JPS60101874A - 燃料電池のシ−ル構造 - Google Patents

燃料電池のシ−ル構造

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JPS60101874A
JPS60101874A JP58208806A JP20880683A JPS60101874A JP S60101874 A JPS60101874 A JP S60101874A JP 58208806 A JP58208806 A JP 58208806A JP 20880683 A JP20880683 A JP 20880683A JP S60101874 A JPS60101874 A JP S60101874A
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JP
Japan
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electrode
base material
fuel
coating
separate plate
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Pending
Application number
JP58208806A
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English (en)
Inventor
Tomoyoshi Kamoshita
友義 鴨下
Osamu Yamamoto
修 山本
Koichi Harashima
原嶋 孝一
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60101874A publication Critical patent/JPS60101874A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • 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

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  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は燃料電池、とくに燃料電極と酸化剤電極との間
柘電解質保持層を備えた単位電池がセパレート板の間に
挾持される様式の例えばリン酸電解室形燃料電池のシー
ル構造に関する。
〔従来技術とその問題点〕
かかる様式の燃料電池としては、気密な溝付セパレート
板を用いるタイプと、溝付き多孔板と気密なセパレート
板を用いるタイプとが知られており、第1図に前者の一
例を、第2図に後者の一例を示す。
第1図において、1は気密な溝付きセパレート板で、一
方の面に酸化剤としての空気の流通溝(以下空気溝とい
う)2が複数個並設され、他方の面に燃料としての水素
ガスの流通溝(以下燃料溝という)3が同様に複数個、
並設されており、空気溝2と燃料溝3とは互いに連通す
ることなく直交するようにモールドないし機械加工によ
って形成されている。二つの溝付きセパレート板1.1
の間には、燃料電極基材4と燃料電極触媒層5からなる
燃料電極6・と、空気電極基材7と空気電極触媒層8か
らなる空気電極9と、電解質たとえばりん酸を含浸保持
させられたマトリックス10とが、マl−IJラックス
中央にして挾持されて単位電池が形成されている。
一方、第2図においては、一方の面に燃料溝13を持ち
他方の面が平坦に形成されてなる溝付き多孔板14と、
この多孔板14の平坦面に塗布等により形成される燃料
電極触媒層15とで燃料電極16が形成され、同様に一
方の面に空気溝12を持ち他方の面が平坦に形成されて
なる溝付き多孔板17さ、この多孔板17の平坦面に塗
布等により形成される空気電極触媒層18とで空気電極
19が形成され、中間にりん酸等の電解質を含浸保持す
るマトリックス20が挾持され、端面に気密なセパレー
ト板21が配設さ、れて単位電池が構成されている。
第1図に示す溝付きセパレート版型の燃料電池と、第2
図に示す溝付き多孔板型の燃料電池とは、それぞれ長所
を備えているものであるが、前者は溝付きセパレート板
が燃料と空気との混合を避ける隔壁を形成するために、
電極に供給すべき燃料ないし空気の流通溝がそれぞれの
電極に向って開口し、かつガス拡散を容易にするために
電極基材が設けられているのに対し、後者は溝付き多孔
板が電極基材としての役割を果すために、燃料ないし空
気の流通溝はそれぞれの電極と反対側に開口し、平坦面
に電極を塗布することができる一方、燃料と空気との混
合を避ける隔壁としてのセパレート板を別個に設ける必
要があるという特徴としている。しかして両者ともそれ
ぞれ図示の構成の単位電池を複数個積層して実用に供せ
られるものである。
ところで、この種の燃料電池は、水素ガス等の燃料ガス
と空気等の酸化剤ガスとを電極触媒の助けを借りてりん
酸等の電解質とともに、気流固体の三相界面において反
応させて発電を起こさせるものであり、水素ガスと空気
とが直接接触すると、発電に寄与することなしに発熱反
