JPS61253767A - 燃料電池の製造方法 - Google Patents

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〕 本発明はリブ付電極型の燃料電池において、特にリブ付
Ｎ橿の端部周辺部における気密性を向上させ得るように
した燃料電池の製造方法に関する。

〔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が知られている。こ
の燃料電池は通常、電解質を含浸したマトリックスを挟
んで一対の多孔質電極を設置する。とともに、一方の電
極の背面に水素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、このとき起
こる電気化学的反応を利用して上記電極間から電気工ネ
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。

第４図は、この種の燃料電池のうちリン酸を電解質とし
たリブ付電極型の燃料電池の構成例を縦断面斜視図にて
示したものである。図において、単位セルは電解質とし
てリン酸を含浸したマトリックス１を挟んで、互いに直
交する方向に溝が規則的に複数本平行に設けられた通常
炭素材から成る一対のリブ付電極２を配置して成り、こ
の単位セルをセパレーター３を介して複数積層して燃料
電池積層体を構成している。ここで、これらの溝は夫々
流体燃料および流体酸化剤の流通路を形成している。ま
た、上記各単位セルを積層する場合には、導電性を有し
かつガス透過性のないセパレータ３を各単位セル間に挟
んで積層する。この状態で、リブ付電極２の溝の両端開
口部のみを残して、各積層断面部を気密にシールするよ
うにしている。

ところで、上述したようなリブ付電極型の燃料電池にお
いて、リブ付電極２は平均径が数十ミクロン程度の細孔
を有する多孔質体であることから、両端部からのガス拡
散漏洩（以下、ガスリークと称する）を防止するために
ガスシールが施されている。すなわち、例えば第５図に
その拡大断面図を示すように、リブ付電極２の端部には
上記溝と平行な方向にコの字形の熱可塑性フィル１ｋ−
４が加熱、圧入され、リブ付電極２内からのガスリーク
を防止するようにしている。しかしながら、第４図に示
すように複数の単位セルを順々に積層する場合に、マト
リックス１を完全に積層体端部まで塗布することができ
ず、熱可塑性フィルム４は撥水性、非粘着性を有するた
めに熱可塑性フィルム４上でマトリックス１が凝集し、
その結果隙間ができてガスリークを発生することになる
。

このように、従来のシール方式を用いた燃料電池におい
ては、燃料電池積層体の製造時に完全なシール機能を維
持させることには同層があり、より信頼性の高いシール
方式の出現が強く望まれてきている。

〔発明の目的〕

本発明は上記のような事情を考慮して成されたもので、
その目的はリブ付電極端部のガスシール方式を改良しガ
スリークを確実に防止して信頼性の向上を図ることが可
能な燃料電池の製造方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために本発明では、電解質を含浸し
たマトリックスを挟んで、流体燃料および流体酸化剤の
流通溝が形成された一対のリブ付電極を配置して成る単
位セルをセパレーターを介して複数積層して燃料゛電池
積層体を構成し、かつ上記リブ付電極の端部に熱可塑性
フィルムを加熱、圧入する燃料電池の製造方法において
、上記リブ付電極端部に設けられた熱可塑性フィルムを
、上記マトリックスとの接触面側に加熱処理を施して上
記リブ付電極の基材を表面に突出させ、マトリックスに
対してアンカー効果を持つようにして気密性を向上させ
ガスリークを防止するようにしたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面に示す一実施例について説明する。

第１図は、本発明の方法により得られたリブ付−電極型
の燃料電池における単位セルの構成例を断面図にて示し
たもので、第５図と同一部分には同一符号を付してその
説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる
。

つまり第１図は、前述した第４図の単位セルにおけるリ
ブ付電極２端部に設けられた熱可塑性フィルム４を、マ
トリックス１との接触面側に加熱処理を施してリブ付電
極２の内部へさらに含浸させて電極基材５を表面に突き
出させることにより、マトリ−クス１に対してアンカー
効果を持つようにしたものである。

