JPH10162842A - 固体高分子型燃料電池用セパレータ、及びこれを用いた固体高分子型燃料電池スタック - Google Patents
固体高分子型燃料電池用セパレータ、及びこれを用いた固体高分子型燃料電池スタックInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池スタックの良好な冷却が行え、厚み
方向のコンパクト化を可能とする。 【解決手段】 固体高分子電解質膜２を挟んで両側に配
置される電極３，４と接し且つ該電極３，４に水素ガス
又は酸素ガスを供給するガス流路１２，１５を有するセ
パレータ本体部１０の側縁部に、放熱フィン１１を突設
した。
方向のコンパクト化を可能とする。 【解決手段】 固体高分子電解質膜２を挟んで両側に配
置される電極３，４と接し且つ該電極３，４に水素ガス
又は酸素ガスを供給するガス流路１２，１５を有するセ
パレータ本体部１０の側縁部に、放熱フィン１１を突設
した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池用セパレータ、及びこれを用いた固体高分子型燃料
電池スタックに関するものである。
電池用セパレータ、及びこれを用いた固体高分子型燃料
電池スタックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５に従来の固体高分子型燃料電池用の
セパレータを示し、図６にこの従来のセパレータを用い
て構成される固体高分子型燃料電池スタックのセルの構
造を示す。従来の固体高分子型燃料電池において、図５
に示すように、セパレータ１は、その本体が導電材料に
より平板状に形成され、且つ本体の両面中央部に水素ガ
ス用及び酸素ガス用のガス流路１２，１５がそれぞれ設
けられるとともに、その周辺部に水素ガス用及び酸素ガ
ス用のガス給排孔１３，１４がそれぞれ設けられ、さら
に冷媒給排孔１６が設けられた構成となっている。そし
て、従来の固体高分子型燃料電池スタックは、図６に示
す如く、固体高分子電解質膜２の両側にそれぞれ支持集
電体５で支持した水素極３及び酸素極４を配置し、それ
らの外側にそれぞれ上記セパレータ１，１を配置してこ
れらを積層したものを１つの単位のセルとして該セルを
複数積層し、ガス給排孔１３，１４をそれぞれ積層方向
に連通させた構成となっている。
セパレータを示し、図６にこの従来のセパレータを用い
て構成される固体高分子型燃料電池スタックのセルの構
造を示す。従来の固体高分子型燃料電池において、図５
に示すように、セパレータ１は、その本体が導電材料に
より平板状に形成され、且つ本体の両面中央部に水素ガ
ス用及び酸素ガス用のガス流路１２，１５がそれぞれ設
けられるとともに、その周辺部に水素ガス用及び酸素ガ
ス用のガス給排孔１３，１４がそれぞれ設けられ、さら
に冷媒給排孔１６が設けられた構成となっている。そし
て、従来の固体高分子型燃料電池スタックは、図６に示
す如く、固体高分子電解質膜２の両側にそれぞれ支持集
電体５で支持した水素極３及び酸素極４を配置し、それ
らの外側にそれぞれ上記セパレータ１，１を配置してこ
れらを積層したものを１つの単位のセルとして該セルを
複数積層し、ガス給排孔１３，１４をそれぞれ積層方向
に連通させた構成となっている。
【０００３】そして、水素ガスをガス給排孔１４の供給
側から流入させるとともに酸素ガスをガス給排孔１３の
供給側から流入させると、水素極３に接するセパレータ
１のガス流路１５に水素ガスが供給され、且つ酸素極４
に接するセパレータ１のガス流路１２に酸素ガスが供給
されて、水素極３側では反応式 Ｈ2→２Ｈ＋＋２ｅ- で示す反応が起こるとともに、酸素極４側では反応式 1/2Ｏ2＋２Ｈ＋２ｅ−→Ｈ2Ｏ＋反応熱Ｑ で示す反応が起こり、トータルとして Ｈ2＋1/2Ｏ2→Ｈ2Ｏ で示す反応が起こる。すなわち、水素極３にて水素が電
子を放出してプロトン化し、固体高分子型電解質層２を
通って酸素極４側に移動し、酸素極４にて電子の供給を
受けて酸素と反応する、という電気化学反応に基いて各
燃料電池セル単位で起電力を発生するもので、これら燃
料電池セルが積層され直列に接続された燃料電池スタッ
ク全体では大きな起電力を得ることができるものであっ
た。
側から流入させるとともに酸素ガスをガス給排孔１３の
供給側から流入させると、水素極３に接するセパレータ
１のガス流路１５に水素ガスが供給され、且つ酸素極４
に接するセパレータ１のガス流路１２に酸素ガスが供給
