JPH0378748B2 - - Google Patents
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- JPH0378748B2 JPH0378748B2 JP58107805A JP10780583A JPH0378748B2 JP H0378748 B2 JPH0378748 B2 JP H0378748B2 JP 58107805 A JP58107805 A JP 58107805A JP 10780583 A JP10780583 A JP 10780583A JP H0378748 B2 JPH0378748 B2 JP H0378748B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
- H01M4/8882—Heat treatment, e.g. drying, baking
- H01M4/8885—Sintering or firing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M4/8605—Porous electrodes
- H01M4/8621—Porous electrodes containing only metallic or ceramic material, e.g. made by sintering or sputtering
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Description
〔発明の利用分野〕
本発明は燃料電池及びその製造方法に係り、特
に電極とセパレータとを一体化した燃料電池及び
その製造方法に関する。 〔従来技術〕 第１図は従来の製造方法による電極及びセパレ
ータを用いた燃料電池の構造例を示したものであ
る。両面に機械加工を施してリブ４をつけたセパ
レータ１、電極２、炭酸塩を含む電解質板３、電
極２、セパレータ１がサンドイツチ状に積重なつ
て１つの単位電池を構成し、この単位電池が多数
積層されて燃料電池が構成される。この様に従来
の燃料電池では電極２及びセパレータ１は別々に
製造され、運転時に両者を組合わせて使用してい
た。即ち、電極２は、金属粉末、主としてニツケ
ル粉末を１mm前後の厚さに成形後焼結させて製造
され、セパレータ１はステンレス板に反応ガス流
路となるリブ４を機械加工等により取付けて製造
されていた。この様にして製造された電極２とセ
パレータ１を第１図の様に積重ねて燃料電池が構
成されている。 しかし上記の様な従来の燃料電池には以下の様
な欠点があつた。即ち、電極２とセパレータ１の
接触抵抗が大きく電池性能を低下させてしまうこ
と。又、セパレータ１に施すリブ４の加工に費用
が掛り燃料電池の原価を高騰させること等であ
る。そこで、電極２とセパレータ１の接触抵抗を
小さくする為の対策として、セパレータ１に加工
するリブ４の形状、個数を工夫し、或はセパレー
タ１とリブ４の接触面に銀ペーストを塗る等の方
法が採られていた。又、セパレータ１のリブ４の
加工を安価とする為、エツチング或は塑性加工に
よりリブ４を形成する方法も検討されている。し
かし、これ等の対策では、前述の欠点を充分に解
決するには至らなかつた。 前述の欠点を改善する為、電極とセパレータを
一体化製造する技術が提案されている。第２図は
この技術を示す例で、電極とセパレータを一体化
した５と電解質板３をサンドイツチ状に重ねて単
位電池を構成している。この例では電極とセパレ
ータを一体化している為、電極とセパレータ間の
接触抵抗が小さく電池特性に優れる効果がある。
又、ガス流路を電極側に形成することが出来るた
め、従来必要であつたセパレータのリブ加工を省
略することが出来て、製造原価を低減させる効果
もある。しかし、この技術の実施に当つては、電
極とセパレータの接合一体化を充分に達成させる
必要がある。しかし、これ迄に提案した技術では
電極の焼結並びに電極とセパレータの接合一体化
を図る為の加熱を行うと、特に電極部に収縮が発
生して電極とセパレータの接合が充分に達成出来
ないと云う欠点が生じることがあつた。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、上記の欠点を解消し、電極と
セパレータの接合一体化を充分に達成し得る燃料
