JPH08287928A

JPH08287928A - 平板型燃料電池及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08287928A
Application number: JP7090824A
Authority: JP
Inventors: Riichi Nakajima; 利一中嶋; Koji Yasuo; 耕司安尾; Hiroyuki Kawamura; 博行河村; Masaama Kadowaki; 正天門脇; Shunsuke Taniguchi; 俊輔谷口; Yukinori Akiyama; 幸徳秋山; Yasuo Miyake; 泰夫三宅
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1995-04-17
Filing date: 1995-04-17
Publication date: 1996-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】ガス流路の幅及びリブの幅のいずれも小さく
でき、それでいて、ガスの圧力損失がそれほど増大する
ことなくて済むと共に、接触面のより高精度な均一性
（接触面の高平面度、高平行度）を確保し、接触抵抗の
低い、高性能な平板型燃料電池及びそれの合理的な製造
方法を提供することを目的とする。【構成】平板型固体電解質燃料電池１は、固体電解質
板３にアノード４及びカソード５を配したセル板２と、
バイポーラプレート１０とが積層されてなる。バイポー
ラプレート１０には、アノードガス溝１１…とカソード
ガス溝１２…とが、互いに平行に形成されている。ここ
で、カソードガス溝１２はアノード側のリブ１３の背面
に、アノードガス溝１１はカソード側のリブ１４の背面
に放電加工で形成されており、アノードガス溝１１の深
さとカソードガス溝１２の深さとの和は、バイポーラプ
レート１０の厚みより大きく設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平板型燃料電池及びそ
の製造方法に関し、特にバイポーラプレートの改良に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、平板型燃料電池は、電解質の
一方の面にアノードを配し他方の面にカソードを配して
形成されたセル板と、バイポーラプレートとが、交互に
積層されて組立てられている。バイポーラプレートに
は、アノードと対する側にアノードガス（例えば、水素
リッチな燃料ガス）の通路となる溝（以下、アノードガ
ス溝と記載する）が、カソードと対する側にカソードガ
ス（例えば、空気）の通路となる溝（以下、カソードガ
ス溝と記載する）が形成されている。

【０００３】バイポーラプレートに形成されるアノード
ガス溝とカソードガス溝は、互いに交差する方向に形成
されているものと、互いに平行に形成されているものと
がある。いずれも、アノードガス溝を通過するアノード
ガスはアノードに供給され、カソードガス溝を通過する
カソードガスがカソードに供給されて、反応することに
よって発電がなされるようになっている。

【０００４】図３（ｂ）は、アノードガス溝とカソード
ガス溝とが互いに平行に形成された平板型燃料電池の一
例を示す図である。この平板型燃料電池は、電解質マト
リックス１０１にアノード１０２とカソード１０３を配
したセル板と、バイポーラプレート１１０が積層されて
構成されている。バイポーラプレート１１０には、アノ
ード１０２と対向する面にアノードガス溝１１１が、カ
ソード１０３と対向する面にカソードガス溝１１２が形
成されており、アノードガスとカソードガスが互いに対
向流或は平行流となるように流れるようになっている
（ガスは図３（ｂ）において紙面表裏方向に流れる）。

【０００５】ところで、このようにアノードガス溝１１
１とカソードガス溝１１２とが互いに平行に形成されて
いる平板型燃料電池において、バイポーラプレート１１
０は、ＮｉあるいはＣｒを含有する耐熱合金からなるこ
とがＬａＣｒＯ₈等のセラミクスからなるものに比べ、
燃料電池内の均熱性を確保する上で有利である。しか
し、セラミクスバイポーラプレートの場合、電極と供焼
結させるなどにより、電極／バイポーラプレート間の均
一な接触が確保され、接触抵抗の増大が抑制されるのに
対し、合金バイポーラプレートの場合、電極との接触面
のより高精度な均一性（接触面の高平面度、高平行度）
を確保しなければ、低い接触抵抗が見込めない。

