JPS61173465A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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Publication number
JPS61173465A
JPS61173465A JP60013063A JP1306385A JPS61173465A JP S61173465 A JPS61173465 A JP S61173465A JP 60013063 A JP60013063 A JP 60013063A JP 1306385 A JP1306385 A JP 1306385A JP S61173465 A JPS61173465 A JP S61173465A
Authority
JP
Japan
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resin
fuel cell
fluid
electrode
gas
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Pending
Application number
JP60013063A
Other languages
English (en)
Inventor
Mitsuru Kono
河野 満
Yoshihiko Kase
加瀬 吉彦
Toshiaki Seki
関 敏昭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP60013063A priority Critical patent/JPS61173465A/ja
Publication of JPS61173465A publication Critical patent/JPS61173465A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • 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。

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り、特にリブ付電極の端部周辺部
における気密性を向上させ得るようにした燃料電池に関
する。
[発明の技術的背景とその問題点コ 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、電解質を含浸したマトリックスを挾
んで一対の多孔質電極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接触させ、このとき起こ
る電気化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
ーを取り出すことができるものである。
ところで、上記のような原理に基づく、特にリン酸を電
解質とした燃料電池の単位セルは、第3図に示すように
構成されており、またこの単位セルを複数個積層するこ
とによって、第4図に示すように燃料電池装置全体を構
成している。
すなわち、第3図において単位セルは、電解質を含浸し
たマトリックス1を境にして両側に多孔質体で形成され
触媒が付加されているリブ付電極2.3(通常炭素材か
ら成る)を配置し、またこのリブ付電極2.3は触媒付
加面の反対側にそれぞれ流体燃料および流体酸化剤の流
通路4.5を形成している。更に、各リブ付電極2.3
のマトリックス1と反対側の背面には、それぞれセパレ
ータ6を配置している。
このように、マトリックス1、リブ付電極2゜3および
セパレータ6を積層し、この状態でそれぞれリブ付電極
2.3の流体燃料流通路4および流体酸化剤流通路5の
両端開口部のみを残し、各積層端面部を気密にシールし
て単位セルを構成している。
第3図のように構成された単位セルは複数個積層され、
第4図に示すように単位セル間の電気的導通を得るため
に、締付具10により所定圧で締付けられた侵に、この
積層体の1つの対向する端面の一方に燃料供給口11を
マニホールド12と、他に燃料排出口13を有したマニ
ホールド14とが当てがわれ、また他の対向する端面の
一方に酸化剤供給口15を有したマニホールド16と、
他方に酸化剤排出口を17を有したマニホールド18と
が当てがわれ、これらマニホールド12゜14.16.
18がボルト等で締付けられて気密保持され、これによ
って燃料電池装置19が構成されている。したがってこ
の燃料電池装置19によると、燃料供給口11から流体
燃料を供給すると、この流体燃料は各単位セルの流通路
4を分流して多孔性のリブ付電極2の背面に接しながら
流れ、その後燃料排出口12から排出される。また酸化
剤供給口15から流体酸化剤を供給すると、この流体酸
化剤は各単位セルの流通路5を分流して多孔性のリブ付
電極3の背面に接触しながら流れ、その後酸化剤排出口
17から排出されることになり、そのとき流体燃料と流
体酸化剤とはそれぞれ拡散によって多孔性のリブ付電極
2,3内に供給され、燃料電池としての電気エネルギー
を発生讐る。なお、図では出力端子を省略している。
