JPS6171557A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JPS6171557A JPS6171557A JP59193205A JP19320584A JPS6171557A JP S6171557 A JPS6171557 A JP S6171557A JP 59193205 A JP59193205 A JP 59193205A JP 19320584 A JP19320584 A JP 19320584A JP S6171557 A JPS6171557 A JP S6171557A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- electrode
- fuel
- thermoplastic film
- ribbed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
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- 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。
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〕
本発明は燃料電池に係シ、特にリブ付電極の端部周辺部
における気密性を向上宮せ得るようにした燃料電池に関
する。
における気密性を向上宮せ得るようにした燃料電池に関
する。
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、電解質を挾んで一対の多孔質！＠’
を配置するとともに、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
酸化剤を一接触させ、このとき起こる電気料学的反応を
利用して、上記電極間から電気エ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９出すことが
できるものである。
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、電解質を挾んで一対の多孔質！＠’
を配置するとともに、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
酸化剤を一接触させ、このとき起こる電気料学的反応を
利用して、上記電極間から電気エ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９出すことが
できるものである。
第４図は、上記原理に基づく特にリン酸を電解質とした
、リブ付を種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
てリン酸を含浸し支 たマトリックスＪ’ｊｉ−挾んで、互いに直行する方向
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を配置して成シ、この単位セル
を複数積層して燃料電池スタ、りを構成している。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
路全形成している。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・ぐレー
タ３を各単位セル間に挾んで積層する。
、リブ付を種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
てリン酸を含浸し支 たマトリックスＪ’ｊｉ−挾んで、互いに直行する方向
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を配置して成シ、この単位セル
を複数積層して燃料電池スタ、りを構成している。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
路全形成している。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・ぐレー
タ３を各単位セル間に挾んで積層する。
この状態で、リブ付電極２の溝の両端開口部のみｔ残し
て、各積層断面部を気密にシールして積層セルを構成す
る。
て、各積層断面部を気密にシールして積層セルを構成す
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、両端部からガス拡
散漏洩を防止するため忙ガスシールドかほどこさもでい
る。このシール方式としては、ウニ、トシール法、含浸
シール法カ一般に用すられている。ウェットシール法は
、炭化珪素等の高温°高濃度のリン酸に対し十分なる耐
熱・耐食性を有する微細粒子を、電極の端部に埋設し、
これに電解液を湿潤させ、粒子間の電解液の表面張力に
よシシールする方式である。また含浸シール法は、高温
・高濃度のリン酸に耐える、−例としては、フッ素ゴム
塗料等の液ｉ １Ｊプ電極端部に含浸固化させることに
より、シールする方式である。
