JP3124977B2 - 燃料電池 - Google Patents
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気化学的な反応を利
用して発電する例えば電気自動車等で使用される燃料電
池に関するものである。
用して発電する例えば電気自動車等で使用される燃料電
池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、電解質を介して一対の電極
を接触させ、この一方の電極に燃料を、他方の電極に酸
化剤を供給し、燃料の酸化を電池内で電気化学的に反応
させることにより化学エネルギーを直接電気エネルギー
に変換する装置である。このような燃料電池には、電解
質によりいくつかの型があるが、近来比較的高性能な燃
料電池として、電解質体に固体高分子や水酸化カリウム
溶液を用いたものが注目されている。例えば、プロトン
導電性の固体高分子を電解質体に用いた燃料電池におい
ては、燃料電極に水素ガスを、酸化剤電極に酸素ガスを
供給し、外部回路より電流を取り出す。このとき、下記
のような反応が生じる。 陰極反応：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- （１） 陽極反応：２Ｈ+＋２ｅ-＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ （２）
を接触させ、この一方の電極に燃料を、他方の電極に酸
化剤を供給し、燃料の酸化を電池内で電気化学的に反応
させることにより化学エネルギーを直接電気エネルギー
に変換する装置である。このような燃料電池には、電解
質によりいくつかの型があるが、近来比較的高性能な燃
料電池として、電解質体に固体高分子や水酸化カリウム
溶液を用いたものが注目されている。例えば、プロトン
導電性の固体高分子を電解質体に用いた燃料電池におい
ては、燃料電極に水素ガスを、酸化剤電極に酸素ガスを
供給し、外部回路より電流を取り出す。このとき、下記
のような反応が生じる。 陰極反応：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- （１） 陽極反応：２Ｈ+＋２ｅ-＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ （２）
【０００３】このときアノード電極上で水素はプロトン
となり、水を伴って電解質体中をカソード電極上まで移
動し、カソード電極上で酸素と反応して水を生ずる。従
って、上記のような燃料電池の運転には、反応ガスの供
給と排出、電流の取り出しが必要となる。
となり、水を伴って電解質体中をカソード電極上まで移
動し、カソード電極上で酸素と反応して水を生ずる。従
って、上記のような燃料電池の運転には、反応ガスの供
給と排出、電流の取り出しが必要となる。
【０００４】従って、燃料電池から電流を取り出すとと
もに、ガスと水を効率よく流通させる流体流動板が、例
えば特開平３−２０５７６３号公報に示されている。図
９はこの従来の燃料電池の単位電池の概念的な構成を説
明するための断面図であり、図１０は流体流動板の上面
図である。図において、１、２は導電性の流体流動板、
３はカソード電極、４はアノード電極、５は例えばプロ
トン導電性の固体高分子を用いた電解質体であり、カソ
ードおよびアノード電極３、４とともに単電池を構成す
る。１０は流体流動板１の一方面に溝状に形成され、上
記カソード電極３に酸化剤ガスである例えば酸素ガスを
供給する酸化剤ガス流路、１１は流体流動板２の背面に
溝状に形成され、上記アノード電極４に燃料ガスである
例えば水素ガスを供給する燃料ガス流路である。２０は
流体流動板１の主表面、２１は流体流動板１、２におけ
る電極３、４を支持する電極支持部分、２２は流体流動
板１に形成され流体を供給される流体供給口、２３は流
体流路１０の一端に形成された流体入口、２４は流体流
路１０の他端に形成された流体出口、２５は流体出口２
４からの流体を排出するための流体排出口である。な
お、上記流体流動板１、２においては、主表面２０を削
って形成された溝と電極３、４に囲まれた空間によって
流体流路１０、１１は構成されている。
