JPS61158669A - バイポ−ラ型燃料電池用極板 - Google Patents
バイポ−ラ型燃料電池用極板Info
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- JPS61158669A JPS61158669A JP59277868A JP27786884A JPS61158669A JP S61158669 A JPS61158669 A JP S61158669A JP 59277868 A JP59277868 A JP 59277868A JP 27786884 A JP27786884 A JP 27786884A JP S61158669 A JPS61158669 A JP S61158669A
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- Japan
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- electrode plate
- carbon fiber
- fabrics
- plates
- carbide
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inert Electrodes (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】
産業上の利用分野
この発明は、バイポーラ型燃料電池に使用する極板に関
する。
する。
炙米盈迷
バイポーラ型燃料電池、特にリン酸水溶液を電解質とす
る高温型のものにおいては、化学的に安定であり、しか
も安価であるという理由でその極板を炭素材料で構成し
ている。
る高温型のものにおいては、化学的に安定であり、しか
も安価であるという理由でその極板を炭素材料で構成し
ている。
そのような極板としては、たとえば特公昭５３−４３９
２０号公報に記載されているものが知られている。この
極板は、平均長１〜’ｌＱｍｍの炭素繊維短繊維にバイ
ンダを加えて抄紙した俊、それを焼成してバインダを炭
化し、その後熱分解炭素を沈着させることによって作ら
れたもので、短繊維同士がその交点において炭素で結着
されている。しかしながら、かかる従来の極板には、以
下において説明するような欠点がある。
２０号公報に記載されているものが知られている。この
極板は、平均長１〜’ｌＱｍｍの炭素繊維短繊維にバイ
ンダを加えて抄紙した俊、それを焼成してバインダを炭
化し、その後熱分解炭素を沈着させることによって作ら
れたもので、短繊維同士がその交点において炭素で結着
されている。しかしながら、かかる従来の極板には、以
下において説明するような欠点がある。
すなわち、燃料電池用極板の特性は、これはバイポーラ
型のものに限ったことではないが、一般に、燃料ガス（
水素ガス、天然ガスなど）や参照ガス（空気または酸素
ガス）を透過させる、いわゆる気体透過性と、厚み方向
の導電性に大きく左右され、両者のバランスがとれてい
ることが大変重要であるが、上記従来の極板は、炭素繊
維短繊維を使用するので製造時における嵩の制御が大変
難しく、短繊維が詰まりすぎたり、逆に粗になって嵩高
になりやすい。しかるに、短ｍ維が詰まりすぎると、導
電性は上がるものの気孔率が低くなって気体透過性が低
下し、また嵩高になると気体透過性は向上するものの導
電性が低下して、気体透過性と導電性のバランスがなか
な゛かとれない。
型のものに限ったことではないが、一般に、燃料ガス（
水素ガス、天然ガスなど）や参照ガス（空気または酸素
ガス）を透過させる、いわゆる気体透過性と、厚み方向
の導電性に大きく左右され、両者のバランスがとれてい
ることが大変重要であるが、上記従来の極板は、炭素繊
維短繊維を使用するので製造時における嵩の制御が大変
難しく、短繊維が詰まりすぎたり、逆に粗になって嵩高
になりやすい。しかるに、短ｍ維が詰まりすぎると、導
電性は上がるものの気孔率が低くなって気体透過性が低
下し、また嵩高になると気体透過性は向上するものの導
電性が低下して、気体透過性と導電性のバランスがなか
な゛かとれない。
しかして、気体透過性と導電性のバランスがとれていな
いような極板によっては、発電効率の高い燃料電池が得
られない。
いような極板によっては、発電効率の高い燃料電池が得
られない。
また、上記従来の極板は、抄紙法によって製造したもの
であるから、大部分の短繊維は極板の面とほぼ平行にな
っており、極板の厚み方向に向いているものは極くわず
かである。そのため、厚み方向の導電性は短繊維同士を
結着している炭素に大きく依存することになるが、導電
