JPS63236268A - 燃料電池 - 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〕 本発明は燃料電池の集電セパレータに係り、特にメタノ
ール燃料電池に好適な集電セパレータに関する。

〔従来の技術〕

メタノール燃料電池の構成を示す、第８図において従来
の電池に使われている集電セパレータの１例を示す、集
電セパレータは高密度カーボン等の導電材で構成しその
周辺をゴム枠体１１で作る。

セパレータの両表面には、気液の流路である溝３が形成
しである。図で例えば表面を酸化剤の空気を流す側とす
ると、裏面は燃料であるメタノールを含むアノライト（
１，５Ｍ　ＨｘＳＯ番＋１６０ＭＣＨａ　ＯＨ＋　Ｈｚ
　Ｏの混合液）を流す側である。集電セパレータの導電
体にはゴム枠体１１に嵌合するフランジ部がある。フラ
ンジ部は気液の漏れがないようにゴム枠体に嵌合しであ
る。第８図のセパレータはゴム枠体１１にフランジ部が
嵌合した状態である。ゴム枠体にはアノライトの給液口
１２、排液口１４．空気の供給口３０．排気口１７が設
けである。また、気液をセパレータへ流入及び流出させ
る液溝１３．給気溝１５．排気溝１６が表裏に設けであ
る。第８図で表側はアノライトの給液及び排液の流路溝
部を実線で示しである。アノライト３１は給液口１２よ
り溝１３に流入しセパレータの流路溝３を上昇し上部溝
１３より２つの排液口１４′へ抜ける。空気３２は図で
裏側に示す溝１５を通りセパレータの流路溝３を流下し
下部の溝１６より２つの排気口１７′へ抜けるようにし
である。

第８図は、電池積層の構成を示したものであるが、電解
質を景んだイオン交換膜４ｏを空気極４１とメタノール
極４２の両電極で挾み、その両外側を気液の通る穴をあ
けたガスケット３９が両側より接して位置する。さらに
その両外側をゴム枠体１１におさめた、集電セパレータ
１ｏが位置し密着積層すると単位電池が構成される。イ
オン交換膜４０．ガスケット３９及びゴム枠体嵌合セパ
レータで囲まれた空間は気液の流路溝室を構成する。空
気極の介在する側が空気流路溝室、メタノール極の介在
する側がメタノール流路溝室である。

図よりアノライト３１は積層ゴム枠体の下部穴より矢印
で示したように集電セパレータの流路溝３に流れ上昇し
上部穴３１′に流出する。一方、酸化剤の空気３２はゴ
ム枠体の上部穴３ｏよりセパレータ裏側の流路溝３を流
下し下部穴３２に流出する。

このように、単位電池へ気液を供給し、気液を排出する
ことにより発電する。

メタノール燃料電池は、第８図に構成を示した単位電池
を積層した両端に、絶縁端板、端板を位置させこれらを
ボルトで所定の圧力で締付けると各単位電池は電極の介
在する部分で直列に接続された電池となる。また、各単
位電池の流路溝室は気密に構成される。この電池の発生
電気は積層の両端に設けた集電板の端子より取り出され
る。

電池へ供給する燃料は管より各単位電池へ供給される。

単位電池で燃料の一部が消費されるが、残りの燃料は排
液管に集められ図示しない燃料タンクに戻る。燃料は給
液管から単位電池へ常時流入し給液系を循環する。この
間、発電によって燃料であるＣ　Ｈａ　ＯＨが消費する
のでこれを補給する。一方、酸化剤の空気は管から各単
位電池へ供給し、電池からの排気は管５６から排出する
。

第９図は単位電池を２０個積層したメタノール燃料電池
で各単位電池の発生電圧（負荷電流６０ｍ　Ａ　／　ｃ
ｍ”　、電極面積当りにおける）の−例を示したもので
ある。電池番号で、５，１０，１１゜１４番の発生電圧
が他に対し、低い値を示している。積層中に低い性能の
電池が直列接続されていると、例えば乾電池の場合と同
様、電気を消費して全体的に電池性能を悪くする。従っ
て、これらの電池は積層から抜く必要がある。しかし、
単位電池を積層しそれをボルトで締付した電池は解体し
なければならない。

そこで、解体しないで性能の低い電池を接続から除くに
は単位電池の接続が変更できるようにすることが必要で
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

メタノール燃料電池は単位電池の必要個数を積層して所
定の電圧を発生させる。積層中に単位電池で発生電圧の
低いのがあっても、従来、その単位電池を取り除いた残
りの単位電池を接続することが出来ず、全体的には性能
の低い電池となっていた。

しかも、発生電圧が低い単位電池が存在するとこれが他
の単位電池の発生電気を消費することで電池寿命にも悪
い影響を与える。

そこで本発明は、これら低性能の単位電池が初期に存在
した場合、あるいは運転中に発生してきたならその単位
電池を接続がら取り除いて接続が出来るようにしたもの
である。また、初期に性能が低かったが回復したものが
あればこれを接続することが出来るようにしたものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

