JPH073788B2 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

Info

Publication number
JPH073788B2
JPH073788B2 JP60099450A JP9945085A JPH073788B2 JP H073788 B2 JPH073788 B2 JP H073788B2 JP 60099450 A JP60099450 A JP 60099450A JP 9945085 A JP9945085 A JP 9945085A JP H073788 B2 JPH073788 B2 JP H073788B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
frame
orifices
current collector
fuel cell
cathode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP60099450A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS60249260A (ja
Inventor
ベルナール・ワルゾスキー
ピエール・フオーヴエル
ジヤン・アルリー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom SA
Original Assignee
Alsthom Atlantique SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alsthom Atlantique SA filed Critical Alsthom Atlantique SA
Publication of JPS60249260A publication Critical patent/JPS60249260A/ja
Publication of JPH073788B2 publication Critical patent/JPH073788B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • 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
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
    • 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
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、相互に電気的に接触するように配置された複
数の素子から構成される燃料電池に関する。
燃料電池の各素子は、好ましくは平行面を有する平板形
であり、夫々特定の触媒を担持するカソードとアノード
との２個の多孔質電極と、電極間に配置された間隙を充
填する電解液と、カソード面の頂部においてカソードの
外側表面と電気的に接触し、アノード面において隣接素
子のアノードの外側表面と電気的に接触する第１の集電
器と、アノード面の頂部においてアノードの外側表面と
電気的に接触し、カソード面において別の隣接素子のカ
ソードと電気的に接触する第２の集電器とから成り、集
電器の各面に設けられた孔道を担持する少なくとも１個
の中央導電ゾーンを有する２個の不透過性バイポーラ型
集電器とを備えており、カソードと第１の集電器のカソ
ード面との間を気体助燃剤が循環し、アノードと第２の
集電器のアノード面との間を気体燃料が循環し、中央導
電ゾーンの両側に配置された集電器の下部及び上部は、
電池内を通って電解液及び燃料を循環させるためのオリ
フィスを備えており、２個の電極の双方は、電極が枠と
共に電解槽を規定するように、好ましくはプラスチック
絶縁材料から形成された四辺形の中央オリフィスを有す
る枠の両側に固定されており、枠の下部及び上部は、集
電器に設けられたオリフィスに対応しており且つ電池内
を通って燃料及び電解液を移送するためのオリフィスを
備えており、枠の一方の面には、電解液の移送用オリフ
ィスの１個、即ち入口オリフィスから電解槽へ、及び電
解槽から電解液の移送用の別のオリフィス、即ち出口オ
リフィスへ電解液を移送するための手段が具備されてお
り、該手段は、中央オリフィスの２個の対向側に沿って
枠の下部及び上部に配置された電解液の分配及び分布及
び配分用チャンバを形成している切欠部に開口しており
且つリブにより規定された複数の平行な微量管を介して
電解槽に連通する溝から構成されている。
該電池において、枠に設けられた溝と分配及び分布及び
配分チャンバと微量管とから構成される電解液分配系の
気密性は、分配系を有する枠の面に付着される電極を、
該系を覆うに十分な寸法に形成することにより確保さ
れ、従って、各構成要素の取付及び締着時に気密性が形
成される。
しかしながら、このような解決法は、電解液が全素子間
を並列に分配されながら永久的に循環するような電池の
場合、電極が、組立られた電池内で各構成要素に設けら
れたオリフィスの協働により管内を循環する各素子共通
の電解液に接触するため、分流、従って大幅なエネルギ
損失をもたらすので、十分ではないと認められている。
本発明の目的は、電解液分配系の気密性を向上し得る共
に電解液分配時のエネルギ損失を低減し得、しかも電解
液を均等に分配し得る燃料電池を提供することにある。
本発明によれば、前述の目的は、互いに電気的に接触す
るように配置された複数の素子から構成される燃料電池
であって、素子の夫々が、ほぼ平行な面を有する平板形
に夫々形成されたカソード及びアノードの二つの多孔質
電極と、二つの電極間に配置されており、該電極と協働
して電解槽を画定すべく中央に四辺形の開口部を有する
プラスチック絶縁材料の枠と、カソード面がカソードと
電気的に接触すると共に酸化ガスを循環させるべく流路
を形成する少なくとも一つの導電ゾーンを中央部に有し
ており、かつアノード面が一方の隣接素子におけるアノ
ードと電気的に接触すべき不透過性バイポーラ型の第１
の集電器と、アノード面がアノードと電気的に接触する
