JPH0578908B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、リン酸型電池の構造に関するもの
である。

〔従来の技術〕

周知の通り、燃料電池は対向して配置された燃
料電極と酸化剤電極の間に電解質を保持した電解
質マトリツクスを介在させ、燃料電極および酸化
剤電極にそれぞれ燃料および酸化剤を供給して運
転される一種の発電装置である。

燃料電池には、カルノーサイクルの制約がな
く高い効率が期待できる、電池作動温度に近い
比較的高温の有効利用が容易な廃熱が得られる、
出力を変えても効率はあまり変わらない、負
荷変動に対する応答性にすぐれているなどの利点
があり、都市内もしくは都市近郊に配電用発電所
の規模で分散配置する、あるいは火力発電所の代
替発電装置とするなどの利用形態が考えられてい
る。

燃料電池は用いられる電解質の種類によつてア
ルカリ型、リン酸型、溶融炭酸塩型などに分類さ
れるが、このうちリン酸型は第一世代と呼ばれ最
も開発が進んでおり、すでに実用規模での試運転
が行なわれている。

リン酸型燃料電池で最も一般的に用いられてい
る。構造としてリブ付電極型がある。これは、例
えば米国特許第4426340号特開昭58−68873号公
報）に記載されている構造であり、第６図に代表
的なリブ付電極構造の断面図を示した。第６図に
おいて、１は燃料電極触媒層、２は電解質保持マ
トリツクス、３は酸化剤電極触媒層であり、これ
らによつて反応層４が形成されている。５は燃料
電極側のリブ付電極基材、６は酸化材電極側のリ
ブ付電極基材、７は周縁ガスシール部、８，１１
は突起部すなわちリブ部、９，１２は平坦なシー
ト部、１０は燃料ガス流路、１３は酸化剤ガス流
路、１４はフラツトなガス分離板（平板セパレー
タ）である。なお燃料ガス流路１０と酸化剤ガス
流路１３は通常直交するように配置されている
が、第６図では図をわかりやすくするために平行
になるように配置している。

リブ付電極基材５，６の役割として、反応ガス
流路１０，１３から触媒層１，３への反応ガスの
通路としての役割と、基材５，６内に電解液を貯
蔵し反応層４中の電解液量に過不足があつた場合
にこれを吸収するかあるいは補充するリザーバと
しての役割があるが、特に酸化剤側のリブ付電極
基材６の平坦なシート部１２に電解液を貯蔵した
場合に酸化剤ガスの拡散性が著しく阻害され、特
性が低下するという問題点があつた。

この問題点の解決手段として、例えば米国特許
第4035551号（特開昭53−30747号公報）に記述さ
れているように、燃料側のリブ付電極基材５の平
均気孔径よりも酸化剤側のリブ付電極基材６の平
均気孔径の方を大きくすることによつて、毛管力
の差により酸化剤側のリブ付電極基材６へなるべ
電解液が貯蔵されないような工夫が試みられてい
るが、平均気孔径を大きくすることによつて酸化
剤側のリブ付電極基材６の強度が弱くなり特にウ
エブ部１２で割れやすくなる。酸化剤側のリブ付
電極基材６には実質的に電解液を貯蔵しないの
で、貯蔵量が少ないのなどの問題点があり実用的
ではなかつた。

またその他の解決手段として、特開昭58−
68881号公報に記載されているように、平坦なシ
ート部１２の平均気孔径をリブ部１１の平均気孔
径よりも大きくすることによつて、やはり毛管力
の差により平坦なシート部１２になるべく電解液
が貯蔵されないような工夫が試みられているが、
平均気孔径を大きくすることによつて平坦なシー
ト部１２が著しく割れやすくなつたり、また、一
体化されたリブ付電極基材の平坦なシート部１２
とリブ部１１の平均気孔径を変えなければならな
いことから手間がかかり製造コストが高くつくな
どの問題点がありやはり実用的ではなかつた。