もに、ガスと水を効率よく流通させる流体流動板が、例
えば特開平３−２０５７６３号公報に示されている。図
９はこの従来の燃料電池の単位電池の概念的な構成を説
明するための断面図であり、図１０は流体流動板の上面
図である。図において、１、２は導電性の流体流動板、
３はカソード電極、４はアノード電極、５は例えばプロ
トン導電性の固体高分子を用いた電解質体であり、カソ
ードおよびアノード電極３、４とともに単電池を構成す
る。１０は流体流動板１の一方面に溝状に形成され、上
記カソード電極３に酸化剤ガスである例えば酸素ガスを
供給する酸化剤ガス流路、１１は流体流動板２の背面に
溝状に形成され、上記アノード電極４に燃料ガスである
例えば水素ガスを供給する燃料ガス流路である。２０は
流体流動板１の主表面、２１は流体流動板１、２におけ
る電極３、４を支持する電極支持部分、２２は流体流動
板１に形成され流体を供給される流体供給口、２３は流
体流路１０の一端に形成された流体入口、２４は流体流
路１０の他端に形成された流体出口、２５は流体出口２
４からの流体を排出するための流体排出口である。な
お、上記流体流動板１、２においては、主表面２０を削
って形成された溝と電極３、４に囲まれた空間によって
流体流路１０、１１は構成されている。
【０００５】以下、上記燃料電池の動作について説明す
る。流体流動板１の流体供給口２２より供給された酸素
ガスは、流体入口２３より流体流路１０を通ってカソー
ド電極３に供給され、一方、水を含んだ水素ガスは上記
酸化剤ガスと同様に、流体流路１１よりアノード電極４
に供給される。このとき、カソード電極３とアノード電
極４は電気的に外部で接続されているので、カソード電
極３側では（２）の反応が生じ、流体流路１０を通って
未反応ガスと水が、流体出口２４より流体排出口２５に
排出される。また、このときアノード電極４側では
（１）の反応が生じ、未反応ガスは同様に流体流路１１
を通じて流体排出口より排出されることとなる。この反
応によって得られた電子は電極３、４から電極支持部分
２１を経由して流体流動板１、２を通って流れる。
る。流体流動板１の流体供給口２２より供給された酸素
ガスは、流体入口２３より流体流路１０を通ってカソー
ド電極３に供給され、一方、水を含んだ水素ガスは上記
酸化剤ガスと同様に、流体流路１１よりアノード電極４
に供給される。このとき、カソード電極３とアノード電
極４は電気的に外部で接続されているので、カソード電
極３側では（２）の反応が生じ、流体流路１０を通って
未反応ガスと水が、流体出口２４より流体排出口２５に
排出される。また、このときアノード電極４側では
（１）の反応が生じ、未反応ガスは同様に流体流路１１
を通じて流体排出口より排出されることとなる。この反
応によって得られた電子は電極３、４から電極支持部分
２１を経由して流体流動板１、２を通って流れる。
【０００６】代表的な高分子電解質型燃料電池では電極
面積あたり１Ａ／ｃｍ2 以上の高電流を取り出すことが
でき、例えば電極面積が１００ｃｍ2 程度の燃料電池で
は単セルを流れる電流は実に１００Ａ以上となる。電流
を流す際の抵抗ロスを少なくするのは、断面積を広く長
さを短くすることが基本である。燃料電池の積層体の単
セルの厚みは１ｃｍ以下であり、抵抗ロスの少ない効率
的な電流の経路をとると、導体でできた流体流動板を経
由することになる。
面積あたり１Ａ／ｃｍ2 以上の高電流を取り出すことが
でき、例えば電極面積が１００ｃｍ2 程度の燃料電池で
は単セルを流れる電流は実に１００Ａ以上となる。電流
を流す際の抵抗ロスを少なくするのは、断面積を広く長
さを短くすることが基本である。燃料電池の積層体の単
セルの厚みは１ｃｍ以下であり、抵抗ロスの少ない効率
的な電流の経路をとると、導体でできた流体流動板を経
由することになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記の説明の通り、従
来の流体流動板は導電性の材料である例えば炭素で形成
されていたが振動に弱く、強度に問題があった。また流
体流動板を金属等で形成すると強度は上がるものの重量
が重くなり軽量化を図ることは困難であった。
来の流体流動板は導電性の材料である例えば炭素で形成