細孔を有する多孔質体であるために、両端部からガス拡
散漏洩を防止するため忙ガスシールドかほどこさもでい
る。このシール方式としては、ウニ、トシール法、含浸
シール法カ一般に用すられている。ウェットシール法は
、炭化珪素等の高温°高濃度のリン酸に対し十分なる耐
熱・耐食性を有する微細粒子を、電極の端部に埋設し、
これに電解液を湿潤させ、粒子間の電解液の表面張力に
よシシールする方式である。また含浸シール法は、高温
・高濃度のリン酸に耐える、−例としては、フッ素ゴム
塗料等の液ｉ １Ｊプ電極端部に含浸固化させることに
より、シールする方式である。
しかしながら、一般にリブ付電極は、２ｖＩＩＲ程度の
厚さを有し、また数１０ミクロン程度の小さな平均細孔
を有する多孔質体であるために、ウニ、トシール方式に
おいては、粒子を電極端部全体に均一に充填することが
困難であり、表面層のみに充填され、内部まで完全に充
填されない。また含浸シール方式にシいても同様九表面
島のみ含浸され、内部には含浸されにくく、ガスリーク
により流体燃料と流体酸化剤との混合が純生して、発熱
および電池特性の低下が生じる。第５図は、その様子を
概念図にて示したものである。つま夛、リークＡにより
流体燃料Ｂおよび流体酸化剤Ｃの混合が発生すると、こ
れらの反応物質は発電に関与しなくなシ、発電効率が低
下するばかカでなく発熱反応を起こす。
厚さを有し、また数１０ミクロン程度の小さな平均細孔
を有する多孔質体であるために、ウニ、トシール方式に
おいては、粒子を電極端部全体に均一に充填することが
困難であり、表面層のみに充填され、内部まで完全に充
填されない。また含浸シール方式にシいても同様九表面
島のみ含浸され、内部には含浸されにくく、ガスリーク
により流体燃料と流体酸化剤との混合が純生して、発熱
および電池特性の低下が生じる。第５図は、その様子を
概念図にて示したものである。つま夛、リークＡにより
流体燃料Ｂおよび流体酸化剤Ｃの混合が発生すると、こ
れらの反応物質は発電に関与しなくなシ、発電効率が低
下するばかカでなく発熱反応を起こす。
そして、この混合した状態でセル内に流れ込むとセル内
で燃焼して発熱を起こし、また局所的な発電効率の低下
による電流密度の不均一化が起こる。さらに、異常な高
温となることにより触媒の劣化を促進することになる。
で燃焼して発熱を起こし、また局所的な発電効率の低下
による電流密度の不均一化が起こる。さらに、異常な高
温となることにより触媒の劣化を促進することになる。
さらにまた、マニホールド内で混合燃焼した場合には信
号線を破損させ、燃料電池スタ、りの運転状況を監視で
きなくなる危険性がある。
号線を破損させ、燃料電池スタ、りの運転状況を監視で
きなくなる危険性がある。
このように、従来のシール方式を用いた構造においては
、実質的に有効なシール部は小さく、それ故長期にわた
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。
、実質的に有効なシール部は小さく、それ故長期にわた
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。
本発明はリブ電極端部のがスシール構造全改良し、信頼
性を向上させた燃料電池を提供すること全目的とする。
性を向上させた燃料電池を提供すること全目的とする。
上記目的を達成するために本発明では、電解質を含浸し
たマトリックスを挾んで、流体燃料またＦｉ流体酸化剤
の流通路が形成された一対のリブ付ｉ極を配置して成り
、前記各流通路に燃料および酸化剤が流通している条件
下で電気エネルギーを出力する単位セル全七・ンレータ
に介して複数ｍ層して構成した燃料電池において、上記
リブ付！極の端部を、ガス不透過性物質と熱可塑性フィ
ルムとによりガスシールすることＫより、リブ付電極端
部の気密性を向上させてリークが発生し力いようにした
ことを特徴とする。
たマトリックスを挾んで、流体燃料またＦｉ流体酸化剤
の流通路が形成された一対のリブ付ｉ極を配置して成り
、前記各流通路に燃料および酸化剤が流通している条件
下で電気エネルギーを出力する単位セル全七・ンレータ
に介して複数ｍ層して構成した燃料電池において、上記
リブ付！極の端部を、ガス不透過性物質と熱可塑性フィ
ルムとによりガスシールすることＫより、リブ付電極端
部の気密性を向上させてリークが発生し力いようにした
ことを特徴とする。
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構
底例を示したもので、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、ここでは異方る部分について
のみ述べる。
底例を示したもので、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、ここでは異方る部分について
のみ述べる。
つ′−！ｌシ、第１図は前記第５図の単位セルにおける
リブ付電極２の端部に、ガス不透過性物質、４′ｔ−熱
可塑性フィルム５で一体化してがスンール部を構成する
よりにしたものである。
リブ付電極２の端部に、ガス不透過性物質、４′ｔ−熱
