JPH05190193A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池Info
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- JPH05190193A JPH05190193A JP4006036A JP603692A JPH05190193A JP H05190193 A JPH05190193 A JP H05190193A JP 4006036 A JP4006036 A JP 4006036A JP 603692 A JP603692 A JP 603692A JP H05190193 A JPH05190193 A JP H05190193A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】カソードにおける水分の擬結を防止して信頼性
に優れる固体高分子電解質型燃料電池を得る。 【構成】第一の単セルと、燃料ガス供給手段と、冷却板
と、酸化剤ガス供給手段と、第二の単セルとを順次積層
して酸化剤ガス供給手段に接する冷却板表面の冷却効率
を燃料ガス供給手段に接する冷却板表面の冷却効率をよ
りも小さくする。
に優れる固体高分子電解質型燃料電池を得る。 【構成】第一の単セルと、燃料ガス供給手段と、冷却板
と、酸化剤ガス供給手段と、第二の単セルとを順次積層
して酸化剤ガス供給手段に接する冷却板表面の冷却効率
を燃料ガス供給手段に接する冷却板表面の冷却効率をよ
りも小さくする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は冷却板を備えた信頼性
に優れるプロトン導電性の固体高分子電解質型燃料電池
に関する。
に優れるプロトン導電性の固体高分子電解質型燃料電池
に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池は固体高分
子電解質膜の二つの主面にそれぞれアノードまたはカソ
ードおよび電極基材を配して形成される。アノードまた
はカソードの各電極は固体高分子電解質膜と電極基材と
により挟まれる。固体高分子電解質膜はスルホン酸基を
持つポリスチレン系の陽イオン交換膜をカチオン導電性
膜として使用したもの、フロロカーボンスルホン酸とポ
リビニリデンフロライドの混合膜、あるいはフロロカー
ボンマトリックスにトリフロロエチレンをグラフト化し
たものなどが知られているが最近ではパーフロロカーボ
ンスルホン酸膜を用いて燃料電池の長寿命化を図ったも
のが知られるに至った。
子電解質膜の二つの主面にそれぞれアノードまたはカソ
ードおよび電極基材を配して形成される。アノードまた
はカソードの各電極は固体高分子電解質膜と電極基材と
により挟まれる。固体高分子電解質膜はスルホン酸基を
持つポリスチレン系の陽イオン交換膜をカチオン導電性
膜として使用したもの、フロロカーボンスルホン酸とポ
リビニリデンフロライドの混合膜、あるいはフロロカー
ボンマトリックスにトリフロロエチレンをグラフト化し
たものなどが知られているが最近ではパーフロロカーボ
ンスルホン酸膜を用いて燃料電池の長寿命化を図ったも
のが知られるに至った。
【０００３】固体高分子電解質膜は分子中にプロトン
（水素イオン）交換基を有し、飽和に含水させることに
より常温で２０Ω・ｃｍ以下の比抵抗を示しプロトン導
電性電解質として機能する。飽和含水量は温度によって
可逆的に変化する。電極基材は多孔質体で燃料電池の反
応ガス供給手段または反応ガス排出手段および集電体と
して機能する。アノードまたはカソードの電極において
は三相界面が形成され電気化学反応が起こる。
（水素イオン）交換基を有し、飽和に含水させることに
より常温で２０Ω・ｃｍ以下の比抵抗を示しプロトン導
電性電解質として機能する。飽和含水量は温度によって
可逆的に変化する。電極基材は多孔質体で燃料電池の反
応ガス供給手段または反応ガス排出手段および集電体と
して機能する。アノードまたはカソードの電極において
は三相界面が形成され電気化学反応が起こる。
【０００４】アノードでは（１）式の反応が起きる。 Ｈ2 ＝２Ｈ+ ＋２ｅ （１） カソードでは（２）式の反応が起こる。 １／２０2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ＝Ｈ2 Ｏ （２） つまりアノードにおいては系の外部より供給された水素
がプロトンと電子を生成する。生成したプロトンはイオ
ン交換膜中をカソードに向かって移動し電子は外部回路
を通ってカソードに移動する。一方カソードにおいては
系の外部より供給された酸素とイオン交換膜中をアノー
ドより移動してきたプロトンと外部回路より移動してき
た電子が反応し、水を生成する。
がプロトンと電子を生成する。生成したプロトンはイオ
