JPS62254363A - 燃料電池 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、燃料電池に係り、特に、セパレータが炭素材
料とフッ素樹脂により撥水性の強い撥水性材料を混合成
形することにより、セパレータ自体が不親水性となって
撥水性全もち、その性質及びそれを用いて製造された燃
料電池に関する。

〔発明の背景〕

燃料と酸化剤を供給することにより、燃料のもつ化学エ
ネルギを連続的に電気エネルギに変換することが可能で
ある燃料電池は、その高効率性、無公害性等の長所によ
り新しい電源として注目されている。

この燃料電池の単位セルの構成の一例を第１１図に示す
１また、この単位セルを第１２図のように複数積層する
。

すなわち、第１１図では、燃料電極１、酸化剤電極２と
この間にイオン導電性をもつ電解質３が位置し、それぞ
れの電極に燃料及び酸化剤を供給・排出する溝４をもつ
セパレータ５から構成されている。第１２図は、積層電
池の断面模式図であり、第１１図の単位セルの繰シ返し
であって、セパレータ５を介して積層される。従って、
セパレータ５は電極から電気エネルギを取り出す集電体
のみならず、単位セル間を電気的に接続するインターコ
ネクタであシ、燃料と酸化剤を分離するセパレータであ
って、かつ、燃料と酸化剤を供給してそれぞれの電極で
の反応生成物を排出する手段である。（以下、セパレー
タと称する。）このような機能をもつセパレータに要求
される条件は、強度、シール性、電気特性、耐電解液性
、軽址、寿命、生産性などが挙げられる。これらの条件
から、軽量化、化学的・電気化学的安定性（耐電解液性
等）や経済性等の観点から、炭素材料が多く使用されて
いる。

炭素材料を用いた従来のセパレータは、大きく分けると
炭素ブロックを切削する機械加工によるものと、金型等
に入れて油圧プレスやローラブレスなどで加圧成形する
方法がある。

機械加工（切削加工）品には、不浸透化高密度黒鉛のも
のがある。これは、２０００℃以上の高温で黒鉛ブロッ
クとし、これを切削した後にフェノール樹脂等を含浸し
て不浸透化したものである。

これは、高温処理、機械加工品であるために生産性が悪
く高価であること、長時間にわたっての液密・気密性が
不十分なこと、硬質材料であるためにもろく機械的強度
等に問題があった。また、高密度（１，８ｇ／ｃｍ’以
上）であるために重くなるという問題もある。

生産性がよい金型等で加圧成形するセパレータには、以
下のものがある。

（イ）炭素粉末と熱硬化性樹脂で成形する樹脂モールド
セパレータは、製法が簡単で安価であり、緻密であり、
シール性に優れ°〔いるが、もろく機械的強度及び電気
抵抗が高い等の問題がある。

←）炭素粉末に樹脂を加え成形した後にグラツシー化し
たセパレータは、液、ガス不透過性、不浸透性に対して
優れている。しかし、もろく機械的強度及び高価である
等の問題がある。

（ハ）経済性、軽食化等から炭素材料に膨張黒鉛を使用
しているものがある。（特開昭５９−２７４７６号公報
）膨張黒鉛セパレータは、可撓性・弾力性をもち、積層
した場合に接する他の部材との接触がよく、接触抵抗が
小さくセパレータとして良好である。しかし、軽量化を
達成できた反面、不浸透化高密度黒鉛セパレータや樹脂
モールドセパレータに比べて低密度（０，４〜１．８　
ｇ／ｃｍ”　）であるため、緻密性、均一性に問題があ
り、液体燃料・電解液の吸収及び燃料と酸化剤の透過等
分離機能が十分でない。

そのため、一般的には、フェノール系の樹脂を含浸する
とかセパレータを厚くする等の方法がとられているが、
長時間にわたって液密及び気密なセパレータは得られて
いない。

