JPS5983360A - 燃料電池用のガス分配板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

本出願と同じ譲受人に醸渡された池の関連性５′１出願
、すなわち１９８２年９月３日（＝１出願番号第４　３
　０　、４．　５　３　　号”Ｉｎｔｅ　８ｒａｌ　　
Ｇａｓ　　５ｅａｌ　　Ｆｏｒ　　ＡＦｕｅｌ　Ｃｅ１
ｌ　　にａｓ　１）ｉｓｌ、ｒｉｂｕいｏｎ　Ｐ　１ａ
ｔｅ”（ｌ燃料電池力゛ス分配板に用いる一木化ガス蜜
月月１）なる表題のＩ−１，７アイデンバウム（１’ｅ
ｉＢｅｏｌ＋ａｕ＋＋＋）及び゛ノ＼。 カウフマン（Ｋａｔ山１１ａｌｌ）の出願、及びＩ　り
　ｉｔ　２年９月３（月旧り出願番号ｆｆ＜＝１３０．
２！）１号”　Ａ　Ｐ　ｒｏｃ　−ｅｓｓ　　Ｆｏｒ　
　’ｉ：″ｏｒｍｉｏｇ　ｌ　Ｉ＋１ｅＨｒａｌ　　Ｅ
ｄＢｅ　５ｅａｌｓ　　ＩｎＰｏｒｏｕｓ　　Ｃ：ａＳ
　１）ｉｓＬｒｉ肺しｉｏｎ　　Ｐｌａｌ、ｅｓ　　Ｕ
ｔｉｌｉｚｉ１＋−Ｂ　Ａ　ＶｉｂｒａＬｏｒｙ　Ｍｅ
ａ＋＋ｓ”（ｒ振動方法を用いる多孔性力゛ス分配板中
の一木的線審Ｊ’Ｊ’４・Ａの製造方法−１なる表題の
Ｈ、ファイゲンバウム及びＳ、プデイツクＯ’ｕｄｉｃ
ｋ）の出願を本明細店において参照する。 本発明は燃料電池に用いる改善さ３１部４’４１、二の
種の部材を用いる燃料電池、及び該部利の製造方法及び
製造装置に関する。 燃料電池は電力供給源、’＋、′ｆに遠Ｆｔ、η地域に
Ｊ彊する主電力ｉ原のごとき成る種の用途に月して特１
こ右利なものとなり得ることか従来知られている。如何
なるこの種の燃料電池集合本も極めて信頼性のあるもの
であることが極めて望ましい。このｌコ的を達成するた
めに過去において種々の燃料電池系が考案された。この
種の従来の方法による燃料電池の例はアメリカ合衆国第
３　、７　（１９、’７３　Ｇ号、第３　、４５３　、
１４９号及び第４＋］７ｂ、１６５号に示され記載され
ているものである。多くの種々の型の燃料電池を比較す
る燃料電池技術の詳細な分イｌｉは“１偏＋ｅｒＯｙ　
Ｔｅｃｌｕ＋ｏｌｏＦｉｙ　ｌ１ａｎｄｂｏｏｋ”（ｌ
エネルギー技術ハンドブック」）、グツラス。田コンサ
ノン（１）ｏｕＨｌａｓ　ｌＶｌ、ｃｏｎｓａｄｉｎｅ
）著、１９７７年、マツタグロー。ヒル、ブック社（Ｍ
ｃＧｒａｗ　１ｌｉｌｌ　　１Ｊｏｏ−ｋ　Ｃｏ＋ｎｐ
ａｎｙ、４−５９−４−７３頁に記載されている。 本発明の譲受人に譲渡されたアメリカ合衆国特許！￥Ｓ
３．７　（１９，’７３６号には、交互に置いた燃料電
池４１１層物と電気的且つ熱的に伝導性の不透過性セル
板から成る集積構造体を含む燃料電池系が記１銭されて
いる。該積層物は流動しない酸を含む電解質のそれぞれ
の側に燃料電極及び酸素電極を含む。本発明の譲受人に
譲渡されたアメリカ合衆国特許第３　、４５３　、１４
９号はこの種の流動しない酸電解質を例示している。本
発明の譲受人に譲渡されたアメリカ合衆国特許第４．１
７５　＋　１６５号には、力゛ス分配板が複数のガス７
７１１動チヤネルまたは溝を含み、水素力゛ス分配溝か
酸素分配）ｊｌに刻してｉＵ角に配列された燃料電池の
集積配列が記＋ｉｌＸ、されている。力゛ス分配板それ
白木は、力スの一方もしくはＩｆｆ！方に月する個々の
端末板であるが、またはこの特８′１に従う両カスの分
配のためのパイ・ボーシー板であるかの如何を問わず、
導電性の不透過性キＡ利で作られている。 更に最近の設計では、時として八−板と呼はれるカス分
配板は、電極表面上のガスの；Ｉコれがより均−且つ充
分になるように、多孔性材料で作られている。無孔ｆ１
：力゛ス分配板を用いる従来の系においては、反応物質
は常に溝に沿った方向にのみ流れそしてその壁により囲
まれた部分にのみあるものであった。然しなから、多孔
性板を用いる更に最近の系においては、反応ガスが板の
縁を貫いて流出し互いに混合することを防ぐために、板
をセルに集ｆｒ

【する前に板の縁に沿って密封がスケツ
１、を取りつげることが必要となった。漏れが起ると、
燃料電池の作動は不完全または全く不良となる可能性が
ある。 従って、本発明の一つの目的はガス分配板用の改善され
た密ＩＪ層（Ｓｅａｌ）を提供することである。 本発明の更に一つの目的は燃料電池のガス分配板用の改
善された密ＩＪ層を提供することである。 本発明のなお更に一つの目的は」−記のガス分配板を含
む燃料電池を提供することである。 燃料重置のごとと用途に用いる多孔性ガス分配板には、
例えばその縁及び好ましではその反則側の縁に沿って改
善された密ＪＪ層が形成される。ノーイ・ポーラ−集合
体に用いられるような多孔性カス分配板は板面を覆う不
透過性の層を含むことか便利である。密１４層は板の少
くとも一方の緑、及び好ましくは向い合った縁に接して
