JP2002280011A - Solid polymer fuel cell and separator for fuel cell - Google Patents

Solid polymer fuel cell and separator for fuel cell

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JP2002280011A
JP2002280011A JP2001073893A JP2001073893A JP2002280011A JP 2002280011 A JP2002280011 A JP 2002280011A JP 2001073893 A JP2001073893 A JP 2001073893A JP 2001073893 A JP2001073893 A JP 2001073893A JP 2002280011 A JP2002280011 A JP 2002280011A
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conductive
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hydrogen
membrane
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啓史 三木
Kenji Sugimoto
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid polymer fuel cell with high efficiency for power generation in a low cost. SOLUTION: This solid polymer fuel cell has a hydrogen electrode on one side of a membrane/electrode joint body 14 and an air electrode on the other side of the membrane/electrode joint body 14, and conductive sheets 17, 18 made from conductive fibers are arranged in a layer where the hydrogen electrode is formed and a layer where the air electrode is formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、膜・電極接合体の
表裏面に水素ガス又は水素ガスを含んだ燃料ガス及び酸
素又は酸素を含む空気を送って発電する燃料電池及び燃
料電池用セパレータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell and a fuel cell separator for generating electricity by sending hydrogen gas or a fuel gas containing hydrogen gas and oxygen or air containing oxygen to the front and back surfaces of a membrane electrode assembly. .

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、固体高分子形燃料電池は、燃料電
池自動車や家庭用燃料電池コジェネレーションシステム
の中心技術として研究がなされている。
2. Description of the Related Art Currently, polymer electrolyte fuel cells are being studied as a core technology of a fuel cell vehicle and a home fuel cell cogeneration system.

【0003】図12、図13は従来の固体高分子形燃料
電池のセルモジュールを示したものであり、固体電解質
膜・電極の接合体1をセパレータ2、3で挟んだ構造と
なっている。セパレータ2、3は燃料の水素や酸素を電
極へ供給する役割を果たすと共に、発電した電流を流す
役割があるために、重要な要素である。このセパレータ
2、3は黒鉛板が使用されており、その黒鉛板に酸素及
び水素を流すための細かな溝4、5を形成していた。
FIGS. 12 and 13 show a cell module of a conventional polymer electrolyte fuel cell having a structure in which a solid electrolyte membrane / electrode assembly 1 is sandwiched between separators 2 and 3. FIG. The separators 2 and 3 are important elements because they have a role of supplying hydrogen or oxygen of fuel to the electrodes and a role of flowing generated current. As the separators 2 and 3, a graphite plate was used, and fine grooves 4 and 5 for flowing oxygen and hydrogen were formed in the graphite plate.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
セパレータ2、3は、黒鉛板に形成する細かな溝4、5
の加工に手間がかかるために、1枚当たりの加工費がか
かってコスト低減が大きな課題になっていた。また、黒
煙板の溝4、5の空隙部分は電流が流れないため、電流
流路が長くなり、抵抗が大きくなる要因となっていた。
However, the conventional separators 2 and 3 have small grooves 4 and 5 formed in a graphite plate.
Since it takes time and effort to process, processing cost per sheet is required, and cost reduction has become a major issue. In addition, current does not flow through the gaps between the grooves 4 and 5 of the black smoke plate, so that the current flow path becomes longer and the resistance increases.

【0005】本発明は、このような課題に着目してなさ
れたものであり、低コストであり、発電時に抵抗の少な
い固体高分子形燃料電池を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such problems, and has as its object to provide a polymer electrolyte fuel cell which is low in cost and has low resistance during power generation.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1の固体高分子形燃料電池は、膜・電極接合
体の一方の面側に酸素極を形成し、前記膜・電極接合体
の他方の面側に水素極を形成するように、一対のセパレ
ータ間に前記膜・電極接合体を配置する固体高分子形燃
料電池において、前記セパレータを、導電性ガスシール
と通気性を有する導電性シートとで構成し、前記導電性
ガスシールの酸素極側の面と前記膜・電極接合体との
間、及び、前記導電性ガスシールの水素極側の面と前記
膜・電極接合体との間に、前記導電性シートをそれぞれ
配置したことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a polymer electrolyte fuel cell, wherein an oxygen electrode is formed on one surface of a membrane-electrode assembly, and In a polymer electrolyte fuel cell in which the membrane / electrode assembly is arranged between a pair of separators so as to form a hydrogen electrode on the other surface side of the assembly, the separator has a gas permeability with a conductive gas seal. A conductive sheet having the conductive gas seal between the oxygen electrode side surface and the membrane electrode assembly, and the conductive gas seal hydrogen electrode side surface and the membrane electrode assembly. It is characterized in that the conductive sheets are arranged between the body and the body.

