JP2982559B2

JP2982559B2 - 燃料電池

Info

Publication number: JP2982559B2
Application number: JP5147227A
Authority: JP
Inventors: 邦男小谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 1999-11-22
Anticipated expiration: 2014-11-22
Also published as: JPH076772A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は大容量の燃料電池に係
り、特にハンドリングを向上させるために電極を分割し
た構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は例えば特開平４−１６７３７０号
公報に示された従来の燃料電池の構成を示す断面図、図
９は図８に示す線ＩＸ−ＩＸに沿う断面を示す断面図で
ある。図において、１は燃料極、マトリックス、酸化剤
極を順次積層して形成される分割セル、２は仕切板３を
介して４つの分割セル１を平面状に並べることによって
形成されたセル、４はこのセル２とセル２を挟持するよ
うに配設されたセパレート板（図示せず）とで形成され
る単電池である。

【０００３】５はこの単電池４が積層されてなる電池本
体、６、７はこの電池本体５の上面及び下面にそれぞれ
設けられた上部及び下部締付板、８はこれら両締付板
６、７の四隅に取り付けられた締付スタッドで、ナット
９にて両締付板６、７を介して電池本体５を締め付け
る。１０、１１は電池本体５の四側面に、燃料ガス及び
酸化剤ガスを交差する方向に供給するために設けられた
燃料ガス用及び酸化剤ガス用のマニホールドである。

【０００４】上記のように構成された従来の燃料電池に
よれば、組み立て時のハンドリングをよくするために分
割セル１を小さな部材で形成し、これを４つ平面的に並
べることによってセル２を構成している。従って、燃料
極側を流通する例えば水素ガスと、酸化剤極側を流通す
る例えば空気とが混合するのを防止するために仕切板３
が必要となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の燃料電池は以上
のように構成されハンドリングをよくするためにセル２
が４つの分割セル１で形成され、仕切板３で両ガスの混
合を防止しているので、仕切板３の面積分セル２の反応
面積が狭くなり電気容量が低下し、又、仕切板３を設け
ることにより作業工程が増加しコストが増大するなどと
いう問題点があった。

【０００６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、電気容量の低下及びコストの増
大を招くことなく、組み立て時におけるハンドリング性
の向上を可能とする燃料電池を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項１
の燃料電池は、表面に撥水性結着剤と触媒とを保持した
一対の電極と、両電極に挟持されたマトリックスと、両
電極と協働して、一方の電極との間に燃料ガスを、又、
他方の電極との間に酸化剤ガスをそれぞれ流通する通路
を形成するセパレート板とからなる単電池を積層して形
成する燃料電池において、各電極は斜めの接合部を有す
る複数の分割電極にて成り、セパレート板の各電極と対
向する側の面にガス流通方向と同方向に複数個のリブを
突設させ、その間にガス流通用の溝を形成させ、いずれ
かのリブ上で各分割電極の接合部分を支持するようにし
たことを特徴とする燃料電池。

【０００８】又、この発明に係る請求項２の燃料電池
は、表面に撥水性結着剤と触媒とを保持した一対の電極
と、両電極に挟持されたマトリックスと、両電極と協働
して、一方の電極との間に燃料ガスを、又、他方の電極
との間に酸化剤ガスをそれぞれ流通する通路を形成する
セパレート板とからなる単電池を積層して形成する燃料
電池において、各電極は複数の分割電極にて成り、各分
割電極における触媒の各濃度は、各電極に供給されるガ
スの流通方向の上流側に位置する分割電極の濃度が、下
流側に位置する分割電極の濃度より高く設定されている
ことを特徴とするの燃料電池。

【０００９】又、この発明に係る請求項３の燃料電池
は、表面に撥水性結着剤と触媒とを保持した一対の電極
と、両電極に挟持されたマトリックスと、両電極と協働
して、一方の電極との間に燃料ガスを、又、他方の電極
との間に酸化剤ガスをそれぞれ流通する通路を形成する
セパレート板とからなる単電池を積層して形成する燃料
電池において、各電極は複数の分割電極にて成り、各分
割電極における撥水性結着剤の各濃度は、各電極に供給
されるガスの流通方向の下流側に位置する分割電極の濃
度が、上流側に位置する分割電極の濃度より高く設定さ
れていることを特徴とする燃料電池。

【００１０】

【作用】この発明の請求項１における燃料電池のマトリ
ックス及びセパレート板は分割された電極を挟持し、セ
パレート板のリブは各分割電極の接合部分のいずれかを
確実に支持する。

