JPH0644989A - 積層燃料電池部材 - Google Patents
積層燃料電池部材Info
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- JPH0644989A JPH0644989A JP5053958A JP5395893A JPH0644989A JP H0644989 A JPH0644989 A JP H0644989A JP 5053958 A JP5053958 A JP 5053958A JP 5395893 A JP5395893 A JP 5395893A JP H0644989 A JPH0644989 A JP H0644989A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 活性領域及び周辺ウエットシール領域を有す
るマトリックステープから成る燃料電池部材のアセンブ
リー。アノード及び／又はカソードは、マトリックステ
ープのそれぞれの面に接する。アノード及びカソード
は、活性領域の周辺を越えて伸び、周辺ウエットシール
領域に接する。周辺ウエットシール領域の一部分は、ア
ノード及びカソードの周囲にフレームを形成する。 【効果】 燃料電池の運転の間に電極間でガスのクロス
オーバーが起こるのを防止すると共に、電極のエッジが
酸化されるのを防止する。
るマトリックステープから成る燃料電池部材のアセンブ
リー。アノード及び／又はカソードは、マトリックステ
ープのそれぞれの面に接する。アノード及びカソード
は、活性領域の周辺を越えて伸び、周辺ウエットシール
領域に接する。周辺ウエットシール領域の一部分は、ア
ノード及びカソードの周囲にフレームを形成する。 【効果】 燃料電池の運転の間に電極間でガスのクロス
オーバーが起こるのを防止すると共に、電極のエッジが
酸化されるのを防止する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料電池
用部材のアセンブリーに関するものである。該アセンブ
リーは、少なくとも一つの電極及び電解質マトリックス
の積層構造体から成る。また、本発明は、該アセンブリ
ーの製造方法にも関するものである。
用部材のアセンブリーに関するものである。該アセンブ
リーは、少なくとも一つの電極及び電解質マトリックス
の積層構造体から成る。また、本発明は、該アセンブリ
ーの製造方法にも関するものである。
【０００２】
【従来の技術】公知の溶融炭酸塩型燃料電池は、カソー
ド及びアノードから成り、その両者の間に電解質マトリ
ックステープが配置されている。該電解質マトリックス
テープは、プラスチックバインダー及び添加剤を含有す
る有機ビヒクル中に分散せしめたリチウムアルミネート
スラリーから形成される。該プラスチックバインダー及
び添加剤は、該スラリーに優れた特性を付与するもので
ある。リチウムアルミネートスラリーは、ドクターブレ
ードによって平坦なテフロン（登録商標）基板上にキャ
ストされる。そして有機溶剤が蒸発する。乾燥した電解
質マトリックステープは、その中にプラスチックバイン
ダーが残留しているのでフレキシブルである。プラスチ
ックバインダーは、燃料電池を組み立てた後に熱崩壊に
よって除去される。１ピースの又は複数ピースの電解質
マトリックステープは、その一方の面にカソードが取り
付けられ、他方の面にアノードが取り付けられて、燃料
電池中に組み込まれる。電解質テープ中又は多孔質電極
の気孔中に含まれる炭酸塩は、燃料電池の加熱中に溶融
して、毛細管現象によってマトリックス中に含浸する。
燃料電池を加熱することによって、マトリックス中のプ
ラスチックバインダーは除去され、そして、電解質テー
プ又は電極中の炭酸塩は溶融状態になり、マトリックス
中に吸い上げられるのである。燃料電池は、典型的には
燃料電池スタックに組み込まれる。燃料電池スタック中
のそれぞれの燃料電池の間にはセパレータが配置され、
ある一つの燃料電池のアノードと、それに隣接する燃料
電池のカソードとを隔離している。
ド及びアノードから成り、その両者の間に電解質マトリ
ックステープが配置されている。該電解質マトリックス
テープは、プラスチックバインダー及び添加剤を含有す
る有機ビヒクル中に分散せしめたリチウムアルミネート
スラリーから形成される。該プラスチックバインダー及
び添加剤は、該スラリーに優れた特性を付与するもので
ある。リチウムアルミネートスラリーは、ドクターブレ
ードによって平坦なテフロン（登録商標）基板上にキャ
ストされる。そして有機溶剤が蒸発する。乾燥した電解
質マトリックステープは、その中にプラスチックバイン
ダーが残留しているのでフレキシブルである。プラスチ
ックバインダーは、燃料電池を組み立てた後に熱崩壊に
よって除去される。１ピースの又は複数ピースの電解質
マトリックステープは、その一方の面にカソードが取り
付けられ、他方の面にアノードが取り付けられて、燃料
電池中に組み込まれる。電解質テープ中又は多孔質電極
の気孔中に含まれる炭酸塩は、燃料電池の加熱中に溶融
して、毛細管現象によってマトリックス中に含浸する。
燃料電池を加熱することによって、マトリックス中のプ
ラスチックバインダーは除去され、そして、電解質テー
プ又は電極中の炭酸塩は溶融状態になり、マトリックス
中に吸い上げられるのである。燃料電池は、典型的には
燃料電池スタックに組み込まれる。燃料電池スタック中
のそれぞれの燃料電池の間にはセパレータが配置され、
ある一つの燃料電池のアノードと、それに隣接する燃料
電池のカソードとを隔離している。
【０００３】更に具体的には、溶融炭酸塩型燃料電池
は、リチウムアルミネート及びアルカリ金属の炭酸塩の
混合物を含む電解質構造体から成る。カソード及びアノ
ードは、マトリックスの二つの面のそれぞれに取り付け
られる。それぞれの電極には金属プレートコンパートメ
ントがある。該プレートはフレーム（枠）構造に類似し
ており、且つ、「ウエットシール」として機能する周辺
フレームを有する。電極は、フレーム内部の「活性領
域」とよばれる部分にはめ込まれる。はめ込まれた電極
の高さは、ウエットシールのフレームと同じ高さとな
る。マトリックスは、ウエットシールの外縁にまで広が
っている。燃料電池の運転温度である６５０℃では、溶
融電解質が、「ウエットシール」に対してシールを形成
し、電極コンパートメントからガスが漏出するのを防止
している。通常、アノード及びカソードウエットシール
の内縁は互いに並んでいる。
は、リチウムアルミネート及びアルカリ金属の炭酸塩の
混合物を含む電解質構造体から成る。カソード及びアノ
ードは、マトリックスの二つの面のそれぞれに取り付け
られる。それぞれの電極には金属プレートコンパートメ
ントがある。該プレートはフレーム（枠）構造に類似し
ており、且つ、「ウエットシール」として機能する周辺
フレームを有する。電極は、フレーム内部の「活性領
域」とよばれる部分にはめ込まれる。はめ込まれた電極
の高さは、ウエットシールのフレームと同じ高さとな
る。マトリックスは、ウエットシールの外縁にまで広が
っている。燃料電池の運転温度である６５０℃では、溶
融電解質が、「ウエットシール」に対してシールを形成
し、電極コンパートメントからガスが漏出するのを防止
している。通常、アノード及びカソードウエットシール
の内縁は互いに並んでいる。
【０００４】米国特許第４，５３８，３４８号明細書
は、キャスティング電解質マトリックステープを教示し
ている。該マトリックステープは、１ミクロン以下の不
活性粒子（例えばリチウムアルミネート）、耐クラック
性のための耐蝕性セラミック粒子及び一時的なプラスチ
ックバインダーの混合物から成る。これらは全て「セル
中」にて加熱され、バインダーが除去される。燃料電池
を組み立てるときに、活性電解質が、予備充填したアノ
ードによって供給される。
は、キャスティング電解質マトリックステープを教示し
ている。該マトリックステープは、１ミクロン以下の不
活性粒子（例えばリチウムアルミネート）、耐クラック
