JPH073786B2 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

Info

Publication number
JPH073786B2
JPH073786B2 JP60099452A JP9945285A JPH073786B2 JP H073786 B2 JPH073786 B2 JP H073786B2 JP 60099452 A JP60099452 A JP 60099452A JP 9945285 A JP9945285 A JP 9945285A JP H073786 B2 JPH073786 B2 JP H073786B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frame
anode
cathode
fuel cell
orifices
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP60099452A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS60250563A (ja
Inventor
ベルナール・ワルゾスキー
ピエール・フオーヴエル
シルヴアン・デユプレ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom SA
Original Assignee
Alsthom Atlantique SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alsthom Atlantique SA filed Critical Alsthom Atlantique SA
Publication of JPS60250563A publication Critical patent/JPS60250563A/ja
Publication of JPH073786B2 publication Critical patent/JPH073786B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2459—Comprising electrode layers with interposed electrolyte compartment with possible electrolyte supply or circulation
    • 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
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • 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】 本発明は、相互に電気的に接触するように配置された複
数の素子から構成される燃料電池に関する。
燃料電池の各素子は、好ましくは平行面を有する平板形
であり、夫々特定の触媒を担持するカソードとアノード
との２個の多孔質電極と、電極間に配置された間隙を充
填する電解液と、カソード面の頂部においてカソードの
外側表面と電気的に接触し、アノード面において隣接素
子のアノードの外側表面と電気的に接触する第１の集電
器と、アノード面の頂部においてアノードの外側表面と
電気的に接触し、カソード面において別の隣接素子のカ
ソードと電気的に接触する第２の集電器とから成り、集
電器の各面に設けられた孔道を担持する少なくとも１個
の中央導電ゾーンを有する２個の不透過性バイポーラ型
集電器とを備えており、カソードと第１の集電器のカソ
ード面との間を気体助燃剤が循環し、アノードと第２の
集電器のアノード面との間を気体燃料が循環し、中央導
電ゾーンの両側に配置された集電器の下部及び上部は、
電池内を通って電解液及び燃料を循環させるためのオリ
フィスを備えており、第１の電極は、好ましくはプラス
チック絶縁材料から形成された四辺形状の中央オリフィ
スを有する枠の両側に固定されており、枠の下部及び上
部は、集電器に設けられたオリフィスに対応しており且
つ電池内を通って燃料及び電解液を移送するためのオリ
フィスを備えており、枠の一方の面には、電解液の移送
用オリフィスの１個、即ち入口オリフィスから２個の電
極間に配置された電解槽へ、及び電解槽から電解液の移
送用の別のオリフィス、即ち出口オリフィスへ電解液を
移送するための手段が具備されており、該手段は、中央
オリフィスの２個の対向側に沿って枠の下部及び上部に
配置された電解液の分配及び分布及び配分用チャンバを
形成している切欠部に開口しており且つリブにより規定
された複数の平行な微量管を介して電解槽に連通する溝
から構成されている。
該電池において、枠に設けられた溝と分配及び分布及び
配分チャンバと微量管とから構成される電解液分配系の
気密性は、分配系を有する枠の面に第２の電極を付着さ
せ、該電極を、該系を覆うに十分な寸法に形成すること
により確保され、従って、各構成要素の取付及び締着時
に気密性が形成される。
しかしながら、このような解決法は、電解液が全素子間
を並列に分配されながら永久的に循環するような電池の
場合、電極が、組立られた電池内で各構成要素に設けら
れたオリフィスの協働により管内を循環する各素子共通
の電解液に接触するため、分流、従って大幅なエネルギ
損失をもたらすので、十分ではないと認められている。
本発明の目的は、電解液分配系の気密性を向上し得る共
に電解液分配時のエネルギ損失を低減し得、しかも電解
液を均等に分配し得る燃料電池を提供することにある。
本発明によれば、前述の目的は、互いに電気的に接触す
るように配置された複数の素子から構成される燃料電池
であって、素子の夫々が、ほぼ平行な面を有する平板形
に夫々形成されたカソード及びアノードの二つの多孔質
電極と、一方の面がカソードに固定されており、中央に
四辺形の第１の開口部を有するプラスチック絶縁材料の
第１の枠と、一方の面が前記アノードに固定されると共
に他方の面が前記第１の枠の他方の面に固定されてお
り、前述の二つの電極及び第１の枠と協働して電解槽を
画定すべく第１の開口部に対向して配設された第２の開
口部を有するプラスチック絶縁材料の第２の枠と、カソ
ード面がカソードと電気的に接触すると共に酸化ガスを
循環させるべく流路を形成する少なくとも一つの導電ゾ
ーンを中央部に有しており、かつアノード面が一方の隣
接素子におけるアノードと電気的に接触すべき不透過性
