JPH06290797A

JPH06290797A - 積層型燃料電池

Info

Publication number: JPH06290797A
Application number: JP5073975A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Shimizu; 水康清; Hideaki Nameki; 木英明行; Hiroyasu Yoshizawa; 沢弘泰吉; Seigo Watanabe; 辺誠吾渡; Haruhiko Hirata; 田東彦平; Takeshi Araki; 木猛司荒; Takao Nakagaki; 垣隆雄中; Kenji Murata; 田謙二村; Masakuni Sasaki; 雅國佐々木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1993-03-31
Publication date: 1994-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】セパレータ及び単電池の各構成要素の厚さの
相違を吸収し、厚さ寸法精度の向上を図ることができる
積層型燃料電池を提供すること。【構成】電解質マトリックス２をアノード３とカソー
ド４とで挟んだ単電池１と、そのアノード３に燃料ガス
を、カソード４に酸化剤ガスをそれぞれ隔てて導くセパ
レータ５とを交互に積層して発電させるようにした積層
型燃料電池において、単電池１の外縁部に接触し燃料ガ
スと酸化剤ガスの流路の外枠を形成するエッジ板７，８
を薄板によって成形するとともに、電解質マトリックス
２に接する部分から燃料ガス通路或は酸化剤ガス通路を
規制するインターコネクタに接する部分までの距離を長
くすることにより柔軟にし、そのエッジ板の弾性によっ
てその内周縁部が電池積層時に単電池の外縁部に密着す
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電解質マトリックスを
アノード（燃料極）とカソード（空気極）とで挟んだ単
電池と、そのアノードに燃料ガスを、カソードに酸化剤
ガスをそれぞれ隔てて導くセパレータとを交互に積層し
た積層型燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は電極上で生じる電気化学的反
応を直接電気出力に変換する発電方式であり、この反応
を行わせるには燃料ガスと酸化剤ガスとを、電解質マト
リックスを挟んで向かい合うアノードとカソードとにそ
れぞれ分けて供給しなければならない。

【０００３】この目的でアノード、電解質マトリックス
およびカソードからなる単電池を複数個積層して積層型
燃料電池を構成する場合に、単電池の間に単電池同志を
電気的に直列に接続する機能を併せもつセパレータが介
装されている。

【０００４】積層型燃料電池の一例を１セルだけ抜き出
して図３２に示す。また、そのＡ−Ａ断面を２セル積層
したものを図３３に示す。単電池１は電解質マトリック
ス２と、その両面に密着して配置されるアノード３およ
びカソード４とから構成されている。また、セパレータ
５はインターコネクタ６、アノードエッジ板７、カソー
ドエッジ板８、アノード集電板９、カソード集電板１０
からなり、単電池に密着して配設され、アノードに燃料
ガス１１を、カソードに酸化剤ガス１２をそれぞれ導
く。

【０００５】ところで、インターコネクタ６は燃料ガス
１１と酸化剤ガス１２とを隔て、双方のエッジ板７、８
とともにそれぞれのガス流路を形成するものであって、
双方の集電板９、１０は単電池１に発生する電気を単電
池の外へ均一に導くとともに、単電池を均等な力で支持
し、アノードおよびカソードにそれぞれ燃料ガスおよび
酸化剤ガスを導くガス流路を形成する。これらの集電板
は、アノード及びカソードに密着する集電部分（集電
板）とガス流路を確保しその集電板を支持する部分（集
電板サポート）に分かれることもある。

【０００６】単電池１とセパレータ５との接触の仕方に
は種々あるが、一般的には図３３で代表されるように、
アノード３はアノード集電板９に、カソード４はカソー
ド集電板１０に密着し、電解質マトリックス２がアノー
ド、カソード両エッジ板７、８によって挟まれて密着す
る。したがって、単電池１を構成する部品の中で、電解
質マトリックス２はアノード３およびカソード４よりも
ひとまわり大きく形成されている。

【０００７】このように単電池１とセパレータ５とが交
互に積み重ねられ、燃料電池として発電に供されるが、
このとき、燃料ガス１１と酸化剤ガス１２は、マニホー
ルドからアノードとカソードにそれぞれ供給される。一
方、上記マニホールドにおいては隣接する上下のセパレ
ータ同志がマニホールドリング１３により接続されてい
る。マニホールドリングは上下接続部の間で電気絶縁性
を有し、電解質マトリックス２がマニホールドまで延長
してマニホールドリングと同等の機能を兼ねている場合
もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、セパ
レータの中央部においては、２枚のインターコネクタ６
の間にアノード集電板９、アノード３、電解質マトリッ
クス２、カソード４、カソード集電板１０が介装される
のに対して、その周縁部においては、２枚のインターコ
ネクタ６の間にアノードエッジ板７、電解質マトリック
ス２、及びカソードエッジ板８が介装される。さらに、
マニホールド部においては、アノードエッジ板７、マニ
ホールドリング１３、カソードエッジ板８が介装され
る。したがって、単電池とセパレータとを交互に積層し
て組み立てたとき、その各部分に厚さのばらつきがある
と、以下に述べる不都合が生じる。

【０００９】すなわち、セパレータ中央部がその周縁部
よりも厚いと、周縁部のエッジ板７，８と電解質マトリ
ックス２との間にシールが保てず、ガスが漏洩する。ま
た、セパレータ中央部がその周縁部よりも薄いと、中央
部を構成する各部品間の接触が保てず、接触抵抗の増大
により電池性能が低くなる。さらに、各部分の厚さの相
違は、厚い部分に局所的に過大な荷重が作用し、破損に
倒るおそれがある。

【００１０】しかしながら、これらの各構成要素の厚さ
寸法には、必ず、製造上の偏差があるため、上記製造上
の厚さの相違をなくすことは不可能である。そこで、厚
さ寸法精度を向上することのできる構成・製法ととも
に、積層組立後に寸法偏差を吸収して、セパレータ構成
要素に要求される機能、すなわち、接触とエッジ部での
シール機能を継続的に維持させる構成・構造が必要にな
る。寸法偏差を吸収するために、セパレータを構成する
各要素には薄板を用い、それらが変形することによっ
て、厚さを管理する工夫が提案されているが、未だ不十
分である。それらの課題を次に述べる。