応が生じ、電池を異常昇温させるのみならず、混触の度
合が激しい場合には爆発等の危険が存する。一方、マト
リックスに含浸される電解質が外部へ漏出すると、構成
機器を浸蝕したり、あるいはマトリックスに通気部分が
出来て燃料ガスと空気との直接接触をもたらす可能性が
ある。
これらの燃料ガスないし電解質の所定領域外への漏出は
、主として単位電池の端部において生じる。すなわち、
第1図における電極基材4,7および第2図における基
材兼用の多孔板14.17は、前述のごとくガス拡散性
を良好に保ちかつ反応面を多くして電池反応を促進する
ために、多孔質構造となっており、製造を容易にするた
めに中央部も周辺部も同一の材料で作られるから、端部
における反応ガスの漏洩ないし電解質の漏出の可能性が
十分に存する。
このため、従来第3図に示すように燃料溝13と平行す
る燃料電□極16の側端部、および図示されていない空
気溝12と平行する空気電極19の側端部にフッ素ゴム
ラテックス等のコート材ヲ塗布して被膜33を形成し、
前述の電極端部に於ける反応ガスの漏洩ないし電解質の
漏出を防止し、更に各電極間及び各電極、とセパレート
板間からの反応ガスの漏洩を被膜のパツキン効果により
防止していた。
一方、燃料電池を高効率で発電するためには燃 5− 料電極触媒層、電解質を保持したマトリックス、および
空気電極触媒層を全面にわたって密着させることにより
反応面積の減少をなくしさらに各電極基材とセパレート
板も全面にわたって適正な締付面圧で密着させることに
より内部抵抗(基材とセパレート板との接触抵抗)の増
加を防止することが必要である。
このため従来は、所定の締付面圧が印加された際に電極
基材および被膜の圧縮変位により、被膜の形成された端
部と電極中央部32との段差がなく同一平面で密着する
ように、塗布形成される被膜の厚さを制限する必要があ
った。
しかるに、コート材を塗布して形成された被膜の厚さを
一定の値に制限することはその製法上かなり困難である
。なぜなら、電極基材は前述したように多孔質であるた
め基材表面に塗布したコート材が基材内部へ浸透し、そ
の浸透する量が基材の気孔率、気孔径、コート材の粘度
、m度など、さらには塗布時の温度、湿度などに影響さ
れ一定とならす、このために被膜の厚さに差が生じるか
 6− らである。この結果、形成された被膜の厚さが大きな場
合は、所定の締付面圧で締付けても前記した電極端部と
中央部の段差が吸収されず、中央部に於て電極基材とセ
パレート板間の締付面圧が適正値より低下し、電極基材
セパレート板間の接触抵抗は締付面圧に大きく依存する
ので、接触抵抗が増加することによる電池内部抵抗の増
加のため発電効率が低下する。逆に被膜の厚さが小さな
場合は、被膜にブローホールが生じ易くまた被膜の強度
が低下しガス及び電解質の漏洩防止が不完全となる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は前記の欠点をなくし、電極端部からの反
応ガスないしは電解質の漏洩を防止するため端部に形成
されたシール処理部の影響が実用上電極中央部に影響を
与えない程度に電極中央部に適切な面圧が印加され燃料
電池の発電効率を低下させることがないシール構造を提
供する−ことにある。
〔発明の要点〕
かかる目的は、多孔性の電極基材と該電極基材上に設け
られた触媒層とからそれぞれ構成された燃料電極および
空気電極と、両電極間に位置し電解質を保持するマトリ
ックスとを気密なセパレート板にて挾持し、電極基材又
はセパレート板に設けられた反応ガス溝を有して単位電
池を構成してなる燃料電池において、前記ガス通路に平
行な電極基材周辺部とセパレート板周辺部との接触部に
四部を設け、この凹部に電極基材より圧縮剛性が低く粘
稠性のある耐熱性シールを施こすことにより達成される
〔発明の実施例〕
以下本発明の詳細な説明する。
第4図は、溝付多孔板の電極基材を用いた様式の燃料電
池に本発明を適用した場合の実施例の部分拡大図を示す
もので、第2図と同一の部分には同一の付号を付しであ
る。第4図によれば燃料溝13と平行な燃料電極16周
辺部のセパレート板と接する側の電極基材面に中央部3
2より凹な段差31が設けられている。そして、この段
差部に対応する電極基材面及び電極の外側端面、さらに
は触媒層側の電極周辺部にはフッ素ゴムラテックスによ
る被膜33が形成されている。前記段差部に対応する電
極基材面に形成された被膜は、その製造時には電極中央
部の燃料溝の形成された基材面よりわずかに突出するよ
うに塗布されている。
一方、図示されていない空気電極の空気溝と平行な周辺
部も同様の段差と被膜が設けられている。
このような構成において、セパレート板と単位電池とを
積層した場合、組立段階に於てはセパレート板と電極周
辺部に形成された被膜とが接しているが、締付面圧を印
加するに伴いセパレート板と接している被膜は圧縮変位
を生じる。さらに、締付面圧を所定の値に保って130
℃ないし200℃まで温度を上昇させると、フッ素ゴム
ラテックスの特長である粘稠性のため圧縮剛性が低下し
容易に被膜は圧縮変位し得るようなる。このため、製造
時には段差より厚い寸法であった被膜は、前記の組立工
程を経過した後では段差と同じ厚さとなり、この結果電
