JPH02278667A - 燃料電池スタックの修復方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、主としてシん酸液に電解質とする単位セル
の積層体からなる燃料電池スタックに損傷単位セルが発
生した場合、燃料電池スタック全分解せずに発電司能な
状態に修復する方法に関する。

〔従来の技術〕

第６図は燃料電池スタックの一般的な構成を一つの単位
セルをその積層方向に拡大して示す概略側面図であシ、
溝付電極方式と呼ばれる単位セルを用いた場合を例に示
したものである。図にお一ハて、燃料電池スタック（以
下スタックと称する）１０ば、膜数の単位セル１を積層
面にガス不透過性のカーボン板からなるセノくレート板
７，７を介在させて積層したものからなり、単位セル１
は電解質としてのりん酸液を保持したマトリックス２と
、その両側に配された酸化剤電極３および燃料電極へと
の積層体からなり、画電極６および４がガス透過性を有
するカーボン板からなる溝付電極基材５の反溝側の面に
電極触媒層６Ａまたは４Ａを担持したものからなり、電
極触媒層がマトリックス２の表面にＶＪ！着するよう配
されるとともに、一対の溝付電極基材５の溝が互いに直
交する方向に形成されてセパレート板と密着することに
ょシ、酸化剤通路６Ａおよび燃料通路６Ｆが互いに直交
する方向く形成きれる。このように構成された単位セル
１の積層体は図示しない連結ボルトで連結された一対の
抑圧板８，８間に挟持して所定の締付荷重を加えること
によシスタック１０が形成され、かつスタック１０の側
面に気密に取り付けられた図示しない燃料ガスマニホー
ルドおよび酸化剤マニホールドを介して水素リッチな燃
料ガスが燃料通路６Ｆに、を気等の酸化剤ガスが酸化剤
通路６Ａにそれぞれ供給され、燃料ガスおよび酸化剤ガ
スが電極基材５を透過して電極触媒層４Ａまたは３Ａに
供給されることにより発電反応が行われる。

この種の燃料電池の発電反応は、反応ガス通路６Ａおよ
び６Ｆに供給される酸化剤ガスおよび燃料ガスのガス圧
全互いに近い圧力範囲に保持して電解質で滴らされた電
極触媒層に供給することによって行われるものであり、
かつ分極現象を押さえて単位セルの発電電圧および発電
電流を効率よく取り出すために、各単位セルを所定の作
動温度例えば１９０℃に保持するとともに、電極基材５
のガス透過性を均一かつ良好に保つ工夫等がなされる。

ところが、反応ガス圧に異常が生じて過大な差圧が単位
セルに加わったり、あるいは多数の単位セル間に過大な
流度差やガス供給量のアンバランスなどの運転条件の不
平衡が生ずると、単位セルの一部に発電反応の低下が生
じ、かつ特性が低下した単位セルに健全な単位セルの発
電電圧が加わり、著しい場合には特性が低下した単位セ
ルが逆電位となって単位セルの損傷が促進されるという
事態が発生する。

損傷単位セルが発生した場合、従来技術ではスタック１
０を分解して損傷単位セルを新たな単位セルに交換する
か、あるいはスタックを分解せずに損傷単位セルに短絡
導体を接続し、健全な単位セルの発電電流のバイパス回
路を形成するなどの対策がとられるのが普通である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来方法のうち損傷単位セルを交換する方法ではスタッ
クの分解および再組立作業に多くの時間の人手を必要と
するために、発電運転に及ぼす影響が極めて太きいばか
シか、修復コストがかざむという欠点がある。一方、バ
イパス回路を形成する方法においては、腐食性の強いり
ん酸に耐えて大電流をバイパスする短絡導体を白金等の
貴金属を用いて形成する必要があシ、経済的不利益を招
くとともに、損傷した単位セルの反応ガス通路を閉塞し
て発電反応そのものを停止させる必要があシ、この閉塞
作業に多くの時間を必要とし、かつ反応ガスを完全には
遮断できないという問題が生ずる。

この発明の目的は、損傷単位セルの発電停止や電流通路
の形成等の修復をスタックを分解せずに簡単かつ安価に
行う方法を得ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明によれば、単位セ
ル複数個の積層体からなり損傷単位セルを含む燃料電池
スタックの修復方法であって、前記損傷単位セルの燃料
ガス通路および酸化剤通路に低融点金属全注入固化して
機械的補強を行い、しかる後補強された単位セルに相応
する厚みを有するガス不透過性の炭素板からなる導電性
間隔板を挿入して前記補強された単位セルを側方に押し
出して前記導電性間隔板に置き換えることとするか、あ
るいは単位セル榎数個の積層体からなり損傷単位セルを
含む燃料電池スタックの修復方法であって、前記損傷単
位セルの周縁部分を切除して空隙部を形成し、しかる後
切除された単位セルに相応する厚みを有するガス不透過
性の炭素板からなる導電性間隔板を前記空隙中に押し込
み前記損傷単位セルを包囲するシール部を兼ねた導電路
を形成することとする。

