JP2693636B2 - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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JP2693636B2
JP2693636B2 JP2276209A JP27620990A JP2693636B2 JP 2693636 B2 JP2693636 B2 JP 2693636B2 JP 2276209 A JP2276209 A JP 2276209A JP 27620990 A JP27620990 A JP 27620990A JP 2693636 B2 JP2693636 B2 JP 2693636B2
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wet seal
fuel cell
anode
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武 桑原
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    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、多孔性基板に触媒を担持させた電極のエッ
ジ部を、高密度にしたウエットシール構造を有する燃料
電池に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application] The present invention relates to a fuel cell having a wet seal structure in which an edge portion of an electrode having a catalyst supported on a porous substrate has a high density. .

(従来の技術) 周知のように燃料電池は、燃料の有している化学的エ
ネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である。
この燃料電池は、通常電解質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気体燃
料を接触させ、また他方の電極の背面に酸素等の酸化剤
を接触させ、この時に起こる電気化学的反応により発生
する電気エネルギーを上記一対の電極から取り出すよう
にしたものである。
(Prior Art) As is well known, a fuel cell is a device that directly converts the chemical energy of fuel into electrical energy.
In this fuel cell, a pair of porous electrodes are usually placed across the electrolyte, and a gas fuel such as hydrogen is brought into contact with the back surface of one electrode, and an oxidant such as oxygen is brought into contact with the back surface of the other electrode. The electric energy generated by the electrochemical reaction that occurs at this time is taken out from the pair of electrodes.

上記した電解質として、溶融炭酸塩,アルカリ溶液,
酸性溶液等があるが、燃料電池として代表的なリン酸を
電解質とする燃料電池の原理を説明する。
As the above-mentioned electrolyte, molten carbonate, alkaline solution,
Although there is an acidic solution or the like, the principle of a fuel cell using phosphoric acid as an electrolyte as a typical fuel cell will be described.

第9図において、1は電解質層(以下、マトリックス
層という)で繊維質シートまたは鉱物質粉末にリン酸を
含浸して形成したものである。2はアノード、3はカソ
ードで、炭素質の多孔性の電極であり、マトリックス層
1に接する面に通常白金触媒を塗布してある。4は水素
を含むガスの流れる空間であり、5は酸化剤気体、普通
は空気の流れる空間である。
In FIG. 9, 1 is an electrolyte layer (hereinafter referred to as matrix layer) formed by impregnating a fibrous sheet or a mineral powder with phosphoric acid. Reference numeral 2 is an anode, 3 is a cathode, which is a carbonaceous porous electrode, and a platinum catalyst is usually applied to the surface in contact with the matrix layer 1. Reference numeral 4 denotes a space through which a gas containing hydrogen flows, and reference numeral 5 denotes a space through which an oxidizing gas, usually air.

空間4に流入した水素ガスは、多孔性のアノード2の
空孔に拡散して触媒に達する。ここで、水素ガスは、触
媒の作用により水素イオンと電子に解離する。反応式は H2→2H++2e である。水素イオンはマトリックス層1に入り、濃度拡
散及び電界作用によりカソード3に向かって泳動する。
一方、水素ガスの解離により分離した電子は、アノード
2に流れこむ。カソード3では、アノード2から泳動し
てきた水素イオンと、酸化剤として空間5に供給されさ
らにカソード3の空孔を拡散してきた酸素と、アノード
2から外部の電力負荷を通って仕事をし、電池のカソー
ド3に戻ってきた電子の3者が触媒表面で次の反応を起
こす。
The hydrogen gas flowing into the space 4 diffuses into the pores of the porous anode 2 and reaches the catalyst. Here, the hydrogen gas is dissociated into hydrogen ions and electrons by the action of the catalyst. The reaction formula is H 2 → 2H + + 2e. Hydrogen ions enter the matrix layer 1 and migrate toward the cathode 3 due to concentration diffusion and electric field action.
On the other hand, the electrons separated by the dissociation of hydrogen gas flow into the anode 2. At the cathode 3, hydrogen ions that have migrated from the anode 2, oxygen that has been supplied to the space 5 as an oxidant and has diffused through the pores of the cathode 3, and work from the anode 2 through an external power load, The three electrons that have returned to the cathode 3 of the above cause the following reaction on the catalyst surface.

4H++4e+O2→2H2O このようにして、水素が酸化されて水になる反応と、こ
のときの化学的エネルギーが電気エネルギーとなって外
部の電力負荷中で電気エネルギーを与える電池としての
全反応が完成する。
4H + + 4e + O 2 → 2H 2 O In this way, hydrogen is oxidized into water, and the chemical energy at this time becomes electrical energy, which is used as a battery that provides electrical energy in an external power load. The reaction is complete.