配置される。 密Ｊｊ層は分配板の縁に沿ってその全断面を通って不透
過性層まで延びている溝を含む。（ｋ（脂性祠料部イ・
４が溝内部に配置される。流動しない酸を含むペース）
か該１ｊｉ脂性Ａ・Ａ料重相を取り巻外そして事実上溝
を１１ｄまたｒように置かれる。 好ましくは、該ｆｊｉ脂性４・Ｊ料はテフロンを含みそ
して該重相は素状構造を含む。好ましくは、ペーストは
小粒子の形の炭化珪素充填剤、及び濃）Ｊ１酸と混合し
た繊維形のテフロンバイングーを含む。 本発明は−Ｆ記の図面及び説明を参照して記述されるか
、類１［）、の部利には共通の参照番号がつけられてい
る。 第１図は中間の冷力１板及び端末集電板を有４−る複数
の集積燃オ゛１電池セルを含む燃料電池セル災合木を略
図的に小才。 第２図は個／／の燃料電池セルを更に詳細に例示する、
第１図の燃料電池セル集合体の一部の透視図である。 第３図は本発明の具体例に従う密１ｊ層を用いるガス分
配板の断面図である。 第７１図は形成された！＆密蜜月の更に一つの具体例を
有する多孔性力゛ス分配板の断面図である。 第５図は力゛ス分配板に線審Ｊコ層を形成させる装置の
略図を示す。 Ｑ’５６図はなお更に一つの緑密ｉ′、１層配置を示す
パイ・ポーラ−型板集合体中に用いられる板の断面図で
ある。 第７図はパイ・ポーラ−用集電板及び冷却板集合本ガス
分配板中に用いられる繊密材層の更にｍ一つの具体例の
等角投影図である。 本発明に従う燃料電池セル１１の複数個を用いる例示的
燃料電池Ｍ′ｅ積集合木１０を第１図及び第２図を参照
して説明する。水素ガス導入マニホルド１２は集積集合
体１０の一力の側に沿って配置される。複数個のマニホ
ルｌＳ’　］　２が各燃料電池セル１１に示されている
が、望まれるならば、単一のマニホルｌ’　配置を用い
ることも出来る。マニホルド１２は水素ガス源１４に接
続されている。水素〃ス捕集マニホルｌ／１５は力′ス
導入マニホルド１２に対応する反対の集積体側に沿って
配置されている。この場合も、複数のマニホルド１５か
図示されているが、望よるならば単一のマニホルドな用
いることが出来る。捕集マニホルｌ’　１　、”）は更
に水素力゛ス放出またはｔ■循環系１７に接続さｈでい
る。導入マニホルド１２がらの水素カ゛スは〃ス分配板
１８を通って捕集マニホルド１５に流れる。 同様の方法で、複数の酸素または空気導入マニホル１ζ
゛（図示されていない）か集積セルの−・力の側及び反
対側を接続する集積セル側に沿って配置される。これら
酸素マニホルドは酸素源Ｊ９に接続される。酸素は望ま
れるならば純粋の酸素よりむしろ空気の形で（Ｊ’ｉ給
することか出来る。同様の方法で、酸素導入マニホルド
を有する集積セル側に向い合いそして各−力の集積セル
側及び反対の集積セル側を接続する集積セル側（し１示
されていない）に沿って複数の捕集マニホルドが配置さ
れる。 これらのマニホルドもまた酸素貯蔵器または再循環系（
図示されていない）に接続されるであろう。 導入マニホルド（図示されでいない）からの酸素または
空気は酸素ガス分配板２（）を通って各捕集マニボルド
（図示されていない）に流れる。 この具体例においては、冷ノ」１板２１は隣接する燃料
電池セル１１の間に一定１叶Ｍ毎に配置されている。３
個の冷却板２１が各４個のセル１１配列の開に配置され
ているように示ざ・れている。冷却板２１を通って流れ
る冷却用流木は好ましくはサーミ７−ル（１’１１ｅｒ
＋ｎ１ｎｏｌ）なる商標名でモンサント（Ｍｏｏｓａｎ
Ｌｏ）ＩＪにより製造されている油のごとと高温油のご
とｂ誘電性流体である。ポンプ２２は誘電・；１流体を
導管２；（及び導入マニホルド２４１を経て各冷Ｊ：ｌ
板２１に循環する。誘電性流木は次に捕集マニホルド２
５に流れ、該マニホルド′は誘電ｉｔ木の温度を所望の
導入）Ｍ度に下げ゛るための熱交換器２６に接続されて
いる。犬に導管２７か熱交換器をポンプ２２に接続して
おり、それにより流木は各冷却板２１を通って再循環す
ることか゛出来る。 燃料電池セル１１及び冷４４１１板２１は、それらか図
のごとく集積されたときに勲、料電池セル１１か直列に
接続されるように、導電性である。集接集合本１０を所
望の電気負荷に接続するために、電流接続板２８が集積
集合体】（）の各端部に用いられる。正極端子２９及び
負極端子；３（）が図示されているように電流接続板２
８に接続されておりそして従来の方法により所望の電気
負荷に接続することが出来る。 各燃料電池セル１１は複数の重相から作られそして水素
ガス分配板１Ｂ及び酸素または？を気分配板２０を含む
。各ガス分配板１８及び２０の中間に水素ガス分配板１
８から出発して、アノード３１、アノード触媒３２、電
解質３３、カソード触媒３４及びカソード３５か配列さ
