JPH05174849A

JPH05174849A - リン酸形燃料電池

Info

Publication number: JPH05174849A
Application number: JP3338480A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Taniguchi; 哲也谷口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1993-07-13

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は、燃料ガスおよび空気の電極周辺
でのシール性能を損なわずに、燃料電池の生産性を向上
できる電極構造を有するリン酸形燃料電池を得ることを
目的とする。【構成】燃料極１および空気極２はマトリックス６を
介して対向配置されている。燃料側多孔質板９および空
気側多孔質板１１は、燃料ガス流路８と空気流路１０と
が燃料極１および空気極２を介し相対し互いに直交する
ように配置されている。燃料極１および空気極２は、そ
れぞれ多孔性基材５の全面に燃料極触媒層３および空気
極触媒層４を塗布形成して構成されている。燃料極触媒
層３および空気極触媒層４には、それぞれ燃料ガス流路
８あるいは空気流路１０と平行する両端部分にのみ未は
っ水領域３ｂ、４ｂが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、リン酸形燃料電池に
関し、特に燃料ガスおよび空気の電極周辺でのシール機
能を損なわずに、生産性を向上できるリン酸形燃料電池
の電極構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１５は例えば特開昭６３ー１６５６５
号公報に記載される従来のリン酸形燃料電池の一例を示
す電極シール構造の要部断面図である。図において、１
は白金等の貴金属を含有する燃料極触媒層３とこの燃料
極触媒層３を支えている多孔性基板５、例えば薄い炭素
基板とからなる燃料極、２は白金等の貴金属を含有する
空気極触媒層４とこの空気極触媒層４を支えている多孔
性基材５とからなる空気極、６は燃料極１と空気極２と
の間に配設されているマトリックス、７はセパレータで
ある。

【０００３】８は燃料ガス流路、９は燃料ガス流路８を
形成している燃料側多孔質板、１０は空気流路、１１は
空気流路１０を形成している空気側多孔質板、１２はセ
パレータ７に接合され、燃料側多孔質板９および空気側
多孔質板１１のそれぞれの両端に配置された緻密質サイ
ドシール、１３は燃料極１および空気極２のそれぞれの
周辺に配置されたパッキンシールである。

【０００４】ここで、従来の上記リン酸形燃料電池は、
燃料極１と空気極２との間にマトリックス６が挟持さ
れ、その外側に、燃料ガス流路８と空気流路１１とが相
対して互いに直交するように燃料側多孔質板９および空
気側多孔質板１１が配置されてなる単位セルが、セパレ
ータ７を介して複数個積層して構成されている。

【０００５】このように構成された従来のリン酸形燃料
電池では、燃料ガス流路８および空気流路１０のそれぞ
れから燃料ガスおよび空気を流入して発電を行う際に、
燃料極１および空気極２の周囲に配置されたパッキンシ
ール１３が、マトリックス６と緻密質サイドシール１２
とに挟持されて密着して、燃料ガス流路８および空気流
路１０から供給される燃料ガスおよび空気の漏洩を防止
している。

【０００６】図１６は例えば特開平１ー２８３７７１号
公報に記載された従来のリン酸形燃料電池の他の例を示
す電極シール構造の要部断面図である。この従来のリン
酸形燃料電池は、図１５に示した従来のリン酸形燃料電
池におけるパッキンシール１３に代えて、燃料極１およ
び空気極２のそれぞれの周辺部分にスクリーン印刷等の
手段によって高密度領域１４を設け、この高密度領域１
４に電解質をあらかじめ含浸させてウエットシール部分
を形成し、燃料ガスおよび空気の漏洩を防止している。

【０００７】図１７は例えば特開平１ー１７６６６５号
公報に記載された従来のリン酸形燃料電池のさらに他の
例を示す電極シール構造の要部断面図である。この従来
のリン酸形燃料電池は、燃料極１、空気極２およびマト
リックス６からなる３層の端部を樹脂によって注型など
により含浸一体化して端部樹脂１５を形成し、燃料ガス
および空気の漏洩を防止している。

