JP2002298875A - 固体高分子電解質型燃料電池用セパレータおよびそれを備えた固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池用セパレータおよびそれを備えた固体高分子電解質型燃料電池Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】構造が簡単で、シールが確実で、ガス漏れのな
いＰＥＦＣ用セパレータおよびそれを備えたＰＥＦＣを
提供する。 【解決手段】 ガス供給マニホールドとガス排出マニホ
ールドを備えた固体高分子電解質型燃料電池用セパレー
タであって、前記セパレータのガス拡散電極と接する面
を表面、ガス拡散電極と接しない面を裏面とした時、前
記セパレータは表面に、ガス流路、裏面に第１と第２の
溝、表面から裏面に貫通する第１と第２の貫通孔を備
え、前記ガス流路は前記第１の貫通孔および前記第２の
貫通孔と連続し、前記第１の貫通孔は前記第１の溝を介
してガス供給マニホールドと連続し、前記第２の貫通孔
は前記第２の溝を介してガス排出マニホールドと連続
し、前記セパレータの表面には、ガス流路を囲み、ガス
供給マニホールドとガス排出マニホールドを含まない閉
じた平面が存在する構造とする。
いＰＥＦＣ用セパレータおよびそれを備えたＰＥＦＣを
提供する。 【解決手段】 ガス供給マニホールドとガス排出マニホ
ールドを備えた固体高分子電解質型燃料電池用セパレー
タであって、前記セパレータのガス拡散電極と接する面
を表面、ガス拡散電極と接しない面を裏面とした時、前
記セパレータは表面に、ガス流路、裏面に第１と第２の
溝、表面から裏面に貫通する第１と第２の貫通孔を備
え、前記ガス流路は前記第１の貫通孔および前記第２の
貫通孔と連続し、前記第１の貫通孔は前記第１の溝を介
してガス供給マニホールドと連続し、前記第２の貫通孔
は前記第２の溝を介してガス排出マニホールドと連続
し、前記セパレータの表面には、ガス流路を囲み、ガス
供給マニホールドとガス排出マニホールドを含まない閉
じた平面が存在する構造とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
型燃料電池用セパレータおよびそれを備えた固体高分子
電解質型燃料電池に関する。
型燃料電池用セパレータおよびそれを備えた固体高分子
電解質型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池（以下では
「ＰＥＦＣ」とする）は、固体のイオン交換膜等を電解
質とし、例えばアノードに燃料としての水素、カソード
に酸化剤としての酸素を供給し、電気化学的に反応させ
ることによって電力を得る装置である。ＰＥＦＣ単セル
の出力電圧は０．７Ｖ程度であることから、大きな電力
を得るためにはＰＥＦＣ単セルを多数積層したＰＥＦＣ
スタックが用いられる。
「ＰＥＦＣ」とする）は、固体のイオン交換膜等を電解
質とし、例えばアノードに燃料としての水素、カソード
に酸化剤としての酸素を供給し、電気化学的に反応させ
ることによって電力を得る装置である。ＰＥＦＣ単セル
の出力電圧は０．７Ｖ程度であることから、大きな電力
を得るためにはＰＥＦＣ単セルを多数積層したＰＥＦＣ
スタックが用いられる。
【０００３】ＰＥＦＣ単セルは、固体高分子電解質膜の
両面に触媒を含むガス拡散電極を接合した膜―電極接合
体（ＭＥＡ）を、両側からガス流路を形成したセパレー
タで挟み、さらにスタックの温度を調節する温度調節部
をセパレータに当接したものからなる。そして、ＰＥＦ
Ｃスタックは、多数のＰＥＦＣ単セルを積層し、両端か
らエンドプレートを用いて集電体とともに圧迫すること
によって構成されている。
両面に触媒を含むガス拡散電極を接合した膜―電極接合
体（ＭＥＡ）を、両側からガス流路を形成したセパレー
タで挟み、さらにスタックの温度を調節する温度調節部
をセパレータに当接したものからなる。そして、ＰＥＦ
Ｃスタックは、多数のＰＥＦＣ単セルを積層し、両端か
らエンドプレートを用いて集電体とともに圧迫すること
によって構成されている。
【０００４】セパレータに形成されたガス流路は、ガス
供給マニホールドから供給された燃料ガスおよび酸化ガ
スを、アノードおよびカソードに供給するためのもので
あり、一般的な形状は、セパレータの表面に形成された
多数の溝である。そして、固体高分子電解質膜に接合さ
れたガス拡散電極と、セパレータのガス流路が形成され
た面とが接しており、ガス流路としての多数の溝が、燃
料ガスおよび酸化ガスの流路の役目を果たしている。
供給マニホールドから供給された燃料ガスおよび酸化ガ
スを、アノードおよびカソードに供給するためのもので
あり、一般的な形状は、セパレータの表面に形成された
多数の溝である。そして、固体高分子電解質膜に接合さ
れたガス拡散電極と、セパレータのガス流路が形成され
た面とが接しており、ガス流路としての多数の溝が、燃
料ガスおよび酸化ガスの流路の役目を果たしている。
【０００５】前述のように、ＰＥＦＣスタックは多数の
ＰＥＦＣの単セルが積層された構造をしている。そこ
で、ＰＥＦＣの各単セル内のすべての電極反応部に燃料
ガスおよび酸化ガスを供給および排出するためには、外
