JP2008277273A - 燃料電池用スタック - Google Patents

Abstract

【課題】スタンピング加工で両面にチャンネルを各々形成し、各チャンネルと連結するマニホールドを有するメタル素材のセパレータを備えた燃料電池用スタックを提供する。
【解決手段】本発明による燃料電池用スタックは、膜−電極接合体（ＭＥＡ）と、前記膜−電極接合体を中心に置いてその両側に配置されるメタル素材のセパレータを含み、前記セパレータは、スタンピング加工によって、少なくとも一つのチャンネルが両側面に各々形成され、前記各チャンネルの両端と連通するマニホールドが形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は燃料電池用スタックに関し、より詳しくはメタル素材の両面チャンネル構造を有するセパレータに関する。

周知のように、燃料電池（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は、燃料の酸化反応、及びこの燃料と別途の酸化剤ガスの還元反応によって、電気エネルギーを発生させる発電装置で構成される。燃料電池は、燃料の種類によって大きく高分子電解質形燃料電池と、直接酸化型燃料電池に区分される。

高分子電解質形燃料電池は、液体燃料またはガス燃料から改質された改質ガス、及び空気のような酸化剤ガスが提供されて、その改質ガスの酸化反応、及び酸化剤ガスの還元反応によって、電気エネルギーを発生させる構造を有する。

直接酸化型燃料電池は、液体燃料、及び空気が提供されて、その燃料の酸化反応、及び酸化剤ガスの還元反応によって、電気エネルギーを発生させる構造を有する。

このような燃料電池は、膜−電極接合体（ＭＥＡ）と、セパレータで構成される単位セルが連続的に配置されたスタックで構成される。

ここで、セパレータは膜−電極接合体を間においてその両側に配置され、その両側面には改質ガスまたは燃料、及び酸化剤ガスを膜−電極接合体に供給するチャンネルを各々形成している。前述の燃料電池は、単位セルのセパレータがグラファイトまたはカーボン複合体で形成されるが、このセパレータは気体または液体の透過を防止するために、少なくとも０．４〜０．６ｍｍの厚さで構成される。しかし、このようなセパレータは厚さが厚く、成型が複雑で、値段が高い短所がある。

最近はこのような問題点を解決するために、メタル素材で構成されるセパレータを用いている。このセパレータは、グラファイトまたはカーボン複合体素材のセパレータに比べて厚さが薄い長所を有している。

このようなメタル素材のセパレータは、最小限の厚さを維持するためにスタンピング加工で両側面にチャンネルを形成している。

しかし、従来はセパレータの平面全体に対して各チャンネルの両端が開放されたシワ状のチャンネルを形成しているだけで、そのチャンネルに改質ガスまたは燃料、及び酸化剤ガスを供給するための別途のマニホールドを加工できない実情である。

このようにマニホールドがないセパレータを用いてスタックを構成する場合、チャンネルに改質ガスまたは燃料、及び酸化剤を供給するためのポンピング圧が加重されることによって、ポンプの電力消量が増加する問題点がある。

一方、従来はセパレータにマニホールドを形成するためにスタンピング加工でセパレータの一面に蛇行状の単一チャンネルを形成するが、この場合セパレータの他側面にはチャンネルを形成できなくなる問題がある。

また、従来は一方面に蛇行状のチャンネルがスタンピング加工されてチャンネルと連結するマニホールドを有する各々のセパレータを相互接合して使っているが、この場合、全体スタックの体積を最少化するには不利であると指摘されている。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、スタンピング加工で両面にチャンネルを各々形成し、各チャンネルと連結するマニホールドを有するメタル素材のセパレータを備えた燃料電池用スタックを提供することにある。

上記課題を解決するために、膜−電極接合体（ＭＥＡ）と、前記膜−電極接合体を中心に置いてその両側に配置されるメタル素材のセパレータを含み、前記セパレータはスタンピング加工で少なくとも一つのチャンネルを両側面に各々形成し、前記各チャンネルの両端と連通するマニホールドを形成する燃料電池用スタックが提供される。

