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JP2000348741A - Solid high-polymer type fuel cell - Google Patents

Solid high-polymer type fuel cell

Info

Publication number
JP2000348741A
JP2000348741A JP11161045A JP16104599A JP2000348741A JP 2000348741 A JP2000348741 A JP 2000348741A JP 11161045 A JP11161045 A JP 11161045A JP 16104599 A JP16104599 A JP 16104599A JP 2000348741 A JP2000348741 A JP 2000348741A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion exchange
exchange membrane
fuel cell
separator
thermal expansion
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.)
Pending
Application number
JP11161045A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideki Kato
秀樹 加藤
Yasunori Morio
泰則 森尾
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.)
Ibiden Co Ltd
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ibiden Co Ltd filed Critical Ibiden Co Ltd
Priority to JP11161045A priority Critical patent/JP2000348741A/en
Publication of JP2000348741A publication Critical patent/JP2000348741A/en
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    • 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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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid high-polymer type fuel cell capable of preventing the damage of an ion exchange film. SOLUTION: This solid high-polymer type fuel cell 1 is composed by catching an ion exchange film 3 with a pair of separators 2 and by arranging electrodes 4A, 4B between the separators 2 and the ion exchange film 3. The separators 2 is formed out of a resin molded body containing carbon powder and a thermoset resin as main constituents. The thermal expansion coefficient of the resin molded body is 1/5-1 as much as that of the ion exchange film 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、クリーンで発電効率の高い次世代
の発電装置が望まれており、酸素及び水素の持つ化学エ
ネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池(Fu
el Cell)に対する期待が次第に高まってきている。現
状における燃料電池の種類としては、りん酸型、アルカ
リ型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型(イ
オン交換膜型ともいう。)などが知られている。なかで
も固体高分子型燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte
Fuel Cell)は、小規模かつポータブルな電源として
の用途(例えば電気自動車用電源など)に適すると考え
られている。ゆえに、その実用化に向けて、現在精力的
に開発が進められている。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a demand for a next-generation power generation device that is clean and has a high power generation efficiency, and a fuel cell (Fu) that directly converts the chemical energy of oxygen and hydrogen into electric energy.
The expectations for el Cell) are increasing. At present, types of fuel cells include a phosphoric acid type, an alkaline type, a molten carbonate type, a solid electrolyte type, a solid polymer type (also referred to as an ion exchange membrane type), and the like. In particular, polymer electrolyte fuel cells (PEFC: Polymer Electrolyte
Fuel Cell) is considered to be suitable for use as a small and portable power source (for example, a power source for an electric vehicle). Therefore, development is currently being vigorously pursued for practical use.

【0003】このタイプの燃料電池は、イオン交換膜の
両側に電極を配置してなる膜・電極積層体を備えてい
る。このイオン交換膜は樹脂製であって、水素イオン
(H+)を選択的に通過させることができる。これらの
電極には白金等の金属触媒が担持されている。一対の電
極のうちの一方は水素極(陰極)と呼ばれ、他方は酸素
極(陽極)と呼ばれる。膜・電極積層体の両側には一対
のセパレータが配置されており、それらセパレータによ
って両電極からはみ出しているイオン交換膜の外周部が
挟持されている。セパレータ用材料としては、従来、炭
素粉末及び熱硬化性樹脂を主成分とする樹脂成形体が提
案されている。
[0003] This type of fuel cell has a membrane / electrode laminate in which electrodes are arranged on both sides of an ion exchange membrane. This ion exchange membrane is made of resin and can selectively pass hydrogen ions (H + ). These electrodes carry a metal catalyst such as platinum. One of the pair of electrodes is called a hydrogen electrode (cathode), and the other is called an oxygen electrode (anode). A pair of separators is arranged on both sides of the membrane / electrode laminate, and the outer periphery of the ion-exchange membrane protruding from both electrodes is sandwiched between the separators. As a material for a separator, conventionally, a resin molded body mainly containing carbon powder and a thermosetting resin has been proposed.

【0004】水素極側のセパレータを介して供給されて
きた水素ガス(H2)は、水素極における触媒反応により
水素イオン(H+)となる。水素イオンは、イオン交換
膜を通過しながら酸素極に向かって移動する。酸素極側
には酸素ガス(O2)が供給されている。従って、酸素極
における触媒反応により、水素イオンと酸素ガスとが反
応し、水(H2O)が生じる。このような反応が起こる
過程で電子(e-)が水素極から酸素極へ移動し、電流
が酸素極から水素極へ流れるようになっている。別の言
いかたをすると、酸素ガス及び水素ガスを燃料として、
電気分解反応の逆反応により起電力が得られるようにな
っている。なお、このタイプの燃料電池の利点は、比較
的低温(約100℃)において作動することである。
The hydrogen gas (H 2 ) supplied through the separator on the hydrogen electrode side becomes hydrogen ions (H + ) by a catalytic reaction at the hydrogen electrode. The hydrogen ions move toward the oxygen electrode while passing through the ion exchange membrane. Oxygen gas (O 2 ) is supplied to the oxygen electrode side. Therefore, hydrogen ions and oxygen gas react with each other by a catalytic reaction at the oxygen electrode, and water (H 2 O) is generated. In the course of such a reaction, electrons (e ) move from the hydrogen electrode to the oxygen electrode, and current flows from the oxygen electrode to the hydrogen electrode. In other words, using oxygen gas and hydrogen gas as fuel,
An electromotive force is obtained by a reverse reaction of the electrolysis reaction. An advantage of this type of fuel cell is that it operates at a relatively low temperature (about 100 ° C.).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術の
燃料電池は比較的低温で作動するとはいうものの、使用
時と非使用時とでは、少なくとも数十℃の温度差が発生
する。従って、装置がこのようなヒートサイクルに遭遇
すると、各構成部材同士の熱膨張係数の相違により、セ
パレータがイオン交換膜を引っ張って破ってしまうおそ
れがあった。
Although the fuel cell of the prior art operates at a relatively low temperature, a temperature difference of at least several tens of degrees Celsius occurs between use and non-use. Therefore, when the apparatus encounters such a heat cycle, there is a possibility that the separator may pull and break the ion exchange membrane due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the constituent members.

【0006】本発明は上記の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、イオン交換膜の破損を防止するこ
とができる固体高分子型燃料電池を提供することにあ
る。
[0006] The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell capable of preventing breakage of an ion exchange membrane.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項1に記載の発明では、イオン交換膜の両側
に電極を配置してなる膜・電極積層体と、前記両電極か
らはみ出している前記イオン交換膜の外周部を挟持する
一対のセパレータとを備えた固体高分子型燃料電池にお
いて、前記セパレータは、炭素粉末及び熱硬化性樹脂を
主成分とする樹脂成形体からなり、かつその熱膨張係数
が前記イオン交換膜の熱膨張係数の1/50倍〜1倍で
ある固体高分子型燃料電池をその要旨とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a membrane / electrode laminate in which electrodes are disposed on both sides of an ion exchange membrane; In a polymer electrolyte fuel cell including a pair of separators sandwiching the outer peripheral portion of the ion exchange membrane that is protruding, the separator is formed of a resin molded body mainly containing carbon powder and a thermosetting resin, The gist of the present invention is a polymer electrolyte fuel cell whose coefficient of thermal expansion is 1/50 to 1 times the coefficient of thermal expansion of the ion exchange membrane.

