JPS6047702B2 - 燃料電池アセンブリ−とその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、米国陸軍との契約ＤＡＡＧ５３−７６−Ｃ一
０１め号に基いてなされた業務において行なわれたもの
である。

本発明は積層型に配置された燃料電池アセンブリーを含
む装置に関する。

さらに詳細には、本発明は、中に含まれる電解質として
イオン交換膜を用いる燃料電池アセンブリーに関する。
特に本発明は、積層型に配置されたバイポーラプレート
を用いる該アセンブリーを使用する改良された燃料電池
アセンブリー及びその製造法に関する。燃料電池は、エ
ネルギー源として、特に遠隔の区域において制限されて
使用される維持の容易な一次電力源のような用途に極め
て有利であることが知られている。勿論このような場合
、電力系が内蔵されているはかりでなく極めて信頼性が
あり、最終的には可動部分がないことが必要である。こ
れまでこのような目的を達成するために種々の燃料電池
系が考案されてきたが、どの場合にもいくつかの問題を
含んでいた。

第一に、このような多くの系において電池の温度をコン
トロールすることが困難てあり、またその中で発生する
廃棄物を除去することが困難であつた。電池の温度をコ
ントロールすることは極めて重要てあり、電極を横切る
温度勾配を最低限度にコントロールすることができない
と、電流密度が均一にならず、電池の劣化が生じる。そ
れに付随する問題として電極表面を横切つて反応物質を
連続的に供給し分布することができなくなる。この問題
並びに廃棄物を除去する問題は廃棄物を除去するのに用
いる特定の方法及び／又は反応物質を分布させる方法に
依存して温度コントロールの問題と直接関係している。
このような問題及びその他の問題を解決するために特に
設計された一つの型の燃料電池は、本出願人による米国
特許第３，７０９，７３６号に記載されている。

この特許には燃料電池積層板と熱伝導性不透過電池板と
が交互に積層状に配置され、該積層板は不動化された酸
を含む電解質の両側に燃料電極と酸素電極とを含む燃料
電池系が記載されている。該特許においては、外部冷却
系、別の冷却用流体又は従来使用されて来た複雑な装置
を用いることなく、温度コントロール、生成した水の除
去、及び正極を横切る酸素の分布をいかにして行なうか
が記載されている。また従来使用されていたような電池
板と連結された冷却用のひれを省くことができる。米国
特許第３，７０９，７３６号に示された配置においては
、酸化用物質が廃熱の除去、生成した水の除去、及ひ電
池に酸化用物質を供給する役目を果す。前述の如く、該
特許記載の系においては電解質ｊは不動化した安定な酸
を含む。

このような電解質の典形的な例は米国特許第３，４５３
，１４丹に記載されており、酸性電解質を捕獲した弗化
炭素重合体ゲルから成るマトリックスが用いられている
。弗化炭素重合体ゲルの中には不活性な固体の無機７性
多孔体粒子が混入され、構造を安定化している。上記の
型の燃料電池は極めて有用である。開発されている他の
型の燃料電池では、燃料及び酸素電極間の電解質として
イオン交換膜が用いられている。例えば、ゼネラル・エ
レクトリツフク●コンパニー（ＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃ
ｔｒｉｃＣＯｍｐａｎｙ）の米国特許第２，９１３，５
１１号では、電解質としてイオン交換樹脂を、電極を分
離する膜の形で用いている。この特許に用いられた形状
は電極間に水和したイオン交換樹脂膜を含み、膜は実質
的に水て飽和しており、１対の電極とその間にある１個
のイオン交換膜、並びに導線４及び５を通して電極の縁
から電流を集める装置を含んでいる。しかしゼネラル・
エレクトリツク・コンパニーの米国特許第３，１３４，
６９７号においては、このような電池の改良が記載され
ている。特に該特許においては、このようなイオン交換
樹脂膜燃料電池に対し電極と電解質構造との組合わせに
より電池の分極が実質的に減少させられることが記載さ
れている。特にガス吸収用の金属電解質部材を一体とし
て接合し埋込むことが記載されている。しかし好適な金
属粉末電極材料を用いると、電極の電導性が制限され、
電池の内部抵抗が増加する。従つてバイポーラ電極を電
池と直列にして用いる場合においても、電流を集めるた
めに電極端に接触した末端グリッドが用いられている。
最近における発展は、後者の型の燃料電池に或種の新し
く開発されたイオン交換膜を用いようとする試みであつ
た。

