JPH0227670A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電解質を保持したマトリックス層。

燃料種、酸化剤極から成る単セルの多数個を積層してセ
ルスタックを構成し、各車セルの燃料極。

酸化剤極へ外部より燃料、酸化剤の反応ガスを供給して
発電させる積層形燃料電池に関する。

〔従来の技術〕

まず、りん酸型燃料電池を対象に、従来におけるリブ付
きセパレータ方式の燃料電池のセルスタック構造を第３
図に示す０図において、１は単セル、２はセパレータで
あり、単セル１とセパレータ２を交互に重ね合わせてセ
ルスタックが構成されている。

ここで単セル１は、電解質を保持したマトリックス層３
と、該マトリックス層３挟んでその両側に配した燃料極
４および酸化剤極５との積層体として成る。また、燃料
極４および酸化剤極５ば、それぞれガス透過性のリブ付
きｉｔｓ基材６の平坦面上に電極触媒層７を成層したも
のであり、リブ付き電極基材７のリブ部に反応ガス通路
８が画成されている。

一方、前記セパレータ２はグラジ−カーボンなどのカー
ボン材で作られたガス不透過性の導電性薄板であり、隣
接する単セルｌの相互間で燃料極４側と酸化剤極５例の
反応ガス通路８の間を隔離して反応ガスの混合を防止す
るとともに、単セル１の相互を導電接続する機能を持た
せたものである。

かかる構成のセルスタックに対し、各単セル１毎にその
燃料極４側の反応ガス通路８には燃料ガスとして水素リ
ッチな改質ガスを、酸化剤極５側の反応ガス通路８には
酸化剤ガスとして空気を外部より供給することにより、
起電反応して発電することは周知の通りである。またこ
の場合に、第３図に示した燃料電池ではセパレータ２を
介して各車セルｌの相互間が直列接続されており、燃料
電池の内部結線を等価回路で表すと第４図のようになる
。

〔発明が解決しようとする課題〕 ところで、第３図に示した従来構造の燃料電池では次記
のような問題点がある。すなわち、（１）セパレータ２
については、耐熱性、耐蝕性の他に、電気抵抗の低減、
セルスタックの積層高さを低くしてコンパクト化を図る
ために、可能な限りセパレータの厚みを薄くする必要が
ある。しかして先記のようにグラジ−カーボンで作られ
たセパレータは機械的な強度が小さく、セルスタックの
組立、１！ｌ付の際にセパレータにクランクが生じたり
破損したりすると言ったトラブルが発生することが多い
、しかもこのようなセパレータの損傷は、反応ガスの隔
離機能を喪失して燃料ガスと酸化剤ガスとの混合の原因
を作り、燃料電池の信頼性を低下させる。

（２）各電極への反応ガス供給のために、リブ付き電極
基材６を使用して反応ガス通路８を画成しているが、か
かる電極基材は形状が＊雑であるためにその成形が厄介
である。

（３）単セル１の電極基材にリブ付き電極基材を採用し
て各車セル毎にそれぞれ独立した燃料ガス。

酸化剤ガスの反応ガス通路８を画成し、かつ隣接する単
セルの相互間で反応ガス通路を隔離するためにセパレー
タ２を挟んで積層しているので、必然的にセルスタック
全体としての積層高さが高くなり、コンパクト化を図る
ことが困難である。

本発明は上記の点にかんがみ成されたものであり、セル
スタックを構成する単セルの配列を変え、かつこの配列
に合わせて反応ガス室を巧みに構成することより、前記
した従来構造の問題点を解消してコンパクト化５並びに
信頼性の向上が図れるようにした燃料電池の構造を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明の燃料電池において
は、セルスタック内で互いに隣接する単セルを同極性の
電場が向かい合うよう並べてその相互間に共用ガス室を
画成するとともに、各単セル毎にｔｉより渡りリードを
引出し、８亥渡りリードを介して単セル相互を電気的に
接続して構成するものとする。

また、上記の構成において、共用ガス室を、反応ガスの
入口、出口を有し、かつ少なくとも単セル側電極との当
接面が電気的に絶縁されている電極外形に相応した額縁
状の枠体で構成するようにしたものである。

〔作用〕

上記の構成によれば、各共用ガス室毎に、同一の共用ガ
ス室を介して隣接し合う単セルの同極性の電極が対向し
合うことになる。したがって互いに隣接し合う２個の単
セルに対し、共用ガス室を通じて双方の単セルの燃料極
、ないし酸化剤極へ同時に燃料ガス、酸化剤ガスの反応
ガスが供給されることになる。

一方、前記の構成により、隣接し合う単セルの相互間で
は反応ガス室を隔離する必要がなく、従来構造のセルス
タックで必要としていたセパレータは不要となり、かつ
形状の複雑なリブ付き電極基材に代えて平坦なガス透過
性基板を電極基材として使用できる。

さらに、渡りリードを介して単セル相互を電気的に接続
するようにしたので、燃料電池内部での単セルの間の結
線が直列接続に限定されることなく、その結線の仕方で
直列、直並列接続の選択が可能であり、必要により直並
列接続を選択して燃料電池の電流容量の増大化を図るこ
とも可能である。

Ｃ実施例〕 第１図は本発明実施例による燃料電池のセルスタックの
構成断面図、第２図は第１図における共用ガス室を画成
する枠体の外形斜視図であり、第３図に対応する同一部
材には同じ符号が付しである。