電池及びその製造方法を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は、電極となる金属粉末中に金網或は金
属繊維を埋設し、しかる後金属粉末を焼結して電
極を形成する製造方法を採用することにより焼結
時の電極部の収縮を防止して上記目的を達成する
ものである。 〔発明の実施例〕 以下本発明の一実施例を図により説明する。第
３図は本発明の燃料電池の断面図である。セパレ
ータ枠６の両側にガス流路部７を有する電極８が
一体に焼結結合して、電極とセパレータを一体と
したものを構成している。セパレータ枠６と電極
８の両端には部材９が取付けられており、この部
材９にあけられた孔１０より反応ガスがガス流路
部７に出力する。即ち、図中符号は反応ガスが
入り、符号Ｏは反応ガスが排出される所を示して
いる。また、電極６にはリブ１１が形成されセパ
レータ枠６と共にガス流路部を構成している。
尚、第３図に示したものは第２図の符号５で示し
たものに相当し、実際に燃料電池とするには第２
図の如く電解質板３を間に挾んで積層しなければ
ならない。 次に本実施例の製造方法について説明する。セ
パレータ枠６にガス流路部７に相当する消失模型
をセツトする。次に電極用の金属粉末を消失模型
及びセパレータ枠の空隙部に充填する。この時、
電極８の部分と従来のリブに相当する部分１１に
金網或は金属繊維を埋設する。この様な成形体を
作つてからガス流路部７に相当する消失模型を熱
或は溶剤で除去してガス流路部を形成し、その後
加熱して電極８部の焼結並びに電極８とセパレー
タ枠６の接合を行つて製造を完了する。 本実施例で使用出来る消失模型としては、ガス
流路部を破損しないで設計通り形成出来るものな
らばどの様な材料でもよい。例えば、発泡ポリス
チレン、発泡ポリウレタンその他の有機高分子の
発泡体の様に加熱分解或は溶剤による溶解等によ
つて容易に除去出来るものが使用出来る。又、ワ
ツクス或は尿素等で作つた模型の様に、加熱によ
つて容易に溶出或は分解除去出来るものも使用す
ることが出来る。 電極８用の金属粉末としてはニツケルが主体で
あるが、ニツケルに限定されるものではない。又
セパレータ枠６は、溶融炭酸塩型燃料電池の作動
条件等の点からステンレス系のものが主に使用さ
れるが、この材質に限定されるものではない。 電極の収縮を防止する目的で使用される金網或
は金属繊維は電極用の金属粉末と同系の材質なら
ば使用することが出来る。又金属粉末と異なる材
質であつても溶融塩型燃料電池の作動条件に耐え
るものならば使用することが出来る。 金網はその線径が0.1〜0.4mmのものが最適であ
るが、0.02〜0.8mmのものでもよい。又金網の開
き目の寸法は0.1〜0.3mmのものが最適で、0.05〜
5.0mmのものでも使用することが出来る。金属繊
維はその線径が20μm〜150μmのものが最適で、
10μm〜300μmのものでも使用することが出来る。 電極８の焼結、電極８とセパレータ枠６との接
合の為の加熱は750℃〜1000℃で行う。焼結時の
雰囲気としては還元、不活性、真空雰囲気等が好
ましい。電極８はその表面が触媒活性を有するこ
とを必要とする。この為加熱温度は前記した様に
750℃〜1000℃でもよいが、750℃〜850℃で行う
のが最適である。この際、電極８とセパレータ枠
６或は電極８と金網或は金属繊維との接合をより
容易に行わせる為に、接合部に蝋付剤を使用した
り、或はメツキを施してもよい。 次に上記実施例の方法により実際に電極とセパ
レータとが一体となつたものを作り、これを従来
のものと比較した場合について説明する。
SUS316のセパレータ枠６に厚さ2.5mmの発泡ポリ
スチレン板をセツトする。この発泡ポリスチレン
板には50mm□の中に16個の割合で径６mmの穴があ
けられている。ここにポリビニルアルコール水溶
液をバインダとしたニツケル粉末を充填成形する
と同時に、電極部及びリブ部に相当する部分に金
網或は金属繊維を埋設して第３図に示した本実施
例に相当する試料を製造する。この試料から発泡
ポリスチレンの消失模型を酢酸メチルで溶かし出
した後、水素還元雰囲気の中で、850℃で２時間
加熱処理して製造を終了する。尚、本実施例と比
較する為に金属繊維を使用しない試料を同様の材
料を用いて製造した。この様にして製造した本実
施例の試料と従来の方法で製造した比較例との焼
結及び接合状況を下記に示す第１表に示してあ
る。
に電極とセパレータとを一体化した燃料電池及び