【０００６】接触面のより高精度な均一性を確保するた
め、従来、加工性の悪い耐熱性合金バイポーラプレート
のガス流路の溝加工は、切削加工により行われてきた。
しかるに、切削加工時に、バイポーラプレートに加わる
剪断応力は大きく、仕上がり時のバイポーラプレートの
機械的強度が高いことが必要とされる一方で、上下両面
にガス流路を有することが必要とされる。このため従来
においては、図３（ｂ）に示すように上下面のガス溝１
１１，１１２を対向する位置に形成するとともに、隣合
うガス溝１１１，１１２の間（図中１１３，１１４）を
加工時の剪断応力に耐え得る幅に設定していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、このような
従来の平板型燃料電池においては、電池性能を向上させ
る上で次のような問題があった。バイポーラプレート１
１０の厚さは通常４〜５ｍｍ程度であるため、溝１１
１，１１２の深さ１１１ｂ，１１２ｂも小さく（例えば
１．５ｍｍ程度まで）しかとることができない。ここで
溝１１１，１１２の溝幅１１１ａ，１１２ａを小さく設
定するとガスの圧力損失が増大するため、溝幅１１１
ａ，１１２ａをあまり小さく設定することができないと
いう問題があり、実際上、溝幅１１１ａ，１１２ａは、
１ｍｍ程度より大きく形成されていた。

【０００８】そして、溝幅１１１ａ，１１２ａを小さく
できないと電流経路（図３（ｂ）中、実線矢印１１５，
１１６参照）が長くなるため、この点が電池性能を向上
させる上での妨げとなっていた。また、リブ１１３，１
１４とアノード１０２，カソード１０３とは、集電体を
介して接触するが、所定の接触面積（電極有効面積の３
０〜６０％程度）を確保する必要があるため、溝幅１１
１ａ，１１２ａを小さくできないとリブ１１３，１１４
の幅１１３ａ，１１４ａも小さく設定することができな
い。そして、幅１１３ａ，１１４ａを小さくできないと
ガス拡散経路（図３（ｂ）中、破線矢印１１７，１１８
参照）が長くなるため、この点も電池性能を向上させる
上での妨げとなっていた。

【０００９】また、切削加工用エンドミルの強度の点か
ら、１ｍｍ以下の小さい幅の溝を精度よく形成すること
ができなかった。本発明は、上記課題に鑑み、ガス流路
の幅及びリブの幅のいずれも小さくでき、それでいて、
ガスの圧力損失がそれほど増大することなくて済むと共
に、接触面のより高精度な均一性（接触面の高平面度、
高平行度）を確保し、接触抵抗の低い、高性能な平板型
燃料電池及びそれの合理的な製造方法を提供することを
目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の平板型燃料電池は、電解質にアノー
ド及びカソードを配したセルと、アノードガスとカソー
ドガスが対向流或は平行流となるようガス通路用の溝が
形成されたニッケルあるいはクロムを含有する耐熱合金
からなるバイポーラプレートと、が積層されてなる平板
型燃料電池において、バイポーラプレートには、アノー
ド側のリブの背面にカソードガス流路の溝が形成されて
おり、カソード側のリブの背面にアノードガス流路の溝
が、形成されており、アノードガス流路の溝の深さとカ
ソードガス流路の溝の深さとの和が、バイポーラプレー
トの厚みより大きいことを特徴としている。

【００１１】また、請求項２記載の平板型燃料電池は、
請求項１記載の平板型燃料電池に対して、アノードガス
流路の溝及び／もしくはカソードガス流路の溝が、放電
加工によって形成されたものであることを特徴としてい
る。また、請求項３記載の平板型燃料電池は、請求項１
記載の平板型燃料電池に対して、アノードガス流路の溝
及び／もしくはカソードガス流路の溝が、０．２ｍｍ〜
１．０ｍｍの幅を有することを特徴としている。

【００１２】また、請求項４記載の平板型燃料電池の製
造方法は、電解質にアノード及びカソードを配したセル
と、アノードガスとカソードガスが対向流或は平行流と
なるようガス通路用の溝が形成されたニッケルあるいは
クロムを含有する耐熱合金からなるバイポーラプレート
と、が積層されてなる平板型燃料電池の製造方法におい
て、バイポーラプレートを放電加工処理して、アノード
側のリブの背面にカソードガス流路の溝及び／もしくは
カソード側のリブの背面にアノードガス流路の溝を形成
したことを特徴としている。

【００１３】また、請求項５記載の平板型燃料電池の製
造方法は、請求項４記載の平板型燃料電池の製造方法に
対して、バイポーラプレートの厚みより、アノードガス
流路の溝の深さとカソードガス流路の溝の深さとの和が
大きくなるよう放電加工処理することを特徴としてい
る。また、請求項６記載の平板型燃料電池の製造方法
は、請求項４記載の平板型燃料電池の製造方法に対し
て、アノードガス流路の溝及び／もしくはカソードガス
流路の溝が、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの幅を有するよう
に放電加工処理することを特徴としている。