前記燃料電池用スタックは、前記セパレータの両側面に凹凸を形成し、前記凹凸の凹溝部がチャンネルとして構成できる。

前記燃料電池用スタックは、前記セパレータの断面が波状に形成され、前記チャンネルが蛇行状で形成できる。

前記燃料電池用スタックは、前記マニホールドが前記セパレータに孔として形成できる。
前記燃料電池用スタックは、前記チャンネルと前記マニホールドが別々形成できる。この場合、前記チャンネルは両端が閉鎖されでもよい。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記セパレータは第１チャンネルを一側面に形成し、第２チャンネルを他側面に形成できる。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記第１チャンネルは、前記一側面に複数備えられ、酸化剤ガスを前記膜−電極接合体に供給するための酸化剤ガス流動経路を形成できる。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記第２チャンネルは、単一個で前記他の側面に対して前記酸化剤ガス流動経路の間に形成され、前記膜−電極接合体に燃料を供給するための燃料流動経路を形成できる。

前記燃料電池用スタックは、前記セパレータの両側面に対して前記第１チャンネルと前記第２チャンネルが互いに重ならない構造を有してもよい。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記第１チャンネルは前記一側面に凹溝部で形成され、前記の他の側面に突出部で形成され、前記第２チャンネルは前記一側面に突出部で形成され、前記の他の側面に凹溝部で形成できる。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記セパレータは、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル及びコバルトで構成される群より選択される一つまたは二つ以上の合金素材で形成できる。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記セパレータは二極式プレートであってもよい。

前記燃料電池用スタックは、前記セパレータと前記膜−電極接合体の間のエッジ部分に配置されるガスケットを含むことができる。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記ガスケットは前記チャンネルと前記マニホールド間の通路を形成するための流路部を含むことができる。この場合、前記流路部は前記ガスケットに溝で形成できる。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記膜−電極接合体は、電解質膜と、前記電解質膜の一側面に対してエッジ部分を除いた他の領域に形成されたカソード電極と、前記電解質膜の他の側面に対してエッジ部分を除いた他の領域に形成されたアノード電極を含むことができる。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記ガスケットは、互いに対向する前記セパレータと前記膜−電極接合体を基準とする時、前記チャンネルの突出部及び前記電極の厚さに合わせた厚さで形成できる。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記通路は前記ガスケットの厚で前記チャンネルと前記マニホールドを連通させる流路を形成できる。

前記燃料電池用スタックにおいて、前記ガスケットは、シリコンゴムで形成できる。
前記燃料電池用スタックは、前記セパレータと前記膜−電極接合体が交互に連続配置されてもよい。

前記燃料電池用スタックは、直接酸化型燃料電池として構成されてもよい。

本発明によると、スタンピング加工されたチャンネルを両側面に各々形成するメタル素材のセパレータを備えることによって、全体スタックの体積を減らせる効果がある。
また、セパレータにマニホールドを形成し、そのマニホールドとチャンネルをガスケットを利用して連結できるため、従来とは異なって燃料と酸化剤ガスを供給するためのポンピング圧が加重されなくなる。これによって、燃料及び酸化剤ガスを供給するためのポンプの電力消耗量を減らすことができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は本発明の例示的な実施形態による燃料電池用スタックを概略的に示した斜視図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態による燃料電池用スタック１００は、メタノール、エタノールのようなアルコール系燃料と、空気のような酸化剤ガスが提供されて、燃料の酸化反応及び酸化剤ガスの還元反応によって、電気エネルギーを発生させる直接酸化型燃料電池で構成される。

本実施形態において、燃料電池用スタック１００は、多数の発電部１０を連続的に配列した発電部１０の集合体で構成され、その集合体の最外側には加圧プレート２０を備えている。

前記加圧プレート２０は、締結部材（図示せず）によって互いに締結されながら発電部１０を密着させる機能を有する。

前記の加圧プレート２０には発電部１０に燃料と酸化剤ガスを供給し、発電部１０で反応して残った燃料と酸化剤ガス、及び発電部１０で生成された生成物を排出するための複数のポット２１を各々形成している。

図２は図１の部分分解斜視図であり、図３は図２の概略的な結合断面構成図である。

図２及び図３を参照すると、本実施形態における発電部１０は、燃料及び酸化剤ガスの電気化学的反応によって、電気エネルギーを発生させる単位セルとして具備される。

この発電部１０は、膜−電極接合体（ＭＥＡ）１１と、膜−電極接合体１１を中心に置いてその両側に各々配置されるセパレータ１３を含む。

従って、本実施形態では膜−電極接合体１１とセパレータ１３が交互に連続配列されながら発電部１０の集合体構造のスタック１００を形成できる。

膜−電極接合体１１は、電解質膜１１ｃを中心に置いてこの電解質膜１１ｃの一側面に形成されるカソード電極１１ａと、電解質膜１１ｃの他の側面に形成されるアノード電極１１ｂを備える。