されていたが振動に弱く、強度に問題があった。また流
体流動板を金属等で形成すると強度は上がるものの重量
が重くなり軽量化を図ることは困難であった。
【０００８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、軽量で機械的な強度を保ちなが
ら大量生産が可能な流体流動板を有する燃料電池を得る
ことを目的としている。
ためになされたもので、軽量で機械的な強度を保ちなが
ら大量生産が可能な流体流動板を有する燃料電池を得る
ことを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明に係る燃料電池
は、電解質体を挟む１対の電極部からなり、燃料及び酸
化剤が供給されて電気化学反応を起こす複数の単電池、
これらの単電池間に挟まれ、一方の単電池の電極部に供
給される燃料と、他方の単電池の電極部に供給される酸
化剤とを分離させる隔壁、およびこの隔壁を貫通し、こ
の隔壁により分離された酸化剤又は燃料が供給される２
電極部間を電気的に接続させる導電部を備え、複数の上
記単電池を積層方向において上記導電部により直列に接
続させ、かつ、上記積層されたそれぞれの層に電気的に
独立させた複数の上記単電池を備え、上記層内に設けら
れた電解質体を一体的にして共通化したものである。ま
た、上記第１の発明の燃料電池の、層内に複数設けられ
た単電池を構成する電極を電気絶縁材料からなる分離部
で分離し、上記分離部を隔壁と一体化して層内に一体的
に形成したものである。 また、上記第１の発明の燃料電
池の、層内に複数設けられた単電池を、それぞれ積層方
向において直列に接続してセルユニットを形成し、かつ
上記複数設けられたセルユニットを直列に接続したもの
である。
は、電解質体を挟む１対の電極部からなり、燃料及び酸
化剤が供給されて電気化学反応を起こす複数の単電池、
これらの単電池間に挟まれ、一方の単電池の電極部に供
給される燃料と、他方の単電池の電極部に供給される酸
化剤とを分離させる隔壁、およびこの隔壁を貫通し、こ
の隔壁により分離された酸化剤又は燃料が供給される２
電極部間を電気的に接続させる導電部を備え、複数の上
記単電池を積層方向において上記導電部により直列に接
続させ、かつ、上記積層されたそれぞれの層に電気的に
独立させた複数の上記単電池を備え、上記層内に設けら
れた電解質体を一体的にして共通化したものである。ま
た、上記第１の発明の燃料電池の、層内に複数設けられ
た単電池を構成する電極を電気絶縁材料からなる分離部
で分離し、上記分離部を隔壁と一体化して層内に一体的
に形成したものである。 また、上記第１の発明の燃料電
池の、層内に複数設けられた単電池を、それぞれ積層方
向において直列に接続してセルユニットを形成し、かつ
上記複数設けられたセルユニットを直列に接続したもの
である。
【００１０】
【００１１】
【作用】この発明における分離部および導電部は各単電
池に必要なガスや水の供給・排出ができるとともに大量
生産により安価で軽量・強靱なものとすることができ、
さらに導電部により各単電池間の導通も可能である。
池に必要なガスや水の供給・排出ができるとともに大量
生産により安価で軽量・強靱なものとすることができ、
さらに導電部により各単電池間の導通も可能である。
【００１２】さらに、分離部は電気絶縁性であるので同
一層内に一体的に複数の分離部を電気的に独立して並べ
ることができ、電解質体も一体的にすることが可能で、
同一層内に並べられた単電池と交互に積層して各電池間
を直列に接続すればコンパクトな積層体で高電圧が容易
に得られる。
一層内に一体的に複数の分離部を電気的に独立して並べ
ることができ、電解質体も一体的にすることが可能で、
同一層内に並べられた単電池と交互に積層して各電池間
を直列に接続すればコンパクトな積層体で高電圧が容易
に得られる。
【００１３】
【実施例】実施例１． 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図１
はこの発明の実施例１による燃料電池の要部を示す概念
的な断面図であり、図において、３１は電気絶縁材料か
らなり、一方の単電池の電極部に供給される燃料と、他
方の単電池の電極部に供給される酸化剤とを分離させる
