JPH0765847A - 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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- JPH0765847A JPH0765847A JP5208085A JP20808593A JPH0765847A JP H0765847 A JPH0765847 A JP H0765847A JP 5208085 A JP5208085 A JP 5208085A JP 20808593 A JP20808593 A JP 20808593A JP H0765847 A JPH0765847 A JP H0765847A
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- solid polymer
- polymer electrolyte
- reinforcing frame
- gas
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【目的】機械的強度および取扱性の向上、および、電解
質層の所要面積を縮小できるよう改良された燃料電池セ
ルを備えた固体高分子電解質型燃料電池を提供する。 【構成】固体高分子電解質燃料電池の単電池１は、従来
例の単電池に対して、燃料電池セル７に補強枠３を追加
して備えた燃料電池セル組立体２とセパレータ８Ａ，８
Ｂを用いるようにしている。補強枠３は、ＰＥ膜７Ｃの
周縁部のそれぞれの面に、ポリカーボネート製の平板状
の補強枠部材３１，３２を、シリコーン系のシーラント
を用いて気密に接合されて構成されている。セパレータ
８Ａ，８Ｂは、従来例のセパレータに対して、その周縁
部の高さ寸法を、補強枠部材３１，３２の厚さ寸法を考
慮して薄くし、凸状の隔壁８２Ｃ，８２Ｄの突端部と、
燃料電池セル組立体２の側面７ａ，７ｂとの接触が良好
に維持されるようにしたものである。
質層の所要面積を縮小できるよう改良された燃料電池セ
ルを備えた固体高分子電解質型燃料電池を提供する。 【構成】固体高分子電解質燃料電池の単電池１は、従来
例の単電池に対して、燃料電池セル７に補強枠３を追加
して備えた燃料電池セル組立体２とセパレータ８Ａ，８
Ｂを用いるようにしている。補強枠３は、ＰＥ膜７Ｃの
周縁部のそれぞれの面に、ポリカーボネート製の平板状
の補強枠部材３１，３２を、シリコーン系のシーラント
を用いて気密に接合されて構成されている。セパレータ
８Ａ，８Ｂは、従来例のセパレータに対して、その周縁
部の高さ寸法を、補強枠部材３１，３２の厚さ寸法を考
慮して薄くし、凸状の隔壁８２Ｃ，８２Ｄの突端部と、
燃料電池セル組立体２の側面７ａ，７ｂとの接触が良好
に維持されるようにしたものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、固体高分子電解質型
燃料電池の備える燃料電池セルの、機械的強度および取
扱性の向上、さらには電解質層の所要面積を縮小できる
よう改良された構造に関する。
燃料電池の備える燃料電池セルの、機械的強度および取
扱性の向上、さらには電解質層の所要面積を縮小できる
よう改良された構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池として、これに使用される電解
質の種類により、固体高分子電解質型，りん酸型，溶融
炭酸塩型，固体酸化物型などの各種の燃料電池が知られ
ている。このうち、固体高分子電解質型燃料電池は、分
子中にプロトン（水素イオン）交換基を有する高分子樹
脂膜を飽和に含水させると，低い抵抗率を示してプロト
ン導電性電解質として機能することを利用した燃料電池
である。
質の種類により、固体高分子電解質型，りん酸型，溶融
炭酸塩型，固体酸化物型などの各種の燃料電池が知られ
ている。このうち、固体高分子電解質型燃料電池は、分
子中にプロトン（水素イオン）交換基を有する高分子樹
脂膜を飽和に含水させると，低い抵抗率を示してプロト
ン導電性電解質として機能することを利用した燃料電池
である。
【０００３】図８は、従来例の固体高分子電解質燃料電
池の単電池を展開した状態で模式的に示した側面断面図
である。図８において、７は、電解質層７Ｃと、燃料電
極（アノード極でもある。）７Ａと、酸化剤電極（カソ
ード極でもある。）７Ｂとで構成されている燃料電池セ
ルである。電解質層７Ｃは、薄い矩形状をなした固体高
分子電解質膜（以降、ＰＥ膜と略称することがある。）
からなっている。燃料電極７Ａは、ＰＥ膜７Ｃの一方の
主面に密接して積層されて、燃料ガス（例えば、水素あ
るいは水素を高濃度に含んだガスである。）の供給を受
ける電極である。また，酸化剤電極７Ｂは、ＰＥ膜７Ｃ
の他方の主面に密接して積層されて、酸化剤ガス（例え
ば、空気である。）の供給を受ける電極である。燃料電
極７Ａの外側面側が，燃料電池セル７の一方の側面７ａ
であり、酸化剤電極７Ｂの外側面側が，燃料電池セル７
の他方の側面７ｂである。燃料電極７Ａおよび酸化剤電
極７Ｂは、共に触媒活物質を含むそれぞれの触媒層と、
この触媒層を支持すると共に反応ガス（以降、燃料ガス
と酸化剤ガスを総称してこのように言うことが有る。）
を供給および排出すると共に集電体としての機能を有す
る多孔質の電極基材とからなり、前記触媒層をＰＥ膜７
Ｃの両主面にホットプレスにより密着させて配置され
る。なお、ＰＥ膜７Ｃは、図８中に示すごとく、燃料電
極７Ａならびに酸化剤電極７Ｂの面方向の外形寸法より
も大きい面方向の外形寸法を持つものであり、したがっ
て、燃料電極７Ａならびに酸化剤電極７Ｂの端部とＰＥ
膜７Ｃ端部との間には、図８中に示すように寸法；Ｗを
持つＰＥ膜７Ｃの露出面が存在することとなる。
池の単電池を展開した状態で模式的に示した側面断面図
である。図８において、７は、電解質層７Ｃと、燃料電
極（アノード極でもある。）７Ａと、酸化剤電極（カソ
ード極でもある。）７Ｂとで構成されている燃料電池セ
ルである。電解質層７Ｃは、薄い矩形状をなした固体高
分子電解質膜（以降、ＰＥ膜と略称することがある。）
からなっている。燃料電極７Ａは、ＰＥ膜７Ｃの一方の
主面に密接して積層されて、燃料ガス（例えば、水素あ
るいは水素を高濃度に含んだガスである。）の供給を受
ける電極である。また，酸化剤電極７Ｂは、ＰＥ膜７Ｃ
の他方の主面に密接して積層されて、酸化剤ガス（例え
ば、空気である。）の供給を受ける電極である。燃料電
極７Ａの外側面側が，燃料電池セル７の一方の側面７ａ
であり、酸化剤電極７Ｂの外側面側が，燃料電池セル７
の他方の側面７ｂである。燃料電極７Ａおよび酸化剤電
極７Ｂは、共に触媒活物質を含むそれぞれの触媒層と、
この触媒層を支持すると共に反応ガス（以降、燃料ガス
と酸化剤ガスを総称してこのように言うことが有る。）
を供給および排出すると共に集電体としての機能を有す
る多孔質の電極基材とからなり、前記触媒層をＰＥ膜７
Ｃの両主面にホットプレスにより密着させて配置され
る。なお、ＰＥ膜７Ｃは、図８中に示すごとく、燃料電
極７Ａならびに酸化剤電極７Ｂの面方向の外形寸法より
も大きい面方向の外形寸法を持つものであり、したがっ
て、燃料電極７Ａならびに酸化剤電極７Ｂの端部とＰＥ
膜７Ｃ端部との間には、図８中に示すように寸法；Ｗを
持つＰＥ膜７Ｃの露出面が存在することとなる。
【０００４】また、８Ｃは、ガスを透過しない材料を用
いて製作され、燃料電池セル７の一方の側面７ａ側に配
設されて，その片面に図示しない燃料ガスを通流させる
と共に，未消費の水素を含む燃料ガスを排出するための
同一の間隔により複数個設けられた凹状の溝（ガス流通
