JPS5978459A - 燃料電池用極板 - Google Patents
燃料電池用極板Info
- Publication number
- JPS5978459A JPS5978459A JP57187523A JP18752382A JPS5978459A JP S5978459 A JPS5978459 A JP S5978459A JP 57187523 A JP57187523 A JP 57187523A JP 18752382 A JP18752382 A JP 18752382A JP S5978459 A JPS5978459 A JP S5978459A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plate
- electrode plate
- carbon fiber
- shaped
- short carbon
- Prior art date
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- Granted
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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)
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】
本発明は、燃料電池用極板に関する。
燃料電池、特にリン酸水溶液を電解質と覆る高温型燃料
電池においては、化学的に安定であるという理由でその
(へ板を炭素材料で構成している。
電池においては、化学的に安定であるという理由でその
(へ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、炭素繊維短繊維を炭化
物で結着なる多孔質基板の一面に、水素などの燃料ガス
や、空気または酸素ガスを流すための溝、つまり気体流
路を形成した、いわゆるリブ付極板ど叶ばれるものが知
られている。
物で結着なる多孔質基板の一面に、水素などの燃料ガス
や、空気または酸素ガスを流すための溝、つまり気体流
路を形成した、いわゆるリブ付極板ど叶ばれるものが知
られている。
この極板は、従来、まず炭素繊維短繊維の多孔質基板を
成型し、それからリブを溝切り加工する、いわゆる切削
法によって作られていたが、溝切り加]二の手間が大き
いのと、溝切りによって多くの炭素繊維がむだに失われ
てしまうことから、溝切り加工した金型を使用して成型
する、いわゆるih付全金型成型法検問されるようにな
ってきた。
成型し、それからリブを溝切り加工する、いわゆる切削
法によって作られていたが、溝切り加]二の手間が大き
いのと、溝切りによって多くの炭素繊維がむだに失われ
てしまうことから、溝切り加工した金型を使用して成型
する、いわゆるih付全金型成型法検問されるようにな
ってきた。
ところで、燃料電池は、通常、数十ないし数百側のユニ
ットセルを直列に積層し−(構成Jる。その場合、高い
光電効率を得るためには内部抵抗を低くすることが必要
で、特にリブ付極板を使用する場合にあっては、リブと
、ヒル間に配置する隔壁板どの接触抵抗を低くJること
が必要である。
ットセルを直列に積層し−(構成Jる。その場合、高い
光電効率を得るためには内部抵抗を低くすることが必要
で、特にリブ付極板を使用する場合にあっては、リブと
、ヒル間に配置する隔壁板どの接触抵抗を低くJること
が必要である。
しかるに、溝付金型成型法によって作られたりブイ」極
板は、炭素繊維短繊維が金型の溝のづみずみまではなか
なかゆきわたらないので、リブの表面が平温でなかった
り、角が欠落していたりし゛C上記接触抵抗がかなり高
くなるという欠点があった。
板は、炭素繊維短繊維が金型の溝のづみずみまではなか
なかゆきわたらないので、リブの表面が平温でなかった
り、角が欠落していたりし゛C上記接触抵抗がかなり高
くなるという欠点があった。
木光明の目的は、従来の極板の上記欠点を解決し、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。
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。
上記目的を達成りるための本発明は、炭素繊帷短繊紺を
炭化物で結着してなる多孔質極板であって、かつその極
板には板面と並行Jるトンネル流路が股りられている燃
料電池用極板を特徴とするものである。
炭化物で結着してなる多孔質極板であって、かつその極
板には板面と並行Jるトンネル流路が股りられている燃
料電池用極板を特徴とするものである。
本発明の一実施例を32明す°るに、第1図は、積層型
燃料電池をその1ユニツ1〜分について示す概略斜視図
である。
燃料電池をその1ユニツ1〜分について示す概略斜視図
である。
第1図において、2枚の(缶板1.2の間には、たとえ
ばリン酸水溶液からなる電wI買3が、また上記極板1
.2ど電解質3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程度の厚みを有しC13す、その内部には
、−側端面からそれと対向りる他側端面に向かって貝通