性を向上させようとして炭素の量、つまりバインダの添
加口を多くすると、それに比例して気体透過性が低下し
てしまう。
であるから、大部分の短繊維は極板の面とほぼ平行にな
っており、極板の厚み方向に向いているものは極くわず
かである。そのため、厚み方向の導電性は短繊維同士を
結着している炭素に大きく依存することになるが、導電
性を向上させようとして炭素の量、つまりバインダの添
加口を多くすると、それに比例して気体透過性が低下し
てしまう。
さらに、上記従来の極板は、炭素繊維短繊維を使用して
いるので、機械的強度がもともと高くないうえに、何ら
かの機械的、電気的または化学的作用によって炭素によ
る結着が解かれた場合に短繊維がばらばらに分離し、形
態を保ち得なくなるばかりか導電性が大きく低下する。
いるので、機械的強度がもともと高くないうえに、何ら
かの機械的、電気的または化学的作用によって炭素によ
る結着が解かれた場合に短繊維がばらばらに分離し、形
態を保ち得なくなるばかりか導電性が大きく低下する。
特に、電解質たるリン酸水溶液側の面では、リン酸によ
る炭素の脆化が起こりやすいが、炭素による結着が解か
れて短繊維がばらばらになると、この面は触媒を担持し
ている面であるから電池の特性に大きな影響を与えるこ
とになる。
る炭素の脆化が起こりやすいが、炭素による結着が解か
れて短繊維がばらばらになると、この面は触媒を担持し
ている面であるから電池の特性に大きな影響を与えるこ
とになる。
発明が解決しようとする問題点
この発明の目的は、従来の極板の上記欠点を解決し、気
体透過性、導電性、機械的強度がともに高く、かつ耐久
性に優れたバイポーラ型燃料電池用極板を提供するにあ
る。
体透過性、導電性、機械的強度がともに高く、かつ耐久
性に優れたバイポーラ型燃料電池用極板を提供するにあ
る。
」版点皇五人工盃亙至辺土且
上記目的を達成するためのこの発明は、平板状の多孔質
極板であって、前記極板には炭素繊維織物が使用され、
かつ前記炭素繊維織物の経糸および緯糸がそれらの交錯
部において炭化物で結着されているバイポーラ型燃料電
池用極板を特徴とするものである。
極板であって、前記極板には炭素繊維織物が使用され、
かつ前記炭素繊維織物の経糸および緯糸がそれらの交錯
部において炭化物で結着されているバイポーラ型燃料電
池用極板を特徴とするものである。
この発明をさらに詳細に説明するに、第２図は、バイポ
ーラ型の積層型燃料電池をその１ユニット分について示
す概略斜視図である。第２図において、２枚の多孔質極
板１．２の間には、たとえばリン酸水溶液からなる電解
質３が担持されている。
ーラ型の積層型燃料電池をその１ユニット分について示
す概略斜視図である。第２図において、２枚の多孔質極
板１．２の間には、たとえばリン酸水溶液からなる電解
質３が担持されている。
また、各極板１．２と上記電解質３の間には、たとえば
白金黒からなる触媒４．５が担持されている。極板１．
２は、全体として２〜５ｍｍ程度の厚みを有している。
白金黒からなる触媒４．５が担持されている。極板１．
２は、全体として２〜５ｍｍ程度の厚みを有している。
バイポーラ型燃料電池は、このようなユニットを多数積
層することによって構成されるが□、各ユニット間は、
燃料ガス（水素ガス、天然ガスなど）または参照ガス（
空気または酸素ガス）を透過することのない、リブ８．
９を備えた、たとえば黒鉛板などの隔壁板６．７で仕切
られている。リブ８．９は、それぞれ隔壁板６．７に幅
および深さがともに１〜２．５ｍｍ程度であるような満
１０．１１を形成している。しかして、隔壁板６．７は
溝１０．１１が互いに直交するように配置され、いずれ
か一方の隔壁板の溝内に燃料ガスが流され、他方の隔壁
板の溝内に参照ガスが流されるものである。
層することによって構成されるが□、各ユニット間は、
燃料ガス（水素ガス、天然ガスなど）または参照ガス（
空気または酸素ガス）を透過することのない、リブ８．
９を備えた、たとえば黒鉛板などの隔壁板６．７で仕切
られている。リブ８．９は、それぞれ隔壁板６．７に幅
および深さがともに１〜２．５ｍｍ程度であるような満
１０．１１を形成している。しかして、隔壁板６．７は
溝１０．１１が互いに直交するように配置され、いずれ
か一方の隔壁板の溝内に燃料ガスが流され、他方の隔壁
板の溝内に参照ガスが流されるものである。
上記極板１（２）は、第１図に示すように平板状をして
いて、１〜数枚の炭素繊維織物１２が使用され、しかも
その炭素繊維織物１２の経糸および緯糸の交錯部には炭
化物（図示せず）が付着し、それら経糸および緯糸を互
いに結石している。したがって、経糸および緯糸の配列
の乱れ、っまり目ずれが容易に起こるようなことはない
。
