JPS5975562A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JPS5975562A JPS5975562A JP57185107A JP18510782A JPS5975562A JP S5975562 A JPS5975562 A JP S5975562A JP 57185107 A JP57185107 A JP 57185107A JP 18510782 A JP18510782 A JP 18510782A JP S5975562 A JPS5975562 A JP S5975562A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- fuel
- separator
- fluid
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel 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。
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ゎシ、特に軽量化とリン酸電解質
量保持量の向上を図シ得るようにした燃料電池に関する
。
量保持量の向上を図シ得るようにした燃料電池に関する
。
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堆料電池が知られている。こ
の燃料電池は通常、電解質を挟んで一対の多孔質電極を
配置するとともに１一方の電極の庁１［πに水床等の流
体燃料を接触させ、また曲刃の電極の背面にｔｉｔ素等
の流体酸化剤を接触させ、このとき起る電気化学的反応
を利用して、上記電極間がら電気エネルギーを取シ出す
ようにしたものであシ、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。
ギーに変換する装置として堆料電池が知られている。こ
の燃料電池は通常、電解質を挟んで一対の多孔質電極を
配置するとともに１一方の電極の庁１［πに水床等の流
体燃料を接触させ、また曲刃の電極の背面にｔｉｔ素等
の流体酸化剤を接触させ、このとき起る電気化学的反応
を利用して、上記電極間がら電気エネルギーを取シ出す
ようにしたものであシ、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。
ところで島上記のような原理に基づく、特にリン酸を電
解質とした燃料電池の単位セルは、第１図（、）又は（
ｂ）に示すように構成されておシ、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
電池装置全体を構成している。
解質とした燃料電池の単位セルは、第１図（、）又は（
ｂ）に示すように構成されておシ、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
電池装置全体を構成している。
すなわち、第１図（、）において単位セルは、電解質を
含浸したマトリックス１を境に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、更に両電極２．３のマトリックス１
と反対側の背面にそれぞれリゾ４，６の付いたグレート
６（一般には、グ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側
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
に設けてあり、これらの溝７，８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。またインタコネク
タ６の反対側の面にも同様にリブ４゜５によって互いに
直交するような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。
含浸したマトリックス１を境に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、更に両電極２．３のマトリックス１
と反対側の背面にそれぞれリゾ４，６の付いたグレート
６（一般には、グ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側
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
に設けてあり、これらの溝７，８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。またインタコネク
タ６の反対側の面にも同様にリブ４゜５によって互いに
直交するような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 、重％Ｌ２ ｔ 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
６０各溝７，８０両両端口だけを残し各積層嬬面部を気
密にシールして単位セルを構成している。
インタコネクタ６を積層し、この状態でインタコネクタ
６０各溝７，８０両両端口だけを残し各積層嬬面部を気
密にシールして単位セルを構成している。
第１図（、）のように構成された単位セルは複数個積層
され１第２図に示すようにこの積層体の１つの対向する
端面の一方に燃料供給口９を有したマニホルド１０と、