れている。燃料電池セル１１のこれらの部材３１〜３５
は従来の方法に従い適当な材料で作ることか出来る。 水素力゛ス分配板１８はアノード３１に接触して配列さ
れている。典型的ｌこは、アノードは水素燃料〃スをア
ノード゛を通してアノード触媒３２に達・ｕしめる孔を
有する炭素材料から成る。アノード：→１は好ましくは
、好ましくは固定化された酸である電解質３３がアノー
ド触媒に濡出することを防ぐためにテフロン（ＴｅｒＩ
ｏｎ）（ポリテトラフルオロエチレン）で処理される。 濡出が起っｔこ場合には、電解質はアノード３１中の孔
を閉塞しそしてセル１１を通る水素燃料の流れを低くめ
るで・あろう。アノード触媒３２は好ましくは白金含有
触ゲ１、である。セル１１は炭素基底材料のことき導電
性（・（料で作られるが、但し固定化酸電解質層は電子
を導くのではなく水素イオンを導く。種々の部イ・Ｊ、
１８．３１〜３５及び２０は正圧下で互いに押しつけら
れている。燐酸のごとき電解質３３はデルまたはペース
ト母イ・わ」１に分散させて酸が流動性成木でないよう
にすることにより固定化される。電解質ＩＥＪ　４，１
の例には燐酸、炭化珪素粒子及びテフロン私’ｔ、−Ｆ
の混合物がある。 カソード触媒３４及びカソード３５は各々ア／−ド触媒
３２及びア／−１’３］と同じ型の材料で作られる。従
ってアノード！３１及びカン−１・３５は多孔性炭素を
含みそしてアノード触媒３２及びカソード触媒３４は白
金含有触ｖ１５を含むものとすることか′出来る。カソ
ード；）５はまたカソードを構成する多孔性炭素中に電
解質が濡出することを防ぐためにテフロンで処理するこ
とが出来る。 セル１１の部４・Ｊのすべては第２図に示すごとく十分
な接触のもとに配列される。電気的に連結された集積集
合木１０を形成するために、パイ・ポーラ−型集合体３
６を用いて相隣る燃料電池セル１１か相互に連＋Ｉｉ、
′Ｉされる。パイ・ポーラ−型集合体；）６は水素ガス
分配板１８及び酸素または空気分配板２０及びそれらの
ＩＩＩ　ｊこ配置された不透過性の界面層または板３７
がら成る。従って、パイ・ポーラ−型集合体３６は−っ
のセル１１の水素ガス分配板１８及びそれに隣接するセ
ル１１の酸素または空気ガス分配板２０を含む。界面層
または板３７は不透過性炭素板または望まれうる他の従
来の界面材料からなるものとすることが出来る。 パイ・ポーラ−型集合体３６においては、界面３７をそ
の間に有する各板１８及び２０は良好な電導性を有する
ように一つの単位として互いに固く連結されている。 ガス分配板１８及び２０中のガス流を容易にするため、
に、各々チャネルまたは溝３８または３υが用いられる
。水素力゛ス分配板１８中の溝３８は酸素または空気ガ
ス分配板２ｏ中の’１１；υ〕にＪ＝Ｊシて１０．角ま
たはｊＦｉαに配置される。これにより例えばセル集積
集合体１０の向い合う側の導入及び出１−１マニホルド
１２及び１５の各々に溝を容易に連結することが出来る
。板１８または２０のごとき１、テ定の板の中の２ｉＩ
ｊは第２図においては一方向にのみ延びているように示
されているが、流体反応物質の分配を助けるために溝の
開に交差チャネルを作ることが出来る。このような交差
チャネルを利用する場合、反応物質の主流はなお第２図
に示される満３８及び３９の方向、即ち反応物質の導入
及び捕集マニホルドの間を反応物質が流れる方向である
。 ガス分配板１８及び２ｏはそれぞれ水素及び酸素または
空気ガスを各アノード３１またはカソード３５の表面に
供給する。各ガスをアノ−１”３］またはカソード３５
板表面により均一に分配するために、ガス分配板１８及
び２０は好ましくは多孔’ｌ！Ｉ：炭素祠料で作られる
。これにより、各力スが名チャネル旧；または３５ノの
間の扱１；；及び２゜の孔を通って）Ａこれ、各７７−
ド；（１またはカソード３５の表面により均一にガスが
分配される。 本発明の一つの具体例に従えば、各人１」及び出ｊ１マ
ニホルドの間のガス流方向と躬行な方向、即ちチャネル
；３８または３９と平行な方向にある縁１１、　］から
反応物質〃スが流出することを防ぐことが望ましい。従
来の構造の場合、緑４１並びにそれと一般に直角に置か
れる縁４２は力゛スヶットにより密１侘れ、それにより
反応物質流はアノード３１またはカソード３５の全前面
に分配されそして捕集マニホルド以外に漏出することは
許されない。然しなか呟〃スケットを用いる方法は所要
をＴ：ｌ！ｉだす実際的密１４手段ではなかった。 いくつかのｎ（能な板集合木の製作方法がある。 例えば、第一の方法は第２図に図示されているごとく、
ここに記載された方法１こより二つの向い合い珪っ溝３
８に平１１な縁に置かれた密１．１部祠・１１［を有す
る板１８を含むものとすることが出来る。 この板は直接冷却板及び集電板集合体において用いるこ
