JPH0218552B2 - - Google Patents
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- JPH0218552B2 JPH0218552B2 JP57206214A JP20621482A JPH0218552B2 JP H0218552 B2 JPH0218552 B2 JP H0218552B2 JP 57206214 A JP57206214 A JP 57206214A JP 20621482 A JP20621482 A JP 20621482A JP H0218552 B2 JPH0218552 B2 JP H0218552B2
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- gas
- separator
- fuel cells
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- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0232—Metals or alloys
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- H—ELECTRICITY
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- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
-
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- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
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- 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
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
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等の高温燃料
電池に組込まれる双極性隔離板の改良に関する。
電池に組込まれる双極性隔離板の改良に関する。
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り直流電力を得る
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。
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り直流電力を得る
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、その主要部は通常、第
１図に示すように構成されている。すなわち、炭
酸リチウム、炭酸カリウム等の炭酸塩電解質と、
リチウムアルミネート等のセラミツク系保持材と
を平板状に一体化してなる電解質層１の両面に上
記電解質層１の縦横寸法に比較して一方の寸法だ
けが狭く形成されたニツケル合金系のガス拡散極
２ａ，２ｂを互いに直交するように当てがつて単
位電池３を構成し、この単位電池を複数個、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。
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、その主要部は通常、第
１図に示すように構成されている。すなわち、炭
酸リチウム、炭酸カリウム等の炭酸塩電解質と、
リチウムアルミネート等のセラミツク系保持材と
を平板状に一体化してなる電解質層１の両面に上
記電解質層１の縦横寸法に比較して一方の寸法だ
けが狭く形成されたニツケル合金系のガス拡散極
２ａ，２ｂを互いに直交するように当てがつて単
位電池３を構成し、この単位電池を複数個、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、前記電解質層１の縦横寸
法と等しい縦横寸法にステンレス鋼で形成された
隔離板本体５と、この隔離板本体５の両面にそれ
ぞれ形成され図中太矢印Ｐで示す如く燃料ガスを
通流させるための通路Ａを構成する複数の溝６お
よび図中太矢印Ｑで示す如く酸化剤ガスを通流さ
せるための通路Ｂを構成する上記溝６とは直交す
る複数の溝７とで構成されている。各溝６，７
は、隔離板本体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、ガス拡散極２ａ，２ｂ
は、第２図に示すように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，８
ｂ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、隔離板本体５の前記溝６，７の設けられてい
ない両側部Ｃ，Ｄを使つてガスシールするように
している。
法と等しい縦横寸法にステンレス鋼で形成された
隔離板本体５と、この隔離板本体５の両面にそれ
ぞれ形成され図中太矢印Ｐで示す如く燃料ガスを
通流させるための通路Ａを構成する複数の溝６お
よび図中太矢印Ｑで示す如く酸化剤ガスを通流さ
せるための通路Ｂを構成する上記溝６とは直交す
る複数の溝７とで構成されている。各溝６，７
は、隔離板本体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、ガス拡散極２ａ，２ｂ