可塑性フィルム５で一体化してがスンール部を構成する
よりにしたものである。
ここでガス不透過性物質４としては、例えばＰＴＦＥ
、 ＰＦ人、ＦＥＰ等のフッ素系樹脂、フェノール樹脂
、あるいは炭化珪素、黒鉛、カーボン等の焼結体、その
他耐熱性、耐リン酸性を有す８ものなら良く、これらを
単独あるｌ／−１は２種以上の混合物として使用する。
、 ＰＦ人、ＦＥＰ等のフッ素系樹脂、フェノール樹脂
、あるいは炭化珪素、黒鉛、カーボン等の焼結体、その
他耐熱性、耐リン酸性を有す８ものなら良く、これらを
単独あるｌ／−１は２種以上の混合物として使用する。
また、熱可塑性フィルム５もｔｔａ性、耐リン酸性を有
するものであれば良く、好ましくはＰＦＡ、ＦＥＰ等の
フッ素系樹脂フィルムで、その厚さとしては０．０１〜
０．３ ｗ程度のもの全使用する。一方、リブ付電極２
の端部とガス不透過性物質イと全熱可塑性フィルム５で
一体化する方法としては、例えば加圧、加熱圧着法全採
用する。つまシ熱可塑性フィルム５全、リブ付電極２の
端部とがス不透過性物質４との接辺が熱可塑性フィルム
５の略中心となるように上下面に配置し、フィルム部分
音３４０〜３６０℃に加熱しながら５〜３５ ｋｇ／ａ
ｎ”の圧力で１分間以上加圧して一体化する。
するものであれば良く、好ましくはＰＦＡ、ＦＥＰ等の
フッ素系樹脂フィルムで、その厚さとしては０．０１〜
０．３ ｗ程度のもの全使用する。一方、リブ付電極２
の端部とガス不透過性物質イと全熱可塑性フィルム５で
一体化する方法としては、例えば加圧、加熱圧着法全採
用する。つまシ熱可塑性フィルム５全、リブ付電極２の
端部とがス不透過性物質４との接辺が熱可塑性フィルム
５の略中心となるように上下面に配置し、フィルム部分
音３４０〜３６０℃に加熱しながら５〜３５ ｋｇ／ａ
ｎ”の圧力で１分間以上加圧して一体化する。
次に、以上の−ようにして構成した燃料を池の特性を調
べた結果について述べる。つまり、ガス不透過性物質４
および熱可塑性フィルム５としてはＰＦＡ ｉ用い、熱
可塑性フィルム５の厚さは０．１３絹で、３５０℃に加
熱しながら１０ｋｇ／口２の圧力で５分間加圧して一体
化を行なった。
べた結果について述べる。つまり、ガス不透過性物質４
および熱可塑性フィルム５としてはＰＦＡ ｉ用い、熱
可塑性フィルム５の厚さは０．１３絹で、３５０℃に加
熱しながら１０ｋｇ／口２の圧力で５分間加圧して一体
化を行なった。
この一体化後のリグ付電極２の端部表面は平ｆであった
。そして、フィルムの接着状態を調べるために一部全切
断して断面全顕微鏡で観察すると、熱可塑性フィルム５
はガス不透過性物質イとＦｉ溶着しており、一方すプ付
ＴｉＬ極２とは電極端部の表面から内部へ、略熱可塑性
フィルム５の厚さ分だけ含浸された状態で一体化されて
いることがわかった。また、ガス不透過性物質４とリブ
付電極２との接触面にも一部進入してこれら相互間を溶
着していることもわかった。
。そして、フィルムの接着状態を調べるために一部全切
断して断面全顕微鏡で観察すると、熱可塑性フィルム５
はガス不透過性物質イとＦｉ溶着しており、一方すプ付
ＴｉＬ極２とは電極端部の表面から内部へ、略熱可塑性
フィルム５の厚さ分だけ含浸された状態で一体化されて
いることがわかった。また、ガス不透過性物質４とリブ
付電極２との接触面にも一部進入してこれら相互間を溶
着していることもわかった。
なお、がス不透過性物質４として炭化珪素、黒鉛、カー
ビン等の焼結体を用いる場合、熱可塑性フィルム５は含
浸せず表面へ溶着するため、ガス不透過性物質４をフィ
ルムの厚さ分だけ予め削っておくようにするとよい。
ビン等の焼結体を用いる場合、熱可塑性フィルム５は含
浸せず表面へ溶着するため、ガス不透過性物質４をフィ
ルムの厚さ分だけ予め削っておくようにするとよい。
一方、かかるがスシール構造全有したリグ付電極２を用
いて燃料電池ｆ、構成し、長時間にわたりてコ！耘を行
ないその電位変化およびガスの混合量を測定した。つま
シ、まず第２図に電位変化全示すように、本実施例によ
る特性曲線Ｘ。
いて燃料電池ｆ、構成し、長時間にわたりてコ！耘を行
ないその電位変化およびガスの混合量を測定した。つま
シ、まず第２図に電位変化全示すように、本実施例によ
る特性曲線Ｘ。
は従来例の特性曲線Ｙ１と比較して、長時間の・！！転
を行なってもｔ池性能は劣化しないことがわかる。また
、ガスの混合量は第３図に示すようにカソード側のＣ０
２濃度の時間的経過による７化は、本実施例においては
曲纏Ｘ！のように長時間の運転全行なった後も、従来例
の特性曲線Ｙ：と比較してその濃度が低い。
を行なってもｔ池性能は劣化しないことがわかる。また
、ガスの混合量は第３図に示すようにカソード側のＣ０
２濃度の時間的経過による７化は、本実施例においては
曲纏Ｘ！のように長時間の運転全行なった後も、従来例
の特性曲線Ｙ：と比較してその濃度が低い。
以上のように、本実施例によるガスンール構造を有した
リブ付電極２Ｆｉガス不透過性物質４をその福邪に有し
ているため、従来のものと比べてガス５．密性が一段と
高いことがわかる。
リブ付電極２Ｆｉガス不透過性物質４をその福邪に有し
ているため、従来のものと比べてガス５．密性が一段と