【０００８】さらに、例えば特開平２ー１３９８７０号
公報に記載されるように、燃料極１や空気極２の端部を
それぞれフッ素樹脂系フィルムで覆い、熱融着によりシ
ール層を形成し、燃料ガスおよび空気の漏洩を防止して
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来技術のうちパッキ
ンシール１３を用いるリン酸形燃料電池は、燃料極１お
よび空気極２のそれぞれの周囲に独立したシール材とし
てのパッキンシール１３が必要となり、電極部分の部材
点数が増えてしまうという課題があった。つまり、この
種燃料電池では、所定の電圧が得られるように薄い電極
を通常２００〜４００枚程度積層する必要があり、電極
部分ごとにパッキンシール１３を配置し、電極の積層作
業時間が大幅に増えてしまい、さらには積層部材点数が
多くなることにより、全ての部材積層に関する品質の確
保が困難となる。

【００１０】また、高密度領域１４、端部樹脂１５ある
いはシール層を形成するリン酸形燃料電池は、それぞれ
複雑で特殊な方法を採用してシール部分を製造する必要
があり、量産性に欠けるとともに、低コスト化が困難と
なるという課題があった。

【００１１】さらに、従来のリン酸形燃料電池では、燃
料極１および空気極２の多孔性基材５が炭素基板で構成
されており、何等かの運転状況の変化が生じた場合、電
気化学的電位が上昇し、炭素基板の腐食が起こるという
課題もあった。

【００１２】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、運転中の電極部分でのシール性
能を維持しつつカーボン腐食を抑え、電極の製造とセル
の積層作業における加工性・組立性を向上させ、燃料電
池の生産コストを低減できる、換言すれば、燃料電池の
量産時生産性を向上させるととともに高信頼性のリン酸
形燃料電池を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明に
係るリン酸形燃料電池は、燃料極および空気極は、セパ
レータと同等の外形を有し、かつ燃料極および空気極の
少なくとも一方の極の両端部分のはっ水性を低減させ、
はっ水性を低減させた両端部分を電極シール部分とする
ものである。

【００１４】また、この発明の第２の発明に係るリン酸
形燃料電池は、燃料極および空気極は、セパレータと同
等の外形を有し、空気極の燃料ガス流路と平行な両端部
分に触媒層に代えて腐食防止層を設けるものである。

【００１５】

【作用】この発明の第１の発明においては、セパレータ
と同等の外形を有する燃料極および空気極の少なくとも
一方の極の両端部分のはっ水性を低減させ、はっ水性を
低減させた両端部分を電極シール部分としているので、
セルを積層する際パッキンシール等のシール材が不要と
なり、積層部品点数が著しく削減される。また、燃料極
および空気極の少なくとも一方の極の両端部分以外の領
域にはっ水性処理を施すことにより極の両端部分のはっ
水性を低減できるので、通常の電極製造工程以外の処理
工程を必要とせず、燃料極や空気極の周辺部分に高密度
化領域を形成したり、燃料極や空気極の端部にシール層
を熱融着したりする特別なシール構造処理工程が不要と
なり、電極の生産性が向上される。

【００１６】また、この発明の第２の発明においては、
空気極の燃料ガス流路と平行な両端部分に触媒層に代え
て設けられた腐食防止層が、プロトンと酸素と電子とに
よる反応を抑制し、電気化学的電位の上昇を抑え、空気
極の空気流路の入口および出口部分の電気化学的電位を
低い電位に保ち、カーボン腐食を防止できる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。実施例１．図１はこの発明の第１の発明に係る一実施例
を示すリン酸形燃料電池の電極シール構造の要部断面
図、図２の（ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明の実施例
１における燃料極の単品状態を示す平面図および断面
図、図３の（ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明の実施例
１における空気極の単品状態を示す平面図および断面図
であり、図において図１５乃至図１７に示した従来のリ
ン酸形燃料電池と同一または相当部分には同一符号を付
し、その説明を省略する。

【００１８】図において、３ａは燃料極触媒層３のうち
はっ水処理を施したはっ水領域、３ｂは燃料極触媒層３
の未はっ水領域、４ａは空気極触媒層４のうちはっ水処
理を施したはっ水領域、４ｂは空気極触媒層４の未はっ
水領域である。

