JPH0745294A - Flat plate type fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、平板型燃料電池に関
し、特にその構成部材の１つであるバイポーラプレート
の改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flat plate fuel cell, and more particularly to improvement of a bipolar plate which is one of its constituent members.
【０００２】[0002]
【従来の技術】平板型燃料電池は、電池の最小構成単位
である単電池をセパレータ板を挟んで積層化して構成さ
れるが、このようなセパレータ板としていわゆるバイポ
ーラプレートが使用されている。ところで、このバイポ
ーラプレートは、単電池相互を電気的に接続する導電部
材としての役割と共に、正負電極に供給される種類の異
なるガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）を分離する隔離板
としての役割と、外部から電極へガスを供給するための
流路を確保する役割を担っている。2. Description of the Related Art A flat plate type fuel cell is constructed by stacking single cells, which are the minimum constituent units of a cell, with a separator plate interposed therebetween, and a so-called bipolar plate is used as such a separator plate. By the way, the bipolar plate functions as a conductive member that electrically connects the cells to each other, and as a separator that separates different kinds of gas (fuel gas and oxidant gas) supplied to the positive and negative electrodes. , Plays a role of securing a flow path for supplying gas from the outside to the electrode.
【０００３】そして、このような複合的役割を担ったバ
イポーラプレートは、その表裏両面がそれぞれ還元雰囲
気又は酸化雰囲気に晒され、かつ高温下という厳しい条
件で使用されるものであり、このような過酷な条件下に
おいても変質劣化することのない材質であることが要求
される。また前記いずれの雰囲気にあっても、イオン伝
導性を示すことなく、優れた電子伝導性を維持すること
のできる材質であることが要求される。加えて、前記ガ
ス流路用の溝は、精巧なものでなけらばならないので、
精密な加工を必要とする。よって、その材質は熱的安定
性、化学的安定性のみならず、加工し易い材質であるこ
とが要求される。The bipolar plate having such a complex role is exposed to a reducing atmosphere or an oxidizing atmosphere on both the front and back sides thereof, and is used under severe conditions of high temperature. It is required that the material does not deteriorate or deteriorate even under various conditions. Further, in any of the above atmospheres, it is required to be a material capable of maintaining excellent electronic conductivity without showing ionic conductivity. In addition, since the groove for the gas flow path must be elaborate,
It requires precise processing. Therefore, the material is required to be not only thermally and chemically stable but also easy to process.
【０００４】このよう理由から、バイポーラプレート材
料として利用できる物質は限られているが、バイポーラ
プレート材料として従来よりＬａＣｒＯ3 などの焼結体
やインコネルなどが用いられている。そして、これらの
材料から作製したプレート基板に溝を掘削する方法によ
り、離隔、集電、ガス流路という３つの機能を持ったバ
イポーラプレートが製造されている。For these reasons, the substances that can be used as a bipolar plate material are limited, but conventionally, a sintered body such as LaCrO 3 or Inconel has been used as a bipolar plate material. Then, a bipolar plate having three functions of separation, current collection, and gas flow path is manufactured by a method of excavating a groove in a plate substrate made of these materials.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような材料は特殊で高価なものであり、また基板上に精
巧なガス流路用溝を形成するには、高度な加工・研磨技
術を要する。よって、上記の従来型バイポーラプレート
の作製には、多くの時間と多大な費用が必要であった。However, the above-mentioned materials are special and expensive, and a sophisticated processing / polishing technique is required to form a delicate gas channel groove on the substrate. . Therefore, it takes a lot of time and a lot of cost to manufacture the above-mentioned conventional bipolar plate.
【０００６】本発明はこのような現状に鑑みなされたも
のであって、従来のような高度な加工・研磨技術を必要
としない複数の部材を用いて、従来型バイポーラプレー
トと同等に機能する構造を構築せしめ、もってコストパ
フォーマンスの高い平板型燃料電池を提供することを目
的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and uses a plurality of members that do not require the high-level processing / polishing techniques of the prior art, and has a structure that functions similarly to the conventional bipolar plate. The purpose of the present invention is to provide a flat plate fuel cell having high cost performance.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の発明は、一対の電極の間に電解質を挟んで
なる単電池が、集電体と、電子導電性を有したセパレー
タとを介在して積層された平板型燃料電池において、前
記セパレータが平坦な板状で構成され、前記集電体が複
数の細片に分割され、隣合う分割細片がその間にガス流
路を形成するように離隔して配されていることを特徴と
する。In order to achieve the above-mentioned object, the invention of claim 1 is a unit cell in which an electrolyte is sandwiched between a pair of electrodes, a current collector and a separator having electronic conductivity. In the flat-plate fuel cell laminated with the interposition of, the separator is formed into a flat plate shape, the current collector is divided into a plurality of strips, and adjacent strips form a gas flow path therebetween. It is characterized in that they are spaced apart so as to form.