また、供給燃料に電解液全台むような液体燃料電池の場
合で液絡部が成形されるものでは、次の反応が進行して
セパレータが電蝕する。

カンード側：　１／　２　Ｃ＋Ｈ＊　Ｏ−ＣＯｔ＋　２
Ｈ”＋　２　ｅアノード側：Ｈ”＋２６４Ｈ。

これは、セパレータが親水性であるために起こる。耐電
蝕性をもつものに１（ロ）に示し次グラツシー化セパレ
ータがあるが、前述した問題がある。

これらの問題点を改善するために、グラファイト微粒子
とフッ素樹脂粉末をペースト状にし２８０〜３８０℃に
加熱し加圧成形する（特開昭５７一１０７５７０号公報
）方法やセパレータの表面をポリテトラフルオロエチレ
ン（以下ＰＴＦＥ）の懸濁液をコーティングし２００〜
３００℃で熱処理する（特開昭５９−１５４７７１号公
報）方法に記載のようにセパレータを撥水的にする提案
がある。

これによって、良好な機械的強度、耐熱性、耐薬品性、
熱電導性を得るとともに気密性をもたせることができる
。また、非導電性のフッ素樹脂を混合するもの（厚み：
２ｍｎ）Ｋついては、電気抵抗が３０ｍΩ（グラファイ
ト粉末：　Ｐ’ｌ’ＦＢ＝１：１）である。しかし、こ
の方法では液不浸透性が不十分であり、液不浸透性を優
れたものにするにはＰＴＦＥの量をさらに多くする必要
がある。

これにより電気抵抗が大きくなるという問題がある。ま
た、セパレータの表面をＰＴＦＥでコーティングする方
法では、液不浸透性が優れているが、そのために電気抵
抗がＰＴＦＥ量が１０〜５０ｗｔ％で１００ｍΩ〜３０
０ｍΩと増加すること、ピンホールが存在すること、撥
水皮膜の安定性が不十分なこと、これにより内部まで撥
水化されてない之めに燃料・酸化剤及び電解液がセパレ
ータに浸透及び透過して電池性能低下や電池作動時の温
度の異常上昇、セパレータ内部に液が浸透することによ
る重量増加等の問題がある。

また、上記では界面活性剤（ＰＴＦＥの分散剤）を除去
するために３００℃程度での熱処理が必要である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、積層型燃料電池の単位セル間を電気的
に接続し、燃料と酸化剤を分離し、かつ、燃料と酸化剤
を供給・排出するセパレータにおいて、膨張黒鉛とフッ
素樹脂より撥水性の強いフッ化黒鉛を混合した後に、加
圧して多孔質成形体とすることによって、液の浸透及び
液・ガスの透過の防止に優れ、耐電蝕性に優れ軽量であ
って実用上十分な機械的性質をもつセパレータを実現す
ることができ、このセパレータを用いることによって電
池の軽量化、電池電圧の向上、長寿命化が図れる燃料電
池を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、燃料電池のセパレータとして炭素材料と撥水
性物質を混合成形し撥水性をもつものとすることによっ
て液不浸透性、液・ガス不透過性に優れ、耐電蝕性に優
れたセパレータを用いることを特徴とする。

第１１図のように、単位電池が構成される。電極は、例
えば、白金を担持した触媒を、導電性の多孔質基板に塗
布結着したもの、電解質は硫酸を保持したイオン交換膜
から成っている。また、セパレータは、膨張黒鉛を用い
ている。この膨張黒鉛セパレータは、膨張黒鉛ｔ−３０
〜ａ　ｏ　ｏ　ｋｇ／ｃｒｎ”のプレス圧力でプレス成
形することによって結着材なしで、シート状成形体（ラ
ミネートシート）とし、次にラミネートシートを複数枚
績ねて１００〜５００　ｋｇ／ｃｒｎ”のプレス圧力の
もと室温ないし３００℃の温度条件でプレス成形したも
のである。得られるセパレータは、軽量化及び積層時の
反り等を考慮して密度が１．０．〜ｔ、４ｇ／ｃｍ’（
気体燃料の場合Ｆ１１．６〜１．８　ｇ／Ｃｍ”　）の
ものが適している。また、セパレータ成形後、フェノー
ル系樹脂などの合成樹脂結着剤を真空加圧含浸して使用
している。これらの構成の単位電池を定電流密度で連続
運転を行なってみた結果として、第１３図に電池性能の
経時変化を示す。図より、運転時間に伴い電池電圧が低
下することがわかる。