そこで最も簡便な解決手段として用いられてい
る方法は米国特許第4115627号及び米国特許第
4165349号明細書に記載されているように平坦な
シート部１２にポリテトラフルオロエチレン
（PTFE）などの撥水性の強い材料を含浸し、平
坦なシート部１２でのガス拡散性を確保する手段
である。この場合、リブ部１１は撥水されずにリ
ン酸がリザーブされるが、平坦なシート部１２が
撥水されている為に容易にマトリツクス層２へリ
ン酸が移動することができず、実質的にリザーブ
機能を果すことができない。また平坦なシート部
１２ではPTFEなどの撥水剤により水かきのよう
な被膜が生じガスの拡散性が阻害されるという問
題点もあつた。

なお燃料電極側の平坦なシート部９では燃料と
して使用される水素の拡散性が良いこと、通常水
素は80％程度の高濃度で供給されること、もとも
と燃料電極の分極抵抗が小さいことなどから、仮
りに平坦なシート部９の空孔体積の50％近くまで
リン酸によつて占有されても何ら問題なく機能す
る。（50％を越えると問題を生じる。）ただし、リ
ブ部８も含めて30〜40％が通常燃料側リブ付基材
にリザーブされるリン酸量となつている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のリン酸型燃料電池は以上のように構成さ
れているので、特に酸化剤側のリブ付電極基材６
の平坦なシート部１２でのガス拡散性が貯蔵した
電解液によつて著しく阻害され特性が低下すると
いう問題があり、この為、酸化剤側には実質的に
電解液を貯蔵することが難しいという問題点があ
つた。

この発明は上記のような問題点を解決する為に
なされたもので、酸化剤電極においてもガスの拡
散性を阻害することなく充分な量の電解液を貯蔵
できる燃料電池を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するたの手段〕

この発明に係るリン酸型燃料電池は、少なくと
も酸化剤電極は電解質保持マトリツクスに対向し
多孔質のカーボンペーパーの厚さ方向全域に亘つ
て触媒が存在する触媒プレートを有するものであ
り、この触媒プレートと平板セパレータ間に、上
記触媒プレートとの対向面に反応ガス供給用の溝
を有するリブ付リザーブプレートを備えたもので
ある。

〔作用〕

この発明におけるリブ付リザーブプレートは、
ガス拡散性を阻害することなく電解液を貯蔵で
き、触媒を有する触媒プレートは、リブ付リザー
ブプレート電解質保持マトリツクスとの電解液の
やり取りを容易にすると共に触媒プレートの厚さ
方向全域に亘つて存在する触媒を物理的に支持
し、ガス拡散性を確保する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。

第１図は、この発明の一実施例によるリン酸型
燃料電池を示す断面図である。第１図では第６図
の従来例と同様に、わかりやすくする為に燃料ガ
ス流路１０と酸化剤ガス流路１３とを平行に配置
して示している。図において、１５はフラツトな
触媒プレートであり、１６は多孔性のリブ付リザ
ーブプレートである。リブ付リザーブプレート１
６は炭素繊維を主成分とする多孔性部材から成
り、例えば呉羽化学工業(株)のKES−400やKES−
800などを用いることができ、これらの材料は
40μｍ前後の平均気孔径と60％前後の気孔率を有
している。リブ付リザーブプレート１６の第１の
役割はその気孔にリン酸をリザーブすることであ
り、第２の役割はリブ部１１を有することによつ
て触媒プレート１５との間に酸化剤流路１３を確
保することである。また第３の役割は触媒プレー
ト１５において生じる熱をフラツトなセパレータ
１４に伝達することであり、第４の役割はセパレ
ータ１４から触媒プレート１５へ反応に用いられ
る電子を運ぶ為の通路となることである。先に挙
げた材料を用いた場合、これらの役割は満足に果
される。なお平坦なシート部１２はリブ部１１と
同様にリン酸をリザーブするが、複数個のリブ部
１１を連絡し、各々のリブ部１１に過不足なくリ
ザーブされるよう調整する役割もする。また平坦
なシート部１２とリブ部１１は同じ材質で同じ気
孔径であつてもよいが、異なる材質、異なる気孔
径であつても先に述べた役割を果しておればかま
わない。またリブ付リザーブプレート１６に部分
的に撥水処理や親水処理がなされていてもかまわ
ないが、先に述べた材質であれば何ら処理を施す
ことなく充分に役割を果すことができる。またリ
ブ付リザーブプレート１６の端部のガスシール部
７２については、例えば米国特許第3867206号
（特公昭58−152号）に記載されているようなウエ
ツトシールを適用することができる。一方、触媒
プレート１５は多孔質のカーボンペーパーを含み
実質的にカーボンペーパーの厚さ方向全域にわた
つて触媒が存在しており、これが、本発明の実施
例に対し有益な効果を与える。

