are stacked together via a plate that has the function of preventing mixing of fuel gas and oxidant gas and electrically connecting the unit cells. The plate is formed by mixing and kneading a composition consisting of 5 to 40% by weight of a homogeneous resol type phenolic resin and 60 to 95% by weight of artificial graphite with a particle size of 10 to 300μ. ~2
The FC plate has excellent thermal conductivity, electrical conductivity, phosphoric acid resistance, heat resistance, and dimensional stability at a high temperature of 00°C. Note that it is suitable to arrange a cooling plate with integrally molded cooling pipes in several unit cells when molding the plate. Furthermore, in the case of an interconnector-type T-cell, it is suitable to form the plate as an interconnector. Plus, it comes with ribs! In polar cells, it is suitable to form the plate as a separator.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下本発明を図面C1示す一実施例を参照して説明する
。第1図において、単位セル叫は、 ′WLs質を炭素
質部材からなる薄いシートに含浸したマトリックスQ1
の両側に、多孔質な電極(la、(12α)を配設する
。電極(助、 (12a)は通常炭素質部材から形成さ
れ、マトリックス復)に当接する側に触媒ノー(図示せ
ず)が設けられる。また、両電極(12) !(12a
)のマトリックスQ刀との背面に夫々’HOB)。
The present invention will be described below with reference to an embodiment shown in drawing C1. In Fig. 1, the unit cell is a matrix Q1 in which a thin sheet made of carbonaceous material is impregnated with WLS material.
Porous electrodes (la, (12a)) are arranged on both sides of the electrode (12a), which is usually made of a carbonaceous material, and a catalyst nozzle (not shown) is placed on the side that contacts the matrix. Also, both electrodes (12) !(12a
)'s Matrix Q sword and the back of each 'HOB).

(15z)及び凸部となるリブ(至)?(16a)を形
成したプレート081(以後インターコネクタと記す)
を配設する。このインターコネクタαB)の片面には溝
知)把 及びリブ(16)を複数個互(二平行(二形成する。ま
た画面f二は溝(ロ)及びリブ(lfl)と直交する方
向C二複数個互t”4−行(−溝(15α)及びリブ(
16a)を形成する。これらの溝(ロ)及び(15,2
)は夫々燃料ガス及び酸化剤ガスの流通路である。そし
て複数個の単位セル叫をインターコネクタCl8)を介
して積重ねて、上下端部に集電板(図示しない)を当接
し、さらg二図示しない絶縁部材及び締付部材を介して
一体感:シて電池積層体(ロ)を形成する。
(15z) and the rib that becomes the convex part (to)? (16a) plate 081 (hereinafter referred to as interconnector)
to be placed. On one side of this interconnector αB), a plurality of groove grips and ribs (16) are formed (two parallel). Also, the screen f2 is arranged in the direction C2 perpendicular to the grooves (b) and ribs (lfl). Multiple rows of t”4-rows (-grooves (15α) and ribs (
16a) is formed. These grooves (b) and (15, 2
) are flow paths for fuel gas and oxidant gas, respectively. Then, a plurality of unit cells are stacked together via interconnectors (Cl8), current collector plates (not shown) are brought into contact with the upper and lower ends, and a sense of unity is created through insulating members and tightening members (not shown): Then, form a battery laminate (b).

