JP2002198072A - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造が容易で低コスト化が可能な固体高分子
型燃料電池を提供する。 【解決手段】 電極基材と触媒層とを有する燃料極４お
よび酸化剤極５からなる一対のガス拡散電極間に前記触
媒層を介して固体高分子電解質膜３を挟持させてなり、
水素を含む燃料ガスおよび酸素を含む酸化剤ガスの電気
化学反応によって発電する電池部２を、セパレータ６，
７を介して複数積層し、前記燃料極側に燃料ガスを供給
する燃料流通層６ｂと、前記酸化剤極側に酸化剤ガスを
供給する酸化剤流通層７ｂとを、前記電池部またはセパ
レータに備え、前記セパレータを介して隣接する電池部
を電気的に接続する固体高分子型燃料電池において、前
記セパレータ６，７、燃料流通層６ｂまたは酸化剤流通
層７ｂの少なくとも一部に電子伝導性ポリマーを用い
た。または、電子伝導性ポリマーからなる層を前記セパ
レータと燃料極または酸化剤極との間に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
膜を用いた燃料電池に関し、特に、その積層構造および
構成材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、水素などの燃料と空気など
の酸化剤とを電気化学的に反応させることで、燃料の持
つ化学的エネルギーを直接電気エネルギーへ変換する装
置であり、使用する電解質の種類により、りん酸型、溶
融炭酸塩型、固体酸化物型、固体高分子型などが知られ
ている。特に近年は、低温（常温〜１００℃程度）で作
動し、低温の割に発電効率が高い固体高分子型燃料電池
が注目されている。固体高分子型燃料電池は、分子中に
プロトン交換基を有する固体高分子膜を飽和状態まで含
水させるとイオン（プロトン）伝導性が生じることを利
用した燃料電池である。イオン伝導性が生じる固体高分
子膜としては、例えば、プロトン交換膜であるパーフル
オロカーボンスルホン酸（登録商標：ナフィオンＲ：米
国、デュポン社）が良く知られている。

【０００３】従来技術１．従来の固体高分子型燃料電池
の一般的な構造は、電極基材と触媒層とを有する燃料極
および酸化剤極からなる一対のガス拡散電極間に触媒層
を介してイオン（プロトン）伝導性を有した固体高分子
電解質膜を挟持させてなり、水素を含む燃料ガスおよび
酸素を含む酸化剤ガスの電気化学反応により発電する電
池部を、前記燃料極および酸化剤極に燃料ガスおよび酸
化剤ガスをそれぞれ供給するための溝を有するセパレー
タを介して複数積層し、燃料電池スタックとしたもので
ある。上記構造におけるセパレータには、隣接する電池
部へ電気を流す必要から電子伝導性が要求されると共
に、隣接する電池部へ供給されている燃料ガスと酸化剤
ガスとを混合させないようにする必要からガス不透過性
が要求され、従来は上記要求を満たす材料として焼結し
たカーボンから切り出して燃料ガスおよび酸化剤ガス供
給用の溝を付けたカーボン板を用いるのが一般的であっ
た。

【０００４】従来技術２．また、特開２０００−１６４
２２８号公報「固体高分子電解質型燃料電池のセパレー
タおよびその製造方法」には、ステンレス鋼、銅、アル
ミニウム、チタンなどの金属の表面を、低電気抵抗性
層、耐食性層または耐剥離性層のうちの２層以上からな
る多層構造のコーティング層で被覆したセパレータが記
載されており、セパレータのコストを低減できるだけで
なく、抵抗による電圧低下を防止し、反応ガスまたは飽
和水蒸気雰囲気による腐食を防止するとともに、燃料電
池のコンパクト化および軽量化を図ることができるもの
として提示されている。なお、低電気抵抗性層、耐食性
層または耐剥離性層は、カーボン材料の電気抵抗である
１０００μΩｃｍ²以下の電気抵抗を有するＮｉ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｂなどの材料を用い、真空蒸着法やイオンプ
レーティング法などの物理蒸着法や、熱ＣＶＤ法やプラ
ズマＣＶＤ法などの化学蒸着法などにより形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の固体高分子型燃
料電池は以上のように構成されており、従来技術１の、
セパレータにカーボン板を用いるものでは、カーボン材
料そのものも決して安価ではない他、数百度から千数百
度で焼結することが必要である上、焼結したカーボンの
固まりから例えば薄い平板状に切り出し、さらに平板の
表面にガス流路の溝を削るなどの加工が必要であり、そ
の加工のためには、高温で焼結したり加工したりする時
間と手間、および硬い上に薄いと割れやすいカーボン板
を割れないように加工する高度な加工技術を要する。こ
のように、製造が容易ではなく、したがって、非常に高
価となり、低コスト化することが困難であった。

【０００６】また、従来技術２の、セパレータとして低
電気抵抗性層、耐食性層または耐剥離性層のうちの２層
以上からなる多層構造のコーティング層で被覆した金属
板を用いるものでは、金属板の表面に、物理蒸着、化学
蒸着などの方法によってミクロン単位のコーティングを
少なくとも２回施さねばならず、加工に時間がかかり、
しかも真空装置などの専用の設備が必要であるなど、製
造が容易ではなく、やはり低コスト化には限界があっ
た。また、金属板の表面にコーティングする材料自体も
金属系であり、金属板の表面と酸化剤ガスの接触面など
で低電位腐食（酸化）により金属板に穿孔が空いてガス
漏れが生じたり、金属イオンの溶出は抜本的には防止で
きていないため、溶出した金属イオンが燃料極や酸化剤
極あるいは固体高分子電解質膜に入り、陽イオン（負イ
オン）であれば空気極（酸化剤極）側の表面で析出や固
着するなどして、本来の燃料電池の反応を阻害し、燃料
電池としての発電効率を低下させたり、起電力が低下し
て燃料電池での発電が効率良くできなくなるまでの寿命
が短くなるなどの問題点があった。

【０００７】また、固体高分子型燃料電池は、燃料ガス
の種類および運転条件などで性能が大きく異なるが、一
般的に電流密度が２００〜１０００ｍＡ／ｃｍ²である
時に１枚の電池部の電圧は０．６〜０．８Ｖ程度であ
る。仮に電流密度が５００ｍＡ／ｃｍ²、単電池の電圧
が０．８Ｖ、電極面積が１００ｃｍ²の場合、例えば家
庭用の発電装置として１ｋＷ程度を得ようとすれば、電
池部２５枚を積層した燃料電池スタックとなり、電流５
０Ａ、電圧２０Ｖとなる。これを交流１００Ｖの電源へ
変換するためには、直流電圧として百数十Ｖへ昇圧する
必要などがあり、変換ロスが大きくなったり、昇圧する
ための機器が大きくなったりするという問題点がある。
また、燃料電池スタックからの電圧を上げるために、電
極面積を小さくして積層数を増加する方法もあるが、電
極面積を小さくしても、燃料電池スタックへガスを供給
する流路および積層面を両端で押さえる機構は同様に必
要であり、積層体の面積は電極面積ほど小さくはなら
ず、コンパクト化する際の問題点となるのに加え、積層
数が増えると部品点数と組立工数が増加するため、製造
が容易ではなく、低コスト化できないという問題点があ
った。

【０００８】本発明は上記のような従来のものの問題点
を解決するためになされたものであり、製造が容易で低
コスト化が可能な固体高分子型燃料電池を提供すること
を第１の目的とする。

【０００９】また、燃料電池スタックにおける単電池の
積層数を増加させたり、電極面積を減少させたりせず
に、燃料電池から出力される電気的出力を高電圧化ある
いは低電流化することが可能な固体高分子型燃料電池を
提供することを第２の目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る固体高分子
型燃料電池は、電極基材と触媒層とを有する燃料極およ
び酸化剤極からなる一対のガス拡散電極間に前記触媒層
を介して固体高分子電解質膜を挟持させてなり、水素を
含む燃料ガスおよび酸素を含む酸化剤ガスの電気化学反
応によって発電する電池部を、セパレータを介して複数
積層し、前記燃料極側に燃料ガスを供給する燃料流通層
と、前記酸化剤極側に酸化剤ガスを供給する酸化剤流通
層とを、前記電池部またはセパレータに備え、前記セパ
レータを介して隣接する電池部を電気的に接続する固体
高分子型燃料電池において、前記セパレータ、燃料流通
層または酸化剤流通層の少なくとも一部に電子伝導性ポ
リマーを用いたものである。

【００１１】また、電極基材と触媒層とを有する燃料極
および酸化剤極からなる一対のガス拡散電極間に前記触
媒層を介して固体高分子電解質膜を挟持させてなり、水
素を含む燃料ガスおよび酸素を含む酸化剤ガスの電気化
学反応によって発電する電池部を、セパレータを介して
複数積層し、前記燃料極側に燃料ガスを供給する燃料流
通層と、前記酸化剤極側に酸化剤ガスを供給する酸化剤
流通層とを、前記電池部またはセパレータに備える固体
高分子型燃料電池において、電子伝導性ポリマーからな
る層を前記セパレータと燃料極または酸化剤極との間に
配置したものである。

【００１２】また、互いに隣接する一方の電池部の燃料
極側に配置された電子伝導性ポリマーからなる層と、他
方の電池部の酸化剤極側に配置され前記層とセパレータ
を介して隣接する電子伝導性ポリマーからなる層とが電
気的に接続されているものである。

【００１３】また、電池部とセパレータとを積層した単
電池をその積層面と平行な面内で少なくともガス拡散電
極と電子伝導性ポリマーからなる層について複数の小単
電池に分割し、異なる小単電池における燃料極側の電子
伝導性ポリマーからなる層と酸化剤極側の電子伝導性ポ
リマーからなる層とを接続し、少なくとも一部の小単電
池を直列に接続したものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、本発明の実
施の形態１による固体高分子型燃料電池について図１お
よび図２を基に説明する。図１および図２は、本発明の
実施の形態１による固体高分子型燃料電池の要部の構成
を模式的に示す図であり、図１は分解斜視図、図２は断
面図である。図１および図２において、１は単電池、２
は電池部、３はイオン伝導性を有する固体高分子電解質
膜、４はアノード電極（燃料極）、４ａはアノードカー
ボンシート（燃料極基材）、４ｂはアノード触媒層、５
はカソード電極（酸化剤極）、５ａはカソードカーボン
シート（酸化剤極基材）、５ｂはカソード触媒層、６は
アノードセパレータ、６ａは電子伝導性ポリマーからな
るアノードセパレータ基材、６ｂは燃料流通層、６ｂ１
は燃料流路壁、６ｂ２は燃料ガス流路、６ｃは冷却剤流
通層、６ｃ１は冷却剤流路壁、６ｃ２は冷却剤流路、７
はカソードセパレータ、７ａは電子伝導性ポリマーから
なるカソードセパレータ基材、７ｂは酸化剤流通層、７
ｂ１は酸化剤流路壁、７ｂ２は酸化剤ガス流路、８は水
素を含む燃料ガス、９は酸素を含む酸化剤ガス、１０は
水、不凍液などの冷却剤である。

