JPH0160899B2 - - Google Patents

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JPH0160899B2
JPH0160899B2 JP57220872A JP22087282A JPH0160899B2 JP H0160899 B2 JPH0160899 B2 JP H0160899B2 JP 57220872 A JP57220872 A JP 57220872A JP 22087282 A JP22087282 A JP 22087282A JP H0160899 B2 JPH0160899 B2 JP H0160899B2
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JP
Japan
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sealing material
uneven
gas separation
gas
flow path
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JP57220872A
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English (en)
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JPS59111269A (ja
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Kenro Mitsuta
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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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
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • 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
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、積層形燃料電池に関し、特に電極
の接合による大面積化に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、一般的な積層形燃料電池のガス分離板と
しては、第1図及び第2図に示すものがあつた。
第2図は第1図を裏側から見た平面図であり、
a,b,c,dは第1図と第2図とで同一の位置
を示している。図において、1は凹凸状流路部の
凸部、2は凹凸状流路部の凹部、3はシール部分
である。なお、矢印は反応ガスの流れる方向を示
す。
積層形燃料電池の積層は、燃料電極、電解質マ
トリツクス及び酸化剤電極を有し、上記電極周縁
部にシール材を設けた単電池と上記ガス分離板と
を交互に積層することにより行なわれる。第3図
は第2図のガス分離板の一部を拡大して示す斜視
図、第4図は第3図のガス分離板の上に単電池を
積層した状態を示す斜視図である。第3図、第4
図とも凹凸状流路部の凹凸の数を減して示す。図
において、4は単電池、5はシール材である。リ
ン酸形燃料電池の場合には、シール材5として
は、フツ素系のゴムや、カーボンペーパーに炭化
硅素を充填しリン酸を含浸させたものなどが用い
られている。以上のようにして積層された積層体
には、第1図及び第2図のa―b辺、b―c辺、
c―d辺、d―a辺の位置に反応ガスの供給排出
のためのマニホールドが取り付けられ、酸化剤ガ
スおよび燃料ガスを供給することにより積層形燃
料電池の運転が行なわれる。リン酸を電解質とし
て使用するリン酸形燃料電池の場合には200℃前
後で、また炭酸塩を電解質として使用する溶融炭
酸塩形燃料電池の場合には650℃前後で運転され
る。この動作温度の制御のために、積層体には数
層ごとに冷却板の機能を兼ね備えたガス分離板が
挿入され、液冷または空冷による温度制御が行な
われる。
次にガス分離板の機能について説明する。ガス
分離板の役割の一つは凹凸状流路部を通じて反応
ガスの供給を行なうことであり、凸部1、凹部2
はこのためのものである。また、ガス分離板のも
う一つの役割は、単電池4生じた電池の流れる経
路となることである。したがつて、ガス分離板は
電子伝導性の良い材料が選ばれているが、単電池
4と直接に接する凹凸状流路部の凸部1と単電池
4との接触抵抗はできるだけ小さくなければなら
ない。さらに、ガス分離板の後一つの役割は、単
電池4周辺におけるガスのシールである。このシ
ールが不十分であると反応ガスが電池の外部に漏
れたり、燃料ガスと酸化剤ガスが混ざるなどの事
故が起こり、爆発に至る危検性がある。また、反
応ガスの漏れや混合は電池の出力を大きく低下さ
せる。したがつて、安全の面からも電池の出力の
面からも単電池4周辺におけるガスのシールは重
要な問題である。特にガス分離板と単電池4周縁
部のシール材5との接触は十分なものでなければ
ならない。
従来のガス分離板では第1図におけるb―c
辺、d―a辺および第2図におけるb―a辺,d
―c辺のシール部分3とシール材5との接触面は
