JPH02155171A - 燃料電池 - Google Patents
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- JPH02155171A JPH02155171A JP63310391A JP31039188A JPH02155171A JP H02155171 A JPH02155171 A JP H02155171A JP 63310391 A JP63310391 A JP 63310391A JP 31039188 A JP31039188 A JP 31039188A JP H02155171 A JPH02155171 A JP H02155171A
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- 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
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- Y02E60/50—Fuel cells
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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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は燃料電池のガス供給路に係り、特に電極基材
およびセパレート板のガス供給路に関する。
およびセパレート板のガス供給路に関する。
燃料電池は、第１２図に示すような電極６を例えばリン
酸よりなる電解液層８をはさんで配置し、外部のガス供
給系より前記各電極へ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給
し、各電極の電極触媒上で燃料ガスと酸化剤ガスを電気
化学的に反応させ、その結果としての電気エネルギを系
外に取出す発電装置の一種である。
酸よりなる電解液層８をはさんで配置し、外部のガス供
給系より前記各電極へ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給
し、各電極の電極触媒上で燃料ガスと酸化剤ガスを電気
化学的に反応させ、その結果としての電気エネルギを系
外に取出す発電装置の一種である。
電極６は多孔質のカーボン基材（電極基材）４の上に電
極触媒層５を付着させて構成される。電極触媒層５は触
媒担体２の表面に貴金属微粒子１を担持させた触媒微粒
子７がフッ素樹脂の微粒子３により結着されて形成され
る。この電極触媒層５の内部では多孔質カーボン基材４
側からのガスと電解液層８からの電解液とが接触し、三
相界面が形成され、電気化学的反応が進行する。
極触媒層５を付着させて構成される。電極触媒層５は触
媒担体２の表面に貴金属微粒子１を担持させた触媒微粒
子７がフッ素樹脂の微粒子３により結着されて形成され
る。この電極触媒層５の内部では多孔質カーボン基材４
側からのガスと電解液層８からの電解液とが接触し、三
相界面が形成され、電気化学的反応が進行する。
この電気化学的反応を効率良く行わせるために、ｉｔ電
極媒層５内の触媒微粒子７と電解液とガスが接する三相
界面をできるだけ多く、しかも安定して保つ必要があり
、また反応により生じるイオンの移動を円滑に行わせる
ため電解液層８には充分な電解液を保つことが必要であ
る。このためには、電極触媒層５の電解液によるぬれの
程度を例えば、はっ水性の高いフッ素樹脂によりはっ水
性をコントロールし、また電解液層８についてはシリコ
ンカーバイト微粒子９により電解液でぬれ５くしでいる
。
極媒層５内の触媒微粒子７と電解液とガスが接する三相
界面をできるだけ多く、しかも安定して保つ必要があり
、また反応により生じるイオンの移動を円滑に行わせる
ため電解液層８には充分な電解液を保つことが必要であ
る。このためには、電極触媒層５の電解液によるぬれの
程度を例えば、はっ水性の高いフッ素樹脂によりはっ水
性をコントロールし、また電解液層８についてはシリコ
ンカーバイト微粒子９により電解液でぬれ５くしでいる
。
一方カーボン基材あるいは電極基材については触媒層５
での三相界面に反応ガスを効率良く供給できるようにす
る必要がある。そのためにガス拡散性の良好な多孔質体
が使用される。カーボン基材はリブ付きの基材とリブ無
しの基材があり、前者は基材のリブ部とセパレータによ
り、後者はリブ付きセパレータのリブ部と基材によりガ
ス供給路が形成される。リブ付き基材については不連続
突起リブを鎖列配置にして横方向のガスの均等分配を考
慮したものもある。
での三相界面に反応ガスを効率良く供給できるようにす
る必要がある。そのためにガス拡散性の良好な多孔質体
が使用される。カーボン基材はリブ付きの基材とリブ無
しの基材があり、前者は基材のリブ部とセパレータによ
り、後者はリブ付きセパレータのリブ部と基材によりガ
ス供給路が形成される。リブ付き基材については不連続
突起リブを鎖列配置にして横方向のガスの均等分配を考
慮したものもある。