【００１５】イオン伝導性を有するシート状の固体高分
子電解質膜３がアノード電極４およびカソード電極５に
挟持された電池部２を、アノードセパレータ６およびカ
ソードセパレータ７を介して複数積層し、アノード電極
４に燃料ガスを供給する燃料流通層６ｂと、カソード電
極５に酸化剤ガスを供給する酸化剤流通層７ｂとをそれ
ぞれアノードセパレータ６およびカソードセパレータ７
に備えて燃料電池スタックが構成されている。また、本
実施の形態では、アノードセパレータ６に、発電に伴う
発熱を冷却する冷却剤を流通する冷却剤流通層６ｃを備
えている。なお、単電池１は、電池部２を挟んで燃料流
通層６ｂを有するアノードセパレータ６と酸化剤流通層
７ｂを有するカソードセパレータ７とが積層されて構成
されている。イオン伝導性を有した固体高分子電解質膜
２としてより詳しくは、例えばプロトン交換膜であるパ
ーフルオロカーボンスルホン酸（登録商標：ナフィオン
Ｒ：米国、デュポン社）を用いている。

【００１６】アノードセパレータ６は、電子伝導性ポリ
マーからなるアノードセパレータ基材６ａの両面に、ア
ノード電極４に燃料ガス８を供給するための燃料流通層
６ｂと、電池部２での発電反応による発熱を冷却するた
めの冷却剤１０を流通する冷却剤流通層６ｃとをそれぞ
れ備えている。カソードセパレータ７は、電子伝導性ポ
リマーからなるカソードセパレータ基材７ａの片面にカ
ソード電極５に酸化剤ガス９を供給するための酸化剤ガ
ス流通層７ｂを備えており、もう一方の面は、単電池１
を複数積層した際の隣接した単電池１の冷却剤流通層６
ｃに接している。

【００１７】アノードセパレータ基材６ａおよびカソー
ドセパレータ基材７ａはともに、ガス不透過性と電子伝
導性を有し、薄くシート状にした電子伝導性ポリマーで
形成されている。より詳しくは、電子伝導性ポリマー
は、ポリアセチレン（ＰＡ）、ポリピロール（ＰＰ
ｙ）、ポリチオフェン（ＰＴｙ）、ポリフェニレンビニ
レン（ＰＰＶ）、ポリアセン、ポリチェニレンビニレ
ン、ポリアニリンなどに代表される共役構造を持った高
分子中に電子供与性または電子受容性を有する物質（た
とえばＩ₃ ^-、ＡｓＦ₆ ^-、ＣｌＯ₄ ^-など）を少量添加（ド
ーピング）することで得られるものであり、高分子内の
構造に沿ってπ電子が自由に動くようになることで、電
子伝導性を示すものであり、電子伝導性ポリマーの電気
抵抗は１０〜１０００μΩｃｍ程度であり、焼結したカ
ーボン板（１０００μΩｃｍ程度）と同程度以下であ
る。

【００１８】電子伝導性ポリマーの製造方法としては、
例えば、ポリチェニレンビニレンやポリフェニレンビニ
レンに電子伝導性を持たせる場合、前駆体としてのチェ
ニレンビニレン、フェニレンビニレンをメタノールに混
ぜた（溶かした）前駆体溶液を基材（基材の材料として
は、金属や既に製造した電子伝導性ポリマーや電子伝導
性のない材料でもよい。）に塗布し、加熱下（２００〜
３００℃程度）および塩化水素気流下（塩素をドーピン
グする）で静置することで重合膜が生成される方法が知
られている。また、ポリアニリンに電子伝導性を持たせ
る場合、モノマーのアセトニトリル溶液に電解質（過塩
素酸塩や塩酸など）を入れて基材（この場合、電子伝導
性を有する材料である必要がある。）の表面で電解重合
する方法が知られている。

【００１９】また、電子伝導性ポリマーとしては、上記
のような共役構造を持った高分子ではなく、それ自体で
は高い電子伝導性を有さないプラスチック（例えば、ポ
リエチレン、ポリプロピレンなど）に例えばカーボンな
どを混合して電子伝導性を持たせるようにしたものでも
よい。

【００２０】なお、アノードセパレータ基材６ａまたは
カソードセパレータ基材７ａは、電子伝導性ポリマーか
らなるシート状のものを、複数枚重ねたり、少なくとも
１辺を１回以上折り曲げて積層方向に少なくとも２重と
なるようにしていてもよい。これにより構造上の強度を
より上げることができる。

【００２１】燃料流通層６ｂは、電子伝導性を有した例
えば扁平で細長い角棒状あるいは薄く細長いシート状の
炭素部材を櫛の歯状に並べた燃料流路壁６ｂ１をアノー
ドセパレータ基材６ａに接着して構成されており、アノ
ードセパレータ基材６ａとアノード電極４と燃料流路壁
６ｂ１との間の隙間空間が燃料ガス流路６ｂ２となって
燃料ガス８が流れる構造になっている。

【００２２】酸化剤流通層７ｂは、電子伝導性を有した
例えば扁平で細長い角棒状あるいは薄く細長いシート状
の炭素部材を櫛の歯状に並べた酸化剤流路壁７ｂ１をカ
ソードセパレータ基材７ａに接着して構成されており、
カソードセパレータ基材７ａとカソード電極５と酸化剤
流路壁７ｂ１との間の隙間空間が酸化剤ガス流路７ｂ２
となって酸化剤ガス９が流れる構造となっている。な
お、燃料ガス８と酸化剤ガス９とは、積層面で交錯して
流れるように燃料ガス流路６ｂ２と酸化剤ガス流路とが
構成されている。

【００２３】冷却剤流通層６ｃは、電子伝導性を有した
例えば扁平で細長い角棒状あるいは薄く細長いシート状
の炭素部材を櫛の歯が交互にはめ込まれたように並べた
冷却剤流路壁６ｃ１をアノードセパレータ基材６ａの燃
料流通層６ｂとは逆の面に接着して構成されており、ア
ノードセパレータ基材６ａと冷却剤流路壁６ｃ１と隣接
した単電池１のカソードセパレータ基材７ａとの間の蛇
行した隙間空間が冷却剤流路６ｃ２となって冷却剤１０
が流れる構造となっている。

【００２４】固体高分子電解質膜３を挟んで一方側に配
置されるアノード電極４は、アノードカーボンシート４
ａとアノード触媒層４ｂとからなり、他方側に配置され
るカソード電極５は、カソードカーボンシート５ａとカ
ソード触媒層５ｂとから形成されている。アノードカー
ボンシート４ａおよびカソードカーボンシート５ａに
は、多孔性低密度の炭素繊維を薄いシート状にしたもの
を用いており、ガス透過性および電子伝導性を有してい
る。アノード触媒層４ｂおよびカソード触媒層５ｂは、
白金やルテニウムなどの触媒を炭素粒子に付着させたも
のをペースト状にして固体高分子電解質膜３またはアノ
ードカーボンシート４ａまたはカソードカーボンシート
５ａに塗布するかまたは含浸させた層であり、この触媒
層で後述する燃料電池の反応が生じている。

【００２５】なお、燃料電池スタックを構成する部材間
の各接触部分には、図示しない炭素粒子をペースト状に
したものを塗布して、接触抵抗をより低減するようにし
ていてもよい。

【００２６】また、各部の積層方向の厚みについては一
例として、固体高分子電解質膜３は５０μｍ程度、アノ
ード触媒層４ｂおよびカソード触媒層５ｂはそれぞれ１
０μｍ程度、アノードカーボンシート４ａおよびカソー
ドカーボンシート５ａはそれぞれ数百μｍ程度、アノー
ドセパレータ基材６ａおよびカソードセパレータ基材７
ａはそれぞれ数十μｍ〜数百μｍ程度、燃料流通層６
ｂ、酸化剤流通層７ｂおよび冷却剤流通層６ｃは数百μ
ｍ程度である。

【００２７】次に、上記のように構成された本発明の実
施の形態１による固体高分子型燃料電池の動作について
説明する。アノード電極４に燃料流通層６ｂを介して水
素を含む燃料ガス８を、カソード電極５に酸化剤流通層
７ｂを介して酸素を含む酸化剤ガス９をそれぞれ供給す
ると、電池部２の一対のアノード電極４とカソード電極
５の間における電気化学反応により起電力が生じる。こ
の時の単電池１の起電力は、取り出す電流や運転条件
（ガス成分濃度、圧力、温度など）によって変化する
が、０．６Ｖ（高電流密度時）〜１．１Ｖ（開放電圧）
程度である。

【００２８】また、この時、アノード電極４では、供給
された水素はアノードカーボンシート４ａを通ってアノ
ード触媒層４ｂに達した後、水素イオンと電子に解離し
（アノード反応）、水素イオンは固体高分子電解質膜３
を通ってカソード電極５へ移動する。また電子は、アノ
ード電極４、燃料流路壁６ｂ１、アノードセパレータ基
材６ａ、冷却剤流路壁６ｃ１、隣接した単電池１のカソ
ードセパレータ基材７ａへと移動する。この時、単電池
１が複数積層された燃料電池スタックでは積層端部にあ
るアノードセパレータ基材６ａともう一方の積層端部に
あるカソードセパレータ基材７ａが集電板を介して外部
の電気回路へ接続されていれば、電子が一巡するので、
電子の流れでは、隣接した単電池１のカソードセパレー
タ基材７ａは自身の単電池１のカソードセパレータ基材
７ａと同義であり、結局、電子は酸化剤流路壁７ｂ１を
介して、カソード電極５へと移動したことになる。この
結果、燃料電池スタックの外部の電気回路を通った電子
は電流となり、単電池１および燃料電池スタックから電
力を発生することができる。

【００２９】一方、カソード電極５では、供給された酸
素はカソードカーボンシート５ａを通ってカソード触媒
層５ｂに達した後、上記アノード反応で放出された水素
イオンおよび電子を受け取って酸素と反応し、水を生成
する（カソード反応）。この時、生成された水は未反応
ガスとともに電池外へ排出される。

【００３０】アノード電極４側では、供給された燃料ガ
ス８中に水素以外の未反応成分がある場合は当然、未反
応成分または未反応ガスなどを常時電池外へ排出するこ
とが必要である。また燃料ガス８が完全に純粋な水素
（実際にはあり得ないが）であっても、固体高分子電解
質膜３の表面から水蒸気が蒸発する上、電池部２での水
素の消費量が１００％ではない方が電圧が高い、すなわ
ち発電効率が高くなるので、一定量を燃料流路６ｂ２の
出口から入口へ循環することが一般的であり、未反応成
分または未反応ガスなどを常時電池外へ排出することが
必要である。