カソード電極１１ａは、電解質膜１１ｃの一側面に対してエッジ部分を除いた他の領域に形成され、アノード電極１１ｂは電解質膜１１ｃの他の側面に対してエッジ部分を除いた他の領域に形成される。この場合、カソード電極１１ａとアノード電極１１ｂは、通常の気体拡散層（ＧＤＬ）と微細気孔層（ＭＰＬ）を含むことができる。

アノード電極１１ｂは、燃料を酸化反応させてこの燃料を電子と水素イオンに分離させ、電解質膜１１ｃは、水素イオンをカソード電極１１ａに移動させて、カソード電極１１ａはアノード電極１１ｂから提供された電子、水素イオン、及び別途に提供された酸化剤ガスを還元反応させて、水分及び熱を生成する機能を有する。

本実施形態によると、セパレータ１３は、メタル素材、例えば、アルミニウム、銅、鉄、ニッケルまたはコバルトで構成される。また、セパレータ１３は、これらメタル素材の中から選択される二つ以上の合金で形成してもよい。

前記メタル素材で構成されるセパレータ１３は、一般的なグラファイト素材のセパレータより薄い厚さ、望ましくは０．１〜０．２ｍｍの厚さを有する四角形状である。

このセパレータ１３は、厚さが薄いにもかかわらずグラファイト素材のセパレータとは異なって、液体または気体の気密性が良好な特性を有する。

セパレータ１３はスタンピング加工によって両側面に凹凸を形成し、その両側面１３ａ、１３ｂには前記凹凸で形成された少なくとも一つのチャンネル１５、１６を各々備えている。この場合、チャンネル１５、１６は、セパレータ１３の両側面１３ａ、１３ｂに対して凹凸の凹溝部で形成される。

以下、便宜上、セパレータ１３の一側面を第１面１３ａとし、第１面１３ａに形成されたチャンネルを第１チャンネル１５とし、セパレータ１３の他の側面を第２面１３ｂとし、第２面１３ｂに形成されたチャンネルを第２チャンネル１６という。

セパレータ１３の第１面１３ａは、膜−電極接合体１１のカソード電極１１ａと対向する面であり、第２面１３ｂは、膜−電極接合体１１のアノード電極１１ｂと対向する面である。

第１チャンネル１５は、酸化剤ガスをカソード電極１１ａに供給できるように酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流動経路を形成し、第２チャンネル１６は、燃料をアノード電極１１ｂに供給できるように燃料が流通する燃料流動経路を形成する。

従って、本実施形態によるセパレータ１３は、第１チャンネル１５及び第２チャンネル１６を両側面１３ａ、１３ｂに各々形成することによって、当業界で幅広く称される二極式プレートとして具備される。

前述のスタンピング加工とは、凹凸が加工された上型と下型の間に板金を入れて、その上型と下型に圧力を加えて、板金の表面に凹凸の形状を形成するプレス加工のことである。

第１チャンネル１５及び第２チャンネル１６は、図４Ａ及び図４Ｂに示したように、蛇行状に構成されてもよい。

第１チャンネル１５は、図４Ａに示したようにセパレータ１３の第１面１３ａに複数形成される。第１チャンネル１５は、セパレータ１３の第１面１３ａに凹溝部（Ａ１）で形成され、図４Ｂに示したようにセパレータ１３の第２面１３ｂには突出部（Ｂ１）で形成される。

この突出部（Ｂ１）は、チャンネル１５、１６が形成されないセパレータ１３のエッジ部分と所定段差を有するように突出形成される（図３参照）。

ここで、第１チャンネル１５は、両端が閉鎖された形態に構成されながら（図４Ａ参照）、凹溝部（Ａ１）は膜−電極接合体１１のカソード電極１１ａに離隔される部分であり、突出部（Ｂ１）は膜−電極接合体１１のアノード電極１１ｂに密着する部分である（図３参照）。

第２チャンネル１６は、図４Ｂに示したように、セパレータ１３の第２面１３ｂに対して単一個数で形成され、第１チャンネル１５（以下、図４Ａ参照）の酸化剤ガス流動経路の間に形成される。

