JPS61279069A - 燃料電池の構成方法 - Google Patents
燃料電池の構成方法Info
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- JPS61279069A JPS61279069A JP60119736A JP11973685A JPS61279069A JP S61279069 A JPS61279069 A JP S61279069A JP 60119736 A JP60119736 A JP 60119736A JP 11973685 A JP11973685 A JP 11973685A JP S61279069 A JPS61279069 A JP S61279069A
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- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- 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
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- Y02E60/50—Fuel cells
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (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】
〔発明の利用分野〕
本発明は燃料電池に係り、特にその構成部材の構成方法
に関するものであって、硫酸などの酸および水酸化カリ
ウムなどのアルカリを電解質とする低温型燃料電池、リ
ン酸を電解質とするリン酸型燃料電池、溶融炭酸塩を電
蝕質とする溶融炭酸塩型燃料電池などに適用できる。
に関するものであって、硫酸などの酸および水酸化カリ
ウムなどのアルカリを電解質とする低温型燃料電池、リ
ン酸を電解質とするリン酸型燃料電池、溶融炭酸塩を電
蝕質とする溶融炭酸塩型燃料電池などに適用できる。
燃料電池は燃料と酸化剤とをそれぞれ燃料極と酸化剤極
で電気化学的反応に関与せしめ、両極間から反応エネル
ギーを直接電気エネルギーとして取り出すもので、高い
発電効率が実現できるため新しい発電方式として期待さ
れている。また、この発電方式には１Ｍｉ音、振動が少
なく排ガスがクリーンであるという特長もある。さらに
、燃料電池の一種である酸性電解質型メタノール−空気
燃料電池は、常圧かつ゛比較的低温（約６０℃）で運転
され、小型化が容易であるため、可搬用小型電源として
の広い用途が期待される。
で電気化学的反応に関与せしめ、両極間から反応エネル
ギーを直接電気エネルギーとして取り出すもので、高い
発電効率が実現できるため新しい発電方式として期待さ
れている。また、この発電方式には１Ｍｉ音、振動が少
なく排ガスがクリーンであるという特長もある。さらに
、燃料電池の一種である酸性電解質型メタノール−空気
燃料電池は、常圧かつ゛比較的低温（約６０℃）で運転
され、小型化が容易であるため、可搬用小型電源として
の広い用途が期待される。
燃料電池は燃料極、酸化剤極及びこれらの間にイオン導
電性を持たせるための電解質が基本構成要素で、これら
の構成要素各１個から成る電池を一般に単位電池と称す
る。単位電池の出力電圧はＩＶ内外であり、実用上は単
位電池を多数直列に接続し、使用目的に応じた出力電圧
を得る７単位電池の直接回路を形成する最も一般的な方
法は単位電池の積層である。積層電池の構成にあたって
は、通常、単位電池間に導電性材料より成る集電板が配
置される。この集電板は、燃料極や酸化剤極から電流を
取り出す役割の他、単位電池間を電気的に接続するコネ
クターの役割、さらに燃料と酸化剤とを隔離する役割、
燃料と酸化剤とをそれぞれ燃料極と酸化剤極へ供給し、
それぞれの電極反応生成物質と未反応物質を外部へ排出
するための流路を提供する役割を有する。上記の集電板
は隔離の機能に注目してセパレータあるいは、流路構成
のためリブが設けられているためリブ付セパレータと称
される。
電性を持たせるための電解質が基本構成要素で、これら
の構成要素各１個から成る電池を一般に単位電池と称す
る。単位電池の出力電圧はＩＶ内外であり、実用上は単
位電池を多数直列に接続し、使用目的に応じた出力電圧
を得る７単位電池の直接回路を形成する最も一般的な方
法は単位電池の積層である。積層電池の構成にあたって
は、通常、単位電池間に導電性材料より成る集電板が配
置される。この集電板は、燃料極や酸化剤極から電流を
取り出す役割の他、単位電池間を電気的に接続するコネ
クターの役割、さらに燃料と酸化剤とを隔離する役割、
燃料と酸化剤とをそれぞれ燃料極と酸化剤極へ供給し、
それぞれの電極反応生成物質と未反応物質を外部へ排出
するための流路を提供する役割を有する。上記の集電板
は隔離の機能に注目してセパレータあるいは、流路構成
のためリブが設けられているためリブ付セパレータと称
される。
積層電池を形成するにあたっての重要な技術課題は、燃
料極、酸化剤極および電解質の単位電池構成要素間、さ
らにはこれにセパレータを加エテ構成される単位電池間
の接触を効果的に行なわしめ、電極で発生する電力を高
効果率で外部に取り出すことにある。また、積層電池で
