JPH01189868A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPH01189868A
JPH01189868A JP63012538A JP1253888A JPH01189868A JP H01189868 A JPH01189868 A JP H01189868A JP 63012538 A JP63012538 A JP 63012538A JP 1253888 A JP1253888 A JP 1253888A JP H01189868 A JPH01189868 A JP H01189868A
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JP
Japan
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electrode
fuel
gas
fuel cell
separator
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Application number
JP63012538A
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English (en)
Inventor
Koichi Mitsugi
三次 浩一
Kazuo Iwamoto
岩本 一男
Hideo Okada
秀夫 岡田
Yoshio Iwase
岩瀬 嘉男
Satoshi Kuroe
黒江 聡
Masahito Takeuchi
将人 竹内
Yuichi Kamo
友一 加茂
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH01189868A publication Critical patent/JPH01189868A/ja
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0254Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form corrugated or undulated
    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0223Composites
    • H01M8/0228Composites in the form of layered or coated products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
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  • Composite Materials (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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は溶融炭酸塩型燃料電池に係り、特に電極の厚さ
が制約されずに反応ガスの電池外部への漏洩及びガスク
ロスオーバー現象の発生を防止するのに好適な燃料電池
に関する。
〔従来の技術〕
燃料電池は電解質を含有する電解質板の両面に燃料極と
酸化剤極との1対の多孔質電極が配設され、それぞれの
電極の外側に燃料ガス及び酸化剤ガスの流通路が形成さ
れたセパレータが設けられた単位電池から構成されてい
る。
電力用燃料電池として大容量化を図るには、電極面積を
大きくし、かつ単位電池を多数積層した大形積層電池を
標準スタックとして構成し、これを複数個集積すること
により、必要な規模の発電プラントを構築している。
この燃料電池の運転において、最も大きな問題点の一つ
として、それぞれが分離していなければならない燃料ガ
スと酸化剤ガスが混合してしまう、いわゆるガスクロス
オーバー現象や、それぞれのガスの電池外部への漏洩な
どがある。これらの現象は電池性能を著しく低下させ、
かつ電池の局部過熱などの問題を発生させる。
このような反応ガスの電池外部への漏洩を防止する方法
としては、従来から電極や電解質板の周辺部に酸化物な
どのシール材を充填する方法が提案されている。この種
の提案としては特開昭58−129766号公報、特開
昭61−279070号公報などに記載された提案が知
られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら上記提案ではいずれも、燃料極及び酸化剤
