JP2004185937A - 固体高分子形燃料電池用フレキシブルセル構造 - Google Patents
固体高分子形燃料電池用フレキシブルセル構造 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】電解質膜１の両面に酸素極２と水素極３とを接合してＭＥＡ７を構成し、これを波状に保持して両側に柔軟性のある平板のセパレータ４で挟んだ構造にした。そして、セパレータ４とセパレータ４で挟まれて波状に保持されたＭＥＡ７の間にできる空間に反応ガスとなる酸素と水素を供給して起電力を起こさせる。
【選択図】 図２
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を構成する固体高分子形燃料電池用フレキシブルセル構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な燃料電池用セルの構造は、図１に示すように、電解質膜の両側に、燃料極触媒層と多孔質支持層とによる燃料極と、空気極触媒層と多孔質支持層とによる空気極とが接合し、ＭＥＡとして一体化され、さらにＭＥＡの外側に配設された水素や酸素の反応ガスの供給通路をかねたセパレータによって挟持されているものがある（例えば、参考文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
池田宏之助編，「燃料電池のすべて」，第３版，株式会社日本実業出版社，２００２年４月２０日，ｐ．１２６−１２７
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記、従来の一般的な燃料電池用セルを構成するセパレータは、反応ガスの供給通路と電極との役割を果たすために、炭素系や金属系等の材料のブロック状の基材に多数の溝を設けた構造になっている。従って以下のような問題点が指摘される。
（１）セパレータの基材がブロック状であるため重量が重い。
（２）セパレータに溝を設けるための設計、金型の製造などに係わる工数が必要となりコストが高くなる。
（３）セパレータの強度を確保するための厚みが発電に寄与しない部分となり、組上げたセルの単位体積当たりの発電効率が低下する要因となる。
そこで、本発明は、上記課題に鑑みて創案なされたものであり、軽量、低コストで単位体積当たりの発電効率を向上させ、その上フレキシブルな固体高分子形燃料電池用セルを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、電解質膜の両面に酸素極と水素極とを接合してＭＥＡを構成し、前記ＭＥＡを挟むようにセパレータが配設された固体高分子形燃料電池用セルであって、前記セパレータは平板で、且つ、前記セパレータで挟まれたＭＥＡは波状に保持されていることを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記セパレータは柔軟性のある材料でできていることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図２乃至図５を参照しながら、詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【０００８】
図２は、本発明に係る固体高分子形燃料電池用フレキシブルセル構造の実施例を示す部分断面図である。従来の一般的な燃料電池用セルを構成するＭＥＡと同様に、電解質膜１の両面に酸素極２と水素極３とを接合してＭＥＡ７を構成している。ＭＥＡ７の厚みは約４０乃至１００μｍ程度で、人の力で加圧すれば変形させることができるほどの柔軟性を有するものである。これを、波状に保持し、両面に柔軟性のある平板のセパレータ４で挟んだ構造になっている。セパレータ４は、例えば、ステンレスの薄い平板に金メッキを施した構成など、導電性の良い柔軟性を持った部材を適宜使用すればよい。そして、上述の構造に組上がったセル１０も柔軟性をもったものとなる。また、このセル１０においては、セパレータ４とセパレータ４に挟まれたＭＥＡ７の酸素極２及び水素極３との間に空間ができるので、この空間をそれぞれ空気流路５、水素流路６として、酸素及び水素を供給することにより起電反応を起こさせ、セパレータ４を電極にして起電力を外部に取り出すものである。なお、空気流路５及び水素流路６は中空でも良いし、カーボンなどの導電繊維を満たしても良い。導電繊維を満たすと、ＭＥＡ７とセパレータが接触していなくてもＭＥＡ７で発生した起電力は導電繊維を介してセパレータに伝達される。
【０００９】
なお、上述のフレキシブルなセル１０を使用すると、セル１０を配置するスペースに制約があっても、図３に示すように螺旋状に巻きつけて乾電池のような形に形成したり、図４に示すように葛折のように折り重ねるなど、いろいろな形状にして対応することができる。また、要求される電力によって図５のように大判のセル１０を適宜、切断部８で切断して使用することも可能である。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体高分子形燃料電池用フレキシブルセル構造は、従来の一般的な燃料電池用セルと比較して、セパレータを平板にしたので、薄くて軽いセルができる。また、ＭＥＡを波形に保持することによって流路を流れる各反応ガスとＭＥＡとの接触面積が増大し、その結果、反応面積が大きくなること及びセルが薄くなることで、単位体積当たりの発電効率が向上する。また、応用面では、セパレータに柔軟性のある材質を採用することによって実現されたセルのフレキシブルな特性を生かして、螺旋状にしたり、折り重ねたり、切断するなどして制約のある配置スペースや、要求される電力に対して適宜対応することができる。さらに、コスト面では、セパレータが平板であるため設計、製造に係わる工数が低減され、低コスト化が実現できる、といった効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考文献１のＰ．１２６に記載された図である。
【図２】本発明に係わる固体高分子形燃料電池用フレキシブルセル構造の実施例を示す部分断面図である。
【図３】本発明に係わる固体高分子形燃料電池用フレキシブルセル構造を使用した第１の応用例を示す概念図である。
【図４】本発明に係わる固体高分子形燃料電池用フレキシブルセル構造を使用した第２の応用例を示す概念図である。
【図５】本発明に係わる固体高分子形燃料電池用フレキシブルセル構造を使用した第３の応用例を示す概念図である。
【符号の説明】
１ 電解質膜
２ 酸素極
３ 水素極
４ セパレータ
５ 空気流路
６ 水素流路
７ ＭＥＡ
８ 切断部
１０ セル
Claims (2)
- 電解質膜の両面に酸素極と水素極とを接合してＭＥＡを構成し、前記ＭＥＡを挟むようにセパレータが配設された固体高分子形燃料電池用セルであって、前記セパレータは平板で、且つ、前記セパレータで挟まれたＭＥＡは波状に保持されていることを特徴とする固体高分子形燃料電池用フレキシブルセル構造。
- 前記セパレータは柔軟性のある材料でできていることを特徴とする請求項１に記載の固体高分子形燃料電池用フレキシブルセル構造。
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