されて、水素極３側では反応式 Ｈ2→２Ｈ＋＋２ｅ- で示す反応が起こるとともに、酸素極４側では反応式 1/2Ｏ2＋２Ｈ＋２ｅ−→Ｈ2Ｏ＋反応熱Ｑ で示す反応が起こり、トータルとして Ｈ2＋1/2Ｏ2→Ｈ2Ｏ で示す反応が起こる。すなわち、水素極３にて水素が電
子を放出してプロトン化し、固体高分子型電解質層２を
通って酸素極４側に移動し、酸素極４にて電子の供給を
受けて酸素と反応する、という電気化学反応に基いて各
燃料電池セル単位で起電力を発生するもので、これら燃
料電池セルが積層され直列に接続された燃料電池スタッ
ク全体では大きな起電力を得ることができるものであっ
た。
【０００４】ところで、上記反応は可逆的でないため
に、該燃料電池においてはその不可逆分である過電圧η
が存在する。また電池の内部抵抗Ｒが存在するために、
電流Ｉが流れるとＩＲの電圧ロスが生じる。その結果、 ηＩ＋Ｉ2Ｒ＋反応熱Ｑ の分だけは、電力とならず熱エネルギーとなって燃料電
池スタックを加熱し温度上昇させることとなる。
に、該燃料電池においてはその不可逆分である過電圧η
が存在する。また電池の内部抵抗Ｒが存在するために、
電流Ｉが流れるとＩＲの電圧ロスが生じる。その結果、 ηＩ＋Ｉ2Ｒ＋反応熱Ｑ の分だけは、電力とならず熱エネルギーとなって燃料電
池スタックを加熱し温度上昇させることとなる。
【０００５】一般に固体高分子型燃料電池では、良好な
発電を行うための最適運転温度範囲を有しているが、こ
れに対し電池反応に付随する発熱が大きいので、運転条
件を安定化するために冷却手段を設ける必要があった。
特に、固体高分子型燃料電池では固体高分子電解質膜が
水を含有しているために１００℃以下に冷却して運転す
る必要があった。そのため従来では、冷却手段として、
燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの一部又は全
てに冷媒流路６２を有する導電性の冷却板６を介在さ
せ、且つ上記冷却板６の冷媒流路６２と連通する冷媒給
排孔６６をセパレータ１の冷媒給排孔１６と積層方向に
連通させて、これに水などの冷媒を通すことにより、燃
料電池スタックの冷却を行えるようにしていた。
発電を行うための最適運転温度範囲を有しているが、こ
れに対し電池反応に付随する発熱が大きいので、運転条
件を安定化するために冷却手段を設ける必要があった。
特に、固体高分子型燃料電池では固体高分子電解質膜が
水を含有しているために１００℃以下に冷却して運転す
る必要があった。そのため従来では、冷却手段として、
燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの一部又は全
てに冷媒流路６２を有する導電性の冷却板６を介在さ
せ、且つ上記冷却板６の冷媒流路６２と連通する冷媒給
排孔６６をセパレータ１の冷媒給排孔１６と積層方向に
連通させて、これに水などの冷媒を通すことにより、燃
料電池スタックの冷却を行えるようにしていた。
【０００６】しかしながら、この場合、冷却板６が積層
方向に介在していることに起因して、その分だけ燃料電
池スタックの厚みが大きくなり厚み方向のコンパクト化
を妨げる要因となっていた。また、冷却板６は電気抵抗
として働くことにもなり、燃料電池スタック全体として
の起電力を低下させる要因ともなっていた。
方向に介在していることに起因して、その分だけ燃料電
池スタックの厚みが大きくなり厚み方向のコンパクト化
を妨げる要因となっていた。また、冷却板６は電気抵抗
として働くことにもなり、燃料電池スタック全体として
の起電力を低下させる要因ともなっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の事情
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、燃料電池スタックの良好な冷却が行え、厚み方向の
コンパクト化が可能な固体高分子型燃料電池用セパレー
タ、及びこれを用いた固体高分子型燃料電池スタックを
提供することにある。
に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、燃料電池スタックの良好な冷却が行え、厚み方向の
コンパクト化が可能な固体高分子型燃料電池用セパレー
タ、及びこれを用いた固体高分子型燃料電池スタックを
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に係る固体高分子型燃料電池用セ
