JP2003217613A

JP2003217613A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2003217613A
Application number: JP2002016819A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Miyazawa; 篤史宮澤; Kenha Cho; 剣波張
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-01-25
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2022-01-25
Also published as: JP3693021B2

Abstract

(57)【要約】【課題】セパレータのコストの低減と発電性能の低下
防止との両立を図る。【解決手段】イオン導電体である電解質を挟む２つの
ガス拡散層（３、４）と、ガス拡散層の一方に燃料ガス
を供給するためのガス流路（６ｂ）を形成したセパレー
タ（６）と、ガス拡散層の他方に酸化剤を供給するため
のガス流路（５ｂ）を形成したセパレータ（５）とを備
える燃料電池（１）において、前記セパレータ（５、
６）を導電性材料および樹脂を主成分として構成すると
共に、このセパレータ（５、６）に起因する不純物であ
って電池の酸化反応で生成される水蒸気またはその水蒸
気が冷却されて生じる凝縮水に溶け出てくる不純物を浄
化する不純物浄化手段を燃料電池（１）の内部に備え
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、特に固体
高分子型燃料電池の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池から排出されてくる水を電池の
加湿に再利用するため、燃料電池の外部に脱脂装置を設
けて燃料電池から排出されてくる水の不純物を取り去る
ようにしたものがある（特開２０００−３３１７０３号
公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、固体高分子
型燃料電池では、電解質膜が酸性を呈しているためにガ
ス拡散層（電極）やガス拡散層へのガス流路が形成（穿
設）されるセパレータは耐酸性を有していなければなら
ない。また、後述する（２）式のようにカソード側で水
が発生することや、一般的に燃料電池の運転の際にカソ
ード側（カソードに限らず燃料電池に供給されるガス）
を外部から加湿することがあることから、ガス拡散層や
セパレータは高温の環境で水と反応することがないよう
に耐加水分解性を有し、さらに発電温度に耐えられる耐
熱性も保持していなければならない。このような主に３
つの要求を満足するために、種々の金属を加工してガス
流路を形成した後に表面に金をはじめとした貴金属でメ
ッキするか特殊な塗料でコーティングすることによりセ
パレータを製作していた。

【０００４】しかしながら、こうした金属を用いたセパ
レータの製作方法ではコストが高くなるので、近年は、
黒鉛粉と樹脂を主成分とした材料をプレス成形してセパ
レータを得ることにより、安価で上記耐酸性、耐加水分
解性及び耐熱性の各機能性をも有したセパレータが出現
してきている。

【０００５】こうした、黒鉛紛と樹脂とを主成分とした
材料を成形して得られるセパレータを用いて実際に発電
を行ってみると、徐々に電解質膜の性能が低下したり着
色されることが判明している。その原因を調べてみる
と、燃料電池から排出される水蒸気の一部が冷やされて
できる６０〜８０℃の凝縮水に含まれる不純物が原因で
あることが分かってきている。ここでいう不純物は水溶
性のものと不溶性ではあるが融点が低い（８０℃以下）
ために溶け出てくるものとに大きく分類され、具体的に
は後述するように、黒鉛自体に含まれていた炭素以外の
化合物や、セパレータの成型時に用いられる離型剤もし
くは硬化剤、改質剤に由来する化合物、さらに、未反応
の樹脂モノマー（重合が不十分で分子単体で存在する樹
脂成分のこと）等のことである。

【０００６】このような不純物を含んだ水がガス拡散層
に接した場合には不純物がガス拡散層の孔をふさいだり
表面に付着し、また不純物を含んだ水が電解質膜に接し
た場合に不純物が電解質膜に付着した後に熱硬化したり
することにより、ガス拡散層や電解質膜を汚染し、これ
によって発電性能が低下する。

【０００７】同様に燃料電池に供給するガスに対して外
部から加湿する場合にも、ガスがセパレータのガス流路
を通過する際に、一部凝縮した水がセパレータからの不
純物を溶け出させることがあると、同様な問題が生じ
る。

