JP3508215B2 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JP3508215B2
JP3508215B2 JP17487694A JP17487694A JP3508215B2 JP 3508215 B2 JP3508215 B2 JP 3508215B2 JP 17487694 A JP17487694 A JP 17487694A JP 17487694 A JP17487694 A JP 17487694A JP 3508215 B2 JP3508215 B2 JP 3508215B2
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敦 都留
信之 在間
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石川島播磨重工業株式会社
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燃料の有する化学エネル
ギーを直接電気エネルギーに変換させるエネルギー部門
で用いる燃料電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在までに提案されている燃料電池のう
ち、溶融炭酸塩型燃料電池は、図3に一例を示す如く、
電解質として溶融炭酸塩を多孔質物質にしみ込ませたタ
イル(電解質板)1を金属多孔質板からなるアノード
(燃料極)2とカソード(酸素極)3の両電極で両面か
ら挟み、アノード2側に燃料ガスFGを供給すると共に
カソード3側に酸化ガスOGを供給することによりアノ
ード2とカソード3での化学反応によって発電が行われ
るようにしたものを1セル4とし、各セル4をセパレー
タ5を介して多層に積層させてスタックとするようにし
てある。
【0003】上記燃料電池のセル4を積層するときの仕
切りとなる上記セパレータ5は、内部マニホールド型の
燃料電池にあっては周辺部を除く中央部分にガス流路と
なる凹凸部10を表裏両面に形成し、周辺部には燃料ガ
スFGの給排用のマニホールド6,7と酸化ガスOGの
給排用のマニホールド8,9が設けてあって、ウェット
シール部としてあり、上記セパレータ5の表裏両面を異
なるガスが流れるように各ガスの給排用のマニホールド
と中央部分のガス流路とを連通させた構成としてある。
11は中央部分を切り抜いてセパレータ5の周辺部に配
したディスタンスピースである。
【0004】又、上記セパレータ5としては、中央部分
のガス流路形成用の凹凸部10をエッチング、機械掘加
工、プレス等により成形させる型式のもの、あるいは、
センタープレートの両面側にコルゲート板を配してコル
ゲート板によりガス流路を形成させるようにしたコルゲ
ート型式のもの等がある。
【0005】上記コルゲート型式のセパレータを用いた
内部マニホールド型の燃料電池は、その一例を図4及び
図5の(イ)(ロ)(ハ)に示す如く、周辺部に燃料ガ
ス用と酸化ガス用のマニホールド12と13を設けたセ
ンタープレート18と、該センタープレート18の反応
部20となる中央部分の両面側に配してガス流路を形成
させるようにするガス流路形成用凹凸部としてのコルゲ
ート板14,15と、コルゲート板14,15の上下に
配置したカレントコレクタとして機能するパンチ板19
と、反応部20となる中央部分を切り抜いて周辺部のみ
とすると共に上記マニホールド12,13と連通するよ
うにマニホールドを設けて上記センタープレート18の
周辺の上下両面に配して外縁部を全周にわたり接合させ
たマスク板16,17とを備え、且つ、上記燃料ガス用
のマニホールド12の部分では、センタープレート18
のマニホールド周縁部を折り曲げてマスク板16に接合
させて、燃料ガスFGが図5の(ロ)において矢印で示
す如くコルゲート板14を通して反応部20へ流される
ようにすると共に、上記酸化ガス用のマニホールド13
の部分では、センタープレート18のマニホールド周縁
部を折り曲げてマスク板17に接合させて、酸化ガスO
Gが図5の(ハ)において矢印で示す如くコルゲート板
15を通して反応部20へ流されるように構成したセパ
レータ5を用い、タイル1をアノード2とカソード3で
挟んでなるセル4を積層するとき、アノード2とカソー
ド3がそれぞれマスク板16,17で囲まれる中央部分
に位置して、パンチ板19を介してタイル1に押し付け
られるように積層させるようにしてある。
【0006】なお、図4及び図5において、21,22
はマスク板16,17の切り抜き部である電極周辺部の
支持構造体を示し、該支持構造体21はコルゲート板1
4,15によるガス流路形成用凹凸部の入口、出口に相
当する部分に配したコルゲート板の如き流路部材であ
り、一方、支持構造体22はコルゲート板14,15に
よるガス流路形成用凹凸部の側端部に相当する部分に配
した非流路部材である。又、23はマニホールド12,
13周囲の流路部材からなる支持構造体を示す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
コルゲート型式のセパレータ5を用いた燃料電池の場
合、カソード3、アノード2の両電極とマスク板16,
17は、運転開始時にはほぼ同じ厚さとなっていて、電
極とマスク板16,17で均等に締付荷重を分担するよ
うになっているが、電池を長時間運転する場合、時間の
経過と共にクリープ変形により電極厚さが減少するた
め、剛体で変形しないマスク板16,17と電極との間
