JPH08162145A - 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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- JPH08162145A JPH08162145A JP6302561A JP30256194A JPH08162145A JP H08162145 A JPH08162145 A JP H08162145A JP 6302561 A JP6302561 A JP 6302561A JP 30256194 A JP30256194 A JP 30256194A JP H08162145 A JPH08162145 A JP H08162145A
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- gas
- solid polymer
- hole group
- polymer electrolyte
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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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】単電池を積層してスタックを形成する際の押圧
が均一且つ安定である固体高分子電解質型燃料電池を得
る。 【構成】加圧板１３と合体して加圧ガス室１７を形成し
所定圧力のガスが内蔵される位置固定の加圧板保持器１
４と、しゅう動自在且つ気密に加圧板保持器に取り付け
られ加圧ガス室のガス圧によりスタックの端部をスタッ
クの積層方向に全体加圧する加圧板１３を備える。
が均一且つ安定である固体高分子電解質型燃料電池を得
る。 【構成】加圧板１３と合体して加圧ガス室１７を形成し
所定圧力のガスが内蔵される位置固定の加圧板保持器１
４と、しゅう動自在且つ気密に加圧板保持器に取り付け
られ加圧ガス室のガス圧によりスタックの端部をスタッ
クの積層方向に全体加圧する加圧板１３を備える。
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
料電池の構造に係り、特にスタックの積層および冷却の
構造に関する。
料電池の構造に係り、特にスタックの積層および冷却の
構造に関する。
【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電極であるアノード
とカソードを配して形成される。アノードまたはカソー
ドの各電極は電極基材上に電極触媒層を配している。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電極であるアノード
とカソードを配して形成される。アノードまたはカソー
ドの各電極は電極基材上に電極触媒層を配している。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（燃料極）またはカソード（空
気極）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（燃料極）またはカソード（空
気極）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）式の反応が起こる。 Ｈ2 ＝２Ｈ+ ＋２ｅ （１） カソードでは（２）式の反応が起こる。 １／２Ｏ2 ＋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】図８は従来の固体高分子電解質型燃料電池
の単電池を示す平面図である。アノード２およびカソー
ド３は厚さ１００μｍの固体高分子電解質膜１の両主面
に接して積層される。電極の厚さは３００μｍである。
電極は前述のように電極基材上に電極触媒層を配して構
成されるがこの電極触媒層は一般に微小な粒子状の白金
触媒と水に対する撥水性を有するフッ素樹脂から構成さ
れており、三相界面と反応ガスの効率的な拡散を維持す
るための細孔とが十分形成される。電極基材は前記触媒
層を支持する。
の単電池を示す平面図である。アノード２およびカソー
ド３は厚さ１００μｍの固体高分子電解質膜１の両主面
に接して積層される。電極の厚さは３００μｍである。
電極は前述のように電極基材上に電極触媒層を配して構
成されるがこの電極触媒層は一般に微小な粒子状の白金
触媒と水に対する撥水性を有するフッ素樹脂から構成さ
れており、三相界面と反応ガスの効率的な拡散を維持す
るための細孔とが十分形成される。電極基材は前記触媒
層を支持する。
【０００６】電極の配置された固体高分子電解質膜の外
側には反応ガスを外部から導いてアノードまたはカソー
ドに供給する一対の例えばカーボンからなるセパレータ
板５が設けられる。セパレータ板はその一方の主面に反
応ガスを導くガス流通溝４を備えるガス不透過性板であ
る。ガス流通溝の寸法は深さ１ｍｍ，幅員１ｍｍであ
る。
側には反応ガスを外部から導いてアノードまたはカソー
ドに供給する一対の例えばカーボンからなるセパレータ
板５が設けられる。セパレータ板はその一方の主面に反
応ガスを導くガス流通溝４を備えるガス不透過性板であ
る。ガス流通溝の寸法は深さ１ｍｍ，幅員１ｍｍであ
る。
【０００７】図９は従来の固体高分子電解質型燃料電池
