JP2002203578A - 高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
高分子電解質型燃料電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 導電性セパレータとＭＥＡを積層した高分子
電解質型燃料電池において、ＭＥＡの周囲に配置された
ガスケットが電池の締結圧力によって、セパレータのガ
ス流路溝に落ち込み、そのＭＥＡを挟む反対側のセパレ
ータとの間に微少隙間が発生する。この隙間からガスが
侵入し、燃料と酸化剤ガスが混合するという不都合が生
じる。 【解決手段】 少なくとも燃料ガスの入り口側マニホル
ド穴および出口側マニホルド穴、一方の面に形成されて
アノードに燃料ガスを供給するガス流路用溝、前記ガス
流路用溝の入り口側および出口側の端部においてセパレ
ータを貫通した貫通穴、並びに他方の面に形成されて前
記貫通穴と前記燃料ガスの入り口側マニホルド穴および
出口側マニホルド穴とをそれぞれ連絡するガス流路用溝
を有するセパレータを備えた高分子電解質型燃料電池。
電解質型燃料電池において、ＭＥＡの周囲に配置された
ガスケットが電池の締結圧力によって、セパレータのガ
ス流路溝に落ち込み、そのＭＥＡを挟む反対側のセパレ
ータとの間に微少隙間が発生する。この隙間からガスが
侵入し、燃料と酸化剤ガスが混合するという不都合が生
じる。 【解決手段】 少なくとも燃料ガスの入り口側マニホル
ド穴および出口側マニホルド穴、一方の面に形成されて
アノードに燃料ガスを供給するガス流路用溝、前記ガス
流路用溝の入り口側および出口側の端部においてセパレ
ータを貫通した貫通穴、並びに他方の面に形成されて前
記貫通穴と前記燃料ガスの入り口側マニホルド穴および
出口側マニホルド穴とをそれぞれ連絡するガス流路用溝
を有するセパレータを備えた高分子電解質型燃料電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポータブル電源、
電気自動車用電源、家庭内コージェネレーションシステ
ム等に利用される固体高分子電解質を用いた燃料電池、
特にその導電性セパレータに関する。
電気自動車用電源、家庭内コージェネレーションシステ
ム等に利用される固体高分子電解質を用いた燃料電池、
特にその導電性セパレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質を用いた燃料電池は、
水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有する燃
料ガスとを、電気化学的に反応させることで、電力と熱
とを同時に発生させる。この燃料電池の基本的な構成要
素は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜、
および高分子電解質の両面に接合された一対の電極であ
る。電極は、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末を
主成分とする触媒応層とその外面に形成された、通気性
と電子導電性を併せ持つ拡散層からなる。この他、供給
する燃料ガスおよび酸化剤ガスが外にリークしたり、二
種類のガスが互いに混合しないように、電極の周囲には
高分子電解質膜を挟んでガスをシールするためのガスケ
ットが配置される。このガスケットは、電極及び高分子
電解質膜と一体化してあらかじめ組み立てられる。これ
を電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）と呼ぶ。ＭＥＡの外
側には、これを機械的に固定するとともに、隣接するＭ
ＥＡを互いに電気的に直列に接続するための導電性のセ
パレータが配置される。セパレータのＭＥＡと接触する
部分には、電極面に反応ガスを供給し、生成ガスや余剰
ガスを運び去るためのガス流路が形成される。ガス流路
はセパレータとは別に設けることもできるが、セパレー
タの表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的であ
る。
水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有する燃
料ガスとを、電気化学的に反応させることで、電力と熱
とを同時に発生させる。この燃料電池の基本的な構成要
素は、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜、
および高分子電解質の両面に接合された一対の電極であ
る。電極は、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末を
主成分とする触媒応層とその外面に形成された、通気性
と電子導電性を併せ持つ拡散層からなる。この他、供給
する燃料ガスおよび酸化剤ガスが外にリークしたり、二
種類のガスが互いに混合しないように、電極の周囲には
高分子電解質膜を挟んでガスをシールするためのガスケ
ットが配置される。このガスケットは、電極及び高分子
電解質膜と一体化してあらかじめ組み立てられる。これ
を電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）と呼ぶ。ＭＥＡの外
側には、これを機械的に固定するとともに、隣接するＭ
ＥＡを互いに電気的に直列に接続するための導電性のセ
パレータが配置される。セパレータのＭＥＡと接触する
部分には、電極面に反応ガスを供給し、生成ガスや余剰
ガスを運び去るためのガス流路が形成される。ガス流路
はセパレータとは別に設けることもできるが、セパレー
タの表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的であ
る。
【０００３】この溝にガスを供給するためには、ガスを
供給する配管を、使用するセパレータの枚数に分岐し、
その分岐先を直接セパレータの溝につなぎ込む配管治具
が必要となる。この治具をマニホルドと呼び、上記のよ
うなガスの供給配管から直接つなぎ込むタイプを外部マ
ニホルド型と呼ぶ。このマニホルドには、構造をより簡
単にした内部マニホルド型と呼ぶ形式のものがある。内
部マニホルド型とは、ガス流路を形成したセパレータ
に、貫通した孔、すなわちマニホルド穴を設け、ガス流
路の出入り口をこの孔まで通し、この孔から直接ガスを
供給するものである。燃料電池は、運転中に発熱するの
で、電池を良好な温度状態に維持するために、冷却水等
で冷却する必要がある。通常、１〜３セル毎に冷却水を
流す冷却部をセパレータとセパレータとの間に挿入され
る。セパレータの背面に冷却水流路を設けて冷却部とす
る場合が多い。これらのＭＥＡとセパレータおよび冷却
部を交互に重ね、１０〜２００セル積層した後、集電板
と絶縁板を介して、端板でこれを挟み、締結ボルトで両
端から固定するのが一般的な積層電池の構造である。
供給する配管を、使用するセパレータの枚数に分岐し、
その分岐先を直接セパレータの溝につなぎ込む配管治具
が必要となる。この治具をマニホルドと呼び、上記のよ
うなガスの供給配管から直接つなぎ込むタイプを外部マ
ニホルド型と呼ぶ。このマニホルドには、構造をより簡
単にした内部マニホルド型と呼ぶ形式のものがある。内
部マニホルド型とは、ガス流路を形成したセパレータ
に、貫通した孔、すなわちマニホルド穴を設け、ガス流
路の出入り口をこの孔まで通し、この孔から直接ガスを
供給するものである。燃料電池は、運転中に発熱するの
で、電池を良好な温度状態に維持するために、冷却水等
で冷却する必要がある。通常、１〜３セル毎に冷却水を
流す冷却部をセパレータとセパレータとの間に挿入され
る。セパレータの背面に冷却水流路を設けて冷却部とす
る場合が多い。これらのＭＥＡとセパレータおよび冷却
部を交互に重ね、１０〜２００セル積層した後、集電板
と絶縁板を介して、端板でこれを挟み、締結ボルトで両
端から固定するのが一般的な積層電池の構造である。
【０００４】このような高分子電解質型燃料電池では、
セパレータは導電性が高く、かつ気密性が高く、更に水
素／酸素を酸化還元する際の反応に対して高い耐食性を
持つ必要がある。このような理由で、セパレータは通常
等方性黒鉛や膨張黒鉛などのカーボン材料で構成され、
ガス流路もその表面での切削や、膨張黒鉛の場合は型に
よる成型により作製される。組み上がった燃料電池に燃
料ガス、酸化剤ガス及び冷却水を流し、その燃料電池全
体での性能及び各単電池の性能を測定する。
セパレータは導電性が高く、かつ気密性が高く、更に水
素／酸素を酸化還元する際の反応に対して高い耐食性を
持つ必要がある。このような理由で、セパレータは通常
等方性黒鉛や膨張黒鉛などのカーボン材料で構成され、
ガス流路もその表面での切削や、膨張黒鉛の場合は型に
よる成型により作製される。組み上がった燃料電池に燃