１１口に燃料排出口１１を有したマニホルド１２とが肖
てがわれ、また曲の対向する端面の一方に酸化剤供給口
１３を有したマニホルド１４と、能力に酸化剤排出口１
５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がデ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装置１７が構成
されている。したがってこの燃料電池装置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
ＩＣなり、そのとき流体燃料と流体酸化剤とはそれぞれ
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
力端子を省略している。
され１第２図に示すようにこの積層体の１つの対向する
端面の一方に燃料供給口９を有したマニホルド１０と、
１１口に燃料排出口１１を有したマニホルド１２とが肖
てがわれ、また曲の対向する端面の一方に酸化剤供給口
１３を有したマニホルド１４と、能力に酸化剤排出口１
５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がデ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装置１７が構成
されている。したがってこの燃料電池装置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
ＩＣなり、そのとき流体燃料と流体酸化剤とはそれぞれ
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
力端子を省略している。
しかしながら、従来の上記のように構成された燃料電池
においては次のような問題があった。
においては次のような問題があった。
（１） インタコネクタの厚さが大きいため電気抵抗
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。
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） インタコネクタの厚さが大きく、かつ密度が
大きい（１・８９／ａｎ２程度）ので燃料電池装置の重
量が大きい。
大きい（１・８９／ａｎ２程度）ので燃料電池装置の重
量が大きい。
（３） フェノール系樹脂結着剤から構成されるイン
クコネクタを用いるために寿命が短い。
クコネクタを用いるために寿命が短い。
（４） 自重が太きいため、その自重によシ劣化が促
進される。
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
すように構成された燃料電池単位セルが考えられている
。すなわち、第１図（ｂ）において、１８はセパレータ
、１９はリブ付電極である。
すように構成された燃料電池単位セルが考えられている
。すなわち、第１図（ｂ）において、１８はセパレータ
、１９はリブ付電極である。
第１図（、）と同じ作用を示すものは同じ符号で示しで
ある。すなわち、第１図（、）に示すインタコネクタ６
がセパレータ１８とリブ４，５に分割構成され、そのリ
ブ４，５が電極２．３と夫々一体化されて、リブ付電極
１９として構成されている。この改良型の特徴は、七ノ
！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の役目を果している。
ある。すなわち、第１図（、）に示すインタコネクタ６
がセパレータ１８とリブ４，５に分割構成され、そのリ
ブ４，５が電極２．３と夫々一体化されて、リブ付電極
１９として構成されている。この改良型の特徴は、七ノ
！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の役目を果している。
この改良型燃料電池では、第１図（、）に示すインタコ
ネクタを用いた燃料電池に比較すると半分に軽量化され
る。
ネクタを用いた燃料電池に比較すると半分に軽量化され
る。
ところで、リブ付電極１９は、流体燃料および流体酸化
剤の反応流体がそれセれ触媒層へ到達するために十分な
反応流体透過性をもたなければならず、２イ電性が高く
、かつ厚みは少なくまた積層による加重に耐える強度が
必要である。
剤の反応流体がそれセれ触媒層へ到達するために十分な
反応流体透過性をもたなければならず、２イ電性が高く
、かつ厚みは少なくまた積層による加重に耐える強度が
必要である。
このため、リブ伺電極１９は、通常はカーボンファイバ
ーやグラファイト粒子等の材料から作られ、空隙率は７
０〜８０優になるように作られている。
ーやグラファイト粒子等の材料から作られ、空隙率は７
０〜８０優になるように作られている。
このリゾ付電極１９の従来の製造法は、力−デンファイ
・ぐ−又はグラファイト粒子等の材料を用い、これに結
合剤として熱硬化性樹脂たとえばフェノール系樹脂、又
はタールピッチのようなものを加え、熱間圧縮成型を行
ないシート化し、更にこのシートを黒鉛化炉中で焼成す
ることにより結合剤の炭素成分をグラファイト化し空隙
率を上げ、次にこのシートを機械加工によシ反応流体流
路の溝付けを行なうことによシ製造されている。
・ぐ−又はグラファイト粒子等の材料を用い、これに結
合剤として熱硬化性樹脂たとえばフェノール系樹脂、又
はタールピッチのようなものを加え、熱間圧縮成型を行
ないシート化し、更にこのシートを黒鉛化炉中で焼成す
