JPH0349183B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料電池、とくに燃料電極と酸化剤電
極との間に電解質保持層を備えた単位電池が気密
板の間に挾持される様式の燃料電池における端部
シールの構造に関する。

かかる様式の燃料電池としては、気密なバイポ
ーラプレートを用いるタイプと、溝付き多孔板と
気密なセパレート板を用いるタイプとが知られて
おり、第１図に前者の一例を、第２図に後者の一
例を示す。

第１図において、１は気密なバイポーラプレー
トで、一方の面に酸化剤としての空気の流通溝
（以下空気溝という）２が複数個並設され、他方
の面に燃料として水素ガスの流通溝（以下燃料溝
という）３が同様に複数個並設されており、空気
溝２と燃料溝３とは互いに連通することなく直交
するようにモールドないし機械加工によつて形成
されている。二つのバイポーラプレート１，１の
間には、燃料電極基材４と燃料電極触媒層５から
なる燃料電極６と、空気電極基材７と空気電極触
媒層８からなる空気電極９と、電解質たとえばり
ん酸を含浸保持させられたマトリツクス１０と
が、マトリツクスを中央にして挾持されて単位電
池が形成されている。

一方、第２図においては、一方の面に燃料溝１
３を持ち他方の面が平坦に形成されてなる溝付き
多孔板１４と、この多孔板１４の平坦面に塗布等
により形成される燃料電極触媒層１５とで燃料電
極１６が形成され、同様に一方の面に空気溝１２
を持ち他方の面が平坦に形成されてなる溝付き多
孔板１７と、この多孔板１７の平坦面に塗布等に
より形成される空気電極触媒層１８とで空気電極
１９が形成され、中間にりん酸等の電解質を含浸
保持するマトリツクス２０が挾持され、端面に気
密なセパレート板２１が配設されて単位電池が構
成されている。

第１図に示すバイポーラ型の燃料電池と、第２
図に示す溝付き多孔板型の燃料電池とは、それぞ
れ長所を備えているものであるが、前者はバイポ
ーラプレートが燃料と空気との混合を避ける隔壁
を形成するために、電極に供給すべき燃料ないし
空気の流通溝がそれぞれの電極に向つて開口し、
かつガス拡散を容易にするために電極基材が設け
られているのに対し、後者は溝付き多孔板が電極
基材としての役割を果すために、燃料ないし空気
の流通溝はそれぞれの電極と反対側に開口し、平
坦面に電極を塗布することができる一方、燃料と
空気との混合を避ける隔壁としてのセパレート板
を別個に設ける必要があるという特徴を有してい
る。しかして両者ともそれぞれ図示の構成の単位
電池を複数個積層して実用に供せられるものであ
る。

ところで、この種の燃料電池は、水素ガス等の
燃料ガスと空気等の酸化剤ガスとを電極触媒の助
けを借りてりん酸等の電解質とともに、気液固体
の三相界面において反応させて発電を起させるも
のであり、水素ガスと空気とが直接接触すると、
発電に寄与することなしに発熱反応が生じ、電池
を異常昇温させるのみならず、混触の度合が激し
い場合には爆発等の危険が存する。一方、マトリ
ツクスに含浸される電解質が外部へ漏出すると、
構成機器を浸蝕したり、あるいはマトリツクスに
通気部分が出来て燃料ガスと空気との直接接触を
もたらす可能性がある。

これらの燃料ガスないし電解質の所定領域外へ
の漏出は、主として単位電池の端部において生じ
る。すなわち、第１図における電極基材４，７お
よび第２図における基材兼用を多孔板１４，１７
は、前述のごとくガス拡散性を良好に保ちかつ反
応面を多くして電池反応を促進するために、多孔
質構造となつており、製造を容易にするために中
央部も周辺部も同一の材料で作られるから、端部
における反応ガスの漏洩ないし電解質の漏出の可
能性が十分に存する。

このために、従来第３図に示すように電極とマ
トリツクスの端面部分をバイポーラプレート１，
１より凹ませて、そこに形成される空間内にパツ
キン２２を挿入することが試みられているが、パ
ツキン２２と電極ないしマトリツクスとの間に隙
間２３が生じると、この隙間２３を通じて空気側
または燃料側の一方から他方へガス漏れが生じ、
この部分で異常発熱が起る。かかる隙間を全周に
わたつて完全になくすことは著しく困難である。
さらに、別の問題として、パツキンとバイポーラ
プレートとの間の気密性を良好に保つことも至難
である。というのは、電池の出力特性を良好に維
持するには、両電極とバイポーラプレートとの接
触を良好にし接触抵抗を可能な限り小さくする必
要があるから、パツキン２２の厚みと両電極およ
びマトリツクス全体の厚みとをほぼ同一とするこ
とが望ましい。ところが積層する多数の単電池の
電極およびマトリツクスの厚さはばらつきがある
ので、各単位電池ごとにパツキンの厚みを変えな
ければならないという不都合がある。