従来はリブ付きの基材は第１０図のような基材が用いら
れていたが、このような基材を用いたセルにおいては基
材のリブ部１０がガスの通路とならず、またこのリブ部
は他の部分に比べ、電極触媒層５までの距離も長くなる
ことなどから、リブ部１０で覆われている触媒層へのガ
スの拡散が十分行えないため濃度分極が生じ高電流密度
での特性が悪化するという問題があった。また前記の不
連続突起状リブを鎖列配置にして、横方向のガスの均等
分配を考慮したリブ付き基材についても同様の問題があ
った。
れていたが、このような基材を用いたセルにおいては基
材のリブ部１０がガスの通路とならず、またこのリブ部
は他の部分に比べ、電極触媒層５までの距離も長くなる
ことなどから、リブ部１０で覆われている触媒層へのガ
スの拡散が十分行えないため濃度分極が生じ高電流密度
での特性が悪化するという問題があった。また前記の不
連続突起状リブを鎖列配置にして、横方向のガスの均等
分配を考慮したリブ付き基材についても同様の問題があ
った。
またリブ付きのセパレート板は第１１図に示すセパレー
トｔ７ｉｉ１１を用いていたが、このようなセパレート
板を用いたセルにおいてはセパレート板１１のリブ部１
０ａと接する多孔質カーボン基材４ａの内部にはガスが
拡散しにくり、そのためリブ部１０ａで覆われている触
媒層５ａへのガスの拡散が十分に行えないため、高ｉｔ
流密度での特性が不十分であるという問題があった。
トｔ７ｉｉ１１を用いていたが、このようなセパレート
板を用いたセルにおいてはセパレート板１１のリブ部１
０ａと接する多孔質カーボン基材４ａの内部にはガスが
拡散しにくり、そのためリブ部１０ａで覆われている触
媒層５ａへのガスの拡散が十分に行えないため、高ｉｔ
流密度での特性が不十分であるという問題があった。
この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的はリブ付
電極基材やリブ付セパレート板のリブに改良を加えるこ
とにより電極触媒層へのガス供給が一様で高電流密度に
おける電流電圧特性に優れる燃料電池を提供することに
ある。
電極基材やリブ付セパレート板のリブに改良を加えるこ
とにより電極触媒層へのガス供給が一様で高電流密度に
おける電流電圧特性に優れる燃料電池を提供することに
ある。
上述の目的はこの発明によれば
１）一方の主面に電極触媒層を配し、他方の主面にガス
供給路を設けた電極基材を備えてなる燃料電池において
、アレイ配置された凸部の間隙により形成され前記アレ
イの間隙内を凸部との衝突を繰返しながらガスフローさ
せるガス供給路１３を１主面に設けた電極基材を備える
ことおよび２）少なくとも１つの主面にガス供給路を設
けたセパレート板のガス供給路を存する面に平板状の多
孔質基材と電極触媒層とを順次積層してなる燃料電池に
おいて、アレイ配置された凸部の間隙により形成され前
記アレイの間隙内を凸部との衝突を繰返しながらガスフ
ローさせるガス供給路１３を１主面に設けたセパレート
板を備えることにより達成される。
供給路を設けた電極基材を備えてなる燃料電池において
、アレイ配置された凸部の間隙により形成され前記アレ
イの間隙内を凸部との衝突を繰返しながらガスフローさ
せるガス供給路１３を１主面に設けた電極基材を備える
ことおよび２）少なくとも１つの主面にガス供給路を設
けたセパレート板のガス供給路を存する面に平板状の多
孔質基材と電極触媒層とを順次積層してなる燃料電池に
おいて、アレイ配置された凸部の間隙により形成され前
記アレイの間隙内を凸部との衝突を繰返しながらガスフ
ローさせるガス供給路１３を１主面に設けたセパレート
板を備えることにより達成される。
凸部の断面形状（電極基材あるいはセパレート板の主面
に平行な方向）はひし形、正方形、長方形、三角形１円
、楕円、あるいはこれらの組合わせ等が用いられる。
に平行な方向）はひし形、正方形、長方形、三角形１円
、楕円、あるいはこれらの組合わせ等が用いられる。
燃料電池電極において、リブ付き基材およびリブ付きセ
パレート板についてそれぞれガスとよく衝突するように
凸部を配置させると拡散ガスが基材又はセパレート板凸
部の触媒層に近い内部にまで強制的に供給される。この
ようにして阻害の起き５い凸部においてガス拡散性が向
上する。
パレート板についてそれぞれガスとよく衝突するように
凸部を配置させると拡散ガスが基材又はセパレート板凸
部の触媒層に近い内部にまで強制的に供給される。この
ようにして阻害の起き５い凸部においてガス拡散性が向
上する。
（実施例１）
両面が平らで厚みが１．５〜２龍、気孔率約７０％の、
ガス透過性の良い多孔質カーボン基材を材料として、こ
の基材の片面に第１図に示す通り凸部１２が２ｍ Ｘ
’ｌ ｖａで高さ１鶴となるように幅０．８ ｍ。
ガス透過性の良い多孔質カーボン基材を材料として、こ
の基材の片面に第１図に示す通り凸部１２が２ｍ Ｘ
’ｌ ｖａで高さ１鶴となるように幅０．８ ｍ。
深さ１ｆｉの溝を２．８０ピンチで、ガス供給方向に対
して４５″の角度で加工した。従来の基材と本発明の基
材との特性比較をするために、凸部と溝部の面積が従来
のものと同等になるようにした。
して４５″の角度で加工した。従来の基材と本発明の基