【0007】請求項2の固体高分子形燃料電池は、請求
項1の固体高分子形燃料電池において、前記導電性シー
トは、導電性繊維からなる布・不織布・網・繊維束の少
なくともいずれかであることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell according to the first aspect, the conductive sheet is at least one of a cloth, a nonwoven fabric, a net, and a fiber bundle made of conductive fibers. It is characterized by being.

【0008】請求項3の固体高分子形燃料電池は、請求
項1、請求項2のいずれかの固体高分子形燃料電池にお
いて、前記酸素極及び水素極の各導電性シートに、前記
水素若しくは空気を前記各導電性シート内に拡散させる
スリットを形成したことを特徴とする。
The solid polymer electrolyte fuel cell according to claim 3 is the polymer electrolyte fuel cell according to any one of claims 1 and 2, wherein the conductive sheet of the oxygen electrode and the hydrogen electrode has A slit for diffusing air into each of the conductive sheets is formed.

【0009】請求項4の固体高分子形燃料電池は、請求
項1〜請求項3のいずれかの固体高分子形燃料電池にお
いて、前記導電性ガスシールは、前記導電性シートの前
記膜・電極接合体の反対側の面に形成された導電性皮膜
で形成されていることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the solid polymer electrolyte fuel cell according to any one of the first to third aspects, wherein the conductive gas seal is formed of the membrane / electrode of the conductive sheet. It is characterized by being formed of a conductive film formed on the opposite surface of the joined body.

【0010】請求項5の燃料電池用セパレータは、水素
極と酸素極とが膜・電極接合体により分離される固体高
分子形燃料電池に用いられ、前記膜・電極接合体と共に
前記水素極及び酸素極の供給空間を形成する燃料電池用
セパレータであって、導電性ガスシールの少なくとも片
面に、膜・電極接合体と接する通気性のある導電性シー
トを形成したことを特徴とする。
A fuel cell separator according to a fifth aspect of the present invention is used in a polymer electrolyte fuel cell in which a hydrogen electrode and an oxygen electrode are separated by a membrane / electrode assembly. A fuel cell separator forming a supply space for an oxygen electrode, wherein a conductive gas-permeable sheet in contact with a membrane-electrode assembly is formed on at least one surface of a conductive gas seal.

【0011】請求項6の燃料電池用セパレータは、請求
項5の固体高分子形燃料電池用セパレータにおいて、前
記導電性シートは、導電性繊維からなる布・不織布・網
・繊維束の少なくともいずれかであることを特徴とす
る。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the separator for a polymer electrolyte fuel cell according to the fifth aspect, wherein the conductive sheet is at least one of a cloth, a nonwoven fabric, a net, and a fiber bundle made of conductive fibers. It is characterized by being.

【0012】請求項7の燃料電池用セパレータは、請求
項5、請求項6のいずれかの燃料電池用セパレータにお
いて、前記酸素極及び水素極の各導電性シートは、前記
水素若しくは酸素を各々の導電性シート内に拡散させる
スリットを有することを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the fuel cell separator according to any one of the fifth and sixth aspects, the conductive sheets of the oxygen electrode and the hydrogen electrode respectively include the hydrogen or oxygen. It has a slit for diffusing in the conductive sheet.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態にかか
る固体高分子形燃料電池を図面に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0014】図1は、この実施の形態にかかる固体高分
子形燃料電池の主要部の断面構成を図示したものであ
る。図1において固体高分子形燃料電池10は、図示し
ないケースに格納されるセル11を多数積層して構成さ
れる。
FIG. 1 shows a sectional configuration of a main part of a polymer electrolyte fuel cell according to this embodiment. In FIG. 1, a polymer electrolyte fuel cell 10 is configured by stacking a number of cells 11 stored in a case (not shown).

【0015】固体高分子形燃料電池10の構成単位モジ
ュールとなるセル11は、上下のセパレータ12、13
と、膜・電極接合体14とで構成され、セパレータ1
2、13は、それぞれ導電性ガスシール15、16と、
通気性のある導電性繊維からなる導電性シート17、1
8からなる。
The cell 11 which is a structural unit module of the polymer electrolyte fuel cell 10 includes upper and lower separators 12 and 13.
And the membrane / electrode assembly 14, and the separator 1
2, 13 are conductive gas seals 15, 16, respectively;
Conductive sheet 17, 1 made of air-permeable conductive fiber
Consists of eight.

