JP2004349013A

JP2004349013A - 燃料電池スタック

Info

Publication number: JP2004349013A
Application number: JP2003142116A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Arisaka; 伸一有坂; Yasuo Takebe; 安男武部; Yasushi Sugawara; 靖菅原; Yoshihiro Hori; 堀　　喜博; Eiichi Yasumoto; 栄一安本; Shinya Kosako; 慎也古佐小; Makoto Uchida; 誠内田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】気孔率および厚さが均一なガス拡散層をそのまま用いながら、ガス拡散層中の燃料ガスおよび酸化剤ガスの分圧を均一にすることにより、低コストで優れた発電効率を有する燃料電池スタックを提供する。
【解決手段】水素イオン伝導性高分子電解質膜、前記電解質膜を挟む触媒層およびガス拡散層を有するアノードおよびカソード、前記アノードに燃料ガスを供給するガス流路と、供給口と、排出口とを有するアノード側セパレータ、および前記カソードに酸化剤ガスを供給するガス流路と、供給口と、排出口とを有するカソード側セパレータを具備した単電池を複数個積層した積層体、ならびに前記積層体を積層方向に圧縮する一対のエンドプレートを含む燃料電池スタックであって、前記アノード側およびカソード側セパレータの供給口側から排出口側にかけて前記アノードおよびカソードのガス拡散層の厚さが連続的に変化している。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポータブル電源、電気自動車用電源、家庭内コージェネレーションシステムなどに使用される燃料電池を複数個積層した燃料電池スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池は、水素などの燃料ガスおよび空気などの酸化剤ガスを白金などの触媒層およびガス拡散層を有するアノードおよびカソードにおいて電気化学的に反応させて、電気と熱とを同時に発生させるものである。
燃料電池の構造について説明する。
まず、水素イオンを選択的に輸送する水素イオン伝導性高分子電解質膜の両面には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末および水素イオン伝導性高分子電解質からなる触媒層が配されている。さらに、この触媒層の外面には、例えば、撥水処理を施したカーボンペーパーのような優れた通気性および電子伝導性を有する拡散層が配されている。このような触媒層および拡散層からなる部分により一対の電極が構成され、燃料ガスが供給される側がアノード、酸化剤ガスが供給される側がカソードとなる。
【０００３】
次に、燃料を供給する燃料ガスが外部に漏れたり、燃料ガスおよび酸化剤ガスが互いに混合しないように、アノードおよびカソードの周囲には、水素イオン伝導性高分子電解質膜を挟んでガスシール材およびガスケットが配されている。このシール材およびガスケットは、アノードおよびカソードならびに水素イオン伝導性高分子電解質膜と一体化している。これをＭＥＡ（電解質膜・電極接合体）と呼ぶ。ＭＥＡの外側には、ＭＥＡを機械的に固定するとともに、隣接したＭＥＡを互いに電気的に直列に接続するための導電性セパレータ板が配されている。前記セパレータ板のＭＥＡと接触する部分には、アノードおよびカソードの電極に燃料ガスおよび酸化剤ガスの反応ガスを供給し、生成ガスおよび余剰ガスを運び去るためのガス流路が設けられている。ガス流路はセパレータ板と別に設けることもできるが、セパレータの表面に溝を設けてガス流路を形成する方式が一般的である。
【０００４】
多くの燃料電池は、上述のような構造の単電池を複数個積層して構成されている。運転時には、燃料電池において電力が発生するとともに発熱が生じる。単電池を積層した燃料電池では、単電池１〜２セル毎に冷却水路等を設けることにより、電池温度を一定に保つと同時に発生した熱エネルギーを温水などの形で利用することができる。
ところで、燃料電池では、発電時に燃料ガスとして含まれる水素および酸化剤ガスとして含まれる酸素が、電気化学反応によって消費される。このため、ガス拡散層内の反応ガスの分圧が、セパレータに設けられた燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれアノードおよびカソードへ供給する供給口に近い部分ほど大きく、燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ外部へ排出する排出口に近いほど小さくなり、不均一となる。