性のための耐蝕性セラミック粒子及び一時的なプラスチ
ックバインダーの混合物から成る。これらは全て「セル
中」にて加熱され、バインダーが除去される。燃料電池
を組み立てるときに、活性電解質が、予備充填したアノ
ードによって供給される。
【０００５】通常の燃料電池アセンブリー及びその始動
においては、種々の欠点がある。「セル中」でのバイン
ダーの除去及びマトリックスへの電解質の含浸には、長
時間を要し、且つ、細心の制御プロセスが必要である。
それに加えて、完成した燃料電池には、金属プレートコ
ンパートメントの周辺フレームと共に溶融炭酸塩による
「ウエットシール」フレームの形成が必要である。該金
属プレートコンパートメントは、それぞれの電極を含む
ものであり、電極コンパートメントへのガス漏出を防止
するものである。更に、燃料電池に加えられた締付力に
よって、マトリックスにクラックが容易に入り、その結
果電極間でガスのクロスオーバーが起こってしまう。
においては、種々の欠点がある。「セル中」でのバイン
ダーの除去及びマトリックスへの電解質の含浸には、長
時間を要し、且つ、細心の制御プロセスが必要である。
それに加えて、完成した燃料電池には、金属プレートコ
ンパートメントの周辺フレームと共に溶融炭酸塩による
「ウエットシール」フレームの形成が必要である。該金
属プレートコンパートメントは、それぞれの電極を含む
ものであり、電極コンパートメントへのガス漏出を防止
するものである。更に、燃料電池に加えられた締付力に
よって、マトリックスにクラックが容易に入り、その結
果電極間でガスのクロスオーバーが起こってしまう。
【０００６】燃料電池部材の少なくもエッジ部分を緻密
化して、ガス多孔質燃料電池部材のガスエッジシール性
を高めることは公知である。米国特許第４，２６９，６
４２号明細書及びそれに関連する米国特許第４，３６
５，００８号は、ガス多孔質燃料電池部材のガスエッジ
シール性を高めることを教示すると共に、そのような燃
料電位部材を製造する方法を教示している。該方法にお
いては、完全にグラファイト化されたガス多孔質性であ
る樹脂で結合した炭素繊維シースが形成される。該シー
スは、中央部分よりも一層密度の高いエッジ部分を有し
ている。該シースは、以下の通りに製造される。即ち、
まず、炭素繊維及び完全に硬化していない熱硬化性樹脂
から成る中間物を製造する。該中間物は、そのエッジに
沿って厚みが大きい。次いで、同時に、少なくともエッ
ジ部分を圧縮して緻密化する。この場合、燃料電池部材
の中央部分の所望の最終厚みと実質的に同じ厚みにまで
圧縮する。次いで、硬化せしめ、更に加熱して樹脂を炭
素化し、そして、樹脂及び炭素繊維をグラファイト化す
る。
化して、ガス多孔質燃料電池部材のガスエッジシール性
を高めることは公知である。米国特許第４，２６９，６
４２号明細書及びそれに関連する米国特許第４，３６
５，００８号は、ガス多孔質燃料電池部材のガスエッジ
シール性を高めることを教示すると共に、そのような燃
料電位部材を製造する方法を教示している。該方法にお
いては、完全にグラファイト化されたガス多孔質性であ
る樹脂で結合した炭素繊維シースが形成される。該シー
スは、中央部分よりも一層密度の高いエッジ部分を有し
ている。該シースは、以下の通りに製造される。即ち、
まず、炭素繊維及び完全に硬化していない熱硬化性樹脂
から成る中間物を製造する。該中間物は、そのエッジに
沿って厚みが大きい。次いで、同時に、少なくともエッ
ジ部分を圧縮して緻密化する。この場合、燃料電池部材
の中央部分の所望の最終厚みと実質的に同じ厚みにまで
圧縮する。次いで、硬化せしめ、更に加熱して樹脂を炭
素化し、そして、樹脂及び炭素繊維をグラファイト化す
る。
【０００７】米国特許第４，６５２，５０２号明細書及
びそれに関連する米国特許第４，７５６，９８１号明細
書には、電気化学的セル用の多孔質板を製造する方法が
開示されている。これらによれば、多孔質板の周辺エッ
ジ領域の気孔は、その他の領域よりも一層小さな気孔と
なっている。エッジシーリングは、シール材料の懸濁液
をエッジ領域に入れて、多孔質板の他の部分よりも一層
高密度のエッジ領域を形成することによってなされる。
同様に、米国特許第４，７８６，５６８号明細書は、燃
料電池発電所用の電極板アセンブリーを教示している。
これらによれば、多孔質基板のエッジは、「インク」型
の微細に分割した材料の懸濁液を、基板のエッジ中の隙
間に浸漬せしめることによって緻密化される。その結
果、触媒層の周囲に一体化したフィラー帯を形成する。
なお、該触媒層は、基板の一面に前以て施したものであ
る。これらとは異なったアプローチは、米国特許第４，
６５９，６３５号明細書に教示されている。これによれ
ば、燃料電池スタック中の溶融炭酸塩電解質を含む優れ
た多孔質マトリックスは、多孔質セラミック材料の実質
的に平坦なシートから成る。これは、シートの中央部分
において一般に一層小さな平均気孔度を有し、シートの
エッジ部分において一般に一層大きな平均気孔度を有す
る。一層大きな気孔は溶融炭酸塩に濡れることによっ
て、内部気孔の大部分がボイドとなる。
びそれに関連する米国特許第４，７５６，９８１号明細
書には、電気化学的セル用の多孔質板を製造する方法が
開示されている。これらによれば、多孔質板の周辺エッ
ジ領域の気孔は、その他の領域よりも一層小さな気孔と
なっている。エッジシーリングは、シール材料の懸濁液
をエッジ領域に入れて、多孔質板の他の部分よりも一層
高密度のエッジ領域を形成することによってなされる。
同様に、米国特許第４，７８６，５６８号明細書は、燃
料電池発電所用の電極板アセンブリーを教示している。
これらによれば、多孔質基板のエッジは、「インク」型
の微細に分割した材料の懸濁液を、基板のエッジ中の隙
間に浸漬せしめることによって緻密化される。その結
果、触媒層の周囲に一体化したフィラー帯を形成する。
なお、該触媒層は、基板の一面に前以て施したものであ
る。これらとは異なったアプローチは、米国特許第４，
６５９，６３５号明細書に教示されている。これによれ
ば、燃料電池スタック中の溶融炭酸塩電解質を含む優れ
た多孔質マトリックスは、多孔質セラミック材料の実質
的に平坦なシートから成る。これは、シートの中央部分
において一般に一層小さな平均気孔度を有し、シートの
エッジ部分において一般に一層大きな平均気孔度を有す
る。一層大きな気孔は溶融炭酸塩に濡れることによっ
て、内部気孔の大部分がボイドとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、溶
融炭酸塩型燃料電池及びそのスタックのアセンブリー及
び始動を容易にすることを目的とする。
融炭酸塩型燃料電池及びそのスタックのアセンブリー及
び始動を容易にすることを目的とする。
【０００９】また、本発明は、「セル中」で燃焼すべき
有機物バインダーを全く含有しないか又はほとんど含有
しない溶融炭酸塩型燃料電池用のアセンブリー及び部材
を提供することを目的とする。
有機物バインダーを全く含有しないか又はほとんど含有
しない溶融炭酸塩型燃料電池用のアセンブリー及び部材
を提供することを目的とする。
【００１０】更に、本発明は、燃料電池中に挿入する前
に部分的に又は完全に含浸されたマトリックス構造体を
有する、溶融炭酸塩型燃料電池用のアセンブリー及び部
材を提供することを目的とする。
に部分的に又は完全に含浸されたマトリックス構造体を
有する、溶融炭酸塩型燃料電池用のアセンブリー及び部
材を提供することを目的とする。
【００１１】更に、本発明は、電極コンパートメントへ
のガスの漏出が防止された、溶融炭酸塩型燃料電池用の
アセンブリー及び部材を提供することを目的とする。
のガスの漏出が防止された、溶融炭酸塩型燃料電池用の
アセンブリー及び部材を提供することを目的とする。
【００１２】更に、本発明は、ウエットシール／活性領
域境界でのクラッキングが防止され、その結果、電極間
のガスのクロスオーバーが防止された、溶融炭酸塩型燃