極がセパレータのウェットシール面に対して一定の深さ
に形成された同面積の段差部内に設置されており、この
段差部が集電面になっている。この場合、セパレータの
段差部は一定の深さであるが、燃料極及び酸化剤極は種
々の厚さのものがある。従って燃料極及び酸化剤極をセ
パレータの段差部に設置したときに、各電極の表面がセ
パレータのウェットシール面より低くなることもあり、
逆にウェットシール面より高くなることもある。そして
電極の表面がセパレータのウェットシール面より低い場
合には、電極と電解質板とが接触しなくなるので両者間
にイオンの授受がなくなり、電池反応が進行しなくなる
ため電池起電力が発現しなくなる。
また、電極表面がセパレータのウェットシール面より高
い場合には、そのギャップが大きくなればなる程セパレ
ータのウェットシール面と電解質板とが接触しにくくな
るので、セパレータのウェットシール面と電解質板の接
触面における電解液による液膜が形成されなくなり、ウ
ェットシール効果がなくなって反応ガスが電池外部へ漏
洩しやすくなる。
従って、セパレータのウェットシール面と電極表面との
ギャップには最適な範囲がある。そしてこのギャップを
この範囲に入るようにしようとすると、種々の厚さの電
極の中から適切な厚さの電極を選択する必要があり、電
極の適用範囲が非常に狭くなるという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり。
どのような厚さの電極を用いても反応ガスのクロスオー
バー現象や電池外部への漏洩を防止することのできる燃
料電池を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段〕 本発明は上記目的を達成するために、電解質板の両面に
それぞれ燃料極と酸化剤極とを設けてなる単位電池を、
セパレータを介して複数個積層してなる燃料電池におい
て、前記セパレータ両面の周辺のシール面と中央の集電
面とを同一平面上に形成し、これらの面の一方に前記燃
料極を、他方に前記酸化剤極を配設するとともに、該燃
料極の酸化剤ガスと接触する部分及び該酸化剤極の燃料
ガスと接触する部分のそれぞれの少なくとも端部に気密
性を付与する手段を設けて構成したものである。
(作用〕 上記の構成によると、セパレータの周辺のシール面と中
央の集電面とが同一平面上に形成されているので、従来
のように段差の深さに対応した電極を選択する必要がな
くなり、どのような厚さの電極でも反応ガスのクロスオ
ーバー現象や外部への漏洩を発生させることなく取り付
けることができる。また燃料極の酸化剤ガスと接触する
部分の端部及び酸化剤極の燃料ガスと接触する部分の端
部はそれぞれガス気密性になっているので、反応ガスが
電池外部へ漏洩することを防止し、各電極端部の気孔か
ら反応ガスが混入してクロスオーバー現象が発生するこ
とも防止できる。
〔実施例〕
以下、本発明に係る燃料電池の一実施例を図面を参照し
て説明する。
第1図及び第2図に本発明の第1の実施例を示す、第1
図は溶融炭酸塩型燃料電池の内の外部マニホールド型の
電池を示し、実際には4方向の側面にそれぞれマニホー
ルド(図示せず)が取り付けられている。図において、
電解質を含有するほぼ正方形の電解質板1の両面にはそ
れぞれ同面積の燃料極2と酸化剤極3とが設けられてお
り、これらの燃料極2と酸化剤極3の外側にはそれぞれ
セパレータ4が設けられている。これらのセパレータ4
の各電極2,3に対向する面には相互に直交する方向に
対向する辺に貫通して段差部が形成されている。そして
片側のセパレータ4.酸化剤極3.電解質板1.燃料極
2とによって単位電池5が構成されており、燃料電池は
この単位電池5が複数層、例えば5層積層されてなって
いる。またこの燃料電池の上下端のセパレータ4はそれ
ぞれ上端板6及び下端板7となっている。燃料ガスは矢
印A−Aで示すように図中左側の面から供給され、燃料
極2を通って対向する面から排出され、酸化剤ガスは矢
印B−Bで示すように図中右側の面から供給され酸化剤
極3を通って対向する面から排出される、いわゆる直交
流方式となっている。
セパレータ4は第2図に示すように、セパレータ母材8
に形成された段差部8A内に波板9が設けられた構造と
なっており、波板9の凸部の面が集電面10となってい
る。そしてこの集電面とウェットシール面11とが同一
平面上にある。
一方、第1図における燃料極2の酸化剤ガスと接触する
面、すなわち図中右側の面及びこれに対向する面の端部
12は、アルミナなどの耐熱性酸化物を充填して焼結し