つまり、第２チャンネル１６は、セパレータ１３の第２面１３ｂに対して第１チャンネル１５の突出部（Ｂ１）の間に形成され、第１チャンネル１５と実質的に重ならない形態で形成される。

第２チャンネル１６は、セパレータ１３の第２面１３ｂに凹溝部（Ａ２）で形成され、図４Ａに示したように、セパレータ１３の第１面１３ａには突出部（Ｂ２）で形成される。

この突出部（Ｂ２）は、チャンネル１５、１６が形成されないセパレータ１３のエッジ部分と所定段差を有するように突出形成される（図３参照）。

ここで、第２チャンネル１６は、第１チャンネル１５と同様に両端が閉鎖された形態で構成されながら（図４Ｂ参照）、凹溝部（Ａ２）は膜−電極接合体１１のアノード電極１１ｂに離隔される部分であり、突出部（Ｂ２）は膜−電極接合体１１のカソード電極１１ａに密着する部分である（図３参照）。

本実施形態ではセパレータ１３の両側面１３ａ、１３ｂに凹凸を形成することによってその両側面１３ａ、１３ｂに第１チャンネル１５及び第２チャンネル１６を各々備えることによって、セパレータ１３の断面が波状の形状を有するように構成される。

前記のように構成されるセパレータ１３は、図４Ａに示したように、第１チャンネル１５（本実施形態では酸化剤ガス流動経路）と実質的に連通する第１マニホールド１７ａ、１７ｂと、図４Ｂに示したように第２チャンネル１６（本実施形態では燃料流動経路）と実質的に連通する第２マニホールド１９ａ、１９ｂを含む。

第１マニホールド１７ａ、１７ｂは、各々の第１チャンネル１５に対して一対で備えられ、各第１チャンネル１５の両端と離隔しながら、第１チャンネル１５とは別に形成され、セパレータ１３を貫く孔として具備される。以下、第１チャンネル１５の両端と第１マニホールド１７ａ、１７ｂを分離する部分を「第１部分（Ｃ１）」という。

第１マニホールド１７ａ、１７ｂは、第１チャンネル１５に酸化剤ガスを供給し、第１チャンネル１５に沿って流通しながら、膜−電極接合体１１（以下、図３参照）のカソード電極１１ａ（以下、図３参照）で反応して残った酸化剤ガス及びそのカソード電極１１ａで生成された水分を排出する機能を有する。

このようにセパレータ１３に孔状の第１マニホールド１７ａ、１７ｂを備えることによって、膜−電極接合体１１のエッジ部分には第１マニホールド１７ａ、１７ｂと一致する（重なる位置に）孔１１ｈを形成している（図２参照）。

第２マニホールド１９ａ、１９ｂは、一つの第２チャンネル１６に対して一対で備えられ、第２チャンネル１６の両端と離隔しながら、第２チャンネル１６とは別に形成され、セパレータ１３を貫く孔で具備される。以下、第２チャンネル１６の両端と第２マニホールド１９ａ、１９ｂを分離する部分を「第２部分（Ｃ２）」という。

第２マニホールド１９ａ、１９ｂは、第２チャンネル１６に燃料を供給し、第２チャンネル１６に沿って流通しながら、膜−電極接合体１１のアノード電極１１ｂ（以下、図３参照）で反応して残った燃料を排出する機能を有する。

このようにセパレータ１３に孔状の第２マニホールド１９ａ、１９ｂを備えることによって、膜−電極接合体１１のエッジ部分には第２マニホールド１９ａ、１９ｂと一致する孔を形成している（図２参照）。

従って、本実施形態によると、スタンピング加工によって、メタル素材のセパレータ１３の両側面に蛇行状の第１チャンネル１５及び第２チャンネル１６を各々形成することによってスタック全体の体積を減らすことができる。