材との特性比較をするために、凸部と溝部の面積が従来
のものと同等になるようにした。
このようにして得た多孔質カーボン基材４を５重量％の
ポリテトラフルオロエチレン （以下ＰＴＦＥと記す）
ディスパージラン液に浸漬して、約１００ ℃で乾燥後
３５０〜３８０℃で焼成し、基材にはろ水性を与えた。
ポリテトラフルオロエチレン （以下ＰＴＦＥと記す）
ディスパージラン液に浸漬して、約１００ ℃で乾燥後
３５０〜３８０℃で焼成し、基材にはろ水性を与えた。
この基材にＰＴＦＥが約５０９６となるように電極触媒
層５を形成したのち３５０〜３８０℃で焼成して１！極
を得た。
層５を形成したのち３５０〜３８０℃で焼成して１！極
を得た。
このようにして得た電池の電流電圧特性を第２図に示す
。曲線Ａは本発明の実施例に係る基材を用いたときの特
性、曲線Ｂは従来の基材を用いたときの特性である。
。曲線Ａは本発明の実施例に係る基材を用いたときの特
性、曲線Ｂは従来の基材を用いたときの特性である。
この発明の基材を用いた電極特性は供給ガスが基材凸部
に衝突するため凸部内部へのガス拡散が良くなり、３０
０ｔａＡ ／−以上での高電流において性能が向上する
結果が得られた。
に衝突するため凸部内部へのガス拡散が良くなり、３０
０ｔａＡ ／−以上での高電流において性能が向上する
結果が得られた。
両面が平らで厚みが６鰭のガス難透過性の炭素質成型板
を材料として、この板の両面に凸部が２ｍ Ｘ ２ Ｉ
ｍで高さ２萌となるように幅０，８ｍ、深さ２ｆｌの溝
を２．８ｆｌピンチで第１図と同様にガス供給方向に対
して４５’の角度で加工してセパレート板を得た。従来
のセパレート板と本発明のセパレート板との特性比較を
行うため、従来のセパレート板と同様に凸部と溝部の面
積が同じになるようにした。
を材料として、この板の両面に凸部が２ｍ Ｘ ２ Ｉ
ｍで高さ２萌となるように幅０，８ｍ、深さ２ｆｌの溝
を２．８ｆｌピンチで第１図と同様にガス供給方向に対
して４５’の角度で加工してセパレート板を得た。従来
のセパレート板と本発明のセパレート板との特性比較を
行うため、従来のセパレート板と同様に凸部と溝部の面
積が同じになるようにした。
このようにして得たセパレー ト板と厚みが０．４ｎの
焼結多孔質カーボン基材を、５重量％のＰＴＦＥディス
バージョンに浸漬し、約１００℃で乾燥後、３５０〜３
８０℃で焼結してはっ水性を与え、この基材にＰＴＦＥ
が約５０％となるようにｔ極触媒層を形成し３５０〜３
８０℃で焼結して電極を得た。
焼結多孔質カーボン基材を、５重量％のＰＴＦＥディス
バージョンに浸漬し、約１００℃で乾燥後、３５０〜３
８０℃で焼結してはっ水性を与え、この基材にＰＴＦＥ
が約５０％となるようにｔ極触媒層を形成し３５０〜３
８０℃で焼結して電極を得た。
このようにして得た電池の特性が第３図に示される。図
で曲４１ Ｃは本発明のセパレート板を用いたときの特
性１曲線りは従来のセパレート板を用いたときの特性で
ある。
で曲４１ Ｃは本発明のセパレート板を用いたときの特
性１曲線りは従来のセパレート板を用いたときの特性で
ある。
この発明のセパレート板を用いた電池特性は供給ガスが
セパレート板凸部に衝突するため、凸部と接する多孔質
基材内部へのガス拡散が良くなり、特に３００ｍＡ／ｃ
ｉ以上の高電流密度において向上がみられる。
セパレート板凸部に衝突するため、凸部と接する多孔質
基材内部へのガス拡散が良くなり、特に３００ｍＡ／ｃ
ｉ以上の高電流密度において向上がみられる。
（実施例２）
第４図〜第９図のように、凸部形状を変えた雪掻基板ま
たはセパレート板を、実施例１のように凸部と溝部の面
積が等しくなるように作製し電池特性を試験したところ
、実施例１と同様の傾向で燃料電池の性能が向上するこ
とが６１ＬＪされた。
たはセパレート板を、実施例１のように凸部と溝部の面
積が等しくなるように作製し電池特性を試験したところ
、実施例１と同様の傾向で燃料電池の性能が向上するこ
とが６１ＬＪされた。
燃料電池用電極の基材およびセパレート板においてそれ
ぞれ凸部を、ガスとよく衝突するように配置することに
より、ガス拡散阻害の起き易い凸部のガス拡散性が向上
でき、その結果３００ｍＡ／ａＪ以上の高電流密度での
燃料電池の特性を向上できる。
ぞれ凸部を、ガスとよく衝突するように配置することに
より、ガス拡散阻害の起き易い凸部のガス拡散性が向上
でき、その結果３００ｍＡ／ａＪ以上の高電流密度での
燃料電池の特性を向上できる。
第１図はこの発明の実施例に係る凸部と凸部により形成
されたガス供給路を示す平面図、第２図はこの発明の実
施例に係るガス供給路を設けた電極基材を備える電池の
特性を示す線図、第３図はこの発明の実施例に係るガス
供給路を設けたセパレート板を備える電池の特性を示す
線図、第４図。 第５図、第６図、第７図、第８図、第９図はこの発明の
他の実施例に係る凸部とガス供給路を示す平面図、第１
０図は従来の電極基材と電極触媒層の配置を示す斜視図
、第１１図は従来のセパレート板と多孔質カーボン基材
と電極触媒層の配置を示す斜視図、第１２図は従来の電
極構成を示す断面図である。 １２、１２ａ、 １２ｂ、 １２ｃ、 １２ｄ、 １２