料電池用のアセンブリー及び部材を提供することを目的
とする。
域境界でのクラッキングが防止され、その結果、電極間
のガスのクロスオーバーが防止された、溶融炭酸塩型燃
料電池用のアセンブリー及び部材を提供することを目的
とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】これらの目的及びその他
の目的は、燃料電池部材のアセンブリーに関する本発明
によって達成される。即ち、本発明のアセンブリーは、
本発明の一態様に従えば、ａ）活性電解質−マトリック
ステープ複合体、ｂ）アノード及び／又はカソード並び
にｃ）該活性電解質−マトリックステープ複合体の周辺
ウエットシール領域の一部分から成る。ａ）の活性電解
質−マトリックステープ複合体は、約１５〜約５０容積
％のマトリックス粒子内及びその上に分散された活性電
解質の約４５〜約８５容積％から成り、且つ、活性領域
及び周辺ウエットシール領域を有する。ｂ）のアノード
は、活性電解質−マトリックステープ複合体の一面に接
しており、カソードは、該活性電解質−マトリックステ
ープ複合体の他方の面と接している。アノード及びカソ
ードは、活性電解質−マトリックステープ複合体の活性
領域の周辺を越えて伸びており、且つ、活性電解質−マ
トリックステープ複合体の周辺ウエットシール領域に接
している。ｃ）の活性電解質−マトリックステープ複合
体の周辺ウエットシール領域の一部分は、アノード及び
カソードの周囲にフレームを形成する。その結果、活性
電解質−マトリックステープ複合体に面していない電極
面の高さを、周辺ウエットシール領域によって形成され
たフレームと同じ高さにする。
の目的は、燃料電池部材のアセンブリーに関する本発明
によって達成される。即ち、本発明のアセンブリーは、
本発明の一態様に従えば、ａ）活性電解質−マトリック
ステープ複合体、ｂ）アノード及び／又はカソード並び
にｃ）該活性電解質−マトリックステープ複合体の周辺
ウエットシール領域の一部分から成る。ａ）の活性電解
質−マトリックステープ複合体は、約１５〜約５０容積
％のマトリックス粒子内及びその上に分散された活性電
解質の約４５〜約８５容積％から成り、且つ、活性領域
及び周辺ウエットシール領域を有する。ｂ）のアノード
は、活性電解質−マトリックステープ複合体の一面に接
しており、カソードは、該活性電解質−マトリックステ
ープ複合体の他方の面と接している。アノード及びカソ
ードは、活性電解質−マトリックステープ複合体の活性
領域の周辺を越えて伸びており、且つ、活性電解質−マ
トリックステープ複合体の周辺ウエットシール領域に接
している。ｃ）の活性電解質−マトリックステープ複合
体の周辺ウエットシール領域の一部分は、アノード及び
カソードの周囲にフレームを形成する。その結果、活性
電解質−マトリックステープ複合体に面していない電極
面の高さを、周辺ウエットシール領域によって形成され
たフレームと同じ高さにする。
【００１４】更に具体的には、本発明に従う燃料電池部
材用のアセンブリーである電解質マトリックスは、テー
プの形態をしており、リチウムアルミネートのマトリッ
クス及び活性電解質から成る。該活性電解質は、炭酸リ
チウム並びに炭酸カリウム及び炭酸ナトリウムから成る
群から選択される少なくとも一種の炭酸塩から成る。電
解質マトリックスは、セパレータ板の大きさと同じ大き
さに正確に裁断される。電解質マトリックスは、活性領
域と、該活性領域を取り囲む周辺ウエットシール領域か
ら成る。電解質マトリックスよりも小さいアノード及び
カソードは、電解質マトリックスのそれぞれの面に配置
される。両電極は、電解質マトリックスのそれぞれの面
に配置された場合に、電極のエッジの周辺が電解質マト
リックスの活性領域を越えて伸び、且つ、周辺ウエット
シール領域の一部分までも覆うような大きさを有する。
この積層構造体を５００℃にまで加熱し、１０〜５０ｐ
ｓｉの圧縮力をかけると、マトリックス中のバインダー
が除去され、しかも、加熱されたマトリックスは緻密化
される。これによって、両電極は加熱されて軟化したマ
トリックス中に沈み込む。その結果、できあがった燃料
電池は、アセンブリーを取り囲む金属プレートに対して
ウエットシールとして機能するマトリックスの露出した
エッジを有することになる。該ウエットシールは電極の
エッジが酸化されることを防止する。
材用のアセンブリーである電解質マトリックスは、テー
プの形態をしており、リチウムアルミネートのマトリッ
クス及び活性電解質から成る。該活性電解質は、炭酸リ
チウム並びに炭酸カリウム及び炭酸ナトリウムから成る
群から選択される少なくとも一種の炭酸塩から成る。電
解質マトリックスは、セパレータ板の大きさと同じ大き
さに正確に裁断される。電解質マトリックスは、活性領
域と、該活性領域を取り囲む周辺ウエットシール領域か
ら成る。電解質マトリックスよりも小さいアノード及び
カソードは、電解質マトリックスのそれぞれの面に配置
される。両電極は、電解質マトリックスのそれぞれの面
に配置された場合に、電極のエッジの周辺が電解質マト
リックスの活性領域を越えて伸び、且つ、周辺ウエット
シール領域の一部分までも覆うような大きさを有する。
この積層構造体を５００℃にまで加熱し、１０〜５０ｐ
ｓｉの圧縮力をかけると、マトリックス中のバインダー
が除去され、しかも、加熱されたマトリックスは緻密化
される。これによって、両電極は加熱されて軟化したマ
トリックス中に沈み込む。その結果、できあがった燃料
電池は、アセンブリーを取り囲む金属プレートに対して
ウエットシールとして機能するマトリックスの露出した
エッジを有することになる。該ウエットシールは電極の
エッジが酸化されることを防止する。
【００１５】本発明の他の態様に従えば、リチウムアル
ミネートのテープは、燃料電池プレート全体の大きさと
同じ大きさに正確に裁断され、活性領域及び周辺ウエッ
トシール領域を有する。このようなリチウムアルミネー
トのテープは、アノードとカソードとの間に配置され
る。アノード及びカソードの大きさは、マトリックスの
大きさよりも小さい。しかし、アノード及びカソード
は、マトリックステープの面と接した場合に、マトリッ
クスの活性領域を越えて伸びるような大きさである。ア
ノード及び／又はカソードには、炭酸塩混合電解質が含
浸されている。該電解質は、積層構造体を５００℃に加
熱して、加熱されたマトリックスを圧縮して緻密化する
場合に、マトリックステープ中に吸い上げられる。
ミネートのテープは、燃料電池プレート全体の大きさと
同じ大きさに正確に裁断され、活性領域及び周辺ウエッ
トシール領域を有する。このようなリチウムアルミネー
トのテープは、アノードとカソードとの間に配置され
る。アノード及びカソードの大きさは、マトリックスの
大きさよりも小さい。しかし、アノード及びカソード
は、マトリックステープの面と接した場合に、マトリッ
クスの活性領域を越えて伸びるような大きさである。ア
ノード及び／又はカソードには、炭酸塩混合電解質が含
浸されている。該電解質は、積層構造体を５００℃に加
熱して、加熱されたマトリックスを圧縮して緻密化する
場合に、マトリックステープ中に吸い上げられる。
【００１６】燃料電池中においては、上述のような１ピ
ースの積層構造体に加えて、積層構造体の一部を組み合
わせて使用し得ることや、他の部材とともに単一で使用
し得ることは、当業者であれば明らかであろう。例え
ば、カソード／マトリックス積層構造体を別のアノード
と共に用いてもよく；アノード／マトリックス積層構造
体を別のカソードと共に用いてもよく；カソード／マト
リックス積層構造体をアノード／マトリックス積層構造
体と共に用いてもよく；カソード／マトリックス積層構
造体をを他のマトリックス及び別のアノードと共に用い
てもよく；あるいは、アノード／マトリックス積層構造
体を他のマトリックス及び別のカソードと共に用いても
よい。
ースの積層構造体に加えて、積層構造体の一部を組み合
わせて使用し得ることや、他の部材とともに単一で使用