パレータは、固体高分子電解質膜を挟んで両側に配置さ
れる電極と接し且つ該電極に水素ガス又は酸素ガスを供
給するガス流路を有するセパレータ本体部の側縁部に、
放熱フィンを突設したことを特徴とするものである。
に、本発明の請求項１に係る固体高分子型燃料電池用セ
パレータは、固体高分子電解質膜を挟んで両側に配置さ
れる電極と接し且つ該電極に水素ガス又は酸素ガスを供
給するガス流路を有するセパレータ本体部の側縁部に、
放熱フィンを突設したことを特徴とするものである。
【０００９】請求項２に係る固体高分子型燃料電池用セ
パレータは、請求項１に係る固体高分子型燃料電池用セ
パレータにおいて、上記セパレータ本体部及び放熱フィ
ンを金属材料により一体に形成し、且つその表面に導電
性を有する腐食防止被膜を形成したことを特徴とするも
のである。
パレータは、請求項１に係る固体高分子型燃料電池用セ
パレータにおいて、上記セパレータ本体部及び放熱フィ
ンを金属材料により一体に形成し、且つその表面に導電
性を有する腐食防止被膜を形成したことを特徴とするも
のである。
【００１０】請求項３に係る固体高分子型燃料電池用セ
パレータは、請求項２に係る固体高分子型燃料電池用セ
パレータにおいて、上記金属材料がアルミニウムである
ことを特徴とするものである。
パレータは、請求項２に係る固体高分子型燃料電池用セ
パレータにおいて、上記金属材料がアルミニウムである
ことを特徴とするものである。
【００１１】請求項４に係る固体高分子型燃料電池用セ
パレータは、請求項２又は請求項３に係る固体高分子型
燃料電池用セパレータにおいて、上記腐食防止被膜がチ
タン、炭化チタン、窒化チタン、又はカーボン膜である
ことを特徴とするものである。
パレータは、請求項２又は請求項３に係る固体高分子型
燃料電池用セパレータにおいて、上記腐食防止被膜がチ
タン、炭化チタン、窒化チタン、又はカーボン膜である
ことを特徴とするものである。
【００１２】請求５に係る固体高分子型燃料電池用セパ
レータは、請求項１に係る固体高分子型燃料電池用セパ
レータにおいて、上記セパレータ本体部の中央層部及び
放熱フィンを金属板により一体に形成し、且つ上記セパ
レータ本体部のガス流路が形成される表層部を、上記ガ
ス流路に相当する打抜き孔を有する導体材料シートを上
記中央層部の両面に接合して形成したことを特徴とする
ものである。
レータは、請求項１に係る固体高分子型燃料電池用セパ
レータにおいて、上記セパレータ本体部の中央層部及び
放熱フィンを金属板により一体に形成し、且つ上記セパ
レータ本体部のガス流路が形成される表層部を、上記ガ
ス流路に相当する打抜き孔を有する導体材料シートを上
記中央層部の両面に接合して形成したことを特徴とする
ものである。
【００１３】請求項６に係る固体高分子型燃料電池用セ
パレータは、請求項５に係る固体高分子型燃料電池用セ
パレータにおいて、上記金属板がアルミニウム板である
ことを特徴とするものである。
パレータは、請求項５に係る固体高分子型燃料電池用セ
パレータにおいて、上記金属板がアルミニウム板である
ことを特徴とするものである。
【００１４】請求項７に係る固体高分子型燃料電池スタ
ックは、請求項１乃至請求項６いずれかに係るセパレー
タを、固体高分子電解質膜を挟んで両側に配置される電
極の外側に配置し積層してなるセルを、複数積層してな
ることを特徴とするものである。
ックは、請求項１乃至請求項６いずれかに係るセパレー
タを、固体高分子電解質膜を挟んで両側に配置される電
極の外側に配置し積層してなるセルを、複数積層してな
ることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づいて説明する。
図面に基づいて説明する。
【００１６】図１は、本発明の実施形態に係る固体高分
子型燃料電池用セパレータを示す斜視図である。また、
図４は、同上実施形態に係るセパレータを用いて構成さ
れる固体高分子型燃料電池スタックのセルの構造を示す
分解斜視図である。該実施形態に係る固体高分子型燃料
電池用セパレータ１は、セパレータ本体部１０の側縁部
に放熱フィン１１を突設した構成となっている。
子型燃料電池用セパレータを示す斜視図である。また、
図４は、同上実施形態に係るセパレータを用いて構成さ
れる固体高分子型燃料電池スタックのセルの構造を示す
分解斜視図である。該実施形態に係る固体高分子型燃料
電池用セパレータ１は、セパレータ本体部１０の側縁部
に放熱フィン１１を突設した構成となっている。