【０００８】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
において、集電体の各細片が多孔質であることを特徴と
する。The invention of claim 2 is characterized in that, in the invention of claim 1, each strip of the current collector is porous.
【０００９】[0009]
【作用】 請求項１の発明の各構成要素は次のように作用する。
平坦板状のセパレータは、積層された単電池同士を離隔
し、燃料ガスと酸化剤ガスを隔離する隔壁として作用す
るとともに、集積された各単電池間を各集電体細片と協
同して電気的に接続するよう作用する。Action Each component of the invention of claim 1 acts as follows.
The flat plate-shaped separator acts as a partition that separates the stacked cells from each other and separates the fuel gas and the oxidant gas, and cooperates with the current collector strips between the integrated cells. It acts to make an electrical connection.
【００１０】また、セパレータと電極基板との間に隣合
う同士が離隔した状態で配置された複数の集電体細片
は、電極からの集電を行うともに、隣合う集電体細片の
間に空間を確保し、これによってガス流路を形成するよ
う作用する。各構成要素がこのように作用するので、請
求項１の発明は、セパレータにわざわざガス流路用の溝
を設けるまでもなく、単純な構造のセパレータと単純な
構造の複数の集電体細片との組合せにより、ガスの隔離
及び集電ばかりでなく、ガス流路の形成という作用効果
を奏する。The plurality of current collector strips arranged between the separator and the electrode substrate in a state where the adjacent current collector strips are spaced apart from each other collect current from the electrodes and A space is secured between them, which acts to form a gas flow path. Since each component acts in this way, the invention according to claim 1 does not need to purposely provide a groove for a gas flow path in the separator, and a separator having a simple structure and a plurality of current collector strips having a simple structure. In combination with the above, not only gas isolation and current collection but also gas channel formation is achieved.
【００１１】請求項２の発明は、前記請求項１の平板
燃料電池において、集電体細片を多孔質のものとしたの
で、各集電体細片が接触する電極部分のガス拡散性を改
善するよう作用する。即ち、バイポーラプレートを用い
た従来型平板型燃料電池では、バイポーラプレートのい
わゆるリブが当接する電極部分でガスの供給拡散が阻害
されるため、発電能力を十分に引き出すことができなか
ったが、請求項２の発明によれば、そのようなことが解
消されるので、電池の発電能力が一層高まる。According to a second aspect of the present invention, in the flat plate fuel cell according to the first aspect, since the current collector strips are porous, the gas diffusibility of the electrode portion in contact with each current collector strip is improved. Act to improve. That is, in the conventional flat plate type fuel cell using the bipolar plate, since the gas supply and diffusion are hindered at the electrode portion where the so-called rib of the bipolar plate abuts, the power generation capacity cannot be sufficiently drawn out. According to the invention of Item 2, such a problem is solved, so that the power generation capacity of the battery is further enhanced.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明するとと
もに、この実施例と比較例との比較において本発明内容
を明らかにする。 〔実施例〕図１は、本発明の一実施例である平板型固体
電解質燃料電池を集電体の長手方向に直交する面で切断
した場合を示す部分断面図である。また図２は、平坦板
状のセパレータ（ガス流路としての溝を有しない）の表
裏両面に複数の集電体細片が、隣合う同士の間にガス流
路を形成するように離隔して配置された状態を示す斜視
図である。なお、図１、２、４、５は共通符号を使用し
た。EXAMPLES The present invention will be described below based on examples, and the contents of the present invention will be clarified by comparing the examples with comparative examples. EXAMPLE FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a case where a flat plate type solid electrolyte fuel cell according to an example of the present invention is cut along a plane orthogonal to the longitudinal direction of a current collector. Further, FIG. 2 shows that a plurality of current collector strips are provided on both front and back surfaces of a flat plate-shaped separator (having no groove as a gas flow path) so as to form a gas flow path between adjacent ones. It is a perspective view showing the state where it was arranged. Note that common symbols are used in FIGS.