し得ることは、当業者であれば明らかであろう。例え
ば、カソード／マトリックス積層構造体を別のアノード
と共に用いてもよく；アノード／マトリックス積層構造
体を別のカソードと共に用いてもよく；カソード／マト
リックス積層構造体をアノード／マトリックス積層構造
体と共に用いてもよく；カソード／マトリックス積層構
造体をを他のマトリックス及び別のアノードと共に用い
てもよく；あるいは、アノード／マトリックス積層構造
体を他のマトリックス及び別のカソードと共に用いても
よい。
【００１７】本発明に従う積層燃料電池部材の製造方法
は、活性電解質−マトリックステープ複合体の一面に隣
接するようにアノードを配置し、及び／又は、該活性電
解質−マトリックステープ複合体の他方の面に隣接する
ようにカソードを配置し；該活性電解質−マトリックス
テープ複合体が活性領域及び周辺ウエットシール領域を
有するようにし；アノード及び／又はカソードが該活性
領域の周囲を越えて伸び、周辺ウエットシール領域に接
するようにし、それによって積層構造体を形成する；こ
とから成る。積層構造体を約５００℃に加熱してマトリ
ックステープからバインダーを除去する。約５００℃に
おいて、積層構造体に１０〜５０ｐｓｉに圧縮力をかけ
てマトリックスを緻密化し、それと共に加熱されて軟化
したマトリックス中に電極を沈み込ませる。次いで、圧
縮力をかけるのを止めてマトリックスを冷却する。積層
構造体を製造する工程全体を「燃料電池の外」で行って
もよいことが、本発明の重要な特徴である。これによっ
て、「燃料電池中」で行う従来の工程において必要とさ
れていた長時間にわたる細心の制御が、本発明では必要
なくなるのである。
は、活性電解質−マトリックステープ複合体の一面に隣
接するようにアノードを配置し、及び／又は、該活性電
解質−マトリックステープ複合体の他方の面に隣接する
ようにカソードを配置し；該活性電解質−マトリックス
テープ複合体が活性領域及び周辺ウエットシール領域を
有するようにし；アノード及び／又はカソードが該活性
領域の周囲を越えて伸び、周辺ウエットシール領域に接
するようにし、それによって積層構造体を形成する；こ
とから成る。積層構造体を約５００℃に加熱してマトリ
ックステープからバインダーを除去する。約５００℃に
おいて、積層構造体に１０〜５０ｐｓｉに圧縮力をかけ
てマトリックスを緻密化し、それと共に加熱されて軟化
したマトリックス中に電極を沈み込ませる。次いで、圧
縮力をかけるのを止めてマトリックスを冷却する。積層
構造体を製造する工程全体を「燃料電池の外」で行って
もよいことが、本発明の重要な特徴である。これによっ
て、「燃料電池中」で行う従来の工程において必要とさ
れていた長時間にわたる細心の制御が、本発明では必要
なくなるのである。
【００１８】本発明の目的及び特徴は、図面と共に説明
する以下の本発明の詳細な説明から更に明らかとなろ
う。
する以下の本発明の詳細な説明から更に明らかとなろ
う。
【００１９】本発明の一態様に従う積層構造体１７の組
み立て前の様子を図１に示す。積層構造体１７は、電解
質マトリックス１２から成る。電解質マトリックスは、
好ましくは、以下に述べる方法で形成した活性電解質−
マトリックステープ複合体か、又は、プラスチックバイ
ンダー及び添加剤を含む有機溶剤中に分散せしめたリチ
ウムアルミネートのスラリーから形成したマトリックス
テープである。該プラスチックバインダー及び添加剤
は、優れたスラリー特性を付与するものである。電解質
マトリックス１２は、矢印１４で示される中央部の活性
領域及び矢印１３で示される周辺ウエットシール領域を
有する。本発明の好ましい態様に従えば、電解質マトリ
ックス１２は、活性電解質−マトリックステープ複合体
の形態である。該活性電解質−マトリックステープ複合
体は、リチウムアルミネートのマトリックス及び活性電
解質から成る。該活性電解質は、炭酸リチウム並びに炭
酸カリウム及び炭酸ナトリウムから成る群から選択され
る少なくとも一種の炭酸塩の混合物から成り、マトリッ
クス内及びその上に分散されている。活性電解質−マト
リックステープ複合体は、約１５〜５５容積％のマトリ
ックス粒子内及びその上に分散された活性電解質の約４
５〜約８５容積％から成る。活性電解質及びマトリック
ス粒子は、活性電解質−マトリックステープ複合体の約
３０〜約７０容積％から成り、約３０〜約７０容積％は
ボイドスペースである。
み立て前の様子を図１に示す。積層構造体１７は、電解
質マトリックス１２から成る。電解質マトリックスは、
好ましくは、以下に述べる方法で形成した活性電解質−
マトリックステープ複合体か、又は、プラスチックバイ
ンダー及び添加剤を含む有機溶剤中に分散せしめたリチ
ウムアルミネートのスラリーから形成したマトリックス
テープである。該プラスチックバインダー及び添加剤
は、優れたスラリー特性を付与するものである。電解質
マトリックス１２は、矢印１４で示される中央部の活性
領域及び矢印１３で示される周辺ウエットシール領域を
有する。本発明の好ましい態様に従えば、電解質マトリ
ックス１２は、活性電解質−マトリックステープ複合体
の形態である。該活性電解質−マトリックステープ複合
体は、リチウムアルミネートのマトリックス及び活性電
解質から成る。該活性電解質は、炭酸リチウム並びに炭
酸カリウム及び炭酸ナトリウムから成る群から選択され
る少なくとも一種の炭酸塩の混合物から成り、マトリッ
クス内及びその上に分散されている。活性電解質−マト
リックステープ複合体は、約１５〜５５容積％のマトリ
ックス粒子内及びその上に分散された活性電解質の約４
５〜約８５容積％から成る。活性電解質及びマトリック
ス粒子は、活性電解質−マトリックステープ複合体の約
３０〜約７０容積％から成り、約３０〜約７０容積％は
ボイドスペースである。
【００２０】本発明の一態様に従えば、アノード１１は
電解質マトリックス１２のマトリックス面１９に接して
いる。そして、カソード１０は、電解質マトリックス１
２の反対のマトリックス面１８に接している。アノード
１１及びカソード１０の双方ともに、矢印１４で示され
る電解質マトリックス１２の活性領域の周辺を越えて伸
びており、且つ、矢印１３で示される電解質マトリック
ス１２の周辺ウエットシール領域に接している。
電解質マトリックス１２のマトリックス面１９に接して
いる。そして、カソード１０は、電解質マトリックス１
２の反対のマトリックス面１８に接している。アノード
１１及びカソード１０の双方ともに、矢印１４で示され
る電解質マトリックス１２の活性領域の周辺を越えて伸
びており、且つ、矢印１３で示される電解質マトリック
ス１２の周辺ウエットシール領域に接している。
【００２１】本発明の他の態様に従えば、積層構造体１
７は、電解質マトリックス１２のマトリックス面１９と
接しているアノード１１のみから成る。また、本発明の
他の態様に従えば、積層構造体１７は、電解質マトリッ
クス１２の反対のマトリックス面１８と接しているアノ
ード１０のみから成る。
７は、電解質マトリックス１２のマトリックス面１９と
接しているアノード１１のみから成る。また、本発明の
他の態様に従えば、積層構造体１７は、電解質マトリッ
クス１２の反対のマトリックス面１８と接しているアノ
ード１０のみから成る。
【００２２】図１に示す積層構造体１７は、約５００℃
にまで加熱され、そして、約１０〜約５０ｐｓｉにまで
加圧されて、その結果、図２に示すような形態となる。
にまで加熱され、そして、約１０〜約５０ｐｓｉにまで
加圧されて、その結果、図２に示すような形態となる。
【００２３】図２に示すように、アノード１１及びカソ
ード１０は、電解質マトリックス１２内に埋め込まれ
る。矢印１３で示される電解質マトリックス１２の周辺
ウエットシール領域の一部分は、積層構造体１７が燃料
電池中に配置された場合に、電極のエッジ１５が大気に
さらされないように、アノード１１及びカソード１０の
周辺にフレームを形成する。更に、アノード１１及びカ
