JP2002313371A - 燃料電池セルユニット - Google Patents

燃料電池セルユニット

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JP2002313371A
JP2002313371A JP2000373318A JP2000373318A JP2002313371A JP 2002313371 A JP2002313371 A JP 2002313371A JP 2000373318 A JP2000373318 A JP 2000373318A JP 2000373318 A JP2000373318 A JP 2000373318A JP 2002313371 A JP2002313371 A JP 2002313371A
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Shunsuke Taniguchi
俊輔 谷口
Yukinori Akiyama
幸徳 秋山
Yoshito Konno
義人 近野
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロトン伝導性ゲルを電解質に用いた燃料電
池において、従来よりも優れた発電効率を有する燃料電
池とその製造方法を提供する。 【解決手段】 積層体2の周縁側面と、チャネルプレー
ト15、16の表面にプロトン伝導性ゲルからなるシール部
材20を塗布(充填)し、ガスリークを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プロトン伝導性ゲ
ルを含んでなる電解質を用いた燃料電池の改良技術に関
する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池は、電解質をアノード触媒層と
カソード触媒層で挟み、これを2枚のガス拡散層間に配
したセル構成を持ち、アノード側に水素を含むアノード
ガス、カソード側に酸素を含むカソードガス(酸化剤ガ
ス)をそれぞれ供給し、水素と酸素を反応させて発電を
行う。カソードガスには一般的に空気が用いられる。ア
ノードガスには純水素ガスのほか、天然ガスやナフサ等
の軽質炭化水素などの燃料ガスを燃料ガス改質系(改質
器、CO変成器、CO除去器)を用いて改質し、水素リッチ
な改質ガスとしたものが用いられる。
【0003】電解質には様々な種類が用いられている
が、このうち陽イオン交換樹脂からなる固体高分子膜を
電解質に用いた固体高分子型燃料電池は、乗物用、携帯
機器用、屋外用などの電源として検討されている。とこ
ろで近年、燃料電池用の電解質として次のプロトン伝導
性ゲルが研究されている。このプロトン伝導性ゲルは、
例えば特開平8-249923号公報、特開平11-203936号公報
に開示されているように、ゾルゲル法により作製した酸
化ケイ素とブレンステッド酸(主としてリン酸)を主体
とする化合物であって、これを電解質に用いた燃料電池
は、固体高分子型燃料電池の作動温度(100℃程度)よ
りも高い作動温度(150℃)で発電することができる。
したがって、従来の固体高分子型燃料電池のように、燃
料ガス改質系からの高温の改質ガスを、燃料電池の作動
温度(100℃温度)に合わせて大幅に冷却する必要がな
くなり、発電にかかる熱効率を飛躍的に改善することが
できる。
【0004】また固体高分子型燃料電池では、電解質の
固体高分子膜を十分に湿潤させないと内部抵抗が上がり
発電効率が低下するが、上記プロトン伝導性ゲルは、発
電時に固体高分子膜よりも水分を必要としないので、固
体高分子型燃料電池に比べて比較的高温下でも安定した
発電が可能である。このように上記プロトン伝導性ゲル
を電解質に用いると、固体高分子型燃料電池の抱えてい
た問題の多くを改善できると考えられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池セ
ルユニットは一般に、電解質膜の主面両側に電極(触媒
層およびガス拡散層)とガス流通用のチャネルプレート