いて、１〜数枚の炭素繊維織物１２が使用され、しかも
その炭素繊維織物１２の経糸および緯糸の交錯部には炭
化物（図示せず）が付着し、それら経糸および緯糸を互
いに結石している。したがって、経糸および緯糸の配列
の乱れ、っまり目ずれが容易に起こるようなことはない
。
上記炭素繊維は、ピッチ系、ポリアクリルニトリル系な
どの、好ましくは無撚の炭素繊維である。
どの、好ましくは無撚の炭素繊維である。
単糸径は、５〜１５μｍ程度である。炭化系、黒鉛系の
いずれであってもよいが、導電性や耐食性が高く、しか
も機械的特性が優れているという理由で、黒鉛系の、そ
れもポリアクリルニトリル系炭素繊維であるのが最も好
ましい。しかして、そのような炭素繊維からなる織物は
、平織物、朱子織物、綾織物のようなものである。なか
でも、経糸と緯糸の交錯が最も多く、組織が安定してい
る平織物であるのが最も好ましい。これらの織物は、極
板に高い気体透過性、厚み方向の導電性、機械的強度を
与える。これらの特性を十分に発揮させるために、上記
織物は、クリンプ率が２０〜２００％であり、かつＩｃ
ｍ３当りの重さが０．０８〜０．３ｇであるようなもの
であるのが好ましい。
いずれであってもよいが、導電性や耐食性が高く、しか
も機械的特性が優れているという理由で、黒鉛系の、そ
れもポリアクリルニトリル系炭素繊維であるのが最も好
ましい。しかして、そのような炭素繊維からなる織物は
、平織物、朱子織物、綾織物のようなものである。なか
でも、経糸と緯糸の交錯が最も多く、組織が安定してい
る平織物であるのが最も好ましい。これらの織物は、極
板に高い気体透過性、厚み方向の導電性、機械的強度を
与える。これらの特性を十分に発揮させるために、上記
織物は、クリンプ率が２０〜２００％であり、かつＩｃ
ｍ３当りの重さが０．０８〜０．３ｇであるようなもの
であるのが好ましい。
ここにおいて、クリンプ率は、式、
Ｃ＝ ［（Ｌ−Ｌ’ ）／Ｌ’ ］ｘ１００ただし、Ｃ
：クリンプ率（％） Ｌ：真直ぐに延ばした状態で計った 経糸または緯糸の長さ Ｌ′：織物を構成している状態で計 った経糸または緯糸の長さ で定義されるものである。この定義から明らかなように
、クリンプ率が大きいということは、経糸および緯糸の
交錯部におけるそれらの屈曲の程度が大きいということ
である。しかして、クリンプ率が大きいほど経糸および
緯糸が織物の厚み方向に向くことになり、これが厚み方
向の導電路を形成する。また、織物の目、つまり織目は
、燃料ガスや参照ガスの通路を形成する。
：クリンプ率（％） Ｌ：真直ぐに延ばした状態で計った 経糸または緯糸の長さ Ｌ′：織物を構成している状態で計 った経糸または緯糸の長さ で定義されるものである。この定義から明らかなように
、クリンプ率が大きいということは、経糸および緯糸の
交錯部におけるそれらの屈曲の程度が大きいということ
である。しかして、クリンプ率が大きいほど経糸および
緯糸が織物の厚み方向に向くことになり、これが厚み方
向の導電路を形成する。また、織物の目、つまり織目は
、燃料ガスや参照ガスの通路を形成する。
炭素繊維織物の経糸と緯糸および短繊維同士を結着して
いる炭化物は、たとえばフェノール樹脂、ポリビニルア
ルコール樹脂、タール、ピッチなどの有機物を焼成、炭
化することによって得られたものである。しかして、極
板中における炭化物の割合は、ｆｆ１ｆｆｉ比で、炭素
繊維織物３〜１０に対して炭化物１程度でよい。
いる炭化物は、たとえばフェノール樹脂、ポリビニルア
ルコール樹脂、タール、ピッチなどの有機物を焼成、炭
化することによって得られたものである。しかして、極
板中における炭化物の割合は、ｆｆ１ｆｆｉ比で、炭素
繊維織物３〜１０に対して炭化物１程度でよい。
この発明に係る極板は、いろいろな方法によって製造す
ることができるが、次にその好ましい一例を示す。
ることができるが、次にその好ましい一例を示す。
すなわち、まず、所望の枚数の炭素繊維織物を積層し、
これにフェノール樹脂のメタノール溶液を含浸する。こ
のとき、フェノール樹脂の濃度は５〜５０重（６）％程
度であるのがよく、また含浸量は５〜４０重量％程度で
あるのがよい。あらかじめフェノール樹脂のメタノール
溶液を含浸した炭素繊維織物を積層するようにしてもよ
い。
これにフェノール樹脂のメタノール溶液を含浸する。こ
のとき、フェノール樹脂の濃度は５〜５０重（６）％程
度であるのがよく、また含浸量は５〜４０重量％程度で
あるのがよい。あらかじめフェノール樹脂のメタノール
溶液を含浸した炭素繊維織物を積層するようにしてもよ
い。
次に、２枚の金属平板の間に上記積層体を挟み、加圧下
に１００〜２００℃の温度で数十分間加熱する。すると