第２図Ａ，Ｂはそれぞれ酸化剤電極の２つの型
の構成例を示す拡大断面図である。Ａは0.1mmの
厚さのカーボンペーパー（東レ(株)製、気孔率75％
前後、平均気孔径30μｍ前後）の内部に厚さ方向
全域にわたつて触媒を塗布した触媒プレート１５
と従来と同様の触媒層（厚さ約0.1mm）３とから
構成されている実施例であり、Ｂは0.2mmの厚さ
のカーボンペーパー（東レ(株)製、気孔率75％前
後、平均気孔径30μｍ前後）の内部に厚さ方向全
域にわたつて触媒を塗布した触媒プレート１５の
みで酸化剤電極を構成した実施例である。触媒プ
レートの厚さは厚すぎると全体の電池構成の厚さ
も厚くなるのでできるだけ薄いことが望ましく好
ましくは0.4mm以下が良い。これらの触媒プレー
ト１５の製造方法としては、例えば本願出願人の
所有に係る米国特許第4603060号（特開昭60−
151968号公報）に記載されているリバースロール
コーター法による塗工法とペースト組成を用いる
ことができる。例えば白金を主成分とする金属微
粒子型触媒を担持したカーボンとポリテトラフル
オロエチレン（PTFE）の混合物より成る触媒ペ
ーストを何ら撥水処理の行なわれていないカーボ
ンペーパー上にリバースロールコーター法を用い
て一定量塗布することによつて、完全にカーボン
ペーパー内に触媒ペーストが浸透しあるいはカー
ボンペーパー内の空孔を完全にうめてしまうであ
ろう。しかし、乾燥時には触媒ペーストは水やイ
ソプロピルアルコールなどの溶媒が蒸発する為に
体積が減少し、カーボンペーパーの繊維を触媒が
コーテイングした形でガス拡散性に充分な気孔径
と体積の気孔が確保される。塗布するペーストの
量を多くすれば、第２図Ａのようにカーボンペー
パー１５の上にも触媒層３が形成され、少なけれ
ば第２図Ｂのようにカーボンペーパー１５の元々
の厚さを超えずに触媒はすべてカーボンペーパー
の繊維にコーテイングされる。なお、スプレー法
で触媒ペーストを塗布しても、ロールプレスで触
媒ペーストをカーボンペーパーに圧入しても第２
図Ａ，Ｂに示すような構成の触媒プレート１５や
触媒層３を得ることができる。またカーボンペー
パーの中に触媒ペーストを押し込める形で充填し
たとしてもやはり触媒層３単独の場合よりも充分
な気孔径と体積の気孔が確保される。

触媒プレート１５の特長の第１は、触媒プレー
ト１５の表裏でのリン酸のやり取りすなわちマト
リツクス層２とリブ付リザーブプレート１６間の
リン酸のやり取りをスムーズに行なう為の通路と
なることであり、特長の第２のカーボンペーパー
を骨材として触媒に対し充分なガス拡散路を確保
していることである。また第３の特長として自立
性を有することが挙げられる。これらの特長につ
いての詳細な説明は他の実施例を用いて後で説明
する。

第１図の説明に戻り、７３は0.2mmの厚さのテ
フロン板であり、１は燃料極触媒層である。５は
従来と同じリブ付電極基材であり、リブ部８と平
坦なシート部９は同じ材質、同じ気孔径であつて
もよい。なおリブ付電極基材５には撥水処理が全
く行なわれていなくてよく、その気孔に気孔体積
の60％までのリン酸のリザーブが許容される。こ
れは燃料極側であるので水素の拡散性の良さと通
常用いられる燃料ガス組成（H₂80v／ｏ、CO₂20
％）で水素の濃度が圧倒的に高いことによる。こ
のことは米国特許第4035551号（特公昭58−58785
号明細書）の中で詳しく記述されているが、酸化
剤電極側で従来例で述べたように平坦なシート部
９での拡散抵抗が大きくなり出力電圧が低下する
為に、実習的にリン酸をリザーブすることができ
ないのと対象的である。なお触媒層１は平坦なシ
ート部９に埋め込まれる形で形成されていてもよ
く、一般に燃料極では酸化剤すなわち空気極より
も少ない触媒層でも充分な性能を発揮することが
できる。

