JPS622460A - 溶融炭酸塩形燃料電池 - Google Patents
溶融炭酸塩形燃料電池Info
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- JPS622460A JPS622460A JP60140768A JP14076885A JPS622460A JP S622460 A JPS622460 A JP S622460A JP 60140768 A JP60140768 A JP 60140768A JP 14076885 A JP14076885 A JP 14076885A JP S622460 A JPS622460 A JP S622460A
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- Japan
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- flow path
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- rails
- fuel
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0223—Composites
- H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
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- H01M8/021—Alloys based on iron
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
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- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0048—Molten electrolytes used at high temperature
- H01M2300/0051—Carbonates
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、溶融炭酸塩形燃料電池に関し、たこの種の
溶融炭酸塩形燃料電池(以下燃料電池と記す)の従来の
構成例を示す。また、第4゜図は従来のセパレータ板の
斜視図金示す。図において(川は燃料側の端板であり、
材質としてステンレスが使用されるが燃料ガスが接■す
る面にはニッケルが被覆されている。(6a)%(6b
)、(6C)は燃料電極(7a)、(7b)、(7c)
に対設する燃料ガス流路板であり、燃料ガス流路?確保
する働きと、電流を流す集電板としての働きを兼ねてい
る。材質としては、溶融塩と反応ガスに対する耐食性か
らニッケル基の合金が選ばれていもそしてガスの電極へ
の拡散が円滑に行なわれるよう波型にプレス成型された
ものが用いられるゆ燃料側電極(7IL)、(7b)、
(7a社ニッケル系合金粉末を主成分として得られる多
孔質体である。
溶融炭酸塩形燃料電池(以下燃料電池と記す)の従来の
構成例を示す。また、第4゜図は従来のセパレータ板の
斜視図金示す。図において(川は燃料側の端板であり、
材質としてステンレスが使用されるが燃料ガスが接■す
る面にはニッケルが被覆されている。(6a)%(6b
)、(6C)は燃料電極(7a)、(7b)、(7c)
に対設する燃料ガス流路板であり、燃料ガス流路?確保
する働きと、電流を流す集電板としての働きを兼ねてい
る。材質としては、溶融塩と反応ガスに対する耐食性か
らニッケル基の合金が選ばれていもそしてガスの電極へ
の拡散が円滑に行なわれるよう波型にプレス成型された
ものが用いられるゆ燃料側電極(7IL)、(7b)、
(7a社ニッケル系合金粉末を主成分として得られる多
孔質体である。
(8a)、(8b)、(ac社電電解質例えば電解質層
と呼ばれるものであり、アルミン酸リチウムの多孔質板
である電解質保持体に炭酸リチクムや炭酸ナトリクムと
いった電解質を含浸したものである。(9aχ(9m)
χ(9cλは酸化剤側電極であり、燃料側電極(7a)
、(7b)、(?a)と同様な多孔質構造体から成って
−る。この酸化剤側電極(9a)、(9b)、(9C)
には原料としてニッケル粉末を用いる場合と、酸化ニッ
ケル粉末を用いる場合があるが、1[aの動作状態にお
いては、いずれの場合も酸化ニッケルにリチクムイオン
が侵入した状態の多孔質構造体となる。
と呼ばれるものであり、アルミン酸リチウムの多孔質板
である電解質保持体に炭酸リチクムや炭酸ナトリクムと
いった電解質を含浸したものである。(9aχ(9m)