バイポーラ型の第１の集電器と、アノード面がアノード
と電気的に接触すると共に燃料ガスを循環させるべく流
路を形成する少なくとも一つの導電ゾーンを中央部に有
しており、かつカソード面が他方の隣接素子におけるカ
ソードと電気的に接触すべき不透過性バイポーラ型の第
２の集電器と、電解液を循環させるべく第１の集電器の
上部及び下部に導電ゾーンを挟んで夫々配設された複数
の第１のオリフィスと、燃料ガスを循環させるべく第２
の集電器の上部及び下部に導電ゾーンを挟んで夫々配設
された複数の第２のオリフィスと、電解液を電解槽内に
移送すべく第１のオリフィスに夫々対向して第１及び第
２の枠の夫々に配設された複数の第３及び第４のオリフ
ィスと、燃料ガスを電池内に移送すべく第２のオリフィ
スに夫々対向して第１及び第２の枠の夫々に配設された
複数の第５及び第６のオリフィスと、電解液を前記第３
のオリフィスの一つから電解槽へ移送すると共に該移送
された電解液を電解槽から第３のオリフィスの他の一つ
へ移送すべく第１の枠の他方の面に配設されており、第
１の開口部の互いに対向する二つの側縁に沿って第１の
枠の上部及び下部に夫々設けられて電解液の分配チャン
バを形成する二つの切欠部、互いに平行な複数の小通路
を画定すべく切欠部に設けられた複数のリブ、並びに小
通路を介して第３のオリフィスの一つ及び他の一つを電
解槽に夫々連通する二つの溝を有する移送手段とを備え
ており、第２の枠は前記移送手段を密閉すべく該移送手
段に対向して伸延すると共に第１の枠に気密的に固定さ
れる燃料電池によって達成される。
本発明の燃料電池によれば、プラスチック絶縁材料の第
２の枠は、一方の面がアノードに固定されると共に他方
の面が第１の枠の他方の面に固定されており、又、第１
の枠における第１の開口部に対向して配設された第２の
開口部を有しており、二つの電極及び第１の枠と協働し
て電解槽を画定している。更に、第２の枠には電解液を
電解槽内に移送すべく第１のオリフィスに夫々対向して
配設された複数の第４のオリフィスが設けられると共に
燃料ガスを電池内に移送すべく第２のオリフィスに夫々
対向して複数の第６のオリフィスが設けられている。し
かも、この第２の枠は前記移送手段を密閉すべく該移送
手段に対向して伸延すると共に第１の枠に気密的に固定
されている。従って、各構成要素の取付け及び締着時に
気密性を形成して電解液分配系の気密性を確保し得る。
又、本発明の燃料電池によれば、移送手段は、電解液を
第３のオリフィスの一つから電解槽へ移送すると共に該
移送された電解液を電解槽から第３のオリフィスの他の
一つへ移送すべく第１の枠の他方の面に配設されてお
り、第１の開口部の互いに対向する二つの側縁に沿って
第１の枠の上部及び下部に夫々設けられて電解液の分配
チャンバを形成する二つの切欠部、互いに平行な複数の
小通路を画定すべく切欠部の夫々に設けられた複数のリ
ブ、並びに小通路を介して第３のオリフィスの一つ及び
他の一つを電解槽に夫々連通する二つの溝を有する。従
って、第３のオリフィスと電解槽との間の行路を長くす
ると共に流路断面積を小さく得、電解液が素子に対して
並列に分配される電池において各素子間に高い分流抵抗
を形成すると共に対応するエネルギ損失をできるだけ低
減し得る。更に、チャージ損失を限定し得、しかもこの
チャージ損失は電解槽よりは大きいので、電池の各素子
間において電解液を均等に分配し得る。その結果、電解
液分配系の気密性を向上し得る共に電解液分配時のエネ
ルギ損失を低減し得、しかも電解液を均等に分配し得
る。
本発明による燃料電池の好ましい特徴によれば、第１の
枠はカソードが第１の枠の表面から突出しないように該
カソードの厚さにほぼ等しい高さのストップ部を第１の
開口部の近傍に有しており、第２の枠はアノードが第２
の枠の表面から突出しないように該アノードの厚さにほ
ぼ等しい高さのストップ部を第２の開口部の近傍に有し
ているのがよい。
本発明による燃料電池の他の好ましい特徴によれば、溝
の夫々が、底部を有するＵ字形の行路に形成されている
のがよい。
本発明による燃料電池の更に他の好ましい特徴によれ
ば、移送手段は、該溝の底部と分配チャンバの底部とが
第１の枠の表面と同一面上にあり、かつ第２の枠と溝の
底部との間隔を維持すべく突起状に形成されているのが
よい。
本発明による燃料電池の更に他の好ましい特徴によれ
ば、溝は、該溝の全長にわたって該溝内に配置された少
なくとも一つのリブを含んでいるのがよい。
本発明による燃料電池の更に他の好ましい特徴によれ
ば、分配チャンバが、溝とリブとの間に互いに平行に配
置された複数の案内リブを含んでいるのがよい。
本発明による燃料電池の更に他の好ましい特徴によれ
ば、第１及び第２の集電器は、酸化ガス及び燃料ガスを
移送すべく切欠部とほぼ鉛直方向に伸長するように該切
欠部の夫々に設けられた複数のリブとを夫々含んでいる
のがよい。
本発明による燃料電池の更に他の好ましい特徴によれ
ば、第１及び第２の集電器の夫々はリブの導電ゾーン側
端部間に設けられた複数の突起を有しているのがよい。
本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添
付図面から明らかになろう。
図中、参照符号１及び２は、本発明の電池素子構造に含
まれる多孔質電極を示している。
説明及び図示の具体例において、参照符号１は、一方の
面において電解液、他方の面において気体燃料と接触す
るアノードを示しており、参照符号２は、一方の面にお
いて電解液、他方の面において気体助燃剤と接触するカ
ソードを示している。
電極は、炭素とプラスチック材料とを主成分とし、例え
ばポリテトラフルオルエチレンから形成され得、夫々特
定の触媒を担持し得る。
非限定的な例として、電極は、1979年10月18日付仏国特
許出願第79 25879号に開示されているような可撓性構造
であり得る。電極は特に、同じく1979年10月18日付仏国
特許出願第79 25877号及び79 25878号に開示の方法によ
り作成され得る。
図例中、カソード２は、四辺形の第１の開口部としての
中央オリフィス４を有する第１の枠としての枠３に固定
されている。
枠３は好ましくは、例えばポリプロピレン、ポリ塩化ビ
ニル、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリ
エチレン、ポリスチレン、ポリスフォン等を主成分とす
るプラスチック絶縁材料から構成される。
電極の厚みは、0.2mmから5mm、好ましくは0.5mmから1.5
mmのオーダである。
