JP2003317793A - 固体高分子型燃料電池及びそれを用いた発電システム - Google Patents
固体高分子型燃料電池及びそれを用いた発電システムInfo
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- JP2003317793A JP2003317793A JP2002120340A JP2002120340A JP2003317793A JP 2003317793 A JP2003317793 A JP 2003317793A JP 2002120340 A JP2002120340 A JP 2002120340A JP 2002120340 A JP2002120340 A JP 2002120340A JP 2003317793 A JP2003317793 A JP 2003317793A
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Abstract
の積層セルの両端間を締め付け手段で締め付ける際に、
締め付け圧力が強く、所望の電気性能及び寿命が得られ
ない等の欠点があった。 【解決手段】積層セルの両端間を締め付け手段で締め付
ける際に、締め付け圧力を3〜6kg/cm2の範囲に
設定することにより、所望の電気性能及び寿命を得ると
共に、小型化及び軽量化された固体高分子型燃料電池を
得ることにある。
Description
池及びそれを用いた発電システムに関する。
寿命が長い、起動・停止による劣化が少ない、運転温度
が低い(約70〜80℃)、精密な差圧制御が不要等の
長所を有しているため、電気自動車用電源、業務用及び
家庭用の分散電源等の幅広い用途が期待されている。
に、電解質にプロトン導電性を有する厚さ数10μmの
固体高分子電解質膜の両側に白金または白金とルテニウ
ム等の合金からなる金属触媒を担持した多孔質の電極層
を設けた膜−電極接合体(MembraneElect
rode Assembly)と、ガスを供給するガス
流路を備えたセパレータから構成される。通常、白金触
媒を担持した触媒層をカソード極、合金からなる触媒層
をアノード極として使用され、アノード極には水素を含
むガス、カソード極に空気(酸素)が供給される。
の隙間に、ガスを拡散させて電極層の全面にてガスを反
応させるためのガス拡散層を配置させる場合もある。こ
のような単セルを要求出力に応じて複数個積層させた積
層セル或いは電池スタックが、実際のシステムに用いら
れる。
せるため、セパレータ間におけるガスのシール性を長期
間にわたって維持することが重要である。この種の技術
として、特開平7−220742号公報や特開平10−
270057号公報には、板状のガスケットを用いた従
来技術が開示されている。
ガスケット,集電板など、複数の種類の部品を多数個、
積層するため、位置決め精度の確保、組み立て工程の自
動化が重要な課題となっている。特に、固体高分子電解
質膜は、その抵抗による電力損失を抑えるために、10
0μm以下の厚さの薄膜を用いることが一般的である。
このような膜はフレキシブルであるために形状を保持し
にくく、また、セパレータと十分な電気的接触が得られ
ないことによる電極性能の低下がある。
0742号公報、特開平10−270057号公報及び
特開2001−6699号公報がある。これによれば、
電極層とセパレータの間に、ガスを透過させ、電子伝導
性であって、ある程度弾力性を有するガス拡散層が用い
られている。
その弾力性を高め、柔軟性を付与したクロス状とするこ
とにより、多数個のセパレータと膜(固体高分子電解質
膜)−電極接合体の積層時に、ガス拡散層の折れ曲が
り、破損が生じ無いようにしている。
果、図10,11に示すように、セパレータ上で凸部と
なっているリブ1−1で保持されている膜−電極接合体
1−3が、セパレータ面内に形成された溝1−4の内部
に入りこみ、ガスの流通を阻害し、電池性能が劣化する
という問題がある。図では、膜−電極接合体1−3とガ
ス拡散層1−2が下方に変形した例が示されているが、
上方にも変形する場合もある。
質膜のプロトン伝導性を高めるために、反応ガスと共に
供給される水分が電解質膜に取り込まれることにより、
電解質膜が膨張する(図11)ためである。
させるための空隙を確保させるために、繊維状部材を添
加しているので、燃料電池として動作するために必要な
膜−電極接合体とセパレータ間の電子伝導度を得るため
に、ある一定圧力以上の加圧が必要となる。
は弾力性があるため、加圧による電極層と電解質膜の破
損を回避しやすい。しかし、その反面、セパレータの溝
が広くなると、ガス拡散層と膜−電極接合体との接触抵
抗の増大(集電性の低下)が起こり、セル内部での電圧
損失の問題が生じる。さらに、電池組立時の際、ガス拡
散層に加えられる圧力が所定の値よりも小さい場合も、
接触抵抗が増大しやすい。
ットの形状が板状であると、ガスケットがセパレータ間
で均一に加圧されないと、ガスのシールが保持されない
という問題がある。
いために、電池の組み立て時の加圧力を大きく設定しな
ければならず。また、ガスケットのシール性が発現する
までの数十時間から数日間、加圧状態に電池を保持しな
くてはならず。燃料電池の生産効率を高める上での障害
となっているばかりか、又前述のように接触抵抗の増加
によって燃料電池の寿命を短縮する恐れがある。
と共に、コンパクト性能な固体高分子型燃料電池を提供
するものである。
に、本発明では単セルの複数個を積層してなる積層セル
の両端に端板を配置し、端板間に挿入された絶縁手段を
有する挿入手段に締付手段を装着し、締付手段を締め付
けて端板間に積層セルを挟持すると共に、締付圧力を積
層セルの断面積当たり3kg/cm2〜7kg/cm2の
範囲に設定することを特徴とする。
タ/ガス拡散層/膜‐電極接合体(電極層‐固体高分子
電解質膜‐電極層)/ガス拡散層/セパレータとなり、
このような構成によって、燃料電池として発電するもの
である。つまり、膜‐電極接合体における一方の電極層
の面内で水素の酸化が起こり、この酸化により生成した
水素イオンは固体高分子電解質膜を透過し、他方の電極
層に移動する。
によって還元されて水が生成する。水素の酸化により発