【００１９】ここで、上記実施例１では、燃料極１およ
び空気極２は、セル外形サイズ、即ちセパレータ７と同
一平面寸法に形成され、燃料極触媒層３および空気極触
媒層４が、燃料極１および空気極２のそれぞれの多孔性
基材５の面内全域に塗布形成されている。さらに、燃料
極１には、燃料ガス流路８に平行な両側部分で、その幅
が緻密質サイドレール１２と同程度の領域において、未
はっ水領域３ｂが形成されている。また、空気極２に
は、空気流路１０に平行な両側部分で、その幅が緻密質
サイドレール１２と同程度の領域において、未はっ水領
域４ｂが形成されている。

【００２０】リン酸形燃料電池に使用される触媒には、
通常バインダ材として、融点以上に加熱されるとはっ水
性を帯びてくるフッ素樹脂を使用している。そこで、多
孔性基材５に触媒を塗布した後、フッ素樹脂の融点以上
に加熱処理して初めてはっ水性が現れ、燃料電池のガス
拡散電極としての条件を兼ね揃えたものに仕上がる。ま
た、多孔性基材５に塗布した触媒を加熱焼成する際に、
はっ水処理をしない領域にだけマスキング等を施し、そ
の部分だけ温度が融点以下に保たれるようにすれば容易
に未はっ水領域を作製できる。

【００２１】つぎに、このように構成された燃料極１お
よび空気極２を用い単位セルを作製し、図４に示すよう
に、電極のシール性能試験を実施した。単位セルは、７
０ｃｍ角のセルサイズで構成され、マトリックス６を貫
通方向に漏洩してくるメタンを無くすために、マトリッ
クス６を２層構造とし、その間にあらかじめガス透過の
ないことを確認してある１００μｍ厚のフッ素樹脂（Ｐ
ＦＡ）フィルム２０を挟んだ構造とし、両側からスペー
サ２１を介して所定の面圧を印加するとともに、各端面
にはそれぞれマニホールド２２が配設されている。窒素
およびメタンの給・排配管には、流量計２３、圧力計２
４、２５、圧力調整バルブ２６、２７が設けられてい
る。

【００２２】ここで、燃料極１側にはメタンを供給し、
空気極２側にはキャリアガスとして窒素を供給し、圧力
調整バルブ２６を調整して窒素の圧力と流量は一定条件
（Ｐ₂：３００ｍｍＡｇ）にして、圧力調整バルブ２７
を調整してメタン側の圧力（Ｐ₁：０〜１０００ｍｍＡ
ｇ）をかえて、空気極２側出口の窒素中のメタン濃度を
分析して電極端部分から漏洩してくるメタン量を測定し
ている。

【００２３】図５に示す測定結果から、この電極構造で
は、電極端部からのガス漏洩量が多く、マトリックス６
にリン酸を含浸させた状態でも電極端部からのガス漏洩
量は無視できない量であることがわかった。このこと
は、電極端部に、はっ水性を付与していないにもかかわ
らず、高密度化処理等を施していないために比較的気孔
径の大きな部分が残っており、リン酸がこの比較的気孔
径の大きな部分にまで浸透できないからと推測される。
即ち、このような電極シール構造では、リン酸浸透によ
るウエットシール機能は実現できないことになる。

【００２４】つぎに、このように構成された燃料極１と
空気極２を用い、燃料電池を組み立てて発電試験を実施
した。この際、燃料極１には水素８０％と二酸化炭素２
０％との混合ガスを、空気極２には空気をそれぞれ供給
し、燃料ガスと空気の漏洩量は、それぞれの出口でガス
分析を実施して測定し、さらに、図８の（ａ）に示すよ
うに、各電極と相対する緻密質サイドレール１２および
多孔質板９、１０の四辺の中央部分には絶縁被覆熱電対
と参照極付電極（ＲＥ１〜４：燃料側参照極、ＲＥ５〜
８：空気側参照極）とを配置し、各部分の局部的な温度
と燃料側、空気側周辺部分の電気化学的電位の実測も平
行して行った。