【０００５】
このような不具合を抑制するために、例えば、特許文献１では、ガス拡散層として用いられるカーボンペーパーまたはカーボンクロスの気孔率を反応ガスの供給口側より排出口側の方で大きくする技術が開示されている。
また、特許文献２では、セパレータのガス排出口側よりもガス供給口側の方で、アノードおよび／またはカソードのガス拡散層が小さな透過度および／または大きな厚さを有する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１２４５８３号公報
【特許文献２】
特開平１１−１５４５２３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のような従来の燃料電池では、ガス拡散層の気孔率および／または厚さを供給口側から排出口側につれて連続的に変えていたため、製造工程が煩雑になり、コストが高くなるという問題が生ずる。
そこで、本発明では、上記の問題を解決するために、気孔率および厚さが均一な従来のガス拡散層をそのまま用いながら、ガス拡散層中の燃料ガスおよび酸化剤ガスの分圧を均一にすることにより、低コストで優れた発電効率を有する燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池スタックは、水素イオン伝導性高分子電解質膜、前記電解質膜を挟む触媒層およびガス拡散層を有するアノードおよびカソード、前記アノードに燃料ガスを供給するガス流路と、供給口と、排出口とを有するアノード側セパレータ、および前記カソードに酸化剤ガスを供給するガス流路と、供給口と、排出口とを有するカソード側セパレータを具備した単電池を複数個積層した積層体、ならびに前記積層体を積層方向に圧縮する一対のエンドプレートを含む燃料電池スタックであって、前記アノード側およびカソード側セパレータの供給口側から排出口側にかけて前記アノードおよびカソードのガス拡散層の厚さが連続的に変化していることを特徴とする。
【０００９】
前記アノードおよびカソードのガス拡散層の厚さが、それぞれ前記セパレータの供給口側から排出口側にかけて連続的に薄くなっていることが好ましい。
前記セパレータの供給口近傍において前記積層体を積層方向に圧縮する圧力Ｐ１に対して、前記セパレータの排出口近傍において前記圧力をＰ１×（１．１〜５）とすることが好ましい。
【００１０】
また、アノード側およびカソード側セパレータの厚さが、前記供給口側の厚さＴ１に対して、前記排出口側の厚さがＴ１×（１．１〜５）となるように、前記供給口側から排出口側にかけて連続的に変化しており、前記積層体を圧縮する圧力が、前記セパレータの面において均等であることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、燃料電池を構成する一般的なＭＥＡの概略縦断面図を示す。
水素イオン伝導性高分子電解質膜１０の両面には、白金系の金属触媒を担持した導電性炭素粒子（カーボンブラックなど）および水素イオン導電性高分子電解質からなる一対の触媒層が備えられている。燃料ガスが供給されるアノード側の触媒層１１および酸化剤ガスが供給されるカソード側の触媒層１２の外面には、ガス拡散層１３および１４が備えられている。ガス拡散層１３および１４は、それぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを透過する優れた通気性、電極反応により生成した電流を取り出すことが可能な優れた導電性および撥水性を有する。これらが一体化してＭＥＡ１５を構成している。
【００１２】
上記のＭＥＡ１５の両面にセパレータを配して構成した単電池を複数個用いて図２に示すような燃料電池スタックを構成する。図２は、燃料電池スタックの概略斜視図である。
単電池を複数個積層した積層体２１の両端には、ガス流路２５および冷却水路２６を備えたエンドプレート２２が配されている。そして、締結ロッド２３およびスクリューばね２４により積層体２１を両側から締め付けることにより積層体２１が固定されている。
発電運転時には、積層体２１は、電力を発生すると同時に発熱するため、単電池を積層する際に、単電池１〜２セル毎に冷却水路などを設けることにより、電池温度を一定に保つとともに発生した熱エネルギーを温水などの形で利用することができる。