ン交換膜中をカソードに向かって移動し電子は外部回路
を通ってカソードに移動する。一方カソードにおいては
系の外部より供給された酸素とイオン交換膜中をアノー
ドより移動してきたプロトンと外部回路より移動してき
た電子が反応し、水を生成する。
【０００５】このような固体高分子電解質型燃料電池に
おいてはプロトンがアノードよりカソードに向かってイ
オン交換膜中を移動する際に水和の状態で移動するため
アノード近傍では含水量が減少しイオン交換膜が乾いて
くる。そのためにアノード近傍では水を供給しないとプ
ロトンの移動が困難になる。また酸化剤として空気を用
いる場合は理論消費量の数倍の空気を送るためイオン交
換膜中の水分が空気に持ち出されそのために膜が乾いて
くる。このために従来は適量と計算される一定量の水蒸
気を燃料ガスおよぴ／または酸化剤ガス中に混入して電
池に送り込む方法を採用している。
おいてはプロトンがアノードよりカソードに向かってイ
オン交換膜中を移動する際に水和の状態で移動するため
アノード近傍では含水量が減少しイオン交換膜が乾いて
くる。そのためにアノード近傍では水を供給しないとプ
ロトンの移動が困難になる。また酸化剤として空気を用
いる場合は理論消費量の数倍の空気を送るためイオン交
換膜中の水分が空気に持ち出されそのために膜が乾いて
くる。このために従来は適量と計算される一定量の水蒸
気を燃料ガスおよぴ／または酸化剤ガス中に混入して電
池に送り込む方法を採用している。
【０００６】一方、固体高分子電解質型燃料電池も他の
燃料電池と同様に発電に伴い熱を外部に放出するため
に、安定した運転を継続するためには、発生した熱を除
去する必要がある。冷却が必要であるということ自体
は、他のタイプの燃料電池と変わりないが、固体高分子
電解質型燃料電池の場合には運転温度そのものが他のタ
イプの燃料電池と比較して低く、しかもプロトン導電性
を示す固体高分子膜（メンブラン）そのもののプロトン
導電性が温度の影響を大きくうけるために、例えば２０
０℃付近で運転するリン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）や、
約６５０℃で運転する溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦ
Ｃ）、さらには約１０００℃で運転する固体電解質型燃
料電池（ＳＯＦＣ）と比較して、より精密な温度制御が
必要になってくる。プロトン導電性を有する固体高分子
膜を電解質として用いる場合は、その運転温度は特別な
場合を除くと一般的に１００℃以下である。
燃料電池と同様に発電に伴い熱を外部に放出するため
に、安定した運転を継続するためには、発生した熱を除
去する必要がある。冷却が必要であるということ自体
は、他のタイプの燃料電池と変わりないが、固体高分子
電解質型燃料電池の場合には運転温度そのものが他のタ
イプの燃料電池と比較して低く、しかもプロトン導電性
を示す固体高分子膜（メンブラン）そのもののプロトン
導電性が温度の影響を大きくうけるために、例えば２０
０℃付近で運転するリン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）や、
約６５０℃で運転する溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦ
Ｃ）、さらには約１０００℃で運転する固体電解質型燃
料電池（ＳＯＦＣ）と比較して、より精密な温度制御が
必要になってくる。プロトン導電性を有する固体高分子
膜を電解質として用いる場合は、その運転温度は特別な
場合を除くと一般的に１００℃以下である。
【０００７】図９、および図１０は従来の固体高分子電
解質型燃料電池を示す断面図である。図中１はカソード
−メンブラン−アノードよりなる単セルを示す。図９
は、ガスセパレータにガス供給用のリブを設けた場合を
示し、図１０は電極の基材にリブを設けたいわゆるリブ
付電極基材を用いた場合の例である。また、８は冷却板
を示す。従来の技術においては、冷却板に設けられてい
る冷媒流路の位置は冷却板の厚さ方向の中央に設けられ
るのが一般的であった。
解質型燃料電池を示す断面図である。図中１はカソード
−メンブラン−アノードよりなる単セルを示す。図９
は、ガスセパレータにガス供給用のリブを設けた場合を
示し、図１０は電極の基材にリブを設けたいわゆるリブ
付電極基材を用いた場合の例である。また、８は冷却板
を示す。従来の技術においては、冷却板に設けられてい
る冷媒流路の位置は冷却板の厚さ方向の中央に設けられ
るのが一般的であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の固
体高分子電解質型燃料電池にあっては経時的に電極に水