【0008】請求項2に記載の発明では、イオン交換膜
の両側に電極を配置してなる膜・電極積層体と、前記両
電極からはみ出している前記イオン交換膜の外周部を挟
持する一対のセパレータとを備えた固体高分子型燃料電
池において、前記セパレータは、炭素粉末及び熱硬化性
樹脂を主成分とする樹脂成形体からなり、かつその熱膨
張係数が前記イオン交換膜の熱膨張係数の1/10倍〜
1倍である固体高分子型燃料電池をその要旨とする。
[0008] In the invention according to the second aspect, a membrane / electrode laminate in which electrodes are arranged on both sides of the ion exchange membrane, and a pair of a pair sandwiching an outer peripheral portion of the ion exchange membrane protruding from both the electrodes. In a polymer electrolyte fuel cell provided with a separator, the separator is formed of a resin molded body containing carbon powder and a thermosetting resin as main components, and has a coefficient of thermal expansion of a coefficient of thermal expansion of the ion exchange membrane. 1/10 times ~
The gist of the present invention is a polymer electrolyte fuel cell which is one-time.

【0009】請求項3に記載の発明では、請求項2にお
いて、前記イオン交換膜の熱膨張係数は4×10-5〜1
×10-4-1であり、前記セパレータの熱膨張係数は1
×10-5〜1×10-4-1であるとした。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the thermal expansion coefficient of the ion exchange membrane is 4 × 10 -5 to 1
× 10 -4 ° C -1 and the coefficient of thermal expansion of the separator is 1
It was assumed to be from × 10 -5 to 1 × 10 -4 ° C -1 .

【0010】以下、本発明の「作用」について説明す
る。請求項1に記載の発明によると、セパレータの熱膨
張係数がイオン交換膜の熱膨張係数の1/50倍〜1倍
であることから、従来のものに比べて両者の熱膨張係数
差が小さくなっている。ゆえに、装置がヒートサイクル
に遭遇したときでも、イオン交換膜を破損に至らせるよ
うな大きな引っ張り力が、セパレータを介してイオン交
換膜に作用するようなことがない。従って、イオン交換
膜に与えられるダメージが小さくなり、結果としてイオ
ン交換膜の破損が防止される。
Hereinafter, the "action" of the present invention will be described. According to the first aspect of the present invention, since the thermal expansion coefficient of the separator is 1/50 to 1 times the thermal expansion coefficient of the ion exchange membrane, the difference between the two is smaller than that of the conventional one. Has become. Therefore, even when the apparatus encounters a heat cycle, a large tensile force that may damage the ion exchange membrane does not act on the ion exchange membrane via the separator. Therefore, damage to the ion exchange membrane is reduced, and as a result, damage to the ion exchange membrane is prevented.

【0011】請求項2,3に記載の発明によると、セパ
レータの熱膨張係数がイオン交換膜の熱膨張係数の1/
10倍〜1倍であることから、両者の熱膨張係数差が極
めて小さくなっている。ゆえに、イオン交換膜の破損が
より確実に防止される。
According to the second and third aspects of the present invention, the thermal expansion coefficient of the separator is 1/1 / the thermal expansion coefficient of the ion exchange membrane.
Since it is 10 times to 1 time, the difference between the two coefficients of thermal expansion is extremely small. Therefore, breakage of the ion exchange membrane is more reliably prevented.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
形態の固体高分子型燃料電池1を図1〜図4に基づき詳
細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a polymer electrolyte fuel cell 1 according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

【0013】図1,図2に示される燃料電池1は、いわ
ゆるシングルセルタイプである。本実施形態の燃料電池
1は、1ユニットの膜・電極積層体と、2枚のセパレー
タ2とを備えている。
The fuel cell 1 shown in FIGS. 1 and 2 is a so-called single cell type. The fuel cell 1 of the present embodiment includes one unit of a membrane / electrode laminate and two separators 2.

【0014】膜・電極積層体は、イオン交換膜3の両側
に電極4A,4Bを配置した構造となっている。一方の
ものは水素極4Aであり、他方のものは酸素極4Bであ
る。ただし、イオン交換膜3と両電極4A,4Bとは接
合されているわけではない。イオン交換膜3は、水素イ
オンを選択的に通過させることができる。本実施形態で
は、テフロン等のようなフッ素樹脂系の材料からなる膜
をイオン交換膜3として用いている。なお、本実施形態
の場合、イオン交換膜3の熱膨張係数(CTE)は、4
×10-5〜1×10-4-1程度に設定されている。実施
形態中において「熱膨張係数」とは、詳細には、正規の
測定方法である「ASTM D−696」に準拠して測
定を行ったときの熱膨張係数の値をいうものとする。
The membrane / electrode laminate has a structure in which electrodes 4A and 4B are arranged on both sides of the ion exchange membrane 3. One is a hydrogen electrode 4A and the other is an oxygen electrode 4B. However, the ion exchange membrane 3 and the electrodes 4A and 4B are not necessarily joined. The ion exchange membrane 3 can selectively pass hydrogen ions. In the present embodiment, a membrane made of a fluororesin-based material such as Teflon is used as the ion exchange membrane 3. In this embodiment, the coefficient of thermal expansion (CTE) of the ion exchange membrane 3 is 4
The temperature is set to about × 10 -5 to 1 × 10 -4 ° C -1 . In the embodiment, the term "coefficient of thermal expansion" specifically refers to the value of the coefficient of thermal expansion when measurement is performed in accordance with "ASTM D-696" which is a normal measurement method.

【0015】水素極4A及び酸素極4Bは、炭素繊維を
主成分とする好通気性のマット状物であり、ここでは矩
形状に加工されている。このマット状物には、白金及び
パラジウムが触媒として担持されている。なお、マット
状物にはフッ素樹脂等が添加されていてもよい。
The hydrogen electrode 4A and the oxygen electrode 4B are air-permeable mats containing carbon fiber as a main component, and are processed in a rectangular shape here. Platinum and palladium are supported as catalysts on the mat-like material. Note that a fluorine resin or the like may be added to the mat-like material.

