JPH0745294A - 平板型燃料電池 - Google Patents

平板型燃料電池

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JPH0745294A
JPH0745294A JP5190638A JP19063893A JPH0745294A JP H0745294 A JPH0745294 A JP H0745294A JP 5190638 A JP5190638 A JP 5190638A JP 19063893 A JP19063893 A JP 19063893A JP H0745294 A JPH0745294 A JP H0745294A
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JP
Japan
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fuel cell
flow path
flat plate
gas flow
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Pending
Application number
JP5190638A
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English (en)
Inventor
Naoya Nakanishi
直哉 中西
Yukinori Akiyama
幸徳 秋山
Koji Yasuo
耕司 安尾
Shunsuke Taniguchi
俊輔 谷口
Shiyouten Kadowaki
正天 門脇
Toshihiko Saito
俊彦 齋藤
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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
    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来型バイポーラプレートを作製する場合の
ような高度な加工・研磨技術を必要とせず、より安価に
作製できる構成部材を有効に組合わせて従来型バイポー
ラプレートと同等な機能を実現し、もってコストパフォ
ーマンスの良い平板型燃料電池を提供することを目的と
する。 【構成】 一対の電極基板を対向させ、その間に電解質
を存在させた単電池が、電子導電性を有するセパレータ
と集電体細片を介在させて積層されてなる平板型燃料電
池において、ガス流路としての溝を有しない平坦な板状
のセパレータと電極基板との間に、複数の多孔質集電体
細片を隣合う同士が離隔した状態に配置し、隣合う集電
体細片の間にガス流路を形成せしめたことを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、平板型燃料電池に関
し、特にその構成部材の1つであるバイポーラプレート
の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】平板型燃料電池は、電池の最小構成単位
である単電池をセパレータ板を挟んで積層化して構成さ
れるが、このようなセパレータ板としていわゆるバイポ
ーラプレートが使用されている。ところで、このバイポ
ーラプレートは、単電池相互を電気的に接続する導電部
材としての役割と共に、正負電極に供給される種類の異
なるガス(燃料ガス及び酸化剤ガス)を分離する隔離板
としての役割と、外部から電極へガスを供給するための
流路を確保する役割を担っている。
【0003】そして、このような複合的役割を担ったバ
イポーラプレートは、その表裏両面がそれぞれ還元雰囲
気又は酸化雰囲気に晒され、かつ高温下という厳しい条
件で使用されるものであり、このような過酷な条件下に
おいても変質劣化することのない材質であることが要求
される。また前記いずれの雰囲気にあっても、イオン伝
導性を示すことなく、優れた電子伝導性を維持すること
のできる材質であることが要求される。加えて、前記ガ
ス流路用の溝は、精巧なものでなけらばならないので、
精密な加工を必要とする。よって、その材質は熱的安定
性、化学的安定性のみならず、加工し易い材質であるこ
とが要求される。
【0004】このよう理由から、バイポーラプレート材
料として利用できる物質は限られているが、バイポーラ
プレート材料として従来よりLaCrO3 などの焼結体
やインコネルなどが用いられている。そして、これらの
材料から作製したプレート基板に溝を掘削する方法によ
り、離隔、集電、ガス流路という3つの機能を持ったバ
イポーラプレートが製造されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような材料は特殊で高価なものであり、また基板上に精
巧なガス流路用溝を形成するには、高度な加工・研磨技
術を要する。よって、上記の従来型バイポーラプレート
の作製には、多くの時間と多大な費用が必要であった。
【0006】本発明はこのような現状に鑑みなされたも
のであって、従来のような高度な加工・研磨技術を必要
としない複数の部材を用いて、従来型バイポーラプレー
トと同等に機能する構造を構築せしめ、もってコストパ
フォーマンスの高い平板型燃料電池を提供することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1の発明は、一対の電極の間に電解質を挟んで