まず第１図において、セルスタックを構成する単セル１
について、その電極基材は第３図に示したリブ付き電極
基材６の代わりに符号６０で示す平坦板として作られた
ガス透過性の電極基板が採用されている。

一方、セルスタック内で隣接し合う単セルは、同極性の
電極同士が互いに向かい合わせに並ぶよう、つまり燃料
極４と燃料極４．酸化剤極５と酸化剤極５とが対面し合
うように配列してあり、かつ単セル１の相互間には共用
ガス室９を画成する枠体１０が介装されている。ここで
枠体１０の構造を第２図に示す、すなわち、枠体１０は
単セル１の各電極の周縁部に当接して重なり合うように
その外形寸法を定めた額縁状の枠体であり、その対向辺
の一方には反応ガス人口１１が、他方にはガス出口１２
が開口している。またこの枠体１０は外表面を耐蝕性が
貰＜、かつ電気絶縁性のあるふっ素糸樹脂でコーティン
グした金属製ないしフェノール樹脂の形成品として成る
。なお１３はセルスタックの上下両端に配した反応ガス
室の閉塞板を兼ねた端板である。

かかる構成で、反応ガスは枠体ｌＯのガス人口１１を通
じて外部より共用ガス室９内に供給される。

ここで、燃料極４に通じる共用ガス室には燃料ガスとし
て水素リンチな改質ガスが、また酸化剤極５に通じる共
用ガス室には酸化剤ガスとして空気気が供給される。こ
れにより、燃料ガスは共用ガス室を通じて隣接し合う２
個の単セル１の燃料極４へ同時に供給され、同様に酸化
剤ガスも隣接し合う２個の単セル１の酸化剤極５へ同時
に供給されて各車セル１で起電反応する。また余剰ガス
はオフガスとしてガス出口１２より排出される。

なお、図示例では各共用ガス室９に対する反応ガスのガ
ス人口１１．出口１２を同方向に並べて引出した例を示
したが、燃料ガス側と酸化剤ガス側との間で共用ガス室
９に対するガス入口１１．出口１２が互いに直交するよ
う、第２図に示した枠体１０の同きを交互に変えて組込
むことにより、セルスタックの四方に配したマニホール
ドを通じて燃料ガス、酸化剤ガスを別々な方向から共用
ガス室９に供給することができる。

一方、各車セル１毎に、その燃料極４．および酸化剤極
５の端部から側方に渡りリード１４が引出してあり、こ
の渡りリード１４を介して単セル１が電気的に相互接続
される。またその接続例を第５図、第６図の回路図で示
すと、第５図は各車セルを全て直列接続して高電圧を得
る場合を、また第６図は単セルを３個ずつ並列接続した
ものを直列接続して電流容量を第５図と比べて３倍に増
した場合の接続例を示しており、各車セル１に発生した
電流は電極から渡りリード１４に集電されて外部に取り
出される。

〔発明の効果〕

本発明の燃料電池は、以上説明したように構成されてい
るので、次記の効果を奏する。

すなわち、セルスタック内で互いに隣接する単セルを同
極性の電極が向かい合うよう並べてその相互間に共用ガ
ス室を画成するとともに、各車セル毎に電極より渡りリ
ードを引出し、該渡りリードを介して単セル相互を電気
的に接続したことにより、 （１１従゛来構成で各車セルの間に介装していた反応ガ
ス通路隔離用のセパレータが不要となり、これによりセ
パレータのひび割れ、損傷に起因する反応ガス混合のト
ラブル発生を防止して、燃料電池の信鯨性向上が図れる
。

（２）単セルの電極基材として、形状の複雑なリブ付き
電極基材の代わりに平坦な電極基材を採用することがで
き、製作が容易となる。

（３）各車セル毎にそれぞれ燃料ガス通路、酸化剤ガス
通路を独立的に画成することなく、一つの共用ガス室を
介して同時に２個の単セルへ同時に反応ガスを供給する
ことができ、単セル側の平坦板電極基材と併せてセルス
タック全体としの積層高さのｍ減化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例によるセルスタックの構成断面図
、第２図は第１図における共用ガス室画成用の枠体の斜
視図、第３図は従来のセルスタックの構成断面図、第４
図は第３図による電池内部の等価回路図、第５図、第６
図はそれぞれ本発明による異なる接続例を示す電池内部
結線の等価回路図である０図において、 １：単セル、３：マトリックス層、４：ｔｍ料極、５：
酸化剤極、９；共用ガス室、１０：枠体、１１：第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電解質を保持したマトリックス層、および該マトリ
   ックスを挟んでその両側に配したガス拡散電極としての
   燃料極、酸化剤極とから成る単セルを多数個積層して構
   成した燃料電池において、互いに隣接する単セルを同極
   性の電極が向かい合うよう並べてその相互間に共用ガス
   室を画成するとともに、各単セル毎に電極より渡りリー
   ドを引出し、該渡りリードを介して単セルの相互を電気
   的に接続したことを特徴とする燃料電池。 ２）請求項１に記載の燃料電池において、共用ガス室が
   、反応ガスのガス入口、出口を有し、かつ少なくとも単
   セル側電極との当接面が電気的に絶縁されている電極外
   形に相応した額縁状の枠体で構成されていることを特徴
   とする燃料電池。