【００１４】

【作用】本発明の請求項１記載の平板型燃料電池によれ
ば、バイポーラプレートには、アノード側のリブの背面
にカソードガス溝が、カソード側のリブの背面にアノー
ドガス溝が、形成されているので、バイポーラプレート
の厚さは同じでも、溝が対向する位置に形成されている
ものと比べて、溝の深さを大きくすることができる。

【００１５】即ち、従来のようにアノードガスの溝とカ
ソードガスの溝とが互いに対向する位置に形成されてい
る場合は、アノードガスの溝の深さとカソードガスの溝
の深さの和はバイポーラプレートの厚さより小さくなる
が、本発明の構成によれば、アノードガスの溝の深さと
カソードガスの溝の深さの和を、バイポーラプレートの
厚さより大きく設定することが可能となる。

【００１６】このように溝の深さを大きく設定すること
によって、圧力損失を小さくすることができるので、そ
の分だけ溝の幅を小さく設定することができる。従っ
て、圧力損失を増大することなしに、溝の幅を小さく設
定することが可能である。また、請求項２記載の平板型
燃料電池によれば、バイポーラプレートの溝が放電加工
によって形成されているので、１ｍｍより小さい幅の溝
でも精度よく形成することができる。

【００１７】特に、バイポーラプレートの素材がインコ
ネル系の耐熱性金属材料のように加工性の悪い材料の場
合、切削加工や鋳造によって溝を精度よく形成すること
が困難であったが、放電加工によってこれを精度よく形
成することができる。従って、精度のよい平板型燃料電
池とすることができる。また、請求項３記載の平板型燃
料電池によれば、アノードガス流路の溝及び／もしくは
カソードガス流路の溝が、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの幅
を有する。

【００１８】この溝幅は、実用的に十分に小さい溝幅で
あり且つ０．２ｍｍ以上であるため加工時の歪が少ない
という点で適当な溝幅である。また、請求項４記載の平
板型燃料電池の製造方法によれば、バイポーラプレート
の厚さは同じでも、溝が対向する位置に形成されている
ものと比べて、溝の深さを大きくすることができる。従
って、圧力損失を増大することなしに、溝の幅を小さく
設定することが可能となる。

【００１９】また、放電加工によって、１ｍｍより小さ
い幅の溝でも精度よく形成することができる。また、請
求項５記載の平板型燃料電池の製造方法によれば、バイ
ポーラプレートの厚みより、アノードガス流路の溝の深
さとカソードガス流路の溝の深さとの和が大きくなるよ
う放電加工処理される。

【００２０】また、請求項６記載の平板型燃料電池の製
造方法によれば、アノードガス流路の溝及び／もしくは
カソードガス流路の溝が、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍの幅
を有するように放電加工処理される。この溝幅は、実用
的に十分に小さい溝幅であり且つ０．２ｍｍ以上である
ため放電加工時に金型に歪が生じることも少ないという
点で適当な溝幅である。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の平板型燃料電池について、図
面を参照しながら具体的に説明する。［平板型燃料電池の全体構成の説明］図１は、本発明の
一実施例に係る平板型固体電解質燃料電池の部分分解斜
視図であり、図２は、図１に示す平板型固体電解質燃料
電池の中央部の拡大図である。

【００２２】平板型固体電解質燃料電池１は、固体電解
質板３の下面にアノード４を配し上面にカソード５を配
したセル板２と、バイポーラプレート１０とが上下方向
に積層され、その両端が一対のスタック板（不図示）で
締め付けられて構成されている。図１においては、セル
板２とバイポーラプレート１０が１枚ずつ示されている
が、燃料電池１には、このようなセル板２とバイポーラ
プレート１０とが所定枚数づつ交互に積層されている。
なお図１において、アノード４はカソード５の背面に隠
れている。

【００２３】固体電解質板３は、厚さ０．２ｍｍ程度の
３％イットリアで部分安定化したジルコニアの緻密な焼
成体からなり、所定の大きさ（例えば外寸１５０ｍｍ×
１５０ｍｍ）を有する長方形状の板であって、その外周
部には、アノードガス（水素リッチな燃料ガス）及びカ
ソードガス（空気）を給排する内部マニホールド孔を形
成するための窓２１〜２６が開設されている。

