JPH07254424A - 溶融炭酸塩型燃料電池の集電板 - Google Patents

溶融炭酸塩型燃料電池の集電板

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JPH07254424A
JPH07254424A JP6044600A JP4460094A JPH07254424A JP H07254424 A JPH07254424 A JP H07254424A JP 6044600 A JP6044600 A JP 6044600A JP 4460094 A JP4460094 A JP 4460094A JP H07254424 A JPH07254424 A JP H07254424A
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康 清水
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誠吾 渡辺
Michio Hori
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、脚を緻密に配置しながら脚
高を大きく保った溶融炭酸塩型燃料電池の集電板を得る
ことである。 【構成】 本発明の溶融炭酸塩型燃料電池の集電板は、
セパレータ内にガス流路空間を確保するよう単電池間を
支持しながら、アノードとカソードに密着して隣合う単
電池を電気的に直列に接続する集電板を、波形状の薄板
から形成して、波形の各山の頂部の幅を麓部の幅よりも
広く成形し、波形の各山の頂部に平面部を設け、アノー
ドあるいはカソードと密着する側の頂部には薄板を貫通
させて複数の孔を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭酸塩マトリックスを
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を交互に積層した
溶融炭酸塩型燃料電池の集電板に関する。
【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き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。この目的でアノー
ド、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、燃料ガスと酸化剤ガス
の流路を形成するセパレータが介装される。
【0003】セパレータは単電池同士を電気的に直列に
接続する機能を要し、この目的でセパレータの内部には
単電池と密着して電気を導く集電板を有する。集電板は
ガス流路空間を確保するための構造物の機能も併せも
つ。
【0004】電解質として溶融炭酸塩を用いた燃料電池
は溶融炭酸塩型燃料電池と呼ばれ、マトリックスには炭
酸塩が含浸される。炭酸塩型燃料電池の一例を1セルだ
け抜き出して図7に示す。また、そのA−A断面を2セ
ル積層したものを図8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は金属製で、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を導
く。アノード3とカソード4を電極と呼ぶ。
【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、ガ
ス流路を確保する。
【0006】燃料ガス11と酸化剤ガス12とは、マニホー
ルドからアノードとカソードとにそれぞれ供給される
が、マニホールドは隣接する上下のセパレータ同士をマ
ニホールドリング13で接続されて構成されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、単電
池は、アノード集電板9、インターコネクタ6およびカ
ソード集電板10を介して電気的に接続されていることに
なるが、これらの部品の接触抵抗は電池の出力のいくら
かを失うことになり、電気接触部を最小限にする必要が
ある。そのために集電板は一体成形され、接触抵抗を抑
える工夫が成されている。図9にインターコネクタ6を
挟む、アノード集電板9とカソード集電板10との構成の
従来例を示す。これらの集電板は、剪断絞り加工と剪断
打ち抜き加工が施された一枚の薄板から成形されてい
る。
【0008】ところが、集電板に密着する電極は多孔質
体であり、圧縮力によりその気孔が潰れる可能性があ
る。そこで、電極を支持する集電板は、より平坦で開口
部は小さいことが望ましい。図9に示す集電板は脚14を
成形するため比較的大きい開口部を有する。そのため、
図10に示す通り、開口部に電極が食い込み、電極の気孔
率に局所的なばらつきが生じて、電池性能の低下が起こ
る。
【0009】また、燃料ガスおよび酸化剤ガスは集電板
で支持された空間を通過して流れるとき、ガスの圧力損
失が生じるが、このような圧力損失は直接動力の損失に
なるので最小限に抑えなければならない。そのために
は、ガス流路の中にある脚14の高さを十分にとり流路断
面積を大きくすることが望ましい。
