JP2002280013A - 燃料電池セル - Google Patents
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 カソード側の電極とカソードガスの接触面積
を大きく取ることが可能な燃料電池セルを提供する。 【解決手段】 固体高分子電解質１０をアノード極側触
媒層付電極膜１１とカソード極側触媒層付電極膜１２で
挟み、これら電極膜１１，１２にそれぞれカソードガス
とアノードガスを供給して発電する燃料電池セルにおい
て、アノード流路１４が形成されたアノード極側セパレ
ータ１３に、アノード側触媒層付電極膜１１、固体高分
子電解質１０、カソード極側触媒層付電極膜１２を取り
付けると共にこれらをアノード極側セパレータ１３に保
持させて、カソード極側触媒層付電極膜１２の略全面を
カソードガス流路に開放させたものである。
を大きく取ることが可能な燃料電池セルを提供する。 【解決手段】 固体高分子電解質１０をアノード極側触
媒層付電極膜１１とカソード極側触媒層付電極膜１２で
挟み、これら電極膜１１，１２にそれぞれカソードガス
とアノードガスを供給して発電する燃料電池セルにおい
て、アノード流路１４が形成されたアノード極側セパレ
ータ１３に、アノード側触媒層付電極膜１１、固体高分
子電解質１０、カソード極側触媒層付電極膜１２を取り
付けると共にこれらをアノード極側セパレータ１３に保
持させて、カソード極側触媒層付電極膜１２の略全面を
カソードガス流路に開放させたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子型燃料
電池に関するものである。
電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の燃料電池は、例えば、固体高分子
電解質を用いたものは、図１０（ａ）に示すように、高
分子固体電解質１００を、アノード極側触媒層付電極膜
１０１とカソード極側触媒層付電極膜１０２で挟み、こ
れら電極膜１０１，１０２に密接してアノードガス用溝
１０３が形成されたアノード極側セパレータ１０４とカ
ソードガス用溝１０５が形成されたカソード極側セパレ
ータ１０６とで挟み、かつ、セパレータ１０４，１０６
間の電解質１００と電極膜１０１，１０２の周りをシー
ル材１０７でシールして燃料電池セル１０８が構成され
る。
電解質を用いたものは、図１０（ａ）に示すように、高
分子固体電解質１００を、アノード極側触媒層付電極膜
１０１とカソード極側触媒層付電極膜１０２で挟み、こ
れら電極膜１０１，１０２に密接してアノードガス用溝
１０３が形成されたアノード極側セパレータ１０４とカ
ソードガス用溝１０５が形成されたカソード極側セパレ
ータ１０６とで挟み、かつ、セパレータ１０４，１０６
間の電解質１００と電極膜１０１，１０２の周りをシー
ル材１０７でシールして燃料電池セル１０８が構成され
る。
【０００３】アノード極側触媒層付電極膜１０１ではア
ノード極側セパレータ１０４のアノードガス用溝１０３
から供給された水素ガスが、アノード極側触媒層付電極
膜１０１を通過させて反応帯域近くに達し、触媒に吸収
されて活性な水素イオンと電子に分かれる。この水素イ
オンは、電解質１００中の水分と共に電解質１００中を
移動してカソード極側触媒層付電極膜１０２に移動す
る。
ノード極側セパレータ１０４のアノードガス用溝１０３
から供給された水素ガスが、アノード極側触媒層付電極
膜１０１を通過させて反応帯域近くに達し、触媒に吸収
されて活性な水素イオンと電子に分かれる。この水素イ
オンは、電解質１００中の水分と共に電解質１００中を
移動してカソード極側触媒層付電極膜１０２に移動す
る。
【０００４】一方、カソード極側触媒層付電極膜１０２
では、２個の電子を受け取り、カソード極側セパレータ
１０６のカソードガス用溝１０５から供給された酸素分
子が、高分子固体電解質１００からの水と反応して、水
酸イオンを生成する。
では、２個の電子を受け取り、カソード極側セパレータ
１０６のカソードガス用溝１０５から供給された酸素分
子が、高分子固体電解質１００からの水と反応して、水
酸イオンを生成する。
【０００５】１／２Ｏ2 ＋ Ｈ2 Ｏ → ２ＯＨ- このカソードで生成した水酸イオンは、高分子固体電解
質１００中を移動してきた水素イオンと反応して水を生
成し、全体の回路を形成する。
質１００中を移動してきた水素イオンと反応して水を生
成し、全体の回路を形成する。
【０００６】従って、電池全体の反応は、 Ｈ2 ＋ １／２Ｏ2 → ２Ｈ2 Ｏ となり、燃料ガス中の水素と空気中の酸素が反応し水が
生成する反応となる。
生成する反応となる。
【０００７】実際の燃料電池は、図１１に示した燃料電
池セル１０８を多層に積層し、その燃料電池スタック１
１０の各セル１０８にアノードガスとしての水素を供給
するアノードガス導入管１１１と未反応のアノードガス
と生成水を排出するアノードガス排出管１１２が接続さ