なおリブ付電極基材５端部のガスシール部７１
にはウエツトシールの他にフツ素樹脂やフツ素系
のゴムを用いたドライシールを用いることができ
る。

またマトリツクス層２は、例えば本願出願人の
所有に係る米国特許第4517260号（特開昭59−
211968号公報）に記載されているような構成を用
いることができる。

またフラツトなセパレータ１４はリン酸の吸収
と反応ガスのリークを防ぐ為にグラツシーカーボ
ンなどのようなできるだけ残存気孔体積の少ない
材質が望ましい。

さて、次に第１図の実施例の効果を明らかにす
る目的で行なつたいくつかの実験例について説明
する。

＜実験１＞ （サンプルＡ、Ｂ、Ｃの作成） 厚さ0.1mmで大きさ30cm×30cmのカーボンペー
パー（東レ(株)製、気孔率75％前後、平均気孔径
30μｍ前後）にテフロンデイスパージヨン（三井
フロロケミカル(株)、テフロン30J）を２倍に希釈
した溶液をスプレー法により塗布し、乾燥した後
375℃空気中にて熱処理することで撥水処理を行
なつた。この処理なよりカーボンペーパーに付着
したポリテトラフルオロエチレン（PTFE）の重
量は約３mg／cm²であつた。この撥水処理済のカー
ボンペーパーを後の処理工程も含めてサンプルＣ
と呼ぶことにする。

次にサンプルＣと同じ材質と同じ大きさで撥水
処理を行なわないカーボンペーパーをサンプルＡ
として用意しこれとは別に厚さ0.2mmで大きさ30
cm×30cmのカーボンペーパー（東レ(株)、前述のも
のと同一）をサンプルＢとして用意した。

リバースロールコーター用の空気極用触媒ペー
ストを用意し、サンプルＡ、Ｂ、Ｃをパレツトの
上に固定し米国特許第4603060号（特開昭60−
151968号公報）に記載された方法により、サンプ
ルＡとＣは同一量の触媒ペーストを塗布し、サン
プルＢはサンプルＡの半分の量の触媒ペーストを
塗布した。サンプルＡとＢについては塗布した反
応の面に触媒層が全面的に透過してきており、カ
ーボンペーパーを含めた乾燥後の厚さはサンプル
Ａが0.2mm、サンプルＢが0.2mm、サンプルＣが
0.24μｍであつた。またサンプルＡ及びサンプル
Ｂの気孔径と気孔率を調べた所、触媒ペースト塗
布乾燥後20μｍ前後の平均気孔径と、50％前後の
気孔率（10μｍ以下の気孔径の気孔を含めない）
がカーボンペーパー中に確保されることが確認で
きた。

サンプルＡ、Ｂ、Ｃは分散剤などの有機物を除
去すべく280℃にて40分間熱処理し、350℃にて20
分間焼成した。

＜実験２＞ （リン酸透過テスト） 実験１により作成したサンプルＡ、Ｂ、Ｃの３
つの空気極を５cm×５cmに切断し、これとは別に
1.8mmの厚さのカーボン基材（呉羽化学工業(株)、
KES400）を４cm×４cmに切断したものを８枚、
厚さ1.0mmのテフロン板を４cm×４cmに切断した
ものを用意した。

次にあらかじめ190℃に加熱した105％のオルト
リン酸（ラサ工業(株)製）を1.8mmの厚さのカーボ
ン基材３枚に各々１c.c.ずつ加えた。この量はカー
ボン基材の気孔に60体積パーセントのリン酸を含
浸したことに相当する。