と共に燃料ガスを循環させるべく流路を形成する少なく
とも一つの導電ゾーンを中央部に有しており、かつカソ
ード面が他方の隣接素子におけるカソードと電気的に接
触すべき不透過性バイポーラ型の第２の集電器と、電解
液を循環させるべく第１の集電器の上部及び下部に導電
ゾーンを挟んで夫々配設された複数の第１のオリフィス
と、燃料ガスを循環させるべく第２の集電器の上部及び
下部に導電ゾーンを挟んで夫々配設された複数の第２の
オリフィスと、電解液を電解槽内に移送すべく第１のオ
リフィスに夫々対向して枠に配設された複数の第３のオ
リフィスと、燃料ガスを電池内に移送すべく第２のオリ
フィスに夫々対向して枠に配設された複数の第４のオリ
フィスと、電解液を第３のオリフィスの一つから電解槽
へ移送すると共に該移送された電解液を電解槽から第３
のオリフィスの他の一つへ移送すべく枠の一方の面に配
設されており、開口部の互いに対向する二つの側縁に沿
って枠の上部及び下部に夫々設けられて電解液の分配チ
ャンバを形成する二つの切欠部、互いに平行な複数の小
通路を画定すべく切欠部の夫々に設けられた複数のリ
ブ、並びに小通路を介して第３のオリフィスの一つ及び
他の一つを電解槽に夫々連通する二つの溝を有する移送
手段と、移送手段を密閉すべく該移送手段に対向して伸
延すると共に枠に接合されるプラスチック絶縁材料の薄
膜とを備えており、電極の一方は、薄膜と気密的に結合
されるように薄膜と部分的に重なりつつ枠に固定される
燃料電池によって達成される。
本発明の燃料電池によれば、移送手段に対向して伸延す
るプラスチック絶縁材料の薄膜が枠に接合されて移送手
段を密閉し、電極の一方は、薄膜と気密的に結合される
ように薄膜と部分的に重なりつつ枠に固定されるが故
に、各構成要素の取付け及び締着時に気密性を形成して
電解液分配系の気密性を確保し得る。又、本発明の燃料
電池によれば、移送手段は、電解液を第３のオリフィス
の一つから電解槽へ移送すると共に該移送された電解液
を電解槽から第３のオリフィスの他の一つへ移送すべく
枠の一方の面に配設されており、開口部の互いに対向す
る二つの側縁に沿って枠の上部及び下部に夫々設けられ
て電解液の分配チャンバを形成する二つの切欠部、互い
に平行な複数の小通路を画定すべく切欠部の夫々に設け
られた複数のリブ、並びに小通路を介して第３のオリフ
ィスの一つ及び他の一つを電解槽に夫々連通する二つの
溝を有する。従って、第３のオリフィスと電解槽との間
の行路を長くすると共に流路断面積を小さく得、電解液
が素子に対して並列に分配される電池において各素子間
に高い分流抵抗を形成すると共に対応するエネルギ損失
をできるだけ低減し得る。更に、チャージ損失を限定し
得、しかもこのチャージ損失は電解槽よりは大きいの
で、電池の各素子間において電解液を均等に分配し得
る。その結果、電解液分配系の気密性を向上し得る共に
電解液分配時のエネルギ損失を低減し得、しかも電解液
を均等に分配し得る。
本発明による燃料電池の好ましい特徴によれば、枠は、
電極の一方が枠の表面から突出しないようにストップ部
を有しており、薄膜は該ストップ部において該電極と結
合されるのがよい。
本発明による燃料電池の他の好ましい特徴によれば、リ
ブが、ストップ部と同一平面上にある部分と枠と同一平
面上にある部分とを有する第１のリブを含んでいるのが
よい。
本発明による燃料電池の更に他の好ましい特徴によれ
ば、溝の夫々が、底部を有するＵ字形の行路に形成され
ているのがよい。これによれば、素子の寸法を過度に増
大させることなく行路を倍増し得る。
本発明による燃料電池の更に他の好ましい特徴によれ
ば、移送手段は、該溝の底部と分配チャンバの底部とが
枠の表面と同一面上にあり、かつ薄膜と溝の底部との間
隔が維持されるように突起状に形成されているのがよ
い。
本発明による燃料電池の更に他の好ましい特徴によれ
ば、溝の夫々は、該溝の全長にわたって該溝内に配置さ
れた少なくとも一つのリブを含んでいるのがよい。
本発明による燃料電池の更に他の好ましい特徴によれ
ば、分配チャンバの夫々が、溝とリブとの間に互いに平
行に配置された複数の案内リブを含んでいるのがよい。
本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添
付図面から明らかになろう。
第１図、第２図、第３図、第４図及び第５図は第１の具
体例に対応し、図中、参照符号１及び２は、本発明の電
池素子構造に含まれる多孔質電極を示している。
説明及び図示の具体例において、参照符号１は、一方の
面において電解液、他方の面において気体燃料と接触す
るアノードを示しており、参照符号２は、一方の面にお
いて電解液、他方の面において気体助燃剤と接触するカ
ソードを示している。
電極は、炭素又はグラファイトとプラスチック材料とを
主成分とし、例えばポリテトラフルオルエチレンから形
成され得、夫々特定の触媒を担持し得る。
非限定的な例として、電極は、1979年10月18日付仏国特
許出願第7925879号に開示されているような可撓性構造
であり得る。電極は特に、同じく1979年10月18日付仏国
特許出願第7925877号及び7925878号に開示の方法により
作成され得る。
これらの２個の電極は、枠３と共に電解槽を規定するよ
うに、四辺形の開口部としての中央オリフィス４を有す
る枠３の両側に固定されている。
枠３は好ましくは、例えばポリプロピレン、ポリ塩化ビ
ニル、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリ
エチレン、ポリスチレン等を主成分とするプラスチック
絶縁材料から構成される。
電極の厚みは、0.2から5mm、好ましくは0.5から1.5mmの
オーダである。
図例では、中央オリフィス４は正方形である。
枠３の下部５及び上部６は、電池内を通って燃料及び電
解液を移送するためのオリフィスを備えている。
符号７は、図例では楕円形の第４のオリフィスとしての
燃料循環オリフィスを示している。
第３のオリフィスとしてのオリフィス8Aは、電池内に電
解液を循環させ、電解液を電解槽内に移送するべく機能
する。
同じく第３のオリフィスとしてのオリフィス8Bは、電解