【０００８】しかしながら、従来装置のように、燃料電
池の外に脱脂装置を設けただけでは、このような不純物
によるガス拡散層や電解質膜の汚染を阻止することがで
きない。

【０００９】そこで本発明は、セパレータを導電性材料
および樹脂を主成分として構成するとともに、このセパ
レータに起因する不純物であって電池の酸化反応で生成
される水蒸気またはその水蒸気が冷却されて生じる凝縮
水に溶け出てくる不純物を浄化する不純物浄化手段を燃
料電池内部に備えさせることにより、コストの低減と発
電性能の低下防止との両立を図ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、イオン導
電体である電解質を挟む２つのガス拡散層と、ガス拡散
層の一方に燃料ガスを供給するためのガス流路を形成し
たセパレータと、ガス拡散層の他方に酸化剤を供給する
ためのガス流路を形成したセパレータとを備える燃料電
池において、前記セパレータを導電性材料および樹脂を
主成分として構成すると共に、このセパレータに起因す
る不純物であって電池の酸化反応で生成される水蒸気ま
たはその水蒸気が冷却されて生じる凝縮水に溶け出てく
る不純物を浄化する不純物浄化手段を燃料電池内部に備
える。

【００１１】

【発明の効果】導電性材料および樹脂を主成分とするセ
パレータの場合には、燃料電池内部で生成される水蒸気
や凝縮水に溶け出てくる不純物がガス拡散層や電解質膜
を汚染し、発電効率を低下させるのであるが、第１の発
明によれば、その不純物を燃料電池内部で不純物浄化手
段により浄化するようにしたので、導電性材料および樹
脂を主成分とする低コストのセパレータを用いる場合で
あっても発電効率を低下させることがなく、かつ不純物
が燃料電池の外部に排出されることをも抑制することが
できる。

【００１２】また、カソードやアノード（ガス拡散層）
の少なくとも一方を外部から公知の手段で加湿する場合
に特に第１の発明は有効である。

【００１３】また、外部からの加湿なしにカソード側で
発生した水の一部を電解質膜を介してアノード側に逆浸
透させて発電する際には、逆浸透させる水が不純物を含
んでいないことが必須の要件となるが、第１の発明によ
ればこの要件を満たすことができるため、導電性材料お
よび樹脂を主成分とする低コストのセパレータを用いる
場合であっても外部からの加湿なしにカソード側で発生
した水の一部を電解質膜を介してアノード側に逆浸透さ
せての発電を行わせることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１５】図１は固体高分子型燃料電池１の断面図、
図２は図１の分解図、図３はセパレータのガス流路面を
示す正面図である。

【００１６】図１、図２において３０μｍ程度の極く薄
い高分子電解質膜２を挟んで両側に３００μｍ程度の厚
さを有するガス拡散層（電極）３、４が、さらにその外
側に１ｍｍ程度の薄板状のセパレータ５、６がそれぞれ
配置され、これらが積層されて１セルを構成している。

【００１７】一方のガス拡散層（カソード）３に酸化剤
（通常は空気）を、他方のガス拡散層（アノード）４に
燃料ガス（通常は水素もしくは水素含有成分）を供給す
るため、各セパレータ５、６のガス拡散層側の側面５
ａ、６ａにそれぞれガス通路５ｂ、６ｂが形成されてい
る。