生した電子は一方のセパレータに設けられた電極から負
荷を経由して、酸素が還元される他方の電極が設けられ
たセパレータへ移動して、酸素還元の際に消費される。
列に接続され、両末端の集電板の間で大きな電圧が取り
出せるような構成になっている。セパレータは、冷却水
の流路を有し、2個の単セルごとに1個のセパレータが
挿入された構造とすることで、単セルから発生する熱を
取り除き、燃料電池の温度を所定温度にすることに特徴
がある。
それまで繊維状の材料からなるフェルトのような多孔質
シートが多用されている。本発明では、剛性を有した多
孔質シートである黒鉛粉末と黒鉛繊維を主成分としてシ
ート状に形成したもので、それまでのフェルトに比べて
剛性の高いものである。
クロス状とすることにより、ガス拡散層の弾力性を高め
ると同時に、柔軟性を付与したものが多用されている。
このような特性は、多数個のセパレータと膜−電極接合
体を積層するため、積層時にガス拡散層の折れ曲がり、
破損が生じてしまう問題を回避するためである。
果、図10、図11に示すように、膜−電極接合体1−
3は、セパレータ上にて凸部となっているリブ1−1で
保持されている。このため、セパレータ面内に形成され
た溝1−4の内部に入りこみ、ガスの流通を阻害し、電
池性能が劣化する問題が発生する。
組み立て前後においても膜−電極接合体1−3を構成す
る電解質膜は乾燥状態にある。このため、電解質膜内に
含まれる水分量はほとんど変化しないため、体積変化が
起こりにくい。この場合、セパレータの溝1−4に膜−
電極接合体1−3やガス拡散層1−2が入り込む問題は
生じにくい。
解質膜のプロトン伝導性を高めるために、反応ガスとも
に供給される水分が電解質膜に取り込まれることによ
り、図9に示すように電解質膜が膨張する。
を一方の溝の方向に押し、溝の一部を閉塞し、反応ガス
の流通を阻害する問題が顕著となる。さらに、膜−電極
接合体1−3とガス拡散層1−2の間に空隙2−1が発
生し、電極層とガス拡散層の電気的接触の不良(集電性
の低下)となる。
拡散層の内部に反応ガスを透過させるための空隙を確保
させるために、繊維状部材を添加している。その結果、
燃料電池として動作するために必要な膜−電極接合体と
セパレータ間の電子伝導度を得るために、ある一定圧力
以上の加圧が必要となる。
は弾力性があるため、加圧によって電極層と電解質膜を
破損させる問題を回避できる反面、セパレータの溝が広
くなると、集電性が劣化する問題が生じる。
レータの凸部に挟まれた加圧部分でのみ接触されてお
り、セパレータの溝の部分では加圧不足となり、特に溝
幅が広くなったときに、従来のガス拡散層は使用するこ
とができない。
ら50%まで圧縮する必要があり、その必要な圧力は8
kg/cm2から10 kg/cm2に及ぶことがあ
る。このため、燃料電池を組み立てる際に、油圧プレス
等を用いてセパレータ、膜−電極接合体、ガス拡散層か
らなる積層セルを加圧し、ガス拡散層を所定の厚さにす
る。その際、加圧による燃料電池の各部品の変位が大き
いため、加圧状態で最も安定な位置に落ち着くまで、長
時間を要することがある。
くなるほど顕著になり、加圧時間が数十時間から数日に
及ぶ場合もある。これは、単位時間当たりの燃料電池の
生産量が低下し、多数個のプレス機を設置するための多
大な設備投資が必要となり、ひいては燃料電池の低コス
ト化の障害となる。
ットの形状が板状であると、ガスケットがセパレータ間
で均一に加圧されないと、ガスのシールが保持されない
問題が顕在化する。板状ガスケットは、電池を組み立て
る際にガスケットの圧縮面積が広いため、セパレータ表
面の微小な凹凸にガスケットの表面が変形し、セパレー
タ表面と密着するために時間が必要となる。また、ガス
ケットとセパレータの間に電解質膜が挿入される場合に
おいても、同様の問題が生じる。
いために、電池の組み立て時の加圧力を大きく設定し、
ガスケットのシール性が発現するまで、加圧状態にて数
十時間から数日、電池を保持する必要があった。このた
め、燃料電池の生産効率を高める上での障害となってい
た。
を可能とし、過剰なプレス設備を削減することにより、
低価格な燃料電池を提供する。このために、水素イオン
を透過させる機能を有する固体高分子電解質膜、上記膜
の両面に形成した電極層、上記電極層を挟持するように
配置されたセパレータからなる基本構成を単セルとし
た。通常、十分な電力を得るために単セルを複数個直列
に接続した積層セル構成を有する固体高分子型燃料電池
としている。
高分子電解質膜とは、フッ素系高分子のフッ素の一部を
スルホン酸に置換したものが一般的であり、水素イオン
を移動させる機能を有する高分子膜であれば、本発明に
適用可能である。例えば、4フッ化エチレンを基本単位
とする高分子鎖に含まれるフッ素原子を2〜5個程度の
アルキル鎖(−CF2CF2−、−CF2CF2(CF3)
−など)を介して、アルキル鎖の末端にスルホン酸基
(−SO3H)を有する高分子膜がある。
ム等の異種元素との合金を電極触媒とし、上記触媒と炭
素粉末とバインダーからなる層であり、電極触媒上で水
素の酸化反応(化1)、或いは酸素の還元反応(化2)
が進行する。水素の酸化反応にて生じた水素イオンは、
固体高分子電解質膜に受け渡され、水素イオンは反対側
の電極層にて酸素と結合することにより水が生成する。
め、これらの物質移動抵抗による燃料電池の電圧降下を
抑制するため、電極層と固体高分子電解質膜を薄くする
必要がある。そこで、本発明では、固体高分子電解質膜
とその両面に電極層を設けた膜−電極接合体を用いる。
溝(流路と定義する。)が設けられ、溝を通じて水素、
或いは酸素または空気が電池外部より供給される。流路
に隣接する凸部は電極層に押し付けられることにより、
電極層と電子の授受を行い、セパレータと接触する集電
板を介して外部に電力を取り出すことができる。
極層全体に供給される目的と、電極層全体より低抵抗に
て電力を得るために、多孔質のガス拡散層を電極層とセ
パレータの間に設ける方法を採用することができる。
給し、電極層にて反応したガスを排出する供給口及び排
出口を有している。また、一部のセパレータには、セパ
レータの面内を冷却水が流通できるようにする流路が形
成され、この冷却水を外部から供給または排出する供給