【００３１】また、固体高分子電解質膜３内において
は、水素イオンは、複数の水分子と結合した水和イオン
のかたちでスルホン酸基の間を移動するものとされてお
り、固体高分子電解質膜３は常に水を含んでいることが
要求される。固体高分子電解質膜３での含水量が下がる
と、イオン抵抗が高くなり、また燃料ガス８と酸化剤ガ
ス９とが固体高分子電解質膜３を抜けて混合するクロス
オーバ現象が生じるなどして、単電池１での発電が困難
となる。そのため、図示しない加湿器あるいは加湿層に
よって予め加湿した燃料ガス８および酸化剤ガス９を供
給することが一般的に行われている。

【００３２】また、この燃料電池スタックは、発電に伴
って発熱を生じるので、各単電池１毎に設置した冷却剤
流通層６ｃに水または不凍液を流して発熱した分を除去
するようにしている。これにより、またはさらに冷却剤
１０の流量を制御するなどして、この燃料電池スタック
は定常時においては動作温度を７０〜９０℃に維持して
いる。

【００３３】以上説明したように、本実施の形態では、
セパレータ基材（アノードセパレータ基材６ａおよびカ
ソードセパレータ基材７ａ）を、ガス不透過性と電子伝
導性を有し、薄くシート状にした電子伝導性ポリマーで
構成し、そのセパレータ基材の一方の面に電子伝導性を
有した例えば扁平で細長い角棒状あるいは薄く細長いシ
ート状の炭素部材を櫛の歯状に並べた流路壁（燃料流路
壁６ｂ１および酸化剤流路壁７ｂ１）を接着してガス流
通層（燃料流通層６ｂおよび酸化剤流通層７ｂ）を構成
し、さらに、アノードセパレータ基材６ａの他方の面に
電子伝導性を有した例えば扁平で細長い角棒状あるいは
薄く細長いシート状の炭素部材を櫛の歯が交互にはめ込
まれたように並べた冷却剤流路壁６ｃ１を接着して冷却
剤流通層６ｃを構成しており、このようなアノードセパ
レータ６およびカソードセパレータ７は、金属イオンの
溶出および水蒸気などによる腐食がないかあるいは抑制
する（金属をドーピングした場合でも絶対量は少ないの
で）ことができ、さらに、燃料ガス流路６ｂ２または酸
化剤ガス流路７ｂ２または冷却剤流路６ｃ２を形成した
りする際に、焼結したカーボン板を用いる時のように、
硬く割れやすい部材を薄く平板状に削り出し、さらに溝
を掘るなどの高度な加工技術を要さないので、自由な形
状およびパターンで容易にしかも安価に加工を施すこと
ができる。したがって、燃料電池スタックすなわち固体
高分子型燃料電池の製造が容易となり、低コスト化する
ことができる。

【００３４】実施の形態２．図３は本発明の実施の形態
２による固体高分子型燃料電池の要部の構成を模式的に
示す断面図であり、具体的にはカソードセパレータの周
辺を示している。その他の構成は実施の形態１と同じで
ある。実施の形態１では、燃料流路壁６ｂ１、酸化剤流
路壁７ｂ１および冷却剤流路壁６ｃ１を形成する壁面材
として炭素材を用いているが、本実施の形態では炭素材
の代わりに電子伝導性ポリマーを用いている。この際、
流路の厚み調節のため、薄く細長いシート状の電子伝導
性ポリマーを複数枚重ねるかまたは１回以上折り曲げた
ものを櫛の歯状に並べてもよい。図３（ａ）は複数枚重
ねた場合、（ｂ）は折り曲げた場合をそれぞれ示してい
る。なお、図ではカソードセパレータの周辺を示してい
るが、アノードセパレータについても同様である。

【００３５】上記のように構成されたものにおいても、
実施の形態１の場合と同様に、金属イオンの溶出および
水蒸気などによる腐食がないかまたは抑制でき、しか
も、電子伝導性およびガス不透過性を備えている。さら
に、燃料ガス流路６ｂ２または酸化剤ガス流路７ｂ２ま
たは冷却剤流路６ｃ２を形成したりする際に、焼結した
カーボン板を用いる時のように、硬く割れやすい部材を
薄く平板状に削り出し、さらに溝を掘るなどの高度な加
工技術を要さないので、自由な形状およびパターンで容
易にしかも安価に加工を施すことができる。したがっ
て、燃料電池スタックすなわち固体高分子型燃料電池の
製造が容易となり、低コスト化することができる。

【００３６】なお、扁平で細長い角棒状あるいは薄く細
長いシート状の電子伝導性ポリマーを櫛の歯状に並べる
代わりに、積層面と同一の面積をもったシート状の電子
伝導性ポリマーから、流路部分を切り抜いたものであっ
てもよい。

【００３７】なお、本実施の形態において、平板である
アノードセパレータ基材６ａまたはカソードセパレータ
基材７ａには、実施の形態１で示した電子伝導性ポリマ
ーを用いる代わりに、従来技術１に示したものと同様の
カーボン板を用いることも可能である。この場合には、
カーボン板に流路のための溝を形成する必要はないの
で、溝を彫らない分だけ加工は容易である。

【００３８】なお、上記実施の形態１および２では、ア
ノードセパレータ基材６ａと燃料流路壁６ｂ１または冷
却剤流路壁６ｃ１、カソードセパレータ基材７ａと酸化
剤流路壁７ｂ１を分離して別体に構成しているが、材料
に電子伝導性ポリマーを用いた一体型で成形してもよ
い。その方法としては、例えば電子伝導性ポリマーを型
に流し込んだり、あるいは電子伝導性ポリマーからなる
厚めの平板の表面を削って、アノードセパレータ６また
はカソードセパレータ７の表面に燃料ガス流路６ｂ２ま
たは酸化剤ガス流路７ｂ２または冷却剤流路６ｃ２を成
形する。この場合、上記実施の形態１と同様な効果を奏
する上、セパレータ基材と流路壁との接触部がなくなる
ので接触抵抗がなく、アノードセパレータ６およびカソ
ードセパレータ７の電気抵抗をより一層低減することが
でき、燃料電池スタックすなわち固体高分子型燃料電池
の起電力を上げられるようになり、高性能化することが
できる。

【００３９】実施の形態３．図４は本発明の実施の形態
３による固体高分子型燃料電池の要部の構成を模式的に
示す断面図であり、具体的にはアノードセパレータの周
辺を示している。図４において、６ａ１はアノードセパ
レータ構造材、６ａ２はシート状の電子伝導性ポリマー
からなるアノードセパレータ表面材である。本実施の形
態では、アノードセパレータ基材６ａが、アノードセパ
レータ構造材６ａ１と電子伝導性ポリマーからなるアノ
ードセパレータ表面材６ａ２とから構成されているとこ
ろが実施の形態１または２と異なっており、他の構成は
実施の形態１または２と同様である。

【００４０】図４（ａ）では、アノードセパレータ構造
材６ａ１は、電子伝導性を有する金属材料（例えば鉄、
銅、合金など）からなる平板であり、燃料流通層６ｂに
接した方の面に電子伝導性ポリマーからなるシート状の
アノードセパレータ表面材６ａ２を積層している。この
時、アノードセパレータ構造材６ａ１とシート状のアノ
ードセパレータ表面材６ａ２とを接着などにより付着さ
せてもよい。また、アノードセパレータ構造材６ａ１
を、実施の形態１で電子伝導性ポリマーを製造する方法
で説明した基材として用い、電子伝導性ポリマー製造時
に一体化して製造したものであってもよい。このよう
に、燃料流通層６ｂに接した方の面にアノードセパレー
タ表面材６ａ２を積層することにより、アノードセパレ
ータ構造材６ａ１として金属材料を用いた場合にも、そ
の金属材料が燃料ガス８に直接接するのを阻止し、金属
イオンの固体高分子電解質膜３側への溶出および燃料ガ
ス８中の水蒸気などによる金属面の腐食を防止すること
ができる。

【００４１】したがって、上記のように構成されたアノ
ードセパレータ６は、実施の形態１の場合と同様に、金
属イオンの溶出および水蒸気などによる腐食がないかあ
るいは抑制することができ、しかも、電子伝導性および
ガス不透過性を備えている。さらに、薄くしたり、燃料
ガス流路６ｂ２または冷却剤流路６ｃ２を形成したりす
る際に、焼結したカーボン板を用いる時のように、硬く
割れやすい部材を薄く平板状に削り出し、さらに溝を掘
るなどの高度な加工技術を要さないので、自由な形状お
よびパターンで容易にしかも安価に加工を施すことがで
きできる。したがって、燃料電池スタックすなわち固体
高分子型燃料電池の製造が容易となり、低コスト化する
ことができる。さらに、本実施の形態によれば、金属材
料からなるアノードセパレータ構造材６ａ１を用いてい
るので、積層時の面圧に対する強度を実施の形態１や２
に比べてより高めることができ、構造強度上の歪みが少
なくより多くの単電池１を積層することができるように
なる。また、燃料流通層６ｂに接した方の面にアノード
セパレータ表面材６ａ２を重ねて積層しているだけであ
るので、金属の表面にコーティング層を蒸着などにより
形成している従来技術２に比べて簡単に製造することが
できる。

【００４２】図４（ｂ）では、アノードセパレータ構造
材６ａ１は、例えばプラスチックや樹脂などの電子伝導
性を有さない材料からなる平板であり、この平板状のア
ノードセパレータ構造材６ａ１の両面を覆うように、電
子伝導性ポリマーからなるシート状のアノードセパレー
タ表面材６ａ２の少なくとも一辺を折り曲げて積層して
アノードセパレータ基材６ａを構成している。この時、
アノードセパレータ構造材６ａ１とシート状のアノード
セパレータ表面材６ａ２とを接着などにより付着させて
もよい。また、アノードセパレータ構造材６ａ１を、実
施の形態１で電子伝導性ポリマーを製造する方法で説明
した基材として用い、電子伝導性ポリマー製造時に一体
化して製造したものであってもよい。

【００４３】アノードセパレータ基材６ａをこのように
構成した場合にも、図４（ａ）の場合と同様に、実施の
形態１と同様な効果を奏する上、実施の形態１や２に比
べて積層時の面圧に対する強度をより高めることがで
き、構造強度上の歪みが少なくより多くの単電池１を積
層することができるようになる。さらに、アノードセパ
レータ表面材６ａ２のみでアノードセパレータ基材６ａ
の電子伝導性が得られるので、アノードセパレータ構造
材６ａ１を構成する材料として、プラスチックや樹脂あ
るいはゴム類などの電子伝導性を有していないものを使
用することが可能となり、材料の選択範囲が大幅に広が
る。なお、ここで用いられるプラスチックや樹脂やゴム
類としては、例えば、尿素樹脂、メラミン樹脂、石炭酸
樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、珪素樹脂、エ
ポキシ樹脂、ポリエチレン、メタアクリル、塩化ビニー
ル、塩化ビニリデン、ナイロン、ポリプロピレン、フッ
素樹脂（四フッ化エチレン、三フッ化エチレン）、ポリ
カーボネート樹脂、セルロイド、アセテート、アセトプ
チレート、天然ゴム、ポリイソブレンゴム、ポリブタジ
エンゴム、アルフィンゴム、スチレンブタジエンゴム、
ハイスチレンゴム、アクリルゴムなどを挙げることがで
きる。