【００１３】ここで、１又は７は、セパレータ上に互い
に離隔して配置された多孔質集電体細片の間に形成され
た空間部（谷間）であり、この空間により燃料ガスまた
は酸化剤ガスの流路が形成される。２はアノード極であ
り、Ｎｉ−ＺｒＯ2 サーメットから構成されている。Here, 1 or 7 is a space portion (valley) formed between the porous current collector strips arranged on the separator so as to be separated from each other. A gas flow path is formed. Reference numeral 2 denotes an anode electrode, which is composed of Ni—ZrO 2 cermet.
【００１４】３、５は多孔質集電体細片であり、アノー
ド側の集電体細片３はＮｉフェルトから構成され、カソ
ード側の集電体細片５はインコネル６００フェルトから
構成されている。これらの集電体細片は、一端面が電極
体（２又は６）に接触し、他端面がセパレータ４に接触
した状態で複数配置されており、電極体からの集電とガ
ス流路確保の２つの役割を担っている。Reference numerals 3 and 5 denote porous collector strips, the anode-side collector strip 3 is made of Ni felt, and the cathode-side collector strip 5 is made of Inconel 600 felt. There is. A plurality of these current collector strips are arranged with one end surface contacting the electrode body (2 or 6) and the other end surface contacting the separator 4, and collecting current from the electrode body and securing a gas flow path. Has two roles.
【００１５】４はセパレータであり、このセパレータは
ガス流路用の溝（リブ）を有しない平坦な板状の形状を
したものであって、インコネル６００から構成されてい
る。このセパレータは、集電体細片（３又５）と協同し
て電極体からの集電を行うとともにガス流路を形成し、
また隔壁板として種類の異なる供給ガス（燃料ガス及び
酸化剤ガス）を離隔する。Reference numeral 4 denotes a separator, which has a flat plate-like shape without grooves (ribs) for gas passages and is composed of Inconel 600. This separator cooperates with the current collector strip (3 or 5) to collect current from the electrode body and form a gas flow path,
Further, as a partition plate, different kinds of supply gases (fuel gas and oxidant gas) are separated.
【００１６】６はカソード極であり、ベロブスカイト型
酸化剤、例えばＬａＭｎＯ3 から構成されている。この
他、図示しないが、アノード極２又はカソード極６の外
側には、外寸１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ
の、８％イットリアで安定化したジルコニアの緻密な焼
成体を用いた固体電解質が配され、更にこの固体電解質
の外側には、対極電極が配されて電池が構成されてい
る。Reference numeral 6 denotes a cathode electrode, which is composed of a belovskite type oxidizer such as LaMnO 3 . In addition, although not shown, outside dimensions of the anode electrode 2 or the cathode electrode 6 are 150 mm × 150 mm in outer dimensions and 0.2 mm in thickness.
A solid electrolyte using a dense fired body of zirconia stabilized with 8% yttria is arranged, and a counter electrode is arranged outside the solid electrolyte to form a battery.
【００１７】以上のように、固体電解質の両面に一対の
電極を配した単電池（外寸１５０ｍｍ×１５０ｍｍ）
を、集電体細片及びセパレータを介在させて複数集積し
て本発明の一実施例である平板型固体電解質燃料電池が
作製される。以下この燃料電池を本発明電池という。 〔比較例〕 前記セパレータの代わりにリブ付きバイポーラプレー
トを用い、それ以外は上記実施例と同様に平板型固体燃
料電池を作製した。As described above, a unit cell having a pair of electrodes on both sides of a solid electrolyte (outer dimensions 150 mm × 150 mm)
A plurality of these are integrated with a current collector strip and a separator interposed to manufacture a flat plate solid electrolyte fuel cell which is an embodiment of the present invention. Hereinafter, this fuel cell is referred to as a battery of the present invention. [Comparative Example] A flat plate type solid fuel cell was produced in the same manner as in the above-mentioned example except that a bipolar plate with ribs was used instead of the separator.
【００１８】この燃料電池を比較電池１とし、その構造
を図４に示す。 前記セパレータの代わりにリブ付きバイポーラプレー
トを用い、集電体細片を用いないで、上記実施例と同様
に平板型固体燃料電池を作製した。この燃料電池を比較
電池２とし、その構造を図５に示す。 （実験）上記で作製した本発明電池、比較電池１及び２
を、作動温度１０００℃で運転し、電流−電圧特性を調
べた。その結果を図３に示す。This fuel cell is referred to as Comparative Battery 1, and its structure is shown in FIG. A flat plate type solid fuel cell was produced in the same manner as in the above-mentioned Examples, except that a bipolar plate with ribs was used in place of the separator and a current collector strip was not used. This fuel cell is referred to as Comparative Battery 2, and its structure is shown in FIG. (Experiment) The battery of the present invention and the comparative batteries 1 and 2 produced above
Was operated at an operating temperature of 1000 ° C., and the current-voltage characteristics were examined. The result is shown in FIG.