このように形成された%L池積層体aりは第2図C二足
すように反応ガスを供給又は排出する、いわゆるマニホ
ールドを配役する。t池積層体(ロ)の一方の側部1−
燃利カスを供給するパイプ(ホ)を有するマニホールド
叫を取付け、対向した側面蓋二燃料排ガスを排出するパ
イプ(18m)を有するマニホールド(19u)を取付
ける。また他方の1m1l m +=夫々対向して、酸
化剤ガスを供給するパイグーを有するマニホールド斡1
)と酸化剤排ガスを排出するパイプ(20m)を有する
一r=ホールド(21i)を取付ける。これらマニホー
ルド(4)、 (19Fl) 、 lムL (2x:i
r;)は何れも電池積層体(ロ)と図示しない絶縁バッ
キングを介して絶縁及び気密を保持して取付けられる。
The %L pond stack a formed in this manner is provided with a so-called manifold for supplying or discharging a reaction gas as shown in FIG. 2C. One side 1- of the t-pond laminate (b)
Attach a manifold with a pipe (e) for supplying fuel waste, and install a manifold (19u) with a pipe (18m) for discharging fuel exhaust gas on the opposing side lids. In addition, the other 1 ml 1 m + = manifold 1 having pipes facing each other and supplying oxidizing gas.
) and a hold (21i) with a pipe (20 m) for discharging the oxidizer exhaust gas. These manifolds (4), (19Fl), lmL (2x:i
r;) are both attached to the battery stack (b) while maintaining insulation and airtightness via an insulating backing (not shown).

このようにしてインターコネクタ形の電池が構成される
〇一方、他1ニリプ付111極形の電池がある。この電
池は上記のインター0ネクタな次に述べるセパレータと
リブと1−分割して構成する。すなわち第3図5=示す
ように、マトリックスa1+の両側に、触媒層に)、(
22a)を夫々形成したリブ付定&(財)r 、 (2
3a)を配設して単位セルα0)を形成する。そして、
リブ付電極ml、 (23a)の夫々のマトリックスa
1と接する反対側に複数個の溝(ロ)、(15α)及び
凸部となるリブα6)、(16α)を形成する。すなわ
ち、リブ付定* qr r二複数個の互61平行な#(
15)及びリブ■)を形成し、またリプ付x&(23,
2)には直交する方向に溝(15a)及びリブ(16a
)を形成する。このようにして単位セル(至)を形成し
、この単位セル(ト)を複数個、セパレータ唖)を介し
て積層して、前述したと同様Cニ一体として電池積層体
(lηを形成する。このセパレータ(ロ))は隣接して
積層された両電極−及び(23a)に夫々流通する燃料
ガスと酸化剤ガスとの混合を防止している。そして、電
池積層体(17)l二前述と同様1ニマニホールドを取
付けてリブ付電極形taを構成するO 81図のインターコネクタ形電池と第2図のリプ付定極
形電池とを比較すると、前述のよう5二第1図のプレー
トすなわちインター;ネクタα鴫の溝■)及びリプ(ト
)と電極(2)とが、丁度第2図C二おけるリブ付を極
−)C二相当する。また第1図のインターコネクタ08
)の一部が、第2図のセパレータ部)となった構成であ
る。
In this way, an interconnector type battery is constructed.On the other hand, there is also a 111-pole type battery with one electrode. This battery is constructed by dividing the above-mentioned interconnect into a separator and a rib, which will be described next. That is, as shown in FIG. 3, on both sides of the matrix a1+, the catalyst layer)
22a) with ribs formed respectively &r, (2
3a) to form a unit cell α0). and,
ribbed electrode ml, each matrix a of (23a)
A plurality of grooves (B) and (15α) and ribs α6) and (16α) serving as convex portions are formed on the opposite side that contacts 1. That is, rib attachment * qr r two or more mutually 61 parallel #(
15) and ribs ■), and x&(23,
2) has grooves (15a) and ribs (16a) in orthogonal directions.
) to form. In this manner, a unit cell is formed, and a plurality of these unit cells are stacked with separators interposed therebetween to form a battery stack (lη) as a single unit in the same manner as described above. This separator (b) prevents the fuel gas and the oxidizing gas flowing through the adjacently laminated electrodes (23a) and (23a) from mixing. Comparing the interconnector type battery shown in Fig. 81 and the fixed electrode type battery with ribs shown in Fig. , as mentioned above, the plate (interface) and lip (g) and electrode (2) in Figure 1 are exactly equivalent to the ribbed part (-) C2 in Figure 2. do. Also, interconnector 08 in Figure 1
) is a part of the separator part ) in FIG.