図示例では、中央オリフィスは正方形である。
枠３の下部５及び上部６は、電池内を通って燃料及び電
解液を移送するためのオリフィスを備えている。
符号７は、図示例では楕円形の第５のオリフィスとして
の燃料循環オリフィスを示している。
第３のオリフィスとしてのオリフィス8Aは、電池内に電
解液を循環させ、電解液を電解槽内に移送するべく機能
する。
同じく第３のオリフィスとしてのオリフィス8Bは、電解
槽から電解液を排出し、電解液を電池内に循環させるべ
く機能する。
符号９は、例えば組立時の素子の整列及び／又は締着繋
材の導入のために使用され得るオリフィスを示してい
る。
枠３の面10には、電解液をオリフィス8Aから中央オリフ
ィス４、中央オリフィスからオリフィス8Bに向かって移
送するための手段が備えられている。
該手段は、中央オリフィスの２個の対向側に沿って枠３
の下部５及び上部６に配置された電解液分配及び分布及
び配分チャンバ12を形成している切欠部に開口しており
且つリブ14（第２図に詳示）により規定された複数の平
行な微量管13を介して電解槽と連通する溝11から構成さ
れている。
リブ14の頂部は、枠３の面10と同一平面上にある。
溝11は、好ましくは行路が長く断面積が小さい。実際
に、電解液が素子間に高い分流抵抗を形成し、対応する
エネルギ損失をできるだけ減少させるように素子に並列
に分配されるような電池の場合、導入及び排出オリフィ
スと電解槽との間の電解液の行路を長くし、断面積を狭
くすることが重要である。更に、断面積が小さく長さが
大きい管内を通って電解液を移送すると、チャージ損失
が限定されしかも電解槽よりも大きいので、電解液流は
電池の各素子間に均等に分配される。
図例では、溝11は、底部が電解槽を規定している中央オ
リフィス４から突出するようにオリフィス8Aおよび8Bに
対して配置されたＵ字形の行路を有する。
Ｕ字形構造は、素子の寸法を過度に増加することなく行
路を倍増することが可能である。Ｕ字形構造は更に、必
要とあれば、槽を満たしておきながら電解液の循環を遮
断し、必要とあれば、偶発的なガス侵入時に槽からの排
出を回避しながら槽内の下方から上方に電解液を循環さ
せることが可能である。
例えば、Ｕ字形の各腕の長さは電解槽の高さに等しく、
溝の幅は0.5mmから10mmであり得る。
枠３に設けられた溝11、チャンバ12及び微量管13から構
成される電解液分配系の気密性は、少なくとも分配系に
向かって伸延しており且つ枠３に結合されたプラスチッ
ク絶縁材料から成る第２の枠55により確保される。
図示例の枠55の長さは、枠３の長さ、特に枠３に設けら
れたオリフィス7,8A,8B及び９に夫々対応する第６のオ
リフィスとしてのオリフィス67,第４のオリフィスとし
てのオリフィス68A,68B及びオリフィス69の長さに近似
する。該枠は更に、枠３の中央オリフィス４に対応する
第２の開口部としての中央オリフィス71を備えている。
枠55の厚みは、0.1mmから5mm、好ましくは0.3mmから0.6
mmであり得る。該枠は、好ましくは枠３の構成材料と同
一の材料から構成され得る。
枠55及び枠３間の結合は、適当な手段、例えば接着、溶
接等により実施され得る。
溝11と電解液分配及び分布及び配分チャンバ12との底部
は、枠３の面と同一平面上に配置されており且つ、特に
枠55と該底部との間隔を維持し、流体供給を調整するべ
く構成された突起又はリブのような手段を備えている。
図示例では、リブ16が溝11の全長に沿って該溝内に配置
されている。
更にチャンバ12は、平行に配置されており且つ電解液の
循環を妨げない複数のリブ17を備えている。
リブ16及び17の頂部は、枠３の面10と同一平面上にあ
る。
突起の代わりにリブを使用することにより、薄膜に孔の
あく危険を減少させることができる。
アノード１は枠55に固定されている。
電解槽64は、２個の電極１及び２と枠３及び55とにより
規定されている。電解槽内に、例えば多孔性波形シート
から構成されるセパレータを配置することが可能であ
る。
面10に対向する面72において、中央オリフィス４を規定
しており且つカソードが固定されている枠３の部分は、
ストップ部分60を備えており、カソード２が枠３のスト
ップ部分60のレベルに固定後、枠３の面から突出しない
ように構成されている。
他方、電極を担持しておらず且つ枠55が付着されている
枠３の面10は、ストップ部分を備えていない。
該構造は第２図に特に詳細に示してあり、図中、微量管
13を規定しているリブ14は、枠３の面と同一平面上にあ
る。リブ16及び17についても同様である。
第３図は、第１図の面に対向する枠55の面57を示してい
る。電解液の分配系を有する枠３の面に支承されている
該面57は、平坦であり、ストップ部分を含んでいない。
他方、アノード１が固定されている枠55の他方の面56
は、中央オリフィスの周囲にストップ70を備えており、
アノード１が枠55のストップ部分70のレベルに固定後、
枠55の面から突出しないように構成されている。
第４図、第５図、第６図及び第７図は、第１図の各構成
要素、即ち電極１及び２と枠３及び55とを組立てること
により形成されたアセンブリ40を示している。第４図
は、燃料を供給されるアセンブリ40の面を示しており、
第７図は助燃剤を供給される面を示している。
第７図中、枠３の下部及び上部は、集電器に設けられた
対応する切欠部又は溝と組合せられて素子内の助燃剤の
入口及び出口断面積を増加させ得る切欠部22を、オリフ
ィス７間に備えている。該切欠部22は第１図及び第２図
にも示してある。切欠部22の内側には、第７図に示すよ
うに鉛直方向管を規定する長手方向リブ61を配置するこ
とができる。
第８図から第12図は、集電器に関する。該集電器は、集
電器の各面に設けられた孔道を担持する少なくとも１個
の中央導電ゾーンを備えるバイポーラ型不透過性集電器
であり、中央導電ゾーンの両側に配置された集電器の下
部及び上部は、電池内を通って電解液と燃料とを循環さ
せるためのオリフィスを備えている。
図示例の集電器は、符号23で示してある。集電器は、周
囲を絶縁ゾーン25で包囲された電極１及び２に対応する
形状の中央導電ゾーン24を備えている。絶縁ゾーン25の
上部26及び下部27は、夫々オリフィス7,8A,8B及び９に
対応する第２のオリフィスとしてのオリフィス28,第１
のオリフィスとしてのオリフィス29A、29B及びオリフィ
ス30を備えている。
集電器の各面31及び32において、中央導電ゾーン24は、
気体流を循環させるための平鉛直方向管を規定する孔道