で段差が生じて電極の締付面圧が減少してしまい、その
結果、電極/集電板間あるいは電極/電解質板間の接触
抵抗が増大することにより、出力電圧の低下、電解質消
失等の問題が発生する。因に、上記センタープレート1
8自体をプレスにより凹凸加工した型式の場合も同様な
問題がある。
【0008】そこで、本発明は、長時間運転に伴って電
極の厚さが減少しても、反応部の締付面圧を保持し続け
ることができるような燃料電池を提供しようとするもの
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、センタープレートとその両側面に配置し
たシール用プレートとの間の反応部となる中央部分にガ
ス流路形成用凹凸部を設けて、該両シール用プレートの
周縁部と該センタープレートの周縁部を接合し、更に、
上記両シール用プレートの上記ガス流路形成用凹凸部と
対応する中央部分に多数の小孔を穿設して該中央部分を
パンチ板部としてなるセパレータを構成し、該セパレー
タのシール用プレートの周辺部に達する大きさとしたタ
イルの両面を、該タイルと同じ大きさとなるように上記
セパレータのシール用プレートの周辺部に達する大きさ
としたカソードとアノードの両電極で挟持してなるセル
を、上記セパレータを介して積層させ、且つ該セルの両
電極を上記セパレータのシール用プレートの全面に接触
させるようにした構成とする。
【0010】又、アノードとカソードの両電極自体の周
辺部に、封孔処理を施してなる封孔処理部を形成した構
成とする。
【0011】
【作用】アノード、カソードの両電極を大きくして、中
央部分の反応部のみならず周辺部にまで達するようにし
てセパレータのシール用プレートに全面接触させている
ことから、運転に伴う電極の厚さ減少が起きても反応部
に段差が生じることがなく、電極全面で面圧を受けるこ
とができて反応部の締付面圧を保つことができる。
【0012】又、アノード、カソードの周辺部に封孔処
理部を形成することにより、ガスのリークを防止でき、
シール性をより向上できることになる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【0014】図1は本発明の一実施例を示すもので、タ
イル1の両面をアノード2とカソード3の両電極で挟
み、アノード2側に燃料ガスを供給すると共にカソード
3側に酸化ガスを供給することによりアノード2とカソ
ード3との間で発生する電位差により発電が行われるよ
うにしたものを1セル4とし、該セル4をセパレータ2
4を介し多層に積層させてスタックとするようにしてあ
る構成において、上記セパレータ24を構成するシール
用プレート25,26をパンチ板兼用とし、且つセル4
を構成するアノード2とカソード3の両電極を、セパレ
ータ24の周辺部に達する大きさとしてシール用プレー
ト25,26のほぼ全面に接触させるようにする。
【0015】詳述すると、上記セパレータ24は、セン
タープレート18の反応部20となる中央部分の表裏両
面に、ガス流路形成用凹凸部としてのコルゲート板1
4,15を配置し、更に、その外側に、反応部20と対
応する中央部分に多数の小孔27を穿設してパンチ板部
25aとしたシール用プレート25と同じく中央部分に
多数の小孔27を穿設してパンチ板部26aとしたシー
ル用プレート26を配置して、該両シール用プレート2
5,26の周縁部をセンタープレート18の周縁部に重
ね合わせて接合した構成とし、該セパレータ24を用い
て積層するセル4を、タイル1と該タイル1と同じ大き
さとしたアノード2、カソード3の両電極を重ね合わせ
てなる構成とし、電極がシール用プレート25,26の
周辺部に接触するようにする。
【0016】上記構成としてあるため、長時間運転に伴
ってアノード2やカソード3等の電極厚さがクリープ変
形により減少しても、従来の如き電極とマスク板との間
に段差を生じることがなくなり、シール用プレート2
5,26と接する全面で面圧を受けることができて締付
面圧を保持することができる。すなわち、セパレータ2
4のコルゲート板14,15によるガス流路形成用凹凸
部には、従来のパンチ板の機能を兼ねるように、反応部
20となる中央部と多数の小孔27を穿設したパンチ板
部25aと26aが一連に形成されているシール用プレ
ート25,26にアノード2とカソード3を重ね合わせ
てシール用プレートの全面に接触させるように配置して
あることから、アノード2やカソード3等の厚さが運転
に伴って減少する場合、反応部20に対応する部分のみ
ならず全面が均一に減少することになって段差が生じる
ことはないので、面圧が減少することはなく、反応部2
0の締付面圧を保持し続けることができる。又、図5に
示した従来の燃料電池では、電極をマスク板の内側に嵌
め込むよう配置する構成上、電極の厚さとマスク板の厚
さを同じにしなければならなかったが、その点、本発明
では、従来のマスク板に相当するシール用プレート2
5,26のほぼ全周にわたる大きさとしてその上に重ね
て配置する方式としてあるため、電極の厚さを自由に選
択することができ、電極の製作、加工が容易となる。
【0017】図1に示す実施例は、外部マニホールド型
又は内部マニホールド型いずれの燃料電池にも適用でき
る。この場合、上記アノード2、カソード3は金属多孔
質板であることから、反応部20を流れるガスがアノー
ド2、カソード3の内部を通りリークする虞があるが、
実験によると、このリークは運転に支障を来たさない程
度の極く微量であることが確認されている。