部から導入したガスを各単セルに分配して、排出する必
要がある。
ＰＥＦＣの単セルが積層された構造をしている。そこ
で、ＰＥＦＣの各単セル内のすべての電極反応部に燃料
ガスおよび酸化ガスを供給および排出するためには、外
部から導入したガスを各単セルに分配して、排出する必
要がある。
【０００６】従来のＰＥＦＣの単セルは、それぞれのＭ
ＥＡおよびセパレータに開けられた穴が積層されること
によってガス供給マニホールドおよびガス排出マニホー
ルドを構成している。そしてセパレータのガス拡散電極
に接している面（セパレータの表面）に、ガス供給マニ
ホールドから電極を通ってガス排出マニホールドまで連
続してガス流路が設けられている。
ＥＡおよびセパレータに開けられた穴が積層されること
によってガス供給マニホールドおよびガス排出マニホー
ルドを構成している。そしてセパレータのガス拡散電極
に接している面（セパレータの表面）に、ガス供給マニ
ホールドから電極を通ってガス排出マニホールドまで連
続してガス流路が設けられている。
【０００７】図２は従来のＰＥＦＣの単セルの断面構造
を示した図である。図２において、１は固体高分子電解
質膜、２はカソード側ガス拡散電極、３はアノード側ガ
ス拡散電極、４はセパレータ、５は温度調節部、６はガ
ス供給マニホールド、７はガス排出マニホールド、８は
ガス流路、９は温度調節水流路、１０はパッキングであ
る。なお、図２では省略したが、アノード側ガス拡散電
極３の側にも、セパレータおよび温度調節部がとりつけ
られている。そして、ガスは矢印の方向のように、ガス
供給マニホールド６からガス流路８を通ってガス排出マ
ニホールド７に流れ、カソード側ガス拡散電極２で反応
する。
を示した図である。図２において、１は固体高分子電解
質膜、２はカソード側ガス拡散電極、３はアノード側ガ
ス拡散電極、４はセパレータ、５は温度調節部、６はガ
ス供給マニホールド、７はガス排出マニホールド、８は
ガス流路、９は温度調節水流路、１０はパッキングであ
る。なお、図２では省略したが、アノード側ガス拡散電
極３の側にも、セパレータおよび温度調節部がとりつけ
られている。そして、ガスは矢印の方向のように、ガス
供給マニホールド６からガス流路８を通ってガス排出マ
ニホールド７に流れ、カソード側ガス拡散電極２で反応
する。
【０００８】つぎに、図３は従来のＰＥＦＣ用セパレー
タの要部拡大斜視図であり、図３における記号４、６、
８は図２と同じものを示し、１１は溝、１２はボルト穴
である。そして、溝１１は、ガス供給マニホールド６お
よびガス流路８に連続している。なお、図３では示して
いないが、ガス排出マニホールド７とガス流路８も１１
と同様の溝で連続している。
タの要部拡大斜視図であり、図３における記号４、６、
８は図２と同じものを示し、１１は溝、１２はボルト穴
である。そして、溝１１は、ガス供給マニホールド６お
よびガス流路８に連続している。なお、図３では示して
いないが、ガス排出マニホールド７とガス流路８も１１
と同様の溝で連続している。
【０００９】従来のＰＥＦＣのセパレータにおいては、
図２および図３に示したように、ガス流路８が形成され
た面がガス拡散電極に接している。この面をセパレータ
の表面とする。そして、加工が簡単なことから、ガス流
路８が形成されたのと同じ表面に溝１１形成され、この
溝１１によってガス供給マニホールド６とガス流路８が
連続し、ガスはガス供給マニホールド６からガス流路８
を通ってガス排出マニホールド７から排出される。そし
て、供給したガスが外部に漏出したり、燃料ガスと酸化
ガスとが混合したりすることのないように、各マニホー
ルド部はＯリングやガスケットなどを用いてシールして
いる。
図２および図３に示したように、ガス流路８が形成され
た面がガス拡散電極に接している。この面をセパレータ
の表面とする。そして、加工が簡単なことから、ガス流
路８が形成されたのと同じ表面に溝１１形成され、この
溝１１によってガス供給マニホールド６とガス流路８が
連続し、ガスはガス供給マニホールド６からガス流路８
を通ってガス排出マニホールド７から排出される。そし
て、供給したガスが外部に漏出したり、燃料ガスと酸化
ガスとが混合したりすることのないように、各マニホー
ルド部はＯリングやガスケットなどを用いてシールして
いる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところが前述したよう
に、従来のＰＥＦＣのセパレータにおいては、ガス流路
８が形成されたのと同じ表面に溝１１形成されているた
めに、セパレータの表面においては、ガス流路８を囲む
が、ガス供給マニホールド６およびガス排出マニホール
ド７を含まない閉じた平面が存在しない。そのため、溝
１１とＯリングもしくはガスケットが交差する部分にお
いては、圧迫が不十分となって耐圧性が著しく低くなる
という問題があった。そのため、各マニホールド部から
燃料ガスや酸化ガスが外部へ漏出するだけでなく、燃料
ガスと酸化ガスとが混入するという問題があった。そこ
で、溝１１の部分に複雑なカバー等をとりつける必要が
あった。
に、従来のＰＥＦＣのセパレータにおいては、ガス流路
８が形成されたのと同じ表面に溝１１形成されているた