を配する構成を有するが、従来の固体高分子型燃料電池
では、従来のセルユニットの部分拡大図(図7)に示す
ように、セルユニットに供給したガスがセル周縁から無
駄に漏れるのを防ぐために、電解質膜主面の周囲とチャ
ネルプレート主面の周囲の間にパッキンを介在させてい
る。
【0006】しかしながら、前記プロトン伝導性ゲルか
らなる電解質膜はガラス質であるため、これに直接パッ
キンを配すると破損してしまう危険がある。また、この
対策として、図6のセルユニットの部分断面図に示すよ
うに、ガス拡散層とチャネルプレートとの間にパッキン
を配することで電解質膜にかかる圧力を緩和し、その破
損を回避しようとすると、ガス拡散層および触媒層(こ
こではカソード側およびアノード側の両方)の側面から
ガスが漏れてしまうという別の問題を生じる可能性があ
った。これは燃料電池の効率とコストの両面で大きな問
題であり、早急に解決すべき課題である。
【0007】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、その目的はプロトン伝導性ゲルを電解質
に用いた燃料電池において、セルユニット周縁からのガ
ス漏れを防ぐことによって、従来よりも優れた発電効率
を有する燃料電池とその製造方法を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、電解質膜の両主面に、触媒層、ガス拡散
層、ガス流通用のチャネルプレートをそれぞれこの順に
積層したセル構造を有し、前記チャネルプレートの一方
に燃料ガス、他方に酸化剤ガスを流通させて発電する燃
料電池セルユニットであって、前記電解質膜は、プロト
ン伝導性ゲルを含んでなり、前記電解質膜の両主面に配
された少なくとも一方の触媒層およびガス拡散層は、そ
の周縁側面が前記電解質膜および前記チャネルプレート
の周縁側面より内側に位置するように配設されており、
前記チャネルプレートの周縁側面より内側に位置するよ
うに配設された触媒層およびガス拡散層の周縁側面に
は、少なくとも当該ガス拡散層の側面の一部以上にシー
ル部材が配されている構成とした。
【0009】このようにシール部材を配することによ
り、当該シール部材と接触する触媒層とガス拡散層の周
縁側面からのガス漏れが飛躍的に抑制されるようにな
る。したがって、コストの合理化とともに、優れた発電
効率の獲得が期待できる。前記シール部材としては、電
解質膜の材料と同様のプロトン伝導性ゲルを含む材料を
選ぶことができる。このようにすれば、前記電解質膜を
形成する際にシール部材も一緒に作製することができる
ので(詳細を後述する)、作業効率が上がり望ましい。
【0010】また、前記シール部材を設ける位置を、触
媒層とガス拡散層の周縁側面のうち、少なくとも前記チ
ャネルプレートの燃料ガス流通方向と平行する側面部分
とすることによって、効率よくガス漏れが防げるので望
ましいことが本願発明者らの実験により明らかにされて
いる。さらにシール部材は、ガス漏れを効率よく防ぐた
めに、触媒層とガス拡散層の両方の周縁側面に設けるの
が望ましい。
【0011】ここで、前記プロトン伝導性ゲルの材料と
しては、SiO2、Al2O3、TiO2、V2O5、ZrO2の中から選ば
れた材料と、リン酸、過塩素酸、ホウ酸、ケイ酸の中か
ら選ばれた材料とを用いることができる。また、前記電
解質膜は、多孔性シート(例えばセラミック繊維からな
る不織布など)にプロトン伝導性ゲルを保持させるよう
にして形成すると、機械的強度がさらに増すので望まし
い。
【0012】
【発明の実施の形態】1.実施の形態1 以下、本発明の燃料電池の一適用例について説明する。 1-1.セルユニットの構成 図1は実施の形態1の燃料電池セルユニット1の組立(セ
ル2のシール部材20の一部切り欠き部を含む)図であ
る。当図に示されるように、セルユニット1は、カソー
ド側チャネルプレート15とアノード側チャネルプレート
16の間において、電解質膜10の一方の面に、カソード触
媒層11およびカソード側ガス拡散層13、他方の面にアノ
ード触媒層12およびアノード側ガス拡散層14をこの順に