用溝）８１Ｃと、このガス流通溝８１Ｃ間に介在する凸
状の隔壁８２Ｃとが、互いに交互に形成されているセパ
レータである。８Ｄは、燃料電池セル７の他方の側面７
ｂ側に配設されて，その片面に図示しない酸化剤ガスを
通流させると共に，未消費の酸素を含む酸化剤ガスを排
出するための同一の間隔により複数個設けられた凹状の
溝（ガス流通用溝）８１Ｄと、このガス流通溝８１Ｄ間
に介在する凸状の隔壁８２Ｄとが、互いに交互に形成さ
れており、セパレータ８Ｃと同様に、ガスを透過しない
材料で製作されたセパレータである。
いて製作され、燃料電池セル７の一方の側面７ａ側に配
設されて，その片面に図示しない燃料ガスを通流させる
と共に，未消費の水素を含む燃料ガスを排出するための
同一の間隔により複数個設けられた凹状の溝（ガス流通
用溝）８１Ｃと、このガス流通溝８１Ｃ間に介在する凸
状の隔壁８２Ｃとが、互いに交互に形成されているセパ
レータである。８Ｄは、燃料電池セル７の他方の側面７
ｂ側に配設されて，その片面に図示しない酸化剤ガスを
通流させると共に，未消費の酸素を含む酸化剤ガスを排
出するための同一の間隔により複数個設けられた凹状の
溝（ガス流通用溝）８１Ｄと、このガス流通溝８１Ｄ間
に介在する凸状の隔壁８２Ｄとが、互いに交互に形成さ
れており、セパレータ８Ｃと同様に、ガスを透過しない
材料で製作されたセパレータである。
【０００５】なお、凸状の隔壁８２Ｃ，８２Ｄの頂部
は、それぞれ、セパレータ８Ｃ，８Ｄの燃料電池セルと
対向する側の側面８Ｃａ，８Ｄａと同一面になるように
形成されている。セパレータ８Ｃは、この側面８Ｃａを
燃料電池セル７の側面７ａに密接させて、また、セパレ
ータ８Ｄは、この側面８Ｄａを燃料電池セル７の側面７
ｂに密接させて、それぞれ燃料電池セル７を挟むように
して配設される。
は、それぞれ、セパレータ８Ｃ，８Ｄの燃料電池セルと
対向する側の側面８Ｃａ，８Ｄａと同一面になるように
形成されている。セパレータ８Ｃは、この側面８Ｃａを
燃料電池セル７の側面７ａに密接させて、また、セパレ
ータ８Ｄは、この側面８Ｄａを燃料電池セル７の側面７
ｂに密接させて、それぞれ燃料電池セル７を挟むように
して配設される。
【０００６】なおまた、９１は、セパレータ８Ｃ，８Ｄ
のガス流通溝８１Ｃ，８１Ｄ中を通流する反応ガスが、
通流路外に漏れ出るのを防止する役目を負うガスシール
体であり、それぞれのセパレータ８Ｃ，８Ｄの周縁部で
ある寸法（Ｗ）の露出面部と、燃料電池セル７の周縁部
との間の空所に配置されるものである。また９は、燃料
電池セル７と、セパレータ８Ｃ，８Ｄと、ガスシール体
９１を備える固体高分子電解質燃料電池の単電池であ
る。
のガス流通溝８１Ｃ，８１Ｄ中を通流する反応ガスが、
通流路外に漏れ出るのを防止する役目を負うガスシール
体であり、それぞれのセパレータ８Ｃ，８Ｄの周縁部で
ある寸法（Ｗ）の露出面部と、燃料電池セル７の周縁部
との間の空所に配置されるものである。また９は、燃料
電池セル７と、セパレータ８Ｃ，８Ｄと、ガスシール体
９１を備える固体高分子電解質燃料電池の単電池であ
る。
【０００７】上記した単電池９の備える燃料電池セル７
の厚さ寸法は、多くの場合に１〔ｍｍ〕以下であり、そ
の面積は広いほど製造原価の低減が図れることから、可
能なかぎり広い面積，例えば，１〔ｍ2 〕程度に製作さ
れる。また、その場合の燃料電池セル７を構成している
ＰＥ膜７Ｃの厚さ寸法は、０．１〔ｍｍ〕〜０．２〔ｍ
ｍ〕程度である。さらに、燃料電池セル７と、これを挟
むように配設されるセパレータ８Ｃ，８Ｄとで構成され
た単電池５の厚さ寸法は、１０〔ｍｍ〕程度，あるいは
それ以下であることが多い。
の厚さ寸法は、多くの場合に１〔ｍｍ〕以下であり、そ
の面積は広いほど製造原価の低減が図れることから、可
能なかぎり広い面積，例えば，１〔ｍ2 〕程度に製作さ
れる。また、その場合の燃料電池セル７を構成している
ＰＥ膜７Ｃの厚さ寸法は、０．１〔ｍｍ〕〜０．２〔ｍ
ｍ〕程度である。さらに、燃料電池セル７と、これを挟
むように配設されるセパレータ８Ｃ，８Ｄとで構成され
た単電池５の厚さ寸法は、１０〔ｍｍ〕程度，あるいは
それ以下であることが多い。
【０００８】１個の燃料電池セル７が発生する電圧は、
１〔Ｖ〕程度以下と低い値であるので、前記した構成を
持つ単電池９の多数個を、各燃料電池セル７と，これに
介挿されるセパレータ８Ｃ，８Ｄを介して、互いに直列
接続した燃料電池セル集積体（以降、スタックと略称す
ることがある。）として構成し、電圧を高めて実用に供
されるのが一般的である。燃料電池セル７においては、
後記する直流電気の発電を行う際に、発電する電力とほ
ぼ同等量の損失が発生する。この損失による熱を除去す
るための冷却体が介挿されことが多い。したがってこの
場合には、セパレータ８Ｃ，８Ｄは、反応ガスの透過を
防止すること、ガス流通用溝８１Ｃ，８１Ｄにより，燃
料電池セル７に供給する反応ガスの通流路を確保するこ
とと共に、燃料電池セル７で発電された直流電気および
燃料電池セル７で生じた損失による熱を、凸状の隔壁８
２Ｃ，８２Ｄを介して燃料電池セル７の外部に伝達する
役目も果たしていることとなる。
１〔Ｖ〕程度以下と低い値であるので、前記した構成を
持つ単電池９の多数個を、各燃料電池セル７と，これに
介挿されるセパレータ８Ｃ，８Ｄを介して、互いに直列
接続した燃料電池セル集積体（以降、スタックと略称す
ることがある。）として構成し、電圧を高めて実用に供
されるのが一般的である。燃料電池セル７においては、
後記する直流電気の発電を行う際に、発電する電力とほ
ぼ同等量の損失が発生する。この損失による熱を除去す
るための冷却体が介挿されことが多い。したがってこの
場合には、セパレータ８Ｃ，８Ｄは、反応ガスの透過を
防止すること、ガス流通用溝８１Ｃ，８１Ｄにより，燃
料電池セル７に供給する反応ガスの通流路を確保するこ
とと共に、燃料電池セル７で発電された直流電気および
燃料電池セル７で生じた損失による熱を、凸状の隔壁８
２Ｃ，８２Ｄを介して燃料電池セル７の外部に伝達する
役目も果たしていることとなる。
【０００９】上記の構成を備えた燃料電池セル７におい
ては、燃料電極７Ａには燃料ガスを、また、酸化剤電極
７Ｂに酸化剤ガスを供給することで、それぞれの電極７
Ａ，７Ｂの触媒層と、ＰＥ膜でなる電解質層７Ｃとの界
面に三相界面（前記触媒層中の触媒と、ＰＥ膜、いずれ
かの反応ガスとが、互い接する界面のことを言う。）を
形成させ、電気化学反応を生じさせることで直流電気を
発生させる。なお前記触媒層は、微小な粒子状の白金触
媒とはっ水性を有するフッ素樹脂から形成されており、
しかも多数の細孔を形成することで、反応ガスの三層界
面までの効率的な拡散を維持するすると共に、十分広い
面積の三層界面が形成される構成としている。
ては、燃料電極７Ａには燃料ガスを、また、酸化剤電極
７Ｂに酸化剤ガスを供給することで、それぞれの電極７
Ａ，７Ｂの触媒層と、ＰＥ膜でなる電解質層７Ｃとの界
面に三相界面（前記触媒層中の触媒と、ＰＥ膜、いずれ
かの反応ガスとが、互い接する界面のことを言う。）を
形成させ、電気化学反応を生じさせることで直流電気を
発生させる。なお前記触媒層は、微小な粒子状の白金触
媒とはっ水性を有するフッ素樹脂から形成されており、
しかも多数の細孔を形成することで、反応ガスの三層界
面までの効率的な拡散を維持するすると共に、十分広い
面積の三層界面が形成される構成としている。
【００１０】ところで、電解質層７Ｃを形成しているＰ
Ｅ膜は、前述したとおり、分子中にプロトン（水素イオ
ン）交換基を有する高分子膜であり、飽和に含水させる
と常温で２０〔Ω・ｃｍ〕以下の抵抗率を示してプロト
