JPH02267868A - ガス透過性リブ付セパレータを有する燃料電池 - Google Patents
ガス透過性リブ付セパレータを有する燃料電池Info
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- JPH02267868A JPH02267868A JP1087790A JP8779089A JPH02267868A JP H02267868 A JPH02267868 A JP H02267868A JP 1087790 A JP1087790 A JP 1087790A JP 8779089 A JP8779089 A JP 8779089A JP H02267868 A JPH02267868 A JP H02267868A
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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）
本発明は、燃料電池の単位セルを区画するためのガス透
過性セパレータに関する。
過性セパレータに関する。
（従来技術とその問題点）
従来から燃料電池を構成する電極やセパレータとして各
種材料及び構造を有するものが提案されている。例えば
リン酸型燃料電池として第２図（ａ）ら）に示したバイ
ポーラ方式のものが使用されている。該燃料電池のセパ
レータＡは、ガス不透過処理を施されたグラファイト板
にフライス加工により所定間隔をおいて形成したリブＢ
を一体成形してあり、上下のセパレータＡ間に正極Ｃ及
び負極り及び電解液マトリックスＥを積層して燃料電池
が形成されている。該燃料電池では、第２図ら）に示す
ように、前記リブＢの間の間隙Ｆにガスを流して前記電
極Ｃ及びＤにガス供給を行うようにしている。前記リブ
Ｂの幅及び前記間隙Ｆは小さいほどガス拡散が良好にな
り燃料電池の性能は向上するが、従来技術により前記グ
ラファイト板にフライス加工を施すこと特に幅の狭いリ
ブＢを形成することは非常な精密な技術を要し低コスト
化のネックとなっている。
種材料及び構造を有するものが提案されている。例えば
リン酸型燃料電池として第２図（ａ）ら）に示したバイ
ポーラ方式のものが使用されている。該燃料電池のセパ
レータＡは、ガス不透過処理を施されたグラファイト板
にフライス加工により所定間隔をおいて形成したリブＢ
を一体成形してあり、上下のセパレータＡ間に正極Ｃ及
び負極り及び電解液マトリックスＥを積層して燃料電池
が形成されている。該燃料電池では、第２図ら）に示す
ように、前記リブＢの間の間隙Ｆにガスを流して前記電
極Ｃ及びＤにガス供給を行うようにしている。前記リブ
Ｂの幅及び前記間隙Ｆは小さいほどガス拡散が良好にな
り燃料電池の性能は向上するが、従来技術により前記グ
ラファイト板にフライス加工を施すこと特に幅の狭いリ
ブＢを形成することは非常な精密な技術を要し低コスト
化のネックとなっている。
更に前記リブＢと直接接するカーボンペーパー等から成
る電極Ｃ及びＤは該リブＢの存在のため直接のガス供給
がなく電極性能の低下の原因となっている。前記リブＢ
と前記間隙Ｆのピッチを限りなく小さくすれば前記性能
低下を回避できるが上述した通りコスト面から非常に困
難である。
る電極Ｃ及びＤは該リブＢの存在のため直接のガス供給
がなく電極性能の低下の原因となっている。前記リブＢ
と前記間隙Ｆのピッチを限りなく小さくすれば前記性能
低下を回避できるが上述した通りコスト面から非常に困
難である。
又バイポーラ方式以外にも、第３図（ａ）（ｂ）に示す
リブ付電極方式のものが使用されている。この燃料電池
のセパレータＧは薄膜平板セパレータでありフライス加
工の必要はないが、その代わりに負極Ｈ及び正極■とし
て厚手のカーボンペーパーを加工してリブＪと間隙Ｋを
形成する必要が生ずる。
リブ付電極方式のものが使用されている。この燃料電池
のセパレータＧは薄膜平板セパレータでありフライス加
工の必要はないが、その代わりに負極Ｈ及び正極■とし
て厚手のカーボンペーパーを加工してリブＪと間隙Ｋを
形成する必要が生ずる。
この方式では第３図ら）に示すようにガスが多孔質の３
部を通して電極■の部分にも供給され電極性能の低下は
若干軽減される。しかし依然として前記リブＪ及び間隙
にのピッチを細かくするための加工コストの増大は免れ
