JP3137146B2 - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JP3137146B2 JP3137146B2 JP04190358A JP19035892A JP3137146B2 JP 3137146 B2 JP3137146 B2 JP 3137146B2 JP 04190358 A JP04190358 A JP 04190358A JP 19035892 A JP19035892 A JP 19035892A JP 3137146 B2 JP3137146 B2 JP 3137146B2
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- cathode
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料の有する化学
エネルギーを電気エネルギーに直接変換する燃料電池に
関し、更に詳しくは、内部マニホールド型セパレータを
用いた溶融炭酸塩型燃料電池に関するものである。
エネルギーを電気エネルギーに直接変換する燃料電池に
関し、更に詳しくは、内部マニホールド型セパレータを
用いた溶融炭酸塩型燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池（図６）は、薄い
平板状の電解質板（タイル）１を燃料極（アノード）２
と空気極（カソード）３の平板状の電極で挟んだ単セル
４から構成される。しかし、単セルでは電圧が低い
（０．８Ｖ程度）ため、実用上は導電性のバイポーラプ
レート（セパレータ）５を介し多数段に積層した電池と
して用いられる。この積層電池をスタックと呼ぶ。
平板状の電解質板（タイル）１を燃料極（アノード）２
と空気極（カソード）３の平板状の電極で挟んだ単セル
４から構成される。しかし、単セルでは電圧が低い
（０．８Ｖ程度）ため、実用上は導電性のバイポーラプ
レート（セパレータ）５を介し多数段に積層した電池と
して用いられる。この積層電池をスタックと呼ぶ。
【０００３】また、スタック内の各セルにプロセスガス
を供給する手段として、図７に示すように、スタックの
側面から直接プロセスガスを供給する外部マニホールド
方式（Ａ）と、セパレータ自体に垂直な貫通マニホール
ド８を備え、このマニホールドを介して各セルにプロセ
スガスを供給する内部マニホールド方式（Ｂ）とがある
が、スタックの高さ変化やスタック側面の凹凸の影響を
受けない点で、内部マニホールド方式が優れていると考
えられている。
を供給する手段として、図７に示すように、スタックの
側面から直接プロセスガスを供給する外部マニホールド
方式（Ａ）と、セパレータ自体に垂直な貫通マニホール
ド８を備え、このマニホールドを介して各セルにプロセ
スガスを供給する内部マニホールド方式（Ｂ）とがある
が、スタックの高さ変化やスタック側面の凹凸の影響を
受けない点で、内部マニホールド方式が優れていると考
えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した内部マニホー
ルド型セパレータ（以下、単にセパレータと呼ぶ）を用
いた燃料電池では、各セパレータ間のガスのシールは図
６における電解質板（タイル）によって行われる。すな
わち、タイルは多孔質のセラミック焼結板に電解液が浸
み込んだものであり、この電解液のセパレータ表面での
濡れによって、ガスのシール（ウェットシールと呼ぶ）
が行われる。この電解液は腐食性が非常に高いため、燃
料電池の運転温度（約６５０°Ｃ）では、ステンレス等
からなるセパレータを短期間に腐食させてしまう。その
ため、セパレータの表面にはアルミナイズ処理等により
耐蝕性の高いアルミナ層等が形成されている。
ルド型セパレータ（以下、単にセパレータと呼ぶ）を用
いた燃料電池では、各セパレータ間のガスのシールは図
６における電解質板（タイル）によって行われる。すな
わち、タイルは多孔質のセラミック焼結板に電解液が浸
み込んだものであり、この電解液のセパレータ表面での
濡れによって、ガスのシール（ウェットシールと呼ぶ）
が行われる。この電解液は腐食性が非常に高いため、燃
料電池の運転温度（約６５０°Ｃ）では、ステンレス等
からなるセパレータを短期間に腐食させてしまう。その
ため、セパレータの表面にはアルミナイズ処理等により
耐蝕性の高いアルミナ層等が形成されている。
【０００５】しかし、セパレータの外周端部やマニホー
ルドの内端部等はセパレータの接合のためにアルミナ層
が形成されていない。そのため、タイルから漏れ出た電
解液によりこの部分が激しく腐食し電池の寿命を短く
し、更にはなはだしい場合には、腐食生成物によりセパ
レータ間が短絡する問題があった。
ルドの内端部等はセパレータの接合のためにアルミナ層