れると共に、カソードガス導入管１１３とカソードガス
排出管１１４とが接続されて構成される。
池セル１０８を多層に積層し、その燃料電池スタック１
１０の各セル１０８にアノードガスとしての水素を供給
するアノードガス導入管１１１と未反応のアノードガス
と生成水を排出するアノードガス排出管１１２が接続さ
れると共に、カソードガス導入管１１３とカソードガス
排出管１１４とが接続されて構成される。
【０００８】また、アノードガス用溝１０３とカソード
ガス用溝１０５とは同一方向に向いている必要は無く、
図１０（ｂ）に示すように、９０゜向きが違っていても
構わない。
ガス用溝１０５とは同一方向に向いている必要は無く、
図１０（ｂ）に示すように、９０゜向きが違っていても
構わない。
【０００９】図１２は、セパレータ１０４，１０６の詳
細を示し、図１３はそのセパレータの断面図を示したも
のである。
細を示し、図１３はそのセパレータの断面図を示したも
のである。
【００１０】図１２（ａ）、図１３（ａ）に示すよう
に、アノード極側セパレータ１０４は、そのアノードガ
ス用溝１０３が、アノードガス導入管１１１に繋がるる
導入流路穴１１５とアノードガス排出管１１２に繋がる
排出流路穴１１６に連通するように形成される。
に、アノード極側セパレータ１０４は、そのアノードガ
ス用溝１０３が、アノードガス導入管１１１に繋がるる
導入流路穴１１５とアノードガス排出管１１２に繋がる
排出流路穴１１６に連通するように形成される。
【００１１】また、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）に示す
ように、カソード極側セパレータ１０６は、そのカソー
ドガス用溝１０５が、カソードガス導入管１１３に繋が
る導入流路穴１１７とアノードガス排出管１１４に繋が
る排出流路穴１１８に連通するように形成される。
ように、カソード極側セパレータ１０６は、そのカソー
ドガス用溝１０５が、カソードガス導入管１１３に繋が
る導入流路穴１１７とアノードガス排出管１１４に繋が
る排出流路穴１１８に連通するように形成される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】これらセパレータ１０
４，１０６は、カーボン板に溝を掘ってガス用溝１０
３，１０５を形成するため、そのガス流路は細く圧力損
失が発生しやすい。
４，１０６は、カーボン板に溝を掘ってガス用溝１０
３，１０５を形成するため、そのガス流路は細く圧力損
失が発生しやすい。
【００１３】一般にカーボン板は、脆く、溝加工の山の
部分の幅を広く取らないと機械的強度が不足するため、
山の部分の幅をある程度広く取るようにしている。
部分の幅を広く取らないと機械的強度が不足するため、
山の部分の幅をある程度広く取るようにしている。
【００１４】しかしながら、セパレータの山の部分が電
極膜に強く押し付けられると、その部分では、原料ガス
が到達せず、効率が低下する問題がある。
極膜に強く押し付けられると、その部分では、原料ガス
が到達せず、効率が低下する問題がある。
【００１５】特に、酸化剤として、純酸素の使用は経済
的でなく、大気をそのまま用いるようにしている。しか
し、大気中の酸素濃度は約２０％程度のため、燃料ガス
（水素）に対して酸化剤（酸素）の量が少なく、酸素の
供給・排出がうまく行かないと、カソード電極近傍の酸
素濃度が下がったままとなり、電池の発電効率の大幅な
低下につながる。
的でなく、大気をそのまま用いるようにしている。しか
し、大気中の酸素濃度は約２０％程度のため、燃料ガス
（水素）に対して酸化剤（酸素）の量が少なく、酸素の
供給・排出がうまく行かないと、カソード電極近傍の酸
素濃度が下がったままとなり、電池の発電効率の大幅な
低下につながる。
【００１６】また、カソード極側触媒層付電極膜１０２
は、プロトンと酸素が反応して水が生成されると共に、
これがアノード極側触媒層付電極膜１０１側に移動する
間に、動作温度下で、カソード極側で凝縮し、その凝縮
水で、カソード側のガス流路を塞ぎかねない問題があ
る。
は、プロトンと酸素が反応して水が生成されると共に、
これがアノード極側触媒層付電極膜１０１側に移動する
間に、動作温度下で、カソード極側で凝縮し、その凝縮
水で、カソード側のガス流路を塞ぎかねない問題があ
る。
【００１７】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、カソード側の電極とカソードガスの接触面積を大き
く取ることが可能な燃料電池セルを提供することにあ
る。
し、カソード側の電極とカソードガスの接触面積を大き
く取ることが可能な燃料電池セルを提供することにあ
る。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、固体高分子電解質をアノード極
側触媒層付電極膜とカソード極側触媒層付電極膜で挟
み、これら電極膜にそれぞれカソードガスとアノードガ
スを供給して発電する燃料電池セルにおいて、アノード