【００１１】（ａ）上記したように、電解質マトリック
ス２はアノード３、カソード４と接触すると同時に、そ
の周縁部においてはアノードエッジ板７及びカソードエ
ッジ板８と接している。この電解質マトリックスは剪断
力などに対する機械的強度が弱いために、この電解マト
リックスに応力や変形が生じるような構造は好ましくな
い。そこで、電解質マトリックスの破損を避けるために
は、製造組立後に、電解質マトリックス２を平面状に保
持して、電解質マトリックスがアノード３あるいはカソ
ード４に接する面とエッジ板７，８に接する面との間に
おいて、段差が生じないようにする注意が必要である。
すなわち、図３４にカソード側を代表として示されるよ
うに、カソード４とカソード集電板１０における厚さ方
向の寸法ａ，ｂとカソードエッジ板８における厚さ方向
の寸法ｃについて、ａ＋ｂ＝ｃとなるように製造する必
要がある。しかしながら、これらの各構成要素の寸法に
は製作上の偏差があることから双方の段差を零にするこ
とは難しい。そこで図３５に示されるように、カソード
４とカソード集電板１０における厚さの方向の寸法ｄ，
ｅとカソードエッジ板８における厚さ方向の寸法ｆにつ
いて、各要素の寸法公差を見込み、必ずｄ＋ｅ＜ｆとな
るように製造し、カソードエッジ板８の高さｆが自由に
収縮できる構造とすればよい。製造組立後、カソードエ
ッジ板８はたわみ、第３４図のように厚さが揃い、ｄ＋
ｅ＝ｆとなる。これにより、カソードエッジ板８とカソ
ード４の上に位置する電解質マトリックス２の破損を避
けることができる。

【００１２】図３５に示されるカソードエッジ板８がた
わんだ後もより確実に平面を形成できるように、カソー
ドエッジ板８とインターコネクタ６との間に形成される
空隙にスプリングを介装することも考えられている。そ
の例を図３６に示すカソードエッジ板８のたわみととも
に、カソードスプリング１４が厚さ方向に収縮すること
により、段差を吸収することができる。

【００１３】しかしながら、カソードエッジ板８のたわ
みによって、電解質マトリックス２と接するカソードエ
ッジ板８の表面を水平に下方向に変位させるのは難し
く、カソードエッジ板８が傾いて変位した場合には、電
解質マトリックス２を変形させ、曲げ応力を生じさせ
る。

【００１４】以上の課題は、アノード側についても全く
同様である。

【００１５】（ｂ）図３６に示されるセパレータについ
て、カソードエッジ板８の表面とカソード４の表面との
段差は、積層組立後カソードエッジ板８がたわみ、カソ
ードエッジスプリング１４が収縮しなければ、解消され
ない。一方、収縮してもそのバネ剛性が小さい場合に
は、カソードエッジスプリング１４が電解質マトリック
スを押しつける力が小さく、その界面におけるガスのシ
ール性能が保てない。

【００１６】カソードエッジ板が薄板によって構成され
てたわみ易い場合には、特に問題になるのは、カソード
エッジスプリング１４のバネ剛性であり、このスプリン
グを最適に機能させるバネ定数をもって初めて段差が吸
収され、さらに、シール面圧が確保される、最適なバネ
定数とバネ形状を与える必要がある。

【００１７】以上の課題は、アノード側についても全く
同様である。

【００１８】（ｃ）図３２に示されるセパレータについ
て、電解質マトリックス２がアノードエッジ板７あるい
はカソードエッジ板８と接するのは、電解質マトリック
ス２の周縁の四辺全体である。したがって、図３６のよ
うにエッジスプリングを設けるとすれば、図３２におい
て燃料ガス１１、酸化剤ガス１２の流れの両側端部ばか
りでなく、単電池表面への流入部と流出部においても同
様に設けられるべきである。しかしながら、流入部と流
出部にエッジスプリングを設けるのは、流れを阻害す
る。

【００１９】また反対に、流れの両側端部に設けられる
エッジスプリングが、流れ方向にガスを流通させるなら
ば、その部分を流れるガスは単電池で生じる電池反応に
寄与せずに、排出されてしまう。

【００２０】このようにエッジスプリングは設置される
場所によって、ガスを効率よく流すことを妨げない構
造、あるいは、ガスの流れをほぼ完全に妨げる構造とす
る必要がある。

【００２１】（ｄ）図３２において、電解質マトリック
スに接するアノードエッジ開口部あるいはカソードエッ
ジ板は、アノードあるいはカソードを配設するための開
口部を有することから、前述の段差を吸収するためには
たわみ易いが、たわむためには開口部の内縁が延ばされ
ることになり、必ずしも自由にたわめない。前述のエッ
ジスプリングの伸縮にともなって、できるだけ自由にエ
ッジをたわませることがより望ましい。

【００２２】（ｅ）図３２と図３３において、隣接する
インターコネクタ同志に挟まれる各構成要素の厚さ寸法
が製造公差を有することにより、電解質マトリックスの
中央部と周縁部の高さが異なると、特に、アノード側と
カソード側でこの高さの差が異なると、電解質マトリッ
クスに剪断力が生じる。電解質マトリックスは機械的強
度に劣るため、剪断力により容易に破断するおそれがあ
る。それを防ぐためには、寸法公差によって生じる高さ
のズレに対しては、電解質マトリックス以外の構成要素
に剪断応力を肩代わりさせるような構造とするか、ある
いは、電解質マトリックスに接するカソードエッジ板と
カソード両表面を必ず一平面上にあるような構造とする
ことが考えられる。その問題は、インターコネクタとア
ノードエッジ板あるいはカソードエッジ板の間にエッジ
スプリングが介装される場合についても同様である。

【００２３】そこで、アノードエッジ板とアノードの突
き合う線の位置、およびカソードエッジ板とカソードの
突き合う線の位置が、電解質マトリックスを挟んで、水
平方向にずれた構造が提案されているが、一方向の段差
を抑えることはできるものの、反対方向の段差に対して
抑制できない等の問題がある。

【００２４】（ｆ）図３３において、インターコネクタ
６も他のセパレータ構成要素と同様に薄板を加工して作
られているが、インターコネクタ６を両側から挟むアノ
ード集電板９とカソード集電板１０とがインターコネク
タ６に接する面において凹凸を有すると、インターコネ
クタ６は変形し、厚さ寸法管理が難しくなる。

【００２５】セパレータによってはインターコネクタに
接するのは集電板そのものではなく集電板サポートであ
る場合もあるが、いずれの場合にも一般的に、それらは
限られた突起部分でインターコネクタに接する。その突
起部分はインターコネクタをへこませてアノード集電
板、インターコネクタおよびカソード集電板からなる高
さの和は目標とする値とは異なってしまう。

【００２６】（ｇ）高さの和が目標値と異なるのは、ア
ノード・カソード・電解質マトリックス相互あるいはこ
れらとセパレータ構成要素の組み合わせにおいても同様
である。例えば、溶融炭酸塩型燃料電池においては、ア
ノードおよびカソードはニッケルを主体とした粉体を多
孔質状に焼き固めて、製造される。テープキャスト法あ
るいはドライキャスト法などで製造されたアノードやカ
ソードは必ず裏表がある。すなわち、ドライキャスト法
で製造する場合には、粉体を受け板の上に成形するが、
受け板側とその反対側とではアノードあるいはカソード
の性状が異なる。受け板に面する表面の方法が凹凸が少
なく、気孔率も小さい。また、テープキャスト法で製造
する場合には、粉体にバインダーや溶剤を混ぜて、プラ
スチック製のフィルム上に成形するが、フィルムに接す
る面においてより凹凸の少ない表面が得られる。

