JPH0437545B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0437545B2 JPH0437545B2 JP57187523A JP18752382A JPH0437545B2 JP H0437545 B2 JPH0437545 B2 JP H0437545B2 JP 57187523 A JP57187523 A JP 57187523A JP 18752382 A JP18752382 A JP 18752382A JP H0437545 B2 JPH0437545 B2 JP H0437545B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plate
- electrode plate
- carbon fibers
- short carbon
- fibers
- 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.)
- Expired - Lifetime
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/96—Carbon-based electrodes
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は、燃料電池の極板に関する。
〈従来の技術〉
燃料電池、特に、リン酸水溶液を電解質とする
高温型燃料電池において、化学的に安定であると
いう理由で、極板を炭素材料で構成している。
高温型燃料電池において、化学的に安定であると
いう理由で、極板を炭素材料で構成している。
そのような極板としては、従来、炭素短繊維を
炭化物で結着してなる多孔質基板の一面に、水素
などの燃料ガスや、空気もしくは酸素ガスを流す
ための溝（気体流路）を形成したリブ付極板と呼
ばれるものが知られている。
炭化物で結着してなる多孔質基板の一面に、水素
などの燃料ガスや、空気もしくは酸素ガスを流す
ための溝（気体流路）を形成したリブ付極板と呼
ばれるものが知られている。
この極板は、まず、炭素短繊維の多孔質基板を
成形し、それからリブを溝切り加工することによ
つて作られるが、溝切り加工の手間が大きいこと
と、溝切りによつて多くの炭素繊維がむだになる
ことから、溝付き金型を使用して成形する方法が
検討されるようになつてきた。
成形し、それからリブを溝切り加工することによ
つて作られるが、溝切り加工の手間が大きいこと
と、溝切りによつて多くの炭素繊維がむだになる
ことから、溝付き金型を使用して成形する方法が
検討されるようになつてきた。
ところで、燃料電池用は、通常、数十ないし数
百個のユニツトセルを積層して構成する。その場
合、高い発電効率を得るためには内部抵抗を低く
する必要があり、特に、リブ付極板を使用する場
合には、リブと、セル間に配置する隔壁板との接
触抵抗を低くすることが必要になる。しかるに、
溝付き金型によるリブ付極板は、炭素短繊維が金
型の溝の隅々までなかなかゆきわたらないため
に、リブの表面が平滑でなくなつたり、角が欠落
したりして上記接触抵抗がかなり高くなるという
問題がある。
百個のユニツトセルを積層して構成する。その場
合、高い発電効率を得るためには内部抵抗を低く
する必要があり、特に、リブ付極板を使用する場
合には、リブと、セル間に配置する隔壁板との接
触抵抗を低くすることが必要になる。しかるに、
溝付き金型によるリブ付極板は、炭素短繊維が金
型の溝の隅々までなかなかゆきわたらないため
に、リブの表面が平滑でなくなつたり、角が欠落
したりして上記接触抵抗がかなり高くなるという
問題がある。
〈発明が解決しようとする課題〉
この発明の目的は、従来の極板の上述した問題
点を解決し、内部抵抗を低くすることができ、高
い発電効率を得ることができる燃料電池用極板を
提供するにある。
点を解決し、内部抵抗を低くすることができ、高
い発電効率を得ることができる燃料電池用極板を
提供するにある。
〈課題を解決するための手段〉
上記目的を達成するために、この本発明は、炭
素短繊維を炭化物で結着してなる多孔質極板であ
つて、その極板は、互いに対向する一対の板状部
と、これらの一対の板状部の間に位置する中間部
とからなり、上記中間部には極板面と並行するト
ンネル流路が設けられ、上記板状部においては平
均長５〜20mmの炭素短繊維が使用され、上記中間
部においては平均長50〜800μmの炭素短繊維が使
用されていることを特徴とする燃料電池用極板を
提供する。
素短繊維を炭化物で結着してなる多孔質極板であ
つて、その極板は、互いに対向する一対の板状部
と、これらの一対の板状部の間に位置する中間部
とからなり、上記中間部には極板面と並行するト