ところで、上述したリブ付電極2,3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にガスシールがほど
こされている。このガスシールは、反応ガスの漏洩によ
る実質反応ガス量の低下を防止し、ひいては漏洩したガ
スの混合による燃焼反応に伴なう電池温度の過度の上昇
のための電池劣化を防止する機能を有している。このシ
ール方式としては、ウェットシール法、含浸シール法が
一般に用いられている。まずウェットシール法は、炭化
硅素等の高温・高濃度のリン酸に対し十分なる耐熱・耐
食性を有するl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りシー
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えばフッ素ゴム塗料等の液を、リ
ブ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、2IIII11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、ウェットシール方
式において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は充
填されない。また含浸シ−ル方式においても、同様に表
面層のみに含浸され内部には含浸されにくい。
このように、従来のシール方式を用いた構造では実質的
に有効なガスシール部は小さく、それ故長期間安定した
シール機能を維持することには問題があり、より信頼性
の高いガスシール構造の出現が強く望まれている。
[発明の目的] 本発明は上記のような事情を考慮して成されたもので、
その目的はリブ付電極端部のガスシール構造を改良し信
頼性を向上させることが可能な燃料電池を提供すること
にある。
[発明の[!] 上記目的を達成するために本発明では、リブ付電極端部
に流体の流通路と平行にシール溝を形成し、このシール
溝にPTFE (ポリテトラフルオロエチレン)等の耐
熱性、耐電解質性、高融点。
高熱分解温度を有する樹脂を充填し、この樹脂を減圧下
で加熱溶融し含浸固化させてガスシール部を構成するよ
うにしたことを特徴とする。
E発明の実施例J 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(a )は、第3図と同一部分には同一符号を付
して示している。
図において、カーボン繊維をフェノール系樹脂で結着固
化して平板を形成した後、これを炭化及び黒鉛化処理す
ることによりカーボンIif多孔質   板(密度0.
59/ax3.1[1孔平均径30〜4゜μ、厚さ2 
eta )を得る。そして、この多孔質板の一側面に流
体の流通路4を形成し、更にその外側にシール溝7を流
体の流通路4と平行に形成する(溝巾1.5m、深さ1
.5HR)。
次に、このシール溝7に樹脂としてポリテトラフルオロ
エチレン(PTFE)粉末を充填した後、PTFEの溶
融温度以上の350’Cでかつ10馴Hgの減圧下でガ
スシール部の形成処理を行なう。
なお、第1図(b)は従来のウェットシールによるガス
シール部の断面を示したものである。
第1図(b )に示す従来のウェットシール法によるガ
スシール部は、前述したように表面層のみであるのに対
し、本実施例によればシール溝7の周辺および下部の電
極材料の空i部に充分にシール材が含浸固化されること
により、第1図(a )の如くガスシール部は内部まで
達しており有効シール部が増大していることが明らかで
ある。
次に、本実施例によるガスシール部のリーク係数を測定
した。ここでリーク係数の測定は、常温で110011
IIllAの圧力差下で、単位シール長(m )当り1
時間にリークするガス】から求めた。なお併せて、従来
のウェットシール法の場合、および常圧下でPTFE粉
末を溶融含浸させた場合についても夫々下表に示した。
[表1リーク係数 表から、本実施例によるシール法は従来のウェットシー
ル法に比べて、同等ないしそれ以上のシール機能を有し
ていることがわかる。また、常圧・溶融含浸シール法は
リーク係数が非常に大きいことが示された。これは、切
断してガスシール部を観察してみると溶融部分に気泡が
残存含有しており、かつ電極材料部分に十分に含浸され
ていないことがその理由であることがわかった。一方、
本実施例によるシール法では減圧溶融であるために溶融
部分に気泡の残存は認められず、かつ電極材料部分に十
分含浸されていることがわかった。
次に、本発明によるリブ付°電極の燃料電池を模擬した
常温(200℃)でのヒートサイクル試験を行ないガス
シール機能の変化を調べた。第2図はその結果を示すも
ので併せて従来のウェットシール法についても示した。
図において、本実施例によるシール法Aでは、リーク係
数はヒートサイクルにより殆んど変化しない。また、従
来によるウェットシール法Bでは徐々にリーク係数が増
大していくが、これはリン酸が飛散して結果的にウェッ
トシール効果が低下したものと考えられる。
以上により、本実施例によるシール法は従来のウェット
シール法よりもガスシール性に優れ、またウニ・ブトシ