分が凝縮し燃料ガスや酸化剤ガスなどの反応ガスの拡散
性が阻害されて燃料電池の特性が徐々に低下するという
問題があった。固体高分子電解質型燃料電池において
は、前述のように常にメンブランに水を含ませておく必
要があるために、加湿したガスを電極に供給している
が、供給した水分、あるいは電極反応により発生した水
分の一部はアノードあるいはカソードの内部に凝縮させ
ている。しかしながら上述のような従来のセルにおいて
は、アノードとカソードの温度がほぼ同じであり、どち
らの電極にも同じ程度に水分が凝縮するものと考えられ
る。電極内部に水が凝縮すると、セル外部から供給され
る反応ガスの流路がなくなり、セル特性が低下する。し
かし、同程度にガスの流路が水で塞がれた場合の影響は
アノードと比較してカソードの方が大きいと言われてい
る。つまり、アノードはある程度ガス流路が水で閉塞さ
れてもセル特性に大きな影響を及ぼさないが、カソード
は大きな影響を及ぼすことになる。
体高分子電解質型燃料電池にあっては経時的に電極に水
分が凝縮し燃料ガスや酸化剤ガスなどの反応ガスの拡散
性が阻害されて燃料電池の特性が徐々に低下するという
問題があった。固体高分子電解質型燃料電池において
は、前述のように常にメンブランに水を含ませておく必
要があるために、加湿したガスを電極に供給している
が、供給した水分、あるいは電極反応により発生した水
分の一部はアノードあるいはカソードの内部に凝縮させ
ている。しかしながら上述のような従来のセルにおいて
は、アノードとカソードの温度がほぼ同じであり、どち
らの電極にも同じ程度に水分が凝縮するものと考えられ
る。電極内部に水が凝縮すると、セル外部から供給され
る反応ガスの流路がなくなり、セル特性が低下する。し
かし、同程度にガスの流路が水で塞がれた場合の影響は
アノードと比較してカソードの方が大きいと言われてい
る。つまり、アノードはある程度ガス流路が水で閉塞さ
れてもセル特性に大きな影響を及ぼさないが、カソード
は大きな影響を及ぼすことになる。
【０００９】この発明は上述の点に鑑みてなされその目
的は、単セルのカソード温度をアノードに比し相対的に
高くしてカソードにおける特性劣化がなく信頼性に優れ
る固体高分子電解質型燃料電池を提供することにある。
的は、単セルのカソード温度をアノードに比し相対的に
高くしてカソードにおける特性劣化がなく信頼性に優れ
る固体高分子電解質型燃料電池を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明によれば順次に
積層された第一の単セル、燃料ガス供給手段、冷却板、
酸化剤ガス供給手段、第二の単セルを有し、単セルは固
体高分子電解質からなるメンブランの両主面にアノード
とカソードを配してなり、燃料ガス供給手段は燃料ガス
流路を有して第一の単セルのアノードに燃料ガスを供給
するものであり、酸化剤ガス供給手段は酸化剤ガス流路
を有して第二の単セルのカソードに酸化剤ガスを供給す
るものであり、冷却板はその内部に冷却水流路を有し燃
料ガス供給手段と酸化剤ガス供給手段とを介して第一と
第二の単セルを冷却するもので、燃料ガス供給手段に接
する面の冷却効率は酸化剤ガス供給手段に接する面の冷
却効率よりも高いものであること、または順次に積層さ
れた第一の単セル、燃料ガス供給手段、冷却板、酸化剤
ガス供給手段、第二の単セルを有し、単セルは固体高分
子電解質からなるメンブランの両主面にアノードとカソ
ードを配してなり、燃料ガス供給手段、燃料ガス流路を
有して第一の単セルのアノードに燃料ガスを供給するも
のであり、酸化剤ガス供給手段は酸化剤ガス流路を有し
て第二の単セルのカソードに酸化剤ガをス供給するもの
であって、酸化剤ガス供給手段の積層方向の厚さが燃料
ガス供給手段の積層方向の厚さに比して大きく、冷却板
はその内部に冷却水流路を有し燃料ガス供給手段と酸化
剤ガス供給手段とを介して第一と第二の単セルを冷却す
るものであるとすることにより達成される。
積層された第一の単セル、燃料ガス供給手段、冷却板、
酸化剤ガス供給手段、第二の単セルを有し、単セルは固
体高分子電解質からなるメンブランの両主面にアノード
とカソードを配してなり、燃料ガス供給手段は燃料ガス
流路を有して第一の単セルのアノードに燃料ガスを供給
するものであり、酸化剤ガス供給手段は酸化剤ガス流路
を有して第二の単セルのカソードに酸化剤ガスを供給す
るものであり、冷却板はその内部に冷却水流路を有し燃
料ガス供給手段と酸化剤ガス供給手段とを介して第一と
第二の単セルを冷却するもので、燃料ガス供給手段に接
する面の冷却効率は酸化剤ガス供給手段に接する面の冷
却効率よりも高いものであること、または順次に積層さ
れた第一の単セル、燃料ガス供給手段、冷却板、酸化剤
ガス供給手段、第二の単セルを有し、単セルは固体高分