通常、燃料電池は、上記単位セルを複数積層して構成
されている。このように単位セルを積層化するに際して
は、各単位セル間の電気的接続経路を確保すると同時
に、各単位セルに反応ガスを供給し、また、反応生成物
を除去するガス通路を確保する必要がある。さらに、燃
料電池においてはセルの長時間の運転を可能とする為
に、電解質を絶えずマトリックス層1に供給するような
セル構造が必要である。
Usually, a fuel cell is constructed by stacking a plurality of the above unit cells. When stacking the unit cells in this manner, it is necessary to secure an electrical connection path between the unit cells, supply a reaction gas to each unit cell, and secure a gas passage for removing a reaction product. There is. Further, in the fuel cell, a cell structure is required so that the electrolyte is constantly supplied to the matrix layer 1 in order to allow the cell to operate for a long time.

従来から、燃料電池については、電池の設計及び構造
的な構成、電解質並びにその他の構造材料等多くの組合
わせが知られている。しかしながら、全ての燃料電池に
ついて共通する事項は、電池内外の両者におけるガス状
反応物の漏洩及び不注意による混合を防止することが絶
対必要なことである。かかる混合が生ずると大災害を起
こす危険性がある。
Conventionally, many combinations of fuel cell such as cell design and structural constitution, electrolyte and other structural materials are known. However, common to all fuel cells is the prevention of leakage and inadvertent mixing of gaseous reactants both inside and outside the cell. If such mixing occurs, there is a risk of causing a catastrophe.

従って、燃料電池の構造に関し、第一の考慮は、反応
ガスの密封を有効に且つ信頼性をもって構成することで
ある。過去において、多くのシール装置が考案され且つ
使用されているが、それらの中には、ガスケット,Oリン
グ,特殊な電池枠体を用いること及び溶接,ろう付け等
の他、液体電解質それ自身の湿潤効果を用いて一つの湿
潤シールを構成することが提案されている(特公昭58−
152号参照)。
Therefore, regarding the structure of the fuel cell, the first consideration is to effectively and reliably configure the sealing of the reaction gas. Many sealing devices have been devised and used in the past, including the use of gaskets, O-rings, special battery frames, welding and brazing, as well as the liquid electrolyte itself. It has been proposed to construct one wet seal using the wetting effect (Japanese Patent Publication No. 58-
See No. 152).

(発明が解決しようとする課題) 従来の燃料電池の構成を第10図に示す。同図におい
て、1はマトリックス層、2及び3はそれぞれアノード
及びカソードで、多孔質基板から形成されている。同図
には示されていないが、マトリックス層1と接触するア
ノード2及びカソード3面には、電極反応を促進させる
効果を有する触媒層が形成されている。6は、燃料ガス
及び酸化剤ガスの混合を防止し、且つ各単位電池を電気
的に接続するインタコネクタの役目を果たすセパレータ
であり、一般的には気体を透過しない機密性の高い炭素
板から成っている。8及び9は、それぞれ燃料ガス及び
酸化剤ガスである空気が流れるガス流路を示す。次に、
アノード2及びカソード3の詳細を、アノード2を例に
とり、第11図を参照して説明する。アノード2は、燃料
ガスのガス流路8に平行な電極端部に湿潤シール部7を
有する。ガス流路8を流れる燃料ガスは反応部10の細孔
の中を拡散し、マトリックス層1との界面に形成された
触媒層(図示しない)まで移動するので、反応部10はガ
ス拡散を防げない程度の密度であり、細孔の大きさも大
きい構成となっている。
(Problems to be Solved by the Invention) FIG. 10 shows the configuration of a conventional fuel cell. In the figure, 1 is a matrix layer, 2 and 3 are an anode and a cathode, respectively, which are formed from a porous substrate. Although not shown in the figure, a catalyst layer having an effect of promoting an electrode reaction is formed on the surfaces of the anode 2 and the cathode 3 which are in contact with the matrix layer 1. Reference numeral 6 is a separator that prevents mixing of fuel gas and oxidant gas and also serves as an interconnector that electrically connects the unit cells. Made of Reference numerals 8 and 9 respectively denote gas flow paths through which air, which is a fuel gas and an oxidant gas, flows. next,
Details of the anode 2 and the cathode 3 will be described with reference to FIG. 11 by taking the anode 2 as an example. The anode 2 has a wet seal portion 7 at an electrode end portion parallel to the gas flow passage 8 of the fuel gas. Since the fuel gas flowing through the gas flow path 8 diffuses in the pores of the reaction section 10 and moves to the catalyst layer (not shown) formed at the interface with the matrix layer 1, the reaction section 10 prevents gas diffusion. The density is not so high and the pore size is also large.