十分に確保することができる。しかし、その他の
辺では凹凸状流路部と直交し、凹部2があるため
シール材5との接触面は半分に減少する。したが
つて、第1図b―c辺、d―a辺および第2図b
―a辺、d―c辺に比べてシール性は低下する。
このように、従来の積層形燃料電池の問題点
は、単電池4の周辺におけるガスのシール性にあ
り、その原因は凹凸状流路部と直交する部分のシ
ール材5との接触面積が、ガス分離板の凹凸2,
1のため小さくなることであつた。
この問題点を解決するための先行技術として、
第5図〜第8図に示す、積層形燃料電池を創作し
た。
第5図,第6図はこの先行技術にかかわるガス
分離板を示す平面図である。6はシール材5側が
平滑なカバーであり、シール材5に対向する凹凸
状流路部に設けられている。第7図は第6図のカ
バー6を除いて、シール材5に対向する凹凸状流
路部を拡大して示す斜視図であり、凹凸状流路部
において、カバー6が設けられる部分の凸部7は
切り欠いて他の凸部1よりも低くしている。な
お、第7図では凹凸状流路部の凹凸の数を減に示
している。また、第8図は第7図のガス分離板に
カバー6を挿入し、周縁部にシール材5を有する
単電池4を積層した状態を一部切欠いて示してい
る。ここで、カバー6とガス分離板とは電子伝導
性の接着剤により接着するのが望ましい。
この先行例によると、従来の積層形燃料電池と
異なり、ガス分離板とシール材5との接触面には
凹凸がなく接触面積が大きくなり、シール性が向
上している。
なお、この第5図〜第8図に示す先行例に近い
例としては、特開昭54−154046号公報や実開昭57
−201768号公報のものがある。
ところで、積層形燃料電池の出力を大きくする
ためにより大きな面積の単電池4を用いることが
望まれる。しかし、大きな面積の単電池4を作る
には、大規模な電極製造設備と多くの技術を要
し、コストも高くなる。そこで、小さな面積の燃
料電極,酸化剤電極をガスシール材を介在させて
何枚か平面的に接合して大面積の電極体を作り、
これをもとに接合された単電池を作り大面積化さ
せれば望ましい。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、従来のガス分離板の構造では凹凸の
ある箇所で単電池を接合することにより、十分な
ガスシール性を確保することができないという問
題点があつた。
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、十分なガスシール性を確保し
ながら複数個の単電池を接合して大きな面積の積
層形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〕
この発明に係る積層形燃料電池は、複数個の電
極をガスのシール材を介在させて平面的に接続し
た燃料電極体,電解質マトリツクス、及び複数個
の電極をガスのシール材を介在させて平面的に接
続した酸化剤電極体を有する単電池、平びに上記
燃料電極体に対向する面に複数の溝にて形成した
凹凸状燃料ガス流路部及び上記酸化剤電極体に対
向する面に複数の溝にて形成した凹凸状酸化剤ガ
ス流路部を有するガス分離板を備え、上記単電池
とガス分離板とを交互に複数個積層し、上記単電
池のシール材を上記ガス分離板の凹凸状流路部に
対向させる積層形燃料電池において、上記電極間
に介在するシール材に対向する上記凹凸状流路部
に上記シール材側が平滑なカバーを設けたもので
ある。
〔作 用〕
この発明におけるカバーは、電極間に介在する
シール材と凹凸状流路部とのシール性を高めるの
で、複数個の単電池を接合して大きな面積の積層
形燃料電池としても十分なガスシール性が得られ
る。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図をもとに説明す
る。第9図、第10図はこの発明の一実施例にか
かわるガス分離板を示す平面図で、上記先行例で
示したのと同様のシール材5側が平滑なカバー6
を挿入する位置をガス分離板の中央部に設けるこ
とにより、2枚の単電池4を平面的に接合しよう
とするものである。第9図は凹凸状流路部と直交
するように単電池4間に介在するシール材5が対
向する場合で、凹凸状流路部の中央の凸部1を切
り欠いてカバー6を挿入している。第10図は凹
凸状流路部に平行にシール材5が対向する場合を
示し、シール材5に当接する凹凸状流路部の凸部
8の幅を広くしている。十分なシール幅を得るた
めにこのような構造をとつた。平らな面でかつ十
分なシール幅があれば、単電池4の接合は容易に
行なうことができる。
なお、凹凸状流路部においてカバー6が設けら
れる部分の凸部7は切り欠いて他の凸部1よりも
低くしており、この部分にカバー6を挿入し、シ
ール材5を有する単電池4を積層した状態は、第
7図,第8図に示す先行例の場合と同様である。
第11図,第12図はこの発明の他の実施例に
かかわるガス分離板を示す平面図で、上記第9
図,第10図に示す実施例と第5図,第6図に示
す先行例とを組み合わせて2枚の単電池4を接合
しようとするものである。つまり、シール材5に
対向する凹凸状流路部の中央部及び端部に、シー
ル材5側が平滑なカバー6を設けている。第12
図においては、シール材5に対向する凹凸状流路
部の中央の凸部8の幅を広くしている。これによ
り、2枚の単電池4の接合を行なうことができ、
かつ反応ガスの入口及び出口付近でのシール性も
向上する。
