JP2002298876A

JP2002298876A - 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

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Publication number: JP2002298876A
Application number: JP2001097239A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Tsumura; 直宏津村; Shuji Hitomi; 人見　　周二
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2001-03-29
Filing date: 2001-03-29
Publication date: 2002-10-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ガス漏れのない、高性能な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ｍ個（但しｍは
ｍ≦ｎを満たす整数）の溝、表面から裏面に貫通するｎ
個（但しｎは３以上の整数）の貫通孔を備え、ガス流路
は前記ｎ個の貫通孔と連続し、１個以上（ｎ−１）個以
下の貫通孔は１個以上（ｍ−１）個以下の溝を介してガ
ス供給マニホールドと連続し、残りの貫通孔は残りの溝
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

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
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】固体高分子型燃料電池（以下では「ＰＥ
ＦＣ」とする）は、固体高分子電解質膜と、その膜を挟
むように配置されたアノ−ド側ガス拡散電極とカソ−ド
側ガス拡散電極とで構成される膜−電極接合体（ＭＥ
Ａ）の両側にセパレータを備えたＰＥＦＣ単セルを、多
数積層したＰＥＦＣスタックで構成される発電装置であ
る。この装置の発電は、アノード側ガス拡散電極に燃
料を、またカソ−ド側ガス拡散電極に酸化剤を供給する
ことによっておこなわれる。燃料として水素ガス、酸化
剤として酸素ガスを供給することによってこの装置を作
動させた場合、つぎのような電気化学反応が進行する。

【０００３】アノ−ド側電極：２Ｈ_２→４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ カソ−ド側電極：Ｏ_２＋４Ｈ^＋＋４ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ従来のＰＥＦＣ単セルおよびそれに使用されるセパレー
タの構造を、図４、図５および図６を用いて説明する。
図４は従来のセパレータを備えたＰＥＦＣ単セルの断面
構造を示す図、図５は従来のカソード側セパレータの表
面の構造を示す図、図６は従来のカソード側セパレータ
の裏面の構造を示す図である。なお、従来のアノード側
セパレータの表面および裏面も、図５および図６と同様
の構造である。

【０００４】図４、図５および図６において、１はカソ
ード側ガス拡散電極、２はアノード側ガス拡散電極、３
は固体高分子電解質膜、４はガスケット、５はカソード
側セパレータ、６はアノード側セパレータ、７はカソー
ド側ガス供給マニホールド、８はカソード側ガス排出マ
ニホールド、９はアノード側ガス供給マニホールド、１
０はアノード側ガス排出マニホールド、１１はカソード
側ガス流路、１２はアノード側ガス流路、１３はカソー
ド側ガス流路１１とカソード側ガス供給マニホールド７
を連続する溝、１４はカソード側ガス流路１１とカソー
ド側ガス排出マニホールド８を連続する溝である。

【０００５】従来のＰＥＦＣ単セルは、図４に断面構造
を示したように、カソード側ガス拡散電極１およびアノ
ード側ガス拡散電極２が、固体高分子電解質膜３の両面
に接合された膜−電極接合体（ＭＥＡ）の両側に、カソ
ード側セパレータ５およびアノード側セパレータ６がガ
スケット４を介して備えられている。ＰＥＦＣ単セルに
は、マニホールド７、８、９、１０が備えられている。
そして、カソード側セパレータ５のカソード側ガス拡散
電極１に対向する面（表面）にはカソード側ガス流路１
１が設けられ、また、アノード側セパレータ６のアノー
ド側ガス拡散電極２に対向する面（表面）にはアノード
側ガス流路１２が設けられている。カソード側ガス流路
１１およびアノード側ガス流路１２の形状は溝状であ
る。

【０００６】酸化剤ガスは、カソード側ガス供給マニホ
ールド７からカソード側ガス流路１１を通り、カソード
側ガス排出マニホールド８から排気され、その間にカソ
ード側ガス拡散電極１で電気化学反応して消費される。
また、燃料ガスは、アノード側ガス供給マニホールド９
からアノード側ガス流路１２を通り、アノード側ガス排
出マニホールド１０から排気され、その間にアノード側
ガス拡散電極２で電気化学反応して消費される。