のスタックを示す側面図である。積層された単電池６は
その３枚毎に冷却板７により冷却される。集電板８は上
記電池集合体の電流を取り出す。電池集合体は締めつけ
板１０と締めつけボルト１１を用いて組み立てられる。
絶縁板９が集電板８と締めつけ板１０との電気的絶縁を
図る。単電池６内では反応ガスは鉛直方向に流れる。
のスタックを示す側面図である。積層された単電池６は
その３枚毎に冷却板７により冷却される。集電板８は上
記電池集合体の電流を取り出す。電池集合体は締めつけ
板１０と締めつけボルト１１を用いて組み立てられる。
絶縁板９が集電板８と締めつけ板１０との電気的絶縁を
図る。単電池６内では反応ガスは鉛直方向に流れる。
【０００８】固体高分子電解質型燃料電池の運転温度は
固体高分子電解質膜の電気抵抗を小さくして発電効率を
高めるために通常５０ないし１００℃の温度で運転され
る。この単電池の発生する電圧は１Ｖ以下であるので、
実用上は電圧を高めるために前記単電池を複数個直列に
積層してスタックとして使用される。燃料電池では、一
般に発生電力にほぼ相当する熱量を熱として発生し、こ
の熱により単電池を多数積層したスタックにおいてはス
タック内に温度の分布が生じる。そこで、スタックで
は、冷却板を内蔵してスタックの温度を単電池の面方
向，積層方向にできるだけ均一になるようにする。ここ
で一般に冷却媒体としては水、空気等が用いられる。冷
却板は冷却媒体を供給することで余剰熱を除去して冷却
をする。
固体高分子電解質膜の電気抵抗を小さくして発電効率を
高めるために通常５０ないし１００℃の温度で運転され
る。この単電池の発生する電圧は１Ｖ以下であるので、
実用上は電圧を高めるために前記単電池を複数個直列に
積層してスタックとして使用される。燃料電池では、一
般に発生電力にほぼ相当する熱量を熱として発生し、こ
の熱により単電池を多数積層したスタックにおいてはス
タック内に温度の分布が生じる。そこで、スタックで
は、冷却板を内蔵してスタックの温度を単電池の面方
向，積層方向にできるだけ均一になるようにする。ここ
で一般に冷却媒体としては水、空気等が用いられる。冷
却板は冷却媒体を供給することで余剰熱を除去して冷却
をする。
【０００９】前述のとおり固体高分子電解質型燃料電池
では、電解質保持層である固体高分子電解質膜１を飽和
に含水させることにより膜の比抵抗が小さくなり、膜は
プロトン導電性電解質として機能する。したがって、固
体高分子電解質型燃料電池の発電効率を高く維持するた
めには、膜の含水状態を飽和状態に維持することが必要
である。膜の乾燥を防いで発電効率を維持するために、
反応ガスには水蒸気が添加され、膜からガスへの水の蒸
発が抑えられる。
では、電解質保持層である固体高分子電解質膜１を飽和
に含水させることにより膜の比抵抗が小さくなり、膜は
プロトン導電性電解質として機能する。したがって、固
体高分子電解質型燃料電池の発電効率を高く維持するた
めには、膜の含水状態を飽和状態に維持することが必要
である。膜の乾燥を防いで発電効率を維持するために、
反応ガスには水蒸気が添加され、膜からガスへの水の蒸
発が抑えられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の固体高分子電解質型燃料電池にあってはカーボ
ンからなるセパレータ板は機械的に脆弱であるためにス
タックを形成して締めつけ板１０と締めつけボルト１１
を用いて単電池とセパレータ板を締めつけたときにセパ
レータ板に亀裂が発生し易く反応ガスがリークし易いと
いう問題があった。そこでセパレータ板を金属材料で構
成しようとすると軽量かつコンパクトな構造を達成する
ためには曲げ剛性の小さい金属を使用しなければならず
高い寸法精度の加工が困難となり、加工工数が増大して
製造コストが増すという問題があった。
な従来の固体高分子電解質型燃料電池にあってはカーボ
ンからなるセパレータ板は機械的に脆弱であるためにス
タックを形成して締めつけ板１０と締めつけボルト１１
を用いて単電池とセパレータ板を締めつけたときにセパ
レータ板に亀裂が発生し易く反応ガスがリークし易いと
いう問題があった。そこでセパレータ板を金属材料で構
成しようとすると軽量かつコンパクトな構造を達成する
ためには曲げ剛性の小さい金属を使用しなければならず
高い寸法精度の加工が困難となり、加工工数が増大して
製造コストが増すという問題があった。
【００１１】また従来の固体高分子電解質型燃料電池で
は複数個の単電池毎に冷却板が設けられているために単
電池毎の温度の均一化を図ることは困難であった。さら
に従来の固体高分子電解質型燃料電池では締めつけ板１
０と締めつけボルト１１を用いて単電池とセパレータ板
を締めつけたときに締めつけボルト１１の締結が一様で
ないために固体高分子電解質膜１とアノード２またはカ
ソード３の両電極を均一に加圧できない上に長時間の運
転ではクリープにより締めつけボルト１１の加圧力が低
下するという問題があった。
は複数個の単電池毎に冷却板が設けられているために単
電池毎の温度の均一化を図ることは困難であった。さら
に従来の固体高分子電解質型燃料電池では締めつけ板１
０と締めつけボルト１１を用いて単電池とセパレータ板
を締めつけたときに締めつけボルト１１の締結が一様で
ないために固体高分子電解質膜１とアノード２またはカ
ソード３の両電極を均一に加圧できない上に長時間の運