ンネル流路が設けられ、上記板状部においては平
均長５〜20mmの炭素短繊維が使用され、上記中間
部においては平均長50〜800μmの炭素短繊維が使
用されていることを特徴とする燃料電池用極板を
提供する。
この発明をその一実施態様に基いて説明する
に、第１図は、積層型燃料電池をその１ユニツト
セル分について示すもので、２枚の極板１，２の
間には、たとえばリン酸水溶液からなる電解質３
が、また、極板１，２と電解質３との間には、た
とえば白金黒からなる触媒４，５が、それぞれ担
持されている。極板１，２は、約２〜５mmほどの
厚みを有し、その内部には、一端面からそれと対
向する他端面に貫通する、幅および深さがともに
1.0〜2.5mmほどの、多数の、横断面が矩形のトン
ネル流路７が設けられている。そして、２枚の極
板８，９は、トンネル流路７が互いに直交するよ
うに配置され、使用にあたつては、いずれか一方
の極板のトンネル流路に燃料ガス（水素ガスや天
然ガスなど）が流され、他方の極板のトンネル流
路に空気もしくは酸素ガスが流される。積層型燃
料電池は、このようなユニツトセルを数十ないし
数百個積層して構成されるが、各セル間は、燃料
ガスまたは空気もしくは酸素ガスを透過させるこ
とのない、たとえば黒鉛板などの隔壁板６で仕切
られている。
に、第１図は、積層型燃料電池をその１ユニツト
セル分について示すもので、２枚の極板１，２の
間には、たとえばリン酸水溶液からなる電解質３
が、また、極板１，２と電解質３との間には、た
とえば白金黒からなる触媒４，５が、それぞれ担
持されている。極板１，２は、約２〜５mmほどの
厚みを有し、その内部には、一端面からそれと対
向する他端面に貫通する、幅および深さがともに
1.0〜2.5mmほどの、多数の、横断面が矩形のトン
ネル流路７が設けられている。そして、２枚の極
板８，９は、トンネル流路７が互いに直交するよ
うに配置され、使用にあたつては、いずれか一方
の極板のトンネル流路に燃料ガス（水素ガスや天
然ガスなど）が流され、他方の極板のトンネル流
路に空気もしくは酸素ガスが流される。積層型燃
料電池は、このようなユニツトセルを数十ないし
数百個積層して構成されるが、各セル間は、燃料
ガスまたは空気もしくは酸素ガスを透過させるこ
とのない、たとえば黒鉛板などの隔壁板６で仕切
られている。
上記極板１，２は、第２図に示すよに、ランダ
ムに分散された炭素短繊維１１をそれらの交点ま
たも近接した点において炭化物１２によつて一体
に結着してなり、互いに対向する一対の板状部
８，９と、これら一対の板状部８，９の間に位置
する中間部１０とからなり、中間部１０にトンネ
ル流路７が設けられている。
ムに分散された炭素短繊維１１をそれらの交点ま
たも近接した点において炭化物１２によつて一体
に結着してなり、互いに対向する一対の板状部
８，９と、これら一対の板状部８，９の間に位置
する中間部１０とからなり、中間部１０にトンネ
ル流路７が設けられている。
上述した極板は、60〜90％程度の高い気孔率を
有し、多孔質であるが、板状部においては、燃料
ガスまたは空気もしくは酸素ガスの透過性をよく
して発電効率を上げるために、気孔率は70％以上
であるのが好ましい。この場合、電気伝導性はや
や低くなるものの、板状部は面積が大きく、しか
も、薄いので、それほど問題にはならない。一
方、中間部においては、電気伝導性を高くするた
めに、気孔率はやや低めの60〜70％程度であるの
が好ましい。
有し、多孔質であるが、板状部においては、燃料
ガスまたは空気もしくは酸素ガスの透過性をよく
して発電効率を上げるために、気孔率は70％以上
であるのが好ましい。この場合、電気伝導性はや
や低くなるものの、板状部は面積が大きく、しか
も、薄いので、それほど問題にはならない。一
方、中間部においては、電気伝導性を高くするた
めに、気孔率はやや低めの60〜70％程度であるの
が好ましい。
炭素短繊維は、ピツチ系、ポリアクリルニトリ
ル系のいずれであつてもよく、また、炭素化系、
黒鉛化系のいずれであつてもよい。電気伝導性や
耐食性が高く、しかも、力学的諸物性が優れてい
るという理由からはポリアクリルニトリル系の黒
鉛化炭素繊維からなるものが、また、コスト低減
の意味からはピツチ系炭素繊維からなるものが、
それぞれ好ましい。なお、炭素短繊維は、５〜
15μm程度の直径を有する。
ル系のいずれであつてもよく、また、炭素化系、
黒鉛化系のいずれであつてもよい。電気伝導性や
耐食性が高く、しかも、力学的諸物性が優れてい
るという理由からはポリアクリルニトリル系の黒
鉛化炭素繊維からなるものが、また、コスト低減
の意味からはピツチ系炭素繊維からなるものが、
それぞれ好ましい。なお、炭素短繊維は、５〜
15μm程度の直径を有する。