【0016】セパレータ12と膜・電極接合体14との
間は酸素の供給される酸素極とされ、セパレータ13と
膜・電極接合体14との間は水素ガスを供給するための
水素極とされる。
An oxygen electrode for supplying oxygen is provided between the separator 12 and the membrane / electrode assembly 14, and a hydrogen electrode for supplying hydrogen gas is provided between the separator 13 and the membrane / electrode assembly 14. You.

【0017】セパレータ12、13の各導電性ガスシー
ル15、16の上面部は、水素極とされ、導電性ガスシ
ール15、16の下面部は酸素極とされるように、共用
可能な構成とされている。
The upper surfaces of the conductive gas seals 15 and 16 of the separators 12 and 13 are used as hydrogen electrodes, and the lower surfaces of the conductive gas seals 15 and 16 are used as oxygen electrodes. Have been.

【0018】導電性ガスシール15、16の間には膜・
電極接合体14が配置され、導電性ガスシール15と膜
・電極接合体14の間に導電性シート17が配置され、
膜・電極接合体14と導電性ガスシール16との間に導
電性シート18が配置されている。
A film is provided between the conductive gas seals 15 and 16.
The electrode assembly 14 is disposed, the conductive sheet 17 is disposed between the conductive gas seal 15 and the membrane / electrode assembly 14,
A conductive sheet 18 is disposed between the membrane / electrode assembly 14 and the conductive gas seal 16.

【0019】導電性シート17は酸素極となる酸素若し
くは酸素を含んだ空気が導入されるように通気性を有し
ている。導電性シート18は水素極となる水素ガス若し
くは水素ガスを含んだ燃料ガスが導入されるように通気
性を有している。
The conductive sheet 17 has air permeability so that oxygen serving as an oxygen electrode or air containing oxygen is introduced. The conductive sheet 18 has air permeability so that hydrogen gas serving as a hydrogen electrode or a fuel gas containing hydrogen gas is introduced.

【0020】膜・電極接合体14と、導電性ガスシール
15、16には、図2、図3に示すように、空気供給用
開口部19と空気排気用開口部20と水素供給用開口部
21と水素排気用開口部22とが形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the membrane / electrode assembly 14 and the conductive gas seals 15 and 16 have an air supply opening 19, an air exhaust opening 20, and a hydrogen supply opening. 21 and a hydrogen exhaust opening 22 are formed.

【0021】導電性ガスシール16の空気供給用開口部
19の周縁部及び空気排気用開口部20の周縁部には、
それぞれ上部の膜・電極接合体14に接触する高さのフ
ランジ23、24が突設され、フランジ23、24はそ
れぞれ膜・電極接合体14と積層された状態で空気供給
経路及び空気排気経路を形成する。
At the periphery of the air supply opening 19 and the periphery of the air exhaust opening 20 of the conductive gas seal 16,
Flanges 23 and 24 having a height to be in contact with the upper membrane / electrode assembly 14 are provided in a protruding manner. Form.

【0022】導電性ガスシール15の水素供給用開口部
21の周縁部及び水素排気用開口部22の周縁部には、
それぞれ下部の膜・電極接合体14に接触する高さのフ
ランジ25、26が突設され、フランジ25、26はそ
れぞれ膜・電極接合体14と積層された状態で水素供給
経路及び水素排気経路を形成する。
At the periphery of the hydrogen supply opening 21 of the conductive gas seal 15 and the periphery of the hydrogen exhaust opening 22,
Flanges 25 and 26 each having a height contacting the lower membrane / electrode assembly 14 are protruded, and the flanges 25 and 26 are respectively stacked with the membrane / electrode assembly 14 to provide a hydrogen supply path and a hydrogen exhaust path. Form.

【0023】セパレータ12、13の周囲は、酸素極の
流通空間若しくは水素極の流通空間を形成するために、
シール材32によりシールされる。
The periphery of the separators 12 and 13 forms a flow space for an oxygen electrode or a flow space for a hydrogen electrode.
Sealed by the sealing material 32.

【0024】導電性シート17、18は、導電性ガスシ
ール15、16と膜・電極接合体14との間に配置され
る。導電性シート17、18は、この実施の形態では図
4に示すように、それぞれ3枚の導電性繊維17A,1
7B,17C及び18A,18B,18Cからなる。ま
た、導電性シート17、18はそれぞれ一枚の布のシー
トからなるが、それぞれに開口部19、20、21、2
2をくり抜いても良い。
The conductive sheets 17 and 18 are disposed between the conductive gas seals 15 and 16 and the membrane / electrode assembly 14. In this embodiment, as shown in FIG. 4, the conductive sheets 17 and 18 respectively include three conductive fibers 17A and 1A.
7B, 17C and 18A, 18B, 18C. The conductive sheets 17 and 18 are each made of one cloth sheet, and have openings 19, 20, 21, and 2, respectively.
2 may be cut out.