一方、湿潤シール部7は、反応部10に比べて高い密度
に形成されており、且つ小さい細孔径を有する構造と成
っており、液体である電解質を毛細管力(リン酸の表面
張力と多孔質板の親和力)で吸収保持し、湿潤シール機
能を有する構成と成っている。従って、反応部10の約2
倍程度の密度と成っている。
On the other hand, the wet seal portion 7 is formed to have a higher density than that of the reaction portion 10 and has a structure having a small pore size. The wet seal portion 7 has a capillary force (phosphoric acid surface tension and porous It absorbs and holds by the affinity of the plate) and has a wet sealing function. Therefore, about 2 of the reaction part 10
It is about twice as dense.

しかしながら、上記した従来の構造においては、第10
図及び第11図にも示すように湿潤シール部7は、電極の
端部全体にシール機能をもたせている。従って、湿潤シ
ール部7には、電解質が充満しており、起動停止時また
は負荷変化等の過渡状態時にこの湿潤シール部7に充満
している電解質の体積変化等に起因して、電解質が溢流
し、電池の中の電解質が減少し、湿潤シール機能の寿命
を低下させる欠点があった。
However, in the above conventional structure,
As shown in FIG. 11 and FIG. 11, the wet seal portion 7 has a sealing function on the entire end portion of the electrode. Therefore, the wet seal portion 7 is filled with the electrolyte, and the electrolyte overflows due to a change in the volume of the electrolyte filled in the wet seal portion 7 at the time of a transient state such as a start-stop or a load change. There is a drawback in that the electrolyte in the battery is reduced due to the drainage and the life of the wet seal function is shortened.

そこで、本発明の目的は、電池周縁部から電解質が滲
み出すことがなく、長寿命で安定した電力を発生するこ
とが可能な燃料電池を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell capable of generating stable electric power with a long life without the electrolyte oozing out from the peripheral portion of the cell.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、ガスに対し透過性,液体に対し実質的に不
透過性でかつガス流路を形成する導電性材料よりなる燃
料電池電極と、前記燃料電池電極の表面に設けた触媒層
からなる反応部と、前記燃料電池電極のガス流路と平行
な当該電極の端面に電解質を保持するように構成された
親水性の周縁密封部とを有し、前記周縁密封部で湿潤シ
ールを与えるように構成された燃料電池において、前記
周縁密封部の一部に、前記電解質を吸収保持すると共に
前記反応部と同じ密度を有するバッファ部を設けたこと
を特徴とするものである。
[Configuration of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention relates to a fuel cell electrode made of a conductive material that is permeable to gas, substantially impermeable to liquid, and forms a gas flow path. A reaction part formed of a catalyst layer provided on the surface of the fuel cell electrode, and a hydrophilic peripheral sealing part configured to hold an electrolyte on an end face of the electrode parallel to the gas flow path of the fuel cell electrode. In the fuel cell configured to provide a wet seal at the peripheral sealing portion, a buffer portion that absorbs and holds the electrolyte and has the same density as the reaction portion is provided in a part of the peripheral sealing portion. It is characterized by that.

(作用) バッファ部を電極端部に併設しているので、周縁密封
部から溢れた電解質を吸収保持し、再度周縁密封部に電
解質が必要になった時に補給することができる。また、
この機能は、電極端部のみでなく、セルの電解質層から
溢れ出た電解質をも吸収保持できるので、セルからの電
解質の溢れ出しを防止でき、セル積層面の電解質による
濡れを防止し、導電性粉体を含む液絡に起因する短絡も
なく、積層面を常に乾いた状態に維持でき、電解質の毛
細管作用による流れ出しを防止できる。
(Operation) Since the buffer part is provided at the end of the electrode, the electrolyte overflowing from the peripheral sealing part can be absorbed and retained, and the electrolyte can be replenished to the peripheral sealing part when it becomes necessary again. Also,
This function can absorb and hold not only the electrode ends but also the electrolyte that overflows from the electrolyte layer of the cell, so that the electrolyte can be prevented from overflowing from the cell and the wetting of the cell stack surface by the electrolyte can be prevented. There is no short circuit due to the liquid junction containing the conductive powder, the laminated surface can be always kept dry, and the outflow due to the capillary action of the electrolyte can be prevented.

(実施例) 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第1図は、本発明の一実施例の構成を示す斜視図であ
る。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an embodiment of the present invention.

同図において、1はマトリックス層で、この両側にア
ノード20及びカソード21が設けられ、アノード20の他側
にセパレータ6,カソード21の他側にもセパレータ6が設
けられ、燃料電池を構成している。
In the figure, reference numeral 1 is a matrix layer, on both sides of which an anode 20 and a cathode 21 are provided, a separator 6 is provided on the other side of the anode 20, and a separator 6 is also provided on the other side of the cathode 21 to form a fuel cell. There is.