、ガス気密性にしである。
同様に酸化剤極3の燃料ガスと接触する面、すなわち図
中左側の面及びこれに対向する面の端部13も同様の方
法でガス気密性にしである。
次に本実施例の作用を説明する。電極2,3とセパレー
タ4とは同一面積であるので、電極2゜3はセパレータ
4のウェットシール面11も覆っている。従って電解質
板1とセパレータ4のウェットシール面11との間に多
孔質な電極2,3が介在するので、これらの部分に電解
液による゛液膜が形成されなくなり、ウェットシール効
果が発現しなくなるため、反応ガスが電池外部へ漏洩し
てしまう可能性がある。また、燃料ガスが流通している
空間に多孔質な酸化剤極3の端部13が接触する構造で
あるので、燃料ガスが酸化剤極3の端部13の気孔から
酸化剤極3中に混入してガスクロスオーバー現象を引き
起す可能性がある。酸化剤ガスが流通している空間にお
いても、この空間に多孔質な燃料極2の端部12が接触
するので、同様にガスクロスオーバー現象を引き起す可
能性がある。
上記問題を解決するため、本実施例では上述したように
、燃料極2の酸化剤ガスと接触する部分の端部12及び
酸化剤極3の燃料ガスと接触する部分の端部13をガス
気密性にした。
上記実施例では端部12,13をガス気密性にする手段
としてアルミナなどの耐熱性酸化物を充填して焼結した
場合について説明したが、この耐熱性酸化物はチタニア
、マグネシア、ジルコニア。
酸化鉄、酸化クロムなどであってもよい。また、アルミ
ニウム、亜鉛、スズ、鉛などの溶融金属やそれらの合金
を充填し、これを酸化焼成してこれらの酸化物を形成し
てもよい。
また端部12,13をガス気密性にする他の方法として
は、ガス気密性にしたい部分を金、銀。
ステンレス、ニッケル、アルミニウムなどの耐熱性薄膜
で被覆する方法や、ガス気密性にしたい部分をプレス加
工して細孔を閉塞させる方法や、電気溶接、ガス溶接、
電子ビーム溶接、レーザ溶接などで溶着させる方法など
もある。なお、燃料極2の燃料ガスと接触する面の端部
及び酸化剤極3の酸化剤ガスと接触する面の端部は、ガ
スが拡散していっても一向に差し支えないので、ガス気
密性にはしていない。
本実施例によれば、セパレータ4のウエットシ−ル面1
1と集電面10との段差をなくし、両面が同一平面上に
ある構造としたので、従来のように段差の深さに対応し
た厚さの電極を選択する必要がなくなり、どのような厚
さの電極でも用いることができる。また燃料pi2の端
部12及び酸化剤極3の端部13をガス気密性にしたこ
とにより、燃料極2へ酸化剤ガスが混入して、あるいは
酸化剤極3へ燃料ガスが混入してガスクロスオーバー現
象を引き起すことを防止することができる。同時に、燃
料極2へ供給された燃料ガスが、燃料ガス出口の燃料極
端部以外の燃料極端部から電池外部へ漏洩すること、あ
るいは酸化剤極3へ供給された酸化剤ガスが、酸化剤ガ
ス出口の酸化剤極端部以外の酸化剤極端部から電池外部
へ漏洩することを防止することができる。さらに燃料極
2及び酸化剤極3の対向する2辺の端部12,13のみ
をガス気密性にすればよいので、各電極2,3の端部を
ガス気密性にする作業時間を短縮することができる。
第3図に本発明の第2の実施例を示す。図において第1
図に示す第1の実施例と同一または同等部分には同一符
号を付して示し、説明を省略する。
この実施例は内部マニホールド型溶融炭酸塩型燃料電池
の単位電池5を10個積層したものである。
上下端板6,7の同じ側の一辺にはそれぞれ燃料ガス人
口14が設けられており、この辺と対向する一辺には燃
料ガス出口15が設けられている。
同様に中間端板16の前記燃料ガス出入口14゜15が
設けられた一辺に対し直角方向の一辺には酸化剤ガス人
口17が設けられており、この辺と対向する一辺には図
示せぬ酸化剤ガス出口が設けられている。また燃料極2
.電解質板1.酸化剤極3.セパレータ4のそれぞれの
周辺部には、前記燃料ガス出入口14.15に連通する
複数個の燃料ガスマニホールド穴18が貫通して形成さ
れている。同様に酸化剤ガス出入口に連通ずる複数個の
酸化剤ガスマニホールド穴19も貫通して設けられてい
る。またセパレータ4の4方向の周辺部にはすべてにウ
ェットシール面11が形成されており、これらの面に垂
直に前記燃料ガスマニホールド孔18及び酸化剤ガスマ
ニホールド穴19が形成されている。このセパレータ4
のウェットシール面11と集電面10とが同一平面上に
あり段差がないことは、前述した第1の実施例と同様で
ある。
前記燃料極2は第4図に示すように、対向する図中左右