【0010】さらに、単電池で発生した電気をより均等
に隣接する単電池に導くために、また、積層した単電池
を支持する脚の構造的強度を大きくするために、流路を
横切る集電板の脚14はより緻密に配置されねばならな
い。しかしながら、同時に、集電板とインターコネクタ
の接触抵抗を小さく抑えるためには、脚14の接触面積を
確保しなければならない。
【0011】図9に示す集電板は、脚高を大きくする
と、集電板の開口部の面積が大きくなるため、脚高を大
きくすることが難しく、圧力損失を低減できない。さら
に、脚高を大きくすると、脚を緻密に配置することが難
しく、均等な集電と構造的な強度に問題があった。
【0012】そこで、本発明の目的は集電板の脚を緻密
に配置しながら、脚高を大きく保ち、さらに、電極と密
着する面における開口部の面積の小さい集電板を一枚板
より成形した溶融炭酸塩型燃料電池の集電板を提供する
ことを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ための手段を図1を用いて説明する。金属の薄板を波形
状に折り曲げ加工して集電板20を成形することによっ
て、比較的自由に集電板を高くするようにし、波形の各
山の頂部の幅aを麓部の幅bよりも広げるようにした。
電極に密着する面(図中下面)の各山の頂部に平面を形
成し、電極を平面で支持させた。さらに、その平面に薄
板を貫通する小孔を多数設けて、ガスの流通を図った。
また、波形集電板のインターコネクタに接する面(図中
上面)においても、各山の頂部に平面を形成し、インタ
ーコネクタとの密着を良好にした。
【0014】電極に密着する面の開口部をより小さくす
るため、電極と密着する面において、隣接する山の頂部
同士を肩部21で接触させて開口部を閉じた。このような
集電板は、波形の下面と上面を流れるガスc,dが電極
に触れる様相が異なるため、流路を流れるにしたがい組
成等に差異が生じ、電池反応が不均一になり易い。そこ
で、波の位相を一部でオフセットさせるか、波形の山の
脚部22に孔を設けた。
【0015】
【作用】集電板を一枚の薄板より成形するにあたり、波
形形状にしたことにより、集電板の高さは比較的に自由
に選択することができた。これにより、集電板を高くし
て、流れるガスの圧力損失を小さくすることができた。
さらに、波形の山頂部の幅を山麓部の幅よりも広くした
ことにより、電極あるいはインターコネクタとの接触面
積を確保しながら、脚部を緻密に配置することができ
た。これにより、集電板への電極の食い込みを抑えると
ともに、接触抵抗の低減と、均一な集電と、十分な構造
的強度を得ることができた。したがって、この集電板を
組み込んだ積層型の燃料電池は性能が向上する。
【0016】
【実施例】本発明の実施例を図を用いて説明する。図1
は本発明の集電板の一実施例の一部の斜視図である。こ
の集電板20は金属製の薄板を折り曲げ加工して、波形に
成形されているが、波形の各山の頂部の幅aを麓部の幅
bよりも広くした。電極が接触する面は平坦にし、小さ
い孔23を多数設けた。集電板に電極が接触するとき、波
形の各谷部は電極に対して、開口部となるが、山頂部の
a>bより、開口部を狭くしながら、aの幅を広く保つ
ことができた。開口部が狭いので、電極は集電板に食い
込み難く、電極の気孔が局部的に潰れることがなかっ
た。また、インターコネクタと接触する面積は広くする
ことができ、接触抵抗を低減することができた。
【0017】また、この形状にすると、集電板は比較的
自由に高くすることができ、ガスの圧力損失を抑えるた
めに十分高くすることができた。集電板の全高を2.5 mm
から4mmにして、流路長さ1mとしたときに、圧力損失
は30mmAqから300 mmAqであった。この圧力損失は、溶融
炭酸塩型燃料電池の最適なシステム効率を与える。
【0018】さらに、a>bとしたことにより、脚部22
を電極の平面積に対してより緻密に配置することがで
き、単電池間の電流を電極平面内でより均一に導くこと
ができた。また、脚部の緻密な配置は、電極を支持する
集電板の構造的な強度が増し、より均一な圧力で電極を
支持することができる。
【0019】孔23は、ガスを電極に導くために必要であ
るが、平面内に小さい孔をより多数設けるためには、丸
孔を三角配列するのが最適であった。このような集電板
は、集電と支持双方の機能を高め、曳いては、溶融炭酸
塩型燃料電池の性能を高めた。
【0020】図2に示す集電板25は、図1に示す波形の
集電板のインターコネクタと接触する側の山頂部の幅e
を電極に接触する側の山頂部の幅fよりも広くしたこと
に特徴がある。この集電板が電極に接する面の開口部は
より小さくすることができ、電極の食い込みを抑えるこ
とができる。
【0021】図3に示す集電板26では、図2の集電板の
幅eをさらに狭くして、集電板が電極に接触する面にお
いて波形の谷部が形成する開口部を閉じたことに特徴が
ある。これにより、電極の食い込みはさらに抑えること
ができる。
【0022】図4は波形集電板の波の位相を一部ずらし
たことに特徴がある。図1に示す集電板において、ガス
は図中の矢印の方向に流れるが、ガスcとガスdは、流
路における集電板の開口部が異なるために、反応速度が