これは、酸化剤極側の電解液中の硫酸バランスが変化し
ている念めであり、この電解液の変化の一つとして、膨
張黒鉛セパレータに電解液の吸収（液浸透）があること
がわかった。これは、単位電池での結果であ抄、これが
複数積層されている場合には、セパレータの液浸透、さ
らに液透過によって、液体燃料がセパレータを貫通して
空気路に混入し電池性能の低下や電池温度の非常な上昇
等が生じることが考えられる。また、電解液を含む液体
燃料を用いる液体燃料電池のように積層により単位電池
が液によってつながシ、すなわち、液絡部がある電池で
は、前述のように液絡部によってセパレータの電蝕が起
こるという問題がある。

これにより、セパレータの劣化が進み、流体通路の部分
的閉塞による流体の偏流やΔＰの上昇等の問題が生じる
。

経済性、軽量化等の面から膨張黒鉛セパレータを使用す
るのは有効ではあるが、その反面、低密度化が進み、セ
パレータは樹脂の真空含浸処理をしても長時間にわたっ
て液密なセパレータと々らない。

発明者等は、これらの問題が膨張黒鉛セパレータが低密
度で気孔が多いほかに、膨張黒鉛セパレータが親水的で
あることに着目した。

前述のように、セパレータを気密化し腋下浸透性にする
方法の一つに特開昭５７−１０７５７０号。

特開昭５７−１５４７７１号公報があるが、腋下浸透性
を優れたものにするには非導電性のＰＴＦＥを多量に必
要とし、電気抵抗の増大及び表面撥水膜のものは長時間
の使用に対してピンホール及び安定性等の問題がある。

以上のことから、セパレータをさらに撥水的にする必要
があることに着目した。このように表面を撥水的にする
のみでは不十分であり、表面及び内部に撥水性物質を均
一に混合するのが有効である。セパレータを腋下浸透性
にする原理としてセパレータ内の毛管正圧が指標の一つ
となる。それは、下記の式による毛管内での水の凝縮を
考えることができる。

すなわち、θ＜９０°の場合は、 毛細管内には、飽和蒸気圧Ｐｏより低いＰにおいて水が
凝縮してしまう。

θ〉９０°の場合は θ〉９０°でＰｏ＜Ｐとなシ、これによシ毛管内で水が
凝縮しにくくなる。

このことから、接触角の大きい材料を使用すれば、セパ
レータの腋下浸透性を優れ穴ものとすることが可能であ
り、こと圧着目した。表１に、材料と接触角を示すが、
前述の提案のＦＴＦＢよりフッ化黒鉛の接触角が大きい
。

表１ 本発明は、セパレータにＰＴＦＥよシ撥水性が大きいフ
ッ化黒鉛を均一に混合することによって、その撥水性を
利用して液密化し、腋下浸透圧優れたセパレータとする
ことができ、これによりセパレータの多孔質化（密度１
〜１．４　ｇ　／ＣｍＲ）が可能となり、軽量化・薄型
化が可能なセパレータを用いた燃料電池を提供すること
を特徴とする。

本発明は、例えば次の方式よりなる。

従来使用していた膨張黒鉛のラミネートシート生成工程
において、膨張黒鉛粉末のほかにフッ化黒鉛ｆｊｌ：ｌ
Ｏ〜５０Ｗｔｌ添加し、十分に混合後に成形体とする。

成形方法は、プレス法、または、ローラプレス法が一般
的であり、必要とする形状、例えば、金型に従った任意
の形状やシート状が可能である。プレスは、コールドプ
レス（室温）が一般的であるが、必要に応じてホットプ
レス（１５０〜４００℃）を行なう場合もある。ホット
プレスが必要な場合は、撥水性物質が界面活性剤等の懸
濁液中に分散されているものについては界面活性剤を除
去する場合、撥水性物質の溶液により結着力を向上させ
る場合、成形体中のガス抜きが必要な場合等である。こ
の方法によって得られたフッ化黒鉛を混合成形したラミ
ネートシートを複数枚積ねてプレス成形する。プレスは
、コールドプレス及びホットプレスの方法があシ、プレ
ス圧力を５０〜５　Ｑ　Ｑ　ｋｇ／ｃｒｎ”として所定
の密度０．４〜１．８ｇ／ｃｍ”とする。セパレータの
形状は、例えば、第１１図、第１２図あるいは第１図、
第２図タイプの形状とする。