【００２７】アノードあるいはカソードは電解質マトリ
ックスと集電板に挟まれるので、それらに接する面が、
アノードとカソードの裏面か表面かによって、相互の食
い込みの程度が異なる。例えば、凹凸の多い側の方が凹
凸の少ない面より集電板への食い込みが大きいが、この
ように食い込みを大きくした方が電気的な接触抵抗が低
くなる。一方、アノードあるいはカソードと電解質マト
リックスとの界面は電解質マトリックスの構成粒子が微
少であるために、凹凸の少ない面でも十分な接触がと
れ、また、凹凸が大きいとかえって凸部が薄い電解質マ
トリックスを突き破って短絡する危険もある。したがっ
て界面の特性が変わってしまう。均質な性能の燃料電池
を組み立てるには、表裏の使い分けが必要である。

【００２８】（ｈ）次に、この燃料電池は積層後、所定
の圧力によって締め付けられて、長期間発電運転するも
のである。特に溶融炭酸塩型燃料電池においては、６５
０℃の温度にさらされるために、単電池およびセパレー
タを構成する各要素はクリープ変形を生じる。すなわ
ち、各構成要素の厚さが時間とともに縮小していく。し
たがって、燃料電池の積層組立時に、各構成要素の厚さ
を所定の値に確保することができたとしても、それだけ
では不十分である。

【００２９】特に集電板については、かかる平均面圧が
大きいので、発電運転中にクリープ変形して厚さが収縮
する可能性が高く、セパレータの中央部がその周縁部よ
り薄くなり、電気的な接触抵抗の増大を引き起こす。

【００３０】（ｉ）セパレータ構成要素の厚さ寸法を管
理する上では、各構成部品が主に薄板から成形されるた
めに、それらの反りや歪みが問題になる場合がある。図
３３に示されるように、特に、集電板９，１０は薄板を
塑性変形させて作られいるために容易に反りや歪みが生
じ易い。それらの反りや歪みは、積層組立後に締め付け
ることで容易に取り除くことはできるが、積層組立時の
厚さ寸法管理の点からは不都合である。積層組立時にそ
れらの反りや歪みは取り除いておくことが望ましい。

【００３１】（ｊ）図３２に示されるように、内部マニ
ホールド型の燃料電池において、上下で隣接するセパレ
ータ同志は、単電池を挟む中央部ばかりでなく、マニホ
ールド部分でも接する。マニホールド部分で両セパレー
タを接続するマニホールドリングの厚さも他のセパレー
タ構成要素と同様に所定の厚さに管理され、単電池のあ
る中央部と高さを揃えるように製造されている。したが
って、上記したクリープ変形と同程度の変位をこのマニ
ホールド部分においても許容できなければならない。

【００３２】さらに問題となるのは、電解質の存在であ
る。溶融炭酸塩型燃料電池においては、電解質マトリッ
クスは、一般的に、マトリックス構造を形成するグリー
ンシート状のリチウムアルミネートと、電解質である炭
酸塩とが、組立時に別に供給される。炭酸塩が溶融時に
バインダーの揮散したグリーンシートに浸透することに
よって、電解質マトリックスは完成する。炭酸塩の供給
方法には種々あるが、炭酸塩をシート状に成形して、単
電池の中に挟み込む方法が取られることもある。この場
合、溶融した炭酸塩は単電池の中に浸透して、その形を
消してしまう。

【００３３】この炭酸塩シートの厚さの消失分は、マニ
ホールド部分においても何らかの方法で吸収しなければ
ならない。マニホールド部分が変位を吸収しなければ、
中央部のセパレータおよび単電池の構成要素が接触不良
を起こす。

【００３４】すなわち、セパレータおよび単電池の各構
成要素が有する厚さ寸法精度、発電運転時のクリープ収
縮、溶融炭酸塩型燃料電池においてはさらに炭酸塩シー
トの消失、などに起因して、積層型燃料電池は単電池を
保持するセパレータの中央部、その周縁部および内部マ
ニホールド部において、厚さに不均一が生じる。いずれ
の部分が厚くても、その他の部分に接触不良が起こり、
中央部の接触不良は電気抵抗の増大を招き、その周縁部
の接触抵抗は反応ガスの漏洩を招く。さらに、厚さの不
均一は構成要素の一部に局部的な過大応力を生じさせ、
変形や破損の原因となる。

【００３５】そこで本発明は、上記各部の厚さの相違を
吸収するために、、エッジ板の構造とエッジスプリング
・集電板の弾塑性を制御し、また、厚さ寸法精度の向上
を図り、継続的に各部に要求される接触性とシール性を
保つ積層型燃料電池を提供することを目的とする。

【００３６】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、単電池の
外縁部に接触し燃料ガスと酸化剤ガスの流路の外枠を形
成するエッジ板を薄板によって形成するとともに、電解
質マトリックスに接する部分から燃料ガス通路或は酸化
剤ガス通路を規制するインターコネクタに接するまでの
部分の距離を長くすることにより柔軟にし、そのエッジ
板の弾性によってその内周縁部が電池積層時に単電池の
外縁部に密着するようにした。

【００３７】第２の発明は、燃料ガス通路或は酸化剤ガ
ス通路を規制するインターコネクタとエッジ板との間
に、上記エッジ板を単電池の外縁部に押しつけるエッジ
スプリングを介装するとともに、そのエッジスプリング
の燃料電池積層方向の荷重に対する圧縮特性を２〜５０
kgf/cm²とした。

【００３８】第３の発明は、ガス給排用のマニホールド
部と単電池反応部を繋ぐ流路中には、そのガスの流通が
可能な形状のエッジスプリングが設けられていることを
特徴とする。

【００３９】また、第４の発明は、エッジ板に単電池が
配設される開口部の内縁から外方に向かう切り込みが形
成されていることを特徴とする。

【００４０】第５の発明は、単電池の外縁部に接触し燃
料ガスと酸化剤ガスの流路の外枠を形成するエッジ板の
開口部内周縁部に、アノード或はカソードの外周部と係
合する段部が形成されている。

【００４１】さらに第６の発明は、アノード集電板とカ
ソード集電板との間に介装されるインターコネクタに接
するように集電板或は集電板サポートに形成された突起
部が、上記インターコネクタを挟んでアノード側とカソ
ード側とで相対するように配設されている。

【００４２】第７の発明は、セパレータを構成する要素
の少なくとも一つが導電性を有するセラミックスによっ
て形成されていることを特徴とする。

【００４３】また、第８の発明は、集電板がパルス波形
状に折曲形成された薄板で形成され、アノード或はカソ
ードに面する平坦部に孔が穿設されていることを特徴と
する。