【００２４】アノード４は、Ｎｉ−ＺｒＯ₂サーメット
からなり、固体電解質板３の下面側の中央部に所定の厚
さで配されており、カソード５は、Ｌａ_0.9Ｓｒ_0.1Ｍｎ
Ｏ₃などのペロブスカイト型酸化物からなり、固体電解
質板３の上面側の中央部に所定の厚さで配されている。
そして、このアノード４及びカソード５をはさんで、窓
２１〜２３と窓２４〜２６とが向かい合って配置されて
いる。

【００２５】バイポーラプレート１０は、インコネル合
金（ニッケルクロム合金）からなり、固体電解質板３と
同一の外形寸法であって、所定の厚さ（４ｍｍ）を有し
ている。バイポーラプレート１０の上面側の中央部（即
ちアノード４と向かい合う領域）には複数のアノードガ
ス溝１１…が等間隔に放電加工で形成され、バイポーラ
プレート１０の下面側の中央部（即ちカソード５と向か
い合う領域）には複数のカソードガス溝１２…が等間隔
に放電加工で形成されている。そして、隣合うアノード
ガス溝１１…の間にはリブ１３…が、隣合うカソードガ
ス溝１２…の間にはリブ１４…が形成されている。また
リブ１３…の上面は、集電体（不図示）を介してアノー
ド４と接触し、リブ１４…の上面は、集電体（不図示）
を介してカソード５と接触している。

【００２６】また、バイポーラプレート１０の外周部に
も、固体電解質板３の窓２１〜２３及び窓２４〜２６と
対応する位置に同じ大きさで、内部マニホールド孔を形
成するための窓３１〜３３及び窓３４〜３６が開設され
ている。なお、アノードガス溝１１…とカソードガス溝
１２…は、共に窓３１〜３３と窓２４〜２６とを結ぶ方
向に形成されており、両ガス溝１１，１２は互いに平行
となっている。

【００２７】バイポーラプレート１０の上面側には、ア
ノードガス溝１１…の入口端に沿って窓３１〜３３との
間にアノードガスの供給マニホールド溝３７が形成さ
れ、アノードガス溝１１…の出口端と窓３４〜３６との
間には排出マニホールド溝３８が形成されている。この
供給マニホールド溝３７及び排出マニホールド溝３８
は、リブ１３…よりも低く形成され、供給マニホールド
溝３７によってアノードガスをアノードガス溝１１…全
体に分配し、排出マニホールド溝３８によってアノード
ガス溝１１…全体から未反応のアノードガスを回収でき
るようになっている。

【００２８】同様に、バイポーラプレート１０の下面側
には、カソードガス溝１２…の入口端と出口端に沿っ
て、カソードガスの供給マニホールド溝３９と排出マニ
ホールドが形成されている。バイポーラプレート１０の
外周部において、窓３１〜３６の外側を通るバイポーラ
プレート１０の全外周と、窓３１，３３，３５の周囲の
上面側と、窓３２，３４，３６の周囲の下面側には、固
体電解質板３との間でシール部を形成するための周壁４
０が形成されている。バイポーラプレート１０とセル板
２とが積層された状態で、周壁４０の上面全体は固体電
解質板３と接してシール面を形成する。なお、このシー
ル面にはガラス等のシール材が配されて気密性が確保さ
れ、アノードガス及びカソードガスが外部に漏れないよ
うになっている。

【００２９】このような平板型固体電解質燃料電池１の
構成により、窓２２と窓３２によってアノードガス供給
用のマニホールド孔が形成され、窓２４と窓３４並びに
窓２６と窓３６によってアノードガス排出用のマニホー
ルド孔が形成される。また、窓２５と窓３５によってカ
ソードガス供給用のマニホールド孔が形成され、窓２１
と窓３１並びに窓２３と窓３３によってカソードガス排
出用のマニホールド孔が形成される。

【００３０】そして、外部の供給源から平板型固体電解
質燃料電池１に供給されるアノードガスは、アノードガ
ス供給用のマニホールド孔を通りながら各バイポーラプ
レート１０の供給マニホールド溝３７に分配され、更
に、供給マニホールド溝３７を通りながら各アノードガ
ス溝１１…に分配される。そして、アノードガス溝１１
…を流れながら、アノード４に供給されて反応する。未
反応のアノードガスは、排出マニホールド溝３８を通
り、更にアノードガス排出用のマニホールド孔を通って
外部に排出される。

