JPS6388759A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は燃料電池に係り、特にリン酸型燃料電池の電池
積層体における電極端部のガスシール性を向上させ得る
ようにした燃料電池に関する。

（従来の技術） 従来、燃料の有しているエネルギーを直接電気的エネル
ギーに変換する装置として燃料電池が知られている。こ
の燃料電池は通常、電解質を含浸したマトリックスを挟
んで一対の多孔質電極を配置するとともに、一方の電極
背面に水素等の流体燃料を接触させ、また他方の電極の
背面に酸素等の流体酸化剤を接触させ、このときに起こ
る電気化学的反応を利用して上記電極間から電気エネル
ギーを取り出すようにしたものであり、上記燃料と酸化
剤が供給されている限り高い変換効率で電気エネルギー
を取り出すことができるものである。

さて、上記のような原理に基づく、特にリン酸を電解質
とした燃料電池の単位セルは、第２図にその縦断面斜視
図を示すように構成されており、またこの単位セルを複
数個積層することによって、燃料電池積層体を構成して
いる。すなわち、第２図において単位セルは、電解質で
あるリン酸を含浸したマトリックス１を境にして両側に
多孔質体で形成され触媒が付加されている一対のリブ付
電極２（通常炭素材から成る）を配置し、またこの−対
のリブ付電極２は触媒付加面の反対面つまり反マトリッ
クス１面に、それぞれ流体燃料および流体酸化剤の流通
路を有して成り、さらにこの単位セルをガス分離板３を
介して交互に複数個積層して燃料電池積層体を構成して
いる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、この種の燃料電池においては第３図にその断
面図を示す様に、リブ付電極２端部とガス分離板３との
間には、燃料ガスあるいは酸化剤ガスの漏れを防止する
ため、リブ付電極２端部にフッ素樹脂フィルム４を接着
し、フッ素樹脂皮膜５でシールしている。しかし、フッ
素樹脂フィルムの接着は、長時間を要し５歩留りがよく
ない等の欠点がある。

本発明は上記の問題を解決するために成されたもので、
その目的はフッ素樹脂フィルム接着に代る各電極端部か
らのガス漏れを確実に防止し長寿命化を図ることが可能
な燃料電池を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段とその作用）上記目的を
達成するために本発明では、電解質を含浸したマトリッ
クスを挟んで、流体燃料および流体酸化剤の流通路が形
成された一対のリブ付電極を配置して成り、上記各流通
路に燃料および酸化剤が流通している条件下で電気エネ
ルギーを出力する単位セルをガス分離板を介して複数個
積層して構成した燃料電池において、上記リブ付電極の
流体燃料および流体酸化剤の流通路に平行する周辺部に
溝を設け、この溝の底部の多孔質部を耐熱性、耐電解質
性の微粉末で閉塞したのち溝中へ耐熱性、耐電解質性の
鱗片状のグラファイト粉末３０〜６０νｔ％、リン酸７
０〜４０ｖｔ％とを混練してなる混練物をシール材とし
て充填することにより。

各電極端部からのガス漏れを防止するようにしたことを
特徴とする。

〔実施例〕

まず本発明の特徴とするところは、耐熱性、耐電解質性
の微粉末をリブ付電極端部の溝の底部の内側まで浸透さ
せて多孔質部を閉塞することと然るのち鱗片状のグラフ
ァイト粉末とリン酸との２成分を適正量混練してなる混
練物を、シール材として充填するようにした２点がある
。

まず、リブ付電極端部に設けられた溝の底部の多孔質部
の閉塞は、耐熱性、耐電解質性の物質の微粉末が望まし
く、次いで溝全体を埋めることによって端部のシールを
完全に行なうには比較的粒度の大きい鱗片状のグラファ
イトとリン酸との混練物の充填によって達成する。この
場合、溝の底部の多孔質部の閉塞の微粉末には粒径０．
２〜５μ程度のものが好ましく、混練物への増稠剤には
平均粒径１０〜２５μ程度の鱗片状のグラファイトが好
ましい。