【００４４】さらに、第９の発明は、集電板或は集電板
サポートが、コイル形状、管状、或は断面がＩ字状又は
コ字状の棒状物によって構成されていることを特徴とす
る。

【００４５】第１０の発明は、上下のセパレータ同志を
連結するマニホールド部分において、マニホールドリン
グと単電池を接続する流路の面積がマニホールドリング
がセパレータに接する外縁で囲まれる面積の１．０倍以
上であることを特徴とする。

【００４６】

【作用】製造精度により避けられない各部の厚さの相違
がセパレータ構成要素の変形によって吸収され、単電池
を保持するセパレータの中央部、その周縁部及びマニホ
ールド部において、厚さを均一にすることができる。し
たがって、電解質マトリックスとエッジ板の接触が良好
に保たれ、反応ガスの漏洩が抑えられるとともに、単電
池と集電板の接触が良好に保たれる。〔実施例１〕図１は本発明のセパレータの一実施例の部
分断面図である。図中にはカソード、カソードエッジ
板、カソードエッジスプリングおよびインターコネクタ
のみを記してある。カソードエッジ板２０には、インタ
ーコネクタ６と接する第１の平坦部２０ａと、電解質マ
トリックスに接する第２の平坦部２０ｂが存在し、さら
に第１および第２の平坦部の間に第３の平坦２０ｃが設
けられた３段構造になっており、第１平坦部と第２平坦
部の間の距離が大きくしてある。したがって締め付けに
よる圧縮荷重に対してカソードエッジ板２０自身は非常
に変形し易く、さらに、第３平坦部がたわむために第２
平坦部は水平を保ったまま変位する。

【００４７】しかして、カソードの位置よりも高く製造
したカソードエッジ板２０は、単電池等の積層時にカソ
ードとの段差を吸収することができ、それらに接する電
解質マトリックスを一平面上に保持することができる。

【００４８】ここでは、カソードエッジ板を例にとって
説明したが、アノードエッジ板についても全く同様にす
ることができる。〔実施例２〕図２は、エッジスプリング１４の必要圧縮
特性を示した図である。圧縮荷重をＰ（kgf/cm²）、圧
縮変位をＸ(mm)としたとき、ｋ＝Ｐ／Ｘで定義されるバ
ネ定数を用いてエッジスプリングの必要圧縮特性を示す
と、次の通りである。

【００４９】まず、エッジスプリングの圧縮剛性は集電
板の圧縮剛性以下あるいは同程度であることが必要であ
る。これにより、ｋ≦５０（kgf/cm²）／（mm）である。

【００５０】ｋの最小値は、設計上どの程度の段差を許
容するかに関わり、特に、製造公差も考慮した段差の最
大値が問題になる。現在の技術で、段差の最大値を０．
５mm以下に設計することは十分に可能であり、ｋの最小
値としては、電解質マトリックスとエッジ板とのガスシ
ール性に必要な面圧でこの程度の変位が生じるとの条件
により、ｋ≧２（kgf/cm²）／（mm）となる。すなわちエッジスプリングの必要圧縮特性は、２≦Ｋ≦５０（kgf/cm²）／（mm）である。

【００５１】次に、その圧縮特性を実現するエッジスプ
リングについて説明する。図３は、エッジスプリングの
一実施例である。エッジスプリングの形状は、板バネ、
片持ちハリバネ、コイルバネ等各種考えられるが、限ら
れた大きさで低剛性のバネを構成するには片持ちハリバ
ネが最も適しており、図はその一実施例である。一般
に、エッジスプリングには、過大荷重あるいはクリープ
変形等に対する過大変形防止のための変位ストッパを設
けることが望ましい。本実施例は板状バネ部材からバネ
片２１を切り起こしたものであり、この切り起こされた
片持ち状のバネ片２１のａ部、ｂ部を急激に折り曲げ、
ａ部からｂ部が垂直に近い構造になっている。したがっ
て、ｃ部より平板（エッジ板またはインターコネクタ）
で圧縮荷重を受けた場合、圧縮変形δ₁だけ進行すると
平板がｂ部に接触するため、それ以上の圧縮変形は生じ
ないことになる。

【００５２】図４はエッジスプリングの他の実施例であ
り、前記片持ち状のバネ片２１を有するバネ部材を２枚
重ねたものである。単一のバネでは低剛性化に限度があ
るが、本実施例のように複数のバネを直列に重ねること
により低剛性化を図ることができる。また、本実施例で
は、圧縮変形が２δ₁だけ進行すると変位ストッパが働
くことになる。なお、図では２枚重ねの例を示したが、
３枚以上の複数のバネを重ねてもよいのは勿論である。

【００５３】図５および図６は、エッジスプリングの他
の実施例であり、板バネ構造の一例である。図５はその
基本構造を示した図であり、この板バネ２２は、薄板２
３に一定間隔で上方突出部２３ａと下方突出部２３ｂを
交互に設けた構造になっている。図６は他の実施例で、
前記板バネを下方突出部のみ有する他の板バネ２４と重
ね合わせた例である。本実施例の場合、圧縮変形がδ₂
だけ進行すると変位ストッパが働くことは容易にわか
る。

【００５４】図７は、板バネ方式エッジスプリングの他
の実施例である。突出量が上下とも同一な突出部を一定
間隔で設けた薄板２５を、２枚重ねた例である。図６が
低剛性化を図るため２枚の板バネを直列に重ねた構造で
あるのに対して、本実施例は２枚の板バネを並列に重ね
た構造であり、これによりバネの載荷能力を倍増でき
る。なお両図とも板バネを２枚重ねた実施例を示した
が、３枚以上の複数の板バネを重ねてもよいのは勿論で
ある。

【００５５】なお、エッジスプリングの材料としては、
ニッケル基合金、ステンレス鋼あるいはセラミックス等
が挙げられ、特に使用環境に応じて、ニッケル基合金お
よびスレテンレス鋼の場合はアルミナイズ処理などを施
して使用する。〔実施例３〕図８はセパレータ２６の斜視図で、同図中
の矢印はガスの流れ方向を示す。この構成では、エッジ
スプリング２７をガスの流れに対する両側端部に配置す
るとともに、エッジスプリング２８をガス流入部、およ
びガス流出部に配置している。ここで、エッジスプリン
グ２８は図９に示すような構造で、ガス通流が可能とな
っている。図１０は図８の中のＡ−Ａに相当するガス流
入部を単電池部品とともに示した断面図であり、矢印ガ
スの流れ方向を示す。ガス流入部においては、エッジス
プリング２８の構造からガス通流が可能で、なおかつ、
エッジスプリング上のカソードエッジ板８においてもこ
れと同様な構成となる。

【００５６】また、エッジスプリング２８は図９に示す
ようにその短辺方向にのみ、ガス通流が可能な構造とな
っており、ガス流入部、流出部に配置されたエッジスプ
リング２８はガス流れを整流する効果をもつ。両側部に
配置されたエッジスプリング２７は、エッジスプリング
２８と同様な形状として、発電を行わない両側端にガス
が流れることを阻止できる。