口と排出口がセパレータに備えられている場合がある。
通孔にボルトを通すことにより、膜−電極接合体、ガス
拡散層、セパレータからなる積層セルを固定することも
できる。
覆することにより、セパレータ間の短絡を防止すること
が容易となる。絶縁性高分子の例として、熱収縮性ポリ
4フッ化エチレンがある。尚、本発明では、2個の端板
の間に電池の積層セルを挿入し、積層セルの外側に設置
した複数のボルトにより、積層セルを加圧、保持するこ
とも可能である。
隙率が見かけの体積に対して60から90%の範囲にあ
る必要がある。またガス拡散層の体積抵抗率が1Ωcm
以下であることが必要である。
だ際、ガス拡散層内部の抵抗が燃料電池全体の抵抗に比
べて問題ない程度に小さいことが必要であるためであ
る。例えば、燃料電池の端子間のインピーダンスは、定
格電流が100A、電極層の有効表面積が100cm2
の燃料電池の場合、数ミリオーム以下である必要があ
り、望ましくは1mΩ以下である。
が小さくなるため、ジュール発熱量の低減による触媒活
性や膜のイオン伝導性の劣化を防止でき、燃料電池の高
出力化と長寿命化の両立が可能となる。ガス拡散層の低
い抵抗値を実現するために、ガス拡散層の厚さは少なく
とも0.1mmから0.5mmの範囲にあり、0.1m
mから0.3mmの範囲にあるとさらに望ましい。
り扱うため、燃料電池の組み立て時におけるガス拡散層
の破損を防止する必要がある。これを満足させるために
は、ガス拡散層の曲げ強度が0.2MPa以上となるシ
ート状部品であることが望ましい。
ときの圧力が3〜7kg/cm2の範囲にあるとき、圧
力範囲におけるガス拡散層の圧縮率が20%以下となる
程度に剛性を有するが、本発明に適している。この性質
は、後に述べる燃料電池の加圧工程を容易にさせる効果
の他に、ガス拡散層を所定の位置に移送した際に、めく
れ、折れ曲がり等の不具合を生じずに積層することを容
易にする。
を、膜−電極接合体とセパレータの間に挿入し、積層セ
ルを構成し、上記積層セルの両末端にそれぞれ集電体と
端板を設置させ、端板をボルトや固定板等を用いて、積
層セルに荷重を加えた状態にて固定する。このような燃
料電池の組み立て時において、端板から積層セルに加わ
る圧力を、端板より加圧される上記積層セルの断面積当
たり3〜7kg/cm 2の範囲とする必要がある。
範囲にて20%以下であることに関係があり、上記圧力
範囲にて十分に低い抵抗が得られることによる。
燃料電池の単セルにおけるインピーダンスは、定格電流
が100A、電極層の有効表面積が100cm2の燃料
電池の場合、数ミリオーム以下(例えば、1.5〜2m
Ω)となる。それ以上の圧力を加えると、ガス拡散層を
使用できないことではないが、加圧する必要がないこと
を意味する。このため、従来技術よりも低圧力範囲に
て、少なくとも従来と同等な燃料電池の性能が得られ、
加圧工程が容易になる。
の溝構造とも関係があり、曲げ強度が10〜30MPa
のとき、直線型の溝構造を有するセパレータに使用し
た。このとき、ガス拡散層が膜−電極接合体の変形を防
止する作用があり、電池の出力の向上や長寿命化をする
上で特に望ましい。
mの狭い間隔の場合は、従来のガス拡散層を適用するこ
とは可能である。本発明のガス拡散層を用いると、溝幅
が数ミリメートル、例えば1.5〜2mmの直線流路を
有する黒鉛セパレータ、金属セパレータに有効である。
尚、このような直線流路は、ガス拡散層の少なくとも一
部に有していればよい。
直線流路のセパレータに限定されず、0.5〜1.5m
mの狭い間隔の流路構造を取ることができない任意の形
状の流路構造を有するセパレータに適用可能である。
いられる部品には、例えば高分子固体電解質膜のように
非常に薄く、形状を保持する機能に欠けたものが含まれ
る。そのため、電池を組み立てる際に、これらの部品を
所定の位置に移送し、めくれ、折れ曲がり等の不具合を
生じずに積層していくことが困難であった。
を、所定の位置に精度良く移送可能とし、固体高分子型
燃料電池の組み立て工程の容易化を図ろうとするもので
ある。
を溶媒に溶解させた溶液と共に、膜−電極接合体の電極
層に接着し、ガス拡散層と膜−電極接合体を一体化した
ものを本発明に使用しても、同様な効果が得られる。こ
の一体化部品を、2枚のセパレータにより挟持させるこ
とにより、単セルを構成することができる。
ガス拡散層からなる一体化電極を一部品として取扱うこ
とが可能となる。また、ガス拡散層の内部をガスが容易
に透過できるため、電極層に到達したガスが電極層にて
反応し、発電した電力はガス拡散層を介してセパレータ
に電子を伝達させることもできる。
け、ガスケットの先端部の形状が凸状である弾性材料を
用いることができる。弾性材料としては、シリコンゴ
ム、エチレン−プロピレンゴム、フッ素ゴム等のゴムを
用いることができるが、本発明はこれらの材料に限定さ
れない。
意の形状を有する部品として使用することも可能である
が、加硫剤を用いて一方のセパレータ面内に接着して用
いることもできる。他方のセパレータにおいては、ガス
ケットと対向する部分を平坦とし、ガスケットの先端部
が凸状の形状となっており、上記先端部がセパレータに
圧接される構成とする。
て、圧着される領域の幅が0.1から2mmの範囲にあ
る線圧を加えることができ、板状またはシート状のガス
ケットよりも低圧にてガスシールが可能となる。即ち、
先で述べたガス拡散層の集電性とガス透過性が両立され
る加圧条件、つまり3〜7kg/cm2の圧力範囲にて
ガスシールが実現される。
は、ガスケットが無加圧時の凸部の高さ又は厚みに対し
て30%以下に圧縮されていることが望ましい。
ールのクリープによる劣化が顕著となるため、圧縮率は
10%以上であることが望ましい。特に、本発明のガス
ケットの圧縮率は、20〜30%の範囲に調整すると、
ガスシールを確保すると同時に経時劣化によるクリープ
を抑制できることで、最も望ましい効果が得られる。な
お、ガスケットの先端部の形状は、幅0.1〜2mmの
範囲での線圧をセパレータに加えることができれば良い
ため、半円状、三角状、四角形状など任意の形状を選択
できる。
くするために、ガスケットの厚みは2mm以下であるこ
とが良く、加圧時において1mm以下であることがさら
に望ましい。