得ず、更に高価なカーボンペーパーを加工して廃棄する
ことがコストダウンの大きなネックとなるという問題点
が未解決のままである。
部を通して電極■の部分にも供給され電極性能の低下は
若干軽減される。しかし依然として前記リブＪ及び間隙
にのピッチを細かくするための加工コストの増大は免れ
得ず、更に高価なカーボンペーパーを加工して廃棄する
ことがコストダウンの大きなネックとなるという問題点
が未解決のままである。
（発明の目的）
本発明は、上述の従来技術の問題点を解決し電極性能の
低下のない燃料電池を提供することを目的とする。
低下のない燃料電池を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、それぞれ１対のガス拡散電極を含有する複数
の単位セルから成る燃料電池において、気密性のセパレ
ータ基材上に所定間隔をおいて多数のガス透過性リブを
接合させて成るセパレータを使用して前記単位セルを区
画するしだを特徴とする燃料電池である。
の単位セルから成る燃料電池において、気密性のセパレ
ータ基材上に所定間隔をおいて多数のガス透過性リブを
接合させて成るセパレータを使用して前記単位セルを区
画するしだを特徴とする燃料電池である。
以下本発明の詳細な説明する。
本発明の特徴は、従来技術と異なり、リブ付セパレータ
を形成する際に厚手のセパレータ基材自体を加工するの
ではなく、薄手の該セパレータ基材上に多数のリブを所
定間隔をおいて接合させる方式を採用したことにある。
を形成する際に厚手のセパレータ基材自体を加工するの
ではなく、薄手の該セパレータ基材上に多数のリブを所
定間隔をおいて接合させる方式を採用したことにある。
該方式によりリブ付セパレータの製造コストを大幅に低
減し、更に前記リブをガス透過性材料で形成することに
より電極性能の低下も最小限に抑制することができる。
減し、更に前記リブをガス透過性材料で形成することに
より電極性能の低下も最小限に抑制することができる。
本発明の燃料電池に使用するセパレータ基材の材質は従
来の燃料電池用セパレータ基材として使用されている気
密性を有するもの例えば金属板や気密性のカーボン板を
使用することができる。リン酸型燃料電池では、カーボ
ンペーパーなどに気密処理を施した炭素質板を使用する
ことが最適である。
来の燃料電池用セパレータ基材として使用されている気
密性を有するもの例えば金属板や気密性のカーボン板を
使用することができる。リン酸型燃料電池では、カーボ
ンペーパーなどに気密処理を施した炭素質板を使用する
ことが最適である。
該セパレータ基材に接合させるリブの材質も形成される
リブが電導性を有し、かつガス透過性であれば特に限定
されず、金属または炭素質材料等が用いられる。リン酸
型燃料電池では、成形し易いカーボンブラックやアセチ
レンブラックあるいはグラファイト粉末等をフェノール
系ピッチ等のバインダにより凝集させてペーストとし、
該ペーストを所定の形状に成形し、前記セパレータ基材
上に配列させ適宜焼成しあるいは前記ピッチを熱分解し
て炭化させて接合させるか、又は前記カーボンブラック
等に適宜の粘結剤を混合し該粘結剤を加熱硬化させて接
合させることができる。なお前記リブにはガス透過性が
損なわれない程度に撥水性処理を施してもよい。
リブが電導性を有し、かつガス透過性であれば特に限定
されず、金属または炭素質材料等が用いられる。リン酸
型燃料電池では、成形し易いカーボンブラックやアセチ
レンブラックあるいはグラファイト粉末等をフェノール
系ピッチ等のバインダにより凝集させてペーストとし、
該ペーストを所定の形状に成形し、前記セパレータ基材
上に配列させ適宜焼成しあるいは前記ピッチを熱分解し
て炭化させて接合させるか、又は前記カーボンブラック
等に適宜の粘結剤を混合し該粘結剤を加熱硬化させて接
合させることができる。なお前記リブにはガス透過性が
損なわれない程度に撥水性処理を施してもよい。
従来のリブ付セパレータではリブ幅及びリブ間の間隙は
１．２ｍｍ程度にするのがコストまたは加工性の点から
限度であったが、本発明によると両者をより以上に狭く
することもでき、作製及び性能の面から０．５〜１ｍｍ
とすることが好ましい。
１．２ｍｍ程度にするのがコストまたは加工性の点から
限度であったが、本発明によると両者をより以上に狭く
することもでき、作製及び性能の面から０．５〜１ｍｍ
とすることが好ましい。
