JPH04206162A - 固体高分子電解質膜燃料電池のセルユニット - Google Patents

固体高分子電解質膜燃料電池のセルユニット

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JPH04206162A
JPH04206162A JP2325449A JP32544990A JPH04206162A JP H04206162 A JPH04206162 A JP H04206162A JP 2325449 A JP2325449 A JP 2325449A JP 32544990 A JP32544990 A JP 32544990A JP H04206162 A JPH04206162 A JP H04206162A
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JP
Japan
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polymer electrolyte
cell unit
electrode
oxygen
hydrogen
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JP2325449A
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Choichi Furuya
長一 古屋
Kuninobu Ichikawa
市川　国延
Ko Wada
和田　香
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
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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〉 本発明は固体高分子電解質膜燃料電池のセルユニットに
関し、薄型で高電圧が得られるように工夫したものであ
る。
〈従来の技術〉 燃料電池は、資源の枯渇間層を有する化石燃料を使う必
要がない上、騒音をほとんど発生せず、エネルギの回収
動車も他のエネルギ機関と較べて非常に高（できる等の
優れた特徴を持っているため、例えばビルディング単位
や工場単位の比較的小型の発電プラントとして利用され
ている。
近年、この燃料電池を車載用の内燃機関に代えて作動す
るモータの電源として利用し、このモータにより車両等
を駆動することが考えられている。この場合に重要なこ
とは、反応によって生成する物質をできるだけ再利用す
る乙とは当然のこととして、車載用であることからも明
らかなように、余り大きな出力は必要でないものの、全
ての付帯設備と共に可能な限り小型であることが望まし
く、このような点から固体高分子電解質膜燃料電池が注
目されている。
ここで、−例として固体高分子電解質膜燃料電池本体の
基本構造を第２図を参照しながら説明する。同図に示す
ように、電池本体０１は固体高分子電解質膜０２の両側
にガス拡散電極０３Ａ、０３Ｂが接合されろことにより
構成されている。そしてこの接合体（よ、固体高分子電
解質膜０２の両側にガス拡散電極０３Ａ、０３Ｂを合せ
た後、ホノヘプレス等することにより製造される。また
、ガス拡散電極０３Ａ、０３Ｂ！よそれぞれ反応膜０４
Ａ。
０４Ｂ及びガス拡散膜０５Ａ、０５Ｂが接合されたもの
であり、電解！Ｉ摸０２とは反応膜０４Ａ、０４Ｂの表
面が接触している。したがって、電池反応は主に電解質
膜０２と反応膜０４Ａ、０４Ｂとの間の接触面で起こる
。
また、上記ガス拡散電極０３Ａの表面には、酸素供給溝
０６ａを有するガスセパレータが、また他方のガス拡散
電極０３Ｂの表面には水素供給溝０７ａを有するガスセ
パレータ０７がそれぞれ接合されており、酸素極と水素
極を構成している。
そして、酸素供給溝０６ａ及び水素供給溝０７ａは酸素
及び水素をそれぞれ供給すると、酸素、水素は、各々の
ガス拡散膜０５Ａ、０５Ｂを介して反応！ＰＩ！０４Ａ
、０４Ｂ側へ供給され、各反応膜０４Ａ、０４Ｂと電解