【0025】勿論、布の代わりに、不織布や網(メッシ
ュ)、繊維束でも良い。なお、導電性繊維は、この実施
の形態では、カーボンファイバーが用いられているが、
導電性プラスチックを繊維状に形成したものでも良い。
Of course, a non-woven fabric, a net (mesh), or a fiber bundle may be used instead of the cloth. In this embodiment, carbon fibers are used as the conductive fibers.
A conductive plastic formed in a fibrous form may be used.

【0026】水素極の導電性シート17A,17B,1
7C及び18A,18B,18Cは、酸素極内若しくは
水素極内にそれぞれ流れる酸素若しくは水素の流路に対
して交差する方向に延びるスリット27を介して配置さ
れている。
Hydrogen electrode conductive sheets 17A, 17B, 1
7C and 18A, 18B, 18C are arranged via a slit 27 extending in a direction intersecting the flow path of oxygen or hydrogen flowing in the oxygen electrode or hydrogen electrode, respectively.

【0027】尚、このようなスリット27を設けて導電
性シート17、18を分離することなく、導電性シート
17、18にスリット27に相当する拡散用の開口部を
設けても良い。スリット27は通気性の粗密差による燃
料又は空気の流量の不均一性を防止している。
The conductive sheets 17 and 18 may be provided with diffusion openings corresponding to the slits 27 without providing the slits 27 and separating the conductive sheets 17 and 18. The slits 27 prevent unevenness in the flow rate of fuel or air due to the difference in air permeability.

【0028】なお、スリット27は、通気性の粗密差に
よる燃料若しくは空気の不均一性がなければ無くても良
い。
The slit 27 need not be provided as long as there is no fuel or air non-uniformity due to the difference in air permeability.

【0029】膜・電極接合体14は、周知の素材からな
るものであるが、空気供給経路、空気排気経路、水素供
給経路、水素排気経路を構成するための開口部28、2
9、30、31が形成されている。
The membrane / electrode assembly 14 is made of a known material, and includes openings 28, 2 for forming an air supply path, an air exhaust path, a hydrogen supply path, and a hydrogen exhaust path.
9, 30, 31 are formed.

【0030】膜・電極接合体14と上部の導電性ガスシ
ール15とに挟まれた導電性シート17の層には、酸素
又は酸素を含む空気が供給される。膜・電極接合体14
と下部の導電性ガスシール16とに挟まれた布導電性シ
ート18の層には、水素又は水素を含む燃料ガスが供給
される。
The layer of the conductive sheet 17 sandwiched between the membrane / electrode assembly 14 and the upper conductive gas seal 15 is supplied with oxygen or air containing oxygen. Membrane / electrode assembly 14
Hydrogen or a fuel gas containing hydrogen is supplied to the layer of the cloth conductive sheet 18 sandwiched between the conductive gas seal 16 and the lower conductive gas seal 16.

【0031】この実施の形態にかかる固体高分子形燃料
電池は、膜・電極接合体14の一面側に水素極を形成
し、膜・電極接合体14の他面側に酸素極を形成する固
体高分子形燃料電池において、水素極の形成される層と
酸素極の形成される層に、導電性繊維からなり通気性の
ある導電性シート17、18を配置し、膜・電極接合体
14と導電性ガスシール15、16が導電性シート1
7、18を介して接触するので、導電性シート17、1
8の繊維の目を小さくすれば、電気的な接触間隔が小さ
くなる。このため、水素ガス及び酸素をそれぞれの極に
供給すると、図5に示すように発生する電流流路が短く
なり、発生する電力の抵抗損が少なくなる。
The polymer electrolyte fuel cell according to this embodiment has a solid state in which a hydrogen electrode is formed on one surface of the membrane-electrode assembly 14 and an oxygen electrode is formed on the other surface of the membrane-electrode assembly 14. In the polymer fuel cell, the air-permeable conductive sheets 17 and 18 made of conductive fibers are disposed on the layer where the hydrogen electrode is formed and the layer where the oxygen electrode is formed, and the membrane-electrode assembly 14 is formed. The conductive gas seals 15 and 16 are the conductive sheet 1
7 and 18, the conductive sheets 17, 1
If the size of the fiber of No. 8 is reduced, the electrical contact interval is reduced. For this reason, when hydrogen gas and oxygen are supplied to the respective poles, the generated current flow path is shortened as shown in FIG. 5, and the resistance loss of the generated power is reduced.