状ゴムを用いた場合よりも、シールされる面積が狭くな
るため、低圧力にてシールが可能となり、セパレータ表
面の微小な凹凸に対してもガスケットが密着しやすく、
電池の組み立て加圧工程の時間を短縮できる。
膜と電極層からなる膜―電極接合体と、上記接合体と上
記ガス拡散層を挟持するセパレータからなる複数の積層
セルと、上記積層セルの両端に電気を取り出す集電体
を、2個の端板で挟み込み、1以上のボルト或いは締め
板で固定することにより、組み立てが容易な固体高分子
型燃料電池を製作することができる。
外面とナットの間に、皿ばね、スプリングを挿入し、積
層セルに加わる圧力が3〜7kg/cm2になるように
ナットを固定する。別の方法として、積層セルの最末端
のセパレータと集電板の間、または集電板と端板の間に
金属製板ばねを挿入し、端板を固定する。これにより積
層セルに加わる圧力が3〜7kg/cm2の圧力範囲に
設定することにより、本発明の燃料電池を製造すること
ができる。
れたステンレス鋼が最も望ましいが、これに限定され
ず、鉄などの他の金属であっても良い。また、金属と樹
脂との複合体であっても良い。端板を固定するナット
は、端板内部に掘り込み部分を設け、その部分にナット
が入り込む構造にすると、コンパクトな固体高分子型燃
料電池を製造することができる。
−電極接合体、ガス拡散層、セパレータ、集電体などの
積層セル構成部品の厚さを自動計測する。その値をコン
ピューターにより自動積算することにより、積層セルに
加わる圧力が3〜7kg/cm2となるような積層セル
の目標厚さを容易に決定することができる。その目標厚
さまで端板を介してプレス機により加圧した後に、ナッ
トを締め付けることにより、3〜7kg/cm2の加圧
範囲にて燃料電池を製造することができ、製造時間の短
縮化が可能となる。
含む燃料ガスを流通させる配管を介して、水素を製造す
る機器、または水素を貯蔵する機器と連結することによ
り、クリーンな発電システムを提供することができる。
やメタノールを原料とした改質装置、或いは太陽光、風
力等の自然エネルギーより水電解により水素を製造する
装置などがある。また、水素を貯蔵する機器の例は、前
述の水素を製造する機器より発生した水素を貯蔵させた
水素ボンベ、或いはその水素を低圧にて吸収することが
可能な水素吸蔵合金を有する水素貯蔵装置がある。
いは発電システムを、据置式発電設備、携帯式発電機な
どの発電機器、電動式車椅子や歩行補助器具等を含む医
療介護用機器、電気自動車等の種々の機器を駆動させる
ための電源として応用できる。このため、クリーンで高
性能な製品を提供することも可能になる。
詳細に説明する。なお、本発明は以下に述べる実施例だ
けに限定されるものではない。 (実施例1)図1は本発明の実施例である単セル10の
構造を示すものであり、図2は単セル10の1構成要素
である膜(固体高分子電解質)−電極接合体11(以下、
電極接合体と称する)の構造を示す図である。単セル1
0は中央に膜−電極接合体11を配置している。
2(以下、電解質膜と称する)と、この電解質膜12の
両面に配置された金属触媒層よりなるアノード13と、
アノード13の反対面に配置されたカソード14からな
る。更にアノード13及びカソード14の電極の外側面
にはガス拡散層16を配置している。
ード用セパレータ3−3X及びカソード用セパレータ3
−3Yと冷却用セパレータ3−3Zとアノード集電板6
−3A及びカソード集電板6−3Kと絶縁シール6−4
とを配置している。絶縁シール6−4は端板6−5を絶
縁部材で構成している時には、省略できる。
びカソード用セパレータ3−3Yと冷却用セパレータ3
−3Zとの詳細は、図3及び図4と図5により後述す
る。
−3X及びカソード用セパレータ3−3Yと冷却用セパ
レータ3−3Zと、アノード集電板6−3A及びカソー
ド集電板6−3Kと、絶縁シール6−4及び端板6−5
とに貫通穴3−6を図3に示すように形成している。こ
の貫通穴3−6に挿入したボルト6−7Aに皿バネ6−
7B及びナット6−7Cを装着し、ナッ6−7Cトを締
付け端板6−5間に単セル10を支持する。ボルト6−
7Aには絶縁被覆を施しているが、ボルト6−7Aを絶
縁部材により構成するときには絶縁皮膜を施す必要はな
い。
アノード用セパレータ3−3X及びカソード用セパレー
タ3−3Yと冷却用セパレータ3−3Zと電極接合体11
の端部との間にはガスケット3−7を設け、ガス、冷却
水等が外部に漏れるのを防止している。
セパレータ3−3X及びカソード用セパレータ3−3Y
と冷却用アノード3−3Zとのガス流通路及び冷却路に
連通しているアノードガス供給口6−8A、カソードガ
ス供給口6−9A及び冷却水供給口6−10Aを設けて
いる。また端板6−5の左側には前述の供給口と連通す
るアノードガス排気口6−8B、カソードガス排気口6
−9B及び排水口6−10Bを設けている。
ス流通路及び冷却路を有する各セパレータの詳細を図
3,図4,図5により説明する。
ータ3−3Xである。図4はカソード用セパレータ3−
3Yである。図5は冷却用セパレータ3−3Zである。
ド用セパレータ3−3Yの素材は、黒鉛をフェノール樹
脂で成型したものである。セパレータの面内に、ガス流
路3−4が加工されている。
4本のリブ3−5が交互に配置されている。アノードの
ガス流路3−4は、ガス供給口3−3Aより蛇行しなが
らガス排出口3−3Bに連通されている。リブ3−5は
溝加工がなされていない凸部であり、リブと称する。ガ
ス流路3−4の一部はセパレータの内部を貫通する貫通
孔となっており、その上に、ガスケットとしてシリコン
ゴム製のシール3−7を固定した。
3−3A,3−1A及び排気口3−3B,3−3Bを設
けている。これらの供給口及び排気口はガス流路3−4
の上端及び下端に連通している。アノードガスは供給口
3−3A及び排気口3−3Bを矢印方向に流通する。ま
たカノードガスは供給口3−1A及び排気口3−3Bを
矢印方向に流通する。
水が矢印方向に蛇行する冷却流路4−1が形成されてい
る。冷却流路4−1の上端及び下端には冷却水の供給口
3−2A及び排水口3−2Bを形成している。
供給口及び排気口と排水口とは前述のアノードガス供給
口6−8A、カソードガス供給口6−9A及び冷却水供
給口6−10Aとアノードガス排気口6−8B、カソー