第１１図、第１２図に示すタイプのセパレータを用いる
燃料電池は、一般に、ＩＪプ付セパレータ方式と呼ばれ
るもので、前述したように、溝付セパレータ５を用いて
いる。第１図の単位構成、第２図の断面模式図に示す方
式は、リプ付電極方式といわれるもので、電極１に燃料
、電極２に酸化剤の供給・排出する溝１形成し、セパレ
ータ５は平板状のものを用いる。

本発明の適用が可能な燃料電池は、燃料にメタノール、
ホルマリン、ギ酸、ヒドラジン等の液体）燃料を用いる
もの、あるいは液体を用いるレドックスフロー型燃料電
池水素及び水素含有ガス等の気体燃料を用いるものが、
電解質に硫酸、燐酸等の酸を用いるもの、水酸化カリウ
ム、水酸す）　＋７ウム等のアルカＩＪ　ｉ用いるもの
が、酸化剤に酸素、空気、過酸化水素等を用いるものが
可能である。

本発明は、簡単な処理工程により、セパレータとしての
機能を維持することが可能であり、このセパレータを用
いることにより電池電圧の向上、長寿命化及び電池の軽
量化を図ることができる。

また、従来の膨張黒鉛セパレータと比較して、軽量化・
薄型化及び経済性にも問題にならず、前述したように、
耐電蝕性及びガスの偏流のないセパレータとすることも
できる。

〔発明の実施例〕

以下に、本発明を実施例により説明する。

（試作−１） 膨張黒鉛粉末とフッ化黒鉛を用いて、膨張黒鉛（９０Ｗ
ｔ幅）とフッ化黒鉛粉末（１０ｗ　を係）を均一に混合
させ室温でプレス成形して厚さ３ｍｍ程度のラミネート
シートを得た。さらに、ラミネートシートを千秋積層し
て、１５０　ｋｇ／ｃｍ’のプレス圧力で成形し、セパ
レータ（１１０Ｘ１４０ｍｍ）ｅ得た。このセパレータ
は第１１図の形状であって、表裏に平向流タイプの溝が
それぞれ二十列あるものである。このセパレータをセパ
レータＢとする。

さらに、膨張黒鉛粉末をフッ化黒鉛粉末と重量比８：２
．７：３，５：５，３ニアとしたセパレータＣ，Ｄ、Ｅ
、Ｆを得た。

同様に、不浸透化高密度黒鉛を機械（切削）加工して、
セパレータＢと同形状のセパレータＡ−１を得た。

さらに、膨張黒鉛粉末を用いて室温でプレス成形してラ
ミネートシートを得、千秋積層して、以下セパレータＢ
と同じ方法で成形し、これに真空含浸でフェノール系樹
脂を含浸させたセパレータＡ−２を得た。これらのセパ
レータは従来使用していたセパレータである。

また、膨張黒鉛粉末とポリテトラフルオロエチレン（タ
イキン製ポリフロンディスパージョンＤ１：ＰＴＦＥと
記する）を用いて、膨張黒鉛（９０ｗｔ憾）とＰ’ｒ　
１’Ｅ　（ＰＴＦ　Ｅとして１０ｗｔ１）を混合させ、
３００℃の温度条件でプレス成形してラミネートシート
を得、以下セパレータＢと同じ条件で成形したセパレー
タＧ−１ｔ−得た。

さらに、膨張黒鉛粉末とＰＴＦＥを重量比で７：３．５
：５とし、セパレータＧ−１と同じ条件で成形したセパ
レータＧ−２，０−３を得た。このセパレータは、公知
例の提案のセパレータと同じ構成のセパレータである。

（実験−１） 本実験は、従来のセパレータであるセパレータＡ−１，
Ａ−２とフッ化黒鉛を均一に混合したセパレータＢ、Ｃ
，Ｄ、Ｅ、ＦとＰＴＦＥを均一に混合したセパレータＧ
−１，０−２，０−３の電気抵抗を比較したものである
。測定は、四端子測定法（１００ＯＨ２）で押し付は圧
カフ　ｋｇ／ｃｍ”によって行なった。それぞれの抵抗
値は セパレータＡ−１が０．１００−Ｃｎ１”１Ａ−２が０
．０１Ω＊ｃｍ’であり、 セパレータＢが０．１１　ｎ−ｃｍ”　、　Ｃが０．１
１ｆｌ・ｃｍ”、Ｄが０．１３０ａｃｍ”、Ｅが０．１
６０５ｃｍ”　。