【００４４】なお、アノードセパレータ構造材６ａ１の
材料は図４（ａ）の場合と同様に金属であってもよく、
図４（ｂ）の構成ではアノードセパレータ構造材６ａ１
が燃料流通層６ａだけでなく冷却剤流通層６ｃにも直接
接触しなくなるので、冷却剤１０によるアノードセパレ
ータ構造材６ａ１の腐食を防止することができるという
効果が得られる。

【００４５】また、平板状のアノードセパレータ構造材
６ａ１の両面を覆うように、電子伝導性ポリマーからな
るシート状のアノードセパレータ表面材６ａ２の少なく
とも一辺を折り曲げて積層しているだけであるので、金
属の表面にコーティング層を蒸着などにより形成してい
る従来技術２に比べて、簡単に製造することができる。

【００４６】なお、図４（ｂ）では、シート状のアノー
ドセパレータ表面材６ａ２を折り曲げて平板状のアノー
ドセパレータ構造材６ａ１を覆っているが、平板状のア
ノードセパレータ構造材６ａ１の両面に別々のシート状
のアノードセパレータ表面材６ａ２を設置し、それらを
接続して導通するようにしても同様な効果を奏する。な
お、この時、アノードセパレータ構造材６ａ１を金属材
料で構成した場合には、別々のシート状のアノードセパ
レータ表面材６ａ２を接続して導通しなくてもよい。

【００４７】また、本実施の形態では、対象をアノード
セパレータ６としたが、カソードセパレータ７において
同様の構成としてもよく、本実施の形態と同様な効果を
奏する。

【００４８】実施の形態４．図５は本発明の実施の形態
４による固体高分子型燃料電池の要部の構成を模式的に
示す断面図であり、具体的には冷却剤流通層の周辺を示
している。本実施の形態では、電子伝導性ポリマーを使
ってシート状にしたアノードセパレータ表面材６ａ２
を、積層時に冷却剤流通層６ｃを挟むように折り曲げ
て、カソードセパレータ基材７ａと共用するように構成
している。また、アノードセパレータ構造材６ａ１と冷
却剤流路壁６ｃ１とはプラスチックや樹脂やゴム類など
の材料を用いて一体成形している。他の構成は実施の形
態１ないし３の何れかと同様である。なお、プラスチッ
クや樹脂やゴム類としては、具体的には、例えば尿素樹
脂、メラミン樹脂、石炭酸樹脂、ポリエステル樹脂、ア
ルキド樹脂、珪素樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン、
メタアクリル、塩化ビニール、塩化ビニリデン、ナイロ
ン、ポリプロピレン、フッ素樹脂（四フッ化エチレン、
三フッ化エチレン）、ポリカーボネート樹脂、セルロイ
ド、アセテート、アセトプチレート、天然ゴム、ポリイ
ソブレンゴム、ポリブタジエンゴム、アルフィンゴム、
スチレンブタジエンゴム、ハイスチレンゴム、アクリル
ゴムなどを挙げることができる。

【００４９】以上の構成では、アノードセパレータ構造
材６ａ１と冷却剤流路壁６ｃ１とは電子伝導性を有さな
いが、アノードセパレータ表面材６ａ２が電子伝導性を
有するので、アノードセパレータ６から隣接するカソー
ドセパレータ７への積層方向への電子伝導性は確保され
る。したがって、実施の形態１と同様な効果を奏する
上、燃料流通層６ｂおよび酸化剤ガス流通層７ｂは積層
前には１枚のシートの同一面となるので、燃料流路壁６
ｂ１および酸化剤流路壁７ｂ１を形成する際の加工性が
改善できるという効果がある。また、プラスチックや樹
脂やゴム類などの材料を用いてアノードセパレータ構造
材６ａ１と冷却剤流路壁６ｃ１とを一体成形するのは容
易である。

【００５０】なお、図５では、アノードセパレータ基材
６ａをアノードセパレータ構造材６ａ１とアノードセパ
レータ表面材６ａ２により構成した場合について示した
が、アノードセパレータ表面材６ａ２はアノードセパレ
ータ基材６ａそのものとし、アノードセパレータ構造材
６ａ１を省略してもよい。この場合にも同様の効果が得
られる。

【００５１】また、図５では、アノードセパレータ表面
材６ａ２を折り曲げてカソードセパレータ基材７ａと共
用（一枚もの）しているが、図６（ａ）に示すように、
アノードセパレータ表面材６ａ２とカソードセパレータ
基材７ａとに別々のシート状の電子伝導性ポリマーを用
い、それらを端部で接続して導通するようにしてもよ
い。この場合にも同様の効果が得られる。

【００５２】また、図５では、アノードセパレータ構造
材６ａ１と冷却剤流路壁６ｃ１とを一体成形し、アノー
ドセパレータ表面材６ａ２をカソードセパレータ基材７
ａと共用するようにしているが、図６（ｂ）に示すよう
に、カソードセパレータ構造材７ａ１と冷却剤流路壁６
ｃ１とを一体成形し、カソードセパレータ表面材７ａ２
を冷却剤流通層６ｃを挟むように折り曲げてアノードセ
パレータ基材６ａと共用するように構成してもよい。こ
の場合にも同様の効果が得られる。また、冷却剤流路壁
６ｃ１はアノードセパレータ構造材６ａ１やカソードセ
パレータ構造材７ａ１と一体成形しなくてもよい。

【００５３】実施の形態５．図７は本発明の実施の形態
５による固体高分子型燃料電池の要部の構成を模式的に
示す断面図であり、具体的には冷却剤流通層の周辺を示
している。本実施の形態では、電子伝導性ポリマーを使
ってシート状にしたアノードセパレータ表面材６ａ２
を、積層時に冷却剤流通層６ｃを挟むように折り曲げ
て、カソードセパレータ表面材７ａ２と共用するように
構成している。また、アノードセパレータ構造材６ａ１
と冷却剤流路壁６ｃ１とは一体成形し、カソードセパレ
ータ構造材７ａ１とで挟んで形成された空間を冷却剤流
路６ｃ２としており、これらアノードセパレータ構造材
６ａ１、冷却剤流路壁６ｃ１、カソードセパレータ構造
材７ａ１の材料としては、例えば実施の形態３や４で説
明したのと同様の、電子伝導性を有さないプラスチック
や樹脂やゴム類などを用いている。他の構成は実施の形
態１ないし３の何れかと同様である。

【００５４】以上の構成では、アノードセパレータ構造
材６ａ１と冷却剤流路壁６ｃ１とカソードセパレータ構
造材７ａ１とは電子伝導性を有さないが、アノードセパ
レータ表面材６ａ２が電子伝導性を有するので、アノー
ドセパレータ６から隣接するカソードセパレータ７への
積層方向への電子伝導性は確保される。したがって、実
施の形態１と同様な効果を奏する上、燃料流通層６ｂお
よび酸化剤ガス流通層７ｂは積層前には１枚のシートの
同一面となるので、燃料流路壁６ｂ１および酸化剤流路
壁７ｂ１を形成する際の加工性が改善できるという実施
の形態４と同様の効果がある。また、プラスチックや樹
脂やゴム類などの材料を用いてアノードセパレータ構造
材６ａ１と冷却剤流路壁６ｃ１とを容易に一体成形する
ことができる。またさらに、従来技術１や２で説明した
固体高分子形燃料電池におけるように、アノードセパレ
ータ構造材６ａ１と冷却剤流路壁６ｃ１とカソードセパ
レータ構造材７ａ１にカーボンや金属などの電子伝導性
を有する材料を用いた場合には、冷却剤１０に水を用い
ている場合、冷却剤流通層６ｃにも電流が流れるため、
水を介して漏電するあるいは短絡するのを防止するた
め、純水器などを使って水の電気導電率を数μＳ／ｃｍ
程度以下になるように管理する必要があったが、本実施
の形態では、アノードセパレータ構造材６ａ１と冷却剤
流路壁６ｃ１とカソードセパレータ構造材７ａ１は電子
伝導性を有さないプラスチックや樹脂やゴム類などを用
いているので、冷却剤１０の電気導電率を下げる必要が
無く、純水器なども不要となるという効果がある。

【００５５】なお、実施の形態４において図６（ａ）お
よび（ｂ）で示したのと同様に、アノードセパレータ表
面材６ａ２とカソードセパレータ表面材７ａ２とに別々
のシート状の電子伝導性ポリマーを用い、それらを端部
で接続して導通するようにしてもよく、また、冷却剤流
路壁６ｃ１をカソードセパレータ構造材７ａ１と一体成
形したり、アノードセパレータ構造材６ａ１、冷却剤流
路壁６ｃ１、カソードセパレータ構造材７ａ１をそれぞ
れ別体で構成したりしてもよい。

【００５６】なお、アノードセパレータ構造材６ａ１と
冷却剤流路壁６ｃ１とカソードセパレータ構造材７ａ１
とは電子伝導性を有した金属などを材料としてもよく、
電子伝導性を有していない材料とした場合に比べて、冷
却剤１０の電子伝導性を低減しなくてもよいという故の
効果は得られないが、それ以外は同様な効果を奏する。

【００５７】実施の形態６．図８は本発明の実施の形態
６による固体高分子型燃料電池の要部の構成を模式的に
示す断面図であり、（ａ）は冷却剤流通層の周辺を示す
断面図、（ｂ）はカソードセパレータを酸化剤流通層側
から見た平面図である。図８において、６ｄは電子伝導
性ポリマーからなるアノードセパレータ導電部、７ｄは
電子伝導性ポリマーからなるカソードセパレータ導電部
である。