【０００７】従来のカソード側セパレータの表面の構造
を図５に、また、裏面の構造を図６に示す。裏面には各
マニホールド７、８、９、１０が設けられている。表面
にはカソード側ガス流路１１と溝１３および１４が備え
られ、カソード側ガス流路１１とカソード側ガス供給マ
ニホールド７は溝１３で連続され、カソード側ガス流路
１１とカソード側ガス排出マニホールド８は溝１４で連
続されている。

【０００８】このように従来のＰＥＦＣ用カソード側セ
パレータ５では、カソード側ガス流路１１が形成された
のと同じ面（表面）に２個の溝１３および１４が形成さ
れているために、カソード側セパレータ５の表面におい
ては、カソード側ガス流路１１を囲むが、カソード側ガ
ス供給マニホールド７およびカソード側ガス排出マニホ
ールド８を含まない閉じた平面が存在しない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の構造
のセパレータにおいては、膜−電極接合体（ＭＥＡ）を
ガスケットを介してセパレータで挟んだ場合、溝の部分
ではガスケットを十分に圧迫することができない。その
ため、セパレータとガスケットとの間、ガスケットと固
体高分子電解質膜との間において、ガスの密閉性が低下
するといった問題があった。特に、電解質膜とガスケッ
トとの間での密閉性の低下は、ガスがもう一方の電極の
ガス流路に漏れ出す原因となって、それによって、セル
電圧が低下することとなっていた。

【００１０】また、従来のセパレータのガス拡散電極に
対向する面（表面）に備えられたガス流路では、ガスを
流通させるために大きな圧力損失が発生するといった問
題があった。特に大量のガスを流通させる場合、ガス流
路内のガスの流れが速くなるので、大きな圧力損失が生
じる。このようなセパレータを備えたＰＥＦＣスタック
では、ガスを供給するための装置の消費電力が大きくな
るので、システム全体のエネルギー効率が大きく低下す
る。

【００１１】そこで本発明は、上記の問題を克服し、ガ
ス漏れのない、高性能な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】

【課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ｍ個（但しｍはｍ≦ｎを満たす整
数）の溝、表面から裏面に貫通するｎ個（但しｎは３以
上の整数）の貫通孔を備え、ガス流路は前記ｎ個の貫通
孔と連続し、１個以上（ｎ−１）個以下の貫通孔は１個
以上（ｍ−１）個以下の溝を介してガス供給マニホール
ドと連続し、残りの貫通孔は残り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、シールが確実
で、ガス漏れのない、高性能な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、上記固体高分子電解質
型燃料電池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。

【００１５】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。

【００１６】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、ｎ個の貫
通孔、ｍ個の溝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。

【００１７】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。

【００１８】請求項４の発明は、固体高分子電解質膜と
その両面に接合した一対のガス拡散電極とで構成される
膜−電極接合体の両側をセパレータで挟んだＰＥＦＣの
単セルを複数積層したＰＥＦＣスタックにおいて、少な
くとも１枚のセパレータが上記のセパレータであること
を特徴とする。

【００１９】請求項４の発明によれば、ガス漏れのな
い、高性能なＰＥＦＣスタックを得ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】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単セルの断面構造を示した図、図２は本
発明のＰＥＦＣ用カソード側セパレータの表面の構造を
示す図、図３は本発明のカソード側セパレータの裏面の
構造を示す図である。これらの図においては、カソード
側セパレータの裏面に２個の溝と、表面から裏面に貫通
する６個の貫通孔を備えた例を示した。なお、本発明の
アノード側セパレータの表面および裏面も、図２および
図３と同様の構造である。

【００２１】図１、図２および図３において、記号１〜
１２は、図４〜図６と同じものを示し、１５はカソード
側セパレータの裏面に備えた第１の溝、１６はカソード
側セパレータの裏面に備えた第２の溝、１７ａ、１７
ｂ、１７ｃ、１８ａ、１８ｂおよび１８ｃはカソード側
セパレータの表面から裏面に貫通する、第１〜第６の合
計６個の貫通孔、１９は温度調節部、２０は温度調節水
流路である。