Ｆが０．２３Ω＠Ｃｍ”であり、 セパレータＧ−１が０．ｌ２０−Ｃｍ”１Ｇ−２が０．
１３０＊ｃｍ”、Ｑ−３が０．２２０−ｃｍ”であつｆ
ｃ。

（実験−２） 本実験は、従来のセパレータＡ−２とフッ化黒鉛を均一
に混合したセパレータＢ、Ｃ，Ｄ、Ｅ。

ＦとＰＴＦＥｔ−均一に混合したセパレータＧ−１゜Ｇ
−２，０−３の電解液浸透量を比較したものである。電
解液Ｆｉ２５％硫酸水溶液全用いて、それぞれのセパレ
ータを浸漬し絞量となったところで、その重量増加率を
調べた。その結果を第３図に示す。図から、従来セパレ
ータは約２５４の重量増加があることがわかる。セパレ
ータ内フッ化黒鉛を含むものは、ＰＴＦＥを含むものよ
り重量増加が小さく、フッ化黒鉛ｔｌＯＷｔ１以上での
重量増加が小さく液密化が達成できることがわかる。

（実験−３） 本実験は、従来のセパレータＡ−１とフッ化黒鉛を混合
した本発明によるセパレータＤの液透過量を測定した。

液体には１５＃Ｉ硫酸水溶液、１５優水酸化カリワム水
溶液を用いて室温で測定した。

百時間後、不浸透過高密度黒鉛セパレータＡ−１は、硫
酸水溶液で０．７０　ｍ／７’ｃｍ″、水酸化カリウム
水溶液で０．５５　ｍｚ／ｃｒｎ”であり、本発明によ
るセパレータでは、それぞれ０．０１　ｍ１７ｃｍ”　
、　０．０１ｍｔ／ｃｍ”と液透過が実質的に零であっ
た。

（実験−４） 膨張黒鉛７０．ｗｔ％とフッ化黒鉛ａｏｗｔ憾のセパレ
ータＤと膨張黒鉛７０ＷｔｌとＰＴＦ’Ｅ３０ｗｔ優の
セパレータＧ−２のラミネートシートを千秋重ね０．５
〜３００　ｋｇ／ｃｍ２の圧力で加圧・正形することに
よって密度の異なるセパレータを作製し各セパレータの
２５４硫酸水溶液の液浸透量を実験−２と同じ方法で実
験した。その結果を第４図の（１）にフッ化黒鉛、（２
）にＰＴＦＥのものｔ示す。また、従来のセパレータＡ
−２についても、それぞれの密度のものを作シ比較し図
の（８）に示した図から、本発明によシ低密度のセパレ
ータでも液浸透量の少ないものが得られることがわかっ
た。

（実験−５） セパレータＤのラミネートシートを五枚重ね、１５０　
ｋｇ／ｃｍ”のプレス圧力で、第１図タイプのセパレー
タを得た。これをセパレータＨとｆる。

このセパレータの厚みは２ｍｍである。これを従来のセ
パレータである不浸透化高密度黒鉛のものと、その重さ
及び厚みを比較した。高密度黒鉛のも（Ｄｕ、２ｍｍ以
下でピンホールのない均一なものを製作することが不可
能であシ、３ｍｍの厚みのものを使用していた。本発明
セパレータの場合、５００Ｘ５００Ｘ２ｍｍの重量が０
．８ｋｇであるが、不浸透化高密度黒鉛セパレータの場
合は５００Ｘ５００Ｘ３ｍｍで１．４ｋｇである。従ッ
テ、重量は約４０憾減り、厚さは２／３とすることがで
きる。

（試作−２） 炭素粉末（ファーネスブラック：ギヤポット社製）に白
金とルテニウムとしてｓｏｗｔ憾担持した触媒粉末を１
．１５ｇとり蒸留水２ｍｔｆ加え、よく混練し、次に、
ポリテトラフルオロエチレン液（ＰＴＰＥ１ポリフロン
ディスパージョンＤ１：ダイキン社裂、２．５倍希釈）
を１ｍｔ加えて混合する。このペーストを電極基板であ
るカーボンベーパ（Ｅ−７１５：具現化学製）１００Ｘ
１２８ｍｍに均一に塗布し、乾燥後３００℃窒素雰囲気
中で約一時間焼成して燃料極電極（１）を得た。