が形成されていない。そのため、タイルから漏れ出た電
解液によりこの部分が激しく腐食し電池の寿命を短く
し、更にはなはだしい場合には、腐食生成物によりセパ
レータ間が短絡する問題があった。
【０００６】本発明は、かかる問題を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、セパ
レータの外周端部やマニホールドの内端部等の腐食を低
減し、電池の寿命を延ばすことを目的とする。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、セパ
レータの外周端部やマニホールドの内端部等の腐食を低
減し、電池の寿命を延ばすことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、アノー
ドとカソードの２枚の平板状の電極と、これらの電極の
間に挟持された平板状の電解質板とからなる複数のセル
と、前記複数のセルを間に挟持するセパレータとからな
る燃料電池であって、前記セパレータの両面の外周縁に
は、該セパレータの外側に張り出して設けられた薄板状
の延長部を有し、隣接するセパレータの前記延長部の間
にドライシールが挟持される、ことを特徴とする燃料電
池が提供される。本発明の好ましい実施例によれば、ド
ライシールは、セラミックパッキンである、のが好まし
い。
ドとカソードの２枚の平板状の電極と、これらの電極の
間に挟持された平板状の電解質板とからなる複数のセル
と、前記複数のセルを間に挟持するセパレータとからな
る燃料電池であって、前記セパレータの両面の外周縁に
は、該セパレータの外側に張り出して設けられた薄板状
の延長部を有し、隣接するセパレータの前記延長部の間
にドライシールが挟持される、ことを特徴とする燃料電
池が提供される。本発明の好ましい実施例によれば、ド
ライシールは、セラミックパッキンである、のが好まし
い。
【０００８】
【作用】上記本発明の構成によれば、セパレータの間に
電解質板すなわちタイルを囲むようにドライシールが挟
持されているので、タイルから電解液が漏れ出てもドラ
イシールによりそれ以上の漏れ出しが阻止される。従っ
て、電解液によるセパレータの外周端部やマニホールド
の内端部等の腐食が低減され、電池寿命を延ばすことが
できる。特に、セパレータは外周端部より外側に張り出
した延長部を有し、隣接するセパレータの延長部の間に
ドライシールが挟持されているので、タイルの厚さが変
化した場合でも、これに対応して延長部が撓み、ドライ
シールのシール性能を保持することができる。
電解質板すなわちタイルを囲むようにドライシールが挟
持されているので、タイルから電解液が漏れ出てもドラ
イシールによりそれ以上の漏れ出しが阻止される。従っ
て、電解液によるセパレータの外周端部やマニホールド
の内端部等の腐食が低減され、電池寿命を延ばすことが
できる。特に、セパレータは外周端部より外側に張り出
した延長部を有し、隣接するセパレータの延長部の間に
ドライシールが挟持されているので、タイルの厚さが変
化した場合でも、これに対応して延長部が撓み、ドライ
シールのシール性能を保持することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい発明の実
施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の燃
料電池用のセパレータの平面図であり、図２は図１に示
すセパレータの周辺部の部分断面図であり、図３はアノ
ードガス用のマニホールド部を示す部分断面図であり、
図４はカソードガス用のマニホールド部を示す部分断面
図である。図５はセパレータの間に電解質板（タイル）
を挟持した状態を示す燃料電池の断面図である。なお、
これらの図においては、上面がカソード側であり、下面
がアノード側であるが、本発明はこれに限られるもので
はなく、上面がアノード側で下面がカソード側であって
も良い。
施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の燃
料電池用のセパレータの平面図であり、図２は図１に示
すセパレータの周辺部の部分断面図であり、図３はアノ
ードガス用のマニホールド部を示す部分断面図であり、
図４はカソードガス用のマニホールド部を示す部分断面
図である。図５はセパレータの間に電解質板（タイル）
を挟持した状態を示す燃料電池の断面図である。なお、
これらの図においては、上面がカソード側であり、下面
がアノード側であるが、本発明はこれに限られるもので
はなく、上面がアノード側で下面がカソード側であって
も良い。
【００１０】図１において、セパレータ１０は、内部マ
ニホールド型セパレータであり、セパレータの両面中央
