JPS6010564A - 燃料電池のシ−ル構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料電池は、電気化学的反応を利用して燃料のもつ化学
エネルギーを直接電気エネルギーに変換する高効率発電
を指向するエネルギー変換装置□□′としてよく知られ
ているところである。また頭記しだマトリックス型燃料
電池の基本をなす単電池は、例えばシん酸を電解質とす
る電解質を含浸させたマトリックスと、このマトリック
スを挾んでその両側に配した一対のガス拡散電極とがら
なシ、とれらの電極を通じて一方からは燃料ガス（一般
には水素ガスが使われる）を、他方からは酸化ガス（一
般には空気が使われる）を供給し、両電極よシ直接電気
エネルギーを取出すように構成されている。この場合に
上記の単電池で得られる出力は１ｖ以下であシ、実用電
源として所要の出力を得るには、単電池を必要数だけ直
、並列に組合わせて燃料電池本体としてのセルスタック
をＭ４成している。

一方、上記電池本体を正常に作動させるためには、各単
電池ごとに均一に反応ガスを供給する必要があシ、この
ため具体的な構造としては、５記のようなリプ付電極形
と、リブ付セパレータ形の！ ものが開発されている。第１図および第２図はと　１れ
らの各タイプの１セル分の電池構造を示したものであシ
、図中１が電解質を含浸保持したマトリックス、２が燃
料電極、３が空気電極である。第１図に示したリブ付電
極形では、ガス透過性のある多孔質のカーボン板で作ら
れたリブ付きり電極基材４，５の板面にそれぞれ前記の
燃料電極２゜空気電極３を成層し、マトリックス１を挾
んで電極基材４，５を重ね合わせて単電池６を構成して
いる。そして電極基材４，５のリプの間の溝通路へ矢印
のように外部から燃料ガス、空気を流して電極２，３へ
反応ガスを供給する。またががるリブ伺電極形では、積
層し合う単電池の相互間で燃料ガスと空気との混合を防
ぎ、かつ単電池の相互を電気的に接続する役目果すため
に、ガス不透過性の導電材で作られたセパレート板７が
隣接し合う単電池の間に介挿されている。

これに対し、舘２図に示すリブ付セパレータ形は、バイ
ポーラプレートと呼ばれ、両面に互に直交し合う反応ガ
ス通路溝を有するガス不透過性のカーボン板で作られた
リプ付セパレータ８を用い、マトリックスカーボンベー
パ等のガス透過性の電極基材の表面に電極層を成層した
燃料電極および空気電極からなる単電池６の組立体を両
側からサンドインチ状に挾んで１セル分を構成している
。

かかる燃料電池では、燃料と空気との混触、並びに電解
質の洩れを防ぐために、単電池ごとにその周縁部にシー
ルが施されている。

〔従来技術とその問題点〕

次に前記したリブ伺電極形単電池を例にしてセパレート
板と組合わせて積層したセルスタックの従来のシール構
造を第３図に示す。セルスタックは早霜、池６とセパレ
ート板７とを交互に積層し、さらにその上下両端に端板
９を配した上で全体を一体に給料けて組立構成されてい
る。かがるセルスタックに対し燃料および空気の反応ガ
スを供給するために、セルスタックの周側面にパツキン
を介してマニホールド１０が配置されている。なお、図
示のマニホールド１ｏは燃料マニホールドヲ示し、紙面
と直角方向の前後端面には図示されてない空気マニホー
ルドが配備されている。マニホールド１０を通じて外部
から送られて来た燃料ガスは矢印のように燃料電極基材
４のリプ間に画成された燃料通路１１を流れ、多孔質の
電極基材の中を拡散して燃料電極４の触媒層へ供給され
る。なお符号１２は空気電極側の空気通路を示している
。