積層した構成を持つ。このうち10〜14の各構成は接合さ
れ、積層体2として一体構成されている。10〜14はほぼ
同一の主面サイズに設定されている。
【0013】アノード触媒層12とカソード触媒層11は、
触媒担持粒子(白金担持カーボン粒子)とPTFEを混合し
たシート状成型体である。ガス拡散層13、14は、厚み20
0μmの基材(カーボンペーパー)に撥水性樹脂(テトラ
フルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体
(FEP))を塗布して撥水処理してなる。
【0014】ガス拡散層13、14は集電体層とも称され、
ガスを拡散させるとともに触媒層11、12とチャネルプレ
ート15、16との電流の流れを確保する。なお、一般的
に、カソードとはカソード触媒層11とガス拡散層13、ア
ノードとはアノード触媒層12とガス拡散層14をそれぞれ
積層したものを指すので、ここでもその定義に倣うもの
とする。
【0015】アノード側チャネルプレート16は、フェノ
ール樹脂などの樹脂材料にカーボン粉末を混合したもの
を射出成形してなる部材であって、アノード側ガス拡散
層14と対向する面において、z方向を長手方向としてx方
向に一定間隔毎にリブ166が並設され、これにより同方
向にアノードガス(純水素または水素リッチな改質ガ
ス)を流通させるチャネル165が形成されている。
【0016】カソード側チャネルプレート15は、アノー
ド側チャネルプレート16とほぼ同様の部材であり、当図
では見えないが、カソード側ガス拡散層13と対向する面
(図1では下面)において、z方向を長手方向としてx方
向に一定間隔毎にリブが並設され、これにより同方向に
カソードガス(空気などの酸化剤ガス)を流通させるチ
ャネルが形成されている。
【0017】チャネルプレート15、16はともに、上記積
層体2よりもxy方向に大きいサイズであって、その周
縁側面が、積層体2の周縁側面よりも外方に位置してい
る。電解質膜10は、セラミックからなる多孔性シートに
プロトン伝導性ゲルが保持された構成を有する。プロト
ン伝導性ゲルは、酸化ケイ素とブレンステッド酸(リン
酸)を含んでなり、ブレンステッド酸に保持された酸化
ケイ素の末端表面に水酸基(OH基)が高濃度で結合した
化学構造となっている。
【0018】多孔性シートは、セラミック繊維の不織布
からなるシート体である。多孔性シートの間隙に前記プ
ロトン伝導性ゲルが保持し、これによって機械的衝撃か
ら伝導性ゲルの破損を保護するようになっている。この
多孔性シートは用いなくてもよいが、ガラス質のプロト
ン伝導性ゲルを補強する上で設けるのが望ましい。ま
た、積層体2の側面の周囲には、本実施の形態1の主たる
特徴であるシール部材20が配されているが、これについ
ては詳細を後述する。
【0019】構成要素10〜16には、セルユニット1の内
部マニホールドを形成するために各主面の各隅に開孔部
(ここでは131〜134、151〜154、161〜163のみ図示)が
設けてあり、このうち開孔部161、131、151を含んでy方
向に連なる開孔部によりアノード側チャネルプレート16
のチャネル165にアノードガス(燃料ガス)が供給さ
れ、開孔部163、133、153を含んでy方向に連なる開孔部
から排出される。また、開孔部134、154を含んでy方向
に連なる開孔部によりカソード側チャネルプレート15の
チャネルにカソードガス(酸化剤ガス)が供給され、開
孔部132、162、152を含んでy方向に連なる開孔部により
排出される。
【0020】カソード側チャネルプレート15(アノード
側チャネルプレート16)と積層体2との間には、これら
の主面の周囲に沿って、弾性(ゴム製)パッキン167a
(157a、図2に図示)が配されている。なおセルユニッ
ト1は、実際には高出力の電力が取り出せるように、各
セルユニット1毎に仕切板を介して複数個積層し、その
両端を一対の端板で固定する構成(セルスタック)に組
み上げることがある。この場合、隣接する二つのセルユ
ニット1の間のガス漏れを防ぐために、カソード側チャ