第2図は、アノード20の構成を示す斜視図である。ア
ノード20は、上記した従来のアノード2と同様に多孔質
基板から形成され、マトリックス層1と接触する面には
電極反応を促進させる触媒層(図示しない)が形成さ
れ、燃料ガスのガス流路8と平行な電極端部に、湿潤シ
ール部22a,22b及びこの外側に反応部10と同じ密度を有
するバッファ部23a,23bを設けている。ここで、湿潤シ
ール部22aは、ガス流路8と平行状に設けられ、湿潤シ
ール部22bは、湿潤シール部22aの長手方向に沿った両側
の端部に近い位置で、且つ湿潤シール部22aの長手方向
に対し直交する方向に設けられている。
FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the anode 20. The anode 20 is formed of a porous substrate similar to the conventional anode 2 described above, and a catalyst layer (not shown) that promotes an electrode reaction is formed on the surface in contact with the matrix layer 1, and a gas flow path for fuel gas is formed. The wet end portions 22a and 22b are provided at the end portions of the electrodes parallel to the electrode 8, and the buffer portions 23a and 23b having the same density as that of the reaction portion 10 are provided on the outer sides thereof. Here, the wet seal part 22a is provided in parallel with the gas flow path 8, and the wet seal part 22b is located at a position close to both ends of the wet seal part 22a along the longitudinal direction and the wet seal part 22a. Is provided in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the.

また、カソード21は、上記した従来のカソード3と同
様に多孔質基板から形成され、マトリックス層1と接触
する面には電極反応を促進させる触媒層(図示しない)
が形成され、酸化剤ガスのガス流路9と平行な電極端部
に、湿潤シール部24a,24b及びこの外側に反応部10と同
じ密度を有するバッファ部25a,25bを設けている。ここ
で、湿潤シール部24aは、ガス流路9と平行状に設けら
れ、湿潤シール部24bは、湿潤シール部24aの長手方向に
沿った両側の端部に近い位置で、且つ湿潤シール部24a
の長手方向に対し直交する方向に設けられている。
Further, the cathode 21 is formed of a porous substrate like the above-mentioned conventional cathode 3, and a catalyst layer (not shown) for promoting an electrode reaction on the surface in contact with the matrix layer 1.
Are formed, and wet seal portions 24a, 24b are provided at the electrode end portions parallel to the gas flow path 9 for the oxidant gas, and buffer portions 25a, 25b having the same density as the reaction portion 10 are provided on the outer sides thereof. Here, the wet seal portion 24a is provided in parallel with the gas flow path 9, and the wet seal portion 24b is located at a position close to both end portions along the longitudinal direction of the wet seal portion 24a and the wet seal portion 24a.
Is provided in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the.

第3図は、以上のように構成された燃料電池を複数積
層した状態を一部分解して示す斜視図である。同図にお
いて、26は燃料電池積層体で、この燃料電池積層体26の
側面には直接または枠体を介して、燃料入口マニホール
ド27及び燃料出口マニホールド28が対向するように配置
され、アノード20のガス流路8に対して燃料ガスが均一
に供給及び排出するように取付けられ、また、空気入口
マニホールド29及び空気出口マニホールド30が対向する
ように配置され、カソード21のガス流路9に対し空気が
均一に供給及び排出されるように取付けられている。一
方、燃料入口マニホールド27,燃料出口マニホールド28,
空気入口マニホールド29及び空気出口マニホールド30
は、燃料ガスや空気が漏出して事故を発生するのを防止
するため、同図に燃料入口マニホールド27を対象として
図示しているように、パッキング31,ガスケット32,パッ
キング33を介して取付ける。ここで、パッキング31は、
複数の燃料電池を積層すると側面が幾何学的な平面とな
らないのでこれを修正するためである。また、パッキン
グ33は、燃料入口マニホールド27のフランジ27aも幾何
学的な平面とならないのでこれを修正するためである。
FIG. 3 is a partially exploded perspective view showing a state in which a plurality of fuel cells configured as described above are stacked. In the figure, reference numeral 26 denotes a fuel cell stack, and a fuel inlet manifold 27 and a fuel outlet manifold 28 are arranged so as to face each other on the side surface of the fuel cell stack 26 directly or via a frame, and The fuel gas is attached to the gas passage 8 so as to be uniformly supplied and discharged, and the air inlet manifold 29 and the air outlet manifold 30 are arranged so as to face each other, and the air is supplied to the gas passage 9 of the cathode 21. Are installed so that they are uniformly supplied and discharged. On the other hand, the fuel inlet manifold 27, the fuel outlet manifold 28,
Air inlet manifold 29 and air outlet manifold 30
In order to prevent the fuel gas and air from leaking out and causing an accident, as shown in the figure for the fuel inlet manifold 27, it is attached via a packing 31, a gasket 32, and a packing 33. Here, the packing 31 is
This is because the side surface does not become a geometrical plane when a plurality of fuel cells are stacked, and this is corrected. Further, the packing 33 is for correcting the flange 27a of the fuel inlet manifold 27, which is not a geometrical plane.