【００５８】アノードセパレータ６は、アノードセパレ
ータ基材６ａと燃料流路壁６ｂ１と冷却剤流路壁６ｃ１
とが一体成形されたものであり、その材料としてプラス
チックや樹脂やゴム類など電子伝導性を有さないものを
用いている。また、アノードセパレータ導電部６ｄは、
アノードセパレータ基材６ａ、燃料流路壁６ａ１および
冷却剤流路壁６ｃ１を貫通するように複数の穴（穴の形
状はどのようなものでもよい。）を開け、その貫通穴に
固体状の電子伝導性ポリマーをはめ込むかまたは電子伝
導性ポリマーの原料となる前駆体溶液を流し込んで実施
の形態１で述べた電子伝導性ポリマーの製造法を適用し
て得たもの、または、電子伝導性を有した金属を上記貫
通穴にはめ込んだ上に、貫通穴の表面部分および周囲部
分に電子伝導性ポリマーの層を形成したものである。な
お、アノードセパレータ導電部６ｄとなる貫通穴は、後
で開けるのではなく、アノードセパレータ基材６ａと燃
料流路壁６ａ１と冷却剤流路壁６ｃ１とを一体成形する
際の型に予め組み込まれたものであってもよい。

【００５９】カソードセパレータ７は、カソードセパレ
ータ基材７ａがカソードセパレータ構造材７ａ１とカソ
ードセパレータ表面材７ａ２とにより構成されており、
カソードセパレータ構造材７ａ１と酸化剤流路壁７ｂ１
とがプラスチックや樹脂やゴム類など電子伝導性を有さ
ない材料を用いて一体成形されている。また、カソード
セパレータ導電部７ｄは、カソードセパレータ構造材７
ａ１および酸化剤流路壁７ｂ１を貫通するように複数の
穴（図８（ｂ）では楕円形状であるが穴の形状はどんな
ものでもよい）を開け、その貫通穴に固体状の電子伝導
性ポリマーをはめ込むかまたは電子伝導性ポリマーの原
料となる前駆体溶液を流し込んで電子伝導性ポリマーの
製造法を適用して得たもの、または、電子伝導性を有し
た金属を上記貫通穴にはめ込んだ上に、貫通穴の表面部
分および周囲部分に電子伝導性ポリマーの層を形成した
ものである。なお、カソードセパレータ導電部７ｄとな
る貫通穴は、後で開けるのではなく、カソードセパレー
タ基材７ａと酸化剤流路壁７ａ１とを一体成形する際の
型に予め組み込まれたものであってもよい。

【００６０】カソードセパレータ表面材７ａ２は、シー
ト状の電子伝導性ポリマーであり、カソードセパレータ
構造材７ａ１と冷却剤流通層６ｃとの間に挟むことによ
り、カソードセパレータ導電部７ｄとアノードセパレー
タ導電部６ｄとを電気的に接続している。

【００６１】以上のように構成したので、アノードセパ
レータ導電部６ｄ、カソードセパレータ表面材７ａ２お
よびカソードセパレータ導電部７ｄを介して、アノード
電極から隣接する単電池のカソード電極へ電子を流すこ
とができる。したがって、実施の形態１の場合と同様
に、金属イオンの溶出および水蒸気などによる腐食がな
いかあるいは抑制でき、しかも、電子伝導性およびガス
不透過性を備えている。さらに、薄くしたり、燃料ガス
流路６ｂ２または酸化剤ガス流路７ｂ２または冷却剤流
路６ｃ２を形成したりする際に、焼結したカーボン板を
用いる時のように、硬く割れやすい部材を薄く平板状に
削りだしさらに溝を掘るなどの高度な加工技術を要さな
いので、自由な形状およびパターンで容易にしかも安価
に加工を施すことができる。したがって、燃料電池スタ
ックすなわち固体高分子型燃料電池の製造が容易とな
り、低コスト化することができる。

【００６２】なお、本実施の形態では、カソードセパレ
ータ表面材７ａ２にシート状の電子伝導性ポリマーを用
いたが、電子伝導性を有した金属材料を用いてもよく、
同様な効果を奏する。

【００６３】また、図８では、冷却剤流路壁６ｃ１をア
ノードセパレータ基材６ａと一体成形しているが、冷却
剤流路壁６ｃ１をカソードセパレータ基材７ａと一体成
形し、アノードセパレータ基材６ａをアノードセパレー
タ構造材６ａ１とアノードセパレータ表面材６ａ２とで
構成してもよい。この場合、アノードセパレータ構造材
６ａ１を燃料流路壁６ｂ１と一体成形し、アノードセパ
レータ表面材６ａ２をシート状の電子伝導性ポリマーや
金属材料で形成してもよく、同様な効果を奏する。

【００６４】また、アノードセパレータ導電部６ｄとカ
ソードセパレータ導電部７ｄの積層面における位置を合
わせて設けてもよい。この場合には、アノードセパレー
タ導電部６ｄとカソードセパレータ導電部７ｄとを直接
電気的に接続することにより、両者の間に介在するカソ
ードセパレータ表面材７ａ２やアノードセパレータ表面
材を省くことができ、燃料電池スタックの積層方向の厚
さををより薄くすることができる。さらに、通電部分で
あるカソードセパレータ表面材７ａ２やアノードセパレ
ータ表面材が冷却剤流路６ｃ２に面することがなくなる
ので、冷却剤１０の電気導電率を下げる必要が無く、純
水器なども不要となるという効果がある。

【００６５】実施の形態７．図９は本発明の実施の形態
７による固体高分子型燃料電池の要部の構成を模式的に
示す断面図であり、具体的には冷却剤流通層の周辺を示
している。その他の構成は実施の形態１と同じである。
図９において、６ａ３は燃料側アノードセパレータ構造
材、１１はアノード導電膜、１２はカソード導電膜、１
３は積層側面部材である。

【００６６】燃料側アノードセパレータ構造材６ａ３と
燃料流通層６ｂの燃料流路壁６ｂ１、およびアノードセ
パレータ構造材６ａ１と冷却剤流通層６ｃの冷却剤流路
壁６ｃ１とはそれぞれ一体成形されており、アノードセ
パレータ基材６ａは、アノードセパレータ構造材６ａ１
と燃料側アノードセパレータ構造材６ａ３とが張り合わ
されて構成されている。また、カソードセパレータ基材
７ａも酸化剤流通層７ｂの酸化剤流路壁７ｂ１と一体成
形されている。アノードセパレータ基材６ａおよびカソ
ードセパレータ基材７ａの材料はともに、電子伝導性を
有した金属（鉄、銅、合金など）を用いている。一体成
形する方法としては、例えば金属平板をプレス成形して
各流路壁６ｂ１、６ｃ１、７ｂ１の部分を突出させ、燃
料ガス流通層６ｂ、冷却剤流通層６ｃおよび酸化剤ガス
流通層７ｂをそれぞれ片面に構成する方法が挙げられ
る。

【００６７】アノード導電膜１１は、シート状の電子伝
導性ポリマーを用いた膜であり、燃料ガス流路６ｂ２、
燃料側アノードセパレータ構造材６ａ３および燃料流路
壁６ｂ１のアノード電極側の形状に沿って付着させてい
る。

【００６８】カソード導電膜１２は、シート状の電子伝
導性ポリマーを用いた膜であり、酸化剤ガス流路７ｂ
２、カソードセパレータ基材７ａおよび酸化剤流路壁７
ｂ１のカソード電極側の形状に沿って付着させている。

【００６９】積層側面部材１３は、燃料ガス８または酸
化剤ガス９が接する積層側面および積層面内の一部にガ
ス通路を構成している内部マニホールド形式の燃料電池
スタックの場合には、ガス通路に面した積層側面に限っ
て、付設する必要のあるものであり、材料としては、ガ
ス不透過性でかつ金属イオンを溶出しないものであれば
よく、本実施の形態では、プラスチックまたは樹脂また
はゴム類を用いており、アノードセパレータ６およびカ
ソードセパレータ７の積層側面を覆うように設置して、
金属からなるアノードセパレータ６およびカソードセパ
レータ７からの金属イオンのガス部への溶出および金属
の腐食（酸化）を防止している。

【００７０】このように構成されたものにおいては、ア
ノード導電膜１１、燃料流路壁６ｂ１、燃料側アノード
セパレータ構造材６ａ３、アノードセパレータ構造材６
ａ１、冷却剤流路壁６ｃ１、カソードセパレータ基材７
ａ、酸化剤流路壁７ｂ１、カソード導電膜１２を介した
経路で、アノード電極から隣接する単電池のカソード電
極へ電子を流すことができる。

【００７１】上記のように構成された本実施の形態で
は、アノードセパレータ６およびカソードセパレータ７
は、それぞれ反応ガス流路６ｂ２，７ｂ２側が電子伝導
性ポリマーからなるアノード導電膜１１およびカソード
導電膜１２によって被覆されているので、すなわち言い
換えれば、アノードセパレータ６とアノード電極との間
およびカソードセパレータ７とカソード電極との間には
それぞれアノード導電膜１１およびカソード導電膜１２
が配置されているので、各セパレータは、燃料ガスや、
酸化剤ガス中の水蒸気成分などに直接触れることはな
く、したがってそれらのガスや水蒸気成分による金属板
の腐食や金属イオンの溶出等を考慮することなく、アノ
ードセパレータ６およびカソードセパレータ７を構成す
る材料を選択することができるので、材料選択の幅が広
がり、セパレータを薄く軽量で困難な加工を要さないも
のとすることができ、固体高分子型燃料電池を軽量化、
コンパクト化および低コスト化することができる。例え
ば、量販されており、しかも加工性の良い金属を用いた
場合には、より一層、材料費および加工費を低減するこ
とができる。さらに、燃料側アノードセパレータ構造材
６ａ３と燃料流通層６ｂの燃料流路壁６ｂ１、アノード
セパレータ構造材６ａ１と冷却剤流通層６ｃの冷却剤流
路壁６ｃ１、およびカソードセパレータ構造材７ａと酸
化剤流通層７ｂの酸化剤流路壁７ｂ１とはそれぞれ板状
の材料を用いて例えばプレスにより一体成形されてお
り、しかも、アノードセパレータ基材６ａは、アノード
セパレータ構造材６ａ１と燃料側アノードセパレータ構
造材６ａ３とが張り合わされて構成されているので、製
造がすこぶる容易であるという効果も得られる。

【００７２】なお、図９では、燃料側アノードセパレー
タ構造材６ａ３と燃料流路壁６ｂ１とを一体成形してい
るが、図１０（ａ）に示すように、燃料側アノードセパ
レータ構造材６ａ３を省略し、燃料流路壁６ｂ１をアノ
ードセパレータ構造材６ａ１（燃料側アノードセパレー
タ構造材６ａ３は省略しているので、アノードセパレー
タ基材６ａと同義である。）に付着させたものであって
もよい。この場合にも、図９の場合と同様な効果を奏す
る。さらに、燃料側アノードセパレータ構造材６ａ３を
省略しているので、積層方向の厚さをより薄くすること
ができる。同様に、図１０（ｂ）に示すように、酸化剤
流路壁７ｂ１をカソードセパレータ基材７ａに付着した
ものであってもよく、この場合にも、図９の場合と同様
な効果を奏する。また、図１０（ｃ）に示すように、ア
ノードセパレータ構造材６ａ１を省略し、冷却剤流路壁
６ｃ１を燃料側アノードセパレータ構造材６ａ３（アノ
ードセパレータ基材６ａと同義）またはカソードセパレ
ータ基材７ａに付着したものであってもよく、この場合
にも、図９の場合と同様な効果を奏する。さらに、アノ
ードセパレータ構造材６ａ１を省略しているので、積層
方向の厚さをより薄くすることができる。