【００１９】図３から明らかなように、本発明電池（実
線）は、リブ付きバイポーラプレート及び集電体細片を
用いた比較電池１（点線）と同等の電池性能を示した。
このことから、従来型のリブ付きバイポーラプレートを
使用していない本発明電池は、セパレータ部材と複数の
集電体細片部材が互いに協同し合って、ガスの離隔、集
電機能に加え、ガス流路の形成確保というもう１つの機
能を十分に果たし得ることが実証された。As is clear from FIG. 3, the battery of the present invention (solid line) showed the same battery performance as Comparative battery 1 (dotted line) using the ribbed bipolar plate and the current collector strip.
From this, the battery of the present invention which does not use the conventional rib bipolar plate, the separator member and the plurality of current collector strip members cooperate with each other, in addition to the gas separation, the current collecting function, the gas It was demonstrated that another function of ensuring formation of the flow path can be sufficiently fulfilled.
【００２０】また、図３から明らかとなるように、比較
電池２（破線）は、本発明電池及び比較電池１に比べ電
池性能が劣っていた。これは、本発明電池では多孔質集
電体細片が直接電極面に接触し、また比較電池１ではバ
イポーラプレートのリブは多孔質集電体細片３又は４を
介して電極面に接触して集電するように構成してあるの
に対し、比較電池２ではバイポーラプレートのリブが直
接電極面に接触しているために生じた差と考えられる。As is apparent from FIG. 3, the comparative battery 2 (broken line) was inferior in battery performance to the inventive battery and the comparative battery 1. This is because in the battery of the present invention, the porous collector strip directly contacts the electrode surface, and in Comparative Battery 1, the rib of the bipolar plate contacts the electrode surface through the porous collector strip 3 or 4. It is considered that this is a difference caused by the ribs of the bipolar plate directly contacting the electrode surface in the comparative battery 2 in contrast to the current collection.
【００２１】即ち、リブ自体にはガス透過性がないの
で、比較電池２では、リブの接触により、当該接触電極
面でガスの供給拡散が阻害され、これによって発電有効
面積が減少し、電池性能が低下したものと考えられる。 〔その他の事項〕上記では、本発明を平板型固体電解質
燃料電池の実施例に基づき説明したが、本発明は固体電
解質型電池に限られるものでなく、例えばリン酸型、溶
融炭酸塩型、アルカリ型等の他の平板型燃料電池にも適
用できる。That is, since the rib itself does not have gas permeability, in the comparative battery 2, the contact of the rib impedes the supply and diffusion of gas on the contact electrode surface, thereby reducing the effective power generation area and reducing the battery performance. Is considered to have decreased. [Other Matters] In the above, the present invention has been explained based on the examples of the flat plate type solid electrolyte fuel cell, but the present invention is not limited to the solid electrolyte type battery, for example, phosphoric acid type, molten carbonate type It can also be applied to other flat type fuel cells such as alkaline type.
【００２２】また、本発明の各構成部材の材質は上記で
示したものに限定されるものでない。更に図１、２では
四角柱状の集電体細片を示したが、集電体細片の形状は
ガス流路を形成できる限り如何なる形状であってもよ
い。例えば棒状体形状、三角形状などでもよい。The material of each constituent member of the present invention is not limited to those shown above. Furthermore, although the rectangular columnar current collector strips are shown in FIGS. 1 and 2, the shape of the current collector strips may be any shape as long as a gas flow path can be formed. For example, it may be rod-shaped or triangular.
【００２３】[0023]
【発明の効果】本発明は、単電池を集積してなる平板型
燃料電池において、従来バイポーラプレートが果たして
いた離隔、集電、ガス流路確保の３つの機能を、セパレ
ータと集電体細片の２つの部材に協同して担わせるよう
に構成したので、前記３つの機能を単一の部材（バイポ
ーラプレート）に付与させようとするために生じてい
た、原材料的制約、技術的制約（加工・研磨等）が大幅
に緩和できる。そして、これによって平板型燃料電池の
製作コストを顕著に低下させ得るという効果が得られる
更に、従来型リブ付きバイポーラプレートでは、リブが
電極面に接触することによって当該部分の電極のガス拡
散性をを悪くするが、本発明によればそのようなことが
ないので、発電有効面積を増大することができる。According to the present invention, in a flat plate type fuel cell in which unit cells are integrated, the separator, the current collector strip, and the three functions, which are conventionally achieved by the bipolar plate, are the separation, current collection, and gas flow path securing functions. Since it is configured so that the two members described above cooperate with each other, the restrictions on the raw materials and the technical restrictions (processing) that have been created in order to impart the above three functions to the single member (bipolar plate)・ Polishing etc.) can be significantly eased. This has the effect of significantly reducing the manufacturing cost of the flat-plate fuel cell, and further, in the conventional rib bipolar plate with ribs, the ribs contact the electrode surface so that the gas diffusivity of the electrode in the relevant portion is improved. However, according to the present invention, such a situation does not occur, so that the power generation effective area can be increased.