【００１７】セパレータ本体部１０は、導電材料により
矩形平板状に形成され、その両面中央部に水素ガス用及
び酸素ガス用の溝状のガス流路１２，１５がそれぞれ設
けられるとともに、その外周側の対角線位置に水素ガス
用及び酸素ガス用のガス給排孔１３，１４がそれぞれ２
カ所ずつ設けられている。ガス流路１２はガス給排孔１
３と連通し、ガス流路１４はガス給排孔１５と連通して
いる。なお、本発明においては、セパレータ本体部１０
のサイズは特に限定されるものではなく、目的に応じて
設計変更できるものであって、またその平面形状も目的
に応じて種々に変更可能である。
矩形平板状に形成され、その両面中央部に水素ガス用及
び酸素ガス用の溝状のガス流路１２，１５がそれぞれ設
けられるとともに、その外周側の対角線位置に水素ガス
用及び酸素ガス用のガス給排孔１３，１４がそれぞれ２
カ所ずつ設けられている。ガス流路１２はガス給排孔１
３と連通し、ガス流路１４はガス給排孔１５と連通して
いる。なお、本発明においては、セパレータ本体部１０
のサイズは特に限定されるものではなく、目的に応じて
設計変更できるものであって、またその平面形状も目的
に応じて種々に変更可能である。
【００１８】上記放熱フィン１１はセパレータ本体部１
０の熱を放熱する役割を果たすもので、該実施形態では
セパレータ本体部１０の外周側縁部の１辺から突出して
形成されている。また、放熱フィン１１はセパレータ本
体部１０の厚みよりも薄く形成されている。
０の熱を放熱する役割を果たすもので、該実施形態では
セパレータ本体部１０の外周側縁部の１辺から突出して
形成されている。また、放熱フィン１１はセパレータ本
体部１０の厚みよりも薄く形成されている。
【００１９】なお、本発明において放熱フィン１１のサ
イズは、特に限定されるものでなく、該放熱フィン１１
が接触して放熱する熱交換媒体との熱交換効率等に応じ
て所望の放熱効果を得られるように設計変更が自在であ
る。具体例を示すと、例えばセパレータ本体部１０のサ
イズが１００ｍｍ×１００ｍｍである場合、放熱フィン
１１のサイズは１００ｍｍ×５０ｍｍ程度とすればよ
い。
イズは、特に限定されるものでなく、該放熱フィン１１
が接触して放熱する熱交換媒体との熱交換効率等に応じ
て所望の放熱効果を得られるように設計変更が自在であ
る。具体例を示すと、例えばセパレータ本体部１０のサ
イズが１００ｍｍ×１００ｍｍである場合、放熱フィン
１１のサイズは１００ｍｍ×５０ｍｍ程度とすればよ
い。
【００２０】また、放熱フィン１１がセパレータ本体部
１０に突設される位置も、特に限定はなく、例えば図２
に示す如く、セパレータ本体部１０の外周側縁部の２辺
に突設されていても、あるいは外周縁全周に突設されて
いてもよい。セパレータ本体部１０からの突設位置を増
やすとフィン表面積を増大させ熱交換効率を向上させる
点で有効である。セパレータ本体部１０からの放熱を偏
り無く均一に行うにも有利である。
１０に突設される位置も、特に限定はなく、例えば図２
に示す如く、セパレータ本体部１０の外周側縁部の２辺
に突設されていても、あるいは外周縁全周に突設されて
いてもよい。セパレータ本体部１０からの突設位置を増
やすとフィン表面積を増大させ熱交換効率を向上させる
点で有効である。セパレータ本体部１０からの放熱を偏
り無く均一に行うにも有利である。
【００２１】該実施形態に係るセパレータ１は、セパレ
ータ本体部１０及び放熱フィン１１がアルミニウム等で
一体に形成されており、その表面には導電性を有する腐
食防止被膜が形成されている。セパレータ１は金属材料
により形成することによりカーボン等を用いて形成する
場合に比べて熱伝導性が大きくなり、セパレータ本体部
１０の熱が放熱フィン１１へと速やかに伝熱され、冷却
作用が向上したものとなる。特にアルミニウムは軽量で
あり、加工性にも優れ、さらにカーボン材よりも強度に
優れていることから、セパレータ１の厚みを全体として
薄くすることができ、厚み方向のコンパクト化を行うの
に有利である。なお、アルミニウムはカーボン材と比べ
て耐候性に劣ることから、これを補う意味でセパレータ
１表面を腐食防止被膜でコートしている。この腐食防止
被膜としては、耐食性に優れ且つ導電性を有するもので
形成することが必要であって、例えばチタン、炭化チタ
ン、窒化チタン、又はカーボン膜などが例示される。ま
たその形成方法としては、例えばスパッタリング法、熱
ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法
等で行うことができる。
ータ本体部１０及び放熱フィン１１がアルミニウム等で
一体に形成されており、その表面には導電性を有する腐
食防止被膜が形成されている。セパレータ１は金属材料
により形成することによりカーボン等を用いて形成する
場合に比べて熱伝導性が大きくなり、セパレータ本体部
１０の熱が放熱フィン１１へと速やかに伝熱され、冷却
作用が向上したものとなる。特にアルミニウムは軽量で
あり、加工性にも優れ、さらにカーボン材よりも強度に
優れていることから、セパレータ１の厚みを全体として
薄くすることができ、厚み方向のコンパクト化を行うの
に有利である。なお、アルミニウムはカーボン材と比べ
て耐候性に劣ることから、これを補う意味でセパレータ
１表面を腐食防止被膜でコートしている。この腐食防止
被膜としては、耐食性に優れ且つ導電性を有するもので
形成することが必要であって、例えばチタン、炭化チタ
ン、窒化チタン、又はカーボン膜などが例示される。ま
たその形成方法としては、例えばスパッタリング法、熱
ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法
等で行うことができる。
【００２２】該実施形態に係るセパレータ１では、セパ
レータ本体部１０両面の表層部に溝状に形成されたガス
流路１２，１５は、電極へのガス接触面積を大きくする
ために面状に形成されている。ガス流路１２，１５の形
成方法としては、平板状の出発材料におけるセパレータ
本体部１０に相当する部分の平滑面を座繰り加工機など
を用いて機械加工することにより溝形成する手法が挙げ
られる。しかし、この手法は加工に手間がかかるために
生産効率が悪く、量産性が低い。これに対し、セパレー
タ１を図３に示す如き部材構成により形成されるものと
することで、その生産効率が改善され量産性を向上させ
ることができる。
レータ本体部１０両面の表層部に溝状に形成されたガス
流路１２，１５は、電極へのガス接触面積を大きくする
ために面状に形成されている。ガス流路１２，１５の形
成方法としては、平板状の出発材料におけるセパレータ
本体部１０に相当する部分の平滑面を座繰り加工機など
を用いて機械加工することにより溝形成する手法が挙げ
られる。しかし、この手法は加工に手間がかかるために
生産効率が悪く、量産性が低い。これに対し、セパレー
タ１を図３に示す如き部材構成により形成されるものと
することで、その生産効率が改善され量産性を向上させ
ることができる。
【００２３】すなわち、図３に示すセパレータ１は、セ
パレータ本体部１０の中央層部及び放熱フィン１１が一
枚の金属板１ａにより一体に形成され、セパレータ本体
部１０のガス流路１２，１５が形成される両面側の表層
部が、ガス流路１２，１５に相当する打抜き孔１２ｃ，
１５ｂを有する導体材料シート１ｃ，１ｂをそれぞれ上
記中央層部の両面に接合して形成された構成となってい
る。詳しく説明すると、金属板１ａは、セパレータ本体
部１０のガス給排孔１３，１４に相当する部位に孔１３
ａ，１４ａを開けておき、一方、導体材料シート１ｃ，
１ｂは、それぞれガス流路１２，１５に相当する打抜き
孔１２ｃ，１５ｂと、ガス給排孔１３，１４に相当する
孔（１３ｂ，１４ｂ），（１３ｃ，１４ｃ）を予め形成
しておく。そして、金属板１ａの両側に導体材料シート
１ｃ，１ｂをそれぞれ接合することにより、セパレータ
１が形成される。このように、比較的薄い導体材料シー
ト１ｃ，１ｂを打ち抜き加工することにより簡単にガス
流路１２，１５が形成できることから、生産性が向上す
る。ここで、金属板１ａとしては、軽量なアルミ板を用
いると好ましく、導体材料シート１ｃとしてはアルミ板
のほかカーボンシートを用いることもできる。
パレータ本体部１０の中央層部及び放熱フィン１１が一
枚の金属板１ａにより一体に形成され、セパレータ本体
部１０のガス流路１２，１５が形成される両面側の表層
部が、ガス流路１２，１５に相当する打抜き孔１２ｃ，
１５ｂを有する導体材料シート１ｃ，１ｂをそれぞれ上
記中央層部の両面に接合して形成された構成となってい
る。詳しく説明すると、金属板１ａは、セパレータ本体
部１０のガス給排孔１３，１４に相当する部位に孔１３
ａ，１４ａを開けておき、一方、導体材料シート１ｃ，
１ｂは、それぞれガス流路１２，１５に相当する打抜き
孔１２ｃ，１５ｂと、ガス給排孔１３，１４に相当する
孔（１３ｂ，１４ｂ），（１３ｃ，１４ｃ）を予め形成