し、かつUに並行(〕た、幅および深さがともに1.0
〜2.5mm程麿0、多数の、横断面が矩形の1〜ンネ
ル流路7が設【」られ【いる。そして、上記2枚の極板
は、その1〜ンネル流路7が豆に直交−リ−るように配
置されている。上記l・ンネル流路7は、リブ付極板に
お(Jる気体流路に相当するものである。そして、いず
れか一方の(へ板のトンネル流路には燃料カス(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
路には空気もしくは酸素ガスが流される。積層型燃料電
池は、−に記のJ:うなユニットセルを数十ないし故山
個直列に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ぜることのない、
たとえば黒鉛板などの隔壁板6でイ]切られ−(いる。
ばリン酸水溶液からなる電wI買3が、また上記極板1
.2ど電解質3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程度の厚みを有しC13す、その内部には
、−側端面からそれと対向りる他側端面に向かって貝通
し、かつUに並行(〕た、幅および深さがともに1.0
〜2.5mm程麿0、多数の、横断面が矩形の1〜ンネ
ル流路7が設【」られ【いる。そして、上記2枚の極板
は、その1〜ンネル流路7が豆に直交−リ−るように配
置されている。上記l・ンネル流路7は、リブ付極板に
お(Jる気体流路に相当するものである。そして、いず
れか一方の(へ板のトンネル流路には燃料カス(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
路には空気もしくは酸素ガスが流される。積層型燃料電
池は、−に記のJ:うなユニットセルを数十ないし故山
個直列に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ぜることのない、
たとえば黒鉛板などの隔壁板6でイ]切られ−(いる。
」−記(転板1(2)は、第2図(概略斜視図)に示J
ように、平均長50μ〜2Qmmの炭素繊帷知繊紐11
を、それらの交点または最も近接した点において炭化物
12によって一体に結着してなり、1板状部8と、上記
電解質3側の板状部9と、トンネル流路7を41する中
間部10とを右り、ている。
ように、平均長50μ〜2Qmmの炭素繊帷知繊紐11
を、それらの交点または最も近接した点において炭化物
12によって一体に結着してなり、1板状部8と、上記
電解質3側の板状部9と、トンネル流路7を41する中
間部10とを右り、ている。
上述した極板は、板状部9および中間部10にA3い゛
U60〜00%程度の高い気孔率を有していく、多孔質
であるが、中間部10においては、電気伝導性を高くす
るためにやや低めの60〜70%稈度の気孔率であるの
が好ましい。一方、板状部9においては、燃お1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、70%以」二の気孔率であるのが好ま
しい。この場合、電気伝導性はやや低下するが、板状部
9は面積が大きく、かつ薄いのでそれほど問題にはなら
ない。また、板状部8は、気体の透過性を必要としない
ので気孔率は低くてよく、30%以下でよい。
U60〜00%程度の高い気孔率を有していく、多孔質
であるが、中間部10においては、電気伝導性を高くす
るためにやや低めの60〜70%稈度の気孔率であるの
が好ましい。一方、板状部9においては、燃お1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、70%以」二の気孔率であるのが好ま
しい。この場合、電気伝導性はやや低下するが、板状部
9は面積が大きく、かつ薄いのでそれほど問題にはなら
ない。また、板状部8は、気体の透過性を必要としない
ので気孔率は低くてよく、30%以下でよい。
上記炭素繊帷知繊帷は、板状部8.9においては、極板
の機械的強度を向上できることがら、板面とほぼ平行な
面内においてランダムな方向を向いて分散しているのが
々fましい。また、中間部10にJ3いては、厚み方向
に高い電気伝導性が1qられるという叩出で、可能な限
り厚み方向に向いているのが好ましい。
の機械的強度を向上できることがら、板面とほぼ平行な
面内においてランダムな方向を向いて分散しているのが
々fましい。また、中間部10にJ3いては、厚み方向
に高い電気伝導性が1qられるという叩出で、可能な限
り厚み方向に向いているのが好ましい。
トンネル流路は、極板の一側端面とそれと対向する他側
端面に間口をもち、気体はいずれが一方の開口から流入
し、極板内の気孔を通過し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応する。反応
に寄与しなかった気体や反応にJ:って生じた気体は再
び1ヘ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’Z M質側の面
に一様に気体を送る役割をもっているので、極板の板面
と並行に、りYましくは平行に設()Cおく必要がある
dしかしながら、真直ぐである必要は必ずしもなく、板
面と平行または垂直な面内において周期的に曲がってい
