JPH10228918A - 燃料電池のエンドセル構造 - Google Patents

燃料電池のエンドセル構造

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JPH10228918A
JPH10228918A JP9028669A JP2866997A JPH10228918A JP H10228918 A JPH10228918 A JP H10228918A JP 9028669 A JP9028669 A JP 9028669A JP 2866997 A JP2866997 A JP 2866997A JP H10228918 A JPH10228918 A JP H10228918A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ホルダ又は中間ホルダとセパレータとの間の
熱ひずみを低減し、電極／セパレータ間及び電極／電解
質板間の密着性を向上させ、エンドセルの電池性能を高
めることができる燃料電池のエンドセル構造を提供す
る。 【解決手段】 燃料電池を構成する複数のセルの最上
段，最下段又は中間段に用いられ片面にセルを保持する
ダミーセパレータ１５と、ダミーセパレータに接してそ
の間にプロセスガスを流すエンドプレート１６とを有す
る。ダミーセパレータ１５は、両面にセルを保持するセ
パレータ５と同一であり、エンドプレート１６は、厚肉
プレート１６ａにマスクプレート１６ｂが取り付けられ
ている。更にダミーセパレータとエンドプレートの間に
は、電極部に電極と電解質板の厚さに相当する導電性の
薄板１７が積層され、ウェットシール部にはシール部材
１８が挟持される。シール部材は、燃料電池の運転温度
で溶融した溶融材を保持し、溶融材の表面張力によりダ
ミーセパレータとエンドプレート間を気密にシールす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料の有する化学
エキルギーを電気エネルギーに直接変換する溶融炭酸塩
型燃料電池に係わり、更に詳しくは、燃料電池のエンド
セル構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、図３に模式的
に示すように、薄い平板状の電解質板（タイル）１を燃
料極（アノード）２と空気極（カソード）３で挟んだセ
ル４と、このセル４を間に挟持するセパレータ５とから
なる。個々のセル４は電圧が低い（０．８Ｖ前後）た
め、これをセパレータ５を介して積層することにより高
い電圧を得るようになっている。なお、かかる積層した
燃料電池を燃料電池スタック（又は単にスタック）と呼
ぶ。
【０００３】図４は、燃料電池スタックの模式図であ
る。この図に示すように、各セパレータ５の上下面に
は、電極（アノード２とカソード３）がそれぞれ組み込
まれ、その間にタイル１を挟持してスタックを構成す
る。そのため、各セパレータ５の上下面には、電極２，
３を収容する凹部（反応部）と、この反応部にアノード
ガスとカソードガスをそれぞれ供給する内部マニホール
ド（図示せず）が設けられている。
【０００４】更に、スタックの最上段及び最下段のセル
（エンドセル）では、片面だけに電極収容部が設けられ
た２枚のホルダ６（上側の１枚のみを示す：エンドプレ
ートとも呼ぶ）が用いられる。この２枚のホルダ６（又
はエンドプレート）は、その間に多数のセルを挟持して
スタックを構成すると共に、電流端子７を備え、燃料電
池反応により発生した電流を外部へ取り出すようになっ
ている。また、ホルダ６を含むスタック全体は、電池締
付け装置８により所定の面圧で挟持され、スタックを構
成する各セル間の接触抵抗を低減するようになってい
る。この電池締付け装置８は、通常、肉厚の平板とこれ
に均一な面圧を負荷するバネや空圧ベロー、空圧シリン
ダ等で構成される。なお、同様にセルの積層数が多く，
中間ホルダを用いる場合には、肉厚の中間ホルダの上下
面に上述したエンドセルが構成される。以下、中間ホル
ダをホルダに含めて説明する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の溶融炭
酸塩型燃料電池ではホルダ６（及び中間ホルダ）に接し
ているエンドセルのセル性能が他のセルより悪くなる傾
向がある。これはホルダ６の剛性が高いのに対してセパ
レータは薄板構造のため熱的にフレキシブルであり、ホ
ルダとセパレータ間の熱的な歪によりセル構成部材（電
極２，３、電解質板１、セパレータ５）の密着性が低下
することが原因の１つと考えられる。
【０００６】すなわち、図４において、各セパレータ５
の外周部はセンタープレート５ａと２枚のマスクプレー
ト５ｂとを接合した溶接構造になっており、エンドセル
は、セパレータのセンタープレート５ａをホルダ６に置
き換えた構成であり、ホルダ６にマスクプレート５ｂを
接合した溶接構造になっている。しかし、セパレータ５
は全体が薄肉構造であるため、熱膨張やセルの厚さ変化
に追従できるが、エンドセルは肉厚のホルダ６を構成要