【0016】膜・電極積層体の両側には、一対のセパレ
ータ2が配置されている。本実施形態のセパレータ2は
矩形状かつ板状の充実体であって、水素極4A及び酸素
極4Bよりも一回り大きく形成されている。セパレータ
2の内面側には、水素極4A及び酸素極4Bを収容可能
な形状・深さの凹部2bが設けられている。同じくセパ
レータ2の内面側には、複数の平行な溝2aも形成され
ている。そして、両電極4A,4Bからはみ出しているイ
オン交換膜3の外周部は、両セパレータ2の内面外周部
によってシールされた状態で挟持されている。その結
果、両セパレータ2間に膜・電極積層体が位置ずれ不能
に固定されている。なお、イオン交換膜3の外周部に図
示しないフランジ部を設け、そのフランジ部とセパレー
タ2の内面外周部との間に図示しないパッキング等のシ
ール部材を配置してもよい。
A pair of separators 2 are arranged on both sides of the membrane / electrode laminate. The separator 2 of the present embodiment is a rectangular and plate-like solid body, and is formed to be slightly larger than the hydrogen electrode 4A and the oxygen electrode 4B. On the inner surface side of the separator 2, a concave portion 2b having a shape and a depth capable of accommodating the hydrogen electrode 4A and the oxygen electrode 4B is provided. Similarly, a plurality of parallel grooves 2 a are formed on the inner surface side of the separator 2. The outer peripheral portion of the ion exchange membrane 3 protruding from both electrodes 4A and 4B is sandwiched by the inner peripheral portions of both separators 2 in a sealed state. As a result, the membrane / electrode laminate is fixed between the separators 2 so as not to be displaced. A flange (not shown) may be provided on the outer periphery of the ion exchange membrane 3, and a sealing member (not shown) such as packing may be arranged between the flange and the outer periphery of the inner surface of the separator 2.

【0017】セパレータ2における4つの側面のうちの
2つには、ガス給排孔5が複数個ずつ透設されている。
これらのガス給排孔5は、セパレータ2の面方向に沿っ
て平行に延びており、セパレータ2の外部領域と凹部2
bとを連通させている。従って、一方側面にあるガス給
排孔5群を介して凹部2b内に流入したガス等は、溝2
aに沿って流れた後、他方側面にあるガス給排孔5群を
経て再び外部領域に流出する。また、セパレータ2に
は、同じく凹部2bに連通するガス抜け孔6が透設され
ている。ガス抜け孔6はセパレータ2の厚さ方向に沿っ
て延びている。
A plurality of gas supply / discharge holes 5 are formed in two of the four side surfaces of the separator 2.
These gas supply / exhaust holes 5 extend in parallel along the surface direction of the separator 2, and are connected to the outer region of the separator 2 and the recess 2.
b. Therefore, the gas or the like flowing into the concave portion 2b through the gas supply / discharge hole group 5 on one side surface is in the groove 2b.
After flowing along the line a, it flows out again to the external region through the group of gas supply / discharge holes 5 on the other side surface. The separator 2 is also provided with a gas vent hole 6 communicating with the concave portion 2b. The gas vent hole 6 extends along the thickness direction of the separator 2.

【0018】この燃料電池1の場合、セパレータ2用の
材料として、炭素粉末及び熱硬化性樹脂をその成分とす
る樹脂成形体が用いられている。樹脂成形体における炭
素粉末の役割は、電気比抵抗を低減してセパレータ2の
導電性を向上させることである。使用可能な炭素粉末と
しては、天然黒鉛粉末があるほか、例えば人造黒鉛粉
末、ガラス状カーボン、メソカーボン、カーボンブラッ
ク等がある。勿論、これらの混合物を用いることもでき
る。この場合、極力、不純物含有量の少ない高純度炭素
粉末を用いることが望ましい。具体的にいうと、本実施
形態では、不純物濃度が200ppm〜300ppm程
度の鱗片状人造黒鉛粉末を炭素粉末として用いている。
In the case of the fuel cell 1, as a material for the separator 2, a resin molded product containing carbon powder and a thermosetting resin as its components is used. The role of the carbon powder in the resin molded body is to reduce the electrical resistivity and improve the conductivity of the separator 2. Usable carbon powders include natural graphite powders, as well as artificial graphite powders, glassy carbon, mesocarbon, carbon black, and the like. Of course, a mixture of these can also be used. In this case, it is desirable to use a high-purity carbon powder with as small an impurity content as possible. Specifically, in the present embodiment, flaky artificial graphite powder having an impurity concentration of about 200 ppm to 300 ppm is used as the carbon powder.

【0019】樹脂成形体における熱硬化性樹脂の役割
は、ガスを透過させない性質をセパレータ2に与えるこ
と、及び好適な成形性を与えることである。使用可能な
熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、ポリイミ
ド樹脂、フェノール樹脂などがある。これらのなかで
も、特にフェノール樹脂を選択することが好ましい。フ
ェノール樹脂は、成形性及びガス不透過性に優れるばか
りでなく、耐酸性、耐熱性、コスト性にも優れるからで
ある。なお、フェノール樹脂には、ノボラック系のもの
やレゾール系のもの等がある。ノボラック系フェノール
樹脂及びレゾール系フェノール樹脂の混合物を用いても
勿論構わない。
The role of the thermosetting resin in the resin molding is to give the separator 2 a property that does not allow gas to permeate, and to give suitable moldability. Examples of usable thermosetting resins include an epoxy resin, a polyimide resin, and a phenol resin. Among these, it is particularly preferable to select a phenol resin. This is because the phenolic resin is excellent not only in moldability and gas impermeability but also in acid resistance, heat resistance and cost. The phenol resin includes a novolak resin and a resol resin. Of course, a mixture of a novolak phenol resin and a resol phenol resin may be used.

【0020】炭素粉末(便宜上Aとする。)と熱硬化性
樹脂(便宜上Bとする。)との配合割合は、A:B=90w
t%〜50wt%:10wt%〜50wt%であることが好ま
しい。もっとも、 A:B=80wt%〜60wt%:20wt
%〜40wt%であることが、よりいっそう好ましい。熱
硬化性樹脂の配合割合が大きすぎると、電気比抵抗が過
度に増大するおそれがあるからである。一方、熱硬化性
樹脂の配合割合が小さすぎると、好適な成形性、ガス不
透過性、機械的強度が得られなくなるおそれがあるから
である。
The mixing ratio of the carbon powder (A for convenience) and the thermosetting resin (B for convenience) is as follows: A: B = 90 w
t% to 50% by weight: preferably 10% to 50% by weight. However, A: B = 80wt% -60wt%: 20wt
% To 40 wt% is even more preferred. If the mixing ratio of the thermosetting resin is too large, the electrical resistivity may be excessively increased. On the other hand, if the mixing ratio of the thermosetting resin is too small, suitable moldability, gas impermeability, and mechanical strength may not be obtained.

【0021】また、セパレータ2の電気比抵抗は、50
00μΩ・cm〜200000μΩ・cm程度、望まし
くは5000μΩ・cm〜50000μΩ・cm程度で
あることがよい。この値が大きすぎると、セパレータ2
の電気比抵抗の増大によって、燃料電池1の内部抵抗が
大きくなってしまうからである。逆に、この値を過度に
小さくしようとすると、原材料の選択が困難になるおそ
れがあるからである。
The electrical resistivity of the separator 2 is 50
It is preferably about 00 μΩ · cm to 200000 μΩ · cm, and more preferably about 5000 μΩ · cm to 50,000 μΩ · cm. If this value is too large, separator 2
This is because the internal resistance of the fuel cell 1 increases due to the increase in the electric resistivity. Conversely, if this value is excessively reduced, it may be difficult to select raw materials.