分離部、３２は導電材料からなる導電部、３３は分離部
３１の一部を構成し燃料と酸化剤ガスを仕切る隔壁、４
０は主表面である。図２は図１で示す分離部および導電
部の概念的な平面図であり、図において、３４、３５は
燃料の供給口と排出口である。なお、本実施例では１つ
の単電池とこれに対応して設けられた分離部３１および
導電部３２の基本構成についてまず説明する。分離部３
１の電気絶縁材料としては耐熱ＡＢＳ樹脂やガラス繊維
を充填したポリエステルのような熱変形温度（ＡＳＴＭ
Ｄ−６４８）が燃料電池の運転温度よりも高い８０℃以
上の強度をもったプラスチックが好ましい。また、導電
部３２の導電性材料としては、ニオブ、ＳＵＳ等の金属
・合金あるいは炭素等が考えられる。
はこの発明の実施例１による燃料電池の要部を示す概念
的な断面図であり、図において、３１は電気絶縁材料か
らなり、一方の単電池の電極部に供給される燃料と、他
方の単電池の電極部に供給される酸化剤とを分離させる
分離部、３２は導電材料からなる導電部、３３は分離部
３１の一部を構成し燃料と酸化剤ガスを仕切る隔壁、４
０は主表面である。図２は図１で示す分離部および導電
部の概念的な平面図であり、図において、３４、３５は
燃料の供給口と排出口である。なお、本実施例では１つ
の単電池とこれに対応して設けられた分離部３１および
導電部３２の基本構成についてまず説明する。分離部３
１の電気絶縁材料としては耐熱ＡＢＳ樹脂やガラス繊維
を充填したポリエステルのような熱変形温度（ＡＳＴＭ
Ｄ−６４８）が燃料電池の運転温度よりも高い８０℃以
上の強度をもったプラスチックが好ましい。また、導電
部３２の導電性材料としては、ニオブ、ＳＵＳ等の金属
・合金あるいは炭素等が考えられる。
【００１４】さて、従来の流体流動板１、２では流路１
０、１１を製作する場合、材料が金属や炭素であるため
にかなりの時間をかけて切削作業をする必要があった。
しかしながら本発明による分離部３１では上記のような
プラスチック材料を用いているので、金型を用いるなど
公知の一体成型技術によって複雑な形状も容易に製作す
ることができる。また導電部３２を埋め込む手法として
は一体成型の際に同時に埋め込む場合であっても予め導
電部３２を埋め込む穴を開けておいて後でかしめたり、
または接着しても良い。なお、導電部３２を埋め込むに
あたっては電極３、４と導電部３２との接触を保つため
に電極支持部２１の面内において絶縁材料で構成した面
よりも出張った状態に調節することも可能である。
０、１１を製作する場合、材料が金属や炭素であるため
にかなりの時間をかけて切削作業をする必要があった。
しかしながら本発明による分離部３１では上記のような
プラスチック材料を用いているので、金型を用いるなど
公知の一体成型技術によって複雑な形状も容易に製作す
ることができる。また導電部３２を埋め込む手法として
は一体成型の際に同時に埋め込む場合であっても予め導
電部３２を埋め込む穴を開けておいて後でかしめたり、
または接着しても良い。なお、導電部３２を埋め込むに
あたっては電極３、４と導電部３２との接触を保つため
に電極支持部２１の面内において絶縁材料で構成した面
よりも出張った状態に調節することも可能である。
【００１５】尚、図１では燃料側１０の流路と酸化剤側
の流路１１が並行するように示しているが直交する状態
やさらに複雑な曲線を多用した形状を用いても良い。但
し、高電流密度の電流が流れるので、電流が電極面内の
特定部分に集中しないように導電部３２を埋め込む位置
は電極支持部分２１面内に均一に分布させることが望ま
しい。
の流路１１が並行するように示しているが直交する状態
やさらに複雑な曲線を多用した形状を用いても良い。但
し、高電流密度の電流が流れるので、電流が電極面内の
特定部分に集中しないように導電部３２を埋め込む位置
は電極支持部分２１面内に均一に分布させることが望ま
しい。
【００１６】次に動作について説明する。流体供給口２
２よりガスを供給すると供給されたガスは主表面２０と
電解質体５により空間を囲まれるので流体入口２３より
電極部に入る。ここではガスの主流は電極３と電極支持
部２１に誘導されてガス流路１０に沿って流れ、電極３
の各部分で消費されなかったガス及び発生したガスが出