【００２２】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３の両面に、カソード
側ガス拡散電極１およびアノード側ガス拡散電極２とを
接合した膜―電極接合体（ＭＥＡ）の両側を、ガスケッ
ト４を介して挟み、さらにその外側から温度調整部１９
を当接させた構造である。ＰＥＦＣスタックは、このＰ
ＥＦＣ単セルを多数積層したものである。

【００２３】そしてカソード側セパレータ５のカソード
側ガス拡散電極１に接している面を表面とした時、カソ
ード側セパレータ５の表面にカソード側ガス流路１１を
備え、カソード側セパレータ５の裏面には第１の溝１５
と第２の溝１６を備えており、また、カソード側セパレ
ータ５には６個の貫通孔１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１８
ａ、１８ｂ、１８ｃが備えられ、カソード側ガス流路１
１はこれら６個の貫通孔と連続している。

【００２４】本発明のカソード側セパレータ５の表面に
は、図２に示したように、カソード側ガス供給マニホー
ルド７、カソード側ガス排出マニホールド８、アノード
側ガス供給マニホールド９、アノード側ガス排出マニホ
ールド１０およびカソード側ガス流路１１が備えられて
いる。また、本発明のカソード側セパレータ５の裏面に
は、図３に示したように、４つのマニホールド７、８、
９、１０と、第１の溝１５および第２の溝１６が備えら
れている。そして、カソード側ガス流路１１と３個の貫
通孔１７ａ、１７ｂ、１７ｃと第１の溝１５とガス供給
マニホールド７とが連続しており、また、カソード側ガ
ス流路１１と３個の貫通孔１８ａ、１８ｂ、１８ｃと第
２の溝１６とガス排出マニホールド８とが連続してい
る。

【００２５】そして、カソード側の酸化剤ガスは図１に
示した矢印の方向のように、ガス供給マニホールド７か
らカソード側ガス拡散電極１を通ってガス排出マニホー
ルド８に流れ、酸化剤ガスはカソード側ガス拡散電極１
での電気化学反応によって消費され、未反応のガスや反
応生成物はガス排出マニホールド８から排気される。

【００２６】本発明のＰＥＦＣ用カソード側セパレータ
５においては、カソード側セパレータ５の表面に設けら
れたカソード側ガス流路１１とガス供給マニホールド７
は、３つの貫通孔１７ａ、１７ｂ、１７ｃとカソード側
セパレータ５の裏面に備えた第１の溝１５を介して連続
し、また、カソード側セパレータ５の表面に設けられた
カソード側ガス流路１１とガス排出マニホールド８は、
３つの貫通孔１８ａ、１８ｂ、１８ｃとカソード側セパ
レータ５の裏面に備えた第２の溝１６を介して連続して
いるため、カソード側セパレータ５の表面には、図２の
点線で示したような、カソード側ガス流路１１を囲み、
カソード側ガス供給マニホールド７とカソード側ガス排
出マニホールド８を含まない閉じた平面が存在すること
になる。

【００２７】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、ガス供給マニホールドからガ
ス流路へ流れ込むガスが対極にリークすることを著しく
減少することができる。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図１、図２および図３に
おいては、セパレータの表面から裏面に貫通する貫通孔
を６個と、裏面に２個の溝を備え、３個の貫通孔が１個
の溝を介してマニホールドと連続している場合を示した
が、本発明のセパレータにおいては、貫通孔は３個以上
の任意の整数ｎ個あればよく、それに合わせて、溝の数
は２個以上の任意の整数ｍ個（ただし、ｍ≦ｎとする）
あればよい。例えば、カソード側ガス流路１１にａ個の
貫通孔が連続しており、このａ個の貫通孔がａ個よりも
少ない溝と連続しているような形状、いいかえると、複
数の溝の中には、１個の溝に複数の貫通孔が連続してい
る形状のものが混在していてもよい。

【００２８】貫通孔の数と溝の数をこのようにすること
により、セパレータの表面に設けられたガス流路をｎ個
の貫通孔と連続させ、そのうち１個以上（ｎ−１）個以
下の貫通孔は１個以上（ｍ−１）個以下の溝を介してガ
ス供給マニホールドと連続させ、残りの貫通孔は残りの
溝を介してガス排出マニホールドと連続させることがで
きる。

【００２９】また、本発明のセパレータにおいては、ガ
ス供給マニホールドが１個の溝および１個の貫通孔を介
してガス流路と連続しており、ガス排出マニホールドが
（ｍ−１）個の溝および（ｎ−１）個の貫通孔を介して
ガス流路と連続しているようにしてもよいし、その逆
に、ガス排出マニホールドが１個の溝および１個の貫通
孔を介してガス流路と連続しており、ガス供給マニホー
ルドが（ｍ−１）個の溝および（ｎ−１）個の貫通孔を
介してガス流路と連続しているようにしてもよい。

【００３０】このように、ガス流路にガスが供給される
側の貫通孔および溝、またガスが排出される側の貫通孔
および溝を、少なくとも一方を複数とすることによっ
て、それぞれの貫通孔や溝に流通するガス量が少なくな
り、各貫通孔を流れるガスの流速を減少させることがで
きる。特に、電極面積が大きくなり、大量のガスを流通
させる必要がある場合でも、貫通孔およびそれに連続す
る溝の数を増加することによって、ガスの流れを減速さ
せ、流通にともなう圧力損失を削減できるので、燃料電
池システム全体のエネルギー効率を向上させることがで
きる。

【００３１】さらに、このような特徴を有する本発明の
セパレータでは、ガス流路のガス供給部からガス排出部
までの構造、すなわちガスが流れる溝の幅や深さあるい
は貫通孔の寸法およびガスが流れる始点から終点までの
距離を調整することによって、それぞれに流入するガス
の量を制御することができる。例えば、図３に示すよう
に、各溝や貫通孔の形状をほぼ同じものすることによっ
て、それぞれに流れ込むガスの量を均一にすることがで
きる。

【００３２】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。

【００３３】本発明においては、上述の、表面にガス流
路、ｎ個の貫通孔、裏面にｍ個の溝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ＰＥＦＣスタックを簡単
に作製することができる。

【００３４】さらに本発明は固体高分子電解質膜とその
両面に接合した一対のガス拡散電極とで構成される膜−
電極接合体（ＭＥＡ）の両側をセパレータで挟んだ固体
高分子電解質型燃料電池の単セルを複数積層した固体高
分子電解質型燃料電池スタックにおいて、少なくとも１
枚のセパレータを上述のセパレータとすることによりセ
パレータと単セルとの間でのガスのリークを削減するこ
とができる。さらに、本発明のＰＥＦＣスタックでは、
ガスのリークを著しく削減できることのよってガスの利
用率を向上できることから、各単セルの少なくとも一方
に本発明のセパレータを備えることが好ましい。

【００３５】本発明のＰＥＦＣ用セパレータの表面に設
けるガス流路の形状は特に限定されないが、ガス流路内
部でのガスの偏在を防ぐためには、ガス流路の形状は、
深さが５．０ｍｍ以下、幅が５．０ｍｍ以下の溝状であ
ることが好ましく、電極とセパレータとの間の接触抵抗
を削減するために、幅は１．０ｍｍ以下であることが特
に好ましい。

【００３６】本発明のＰＥＦＣ用のセパレータの裏面に
設ける溝の形状は、溝内の流体の圧力損失を軽減するた
めに、深さ０．３０ｍｍ以上、幅１．０ｍｍ以上の溝で
あることが好ましい。また、セパレータの表面と裏面を
貫通する貫通孔は、厚み方向の断面が円形や長円形のも
のを用いることができる。とくに、流体の圧力損失を軽
減するために、その形状は、セパレータの表面に設けら
れたガス流路を構成する溝の断面積の０．５０〜２．０
０倍の面積を有する円形であることが好ましい。

【００３７】本発明のセパレータの形状は、燃料電池ス
タックに備えられたときに、たわみが少なくなることか
ら長方形であることが好ましく、とくにたわみの少ない
形状として、その単辺と長辺との比が１．０：２．０〜
１．０：５．０であることが好ましい。また、その厚み
は、燃料電池スタックを小形化ができることから、１
０．０ｍｍ以下であることが好ましく、反応熱を効率よ
く回収するために、２．０ｍｍ以下であることが好まし
い。またその材質は、炭素材料や金属材料を用いること
ができる。とくに、化学的に安定で加工性に優れた炭素
材料が好ましい。