ネルプレート15(アノード側チャネルプレート16)の両
面にパッキン167a、157aを配することが望ましい。
【0021】1-2.燃料電池の動作 以上の構成を有するセルユニット1の稼働時には、アノ
ードガスとして水素ガス(水素リッチな改質ガス)、お
よびカソードガスとして空気を供給する。これにより、
アノードガスの水素はアノード付近においてプロトン
(H2→2H+2e-)となり、電解質膜のゲル中をカソー
ド触媒層11側へと移動する。一方、カソードガスの酸素
は電解質膜10中をカソード側へ移動してきたプロトンと
化合して水を生じる(2H+2e-+1/2O2→H2O)。この
とき電解質膜10中の水分がわずかでも、プロトン伝導性
ゲルによって、酸化ケイ素やリン酸中に存在する水酸基
に含まれるプロトンが、ゲル中に微量に含まれる水分子
を介してホッピング運動を行うことにより伝導され、発
電反応がなされる。前記電解質膜10中に含まれる水酸基
および微量な水分は、乾燥雰囲気、高温下でも脱離しに
くいので、プロトン伝導性を示すために多量の水分を必
要とする固体高分子膜(例えばデュポン社製ナフィオン
膜)と異なり、このような条件下でも燃料電池の稼働が
可能である。
【0022】ここで、図2は積層体2のxy平面に沿った断
面図である。本実施の形態1では、当図に示されるよう
に、実施の形態の主たる特徴であるシール部材20が、セ
ルユニット1においてチャネルプレート15、16の内面と
接触しつつ、積層体2の側面を覆うようにして設けられ
ているため、アノード側、カソード側とも触媒層11、12
およびガス拡散層13、14の側面が、外気に触れることな
く積層体2内部を気密維持されている。
【0023】なおシール部材20の材質としては、ここで
は電解質膜10と同様のプロトン伝導性ゲルを用いてい
る。当該シール部材20は、積層体2をチャネルプレート1
5、16で挟んだ後に、積層体2の側面に充填固化されてな
る。本実施の形態1では、このようなシール部材20によ
り、前記マニホールドを流通する各ガスが積層体2の周
縁側面から漏れ出ないようになっている。
【0024】1-3.シール部材の詳細な説明 従来の燃料電池では、燃料電池セルユニットは一般に、
電解質膜の主面両側に電極(触媒層およびガス拡散層)
とガス流通用のチャネルプレートを配する構成を有して
いるが、従来の固体高分子型燃料電池では、従来の積層
体の部分断面図(図7)に示すように、セルユニットに
供給したガスが無駄に漏れるのを防ぐために、電解質膜
主面の周囲とチャネルプレート主面の周囲の間にパッキ
ンを介在させている。
【0025】ところが、前記プロトン伝導性ゲルからな
る電解質膜はガラス質であるため、前記固体高分子型燃
料電池と同様にしてパッキンを配すると、電解質膜が破
損されてしまう危険がある。このため図6のセルユニッ
トの部分断面図に示すように、ガス拡散層とチャネルプ
レートとの間にパッキンを配することで電解質膜にかか
る圧力を緩和し、その破損を回避する方法が考えられる
が、これではガス拡散層(ここではカソード側およびア
ノード側の両方)の側面からガスが漏れてしまう問題を
生じる可能性がある。
【0026】以上の問題に対し、本実施の形態1では上
記のように、電解質膜10、触媒層11、12、ガス拡散層1
3、14を同様のサイズで積層してなる積層体2の周縁側面
に、シール部材20を配設するものとした。当該シール部
材20は電解質膜10に使用されるプロトン伝導性ゲルと同
様の材料である。この材料は機密性に優れており、これ
がガス透過性を有する触媒層やガス拡散層と密着してい
るので、実施の形態1では、図3に示すセルユニットの部
分断面図のように、ガスリークが効果的に防止される。
その結果、良好な効率で発電反応がなされることとな
る。
【0027】なお、シール部材20は必ずしもアノードガ
スとカソードガスの両方のガスリークを防止するように
しなくともよい。カソードガス(酸化剤ガス)が空気な
どであって、これがリークしてもそれほど問題とならな
い場合には、図4のセルユニットの拡大断面図のよう
に、アノードに対応する触媒層12とガス拡散層14の側面
部分にのみシール部材20が対応して密着する構成として
もよい。
【0028】2.燃料電池の(積層体)の作製 ここでは上記セルユニットの積層体の製造方法について
説明する。2-1.ガス拡散層の作製本発明では、ガス拡散
層にプロトン伝導性ゲル溶液の溶媒を浸透揮発させる必
要があるため、上記プロトン伝導性材料の溶液から生じ
るゲル粒子が通過できない孔(10〜100nm程度の微細
孔)が存在するように形成する。
【0029】まずカーボンペーパーにFEPを16wt%含
浸した後、380℃で1時間加熱処理することにより撥水処
理する。そして、この両面からカーボン粉末(平均一次
粒子径が30mm程度)+PTFE(重量比60:40)の混合ペー
ストを塗り込み、カーボンペーパーの内部まで充填し、
360℃で2時間熱処理する。このような方法により、作製
されるガス拡散層中には、10〜100nm程度の微細な気孔
が存在するようになる。
【0030】なお、ガス拡散層の形成方法としては、こ
の他にも、カーボン粉末とPTFE等のフッ素樹脂とを重量
比70:30程度で混合し、圧延により厚み100μm程度にシ
ート成形して形成することができる。 2-2.触媒層の作製 触媒層(電極)は白金担持カーボン粉末とPTFEを重量比
70:30で混合し、厚み20μmにシート成形して作製す
る。
【0031】2-3.プロトン伝導性材料の溶液の作製 ここでは電解質膜の形成に用いるプロトン伝導性材料の
溶液を作製する例を示す。 1-a. ケイ酸エチルSi(OC2H5)4 + リン酸トリメチルP
O(OCH3)3 + H2O +エタノールC2H5OH + 塩酸HCl
を混合(加水分解)(モル比 1:0.04:1:1:0.002
7) 1-b. 上記溶液に水H2O + エタノールC2H5OH + 塩
酸HCl(1-1.のケイ酸エチル1モルに対して4:1:0.01
1)を混合し1時間撹拌する。
【0032】1-c. ホルムアミドHCONH2(ゲル化抑制
剤)を、1-a.のケイ酸エチル1モルに対して12ml加えた
のち、さらに1時間撹拌する。以上で、プロトン伝導性
材料の溶液を作製することができる。なお、続いて次の
1-dのプロセスを経ることによりプロトン伝導性粉末を
得ることができる。 1-d. 1-cで得られた溶液を、室温、大気中で数日間乾
燥させる(この代わりに乾燥室を用いてもよい)。この
乾燥により得られた塊をメノウ乳鉢で粉砕すると、平均
粒径1μmのプロトン伝導性粉末が得られる。
【0033】2-4.セルユニットの作製 次に、上記作製したプロトン伝導性材料の溶液を用いて
電解質膜およびセルユニットを作製する。まずガス拡散
層と電極触媒層をホットプレス(150℃、20kgf/cm2で10
sec)し、これらの接合体を2組分作製する。
【0034】次に、前記作製した2つの接合体を触媒層
が対向するようにし、この間に電解質膜の骨格となる厚
み50μmの多孔性シートを介挿する。この多孔性シート
は、10〜100μmの厚みの範囲のものであればよい。なお
多孔性シートには、ガラス、セラミック、樹脂から選ば
れた電子伝導性を持たない材料を用いることができる。
より望ましくは、電解質ゲルと同様にプロトン伝導性材
料(例えばリン酸を含む酸化ケイ素の化合物)などを用
いるとよい。
【0035】このような状態で2つの接合体と多孔性シ
ートを位置させたのち、前記1-cで作製したプロトン伝
導性材料の溶液(ゾル)を多孔性シートに浸透させる。
そして多孔性シートから溶媒を浸透揮発させる。このよ
うにしてガス拡散層を通した溶媒の浸透・揮発を行う。
これにより、溶液中の酸化ケイ素とリン酸の各アルコキ
シドが縮重合反してゲルが生成する。ゾルゲル法を用い
ると、生成するプロトン伝導性ゲルの固体中に微細孔
(数nmオーダー)が多数形成される。当該微細孔表面に
は水酸基が結合しており、これによって良好なプロトン
伝導性が付与される。
【0036】以上で積層体2が完成する。続いて、前記
積層体2を2枚のチャネルプレート15、16で挟む。そして
当該1-cで得られた溶液を前記積層体2の周縁側面に塗布