流路が形成されたアノード極側セパレータに、アノード
側触媒層付電極膜、固体高分子電解質、カソード極側触
媒層付電極膜を取り付けると共にこれらをアノード極側
セパレータに保持させて、カソード極側触媒層付電極膜
の略全面をカソードガス流路に開放させた燃料電池セル
である。
に、請求項１の発明は、固体高分子電解質をアノード極
側触媒層付電極膜とカソード極側触媒層付電極膜で挟
み、これら電極膜にそれぞれカソードガスとアノードガ
スを供給して発電する燃料電池セルにおいて、アノード
流路が形成されたアノード極側セパレータに、アノード
側触媒層付電極膜、固体高分子電解質、カソード極側触
媒層付電極膜を取り付けると共にこれらをアノード極側
セパレータに保持させて、カソード極側触媒層付電極膜
の略全面をカソードガス流路に開放させた燃料電池セル
である。
【００１９】請求項２の発明は、カソード極側触媒層付
電極膜の周囲をカソードカバーで覆うと共にそのカソー
ドカバーをアノード極側セパレータに保持させた請求項
１記載の燃料電池セルである。
電極膜の周囲をカソードカバーで覆うと共にそのカソー
ドカバーをアノード極側セパレータに保持させた請求項
１記載の燃料電池セルである。
【００２０】請求項３の発明は、アノード極側セパレー
タの背面にアノード用絶縁部を設け、他方、カソード極
側触媒層付電極膜の周囲をカソードカバーで覆うと共に
そのカソードカバーを上記アノード絶縁部に保持させた
請求項１記載の燃料電池セルである。
タの背面にアノード用絶縁部を設け、他方、カソード極
側触媒層付電極膜の周囲をカソードカバーで覆うと共に
そのカソードカバーを上記アノード絶縁部に保持させた
請求項１記載の燃料電池セルである。
【００２１】請求項４の発明は、固体高分子電解質をア
ノード極側触媒層付電極膜とカソード極側触媒層付電極
膜で挟み、これら電極膜にそれぞれカソードガスとアノ
ードガスを供給して発電する燃料電池セルにおいて、ベ
ース板に、アノード極側セパレータ、アノード極側触媒
層付電極膜、固体高分子電解質及びカソード極側触媒層
付電極膜を収容する多数のセル収容室を形成し、そのベ
ース板に各カソード極側触媒層付電極膜の周縁を覆うカ
ソードカバーを設けると共にそのカソードカバーをベー
ス板に保持させた燃料電池セルユニットである。
ノード極側触媒層付電極膜とカソード極側触媒層付電極
膜で挟み、これら電極膜にそれぞれカソードガスとアノ
ードガスを供給して発電する燃料電池セルにおいて、ベ
ース板に、アノード極側セパレータ、アノード極側触媒
層付電極膜、固体高分子電解質及びカソード極側触媒層
付電極膜を収容する多数のセル収容室を形成し、そのベ
ース板に各カソード極側触媒層付電極膜の周縁を覆うカ
ソードカバーを設けると共にそのカソードカバーをベー
ス板に保持させた燃料電池セルユニットである。
【００２２】請求項５の発明は、ベース板には、各アノ
ード極側セパレータにアノードガスを供給するための燃
料ガス流路が形成された請求項４記載の燃料電池セルユ
ニットである。
ード極側セパレータにアノードガスを供給するための燃
料ガス流路が形成された請求項４記載の燃料電池セルユ
ニットである。
【００２３】請求項６の発明は、アノード極側セパレー
タの表裏面にアノード流路を形成し、そのアノード極側
セパレータの表裏をアノード極側触媒層付電極膜で覆う
と共に固体高分子電解質とカソード極側触媒層付電極膜
を順次覆って形成した燃料電池セルである。
タの表裏面にアノード流路を形成し、そのアノード極側
セパレータの表裏をアノード極側触媒層付電極膜で覆う
と共に固体高分子電解質とカソード極側触媒層付電極膜
を順次覆って形成した燃料電池セルである。
【００２４】請求項７の発明は、請求項６の燃料電池セ
ルをカソードガス流路に多数並べて設けた燃料電池セル
ユニットである。
ルをカソードガス流路に多数並べて設けた燃料電池セル
ユニットである。
【００２５】請求項８の発明は、筒状に形成したアノー
ド極側セパレータの外周に、アノード極側触媒層付電極
膜、固体高分子電解質、カソード極側触媒層付電極膜を
順次被覆して形成した燃料電池セルである。
ド極側セパレータの外周に、アノード極側触媒層付電極
膜、固体高分子電解質、カソード極側触媒層付電極膜を
順次被覆して形成した燃料電池セルである。
【００２６】請求項９の発明は、アノード極側セパレー
タを円筒状に形成し、そのアノード極側セパレータの外
周に、アノード極側触媒層付電極膜、固体高分子電解
質、カソード極側触媒層付電極膜を順次巻き付け、更に
カソード極側触媒層付電極膜の表面にシート押さえワイ
ヤを巻き付けて、アノード極側セパレータに、アノード
極側触媒層付電極膜、固体高分子電解質及びカソード極
側触媒層付電極膜を固定した請求項８記載の燃料電池セ
ルである。
タを円筒状に形成し、そのアノード極側セパレータの外
周に、アノード極側触媒層付電極膜、固体高分子電解
質、カソード極側触媒層付電極膜を順次巻き付け、更に
カソード極側触媒層付電極膜の表面にシート押さえワイ