次にこれらの試料の重量を計算した上で第３図
のような組み合せで積層して190℃に保持した。
第３図において、２０はサンプルＡ、Ｂ又はＣ、
２１はリン酸を含浸したカーボン基材、２２はリ
ン酸を含浸していないカーボン基材、２３はテフ
ロン板、２４は金メツキした銅板である。この組
み合せによれば、サンプル２０にリン酸透過性が
あれば、リン酸を含浸したカーボン基材２１から
リン酸を含浸していないカーボン基材２２へリン
酸が移動するはずである。

なお、サンプル２０の端部を伝つてリン酸が移
動するのを防止する為に、サンプル２０の大きさ
を基材２１，２２よりも大きくしている。またサ
ンプルの触媒層を塗布した面をリン酸を含浸した
基材２１側に向けてセツトした。

サンプル２０としてサンプルＡ、Ｂ及びＣを用
いた場合の３通りについて同時にセツトして190
℃に保持し、一定時間毎に取り出して基材２１，
２２の重量を測定した。その結果を第４図に示
す。

この結果、カーボンペーパーに撥水処理が施さ
れているサンプルＣではほとんど基材２２にリン
酸が移動していないのに対し、触媒プレート型の
サンプルＡ及びサンプルＢではすみやかにリン酸
が移動し、基材２１，２２間でリン酸量が平衡に
達することがわかつた。このことから、第１図の
触媒プレート１５においてリブ付リザーブプレー
ト１６とマトリツクス層２との間ですみやかにリ
ン酸の受けわたしができることが明らかである。
なお触媒プレート１５は撥水性を持つポリテトラ
フルオロエチレン（PTFE）を含んでいるが、触
媒担持カーボンによつて構成される親水性の0.1μ
ｍオーダーのミクロポアを通つてリン酸が移動す
る為にPTFEによる影響を受けないものと考えら
れる。これに対してあらかじめ撥水処理されたカ
ーボンペーパーでは繊維はほとんどPTFEによる
被膜で覆われていて完全な撥水性を示し、触媒ペ
ーストも透過することができず、従つて、厚さ方
向にリン酸の移動できるパスが形成されないと考
えられる。

＜実験３＞ （サンプルＡの単セル試験） サンプルＡを10cm×10cmに切断し、これを空気
極として用いて第１図のように構成し190℃常圧
にて有効面積100cm³の単セルとしてその初期特性
を調べた。なおこのとき燃料極にはリブ付基材５
（呉羽化学工業(株)、KES400）を用い触媒ペース
トをリバースロールコーター法により塗布した
後、さらに平均粒径1μｍの炭化ケイ素を77重量
パーセント、五酸化タンタル20重量パーセント、
PTFE3重量パーセントの混合物からなるマトリ
ツクス層150μｍをやはりリバースロールコータ
ー法により塗布し、250℃にて分酸剤などの有機
物を分解すべく40分間熱処理した後330℃にて20
分間焼成した。

燃料極のリブ付基材５には空孔体積の30％を占
めるようリン酸の含浸し、マトリツクス２には空
孔体積の100％と触媒の空孔体積の50％を占める
だけのリン酸を含浸し、リブ付リザーブプレート
１６は空孔体積の30％を占めるようにリン酸を含
浸し、４Kg／cm²の面圧をかけて200ｍＡ／cm²にて
空気（利用率50％）とSRGガス（H₂80％＋
CO₂20％、利用率75％）を供給して運転を開始し
た。

酸化剤電極（空気極と一般に呼んでいる）のガ
ス拡散性を評価する方法としてO₂ゲインという
値が一般的に用いられている。O₂ゲインは酸化
剤として純酸素を用いた場合と空気を用いた場合
の出力電圧の差で定義され、動作条件（温度、反
応ガス利用率など）によつて多少変化するが、ネ
ルンストゲインと活性化分極の変化分が理論値で
65ｍｖ程度であり、これよりも大きい値になれば
それはガス拡散抵抗により濃度分極が生じた分で
あると考えることができる。すなわちO₂ゲイン
が65ｍｖよりも大きくなればなる程空気極側でガ
スの拡散性が悪くなつていると考えられる。

さて、サンプルＡを用いて作成した上記の単セ
ルでは、O₂ゲインは200ｍＡ／cm²で65ｍｖ、300
ｍＡ／cm²では60ｍｖであつた。すなわち200ｍ
Ａ／cm²ではほとんど拡散抵抗を受けておらず空気
極側でのガス拡散性が充分であることがわかつ
た。

