JPS60180066A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPS60180066A
JPS60180066A JP59035496A JP3549684A JPS60180066A JP S60180066 A JPS60180066 A JP S60180066A JP 59035496 A JP59035496 A JP 59035496A JP 3549684 A JP3549684 A JP 3549684A JP S60180066 A JPS60180066 A JP S60180066A
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JP
Japan
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fuel cell
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fuel
electrode
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JP59035496A
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English (en)
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Hakaru Ogawa
斗 小川
Kenji Murata
謙二 村田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/248Means for compression of the fuel cell stacks
    • HELECTRICITY
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    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
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    • H01M2008/147Fuel cells with molten carbonates
    • HELECTRICITY
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0048Molten electrolytes used at high temperature
    • H01M2300/0051Carbonates
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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】 〔発明の技術分野」 本発明は、単位電池を裡数槓層して構成される燃料電池
に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来より、尚効率のエネルギ変換装随として燃料電池が
広く知られ℃いる。燃料電池は、使用する電解質によつ
又リン酸温、俗融炭酸塩型、固体電解*型に分類される
このような燃料電池のなかで、%VC発電効率の謁い溶
融炭醒塩型燃料亀aは、通常、第1図に示す燃料電池本
体Xと、この燃料′酸油本体Xに燃料ガスおよび酸化剤
カスを尋ひく図示しないマニホールドとで構成されてい
る。
燃料電池本体Xは、図に示す如く単位電池l全セパレー
タ2を介して複数積I曽することによって構成される。
単位電池lは、一対の多孔買電@!、似、つまり燃料極
3aと酸化剤極3bとの開にアルカリ炭酸塩の電解質お
よび保持材からなる#LH5に’)@4を設けて構成さ
れている。各電極板3a、3b、は、長方形の板状体か
らなり長手方向が互いに直交するように配置されている
。電解質層4は、これら各電極板の長手方向長さを縦横
寸法とする板状体からなるものである。
セパレータ2は、導電性材料からなる板状体の両面に、
両端部に所定幅のフランジ面6a。
6bおよび6c、6df残して互いに直交する方向に延
びる大1s7a、7bを形成するとともに、これら大溝
7a、7bの各底面部にそれぞれ大溝と同一方向に延び
る複数の溝/?a 、8bを設けたものとなっている。
大s7a、7bは、燃料極3aおよび酸化剤極3bがそ
れぞれ丁度嵌合するような緑さおよび幅を有している。
したがって燃料電池本体Xは、単位電池lとセパレータ
2とt文旦に積層すると、電解質層4の一方の面とこの
面に対向するフランジ面6a。
6bが重合し、電解質層4の他方の面とこの面に対向す
るフランジ面6c、6dが重合する。
しかして、このような燃料電池t500〜750”0に
昇温すると、電解質層4の炭酸塩が溶融状態になり、多
孔質の燃料極3aおよび酸化剤極3bに僅かしみ込む。
この状態で、溝8bで構成されるカス通路に燃料ガスP
を導入し、溝8aで構成されるガス通路に酸化Δリガス
Qを導入すると、各ガスは6亀極板に拡散されて電極反
応に供される。このとさ、燃料カスPと酸化剤ガスQと
は、前述した電解質層4とフランジ面62〜6dとの重
合部にしみ出た溶融炭酸塩で形成される、いわゆるウェ
ットシール部によって分離されている。
