JPH0246658A

JPH0246658A - 燃料電池

Info

Publication number: JPH0246658A
Application number: JP63195601A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Kitakizaki; 薫北寄崎; Kazuo Fushimi; 伏見　和夫; Toshinori Fujii; 藤井　利宣
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1988-08-05
Filing date: 1988-08-05
Publication date: 1990-02-16

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】Ａ、産業上の利用分野本発明は燃料電池に関するものである。

Ｂ０発明の概要本発明は、枠部材に電解質物体とこの電解質物体の両側
に位置する陽極と陰極の電極板を組み込み、この単セル
の複数個を各同極の電極板同志が各々対向すると共に、
各同極の電極板間にそれぞれ燃料用のマニホルドを形成
するよう１こ積層したものにおいて、前記枠部材に陽極導体用および陰極導体用の貫通孔を形
成し、これらの貫通孔内に導体を設けると共に、それぞ
れ陽極導体と陽極電極および陰極導体と陰極電極を接続
することにより、製作容易にして小型化できる燃料電池
を得る。

Ｃ０従来の技術燃料電池本体は、固体電解質の両側に陽極と陰極の電極
板を配置して単位電池（単セル）を構成し、この単セル
を複数個直列に積層して構成されている。この単セルを
陽極電極同志と陰極電極板同志が対向するように複数個
配置したセルに対して、陰極板側に燃料として水素ガス
（水素）を供給し、陽極板側に酸化剤として、空気（酸
素）を供給して水素を酸素と反応させて電気を生じさせ
ると共に、水を生成させている。

すなわち、燃料電池本体１０は、第５図に示すように、
複数個の単位電池（単セルＳ）と、これらの単セルＳを
直列に積層固定する抑え板１ａ。

１ｂと、積層固定した電池本体ＩＯの各単セルＳの陰極
板側に水素ガスＨ１を供給する水素ガス供給用マニホル
ド２と、陽極板側に空気を供給する空気供給用マニホル
ド３と、各単セルＳの陽極板および陰極板からそれぞれ
電気を取り出す集電リード４および５によって構成され
ている。

この様な積層型燃料電池においては、ガス供給用のマニ
ホルド２．３は、電池本体１０の外側に付設されている
。また、供給された水素ガスと空気が電解質を介して反
応を行うことによって水と電気エネルギーが発生し、こ
の発生した電気エネルギーを外部に取り出す集電リード
（ブスバー）４．５も、セルの外側に付設されている。

Ｄ０発明が解決しようとする課題従来の積層型燃料電池においては、マニホルドやブスバ
ーがセルの外側に付設されていたため、燃料電池自体の
全体構造が大型となり、また複数個の単セルを積層する
ときの作業が煩雑であった。

しかるに、ガス供給用のマニホルドをセル枠内に内設し
、セルの全体構造をその分だけ小型化することは、特開
昭６２−１７７８１号公報において提案されている。し
かし、集電体で集電した電気エネルギーを外部に取り出
すブスバーをセルの枠内に内設することは、集電体とブ
スバーとの接続が煩雑になるため、今まで行われていな
かった。

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたちのでその
目的は、積層型燃料電池において、単セルの棒部材内に
ブスバー用の貫通孔を内設し、単セルを積層した後に各
セルの集電体と接続するブスバーを挿設することにより
、製作容易にして小型化が可能な燃料電池を提供するこ
とである。

８１課題を解決するための手段本発明は、上記目的を達成するために、枠部材に電解質
物体とこの電解質物体の両側に位置する陽極と陰極の電
極板を組み込んで単セルを構成し、この単セルの複数個
を直列に積層した燃料電池において、前記枠部材に陽極
ブスバー用の貫通孔と陰極ブスバー用の貫通孔を形成し
、前記陽極ブスバー用の貫通孔内には前記陽極板と接続
するようにブスバーを挿設すると共に、前記陰極ブスバ
ー用の貫通孔内には前記陰極板と接続する陰極ブスバー
を挿設して燃料電池を構成する。

２１作用枠部材に形成された陽極ブスバー用貫通孔に陽極ブスバ
ーを挿設すると該陽極ブスバーは陽極板と接続されると
共に、同じく前記枠部材に形成された陰極ブスバー用貫
通孔に陰極ブスバーを挿設すると該陰極ブスバーは陰極
板と接続される。したがって枠部材内に設けられた各ブ
スバーを通して電気エネルギーが取り出される。

Ｇ、実施例以下に本発明の実施例を第１図〜第４図を参照しながら
説明する。

第３図は本発明の実施例に係る燃料電池本体１０の平面
図、第１図は第３図のＩ−Ｉ線断面図、第２図は第３図
の■−■線断面図であって、第４図に本発明の実施例に
よる燃料電池本体を構成するセルを分解したものを示す
。