従来の単位電池は積層すると電池内部で直列接続となる
。そこで、セパレータの芯部に絶縁体を設けその面外側
面に導電体を固着位置させ、導電体には気液の流路溝を
設け、セパレータには突出した接続部を設けることによ
り、任意の電池を直列に接続できるようにしたものであ
る。

〔作用〕

積層の単位電池の接続は絶縁体で仕切であるセパレータ
のメタノール極側と空気極側を外部で導体へ接続する。

これで単位電池の積層は従来形のセパレータの単位電池
の積層と同様、直列接続となる。

ここで、積層中に異常単位電池が介在し、これを除いた
接続は、異常単位電池の両側に位置するセパレータの空
気極側とメタノール極側の接続を開放する。これで、電
池の直列接続は、その部分が開路となる。次に、異常単
位電池の両側に位置するセパレータで一方側セパレータ
の外側に位置するメタノール極側と他方側セパレータの
外側に位置する空気極側を導体で接続することで、異常
単位電池が積層中に介在していても、これを除しまた電
池の直列接続が出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図ないし第３図及び第５図において、（ａ）は平面
図、（ｂ）はそのＹ−Ｙ断面図、（Ｃ）はｘ−ｘ断面図
である。第１図においてセパレータの平面（、）及び矢
印部断面図（ｂ）、（Ｃ）を示しである。断面図により
中央に電気絶縁体１（例えば塩化ビニル等）を位置させ
、その両表面に導電体２（耐酸性でこれらの液が浸透し
ない高密度のカーボン材及び金属等）を固着させる。導
電体２には何本かの流路溝３が設けである。図では１例
として溝は長手方向に形成しである。セパレータの縁部
はフランジ５となる。セパレータには突出した接続部４
が設けである。接続部の面積は電池から発生電圧を損失
なく取りだせる広さにしである。接続部芯部は絶縁体が
位置し、その両表面に導電体が固着しである。接続部に
はセパレータの両表面の接続に用いる切欠した穴４が設
けである。接続部の厚みはフランジ部と同等あるいはそ
れ以下が望ましい。セパレータは絶縁体の両表面以外の
面には導電体を固着せず、セパレータの両表面は絶縁体
によって遮断し導電しない構造をしている。

他の実施例を第２図に示す。図はセパレータの平面（ａ
）及び矢印部の断面（ｂ）、（Ｑ）を示す。断面図によ
り中央に電気絶縁体１を位置させ、その両表面に導電体
２′、さらに、導電体２′の両表面に導電体２′を固着
させる。導電体２′は薄金属板あるいはカーボン板等、
導電性に優れ、縞付圧縮に対し丈夫であるもの、導電体
２′は耐酸、耐アルカリで液の浸透がない導電材である
。

導電体２′と導電体２′は剥離なく電気抵抗も小さく固
着させる。導電体２′には何本かの流路溝３を設けであ
る。セパレータの外周縁部はフランジ５となる。セパレ
ータには突出した接続部４が設けである。接続部は絶縁
体を芯部に位置し、その両表面に導電体２′が固着しで
ある。接続部にはセパレータの両表面の接続に用いる切
欠穴４′が設けである。セパレータは両表面を導電体で
接続するのみ導通する構造をしている。

更に他の実施例を第３図に示す。第３図（ａ）はセパレ
ータの平面及び矢印部の断面（ｂ）。

（、）を示す。断面図により、中央に電気絶縁体１を位
置させ、その両表面に導電体２′及び導電体２′を固着
させる６導電体２′は絶縁体の両表面の一部までとし、
その両表面を導電体２″力〜固着しである。導電体２′
には何本かの流路溝３を設けである。セパレータの外周
部はフランジ５となる。セパレータには突出した接続部
４が設けである。接続部は絶縁体を芯部に位置し、その
両表面に導電体２′が固着しである。接続部にはセノ（
レータの両表面の接続に用いる切欠穴４′力１設＆すで
ある。セパレータは両表面を導電体で接続するときだけ
導通する。

更に他の実施例を第３図に示す。第４図（ａ）はセパレ
ータの平面及び（ｂ）、（Ｑ）ｔ±矢印部の断面図を示
す。断面図により中央に電気絶縁体１が位置する。絶縁
体１には両表面に何本かの流路溝３を設けである。

セパレータには突出した接続部４が設けてあり、接続部
には切欠穴４′が設けである。セパレータ外周縁部はフ
ランジ５となる。絶縁体１の両表面は導電剤２を塗布し
たもの、あるいは、金属箔２を張付したものである。セ
パレータの両表面は導電体で接続しなければ導通しない
構造をしている。

第４図は本発明のセパレータ１０’　をゴム枠体１１の
溝に嵌合したものである。第４図（ａ）はその平面図、
第４図（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ八−Ａ、Ｂ−Ｂ断面図
である。嵌合部ではセパレータの両表面は導通しない。