たり、あるいは横断面積が周期的に変化づるにうな形状
であってもよい、。また、横断面の形状は、矩形に限ら
ず、たとえば円形や楕円形など、任意の形状であってよ
い。
端面に間口をもち、気体はいずれが一方の開口から流入
し、極板内の気孔を通過し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応する。反応
に寄与しなかった気体や反応にJ:って生じた気体は再
び1ヘ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’Z M質側の面
に一様に気体を送る役割をもっているので、極板の板面
と並行に、りYましくは平行に設()Cおく必要がある
dしかしながら、真直ぐである必要は必ずしもなく、板
面と平行または垂直な面内において周期的に曲がってい
たり、あるいは横断面積が周期的に変化づるにうな形状
であってもよい、。また、横断面の形状は、矩形に限ら
ず、たとえば円形や楕円形など、任意の形状であってよ
い。
また、炭素11i紺知繊維は、ピッチ系、ポリアクリル
ニトリル系のいずれであってもよく、また炭素化系、黒
鉛化系のいずれであってもよい。電気伝導性や耐食性が
高く、しがも機械的諸特性が優れCいるという理由り曹
ろはポリアクリルニトリル系の黒鉛化炭素繊維であるの
が好ましく、またコスト低減の意味からはピッチ系炭素
繊維であるのが好ましい。なお、炭素繊紺知繊維は、通
常、5〜15μ程度の直径を有している。
ニトリル系のいずれであってもよく、また炭素化系、黒
鉛化系のいずれであってもよい。電気伝導性や耐食性が
高く、しがも機械的諸特性が優れCいるという理由り曹
ろはポリアクリルニトリル系の黒鉛化炭素繊維であるの
が好ましく、またコスト低減の意味からはピッチ系炭素
繊維であるのが好ましい。なお、炭素繊紺知繊維は、通
常、5〜15μ程度の直径を有している。
さらに、炭素繊維短繊維は、平均長50μ〜20mm程
度のたle 1種類の長さのものを使用することであっ
てよい。しかしながら、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
分散が均一になって気孔の分布を一様にできるという理
由から、平均長5〜2Qmmの、比較的長い炭素繊維短
繊維を使用するのが々fましい。また、中間部において
は、短繊維が密に並/vで高い電気伝導性が得られるこ
とから、平均長50〜800μの、比較的短い炭素繊維
短繊維を使用するのが好ましい。
度のたle 1種類の長さのものを使用することであっ
てよい。しかしながら、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
分散が均一になって気孔の分布を一様にできるという理
由から、平均長5〜2Qmmの、比較的長い炭素繊維短
繊維を使用するのが々fましい。また、中間部において
は、短繊維が密に並/vで高い電気伝導性が得られるこ
とから、平均長50〜800μの、比較的短い炭素繊維
短繊維を使用するのが好ましい。
炭素繊維短繊#11同志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W、フェノール繊維などの
有機繊維の短繊維や、セルロース、バルブ、ボリヒニル
アルコール樹脂、フェノール樹脂、タール、ビツヂなど
の有機物を焼成、炭化し−C得られるしのである。極板
中におりる炭化物の割合は、重量比で、炭素繊維短繊維
3〜10に対して炭化物1程度である。
えばポリビニルアルコール繊W、フェノール繊維などの
有機繊維の短繊維や、セルロース、バルブ、ボリヒニル
アルコール樹脂、フェノール樹脂、タール、ビツヂなど
の有機物を焼成、炭化し−C得られるしのである。極板
中におりる炭化物の割合は、重量比で、炭素繊維短繊維
3〜10に対して炭化物1程度である。
本発明の極板はいろいろな方法によって製造することが
できるが、次にその好適な例を示す。
できるが、次にその好適な例を示す。
すなわち、まず平均長5〜2Qmmの炭素繊維短繊維と
有機繊維短繊維または有機物との水中分散液を抄紙し、
乾燥し、これに適当な溶媒(たとえば、メタノール)で
希釈したフェノール樹脂を含浸して厚み0.1〜2.5
mmf!i!度の平板状体を得る。
有機繊維短繊維または有機物との水中分散液を抄紙し、
乾燥し、これに適当な溶媒(たとえば、メタノール)で
希釈したフェノール樹脂を含浸して厚み0.1〜2.5
mmf!i!度の平板状体を得る。
次に、上記平板状体を下金型の底に1〜数枚敷き、その
上に適当な横断面形状と横断面積をもつ多数のプラスデ
ックの棒または管を並列に並べる。
上に適当な横断面形状と横断面積をもつ多数のプラスデ
ックの棒または管を並列に並べる。
さらに、その上に平均長50〜800μの炭素繊維91
0繊耗ど上記有機繊紺知繊紺または有機物の粉末(平均
粒径数百ミクロン程度)との均一混合物を1.0〜2.
5mm程度Jlt積させ、その上に上記平板状体を1〜
数枚重ね合わせ、上金型を閉じて100〜200℃の温
度で数十分間加熱する。覆ると、炭素繊維短繊維同志が
有機物で結着された板材が得られる。
0繊耗ど上記有機繊紺知繊紺または有機物の粉末(平均
粒径数百ミクロン程度)との均一混合物を1.0〜2.