この場合に隣接し合う単電池の相互間では、セパレート
板７が燃料通路１１と空気通路１２との間を隔離し、ま
た単電池内部の重なシ面域では電解質を含浸保持したマ
トリックス１が燃料と空気の混触を阻止している。一方
、先記のようにリプ付を極基材４，５は反応ガスのガス
拡散供給機能苓持つようにガス透過性のある多孔質材で
作られておシ、かつ図示のように燃料通路１１と空気通
路１２とが互に直交し合っているために、このままでは
電極基材４，５について反応ガス通路と平行な左右端面
を通じてガスリークが生じ、燃料と空気の混触が生じる
。またマトリックスｌの周縁部からも電解質の洩れが生
じる。これを防ぐ手段として従来では図示のように燃料
電極、およびマトリックスを含めた空気電極側の周縁部
にそれぞれシールを施して前記したガスリークおよび電
解質の洩れを防ぐようにしてい乙。このシール構造とし
て、従来は例えばフッ素樹脂系のコート材で電極の周縁
部を被覆してシール被膜１３を形成しているが、この方
法では電極基材の表面が多孔質であるだめに、コート材
が電極基材の基質内に浸透してしまうなど、シール被膜
の形成には困難を伴う。しかもこのようにして形成され
たシール被膜も長期使用の間には、電極基材に浸透した
コート材の溶媒お７よび電池の反応ガス等にさらされて
変質劣化し、ついにはシール被膜にブローホールが生じ
てシール機能が喪失する恐れが十分ある。さらに加えて
上記従来方式のシール構造では、シール被膜の厚さを均
一にすることが技術的に困難であシ、シール被膜が厚過
ぎると電極とマトリックスの密着が不十分となって電池
の出力特性が低下し、逆に薄過ぎる場合には、シール被
膜強度が小さくなシ耐差圧性が低下するなど、そのシー
ル性に十分な信頼性が得られない難点がある。また周側
面のシール被膜の厚さが不揃いであると、セルスタック
の周面が凹凸になって第２図で述べたマニホールド１０
が完全に密着できず、この部分のシールが不完全になる
不具合を招く。

〔発明の目的〕

この発明は上記の点にかんがみなされたものであシ、従
来のシール方式の弱点を補強してよシ高い信頼性が得ら
れるようにしたシール構造を提供することを目的とする
〇 〔発明の要点〕 上記目的を達成するために、この発明は単電池と重ね合
わせて積層されるセパレート板の側線にその板面よシ起
立して単電池の電極およびマ）　ＩＪラックス両サイド
をカバーする反応ガス通路と平行な隔壁部を形成して、
この隔一部の間に画成されたセパレート板の凹所に単電
池の電極部分をはめ込み、さらに単電池の端面にシール
を施して燃料側と空気側の間を隔離するようにしたもの
である０ 〔発明の実施例〕 第４図および第５図はこの発明の一実施例を示すもので
あり、第４図のようにガス不透過性のセパレート板７の
上下両面の側縁には互に直交する方向に対向してセパレ
ート板の板面よシ上下に起立する各二条の隔壁部１４と
１５が形成しである。

この隔壁部１４．１５はセパレート板７と同じ側斜で作
られた別部品をセパレート板７に接着して設けるか、あ
るいはセパレート板７と一体に成形される。このうち隔
壁部１４は空気電極基材５の空気通路１２と平行してお
シ、かつその板面からの膨出厚さは空気側リブ付電極基
材５．電極３およびマトリックス１を合わせた積層寸法
と等しいか僅かに小さく定めである。また隔壁部１５は
燃料側リブ付電極基材４の燃料通路１１と平行し、かつ
その膨出厚さは燃料電極基材４と電極２０合計厚さ寸法
と等しいか僅かに小さく定めである。

一方、燃料を極側では電極基材４と電極２の周縁部にシ
ール材１３が被覆されておシ、また空気電極側ではマト
リックス１も一緒に重ねて電極基材５の周縁部にシール
材１３が被覆されている。さらにセパレート板７におけ
る各隔壁部１４．１５の上下積層面の各コーナ一部分に
は電気的な絶縁材のシート１６が貼着されている。この
絶縁シート１６はセルスタックを組立てた状態で上下に
重なり合うセパレート板同士の間を絶縁して各電池の短
絡を防ぐ役目を果す。なお、隔壁部１４．１５の積層面
に絶縁性のシールを施す場合はこのシート１６は必要な
い。