【００７３】また、図１０（ａ）〜（ｃ）において、付
着する燃料流路壁６ｂ１または酸化剤流路壁７ａ１の材
料は電子伝導性を有していないものであってもよく、電
流は、アノード導電膜１１を介してアノード電極からア
ノードセパレータ基材６ａ１に、またカソード導電膜１
２を介してカソード電極からカソードセパレータ基材７
ａ１に流れるので、上記実施の形態と同様な効果を奏す
ることができる。また例えば、アノードセパレータ基材
６ａ１またはカソードセパレータ基材７ａ１の表面に塗
料を塗るが如く燃料流路壁６ｂ１または酸化剤流路壁７
ａ１を付着させてもよく、上記実施の形態と同様な効果
を奏する上、より自由な形状でより簡単に燃料ガス流路
６ｂ２または酸化剤ガス流路７ｂ２を構成することがで
きる。

【００７４】なお、本実施の形態では、アノード導電膜
１１とカソード導電膜１２はシート状の電子伝導性ポリ
マーを、アノードセパレータ６またはカソードセパレー
タ７に付着させるようにしているが、電子伝導性ポリマ
ーの原料となる前駆体溶液を積層面の流路形状に沿って
布した上でドーピングの処理を施し電子伝導性ポリマー
が流路表面に形成されるようにしてもよく、上記と同様
な効果を奏する。

【００７５】実施の形態８．図１１は本発明の実施の形
態８による固体高分子型燃料電池の要部の構成を模式的
に示す断面図であり、具体的には冷却剤流通層の周辺を
示している。その他の構成は実施の形態１と同じであ
る。本実施の形態では、図１１において、アノードセパ
レータ６の下にある電池部のアノード電極（燃料極）４
側に配置された電子伝導性ポリマーからなる層（アノー
ド導電膜）１１とカソードセパレータ７の上にある電池
部のカソード電極（酸化剤極）５側に配置された電子伝
導性ポリマーからなる層（カソード導電膜）１２とが電
気的に接続されている

【００７６】アノードセパレータ６は、材料として、電
子伝導性を有さないプラスチックや樹脂などを用いてお
り、これらの材料を型に流し込んで固めるなどの方法
で、アノードセパレータ基材６ａと燃料流路壁６ｂ１と
冷却剤流路壁６ｃ１とを一体成形したものである。同様
に、カソードセパレータ７は、材料として、電子伝導性
を有さないプラスチックや樹脂などを用いており、これ
らの材料を型に流し込んで固めるなどの方法で、カソー
ドセパレータ基材７ａと酸化剤流路壁７ｂ１とを一体成
形したものである。

【００７７】アノード導電膜１１は、シート状の電子伝
導性ポリマーを用いた膜であり、燃料ガス流路６ｂ２、
アノードセパレータ基材６ａおよび燃料流路壁６ｂ１の
アノード電極側の形状に沿って付着させている。同様に
カソード導電膜１２も、シート状の電子伝導性ポリマー
を用いた膜であり、酸化剤ガス流路７ｂ２、カソードセ
パレータ基材７ａおよび酸化剤流路壁７ｂ１のカソード
電極側の形状に沿って付着させている。また、燃料電池
スタックの積層側面または積層面内の一部にガス通路を
構成している内部マニホールド形式の燃料電池スタック
の場合はガス通路内壁面にて、アノード導電膜１１とカ
ソード導電膜１２とが接続されており、アノード導電膜
１１とカソード導電膜１２との間で電気が流れるように
なっている。

【００７８】本実施の形態は以上のように構成され、隣
接する電池部間に配置された導電膜１１，１２であっ
て、一方（下側）の電池部のアノード電極４側に配置さ
れたアノード導電膜１１と他方（上側）の電池部のカソ
ード電極５側に配置されたカソード導電膜１２とが電気
的に接続されているので、アノード導電膜１１およびカ
ソード導電膜１２を介した経路で、アノード電極から隣
接する単電池（電池部）のカソード電極へ電子を流すこ
とができ、実施の形態７と同様な効果を奏する。さら
に、本実施の形態によれば、アノードセパレータ６およ
びカソードセパレータ７として、電子伝導性を有してい
ない、より安価で加工性に優れた材料を用いることがで
き、実施の形態７に比べて、より一層、加工が容易とな
ったり、材料費や加工費を低減することができたりする
効果が得られる。また、燃料ガス流路６ｂ２または酸化
剤ガス流路７ｂ２または冷却剤流路６ｃ２の形状をより
細かく自由度の高い形状で構成することも容易に可能と
なる。さらに、アノードセパレータ６およびカソードセ
パレータ７には通電部分がないので、冷却剤１０の電気
導電率を下げる必要が無く、純水器なども不要となる効
果がある。

【００７９】なお、図１１では、アノード導電膜１１と
カソード導電膜１２とをそれぞれの膜の電極に接する側
の面を突き合わせて接続するようにしたが、図１２
（ａ）に示すように、一方の導電膜の電極に接する側の
面と他方の導電膜のセパレータに接する側の面とを重ね
あわせて接続してもよく、図１１の場合と同様の効果が
得られる。また、図１１では、アノード導電膜１１とカ
ソード導電膜１２とを別体で構成してこれらを接続する
ようにしたが、図１２（ｂ）に示すように、アノード導
電膜１１とカソード導電膜１２とは一体ものとし、アノ
ードセパレータ６およびカソードセパレータ７上の燃料
ガス流路６ｂ２および酸化剤ガス流路７ｂ２の流路形状
に沿わせながら、それらを挟むように設置してもよい。
この場合、図１１の場合と同様な効果が得られる上、ア
ノード導電膜１１とカソード導電膜１２との接続部分に
おける接触抵抗を低減できるという効果も得られる。

【００８０】なお、本実施の形態では、アノード導電膜
１１とカソード導電膜１２はシート状の電子伝導性ポリ
マーを、アノードアノードカーボンシート４ａまたはカ
ソードカーボンシート５ａに付着させるようにしている
が、実施の形態７で述べたのと同様に、電子伝導性ポリ
マーの原料となる前駆体溶液を積層面の流路形状に沿っ
て布した上でドーピングの処理を施し電子伝導性ポリマ
ーが流路表面に形成されるようにしてもよく、上記した
本実施の形態と同様な効果を奏する。

【００８１】実施の形態９．図１３は本発明の実施の形
態９による固体高分子型燃料電池の要部の構成を模式的
に示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図であ
る。他の構成は実施の形態１および８と同様である。図
１３において、６ｂ３は燃料極境界壁、７ｂ３は酸化剤
極境界壁、１４は小単電池、１５は小単電池間導体であ
る。

【００８２】燃料極境界壁６ｂ３は、アノードセパレー
タ基材６ａと同一の材料（電子伝導性を有さないプラス
チックや樹脂など）を用い、アノードセパレータ基材６
ａと一体成形されたものであり、単電池１を、その積層
面と平行な面内で、複数（図１３では２個）の小単電池
１４に少なくとも電気的に分割するために、アノード導
電膜１１およびアノード電極４を仕切っている。なお、
燃料ガス流路６ｂ２に関しては、必ずしも分割しなくて
もよく、必要に応じて燃料極境界壁６ｂ３に燃料ガス用
の通路穴を開けて、隣接する小単電池１４間で流通する
ようにしてもよい。

【００８３】酸化剤極境界壁７ｂ３は、カソードセパレ
ータ基材７ａと同一の材料（電子伝導性を有さないプラ
スチックや樹脂など）を用い、カソードセパレータ基材
７ａと一体成形されたものであり、単電池１を、その積
層面と平行な面内で、複数（図１３では２個）の小単電
池１４に少なくとも電気的に分割するために、カソード
導電膜１２およびカソード電極５を仕切っている。な
お、酸化剤ガス流路７ｂ２に関しては、必ずしも分割し
なくてもよく、必要に応じて酸化剤極境界壁７ｂ３に酸
化剤ガス用の通路穴を開けて、隣接する小単電池１４間
で流通するようにしていてもよい。

【００８４】小単電池１４は、アノード電極４、カソー
ド電極５、アノード導電膜１１、およびカソード導電膜
１２を、単電池１の積層面について（すなわち単電池１
の積層面と平行な面内で）燃料極境界壁６ｂ３および酸
化剤極境界壁７ｂ３によって２分割したものであり、個
々の小単電池１４は少なくとも電気的には実施の形態８
に示した単電池１と同様な構成であり、同様な動作をす
るものである。

【００８５】小単電池間導体１５は、異なる小単電池間
で、一方の小単電池におけるアノード導電膜１１の引き
出し部と、他方の小単電池におけるカソード導電膜１２
の引き出し部とを接続する際に、これらの導電膜が離れ
ていて距離が長い場合に用いる導体である。通常は積層
方向に隣接する小単電池１間は、図１３（ａ）にも示し
ているとおり、隣接するアノード導電膜１１とカソード
導電膜１２とを直接接続することにより接続している。
また、小単電池間導体１５の材料としては電子伝導性が
あればよく、金属や電子伝導性ポリマーなどを用いるこ
とができる。ただし、金属を用いた場合、燃料電池スタ
ックに供給する燃料ガス、酸化剤ガスおよび燃料電池ス
タックから排出されるガスに接しないような位置に備え
るか、または被覆するなどして金属イオンがガス中に溶
出しないようにすることが必要となる。

【００８６】図１３（ｂ）は、燃料極境界壁６ｂ３およ
び酸化剤極境界壁７ｂ３によって積層面を２分割して得
られた２個の小単電池１４からなる単電池１を、４層に
積層した燃料電池スタックを模式化して示す斜視図であ
り、下層の小単電池１４のアノード導電膜１１と上層の
小単電池１４のカソード導電膜１２を各面個別に積層方
向へ順次接続して２個の小単電池接続体を構成し、一方
（図１３（ｂ）の左側）の小単電池接続体における積層
上端の小単電池１４のアノード導電膜１１と、他方（図
１３（ｂ）の右側）の小単電池接続体における積層下端
の小単電池１４のカソード導電膜１２とを小単電池間導
体１５を使って接続することにより、全ての小単電池１
４を直列に接続している。

【００８７】このように構成したものにおいては、同一
の積層面積と積層数を備えた小単電池に分割していない
燃料電池スタックと比較して、同一直流電力を得る際
に、電流が半分、電圧が２倍となる。