素とするので、剛性のあるホルダとフレキシブルなセパ
レータとの間に熱ひずみが生じやすく、そのため電極／
セパレータ間，電極／電解質板間の密着性が悪化し、セ
ル性能が他のセルより悪くなる傾向があった。
【０００７】このため、特に発電出力が増大し、セル反
応部の面積が大きくなるにつれ、エンドセルの電圧が他
のセルと比較して低くなり、燃料電池全体の性能を悪化
させる問題点があった。また、同様にセルの積層数が多
く，中間ホルダを用いる場合にも、中間ホルダの片面又
は両面に位置するエンドセルの性能が悪化する問題があ
った。
【０００８】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ホル
ダ又は中間ホルダとセパレータとの間の熱ひずみを低減
し、電極／セパレータ間及び電極／電解質板間の密着性
を向上させ、エンドセルの電池性能を高めることができ
る燃料電池のエンドセル構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、燃料電
池を構成する複数のセルの最上段，最下段又は中間段に
用いられ片面にセルを保持するダミーセパレータと、該
ダミーセパレータに接してその間にプロセスガスを流す
エンドプレートと、を有し、ダミーセパレータは、両面
にセルを保持するセパレータと同一であり、エンドプレ
ートは、厚肉プレートにマスクプレートが取り付けられ
ており、ダミーセパレータとエンドプレートの間には、
電極部に電極と電解質板の厚さに相当する導電性の薄板
が積層され、ウェットシール部にはシール部材が挟持さ
れ、該シール部材は、燃料電池の運転温度で溶融した溶
融材を保持し、該溶融材の表面張力によりダミーセパレ
ータとエンドプレート間を気密にシールする、ことを特
徴とする燃料電池のエンドセル構造が提供される。
【００１０】上記本発明によれば、片面にセルを保持す
るダミーセパレータは、両面にセルを保持するセパレー
タと形状，材質が同一であるので、熱的に同一のフレキ
シビリティを有し、このセパレータ間の熱的な歪は他の
セルと同等であり、セル構成部材（電極２，３、電解質
板１、セパレータ５）の密着性の低下を防ぐことができ
る。
【００１１】また、ダミーセパレータとエンドプレート
の間は、電極部に積層された導電性の薄板により、スタ
ックで発電した電流をエンドプレート（すなわちホル
ダ）に流すことができる。更に、ウェットシール部には
シール部材が挟持され、このシール部材に保持された溶
融材の表面張力によりダミーセパレータとエンドプレー
ト間を気密にシールするので、ダミーセパレータとエン
ドプレートの間からのガスリークを防ぎ、ダミーセパレ
ータとエンドプレート内をプロセスガスを反応すること
なく流し、温度を他のスタック内と同等に保持すること
ができる。
【００１２】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
厚肉プレートはホルダ又は中間ホルダであり、前記シー
ル部材は電解質板であり、前記溶融材は炭酸塩である。
この構成によれば、各セパレータ間に使用している電解
質板をシール部材とするので、エンドセルの特性を他の
セルの特性に合わせることができる。また、マスクプレ
ートの外周部及びガスマニホールド部が厚肉プレートに
溶接接合されている、ことが好ましい。この構成によ
り、外周部とガスマニホールド部でマスクプレートと厚
肉プレート（ホルダ又は中間ホルダ）を確実に接合する
ことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付して使用する。図１は、本
発明によるエンドセル構造を備えた燃料電池の構成図で
ある。この図において、燃料電池（スタック）は、上下
のホルダ１１、１２の間に中間ホルダ１３を有し、中間
ホルダ１３と上下ホルダ１１、１２との間にそれぞれ上
下のスタック１４を挟持し、プロセスガスを中間ネルダ
１３から流入／流出させるようになっている。かかる構
造は従来のものと同様である。
【００１４】図１において、本発明によれば、本発明の
エンドセル１０は、燃料電池を構成する複数のセルの最
上段，最下段又は中間段に用いられている。
【００１５】図２は、本発明による燃料電池エンドセル
の構造図である。この図に示すように、本発明のエンド
セル１０は、燃料電池を構成する複数のセルの最上段，
最下段又は中間段に用いられ片面にセルを保持するダミ
ーセパレータ１５と、ダミーセパレータ１５に接してそ
の間にプロセスガスを流すエンドプレート１６と、を有
する。
【００１６】スタック１４を構成する通常のセパレータ
５は、図４に示したように、セパレータ５の外周部がセ
ンタープレート５ａと２枚のマスクプレート５ｂとを接
合した溶接構造になっている。また、センタープレート
５ａの両面には、薄板を折り曲げたコルゲート５ｃが張
り付けられ、その上面に電極２、３を載せてプロセスガ
スの流路を形成するようになっている。なお、コルゲー
ト５ｃを用いず、センタープレート５ａをプレス加工し
て流路を構成してもよい。また、電極２、３とコルゲー
ト５ｃの間に図示しない開口板（コレクター）を挟持