【００１３】
本発明に係る燃料電池スタックにおいては、ガス拡散層に気孔率が均一な従来の材料をそのまま用いながら、アノード側およびカソード側セパレータの供給口側から排出口側にかけて前記アノードおよびカソードのガス拡散層の厚さを連続して変化させることにより、ガス拡散層の面内で生じる燃料ガスおよび酸化剤ガスの分圧の不均一を解消するものである。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態を以下に示す。
第１の好ましい実施の形態として、燃料電池スタックを構成する単電池の概略縦断面図を図３に示す。
水素イオン伝導性高分子電解質膜３０の両側には、アノード側触媒層３１およびカソード側触媒層３２が配されている。前記アノード側触媒層３１およびカソード側触媒層３２の外面には、それぞれ厚さおよび気孔率が均一であるガス拡散層３３および３４が配されている。さらに、その外側には、アノードに燃料ガスを供給する供給口３５ａおよび燃料ガスを外部へ排出する排出口３５ｂを備えた厚さが均一であるアノード側セパレータ３５、ならびにカソードに酸化剤ガスを供給する供給口３６ａおよび酸化剤ガスを外部へ排出する排出口３６ｂを備えた厚さが均一であるカソード側セパレータ３６が配されている。
【００１５】
そして、このような単電池を積層した積層体およびエンドプレートを用いて図２のような燃料電池スタックを構成し、締結ロッドおよびスクリューばねにより積層体の積層方向に垂直な面に対して燃料ガスおよび酸化剤ガス排出口側の圧力が供給口側の圧力よりも大きくなるように積層体が締結されている。なお、燃料ガスの供給口３５ａおよび酸化剤ガスの供給口３６ａは対向する位置に設け、また、燃料ガスの排出口３５ｂと酸化剤ガスの排出口３６ｂも対向する位置に設ける。
したがって、ガス拡散層３３および３４は、積層体に組み込まれる前は、一定の厚さを有するが、積層体に組み込まれた後には、前記締結ロッドおよびスクリューばねによる締結度合いに応じて、供給口３５ａおよび３６ａ側から排出口３５ｂおよび３６ｂ側にかけて連続的に薄くなる。
【００１６】
上記のような燃料電池を構成する単電池では、供給口３５ａおよび３６ａより燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されると、供給口３５ａおよび３６ａ側から排出口３５ｂおよび３６ｂ側へ移動するにしたがって、ガス拡散層３３および３４中の燃料ガスおよび酸化剤ガスは、電気化学反応により消費されるため、その量はしだいに減少する。
【００１７】
しかし、前記積層体を積層方向に圧縮する圧力を供給口近傍よりも排出口近傍のほうで大きくすることによって、アノード側およびカソード側のガス拡散層中の燃料ガスおよび酸化剤ガスの分圧の不均一を解消できる。
このとき、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給口近傍において前記積層体を積層方向に圧縮する圧力をＰ１とすると、燃料ガスおよび酸化剤ガスの排出口近傍において前記積層体を積層方向に圧縮する圧力は、Ｐ１×（１．１〜５）が好ましい。
【００１８】
第２の好ましい実施の形態として、燃料電池スタックを構成する単電池の概略縦断面図を図４に示す。
水素イオン伝導性高分子電解質膜４０の両側には、アノード側触媒層４１およびカソード側触媒層４２が配されている。前記アノード側触媒層４１およびカソード側触媒層４２の外面には、それぞれ厚さおよび気孔率が均一であるガス拡散層４３および４４が配されている。さらに、その外側には、アノードに燃料ガスを供給する供給口４５ａおよび燃料ガスを外部へ排出する排出口４５ｂを備えたアノード側セパレータ４５ならびにカソードに酸化剤ガスを供給する供給口４６ａおよび酸化剤ガスを外部へ排出する排出口４６ｂを備えたカソード側セパレータ４６が配されている。そして、前記セパレータ４５および４６は、それぞれ供給口４５ａおよび４６ａ側から排出口４５ｂおよび４６ｂ側にかけてセパレータ４５および４６の厚さが連続的に厚くなっている。
【００１９】
そして、このような単電池を積層した積層体およびエンドプレートを用いて図２のような燃料電池スタックを構成し、締結ロッドおよびスクリューばねにより、積層体の積層方向に垂直な面に対して圧力が均一にかかるように積層体が締結されている。
したがって、ガス拡散層４３および４４は、積層体に組み込まれる前は、一定の厚さを有するが、積層体に組み込まれた後には、前記セパレータ４５および４６の形状に応じて、供給口４５ａおよび４６ａ側から排出口４５ｂおよび４６ｂ側にかけて連続的に薄くなる。