上述したように構成したインク・−コネクタ形及びリブ
付定極形電池にあっては、運転時シニおける単位セル叫
部分の発熱−二よる温度上昇5二よって。
In the ink-connector type and ribbed constant electrode type batteries constructed as described above, the temperature rises due to heat generation in the unit cell during operation.

触媒などが劣化して性能が低下することを防ぐため≦二
、数個の単位セル(至)ごとg二、インターコネクタ形
にあっては第4図に示すように冷却管に)を埋め込んだ
インターコネクタ吹)(以後インターコネクタ形冷却グ
レートと記す)を配設する。またリプ付定極形電池i二
あっては第5図C二示すように数個の単位セル(、。)
とと(二玲却管需′が埋め込まれたセパレータ部)(以
後、セパレータ形冷却プレートと記す)を配設する。
In order to prevent catalysts from deteriorating and performance decreasing, several unit cells (g2) are embedded in the cooling pipe (for interconnector types, as shown in Figure 4). (hereinafter referred to as interconnector type cooling grate). In addition, if there is a constant electrode type battery with a lip, there are several unit cells (,.) as shown in Figure 5C2.
A (separator part in which two cooling pipes are embedded) (hereinafter referred to as a separator type cooling plate) is provided.

このようにしてインターコネクタ形冷却プレート(支)
)及びセパレータ形冷却プレー) (281を夫々配設
するととC二より、夫々の!池の発熱を外部に取出し、
111池温度の温度上外を抑制している。
In this way, the interconnector type cooling plate (support)
) and separator type cooling plate) (When 281 is installed respectively, the heat generated in each ! pond is taken out from C2,
111 The temperature of the pond is suppressed.

上述したインターコネクタ形電池のインターコネクタ0
8)及びインターコネクタ形冷却プレート(初、またリ
ブ付定極形′電池のセパレータ(ロ))及びセパレータ
形冷却プレート呻)を形成する本発明の成形部材の組成
配合は次の通りである。
Interconnector 0 of the above-mentioned interconnector type battery
8) and the composition of the molded member of the present invention forming the interconnector type cooling plate (separator (b) of the ribbed fixed electrode type battery) and separator type cooling plate (e) is as follows.

すなわち、固形レゾール形フェノール樹脂5〜40重量
%、と10μ〜300μの人造グラファイト60〜95
u−jt%とを混合及び混練して成形する。
That is, 5 to 40% by weight of solid resol type phenolic resin and 60 to 95% of artificial graphite of 10μ to 300μ
u-jt% are mixed and kneaded and molded.

この固形レゾール形フェノール樹脂は、未反応フェノー
ル0.05〜15重童チ、融点20°〜100℃、15
0℃熱板上i二おけるゲル化時間が30〜150秒の特
性を有している。また、10μ〜300μの人造グラフ
ァイトは石油コークス又は無煙炭から製造される人造グ
ラファイトからなり、内定炭素量が95重量%である。
This solid resol type phenolic resin contains unreacted phenol of 0.05 to 15%, melting point of 20° to 100°C, and 15% of unreacted phenol.
It has a characteristic that the gelation time on a 0°C hot plate is 30 to 150 seconds. Moreover, the artificial graphite of 10 μm to 300 μm is made of artificial graphite manufactured from petroleum coke or anthracite, and has an internal carbon content of 95% by weight.

上記の固形レゾール形フェノール樹脂と10μ〜300
μの人造グラファイトの配合割合において、固形レゾー
ル形フェノール樹脂が5重量%未満でハ10μ〜300
μの人造グラファイトのバインダーとして効果がなくな
り機械的特性が低下して実用5二適さない。また40]
1−ji−チを超えると耐りん酸性及び耐熱性に効果が
ない。一方、10μ〜300μの人造グラフアイ)60
]i(蓋−未満では熱伝導性及び電気伝導性I:効果が
ない。また95東量チを超えると、機械的特性が低下し
実用に適さない。なお、最も好ましい範囲は、同形レゾ
ール形フェノール樹脂15〜303:’Jrc%、40
μ〜200μの人造グラファイト70〜85重量%であ
る。
The above solid resol type phenolic resin and 10μ~300
In the mixing ratio of μ artificial graphite, if the solid resol type phenolic resin is less than 5% by weight,
It becomes ineffective as a binder for artificial graphite of μ, and its mechanical properties deteriorate, making it unsuitable for practical use. 40 again]
If it exceeds 1-ji-h, there is no effect on phosphoric acid resistance and heat resistance. On the other hand, 10μ~300μ artificial graph eye) 60
]i (Thermal conductivity and electrical conductivity I: There is no effect if the value is less than 95. Phenolic resin 15-303: 'Jrc%, 40
70-85% by weight of artificial graphite with μ~200μ.