【００５７】なお、エッジスプリング２７，２８はアノ
ード側にも適用できる。また、エッジスプリングの構造
は、ここで示したものに限らず、本発明の他の実施例に
示すもの、特に、図４ないし図７に示すものを用いても
同様の効果を得ることができる。図３ないし図４に示す
スプリングもエッジスプリング２８に用いるのは有効で
あり、エッジスプリング２７として用いる場合には片持
ちはり部分を金属箔などで多い、ガスの流通を防ぐこと
で適用できる。〔実施例４〕図１１はセパレータ３０の斜視図であり、
図中にはアノード、カソード両エッジ板とインターコネ
クタのみを示した。カソードエッジ板３１はカソードを
配設するための矩形の開口部３１ａを有するが、その開
口部のコーナー部に板厚を貫通する切り込み３２が設け
られている。カソードエッジ板３１に接する電解質マト
リックスはその切り込み３２全体を覆うように配設され
る。または、この切り込み３２を覆うように金属箔を電
解質マトリックスとカソードエッジ板３１の間に介装す
る。この切り込み３２によって、カソードエッジ板３１
の電解質マトリックスに接する部分は切り込みがない場
合に比べて、よりたわみ易くなる。この金属箔として
は、炭酸塩に対する耐食性の優れた高アルミニウム含有
フェライト系ステンレスで、厚さ１０μｍから５０μｍ
程度のものが望ましい。

【００５８】したがって、図３５に示されるようにカソ
ードの高さよりカソードエッジ板を高くした燃料電池に
おいて、積層組立後、カソードエッジ板がたわみ、カソ
ードとカソードエッジ板の段差を吸収させることができ
る。これにより、セパレータの各構成要素の寸法管理が
容易になる。この効果は、図３６のようにインターコネ
クタとカソードエッジ板の間にカソードエッジスプリン
グを介装したセパレータについても、同様に得られる。

【００５９】カソードエッジ板３１に設けられた切り込
み３２は、図１１に示される位置に限られるものではな
く、カソードの配設される孔の内縁より外側に向かっ
て、どの位置に、どの方向に設けられてもよい。また、
アノードエッジ板３３にも同様の切り込みを設けること
により同様の効果を奏することは言うまでもない。〔実施例５〕図１２はセパレータと単電池を積層した燃
料電池の一部の断面図である。この燃料電池は隣接する
２枚のインターコネクタ同士の間で、アノード、カソー
ドを有する中央部とその周縁部の厚さが同一になるよう
に組み立てられているが、それらの厚さが同一になった
ときに、電解質マトリックスに過大な曲げ応力や剪断応
力が作用しないような２点の工夫が施されている。

【００６０】そのひとつはアノードエッジ板３５にはく
ぼみ３６が設けられている。このくぼみ３６はアノード
エッジ板３５が電解質マトリックス２に接する面をくぼ
ませてそこにアノード３をはめ込むためのものである。
このくぼみ３６の深さはアノードの厚さと同一になるよ
うに加工されている。くぼみ３６にアノード３をはめ込
んであることによって、アノード３がアノードエッジ板
３５を押しつけて、電解質マトリックス２に両者が接す
る面は一平面を成す。したがって、電解質マトリックス
２に曲げ応力や剪断応力が作用するのを防ぐことができ
る。図１３はくぼみを設けたエッジ板の一実施例であ
り、プレス加工でアノードをはめ込む部分がへこませら
れている。プレス加工ではくぼみの隅を曲率が零となる
なるように成形するのが難しいので、アノードの４角が
当たる部分が切り落とされて入る。

【００６１】さらにもうひとつの工夫は、アノード３と
カソード４の端部の位置がそれらの平面方向にずれて電
解質マトリックスを挟むようにしてある。図１２におい
ては、アノード３はカソード４より大きく作られてお
り、アノード３の端部はカソードエッジ板３７とともに
電解質マトリックス２を挟むことができる。これによ
り、前述のくぼみ３６にはめ込んだアノードをより確実
に押しつけることが可能となる。したがって、電解質マ
トリックス２に作用する曲げ応力や剪断応力をより軽減
させることができる。このとき、アノードに応力の負担
をかけないためには、アノードとカソードの端部のズレ
の距離はそれらの平面方向に、アノードの厚さの２倍以
上が有効である。さらに、アノード集電板９とカソード
エッジ板３７とでアノードが挟まれる構造とするのがよ
り有効である。

【００６２】図において、くぼみはアノードエッジ板３
５にのみ設けられたが、カソードエッジ板３７あるいは
それら両方に設けられてもよく、また、アノードをカソ
ードよりも大きくしたが、カソードをアノードより大き
くしてもよいのは、言うまでもない。〔実施例６〕単電池１とセパレータ５とを密着させ、ガ
スシール性を確保するには、上記したようにセパレータ
構成要素の寸法管理を必要とする。しかしながら、各構
成要素は薄板から成形されるのが一般的であるため、組
立後に意図しないところで変形して、所定の厚さを達せ
られずに密着を損なう可能性がある。インターコネクタ
も変形する要素のひとつである。アノード、カソード両
集電板は、それらに設けられた突起部分にてインターコ
ネクタに接するため、突起部分がインターコネクタをへ
こませる。寸法管理の上でこのへこみは問題になること
があり、インターコネクタが変形しないようなセパレー
タが必要である。

【００６３】図１４は集電板の突起によるインターコネ
クタ６の変形を阻止するセパレータの一実施例である。
ここに示される集電板は薄板をプレス加工して、突起を
設けた構造のものであるが、アノード集電板９とカソー
ド集電板１０に設けた突起部分９ａ，１０ａはインター
コネクタ６を挟んで同一になるように構成されている。
しかして、単電池とセパレータを積層したときに、イン
ターコネクタ６はアノード、カソード両集電板から同一
位置に荷重を受けるために、たわむことがない。したが
って、セパレータの組立後の寸法管理がより確実にな
る。

【００６４】このような構成は、図に示される集電板に
限られるものではなく、インターコネクタを挟んで、両
集電板の突起部分の一部あるいは全部相対することで、
本目的を達成できることは言うまでもない。また、一実
施例として集電板を用いて説明したが、インターコネク
タを両側からアノード集電板サポートおよびカソード集
電板サポートが挟んでいる場合には、それら集電板サポ
ートの突起部分が上記の突起部分と置き換えられて適用
されるものである。〔実施例７〕前述したように、溶融炭酸塩型燃料電池の
アノード・カソードはその製法にテープキャスト・ドラ
イキャスト法などがあるが、どの製法で製造してもアノ
ードあるいはカソードの表裏に粗密が生じてしまう。

