JPS61216253A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPS61216253A
JPS61216253A JP60055910A JP5591085A JPS61216253A JP S61216253 A JPS61216253 A JP S61216253A JP 60055910 A JP60055910 A JP 60055910A JP 5591085 A JP5591085 A JP 5591085A JP S61216253 A JPS61216253 A JP S61216253A
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JP
Japan
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layer
gas
fuel cell
electrode
solid
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Pending
Application number
JP60055910A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiaki Takemoto
嶽本 俊明
Yoshiaki Nanba
難波 圭翹
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS61216253A publication Critical patent/JPS61216253A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • 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)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は燃料電池に関するものでるる。
〔発明の背景〕
第3図および44図には燃料−池の従来例が示されてい
る。同図に示されているように燃料嶋池は一対のガス拡
散電極である多孔質の燃料極1、酸化剤極2およびこれ
らの電極1. 2間に配役されたば屏質層3を有する単
位電池4がセパレータ5を介して複数個積層された電池
本体6と、との電池本体6の側面に固着され、かつ燃料
極lおよび酸化剤極2に図中矢印表示のように燃料P1
酸化剤Qであるガスを夫々給排するマニホールド7とか
ら構成さnている。そしてこの燃料極lは電極基板1a
および触媒層1bより構成され、酸化剤極2はm極基板
2aおよび触媒層2bより構成され、電極基板1a、2
aには夫々燃料P、酸化剤Qを流通させるガス流路8が
夫々設けられゼ゛いる。
このように構成された燃料Eif池では電極基板la、
2aが多孔質であるため燃料極1t−例にとって示した
第4図に矢印で示されているように、ガス流路8から一
極端部9内を通って燃料極1の外部へのガス漏れが生じ
るので、ガスシールが必要である。この電極端部9のガ
スシールとしては、米国DOEの契約番号DE−AC−
03−77ET11302に対する4 0− kW p
ield ’l’est Power PlantMo
dification and l)evelopme
nt phase IFi’nal R,eport 
PCB−1019と題する報告書内にあるように、電極
端部9に溝を設け、そこに粉体を充填し、電極端部9の
細孔径を電極基板1a。
2aの他の部分よりも小さくシ、電解液を保持させてウ
ェットシールとしたものがある。しかしこのウェットシ
ールは差圧や毛細管現象による’11を解液の移動や、
蒸発による電解液の減少が生じるため、信頼性および耐
久性に欠けていた。
〔発明の目的〕
本発明は以上の点に鑑みなされたものであシ、電極端部
のガスシール部の信頼性および耐久性の向上を可能とし
た燃料電池を提供することを目的とするものである。
〔発明の概要〕
すなわち本発明は単位電池がセパレータを介して咳数個
積層された電池本体と、この電池本体の側面に配置され
、かつ前記電池本体にガスを給排f6マニホールドとを
備え、前記単位電池はガス流路を有する一対のガス拡散
′dl極、これらガス拡散成極間に配置された電解質層
を有し、前記ガス拡赦螺極の端部には前記ガス流路を流
れるガスが外部に4洩するのを防止するガスシール部が
設けられている燃料電池において、前記ガスシール部が
、前記ガス拡散電極の前記ガス流路と平行な前記電極端
部の周縁の表層に設けた固体充填層と、この固体充填層
の表面に設け、かつ連続した連続1換とで構成されたも
のであることを特徴とするものであり、これによってガ
スシール部はガス流路と平行な電・極端部の周縁の表層
に設けた固体充填層と、この固体充填層の表面に設けた
連続した連続膜とで形成されるようになる。
〔発明の実施例〕
以上、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。A
1図には本発明の一実施例が示されている。なお従来と
同じ部品には同じ符号を付したので説明を省略する。本
実施例ではガスシール部分燃料極1および酸化剤極2の
ガス流路8と平行な電極端部9aの周縁の表層に設けた
固体充填層10と、この固体充填層10の表面に設け、
かつ連続した連続膜11とで構成した。このようにする
ことにより電極端部9aのガスクール部はガス流路8と
平行な電極端部9aの周縁の表層に設けた固体充填層1
0と、この固体充填層10の表面に設けた連続した連続
膜11とで形成されるようになって、ガスシール部の信
頼性および耐久性が向上するようになシ、電極端部9a
のガスシール部の信頼性および耐久性の向上を可能とし
た燃料電池を得ることができる。
すなわち電極基板1a、2aの端部である電極端部Qa
Jiil縁の表層に固体充填層10を設け、さらにその
表面に連続した連続膜11を形成した。
固体充填層10はアセチレンブラック、天然黒鉛などの
炭素材料、炭化けい素等の無機材料の粉体を、例えば繊
維素グリコール酸ナトリウムのような分散剤の2%程度
の水溶液に分散させ、これを刷毛塗シするか、またはへ
らなどで電極基板1a。
2aの端部9aに塗布する。粉体の平均粒径はアセチレ
ンブラックが約0.04μm、天然黒鉛が土状黒鉛で0
.7μm1鱗状黒鉛で5から10μm。
炭化けい素で0.3μm程度であるが、これら粒子僅の
選択および分散液の粉体の固形分傭度の調節によシ、図
示のように表層のみの固体充填)aloが得られる。実
験によれば最も細かいアセチレンブラックでも、3次元
網目構造を有する電極基板1a、2aを貫通する粒子数
は少なく、表層の固体充填層10の得られることが確認