この型の電解質は、デュポン（ＤｕＰＯｎｔ）社で最近
開発されたパーフルオロスルフォン酸膜（ナフイオン）
ＮＡＦＩＯＮ）（商標名）を含んでいる。この試みにお
いては、イオン交換膜の両側に多孔性金属の捕集用スク
リーンを含む触媒層を含む燃料電池の製造法が含まれ、
この触媒層の各々は多孔性のテトラフルオロエチレ．ン
重合体のフィルムの中に埋込まれ、水が触媒表面をぬら
して反応物質が触媒に到達するのを妨げることを防いで
いる。さらにこの層は非電導性であるから、前述の米国
特許第２，９１３，５１１号に示されたのと同様な方法
で個々の電池の縁から電流．−を集めることが必要てあ
る。従つて現在なお改善された燃料電池の形状、特に種
々のイオン交換膜と関連してバイポーラプレートを用い
る積層形状について研究が行なわれている。

本発明によれば、このような積層燃料電池アセンブリー
において電解質として或種のイオン交換膜を用いる新規
燃料電池アセンブリーが提供される。

特に本発明によれば、互いに実質的に平行な関ｑ係でい
つしよに重積されている複数個の燃料電池積層部、該重
積体中にあつて隣接した燃料電池積層部を分離している
複数個の電導性のバイポーラプレート、燃料電極に接触
する該バイポーラプレートの該表面上に設けられた複数
個の燃料ガス流路を含む該燃料電極へ燃料を供給する装
置、及び酸素電極に接触する該バイポーラプレートの該
表面上に設けられた複数個の酸素含有ガス流路を含む該
酸素電極へ酸素含有ガスを供給する装置を包含し、上記
燃料電池積層部の各々は、燃料を供給される触媒燃料電
極、酸素含有ガスを供給される触媒酸素電極及びそれら
の中間にあるイオン交換膜をノ含む電解質部材を有し、
上記バイポーラプレートの各々は、該積層品中の電池の
電極と接触した相対する面を有し、該面の一つは該燃料
電極の１個に接触し、該相対する面は該酸素電極の１個
に接触し、上記燃料供給装置は該バイポーラプレートの
一端から該バイポーラプレートの他端へと延び、上記酸
素含有ガス供給装置は該バイポーラプレートの一端から
該バイポーラプレートの他端へと延び、該燃料供給装置
と該酸素含有ガス供給装置は実質的に互いに垂直であり
、該触媒電極は疎水性てあつてかつ電導性であり、そし
て該バイポーラプレートはその表面が親水性であつてか
つ電導性である、燃料電池アセンブリー が提供される。

本発明の一具体化例においては、使用されるイオン交換
膜はパーフルオロスルフォン酸の膜を含み、燃料電池ア
センブリーはそれに供給される燃料ガスに対する入口及
び出口用の多岐管装置を含んでいる。

本発明の他の具体化例においては、燃料及ひ酸素含有ガ
スの両方に対する流路は夫々燃料及ひ酸素電極に面する
バイポーラプレートの表面上の平行な溝を含んている。

本発明の好適具体化例においては、バイポーラプレート
の各々の表面、即ち燃料及び酸素電極の両方に接触した
表面は各バイポーラプレートの端の間、及びバイポーラ
プレートの側面の間に延ひて、今問題になつている特定
のガスが全表面を横切つて拡散する十字形の表面を与え
るような溝を含んでいる。本発明においては、バイポー
ラプレートの表面は、その表面に親水性が与えられるよ
うな処理を受けている。