しておく。そして、金属板１ａの両側に導体材料シート
１ｃ，１ｂをそれぞれ接合することにより、セパレータ
１が形成される。このように、比較的薄い導体材料シー
ト１ｃ，１ｂを打ち抜き加工することにより簡単にガス
流路１２，１５が形成できることから、生産性が向上す
る。ここで、金属板１ａとしては、軽量なアルミ板を用
いると好ましく、導体材料シート１ｃとしてはアルミ板
のほかカーボンシートを用いることもできる。
【００２４】次に、図４に示す固体高分子型燃料電池ス
タックについて説明する。このものは、上述したセパレ
ータ１を用いて作製されるもので、すなわち、固体高分
子電解質膜２の両側にそれぞれ支持集電体５で支持した
水素極３及び酸素極４を配置し、それらの外側にそれぞ
れセパレータ１，１を配置してこれらを積層したものを
１つの単位のセルとして該セルを複数積層し、ガス給排
孔１３，１４をそれぞれ積層方向に連通させて形成され
る。
タックについて説明する。このものは、上述したセパレ
ータ１を用いて作製されるもので、すなわち、固体高分
子電解質膜２の両側にそれぞれ支持集電体５で支持した
水素極３及び酸素極４を配置し、それらの外側にそれぞ
れセパレータ１，１を配置してこれらを積層したものを
１つの単位のセルとして該セルを複数積層し、ガス給排
孔１３，１４をそれぞれ積層方向に連通させて形成され
る。
【００２５】固体高分子電解質膜２としては、電解質と
してスルフォン酸基等の置換基を有するものが用いられ
る。また、酸素極４および水素極３としては、白金触媒
などをガス透過性を有するように支持集電体５で支持し
て形成した層が例示される。
してスルフォン酸基等の置換基を有するものが用いられ
る。また、酸素極４および水素極３としては、白金触媒
などをガス透過性を有するように支持集電体５で支持し
て形成した層が例示される。
【００２６】該燃料電池スタックは、水素ガスをガス給
排孔１４の供給側から流入させるとともに酸素ガスをガ
ス給排孔１３の供給側から流入させると、水素極３に接
するセパレータ１のガス流路１５に水素ガスが供給さ
れ、且つ酸素極４に接するセパレータ１のガス流路１２
に酸素ガスが供給されて、このとき、水素極３にて水素
が電子を放出してプロトン化し、固体高分子型電解質層
２を通って酸素極４側に移動し、酸素極４にて電子の供
給を受けて酸素と反応する、という電気化学反応に基い
て各燃料電池セル単位で起電力を発生するもので、これ
ら燃料電池セルが積層され直列に接続された燃料電池ス
タック全体では大きな起電力が得られる。
排孔１４の供給側から流入させるとともに酸素ガスをガ
ス給排孔１３の供給側から流入させると、水素極３に接
するセパレータ１のガス流路１５に水素ガスが供給さ
れ、且つ酸素極４に接するセパレータ１のガス流路１２
に酸素ガスが供給されて、このとき、水素極３にて水素
が電子を放出してプロトン化し、固体高分子型電解質層
２を通って酸素極４側に移動し、酸素極４にて電子の供
給を受けて酸素と反応する、という電気化学反応に基い
て各燃料電池セル単位で起電力を発生するもので、これ
ら燃料電池セルが積層され直列に接続された燃料電池ス
タック全体では大きな起電力が得られる。
【００２７】このとき供給される水素ガスとしては、水
素単独で供給されるものでも構わないが、通常、メタノ
ールやブタンガスを燃料改質器により改質して発生させ
た水素を含む改質ガスが使用される。また酸素ガスとし
ては、酸素単独でも構わないが、通常、空気が使用され
る。
素単独で供給されるものでも構わないが、通常、メタノ
ールやブタンガスを燃料改質器により改質して発生させ
た水素を含む改質ガスが使用される。また酸素ガスとし
ては、酸素単独でも構わないが、通常、空気が使用され
る。
【００２８】該燃料電池スタックは、上記のように運転
すると、起電力を生じると共に発熱を生じるが、放熱フ
ィン１１を備えたセパレータ１を用いているので、この
熱はセパレータ本体１０を介して放熱フィン１１に伝わ
り、この放熱フィン１１から空気等の熱交換媒体に放熱
され、その結果、安定した運転が可能な温度域まで冷却
される。したがって、従来、燃料電池スタック中に介在
させて用いていた冷却板を省くことが可能となるもので
あり、その分、厚みを小さくすることができるものであ
る。また、冷却板を省くことが可能となるために冷媒を
供給する装置等も不要となり、燃料電池全体としてコン
パクト化が可能となる。
すると、起電力を生じると共に発熱を生じるが、放熱フ
ィン１１を備えたセパレータ１を用いているので、この
熱はセパレータ本体１０を介して放熱フィン１１に伝わ
り、この放熱フィン１１から空気等の熱交換媒体に放熱
され、その結果、安定した運転が可能な温度域まで冷却
される。したがって、従来、燃料電池スタック中に介在
させて用いていた冷却板を省くことが可能となるもので
あり、その分、厚みを小さくすることができるものであ
る。また、冷却板を省くことが可能となるために冷媒を
供給する装置等も不要となり、燃料電池全体としてコン
パクト化が可能となる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る固体
高分子型燃料電池用セパレータによると、燃料電池運転
時に生じる熱をセパレータ本体部を通して放熱フィンか
ら系外に放熱することができるので、従来、冷却のため
に必要であった冷却板を省くことが可能となる。その結
果、該セパレータを用いた燃料電池スタックは、運転時
の発熱を冷却できるとともにその厚みを小さくすること
ができる。また、従来、冷却板に冷媒を供給する装置等
も不要となり、燃料電池全体としてコンパクト化が可能
となる。
高分子型燃料電池用セパレータによると、燃料電池運転
時に生じる熱をセパレータ本体部を通して放熱フィンか
ら系外に放熱することができるので、従来、冷却のため
に必要であった冷却板を省くことが可能となる。その結
果、該セパレータを用いた燃料電池スタックは、運転時
の発熱を冷却できるとともにその厚みを小さくすること
ができる。また、従来、冷却板に冷媒を供給する装置等
も不要となり、燃料電池全体としてコンパクト化が可能
となる。
【００３０】本発明に係る固体高分子型燃料電池用セパ
レータにおいては、上記セパレータ本体部及び放熱フィ
ンを金属材料により一体に形成し、且つその表面に導電
性を有する腐食防止被膜を形成したものとすると、セパ
レータの熱伝導率が大きくなって放熱効果が向上すると
ともに、腐食防止被膜により耐食性も良好に維持され
る。この場合、上記金属材料がアルミニウムであると、
軽量化に有効であり好ましい。
レータにおいては、上記セパレータ本体部及び放熱フィ
ンを金属材料により一体に形成し、且つその表面に導電
性を有する腐食防止被膜を形成したものとすると、セパ
レータの熱伝導率が大きくなって放熱効果が向上すると
ともに、腐食防止被膜により耐食性も良好に維持され
る。この場合、上記金属材料がアルミニウムであると、
軽量化に有効であり好ましい。
【００３１】また、該セパレータが、上記セパレータ本
体部の中央層部及び放熱フィンを金属板により一体に形
成し、且つ上記セパレータ本体部のガス流路が形成され
る表層部を、上記ガス流路に相当する打抜き孔を有する
導体材料シートを上記中央層部の両面に接合して形成し
たものである場合、上記ガス流路を形成する手間がかか
らず、その結果、製造コストの低減が図れる。
体部の中央層部及び放熱フィンを金属板により一体に形
成し、且つ上記セパレータ本体部のガス流路が形成され
る表層部を、上記ガス流路に相当する打抜き孔を有する
導体材料シートを上記中央層部の両面に接合して形成し
たものである場合、上記ガス流路を形成する手間がかか
らず、その結果、製造コストの低減が図れる。
【００３２】本発明に係る固体高分子型燃料電池スタッ
クは、本発明に係るセパレータを用いて構成されるもの
であるため、冷却板を介在させなくても運転時に発生す
る熱の冷却を上記セパレータに設けられた放熱フィンに
より行える。従って、コンパクト化が可能である。
クは、本発明に係るセパレータを用いて構成されるもの
であるため、冷却板を介在させなくても運転時に発生す
る熱の冷却を上記セパレータに設けられた放熱フィンに
より行える。従って、コンパクト化が可能である。
【図１】本発明の実施形態に係る固体高分子型燃料電池
用セパレータを示す斜視図である。
用セパレータを示す斜視図である。
【図２】本発明に係る固体高分子型燃料電池用セパレー
タの他の態様を示す斜視図である。
タの他の態様を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る固体高分子型燃料電池用セパレー
タのさらに他の態様を示す斜視図である。
タのさらに他の態様を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る固体高分子型燃料電池
用セパレータを用いて構成される固体高分子型燃料電池
スタックのセルの構造を示す分解斜視図である。