槽から電解液を排出し、電解液を電池内に循環させるべ
く機能する。
符号９は、例えば組立時の素子の整列及び／又は締着繋
材の導入のために使用され得るオリフィスを示してい
る。
枠３の面10には、電解液をオリフィス8Aから電解槽、電
解槽からオリフィス8Bに向かって移送するための手段が
備えられている。
該手段は、中央オリフィスの２個の対向側に沿って枠３
の下部５及び上部６に配置された電解液分配及び分布及
び配分チャンバ12を形成している切欠部に開口しており
且つリブ14（第２図に詳示）により規定された複数の平
行な微量管13を介して電解槽と連通する溝11から構成さ
れている。
リブ14の頂部は、枠３の面10と同一平面上にある。
溝11は、好ましくは行路が長く断面積が小さい。実際
に、電解液が素子間に高い分流抵抗を形成し、対応する
エネルギ損失をできるだけ減少させるように素子に並列
に分配されるような電池の場合、導入及び排出オリフィ
スと電解槽との間の電解液の行路を長くし、断面積を狭
くすることが重要である。更に、断面積が小さく長さが
大きい管内を通って電解液を移送すると、チャージ損失
が限定されしかも電解槽よりも大きいので、電解液流は
電池の各素子間に均等に分配される。
図例では、溝11は、底部が電解槽を規定している中央オ
リフィス４から突出するようにオリフィス8Aおよび8Bに
対して配置されたＵ字形の行路を有する。
Ｕ字形構造は、素子の寸法を過度に増加することなく行
路を倍増することが可能である。Ｕ字形構造は更に、必
要とあれば、槽を満たしておきながら電解液の循環を遮
断し、必要とあれば、偶発的なガス侵入時に槽からの排
出を回避しながら槽内の下方から上方に電解液を循環さ
せることが可能である。
例えば、Ｕ字形の各腕の長さは電解槽の高さに等しく、
溝の幅は0.5mmから10mmであり得る。
本発明によると、溝11、チャンバ12及び微量管13から構
成される電解液分配系の気密性は、少なくとも分配系に
向かって伸延しており且つ枠３に結合されたプラスチッ
ク絶縁材料から成る薄膜15と、薄膜15に重積され且つこ
うして形成された重積ゾーンのレベルで薄膜に気密に結
合された電極１とにより確保される。
図例の膜15の長さは、枠３の長さ、特に枠に設けられた
オリフィス7,8A,8B及び９に夫々対応するオリフィス47,
48A,48B及び49の長さに近似する。該膜は更に、枠３の
中央オリフィス４に対応する中央オリフィス61を備えて
いる。
薄膜は、例えばポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アク
リロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリエチレン、
ポリスチレンから構成され得、薄膜の厚さは、50から60
0ミクロン、好ましくは20から60ミクロンであり得る。
薄膜15、電極１及び枠３間の結合は、適当な手段、例え
ば接着、溶接等により実施され得る。
電池の組立時に枠３が両側に配置された集電器と接触す
るように、枠３及び／又は集電器は、電極が配置される
ストップゾーンを有しており、ストップの深さは、少な
くとも電極の厚さに等しく形成すべきである。
第１図から第５図の枠３は、ストップゾーンを含んでお
らず、該ゾーンは、枠の両側に配置された集電器上に形
成されている。
溝11のと電解液分配及び分布及び配分チャンバ12との底
部は、枠の面と同一平面上に配置されており且つ、特に
プラスチック薄膜15と該底部との間隔を維持し、流体供
給を調整するべく構成された突起又はリブのような手段
を備えている。図例では、リブ16が溝11の全長に沿って
該溝内に配置されている。
更にチャンバ12は、平行に配置されており且つ電解液の
循環を妨げない複数の案内リブとしてのリブ17を備えて
いる。
リブ16及び17の頂部は、枠３の面10と同一平面上にあ
る。
突起の代わりにリブを使用することにより、薄膜に孔の
あく危険を減少させることができる。
図示するように、セパレータとして機能する多孔性波形
シート18が電解槽内に配置され得る。
第３図、第４図、第５図は、第１図の各構成要素、即ち
電極１及び２、枠３及び膜15を組立ることにより形成さ
れたアセンブリ40を示している。
第６図、第７図、第８図、第９図及び第10図の具体例
中、中央オリフィス４を規定している枠３の部分は、枠
の両側にストップを備えているので、電極１及び２は枠
３のストップ部分のレベルに固定後、枠３の面から突出
せず、薄膜15はストップ部分と支障なく結合し、該部分
のレベルで電極１に結合される。
該構造は第７図、第９図及び第10図に特に詳細に示して
あり、図中、オリフィス４を規定する枠３のストップ部
分は符号19で示している。ストップ部分のレベルにおい
て、微量管13を規定しているリブ14は、電極１が配置さ
れるストップ部分19の面と同一平面上にあり且つ、枠３
の面10と同一平面上にある部分21を介してチャンバ12に
向かって伸延する部分20を含んでいる。
第８図は、燃料を供給されるアセンブリ40の面、第11図
は助燃剤を供給される面を示している。第11図中、枠３
の下部５及び上部６は、集電器に設けられた対応する切
欠部又は溝と組合せられて素子内の助燃剤の入口及び出
口断面積を増加させ得る切欠部22を、オリフィス７間に
備えている。該切欠部22は前出の図面にも示してある。
第12図から第16図は、第６図から第11図の枠と共に使用
し得る集電器の具体例に関する。該集電器は、集電器の
各面に設けられた孔道を担持する少なくとも１個の中央
導電ゾーンを備えるバイポーラ型不透過性集電器であ
り、中央導電ゾーンの両側に配置された集電器の下部及
び上部は、電池内を通って電解液と燃料とを循環させる
ためのオリフィスを備えている。
図例の集電器は、符号23で示してある。集電器は、第６
図に示すように、周囲を絶縁ゾーン25で包囲された電極
１及び２に対応する形状の中央導電ゾーン24を備えてい
る。絶縁ゾーン25の上部26及び下部27は、夫々オリフィ
ス7,8A,8B及び９に対応する第２のオリフィスとしての
オリフィス28,第１のオリフィスとしてのオリフィス29
A,29B及び30を備えている。
