JPH0218551B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池に係り、特
に、各単位電池間に介挿される双極性隔離板を改
良した燃料電池に関する。

〔発明の背景技術およびその問題点〕 従来、水素のように酸化され易いガスと、酸素
のように酸化力のあるガスとを電気化学反応プロ
セスを経て反応させることによつて直流電力を得
るようにした燃料電池が広く知られている。この
燃料電池は、使用する電解質によつて、りん酸
型、溶融炭酸塩型、固体電解質型等に大別され
る。

ところで、上記のような燃料電池のうち、溶融
炭酸塩型の燃料電池は、650℃近辺の温度で動作
させるようにしたもので、その要部は通常、第１
図に示すように、炭酸リチウム、炭酸カリウム等
の炭酸塩の電解質と、リチウムアルミネート等の
セラミツク系保持材とを一体化してなる電解質層
１を燃料極および酸化剤極を構成するニツケル合
金系等で形成されたガス拡散極２ａ，２ｂで挟ん
で単位電池３を構成し、この単位電池３を複数
個、相互間に双極性隔離板４を介在させて積層し
た積層体Ｘに構成されている。

各双極性隔離板４は、耐食性に富んだ厚さ６〜
12mmのステンレス鋼製の板体５の両面に図中太矢
印Ｐで示す如く燃料ガスを通流させるための通路
Ａを構成する溝６と、図中太矢印Ｑで示す如く酸
化剤ガスを通流させるための通路Ｂを構成する溝
７とを互いに直交する関係に設けたものとなつて
いる。各溝６，７は、板体５の両側部Ｃ，Ｄを除
いた中央部分に平行に形成されており、これら溝
６，７が設けられている部分の両側には前述した
ガス拡散極の両側縁を係止する係止用段部８ａ，
８ｂが形成されている。すなわち、上記ガス拡散
極は、一方の面が電解質層１に接触し、他方の面
が上述した係止用段部８ａ，８ｂおよび溝６，７
を構成する凸部に接触した状態で位置保持される
大きさに形成されている。そして、板体５の前記
溝の設けられていない両側部Ｃ，Ｄを使つてシー
ルするようにしている。

しかしながら、主要部が上記のように構成され
た溶融炭酸塩型燃料電池にあつては次のような問
題があつた。すなわち、双極性隔離板４として、
ステンレス鋼製の板体５に研削、放電加工等によ
つて溝６，７を形成したものを用いているので、
製作に長時間を要するばかりか、材料の無駄が多
い問題があつた。また、一枚の板体５に溝加工を
施して双極性隔離板４を構成するようにしている
ので双極性隔離板１個当りの重量が重く、このた
め、積層時に下部に位置する電池要素に過大な荷
重が加わり、これらを破損させてしまう虞れが多
分にあつた。さらに、上述した構成の双極性隔離
板４は、ガス拡散極２ａ，２ｂに接触する部分、
つまり溝６，７を構成する凸部の剛性が大きいの
で、電解質層１やガス拡散極２ａ，２ｂの厚みが
不均一であつたとき、これを吸収することができ
ず、この結果、これらに局部的に過荷重が加わつ
て、これらを破損させてしまう虞れもあつた。

そこで、最近、このような不具合を解消するた
めに、第２図に示すように、薄いステンレス鋼製
の板材１１の両面でかつ互いに平行する両側部に
係止用段部８ａ，８ｂを有したステンレス鋼製の
シール用のエツジ部材１２ａ，１２ｂおよび１３
ａ，１３ｂを溶接するとともにエツジ部材１２ａ
と１２ｂとの間およびエツジ部材１３ａと１３ｂ
との間に厚さ0.2〜0.3mmのステンレス鋼製の波板
１４ａ，１４ｂを装着し、これら波板１４ａ，１
４ｂの隣接した頂部間に存在する逆三角形状の溝
状部１５ａ，１５ｂをガス通路Ａ，Ｂとした双極
性隔離板４ａが提案されている。

このように双極性隔離板４ａを構成すると、確
かに製作時間の短縮化および軽量化を図れ、ま
た、波板１４ａ，１４ｂの弾性によつて、電解質
層１やガス拡散極２ａ，２ｂの厚みの不均一さを
ある程度吸収することができる。

