JPS61216257A - 燃料電池用セパレ−タ - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は燃料電池のセパレータに係り、特に溶融炭酸塩
型燃料電池に使用するのに好適なセパレータに関する。

〔発明の背景〕

溶融炭酸塩型燃料電池は、その作動温度が６５０〜７０
０Ｃの高温であり、かつ電解質にアルカリ溶融炭酸塩を
用いるため、セパレータには主としてステンレス鋼が用
いられている。セパレータには隔壁を介して一方の面に
燃料ガス室を、もう一方の面に酸化剤ガス室といった反
応ガス室と集電用リプを、それぞれ具備しなければなら
ない。゛た、とえは特開昭５９−２７４６７号公報参照
。

従来は、これらの反応ガス室及び集電用リブの形成は素
材にステンレス鋼を用い、その加工を機械加工に頼って
いた。機械加工は、加工精度の面で適している。しかし
、切削加工時に生じる熱歪、の影響を受けやすく、素材
のうねりやそりがでる。

このため、セパソータ素材の厚さが７〜８ｍ＋以上必要
で、小型軽量化が図れない大きな障害となっていた。

セパレータが大型化した場合には重量増加も著しく積層
技術の上でも取り扱いや作業性が悪い欠点がある。また
機械加工法は製作に多くの時間を要し、製作費も非常に
高価なものとなっている。

さらに反応ガスの流路や集電により効果的な構造に加工
することにも限界がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、燃料ガス室および酸化剤ガス室を流れ
る反応ガスを電池反応に有効に利用できるようにした燃
料電池用セパレータを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明はアノード（負極）の燃料室とカソード（正極）
の酸化剤室とを分離するガス隔壁を構成する部材と、多
数の小孔を有した電気伝導性金属板から成る波板を組合
せてセパレータを構成したものである。

第２図は小孔を有した栃檎構秦伸電気伝導性金属板１を
示している。この金属板１は電気伝導性のある金属材料
でセパノー夕の寸法に合せて決める。厚さはセパレータ
の大きさに応じて０．３〜１酎程耐が好ましい。金属板
１には多数の小孔２を設ける。小孔２は機械的にプレス
で打ち抜くことができる他、化学的に薬品を用いたエツ
チングで開孔することも可能である。開孔に関しては、
いずれの方法においても孔の形状、大きさ及び配列を自
由に選択できるが、孔径は０．１〜２１ＩＩＩが好まし
い。形状は０．６９口など種々の形状が考えられるが開
孔率を高めたい時はΔまたは口の形に、板厚が薄く強度
を望む時はＯ形が適している。また、同じＯ形でも例え
ば直径１ｍと１．５　ｍを組合せて配列することも可能
である。小孔の数は１ｃｒｎｔ当り、１０個以上とする
ことが望ましい。

電気伝導性金属板１に小孔２を設けた後、たとえばロー
ルプレスにより第３図に一例を示したごとく成形して波
板を作る。そして第４に示すセパレータ基板４と組合せ
る。セパレータ基板４はアノードガスとカソードガスと
を分離するガス隔壁の役目を果している。この基板に波
板を第１図に示すように組合せる。波板とセパレータ基
板の端面の接触部３を接合してもよい。

″電気伝導性金属板１は、ステンレス鋼或は鉄よりなる
ことが望ましい。波板とセパレータ基板によって囲まれ
た空間を、夫々燃料ガス室５及び酸化剤ガス室６として
利用する。波板の突部１ａを集電部として利用する。

電気伝導性金属板よりなる波板とセパレータ基板とが接
する面に導電性ペーストを使用すると、接触抵抗の低減
が図れる。勿論、波板全体にペーストを塗布すれば、波
板の醸化防止の効果が上がり、電池の長期安定化につな
がる。特に酸化銀をテレピン油またはグリセリンなどで
液状にし、波板に塗布′（スプレー塗布が好ましい）し
てセパレータ基板４にセットすると、電池温度を作動温
度まで上昇する過程で、酸化銀中の酸素が熱分解し解離
して銀の薄膜を形成し、耐食性の向上と電気接触抵抗に
大きな効果をあげることができる。

あるいはまた、波板とセパレータ基板４とを、接合たと
えば、真空加熱により拡散接合しても電気接触抵抗を大
幅に低減することが可能である。

〔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４図に示す。

厚さ０．５　ｍのステンレス板に孔径１．７　ｍφの穴
を穴間寸法！７８ｍのピッチで６０°千鳥配列した穿孔
板を作り、凸凹の折り曲げピッチを５ｍ、高さを２ＩＩ
Ｉ＋にロールプレス機で加工し第３図に示す形状の波板
を作った。これをセパレータ基板４の両面に組込んだ。

セパレータ基板４と波板によって形成された空間がガス
流路となり、゛ここを通るガスは波板に設けられている
小孔２を通って電極側へ導かれる。ガス流路の全面に小
孔２があるので、ガス流路を通るガスを電池反応に有効
に利用できる。

実施例２ 実施例１のセパレータ基板の両面に、波板の折す曲ケピ
ッチに合せて、集電リブ補強ピース７を第５図に示すよ
うに一方の面に９個設けた。そして波板を組込んで電池
作動温度でめる６５（ｌ下で５．５　ｋ８／♂の荷重を
かけた。この結果、波板のクリープは生じなかった。

実施例３ 実施例２において、セパレータ基板に、多数の小孔を有
する金属板よりなる波板を組込む前に、酸化銀粉末をテ
レピン油で混合したペーストを波板に吹き付けた。ペー
ストが乾燥する前にセパレータ基板に組込み、治具で押
えて乾燥（１００Ｃ）した結果、非常によく密着した。

実施例４ 実施例３で得られた結果をもとに寸法４００ｗ角のセパ
レータ基板を８ＵＳ３１０Ｓで作り、また、アノード側
の波板を鉄、カソード側波板をステンレス５ＵＳ３１０
Ｓを用いて製作した。波板には酸化銀溶液をスプレーし
セパレータ基板に組込んだ。その後、アノードにニッケ
ル電極を、カソードに酸化ニッケル電極を用いて単位電
池を組立てた。電解質板にはりチウムアルミネートを基
材とする４００ｗ角、厚さ１．２ｍ寸法のものを用い、
これに炭酸塩電解質（炭酸リチウム；炭酸カリウム＝６
２：３８モル比）を５５重量％、６５０Ｃで溶融含浸じ
た。

この単位電池を６５０Ｃまで昇温し、反応ガスとしてア
ノードに８０％Ｈｚ　　　２０％ＣＯ！を、カソードガ
スとして１５％０ｓ３０％ＣＯ！−５５％Ｎ８を導入し
、電池性能を調べた。

その結果、初期性能は電流密度１５０ｍＡ／ｃｒ１１２
において０．７８　Ｖの電池電圧を得た。１５０ｍ人／
ｃＦ１１″で２００ｈ発電後０．７７　Ｖで性能低下は
認められなかった。

以上の発電試験を終了した後、電池を分解し、波板のク
リープ状態と腐食を調べた。この結果によると、電池の
締め付は電荷を７　ｈ　／　ｃｍ　”までかけたとき、
凸部の電極と接した面が０．２〜０．３　ｗｍクリープ
していた。電池締め付は荷重が最も適している４〜５　
Ｋｇ／　ｃｍ　２ではクリープはほとんどなかった。

また、波板に酸化銀膜を形成したが電池作動温度まで昇
温する過程で銀に分解し、耐食性向上に寄与していた。

〔発明゛の効果〕 電力用燃料電池として大出力を得るためには、電池構成
部材である電極、電解質板及びセパレータの木型化を図
らなければならない。中でも金属材靴マ′製作するセパ
レータの大型化は、加工性、重量の面から、容易に加工
できると共に１董の大幅な軽減が大きな課題となってい
る。

本発明によれば、反応ガス室兼集電部を薄板で加工する
ことができるので、これらの問題点を大幅に改善するこ
とができる。また、波板に多数の小孔を設けているので
、ガス流路を通るガスを電池反応に有効に利用できる。

【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図は小孔を有する電気伝導性金属板の平面図、第
３図は小孔を有する電気伝導性金属板よりなる波板の一
例を示す斜視図、第４図はセパレータ基板の一例を示す
斜視図、第５図はセパレータ基板の他の例を示す斜視図
でめる。 １・・・電気伝導性金属板、２・・・小孔、４・・・セ
ノくレータ基板、５・・・燃料ガス室、６・・・酸化剤
ガス室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、セパレータ基板の一方の面に複数の溝によつて構成
   される燃料ガス室、他方の面に酸化剤ガス室を有する燃
   料電池用セパレータにおいて、前記セパレータ基板の両
   面に多数の小孔を有する電気伝導性金属板よりなる波板
   を有し、前記セパレータ基板と前記波板によつて構成さ
   れる空間を燃料ガス室および酸化剤ガス室となし、前記
   波板の突部を集電部となすことを特徴とする燃料電池用
   セパレータ。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記電気伝導性金
   属板がステンレス鋼よりなることを特徴とする燃料電池
   用セパレータ。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記金属板の厚さ
   が０．３〜１ｍｍよりなることを特徴とする燃料電池用
   セパレータ。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記小孔の孔径が
   ０．１〜２ｍｍよりなることを特徴とする燃料電池用セ
   パレータ。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記小孔を１ｃｍ
   ＾２当たり１０個以上有することを特徴とする燃料電池
   用セパレータ。