また、本実施形態によると、セパレータ１３に第１チャンネル１５及び第２チャンネル１６と連通する孔形態の第１マニホールド１７ａ、１７ｂ及び第２マニホールド１９ａ、１９ｂを各々形成することによって、各々のチャンネル１５、１６に燃料及び酸化剤を供給するためのポンピング圧が加重されなくなる。これは、セパレータ１３に燃料、酸化剤を供給または排出するマニホールドが無い場合、一側の最外郭セパレータ１３から反対側の最外郭セパレータ１３まで燃料、酸化剤などが複数のセパレータ１３のチャンネル１５、１６を連続的に通過しながら移動しなければならない。そのため、燃料、酸化剤などを一側の最外郭セパレータ１３から反対側の最外郭セパレータ１３まで移動させるために、ポンピング圧が増加されざるを得ない。その反面、本実施形態のように、セパレータ１３に第１チャンネル１５及び第２チャンネル１６と連通する孔形態の第１マニホールド１７ａ、１７ｂ及び第２マニホールド１９ａ、１９ｂを各々形成することによって、この第１マニホールド１７ａ、１７ｂ及び第２マニホールド１９ａ、１９ｂを通して燃料、酸化剤などを各セパレータのチャンネル１５、１６に供給し、未反応燃料、酸化剤などを各セパレータ１３の他側のマニホールドに排出できるようになる。従って、ポンピング圧が減少する。

一方、図２及び図３を参照すると、本実施形態による燃料電池用スタック１００は、セパレータ１３と膜−電極接合体１１の間の気密を維持するためのガスケット３１、３２を含んでいる。

ガスケット３１、３２は、弾性を有するシリコンゴム素材で構成され、膜−電極接合体１１の各電極１１ａ、１１ｂが位置する孔を有してセパレータ１３と膜−電極接合体１１の間のエッジ部分に各々配置される。

このガスケット３１、３２は、セパレータ１３の両側面１３ａ、１３ｂと膜−電極接合体１１の間でチャンネルが形成されないセパレータ１３のエッジ部分、及び電解質膜１１ｃのエッジ部分に該当する膜−電極接合体１１のエッジ部分に密着配置される。

ここで、ガスケット３１、３２は、膜−電極接合体１１とセパレータ１３が交互に連続配列されたスタック１００におけるセパレータ１３と膜−電極接合体１１の間のエッジ部分に各々配置される。

ガスケット３１、３２は、セパレータ１３の第１面１３ａ側エッジ部分と膜−電極接合体１１のカソード電極１１ａ側エッジ部分の間に配置される第１ガスケット３１と、セパレータ１３の第２面１３ｂ側エッジ部分と膜−電極接合体１１のアノード電極１１ｂ側エッジ部分の間に配置される第２ガスケット３２に区分できる。

第１ガスケット３１及び第２ガスケット３２は、互いに対向するセパレータ１３と膜−電極接合体１１を基準とすると、セパレータ１３のチャンネルが形成されない部分とチャンネルの突出部Ｂ１、Ｂ２に対する段差、及び膜−電極接合体１１の電極１１ａ、１１ｂの厚さに合わせた厚さに形成される。

第１ガスケット３１は、セパレータ１３のチャンネルが形成されない部分と第２チャンネル１６の突出部（Ｂ２）に対する段差、及び膜−電極接合体１１のカソード電極１１ａの厚さに合わせた厚さに形成される。

第２ガスケット３２は、セパレータ１３のチャンネルが形成されない部分と第１チャンネル１５の突出部（Ｂ１）に対する段差、及び膜−電極接合体１１のアノード電極１１ｂの厚さに合わせた厚さに形成される。

第１ガスケット３１には、セパレータ１３の第２マニホールド１９ａ、１９ｂと一致する孔を形成している。また、第２ガスケット３２には、セパレータ１３の第１マニホールド１７ａ、１７ｂ（以下、図４Ａ参照）と一致する孔を形成している。

本実施形態によると、第１ガスケット３１は第１チャンネル１５の両端と各々の第１マニホールド１７ａ、１７ｂの間に第１通路４１（図５Ａ）を形成するための第１流路部３３を含んでいる。

第２ガスケット３２は、第２チャンネル１６の両端と各々の第２マニホールド１９ａ、１９ｂの間に第２通路４２（図５Ｂ）を形成するための第２流路部３５を含んでいる。

第１流路部３３は、第１チャンネル１５の両端とこれに対応する各々の第１マニホールド１７ａ、１７ｂを連結する第１溝３３ａで形成される。この時、第１チャンネル１５の両端と、各々の第１マニホールド１７ａ、１７ｂ、及び第１チャンネル１５の両端と各第１マニホールド１７ａ、１７ｂの間の第１部分（Ｃ１：図４Ａ参照）は第１溝３３ａの領域に位置する。

第１通路４１は、図５Ａに示したように、第１ガスケット３１を間においてセパレータ１３と膜−電極接合体１１が密着した場合、第１溝３３ａによってセパレータ１３と膜−電極接合体１１の間に第１ガスケット３１の厚さに該当するギャップとして形成される。

