JPS6343263A - 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〕 この発明は燃料電池の新規な構造に関するものである。

〔従来の技術〕

周知の通り、燃料電池は対向して配置された燃料雪掻と
酸化剤電極の間に電解質を保持した電解質マトリックス
を介在させ、燃料電極および酸化剤電極にそれぞれ燃料
および酸化剤を供給して運転される一種の発電装置であ
る。

燃料電池には、■カルノーサイクルの制約がなく高い効
率が期待できる、■電池作動温度に近い比較的高温の有
効利用が容易な廃熱が得られる、■出力を変えても効率
はあまり変わらない、■負荷変動の対する応答性にすぐ
れているなどの利点があり、都市内もしくは都市近郊に
配電用変電所の規模で分散配置する、あるいは火力発電
所の代替発電装置とするなどの利用形態が考えられてい
る。

燃料電池は用いられる電解質の種類によってアルカリ型
、リン酸型、溶融炭酸塩型などに分類されるが、このう
ちリン酸型は第一世代と呼ばれ辰も開発が進んでおり、
すでに実用規模での試運転が行われている。

ここで例えばリン酸型燃料電池について説明する。リン
酸型燃料電池で最も一般的な電池構成はリブ付セパレー
タ型と呼ばれるタイプで米国特許３，８６７．２０６号
明細書（特公昭５８−１５２）や米国特許４　、２７（
ｉ　、　３．５．５号明細書（特開昭５９−６６０６７
号）に代表的な電池構成が記載されている。第６図はリ
ブ付セパレータ型の代表的な構成を示す断面図であり、
図においてｆｉｌは電解質保持マトリックス、（４）は
燃＃４電極、（２）は燃料電極基材、（３）は燃料電極
触媒層、（７）は酸化剤電極、（５）は酸化剤型ｌｉ　
７．’、材、（６）は酸化剤電極触媒層、ａｏはガス分
離板（セパレータ、バーイポーラ仮、インターコヱクタ
ーなどとも呼ばれている）Ｏｌｌは酸化剤ガス流路、０
３は燃料ガス流路である。ガス分Ｍ仮Ｏｍに反応ガス流
路（１１，１２）が形成されていることからリブ付セパ
レータ型と呼ばれている。

リブ付セパレータ型に次いで代表的な電池構成はリブ付
電極型である、このタイプについては米国特許４，１１
５．６２７号、同４，１６５，３４９号及び特開昭５８
−６８８８１号公報に詳しく記載されている。第７図は
リブ付電極型の代表的な構成を示す断面図である。

リブ付電極型では基材の厚さを厚くしてこれに反応ガス
流路を形成している。従ってガス分離板はフラットな薄
い付込気性の板となっている。

次に動作について説明する。燃料電極（４）では、反応
ガス流路側から供給された水素が電子を放出して水素イ
オンとなる： Ｈ２−２Ｈ”　　＋　　２　ｅ− 水素イオンは電解質保持マトリックス層ｆｌ）の電解質
内を酸化剤電極（７）の方へ移動し、酸化電極（７）で
は、この水素イオンと燃料電極（４）で生じて外部回路
を流れてきた電子と反応ガス流路ＱＬＩから供給された
酸素とが反応し、水を生ずるニ −Ｏ，＋　２　Ｈ”＋　２　ｅ−−Ｈ，０これらの２つ
の反応は、全体として次のようになり、外部回路を流れ
る電子の形で発電が行われる：１（、＋　−ｏ、→Ｈ２
０ 〔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おり、電池全
体の面積よりも触媒層の塗布面積を大きく出きない為に
単位面積あたりの出力密度を上げることができずコンパ
クト化が困難であるという問題点があった。

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、単位面積当たりの出力密度が上げられコンパ
クト化された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〕

この発明の燃料電池は、酸化剤電極基材に設けられた酸
化剤触媒層、燃料電極基材に設けられた燃料電極触媒層
、および上記触媒層間に挟持された電解質マトリックス
を備えるものにおいて、上記両触媒層が屈曲状であるも
のである。

〔作用〕

この発明における屈曲した触媒層は電池全体の面積より
も触媒層の塗布面積を大幅に増加させる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例の断面図で燃料電極触媒層
（６）、電解質保持マトリックス＋１１と酸化剤電極触
媒層（３）を一体化して蛇腹構造とし襞の間に多孔質電
極基材から成る燃料側挿入基材（１３１と酸化剤側挿入
基材θａを挿入して形成したものである。