転ではクリープにより締めつけボルト１１の加圧力が低
下するという問題があった。
【００１２】この発明は上述の点に鑑みてなされその目
的はスタックの締めつけ構造，セパレータ構造に改良を
加え、安定且つ均一なスタックの締めつけが可能であ
り、さらにスタックの温度分布が均一で経済性にも優れ
る固体高分子電解質型燃料電池を提供することにある。
的はスタックの締めつけ構造，セパレータ構造に改良を
加え、安定且つ均一なスタックの締めつけが可能であ
り、さらにスタックの温度分布が均一で経済性にも優れ
る固体高分子電解質型燃料電池を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上述の目的は第一の発明
によれば固体高分子電解質膜とその両面に配設された電
極からなる固体高分子膜／電極接合体を反応ガス流路群
を備えた二つのセパレータで挟んで単電池を構成すると
ともに該単電池を複数個積層してスタックを形成し、前
記スタックに燃料ガスと酸化剤ガスの反応ガスおよび冷
却水を供給する固体高分子電解質型燃料電池において、
加圧板と合体して加圧ガス室を形成し所定圧力のガスが
内蔵される位置固定の加圧板保持器と、しゅう動自在且
つ気密に加圧板保持器に取り付けられ加圧ガス室のガス
圧によりスタックの端部をスタックの積層方向に全体加
圧する加圧板を備えるとすることにより達成される。
によれば固体高分子電解質膜とその両面に配設された電
極からなる固体高分子膜／電極接合体を反応ガス流路群
を備えた二つのセパレータで挟んで単電池を構成すると
ともに該単電池を複数個積層してスタックを形成し、前
記スタックに燃料ガスと酸化剤ガスの反応ガスおよび冷
却水を供給する固体高分子電解質型燃料電池において、
加圧板と合体して加圧ガス室を形成し所定圧力のガスが
内蔵される位置固定の加圧板保持器と、しゅう動自在且
つ気密に加圧板保持器に取り付けられ加圧ガス室のガス
圧によりスタックの端部をスタックの積層方向に全体加
圧する加圧板を備えるとすることにより達成される。
【００１４】また第二の発明によれば固体高分子電解質
膜とその両面に配設された電極からなる固体高分子膜／
電極接合体を反応ガス流路群を備えた二つのセパレータ
で挟んで単電池を構成するとともに該単電池を複数個積
層してスタックを形成し、前記スタックに燃料ガスと酸
化剤ガスの反応ガスおよび冷却水を供給する固体高分子
電解質型燃料電池において、凹凸の波形成型により金属
板の中央部に設けられた波形溝と、該波形溝の周辺に設
けられた酸化剤ガスと燃料ガスと冷却水の各導入孔群
と、反応ガス流路群の周辺に設けられた酸化剤ガスと燃
料ガスと冷却水の各排出孔群を有する金属セパレータ
と、前記金属セパレータの導入孔群と排出孔群に対応し
て導入孔群と排出孔群が設けられるとともに燃料ガス導
入孔と燃料ガス排出孔にセパレータの波形溝に連通する
切り欠き溝を備え、金属セパレータの波形溝の周辺にお
いて、固体高分子膜／電極接合体と第一の金属セパレー
タの間に、導入孔群と排出孔群をセパレータのものと一
致させて介挿される第一のガスパッキンと、前記金属セ
パレータの導入孔群と排出孔群に対応して導入孔群と排
出孔群が設けられるとともに酸化剤ガス導入孔と酸化剤
ガス排出孔にセパレータの波形溝に連通する切り欠き溝
を備え、金属セパレータの波形溝の周辺において、固体
高分子膜／電極接合体と第二の金属セパレータの間に、
導入孔群と排出孔群をセパレータのものと一致させて介
挿される第二のガスパッキンと、前記金属セパレータの
導入孔群と排出孔群に対応して導入孔群と排出孔群が設
けられるとともに冷却水導入孔と冷却水排出孔にセパレ
ータの波形溝に連通する切り欠き溝を備え、金属セパレ
ータの波形溝の周辺において、第二の金属セパレータと
前記第二のセパレータに隣接する単電池を構成する第三
の金属セパレータの間に、導入孔群と排出孔群をセパレ
ータのものと一致させて介挿される冷却水パッキンを備
えるとすることにより達成される。
膜とその両面に配設された電極からなる固体高分子膜／
電極接合体を反応ガス流路群を備えた二つのセパレータ
で挟んで単電池を構成するとともに該単電池を複数個積
層してスタックを形成し、前記スタックに燃料ガスと酸
化剤ガスの反応ガスおよび冷却水を供給する固体高分子
電解質型燃料電池において、凹凸の波形成型により金属
板の中央部に設けられた波形溝と、該波形溝の周辺に設
けられた酸化剤ガスと燃料ガスと冷却水の各導入孔群
と、反応ガス流路群の周辺に設けられた酸化剤ガスと燃
料ガスと冷却水の各排出孔群を有する金属セパレータ
と、前記金属セパレータの導入孔群と排出孔群に対応し
て導入孔群と排出孔群が設けられるとともに燃料ガス導
入孔と燃料ガス排出孔にセパレータの波形溝に連通する
切り欠き溝を備え、金属セパレータの波形溝の周辺にお
いて、固体高分子膜／電極接合体と第一の金属セパレー
タの間に、導入孔群と排出孔群をセパレータのものと一
致させて介挿される第一のガスパッキンと、前記金属セ
パレータの導入孔群と排出孔群に対応して導入孔群と排
出孔群が設けられるとともに酸化剤ガス導入孔と酸化剤
ガス排出孔にセパレータの波形溝に連通する切り欠き溝
を備え、金属セパレータの波形溝の周辺において、固体
高分子膜／電極接合体と第二の金属セパレータの間に、
導入孔群と排出孔群をセパレータのものと一致させて介
挿される第二のガスパッキンと、前記金属セパレータの