は両電極及びセパレータを保持するため、これらを納め
るための枠体を使用し、この枠体の所定の位置に積層に
より連通ずる燃料の供給孔と排出孔、及び、酸化剤の供
給孔と排出孔を設ける。各枠体の給排出孔は、該枠体し
こ設けた溝あるいは別１こ設けられた流体の分配手段に
連通し、又は、収集手段により燃料極もしくは酸化剤極
と連通している。このようにして、多数の燃料極及び酸
化剤極への流体の分配と収集が行なわれる。したがって
、積層電池の構成にあたっては、（ｉ）前記単位電池の
構成部材相互の間に適正な押圧力を与え、電気的接触条
件を好適ならしめてその電気的性能を確保すること、及
び、（ｉｔ）流体（燃料及び酸化剤）をシールしている
部材相互の間に適正な押圧力を与えて、部材の破損を招
かない範囲で流体の漏出を防止すること、上記双方の両
立が必要である。
料極、酸化剤極および電解質の単位電池構成要素間、さ
らにはこれにセパレータを加エテ構成される単位電池間
の接触を効果的に行なわしめ、電極で発生する電力を高
効果率で外部に取り出すことにある。また、積層電池で
は両電極及びセパレータを保持するため、これらを納め
るための枠体を使用し、この枠体の所定の位置に積層に
より連通ずる燃料の供給孔と排出孔、及び、酸化剤の供
給孔と排出孔を設ける。各枠体の給排出孔は、該枠体し
こ設けた溝あるいは別１こ設けられた流体の分配手段に
連通し、又は、収集手段により燃料極もしくは酸化剤極
と連通している。このようにして、多数の燃料極及び酸
化剤極への流体の分配と収集が行なわれる。したがって
、積層電池の構成にあたっては、（ｉ）前記単位電池の
構成部材相互の間に適正な押圧力を与え、電気的接触条
件を好適ならしめてその電気的性能を確保すること、及
び、（ｉｔ）流体（燃料及び酸化剤）をシールしている
部材相互の間に適正な押圧力を与えて、部材の破損を招
かない範囲で流体の漏出を防止すること、上記双方の両
立が必要である。
上記双方の要件を両立せしめることが、積層電池の構成
における最大の技術的課題となっている。
における最大の技術的課題となっている。
従来技術における燃料電池の各構成部材の材料の１例に
ついて見ると２例えば酸性電解質型メタノール−空気燃
料電池の場合、一般に次の如くである。燃料極、酸化剤
極の電極は導電性の多孔質基板であるカーボンペーパー
に触媒を塗布して焼成したものを用い、電解質はイオン
交換膜を用い、セパレータは高密度黒鉛あるいは膨張黒
鉛を用い、枠体はアクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン等のプラスチック材料が用いられる。ところが
、上述の材料で構成される積Ｎ！１１！池においては、
電気的接触条件と枠体のシール条件とを同時に好適に保
つことは極めて困難である。即ち、電気的条件を好適に
保てば流体のシールが不十分となり。
ついて見ると２例えば酸性電解質型メタノール−空気燃
料電池の場合、一般に次の如くである。燃料極、酸化剤
極の電極は導電性の多孔質基板であるカーボンペーパー
に触媒を塗布して焼成したものを用い、電解質はイオン
交換膜を用い、セパレータは高密度黒鉛あるいは膨張黒
鉛を用い、枠体はアクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン等のプラスチック材料が用いられる。ところが
、上述の材料で構成される積Ｎ！１１！池においては、
電気的接触条件と枠体のシール条件とを同時に好適に保
つことは極めて困難である。即ち、電気的条件を好適に
保てば流体のシールが不十分となり。
シール条件を好適に保てば単位電池構成要素間あるいは
それらとセパレータとの間の接触抵抗が大きくなり過ぎ
たり逆に強く接触し過ぎて触媒が座屈したりする。これ
らを解決する球め、従来技術においては構成材料の厚み
精度を向上させたり。
それらとセパレータとの間の接触抵抗が大きくなり過ぎ
たり逆に強く接触し過ぎて触媒が座屈したりする。これ
らを解決する球め、従来技術においては構成材料の厚み
精度を向上させたり。
枠体間にバッキング材料を挾んでシール性能を改善する
などの工夫が為されているが、部品加工費が増大したり
部品点数が増加する割には充分な効果を得ることができ
ない。
などの工夫が為されているが、部品加工費が増大したり
部品点数が増加する割には充分な効果を得ることができ
ない。
本発明の適用対像である燃料電池の基本的な構成を、第
４図及び第５図について次に説明する。
４図及び第５図について次に説明する。
第４図は積層燃料電池の分解斜視図であり、第５図は同
じく断面図である。
じく断面図である。
１は燃料極、２は酸化剤極であり、これらは現在の技術
では厚さ０．５ ｍ前後のカーボンペーパーに触媒を塗
布して焼性したもので構成すると高性能で実用性が高い
。３は電解質で、イオン交換膜をこれらにあてる例が多
い、４はリブ付きセパレータであり、通常カーボン材料
で製作され、その溝５を通じて燃料が燃料極１に供給、
排出される。同様に、セパレータ４の溝６を通じて酸化
剤極２に酸化剤が供給、排出される。以上のように構成
され−た燃料電池において、燃料極１．電解質３、酸化
剤極２が単位電池の構成部材であり、これにセパレータ
４を加えたものが繰り返し単位で、これらを多数繰り返
し積層して積層電池が構成される。尚、第４図７第５図
において燃料が流れる溝５の方向と酸化剤が流れる溝６