めに、セパレータの表面においては、ガス流路８を囲む
が、ガス供給マニホールド６およびガス排出マニホール
ド７を含まない閉じた平面が存在しない。そのため、溝
１１とＯリングもしくはガスケットが交差する部分にお
いては、圧迫が不十分となって耐圧性が著しく低くなる
という問題があった。そのため、各マニホールド部から
燃料ガスや酸化ガスが外部へ漏出するだけでなく、燃料
ガスと酸化ガスとが混入するという問題があった。そこ
で、溝１１の部分に複雑なカバー等をとりつける必要が
あった。
【００１１】本発明は、上記問題点を解決し、構造が簡
単で、シールが確実で、ガス漏れのないＰＥＦＣ用セパ
レータおよびそれを備えたＰＥＦＣを提供するものであ
る。
単で、シールが確実で、ガス漏れのないＰＥＦＣ用セパ
レータおよびそれを備えたＰＥＦＣを提供するものであ
る。
【００１２】
【問題を解決するための手段】請求項１の発明は、ガス
供給マニホールドとガス排出マニホールドを備えた固体
高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）用セパレータであ
って、前記セパレータのガス拡散電極と接する面を表
面、ガス拡散電極と接しない面を裏面とした時、前記セ
パレータは、表面にガス流路、裏面に第１と第２の溝、
表面から裏面に貫通する第１と第２の貫通孔を備え、前
記第１のガス流路は前記第１の貫通孔および前記第２の
貫通孔と連続し、前記第１の貫通孔は前記第１の溝を介
してガス供給マニホールドと連続し、前記第２の貫通孔
は前記第２の溝を介してガス排出マニホールドと連続
し、前記セパレータの表面には、ガス流路を囲み、ガス
供給マニホールドとガス排出マニホールドを含まない閉
じた平面が存在することを特徴とする。
供給マニホールドとガス排出マニホールドを備えた固体
高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）用セパレータであ
って、前記セパレータのガス拡散電極と接する面を表
面、ガス拡散電極と接しない面を裏面とした時、前記セ
パレータは、表面にガス流路、裏面に第１と第２の溝、
表面から裏面に貫通する第１と第２の貫通孔を備え、前
記第１のガス流路は前記第１の貫通孔および前記第２の
貫通孔と連続し、前記第１の貫通孔は前記第１の溝を介
してガス供給マニホールドと連続し、前記第２の貫通孔
は前記第２の溝を介してガス排出マニホールドと連続
し、前記セパレータの表面には、ガス流路を囲み、ガス
供給マニホールドとガス排出マニホールドを含まない閉
じた平面が存在することを特徴とする。
【００１３】請求項１の発明によれば、構造が簡単で、
シールが確実で、ガス漏れのないＰＥＦＣ用セパレータ
を得ることができる。
シールが確実で、ガス漏れのないＰＥＦＣ用セパレータ
を得ることができる。
【００１４】請求項２の発明は、上記ＰＥＦＣ用セパレ
ータにおいて、セパレータの裏面に温度調節部を備えた
ことを特徴とする。請求項２の発明によれば、ＰＥＦＣ
の温度を最適値に制御することができる。
ータにおいて、セパレータの裏面に温度調節部を備えた
ことを特徴とする。請求項２の発明によれば、ＰＥＦＣ
の温度を最適値に制御することができる。
【００１５】請求項３の発明は、上記固体高分子電解質
型燃料電池用セパレータにおいて、ガス流路、第１と第
２の溝、第１と第２の貫通孔を備えたセパレータを２組
以上備えたことを特徴とする。
型燃料電池用セパレータにおいて、ガス流路、第１と第
２の溝、第１と第２の貫通孔を備えたセパレータを２組
以上備えたことを特徴とする。
【００１６】請求項３の発明によれば、ＰＥＦＣ単セル
の電極面積を大きくすることができ、大出力のＰＥＦＣ
を得ることができる。
の電極面積を大きくすることができ、大出力のＰＥＦＣ
を得ることができる。
【００１７】請求項４の発明は、上記ＰＥＦＣ用セパレ
ータを備えたことを特徴とするＰＥＦＣである。請求項
４の発明によれば、ガス漏れのない、出力密度の高いＰ
ＥＦＣが得られる。
ータを備えたことを特徴とするＰＥＦＣである。請求項
４の発明によれば、ガス漏れのない、出力密度の高いＰ
ＥＦＣが得られる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明のＰＥＦＣ用セパレ
ータの実施形態を、図面を用いて具体的に説明する。図
１は本発明のＰＥＦＣの単セルの断面構造を示した図、
図４は本発明のＰＥＦＣ用セパレータの要部拡大斜視
図、図５は図４に示したＰＥＦＣ用セパレータのＡ−
Ａ’断面図である。図１、図４および図５において、記
号１〜１２は図２および図３と同じものを示し、１３は
第１の貫通孔、１４は第２の貫通孔、１５は第１の溝、
１６は第２の溝、である。ここでセパレータは、カソー
ド側セパレータとして説明する。なお、図１では省略し
たが、アノード側ガス拡散電極３の側にも、カソード側
と同様の形状の、アノード側セパレータおよび温度調節
部がとりつけられている。
ータの実施形態を、図面を用いて具体的に説明する。図
１は本発明のＰＥＦＣの単セルの断面構造を示した図、
図４は本発明のＰＥＦＣ用セパレータの要部拡大斜視
