JPS6334857A - 燃料電池 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、積層形燃料電池のセル構成に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

第４図は例えば特公昭５８−１５２号公報や特開昭５９
−６６０６７号公報に示された従来の最も代表的なセル
構成を示す断面図であり、図において、＋１１は電解質
マトリックス（２）および（３）は電極、（４）および
（５）は電極基材、（６）及び（７）は電極の触媒層、
（８）および（９）は湿潤ガスシール部、Ｑｌはガス分
離板（セパレータ、インクコネクタとも呼ばれる。）　
Ｑｌｌおよび曲は互いに直交する燃料と酸化剤ガスのガ
ス流路である。

次に動作について説明する。ガス分離板０ωは不遇気性
の例えば緻密な炭素の板でその両面に互いに直交するガ
ス流路ａυ、０３を形成している。一方、電極基材（４
１，＋５１はポーラスな例えば炭素繊維で構成されてお
り、ガス流路αυ、（２）へ供給された燃料ガスおよび
酸化剤ガスは電極基材（４）、および（５）中で拡散さ
れ電極触媒層（６）および（７）の全面に達し、電解質
マトリックス（１）を通して反応、発電する。

ここで、反応に使われなかった余剰ガスや反応生成物で
ある水蒸気ガスは、ガス流路θυおよび（２）をＪじて
外部へ排出される。この排出ガス中には電解質マトリッ
クス（１１や電極（２）および（３）に含まれる電解質
が燃料電池の動作条件で決まる蒸気となって存在し、電
解質も外部へ排出される。

湿潤ガスシールｆ８１．　（９１は、燃料および酸化剤
ガスがポーラスな電極基材（４１，＋５１から外部へ漏
洩するのを防いでいる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の燃料電池は以上のように構成されているので、電
解質は電解質マトリックス（１）、触媒層（６）。

（７）および湿潤ガスシール＋８１．　（９１にしが保
持されない。従って長期の運転を行った場合、蒸散、飛
散などにより電解質が不足し電解質の補給を頻繁に行う
必要があった。

また、動作圧力、動作温度、ガス利用率、セル面内位置
等の運転条件によって、電解質の体積が大きく変化する
が、この電解質の体積変化を吸収する能力がなく例えば
特開昭５８−１６１２６９号公報等に示される外部リザ
ーバを設けてもセルサイズが大きく電解質マトリックス
（１）内の電解質の移動距離が長くなると充分機能せず
電解質の膨張分は触媒ＪＩＪ　（６１、（７１、電極基
材（４１，＋５１あるいはガス流路αυ。

ａ３へあふれ、電池はフラッディングを起こし電池特性
が低下してしまうなどの問題があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、余分の電解質を貯蔵することを可能にすると
ともに電解質の体積変化をフラッディングすることなく
吸収しうる燃料電池を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る燃料電池は、ガス分離仮に緻密層とこの
緻密層の一方の片面に多孔部、他方の片面に緻密部を設
け、互いにガス流路を形成するように多孔部、緻密部を
配置するとともに、多孔部に電解液を貯蔵したものであ
る。

〔作用〕

この発明における燃料電池のガス分離板は、緻密層によ
り両面に流すガスの混合を防ぎ、緻密層の一方の片面に
設けた多孔部及び他方の片面に設けた緻密部は、互いに
ガス流路を形成することによりガスを電極へ供給すると
共に、多孔部内に反応に直接関与しない余剰の電解質を
貯蔵する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、＋１１は電解質マトリックス、（５）は電
極基材、（６）および（７）は電極触媒層、αＤおよび
０乃は互いに直交する燃料および酸化剤ガスのガス流路
、ＯＩはガス分離板（複合化リブ付セパレータと称す。

）で緻密層Ｑ３）と、その緻密層（３）の片面に形成さ
れたリブ構造の多孔部０９と、緻密＠　Ｑ３）の反対側
の片面に形成されたリブ構造の緻密部０４１とにより一
体構成化されている。