【００１８】これについて説明すると、例えば図３に示
すように、ガス拡散層３と接する側のセパレータ５のガ
ス拡散層３側の側面には、中央部１２を残してその周囲
に一定幅の平面状周縁部１１が確保され、中央部１２に
おいては周縁部１１と同一平面にある細長い部位１３〜
２０を除いた残りの部位が全て穿設され、図で右上から
左、左から右、右から左、…、へと折り返す溝２１、２
２、２３が形成されている。すなわち、周縁部１１と中
央部１２との境界を１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと
すれば、右方の境界１２ａより左方の境界１２ｂまでの
長さ、一定幅及び一定深さを有する横溝２１が平面状部
位１３〜２０の間隔をおいて９個形成されると共に、上
より数えて１番目と２番目、３番目と４番目、５番目と
６番目、７番目と８番目の隣り合う２つの横溝２１が左
方の境界１２ｂに沿って横溝２１と同じ幅、同じ深さで
穿設される４個の短い連絡溝２２により、また上より数
えて２番目と３番目、４番目と５番目、６番目と７番
目、８番目と９番目の隣り合う２つの横溝２１が右方の
境界１２ａに沿って横溝２１と同じ幅、同じ深さで穿設
される４個の短い連絡溝２３によりそれぞれ連通されて
いる。

【００１９】このようにセパレータ５のガス拡散層３側
の側面の中央部１２全体にわたって溝２１、２２、２３
が形成されると、これらの溝とガス拡散層３との間に図
１にも示したように空間が画成されることになり、この
空間によりガス通路５ｂが形成される。

【００２０】また、図３において最も上に位置する横溝
２１の最右端に、積層される全てのセルを貫通する空気
入口２５が、これに対して最も下に位置する横溝２１の
最左端に同じく全てのセルを貫通する空気出口２６が設
けてある。

【００２１】右上に位置する空気入口２５には一定圧の
空気が図示しないエアポンプにより供給されるため、空
気は空気入口２５より最も上に位置する横溝２１をまず
左方に向けて流れ、左端に達すると折り返して今度は上
から２番目の横溝２１を右方に向けて流れ、右端に達す
ると再び上から３番目の横溝２１を左方に向けて流れる
というように、図で左右方向に往復しながら左下に位置
する空気出口２６に達する。

【００２２】もう一つのセパレータ６のガス拡散層４側
の側面に形成されるガス通路６ｂも、図３に示すセパレ
ータ５のガス通路５ｂと同様に形成されている。

【００２３】一方のガス通路６ｂを介してガス拡散層４
に供給されたＨ₂（水素ガス）はガス拡散層４で触媒に
より活性化され、電子と水素イオン（プロトン）とに分
解される。これを化学式で表すと、アノード側：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-…（１）である。

【００２４】（１）式の水素イオンは、水素イオンのみ
が透過できる高分子電解質膜２を通って、反対側のガス
拡散層３に移動する。一方、（１）式の電子は図示しな
い外部回路を通って電気的な仕事をしたのち反対側のガ
ス拡散層３に到達する。

【００２５】ガス拡散層３にはガス通路５ｂを介して空
気が供給されるが、この空気中の酸素が、電解質膜２を
通過してきた水素イオンおよび電子と反応してＨ₂Ｏ
（水）に還元される。化学式で表すとカソード側：（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ…（２）である。

【００２６】この場合、ガス通路５ｂ、６ｂは２つのセ
パレータ５、６のガス拡散層側の側面５ａ、６ａの中央
部全体に形成されているので、上記（１）、（２）の反
応が電解質膜２とガス拡散層３、４のほぼ全体で効率良
く起こることになる。ただし、上記の（２）式に利用さ
れる酸素は空気中の酸素の一部だけなので、利用しない
残りの空気は空気出口２６より外部に排出される。同様
にして利用されなかった燃料ガスもセパレータ６に設け
た燃料出口（図示しない）より外部に排出されてくる。

【００２７】各セパレータ５、６のガス拡散層と反対側
の側面５ｃ、６ｃにそれぞれ水通路５ｄ、６ｄ（ウォー
タジャケット）が形成されている。これは作動中の燃料
電池内部を冷却する冷却水を循環させるためのものであ
る。

【００２８】水通路５ｄ、６ｄを流れる冷却水と、ガス
通路５ｂ、６ｂを流れる空気、燃料ガスが外部に漏れな
いようにシールするためのガスケット（シリコーンゴ
ム、フッ素ゴム、エラストマー）７、８、９、１０がセ
パレータ５、６の周縁部に設けた溝に収納されている。

