JPH1021939A - 積層型燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】単セル内のガス通流方向と直交する方向へのガ
スの透過、漏洩が的確に防止され、安定して安全に運転
できるものを得る。 【解決手段】電解質層２、これに面して配される燃料極
触媒層３と空気極触媒層５、これらを支持する燃料極基
材４と空気極基材６とからなる単セル１を、セパレート
板１０を介装して複数層積層して構成される積層型燃料
電池において、燃料極基材４の両側面に配されるエッジ
プレート１２、あるいは空気極基材６の両側面に配され
るエッジプレート１１とセパレート板１０との接着面
に、各基材のガス通流溝と同方向に連なる接着剤用の溜
溝を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス通流溝形成用
のリブ付き電極を備えた単セルで構成される積層型燃料
電池に係わり、特に、各単セルの側縁部のガス漏洩を防
止する構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】リブ付き電極方式の積層型燃料電池にお
いては、方形平板状の電解質層を一組のリブ付き電極で
挟持して形成される単セルを、ガス不透過性のセパレー
タを介装しながら積層して方形断面を持つ燃料電池積層
体を構成し、その側面に組み込んだ二組のマニホールド
を用いて、リブより形成されるガス通流溝に燃料ガスと
酸化剤ガスを互いに直交させて通流し、電気化学反応に
より発電が行われる。燃料ガスあるいは酸化剤ガスが、
それぞれの系統より漏洩して互いに混合する事態が生じ
ると、発電特性が低下するばかりでなく、破損にいたる
恐れがあるため、十分な気密性を備える構成とすること
が必須条件であり、例えば、特開平２−１２６５５２号
公報に開示されているごときシール構造が採られてい
る。

【０００３】図３は、従来の積層型燃料電池の構成を示
す部分分解斜視図である。単セル１は、マトリックスに
電解質を保持した方形平板状の電解質層２、電解質層２
の両主面に密着して配される燃料極触媒層３と空気極触
媒層５、燃料極触媒層３を担持する燃料極基材４、空気
極触媒層５担持する空気極基材６、ならびに電解質層２
と燃料極触媒層３と空気極触媒層５の側端部に配される
額縁状の形状をした電極端部シール７より構成される。
このうち、燃料極基材４の燃料極触媒層３の設置面と反
対側の外面には、一端から相対する他端へと延伸する複
数のリブが備えられており、また、空気極基材６の空気
極触媒層５の設置面と反対側の外面には、燃料極基材４
のリブと直交する複数のリブが備えられている。また、
各単セル１の間に介装されるセパレート板１０は、ガス
不透過性の材料より形成されており、燃料極基材４に接
する面の両側部には、燃料極基材４の側面からのガス漏
洩を防止するエッジプレート１２が、また空気極基材６
に接する面の両側部には、空気極基材６の側面からのガ
ス漏洩を防止するエッジプレート１１が気密に配されて
いる。

【０００４】このような構成の単セル１とセパレート板
１０を交互に積層し、所定の締めつけ荷重を加えて締め
つけることにより積層型燃料電池の本体を構成し、各側
面に、それぞれ燃料ガスと空気の供給用と排出用のマニ
ホールドを組み込み、各燃料極基材４の複数のリブの間
に形成される溝中に燃料ガスを、また各空気極基材６の
複数のリブの間に形成される溝中に空気を通流させ、燃
料極触媒層３あるいは空気極触媒層５へと透過させて供
給することにより、電気化学反応により発電が行われ
る。

【０００５】図４は、図３の構成の単セルの空気供給側
から見た要部側面図、また図５は、燃料ガス供給側から
見た要部側面図である。図に見られるように、電解質層
２と燃料極触媒層３と空気極触媒層５の側端部に配され
た電極端部シール７は、額縁状のフッ素樹脂シート７ａ
と、これを両面より挟むパッキングシート７ｂ，７ｃよ
りなる。フッ素樹脂シート７ａの内縁部を電解質層２と
燃料極触媒層３との間に挟むことにより、燃料極基材４
と空気極基材６との間の積層方向の気密を確保し、また
パッキングシート７ｃをエッジプレート１１に、またパ
ッキングシート７ｂをエッジプレート１２に密着させる
ことにより側面へのガス漏洩を防止している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の積層型燃料電池
では、上述のごとく構成することにより、燃料ガスと空
気の積層方向の気密を保持し、側面へのガス漏洩を防止
しているが、マニホールドを組み込むために積層体の側
面の凹凸を微小に抑えなければならないこと、さらに積
層作業の作業性を高めることを考慮して、エッジプレー
ト１１、１２をセパレート板１０に予め接着して一体化
して用いる方法が採られている。