を備えている。
図示例の孔道33は鉛直方向であり、同様に鉛直方向の管
34を規定している。孔道及び管系は、第９図に示すよう
な波形支持体を使用することにより得られるが、両側に
凹凸を有する中心平坦心板を構成することも可能であ
る。支持体の厚みは、50ミクロンから3mm、好ましくは
0.1mmから0.5mmであり得る。
更に、鉛直孔道の代わりに山形又は他の何らかの形状の
孔道を形成することも可能である。孔道（即ち管）のピ
ッチ及び深さは、0.2mmから5mm、好ましくは0.5mmから
1.5mmであり得る。
集電器の面31は、助燃剤、例えば空気又は酸素を供給さ
れるように構成されており、面32は燃料、例えば水素を
供給される。
集電器のカソード面31の上部26及び下部27は、外部と連
通している溝又は切欠部35であり、方向転換によるチャ
ージ損失、即ち大気等の助燃剤を使用する場合、必要流
量が非常に大きいために特に増加し得るチャージ損失を
避けるほぼ直線状の行路に従って、集電器のカソード面
に助燃剤を供給し、該面から助燃剤を排出させる該溝又
は切欠部35を備えている。
集電器の面32の上部及び下部は、移送オリフィス28から
集電器のアノード面に燃料を供給し、燃料を排出させる
溝又は切欠部36を備えている。流れ分配手段は、溝及び
切欠部35及び36内に配置されている。
該手段は、分配管を形成している伸延リブにより構成さ
れており、リブの上面は、溝及び切欠部を担持している
集電器の面と同一平面上に配置されており、従って、リ
ブを担持している集電器の底部と電池の隣接素子との間
の間隔を維持するべく機能する。こうして形成された管
は、ほぼ鉛直方向である。
集電器の導電部分に設けられた孔道により規定される管
が同様に平均鉛直方向を有するので、助燃剤及び燃料流
は、集電器の面の全長に沿ってほぼ同一の鉛直方向を維
持する。
第12図から明らかなように、燃料供給オリフィス28は楕
円形であり、燃料移送を可能にする溝又は切欠部36は、
集電器23の中央導電ゾーン24の最近傍に配置された楕円
形オリフィスの部分の近傍に開口している。燃料分配用
リブは、オリフィス28から集電器の導電部分24に向かっ
て広がる系を規定している。オリフィス28の近傍に配置
されたリブ37は、より長さが大きく且つ集電器の導電部
分24の管の近傍に連通するリブ38により規定されたより
多数の中間管にそれ自体供給する管を規定しており、中
間管は集電器の導電部分24の少なくとも１個の管34に供
給する。
燃料分配管の伸延により、全素子に共通の循環管内のガ
スチャージ損失を少量にとどめながら、多数の素子のス
タックが可能になる。更に、残留ガスの流れを妨げるこ
となく、下部楕円形管の下部に向かって寄生液体の最良
の排出が可能になる。
第11図に示すように、助燃剤流の分配リブ39は伸延型で
あり、図中では集電器の導電部分の隣接部分内に広がる
ほぼ鉛直方向の分配管を規定している。集電器のカソー
ド面に沿った助燃剤行路は、顕著な方向転換及び障害を
伴わないほぼ直線状である。導電部分24の近傍に配置さ
れたリブ39の端部間には、突起62が配置され得る。
分配管は更に集電器の導電部分の全水平方向面にわたっ
て開口しているので、カソード面のレベルで助燃剤の優
れた分配が得られる。
同様の理由から、アノード面のレベルにおける燃料につ
いても同様の結果が得られる。
好ましくは、導電部分24の近傍においてリブ38の端部
は、電池の各構成要素の組立及び締着時に集電器のこれ
らのゾーンを最良に保持し得るように、リブ39の端部及
び突起62に累積される。
枠３及び55及び集電器の絶縁部分は、好ましくは同一の
合成樹脂材料から構成され、従って、これらの部材間の
結合が助長される。
従って、該部材は上述のように、ポリプロピレン、ポリ
エチレン、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリル−ブタジ
エン−スチレン、ポリスルフォン、ポリスチレン等から
構成され得る。
これらの材料は、機械的及び熱特性を変化させ、特に集
電器の中央導電ゾーンに近似の熱膨脹率が得られるよう
に適当なチャージ、例えばタルクのような不活性材料を
含有し得る。
例えば、該部材は、例えば５％から90％、好ましくは35
％から45％のタルクをチャージされたポリプロピレンか
ら構成され得る。
集電器の中央導電部分は、好ましくは枠３の組成と同一
のプラスチック材料でありながら導電性チャージ、例え
ば金属粉末、グラファイト粉末、炭素粉末、ファーネス
ブラック、アセチレンブラック、カーボンファイバー、
グラファイトファイバー又はこれらの各物質の混合物を
導入させた材料から形成され得る。例えば該部分は、例
えば10％から90％、好ましくは30％から50％のカーボン
ブラックをチャージさせたポリプロピレンから構成され
得る。
枠及び集電器は、熱圧縮、射出成形法により作成され得
る。
射出成形法は、中央導電ゾーンと周辺絶縁ゾーンとを構
成する材料を流体状態でモールド内に同時に導入するの
で、２種類の材料を溶接でき、従って２ゾーン間の不連
続性を避けることができるので、集電器を作成する場合
に特に優れている。更に、この方法は著しく経済的であ
る。
第13図は、本発明の電池素子の分解図である。
符号40は、第７図の構成要素のアセンブリを示してお
り、該アセンブリは電極２を担持する枠３と電極１を担
持する枠55とから構成されている。アセンブリの両側に
は、上述のような２個の集電器が配置されている。第１
の集電器23′は、カソード面31′の頂部においてカソー
ド（図示せず）の外側表面と電気的に接触しており、ア
ノード面において隣接素子（図示せず）のアノードの外
側表面と電気的に接触している。第２の集電気23′は、
アノード面（図示せず）の頂部においてアノード１の外
側表面と電気的に接触しており、カソード面31′におい
て別の隣接素子（図示せず）のカソードと電気的に接触
している。
気体助燃剤、例えば空気は、集電気23′の中央導電部分
24′の孔道により規定された管を通って、アセンブリ40
のカソードと集電気23′のカソード面31′との間を循環
する。
気体燃料、例えば水素は、集電気23′の中央導電部分の
孔道により規定された管を通って、アノード１と集電気
23′のアノード面との間を循環する。
電極は、適当な手段、例えば圧着、溶接、接着等によ
り、集電器の中央導電部分の孔道の頂部のレベルに電気
的に結合される。
一方、電極のクラウン状の周辺ゾーンは、組立及び作動
時に電極の破壊又は亀裂を避けるべく膨脹差を維持でき