の辺に形成された燃料ガスマニホールド穴18の外側端
部20と、対向する図中上下の辺に形成された酸化剤ガ
スマニホールド穴19の周辺及びその外側端部21とが
、前記第1の実施例と同様な手段によりガス気密性とな
っている。
同様に酸化剤極3は第5図に示すように、対向する図中
上下の辺に形成された酸化剤ガスマニホールド穴19の
外側端部22と、対向する図中左右の辺に形成された燃
料ガスマニホールド穴18の周辺及びその外側端部23
とが、前記第1の実施例と同様な手段によりガス気密性
となっている。
本実施例においても前記第1の実施例と同様にセパレー
タ4のウェットシール面11と集電面10とが段差なく
同一平面上に形成されているので、どのような厚さの電
極でも適用できる。また燃料極2及び酸化剤極3をそれ
ぞれ貫通する酸化剤ガスマニホールド穴19及び燃料ガ
スマニホールド穴20の周辺がガス気密性となっている
ので、第1の実施例の場合と同様にガスクロスオーバー
現象の発生とガスの電池外部への漏洩を防止することが
できる。
〔発明の効果〕
上述したように、本発明によれば、燃料電池のセパレー
タの周辺シール面と中央集電面とを同一平面上に形成し
、燃料極と酸化剤極のそれぞれの燃料ガス及び酸化剤ガ
スが流通する端部以外の少なくとも端部をガス気密性と
したので、どのような厚さの電極を用いても反応ガスの
電池外部への漏洩やガスクロスオーバー現象の発生を防
止することができ、電極の適用効率を大幅に上げること
ができるとともに、安全に安定した電池性能を維持する
ことができる。さらに、電極、電解質板及びセパレータ
がそれぞれ同面積であるため、電池全体を締め付けたと
きの締め付は圧力が均等化されるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る燃料電池の第1の実施例を示す斜
視図、第2図は第1図のセパレータを示す部分側面図、
第3図は本発明の第2の実施例を示す一部分解斜視図、
第4図及び第5図はそれぞれ第3図の燃料極及び酸化剤
極を示す平面図である。 1・・電解質板、2・・・燃料極、3・・・酸化剤極、
4・・・セパレータ、S・・・単位電池、10・・・集
電面、11・・ウェットシール面、12,13,20,
21゜22.23・・・端部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、電解質板の両面にそれぞれ燃料極と酸化剤極とを設
    けてなる単位電池を、セパレータを介して複数個積層し
    てなる燃料電池において、前記セパレータ両面の周辺の
    シール面と中央の集電面とを同一平面上に形成し、これ
    らの面の一方に前記燃料極を、他方に前記酸化剤極を配
    設するとともに、前記燃料極の酸化剤ガスと接触する部
    分及び前記酸化剤極の燃料ガスと接触する部分のそれぞ
    れの少なくとも端部に気密性を付与する手段を設けたこ
    とを特徴とする燃料電池。 2、セパレータと燃料極及び酸化剤極とはほぼ同面積で
    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、気密性を付与する手段は、端部に充填された耐熱性
    物質であることを特徴とする特許請求の範囲第1項また
    は第2項記載の燃料電池。 4、気密性を付与する手段は、端部に充填された溶融金
    属であることを特徴とする特許請求の範囲第1項または
    第2項記載の燃料電池。 5、気密性を付与する手段は、端部を被覆した耐熱性薄
    膜であることを特徴とする特許請求の範囲第1項または
    第2項記載の燃料電池。 6、気密性を付与する手段は、端部をプレス加工して密
    閉部を形成することであることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項または第2項記載の燃料電池。 7、気密性を付与する手段は、端部に形成された溶着部
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第
    2項記載の燃料電池。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2830927B2 (ja) * 1990-04-20 1998-12-02 ベル コミュニケーションズ リサーチ インコーポレーテッド モジュール式燃料電池の合同体

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