【０００７】しかしながら、セパレート板とエッジプレ
ートの接着作業においては、 (1) セパレート板、エッジプレートとも高温で焼成した
カーボン板よりなり、金属等に比較して組織が粗く不均
一なため、接着剤として用いるフッ素樹脂が溶融時に内
部に浸透してしまう。 (2) 通常の接着と異なり、接着剤のフッ素樹脂と被接着
物のカーボンとの間には反応を伴わず、フッ素樹脂がカ
ーボンの細孔に浸透して絡み合うのみであるので、基本
的に接着剤が残留している箇所しかカーボン板とカーボ
ン板は結合していない。

【０００８】(3) また、接着剤は溶融、凝固の過程で膨
張、収縮するので、凝固後は部分的な固まりとなり易
い。 等の状況に遭遇するので、接着箇所は、面内に接着部が
まだらに分布する形状となりやすく、接着部の分布の疎
密は、圧力、温度、時間、表面状態等の接着条件により
異なるが、条件が適しないと非接着部が連続して発生
し、この非接着部を通してガスが漏洩してしまい、セパ
レート板とエッジプレートとの間の気密が保持できない
事態を生じることとなる。

【０００９】図６は、従来の構成の積層型燃料電池のセ
パレート板とエッジプレートとの接着状況の一例を示す
模式図である。本図は図４のＸ−Ｘ断面、すなわちセパ
レート板１０とエッジプレート１１の接着面を開いて観
察したもので、図の紙面の下側が、反応用の空気が流通
する空気極基材６の収納側、また、紙面の上側の端面が
マニホールドを組み込む積層体の側面に対応する。図に
見られるように、ハッチングで示した接着部２１はまだ
ら模様を呈しており、非接着部２２が迷路状に点在して
いる。このうち非接着部２３は、接着面の空気極基材６
の収納側から積層体の側面へと連通している。このよう
な非接着部２３が生じると、運転時に、空気極基材６の
通流溝を流れる空気が、空気極基材６中を拡散、透過
し、非接着部２３を通して側面に漏洩して、燃料ガスの
供給、あるいは排出用のマニホールド内へと混入するこ
ととなり、発電電圧の低下、あるいは最悪の場合、燃料
電池の損傷を引き起こす恐れがある。

【００１０】本発明は上記のごとき従来技術の問題点を
考慮してなされたもので、本発明の目的は、組み込まれ
るエッジプレートとセパレート板との接続面を介しての
反応ガスの漏洩が的確に防止され、安定して安全に運転
できる積層型燃料電池を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、電解質層の両主面に、一方の
端面から相対する端面へと連通するガス通流溝を有する
電極基材により触媒層を担持した燃料電極と酸化剤電極
を配して形成される単セルを、電極基材のガス通流方向
と直交する両側面にガス不透過性材料からなるエッジプ
レートを配し、ガス不透過性材料からなるセパレート板
を介装して、複数層積層して構成される積層型燃料電池
において、エッジプレートの一面をセパレート板の主面
に接着し、かつ、セパレート板とエッジプレートのいず
れかの接着面に、ガス通流方向と略平行に連なる接着剤
用の溜溝を備えることとする。

【００１２】上記のごとくとすれば、エッジプレートの
一面とセパレート板の主面を接着剤により接着したと
き、接着剤は、接着面上のみならず溜溝に沿って集中し
て保持される。溜溝がガス通流方向と略平行に連なるよ
うに配置されておれば、仮に接着面の接着状況が不良で
非接着部が連通し易い接着状態にあっても、この溜溝に
線状に保持された接着剤が、ガス通流方向と略直交方向
へのガスの通流を阻止するので、エッジプレートとセパ
レート板の接着面の気密が確実に保持されることとな
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による積層型燃料
電池の構成の一例を示す部分分解斜視図である。図にお
いて、図３に示した従来例の単セルの構成と同一機能を
有する構成部品には同一符号を付し、重複する説明は省
略する。本構成の従来例との相違点は、積層する単セル
１の間に介装されるセパレート板１０とエッジプレート
１１、１２との接着部において、エッジプレート１１、
１２に、それぞれ長手方向に連通する２本の接着剤溜溝
１３が備えられていることにある。すなわち、燃料極基
材４を挟持するエッジプレート１２には燃料ガス通流方
向に連通する接着剤溜溝１３が、また空気極基材６を挟
持するエッジプレート１１には空気通流方向に連通する
接着剤溜溝１３が備えられている。