とか出来る。第二の方法はパイ・ポーラ−板集合木を作
る場合に有用である。二つのガス分配板１８及び２（）
を先づ不透過性板３゛ｉと共に婁ｆＪ（Ｌ、次にその集
合体のすべての四つの側面をこの方法により密封材４：
）により密封する。密封後、溝；（８及び３９をそれぞ
れガス分配板１８及び２（）中に設け、そして集合体中
に反応物質を導くことが出来る。また別法として、上記
のごとき密封された板１８を作る第三の方法はパイ・ポ
ーラ−板集合体を構成するのに用いることが出来る。密
封材４４を有する二つの板１；３を、集合体にした後者
板中の溝が互いに直角になるように、それらの開に不透
過層を入れて一緒に集積することが出来る。この場合、
密封材が釘でに板」二に存在するので更に厳蜜月を必要
としない。 第３の方法は、多孔性力゛ス分配板か）１ｋを有しない
場合二つの板の線審圭４層か互いに直角に集積される限
り、用いることが出来る。 第２図〜第５図に関し、一本化された厳密旧暦／１３ま
たは４・・［の製作方法を説明する。ｍ３図及び′第７
１図には、ガス分配＆１８の断面が示されている。同様
に一体化された厳密旧暦・・１４か示されている。第４
し１は第；）図のγ旧暦と比較して浸透の深さの異る別
の密封層を示す。多孔・姓炭素板から成るガス分配板中
１こ所望の一体化した緑蜜旧暦を形成するために、力゛
大分配板の多孔性構造−二黒鉛接着剤のごとき適当な＃
、着剤を縁部分にて含浸させる。密封層４３または４４
中の−ｒＬｌよ、渦に平行な板の縁４１または溝に直角
な板の＄３４２を黒鉛接着剤溶媒混合物を含む浴４５に
浸漬することにより充填される。浴・・［５は適当な容
器またはコンテナー４６中に入れておく６黒鉛核着剤溶
媒混合物が浴４５として好ましいが、池の適当な物質と
して、熱燐酸、例えば２００　’Ｃ程度の酸中にて非腐
食性のすべての型の粉末が含まれる。ポリビニルアルコ
ールのごとき適当な炭化性物質中に懸濁または分散させ
た炭化タングステン粉末がその眺の物質の一例である。 適当な入１、′、鉛接接着剤たは接合剤はコトロニツク
ス社、ニューヨー先ニューヨーク（Ｃｏｔｒｏ旧ｅｓＣ
ｏｒ１＋ｏｒａｔｉｏｎ、　　Ｎｅｕ＋　　Ｙｏｒｋ＋
Ｎｅ１ｕ　　Ｙｏｒｋ）から［５］３１グラフアイト・
アドヘツシブＪ（”　９３　ｊＧｒａｐ−ｌ＋　ｉ　１
．ｅ　Ａ　ｄｈｅｓ　ｉ　ｖｅ”　）なる商標名にて入
手し得る。浴、・１５は好ましくは約５０乃至１５０グ
ラム重量の黒鉛接着剤及び約３５・〜９５ｃｃ容量の溶
媒から成る。溶媒は適当な炭化性物質を含み得る。特に
好ましＵ悄ｉ射１或は溶媒？Ｏｃｃに対して１００ｇの
割合でコトロニクス黒鉛接着剤を含むものである。 この目的に適した別の黒鉛接着剤はユニオン・カーパ′
イｔ”（Ｌｌｎｉｏｎ　Ｃａｒｌ）ｉｄｅｓ）”Ｃ−３
ｔビである。 黒鉛接着剤は燐酸電解質３３にＤ″ｉ！！露した際非腐
食性である。密封層４３または４４を形成するために、
縁４１またはＪＬ合により／Ｉ　２を有する板の各端部
を浸漬法により７谷４５に浸漬させる。黒鉛接着剤が密
封ＷＪ４．３または４４中の孔を月しる。次にこの方法
を密封する必要のある池の縁４１または／１２の名々に
ヌ・１して反復する。浴４ｊ３から収り出した後板１８
主たは２０のｊ二に残留する過剰の物質を更に刀または
池の適当な装置により除去する。 密１′４層４３またけ４４を次に、板を高温にて所要の
時間、またはいくつかの温度で異った時間加熱すること
により硬化させる。適当な硬化方法は約５０℃乃至約４
（月）°Ｃの高温に豹、−１時間乃至約５０時間または
それ以」皿板を加熱する操作を含む。 特に好ましい方法においては、板１８または２０をそれ
ぞれ上昇する温度しこて三段階で加熱する。 第−・段階ににいては、板を約５０　’Ｃ乃至＋　５０
　’Ｃの温度にて約２乃至８時間加熱する。第二段階に
オ９いては、板を約８（，１’Ｃ乃至約２０　＋１　’
Ｃの温度にて約Ｅ’ｒ）’）至２・１時間加熱する。第
三段階においては、板を約］　５　（，１℃乃至約、１
　（１０’Ｃの温度にて約８１５至２・４時間加熱する
。 −１−記の方法の一例として、約７７ｃｃの溶媒に月し
て約１．　（ｌ　＋−＋　＆の割合で黒鉛接着剤を含む
浴に浸漬した板Ｊ　８または２（）をＩ　ｆｌ　Ｏ’Ｃ
にて４時間加熱し、ついでＩ　：（（１’Ｃに一ζ１６
時間加熱し、そのあと約２０　＋１　’Ｃの温度にて１
６時間加熱した。記載のごとく乾燥または硬化させた後
に得られた密ＨＪ督４；）または４４は少くとも水柱２
０インチの圧力差においても漏れを起すことはなかった
。密１ＪＪ脅・・１３または７［／１１．ｌ：乾燥また
は燐酸に湿潤した状態において良好な性能を示した。該
密ＪＪ層は電解質で湿潤させることが好ましい。電解質