導入孔群と排出孔群に対応して導入孔群と排出孔群が設
けられるとともに冷却水導入孔と冷却水排出孔にセパレ
ータの波形溝に連通する切り欠き溝を備え、金属セパレ
ータの波形溝の周辺において、第二の金属セパレータと
前記第二のセパレータに隣接する単電池を構成する第三
の金属セパレータの間に、導入孔群と排出孔群をセパレ
ータのものと一致させて介挿される冷却水パッキンを備
えるとすることにより達成される。
【００１５】上述の第二の発明において金属セパレータ
は表面が金メッキまたは銀メッキされていること、金属
セパレータは周辺部がガスパッキンまたは冷却水パッキ
ン保持用に突起を有していること、またはパッキンの切
り欠き溝は凹部に膜加圧弁を装着するとすることが有効
である。
は表面が金メッキまたは銀メッキされていること、金属
セパレータは周辺部がガスパッキンまたは冷却水パッキ
ン保持用に突起を有していること、またはパッキンの切
り欠き溝は凹部に膜加圧弁を装着するとすることが有効
である。
【００１６】
【作用】加圧板は加圧ガス室のガス圧により押圧されて
しゅう動するからスタックは均等に加圧される。またガ
ス圧はガス室の体積変動に比例するから締結棒のクリー
プがあってもガス圧の変動は僅少でありスタックは安定
に押圧される。金属板に凹凸の波形溝を設ける構造にす
ると波形成型により高精度，コンパクト且つ安価な金属
セパレータが製造できる。
しゅう動するからスタックは均等に加圧される。またガ
ス圧はガス室の体積変動に比例するから締結棒のクリー
プがあってもガス圧の変動は僅少でありスタックは安定
に押圧される。金属板に凹凸の波形溝を設ける構造にす
ると波形成型により高精度，コンパクト且つ安価な金属
セパレータが製造できる。
【００１７】金属セパレータの中央部に波形溝を設ける
構造とすると、金属セパレータの波形溝の一方の主面に
は反応ガスを、他方の主面には冷却水を流すことができ
単電池毎の冷却が可能となる。金属セパレータは表面が
金メッキまたは銀メッキされていると他の金属パッキン
との間，金属パッキンと固体高分子膜／電極接合体との
間または金属パッキンと膜押さえ弁との間の接触抵抗が
小さくなる。
構造とすると、金属セパレータの波形溝の一方の主面に
は反応ガスを、他方の主面には冷却水を流すことができ
単電池毎の冷却が可能となる。金属セパレータは表面が
金メッキまたは銀メッキされていると他の金属パッキン
との間，金属パッキンと固体高分子膜／電極接合体との
間または金属パッキンと膜押さえ弁との間の接触抵抗が
小さくなる。
【００１８】金属セパレータは周辺部がガスパッキンま
たは冷却水パッキン保持用に突起を有しているとガスパ
ッキンや冷却水パッキンを金属セパレータの間に保持す
ることが容易になる。パッキンの切り欠き溝は凹部に膜
加圧弁を装着するとスタックを加圧板により押圧すると
きに切り欠き溝の流体流路が閉塞することを防止する。
たは冷却水パッキン保持用に突起を有しているとガスパ
ッキンや冷却水パッキンを金属セパレータの間に保持す
ることが容易になる。パッキンの切り欠き溝は凹部に膜
加圧弁を装着するとスタックを加圧板により押圧すると
きに切り欠き溝の流体流路が閉塞することを防止する。
【００１９】
【実施例】次にこの発明の実施例を図面に基いて説明す
る。図１はこの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。単電池６の複数個が集電
板８，絶縁板９，分配板１８を介して加圧板１３により
押圧されスタックを形成する。加圧板１３はＯリング１
６を介して加圧板保持器１４に気密に且つしゅう動自在
に取り付けられる。加圧板保持器１４と加圧板１３は加
圧ガス室１７を形成する。加圧ガス室１７の加圧板保持
器１４は締結棒１５により所定の位置に固定される。
る。図１はこの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。単電池６の複数個が集電
板８，絶縁板９，分配板１８を介して加圧板１３により
押圧されスタックを形成する。加圧板１３はＯリング１
６を介して加圧板保持器１４に気密に且つしゅう動自在
に取り付けられる。加圧板保持器１４と加圧板１３は加
圧ガス室１７を形成する。加圧ガス室１７の加圧板保持
器１４は締結棒１５により所定の位置に固定される。
【００２０】分配板１８には燃料ガス入口１９Ａ，酸化
剤ガス入口２０Ａ，冷却水入口２１Ａが設けられ、スタ
ック内の燃料ガス導入孔１９Ｃ，酸化剤ガス導入孔２０
Ｃ，冷却水導入孔２１Ｃにそれぞれ連通する。同様に分
配板１８には燃料ガス出口１９Ｂ，酸化剤ガス出口２０
Ｂ，冷却水出口２１Ｂが設けられ、スタック内の燃料ガ
ス排出孔１９Ｄ，酸化剤ガス排出孔２０Ｄ，冷却水排出
孔２１Ｄにそれぞれ連通する。
剤ガス入口２０Ａ，冷却水入口２１Ａが設けられ、スタ
ック内の燃料ガス導入孔１９Ｃ，酸化剤ガス導入孔２０
Ｃ，冷却水導入孔２１Ｃにそれぞれ連通する。同様に分
配板１８には燃料ガス出口１９Ｂ，酸化剤ガス出口２０
Ｂ，冷却水出口２１Ｂが設けられ、スタック内の燃料ガ
ス排出孔１９Ｄ，酸化剤ガス排出孔２０Ｄ，冷却水排出
孔２１Ｄにそれぞれ連通する。
【００２１】スタック内の燃料ガス導入孔１９Ｃ，酸化
剤ガス導入孔２０Ｃ，冷却水導入孔２１Ｃはそれぞれ単
電池のアノード半電池，カソード半電池，単電池と単電
池の間を介してスタック内の燃料ガス排出孔１９Ｄ，酸