パッキング31,33は、柔らかいパッキング材から額縁
状に形成され、ガスケット32は、パッキング31,33より
やや硬いパッキング材から額縁状に形成されされてい
る。
The packings 31, 33 are formed of a soft packing material in a frame shape, and the gasket 32 is formed of a packing material slightly harder than the packings 31, 33 in a frame shape.

次に、以上のように構成された実施例の作用を説明す
る。湿潤シール部22a,22b及び24a,24bには電解質が充満
しているが、これらから滲み出た電解質は、積層面まで
出ることなく一時的にバッファ部23,25に吸収保持され
る。従って、積層面を濡らすことがなく、積層面の毛細
管力による移動を起こすことがない。その後、再び湿潤
シール部22a,22b及び24a,24bが電解質を吸収する状態に
なったときに、バッファ部23a,23b及び25a,25bに吸収保
持されている電解質がその補給源となる。
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described. The wet seal parts 22a, 22b and 24a, 24b are filled with an electrolyte, but the electrolyte oozing from these is temporarily absorbed and held in the buffer parts 23, 25 without flowing out to the laminated surface. Therefore, the laminated surface is not wetted, and the laminated surface is not moved by the capillary force. After that, when the wet seal portions 22a, 22b and 24a, 24b are again in a state of absorbing the electrolyte, the electrolyte absorbed and held in the buffer portions 23a, 23b and 25a, 25b serves as the supply source.

また、マトリックス層1の周縁部から滲み出した電解
質も同様にバッファ部23a,23b及び25a,25bに吸収保持さ
れ、セル積層面は常に電解質であるリン酸に対し乾いた
状態に維持され、電解質の滲み出しや液絡を防止するこ
とができる。
Similarly, the electrolyte exuding from the peripheral portion of the matrix layer 1 is also absorbed and held by the buffer portions 23a, 23b and 25a, 25b, and the cell stack surface is always kept dry with respect to phosphoric acid as the electrolyte. It is possible to prevent bleeding and liquid junction.

従って、以上のように構成することにより、燃料電池
周縁部からの電解質のロスを防止でき、電解質の消失に
よる燃料電池寿命を大幅に延長することができる。
Therefore, with the above structure, loss of the electrolyte from the peripheral portion of the fuel cell can be prevented, and the life of the fuel cell due to the disappearance of the electrolyte can be significantly extended.

なお、本発明は、上述した実施例(以下、第1の実施
例という)に限定されるものではなく、種々変形実施で
きる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment (hereinafter referred to as the first embodiment), and various modifications can be made.

第4図は、本発明の第2の実施例を示す斜視図であ
る。第2の実施例は、特開昭62−20255号、特開昭62−5
5872号、特開昭61−116760号、特開昭61−227367号等に
開示されているものの改良形のセル構造に適用したもの
である。即ち、同図において、1はマトリックス層、6
はセパレータ、31はアノード、32はカソード、33は第1
の積層化素子、34は第2の積層化素子を示す。第2の積
層化素子34には、第1の実施例におけるアノード20の湿
潤シール部22a,22bと略同様の湿潤シール部35a,35b、バ
ッファ部25a,25bと略同様のバッファ部36a,36bをそれぞ
れ設け、カソード32にも、第2の積層化素子34と同じ位
置に湿潤シール部37a,37b及びバッファ部38a,38bをそれ
ぞれ設けている。第1の積層化素子33には、第1の実施
例におけるカソード21の湿潤シール部24a,24bと略同様
の湿潤シール部39a,39b、バッファ部25a,25bと略同様の
バッファ部40a,40bをそれぞれ設け、アノード31にも、
第1の積層化素子33と同じ位置に湿潤シール部41a,41b
及びバッファ部42a,42bをそれぞれ設けている。このよ
うに構成された第2の実施例も、第1の実施例と同様の
作用で同様の効果を得ることができる。
FIG. 4 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention. The second embodiment is disclosed in JP-A-62-20255 and JP-A-62-5.
It is applied to an improved cell structure of those disclosed in JP-A-5872, JP-A-61-116760, JP-A-61-227367 and the like. That is, in the figure, 1 is a matrix layer, and 6
Is a separator, 31 is an anode, 32 is a cathode, and 33 is a first
And 34 denotes a second laminated element. The second stacking element 34 has wet seal portions 35a, 35b substantially similar to the wet seal portions 22a, 22b of the anode 20 in the first embodiment, and buffer portions 36a, 36b substantially similar to the buffer portions 25a, 25b. And the cathode 32 is also provided with wet seal portions 37a, 37b and buffer portions 38a, 38b at the same positions as the second stacking element 34. In the first stacking element 33, the wet seal parts 39a, 39b substantially similar to the wet seal parts 24a, 24b of the cathode 21 in the first embodiment, and the buffer parts 40a, 40b substantially similar to the buffer parts 25a, 25b. , Respectively, and also for the anode 31,
Wet seal parts 41a and 41b are provided at the same positions as the first laminated element 33.
And buffer portions 42a and 42b, respectively. Also in the second embodiment configured as described above, the same effect can be obtained by the same operation as that of the first embodiment.