【００６５】例えば、ドライキャスト法によりアノード
とカソードを製造した場合、平均気孔率はアノードが約
５０％、カソードが約８０％である。アノードについて
いえば、アノード原料粉の散布時の表面は厚さ５０μｍ
の範囲では気孔率が６０〜７０％にも達するのに対し、
焼結板との界面は同様な範囲で気孔率が３５％程度にな
ってしまうことが、断面観察と画像処理からわかる。

【００６６】このようにアノードあるいはカソードには
それぞれ粗密面が生じるが、マトリックスに向ける側を
密な面とすることにより以下のような効果が期待でき
る。すなわち、電解質マトリックスとアノードあるいは
カソードの凹凸の少ない面を組み合わせると、電解質マ
トリックスを損傷する可能性が低くなる。特に、マトリ
ックスが薄い場合に電極がこれを突き破って短絡するこ
とがなくなる。また、アノードあるいはカソードの粗面
は強度が低いため、集電板に食い込みやすく、接触抵抗
が低減する。

【００６７】そのため粗密の存在する同一の電極を用い
２種類のセルを組み、性能の違いを確認した。片方のセ
ルにはマトリックスにアノード・カソード共に密な面
（セル１）を、もう片方には粗な面（セル２）を向け
た。発電条件は共にＵｆ＝２０％、Ｕｏｘ．＝３０％、
加湿５５℃である。セル試験の結果５セルの平均値で、
セル１の方が確定付加電流（１５０ mA/cm²）において
約２０ｍＶ高かった。〔実施例８〕集電板あるいは集電板サポートは発電運転
中にクリープによって高さを縮小するが、これらの高さ
が縮小することは発電運転中にセパレータ構成要素の厚
さ寸法管理が難しくなるばかりでなく、ガスの流路断面
積が縮小されることになり、ガス流量の制御の点から好
ましくない。集電板あるいは集電板サポートがクリープ
するのは、それらが高温でクリープしやすいことに由来
する。そこで、本発明は集電板あるいは集電板サポート
を金属製からセラミックス製に替えたことを特徴とす
る。セラミックスとしても導電性のものが用いられた。
セラミックス表面に金属を無電解メッキ等で析出させた
ものも用いることができる。

【００６８】セラミックスを用いるセパレータ部品は、
集電板あるいは集電板サポートに限られるものではな
く、インターコネクタ、エッジ板およびスプリング等い
ずれにも適用し得る。少なくとも、集電板、集電板サポ
ートおよびインターコネクタには導電性が求められるの
で、導電性セラミックスを用い、それらを同一の材料で
製造し、部品により線膨脹係数が異なるのを避けること
が好ましい。

【００６９】集電板、集電板サポートおよびインターコ
ネクタを除く他のセパレータ部品は導電性セラミックス
に限定する必要はなく、電気抵抗の大きいセラミックス
であってよい。セラミックスは一般的に、金属に比べ、
耐食性に優れており、セパレータ、特にエッジ板の耐食
性を向上させる点からもセパレータの寿命を延長させる
ことができる。

【００７０】図３３に示される集電板９、１０は、例え
ば図１４に示される構造をしており、薄板をプレス加工
して製造される。積層組立後の電池の締め付け荷重を集
電板の突起部分が支持することになるが、加工上単位面
積あたりの突起の数に制限があるので、過大な荷重がか
かることを避けられない。そのため、クリープ変形しや
すく、発電運転中の厚さ寸法管理が難しい。そこでクリ
ープ変形に対する強度がより大きい集電板が望まれる。

【００７１】図１５は、薄板をコイル状に加工した集電
板４０の基本構造を表した斜視図である。図１６は図１
５の集電板４０を上部から見たもの。図１７は同様なコ
イル形状において上部と下部の幅を変えた集電板４１で
ある。図１８は図１６の集電板４０を隣接して配置した
集電板４２である。

【００７２】集電板は、これらコイル状の成形品を、間
隔をおいて、あるいは隣接して並べることによって形成
する。隣接して配置した場合も、反応ガスは、コイルの
長手方向（図中の中抜き矢印）だけでなく横方向（図中
の塗りつぶし矢印）にも流れ得る。

【００７３】図１４に示すような集電板をプレス加工に
より成形する場合、その高さを大きくするにともない締
め付け荷重に対する強度が低下する。クリープ変形量を
許容できるだけの強度を有する薄い集電板を複数個積層
することによって、強度の低下を補うことができる。図
１９は、カソード集電板１０を２枚重ねた一実施例であ
る。酸化剤ガス流路の高さを確保しながら、強度を満た
した集電板を得ることができた。アノード集電板につい
ても全く同様なことがいえる。〔実施例９〕図２０は、押し出し加工、引き抜き加工あ
るいは曲げ加工による矩形断面の管４３を敷き並べた集
電板４４の一例である。管４３の間隔はアノードあるい
はカソードの変形があまり大きくならないように適当に
設定し、アノードあるいはカソードに接する側の面に
は、反応ガスの拡散孔４５が設けてある。同様に図２１
ないし図２４はＩの字、Ｈ状、あるいはコの字断面の棒
を敷き並べた集電板４６ないし４９の実施例である。こ
のような集電板では、高さの寸法管理が容易であり、ま
た、強度の面でも発電運転時のクリープ変形を低減する
ことができる。引き抜き加工の一変形として、溶融紡糸
の方法によっても良い。

【００７４】図２５は、板材に、曲げ加工により突起５
０を設けて成形した集電板５１の一例である。突起５０
側はインターコネクタと接し、平坦部側はアノードある
いはカソードと接する。アノードあるいはカソードと接
する平坦部には、ガスの拡散孔５２が設けてある。さら
に、図２６に示す集電板５３は突起５４が折り曲げた内
側の面同士で接して閉じている。したがって、より均等
な力でアノードあるいはカソードを支えることができ
る。このような集電板では、高さの寸法管理が容易であ
り、比較的強度を大きくすることができる。折り曲げ部
には、予めスリットを設けておいても良い。

【００７５】さらに図２７に示す集電板５５は折り曲げ
加工による突起５０同士の間に別の突起５６が設けられ
ている。突起５６はプレスによる剪断絞り加工で成形さ
れるが、その他の方法で、その他の形状に作られてもよ
い。突起５０と突起５６の高さは同一になっており、ア
ノードあるいはカソードを突起５０と突起５６とでもに
支えることができる。または、突起５０よりも突起５６
を少々高くしておくことにより、突起５６を突起５０の
高さに収縮させて接触良好にすることもできる。このよ
うな集電板でも比較的強度を大きくすることができる。

【００７６】図２８においては、複数個の部品を一平面
内に並べて集電板５８が構成されている。機械加工を施
されて成形される集電板においては寸法が大きくなるほ
ど、厚さの寸法のばらつきも大きくなる。厚さ寸法精度
を向上させるひとつの方法として、厚さ寸法精度の高い
小さな集電板から所定の大きさの集電板を構成した。こ
のとき、小さな集電板は互いに接合されてもよいが、接
合されなくてもよい。図２８では、４個の小さな集電板
を並べて所定の大きさの集電板５８を構成した。個々の
小さな集電板の厚さ寸法精度が高いので、全体として寸
法精度の高い集電板が得られた。このような効果は図２
０ないし図２４において管や棒が複数個からなる場合に
も同様である。