るように、非結合状態に維持することが好ましい。
第14図は、第13図の素子を複数組合せることにより形成
された本発明の電池を示している。
符号50はこうして構成された電池を、符号51及び52は端
子板を示している。符号53及び54は、素子スタックの端
部を構成する端子集電器の１個に夫々連結された端子を
示している。
一具体例によると、端子集電器はスタックの内側に配置
されている上述のバイポーラ型集電器と異なり、小さい
厚みと少なくとも該当集電器の活性ゾーンに等しい表面
積とを有する金属素子をスタックの外側面に備えてお
り、該素子は好ましくはシート、格子、コート又は堆積
状として該面に付着又は導入される。
該金属素子は、端子を連結するための側部伸延部を備え
得る。
電池への電解液導入及び排出用オリフィスは符号56及び
57、気体燃料の導入及び排出用オリフィスは符号58及び
59で示してある。
電池に助燃剤を進入させるためのオリフィスは、図面に
明確に示してある。該オリフィスは、集電器23と電極２
を固定した枠３に対向する面とに設けられた切欠部35及
び22の協働により形成される。
切欠部22に設けられたリブ61は、切欠部35に設けられた
リブ39に対応しており、相互に支承し合うこれらのリブ
の協働により、切欠部35及び22により形成された導管の
開口断面積を維持することができる。
当然のことながら、本発明は例示としてのみ示した上述
及び図示の具体例に限定されない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の電池素子の数個の構成要素の分解図、
第２図は第１図のII部分の拡大部分斜視図、第３図は第
１図の構成要素の他方の面を示す説明図、第４図は第１
図の各構成要素の組立てることにより形成されたアセン
ブリの一方の面を、構成要素の一部を折曲げ、切欠いて
示した説明図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線による拡大断
面図、第６図は第４図のVI−VI線による拡大断面図、第
７図は第４図のアセンブリの他方の面の説明図、第８図
はバイポーラ型集電器の一方の面の説明図、第９図は第
８図の集電器の他方の面の説明図、第10図は第８図のＸ
−Ｘ線による拡大部分断面図、第11図は第８図のXI部分
の拡大部分斜視図、第12図は第９図のXII部分の拡大部
分斜視図、第13図は本発明の電池素子の分解図、第14図
は本発明の電池の超概略斜視図である。 １……アノード、２……カソード、3,55……枠、4,7,8
A,8B,9,28,29A,29B,30,67,68A,68B,69……オリフィス、
11,35……溝、13……微量管、14,16,17,39,61……リ
ブ、18……波形シート、19……ストップ、22,36……切
欠部、23……集電器、24……導電ゾーン、25……絶縁ゾ
ーン、33……孔道、40……アセンブリ、50……電池、5
1,52……端子板、53,54……端子、62……突起、64……
電解槽。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−96570（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−79731（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−13637（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−129839（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−28875（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】互いに電気的に接触するように配置された
    複数の素子から構成される燃料電池であって、 前記素子の夫々が、 ほぼ平行な面を有する平板形に夫々形成されたカソード
    （２）及びアノード（１）の二つの多孔質電極と、 一方の面が前記カソードに固定されており、中央に四辺
    形の第１の開口部（４）を有するプラスチック絶縁材料
    の第１の枠（３）と、 一方の面が前記アノードに固定されると共に他方の面が
    前記第１の枠の他方の面に固定されており、前記二つの
    電極及び前記第１の枠と協働して電解槽を画定すべく前
    記第１の開口部に対向して配設された第２の開口部（7
    1）を有するプラスチック絶縁材料の第２の枠（55）
    と、 カソード面（31）が前記カソードと電気的に接触すると
    共に酸化ガスを循環させるべく流路を形成する少なくと
    も一つの導電ゾーン（24）を中央部に有しており、かつ
    アノード面（32）が一方の隣接素子におけるアノード
    （１）と電気的に接触すべき不透過性バイポーラ型の第
    １の集電器（23′）と、 アノード面（32）が前記アノードと電気的に接触すると
    共に燃料ガスを循環させるべく流路を形成する少なくと
    も一つの導電ゾーン（24）を中央部に有しており、かつ
    カソード面（31）が他方の隣接素子におけるカソード
    （２）と電気的に接触すべき不透過性バイポーラ型の第
    ２の集電器（23″）と、 電解液を循環させるべく前記第１の集電器の上部及び下
    部に導電ゾーン（24）を挟んで夫々配設された複数の第
    １のオリフィス（29A,29B）と、 燃料ガスを循環させるべく前記第２の集電器の上部及び
    下部に導電ゾーン（24）を挟んで夫々配設された複数の
    第２のオリフィス（28）と、 電解液を前記電解槽内に移送すべく前記第１のオリフィ
    スに夫々対向して前記第１及び第２の枠の夫々に配設さ
    れた複数の第３及び第４のオリフィス（8A,8B,68A,68
    B）と、 燃料ガスを電池内に移送すべく前記第２のオリフィスに
    夫々対向して前記第１及び第２の枠の夫々に配設された
    複数の第５及び第６のオリフィス（7,67）と、 電解液を前記第３のオリフィスの一つから電解槽へ移送
    すると共に該移送された電解液を電解槽から前記第３の
    オリフィスの他の一つへ移送すべく前記第１の枠の他方
    の面に配設されており、前記第１の開口部の互いに対向
    する二つの側縁に沿って前記第１の枠の上部及び下部に
    夫々設けられて電解液の分配チャンバを形成する二つの