炭素短繊維は、板状部においては、極板に機械
的強度、特に、曲げ強度や曲げ剛性を与え、ま
た、短繊維の分散をより均一にして気孔分布のむ
らを小さくするという理由で、平均長５〜20mmの
比較的長いものを使用する。また、中間部におい
ては、短繊維を密に並べて電気伝導性を向上させ
るという理由で、平均長50〜800μmの比較的短い
ものを使用する。
的強度、特に、曲げ強度や曲げ剛性を与え、ま
た、短繊維の分散をより均一にして気孔分布のむ
らを小さくするという理由で、平均長５〜20mmの
比較的長いものを使用する。また、中間部におい
ては、短繊維を密に並べて電気伝導性を向上させ
るという理由で、平均長50〜800μmの比較的短い
ものを使用する。
また、炭素短繊維は、板状部においては、極板
の機械的強度を向上できることから、極板面とほ
ぼ平行な面内においてランダムに分散しているの
が好ましい。また、中間部においては、厚み方向
の電気伝導性をより向上させるために、可能な限
り厚み方向に向けるのが好ましい。
の機械的強度を向上できることから、極板面とほ
ぼ平行な面内においてランダムに分散しているの
が好ましい。また、中間部においては、厚み方向
の電気伝導性をより向上させるために、可能な限
り厚み方向に向けるのが好ましい。
炭素短繊維同士を結着している炭化物は、たと
えばポリビニルアルコール繊維、フエノール繊維
などの有機繊維からなる短繊維、または、セルロ
ース、パルプ、ポリビニルアルコール樹脂、フエ
ノール樹脂、タール、ピツチなどの有機物の焼成
によつて得られる。極板中における炭化物の割合
は、重量比で、炭素短繊維３〜10に対して炭化物
１程度がよい。
えばポリビニルアルコール繊維、フエノール繊維
などの有機繊維からなる短繊維、または、セルロ
ース、パルプ、ポリビニルアルコール樹脂、フエ
ノール樹脂、タール、ピツチなどの有機物の焼成
によつて得られる。極板中における炭化物の割合
は、重量比で、炭素短繊維３〜10に対して炭化物
１程度がよい。
トンネル流路は、極板の一端面とそれに対向す
る他端面に開口をもち、気体はいずれか一方の開
口から流入し、極板内の気孔を通つて電解質側の
面に至り、そこで触媒と電解質との三相界面を形
成して反対する。反対に寄与しなかつた気体や反
応によつて生じた気体は、再びトンネル流路にも
どり、他方の開口から排出される。このように、
トンネル流路は極板の電解質側の面に一様に気体
を送る役割をもつので、極板面と並行するように
設けておく必要がある。しかしながら、真直ぐで
ある必要は必ずしもなく、極板面と平行または垂
直な面内において周期的に曲がつていたり、横断
面積が周期的に変化していてもよい。また、横断
面の形状は、矩形に限らず、円形や楕円形など、
任意であつてよい。
る他端面に開口をもち、気体はいずれか一方の開
口から流入し、極板内の気孔を通つて電解質側の
面に至り、そこで触媒と電解質との三相界面を形
成して反対する。反対に寄与しなかつた気体や反
応によつて生じた気体は、再びトンネル流路にも
どり、他方の開口から排出される。このように、
トンネル流路は極板の電解質側の面に一様に気体
を送る役割をもつので、極板面と並行するように
設けておく必要がある。しかしながら、真直ぐで
ある必要は必ずしもなく、極板面と平行または垂
直な面内において周期的に曲がつていたり、横断
面積が周期的に変化していてもよい。また、横断
面の形状は、矩形に限らず、円形や楕円形など、
任意であつてよい。
この発明の極板は、いろいろな方法によつて製
造することができる。次にその好適な一例を示
す。
造することができる。次にその好適な一例を示
す。
すなわち、まず、平均長５〜20mmの炭素短繊維
と有機短繊維または有機物との水中分散液を抄造
し、乾燥した後、適当な溶媒（たとえば、メタノ
ール）で希釈したフエノール樹脂を含浸し、厚み
が0.1〜2.5mm程度の平板状体を得る。
と有機短繊維または有機物との水中分散液を抄造
し、乾燥した後、適当な溶媒（たとえば、メタノ
ール）で希釈したフエノール樹脂を含浸し、厚み
が0.1〜2.5mm程度の平板状体を得る。
次に、上記平板状体を下金型に上に１〜数枚置
き、その上に適当な横断面形状と横断面積をもつ
たプラスチツク製の棒または管を並列に並べる。
さらに、その上に平均長50〜800μmの炭素短繊維
と有機短繊維または有機物の粉末との混合物を
1.0〜2.5mmほど推積させ、その上に上記平板状体
を１〜数枚重ねて置き、上金型を閉じて100〜200
℃で数十分加熱する。すると、炭素短繊維同士が
有機短繊維または有機物で結着された板状の成形
体が得られる。
き、その上に適当な横断面形状と横断面積をもつ
たプラスチツク製の棒または管を並列に並べる。
さらに、その上に平均長50〜800μmの炭素短繊維