【0022】本実施形態のセパレータ2の場合、樹脂成
形体中に含まれる不純物濃度が、従来品に比べて極めて
少なくなっている。より具体的にいうと、卑金属不純物
であって水銀よりイオン化傾向の大きなものの濃度が、
トータルで100ppm以下になっている。「卑金属不
純物」とは、金、銀、水銀及び白金族等のような貴金属
不純物を除くもののをいい、具体的にはカリウム、ナト
リウム、バリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミ
ニウム、鉄、ニッケル、すず、鉛、銅、シリコン、リン
等を指す。これらの金属種のうちの殆どのものは、水素
イオンの存在下において比較的容易にイオン化する性質
がある。つまり、このようにして発生した不純物金属イ
オンは、イオン交換膜3の内部及び表面に付着または吸
着してしまうため、イオン交換膜3を被毒化させる主な
要因となる。
In the case of the separator 2 of the present embodiment, the concentration of impurities contained in the resin molded product is extremely lower than that of the conventional product. More specifically, the concentration of a base metal impurity having a higher ionization tendency than mercury is
The total is less than 100 ppm. "Base metal impurities" refers to those excluding noble metal impurities such as gold, silver, mercury, and platinum group, and specifically, potassium, sodium, barium, calcium, magnesium, aluminum, iron, nickel, tin, and lead. , Copper, silicon, phosphorus and the like. Most of these metal species have the property of relatively easily ionizing in the presence of hydrogen ions. That is, the impurity metal ions generated in this manner adhere or adsorb to the inside and the surface of the ion exchange membrane 3, and are a main factor for poisoning the ion exchange membrane 3.

【0023】イオン化傾向の大きな前記卑金属不純物の
濃度は、トータルで、望ましくは20ppm以下である
ことがよく、より望ましくは10ppm以下であること
がよく、さらに望ましくは0.01ppm〜5ppm程
度であることがよい。かかる金属不純物の濃度の値が低
ければ低いほど、イオン交換膜3が被毒化する危険性も
小さくなるからである。
The concentration of the base metal impurity having a large ionization tendency is preferably 20 ppm or less in total, more preferably 10 ppm or less, and even more preferably about 0.01 ppm to 5 ppm. Is good. This is because the lower the value of the concentration of such metal impurities, the lower the risk of poisoning the ion exchange membrane 3.

【0024】本実施形態において、樹脂成形体からなる
セパレータ2の熱膨張係数は、イオン交換膜3の熱膨張
係数と同等またはそれよりも若干小さい程度に設定され
ていることが必要とされる。具体的には、セパレータ2
の熱膨張係数は、イオン交換膜3の熱膨張係数の1/5
0倍〜1倍であることが必要とされ、好ましくは1/2
0倍〜1倍、最も好ましくは1/10倍〜1倍であるこ
とがよい。
In the present embodiment, it is necessary that the thermal expansion coefficient of the separator 2 made of a resin molded body is set to be equal to or slightly smaller than the thermal expansion coefficient of the ion exchange membrane 3. Specifically, the separator 2
Is 1/5 of the thermal expansion coefficient of the ion exchange membrane 3.
It is required to be 0 to 1 times, preferably 1/2.
It is good to be 0 to 1 times, most preferably 1/10 to 1 time.

【0025】また、イオン交換膜3の熱膨張係数を4×
10-5〜1×10-4-1に設定した本実施形態の場合、
セパレータ2の熱膨張係数として1×10-5〜1×10
-4 -1の範囲を採ることが好ましい。
The coefficient of thermal expansion of the ion exchange membrane 3 is 4 ×
10-Five~ 1 × 10-Four° C-1In the case of this embodiment set to
The thermal expansion coefficient of the separator 2 is 1 × 10-Five~ 1 × 10
-Four° C -1It is preferable to adopt the range of.

【0026】次に、本実施形態のセパレータ2を製造す
る手順について説明する。まず、出発原料となる炭素粉
末を加熱下においてハロゲン化合物で処理しておくこと
が望ましい。具体的にいうと、ここではハロゲン化合物
として塩素ガスを用いた処理を実施するようにしてい
る。その結果、炭素粉末中の不純物濃度の低減が図られ
る。なお、加熱温度は2000℃〜2300℃であるこ
とがよい。
Next, a procedure for manufacturing the separator 2 of the present embodiment will be described. First, it is desirable to treat a carbon powder as a starting material with a halogen compound under heating. Specifically, here, the treatment using chlorine gas as the halogen compound is performed. As a result, the concentration of impurities in the carbon powder can be reduced. Note that the heating temperature is preferably 2000 ° C to 2300 ° C.

【0027】次いで、前記熱処理を経た炭素粉末及び熱
硬化性樹脂を上述した好適範囲の割合で配合し、混合物
を得る。この混合物をメタノール等の溶剤を添加して適
度な粘度に調整するとともに、混練機を用いてよく混練
する。メタノールの代わりに、例えばアセトンや、高粘
度の高級アルコール類等を溶剤として用いてもよい。得
られたフレーク状混合物をミキサ等により粉砕し、成形
用原料とする。
Next, the carbon powder subjected to the heat treatment and the thermosetting resin are blended in the above-described preferred range to obtain a mixture. The mixture is adjusted to an appropriate viscosity by adding a solvent such as methanol, and well kneaded using a kneader. Instead of methanol, for example, acetone, higher viscosity higher alcohols, or the like may be used as the solvent. The obtained flaky mixture is pulverized by a mixer or the like to obtain a raw material for molding.

【0028】次に、得られた成形用原料を用い、樹脂成
形法(例えばプレス成形法、トランスファ成形法、射出
成形法、押出成形法等)によって所定形状のセパレータ
2を形成する。このとき、セパレータ2の外形形状のみ
ならず、同時に溝2a、凹部2b、ガス給排孔5、ガス
抜け孔6を形成することがよい。即ち、このような方法
であると、切削加工等が不要になり、低コスト化に好都
合だからである。なお、このような樹脂成形時には、例
えばホットプレス成形機が用いられる。このとき、金型
を利用して成形用原料を150℃〜200℃で成形し、
さらに200℃〜250℃で原料中に含まれる熱硬化性
樹脂の硬化を促進させる。
Next, using the obtained molding raw material, a separator 2 having a predetermined shape is formed by a resin molding method (for example, a press molding method, a transfer molding method, an injection molding method, an extrusion molding method, etc.). At this time, not only the outer shape of the separator 2 but also the groove 2a, the concave portion 2b, the gas supply / discharge hole 5, and the gas discharge hole 6 are preferably formed at the same time. In other words, such a method eliminates the need for cutting or the like, which is convenient for cost reduction. At the time of such resin molding, for example, a hot press molding machine is used. At this time, the molding raw material is molded at 150 ° C. to 200 ° C. using a mold,
Further, at 200 ° C. to 250 ° C., the curing of the thermosetting resin contained in the raw material is promoted.

【0029】そして、このようにして製作されたセパレ
ータ2を、イオン交換膜3、水素極4A及び酸素極4B
とともに組み立てれば、図2等に示す所望の燃料電池1
が完成する。
Then, the separator 2 manufactured in this manner is divided into an ion exchange membrane 3, a hydrogen electrode 4A and an oxygen electrode 4B.
When assembled together, the desired fuel cell 1 shown in FIG.
Is completed.