口２４を経て排出口２５より排出される。ここで酸素ガ
スを流体供給口２２より供給して流路１０に流通させ
て、同様にアノード側も水を含んだ水素を流体入口３４
よりガス流路１１に流通させ、導電部３２を経由して電
気的な回路を外部で接続したならば、カソード上では式
（２）の反応が起こり未反応ガスと水が流体出口２４を
経て流体排出口２５から排出される。アノードでも同様
に未反応ガスが排出される。このとき電子は電極３、４
から導電部３２を通って流れる。このとき従来の流体流
動板１、２では流動板全体が導電性を持っているため積
層体の側壁までもそれぞれのセルに応じた電圧を持って
いる。これら流動板は小型化のために積層体中では１ｍ
ｍ以下の距離しか離れていないので、セル内にガスが残
留している場合には室温であっても時計や指輪等の導電
材料が電圧のある流動板１、２にまたがって触れるだけ
で大きな電流が流れる危険があったが、本発明では流体
流動板すなわち分離部３１自体は絶縁性なので、金属等
で流動板３１にまたがって触れても感電する危険がなく
なる。またこのような分離部３１および導電部３２を使
用して積層体を形成する場合においても、端板に関して
は全電流を容易に取り出すために電気導電性の材料で平
面を構成させることは可能である。
２よりガスを供給すると供給されたガスは主表面２０と
電解質体５により空間を囲まれるので流体入口２３より
電極部に入る。ここではガスの主流は電極３と電極支持
部２１に誘導されてガス流路１０に沿って流れ、電極３
の各部分で消費されなかったガス及び発生したガスが出
口２４を経て排出口２５より排出される。ここで酸素ガ
スを流体供給口２２より供給して流路１０に流通させ
て、同様にアノード側も水を含んだ水素を流体入口３４
よりガス流路１１に流通させ、導電部３２を経由して電
気的な回路を外部で接続したならば、カソード上では式
（２）の反応が起こり未反応ガスと水が流体出口２４を
経て流体排出口２５から排出される。アノードでも同様
に未反応ガスが排出される。このとき電子は電極３、４
から導電部３２を通って流れる。このとき従来の流体流
動板１、２では流動板全体が導電性を持っているため積
層体の側壁までもそれぞれのセルに応じた電圧を持って
いる。これら流動板は小型化のために積層体中では１ｍ
ｍ以下の距離しか離れていないので、セル内にガスが残
留している場合には室温であっても時計や指輪等の導電
材料が電圧のある流動板１、２にまたがって触れるだけ
で大きな電流が流れる危険があったが、本発明では流体
流動板すなわち分離部３１自体は絶縁性なので、金属等
で流動板３１にまたがって触れても感電する危険がなく
なる。またこのような分離部３１および導電部３２を使
用して積層体を形成する場合においても、端板に関して
は全電流を容易に取り出すために電気導電性の材料で平
面を構成させることは可能である。
【００１７】実施例２．以下、２番目の実施例ついて説
明する。この実施例２においては、分離部３１はポリカ
ーボネイト等の透明材料によって形成されている。図３
はこの実施例２による燃料電池を側面から見たときの図
である。図において、３６は燃料側の流体出口である。
明する。この実施例２においては、分離部３１はポリカ
ーボネイト等の透明材料によって形成されている。図３
はこの実施例２による燃料電池を側面から見たときの図
である。図において、３６は燃料側の流体出口である。
【００１８】次に動作について説明する。この実施例２
による燃料電池を運転して、ある面から見た場合には図
３のように各単電池内のガス流路１０、１１や単電池へ
の酸化剤ガス供給口２５や燃料ガス出口３６および排出
口３５を肉眼で見ることができる。よって、この電池内
の流路に閉塞を起こした場合には、水滴の動きからどの
セルへのガス供給が止まってしまったか確認することが
でき、その時には目で確認しながら例えばガス供給口２
２、３４に先の曲がった細いノズルを突っ込み閉塞のあ
ったセルのガス入口に圧縮ガスの注入あるいは吸引を行
うことにより閉塞を防止することができる。
による燃料電池を運転して、ある面から見た場合には図
３のように各単電池内のガス流路１０、１１や単電池へ
の酸化剤ガス供給口２５や燃料ガス出口３６および排出