部分にカソード３（及びアノード２）を嵌め込む凹部分
があり、上下部分にはセパレータを貫通するアノードマ
ニホールド８ａとカソードマニホールド８ｂが設けられ
ている。この図において上部のマニホールドが入口側で
あり、下部のマニホールドが出口側である。マニホール
ドから供給されたプロセスガス（アノードガスとカソー
ドガス）はカソード３（及びアノード２）の下側（セパ
レータの内側）を上から下に向かって流れるようになっ
ている。
ニホールド型セパレータであり、セパレータの両面中央
部分にカソード３（及びアノード２）を嵌め込む凹部分
があり、上下部分にはセパレータを貫通するアノードマ
ニホールド８ａとカソードマニホールド８ｂが設けられ
ている。この図において上部のマニホールドが入口側で
あり、下部のマニホールドが出口側である。マニホール
ドから供給されたプロセスガス（アノードガスとカソー
ドガス）はカソード３（及びアノード２）の下側（セパ
レータの内側）を上から下に向かって流れるようになっ
ている。
【００１１】図２〜図４から明らかなように、セパレー
タ１０は、アノードガス用開口６とカソードガス用開口
７を有する平板状のセンタープレート１２と、センター
プレート１２の上下面に密着して取付けられた可撓性の
コルゲート材１３、１４と、コルゲート材１３、１４の
上下に密着して取付けられ、中央部に電極用開口１５
ａ、１６ａ、周辺部にアノードガス用開口６及びカソー
ドガス用開口７を有する平板状のアノードマスクプレー
ト１５及びカソードマスクプレート１６とからなる。コ
ルゲート材１３、１４は連続してコの字状に折り曲げら
れた細長い流路を有し、かつコルゲート材の流路は一定
長さごとにオフセットしている。
タ１０は、アノードガス用開口６とカソードガス用開口
７を有する平板状のセンタープレート１２と、センター
プレート１２の上下面に密着して取付けられた可撓性の
コルゲート材１３、１４と、コルゲート材１３、１４の
上下に密着して取付けられ、中央部に電極用開口１５
ａ、１６ａ、周辺部にアノードガス用開口６及びカソー
ドガス用開口７を有する平板状のアノードマスクプレー
ト１５及びカソードマスクプレート１６とからなる。コ
ルゲート材１３、１４は連続してコの字状に折り曲げら
れた細長い流路を有し、かつコルゲート材の流路は一定
長さごとにオフセットしている。
【００１２】図２に示すように、セパレータ１０の外周
部でセンタープレート１２とアノードマスクプレート１
５及びカソードマスクプレート１６とが気密に連結さ
れ、これによりアノード側（下面）とカソード側（上
面）とをセンタープレート１２により仕切り、アノード
ガスとカソードガスとの混合を防止している。図示のよ
うにマスクプレートの外周部はプレス加工等によりセン
タープレートの位置まで絞られているのが良い。センタ
ープレートと両マスクプレートとの連結は、任意の手
段、例えば、溶接、ロウ付け、接着、カシメ等によるの
が良い。電極用開口１５ａ、１６ａにはアノード２とカ
ソード３が嵌め込まれる。アノード２とカソード３の厚
さは実質的にアノードマスクプレート１５、カソードマ
スクプレート１６と同一であり、これによりセパレータ
の表面を完全な平面とすることができる。また、図示し
ていないが、コルゲート材とマスクプレートとの間に必
要に応じてパンチングプレート等の開孔板を介在させて
も良い。
部でセンタープレート１２とアノードマスクプレート１
５及びカソードマスクプレート１６とが気密に連結さ
れ、これによりアノード側（下面）とカソード側（上
面）とをセンタープレート１２により仕切り、アノード
ガスとカソードガスとの混合を防止している。図示のよ
うにマスクプレートの外周部はプレス加工等によりセン
タープレートの位置まで絞られているのが良い。センタ
ープレートと両マスクプレートとの連結は、任意の手
段、例えば、溶接、ロウ付け、接着、カシメ等によるの
が良い。電極用開口１５ａ、１６ａにはアノード２とカ
ソード３が嵌め込まれる。アノード２とカソード３の厚
さは実質的にアノードマスクプレート１５、カソードマ
スクプレート１６と同一であり、これによりセパレータ
の表面を完全な平面とすることができる。また、図示し
ていないが、コルゲート材とマスクプレートとの間に必
要に応じてパンチングプレート等の開孔板を介在させて
も良い。
【００１３】また、図３に示すように、アノードマニホ
ールド部８ａでセンタープレート１２とカソードマスク
プレート１６のアノードガス用開口６の内端が互いに気
密に連結され、かつ図４に示すように、カソードマニホ
ールド部８ｂでセンタープレート１２とアノードマスク
プレート１５のカソードガス用開口７の内端が互いに気
密に連結されている。センタープレートは図示のように
プレス加工等により変形させておくのがよい。また連結
は、任意の手段、例えば、溶接、ロウ付け、接着、カシ