【0030】次に、図3に基づいて、この燃料電池1に
おける発電原理を説明する。使用に際し、水素極4Aと
酸素極4Bとの間には、モータ等のような負荷が外部回
路として電気的に接続される。この状態で、水素極4A
側のセパレータ2の溝2aを介して、凹部2b内に水と
ともに水素ガスを連続的に供給する。同様に、酸素極4
B側のセパレータ2の溝2aを介して、凹部2b内に水
とともに酸素ガスを連続的に供給する。
Next, the principle of power generation in the fuel cell 1 will be described with reference to FIG. In use, a load such as a motor is electrically connected as an external circuit between the hydrogen electrode 4A and the oxygen electrode 4B. In this state, the hydrogen electrode 4A
Hydrogen gas is continuously supplied together with water into the concave portion 2b through the groove 2a of the separator 2 on the side. Similarly, oxygen electrode 4
Oxygen gas is continuously supplied together with water into the concave portion 2b through the groove 2a of the separator 2 on the B side.

【0031】水素極4A側のセパレータ2を経由して供
給されてきた水素ガスは、水素極4Aにおける触媒反応
により水素イオンとなる。生成された水素イオンは、イ
オン交換膜3を通過しながら酸素極4Bに向かって移動
する。酸素極4B側に到った水素イオンは、酸素極4B
における触媒反応によって酸素ガスと反応し、水を生成
させる。このような反応が起こる過程では、電子が水素
極4Aから酸素極4Bへ移動する。従って、電流は酸素
極4Bから水素極4Aへ流れ、結果として起電力を得る
ことができる。すると、外部回路に直流電流が通電さ
れ、負荷であるモータ等が駆動される。
The hydrogen gas supplied via the separator 2 on the side of the hydrogen electrode 4A becomes hydrogen ions by a catalytic reaction at the hydrogen electrode 4A. The generated hydrogen ions move toward the oxygen electrode 4B while passing through the ion exchange membrane 3. The hydrogen ions reaching the oxygen electrode 4B side are
Reacts with oxygen gas by the catalytic reaction in the above to generate water. In the process in which such a reaction occurs, electrons move from the hydrogen electrode 4A to the oxygen electrode 4B. Therefore, current flows from the oxygen electrode 4B to the hydrogen electrode 4A, and as a result, an electromotive force can be obtained. Then, a direct current is supplied to the external circuit, and a motor, which is a load, is driven.

【0032】[0032]

【実施例】[サンプルの作製]炭素粉末として、粒径が
25μm〜50μm程度であって不純物濃度が200p
pm〜300ppmかつ鱗片状の黒鉛質人造黒鉛粉末を
選択した。この粉末を約2100℃の加熱下において、
所定時間、塩素ガスで処理することにより、不純物濃度
を5ppm以下に低減した。また、熱硬化性樹脂とし
て、固体レゾール系フェノール樹脂を使用した。炭素粉
末とフェノール樹脂との配合割合は、A:B=65wt
%:35wt%に設定した。
EXAMPLES [Preparation of sample] As carbon powder, the particle size is about 25 μm to 50 μm and the impurity concentration is 200 p.
A flake-like graphite artificial graphite powder having a pm to 300 ppm was selected. This powder is heated at about 2100 ° C.
By treating with chlorine gas for a predetermined time, the impurity concentration was reduced to 5 ppm or less. In addition, a solid resole phenol resin was used as the thermosetting resin. The mixing ratio of the carbon powder and the phenol resin is as follows: A: B = 65 wt
%: 35 wt% was set.

【0033】熱処理を経た高純度炭素粉末とフェノール
樹脂とを混合した後、この混合物にメタノールを溶剤と
して添加した。これを混練機を用いてよく混練した後、
得られた混練物を粉砕して成形用原料とした。次に、こ
の成形用原料を一般的なホットプレス成形機によってプ
レス成形し、セパレータ2となるべき矩形状の樹脂成形
体を得た。ホットプレス成形における条件として、温度
を200℃に、圧力を50kg/cm2に、時間を30
分にそれぞれ設定した。
After the heat-treated high-purity carbon powder and the phenol resin were mixed, methanol was added to the mixture as a solvent. After kneading this well using a kneader,
The obtained kneaded material was pulverized to obtain a raw material for molding. Next, the raw material for molding was press-molded by a general hot press molding machine to obtain a rectangular resin molded body to be used as the separator 2. As conditions for hot press molding, the temperature was set to 200 ° C., the pressure was set to 50 kg / cm 2 , and the time was set to 30 minutes.
Minutes.

【0034】その結果、卑金属不純物であって水銀より
イオン化傾向の大きなものの濃度が、トータルで5pp
m程度である樹脂成形体を得た。サンプル1では、イオ
ン交換膜3の熱膨張係数を1×10-4に設定し、セパレ
ータ2の熱膨張係数を2×10-6に設定した。即ち、セ
パレータ2の熱膨張係数を、イオン交換膜3の熱膨張係
数の1/50倍とした。そして、このようにして得られ
たサンプル1を、実施例1のセパレータ2とした。
As a result, the concentration of base metal impurities having a higher ionization tendency than mercury was 5 pp in total.
m was obtained. In sample 1, the coefficient of thermal expansion of the ion exchange membrane 3 was set to 1 × 10 −4 , and the coefficient of thermal expansion of the separator 2 was set to 2 × 10 −6 . That is, the coefficient of thermal expansion of the separator 2 was set to 1/50 times the coefficient of thermal expansion of the ion exchange membrane 3. The sample 1 thus obtained was used as the separator 2 of Example 1.

【0035】サンプル2〜5(実施例2〜5)において
も、同様にイオン交換膜3の熱膨張係数を1×10-4
設定した。そして、サンプル2では、セパレータ2の熱
膨張係数を、イオン交換膜3の熱膨張係数の1/20倍
とすべく、5×10-6に設定した。サンプル3では、セ
パレータ2の熱膨張係数を、イオン交換膜3の熱膨張係
数の1/10倍とすべく、1×10-5に設定した。サン
プル4では、セパレータ2の熱膨張係数を、イオン交換
膜3の熱膨張係数の1/2倍とすべく、5×10-5に設
定した。サンプル5では、セパレータ2の熱膨張係数
を、イオン交換膜3の熱膨張係数の1倍と(即ち等し
く)すべく、1×10-4に設定した。
In Samples 2 to 5 (Examples 2 to 5), the coefficient of thermal expansion of the ion exchange membrane 3 was similarly set to 1 × 10 −4 . In Sample 2, the coefficient of thermal expansion of the separator 2 was set to 5 × 10 −6 so as to be 1/20 times the coefficient of thermal expansion of the ion exchange membrane 3. In Sample 3, the thermal expansion coefficient of the separator 2 was set to 1 × 10 −5 so as to be 1/10 times the thermal expansion coefficient of the ion exchange membrane 3. In Sample 4, the coefficient of thermal expansion of the separator 2 was set to 5 × 10 −5 so as to be 倍 times the coefficient of thermal expansion of the ion exchange membrane 3. In Sample 5, the coefficient of thermal expansion of the separator 2 was set to 1 × 10 -4 so as to be one time (ie, equal to) the coefficient of thermal expansion of the ion exchange membrane 3.