【００２０】
上記のような燃料電池スタックを構成する単電池では、供給口４５ａおよび４６ａより燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されると、供給口４５ａおよび４６ａ側から排出口４５ｂおよび４６ｂ側へ移動するにしたがって、ガス拡散層４３および４４中の燃料ガスおよび酸化剤ガスは、電気化学反応により消費されるため、その量はしだいに減少する。
【００２１】
しかし、前記積層体を積層方向に圧縮する圧力を前記積層方向に対して垂直な面において均一とし、セパレータ４５および４６の供給口４５ａおよび４６ａ側から排出口４５ｂおよび４６ｂ側につれて、セパレータ４５および４６の厚さを連続的に厚くすることによって、アノード側およびカソード側のガス拡散層中の燃料ガスおよび酸化剤ガスの分圧の不均一を解消することができる。
【００２２】
このとき、燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給口側におけるセパレータの厚さをＴ１とすると、燃料ガスおよび酸化剤ガスの排出口側におけるセパレータの厚さは、Ｔ１×（１．１〜５）が好ましい。例えば、厚さが４００μｍであるガス拡散層を燃料ガスおよび酸化剤ガスの排出口付近で１００μｍまで薄くする場合は、供給口側におけるセパレータの厚さを１ｍｍとすると、排出口側におけるセパレータの厚さは１．３ｍｍが好ましい。
【００２３】
また、セパレータの厚みを変える方法として、上記のように積層体を構成するすべてのセパレータの厚みを連続的に変えた図４に示すような構成以外に、一部のセパレータの厚みを連続的に変える構成としても構わない。
第３の好ましい実施の形態として、積層体を構成するセパレータのうち一部のセパレータの厚みを連続的に変化させた一例を図５に示す。図５は、カソード側のセパレータ５６の厚みを均一とし、アノード側のセパレータ５５の厚みを連続的に変化させた燃料電池スタックを構成する単電池の概略縦断面図である。
【００２４】
水素イオン伝導性高分子電解質膜５０の両側には、アノード側触媒層５１およびカソード側触媒層５２が配されている。前記アノード側触媒層５１およびカソード側触媒層５２の外面には、それぞれ厚さおよび気孔率が均一であるガス拡散層５３および５４が配されている。さらに、その外側には、アノードに燃料ガスを供給する供給口５５ａおよび燃料ガスを外部へ排出する排出口５５ｂを備えたアノード側セパレータ５５ならびにカソードに酸化剤ガスを供給する供給口５６ａおよび酸化剤ガスを外部へ排出する排出口５６ｂを備えたカソード側セパレータ５６が配されている。そして、カソード側セパレータ５６はセパレータの厚みが均一であるが、アノード側セパレータ５５は燃料ガス供給口５５ａ側から排出口５５ｂ側にかけて、セパレータの厚みが連続的に厚くなっている。
【００２５】
そして、このような単電池を積層した積層体およびエンドプレートを用いて図２のような燃料電池スタックを構成し、締結ロッドおよびスクリューばねにより、積層体の積層方向に垂直な面に対して圧力が均一にかかるように積層体が締結されている。
したがって、ガス拡散層５３および５４は、積層体に組み込まれる前は、一定の厚さを有するが、積層体に組み込まれた後には、前記セパレータ５５の形状に応じて、供給口５５ａおよび５６ａ側から排出口５５ｂおよび５６ｂ側にかけて連続的に薄くなる。
このような構成としても、第２の好ましい実施の形態と同様の効果が得られる。
【００２６】
また本発明は、ガス拡散層において燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給口側から排出口側にかけてガスの流速が一定となることから、生成水の凝縮によるガス透過阻害を防止するという効果もある。
【００２７】
【実施例】
以下に本発明の実施例を具体的に説明する。
《実施例１》
【００２８】
（ｉ）ガス拡散層の作製
ガス拡散層の基材である外寸１６ｃｍ×２０ｃｍおよび厚さ３６０μｍのカーボンペーパー（東レ（株）製、ＴＧＰ−Ｈ−１２０）をフッ素樹脂を含有した水性ディスパージョン（ダイキン工業（株）製、ネフロンＮＤ１）中に含浸した後、これを乾燥し、３８０℃で３０分間加熱することによりカーボンペーパーに撥水性を付与した。次に、導電性カーボン粉末であるデンカブラック（電気化学工業（株）製）とポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）微粉末の水性ディスパージョンとを混合して、乾燥重量でＰＴＦＥを２５重量％および導電性カーボンを７５重量％含む撥水インクを得た。そして、スクリーン印刷法により、この撥水インクをカーボンペーパーの片面に塗布して撥水層を形成し、ガス拡散層とした。このとき、撥水層の一部は、カーボンペーパー中に埋め込まれた。このとき、得られたガス拡散層の厚さは、４００μｍであった。