料ガス、酸化剤ガス及び冷却水を流し、その燃料電池全
体での性能及び各単電池の性能を測定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の導電性セパレー
タとＭＥＡとを積層した燃料電池において、ＭＥＡの周
囲に配置されたガスケットが燃料電池の締結圧力によっ
て、セパレータのガス流路に落ち込み、そのＭＥＡを挟
んで反対側に積層されたセパレータとの間に微少隙間が
発生する。この隙間はガス流路端部、つまりマニホルド
穴と接する部分に発生しやすく、その隙間からガスが侵
入し、二種類のガスが混合するという現象が起こり、性
能が低下するという問題があった。また、ガスの混合さ
れる状況によっては、発火、発熱のおそれもあり、危険
な状況になるという問題もあった。本発明は、セパレー
タを改良して二種類のガスの混合が生じない高分子電解
質型燃料電池を提供することを目的とする。本発明は、
そのようなセパレータを提供することをも目的とする。
タとＭＥＡとを積層した燃料電池において、ＭＥＡの周
囲に配置されたガスケットが燃料電池の締結圧力によっ
て、セパレータのガス流路に落ち込み、そのＭＥＡを挟
んで反対側に積層されたセパレータとの間に微少隙間が
発生する。この隙間はガス流路端部、つまりマニホルド
穴と接する部分に発生しやすく、その隙間からガスが侵
入し、二種類のガスが混合するという現象が起こり、性
能が低下するという問題があった。また、ガスの混合さ
れる状況によっては、発火、発熱のおそれもあり、危険
な状況になるという問題もあった。本発明は、セパレー
タを改良して二種類のガスの混合が生じない高分子電解
質型燃料電池を提供することを目的とする。本発明は、
そのようなセパレータを提供することをも目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、導電性セパレ
ータ上に設けられたガス流路の端部をマニホルド穴に連
絡する部分の位置を変更することで、ガスを流通させる
マニホルド穴近傍における導電性セパレータとＭＥＡの
ガスケット部との接合部において、ガスケットのセパレ
ータのガス流路への落ち込みが発生しても、マニホルド
穴に流れるガスが隙間の発生する面のガスと同一にな
り、２種類のガスの混合を防止する構造を持つことを特
徴とする。
ータ上に設けられたガス流路の端部をマニホルド穴に連
絡する部分の位置を変更することで、ガスを流通させる
マニホルド穴近傍における導電性セパレータとＭＥＡの
ガスケット部との接合部において、ガスケットのセパレ
ータのガス流路への落ち込みが発生しても、マニホルド
穴に流れるガスが隙間の発生する面のガスと同一にな
り、２種類のガスの混合を防止する構造を持つことを特
徴とする。
【０００７】本発明は、高分子電解質膜および前記高分
子電解質膜を挟む一対の電極を含む複数の電解質膜−電
極接合体を導電性セパレータを介して積層した燃料電池
積層体、前記一方の電極に燃料ガスを供給する手段、並
びに前記他方の電極に酸化剤ガスを供給する手段を具備
し、前記導電性セパレータは、少なくとも燃料ガスの入
り口側マニホルド穴および出口側マニホルド穴、一方の
面に形成されて前記一方の電極に燃料ガスを供給するガ
ス流路用溝、前記ガス流路用溝の入り口側および出口側
の端部においてセパレータを貫通した貫通穴、並びに他
方の面に形成されて前記貫通穴と前記燃料ガスの入り口
側マニホルド穴および出口側マニホルド穴とをそれぞれ
連絡するガス流路用溝を有する高分子電解質型燃料電池
を提供する。
子電解質膜を挟む一対の電極を含む複数の電解質膜−電
極接合体を導電性セパレータを介して積層した燃料電池
積層体、前記一方の電極に燃料ガスを供給する手段、並
びに前記他方の電極に酸化剤ガスを供給する手段を具備
し、前記導電性セパレータは、少なくとも燃料ガスの入
り口側マニホルド穴および出口側マニホルド穴、一方の
面に形成されて前記一方の電極に燃料ガスを供給するガ
ス流路用溝、前記ガス流路用溝の入り口側および出口側
の端部においてセパレータを貫通した貫通穴、並びに他
方の面に形成されて前記貫通穴と前記燃料ガスの入り口
側マニホルド穴および出口側マニホルド穴とをそれぞれ
連絡するガス流路用溝を有する高分子電解質型燃料電池
を提供する。
【０００８】前記電解質膜−電極接合体は、前記電極の
周縁部を囲むように配されたガスケットを含み、前記ガ
スケットが前記燃料ガスの入り口側マニホルド穴および
出口側マニホルド穴を有することが好ましい。
周縁部を囲むように配されたガスケットを含み、前記ガ
スケットが前記燃料ガスの入り口側マニホルド穴および
出口側マニホルド穴を有することが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の高分子電解質型燃料電池
は、電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）の間に挿入される
導電性セパレータが、少なくとも燃料ガスの入り口側マ
ニホルド穴および出口側マニホルド穴、一方の面に形成
されてＭＥＡの一方の電極に燃料ガスを供給するガス流
路用溝、前記ガス流路用溝の入り口側および出口側の端
部においてセパレータを貫通した貫通穴、並びに他方の
面に形成されて前記貫通穴と前記燃料ガスの入り口側マ
ニホルド穴および出口側マニホルド穴とをそれぞれ連絡
するガス流路用溝を有する。
は、電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）の間に挿入される
導電性セパレータが、少なくとも燃料ガスの入り口側マ
ニホルド穴および出口側マニホルド穴、一方の面に形成
されてＭＥＡの一方の電極に燃料ガスを供給するガス流
路用溝、前記ガス流路用溝の入り口側および出口側の端
部においてセパレータを貫通した貫通穴、並びに他方の
面に形成されて前記貫通穴と前記燃料ガスの入り口側マ
ニホルド穴および出口側マニホルド穴とをそれぞれ連絡
するガス流路用溝を有する。
【００１０】ＭＥＡとＭＥＡとの間に挿入される導電性
セパレータの好ましい態様において、は、セパレータは
さらに、酸化剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口
側マニホルド穴、他方の面に形成されて前記他方の電極
に酸化剤ガスを供給するガス流路用溝、前記ガス流路用
溝の入り口側および出口側の端部においてセパレータを
貫通した貫通穴、並びに一方の面に形成されて前記貫通
穴と前記酸化剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口
側マニホルド穴とをそれぞれ連絡するガス流路用溝を有
する。
セパレータの好ましい態様において、は、セパレータは
さらに、酸化剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口
側マニホルド穴、他方の面に形成されて前記他方の電極
に酸化剤ガスを供給するガス流路用溝、前記ガス流路用
溝の入り口側および出口側の端部においてセパレータを
貫通した貫通穴、並びに一方の面に形成されて前記貫通
穴と前記酸化剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口
側マニホルド穴とをそれぞれ連絡するガス流路用溝を有
する。
【００１１】導電性セパレータの別のタイプの好ましい
態様において、導電性セパレータは、少なくとも燃料ガ
スの入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド穴、
並びに冷却水の入り口側マニホルド穴および出口側マニ
ホルド穴を有する２つのセパレータ部材の組み合わせを
含み、前記一方のセパレータ部材は、一方の面に形成さ
れて前記一方の電極に燃料ガスを供給するガス流路用
溝、前記ガス流路用溝の入り口側および出口側の端部に
おいてセパレータを貫通した貫通穴、並びに他方の面に
形成されて前記貫通穴と前記燃料ガスの入り口側マニホ
ルド穴および出口側マニホルド穴とをそれぞれ連絡する
ガス流路用溝を有し、前記２つのセパレータ部材の少な
くとも一方は、両者の間に、入り口側および出口側がそ
れぞれ前記冷却水の入り口側マニホルド穴および出口側
マニホルド穴に連絡する冷却水流路を形成する溝を有す
る。前記２つの導電性セパレータ部材は、さらに、酸化
剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド
穴を有し、前記他方の導電性セパレータ部材は、さら
に、前記冷却水流路を形成する面と反対側の面に形成さ
れて前記他方の電極に酸化剤ガスを供給するガス流路用
溝、前記ガス流路用溝の入り口側および出口側の端部に
おいてセパレータを貫通した貫通穴、並びに前記冷却水
流路を形成する面側に形成されて前記貫通穴と前記酸化
剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド
穴とをそれぞれ連絡するガス流路用溝を有することが好
ましい。
態様において、導電性セパレータは、少なくとも燃料ガ
スの入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド穴、
並びに冷却水の入り口側マニホルド穴および出口側マニ
ホルド穴を有する２つのセパレータ部材の組み合わせを
含み、前記一方のセパレータ部材は、一方の面に形成さ
れて前記一方の電極に燃料ガスを供給するガス流路用
溝、前記ガス流路用溝の入り口側および出口側の端部に
おいてセパレータを貫通した貫通穴、並びに他方の面に
形成されて前記貫通穴と前記燃料ガスの入り口側マニホ
ルド穴および出口側マニホルド穴とをそれぞれ連絡する
ガス流路用溝を有し、前記２つのセパレータ部材の少な
くとも一方は、両者の間に、入り口側および出口側がそ
れぞれ前記冷却水の入り口側マニホルド穴および出口側
マニホルド穴に連絡する冷却水流路を形成する溝を有す
る。前記２つの導電性セパレータ部材は、さらに、酸化
剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド
穴を有し、前記他方の導電性セパレータ部材は、さら
に、前記冷却水流路を形成する面と反対側の面に形成さ
れて前記他方の電極に酸化剤ガスを供給するガス流路用
溝、前記ガス流路用溝の入り口側および出口側の端部に
おいてセパレータを貫通した貫通穴、並びに前記冷却水
流路を形成する面側に形成されて前記貫通穴と前記酸化
剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド
穴とをそれぞれ連絡するガス流路用溝を有することが好
ましい。
【００１２】導電性セパレータのさらに別のタイプの好
ましい態様において、導電性セパレータは、少なくとも
燃料ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マニホル
ド穴、並びに冷却水の入り口側マニホルド穴および出口
側マニホルド穴を有する２つのセパレータ部材の組み合
わせを含み、前記一方のセパレータ部材は、一方の面に
形成されて前記一方の電極に燃料ガスを供給するガス流
路用溝、前記ガス流路用溝の入り口側および出口側の端
部においてセパレータを貫通した貫通穴を有し、他方の
セパレータ部材は、前記貫通穴に連通する貫通穴、およ
び前記一方のセパレータ部材と反対側の面に形成されて
前記貫通穴と前記燃料ガスの入り口側マニホルド穴およ
び出口側マニホルド穴とをそれぞれ連絡するガス流路用
溝を有し、前記２つのセパレータ部材の少なくとも一方
は、両者の間に、入り口側および出口側がそれぞれ前記
冷却水の入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド
穴に連絡する冷却水流路を形成する溝を有する。
ましい態様において、導電性セパレータは、少なくとも
燃料ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マニホル
ド穴、並びに冷却水の入り口側マニホルド穴および出口
側マニホルド穴を有する２つのセパレータ部材の組み合
わせを含み、前記一方のセパレータ部材は、一方の面に
形成されて前記一方の電極に燃料ガスを供給するガス流
路用溝、前記ガス流路用溝の入り口側および出口側の端
部においてセパレータを貫通した貫通穴を有し、他方の
セパレータ部材は、前記貫通穴に連通する貫通穴、およ
び前記一方のセパレータ部材と反対側の面に形成されて
前記貫通穴と前記燃料ガスの入り口側マニホルド穴およ
び出口側マニホルド穴とをそれぞれ連絡するガス流路用
溝を有し、前記２つのセパレータ部材の少なくとも一方
は、両者の間に、入り口側および出口側がそれぞれ前記
冷却水の入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド
穴に連絡する冷却水流路を形成する溝を有する。
【００１３】前記２つの導電性セパレータ部材は、さら
に、酸化剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マ
ニホルド穴を有し、前記他方の導電性セパレータ部材
は、さらに、前記冷却水流路を形成する面と反対側の面
に形成されて前記他方の電極に酸化剤ガスを供給するガ
ス流路用溝、および前記ガス流路用溝の入り口側および
出口側の端部においてセパレータを貫通した酸化剤ガス
流路用貫通穴を有し、前記一方のセパレータ部材は、さ
らに、前記酸化剤ガス流路用貫通穴と連通する前記一方
の面側に形成されて前記酸化剤ガス流路用貫通穴と前記
酸化剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マニホ
ルド穴とをそれぞれ連絡するガス流路用溝を有すること
が好ましい。ここに用いられるＭＥＡは、前記電極の周
縁部を囲むように配されたガスケットを含み、前記ガス
ケットが前記燃料ガスの入り口側マニホルド穴および出
口側マニホルド穴、前記酸化剤ガスの入り口側マニホル
ド穴および出口側マニホルド穴、並びに前記冷却水の入
り口側マニホルド穴および出口側マニホルド穴にそれぞ
れ連通するマニホルド穴を有することが好ましい。
に、酸化剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マ
ニホルド穴を有し、前記他方の導電性セパレータ部材
は、さらに、前記冷却水流路を形成する面と反対側の面
に形成されて前記他方の電極に酸化剤ガスを供給するガ
ス流路用溝、および前記ガス流路用溝の入り口側および
出口側の端部においてセパレータを貫通した酸化剤ガス
流路用貫通穴を有し、前記一方のセパレータ部材は、さ
らに、前記酸化剤ガス流路用貫通穴と連通する前記一方
の面側に形成されて前記酸化剤ガス流路用貫通穴と前記
酸化剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マニホ
ルド穴とをそれぞれ連絡するガス流路用溝を有すること
が好ましい。ここに用いられるＭＥＡは、前記電極の周
縁部を囲むように配されたガスケットを含み、前記ガス
ケットが前記燃料ガスの入り口側マニホルド穴および出
口側マニホルド穴、前記酸化剤ガスの入り口側マニホル
ド穴および出口側マニホルド穴、並びに前記冷却水の入
り口側マニホルド穴および出口側マニホルド穴にそれぞ
れ連通するマニホルド穴を有することが好ましい。
【００１４】以下、本発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。図１は電解質膜−電極接合体（ＭＥ
Ａ）の正面図である。ＭＥＡ６は、高分子電解質膜、こ
の電解質膜を挟むカソードおよびアノード、並びに電極
の周縁部において電解質膜の露出部分を覆うように接合
されたガスケットからなる。図では、電極部分を４で表
し、ガスケット部分を５で表している。図１において、
電極部分４の表面はアノードであり、裏面にカソードが
ある。
ながら説明する。図１は電解質膜−電極接合体（ＭＥ
Ａ）の正面図である。ＭＥＡ６は、高分子電解質膜、こ
の電解質膜を挟むカソードおよびアノード、並びに電極
の周縁部において電解質膜の露出部分を覆うように接合
されたガスケットからなる。図では、電極部分を４で表
し、ガスケット部分を５で表している。図１において、
電極部分４の表面はアノードであり、裏面にカソードが
ある。
【００１５】図２および図３は、第１の実施の形態にお
ける導電性セパレータを示す。このセパレータ１０は、
ＭＥＡ６のガスケット部５と対応する周縁部に、酸化剤
ガスの入口側マニホルド穴１１ａおよび出口側マニホル
ド穴１１ｂ、燃料ガスの入口側マニホルド穴１２ａおよ
び出口側マニホルド穴１２ｂ、並びに冷却水の入口側マ
ニホルド穴１３ａおよび出口側マニホルド穴１３ｂを有
する。セパレータ１０は、さらにその一方の面には、カ
ソードに酸化剤ガスを供給するための流路を形成する複
数の平行する直線状の溝１４を有し、他方の面には、ア
ノードに燃料ガスを供給するための流路を形成する複数
の並行する溝２４を有する。溝２４は、直線状の部分と
ターン部とを組み合わせた蛇行形状である。図２および
３において、一点鎖線で囲まれた部分がそれぞれＭＥＡ
の電極部分４に接し、それらの外側の部分がガスケット
部分５に接する。
ける導電性セパレータを示す。このセパレータ１０は、
ＭＥＡ６のガスケット部５と対応する周縁部に、酸化剤
ガスの入口側マニホルド穴１１ａおよび出口側マニホル
ド穴１１ｂ、燃料ガスの入口側マニホルド穴１２ａおよ
び出口側マニホルド穴１２ｂ、並びに冷却水の入口側マ
ニホルド穴１３ａおよび出口側マニホルド穴１３ｂを有
する。セパレータ１０は、さらにその一方の面には、カ