は、第２図に示すように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，８
ｂ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、隔離板本体５の前記溝６，７の設けられてい
ない両側部Ｃ，Ｄを使つてガスシールするように
している。
しかしながら、上記のように主要部が構成され
る燃料電池に組込まれた従来の双極性隔離板４に
あつては、ステンレス鋼板に単に切削加工あるい
は放電加工によつて溝６，７を設けた構成を採用
しているので、単位面積当りの重量が重く、燃料
電池全体を大重量化させるばかりか、柔軟性に欠
け、ガス拡散極や電解質層に存在する凹凸を吸収
することができず、この結果、ガス拡散極との間
の電子的接触を良好に保持できない問題があつ
た。すなわち、双極性隔離板には、単位面積当り
の重量が軽いこと、ガス拡散極との接触を良好に
保持でき電気抵抗が小さいこと、ガス拡散極およ
び電解質層に存在する凹凸を吸収して隔離板、ガ
ス拡散極および電解質層間に良好な接触状態を形
成し得ること、ガス通路の圧力損失を十分小さく
できること、大型化が容易であること、耐食性に
富んでいることなどの条件を満すことが望まれ
る。しかし、従来の双極性隔離板にあつては、上
述した理由で上記要望の全てを満すことができな
いものであつた。
る燃料電池に組込まれた従来の双極性隔離板４に
あつては、ステンレス鋼板に単に切削加工あるい
は放電加工によつて溝６，７を設けた構成を採用
しているので、単位面積当りの重量が重く、燃料
電池全体を大重量化させるばかりか、柔軟性に欠
け、ガス拡散極や電解質層に存在する凹凸を吸収
することができず、この結果、ガス拡散極との間
の電子的接触を良好に保持できない問題があつ
た。すなわち、双極性隔離板には、単位面積当り
の重量が軽いこと、ガス拡散極との接触を良好に
保持でき電気抵抗が小さいこと、ガス拡散極およ
び電解質層に存在する凹凸を吸収して隔離板、ガ
ス拡散極および電解質層間に良好な接触状態を形
成し得ること、ガス通路の圧力損失を十分小さく
できること、大型化が容易であること、耐食性に
富んでいることなどの条件を満すことが望まれ
る。しかし、従来の双極性隔離板にあつては、上
述した理由で上記要望の全てを満すことができな
いものであつた。
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、上述した要望の
ほぼ全部を満足させ得る燃料電池用双極性隔離板
を提供することにある。
ので、その目的とするところは、上述した要望の
ほぼ全部を満足させ得る燃料電池用双極性隔離板
を提供することにある。
本発明に係る双極性隔離板は、両面に横断面が
凹状をなすガス通路を備えた金属材製の隔離板本
体と、この隔離板本体の上記各ガス通路にそれぞ
れ装着され、前記ガスの流れ方向に沿う溝を複数
有する多孔率65〜98％の海綿金属板とで構成され
ている。すなわち、従来の溝形成部分が上述した
多孔率を有する海綿金属板に置き代えられている
のである。
凹状をなすガス通路を備えた金属材製の隔離板本
体と、この隔離板本体の上記各ガス通路にそれぞ
れ装着され、前記ガスの流れ方向に沿う溝を複数
有する多孔率65〜98％の海綿金属板とで構成され
ている。すなわち、従来の溝形成部分が上述した
多孔率を有する海綿金属板に置き代えられている
のである。
上述した多孔率の海綿金属板は単位体積当りの
重量が非常に軽い。したがつて、双極性隔離板全
体の重量を従来のものに較べて大幅に軽量化でき
る。また、上述した多孔率を備えている故にガス
通流時の圧力損失も十分小さくできる。また、上
述した多孔率の海綿金属板は、たとえば金属粉末
の多孔質焼結体などとは違つて十分に弾力性に富
んでいる。したがつて、局部的な変形によつてガ
ス拡散極や電解質層に存在する凹凸を吸収するこ
とができ、双極性隔離板本体と海綿金属板との
間、海綿金属板とガス拡散極との間およびガス拡
散極と電解質層との間の接触性をそれぞれ向上さ
せることができ、この結果、電池抵抗の低減化に
寄与できる。また、溶融炭酸塩燃料電池等の高温
の燃料電池においては2COCo2＋Ｃというブド
ワール（Boudouard）反応により炭素析出が生
じるので、多孔質の海綿金属板のみでは目詰りが
発生しやすいが、多孔質の海綿金属板表面にガス
の流れ方向に沿う溝を複数設けてあるので、目詰
りの発生を防止することができる。
重量が非常に軽い。したがつて、双極性隔離板全
体の重量を従来のものに較べて大幅に軽量化でき
る。また、上述した多孔率を備えている故にガス
通流時の圧力損失も十分小さくできる。また、上
述した多孔率の海綿金属板は、たとえば金属粉末
の多孔質焼結体などとは違つて十分に弾力性に富
んでいる。したがつて、局部的な変形によつてガ
ス拡散極や電解質層に存在する凹凸を吸収するこ
とができ、双極性隔離板本体と海綿金属板との
間、海綿金属板とガス拡散極との間およびガス拡
散極と電解質層との間の接触性をそれぞれ向上さ
せることができ、この結果、電池抵抗の低減化に
寄与できる。また、溶融炭酸塩燃料電池等の高温
の燃料電池においては2COCo2＋Ｃというブド
ワール（Boudouard）反応により炭素析出が生
じるので、多孔質の海綿金属板のみでは目詰りが
発生しやすいが、多孔質の海綿金属板表面にガス
の流れ方向に沿う溝を複数設けてあるので、目詰
りの発生を防止することができる。
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説
明する。
明する。
