JPH044565A - 燃料電池のガスシール構造 - 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〕 この発明は、リプ付電極方式の燃料電池、ことに各単位
セル側縁邪のガスシール構造に関する。

〔従来の技術〕

多数の単位セルをその積層面にガス不透過性のセパレー
ト板を介在させて積層した積層電池に、その互いに平行
な側面に気密に取付けられた二対のマニホールドの各対
から燃料ガスおよび酸化剤ガスを互いに直交する方向に
供給して直接発電を行う燃料電池においては、各単位セ
ル側縁のガスシール部から反応ガスが互いに対向するガ
ス系側に漏れた場合には、ガス分圧低下により発電電力
が低下するばかシか、燃料ガスと酸化剤ガスとが混合し
て爆鳴気を生ずる危険性があるために、いかに反応ガス
の電極外漏出の少いガスシール構造を得るかが重要な課
題になっている。

第２図は積層燃料電池の従来のガスシール構造を一つの
単位セルについて一部破砕断面で示す斜親図であるい図
において、単位セル１は電解質としての例えばりん酸を
保持し念多孔性セラミック材からなるマトリックス２と
、このマトリックスをその両面から挟む酸化剤ｔ、ｆｆ
１５および燃料１唖６の積層体として構成され、複数の
単位セル１がガス不透過性のカーボン板１例えばグラッ
シーカーボン板からなるセパレート板７を介在させて積
層されることにより積層燃料電池（セルスタック）が構
成される。一対の電極５および６け、それぞれガス透過
性のカーボン板からなるリブ付き電極基材６の反リブ側
の面に電極触媒層４を備えるとともＫｔ一対の溝が互い
に面父するよう組み合わされ、酸化剤棲５側の溝に酸化
剤としての空気を供給し、燃料電極６側の溝に水素リッ
チな燃料ガスを供給することにより、電極触媒層で電気
化学的反応に基づく直接発電が行われる。

ガスシール部１０は一対の電極５および６の溝に運行な
両側縁５Ｓおよび６Ｓと、マトリックス２の側縁２Ｓと
を隙き間１０Ｇを保持して包囲するよう、セパレート板
７と一方の電極との間に介装される。このため、一対の
電極５および６の溝に直交する方向の＠けガスシール部
１ｏの幅のほぼ２倍に相当する寸法だけ小さく形成され
、またマ）　リックスの寸法は上記寸法に合わせて小さ
い方形に形成される。ガスシール部１ｏは、口字状の開
口部の寸法がマドｌ）ックスの大きさより小さく形成さ
れた枠状ふっ素樹脂シート１１と、その外８部分音両面
から挟むふっ素樹脂灸のバッキングシー　）１２Ａ、１
２Ｂと、パッキングシート１２ＢＫ接してリブ付き電極
基材５の側縁を包囲する例えばグラッシーカーボン材か
らなるガス不透過性のシールＭ１５と、シールｍ１３．
！＝セパレート板７との間に介装されたパッキングシー
ト１２Ｃとの５層で形成され、単位セル１の四隅では互
いに直交する方向のガスシール部１ｏが相互に重なって
一対のセパレート板間に２層のガクシール部が重なった
シール構造を形成する。

上述のシール欅造九おいては、枠状ふっ素樹脂シート１
１の内周部分がマトリックス２と一方の電極触媒層４と
の間に挟持され、かつシート１１の外周部分が５層のガ
スシール部１０および他方の電極を介して一対のセパレ
ート板間に挟持されることにより、１ｆｊｌき間１０Ｇ
における電極間のガスリークは枠状ふっ素樹脂シート１
１によって防止され、また５層のガスシール部１０によ
って単位セル１の外側えのガスリークが防止される。

〔発明が解決しようとする課題〕

セルスタックの四周の側壁面には反応ガスを給排するた
めのマニホールドを取り付ける九め忙、単位セルおよび
セパレート板の積層端面に凹凸を生じないよう精度よく
組み立てる必要がある。ところが、ガスシール部１０が
５層の部材の層状体・−で構成されている念めに、その
外周側の端面に凹凸を生じないよう組み立てることが極
めて難かしく、これがマニホールドのガスシール性能に
悪影響を及ぼすと同時に、組立て作業の省時間化、省力
化ｔ−阻害するという問題がある。