【0032】図6乃至図9は、本発明のセパレータの別
の実施の形態を示す。このセパレータ40は、水素極と
酸素極とが膜・電極接合体により分離される固体高分子
形燃料電池を構成するために用いられるものであり、膜
・電極接合体を間に挟んで、膜・電極接合体の片側の面
に水素極を構成し、他方の面に酸素極を構成するもので
ある。
FIGS. 6 to 9 show another embodiment of the separator of the present invention. The separator 40 is used to constitute a polymer electrolyte fuel cell in which a hydrogen electrode and an oxygen electrode are separated by a membrane-electrode assembly. A hydrogen electrode is formed on one surface of the electrode assembly, and an oxygen electrode is formed on the other surface.

【0033】図7は図6のセパレータ40のA−A断面
図であり、図8は図6のB−B断面図、図9は図6のC
−C断面図を示す。導電性ガスシール41の片面は、図
7〜図9の断面図に示すように、膜・電極接合体と接す
る通気性のある導電性シート42を形成したものであ
る。この実施の形態では、導電性シート42の上に導電
性プラスチック層を形成して導電性ガスシール41とし
ている。導電性シート42の露出面Sには、図11に示
す膜・電極接合体50が接触する。
FIG. 7 is a sectional view taken along the line AA of the separator 40 of FIG. 6, FIG. 8 is a sectional view taken along the line BB of FIG. 6, and FIG.
FIG. One surface of the conductive gas seal 41 is formed with a gas-permeable conductive sheet 42 that is in contact with the membrane / electrode assembly, as shown in the sectional views of FIGS. In this embodiment, a conductive plastic layer is formed on a conductive sheet 42 to form a conductive gas seal 41. The membrane / electrode assembly 50 shown in FIG. 11 is in contact with the exposed surface S of the conductive sheet 42.

【0034】このセパレータ40は、図6に示すよう
に、開口部44〜47を備えており、開口部44、45
の縁部44A,45Aには導電性プラスチック層が形成
されている。この縁部44A,45Aのプラスチック層
は導電性を有していなくても良い。開口部46、47の
縁部には導電性シート42が露出している。
The separator 40 has openings 44 to 47, as shown in FIG.
A conductive plastic layer is formed on the edges 44A and 45A. The plastic layers at the edges 44A and 45A may not have conductivity. The conductive sheet 42 is exposed at the edges of the openings 46 and 47.

【0035】このセパレータ40は、図10に示すよう
な、予め大きな形状のセパレータ用シート材48に開口
部44〜47を形成し、導電性プラスチック層を形成し
た後に、小さく裁断して形成する。また、断裁後の小さ
なセパレータ40の外周部分に密閉用のプラスチック層
50を形成する。
As shown in FIG. 10, the separator 40 is formed by previously forming openings 44 to 47 in a large-sized separator sheet material 48, forming a conductive plastic layer, and then cutting it into small pieces. Further, a sealing plastic layer 50 is formed on the outer periphery of the small separator 40 after cutting.

【0036】このセパレータ40は、一つの部品によっ
て酸素極・水素極の両者を構成することが可能な使用さ
れるものであって、図11に示すように、一対のセパレ
ータ40、40の導電性シート42、42を向かい合わ
せ、導電性シート42、42の間に膜・電極接合体49
を配置すると、燃料電池を構成するための一つのセルモ
ジュール51が構成される。このセルモジュール50を
多数積層すると、燃料電池52が形成される。
The separator 40 can be used to constitute both the oxygen electrode and the hydrogen electrode by one part. As shown in FIG. The sheets 42, 42 face each other, and the membrane-electrode assembly 49 is placed between the conductive sheets 42, 42.
Is arranged, one cell module 51 for configuring the fuel cell is configured. When a large number of the cell modules 50 are stacked, a fuel cell 52 is formed.

【0037】導電性シート42は、導電性繊維からなる
布・不織布・網・繊維束の少なくともいずれかである。
この導電性シート42は、水素若しくは酸素を各々の導
電性シート42内に拡散させるために、上述のスリット
27と同様な方向に延びる長穴形状のスリットを備えて
いても良い。
The conductive sheet 42 is at least one of a cloth, a nonwoven fabric, a net, and a fiber bundle made of conductive fibers.
The conductive sheet 42 may include an elongated slit extending in the same direction as the slit 27 in order to diffuse hydrogen or oxygen into each conductive sheet 42.