ヤを巻き付けて、アノード極側セパレータに、アノード
極側触媒層付電極膜、固体高分子電解質及びカソード極
側触媒層付電極膜を固定した請求項８記載の燃料電池セ
ルである。
【００２７】以上において、従来の燃料電池セルは、電
解質をアノードとカソードのセパレータで挟む板状の積
層構造であったものを、本発明においては、カソード電
極側に直接セパレータ等の構造体を接触させない構造と
することで、カソード電極のカソード流路と接する面積
をアノード電極側のガス流路に接する面積より大きする
ことが可能となり、これにより高効率の燃料電池を製作
することができる。また部品点数を減らすことができる
ため、製造コストも大きく低減できる。
解質をアノードとカソードのセパレータで挟む板状の積
層構造であったものを、本発明においては、カソード電
極側に直接セパレータ等の構造体を接触させない構造と
することで、カソード電極のカソード流路と接する面積
をアノード電極側のガス流路に接する面積より大きする
ことが可能となり、これにより高効率の燃料電池を製作
することができる。また部品点数を減らすことができる
ため、製造コストも大きく低減できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適実施の形態を
添付図面に基づいて詳述する。
添付図面に基づいて詳述する。
【００２９】図１はカソード側からみた本発明の燃料電
池セルの平面図を示し、図２は図１のＡ−Ａ線断面図を
示す。
池セルの平面図を示し、図２は図１のＡ−Ａ線断面図を
示す。
【００３０】図１，図２において、１０は固体高分子電
解質、１１は触媒付カーボンペーパからなるアノード極
側触媒層付電極膜、１２は触媒付カーボンペーパからな
るカソード極側触媒層付電極膜、１３はアノード極側セ
パレータで、アノード用ガス流路用溝１４が多数形成さ
れている。
解質、１１は触媒付カーボンペーパからなるアノード極
側触媒層付電極膜、１２は触媒付カーボンペーパからな
るカソード極側触媒層付電極膜、１３はアノード極側セ
パレータで、アノード用ガス流路用溝１４が多数形成さ
れている。
【００３１】先ず、アノード極側セパレータ１３のアノ
ード用ガス流路用溝１４が形成された面にアノード極側
触媒層付電極膜１１を配置し、そのアノード極側触媒層
付電極膜１１の面を覆うと共にアノード極側セパレータ
１３の周囲を囲むように固体高分子電解質１０を設け、
更に、カソード極側触媒層付電極膜１２を設け、そのカ
ソード極側触媒層付電極膜１２の周縁を包み込むように
押さえると共にアノード極側セパレータ１３の背面に係
合して、アノード極側触媒層付電極膜１１、固体高分子
電解質１０及びカソード極側触媒層付電極膜１２をアノ
ード極側セパレータ１３の面に保持するカソードカバー
１５を設けて燃料電池セル１６を形成する。
ード用ガス流路用溝１４が形成された面にアノード極側
触媒層付電極膜１１を配置し、そのアノード極側触媒層
付電極膜１１の面を覆うと共にアノード極側セパレータ
１３の周囲を囲むように固体高分子電解質１０を設け、
更に、カソード極側触媒層付電極膜１２を設け、そのカ
ソード極側触媒層付電極膜１２の周縁を包み込むように
押さえると共にアノード極側セパレータ１３の背面に係
合して、アノード極側触媒層付電極膜１１、固体高分子
電解質１０及びカソード極側触媒層付電極膜１２をアノ
ード極側セパレータ１３の面に保持するカソードカバー
１５を設けて燃料電池セル１６を形成する。
【００３２】このカソードカバー１５は、カソード極側
触媒層付電極膜１２の周縁を押さえる押さえ部１７とア
ノード極側セパレータ１３の周囲を覆う枠部１８とアノ
ード極側セパレータ１３の背面と係合する係合部１９で
形成され、ポリカーボネイトの射出成型品など比較的弾
力性のある材料で形成され、アノード極側セパレータ１
３に、アノード極側触媒層付電極膜１１、固体高分子電
解質１０及びカソード極側触媒層付電極膜１２を配置し
た状態で、カソード側から係合部１９をやや開いた状態
で嵌め込んだ後、係合部１９をアノード極側セパレータ
１３の背面に係合することで、アノード極側セパレータ
１３に、アノード極側触媒層付電極膜１１、固体高分子
電解質１０及びカソード極側触媒層付電極膜１２が保持
される。
触媒層付電極膜１２の周縁を押さえる押さえ部１７とア
ノード極側セパレータ１３の周囲を覆う枠部１８とアノ
ード極側セパレータ１３の背面と係合する係合部１９で
形成され、ポリカーボネイトの射出成型品など比較的弾
力性のある材料で形成され、アノード極側セパレータ１
３に、アノード極側触媒層付電極膜１１、固体高分子電
解質１０及びカソード極側触媒層付電極膜１２を配置し
た状態で、カソード側から係合部１９をやや開いた状態
で嵌め込んだ後、係合部１９をアノード極側セパレータ
１３の背面に係合することで、アノード極側セパレータ
１３に、アノード極側触媒層付電極膜１１、固体高分子
電解質１０及びカソード極側触媒層付電極膜１２が保持
される。