口３５を肉眼で見ることができる。よって、この電池内
の流路に閉塞を起こした場合には、水滴の動きからどの
セルへのガス供給が止まってしまったか確認することが
でき、その時には目で確認しながら例えばガス供給口２
２、３４に先の曲がった細いノズルを突っ込み閉塞のあ
ったセルのガス入口に圧縮ガスの注入あるいは吸引を行
うことにより閉塞を防止することができる。
【００１９】実施例３．以下、３番目の実施例ついて説
明する。図４はこの発明の実施例３による燃料電池の要
部を拡大して示す平面図であり、図において、４１は気
密保持のために主表面２０より飛び出させた凸部であ
る。なお、この凸部４１は明確のためにハッチングで示
している。また、図５は図４に示した部分の裏側を示す
平面図で、積層体に組み立てる際に凸部４１と重なる部
分が凸部４２であり、組み立てた状態の断面図を図６に
示す。なお。凸部４１あるいは４２は主表面２０あるい
は４０より２０μｍ以上飛び出すことが望ましい。また
凸部４１、４２の幅は、重なり合う部分において、一方
が０.５ｍｍ〜２ｍｍの比較的狭い幅をとり、相対する
部分は前者より１ｍｍ以上広くとることが望ましい。こ
れはシール効果を保つのにその凸部４１、４２に面圧を
集中させるために一方は狭くして、他方は組み立てたと
きの寸法のずれを補うために広く取ったものであり、加
工・組立精度の向上により適宜変更しても差し仕えは無
い。
明する。図４はこの発明の実施例３による燃料電池の要
部を拡大して示す平面図であり、図において、４１は気
密保持のために主表面２０より飛び出させた凸部であ
る。なお、この凸部４１は明確のためにハッチングで示
している。また、図５は図４に示した部分の裏側を示す
平面図で、積層体に組み立てる際に凸部４１と重なる部
分が凸部４２であり、組み立てた状態の断面図を図６に
示す。なお。凸部４１あるいは４２は主表面２０あるい
は４０より２０μｍ以上飛び出すことが望ましい。また
凸部４１、４２の幅は、重なり合う部分において、一方
が０.５ｍｍ〜２ｍｍの比較的狭い幅をとり、相対する
部分は前者より１ｍｍ以上広くとることが望ましい。こ
れはシール効果を保つのにその凸部４１、４２に面圧を
集中させるために一方は狭くして、他方は組み立てたと
きの寸法のずれを補うために広く取ったものであり、加
工・組立精度の向上により適宜変更しても差し仕えは無
い。
【００２０】次に動作について説明する。流体供給口２
２よりガスを供給すると供給されたガスは凸部４１と、
凸部４２によって支えられた電解質体５により空間を囲
まれるので流体入口２３より酸化剤側電極部に入る。ま
た、もう一方の流体供給口３４よりガスを供給すると供
給されたガスは凸部４１によって支えられた電解質５と
凸部４２によって空間を囲まれるので燃料側電極部に入
る。電極部のガスも電解質体５を凸部４１、４２がしっ
かりと抑えているので周囲へ漏れることなく排出口２
５、３５より出ていく。
２よりガスを供給すると供給されたガスは凸部４１と、
凸部４２によって支えられた電解質体５により空間を囲
まれるので流体入口２３より酸化剤側電極部に入る。ま
た、もう一方の流体供給口３４よりガスを供給すると供
給されたガスは凸部４１によって支えられた電解質５と
凸部４２によって空間を囲まれるので燃料側電極部に入
る。電極部のガスも電解質体５を凸部４１、４２がしっ
かりと抑えているので周囲へ漏れることなく排出口２
５、３５より出ていく。
【００２１】実施例４． 以下、４番目の実施例ついて説明する。分離部３１は電
気絶縁性であるので同一層内に複数の分離部３１を電気
的に独立して一体的に並べることができ、同一層内に並
べられた単電池と交互に積層して各電池間を直列に接続
すればコンパクトな積層体で高電圧が容易に得られる。
図７はこの発明の実施例４による燃料電池の分離部を示
す平面図であり、図中、各番号にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとつけ
ているのは平面内に並べた電気的には独立した４つの単
電池の区別のためである。また明確のためにガス流路１
０Ａ〜１０Ｄをハッチングで示している。図８は図７に
示す分離部と組み合わせる電解質体と電極の構成を示す
平面図である。