極中央部に適切な面圧が印加さ 9 − れる。また被膜の厚さを従来と比較してかなり厚くする
ことが出来るため、薄い場合に生じ易いブローホール等
の発生する可能性も実用上なくなる。
さらにフッ素ゴムラテックスの被膜はセパレート板に密
着し充分な気密効果を上げることが出来る。
第5図、第6図は本発明の他の実施例を示すもので、第
4図と同じく溝付多孔板の電極基材を用いた様式の燃料
電池に本発明を適用した例である。
第4図と同様にセパレート板と接する側の燃料電極周辺
部および空気電極周辺部に段差が設けられている。第5
図において第4図と異なる点は、基材面に形成された被
膜が第4図ではフッ素ゴムラテックスよりなる比較的圧
縮剛性の低い粘稠性のある材料で構成されているのに対
して、第5図ではPFA、PTFEシートあるいはPF
AとP’rFEの複合シートよりなる比較的圧縮剛性の
高い材料であり、この被膜の上に被膜34の厚さが段差
寸法より薄く、かつ被膜とセパレート板との間に被膜よ
り圧縮剛性の低い耐熱性のパツキン35、例えば前記フ
ッ素ゴムラテックスよりなるフッ素ゴムシー 1 〇 
− −トあるいは未焼成テフロンシートを介在した点にある
このような構成においてセパレート板と単位電池とを積
層し締付面圧を印加した場合には、第4図と異なり第5
図においては、被膜の圧縮剛性が比較的高いため被膜に
は大きな圧縮変位が期待出来ない。このため、被膜とセ
パレート板との間に生じた空隙に前記被膜より圧縮剛性
の低い耐熱性パツキンを介在させ、このパツキンに大き
な圧縮変位を与えて第4図の実施例と同様の効果を上げ
ることが出来る。すなわち、フッ素ゴムシートを用いた
場合には第4図の実施例と同様の理由で、また未焼成テ
フロンシートを用いた場合には、未焼成テフロンシート
の気孔率を変えることにより実用上任意の圧縮剛性を有
するシートが得られるので、締付面圧を印加した状態で
は前記パツキンは容易に前記空隙と同じ寸法まで圧縮変
位し電極中央部に適切な面圧が印加される。
次に第6図において第5図と異なる点は、基材表面に被
膜を形成せずに基材周辺部にフェノールピッチ等の耐熱
、耐リン酸性に優れた充損材を含浸し、基材周辺部をガ
スおよび液不透過した点である。この場合にも前記不透
過化された基材周辺部36の圧縮剛性がかなり高いので
第5図実施例と同様に、セパレート板と接する側の燃料
電極周辺部および空気電極周辺部に段差を設け、この段
部lこフッ素ゴムラテックス等の圧縮剛性の低い耐熱性
のパツキンを介在した構成とすることで同様の効果を上
げることが可能である。
〔発明の効果〕
以上述べたようζここの発明によれば、単位セルとセパ
レート板とを積層し組立てられた積層電池に対し、電極
端部からの反応ガスないし電解質の漏洩を防止するため
端部に形成されたシール部の厚みが実用土電極とセパレ
ート板との接触抵抗に影響を与えずに、電極中央部に適
切な面圧が印加され燃料電池の発電効率を低下させるこ
とがないシール構造を提供することができる。しかもシ
ール処理において、シール部にブローホール等の発生す
る可能性も低減出来る等の利点もある。なお上記実施例
では溝付き多孔板の電極基材を用いた場合を示したが、
溝付きセパレート板を用いた場合には、中央部より凹な
段差を電極基材のシール部に対応するセパレート板に設
けることにより、同様の効果を上げることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は溝付きセパレート版型の単位電池の部分断面図
、第2図は溝付き多孔板型の単位電池の部分断面図、第
3図は従来のシール構造の部分断面図、第4図は本発明
の一実施例を示すシール構造の部分断面図、第5図は本
発明の他の実施例を示すシール構造の部分断面図、第6
図は本発明の更に他の実施例を示す部分断面図である。 1・・・溝付きセパレート板、4,7,14,17・・
・電極基材、6.16・・・燃料電極、9.19・・・
空気電極、10.20・・・マトリックス、31・・・
段差、33.34・・・被膜、35・・・パツキン、3
6・・・不透過化した基材周辺部。 −13− ″′I−2tfA 牙3喝 才4r5A す5区 □ 371 .2/ /3j /3t ゝ−2θ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)多孔性の電極基材と該電極基材上に設けられた触媒
    層とからそれぞれ構成された燃料電極および空気電極と
    、両電極間に位置し電解質を保持するマトリックスとを
    気密なセパレート板にて挾持し、電極基材又はセパレー
    ト板に設けられたガス通路を有して単位電池を構成して
    なる燃料電池において、前記ガス通路に平行な電極基材
    周辺部とセパレート板周辺部との接触部に凹部を設け、
    この凹部に電極基材より圧縮剛性が低く粘稠性のある耐
    熱性シールを施すことを特徴きする燃料電池のシール構
    造。
JP58208806A 1983-11-07 1983-11-07 燃料電池のシ−ル構造 Pending JPS60101874A (ja)

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