なる単電池が、集電体と、電子導電性を有したセパレー
タとを介在して積層された平板型燃料電池において、前
記セパレータが平坦な板状で構成され、前記集電体が複
数の細片に分割され、隣合う分割細片がその間にガス流
路を形成するように離隔して配されていることを特徴と
する。
【0008】また、請求項2の発明は、請求項1の発明
において、集電体の各細片が多孔質であることを特徴と
する。
【0009】
【作用】 請求項1の発明の各構成要素は次のように作用する。
平坦板状のセパレータは、積層された単電池同士を離隔
し、燃料ガスと酸化剤ガスを隔離する隔壁として作用す
るとともに、集積された各単電池間を各集電体細片と協
同して電気的に接続するよう作用する。
【0010】また、セパレータと電極基板との間に隣合
う同士が離隔した状態で配置された複数の集電体細片
は、電極からの集電を行うともに、隣合う集電体細片の
間に空間を確保し、これによってガス流路を形成するよ
う作用する。各構成要素がこのように作用するので、請
求項1の発明は、セパレータにわざわざガス流路用の溝
を設けるまでもなく、単純な構造のセパレータと単純な
構造の複数の集電体細片との組合せにより、ガスの隔離
及び集電ばかりでなく、ガス流路の形成という作用効果
を奏する。
【0011】請求項2の発明は、前記請求項1の平板
燃料電池において、集電体細片を多孔質のものとしたの
で、各集電体細片が接触する電極部分のガス拡散性を改
善するよう作用する。即ち、バイポーラプレートを用い
た従来型平板型燃料電池では、バイポーラプレートのい
わゆるリブが当接する電極部分でガスの供給拡散が阻害
されるため、発電能力を十分に引き出すことができなか
ったが、請求項2の発明によれば、そのようなことが解
消されるので、電池の発電能力が一層高まる。
【0012】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき説明するとと
もに、この実施例と比較例との比較において本発明内容
を明らかにする。 〔実施例〕図1は、本発明の一実施例である平板型固体
電解質燃料電池を集電体の長手方向に直交する面で切断
した場合を示す部分断面図である。また図2は、平坦板
状のセパレータ(ガス流路としての溝を有しない)の表
裏両面に複数の集電体細片が、隣合う同士の間にガス流
路を形成するように離隔して配置された状態を示す斜視
図である。なお、図1、2、4、5は共通符号を使用し
た。
【0013】ここで、1又は7は、セパレータ上に互い
に離隔して配置された多孔質集電体細片の間に形成され
た空間部(谷間)であり、この空間により燃料ガスまた
は酸化剤ガスの流路が形成される。2はアノード極であ
り、Ni−ZrO2 サーメットから構成されている。
【0014】3、5は多孔質集電体細片であり、アノー
ド側の集電体細片3はNiフェルトから構成され、カソ
ード側の集電体細片5はインコネル600フェルトから
構成されている。これらの集電体細片は、一端面が電極
体(2又は6)に接触し、他端面がセパレータ4に接触
した状態で複数配置されており、電極体からの集電とガ
ス流路確保の2つの役割を担っている。
【0015】4はセパレータであり、このセパレータは
ガス流路用の溝(リブ)を有しない平坦な板状の形状を
したものであって、インコネル600から構成されてい
る。このセパレータは、集電体細片(3又5)と協同し
て電極体からの集電を行うとともにガス流路を形成し、
また隔壁板として種類の異なる供給ガス(燃料ガス及び
酸化剤ガス)を離隔する。
【0016】6はカソード極であり、ベロブスカイト型
酸化剤、例えばLaMnO3 から構成されている。この
他、図示しないが、アノード極2又はカソード極6の外
側には、外寸150mm×150mm、厚さ0.2mm
の、8%イットリアで安定化したジルコニアの緻密な焼
成体を用いた固体電解質が配され、更にこの固体電解質
の外側には、対極電極が配されて電池が構成されてい
る。
【0017】以上のように、固体電解質の両面に一対の
電極を配した単電池(外寸150mm×150mm)
を、集電体細片及びセパレータを介在させて複数集積し
て本発明の一実施例である平板型固体電解質燃料電池が
作製される。以下この燃料電池を本発明電池という。 〔比較例〕 前記セパレータの代わりにリブ付きバイポーラプレー
トを用い、それ以外は上記実施例と同様に平板型固体燃
料電池を作製した。
【0018】この燃料電池を比較電池1とし、その構造
を図4に示す。 前記セパレータの代わりにリブ付きバイポーラプレー
トを用い、集電体細片を用いないで、上記実施例と同様
に平板型固体燃料電池を作製した。この燃料電池を比較
電池2とし、その構造を図5に示す。 (実験)上記で作製した本発明電池、比較電池1及び2
を、作動温度1000℃で運転し、電流−電圧特性を調
べた。その結果を図3に示す。
【0019】図3から明らかなように、本発明電池(実
線)は、リブ付きバイポーラプレート及び集電体細片を
用いた比較電池1(点線)と同等の電池性能を示した。
このことから、従来型のリブ付きバイポーラプレートを
使用していない本発明電池は、セパレータ部材と複数の
集電体細片部材が互いに協同し合って、ガスの離隔、集
電機能に加え、ガス流路の形成確保というもう1つの機
能を十分に果たし得ることが実証された。
【0020】また、図3から明らかとなるように、比較
電池2(破線)は、本発明電池及び比較電池1に比べ電
池性能が劣っていた。これは、本発明電池では多孔質集