また、この単セルはその後1000時間近くまで空
気利用率／SRG利用率が50％／75％で連続運転
を行なつたが、出力電圧は620ｍｖ前後で安定に
動作した。

＜実験４＞ （サンプルＢの単セル試験） サンプルＢを５cm×５cmに切断して４枚用意
し、これらを空気極として用い、これらを井桁に
並べて第１図のように構成し、190℃常圧にて有
効面積100cm²の単セルとしてその初期特性を調べ
た。このときの燃料極には実験４と同じ仕様のも
のを用いた。燃料極のリブ付基材５及びリブ付リ
ザーブプレート１６に含浸するリン酸量は40％と
した。この単セルも実験３と同様の条件で運転し
た。

O₂ゲインは200ｍＡ／cm²で70ｍｖ、300ｍＡ／
cm²では75ｍｖでありサンプルＡの場合よりも多少
大きくなつているが、リブ付リザーブプレート１
６に含浸したリン酸量が多かつたことと、サンプ
ルＡよりもサンプルＢの方が触媒量が少ないこと
が影響したものと考えられる。またこの単セルは
その後800時間近くまで連続運転を行なつたが、
600ｍｖ前後の出力電圧で安定に動作した。

＜実験５＞ （サンプルＣの単セル試験） サンプルＣを10cm×10cmに切断してこれを空気
極として用い、サンプルＡやサンプルＢと比較す
る為に第１図と同様に構成し、燃料極のリブ付基
材５及びリブ付リザーブプレート１６に40％にリ
ン酸量を含浸して実験３と同様の条件で運転し
た。

O₂ゲインは200ｍＡ／cm²で90ｍｖ、300ｍＡ／
cm²で110ｍｖであり、明らかに濃度分極の寄与が
大きくなつている。これはカーボンペーパーを撥
水処理するときに生じた水かきのような被膜によ
りガスの拡散性が悪くなつたためと考えられる。
またオーム損も実験３や実験４の場合と比べて５
〜10ｍｖ大きくなつており、撥水されたカーボン
ペーパーとリブ付リザーブプレート１６との接触
抵抗がPTFEが繊維を覆つていることから大きく
なつたのではないかと予想される。

この単セルも実験３と同様に1000時間近くまで
連続運転を行なつたが、出力電圧は初期570ｍｖ
でオーム損が徐々に増加する現象が見られ1000時
間後には550ｍｖにまで低下した。

＜実験例６＞ （従来例の単セル試験） 第６図に示した従来例と同じ構成のリブ付電極
の単セル試験（有効面積100cm²）を行なつた。こ
のとき空気極側にはリブ付電極基材（呉羽化学工
業(株)KES400）を用い、平坦なシート部９に何ら
撥水処理することなく従来法により触媒層１を形
成した。リブ付電極基材５，６（空気極及び燃料
極）に40％のリン酸量を含浸して実験３と同様の
条件で運転した。

O₂ゲインは200ｍＡ／cm²で120ｍｖで300ｍＡ／
cm²では負荷がとれなかつた。また時間と共にO₂
ゲインが徐々に増加する現象が見られ300時間後
に停止せざるを得なかつた。

以上の実施例から第１図の実施例について次の
様な特長が明らかである。

まず実験例２により、触媒プレート１５がマト
リツクス層２とリブ付リザーブプレート１６間の
リン酸のやり取りをスムーズに行なう為の通路と
なることがわかる。また実験３〜６により、触媒
プレート１５ではカーボンペーパーを骨材として
触媒に対し充分なガス拡散路が確保され、O₂ゲ
インが小さくなつていることがわかる。なおリブ
付リザーブプレート１６に100％近くのリン酸が
含浸された場合にも、酸化剤ガス流路１３に面す
る触媒プレート１５では反応することができる。
すなわち流路１３に面する触媒プレート１５の約
半分の面積はリブ付リザーブプレート１６に含浸
されるリン酸量に影響されず充分にガス拡散路が
確保される。一方リブ付リザーブプレート１６に
面する触媒プレート１５の約半分の面積ではリブ
付リザーブプレート１６に含浸されるリン酸量に
よつてガスの拡散性が影響されるが、カーボンペ
ーパー部３１の空孔により横方向のガス拡散があ
るので緩和され、実験３や実験４で様いたように
30〜40％の含浸であればほとんど影響がない。な
お30〜40％の含浸は通常燃料極側のリブ付電極基
材に含浸するリン酸量として用いられている量で
あり、空気極と燃料極の基材を同じ材質にした場
合にはバランスから考えて妥当な値である。

