JPS6255874A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPS6255874A
JPS6255874A JP60194083A JP19408385A JPS6255874A JP S6255874 A JPS6255874 A JP S6255874A JP 60194083 A JP60194083 A JP 60194083A JP 19408385 A JP19408385 A JP 19408385A JP S6255874 A JPS6255874 A JP S6255874A
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JP
Japan
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matrix layer
electrodes
sealing
electrode
fuel cell
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JP60194083A
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Toshihiro Sugiyama
杉山 智弘
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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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
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
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  • Electrochemistry (AREA)
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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】 【発明の属する技術分野】
この発明は、電解質を保持したマトリックス層を挟んで
その両側にガス拡散性を有する燃料電極。 酸化剤電極を配してなる単電池の多数個を反応ガス供給
溝を形成したセパレート板を介して積層構成した燃料電
池を対象に、該燃料電池に供給される燃料ガスと酸化剤
ガスとの電池内部での混合、ないしは外部への漏出を防
止するようにした燃料電池のシール構造に関する。
【従来技術とその問題点】
頭記した燃料電池の基本構成は電解質を含浸保持したマ
トリックス層を挟んでその両側にガス拡散性を有する一
対の電極を配してなり、前記の電極に燃料ガスと酸化剤
ガスを供給し、これによって起こる電極反応により電極
から電気エネルギーを取り出すものである。 かかる燃料電池として電解質にりん酸を用い、その動作
温度を180〜200℃として運転されるりん酸型燃料
電池が知られており、次にその基本となるivL池のy
4造を第3図に示す、すなわち燃料電池の単電池は、り
ん酸電解液を含浸保持したマトリックス層1を挟んでそ
の両側にそれぞれガス拡散性を有する一対の燃料電極2
と酸化剤電極3と対向し配備してなる。かかる単電池は
いわゆるバイポーラ形セパレート板と呼ばれるセパレー
ト板4を介して多数個を積層してセルスタックを構成す
る。ここで前記したセパレート板4はグラファイト質の
ガス不透過性の板であり、その上下両面には互いに直交
する多数条の反応ガス供給溝4a。 4bが形成されており、その一方の溝4aには例えば水
素の燃料ガスを外部から供給して前記の燃料電極2の層
内に拡散供給し、他方の溝4bには酸化剤例えば空気を
外部から供給して酸化剤電極30層内に拡散供給する。 一方−1各電極2,3にはマトリックス層1と接触する
面から電解液が浸透し、該電極層内を拡散して来る反応
ガスとそれぞれ電極反応を生じて電池作用を生起する。 第4図は前記した単電池の多数個をセパレート板を介し
て積層したセルスタック5と、該セルスタック5へ反応
ガスを供給するマニホールド6〜9とを組合せた燃料電
池の組立分解図を描いたものであり、前記セルスタック
5の対向側面5aと5Cには前記したセパレート板4の
ガス供給溝4aが開口し、他の対向側面5bと56には
もう一方のガス供給溝4bが開口しており、かつ前記の
各側面に対応して取付けられたマニホールド6〜9のう
ち、マニホールド6と7を通じて燃料ガスが、またマニ
ホールド8と9を通じて酸化剤ガスがそれぞれセルスタ
ック5を構成している各単電池に供給される。 ところで前述のように単電池を構成する各電極2.3は
ガス透過性を有し、マトリックス111は多孔質であっ
て電解液を浸透させる性質を有している。したがってガ
ス透過性の電極2.3の周縁部をなんらかの手段でシー
ルしないと、反応ガスは電極の周側縁から漏出してマニ
ホールド内で燃料ガスと酸化剤ガスとが混合し、電気を
生成して爆発を引き起こすおそれがあり、また爆発に至
らないまでも燃料電池内部で発熱を生じて電池のエネル