χ(9cλは酸化剤側電極であり、燃料側電極(7a)
、(7b)、(?a)と同様な多孔質構造体から成って
−る。この酸化剤側電極(9a)、(9b)、(9C)
には原料としてニッケル粉末を用いる場合と、酸化ニッ
ケル粉末を用いる場合があるが、1[aの動作状態にお
いては、いずれの場合も酸化ニッケルにリチクムイオン
が侵入した状態の多孔質構造体となる。
(10a)、(In)、(10e) H酸化剤側電極<
oh>、 (91)入(9C)に対設し、酸化剤ガス流
路を確保する酸化剤ガス流路板であり、燃料ガス流路板
(6a)、(6b)、(6c)と同様な形状をしたステ
ンレス製の波型板よシ成っている。(la)、(xb)
t/i燃料ガス流路と酸化剤ガス流路を分離するセパ
レータ板で、燃料ガスに接する側が、例えばニッケル被
覆されたステンレス板である。このセパレータmt+。
oh>、 (91)入(9C)に対設し、酸化剤ガス流
路を確保する酸化剤ガス流路板であり、燃料ガス流路板
(6a)、(6b)、(6c)と同様な形状をしたステ
ンレス製の波型板よシ成っている。(la)、(xb)
t/i燃料ガス流路と酸化剤ガス流路を分離するセパ
レータ板で、燃料ガスに接する側が、例えばニッケル被
覆されたステンレス板である。このセパレータmt+。
(la)、(11))は両端部に第1レール部、例えば
ステンレス製のハンドレール(2)、(2a)、(2b
)及び(31、(8a)、(8b)が溶接され、隣接す
る単電池間で燃料ガスと酸化剤ガスの混合を防ぐ。(+
2)は酸化剤側の端板で燃料側の端板(川と同様の形状
でステンレスにて構成されている。
ステンレス製のハンドレール(2)、(2a)、(2b
)及び(31、(8a)、(8b)が溶接され、隣接す
る単電池間で燃料ガスと酸化剤ガスの混合を防ぐ。(+
2)は酸化剤側の端板で燃料側の端板(川と同様の形状
でステンレスにて構成されている。
燃料電池は、上記のように、電解質層(8a)、(8b
)、(8c)全介在して対向する燃料側電極(7a)(
7b)、(7c)および酸化剤側電極(9a)、(9b
)(9C)を有する単電池とセパレータ板を交互に積層
した積層体を構成している。
)、(8c)全介在して対向する燃料側電極(7a)(
7b)、(7c)および酸化剤側電極(9a)、(9b
)(9C)を有する単電池とセパレータ板を交互に積層
した積層体を構成している。
ガスの供給方法は、第5図に示されるように中心に流路
管をもつステンレス製のマニホールドを燃料電池の四方
1c収りつけ、それぞれ、燃料ガス人口FI3) 、
焼料ガス出ロα4.酸化剤ガス入口aυ、酸化剤ガス出
口Hを構成する・燃料ガスを矢印A方向より流入させ、
酸化剤ガスを矢印B方向より流入させる。
管をもつステンレス製のマニホールドを燃料電池の四方
1c収りつけ、それぞれ、燃料ガス人口FI3) 、
焼料ガス出ロα4.酸化剤ガス入口aυ、酸化剤ガス出
口Hを構成する・燃料ガスを矢印A方向より流入させ、
酸化剤ガスを矢印B方向より流入させる。
次にこの種の溶fi炭酸塩形燃料電池の動作について説
明する。燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの
酸化剤ガスが反応する際に放出する化学エネルギーを、
電気化学的な反応を起こさせることによって直接電気エ
ネルギーに変換して電力を得る装置である。
明する。燃料電池は、水素などの燃料ガスと空気などの
酸化剤ガスが反応する際に放出する化学エネルギーを、
電気化学的な反応を起こさせることによって直接電気エ
ネルギーに変換して電力を得る装置である。
この電気化学反応全効率良く行なわせるために、一般的
に多孔質電極が使用される。また電解質として、溶融状
態の炭酸リチクムや炭酸カリタムなどの炭酸塩の混合物
が使用され、電解質中の炭酸イオン(Co ”)が電荷
移動に寄与する。
に多孔質電極が使用される。また電解質として、溶融状
態の炭酸リチクムや炭酸カリタムなどの炭酸塩の混合物
が使用され、電解質中の炭酸イオン(Co ”)が電荷
移動に寄与する。
燃料側電極(7a)、(7b)、(7c)及び酸化剤側
電極(9a)、(9b)、(9c)における反応は次の
ようになっている。
電極(9a)、(9b)、(9c)における反応は次の
ようになっている。
燃料側電極 山+ Cot →Ht o+co鵞+2
e Il1酸化剤側電極 C’h” V2O5+ 2
θ−Cot (21上記の反応の進行を第8図に
基づいて説明する・燃料側電極(7a)、(7b)%(
7C)においては、燃料ガス流路板(6a)、(6b)
、(6C)を流れる燃料ガス中の水素と電解質層(8a
)、(8b)、(8C)に含まれる炭酸イオンがそれぞ
れの単電池において式il+のように反応し、水と二酸
化炭素と電子が虫取するO 第8図中で上方の単[aの燃料側電極(7a)で生じた