、フェノール樹脂によって、炭素繊維織物の経糸および
緯糸がそれらの交錯部において結着され、形状的には第
１図に示すような、いわゆる極板素材が得られる。
に１００〜２００℃の温度で数十分間加熱する。すると
、フェノール樹脂によって、炭素繊維織物の経糸および
緯糸がそれらの交錯部において結着され、形状的には第
１図に示すような、いわゆる極板素材が得られる。
次に、上記極板素材を、窒素カスなどの不活性雰囲気中
で、かつおおむね１０００’Ｃ以上の温度で数十分間焼
成し、上記フェノール樹脂を炭化してこの発明に係る極
板を掘る。
で、かつおおむね１０００’Ｃ以上の温度で数十分間焼
成し、上記フェノール樹脂を炭化してこの発明に係る極
板を掘る。
発明の効果
この発明に係る極板は、炭素繊維織物を使用し、しかも
その経糸および緯糸をそれらの交錯部において炭化物で
結着しているから、気体透過性、導電性および機械的強
度のいずれにおいても大変源れている。
その経糸および緯糸をそれらの交錯部において炭化物で
結着しているから、気体透過性、導電性および機械的強
度のいずれにおいても大変源れている。
すなわち、織物は織組織や織密度などによって定まる織
目をもっているから、適当な織組織および織密度をもつ
織物を選択使用することによって高い気体透過性を１昇
ることができる。また、織物は経糸および緯糸がクリン
プしており、表から店へ、また衷から表へと炭素繊維が
延びていてこれが導電路を形成するから、経糸および緯
糸を導電性をもつ炭化物で結着していることと相まって
短繊維を使用した場合にくらべて厚み方向の導電性が飛
躍的に向上する。さらに、織物は繊維が連続しており、
また経糸と緯糸が豆いに交錯していてもともと形態保持
性が高いが、この発明においてはその経糸および緯糸を
炭化物で結着しているから耐久性が一層向上する。しか
も、機械的、電気的あるいは化学的作用が加わって炭化
物による結着が解かれても、短繊維を使用している場合
のようにばらばらになってしまうことがない。
目をもっているから、適当な織組織および織密度をもつ
織物を選択使用することによって高い気体透過性を１昇
ることができる。また、織物は経糸および緯糸がクリン
プしており、表から店へ、また衷から表へと炭素繊維が
延びていてこれが導電路を形成するから、経糸および緯
糸を導電性をもつ炭化物で結着していることと相まって
短繊維を使用した場合にくらべて厚み方向の導電性が飛
躍的に向上する。さらに、織物は繊維が連続しており、
また経糸と緯糸が豆いに交錯していてもともと形態保持
性が高いが、この発明においてはその経糸および緯糸を
炭化物で結着しているから耐久性が一層向上する。しか
も、機械的、電気的あるいは化学的作用が加わって炭化
物による結着が解かれても、短繊維を使用している場合
のようにばらばらになってしまうことがない。
第１図は、この発明に係る極板の一実施態様を示す概略
斜視図、第２図は、上記第１図に示した極板を使用した
バイポーラ型の積層型燃料電池をその１ユニット分につ
いて示す概略斜視図である。 １．２：極板 ３：電解質 ４．５：触媒 ６．７：隔壁板 ８．９：リブ １０．１１：溝 １２：炭素繊維織物
斜視図、第２図は、上記第１図に示した極板を使用した
バイポーラ型の積層型燃料電池をその１ユニット分につ
いて示す概略斜視図である。 １．２：極板 ３：電解質 ４．５：触媒 ６．７：隔壁板 ８．９：リブ １０．１１：溝 １２：炭素繊維織物
Claims (1)
- 平板状の多孔質極板であつて、前記極板には炭素繊維織
物が使用され、かつ前記炭素繊維織物の経糸および緯糸
がそれらの交錯部において炭化物で結着されていること
を特徴とするバイポーラ型燃料電池用極板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59277868A JPS61158669A (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | バイポ−ラ型燃料電池用極板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59277868A JPS61158669A (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | バイポ−ラ型燃料電池用極板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61158669A true JPS61158669A (ja) | 1986-07-18 |
| JPH0546668B2 JPH0546668B2 (ja) | 1993-07-14 |
Family