その製造方法に関する。 〔従来技術〕 第１図は従来の製造方法による電極及びセパレ
ータを用いた燃料電池の構造例を示したものであ
る。両面に機械加工を施してリブ４をつけたセパ
レータ１、電極２、炭酸塩を含む電解質板３、電
極２、セパレータ１がサンドイツチ状に積重なつ
て１つの単位電池を構成し、この単位電池が多数
積層されて燃料電池が構成される。この様に従来
の燃料電池では電極２及びセパレータ１は別々に
製造され、運転時に両者を組合わせて使用してい
た。即ち、電極２は、金属粉末、主としてニツケ
ル粉末を１mm前後の厚さに成形後焼結させて製造
され、セパレータ１はステンレス板に反応ガス流
路となるリブ４を機械加工等により取付けて製造
されていた。この様にして製造された電極２とセ
パレータ１を第１図の様に積重ねて燃料電池が構
成されている。 しかし上記の様な従来の燃料電池には以下の様
な欠点があつた。即ち、電極２とセパレータ１の
接触抵抗が大きく電池性能を低下させてしまうこ
と。又、セパレータ１に施すリブ４の加工に費用
が掛り燃料電池の原価を高騰させること等であ
る。そこで、電極２とセパレータ１の接触抵抗を
小さくする為の対策として、セパレータ１に加工
するリブ４の形状、個数を工夫し、或はセパレー
タ１とリブ４の接触面に銀ペーストを塗る等の方
法が採られていた。又、セパレータ１のリブ４の
加工を安価とする為、エツチング或は塑性加工に
よりリブ４を形成する方法も検討されている。し
かし、これ等の対策では、前述の欠点を充分に解
決するには至らなかつた。 前述の欠点を改善する為、電極とセパレータを
一体化製造する技術が提案されている。第２図は
この技術を示す例で、電極とセパレータを一体化
した５と電解質板３をサンドイツチ状に重ねて単
位電池を構成している。この例では電極とセパレ
ータを一体化している為、電極とセパレータ間の
接触抵抗が小さく電池特性に優れる効果がある。
又、ガス流路を電極側に形成することが出来るた
め、従来必要であつたセパレータのリブ加工を省
略することが出来て、製造原価を低減させる効果
もある。しかし、この技術の実施に当つては、電
極とセパレータの接合一体化を充分に達成させる
必要がある。しかし、これ迄に提案した技術では
電極の焼結並びに電極とセパレータの接合一体化
を図る為の加熱を行うと、特に電極部に収縮が発
生して電極とセパレータの接合が充分に達成出来
ないと云う欠点が生じることがあつた。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、上記の欠点を解消し、電極と
セパレータの接合一体化を充分に達成し得る燃料
電池及びその製造方法を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は、電極となる金属粉末中に金網或は金
属繊維を埋設し、しかる後金属粉末を焼結して電
極を形成する製造方法を採用することにより焼結
時の電極部の収縮を防止して上記目的を達成する
ものである。 〔発明の実施例〕 以下本発明の一実施例を図により説明する。第
３図は本発明の燃料電池の断面図である。セパレ
ータ枠６の両側にガス流路部７を有する電極８が
一体に焼結結合して、電極とセパレータを一体と
したものを構成している。セパレータ枠６と電極
８の両端には部材９が取付けられており、この部
材９にあけられた孔１０より反応ガスがガス流路
部７に出力する。即ち、図中符号は反応ガスが
入り、符号Ｏは反応ガスが排出される所を示して
いる。また、電極６にはリブ１１が形成されセパ
レータ枠６と共にガス流路部を構成している。
尚、第３図に示したものは第２図の符号５で示し
たものに相当し、実際に燃料電池とするには第２
図の如く電解質板３を間に挾んで積層しなければ
ならない。 次に本実施例の製造方法について説明する。セ
パレータ枠６にガス流路部７に相当する消失模型
をセツトする。次に電極用の金属粉末を消失模型
及びセパレータ枠の空隙部に充填する。この時、
電極８の部分と従来のリブに相当する部分１１に
金網或は金属繊維を埋設する。この様な成形体を
作つてからガス流路部７に相当する消失模型を熱
或は溶剤で除去してガス流路部を形成し、その後
加熱して電極８部の焼結並びに電極８とセパレー
タ枠６の接合を行つて製造を完了する。 本実施例で使用出来る消失模型としては、ガス
流路部を破損しないで設計通り形成出来るものな
らばどの様な材料でもよい。例えば、発泡ポリス