ドガス排気口6−9B及び排水口6−10Bとに連通し
ている。
塞しないように流路の一部を貫通孔としたが、溝の上部
にフェノール樹脂からなる平板を設置し、その上にシリ
コンゴムを固定することも可能である。
貫通孔3−6を設け、ポリ4フッ化エチレンの熱収縮チ
ューブによりボルト6−7Aを絶縁被覆した後、ボルト
6−7Aを上記貫通孔3−6に通して単セル10を固定
した。ボルト6−7Aを絶縁部材で構成するときには、
絶縁被覆は必要としない。ボルト6−7Aに単セル同士
が互いに電気的に短絡しないように絶縁手段を施して有
ればよい。
ス及び冷却水の供給口及び排出口及び排水口の周囲にも
固定し、ガス及び冷却水の漏洩を防止している。
m、溝深さは0.5mm、溝幅は1mm、リブ幅は1m
mとした。
さ1mm、幅は1mm、先端部のR値は0.5とした。
このシールは、セパレータ単位面積当りの加圧力が3k
g/cm2のとき圧縮量12%、7kg/cm2のときで
圧縮量28%であった。3〜7kg/cm2の加圧条件
の範囲では、水素ガスの漏洩がなく、ガスケットのシー
ル性に問題がないことを確認した。 (実施例2)図5は、冷却水用セパレータの構造を示
す。冷却水は、供給口3−2Aより導入され、上記セパ
レータ面内に形成された冷却流路4−1を流れ、排水口
3−2Bより排出される。冷却水の流路の途中は、セパ
レータの内部に埋め込まれ、貫通孔を有する。この貫通
孔の上のセパレータ表面にシリコンゴムのシール4−2
を固定した。シリコンゴムの形状は実施例1と同じとし
た。実施例1と同様に、溝の上部にフェノール樹脂から
なる平板を設置し、その上にシリコンゴムを固定するこ
とも可能である。
は、図3,図4に示した電極用のセパレータと同じ溝加
工をおこなった。セパレータの平坦部での厚さは2m
m,溝深さは0.5mm,溝幅は8mm,リブ幅は5m
mとした。 (実施例3)実施例1,2のアノード用セパレータ3−
3X,カノード用セパレータ3−3Y,冷却水用セパレ
ータ3−3Zとを用いて図1の単セル10を組み立て
た。
動させるためのスルホン酸基(−SO3H)を有する高
分子からなる。上記スルホン酸基を介して水素イオンが
膜内を移動することができる。
位とする高分子鎖に含まれるフッ素原子を2〜5個程度
のアルキル鎖(−CF2CF2−,−CF2CF2(C
F3)−など)を介して、上記アルキル鎖の末端にスル
ホン酸基(−SO3H)を有する高分子膜を用いた。高
分子膜の厚さは厚さ20μmとした。
子の表面に微小な白金とルテニウムの触媒合金を分散さ
せた粉末に固体高分子電解質を少量混合し十分に混合し
た後、固体高分子電解質膜状にブレードコーターにより
塗布、乾燥し、さらにホットプレスにより電極層13,
14を固体高分子膜12に固定した。他方の面には、炭
素粒子の表面に微小な白金のみを分散させた電極層を形
成させた。
m,空隙率80%,体積抵抗率0.8Ωcm,曲げ強度
0.35MPaの黒鉛製シートを用いた。黒鉛粉末と黒
鉛繊維を混合し、黒鉛全量に対して、3%のポリ−4フ
ッ化エチレンを混合し、加圧成型してシート状に加工し
た。
タ3−3Xとカソード用セパレータ3−3Yとを配置
し、各セパレータの背面に冷却用セパレータ3−3Zを
配置するようにした。冷却用セパレータ3−3Zの冷却
水をアノード用セパレータ3−3Xとカソード用セパレ
ータ3−3Yとの間に流通し、単セル10の温度を調節
できるようにした。各セパレータ間に挿入するガスケッ
ト3−7は、板状のシリコンゴムシートを用いた。
ス鋼製のアノード集電板6−3A及びカソード集電板6
−3Kを配置させ、さらに上記集電板の外側より厚さ
0.5mmのゴムシートを挟んで、電気的絶縁を確保し
た。
の端板6−5と上下各2本のボルト6−7Aを用いて、
ボルト6−7Aに装着したナット6−7Cを外側から締
つ付けることにより、電池スタックを製造した。ボルト
6−7Aは直径10mmとし、上記端板の四隅に直径1
0mmのボルトを貫通させ、両端板に皿ばね6−7Bを
挿入させてナット6−7Aで締め付けた。
ルの積層方向に油圧プレスを用いて加圧し、そのままの
状態で1時間放置し、電池に余分な隙間を取り除いた
後、ナットを締め付けた。一方の端板6−5には、アノ
ードガス供給口6−8Aとカソードガス供給口6−9A
が1個づつ取り付けられており、他方の端板にはそれぞ
れのガス排出口がある。
Aと排水口6−10Bが各端板6−5に取り付けてあ
る。これらの供給口は、それぞれ集電板、積層セルを貫
通する流路を通じて、各単セルと冷却セルに、それぞれ
ガスと冷却水を供給するようになっている。
積は100cm2とし、電流50Aにて出力を計測し
た。アノードに供給するガスは水素、カソードに供給す
るガスは空気とし、圧力は常圧(一気圧)とした。水素
と酸素の利用率はそれぞれ70%、40%とした。セル
に流す冷却水の温度は70±5℃に設定した。
厚さ350μm、空隙率80%、体積抵抗率2Ωcmの
フェルト状シートを用いた。なお、本ガス拡散層は非常
に柔軟性に富む素材であったため、自重で曲がってしま
い、曲げ強度の測定はできなかった。このガス拡散層を
用いて、上述の方法で単セルを組み立てて、同一条件下
で発電試験を行った。
ガス拡散層を用いた単セルの電流−電圧特性を示す。本
発明のガス拡散層を用いた方が、単セルにおける電圧が
高く、高出力化が可能であることがわかった。
000時間の連続発電試験を実施したところ、従来の電
池の電圧低下率は60mV/1000時間に対し、本発
明の電池の電圧低下率は8mV/1000時間と大幅に
寿命が改善された。試験後に単セルを解体したところ、
従来の電池における電極接合体の表面に、ガスの流路に
沿って、小さな皺が認められた。
時間は1時間としたが、それ以上延長しても、電池性能
に何ら影響を与えないことから、短時間の加圧で十分な
特性が得られることが明らかになった。 (実施例4)実施例2,3のアノード用セパレータ3−
3X(以下、S1と称する)及びカノード用セパレータ
3−3Y(以下、S2と称する)と冷却水用セパレータ
3−3Z(以下、S3と称する)と、複数の単セル10
とを積層して積層セル100を作製し、図7に示す固体
高分子型燃料電池(以下、燃料電池と称する)を製作し
た。図7はその電池の断面図を示す。