このために、端面全周にシール材を接着するこ
とも別途試みられる。第４図は溝付き多孔板型の
単位電池端面にシール材２４を接着した様子を示
している。ところが、この場合でも、シール材２
４と電極触媒層ないしマトリツクスとの間に隙間
が出来ることは避けられず、この隙間を通して空
気と燃料との直接接触が生じる可能性がある。ま
た塗布なしし接着の仕方によつてはピンホールが
生じ外部へのガス漏れが生じる可能性を持つてい
る。このシール材２４によるシール方式は、バイ
ポーラプレート型の単位電池にも適用できるが、
同じ問題点を抱えることは云うまでもない。

そこで、本発明はかかる従来様式における欠点
を除去して、電池端面からの燃料ガスないしは電
解質の漏洩ないし漏出を実用上問題のない程度に
防止することの可能なシールの構造を備えた燃料
電池を提供することを目的とするものである。

この目的は、本発明によれば、気密板（バイポ
ーラプレートまたはセパレート板）間に挾持され
るべき電極および電解質保持層の各々の端部周辺
を耐熱耐蝕性のフイルムで包囲することにより達
成される。

本発明の好適な実施態様によれば、フイルムは
熱圧着により２枚のシートを袋状にしたものとす
ることにより簡易に形成できる。

本発明の他の好適な実施態様によれば、フイル
ムは燃料電極、電解質保持層および空気電極ごと
にそれらの端部を包囲するように配設され、これ
により反応ガス間の直接接触をほぼ完全になくす
ことができる。この際さらにもう一枚のフイルム
を上から被覆すれば万全のシール効果を得ること
ができる。

第５図および第６図は本発明の実施例に示すも
ので、バイポーラプレートを用いた場合について
描かれているが、溝付き多孔板を用いる場合も同
様に実施可能である。

第５図および第６図において、バイポーラプレ
ート３１，３１間には燃料電極基材３２ａと燃料
電極触媒層３２ｂとからなる燃料電極３２と、空
気電極基材３３ａと空気電極触媒層３３ｂとから
なる空気電極３３と、電解質保持層としてのマト
リツクス３４とが、マトリツクス３４が中間にな
るように挾持されている。

第５図の実施例では、耐熱耐蝕性を有する四ふ
つ化エチレン樹脂製のフイルム３８，３９，４０
にフエノール系の接着剤を塗布したもので電極３
２，３３とマトリツクス３４とを各々包囲し、加
圧しつつ加熱接着（たとえば２Kg／cm²、200℃、
２時間）を行う。しかるのちバイポーラプレート
３１，３１間に挾んで加圧することにより図示し
ない燃料溝からの燃料の漏洩およびマトリツクス
からの電解質の漏出は回避できる。この種のフイ
ルムは同種材料のシール材を塗布して作つた薄膜
に比しピンホールなどのない完全なものを得るこ
とができるので、フイルム３８，３９，４０を通
置するガス洩れは皆無にできる。

このように、燃料電極３２、マトリツクス３
４、空気電極３３の各周辺部をそれぞれフイルム
３８，３９，４０にて包囲し、バイポーラプレー
ト３１，３１間で強く加圧すれば、電極およびマ
トリツクスの端面とフイルムとの間に隙間が存在
した場合には、燃料と空気との直接接触が生じ、
この部分で異常昇温を惹起するおそれがない。さ
らに第６図に示すようにもう一枚のフイルム４１
を第５図のフイルム構造の上から重ねるならば、
端面のシールは完全といつて良い状態となる。

このように、本発明によれば、シール材の塗布
や含浸という手段をとらずにフイルム状のシール
を利用することによつて、燃料電池における重要
な問題点の一つである反応ガスや電解質の漏洩な
いし漏出に有効に対処できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はボイポーラプレート型の単位電池の断
面図、第２図は溝付き多孔板型の単位電池の断面
図、第３図および第４図は従来のシール構造の部
分断面図、第５図および第６図は本発明のそれぞ
れ異なる実施例の部分断面図である。 ３１：バイポーラプレート、３２：燃料電極、
３３：空気電極、３４：マトリツクス、３８〜４
１：耐熱耐蝕性フイルム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 二枚の気密板の間に燃料電極と電解質保持層
   と空気電極とを挟持してなる単位電池を備えた燃
   料電池において、前記燃料電極、電解質保持層お
   よび空気電極の各々の端部周辺が耐熱耐蝕性のフ
   イルムにて包囲されてなることを特徴とする燃料
   電池。