【0036】一方、炭素粉末に対する塩素ガス処理を全
く行わないでサンプル6を作製し、これを比較例のセパ
レータとした。比較例のセパレータにおいては、卑金属
不純物濃度がトータルで300ppm以上含まれてい
た。サンプル6では、イオン交換膜3の熱膨張係数を1
×10-4に設定し、セパレータ2の熱膨張係数を1×1
-6に設定した。即ち、セパレータ2の熱膨張係数を、
イオン交換膜3の熱膨張係数の1/100倍とした。
On the other hand, a sample 6 was prepared without performing any chlorine gas treatment on the carbon powder and used as a separator of a comparative example. In the separator of the comparative example, the total concentration of the base metal impurities was 300 ppm or more. In sample 6, the coefficient of thermal expansion of the ion exchange membrane 3 was 1
× 10 -4 and the coefficient of thermal expansion of the separator 2 is 1 × 1
It was set to 0 -6 . That is, the coefficient of thermal expansion of the separator 2 is
The coefficient of thermal expansion of the ion exchange membrane 3 was set to 1/100 times.

【0037】なお、各サンプル中における卑金属不純物
濃度の測定は、従来公知の発光分光法に準拠して行っ
た。ちなみに、サンプル1〜6の樹脂成形体の電気比抵
抗は、11μΩ・cm〜20μΩ・cmであった。 [比較試験の方法及びその結果]上記6種のセパレータ
2のサンプルを、それぞれイオン交換膜3、水素極4A
及び酸素極4Bとともに組み立てて、個々に燃料電池1
を製造した。そして、外部回路を接続した状態で燃料電
池1のオンオフを繰り返すことにより、数十℃のヒート
サイクルを付与した。一定回数ヒートサイクルを付与し
た後には、肉眼観察を行って、イオン交換膜3における
弛みや破れの発生状況を調査した。
The measurement of the base metal impurity concentration in each sample was carried out in accordance with a conventionally known emission spectroscopy. Incidentally, the electrical resistivity of the resin molded products of Samples 1 to 6 was 11 μΩ · cm to 20 μΩ · cm. [Comparative Test Method and Results] The above six types of samples of the separator 2 were respectively subjected to an ion exchange membrane 3 and a hydrogen electrode 4A.
And the oxygen electrode 4B, and individually
Was manufactured. Then, a heat cycle of several tens of degrees Celsius was given by repeatedly turning on and off the fuel cell 1 with the external circuit connected. After applying the heat cycle for a certain number of times, visual observation was performed to examine the occurrence of loosening or tearing in the ion exchange membrane 3.

【0038】その結果、比較例のセパレータを用いた燃
料電池1については、ヒートサイクルを一定回数以上付
与した段階で、イオン交換膜3に弛みや破れが生じるこ
とがわかった。即ち、比較例の燃料電池1は耐久性に劣
るものとなっていた。これに対して、実施例1〜5のセ
パレータ2を用いた燃料電池1については、同じ回数だ
けヒートサイクルを付与した後でも、イオン交換膜3に
弛みや破れが全くみとめられなかった。即ち、各実施例
の燃料電池1は、比較例に比べて明らかに耐久性に優れ
ていた。
As a result, it was found that, in the fuel cell 1 using the separator of the comparative example, the ion exchange membrane 3 was loosened or broken when the heat cycle was given a certain number of times or more. That is, the fuel cell 1 of the comparative example was inferior in durability. On the other hand, in the fuel cells 1 using the separators 2 of Examples 1 to 5, no slack or tear was observed in the ion exchange membrane 3 even after the same number of heat cycles. That is, the fuel cell 1 of each example was clearly superior in durability as compared with the comparative example.

【0039】また、図4のグラフに概念的に示されるよ
うに、比較例のセパレータを用いた燃料電池1について
は、動作開始時から一定時間以上経過すると、電圧値に
変動が生じることがわかった。従って、これ以上使用を
続けるとすると、やがてイオン化した不純物によってイ
オン交換膜3が被毒化してしまい、確実に電圧値の低下
を来すであろうことが予想された。これに対して、実施
例1〜5のセパレータ2を用いた燃料電池1について
は、同じ時間経過した後において、少なくとも電圧値に
変動は認められなかった。よって、比較例に比べ、起電
力の電圧値の安定性が高かった。つまり、各実施例のほ
うが比較例よりも発電性能に優れていた。
Further, as conceptually shown in the graph of FIG. 4, in the fuel cell 1 using the separator of the comparative example, it is found that the voltage value fluctuates when a certain time or more has elapsed from the start of operation. Was. Therefore, it was expected that if the use was continued further, the ion exchange membrane 3 would be poisoned by the ionized impurities and the voltage value would surely drop. On the other hand, in the fuel cells 1 using the separators 2 of Examples 1 to 5, at least the voltage value did not change after the same time had elapsed. Therefore, the stability of the voltage value of the electromotive force was higher than the comparative example. That is, each of the examples had better power generation performance than the comparative example.

【0040】従って、本実施形態の各実施例によれば以
下のような効果を得ることができる。 (1)各実施例の燃料電池1では、セパレータ2の熱膨
張係数がイオン交換膜3の熱膨張係数の1/50倍〜1
倍に設定されている。よって、従来のものに比べて両者
2,3の熱膨張係数差が小さくなっている。ゆえに、装
置がヒートサイクルに遭遇したときでも、イオン交換膜
3を破損に至らせるような大きな引っ張り力が、両セパ
レータ2を介してイオン交換膜3に作用するようなこと
がない。
Therefore, according to each example of the present embodiment, the following effects can be obtained. (1) In the fuel cell 1 of each embodiment, the coefficient of thermal expansion of the separator 2 is 1/50 to 1 times the coefficient of thermal expansion of the ion exchange membrane 3.
It is set to double. Therefore, the difference between the thermal expansion coefficients of the two is smaller than that of the conventional one. Therefore, even when the apparatus encounters a heat cycle, a large tensile force that may damage the ion exchange membrane 3 does not act on the ion exchange membrane 3 via both the separators 2.

【0041】これは、セパレータ2及びイオン交換膜3
の材料的なマッチングが改善された結果、両者2,3が
一緒にかつ同じ程度だけ熱膨張・熱収縮するようになっ
たからである、と考えられる。従って、上記各実施例に
よれば、イオン交換膜3の破損を確実に防止することが
できる。ゆえに、高い発電性能を長期間にわたって維持
することができ、耐久性・実用性に優れた燃料電池1を
実現することができる。
This is because the separator 2 and the ion exchange membrane 3
It is considered that as a result of the improvement of the material matching of the two, the two and 3 both thermally expand and contract together and to the same extent. Therefore, according to each of the above embodiments, the breakage of the ion exchange membrane 3 can be reliably prevented. Therefore, high power generation performance can be maintained for a long time, and the fuel cell 1 excellent in durability and practicality can be realized.