【００２９】このように構成される固体高分子型燃料電
池１では、電解質膜２が酸性を呈しているためにセパレ
ータ５、６は耐酸性を有していなければならない。ま
た、上記（２）式のようにカソード側で水が発生するた
め高温の環境で水と反応することがないように耐加水分
解性を有し、さらに発電温度に耐えられる耐熱性も保持
していなければならない。

【００３０】これらの要求を満たすと共に安価としたセ
パレータを得るため本発明では、上記のセパレータ５、
６を、熱硬化性もしくは熱可塑性樹脂をバインダーと
し、黒鉛粉末を導電材料として成形するのであるが、こ
のような樹脂及び導電材料とを主成分とするセパレータ
５、６からの不純物が電解質膜２やガス拡散層３、４を
汚染して発電効率が低下しないように、吸着媒体をガス
拡散層３、４の内部や表面もしくはセパレータ５、６の
ガス拡散層側の表面（詳細にはガス拡散層側の側面５
ａ、６ａ及びガス流路５ｂ、６ｂを形成する壁面）に分
散させ、この吸着媒体に不純物を吸着させることにより
不純物を浄化する。

【００３１】ここで、本発明におけるセパレータ５、６
に起因する不純物とは、大きくは化合物とイオンであ
る。詳細には、黒鉛由来の酸化金属や炭酸塩、硫酸塩と
いった塩類および硫黄化合物であり、成形後のセパレー
タからは、樹脂モノマーもしくは重合不足のもの、また
は樹脂分解生成物なども含まれる。さらに添加剤として
離型剤（炭化水素系、脂肪族系、脂肪族アミド系、エス
テル系、アルコール系、金属石鹸、シリコーンなどの各
単体もしくはこれらの複合系）や物性や加工性向上を目
的とした各種改質剤も含まれる。

【００３２】ただし、セパレータ５、６からの化合物や
イオンは永久的に溶け出てくるものではなく、主にセパ
レータ５、６の表面および表面層に存在する化合物やイ
オンだけが水に溶け出てくることがわかっている。した
がって、セパレータ５、６の仕様と成形方法とが決まれ
ば、事前にセパレータ５、６からの化合物やイオンの溶
出量（セパレータ５、６に起因する不純物量）を把握す
ることができる。

【００３３】そこで、本発明で用いる吸着媒体の種類、
粒径および量は、ガス拡散層３、４の材質、気孔率およ
び厚み、さらにはセパレータ５、６単体から水もしくは
作動温度の水に溶出する化合物やイオンの量によって総
合的に決定する。通常用いられるガス拡散層３、４の厚
さはアノード側、カソード側ともに２００〜３５０μｍ
程度であることから、吸着媒体の粒径は５０μｍ以下、
好ましくは１０μｍ以下が望ましい。吸着媒体の素材と
しては、カーボン、セラミック、樹脂の単一物かこれら
が複数組み合わさったものが良い。

【００３４】吸着媒体をガス拡散層３、４の内部や表面
もしくはセパレータ５、６のガス拡散層側の表面に分散
させる方法は特に限定するものでない。例えば、ガス拡
散層３、４に樹脂が含まれている場合には吸着媒体を樹
脂に混ぜ込むことによってガス拡散層３、４に分散させ
た後にホットプレスすることで吸着媒体をガス拡散層
３、４の内部に固定できる。またごく微量の樹脂を用い
て吸着媒体をガス拡散層３、４に固定後、熱処理により
完全に硬化させることも可能である。

