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JP2003031240A - 小型固体高分子型燃料電池及び燃料電池用セパレータ - Google Patents

小型固体高分子型燃料電池及び燃料電池用セパレータ

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Publication number
JP2003031240A
JP2003031240A JP2001211792A JP2001211792A JP2003031240A JP 2003031240 A JP2003031240 A JP 2003031240A JP 2001211792 A JP2001211792 A JP 2001211792A JP 2001211792 A JP2001211792 A JP 2001211792A JP 2003031240 A JP2003031240 A JP 2003031240A
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JP
Japan
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fuel cell
gas
separator
polymer electrolyte
fuel
Prior art date
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Application number
JP2001211792A
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English (en)
Inventor
Motohiko Sato
元彦 佐藤
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Chemix Inc
Original Assignee
Chemix Inc
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Publication date
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    • 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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  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安易で安価な材料、学習、研究用小型固体高
分子型燃料電池用組立キットを実現し、固体高分子型燃
料電池の仕組み、発電を理解してもらうことができる小
型固体高分子型燃料電池及び燃料電池用ガスセパレータ
を提供する。 【解決手段】 表裏の一方の面に酸化剤側触媒層が形成
され、他方の面に燃料ガス剤側触媒層が形成された固体
高分子電解質膜6と、各触媒層の外側に配され、ジグザ
グ又はストレートにガス流路が形成されたカーボンペー
パ又はカーボンクロスから構成される導電性のガス拡散
層4,8と、その両側それぞれに設けられたガスケット
3,9と、その両側それぞれに設けられ、アノードまた
はカソードの集電板2−1,10−1を兼ねたガス不透
過性カーボンセパレータ2,10を備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学的な反応
を利用して発電する固体高分子型燃料電池及び燃料電池
用セパレータに関し、特に教材、学習、研究用小型燃料
電池組立キットに使用されることを目的とした小型固体
高分子型燃料電池及び燃料電池用セパレータに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、燃料電池はガス拡散性で電子伝導
率を有する電極を固体高分子電解質膜の両面に配した単
電池と、一面に酸化剤ガス流路が設けられ他面に燃料ガ
ス流路が設けられたガス流路セパレータとを交互に複数
積層してなる積層体から構成されている。燃料電池の研
究では単セルで電解質の膜を変えたり、セパレータの流
路を変えたりセパレータの材質を変えたりしていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら燃料電
池は構造が複雑となると共に、高価で且つ多くの部品点
数を必要とし、組立キットのように簡単な学習教材とし
て使用することは困難であった。また、このようなこと
から固体高分子型燃料電池の普及には障害があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、簡易で安価な材料を用いて構成され得る、学習、研
究用小型固体高分子型燃料電池用組立キットを実現し、
固体高分子型燃料電池の仕組み、発電を理解してもらう
ことができる小型固体高分子型燃料電池及び燃料電池用
ガスセパレータを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明は、燃料ガス用セパレータを用いて導入さ
れた燃料ガスと酸化剤ガス用セパレータを用いて導入さ
れた酸化剤ガスとを触媒を用いて化学反応させて電力を
得る燃料電池に用いられる燃料電池用セパレータにおい
て、導入される前記酸化剤ガスを燃料ガスと仕切る酸化