の方向が異なっているが、これらの方向を平行ならしめ
た構造も考えられる。
では厚さ０．５ ｍ前後のカーボンペーパーに触媒を塗
布して焼性したもので構成すると高性能で実用性が高い
。３は電解質で、イオン交換膜をこれらにあてる例が多
い、４はリブ付きセパレータであり、通常カーボン材料
で製作され、その溝５を通じて燃料が燃料極１に供給、
排出される。同様に、セパレータ４の溝６を通じて酸化
剤極２に酸化剤が供給、排出される。以上のように構成
され−た燃料電池において、燃料極１．電解質３、酸化
剤極２が単位電池の構成部材であり、これにセパレータ
４を加えたものが繰り返し単位で、これらを多数繰り返
し積層して積層電池が構成される。尚、第４図７第５図
において燃料が流れる溝５の方向と酸化剤が流れる溝６
の方向が異なっているが、これらの方向を平行ならしめ
た構造も考えられる。
第６図は従来の燃料電池の具体的な構造の一例を示す部
分解斜視図である。第６図において、４はカーボン材料
より成るリブ付セパレータであり、溝５は燃料が流通す
る流路、溝６は空気が流通する流路である。本従来例の
本セパレ・−夕４はではその周辺部が積層により燃料極
枠７及び酸化剤極枠８と密着して燃料極１及び酸化剤極
２を収める空間を形成している。燃料極枠７及び酸化剤
極枠８は繰り返し積層されるセパレータ４同志の間を電
気的に絶縁するためアクリル樹脂等の絶縁材料が使用さ
れる。
分解斜視図である。第６図において、４はカーボン材料
より成るリブ付セパレータであり、溝５は燃料が流通す
る流路、溝６は空気が流通する流路である。本従来例の
本セパレ・−夕４はではその周辺部が積層により燃料極
枠７及び酸化剤極枠８と密着して燃料極１及び酸化剤極
２を収める空間を形成している。燃料極枠７及び酸化剤
極枠８は繰り返し積層されるセパレータ４同志の間を電
気的に絶縁するためアクリル樹脂等の絶縁材料が使用さ
れる。
上に述べた各構成部材の弾性検数は次の如くである。セ
パレータ４をカーボン材料で構成して、高密度黒鉛を使
用した場合１０’ｋｇ／ｍ”程度、膨張黒鉛を使用した
場合１０”ｋｇ／ｍｍ”程度である。
パレータ４をカーボン材料で構成して、高密度黒鉛を使
用した場合１０’ｋｇ／ｍ”程度、膨張黒鉛を使用した
場合１０”ｋｇ／ｍｍ”程度である。
燃料極及び酸化剤極は１０３ｋｇ／■２程度、燃料極枠
及び酸化剤極枠は１０’ｋｇ／−２程度である。これら
の部材中、電気的に好適な接触条件の実現に関与する部
材は、セパレータ（カーボン材料）、両電極（カーボン
ペーパーに触媒を塗布）、電解質（イオン交換膜）であ
る。
及び酸化剤極枠は１０’ｋｇ／−２程度である。これら
の部材中、電気的に好適な接触条件の実現に関与する部
材は、セパレータ（カーボン材料）、両電極（カーボン
ペーパーに触媒を塗布）、電解質（イオン交換膜）であ
る。
一方、流体のシールに好適な接触条件の実現に関与する
部材は、セパレータ周辺部（カーボン材料）、燃料極枠
及び酸化剤極枠（アクリル樹脂）である。２種の部材接
触部分は何れも単一材料ではなく、従って弾性係数を異
にする。ここに、見掛けの弾性係数Ｅ、を次記の第（１
）式の様に定義する。ただし本発明において見掛けの弾
性係数とはＮ個の部材を重ね合わせて押圧したとき、総
合的な物性として表わされる弾性係数を言い、Ｎが１の
場合（単一部材の場合）も含む概念である。
部材は、セパレータ周辺部（カーボン材料）、燃料極枠
及び酸化剤極枠（アクリル樹脂）である。２種の部材接
触部分は何れも単一材料ではなく、従って弾性係数を異
にする。ここに、見掛けの弾性係数Ｅ、を次記の第（１
）式の様に定義する。ただし本発明において見掛けの弾
性係数とはＮ個の部材を重ね合わせて押圧したとき、総
合的な物性として表わされる弾性係数を言い、Ｎが１の
場合（単一部材の場合）も含む概念である。
Ｅ、 Ｅ、 Ｅ２ Ｅ。
ただし、Ｅ、二見掛けの弾性係数
Ｅ、二部材ｎの弾性係数
ｄ、二部材ｎの積層方向の厚さ
となる。電気的接触条件が問題となる見掛は弾性係数（
Ｅａ）、をセパレータの厚み（リブ表面から裏面のリブ
表面まで）ｄ、＝６ｍ、燃料極厚ｄ２＝０ 、５ ｒｍ
、酸化剤極ｄ ３＝ ０ 、５ ａｍ 、電解質（イ
オン交換膜）厚ｄ ４＝ ０ 、１ ！１ｍの場合につ
いて、前述の各部材の弾性係数を用いて算出すると以下
となる。
Ｅａ）、をセパレータの厚み（リブ表面から裏面のリブ
表面まで）ｄ、＝６ｍ、燃料極厚ｄ２＝０ 、５ ｒｍ
、酸化剤極ｄ ３＝ ０ 、５ ａｍ 、電解質（イ
オン交換膜）厚ｄ ４＝ ０ 、１ ！１ｍの場合につ
いて、前述の各部材の弾性係数を用いて算出すると以下
となる。
尚、算出にあたりイオン交換膜はｄが相対的に小さいた
め無視した（以下同様）。
め無視した（以下同様）。
（Ｅａ） ｔ、＝４３７５ｋｇ／ａｍ２また、シール部
分について、セパレータ周辺部属ｄ 、 ＝ ６ ｍｍ
、燃料極枠厚ｄ、＝Ｑ、５ｍｍ、酸化剤極枠ｄｔ＝０．
５ｍ＋の場合、見掛けの弾性係数（Ｅａ）は次記となる
。
分について、セパレータ周辺部属ｄ 、 ＝ ６ ｍｍ
、燃料極枠厚ｄ、＝Ｑ、５ｍｍ、酸化剤極枠ｄｔ＝０．
５ｍ＋の場合、見掛けの弾性係数（Ｅａ）は次記となる
。
（Ｅａ） 、＝ Ｉ Ｘ １０’ｋｇ／閣２以上の様に
（Ｅａ）、＜ （Ｅａ）ｚとなる従来技術の条件下では
流体のシールに好適な接触条件を選定した場合、電気的
接触条件は好適に保たれない。