第３図は、本発明の一実施例に係る双極性隔離
板を組込んだ溶融炭酸塩型燃料電池の主要部を分
解して示すもので、第１図と同一部分は同一符号
で示してある。したがつて、重複する部分の説明
は省略する。
板を組込んだ溶融炭酸塩型燃料電池の主要部を分
解して示すもので、第１図と同一部分は同一符号
で示してある。したがつて、重複する部分の説明
は省略する。
この実施例における双極性隔離板１４は、大き
く分けて隔離板本体１５と、この隔離板本体１５
の両面に装着された海綿金属板１６ａ，１６ｂと
で構成されている。
く分けて隔離板本体１５と、この隔離板本体１５
の両面に装着された海綿金属板１６ａ，１６ｂと
で構成されている。
隔離板本体１５は、電解質層１の縦横寸法と等
しい縦横寸法に形成された薄い（たとえば厚さ２
mm）ステンレス鋼製の板体１７と、この板体１７
の一方の面の平行する両辺部にそれぞれろう付け
され、それぞれの間に上記一方の面を底壁内面と
して図中太矢印Ｑで示すように酸化剤ガスを通流
させるための横断面が凹状の通路Ａを構成するス
テンレス鋼製の、いわゆる側壁部材１８ａ，１８
ｂと、板体１７の他方の面で、かつ上記側壁部材
１８ａ，１８ｂに対して直交する両辺部にそれぞ
れろう付けされ、それぞれの間に上記他方の面を
底壁内面として図中太矢印Ｐで示すように燃料ガ
スを通流させるための横断面が凹状の通路Ｂを構
成するステンレス鋼製の、いわゆる側壁部材１９
ａ，１９ｂとで構成されている。そして、側壁部
材１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂの内側縁部に
は前述したガス拡散極２ａ，２ｂの両側部を係止
するための係止用段部２０ａ，２０ｂがそれぞれ
形成されている。
しい縦横寸法に形成された薄い（たとえば厚さ２
mm）ステンレス鋼製の板体１７と、この板体１７
の一方の面の平行する両辺部にそれぞれろう付け
され、それぞれの間に上記一方の面を底壁内面と
して図中太矢印Ｑで示すように酸化剤ガスを通流
させるための横断面が凹状の通路Ａを構成するス
テンレス鋼製の、いわゆる側壁部材１８ａ，１８
ｂと、板体１７の他方の面で、かつ上記側壁部材
１８ａ，１８ｂに対して直交する両辺部にそれぞ
れろう付けされ、それぞれの間に上記他方の面を
底壁内面として図中太矢印Ｐで示すように燃料ガ
スを通流させるための横断面が凹状の通路Ｂを構
成するステンレス鋼製の、いわゆる側壁部材１９
ａ，１９ｂとで構成されている。そして、側壁部
材１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂの内側縁部に
は前述したガス拡散極２ａ，２ｂの両側部を係止
するための係止用段部２０ａ，２０ｂがそれぞれ
形成されている。
一方、前記海綿金属板１６ａ，１６ｂは、たと
えばニツケル・クロム合金で、多孔率がたとえば
98％のものであり、隔離板本体１５の両面に形成
された凹状のガス通路Ａ，Ｂを埋めるように装着
されている。そして、その厚みは、板材１７の表
面から係止用段部２０ａ，２０ｂまでの高さより
若干厚く形成されている。なお、上記海綿金属板
１６ａ，１６ｂは、たとえば発泡樹脂の骨格に石
こうを注入して硬化させた後、加熱して樹脂を除
去し、この除去によつて形成された海綿状の格子
孔をもつ型に溶けた金属を流し込み、その後に石
こうを除去することによつて形成されたものであ
る。
えばニツケル・クロム合金で、多孔率がたとえば
98％のものであり、隔離板本体１５の両面に形成
された凹状のガス通路Ａ，Ｂを埋めるように装着
されている。そして、その厚みは、板材１７の表
面から係止用段部２０ａ，２０ｂまでの高さより
若干厚く形成されている。なお、上記海綿金属板
１６ａ，１６ｂは、たとえば発泡樹脂の骨格に石
こうを注入して硬化させた後、加熱して樹脂を除
去し、この除去によつて形成された海綿状の格子
孔をもつ型に溶けた金属を流し込み、その後に石
こうを除去することによつて形成されたものであ
る。
実験によると、上記のような双極性隔離板構成
であると、従来のものと同一寸法に形成した条件
で、単位面積当りの重量を2.7ｇ／cm2から1.6ｇ／
cm2へと減少させることができ、また、製造時間も
20時間から５時間へと減少させ得ることが確認さ
れた。また、海綿金属板１６ａ，１６ｂの弾性に
よつて接触性が向上し、燃料電池の内部抵抗が従
来の2.15Ωcm2に対して1.60Ωcm2と減少させ得るこ
とも確認された。さらに、通路Ａ，Ｂの圧力損失
も従来の21mmAgに対し12mmAgと減少させ得るこ
とが確認された。更に海綿金属板１６ａ，１６ｂ
のガス拡散極に接触する面にガスの流れの方向に
沿う溝（たとえば幅1.5mm、深さ１mm）をたとえ
ば１mm間隔で複数設けると、圧力損失をさらに小
さくすることができる。又、溶融炭酸塩燃料電池
等の高温の燃料電池では、2COCo2＋Ｃという
ブドワール（Boudouard）反応により炭素が析
出し、多孔質の海綿金属板のみでは目詰りが発生
するが、上述のように、多孔質の海綿金属板表面
にガスの流れ方向に沿う溝を複数設けてあるので
目詰りの発生を防止できる。上記溝の形成は、機
械加工によつて設けてもよいが、海綿金属板の骨
格となる発泡樹脂を形成する際に、型によつて設
けてもよい。また、海綿金属板の多孔率は、少な
くとも65％以上であることが望ましい。
であると、従来のものと同一寸法に形成した条件
で、単位面積当りの重量を2.7ｇ／cm2から1.6ｇ／
cm2へと減少させることができ、また、製造時間も
20時間から５時間へと減少させ得ることが確認さ
れた。また、海綿金属板１６ａ，１６ｂの弾性に
よつて接触性が向上し、燃料電池の内部抵抗が従