これはバイポーラプレートを高表面積材料、例えばコロ
イド状シリカで被覆することにより達成される。本発明
の好済具体化例においては、バイポーラプレートにより
燃料電池アセンブリーの縁へと水を集める装置、例えば
バイポーラプレートの縁にある燈心が備えられている。
本発明の他の好適具体化例においては、バイポーラプレ
ートの側面間の距離、即ち酸素含有ガスが通過する距離
は限定されており、周囲条件下において表面を横切る酸
素含有ガスの拡散速度によつて決定される。この具体化
例においては、使用Ｊされる酸素含有ガスの拡散速度に
従つて、該ガスが使用中酸素電極と接触したバイポーラ
プレートの全表面に分布することができるように、比較
的狭い燃料電池アセンブリーが提供される。従つてこの
具体化例においては、酸素含有ガスの拡散径路は実用的
である程度に短かくなる。本発明の他の具体化例におい
ては、使用される電極は電導性多孔質支持基質を含み、
好ましくは炭素性の接合材判と炭素に担持された白金族
金属触媒との組合わせ物を含浸させたテトラフルオロー
エチレン重合体が用いられる。

特に炭素は低多孔質で普通の活性炭素よりも表面積の小
さいカーボンブラックであることが好ましい。この電極
の構成は、本出願人の米国特許第３，４２５，８７５号
に示した方法て行われる。本発明の一好適具体化例にお
いては、使用されるバイポーラプレートは好ましくはグ
ラファイトであり、燃料は水素含有ガスてあり、酸素含
有ガスは空気である。

さらに本発明に従えば、上記型の燃料電池アセンブリー
の製造法が提供される。

特に本発明によれば多数の疎水性てかつ電導性の触媒燃
料電極をつくり、多数の疎水性てかつ電導性の触媒酸素
電極をつくり、イオン交換膜を含む多数の電解質をつく
り、触媒燃料電極と触媒酸素電極とを該電解質の各側面
て接合して多数の燃料電池積層部をつくり、該多数の燃
料電池積層部を多数のバイポーラプレートを交互に積重
ねて積層燃料電池アセンブリーをつくり、該バイポーラ
プレートはその表面が親水性てあつてかつ電導性であり
該バイポーラプレートには該触媒燃料電極に対しその一
つの表面と接触させて燃料を供給する装置を含ませ、該
燃料供給装置は該バイポーラプレートの一端から該バイ
ポーラプレートの相対する端に延びる燃料ガス流路を含
むようにし、該バイポーラプレートは該触媒酸素電極に
対しその他の表面と接触させて酸素を供給する装置をさ
らに含ませ、該酸素供給装置は該バイポーラプレートの
一側面から該バイポーラプレートの相対する側面に延び
た酸素含有ガス流路を含むようにし、該燃料ガス流路と
該酸素含有ガス流路は実質的に互いに垂直であるように
する燃料電池アセンブリーの製造法が提供される。

本発明のこの好適具体化例においては、燃料電池の積層
部は、各電極の触媒側面を電解質として使用されるイオ
ン交換膜の相対する面と接触させ、電極の表面を熱及ひ
圧力をかけてイオン交換膜の表面に接合させることによ
りつくられる。

本発明方法の一好適具体化例においては、バイポーラプ
レートの表面を、組立てる前に高度に親水性化する材料
、好ましくはコロイド状シリカゾル溶液て処理する。本
発明の燃料電池系及びその製造法は、燃料として含水素
供給ガスを、酸素含有ガスとしては空気を用いるものと
して説明する。

酸化用電極への供給ガスは必要な酸化剤を含む窒素又は
アルゴンのような不活性ガスであることができる。本発
明の燃料電池アセンブリーの主な特徴は電解質としてイ
オン交換膜を使用することてある。

適当なイオン交換膜は、例えばデュポン社製のナフイオ
ン（商標名）のような陽イオン交換膜である。ナフイオ
ンは化学的及ひ熱的安定性の大きいパーフルオロスルフ
ォン酸重合体である。ナフノイオンは正に荷電したイオ
ンを透過するが、負に荷電したイオンは通さない。ナフ
イオン膜の内部ては、弗化炭素重合体は負に荷電してい
るが、実質的に不動化したスルフォン酸である。本発明
の燃料電池アセンブリーにおいては、電流はプロト５ン
により膜の中を運はれる。これらの電解質は不動化され
ているが、このことは電極と電解質との間の界面が不変
てあり、電池の操作中変化しないという利点がある。