【００３１】一方、平板型固体電解質燃料電池１に供給
されるカソードガスは、カソードガス供給用のマニホー
ルド孔を通りながら各バイポーラプレート１０の供給マ
ニホールド溝３９に分配され、更に、供給マニホールド
溝３９を通りながら各カソードガス溝１２…に分配され
る。そして、カソードガス溝１２…を流れながら、カソ
ード５に供給されて反応する。未反応のカソードガス
は、排出マニホールド溝を通り、更にカソードガス排出
用のマニホールド孔を通って外部に排出される。

【００３２】なお、アノードガス溝１１…を流れるアノ
ードガス（矢印Ａ）と、カソードガス溝１２…を流れる
カソードガス（矢印Ｃ）とは対向流となっている。［バイポーラプレート１０の詳細な構造と効果について
の説明］図に示すように、バイポーラプレート１０にお
いて、アノードガス溝１１…とカソードガス溝１２…と
は互い違いに形成されている。即ち、リブ１３の背面に
カソードガス溝１２が、リブ１４の背面にアノードガス
溝１１が形成されている。

【００３３】複数のアノードガス溝１１…とカソードガ
ス溝１２…の各断面は、表面側より奥側の幅が狭い台形
状であって、共通の大きさ及び形状を有している。従っ
て、複数のリブ１３…，１４…の各断面は、表面側より
奥側の幅が広い台形状であって、共通の大きさ及び形状
を有している。この台形の寸法は、バイポーラプレート
１０の機械的強度や圧力損失や、リブ１３，１４とアノ
ード４，カソード５との接触面積等を考慮して決められ
るが、このようにガス溝１１，１２の断面を台形状とす
ることによって、アノードガス溝１１とカソードガス溝
１２との間の肉厚が上から下にかけてほぼ一定となるの
で、バイポーラプレート１０の上下方向に対する機械的
強度を有すると共に深さの大きい溝とすることができ
る。

【００３４】また、実用上、ガス溝１１，１２の表面幅
１１ａ，１２ａ及び底幅１１ｃ，１２ｃは、０．２ｍｍ
〜１．０の範囲にあることが望ましい。０．２ｍｍ以上
が望ましい理由としては、ガス溝１１，１２を放電加工
で形成する時の金型（銅製）の強度上の理由があげら
れ、０．２ｍｍ未満で放電加工を行うと金型に歪みが生
じやすいという問題がある。

【００３５】アノードガス溝１１…は、供給マニホール
ド溝３７及び排出マニホールド溝３８よりも深く形成さ
れているが、アノードガス溝１１…の両端部において
は、徐々に浅くなって供給マニホールド溝３７及び排出
マニホールド溝３８と連続している。また、アノードガ
ス溝１１…と、供給マニホールド溝３７及び排出マニホ
ールド溝３８との境界部での圧力損失を防ぐために、リ
ブ１３…の端部は、一つ置きに斜めに削られている。

【００３６】カソードガス溝１２…及びリブ１４…は、
アノードガス溝１１…及びリブ１３…と同様に形成され
ているので、その詳細な説明は省略する。なお、本実施
例においては、アノードガス溝１１とカソードガス溝１
２は同じ大きさに形成され、リブ１３とリブ１４も同じ
大きさに形成されているが、これらは必ずしも同じでな
くてもよい。

【００３７】以上のようなバイポーラプレート１０の構
造上の特徴によってもたらされる効果について、従来例
の燃料電池と比較しながら説明する。図３の（ａ）は、
平板型固体電解質燃料電池１の部分断面図であり、
（ｂ）は、従来例の平板型固体電解質燃料電池の部分断
面図である。従来例の燃料電池は、バイポーラプレート
１０の代わりにバイポーラプレート１１０を用いている
以外は燃料電池１と同様の構成である。バイポーラプレ
ート１１０の全体的な形状はバイポーラプレート１０と
ほぼ同様に形成されているが、図に示すように、アノー
ドガス溝１１１とカソードガス溝１１２とが、また、リ
ブ１１３とリブ１１４とが、互いに対向する位置に設け
られており、溝１１１，１１２とリブ１１３，１１４は
断面が長方形状である。

