JPS601761A - 燃料電池及びその製造方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は燃料電池に係シ、特に電極とセパレータを一体
化した燃料電池用電極及びセパレータの製造方法に関す
る。

〔従来技術〕

第１図は従来の製造方法による電極及びセパレータを、
用いた燃料電池の構造例を示したものである。両面に機
械加工を施してリブ４をつけたセパレータ１、電極２、
炭酸塩を含む電解質板３、電極２、セパレータ１がサン
ドインチ状に積重なって１つの単位電池を構成し、この
単位電池が多数積層されて燃料電池が構成される。この
様に従来の燃料電池では電極２及びセパレータ１は別々
に製造され、運転時に両者を組合わせて使用していた。

即ち、電極２は、金属粉末、主としてニッケル粉末を１
１０Ｉ前後の厚さに成形後焼結させて製造され、セパレ
ータ１はステンレス板に反応ガス流路となるリブ４を機
械加工等によシ取付けて製造亨れていた。（の様にして
製造された電極２とセパレータ１を第１図の様に積重ね
て燃料電池が構成されている。

しかし上記の様な従来の燃料電池には以下の様な欠点が
あった。即ち、電極２とセパレータ１の接触抵抗が大き
く電池性能を低下させてしまうこと。又、セパレータ１
に施すリプ４の加工に費用が掛り燃料電池の原価を高騰
させること等である。

そこで、電極２とセパレータ１の接触抵抗を小さくする
為の対策として、セパレータ１に加工するリプ４の形状
、個数を工夫し、或はセパレータ１とリプ４の接触面に
銀ペーストを塗る等の方法が採られていた。又、セパレ
ータ１のリプ４の加工を安価とする為、エツチング或は
塑性加工によリリプ４を形成する方法も検討されている
。しかし、これ等の対策では、前述の欠点を充分に解決
するには至らなかった。

前述の欠点を改善する為、電極とセパレータを一体化製
造する技術（出願依頼受付番号１１８１１０３０３）が
提案されている。第２図はこの技術を示す例で、電極と
セパレータを一体化した５と電解質板３をサンドイッチ
状に重ねて単位電池を構成している。この例では電極と
セパレータを一体化している為、電極とセパレータ間の
接触抵抗が小さく電池特性に優れる効果がある。又、ガ
ス流路を電極側に形成することが出来るため、従来必要
であったセパレータのリプ加工を省略することが出来て
、製造原価を低減させる効果もある。しかし、この技術
の実施に当っては、電極とセパレータの接合一体化を光
分に達成させる必要がある。しかし、これ迄に提案した
技術では電極の焼結並びに電極とセパレータの接合一体
化を図る為の加熱を行うと、特に電極部に収縮が発生し
て電極とセパレータの接合が充分に達成出来ないと云う
欠点が生じることがあった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記の欠点を解消し、電極とセパレー
タの接合一体化を充分に達成し得る燃料電池用電極及び
セパレータの製造方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、電極となる金属粉末中に金網或は金属繊維を
埋設し、しかる後金属粉末を焼結して電極を形成する製
造方法を採用することによシ焼結時の電極部の収縮を防
止して上記目的を達成するものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図により説明する。第３図は本
発明の燃料電池用電極及びセパレータの製造方法の一実
施例を適用した燃料電池の断面図である。セパレータ枠
６の両側にガス流路部７を有する電極８が一体に焼結結
合して、電極とセパレータを一体としたものを構成して
いる。セパレータ枠６と電極８０両端には部材９が取付
けられておシ、この部材９にあけられた孔１０よシ反応
ガスがガス流路部７に出入する。即ち、図中符号工は反
応ガスが入シ、符号Ｏは反応ガスが排出される所を示し
ている。また、電極ｄにはリプ１１が形成されセパレー
タ枠６と共にガス流路部を構成している。尚、第３図に
示したものは第２図の符号５で示したものに相当し、実
際に燃料電池とするには第２図の如く電解質板３を間に
挾んで積層しなければならない。

次に本実施例の製造方法について説明する。セパレータ
枠６にガス流路部７に相当する消失模型をセットする。

次に電極用の金属粉末を消失模型及びセパレータ枠の空
隙部に充填する。この時、電極８の部分と従来のリプに
相当する部分１１に金網或は金属繊維を埋設する。この
様な成形体を作ってからガス流路部７に相当する消失模
型を熱或は溶剤で除去してガス流路部を形成し、その後
加熱して電極８部の焼結並びに電極８とセパレータ枠６
の接合を行って製造を完了する。

本実施例で使用出来る消失模型としては、ガス流路部を
破損しないで設計通り形成出来るものならばどの様な材
料でもよい。例えば、発泡ポリスチレン、発泡ポリウレ
タンその他の有機高分子の発泡体の様に加熱分解或は溶
剤による溶解等によって容易に除去出来るものが使用出
来る。又、ワックス或は尿素等で作った模型の様に、加
熱によって容易に溶出或は分解除去出来るものも使用す
ることが出来る。

電極８用の金属粉末としてはニッケルが主体であるが、
ニッケルに限定されるものではない。又セパレータ枠６
は、溶融炭酸塩型燃料電池の作動条件等の点からステン
レス系のものが主に使用されるが、この材質に限定され
るものではない。

電極の収縮を防止する目的で使用される金網或は金属繊
維は電極用の金属粉末と同系の材質ならば使用すること
が出来る。又金属粉末と異なる材質であっても溶融塩型
燃料電池の作動条件に耐えるものならば使用することが
出来る。

