JP2002367662A - 燃料電池および接合体並びにセパレータ - Google Patents

燃料電池および接合体並びにセパレータ

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克宏 梶尾
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電解質膜に二つの電極を狭持した膜電極接合
体やこれを狭持するセパレータの積層の誤りをより少な
くする。 【解決手段】 長方形の板状の膜電極接合体２８とセパ
レータ３０，３２の隅部に傾斜状の切り欠き部４２，４
４，４６をそれぞれ設ける。膜電極接合体２８とセパレ
ータ３０，３２を誤った方向に積層すると、切り欠き部
４２，４４，４６が整合しないから、積層途中や積層後
に積層の良否を外見上容易に判断することができる。こ
の結果、積層の誤りをより少なくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池および接
合体並びにセパレータに関し、詳しくは、電解質膜と該
電解質膜を狭持する二つの電極とを有する接合体と該接
合体を更に狭持するセパレータとを備える単電池構造体
を積層してなる燃料電池、および電解質膜と該電解質膜
を狭持する二つの電極とを有する燃料電池用の接合体、
並びにこの接合体を狭持する燃料電池用のセパレータに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の燃料電池としては、電解
質膜と電解質膜を狭持する二つの電極とからなる板状の
膜電極接合体や、これを狭持する板状のセパレータの外
周縁の形状を正方形や長方形に形成したものが提案され
ている（例えば、特開平６−６８８４号公報など）。こ
の燃料電池は、膜電極接合体とセパレータとが整合する
ように交互に積層されて構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た燃料電池では、膜電極接合体やセパレータを表裏ある
いは上下左右誤って積層した場合であっても形状として
は整合するから、積層途中や積層後に積層方向が誤って
いるか否かを外見上判断し難い。特に、膜電極接合体は
表裏の区別、セパレータは上下左右の区別の判断が困難
であるため、積層作業に細心の注意を払わねばならず、
作業効率も低下してしまう。
【０００４】本発明の燃料電池は、積層の誤りをより少
なくすることを目的の一つとする。また、本発明の燃料
電池は、積層作業の効率をより向上させることを目的の
一つとする。
【０００５】また、本発明の燃料電池用の接合体は、表
裏の積層の誤りをより少なくすることを目的の一つとす
る。
【０００６】さらに、本発明の燃料電池用のセパレータ
は、上下左右の積層の誤りをより少なくすることを目的
に一つとする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の燃料電池および接合体並びにセパレータは、上述
の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を
採った。
【０００８】本発明の第１の燃料電池は、電解質膜と該
電解質膜を狭持する二つの電極とを有する接合体と、該
接合体を更に狭持するセパレータとを少なくとも備える
単電池構造体を積層してなる燃料電池であって、前記単
電池構造体は、該単電池構造体を構成する少なくとも一
つの部材により、積層面に沿う方向に線対称となる軸を
もたない形状に成形されてなることを要旨とする。
【０００９】この本発明の第１の燃料電池では、単電池
構造体は、これを構成する少なくとも一つの部材によ
り、積層面に沿う方向に線対称となる軸をもたない形状
に成形される。これにより、単電池構造体を表裏誤った
積層した場合には、隣り合う単電池構造体の形状が整合
しないから、積層途中あるいは積層後にその誤りを外見
上容易に発見することできる。この結果、積層の誤りを
より少なくすることができる。また、こうした単電池構
造体の形状は、正常な積層方向の目印となるから、作業
効率をより向上させることができる。ここで、「単電池
構造体を構成する少なくとも一つの部材」は、接合体や
セパレータの他、接合体とセパレータとにより形成され
る空間をシールするシール部材や、二つのセパレータの
間に冷却媒体を供給するため冷却板を設ける場合にはそ
の冷却板なども含まれる。
【００１０】本発明の第２の燃料電池は、電解質膜と該
電解質膜を狭持する二つの電極とを有する接合体と、該
接合体を更に狭持するセパレータとを少なくとも備える
単電池構造体を積層してなる燃料電池であって、前記単
電池構造体は、該単電池構造体を構成する少なくとも一
つの部材により、積層方向に回転対称となる軸をもたな
い形状に成形されてなることを要旨とする。
【００１１】この本発明の第２の燃料電池では、単電池
構造体は、これを構成する少なくとも一つの部材によ