（Ｅａ）、＜ （Ｅａ）ｚとなる従来技術の条件下では
流体のシールに好適な接触条件を選定した場合、電気的
接触条件は好適に保たれない。
即ち１両電極、セパレータ、電解質間の接触圧が不足し
たり、接触が行われなかったり、あるいは強く接触し過
ぎて電極表面に塗布された触媒層が座屈し、ついには剥
離することになる。
たり、接触が行われなかったり、あるいは強く接触し過
ぎて電極表面に塗布された触媒層が座屈し、ついには剥
離することになる。
同様の考察を、セパレータとして膨張黒鉛（Ｅ ＝ １
０”ｋｇ／ｙａ”）を使用した場合について行なうと、 （Ｅ 、） １＝ １１５ ｋｇ／ ｍ”（Ｅａ） 、
＝ １１６ ｋｇ／ｃｄ となり、やはり（Ｅ−） １＜ （Ｅａ）、となる。
０”ｋｇ／ｙａ”）を使用した場合について行なうと、 （Ｅ 、） １＝ １１５ ｋｇ／ ｍ”（Ｅａ） 、
＝ １１６ ｋｇ／ｃｄ となり、やはり（Ｅ−） １＜ （Ｅａ）、となる。
したがって、この場合も電気的接触条件と流体シールの
接触条件とを同時に好適に両立せしめることはかなり困
離である。
接触条件とを同時に好適に両立せしめることはかなり困
離である。
本発明の目的は、単位電池の基本構成要素である燃料極
、酸化剤極、電解質、さらにはセパレータの電気的接触
条件を好適な条件に保つことと燃料、酸化剤などの流体
をシールする構成部材に適正な接触圧を与えて、破損を
招かない範囲内で流体の漏出、を防止することを両立せ
しめ得る、燃料電池の構成方法を提供しようとするもの
である。
、酸化剤極、電解質、さらにはセパレータの電気的接触
条件を好適な条件に保つことと燃料、酸化剤などの流体
をシールする構成部材に適正な接触圧を与えて、破損を
招かない範囲内で流体の漏出、を防止することを両立せ
しめ得る、燃料電池の構成方法を提供しようとするもの
である。
上記の目的を達成するため、本発明は、燃料物質を電気
化学的に酸化させる燃料極と、酸化剤を電気化学的に環
元せしめる酸化剤極し、上記双方の極の間のイオン導電
性を保持する電解質ど、前記燃料物質および酸化剤の流
路を形成するとともにその混合を防止しかつ単電池の電
気的直列回路を構成する集電板と、上述の各構成部材を
収納するとともに燃料物質および酸化剤をシールして漏
出を防止する枠体とを設けた燃料電池の構成において、
単位電池を構成する部材の見掛は弾性係数を（Ｅａ）、
とじ、流体をシールしている部材の見掛は弾性係数を（
Ｅ−）２として、（Ｅａ）、＞（Ｅａ）、となるように
各構成部材の材質・形状・寸法を選定することを特徴と
する。
化学的に酸化させる燃料極と、酸化剤を電気化学的に環
元せしめる酸化剤極し、上記双方の極の間のイオン導電
性を保持する電解質ど、前記燃料物質および酸化剤の流
路を形成するとともにその混合を防止しかつ単電池の電
気的直列回路を構成する集電板と、上述の各構成部材を
収納するとともに燃料物質および酸化剤をシールして漏
出を防止する枠体とを設けた燃料電池の構成において、
単位電池を構成する部材の見掛は弾性係数を（Ｅａ）、
とじ、流体をシールしている部材の見掛は弾性係数を（
Ｅ−）２として、（Ｅａ）、＞（Ｅａ）、となるように
各構成部材の材質・形状・寸法を選定することを特徴と
する。
次に、第１図を参照しつつ本発明の基本的な原理につい
て略述する。
て略述する。
第１図は本発明の方法を適用して構成した一例の燃料電
池の積層構造を示す分解斜口である。第６図と同様に、
１は燃料極、２は酸化剤極、３は電解質（イオン交換膜
）、４はセパレータである。
池の積層構造を示す分解斜口である。第６図と同様に、
１は燃料極、２は酸化剤極、３は電解質（イオン交換膜
）、４はセパレータである。
セパレータ４の周辺には、必要に応じて両電極を収める
ための枠体１３が設けられ、この枠体材料には本発明の
方法を適用して、電気的接触部材の見掛は弾性係数（Ｅ
ｌ 、及び液シール部の見掛は弾性係数（Ｅａ）、（Ｅ
ａ）、）（Ｅａ）２ となる条件を満たす様、材料及び
厚さが選定される。２１は燃料の流れ、２２は酸化用の
流れを示す。燃料は枠体に設けられた連通孔から、枠体
１３の上下方向の一辺に設けられた溝を通ってセパレー
タ４のリブ間を上方向に流れて燃料極に到達する。酸化
剤は燃料の流れるリブ間流路の裏面に設けられたリブ間
流路を上から下へ流れて酸化剤極に到達する。燃料極枠
９及び酸化剤極枠１０は、枠体１３の連通孔からリブ間
へ流体を導く流路を形成し。
ための枠体１３が設けられ、この枠体材料には本発明の
方法を適用して、電気的接触部材の見掛は弾性係数（Ｅ
ｌ 、及び液シール部の見掛は弾性係数（Ｅａ）、（Ｅ
ａ）、）（Ｅａ）２ となる条件を満たす様、材料及び
厚さが選定される。２１は燃料の流れ、２２は酸化用の
流れを示す。燃料は枠体に設けられた連通孔から、枠体
１３の上下方向の一辺に設けられた溝を通ってセパレー
タ４のリブ間を上方向に流れて燃料極に到達する。酸化
剤は燃料の流れるリブ間流路の裏面に設けられたリブ間
流路を上から下へ流れて酸化剤極に到達する。燃料極枠
９及び酸化剤極枠１０は、枠体１３の連通孔からリブ間
へ流体を導く流路を形成し。
あるいはリブ間流路からの流体を連通孔へ導くための流
路を枠体１３に形成するためのもの、また必要に応じて
電極を収める空間を形成する役割をっ持っている。
路を枠体１３に形成するためのもの、また必要に応じて