ソード１０が、矢印１４で示される電解質マトリックス
１２の活性領域を越えて伸び、矢印１３で示される電解
質マトリックス１２の周辺ウエットシール領域に接する
場合には、周辺ウエットシール領域の一部分によってシ
ールがなされる。該周辺ウエットシール領域は、電解質
マトリックス１２に面するアノード１１及びカソード１
０の面と接している。通常の燃料電池アセンブリーとは
対照的に、電解質マトリックス１２の周辺ウエットシー
ル領域に接し、且つ、シールを形成するアノード１１及
びカソード１０の一部分は、活性領域及びウエットシー
ル領域間のギャップをブリッジする。その結果、マトリ
ックスがクラッキングを起こした場合でも、アノード１
１とカソード１０との間でのガスのクロスオーバーが防
止される。通常の燃料電池アセンブリーでは、電極はマ
トリックスの活性領域内に完全にはめ込まれ、周辺ウエ
ットシール領域全体によってフレームされることにな
り、その結果、アノード及びカソードのエッジの領域で
マトリックスがクラッキングを起こした場合に、電極間
でのガスのクロスオーバーを防止しているのである。
ード１０は、電解質マトリックス１２内に埋め込まれ
る。矢印１３で示される電解質マトリックス１２の周辺
ウエットシール領域の一部分は、積層構造体１７が燃料
電池中に配置された場合に、電極のエッジ１５が大気に
さらされないように、アノード１１及びカソード１０の
周辺にフレームを形成する。更に、アノード１１及びカ
ソード１０が、矢印１４で示される電解質マトリックス
１２の活性領域を越えて伸び、矢印１３で示される電解
質マトリックス１２の周辺ウエットシール領域に接する
場合には、周辺ウエットシール領域の一部分によってシ
ールがなされる。該周辺ウエットシール領域は、電解質
マトリックス１２に面するアノード１１及びカソード１
０の面と接している。通常の燃料電池アセンブリーとは
対照的に、電解質マトリックス１２の周辺ウエットシー
ル領域に接し、且つ、シールを形成するアノード１１及
びカソード１０の一部分は、活性領域及びウエットシー
ル領域間のギャップをブリッジする。その結果、マトリ
ックスがクラッキングを起こした場合でも、アノード１
１とカソード１０との間でのガスのクロスオーバーが防
止される。通常の燃料電池アセンブリーでは、電極はマ
トリックスの活性領域内に完全にはめ込まれ、周辺ウエ
ットシール領域全体によってフレームされることにな
り、その結果、アノード及びカソードのエッジの領域で
マトリックスがクラッキングを起こした場合に、電極間
でのガスのクロスオーバーを防止しているのである。
【００２４】本発明の一態様に従えば、アノード１１及
びカソード１０は、電解質マトリックス１２の活性領域
の周辺の厚みを増すために、電極の複数の層から成る。
アノード１１及びカソード１０は、好ましくは約５ミル
〜約５０ミルの厚みを有する。
びカソード１０は、電解質マトリックス１２の活性領域
の周辺の厚みを増すために、電極の複数の層から成る。
アノード１１及びカソード１０は、好ましくは約５ミル
〜約５０ミルの厚みを有する。
【００２５】本発明の他の態様によれば、電解質マトリ
ックス１２は、互いに積層された複数の電解質マトリッ
クステープから成る。本発明の更に他の態様によれば、
電解質マトリックス１２は単一の電解質テープから成
る。電解質マトリックス１２の好ましい厚みは約２０ミ
ル〜約１２０ミルである。
ックス１２は、互いに積層された複数の電解質マトリッ
クステープから成る。本発明の更に他の態様によれば、
電解質マトリックス１２は単一の電解質テープから成
る。電解質マトリックス１２の好ましい厚みは約２０ミ
ル〜約１２０ミルである。
【００２６】本発明の一態様によれば、アノード１１及
び／又はカソード１０には、活性電解質が含浸されてい
る。該活性電解質は、炭酸リチウム並びに炭酸カリウム
及び炭酸ナトリウムから成る群から選択される少なくと
も一種の炭酸塩の混合物から成る。
び／又はカソード１０には、活性電解質が含浸されてい
る。該活性電解質は、炭酸リチウム並びに炭酸カリウム
及び炭酸ナトリウムから成る群から選択される少なくと
も一種の炭酸塩の混合物から成る。
【００２７】積層構造体１７の加熱及び圧縮の間、活性
電解質は、電解質マトリックス１２の活性領域中に吸い
上げられる。
電解質は、電解質マトリックス１２の活性領域中に吸い
上げられる。
【００２８】本発明の一態様に従う、積層燃料電池部材
の製造方法において、活性電解質−マトリックステープ
複合体は、活性電解質材料及び高表面積マトリックス材
料の粉末を混合し；該混合物を活性電解質材料の融点以
上に加熱して、活性電解質−マトリックス複合体を形成
し；該活性電解質−マトリックス複合体を冷却し、そし
て粉砕して、活性電解質−マトリックス複合体を微粉末
とし；テープキャスティングに適切なバインダーと共
に、活性電解質−マトリックス複合体微粉末を液体に分
散し、そして混練し；活性電解質−マトリックス複合体
微粉末及びバインダーを分散した分散液を脱気し；脱気
した活性電解質−マトリックス複合体微粉末及びバイン
ダーを分散した分散液をテープにキャスティングし；そ
して液体を蒸発させて、乾燥したフレキシブルな活性電
解質−マトリックステープ複合体を形成する；ことによ
って得られる。これらのテープの複数を互いに積層し
て、所望の燃料電池活性電解質マトリックスに適した厚
みを有する、単一の積層活性電解質−マトリックステー
プ複合体を形成してもよい。この場合、複数のテープを
互いにロールがけするか、若しくは、プレスして積層し
てもよく、又は、多層テープキャスティングによって積
層してもよい。
の製造方法において、活性電解質−マトリックステープ
複合体は、活性電解質材料及び高表面積マトリックス材
料の粉末を混合し；該混合物を活性電解質材料の融点以
上に加熱して、活性電解質−マトリックス複合体を形成
し；該活性電解質−マトリックス複合体を冷却し、そし
て粉砕して、活性電解質−マトリックス複合体を微粉末
とし；テープキャスティングに適切なバインダーと共
に、活性電解質−マトリックス複合体微粉末を液体に分
散し、そして混練し；活性電解質−マトリックス複合体
微粉末及びバインダーを分散した分散液を脱気し；脱気
した活性電解質−マトリックス複合体微粉末及びバイン
ダーを分散した分散液をテープにキャスティングし；そ
して液体を蒸発させて、乾燥したフレキシブルな活性電
解質−マトリックステープ複合体を形成する；ことによ
って得られる。これらのテープの複数を互いに積層し
て、所望の燃料電池活性電解質マトリックスに適した厚
みを有する、単一の積層活性電解質−マトリックステー
プ複合体を形成してもよい。この場合、複数のテープを
互いにロールがけするか、若しくは、プレスして積層し
てもよく、又は、多層テープキャスティングによって積
層してもよい。
【００２９】本発明の他の態様に従えば、電解質マトリ
ックス１２は、プラスチックバインダー及び添加剤を含
む有機ビヒクル中に分散されたリチウムアルミネートの
スラリーから作られたテープの形態である。該プラスチ
ックバインダー及び添加剤は、優れたスラリー特性を付
与する。スラリーは、ドクターブレードによって平坦な
テフロン（登録商標）基板上にキャストされる。そし
て、有機溶剤が蒸発する。乾燥したテープは、残留する
プラスチックバインダーによってフレキシブルである。
ックス１２は、プラスチックバインダー及び添加剤を含
む有機ビヒクル中に分散されたリチウムアルミネートの
スラリーから作られたテープの形態である。該プラスチ
ックバインダー及び添加剤は、優れたスラリー特性を付
与する。スラリーは、ドクターブレードによって平坦な
テフロン（登録商標）基板上にキャストされる。そし
て、有機溶剤が蒸発する。乾燥したテープは、残留する
プラスチックバインダーによってフレキシブルである。
【００３０】積層構造体を作るためには、活性領域及び
周辺ウエットシール領域を有する電解質マトリックス１
２の一面に隣接するように、アノード１１を配置し、及