水素の酸化により生成する水は膜から反撥され、液体の
Ｏ水として又は蒸発させて除去することができる。これ
は従来の他の燃料電池系と異る所てあり、後者において
は電極と電解質の界面を安定に保つようにして生成した
水を取出すようにかなりの注意を払わなければならない
。電池内に水がたまると電極構造物が水につかり、使用
特性が悪くなり、また水を過度に除去すると、電池を乾
燥することにより同じ効果が生じる。電解質が縮少する
と、電極との接触が失われ、使用特性が減少する。前述
のように本発明の他の特徴は、イオン交換膜電池を積層
状にしてバイポーラプレートと連結して使用することて
ある。この電導性でガスを通さないバイポーラプレート
を用い、電池積層物中の隣接した電池を分離し、電極と
接触させる。後で説明するように、これらのバイポーラ
プレートは熱伝導性の材料からつくられ、電極と接触す
る表面にガス流路を有している。これらのバイポーラプ
レートをつくるのに適した材料を選ぶ場合、印加電圧に
よつて生しる腐蝕の可能性を考慮すべきである。さらに
電気及び熱伝導性の必要性、並びにその材料のコスト及
び製作コストを考慮しなければならない。これらの要請
はチタン、ニオブ、タンタル及びハスタロイのような合
金の如くいくつかの材料によつて満たされる。しかし本
発明に従えば、グラファイト又は樹脂で接合されたグラ
ファイト炭素複合材料を用いることが好ましい。これら
の炭素をベースにした材料を用いると、いくつかの問題
が解決され、特に流路構造物の製作か簡単化され、この
目的に成形又は押出型を用いることができる。前述のよ
うに、これらすべてのことは、本発明に関連しバイポー
ラプレートを横切つて酸化用ガスを流すために可動部材
を用いない系で達成することができる。燃料及ひ酸化用
ガスの両方に対して用いる流路装置はバイポーラプレー
トの表面に切られた溝を．含んでいる。

即ちバイポーラプレートの表面上に一端から他端へと走
る多数の平行な溝を燃料電極と接触させて用い、バイポ
ーラプレートの表面上でバイポーラプレートの一つの側
面から他の側面へと延ひた平行な多数の溝を酸化用電極
と接触さ．せて用いる。しかし好適な具体化例において
は、バイポーラプレートの両面はバイポーラプレートの
端及びバイポーラプレートの側面の両方から延びその上
に十文字型の模様をつくるような溝を含んでいる。これ
によつて、特に溝が水の蓄積によ・つて部分的にふさが
つている時には、電極の表面上に燃料及ひ酸化用のガス
をより均一に分布させることができる。本発明の他の重
要な特徴は、表面が親水性をもつようにバイポーラプレ
ートの処理を行なうことである。

前に述べたように、本発明の燃料電池アセンブリーの操
作中に生成する液体の水を除去することが重要である。
というのは略々周囲温度で燃料電池を操作し生成した水
は十分には蒸発することはできないからである。さらに
疎水性の電極から水は反撥され、電池を操作し続けるた
めにはこの状況から水を除去しなければならない。本発
明によれば、この水の除去は上述の溝を含むバイノポー
ラプレートの表面を処理し親水性にすることにより達成
される。このことは、高表面積材料、又は湿潤剤、好ま
しくはコロイド状シリカゾル、最も好ましくはデュポン
社製のリユドツクス（ＬｕｄＯｘ）という材料を用いる
ことによつて達成，される。バイポーラプレートの表面
をコロイド状シリカゾルを用いて親水性にする方法を以
下に具体的に例示する。例 ５００ｍ１のコロイド状シリカ懸濁液（デュポン社・製
ルドツクス（ＬＵＤＯＸ）ＨＳ−３０）をパイレックス
製ベーキング皿に注いだ。

バイポーラプレート（７．５Ｃ７１×２７．５ｃｍ）（
３インチ×１１インチ）をこの懸濁液に浸漬し、その後
このバイポーラプレートを皿から取り出し金網の上て室
温において１晩空気乾燥した。得られたバイポーラプレ
ートは親水性であつた。このバイポーラプレートは燃料
電池積層部中に組込むまて約４０〜５０゜Ｃの炉の中に
貯蔵した。このバイポーラプレートの重量増加は約２５
０ｍ９である。バイポーラプレートは高表面積のアルミ
ナ又はシリカアルミナの懸濁液で被覆することもできる
。