第１図〜第４図において１１は白金等からなる陰極板（
電極板）、Ｉ２は同じく白金等からなる陽極板（電極板
）、１３は例えば、イツトリウム。

カルシウム等の酸化物をジルコニアに固溶させた安定化
ジルコニアやフッ化ランタン等からなる固体電解質物体
である。これらの陰極板１１．陽極板１２．固体電解質
物体１３は枠部材１４内に組み込まれた状態で単セルＳ
を構成している。陰極板１１および陽極板１２には各々
金属メツシュ例えばニッケルメツシュ等からなる陰極側
集電体１５および陽極側集電体１６が設置されている。

陰極板１■、陽極板１２．固体電解質１３．陰極側集電
体１５．陰極側集電体１６を組み込んだ枠部材１４の互
いに対向する隅部１７，１８には、第４図に示すように
、水素ガス流路用のマニホルド１９．２０を設け、かつ
それぞれに溝状のチャンネル２１．２２が設けられ、陰
極板１１とマニホルド１９，２０が連通されている。枠
部材１４の残りの互いに対向する隅部２３，２４には空
気流路用のマニホルド２５．２６が設けられ、かつそれ
ぞれに溝状のチャンネル２７．２８が設けられ、陽極板
１２とマニホルド２５．２６が連通している。

さらに、枠部材！４の一方の辺部１４ａには、陰極側ブ
スバー用の貫通孔２９が設けられ、このブスバー用貫通
孔２９には陰極側集電体１５の一部が突出している。ま
た、枠部材１４の他方の辺部１４ｂには陽極側ブスバー
用貫通孔３０が設けられ、この陽極側ブスバー用貫通孔
３０には陽極側集電体１６の一部が突出している。

さらに詳しくは、第１図に示すように、枠部材１４は中
空円板状のにして円環状の突出部を有する枠板１４ａ、
１４ｂと中空枠板１４ｃをガラスシール４３を介して重
ね合わせて形成したもので、枠板１４ａと１４ｃの間に
は負電極板１１と集電板１５を配設し、枠板１４ｂと１
４ｃ間には正電極板１２と集電板１６を配設すると共に
、電極板１１と１２間には固体電解質物体１３を介設し
て単セルＳを構成する。

複数個の単セルＳを積層し、これらを端板３３ａ、３３
ｂと、抑え板３４ａ、３４ｂと、ボルト３５およびナツ
ト３６によって積層固定する。これらの単セルＳを積層
固定すると、陰電極板ｌｉ側同志間に水素ガス用のマニ
ホルド４５ａが形成され、陽電極板１２側同志には空気
用のマニホルド４５ｂが形成されると共に、陰極ブスバ
ー用の貫通孔３９と陽極ブスバー用の貫通孔４０が形成
され、これらの貫通孔３９．４０に導電ペーストを圧入
し、陰極ブスバー３７と陽極ブスバー３８を形成する。

導電ペーストをブスバー用貫通孔３９．４０に圧入して
ブスバー３７．３８とする場合、導電ペーストはその融
点以上に温度を上げて液状にして圧入する。そのため、
セルの枠材としては導電ペーストの融点以上の温度及び
圧入時の圧力に対して何ら変形等のない材料が要求され
る。

また、圧入時にブスバー用貫通孔３９．４０以外の部分
に導電ペーストか漏れないように単セル同志をシールし
なければならない。

これらの性能を満足する枠材としては、アルミナ（ＡＩ
ＩＬＯ３）、ジルコニア、ムライト、マグネシア等の酸
化物系のセラミックスを用いる。また、セルを積層する
場合のシール手段としては枠部材に形成された凹部３１
ａと凸部３１ｂを嵌め合わせてシール部３２を形成する
。

さらに、単セルＳ同志を積層固定すると、第２図に示す
ように、水素ガス流通路４１と空気（０，）流通路４２
が形成される。水素ガス流通路４１はチャンネル２１と
連通し、空気流通路４２はチャンネル２２と連通してい
る。

なお、陰極ブスバー３７と陽極ブスバー３８の材質とし
ては、導電ペーストの他にアルミダイキャストや低温ロ
ー材を用いてもよい。

また、単セル同志のシール本来の目的は、燃料。

酸化剤等のガスリークを防止するためのガスシールであ
り、このシールにより導電ペースト圧入時にも漏れの心
配がない。

上述のように構成された燃料電池本体１０において、単
セルＳは枠部材■４に形成されている四部３１ａと、こ
の単セルＳに隣接するセルに形成された凸部３１ｂを嵌
め合わせることによってシール部３２が形成され、ガス
シール性を保持している。その他のシール手段としては
、グリーンシート、銅製パツキン、ガラスセメントを用
いる。