5mm程度Jlt積させ、その上に上記平板状体を1〜
数枚重ね合わせ、上金型を閉じて100〜200℃の温
度で数十分間加熱する。覆ると、炭素繊維短繊維同志が
有機物で結着された板材が得られる。
次に上記板材を窒素雰囲気中で、かつおおむね1000
℃以上の温度で数十分間焼成する。するど、プラスデッ
クの棒または管が燃えCなくなり、そのあとにトンネル
流路が形成され、炭素繊維9繊耗同志が炭化物で結着さ
れた本発明の極板を得る。
℃以上の温度で数十分間焼成する。するど、プラスデッ
クの棒または管が燃えCなくなり、そのあとにトンネル
流路が形成され、炭素繊維9繊耗同志が炭化物で結着さ
れた本発明の極板を得る。
上記にJ3いて、平均長50〜800μの炭素繊維短繊
維を極板の厚み方向に向かせたい場合には、フJ−ノー
ル樹脂を塗布した紙上に上記プラスデックの棒または管
を並べ、その棒または管の間の空間に平均長50へ・8
00μの炭素繊維短繊維を静電植毛した後、その上に上
記短繊維と有機物との混合物を添加し、さらにその上に
上記平板状体を1〜数枚重ね合わせて加圧加熱成型する
。上記成型体において、平板状体の反対側にもフェノー
ル樹脂を用いて上記平板状体を接着する。次にこの平板
状体を上記ど同様に焼成づる。
維を極板の厚み方向に向かせたい場合には、フJ−ノー
ル樹脂を塗布した紙上に上記プラスデックの棒または管
を並べ、その棒または管の間の空間に平均長50へ・8
00μの炭素繊維短繊維を静電植毛した後、その上に上
記短繊維と有機物との混合物を添加し、さらにその上に
上記平板状体を1〜数枚重ね合わせて加圧加熱成型する
。上記成型体において、平板状体の反対側にもフェノー
ル樹脂を用いて上記平板状体を接着する。次にこの平板
状体を上記ど同様に焼成づる。
ここで用いるプラスチックの棒または管は、フェノール
樹脂の硬化温度で変形ぜず、しかも窒素雰囲気中では(
Jぼ完全に燃えてl−ンネル流路を形成りる必要かあり
、ポリニスアル樹脂ヤ)ポリノアミド樹脂などで作られ
ているのが好ましい。
樹脂の硬化温度で変形ぜず、しかも窒素雰囲気中では(
Jぼ完全に燃えてl−ンネル流路を形成りる必要かあり
、ポリニスアル樹脂ヤ)ポリノアミド樹脂などで作られ
ているのが好ましい。
まIC%本発明の極板は、上述した従来の切削法または
溝角金型成型法によって成型した極板のりブ側の面に、
フェノール樹脂を用いて上記平板状体を接着し、焼成す
ることによっても製造することができる。
溝角金型成型法によって成型した極板のりブ側の面に、
フェノール樹脂を用いて上記平板状体を接着し、焼成す
ることによっても製造することができる。
以」二説明したにうに、本発明の極板は、気体流路をト
ンネル流路どして構成しており、したがって極板は外形
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、隔壁板どの接触抵
抗を著しく低くす゛ることができ、電池の内部抵抗が大
きく減少し、発電効率が大幅に向上覆る。
ンネル流路どして構成しており、したがって極板は外形
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、隔壁板どの接触抵
抗を著しく低くす゛ることができ、電池の内部抵抗が大
きく減少し、発電効率が大幅に向上覆る。
また、i−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どした場合には、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な
むらがあっても気体が一様に流れるようになり、反応が
均一に行われるようになる。
周期的に変化する形状どした場合には、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な
むらがあっても気体が一様に流れるようになり、反応が
均一に行われるようになる。
さらに、本発明の極板は、全体どしてみるど平板状であ
り、従来のりブイ」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高く、たと
えば6o’omm角、900mm角といった大型の極板
でも取り扱いやり°く、二しニットセルの組立作業が容
易であるばかりか、使用中のさまざまなショックに対し
ても壊れにくい。
り、従来のりブイ」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高く、たと
えば6o’omm角、900mm角といった大型の極板
でも取り扱いやり°く、二しニットセルの組立作業が容
易であるばかりか、使用中のさまざまなショックに対し
ても壊れにくい。
第1図は積層型燃料電池をその1コニツト分につい−C
示IIR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。 1.2:極板 3:電解質 4.5:触媒 6:隔壁板 7:1−ンネル流路 8.9:板状部 10:中間部 11:炭素繊維短繊紺 12:炭化物 特許出願人 東し株式会社 第f図 1/ γ 第2図
示IIR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。 1.2:極板 3:電解質 4.5:触媒 6:隔壁板 7:1−ンネル流路 8.9:板状部 10:中間部 11:炭素繊維短繊紺 12:炭化物 特許出願人 東し株式会社 第f図 1/ γ 第2図
Claims (1)
- 炭素繊維短繊維を炭化物で結着してなる多孔質極板であ
って、かつその極板には板面と並行するトンネル流路が
設番ノられ−で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 true JPS5978459A (ja) | 1984-05-07 |
| JPH0437545B2 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) |
Cited By (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 |
| WO2002037586A1 (en) * | 2000-10-31 | 2002-05-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High polymer electrolyte fuel cell |
| CN114156491A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-03-08 | 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 |
Citations (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
Patent Citations (2)
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