しかし、波板１４ａ，１４ｂは電子の通路とな
るので、電子伝導性を向上させるために、波板１
４ａ，１４ｂの谷の頂部と板材１１とを溶接によ
つて接合させると波板１４ａ，１４ｂの弾力性が
低下し、前述した厚みの不均一さを吸収できない
問題がある。一方、上記のように波板１４ａ，１
４ｂの谷の頂部と板材１１とを溶接等によつて接
合しない場合には、組立時の作業性、積層精度が
著しく悪化するのを免れ得ず、しかも運転中に絶
縁性の被膜が形成されて波板１４ａ，１４ｂと板
材１１との間の電子伝導性が損なわれる虞れがあ
り、結局、一長一短があつて必ずしも満足できる
ものとは云えないものであつた。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、軽量で、形状不
均一時の良好な吸収性、良好な電子伝導性ならび
に組立時の作業性に勝れた双極性隔離板を備えて
なる溶融炭酸塩型燃料電池を提供することにあ
る。

（発明の概要〕 本発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池は双極性隔
離板に特徴を有している。すなわち、双極性隔離
板は、金属材製の隔離板本体と、この本体の両面
に平行に固着され相互間に存在する溝状空間で前
述した各ガスの通路を構成する円筒状もしくは半
円筒状の金属材製パイプとを備えた構成になつて
いる。つまり、第２図において説明した波板を金
属材製のパイプに置き代えた構成となつている。

〔発明の効果〕

上記構成であると、金属材製パイプとして薄肉
のものを用いれば第２図に示したものと同様に十
分に軽量化することができ、しかも金属材製パイ
プに十分な弾性を発揮させることができるので電
解質層やガス拡散電極の厚みの不均一な分布も上
記パイプによつて吸収させることができる。ま
た、各金属材製パイプはそれぞれ独立しているの
で、このパイプを隔離板本体に溶接等によつて接
合しても各パイプの弾性は何ら損なわれない。し
たがつて、形状不均一を吸収する機能を損なわず
に各パイプと隔離板本体とを電子的に良好に接合
でき、電子伝導性を向上させることができる。ま
た、各パイプとして同一外径のものを揃えること
は容易であることからして各パイプとガス拡散極
とを電子的に良好に接触させることもできる。さ
らに、酸化剤極側に位置するパイプ内に酸化剤ガ
スを通流させることによつて上記パイプを冷却パ
イプと兼用させることができ、結局、従来の問題
点を全て解消でき、その結果として勝れた電池特
性を発揮させることができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説
明する。

第３図は本発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池に
組込まれる双極性隔離板４４を取り出して示すも
のである。すなわち、この双極性隔離板４４は、
たとえば厚さ0.5mmのステンレス鋼板で形成され
た隔離板本体４５と、この隔離板本体４５の両面
で、かつ平行する両辺部にそれぞれ固着されたス
テンレス鋼製のシール用エツジ部材４６ａ，４６
ｂおよび４７ａ，４７ｂと、上記エツジ部材４６
ａと４６ｂとの間に位置する隔離板本体４５の表
面に上記エツジ部材４６ａ，４６ｂと平行に、か
つ相互間に、たとえば1.5mmの間隔をあけて複数
本固着され、相互間に存在する溝状空間で酸化剤
ガスの通路Ｂを構成する、たとえば肉厚0.1mm、
直径２mmの円筒状に形成されたステンレス鋼製の
パイプ４８ａと、同じくエツジ部材４７ａと４７
ｂとの間に位置する隔離板本体４５の表面に上記
エツジ部材４７ａ，４７ｂと平行に、かつ相互間
に上記と同様な間隔をあけて複数本固着され、相
互間に存在する溝状空間で燃料ガスの通路Ａを構
成する前記と同様に形成されたパイプ４８ｂとで
構成されている。なお、各エツジ部材４６ａ，４
６ｂ，４７ａ，４７ｂの内側縁部には図示しない
ガス拡散極の両側縁部を係止するための係止用段
部４９が形成されている。また、通路Ａを形成す
るパイプ４８ｂとしては、第４図に示すように、
その中途位置を押しつぶしてパイプ内に燃料ガス
を通流しないようにしたものが用いられている。
また、上記のような双極性隔離板４４は、たとえ
ば次のようにして製造される。すなわち、第５図
に示すように隔離板本体４５の両面にろう材６１
の層を設けた状態で、その表面にエツジ部材４６
ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂおよびパイプ４８
ａ，４８ｂを配設し、これらをパイプ設置溝６２
ならびにエツジ部材設置溝６３を備えたステンレ
ス鋼製の押え板６４ａ，６４ｂで押え付ける。な
お、押え板６４ａ，６４ｂの隔離板本体４５側に
位置する面には各押え板とエツジ部材およびパイ
プとが接合するのを防止するための窒化硼素の層
６５が形成されている。このようにして組合せた
ものに図中上方から約１Kg／cm²の荷重を与えた状
態で真空炉（真空度１×10^-4Torr以上）で1000
℃、１時間加熱し、さらに1150℃で30分加熱し、
その後、徐冷することによつて第３図に示すよう
に一体化したものを得ることができる。