電子は燃料ガス流路板(6a)、燃料側の端板(11)
を通って外部負荷に送られた後、酸化剤側の端板(l匂
、酸化剤ガス流路板(10c)を通って下方の単電池の
酸化剤画′flL極(9C)に至る。また、燃料側電極
(7C)で生じた電子は燃料ガス流路板(8(り%セパ
レータ板(1)、酸化剤ガス流路板(IOlll)を通
って酸化剤側電極(91))K至る。酸化剤側i1E極
(9a〕、(9b)、(9C)においては、この流れ込
んだ電子と酸化剤ガス中に含まれる二酸化炭素と酸素が
反応し、式(2)のように炭酸イオンが生じ電解質層(
8a)、(sb)、 (8c)中に溶解することによっ
て電池反応が進行する。
e Il1酸化剤側電極 C’h” V2O5+ 2
θ−Cot (21上記の反応の進行を第8図に
基づいて説明する・燃料側電極(7a)、(7b)%(
7C)においては、燃料ガス流路板(6a)、(6b)
、(6C)を流れる燃料ガス中の水素と電解質層(8a
)、(8b)、(8C)に含まれる炭酸イオンがそれぞ
れの単電池において式il+のように反応し、水と二酸
化炭素と電子が虫取するO 第8図中で上方の単[aの燃料側電極(7a)で生じた
電子は燃料ガス流路板(6a)、燃料側の端板(11)
を通って外部負荷に送られた後、酸化剤側の端板(l匂
、酸化剤ガス流路板(10c)を通って下方の単電池の
酸化剤画′flL極(9C)に至る。また、燃料側電極
(7C)で生じた電子は燃料ガス流路板(8(り%セパ
レータ板(1)、酸化剤ガス流路板(IOlll)を通
って酸化剤側電極(91))K至る。酸化剤側i1E極
(9a〕、(9b)、(9C)においては、この流れ込
んだ電子と酸化剤ガス中に含まれる二酸化炭素と酸素が
反応し、式(2)のように炭酸イオンが生じ電解質層(
8a)、(sb)、 (8c)中に溶解することによっ
て電池反応が進行する。
従来の溶融炭酸塩形燃料電池において、セパレータ板I
ll td第4図に示すように構成されているので、そ
の製造過程では例えば電池組み立て以前に水素雰囲気中
でおよそ1時間、1000℃の熱処理を行う。セパレー
タ板Il+の両面で、ハードレール(21、(3)が設
けられた部分と設けられていない部分があり、この彰響
で第6図に示されるように熱娠理後セパレータ板11)
に反りが生じ、電池の積層に支障をきたすという問題点
があったO この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、熱処理を行なっても反りが生じにく−セパレ
ータ板により、電池の積層をスムーズにできる燃料電池
を得ること全目的とする。
ll td第4図に示すように構成されているので、そ
の製造過程では例えば電池組み立て以前に水素雰囲気中
でおよそ1時間、1000℃の熱処理を行う。セパレー
タ板Il+の両面で、ハードレール(21、(3)が設
けられた部分と設けられていない部分があり、この彰響
で第6図に示されるように熱娠理後セパレータ板11)
に反りが生じ、電池の積層に支障をきたすという問題点
があったO この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、熱処理を行なっても反りが生じにく−セパレ
ータ板により、電池の積層をスムーズにできる燃料電池
を得ること全目的とする。
この発明に係る溶融炭酸塩形燃料電池は、セパレータ板
の第1レール部が設けられた側と反対側で、流路方向と
垂直に両端部に、ガス流路を与えるような第2レール部
を設けたものである。
の第1レール部が設けられた側と反対側で、流路方向と
垂直に両端部に、ガス流路を与えるような第2レール部
を設けたものである。
この発明におけるセパレータ板は、その両面でほぼ同じ
状態にできるため、製造過程において熱処理を行なって
も反シが生じにくい。
状態にできるため、製造過程において熱処理を行なって
も反シが生じにくい。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図は、この発明の一実施例に係るセパレータ板の斜視図
であり、図において、(4)はセパレータ板Il+の第
1レール部(3)が設けられた側と反対側の酸化剤ガス
流路に取り付けられた、例えばステンレス製の第8レー
ル部、i5)は同じく憾科ガス流路に収り付けられたス
テンレス製の第8レール部である。この4f、2レ一ル
部+41、(5)はガスの流路方向と垂直方向にセパレ
ータ板+11の両端部に設けられ、それぞれガス流路を
与えるように複数の開孔、例えば溝(ロ)、(6υが設
けられている。さらに、Wa師、FJDで構成されるガ
ス流路断面積を第2レール部(41、(6)の中央部と
同辺部で変化させており、この場合は、第2レール部(
41、(5)の中央から両端に近づくにつれて溝(財)