更に使用する電極は正極及び負極とも撥水性のガス拡散
層と親水性の反応層とを積層したガス拡散電極あるいは
カーボンペーパー等の基材に触媒金属を含む触媒層を被
覆したガス拡散電極とする。
層と親水性の反応層とを積層したガス拡散電極あるいは
カーボンペーパー等の基材に触媒金属を含む触媒層を被
覆したガス拡散電極とする。
前記単位セルの積層状態は、セパレーター負極−電解液
一正極−セパレータとし、前者のガス拡散電極を使用す
る場合には両極の電解液側にガス拡散電極の反応層が又
セパレータ側にガス拡散層が位置するようにする。
一正極−セパレータとし、前者のガス拡散電極を使用す
る場合には両極の電解液側にガス拡散電極の反応層が又
セパレータ側にガス拡散層が位置するようにする。
このように構成された燃料電池例えば前者の単位セルの
セパレータにガスを供給すると該ガスはり１間の間隙を
通って直接正極又は負極に接触して該電極のガス拡散層
を透過し、あるいはガス透過性であるリブを通って電極
に接触しかつガス拡散層を透過し、前記ガス拡散電極の
反応層に到達する。ここで該ガスは該電極の反対側から
透過して来る電解液と接触し反応が生ずる。該反応によ
りエネルギが取り出されるとともに、生ずる廃ガスが前
記供給ガスと逆の経路を通って外部へ廃棄される。
セパレータにガスを供給すると該ガスはり１間の間隙を
通って直接正極又は負極に接触して該電極のガス拡散層
を透過し、あるいはガス透過性であるリブを通って電極
に接触しかつガス拡散層を透過し、前記ガス拡散電極の
反応層に到達する。ここで該ガスは該電極の反対側から
透過して来る電解液と接触し反応が生ずる。該反応によ
りエネルギが取り出されるとともに、生ずる廃ガスが前
記供給ガスと逆の経路を通って外部へ廃棄される。
次に第１図（ａ）ら）に基づいて本発明に係わる燃料電
池の単位セルの一例を説明する。
池の単位セルの一例を説明する。
第１図（ａ）における上下１対のガス透過性リブ付セパ
レータ１は、方形のセパレータ基材２と該セパレータ基
材２上に所定間隔３をもってほぼ平行に配列されかつ接
合された多数のリブ４とから成っている。各セパレータ
１のリブ４の配列方向はセパレータ基材２の上面及び下
面で互いにほぼ垂直方向となっている。なお、積層電池
構成の正負極端に用いる該セパレータにおいては、リブ
４は片面にのみ配置される。
レータ１は、方形のセパレータ基材２と該セパレータ基
材２上に所定間隔３をもってほぼ平行に配列されかつ接
合された多数のリブ４とから成っている。各セパレータ
１のリブ４の配列方向はセパレータ基材２の上面及び下
面で互いにほぼ垂直方向となっている。なお、積層電池
構成の正負極端に用いる該セパレータにおいては、リブ
４は片面にのみ配置される。
該１対のセパレータ１の間には、正極６及び負極７が電
解液マトリックス５を挟んで位置し、上から順に、セパ
レーター負極−電解液マトリックス−正極−セパレータ
と積層され、単位セルが形成されている。該単位セルの
上下のセパレータ１のそれぞれの間隙３に所定のガスを
供給しかつ画電極６．７間に電解液を供給すると、前記
ガスは第１図ら）に示すように、該間隙３の上部に位置
する正極６の下面に接触し該正極中で電解液と反応する
。又前記ガスの一部は同様に第１図ら）に示すようにガ
ス透過性のリブ４を透過して該リブ４と前記正極６の接
触面に達し同様に電解液と反応する。
解液マトリックス５を挟んで位置し、上から順に、セパ
レーター負極−電解液マトリックス−正極−セパレータ
と積層され、単位セルが形成されている。該単位セルの
上下のセパレータ１のそれぞれの間隙３に所定のガスを
供給しかつ画電極６．７間に電解液を供給すると、前記
ガスは第１図ら）に示すように、該間隙３の上部に位置
する正極６の下面に接触し該正極中で電解液と反応する
。又前記ガスの一部は同様に第１図ら）に示すようにガ
ス透過性のリブ４を透過して該リブ４と前記正極６の接
触面に達し同様に電解液と反応する。
該反応によりエネルギが取り出されるとともに、生ずる
廃ガスは前記供給ガスと逆の経路を通って外部に廃棄さ
れる。
廃ガスは前記供給ガスと逆の経路を通って外部に廃棄さ
れる。
（実施例）
以下本発明の実施例を記載するが、該実施例は本発明を
限定するものではない。
限定するものではない。
実施例
市販の０．４ｍｍ厚のグラジ−カーボンをセパレータ基