このように構成された従来の燃料電池においては、電解
質層4に積層体の自lや締付力が直接加わる構造となっ
ていた。このため、電解質層4は、これら加重に耐え得
るような圧縮強さが必要であった。
電解質層4の圧縮強さt^めるための提案は、種々なさ
れているが、最も効果的であるのは電解質層4中の保持
材含有it’を増すことである。
しかしながら、保持材含有量を増加させると電解質層4
のイオン伝導度が減少し、電池特性を悪化させるという
問題がある。また、このように保持材含有量を増加させ
た場合には、電池運転中の保持拐の粒成長反応による比
表面積の低下が無視できなくなり、運転初期には光分な
圧縮強さ葡有していた電解質層が、経時的にその強さを
低下させるという問題もあった。
そこで、たとえはU8P3723186号で提案され又
いるよう罠、電解質層のウェットシール部を形成する周
縁部の保持材含有量を中心部のそれよりも増加させ、′
電池性能を低下させることなく圧縮強さfe高めること
も考えられる。しかしながら、このように電解質層の周
縁部15と中心部との保持材含有量を異ならせるように
すると、周縁部と中心部との熱膨張の程度に差ができる
ため、サーマルサイクルによる貫通割れが生じるという
問題があった。
このような問題は、燃料/NL?1ll12の大出力化
を目的とする大型化を図るうえで極めて顕著な問題とな
ることが予想され、これがために燃料電池の大規模化を
図れないという問題があった。
〔発明の目的〕
本発明は、このような事情に基づさなされたものであり
、その目的とするところは、電池性能をなんら低下させ
ることなく、積層体の十分な圧縮6確保することができ
、燃料電池の大型化、ひいては大出力化に豐与すること
かできるようにした燃料電池を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、単位電池とセパレータとを文互に積層して構
成される燃料電池におけるセパレータ相互の電気的な絶
縁および間隔の保持金、電解質層で行わずに、セパレー
タ間に新たに設けたスペーサで行うようにしたことを特
徴としている。
〔発明の効果〕 本発明によれは、セパレータとセパレータとの間にスペ
ーサを設けているので、従来、電解質層に加わっていた
圧力をスペーサで受けることができる。したがって、電
解質層に、従来のような高い圧縮強さをもたせる必要が
な(なるので、電解質層には、多重の保持材を含有させ
る必要はなくなる。このため、イオン伝導度の低下、サ
ーマルサイクルによる貫通割れ吟の諸量j%1に生じる
ことなく、単位電池の大型化、積層数増加を図ることが
できる。
〔発明の実施例〕
以下、図面を参照しな、255ら本発明の実施例につい
て説明する。
第2図は、不発8Aを溶融炭酸塩型燃料電池に適用した
例を示す図である。
第2図に示すように本実施例において、特に従来と異な
る点は、単位電池11の周囲を環状のスペーサ12で囲
繞して、このスペーサ12でセパレータ13相互の間隔
の保持と、絶縁とを図るようにしたことである。
すなわち、単位電池11を構成する燃料極14aと酸化
剤極14bとは、それぞれの長辺が電解質層z6の縦横
寸法と概略一致しており、且つ長手方向が互いに直交す
るように配置されている。
セパレータ13は、導電性材料からなる板状体の両面に
、両端部に所定幅の7272面17a 。
J、7bおよび17G、176′f:残して互いに直交
する方向に延びる複数の溝18a 、z8bを設けると
ともに、上記フランジ面17a−17dに、7272面
17a−z7dの周縁部を残してそれぞれ舛奈す突条1
9a、19b、19cJ9dを設けたものとなっている
スペーサ12は、炭酸塩に対して化学的に安定で、且つ
非電子伝導性であるアルミナを角形環状に形成したもの
である。スペーサ12は、その外形の縦横寸法が、セパ
レータ130寸法と概略等しく、また、その内形の縦横
寸法が電解質層16の寸法より僅か大きくなるように形
成され、さらにその厚みが後述するように組立直後の単
位it池11の厚みよりも僅か薄くなるように形成され
ている。
しかして、これら単位電池11.スペーサ12およびセ
パレータ13f積層組立すると、セパレータ13の突条
19c、19d間に燃料極14aが、また突条19a、
19b間に酸化剤極1.4 bがそれぞれ嵌合され、電
解質層16が突条19 a、 l 9 c問および突条
1.9 b 。
19d間に配置され、さらにセパレータ13のフランジ
面17a、17bと17C117dとの間にスペーサ1
2が配置されて燃料電池本体Yが形成される。この状態
ではスペーサ12の厚みが単位を池11の厚みよりも僅
か薄いので、スペーサ12とセパレータ13との間には
0.1〜0.1511m の僅かな隙間が存在する。し
かし、燃料電池本体Yを昇温し、溶融した電解質の一部
が!極側に移動することによって電解質層16と各′電
極板とのなじみが良好になると、上記の隙間が消滅し、
第3図に示すようにスペーサ12とセパレータ13とは
完全に密着することになる。これと同時に、第3図に示
す如く突条19a−19dと電解質層16との重合部で
ウェットシール部Wが形成される。
このような構成であると、燃料電池本体Yの積層方向の
加重は、機械的強度の高いセパレータ13とスペーサ1
2とで受けることができる。
また、溶融炭酸塩型燃料電池においては、積層体の局面
とマニホールドとの気密部が、電池運転温度で輩性変形