【００３３】このように、カソード極側触媒層付電極膜
１２は、その周囲は、カソードカバー１５の押さえ部１
７で押さえられるものの、略全面がカソードガス流路に
開放されて接触が可能となり、アノード極側触媒層付電
極膜１１がアノード用ガス流路用溝１４と接する面積よ
り充分に大きくすることができるため、発電効率を向上
することが可能となる。
１２は、その周囲は、カソードカバー１５の押さえ部１
７で押さえられるものの、略全面がカソードガス流路に
開放されて接触が可能となり、アノード極側触媒層付電
極膜１１がアノード用ガス流路用溝１４と接する面積よ
り充分に大きくすることができるため、発電効率を向上
することが可能となる。
【００３４】図３，図４は、図１，図２の他の形態を示
したものである。
したものである。
【００３５】図１，図２においては、カソードカバー１
５は、アノード極側セパレータ１３と接するため絶縁体
で形成する例で説明したが、本形態においては、カソー
ドカバー２０をカーボンや金属製の材料で形成し、その
変わりに、アノード極側セパレータ１３の背面に、アノ
ード絶縁部２１を設け、そのアノード絶縁部２１の背面
部にカソードカバー２０を係合するようにしたものであ
る。
５は、アノード極側セパレータ１３と接するため絶縁体
で形成する例で説明したが、本形態においては、カソー
ドカバー２０をカーボンや金属製の材料で形成し、その
変わりに、アノード極側セパレータ１３の背面に、アノ
ード絶縁部２１を設け、そのアノード絶縁部２１の背面
部にカソードカバー２０を係合するようにしたものであ
る。
【００３６】また、カソード極側触媒層付電極膜１２か
らの電流リードの取り方として、電極膜１２から一部分
を引き出したリード部１２ｌを形成し、このリード部１
２ｌ又はカソードカバー２０にリード線を接続すれば良
い。
らの電流リードの取り方として、電極膜１２から一部分
を引き出したリード部１２ｌを形成し、このリード部１
２ｌ又はカソードカバー２０にリード線を接続すれば良
い。
【００３７】なお、アノード側は、セパレータ１３から
直接リードを取ればよい。
直接リードを取ればよい。
【００３８】図５は、本発明の更に他の形態を示すもの
である。
である。
【００３９】図１〜図４では、単一の燃料電池セル１６
の例で説明したが、本例においては同一平面上に燃料電
池セル２６を複数個設けて燃料電池ユニット３６を構成
した例を示したものである。
の例で説明したが、本例においては同一平面上に燃料電
池セル２６を複数個設けて燃料電池ユニット３６を構成
した例を示したものである。
【００４０】図５は、３×３の燃料電池セル２６を製作
した例を示し、ポリカーボネイト樹脂等の絶縁体で形成
したベース板３２には、アノード極側セパレータ１３、
アノード極側触媒層付電極膜１１、固体高分子電解質１
０及びカソード極側触媒層付電極膜１２を収容する多数
のセル収容室３３が形成される。
した例を示し、ポリカーボネイト樹脂等の絶縁体で形成
したベース板３２には、アノード極側セパレータ１３、
アノード極側触媒層付電極膜１１、固体高分子電解質１
０及びカソード極側触媒層付電極膜１２を収容する多数
のセル収容室３３が形成される。
【００４１】そのセル収容室３３に、アノード極側セパ
レータ１３、アノード極側触媒層付電極膜１１、固体高
分子電解質１０及びカソード極側触媒層付電極膜１２の
順に収容した後、各カソード極側触媒層付電極膜１２の
周縁を覆うよう碁盤目状の開口部３４を形成したカソー
ドカバー３５を被覆し、そのカソードカバー３５をベー
ス板３２の背面に係合して３×３の燃料電池セル２６か
らなる燃料電池ユニット３６を形成した例を示したもの
である。
レータ１３、アノード極側触媒層付電極膜１１、固体高
分子電解質１０及びカソード極側触媒層付電極膜１２の
順に収容した後、各カソード極側触媒層付電極膜１２の
周縁を覆うよう碁盤目状の開口部３４を形成したカソー
ドカバー３５を被覆し、そのカソードカバー３５をベー
ス板３２の背面に係合して３×３の燃料電池セル２６か
らなる燃料電池ユニット３６を形成した例を示したもの
である。
【００４２】また、ベース板３２には、各燃料電池セル
２６のアノード極側セパレータ１３にアノードガスを供
給するための燃料ガス流路３７が形成される。さらに、
各燃料電池セル２６は、図には示していないが電気的に
直列につないである。
２６のアノード極側セパレータ１３にアノードガスを供
給するための燃料ガス流路３７が形成される。さらに、
各燃料電池セル２６は、図には示していないが電気的に
直列につないである。
【００４３】電解質膜１０としては、デュポン社製のＮ
ａｆｉｏｎＮ−１１５を用い、カソードガス原料として
大気圧空気を用い、アノード側に純水素０．５気圧で供
給して発電を行ったところ、１セル当たり０．７Ｖ×
０．５Ａ／ｃｍ２ を得ることができ、９個直列につな
ぐことで、電圧出力６．３Ｖを得た。
ａｆｉｏｎＮ−１１５を用い、カソードガス原料として
大気圧空気を用い、アノード側に純水素０．５気圧で供