第２図は第１図のこの発明の一実施例の製造方法の一例
を工程順に示す工程図である。製造方法はまず、それぞ
れシート化した燃料電極触媒層（６）、電解質保持マト
リックス（１）と酸化剤電極触媒層（３）をはりあわせ
てプレスローラーにかけて一体化されたーシート状にし
くａ）６次に波形の金型（２１）でプレスして波型に成
型しくｂ）、さらに燃料側挿入基材ａ濁と酸化剤側挿入
基材−を襞の間に挿入した後（Ｃ）。

ホントプレスで焼成・圧縮成型することによって（ｄ）
、第１図に示す構造を形成することができる。

（ｅ）８図中矢印（Ａ）はプレス方向、矢印（８）はロ
ーラの回転方向である。挿入基材Ｑ４１の厚さとしては
０．１１〜１龍が望ましい。

第１図の実施例は第３図に示すようにリブ付セパレータ
型燃料電池において適用することができるし、第４図に
示すようにリブ付電極型Ｓ　ｔ：＋電池において適用す
ることもできる。

次に動作について説明する。第５図はこの発明の一実施
例における動作の説明の為に第１図をさらに拡大して示
した動作説明図で、図中に三角印０５）で燃料ガスの流
れをまた丸印ＯＱで酸化剤ガスの流れを示した。燃料ガ
スはリブ付セパレータ型、リブ付電極型燃料電池のいず
れの場合にも（第５図はリブ付セパレータ型を例にして
いる）燃料電極基材（２）から燃料側挿入基材０争（燃
料電極触媒層（３）に直接接している面では燃料電極触
媒層（３））に流れ蛇腹の襞にある燃料電極触媒層（３
）に到達する酸化剤ガスも同様にして酸化剤側挿入基材
θ船を経て蛇腹の襞にある酸化剤電極触媒層（３）に到
達する。

挿入基剤（１３，１４）がなければ反応ガスは蛇腹の襞
にある触媒層（３）に到達することが難しく挿入基材（
１３，１４）の存在により蛇腹の襞にある触媒層（３）
への反応ガスの拡散抵抗をできるだけ小さく保つことが
でき、触媒層のいずれの部分でも電池反応を円滑に行う
ことができる。従って電池全体の面積よりも触媒層の塗
布面積を大きくし、且つ触媒層の拡散抵抗を小さく保つ
ことができる。

なお、燃料側挿入基材は電解液を保持するリザーブ作用
を持たせる為に１８水処理が行われていないことが望ま
しく、酸化剤側挿入凸材に（θ水処理を行わない場合に
は酸化剤ガスの拡散性を維持する為に酸化剤側挿入基材
の気孔径を燃料側挿入基材の気孔径よりも大きくするこ
とが望ましい。

なお、上記実施例では、燃料電極触媒層、電解質保持マ
トリックスおよび酸化剤電極触媒層が蛇腹状の構造のも
のについて述べたが、上記触媒層が少なくとも屈曲状で
ある部分を有しておれば所期目的を達成することができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したとうり、この発明は、酸化剤電極基材に設
けられた酸化剤触媒層、燃料電極基材に設けられた燃料
電極触媒層、および上記両触媒層間に挟持された電解質
マトリックスを備えるものにおいて、上記両触媒層が屈
曲状であるものを用いることにより、単位面積当たりの
出力密度が上げられ、コンパクト化された燃料電池を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の二実施例の断面図、第２図はこの発
明の一実施例δ製造方法の一例を工程順に示す工程図、
第３図および第４図は各々この発明の他の実施例を示す
断面図、第５図はこの発明の一実施例の動作を示す動作
説明図、第６図、第の シはそれぞれ従来の燃料電池の断面図である。 図中、（１）は電解質保持マトリックス、（２）は燃料
電極基材、（３）は燃料電極触媒層、（５）は酸化剤電
極基材、（６）は酸化剤電極触媒層である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理人　　　　大　　岩　　増　　雄 第１図 ６　＃　（ｔ４１１　＠　＃Ｉｒ　Ｍｌ）　抹／９第２
図 ／Ｊ （／’） （ど） ｈ　　　　〉 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化剤電極基材に設けられた酸化剤触媒層、燃料
   電極基材に設けられた燃料電極触媒層、および上記触媒
   層間に挟持された電解質マトリックスを備えるものにお
   いて、上記両触媒層が屈曲状であることを特徴とする燃
   料電池。
2. （２）燃料電極触媒層、電解質保持マトリックスおよび
   酸化剤電極触媒層を一体化して蛇腹状の構造とし、この
   蛇腹の襞の間に上記両電極基材が挿入されている特許請
   求の範囲第１項記載の燃料電池。