ソードに酸化剤ガスを供給するための流路を形成する複
数の平行する直線状の溝１４を有し、他方の面には、ア
ノードに燃料ガスを供給するための流路を形成する複数
の並行する溝２４を有する。溝２４は、直線状の部分と
ターン部とを組み合わせた蛇行形状である。図２および
３において、一点鎖線で囲まれた部分がそれぞれＭＥＡ
の電極部分４に接し、それらの外側の部分がガスケット
部分５に接する。
【００１６】酸化剤ガスの流路用の溝１４の末端部は、
セパレータがガスケット部５と接する部分に位置してお
り、この末端部に貫通穴１５ａおよび１５ｂを有してい
る。そして、セパレータの裏面側には、貫通穴１５ａお
よび１５ｂとマニホルド穴１１ａおよび１１ｂとをそれ
ぞれ連絡するためのガス流路を形成する溝１６ａおよび
１６ｂが設けられている。同様に、燃料ガスの流路用溝
２４の末端部は、セパレータがガスケット部５と接する
部分に位置し、この末端部に貫通穴２５ａおよび２５ｂ
を有している。そして、セパレータの表面側には、貫通
穴２５ａおよび２５ｂとマニホルド穴１２ａおよび１２
ｂとをそれぞれ連絡するためのガス流路を形成する溝２
６ａおよび２６ｂが設けられている。
セパレータがガスケット部５と接する部分に位置してお
り、この末端部に貫通穴１５ａおよび１５ｂを有してい
る。そして、セパレータの裏面側には、貫通穴１５ａお
よび１５ｂとマニホルド穴１１ａおよび１１ｂとをそれ
ぞれ連絡するためのガス流路を形成する溝１６ａおよび
１６ｂが設けられている。同様に、燃料ガスの流路用溝
２４の末端部は、セパレータがガスケット部５と接する
部分に位置し、この末端部に貫通穴２５ａおよび２５ｂ
を有している。そして、セパレータの表面側には、貫通
穴２５ａおよび２５ｂとマニホルド穴１２ａおよび１２
ｂとをそれぞれ連絡するためのガス流路を形成する溝２
６ａおよび２６ｂが設けられている。
【００１７】図８は、このようなセパレータを介してＭ
ＥＡを積層した電池の要部の断面を表している。入口側
マニホルド穴１１ａに供給される酸化剤ガスは、セパレ
ータ１０のアノード側に設けられた溝１６ａ、およびセ
パレータを貫通する貫通穴１５ａを経由してカソード側
に設けられた溝１４に達し、ここからカソードに供給さ
れる。そして、余剰ガスおよび電極反応により生成した
ガスは、溝１４から、セパレータを貫通する貫通穴１５
ｂ、およびアノード側に設けられた溝１６ｂを経由して
出口側マニホルド穴１１ｂへ排出される。入口側マニホ
ルド穴１２ａに供給される燃料ガスは、セパレータ１０
のカソード側に設けられた溝２６ａ、およびセパレータ
を貫通する貫通穴２５ａを経由してアノード側に設けら
れた溝２４に達し、ここからアノードに供給される。そ
して、余剰ガスおよび電極反応により生成したガスは、
溝２４から、セパレータを貫通する貫通穴２５ｂ、およ
びカソード側に設けられた溝２６ｂを経由して出口側マ
ニホルド穴１２ｂへ排出される。
ＥＡを積層した電池の要部の断面を表している。入口側
マニホルド穴１１ａに供給される酸化剤ガスは、セパレ
ータ１０のアノード側に設けられた溝１６ａ、およびセ
パレータを貫通する貫通穴１５ａを経由してカソード側
に設けられた溝１４に達し、ここからカソードに供給さ
れる。そして、余剰ガスおよび電極反応により生成した
ガスは、溝１４から、セパレータを貫通する貫通穴１５
ｂ、およびアノード側に設けられた溝１６ｂを経由して
出口側マニホルド穴１１ｂへ排出される。入口側マニホ
ルド穴１２ａに供給される燃料ガスは、セパレータ１０
のカソード側に設けられた溝２６ａ、およびセパレータ
を貫通する貫通穴２５ａを経由してアノード側に設けら
れた溝２４に達し、ここからアノードに供給される。そ
して、余剰ガスおよび電極反応により生成したガスは、
溝２４から、セパレータを貫通する貫通穴２５ｂ、およ
びカソード側に設けられた溝２６ｂを経由して出口側マ
ニホルド穴１２ｂへ排出される。
【００１８】図４および図５は、背面に冷却水の流路用
溝を形成したカソード側導電性セパレータを示し、図６
および図７は背面に冷却水の流路用溝を形成したアノー
ド側導電性セパレータを示す。カソード側導電性セパレ
ータ４０は、酸化剤ガスの入口側マニホルド穴４１ａお
よび出口側マニホルド穴４１ｂ、燃料ガスの入口側マニ
ホルド穴４２ａおよび出口側マニホルド穴４２ｂ、並び
に冷却水の入口側マニホルド穴４３ａおよび出口側マニ
ホルド穴４３ｂを有する。セパレータ４０は、カソード
側に酸化剤ガスの流路用溝４４を有し、溝４４の末端部
に貫通穴４５ａおよび４５ｂを有する。セパレータ４０
の背面には、貫通穴４５ａおよび４５ｂとマニホルド穴
４１ａおよび４１ｂとをそれぞれ連絡するための溝４６
ａおよび４６ｂが設けられている。セパレータ４０の以
上の構成は、セパレータ１０と同じである。異なるとこ
ろは、燃料ガスの流路用溝の代わりに、冷却水の流路を
形成するための溝４７が設けられ、この溝４７の末端部
が直接マニホルド穴４３ａおよび４３ｂに連絡している
ことである。
溝を形成したカソード側導電性セパレータを示し、図６
および図７は背面に冷却水の流路用溝を形成したアノー
ド側導電性セパレータを示す。カソード側導電性セパレ
ータ４０は、酸化剤ガスの入口側マニホルド穴４１ａお
よび出口側マニホルド穴４１ｂ、燃料ガスの入口側マニ
ホルド穴４２ａおよび出口側マニホルド穴４２ｂ、並び
に冷却水の入口側マニホルド穴４３ａおよび出口側マニ
ホルド穴４３ｂを有する。セパレータ４０は、カソード
側に酸化剤ガスの流路用溝４４を有し、溝４４の末端部
に貫通穴４５ａおよび４５ｂを有する。セパレータ４０
の背面には、貫通穴４５ａおよび４５ｂとマニホルド穴
４１ａおよび４１ｂとをそれぞれ連絡するための溝４６
ａおよび４６ｂが設けられている。セパレータ４０の以
上の構成は、セパレータ１０と同じである。異なるとこ
ろは、燃料ガスの流路用溝の代わりに、冷却水の流路を
形成するための溝４７が設けられ、この溝４７の末端部
が直接マニホルド穴４３ａおよび４３ｂに連絡している
ことである。
【００１９】アノード側導電性セパレータ５０は、アノ
ード側に燃料ガスの流路用溝５４を有し、溝５４の末端
部に貫通穴５５ａおよび５５ｂを有する。セパレータ５
０の背面には、貫通穴５５ａおよび５５ｂとマニホルド
穴５１ａおよび５１ｂとをそれぞれ連絡するための溝５
６ａおよび５６ｂが設けられている。セパレータ５０
は、さらに背面に、冷却水の流路を形成するための溝５
７が設けられ、この溝５７の末端部が直接マニホルド穴
５３ａおよび５３ｂに連絡している。
ード側に燃料ガスの流路用溝５４を有し、溝５４の末端
部に貫通穴５５ａおよび５５ｂを有する。セパレータ５
０の背面には、貫通穴５５ａおよび５５ｂとマニホルド
穴５１ａおよび５１ｂとをそれぞれ連絡するための溝５
６ａおよび５６ｂが設けられている。セパレータ５０
は、さらに背面に、冷却水の流路を形成するための溝５
７が設けられ、この溝５７の末端部が直接マニホルド穴
５３ａおよび５３ｂに連絡している。
【００２０】カソード側セパレータ４０とアノード側セ
パレータ５０とは、それらの背面側、すなわち冷却水流
路用溝４７および５７を有する面が接するように組み合
わせてＭＥＡ間に挿入される。図８は、カソード側セパ
レータ４０とアノード側セパレータ５０の組み合わせ
が、セパレータ１０と交互にＭＥＡ間に挿入された例を
示している。酸化剤ガスの入口側マニホルド穴４１ａ、
５１ａに供給される酸素ガスは、カソード側セパレータ
４０の背面に設けられた溝４６ａ、および貫通穴４５ａ
を経由して溝４４に至り、カソードへ供給される。余剰
ガスおよび生成ガスは溝４４から貫通穴４５ｂおよび溝
４６ｂを経由してマニホルド穴４１ｂへ排出される。同
様に燃料ガスは、入口側マニホルド穴５２ａから、アノ
ード側セパレータ５０の背面に設けられた溝５６ａ、お
よび貫通穴５５ａを経由して溝５４に至り、アノードへ
供給される。余剰ガスおよび生成ガスは溝５４から貫通
穴５５ｂおよび溝５６ｂを経由してマニホルド穴５２ｂ
へ排出される。
パレータ５０とは、それらの背面側、すなわち冷却水流
路用溝４７および５７を有する面が接するように組み合
わせてＭＥＡ間に挿入される。図８は、カソード側セパ
レータ４０とアノード側セパレータ５０の組み合わせ
が、セパレータ１０と交互にＭＥＡ間に挿入された例を
示している。酸化剤ガスの入口側マニホルド穴４１ａ、
５１ａに供給される酸素ガスは、カソード側セパレータ
４０の背面に設けられた溝４６ａ、および貫通穴４５ａ
を経由して溝４４に至り、カソードへ供給される。余剰
ガスおよび生成ガスは溝４４から貫通穴４５ｂおよび溝
４６ｂを経由してマニホルド穴４１ｂへ排出される。同
様に燃料ガスは、入口側マニホルド穴５２ａから、アノ
ード側セパレータ５０の背面に設けられた溝５６ａ、お
よび貫通穴５５ａを経由して溝５４に至り、アノードへ
供給される。余剰ガスおよび生成ガスは溝５４から貫通