次に本発明の成形部材の成形方法について説明する。適
当な粒度に粉砕した固形レゾール形フェノール樹脂と1
0μ〜300μの人造グラファイトと1−1必要6二応
じて離形剤又は滑剤を加えて、常温で混合し均一に分散
させた後、蒸発性の液体分散媒を加えて、スラリー状に
し混llI機で加熱混練する。そして蒸発性の液体分散
媒を揮散させた後、冷却固化させ適当な粉砕機で適当な
大きさ5二粉砕して成形部材が形成される。そしてこの
粉砕した成形部材を適当な温度に加熱された金型内1;
入れ、インターコネクタ011)及びセパレータに)を
成形する。
Next, a method for forming a molded member according to the present invention will be explained. Solid resol type phenolic resin crushed to appropriate particle size and 1
0μ~300μ artificial graphite and 1-1 Add a mold release agent or lubricant as necessary, mix at room temperature and disperse uniformly, then add an evaporable liquid dispersion medium and mix to form a slurry. Heat and knead in a machine. Then, after volatilizing the evaporative liquid dispersion medium, it is cooled and solidified, and then pulverized to an appropriate size using an appropriate pulverizer to form a molded member. The pulverized molded member is then heated to an appropriate temperature in a mold 1;
and mold the interconnector 011) and separator).

(26) また金型によって成形する際1;冷却管−を埋め込むこ
とC二よってインターコネクタ形冷却プレート緯)及び
セパレータ形冷却プレートμs)を成形する。
(26) Also, when molding with a mold 1: embedding cooling pipes C2) thereby molding an interconnector type cooling plate (width) and a separator type cooling plate μs).

上記した本発明の成形部材は熱伝導性、電気伝導性、耐
りん酸性1寸法安定性及び耐熱性が優れている。以下C
二本発明を実施例≦二より具体的に説明するが、本発明
はこれら実施例によって限定されるものではないことは
勿論である。
The molded member of the present invention described above has excellent thermal conductivity, electrical conductivity, phosphoric acid resistance, one-dimensional stability, and heat resistance. Below C
EXAMPLE 2 The present invention will be explained in more detail using Examples≦2, but it goes without saying that the present invention is not limited to these Examples.

比較例I ノボラック形フェノール樹脂(硬化剤としてヘキサメチ
レンテトラミンを含む)に40μ〜200μの天然鱗片
状グラファイト75重tチを常温で混合し、メチルアル
コールを加えてスラリー状にして、100℃の混練機で
加熱混練し、メチルアルコールを揮散させた後、冷却粉
砕した組成材料を160’Cに加熱した金型内で200
に4/−の圧力で5分間硬化して成形した。
Comparative Example I A novolak type phenolic resin (containing hexamethylenetetramine as a hardening agent) was mixed with 75 tons of natural flaky graphite of 40μ to 200μ at room temperature, methyl alcohol was added to form a slurry, and the mixture was kneaded at 100°C. After heating and kneading in a machine and volatilizing the methyl alcohol, the cooled and pulverized composition material was heated to 160'C in a mold heated to 200°C.
It was cured and molded at a pressure of 4/- for 5 minutes.