【００２５】図６、図７に示す測定結果から、運転立ち
上げ直後には、電極シール性能評価試験の結果と同様
に、相当量のガス漏洩量が確認されたが、立ち上げ後十
数分間でガス漏洩量は著しく低減し、３０分後にはパッ
キンシール方式の燃料電池と同等のレベルに達した。ま
た、燃料側と空気側との差圧をかえても、ガス漏洩量に
はほとんど影響しなかった。さらに、セルの出力特性
も、立ち上げ直後は少し低いが、ガス漏洩量の低減とと
もに向上し安定する結果が得られた。

【００２６】発電試験の際の緻密質サイドレール１２上
の温度は立ち上げ後大きな変化はなく、電極中央部分で
の温度に比べて約１０℃低いレベルに維持され、従来懸
念されていたような電極端部シールでの燃料ガスと空気
との直接接触反応による温度上昇等は認められなかっ
た。

【００２７】電気化学的電位については、立ち上げ直後
は燃料ガスと空気との差圧により不安定な挙動を示した
が、ガス漏洩量の低減とともに電位は下降して安定し
た。但し、図８の（ｂ）に示すように、空気側参照電極
の空気流路入口および出口部分の電位だけは他の部分よ
りも高い電位に保たれた。

【００２８】さらに、発電試験の発電負荷を変えて実験
を行ったが、負荷に拘わらず上記実験と同様の現象が確
認され、負荷を取らずに解放電圧状態でも同様の現象が
確認された。

【００２９】以上のことから、電極間のガスシール性能
が向上する理由は、以下のように推定できる。まず、立
ち上げ直後には、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とが
電極端部の未はっ水領域にて直接接触して反応するが、
電極両端部分はその上下を緻密質サイドレール１２とリ
ン酸が含浸されたマトリックス６で挟まれていて、上下
方向へのガスの逃げ道がないため、ある程度反応量が増
えると生成水蒸気の圧力が飽和水蒸気圧に達し、反応の
結果生成されるものが液体状の水に変わる。生成された
水は、マトリックス６に含浸されていたリン酸と一緒に
なり、その濃度を低減させると同時に体積の膨張を引き
起こし、はっ水処理が施されていない電極両端部分の比
較的大きな気孔径にまで容易に圧入される。即ち、立ち
上げ直後に漏洩した燃料と空気との直接反応生成物によ
り電極両端部分のシール性能が高められて、その結果一
定時間が経過した後は、この部分からの燃料ガスおよび
空気の漏洩が極めて少なくなるものと考えられ、はっ水
性が付与された触媒層での発電反応自体は電極のシール
性能の変化には無関係であるものと推定される。

【００３０】なお、図４に示した電極シール性能試験に
おいて、燃料極側には水素８０％と二酸化炭素２０％と
の混合ガスを、空気極側には空気を供給したところ、発
電試験の場合と同様な現象が起こり、一定時間経過後に
は電極シール性能が向上することが確認できた。

【００３１】このように、上記実施例１によれば、セパ
レータ７と同一平面寸法で燃料極１と空気極２とを形成
し、燃料極１および空気極２のそれぞれの多孔性基材５
の面内全域に燃料極触媒層３および空気極触媒層４を塗
布形成し、この燃料極１には、燃料ガス流路８に平行な
両側部分で、その幅が緻密質サイドレール１２と同程度
の領域において、未はっ水領域３ｂを形成し、さらに空
気極２には、空気流路１０に平行な両側部分で、その幅
が緻密質サイドレール１２と同程度の領域において、未
はっ水領域４ｂを形成しているので、独立したシール部
材を用いることなく、また電極端部に特別なシール部分
を設けることなく、燃料電池運転中の電極周辺部分での
シール性能を維持することができるという効果が得られ
る。

【００３２】また、独立したシール部材を用いないの
で、電極部材点数の増加を抑え、セルの積層作業性を向
上でき、さらに積み精度も向上することができる。

【００３３】さらに、はっ水処理等の通常の電極の製造
方法で実施される処理工程以外の処理工程を必要としな
いので、電極の製造作業性が向上できる。

【００３４】実施例２．上記実施例１では、燃料極１お
よび空気極２の電極両端部分の触媒層を未はっ水領域３
ｂ、４ｂとし、未はっ水領域３ｂ、４ｂで電極シール部
分を構成するものとしているが、この実施例２では、燃
料極１あるいは空気極２のいずれかの電極にのみ未はっ
水領域を設けるものとし、同様の効果を奏する。