気絶縁性であるので同一層内に複数の分離部３１を電気
的に独立して一体的に並べることができ、同一層内に並
べられた単電池と交互に積層して各電池間を直列に接続
すればコンパクトな積層体で高電圧が容易に得られる。
図７はこの発明の実施例４による燃料電池の分離部を示
す平面図であり、図中、各番号にＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとつけ
ているのは平面内に並べた電気的には独立した４つの単
電池の区別のためである。また明確のためにガス流路１
０Ａ〜１０Ｄをハッチングで示している。図８は図７に
示す分離部と組み合わせる電解質体と電極の構成を示す
平面図である。
【００２２】なお、この図では平面内に電気的に独立し
た電池を４つ並べたが、並べる数は適宜増減してよい。
また流路構成において、各セルへの供給を独立した入口
・出口を用いた構成であっても、全てのセルに直列に流
す形態をとっても一向に差し仕えは無い。要するに本発
明の層内に電気的に独立した複数のセルを並べるという
精神を満足させれば、形態は何であっても良い。
た電池を４つ並べたが、並べる数は適宜増減してよい。
また流路構成において、各セルへの供給を独立した入口
・出口を用いた構成であっても、全てのセルに直列に流
す形態をとっても一向に差し仕えは無い。要するに本発
明の層内に電気的に独立した複数のセルを並べるという
精神を満足させれば、形態は何であっても良い。
【００２３】次に動作について説明する。 流体供給口
２２よりガスを供給すると供給されたガスは凸部４１
と、凸部４２（図示せず）によって支えられた電解質体
５により密封されるのでガス入口２３Ａおよび２３Ｃに
分かれて酸化剤側電極部のガス流路１０Ａ、１０Ｃに入
る。電極部の出口２４Ａ，２４Ｃより出たガスは各々流
体入口２３Ｂ、２３Ｄを経由して電極部のガス流路１０
Ｂ、１０Ｄに供給され流体出口２４Ｂ、２４Ｄを経てガ
ス排出口２５より排出される。Ａ〜Ｄの各電池は同様に
燃料側にもガスが供給され反応（１）、（２）により、
発電を行なうが各々の電池は電子電導性の材料ではつな
がっていないので、電気的には独立している。従ってこ
の発明にかかる燃料電池の積層体では、４つの電圧を独
立して取り出せるので、この電圧を直列につなげば、電
動機や変換機を効率よく動かせる高電圧が高く積層しな
くてもよくコンパクトで容易に得られ、例えば電気自動
車等に用いるのに都合がよい。また、電解質体５は、層
内に一体的に設けられているので、容易にコンパクトな
積層構造を形成することができる。
２２よりガスを供給すると供給されたガスは凸部４１
と、凸部４２（図示せず）によって支えられた電解質体
５により密封されるのでガス入口２３Ａおよび２３Ｃに
分かれて酸化剤側電極部のガス流路１０Ａ、１０Ｃに入
る。電極部の出口２４Ａ，２４Ｃより出たガスは各々流
体入口２３Ｂ、２３Ｄを経由して電極部のガス流路１０
Ｂ、１０Ｄに供給され流体出口２４Ｂ、２４Ｄを経てガ
ス排出口２５より排出される。Ａ〜Ｄの各電池は同様に
燃料側にもガスが供給され反応（１）、（２）により、
発電を行なうが各々の電池は電子電導性の材料ではつな
がっていないので、電気的には独立している。従ってこ
の発明にかかる燃料電池の積層体では、４つの電圧を独
立して取り出せるので、この電圧を直列につなげば、電
動機や変換機を効率よく動かせる高電圧が高く積層しな
くてもよくコンパクトで容易に得られ、例えば電気自動
車等に用いるのに都合がよい。また、電解質体５は、層
内に一体的に設けられているので、容易にコンパクトな
積層構造を形成することができる。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、電解
質体を挟む１対の電極部からなり、燃料及び酸化剤が供
給されて電気化学反応を起こす複数の単電池、これらの
単電池間に挟まれ、一方の単電池の電極部に供給される
燃料と、他方の単電池の電極部に供給される酸化剤とを
分離させる隔壁、およびこの隔壁を貫通し、この隔壁に
より分離された酸化剤又は燃料が供給される２電極部間
を電気的に接続させる導電部を備え、複数の上記単電池
を積層方向において上記導電部により直列に接続させ、
かつ、上記積層されたそれぞれの層に電気的に独立させ