穴５５ｂおよび溝５６ｂを経由してマニホルド穴５２ｂ
へ排出される。
【００２１】冷却水は、入口側マニホルド穴４３ａおよ
び５３ａから溝４７および５７により形成される蛇行形
状の流路を通り、マニホルド穴４３ｂおよび５３ｂから
排出される。この冷却水によって、セルはカソード側セ
パレータ４０およびアノード側セパレータ５０の背面か
ら冷却される。電池を冷却するには、通常水を用いるの
が簡便であるが、エチレングリコールなどの不凍液を用
いることもできる。
び５３ａから溝４７および５７により形成される蛇行形
状の流路を通り、マニホルド穴４３ｂおよび５３ｂから
排出される。この冷却水によって、セルはカソード側セ
パレータ４０およびアノード側セパレータ５０の背面か
ら冷却される。電池を冷却するには、通常水を用いるの
が簡便であるが、エチレングリコールなどの不凍液を用
いることもできる。
【００２２】図１４は、従来のセパレータ１００を用い
た積層電池の要部の断面を表している。セパレータ１０
０は、ＭＥＡのカソード側の表面に、酸化剤ガスのマニ
ホルド穴１１１と連絡する酸化剤ガスの流路用溝１０４
を有し、アノード側の表面に燃料ガスのマニホルド穴と
連絡する燃料ガスの流路用溝１１４を有している。燃料
電池の締結圧力によりセルの積層方向に締め付けられた
際、マニホルド穴１１１の近傍においては、ＭＥＡのガ
スケット５が溝１０４内へ落ち込むことがある。そうす
ると、ＭＥＡの溝１０４に対応する部分が、図１４の点
線で示すように、溝１０４側に変形する。この変形した
電極部５’およびガスケット部４’のアノード側と隣接
するセパレータ１００との間には７で示すような隙間が
生じる。この隙間７が燃料ガスの流路用溝１１４と連通
すると、燃料ガスがマニホルド穴１１１の酸化剤ガスと
混合されることとなる。
た積層電池の要部の断面を表している。セパレータ１０
０は、ＭＥＡのカソード側の表面に、酸化剤ガスのマニ
ホルド穴１１１と連絡する酸化剤ガスの流路用溝１０４
を有し、アノード側の表面に燃料ガスのマニホルド穴と
連絡する燃料ガスの流路用溝１１４を有している。燃料
電池の締結圧力によりセルの積層方向に締め付けられた
際、マニホルド穴１１１の近傍においては、ＭＥＡのガ
スケット５が溝１０４内へ落ち込むことがある。そうす
ると、ＭＥＡの溝１０４に対応する部分が、図１４の点
線で示すように、溝１０４側に変形する。この変形した
電極部５’およびガスケット部４’のアノード側と隣接
するセパレータ１００との間には７で示すような隙間が
生じる。この隙間７が燃料ガスの流路用溝１１４と連通
すると、燃料ガスがマニホルド穴１１１の酸化剤ガスと
混合されることとなる。
【００２３】これに対して、本発明においては、図８に
示すように、セパレータ１０の酸化剤ガスの流路用溝１
４は、セパレータ１０を貫通する穴１５ａからアノード
側に設けられた溝１６ａをとおしてマニホルド穴１１ａ
と連絡している。そして、ＭＥＡが溝１４内へ落ち込む
ことがあっても、貫通穴１５ａよりマニホルド穴１１ａ
側においてはＭＥＡのガスケット５は、セパレータ１０
の溝のない部分で受け止められる。従って、ガスケット
がセパレータのカソード側において酸化剤ガスの溝に落
ち込むことによって、そのガスケットのアノード側とア
ノードとの間に、燃料ガスの流路用溝と酸化剤ガスのマ
ニホルド穴とを連通させるような隙間は生じない。ま
た、酸化剤ガスのマニホルド穴に連絡する溝１６ａに、
隣接するセルのガスケットが落ち込んで、そのガスケッ
トの背面に隙間が生じても、その隙間は酸化剤ガスに連
絡するから、燃料ガスとの混合は起こらない。上ではガ
スケットが酸化剤ガスの流路用溝に落ち込む場合につい
て説明したが、ガスケットが燃料ガスの流路用溝に落ち
込む場合においても、上と同様に燃料ガスと酸化剤ガス
の混合を生じることはない。
示すように、セパレータ１０の酸化剤ガスの流路用溝１
４は、セパレータ１０を貫通する穴１５ａからアノード
側に設けられた溝１６ａをとおしてマニホルド穴１１ａ
と連絡している。そして、ＭＥＡが溝１４内へ落ち込む
ことがあっても、貫通穴１５ａよりマニホルド穴１１ａ
側においてはＭＥＡのガスケット５は、セパレータ１０
の溝のない部分で受け止められる。従って、ガスケット
がセパレータのカソード側において酸化剤ガスの溝に落
ち込むことによって、そのガスケットのアノード側とア
ノードとの間に、燃料ガスの流路用溝と酸化剤ガスのマ
ニホルド穴とを連通させるような隙間は生じない。ま
た、酸化剤ガスのマニホルド穴に連絡する溝１６ａに、
隣接するセルのガスケットが落ち込んで、そのガスケッ
トの背面に隙間が生じても、その隙間は酸化剤ガスに連
絡するから、燃料ガスとの混合は起こらない。上ではガ
スケットが酸化剤ガスの流路用溝に落ち込む場合につい
て説明したが、ガスケットが燃料ガスの流路用溝に落ち
込む場合においても、上と同様に燃料ガスと酸化剤ガス
の混合を生じることはない。
【００２４】次に、冷却水の流路を形成するカソード側
セパレータおよびアノード側セパレータの別の実施の形
態を説明する。図９および図１０は背面に冷却水の流路
用溝を形成したカソード側導電性セパレータを示し、図
１１および図１２は背面に冷却水の流路用溝を形成した
アノード側導電性セパレータを示す。カソード側導電性
セパレータ６０は、酸化剤ガスの入口側マニホルド穴６
１ａおよび出口側マニホルド穴６１ｂ、燃料ガスの入口
側マニホルド穴６２ａおよび出口側マニホルド穴６２
ｂ、並びに冷却水の入口側マニホルド穴６３ａおよび出
口側マニホルド穴６３ｂを有する。セパレータ６０は、
カソード側に酸化剤ガスの流路用溝６４有し、溝６４の
末端部に貫通穴６５ａおよび６５ｂを有する。セパレー
タ６０は、さらに、後述するアノード側セパレータ７０
の貫通穴７５ａおよび７５ｂとそれぞれ連通する貫通穴
９５ａおよび９５ｂを有し、カソード側には貫通穴９５
ａおよび９５ｂと燃料ガスの入口側マニホルド穴６２ａ
および出口側マニホルド穴６２ｂとを連絡するための溝
９６ａおよび９６ｂを有する。セパレータ６０は、背面
に冷却水の流路を形成するための蛇行形状の溝６７が、
その入口側末端部および出口側端部がそれぞれマニホル
ド穴６３ａおよび６３ｂと連絡するように形成されてい
る。
セパレータおよびアノード側セパレータの別の実施の形
態を説明する。図９および図１０は背面に冷却水の流路
用溝を形成したカソード側導電性セパレータを示し、図
１１および図１２は背面に冷却水の流路用溝を形成した
アノード側導電性セパレータを示す。カソード側導電性
セパレータ６０は、酸化剤ガスの入口側マニホルド穴６
１ａおよび出口側マニホルド穴６１ｂ、燃料ガスの入口
側マニホルド穴６２ａおよび出口側マニホルド穴６２
ｂ、並びに冷却水の入口側マニホルド穴６３ａおよび出
口側マニホルド穴６３ｂを有する。セパレータ６０は、
カソード側に酸化剤ガスの流路用溝６４有し、溝６４の
末端部に貫通穴６５ａおよび６５ｂを有する。セパレー
タ６０は、さらに、後述するアノード側セパレータ７０
の貫通穴７５ａおよび７５ｂとそれぞれ連通する貫通穴
９５ａおよび９５ｂを有し、カソード側には貫通穴９５
ａおよび９５ｂと燃料ガスの入口側マニホルド穴６２ａ
および出口側マニホルド穴６２ｂとを連絡するための溝
９６ａおよび９６ｂを有する。セパレータ６０は、背面
に冷却水の流路を形成するための蛇行形状の溝６７が、
その入口側末端部および出口側端部がそれぞれマニホル
ド穴６３ａおよび６３ｂと連絡するように形成されてい
る。
【００２５】アノード側導電性セパレータ７０は、酸化
剤ガスの入口側マニホルド穴７１ａおよび出口側マニホ
ルド穴７１ｂ、燃料ガスの入口側マニホルド穴７２ａお
よび出口側マニホルド穴７２ｂ、並びに冷却水の入口側
マニホルド穴７３ａおよび出口側マニホルド穴７３ｂを
有する。セパレータ７０は、アノード側に燃料ガスの流
路用溝７４有し、溝７４の末端部に貫通穴７５ａおよび
７５ｂを有する。セパレータ７０は、さらに、前記カソ
ード側セパレータ６０の貫通穴６５ａおよび６５ｂとそ
れぞれ連通する貫通穴８５ａおよび８５ｂを有し、アノ
ード側には貫通穴８５ａおよび８５ｂと酸化剤ガスの入
口側マニホルド穴７１ａおよび出口側マニホルド穴７１
ｂとを連絡するための溝８６ａおよび８６ｂを有する。
セパレータ７０は、背面に冷却水の流路を形成するため
の蛇行形状の溝７７が、その入口側末端部および出口側
端部がそれぞれマニホルド穴７３ａおよび７３ｂと連絡
するように形成されている。
剤ガスの入口側マニホルド穴７１ａおよび出口側マニホ
ルド穴７１ｂ、燃料ガスの入口側マニホルド穴７２ａお
よび出口側マニホルド穴７２ｂ、並びに冷却水の入口側
マニホルド穴７３ａおよび出口側マニホルド穴７３ｂを
有する。セパレータ７０は、アノード側に燃料ガスの流
路用溝７４有し、溝７４の末端部に貫通穴７５ａおよび
７５ｂを有する。セパレータ７０は、さらに、前記カソ