【００８８】このように、本実施の形態によれば、電池
部２とセパレータ６，７とを積層した単電池１をその積
層面と平行な面内でガス拡散電極４，５と導電膜１１，
１２について複数（２個）の小単電池１４に分割し、異
なる小単電池におけるアノード電極４側のアノード導電
膜１１とカソード電極５側のカソード導電膜１２とを接
続し、少なくとも一部（図１３では全て）の小単電池１
４を直列に接続したので、単電池１の積層数を増加させ
たり、電極面積を減少させたりせずに、燃料電池スタッ
ク全体から発生する電力を同じままに電圧を上げて電流
を下げることができる。その結果、燃料電池スタックで
発生した直流の電気的出力を交流出力などへ変換する際
の電気回路に用いるスイッチング素子や配線材などを低
電流型のものとすることができる。したがって、固体高
分子型燃料電池を軽量化、コンパクト化および低コスト
化することができる。

【００８９】またさらに、本実施の形態によれば、各単
電池１において、アノード導電膜１１とカソード導電膜
１２以外は、各小単電池１４に分割されずにつながって
おり、部品点数も増加していないので、単電池積層時の
組立方法や組立精度も、小単電池に分割していない場合
と比べて概ね変わりのないものとすることができる。も
ちろん、固体高分子電解質膜３も分割されてもよい。

【００９０】なお、各小単電池１４の接続の仕方は、図
１３（ｂ）に限るものではなく、例えば、図１４に示す
ように接続してもよい。図１４では、同一単電池１内に
ある一方の小単電池１４のアノード導電膜１１と他方の
小単電池１４のカソード導電膜１２とを小単電池間導体
１５で接続し、積層方向に隣接して異なる単電池１内に
ある一方（下層）の小単電池１４のアノード導電膜１１
と他方（上層）の小単電池１４のカソード導電膜１２と
を接続している。このように構成したものにおいても、
同一の積層面積と積層数を備えた小単電池に分割してい
ない燃料電池スタックと比較して、同一直流電力を得る
際に、電流が半分、電圧が２倍となる。

【００９１】なお、本実施の形態では１層の単電池１を
２個の小単電池１４に分割したが、短冊状にまたは格子
状により多くの小単電池１４に分割するようにしてもよ
く、積層数も自由である。この場合、同一の積層面積と
積層数を備えた、小単電池に分割していない燃料電池ス
タックと比較して、同一の直流電力を得る際の電流は、
分割数の逆数に比例して小さくなり、電圧は分割数に比
例して大きくすることができる。

【００９２】実施の形態１０．図１５は本発明の実施の
形態１０による固体高分子型燃料電池の要部の構成を模
式的に示す図であり、具体的には、（ａ）は冷却剤流通
層の周辺を示す断面図、（ｂ）は導電膜を示す平面図で
ある。他の構成は実施の形態１と同様である。図１５に
おいて、１１ａはアノード導電膜１１の格子状枠、１１
ｂはアノード導電膜１１に設けられた貫通孔、１２ａは
カソード導電膜１２の格子状枠、１２ｂはまたはカソー
ド導電膜１２に設けられた貫通孔である。

【００９３】実施の形態８および９では、アノード導電
膜１１は、燃料ガス流路６ｂ２、アノードセパレータ基
材６ａおよび燃料流路壁６ｂ１のアノード電極側の形状
に沿って付着させており、同様にカソード導電膜１２
も、酸化剤ガス流路７ｂ２、カソードセパレータ基材７
ａおよび酸化剤流路壁７ｂ１のカソード電極側の形状に
沿って付着させていた。それに対して、本実施の形態で
は、アノード導電膜１１は、その面内に一辺の長さが燃
料ガス流路６ｂ２の幅と同じである正方形の貫通孔１１
ｂが格子状（マトリクス状）に設けらた電子伝導性ポリ
マーからなるシート状の膜であり、各単電池はアノード
電極４に接した格子状枠１１ａを介して面内での電子伝
導性を備えるとともに、貫通孔１１ｂを介して燃料流通
層６ｂからアノード電極４へ燃料ガスが流通するように
なっている。カソード導電膜１２についても、アノード
導電膜１１と同様な構成となっている。

【００９４】なお、図１５（ｂ）で示すようなアノード
導電膜１１およびカソード導電膜１２は、穴の空いてい
ないシート状の導電膜１１，１２から貫通孔１１ｂ，１
２ｂを切り出して形成してもよく、また、貫通孔１１
ｂ，１２ｂも含めて一体成形して形成してもよい。

【００９５】アノードセパレータ６は、材料として、燃
料ガスや水蒸気に対して安定であり、しかも所定の機械
強度を有するプラスチックや樹脂やゴム類などを用いて
おり、これらの材料を型に流し込んで固めるなどの方法
で、アノードセパレータ基材６ａと燃料流路壁６ｂ１と
冷却剤流路壁６ｃ１とを一体成形したものである。同様
に、カソードセパレータ７は、材料として、酸化剤ガス
や水蒸気に対して安定であり、しかも所定の機械強度を
有するプラスチックや樹脂やゴム類などを用いており、
これらの材料を型に流し込んで固めるなどの方法で、カ
ソードセパレータ基材７ａと酸化剤流路壁７ｂ１とを一
体成形したものである。

【００９６】積層方向に隣接する電池部間のアノード導
電膜１１とカソード導電膜１２は、例えば実施の形態８
または９で説明したのと同様に接続されており、アノー
ドセパレータ６およびカソードセパレータ７が例えば積
層方向への電子伝導性を持っていなくとも、積層した各
電池部（単電池）間で電気が流れるようになっている。

【００９７】以上のような構成により、実施の形態８や
９と同様な効果を奏する上、実施の形態８や９のように
アノード導電膜１１やカソード導電膜１２を燃料流路壁
６ｂ１や酸化剤流路壁７ｂ１の形状に沿わせる必要もな
いので、燃料電池スタックの製造がより簡単なものとな
る。

【００９８】なお、図１５では、アノード導電膜１１ま
たはカソード導電膜１２に、一辺の長さがガス流路６ｂ
２，７ｂ２の幅と同じである正方形の貫通孔１１ｂ，１
２ｂが格子状に設けられている場合について示したが、
正方形に限らず長方形や他の多角形であってもよく、さ
らには、円形、楕円形、スリット状などであってもよ
い。また、整然とした配列ではなく、ランダムな配列で
あったり、無数の微少径の穴などであってもよい。ま
た、アノード導電膜１１またはカソード導電膜１２自体
が多孔体で形成されてガスの流通が可能となっていても
よい。

【００９９】実施の形態１１．図１６は本発明の実施の
形態１１による固体高分子型燃料電池の要部の構成を模
式的に示す図であり、具体的には、（ａ）は冷却剤流通
層の周辺を示す断面図、（ｂ）はカソードセパレータ表
面材を示す平面図である。他の構成は実施の形態１と同
様である。図１６において、７ａ２ａはシート状の電子
伝導性ポリマーからなるカソードセパレータ表面材７ａ
２の格子状枠、７ａ２ｂはカソードセパレータ表面材７
ａ２に設けられた貫通孔である。実施の形態１０では、
隣接する単電池間でアノード導電膜１１とカソード導電
膜１２とを接続した実施の形態８および９において、ア
ノード導電膜１１とカソード導電膜１２とに貫通孔１１
ｂおよび１２ｂがそれぞれ形成されている場合について
説明した。それに対して、本実施の形態では、アノード
セパレータ６およびカソードセパレータ７は実施の形態
６で示したアノードセパレータ導電部６ｄおよびカソー
ドセパレータ導電部７ｄを備えた形態のものであり、カ
ソードセパレータ表面材７ａ２に貫通孔７ａ２ｂが設け
られている。このように構成されたものにおいても、実
施の形態１０と同様の効果が得られる。

【０１００】なお、アノードセパレータ導電部６ｄまた
はカソードセパレータ導電部７ｄの部分が、カソードセ
パレータ表面材７ａ２の格子状枠７ａ２ａに当接するよ
うにしておけば、導電部６ｂ，７ｄからの金属イオンの
溶出を防止できるので、アノードセパレータ導電部６ｄ
またはカソードセパレータ導電部７ｄに電子伝導性ポリ
マーでなく金属を用いてもよい。

【０１０１】なお、上記各本実施の形態では、特にこと
わらない限り、冷却剤流通層６ｃをアノードセパレータ
６に設けた場合について示したが、カソードセパレータ
７に設けてもよい。

【０１０２】また、上記各実施の形態では、燃料流通層
６ｂおよび酸化剤流通層７ｂをそれぞれアノードセパレ
ータ６およびカソードセパレータ７に備えている場合に
ついて示したが、アノード電極４およびカソード電極５
に備えていてもよい。すなわち、具体的には、燃料流路
壁６ｂ１および酸化剤流路壁７ｂ１をそれぞれアノード
カーボンシート３ａおよびカソードカーボンシート４ａ
上に付着させたり、または一体化させたりするようにし
てもよい。この場合にも、上記各実施の形態と同様な効
果を奏する。

【０１０３】実施の形態１２．図１７は本発明の実施の
形態１２による固体高分子型燃料電池の要部の構成を模
式的に示す図であり、具体的には、冷却剤流通層の周辺
を示す断面図である。上記各実施の形態では、冷却剤流
路壁６ｃ１は、アノードセパレータ基材６ａまたはカソ
ードセパレータ基材７ａの一方に接着あるいは付着ある
いは一体成形されたものである。これに対して、本実施
の形態では、冷却剤流路壁６ｃ１はアノードセパレータ
基材６ａおよびカソードセパレータ基材７ａの両方に接
着あるいは付着あるいは一体成形され、積層したとき
に、例えば図１７（ａ）に示すように両方のセパレータ
基材に形成された冷却剤流路壁６ｃ１が突き合わされる
ことにより、または図１７（ｂ）に示すように一方のセ
パレータ基材に形成された冷却剤流路壁６ｃ１と他方の
セパレータ基材が当接することにより、結果的に上記各
実施の形態と同様な形状で冷却剤流路壁６ｃ１が形成さ
れるようにしている。この場合にも、上記各実施の形態
と同様な効果を奏する。

【０１０４】なお、燃料流路壁６ａ１に対するアノード
セパレータ基材６ａとアノード電極４、または酸化剤流
路壁７ａ１に対するカソードセパレータ基材７ａとカソ
ード電極５についても、本実施の形態の冷却剤流路壁６
ｃ１に対するアノードセパレータ基材６ａとカソードセ
パレータ基材７ａと同様な構成であってもよい。