この成形部材を190℃、85重量%のりん酸溶液で1
週間浸漬処理を行った結果、浸漬前後の寸法変化率は+
0.8チであり、組成部材6二膨潤が見られ、またりん
酸溶液も黒く濁り、黙りん酸溶液シニ侵され実用(二連
するものではなかった。
This molded member was heated to 190°C in 85% by weight phosphoric acid solution.
As a result of weekly immersion treatment, the dimensional change rate before and after immersion was +
0.8 inch, swelling of the composition member 6 was observed, and the phosphoric acid solution also became black and cloudy, and the phosphoric acid solution was contaminated by the phosphoric acid solution and was not used for practical use.

比較例■ 画形レゾール形フェノール樹脂4重量−に8μ以下の人
造グラファイト96重量−を常温で混合し、メチルアル
コールを加えてスラリー状iユして100℃の混線機で
加熱混練し、メチルアルコールを揮散させた後、冷却粉
砕した組成部材を160℃C二加熱した金型内で200
Kz/cIIの圧力で5分間硬化させて成形する。この
成形部材を比較例■と同条件でりん酸処理を行った結果
、浸漬前後の寸法率化率は−0,01%と安定した数値
を示したが、この成形部材の曲げ強さを測定すると2K
f/−であって実用に適さない強度であつ7’C。
Comparative Example ■ 4 weights of image-shaped resol type phenolic resin and 96 weights of artificial graphite of 8μ or less were mixed at room temperature, methyl alcohol was added to form a slurry, and the mixture was heated and kneaded in a mixer at 100°C. After volatilizing, the cooled and pulverized composition material was placed in a mold heated to 160°C for 200°C.
It is cured for 5 minutes at a pressure of Kz/cII and molded. As a result of phosphoric acid treatment of this molded part under the same conditions as in Comparative Example ■, the dimensional reduction ratio before and after immersion showed a stable value of -0.01%, but the bending strength of this molded part was measured. Then 2K
f/- and 7'C with a strength that is not suitable for practical use.

実施例■ 固形レゾール形フェノール樹脂25重′jkチに40μ
〜200μの人造グラファイト75重量sを常温で混合
し、メチルアルロールを加えてスラリー状口。
Example■ Solid resol type phenolic resin 25 weight x 40μ
75 weights of ~200μ artificial graphite was mixed at room temperature, and methylalurol was added to form a slurry.

して、100℃の混線機で加熱混練し、メチルアルコー
ルを揮散させた後、冷却粉砕した組成部材を160℃に
加熱した金型内で2001に/−の圧力で5分間硬化さ
せて成形する。この成形部材の熱伝導率1 は20XCa1/mhrd8g、電気伝導率は90Vm
でめった。また比較例Iと同条件でりん酸処理を行った
結果、浸漬前後の寸法変化率は−o、oi%、又曲は強
さは7.0に9/−であって、何れも優れた数値を示し
た。
After heating and kneading in a mixer at 100°C to volatilize the methyl alcohol, the cooled and pulverized composition material is cured and molded in a mold heated to 160°C at a pressure of 2001/- for 5 minutes. . The thermal conductivity 1 of this molded member is 20XCa1/mhrd8g, and the electrical conductivity is 90Vm.
I failed. Furthermore, as a result of phosphoric acid treatment under the same conditions as in Comparative Example I, the dimensional change rate before and after immersion was -o, oi%, and the bending strength was 7.0 to 9/-, both of which were excellent. The numbers were shown.

実施例■ 同形レゾール形フェノール樹脂15重量%(二100μ
〜300μの人造グラファイト85重量“チを常温で混
合し、メチルアルコールを加えてスラリー状にして、1
00℃の混#機で加熱混練し、メチルアル;−ルを揮散
させた後、冷却粉砕した組成部材を160℃C二加熱し
た金型内で200 h/cdの圧力で5分間硬化させて
成形する。この成形部材の熱伝導率は25KOa↓/m
、hr4eg+電気伝導率は110trmであった。ま
た比較例Iと同条件でりん酸処理を行った結果、浸漬前
後の寸法変化率は−0,01%。
Example ■ Isomorphic resol type phenolic resin 15% by weight (2100μ
~ 300μ artificial graphite 85wt. is mixed at room temperature, methyl alcohol is added to make a slurry,
After heating and kneading in a mixer at 00°C to volatilize the methylalcohol, the cooled and pulverized composition was cured for 5 minutes at a pressure of 200 h/cd in a mold heated to 160°C and molded. do. The thermal conductivity of this molded member is 25KOa↓/m
, hr4eg+ electrical conductivity was 110 trm. Further, as a result of phosphoric acid treatment under the same conditions as in Comparative Example I, the dimensional change rate before and after immersion was -0.01%.