給して発電を行ったところ、１セル当たり０．７Ｖ×
０．５Ａ／ｃｍ２ を得ることができ、９個直列につな
ぐことで、電圧出力６．３Ｖを得た。
【００４４】図６，図７は、アノード極側セパレータ４
３の表裏面にアノード流路４４を形成し、そのアノード
極側セパレータ４３の表裏をアノード極側触媒層付電極
膜４１で覆うと共に固体高分子電解質４０とカソード極
側触媒層付電極膜４２を順次覆って燃料電池セル４６と
したものであり、アノード極側触媒層付電極膜４１、固
体高分子電解質４０、カソード極側触媒層付電極膜４２
の端部を燃料電池セルＭＥＡ膜用クリップ４５で保持す
ると共にテンション板４７により電極膜４１，４２と電
解質４０の膜の弛みがでないように保持して構成したも
のである。
３の表裏面にアノード流路４４を形成し、そのアノード
極側セパレータ４３の表裏をアノード極側触媒層付電極
膜４１で覆うと共に固体高分子電解質４０とカソード極
側触媒層付電極膜４２を順次覆って燃料電池セル４６と
したものであり、アノード極側触媒層付電極膜４１、固
体高分子電解質４０、カソード極側触媒層付電極膜４２
の端部を燃料電池セルＭＥＡ膜用クリップ４５で保持す
ると共にテンション板４７により電極膜４１，４２と電
解質４０の膜の弛みがでないように保持して構成したも
のである。
【００４５】アノード極側セパレータ４３の表裏を覆う
アノード極側触媒層付電極膜４１、固体高分子電解質４
０、カソード極側触媒層付電極膜４２の幅は、アノード
極側セパレータ４３の幅より小さく形成し、アノード極
側セパレータ４３が露出した部分４８に、アノードガス
や生成水の給排通路４９が形成される。
アノード極側触媒層付電極膜４１、固体高分子電解質４
０、カソード極側触媒層付電極膜４２の幅は、アノード
極側セパレータ４３の幅より小さく形成し、アノード極
側セパレータ４３が露出した部分４８に、アノードガス
や生成水の給排通路４９が形成される。
【００４６】図８は、図６，図７に示した燃料電池セル
４６を用いて燃料電池セルユニット５６を形成した例を
示したのである。
４６を用いて燃料電池セルユニット５６を形成した例を
示したのである。
【００４７】カソード流路５１を形成する管状の容器５
０内に、燃料電池セル４６を多数取り付け、その燃料電
池セル４６の給排通路４９にアノードガスを給排すると
共に生成水を排出するための給排通路５３を、容器５０
の管壁５２に形成して燃料電池セルユニット５６を構成
する。
０内に、燃料電池セル４６を多数取り付け、その燃料電
池セル４６の給排通路４９にアノードガスを給排すると
共に生成水を排出するための給排通路５３を、容器５０
の管壁５２に形成して燃料電池セルユニット５６を構成
する。
【００４８】このように、燃料電池セル４６を管状の容
器５０に複数個配して、燃料電池セルユニット５６を組
むことで、省スペースで高電圧が取り出せるユニットと
することができると共に、アノードガスとカソードガス
の給排構造も簡単なものとすることが可能となる。
器５０に複数個配して、燃料電池セルユニット５６を組
むことで、省スペースで高電圧が取り出せるユニットと
することができると共に、アノードガスとカソードガス
の給排構造も簡単なものとすることが可能となる。
【００４９】図９は、本発明の更に他の実施の形態を示
したもので、図９（ａ）は燃料電池セル６６の正面図，
図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ線断面図を示したも
のである。
したもので、図９（ａ）は燃料電池セル６６の正面図，
図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ線断面図を示したも
のである。
【００５０】円筒状に形成したアノードセパレータ６３
には、その中心に形成されるアノードガス流路６７に開
口する多数のアノードガス用穴６４が形成され、その両
端部にはフランジ６５が設けられる。
には、その中心に形成されるアノードガス流路６７に開
口する多数のアノードガス用穴６４が形成され、その両
端部にはフランジ６５が設けられる。
【００５１】このフランジ６５，６５間のアノードセパ
レータ６３の外周に、触媒層付カーボンペーパーからな
るアノード極側触媒層付電極膜６１、固体高分子電解質
６０、触媒層付カーボンペーパーからなるカソード極側
触媒層付電極膜６２が順次巻き付けられ、その外周シー
ト押さえワイヤ６８が螺旋状に巻き付けられて、アノー
ド極側触媒層付電極膜６１、固体高分子電解質６０、カ
ソード極側触媒層付電極膜６２がアノードセパレータ６
３に固定される。
レータ６３の外周に、触媒層付カーボンペーパーからな
るアノード極側触媒層付電極膜６１、固体高分子電解質
６０、触媒層付カーボンペーパーからなるカソード極側
触媒層付電極膜６２が順次巻き付けられ、その外周シー
ト押さえワイヤ６８が螺旋状に巻き付けられて、アノー
ド極側触媒層付電極膜６１、固体高分子電解質６０、カ