する塑性変形材料と、この材料の保持層と、電気絶縁層
とで構成される。
従来の気密部では、塑性変形材料が積層体の局面に露呈
した電解質層と直接接触する構成となっていたため、塑
性変形材料として電解質と同組成のものしか使用できな
かった。このため、ジルコニアやアルミナ等で形成され
た電気絶縁層が徐々に腐食して、隣接1°る単位電池間
に漏洩電流が流れたり、電解質をこの腐食部に引っばり
込んで電解質層の抵抗値を^めたりすることがあった〇 しかしながら、本実施例のような構成であると、スペー
サ12が、単位電池11の周囲を取り囲むように設けら
れているので、積層体の周面に電解質層16の端面が直
接露呈するようなことがない。このため、気密部の塑性
変形材料と電解質層とが直接接触することがないので、
塑性変形林、料に電解質とは異なる材料、たとえはガラ
ス等を用いることができる。この結果、前述した副洩電
流や電解質の腐食部への引っばり込み等の問題も解決す
ることができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
たとえは上記実施例では、スペーサ12を一体構造とし
たが、スペーサは特に一体構造にする必要はなく、例え
は第4図に示すように、角形環状体の四隅を対角線方向
に切断した4つの台形状の部材21 a 、 2 l 
b 、 21 c。
21dでスペーサ21を構成1−るようにしてもよい。
また、角形R状体の四隅の機械的強度を増すために第5
図に示すように四隅の部分?構成する三角形の部材22
a 、22b 、22c 。
22dと、4つの台形状部材22e、22f。
22 g 、 2.2 bとでスペーサ22を構成する
ようにしてもよい。
また、たとえば第6図に示すように、スペーサ23の内
周の一部を内側へ突出させ、この突出させた部分と電解
負層16の端面とを接触させることにより、セパレータ
23と菟解賀層16との接触部でウェットシール部を形
成1−るよ5にしても良い。このように構成1−れは、
燃料ガスと酸化剤ガスとの分離性能が更に向上する。
なお、スペーサは前述したアルミナに限定されず、たと
えはジルコニア、ジルコニアやアルミナの複合物、は化
クロムの複合コーティングの施こされた材料からなるも
のでも良い。
また、スペーサと′亀解貿層の端面とを完全に分離し得
る@造であれは、スペーサか特に炭酸塩に対して化学的
に安定である必要はない。
さらには、本発明は溶融炭酸塩型燃料電池に限らず、リ
ン酸型燃料%L池にも適用可能であることはいうまでも
ない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の溶融炭酸塩型燃料電池の要部構成を示す
斜視図、泥2図は本発明の一実施例に係る溶融炭酸塩型
燃料電池の要部構成を示す斜視図、第3図は同燃料電池
を第2図におけるA −A fejvc泊って切断し矢
印方向に見た縦断面図、第4図および第5図は本発明の
他の実施例に係る燃料電池におけるスペーサの構成例を
それぞれ示す平面図、第6図は本発明のさらに他の実施
例に保る溶融炭酸塩型燃料電池の一部を示すに!断面図
である。 1.11・・・単位電池、2.13・・・セパレータ、
3a、14a=−燃料物、3b、14b=Jj2化剤極
、4 、 z 6 =−電解質 ノ警d1、 6a−6
d、t7a〜17d・・・フシンジ面、7a、7b・・
・大溝、8a 、8b 、tea 、18b−解、12
,21゜22.23・−・スペーサ、I 9 a −1
9d ・−・芙条、P・・・燃料ガス、Q・・酸化剤ガ
ス、W・ウェットシール部。 出願人代理人 弁理士 銘 江 武 彦第1図 第2図 第3日 第4図 第5図 第6図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 単位電池と、導電性のセパレータとを直列に又
    互に積層して構成される燃料電池において、隣接1“る
    前記谷セパレータ間に介在し前記セパレータ相互の間隔
    を保持するとともに前8c;セパレータ相互の電気的な
    絶縁を図るスペーサを具備したことを特徴とする燃料電
    池。
  2. (2)前記スペーサは、その一部が前記単位電池との間
    でウェットシール部を形成するものであることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の燃料電池。
  3. (3)前記スペーサは、アルミナ、ジルコニアもしくは
    これらの複合物または酸化クロムの複合コーティングが
    施こされたものからなるものであることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の燃料電池。
JP59035496A 1984-02-27 1984-02-27 燃料電池 Pending JPS60180066A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60246570A (ja) * 1984-05-22 1985-12-06 Agency Of Ind Science & Technol 溶融炭酸塩型燃料電池
JPS62139271A (ja) * 1985-12-12 1987-06-22 Hitachi Ltd 燃料電池

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