び／又は、電解質マトリックス１２の他方の面に隣接す
るように、カソード１０を配置する。そして、その結
果、アノード１１及びカソード１０が、電解質マトリッ
クス１２の活性領域１２の周辺を越えて伸びており、且
つ、周辺ウエットシール領域に接するようにし、それに
よって積層構造体となす。アノード１１及びカソード１
０は、電解質マトリックス１２の活性領域よりは広く、
且つ、電解質マトリックス１２の全体の領域よりは狭く
なるような大きさに平面的に裁断する。アノード１１及
びカソード１０を正確に配列せしめることは不要であ
り、且つ、望ましいことであるともいえない。しかしな
がら、両電極共に電解質マトリックス１２の周辺部分に
まで伸びていなければならず、且つ、電解質マトリック
ス１２のうち、電極に覆われていない部分の広さが、電
解質マトリックス１２の周辺ウエットシール領域の広さ
よりも小さくならなければならない。この理由は、電解
質マトリックス１２の活性領域の周囲にある周辺ウエッ
トシール領域の一部分を、確実に完全に電極で覆うため
である。
周辺ウエットシール領域を有する電解質マトリックス１
２の一面に隣接するように、アノード１１を配置し、及
び／又は、電解質マトリックス１２の他方の面に隣接す
るように、カソード１０を配置する。そして、その結
果、アノード１１及びカソード１０が、電解質マトリッ
クス１２の活性領域１２の周辺を越えて伸びており、且
つ、周辺ウエットシール領域に接するようにし、それに
よって積層構造体となす。アノード１１及びカソード１
０は、電解質マトリックス１２の活性領域よりは広く、
且つ、電解質マトリックス１２の全体の領域よりは狭く
なるような大きさに平面的に裁断する。アノード１１及
びカソード１０を正確に配列せしめることは不要であ
り、且つ、望ましいことであるともいえない。しかしな
がら、両電極共に電解質マトリックス１２の周辺部分に
まで伸びていなければならず、且つ、電解質マトリック
ス１２のうち、電極に覆われていない部分の広さが、電
解質マトリックス１２の周辺ウエットシール領域の広さ
よりも小さくならなければならない。この理由は、電解
質マトリックス１２の活性領域の周囲にある周辺ウエッ
トシール領域の一部分を、確実に完全に電極で覆うため
である。
【００３１】このように形成された積層構造体１７を、
約４００℃〜約６５０℃に加熱して、電解質マトリック
ス１２を軟化せしめる。本発明の一態様によれば、アノ
ード１１及び／又はカソード１０内に埋め込まれた電解
質は溶融して電解質マトリックス中に吸い上げられる。
約４００℃〜約６５０℃に加熱して、電解質マトリック
ス１２を軟化せしめる。本発明の一態様によれば、アノ
ード１１及び／又はカソード１０内に埋め込まれた電解
質は溶融して電解質マトリックス中に吸い上げられる。
【００３２】約４００℃〜約６５０℃の温度において、
積層構造体１７に約１０ｐｓｉ〜約５０ｐｓｉの圧縮力
をかけて、アノード１１及びカソード１０を軟化した電
解質マトリックス中に沈み込ませる。アノード１１及び
カソード１０の周囲を越えて伸びる電解質マトリックス
１２の周辺ウエットシール領域の一部分と、アノード１
１及びカソード１０の面のうち、電解質マトリックス１
２に面していない方の面１４とが同じ高さになり、その
結果周辺ウエットシール領域がアノード１１及びカソー
ド１０の周囲にフレーム２０を形成するまで、圧縮力を
かける。このようにして、燃料電池の組立後に、アノー
ド１１及びカソード１０のエッジ１５は、酸化されるこ
とから保護される。電解質マトリックス１２の周辺ウエ
ットシール領域と、アノード１１及びカソード１０の面
１６とが同じ高さになった時点で、圧縮力をかけるのを
止めて、緻密化された積層構造体１７を冷却する。この
ようにして、積層構造体は今や燃料電池に組み込まれる
準備が整った。
積層構造体１７に約１０ｐｓｉ〜約５０ｐｓｉの圧縮力
をかけて、アノード１１及びカソード１０を軟化した電
解質マトリックス中に沈み込ませる。アノード１１及び
カソード１０の周囲を越えて伸びる電解質マトリックス
１２の周辺ウエットシール領域の一部分と、アノード１
１及びカソード１０の面のうち、電解質マトリックス１
２に面していない方の面１４とが同じ高さになり、その
結果周辺ウエットシール領域がアノード１１及びカソー
ド１０の周囲にフレーム２０を形成するまで、圧縮力を
かける。このようにして、燃料電池の組立後に、アノー
ド１１及びカソード１０のエッジ１５は、酸化されるこ
とから保護される。電解質マトリックス１２の周辺ウエ
ットシール領域と、アノード１１及びカソード１０の面
１６とが同じ高さになった時点で、圧縮力をかけるのを
止めて、緻密化された積層構造体１７を冷却する。この
ようにして、積層構造体は今や燃料電池に組み込まれる
準備が整った。
【００３３】以上、本発明を幾つかの好ましい態様と共
に詳細に説明してきたが、本発明にはその他の態様を付
加することが可能であり、しかも、詳細部分については
本発明の本質を逸脱することなくその変更が可能である
ことは、当業者であれば明らかであろう。
に詳細に説明してきたが、本発明にはその他の態様を付
加することが可能であり、しかも、詳細部分については
本発明の本質を逸脱することなくその変更が可能である
ことは、当業者であれば明らかであろう。
【図１】本発明の一態様に従う、加熱及び圧縮前の積層
構造体の側面断面図である。
構造体の側面断面図である。
【図２】本発明の一態様に従う、加熱及び圧縮後の積層
構造体の側面断面図である。
構造体の側面断面図である。
１０ カソード １１ アノード １２ 電解質マトリックス １３ 周辺ウエットシール領域 １４ 活性領域 １７ 積層構造体 ２０ フレーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レナード・ジー・マリアノウスキ アメリカ合衆国イリノイ州60056，マウン ト・プロスペクト，サウス・エルムハース ト 507
Claims (16)
- 【請求項１】 燃料電池部材のアセンブリーであって：
マトリックス内及びその上に分散された活性電解質から
成り、且つ、活性領域及び周辺ウエットシール領域を有
する活性電解質−マトリックステープ複合体；アノード
及びカソードの少なくとも一つであって、前記アノード
が前記活性電解質−マトリックステープ複合体の一面に
接し、そして前記カソードが前記活性電解質−マトリッ
クステープ複合体の他方の面に接し、前記アノード及び
前記カソードが前記活性領域の周囲を越えて伸び、且
つ、前記周辺ウエットシール領域に接するもの；並びに
前記アノード及び前記カソードの周囲にフレームを形成
する前記周辺ウエットシール領域の一部分であって、そ
れにより前記アノード及び前記カソードの面のうち前記
活性電解質−マトリックステープ複合体に面していない
面が前記フレームと同じ高さになるようにしたもの；か
ら成る前記アセンブリー。 - 【請求項２】 前記活性電解質−マトリックステープ複
合体が、炭酸リチウム並びに炭酸カリウム及び炭酸ナト
リウムから成る群から選択される少なくとも一種の炭酸
塩の混合物から成る、請求項１に記載の燃料電池部材の
アセンブリー。 - 【請求項３】 前記マトリックスが、リチウムアルミネ
ートから成る、請求項１に記載の燃料電池部材のアセン
ブリー。 - 【請求項４】 前記活性電解質−マトリックステープ複
合体が、約２０ミル〜約１２０ミル厚である、請求項１
に記載の燃料電池部材のアセンブリー。 - 【請求項５】 前記活性電解質−マトリックステープ複
合体が、約１０ｐｓｉ〜約５０ｐｓｉの圧縮力で緻密化
される、請求項１に記載の燃料電池部材のアセンブリ
ー。 - 【請求項６】 前記活性電解質−マトリックステープ複
合体のテープ周辺が、燃料電池セルのセル周辺と同等で
ある、請求項１に記載の燃料電池部材のアセンブリー。 - 【請求項７】 前記アノード及び前記カソードが、約５
ミル〜約５０ミル厚である、請求項１に記載の燃料電池