【0042】(2)各実施例の燃料電池1のセパレータ
2は、炭素粉末と熱硬化性樹脂とを主成分としているた
め、比較的安価な材料からなる。また、このセパレータ
2は樹脂成形法を経て作製されたものであるため、比較
的安価に得ることができる。しかも、このような樹脂成
形体であれば、固体高分子型燃料電池1のセパレータ2
に要求される諸特性を比較的容易に実現することができ
る。つまり、好適なガス不透過性、低電気比抵抗、耐酸
性、軽量性等を得ることができる。
(2) Since the separator 2 of the fuel cell 1 of each embodiment contains carbon powder and a thermosetting resin as main components, it is made of a relatively inexpensive material. Further, since the separator 2 is manufactured through a resin molding method, it can be obtained at relatively low cost. In addition, with such a resin molded body, the separator 2 of the polymer electrolyte fuel cell 1 can be used.
Can be realized relatively easily. That is, suitable gas impermeability, low electric resistivity, acid resistance, light weight, and the like can be obtained.

【0043】(3)各実施例のセパレータ2の場合、樹
脂成形体中に含まれる前記卑金属不純物濃度が100p
pm以下であって、いずれも従来品に比べて卑金属不純
物濃度が相当低くなっている。そのため、たとえ不純物
がイオン化したとしても、イオン交換膜3を被毒化させ
るまでには至らない。よって、これを用いた燃料電池1
によれば、長期間にわたって安定した起電力を得ること
ができる。
(3) In the case of the separator 2 of each embodiment, the base metal impurity concentration contained in the resin molded product is 100 p.
pm or less, and in each case, the base metal impurity concentration is considerably lower than that of the conventional product. Therefore, even if the impurities are ionized, the ion exchange membrane 3 is not poisoned. Therefore, the fuel cell 1 using this
According to this, a stable electromotive force can be obtained over a long period of time.

【0044】(4)本実施形態のセパレータ2は、炭素
粉末を高温加熱下において塩素ガスで処理した後、その
炭素粉末を用いて樹脂成形を行うことによって製造され
る。このとき、熱によって塩素ガスと炭素粉末中に含ま
れる不純物とが反応し、金属の塩化物が生じる。この種
の化合物は高温下では一般にガス状であるため、そのガ
ス状金属塩化物は炭素粉末の外部に容易に抜け出すこと
ができる。従って、このような処理を経た炭素粉末を用
いて樹脂成形を行えば、樹脂成形体中における不純物濃
度の低減を容易にかつ確実に図ることができる。ゆえ
に、上記の優れたセパレータ2を確実に得ることができ
る。
(4) The separator 2 of the present embodiment is manufactured by treating a carbon powder with a chlorine gas under high-temperature heating, and then performing resin molding using the carbon powder. At this time, the chlorine gas and impurities contained in the carbon powder react with each other due to the heat to generate a metal chloride. Since compounds of this type are generally gaseous at high temperatures, the gaseous metal chloride can easily escape to the outside of the carbon powder. Therefore, if resin molding is performed using the carbon powder that has undergone such treatment, the concentration of impurities in the resin molded body can be easily and reliably reduced. Therefore, the above excellent separator 2 can be reliably obtained.

【0045】なお、本発明の実施形態は以下のように変
更してもよい。 ・ 炭素粉末として前記実施例にて使用したものと別種
のものを用いたり、熱硬化性樹脂として前記実施例にて
使用したものと別種のものを用いたりすることも可能で
ある。
The embodiment of the present invention may be modified as follows. It is also possible to use a different type of carbon powder from that used in the above-described embodiment, or a different type of thermosetting resin from that used in the above-described embodiment.

【0046】・ セパレータ2における凹部2bの形状
は、必ずしも矩形状に限定されない。また、不要であれ
ば、凹部2bは省略されてもよい。 ・ 本発明のセパレータ2は、シングルセルタイプ用の
構成部材として具体化されるばかりでなく、それ以外の
タイプ(いわゆるマルチセルタイプ)用の構成部材とし
て具体化されることが可能である。例えば、図5に示す
別例の燃料電池11における一対のセパレータ12は、
その両面に溝2a及び凹部2bを備えている。一方の面
に形成される溝2aと、他方の面に形成される溝2aと
は、例えば互いに直交する関係にある。上記構造の燃料
電池11は、数十枚から数百枚ほど積層されることによ
り、「燃料電池スタック」を構成した状態で使用され
る。なお、単セルである個々の燃料電池11は、各十分
な起電力を得るために直列に接続されることがよい。
The shape of the recess 2b in the separator 2 is not necessarily limited to a rectangular shape. If not necessary, the recess 2b may be omitted. The separator 2 of the present invention can be embodied not only as a component for a single cell type, but also as a component for other types (so-called multi-cell type). For example, a pair of separators 12 in another example of the fuel cell 11 shown in FIG.
A groove 2a and a concave portion 2b are provided on both surfaces thereof. The groove 2a formed on one surface and the groove 2a formed on the other surface have, for example, a relationship orthogonal to each other. The fuel cell 11 having the above-described structure is used in a state in which several tens to several hundreds are stacked to form a “fuel cell stack”. The individual fuel cells 11 as single cells are preferably connected in series to obtain sufficient electromotive force.

【0047】次に、特許請求の範囲に記載された技術的
思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技
術的思想をその効果とともに以下に列挙する。 (1) 水素イオンを選択的に通過しうるイオン交換膜
の両側に無機繊維からなるマット状の電極を配置してな
る膜・電極積層体と、前記両電極からはみ出している前
記イオン交換膜の外周部を挟持するとともに、その内側
に設けられた凹部内に前記電極を収容する一対のセパレ
ータとを備えた固体高分子型燃料電池において、前記セ
パレータは、炭素粉末及び熱硬化性樹脂を成分とする樹
脂成形体からなり、かつその樹脂成形体の熱膨張係数が
前記イオン交換膜の熱膨張係数の1/50倍〜1倍(好
ましくは1/20倍〜1倍、より好ましくは1/10倍
〜1倍)である固体高分子型燃料電池。従って、この技
術的思想1に記載の発明によれば、耐久性・実用性に優
れた固体高分子型燃料電池を提供することができる。
Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the above-described embodiments are listed below together with their effects. (1) A membrane / electrode laminate in which mat-like electrodes made of inorganic fibers are arranged on both sides of an ion exchange membrane through which hydrogen ions can selectively pass, and the ion exchange membrane protruding from both electrodes In a polymer electrolyte fuel cell comprising an outer peripheral portion and a pair of separators accommodating the electrode in a recess provided inside thereof, the separator comprises a carbon powder and a thermosetting resin as components. And the thermal expansion coefficient of the resin molded body is 1/50 to 1 times (preferably 1/20 to 1 times, more preferably 1/10) of the thermal expansion coefficient of the ion exchange membrane. Polymer polymer fuel cell. Therefore, according to the invention described in the technical idea 1, a polymer electrolyte fuel cell excellent in durability and practicality can be provided.