質膜０２との界面で次のような反応が起こる。
反応膜０４Ａの界面： ０　　＋　４　Ｈ”〒４　ｅ−→２　ＨＯ反応膜０４Ｂ
の界面： ２　Ｈ２→４　Ｈ”＋４　ｅ− ここで、４Ｈ＋は電解質膜０２を通って水素極から酸素
極へ流れるが、４８−は負荷０８を通って水素極から酸
素極へ流れることになｈ１電気エネルギが得られる。
〈発明が解決しようとする課題〉 上述した構成の燃料電池本体０１では、電池反応は主に
、電解質膜０２と各反応膜０４Ａ。
０４Ｂとの接触面で起こるので、電池性能を向上させる
には電極自体を大きくしなければならないという問題が
ある。
そして、通常、一つの燃料電池本体０１、つまリーセル
ユニットから得られる電圧は１■以下なので、一般には
多数のセルユニットを直列に積層することにより高電圧
を得ているので大型化が避けられないのが現状である。
本発明はこのような事情に鑑み、小型、特に薄型で高電
圧が得られる固体高分子膜燃料電池のセルユニットを提
供することを目的とする。
＜＊＋ｍを解決するための手段〉 前記目的を達成する本発明に係る固体高分子膜燃料電池
のセルユニットは、固体高分子電解質膜を水素極及び酸
素極となる２枚のガス拡散電極で挟んで接合してなる接
合体を複数枚面方向に配列した状態で両側から絶縁性プ
レートにより挾持してなり、上記絶縁性プレートは、上
記接合体の水素極には水素原料ガスを供給すると共に酸
素極には酸素原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、
各接合体の水素極と酸素極とを電気的に交互に直列に接
続して集電する集電手段とを具えていることを特徴とす
る。
く作　　　用〉 ２枚の絶縁性プレートに挾持された複数枚の接合体に、
原料ガス供給手段により水素原料ガス及び酸素原料ガス
を供給すると、各接合体においてそれぞれ電池反応が生
じる。そして、発電された電気は集電手段により直列に
集電され、高電圧が得られる。
く実　施　例〉 以下、本発明に係る固体高分子電解質膜燃料電池のセル
ユニットについて実施例に基づいて説明する。
第１図（ａ）、（ｂｌには、一実施例に係るセルユニッ
トを概念的に示す。両図に示すように、本実施例のセル
ユニット１０は２枚の絶縁性プレー）１１Ａ、ＩＩＢの
間に複数枚の接合体１２を面方向に配列・挾持したもの
である。
各接合体１２は、固体高分子電解質膜１３の両側にガス
拡散電極１４Ａ、１４Ｂを接合したものである。
ここで、上記固体高分子電解質膜１３としテＩ！　Ｏ−
１７ｍ厚のパーフルオロステフォン酸ポリマー膜（ナフ
ィオン１１７：デュポン社製）を用いた。
一方、ガス拡散電極１４Ａ、１４Ｂは、平均粒径５０人
の白金と平均粒径４５０人の親水性カーボンブラックと
疎水性カーボンブラックと平均粒径０．３μのポリテト
ラフルオロエチレンとが０．７：　７：　　３：　　３
の割合で成る反応膜１５Ａ、１５Ｂと、平均粒径４２０
人の疎水性カーボンブラックと平均粒径０．３μのポリ
テトラフルオロエチレンとが７：　３の割合から成る疎
水性ガス拡散膜１６Ａ、１６Ｂとから構成されている。
反応膜１５Ａ、１５Ｂ及び疎水性ガス拡散膜１６Ａ、１
６Ｂは、白金以外の各原料粉末にソルベントナフサ、ア
ルコール、水、炭化水素などの溶媒を混合した後、圧縮
成形することにより得ることができる。そして、これら
を重ねて圧延し、反応膜１５Ａ、１５Ｂ側に、塩化白金
酸化還元法によりＰｔ０．５６■／ｄを担持させること
によりガス拡散電極１４Ａ、１４Ｂが製造されろ。
本実施例では、かかるガス拡散膜５１４Ａ。
１４Ｂの間に固体高分子電解質膜１３をはさみ、ホット
プレスすることにより接合体１２としている。
また、絶縁プレー）１１Ａ、ＩＩＢの各ガス拡散電極１
４Ａ、１４Ｂに接続する部分には、各ガス拡散電極１４
Ａの表面に沿って酸素供給溝１７が、各ガス拡散電極１
４Ｂの表面に沿って水素供給溝１８と水供給溝１９とが
交互に形成されている。すなわち、各ガス拡散電極１４
Ａは酸素極、各ガス拡散電極１４Ｂは水素極となる固体
高分子電解膜燃料電池が構成されている。なお、水素極
側へ水供給溝１９を設けたのは、冷力及び固体高分子電
解質膜１３への加湿のための水を通すためである。
そして、各接合体１２で発電される電気は、セルユニッ
ト１０毎に直列に集電されるようになっている。すなわ
ち、各接合体１２は、接続ケーブル２０により水素極と
酸素極とが交互になるように直列に接続され、両端が集
電部２１Ａ、２１Ｂに接続されている。
なお、絶縁性プレー）１１Ａ、ＩＩＢは絶縁性の樹脂で
形成され、各接合体１２の各ガス拡散電極１４Ａ、１４
Ｂが１ｅｍ状態となるようになっている。そして、各ガ
ス拡散電極１４Ａ、１４Ｂには集電のため、図示しない
銅製等の金網が埋め込まれており、上記接続ケーブル２
０は当該金網を接続するように設けられている。
以上の構成において、各酸素供給溝１７へ例えば空気を
、また、各水素供給溝１８へ例えばメタノール改質装置
で製造される改質ガスを供給すると、各接合体１２枚に
発電され、発電された電気は集電部２１Ａ、２１Ｂから
取り出されろ。
２枚の絶縁プレートＩＩＡ、ＩＩＢの間に５ｃｍ四方の
接合体１２を７０枚並べてセルユニット１０としたとこ
ろ、１枚の接合体１２毎に０７１Ｖ得られるので、集電
部２１Ａ。
２１Ｂ間では４９Ｖの高電圧が得られろ。なお・このセ
ルユニット１０の厚さは５ｍである。
また、かかるセルユニット１０を２０セット重ね合セル
と、約１０ｋｗ　（４９ＶＸ　２０８Ａ）の燃料電池と
なる。なお、この場合にも厚さｔｆｉｌＯＯ職と非常に
薄いものである。
上記実施例では、各接合体１２の例えば水素極が同じ側
になるように配列したが、これに限定されるものではな
く、水素極と酸素極とが交互に隣接するように配設して
もよい。
この場合には平面状の接続部とすることができ、集電効
率が向上するという効果を奏する。
また、上記実施例では各接合体１２の例えば水素極が同
じ側になるように配列してぃろが、勿論これに限定され
ろものではなく、例えば水素極と酸素極とが隣接するよ
うに配設してもよい。なお、この場合には接続ケーブル
２０として平面状のものを用いろことができ、集電効率
の向上を図ることができる。
〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明に係る固体高分子電解質層
燃料電池のセルユニットは小面積の接合体を面方向に配
列し、電気的に直列に集電するようにしているので、薄
型で高電圧が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａｌは一実施例に係るセルユニットの断面図、
第１図（ｂｌはそのＡ−Ａ線断面図、第２図は従来技術
に係る固体高分子膜燃料電池を概念的に示す説明図であ
る。 −面　中、 １０はセルユニット、 １１Ａ、ＩＩＢは絶縁性プレート、 １２は接合体、 １３は固体高分子電解質膜、 １４Ａ、１４Ｂはガス拡散電極、 １５Ａ、１５Ｂは反応膜、 １６Ａ、１６Ｂはガス拡散膜、 １７は酸素供給溝、 １８は水素供給溝、 １９は水供給溝、 ２０は接続ケーブル、 ２１Ａ、２１Ｂは集電部である。 特　　許　　出　　願　　人 三菱重工業株式会社 代　　　　理　　　　人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 固体高分子電解質膜を水素極及び酸素極となる２枚のガ
    ス拡散電極で挟んで接合してなる接合体を複数枚面方向
    に配列した状態で両側から絶縁性プレートにより挾持し
    てなり、 上記絶縁性プレートは、上記接合体の水素極には水素原
    料ガスを供給すると共に酸素極には酸素原料ガスを供給
    する原料ガス供給手段と、各接合体の水素極と酸素極と
    を電気的に交互に直列に接続して集電する集電手段とを
    具えていることを特徴とする固体高分子電解質膜燃料電
    池のセルユニット。
JP2325449A 1990-11-29 1990-11-29 固体高分子電解質膜燃料電池のセルユニット Pending JPH04206162A (ja)

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