電極を収める空間を形成する役割をっ持っている。
枠体の厚さを６ｍｍとし、弾性係数５０ｋｇ／閣２の材
料（例えば天然及び合成ゴム、プラスチック発泡体）で
構成する。その他の構成部品は、厚さ６ｍｍの高密度黒
鉛セパレータ、ともに厚さ０．５膿のカーボンペーパー
を基板として燃料極と酸化剤極、厚さ０．５ｎｍ（７）
ポリエステル（Ｅ＝１０４Ｋｇ／ＩＩＩＢ”）嬰燃料極
枠、及び上記と同様のポリエステル（Ｅ＝１０’ｋｇ／
＋ｍ”、厚さ０．５ｍ＋＋）ＩＩ酸酸化剤栓枠ある。こ
の場合、電気的接触条件が問題となる各部材（単位電池
の構成部材）の見掛は弾性係数（Ｅ−）１は次記の如く
になる。
料（例えば天然及び合成ゴム、プラスチック発泡体）で
構成する。その他の構成部品は、厚さ６ｍｍの高密度黒
鉛セパレータ、ともに厚さ０．５膿のカーボンペーパー
を基板として燃料極と酸化剤極、厚さ０．５ｎｍ（７）
ポリエステル（Ｅ＝１０４Ｋｇ／ＩＩＩＢ”）嬰燃料極
枠、及び上記と同様のポリエステル（Ｅ＝１０’ｋｇ／
＋ｍ”、厚さ０．５ｍ＋＋）ＩＩ酸酸化剤栓枠ある。こ
の場合、電気的接触条件が問題となる各部材（単位電池
の構成部材）の見掛は弾性係数（Ｅ−）１は次記の如く
になる。
（Ｅ 、 ） 、＝４３７５ ｋｇ Ｚ Ｉ２一方、液
シール条件が問題となる各部材の見掛は弾性係数（Ｅａ
）２は、以下となる。
シール条件が問題となる各部材の見掛は弾性係数（Ｅａ
）２は、以下となる。
（Ｅ 、） −＝５８．３１ｋｇ／ ｎｎ”したがって
（Ｅａ）、＞ （Ｅａ）２が成立する。このように構成
した燃料電池において、電気的接触条件に注目した最適
条件に積層セルを締付ければ、枠体１３の締付による縮
み代を予めその厚さに見込んでおけば容易に液シールに
適した条件を実現することができる。
（Ｅａ）、＞ （Ｅａ）２が成立する。このように構成
した燃料電池において、電気的接触条件に注目した最適
条件に積層セルを締付ければ、枠体１３の締付による縮
み代を予めその厚さに見込んでおけば容易に液シールに
適した条件を実現することができる。
セパレータに厚さ６１１Ｉ１１の膨張黒鉛を使用した場
合について考えると、その他の条件が上記と同じ場合（
Ｅａ） １及び（Ｅａ）ｚは以下となる。
合について考えると、その他の条件が上記と同じ場合（
Ｅａ） １及び（Ｅａ）ｚは以下となる。
（Ｅａ） １＝ １１５ ｋｇ／ ａｌ（Ｅ 、 ）
ｚ ＝ ５８ 、３ ｋｇ ／ ｍｍ ”したがっ
て（Ｅａ）工＞ （Ｅａ）、の条件を満足し、電気的に
好適な接触条件と液シールに適した接触条件が容易に実
現できる。
ｚ ＝ ５８ 、３ ｋｇ ／ ｍｍ ”したがっ
て（Ｅａ）工＞ （Ｅａ）、の条件を満足し、電気的に
好適な接触条件と液シールに適した接触条件が容易に実
現できる。
次に、第１図乃至第３図を参照しつつ、本発明の実施例
１乃至実施例３について説明する。
１乃至実施例３について説明する。
（実施例１）
本実施例は、本発明方法を酸性電解液型メタノ。
−ルー空気燃料電池に適用した８本実施例における燃料
電池は、前掲第１図の構造を有する部材を２０組積層し
、両端に締付板を（図示せず）配して全体を締付けた。
電池は、前掲第１図の構造を有する部材を２０組積層し
、両端に締付板を（図示せず）配して全体を締付けた。
セパレータは高密度黒鉛製で厚さ６ｍｍ、セパレータ及
び両電極を保持するための枠体は・ＥＰＤＭゴム製で厚
さ６ｍ＋＋、両電極はともにカーボンペーパーに触媒を
塗布したもので厚さ０．５ｎｍ、燃料極枠及び酸化剤極
枠はともに厚さ０．５ｍｍのポリエステルシート、電解
質としてのイオン交換膜は厚さ０．１ｍｍである。以上
の様に構成された電池の（Ｅａ）、及び（Ｅａ）、は前
述の如く、（Ｅａ） １＝４３７５ｋｇ／ｍｍ”、 （
Ｅａ） −＝５８ 、３ ｋｇ／ ｒｒｎ２であり （
Ｅａ）、＞ （Ｅａ）、という本発明条件を満足してい
る。
び両電極を保持するための枠体は・ＥＰＤＭゴム製で厚
さ６ｍ＋＋、両電極はともにカーボンペーパーに触媒を
塗布したもので厚さ０．５ｎｍ、燃料極枠及び酸化剤極
枠はともに厚さ０．５ｍｍのポリエステルシート、電解
質としてのイオン交換膜は厚さ０．１ｍｍである。以上
の様に構成された電池の（Ｅａ）、及び（Ｅａ）、は前
述の如く、（Ｅａ） １＝４３７５ｋｇ／ｍｍ”、 （
Ｅａ） −＝５８ 、３ ｋｇ／ ｒｒｎ２であり （
Ｅａ）、＞ （Ｅａ）、という本発明条件を満足してい
る。
尚、燃料極は、白金とルテニウムとを担持した炭素粉末
、及びポリテトラフルオロエチレンを混合したものを、
カーボンペーパーに塗布し、環元雰囲気で焼成した。酸
化剤極は、白金を担持した炭素粉末とポリテトラフィル
オロエチレンとを混合したものをカーボンペーパーに塗
布し、空気中で焼成した。
、及びポリテトラフルオロエチレンを混合したものを、
カーボンペーパーに塗布し、環元雰囲気で焼成した。酸
化剤極は、白金を担持した炭素粉末とポリテトラフィル
オロエチレンとを混合したものをカーボンペーパーに塗
布し、空気中で焼成した。
電池の運転に際しては、燃料極にメタノール濃度１ｍｏ
Ｑ／Ｑ、硫酸濃度１゜ｉ５ｍｏＱ／Ｑの水溶液をポンプ
で流通し、酸化剤極にブロアーで空気を流通させた。電
池出力特性の測定に先立ち、セルの締付程度（収縮率）
、液とガスのもれ、およびセルの電気抵抗の関係を測定
した。セル電気抵抗はＩＫＨｚの交流で測定した。
Ｑ／Ｑ、硫酸濃度１゜ｉ５ｍｏＱ／Ｑの水溶液をポンプ