メ等によるのが良い。これにより、アノードガスとカソ
ードガスとの混合を防止し、かつアノードガスをアノー
ド側に、カソードガスをカソード側にそれぞれ供給する
ことができる。
ールド部８ａでセンタープレート１２とカソードマスク
プレート１６のアノードガス用開口６の内端が互いに気
密に連結され、かつ図４に示すように、カソードマニホ
ールド部８ｂでセンタープレート１２とアノードマスク
プレート１５のカソードガス用開口７の内端が互いに気
密に連結されている。センタープレートは図示のように
プレス加工等により変形させておくのがよい。また連結
は、任意の手段、例えば、溶接、ロウ付け、接着、カシ
メ等によるのが良い。これにより、アノードガスとカソ
ードガスとの混合を防止し、かつアノードガスをアノー
ド側に、カソードガスをカソード側にそれぞれ供給する
ことができる。
【００１４】図５は、図２に示したセパレータの間に電
解質板（タイル）を挟持した本発明による燃料電池の断
面図である。この図において、燃料電池は、アノード２
とカソード３の２枚の平板状の電極と、これらの電極の
間に挟持された平板状の電解質板すなわちタイル１とか
らなる複数のセル４と、前記複数のセル４を間に挟持す
るセパレータ１０とからなる。隣接するセパレータ１０
の表面の間にはタイル１を囲むようにドライシール２０
が挟持されている。これにより、タイル１から電解液が
漏れ出てもドライシール２０によりそれ以上の漏れ出し
が阻止されるので、セパレータの外周端部の腐食を低減
することができる。特に、本発明のセパレータ１０の両
面をなすアノードマスクプレート１５とカソードマスク
プレート１６のそれぞれの外周端には、各マスクプレー
トと同一平面上で外側に張り出して薄板状の延長部１０
ａが一体的に設けられ、隣接する各セパレータ１０の延
長部１０ａの間にドライシール２０が挟持されている。
かかる構成により、タイル１の厚さが変化した場合で
も、これに対応して延長部１０ａが撓み、ドライシール
２０のシール性能を保持することができる。
解質板（タイル）を挟持した本発明による燃料電池の断
面図である。この図において、燃料電池は、アノード２
とカソード３の２枚の平板状の電極と、これらの電極の
間に挟持された平板状の電解質板すなわちタイル１とか
らなる複数のセル４と、前記複数のセル４を間に挟持す
るセパレータ１０とからなる。隣接するセパレータ１０
の表面の間にはタイル１を囲むようにドライシール２０
が挟持されている。これにより、タイル１から電解液が
漏れ出てもドライシール２０によりそれ以上の漏れ出し
が阻止されるので、セパレータの外周端部の腐食を低減
することができる。特に、本発明のセパレータ１０の両
面をなすアノードマスクプレート１５とカソードマスク
プレート１６のそれぞれの外周端には、各マスクプレー
トと同一平面上で外側に張り出して薄板状の延長部１０
ａが一体的に設けられ、隣接する各セパレータ１０の延
長部１０ａの間にドライシール２０が挟持されている。
かかる構成により、タイル１の厚さが変化した場合で
も、これに対応して延長部１０ａが撓み、ドライシール
２０のシール性能を保持することができる。
【００１５】ドライシール２０は使用状態においてタイ
ル１の厚さと同一であるのが良い。また、ドライシール
２０は、セラミックパッキンである、のが好ましい。更
に、このセラミックパッキンは、ガスのシール性を高め
るために、セラミックの粉末を焼結させ、その空隙に燃
料電池の運転温度（約６５０°Ｃ）で軟化するアルミニ
ウム等の金属、或いはガラス、等を含浸させたものであ
るのが良い。
ル１の厚さと同一であるのが良い。また、ドライシール
２０は、セラミックパッキンである、のが好ましい。更
に、このセラミックパッキンは、ガスのシール性を高め
るために、セラミックの粉末を焼結させ、その空隙に燃
料電池の運転温度（約６５０°Ｃ）で軟化するアルミニ
ウム等の金属、或いはガラス、等を含浸させたものであ
るのが良い。
【００１６】図３及び図４に示したマニホールド部のガ
スシールにタイルを用いる場合には、図５に示したのと
同様にドライシールをタイルの内側に挟持する。これに
よりマニホールドの内端部の腐食を低減することができ
る。
スシールにタイルを用いる場合には、図５に示したのと
同様にドライシールをタイルの内側に挟持する。これに
よりマニホールドの内端部の腐食を低減することができ
る。
【００１７】
【発明の効果】上述した本発明の構成によれば、セパレ
ータの間に電解質板すなわちタイルを囲むようにドライ
シールが挟持されているので、タイルから電解液が漏れ
出てもドライシールによりそれ以上の漏れ出しが阻止さ
れる。従って、電解液によるセパレータの外周端部やマ
ニホールドの内端部等の腐食が低減され、電池の寿命を
延ばすことができる。