また、リン酸は８５％〜９５％のものを用いることが望
ましい。

更に、リブ付電極端部の溝に充填する混練物の上記２成
分の適正混合景について検討を行なった。

−例として鱗片状のグラファイト粉末と８５％リン酸を
用いて２成分の適正混合範囲を求めた。すなわち、鱗片
状のグラファイト粉末量を増加させると、次第に硬くな
って延び性に欠ける傾向を示し、さらにグラファイト粉
末量を増加させると粉状になりシール材としての効果が
期待できなくなる。

またリン酸址を増すと、次第に粘りがなくなって液状に
近づき、流動性が極端に大きくなってシール性がなくな
る。

以上の定性的結果から、更に詳しく２成分の混練物をリ
ブ付電極端部の溝に充填してシール性を観察したところ
、２成分の適正混合比は下表のようになった・ 混練物は、そのまま使用すると内部に気泡が多く残って
いることからシール性が低下するので、混合後に約２０
０℃で１時間程度加熱したのち減圧脱気を行なうことに
より、内部の気泡がほとんどなくなって滑らかなスラリ
ー状の混練物となり。

電極端部の溝への充填処理が容易となる。

以下、上記のような考えに基づく本発明の具体的な一実
施例について図面を参照して説明する。

第１図は、本発明のシール材を適用したリン酸型燃料電
池における積層体の電極端部へシール材の混練物を充填
する溝を設けた構成例を断面図にて示したものである。

すなわち本実施例では、前述した構成の燃料電池積層体
における。前記リブ付電極２端部の溝６中に耐熱性、耐
電解質の微粉末７少量を均一に落下させ、溝６中に水を
注いだのち減圧して微粉末７を溝６の底部８内部まで浸
透させ、底部８の多孔質部を閉塞する。然るのち溝６中
へ上述した耐熱性、耐電解質性の鱗片状グラファイト粉
末３０〜６０ｗｔ％とリン酸７０〜４０ｗｔ％とを混練
してなる混練物９を溝６中に充填して平担にしてリブ付
電極端部をシールするようにしたものである。

この場合、燃料電池積層体の組立てに際しては、まずマ
トリックス１の付けられたリブ付電極２端部の溝６の底
部８の多孔質部を前記微粉末で閉塞し、さらに注射器な
どの器具で上記混練物を溝６中に押し出し１次に小型ロ
ーラーなどで混練物を圧延する。ガス分離板３をのせて
上から加圧し、混練物９を圧延するとともにリブ付電極
２とガス分離板３とを密着させる。なお、混練物９の適
正使用量は、ガス分離板３を加圧した際に混練物９が積
層体の外側に少量押し出される程度がよい。

このようにして、順次積層されて構成した燃料電池積層
体においては、リブ付電極２端部からとガス分離板との
積層面のガス漏れを防止でき、加熱、冷却のヒートサイ
クルを繰り返してもガス漏れがなくなり、もって極めて
長寿命の燃料電池を得ることが可能となる。

上述したように本実施例は、電解質であるリン酸を含浸
したマトリックス１を挟んで、流体燃料および液体酸化
剤の流通路が形成された一対のリブ付電極２を配置して
成り、上記各流通路に燃料および酸化剤が流通している
条件下で電気エネルギーを出力する単位セルをガス分離
板３を介して複数個積層して構成されるリン酸型燃料電
池において、リブ付電極２端部の溝６の底部８の多孔質
部を耐熱性、耐電解質性の微粉末７で閉塞し、リブ付電
極２端部の溝６を耐熱性、耐電解質性の鱗片状のグラフ
ァイト粉末３０〜６０ｗｔ％、リン酸７０〜４０すｔ％
を混練してなる混練物９をシール材として設けるように
したものである。