で流通し、酸化剤極にブロアーで空気を流通させた。電
池出力特性の測定に先立ち、セルの締付程度（収縮率）
、液とガスのもれ、およびセルの電気抵抗の関係を測定
した。セル電気抵抗はＩＫＨｚの交流で測定した。
第２図に締付による積層セル収縮率とセル電気抵抗との
関係を示す、セル収縮率が３％に達すると液もれは止ま
り、さらに締付けて５％に達するとガスの漏れ（石けん
膜で検知した）も止まった。
関係を示す、セル収縮率が３％に達すると液もれは止ま
り、さらに締付けて５％に達するとガスの漏れ（石けん
膜で検知した）も止まった。
この間セル電気抵抗は着実に低下し、収縮率７％に達す
ると８Ω・−の低い値に到達した。収縮率７％の状態で
電池出力の測定を行ない、温度６０℃で第３図９′の結
果を得た。電流密度６０ｍＡＺｄでの単セルあたりの出
力電圧は０．３９Ｖを示した。
ると８Ω・−の低い値に到達した。収縮率７％の状態で
電池出力の測定を行ない、温度６０℃で第３図９′の結
果を得た。電流密度６０ｍＡＺｄでの単セルあたりの出
力電圧は０．３９Ｖを示した。
測定後電池を解体し電極表面を観察したところ。
燃料極と酸化剤極の何れにもセパレータとの接触による
触媒の座屈は認められなかった。
触媒の座屈は認められなかった。
（実施例２）
本実施例２は、前述の実施例１のセパレータを膨張黒鉛
材料とし、その他は同一条件としたものである。この場
合、前述の如く、（Ｅａ） 、 ＝１１５ｋｇ／ｍ”で
あり、（Ｅ −） ｚ ＝５８ 、３ ｋｇ ／ ｗｍ
”であり、（Ｅａ）、＞ （Ｅａ）、の条件を満足す
る。締付による積層セル収縮率とセル電気抵抗との関係
を一第２図のｂに示す。実施例１と同様に、収縮率３％
で液もれが止まり、５％でガスもれも止まった。
材料とし、その他は同一条件としたものである。この場
合、前述の如く、（Ｅａ） 、 ＝１１５ｋｇ／ｍ”で
あり、（Ｅ −） ｚ ＝５８ 、３ ｋｇ ／ ｗｍ
”であり、（Ｅａ）、＞ （Ｅａ）、の条件を満足す
る。締付による積層セル収縮率とセル電気抵抗との関係
を一第２図のｂに示す。実施例１と同様に、収縮率３％
で液もれが止まり、５％でガスもれも止まった。
この間セル電気抵抗は着実に低下し、しかも絶対値は実
施例１の高密度黒鉛使用の場合より明らかに低く、収縮
率７％では７Ωｄとなった。収縮率７％の状態で電池出
力の測定を行ない、温度６０℃で第３図ｂ′の結果を得
た。電流密度６０ｍＡ／ｄでの単セルあたりの出力電圧
は約０．４ｖで、前記実施例１の同一条件下での測定結
果をやや上回った。
施例１の高密度黒鉛使用の場合より明らかに低く、収縮
率７％では７Ωｄとなった。収縮率７％の状態で電池出
力の測定を行ない、温度６０℃で第３図ｂ′の結果を得
た。電流密度６０ｍＡ／ｄでの単セルあたりの出力電圧
は約０．４ｖで、前記実施例１の同一条件下での測定結
果をやや上回った。
（実施例３）
実施例２の枠体材料に発泡ポリエチレン（弾性係数３０
ｋｇ ／ ａｎ”を用いた。この場合（Ｅａ）ｉ＝１
１５ ｋｇ／ ｍｍ”、（Ｅ 、） ２＝ ３５ ｋｇ
／ ｍｓ”であり、やはり（Ｅａ） １＞ （Ｅａ）
２の条件を満足する。締付による収縮率とセル電気抵抗
との関係は第２図のＣに示す。セル収縮率とセル電気抵
抗との関係は前記実施例２とほぼ一致した。ただし、液
もれは収縮率３．３％、ガスもれは収縮率５．８％で止
まり、実施例２よりもやや高くなった。温度６０℃で測
定した電池出力電圧は、第３図Ｃ′の如くであり、実施
例２の場合とほぼ一致した。
ｋｇ ／ ａｎ”を用いた。この場合（Ｅａ）ｉ＝１
１５ ｋｇ／ ｍｍ”、（Ｅ 、） ２＝ ３５ ｋｇ
／ ｍｓ”であり、やはり（Ｅａ） １＞ （Ｅａ）
２の条件を満足する。締付による収縮率とセル電気抵抗
との関係は第２図のＣに示す。セル収縮率とセル電気抵
抗との関係は前記実施例２とほぼ一致した。ただし、液
もれは収縮率３．３％、ガスもれは収縮率５．８％で止
まり、実施例２よりもやや高くなった。温度６０℃で測
定した電池出力電圧は、第３図Ｃ′の如くであり、実施
例２の場合とほぼ一致した。
（比較例１）
この比較例１は、前掲の第６図の構造を有する部材を２
０組積層し、両端に締付板（図示せず）を配して全体を
締付けた。前述の如く、セパレータは高密度黒鉛製で厚
さ６Ｉ、両電極は実施例と同じ方法で作製した厚さ０．
５ ｍのもの、燃料極枠及び酸化剤極枠はともに厚さ
０．５ ｍのアクリル樹脂製シート、電解質はイオン交
換膜で厚さ０．１ｍｍである。以上で構成される電池の
（Ｅａ）。
０組積層し、両端に締付板（図示せず）を配して全体を
締付けた。前述の如く、セパレータは高密度黒鉛製で厚
さ６Ｉ、両電極は実施例と同じ方法で作製した厚さ０．
５ ｍのもの、燃料極枠及び酸化剤極枠はともに厚さ
０．５ ｍのアクリル樹脂製シート、電解質はイオン交
換膜で厚さ０．１ｍｍである。以上で構成される電池の
（Ｅａ）。
及び（Ｅ−）２は前述の如＜ （Ｅａ） 、＝４３７５
ｋｇ／ｎｅ＋”、（Ｅ−）ｚ＝Ｉ Ｘ １０’ｋｇ／
ｍ”で（Ｅａ）Ｌ＜ （Ｅａ）２となる。この電池では
締付強度をいくら増してもセル電気抵抗は５１Ωｄ以下
には下がらなかった。
ｋｇ／ｎｅ＋”、（Ｅ−）ｚ＝Ｉ Ｘ １０’ｋｇ／
ｍ”で（Ｅａ）Ｌ＜ （Ｅａ）２となる。この電池では
締付強度をいくら増してもセル電気抵抗は５１Ωｄ以下
には下がらなかった。