と有機短繊維または有機物の粉末との混合物を
1.0〜2.5mmほど推積させ、その上に上記平板状体
を１〜数枚重ねて置き、上金型を閉じて100〜200
℃で数十分加熱する。すると、炭素短繊維同士が
有機短繊維または有機物で結着された板状の成形
体が得られる。
次に、上記成形体を、窒素雰囲気中にておおむ
ね1000℃以上の温度で数十分焼成する。すると、
有機短繊維または有機物が炭化されるとともに、
プラスチツク製の棒または管が燃えてなくなつて
そのあとにトンネル流路が形成され、この発明の
極板が得られる。
ね1000℃以上の温度で数十分焼成する。すると、
有機短繊維または有機物が炭化されるとともに、
プラスチツク製の棒または管が燃えてなくなつて
そのあとにトンネル流路が形成され、この発明の
極板が得られる。
上記において、平均長50〜800μmの炭素短繊維
を極板の厚み方向に向かせたい場合には、フエノ
ール樹脂を塗布した紙上に上記プラスチツク製の
棒または管を並べ、その棒または管の間に平均長
50〜800μmの炭素短繊維を静電植毛した後、有機
短繊維と有機物との混合物を添加し、その上に上
記平板上体を１〜数枚重ね合わせ、加圧、加熱し
て成形する。そして、得られた成形体の、平板状
体と対向する面にフエノール樹脂を用いて上記平
板状体を１〜数枚接着した後、上記と同様に焼成
する。
を極板の厚み方向に向かせたい場合には、フエノ
ール樹脂を塗布した紙上に上記プラスチツク製の
棒または管を並べ、その棒または管の間に平均長
50〜800μmの炭素短繊維を静電植毛した後、有機
短繊維と有機物との混合物を添加し、その上に上
記平板上体を１〜数枚重ね合わせ、加圧、加熱し
て成形する。そして、得られた成形体の、平板状
体と対向する面にフエノール樹脂を用いて上記平
板状体を１〜数枚接着した後、上記と同様に焼成
する。
ここで用いるプラスチツク製の棒や管は、フエ
ノール樹脂の硬化温度では変形せず、しかも、焼
成時にはほぼ完全に燃えてトンネル流路を形成す
るものであることが必要であり、ポリエステル樹
脂やポリアミド樹脂などからなるものを使用する
とよい。
ノール樹脂の硬化温度では変形せず、しかも、焼
成時にはほぼ完全に燃えてトンネル流路を形成す
るものであることが必要であり、ポリエステル樹
脂やポリアミド樹脂などからなるものを使用する
とよい。
〈発明の効果〉
この発明の極板は、気体流路をトンネル流路と
して構成しており、したがつて、極板は外形的に
は完全な平板状であるから、隔壁板との接触面積
を大きくとることができる。そのため、隔壁板と
の接触抵抗を著しく低くすることができるように
なり、電池の内部抵抗が低くなつて発電効率が大
きく向上する。
して構成しており、したがつて、極板は外形的に
は完全な平板状であるから、隔壁板との接触面積
を大きくとることができる。そのため、隔壁板と
の接触抵抗を著しく低くすることができるように
なり、電池の内部抵抗が低くなつて発電効率が大
きく向上する。
また、トンネル流路を周期的に曲げたり、横断
面積が周期的に変化する形状とした場合には、気
体の流れに関して流路に適当な抵抗ができ、気孔
率に多少の場所的むらがあつても気体が一様に流
れるようになつて反応が均一に行われるようにな
り、この面からも発電効率が向上する。
面積が周期的に変化する形状とした場合には、気
体の流れに関して流路に適当な抵抗ができ、気孔
率に多少の場所的むらがあつても気体が一様に流
れるようになつて反応が均一に行われるようにな
り、この面からも発電効率が向上する。
さらに、この発明の極板は、全体としてみると
平板状であり、リブ付極板のように表面に溝を有
しないので、機械的強度、特に、曲げ強度や曲げ
剛性が向上し、たとえば600mm角、900mm角といつ
た大型の極板でも取り扱いやすく、ユニツトセル
の組立作業が容易になるばかりか、使用中のさま
ざまなシヨツクに対しても壊れにくい。
平板状であり、リブ付極板のように表面に溝を有
しないので、機械的強度、特に、曲げ強度や曲げ
剛性が向上し、たとえば600mm角、900mm角といつ
た大型の極板でも取り扱いやすく、ユニツトセル
の組立作業が容易になるばかりか、使用中のさま
ざまなシヨツクに対しても壊れにくい。
また、この発明の極板は、板状部に平均長５〜
20mmの炭素短繊維を使用しているから、機械的強
度、特に、曲げ強度や曲げ剛性がより向上すると
ともに、炭素短繊維の分散がより均一になつて気
孔分布のむらが小さくなる。また、中間部に平均
長50〜800μmの炭素短繊維を使用しているから、
炭素短繊維の分布が密になつて電気伝導性が向上
し、板状部における気孔分布のむらが小さいこと
と相まつて発電効率がさらに向上する。
20mmの炭素短繊維を使用しているから、機械的強