ン導電性電解質として機能する膜である。なお，ＰＥ膜
としては、現時点においては、パ−フルオロスルホン酸
樹脂膜（例えば、米国、デュポン社製、商品名ナフィオ
ン膜）等が知られている。このようなＰＥ膜を用いた電
解質層７Ｃと、触媒層と、反応ガスとが形成する三相界
面で生じる電気化学反応は、次のとおりである。
Ｅ膜は、前述したとおり、分子中にプロトン（水素イオ
ン）交換基を有する高分子膜であり、飽和に含水させる
と常温で２０〔Ω・ｃｍ〕以下の抵抗率を示してプロト
ン導電性電解質として機能する膜である。なお，ＰＥ膜
としては、現時点においては、パ−フルオロスルホン酸
樹脂膜（例えば、米国、デュポン社製、商品名ナフィオ
ン膜）等が知られている。このようなＰＥ膜を用いた電
解質層７Ｃと、触媒層と、反応ガスとが形成する三相界
面で生じる電気化学反応は、次のとおりである。
【００１１】アノード電極７Ａでは（１）式の反応が起
こる。
こる。
【００１２】
【化１】 アノ−ド H2 → 2H + ＋2e ………………（１） カソード電極７Ｂでは（２）式の反応が起こる。
【００１３】
【化２】 カソ−ド (1/2) O2＋2H+ ＋2e → H2O ………………（２） つまりアノード電極７Ａにおいては、外部より供給され
た水素がプロトンと電子を生成する。この生成されたプ
ロトンは、ＰＥ膜７Ｃ中をカソード電極７Ｂに向かって
移動し、電子は、スタックの外部に接続される図示しな
い電気回路を通ってカソード電極７Ｂに移動する。一
方、カソード電極７Ｂにおいては、外部より供給された
酸素とＰＥ膜７Ｃ中をアノード電極７Ａより移動してき
たプロトンと電気回路より移動してきた電子とが反応
し、水分を生成する。かくして、燃料電池セル７は、水
素と酸素を得て直流電気を発電するのである。このよう
な固体高分子電解質型燃料電池においては、ＰＥ膜７Ｃ
の抵抗率を小さくして高い発電効率が得られるようにす
るために、通常、５０〔℃〕から１００〔℃〕程度の温
度条件で運転される。なお、このＰＥ膜７Ｃは、反応ガ
スである燃料ガスや酸化剤ガスが透過しない膜でもある
ので、反応ガスが相互に混合するいわゆるクロスリーク
を防止する役目も果たしている。
た水素がプロトンと電子を生成する。この生成されたプ
ロトンは、ＰＥ膜７Ｃ中をカソード電極７Ｂに向かって
移動し、電子は、スタックの外部に接続される図示しな
い電気回路を通ってカソード電極７Ｂに移動する。一
方、カソード電極７Ｂにおいては、外部より供給された
酸素とＰＥ膜７Ｃ中をアノード電極７Ａより移動してき
たプロトンと電気回路より移動してきた電子とが反応
し、水分を生成する。かくして、燃料電池セル７は、水
素と酸素を得て直流電気を発電するのである。このよう
な固体高分子電解質型燃料電池においては、ＰＥ膜７Ｃ
の抵抗率を小さくして高い発電効率が得られるようにす
るために、通常、５０〔℃〕から１００〔℃〕程度の温
度条件で運転される。なお、このＰＥ膜７Ｃは、反応ガ
スである燃料ガスや酸化剤ガスが透過しない膜でもある
ので、反応ガスが相互に混合するいわゆるクロスリーク
を防止する役目も果たしている。
【００１４】なおまた、セパレータとしては、前述した
溝８１Ｃあるいは溝８１Ｄを一方の側面のみに配設した
構成のセパレータ８Ｃ，８Ｄ以外に、スタック構成の際
に互いに隣接するセパレータの溝も一体に形成すること
で，スタック構成の合理化を図るために、ガス流通溝８
１Ｃ，８１Ｄをその両側面に配設するようにしたセパレ
ータも知られている。
溝８１Ｃあるいは溝８１Ｄを一方の側面のみに配設した
構成のセパレータ８Ｃ，８Ｄ以外に、スタック構成の際
に互いに隣接するセパレータの溝も一体に形成すること
で，スタック構成の合理化を図るために、ガス流通溝８
１Ｃ，８１Ｄをその両側面に配設するようにしたセパレ
ータも知られている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る燃料電池セルを用いた固体高分子電解質型燃料電池に
おいては、直流発電の機能を十分に発揮するのである
が、次記する問題が有る。すなわち、従来例の単電池９
においては、セパレータ８Ｃ，８Ｄのガス流通溝８１
Ｃ，８１Ｄ中を通流する反応ガスが通流路外に漏れ出す
ことの防止処置は、ガスシール体９１を用いて、寸法
（Ｗ）を持つＰＥ膜７Ｃの周縁部である露出面部と、セ
パレータ８Ｃ，８Ｄの周縁部の間で行われている。しか
し、ＰＥ膜７Ｃは前述したように極めて薄いフィルム状
の素材であるのでその取扱いが難しく、電極７Ａ，７Ｂ
との接合時、複数の単電池９を積層してスタックとして
組み合わせる組み立て作業時等の際に、反応ガスのシー
リングにとって重要なその周縁部に、しわが発生してし
まうことがしばしば生じる。このようなしわが発生した
状態のＰＥ膜７Ｃを用いて組み立てられた単電池，ある
いはスタックでは、しわが発生した部位から反応ガスの
漏れ出しが発生する可能性が高い。その上、単電池９や
スタックの分解・組立が繰り返されると、ＰＥ膜７Ｃの
しわが増加して、反応ガスの漏れ量が図９中に曲線；Ｂ
で示したごとく次第に多くなっていく。さらに、スタッ
クに積層された複数の単電池の一部のみを交換した場合
に、交換前はガス漏れの無かった単電池から新たにガス
漏れが生じることもある。さらにまた、しわなどが全く
ない状態であっても、スタックを構成する全構成部材の
中で、ＰＥ膜７Ｃが最も機械的強度の低い部材であるこ
とには変わりがないものである。
る燃料電池セルを用いた固体高分子電解質型燃料電池に
おいては、直流発電の機能を十分に発揮するのである
が、次記する問題が有る。すなわち、従来例の単電池９
においては、セパレータ８Ｃ，８Ｄのガス流通溝８１
Ｃ，８１Ｄ中を通流する反応ガスが通流路外に漏れ出す
ことの防止処置は、ガスシール体９１を用いて、寸法
（Ｗ）を持つＰＥ膜７Ｃの周縁部である露出面部と、セ
パレータ８Ｃ，８Ｄの周縁部の間で行われている。しか
し、ＰＥ膜７Ｃは前述したように極めて薄いフィルム状
の素材であるのでその取扱いが難しく、電極７Ａ，７Ｂ
との接合時、複数の単電池９を積層してスタックとして
組み合わせる組み立て作業時等の際に、反応ガスのシー
リングにとって重要なその周縁部に、しわが発生してし
まうことがしばしば生じる。このようなしわが発生した
状態のＰＥ膜７Ｃを用いて組み立てられた単電池，ある
いはスタックでは、しわが発生した部位から反応ガスの
漏れ出しが発生する可能性が高い。その上、単電池９や
スタックの分解・組立が繰り返されると、ＰＥ膜７Ｃの
しわが増加して、反応ガスの漏れ量が図９中に曲線；Ｂ
で示したごとく次第に多くなっていく。さらに、スタッ
クに積層された複数の単電池の一部のみを交換した場合
に、交換前はガス漏れの無かった単電池から新たにガス
漏れが生じることもある。さらにまた、しわなどが全く
ない状態であっても、スタックを構成する全構成部材の
中で、ＰＥ膜７Ｃが最も機械的強度の低い部材であるこ
とには変わりがないものである。
【００１６】上記の状況から、固体高分子電解質形燃料
電池の信頼性、保守性等の向上を図るために、この部位
が補強された固体高分子電解質型燃料電池の出現が望ま
れている。また、固体高分子電解質型燃料電池にとって
はＰＥ膜７Ｃは必須の構成部品であるが、その価格が極
めて高価であるために、固体高分子電解質型燃料電池の
製造コストを高いものにしている。
電池の信頼性、保守性等の向上を図るために、この部位
が補強された固体高分子電解質型燃料電池の出現が望ま
れている。また、固体高分子電解質型燃料電池にとって
はＰＥ膜７Ｃは必須の構成部品であるが、その価格が極
めて高価であるために、固体高分子電解質型燃料電池の
製造コストを高いものにしている。
【００１７】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、機械的強度および
取扱性の向上、および、電解質層の所要面積を縮小でき
るよう改良された燃料電池セルを備えた固体高分子電解
質型燃料電池を提供することに有る。
みなされたものであり、その目的は、機械的強度および
取扱性の向上、および、電解質層の所要面積を縮小でき
るよう改良された燃料電池セルを備えた固体高分子電解
質型燃料電池を提供することに有る。
【００１８】
【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、 １）燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力
を発電する燃料電池セルと、この燃料電池セルの両側に
配置されて，燃料電池セルに燃料ガスまたは酸化剤ガス
を供給するための複数個のガス流通溝を有するセパレー
タとを備え、燃料電池セルは、固体高分子電解質膜でな
る電解質層と、この電解質層の二つの主面のそれぞれに
密着して配置された電極とを有するものであり、セパレ
ータは、燃料電池セルと対向する側の側面に、複数個の
ガス流通用溝を有するものである、固体高分子電解質型
燃料電池において、燃料電池セルは、その周縁部に，電
解質層を機械的に補強すると共に，電解質層との境界面
から燃料ガスまたは酸化剤ガスが漏れないように気密に
接合された補強枠を備えた構造とすること、また ２）前記１項記載の手段において、補強枠は、シーラン
トあるいは接着剤を用いて気密に接合される構造を備え
たこと、また ３）前記１項記載の手段において、補強枠は、熱可塑性
合成樹脂製であり、その融点以上の温度で加熱融着され
て気密に接合される構造を備えたこと、また ４）前記１項から３項までのいずれかに記載の手段にお
いて、燃料電池セルの有する電解質層は、燃料電池セル
の有する電極の面方向の外形寸法よりも大きく、しか
も、補強枠の外形寸法よりも小さい面方向の外形寸法を
備え、補強枠は、電解質層の周縁部と気密に接合される
構造を備えたこと、さらにまた ５）前記１項から３項までのいずれかに記載の手段にお
いて、燃料電池セルの有する電解質層は、燃料電池セル
の有する電極の面方向の外形寸法と同等の面方向の外形
寸法を備え、補強枠は、電解質層の外形寸法よりも大き
い面方向の外形寸法を備えると共に、電極の周縁部と気
密に接合される構造を備えたこと、により達成される。
は、 １）燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力
を発電する燃料電池セルと、この燃料電池セルの両側に
配置されて，燃料電池セルに燃料ガスまたは酸化剤ガス
を供給するための複数個のガス流通溝を有するセパレー
タとを備え、燃料電池セルは、固体高分子電解質膜でな
る電解質層と、この電解質層の二つの主面のそれぞれに
密着して配置された電極とを有するものであり、セパレ
ータは、燃料電池セルと対向する側の側面に、複数個の
ガス流通用溝を有するものである、固体高分子電解質型
燃料電池において、燃料電池セルは、その周縁部に，電
解質層を機械的に補強すると共に，電解質層との境界面
から燃料ガスまたは酸化剤ガスが漏れないように気密に
接合された補強枠を備えた構造とすること、また ２）前記１項記載の手段において、補強枠は、シーラン
トあるいは接着剤を用いて気密に接合される構造を備え
たこと、また ３）前記１項記載の手段において、補強枠は、熱可塑性
合成樹脂製であり、その融点以上の温度で加熱融着され
て気密に接合される構造を備えたこと、また ４）前記１項から３項までのいずれかに記載の手段にお
いて、燃料電池セルの有する電解質層は、燃料電池セル
の有する電極の面方向の外形寸法よりも大きく、しか
も、補強枠の外形寸法よりも小さい面方向の外形寸法を
備え、補強枠は、電解質層の周縁部と気密に接合される
構造を備えたこと、さらにまた ５）前記１項から３項までのいずれかに記載の手段にお
いて、燃料電池セルの有する電解質層は、燃料電池セル
の有する電極の面方向の外形寸法と同等の面方向の外形
寸法を備え、補強枠は、電解質層の外形寸法よりも大き
い面方向の外形寸法を備えると共に、電極の周縁部と気
密に接合される構造を備えたこと、により達成される。
【００１９】
【作用】この発明においては、固体高分子電解質型燃料
電池において （１）燃料電池セルの周辺部に、電解質層を機械的に補
強すると共に、電解質層との境界面から燃料ガスまたは
酸化剤ガスが漏れないように，例えば，シーラントある
いは接着剤等の接合用剤を用いて，気密に接合された補
強枠を備える構造とすることにより、 反応ガスのシールは、この補強枠とセパレータの表面
との間で行われることになる。両者ともＰＥ膜のように
しわになることは無いし、また、単電池やスタックの分
解・組立が繰り返されたとしても、その平面は安定に維
持される。これにより、ガスシール体を用いての反応ガ
スのシールを確実に行うことが可能となる。
電池において （１）燃料電池セルの周辺部に、電解質層を機械的に補
強すると共に、電解質層との境界面から燃料ガスまたは
酸化剤ガスが漏れないように，例えば，シーラントある
いは接着剤等の接合用剤を用いて，気密に接合された補
強枠を備える構造とすることにより、 反応ガスのシールは、この補強枠とセパレータの表面
との間で行われることになる。両者ともＰＥ膜のように
しわになることは無いし、また、単電池やスタックの分
解・組立が繰り返されたとしても、その平面は安定に維
持される。これにより、ガスシール体を用いての反応ガ
スのシールを確実に行うことが可能となる。
【００２０】また、ＰＥ膜，特にガスシール体と組み
合わされて反応ガスのシールに使用されるその周縁部
は、補強枠によって機械的に補強されるので、単電池や
スタックの分解・組立の際の燃料電池セルの取扱が容易
になり、また、単電池やスタックの分解・組立が繰り返
されたとしても、ＰＥ膜が破損や劣化が発生度が低下す
る。
合わされて反応ガスのシールに使用されるその周縁部
は、補強枠によって機械的に補強されるので、単電池や
スタックの分解・組立の際の燃料電池セルの取扱が容易
になり、また、単電池やスタックの分解・組立が繰り返
されたとしても、ＰＥ膜が破損や劣化が発生度が低下す
る。
【００２１】（２）燃料電池セルの周辺部に設ける補強
枠を、熱可塑性合成樹脂製とし、その融点を越える温度
で加熱融着されて気密に接合される構造を備えることに
より、（１）項による作用を実現するに当たり、シーラ
ントあるいは接着剤を用いないので、シーラントあるい
は接着剤の乾燥あるいは硬化の工程が不要となることに
より、燃料電池セルの周辺部への補強枠の装着が容易と
なる。
枠を、熱可塑性合成樹脂製とし、その融点を越える温度
で加熱融着されて気密に接合される構造を備えることに
より、（１）項による作用を実現するに当たり、シーラ
ントあるいは接着剤を用いないので、シーラントあるい
は接着剤の乾燥あるいは硬化の工程が不要となることに
より、燃料電池セルの周辺部への補強枠の装着が容易と
なる。
【００２２】（３）燃料電池セルの有する電解質層は、
燃料電池セルの有する電極の面方向の外形寸法よりも大
きく、しかも、補強枠の外形寸法よりも小さい面方向の
外形寸法を備え、補強枠は、電解質層の周縁部と気密に
接合される構造を備えることにより、（１）項，（２）
項による作用と共に、電解質層の，電極の面方向の外形
寸法よりも大きい部位であるその周縁部は、補強枠との
接合だけに必要な寸法を備えていれば済むために、電解
質層の使用面積を削減することが可能になる。
燃料電池セルの有する電極の面方向の外形寸法よりも大