材とし、該基材に表面処理を施した。該基材に、アセチ
レンブラックを主材料としフェノール系ピッチを主バイ
ンダとして添加したペーストを幅０．７ｍｍ、高さ０．
７ｍｍ、間隔０．７ｍｍでプリントし、窒素雰囲気中で
最終的に９００℃で焼成し前記セパレータ基材上に多数
のリブを形成した。該焼成後、前記リブ面の平面出しを
行い、リブ付セパレータを得た。
材とし、該基材に表面処理を施した。該基材に、アセチ
レンブラックを主材料としフェノール系ピッチを主バイ
ンダとして添加したペーストを幅０．７ｍｍ、高さ０．
７ｍｍ、間隔０．７ｍｍでプリントし、窒素雰囲気中で
最終的に９００℃で焼成し前記セパレータ基材上に多数
のリブを形成した。該焼成後、前記リブ面の平面出しを
行い、リブ付セパレータを得た。
一方、市販の０．４ｍｍ厚のカーボンペーパー表面に、
カーボンブラック担持単味白金を白金量で０、５ｇ／ｃ
ｍ’で担持させた触媒層をホットプレス法（Ｊ、εｌｅ
ｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃ、、１６０巻３５１
〜３５７頁に準拠）により形成させ正極及び負極とした
。
カーボンブラック担持単味白金を白金量で０、５ｇ／ｃ
ｍ’で担持させた触媒層をホットプレス法（Ｊ、εｌｅ
ｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃ、、１６０巻３５１
〜３５７頁に準拠）により形成させ正極及び負極とした
。
前記セパレータ及び前記両極を第１図に示すように組み
立て、１００％リン酸中１９０℃で一定の電流密度下の
カソード（正極）特性を測定し、第２図に示す従来のバ
イポーラ方式（比較例、リブ幅、高さ及び間隙がそれぞ
れ１ ｍｍ）におけるカソード特性と比較した。空気利
用率６０％における、抵抗による電圧降下分除去後の一
定の電流密度下の電圧値を表に示す。
立て、１００％リン酸中１９０℃で一定の電流密度下の
カソード（正極）特性を測定し、第２図に示す従来のバ
イポーラ方式（比較例、リブ幅、高さ及び間隙がそれぞ
れ１ ｍｍ）におけるカソード特性と比較した。空気利
用率６０％における、抵抗による電圧降下分除去後の一
定の電流密度下の電圧値を表に示す。
表
定電流密度における電圧値
表から本実施例における燃料電池では、ガス供給の改善
効果が著しいことが分かる。
効果が著しいことが分かる。
尚、上記実施例ではリブの断面が方形であるが、本発明
は、これに限るものではなく台形、三角形、長方形など
いかなる形状のものでもよいものである。
は、これに限るものではなく台形、三角形、長方形など
いかなる形状のものでもよいものである。
（発明の効果）
本発明に係わる燃料電池は、気密性のセパレータ基材上
に所定間隔をおいて多数のガス透過性リブを接合させて
成るセパレータを使用している。
に所定間隔をおいて多数のガス透過性リブを接合させて
成るセパレータを使用している。
従って第１に、従来のようにリブ付セパレータを製造す
る際に高価なカーボンペーパー等自体を機械加工する必
要がなくなり、製造工程が簡略化するとともに製造コス
トが大幅に低減される。
る際に高価なカーボンペーパー等自体を機械加工する必
要がなくなり、製造工程が簡略化するとともに製造コス
トが大幅に低減される。
第２に、リブ幅及びリブ間の間隙を従来以上に狭くでき
るためガス拡散性が向上し電極性能の飛躍的な上昇を達
成することができる。
るためガス拡散性が向上し電極性能の飛躍的な上昇を達
成することができる。
第３に、リブをガス透過性材料で形成するため、供給ガ
スが電極全面に接触し、従来の燃料電池における電極性
能の低下をほぼ完全に回避することができる。
スが電極全面に接触し、従来の燃料電池における電極性
能の低下をほぼ完全に回避することができる。
第４に、従来のリブ付電極と比較すると、従来のリブ付
電極ではリブ自体が電極の一部を構成するためリブの材
質も耐食性を有する例えばカーボンペーパー等の高価な
材料を使用する必要があるが、本発明のリブは電極を構
成せず電解液と直接接触しないため、安価な材料で構成
することができ、この面からのコストダウンへの寄与も
達成することができる。
電極ではリブ自体が電極の一部を構成するためリブの材
質も耐食性を有する例えばカーボンペーパー等の高価な
材料を使用する必要があるが、本発明のリブは電極を構
成せず電解液と直接接触しないため、安価な材料で構成