ータの間に電解質板すなわちタイルを囲むようにドライ
シールが挟持されているので、タイルから電解液が漏れ
出てもドライシールによりそれ以上の漏れ出しが阻止さ
れる。従って、電解液によるセパレータの外周端部やマ
ニホールドの内端部等の腐食が低減され、電池の寿命を
延ばすことができる。
【図１】本発明の燃料電池用のセパレータの平面図であ
る。
る。
【図２】図１に示すセパレータの周辺部の部分断面図で
ある。
ある。
【図３】アノードガス用のマニホールド部を示す部分断
面図である。
面図である。
【図４】カソードガス用のマニホールド部を示す部分断
面図である。
面図である。
【図５】セパレータの間に電解質板（タイル）を挟持し
た状態を示す燃料電池の断面図である。
た状態を示す燃料電池の断面図である。
【図６】溶融炭酸塩型燃料電池の模式的構成図である。
【図７】各セルにプロセスガスを供給する手段を示す図
である。
である。
１ 電解質板（タイル） ２ 燃料極（アノード） ３ 空気極（カソード） ４ 単セル ５ バイポーラプレート（セパレータ） ６ アノードガス用開口 ７ カソードガス用開口 ８ マニホールド１０ セパレータ１０ａ 延長部 １２ センタープレート １３、１４ コルゲート材 １５ アノードマスクプレート １６ カソードマスクプレート ２０ ドライシール
Claims (2)
- 【請求項１】 アノードとカソードの２枚の平板状の電
極と、これらの電極の間に挟持された平板状の電解質板
とからなる複数のセルと、 前記複数のセルを間に挟持するセパレータとからなる燃
料電池であって、 前記セパレータの両面の外周縁には、該セパレータの外
側に張り出して設けられた薄板状の延長部を有し、 隣接するセパレータの前記延長部の間にドライシールが
挟持される、ことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 前記ドライシールは、セラミックパッキ
ンである、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04190358A JP3137146B2 (ja) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04190358A JP3137146B2 (ja) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0636781A JPH0636781A (ja) | 1994-02-10 |
| JP3137146B2 true JP3137146B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=16256863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04190358A Expired - Fee Related JP3137146B2 (ja) | 1992-07-17 | 1992-07-17 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3137146B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3985619B2 (ja) | 2002-07-18 | 2007-10-03 | トヨタ車体株式会社 | 燃料電池用メタルセパレータ |
| JP2007035323A (ja) * | 2005-07-22 | 2007-02-08 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用セパレータ製造方法 |
| US20070243451A1 (en) | 2006-04-14 | 2007-10-18 | Chao-Yi Yuh | Anode support member and bipolar separator for use in a fuel cell assembly and for preventing poisoning of reforming catalyst |
| KR101578265B1 (ko) * | 2013-02-26 | 2015-12-16 | 주식회사 엘지화학 | 안정성이 향상된 이차전지용 바이셀 및 그 제조방법 |
-
1992
- 1992-07-17 JP JP04190358A patent/JP3137146B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0636781A (ja) | 1994-02-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |