JP2004139993A

JP2004139993A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2004139993A
Application number: JP2003377720A
Authority: JP
Inventors: Akira Watanabe; 渡辺　明; Akira Hamada; 濱田　陽; Nobuyoshi Nishizawa; 西沢　信好
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】絶縁性に優れ、軽量で、コストが安い非常に優れた燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料電池セルのアノード又はカソードにガスを供給するためのガス通路を備える燃料電池用プレートであって、前記プレート２２は、複数のリブ３７及び該複数のリブ３７によって形成されたガス通路３８を有する、導電性部材から構成されたガス流通領域２２ａと、アノードガス及びカソードガスの供給及び排出孔２５，２６，２７，２８が形成された、絶縁性樹脂から構成される外周部２２ｂと、を有する。
【選択図】　図３

Description

　本発明は燃料電池に関し、詳しくは反応ガス通路を有するプレートに関するものである。

　燃料電池は天然ガス，メタノール，石炭ガス等の燃料を改質して得られる水素と、空気中の酸素とから電気エネルギーを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。

　燃料電池の主な特徴は以下の通りである。

　１．従来の発電方式のように熱エネルギーや運動エネルギーの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できる。

　２．発電に伴って発生する熱が給湯や冷暖房として利用しやすく、それによって総合エネルギー効率を高められる。

　３．窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良い。

　このように、燃料電池発電は燃料のもつ化学エネルギーを有効に利用でき、環境にやさしい特性をもっているので、２１世紀を担う都市型のエネルギー供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。

　図４は従来の燃料電池の積層構造を模式的に示す断面図であり、電解液を含浸した電解質マトリックス９１の両面にアノード９２及びカソード９３を配したセル９４と、アノードガス通路９５及びカソードガス通路９６を形成したガス分離板９７とを交互に積層させた構造であり、電解質マトリックス９１の電極９２・９３非塗布面とガス分離板９７との間には、絶縁やガスシールのためパッキン９８（例えば、フッ素樹脂やフッ素系ゴム）等を介在させている。

　ところが、上記従来の燃料電池において、電池の運転を繰り返して行うと、電池運転温度が高温である等の理由から、電解質マトリックス等から電解液が漏れ出し、パッキン等が破損する。

　また、従来のガス分離板は全て導電性部材（例えば、金属やカーボン等）で構成されているため、パッキン等が破損すれば、セルが電位の異なる上側又は下側のセルと導通し、絶縁性が低下するという課題がある。

　更には、ガス分離板の全てを金属やカーボン等で構成した場合には、重量が重く、加工が複雑で製造コストが高い等の課題もある。

　本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであり、絶縁性に優れ、軽量で、加工が容易で製造コストが安い非常に優れた燃料電池を提供することを目的としている。

　上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池用プレートは、複数のリブ及び該複数のリブによって形成されたガス通路を有する、導電性部材から構成されたガス流通領域と、アノードガス及びカソードガスの供給及び排出孔が形成された、絶縁性樹脂から構成される外周部と、を有することを特徴とする。

　また、本発明に係る燃料電池にあっては、アノード及びカソードにガスを供給するガス通路は、導電性部材から構成されるガス流通領域に設けられた複数のリブによって形成され、前記ガス流通領域の外周には、アノードガス及びカソードガスの供給及び排出孔が形成された、絶縁性樹脂から構成される外周部を有することを特徴とする。

　上記絶縁性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、尿素樹脂、或いはフッ素樹脂等の樹脂材料を用いることができる。

　上記本発明によれば、ガス通路を有するプレートの導電性が不要な部分を絶縁性樹脂で構成したので、従来のパッキン等に絶縁性をもつものを使用する等の絶縁処理は不要になる。また、パッキンが破損した場合でも、電位の異なるセル同士の絶縁が十分保持される。

　また、導電性の不要な部分を絶縁性樹脂で構成すれば、従来のように、プレート全部を金属やカーボン等の導電性部材で構成する場合に比べて、軽量になる。さらには、加工が容易で製造コストの低減を図ることができる。