高いことがわかる。
尚、上記実施例ではリブ付電標２の端部とガス不透過性
物ＩＪ！ｔ４とは熱可塑性フィルム５で一体化したが、
リブ付電極２の端部とガス不透過性物言イとの接触面に
耐熱、耐リン酸性でちるフッ素系樹脂の粉体を挾み込ん
だシ、あるいはリブ付Ｔｒ！４極２の端部にフッ素系樹
脂のデイスノ（−ノ、ンまたは）、素糸ゴムの溶液状の
ものを塗布含浸させ、その後熱可塑性フィルムで一体よ
り一層向上させることが可能である。
物ＩＪ！ｔ４とは熱可塑性フィルム５で一体化したが、
リブ付電極２の端部とガス不透過性物言イとの接触面に
耐熱、耐リン酸性でちるフッ素系樹脂の粉体を挾み込ん
だシ、あるいはリブ付Ｔｒ！４極２の端部にフッ素系樹
脂のデイスノ（−ノ、ンまたは）、素糸ゴムの溶液状の
ものを塗布含浸させ、その後熱可塑性フィルムで一体よ
り一層向上させることが可能である。
以上、述べたように、本発明に係るがスシール構造を有
したリブ付電極を用いることにより、シール部不良に起
因する内部発熱、有効反応ガス量の減少を低減し、結果
的に安定した性能全長時間維持できる。即ち、信頼性、
寿命特性の向上を期待することができる・ 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、リブ付電極端部の
がスンール構造を改良して信頼性および寿命特性の向上
全図ることが可能な燃料電池が提供できる。
したリブ付電極を用いることにより、シール部不良に起
因する内部発熱、有効反応ガス量の減少を低減し、結果
的に安定した性能全長時間維持できる。即ち、信頼性、
寿命特性の向上を期待することができる・ 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、リブ付電極端部の
がスンール構造を改良して信頼性および寿命特性の向上
全図ることが可能な燃料電池が提供できる。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図および
第３図Ｆ′ｉ同実施例による特性を示す図、第４図は燃
料電池の構成例を示す樅断面斜視図、＠５図は従来の単
位セルを示す断面図である。 フィルム。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第１図 第２図 □時開（ｈｒ）
第３図Ｆ′ｉ同実施例による特性を示す図、第４図は燃
料電池の構成例を示す樅断面斜視図、＠５図は従来の単
位セルを示す断面図である。 フィルム。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦第１図 第２図 □時開（ｈｒ）
Claims (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
は流体酸化剤の流通路が形成された一対のリブ付電極を
配置して成り、前記各流通路に燃料および酸化剤が流通
している条件下で電気エネルギーを出力する単位セルを
セパレータを介して複数積層して構成した燃料電池にお
いて、前記リブ付電極の端部を、ガス不透過性物質と熱
可塑性フィルムとによりガスシールするようにしたこと
を特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59193205A JPS6171557A (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59193205A JPS6171557A (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6171557A true JPS6171557A (ja) | 1986-04-12 |
Family
ID=16304046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59193205A Pending JPS6171557A (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6171557A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61138464A (ja) * | 1984-12-07 | 1986-06-25 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
-
1984
- 1984-09-14 JP JP59193205A patent/JPS6171557A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61138464A (ja) * | 1984-12-07 | 1986-06-25 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPH0450711B2 (ja) * | 1984-12-07 | 1992-08-17 | Hitachi Ltd |
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