【００３５】ここで、本実施形態の作用を説明する。

【００３６】黒鉛粉（導電性材料）および樹脂を主成分
とするセパレータ５、６の場合には、燃料電池内部で生
成される水蒸気や凝縮水に溶け出てくる不純物がガス拡
散層３、４や電解質膜２を汚染し発電効率を低下させる
のであるが、本実施形態によれば、その不純物を燃料電
池内部においてガス拡散層３、４の内部や表面もしくは
セパレータ５、６のガス拡散層側の表面に分散させた吸
着媒体に吸着させて浄化するようにしたので、黒鉛粉お
よび樹脂を主成分とする低コストのセパレータを用いる
場合であっても発電効率を低下させることがなく、かつ
不純物が燃料電池の外部に排出されることをも抑制する
ことができる。

【００３７】また、ガス拡散層３、４の少なくとも一方
を外部から公知の手段で加湿する場合に特に本実施形態
は有効である。

【００３８】また、外部からの加湿なしにカソード側
（ガス拡散層３側）で発生した水の一部を電解質膜２を
介してアノード側（ガス拡散層４側）に逆浸透させて発
電する際には、逆浸透させる水が不純物を含んでいない
ことが必須の要件となるが、本実施形態によればこの要
件を満たすことができるため、コストの安い導電性材料
および樹脂を主成分とする成形セパレータを用いる場合
であっても、外部からの加湿なしにカソード側で発生し
た水の一部を電解質膜２を介してアノード側に逆浸透さ
せての発電を行わせることができる。

【００３９】また、不純物（化合物やイオン）の成分を
予め知り得る場合（ある成分が溶け出やすいまたはある
成分は溶け出ることはない、といったこと）には、吸着
媒体の成分（カーボン、セラミック、樹脂）を不純物の
成分に合わせて調整すればよい。例えば離型剤を用いず
に成形されたセパレータであれば、離型剤に由来する化
合物が溶け出る可能性はないので、この化合物を吸着す
る目的で添加される吸着成分を省略して吸着媒体を構成
する。これにより、不必要な吸着成分を省略できるだけ
でなく、他の不純物の吸着に特化した構成とすることが
できるので、他の不純物の吸着効率を高めてより大きな
効果を得ることができる。

【００４０】また、ガスケット７、８にエラストマーを
用いた場合、凝縮水に溶け出た離型剤がガスケット７、
８の弾性を劣化させる可能性があるが、本実施形態によ
ればこのようなことも避けることができる。

【００４１】次に実験結果を示す。ここでは、次に示す
２つの実施例および比較例を用意した。

【００４２】まず３つの例に共通する部分は次の通りで
ある。３０μｍ厚の高分子電解質膜と、３００μｍ厚の
カーボンクロスガスからなるガス拡散層に対して、サイ
ズが１４０×１４０×５ｍｍｔで発電面が１００×１０
０ｍｍとなる、図３に示した構成のセパレータを用意し
た。ここで、発電面とは、電解質膜、ガス拡散層、セパ
レータの３つが重なる部分のことで、ガス流路がセパレ
ータ上にあってもガス拡散層と重なる位置関係になけれ
ば、その部分は発電面でない。

【００４３】なお、図３に示した横溝２１の数は図１、
図２に示す溝の数と対応するものでない。また、図３で
は横溝２１の数が９個の場合で示したが、これはあくま
でモデルであり、実験に用いたセパレータの実際の横溝
の数はもっと多いことはいうまでもない。

【００４４】次に、３つの例の相違する部分を示す。

【００４５】実施例１：黒鉛粉末（純度９６％）１００
質量部に対してフェノール樹脂２５質量部および内部離
型剤としてステアリン酸１質量部を混合した後、圧縮プ
レスにてセパレータを成形した。金型には予めシリコー
ンを主成分とする離型剤をスプレーにて塗布した。セパ
レータの成形後１７０℃、１０時間の熱処理を行い樹脂
の硬化を促進した。ガス拡散層（カーボンクロス）のセ
パレータと向き合う面の表面に平均粒径１０μｍ、平均
細孔直径２０Åの活性炭（吸着媒体）を担持させた。