ここで熱可塑性フィルム４としては、耐熱、耐リン酸性
を有するもの好ましくはＰＦＡ、ＦＥＰなどの、フッ素
系樹脂フィルムで、その厚さが０．０１〜０．０３履程
度のものを使用する。また加熱処理する方法としては、
電気ヒーター、ガスバーナー等による直接的な加熱処理
方法、あるいはヒーターを内蔵した金型、ローラー等に
よる間接的な加熱方法を用いる。

以上の加熱方法を用いて、マトリックス１との接触面側
のリブ材に圧入させた熱可塑性フィルム４を融点以上に
加熱することにより熔融させ、フィルムの粘性低下と自
重により徐々にリブ付電極２の内部に向かって層状態で
下降させる。そして、このフィルムの下降により表面は
電極基材５が突き出た状態となる。この電極基材５はカ
ーボン繊維からなり、親水性でマトリックス１とのなじ
みが良いうえ表面に突き出た状態となっているので、マ
トリックス１に対してアンカー効果を持つことになる。

このため、マトリックス１は従来のように凝集すること
なく燃料電池積層体の端部まで完全に塗布することがで
き、熱可塑性フィルム４の上部からのガスリークを確実
に防止することができる。

次に、以上の点について具体的に述べる。まず加熱は、
マトリックス１との接触面側の熱可塑性フィルム４を上
向けにして行なう。またその温度は、少なくとも熱可塑
性フィルム４の融点以上で、温度が高いほどフィルムの
粘性は低下し、リブ付電極２内部へ下降する速度も速く
なる。さらに熱を加える方法としては、スポット的に小
さい範囲を加熱しこれを繰り返し行なって全体を仕上げ
処理する方法と、表面全体を一度に加熱する方法とがあ
る。この場合、前者は簡単であるが時間を要する。一方
、後者は全体を加熱するため、他のシール部分に影響し
ない様に正確な温度コントロールが必要となる。また、
側面側のシール性をそこなわない様に、側面から溝側に
向がって熱の加え方を多くすることが望ましくこの方が
シール性も良い。一方、上記熱可塑性フィルム４の下降
にょうてフィルム表面に突き出る電極基材５の長さは、
数μ〜数十μ以上あればマトリックス１に対してアンカ
ー効果を持つ。また、リブ付電極２の密度は０．５９／
α３以上が好ましく、密度の高い方が単位面積当たり突
き出るカーボン１ＩｔＨの数が多いためより効果的であ
る。

次に、一実施例としてスポット的に加熱処理を行なう場
合について第２図を用いて説明する。なおこの場合には
、熱源として電気ヒーターと空気を接触させ熱風を送る
ボットガンを用い、またノズル６の噴出し口は０．５ａ
ｗΦとした。

まず、リブ付電極２のマトリックス１との接触面を上方
に向け、熱可塑性フィルム４の温度が３２０〜３６０℃
程度となる様に、リブ付電極２とノズル先端との間隔を
保ちながら、側面から溝側に向かって操作しながら徐々
に熱風を吹き付けてフィルムを熔融させ、内部へ下降あ
るいは表面層のフィルムを除去させる。つぎに冷却した
後、表面を指先でされりざらざらとした感じで電極基材
５が突き出していることを確認しながら全体を仕上げた
。

かかる電極にマトリックス１を塗布してその凝集性を調
べたところ、側面付近で所々マトリックス１の凝集が見
られたが、側面より約３〜４履以上から溝側にかけては
凝集は見られなかった。さらに、マトリックス１を塗布
した後に電極を積層してガスリークを調べたが、ガスリ
ークはまったく検出されなかった。本実施例による方法
は、簡単で小さな範囲に熱を加えるため他のシール部分
に悪影響を与える心配がない。

次に、他の実施例として表面全体を加熱処理する場合に
ついて第３図を用いて説明する。なおこの場合には、ヒ
ーターを内蔵した金型を用いた。

また、金型は幅４０ａｗ、長さ７５０ｍの長方形で、マ
トリックス１との接触面の熱可塑性フィルム４よりも少
し大きい程度である。ざらに金型の位置は、リブ付電極
２の側面のシール部に影響をおよぼさないように、側面
から約５ｍ程度溝側に入った所に金型の側面が位置する
ように取り付けた。