単セルＳを複数個積層した燃料電池本体ＩＯにおいて、
水素ガス（Ｈ３）は矢印Ａのように互いに通じ合ってい
る水素ガス流路用マニホルド１９゜２０へ供給され、チ
ャンネル２１．２２を経て陽極板１１へ供給される。ま
た、供給された水素ガスは固体電解質物体１３を通して
酸素と反応し、反応物である水は水素ガス流通路４１を
通して外部へ排出される。空気は矢印Ｂのように互いに
通じ合っている空気流路用マニホルド２５．２６へ供給
され、チャンネル２７．２８を経て陽極板Ｉ２に供給さ
れる。この場合の反応生成式としては、はＨｔ＋　２　
ｅ−→ＨｔＯ＋２　ｅ−である。

導電ペーストは第１図１第４図に示す矢印Ｃのように各
々互いに通じ合っている陰極側ブスバー用マニホルド２
９に圧入され、各セルの陰極側集電体１５と接合される
。同様に導電ペーストは矢印りのように各々通じ合って
いる陽極側ブスバー用マニホルド３０に圧入され、各セ
ルの陽極側集電体１６と接合されると共に、それぞれ接
続端子４４ａ、４４ｂに接続される。

このような構成で積層されたモジュール電池は、電気的
には単セルを並列接続した構成となっている。このよう
なモジュールを電気的に直列に接続することによって所
定の電圧を発生させることができる。

上述の如き本発明の実施例に係る燃料電池によれば、次
の如き利点がある。

（ａ）単セルを複数個直列に積層した燃料電池において
、ガス供給用マニホルドばかりでなく、集電体で集電さ
れた電気エネルギーを取り出すブス・バーをセルの枠内
に内設したので燃料電池全体をコンパクトにできる。

（ｂ）枠板をアルミナ材、ジルコニア、ムライト。

マグネシア等の酸化物系のセラミックスとしたので、耐
熱サイクル性、耐絶縁性、耐酸化還元性を満足する枠材
とすることができる。

（ｃ）単セル同志の積層は、枠材の凹部とこれに隣接す
るセル上の凸部で嵌め合わせ、グリーンシート、凹部へ
の銅パツキン嵌合、ガラスセメント等を用いることによ
りガスシール性が向上した。

（ｄ）ブスバーは導電ペースト、アルミナダイカスト、
低温ロー材等を圧入して形成しているため、セルの枠内
に内設することができる。

（ｅ）ブスバーを単セル内に形成しているため、複数個
の単セルをスタックするときの組み付は作業が簡単にで
きる。

Ｈ６発明の効果本発明は以上の如くであって、枠部材に陽極側ブスバー
用の貫通孔と陰極ブスバー用の貫通孔を形成し、陽極側
ブスバー用の貫通孔内には陽極板と接続するブスバーを
挿設すると共に、陰極側ブスバー用の貫通孔内には陰極
板と接続するブスバーを挿設したから、ブスバーが積層
体の外側でスペースを取ることがなく、全体をコンパク
トにすることができる。しかも、複数の単セルをスタッ
クするとき、各集電体とブスバーとの煩雑な接続作業が
不要であり、製作容易にして小型化が可能な燃料電池を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による積層型燃料電池を示した
もので第３図のＩ−Ｉ線断面図、第２図は第３図の■−
■線断面図、第３図は本発明の実施例による燃料電池の
平面図、第４図は単セル群の斜視図、第５図は燃料電池
の構成原理図である。ＩＩ・・・陰電極、】２・・・陽電極、１３・・・電解
質物体、Ｉ　４　・・・枠部材、ｔ　４　ａ　〜ｌ　４
　ｃ−枠板、１５゜１６・・・集電板、１９．２０・・
・水素ガス流路用の貫通孔、２５．２６・・・空気流路
用の貫通孔、３９゜４０・・・ブスバー用の貫通孔、３
７・・・陰極側のブスバー、３８・・・陽極側のブスバ
− １１・陰電極１２　陽１１極１３　・電解質物体１４　枠部材１４ａ〜＋４ｃ・・枠板・・１５．１６・・集電板１９．２０　　水素ガス流路用貫通孔２５．２６・空気通路用貫通孔２９、３０　　ブスバー用貫通孔３７　陰極ブスバー３８・陽極ブスバー４５ａ、４５ｂ・燃料用マニホールドＳ・・単セル第３因平面図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）枠部材に電解質物体とこの電解質物体の両側に位
置する陽極と陰極の電極板を組み込んで単セルを構成し
、この単セルの複数個を陽極の電極板同志および陰極の
電極板同志が各々対向すると共に、これらの各同極の電
極板間にそれぞれ燃料用マニホルドを形成するように積
層した燃料電池において、前記枠部材に陽極ブスバー用
の貫通孔と陰極ブスバー用の貫通孔を形成し、前記陽極
ブスバー用の貫通孔内には前記陽極板と接続するように
陽極ブスバーを設けると共に、前記陰極ブスバー用の貫
通孔内には前記陰極板と接続するように陰極ブスバーを
設けて構成したことを特徴とする燃料電池。