化剤ガス排出孔２０Ｄ，冷却水排出孔２１Ｄに連通す
る。単電池の詳細は次図以下に示される。
剤ガス導入孔２０Ｃ，冷却水導入孔２１Ｃはそれぞれ単
電池のアノード半電池，カソード半電池，単電池と単電
池の間を介してスタック内の燃料ガス排出孔１９Ｄ，酸
化剤ガス排出孔２０Ｄ，冷却水排出孔２１Ｄに連通す
る。単電池の詳細は次図以下に示される。
【００２２】加圧ガス室１７内のガス圧は所定値に保持
される。加圧板１３はガス圧に応じて加圧板保持器１４
の内部をしゅう動する。加圧板１３はスタックの端部の
全体をその積層方向に均等に押圧する。図２はこの発明
の実施例に係る固体高分子電解質型燃料電池につき積層
された単電池を示す金属セパレータに関する透視図であ
る。
される。加圧板１３はガス圧に応じて加圧板保持器１４
の内部をしゅう動する。加圧板１３はスタックの端部の
全体をその積層方向に均等に押圧する。図２はこの発明
の実施例に係る固体高分子電解質型燃料電池につき積層
された単電池を示す金属セパレータに関する透視図であ
る。
【００２３】図３はこの発明の実施例に係る固体高分子
電解質型燃料電池につき図２に示す積層された単電池の
Ａ―Ａ矢視断面図である。図４はこの発明の実施例に係
る固体高分子電解質型燃料電池につき図２に示す積層さ
れた単電池のＢ―Ｂ矢視断面図である。金属セパレータ
２８は金属薄板を用い波形のプレス成型により中央部に
波形溝２２を設けて高精度，コンパクト且つ安価に作成
される。二つの金属セパレータ２８の間にガスパッキン
２５Ａと固体高分子膜／電極接合体２７とガスパッキン
２５Ｂが挟まれて一つの単電池が構成される。Ｃ×Ｃの
部分に固体高分子膜／電極接合体２７の電極が存在す
る。一つの金属セパレータ２８とガスパッキン２５Ａと
固体高分子膜／電極接合体２７はカソード半電池を構成
し、他の金属セパレータ２８とガスパッキン２５Ｂと固
体高分子膜／電極接合体２７はアノード半電池を構成す
る。ガスパッキン２５Ａ，ガスパッキン２５Ｂは波形溝
２２の周辺部に配置される。ガスパッキン２５Ａはガス
パッキンの切り欠き溝２４Ａ，２４Ｄを備えカソード半
電池のシールとカソード半電池に対する酸化剤ガスの分
配と排出を行う。ガスパッキン２５Ｂはガスパッキンの
切り欠き溝２４Ｂ，２４Ｅを備えアノード半電池のシー
ルとアノード半電池に対する燃料ガスの分配と排出を行
う。
電解質型燃料電池につき図２に示す積層された単電池の
Ａ―Ａ矢視断面図である。図４はこの発明の実施例に係
る固体高分子電解質型燃料電池につき図２に示す積層さ
れた単電池のＢ―Ｂ矢視断面図である。金属セパレータ
２８は金属薄板を用い波形のプレス成型により中央部に
波形溝２２を設けて高精度，コンパクト且つ安価に作成
される。二つの金属セパレータ２８の間にガスパッキン
２５Ａと固体高分子膜／電極接合体２７とガスパッキン
２５Ｂが挟まれて一つの単電池が構成される。Ｃ×Ｃの
部分に固体高分子膜／電極接合体２７の電極が存在す
る。一つの金属セパレータ２８とガスパッキン２５Ａと
固体高分子膜／電極接合体２７はカソード半電池を構成
し、他の金属セパレータ２８とガスパッキン２５Ｂと固
体高分子膜／電極接合体２７はアノード半電池を構成す
る。ガスパッキン２５Ａ，ガスパッキン２５Ｂは波形溝
２２の周辺部に配置される。ガスパッキン２５Ａはガス
パッキンの切り欠き溝２４Ａ，２４Ｄを備えカソード半
電池のシールとカソード半電池に対する酸化剤ガスの分
配と排出を行う。ガスパッキン２５Ｂはガスパッキンの
切り欠き溝２４Ｂ，２４Ｅを備えアノード半電池のシー
ルとアノード半電池に対する燃料ガスの分配と排出を行
う。
【００２４】前記単電池と異なる単電池が前記単電池に
積層される。この単電池の積層によりスタックが形成さ
れる。複数の単電池相互の間には冷却水パッキン２５Ｃ
が配置される。冷却水パッキン２５Ｃには冷却水パッキ
ンの切り欠き溝２４Ｃ，２４Ｆが設けられ、単電池相互
間のシールと単電池相互間への冷却水の分配と排出を行
う。
積層される。この単電池の積層によりスタックが形成さ
れる。複数の単電池相互の間には冷却水パッキン２５Ｃ
が配置される。冷却水パッキン２５Ｃには冷却水パッキ
ンの切り欠き溝２４Ｃ，２４Ｆが設けられ、単電池相互
間のシールと単電池相互間への冷却水の分配と排出を行
う。
【００２５】金属セパレータ２８とガスパッキン２５Ａ
とガスパッキン２５Ｂと冷却水パッキン２５Ｃにはそれ
ぞれ酸化剤ガス導入孔２０Ｃ，燃料ガス導入孔１９Ｃ，
冷却水導入孔２１Ｃおよび酸化剤ガス排出孔２０Ｄ，燃
料ガス排出孔１９Ｄ，冷却水排出孔２１Ｄが金属セパレ
ータ２８，ガスパッキン２５Ａ，ガスパッキン２５Ｂ，
冷却水パッキン２５Ｃ間で穿孔位置を一致させて形成さ
れる。
とガスパッキン２５Ｂと冷却水パッキン２５Ｃにはそれ
ぞれ酸化剤ガス導入孔２０Ｃ，燃料ガス導入孔１９Ｃ，
冷却水導入孔２１Ｃおよび酸化剤ガス排出孔２０Ｄ，燃
料ガス排出孔１９Ｄ，冷却水排出孔２１Ｄが金属セパレ
ータ２８，ガスパッキン２５Ａ，ガスパッキン２５Ｂ，
冷却水パッキン２５Ｃ間で穿孔位置を一致させて形成さ
れる。
【００２６】波形溝の周辺に設けられた酸化剤ガス，燃
料ガス，冷却水の各導入孔群は、波形溝の周辺の異なる
位置に設けられた酸化剤ガス，燃料ガス，冷却水の各排
出孔群とマニホルド２３Ａ、波形溝２２の転じた酸化剤
ガス流路３０，燃料ガス流路２９または冷却水流路３１