子電解質からなるメンブランの両主面にアノードとカソ
ードを配してなり、燃料ガス供給手段、燃料ガス流路を
有して第一の単セルのアノードに燃料ガスを供給するも
のであり、酸化剤ガス供給手段は酸化剤ガス流路を有し
て第二の単セルのカソードに酸化剤ガをス供給するもの
であって、酸化剤ガス供給手段の積層方向の厚さが燃料
ガス供給手段の積層方向の厚さに比して大きく、冷却板
はその内部に冷却水流路を有し燃料ガス供給手段と酸化
剤ガス供給手段とを介して第一と第二の単セルを冷却す
るものであるとすることにより達成される。
【００１１】
【作用】一般に固体高分子電解質型燃料電池に使用され
るメンブランは、テフロンと似た基本構造をしておりメ
ンブラン自体の熱伝導はかなり悪い。前記の構成によれ
ばカソードはアノードより温度が高くなり従来の方法と
比較してカソード内での水の凝縮が抑制される。つま
り、カソード内での水の凝縮によるガス流路の閉塞がな
くなり、より長期にわたり安定したセル特性を得ること
ができる。
るメンブランは、テフロンと似た基本構造をしておりメ
ンブラン自体の熱伝導はかなり悪い。前記の構成によれ
ばカソードはアノードより温度が高くなり従来の方法と
比較してカソード内での水の凝縮が抑制される。つま
り、カソード内での水の凝縮によるガス流路の閉塞がな
くなり、より長期にわたり安定したセル特性を得ること
ができる。
【００１２】
（実施例１）図１は請求項１で定義された発明の実施例
に係る固体高分子電解質型燃料電池を示す断面図であ
る。ここで、単セル１は、メンブラン３の両側にカソー
ド２とアノード４を配置して構成されている。一方、冷
却板８は、ガス不透過性の焼結カーボン板よりなってお
り、その厚さ方向において、アノードに対向する端面よ
り距離Ｌ1 、カソードに対向する端面より距離Ｌ2 （Ｌ
1 ＋Ｌ2 ＝冷却板の厚さ）の位置に冷媒流路７が設けら
れている。
に係る固体高分子電解質型燃料電池を示す断面図であ
る。ここで、単セル１は、メンブラン３の両側にカソー
ド２とアノード４を配置して構成されている。一方、冷
却板８は、ガス不透過性の焼結カーボン板よりなってお
り、その厚さ方向において、アノードに対向する端面よ
り距離Ｌ1 、カソードに対向する端面より距離Ｌ2 （Ｌ
1 ＋Ｌ2 ＝冷却板の厚さ）の位置に冷媒流路７が設けら
れている。
【００１３】ここでＬ1 ＜Ｌ2 の関係が成立している。
本実施例においては、冷却板の材料はガス不透過性の焼
結カーボン板を用いたが、電子伝導性およびガス不透過
性で、適用される条件下において化学的に安定な材料で
あれば何でも良い。また、本実施例において冷媒流路の
形状は矩形であるが、流路の形状にこだわるものではな
い。燃料電池は〔単セル（カソード−メンブラン−アノ
ード）〕／〔アノード用ガス不透過性支持板６〕／〔冷
却板〕／〔カソード用ガス不透過性支持板９〕／〔単セ
ル〕で構成されるが、単セルを複数個積み重ねる場合に
は、必要に応じて片面に燃料ガス、他の片面には酸化剤
ガスの流路（リブ）を設けたリブ付ガスセパレータを介
して単セルを積み重ね、数セル毎に冷却板を設ける構造
とすることができる。（本実施例においては２セル毎に
冷却板を設けている）。
本実施例においては、冷却板の材料はガス不透過性の焼
結カーボン板を用いたが、電子伝導性およびガス不透過
性で、適用される条件下において化学的に安定な材料で
あれば何でも良い。また、本実施例において冷媒流路の
形状は矩形であるが、流路の形状にこだわるものではな
い。燃料電池は〔単セル（カソード−メンブラン−アノ
ード）〕／〔アノード用ガス不透過性支持板６〕／〔冷
却板〕／〔カソード用ガス不透過性支持板９〕／〔単セ
ル〕で構成されるが、単セルを複数個積み重ねる場合に
は、必要に応じて片面に燃料ガス、他の片面には酸化剤
ガスの流路（リブ）を設けたリブ付ガスセパレータを介
して単セルを積み重ね、数セル毎に冷却板を設ける構造
とすることができる。（本実施例においては２セル毎に
冷却板を設けている）。
【００１４】図２は請求項１で定義された発明の実施例
に係る固体高分子電解質型燃料電池を示す異なる断面図
である。アノード用ガス不透過性支持板６の代わりにア
ノード用多孔質リブ付基材１２を、またカソード用ガス
不透過性支持板９の代わりにカソード用多孔質リブ付基
材１３を用いた。図７は請求項１で定義された発明の実
施例に係る固体高分子電解質型燃料電池を示すさらに異
なる断面図である。図８は本実施例と従来の各セルにつ
きその特性低下率を比較して示す線図である。セルナン
バは図７と図８で対応する。従来のセルの場合は、特に
カソードが冷却板と接しているセルで特性の低下が大き
いが、実施例の場合にはかなり改善されていることがわ
かる。この傾向は次に述べる実施例２ないし実施例５に
おいても同じである。