集電器の各面31及び32において、中央導電ゾーンは、気
体流を循環させるための平鉛直方向管を規定する孔道を
備えている。
図例の孔道33は鉛直方向であり、同様に鉛直方向の管34
を規定している。孔道及び管系は、第12図に示すような
波形支持体を使用することにより得られるが、両側に凹
凸を有する中心平坦心板を構成することも可能である。
支持体の厚みは、50ミクロンから3mm、好ましくは0.1mm
から0.5mmであり得る。
更に、鉛直孔道の代わりに山形又は他の何らかの形状の
孔道を形成することも可能である。孔道（即ち管）のピ
ッチ及び深さは、0.2mmから5mm、好ましくは0.5mmから
1.5mmであり得る。
集電器の面31は、助燃剤、例えば空気又は酸素を供給さ
れるように構成されており、面32は燃料、例えば水素を
供給される。
集電器のカソード面31の上部26及び下部27は、外部と連
通している溝又は切欠部35であり、方向転換によるチャ
ージ損失、即ち大気等の助燃剤を使用する場合、必要流
量が非常に大きいために特に増加し得るチャージ損失を
避けるほぼ直線状の行路に従って、集電器のカソード面
に助燃剤を供給し、該面から助燃剤を排出させる該溝又
は切欠部35を備えている。
集電器の面32の上部及び下部は、移送オリフィス28から
集電器のアノード面に燃料を供給し、燃料を排出させる
溝又は切欠部36を備えている。流れ分配手段は、溝及び
切欠部35及び36内に配置されている。
該手段は、分配管を形成している伸延リブにより構成さ
れており、リブの上面は、溝及び切欠部を担持している
集電器の面と同一平面上に配置されており、従って、リ
ブを担持している集電器の底部と電池の隣接素子との間
の間隔を維持するべく機能する。こうして形成された管
は、ほぼ鉛直方向である。
集電器の導電部分に設けられた孔道により規定される管
が同様に平均鉛直方向を有するので、助燃剤及び燃料流
は、集電器の面の全長に沿ってほぼ同一の鉛直方向を維
持する。
第16図から明らかなように、燃料供給オリフィス28は楕
円形であり、燃料移送を可能にする溝又は切欠部36は、
集電器23の中央導電ゾーン24の最近傍に配置された楕円
形オリフィスの部分の近傍に開口している。燃料分配用
リブは、オリフィス28から集電器の導電部分24に向かっ
て広がる系を規定している。オリフィス28の近傍に配置
されたリブ37は、より長さが大きく且つ集電器の導電部
分24の管の近傍に連通するリブ38により規定されたより
多数の中間管にそれ自体供給する管を規定しており、中
間管は集電器の導電部分24の少なくとも１個の管34に供
給する。
燃料分配管の伸延により、全素子に共通の循環管内のガ
スチャージ損失を少量にとどめながら、多数の素子のス
タックが可能になる。更に、残留ガスの流れを妨げるこ
となく、下部楕円形管の下部に向かって寄生液体の最良
の排出が可能になる。
第15図に示すように、助燃剤流の分配リブ39は伸延型で
あり、図中では集電器の導電部分の隣接部分内に広がる
ほぼ鉛直方向の分配管を規定している。集電器のカソー
ド面に沿った助燃剤行路は、顕著な方向転換及び障害を
伴わないほぼ直線状である。導電部分24の近傍に配置さ
れたリブ39の端部間には、突起62が配置され得る。
分配管は更に集電器の導電部分の全水平方向面にわたっ
て開口しているので、カソード面のレベルで助燃剤の優
れた分配が得られる。
同様の理由から、アノード面のレベルにおける燃料につ
いても同様の結果が得られる。
好ましくは、導電部分24の近傍においてリブ38の端部
は、電池の各構成要素の組立及び締着時に集電器のこれ
らのゾーンを最良に保持し得るように、リブ39の端部及
び突起62に累積される。
枠３及び集電器の絶縁部分は、好ましくは同一の合成絶
縁材料から構成され、従って、これらの部材間の結合が
助長される。
該部材は、従ってポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ
スチレン、ポリ塩化ビニル、アクリロニトリル−ブタジ
エン−スチレン、ポリスルフォン等から構成され得る。
これらの材料は、機械的及び熱特性を変化させ、特に集
電器の中央導電ゾーンに近似の熱膨張率が得られるよう
に適当なチャージ、例えばタルクのような不活性材料を
含有し得る。
例えば、該部材は、例えば５％から90％、好ましくは35
％から45％のタルクをチャージされたポリプロピレンか
ら構成され得る。
集電器の中央導電部分は、好ましくは枠３の組成と同一
のプラスチック材料でありながら導電性チャージ、例え
ば金属粉末、グラファイト粉末、炭素粉末、ファーネス
ブラック、アセチレンブラック、カーボンファイバー、
グラファイトファイバー又はこれらの各物質の混合物を
導入させた材料から形成され得る。例えば該部分は、例
えば10％から90％、好ましくは30％から50％のカーボン
ブラックをチャージさせたポリプロピレンから構成され
得る。
枠及び集電器は、熱圧縮、射出成形法により作成され得
る。
射出成形法は、中央導電ゾーンと周辺絶縁ゾーンとを構
成する材料を流体状態でモールド内に同時に導入するの
で、２種類の材料を溶接でき、従って２ゾーン間の不連
続性を避けることができるので、集電器を作成する場合
に特に優れている。更に、この方法は著しく経済的であ
る。
第17図は、本発明の電池素子の分解図である。
符号40は、第８図の構成要素のアセンブリを示してお
り、該アセンブリは電極１及び２とプラスチック膜15と
を担持する枠３から構成されている。アセンブリの両側
には、上述のような２個の集電器が配置されている。第
１の集電器23′は、カソード面31′の頂部においてカソ
ード（図示せず）の外側表面と電気的に接触しており、
アノード面において隣接素子（図示せず）のアノードの
外側表面と電気的に接触している。第２の集電器23″
は、アノード面（図示せず）の頂部においてアノード１
の外側表面と電気的に接触しており、カソード面31″に
おいて別の隣接素子（図示せず）のカソードと電気的に
接触している。
気体助燃剤、例えば空気は、集電器23′の中央導電部分
の孔道により規定された管を通って、アセンブリ40のカ
ソードと集電器23′のカソード面との間を循環する。