【００３８】図３の（ａ）に示されるバイポーラプレー
ト１０では、アノードガス溝１１とカソードガス溝１２
とが対向していないので、アノードガス溝１１の深さ１
１ｂとカソードガス溝１２の深さ１２ｂとの和がバイポ
ーラプレート１０の厚みより大きくなるよう設定するこ
とも可能である。一方、（ｂ）に示されるバイポーラプ
レート１１０では、溝１１１と溝１１２との間の中央部
１１９に、その強度を保つだけの厚みを残さないといけ
ないので、溝１１１，１１２の深さ１１１ｂ，１１２ｂ
はあまり大きく設定することができない（当然ながら、
深さ１１１ｂと深さ１１２ｂの和は、バイポーラプレー
ト１１０の厚みよりも小さい値となる）。

【００３９】表１に、本実施例のバイポーラプレート１
０の溝及びリブの寸法の一例と、従来例のバイポーラプ
レート１１０の溝やリブの寸法の一例を示す。

【００４０】

【表１】表１では、実施例のバイポーラプレート１０は、アノー
ドガス溝１１，カソードガス溝１２の表面幅１１ａ，１
２ａを０．９ｍｍ、深さ１１ｂ，１２ｂを３ｍｍ、底幅
１１ｃ，１２ｃを０．３ｍｍとし、リブ１３，１４の上
面幅１３ａ，１４ａを０．９ｍｍとしており、従来例の
バイポーラプレート１１０は、アノードガス溝１１１，
カソードガス溝１１２の幅１１１ａ，１１２ａを１．５
ｍｍ、アノードガス溝１１１，カソードガス溝１１２の
深さ１１１ｂ，１１２ｂを１．５ｍｍとしており、リブ
１１３，１１４の上面幅１１３ａ，１１４ａを１．５ｍ
ｍとしている。

【００４１】この表１に示されるバイポーラプレート１
０とバイポーラプレート１１０とを比べると、バイポー
ラプレート１０の方が溝の幅が小さい。しかし、溝の深
さが深く形成されることによってアノードガス及びカソ
ードガスの圧力損失の増大が押さえられており、両バイ
ポーラプレート１０及び１１０の圧力損失はほぼ同等に
設定されている。

【００４２】この点について更に説明すると、表１にも
示されているように、この寸法の場合、アノードガス溝
１１，カソードガス溝１２の断面積は、（０．９＋０．
３）÷２×３．０＝１．８（ｍｍ²）、単位幅（１ｃ
ｍ）当りのアノードガス溝１１，カソードガス溝１２の
数は、１０÷（０．９＋０．９）＝５．６（本／ｃ
ｍ）、単位幅（１ｃｍ）当りのアノードガス溝１１，カ
ソードガス溝１２の総断面積は、１．８×５．５＝１０
（ｍｍ²／ｃｍ）となる。

【００４３】一方、アノードガス溝１１１，カソードガ
ス溝１１２の断面積は、１．５×１．５＝２．３（ｍｍ
²）、単位幅（１ｃｍ）当りのアノードガス溝１１１，
カソード溝１１２の数は、１０÷（１．５＋１．５）＝
３．３（本／ｃｍ）、単位幅（１ｃｍ）当りのアノード
ガス溝１１１，カソードガス溝１１２の総断面積は、
２．３×３．３＝６．８（ｍｍ²／ｃｍ）となる。

【００４４】このように、バイポーラプレート１０は、
バイポーラプレート１１０と比べて溝の幅や断面積が小
さいという点では、圧力損失が上昇する要因を持つが、
単位幅当りの溝の総断面積は大きいという点では圧力損
失を低下させる要因を持っている。従って、この圧力損
失の上昇分と低下分を相殺させることによって、バイポ
ーラプレート１０は、バイポーラプレート１１０と比べ
て圧力損失が増大することなく、溝の幅を小さく設定す
ることが可能となる。そして、溝の幅を小さく設定すれ
ばリブ幅も小さくなる。また、溝の幅とリブ幅を小さく
設定するのに伴って、固体電解質板３とバイポーラプレ
ート１０との間の電流経路及びガス拡散経路が短くなる
が、その理由について以下に説明する。

【００４５】まず、図３（ａ）を参照しながら、固体電
解質板３とバイポーラプレート１０との間の電流経路と
溝の表面幅との関係について説明する。固体電解質板３
のアノード４側の表面上の任意の位置からバイポーラプ
レート１０までの電流経路は、該位置からバイポーラプ
レート１０の表面までの最短経路がこれに該当する。