図、図５は図４に示したＰＥＦＣ用セパレータのＡ−
Ａ’断面図である。図１、図４および図５において、記
号１〜１２は図２および図３と同じものを示し、１３は
第１の貫通孔、１４は第２の貫通孔、１５は第１の溝、
１６は第２の溝、である。ここでセパレータは、カソー
ド側セパレータとして説明する。なお、図１では省略し
たが、アノード側ガス拡散電極３の側にも、カソード側
と同様の形状の、アノード側セパレータおよび温度調節
部がとりつけられている。
【００１９】図１に示したように、本発明になるＰＥＦ
Ｃ単セルは、固体高分子電解質膜１の両面に、触媒層を
含むカソード側ガス拡散電極２およびアノード側ガス拡
散電極３とを接合した膜―電極接合体（ＭＥＡ）の両側
を、パッキング１０を介してセパレータ４で挟み、さら
にその外側から温度調節部５を当接させた構造である。
ただし、図１では、アノード側セパレータおよび温度調
節部を省略している。
Ｃ単セルは、固体高分子電解質膜１の両面に、触媒層を
含むカソード側ガス拡散電極２およびアノード側ガス拡
散電極３とを接合した膜―電極接合体（ＭＥＡ）の両側
を、パッキング１０を介してセパレータ４で挟み、さら
にその外側から温度調節部５を当接させた構造である。
ただし、図１では、アノード側セパレータおよび温度調
節部を省略している。
【００２０】そしてセパレータ４のカソード側ガス拡散
電極２に接している面を表面とした時、セパレータの表
面にガス流路８を備え、セパレータ４の裏面に第１の溝
１５と第２の溝１６を備えており、また、セパレータ４
には第１の貫通孔１３および第２の貫通孔１４が設けら
れ、ガス流路８は第１の貫通孔１３および第２の貫通孔
１４と連続している。そして、ガス流路８と第１の貫通
孔１３と第１の溝１５とガス供給マニホールド６とが連
続しており、また、ガス流路８と第２の貫通孔１４と第
２の溝１６とガス排出マニホールド７とが連続してい
る。そして、ガスは図１に示した矢印の方向のように、
ガス供給マニホールド６からカソード側ガス拡散電極２
を通ってガス排出マニホールド７に流れ、カソード側ガ
ス拡散電極２で反応する。
電極２に接している面を表面とした時、セパレータの表
面にガス流路８を備え、セパレータ４の裏面に第１の溝
１５と第２の溝１６を備えており、また、セパレータ４
には第１の貫通孔１３および第２の貫通孔１４が設けら
れ、ガス流路８は第１の貫通孔１３および第２の貫通孔
１４と連続している。そして、ガス流路８と第１の貫通
孔１３と第１の溝１５とガス供給マニホールド６とが連
続しており、また、ガス流路８と第２の貫通孔１４と第
２の溝１６とガス排出マニホールド７とが連続してい
る。そして、ガスは図１に示した矢印の方向のように、
ガス供給マニホールド６からカソード側ガス拡散電極２
を通ってガス排出マニホールド７に流れ、カソード側ガ
ス拡散電極２で反応する。
【００２１】本発明のＰＥＦＣ用セパレータの表面の概
略を図７に、裏面の概略を図８に示す。図７および図８
において、記号４〜８、１３〜１６は図１と同じものを
示し、１７は対極側のガス供給マニホールド、１８は対
極側のガス排出マニホールドである。
略を図７に、裏面の概略を図８に示す。図７および図８
において、記号４〜８、１３〜１６は図１と同じものを
示し、１７は対極側のガス供給マニホールド、１８は対
極側のガス排出マニホールドである。
【００２２】本発明のＰＥＦＣ用セパレータ４において
は、セパレータ４の表面に設けられたガス流路８とガス
供給マニホールド６は、第１の貫通孔１３と第１の溝１
５とを介して連続しており、ガス流路８とガス排出マニ
ホールド７は、第２の貫通孔１４と第２の溝１６とを介
して連続している。その結果、図７の点線で示したよう
に、セパレータ４の表面には、ガス流路８を囲み、ガス
供給マニホールド６とガス排出マニホールド７を含まな
い閉じた平面が存在することになる。
は、セパレータ４の表面に設けられたガス流路８とガス
供給マニホールド６は、第１の貫通孔１３と第１の溝１
５とを介して連続しており、ガス流路８とガス排出マニ
ホールド７は、第２の貫通孔１４と第２の溝１６とを介
して連続している。その結果、図７の点線で示したよう
に、セパレータ４の表面には、ガス流路８を囲み、ガス
供給マニホールド６とガス排出マニホールド７を含まな
い閉じた平面が存在することになる。
【００２３】そのため、閉じた平面を利用して、各マニ
ホールド部をＯリングやガスケットなどによって確実に
シールをすることができる。そのことにより、燃料ガス
や酸化ガスが外部に漏出したり、混合したりすることを
防止できるために、より安全で、効率の良いＰＥＦＣス
タックを製作することが可能となる。また、マニホール
ドからセパレータの面と平行にその内部方向へ開けた貫
通した穴をガス流路として使用する方法や、数種類の材
料を組み合わせてトンネル状の流路を形成する方法と異
なって、薄いセパレータを簡単に低コストで製作するこ
とができる。
ホールド部をＯリングやガスケットなどによって確実に
シールをすることができる。そのことにより、燃料ガス
や酸化ガスが外部に漏出したり、混合したりすることを
防止できるために、より安全で、効率の良いＰＥＦＣス
タックを製作することが可能となる。また、マニホール