は毛管力によりＦ、４４層により保持される。不明細見
１において用いられる１密封層」なる詔は密ＩＪ利を含
む層帯域、領域、部分または容積を含む。密封層は燃第
１電池集積１０集合体に先立って形ｒ＆させうるのて、
集合体を作るに要する時間が著しく減じられる。密封層
４３または４４の形成操作はその経費を減じるために容
易に（幾械化することが出来る。 ここに記載された方法は大きい孔を有する形の力゛ス分
配板１８または２０、例えば網状構造のガラス状炭素（
ＲＶＣ）で作られた板にヌ・１して特に用途かある。こ
の種の大きい孔を有する炭素板１８または２０はり（型
面には約０．１乃至１　、０　＋ｎｍの寸法範囲の孔を
有ｒる。密封層４：３及び４４はこの種の板中に第３図
に示すごとく密１」層が板１８または２０の断面合本に
均一に拡がるように上記の簡単な浸漬方法により形成さ
ぜることか出来る。 現在は、大きい孔のガス分配板から小さい孔の炭素板を
用いる傾向かある。例えば、約０．（ＪＪ乃至０．１．
（ｌ■Ｎ法範囲の孔を有する板がこの種のセル部材に用
いられている。」二記の方法で作られた密封層は多くの
用途に通常十分であるが、含浸段階中に溶液を振動処理
することにより密１′４層を改善することが出来る。こ
の改善方法は、＋１刺しフェルト利料、例えばファイバ
ー・マテリアル・インツーボレーテッド・オフ・ビド７
才−Ｆ。 メイン（Ｆ　１ｂｅｒ　Ｍａｔｅｒｉａｌ、　Ｉ　ｎｃ
ｏｒｌ＋ｏｒａｔｅｄ　ｏｆ　Ｂ　１−ｄｄｐｆｏｒｄ
、　Ｍａｉｎｃ）から購入したレーコン・フェルトでつ
くられたような板１２ノまたは２０を用いて処理する場
合に特に有用である。該フェルトは部分的に炭化された
生成物であ１）、それは次に７アイサー・コーポレーシ
ョン・オフ・ニューヨーク、Ｎ、Ｙ、（Ｐｆｉｚｅｒ　
　Ｃｏｒｌ＋ｏｒａＬｉｏｎ　　ｏｒ　　Ｎｅｗ　　Ｙ
ｏｒｋ＋Ｎ。 ）′、）により完全に炭化されて、完全に炭化された釧
刺しフェルト小孔板１８または２０となる。 密ＩＪ’１．を第４図に示されたごとく起ると考えられ
るが、特に小さい孔の板に密封層を長期間用いる場合に
ある程度の危険性がある。板中の小さい孔のために、＆
、＋　２１または２０の厚さ全体にわたって完全な密’
！’４’）ｍ　４３または４４が形成されないのて′密
１４部分か劣化する可能性がある。この問題を克服する
ために、容器４６に連結優れたトランスジユーサー４７
のごとき３産当な方法により振動装置または補助装置が
浦えられる。超音波、磁場等のごとき振動を与える多く
の装置が知られており、そしてそれらはこの用途に用い
ることが出来る。 振動の周期は少くとも約５０サイクル／抄とすべきであ
りそして約５０乃至５　（１１０，＋１１００サイクル
／秒の範囲とすることか出来る。好ましくは、超ａ波振
動装置を用いる場合、約２０　、　（１１（１０乃至Ｊ
　（１）　０　、１月）（）サイクル７秒の周波数が用
いられ、そして最ら好ましくは約２０　、　（１１（＋
　（１〜ＧＯ。 ＋−＋　ｔ：＋　０サイクル／秒の周波数が用いられる
。振動装置による馳起は浴４５の攪拌効果を生しる。こ
れか更に密１Ｊ祠を扱１８または２０の端部に押し込み
、第３図に図示されているごとく板の厚み全体に均一に
活閉層を形成さぜる。 振動装置を用いる含浸法は本質的に前記と同し浴組成を
用い室温で行われる。板１８または２０を浴４５中に浸
漬または浸けた後、振動装置を約３０乃至１．８０秒の
開作動させる。そのあと、振動装置を止めて前記のごと
く過剰の４＝Ｊ料物貿を収１）除き、そして密封層４３
または４４を前記のごとく乾燥または硬化させる。本発
明において、この方法を小さい孔の板１）Ｉまたは２０
１．：対し、て沼／１５の振動攪拌により行う場合、含
浸蜜月イ・」の浸透か改善され、ピンホールによる漏れ
の可能性かｉ威しることが見出された。この例示的具体
例ｔこおいて小さい孔の板が振動補助装置により含浸さ
れそして水柱少くとも１０インチの圧力まで圧力試験し
た場合妬れが観察されなかった。小さい孔の板の類１以
のＨｆｆｉｉＪ層を振動補助を用いずに形成させた場合
と比較すると水柱４インチの圧力にて漏れが起った。振
動補助を用いて形成された密ＩＪ層４３または４４は従
来の方法との比較として振動補助を用いずに形成された
大きい孔の板中の密ｌｌＪ層と同し利点を有する。 ４ｉｊ記に論義された具体例に従って形成された密ＪＪ
層４３または４４は本発明の意図する目的に完全に効果
的であるが、更に別法による密封方法を述べる。第６図
に関して、この具体例に従う密１４）′ＶＩＪ４８を用
いてパイ・ポーラ−型板集合体を例示する。パイ・ポー
ラ−型板集合体３６は不透過性ノ←１３７を間に挟んで
背中合せにガス分配板１８及び２０を有する。密１′１
１層４８は板１８及び板２０の各々の縁４１に沿って配