一方この金型を用いる場合には、熱可塑性フィルム４に
金型を直接接触させるとフィルムが金型表面にくっつき
、熱可塑性フィルム４が表面に出た状態となって逆にマ
トリックス１を凝集しすくなる。このため、あらかじめ
金型に離型剤を塗布しておく必要がある。この離型剤と
しては、加熱処理後に離型剤が一部表面に残ることがら
、耐熱、耐リン酸性のカーボン、グラファイト、ＳｉＣ
等の微粉末を用いることが好ましい。

まず、リブ付電極２のマトリックス１との接触面側を上
向きにして支持板７の上に乗せ、つぎに金型８の離型剤
として溶媒中に分散させたグラファイトをスプレーで均
一に吹き付け、金型８の表面温度を３２０〜３６０℃程
度となる様に調整した後、金型８を約０．１に９／ａｉ
以上の圧力で少なくとも３０分間以上押し付けて表面に
電極基材５を突出させた。

かかる電極にマトリックス１を塗布して凝集性を調べた
ところ、側面近傍にわずかに凝集が見られる程度でほぼ
全面に塗布することができた。また、本実施例による方
法では金型を上から加圧しているため、支持板７と接触
している面の熱可塑性フィルム４が表面に出ることはな
く、加熱処理前後の厚み変化はなく表面も平滑なものと
なる。

尚、上記実施例においてはリブ付電極２端部に熱可塑性
フィルム４を加熱、圧入してシールした後に、熱可塑性
フィルム４のマトリックス１との接触面側に熱を加えて
表面に電極基材５を突出させるようにしたが、リブ付電
極２端部に熱可塑性フィルム４を加熱、圧入してシール
する時、同時にマトリックス１の接触面に電極基材５を
表面に突出させるようにすることも可能である。

この場合の金型は、リブ付電極２の端部全体を加熱して
フィルムを圧入することから、側面のシールへの影響が
あるため、上型は側面価を例えば水冷あるいは空冷等に
より冷却して温度勾配を持たせることが必要である。

その他、本発明はその要旨を変更しない範囲で、種々に
変形して実施することができるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、リブ付電極端部に
設けられた熱可塑性フィルムを、マトリックスとの接触
面側に加熱処理を施してリブ付電極の基材を表面に突出
させマトリックスに対してアンカー効果を持つようにし
たので、リブ付電極端部のガスシール方式を改良しガス
リークを確実に防止して信頼性の向上を図ることが可能
な燃料電池の製造方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法により得られる燃料電池の単位セ
ルを示す断面図、第２図および第３図は本発明の具体的
な一実施例および他の実施例を夫々示す断面図、第４図
は従来の燃料電池の単位セルを示す縦断面斜視図、第５
図は同単位セルを示す断面図である。 １・・・マトリックス、２・・・リブ付電極、３・・・
セパレーター、４・・・熱可塑性フィルム、５・・・電
極基材、６・・・ノズル、７・・・支持板、８・・・金
型。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第３図 ？ 第４ｖ！Ｊ 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解質を含浸したマトリックスを挟んで、流体燃
   料および流体酸化剤の流通溝が形成された一対のリブ付
   電極を配置して成る単位セルをセパレーターを介して複
   数積層して燃料電池積層体を構成し、かつ前記リブ付電
   極の端部に熱可塑性フィルムをシール材として加熱、圧
   入する燃料電池の製造方法において、前記リブ付電極端
   部に設けられた熱可塑性フィルムを、前記マトリックス
   との接触面側に加熱処理を施して前記リブ付電極の基材
   を表面に突出させるようにしたことを特徴とする燃料電
   池の製造方法。
2. （２）加熱処理する方法としては、電気ヒーター、ガス
   バーナー等による直接的な加熱処理方法、またはヒータ
   ーを内蔵した金型、ローラー等による間接的な加熱方法
   を用いるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載の燃料電池の製造方法。