ドからセパレータの面と平行にその内部方向へ開けた貫
通した穴をガス流路として使用する方法や、数種類の材
料を組み合わせてトンネル状の流路を形成する方法と異
なって、薄いセパレータを簡単に低コストで製作するこ
とができる。
【００２４】ここで、本発明におけるＰＥＦＣ用セパレ
ータに設けられたガス流路８は、例えば、セパレータに
機械加工やプレス加工によって形成する方法や、ガス流
路の形状の凹部をもつ平板を用いる方法などによって製
造することができる。また、射出成形を用いることによ
って、より安価にガス流路が設けられたセパレータを製
造することができる。
ータに設けられたガス流路８は、例えば、セパレータに
機械加工やプレス加工によって形成する方法や、ガス流
路の形状の凹部をもつ平板を用いる方法などによって製
造することができる。また、射出成形を用いることによ
って、より安価にガス流路が設けられたセパレータを製
造することができる。
【００２５】また、セパレータの表面から裏面に貫通す
るように設けられた貫通孔は、機械加工によって形成す
ることもできるが、プレス加工や射出成形などによって
一体成形する場合には、成形しやすいことから、その穴
の軸とセパレータの表面の垂直線との角度が０度以上１
０度以下であることが好ましい。
るように設けられた貫通孔は、機械加工によって形成す
ることもできるが、プレス加工や射出成形などによって
一体成形する場合には、成形しやすいことから、その穴
の軸とセパレータの表面の垂直線との角度が０度以上１
０度以下であることが好ましい。
【００２６】本発明によるＰＥＦＣ用セパレータの材質
は、電子伝導性が高いことから、たとえばカーボン材料
や金属材料などを用いることができるが、好ましくは耐
食性の高いカーボン材料、ステンレス、チタン、および
それらの表面を他の材料でコートしたものがよい。とく
に、カーボン材料は電子伝導性があって耐食性が非常に
高いことから好ましい。そのカーボン材料としてはたと
えば、グラファイトやそれに樹脂を混合したもの、それ
らを圧縮成形したものや焼結したものなどがあげられ
る。
は、電子伝導性が高いことから、たとえばカーボン材料
や金属材料などを用いることができるが、好ましくは耐
食性の高いカーボン材料、ステンレス、チタン、および
それらの表面を他の材料でコートしたものがよい。とく
に、カーボン材料は電子伝導性があって耐食性が非常に
高いことから好ましい。そのカーボン材料としてはたと
えば、グラファイトやそれに樹脂を混合したもの、それ
らを圧縮成形したものや焼結したものなどがあげられ
る。
【００２７】本発明によるＰＥＦＣ用セパレータの表面
に備えるガス流路の形状は、例えば、平行な直線状の流
路を多数設けたものであってもよいし、一本もしくは数
本の流路を折り返し配した形状をしていてもよい。
に備えるガス流路の形状は、例えば、平行な直線状の流
路を多数設けたものであってもよいし、一本もしくは数
本の流路を折り返し配した形状をしていてもよい。
【００２８】本発明におけるセパレータは、ガス拡散電
極に接している面（表面）とは反対側（裏面）が温度調
節部と接していることが好ましい。ここで、温度調節部
とは、通常は、ＰＥＦＣスタックが運転状態の時に発熱
するため、その熱を除去するために循環させる冷却水を
さすが、始動時等でＰＥＦＣスタックを加熱するため
に、温水を流す場合もある。また、セパレータと温度調
節部が一体となっていてもよい。
極に接している面（表面）とは反対側（裏面）が温度調
節部と接していることが好ましい。ここで、温度調節部
とは、通常は、ＰＥＦＣスタックが運転状態の時に発熱
するため、その熱を除去するために循環させる冷却水を
さすが、始動時等でＰＥＦＣスタックを加熱するため
に、温水を流す場合もある。また、セパレータと温度調
節部が一体となっていてもよい。
【００２９】また本発明においては、上述の、表面にガ
ス流路、裏面に第１と第２の溝さらに第１と第２の貫通
孔を備えたセパレータを、２組以上備えたＰＥＦＣ単セ
ルとすることも可能である。このような構造とすること
により、基準の面積のセパレータを作製しておけば、使
用するガス拡散電極の面積に応じて、セパレータを複数
個ならべたＰＥＦＣ単セルとすることより、大出力のＰ
ＥＦＣスタックを簡単に作製することができる。この場
合、ガス供給マニホールドおよびガス排出マニホールド
は個々のセパレータごとに備える必要はなく、複数個の
セパレータに共通となるように、ガス供給マニホールド
およびガス排出マニホールドを各１個づつ備えることが
好ましい。
ス流路、裏面に第１と第２の溝さらに第１と第２の貫通
孔を備えたセパレータを、２組以上備えたＰＥＦＣ単セ
ルとすることも可能である。このような構造とすること
により、基準の面積のセパレータを作製しておけば、使
用するガス拡散電極の面積に応じて、セパレータを複数
個ならべたＰＥＦＣ単セルとすることより、大出力のＰ
ＥＦＣスタックを簡単に作製することができる。この場
合、ガス供給マニホールドおよびガス排出マニホールド
は個々のセパレータごとに備える必要はなく、複数個の
セパレータに共通となるように、ガス供給マニホールド
およびガス排出マニホールドを各１個づつ備えることが