きく、しかも、補強枠の外形寸法よりも小さい面方向の
外形寸法を備え、補強枠は、電解質層の周縁部と気密に
接合される構造を備えることにより、（１）項，（２）
項による作用と共に、電解質層の，電極の面方向の外形
寸法よりも大きい部位であるその周縁部は、補強枠との
接合だけに必要な寸法を備えていれば済むために、電解
質層の使用面積を削減することが可能になる。
【００２３】（４）燃料電池セルの有する電解質層は、
燃料電池セルの有する電極の面方向の外形寸法と同等の
面方向の外形寸法を備え、補強枠は、電解質層の外形寸
法よりも大きい面方向の外形寸法を備えると共に、電極
の周縁部と気密に接合される構造を備えたことにより、
（１）項，（２）項による作用と共に、補強枠と燃料電
池セルとの接合が電極の周縁部で行われることにより、
電解質層の使用面積を（３）項による場合よりも一層削
減することが可能になる。
燃料電池セルの有する電極の面方向の外形寸法と同等の
面方向の外形寸法を備え、補強枠は、電解質層の外形寸
法よりも大きい面方向の外形寸法を備えると共に、電極
の周縁部と気密に接合される構造を備えたことにより、
（１）項，（２）項による作用と共に、補強枠と燃料電
池セルとの接合が電極の周縁部で行われることにより、
電解質層の使用面積を（３）項による場合よりも一層削
減することが可能になる。
【００２４】
【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 実施例１；図１は、請求項１，〜３に対応するこの発明
の一実施例による固体高分子電解質型燃料電池の固体高
分子電解質燃料電池の単電池を展開した状態で模式的に
示した側面断面図であり、図２は、図１におけるＰ部の
詳細断面図である。図１，図２において、図８に示した
従来例の固体高分子電解質燃料電池と同一部分には同じ
符号を付しその説明を省略する。なお、図１中には、図
２，図８で付した符号については、代表的な符号のみを
記した。
に説明する。 実施例１；図１は、請求項１，〜３に対応するこの発明
の一実施例による固体高分子電解質型燃料電池の固体高
分子電解質燃料電池の単電池を展開した状態で模式的に
示した側面断面図であり、図２は、図１におけるＰ部の
詳細断面図である。図１，図２において、図８に示した
従来例の固体高分子電解質燃料電池と同一部分には同じ
符号を付しその説明を省略する。なお、図１中には、図
２，図８で付した符号については、代表的な符号のみを
記した。
【００２５】図１，図２において、１は、図８に示した
従来例の固体高分子電解質燃料電池の単電池９に対し
て、燃料電池セル７とセパレータ８Ｃ，８Ｄに替えて、
燃料電池セル組立体２とセパレータ８Ａ，８Ｂを用いる
ようにした固体高分子電解質燃料電池の単電池である。
燃料電池セル組立体２は、従来例と同一の燃料電池セル
７に補強枠３を追加して備えたものである。補強枠３
は、ＰＥ膜７Ｃの周縁部のそれぞれの面に、厚さ１．０
〔ｍｍ〕のポリカーボネート製の平板状の補強枠用の部
材３１，３２を、接合用剤として，耐熱性・耐薬品性を
備えていることを加味して，シリコーン系のシーラント
３９を用いて気密に接合されて構成されている。シーラ
ント３９は、ＰＥ膜７Ｃと部材３１，３２との間に塗布
した後、熱処理を施される。
従来例の固体高分子電解質燃料電池の単電池９に対し
て、燃料電池セル７とセパレータ８Ｃ，８Ｄに替えて、
燃料電池セル組立体２とセパレータ８Ａ，８Ｂを用いる
ようにした固体高分子電解質燃料電池の単電池である。
燃料電池セル組立体２は、従来例と同一の燃料電池セル
７に補強枠３を追加して備えたものである。補強枠３
は、ＰＥ膜７Ｃの周縁部のそれぞれの面に、厚さ１．０
〔ｍｍ〕のポリカーボネート製の平板状の補強枠用の部
材３１，３２を、接合用剤として，耐熱性・耐薬品性を
備えていることを加味して，シリコーン系のシーラント
３９を用いて気密に接合されて構成されている。シーラ
ント３９は、ＰＥ膜７Ｃと部材３１，３２との間に塗布
した後、熱処理を施される。
【００２６】セパレータ８Ａ，８Ｂは、従来例のセパレ
ータ８Ｃ，８Ｄに対して、その周縁部の高さ寸法を、部
材３１および部材３２の厚さ寸法を考慮して薄くし、凸
状の隔壁８２Ｃ，８２Ｄの突端部（側面８Ｃａ，８Ｄａ
でもある。）と、燃料電池セル組立体２の側面７ａ，７
ｂとの電気的ならびに熱的な接触が、単電池１の組み立
てに際してのガスシール体９１や電極７Ａ，７Ｂの厚さ
寸法の圧縮も考慮して、良好に維持されるようにしたも
のである。
ータ８Ｃ，８Ｄに対して、その周縁部の高さ寸法を、部
材３１および部材３２の厚さ寸法を考慮して薄くし、凸
状の隔壁８２Ｃ，８２Ｄの突端部（側面８Ｃａ，８Ｄａ
でもある。）と、燃料電池セル組立体２の側面７ａ，７
ｂとの電気的ならびに熱的な接触が、単電池１の組み立
てに際してのガスシール体９１や電極７Ａ，７Ｂの厚さ
寸法の圧縮も考慮して、良好に維持されるようにしたも
のである。
【００２７】前記のように構成された燃料電池セル組立
体２は、補強枠３の，ガスシール体９１と組み合わされ
て反応ガスのシールに用いられるその上下面は、平滑な
平面でありしわの発生は生じないので取扱性が優れてい
る。また、補強枠３の持つ剛性により、その機械的強度
も向上されている。このような構造を持つ単電池１を製
作し、ガス漏れ量を試験を実施した。その測定結果を図
９中の曲線；Ａとして示した。単電池１は、その発電性
能を従来例の単電池９と同様に維持しながらも、その初
期のガス漏れ量は、従来例による単電池９の初期のガス
漏れ量と比較して少なく、しかも、繰り返し分解・組立
を行った後においてもそのガス漏れ量はほとんど増加し
ないことが確認された。
体２は、補強枠３の，ガスシール体９１と組み合わされ
て反応ガスのシールに用いられるその上下面は、平滑な
平面でありしわの発生は生じないので取扱性が優れてい
る。また、補強枠３の持つ剛性により、その機械的強度
も向上されている。このような構造を持つ単電池１を製
作し、ガス漏れ量を試験を実施した。その測定結果を図
９中の曲線；Ａとして示した。単電池１は、その発電性
能を従来例の単電池９と同様に維持しながらも、その初
期のガス漏れ量は、従来例による単電池９の初期のガス
漏れ量と比較して少なく、しかも、繰り返し分解・組立
を行った後においてもそのガス漏れ量はほとんど増加し
ないことが確認された。
【００２８】実施例２；図３は、請求項５に対応するこ
の発明の一実施例による固体高分子電解質型燃料電池の
固体高分子電解質燃料電池の単電池を展開した状態で模
式的に示した側面断面図であり、図４は、図３における
Ｑ部の詳細断面図である。図３，図４において、図１，
図２に示した請求項１，〜３に対応するこの発明の固体
高分子電解質燃料電池、および、図８に示した従来例の
固体高分子電解質燃料電池と同一部分には同じ符号を付
しその説明を省略する。なお、図３中には、図１，図８
で付した符号については、代表的な符号のみを記した。
の発明の一実施例による固体高分子電解質型燃料電池の
固体高分子電解質燃料電池の単電池を展開した状態で模
式的に示した側面断面図であり、図４は、図３における
Ｑ部の詳細断面図である。図３，図４において、図１，
図２に示した請求項１，〜３に対応するこの発明の固体
高分子電解質燃料電池、および、図８に示した従来例の
固体高分子電解質燃料電池と同一部分には同じ符号を付
しその説明を省略する。なお、図３中には、図１，図８
で付した符号については、代表的な符号のみを記した。
【００２９】図３，図４において、１Ａは、図１，図２
に示したこの発明の固体高分子電解質燃料電池に対し
て、燃料電池セル組立体２に替えて、燃料電池セル組立