【００４６】実施例２：図３においてセパレータ５の空
気出口２６のある横溝２１にこの横溝２１と同じサイズ
にカットした電解質膜（イオン交換膜）を接着した。そ
の他の構成は実施例１と同じで、活性炭を保持したガス
拡散層を用いた。

【００４７】上記のイオン交換膜は、ガス拡散層（カー
ボンクロス）のセパレータと向き合う面の表面に担持さ
せた活性炭によっては吸着されずに空気出口２６へと出
てくる不純物である化合物やイオンを選択的に吸着する
ものである。ここで、実験用のセパレータではセパレー
タを構成する樹脂やカーボン、更にはその他の添加剤が
明らかであるので、セパレータからの溶け出てくる化合
物やイオンも明らかである。このため、これらセパレー
タからの溶け出てくる化合物やイオンを選択的に吸着で
きるイオン交換膜を選択している。

【００４８】比較例：セパレータの組成は同じである
が、活性炭を担持させないガス拡散層を用いた。

【００４９】そして、これら２つの実施例と比較例を用
いて発電を行った。発電はアノード側のみ加湿を行い
０．５Ａ／ｃｍ²の電流密度で約６時間行った。カソー
ド側からの排出水蒸気と凝縮水をコンデンサにて集め、
発電開始から２時間置きに凝縮水の導電率を測定した。

【００５０】この結果が図４である。純水の導電率は低
いが純水中に金属イオンやその他のイオンが存在すると
電気を通すことになり、導電率が大きくなる。図示のよ
うに、導電率が時間とともに上昇していることは、時間
に従って様々なイオン（不純物）がセパレータより溶出
していることを示す。この場合に、イオンの溶出量には
限度があるが、活性炭を担持させないガス拡散層を用い
た比較例よりも、活性炭を保持したガス拡散層を用いた
２つの実施例ほうが導電率が低くなっている。このこと
から、２つの実施例では、ガス拡散層に保持させた活性
炭がセパレータから溶け出てくるイオンを吸着している
と思われる。

【００５１】図５は図４の場合と同じくアノード側のみ
加湿を行い、電流密度を相違させて約６時間の発電を行
ったときの電流密度と発電電圧の関係を示した実験結果
である。図示のように、電流密度が１Ａのとき実施例１
と比較例とで２０ｍＶ程度の違いがあることがわかる。
すなわち、比較例では６時間でほぼ０．５Ｖであるのに
対して、実施例１によれば６時間で６％（＝２０ｍＶ／
０．５Ｖ）もの大きな電圧上昇が得られている。

【００５２】実施形態では、図３で前述したように１個
のガス流路が往復するように形成されている場合で説明
したが、ガス流路の形成方法はこれに限られるものでな
い。例えば、ガス流路の圧損低減のため、図６（ａ）に
示したようにガス流路が入口３１（空気入口または水素
入口）より横方向に走る一本の流路３３と、この流路３
３から分岐する複数の流路３４と、下方において出口３
２（空気出口または水素出口）より横方向に走る１本の
集約流路３５とから構成されるものについても本発明の
適用がある。

【００５３】この場合には、ガス流路の底面に粉末の吸
着媒体を分散させるよりもイオン交換膜や多孔質の樹脂
膜やチューブを流路の底面もしくは壁面に設置すること
が好ましい。また、集約流路３５に不純物を吸着するこ
とのできる上記のイオン交換膜のような不純物浄化手段
を設けることもできる。

【００５４】また、図６（ｂ）の示ように複数（図では
３本）のガス流路が往復するように形成されている場合
にも本発明の適用がある。

【００５５】実施形態では、セパレータ５、６を、熱硬
化性もしくは熱可塑性樹脂をバインダーとし、黒鉛粉末
を導電材料として成形している場合で説明したが、これ
に限られるものでなく、導電材料は黒鉛粉末、カーボン
ブラックまたは金属粉末の少なくとも一成分であればよ
い。