り、積層方向に回転対称となる軸をもたない形状に成形
される。これにより、単電池構造体を上下左右誤って積
層した場合には、隣り合う単電池構造体の形状が整合し
ないから、積層途中あるいは積層後にその誤りを外見上
容易に発見することができる。この結果、積層の誤りを
より少なくすることができる。また、こうした単電池構
造体の形状は、正常な積層方向の目印となるから、作業
効率をより向上させることができる。ここで、「単電池
構造体を構成する少なくとも一つの部材」には、接合体
やセパレータの他、接合体とセパレータとにより形成さ
れる空間をシールするシール部材や、二つのセパレータ
の間に冷却媒体を供給するための冷却板を設ける場合に
はその冷却板なども含まれる。
【００１２】こうした本発明の第１または第２の燃料電
池であって、前記形状は、前記接合体および／または前
記セパレータの外周縁の外形形状であるものとすること
もできる。
【００１３】本発明の第３の燃料電池は、電解質膜と該
電解質膜を狭持する二つの電極とを有する接合体と、該
接合体を更に狭持するセパレータとを備える単電池構造
体を積層してなる燃料電池であって、前記単電池構造体
は、正常な積層方向をガイドするガイド部が形成されて
なることを要旨とする。
【００１４】この本発明の第３の燃料電池では、単電池
構造体に、正常な積層方向を指示するガイド部を設けた
から、ガイド部を目印として積層することにより、作業
効率をより向上させることができる。また、積層途中あ
るいは積層後にガイド部を点検することにより、より容
易に積層の誤りを発見することができる。
【００１５】こうした本発明の第３の燃料電池におい
て、前記ガイド部は、前記接合体および／または前記セ
パレータの外周縁の所定部位に形成されてなるものとす
ることもできる。
【００１６】本発明の燃料電池用の接合体は、電解質膜
と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有し、該二つの
電極を狭持するセパレータと共に積層して燃料電池スタ
ックを形成する燃料電池用の接合体であって、前記接合
体は、積層面に沿う方向に線対称となる軸をもたない形
状に成形されてなることを要旨とする。
【００１７】この本発明の燃料電池用の接合体では、接
合体は、積層面に沿う方向に線対称となる軸をもたない
形状に成形される。これにより、接合体を表裏誤って積
層した場合には、隣り合う接合体の形状は整合しないか
ら、積層途中あるいは積層後にその誤りを外見上容易に
発見することができる。この結果、積層の誤りをより少
なくすることができる。また、こうした接合体の形状
は、正常な積層方向の目印となるから、積層作業の効率
をより向上させることができる。
【００１８】本発明の燃料電池用のセパレータであっ
て、電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの電極とを有
する接合体を狭持し、該接合体と共に積層して燃料電池
スタックを形成する燃料電池用のセパレータであって、
前記セパレータは、積層方向に回転対称となる軸をもた
ない形状に成形されてなることを要旨とする。
【００１９】この本発明の燃料電池用のセパレータで
は、セパレータは、積層方向に回転対称となる軸をもた
ない形状に成形される。これにより、セパレータを上下
左右誤って積層した場合には、隣り合うセパレータの形
状は整合しないから、積層途中あるいは積層後にその誤
りを外見上容易に発見することができる。この結果、積
層の誤りをより少なくすることができる。また、こうし
たセパレータの形状は、正常な積層方向の目印となるか
ら、積層作業の効率をより向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である
燃料電池スタック２０の構成の概略を示す構成図であ
る。実施例の燃料電池スタック２０は、図示するよう
に、電解質膜２２と電解質膜２２を狭持する二つの電極
（燃料極２４，酸化極２６）とを有する薄板状の膜電極
接合体２８と、膜電極接合体２８を狭持する薄板状のセ
パレータ３０，３２とを備える単電池構造体４０が複数
積層されて構成されている。
【００２１】電解質膜２２は、フッ素系樹脂などの固体
高分子材料により形成されており、湿潤状態で良好なプ
ロトン導電性を示す。また、二つの電極２４，２６は、
白金または白金と他の金属からなる合金の触媒が練り込
められたカーボンクロスにより形成されており、触媒が
練り込められた面が電解質膜２２に配置されている。こ
うした電解質膜２２や二つの電極２４，２６からなる膜
電極接合体２８は、電解質膜２２を２つの電極２４，２
６で狭持した状態で、例えば、ホットプレス法により接
合することにより一体としたものとして構成されてい
る。この膜電極接合体２８は、例えば、正方形や長方形
など四角形状に形成されており、その外周縁の隅部（四
隅のうちのいずれかの部位）には正常な積層方向をガイ
ドするための傾斜状の切り欠き部４２が設けられてい