発明の実施するため最良の形態

　図１は本発明の実施の形態に係る燃料電池の要部を示す分解斜視図であり、２枚の冷却プレート２１の間に、セル（図示せず）を挟持した一対のハーフプレート（アノードガス供給用ハーフプレート２２及びカソードガス供給用ハーフプレート２３）を介在させて電池スタック２４を構成している。この電池スタック２４の各コーナ部には、アノードガス供給孔２５、アノードガス排出孔２６、カソードガス供給孔２７、カソードガス排出孔２８が夫々電池スタック積層方向に貫通して設けられている。また、前記カソードガス供給孔２７の近くには、冷却プレート２１に冷却水を供給するための冷却水供給孔２９が、また、前記カソードガス排出孔２８の近くには、冷却プレート２１を流れた冷却水をスタック２４外に排出するための冷却水排出孔３０が、夫々スタック積層方向に貫通して設けられている。

　図２は冷却プレート２１の平面図であり、複数のリブ３１によって冷却水通路３２が形成されている。そして、冷却水流通領域を除く外周であってリブ３１長手方向端部の一端には、前記アノードガス供給孔２５と連通するアノードガス供給溝３３が、他端には前記アノードガス排出孔２６と連通するアノードガス排出溝３４が夫々形成されている。この冷却プレート２１は、冷却水流通領域２１ａがカーボン等の導電性部材で構成され、冷却水流通領域を除く外周部２１ｂがフェノール性樹脂等の絶縁性樹脂で構成されている。

　図３はアノードガス供給用ハーフプレート２２の平面図であり、複数のリブ３７によって略等間隔のアノードガス通路３８が形成されている。そして、リブ３７長手方向端部の一端には前記アノードガス供給溝３３と連通する複数の貫通孔３９が、前記アノードガス供給溝３３の長手方向に沿って略均等に分散して設けられている。また、リブ３７長手方向端部の他端には前記アノードガス排出溝３４と連通する複数の貫通孔４０が、前記アノードガス排出溝３４の長手方向に沿って略均等に分散して設けられている。このアノードガス供給用ハーフプレート２２は、アノードガス流通領域２２ａがカーボン等の導電性部材で構成され、アノードガス流通領域２２ａを除く外周部２２ｂがフェノール性樹脂等の絶縁性樹脂で構成されている。

　前記各プレートの複数のリブで形成されるガス流通領域は上下にある電極と電気的に直列接続するため導電性が必要であるが、前記ガス流通領域を除く外周部は電極と接触しないため、本来は導電性が不要である。本発明では、導電性が不要な斯かる部分を絶縁性樹脂で構成したので、従来のパッキン等に絶縁性をもつものを使用する等の絶縁処理は不要になる。また、パッキンが破損した場合でも、電位の異なるセル同士の絶縁が十分保持される。

　加えて、導電性の不要な部分を絶縁性樹脂で構成すれば、従来のように、プレート全部を金属やカーボン等の導電性部材で構成する場合に比べ、軽量になる。また、従来に比べ、加工が容易で製造コストの低減を図ることができる。

　尚、カソードガス供給用ハーフプレートとして図３に示したタイプのハーフプレートを用いることも勿論可能である。

　〔その他の事項〕
　１．絶縁性樹脂としては、フェノール樹脂に限定されるものではなく、例えば、ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、尿素樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。

　２．絶縁性樹脂を用いるプレートとしては、電池スタック間に積層されるプレートであって絶縁性が必要なプレートであれば、いかなるプレートにも適用することができ、例えば、バイポーラプレート等にも勿論適用可能である。

本発明に係る燃料電池の要部を示す分解斜視図である。冷却プレート２１の平面図である。アノードガス供給用ハーフプレート２２の平面図である。従来の燃料電池の積層構造を模式的に示す断面図である。

符号の説明

　２２　　アノードガス供給用ハーフプレート
　２２ａ　アノードガス流通領域
　２２ｂ　外周部
　２３　　カソードガス供給用ハーフプレート
　２４　　電池スタック
　２５　　アノードガス供給孔
　２６　　アノードガス排出孔
　２７　　カソードガス供給孔
　２８　　カソードガス排出孔
　３７　　リブ
　３８　　アノードガス通路

Claims

　気体が流通する第１のプレートと液体が流通する第２のプレートとを備える燃料電池において、
　前記各プレートは複数のリブによって形成された流体通路を備え、
　前記第１のプレートの流体通路と前記第２のプレートの流体通路とが異なる形状を有することを特徴とする燃料電池。
　前記各プレートの主面の平面図において、前記第１のプレートに設けられたリブと前記第２のプレートに設けられたリブとが異なる形状を有することを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
　前記各プレートの主面の平面図において、前記第１のプレートのリブと前記第２のプレートのリブとが略長方形であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
　前記第１のプレートに設けられた第１のリブの数と前記第２のプレートに設けられた第２のリブの数とが異なることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池。