【００２９】
（ｉｉ）触媒層の形成
平均一次粒子径３０ｎｍの導電性カーボン粒子であるケッチェンブラックＥＣ（オランダ国、ＡＫＺＯＣｈｅｍｉｅ社製）に、平均粒子径３０Åの白金粒子を担持してカソード側の触媒粉末（白金は５０重量％）を得た。また、上述と同様のケッチェンブラックＥＣに、平均粒子径約３０Åの白金粒子およびルテニウム粒子を担持してアノード側の触媒粉末（白金およびルテニウムはそれぞれ３０重量％）を得た。
【００３０】
そして、上記アノードおよびカソード側の触媒粉末を、それぞれ９重量％のＦＳＳ溶液（旭硝子（株）製）と混合し、触媒ペーストを得た。このとき、触媒粉末およびパーフルオロスルホン酸ポリマーの混合重量比は、２：１とした。
【００３１】
次に、外寸２０ｃｍ×３２ｃｍの水素イオン伝導性高分子電解質膜（デュポン社製、ナフィオン１１２）の片面に、カソード側触媒ペーストをスクリーン印刷法により塗布してカソード側触媒層を形成した。窒素雰囲気中で乾燥後、水素イオン伝導性高分子電解質膜のもう一方の面に、ポリプロピレンシート上に形成したアノード側触媒層をホットプレス（１３５℃、１０ｍｉｎ）して接合することによりアノード側触媒層を形成した。このとき、カソード側では、触媒層に含まれる白金量が０．５ｍｇ／ｃｍ^２、触媒層の平均厚さが２０μｍとなるように触媒層を調製した。また、アノード側では、触媒層に含まれる白金量が０．３ｍｇ／ｃｍ^２、触媒層の平均厚さが１５μｍとなるように触媒層を調製した。
【００３２】
（ｉｉｉ）単電池の作製
次に、触媒層を形成した水素イオン伝導性高分子電解質膜に、上記で得られたガス拡散層を、その撥水層を塗布した面が触媒層に接するようにホットプレスにより接合してＭＥＡを作製した。このとき、作製したＭＥＡの水素イオン伝導性高分子電解質膜の外周部にゴム製のガスケット板を接合し、冷却水、燃料ガスおよび酸化剤ガスが通るためのマニホールド穴を形成した。
次に、外寸が２０ｃｍ×３２ｃｍ、厚さが１．３ｍｍ、ガス流路および冷却水路の深さが０．５ｍｍの樹脂含浸黒鉛板からなるセパレータ２枚を用い、ＭＥＡシートの片面に酸化剤ガス流路が形成されたカソード側セパレータを、もう一方の面に燃料ガス流路が形成されたアノード側セパレータを重ね合わせ、単電池を作製した。
【００３３】
（ｉｖ）燃料電池スタックの作製
上記で得られた単電池を２セル積層した後、冷却水路溝を有するセパレータでこの２セルの電池を挟み込む工程を繰り返し、１００セルを積層した積層体を作製した。そして、この積層体の両端部にステンレス製の集電板および電気絶縁性の絶縁板を含むエンドプレートを配し、締結ロッドおよびスクリューばねを用いて積層体を固定し、燃料電池スタックＡを得た。このときの締結圧は酸化剤ガスおよび燃料ガスの供給口付近をセパレータの単位面積当り１４７０ｋＰａ、排出口付近をセパレータの単位面積当り１９５０ｋＰａとした。
このとき、電池スタックＡとして積層体に組み込まれた単電池は、図３に示すような構成となり、積層体にかかる供給口３５ａおよび３６ａ側ならびに排出口３５ｂおよび３６ｂ側における圧力の差の影響を受けて、供給口３５ａおよび３６ａ側から排出口３５ｂおよび３６ｂ側にかけてガス拡散層３３および３４の厚さが連続的に薄くなった。
【００３４】
《実施例２》
酸化剤ガスおよび燃料ガスそれぞれの供給口付近の厚さを１．３ｍｍ、排出口付近の厚さを２ｍｍとし、さらに供給口側から排出口側にかけて連続的に厚さを変化させたセパレータを用いた以外は、実施例１と同様の方法により単電池を作製した。そして、この単電池を実施例１と同様の方法で積層し、積層体を得た。積層体を積層方向に圧縮する圧力を均一にセパレータの単位面積当り１４７０ｋＰａとした以外は、実施例１と同様の方法により電池スタックＢを得た。
このとき、電池スタックＢとして積層体に組み込まれた後の単電池は、図４に示すような構成となり、セパレータ４５および４６の形状に応じて供給口４５ａおよび４６ａ側から排出口４５ｂおよび４６ｂ側にかけて、ガス拡散層４３および４４の厚さが連続的に薄くなった。
【００３５】
《比較例》
積層体を積層方向に圧縮する圧力を均一にセパレータの単位面積当り１４７０ｋＰａとした以外は、実施例１と同様の方法により電池スタックＣを得た。