【００４６】従って、固体電解質板３のアノード４側の
表面上の中でも、リブ１３と対向する位置においてはバ
イポーラプレート１０までの電流経路が短い（矢印１９
参照）が、アノードガス溝１１と対向する位置ではバイ
ポーラプレート１０までの電流経路が比較的長く、アノ
ードガス溝１１の中央と対向する位置からバイポーラプ
レート１０までの電流経路は一番長い（矢印１５参
照）。

【００４７】ここで、短い電流経路（矢印１９）の長さ
は、表面幅１１ａの大きさに係わらず一定であるが、一
番長い電流経路（矢印１５）は、表面幅１１ａを小さく
することによって短くなり、比較的長い電流経路の平均
も、表面幅１１ａを小さくすることによって短くなるこ
とがわかる。よって、固体電解質板３のアノード４側の
表面全体について、バイポーラプレート１０までの電流
経路の平均も、表面幅１１ａを小さくすることによって
短くなることがわかる。

【００４８】また、固体電解質板３のカソード５側にお
いても同様であって、一番長い電流経路（矢印１６）
は、カソードガス溝１２の表面幅１２ａを小さくするこ
とにより短くなり、全体の電流経路も表面幅１２ａを小
さくすることにより短くなる。次に、図３（ａ）を参照
しながら、ガス拡散経路とリブの上面幅との関係につい
て説明する。

【００４９】アノードガス溝１１から固体電解質板３に
到るアノードガス拡散経路について見ると、固体電解質
板３のアノード４側の表面上の中でも、アノードガス溝
１１と対向する位置までのガス拡散経路は短いが、リブ
１３と対向する位置までのガス拡散経路は比較的長く、
リブ１３の中央と対向する位置までのガス拡散経路は一
番長い（矢印１７参照）。

【００５０】従って、一番長いガス拡散経路（矢印１
７）は、リブ１３の上面幅を小さくすることにより短く
なり、全体のアノードガス拡散経路もリブ１３の上面幅
を小さくすることにより短くなる。また、カソードガス
溝１２から固体電解質板３に到るカソードガス拡散経路
についても同様であって、一番長いガス拡散経路（矢印
１８）の長さ、並びに全体のカソードガス拡散経路は、
リブ１４の上面幅を小さくすることにより短くなる。

【００５１】以上のように、本実施例のバイポーラプレ
ート１０は、従来例のバイポーラプレート１１０と比べ
て、電流経路及びガス拡散経路を短くすることができ
る。そして、電流経路が短くなると電池の内部抵抗が減
少し、ガス拡散経路が短くなるとガスの拡散性が高まる
ので、これらは共にセル電圧の向上に寄与する。図４
は、本実施例の燃料電池１と従来例の燃料電池につい
て、電流密度とセル電圧との関係を示す特性図である。

【００５２】この特性図は、０．３Ａ／ｃｍ²までの各
電流密度でセル電圧（Ｖ）を測定した結果を示すもので
あって、実線で表した曲線Ｘ1 ，Ｘ2 は本実施例の燃料
電池１について、破線で表した曲線Ｙ1 ，Ｙ2 は従来例
の燃料電池についての測定結果を示している。測定の条
件は、アノードガスには水素、カソードガスには空気を
用いており、曲線Ｘ1 ，Ｙ1 は、電流密度が０．３Ａ／
ｃｍ²での燃料利用率を４０％としたときのものであ
り、曲線Ｘ2 ，Ｙ2 は、０．３Ａ／ｃｍ²での燃料利用
率を７５％としたときのものである。

【００５３】この特性図から、本実施例の燃料電池１が
従来例の燃料電池と比べてセル電圧が向上していること
がわかる。この結果は、本発明により、電流経路及びガ
ス拡散経路が短くなり、内部抵抗が減少すると共にガス
拡散性が高まることを裏付けている。また、接触抵抗の
増大がないことも明らかである。［バイポーラプレート１０の製法についての説明］バイ
ポーラプレート１０は、例えば、所定の厚さの耐熱性金
属材料の板を所定の大きさに切断し、切削加工等によっ
て窓３１〜３６とマニホールド溝３７，３８，３９…を
形成する。そして、放電加工によってアノードガス溝１
１…とカソードガス溝１２…とを形成することにより、
精度よく製造することができる。