る。この切り欠き部４２は、膜電極接合体２８が積層面
に沿う方向に線対称となる軸を有さない形状、即ち、膜
電極接合体２８を表裏逆に積層したときには隣り合う膜
電極積層体と整合しない形状とするために設けられるも
のである。これにより、膜電極接合体２８の表裏の積層
の誤りを積層途中または積層後に容易に発見することが
できる。
【００２２】セパレータ３０，３２は、ガス不透過の緻
密性カーボンにより形成されており、その表面には燃料
ガス（メタノール改質ガス等の水素を含有するガス）の
流路，酸化ガス（空気等の酸素を含有するガス）の流路
を形成するリブ３４，３６が形成されている。セパレー
タ３０，３２は、正方形や長方形などの四角形状に形成
されており、その外周縁の隅部（四隅のうちのいずれか
の部位）には正常な積層方向をガイドするための傾斜状
の切り欠き部４４，４６がそれぞれ設けられている。こ
の切り欠き部４４，４６は、実施例では膜電極接合体２
８の切り欠き部４２と同一の形状とした。切り欠き部４
４，４６は、セパレータ３０，３２が積層方向に回転対
称となる軸を有さない形状、即ち、セパレータ３０，３
２を上下左右逆に積層したときに隣り合うセパレータと
整合しない形状にするために設けられるものである。セ
パレータ３０，３２は、前述したようにその表面に燃料
ガス等の流路となるリブ３４，３６が形成されているか
ら、表裏の区別は判断しやすいが、上下左右の区別は判
断しがたいためである。これにより、セパレータ３０，
３２の上下左右の積層の誤りを積層途中または積層後に
容易に発見することができる。
【００２３】こうした膜電極接合体２８とセパレータ３
０，３２とを交互に積層して燃料電池スタック２０を形
成した場合、正常な積層方向に積層したときには、図１
に示すように、全ての切り欠き部４２，４４，４６が積
層方向に整合するが、膜電極接合体２８またはセパレー
タ３０，３２の積層に誤りがあると、切り欠き部４２，
４４，４６が整合しないから、外見上容易に積層の良否
を判断することができる。
【００２４】以上説明した実施例の燃料電池スタック２
０によれば、膜電極接合体２８とセパレータ３０，３２
に切り欠き部４２，４４，４６を設けることにより、膜
電極接合体２８とセパレータ３０，３２の積層の誤りを
早期に発見でき、積層の誤りをより少なくすることがで
きる。また、切り欠き部４２，４４，４６を目印として
膜電極接合体２８とセパレータ３０，３２とを積層する
ことにより、積層作業の効率をより向上させることがで
きる。
【００２５】実施例の燃料電池スタック２０では、膜電
極接合体２８やセパレータ３０，３２の隅部に傾斜状の
切り欠き部４２，４４，４６を設けるものとしたが、膜
電極接合体２８やセパレータ３０，３２の外周縁上であ
れば他の部位に設けることとしても良いし、その形状も
種々の形状を採用しうる。例えば、図２（ａ）〜図２
（ｃ）に例示するように、切り欠き部を、Ｌ字状とした
り、曲率を形成したり、凹状としたりするものとしても
構わない。また、図２（ｄ）に例示するように、こうし
た切り欠き部の代わりに膜電極接合体やセパレータから
突出した凸部を設けるものとしても構わない。更に、こ
うした切り欠き部や凸部の代わりに、膜電極接合体とセ
パレータとの外周縁上に正常な積層方向を示すマーク等
を付すものとしても構わない。
【００２６】実施例の燃料電池スタック２０では、切り
欠き部４２，４４，４６の形状を膜電極接合体２８とセ
パレータ３０，３２とで同一となるようにしたが、膜電
極接合体の表裏の積層の誤りとセパレータの上下左右の
積層の誤りを外見で判断できればよいから、必ずしも同
一である必要はない。
【００２７】実施例の燃料電池スタック２０やその変形
例では、単電池構造体を単位として積層する場合、即
ち、予め膜電極接合体とセパレータとを接合することに
より燃料電池スタック２０の形成に必要な数の単電池構
造体を形成してこれら単電池構造体を積層する場合に
も、膜電極接合体やセパレータに前述の切り欠き部や凸
部を設けることにより、単電池構造体を表裏または上下
左右で整合しない形状とすることができ、実施例の燃料
電池スタック２０と同様に単電池構造体の積層の誤りを
より少なくすることができる。この場合、上述の切り欠
き部や凸部を設けるのは、膜電極接合体およびセパレー
タの両方が好ましいが、いずれか一方であっても差し支
えない。また、この切り欠き部や凸部を設ける代わり
に、例えば、正常な積層方向を示すマークを膜電極接合
体またはセパレータの外周縁上に付したり、燃料電池ス
タックを構成する各単電池構造体に燃料ガスや酸化ガス
あるいは冷却媒体を供給するためのマニホールド（図示
せず）や各単電池構造体からのガスや冷却媒体を排出す
るためのマニホールド（図示せず）の形状を変更するこ
とにより、単電池構造体を表裏または上下左右で整合し
ない形状とするものとしてもよいし、膜電極接合体とセ
パレータとにより形成される空間をシールするためのシ