    切欠部（12）、互いに平行な複数の小通路を画定すべく
    前記切欠部に設けられた複数のリブ（14）、並びに前記
    小通路を介して前記第３のオリフィスの一つ及び他の一
    つを前記電解槽に夫々連通する二つの溝（11）を有する
    移送手段とを備えており、 前記第２の枠は前記移送手段を密閉すべく該移送手段に
    対向して伸延すると共に前記第１の枠に気密的に固定さ
    れる燃料電池。
  2. 【請求項２】前記第１の枠は前記カソードが前記第１の
    枠の表面から突出しないように該カソードの厚さにほぼ
    等しい高さのストップ部（60）を前記第１の開口部の近
    傍に有しており、前記第２の枠は前記アノードが前記第
    ２の枠の表面から突出しないように該アノードの厚さに
    ほぼ等しい高さのストップ部（70）を前記第２の開口部
    の近傍に有している特許請求の範囲第１項に記載の燃料
    電池。
  3. 【請求項３】前記溝の夫々が、底部を有するＵ字形の行
    路に形成されている特許請求の範囲第１項又は第２項に
    記載の燃料電池。
  4. 【請求項４】前記移送手段は、該溝の底部と前記分配チ
    ャンバの底部とが前記第１の枠の表面と同一面上にあ
    り、かつ前記第２の枠と前記溝の底部との間隔を維持す
    べく突起状に形成されている特許請求の範囲第１項から
    第３項のいずれか一項に記載の燃料電池。
  5. 【請求項５】前記溝は、該溝の全長にわたって該溝内に
    配置された少なくとも一つのリブ（16）を含んでいる特
    許請求の範囲第４項に記載の燃料電池。
  6. 【請求項６】前記分配チャンバが、前記溝と前記リブと
    の間に互いに平行に配置された複数の案内リブ（17）を
    含んでいる特許請求の範囲第４項に記載の燃料電池。
  7. 【請求項７】前記第１及び第２の集電器は、酸化ガス及
    び燃料ガスを移送すべく切欠部とほぼ鉛直方向に伸長す
    るように該切欠部の夫々に設けられた複数のリブ（37,3
    8,39）とを夫々含んでいる特許請求の範囲第１項から第
    ６項のいずれか一項に記載の燃料電池。
  8. 【請求項８】前記第１及び第２の集電器の夫々は前記リ
    ブの前記導電ゾーン側端部間に設けられた複数の突起
    （62）を有している特許請求の範囲第７項に記載の燃料
    電池。
JP60099452A 1984-05-11 1985-05-10 燃料電池 Expired - Lifetime JPH073786B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8407314 1984-05-11
FR8407314A FR2564251B1 (fr) 1984-05-11 1984-05-11 Perfectionnements aux structures des piles a combustible

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60250563A JPS60250563A (ja) 1985-12-11
JPH073786B2 true JPH073786B2 (ja) 1995-01-18

Family

ID=9303892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60099452A Expired - Lifetime JPH073786B2 (ja) 1984-05-11 1985-05-10 燃料電池

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4590135A (ja)
JP (1) JPH073786B2 (ja)
CA (1) CA1277366C (ja)
DE (1) DE3516758C2 (ja)
FR (1) FR2564251B1 (ja)
GB (1) GB2158990B (ja)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH041657Y2 (ja) * 1984-12-10 1992-01-21
US5256499A (en) * 1990-11-13 1993-10-26 Allied Signal Aerospace Monolithic solid oxide fuel cells with integral manifolds
US5863671A (en) * 1994-10-12 1999-01-26 H Power Corporation Plastic platelet fuel cells employing integrated fluid management
RU2174728C2 (ru) * 1994-10-12 2001-10-10 Х Пауэр Корпорейшн Топливный элемент, использующий интегральную технологию пластин для распределения жидкости
US6017648A (en) * 1997-04-15 2000-01-25 Plug Power, L.L.C. Insertable fluid flow passage bridgepiece and method
GB9821156D0 (en) 1998-09-29 1998-11-25 Nat Power Plc Manufacturable electrochemical cell
WO2000026979A1 (de) * 1998-10-30 2000-05-11 Siemens Aktiengesellschaft Rahmenelement für eine pem-brennstoffzelle in laminat-technik und herstellungsverfahren dazu
US6410179B1 (en) 2000-04-19 2002-06-25 Plug Power Inc. Fluid flow plate having a bridge piece
DE10025207A1 (de) * 2000-05-18 2001-11-29 Atecs Mannesmann Ag Brennstoffzelle