さらに、炭素粉末に白金として３Ｑｗｔｌ担持した触媒
粉末ｔ−０，７７ｇとり、蒸留水を加えて混線後、ポリ
フロンディスパージョンＤ１？Ｉｎ０．５５ｍｔ加えて
混合したペーストを、電極基板であるカーボンペーパ１
０１００Ｘ１２Ｂに均一に塗布し、乾燥後、空気中で３
００℃約３０分焼成し酸化剤極電極（２）を得た。

（実験−６） 本実施例は、本発明のセパレータＤｔ−用いた酸性電解
液型メタノール燃料電池である。

燃料極１と酸化剤極２を用い、電極間に電解質として３
ｍｏｔ／を硫酸水溶液を保持したイオン交換膜（ＣＭＶ
：旭硝子羨）全介在させセパレータＤを使用して単位電
池を構成した。これ全単位電池Ｉとする９、この単位電
池の電流密度−電圧（ｉ−Ｖ＞特性を測定した結果を第
５図ａに示す。この時の測定条件は燃料としてアノライ
ト（１ｍｏｔ／ｌメタノール＋１．５　ｍｏ　ｔ／を硫
酸水溶液）２ｔｆ　５００　ｍ　ｔ／ｍｉｎで循環させ
、酸化剤として、空気を１ｔ／ｍｉｎで供給した。電池
温度は６０℃一定である。

（実験−７） 従来使用したセパレータＡ−２ｔ−使用する以外は、実
験−６と同じ方法の単位電池を構成して、ｉ−Ｖ特性を
測定した。その結果を第５図のｂに示す。この単位電池
を単位電池πとする。

上記の結果、本発明セパレータを使用しても、ｉ−Ｖ特
性は従来セパレータと同等であり、６０ｍＡ／ｃｍ”の
電流密度で、０．４ｖの電池電圧であった。

（実験−８） 実験−６の単位電池Ｉを用いて、１に流密度６０ｍＡ／
Ｃｍ’での連続運転を行なった。アノライト（１ｍＯ６
／ｌメタノール１．５ｍｏｔ／を硫酸）２ｔを５００　
ｒｎｔ／ｌｎ　ｉ　ｎ　で循環させ、一定時間ごとにメ
タノール及び水を添加し、アノライト中のメタノール濃
度ｆｊ！：０．７〜１．３　ｍｏｌ／　ｔの範囲に維持
した。酸化剤は空気を１ｔ／ｍｔｎで供給した。電池の
温度は６０℃一定とした。その結果を第６図Ｃに示す。

（実験−９） 実験−７の単位電池Ｉ［を用いる以外は、実験−８と同
じ方法で連続運転を実施した。その結果を第６図ｄに示
した。

（実験−１０） 本実験は、本発明セパレータＣを用いたメタノール燃料
電池である。その概略例を第７図に示す。

セパレータＣを用いた単位電池を３３セル積層して電池
スタック６を構成した。燃料タンク７にはアノライト（
１ｍｏｌ／Ｌメタノール＋１．５ｍｏｔ／を硫酸水溶液
）を１．５を入れ、これを電池スタックへ循環供給した
。燃料タンク７内には、メタノール濃度検知器８とアノ
ライト液面レベル検知器９を備え、メタノール濃度を０
．８〜１．１ｍ０１／ｌとアノライト液面レベルを±５
壬になるように設定し、それぞれの検知器によりフィー
ドバック制御１０し、メタノールタンク１１と水タンク
１２からメタノールと水を供給した。空気はファン付設
の空気供給部１３より供給する。電流密度６０ｍＡ／Ｃ
ｍ！における電池の千時間の連続運転を行なつ念。出力
電力と運転時間の関係を第８図ｅに示す。この時の電池
温度は５５℃であった。第８図から、出力電力を一定に
維持することができた。

（実験−１１） 従来セパレータであるセパレータＡ−２に用いる以外は
、実験−１０と同じに電池を構成し、連続運転を行なっ
た。その結果を第８図ｆに示す。

電池温度は５５℃であった。

この電池を解体しセパレータを観察したところ両端部側
のセパレータの表面が電蝕されていることとセパレータ
に液が浸透したふくらみが観察された。

（試作−３） 電池基板に第１図タイプのリプ付き多孔質基板（１００
Ｘ１２Ｂｍ、溝数１５）を用いて、基板の平滑面に触媒
層を形成させる以外は試作−２と同じ方法で燃料極電極
を得た。これを燃料極３とする。