ID=17589401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59277868A Granted JPS61158669A (ja) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | バイポ−ラ型燃料電池用極板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61158669A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0328135A2 (en) * | 1988-02-12 | 1989-08-16 | International Fuel Cells Corporation | Corrosion Resistant Fuel Cell Substrates |
| JPH0492796U (ja) * | 1990-12-19 | 1992-08-12 | ||
| US6306536B1 (en) * | 1998-03-27 | 2001-10-23 | Ballard Power Systems Inc. | Method of reducing fuel cell performance degradation of an electrode comprising porous components |
| WO2003034519A1 (fr) * | 2001-10-16 | 2003-04-24 | Toray Industries, Inc. | Textile tisse en fibres de carbone pour pile a combustible, element electrode, pile a combustible, unite mobile et procede de production dudit textile |
| JP2016143492A (ja) * | 2015-01-30 | 2016-08-08 | 株式会社不二越 | 燃料電池用炭素繊維織物およびその製造方法 |
| JP2018026347A (ja) * | 2016-08-06 | 2018-02-15 | 株式会社不二越 | 燃料電池ガス拡散層用炭素繊維織物および燃料電池セル |
-
1984
- 1984-12-28 JP JP59277868A patent/JPS61158669A/ja active Granted
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0328135A2 (en) * | 1988-02-12 | 1989-08-16 | International Fuel Cells Corporation | Corrosion Resistant Fuel Cell Substrates |
| JPH0492796U (ja) * | 1990-12-19 | 1992-08-12 | ||
| US6306536B1 (en) * | 1998-03-27 | 2001-10-23 | Ballard Power Systems Inc. | Method of reducing fuel cell performance degradation of an electrode comprising porous components |
| WO2003034519A1 (fr) * | 2001-10-16 | 2003-04-24 | Toray Industries, Inc. | Textile tisse en fibres de carbone pour pile a combustible, element electrode, pile a combustible, unite mobile et procede de production dudit textile |
| JP2016143492A (ja) * | 2015-01-30 | 2016-08-08 | 株式会社不二越 | 燃料電池用炭素繊維織物およびその製造方法 |
| JP2018026347A (ja) * | 2016-08-06 | 2018-02-15 | 株式会社不二越 | 燃料電池ガス拡散層用炭素繊維織物および燃料電池セル |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0546668B2 (ja) | 1993-07-14 |
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