、利の幅を広く構成している。第6図は、5個の単電池
を積層した燃料電池を示すもので、溝(6)、(財)で
構成されるガス流路断面積をセパレータ板(la)〜(
ld)で変化させている。
図は、この発明の一実施例に係るセパレータ板の斜視図
であり、図において、(4)はセパレータ板Il+の第
1レール部(3)が設けられた側と反対側の酸化剤ガス
流路に取り付けられた、例えばステンレス製の第8レー
ル部、i5)は同じく憾科ガス流路に収り付けられたス
テンレス製の第8レール部である。この4f、2レ一ル
部+41、(5)はガスの流路方向と垂直方向にセパレ
ータ板+11の両端部に設けられ、それぞれガス流路を
与えるように複数の開孔、例えば溝(ロ)、(6υが設
けられている。さらに、Wa師、FJDで構成されるガ
ス流路断面積を第2レール部(41、(6)の中央部と
同辺部で変化させており、この場合は、第2レール部(
41、(5)の中央から両端に近づくにつれて溝(財)
、利の幅を広く構成している。第6図は、5個の単電池
を積層した燃料電池を示すもので、溝(6)、(財)で
構成されるガス流路断面積をセパレータ板(la)〜(
ld)で変化させている。
即ち、燃料電池の中心のセパレータ板(lb)における
第2レール部(5b)に形成された溝削の深さは、端部
のセパレータ板(1cL)における溝削の深さより浅い
。
第2レール部(5b)に形成された溝削の深さは、端部
のセパレータ板(1cL)における溝削の深さより浅い
。
上記のように構成されたセパレータ板は、セパレータ板
Il+の両面に第1レール部+21、+31と第2レー
ル部(41、(61が形成されており、熱処理による杉
響がセパレータ板+11の上下でほぼ同一の状態になシ
、変形を防ぐことができる。また、従来のマニホールド
を使用したガス供給方法では、イニホールドの流路管か
ら離れるにつれてガス流量が少なくなり、各単電池の特
性にばらホールドの流路管よ#)離れるにつれて、溝(
財)、(BDの断面積を大きくすれば、燃料電池内のガ
ス流量を一様にすることができる。
Il+の両面に第1レール部+21、+31と第2レー
ル部(41、(61が形成されており、熱処理による杉
響がセパレータ板+11の上下でほぼ同一の状態になシ
、変形を防ぐことができる。また、従来のマニホールド
を使用したガス供給方法では、イニホールドの流路管か
ら離れるにつれてガス流量が少なくなり、各単電池の特
性にばらホールドの流路管よ#)離れるにつれて、溝(
財)、(BDの断面積を大きくすれば、燃料電池内のガ
ス流量を一様にすることができる。
なお、上記実施例では第2レール部+41.+51に溝
包υ、□□□Oをつけることによシ、ガス流路を作った
が、これ以外にも第2レール部n1.+51に貫通孔を
持たせてもよく、また、ガス流路を閉鎖しない程度の櫃
層方向の厚さの薄い@22レ一ルを用りるなど、ガス流
路を与えるようなものであればよro また、上記に示す貫通孔の大きさを分布させること、及
び薄い第2レール部14]、(5)に分布全もたせるこ
とに本シ、ガス流量分布をほぼ一様にして、燃料電池全
体の特性の低下を防ぐこともできる。
包υ、□□□Oをつけることによシ、ガス流路を作った
が、これ以外にも第2レール部n1.+51に貫通孔を
持たせてもよく、また、ガス流路を閉鎖しない程度の櫃
層方向の厚さの薄い@22レ一ルを用りるなど、ガス流
路を与えるようなものであればよro また、上記に示す貫通孔の大きさを分布させること、及
び薄い第2レール部14]、(5)に分布全もたせるこ
とに本シ、ガス流量分布をほぼ一様にして、燃料電池全
体の特性の低下を防ぐこともできる。
以上のように、この発明によれば、電解質を介在して対
向する燃料側電極および酸化剤電極を有する単電池、並
びに溶料側電極に対設する燃料ガス流路と酸化剤側電極
に対設する酸化剤ガス流路とを分離し、流路方向と平行
に両端部に設けた第1レール部を有するセパレータ板を
交互に積層して積層体を構成する溶融炭酸塩形溶料電池
において、セパレータ板の第1レール部が設けられた側
と反対側で、流路方向と垂直に両端部に、ガス流路を与
えるような第2レール部を設けることによシ、変形の生
じにくいセパレータ板を得て、電池の積層が容易な溶融
炭酸塩形燃料電池を得ることができる。
向する燃料側電極および酸化剤電極を有する単電池、並
びに溶料側電極に対設する燃料ガス流路と酸化剤側電極
に対設する酸化剤ガス流路とを分離し、流路方向と平行
に両端部に設けた第1レール部を有するセパレータ板を
交互に積層して積層体を構成する溶融炭酸塩形溶料電池
において、セパレータ板の第1レール部が設けられた側
と反対側で、流路方向と垂直に両端部に、ガス流路を与
えるような第2レール部を設けることによシ、変形の生
じにくいセパレータ板を得て、電池の積層が容易な溶融