本発明の燃料電池アセンブリーに必要な他の主な要素は
電極自身であり、この場合燃料電池積層部をつくる特定
の方法、即ち電解質として使用されるイオン交換膜のい
ずれかの側にある一対の電極を含む燃料電池をつくる方
法である。

本発明と関連して用いられる電極は、薄い多孔性支持基
質を含み、これは支持基質に結合し、また孔の表面積上
において炭素性の接合材料と炭素に担持された白金族金
属触媒との混合物とに接合されている。

触媒を沈積させる基質は、厚さが典型的には０．２５〜
０．５１順（イ）．０１〜０．０２インチ）の高度に多
孔性の炭素繊維のシートである。この構造物は好ましく
は稀薄テトラフルオロエチレン重合体乳化液で含浸し、
約３２５℃に加熱する。これによつて撥水性が与えられ
る。電池操作中触媒層に発生する水は、この撥水性構造
物中を通されその孔の中で溢流することはない。その結
果反応ガスが触媒に到達することが妨げられない。本発
明の燃料電池アセンブリーの特殊な構造、並びにその製
造法は、添付図面を参照すればさらに明瞭になる。

添付図面においては、同じ位置に対し同じ番号が付され
ているが、第１図は本発明の燃料電池アセンブリーの全
体の積層形状を示し、個々の燃料電池積層部１が示され
ている。各積層部１（第２図でもつと明らかである）は
イオン交換膜３及び１対の電極５を含んている（第２図
で５ａ及び５ｂとして示す。即ち燃料用電極及び酸化用
電極）。第１図に示すように各電極５は電解質中に用い
られるイオン交換膜の区域内にあり、後者より小さい表
面積をもつている。この方法において電極５の縁を超え
て延ひているイオン交換膜の区域と実質的に対応する矩
形のガスケット７は、バイポーラプレートを含ませる前
に、本発明の積層形状をつくるのに用いられる。電極自
身はイオン交換膜の両表面に接合される。

これは電極を、その触媒面がイオン交換膜に面するよう
に中心部を合わせて配置することにより達成される。次
いて約９３〜２０５゜Ｃ（約２００〜４００′Ｆ）の温
度、約３５．２〜１７５．８ｋｇ／Ｃｄ（約５００〜２
５００ｐＳｉ）、好ましくは約５６．２ｋ９／Ｃｄ（約
８００ｐＳ１）の圧力をかけて接合を行なう。

これを行なうには、加熱プラテンを有する静止圧ブレス
を用いることが好ましい。再ひ第１図を参照すれば、燃
料電池全積層品はバイポーラプレートと電池積層部とを
交互に含んでいる。前に述べたように、バイポーラプレ
ートには１２の所に示すように、積層部の端８ａから８
ｂへと延びた燃料ガス通路、及ひ積層形状の１側面１０
ａから他の側面１０ｂへと延びた酸素含有ガス通路１４
とが含まれている。第２図かられかるように、これらの
溝は夫々燃料及び酸化用電極５ａ及ひ５ｂの表面に接触
し、酸化用電極に面した側面上のバイポーラプレートの
溝は燃料電極に面した側面上の溝よりも深い。例えは、
厚さ４．０６Ｗ＄Ｌ（０．１６インチ）の炭素のバイポ
ーラプレートにおいては、酸化用電極の表面土の溝は約
１．５２ｗｒ！ｎ（約０．０６インチ）の幅、１．５２
ＴｍＩ！Ｅ（イ）．０６インチ）の深さをもち、幅約０
．７６７Ｔ０ｆｔ（約０．０３インチ）の隆起を有し、
燃料面上では、溝は幅１．５２順（イ）．０６インチ）
、深さ０．７６醋（４）．０３インチ）、隆起部の幅は
やはり幅０．７６７ｒ＄ｔ（４）．０３インチ）である
。酸素側の溝がより深いことの目的は、反応物質の拡散
に対する断面積を増加させることである。第１図及び第
２図の具体化例において、ガス流路は溝として示されて
いるが、通路は他の形、例えばバイポーラプレート上の
エンボツシング、スクリーン、バイポーラプレート上の
開放金属構造物の形をとることができる。