気体燃料、例えば水素、集電器23″の中央導電部分の孔
道により規定された管を通って、アノード１と集電器2
3″のアノード面との間を循環する。
電極は、適当な手段、例えば圧着、溶接、接着等によ
り、集電器の中央導電部分の孔道の頂部のレベルに電気
的に結合される。
一方、電極のクラウン状の周辺ゾーンは、組立及び作動
時に電極の破壊又は亀裂を避けるべく膨張差を維持でき
るように、非結合状態に維持することが好ましい。
第18図は、第17図の素子を複数組合せることにより形成
された本発明の電池を示している。
符号50はこうして構成された電池、符号51及び52は端子
板を示している。符号53及び54は、素子スタックの端部
を構成する端子集電器の１個に夫々連結された端子を示
している。
一具体例によると、端子集電器はスタックの内側に配置
されている上述のバイポーラ型集電器と異なり、小さい
厚みと少なくとも該当集電器の活性ゾーンに等しい表面
積とを有する金属素子をスタックの外側面に備えてお
り、該素子は好ましくはシート、格子、コート又は堆積
状として該面に付着又は導入される。
該金属素子は、端子を連結するための側部伸延部を備え
得る。
電池への電解液導入及び排出用オリフィスは符号55及び
56、気体燃料の導入及び排出用オリフィスは符号57及び
58で示してある。
電池に助燃剤を進入させるためのオリフィスは、図面に
明確に示してある。該オリフィスは、集電器23と電極２
を固定した枠３に対向する面とに設けられた切欠部35及
び22の協働により形成される。
当然のことながら、本発明は例示としてのみ示した上述
及び図示の具体例に限定されない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の電池素子の数個の構成要素の分解図、
第２図は第１図のII部分の拡大部分斜視図、第３図は第
１図の各構成要素を組立ることにより形成されたアセン
ブリの一方の面を、該要素の一部を折曲げて示した説明
図、第４図は第３図のIV−IV線による拡大断面図、第５
図は第３図のＶ−Ｖ線による拡大断面図、第６図は第１
図の変形例を示す分解図、第７図は第６図のVII部分の
拡大部分斜視図、第８図は第６図の各構成要素を組立る
ことにより形成されたアセンブリの一方の面を、要素の
一部を折曲げて示した説明図、第９図は第８図のIX−IX
線による拡大断面図、第10図は第８図のＸ−Ｘ線による
拡大断面図、第11図は第８図のアセンブリの他方の面の
説明図、第12図はバイポーラ型集電器の一方の面の説明
図、第13図は第12図の集電器の他方の面の説明図、第14
図は第12図のXIV−XIV線による拡大断面図、第15図は第
12図のXV部分の拡大部分斜視図、第16図は第13図のXVI
部分の拡大部分斜視図、第17図は本発明の電池素子の分
解図、第18図は本発明の電池の超概略斜視図である。 １……アノード、２……カソード、３……枠、4,7,8A,8
B,9,28,29A,29B,30……オリフィス、11,35……溝、13…
…微量管、14,16,17,39……リブ、15……薄膜、18……
波形シート、19……ストップ、22,36……切欠部、23…
…集電器、24……導電ゾーン、25……絶縁ゾーン、33…
…孔道、40……アセンブリ、50……電池、51,52……端
子板、53,54……端子、62……突起。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭54−161516（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−61479（ＪＰ，Ｕ)

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】互いに電気的に接触するように配置された
    複数の素子から構成される燃料電池であって、 前記素子の夫々が、 ほぼ平行な面を有する平板形に夫々形成されたカソード
    （２）及びアノード（１）の二つの多孔質電極と、 前記二つの電極間に配置されており、該電極と協働して
    電解槽を画定すべく中央に四辺形の開口部（４）を有す
    るプラスチック絶縁材料の枠（３）と、 カソード面（31）が前記カソードと電気的に接触すると
    共に酸化ガスを循環させるべく流路を形成する少なくと
    も一つの導電ゾーン（24）を中央部に有しており、かつ
    アノード面（32）が一方の隣接素子におけるアノード
    （１）と電気的に接触すべき不透過性バイポーラ型の第
    １の集電器（23′）と、 アノード面（32）が前記アノードと電気的に接触すると
    共に燃料ガスを循環させるべく流路を形成する少なくと
    も一つの導電ゾーン（24）を中央部に有しており、かつ
    カソード面（31）が他方の隣接素子におけるカソード
    （２）と電気的に接触すべき不透過性バイポーラ型の第
    ２の集電器（23″）と、 電解液を循環させるべく前記第１の集電器の上部及び下
    部に導電ゾーン（24）を挟んで夫々配設された複数の第
    １のオリフィス（29A,29B）と、 燃料ガスを循環させるべく前記第２の集電器の上部及び
    下部に導電ゾーン（24）を挟んで夫々配設された複数の
    第２のオリフィス（28）と、 電解液を前記電解槽内に移送すべく前記第１のオリフィ
    スに夫々対向して前記枠に配設された複数の第３のオリ
    フィス（8A,8B）と、 燃料ガスを電池内に移送すべく前記第２のオリフィスに
    夫々対向して前記枠に配設された複数の第４のオリフィ
    ス（７）と、 電解液を前記第３のオリフィスの一つから電解槽へ移送
    すると共に該移送された電解液を電解槽から前記第３の
    オリフィスの他の一つへ移送すべく前記枠の一方の面に
    配設されており、前記開口部の互いに対向する二つの側
    縁に沿って前記枠３の上部及び下部に夫々設けられて電
    解液の分配チャンバを形成する二つの切欠部（12）、互
    いに平行な複数の小通路を画定すべく前記切欠部の夫々
    に設けられた複数のリブ、並びに前記小通路を介して前