また、液もれとも完全には止まらなかった。電気抵抗５
１Ωｄの状態で電池出力を６０℃で測定し第３図ｄ′の
結果を得た。前述の実施例１〜３に比べて明らかに出力
電圧は低く、電流密度６０ｍＡ／ｃｄの単セル出力電圧
は０，２６Ｖであった。測定後電池を解体して内部を点
検したところ、両電極のセパレータとの接触面の触媒層
に明らかに座屈が認められた。また、燃料極枠及び酸化
剤極枠のアクリル樹脂製シートにひび割れが発生してい
た。
１Ωｄの状態で電池出力を６０℃で測定し第３図ｄ′の
結果を得た。前述の実施例１〜３に比べて明らかに出力
電圧は低く、電流密度６０ｍＡ／ｃｄの単セル出力電圧
は０，２６Ｖであった。測定後電池を解体して内部を点
検したところ、両電極のセパレータとの接触面の触媒層
に明らかに座屈が認められた。また、燃料極枠及び酸化
剤極枠のアクリル樹脂製シートにひび割れが発生してい
た。
以上詳述したように、本発明の方法を適用して、電気的
接触条件の好適化が必要な部材の見掛は弾性係数（Ｅａ
） 、と、流体シールのため接触条件の好適化が必要な
部材の見掛は弾性係数（Ｅａ）２ の間に（Ｅａ）、＞
（Ｅａ）、なる関係を成立させることにより、電気的
に好適な接触条件と流体シールに好適な接触条件とを容
易に両立せしめることができ、燃料及び酸化剤のもれが
無く、かつ高い出力が得られる燃料電池を構成すること
ができる。
接触条件の好適化が必要な部材の見掛は弾性係数（Ｅａ
） 、と、流体シールのため接触条件の好適化が必要な
部材の見掛は弾性係数（Ｅａ）２ の間に（Ｅａ）、＞
（Ｅａ）、なる関係を成立させることにより、電気的
に好適な接触条件と流体シールに好適な接触条件とを容
易に両立せしめることができ、燃料及び酸化剤のもれが
無く、かつ高い出力が得られる燃料電池を構成すること
ができる。
第１図は本発明の方法を適用して構成した燃料電池の一
例を説明するための分解斜視図、第２図及び第３図は本
発明の詳細な説明するための図表である。第４図は燃料
電池の一般的な構成を示す分解斜視図、第５図は同じく
断面図である。第６図は従来技術における燃料電池構成
方法の説明図である。 １・・・燃料極、２・・・酸化剤極、３・・・電解質、
４・・・リブ付きセパレータ、５．６・・・リブ間の溝
、７・・・燃料極枠、８・・・酸化剤極枠、１３・・・
枠体、１３（ａ）・・・枠体燃料極側、１３（ｂ）・・
・枠体空気極側、２１・・・燃料の流れ、２２・・・酸
化剤の流れ。
例を説明するための分解斜視図、第２図及び第３図は本
発明の詳細な説明するための図表である。第４図は燃料
電池の一般的な構成を示す分解斜視図、第５図は同じく
断面図である。第６図は従来技術における燃料電池構成
方法の説明図である。 １・・・燃料極、２・・・酸化剤極、３・・・電解質、
４・・・リブ付きセパレータ、５．６・・・リブ間の溝
、７・・・燃料極枠、８・・・酸化剤極枠、１３・・・
枠体、１３（ａ）・・・枠体燃料極側、１３（ｂ）・・
・枠体空気極側、２１・・・燃料の流れ、２２・・・酸
化剤の流れ。
Claims (1)
- １、燃料物質を電気化学的に酸化させる燃料極と、酸化
剤を電気化学的に環元せしめる酸化剤極と、上記双方の
極の間のイオン導電性を保持する電解質と、前記燃料物
質および酸化剤の流路を形成するとともにその混合を防
止しかつ単電池の電気的直列回路を構成する集電板と、
上述の各構成部材を収納するとともに燃料物質および酸
化剤をシールして漏出を防止する枠体とを設けた燃料電
池の構成において、単位電池を構成する部材の見掛け弾
性係数を（Ｅ＿ａ）＿１とし、流体をシールしている部
材の見掛け弾性係数を（Ｅ＿ａ）＿２として、（Ｅ＿ａ
）＿１＞（Ｅ＿ａ）＿２となるように各構成部材の材質
・形状・寸法を選定することを特徴とする燃料電池の構
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60119736A JPS61279069A (ja) | 1985-06-04 | 1985-06-04 | 燃料電池の構成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60119736A JPS61279069A (ja) | 1985-06-04 | 1985-06-04 | 燃料電池の構成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61279069A true JPS61279069A (ja) | 1986-12-09 |
Family
ID=14768854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60119736A Pending JPS61279069A (ja) | 1985-06-04 | 1985-06-04 | 燃料電池の構成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61279069A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01296569A (ja) * | 1988-05-25 | 1989-11-29 | Hitachi Ltd | 燃料電池セパレータ |