好ましい。
【００３０】
【実施例】以下、本発明を好適な実施例を用いて説明す
る。
る。
【００３１】［実施例］まず、アノードガス拡散電極、
固体高分子電解質膜、カソードガス拡散電極を順に積層
して膜―電極接合体（ＭＥＡ）を製作した。つづいて、
図１、図４および図５に示したような、第１の貫通孔１
３、第２の貫通孔１４、ガス供給マニホールド６、ガス
排出マニホールド７を備えたセパレータに、ガス流路８
と第１の貫通孔１３と第１の溝１５とガス供給マニホー
ルド６とが連続し、また、ガス流路８と第２の貫通孔１
４と第２の溝１６とガス排出マニホールド７とが連続す
るように、ガス拡散電極と接している面（表面）にガス
流路８を形成し、裏面に第１の溝１５と第２の溝１６を
形成した。
固体高分子電解質膜、カソードガス拡散電極を順に積層
して膜―電極接合体（ＭＥＡ）を製作した。つづいて、
図１、図４および図５に示したような、第１の貫通孔１
３、第２の貫通孔１４、ガス供給マニホールド６、ガス
排出マニホールド７を備えたセパレータに、ガス流路８
と第１の貫通孔１３と第１の溝１５とガス供給マニホー
ルド６とが連続し、また、ガス流路８と第２の貫通孔１
４と第２の溝１６とガス排出マニホールド７とが連続す
るように、ガス拡散電極と接している面（表面）にガス
流路８を形成し、裏面に第１の溝１５と第２の溝１６を
形成した。
【００３２】このセパレータを使用し、セパレータ、膜
―電極接合体（ＭＥＡ）、セパレータ、温度調節部の順
に、それぞれガスケットおよびスタック両端のエンドプ
レートとともに積層し、膜―電極接合体（ＭＥＡ）を１
０枚含むＰＥＦＣスタックＡを製作した。ここで、セパ
レータの材質はカーボンに樹脂を混合したものとし、セ
パレータに形成された第１の溝および第２の溝の幅は１
ｍｍ、深さは０．５ｍｍとし、また、第１の貫通孔およ
び第２の貫通孔の直径は１ｍｍとした。
―電極接合体（ＭＥＡ）、セパレータ、温度調節部の順
に、それぞれガスケットおよびスタック両端のエンドプ
レートとともに積層し、膜―電極接合体（ＭＥＡ）を１
０枚含むＰＥＦＣスタックＡを製作した。ここで、セパ
レータの材質はカーボンに樹脂を混合したものとし、セ
パレータに形成された第１の溝および第２の溝の幅は１
ｍｍ、深さは０．５ｍｍとし、また、第１の貫通孔およ
び第２の貫通孔の直径は１ｍｍとした。
【００３３】［比較例］実施例１と同様の膜―電極接合
体（ＭＥＡ）を使用し、セパレータとしては図２および
図３に示したような、ガス流路と溝が同一平面に形成さ
れ、ガス供給マニホールド−溝―ガス流路―溝ガス排出
マニホールドが連続しているセパレータを用いて、セパ
レータ、膜―電極接合体（ＭＥＡ）、セパレータ、温度
調節部の順に、それぞれガスケットおよびスタック両端
のエンドプレートとともに積層し、膜―電極接合体（Ｍ
ＥＡ）を１０枚含むＰＥＦＣスタックＢを製作した。こ
こで、セパレータの材質は実施例１と同一とし、セパレ
ータに形成された溝は、幅１ｍｍ、深さは０．５ｍｍと
した。
体（ＭＥＡ）を使用し、セパレータとしては図２および
図３に示したような、ガス流路と溝が同一平面に形成さ
れ、ガス供給マニホールド−溝―ガス流路―溝ガス排出
マニホールドが連続しているセパレータを用いて、セパ
レータ、膜―電極接合体（ＭＥＡ）、セパレータ、温度
調節部の順に、それぞれガスケットおよびスタック両端
のエンドプレートとともに積層し、膜―電極接合体（Ｍ
ＥＡ）を１０枚含むＰＥＦＣスタックＢを製作した。こ
こで、セパレータの材質は実施例１と同一とし、セパレ
ータに形成された溝は、幅１ｍｍ、深さは０．５ｍｍと
した。
【００３４】ＰＥＦＣスタックＡおよびＢを用いて耐圧
テストをおこなった。耐圧テストは、アノード側ガス排
出マニホールドを閉そくさせた後に、窒素ガスをアノー
ド側ガス導入マニホールドから導入して、ガス圧力に対
するカソード側マニホールドおよびスタック周辺部から
のガスリーク量を調べた。その結果を図６に示す。
テストをおこなった。耐圧テストは、アノード側ガス排
出マニホールドを閉そくさせた後に、窒素ガスをアノー
ド側ガス導入マニホールドから導入して、ガス圧力に対
するカソード側マニホールドおよびスタック周辺部から
のガスリーク量を調べた。その結果を図６に示す。
【００３５】図６において、記号●は実施例１のＥＦＣ
スタックＡのガスリーク量、記号▲は比較例のＰＥＦＣ
スタックＢのガスリーク量を示す。
スタックＡのガスリーク量、記号▲は比較例のＰＥＦＣ
スタックＢのガスリーク量を示す。
【００３６】本発明による実施例のＰＥＦＣスタックＡ
は、ガス供給圧力を４ｋｇｆ／ｃｍ ２にした場合におい
てもガスリークは観察されなかった。ところが、比較例
のＰＥＦＣスタックＢは、ガス供給圧力を１．０ｋｇｆ
／ｃｍ２以上にした場合にガスリークが観察されて、ガ
ス供給圧力が増大するにつれてガスリーク量も増大し
た。
は、ガス供給圧力を４ｋｇｆ／ｃｍ ２にした場合におい
てもガスリークは観察されなかった。ところが、比較例
のＰＥＦＣスタックＢは、ガス供給圧力を１．０ｋｇｆ
／ｃｍ２以上にした場合にガスリークが観察されて、ガ
ス供給圧力が増大するにつれてガスリーク量も増大し
た。