【００３６】
［評価］
上記で得られた燃料電池スタックＡ、ＢおよびＣに対して、それぞれ水素ガス供給設備、空気供給設備および加湿器を組み合わせて燃料電池システムＡ、ＢおよびＣを構成した。
燃料電池システムＡ、ＢおよびＣの燃料電池をそれぞれ７５℃に保持した。そして、アノード側に供給する燃料ガスとして水素ガスを露点７０℃で加湿・加温したものを、カソード側に供給する酸化剤ガスとして空気を露点６０℃で加湿・加温したものをそれぞれ燃料電池Ａ、ＢおよびＣに供給した。その結果、電流を外部に出力しない無負荷時において、燃料電池Ａ、ＢおよびＣは、それぞれ９８Ｖの電池開放電圧を得た。
【００３７】
また、これらの燃料電池を燃料利用率８０％、酸素利用率４０％、および電流密度３００ｍＡ／ｃｍ^２の条件で放電した。図６に燃料電池Ａ、ＢおよびＣのセル電圧の経時変化を示す。
その結果、長時間運転して燃料電池ＡおよびＢでは、セル電圧の低下はほとんど見られなかったが、燃料電池Ｃでは、セル電圧は１０００時間で２５ｍＶずつ低下した。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、気孔率および厚さが均一なガス拡散層をそのまま用いながら、ガス拡散層中の燃料ガスおよび酸化剤ガスの分圧を均一にすることにより、低コストで優れた発電効率を有する燃料電池スタックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なＭＥＡの構造を示す概略縦断面図である。
【図２】一般的な燃料電池スタックの概略斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態である単電池の概略縦断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態である単電池の概略縦断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態である単電池の概略縦断面図である。
【図６】本発明の実施例１および２および比較例の放電時におけるセル電圧の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１０、３０、４０、５０水素イオン伝導性高分子電解質膜
１１、３１、４１、５１アノード側触媒層
１２、３２、４２、５２カソード側触媒層
１３、１４、３３、３４、４３、４４、５３、５４ガス拡散層
１５ＭＥＡ
２１積層体
２２エンドプレート
２３締結ロッド
２４スクリューばね
２５ガス流路
２６冷却水流路
３５、４５、５５アノード側セパレータ
３６、４６、５６カソード側セパレータ
３５ａ、３６ａ、４５ａ、４６ａ、５５ａ、５６ａ供給口
３５ｂ、３６ｂ、４５ｂ、４６ｂ、５５ｂ、５６ｂ排出口

Claims

水素イオン伝導性高分子電解質膜、前記電解質膜を挟む触媒層およびガス拡散層を有するアノードおよびカソード、前記アノードに燃料ガスを供給するガス流路と、供給口と、排出口とを有するアノード側セパレータ、および前記カソードに酸化剤ガスを供給するガス流路と、供給口と、排出口とを有するカソード側セパレータを具備した単電池を複数個積層した積層体、ならびに前記積層体を積層方向に圧縮する一対のエンドプレートを含む燃料電池スタックであって、
前記アノード側およびカソード側セパレータの供給口側から排出口側にかけて前記アノードおよびカソードのガス拡散層の厚さが連続的に変化していることを特徴とする燃料電池スタック。
前記アノードおよびカソードのガス拡散層の厚さが、それぞれ前記セパレータの供給口側から排出口側にかけて連続的に薄くなっていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池スタック。
前記セパレータの供給口近傍において前記積層体を積層方向に圧縮する圧力Ｐ１に対して、前記セパレータの排出口近傍において前記圧力をＰ１×（１．１〜５）とすることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池スタック。
アノード側およびカソード側セパレータの厚さが、前記供給口側の厚さＴ１に対して、前記排出口側の厚さがＴ１×（１．１〜５）となるように、前記供給口側から排出口側にかけて連続的に変化しており、前記積層体を圧縮する圧力が、前記セパレータの面において均等であることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池スタック。