〔作用〕

上記手段において、損傷単位セルの反応ガス通路に低融
点合金材を注入固化して機械的補強を行った後、ガス不
透過性の導電性間隔板で補強された損傷単位セルを側方
に押し出して導電性間隔板に置き換えるよう構成したこ
とによシ、押圧板によシ積層面に刃口わる締付荷重全敗
シ除くだけでスタックを分解することなく損傷単位セル
全安価かつ剛性を有するカーボン板からなる導電性間隔
板に置き換えることが可能になシ、かつ導電性間隔板に
よって耐食性の高い導電路を形成することができる。

また、損傷単位セルの周縁部分を所定の幅で切シ取って
故障単位セルを包囲する空隙を形成し、この空隙にガス
不透過性のカーボン板からなる導電性間隔板を挿入して
シール部を兼ねた導電路を形成した場合には、損傷単位
セルへのガス遮断と電流のバイパス通路とをガスシール
性および耐食性の高いカーボン板によって同時に形成す
ることが可能とをシ、スタックの分解や高価な接続導体
の使用を回避して修復を簡単、確実、かつ安価に行うこ
とができる。

〔実施例〕

以下この発明を実施例に基づいて説明する。

第１Ａ図および第１Ｂ図はこの発明の実施例方法の互い
に異なる状態を示す燃料電池スタックの側面図であシ、
溝付電極方式の単位セルのうち損傷単位セル全積層方向
に拡大して示したものである。図において、一対の押圧
板８，８間に所定の締付荷重によシ押圧挟持されたスタ
ック１０の損傷した単位セル１Ａには、図示しないマニ
ホールドを取シ外した状態で第１Ａ図に示すようにその
酸化剤通路６Ａ、燃料ガス通路６Ｆそれぞれに加熱溶融
した低融点合金１１を注入し、冷却固化することによシ
、損傷単位セル１Ａのセパレート板７．７に接した面側
に互いに直交する方向に形成された溝内には固化した低
融点合金が充填され、ガス透過性を保持するために比較
的柔軟なカーボン材で構成される電極基材５が機械的に
補強てれる。使用する低融点合金としては、融点が１０
０℃以下の温度ヒーーズ拐、または融点１００℃以下の
低流はんだ材が適しており、スタック１０の図示し雇い
冷却板に上記融点を超える温度の冷却媒体を流して損傷
単位セルを予熱した状態で加熱溶融した低融点合金を反
応ガス通路に注入し、冷却固化することにより、単位セ
ルの機械的強度が向上する。したがって、抑圧板８，８
の連結ボルトをゆるめ、損傷単位セル１人に加わる荷重
をその上側に位置する単位セルおよび抑圧板の自重のみ
に軽減してやれば、補強された損傷単位セルを側方に押
し出すことが可能になる。

実施例方法では第１Ｂ図に示すように、単位セルとほぼ
等しい厚みを有するガス不透過性の炭素板からなる導電
性間隔板１２が損傷単位セル１Ａの押し出し方向に複数
分割された短冊状の間隔板１２Ａ、１２Ｂとして複数分
割されてその剛性が高められ、その端面にカーボン系充
填材を含む接着剤を塗布した状態で押し出し方向に均等
に荷重を訓えつつまず間隔板１２Ａを押し込み、つぎに
間隔板１２Ｂを押し込むという手順で損傷単位セルを順
次側方に押し出し、導電性間隔板に置き換える。このよ
うにして損傷単位セルが導電性間隔板１２に置き換えら
れたスタック１０は、短絡導体によるバイパス回路を設
けることなく例えばセパレート板７と同質の導電性間隔
板１２によって電流通路が形成されるとともに、接着剤
層１６によって気密に結合されたガスシール部が形成さ
れるので、スタックを分解することなく信頼性の高い修
復全容易に行うことができる。

なお、損傷単位セル１Ａが積層□体の下部に位置して加
わる荷重が大きく、短冊状の間隔板１２Ａ。

１２Ｂ等の機械的強度だけでは押し出しが困難な場合、
損傷単位セルに接する間隔板１２Ａｋ長い金属板からな
る押し出し治具に置きかえ、その両端に荷重を加えて押
し出しを行うよう構成してよく、こうすることによって
間隔板１２Ｂ等は金属板によって確保された空隙に自ら
を押し込むだけの荷重ですむことになり、置き換え作業
を容易、化することができる。