ード側セパレータ６０の貫通穴６５ａおよび６５ｂとそ
れぞれ連通する貫通穴８５ａおよび８５ｂを有し、アノ
ード側には貫通穴８５ａおよび８５ｂと酸化剤ガスの入
口側マニホルド穴７１ａおよび出口側マニホルド穴７１
ｂとを連絡するための溝８６ａおよび８６ｂを有する。
セパレータ７０は、背面に冷却水の流路を形成するため
の蛇行形状の溝７７が、その入口側末端部および出口側
端部がそれぞれマニホルド穴７３ａおよび７３ｂと連絡
するように形成されている。
【００２６】カソード側セパレータ６０とアノード側セ
パレータ７０とは、それらの背面側、すなわち冷却水流
路用溝６７および７７を有する面が接するように組み合
わせてＭＥＡ間に挿入される。図１３は、カソード側セ
パレータ６０とアノード側セパレータ７０の組み合わせ
が、セパレータ１０と交互にＭＥＡ間に挿入された例を
示している。酸化剤ガスの入口側マニホルド穴６１ａ、
７１ａに供給される酸素ガスは、アノード側セパレータ
７０のアノード側の面に設けられた溝８６ａ、貫通穴８
５ａおよび貫通穴６５ａを経由して溝６４に至り、カソ
ードへ供給される。余剰ガスおよび生成ガスは溝６４か
ら貫通穴６５ｂ、貫通穴８５ｂ、および溝８６ｂを経由
してマニホルド穴７１ｂへ排出される。同様に燃料ガス
は、カソード側セパレータ６０の入口側マニホルド穴６
２ａから、溝９６ａ、貫通穴９５ａ、および貫通穴７５
ａからアノード側セパレータ７０のアノード側に設けら
れた溝７４に至り、アノードへ供給される。余剰ガスお
よび生成ガスは溝７４から貫通穴７５ｂ、貫通穴９５ｂ
および溝９６ｂを経由してマニホルド穴６２ｂへ排出さ
れる。
パレータ７０とは、それらの背面側、すなわち冷却水流
路用溝６７および７７を有する面が接するように組み合
わせてＭＥＡ間に挿入される。図１３は、カソード側セ
パレータ６０とアノード側セパレータ７０の組み合わせ
が、セパレータ１０と交互にＭＥＡ間に挿入された例を
示している。酸化剤ガスの入口側マニホルド穴６１ａ、
７１ａに供給される酸素ガスは、アノード側セパレータ
７０のアノード側の面に設けられた溝８６ａ、貫通穴８
５ａおよび貫通穴６５ａを経由して溝６４に至り、カソ
ードへ供給される。余剰ガスおよび生成ガスは溝６４か
ら貫通穴６５ｂ、貫通穴８５ｂ、および溝８６ｂを経由
してマニホルド穴７１ｂへ排出される。同様に燃料ガス
は、カソード側セパレータ６０の入口側マニホルド穴６
２ａから、溝９６ａ、貫通穴９５ａ、および貫通穴７５
ａからアノード側セパレータ７０のアノード側に設けら
れた溝７４に至り、アノードへ供給される。余剰ガスお
よび生成ガスは溝７４から貫通穴７５ｂ、貫通穴９５ｂ
および溝９６ｂを経由してマニホルド穴６２ｂへ排出さ
れる。
【００２７】冷却水は、入口側マニホルド穴６３ａおよ
び７３ａから溝６７および７７により形成される蛇行形
状の流路を通り、マニホルド穴６３ｂおよび７３ｂから
排出される。この冷却水によって、セルはカソード側セ
パレータ６０およびアノード側セパレータ７０の背面か
ら冷却される。これらのセパレータ６０および７０の組
み合わせにより冷却水の流路を形成した場合にも、先の
実施の形態と同様に、燃料ガスと酸化剤ガスのクロスリ
ークが生じないことは明らかであろう。以上の実施の形
態において、冷却水の流路を形成するために、２つのセ
パレータ部材の相対向する面にそれぞれ溝を設けたが、
一方のセパレータ部材のみに溝を設けて冷却水の流路を
形成してもよい。以上のように本発明によれば、導電性
セパレータとＭＥＡを積層する際に、マニホルド穴と接
する導電性セパレータとＭＥＡのガスケット部との接合
面端部における異種ガス間のクロスリークをなくすこと
ができる。
び７３ａから溝６７および７７により形成される蛇行形
状の流路を通り、マニホルド穴６３ｂおよび７３ｂから
排出される。この冷却水によって、セルはカソード側セ
パレータ６０およびアノード側セパレータ７０の背面か
ら冷却される。これらのセパレータ６０および７０の組
み合わせにより冷却水の流路を形成した場合にも、先の
実施の形態と同様に、燃料ガスと酸化剤ガスのクロスリ
ークが生じないことは明らかであろう。以上の実施の形
態において、冷却水の流路を形成するために、２つのセ
パレータ部材の相対向する面にそれぞれ溝を設けたが、
一方のセパレータ部材のみに溝を設けて冷却水の流路を
形成してもよい。以上のように本発明によれば、導電性
セパレータとＭＥＡを積層する際に、マニホルド穴と接
する導電性セパレータとＭＥＡのガスケット部との接合
面端部における異種ガス間のクロスリークをなくすこと
ができる。
【００２８】
【実施例】以下に実施例を説明する。 《実施例１》平均粒径３０ｎｍの導電性カ−ボン粒子
（オランダ Ａｋｚｏｃｈｉｍｉｅ社製ケッチェンブラ
ックＥＣ）に、平均粒径約３０Åの白金粒子を重量比７
５：２５の割合で担持したものを電極の触媒とした。こ
の触媒粉末をイソプロパノ−ルに分散させた分散液に、
次式で示されるパーフルオロカーボンスルホン酸粉末の
エチルアルコール分散液を混合してペースト状にした。
このペーストを原料としスクリ−ン印刷法を用いて、厚
み２５０μｍのカ−ボン不織布の一方の面に電極触媒層
を形成した。形成された電極触媒層中に含まれる白金量
は０．５ｍｇ／ｃｍ2、パーフルオロカーボンスルホン
酸の量は１．２ｍｇ／ｃｍ2となるよう調整した。こう
して拡散層としてのカーボン不織布に触媒層を形成する
ことにより、同じ構成のカソードおよびアノードを作製
した。
（オランダ Ａｋｚｏｃｈｉｍｉｅ社製ケッチェンブラ
ックＥＣ）に、平均粒径約３０Åの白金粒子を重量比７
５：２５の割合で担持したものを電極の触媒とした。こ
の触媒粉末をイソプロパノ−ルに分散させた分散液に、
次式で示されるパーフルオロカーボンスルホン酸粉末の
エチルアルコール分散液を混合してペースト状にした。
このペーストを原料としスクリ−ン印刷法を用いて、厚
み２５０μｍのカ−ボン不織布の一方の面に電極触媒層
を形成した。形成された電極触媒層中に含まれる白金量
は０．５ｍｇ／ｃｍ2、パーフルオロカーボンスルホン
酸の量は１．２ｍｇ／ｃｍ2となるよう調整した。こう
して拡散層としてのカーボン不織布に触媒層を形成する
ことにより、同じ構成のカソードおよびアノードを作製
した。
【００２９】
【化１】
【００３０】（式中、ｍ＝１、ｎ＝２、ｘ＝５〜１３．
５、ｙ≒１０００である。） これらの電極を、電極より一回り大きい面積を有する水
素イオン伝導性高分子電解質膜の中心部の両面に、印刷
した触媒層が電解質膜側に接するようにホットプレスに
よって接合して、電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）を組
み立てた。ここで用いたプロトン伝導性高分子電解質膜
は、前記の式（ただし、ｍ＝２、ｎ＝２、ｘ＝５〜１
３．５、ｙ≒１０００である。）に示されるパーフルオ
ロカーボンスルホン酸からなる２５μｍの厚みの薄膜で
ある。図１はこのＭＥＡの構成を示す。ＭＥＡ６は、中
央の電極部４、およびその外周部に配置されたガスケッ
ト部５からなる。
５、ｙ≒１０００である。） これらの電極を、電極より一回り大きい面積を有する水
素イオン伝導性高分子電解質膜の中心部の両面に、印刷
した触媒層が電解質膜側に接するようにホットプレスに
よって接合して、電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）を組
み立てた。ここで用いたプロトン伝導性高分子電解質膜
は、前記の式（ただし、ｍ＝２、ｎ＝２、ｘ＝５〜１
３．５、ｙ≒１０００である。）に示されるパーフルオ
ロカーボンスルホン酸からなる２５μｍの厚みの薄膜で
ある。図１はこのＭＥＡの構成を示す。ＭＥＡ６は、中
央の電極部４、およびその外周部に配置されたガスケッ
ト部５からなる。
【００３１】本実施例では、図２〜６に示すセパレータ
１０、４０および５０を用いて図８のような高分子電解
質型燃料電池を組み立てた。これらのセパレータは、等
方性黒鉛からなる厚さ２ｍｍ、高さ１３０ｍｍ×幅２６
０ｍｍの板を加工することにより作製した。主な仕様を
以下に記載する。酸化剤ガスの流路用溝１４および４４
は、カソード側となる面の中央部２０ｃｍ×９ｃｍの領
域に、２．９ｍｍピッチ、幅約２ｍｍで形成した。ま
た、燃料ガスの流路用溝２４およ５４はアノード側の面
に、同ピッチ、同幅の溝を蛇行形状に形成した。冷却水
の流路用溝４７および５７は、ピッチ２．９ｍｍ、幅約
２ｍｍとした。
１０、４０および５０を用いて図８のような高分子電解
質型燃料電池を組み立てた。これらのセパレータは、等
方性黒鉛からなる厚さ２ｍｍ、高さ１３０ｍｍ×幅２６
０ｍｍの板を加工することにより作製した。主な仕様を
以下に記載する。酸化剤ガスの流路用溝１４および４４
は、カソード側となる面の中央部２０ｃｍ×９ｃｍの領