従って、リブ付電極２端部からとガス分離板との積層面
の両方のガス漏れをそれぞれ耐熱性、耐電解質性の微粉
末と混練物で確実に防止して長寿命化を図ることが可能
となり、極めて信頼性の高い燃料電池を得ることができ
る。

なお、上記実施例中リブ付電極端部の溝の底部の多孔質
部の閉塞にグラファイトの微粉末を使用したが、耐熱性
、耐電解質性のＳＩＣ，ＺｒＯ□等でも同様の効果が得
られることは勿論である。また混練物を溝へ充填すると
リン酸の一部がグラファイトで閉塞された溝の底部に浸
透してガスを完全にしゃ断するが、混練物充填前にもリ
ン酸を注入するウェットシールによってもよく、その上
混練物を充填する溝を複数にするとシール性が一段と向
上させることができる。

本発明は、リン酸型燃料電池に適用した場合を述べたが
、その他のものを電解質とする燃料電池についても同様
に本発明を適用することができるものである。

その他１本発明はその要旨を変更しない範囲で種々に変
形して実施することができるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、電解質を含浸した
マトリックスを挟んで、流体燃料および流体酸化剤の流
通路が形成された一対のリブ付電極を配置して成り、上
記各流通路に燃料および酸化剤が流通している条件下で
電気エネルギーを出力する単位セルをガス分離板を介し
て複数個積層して構成される燃料電池において、上記リ
ブ付電極端部をガス不透過性とするため、シール材を充
填する溝を設け、溝の底部の多孔質部を微粉末のグラフ
ァイトで閉塞したのち、鱗片状のグラファイト粉末３０
〜６０ｖｔ％、リン酸７０〜４０ｗｔ％とを混練してな
る混練物をシール材として充填する構成としたので、各
電極端部全体をガス不透性とすることができ、各電極端
部とこれに隣接するガス分離板との弾力性、密着性をも
向上させ、ガス漏わを確実に防止し長痔命化を図ること
が可能な極めて信頼性の高い燃料電池が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池の一実施例を示す断面図、第
２図は燃料電池の構成例を示す縦断面斜視図、第３図は
従来の燃料電池におけるリブ付電極端部とガス分離板と
の間のシール構成を示す断面図である。 １・・・マトリックス　　　　２・・・リブ付電極３・
・・ガス分離板　　　４・・・フッ素樹脂フィルム５・
・・フッ素樹脂皮膜　　　６・・・溝７・・・微粉末　
　　　　　　８・・・溝の底部９・・・混練物 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 第１図 第２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）電解質を含浸したマトリックスを挟んで、流体燃
   料および流体酸化剤の流通路が形成された一対のリブ付
   電極を配置して成り、前記各流通路に燃料および酸化剤
   が流通している条件下で電気エネルギーを出力する単位
   セルをガス分離板を介して複数個積層して構成した燃料
   電池において、前記ガス分離板周辺部と接触する前記各
   流通路に平行する前記リブ付電極周辺部に溝を設け、前
   記溝の底部の多孔質部を耐熱性、耐電解質性の微粉末で
   閉塞し、前記溝中にグラファイト粉末とリン酸とを混練
   してなる混練物をシール材として充填して成ることを特
   徴とする燃料電池。
2. （２）リブ付電極周辺部の溝の底部の多孔質部の閉塞に
   粒度０．２μ〜５μの微粉末のものを用いるようにした
   ものである特許請求の範囲第（１）項記載の燃料電池。
3. （３）シール材の混練物は、グラファイト粉末３０〜６
   ０ｗｔ％とリン酸７０〜４０ｗｔ％とを混練したものを
   用いるようにしたものである特許請求の範囲第（１）項
   記載の燃料電池。
4. （４）シール材の混練物中のグラファイトに鱗片状を用
   いるようにしたものである特許請求の範囲第（１）項記
   載の燃料電池。