ソード極側触媒層付電極膜６２がアノードセパレータ６
３に固定される。
【００５２】この燃料電池セル６６は、フランジ６５，
６５で順次軸方向に所望の長さ接続が可能であり、内部
にアノードガス流路６７とし、外部にカソード流路が形
成されるため、容器内の対向する壁面間に、上下左右間
隔をおいて多数取り付けると共にその壁面の外側にアノ
ードガスの給排ヘッダを取り付け、容器内をカソードガ
ス流路とすることで、燃料電池セルユニットを簡単に構
成することができると共に、アノードガス、カソードガ
スの給排構造も簡単なものとすることが可能となる。
６５で順次軸方向に所望の長さ接続が可能であり、内部
にアノードガス流路６７とし、外部にカソード流路が形
成されるため、容器内の対向する壁面間に、上下左右間
隔をおいて多数取り付けると共にその壁面の外側にアノ
ードガスの給排ヘッダを取り付け、容器内をカソードガ
ス流路とすることで、燃料電池セルユニットを簡単に構
成することができると共に、アノードガス、カソードガ
スの給排構造も簡単なものとすることが可能となる。
【００５３】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、カソード
電極側がカソード流路に略全面開放できるため、大幅に
発電効率を向上することができる。またカソードガス置
換、生成水の排水が飛躍的に向上すると共にカソード側
のセパレータが不要となるため、部品点数の低減、汚染
原因も減らすことができ、コスト低減、信頼性の向上が
図れる。
電極側がカソード流路に略全面開放できるため、大幅に
発電効率を向上することができる。またカソードガス置
換、生成水の排水が飛躍的に向上すると共にカソード側
のセパレータが不要となるため、部品点数の低減、汚染
原因も減らすことができ、コスト低減、信頼性の向上が
図れる。
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【図４】図３の側断面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【図７】図６の側断面図である。
【図８】図７の燃料電池セルを用いて燃料電池セルユニ
ットを構成した実施の形態を示す図である。
ットを構成した実施の形態を示す図である。
【図９】本発明の他の実施の形態を示す図である。
【図１０】従来の燃料電池セルを示す断面図である。
【図１１】図１０の燃料電池セルを用いてセルユニット
を構成した例を示す斜視図である。
を構成した例を示す斜視図である。
【図１２】図１０のカソード，アノードセパレータの詳
細を示す図である。
細を示す図である。
【図１３】図１２のセパレータの断面図である。
１０ 固体高分子電解質 １１ アノード極側触媒層付電極膜 １２ カソード極側触媒層付電極膜 １３ アノード極側セパレータ
Claims (9)
- 【請求項１】 固体高分子電解質をアノード極側触媒層
付電極膜とカソード極側触媒層付電極膜で挟み、これら
電極膜にそれぞれカソードガスとアノードガスを供給し
て発電する燃料電池セルにおいて、アノード流路が形成
されたアノード極側セパレータに、アノード側触媒層付
電極膜、固体高分子電解質、カソード極側触媒層付電極
膜を取り付けると共にこれらをアノード極側セパレータ
に保持させて、カソード極側触媒層付電極膜の略全面を
カソードガス流路に開放させたことを特徴とする燃料電
池セル。 - 【請求項２】 カソード極側触媒層付電極膜の周囲をカ
ソードカバーで覆うと共にそのカソードカバーをアノー
ド極側セパレータに保持させた請求項１記載の燃料電池
セル。 - 【請求項３】 アノード極側セパレータの背面にアノー
ド用絶縁部を設け、他方、カソード極側触媒層付電極膜
の周囲をカソードカバーで覆うと共にそのカソードカバ
ーを上記アノード絶縁部に保持させた請求項１記載の燃
料電池セル。 - 【請求項４】 固体高分子電解質をアノード極側触媒層
付電極膜とカソード極側触媒層付電極膜で挟み、これら
電極膜にそれぞれカソードガスとアノードガスを供給し
て発電する燃料電池セルにおいて、ベース板に、アノー
ド極側セパレータ、アノード極側触媒層付電極膜、固体
高分子電解質及びカソード極側触媒層付電極膜を収容す
る多数のセル収容室を形成し、そのベース板に各カソー
ド極側触媒層付電極膜の周縁を覆うカソードカバーを設
けると共にそのカソードカバーをベース板に保持させた
ことを特徴とする燃料電池セルユニット。 - 【請求項５】 ベース板には、各アノード極側セパレー
タにアノードガスを供給するための燃料ガス流路が形成
された請求項４記載の燃料電池セルユニット。 - 【請求項６】 アノード極側セパレータの表裏面にアノ
ード流路を形成し、そのアノード極側セパレータの表裏
をアノード極側触媒層付電極膜で覆うと共に固体高分子
電解質とカソード極側触媒層付電極膜を順次覆って形成
したことを特徴とする燃料電池セル。 - 【請求項７】 請求項６の燃料電池セルをカソードガス