【００３８】本発明のＰＥＦＣ単セルに用いられる電極
には、触媒を備えたガス拡散電極を用いることができ
る。ここで、触媒としては、白金、ルテニウム、ロジウ
ム、イリジウム、パラジウム、オスニウム、マグネシウ
ム、アルミニウム、バナジウム、クロム、マンガン、
鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀、タングステン
および金からなる群より選ばれた少なくともひとつ以上
の元素を含む粒子またはそれをカーボン粒子などの担体
に担持したものを用いることができる。また、本発明の
ＰＥＦＣスタックに用いられる固体高分子電解質には、
パーフルオロカーボンスルフォン酸型またはスチレン−
ジビニルベンゼン系のスルフォン酸型陽イオン交換樹脂
が好ましい。本発明のＰＥＦＣ単セルやＰＥＦＣスタッ
クに用いられるガスケットには、これらの限るものでは
ないが、天然ゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、
エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、水
素化ニトリルゴム等のゴム、ポリテトラフルオロエチレ
ン等のフッ素樹脂、等を原料とする板状のものを使用す
ることができる。また、さらに、機密性を向上させるた
めに、Ｏリングをガスケットとして使用することができ
る。

【００３９】

【実施例】以下、本発明を好適な実施例を用いて説明す
る．［実施例］カソード側およびアノード側とも同一形状
の、本発明のＰＥＦＣ用セパレータを製作した。厚さ５
ｍｍのカーボン板の表面にガス流路を、裏面に２個の溝
を、さらに６個の貫通孔を形成することによって、実施
例のセパレータを製作した。ガス拡散電極に対向する面
（表面）の形状は図２と、また、裏面の形状は図３と同
じとした。

【００４０】図２および図３に示した４個のマニホール
ド７、８、９、１０はすべて長円形で、直線部分の長さ
が１５．０ｍｍ、その幅が１０．０ｍｍ、円形部分は半
径５．０ｍｍの半円形であり、セパレータの表面に対し
て垂直に加工されている。裏面に設けられた溝１５と１
６は、いずれも幅１０．０ｍｍ、深さ１．０ｍｍであ
る。そして、６個の貫通孔はいずれも直径１．０ｍｍの
円形で、セパレータの表面に垂直に形成されている。セ
パレータの表面に設けられたガス流路１１の形状は、幅
１．０ｍｍ、深さ１．０ｍｍの溝状である。

【００４１】［比較例］厚さ５ｍｍのカーボン板の表面
にガス流路と貫通孔とを形成した、従来のＰＥＦＣ用セ
パレータを製作した。ガス拡散電極に対向する面（表
面）の形状は図５と、また、裏面の形状は図６と同じと
した。図５において、４個のマニホールド７、８、９、
１０はすべて長円形で、直線部分の長さが１５．０ｍ
ｍ、その幅が１０．０ｍｍ、円形部分は半径５．０ｍｍ
の半円形であり、セパレータの表面に対して垂直に加工
されている。セパレータの表面に設けられたガス流路１
１は、幅１．０ｍｍ、深さ１．０ｍｍの溝状である。

【００４２】固体高分子電解質（デュポン社製、ナフィ
オン、膜厚約５０μｍ）の両面にアノード側電極および
カソード側電極（ともに１．０ｍｇ／ｃｍ^２の白金を担
持したガス拡散電極、有効面積２２５ｃｍ^２）を接合す
ることによって膜−電極接合体（ＭＥＡ）を製作した。
そして、その両面に実施例と比較例のセパレータを配し
た単セルを組立て、この単セルを３組積層することによ
ってＰＥＦＣスタックを製作し、つぎのような評価をお
いこなった。

