JPH0630253B2 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPH0630253B2
JPH0630253B2 JP60055913A JP5591385A JPH0630253B2 JP H0630253 B2 JPH0630253 B2 JP H0630253B2 JP 60055913 A JP60055913 A JP 60055913A JP 5591385 A JP5591385 A JP 5591385A JP H0630253 B2 JPH0630253 B2 JP H0630253B2
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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り、特に溶融炭酸塩型燃料電池或
はリン酸型燃料電池に適用するのに好適な燃料電池に関
する。
〔発明の背景〕
燃料電池では、電解質板の両面に一対の電極が配置さ
れ、電極の外側にセパレータが配置されて単位電池を構
成している。電力用燃料電池として大容量化を図るには
電極有効面積を大きくし、かつ単位電池を多数積層する
必要がある。この様な燃料電池構造には電極,電解質,
セパレータを一体化したものが提案されている。たとえ
ば特開昭58−216365 号公報,特開昭58−220368 号公報
参照,特開昭59−27467号公報,特開昭59−27468号公報
参照。
しかしながら、このような単位電池構造では電池を大型
化する場合、電極,電解質板,セパレータをそれぞれ大
型化する必要があり、その製造が著しく困難になる。特
に薄型で面積が大きく、平滑な電極,電解質板の製造は
むずかしいばかりでなく、大型の電極や電解質板は電池
の運転中に収縮が大きくなつたり、亀裂が入つたりして
電池寿命を短かくする。
一方、燃料電池を長期間運転した場合、電解質が消失
し、電池性能が低下する。このような場合、電解質を補
給することにより電池性能は回復する。これまで電解質
の供給方法について種々提案されているが、いずれも構
造がはん雑であるばかりでなく、電解質の補給に問題点
がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、集合した単位電池への電解質補給をス
ムーズに行うことにより、長期間にわたり安定した電池
性能が得られるようにした燃料電池を提供することにあ
る。
[発明の概要] 本発明は、電解質板(6)を挟んで対向する一対の電極
(5)を備えた単位電池とセパレータ(1)とが順次積
層され、前記セパレータはリブ付きの反応ガス流路を有
し、該ガス流路の両端には該ガス流路と平行に電池外枠
(3)を配し、該ガス流路内に該ガス流路内を分割する
ガス隔壁(2)が前記ガス流路と平行に設けられ、該セ
パレータの前記ガス隔壁間又はガス隔壁及び前記電池外
枠間に一方の電極を配し、該電極に接して電解質板を配
し、該電解質板の周縁部は前記ガス隔壁或は電池外枠上
まで張り出しており、該電解質板に接する他方の電極
は、隣接するセパレータの対向する面のガス隔壁間又は
隔壁及び電池外枠間に位置し、前記ガス隔壁上には該ガ
ス隔壁を介して隣り合う単位電池の各々の電解質板が該
ガス隔壁に沿って張り出しており、該ガス隔壁上にある
各々の電池の電解質板の端面間には該ガス隔壁に沿った
空間を介した配置となる燃料電池において、前記セパレ
ータの両面のガス隔壁が互いに重なる位置に該セパレー
タを貫通する貫通孔が設けられ、隣接するセパレータの
貫通孔の間で電解質が連絡され、前記ガス隔壁を介して
隣り合う各々の電池の前記ガス隔壁上に張り出した電解
質板の端面とからなる電解質供給路(10)を有するこ
とを特徴とする。本発明者らは燃料電池の大容量化と長
期安定性について検討を行なつてきた。その結果、単位
電池を大型化し、それを多数積層することと、電池運転
途中において電解質を補給する必要があることが判つ
た。しかしながら、単位電池を大型化するには、電極,
電解質板及びセパレータを大型化する必要がある。しか