金網はその線径が０．１〜０．４鰭のものが最適である
が、０．０２〜０．８ｒａＯものでもよい。又金網の開
き目の寸法は０．１〜３．０■のものが最適で、０．０
５〜５．０ｍのものでも使用することが出来る。

金属繊維はその線径が２０μｍ〜１５０μｍのものが最
適で、１０μｍ〜３００μｍのものでも使用することが
出来る。

電極８の焼結、電極８とセパレータ枠６との接合の為の
加熱は７５０Ｃ〜１０００ｔｌ：’で行う。焼結時の雰
囲気としては還元、不活性、真空雰囲気等が好ましい。

電極８はその表面が触媒活性を有することを必要とする
。この為加熱温度は前記した様に７５０Ｃ〜１０００Ｃ
でもよいが、７５０Ｃ〜８５０Ｃで行うのが最適である
。この際、電極８とセパレータ枠６或は電極８と金網或
は金属繊維との接合をより容易に行わせる為に、接合部
に蝋付剤を使用したり、或はメッキを施してもよい。

次に上記実施例の方法により実際に電極とセパレータと
が一体となったものを作シ、これを従来のものと比較し
た場合について説明する。５Ｕ８３１６のセパレータ枠
６に厚さ２．５日の発泡ポリスチレン板をセットする。

この発泡ポリスチレン板には５０１１Ｉ口の中に１６個
の割合で径６悶の穴があけられている。ここにポリビニ
ルアルコール水溶液をバインダとしたニッケル粉末を充
填成形すると同時に、電極部及びリプ部に相当する部分
に金網或は金属繊維を埋設して第３図に示した本実施例
に相当する試料を製造する。この試料から発泡ポリスチ
レンの消失模型を酢酸メチルで溶かし出した後、水素還
元雰囲気の中で、８５０Ｃで２時間加熱処理して製造を
終了する。尚、本実施例と比較する為に金属繊維を使用
しない試料を同様の材料を用いて製造した。この様にし
て製造した本実施例の試料と従来の方法で製造した比較
例との焼結及び接合状況を下記に示す第１表に示しであ
る。

第１表 ）。

本実施例の試料は、何れも電極とセパレータの接合一体
化及び電極の焼結が良好である。これに対して収縮防止
用金網、金属繊維等の使用のないものは、加熱によって
電極部が収縮し試料ナンバ７の如く電極の一部にキレン
が発生したシ、試料ナンバ７′の様に電極とセパレータ
の接合が不十分であると云う現象が発生する。尚、この
現象は常に発生すると太うことではないが相当の頻度で
発生する為、実用的には相当問題となる。

次に、本実施例の方法によシ製造した電極、セバレータ
一体化電池部材を用いて溶融炭酸塩型燃料電池の性能試
験結果について説明する。作動温度を６５０Ｃとした場
合、本実施例の試料ナンノ（１、ナンバ２及びナンバ６
を使用した性能結果は第２表に示す通りである。

第２表 これに対して第１図に示した従来例の電極及びセパレー
タを用いて同様に作動温度６５０Ｃで試験を行った場合
、電流密度２００　ｍＡ／ｃｒｒｉ”で電圧は０，５■
であり、明らかに本実施例の燃料電池の性能が向上して
いることがわかる。

ここで、金属粉末中に金網或は金属繊維を埋設して焼結
すると、焼結時に収縮が起こらない理由は、金網或は金
属繊維が骨組みとなって加熱時の金属粉末の無用な収縮
を防ぐからであると推定さく１１） れているが、はつきシした理由は定かでない。しかし、
この点は実験的に充分確かめられている事実でおる。

本実施例によれば、セパレータ枠６のガス流路部７に相
当する消失模似をセットした後、金属粉末を消失模型及
びセパレータ枠６の空隙部に充填すると共に金網或は金
属繊維を埋設して、前記消失模似を除去した後これを加
熱して電極８部分の焼結及び電極８とセパレータ枠６と
の接合を行うことによシ、加熱時に電極８の収縮がなく
、電極８とセパレータ枠６との接合一体化を充分に達成
する効果がおる。この為、燃料電池の電池性能を従来に
比べて向上させる効果がある。

〔発明の効果〕

以上記述した如く本発明の燃料電池用電極及びセパレー
タの製造方法によれば、電極部を形成する金属粉末中に
金網或は金属繊維を埋設して焼結することにより、電極
とセパレータの接合一体化を充分に達成させることが出
来る。

【図面の簡単な説明】

（１２） 第１図は従来の燃料電池の構造例を示しだ分解斜視図、
第２図は提案中の燃料電池の構造例を示した分解斜視図
、第３図は本発明の燃料電池用電極及びセパレータの製
造方法の一実施例を適用して製造した燃料電池の構造を
示す断面図である。 ６・・・セパレータ枠、７・・・ガス流路、８・・・電
極、１１・・・リプ部。 特許出願人　工業技術院長　用田裕部 （１３） 笛　ｌ　配

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属粉末を焼結して形成する電極を焼結時にセパレ
   ータに一体接合して成る電極とセパレータを備えた燃料
   電池において、金属粉末中に金網又は金属繊維を埋設し
   て焼結することを特徴とする燃料電池用電極及びセパレ
   ータの製造方法。 ２、電極側にガス流路となるリブを形成して焼結したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料電池用
   電極及びセパレータの製造方法。 ３、金網として、０．０２〜０．８ｍの線径で、１０μ
   ｍ〜３００μｍの開き目を有するものを使用し、又は、
   金属繊維として１１０ｌ１〜３００μｍのものを使用す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載の燃料電池用電極及びセパレータの製造方法。