JPS6210869A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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Publication number
JPS6210869A
JPS6210869A JP60148345A JP14834585A JPS6210869A JP S6210869 A JPS6210869 A JP S6210869A JP 60148345 A JP60148345 A JP 60148345A JP 14834585 A JP14834585 A JP 14834585A JP S6210869 A JPS6210869 A JP S6210869A
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JP
Japan
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film
thermoplastic resin
matrix
fuel cell
ribbed
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Pending
Application number
JP60148345A
Other languages
English (en)
Inventor
Kiyotaro Iyasu
巨太郎 居安
Hideyuki Nara
奈良 英幸
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS6210869A publication Critical patent/JPS6210869A/ja
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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)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、特にリブ付電極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。リブ
付電極型の燃料電池スタック10け、第6図に示すよう
に、電解質としてリン酸を含浸したマトリックス1をは
さんで互いに直交する方向にガス溝5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を配置して単位セル6を構成し、この単位セル6をセ
パレーター3を介して複数積層して構成している。
ところでリブ付電極2は、平均径数10ミクロン程度の
細孔を有する多孔質体であるために、第7図に示す様に
リークAにより流体燃料Bおよび流体酸化剤Cとがクロ
スオーバーを起し、燃焼によってついには、燃料電池の
運転ができなくなる危険性がある。このため、両端部か
らのガス拡散漏洩を防止するためにガスシールがほどこ
されている。このシール方法の一つとして、第8図に示
すようにリブ付′嵯極2の端部2aに耐熱、耐リン酸性
のフィルAを加熱圧入する方法がある。(特願昭59−
267166号明細書参照) このフィルムの加熱圧入方法は、コの字型の熱可塑性樹
脂フィルム4を、リブ付電極2の端部に配置し、加熱し
ながら上下面からフィルムを圧入する方法で、比較的、
簡単にシールすることができ、シール性もすぐれている
。しかし、この方法で形成したリブ付電極2は、加熱圧
入後、温度の低下に従って第9図に示すようにit極に
反りが発生することもめる。この状態では電池の積層が
困難となる。
この反ルの原因について種々調べた結果、フィルムと電
極基材との線熱膨張の差によってフィルムの収縮応力が
発生し、溝の部分だけ材料強度の低下した溝側に応力が
集中するために反りが発生することがわかった。この様
に、従来のシール方法を用いた構造においては、長期に
わたって安定したシール機能を維持することには問題が
あり、よシ信頼性の高いシール構造が望まれていた。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、リブ付電極端部のガスシール構造を改良し、信頼性を
向上させた燃料電池を提供することにおる。
〔発明の概要〕
上記目的を達成する為に本発明による燃料電池は、電解
質を含浸したマトリックスを挾んで流体燃料または流体
酸化剤が通るリブ状の流通路が形成された一対のリブ付
電極を配置して単位セルを構成し、この単位セルをセパ
レーターを介して複数積層して構成した燃料電池スタッ
クにおいて、上記リブ付電極の端部周辺部に加熱圧入す
る熱可塑性樹脂フィルム量を、マトリックス側の方が溝
側よりも多くなる様に形成したことによシ溝側への応力
集中を防ぎ、反りが起らないようにし、よってリブ付電
極端部からのリークを防止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図は本発明による燃料電池における単位セルのリブ
付電極2の構成例を示したものである。すなわち第6図
の単位セル6内におけるリブ付電極の端部2aの周辺部
に、熱可塑性樹脂フィルム4を溝側フィルム4aの輻W
lが、マトリックス側フィルム4bの1陥町より狭くな
るように(w2>W+ )加熱、圧入してガスシール部
を構成するようにしたものでらる。ここで、熱可塑性樹