置される。密ｌＪ層は緑１１１に直ぐ隣接している。溝
４９が、各線４１に隣接し、それと平行に延びそして不
透過性層３７よで各板１８または２０の１ｖみ全体にわ
たって形成される。 ｉＮｊ　４９を形成した後、固定化酸を含むペーストを
用いて満４９を満たす。次【こ、テフロン（ポリテトラ
フルオロエチレン）のごとき樹脂４＝４料の部Ａ’Ａ’
　５　（ｌをペーストを渦たした溝に１申入する。固定
化酸は好ましくはテフロンパイングー及び小粒子炭化珪
素光」眞剤と混合した約１０５％燐酸を含む。 密封層４つは図示されるごとくパイ・ポーラ−型集合体
３６として形づくられた力゛ス分配板と共に、または集
電用集合体または冷却板集合体において有用である。そ
れは特に、反応物質ガスの混合を防止するために、パイ
・ポーラ−型集合体に用いられる板の縁のごとき板領域
を密封するの１こ有用である。任意の適当な物質を密１
１利に用いることが出来る。一つのその種の物質は、各
反応物質分配板の二つの縁に沿った溝中に入れられた電
１’ｌイ質を含む湿潤密生り用ペーストと合した固体フ
ルオロカーボン重合体の複合体である。複合成分の各々
の寄与によりこれらの物質を用いて効果的な密ＩＪ層か
親られる。密ｉｌ１層の構造的一体性が連続的なフルオ
ロカーボンの素状構造により形成され、池力湿潤蜜月ペ
ーストが該素状構造と割れ目の不均一な表面の開の接触
を改善する。 従来の密封力法においては、ガス分配板は炭化１１ユ素
、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）Ｊび゛ポリ
エチレンオキサイド（ポリオックス）（ｐｏｌｙｏ−Ｘ
）を含むペーストを用いて縁部分が密封される。 渦中の液体は溶媒を駆逐するために１０〜１５分開炉乾
燥される。通常、この工程は収縮をイｎうために数回繰
返えされる。この工程の終りに、を厳密Ｊ」層は２！Ｊ
Ｏ°Ｃにて５分間焼結される。焼結は炭化珪素を接合す
るｐ　”ｒ　Ｆ　ｌ巳の重合を助ける。この方法には改
善を要する点がいく一つかある。それらには、（１）こ
の方法は可視的空隙のすべてを充填するために工程を反
復せねばならないため時間かかかること、（２）この方
法は収縮のために空隙発生の可能性があること及び（３
）この方法は高温下での長期作動条注下ではある程度の
空隙が再発生しイυるため１−艮」す１間の安定性に疑
問があることが含よｈる。本発明はこれら三つの問題点
のすべてに対応しそしてそれらを改善する改良された繊
密ｌＪ方法である。密Ｉｔ−Ｅｌ程及び長期使用中の収
縮により発生する空隙の問題は過砲和燐酸を含む濃厚な
予備焼結した湿潤密封ペーストを用いることにより避け
られる。厳密１」層はフルオロカーボン重合本で作られ
た柔軟な、耐酸性の連続的素状構造により補強される。 第７図はこの蜜月方法を用いるパイ・ポーラ−型板集合
体を示す。集合体７１は不透過性板７４により分離され
た二つのガス分配板７２及び７：（を含む。溝７５は反
応物質ガスを運ぶ・。板７２の左端のｍ８０は蜜月に用
いられる溝であり、複合密封層７７を含む。密封層７７
は湿潤蜜月ペースト７９を補強する素状構造体７８を含
む。 用いるペーストは、適当な濃度及び粘度の湿潤密１Ｊペ
ーストを作るために燐酸を加えた予１ｉｆｔ焼結された
Ｉ　’　ｉ”　ト’　ＩＥ　／炭化珪素粉末とすること
が出来る。ペーストは手で溝に満たすかまたはｌ王カガ
ンもしくはシリンジを用いて溝に入れることにより溝に
充填される。次に連続的素状構造の形の開本フルオロカ
ーボン重合体のごとき適当な材料を溝（３（）中のペー
ストに４重人する。 第７図に示された複合密封層は湿潤ペースト及び素状構
造体を利用する点でより良好な効果的な密封層として働
く。それは素状構造体またはペーストのいづれかより効
果的である。湿潤ペーストは不透過性板７４と素状構造
体、及び板７２及び７３の壁と素状構造木との間の接触
に対して効果的に働く。素状構造体により構造安定性を
与えると同時に、湿潤ペーストは予備焼結された状態に
て適用が容易となる。更に、該祠料は割れ目及び不均一
な表面を効果的に密１Ｊする。 素状構造木７８はフルオロカーボン重合体の素状構造体
のごとき適当な材料とすることが出来る。 好ましくは、素状構造木は約０．２乃至０　、３３ｔｎ
／ｃｃの比重を有する膨張１〕ＴＦに型のものとするこ
とか出来る。素状構造体は好ましくは燃料電池に見られ
る低いｌ）　）−１及び共形的に高い温度（例えば１１
（’）　Ｏ’　Ｆ程度）に耐え得るものであるべきであ
る。 用いられる炭化珪素は好ましくはＩＩ　００　（１）〜
１５００メツシュτノ法のものである。炭化υ、素粉末
、ＰＴＦＥ及びポリオツクスを含む液比混合物は燐酸を
加える前に予備焼結され、板を蜜月した場合、それを約