し電極,電解質板の大面積のものを作るのには多く問題
点がある。特に、電解質板は大きなものを均質で平滑
で、しかも薄形に作るのが非常に困難であるばかりでな
く、電池積層時の取扱いにも多くの問題点があつた。ま
た、電解質板は大きくなればなるほど電池運転中に亀裂
が入り易いという新たな問題も起つてきた。
本発明は、新規なセパレータ構造によつて従来の単位電
池を複数個に分割して用いる点にある。
また、単位電池を分割することにより、電解質の供給を
容易にし、長期にわたり安定した電池性能を得ることに
ある。
本発明によれば、燃料ガス及び酸化剤ガスの流通を妨げ
ることなく単位電池を分割化し、電極,電解質の製造を
容易にすることができる。また、単位電池を分割するこ
とによつて電解質の補給を積層電池においてもスムーズ
に行なうことができる。
すなわち、セパレータのガス流れ方向に平行なガス隔壁
を設け、隔壁ごとに単位電池を構成して電池を分割し、
単位電池の並列化により大きな電流が得られる。
セパレータの両面にそれぞれガス隔壁を設け、そのガス
隔壁が重なる位置に1個以上の貫通孔を設け、この貫通
孔より各電解質板に電解質を供給する。一方、貫通孔よ
り供給する電解質を電解質板に良く分散するように、貫
通孔に接して電解質分散溝をガス隔壁と電池外枠に設け
る。貫通孔及び電解質分散溝には電気絶縁性材料を充填
し、毛管力を利用して電解質を供給すると良い。電気絶
縁性材料としてはアルミナ,ジルコニア,チタニア,炭
化けい素,リチウムアルミネート,窒化けい素など酸化
物,炭化物,チツ化物などの粉末また本発明によれば、
ガス隔壁と該ガス隔壁によって分けられた区域内に位置
する電解質板の端面とから、第2図の符号10で示され
る大きな溝が形成される。この溝は電解質供給路とな
り、溝の側面は電解質の端面で形成されているので、電
解質が該供給路の底部のみにしか存在しない状態になっ
ても、電解質板に電解質を安定して供給することができ
る。このようにして、電解質の供給量低下によって電解
質板の電解質が不足し、電池性能の劣化が起こることを
防ぐことができる。また、積層電池スタック全体に電解
質を補給する供給量は多いので、前記電解質供給路に例
えば第1或は第3図中の符号9電解液補給溝のように、
さらに溝を設けて前記電解質供給路を流れる電解質量を
増加させて、より迅速に電解質を供給するようにするこ
ともできる。
[発明の実施例] 本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
実施例1 本発明によるセパレータ構造を第1図に示す。セパレー
タ1はガス隔壁2により2つの区域に分けられており、
それにより単位電池が二つに分割される。ガス隔壁2に
は、両面のガス隔壁の交差点に電解質供給穴(貫通孔)
8を設け、これより電解質を補給する。電解質は電解質
供給穴8から電解質分配溝9によつて電解質板に供給す
る。第1図では、電池外枠3の両面にも電解質分配溝を
設け、かつ貫通孔を設けてある。符号4はリブである。
セパレータに電極,電解質板を設置した状態を第2図に
示す。電極5はセパレータ1に設置されるが、ガス隔壁
によつて二つに分割する。また、電解質板6もガス隔壁
により二つに分割され一枚のセパレータに2ケの単位電
池を構成する。
電極5に発生した電子はリブ4によつて取り出され外部
回路に導びかれる。反応ガスは、リブ4と電解質板6で
形成される反応ガス供給穴7より電極5に送られる。セ
パレータ外枠3とガス隔壁2は同一平面上にあり、これ
に電解質板が密着することにより反応ガスの洩れ,拡散
を防止する。二枚の電解質板によつて構成される溝10
は電解質の供給路となる。
実施例2 ガス隔壁を4ケ所(表面2ケ所)設けたセパレータ構造
を第3図に示す。この場合、単位電池が同一セパレータ
に3個構成される。ガス隔壁の交差点及び電池外枠の交
差点に設ける電解質供給穴8は16ケ所できる。
実施例3 本発明による電池を第4図のごとく構成して電池評価試
験を行つた。符号11は電解質注入器、12はヒータ、
13は電解質を示す。セパレータにはSUS316を用