【００５４】また、バイポーラプレート１０は、鋳造よ
って所定の形状の耐熱性金属材料の板を形成し、これ
に、放電加工でアノードガス溝１１…とカソードガス溝
１２…とを形成することによって製造することもでき
る。なお、上記実施例のバイポーラプレート１０では、
ガス溝１１，１２の断面形状を表面側より奥側の幅が狭
い台形状としたが、図５の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示
すように、長方形，三角形，Ｕ字型等の形状とすること
もできる。また、上記実施例の平板型固体電解質
燃料電池１では、アノードガス溝１１を流れるアノード
ガスとカソードガス溝１２…を流れるカソードガスとが
対向であったが、これが平行流となるように構成するこ
ともできる。

【００５５】また、上記実施例では、平板型固体電解質
燃料電池の例を示したが、本発明は、溶融炭酸型，リン
酸型等の平板型燃料電池においても適用することができ
る。

【００５６】

【発明の効果】本発明の平板型燃料電池及びその製造方
法によれば、接触面の高精度な均一を確保しながら、圧
力損失を増大することなしに、バイポーラプレートの溝
及リブの幅を小さく設定することが可能となるので、電
池性能を向上させることできる。

【００５７】特に平板型固体電解質燃料電池においてバ
イポーラプレートの素材として多用いられるインコネル
系の耐熱性金属材料は加工性が悪いため従来の切削加工
は小さい幅の溝を精度よく形成できなかったが、放電加
工を用いて形成された本発明の燃料電池、及び放電加工
を用いた本発明の製造方法によって、１ｍｍ以下の小さ
いの溝も精度よく形成することができるので、電池性能
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る平板型固体電解質燃料電
池の部分分解斜視図である。

【図２】図１に示す平板型固体電解質燃料電池の中央部
の拡大図である。

【図３】実施例と従来例の平板型固体電解質燃料電池の
部分断面図である。

【図４】実施例と従来例の燃料電池について、電流密度
とセル電圧との関係を示す特性図である。

【図５】変形例のバイポーラプレートを示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１平板型固体電解質燃料電池２セル板３固体電解質板４アノード５カソード１０バイポーラプレート１１アノードガス溝１２カソードガス溝１３，１４リブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者門脇正天大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者谷口俊輔大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者秋山幸徳大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者三宅泰夫大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電解質にアノード及びカソードを配した
セルと、アノードガスとカソードガスが対向流或は平行
流となるようガス通路用の溝が形成されたニッケルある
いはクロムを含有する耐熱合金からなるバイポーラプレ
ートと、が積層されてなる平板型燃料電池において、前記バイポーラプレートには、アノード側のリブの背面
にカソードガス流路の溝が形成されており、カソード側
のリブの背面にアノードガス流路の溝が、形成されてお
り、前記アノードガス流路の溝の深さと前記カソードガス流
路の溝の深さとの和が、前記バイポーラプレートの厚み
より大きいことを特徴とする平板型燃料電池。
【請求項２】前記アノードガス流路の溝及び／もしく
は前記カソードガス流路の溝が、放電加工によって形成
されたものであることを特徴とする請求項１記載の平板
型燃料電池。
【請求項３】前記アノードガス流路の溝及び／もしく
は前記カソードガス流路の溝が、０．２ｍｍ〜１．０ｍ
ｍの幅を有することを特徴とする請求項１記載の平板型
燃料電池。
【請求項４】電解質にアノード及びカソードを配した
セルと、アノードガスとカソードガスが対向流或は平行
流となるようガス通路用の溝が形成されたニッケルある
いはクロムを含有する耐熱合金からなるバイポーラプレ
ートと、が積層されてなる平板型燃料電池の製造方法に
おいて、前記バイポーラプレートを放電加工処理して、アノード
側のリブの背面にカソードガス流路の溝及び／もしくは
カソード側のリブの背面にアノードガス流路の溝を形成
したことを特徴とする平板型燃料電池の製造方法。
【請求項５】前記バイポーラプレートの厚みより、前
記アノードガス流路の溝の深さと前記カソードガス流路
の溝の深さとの和が大きくなるよう放電加工処理するこ
とを特徴とする請求項４記載の平板型燃料電池の製造方
法。
【請求項６】前記アノードガス流路の溝及び／もしく
は前記カソードガス流路の溝が、０．２ｍｍ〜１．０ｍ
ｍの幅を有するように放電加工処理することを特徴とす
る請求項４記載の平板型燃料電池の製造方法。