またバイポーラプレート上の各表面がその端から端へ、
また側面から側面へ走る溝を含む上述の十字型のパター
ンは、バイポーラプレートの表面に適した多くの形のう
ちの一つにすぎず、電極面を横切つて反応供給物を均一
に分布させるためにすぎない。従つて本発明の燃料電池
アセンブリー即ち積層形状品は、第１図及び第２図で示
した個々の燃料電池積層部を外から多数ボルト止めした
ものである。

再ひ第１図を参照すれは、この積層品は多数の電池積層
部の一端に正極端子板１７を、また他の端に負極端子板
１９を有している。これらの端子板は単に同等なバイポ
ーラプレートであるが、電極と接触した面は一つしか含
んていない。即ち正極端子板１７に関しては、その内面
は燃料電極と接触する溝２０を有し、正極端子板の他の
側面は実質的に平らであるが、負極端子板１９は、燃料
電池の一側面１０ａから他の側面１０ｂへとその表面を
横切つて延ひた溝孔を含み、酸化用電極の表面を横切つ
て酸素含有ガスを分布させるが、この負極端子板の他の
側面は実質的に平滑てある。負極及び正極端子板の両方
のこの実質的に平滑な側面上には、電流捕集器２２が備
えられ、これは一般に接触抵抗を低くする炭素板付きの
金属、例えば銅、又は銅メッキ箔、或いは銀一銅メッキ
箔から成つている。

次いでその両側に銅板２４を・入れて電池を完成する。
積層品の両端において燃料多岐管カバー２６により、全
燃料電池をかたくボルト止めして単一のユニットにする
。即ち積層品を圧縮し、カバー板の両側の端の対応する
孔３０にネジ２８を用いる。燃料多岐管自身は燃料入口
と出口管を有している。

しかし燃料として純水素を用いて燃料電池を動作させる
時には、出口管をふさいでもよい。それに従い不活性ガ
スの蓄積は少ない。最後に燃料電池の側面に張力をもつ
た紐３２をかけることによりアセンブリーを完成する。

この紐はカバー板２４の側面にある孔３４に張力付きの
紐を通してネジで止める。この最終形状は第３〜５図で
見ることができる。第３図かられかるように、開いた矩
形の形をした燃料多岐管ガスケット３６は、積層形状品
の側面と燃料多岐管２６との間に挿入し、多岐管２６の
中で燃料入口３０の多岐化を行ない、最後にバイポーラ
プレート自身の端にある開口部１２に到る。さらに第１
図かられかるように、酸素含有ガスは単に拡散により燃
料電池積層品の側面に沿つてボート１４に入る。