第13図,第14図はこの発明の他の実施例に
かかわるガス分離板を示す平面図で、4枚の単電
池を接合しようとするものである。
以上の実施例では、いずれもカバー6として主
にシール材5側も反シール材側も平滑なものを用
いた例を示したが、シール材5に対向するガス分
離板の凹凸状流路部を切欠き、この部分に、シー
ル材5側が平滑であり、反シール材側が流路を確
保するように凹凸であるカバーを設けてもよい。
第15図はこの発明の他の実施例にかかわるガス
分離板を示す断面図である。シール材5に対向す
る凹凸状ガス流路部を切り欠いて平滑9にし、こ
の部分に、シール材5側が平滑であり、反シール
材側が流路を確保するように凹凸であるカバー6
を設けている。
上記実施例にかかわるガス分離板では、いずれ
もカバー6を挿入する箇所の反応ガス流路の断面
積が他の流路に比べてカバー6の厚さだけ小さく
なる。
第16図この発明の他の実施例にかかわるガス
分離板を示す断面図であり、カバー6に形成した
凸部の幅を、ガス分離板に形成された凸部1の幅
より狭くし、流路の断面積を一定に保とうとする
ものである。なお、カバー6を平板とした場合に
も、カバー6を挿入する箇所のガス分離板の凸部
1の幅を狭くすることで流路の断面積を一定に保
つことができる。また、カバー6を挿入する箇所
の流路部を形成する凸部の数を減らすことによつ
ても同様の効果が期待できる。
なお、上記実施例ではカバー6とシール材5と
は別々に形成したものを示したが、カバー6をシ
ール材5に貼り合せ、シール材5と一体に形成し
てもよい。
また、上記実施例では2枚及び4枚の単電池4
を接合した場合を示したが、これに限らず単電池
4は何枚でも接合することが可能である。
〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、複数個の電
極をガスのシール材を介在させて平面的に接続し
た燃料電極体,電解質マトリツクス、及び複数個
の電極をガスのシール材を介在させて平面的に接
続した酸化剤電極体を有する単電池、並びに上記
燃料電極体に対向する面に複数の溝にて形成した
凹凸状燃料ガス流路部及び上記酸化剤電極体に対
向する面に複数の溝にて形成した凹凸状酸化剤ガ
ス流路部を有するガス分離板を備え、上記単電池
とガス分離板とを交互に複数個積層し、上記単電
池のシール材を上記ガス分離板の凹凸状流路部に
対向させる積層形燃料電池において、上記電極間
に介在するシール材に対向する上記凹凸状流路部
に上記シール材側が平滑なカバーを設けたので、
複数個の単電池を接合して大きな面積の積層形燃
料電池が得られ、しかも、シール性が十分達成で
きる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は従来のガス分離板を示す平面
図、第3図は第2図のガス分離板の一部を拡大し
て示す斜視図、第4図は第3図のガス分離板の上
に単電池を積層した状態を示す斜視図、第5図、
第6図は先行例にかかわるガス分離板を示す平面
図、第7図は第6図のガス分離板のカバーを除い
て、シール材に対向する凹凸状流路部を拡大して
示す斜視図、第8図は第7図のガス分離板にカバ
ーを挿入し単電池を積層した状態を一部切欠いて
示す斜視図、第9図、第10図はこの発明の一実
施例にかかわるガス分離板を示す平面図、第11
図〜第14図はこの発明の他の実施例にかかわる
ガス分離板を示す平面図、第15図、第16図は
この発明の他の実施例にかかわるガス分離板を示
す断面図である。 図において、1は凹凸状流路部の凸部、2は凹
凸状流路部の凹部、4は単電池、5はシール材、
6はカバー、7,9は凹凸状流路部の切欠いた部
分である。なお、図中、同一符号は同一または相
当部分を示すものとする。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 複数個の電極をガスのシール材を介在させて
    平面的に接続した燃料電極体、電解質マトリツク
    ス、及び複数の電極をガスのシール材を介在させ
    て平面的に接続した酸化剤電極体を有する単電
    池、並びに上記燃料電極体に対向する面に複数の
    溝にて形成した凹凸状燃料ガス流路部及び上記酸
    化剤電極体に対向する面に複数に溝にて形成した
    凹凸状酸化剤ガス流路部を有するガス分離板を備
    え、上記単電池とガス分離板とを交互に複数個積
    層し、上記単電池のシール材を上記ガス分離板の
    凹凸状流路部に対向させる積層形燃料電池におい
    て、上記電極間に介在するシール材に対向する上
    記凹凸状流路部に上記シール材側が平滑なカバー
    を設けたことを特徴とする積層形燃料電池。 2 シール材に対向する凹凸状流路部を切欠き、
    この部分に、上記シール材側が平滑なカバーを設
    けたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の積層形燃料電池。 3 シール材に対向する凹凸状流路部を切欠き、
    この部分に、上記シール材側が平滑であり、反シ
    ール材側が流路を確保するように凹凸であるカバ
    ーを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の積層形燃料電池。
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