のを用い、単セル10を組み立てた。つぎに、各単セル
10の右側面にセパレータS1を配置するようにした。
セパレータS1には、実施例2にて製作したセパレータ
S3が対向するように配置している。冷却水が各単セル
10の一方の面に接触し、単セル10の温度を調節でき
るようにした。この冷却水が流れる部分を冷却セル6−
2とする。このように単セル10を複数個たとえば30
個積層した積層セル100を製作した。
ステンレス鋼製のアノード集電板6−3A及びカソード
集電板6−3Kを配置し、集電板の外側より厚さ0.5
mmのゴム部材の絶縁シート6−4を挟んで、電気的絶
縁を確保した。
の端板6−5と上下各2本のボルト6−7Aを用いて、
ボルト6−7Aに装着したナット6−7Cを外側から締
め付けることにより、積層電池スタックを製造した。
6−5の四隅に形成したボルト貫通穴3−6にボルト6
−7Aを挿入させ、両端板6−5に皿ばね6−7Bを挿
入した後、ナット6−7Cで締め付けた。ナット6−7
Cを取り付ける際には、積層セル100の積層方向に油
圧プレスを用いて加圧し、そのままの状態で1.5時間
放置し、積層セルに余分な隙間を取り除いた後、ナット
6−7Cを締め付け、両端板6−5間に積層セル100
を挟持した。この時のナット6−7Cの締め付け圧力
は、積層セル100の断面積当たり3kg/cm2〜7
kg/cm2の範囲に設定した。
口6−8Aとカソードガス供給口6−9Aが1個づつ取
り付けられており、他方の端板にはそれぞれのガス排出
口6−8B,6−9Bがある。また、冷却水について
は、供給口6−10Aと排水口と6−10Bが各端板6
−5に取り付けてある。これらの供給口は、それぞれ集
電板6−3A,6−3K、積層セル100を貫通する流
路を通じて、各単セルと冷却セルに、それぞれガスと冷
却水を供給するようになっている。
付け圧力は、積層セル100の断面積当たり3kg/c
m2〜7kg/cm2の範囲に設定した。この理由は、3
kg/cm2以下の場合は、接触圧力が弱く、内部抵抗
が高くなり、出力される電力が小さく燃料電池として使
用できない。また7kg/cm2以上では締め付け圧力
が高すぎて、本発明の従来技術で説明したようにガス拡
散層が圧縮されすぎて、ガスが透過しずらくなり、所望
の電力が得られない。この点に関して、表1に示すよう
に3kg/cm2以下の場合は、例えば記号Iの締め付
け圧力は2.0(kg/cm2)である。この時の出力
は0.07(W/cm2)であり、3kg/cm2〜7k
g/cm2の範囲に設定された時の出力より小さく使用
できない。また記号Mの締め付け圧力は8.0(kg/
cm2)である。この時の出力は8.0(W/cm2)で
あり、出力は十分であるが、ガス拡散層が破損し使用で
きない。
望の電気性能例えば燃料電池の出力電力及び寿命を前述
の締め付け圧力に調整した分だけ向上すことができるよ
うになった。
に従来技術より低く設定した分だけ、締め付け作業時間
を短縮できると共に、ボルト6−7A,皿ばね6−7
B,ナット6−7C等の締め付け部材は機械的強度の低
い部材を使用できるようになり、積層セル100又は積
層電池スタック等を小型化,軽量化することができるよ
うになった。
パレータS3を挟んでアノード用セパレータS1及びカ
ソード用セパレータS2を対向配置した冷却用ユニット
を構成した。この冷却用ユニットにより、2個の単セル
10を同時に冷却できるので、更に積層セル100を小
型化(特に積層セルの積層方向を短縮)できるようにな
った。
ド用セパレータS2とはガス流通路を設けていない背面
側同士を接合してガス流通路用ユニットを構成した。ガ
ス流通路用ユニットにより、例えば温度の高い空気はこ
れより温度の低い水素を暖めて、両者の酸化反応及び還
元反応を早め、電気起動特性を良くすることができる。
用セパレータS2とを一体にした基板を使用すれば、一
枚のセパレータ毎に組み込む場合に比べて組み立て作業
時間を短縮できる。
又端板6−5と集電板6−3A,6−3Kとの間に板ば
ねを挿入する。これにより、端板6−5の外側のボルト
6−7A及びナット6−7Cにおける突起寸法を減らす
ことができるので、積層セル100の積層方向を縮少
し、固体高分子型燃料電池を小型化できる。
能な電極有効面積は100cm2とし、電流50Aにて
出力を計測した。アノードに供給するガスは水素、カソ
ードに供給するガスは空気とし、圧力は常圧(一気圧)
とした。水素と酸素の利用率はそれぞれ70%,40%
とした。セルに供給する冷却水の温度は70±2℃に設
定した。
散層は、表1に示した通りである。ガス拡散層以外の構
成及び試験条件は同一とした。電池の出力密度は、電極
有効表面積(100cm2)の単位面積当りに換算した
値を計算した。 (実施例5)
ガス拡散層の厚さと出力を比較した。空隙率、体積抵抗
率は同じである。50Aでの発電試験を実施した結果、
表1に示すように、ガス拡散層Aの場合、まったく出力
が得られなかった。電池を解体したところ、ガス拡散層
の割れが認められ、ガス拡散層の強度が不足したためで
あることがわかった。
るが、単位面積当りの出力は、ガス拡散層B,E,P,
Qの値よりも小さく、ガス拡散層の厚さが0.5mmを
越えると性能が低下した。B,E,P,Qの場合、設計
値0.20〜0.23 W/cm2の範囲の高い出力が
ほぼ設計通り得られた。即ち、本発明のガス拡散層を用
いることにより、コンパクトで高出力な燃料電池が得ら
れたことになる。
圧時間は1時間としたが、それ以上延長しても、ガス拡
散層B,E,P,Qを用いた電池の性能に何ら影響を与
えないことから、従来約1日加圧状態で放置していた工
程を、短時間で十分な特性を得ることができるようにな
った。
以下のような方法で確認することができる。端板の平坦
部に密着できるような冶具をロードセルのセンサー部に
取り付ける。端板の基準位置を決め、レーザー式変位計
を基準位置に合わせておく。端板を固定するナットを緩
めながら、ロードセルの荷重を加え、端板の位置が初期
と同じとなるようにロードセルの荷重を調節する。最後
にナットが完全に外れたときの荷重が電池積層セルに加
わっていた圧力となる。
て時の圧力を、この方法によって組み立て後に確認し
た。表1のMのように圧力が8kg/cm2になると、