【0018】次に、図2の(イ)(ロ)は本発明の他の
実施例を示すもので、上記実施例と同様にアノード2及
びカソード3の両電極をタイル1の全面にわたり配置し
て、セパレータ24の両面に接触させるようにした構成
において、内部マニホールド型の燃料電池の周辺部のシ
ールを、タイル1に浸み込ませた溶融炭酸塩によるウェ
ットシールにより行う場合に、電極のシール性を確保す
るようにするもので、アノード2とカソード3の反応部
20から外れた周辺部に封孔処理部2aと3aを形成し
たものである。封孔処理の施工法としては、アルミナの
微粒子を液体に混ぜて吹き付けて浸み込ませるようにし
たり、あるいは、切断面を溶解処理を施すようにする。
【0019】図2の実施例の場合には、アノード2とカ
ソード3の周辺部に封孔処理が施してあることから、ガ
スのリークを防止することができ、シール性を更に高め
ることができる利点がある。
【0020】なお、上記実施例においては、ガス流路形
成用凹凸部としてセンタープレート18の表裏両面にコ
ルゲート板14,15を配置した場合を示したが、セン
タープレート18自体をプレスにより凹凸加工してガス
流路形成用凹凸部を形成するようにした型式についても
同様に実施できること、その他本発明の要旨を逸脱しな
い範囲内において種々変更を加え得ることは勿論であ
る。
【0021】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の燃料電池によ
れば、センタープレートとその両側面に配置したシール
用プレートとの間の反応部となる中央部分にガス流路形
成用凹凸部を設けて、該両シール用プレートの周縁部と
該センタープレートの周縁部を接合し、更に、上記両シ
ール用プレートの上記ガス流路形成用凹凸部と対応する
中央部分に多数の小孔を穿設して該中央部分をパンチ板
部としてなるセパレータを構成し、該セパレータのシー
ル用プレートの周辺部に達する大きさとしたタイルの両
面を、該タイルと同じ大きさとなるように上記セパレー
タのシール用プレートの周辺部に達する大きさとしたカ
ソードとアノードの両電極で挟持してなるセルを、上記
セパレータを介して積層させ、且つ該セルの両電極を上
記セパレータのシール用プレートの全面に接触させるよ
うにした構成としてあるので、締付けにより電極の厚さ
が減少しても反応部となる中央部分のみならず全面が均
一に減少することになって段差が生ずることがなく、電
極の全面で面圧を受けることができて、反応部で締付力
が不足するという事態がなくなって、電池性能を低下さ
せることがなくなり、しかも電極をセパレータのシール
用プレートの全面に重ねて配置できる大きさとしたこと
から、電極の厚さ選択に自由度が生じ、そのため、電極
の製作、加工が容易となると共に、含浸したタイルはも
ろくなり取り扱いが大変となるが、電極を重ね合わせて
一体型としておくことによりタイルの取り扱いも容易に
なるという優れた効果を発揮し、又、アノードとカソー
ドの両電極自体の周辺部に、封孔処理を施してなる封孔
処理部を形成した構成とすることにより、封孔処理部で
ガスリークを防止することができてシール性をより向上
することができる、等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池の一実施例を示す部分切断側
面図である。
【図2】本発明の他の実施例を示すもので、(イ)は部
分切断側面図、(ロ)は電極の概略平面図である。
【図3】溶融炭酸塩型燃料電池の一例を示す概略図であ
る。
【図4】内部マニホールド型の燃料電池の一例を示す一
部切断平面図である。
【図5】内部マニホールド型の燃料電池の部分切断側面
を示すもので、(イ)(ロ)(ハ)は図4のそれぞれA
方向、B方向、C方向拡大矢視図である。
【符号の説明】
1 タイル 2 アノード(電極) 2a 封孔処理部 3 カソード(電極) 3a 封孔処理部 4 セル 14,15 コルゲート板(ガス流路形成用凹凸部) 18 センタープレート 20 反応部 24 セパレータ 25 シール用プレート 25a パンチ板部 26 シール用プレート 26a パンチ板部 27 小孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 センタープレートとその両側面に配置し
    たシール用プレートとの間の反応部となる中央部分にガ
    ス流路形成用凹凸部を設けて、該両シール用プレートの
    周縁部と該センタープレートの周縁部を接合し、更に、
    上記両シール用プレートの上記ガス流路形成用凹凸部と
    対応する中央部分に多数の小孔を穿設して該中央部分を
    パンチ板部としてなるセパレータを構成し、該セパレー
    タのシール用プレートの周辺部に達する大きさとしたタ
    イルの両面を、該タイルと同じ大きさとなるように上記
    セパレータのシール用プレートの周辺部に達する大きさ
    としたカソードとアノードの両電極で挟持してなるセル
    を、上記セパレータを介して積層させ、且つ該セルの両
    電極を上記セパレータのシール用プレートの全面に接触
    させるようにした構成を有することを特徴とする燃料電
    池。
  2. 【請求項2】 アノードとカソードの両電極自体の周辺
    部に、封孔処理を施してなる封孔処理部を形成した請求
    項1記載の燃料電池。
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