に係る固体高分子電解質型燃料電池を示す異なる断面図
である。アノード用ガス不透過性支持板６の代わりにア
ノード用多孔質リブ付基材１２を、またカソード用ガス
不透過性支持板９の代わりにカソード用多孔質リブ付基
材１３を用いた。図７は請求項１で定義された発明の実
施例に係る固体高分子電解質型燃料電池を示すさらに異
なる断面図である。図８は本実施例と従来の各セルにつ
きその特性低下率を比較して示す線図である。セルナン
バは図７と図８で対応する。従来のセルの場合は、特に
カソードが冷却板と接しているセルで特性の低下が大き
いが、実施例の場合にはかなり改善されていることがわ
かる。この傾向は次に述べる実施例２ないし実施例５に
おいても同じである。
【００１５】（実施例２）図３は請求項１で定義された
発明の異なる実施例に係る固体高分子電解質型燃料電池
を示す断面図である。本実施例は実施例１のようなガス
不透過性の支持板を用いた場合にも、多孔質リブ付基材
を用いたセルの場合にも適用できる。本実施例において
は、冷媒流路７は冷却板の厚さ方向の中央に設けられて
いるが、冷却板は電子伝導性を有し、しかも熱伝導性の
異なる２種類の材料（アノード側の第一の冷却部材１５
とカソード側の第二の冷却部材１６）をはりあわせる形
で形成されており、アノード側の部材の方がカソード側
の部材より熱伝導率が良い材料が用いられる。
発明の異なる実施例に係る固体高分子電解質型燃料電池
を示す断面図である。本実施例は実施例１のようなガス
不透過性の支持板を用いた場合にも、多孔質リブ付基材
を用いたセルの場合にも適用できる。本実施例において
は、冷媒流路７は冷却板の厚さ方向の中央に設けられて
いるが、冷却板は電子伝導性を有し、しかも熱伝導性の
異なる２種類の材料（アノード側の第一の冷却部材１５
とカソード側の第二の冷却部材１６）をはりあわせる形
で形成されており、アノード側の部材の方がカソード側
の部材より熱伝導率が良い材料が用いられる。
【００１６】なお、本実施例では、第一の冷却部材１５
として銅を、また第二の冷却部材１６として焼結カーボ
ンを用いた。 （実施例３）図４は請求項１で定義された発明のさらに
異なる実施例に係る固体高分子電解質型燃料電池を示す
断面図である。本実施例においては材料は焼結カーボン
板である。冷却板のアノード側、カソード側にそれぞれ
第一と第二の冷却水流路が設けられている。冷媒はまず
第一の流路に供給された後に折り返し第二の流路に再度
供給される。このような供給方法では、第一の流路を通
過する冷媒の平均温度は第二の流路を通過する冷媒の平
均温度より低いために、アノード側での熱交換量が多く
なり、結果的にカソードでの冷却が抑制される。
として銅を、また第二の冷却部材１６として焼結カーボ
ンを用いた。 （実施例３）図４は請求項１で定義された発明のさらに
異なる実施例に係る固体高分子電解質型燃料電池を示す
断面図である。本実施例においては材料は焼結カーボン
板である。冷却板のアノード側、カソード側にそれぞれ
第一と第二の冷却水流路が設けられている。冷媒はまず
第一の流路に供給された後に折り返し第二の流路に再度
供給される。このような供給方法では、第一の流路を通
過する冷媒の平均温度は第二の流路を通過する冷媒の平
均温度より低いために、アノード側での熱交換量が多く
なり、結果的にカソードでの冷却が抑制される。
【００１７】（実施例４）図５は請求項１で定義された
発明のさらに異なる実施例に係る固体高分子電解質型燃
料電池を示す断面図である。本実施例においては実施例
３の場合と同じように冷却板８にはアノードに対向する
第三の冷却水流路７Ｃとカソードに対向する第四の冷却
水流路７Ｄが設けられるが、冷媒の流路の断面積の合計
は第三の冷却水流路の方が大きい。冷媒は実施例３の場
合とは異なり、折り返すことなくワンパスである。本実
施例においては流路の圧力損失の関係より断面積の大き
い第三の流路に多くの冷媒が供給され、冷却板のアノー
ド側とカソード側に冷却能力の差が生じ、前述の実施例
と同様な効果が得られる。
発明のさらに異なる実施例に係る固体高分子電解質型燃
料電池を示す断面図である。本実施例においては実施例
３の場合と同じように冷却板８にはアノードに対向する
第三の冷却水流路７Ｃとカソードに対向する第四の冷却
水流路７Ｄが設けられるが、冷媒の流路の断面積の合計
は第三の冷却水流路の方が大きい。冷媒は実施例３の場
合とは異なり、折り返すことなくワンパスである。本実
施例においては流路の圧力損失の関係より断面積の大き
い第三の流路に多くの冷媒が供給され、冷却板のアノー
ド側とカソード側に冷却能力の差が生じ、前述の実施例
と同様な効果が得られる。
【００１８】（実施例５）図６は請求項２で定義された
発明の実施例に係る固体高分子電解質型燃料電池を示す
断面図である。本実施例においては、アノード用ガス不