【0048】(2) 請求項1乃至3,技術的思想1の
いずれか1つにおいて、前記樹脂成形体中に含まれる不
純物濃度が100ppm以下(望ましくは20ppm以
下、より望ましくは10ppm以下)であること。従っ
て、この技術的思想2に記載の発明によれば、長期にわ
たって安定的に発電することができ、よりいっそう耐久
性・実用性に優れたものとすることができる。
(2) The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the concentration of impurities contained in the resin molded product is 100 ppm or less (preferably 20 ppm or less, more preferably 10 ppm or less). thing. Therefore, according to the invention described in the technical idea 2, it is possible to stably generate power for a long period of time, and to further improve durability and practicality.

【0049】(3) 技術的思想1,2のいずれか1つ
に記載の燃料電池を単セルとして複数枚備え、かつ前記
各単セルを積層した状態で直列に接続したことを特徴と
する燃料電池スタック。従って、この技術的思想3に記
載の発明によれば、十分な量の起電力を、長期にわたっ
て安定して発生しうる燃料電池スタックを提供すること
ができる。
(3) A fuel characterized in that a plurality of the fuel cells according to any one of the technical ideas 1 and 2 are provided as single cells, and the single cells are stacked and connected in series. Battery stack. Therefore, according to the invention described in the technical idea 3, it is possible to provide a fuel cell stack capable of stably generating a sufficient amount of electromotive force for a long period of time.

【0050】(4) フランジ付きイオン交換膜の両側
に電極を配置してなる膜・電極積層体と、前記両電極か
らはみ出している前記イオン交換膜の外周部(即ちフラ
ンジ部)を、シール部材を介して挟持する一対のセパレ
ータとを備えた固体高分子型燃料電池において、前記セ
パレータは、炭素粉末及び熱硬化性樹脂を主成分とする
樹脂成形体からなり、かつその熱膨張係数が前記イオン
交換膜の熱膨張係数の1/50倍〜1倍である固体高分
子型燃料電池。
(4) A membrane / electrode laminate in which electrodes are arranged on both sides of a flanged ion exchange membrane, and an outer peripheral portion (that is, a flange portion) of the ion exchange membrane protruding from both electrodes are sealed with a sealing member. In a solid polymer fuel cell comprising a pair of separators sandwiched between, the separator is made of a resin molded body mainly composed of carbon powder and a thermosetting resin, and has a coefficient of thermal expansion of the ion A polymer electrolyte fuel cell having a thermal expansion coefficient of 1/50 to 1 times the exchange membrane.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上詳述したように、請求項1に記載の
発明によれば、イオン交換膜の破損を防止することがで
きる固体高分子型燃料電池を提供することができる。
As described in detail above, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a polymer electrolyte fuel cell capable of preventing the ion exchange membrane from being damaged.

【0052】請求項2,3に記載の発明によれば、イオ
ン交換膜の破損をより確実に防止することができる。
According to the second and third aspects of the invention, it is possible to more reliably prevent the ion exchange membrane from being damaged.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を具体化した一実施形態における固体高
分子型燃料電池の分解斜視図。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention.

【図2】実施形態の燃料電池の概略断面図。FIG. 2 is a schematic sectional view of the fuel cell according to the embodiment.

【図3】実施形態の燃料電池の原理説明図。FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the fuel cell according to the embodiment.

【図4】比較試験の結果を概念的に示すグラフ。FIG. 4 is a graph conceptually showing a result of a comparative test.

【図5】別例の燃料電池の概略断面図。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of another example of a fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…固体高分子型燃料電池、2…セパレータ、3…イオ
ン交換膜、4…電極。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid polymer fuel cell, 2 ... Separator, 3 ... Ion exchange membrane, 4 ... Electrode.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】イオン交換膜の両側に電極を配置してなる
膜・電極積層体と、前記両電極からはみ出している前記
イオン交換膜の外周部を挟持する一対のセパレータとを
備えた固体高分子型燃料電池において、 前記セパレータは、炭素粉末及び熱硬化性樹脂を主成分
とする樹脂成形体からなり、かつその熱膨張係数が前記
イオン交換膜の熱膨張係数の1/50倍〜1倍である固
体高分子型燃料電池。
1. A solid height comprising a membrane / electrode laminate in which electrodes are arranged on both sides of an ion exchange membrane, and a pair of separators sandwiching an outer peripheral portion of the ion exchange membrane protruding from both electrodes. In the molecular fuel cell, the separator is formed of a resin molded body containing carbon powder and a thermosetting resin as main components, and has a coefficient of thermal expansion 1/50 to 1 times the coefficient of thermal expansion of the ion exchange membrane. Polymer electrolyte fuel cell.
【請求項2】イオン交換膜の両側に電極を配置してなる
膜・電極積層体と、前記両電極からはみ出している前記
イオン交換膜の外周部を挟持する一対のセパレータとを
備えた固体高分子型燃料電池において、 前記セパレータは、炭素粉末及び熱硬化性樹脂を成分と
する樹脂成形体からなり、かつその熱膨張係数が前記イ
オン交換膜の熱膨張係数の1/10倍〜1倍である固体
高分子型燃料電池。
2. A solid height comprising a membrane / electrode laminate having electrodes disposed on both sides of an ion exchange membrane, and a pair of separators sandwiching an outer peripheral portion of the ion exchange membrane protruding from both electrodes. In the molecular fuel cell, the separator is formed of a resin molded body containing carbon powder and a thermosetting resin, and has a coefficient of thermal expansion that is 1/10 to 1 times the coefficient of thermal expansion of the ion exchange membrane. A solid polymer fuel cell.
【請求項3】前記イオン交換膜の熱膨張係数は4×10
-5〜1×10-4-1であり、前記セパレータの熱膨張係
数は1×10-5〜1×10-4-1であることを特徴とす
る請求項2に記載の固体高分子型燃料電池。
3. The thermal expansion coefficient of the ion exchange membrane is 4 × 10.
-5 to 1 × 10 -4 ° C. -1 , and the coefficient of thermal expansion of the separator is 1 × 10 -5 to 1 × 10 -4 ° C. -1. Molecular fuel cell.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004335453A (en) * 2003-04-14 2004-11-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell, fuel cell, fuel cell power generation system, and method for manufacturing the same
EP1469540A3 (en) * 2003-04-14 2006-09-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fuel cell and method of producing a fuel cell
JP2008311176A (en) * 2007-06-18 2008-12-25 Dic Corp FUEL CELL SEPARATOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND FUEL CELL

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004335453A (en) * 2003-04-14 2004-11-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell, fuel cell, fuel cell power generation system, and method for manufacturing the same
EP1469540A3 (en) * 2003-04-14 2006-09-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Fuel cell and method of producing a fuel cell
US7320839B2 (en) 2003-04-14 2008-01-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell and conductive separator for the same
JP2008311176A (en) * 2007-06-18 2008-12-25 Dic Corp FUEL CELL SEPARATOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND FUEL CELL

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