また、発電によって生成する水が反応ガス中に放出され
る際、りん酸ミストを含んだ水蒸気となって放出される
ことがあり、これがセルスタックの側壁面に付着するこ
とによって燃料電池の漏れ１流が増力口する。ところが
％単位セル１の側壁面１０Ｓにおけるｅ縁材の厚みｔけ
、枠状ふっ素樹脂シート１１およびその両側のパッキン
グシート１２Ａ、ｌ）Ｂの厚みによって決まり０．５１
程度にすぎない。この之め、この部分にりん酸ミストが
付層することによって表面抵抗が低下し、漏れ電流が増
加するという問題が発生する。

この発明の目的は、組立てが容易で漏れ電流の阻止性能
が高いガスシール構造を得ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決する念め釦、この発明によれば、電解質
を保持したマトリックスを挾んでリブ付電極基材および
電極触媒層からなる燃料電極および酸化剤電極を配し九
単位セルがセパレート板を介して複数層積層され念セル
スタックのガスシール構造であって、所定の＠を有する
口字状に形成されその内周部分が前記マ）　ＩＪフック
ス一方の電極間に挟持され念枠状ふっ素樹脂シートと、
この枠状ふっ素樹脂シートの外周部分を両面から挟む−
対のパッキングシートと、このパッキングシートの一方
側と前記セパ１／−ト板との間に介装されたガス不透過
性のシール板とからなるガスシール部を前記単位セルご
とに備えたものにおいて、前記ガス不透過性のシール板
がグララン−カーボン材、低熱膨張性金属材のいずれか
一方からなる心材と、この心材を覆うふっ素樹脂層とか
らなり、このふっ素樹脂層の一方の面が前記セパレート
板に気密に固着してなるものとする。

〔作用〕

この発明の構成において、ガス不透過性のシール板を低
熱膨張性の導電材からなる心材の表面にふっ素樹脂コー
ティングを施したものとし、このシール板をセパレート
板にあらかじめ固着するよう構成したことにより、従来
５層で構成されｔガスシール部のセパレート板側バンキ
ングシートを省略して４層とすることかで＠、かつシー
ル板があらかじめセパレート板の所定位置如精度よく固
着して因るので、ガスシール部つ１ｍ立工数金大幅に低
減できるとともに、ヒルス（・・り＠壁面の凹凸を減ら
す機能が得られる。曾た、シール板が絶縁被覆されて側
壁面における沿面絶縁距離を従来の４倍程度に増すよう
機能するので、りん酸ミストに汚染されることによって
生ずる漏れ電流を従来の数分の一以下に低減することが
できる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図はこの発明になる燃料電池のシール構造を単位セ
ルについて一部破砕断面で示す斜視図であり、従来技術
と同じ部分には同一参照符＋′！ｆを付すことにより詳
細な説明を省略する。図においてガスシール部２０にお
けるガス不透過性のシール板２１は、例えばセパレート
板７と同質のグラツシーカーボン材、またはこれと体熱
膨張係数がほぼ等しい低熱膨張金属例えばアンバー材か
らなる心材２２と、この心材の表面金覆う例えｔ！コー
ディング層として形成されるふっ素樹脂層２５とで構成
され、ふっ素樹脂層２３の一方の面２５８を融層面とし
てセパレート板７０所定位ｆＫあらかじめ気密に同着さ
れる、 このように構成され念ガスシール構４は、シール板２１
がセパレート板７にあらかじめ気密に固着されることに
よって従来技術におけるパッキングシート１２Ｃが不要
になるととも釦、シール板２１の位置決め精度が向上す
るので、セルスタックの積層作業時に行うガスシール部
２０の組み込み作業が省力化、省ｊＩ＃間化され、かつ
セルスタックの側壁面２０８　Ｋおける凹凸も容易に減
らすことが可能となり、＠壁面とマニホールドとの間の
ガスシール性能本向上する。