【００１４】図２は、本発明による積層型燃料電池のセ
パレート板１０とエッジプレート１１の接着部の接着状
況を示した模式図で、図６に示した従来例の接着部分と
同一位置の状況を示すものである。図に見られるよう
に、本構成を用いた接着面においては、従来例と同様
に、接着部２１はまだら模様を呈しており、非接着部２
２が迷路状に点在しているが、接着剤溜溝１３の部分は
確実に接着され、長手方向に一端から相対する他端へと
延びる接着部２１が形成されている。すなわち本構成に
おいては、従来例に見られたような空気極基材６の収納
側（図において紙面下部側）から積層体の側面（図にお
いて紙面上部側）へと連通する非接着部２３の形成が阻
止されており、このような経路を介してのガスの漏洩が
防止されることが判る。

【００１５】なお、上記の実施例ではエッジプレート１
１、１２に接着剤溜溝１３を設けているが、セパレート
板１０の接着面に同様の接着剤溜溝を備えることとして
も、接着面での接着状況は同一であるので、同様に接着
剤溜溝の部分は確実に接着され、長手方向に一端から相
対する他端へと延びる接着部が形成され、ガスの漏洩が
防止されることは、改めて図示するまでもなく明らかで
ある。

【００１６】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、電解質
層の両主面に、一方の端面から相対する端面へと連通す
るガス通流溝を有する電極基材により触媒層を担持した
燃料電極と酸化剤電極を配して形成される単セルを、電
極基材のガス通流方向と直交する両側面にガス不透過性
材料からなるエッジプレートを配し、ガス不透過性材料
からなるセパレート板を介装して、複数層積層して構成
される積層型燃料電池において、エッジプレートの一面
をセパレート板の主面に接着し、かつ、セパレート板と
エッジプレートのいずれかの接着面に、ガス通流方向と
略平行に連なる接着剤用の溜溝を備えることとしたの
で、エッジプレートとセパレート板との接続面を介して
の反応ガスの漏洩が的確に防止され、安定して安全に運
転できる積層型燃料電池が得られることとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による積層型燃料電池の構成の一例を示
す部分分解斜視図

【図２】本発明による積層型燃料電池のセパレート板１
０とエッジプレート１１の接着部の接着状況を示した模
式図

【図３】従来の積層型燃料電池の構成を示す部分分解斜
視図

【図４】図３の構成の単セルの空気供給側から見た要部
側面図

【図５】図３の構成の単セルの燃料ガス供給側から見た
要部側面図

【図６】図３の構成の積層型燃料電池のセパレート板と
エッジプレートとの接着状況の一例を示す模式図

【符号の説明】

１ 単セル ２ 電解質層 ３ 燃料極触媒層 ４ 燃料極基材 ５ 空気極触媒層 ６ 空気極基材 ７ 電極端部シール ７ａ フッ素樹脂シート ７ｂ，７ｃ パッキングシート １０ セパレート板 １１ エッジプレート １２ エッジプレート １３ 接着剤溜溝 ２１ 接着部 ２２ 非接着部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電解質層の両主面に、一方の端面から相対
   する端面へと連通するガス通流溝を有する電極基材によ
   り触媒層を担持した燃料電極と酸化剤電極を配して、形
   成される単セルを、電極基材のガス通流方向と直交する
   両側面にガス不透過性材料からなるエッジプレートを配
   し、ガス不透過性材料からなるセパレート板を介装し
   て、複数層積層して構成される積層型燃料電池におい
   て、 前記のエッジプレートの一面がセパレート板の主面に接
   着されてなり、かつ、セパレート板とエッジプレートの
   いずれかの接着面に、ガス通流方向と略平行に連なる接
   着剤用の溜溝が備えられてなることを特徴とする積層型
   燃料電池。