し、電極を支持するようにしてもよい。
【００１７】ダミーセパレータ１５は、両面にセルを保
持するセパレータ５と形状，材質が全く同一のものを使
用する。また、エンドプレート１６は、厚肉プレート１
６ａにセパレータ５と同様なマスクプレート１６ｂが取
り付けられている。更に図２に示すように、ダミーセパ
レータ１５とエンドプレート１６の間には、電極部に電
極と電解質板の厚さに相当する導電性の薄板１７が積層
され、ウェットシール部にはシール部材１８が挟持され
る。このシール部材１８は、燃料電池の運転温度で溶融
した溶融材を保持し、この溶融材の表面張力によりダミ
ーセパレータ１５とエンドプレート１６間を気密にシー
ルするようになっている。
【００１８】このシール部材１８は、好ましくは電解質
板であり、溶融材は炭酸塩である。すなわち溶融材とし
て炭酸塩を用い、各セパレータ間に使用している電解質
板をシール部材とすることにより、エンドセルの特性を
他のセルの特性に合わせることができる。なお、他の溶
融材，例えばガラスをシール材として用いてもよい。
【００１９】また、マスクプレート１６ａの外周部とガ
スマニホールド部（この場合，内部マニホールド，図示
せず）を厚肉プレート１６ａに溶接接合するのがよい。
この構成により、外周部とガスマニホールド部でマスク
プレート１６ａと厚肉プレート１６ｂ（ホルダ又は中間
ホルダ）を確実に接合することができる。
【００２０】上述した本発明の構成によれば、片面にセ
ルを保持するダミーセパレータ１５は、両面にセルを保
持するセパレータ５と形状，材質が同一であるので、熱
的に同一のフレキシビリティを有し、このセパレータ１
５、５間の熱的な歪は他のセルと同等であり、セル構成
部材（電極２，３、電解質板１、セパレータ５）の密着
性の低下を防ぐことができる。
【００２１】また、ダミーセパレータ１５とエンドプレ
ート１６の間は、電極部に積層された導電性の薄板１７
により、スタックで発電した電流をエンドプレート１６
（すなわちホルダ）に流すことができる。更に、ウェッ
トシール部にはシール部材１８が挟持され、このシール
部材１８に保持された溶融材の表面張力によりダミーセ
パレータ１５とエンドプレート１６間を気密にシールす
るので、ダミーセパレータ１５とエンドプレート１６の
間からのガスリークを防ぎ、ダミーセパレータ１５とエ
ンドプレート１６内をプロセスガスを反応することなく
流し、温度を他のスタック内と同等に保持することがで
きる。
【００２２】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
【００２３】
【発明の効果】上述したように、本発明の燃料電池のエ
ンドセル構造は、ホルダ又は中間ホルダとセパレータと
の間の熱ひずみを低減し、電極／セパレータ間及び電極
／電解質板間の密着性を向上させ、エンドセルの電池性
能を高めることができる，等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエンドセル構造を備えた燃料電池
の構成図である。
【図２】本発明による燃料電池エンドセルの構造図であ
る。
【図３】溶融炭酸塩型燃料電池の模式図である。
【図４】燃料電池スタックの模式図である。
【符号の説明】
１ 電解質板（タイル） ２ 燃料極（アノード） ３ 空気極（カソード） ４ 単電池（セル） ５ セパレータ ５ａ センタープレート ５ｂ マスクプレート ６ ホルダ ７ 電流端子 ８ 電池締付け装置 １０ エンドセル １１ 上ホルダ １２ 下ホルダ １３ 中間ホルダ １４ スタック １５ ダミーセパレータ １６ エンドプレート １６ａ 厚肉プレート １６ｂ マスクプレート １７ 薄板 １８ シール部材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料電池を構成する複数のセルの最上
    段，最下段又は中間段に用いられ片面にセルを保持する
    ダミーセパレータと、該ダミーセパレータに接してその
    間にプロセスガスを流すエンドプレートと、を有し、 ダミーセパレータは、両面にセルを保持するセパレータ
    と同一であり、エンドプレートは、厚肉プレートにマス
    クプレートが取り付けられており、 ダミーセパレータとエンドプレートの間には、電極部に
    電極と電解質板の厚さに相当する導電性の薄板が積層さ
    れ、ウェットシール部にはシール部材が挟持され、該シ
    ール部材は、燃料電池の運転温度で溶融した溶融材を保
    持し、該溶融材の表面張力によりダミーセパレータとエ
    ンドプレート間を気密にシールする、ことを特徴とする
    燃料電池のエンドセル構造。
  2. 【請求項２】 前記厚肉プレートはホルダ又は中間ホル
    ダであり、前記シール部材は電解質板であり、前記溶融
    材は炭酸塩である、ことを特徴とする請求項１に記載の
    燃料電池のエンドセル構造。
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