又曲は強さは6.0にg/−と何れも優れた数値を示し
た。
The strength of the song was 6.0 and g/-, both of which were excellent values.

実施例■ 実施例■と同じ条件C二おいて、3φの冷却管を20寵
間隔で埋め込んで一体に成形した冷却プレートを、20
0°から25°Cの温度変化を加えるヒートサイクルを
1回として、このヒートサイクルを3回繰返したヒート
サイクル試験C:耐えて、何ら割れは発生しなかった。
Example ■ Under the same conditions C2 as Example ■, a cooling plate formed integrally with 3φ cooling pipes embedded at 20 mm intervals was
Heat cycle test C in which this heat cycle was repeated three times, with one heat cycle applying a temperature change from 0° to 25°C: withstood and no cracks were generated.

上述した実施例I、n、III及び比較例1.IIから
本発明の組成部材からなる成形部材は良好な諸物件を有
していることがわかる。従って、この成形f15@′か
らなるインターコネクタ及びセパレータを夫々配設し九
インターコネクタ形及びリブ付電極形の夫々の電池は、
何れも熱伝導性、電気伝導性、m墓品性、耐熱性及び機
械的特性1優れていた夫々の電池は何れも、上記の蹟特
性6二加えて特に温度上昇を抑制する性能が優れている
Examples I, n, III and Comparative Example 1. It can be seen from II that the molded member made of the composition member of the present invention has various good properties. Therefore, each of the nine interconnector type and ribbed electrode type batteries in which an interconnector and a separator made of this molded f15@' are arranged,
All of the batteries had excellent thermal conductivity, electrical conductivity, quality, heat resistance, and mechanical properties1.In addition to the above-mentioned properties62, each battery also had excellent performance in suppressing temperature rise. There is.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したよう1杢発明の燃料電池5ユよれば、複数
個の単位セルをプレートを介して積層し、このプレート
を固形レゾール形フェノール樹脂5〜40重1%、10
〜300μの人造グラフアイ)60〜95重量%を混合
及び混練後に成形すること5二より、高温状態で安定で
あり、また数単位セル毎C二冷却プレートを自己設する
こと(二より、特(二温度上昇を抑制することができる
As explained above, according to the fuel cell 5 unit of the first invention, a plurality of unit cells are stacked via plates, and the plates are made of solid resol type phenolic resin 5 to 40% by weight and 10% by weight.
~300μ artificial graphite) is molded after mixing and kneading 60 to 95% by weight52, it is stable in high temperature conditions, and self-installation of C2 cooling plate for every few unit cells (2, special (Two temperature rises can be suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第4図は夫々本発明のインターコネクタ形の
燃料電池を示す分解刷視図。 第2図及び第5図は夫々本発明のリプ付電極形の燃料電
池を示す分解斜視図。 第3図は第1図及び第2図の本発明の燃料電池を示す斜
視図である。 (10)・・・単位セル   (11)・・・マトリッ
クス(12)、 (12G)・・・電極 (13)・・
・インターコネクタ(15)、 (15α)・・・# 
  (16)、 (16α)・・・リプ(17)・・・
電池積層体 (19)、 (19m)、 (21)、 (21]?l
)・・・マニホールド(22)、(22g) ・’・触
媒層 (23)、 (23g)・・・リブ付電極(25)・・
・セパレータ  (26)・・・冷却管(27)・・・
インターコネクタ形冷却プレート(28)・・セパレー
タ形冷却プレート代理人弁理士 井 上 −男 第1図 第  2  図 f8  tlf 第  3  図 第1頁の続き 0発 明 者 斉藤敏久 東京都府中市東芝町1東京芝浦 電気株式会社府中工場内 ■出 願 人 東京芝浦電気株式会社 川崎市幸区堀川町72番地
FIGS. 1 and 4 are exploded perspective views showing interconnector-type fuel cells of the present invention, respectively. FIG. 2 and FIG. 5 are exploded perspective views showing lip-equipped electrode type fuel cells of the present invention, respectively. FIG. 3 is a perspective view of the fuel cell of the present invention shown in FIGS. 1 and 2. (10)...Unit cell (11)...Matrix (12), (12G)...Electrode (13)...
・Interconnector (15), (15α)...#
(16), (16α)...Reply (17)...
Battery stack (19), (19m), (21), (21]?l
)...Manifold (22), (22g)...Catalyst layer (23), (23g)...Ribbed electrode (25)...
・Separator (26)...Cooling pipe (27)...
Interconnector type cooling plate (28) Separator type cooling plate Patent attorney Mr. Inoue Figure 1 Figure 2 Figure f8 tlf Figure 3 Continued from page 1 0 Inventor Toshihisa Saito Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo 1 Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. Fuchu Factory ■Applicant Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki City