異なる場合がある。そのため、電池反応が均一に起こら
ず、電池性能を低下させる可能性がある。また、図3に
示す集電板においては、一方のガスは電極に触れずに流
れるため電池反応に寄与せず、ガスを有効に利用できな
い。そこで、ガスの流れ方向に複数回、波の位相をステ
ップ状にずらした。図中にはこの集電板27の一部とし
て、位相を一回だけずらしたものを示す。これにより、
図1に示すガスcとガスdとは、ガスの流れにともなっ
て混合することができ、電極平面内でより均質なガスを
得ることができる。その結果電池反応はより均一に生じ
る。図4の集電板は一枚の薄板より成形されているが、
図1ないし図3の集電板を位相をずらして、複数個並べ
ても同様な効果が得られる。
【0023】図5は脚部に孔を設けた集電板である。図
1に示すガスcとガスdとは、この孔を通して、互いに
流通することができるので、ガスは常に混合し、図4に
示した集電板と同様な効果を得ることができる。
【0024】上述したような集電板を加工するには、剪
断打ち抜き加工や曲げ加工等、複数の機械加工を要する
ため、集電板の高さの管理が難しい。集電板は電極を均
等な圧力で支持するために高い高さ寸法精度が要求され
るので、高さのわずかなばらつきを吸収することができ
れば、より望ましい。そこで、上述した波形集電板のイ
ンターコネクタに接触する面を円弧状に成形した。その
集電板30を図6に示す。円弧状に成形した部分が平面状
に伸ばされることにより、わずかな高さの変化が可能で
ある。これにより、集電板の加工に高い精度を要求する
ことなく、電極を均等な圧力で支持することができ、コ
ストダウンを図ることができる。この円弧状の突出高さ
は50μmから500 μmが適当であった。さらに、加工精
度を向上させるためには、小さい集電板を複数個敷き並
べるのが効果的である。
【0025】
【発明の効果】本発明は上述したような構成の波形集電
板としたので、電極が集電板の開口部に食い込むことを
抑え、圧力損失を小さくし、より均一に電極から電気を
導き、より均一に電極を支持することができる。その結
果、溶融炭酸塩型燃料電池の性能を高めることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す斜視図
【図2】本発明の第2の実施例を示す斜視図
【図3】本発明の第3の実施例を示す斜視図
【図4】本発明の第4の実施例を示す斜視図
【図5】本発明の第5の実施例を示す斜視図
【図6】本発明の第6の実施例を示す斜視図
【図7】本発明における溶融炭酸塩型燃料電池を示す分
解斜視図
【図8】本発明における溶融炭酸塩型燃料電池の断面図
【図9】従来例の斜視図
【図10】従来例の説明図
【符号の説明】
1…単電池 2…炭酸塩マトリックス 3…アノード
4…カソード 5…セパレータ 6…インターコネクタ
7…アノードエッジ板 8…カソードエッジ板 9…
アノード集電板 10…カソード集電板 11…燃料ガス
12…酸化剤ガス 13…マニホールドリンク 14…脚 20…集電板 21…肩
部 22…脚部 23…孔

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭酸塩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溶融炭酸塩型燃
    料電池において、セパレータ内にガス流路空間を確保す
    るよう単電池間を支持しながら、アノードとカソードに
    密着して隣合う単電池を電気的に直列に接続する集電板
    を、波形状の薄板から形成して、波形の各山の頂部の幅
    を麓部の幅よりも広く成形し、波形の各山の頂部に平面
    部を設け、アノードあるいはカソードと密着する側の頂
    部には薄板を貫通させて複数の孔を設けたことを特徴と
    する溶融炭酸塩型燃料電池の集電板。
  2. 【請求項2】 アノードあるいはカソードと密着する側
    の各山の頂部の幅を、密着しない側の各山の頂部の幅よ
    りも広くしたことを特徴とする請求項1に記載の溶融炭
    酸塩型燃料電池の集電板。
  3. 【請求項3】 アノードあるいはカソードと密着する側
    の山の肩部を隣合う山同士で接触させたことを特徴とす
    る請求項1又は請求項2に記載の溶融炭酸塩型燃料電池
    の集電板。
  4. 【請求項4】 集電板の波の位相を一部でオフセットさ
    せたことを特徴とする請求項1ないし請求項3に記載の
    溶融炭酸塩型燃料電池の集電板。
  5. 【請求項5】 集電板の山の腹部に薄板を貫通させて孔
    を設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項4に記
    載の溶融炭酸塩型燃料電池の集電板。
  6. 【請求項6】 アノードあるいはカソードと密着しない
    側の山の頂部を山の高さ方向に円弧状に膨らませたこと
    を特徴とする請求項1ないし請求項5に記載の溶融炭酸
    塩型燃料電池の集電板。
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