用セパレータを用いて構成される固体高分子型燃料電池
スタックのセルの構造を示す分解斜視図である。
【図５】従来の固体高分子型燃料電池用セパレータを示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図６】従来の固体高分子型燃料電池用セパレータを用
いて構成される固体高分子型燃料電池スタックのセルの
構造を示す分解斜視図である。
いて構成される固体高分子型燃料電池スタックのセルの
構造を示す分解斜視図である。
１ 固体高分子型燃料電池用セパレータ ２ 固体高分子電解質膜 ３ 水素極 ４ 酸素極 １０ セパレータ本体部 １１ 放熱フィン １２，１５ ガス流路
Claims (7)
- 【請求項１】 固体高分子電解質膜を挟んで両側に配置
される電極と接し且つ該電極に水素ガス又は酸素ガスを
供給するガス流路を有するセパレータ本体部の側縁部
に、放熱フィンを突設したことを特徴とする固体高分子
型燃料電池用セパレータ。 - 【請求項２】 上記セパレータ本体部及び放熱フィンを
金属材料により一体に形成し、且つその表面に導電性を
有する腐食防止被膜を形成したことを特徴とする請求項
１記載の固体高分子型燃料電池用セパレータ。 - 【請求項３】 上記金属材料がアルミニウムであること
を特徴とする請求項２記載の固体高分子型燃料電池用セ
パレータ。 - 【請求項４】 上記腐食防止被膜がチタン、炭化チタ
ン、窒化チタン、又はカーボン膜であることを特徴とす
る請求項２又は請求項３記載の固体高分子型燃料電池用
セパレータ。 - 【請求項５】 上記セパレータ本体部の中央層部及び放
熱フィンを金属板により一体に形成し、且つ上記セパレ
ータ本体部のガス流路が形成される表層部を、上記ガス
流路に相当する打抜き孔を有する導体材料シートを上記
中央層部の両面に接合して形成したことを特徴とする請
求項１の固体高分子型燃料電池用セパレータ。 - 【請求項６】 上記金属板がアルミニウム板であること
を特徴とする請求項５記載の固体高分子型燃料電池用セ
パレータ。 - 【請求項７】 請求項１乃至請求項６いずれかに係るセ
パレータを、固体高分子電解質膜を挟んで両側に配置さ
れる電極の外側に配置し積層してなるセルを、複数積層
してなることを特徴とする固体高分子型燃料電池スタッ
ク。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8320206A JPH10162842A (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 固体高分子型燃料電池用セパレータ、及びこれを用いた固体高分子型燃料電池スタック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8320206A JPH10162842A (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 固体高分子型燃料電池用セパレータ、及びこれを用いた固体高分子型燃料電池スタック |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10162842A true JPH10162842A (ja) | 1998-06-19 |
Family
ID=18118902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8320206A Pending JPH10162842A (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 固体高分子型燃料電池用セパレータ、及びこれを用いた固体高分子型燃料電池スタック |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10162842A (ja) |
Cited By (31)
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-
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- 1996-11-29 JP JP8320206A patent/JPH10162842A/ja active Pending
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