体２Ａを用いるようにした固体高分子電解質燃料電池の
単電池である。燃料電池セル組立体２Ａは、この発明に
よる燃料電池セル組立体２に対して、燃料電池セル７お
よび補強枠３に替えて、燃料電池セル５Ａおよび補強枠
３Ａを用いるようにしている。燃料電池セル５Ａは、燃
料電池セル７に対して、ＰＥ膜７Ｃに替えてＰＥ膜５Ｃ
を用いている。ＰＥ膜７Ｃは前述したとおり、電極７
Ａ，７Ｂの外側にその面方向の外形寸法に対して幅寸法
（Ｗ）の周縁部が形成される面方向の外形寸法を持つ
が、ＰＥ膜５Ｃは、電極７Ａ，７Ｂの外側に面方向の外
形寸法に対して幅寸法（Ｗ）よりも狭い幅寸法；Ｙの周
縁部が形成される面方向の外形寸法を持っている。した
がって、ＰＥ膜５Ｃの面積は、ＰＥ膜７Ｃの面積よりも
狭くて済むこととなる。
に示したこの発明の固体高分子電解質燃料電池に対し
て、燃料電池セル組立体２に替えて、燃料電池セル組立
体２Ａを用いるようにした固体高分子電解質燃料電池の
単電池である。燃料電池セル組立体２Ａは、この発明に
よる燃料電池セル組立体２に対して、燃料電池セル７お
よび補強枠３に替えて、燃料電池セル５Ａおよび補強枠
３Ａを用いるようにしている。燃料電池セル５Ａは、燃
料電池セル７に対して、ＰＥ膜７Ｃに替えてＰＥ膜５Ｃ
を用いている。ＰＥ膜７Ｃは前述したとおり、電極７
Ａ，７Ｂの外側にその面方向の外形寸法に対して幅寸法
（Ｗ）の周縁部が形成される面方向の外形寸法を持つ
が、ＰＥ膜５Ｃは、電極７Ａ，７Ｂの外側に面方向の外
形寸法に対して幅寸法（Ｗ）よりも狭い幅寸法；Ｙの周
縁部が形成される面方向の外形寸法を持っている。した
がって、ＰＥ膜５Ｃの面積は、ＰＥ膜７Ｃの面積よりも
狭くて済むこととなる。
【００３０】一方、補強枠３Ａは、ＰＥ膜５Ｃの周縁部
の一方の面に配置される厚さ３．０〔ｍｍ〕で断面形状
がＬ字状に成形されたポリカーボネート製の補強枠用の
部材３３と、ＰＥ膜５Ｃの周縁部の他方の面に、部材３
３に対して内側（電極７Ａの側面に直接対向する側）に
配置される厚さ１．０〔ｍｍ〕の平板状の補強枠用の部
材３４とを、ＰＥ膜５Ｃの周縁部をＵ字状に包み込む位
置関係で、接合用剤としてシーラント３９を用いて気密
に接合されて構成されている。なお、燃料電池セル組立
体２Ａの面方向の外形寸法は、燃料電池セル組立体２の
面方向の外形寸法と同一である。
の一方の面に配置される厚さ３．０〔ｍｍ〕で断面形状
がＬ字状に成形されたポリカーボネート製の補強枠用の
部材３３と、ＰＥ膜５Ｃの周縁部の他方の面に、部材３
３に対して内側（電極７Ａの側面に直接対向する側）に
配置される厚さ１．０〔ｍｍ〕の平板状の補強枠用の部
材３４とを、ＰＥ膜５Ｃの周縁部をＵ字状に包み込む位
置関係で、接合用剤としてシーラント３９を用いて気密
に接合されて構成されている。なお、燃料電池セル組立
体２Ａの面方向の外形寸法は、燃料電池セル組立体２の
面方向の外形寸法と同一である。
【００３１】前記のように構成された燃料電池セル組立
体２Ａの場合も、燃料電池セル組立体２の場合と同様
に、補強枠３Ａのガスシール体９１と組み合わされて反
応ガスのシールに用いられるその上下面は、平滑な平面
でありしわの発生は生じないので取扱性がすぐれてい
る。また、補強枠３Ａの持つ剛性により、その機械的強
度も向上されている。
体２Ａの場合も、燃料電池セル組立体２の場合と同様
に、補強枠３Ａのガスシール体９１と組み合わされて反
応ガスのシールに用いられるその上下面は、平滑な平面
でありしわの発生は生じないので取扱性がすぐれてい
る。また、補強枠３Ａの持つ剛性により、その機械的強
度も向上されている。
【００３２】このような構造を持つ単電池１Ａを製作
し、ガス漏れ量を試験を実施して、実施例１の場合とほ
ぼ同一の試験結果を得ることができた。また、単電池１
Ａは上記の構成を備えることで、ＰＥ膜とシーラント３
９の使用量を削減することができた。 実施例３；図５は、請求項６に対応するこの発明の一実
施例による固体高分子電解質型燃料電池の固体高分子電
解質燃料電池の単電池を展開した状態で模式的に示した
側面断面図であり、図６は、図５におけるＲ部の詳細断
面図である。図５，図６において、図１，図２に示した
請求項１，〜３に対応するこの発明の固体高分子電解質
燃料電池、および、図８に示した従来例の固体高分子電
解質燃料電池と同一部分には同じ符号を付しその説明を
省略する。なお、図５中には、図１，図８で付した符号
については、代表的な符号のみを記した。
し、ガス漏れ量を試験を実施して、実施例１の場合とほ
ぼ同一の試験結果を得ることができた。また、単電池１
Ａは上記の構成を備えることで、ＰＥ膜とシーラント３
９の使用量を削減することができた。 実施例３；図５は、請求項６に対応するこの発明の一実
施例による固体高分子電解質型燃料電池の固体高分子電
解質燃料電池の単電池を展開した状態で模式的に示した
側面断面図であり、図６は、図５におけるＲ部の詳細断
面図である。図５，図６において、図１，図２に示した
請求項１，〜３に対応するこの発明の固体高分子電解質
燃料電池、および、図８に示した従来例の固体高分子電
解質燃料電池と同一部分には同じ符号を付しその説明を
省略する。なお、図５中には、図１，図８で付した符号
については、代表的な符号のみを記した。
【００３３】図５，図６において、１Ｂは、図１，図２
に示したこの発明の固体高分子電解質燃料電池に対し
て、燃料電池セル組立体２に替えて、燃料電池セル組立
体２Ｂを用いるようにした固体高分子電解質燃料電池の
単電池である。燃料電池セル組立体２Ｂは、この発明に
よる燃料電池セル組立体２に対して、燃料電池セル７お
よび補強枠３に替えて、燃料電池セル５Ｂおよび補強枠
３Ｂを用いるようにしている。燃料電池セル５Ｂは、燃
料電池セル７に対して、ＰＥ膜７Ｃに替えてＰＥ膜５Ｄ
を用いている。ＰＥ膜７Ｃは前述したとおり、電極７
Ａ，７Ｂの外側にその面方向の外形寸法に対して幅寸法
（Ｗ）の周縁部が形成される面方向の外形寸法を持つ
が、ＰＥ膜５Ｄは、電極７Ａ，７Ｂと同等の面方向の外
形寸法を持ち、周縁部を持っていない。したがって、Ｐ
Ｅ膜５Ｄの面積は、ＰＥ膜７Ｃ，さらには前記したＰＥ
膜５Ｃの面積よりも狭いこととなる。
に示したこの発明の固体高分子電解質燃料電池に対し
て、燃料電池セル組立体２に替えて、燃料電池セル組立
体２Ｂを用いるようにした固体高分子電解質燃料電池の
単電池である。燃料電池セル組立体２Ｂは、この発明に
よる燃料電池セル組立体２に対して、燃料電池セル７お
よび補強枠３に替えて、燃料電池セル５Ｂおよび補強枠
３Ｂを用いるようにしている。燃料電池セル５Ｂは、燃
料電池セル７に対して、ＰＥ膜７Ｃに替えてＰＥ膜５Ｄ
を用いている。ＰＥ膜７Ｃは前述したとおり、電極７
Ａ，７Ｂの外側にその面方向の外形寸法に対して幅寸法
（Ｗ）の周縁部が形成される面方向の外形寸法を持つ
が、ＰＥ膜５Ｄは、電極７Ａ，７Ｂと同等の面方向の外
形寸法を持ち、周縁部を持っていない。したがって、Ｐ
Ｅ膜５Ｄの面積は、ＰＥ膜７Ｃ，さらには前記したＰＥ
膜５Ｃの面積よりも狭いこととなる。
【００３４】一方、補強枠３Ｂは、燃料電池セル５Ｂの
周縁部の一方の面に配置される厚さ２．０〔ｍｍ〕で断
面形状がＬ字状に成形されたポリカーボネート製の補強
枠用の部材３５と、燃料電池セル５Ｂの周縁部のの他方
の面に、厚さ１．０〔ｍｍ〕の平板状の補強枠用の部材
３６とを、燃料電池セル５Ｂの周縁部をＵ字状に包み込
む位置関係で、接合用剤としてシーラント３９を用いて
気密に接合されて構成されている。なお、補強枠３Ｂの
厚さ寸法は燃料電池セルの組立を考慮して、実施例２に
よる燃料電池セル組立体２Ａの場合と同等の寸法に設定
している。また、燃料電池セル組立体２Ｂの面方向の外