【００３５】実施例３．上記実施例１、２では、燃料極
１および空気極２の電極両端部分の触媒層を未はっ水領
域３ｂ、４ｂとするものとしているが、この実施例３で
は、図９、図１０に示すように、燃料極１および空気極
２の電極周辺部分の触媒層を未はっ水領域３ｂ、４ｂと
するものとし、同様の効果を奏する。

【００３６】実施例４．上記実施例１〜３では、燃料極
１および空気極２の電極両端部分の未はっ水領域３ｂ、
４ｂには、はっ水領域３ａ、４ａと同じ触媒を塗布形成
するものとしているが、この実施例４では、未はっ水領
域３ｂ、４ｂに高密度化処理を施すものとし、シール性
能がより向上し安定化する効果が得られる。

【００３７】なお、上記実施例１〜４では、燃料極１お
よび空気極２の触媒層の未はっ水領域３ｂ、４ｂの幅を
緻密質サイドレール１２とほぼ同等の幅とするものとし
て説明しているが、未はっ水領域３ｂ、４ｂの幅は緻密
質サイドレール１２の幅に関係なく電極シール性能が許
せる範囲内で狭くすることができる。

【００３８】また、上記実施例１〜４では、多孔性基材
５に触媒塗布後加熱焼成する際に、マスキングを施して
その部分の温度をフッ素樹脂の融点以下に保つようにし
て未はっ水領域３ｂ、４ｂを形成するものとして説明し
ているが、はっ水領域を形成する部分には、フッ素樹脂
をバインダ材とし、未はっ水領域を形成する部分には、
はっ水性を有しないバインダ材、例えばポリエーテルサ
ルフォン（ＰＥＳ）樹脂を用いても、同様の効果を奏す
る。

【００３９】さらに、上記実施例１〜４では、多孔性基
材５の全面に触媒を塗布形成するものとして説明してい
るが、多孔性基材５のはっ水領域に触媒を塗布形成し、
未はっ水領域には触媒以外の他の材料、例えばはっ水性
の低いカーボンブラック、ＳｉＣを塗布してもよく、白
金を含有し高価な触媒の使用量を低減し、コスト低減を
図ることができる。

【００４０】実施例５．図１１はこの発明の第２の発明
に係る一実施例を示すリン酸形燃料電池の電極シール構
造の要部断面図、図１２の（ａ）、（ｂ）はそれぞれこ
の発明の実施例５における燃料極の単品状態を示す平面
図および断面図、図１３の（ａ）、（ｂ）はそれぞれこ
の発明の実施例５における空気極の単品状態を示す平面
図および断面図である。図において、１６は空気極２の
燃料ガス流路８に平行な両端部分に空気極触媒層４に代
えて配置された、腐食防止層としてのカーボンブラック
層である。

【００４１】ここで、上記実施例５では、燃料極１およ
び空気極２は、セル外形サイズ、即ちセパレータ７と同
一平面寸法に形成され、燃料極触媒層３が多孔性基材５
の面内全域に塗布形成されて構成する燃料極１には、燃
料ガス流路８に平行な両端部分で、その幅が緻密質サイ
ドレール１２と同程度の領域において、未はっ水領域３
ｂが形成されている。

【００４２】一方、空気極２を構成する多孔性基材５の
燃料ガス流路８に平行な両端部分には、緻密質サイドレ
ール１２と同程度の幅でカーボンブラック層１６が塗布
され、その内側部分には、空気極触媒層４が塗布されて
いる。この空気極触媒層４およびカーボンブラック層１
６は同時作業で多孔性基材５に塗布され、空気極触媒層
４とカーボンブラック層１６との段差のない全面均一な
厚みの空気極２となっている。さらに、この空気極２に
は、空気流路１０に平行な両側部分で、その幅が緻密質
サイドレール１２と同程度の領域において、未はっ水領
域４ｂが形成されている。

【００４３】燃料極１および空気極２におけるはっ水処
理は、上記実施例１と同様に、フッ素樹脂をバインダ材
として用い、未はっ水領域にマスキングを施してフッ素
樹脂の融点以上に加熱処理して行っている。また、カー
ボンブラック層１６には、はっ水処理を施していない。