電体細片が直接電極面に接触し、また比較電池1ではバ
イポーラプレートのリブは多孔質集電体細片3又は4を
介して電極面に接触して集電するように構成してあるの
に対し、比較電池2ではバイポーラプレートのリブが直
接電極面に接触しているために生じた差と考えられる。
【0021】即ち、リブ自体にはガス透過性がないの
で、比較電池2では、リブの接触により、当該接触電極
面でガスの供給拡散が阻害され、これによって発電有効
面積が減少し、電池性能が低下したものと考えられる。 〔その他の事項〕上記では、本発明を平板型固体電解質
燃料電池の実施例に基づき説明したが、本発明は固体電
解質型電池に限られるものでなく、例えばリン酸型、溶
融炭酸塩型、アルカリ型等の他の平板型燃料電池にも適
用できる。
【0022】また、本発明の各構成部材の材質は上記で
示したものに限定されるものでない。更に図1、2では
四角柱状の集電体細片を示したが、集電体細片の形状は
ガス流路を形成できる限り如何なる形状であってもよ
い。例えば棒状体形状、三角形状などでもよい。
【0023】
【発明の効果】本発明は、単電池を集積してなる平板型
燃料電池において、従来バイポーラプレートが果たして
いた離隔、集電、ガス流路確保の3つの機能を、セパレ
ータと集電体細片の2つの部材に協同して担わせるよう
に構成したので、前記3つの機能を単一の部材(バイポ
ーラプレート)に付与させようとするために生じてい
た、原材料的制約、技術的制約(加工・研磨等)が大幅
に緩和できる。そして、これによって平板型燃料電池の
製作コストを顕著に低下させ得るという効果が得られる
更に、従来型リブ付きバイポーラプレートでは、リブが
電極面に接触することによって当該部分の電極のガス拡
散性をを悪くするが、本発明によればそのようなことが
ないので、発電有効面積を増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である平板型固体電解質燃料
電池の構造を示す部分断面図である。
【図2】本発明の一実施例である平板型固体電解質燃料
電池における、セパレータ上のと集電体細片配置状態を
示す斜視図である。
【図3】本発明電池と比較電池について、電流−電圧特
性を示した図である。
【図4】比較電池1の構造を示す部分断面図である。
【図5】比較電池2の構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
1 アノードガス流路 2 アノード電極 3 アノード側集電体細片 4 セパレータ 5 カソード側集電体細片 6 カソード電極 7 カソードガス流路
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年10月26日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】このよう理由から、バイポーラプレート材
料として利用できる物質は限られているが、例えば固体
電解質型燃料電池の場合、バイポーラプレート材料とし
て従来よりLaCrO3 などの焼結体やインコネルなど
が用いられている。そして、これらの材料から作製した
プレート基板に溝を掘削する方法により、離隔、集電、
ガス流路という3つの機能を持ったバイポーラプレート
が製造されている。
フロントページの続き (72)発明者 谷口 俊輔 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 門脇 正天 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 齋藤 俊彦 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機株 式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の電極の間に電解質を挟んでなる単
    電池が、集電体と、電子導電性を有したセパレータとを
    介在して積層された平板型燃料電池において、 前記セパレータが平坦な板状で構成され、前記集電体が
    複数の細片に分割され、隣合う分割細片がその間にガス
    流路を形成するように離隔して配されていることを特徴
    とする平板型燃料電池。
  2. 【請求項2】 前記集電体の各細片は、多孔質であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の平板型燃料電池。
JP5190638A 1993-07-30 1993-07-30 平板型燃料電池 Pending JPH0745294A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006331829A (ja) * 2005-05-26 2006-12-07 Toyota Motor Corp 燃料電池用セパレータ
US7361425B2 (en) 2002-04-12 2008-04-22 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell
WO2017163244A1 (en) * 2016-03-21 2017-09-28 Po Celltech Ltd. Alkaline exchange membrane fuel cells system having a bi-polar plate

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