の各流路、マニホルド２３Ｂを介して連通する。各単電
池の金属セパレータは固定ピン２６により結合される。
料ガス，冷却水の各導入孔群は、波形溝の周辺の異なる
位置に設けられた酸化剤ガス，燃料ガス，冷却水の各排
出孔群とマニホルド２３Ａ、波形溝２２の転じた酸化剤
ガス流路３０，燃料ガス流路２９または冷却水流路３１
の各流路、マニホルド２３Ｂを介して連通する。各単電
池の金属セパレータは固定ピン２６により結合される。
【００２７】図５はこの発明の実施例に係る固体高分子
電解質型燃料電池の膜押さえ弁を示す斜視図である。ガ
スパッキン２５Ａ，２５Ｂ，冷却水パッキン２５Ｃの各
切り欠き溝には膜押さえ弁３５が載置される。膜押さえ
弁３５は金属セパレータ接触面３８と固体高分子膜／電
極接合体接触面３７を持ち流体流路３６を持つ。膜押さ
え弁３５は切り欠き溝が加圧ガス室の加圧により閉塞さ
れるのを防止し反応ガスまたは冷却水の自由な流通を確
保する。またガスパッキン２５Ａ，２５Ｂの周辺にはス
ペーサ３４が配置される。スペーサ３４は固体高分子膜
／電極接合体２７を所定の厚さに保持する。
電解質型燃料電池の膜押さえ弁を示す斜視図である。ガ
スパッキン２５Ａ，２５Ｂ，冷却水パッキン２５Ｃの各
切り欠き溝には膜押さえ弁３５が載置される。膜押さえ
弁３５は金属セパレータ接触面３８と固体高分子膜／電
極接合体接触面３７を持ち流体流路３６を持つ。膜押さ
え弁３５は切り欠き溝が加圧ガス室の加圧により閉塞さ
れるのを防止し反応ガスまたは冷却水の自由な流通を確
保する。またガスパッキン２５Ａ，２５Ｂの周辺にはス
ペーサ３４が配置される。スペーサ３４は固体高分子膜
／電極接合体２７を所定の厚さに保持する。
【００２８】図６はこの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のガスパッキンを示す平面図で
ある。このガスパッキンはアノード半電池用である。図
７はこの発明の異なる実施例に係る固体高分子電解質型
燃料電池のガスパッキンを示す平面図である。このガス
パッキンはカソード半電池用である。
高分子電解質型燃料電池のガスパッキンを示す平面図で
ある。このガスパッキンはアノード半電池用である。図
７はこの発明の異なる実施例に係る固体高分子電解質型
燃料電池のガスパッキンを示す平面図である。このガス
パッキンはカソード半電池用である。
【００２９】
【発明の効果】この発明によれば加圧板保持器と、加圧
板により形成される加圧ガス室のガス圧により加圧板を
スタックの積層方向に全体的にしゅう動させるので、ス
タックが均一且つ安定に押圧され、スタック積層におけ
る接触抵抗に起因する内部抵抗の低減、反応ガスや冷却
水のシールの確実化がもたらされ特性と信頼性に優れる
固体高分子電解質型燃料電池が得られる。
板により形成される加圧ガス室のガス圧により加圧板を
スタックの積層方向に全体的にしゅう動させるので、ス
タックが均一且つ安定に押圧され、スタック積層におけ
る接触抵抗に起因する内部抵抗の低減、反応ガスや冷却
水のシールの確実化がもたらされ特性と信頼性に優れる
固体高分子電解質型燃料電池が得られる。
【００３０】また凹凸の波形成型により金属板の中央部
に波形溝を有する金属セパレータの一方の面に反応ガス
を他方の面に冷却水を流通させるので、スタックの単電
池毎に冷却が可能となり、温度分布が良好で且つ経済性
にも優れる固体高分子電解質型燃料電池が得られる。金
属セパレータは表面が金メッキまたは銀メッキされてい
ると他の金属パッキンとの間，金属パッキンと固体高分
子膜／電極接合体との間または金属パッキンと膜押さえ
弁との間の接触抵抗が小さくなり内部抵抗の小さい固体
高分子電解質型燃料電池が得られる。
に波形溝を有する金属セパレータの一方の面に反応ガス
を他方の面に冷却水を流通させるので、スタックの単電
池毎に冷却が可能となり、温度分布が良好で且つ経済性
にも優れる固体高分子電解質型燃料電池が得られる。金
属セパレータは表面が金メッキまたは銀メッキされてい
ると他の金属パッキンとの間，金属パッキンと固体高分
子膜／電極接合体との間または金属パッキンと膜押さえ
弁との間の接触抵抗が小さくなり内部抵抗の小さい固体
高分子電解質型燃料電池が得られる。
【００３１】金属セパレータは周辺部がガスパッキンま
たは冷却水パッキン保持用に突起を有しているとガスパ
ッキンや冷却水パッキンを金属セパレータの間に保持す
ることが容易になり反応ガスや冷却水のシールが確実な
固体高分子電解質型燃料電池が得られる。パッキンの切
り欠き溝は凹部に膜加圧弁を装着するとスタックを加圧
板により押圧するときに切り欠き溝の流体流路が閉塞す
ることを防止し所要の反応ガスや冷却水の流通が確実と
なる。
たは冷却水パッキン保持用に突起を有しているとガスパ
ッキンや冷却水パッキンを金属セパレータの間に保持す
ることが容易になり反応ガスや冷却水のシールが確実な
固体高分子電解質型燃料電池が得られる。パッキンの切
り欠き溝は凹部に膜加圧弁を装着するとスタックを加圧
板により押圧するときに切り欠き溝の流体流路が閉塞す
ることを防止し所要の反応ガスや冷却水の流通が確実と
なる。
【図１】この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
料電池を示す断面図
【図２】この発明の実施例に係る固体高分子電解質型燃
料電池につき積層された単電池を示す金属セパレータに