US6824910B2 (en) * 2001-01-24 2004-11-30 The Regents Of The University Of California Co-flow planar SOFC fuel cell stack
WO2002071524A1 (de) * 2001-03-02 2002-09-12 Pylkkaenen Thomas Brennstoffzellenstapel
JP4151314B2 (ja) * 2001-06-18 2008-09-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
US6703155B2 (en) 2001-11-13 2004-03-09 Avista Laboratories, Inc. Power tap device, fuel cell stack, and method of dividing a fuel cell stack
US6620538B2 (en) * 2002-01-23 2003-09-16 Avista Laboratories, Inc. Method and apparatus for monitoring equivalent series resistance and for shunting a fuel cell
CA2540773C (en) * 2005-03-25 2011-10-18 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell with gas separator which discharges retained water
WO2008064159A1 (en) * 2006-11-19 2008-05-29 Wood Stone Corporation Hydrogen producing unit
US8026020B2 (en) 2007-05-08 2011-09-27 Relion, Inc. Proton exchange membrane fuel cell stack and fuel cell stack module
US9293778B2 (en) 2007-06-11 2016-03-22 Emergent Power Inc. Proton exchange membrane fuel cell
US8003274B2 (en) 2007-10-25 2011-08-23 Relion, Inc. Direct liquid fuel cell
WO2020008387A1 (en) 2018-07-05 2020-01-09 Eh Group Engineering Ag Fuel cells
DE202020105365U1 (de) * 2020-09-18 2021-12-21 Reinz-Dichtungs-Gmbh Anordnung für ein elektrochemisches System, Stapel sowie elektrochemisches System

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3489614A (en) * 1964-09-28 1970-01-13 Allis Chalmers Mfg Co Gas distribution means for electrochemical cells
FR1522306A (fr) * 1967-02-24 1968-04-26 Alsthom Cgee Assemblages compacts de piles à combustible
US3476609A (en) * 1967-03-30 1969-11-04 United Aircraft Corp Fuel cell module
US3530005A (en) * 1968-06-21 1970-09-22 Allis Chalmers Mfg Co Compact electrochemical cell
GB1284802A (en) * 1969-03-01 1972-08-09 Toyota Chuo Kenkyusho Kk Electrolyte circulating battery
FR2081071A1 (ja) * 1970-03-02 1971-12-03 Alsthom
US3717505A (en) * 1970-06-25 1973-02-20 Gulf Oil Corp Electrochemical cell stack
FR2125159B1 (ja) * 1971-02-15 1973-11-30 Alsthom Cgee
US3871922A (en) * 1971-07-12 1975-03-18 Licentia Gmbh Gas diffusion electrode for electrochemical cells
JPS4828875A (ja) * 1971-08-18 1973-04-17
JPS4913637A (ja) * 1972-03-24 1974-02-06
JPS4914939A (ja) * 1972-03-28 1974-02-08
JPS5079731A (ja) * 1973-11-20 1975-06-28
FR2259447B1 (ja) * 1974-01-25 1976-11-26 Alsthom Cgee
FR2300426A1 (fr) * 1975-02-06 1976-09-03 Alsthom Cgee Pile a combustible du type a alimentations croisees et de structure filtre-presse cylindrique
FR2309047A1 (fr) * 1975-04-24 1976-11-19 Alsthom Cgee Nouvelle structure de pile a combustible
US4124478A (en) * 1977-02-07 1978-11-07 Tsien Hsue C Thin sheet apparatus and a fluid flow device
DE2729640C3 (de) * 1977-06-30 1980-07-24 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Batterie aus einer Mehrzahl elektrochemischer Zellen