【０１０５】なお、上記各本実施の形態では、冷却剤流
通層６ｃを単電池１毎に設けているが、単電池１数枚毎
に設置するようにしてもよい。この場合、単電池１間に
冷却剤流通層６ｃを備えない部分では、アノードセパレ
ータ基材６ａとカソードセパレータ基材７ａとは兼用可
能でどちらか一方だけがあればよく、アノードセパレー
タ基材６ａまたはカソードセパレータ基材７ａの両面に
燃料流通層６ｂおよび酸化剤流通層７ｂを備える構成と
なる。したがって、上記各実施の形態と同様な効果を奏
する上、アノードセパレータ基材６ａまたはカソードセ
パレータ基材７ａのどちらか一方と冷却剤流通層６ｃを
備えない分だけ、燃料電池スタックの積層厚さをさらに
低減することができ、燃料電池スタックすなわち固体高
分子型燃料電池のさらなるコンパクト化が可能である。

【０１０６】また、上記各実施の形態では、燃料電池ス
タックの側面に図示しないマニホールドを四方に付設し
て、燃料ガス８、酸化剤ガス９および冷却剤１０を供給
し、燃料流通層６ｂ、酸化剤流通層７ｂおよび冷却剤流
通層６ｃから排出されるガスまたは冷却剤を排出する構
成、いわゆる外部マニホールド型式の燃料電池スタック
であることを前提とした場合について示したが、積層面
内部にマニホールド構造を内蔵した内部マニホールド型
式の燃料電池スタックであってもよい。

【０１０７】また、燃料流通層６ｂまたは酸化剤流通層
７ｂまたは冷却剤流通層６ｃにおける燃料ガス流路６ｂ
２または酸化剤ガス流路７ｂ２または冷却剤流路６ｃ２
の積層面における形状は、リターン型またはＺ字型また
はその他の形状であってもよく、マニホールド型式とと
もに、直接的には本発明の要旨とするところではない。

【０１０８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電極基
材と触媒層とを有する燃料極および酸化剤極からなる一
対のガス拡散電極間に前記触媒層を介して固体高分子電
解質膜を挟持させてなり、水素を含む燃料ガスおよび酸
素を含む酸化剤ガスの電気化学反応によって発電する電
池部を、セパレータを介して複数積層し、前記燃料極側
に燃料ガスを供給する燃料流通層と、前記酸化剤極側に
酸化剤ガスを供給する酸化剤流通層とを、前記電池部ま
たはセパレータに備え、前記セパレータを介して隣接す
る電池部を電気的に接続する固体高分子型燃料電池にお
いて、前記セパレータ、燃料流通層または酸化剤流通層
の少なくとも一部に電子伝導性ポリマーを用いたので、
セパレータ、燃料流通層または酸化剤流通層を困難な加
工を要さないものとすることができ、製造が容易で低コ
スト化が可能な固体高分子型燃料電池を得ることができ
る。

【０１０９】また、本発明によれば、電極基材と触媒層
とを有する燃料極および酸化剤極からなる一対のガス拡
散電極間に前記触媒層を介して固体高分子電解質膜を挟
持させてなり、水素を含む燃料ガスおよび酸素を含む酸
化剤ガスの電気化学反応によって発電する電池部を、セ
パレータを介して複数積層し、前記燃料極側に燃料ガス
を供給する燃料流通層と、前記酸化剤極側に酸化剤ガス
を供給する酸化剤流通層とを、前記電池部またはセパレ
ータに備える固体高分子型燃料電池において、電子伝導
性ポリマーからなる層を前記セパレータと燃料極または
酸化剤極との間に配置したので、セパレータは、燃料ガ
スや酸化剤ガス中の水蒸気成分などに直接触れることが
なく、したがってそれらのガスや水蒸気成分による金属
板の腐食や金属イオンの溶出等を抑制できる。その結
果、セパレータを構成する材料の選択の幅が広がり、軽
量でしかも困難な加工を要さない材料とすることができ
る。したがって、製造が容易で低コスト化が可能な固体
高分子型燃料電池を得ることができる。

【０１１０】また、本発明によれば、互いに隣接する一
方の電池部の燃料極側に配置された電子伝導性ポリマー
からなる層と、他方の電池部の酸化剤極側に配置され前
記層とセパレータを介して隣接する電子伝導性ポリマー
からなる層とが電気的に接続されているので、隣接する
電池部間の電気的接続は電子伝導性ポリマーからなる層
を電気的に接続することによって得られる結果、セパレ
ータを構成する材料は電子伝導性を有していなくてもよ
いので、その選択幅がより広がり、安価で加工性に優れ
た、電子伝導性を有さないプラスチックや樹脂などを選
択することができる。

【０１１１】また、本発明によれば、電池部とセパレー
タとを積層した単電池をその積層面と平行な面内で少な
くともガス拡散電極と電子伝導性ポリマーからなる層に
ついて複数の小単電池に分割し、異なる小単電池におけ
る燃料極側の電子伝導性ポリマーからなる層と酸化剤極
側の電子伝導性ポリマーからなる層とを接続し、少なく
とも一部の小単電池を直列に接続したので、単電池の積
層数を増加させたり、電極面積を減少させたりせずに、
燃料電池から出力される電気的出力を高電圧化あるいは
低電流化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１による固体高分子型燃
料電池の要部の構成を模式的に示す分解斜視図である。

【図２】 本発明の実施の形態１による固体高分子型燃
料電池の要部の構成を模式的に示す断面図である。

【図３】 本発明の実施の形態２による固体高分子型燃
料電池の要部の構成を模式的に示す断面図である。

【図４】 本発明の実施の形態３による固体高分子型燃
料電池の要部の構成を模式的に示す断面図である。

【図５】 本発明の実施の形態４による固体高分子型燃
料電池の要部の構成を模式的に示す断面図である。

【図６】 本発明の実施の形態４による固体高分子型燃
料電池の要部の別の構成を模式的に示す断面図である。

【図７】 本発明の実施の形態５による固体高分子型燃
料電池の要部の構成を模式的に示す断面図である。

【図８】 本発明の実施の形態６による固体高分子型燃
料電池の要部の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は
断面図、（ｂ）は平面図である。

【図９】 本発明の実施の形態７による固体高分子型燃
料電池の要部の構成を模式的に示す断面図である。

【図１０】 本発明の実施の形態７による固体高分子型
燃料電池の要部の別の構成を模式的に示す断面図であ
る。

【図１１】 本発明の実施の形態８による固体高分子型
燃料電池の要部の構成を模式的に示す断面図である。

【図１２】 本発明の実施の形態８による固体高分子型
燃料電池の要部の別の構成を模式的に示す断面図であ
る。

【図１３】 本発明の実施の形態９による固体高分子型
燃料電池の要部の構成を模式的に示す図であり、（ａ）
は断面図、（ｂ）は斜視図である。

【図１４】 本発明の実施の形態９による固体高分子型
燃料電池の要部の別の構成を模式的に示す斜視図であ
る。

【図１５】 本発明の実施の形態１０による固体高分子
型燃料電池の要部の構成を模式的に示す図であり、
（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。

【図１６】 本発明の実施の形態１１による固体高分子
型燃料電池の要部の構成を模式的に示す図であり、
（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。

【図１７】 本発明の実施の形態１２による固体高分子
型燃料電池の要部の構成を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１ 単電池、２ 電池部、３ 固体高分子電解質膜、４
アノード電極、４ａアノードカーボンシート、４ｂ
アノード触媒層、５ カソード電極、５ａカソードカー
ボンシート、５ｂ カソード触媒層、６ アノードセパ
レータ、６ａ アノードセパレータ基材、６ａ１ アノ
ードセパレータ構造材、６ａ２ アノードセパレータ表
面剤、６ａ３ 燃料側アノードセパレータ構造材、６ｂ
燃料流通層、６ｂ１ 燃料流路壁、６ｂ２ 燃料ガス
流路、６ｂ３ 燃料極境界壁、６ｃ 冷却剤流通層、６
ｃ１ 冷却剤流路壁、６ｃ２ 冷却剤流路、６ｄ アノ
ードセパレータ導電部、７ カソードセパレータ、７ａ
カソードセパレータ基材、７ａ１ カソードセパレー
タ構造材、７ａ２ カソードセパレータ表面材、７ｂ
酸化剤流通層、７ｂ１ 酸化剤流路壁、７ｂ２ 酸化剤
ガス流路、７ｂ３ 酸化剤極境界壁、７ｄ カソードセ
パレータ導電部、８ 燃料ガス、９ 酸化剤ガス、１０
冷却剤、１１ アノード導電膜、７ａ２ａ，１１ａ，
１２ａ格子状枠、７ａ２ｂ，１１ｂ，１２ｂ 格子貫通
孔、１２ カソード導電膜、１３ 積層側面部材、１４
小単電池、１５ 小単電池間導体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 秀一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 福本 久敏 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 浜野 浩司 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 EE18

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極基材と触媒層とを有する燃料極およ
   び酸化剤極からなる一対のガス拡散電極間に前記触媒層
   を介して固体高分子電解質膜を挟持させてなり、水素を
   含む燃料ガスおよび酸素を含む酸化剤ガスの電気化学反
   応によって発電する電池部を、セパレータを介して複数
   積層し、前記燃料極側に燃料ガスを供給する燃料流通層
   と、前記酸化剤極側に酸化剤ガスを供給する酸化剤流通
   層とを、前記電池部またはセパレータに備え、前記セパ
   レータを介して隣接する電池部を電気的に接続する固体
   高分子型燃料電池において、 前記セパレータ、燃料流通層または酸化剤流通層の少な
   くとも一部に電子伝導性ポリマーを用いたことを特徴と
   する固体高分子型燃料電池。
2. 【請求項２】 電極基材と触媒層とを有する燃料極およ
   び酸化剤極からなる一対のガス拡散電極間に前記触媒層
   を介して固体高分子電解質膜を挟持させてなり、水素を
   含む燃料ガスおよび酸素を含む酸化剤ガスの電気化学反
   応によって発電する電池部を、セパレータを介して複数
   積層し、前記燃料極側に燃料ガスを供給する燃料流通層
   と、前記酸化剤極側に酸化剤ガスを供給する酸化剤流通
   層とを、前記電池部またはセパレータに備える固体高分
   子型燃料電池において、 電子伝導性ポリマーからなる層を前記セパレータと燃料
   極または酸化剤極との間に配置したことを特徴とする固
   体高分子型燃料電池。
3. 【請求項３】 互いに隣接する一方の電池部の燃料極側
   に配置された電子伝導性ポリマーからなる層と、他方の
   電池部の酸化剤極側に配置され前記層とセパレータを介
   して隣接する電子伝導性ポリマーからなる層とが電気的
   に接続されてい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。
4. 【請求項４】 電池部とセパレータとを積層した単電池
   をその積層面と平行な面内で少なくともガス拡散電極と
   電子伝導性ポリマーからなる層について複数の小単電池
   に分割し、異なる小単電池における燃料極側の電子伝導
   性ポリマーからなる層と酸化剤極側の電子伝導性ポリマ
   ーからなる層とを接続し、少なくとも一部の小単電池を
   直列に接続した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。