第5図は、本発明の第3の実施例におけるアノードを
示す斜視図である。この実施例におけるアノード42は、
上記した第1の実施例におけるアノード20に対し、湿潤
シール部及びバッファ部の構成が異なる。即ち、湿潤シ
ール部43a,43bは、ガス流路8と平行な電極端部に、ガ
ス流路8と平行状で、且つ離れた位置にそれぞれ設けら
れている。また、バッファ部44a,44bは、湿潤シール部4
3aと43bの間及び湿潤シール部43bより外側に設けられて
いる。なお、カソードも図示しないが、ガス流路9と平
行な電極端部に、アノード42と同じ構成で湿潤シール部
及びバッファ部が設けられる。このように構成されたア
ノード42及びカソードを有する第3の実施例も、第1の
実施例と同様の作用で同様の効果を得ることができる。
FIG. 5 is a perspective view showing an anode in the third embodiment of the present invention. The anode 42 in this example is
The structure of the wet seal part and the buffer part is different from that of the anode 20 in the first embodiment described above. That is, the wet seal portions 43a and 43b are provided at the electrode end portions that are parallel to the gas flow path 8 and at positions that are parallel to the gas flow path 8 and are apart from each other. In addition, the buffer portions 44a and 44b are the wet seal portion 4
It is provided between 3a and 43b and outside the wet seal portion 43b. Although not shown in the drawing, a cathode is also provided with a wet seal portion and a buffer portion at the electrode end portion parallel to the gas flow path 9 with the same configuration as the anode 42. The third embodiment having the anode 42 and the cathode configured as above can also obtain the same effect by the same operation as the first embodiment.

第6図は、本発明の第4の実施例におけるアノードを
示す斜視図である。この第4の実施例におけるアノード
45は、上記した第3の実施例におけるアノード42に対
し、湿潤シール部をさらに追加して設けたものであり、
これにつれてバッファ部も追加して設けられている。即
ち、湿潤シール部46a,46bは、ガス流路8と平行な電極
端部に、ガス流路8と平行状で、且つ離れた位置にそれ
ぞれ設けられているが、さらに湿潤シール部47a,47b
を、湿潤シール部46a,46bと直交する方向で、且つ湿潤
シール部46a,46bの長手方向に沿った端部に近い位置に
設ける。従って、バッファ部も上記したバッファ部44a,
44bが区分され、バッファ部48a,48b,48c,48dが設けられ
る。このように構成されたアノード45及びカソードを有
する第4の実施例も、第1の実施例と同様の作用で同様
の効果を得ることができる。
FIG. 6 is a perspective view showing an anode according to the fourth embodiment of the present invention. Anode in this fourth embodiment
Reference numeral 45 denotes a structure in which a wet seal portion is further added to the anode 42 in the above-mentioned third embodiment,
Along with this, a buffer section is additionally provided. That is, the wet seal portions 46a and 46b are provided at the electrode end portions that are parallel to the gas flow passage 8 at positions parallel to and apart from the gas flow passage 8, respectively.
Is provided in a direction orthogonal to the wet seal portions 46a, 46b and at a position close to the ends of the wet seal portions 46a, 46b along the longitudinal direction. Therefore, the buffer unit is also the buffer unit 44a,
44b is divided, and buffer sections 48a, 48b, 48c, 48d are provided. The fourth embodiment having the anode 45 and the cathode configured as above can also obtain the same effect by the same operation as the first embodiment.