【図１】本発明の一実施例である平板型固体電解質燃料
電池の構造を示す部分断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing the structure of a flat plate type solid electrolyte fuel cell which is an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施例である平板型固体電解質燃料
電池における、セパレータ上のと集電体細片配置状態を
示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a state of arranging current collector strips on a separator in a flat plate type solid electrolyte fuel cell which is an embodiment of the present invention.
【図３】本発明電池と比較電池について、電流−電圧特
性を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing current-voltage characteristics of a battery of the present invention and a comparative battery.
【図４】比較電池１の構造を示す部分断面図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the structure of comparative battery 1.
【図５】比較電池２の構造を示す部分断面図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing the structure of a comparative battery 2.
１ アノードガス流路 ２ アノード電極 ３ アノード側集電体細片 ４ セパレータ ５ カソード側集電体細片 ６ カソード電極 ７ カソードガス流路 1 Anode Gas Flow Path 2 Anode Electrode 3 Anode-side Current Collector Strip 4 Separator 5 Cathode-side Current Collector Strip 6 Cathode Electrode 7 Cathode Gas Flow Channel
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成５年１０月２６日[Submission date] October 26, 1993
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００４[Correction target item name] 0004
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【０００４】このよう理由から、バイポーラプレート材
料として利用できる物質は限られているが、例えば固体
電解質型燃料電池の場合、バイポーラプレート材料とし
て従来よりＬａＣｒＯ3 などの焼結体やインコネルなど
が用いられている。そして、これらの材料から作製した
プレート基板に溝を掘削する方法により、離隔、集電、
ガス流路という３つの機能を持ったバイポーラプレート
が製造されている。[0004] For this reason, although the available material is limited as a bipolar plate material, for example a solid
In the case of an electrolyte fuel cell, a sintered body such as LaCrO 3 or Inconel has been conventionally used as a bipolar plate material. Then, by a method of excavating a groove in a plate substrate made of these materials, separation, current collection,
Bipolar plates having three functions of gas passages are manufactured.
フロントページの続き (72)発明者 谷口 俊輔 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 門脇 正天 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 齋藤 俊彦 守口市京阪本通２丁目18番地 三洋電機株 式会社内Front page continued (72) Inventor Shunsuke Taniguchi 2-18, Keihan Hondori, Moriguchi City Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor, Shoten Kadowaki 2-18-18 Keihan Hondori, Moriguchi City Sanyo Electric Co., Ltd. ( 72) Inventor Toshihiko Saito 2-18, Keihan Hondori, Moriguchi City Sanyo Electric Co., Ltd.
Claims (2)
電池が、集電体と、電子導電性を有したセパレータとを
介在して積層された平板型燃料電池において、 前記セパレータが平坦な板状で構成され、前記集電体が
複数の細片に分割され、隣合う分割細片がその間にガス
流路を形成するように離隔して配されていることを特徴
とする平板型燃料電池。1. A flat-plate fuel cell in which a unit cell formed by sandwiching an electrolyte between a pair of electrodes is stacked with a current collector and a separator having electronic conductivity interposed therebetween, wherein the separator is flat. Flat plate type characterized in that the current collector is divided into a plurality of strips, and adjacent strips are spaced apart to form a gas flow path therebetween. Fuel cell.
とを特徴とする請求項１記載の平板型燃料電池。2. The flat-plate fuel cell according to claim 1, wherein each strip of the current collector is porous.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5190638A JPH0745294A (en) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | Flat plate type fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5190638A JPH0745294A (en) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | Flat plate type fuel cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0745294A true JPH0745294A (en) | 1995-02-14 |
Family
ID=16261408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5190638A Pending JPH0745294A (en) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | Flat plate type fuel cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0745294A (en) |
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| WO2017163244A1 (en) * | 2016-03-21 | 2017-09-28 | Po Celltech Ltd. | Alkaline exchange membrane fuel cells system having a bi-polar plate |
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