ることにより結合剤の炭素成分をグラファイト化し空隙
率を上げ、次にこのシートを機械加工によシ反応流体流
路の溝付けを行なうことによシ製造されている。
しかしながら、とのリブ付電極は熱伝達が悪く、燃料電
池内の温度分布の不均一化が大きくなって局部過熱の原
因となり、燃料電池の寿命の低下を引きおこすという欠
点があった。
池内の温度分布の不均一化が大きくなって局部過熱の原
因となり、燃料電池の寿命の低下を引きおこすという欠
点があった。
本発明は上記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）かつ薄い片面リブ
付セパレータと従来のリブ付電極とを備え、軽量化とリ
ン酸電解質量保持量の向上を図ることが可能な燃料電池
を提供することにある。
の目的とするところは製造が簡単で）かつ薄い片面リブ
付セパレータと従来のリブ付電極とを備え、軽量化とリ
ン酸電解質量保持量の向上を図ることが可能な燃料電池
を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明では、酸等で処理をし
た黒鉛（以下、黒鉛層間化合物と称する）を急激に温度
を上げることによシ得られる膨張黒鉛を用い、圧縮成型
した片面リプ付セパレータを得るようにしたことを特徴
とする。
た黒鉛（以下、黒鉛層間化合物と称する）を急激に温度
を上げることによシ得られる膨張黒鉛を用い、圧縮成型
した片面リプ付セパレータを得るようにしたことを特徴
とする。
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。第３図は、本発明による燃料電池装置の構成例を分
解斜視図にて示したものであシ、図において２０は片面
リブ付セ・！レータで、その池同一部分には同一符号を
付して示している。なお、第３図において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。
る。第３図は、本発明による燃料電池装置の構成例を分
解斜視図にて示したものであシ、図において２０は片面
リブ付セ・！レータで、その池同一部分には同一符号を
付して示している。なお、第３図において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。
本発明の燃料電池における片面リブ付セ）４レータ２θ
は、例えば次のような方法によシ形成する。すなわち、
黒鉛層間化合物を９５０℃で急激に膨張させた膨張黒鉛
（かさ密度： ０．０１ＶＣｒｎ３）を、成形圧力１５
０ ｋｇ７ｃｍ２ｅ成形温度１５０℃テア ００ ｔｒ
ａｇ Ｘ ７００ ｔａｎの大きさで片面にリブ５を成
型するための溝を有する成型金形を用いて加圧成型する
。この成形した片面リプ伺セパレータ２０の厚さは２．
５謔であシ、リブ５の幅は１．５ｗｍ、リブ５の高さは
２．０ｍ、流体酸化剤流通路８の溝幅は２＊Ｏｔｒａｎ
であシ、これを繰返している。
は、例えば次のような方法によシ形成する。すなわち、
黒鉛層間化合物を９５０℃で急激に膨張させた膨張黒鉛
（かさ密度： ０．０１ＶＣｒｎ３）を、成形圧力１５
０ ｋｇ７ｃｍ２ｅ成形温度１５０℃テア ００ ｔｒ
ａｇ Ｘ ７００ ｔａｎの大きさで片面にリブ５を成
型するための溝を有する成型金形を用いて加圧成型する
。この成形した片面リプ伺セパレータ２０の厚さは２．
５謔であシ、リブ５の幅は１．５ｗｍ、リブ５の高さは
２．０ｍ、流体酸化剤流通路８の溝幅は２＊Ｏｔｒａｎ
であシ、これを繰返している。
ちなみに、かように形成した片面リプ付セパレータ２０
を、９５ｗｔ％リン酸中に１９０℃で４週間浸漬を行な
ったところ、なんら形状的にも変化は認められず化学的
にも安定であった。
を、９５ｗｔ％リン酸中に１９０℃で４週間浸漬を行な
ったところ、なんら形状的にも変化は認められず化学的
にも安定であった。
また、この得られた片面リゾ付セパレータ２０の面積抵
抗０．０１Ωｃｒｎ２であり、十分な導電性を有する。
抗０．０１Ωｃｒｎ２であり、十分な導電性を有する。
かくして本発明によれば、従来のインタコネクタと同等
以上の寿命、特性を有するものの従来のものよりも薄く
、かつ圧縮成形のみで製造可能であるため大巾に工程の
省略化が可能になり、製造コストの低減を図ることがで
きる。
以上の寿命、特性を有するものの従来のものよりも薄く
、かつ圧縮成形のみで製造可能であるため大巾に工程の
省略化が可能になり、製造コストの低減を図ることがで
きる。
上述したように、本発明によれば３１１ＩＩ＋＋以下の
成型が可能であり、溝加工が必要でなく、シたがって材
料使用量も低下するために、片面リプ付七ノやレークの
重量も低減して燃料電池の軽量化を可能とし、ひいては
自重による劣化も低減することができる。また、厚さが
小さくなることによυオーム降下による熱損失を低減で
きるために、結果的に熱効率の向上を図ることが可能な
燃料電池装置が得られる。更に軽量コンノ９クト化につ
いて述べると、例えば２５０ ｋＷ容量の燃料電池装置
は通常積層数は５００セルに達する。このために、イン
タコネクタの厚さ低減及び軽量化は、本発明のものを用
いると）自重で１００ ｏｋｇも低減することができる
。
成型が可能であり、溝加工が必要でなく、シたがって材
料使用量も低下するために、片面リプ付七ノやレークの
重量も低減して燃料電池の軽量化を可能とし、ひいては
自重による劣化も低減することができる。また、厚さが
小さくなることによυオーム降下による熱損失を低減で