２００°Ｃの炉中に入れて過剰の水を迫出すことが出来
る。 腹今密ＩＪ層の製造方法の一例を］・記に述べる。 炭化珪素粉末、ポリエチレンオキサイド（Ｐ、　０１１
１０−Ｘ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）
及び燐酸を含むペーストを混合する。６００　’　Ｆま
での温度にて燐酸中で安定な連続素状構造体の形の固体
フルオロカーボン重合体によりペーストを補強する。炭
化ｌ、素粉末は１５００メツシユの粒度であり、Ｐ　Ｔ
　Ｆ　）Ｅはテフロン］’−３０でありそして燐酸は１
０５％の濃度であった。 ペーストの組成及び製造方法は下記の辿りである。ポリ
オツクス約９６ｇ、ＳｉＣ粉末（１５（１１０メツシユ
）約１５２ｇをＰＴＦＥ（Ｔ−３０）約］　（’、１　
ｍｌと混合する。それを約３ミルのローラーに通１゜該
混合物を平坦な板上で薄い層に延ばしそして約２　”：
）　（１’Ｃにて少くとも３０分間または通常約４５分
子ｉｌ粉末状になるまで焼結する。］０５５％酸を粉末
的１（月Ｊｇｉ＝Ｊ酸約１０１０５−Ｊ１０の比にて加
えそして均一なｌ＋’ｊ稠度の滑かなペーストが生成ｒ
るよで十分混合する。手動的にまたは圧力シリンジによ
りアルコールで湿ら−Ｕた繊密Ｊ１溝にペーストを施す
。フルオロカーボン素状構造木を挿入しそして該部を約
２０　（１’Ｃの炉に入れて過剰の水を追出す。素状構
造体部ヰ４を挿入した後、溝の上ｒｒｌｉを滑かにして
過剰ペース）・を除去しそして）１１１１及び密１」層
の上面を板と同一にする。これはひっが、きナイフを用
いるような如何なる都合のよい方かでも行うことが出来
る。 ペーストは厳密封されたｊｌさしフェル１０ゴンチ×１
１１インチ炭素パイ・ポーラ−型板に用いられた。次に
板を１５インチ水柱までの差圧で）；Ａれ試験にかけ良
好な結果を翁また。また炭素板を湿？閏密封ペース１を
用い但し素状構造木を用いずに厳密封した。これらの板
を１５・ｊンチ水柱にて漏れ試験した場合、その差圧は
試験標準に達しなかった。 第２図及び第３図の蜜月）ｍ４３または４４と比較した
場合、第６図の密１１層４９にはいくつかの利点がある
。この複合密封層は孔寸法に対して鈍感でありそして小
さい孔のガス分配板の密封に極めて効果的である。また
それは反応物質を運ぶ・溝を閉塞することなしに）１？
ｉを施したバ′イ・ポーラ−型板集合体に施すことが出
来る。該複合密１１層はまた長時間の熱処理を必要とぜ
ずそして良好な構造安定性を有する。 素状構造体の主目的は特にペーストのみを有する渦と比
較して全桁ｆｉＪ層に構造的安定性をりえることである
。素状構造体は密封層に骨格を１ｊ、えそして操作条１
′１にヌ・ｊして鈍感である。ペーストの主］１的は素
状構造体と溝表面の間の割れ目を渦だしそして特にそれ
か接触する表面の不均一部分を満たすことである。 本明細書に記載された密ＪＪ層のすべてに関して、燃ト
Ｉ電池の電解質物質は湿潤密封構造体の一部となること
か出来る。従って、内部及び外部貯蔵手段を用いるもの
のどどき燃料電池において用いられる電解質制御系は電
解質物質を湿潤密封及び従って極めて効果的な密封に対
して与えることが出来る。然しなから、意図するように
操作する乾燥茶１′１、川ｊち密封層中に電解質が゛な
い１易合において本明細書の密封層は完全に効果的であ
る。燃料電池集積体の構造に依存して、密Ｉ、１層は電
解質と接する場合またはしない場合があり待る。電解質
が密封層と接触する場合、それは密封層中のＴｉＪ能な
、イて完全性をＱｉｌはすることが出来る。 上記の不明４１１１書に記載された特許及び報告は参照
のために記載した。本発明は池の型で具木化するかまた
は本発明の精神または本質から離れることなく１ｍの方
法で行うことが出来る。従って本発明の具体例はすべて
例示のためのもので本発明を（ｉｉ）ら限定するもので
はなく、本発明の範囲は特許ｉｒｉ求の範囲によって示
されており、そして均等の意味及び範囲において生ずる
すべての変形は本発明に含まれるもので゛あることを了
１１イされたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は中間の冷却板及び端末集電板を有する複数の集
積燃料電池セルを含む燃料電池セル集合体を略図的に示
す。 第２図は個々の燃料電池セルを更に詳細に例示する、第
１図の燃＊」電池セル集合体の一部の透視図である。 第３図は本発明の具体例に従う密ｉＪ’ＪＴ５を用り）
る力゛ス分配板の断面図である。 第４図は形成された厳密＋１層の更に一つの具体例を有
する多孔性ガス分配板の断面図である。 第５図はガス分配板に繊密旧暦を形成させる装置の略図
を示す。 第６図はなお更に一つの緑蜜月層配置ｕを示すノくイ・