単セルが亀裂するので、使用できない。 (実施例6)C,D,E,F,G,Hの6種類のガス拡
散層を用い、ガス拡散層の空隙率と出力を比較した。5
0Aでの発電試験を実施した結果、表1に示すように、
ガス拡散層の空隙率が60〜90%の範囲を使用する。
示すように体積抵抗率が0.1(Ω/cm2)と小さ
く、ガス透過率が悪くなり、電力変換率が悪く、所望の
出力0.08(W/cm2)が得られず使用できない。
また90%以上の場合には、記号Hで示すように、曲げ
強度が0.08(MPa)と極端に低く、空隙率が60
〜90%の範囲の曲げ強度に比べて、機械的強度が弱く
使用できないばかりか、また黒鉛が少なくなり、電気的
な伝導率が悪くなり、表Hのように空隙率の設定範囲の
出力より低い出力しか得られず、使用できない。 (実施例7)I,J,K,L,Mの5種類のガス拡散層
を用い、組み立て時に積層セルに印加する荷重をガス拡
散層の断面積(100cm2)当りに換算した値を組み
立て時圧力と定義し、その値と出力を比較した。厚さと
空隙率は同じとした。50Aでの発電試験を実施した結
果、表1に示すように、ガス拡散層IとMの場合、他の
ガス拡散層と比較して出力が低下した。
極接合体とガス拡散層の間、及びガス拡散層と各セパレ
ータの間の電気的接触が不良になったためと考えられ
る。ガス拡散層Mの場合は、荷重が大きくなりすぎて、
各セパレータのリブ部と電極接合体膜との間に挟まれた
ガス拡散層に亀裂が生じ、電気的接触不良になったため
と推定される。 (実施例8)N,Oの2種類のガス拡散層を用い、組み
立て時に積層セルに印加する荷重をガス拡散層の断面積
(100cm2)当りに換算し、その値と出力を比較し
た。空隙率と厚さは同じとした。50Aでの発電試験を
実施した結果、表1に示すように、両者の出力に差は認
められなかった。
00(μm)の範囲に設定にする。即ち、実施例7のMと
比較すると、ガス拡散層の厚さが0.3mmと厚くなる
ことに伴い、ガス拡散層の強度が増加し、荷重が大きく
ても破損、亀裂が発生しないため、セル内での電気的接
触が保たれたためと推定される。 (実施例9)実施例2,3のセパレータS1,S2,S
3と、電極接合体、本発明のガス拡散層を組み合わせ
て、積層セルを作製し、図5に示す燃料電池を製作し
た。図5はその電池の断面図を示す。
の構成及び組み立て方法は、実施例4と同様である。
維に3%のポリ−4フッ化エチレンを混合したものをシ
ート状にしたものを用いた。厚さは0.1mmとした。
本実施例のガス拡散層の空隙率、体積抵抗率、曲げ強
度、組み立て時の圧力はそれぞれ80%,0.08Ωc
m,40MPa,6kg/cm2である。
積は100cm2とし、電流50Aにて出力を計測し
た。アノードに供給するガスは水素、カソードに供給す
るガスは空気とし、圧力は常圧(一気圧)とした。水素
と酸素の利用率はそれぞれ70%,40%とした。セル
に供給する冷却水の温度は70±2℃に設定した。設計
出力0.23W/cm2に対し、本実施例の電池の出力
は0.22W/cm2となり、従来技術よりも低荷重で
燃料電池を組み当てても、ほぼ設計通りの性能が得られ
た。 (実施例10)図8は、本発明の他の実施例であるアノ
ード用セパレータS4であり、図3と同じ構成部品には
同じ符号を付して説明を省略する。アノード用セパレー
タS4は直線型の溝を有する点が実施例1と異なる。
直線形状のリブ部6−2の間に溝であるガス流通路6−
3を形成し、このガス流通路6−3の上端及び下端にガ
ス流通路6−3と連通する分配用リブ6−1を設けてい
る。分配用リブ6−1の両端にはアノード供給口3−3
A及び排気口3−3Bを設けている。分配用リブ6−1
はアノード供給口3−3よりも広がった領域にガスを均
一に分配する必要があるため、分配用リブ6−1を設け
た。
面の裏から見てガス流路が左右反転した図4と同じであ
る。カノード用セパレータS6は直線形状のガス流通路
6−2とこれに連通する分配用リブ6−1と設け、これ
以外は図4と同じである。
路6−3を形成したので、ガス流通時にガス流通抵抗を
小さくできる利点がある。尚、セパレータの平坦部での
厚さは2mm,溝深さは0.5mm,溝幅は1.5m
m,リブ幅は1.5mmとした。 (実施例11)図9は、本発明の他の実施例である冷却
用セパレータS6であり、図5と同じ構成部品には同じ
符号を付して説明を省略する。冷却用セパレータS6は
実施例10と同様に直線型の溝を有する点が実施例1と
相違し、それ以外は同じである。冷却水用セパレータS
6の冷却水は、供給口3−2Aより導入され、冷却水用
セパレータ面内のリブ部7−1及び7−2間に形成され
た流路7−3を流れ、排出口3−2Bより排出される。
尚、冷却水用セパレータの平坦部での厚さは2mm,溝
深さは0.5mm,溝幅は8mm,リブ幅は5mmとし
た。この冷却水用セパレータをセパレータS6とする。 (実施例12)実施例10,11のセパレータS4,S
5,S6を用いて単セルを組み立てた。膜−電極接合
体、単セルの構成、組み立て方法は、実施例3と同様で
ある。本発明のガス拡散層は、厚さ300μm,空隙率
80%,体積抵抗率0.8Ωcm,曲げ強度10MPa
と30MPaの2種類の黒鉛製シートを用いた。黒鉛粉
末と黒鉛繊維を混合し、黒鉛全量に対して、3%のポリ
−4フッ化エチレンを混合し、加圧成型してシート状に
加工した。セパレータ、ガス拡散層、膜−電極接合体、
集電板、端板からなる積層セルを加圧する条件は、圧力
6kg/cm2、放置時間1時間とした。
積は100cm2とし、電流50Aにて出力を計測し
た。アノードに供給するガスは水素、カソードに供給す
るガスは空気とし、圧力は常圧(一気圧)とした。水素
と酸素の利用率はそれぞれ70%,40%とした。セル
に流す冷却水の温度は70±5℃に設定した。
成は共通とし、従来のガス拡散層として、厚さ350μ
m,空隙率80%,体積抵抗率2Ωcmのフェルト状シ
ートを用いた。尚、本ガス拡散層は非常に柔軟性に富む
素材であったため、自重で曲がってしまい、曲げ強度の
測定はできなかった。このガス拡散層を用いて、上述の
方法で単セルを組み立てて、同一条件下で発電試験を行
った。
層を用いた単セルの出力を測定した。0.5A/cm2
の発電条件のとき、本発明の燃料電池の出力は、設計値