なお、第１図の構造にすれば燃料極側の平坦な
シート部９で燃料極の触媒層１及びマトリツクス
層２が支持されているので、触媒プレート１５は
実験４で示したように複数の触媒プレートを並べ
て構成することができる。従つて大型の電池を作
るときも小型の触媒プレート１５を並べて構成す
ることができ取り扱いやすくコストが安くなる等
の効果がある。

また、触媒プレート１５とリブ付リザーブプレ
ート１６から成る構成を燃料極側に適用してもよ
く、燃料極側でもリザーブ量とガス拡散性に対す
る許容範囲が広がる効果がある。

また、上記実施例ではリブ付リザーブプレート
１６端部のガスシール部７２がウエツトシール、
触媒プレート１５周縁部のガスシール部７３がテ
フロン板である場合について説明したが、第５図
に示すように、リブ付リザーブプレート端部ガス
シール部７２を緻密な炭素材によつて構成して平
板セパレータ１４に接合すると共に、このガスシ
ール部７３に貫通孔を設けて例えばテフロンチユ
ーブ８１等を挿入し、このテフロンチユーブ８１
を介してリブ付リザーブプレート１６にリン酸を
注入することもできる。この場合、リブ部１１は
多孔性の炭素材によつて構成されるとよい。ま
た、触媒プレート周縁ガスシール部７３を、空孔
にグラフアイト粒子が充填された多孔性のカーボ
ンペーパーにリン酸を含浸したウエツトシール部
としてもよく、カーボンペーパーの空孔に充填す
る粒子としては、上記グラフアイト粒子の他に炭
化ケイ素、リン酸ジルコニウム、炭化ホウ素、窒
化ケイ素やこれらの混合物を用いることができ
る。

また、上記実施例では何れも触媒プレート１５
の周囲に周縁ガスシールプレート７３を配設した
場合を示したが、触媒プレート１５の面積をリブ
付リザーブプレート１６の面積より小さくし、触
媒プレート１５が当接するリブ付リザーブプレー
ト１６の凸部の高さを当接しないリブ付リザーブ
プレート１６の凸部の高さよりも低く形成し、触
媒プレート１５をリブ付リザーブプレート１６に
嵌め込んで、周縁ガスシールプレート７３を省い
てもよい。