ギー変換効率を大幅に低下させる結果となる。 またマトリックス層1に関してもその周端面を同様にシ
ールを施ないと電解液の漏出によって不足を来し発電停
止のトラブルを招く。したがってこのような反応ガスの
漏出を防止するために通常は第3rg11.筑4闇で斜
縞を施した部分にシール層10゜11を施して反応ガス
の漏出、混合の防止を図るようにしている。 かかるシール層10.11として、従来ではふっ素系ゴ
ムと結着剤としてのフェノール樹脂を組合せたシートを
所定のシール面に接着するか、あるいはふっ素樹脂をシ
ール材としてこれを高温溶融した上で電極のシール面に
塗布してシール層を形成する方法が一般に採用されてい
る。しかして上記のシール構造では次記のような問題が
ある。すなわち、 (1)前者のふっ素系ゴムのシール材は電池の運転温度
に対する耐熱性が充分でなく、また電解液としてのりん
酸に対する特に高温での耐蝕性が、不充分であることか
ら寿命が短い、また電池温度の変動時に生じる熱応力に
弱く、クランクが生じてガス漏洩を招くことが多い。 (2)結着剤として用いるフェノール樹脂の耐熱性が不
充分である。 (3)結着剤の塗布やシール層の形成に手間が掛かる上
に処理に長時間を要する。 (4)後者の方法ではふっ素樹脂を高温下で溶融処理す
るのでふっ素樹脂の温度変化に伴う寸法変化が大きく生
じて電極に歪を与えるとともに、電極特性を劣化させる
。 (5)電極等の個々の要素体に寸法誤差があるのでセル
スタック周側面に施したシール面に凹凸が生じ、マニホ
ールドとの間に充分なシールが確保できない。
【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り、先
述の従来技術における問題点を解決し、電池積層体への
組み込みが容易でかつ寿命が長く、しかも修理、保守に
も便利な非接着性のシール構造を提供することを目的と
する。
【発明の要点】
上記目的を達成するために、この発明は各電極の外形寸
法を前記セパレート板の外形寸法より小さく、またマト
リックス層の外形寸法を前記各電極よりは大きく、かつ
セパレート板よりは小さい寸法に設定するとともに、前
記セパレート板の相互間で単電池の周域に画成された空
隙に未焼成のふっ素樹脂シート、例えばTHE樹脂シー
ト等のふっ素樹脂系のシール材を充填して反応ガスの漏
洩経路を密封シールしたものである。 ここで前記のシール材に採用されるふっ素樹脂には収縮
性に富んだ未焼成のふっ素樹脂、例えばTHE樹脂シー
トが好ましく、かつこのふっ素樹脂シートを常温の下で
セパレート板の間に介挿した後にセパレート板を介して
外部から加圧圧縮することにより反応ガス、電解液の漏
出に対してシール性能の高いシール部を形成できる。
【発明の実施例】
第1図および第2図はそれぞれこの発明の異なる実施例
の構成を示すものであり、第3図に対応する同一部材に
は同じ符号が付しである。 まず第1図の実施例において、この発明によりマトリッ
クス層1の外形寸法はセパレート板4の外形寸法よりも
−回り小さく、また電極2,3の外形寸法は前記マトリ
ックス層lの外形寸法よりも更に小さく設定されている
。さらに単電池とセパレート板4をサンドウィッチ式に
積層した状態で、単電池の外周域を取り囲んで上下セパ
レート板4の相互間に画成された空隙には未焼成のふっ
素樹脂シート13.14の積層体としてなるシール暦1
5が各要素体の表面に密着するようにして充填されてい
る。この場合に前記のシール材15の厚さ寸法はあらか
じめマトリックス1!11と電極2.3との積層体とし
てなる単電池の厚さ寸法よりも若干厚い寸法に設定して
次記のように単電池の積層組立の過程でセパレート板4
の間に介挿した上でセパレート板4を介して外部からの
締結により加圧圧縮される。すなわちその組立順序とし
ては、まずセパレート板4に電極2と3をそれぞれ所定
の位置にセットした状態で電極2.3の周域に未焼成の
ふっ素樹脂シート13をセパレート板4の板面上に並置
セットする。ここでシート13の厚さ寸法は前記のよう
に電極2,3の厚さ寸法よりも若干厚いものとする0次
に電極3とシー)13との面上にマトリックス711を
セットした上で該マトリックス層lの外周域に未焼成の
ふっ素樹脂シート14を並置セットする。なおここでも
シート14の厚さ寸法をマトリックスJtilの厚さ寸
法よりも若干厚い寸法とする。次にマトリックスN1の
上に前記したもう一方の電極2.セパレート板4.シー
ト13との組立体を乗せて積層し、最後にセルスタック
全体を外部より適宜な力が締結して前記の各シート13
.14を加圧圧縮する。これによりマトリックス層1お
よび電極2,3の外周域はシールN15によって密封シ
ールされ、また電池内部での電極2と3との相互間は電
解質を保持したガス不透過性のマトリックス層1および
シール115とにより確実に隔離してシールされること
になり、電極2゜3相互間でのガス漏れ、電極2,3か
ら外部へのガス漏れ、およびマトリックス層1から外部
への電解液漏出を確実に防止できることになる。 しかも前記のようにシール材15として未焼成のふっ素
樹脂シートの積層体を用いてセルスタック4の間に介挿
したことにより、従来のシート構造のようにふっ素糸ゴ