第7図は、本発明の第5の実施例を示す斜視図であ
る。この第5の実施例は、上記した第2の実施例を変形
し内部マニホールド構造としたスタックに適用したもの
である。即ち、同図において、50はマトリックス層、51
はアノード、52はカソード、53は第1の積層化素子、54
は第2の積層化素子、55はセパレータを示す。第2の積
層化素子54には、中央部に設けたガス流路9と、このガ
ス流路9の端部で連通するように設けられた空気入口マ
ニホールド56及び空気出口マニホールド57と、ガス流路
9と平行し、且つ連通しないように設けられた燃料入口
マニホールド58及び燃料出口マニホールド59が設けられ
ている。この第2の積層化素子54に、ガス流路9,空気入
口マニホールド56,空気出口マニホールド57,燃料入口マ
ニホールド58及び燃料出口マニホールド59の縁から適宜
離れた外側と、外周縁から適宜離れた内側との間の空間
部に湿潤シール部60を設け、この湿潤シール部60と外周
縁との間にバッファ部61a,湿潤シール部60とガス流路9,
空気入口マニホールド56及び空気出口マニホールド59と
の間にバッファ部61b,湿潤シール部60と燃料入口マニホ
ールド58との間にバッファ部61c、湿潤シール部60と燃
料出口マニホールド59との間にバッファ部61dを設け
る。第1の積層化素子53には、中央部に上記したガス流
路9と直交する方向に設けた図示しない燃料のガス流路
と、このガス流路の端部で連通するように図示しない燃
料入口マニホールド及び燃料入口マニホールドと、ガス
流路と平行し、且つ連通しないようにした図示しない空
気入口マニホールド及び空気出口マニホールドが設けら
れるが、これらガス流路,燃料入口マニホールド,燃料
出口マニホールド,空気入口マニホールド及び空気出口
マニホールドと外周縁との間に、上記した第1の積層化
素子53に設けた湿潤シール部及びバッファ部と同様な配
置関係をもって湿潤シール部及びバッファ部を設ける。
アノード51には、上記した空気入口マニホールド56,空
気出口マニホールド57,燃料入口マニホールド58及び燃
料出口マニホールド59とそれぞれ一致する位置に、空気
入口マニホールド(図示しない)と、空気出口マニホー
ルド62と,燃料入口マニホールド63と、燃料出口マニホ
ールド(図示しない)が設けられている。このアノード
51に、上記した第1の積層化素子53に設けたガス流路
(図示しない)の平面と対応する平面の縁から適宜離れ
た外側と、図示しない空気入口マニホールド,空気出口
マニホールド,空気出口マニホールド62,燃料入口マニ
ホールド63及び燃料出口マニホールド(図示しない)
と、外周縁から適宜離れた内側との間の空間部に湿潤シ
ール部64を設ける。マトリックス層50にも、上記した空
気入口マニホールド56,空気出口マニホールド62,燃料入
口マニホールド63及び燃料出口マニホールド59とそれぞ
れ一致する位置に、空気入口マニホールド(図示しな
い)、空気出口マニホールド65,燃料入口マニホールド6
6,燃料出口マニホールド(図示しない)が設けられてい
る。このように構成された第5の実施例も、第1の実施
例と同様な作用で同様の効果が得られる。
FIG. 7 is a perspective view showing a fifth embodiment of the present invention. The fifth embodiment is a modification of the second embodiment described above and is applied to a stack having an internal manifold structure. That is, in the figure, 50 is a matrix layer and 51
Is an anode, 52 is a cathode, 53 is a first laminated element, 54
Is a second laminated element, and 55 is a separator. In the second stacking element 54, the gas flow passage 9 provided in the central portion, the air inlet manifold 56 and the air outlet manifold 57 provided so as to communicate with each other at the end portion of the gas flow passage 9, and the gas flow A fuel inlet manifold 58 and a fuel outlet manifold 59 are provided in parallel with the passage 9 and so as not to communicate with each other. In the second stacking element 54, the gas flow passage 9, the air inlet manifold 56, the air outlet manifold 57, the fuel inlet manifold 58, and the fuel outlet manifold 59 are appropriately separated from the edges, and the outer edge is appropriately separated from the inside. A wet seal portion 60 is provided in the space between the wet seal portion 60 and the outer peripheral edge, and the buffer portion 61a, the wet seal portion 60 and the gas flow path 9,
A buffer portion 61b between the air inlet manifold 56 and the air outlet manifold 59, a buffer portion 61c between the wet seal portion 60 and the fuel inlet manifold 58, and a buffer portion 61d between the wet seal portion 60 and the fuel outlet manifold 59. To provide. In the first stacking element 53, a fuel flow path (not shown) provided in the central portion in a direction orthogonal to the gas flow path 9 described above is connected to a fuel flow path (not shown) so as to communicate with an end portion of the gas flow path. The inlet manifold and the fuel inlet manifold are provided with an air inlet manifold and an air outlet manifold (not shown) that are parallel to the gas passage and are not in communication with each other. These gas passage, fuel inlet manifold, fuel outlet manifold, air inlet A wet seal part and a buffer part are provided between the manifold and the air outlet manifold and the outer peripheral edge in the same arrangement relationship as the wet seal part and the buffer part provided in the first stacking element 53 described above.
The anode 51 has an air inlet manifold (not shown), an air outlet manifold 62, and a fuel inlet at positions corresponding to the air inlet manifold 56, the air outlet manifold 57, the fuel inlet manifold 58, and the fuel outlet manifold 59, respectively. A manifold 63 and a fuel outlet manifold (not shown) are provided. This anode
51, an outer side that is appropriately separated from the edge of the plane corresponding to the plane of the gas flow path (not shown) provided in the first stacking element 53 described above, and an air inlet manifold, an air outlet manifold, and an air outlet manifold that are not shown. 62, fuel inlet manifold 63 and fuel outlet manifold (not shown)
A wet seal portion 64 is provided in the space between the inner periphery and the inner periphery that is appropriately separated from the outer peripheral edge. The matrix layer 50 also has an air inlet manifold (not shown), an air outlet manifold 65, and a fuel inlet manifold at positions corresponding to the air inlet manifold 56, the air outlet manifold 62, the fuel inlet manifold 63, and the fuel outlet manifold 59, respectively. 6
6, a fuel outlet manifold (not shown) is provided. Also in the fifth embodiment configured as described above, the same effect as the first embodiment can be obtained by the same operation.