することができ、この面からのコストダウンへの寄与も
達成することができる。
第１図（ａ）は、本発明における燃料電池の単位セルの
一例を示す分解斜視図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の
Ａ−Ａ線縦断面図、第２図（ａ）は従来の燃料電池の単
位セルを示す分解斜視図、第２図ら）は第２図（ａ）の
Ｂ−Ｂ線縦断面図、第３図（ａ）は従来の他の燃料電池
の単位セルを示す分解斜視図、第３図（ｂ）は第３図（
ａ）のＣ−Ｃ線縦断面図である。 １・・・セパレータ、２・・・セパレータ基材、３・・
・間隙、４・・・ガス透過性リブ、５・・・電解液マト
リックス、６・・・正極、７・・・負極。 第１図（ａ） 第１図（ｂ）
一例を示す分解斜視図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の
Ａ−Ａ線縦断面図、第２図（ａ）は従来の燃料電池の単
位セルを示す分解斜視図、第２図ら）は第２図（ａ）の
Ｂ−Ｂ線縦断面図、第３図（ａ）は従来の他の燃料電池
の単位セルを示す分解斜視図、第３図（ｂ）は第３図（
ａ）のＣ−Ｃ線縦断面図である。 １・・・セパレータ、２・・・セパレータ基材、３・・
・間隙、４・・・ガス透過性リブ、５・・・電解液マト
リックス、６・・・正極、７・・・負極。 第１図（ａ） 第１図（ｂ）
Claims (2)
- （１）それぞれ１対のガス拡散電極を含有する複数の単
位セルから成る燃料電池において、気密性のセパレータ
基材上に所定間隔をおいて多数のガス透過性リブを接合
させて成るセパレータを使用して前記単位セルを区画し
たことを特徴とする燃料電池。 - （２）リブ幅及びリブ間の間隙が０．５〜２ｍｍである
請求項１に記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1087790A JPH02267868A (ja) | 1989-04-06 | 1989-04-06 | ガス透過性リブ付セパレータを有する燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1087790A JPH02267868A (ja) | 1989-04-06 | 1989-04-06 | ガス透過性リブ付セパレータを有する燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02267868A true JPH02267868A (ja) | 1990-11-01 |
Family
ID=13924777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1087790A Pending JPH02267868A (ja) | 1989-04-06 | 1989-04-06 | ガス透過性リブ付セパレータを有する燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02267868A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002343374A (ja) * | 2001-05-18 | 2002-11-29 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 燃料電池用セパレータ及びその製造方法 |
| JP2004039508A (ja) * | 2002-07-05 | 2004-02-05 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の通気層、その製造方法、および該通気層をもつ燃料電池 |
| CN107808966A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-03-16 | 北京重理能源科技有限公司 | 一种燃料电池阳极流场板及流场实现方法 |
-
1989
- 1989-04-06 JP JP1087790A patent/JPH02267868A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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