(充填)する。これを乾燥すると、シール部材20とな
る。なお、前記溶液の充填量は、シール部材20が最終的
にガス拡散層と同様の厚み(約0.2mm)になるように設
定するのが望ましい。
【0037】また、シール部材20の形成方法はこれに限
定せず、例えば2枚のチャネルプレート15、16に積層体2
を挟む前に、当該積層体2の側面部分にシール部材20を
形成するようにしてもよい。 3.実施例 次に、上記製造方法に基づいて複数の実施例のセルユニ
ットを作製した。一例として、有効発電面積は5cm×5cm
=25cm2に設定した。
【0038】3-1.セルユニットの作製 (実施例電池A):実施の形態1と同様のセルユニット
であり、上記2-1〜2-4の方法により作製した。多孔性シ
ートはプロトン伝導性材料であるリン酸を含むシリカゲ
ル(前記2-3における1-dの工程で作製した材料)を用い
た。 (比較例電池X):シール部材20を形成しない以外は実
施例電池Aと同様に作製した。
【0039】3-2.実施例の性能評価実験 上記作製した各電池A、Xの性能評価実験を以下の条件
で行った。 <セル試験条件、それぞれセルユニットで試験> 燃料:水素ガス(無加湿) 酸化剤:空気(無加湿) 作動温度:150℃ この実験結果を図5のグラフにまとめた。
【0040】3-3.セル試験結果 図5に示す通り、本発明電池のAは比較例電池Xよりも
良好な発電特性を示した。これはシール部材20を設ける
ことによってガスの利用効率が向上し、良好な発電反応
が可能になったことを示している。 5.その他の事項 実施の形態では、プロトン伝導性材料として、リン酸を
含む酸化ケイ素の化合物を用いる例を示したが、本発明
ではこれ以外にも酸化ケイ素を主とし、リン酸、過塩素
酸、ホウ酸、ケイ酸等のプロトン供与体として作用する
化合物を用いてもよい。
【0041】また酸化ケイ素以外にも、アルミナAl
2O3、酸化チタンTiO2、五酸化バナジウムV2O5、酸化ジ
ルコニウムZrO2などのプロトン伝導性を示す化合物を用
いてもよい。さらに、上記実施の形態では、アノード側
とカソード側の両方のガス拡散層の周縁側面にシール部
材20を設ける例を示したが、アノードとカソードのいず
れかのガス拡散層にのみ対応して設けるようにしてもよ
い。この場合、アノード側のガス拡散層の端部にシール
部材を設けると、H2ガスを効率よく使用できるのでコス
ト低減にも役立つ。シール部材20は積層体2の周縁側面
の全周にわたって設けるのが望ましいが、ガスの流通方
向に沿った周縁側面だけに設けてもそれに相当するだけ
の効果を得ることができる。
【0042】さらに、シール部材20の材質としてはプロ
トン伝導性ゲルに限らず、樹脂材料やガラス、あるいは
セラミックス等の他の気密性を有する材料を用いてもよ
い。また本発明では、シール部材20により十分にガスリ
ークが防止できるので、パッキン157a、167aは必ずしも
用いなくてもよい。また、当該パッキンを設ける位置を
変えてもよい。
【0043】
【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
は、電解質膜の両主面に、触媒層、ガス拡散層、ガス流
通用のチャネルプレートをそれぞれこの順に積層したセ
ル構造を有し、前記チャネルプレートの一方に燃料ガ
ス、他方に酸化剤ガスを流通させて発電する燃料電池セ
ルユニットであって、前記電解質膜は、プロトン伝導性
ゲルを含んでなり、前記電解質膜の両主面に配された少
なくとも一方の触媒層およびガス拡散層は、その周縁側
面が前記電解質膜および前記チャネルプレートの周縁側
面より内側に位置するように配設されており、前記チャ
ネルプレートの周縁側面より内側に位置するように配設
された触媒層およびガス拡散層の周縁側面には、少なく
とも当該ガス拡散層の側面の一部以上にシール部材が配
されているので、シール部材を配することにより、当該
シール部材と接触する触媒層とガス拡散層の周縁側面か
らのガス漏れが飛躍的に抑制されるようになる。したが
って、コストの合理化とともに、優れた発電効率の獲得
が期待できる。