| EP0778631A1 (en) * | 1995-12-06 | 1997-06-11 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Direct methanol type fuel cell |
| WO1997050139A1 (en) * | 1996-06-25 | 1997-12-31 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Polymer electrolyte membrane fuel cell with bipolar plate having integrally molded conductive insert |
| EP1755185A1 (en) * | 2005-08-17 | 2007-02-21 | Institute of Nuclear Energy Research | Improvement on the uniformity of fluid flow rate for interconnecting plate for planar solid oxide fuel cell |
| US8097379B2 (en) | 2001-01-30 | 2012-01-17 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack with insulating members |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57208076A (en) * | 1981-06-17 | 1982-12-21 | Toshiba Corp | Fuel cell |
| JPS6010565A (ja) * | 1983-06-30 | 1985-01-19 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 燃料電池 |
-
1985
- 1985-06-04 JP JP60119736A patent/JPS61279069A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57208076A (en) * | 1981-06-17 | 1982-12-21 | Toshiba Corp | Fuel cell |
| JPS6010565A (ja) * | 1983-06-30 | 1985-01-19 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 燃料電池 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01296569A (ja) * | 1988-05-25 | 1989-11-29 | Hitachi Ltd | 燃料電池セパレータ |
| EP0778631A1 (en) * | 1995-12-06 | 1997-06-11 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Direct methanol type fuel cell |
| US5723228A (en) * | 1995-12-06 | 1998-03-03 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Direct methanol type fuel cell |
| WO1997050139A1 (en) * | 1996-06-25 | 1997-12-31 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Polymer electrolyte membrane fuel cell with bipolar plate having integrally molded conductive insert |
| US8097379B2 (en) | 2001-01-30 | 2012-01-17 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack with insulating members |
| DE10262309B4 (de) * | 2001-01-30 | 2012-11-22 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Brennstoffzelle |
| US8637204B2 (en) | 2001-01-30 | 2014-01-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell and fuel cell stack |
| EP1755185A1 (en) * | 2005-08-17 | 2007-02-21 | Institute of Nuclear Energy Research | Improvement on the uniformity of fluid flow rate for interconnecting plate for planar solid oxide fuel cell |
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