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)電N質層を挾んで一対の′vL極を配設し、各電
極の背面口夫々燃料ガス及び酸化剤〃スを流通して電気
エネルギーを出力する単位セルを形成し、前記燃料ガス
と前記酸化剤ガスの混合を防止し、かつ前記単位セルを
電気的6二接続する機能を有するプレートを介して、前
記単位セルを複数個積層してなるもの墨二おいて、前記
プレートが固形レゾール形フェノール樹脂を5〜40重
f#チ、10〜300μの粒夏の人造グラフアイを60
〜95重i:%からなる組成部材を混合、混線及び成形
して形成したことを%徴とする燃料電池0 (2)数個の単位セル毎に冷却管を一体6二成形した冷
却プレートを配設した特許請求の範囲第1項記載の燃料
電池0 (8)プレートが燃料ガス及び酸化剤ガスの通路となる
溝を形成したインターコネクタ形プレートからなる特許
請求の範囲第1項記載の燃料電池。 (4)電極がリブ付電極からなり、また単位セルをセパ
レータ形プレートを介して積層した特許請求の範囲第1
項記載の燃料電池。
[Scope of Claims] (1) A unit cell in which a pair of 'vL electrodes are disposed with an electro-N material layer sandwiched between them, and a fuel gas and an oxidizing agent are passed through the back ports of each electrode to output electrical energy. A plurality of unit cells are stacked together via a plate having a function of forming a gas, preventing mixing of the fuel gas and the oxidizing gas, and electrically connecting the unit cells. Then, the plate was filled with solid resol-type phenolic resin at 5 to 40 f# and 60 to 60 g of artificial graphite with particles of 10 to 300μ.
A fuel cell characterized by being formed by mixing, cross-wiring, and molding composition members consisting of ~95% i:%. (8) The fuel cell according to claim 1, wherein the plate is an interconnector type plate in which grooves are formed as passages for fuel gas and oxidizing gas. battery. (4) Claim 1, in which the electrode is a ribbed electrode, and unit cells are stacked via a separator plate.
Fuel cell as described in Section.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60246568A (en) * 1984-05-22 1985-12-06 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd Manufacture of ribbed and grooved separator for fuel cell
FR2864862A1 (en) * 2004-01-02 2005-07-08 Renault Sas Fuel cell cooling device has bipolar plates with heat pipes containing coolant that changes to vapour/liquid phase at cell operating temperature and that are covered by case fixed in hermetic manner at plates upper face

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JPS60246568A (en) * 1984-05-22 1985-12-06 Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd Manufacture of ribbed and grooved separator for fuel cell
FR2864862A1 (en) * 2004-01-02 2005-07-08 Renault Sas Fuel cell cooling device has bipolar plates with heat pipes containing coolant that changes to vapour/liquid phase at cell operating temperature and that are covered by case fixed in hermetic manner at plates upper face

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