いて600mm角ものを作つた。これにアノードとしてニ
ツケル電極220×600mmを2枚を用い、カソードに
は酸化ニツケル電極220×600mm2枚を用いた。電
解質にはリチウムアルミネートを基材とする280×6
00mm厚さ1mm基材に炭酸塩電解質(炭酸リチウム:炭
酸カリウム=62:38モル比)を53重量%含浸して
用いた。また、電解質を電池中央部から補給する構造と
した。電解質供給孔及び電解質分配溝にはリチウムアル
ミネート粉末を充填した。アノードガスとして80%H
−20%CO混合ガス、カソードガスとして15%
−30%CO−55%N混合ガスを供給し65
0℃における電池性能を調べた。その結果、初期性能と
して電流密度150mA/cm2において電池電圧0.7
3Vを得た。100h経過後では150mA/cm2
0.71Vとなり200h径過後では150mA/cm2
で0.63Vまで低下した。そこで電解質を35ml補給
したところ、150mA/cm2で0.72Vまで回復し
た。
〔発明の効果〕
電力用としての燃料電池は大面積ほど有利であるが、大
型の電極及び電解質板の製造は非常に困難であり、問題
点も多い。
本発明によれば、セパレータにガス隔壁を設けることに
より大型単位電池の特性を変えることなく、小型化する
ことができるうえ、ガス隔壁とこのガス隔壁によって分
けられた区域に位置する二枚の電解質板の端面とによっ
て電解質供給路が形成されるので電解質の補給も容易と
なり、長期的に安定した電池性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるセパレータの斜視図、
第2図は本発明の一実施例による燃料電池の構造を示す
斜視図、第3図はガス隔壁を複数個設けたセパレータの
斜視図、第4図は電解質補給構造を設けた電池の斜視図
である。 1……セパレータ、2……ガス隔壁、4……リブ、5…
…電極、6……電解質板、7……ガス供給穴、8……電
解質供給穴、9……電解質供給溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 将人 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 田村 弘毅 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−161270(JP,A) 特開 昭58−161266(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電解質板(6)を挟んで対向する一対の電
    極(5)を備えた単位電池とセパレータ(1)とが順次
    積層され、前記セパレータはリブ付きの反応ガス流路を
    有し、該ガス流路の両端には該ガス流路と平行に電池外
    枠(3)を配し、該ガス流路内に該ガス流路内を分割す
    るガス隔壁(2)が前記ガス流路と平行に設けられ、該
    セパレータの前記ガス隔壁間又はガス隔壁及び前記電池
    外枠間に一方の電極を配し、該電極に接して電解質板を
    配し、該電解質板の周縁部は前記ガス隔壁或は電池外枠
    上まで張り出しており、該電解質板に接する他方の電極
    は、隣接するセパレータの対向する面のガス隔壁間又は
    隔壁及び電池外枠間に位置し、前記ガス隔壁上には該ガ
    ス隔壁を介して隣り合う単位電池の各々の電解質板が該
    ガス隔壁に沿って張り出しており、該ガス隔壁上にある
    各々の電池の電解質板の端面間には該ガス隔壁に沿った
    空間を介した配置となる燃料電池において、前記セパレ
    ータの両面のガス隔壁が互いに重なる位置に該セパレー
    タを貫通する貫通孔が設けられ、隣接するセパレータの
    貫通孔の間で電解質が連絡され、前記ガス隔壁を介して
    隣り合う各々の電池の前記ガス隔壁上に張り出した電解
    質板の端面とからなる電解質供給路(10)を有するこ
    とを特徴とする燃料電池。
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