第１通路４１は、第１溝３３ａによって、第１ガスケット３１の厚さで第１チャンネル１５の両端と各々の第１マニホールド１７ａ、１７ｂを連通させる流路を形成する。つまり、第１通路４１は、第１部分（Ｃ１）を間において第１チャンネル１５の両端と各々の第１マニホールド１７ａ、１７ｂを第１ガスケット３１の厚さで連結する連結通路を形成する。

ここで、第１通路４１は、いずれか一つの第１マニホールド１７ａを通して供給される酸化剤ガスを第１チャンネル１５に流入させて、膜−電極接合体１１のカソード電極１１ａで未反応の酸化剤ガス及びそのカソード電極１１ａで生成された水分を他の一つの第１マニホールド１７ｂに排出させる機能を有する。

第２流路部３５は、第２チャンネル１６の両端とこれに対応する各々の第２マニホールド１９ａ、１９ｂを連結する第２溝３５ａで形成される。この時、第２チャンネル１６の両端と、各々の第２マニホールド１９ａ、１９ｂ、及び第２チャンネル１６の両端と各第２マニホールド１９ａ、１９ｂの間の第２部分（Ｃ２）は第２溝３５ａの領域に位置する。

第２通路４２は、図５Ｂに示したように、第２ガスケット３２を間においてセパレータ１３と膜−電極接合体１１が密着した場合、第２溝３５ａによってセパレータ１３と膜−電極接合体１１の間で第２ガスケット３２の厚さに該当する隙間として形成される。

第２通路４２は第２溝３５ａによって第２ガスケット３２の厚さで第２チャンネル１６の両端と各々の第２マニホールド１９ａ、１９ｂを連通させる流路を形成する。つまり、第２通路４２は、第２部分（Ｃ２）を間において第２チャンネル１６の両端と各々の第２マニホールド１９ａ、１９ｂを第２ガスケット３２の厚さで連結する連結通路を形成する。

ここで、第２通路４２は、いずれか一つの第２マニホールド１９ａを通して供給される燃料を第２チャンネル１６に流入させて、膜−電極接合体１１のアノード電極１１ｂで未反応の燃料を他の一つの第２マニホールド１９ｂに排出させる機能を有する。

前記のように構成される本実施形態による燃料電池スタック１００の作用によると、いずれか一つの第１マニホールド１７ａを通過する酸化剤ガスは、第１ガスケット３１の流路部３３によって形成された第１通路に４１を通して、第１チャンネル１５に流入する。

次いで、酸化剤ガスは第１チャンネル１５に沿って流通しながら、膜−電極接合体１１のカソード電極１１ａに供給される。

これと同時に、いずれか一つの第２マニホールド１９ａを通過して、第２チャンネル１６に流入する。さらに、燃料は第２チャンネル１６に沿って流通しながら、膜−電極接合体１１のアノード電極１１ｂに供給される。

このように、本実施形態による燃料電池用スタック１００は、膜−電極接合体１１のアノード電極１１ｂによる燃料の酸化反応が進められて、膜−電極接合体１１のカソード電極１１ａによる酸化剤ガスの還元反応が進められながら予め設定された容量の電気エネルギーを出力させる。

この過程において、膜−電極接合体１１のカソード電極１１ａで未反応の酸化剤ガス、及びそのカソード電極１１ａで生成された水分は、第１通路に４１を通して、他の一つの第１マニホールド１７ｂに流入する。この時、第１マニホールド１７ｂに流入された前記未反応酸化剤ガス及び水分は、加圧プレート２０の一側ポット２１を通して、スタックの外部に排出する。

これと同時に、膜−電極接合体１１のアノード電極１１ｂで未反応の燃料は、第２通路４２を通して、他の一つの第２マニホールド１９ｂに流入する。この時、第２マニホールド１９ｂに流入された前記未反応燃料は、加圧プレート２０の他側ポット２１を通して、スタックの外部に排出する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の例示的な実施形態による燃料電池用スタックを概略的に示した斜視図である。 図１の部分分解斜視図である。 図２の概略的な結合断面構成図である。 図２に示したセパレータを示された斜視図である。 図２に示したセパレータを示された斜視図である。 チャンネルとマニホールドの連結構造を概略的に示した断面構成図である。 チャンネルとマニホールドの連結構造を概略的に示した断面構成図である。