また、シール板２１がふっ素樹脂コーティングされて側
壁面２Ｏ８における沿面Ｐ、轍短距離を従来技術におけ
る絶婦距＃＃ｔの１１１倍程に延長するよう機能するの
で、ジん２Ｓ、ｘ）が＠臂面２Ｏ８に付着することによ
りＣ生−ｔ′乙漏れ電流を従来のそれの四分の一以下に
減らすことが′／″へる。ざらに、、シール板２１の心
材全単位セルの主構成材であるカーゲン材と熱膨張係数
がほぼ等しい低熱膨張金属で構成したことにセリ、ツ）
１１時６でセルスタックが２００ｔ：近い迷へＩム゛に
仝ぐ上昇しても、ガスシール部２０の寸法は単位セル１
やセ・（レート板７に追従して変化することに、なり、
熱応力の発生に伴うシール性能の低下や置時間劣化を未
然に防止することができる。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように１ガスシ・−ル部のガス不透性
シール板をふっ素樹脂コーティングされた低熱膨張性導
電材料でＷ４成し、か一つシール板をセバレ・−ト板の
所定位置にあらかじめ気密に固着Ｌ７ておくよう構成し
た。その結果、従来５層で構成されたガスシー・ル部を
４層〈減らし、かつンー眉・板があらかじめセパレート
板と一体化されていることにより、セルスタックの積層
作業時に行うガスシール部の組み込み作業を省力化、省
時間化できるとともに、−仕、・レスタック側壁面を平
滑化できるので、反応ガスのシール性市が著しく向上し
て爆鳴気の生成はもとより反応ガスの漏れ損失の′ひい
燃料電池を少い組立工数で経済的に有利に得られるガス
シール構造を備えた燃計電池金提供１′もことができる
。

また、シール板がふっ素樹脂層で覆われてセルスタック
側壁面における沿面絶縁距離を数倍に延長するよう機能
するので、従来技術で沿面絶縁距離が短かいことによっ
て問題となっ念漏れ電流を抑制することが可能になり、
したがって発電電力の漏れ損失が少く、かつ絶縁信頼性
の高い燃料電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例になる燃料電池のガスシール
構造を一つの本位セルについて一部破砕断面で示す斜視
図、第２図は従来のガスシール構造を示す斜視図である
。 １・・・単位セル、２・・・マトリックス、３・・・リ
プ付を極基材、４・・・電極触媒層、５・・・酸化剤電
極、６・・・燃料電極、７・−・セパレート板、１０．
２０・・・ガスシール部、１１・・・枠状ふっ素樹脂シ
ート、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ・・・パッキングシート
、１３゜２１・−・シール板、２２・・・６祠、２５・
・・ふっ素樹脂層、２３Ｓ・・・融着面、ｔｏｓ、２０
ｓ・・・側壁面、２Ｓ、５Ｓ、６Ｓ・・・端縁、１０Ｇ
・・・＠き間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）電解質を保持したマトリックスを挟んでリブ付電極
   基材および電極触媒層からなる燃料電極および酸化剤電
   極を配した単位セルがセパレート板を介して複数層積層
   されたセルスタックのガスシール構造であって、所定の
   幅を有するロ字状に形成されその内周部分が前記マトリ
   ックスと一方の電極間に挟持された枠状ふっ素樹脂シー
   トと、この枠状ふっ素樹脂シートの外周部分を両面から
   挟む一対のパッキングシートと、このパッキングシート
   の一方側と前記セパレート板との間に介装されたガス不
   透過性のシール板とからなるガスシール部を前記単位セ
   ルごとに備えたものにおいて、前記ガス不透過性のシー
   ル板がグラッシーカーボン材、低熱膨張性金属材のいず
   れか一方からなる心材と、この心材を覆うふっ素樹脂層
   とからなり、このふっ素樹脂層の一方の面が前記セパレ
   ート板に気密に固着してなることを特徴とする燃料電池
   のガスシール構造。