チレン、発泡ポリウレタンその他の有機高分子の
発泡体の様に加熱分解或は溶剤による溶解等によ
つて容易に除去出来るものが使用出来る。又、ワ
ツクス或は尿素等で作つた模型の様に、加熱によ
つて容易に溶出或は分解除去出来るものも使用す
ることが出来る。 電極８用の金属粉末としてはニツケルが主体で
あるが、ニツケルに限定されるものではない。又
セパレータ枠６は、溶融炭酸塩型燃料電池の作動
条件等の点からステンレス系のものが主に使用さ
れるが、この材質に限定されるものではない。 電極の収縮を防止する目的で使用される金網或
は金属繊維は電極用の金属粉末と同系の材質なら
ば使用することが出来る。又金属粉末と異なる材
質であつても溶融塩型燃料電池の作動条件に耐え
るものならば使用することが出来る。 金網はその線径が0.1〜0.4mmのものが最適であ
るが、0.02〜0.8mmのものでもよい。又金網の開
き目の寸法は0.1〜0.3mmのものが最適で、0.05〜
5.0mmのものでも使用することが出来る。金属繊
維はその線径が20μm〜150μmのものが最適で、
10μm〜300μmのものでも使用することが出来る。 電極８の焼結、電極８とセパレータ枠６との接
合の為の加熱は750℃〜1000℃で行う。焼結時の
雰囲気としては還元、不活性、真空雰囲気等が好
ましい。電極８はその表面が触媒活性を有するこ
とを必要とする。この為加熱温度は前記した様に
750℃〜1000℃でもよいが、750℃〜850℃で行う
のが最適である。この際、電極８とセパレータ枠
６或は電極８と金網或は金属繊維との接合をより
容易に行わせる為に、接合部に蝋付剤を使用した
り、或はメツキを施してもよい。 次に上記実施例の方法により実際に電極とセパ
レータとが一体となつたものを作り、これを従来
のものと比較した場合について説明する。
SUS316のセパレータ枠６に厚さ2.5mmの発泡ポリ
スチレン板をセツトする。この発泡ポリスチレン
板には50mm□の中に16個の割合で径６mmの穴があ
けられている。ここにポリビニルアルコール水溶
液をバインダとしたニツケル粉末を充填成形する
と同時に、電極部及びリブ部に相当する部分に金
網或は金属繊維を埋設して第３図に示した本実施
例に相当する試料を製造する。この試料から発泡
ポリスチレンの消失模型を酢酸メチルで溶かし出
した後、水素還元雰囲気の中で、850℃で２時間
加熱処理して製造を終了する。尚、本実施例と比
較する為に金属繊維を使用しない試料を同様の材
料を用いて製造した。この様にして製造した本実
施例の試料と従来の方法で製造した比較例との焼
結及び接合状況を下記に示す第１表に示してあ
る。
【表】
【表】
本実施例の試料は、何れも電極とセパレータの
接合一体化及び電極の焼結が良好である。これに
対して収縮防止用金網、金属繊維等の使用のない
ものは、加熱によつて電極部が収縮し試料ナンバ
７の如く電極の一部にキレツが発生したり、試料
ナンバ７′の様に電極とセパレータの接合が不十
分であると云う現象が発生する。尚、この現象は
常に発生すると云うことではないが相当の頻度で
発生する為、実用的には相当問題となる。 次に、本実施例の方法により製造した電極、セ
パレータ一体化電池部材を用いて溶融炭酸塩型燃
料電池の性能試験結果について説明する。作動温
度を650℃とした場合、本実施例の試料ナンバ１、
ナンバ２及びナンバ６を使用した性能結果は第２
表に示す通りである。
接合一体化及び電極の焼結が良好である。これに
対して収縮防止用金網、金属繊維等の使用のない
ものは、加熱によつて電極部が収縮し試料ナンバ
７の如く電極の一部にキレツが発生したり、試料
ナンバ７′の様に電極とセパレータの接合が不十
分であると云う現象が発生する。尚、この現象は
常に発生すると云うことではないが相当の頻度で
発生する為、実用的には相当問題となる。 次に、本実施例の方法により製造した電極、セ
パレータ一体化電池部材を用いて溶融炭酸塩型燃
料電池の性能試験結果について説明する。作動温
度を650℃とした場合、本実施例の試料ナンバ１、
ナンバ２及びナンバ６を使用した性能結果は第２
表に示す通りである。
以上記述した如く本発明の燃料電池によれば、
電極部を形成する金属粉末中に金網あるいは金属
繊維を含有しているので、電極とセパレータの接
合一体化を充分に達成させることが出来る。
電極部を形成する金属粉末中に金網あるいは金属
繊維を含有しているので、電極とセパレータの接