【００４４】このように構成された燃料極１および空気
極２を用い、図４に示した電極シール性能試験を実施し
た。まず、燃料極側にはメタンを、空気極側にはキャリ
アガスとしての窒素を供給した場合、電極端部からのガ
ス漏洩量が多く、マトリックス６にリン酸を含浸させて
た状態でも、電極端部からのガス漏洩量は無視できない
レベルであった。ついで、燃料極側には水素８０％と二
酸化炭素２０％との混合ガスを、空気極側には空気を供
給した場合、最初の十数分間は、電極シールからのガス
漏洩量は多いが、一定時間経過後には、電極シール性能
が向上することが確認できた。

【００４５】ところで、電極間でガスシール性能が向上
する理由は、上記実施例１と同様と推定される。即ち、
最初の十数分間に漏洩した燃料と空気との直接反応生成
物により、未はっ水触媒層部分およびカーボンブラック
層部分に液体状の水が生成され、マトリックス６中のリ
ン酸が薄められて膨張して電極のこれらの部分に圧入浸
透することにより、シール性能が高められる。その結
果、一定時間経過後は、この部分からの燃料ガスおよび
空気の漏洩が極めて少なくなるものと考えられる。

【００４６】つぎに、このように構成された燃料電池１
と空気極２を用い、燃料電池を組み立てて発電試験を実
施した。この際、上記実施例１と同様に、燃料極１には
水素８０％と二酸化炭素２０％との混合ガスを、空気極
２には空気をそれぞれ供給し、燃料ガスと空気の漏洩量
は、それぞれの出口でガス分析を実施して測定し、さら
に、図１４の（ａ）に示すように、各電極と相対する緻
密質サイドレール１２および多孔質板９、１０の四辺の
中央部分には絶縁被覆熱電対と参照極付電極（ＲＥ１〜
４：燃料側参照極、ＲＥ５〜８：空気側参照極）とを配
置し、各部分の局部的な温度と燃料側、空気側周辺部分
の電気化学的電位の実測も平行して行った。

【００４７】発電試験の結果から、運転立ち上げ直後に
は、上記実施例１と同様に、相当量のガス漏洩量が確認
されたが、立ち上げ後十数分間でガス漏洩量は著しく低
減し、３０分後にはパッキンシール方式の燃料電池と同
等のレベルに達した。また、燃料側と空気側との差圧を
かえても、ガス漏洩量には影響しない。さらに、セルの
出力特性も、立ち上げ直後は少し低いが、ガス漏洩量の
低減とともに向上し安定する結果が得られた。

【００４８】発電試験の際の緻密質サイドレール１２上
の温度は、上記実施例１と同様に、立ち上げ後大きな変
化はなく、電極中央部分での温度に比べて約１０℃低い
レベルに維持され、従来懸念されていたような電極端部
シールでの燃料ガスと空気との直接接触反応による温度
上昇等は認められなかった。

【００４９】電気化学的電位については、上記実施例１
と同様に、立ち上げ直後は燃料ガスと空気との差圧によ
り不安定な挙動を示したが、図１４の（ｂ）に示すよう
に、ガス漏洩量の低減とともに電位は下降して安定し
た。しかしながら、空気側参照電極の空気流路入口およ
び出口部分の電位（即ち、燃料ガス流路８と平行な空気
極２の両端のカーボンブラック層１６部分の上部）は、
立ち上げ直後から常に低い値で安定していた。

【００５０】この電気化学的電位が高くなる理由は、光
田等がISE40th Meeting Abs.No.b1-18-01-13-G(1889)で
説明しているように、燃料極１側に充分な水素が供給さ
れず、電解質中のプロトン（Ｈ⁺）が不足状態になっ
て、空気極触媒層４の下でプロトンと酸素と電子とによ
る反応が起きることに起因する。上記実施例１におい
て、一定時間経過後も空気側の流路入口および出口部分
の電位が高めに維持されるのは、この部分の反対側（つ
まり、燃料極１の燃料ガス流路８と平行な両端部分）
で、ガスシール性の向上とともに水素の供給が出来なく
なり、この部分の上部のマトリックス６のリン酸中のプ
ロトンが不足状態になっているにも拘わらず、空気極２
側は空気流路１０の入口および出口部分に相当するため
に空気極触媒層４の下でプロトンと酸素と電子とによる
反応が起きることによる。