【0038】図6乃至図9に示すセパレータ40によれ
ば、膜・電極接合体と接する通気性のある導電性シート
42の片面に導電性ガスシール41を形成したので、セ
パレータ40のシート材48を大きく形成した後に断裁
して容易に多量に製造でき、しかも、図11に示すよう
に積層することで燃料電池52を形成できる。そして、
セパレータ40は、導電性シート42は、導電性繊維か
らなる布・不織布・網・繊維束の少なくともいずれかで
あるので、同様に製造が容易であり、低コストである。
更に、セパレータ40は、酸素極及び水素極の各導電性
シート42に、水素若しくは酸素を各々の導電性シート
内に拡散させるスリットを形成すると、水素或いは酸素
の拡散が良好となり、均一な電流密度を得るのに有利で
ある。
According to the separator 40 shown in FIGS. 6 to 9, since the conductive gas seal 41 is formed on one surface of the air-permeable conductive sheet 42 in contact with the membrane / electrode assembly, the sheet material 48 of the separator 40 is formed. The fuel cell 52 can be formed easily by cutting it after forming it in a large size, and by easily stacking the fuel cell 52 as shown in FIG. And
Since the conductive sheet 42 of the separator 40 is at least one of a cloth, a nonwoven fabric, a net, and a fiber bundle made of conductive fibers, the production is also easy and the cost is low.
Furthermore, when the separator 40 is formed with slits for diffusing hydrogen or oxygen into the respective conductive sheets 42 of the oxygen electrode and the hydrogen electrode, diffusion of hydrogen or oxygen is improved, and uniform current density is obtained. It is advantageous to obtain

【0039】[0039]

【発明の効果】本願の請求項1にかかる固体高分子形燃
料電池によれば、前記セパレータを、導電性ガスシール
と通気性を有する導電性シートとで構成し、前記導電性
ガスシールの酸素極側の面と前記膜・電極接合体との
間、及び、前記導電性ガスシールの水素極側の面と前記
膜・電極接合体との間に、前記導電性シートをそれぞれ
配置したので、電流流路が短くなって抵抗が少なくな
り、出力電圧が増大する。また、黒鉛板を用いず、通気
性のある導電性シートにより構成されるので、製造が容
易で低コストであり、燃料電池の低コスト化を図ること
ができる。更に、酸素極側での生成水についても、導電
性シートに親水性を高める処理を施すことで、電極表面
から生成水を効率的に取り除くことができ、電池の反応
阻害を極力防止できる。
According to the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the separator is constituted by a conductive gas seal and a conductive sheet having air permeability, and the oxygen of the conductive gas seal is reduced. Since the conductive sheet was disposed between the electrode side surface and the membrane / electrode assembly, and between the hydrogen electrode side surface of the conductive gas seal and the membrane / electrode assembly, The current path becomes shorter, the resistance decreases, and the output voltage increases. In addition, since it is made of a conductive sheet having air permeability without using a graphite plate, the production is easy and the cost is low, and the cost of the fuel cell can be reduced. Furthermore, with respect to the generated water on the oxygen electrode side, by subjecting the conductive sheet to a treatment for increasing the hydrophilicity, the generated water can be efficiently removed from the electrode surface, and the reaction inhibition of the battery can be prevented as much as possible.

【0040】本願の請求項2の発明によれば、前記導電
性シートは、導電性繊維からなる布・不織布・網・繊維
束の少なくともいずれかとしたので、酸素や水素ガスが
導電性シートの繊維内に入り込んで導電性繊維全体に行
き渡ることとなり、電流の密度にムラが少なく、且つ電
気抵抗も小さくできる。
According to the second aspect of the present invention, the conductive sheet is at least one of a cloth, a nonwoven fabric, a net, and a fiber bundle made of conductive fibers. As a result, the current flows into the entirety of the conductive fibers, so that the current density has less unevenness and the electric resistance can be reduced.

【0041】本願の請求項3の発明は、請求項1、請求
項2のいずれかの固体高分子形燃料電池において、前記
酸素極及び水素極の各導電性シートに、前記水素若しく
は空気を前記各導電性シート内に拡散させるスリットを
形成したので、通気性の粗密差があっても、水素ガスや
酸素の不均一性を緩和でき、起電力低下が防止される。
According to a third aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell according to any one of the first and second aspects, the hydrogen or air is applied to the conductive sheets of the oxygen electrode and the hydrogen electrode. Since slits for diffusing in each conductive sheet are formed, even if there is a difference in air permeability, unevenness of hydrogen gas or oxygen can be reduced, and a decrease in electromotive force can be prevented.

【0042】本願の請求項4の発明は、請求項1〜請求
項3のいずれかの固体高分子形燃料電池において、前記
導電性ガスシールは、前記導電性シートの前記膜・電極
接合体の反対側の面に形成された導電性皮膜で形成され
ているので、製造コストが低廉化する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell according to any one of the first to third aspects, the conductive gas seal is formed of the membrane-electrode assembly of the conductive sheet. Since the conductive film is formed on the opposite surface, the manufacturing cost is reduced.