【００７７】さらに、集電板を複数個に分割することは
次のような効果も同時に得られる。集電板とインターコ
ネクタの熱膨脹係数が異なる場合、常温と発電運転温度
の差により、セパレータ全体が反ったり、両者の接触部
にズレが生じ、酸化によって電気抵抗が増大したりする
恐れがあるが、集電板を複数個に分割することで、これ
らの問題は軽減される。また、集電板とアノードあるい
はカソードとの熱膨脹係数が異なる場合には、両者の間
に働く剪断応力を緩和させることができるので、変形や
破損を抑えることができる。

【００７８】図２９は本発明の燃料電池セパレータの一
実施例を示す断面図である。

【００７９】インターコネクタ６の下には、アノード集
電板９、アノード３の順で積層されている。同様にイン
ターコネクタ６の上には、カソード集電板１０、カソー
ド４、電解質マトリックス２の順で積層されており、そ
の上には記載していないがアノード３、アノード集電板
９の順で繰返し積層される。ここで、インターコネクタ
６とアノード集電板９、およびインターコネクタ６とカ
ソード集電板６とは接着剤６０にて接合されている。

【００８０】また、図２９のアノード集電板９とカソー
ド集電板１０は、図３０のように、それぞれ、アノード
集電板６１とアノード集電板サポート６２、およびカソ
ード集電板６３とカソード集電板サポート６４に置き換
えられる場合がある。このときも、図３０のように、イ
ンターコネクタ６とアノード集電板サポート６２、およ
びインターコネクタ６とカソード集電板サポート６４が
接着剤６０で接合された。このように構成されるセパレ
ータにおいては、アノード集電板６１とアノード集電板
サポート６３、およびカソード集電板サポート６４とを
接着剤６０で接合することができる。

【００８１】接着剤は接合するセパレータ構成要素同士
の界面に塗布されるが、その界面に接着剤が残ると、接
着剤の厚さ分接着部分の高さが増加するので、接着剤が
乾燥する前に、セパレータ構成要素同士が密着するよう
に締め付けられる。そのとき、界面に残った接着剤の厚
さは、約１μｍであり、寸法管理に及ぼす影響は無視で
きる。セパレータを締め付けたときに、界面に存在した
接着剤は周囲にはみ出して、図２９および図３０に示さ
れるような形状として残る。

【００８２】このような接合によって、セパレータの各
構成要素が有していた反りや歪みは取り除かれ、さら
に、接合されたことで曲げに対する強度が増す。これに
より、積層組立時の厚さ寸法管理が容易になる。さら
に、きちんと集電板の位置合わせができる。発電運転に
到るまでの加温によって接着剤は焼失するか炭化するた
め、燃料電池の温度変化による両材料の伸縮量の違いが
ある場合にも、接着箇所に応力が集中することはほとん
どない。また、接着剤が介在することによる電気抵抗の
増大もほとんど問題にならない。

【００８３】ここで、接着剤とは、瞬間接着剤、熱効果
性接着剤、嫌気性接着剤、エポキシ系接着剤、メチル系
接着剤等の色々な種類の接着剤を指すが、本発明はその
種類を問わない一般技術である。また、接着剤が金属粒
子を含むと接合部分の電気抵抗が低減する。金属には、
金や銀のように延性の大きいもの、あるいは、ルテニウ
ムのように酸化物となっても電子伝導性に優れたものが
好ましいが、それらに限られるものではない。〔実施例１０〕溶融炭素塩型燃料電池において、炭酸塩
シートを単電池の中に介装することによって炭酸塩を供
給する場合には、発電運転に到る加熱等に消失する炭酸
塩シートの厚さ分だけ、隣接するセパレータは、スタッ
ク組立時よりも接近することになる。隣接するセパレー
タ間の変位は炭酸塩シートの消失のみに関わらず、発電
運転中にセパレータおよび単電池を構成する各要素のク
リープ変形することによっても生じる。

【００８４】内部マニホールド型燃料電池は、単電池を
挟んでセパレータ同士が接すると同時に、マニホールド
の部分においても隣接するセパレータ同士が接してい
る。そのため、単電池で生じた変位を、マニホールドの
部分においても吸収する必要がある。

【００８５】そこで、本発明は、マニホールド部分のセ
パレータ構成要素が変形し、単電池で生じた変位を吸収
する構造とした。図３１はセパレータの内部マニホール
ドの部分を示す。マニホールドリング１３は隣接するセ
パレータのマニホールド部分を接続するものであり、こ
のリング内を通過するガスがセパレータ内に供給され
る。セパレータは、マニホールドリングと単電池とを繋
ぐガスの流路を有しており、その流路は図中Ａ（ハッチ
ングを施した部分）で示される。このＡ部のセパレータ
が厚さ方向にたわむようにしたのが本発明である。

【００８６】Ａ部に接続するマニホールドリングの外縁
で囲われる面積に対して、Ａ部の面積を１．０倍以上に
保つことで、Ａ部のたわみが、炭酸塩シートの消失やセ
パレータおよび単電池を構成する各要素のクリープ変形
によって生じる変位を吸収することができる。

【００８７】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、構
造精度により避けられない各部の厚さの相違をセパレー
タ構成要素の変形によって吸収することで、単電池を保
持するセパレータの中央部、その外縁部およびマニホー
ルド部において、厚さを均一にすることができる。従っ
て、電解質マトリックスとエッジ板の接触が良好に保た
れ、反応ガスの漏洩が抑えられるばかりでなく、単電池
と集電板の接触も良好に保たれ、接触不良による電気抵
抗を低減することができる。その結果燃料電池の性能お
よひ信頼性を向上させ、寿命を延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるエッジ板部の縦断面図。