【００１１】この発明の請求項２における燃料電池の各
分割電極の触媒の各濃度は、ガスの分圧に応じて設定さ
れている。

【００１２】この発明の請求項３における燃料電池の各
分割電極の撥水性結着剤の各濃度は、スチームの分圧に
応じて設定されている。

【００１３】

【実施例】実施例１．以下、この発明の実施例を図について説明する。図１は
この発明の実施例１の燃料電池の電池本体の構成を示す
分解斜視図である。図において１２は燃料極で４つの分
割電極１３を平面的に並べて形成されている。１４はこ
の燃料極１２に対向するように設けられた酸化剤極で４
つの分割電極１３を平面的に並べて形成されている。１
５は両電極１２、１４で挟持するように設けられたマト
リックス、１６はこれら燃料極１２、マトリックス１５
及び酸化剤極１４を順次積層して形成されたセル、１７
はこのセル１６を挟持するように設けられたセパレート
板で、両電極１２、１４とそれぞれ対向する側の面にガ
ス流通方向と同方向に複数個のリブ１７ａが突設され、
その間にガス流通用の溝１７ｂが形成されている。

【００１４】上記のように構成された実施例１の燃料電
池によれば、分割電極１３を小さな部材で形成し、これ
を４つ平面的に並べることにより燃料極１２及び酸化剤
極１４をそれぞれ形成し、１枚からなるマトリックス１
５を燃料極１２及び酸化剤極１４にて挟持することによ
りセル１６を構成しているので、燃料極１２側を流通す
る例えば水素ガスと、酸化剤極１４側を流通する例えば
空気とが混合するのはマトリックス１５にて防止され、
仕切板など余部な部材を必要としないので、セル２の反
応面積を減少することなく、組み立て時のハンドリング
性を向上させることができる。

【００１５】実施例２．上記実施例１では燃料極１２及び酸化剤極１４がそれぞ
れ４つの分割電極１３にて形成されているものについて
説明したが、これに限られることはなく、分割電極の分
割数はどのようにしても上記実施例１と同様の効果を奏
する。

【００１６】実施例３．図２はこの発明の実施例３における燃料電池の燃料極の
構成を示す平面図である。図において、１８は２分割さ
れた分割電極１８ａ及び１８ｂで形成された燃料極であ
り、この燃料極１８の触媒としての例えば白金の濃度
は、燃料極１８に流通される燃料ガスの流通方向の上流
側にある分割電極１８ａを３０％、下流側にある分割電
極１８ｂを１０％にそれぞれ設定され保持されている。

【００１７】一般的に燃料電池の各電極では、その電極
に供給されるガスの上流側及び下流側でのガス分圧は異
なっている。そして、それにともない電気化学的反応の
量も異なることとなる。よって、ガス分圧の高いガス上
流側は、電気化学的反応の量が多く、その結果電流密度
が高くなる。そこで、実施例３ではガス分圧の高い上流
側の分割電極１８ａに３０％という高濃度の白色触媒を
保持させて反応を活発化させるようにしたので、電気化
学的反応の特性を向上させることができ、又、ガス分圧
の低く反応の量の少ない下流側の分割電極１８ｂに１０
％という低濃度の白金触媒を保持させるようにしたので
白金触媒の使用量が低減しコストの低減をはかることが
できる。

【００１８】実施例４．図３はこの発明の実施例４における燃料電池の燃料極の
構成を示す平面図である。図において、１９は２分割さ
れた分割電極１９ａ及び１９ｂで形成された燃料極であ
り、この燃料極１９の撥水性結着剤としての例えばポリ
テトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥと呼ぶ）の濃度
は、燃料極１９に流通される燃料ガスの流通方向の上流
側にある分割電極１９ａを３０％、下流側にある分割電
極１９ｂを４０％にそれぞれ設定され保持されている。

【００１９】一般的に燃料電池の各電極では、電気化学
的反応に供い生成水が発生し、この生成水のスチーム分
圧はこの電極に供給されるガスの下流側ほど増大するの
で電極の下流側ほど漏れ易くなる。そこで、実施例４で
はスチーム分圧の高い下流側の分割電極１９ｂに４０％
という高濃度のＰＴＦＥを塗布させて撥水性を向上させ
るようにしたので、漏れを防止して腐食を防ぐことがで
き、又、スチーム分圧の低い上流側の分割電極１９ａに
は下流側の分割電極１９ｂより低い３０％という濃度の
ＰＴＦＥを塗布させたので、ＰＴＦＥの使用量が低減し
コストの低減をはかることができる。