さらに、電極基板に第１図タイプのリプ付き基板を用い
て、基板の平滑面に触媒層を形成させる以外は、試作−
２と同じ方法で酸化剤極電極４を得た。

（実験−１２） 本実験は、本発明のセパレータＨとリプ付き電極を用い
たメタノール燃料電池である。

燃料極３と酸化剤極４を用い、セパレータにＨを用いて
、実験−１０と同じ方法で第１図タイプの単位電池■を
構成した。この単位電池を用いて、実験−１１と同じ方
法で連続運転を行なった。その結果を第９図に示す。

（試作−４） 膨張黒鉛粉末５０ｗｔ’ｌとフッ化黒鉛粉末５０ｗ１１
ｔを用いて、両者を均一に混合し、室温でプレス成形し
てラミネートシートを得る。次に、このラミネートシー
トを千秋重ね５００　ｋｇ／ｃｍ”のプレス圧力で、第
１図タイプの平板状のセパレータを得た。このセパレー
タの密度１ｄ　１．８　ｇ　７ｃｍ”であった。この七
パレータをセパレータＩとする。

（実験−１３） 本実験は、本発明のセパレータ！とリプ付き電極を用い
て、酸性電解液水素−酸素燃料電池に適用した。

燃料極３と酸化剤極４を用い、その間にポリプロヒレン
不織布を隔膜としてはさみ、セパレータ１全用いて単位
電池Ｖｉ構成した。電解液には３ｍｏ　ｔ／ｌの硫酸水
溶液を用いて６０℃の温度で電流密度−電圧（ｉ−Ｖ）
特性を測定した。その時の結果を第１０図ｇに示す。比
較のために、不浸透化高密度黒鉛からなる同一形状のセ
パレータを用いた単位電池のｉ　−Ｖ特性を第１０図り
に示す。

図より、本発明のセパレータを用いた硫酸を解液型水素
−酸素燃料電池でも、不浸透化高密度黒鉛セパレータを
用いたものと同等の性能が得られることが確認できた。

（実験−１４） 本実験は、本発明のセパレータＩと従来セパレータのＡ
−１及びＡ−２の空気透過槽を測定した。

それぞれの厚４’１５ｍｍとし、加圧により試料板の反
対側へ透過する空気を水上置換により確認した。結果を
表２に示す。

表２空気透過測定結果 畳検出限界 透過実験より、本発明のセパレータＪと従来品の膨張黒
鉛（樹脂含浸）セパレータは、秀れたガス不透過性をも
つことが明らかである。さらに、セパレータが撥水化さ
れているので、セパレータの表面、あるいは、内部の液
膜を撥水性で切ることによる耐電蝕性を向上させること
ができ、酸化剤極側で生成水が凝縮によりセパレータの
溝部に滞留することがなく、ガスの偏流のないセパレー
タからなる電池とする効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、液吸収、液浸透がないセパレータが可
能で１）、燃料と酸化剤の分離機能を十分にでき電池電
圧の向上及び出力電力が変動することなく長時間維持で
きる。また、液浸透性がないため薄型、多孔質化して軽
量化できる。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電解質を挾んで配置された一対の電極をもつ単位セ
   ルを、セパレータを介して複数個積層した燃料電池にお
   いて、 前記セパレータが導電性材料とフッ素樹脂より撥水性の
   大きい撥水性材料との混合物から構成され、かつ、多孔
   質の成形体であることを特徴とする燃料電池。 ２、前記導電性材料が膨張黒鉛であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の燃料電池。 ３、前記撥水性材料がフッ化黒鉛であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の燃料電池。 ４、前記撥水性材料の混合量が１０〜５０ｗｔ％である
   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、前記セパレータの密度が１．８ｇ／ｃｍ＾３以下で
   ある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。 ６、前記セパレータが集電及び燃料と酸化剤の分離機能
   、燃料と酸化剤を供給・排出する機能をもつことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池。 ７、前記セパレータが平板状のものからなり、前記電極
   に燃料及び酸化剤を供給する機能をもつことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の燃料電池。 ８、前記燃料電池の燃料または酸化剤の少なくとも一方
   が液体である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。 ９、前記燃料電池の燃料及び酸化剤の両方が気体である
   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
   。