域に、２．９ｍｍピッチ、幅約２ｍｍで形成した。ま
た、燃料ガスの流路用溝２４およ５４はアノード側の面
に、同ピッチ、同幅の溝を蛇行形状に形成した。冷却水
の流路用溝４７および５７は、ピッチ２．９ｍｍ、幅約
２ｍｍとした。
【００３２】セパレータ１０のカソード側のガス流路用
溝１４とアノード側のガス流路用溝２４とは後者の溝の
直線部の中心線が前者の溝の中心線と一致するようにし
た。これにより、電極に過剰なせん断力がかからないよ
うにした。また、２セル毎にセパレータ４０と５０の組
み合わせを挿入して冷却水を流す冷却部を設けた。この
冷却部は、冷却水用の溝を持つ２種類のセパレータ４０
と５０の冷却水の流路用溝を有する面が対面するように
シール剤（スリーボンド社製１２１１）で貼り合わせ
た。セパレータとＭＥＡの組合せにおけるガスシール性
は、ＭＥＡに貼り付けられたガスケットにて確保し、セ
パレータ同士の組合せにおけるガスシール性はシール剤
（スリーボンド社製１２１１）で貼り合わせることで確
保した。以上に示したＭＥＡをセパレータを介して５０
セット積層した後、集電板と絶縁板を介してステンレス
鋼製の端板と締結ロッドで、１０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力
で締結した。このように作製した本実施例の高分子電解
質型燃料電池を、８５℃に保持し、アノードに８３℃の
露点となるよう加湿・加温した水素ガスを、カソードに
７８℃の露点となるように加湿・加温した空気をそれぞ
れ供給した。その結果を表１に示した。表１は、電池の
駆動電流を３６Ａ、９０Ａおよび１２６Ａにした時の電
池電圧の変化を示している。電流を大きくとるほど電圧
の低下は大きくなるが、十分実用性を有することが確認
された。
溝１４とアノード側のガス流路用溝２４とは後者の溝の
直線部の中心線が前者の溝の中心線と一致するようにし
た。これにより、電極に過剰なせん断力がかからないよ
うにした。また、２セル毎にセパレータ４０と５０の組
み合わせを挿入して冷却水を流す冷却部を設けた。この
冷却部は、冷却水用の溝を持つ２種類のセパレータ４０
と５０の冷却水の流路用溝を有する面が対面するように
シール剤（スリーボンド社製１２１１）で貼り合わせ
た。セパレータとＭＥＡの組合せにおけるガスシール性
は、ＭＥＡに貼り付けられたガスケットにて確保し、セ
パレータ同士の組合せにおけるガスシール性はシール剤
（スリーボンド社製１２１１）で貼り合わせることで確
保した。以上に示したＭＥＡをセパレータを介して５０
セット積層した後、集電板と絶縁板を介してステンレス
鋼製の端板と締結ロッドで、１０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力
で締結した。このように作製した本実施例の高分子電解
質型燃料電池を、８５℃に保持し、アノードに８３℃の
露点となるよう加湿・加温した水素ガスを、カソードに
７８℃の露点となるように加湿・加温した空気をそれぞ
れ供給した。その結果を表１に示した。表１は、電池の
駆動電流を３６Ａ、９０Ａおよび１２６Ａにした時の電
池電圧の変化を示している。電流を大きくとるほど電圧
の低下は大きくなるが、十分実用性を有することが確認
された。
【００３３】
【表１】
【００３４】《実施例２》本実施例では、冷却水の流路
を形成するために、セパレータ６０と７０の組み合わせ
を用いる他は実施例１と同様の高分子電解質型燃料電池
を組み立てた。この電池を７５℃に保持し、アノードに
７０℃の露点となるよう加湿・加温した水素ガスを、カ
ソードに６５℃の露点となるように加湿・加温した空気
をそれぞれ供給した。その結果、実施例１の電池とほぼ
同様の性能を示した。
を形成するために、セパレータ６０と７０の組み合わせ
を用いる他は実施例１と同様の高分子電解質型燃料電池
を組み立てた。この電池を７５℃に保持し、アノードに
７０℃の露点となるよう加湿・加温した水素ガスを、カ
ソードに６５℃の露点となるように加湿・加温した空気
をそれぞれ供給した。その結果、実施例１の電池とほぼ
同様の性能を示した。
【００３５】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、導電性セ
パレータとＭＥＡを積層する際に、マニホルド穴と接す
る導電性セパレータとＭＥＡのガスケット部との接合面
端部における異種ガス間のクロスリークをなくすことが
できる。
パレータとＭＥＡを積層する際に、マニホルド穴と接す
る導電性セパレータとＭＥＡのガスケット部との接合面
端部における異種ガス間のクロスリークをなくすことが
できる。
【図１】本発明の一実施例の燃料電池に用いたＭＥＡの
正面図である。
正面図である。
【図２】本発明の一実施例の燃料電池に用いた導電性セ
パレータ正面図である。
パレータ正面図である。
【図３】同セパレータの背面図である。
【図４】同燃料電池に用いたカソード側導電性セパレー
タの正面図である。
タの正面図である。
【図５】同セパレータの背面図である。
【図６】同燃料電池に用いたアノード側導電性セパレー
タのカソード側から見た正面図である。
タのカソード側から見た正面図である。
【図７】同セパレータの背面図である。
【図８】同燃料電池の要部の断面図である。
【図９】本発明の他の実施例の燃料電池に用いたカソー
ド側導電性セパレータの正面図である。
ド側導電性セパレータの正面図である。
【図１０】同セパレータの背面図である。
【図１１】同燃料電池に用いたアノード側導電性セパレ
ータのカソード側から見た正面図である。
ータのカソード側から見た正面図である。
【図１２】同セパレータの背面図である。
【図１３】同燃料電池の要部の断面図である。
【図１４】従来の燃料電池の要部の断面図である。
１ａ、１１ａ 酸化剤ガスの入り口側マニホルド穴 １ｂ、１１ｂ 酸化剤ガスの出口側マニホルド穴 ２ａ、１２ａ 燃料ガスの入り口側マニホルド穴 ２ｂ、１２ｂ 燃料ガスの出口側マニホルド穴 ３ａ、１３ａ 冷却水の入り口側マニホルド穴 ３ｂ、１３ｂ 冷却水の出口側マニホルド穴 ４ 電極部 ５ ガスケット部 ６ ＭＥＡ １０ 導電性セパレータ １４ 酸化剤ガスの流路用溝 １５ａ、１５ｂ 酸化剤ガスの流路用貫通穴 １６ａ、１６ｂ 酸化剤ガスの流路用溝 ２４ 燃料ガスの流路用溝 ２５ａ、２５ｂ 燃料ガスの流路用貫通穴 ２６ａ、２６ｂ 燃料ガスの流路用溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日下部 弘樹 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小原 英夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 長谷 伸啓 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 竹口 伸介 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC08
Claims (10)
- 【請求項１】 高分子電解質膜および前記高分子電解質
膜を挟む一対の電極を含む複数の電解質膜−電極接合体
を導電性セパレータを介して積層した燃料電池積層体、
前記一方の電極に燃料ガスを供給する手段、並びに前記
他方の電極に酸化剤ガスを供給する手段を具備し、前記
導電性セパレータは、少なくとも燃料ガスの入り口側マ
ニホルド穴および出口側マニホルド穴、一方の面に形成
されて前記一方の電極に燃料ガスを供給するガス流路用
溝、前記ガス流路用溝の入り口側および出口側の端部に
おいてセパレータを貫通した貫通穴、並びに他方の面に
形成されて前記貫通穴と前記燃料ガスの入り口側マニホ
ルド穴および出口側マニホルド穴とをそれぞれ連絡する
ガス流路用溝を有することを特徴とする高分子電解質型
燃料電池。 - 【請求項２】 前記導電性セパレータは、さらに、酸化
剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド
穴、他方の面に形成されて前記他方の電極に酸化剤ガス
を供給するガス流路用溝、前記ガス流路用溝の入り口側
および出口側の端部においてセパレータを貫通した貫通
穴、並びに一方の面に形成されて前記貫通穴と前記酸化
剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド
穴とをそれぞれ連絡するガス流路用溝を有する請求項１
記載の高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項３】 前記導電性セパレータは、少なくとも燃
料ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド
穴、並びに冷却水の入り口側マニホルド穴および出口側
マニホルド穴を有する２つのセパレータ部材の組み合わ