符号の説明

１００ 燃料電池用スタック
１０ 発電部
１１ 膜−電極接合体
１１ａ カソード電極
１１ｂ アノード電極
１１ｃ 電解質膜
１３ セパレータ
１５、１６ チャンネル
１７ａ、１７ｂ、１９ａ、１９ｂ マニホールド
２０ 加圧プレート
２１ ポット
３１、３２ ガスケット
４１ 通路

Claims (23)

1. 膜−電極接合体（ＭＥＡ）と、前記膜−電極接合体を中心に置いてその両側に配置されるメタル素材のセパレータと、を含み、
   前記セパレータは、スタンピング加工によって少なくとも一つのチャンネルが両側面に各々形成され、前記各チャンネルの両端と連通するマニホールドが形成されていることを特徴とする、燃料電池用スタック。
2. 前記セパレータの両側面に凹凸が形成され、前記凹凸の凹溝部がチャンネルとして構成されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用スタック。
3. 前記セパレータの断面が波状に構成されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用スタック。
4. 前記チャンネルが蛇行状に構成されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用スタック。
5. 前記マニホールドが前記セパレータに孔として形成されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用スタック。
6. 前記チャンネルと前記マニホールドとが別々形成されることを特徴とする、請求項５に記載の燃料電池用スタック。
7. 前記チャンネルの両端が閉鎖されることを特徴とする、請求項６に記載の燃料電池用スタック。
8. 前記セパレータは、第１チャンネルが一側面に形成され、第２チャンネルが他側面に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用スタック。
9. 前記第１チャンネルは、前記一側面に複数備えられ、酸化剤ガスを前記膜−電極接合体に供給するための酸化剤ガス流動経路を形成することを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池用スタック。
10. 前記第２チャンネルは、１個だけが前記の他側面に対して前記酸化剤ガス流動経路の間に形成され、前記膜−電極接合体に燃料を供給するための燃料流動経路を形成することを特徴とする、請求項９に記載の燃料電池用スタック。
11. 前記セパレータの両側面に対して前記第１チャンネルと前記第２チャンネルが互いに重ならないことを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池用スタック。
12. 前記第１チャンネルは、前記一側面には凹溝部として、また、前記他側面には突出部となるように形成され、前記第２チャンネルは、前記一側面には突出部として、また、前記他側面には凹溝部として形成されることを特徴とする、請求項８に記載の燃料電池用スタック。
13. 前記セパレータがアルミニウム、銅、鉄、ニッケル及びコバルトで構成される群より選択される一つまたは二つ以上の合金素材に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用スタック。
14. 前記セパレータが二極式プレートであることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用スタック。
15. 前記セパレータと前記膜−電極接合体との間のエッジ部分に配置されるガスケットを含むことを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用スタック。
16. 前記チャンネルと前記マニホールドとが別々に形成され、
    前記ガスケットは、前記チャンネルと前記マニホールド間の通路を形成するための流路部を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の燃料電池用スタック。
17. 前記流路部は、前記ガスケットに溝として形成されることを特徴とする、請求項１６に記載の燃料電池用スタック。
18. 前記膜−電極接合体は、電解質膜、前記電解質膜の一側面に対してエッジ部分を除いた他の領域に形成されたカソード電極、及び前記電解質膜の他側面に対してエッジ部分を除いた他の領域に形成されたアノード電極を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の燃料電池用スタック。
19. 前記ガスケットは、互いに対向する前記セパレータと前記膜−電極接合体を基準とする場合、前記チャンネルの突出部及び前記電極の厚さに合わせた厚さで構成されることを特徴とする、請求項１８に記載の燃料電池用スタック。
20. 前記チャンネルと前記マニホールドとが別々に形成され、
    前記ガスケットは前記チャンネルと前記マニホールドとの間の通路を形成するための流路部を含み、
    前記通路は前記ガスケットの厚さで前記チャンネルと前記マニホールドを連通させる流路を形成することを特徴とする、請求項１９に記載の燃料電池用スタック。
21. 前記ガスケットがシリコンゴムで形成されることを特徴とする、請求項１５に記載の燃料電池用スタック。
22. 前記セパレータと前記膜−電極接合体とが交互に連続配置されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用スタック。
23. 前記スタックが直接酸化型燃料電池として構成されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池用スタック。
    
    

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