【００４３】まず、セルスタックの燃料ガスの排気口を
閉じ、同ガスの供給口から窒素ガスを封入し、その圧力
を増加させた。その結果、実施例のＰＥＦＣスタックで
は、窒素ガスの封入する圧力を３．０ａｔｍまで増加さ
せたときに、酸化剤ガスの供給口と排気口とから窒素ガ
スが漏れだした。一方、比較例のＰＥＦＣスタックで
は、その漏れは圧力が２．０ａｔｍのときに観測され
た。これは、本発明のセパレータを用いることによって
ガスの気密性が向上し、対極側へのクロスリークするガ
スの量を大きく削減できることが示された。

【００４４】つぎに、実施例と比較例のＰＥＦＣスタッ
クに水素と空気とを１ａｔｍにて供給し、８０℃、３０
０ｍＡ／ｃｍ^２で作動させたときの圧力損失（供給ガス
圧と排気ガス圧との差）と電圧とを調べた結果を図７と
図８に示した。図７および図８において、Ａは実施例の
ＰＥＦＣスタック、Ｂは比較例のＰＥＦＣスタックにつ
いてのデータである。本発明のＰＥＦＣスタックの圧力
損失は、比較例のＰＥＦＣスタックよりも約０．１ａｔ
ｍ低い値を示した。また、本発明の燃料電池スタックの
電圧は、比較例のものよりも約５０ｍＶ高い電圧を示し
た。これは、本発明のセパレータを用いることによっ
て、ＰＥＦＣスタックに供給されるガスの圧力損失を削
減し、その出力性能を向上できることを示している。

【００４５】

【発明の効果】本発明のＰＲＦＣ用セパレータを用いる
ことにより、ガス漏れがなく、高性能なＰＥＦＣスタッ
クを提供することができる。また、本発明のＰＥＦＣス
タックによれば、エネルギー効率の高い燃料電池発電シ
ステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例のセパレータを備えた燃料電池ス
タックの概略図

【図２】本発明のセパレータの一例を示す概略図、

【図３】本発明の一例のセパレータを備えた燃料電池ス
タックの一部を示す図

【図４】従来のセパレータを備えたＰＥＦＣ単セルの断
面構造を示す図。

【図５】従来のセパレータの表面の構造を示す図。

【図６】従来のセパレータの裏面の構造を示す図

【図７】ＰＥＦＣセルスタックを３００ｍＡ／ｃｍ^２で
作動させたときのガスの圧力損失を示す図。

【図８】ＰＥＦＣセルスタックの３００ｍＡ／ｃｍ^２で
の電圧を示す図。

【符号の説明】

１カソード側ガス拡散電極２アノード側ガス拡散電極３固体高分子電解質膜４ガスケット５カソード側セパレータ６アノード側セパレータ７カソード側ガス供給マニホールド８カソード側ガス排出マニホールド９アノード側ガス供給マニホールド１０アノード側ガス排出マニホールド１１カソード側ガス流路１２アノード側ガス流路１３カソード側ガス流路１１とカソード側ガス供給マ
ニホールド７を連続する溝１４カソード側ガス流路１１とカソード側ガス排出マ
ニホールド８を連続する溝１５カソード側セパレータの裏面に備えた第１の溝１６カソード側セパレータの裏面に備えた第２の溝１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ貫
通孔１９温度調節部２０温度調節水流路

Claims

【特許請求の範囲】

【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ｍ個（但しｍ
はｍ≦ｎを満たす整数）の溝、表面から裏面に貫通する
ｎ個（但しｎは３以上の整数）の貫通孔を備え、ガス流
路は前記ｎ個の貫通孔と連続し、１個以上（ｎ−１）個
以下の貫通孔は１個以上（ｍ−１）個以下の溝を介して
ガス供給マニホールドと連続し、残りの貫通孔は残りの
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、
ｎ個の貫通孔、ｍ個の溝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】固体高分子電解質膜とその両面に接合し
た一対のガス拡散電極とで構成される膜−電極接合体の
両側をセパレータで挟んだ固体高分子電解質型燃料電池
の単セルを複数積層した固体高分子電解質型燃料電池ス
タックにおいて、少なくとも１枚のセパレータが請求項
１、２または３に記載のセパレータであることを特徴と
する固体高分子電解質型燃料電池スタック。