    記第３のオリフィスの一つ及び他の一つを前記電解槽に
    夫々連通する二つの溝（11）を有する移送手段と、 前記移送手段を密閉すべく該移送手段に対向して伸延す
    ると共に前記枠に接合されるプラスチック絶縁材料の薄
    膜（15）とを備えており、 前記電極の一方は、前記薄膜と気密的に結合されるよう
    に前記薄膜と部分的に重なりつつ前記枠に固定される燃
    料電池。
  2. 【請求項２】前記枠は、前記電極の一方が前記枠の表面
    から突出しないようにストップ部（19）を有しており、
    前記薄膜は該ストップ部において該電極と結合される特
    許請求の範囲第１項に記載の燃料電池。
  3. 【請求項３】前記リブが、前記ストップ部と同一平面上
    にある部分（20）と前記枠と同一平面上にある部分（2
    1）とを有する第１のリブ（14）を含んでいる特許請求
    の範囲第２項に記載の燃料電池。
  4. 【請求項４】前記溝の夫々が、底部を有するＵ字形の行
    路に形成されている特許請求の範囲第１項から第３項の
    いずれか一項に記載の燃料電池。
  5. 【請求項５】前記移送手段は、前記溝の底部と前記分配
    チャンバの底部とが前記枠の表面と同一面にあり、かつ
    前記薄膜と前記溝の底部との間隔が維持されるように突
    起状に形成されている特許請求の範囲第１項から第４項
    のいずれか一項に記載の燃料電池。
  6. 【請求項６】前記溝の夫々は、該溝の全長にわたって該
    溝内に配置された少なくとも一つのリブ（16）を含んで
    いる特許請求の範囲第５項に記載の燃料電池。
  7. 【請求項７】前記分配チャンバの夫々が、前記溝と前記
    リブとの間に互いに平行に配置された複数の案内リブ
    （17）を含んでいる特許請求の範囲第５項に記載の燃料
    電池。
JP60099450A 1984-05-11 1985-05-10 燃料電池 Expired - Lifetime JPH073788B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8407312 1984-05-11
FR8407312A FR2564249B1 (fr) 1984-05-11 1984-05-11 Amenagements aux structures des piles a combustible

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS60249260A JPS60249260A (ja) 1985-12-09
JPH073788B2 true JPH073788B2 (ja) 1995-01-18

Family

ID=9303890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60099450A Expired - Lifetime JPH073788B2 (ja) 1984-05-11 1985-05-10 燃料電池

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4590134A (ja)
JP (1) JPH073788B2 (ja)
CA (1) CA1277368C (ja)
DE (1) DE3516765C2 (ja)
FR (1) FR2564249B1 (ja)
GB (1) GB2158988B (ja)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4718997A (en) * 1982-11-22 1988-01-12 Exxon Research And Engineering Company Electrochemical device
US4911993A (en) * 1988-02-01 1990-03-27 Eltech Systems Corporation Bipolar, filter-press, consumable metal anode battery
US5079104A (en) * 1991-03-18 1992-01-07 International Fuel Cells Integrated fuel cell stack shunt current prevention arrangement
US5863671A (en) * 1994-10-12 1999-01-26 H Power Corporation Plastic platelet fuel cells employing integrated fluid management
RU2174728C2 (ru) * 1994-10-12 2001-10-10 Х Пауэр Корпорейшн Топливный элемент, использующий интегральную технологию пластин для распределения жидкости
DE19823880A1 (de) * 1997-06-03 1998-12-10 Motorola Inc Bipolarplatte für Brennstoffzellenanordnung
US20090148731A1 (en) * 1998-01-20 2009-06-11 Mills Randell L Hydride battery and fuel cell
GB9821156D0 (en) 1998-09-29 1998-11-25 Nat Power Plc Manufacturable electrochemical cell
RU2183370C1 (ru) * 2001-04-12 2002-06-10 ЗАО Индепендент Пауэр Технолоджис "ИПТ" Модуль топливных элементов и батарея на его основе
DE10140684A1 (de) 2001-08-24 2003-03-06 Daimler Chrysler Ag Dichtungsaufbau für eine MEA und Verfahren zur Herstellung des Dichtungsaufbaus