された。
このように固体充填層10を形成し、水分を乾燥除去し
た鎌に熱0T塑性樹脂であるふっ素樹脂のうち溶融粘度
が低く、加熱により連続膜ll金形成し得る、例えばテ
トラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重
合体(以下、FEPと称する)、またはテトラフルオロ
エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共電−
合体(以下、PF’Aと称する)などの分散液または粉
体を用いて固体充填層10の表面に樹脂層を形成する。
それは分散液の場合は浸漬するかスプレーで、粉体の場
合には静電塗装によるのが一般的である。このようにし
て形成された樹脂層を樹脂の融点以上(F”BPの場合
は2700以上、PFAの場合は310C以上)に力0
熱して、固体充填層lOの表面に連続した連続膜llを
形成する。このようにして連続膜11を形成する他に、
次のようにしても連続膜11’に形成することができる
。すなわち」月旨層の代りにFgPまたはPFAのフィ
ルムを用い、加熱溶融する。
このようにすることにより電極4部9aのガスシール部
は固体充填層10および連続膜11で形成されるように
なって、連続膜11でガスの漏洩がシールされるように
なシ、電極端部9aのガスシール部の信頼性とよび耐久
性を向上することができる。すなわち固体充填層10を
設けずに連続膜11を形成しようとすると、電極端部9
aに含まれる樹脂の絶対量が多くなり、処理時にt極基
板1a、2aと樹脂との熱j彫張係数の差に起因する反
シが許容値以上になってしまうが、本実施例のように固
体充填層lOを設けることにより、使用する樹脂量が少
なくてすみ、反りを許容値以下に抑えることができ、所
期の効果を得ることができる。因みに従来のガスシール
部では0.2Kg/cJ程度の耐圧であったが、本実施
例によれば連続膜11を形成する材料の強度までは破壊
せず、少なくとも従来の10倍以上に信頼性を向上させ
ることができた。また使用する材料は耐酸、耐熱性にす
ぐれた樹脂なので、一旦構造物として形成されれば、そ
の性状の変化は極めて僅かであり、耐久性にすぐれたも
のとなる。
第2図には本発明の他の実施例が示されている。
本実施例は電極端部9bと他の構成材との界面のシール
性も考慮した。すなわち電極基板1a。
2aの端部9bはセパレータ5(第3図参照)と接する
ので、電極端部9bとセパレータとの間にはセパレータ
との界面に空隙ができないように、平滑性および柔軟性
を持った層が必要である。そこで本実施例では平滑性お
よび柔軟性を持つフィルム層12を、固体充填層lOの
上の連続膜11上に設けるようにした。このフィルム層
12の材料としては平滑性の暖れたポリイミド系のフィ
ルムや、柔軟性を有するポリテトラフルオロエチレン樹
脂などが用いられる。これらの材料は連続膜11を形成
する材料を浴融させる温度では溶融流動化せず、フィル
ム状態全保つので、連続膜11を形成する工程でフィル
ム層12を同時に連続膜ll上に融着させることができ
る。このようにすることにより連続膜11は熱融着フィ
ルムとこの上に設けた非熱融着フィルムとで形成される
、すなわち連続1yi!、11とフィルム層12との2
重の膜1が形成されるようになって、前述の場合よりも
界:、T+。
薗ツ゛−ル性のみならず、電極端部9bのガスシール部
の信頼性が向上する。
〔発明の効果〕
上述のように本発明は電極端部のガスシール部の信頼性
および耐久性が向上するようになって、電極端部のガス
シール部の信頼性および耐久性の向上を可能とした燃料
電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の燃料′電池の一実施例の電極端部の縦
断1III1面図、第2図は本発明の燃料電池の他の実
施例の電極端部の縦断側面図、第3図は従来の燃料電池
の構造を示す斜視図、第4図は従来の燃料嶋池の電極端
部の縦断側面図である。 l・・・燃料極(ガス拡散電極)、la・・・電極基板
、2・・・酸化剤極(ガス拡散電極)、2a・・・電極
基板、3・・・シ解質層、4・・・単位電池、5・・・
セパレータ、6・・・電池本体、7・・・マニホールド
、8・・・ガス流路、9a、9b・・・電極端部、10
・・・同体充填層、11・・・連続膜、12・・・フィ
ルム層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、単位電池がセパレータを介して複数個積層された電
    池本体と、この電池本体の側面に配置され、かつ前記電
    池本体にガスを給排するマニホールドとを備え、前記単
    位電池はガス流路を有する一対のガス拡散電極、これら
    ガス拡散電極間に配置された電解質層を有し、前記ガス
    拡散電極の端部には前記ガス流路を流れるガスが外部に
    漏洩するのを防止するガスシール部が設けられている燃
    料電池において、前記ガスシール部が、前記ガス拡散電
    極の前記ガス流路と平行な前記電極端部の周縁の表層に
    設けた固体充填層と、この固体充填層の表面に設け、か
    つ連続した連続膜とで構成されたものであることを特徴
    とする燃料電池。 2、前記固体充填層が、炭化けい素などの無機粉体また
    は炭素、黒鉛等の炭素材粉体で形成されたものである特
    許請求の範囲第1項記載の燃料電池。 3、前記連続膜が、熱可塑性樹脂を加熱溶融して形成さ
    れたものである特許請求の範囲第1項記載の燃料電池。 4、前記熱可塑性樹脂が、ふつ素系樹脂である特許請求
    の範囲第3項記載の燃料電池。 5、前記連続膜が、熱融着フィルムとこの上に設けた非
    熱融着フィルムとで形成されたものである特許請求の範
    囲第1項記載の燃料電池。 6、前記熱融着フィルムがテトラフルオロエチレン・ヘ
    キサフルオロプロピレン共重合体またはテトラフルオロ
    エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合
    体で形成され、前記非熱融着フィルムがポリテトラフル
    オロエチレンまたはポリイミド系樹脂で形成されたもの
    である特許請求の範囲第5項記載の燃料電池。
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WO2004015797A1 (de) * 2002-08-02 2004-02-19 Pemeas Gmbh Membran-elektrodeneinheit mit polyimidschicht
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