【0043】本願の請求項5の発明の燃料電池用セパレ
ータは、導電性ガスシールの少なくとも片面に、膜・電
極接合体と接する通気性のある導電性シートを形成した
ので、素材となるセパレータの素材を大きく形成した後
に断裁して容易に多量に製造でき、しかも、積層するこ
とで燃料電池を形成できる。
In the fuel cell separator according to the invention of claim 5 of the present application, a gas-permeable conductive sheet that is in contact with the membrane-electrode assembly is formed on at least one surface of the conductive gas seal. After a large material is formed, it can be cut into large pieces and easily manufactured in large quantities, and a fuel cell can be formed by stacking.

【0044】本願の請求項6の発明の燃料電池用セパレ
ータは、導電性シートは、導電性繊維からなる布・不織
布・網・繊維束の少なくともいずれかであるので、同様
に製造が容易であり、低コストである。
In the fuel cell separator according to the invention of claim 6 of the present application, since the conductive sheet is at least one of a cloth, a nonwoven fabric, a net, and a fiber bundle made of conductive fibers, it is also easy to manufacture. , Low cost.

【0045】請求項7の発明の燃料電池用セパレータ
は、酸素極及び水素極の各導電性シートは、前記水素若
しくは酸素を各々の導電性シート内に拡散させるスリッ
トを有するので、水素或いは酸素の拡散が良好となり、
均一な電流密度を得るのに有利である。
In the fuel cell separator according to the seventh aspect of the present invention, each of the conductive sheets for the oxygen electrode and the hydrogen electrode has a slit for diffusing the hydrogen or oxygen into each conductive sheet. Diffusion is good,
This is advantageous for obtaining a uniform current density.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は本発明の実施の形態にかかる燃料電池の
主要構造を示す模式的な断面図。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a main structure of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

【図2】図2は図1の積層セルにおいて空気供給口及び
水素ガス供給口側の断面構成の模式図。
FIG. 2 is a schematic diagram of a cross-sectional configuration on an air supply port and a hydrogen gas supply port side in the stacked cell of FIG. 1;

【図3】図3は図1の積層セルにおいて空気排気口及び
水素ガス排気口側の断面構成の模式図。
FIG. 3 is a schematic diagram of a cross-sectional configuration on an air exhaust port and a hydrogen gas exhaust port side in the stacked cell of FIG. 1;

【図4】図4は図1に示すセパレータの平面図。FIG. 4 is a plan view of the separator shown in FIG. 1;

【図5】図5は膜・電極接合体から空気極側に流れる電
流の模式図。
FIG. 5 is a schematic diagram of a current flowing from the membrane-electrode assembly to the air electrode side.

【図6】本発明の第2の実施の形態にかかる燃料電池用
セパレータの平面図。
FIG. 6 is a plan view of a fuel cell separator according to a second embodiment of the present invention.

【図7】図7は図6のセパレータ40のA−A断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of the separator 40 of FIG. 6 taken along the line AA.

【図8】図8は図6のB−B断面図。FIG. 8 is a sectional view taken along the line BB of FIG. 6;

【図9】図9は図6のC−C断面図。FIG. 9 is a sectional view taken along the line CC in FIG. 6;

【図10】図6の燃料電池用セパレータの素材となるシ
ート材の平面図。
FIG. 10 is a plan view of a sheet material serving as a material of the fuel cell separator of FIG. 6;

【図11】図6のセパレータを積層した燃料電池の説明
図。
11 is an explanatory view of a fuel cell in which the separator of FIG. 6 is stacked.

【図12】図12は従来の黒鉛板セパレータを用いた固
体高分子形燃料電池のセルの構成を示す分解図。
FIG. 12 is an exploded view showing a configuration of a cell of a polymer electrolyte fuel cell using a conventional graphite plate separator.

【図13】図13は従来の黒鉛板セパレータに流れる電
流流路を示す説明図。
FIG. 13 is an explanatory view showing a current flow path flowing through a conventional graphite plate separator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 固体高分子形燃料電池 11 セル 12、13 セパレータ 14 膜・電極接合体 15、16 導電性ガスシール 17、18 導電性シート 19 空気供給用開口部 20 空気排気用開口部 21 水素供給用開口部 22 水素排気用開口部 27 スリット Reference Signs List 10 polymer electrolyte fuel cell 11 cell 12, 13 separator 14 membrane / electrode assembly 15, 16 conductive gas seal 17, 18 conductive sheet 19 air supply opening 20 air exhaust opening 21 hydrogen supply opening 22 Hydrogen exhaust opening 27 Slit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 健二 香川県高松市屋島西町2109番地8 株式会 社四国総合研究所内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC03 CX02 CX03 CX05 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Kenji Sugimoto 2109-8 Yashima Nishimachi, Takamatsu City, Kagawa Prefecture F-term in Shikoku Research Institute, Inc. (reference) 5H026 AA06 CC03 CX02 CX03 CX05