透過性支持板６の方がカソード用ガス不透過性支持板９
より厚さを薄くしてある。本実施例においては冷却水流
路は冷却板の中央に位置しているが、アノード用ガス不
透過性支持板に近接して設けてよいことは勿論である。
発明の実施例に係る固体高分子電解質型燃料電池を示す
断面図である。本実施例においては、アノード用ガス不
透過性支持板６の方がカソード用ガス不透過性支持板９
より厚さを薄くしてある。本実施例においては冷却水流
路は冷却板の中央に位置しているが、アノード用ガス不
透過性支持板に近接して設けてよいことは勿論である。
【００１９】
【発明の効果】この発明によれば、順次に積層された第
一の単セル、燃料ガス供給手段、冷却板、酸化剤ガス供
給手段、第二の単セルを有し、単セルは固体高分子電解
質からなるメンブランの両主面にアノードとカソードを
配してなり、燃料ガス供給手段は燃料ガス流路を有して
第一の単セルのアノードに燃料ガスを供給するものであ
り、酸化剤ガス供給手段は酸化剤ガス流路を有して第二
の単セルのカソードに酸化剤ガスを供給するものであ
り、冷却板はその内部に冷却水流路を有し燃料ガス供給
手段と酸化剤ガス供給手段とを介して第一と第二の単せ
るを冷却するもので、燃料ガス供給手段に接する面の冷
却効率が酸化剤ガス供給手段に接する面の冷却効率より
も高いものであること、または順次に積層された第一の
単セル、燃料ガス供給手段、冷却板、酸化剤ガス供給手
段、第二の単セルを有し、単セルは固体高分子電解質か
らなるメンブランの両主面にアノードとカソードを配し
てなり、燃料ガス供給手段は燃料ガス流路を有して第一
の単セルのアノードに燃料ガスを供給するものであり、
酸化剤ガス供給手段は酸化剤ガス流路を有して第二の単
セルのカソードに酸化剤ガスを供給するものであって、
酸化剤ガス供給手段の積層方向の厚さが燃料ガス供給手
段の積層方向の厚さに比して大きく、冷却板はその内部
に冷却水流路を有し燃料ガス供給手段と酸化剤ガス供給
手段とを介して第一と第二の単セルを冷却するものであ
るので、カソードの温度はアノードよりも高くなり、そ
の結果カソード内での水分の凝縮が防止され、酸化剤ガ
スの流路が確保されて長時間運転においてもセルの特性
低下がなく信頼性に優れる固体高分子電解質型燃料電池
が得られる。
一の単セル、燃料ガス供給手段、冷却板、酸化剤ガス供
給手段、第二の単セルを有し、単セルは固体高分子電解
質からなるメンブランの両主面にアノードとカソードを
配してなり、燃料ガス供給手段は燃料ガス流路を有して
第一の単セルのアノードに燃料ガスを供給するものであ
り、酸化剤ガス供給手段は酸化剤ガス流路を有して第二
の単セルのカソードに酸化剤ガスを供給するものであ
り、冷却板はその内部に冷却水流路を有し燃料ガス供給
手段と酸化剤ガス供給手段とを介して第一と第二の単せ
るを冷却するもので、燃料ガス供給手段に接する面の冷
却効率が酸化剤ガス供給手段に接する面の冷却効率より
も高いものであること、または順次に積層された第一の
単セル、燃料ガス供給手段、冷却板、酸化剤ガス供給手
段、第二の単セルを有し、単セルは固体高分子電解質か
らなるメンブランの両主面にアノードとカソードを配し
てなり、燃料ガス供給手段は燃料ガス流路を有して第一
の単セルのアノードに燃料ガスを供給するものであり、
酸化剤ガス供給手段は酸化剤ガス流路を有して第二の単
セルのカソードに酸化剤ガスを供給するものであって、
酸化剤ガス供給手段の積層方向の厚さが燃料ガス供給手
段の積層方向の厚さに比して大きく、冷却板はその内部
に冷却水流路を有し燃料ガス供給手段と酸化剤ガス供給
手段とを介して第一と第二の単セルを冷却するものであ
るので、カソードの温度はアノードよりも高くなり、そ
の結果カソード内での水分の凝縮が防止され、酸化剤ガ
スの流路が確保されて長時間運転においてもセルの特性
低下がなく信頼性に優れる固体高分子電解質型燃料電池
が得られる。
【図１】請求項１で定義された発明の実施例に係る固体
高分子電解質型燃料電池を示す断面図
高分子電解質型燃料電池を示す断面図
【図２】請求項１で定義された発明の実施例に係る固体
高分子電解質型燃料電池を示す異なる断面図
高分子電解質型燃料電池を示す異なる断面図
【図３】請求項１で定義された発明の異なる実施例に係
る固体高分子電解質型燃料電池を示す断面図
る固体高分子電解質型燃料電池を示す断面図
【図４】請求項１で定義された発明のさらに異なる実施
例に係る固体高分子電解質型燃料電池を示す断面図
例に係る固体高分子電解質型燃料電池を示す断面図
【図５】請求項１で定義された発明のさらに異なる実施
例に係る固体高分子電解質型燃料電池を示す断面図
例に係る固体高分子電解質型燃料電池を示す断面図
【図６】請求項２で定義された発明の実施例に係る固体
高分子電解質型燃料電池を示す断面図
高分子電解質型燃料電池を示す断面図