JP3906673B2 (ja) * 2001-11-15 2007-04-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池及びその組付方法
DE10201510A1 (de) * 2002-01-17 2003-07-31 Behr Gmbh & Co Stromabnehmer- oder Bipolarplatte für eine Polymeterelektrolyt-Brennstoffzelle
US7255944B2 (en) * 2002-07-31 2007-08-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Sealing structure of fuel cell and manufacturing method of same
US20050136317A1 (en) * 2003-12-19 2005-06-23 3M Innovative Properties Company Molded multi-part flow field structure
US7166383B2 (en) 2004-12-07 2007-01-23 Astria Energi Inc. Electrode structure for stacked alkaline fuel cells
CA2644201A1 (en) * 2006-03-06 2007-09-13 Jiri Nor Electrode structure for stacked alkaline fuel cells
US8026020B2 (en) * 2007-05-08 2011-09-27 Relion, Inc. Proton exchange membrane fuel cell stack and fuel cell stack module
US9293778B2 (en) * 2007-06-11 2016-03-22 Emergent Power Inc. Proton exchange membrane fuel cell
JP2017134919A (ja) * 2016-01-25 2017-08-03 京セラ株式会社 セルフレームおよびフロー電池
JP2017134920A (ja) * 2016-01-25 2017-08-03 京セラ株式会社 セルフレームおよびフロー電池

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3489614A (en) * 1964-09-28 1970-01-13 Allis Chalmers Mfg Co Gas distribution means for electrochemical cells
US3530005A (en) * 1968-06-21 1970-09-22 Allis Chalmers Mfg Co Compact electrochemical cell
GB1284802A (en) * 1969-03-01 1972-08-09 Toyota Chuo Kenkyusho Kk Electrolyte circulating battery
DE1938044C3 (de) * 1969-07-26 1979-03-01 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Bauteil für Brennstoffelemente und mittels dieses Bauteils hergestellte
FR2081071A1 (ja) * 1970-03-02 1971-12-03 Alsthom
US3716414A (en) * 1970-08-12 1973-02-13 Catalytic Technology Corp 100-watt fuel cell
FR2125159B1 (ja) * 1971-02-15 1973-11-30 Alsthom Cgee
JPS4914939A (ja) * 1972-03-28 1974-02-08
FR2259447B1 (ja) * 1974-01-25 1976-11-26 Alsthom Cgee
FR2300426A1 (fr) * 1975-02-06 1976-09-03 Alsthom Cgee Pile a combustible du type a alimentations croisees et de structure filtre-presse cylindrique
FR2309047A1 (fr) * 1975-04-24 1976-11-19 Alsthom Cgee Nouvelle structure de pile a combustible
US4124478A (en) * 1977-02-07 1978-11-07 Tsien Hsue C Thin sheet apparatus and a fluid flow device
JPS5855572Y2 (ja) * 1978-05-02 1983-12-20 富士電機株式会社 燃料電池セル枠
US4214969A (en) * 1979-01-02 1980-07-29 General Electric Company Low cost bipolar current collector-separator for electrochemical cells
US4210512A (en) * 1979-01-08 1980-07-01 General Electric Company Electrolysis cell with controlled anolyte flow distribution
JPS5596570A (en) * 1979-01-17 1980-07-22 Hitachi Ltd Layered structural fuel cell
US4233146A (en) * 1979-03-09 1980-11-11 Allied Chemical Corporation Cell flow distributors