部材のアセンブリー。 - 【請求項８】 燃料電池部材のアセンブリーであって：
活性領域及び周辺ウエットシール領域を有するマトリッ
クステープ；アノード及びカソードの少なくとも一つで
あって、前記アノードが前記マトリックステープの一面
に接し、そして前記カソードが前記マトリックステープ
の他方の面に接し、前記アノード及び前記カソードが前
記活性領域の周囲を越えて伸び、且つ、前記周辺ウエッ
トシール領域に接するもの；並びに前記アノード及び前
記カソードの周囲にフレームを形成する前記周辺ウエッ
トシール領域の一部分であって、それにより前記アノー
ド及び前記カソードの面のうち前記活性電解質−マトリ
ックステープ複合体に面していない面が前記フレームと
同じ高さになるようにしたもの；から成る前記アセンブ
リー。 - 【請求項９】 前記マトリックスが、リチウムアルミネ
ートから成る、請求項８に記載の燃料電池部材のアセン
ブリー。 - 【請求項１０】 前記アノード及び前記カソードが、活
性電解質を含浸した多孔質構造である、請求項８に記載
の燃料電池部材のアセンブリー。 - 【請求項１１】 前記活性電解質が、炭酸リチウム並び
に炭酸カリウム及び炭酸ナトリウムから成る群から選択
される少なくとも一種の炭酸塩の混合物から成る、請求
項１０に記載の燃料電池部材のアセンブリー。 - 【請求項１２】 前記マトリックステープが、約１０ｐ
ｓｉ〜約５０ｐｓｉの圧縮力で緻密化される、請求項８
に記載の燃料電池部材のアセンブリー。 - 【請求項１３】 前記マトリックステープのテープ周辺
が、燃料電池セルのセル周辺と同等である、請求項８に
記載の燃料電池部材のアセンブリー。 - 【請求項１４】 積層燃料電池部材の製造方法であっ
て：活性領域及び周辺ウエットシール領域を有する活性
電解質−マトリックステープ複合体の一面に隣接するよ
うにアノードを配置し、及び／又は、前記活性電解質−
マトリックステープ複合体の他方の面に隣接するように
カソードを配置し、ここで、前記アノード及び前記カソ
ードが前記活性領域の周辺を越えて伸びており、且つ、
周辺ウエットシール領域に接するようにし、それによっ
て積層構造体となし；前記積層構造体を約４００℃〜約
６５０℃に加熱し；前記アノード及び前記カソードの高
さが、前記周辺ウエットシール領域の一部分の高さと同
じになるまで前記積層構造体に圧縮力をかけて、前記周
辺ウエットシール領域の一部分が前記アノード及び前記
カソードの周囲にフレームを形成するようにし；そして
前記圧縮力をかけるのを止め、前記積層構造体を冷却す
る；ことから成る前記方法。 - 【請求項１５】 前記積層構造体を加熱している間に前
記活性電解質−マトリックステープ複合体からバインダ
ーを除去する、請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記圧縮力が、約１０ｐｓｉ〜約５０
ｐｓｉである、請求項１４に記載の方法。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005302526A (ja) * | 2004-04-12 | 2005-10-27 | Asahi Glass Co Ltd | 固体高分子電解質膜及び固体高分子電解質膜を有する膜電極接合体 |
| KR100644855B1 (ko) * | 2005-03-14 | 2006-11-14 | 한국과학기술연구원 | 다공성 알루미늄 지지체를 이용한 융융탄산염 연료전지용강화 매트릭스 및 이를 포함하는 용융탄산염 연료전지의제조방법 |
| US7776228B2 (en) | 2006-04-11 | 2010-08-17 | Ebara Corporation | Catalyst-aided chemical processing method |
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Families Citing this family (15)
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|---|---|---|---|---|
| EP0509424A2 (en) * | 1991-04-16 | 1992-10-21 | Institute of Gas Technology | Composite active electrolyte-matrix and laminated component tapes for molten carbonate fuel cells |
| DE19515457C1 (de) * | 1995-04-27 | 1996-07-25 | Mtu Friedrichshafen Gmbh | Brennstoffzelle |
| US5631099A (en) * | 1995-09-21 | 1997-05-20 | Hockaday; Robert G. | Surface replica fuel cell |
| US5759712A (en) * | 1997-01-06 | 1998-06-02 | Hockaday; Robert G. | Surface replica fuel cell for micro fuel cell electrical power pack |
| AU8329398A (en) * | 1997-07-16 | 1999-02-10 | Ballard Power Systems Inc. | Resilient seal for membrane electrode assembly (mea) in an electrochemical fuel cell and method of making same |
| US6423439B1 (en) | 1997-07-16 | 2002-07-23 | Ballard Power Systems Inc. | Membrane electrode assembly for an electrochemical fuel cell |
| US5976727A (en) * | 1997-09-19 | 1999-11-02 | Ucar Carbon Technology Corporation | Electrically conductive seal for fuel cell elements |
| NL1009815C2 (nl) * | 1998-08-06 | 2000-02-15 | Stichting Energie | Werkwijze voor het vervaardigen van een MCFC elektrochemische cel. |
| US6326097B1 (en) | 1998-12-10 | 2001-12-04 | Manhattan Scientifics, Inc. | Micro-fuel cell power devices |
| US6194095B1 (en) | 1998-12-15 | 2001-02-27 | Robert G. Hockaday | Non-bipolar fuel cell stack configuration |
| JP2003529195A (ja) | 2000-03-28 | 2003-09-30 | マンハッタン・サイエンティフィックス・インコーポレイテッド | 燃料電池装置とその動作方法 |
| US20030224237A1 (en) * | 2002-05-30 | 2003-12-04 | Vanderleeden Olen R. | Membrane electrode assembly for an electrochemical fuel cell |
| JP5201984B2 (ja) * | 2006-12-29 | 2013-06-05 | ドーサン ヘビー インダストリーズ アンド コンストラクション カンパニー リミテッド | 湿式法を利用する溶融炭酸塩燃料電池の電解質含浸電極の製造方法 |