【図７】請求項１で定義された発明の実施例に係る固体
高分子電解質型燃料電池を示すさらに異なる断面図
高分子電解質型燃料電池を示すさらに異なる断面図
【図８】本実施例と従来の各セルにつきその特性低下率
を比較して示す線図
を比較して示す線図
【図９】従来の固体高分子電解質型燃料電池を示す断面
図
図
【図１０】従来の固体高分子電解質型燃料電池を示す断
面図
面図
１ 単セル ２ カソード ３ メンブラン ４ アノード ５ 燃料ガス流路 ６ アノード用ガス不透過性支持板 ７ 冷却水流路 ７Ａ 第一の冷却水流路 ７Ｂ 第二の冷却水流路 ７Ｃ 第三の冷却水流路 ７Ｄ 第四の冷却水流路 ８ 冷却板 ９ カソード用ガス不透過性支持板 10 酸化剤ガス流路 11 リブ付ガスセパレータ 12 アノード用多孔質リブ付基材 13 カソード用多孔質リブ付基材 14 リブなしガスセパレータ 15 第一の冷却部材 16 第二の冷却部材
Claims (6)
- 【請求項１】順次に積層された第一の単セル、燃料ガス
供給手段、冷却板、酸化剤ガス供給手段、第二の単セル
を有し、 単セルは固体高分子電解質からなるメンブランの両主面
にアノードとカソードを配してなり、 燃料ガス供給手段は燃料ガス流路を有して第一の単セル
のアノードに燃料ガスを供給するものであり、 酸化剤ガス供給手段は酸化剤ガス流路を有して第二の単
セルのカソードに酸化剤ガスを供給するものであり、 冷却板はその内部に冷却水流路を有し燃料ガス供給手段
と酸化剤ガス供給手段とを介して第一と第二の単セルを
冷却するもので、燃料ガス供給手段に接する面の冷却効
率が酸化剤ガス供給手段に接する面の冷却効率よりも高
いものであることを特徴とする固体高分子電解質型燃料
電池。 - 【請求項２】請求項１記載の燃料電池において、冷却板
は単一の材料からなり且つ冷却水流路が燃料ガス供給手
段側に近接して設けられてなることを特徴とする固体高
分子電解質型燃料電池。 - 【請求項３】請求項１記載の燃料電池において、冷却板
は第一の冷却部材と第二の冷却部材を接合してなるとと
もに第一の冷却部材を介して燃料ガス供給手段に積層さ
れ、ここに第一の冷却部材の熱伝導率は第二の冷却部材
の熱伝導率よりも大きいものであることを特徴とする固
体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項４】請求項１記載の燃料電池において、冷却板
は単一の材料からなり且つ燃料ガス供給手段に近接して
設けられた第一の冷却水流路と酸化剤ガス供給手段に近
接して設けられた第二の冷却水流路とを有し、ここに第
一の冷却水流路と第二の冷却水流路には冷却水が第一の
冷却水流路から第二の冷却水流路に向かって流れるもの
であることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項５】請求項１記載の燃料電池において、冷却板
は単一の材料からなり且つ燃料ガス供給手段に近接して
設けられた第一の冷却水流路と酸化材ガス供給手段に近
接して設けられた第二の冷却水流路とを有し、ここに第
一の冷却水流路と第二の冷却水流路には冷却水が独立し
て流れるとともに第一の冷却水流路の全断面積が第二の
冷却水流路の全断面積より大きいものであることを特徴
とする固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項６】順次に積層された第一の単セル、燃料ガス
供給手段、冷却板、酸化剤ガス供給手段、第二の単セル
を有し、 単セルは固体高分子電解質からなるメンブランの両主面
にアノードとカソードを配してなり、 燃料ガス供給手段は燃料ガス流路を有して第一の単セル
のアノードに燃料ガスを供給するものであり、酸化剤ガ
ス供給手段は酸化剤ガス流路を有して第二の単セルのカ
ソードに酸化剤ガスを供給するものであって、酸化剤ガ
ス供給手段の積層方向の厚さが燃料ガス供給手段の積層
方向の厚さに比して大きく、 冷却板はその内部に冷却水流路を有し燃料ガス供給手段
と酸化剤ガス供給手段とを介して第一と第二の単セルを
冷却するものであることを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4006036A JPH05190193A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4006036A JPH05190193A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05190193A true JPH05190193A (ja) | 1993-07-30 |
Family