次に動作について説明する。ガス分離板（複合化リプ付
セパレータ）０［９の片面のリブ構造の多孔部０９およ
び反対側の片面の緻密部Ｑａによって形成された互いに
直交するガス流路０υおよび側にそれぞれ燃料および酸
化剤ガスを供給する。この時、ガス分離板Ｏ１の緻密層
０簿は、両面を流れる燃料と酸化剤が互いに混じるのを
防いでおり、両ガスは直接あるいは電極基材（５）およ
び多孔部αω中を拡散し電極触媒Ｎ（６）および（７）
へ達する。触媒層へ達したガスはイオン化し電解質マト
リックス（１）を通して反応し発電が行われる。ここで
、反応に使われなかった余剰ガスや反応生成物である水
蒸気ガスは、ガス流路Ｇυおよびａ乃を通じて外部へ排
出される。この排出ガス中には、電解質マトリックス［
１１や電極触媒層（６）および（７）中に含まれる電解
質を蒸気として含み、電解質が外部へ排出される。従っ
て、長期の運転を行った場合には、電解質マトリックス
ｆｉｌおよび電極触媒Ｊ！＋６１および（７）中の電解
質が不足してくるが、ガス分離板０ｅの多孔部Ｑ５）、
緻密部α船の両方あるいはいずれか一方に含浸された電
解質が不足分を補って電解質マトリックス（１）および
電極触媒層（６）および（７）へ移動し、長期に亘って
燃料電池を安定動作させる。１を解質の移動は、それぞ
れの部材が持つボアサイズと電解質に対するぬれ性で決
まる毛管吸引力で行われるので、それぞれの部材の間で
ボアサイズおよび撥水処理の程度を調整する。

以上、電解質の蒸散・飛散等による不足分の補給機能を
説明したが、特に電解質ガリン酸の場合などでは、起動
停止あるいは運転条件（動作圧力。

動作温度、ガス利用率、セル面内位置等）によって電解
質の体積が大きく変化（膨張・収縮）し、この電解質の
体積変化を吸収する機能も必要である。ガス分離板α呻
の多孔部似は電解質を含浸してはいるが更に空孔部を残
した状態に組立てられており運転中、電解質マトリック
スｆｉ＋や電極触媒層（６）および（７）で膨張した電
解質を近接したガス分離板０＠の多孔部αつに吸収でき
る。電解質の収縮の場合は、不足の場合と同じで必要な
部分に電解質は戻る。

以上で電解質の貯蔵あるいは体積変化の吸収の為のリプ
状多孔部は必要最少限の片面にかぎってあり、他の面は
導電性の高い緻密部にしであるので燃料電池で発生する
電気・熱を効率よく伝え性能を向上させる。

なお、上記実施例では緻密部０船および多孔部ａりをリ
ブ状として説明したが必ずしもその必要はなく電極触媒
層に均等にガスを供給できればよく、ガス流路０υ、お
よび鰺が形成される様に多孔部α９、緻密部０伯を第２
図に示すように一均な飛石状に配設してもよい。また、
ガス分離板側のいずれが一方を第３図〜に示すように従
来形の緻密層で形成してもよい。

また、多孔部に貯蔵された電解液が緻密層に移動しない
ために多孔部と緻密層の間に１０水層を設けてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によればガス分離板を緻密層と
この緻密層の一方の片面に多孔部、他方の片面に緻密部
を設けてガス流路を形成すると共に、多孔部は電解質の
貯蔵ができるように構成したので、電池内に余分の電解
質を内蔵でき長期間、電解質の補給なしで安定に動作で
きる。また、運転条件による電解質の体積変化も電極面
全体にわたる多孔部で効率的に吸収されるのでフラッデ
ィング等のトラブルを起こすことがない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による燃料電池を示す断面
図、第２図、第３図はそれぞれこの発明の他の実施例を
示す断面図、第４図は従来の燃料電池を示す断面図であ
る。 図において、（１）は電解質マトリックス、ａυおよび
（１２１はガス流路、０１Ｊは緻密層、Ｑ４）は緻密部
、α９は多孔部、ＯＱはガス分離板である。 尚、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解質マトリックスを挟む１対の電極を、ガス分
   離板を介して複数個積層するものにおいて、前記ガス分
   離板が緻密層とこの緻密層の一方の片面の多孔部と、前
   記緻密層の他方の片面に緻密部を有する構造からなるこ
   とを特徴とする燃料電池。
2. （２）ガス分離板の緻密層と多孔部と緻密部が一体化も
   しくは接合形成された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）ガス分離板の両面にそれぞれ燃料ガス、酸化剤ガ
   スを互いに直交して流せる流路を構成して多孔部と緻密
   部を配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の燃料電池。
4. （４）ガス分離板の多孔部に電解液を貯蔵したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項の何れかに
   記載の燃料電池。
5. （５）ガス分離板の多孔部のボアサイズは、電極および
   マトリックスの最大ボアよりも大きくしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第４項の何れかに記載
   の燃料電池。
6. （６）ガス分離板の多孔部と緻密層との間に撥水層を設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５
   項の何れかに記載の燃料電池。