ゴム枠体には、給液口１２、液溝１３．排液口１４．給
気Ｆｐｔ１５．排気溝１６．排気口１７．セパレータの
接続部４が挿入する穴１８が設けである。穴１８にはセ
パレータの接続部が挿入され一部が外に出る。ゴム枠体
とセパレータの嵌合部は面を押圧することで気液の漏洩
がない。

第６図は本発明のセパレータ９による単位電池積層状態
の１部を示す、ゴム枠体１１からセパレータの一部で突
出した接続部の穴４′に接続ネジ２１を挿入し締付ける
ことによりセパレータの両表面が導電接続される。接続
をよくするため締付にはワッシャー２０を挾む。

図はイオン交換膜４０を挾んで空気極及びメタノール極
で構成する単位電池の発生電圧が正常で各単位電池の電
圧が均一であるときのセパレータの接続方法の１例を示
しである。この場合、積層単位電池の接続は従来型セパ
レータを使った電池同様直列となる。

次に積層単位電池の内に１発生電圧の低いものが介在す
るときの接続を第７図に示す。イオン交換膜４０ａとこ
れを挾む空気極４１ａ及びメタノール極４２ａで構成す
る単位電池は正常でイオン交換膜４０ｂとこれを挾む空
気極４１ｂ及びメタノール極４２ｂで構成する単位電池
が異常であるときには、次のように、異常な単位電池を
除いた接続が本発明セパレータによってできる。いま、
異常単位電池とするイオン交換［４０ｂ空気極４１ｂメ
タノール極４２ｂで構成する単位電池を電池接続から除
くには、接続ネジ２１ａのようなセパレータの両表面を
導電接続するネジを用いず、１セパレータの１表面と他
セパレータの１表面を外側で導電接続するネジ２１ｂを
使う１図ではネジ類とナツトがセパレータの導電面に接
し内側には絶縁体の締付用カラー２５を用いた１例を示
した。この場合、セパレータ間にカラー２５を用いるこ
とによりセパレータが破損なくしつかり接続される。

このように本発明セパレータを用いると異常電池は電池
接続から除くことができる。

第５図は他の実施例におけるセパレータの平面（ａ）及
び矢印部断面図（ｂ）、（ｃ）を示しである。断面図で
芯部に電気絶縁体１（可撓性塩化ビニル、テフロン、ビ
ニール等のシート）を位置させ、その両表面に導電体２
′　（例えば薄銅板。

金網等）を固着させる。さらに導電体２′上に導電体２
″　（カーボン材等）を固着しである。芯部の電気絶縁
体と導電体は剥離なく、導電体２′は気液が導電体２′
へ浸透しない材質で構成する。

導電体２′には何本かの流路溝３を設けである。

セパレータの縁部はフランジ５となる。セパレータ上部
には接続部４を設け、接続部は絶縁体を芯部に位置しそ
の両表面に導電体２′がくる。絶縁体１は接続部の一部
までの寸法でもよく、絶縁体と導電体２′は固着しない
で、可撓性を持たせた構造をとる。

本セパレータによる単位電池の接続（図示なし）は導電
体２′が可撓するので接続変更が通常のネジ等で簡易に
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば積層内の異常電池を解体組立しなくても
、そのままで電池接続から抜くことができる。従って正
常な単位電池のみの直列接続ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図及び第５図は本発明の燃料電池に用
いられるセパレータの構造を示す平面図及び断面図、第
４図は本発明のセパレータをゴム枠体に嵌合した状態を
示す平面図及び断面図、第６図及び第７図は本発明のセ
パレータの接続法を示した要部断面図、第８図は従来の
単位電池の分解組立図、第９図は従来の積層電池の性能
を示すグラフである。 １・・・電気絶縁体、２・・・導電体、３・・・流路溝
、４・・・接続部、４′・・・接続穴、５・・・フラン
ジ部、１１・・・ゴム枠体、１２・・・給液口、１３・
・・液溝、１４・・・排液口、１５・・・給気溝、１６
・・・排気溝、１７・・・排気口、１８・・・挿入穴、
２０’・・・ワッシャー、２１・・・接続ネジ、２５・
・・絶縁カラー、３１・・・アノライト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電解質イオン交換膜を燃料物質を電気化学的に酸化
   する燃料極及び酸化剤を電気化学的に還元する酸化剤極
   の両電極で挾みその外側を導電体で両極へ燃料及び酸化
   剤をそれぞれ供給する流路を表裏に有し、かつ、両極に
   よつて発生する電気を集電するセパレータを密着積層さ
   せてなる燃料電池において、該セパレータの芯部を絶縁
   体で構成し、その両外側を導電体で成形し、一部に集電
   した電気の取り出し接続部を設けてなることを特徴とす
   る燃料電池。 ２、特許請求の範囲第１項において、集電セパレータの
   芯部の両外側を導電材で構成し、さらにその両外側を導
   電材で形成したことを特徴とする燃料電池。 ３、特許請求の範囲第１項において、集電セパレータの
   芯部の両外側の一部が導電材とし、さらにその両外側を
   導電材で形成したことを特徴とする燃料電池。