さらに、上記実施例では何れもリブ付リザーブ
プレート１６のガス流路１３がリブ部１１と平坦
なシール部１２によつて構成される場合について
示したが、平板セパレータ１４に直接にリブ部１
１を間〓を設けて接合し、上記間〓をガス流路と
してもよく、この場合、シート部１２を省いた分
だけ一セルあたりの厚さを薄くできる効果があ
る。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、少なくとも
酸化剤電極は、電解質保持マトリツクスに対向し
多孔質のカーボンペーパーの厚さ方向全域に亘つ
て触媒が存在する触媒プレートを有するものであ
り、この触媒プレートと平板セパレータ間に、上
記触媒プレートとの対向面に反応ガス供給用の溝
を有するリブ付リザーブプレートを備えたので、
酸化剤電極側においてもガスの拡散性を阻害する
ことなく充分な量の電解液を貯蔵できるリン酸型
燃料電池が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるリン酸型燃
料電池を示す断面図、第２図Ａ，Ｂはそれぞれこ
の発明の一実施例に係る酸化剤電極部を拡大して
示す断面図、第３図はリン酸透過テストに用いた
積層体を示す側面図、第４図はリン酸透過テスト
の結果を示す特性図、第５図はこの発明の他の実
施例によるリン酸型燃料電池を示す断面図、第６
図は従来のリン酸型燃料電池を示す断面図であ
る。 図において、１は燃料電極触媒層、２は電解質
保持マトリツクス、３は酸化剤電極触媒層、５は
燃料側リブ付電極基材、６は酸化剤側リブ付電極
基材、８，１１はリブ部、９，１２は平担なシー
ト部、１０は燃料ガス流路、１３は酸化剤ガス流
路、１４は平板セパレータ、１５は触媒プレー
ト、１６はリブ付リザーブプレート、７１〜７３
はガスシール部、８１はリン酸注入用チユーブで
ある。なお、各図中同一符号は同一または相当部
分を示すものとする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電解質保持マトリツクスを介して対向する酸
   化剤電極および燃料電極を有する単する単電池
   を、上記酸化剤電極に対設する酸化剤ガス流路と
   上記燃料電極に対設する燃料ガス流路を分離する
   平板セパレータを介して複数個積層するリン酸型
   燃料電池において、少なくとも上記酸化剤電極
   は、上記電解質保持マトリツクスに対向し多孔質
   のカーボンペーパーの厚さ方向全域に亘つて触媒
   が存在する触媒プレートを有するものであり、こ
   の触媒プレートと上記平板セパレータ間に、上記
   触媒プレートとの対向面に反応ガス供給用の溝を
   有するリブ付リザーブプレートを備えたことを特
   徴とするリン酸型燃料電池。 ２ 電解質保持マトリツクスと触媒プレート間に
   触媒層を有する特許請求の範囲第１項記載のリン
   酸型燃料電池。 ３ 触媒プレートを複数枚積層して用いる特許請
   求の範囲第１項または第２項記載のリン酸型燃料
   電池。 ４ 触媒プレートに用いられるカーボンペーパー
   には撥水処理が施されていない特許請求の範囲第
   １項ないし第３項の何れかに記載のリン酸型燃料
   電池。 ５ 燃料電極は、リブ付電極基材の平担なシート
   部に燃料電極触媒層が形成され、リブ部が平板セ
   パレータに当接されている特許請求の範囲第１項
   ないし第４項記載のリン酸型燃料電池。 ６ リブ付電極基材の平担なシート部に形成され
   た燃料電極触媒層上に電解質保持マトリツクス層
   が形成されている特許請求の範囲第５項記載のリ
   ン酸型燃料電池。 ７ リブ付リザーブプレートの周縁部には湿潤ガ
   スシールが施されている特許請求の範囲第１項な
   いし第６項の何れかに記載のリン酸型燃料電池。 ８ 触媒プレートは平板セパレータよりも面積が
   小さく、触媒プレートの周縁部には親水性の粒子
   を充填した多孔性のカーボンペーパーを有する周
   縁ガスシールプレートが配設されている特許請求
   の範囲第１項ないし第７項の何れかに記載のリン
   酸型燃料電池。 ９ 親水性の粒子は、グラフアイト、炭化ケイ
   素、リン酸ジルコニウム、炭化ホウ素、および窒
   化ケイ素粒子のうちの少なくとも一つである特許
   請求の範囲第８項記載のリン酸型燃料電池。 １０ 触媒プレートはリブ付リザーブプレートよ
   りも面積が小さく、上記触媒プレートが当接する
   リブ付リザーブプレートの凸部は当接しないリブ
   付リザーブプレートの凸部よりも高さが低く形成
   され、上記触媒プレートは上記リブ付リザーブプ
   レートに嵌め込まれている特許請求の範囲第１項
   ないし第７項の何れかに記載のリン酸型燃料電
   池。 １１ リブ付リザーブプレートの反応ガス供給用
   の溝の凸部は多孔性の炭素材によつて構成され、
   上記溝に平行な側辺部には緻密な炭素材によつて
   構成された周縁ガスシール部を有する特許請求の
   範囲第１項ないし第６項および第８項ないし第１
   ０項の何れかに記載のリン酸型燃料電池。 １２ リブ付リザーブプレートの周縁ガスシール
   部には、多孔性の炭素材にリン酸を注入する注入
   口が形成されている特許請求の範囲第１１項記載
   のリン酸型燃料電池。 １３ 注入口にはテフロンチユーブが挿入されて
   いる特許請求の範囲第１２項記載のリン酸型燃料
   電池。