脂フィルA4としては、耐圧、耐リン酸性を有するもの
でられば良く、好ましくはFTFB 、 PFA 、 
FEP等のフッ素系樹脂でらる。その厚さとしては、o
、oi〜1朋程度のものを使用する。
一方、リブ付電極2の端部2aに熱可塑性樹脂フイルム
4を、加熱、圧入する方法としては、例えば、上下の幅
の異なるコの字型のフィルムを、幅の狭い方を溝側に、
広い方をマトリックス側になるように配置し、フィルム
4部分をフィルムの融点以上に加熱して熔融させた後、
上下面から2〜351tg/am”の圧力で1分間以上
加圧する。加圧により、熔融したフィルムは端部2aの
表面から内部に向って含浸され、シールする。フィルム
の収縮応力を残した状態ではあるが、結果的にはバラン
スがとれている。
このように、熱可塑性樹脂フィルム4の量を溝側フィル
ム4aの方がマトリックス側フィルム4bよりも少なく
なるよう加熱、圧入してシールすることによシ、従来の
ものと比べて反りはほとんど見られず長期的にも安定し
た性能を維持できることが確認できた。
ここで熱可塑性樹脂フィルム4の溝側フィルム4aの幅
w1とマトリックス側フィルム4bの幅W2はフィルム
の厚みおよび溝の深さによって異なるが特にフィルムの
厚みの影響が大きい、フィルムの厚みが薄い場合は、フ
ィルムの収縮応力に比較して、リブ付電極2の強度が強
いため溝側4aとマトリックス側4bとの幅の差(W2
− Wl )を多くシ、フィルムが厚い場合はフィルム
の収縮応力が大きいため差(w2− Wl )を少なく
する必要かりる。
フィルム幅の差は、最大マトリックス側フィルム4bの
幅町に対し溝側フィルム4aの幅w1が%程度でら)(
町中2WI)、それ以上病くなると逆にマトリックス側
に反る場合がある。
この方式では、溝側フィルム4a、マトリックス側フィ
ルム4bとも同じ厚みであるため一枚のコの字型のフィ
ルムで簡単にシールできる利点かめる。
次に本発明の他の実施例について説明する。
第2図の実施例では、第1図の実施例に比べ更にシール
性を向上させたものである。
溝側フィルム4aとマトリックス側フィルム4bの幅は
等しく、フィルムの厚みを、溝側(tl)よりもマトリ
ックス側(t、)を厚< L (tl>tx)、熱可塑
性樹脂フィルム4の量を、溝側フィルム4aをマトリッ
クス側フィルム4bよシも少なくしたものでらる。
例えば、押し出し注型等によって作られた上下の幅が等
しく、厚みの異なるコ字型の熱可塑性樹脂フィルム4を
厚みの薄い方を溝側、厚い方をマトリックス側になるよ
うに配置した後、加熱、圧入する。
ここで、フィルムの厚みは、例えば溝側フィルム4aは
0.13111+、マトリックス側フィルム4bは0.
2闘で、溝側フィルム4aに対し、マトリックス側フィ
ルム4bの厚みが2倍以内(h<2t1)が好ましく2
倍以上になると、逆にマトリックス側に反る場合がある
本実施例では、ろらかしめ押し出し注型等で作ったコの
字型フィルムを用いたが、費用が高くなる欠点がある。
このため、例えば厚みの異なるL型等のフィルムを組み
合わせて使用することも可能でad)同じ効果が得られ
る。
第3図の実施例では、ららかじめ端部2aのマトリック
ス側に熱可塑性樹脂の懸濁液を含浸させた後、熱可塑性
樹脂フィルム4を溝側フィルム4a。
マトリックス側フィルム4bとも同じ幅、同じ厚みに加
熱、圧入したものである。
ここで熱可塑性樹脂の懸濁液としては、耐熱、耐リン酸
性を有する、例えば、PTF’JPF’A。
FBP等のフッ素樹脂系の粒径数10ミクロン以下のも
のを、純水あるいはフレオン等の溶媒に懸濁させた濃度
10チ以上のものを用いる。そして、これら懸濁液中の
樹脂と熱可塑性フィルムとは、同じ種類の樹脂でらるこ
とが望ましい。
次に、懸濁液の含浸方法としては、例えばフッ素系樹脂
を用いる場合、はけあるいはスプレー等で端部の表面が
白く膜状になるまで数回に分けて含浸させる。含浸後、
溶媒を完全に揮散させる。
揮散が不充分でろると、次のフィルムの加熱、圧入によ
り溶媒が挿散し、ガス状となってシール部内に気泡とな
って残留しリークの原因となる。なお、懸濁液のかわり
に直接粉体も利用することができるが、含浸方法および
厚ざの均−性等に注意する必要がらる。
含浸後、上下とも同じ幅、間じ厚みであるコの字型の熱
可塑性樹脂フィルム4を配置した後、加熱、圧入する。
この時、あらかじめ含浸した懸濁液中の熱可塑性樹脂も
同時に融点以上に加熱されるため、熔融してリブ付電極
2の細孔を封じるとともに熱可塑性樹脂フィルム4とも
一体化しシールされる。
このように、マトリックス側に熱可塑性樹脂の懸濁液に
よるシール部7を設けたことによシ、結果的に、熱可塑
性樹脂フィルム4の量を溝側フィルム4aの方がマトリ
ックス側フィルム4bよりも少なく、することができる
第4図、第5図に示す実施例は、フィルムによる収縮応
力を溝側よりマトリックス側が強くなるようにしたもの
で結果的には、熱可塑性樹脂フィルム4aの量を溝側フ
ィルム4aの方がマトリックス側フィルム4bよりも少
なくした場合と同じ効果を有する。
まず、第4図に示すように、リブ付電極2の端部2aの
マトリックス側に、わらかしめ段差を設けた後、上下と
も同じ幅、同じ厚みであるコの字型の熱可塑性フィルム
4を配置し加熱圧入してシールする。
この時、溝側フィルム4aは、大部分が端部2の内部へ
含浸され、フィルムの収縮は大幅に拘束される。一方、
マトリックス側フィルム4bは、段差が設けであるため
、端部2の内部へ含浸される部分は少なく、段差の部分