【００５１】一方、上記実施例５では、空気極２の空気
流路１０の入口および出口部分に、空気極触媒層４の代
わりにカーボンブラック層１６が配置されているので、
プロトンと酸素と電子との反応が起こらず、電気化学的
電位が常に低い電位に保たれる。一般に、電気化学的電
位は、カーボン腐食の観点から１．０ｖ以下に保つこと
が得策と考えられ、この点から上記実施例５では、耐食
性に優れている。

【００５２】このように、上記実施例５によれば、セパ
レータ７と同一平面寸法で燃料極１と空気極２とを形成
し、多孔性基材５の面内全域に燃料極触媒層３を塗布形
成してなる燃料極１には、燃料ガス流路８に平行な両側
部分で、その幅が緻密質サイドレール１２と同程度の領
域において、未はっ水領域３ｂを形成し、さらに多孔性
基材５の燃料ガス流路８と平行な両端部分にカーボンブ
ラック層１６を塗布形成し、他の領域に空気極触媒層４
を塗布形成してなる空気極２には、空気流路１０に平行
な両側部分で、その幅が緻密質サイドレール１２と同程
度の領域において、未はっ水領域４ｂを形成しているの
で、独立したシール部材を用いることなく、また電極端
部にシール部分を設けることなく、燃料電池運転中の電
極周辺部分でのシール性能を維持することができるとい
う効果が得られる。

【００５３】また、独立したシール部材を用いないの
で、電極部材点数の増加を抑え、セルの積層作業性を向
上でき、さらに積み精度も向上することができる。

【００５４】さらに、はっ水処理等の通常の電極の製造
方法で実施される処理工程以外の処理工程を必要としな
いので、電極の製造作業性が向上できる。

【００５５】さらにまた、空気極２の燃料ガス流路８と
平行な両端部分にカーボンブラック層１６を配置してい
るので、この部分での電気化学的電位を低減でき、カー
ボン腐食対策が強化でき、長期的信頼性を向上できる。

【００５６】実施例６．上記実施例５では、空気極２の
燃料ガス流路８と平行な両端部分に、空気極触媒層４に
代えカーボンブラック層１６を配置するものとしている
が、この実施例６では、同時に燃料極１の燃料ガス流路
８と平行な両端部分に、燃料極触媒層３に代えカーボン
ブラック層１６を配置するものとし、同様の効果を奏す
る。

【００５７】実施例７．上記実施例５では、空気極２の
燃料ガス流路８と平行な両端部分のみに、空気極触媒層
４に代えカーボンブラック層１６を配置するものとして
いるが、この実施例７では、空気極１の周辺部分に、空
気極触媒層４に代えカーボンブラック層１６を配置する
ものとし、電極の製造作業性が若干低下するも、白金を
含有する高価な触媒の使用量を低減し、コストを低減す
ることができる。

【００５８】実施例８．上記実施例５では、カーボンブ
ラック層１６をはっ水処理しないものとしているが、こ
の実施例８では、本来この部分は電極のシール性には関
与しない領域であることから、カーボンブラック層１６
にバインダ材としてフッ素樹脂を用い、はっ水処理する
ものとし、カーボンブラック層１６の結着性を向上さ
せ、電極の製造作業性を向上することができる。

【００５９】なお、上記実施例５〜８では、触媒層に代
えて腐食防止層としてのカーボンブラック層１６を配置
するものとして説明しているが、腐食防止層としての材
料はカーボンブラックに限定されるものではなく、白金
等の貴金属を含有せず耐熱リン酸性の材料であればよ
く、例えばＳｉＣを用いてもよい。