第２Ａ図はこの発明の異なる実施例を示す側面図、Ｍ２
Ｂ図は第２Ａ図における損傷単位セル部分の平面図であ
る。図において、１Ｂは周縁部分が所定の幅で切除され
た損鳩セルであり、周縁部分の切除は単位セルの周縁部
分全単位セルの厚みの数倍程度９例えば１ＯＮｎ程度の
幅で切除できるカッター等を用いて行われる。また、周
縁部分が切除されたあとの空隙中には前述の実施例で使
用したものと同じ材質の炭素板からなる台形状（または
短冊状）の導電性間隔板１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ，１５
Ｄが第２Ｂ図に示すように額縁状に組み合わせた状態で
挿入され、互いの接合面が接着剤層１６で気密に接着さ
れ、一対の抑圧板８，８間に抑圧挟持されたスタックが
形成される。

このような方法で修復作業を行うことにより、額縁状の
導電性間隔板１５によって切除後の損傷単位セル１Ｂは
その周縁部がガスシールされて発電反応を完全に停止す
ると同時に、一対のセパレート板７，７が導電性間隔板
１５によって導電接続された電流のバイパス通路が形成
されるので、発電電流はマトリックスによって電極間が
絶縁された状態の単位セルＩＢ’に迂回して導電性間隔
板１５によるバイパス通路金離れ、残存した損傷単位セ
ル１Ｂに影響されることなく発電を行うことができる。

また、損傷単位セル１Ｂは電解質を包蔵したままの状態
であるが、導電性間隔板１５がセパレート板７などと同
じ炭素板で構成されているために、腐食されることなく
その導電性能およびシール性能を維持することができ、
したがってスタックを分解することなく信頼性の高い修
復を容易に実施することができる。

なお、単位セルが溝付セパレート板を有する場合、互い
に対向する導電性間隔板１５Ａと１５Ｂまたは１５Ｃと
１５Ｄが隣接する単位セルに接する面に酸化剤通路′−
！たは燃料ガス通路をあらかじめ形成しておくことによ
り、隣接する単位セルの発電性能を阻害することなく修
復を行うことができる。この場合、損傷単位セルの端面
と導電性間隔板の端面とはカーボン系接着剤層１６によ
って気密に接着する必要があることはいうまでもないこ
とである。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、損傷単位セルに低融点合金材
を注入固化して機械的に強化した後、その厚みに相応し
たガス不透過性の炭素板からなる導電性間隔板を押し込
んで損傷単位セルと置き換えるよう構成した。その結果
、スタックを分解することなく損傷単位セルを排除して
耐食性の優れた導電性間隔板による導電路兼ガスシール
部を形成でき、したがって白金板を用いた電流のバイパ
ス通路が不要に１なるとともに、反応ガス通路の遮断が
不完全なことによって生ずる損傷の促進などの問題点が
ほぼ完全に回避され、したがって信頼性の高い１６復を
簡単かつ経済的にも有利に行うことができる。

また、損傷単位セルの周縁部全所定の幅で切除した跡の
空間部に導電性間隔板を挿入して額縁状のシール部およ
び導電路を形成するよう構成したその結果、スタックを
分解することなく損傷単位セルへのガス遮断と電流のバ
イパス通路と全同時かつ確実に行うことが可能となり、
信頼性の高い・１じ復をよシ簡単かつ確実に行うことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図および第１Ｂ図はこの発明の実施例力法の互い
に異なる状態を示す側面図、第２Ａ図および第２Ｂ図は
この発明の異なる実施例方法全７１＜す側面図および要
部の平面図、第３図は燃料電池スタックの一般的構成を
示す概略側面図である。 １・・・単位セル、１Ａ・・・損傷単位セル、１Ｂ・・
・周縁部が切除式れた損傷単位セル、２・・・マトリッ
クス、６，４・・・電極、６Ａ、６Ｆ・・・反応ガス通
路、７・・・セパレート板、１０・・・燃料電池スタッ
ク、１１・・・低融点合金、１２．１５・・・導電性間
隔板、１８１ａ面 ｕＺＡ図 竿＋ｊＢ図 挑２Ｅ図 ／ｎ坤ａ咋孕、？１ス９　、ｖ　７ 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）単位セル複数個の積層体からなり損傷単位セルを含
   む燃料電池スタックの修復方法であって、前記損傷単位
   セルの燃料ガス通路および酸化剤通路に低融点金属を注
   入固化して機械的補強を行い、しかる後補強された単位
   セルに相応する厚みを有するガス不透過性の炭素板から
   なる導電性間隔板を挿入して前記補強された単位セルを
   側方に押し出して前記導電性間隔板に置き換えることを
   特徴とする燃料電池スタックの修復方法。 ２）単位セル複数個の積層体からなり損傷単位セルを含
   む燃料電池スタックの修復方法であって、前記損傷単位
   セルの周縁部分を切除して空隙部を形成し、しかる後切
   除された単位セルに相応する厚みを有するガス不透過性
   の炭素板からなる導電性間隔板を前記空隙中に押し込み
   前記損傷単位セルを包囲するシール部を兼ねた導電路を
   形成することを特徴とする燃料電池スタックの修復方法
   。