【００３７】図６の結果は、本発明のＰＥＦＣ用セパレ
ータを用いたＰＥＦＣスタックの耐圧性が、比較例に示
した従来のＰＥＦＣ用セパレータを用いた場合に比べて
優れていることを示している。すなわち、従来型のＰＥ
ＦＣスタックに使用されているセパレータのように、セ
パレータの同一面のみにガス流路およびガス流路とマニ
ホールドを連続させる溝を形成した場合、その表面にガ
ス流路を囲む閉じた平面が存在しないために、パッキン
の圧迫が不足して耐圧性が低い。
ータを用いたＰＥＦＣスタックの耐圧性が、比較例に示
した従来のＰＥＦＣ用セパレータを用いた場合に比べて
優れていることを示している。すなわち、従来型のＰＥ
ＦＣスタックに使用されているセパレータのように、セ
パレータの同一面のみにガス流路およびガス流路とマニ
ホールドを連続させる溝を形成した場合、その表面にガ
ス流路を囲む閉じた平面が存在しないために、パッキン
の圧迫が不足して耐圧性が低い。
【００３８】一方、本発明によるセパレータを用いたＰ
ＥＦＣスタックは、セパレータの表面に形成されたガス
流路とマニホールドとが、貫通孔とセパレータの裏面に
設けられた溝とを介して連続しているため、セパレータ
の表面には、マニホールドを含まない、ガス流路を囲む
閉じた平面が存在する。この平面を利用してシールをす
ることによって、パッキングやガスケットの両面が十分
に圧迫される。そのため、従来は不十分であったガス流
路近傍のシールが確実となって、ＰＥＦＣの耐圧性が著
しく向上し、ＰＥＦＣからのガスの漏出、混合を防ぐこ
とができとができる。
ＥＦＣスタックは、セパレータの表面に形成されたガス
流路とマニホールドとが、貫通孔とセパレータの裏面に
設けられた溝とを介して連続しているため、セパレータ
の表面には、マニホールドを含まない、ガス流路を囲む
閉じた平面が存在する。この平面を利用してシールをす
ることによって、パッキングやガスケットの両面が十分
に圧迫される。そのため、従来は不十分であったガス流
路近傍のシールが確実となって、ＰＥＦＣの耐圧性が著
しく向上し、ＰＥＦＣからのガスの漏出、混合を防ぐこ
とができとができる。
【００３９】
【発明の効果】本発明のＰＥＦＣ用セパレータの表面に
は、マニホールドを含まない、ガス流路を囲む閉じた平
面が存在するため、この平面を利用して確実にシールを
することができ、耐圧性の高いＰＥＦＣスタックを製造
することができる。また、本発明のＰＥＦＣ用セパレー
タは、その厚みを薄くすることができるために、出力密
度の高いＰＥＦＣを製造することができる。
は、マニホールドを含まない、ガス流路を囲む閉じた平
面が存在するため、この平面を利用して確実にシールを
することができ、耐圧性の高いＰＥＦＣスタックを製造
することができる。また、本発明のＰＥＦＣ用セパレー
タは、その厚みを薄くすることができるために、出力密
度の高いＰＥＦＣを製造することができる。
【図１】本発明のＰＥＦＣの単セルの断面構造を示した
図。
図。
【図２】従来のＰＥＦＣの単セルの断面構造を示した
図。
図。
【図３】従来のＰＥＦＣ用セパレータの要部拡大斜視
図。
図。
【図４】本発明のＰＥＦＣ用セパレータの要部拡大斜視
図。
図。
【図５】本発明のＰＥＦＣ用セパレータのＡ−Ａ’断面
図。
図。
【図６】本発明のＰＥＦＣと従来のＰＥＦＣの、ガス圧
力とガスリーク量の関係を示す図。
力とガスリーク量の関係を示す図。
【図７】本発明のＰＥＦＣ用セパレータの表面の概略を
示す図。
示す図。
【図８】本発明のＰＥＦＣ用セパレータの裏面の概略を
示す図。
示す図。
１ 固体高分子電解質膜 ２ カソード側ガス拡散電極 ３ アノード側ガス拡散電極 ４ セパレータ ５ 温度調節部 ６ ガス供給マニホールド ７ ガス排出マニホールド ８ ガス流路 ９ 温度調節水流路 １０ パッキング １１ 溝 １２ ボルト穴 １３ 第１の貫通孔 １４ 第２の貫通孔 １５ 第１の溝 １６ 第２の溝 １７ 対極側のガス供給マニホールド １８ 対極側のガス排出マニホールド
Claims (4)
- 【請求項１】 ガス供給マニホールドとガス排出マニホ
ールドを備えた固体高分子電解質型燃料電池用セパレー
タであって、前記セパレータのガス拡散電極と接する面
を表面、ガス拡散電極と接しない面を裏面とした時、前
記セパレータは表面に、ガス流路、裏面に第１と第２の
溝、表面から裏面に貫通する第１と第２の貫通孔を備
え、前記ガス流路は前記第１の貫通孔および前記第２の
貫通孔と連続し、前記第１の貫通孔は前記第１の溝を介
してガス供給マニホールドと連続し、前記第２の貫通孔
は前記第２の溝を介してガス排出マニホールドと連続
し、前記セパレータの表面には、ガス流路を囲み、ガス
供給マニホールドとガス排出マニホールドを含まない閉
じた平面が存在することを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池用セパレータ。 - 【請求項２】 セパレータの裏面に温度調節部を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の固体高分子電解質型
燃料電池用セパレータ。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の、ガス流路、