【００２０】実施例５．上記実施例３及び４ではどちらも燃料極について説明し
たが、酸化剤極に対しても同様に酸化剤ガスの流通に応
じて触媒の濃度を、上流側を下流側より高く、又、撥水
性結着剤の濃度を、下流側を上流側より高くするように
すれば上記実施例３及び４と同様の効果を奏する。

【００２１】実施例６．上記実施例３ないし５では電極が２分割されているもの
について説明したが、これに限られることはなく電極を
例えば３分割にしガスの流通に応じて、触媒の濃度をガ
スの上流側から３０％、２０％、１０％とし、又、撥水
性結着剤の濃度をガスの下流側から４０％、３５％、３
０％にするようにしても上記実施例３ないし５と同様の
効果を奏する。

【００２２】実施例７．図４はこの発明の実施例７における燃料電池の単電池の
一部の構成を示す断面図である。図において、２０は一
方の面にガス流通方向と同方向に複数個のリブ２０ａが
突設され、その間にガス流通用の溝２０ｂが形成されて
いるセパレート板、２１は溝２０ｂを覆うように設けら
れた分割電極で、この分割電極２０の接合部２２にリブ
２０ａにて支持されている。

【００２３】上記のように構成された実施例７の燃料電
池の単電池によれば、分割電極２１同士の接合部２２を
セパレート板２０のリブ２０ａにて支持するようにした
ので、接合部２２の強度が増加することとなり、ひいて
は分割電極２１の割れを防止することができる。

【００２４】実施例８．図５はこの発明の実施例８における燃料電池の電極の構
成を示す平面図である。図において、２３は斜めに横断
するように分割された分割電極、２４はこの分割電極２
３同士の接合部である。上記のように構成された実施例
８の燃料電池の電極によれば、接合部の始端が寸法誤差
によりセパレート板のリブ上に位置しない場合、セパレ
ート板のリブの幅が１〜２ｍｍと狭いため接合部がまっ
すぐであれば、セパレート板のリブ上で支持されること
はないけれども、接合部２４は斜めとなっているのでい
ずれか他の位置でセパレート板のリブ上を交差もするた
め必ず支持される。

【００２５】実施例９．図６はこの発明の実施例９における燃料電池の単電池の
構成を示す断面図である。図において、２５は複数の分
割電極が接合部２５ａを介して構成される酸化剤極、２
６はこの酸化剤極２５と対向するように設けられ、複数
の分割電極が酸化剤極２５の接合部２５ａと異なる位置
で接合部２６ａを介して構成された燃料極、２７はこれ
ら両電極２５、２６に挟持されたマトリックス、２８は
両電極２５、２６を挟持するように設けられたセパレー
ト板である。

【００２６】上記のように構成された実施例９の燃料電
池の単電池によれば、酸化剤極２５の接合部２５ａと燃
料極２６の接合部２６ａとが異なった位置に設けられて
いるので、接合部にかかる力が分散されマトリックス２
７が割れるということもなくなる。

【００２７】実施例１０．図７はこの発明の実施例１０における燃料電池の単電池
の一部の構成を示す断面図である。図において、２９は
分割電極、３０はこの分割電極２９同士をプレスで接合
した接合部、３１は分割電極２９上に設けられたマトリ
ックスである。上記のように構成された実施例１０の燃
料電池の単電池は、分割電極２９同士をプレスにて接合
させ接合部３０を構成しているので、マトリックス３１
の割れの原因となる接合部３０での分割電極２９間の段
差の発生を防止することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、表面に撥水性結着剤と触媒とを保持した一対の電
極と、両電極に挟持されたマトリックスと、両電極と協
働して、一方の電極との間に燃料ガスを、又、他方の電
極との間に酸化剤ガスをそれぞれ流通する通路を形成す
るセパレート板とからなる単電池を積層して形成する燃
料電池において、各電極は斜めの接合部を有する複数の
分割電極にて成り、セパレート板の各電極と対向する側
の面にガス流通方向と同方向に複数個のリブを突設さ
せ、その間にガス流通用の溝を形成させ、いずれかのリ
ブ上で各分割電極の接合部分を支持するようにしたの
で、電気容量の低下及びコストの増大を招くことなく組
み立て時におけるハンドリング性の向上を可能とし、か
つ、リブ上にて確実に分割電極の接合部を支持し、強度
の低下を防止することができる燃料電池を提供すること
が可能となる。