剤ガス用セパレータにおける酸素導入口が短冊状に貫通
して形成されていることを特徴とするものである。
【0006】また、本発明の燃料電池用セパレータにお
いて、上記酸化剤ガス用セパレータに集電板が一体化さ
れていることを特徴とするものである。
【0007】また、本発明の燃料電池用セパレータにお
いて、導入される前記燃料ガスを前記酸化剤ガスと仕切
る燃料ガス用セパレータに燃料ガス導入口が数カ所設け
られていることを特徴とするものである。
【0008】また、本発明の燃料電池用セパレータにお
いて、上記燃料ガス用セパレータに集電板が一体化され
ていることを特徴とするものである。
【0009】また、本発明の燃料電池用セパレータにお
いて、前記燃料ガス用セパレータ又は前記酸化剤ガス用
セパレータは、カーボンまたは金属から構成されること
を特徴とするものである。
【0010】また、本発明に係る小型高分子型燃料電池
は、表裏の一方の面に酸化剤側触媒層が形成され、他方
の面に燃料ガス剤側触媒層が形成された固体高分子電解
質膜と、各触媒層の外側に配され、ジグザグ又はストレ
ートにガス流路が形成されたカーボンペーパ又はカーボ
ンクロスから構成される導電性のガス拡散層と、その両
側それぞれに設けられたガスケットと、その両側それぞ
れに設けられ、アノードまたはカソードの集電板を兼ね
たガス不透過性カーボンセパレータまたは金属セパレー
タとを備えてなるものである。
【0011】また、本発明の小型固体高分子型燃料電池
において、前記カーボンペーパやカーボンクロスに撥水
処理加工をしたことを特徴とするものである。
【0012】また、本発明の小型固体高分子型燃料電池
において、前記固体高分子電解質膜及び前記ガス拡散層
及び前記ガス不透過性カーボンセパレータ又は金属セパ
レータがそれぞれ個別に分解可能に設けられることを特
徴とするものである。
【0013】また、本発明の小型固体高分子型燃料電池
において、前記ガス拡散層の種々の形状において交換可
能とされることを特徴とするものである。
【0014】また、本発明の小型固体高分子型燃料電池
において、燃料電池の適所を固定するために、高分子樹
脂、セラミック、絶縁コーティングネジや金属ネジに絶
縁チューブ等を挿入してなる締結具が用いられることを
特徴とするものである。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。なお、実施の形態に示す小型固体高
分子型燃料電池は、組立キットとして教材用、学習用、
研究用小型燃料電池として使用されることを目的として
いる。図1は本発明の小型固体高分子型燃料電池を示す
正面斜視図であり、図2は図1の裏面を示す斜視図であ
り、図3はガス拡散性と導電性を兼ねたカーボンペー
パ及びカーボンクロスからなる酸化剤ガス流路を示す正
面図、はガス拡散性と導電性を兼ねたカーボンペーパ
及びカーボンクロスからなる燃料ガス流路を示す正面図
であり、図4は小型固体高分子型燃料電池の分解斜視図
を示す図である。
【0016】図3において、酸化剤ガス流路用ガス拡
散層8の面は流路8aが貫通してカットして設けられ、
酸化剤ガスが流れたり、触れたりする。において燃料
ガス流路用ガス拡散層4は、ガス拡散性と導電性を兼ね
たカーボンペーパ及びカーボンクロスからなり、流路4
aがジグザグ状に貫通してカットして設けられ、燃料ガ
スが効率よく流れるようになっている。
【0017】図4の分解斜視図に示されるように、拡散
性と導電性を兼ねたカーボンペーパまたはカーボンクロ
スに触媒層が内側に塗って形成される燃料ガス用ガス拡
散電極5及び酸化剤ガス用ガス拡散電極7が高分子電解
質膜6を挟み単電池Aが構成されている。この単電池A
の上下両側には、それぞれ酸化剤ガス流路用ガス拡散層
8および燃料ガス流路用ガス拡散層4が設けられ、これ
ら拡散層8,4には、ストレート又はジグザグに貫通し
た流路8a,4aがカットして設けられている。
【0018】又、酸化剤ガス流路用ガス拡散層8、酸化
剤ガス用ガス拡散電極7、及び燃料ガス用ガス拡散電極
5、燃料ガス流路用ガス拡散層4の外周それぞれを覆う
ようにガスケット9,3が配置されている。そして、そ
の両側それぞれに集電板10−1,2−1を兼ねたガス
不透過性のカーボン又は金属のカソードセパレータ(酸
化剤ガス用セパレータ)10及びアノードセパレータ
(燃料ガス用セパレータ)2が設けられている。カソー
ドセパレータ10は、図1に示すように、絶縁体のネジ
11−1〜11−8で集電板を兼ねたガス不透過性のカ
ーボン又は金属アノードセパレータ2にねじ込まれて固
定されている。10−2,9−2,6−2,3−2はそ
れぞれ絶縁体のネジ11−1〜11−8が貫通する穴で
あり、2−2はそのネジ穴である。また、2−3は燃料
ガス供給穴であり、1−1,1−2はアノードセパレー
タ2に設けられた燃料ガス供給パイプである。
【0019】本発明の実施の形態における小型固体高分
子型燃料電池を組み立てたところ短時間で組み立てるこ
とができた。又、水素ガスを流したところ、実施の形態
における小型高分子型燃料電池は0.5Wの出力が得ら
れた。さらに、長時間動作させると酸素極から水が発生
するのを観察できた。さらに水素ガスを加湿することに
より、より高出力が得られた。また、本発明の小型高分
子型燃料電池を直列又は並列につなぐことにより、高電
圧、高電流も取り出せる。なお、カーボンペーパやカー
ボンクロスにて流路を形成したため、著しく低コスト化
が実現できた。
【0020】
【発明の効果】以上に詳述したように、本発明によれ