[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、湿潤シールをな
す周縁密封部からなる電極端部の一部に、電解質を吸収
保持する機能を有しかつ電池反応部と同じ密度を有する
バッファ部を併設しているので、周縁密封部は本来の湿
潤シール機能を何ら損なうことなく、充満している電解
質の体積増加等によっても電解質が溢れ出ることがな
い。特に、起動・停止時においても電池端部からの電解
質のロスを防止でき、長時間安定した運転を可能とする
燃料電池を提供することができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a part of the electrode end portion, which is a peripheral sealing portion forming a wet seal, has a function of absorbing and holding an electrolyte and has the same density as the battery reaction portion. Since the buffer part which is provided is also provided, the peripheral sealing part does not impair the original wet sealing function, and the electrolyte does not overflow even when the volume of the filled electrolyte increases. In particular, it is possible to provide a fuel cell capable of preventing loss of the electrolyte from the end portion of the cell even at the time of starting and stopping and enabling stable operation for a long time.

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

第1図は本発明の一実施例の構成を示す斜視図、第2図
は本発明の一実施例を用いるアノードの斜視図、第3図
は本発明の一実施例を積層した状態を一部分解して示す
斜視図、第4図は本発明の他の実施例の構成を示す斜視
図、第5図は本発明のさらに異なる他の実施例に用いる
アノードの斜視図、第6図は本発明のさらに異なる他の
実施例に用いるアノードの斜視図、第7図は本発明のさ
らに異なる他の実施例の構成を示す斜視図、第8図は第
7図の“A"部の拡大図、第9図は本発明の原理の説明
図、第10図は従来の燃料電池の構成を示す斜視図、第11
図は第10図に示す従来の燃料電池に用いるアノードの斜
視図である。 1…電解質層 6…セパレータ 8…燃料ガスの流路 9…酸化剤のガス流路 20…アノード 21…カソード 22a,22b,24a,24b…湿潤シール部 23a,23b,25a,25b…バッファ部
FIG. 1 is a perspective view showing a structure of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of an anode using the embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is an exploded perspective view, FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a perspective view of an anode used in still another embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 7 is a perspective view of an anode used in still another embodiment of the present invention, FIG. 7 is a perspective view showing the structure of yet another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is an enlarged view of “A” part in FIG. 7. FIG. 9 is an explanatory view of the principle of the present invention, FIG. 10 is a perspective view showing the structure of a conventional fuel cell, and FIG.
The figure is a perspective view of an anode used in the conventional fuel cell shown in FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrolyte layer 6 ... Separator 8 ... Fuel gas flow path 9 ... Oxidant gas flow path 20 ... Anode 21 ... Cathode 22a, 22b, 24a, 24b ... Wet seal part 23a, 23b, 25a, 25b ... Buffer part

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ガスに対し透過性,液体に対し実質的に不
透過性でかつガス流路を形成する導電性材料よりなる燃
料電池電極と、前記燃料電池電極の表面に設けた触媒層
からなる反応部と、前記燃料電池電極のガス流路と平行
な当該電極の端面に電解質を保持するように構成された
親水性の周縁密封部とを有し、前記周縁密封部で湿潤シ
ールを与えるように構成された燃料電池において、前記
周縁密封部の一部に、前記電解質を吸収保持すると共に
前記反応部と同じ密度を有するバッファ部を設けたこと
を特徴とする燃料電池。
1. A fuel cell electrode comprising a conductive material that is permeable to gas, substantially impermeable to liquid, and forms a gas flow path, and a catalyst layer provided on the surface of the fuel cell electrode. And a hydrophilic peripheral sealing portion configured to hold an electrolyte on an end surface of the electrode parallel to the gas flow path of the fuel cell electrode, and the peripheral sealing portion provides a wet seal. In the fuel cell configured as described above, a buffer part that absorbs and holds the electrolyte and has the same density as the reaction part is provided in a part of the peripheral sealing part.
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