関する透視図
料電池につき積層された単電池を示す金属セパレータに
関する透視図
【図３】この発明の実施例に係る固体高分子電解質型燃
料電池につき図２に示す積層された単電池のＡ―Ａ矢視
断面図
料電池につき図２に示す積層された単電池のＡ―Ａ矢視
断面図
【図４】この発明の実施例に係る固体高分子電解質型燃
料電池につき図２に示す積層された単電池のＢ―Ｂ矢視
断面図
料電池につき図２に示す積層された単電池のＢ―Ｂ矢視
断面図
【図５】この発明の実施例に係る固体高分子電解質型燃
料電池の膜押さえ弁を示す斜視図
料電池の膜押さえ弁を示す斜視図
【図６】この発明の異なる実施例に係る固体高分子電解
質型燃料電池のガスパッキンを示す平面図
質型燃料電池のガスパッキンを示す平面図
【図７】この発明の異なる実施例に係る固体高分子電解
質型燃料電池のガスパッキンを示す平面図
質型燃料電池のガスパッキンを示す平面図
【図８】従来の固体高分子電解質型燃料電池の単電池を
示す平面図
示す平面図
【図９】従来の固体高分子電解質型燃料電池のスタック
を示す側面図
を示す側面図
１ 固体高分子電解質型燃料電池 ２ アノード ３ カソード ４ ガス流通孔 ５ セパレータ板 ６ 単電池 ７ 冷却板 ８ 集電板 ９ 絶縁板 １０ 締めつけ板 １１ 締めつけボルト １２ スタック １３ 加圧板 １４ 加圧板保持器 １５ 締結棒 １６ Ｏリング １７ 加圧ガス室 １８ 分配板 １９Ａ 燃料ガス入口 １９Ｂ 燃料ガス出口 １９Ｃ 燃料ガス導入孔 １９Ｄ 燃料ガス排出孔 ２０Ａ 酸化剤ガス入口 ２０Ｂ 酸化剤ガス出口 ２０Ｃ 酸化剤ガス導入孔 ２０Ｄ 酸化剤ガス排出孔 ２１Ａ 冷却水入口 ２１Ｂ 冷却水出口 ２１Ｃ 冷却水導入孔 ２１Ｄ 冷却水排出孔 ２２ 波形溝 ２３Ａ マニホルド ２３Ｂ マニホルド ２４Ａ ガスパッキンの切り欠き溝 ２４Ｂ ガスパッキンの切り欠き溝 ２４Ｃ 冷却水パッキンの切り欠き溝 ２４Ｄ ガスパッキンの切り欠き溝 ２４Ｅ ガスパッキンの切り欠き溝 ２４Ｆ 冷却水パッキンの切り欠き溝 ２５Ａ ガスパッキン ２５Ｂ ガスパッキン ２５Ｃ 冷却水パッキン ２６ 固定ピン ２７ 固体高分子膜／電極接合体 ２８ 金属セパレータ ２９ 燃料ガス流路 ３０ 酸化剤ガス流路 ３１ 冷却水流路 ３４ スペーサ ３５ 膜押さえ弁 ３６ 流体流路 ３７ 固体高分子膜／電極接合体接触面 ３８ 金属セパレータ接触面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新藤 義彦 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 (5)
- 【請求項１】固体高分子電解質膜とその両面に配設され
た電極からなる固体高分子膜／電極接合体を反応ガス流
路群を備えた二つのセパレータで挟んで単電池を構成す
るとともに該単電池を複数個積層してスタックを形成
し、前記スタックに燃料ガスと酸化剤ガスの反応ガスお
よび冷却水を供給する固体高分子電解質型燃料電池にお
いて、加圧板と合体して加圧ガス室を形成し所定圧力の
ガスが内蔵される位置固定の加圧板保持器と、しゅう動
自在且つ気密に加圧板保持器に取り付けられ加圧ガス室
のガス圧によりスタックの端部をスタックの積層方向に
全体加圧する加圧板を備え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】固体高分子電解質膜とその両面に配設され
た電極からなる固体高分子膜／電極接合体を反応ガス流
路群を備えた二つのセパレータで挟んで単電池を構成す
るとともに該単電池を複数個積層してスタックを形成
し、前記スタックに燃料ガスと酸化剤ガスの反応ガスお
よび冷却水を供給する固体高分子電解質型燃料電池にお
いて、凹凸の波形成型により金属板の中央部に設けられ
た波形溝と、該波形溝の周辺に設けられた酸化剤ガスと
燃料ガスと冷却水の各導入孔群と、波形溝の周辺の異な
る位置に設けられた酸化剤ガスと燃料ガスと冷却水の各
排出孔群を有する金属セパレータと、前記金属セパレー
タの導入孔群と排出孔群に対応して導入孔群と排出孔群
が設けられるとともに燃料ガス導入孔と燃料ガス排出孔
にセパレータの波形溝に連通する切り欠き溝を備え、金
属セパレータの波形溝の周辺において、固体高分子膜／
電極接合体と第一の金属セパレータの間に、導入孔群と
排出孔群をセパレータのものと一致させて介挿される第
一のガスパッキンと、 前記金属セパレータの導入孔群と排出孔群に対応して導
入孔群と排出孔群が設けられるとともに酸化剤ガス導入
孔と酸化剤ガス排出孔にセパレータの波形溝に連通する
切り欠き溝を備え、金属セパレータの波形溝の周辺にお
いて、固体高分子膜／電極接合体と第二の金属セパレー
タの間に、導入孔群と排出孔群をセパレータのものと一
致させて介挿される第二のガスパッキンと、 前記金属セパレータの導入孔群と排出孔群に対応して導
入孔群と排出孔群が設けられるとともに冷却水導入孔と
冷却水排出孔にセパレータの波形溝に連通する切り欠き
溝を備え、金属セパレータの波形溝の周辺において、第
二の金属セパレータと前記第二のセパレータに隣接する
単電池を構成する第三の金属セパレータの間に、導入孔
群と排出孔群をセパレータのものと一致させて介挿され
る冷却水パッキンを備え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２記載の燃料電池において、金属セ