ば、簡易で安価な材料を用いて構成され得る、学習、研
究用小型固体高分子型燃料電池用組立キットを実現し、
固体高分子型燃料電池の仕組み、発電を理解してもらう
ことができる小型固体高分子型燃料電池及び燃料電池用
ガスセパレータを提供することができる。そして、本発
明は燃料電池を組み立てて、動作させることにより燃料
電池の仕組みが分かり、又発電した時の状況が観察で
き、燃料電池の挙動等を理解することが容易である。さ
らに学校や大学等で学習用に使用すればそれらの人々が
更なる燃料電池の開発へと貢献し得るため極めて有効な
教材、学習、研究用小型燃料電池キットが提供できると
いう効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の小型固体高分子型燃料電池を示す正面
斜視図である。
【図2】図1の裏面を示す斜視図である。
【図3】(a)はガス拡散性と導電性を兼ねたカーボン
ペーパ及びカーボンクロスからなる酸化剤ガス流路を示
す正面図、(b)はガス拡散性と導電性を兼ねたカーボ
ンペーパ及びカーボンクロスからなる燃料ガス流路を示
す正面図である。
【図4】小型固体高分子型燃料電池の分解斜視図であ
る。
【符号の説明】
1−1,1−2 燃料ガス供給パイプ、2 燃料ガス用
セパレータ(アノードセパレータ)、2−1 アノード
集電板、3,9 ガスケット(パッキン)、4燃料ガス
流路用ガス拡散層、5 燃料ガス用ガス拡散電極、6
固体高分子電解質膜、7 酸化剤ガス用ガス拡散電極、
8 酸化剤ガス流路用ガス拡散層、10 酸化剤ガス用
セパレータ(カソードセパレータ)、10−1 カソー
ド集電板、11 絶縁体のネジ。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/24 H01M 8/24 T

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料ガス用セパレータを用いて導入され
    た燃料ガスと酸化剤ガス用セパレータを用いて導入され
    た酸化剤ガスとを触媒を用いて化学反応させて電力を得
    る燃料電池に用いられる燃料電池用セパレータにおい
    て、 導入される前記酸化剤ガスを燃料ガスと仕切る酸化剤ガ
    ス用セパレータにおける酸素導入口が短冊状に貫通して
    形成されていることを特徴とする燃料電池用セパレー
    タ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の燃料電池用セパレータ
    において、 上記酸化剤ガス用セパレータに集電板が一体化されてい
    ることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の燃料電
    池用セパレータにおいて、 導入される前記燃料ガスを前記酸化剤ガスと仕切る燃料
    ガス用セパレータに燃料ガス導入口が数カ所設けられて
    いることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の燃料電池用セパレータ
    において、 上記燃料ガス用セパレータに集電板が一体化されている
    ことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載
    の燃料電池用セパレータにおいて、 前記燃料ガス用セパレータ又は前記酸化剤ガス用セパレ
    ータは、カーボンまたは金属から構成されることを特徴
    とする燃料電池用セパレータ。
  6. 【請求項6】 表裏の一方の面に酸化剤側触媒層が形成
    され、他方の面に燃料ガス剤側触媒層が形成された固体
    高分子電解質膜と、各触媒層の外側に配され、ジグザグ
    又はストレートにガス流路が形成されたカーボンペーパ
    又はカーボンクロスから構成される導電性のガス拡散層
    と、その両側それぞれに設けられたガスケットと、その
    両側それぞれに設けられ、アノードまたはカソードの集
    電板を兼ねたガス不透過性カーボンセパレータまたは金
    属セパレータとを備えてなる小型固体高分子型燃料電
    池。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載の小型固体高分子型燃料
    電池において、 前記カーボンペーパやカーボンクロスに撥水処理加工を
    したことを特徴とする小型固体高分子型燃料電池。
  8. 【請求項8】 請求項6に記載の小型固体高分子型燃料
    電池において、 前記固体高分子電解質膜及び前記ガス拡散層及び前記ガ
    ス不透過性カーボンセパレータ又は金属セパレータがそ
    れぞれ個別に分解可能に設けられることを特徴とする小
    型固体高分子型燃料電池。
  9. 【請求項9】 請求項6乃至請求項8のいずれかに記載
    の小型固体高分子型燃料電池において、 前記ガス拡散層の種々の形状において交換可能とされる
    ことを特徴とする小型固体高分子型燃料電池。
  10. 【請求項10】 請求項6乃至請求項9のいずれかに記
    載の小型固体高分子型燃料電池において、 燃料電池の適所を固定するために、高分子樹脂、セラミ
    ック、絶縁コーティングネジや金属ネジに絶縁チューブ
    等を挿入してなる締結具が用いられることを特徴とする
    小型固体高分子型燃料電池。
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