ID=11627426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4006036A Pending JPH05190193A (ja) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05190193A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6042955A (en) * | 1995-05-25 | 2000-03-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell and method of controlling same |
| JP2002270197A (ja) * | 2001-03-08 | 2002-09-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子電解質型燃料電池 |
| JP2006506778A (ja) * | 2002-11-14 | 2006-02-23 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 液体冷却式燃料電池スタック |
| US7018733B2 (en) * | 2001-10-09 | 2006-03-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack having coolant flowing along each surface of a cooling plate |
| JP2007066829A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-03-15 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| US8603692B2 (en) | 2006-07-26 | 2013-12-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack |
| WO2020255711A1 (ja) * | 2019-06-19 | 2020-12-24 | 国立大学法人東京大学 | 燃料電池システム |
-
1992
- 1992-01-17 JP JP4006036A patent/JPH05190193A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6042955A (en) * | 1995-05-25 | 2000-03-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell and method of controlling same |
| US6214486B1 (en) | 1995-05-25 | 2001-04-10 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell and method of controlling same |
| JP2002270197A (ja) * | 2001-03-08 | 2002-09-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子電解質型燃料電池 |
| US7018733B2 (en) * | 2001-10-09 | 2006-03-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack having coolant flowing along each surface of a cooling plate |
| JP2006506778A (ja) * | 2002-11-14 | 2006-02-23 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 液体冷却式燃料電池スタック |
| JP2007066829A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-03-15 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池 |
| US8603692B2 (en) | 2006-07-26 | 2013-12-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack |
| WO2020255711A1 (ja) * | 2019-06-19 | 2020-12-24 | 国立大学法人東京大学 | 燃料電池システム |
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