第１と第２の溝、第１と第２の貫通孔を備えたセパレー
タを２組以上備えたことを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池用セパレータ。 - 【請求項４】 請求項１、２および３に記載のセパレー
タを備えた固体高分子電解質型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001097143A JP2002298875A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 固体高分子電解質型燃料電池用セパレータおよびそれを備えた固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001097143A JP2002298875A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 固体高分子電解質型燃料電池用セパレータおよびそれを備えた固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002298875A true JP2002298875A (ja) | 2002-10-11 |
Family
ID=18950959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001097143A Pending JP2002298875A (ja) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | 固体高分子電解質型燃料電池用セパレータおよびそれを備えた固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002298875A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002298872A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Isuzu Motors Ltd | 燃料電池用セパレータ及び燃料電池 |
| US6866959B2 (en) | 2001-12-26 | 2005-03-15 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell |
| JP2006164606A (ja) * | 2004-12-03 | 2006-06-22 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池用セパレータ及び燃料電池スタック |
| US7226688B2 (en) | 1999-09-10 | 2007-06-05 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell |
| US8283085B2 (en) | 2001-12-26 | 2012-10-09 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell and separator thereof |
-
2001
- 2001-03-29 JP JP2001097143A patent/JP2002298875A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7226688B2 (en) | 1999-09-10 | 2007-06-05 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell |
| JP2002298872A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Isuzu Motors Ltd | 燃料電池用セパレータ及び燃料電池 |
| US6866959B2 (en) | 2001-12-26 | 2005-03-15 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell |
| US7632597B2 (en) | 2001-12-26 | 2009-12-15 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell and separator thereof |
| US8283085B2 (en) | 2001-12-26 | 2012-10-09 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell and separator thereof |
| JP2006164606A (ja) * | 2004-12-03 | 2006-06-22 | Mitsubishi Electric Corp | 燃料電池用セパレータ及び燃料電池スタック |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20051213 |