ｅ、 １２ｆ ：凸部、１３：ガス供給路。
されたガス供給路を示す平面図、第２図はこの発明の実
施例に係るガス供給路を設けた電極基材を備える電池の
特性を示す線図、第３図はこの発明の実施例に係るガス
供給路を設けたセパレート板を備える電池の特性を示す
線図、第４図。 第５図、第６図、第７図、第８図、第９図はこの発明の
他の実施例に係る凸部とガス供給路を示す平面図、第１
０図は従来の電極基材と電極触媒層の配置を示す斜視図
、第１１図は従来のセパレート板と多孔質カーボン基材
と電極触媒層の配置を示す斜視図、第１２図は従来の電
極構成を示す断面図である。 １２、１２ａ、 １２ｂ、 １２ｃ、 １２ｄ、 １２
ｅ、 １２ｆ ：凸部、１３：ガス供給路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）一方の主面に電極触媒層を配し、他方の主面にガス
供給路を設けた電極基材を備えてなる燃料電池において
、アレイ配置された凸部の間隙により形成され前記アレ
イの間隙内を凸部との衝突を繰返しながらガスフローさ
せるガス供給路を１主面に設けた電極基材を備えること
を特徴とする燃料電池。 ２）少なくとも１つの主面にガス供給路を設けたセパレ
ート板のガス供給路を有する面に平板状の多孔質基材と
電極触媒層とを順次積層してなる燃料電池において、ア
レイ配置された凸部の間隙により形成され前記アレイの
間隙内を凸部との衝突を繰返しながらガスフローさせる
ガス供給路を１主面に設けたセパレート板を備えること
を特徴とする燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63310391A JPH02155171A (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63310391A JPH02155171A (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02155171A true JPH02155171A (ja) | 1990-06-14 |
Family
ID=18004695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63310391A Pending JPH02155171A (ja) | 1988-12-08 | 1988-12-08 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02155171A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000012050A (ja) * | 1998-06-18 | 2000-01-14 | Toyota Motor Corp | ガスセパレータ装置及びそれを用いた燃料電池 |
| US6245453B1 (en) | 1997-12-18 | 2001-06-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell and separator for the same |
| JP2005531113A (ja) * | 2002-06-24 | 2005-10-13 | ザ・モーガン・クルーシブル・カンパニー・ピーエルシー | フローフィールドプレートジオメトリ |
| JP2006134866A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | General Electric Co <Ge> | 燃料利用率の高い燃料電池の流れフィールド構造 |
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| JP2006527906A (ja) * | 2003-06-18 | 2006-12-07 | ザ・モーガン・クルーシブル・カンパニー・ピーエルシー | フローフィールドプレートジオメトリ |
| WO2007018156A1 (ja) * | 2005-08-05 | 2007-02-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 燃料電池用セパレータ及び燃料電池 |
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| WO2012090618A1 (ja) * | 2010-12-27 | 2012-07-05 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池 |
| JP2019519077A (ja) * | 2016-11-14 | 2019-07-04 | エルジー・ケム・リミテッド | 燃料電池用分離板及びこれを用いた燃料電池 |
-
1988
- 1988-12-08 JP JP63310391A patent/JPH02155171A/ja active Pending
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