ール法に不可欠なリン酸量の管理等も必要とせず、極め
て安定したガスシール機能を維持することができる。
上述したように本実施例によるガスシール構造を有した
リブ付電極を用いて燃料電池を構成することにより、ガ
スシール部の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、結果的に安定した電池性能を長期間に
わたって維持することができる、すなわち信頼性、寿命
向上を期待することができる。
尚、本発明では樹脂として粒径の小さいディスパージョ
ンタイプのPTFEを使用して実施しても上述と同様の
効果が得られるものである。
また、本発明に使用する樹脂はPTFE粉末に限定され
ることなく、例えばPFA(パーフロロアルコキシ>、
FEP(4フッ化エチレン−67ツ化プロピレン共重合
体)等の耐雷解質性、耐熱性、電池運転温度以上の高融
点および高熱分解開始温度を有する溶融性の樹脂であれ
ば、同様の効果が得られることは言うまでもない。
[発明の効果J 以上説明したように本発明によれば、リブ付電極端部に
流体の流通路と平行にシール溝を形成し、このシール溝
にPTFE (ポリテトラフルオロエチレン)等の耐熱
性、耐電解質性、高融点、高熱分解温度を有する樹脂を
充填し、この樹脂を減圧下で加熱溶融し含浸固化させて
ガスシール部を構成するようにしたので、リブ付電極端
部のガスシール構造を改良し信頼性を著しく向上させる
ことが可能な燃料電池が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a )は本発明の一実施例を示す要部断面図、
第1図(b)は従来のウェットシール部を示す断面図、
第2図は同実施例および従来法にょるリブ付電極のヒー
トサイクル試験におけるガスシール機能の変化を示す図
、第3図は燃料電池の単位セルの積層構造を示す分解斜
視図、第4図は同セルを組込んだ燃料電池を示す斜視図
である。 1・・・マトリックス、2.3・・・リブ付電極、4゜
5・・・流体の流通路、6・・・セパレータ、7・・・
シール溝。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 (a) (b) 第2図 ヒ一トリイクル回放 □ 第3図 第4図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電解質を含浸したマトリックスを挟んで、マトリ
    ックス側の面と反対側の面に流体燃料および流体酸化剤
    の流通路が形成された一対のリブ付電極を配置して成る
    単位セルを複数個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に、前記流体の流通路と平行にシ
    ール溝を形成し、このシール溝に耐熱性、耐電解質性、
    高融点、高熱分解温度を有する樹脂を充填し、この樹脂
    を減圧下で加熱溶融し含浸固化させてガスシール部を構
    成するようにしたことを特徴とする燃料電池。
  2. (2)樹脂はテフロン系樹脂であることを特徴とする特
    許請求の範囲第(1)項記載の燃料電池。
  3. (3)テフロン系樹脂はポリテトラフルオロエチレン(
    PTFE)であることを特徴とする特許請求の範囲第(
    2)項記載の燃料電池。
  4. (4)テフロン系樹脂はパーフロロアルコキシ(PFA
    )または四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合
    体(FEP)であることを特徴とする特許請求の範囲第
    (2)項記載の燃料電池。
  5. (5)ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パー
    フロロアルコキシ(PFA)、四フッ化エチレン−六フ
    ッ化プロピレン共重合体(FEP)は粉末であることを
    特徴とする特許請求の範囲第(3)項または第(4)項
    記載の燃料電池。
  6. (6)ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、パー
    フロロアルコキシ(PFA)、四フッ化エチレン−六フ
    ッ化プロピレン共重合体(FEP)はディスパージョン
    である特許請求の範囲第(3)項または第(4)項記載
    の燃料電池。
JP60013063A 1985-01-26 1985-01-26 燃料電池 Pending JPS61173465A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6351057A (ja) * 1986-08-20 1988-03-04 Hitachi Ltd 燃料電池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6351057A (ja) * 1986-08-20 1988-03-04 Hitachi Ltd 燃料電池

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