形寸法は、燃料電池セル組立体２の面方向の外形寸法と
同一である。
周縁部の一方の面に配置される厚さ２．０〔ｍｍ〕で断
面形状がＬ字状に成形されたポリカーボネート製の補強
枠用の部材３５と、燃料電池セル５Ｂの周縁部のの他方
の面に、厚さ１．０〔ｍｍ〕の平板状の補強枠用の部材
３６とを、燃料電池セル５Ｂの周縁部をＵ字状に包み込
む位置関係で、接合用剤としてシーラント３９を用いて
気密に接合されて構成されている。なお、補強枠３Ｂの
厚さ寸法は燃料電池セルの組立を考慮して、実施例２に
よる燃料電池セル組立体２Ａの場合と同等の寸法に設定
している。また、燃料電池セル組立体２Ｂの面方向の外
形寸法は、燃料電池セル組立体２の面方向の外形寸法と
同一である。
【００３５】前記のように構成された燃料電池セル組立
体２Ｂの場合も、燃料電池セル組立体２の場合と同様
に、補強枠３Ｂのガスシール体９１と組み合わされて反
応ガスのシールに用いられるその上下面は、平滑な平面
でありしわの発生は生じないので取扱性がすぐれてい
る。また、補強枠３Ｂの持つ剛性により、その機械的強
度も向上されている。
体２Ｂの場合も、燃料電池セル組立体２の場合と同様
に、補強枠３Ｂのガスシール体９１と組み合わされて反
応ガスのシールに用いられるその上下面は、平滑な平面
でありしわの発生は生じないので取扱性がすぐれてい
る。また、補強枠３Ｂの持つ剛性により、その機械的強
度も向上されている。
【００３６】このような構造を持つ単電池１Ｂを製作
し、ガス漏れ量を試験を実施して、実施例１の場合とほ
ぼ同一の試験結果を得ることができた。単電池１Ｂは上
記の構成を備えることで、ＰＥ膜の使用量を実施例２の
場合よりもさらに削減することができた。実施例１，〜
３における今までの説明では、補強枠３，〜３Ｂに用い
る部材の素材はポリカーボネート製であるとしてきた
が、これに限定されるものではなく、固体高分子電解質
型燃料電池の動作温度においても所要の機械的強度，耐
食性等を有する素材であるのであれば使用することが可
能であり、例えば、ポリカーボネート以外の耐熱性を持
つ熱可塑性のプラスチック，例えばポリエチレンテレフ
タレート、また、ガラス繊維強化エポキシ樹脂等の熱硬
化性のプラスチック、チタン等の耐食性金属、あるいは
カーボンであってもよいものである。ただし、実施例３
における補強枠３Ｂの部材に、耐食性金属，カーボン等
の電気伝導性を持つ素材を用いる場合には、補強枠３Ｂ
と燃料電池セル５Ｂとの間に電気的導通が発生しないよ
うに、接合用剤の塗布に際して留意すべきである。
し、ガス漏れ量を試験を実施して、実施例１の場合とほ
ぼ同一の試験結果を得ることができた。単電池１Ｂは上
記の構成を備えることで、ＰＥ膜の使用量を実施例２の
場合よりもさらに削減することができた。実施例１，〜
３における今までの説明では、補強枠３，〜３Ｂに用い
る部材の素材はポリカーボネート製であるとしてきた
が、これに限定されるものではなく、固体高分子電解質
型燃料電池の動作温度においても所要の機械的強度，耐
食性等を有する素材であるのであれば使用することが可
能であり、例えば、ポリカーボネート以外の耐熱性を持
つ熱可塑性のプラスチック，例えばポリエチレンテレフ
タレート、また、ガラス繊維強化エポキシ樹脂等の熱硬
化性のプラスチック、チタン等の耐食性金属、あるいは
カーボンであってもよいものである。ただし、実施例３
における補強枠３Ｂの部材に、耐食性金属，カーボン等
の電気伝導性を持つ素材を用いる場合には、補強枠３Ｂ
と燃料電池セル５Ｂとの間に電気的導通が発生しないよ
うに、接合用剤の塗布に際して留意すべきである。
【００３７】実施例１，２における今までの説明では、
補強枠３，３Ａの部材はＰＥ膜の周縁部に、両面から挟
むようにして装着されるとしてきたが、これに限定され
るものではなく、例えば、ＰＥ膜の周縁部に，ＰＥ膜の
片面のみに装着してもよいものである。しかしその場合
には、接合に用いる接合用剤は、機械的性能が優れてい
る接着剤を使用することが好ましい。
補強枠３，３Ａの部材はＰＥ膜の周縁部に、両面から挟
むようにして装着されるとしてきたが、これに限定され
るものではなく、例えば、ＰＥ膜の周縁部に，ＰＥ膜の
片面のみに装着してもよいものである。しかしその場合
には、接合に用いる接合用剤は、機械的性能が優れてい
る接着剤を使用することが好ましい。
【００３８】実施例４；図７は、請求項４，５に対応す
るこの発明の一実施例による固体高分子電解質型燃料電
池の燃料電池セル組立体の模式的に示した要部の詳細断
面図である。図７において、図３，図４に示した請求項
４に対応するこの発明の固体高分子電解質燃料電池、お
よび、図８に示した従来例の固体高分子電解質燃料電池
と同一部分には同じ符号を付しその説明を省略する。
るこの発明の一実施例による固体高分子電解質型燃料電
池の燃料電池セル組立体の模式的に示した要部の詳細断
面図である。図７において、図３，図４に示した請求項
４に対応するこの発明の固体高分子電解質燃料電池、お
よび、図８に示した従来例の固体高分子電解質燃料電池
と同一部分には同じ符号を付しその説明を省略する。
【００３９】図７において、２Ｃは、図３，図４に示し
たこの発明の固体高分子電解質燃料電池の燃料電池セル
組立体２Ａに対して、補強枠３Ａに替えて補強枠４を用
いるようにした燃料電池セル組立体である。補強枠４
は、ＰＥ膜５Ｃの周縁部の一方の面に配置される厚さ
２．０〔ｍｍ〕で断面形状がＬ字状に成形されたポリカ
ーボネート製の補強枠用の部材４Ａと、ＰＥ膜５Ｃの周
縁部の他方の面に、部材４Ａに対して内側（電極７Ａの
側面に直接対向する側）に配置される厚さ１．０〔ｍ
ｍ〕の平板状の補強枠用の部材４Ｂとを、ＰＥ膜５Ｃの
周縁部をＵ字状に包み込む位置関係で、図７中に点線で
示すように仮に配置する。
たこの発明の固体高分子電解質燃料電池の燃料電池セル
組立体２Ａに対して、補強枠３Ａに替えて補強枠４を用
いるようにした燃料電池セル組立体である。補強枠４
は、ＰＥ膜５Ｃの周縁部の一方の面に配置される厚さ
２．０〔ｍｍ〕で断面形状がＬ字状に成形されたポリカ
ーボネート製の補強枠用の部材４Ａと、ＰＥ膜５Ｃの周
縁部の他方の面に、部材４Ａに対して内側（電極７Ａの
側面に直接対向する側）に配置される厚さ１．０〔ｍ
ｍ〕の平板状の補強枠用の部材４Ｂとを、ＰＥ膜５Ｃの
周縁部をＵ字状に包み込む位置関係で、図７中に点線で
示すように仮に配置する。
【００４０】部材４Ａ，４Ｂを上記のごとく仮配置され
た燃料電池セル５Ａは、部材４Ａ，４Ｂの個所に金属板
を当てた状態で熱板に挟み、部材４Ａ，４ＢおよびＰＥ
膜５Ｃを約２５０〔℃〕で加熱融解させ互いに一体化さ
せて、燃料電池セル組立体２Ｃを完成させる。これによ
り乾燥時間の必要なシーラント３９あるいは接着剤等の
接合用剤を使用せずに、部材４Ａ，４ＢとＰＥ膜５Ｃと
を接合することができるので、接合用剤の乾燥あるいは
硬化の工程が不要となることにより、燃料電池セル組立
体２Ｃの組み立て工程に要する時間を短縮することがで
きた。
た燃料電池セル５Ａは、部材４Ａ，４Ｂの個所に金属板
を当てた状態で熱板に挟み、部材４Ａ，４ＢおよびＰＥ
膜５Ｃを約２５０〔℃〕で加熱融解させ互いに一体化さ
せて、燃料電池セル組立体２Ｃを完成させる。これによ
り乾燥時間の必要なシーラント３９あるいは接着剤等の
接合用剤を使用せずに、部材４Ａ，４ＢとＰＥ膜５Ｃと
を接合することができるので、接合用剤の乾燥あるいは
硬化の工程が不要となることにより、燃料電池セル組立
体２Ｃの組み立て工程に要する時間を短縮することがで
きた。
【００４１】前記のように構成され燃料電池セル組立体
２Ｃの場合も、燃料電池セル組立体２の場合と同様に、
補強枠４のガスシール体９１と組み合わされて反応ガス