US4214969A (en) * 1979-01-02 1980-07-29 General Electric Company Low cost bipolar current collector-separator for electrochemical cells
US4210512A (en) * 1979-01-08 1980-07-01 General Electric Company Electrolysis cell with controlled anolyte flow distribution
JPS5596570A (en) * 1979-01-17 1980-07-22 Hitachi Ltd Layered structural fuel cell
FR2468218A1 (fr) * 1979-10-18 1981-04-30 Alsthom Cgee Procede de fabrication par calandrage de bandes minces poreuses et produits obtenus, notamment electrodes pour piles a combustible
FR2468219A1 (fr) * 1979-10-18 1981-04-30 Alsthom Cgee Procede de realisation en continu par technique papetiere de bandes minces poreuses et produits obtenus, notamment electrodes pour piles a combustible
FR2468220A1 (fr) * 1979-10-18 1981-04-30 Alsthom Cgee Electrode pour generateur electrochimique
US4371433A (en) * 1980-10-14 1983-02-01 General Electric Company Apparatus for reduction of shunt current in bipolar electrochemical cell assemblies
FR2499774A1 (fr) * 1981-02-12 1982-08-13 Inst Francais Du Petrole Bloc de pile a combustible constitue d'un empilement d'elements creux portant des electrodes
DE3321984A1 (de) * 1982-06-23 1983-12-29 General Electric Co., Schenectady, N.Y. Brennstoffzellenbatterie mit verbesserter membrankuehlung
US4543303A (en) * 1982-07-09 1985-09-24 United Technologies Corporation Fuel cell battery with in cell oxidant-product liquid separators
JPS5927461A (ja) * 1982-08-09 1984-02-13 Meidensha Electric Mfg Co Ltd 電解液循環型電池の枠付電極

Also Published As

Publication number Publication date
CA1277366C (fr) 1990-12-04
DE3516758C2 (de) 1994-02-03
FR2564251B1 (fr) 1986-09-12
US4590135A (en) 1986-05-20
JPS60250563A (ja) 1985-12-11
FR2564251A1 (fr) 1985-11-15
GB2158990B (en) 1988-02-17
DE3516758A1 (de) 1985-11-14
GB2158990A (en) 1985-11-20
GB8511136D0 (en) 1985-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH073788B2 (ja) 燃料電池
US4640876A (en) Fuel cell structures
US8039162B2 (en) Unit cell for solid polymer electrolyte fuel cell
JPS60250563A (ja) 燃料電池
US4758481A (en) Fuel cell with improved separation
US6395154B1 (en) Electrochemical cell using a folded double electrode plate
US6670069B2 (en) Fuel cell stack assembly
US4604332A (en) Fuel cell structures
JP3553245B2 (ja) 直接メタノール型燃料電池
SK4302001A3 (en) Electrochemical cell
CA2379018A1 (en) Electrolytic cells of improved fluid sealability
JPH07272769A (ja) 金属−空気バッテリー用セル
JPH06163063A (ja) 完全内部マニホルド付き燃料電池スタック
JPH0147555B2 (ja)
KR20230154422A (ko) 전지 스택 및 전지 스택 어셈블리
CN115207389B (zh) 一种双极板及燃料电池
US8221930B2 (en) Bipolar separators with improved fluid distribution
JPWO2003009411A1 (ja) 固体高分子型燃料電池スタック
EP2054965B1 (en) Bipolar separators with improved fluid distribution
JP2005135707A (ja) 燃料電池および燃料電池用セパレータ
CN119332270A (zh) 双极板、电解小室及制氢电解槽
JP4981251B2 (ja) 膜電気化学発電機
EP1547179B1 (en) Membrane electrochemical generator
KR101061395B1 (ko) 증발에 의해 냉각과 가습을 하는 연료 전지
CN112290044A (zh) 用于液流电池的负极流体板框和电池单元