せを含み、前記一方のセパレータ部材は、一方の面に形
成されて前記一方の電極に燃料ガスを供給するガス流路
用溝、前記ガス流路用溝の入り口側および出口側の端部
においてセパレータを貫通した貫通穴、並びに他方の面
に形成されて前記貫通穴と前記燃料ガスの入り口側マニ
ホルド穴および出口側マニホルド穴とをそれぞれ連絡す
るガス流路用溝を有し、前記２つのセパレータ部材の少
なくとも一方は、両者の間に、入り口側および出口側が
それぞれ前記冷却水の入り口側マニホルド穴および出口
側マニホルド穴に連絡する冷却水流路を形成する溝を有
する請求項１記載の高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項４】 前記２つの導電性セパレータ部材は、さ
らに、酸化剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口側
マニホルド穴を有し、前記他方の導電性セパレータ部材
は、さらに、前記冷却水流路を形成する面と反対側の面
に形成されて前記他方の電極に酸化剤ガスを供給するガ
ス流路用溝、前記ガス流路用溝の入り口側および出口側
の端部においてセパレータを貫通した貫通穴、並びに前
記冷却水流路を形成する面側に形成されて前記貫通穴と
前記酸化剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マ
ニホルド穴とをそれぞれ連絡するガス流路用溝を有する
請求項３記載の高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項５】 前記導電性セパレータは、少なくとも燃
料ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド
穴、並びに冷却水の入り口側マニホルド穴および出口側
マニホルド穴を有する２つのセパレータ部材の組み合わ
せを含み、前記一方のセパレータ部材は、一方の面に形
成されて前記一方の電極に燃料ガスを供給するガス流路
用溝、前記ガス流路用溝の入り口側および出口側の端部
においてセパレータを貫通した貫通穴を有し、他方のセ
パレータ部材は、前記貫通穴に連通する貫通穴、および
前記一方のセパレータ部材と反対側の面に形成されて前
記貫通穴と前記燃料ガスの入り口側マニホルド穴および
出口側マニホルド穴とをそれぞれ連絡するガス流路用溝
を有し、前記２つのセパレータ部材の少なくとも一方
は、両者の間に、入り口側および出口側がそれぞれ前記
冷却水の入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド
穴に連絡する冷却水流路を形成する溝を有する請求項１
記載の高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項６】 前記２つの導電性セパレータ部材は、さ
らに、酸化剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口側
マニホルド穴を有し、前記他方の導電性セパレータ部材
は、さらに、前記冷却水流路を形成する面と反対側の面
に形成されて前記他方の電極に酸化剤ガスを供給するガ
ス流路用溝、および前記ガス流路用溝の入り口側および
出口側の端部においてセパレータを貫通した酸化剤ガス
流路用貫通穴を有し、前記一方のセパレータ部材は、さ
らに、前記酸化剤ガス流路用貫通穴と連通する前記一方
の面側に形成されて前記酸化剤ガス流路用貫通穴と前記
酸化剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口側マニホ
ルド穴とをそれぞれ連絡するガス流路用溝を有する請求
項５記載の高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項７】 前記電解質膜−電極接合体が、前記電極
の周縁部を囲むように配されたガスケットを含み、前記
ガスケットが前記燃料ガスの入り口側マニホルド穴およ
び出口側マニホルド穴、前記酸化剤ガスの入り口側マニ
ホルド穴および出口側マニホルド穴、並びに前記冷却水
の入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド穴にそ
れぞれ連通するマニホルド穴を有する請求項４または６
記載の高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項８】 燃料ガスの入り口側マニホルド穴および
出口側マニホルド穴、酸化剤ガスの入り口側マニホルド
穴および出口側マニホルド穴、一方の面に形成された燃
料ガス流路用溝、他方の面に形成された酸化剤ガス流路
用溝、前記燃料ガス流路用溝の入り口側および出口側の
端部においてセパレータを貫通した燃料ガス流路用貫通
穴、前記酸化剤ガス流路用溝の入り口側および出口側の
端部においてセパレータを貫通した酸化剤ガス流路用貫
通穴、一方の面に形成されて前記酸化剤ガス流路用貫通
穴と前記酸化剤ガスの入り口側マニホルド穴および出口
側マニホルド穴とをそれぞれ連絡する酸化剤ガス流路用
溝、並びに他方の面に形成されて前記燃料ガス流路用貫
通穴と前記燃料ガスの入り口側マニホルド穴および出口
側マニホルド穴とをそれぞれ連絡する燃料ガス流路用溝
を有することを特徴とする高分子電解質型燃料電池用導
電性セパレータ。 - 【請求項９】 燃料ガスの入り口側マニホルド穴および
出口側マニホルド穴、酸化剤ガスの入り口側マニホルド
穴および出口側マニホルド穴、並びに冷却水の入り口側
マニホルド穴および出口側マニホルド穴を有する２つの
セパレータ部材の組み合わせを含み、前記一方のセパレ
ータ部材は、一方の面に形成された燃料ガス流路用溝、
前記ガス流路用溝の入り口側および出口側の端部におい
てセパレータを貫通した燃料ガス流路用貫通穴、他方の
面に形成されて前記燃料ガス流路用貫通穴と前記燃料ガ
スの入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド穴と
をそれぞれ連絡する燃料ガス流路用溝、前記他方の導電
性セパレータ部材は、前記一方のセパレータ部材と反対
側の面に形成された酸化剤ガス流路用溝、前記酸化剤ガ
ス流路用溝の入り口側および出口側の端部においてセパ
レータを貫通した酸化剤ガス流路用貫通穴、並びに前記
一方のセパレータ側の面に形成されて前記酸化剤ガス流
路用貫通穴と前記酸化剤ガスの入り口側マニホルド穴お
よび出口側マニホルド穴とをそれぞれ連絡するガス流路
用溝を有し、前記２つのセパレータ部材の少なくとも一
方は、両者の間に、入り口側および出口側がそれぞれ前
記冷却水の入り口側マニホルド穴および出口側マニホル
ド穴に連絡する冷却水流路を形成する溝を有する高分子
電解質型燃料電池用導電性セパレータ。 - 【請求項１０】 燃料ガスの入り口側マニホルド穴およ
び出口側マニホルド穴、酸化剤ガスの入り口側マニホル
ド穴および出口側マニホルド穴、並びに冷却水の入り口
側マニホルド穴および出口側マニホルド穴を有する２つ
のセパレータ部材の組み合わせを含み、前記一方のセパ
レータ部材は、一方の面に形成された燃料ガス流路用
溝、並びに前記燃料ガス流路用溝の入り口側および出口
側の端部においてセパレータを貫通した燃料ガス流路用
貫通穴を有し、前記他方のセパレータ部材は、前記一方
のセパレータ部材と反対側の面に形成された酸化剤ガス
流路用溝、並びに前記酸化剤ガス流路用溝の入り口側お
よび出口側の端部においてセパレータを貫通した酸化剤
ガス流路用貫通穴を有し、さらに前記一方のセパレータ
部材は、前記酸化剤ガス流路用貫通穴と連通する酸化剤
ガス用貫通穴並びに前記一方の面に形成されて前記酸化
剤ガス流路用貫通穴と前記酸化剤ガスの入り口側マニホ
ルド穴および出口側マニホルド穴とをそれぞれ連絡する
酸化剤ガス流路用溝を有し、前記他方のセパレータ部材
は、前記燃料ガス流路用貫通穴と連通する燃料ガス流路
用貫通穴並びに前記一方のセパレータ部材と反対側の面
に形成されて前記燃料ガス流路用貫通穴と前記燃料ガス
の入り口側マニホルド穴および出口側マニホルド穴とを
それぞれ連絡する燃料ガス流路用溝を有し、前記２つの
セパレータ部材の少なくとも一方は、両者の間に、入り
口側および出口側がそれぞれ前記冷却水の入り口側マニ
ホルド穴および出口側マニホルド穴に連絡する冷却水流
路を形成する溝を有する高分子電解質型燃料電池用導電
性セパレータ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000399057A JP3596761B2 (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | 高分子電解質型燃料電池 |
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