上記の構成によシ、セルスタックを組立てた状態では、
第５図に明示されているように、各単電池ごとにそのマ
トリックス１を含めて窒気ｔ＆基材５は左右に対向する
隔壁部の間に画成されたセパレート板７の凹所にはまシ
込み、望気通路１２と平行な左右両サイドが隔壁部１４
でカバーされている。しかも電極基材５およびマトリッ
クス１の端面と隔壁部１４との間の僅かな隙間もあらか
じめ電極側に被覆されているシール材１３で埋められて
いる。この構成によシ、空気電極基材５の１１縁部と燃
料通路１１に連なる燃料マニホールド内の燃料ガス壁間
との間はガス不透過性の隔壁部１４をガス仕切壁として
隔絶されることになる。

なお燃料側リブ付電極基材４についても同様に燃料通路
１１と平行な左右の両サイドセパレート板７の隔壁部１
５によってカバーされて、空気側の領域との間を確実に
隔絶する。すなわちシール面の大部分の面積が剛性のあ
るガス不透過性の隔壁部１４，１５で棲われておシ、そ
の分だけ薄膜状のシー、ルｔＡ’１３の分担するシール
面積が少なくて済むので、信頼性の高いシール構造が得
られることになる。またセルスタックの外周面が平滑な
セ、ニレ−）＆で形成されるので、マニホールドとの間
のシールが確実に行える利点もある。更に電極基拐４，
５およびマトリックス１の端面がシールされているので
、電極基材と隔壁のわずかな隙間を介して一方の電極基
材の側面から他方の電極へガスが流れるという危惧もな
い。したがって単電池の電極基材と隔壁部との間の隙間
には図示のシール材１３に代えて外部からシール材を充
填してもよく、両者を併用すれば更に良好である。

上記は第１図に示したリブ付電極形を対象とした実施例
を示したが、第２図で述べたリブ伺セパレータ形の単電
池についても同様に実施することができる。第６図およ
び第７図はリプ付セパレータ形の実施例でアシ、このセ
パレータ８０側縁には先の実施例と同様に隔壁部１５．
１６が起立形成されておシ、セルスタック組立状態で隔
壁部の間に画成された凹所へ単電池を構成する要素体と
しての電極およびマトリックスの左右両サイドを外側方
よシカバーしている。なお１７は隔壁部と単電池側との
間の残余間隙に後から追加充填したシール材を示す。こ
の構成によシ先に述べた実施例と同等の効果を奏するこ
とができる。　。

〔発明の効果〕

上述のようにこの発明によれば、ガス不透過性のセパレ
ート板の反応ガス通路と平行な側縁に板面より起立する
隔壁部を設けてセパレート板に積層される単電池の板状
要素体の両サイドをカッ（−し、かつこの要素体の端面
にシールを施したことにより、従来のシール構造と較べ
てよシ信頼性の高いシール構造が得られ、さらにセルス
タック組立体の外周面のマニホールド据付面が平滑なセ
パレート板で形成されているので、反応ガス供給用マニ
ホールドとセルスタックとの間のシールが確実に行える
等の実用的効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれリプ付電極形およびリプ
伺セパレータ形単電池の分解斜視図、第３口拡従来にお
ける燃料電池のシール構造を示す構成断面図、第４図お
よび第６図はそれぞれこの発明の一実施例をリプ付電極
形およびリプ付セパレータ形に適用した構成分解斜視図
、第５図および第７図はそれぞれ第４図、第６図の組立
状態の部分断面図、 １・・・・・・マトリックス、４・・・・・・燃料電極
基材、５・・・・・・空気電極基側、６・・・・・・単
電池、７，８・・・・・・セパレート板、１１・・・・
・・燃料通路、１２・・・・・・空気通路、１３．１７
・・・・・・シール材、１４．１５・・・・・・隔壁部
、１６・・・・・・絶縁材シート。 ７１図　才２図 才３図 才４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）燃料電極および空気電極と、電触質を含浸保持する
   マトリックスとｆ：要素体としてなる単電池をガス不透
   過性のセパレート板を介して積層し、かつ電極基材ある
   いはセパレート板に形成された燃料および空気の反応ガ
   ス通路を通じて各電極へ反応ガスを供給する燃料電池に
   おいて、前記セパレート板の反応ガス通路と平行な側縁
   に板面よシ起立する隔壁部を形成し、この隔壁部の間に
   画成された凹所内に単電池の前記要素体を挿入するとと
   もに、前記要素体の端面にシールを施して燃料側と空気
   側を隔離することを特徴とする燃料電池この発明はマト
   リックス型燃料電池のシール構造に関する。