【００５６】本発明におけるセパレータは、樹脂と黒鉛
粉もしくは金属粉を主成分とした材料を射出成形、圧縮
成形、押出し成形、その他公知のいずれの方法を用いて
成形したものでも良い。またグラファイト板に機械加工
でガス流路を形成した後に、樹脂含浸させガス透過性を
改善させたセパレータも含まれる。

【００５７】実施例２では、セパレータ５の空気出口２
６のある横溝２１にこの横溝２１と同じサイズにカット
した電解質膜（イオン交換膜）を接着した場合で説明し
たが、これに代えて、セパレータ５の空気出口２６のあ
る横溝２１に多孔質を有するカーボン、セラミック、樹
脂またはこれらの複合体を用いて粉末状、チューブ状ま
たはシート状に形成した吸着媒体を設置し、この吸着媒
体により不純物を吸着することにより不純物を浄化する
ようにしてもかまわない。

【図面の簡単な説明】

【図１】固体高分子型燃料電池の断面図。

【図２】図１の分解図。

【図３】セパレータの正面図。

【図４】発電開始からの経過時間に対する導電率の特性
図。

【図５】電流密度に対する電圧の特性図。

【図６】他の実施形態のセパレータに形成されるガス流
路の構成図。

【符号の説明】

１燃料電池２電解質膜３、４ガス拡散層（電極）５、６セパレータ５ｂ、６ｂガス流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H026 AA06 BB03 CC03 CX04 CX06 EE02 EE05 EE06 EE11 EE18 HH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン導電体である電解質を挟む２つのガ
ス拡散層と、ガス拡散層の一方に燃料ガスを供給するためのガス流路
を形成したセパレータと、ガス拡散層の他方に酸化剤を供給するためのガス流路を
形成したセパレータとを備える燃料電池において、前記セパレータを導電性材料および樹脂を主成分として
構成すると共に、このセパレータに起因する不純物であ
って電池の酸化反応で生成される水蒸気またはその水蒸
気が冷却されて生じる凝縮水に溶け出てくる不純物を浄
化する不純物浄化手段を燃料電池内部に備えることを特
徴とする燃料電池。
【請求項２】前記不純物浄化手段は、２つのガス拡散層
の少なくとも一方の内部または表面に分散して前記不純
物を吸着する吸着媒体であることを特徴とする請求項１
に記載の燃料電池。
【請求項３】前記不純物浄化手段は、少なくとも一方の
ガス拡散層と接する側のセパレータ表面に分散して前記
不純物を吸着する吸着媒体であることを特徴とする請求
項１に記載の燃料電池。
【請求項４】前記吸着媒体は、多孔質を有するカーボ
ン、セラミック、樹脂またはこれらの複合体の粉末であ
ることを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電
池。
【請求項５】前記導電性材料は、黒鉛粉、カーボンブラ
ックまたは金属紛の少なくとも一つを用いた材料であ
り、この導電性材料と樹脂とを主成分として成形によっ
てセパレータを形成することを特徴とする請求項１から
４までのいずれか一つに記載の燃料電池。
【請求項６】前記導電性材料は、グラファイト板であ
り、このグラファイト板に機械加工でガス流路を形成し
た後に樹脂を含浸させてセパレータを形成することを特
徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の燃
料電池。
【請求項７】前記不純物の成分を予め知り得る場合に、
その不純物の成分に合わせて前記吸着媒体の成分を調整
することを特徴とする請求項１から６までのいずれか一
つに記載の燃料電池。
【請求項８】前記不純物浄化手段をガス流路の一部に備
えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項９】前記不純物浄化手段は、多孔質を有するカ
ーボン、セラミック、樹脂またはこれらの複合体を用い
て粉末状、チューブ状またはシート状に形成した吸着媒
体であって、この吸着媒体により前記不純物を吸着させ
ることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】前記不純物がイオンまたは化合物を含む
場合に、前記不純物浄化手段はこのイオンまたは化合物
を選択的に吸着させる手段であることを特徴とする請求
項８に記載の燃料電池。