度、特に、曲げ強度や曲げ剛性がより向上すると
ともに、炭素短繊維の分散がより均一になつて気
孔分布のむらが小さくなる。また、中間部に平均
長50〜800μmの炭素短繊維を使用しているから、
炭素短繊維の分布が密になつて電気伝導性が向上
し、板状部における気孔分布のむらが小さいこと
と相まつて発電効率がさらに向上する。
第１図は、この発明の極板を使用した積層型燃
料電池をそのユニツトセル分について示す概略斜
視図、第２図は、上記第１図に示した極板の概略
斜視図である。 １：極板、２：極板、３：電解質、４：触媒、
５：触媒、６：隔壁板、７：トンネル流路、８：
板状部、９：板状部、１０：中間部、１１：炭素
短繊維、１２：炭化物。
料電池をそのユニツトセル分について示す概略斜
視図、第２図は、上記第１図に示した極板の概略
斜視図である。 １：極板、２：極板、３：電解質、４：触媒、
５：触媒、６：隔壁板、７：トンネル流路、８：
板状部、９：板状部、１０：中間部、１１：炭素
短繊維、１２：炭化物。
Claims (1)
- １ 炭素短繊維を炭化物で結着してなる多孔質極
板であつて、その極板は、互いに対向する一対の
板状部と、これら一対の板状部の間に位置する中
間部とからなり、上記中間部には極板面と並行す
るトンネル流路が設けられ、上記板状部において
は平均長５〜20mmの炭素短繊維が使用され、上記
中間部においては平均長50〜800μmの炭素短繊維
が使用されていることを特徴とする燃料電池用極
板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57187523A JPS5978459A (ja) | 1982-10-27 | 1982-10-27 | 燃料電池用極板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57187523A JPS5978459A (ja) | 1982-10-27 | 1982-10-27 | 燃料電池用極板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5978459A JPS5978459A (ja) | 1984-05-07 |
| JPH0437545B2 true JPH0437545B2 (ja) | 1992-06-19 |
Family
ID=16207567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57187523A Granted JPS5978459A (ja) | 1982-10-27 | 1982-10-27 | 燃料電池用極板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5978459A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59214161A (ja) * | 1983-05-18 | 1984-12-04 | Showa Denko Kk | 燃料電池用炭素板 |
| JPS60249261A (ja) * | 1984-05-23 | 1985-12-09 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池 |
| EP1336999A4 (en) * | 2000-10-31 | 2006-08-16 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | HIGH POLYMER Electrolyte Fuel Cell |
| CN114156491B (zh) * | 2021-11-10 | 2024-03-22 | 深圳市氢瑞燃料电池科技有限公司 | 一种燃料电池极板的制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5966063A (ja) * | 1982-10-05 | 1984-04-14 | Kureha Chem Ind Co Ltd | 燃料電池用電極基板 |
| JPS5968170A (ja) * | 1982-10-12 | 1984-04-18 | Kureha Chem Ind Co Ltd | 燃料電池用電極基板 |
-
1982
- 1982-10-27 JP JP57187523A patent/JPS5978459A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5978459A (ja) | 1984-05-07 |
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