【００６０】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００６１】この発明の第１の発明によれば、燃料極お
よび空気極は、セパレータと同等の外形を有し、かつ燃
料極および空気極の少なくとも一方の極の両端部分のは
っ水性を低減させ、はっ水性を低減させた両端部分を電
極シール部分としているので、他に独立した電極周辺シ
ール等が不要となり、積層部品点数を著しく低減し、セ
ルの積層作業性が向上できるとともに積み精度も向上で
き、かつ、電極処理工程が特殊な処理工程を必要とせ
ず、電極の製造作業性が向上でき、結果として、燃料電
池の製作の中で大きな作業ウエイトを占めている電極製
造作業とセル積層作業が極めてシンプル化され、量産作
業性に優れ、かつ、生産コストを低減できる。

【００６２】また、この発明の第２の発明によれば、燃
料極および空気極は、セパレータと同等の外形を有し、
空気極の燃料ガス流路に平行な両端部分に触媒層に代え
て腐食防止層を設けているので、空気極の空気流路の入
口および出口部分における電気化学的電位が低く保たれ
てカーボン腐食が抑制され、電極の長期的信頼性を向上
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示すリン酸形燃料電池の
電極シール構造の要部断面図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明の実施例１
における燃料極の単品状態を示す平面図および断面図で
ある。

【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明の実施例１
における空気極の単品状態を示す平面図および断面図で
ある。

【図４】この発明の実施例１のリン酸形燃料電池におけ
る電極のシール性能試験の模式図である。

【図５】この発明の実施例１のリン酸形燃料電池の電極
シール性能試験におけるメタン圧力と単位シール長さ当
たりのメタン漏れ量との関係を示すグラフである。

【図６】この発明の実施例１のリン酸形燃料電池の発電
試験における燃料ガス出口と空気出口との差圧と単位シ
ール長さ当たりの燃料ガス漏れ量との関係を示すグラフ
である。

【図７】この発明の実施例１のリン酸形燃料電池の発電
試験における単位シール長さ当たりの燃料ガス漏れ量の
経時変化を示すグラフである。

【図８】（ａ）はこの発明の実施例１のリン酸形燃料電
池における発電試験時の電気化学的電位を測定するため
の参照極配置を示す分解斜視図であり、（ｂ）は各参照
極における電気化学的電位を示すグラフである。

【図９】（ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明の実施例２
における燃料極の単品状態を示す平面図および断面図で
ある。

【図１０】（ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明の実施例
２における空気極の単品状態を示す平面図および断面図
である。

【図１１】この発明の実施例５を示すリン酸形燃料電池
の電極シール構造の要部断面図である。

【図１２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明の実施例
５における燃料極の単品状態を示す平面図および断面図
である。

【図１３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明の実施例
５における空気極の単品状態を示す平面図および断面図
である。

【図１４】（ａ）はこの発明の実施例５のリン酸形燃料
電池における発電試験時の電気化学的電位を測定するた
めの参照極配置を示す分解斜視図であり、（ｂ）は各参
照極における電気化学的電位を示すグラフである。

【図１５】従来のリン酸形燃料電池における電極シール
構造の一例を示す要部断面図である。

【図１６】従来のリン酸形燃料電池における電極シール
構造の他の例を示す要部断面図である。

【図１７】従来のリン酸形燃料電池における電極シール
構造のさらに他の例を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１燃料極２空気極３ｂ未はっ水領域４空気極触媒層４ｂ未はっ水領域６マトリックス７セパレータ８燃料ガス流路１０空気流路１６カーボンブラック層（腐食防止層）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料極と、空気極と、両極間の電解質を
保持するマトリックスと、燃料ガス流路と、空気流路
と、両流路を分離するセパレータとを備えたリン酸形燃
料電池において、前記燃料極および前記空気極は、前記
セパレータと同等の外形を有し、かつ前記燃料極および
前記空気極の少なくとも一方の極の両端部分のはっ水性
を低減させ、はっ水性を低減させた前記両端部分を電極
シール部分としたことを特徴とするリン酸形燃料電池。
【請求項２】燃料極と、空気極と、両極間の電解質を
保持するマトリックスと、燃料ガス流路と、空気流路
と、両流路を分離するセパレータとを備えたリン酸形燃
料電池において、前記燃料極および前記空気極は、前記
セパレータと同等の外形を有し、前記空気極は、前記燃
料ガス流路と平行な両端部分に触媒層に代えて腐食防止
層を設けたことを特徴とするリン酸形燃料電池。