ール部材（図示せず）の形状や、二つのセパレータの間
に冷却媒体が流れる流路が形成された冷却板を備える場
合にはその冷却板（図示せず）の形状を変更して単電池
構造体を表裏または上下左右で整合しない形状とするも
のとしても構わない。
【００２８】以上、本発明の実施の形態について実施例
を用いて説明したが、本発明のこうした実施例に何ら限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例である燃料電池スタック２
０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】 膜電極接合体やセパレータの他の形状を例示
する図である。
【符号の説明】
２０ 燃料電池スタック、２２ 電解質膜、２４ 燃料
極、２６ 酸化極、２８ 膜電極接合体、３０，３２
セパレータ、３４，３６ リブ、４０ 単電池構造体、
４２，４４，４６ 切り欠き部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽 一新 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 浅井 康之 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 日比野 光悦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 稲垣 敏幸 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 梶尾 克宏 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 越智 勉 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 和田 三喜男 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 八神 裕一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 新美 治久 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CX04

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの
    電極とを有する接合体と、該接合体を更に狭持するセパ
    レータとを少なくとも備える単電池構造体を積層してな
    る燃料電池であって、 前記単電池構造体は、該単電池構造体を構成する少なく
    とも一つの部材により、積層面に沿う方向に線対称とな
    る軸をもたない形状に成形されてなる燃料電池。
  2. 【請求項２】 電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの
    電極とを有する接合体と、該接合体を更に狭持するセパ
    レータとを少なくとも備える単電池構造体を積層してな
    る燃料電池であって、 前記単電池構造体は、該単電池構造体を構成する少なく
    とも一つの部材により、積層方向に回転対称となる軸を
    もたない形状に成形されてなる燃料電池。
  3. 【請求項３】 前記形状は、前記接合体および／または
    前記セパレータの外周縁の外形形状である請求項１また
    は２記載の燃料電池。
  4. 【請求項４】 電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの
    電極とを有する接合体と、該接合体を更に狭持するセパ
    レータとを備える単電池構造体を積層してなる燃料電池
    であって、 前記単電池構造体は、正常な積層方向をガイドするガイ
    ド部が形成されてなる燃料電池。
  5. 【請求項５】 前記ガイド部は、前記接合体および／ま
    たは前記セパレータの外周縁の所定部位に形成されてな
    る請求項４記載の燃料電池。
  6. 【請求項６】 電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの
    電極とを有し、該二つの電極を狭持するセパレータと共
    に積層して燃料電池スタックを形成する燃料電池用の接
    合体であって、 前記接合体は、積層面に沿う方向に線対称となる軸をも
    たない形状に成形されてなる燃料電池用の接合体。
  7. 【請求項７】 電解質膜と該電解質膜を狭持する二つの
    電極とを有する接合体を狭持し、該接合体と共に積層し
    て燃料電池スタックを形成する燃料電池用のセパレータ
    であって、 前記セパレータは、積層方向に回転対称となる軸をもた
    ない形状に成形されてなる燃料電池用のセパレータ。
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