合一体化を充分に達成させることが出来る。
第１図は従来の燃料電池の構造例を示した分解
斜視図、第２図は提案中の燃料電池の構造例を示
した分解斜視図、第３図は本発明の燃料電池の構
造を示す断面図である。 ６……セパレータ枠、７……ガス流路、８……
電極、１１……リブ部。
斜視図、第２図は提案中の燃料電池の構造例を示
した分解斜視図、第３図は本発明の燃料電池の構
造を示す断面図である。 ６……セパレータ枠、７……ガス流路、８……
電極、１１……リブ部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一対の電極間に溶融炭酸塩を担持した電解質
板を配設してなる電池要素をセパレータを介して
積層してなる燃料電池において、前記電極が金網
または金属繊維を含有する電極構成材料の焼結体
であり、前記セパレータと一体に構成されている
ことを特徴とする燃料電池。 ２ 前記金網が、線径0.02〜0.8mm、開き目10〜
300μmの金網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 前記金属繊維が、線径10〜300μmよりなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料
電池。 ４ 一対の電極間に溶融炭酸塩を担持した電解質
板を配設してなる電池要素をセパレータを介して
積層してなる燃料電池の製造方法において、前記
セパレータに消失時燃料または酸化剤の流路を形
成する消失模型を設置した後、電極の構成材料で
ある金属粉末中に金網または金属繊維を埋設させ
て、前記セパレータと前記消失模型との空隙部に
充填成形し、得られた成形体内の前記消失模型を
消失させ、その後、前記電極の焼結及び前記電極
とセパレータとの接合を行なうことを特徴とする
燃料電池の製造方法。 ５ 前記焼結及び接合を、750〜1000℃の温度で
行なうことを特徴とする特許請求の範囲第４項記
載の燃料電池の製造方法。 ６ 前記焼結及び接合を、非酸化性雰囲気中で行
なうことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
の燃料電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58107805A JPS601761A (ja) | 1983-06-17 | 1983-06-17 | 燃料電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58107805A JPS601761A (ja) | 1983-06-17 | 1983-06-17 | 燃料電池及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS601761A JPS601761A (ja) | 1985-01-07 |
| JPH0378748B2 true JPH0378748B2 (ja) | 1991-12-16 |
Family
ID=14468476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58107805A Granted JPS601761A (ja) | 1983-06-17 | 1983-06-17 | 燃料電池及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS601761A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU7439498A (en) * | 1997-05-13 | 1998-12-08 | Loughborough University Innovations Limited | Current distributors of sintered metals and fuel cells using them |
-
1983
- 1983-06-17 JP JP58107805A patent/JPS601761A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS601761A (ja) | 1985-01-07 |
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