しかして、本発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池
は、上記のように構成された双極性隔離板４４を
第１図に示した複数の単位電池３相互間に介在さ
せて積層し、締付けて一体化し、この積層体によ
つて主要部が構成されている。

このような構成であると、積層体の両端面間に
負荷を接続した状態で、各双極性隔離板４４に形
成された通路Ａに燃料ガスを、また通路Ｂに酸化
剤ガスをそれぞれ通流させると、良く知られてい
る原理によつて負荷に直流電力を供給することが
できる。

そして、この場合には、各双極性隔離板４４の
ガス通路Ａ，Ｂが隔離板本体４５の両面に固着さ
れたパイプ４８ａ，４８ｂの相互間に存在してい
る溝状の空間によつて形成されているので、一枚
の板材に溝加工を施して双極性隔離板を形成した
ものに較べて双極性隔離板一個当りの重量を軽量
化することができる。また、各パイプ４８ａ，４
８ｂは隔離板本体４５にそれぞれ独立して固着さ
れているので、第６図に示すように矢印Ｃで示す
方向の荷重が加わると、各パイプ４８ａ，４８ｂ
は図中４８a′，４８b′で示すようにそれぞれ独立
して楕円形に撓む。したがつて、電解質層１やガ
ス拡散極２ａ，２ｂに局部的に厚肉の部分があつ
ても、これをパイプ４８ａ，４８ｂの変形によつ
て吸収することができるので、上記のように局部
的に厚肉部が存在したときに起こり易い電解質層
１やガス拡散極２ａ，２ｂの破損を防止すること
ができる。また、パイプ４８ａ，４８ｂを隔離板
本体４８に溶接等によつて固着しているので組立
作業の容易化は勿論のこと相互間における電子伝
導度を向上させることができる。また、パイプ４
８ａ内を通流するガスは発電には寄与しないが、
このガスに冷却機能を発揮させることもでき、結
局前述した効果を発揮させることができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定される
ものではない。すなわち、上述した実施例では円
筒状のパイプ４８ａ，４８ｂを用いているが、第
７図に示すように半円筒状のパイプ７８を用いる
ようにしてもよい。このようなパイプ７８を用い
ると、荷重方向の弾性は円筒状の場合より劣る
が、荷重によつて変形したときの相互間の距離
l′を大きく保つことができるので、反応ガスの有
効利用化を図ることができる。また、各実施例共
に隔離板本体、エツジ部材およびパイプをステン
レス鋼で形成しているが、これに限られるもので
はなく、耐食性を有し、かつ良電子伝導性を有し
ている金属材であればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の溶融炭酸塩型燃料電池の主要部
の分解斜視図、第２図は上記主要部に組込まれる
双極性隔離板の異なる例を示す斜視図、第３図は
本発明に係る溶融炭酸塩型燃料電池の主要部に組
込まれる双極性隔離板の斜視図、第４図は同隔離
板に組込まれたパイプの一例を示す図、第５図は
同隔離板の製造工程例を説明するための図、第６
図は同隔離板の作用を説明するための図、第７図
は双極性隔離板の変形例を説明するための図であ
る。 Ｘ……積層体、１……電解質層、２ａ，２ｂ…
…ガス拡散極、３……単位電池、４４……双極性
隔離板、４５……隔離板本体、４６ａ，４６ｂ，
４７ａ，４７ｂ……エツジ部材、４８ａ，４８
ｂ，７８……パイプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 燃料極と酸化剤極との間に溶融炭酸塩電解質
   層を介在させてなる複数の単位電池を、各単位電
   池相互間に、両面にそれぞれ溝状に形成された燃
   料ガス通路および酸化剤ガス通路を有した双極性
   隔離板を介在させて積層してなる溶融炭酸塩型燃
   料電池において、前記双極性隔離板は、金属材製
   の隔離板本体と、この本体の両面にそれぞれ平行
   に固着され相互間に存在する溝状空間で前記各ガ
   スの通路を構成する円筒状もしくは半円筒状の金
   属材製パイプとを備え、かつ前記パイプのうち、
   少なくとも前記燃料ガスの通路を形成するパイプ
   の一部をつぶして前記燃料ガスの流通を阻止する
   ようにしてなることを特徴とする溶融炭酸塩型燃
   料電池。