流路に多数並べて設けた燃料電池セルユニット。 - 【請求項８】 筒状に形成したアノード極側セパレータ
の外周に、アノード極側触媒層付電極膜、固体高分子電
解質、カソード極側触媒層付電極膜を順次被覆して形成
したことを特徴とする燃料電池セル。 - 【請求項９】 アノード極側セパレータを円筒状に形成
し、そのアノード極側セパレータの外周に、アノード極
側触媒層付電極膜、固体高分子電解質、カソード極側触
媒層付電極膜を順次巻き付け、更にカソード極側触媒層
付電極膜の表面にシート押さえワイヤを巻き付けて、ア
ノード極側セパレータに、アノード極側触媒層付電極
膜、固体高分子電解質及びカソード極側触媒層付電極膜
を固定した請求項８記載の燃料電池セル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001079498A JP3622682B2 (ja) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | 燃料電池セル及びセルユニット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001079498A JP3622682B2 (ja) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | 燃料電池セル及びセルユニット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002280013A true JP2002280013A (ja) | 2002-09-27 |
| JP3622682B2 JP3622682B2 (ja) | 2005-02-23 |
Family
ID=18935937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001079498A Expired - Fee Related JP3622682B2 (ja) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | 燃料電池セル及びセルユニット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3622682B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6972160B2 (en) | 2002-04-08 | 2005-12-06 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Fuel cell |
| WO2007029879A1 (en) * | 2005-09-07 | 2007-03-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Tubular solid polymer fuel cell comprising a rod-shaped current collector with peripheral glas flow channels and production method thereof |
| JP2008218049A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Toshiba Corp | 燃料電池セル及び燃料電池 |
-
2001
- 2001-03-19 JP JP2001079498A patent/JP3622682B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6972160B2 (en) | 2002-04-08 | 2005-12-06 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Fuel cell |
| WO2007029879A1 (en) * | 2005-09-07 | 2007-03-15 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Tubular solid polymer fuel cell comprising a rod-shaped current collector with peripheral glas flow channels and production method thereof |
| JP2008218049A (ja) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Toshiba Corp | 燃料電池セル及び燃料電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3622682B2 (ja) | 2005-02-23 |
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