のシールに用いられるその上下面は、平滑な平面であり
しわの発生は生じないので取扱性がすぐれている。ま
た、補強枠４の持つ剛性により、その機械的強度も向上
されている。
２Ｃの場合も、燃料電池セル組立体２の場合と同様に、
補強枠４のガスシール体９１と組み合わされて反応ガス
のシールに用いられるその上下面は、平滑な平面であり
しわの発生は生じないので取扱性がすぐれている。ま
た、補強枠４の持つ剛性により、その機械的強度も向上
されている。
【００４２】このような構造を持つ燃料電池セル組立体
２Ｃを用いた単電池を製作し、ガス漏れ量を試験を実施
して、実施例１の場合とほぼ同一の試験結果を得ること
ができている。
２Ｃを用いた単電池を製作し、ガス漏れ量を試験を実施
して、実施例１の場合とほぼ同一の試験結果を得ること
ができている。
【００４３】
【発明の効果】この発明においては、前述の構成するこ
とで、次の効果が有る。 燃料電池セル組立体の反応ガスのシールに用いられる
周縁部の機械的強度および取扱性が向上されるので、固
体高分子電解質形燃料電池の信頼性あるいは、保守性等
を向上することが可能となる。
とで、次の効果が有る。 燃料電池セル組立体の反応ガスのシールに用いられる
周縁部の機械的強度および取扱性が向上されるので、固
体高分子電解質形燃料電池の信頼性あるいは、保守性等
を向上することが可能となる。
【００４４】材料費の高価な電解質層の所要面積を縮
小できることで、固体高分子電解質形燃料電池の製造原
価を低減することが可能となる。
小できることで、固体高分子電解質形燃料電池の製造原
価を低減することが可能となる。
【図１】請求項１，〜３に対応するこの発明の一実施例
による固体高分子電解質型燃料電池の固体高分子電解質
燃料電池の単電池を展開した状態で模式的に示した側面
断面図
による固体高分子電解質型燃料電池の固体高分子電解質
燃料電池の単電池を展開した状態で模式的に示した側面
断面図
【図２】図１におけるＰ部の詳細断面図
【図３】請求項５に対応するこの発明の一実施例による
固体高分子電解質型燃料電池の固体高分子電解質燃料電
池の単電池を展開した状態で模式的に示した側面断面図
固体高分子電解質型燃料電池の固体高分子電解質燃料電
池の単電池を展開した状態で模式的に示した側面断面図
【図４】図３におけるＱ部の詳細断面図
【図５】請求項６に対応するこの発明の一実施例による
固体高分子電解質型燃料電池の固体高分子電解質燃料電
池の単電池を展開した状態で模式的に示した側面断面図
固体高分子電解質型燃料電池の固体高分子電解質燃料電
池の単電池を展開した状態で模式的に示した側面断面図
【図６】図５におけるＲ部の詳細断面図
【図７】請求項４，５に対応するこの発明の一実施例に
よる固体高分子電解質型燃料電池の燃料電池セル組立体
の模式的に示した要部の詳細断面図
よる固体高分子電解質型燃料電池の燃料電池セル組立体
の模式的に示した要部の詳細断面図
【図８】従来例の固体高分子電解質燃料電池の単電池を
展開した状態で模式的に示した側面断面図
展開した状態で模式的に示した側面断面図
【図９】単電池からのガス漏れ量の試験結果を示すグラ
フ
フ
１ 単電池 １Ａ 単電池 １Ｂ 単電池 ２ 燃料電池セル組立体 ２Ａ 燃料電池セル組立体 ２Ｂ 燃料電池セル組立体 ２Ｃ 燃料電池セル組立体 ３ 補強枠 ３１ 部材 ３２ 部材 ７ 燃料電池セル ７Ｃ 固体高分子電解質（ＰＥ）膜 ７ａ 側面 ７ｂ 側面 ８Ａ セパレータ ８Ｂ セパレータ ８２Ｃ 隔壁 ８２Ｄ 隔壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 辰与志 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 榎並 義晶 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて
直流電力を発電する燃料電池セルと、この燃料電池セル
の両側に配置されて，燃料電池セルに燃料ガスまたは酸
化剤ガスを供給するための複数個のガス流通溝を有する
セパレータとを備え、 燃料電池セルは、固体高分子電解質膜でなる電解質層
と、この電解質層の二つの主面のそれぞれに密着して配
置された電極とを有するものであり、 セパレータは、燃料電池セルと対向する側の側面に、複
数個のガス流通用溝を有するものである、 固体高分子電解質型燃料電池において、 燃料電池セルは、その周縁部に，電解質層を機械的に補
強するとともに，電解質層との境界面から燃料ガスまた
は酸化剤ガスが漏れないように気密に接合された補強枠
を備えた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記載の固体高分子電解質型燃料電
池において、 補強枠は、シーラントを用いて気密に接合される構造を
備えた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記載の固体高分子電解質型燃料電
池において、 補強枠は、接着剤を用いて気密に接合される構造を備え
た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記載の固体高分子電解質型燃料電
池において、 補強枠は、熱可塑性合成樹脂製であり、その融点以上の
温度で加熱融着されて気密に接合される構造を備えたこ
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から４までのいずれかに記載の固
体高分子電解質型燃料電池において、 燃料電池セルの有する電解質層は、燃料電池セルの有す
る電極の面方向の外形寸法よりも大きく、しかも、補強
枠の外形寸法よりも小さい面方向の外形寸法を備え、 補強枠は、電解質層の周縁部と気密に接合される構造を
備えた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】請求項１から４までのいずれかに記載の固
体高分子電解質型燃料電池において、 燃料電池セルの有する電解質層は、燃料電池セルの有す
る電極の面方向の外形寸法と同等の面方向の外形寸法を
備え、 補強枠は、電解質層の外形寸法よりも大きい面方向の外
形寸法を備えると共に、電極の周縁部と気密に接合され
る構造を備えた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 |
|---|---|---|---|
| JP5208085A JPH0765847A (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5208085A JPH0765847A (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0765847A true JPH0765847A (ja) | 1995-03-10 |
Family
ID=16550396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5208085A Pending JPH0765847A (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0765847A (ja) |
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- 1993-08-24 JP JP5208085A patent/JPH0765847A/ja active Pending
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