きるために、結果的に熱効率の向上を図ることが可能な
燃料電池装置が得られる。更に軽量コンノ９クト化につ
いて述べると、例えば２５０ ｋＷ容量の燃料電池装置
は通常積層数は５００セルに達する。このために、イン
タコネクタの厚さ低減及び軽量化は、本発明のものを用
いると）自重で１００ ｏｋｇも低減することができる
。
以上説明したように本発明によれば、安価でかつ製造簡
単で大量生産が可能な耐熱、耐薬品、電気伝導性に優れ
た厚みの薄い片面リブ付セノ４レータが得られ、これを
従来のリプ付電極方式燃料電池に組み込むようにしたも
ので、オーム降下による熱損失の低減化と共に小型軽量
化が図シ得、かつリン酸の保持量を向上させて長寿命化
を図ることが可能な燃料電池が提供できる。
単で大量生産が可能な耐熱、耐薬品、電気伝導性に優れ
た厚みの薄い片面リブ付セノ４レータが得られ、これを
従来のリプ付電極方式燃料電池に組み込むようにしたも
ので、オーム降下による熱損失の低減化と共に小型軽量
化が図シ得、かつリン酸の保持量を向上させて長寿命化
を図ることが可能な燃料電池が提供できる。
第１図（、）およびΦ）は従来の燃料電池装置の単位セ
ルを示す分解斜視図、第２図は同セルを組込んだ従来の
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・・
・リブ、６・・・インタコネクタ、１８・・・セパレー
タ、１９・・・リゾ付電極、２０・・・片面リプ付セＡ
ｌレータ。 （ｂ）
ルを示す分解斜視図、第２図は同セルを組込んだ従来の
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・・
・リブ、６・・・インタコネクタ、１８・・・セパレー
タ、１９・・・リゾ付電極、２０・・・片面リプ付セＡ
ｌレータ。 （ｂ）
Claims (2)
- （１） 電解質を含む一対の電極に接するような流体
燃料流通路を形成し、前記流体燃料の反応場への拡散機
能を有するリブ付電極と流体酸化剤流通路を形成してな
る片面リブ付セＡ’レータとを備え各流通通路に燃料お
よび酸化剤が流通している条件下で電気エネルギーを出
力する単位セルと、この単位セルを前記流体燃料流通路
と流体酸化剤流通路とを交互に積層した状態で対向する
流通路の間に設けられ前記流体燃料と流体酸化剤との混
合を防止するセ・ぐレータとから構成され、前記片面リ
ブ付セパレータを膨張黒鉛によ多形成したことを特徴と
する燃料電池。 - （２） 片面リブ付セパレータが膨張黒鉛を圧縮成型
することによりモールド形成されたことを特徴とする特
許請求の範囲第（１）項記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57185107A JPS5975562A (ja) | 1982-10-21 | 1982-10-21 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57185107A JPS5975562A (ja) | 1982-10-21 | 1982-10-21 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5975562A true JPS5975562A (ja) | 1984-04-28 |
Family
ID=16164973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57185107A Pending JPS5975562A (ja) | 1982-10-21 | 1982-10-21 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5975562A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2581253A1 (fr) * | 1985-04-30 | 1986-10-31 | Kureha Chemical Ind Co Ltd | Produit en carbone comprenant des materiaux carbones reunis ensemble, ce produit en carbone pour un substrat d'electrode de piles a combustible et procede pour la production de celui-ci. |
-
1982
- 1982-10-21 JP JP57185107A patent/JPS5975562A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2581253A1 (fr) * | 1985-04-30 | 1986-10-31 | Kureha Chemical Ind Co Ltd | Produit en carbone comprenant des materiaux carbones reunis ensemble, ce produit en carbone pour un substrat d'electrode de piles a combustible et procede pour la production de celui-ci. |
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