【００２９】又、この発明の請求項２によれば、表面に
撥水性結着剤と触媒とを保持した一対の電極と、両電極
に挟持されたマトリックスと、両電極と協働して、一方
の電極との間に燃料ガスを、又、他方の電極との間に酸
化剤ガスをそれぞれ流通する通路を形成するセパレート
板とからなる単電池を積層して形成する燃料電池におい
て、各電極は複数の分割電極にて成り、各分割電極にお
ける触媒の各濃度は、各電極に供給されるガスの流通方
向の上流側に位置する分割電極の濃度が、下流側に位置
する分割電極の濃度より高く設定されているので、電気
容量の低下及びコストの増大を招くことなく組み立て時
におけるハンドリング性の向上を可能とする燃料電池を
提供することが可能となる。

【００３０】又、この発明の請求項３によれば、表面に
撥水性結着剤と触媒とを保持した一対の電極と、両電極
に挟持されたマトリックスと、両電極と協働して、一方
の電極との間に燃料ガスを、又、他方の電極との間に酸
化剤ガスをそれぞれ流通する通路を形成するセパレート
板とからなる単電池を積層して形成する燃料電池におい
て、各電極は複数の分割電極にて成り、各分割電極にお
ける撥水性結着剤の各濃度は、各電極に供給されるガス
の流通方向の下流側に位置する分割電極の濃度が、上流
側に位置する分割電極の濃度より高く設定されているの
で、電気容量の低下及びコストの増大を招くことなく組
み立て時におけるハンドリング性の向上を可能とする燃
料電池を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１における燃料電池の電池
本体の構成を示す分解斜視図である。

【図２】この発明の実施例３における燃料電池の燃料
極の構成を示す平面図である。

【図３】この発明の実施例４における燃料電池の燃料
極の構成を示す平面図である。

【図４】この発明の実施例７における燃料電池の単電
池の一部の構成を示す断面図である。

【図５】この発明の実施例８における燃料電池の電極
の構成を示す平面図である。

【図６】この発明の実施例９における燃料電池の単電
池の構成を示す断面図である。

【図７】この発明の実施例１０における燃料電池の単
電池の一部の構成を示す断面図である。

【図８】従来の燃料電池の構成を示す断面図である。

【図９】図８に示した燃料電池の線ＩＸ−ＩＸに沿う
断面図である。

【符号の説明】

２，１６セル、１２，１８，１９，２６燃料極、１３，１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ，２１，２３，
２９分割電極、１４，２５酸化剤極、１５，２７，３１マトリック
ス、１７，２０，２８セパレート板、１７ａ，２０ａリ
ブ、１７ｂ，２０ｂ溝、２２，２４，２５ａ，２６ａ，３
０接合部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に撥水性結着剤と触媒とを保持した
一対の電極と、上記両電極に挟持されたマトリックス
と、上記両電極と協働して、一方の上記電極との間に燃
料ガスを、又、他方の上記電極との間に酸化剤ガスをそ
れぞれ流通する通路を形成するセパレート板とからなる
単電池を積層して形成する燃料電池において、上記各電
極は斜めの接合部を有する複数の分割電極にて成り、上
記セパレート板の上記各電極と対向する側の面にガス流
通方向と同方向に複数個のリブを突設させ、その間にガ
ス流通用の溝を形成させ、いずれかの上記リブ上で上記
各分割電極の接合部分を支持するようにしたことを特徴
とする燃料電池。
【請求項２】表面に撥水性結着剤と触媒とを保持した
一対の電極と、上記両電極に挟持されたマトリックス
と、上記両電極と協働して、一方の上記電極との間に燃
料ガスを、又、他方の上記電極との間に酸化剤ガスをそ
れぞれ流通する通路を形成するセパレート板とからなる
単電池を積層して形成する燃料電池において、上記各電
極は複数の分割電極にて成り、上記各分割電極における
触媒の各濃度は、上記各電極に供給されるガスの流通方
向の上流側に位置する上記分割電極の濃度が、下流側に
位置する上記分割電極の濃度より高く設定されているこ
とを特徴とするの燃料電池。
【請求項３】表面に撥水性結着剤と触媒とを保持した
一対の電極と、上記両電極に挟持されたマトリックス
と、上記両電極と協働して、一方の上記電極との間に燃
料ガスを、又、他方の上記電極との間に酸化剤ガスをそ
れぞれ流通する通路を形成するセパレート板とからなる
単電池を積層して形成する燃料電池において、上記各電
極は複数の分割電極にて成り、上記各分割電極における
撥水性結着剤の各濃度は、上記各電極に供給されるガス
の流通方向の下流側に位置する上記分割電極の濃度が、
上流側に位置する上記分割電極の濃度より高く設定され
ていることを特徴とする燃料電池。