【図２】エッジスプリングの圧縮特性の説明図。

【図３】エッジスプリングの一実施例を示す図。

【図４】エッジスプリングの他の実施例を示す図。

【図５】エッジスプリングのさらに他の実施例を示す
図。

【図６】エッジスプリングの他の実施例を示す図。

【図７】エッジスプリングのさらに他の実施例を示す
図。

【図８】ガスの流入部及び流出部にエッジスプリングを
設けたセパレータの一実施例を示す斜視図。

【図９】ガスの流入部及び流出部に設けるエッジスプリ
ングの一実施例を示す斜視図。

【図１０】エッジスプリングを設けたセパレータのガス
流入部の断面図。

【図１１】エッジ板の他の実施例を示す斜視部分図。

【図１２】開口内周部にくぼみを設けたエッジ板を示す
図。

【図１３】エッジ板に設けたくぼみの一実施例を示す
図。

【図１４】インターコネクタを挟んで相対するアノード
集電板とカソード集電板の突起部の位置関係を示す図。

【図１５】集電板の一実施例を示す図。

【図１６】図１５の集電板の平面図。

【図１７】集電板の他の実施例を示す平面図。

【図１８】集電板のさらに他の実施例を示す図。

【図１９】集電板を複数個積層して用いるようにした一
実施例の説明図。

【図２０】集電板の一実施例を示す図。

【図２１】集電板のさらに他の実施例を示す図。

【図２２】集電板の他の実施例を示す図。

【図２３】集電板のさらに他の実施例を示す図。

【図２４】集電板の他の実施例を示す図。

【図２５】薄板からなる集電板の一実施例を示す図。

【図２６】薄板からなる集電板の他の実施例を示す図。

【図２７】薄板からなる集電板のさらに他の実施例を示
す図。

【図２８】集電板を複数個の分割した一実施例の説明
図。

【図２９】セパレータ構成要素同志を接着した燃料電池
の説明図。

【図３０】図２９の他の実施例を示す図。

【図３１】マニホールドリング部におけるエッジ板部の
説明図。

【図３２】従来の積層型燃料電池の構成を説明する分解
斜視図。

【図３３】従来の積層型燃料電池の断面図。

【図３４】セパレータの厚さ方向に生じる段差説明図。

【図３５】エッジ板のたわみによる段差吸収説明図。

【図３６】エッジ板とインターコネクタ間にエッジスプ
リングを介装したセパレータの説明図。

【符号の説明】

１単電池２電解質マトリックス３アノード４カソード５，２６セパレータ６インターコネクタ７，３３アノードエッジ板８，２０，３１，３５カソードエッジ板９，６１アノード集電板１０，６３カソード集電板１４，２７，２８エッジスプリング２２，２４板バネ３２切り込み３６くぼみ４０，４１集電板

フロントページの続き (72)発明者渡辺誠吾神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者平田東彦神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者荒木猛司神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者中垣隆雄神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者村田謙二神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者佐々木雅國神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質マトリックスをアノードとカソード
とで挟んだ単電池と、そのアノードに燃料ガスを、カソ
ードに酸化剤ガスをそれぞれ隔てて導くセパレートとを
交互に積層して発電させるようにした積層型燃料電池に
おいて、上記単電池の外縁部に接触し燃料ガスと酸化剤
ガスの流路の外枠を形成するエッジ板を薄板によって成
形するとともに、電解質マトリックスに接する部分から
燃料ガス通路或は酸化剤ガス通路を規制するインターコ
ネクタに接する部分までの距離を長くすることにより柔
軟にし、そのエッジ板の弾性によってその内周縁部が電
池積層時に単電池の外縁部に密着するようにしたことを
特徴とする、積層型燃料電池。
【請求項２】燃料ガス通路或は酸化剤ガス通路を規制す
るインターコネクタとエッジ板との間に、上記エッジ板
を単電池の外縁部に押しつけるエッジスプリングを介装
するとともに、そのエッジスプリングの燃料電池積層方
向の荷重に対する圧縮特性を２〜５０kgf/cm²としたこ
とを特徴とする、請求項１記載の積層型燃料電池。
【請求項３】ガス給排用のマニホールド部と単電池反応
部を繋ぐ流路中には、そのガス流通が可能な形状のエッ
ジスプリングが設けられていることを特徴とする、請求
項２記載の積層型燃料電池。
【請求項４】電解質マトリックスをアノードとカソード
とで挟んだ単電池と、そのアノードに燃料ガスを、カソ
ードに酸化剤ガスをそれぞれ隔てて導くセパレートとを
交互に積層して発電させるようにした積層層型燃料電池
において、上記単電池の外縁部に接触し燃料ガスと酸化
剤ガスの流路の外枠を形成するエッジ板には、単電池が
配設される開口部の内縁から外方に向かう切り込みが形
成されていることを特徴とする、積層型燃料電池。
【請求項５】電解質マトリックスをアノードとカソード
とで挟んだ単電池と、そのアノードに燃料ガスを、カソ
ードに酸化剤ガスをそれぞれ隔てて導くセパレータとを
交互に積層して発電させるようにした積層型燃料電池に
おいて、上記単電池の外縁部に接触し燃料ガスと酸化剤
ガスの流路の外枠を形成するエッジ板の開口部内周縁部
に、アノード或はカソードの外周部と係合する段部が形
成されていることを特徴とする積層型燃料電池。
【請求項６】電解質マトリックスをアノードとカソード
とで挟んだ単電池と、そのアノードに燃料ガスを、カソ
ードに酸化剤ガスをそれぞれ隔てて導くセパレータとを
交互に積層して発電させるようにした積層型燃料電池に
おいて、アノード集電板とカソード集電板との間に介装
されるインターコネクタに接するように集電板或は集電
板サポートに形成された突起部が、上記インターコネク
タを挟んでアノード側とカソード側とで相対するように
配設されていることを特徴とする積層型燃料電池。
【請求項７】電解質マトリックスをアノードとカソード
とで挟んだ単電池と、そのアノードに燃料ガスを、カソ
ードに酸化剤ガスをそれぞれ隔てて導くセパレータとを
交互に積層して発電させるようにした積層型燃料電池に
おいて、上記セパレータを構成する要素の少なくとも一
つが導電性を有するセラミックスによって形成されてい
ることを特徴とする積層型燃料電池。
【請求項８】電解質マトリックスをアノードカソードと
で挟んだ単電池と、そのアノードに燃料ガスを、カソー
ドに酸化剤ガスをそれぞれ隔てて導くセパレータとを交
互に積層して発電させるようにした積層型燃料電池にお
いて、集電板がパルス波形状に折曲形成された薄板で形
成され、アノード或はカソードに面する平坦部に穴が穿
設されていることを特徴とする積層型燃料電池。
【請求項９】電解質マトリックスをアノードとカソード
とで挟んだ単電池と、そのアノードに燃料ガスを、カソ
ードに酸化剤ガスをそれぞれ隔てて導くセパレータとを
交互に積層して発電させるようにした積層型燃料電池に
おいて、集電板或は集電板サポートが、コイル形状、管
状、或は断面がＩ字状又はコ字状の棒状物によって構成
されていることを特徴とする積層型燃料電池。
【請求項１０】電解質マトリックスをアノードとカソー
ドとで挟んだ単電池と、そのアノードに燃料ガスを、カ
ソードに酸化剤ガスをそれぞれ隔てて導くセパレータと
を交互に積層して発電させるようにした積層型燃料電池
において、上下のセパレータ同志を連結するマニホール
ド部分において、マニホールドリングと単電池を接続す
る流路の面積がマニホールドリングがセパレータに接す
る外縁で囲まれる面積の１．０倍以上であることを特徴
とする積層型燃料電池。