ポーラ−型板集合体中に用いられる板の断面図である。 第′７図はパイ・ポーラ−用集電池及び冷却板集合体ガ
ス分配板中に用いられる厳密側層の更に一つの具体例の
等角投影図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　　（ａ）多孔性の蜜月された力゛ス分配板の一つ
   の而を覆う不透過性層、 （１１）該部の少くとも一つの縁に接したｍｌＪ層 を含み、該密１Ｊ層が （ｃ）該部に沿いそして該多孔性ガス分配板を１１いて
   該部で透過性層まで延びた溝、（、Ｊ）該２１４内に配
   置された樹脂性物質の部４＝４、及び （ｅ）腋部４・４を囲みそして該部を事実」二満だすペ
   ースト を含み、それによって燃料電池の電解質による劣化に月
   して抵抗性を有するガス不透過性密１４層が形成される
   、 ことを特徴とする、炉、料電池用の多孔性の密１Ｊされ
   た力゛ス分配板。 乙　蜜月ノ１゛りかガス分配板の反対側の縁に接して形
   成された、特許請求の範囲第１項記載の多孔性の力゛ス
   分配板。 ３、　密１１層を有する縁がガス分配板中を力スか流れ
   る方向と平行に配置６された、１、テ許請求の範囲第２
   項記載の板。 ・′↓、　反対側の縁と平行に配置された複数の溝を更
   に含む、特許請求の範囲第３項記載の板。 ｊ３．　　不透過性層を挟みそしてチャネル面が外向ト
   になるように庁中合せに配置された特３′１請求の範囲
   第１１項記載の二、っのガス分配板を含み、該分配板が
   一力の分配板中のチャネルが全方の分配板のチャネルに
   関して直角になるように配置されたパイ・ポーラ−型板
   集合体。 ６、　不透過性層を挟んでそれと隣り合う位１°βに配
   置されそしてガス分配板の外側の面にチャネルを有する
   特許請求の範囲第４項記載のガス分配板及び集電板を含
   む集電板集合体。 ７、所望の方向に互いに平行に配置されたチャネルを有
   する第一・ガス分配板群と連結した第一ガス供給部、互
   いに平行ｔこそして所望の方向１こ対して一般に直角の
   方向に配置されたチャネルを有する第二力゛ス分配板群
   と連結した第二ガス供給部を更に含む特許請求の範囲第
   ４項記載のカ′ス分配板の複数個を含み、該第−ガス分
   配板群か該第二ガス分配板！ＩＹと集積した形で交互に
   配置され、そして活性燃料電池セル部分がその交互に並
   んだ第−及び第二の力゛ス分配板群の【国１１に配置買
   された、州、料電池セル集積木。 ８、　４刺痛部祠がポリテトラフルオロエチレンを含み
   そしてペーストが小さい粒子の形の炭化珪素光」色剤、
   繊維形の焼結ポリテトラフルオロエチレンバイングー及
   び濃燐酸を含む、特５′「請求の範囲！ｆｆ１１項記載
   のガス分配板。 ！Ｊ、　　（ａ）ガス分配板を作り、 （ｌ〕）該ガス分配板の−っの面を覆う不透過性層を施
   し、 （ｃ）核部の一つの緑に沿い、該多孔性板を完全に貫き
   、該不透過性層まで延びた溝を形成させ、 （ｄ）該部にペーストを充、嘆じ、そして（ｅ）該部に
   樹脂性物質ｆｆ１ｓ　４＝、ｌを挿入し、それによって
   燃料電池の電解質による劣化に対して抵抗性を有するガ
   又ト透過性畜１′ｌＩ層を形成させる、緒段階を含む、
   燃＊４電池用の縁部分を蜜月したガス分配板の製造方法
   。 １０４（邊１脂性部祠かポリテトラフルオロエチレン素
   状構造木を含みそしてペーストか小さい粒子の形の炭化
   珪素充填剤、繊維形のポリテトラフル３０エチレンパイ
   ングー及び濃燐酸を含む、１−踵′１ｎ＋１ｉ求の範囲
   第０項記載の方法。 １１、　ペーストを挿入しそして過剰のペーストを除去
   して溝の頂部を板と表面と同し高さとした後部の１１１
   部のペーストを滑かにすることをさらに含む、特許請求
   の範囲第１０項記載の方法。 １２、加圧ガンを用いて溝にペーストを充ｊ眞する、１
   、テ許請求の範囲箔１０項記載の方法。 １：（、溝に予じめ焼結さぜたペース１を充填する特許
   請求の範囲第１０項記載の方法。 １４、　　（ａ）シリコンカーバイド粉末、ポリエチレ
   ンオキサイドおよびポリテトラフルオロエチレンをいっ
   しょに；１１１合してペース）　’ｔ’；ｔ：合物をつ
   くり、（１））混合物を焼結上 （ｃ）濃燐酸を加え、そして （ｄ）核酸と該焼結した混合物を；８１合して均一な濃
   度のペーストを形成する、 ことを特徴とする多孔性板を密１］する際に使用するた
   めのペーストの製造方法。 １５、焼結する前にペース）・混合物を薄い層に成形す
   る段階をさらに含む特許請求の範１川１１／１」ｌ）記
   載の方法。