来の2.15Ωcm2に対して1.60Ωcm2と減少させ得るこ
とも確認された。さらに、通路Ａ，Ｂの圧力損失
も従来の21mmAgに対し12mmAgと減少させ得るこ
とが確認された。更に海綿金属板１６ａ，１６ｂ
のガス拡散極に接触する面にガスの流れの方向に
沿う溝（たとえば幅1.5mm、深さ１mm）をたとえ
ば１mm間隔で複数設けると、圧力損失をさらに小
さくすることができる。又、溶融炭酸塩燃料電池
等の高温の燃料電池では、2COCo2＋Ｃという
ブドワール（Boudouard）反応により炭素が析
出し、多孔質の海綿金属板のみでは目詰りが発生
するが、上述のように、多孔質の海綿金属板表面
にガスの流れ方向に沿う溝を複数設けてあるので
目詰りの発生を防止できる。上記溝の形成は、機
械加工によつて設けてもよいが、海綿金属板の骨
格となる発泡樹脂を形成する際に、型によつて設
けてもよい。また、海綿金属板の多孔率は、少な
くとも65％以上であることが望ましい。
第１図は従来の溶融炭酸塩型燃料電池における
主要部の分解斜視図、第２図は同主要部の局部的
側面図、第３図は本発明の一実施例に係る双極性
隔離板を組込んだ溶融炭酸塩型燃料電池における
主要部の分解斜視図である。 ３……単位電池、１４……双極性隔離板、１５
……隔離板本体、１６ａ，１６ｂ……海綿金属
板、Ａ，Ｂ……ガス通路。
主要部の分解斜視図、第２図は同主要部の局部的
側面図、第３図は本発明の一実施例に係る双極性
隔離板を組込んだ溶融炭酸塩型燃料電池における
主要部の分解斜視図である。 ３……単位電池、１４……双極性隔離板、１５
……隔離板本体、１６ａ，１６ｂ……海綿金属
板、Ａ，Ｂ……ガス通路。
Claims (1)
- １ 両面に燃料ガス通路および酸化剤ガス通路を
有し、一対のガス拡散極間に電解質層を介在させ
てなる単位燃料電池間に介挿される燃料電池用双
極性隔離板において、両面に横断面が凹状をなす
前記ガス通路を有した金属材製の隔離板本体と、
この隔離板本体の前記各ガス通路内に装着され、
前記ガス拡散極に接触する面に前記ガスの流れ方
向に沿う溝を複数有する多孔率65〜98％の海綿金
属板とを具備してなることを特徴とする燃料電池
用双極性隔離板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57206214A JPS5996668A (ja) | 1982-11-26 | 1982-11-26 | 燃料電池用双極性隔離板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57206214A JPS5996668A (ja) | 1982-11-26 | 1982-11-26 | 燃料電池用双極性隔離板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5996668A JPS5996668A (ja) | 1984-06-04 |
| JPH0218552B2 true JPH0218552B2 (ja) | 1990-04-25 |
Family
ID=16519651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57206214A Granted JPS5996668A (ja) | 1982-11-26 | 1982-11-26 | 燃料電池用双極性隔離板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5996668A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2584571Y2 (ja) * | 1990-06-05 | 1998-11-05 | 三菱重工業株式会社 | 多セル型燃料電池用中間セパレータ |
| JPH04121662U (ja) * | 1991-04-19 | 1992-10-30 | 三洋電機株式会社 | 溶融炭酸塩燃料電池 |
| US6379833B1 (en) | 1998-08-07 | 2002-04-30 | Institute Of Gas Technology | Alternative electrode supports and gas distributors for molten carbonate fuel cell applications |
| KR20030042179A (ko) * | 2001-11-21 | 2003-05-28 | 김준범 | 연료전지용 금속골격 플레이트 |
| JP3734027B2 (ja) | 2001-11-30 | 2006-01-11 | 日産自動車株式会社 | 固体電解質型燃料電池用単セル |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6041833B2 (ja) * | 1978-06-16 | 1985-09-19 | 三洋電機株式会社 | 燃料電池 |
| JPS58131664A (ja) * | 1982-01-29 | 1983-08-05 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
-
1982
- 1982-11-26 JP JP57206214A patent/JPS5996668A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5996668A (ja) | 1984-06-04 |
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