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】膜・電極接合体の一方の面側に酸素極を形
成し、前記膜・電極接合体の他方の面側に水素極を形成
するように、一対のセパレータ間に前記膜・電極接合体
を配置する固体高分子形燃料電池において、 前記セパレータを、導電性ガスシールと通気性を有する
導電性シートとで構成し、前記導電性ガスシールの酸素
極側の面と前記膜・電極接合体との間、及び、前記導電
性ガスシールの水素極側の面と前記膜・電極接合体との
間に、前記導電性シートをそれぞれ配置したことを特徴
とする固体高分子形燃料電池。
1. A method according to claim 1, wherein an oxygen electrode is formed on one surface of the membrane-electrode assembly, and a hydrogen electrode is formed on the other surface of the membrane-electrode assembly. In the polymer electrolyte fuel cell in which the electrode assembly is arranged, the separator is constituted by a conductive gas seal and a conductive sheet having air permeability, and the surface of the conductive gas seal on the oxygen electrode side and the membrane Wherein the conductive sheets are disposed between the electrode assembly and between the hydrogen electrode side surface of the conductive gas seal and the membrane / electrode assembly, respectively. battery.
【請求項2】請求項1の固体高分子形燃料電池におい
て、前記導電性シートは、導電性繊維からなる布・不織
布・網・繊維束の少なくともいずれかであることを特徴
とする固体高分子形燃料電池。
2. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the conductive sheet is at least one of a cloth, a nonwoven fabric, a net, and a fiber bundle made of conductive fibers. Shaped fuel cell.
【請求項3】請求項1、請求項2のいずれかの固体高分
子形燃料電池において、 前記酸素極及び水素極の各導電性シートに、前記水素若
しくは空気を前記各導電性シート内に拡散させるスリッ
トを形成したことを特徴とする固体高分子形燃料電池。
3. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the hydrogen or air is diffused into the conductive sheets of the oxygen electrode and the hydrogen electrode, respectively. A polymer electrolyte fuel cell, characterized in that a slit is formed to cause the slit to be formed.
【請求項4】請求項1〜請求項3のいずれかの固体高分
子形燃料電池において、 前記導電性ガスシールは、前記導電性シートの前記膜・
電極接合体の反対側の面に形成された導電性皮膜で形成
されていることを特徴とする固体高分子形燃料電池。
4. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the conductive gas seal is provided on the membrane of the conductive sheet.
A polymer electrolyte fuel cell, comprising a conductive film formed on a surface opposite to the electrode assembly.
【請求項5】水素極と酸素極とが膜・電極接合体により
分離される固体高分子形燃料電池に用いられ、前記膜・
電極接合体と共に前記水素極及び酸素極の供給空間を形
成する燃料電池用セパレータであって、導電性ガスシー
ルの少なくとも片面に、膜・電極接合体と接する通気性
のある導電性シートを形成したことを特徴とする燃料電
池用セパレータ。
5. A polymer electrolyte fuel cell wherein a hydrogen electrode and an oxygen electrode are separated by a membrane-electrode assembly.
A fuel cell separator that forms a supply space for the hydrogen electrode and the oxygen electrode together with an electrode assembly, and a gas-permeable conductive sheet that is in contact with the membrane-electrode assembly is formed on at least one surface of a conductive gas seal. A fuel cell separator characterized by the above-mentioned.
【請求項6】請求項5の固体高分子形燃料電池用セパレ
ータにおいて、前記導電性シートは、導電性繊維からな
る布・不織布・網・繊維束の少なくともいずれかである
ことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
6. The fuel cell according to claim 5, wherein the conductive sheet is at least one of a cloth, a nonwoven fabric, a net, and a fiber bundle made of conductive fibers. Battery separator.
【請求項7】請求項5、請求項6のいずれかの燃料電池
用セパレータにおいて、 前記酸素極及び水素極の各導電性シートは、前記水素若
しくは酸素を各々の導電性シート内に拡散させるスリッ
トを有することを特徴とする燃料電池用セパレータ。
7. The fuel cell separator according to claim 5, wherein each of the conductive sheets of the oxygen electrode and the hydrogen electrode has a slit for diffusing the hydrogen or oxygen into each of the conductive sheets. A fuel cell separator comprising:
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