| KR20100057604A (ko) * | 2007-07-13 | 2010-05-31 | 파이어 트레이스 유에스에이 엘엘씨 | 위험 물질을 담는 방법 및 장치 |
| DE102014019259B4 (de) * | 2014-12-19 | 2017-08-03 | Airbus Defence and Space GmbH | Kompositelektrolyt für eine Festoxidbrennstoffzelle, Abgassonde oder Hochtemperatur-Gassensor und Verfahren zur Herstellung eines Kompositelektrolyten |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0221570A (ja) * | 1988-07-08 | 1990-01-24 | Fuji Electric Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池の製造方法 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3723186A (en) * | 1971-11-05 | 1973-03-27 | Inst Gas Technology | Electrolyte seal means |
| US3867206A (en) * | 1973-12-21 | 1975-02-18 | United Aircraft Corp | Wet seal for liquid electrolyte fuel cells |
| US4164068A (en) * | 1977-08-18 | 1979-08-14 | Exxon Research & Engineering Co. | Method of making bipolar carbon-plastic electrode structure-containing multicell electrochemical device |
| US4259389A (en) * | 1977-12-12 | 1981-03-31 | United Technologies Corporation | High pressure-low porosity wet seal |
| US4269642A (en) * | 1979-10-29 | 1981-05-26 | United Technologies Corporation | Method of forming densified edge seals for fuel cell components |
| US4365008A (en) * | 1981-07-27 | 1982-12-21 | United Technologies Corporation | Densified edge seals for fuel cell components |
| US4538348A (en) * | 1981-09-30 | 1985-09-03 | United Technologies Corporation | Molten carbonate fuel cell matrix tape and assembly method |
| JPS58131667A (ja) * | 1982-01-29 | 1983-08-05 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| US4579788A (en) * | 1983-10-18 | 1986-04-01 | Institute Of Gas Technology | High temperature fuel cell wet seal |
| US4652502A (en) * | 1985-12-30 | 1987-03-24 | International Fuel Cells, Inc. | Porous plate for an electrochemical cell and method for making the porous plate |
| US4659635A (en) * | 1986-05-27 | 1987-04-21 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Electrolyte matrix in a molten carbonate fuel cell stack |
| US4756981A (en) * | 1986-12-29 | 1988-07-12 | International Fuel Cells | Seal structure for an electrochemical cell |
| JPH0785416B2 (ja) * | 1987-01-21 | 1995-09-13 | 三菱電機株式会社 | リン酸型燃料電池のガスシ−ル製造方法 |
| US4786568A (en) * | 1988-03-01 | 1988-11-22 | International Fuel Cells Corporation | Electrode substrate with integral edge seal and method of forming the same |
-
1992
- 1992-03-13 US US07/850,569 patent/US5240786A/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-03-09 CA CA002091331A patent/CA2091331C/en not_active Expired - Fee Related
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0221570A (ja) * | 1988-07-08 | 1990-01-24 | Fuji Electric Co Ltd | 溶融炭酸塩型燃料電池の製造方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005302526A (ja) * | 2004-04-12 | 2005-10-27 | Asahi Glass Co Ltd | 固体高分子電解質膜及び固体高分子電解質膜を有する膜電極接合体 |
| KR100644855B1 (ko) * | 2005-03-14 | 2006-11-14 | 한국과학기술연구원 | 다공성 알루미늄 지지체를 이용한 융융탄산염 연료전지용강화 매트릭스 및 이를 포함하는 용융탄산염 연료전지의제조방법 |
| US7776228B2 (en) | 2006-04-11 | 2010-08-17 | Ebara Corporation | Catalyst-aided chemical processing method |
| US8679286B2 (en) | 2006-04-11 | 2014-03-25 | Ebara Corporation | Catalyst-aided chemical processing method |
| EP2381008A2 (en) | 2006-08-28 | 2011-10-26 | Osaka University | Catalyst-aided chemical processing method and apparatus |
| KR101008063B1 (ko) * | 2006-12-29 | 2011-01-13 | 두산중공업 주식회사 | 습식법을 이용한 용융탄산염 연료전지의 전해질 함침 전극제조방법 |
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