炭酸塩形燃料電池を得ることができる。
第1図はこの発明の一実施例に係るセパレータ板を示す
斜視図、第2図はこの発明の一実施例による燃料電池を
示す平面図、第8図は従来の燃料電池を示す斜視図、第
4図は従来のセパレータ板を示す斜視図、第5図は燃料
電池にガス供給用のマニホールドを収り付けて示す斜視
図、第6図(・ゴ従来のセパレータ板の熱処理後の変形
を示す斜視図である。 Hl、(la) 〜(ld) :セパレータ板、+21
、 (ga〜1cL)、(21、(2a)二(1)
、fall、(3a) 〜(3d):第1レール部、(
4)、(6)、(5a) 〜(5d) :第2レール部
、G11)、!5υ:開孔、(8a) 〜(8c):電
解質。 なお、図中、同一・符号は同一、又は相当部分を示す。
斜視図、第2図はこの発明の一実施例による燃料電池を
示す平面図、第8図は従来の燃料電池を示す斜視図、第
4図は従来のセパレータ板を示す斜視図、第5図は燃料
電池にガス供給用のマニホールドを収り付けて示す斜視
図、第6図(・ゴ従来のセパレータ板の熱処理後の変形
を示す斜視図である。 Hl、(la) 〜(ld) :セパレータ板、+21
、 (ga〜1cL)、(21、(2a)二(1)
、fall、(3a) 〜(3d):第1レール部、(
4)、(6)、(5a) 〜(5d) :第2レール部
、G11)、!5υ:開孔、(8a) 〜(8c):電
解質。 なお、図中、同一・符号は同一、又は相当部分を示す。
Claims (3)
- (1)電解質を介在して対向する燃料側電極および酸化
剤側電極を有する単電池、並びに燃料側電極に対設する
燃料ガス流路と酸化剤側電極に対設する酸化剤ガス流路
とを分離し、流路方向と平行に両端部に設けた第1レー
ル部を有するセパレータ板を交互に積層して積層体を構
成する溶融炭酸塩形燃料電池において、上記セパレータ
板の第1レール部が設けられた側と反対側で、流路方向
と垂直に両端部に、ガス流路を与えるような第2レール
部を設けたことを特徴とする溶融炭酸塩形燃料電池。 - (2)第2レール部は、ガス流路を与える複数の開孔を
有し、そのガス流路断面積を、第2レール部の中央部と
周辺部で変化させたことを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の溶融炭酸塩形燃料電池。 - (3)第2レール部は、ガス流路を与える複数の開孔を
有し、そのガス流路断面積を、積層されている複数のセ
パレータ板同志で変化させたことを特徴とする特許請求
の範囲第1項又は第2項記載の溶融炭酸塩形燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60140768A JPS622460A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | 溶融炭酸塩形燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60140768A JPS622460A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | 溶融炭酸塩形燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS622460A true JPS622460A (ja) | 1987-01-08 |
Family
ID=15276293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60140768A Pending JPS622460A (ja) | 1985-06-27 | 1985-06-27 | 溶融炭酸塩形燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS622460A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006221853A (ja) * | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Toyota Motor Corp | 燃料電池のセパレータ |
-
1985
- 1985-06-27 JP JP60140768A patent/JPS622460A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006221853A (ja) * | 2005-02-08 | 2006-08-24 | Toyota Motor Corp | 燃料電池のセパレータ |
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