は、第5図に示したように完全なフィルムの状態のフィ
ルム部4b′トシて存在する。このため、溝側と比較し
て拘束される割合いが少なく収縮応力はマトリックス側
が強くなり、熱可塑性樹脂フィルム4の量を溝側フィル
ム4aの方がマトリックス側フィルム4bよりも少なく
したことと同じ結果となる。
ここで、端部2aのマトリックス側に設ける段差は、幅
がマトリックス側フィルA4bの幅と等しく、深さはフ
ィルムの厚みの%程度とする。
この方式では段差の深さを均一にすることが重要で、か
たよりがあるとその部分に応力が集中し反りが発生する
場合がある。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明によればリブ付電極の端部周辺部
をガスシールするために加熱圧入する熱可塑性樹脂フィ
ルム景を溝側フィルムの方がマトリックス側フィルムよ
シも少なくなるように形成したリブ付電極を用いること
により、熱可塑性樹脂フィルムによる反シはなく、結果
的には安定した性能を長期間絢持できる。すなわち、信
頼性、寿命特性の向上を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の燃料電池に使用するリブ付電極端部を
示す断面図、第2図ないし第5図は本発明の他の実施例
を示す断面図、第6図は燃料電池の構成例を示す縦断斜
視図、第7図は従来の燃料電池の電極端部の構成例を示
す断面図、第8図は従来の燃料電池の電極端部の斜視図
、第9図は従来の燃料電池のリブ付電極の反った状態を
示す斜視図である。 1・・・マトリックス 2・・・リブ付電極 2a・・・端部 3・・・セパレーター 4・・・熱可塑性樹脂フィルム 4a・・・溝側フィルム 4b・・・マトリックス側フィルム 4b’・・・フィルム部 5・・・ガス溝 6・・・単位セル フ・・・熱可塑性樹脂の懸濁液によるシール部10・・
・燃料電池スタック 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 (はが1名)第1図 第2図 第4図 第6図 第7図 第8図 第9図

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電解質を含浸したマトリックスを挾んで、流体燃
    料または流体酸化剤が通るリブ状の流通路が形成された
    一対のリブ付電極を配置して単位セルを構成し、この単
    位セルをセパレーターを介して複数積層して構成した燃
    料電池スタックにおいて、前記リブ付電極の端部周辺部
    のマトリックス側に充填する熱可塑性樹脂フィルム量を
    溝側に充填するそれよりも多くなるようにしたことを特
    徴とする燃料電池。
  2. (2)前記マトリックス側に充填する熱可塑性樹脂フィ
    ルムの幅は溝側に充填するそれよりも広いことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の燃料電池。
  3. (3)前記マトリックス側のフィルムの幅は溝側のそれ
    の2倍以下であることを特徴とする特許請求の範囲第2
    項記載の燃料電池。
  4. (4)前記マトリックス側に充填する熱可塑性樹脂フィ
    ルムの厚さは溝側に充填するそれよりも厚いことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の燃料電池。
  5. (5)前記マトリックス側のフィルムの厚さは溝側のそ
    れの2倍以下であることを特徴とする特許請求の範囲第
    4項記載の燃料電池。
  6. (6)電解質を含浸したマトリックスを挾んで、流体燃
    料または流体酸化剤が通るリブ状の流通路が形成された
    一対のリブ付電極を配置して単位セルを構成し、この単
    位セルをセパレーターを介して複数積層して構成した燃
    料電池スタックにおいて、そのマトリックス側に熱可塑
    性樹脂の懸濁液を含浸させた前記リブ付電極の端部周辺
    部に熱可塑性樹脂フィルムを充填したことを特徴とする
    燃料電池。
  7. (7)電解質を含浸したマトリックスを挾んで、流体燃
    料または流体酸化剤が通るリブ状の流通路が形成された
    一対のリブ付電極を配置して単位セルを構成し、この単
    位セルをセパレーターを介して複数積層して構成した燃
    料電池スタックにおいて、そのマトリックス側の表面の
    一部を切欠いた前記リブ付電極の端部周辺部に熱可塑性
    樹脂フィルムを充填したことを特徴とする燃料電池。
JP60148345A 1985-07-08 1985-07-08 燃料電池 Pending JPS6210869A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63101562A (ja) * 1986-09-20 1988-05-06 ロールス − ロイス モーター カーズ リミテッド ラック・ピニオンギア

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63101562A (ja) * 1986-09-20 1988-05-06 ロールス − ロイス モーター カーズ リミテッド ラック・ピニオンギア

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