ム、樹脂を接着、ないし高温溶融して付着させるシール
方法に比べてガス、電解法の漏出の恐れが少なく、かつ
耐熱性、耐薬品性に優れたシールを形成することができ
る。またシール処理作業を常温状態で単電池の積層組立
過程と並行して実施することができ、電極2.3を高温
加熱することがないので電極の特性劣化もなく、かつシ
ール処理作業を容易かつ能率よく進めることができる。 さらに加えて燃料電池の要素体、例えばマトリックス層
1、電極2.3の外形寸法に寸法誤差があっても、その
誤差は全てシール層15の部分で矯正でき、セルスタッ
クの側面はセルスタック4の寸法に統一されてシール面
の凹凸発生を抑制でき、マニホールドとの間のシールを
より確実に行うことが可能となる。 第2図は先記の実施例をさらに発展させた実施例を示す
ものであり、第1図の実施例と異なる点はセパレート板
4における電極2.3をセットする部位にあらかじめ電
極2.3の厚さ寸法よりは浅い深さhの凹部4cが形成
されており、電池の組立に際して前記の凹部4c内に嵌
めこんで 極2゜3が所定位置にセットされる。またこ
の場合にふっ素樹脂のシート13の厚さは電極2.3の
厚さ寸法からセパレート板4の凹部の深さ寸法りを差し
引いた寸法より若干厚(選定されている。この実施例に
よれば、電極2.3をセパレート板4上の所定の位置に
正しくセットすることが容易となる他に、ふっ素樹脂シ
ー)13の厚さを第1図の実施例と比べて薄くなり、そ
れだけ材料コストが低減できる利点が得られる。
【発明の効果】 以上述べたようにこの発明によれば、各電極の外形寸法
を前記セパレート板の外形寸法より小さく、またマトリ
ックス層の外形寸法を前記各電極よりは大きく、かつセ
パレートtfflよりは小さい寸法に設定するとともに
、前記セパレート板の相互間で単電池の周域に画成され
た空隙にふっ素樹脂系のシール材を充填して反応ガスの
漏洩経路を密封シールするように構成したことにより、
従来方式による接着法、あるいはふっ素樹脂シートを高
温溶融してシール層を形成する方式と比べてガス。 電解液の漏出のおそれが少なく、かつ耐熱性、耐薬品性
の優れたシール層をを形成することができるとともに、
シール処理作業を常温で電池の組立作業と並行して行う
、ことができて電極を高温に晒すことがなく、電極特性
の劣化なしに作業性の改善、能率向上が図れる。さらに
加えてマトリックス層、電極等の燃料電池要素体に寸法
誤差があってもその誤差はシール部で矯正され、セルス
タックの外形寸法はセパレート板の寸法に統一されて凹
凸面の発生はなく、マニホールドとの間のシールを確実
に行うことができる等、信頼性の高いシール構造を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図はそれぞれこの発明の異なる実施例の構
成を示す要部の断面図、第3図は従来における燃料電池
の単電池の構成を示す分解斜視図、第4図はセルスタッ
クとマニホールドとの組立構成を示す分解斜視図である
。図において、1:マトリックス層、2.3;電極、4
:セパレート板、4a、4b:反応ガス供給溝、13.
14:ふっ素樹脂シート、15:シール層、4c:セパ
レート板の凹部。 第1図 4C C 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)電解質を保持したマトリックス層を挟んでその両側
    に燃料電極、酸化剤電極を配してなる単電池を反応ガス
    供給溝を形成したセパレート板を介して多数積層して構
    成した燃料電池において、前記各電極の外形寸法を前記
    セパレート板の外形寸法より小さく、またマトリックス
    層の外形寸法を前記各電極よりは大きく、かつセパレー
    ト板よりは小さい寸法に設定するとともに、前記セパレ
    ート板の相互間で単電池の周域に画成された空隙にふっ
    素樹脂系のシール材を充填して反応ガスの漏洩経路を密
    封シールしたことを特徴とする燃料電池のシール構造。 2)特許請求の範囲第1項記載のシール構造において、
    セパレート板相互間の空隙にその厚さ寸法を単電池の厚
    さ寸法よりも大に選定したシール材を介挿した上でセパ
    レート板を介してシール材を加圧圧縮したことを特徴と
    する燃料電池のシール構造。 3)特許請求の範囲第1項または第2項記載のシール構
    造において、シール材が未焼成のふっ素樹脂シートであ
    ることを特徴とする燃料電池のシール構造。 4)特許請求の範囲第3項記載のシール構造において、
    シール材が複数枚のふっ素樹脂シートの積層体であるこ
    とを特徴とする燃料電池のシール構造。 5)特許請求の範囲第1項記載のシール構造において、
    セパレート板の板面には電極をセットする部位に電極の
    厚さ寸法よりも深さの浅い凹部が形成されていることを
    特徴とする燃料電池のシール構造。
JP60194083A 1985-09-03 1985-09-03 燃料電池 Granted JPS6255874A (ja)

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