パレータは表面が金メッキまたは銀メッキされてなるこ
とを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項４】請求項２記載の燃料電池において、金属セ
パレータは周辺部がガスパッキンまたは冷却水パッキン
保持用に突起を有す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２記載の燃料電池において、パッキ
ンの切り欠き溝は凹部に膜加圧弁を装着してなることを
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 |
|---|---|---|---|
| JP30256194A JP3350260B2 (ja) | 1994-12-07 | 1994-12-07 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30256194A JP3350260B2 (ja) | 1994-12-07 | 1994-12-07 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08162145A true JPH08162145A (ja) | 1996-06-21 |
| JP3350260B2 JP3350260B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=17910462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30256194A Expired - Lifetime JP3350260B2 (ja) | 1994-12-07 | 1994-12-07 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3350260B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003528980A (ja) * | 2000-03-28 | 2003-09-30 | セラミック・フューエル・セルズ・リミテッド | 表面処理された導電性金属部材及びその作製方法 |
| KR100452866B1 (ko) * | 2002-05-31 | 2004-10-14 | 현대자동차주식회사 | 전기 자동차용 연료 전지 스택 적층장치 |
| WO2005050766A1 (ja) * | 2003-11-19 | 2005-06-02 | Nitto Denko Corporation | 燃料電池 |
| JP2005259676A (ja) * | 2003-11-19 | 2005-09-22 | Nitto Denko Corp | 燃料電池 |
| JP2020519767A (ja) * | 2017-05-15 | 2020-07-02 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 加圧動作に適したクランプシステムを有する、加圧動作用の水電解または共電解反応器（ｓｏｅｃ）または燃料セル（ｓｏｆｃ） |
-
1994
- 1994-12-07 JP JP30256194A patent/JP3350260B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003528980A (ja) * | 2000-03-28 | 2003-09-30 | セラミック・フューエル・セルズ・リミテッド | 表面処理された導電性金属部材及びその作製方法 |
| JP4955178B2 (ja) * | 2000-03-28 | 2012-06-20 | セラミック・フューエル・セルズ・リミテッド | 固体電解質燃料電池アセンブリー用部材およびその導電性を向上させる方法 |
| KR100452866B1 (ko) * | 2002-05-31 | 2004-10-14 | 현대자동차주식회사 | 전기 자동차용 연료 전지 스택 적층장치 |
| WO2005050766A1 (ja) * | 2003-11-19 | 2005-06-02 | Nitto Denko Corporation | 燃料電池 |
| JP2005259676A (ja) * | 2003-11-19 | 2005-09-22 | Nitto Denko Corp | 燃料電池 |
| US7862954B2 (en) | 2003-11-19 | 2011-01-04 | Aquafairy Corporation | Fuel cell |
| JP2020519767A (ja) * | 2017-05-15 | 2020-07-02 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 加圧動作に適したクランプシステムを有する、加圧動作用の水電解または共電解反応器（ｓｏｅｃ）または燃料セル（ｓｏｆｃ） |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3350260B2 (ja) | 2002-11-25 |
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