FR2468220A1 (fr) * 1979-10-18 1981-04-30 Alsthom Cgee Electrode pour generateur electrochimique
FR2468218A1 (fr) * 1979-10-18 1981-04-30 Alsthom Cgee Procede de fabrication par calandrage de bandes minces poreuses et produits obtenus, notamment electrodes pour piles a combustible
FR2468219A1 (fr) * 1979-10-18 1981-04-30 Alsthom Cgee Procede de realisation en continu par technique papetiere de bandes minces poreuses et produits obtenus, notamment electrodes pour piles a combustible
US4371433A (en) * 1980-10-14 1983-02-01 General Electric Company Apparatus for reduction of shunt current in bipolar electrochemical cell assemblies
FR2499774A1 (fr) * 1981-02-12 1982-08-13 Inst Francais Du Petrole Bloc de pile a combustible constitue d'un empilement d'elements creux portant des electrodes
DE3321984A1 (de) * 1982-06-23 1983-12-29 General Electric Co., Schenectady, N.Y. Brennstoffzellenbatterie mit verbesserter membrankuehlung
US4543303A (en) * 1982-07-09 1985-09-24 United Technologies Corporation Fuel cell battery with in cell oxidant-product liquid separators
JPS5927461A (ja) * 1982-08-09 1984-02-13 Meidensha Electric Mfg Co Ltd 電解液循環型電池の枠付電極
GB2128013A (en) * 1982-09-30 1984-04-18 United Technologies Corp Leaking manifold seal
JPS5961479U (ja) * 1982-10-15 1984-04-21 三洋電機株式会社 積層燃料電池

Also Published As

Publication number Publication date
GB8511134D0 (en) 1985-06-12
DE3516765C2 (de) 1994-02-03
US4590134A (en) 1986-05-20
DE3516765A1 (de) 1985-11-14
GB2158988A (en) 1985-11-20
GB2158988B (en) 1988-02-17
FR2564249B1 (fr) 1986-09-12
CA1277368C (fr) 1990-12-04
FR2564249A1 (fr) 1985-11-15
JPS60249260A (ja) 1985-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH073788B2 (ja) 燃料電池
JPH073786B2 (ja) 燃料電池
US8039162B2 (en) Unit cell for solid polymer electrolyte fuel cell
US4640876A (en) Fuel cell structures
JP2573721B2 (ja) 内部において完全にマニホルドをなす燃料電池スタック
EP0521830B1 (en) Fully internal manifolded fuel cell stack
US4604332A (en) Fuel cell structures
CA2379018A1 (en) Electrolytic cells of improved fluid sealability
JP2004500685A (ja) 有効表面積の増加のためにネイル集電体を用いた平面燃料電池
SK4302001A3 (en) Electrochemical cell
JPH0425673B2 (ja)
US6017649A (en) Multiple step fuel cell seal
EP2054965B1 (en) Bipolar separators with improved fluid distribution
JP3546495B2 (ja) 円筒形燃料電池
CN115207389B (zh) 一种双极板及燃料电池
JP4981251B2 (ja) 膜電気化学発電機
KR20050029284A (ko) 연료전지 스택용 판 요소
US20080199747A1 (en) Membrane Electrochemical Generator
JPH10154519A (ja) 燃料電池用セパレータ
KR20050034647A (ko) 증발에 의해 냉각과 가습을 하는 연료 전지
JPH0320969A (ja) 燃料電池
CA2370104A1 (en) Fuel cell with polymer electrolyte
KR20230154422A (ko) 전지 스택 및 전지 스택 어셈블리
CN116169315A (zh) 极板结构、单体电池以及燃料电池
CA1319171C (en) Dry fuel cell stack assembly