0.23W/cm2に対し、設計通りの出力が得られ
た。これに対し、従来のガス拡散層を用いた電池の出力
は、0.11W/cm2となり、本発明のガス拡散層を
用いた方が、単セルの電圧が高く、高出力化が可能であ
ることがわかった。
000時間の連続発電試験を実施したところ、従来の電
池の電圧低下率は255mV/1000時間に対し、本
発明の電池の電圧低下率は10mV/1000時間と大
幅に寿命が改善された。試験後に単セルを解体したとこ
ろ、従来における電池の膜−電極接合体の表面に、ガス
の流路に沿って、小さな皺が認められた。
時間は1時間としたが、それ以上延長しても、電池性能
に何ら影響を与えないことから、短時間の加圧で十分な
特性が得られることが明らかになった。
ば、締め付け圧力を調整した分だけ所望の電気性能例え
ば燃料電池の出力電力及び寿命を向上させることができ
るようになった。
り低く設定した分だけ、締め付け作業時間を短縮できる
と共に、ボルト,皿ばね,ナット等の締め付け部材は機
械的強度の低い部材を使用できるようになり、積層セル
及び電池スタック等を小型化,軽量化することができる
ようになった。
図。
図。
タの平面図。
タの平面図。
平面図。
流−電圧特性図。
図。
パレータの平面図。
レータの平面図。
の断面図。
3…膜−電極接合体、1−4…セパレータの溝、2−1
…空隙部、3−1A…カソード供給口、3−1B…カソ
ード排出口、3−2A…冷却水供給口、3−2B…冷却
水排水口、3−3A…アノードガス供給口、3−3B…
アノードガス排出口、3−4…ガス流路、3−5…リブ
部、3−6…ボルト用貫通孔、3−7…ガスケット、4
−1…冷却水流路、4−2…ガスケット、6−2…冷却
セル、6−3A…集電板、6−3K…集電板、6−4…
絶縁シート、6−5…端板、6−7A…ボルト、6−7
B…皿ばね、6−7C…ナット、6−8A…アノードガ
ス供給口、6−8B…アノードガス排気口、6−9A…
カソード供給口、6−9B…カソード排出口、6−10
A…冷却水供給口、6−10B…冷却水排出口、7−8
…リブ部、7−9…ガス流通路、10…単セル,100
…積層セル。
Claims (8)
- 【請求項1】 固体高分子電解質膜と、前記固体高分子
電解質膜の両面に配置された金属触媒を有する電極及び
ガス拡散層とを備えた固体高分子電解質・電極接合体
と、前記ガス拡散層を押圧すると共に、燃料ガス又は冷
却媒体を流通する流通路を有するセパレータを備えた単
セルと、前記単セルの複数個を積層してなる積層セル
と、前記積層セルの両端に配置された前記単セルと電気
的に接続している集電板と、各集電板の外側に配置され
た端板と、前記端板間に挿入された絶縁手段を施した挿
入手段と、前記挿入手段に装着された締付手段とを備
え、前記締付手段を締め付けて前記端板間に積層セルを
挟持すると共に、締付圧力を上記積層セルの断面積当た
り3kg/cm2〜7kg/cm2の範囲に設定すること
を特徴とする固体高分子型燃料電池。 - 【請求項2】 固体高分子電解質膜と、前記固体高分子
電解質膜の両面に配置された金属触媒を有する電極及び
ガス拡散層とを備えた固体高分子電解質・電極接合体
と、前記ガス拡散層を押圧すると共に、燃料ガス又は冷
却媒体を流通する流通路を有するセパレータを備えた単
セルと、前記単セルの複数個を積層してなる積層セル
と、前記積層セルの両端に配置された前記単セルと電気
的に接続している集電板と、各集電板の外側に配置され
た端板と、前記端板間に挿入された絶縁手段を施した挿
入手段と、前記挿入手段に装着された締付手段とを備
え、前記締付手段を締め付けて前記端板間に積層セルを
挟持すると共に、締付圧力を上記積層セルの断面積当た
り3kg/cm2〜7kg/cm2の範囲に設定し、上
記、ガス拡散層の空隙率が60%〜90%の範囲である
ことを特徴とする固体高分子型燃料電池。 - 【請求項3】 請求項2に記載において、上記ガス拡散
層の厚さは0.1mm〜0.5mmの範囲であることを
特徴とする請求項2に記載の固体高分子型燃料電池。 - 【請求項4】 請求項1又は2に記載において、上記ガ
ス拡散層の体積変化量が無加圧時の体積に対して20%
以下であって、上記圧力範囲における上記ガス拡散層の
体積抵抗率が1Ωcm以下となることを特徴とする固体
高分子型燃料電池。 - 【請求項5】 請求項1乃至3項のいずれか1項の記載
において、上記セパレータの内面に凸状の形状のガスシ
ールを設け、上記ガスシールが無加圧時の高さに対して
60%〜80%の高さに圧縮されていることを特徴とす
る固体高分子型燃料電池。 - 【請求項6】 固体高分子電解質膜と、前記固体高分子
電解質膜の両面に配置された金属触媒を有する電極及び
ガス拡散層とを備えた固体高分子電解質・電極接合体
と、前記ガス拡散層を押圧すると共に、燃料ガス又は冷
却媒体を流通する流通路を有するセパレータを備えた単
セルと、前記単セルの複数個を積層してなる積層セル
と、前記積層セルの両端に配置された前記積層セルと電
気的に接続している集電板と、各集電板の外側に配置さ
れた端板と、前記端板間に挿入された絶縁手段を施した
挿入手段と、前記挿入手段に装着された締付手段とを備
え、前記締付手段を締め付けて前記端板間に積層セルを
挟持し、前記積層セルの中間にはアノード用セパレータ
とカソード用セパレータとを冷却用セパレータを挟んで
対向配置されてなる冷却用ユニットと、セパレータの一
方面に形成したアノード用ガス通路とこれと反対側面に
形成したカノード用ガス通路とを有するガス通路用ユニ
ットとを配置することを特徴とする固体高分子型燃料電
池。 - 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1項の記載に
おいて、上記積層セルと上記端板との間、又上記端板と
上記集電板との間に板ばねを挿入することを特徴とする
固体高分子型燃料電池。 - 【請求項8】 請求項1乃至6のいずれか1項の記載し
た固体高分子型燃料電池を、電気自動車、家庭用発電設
備及び業務用発電設備等の電池発電システムに使用する
ことを特徴とする固体高分子型燃料を用いた電池発電シ
ステム。
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