その推進力は電気化学反応により積層品中て酸素が消電
されるにつれてできる濃度勾配である。このようにして
、バイポーラプレートの溝孔の中に酸素含有ガスを送り
込む付加装置を用いないですみ、この機能を行なうため
の可動部材は必要としない。前述の如くバイポーラプレ
ートの幅、即ちその側面１０ａから１０ｂへと到る幅は
、従つて使用する酸素含有ガスに特有な拡散によつて限
定される。即ちこの楊合、幅は約１２．７〜１２７？（
約０．５〜約５インチ）、好ましくは約５０．８ｗｎ（
約２インチ）であり、空気は酸素用電極と接触したバイ
ポーラプレートの表面を横切り全体的に拡散することが
できる。このような寸法の制約は、純酸素、濃縮酸素又
は濃縮空気を用いる場合には、適用されない。これらの
場合電池内で酸素が消電されるにつれて圧力差が生じ、
酸ノ素を積層品へと送る力が生じる。例えば、酸素を用
いて操作させる場合、第１図に示したのと同じ構造上の
一般的特徴をもつ積層品を使用できるが、電池の寸法を
２５４×２５４順（１０×１０インチ）にして積層品か
ら生成した水を除去できるようにし、垂直の位置て動作
させて、水が重力によソー端に集まり、燈心により除去
できるようにすることか好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池アセンブリーの見取図、第２
図は本発明の電池積層部の拡大模式的断面図、第３図は
本発明の燃料電池アセンブリー完成品の側面図、第４図
は本発明の燃料電池アセンブリー完成品の端面図、第５
図は本発明の燃料電池アセンブリー完成品の側面図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに実質的に平行な関係でいつしよに重積されて
   いる複数個の燃料電池積層部、該重積体中にあつて隣接
   した燃料電池積層部を分離している複数個の電導性のバ
   イポーラプレート、燃料電極に接触する該バイポーラプ
   レートの該表面上に設けられた複数個の燃料ガス流路を
   含む該燃料電極へ燃料を供給する装置、及び酸素電極に
   接触する該バイポーラプレートの該表面上に設けられた
   複数個の酸素含有ガス流路を含む該酸素電極へ酸素含有
   ガスを供給する装置を包含し、上記燃料電池積層部の各
   々は、燃料を供給される触媒燃料電極、酸素含有ガスを
   供給される触媒酸素電極及びそれらの中間にあるイオン
   交換膜を含む電解質部材を有し、上記バイポーラプレー
   トの各々は、該積層品中の電池の電極と接触した相対す
   る面を有し、該面の一つは該燃料電極の１個に接触し、
   該相対する面は該酸素電極の１個に接触し、上記燃料供
   給装置は該バイポーラプレートの一端から該バイポーラ
   プレートの他端へと延び、上記酸素含有ガス供給装置は
   該バイポーラプレートの一端から該バイポーラプレート
   の他端へと延び、該燃料供給装置と該酸素含有ガス供給
   装置は実質的に互いに垂直であり、該触媒電極は疎水性
   であつてかつ電導性であり、そして該バイポーラプレー
   トはその表面が親水性であつてかつ電導性である、燃料
   電池アセンブリー。 ２ 該イオン交換膜はパーフルオロスルフオン酸膜を含
   む、特許請求の範囲第１項記載の燃料電池アセンブリー
   。 ３ 該バイポーラプレートの該表面は高表面積液体組成
   物との接触により親水性にされている、特許請求の範囲
   第１項記載の燃料電池アセンブリー。 ４ 該高表面積液体組成物はコロイド状シリカゲルを含
   む、特許請求の範囲第３項記載の燃料電池アセンブリー
   。 ５ 該燃料電池積層部中に生じた水を集める装置が含ま
   れている、特許請求の範囲第１項記載の燃料電池アセン
   ブリー。 ６ 水を集める該装置は該燃料電池積層部の縁に付属し
   た燈心装置である、特許請求の範囲第５項記載の燃料電
   池アセンブリー。 ７ 該酸素含有ガス供給装置の長さを規定する該バイポ
   ーラプレートの一つの側面から該バイポーラプレートの
   相対する側面へ到る距離は十分に短かく、周囲条件下に
   おいて全表面を横切り該酸素含有ガスを拡散させること
   ができる、特許請求の範囲第１項記載の燃料電池アセン
   ブリー。 ８ 該距離は約１．２７〜１２．７ｃｍ（約０．５〜５
   インチ）である、特許請求の範囲第７項記載の燃料電池
   アセンブリー。 ９ 該バイポーラプレートの両表面は該バイポーラプレ
   ートの両端及び両側面の間で延びた該溝孔を含み、該両
   表面上において十文字型のパターンをつくつている、特
   許請求の範囲第１項記載の燃料電池アセンブリー。 １０ 該電極は炭素に担持された白金族金属触媒上にあ