【0044】また前記シール部材としては、電解質膜の
材料と同様のプロトン伝導性ゲルを含む材料を選ぶこと
ができる。このようにすれば、前記電解質膜を形成する
際にシール部材も一緒に作製することができるので、作
業効率が上がり望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一適用例である燃料電池のセルユニッ
トの構成を示す斜視図である。
【図2】セルユニットの断面図である。
【図3】セルユニットの端部付近の拡大断面図である。
【図4】セルユニットの端部付近の拡大断面図(アノー
ドガスのリークのみを防止するバリエーション)であ
る。
【図5】実施例電池と比較例電池の性能を示すグラフで
ある。
【図6】プロトン伝導性ゲルからなる電解質を有するセ
ルユニットにおいて、ガス拡散層とチャネルプレートを
パッキンで挟んだ場合のセルユニットの端部付近の拡大
断面図である。
【図7】従来の固体高分子型燃料電池のセルユニットの
端部付近の拡大断面図である。
【符号の説明】
1 燃料電池セルユニット 2 積層体 10 電解質膜 11 カソード触媒層 12 アノード触媒層 13、14 ガス拡散層 15、16 チャネルプレート 20 シール部材 157a、167a パッキン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近野 義人 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC03 CC08 CX03 CX04 CX05 CX08 EE02 EE05 EE12 EE18 EE19 HH03

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電解質膜の両主面に、触媒層、ガス拡散
    層、ガス流通用のチャネルプレートをそれぞれこの順に
    積層したセル構造を有し、前記チャネルプレートの一方
    に燃料ガス、他方に酸化剤ガスを流通させて発電する燃
    料電池セルユニットであって、 前記電解質膜は、プロトン伝導性ゲルを含んでなり、 前記電解質膜の両主面に配された少なくとも一方の触媒
    層およびガス拡散層は、その周縁側面が前記電解質膜お
    よび前記チャネルプレートの周縁側面より内側に位置す
    るように配設されており、 前記チャネルプレートの周縁側面より内側に位置するよ
    うに配設された触媒層およびガス拡散層の周縁側面に
    は、少なくとも当該ガス拡散層の側面の一部以上にシー
    ル部材が配されていることを特徴とする燃料電池セルユ
    ニット。
  2. 【請求項2】 前記シール部材は、触媒層とガス拡散層
    の周縁側面のうち、少なくとも前記チャネルプレートの
    燃料ガス流通方向と平行する側面部分に配されているこ
    とを特徴とする請求項1に記載の燃料電池セルユニッ
    ト。
  3. 【請求項3】 前記シール部材は、触媒層とガス拡散層
    の両方の側面に密着して配されていることを特徴とする
    請求項1または2に記載の燃料電池セルユニット。
  4. 【請求項4】 前記シール部材は、プロトン導電性ゲル
    からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
    の燃料電池セルユニット。
  5. 【請求項5】 前記プロトン伝導性ゲルは、SiO2、Al
    2O3、TiO2、V2O5、ZrO2の中から選ばれた材料と、リン
    酸、過塩素酸、ホウ酸、ケイ酸の中から選ばれた材料と
    を含んでなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに
    記載の燃料電池セルユニット。
  6. 【請求項6】 前記電解質膜は、プロトン導電性ゲルが
    多孔性シートに保持されてなることを特徴とする請求項
    1〜5のいずれかに記載の燃料電池セルユニット。
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