   る炭素性の接合剤材料の組合わせで含浸されたテトラフ
   ルオロエチレン重合体を含む、特許請求の範囲第１項記
   載の燃料電池アセンブリー。 １１ 該バイポーラプレートはグラファイトを含む、特
   許請求の範囲第１項記載の燃料電池アセンブリー。 １２ 該バイポーラプレートは炭素複合体を含む、特許
   請求の範囲第１項記載の燃料電池アセンブリー。 １３ 該燃料は水素含有ガスを含む、特許請求の範囲第
   １項記載の燃料電池アセンブリー。 １４ 該酸素含有ガスは空気を含む、特許請求の範囲第
   １項記載の燃料電池アセンブリー。 １５ 燃料電極を含む該多数の燃料電池積層部の端に正
   極端子板を含み、且つ酸素電極を含む多数の燃料電池積
   層部の端に負極端子板を含む、特許請求の範囲第１項記
   載の燃料電池アセンブリー。 １６ 該正極端子板は該燃料供給装置を含み、該負極端
   子板は該酸素含有ガス供給装置を含む、特許請求の範囲
   第１項記載の燃料電池アセンブリー。 １７ 該燃料電池アセンブリーのどちらかの端に１対の
   電流捕集板が含まれ、該捕集板は該正極端子板と該負極
   端子板とに接触し、該燃料電池積層部中でつくられた電
   流を捕集するようになつており、該電流捕集板は該燃料
   電池積層部と実質的に平行になつている、特許請求の範
   囲第１６項記載の燃料電池アセンブリー。 １８ 該多数の燃料電池積層部の間に矩形のガスケット
   装置が多数存在し、該ガスケット装置は該電解質として
   用いられる該イオン交換膜だけに実質的に接触している
   、特許請求の範囲第１項記載の燃料電池アセンブリー。 １９ 多数の疎水性でかつ電導性の触媒燃料電極をつく
   り、多数の疎水性でかつ電導性の触媒酸素電極をつくり
   、イオン交換膜を含む多数の電解質をつくり、触媒燃料
   電極と触媒酸素電極とを該電解質の各側面で接合して多
   数の燃料電池積層部をつくり、該多数の燃料電池積層部
   を多数のバイポーラプレートと交互に積重ねて積層燃料
   電池アセンブリーをつくり、該バイポーラプレートはそ
   の表面が親水性であつてかつ電導性であり該バイポーラ
   プレートには該触媒燃料電極に対しその一つの表面と接
   触させて燃料を供給する装置を含ませ、該燃料供給装置
   は該バイポーラプレートの一端から該バイポーラプレー
   トの相対する端に延びる燃料ガス流路を含むようにし、
   該バイポーラプレートは該触媒酸素電極に対しその他の
   表面と接触させて酸素を供給する装置をさらに含ませ、
   該酸素供給装置は該バイポーラプレートの一側面から該
   バイポーラプレートの相対する側面に延びた酸素含有ガ
   ス流路を含むようにし、該燃料ガス流路と該酸素含有ガ
   ス流路は実質的に互いに垂直であるようにする、燃料電
   池アセンブリーの製造法。２０ 該触媒燃料電極と該触
   媒酸素電極とを該電解質の実質的中心部に接合し、該電
   解質は該電極より大きくして、該電極が該電解質の表面
   積内に全部含まれるようにし、該電極で覆われない該電
   解質の部分を残す、特許請求の範囲第１９項記載の方法
   。 ２１ 該燃料電池積層部と該バイポーラプレートとの間
   にガスケット装置をつくり、該ガスケット装置は該電極
   により覆われていない該電解質の部分に合うようにする
   、特許請求の範囲第２０項記載の方法。 ２２ 該バイポーラプレートの表面を高表面積固体粒子
   を含有する湿潤剤で処理することにより親水性にする特
   許請求の範囲第１９項記載の方法。 ２３ 該湿潤剤はコロイド状シリカゾルを含む、特許請
   求の範囲第２２項記載の方法。 ２４ 熱及び圧力をかけて該電極を該電解質に接合する
   、特許請求の範囲第１９項記載の方法。 ２５ 該温度は約９３〜２０５℃（約２００〜４００゜
   Ｆ）であり、該圧力は約３５．２〜１７５．８ｋｇ／ｃ
   ｍ＾２（約５００〜２，５００ｐｓｉ）である、特許請
   求の範囲第２４項記載の方法。 ２６ 触媒燃料電極を含む該積層形状の端に正極端子板
   を取付け、触媒酸素電極を組合わせた該積層形状の端に
   負極端子板を取付ける、特許請求の範囲第１９項記載の
   方法。 ２７ 該触媒燃料電極と接触した該正極端子板の該表面
   は該負極端子板を含む、即ち該触媒酸素電極と接触して
   該酸素含有ガスを構成する、特許請求の範囲第２６項記
   載の方法。 ２８ 該燃料電池アセンブリのどちらかの端において該
   正極及び負極端子板と接触させて電流捕集板を取付け、
   該電流捕集板は電導性をもたせ該燃料電池アセンブリー
   中に生じる電流を集める、特許請求の範囲第２６項記載
   の方法。