た複数の上記単電池を備え、上記層内に設けられた電解
質体を一体的に設けるようにしたので、軽量で機械的な
強度を保ちながら大量生産が可能な燃料電池を得ること
ができる。また、層内に複数設けられた単電池を構成す
る電極を電気絶縁材料からなる分離部で分離し、上記分
離部を隔壁と一体化して層内に一体的に形成したのでコ
ンパクトな積層体が得られる。さらに、層内に複数設け
られた単電池を、それぞれ積層方向において直列に接続
してセルユニットを形成し、かつ上記複数設けられたセ
ルユニットは直列に接続されているので、コンパクトな
積層体で高電圧が容易に得られる。
質体を挟む１対の電極部からなり、燃料及び酸化剤が供
給されて電気化学反応を起こす複数の単電池、これらの
単電池間に挟まれ、一方の単電池の電極部に供給される
燃料と、他方の単電池の電極部に供給される酸化剤とを
分離させる隔壁、およびこの隔壁を貫通し、この隔壁に
より分離された酸化剤又は燃料が供給される２電極部間
を電気的に接続させる導電部を備え、複数の上記単電池
を積層方向において上記導電部により直列に接続させ、
かつ、上記積層されたそれぞれの層に電気的に独立させ
た複数の上記単電池を備え、上記層内に設けられた電解
質体を一体的に設けるようにしたので、軽量で機械的な
強度を保ちながら大量生産が可能な燃料電池を得ること
ができる。また、層内に複数設けられた単電池を構成す
る電極を電気絶縁材料からなる分離部で分離し、上記分
離部を隔壁と一体化して層内に一体的に形成したのでコ
ンパクトな積層体が得られる。さらに、層内に複数設け
られた単電池を、それぞれ積層方向において直列に接続
してセルユニットを形成し、かつ上記複数設けられたセ
ルユニットは直列に接続されているので、コンパクトな
積層体で高電圧が容易に得られる。
【００２５】
【図１】この発明の実施例１による燃料電池の要部を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】図１で示す分離部および導電部の概念的な平面
図である。
図である。
【図３】この発明の実施例２による燃料電池の要部を示
す側面図である。
す側面図である。
【図４】この発明の実施例３による燃料電池の要部を拡
大して示す平面図である。
大して示す平面図である。
【図５】図４に示した部分の裏側を示す平面図である。
【図６】図４と図５のものを組み立てた状態を示す断面
図である。
図である。
【図７】この発明の実施例４による燃料電池の分離部を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図８】図７の分離部と組み合わせる電解質体と電極の
構成を示す平面図である。
構成を示す平面図である。
【図９】従来の燃料電池の一部を示す断面図である。
【図１０】従来の流体流動板を示す平面図である。
３ カソード電極（＋極） ４ アノード電極（−極） ５ 電解質体 １０、１１ ガス流路 ３１ 分離部 ３２ 導電部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−161266（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−177172（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (3)
- 【請求項１】 電解質体を挟む１対の電極部からなり、
燃料及び酸化剤が供給されて電気化学反応を起こす複数
の単電池、これらの単電池間に挟まれ、一方の単電池の
電極部に供給される燃料と、他方の単電池の電極部に供
給される酸化剤とを分離させる隔壁、およびこの隔壁を
貫通し、この隔壁により分離された酸化剤又は燃料が供
給される２電極部間を電気的に接続させる導電部を備
え、複数の上記単電池は積層方向において上記導電部に
より直列に接続され、かつ、上記積層されたそれぞれの
層に電気的に独立させた複数の上記単電池を備え、上記
層内に設けられた電解質体は一体的に設けられているこ
とを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】 層内に複数設けられた単電池を構成する
電極は電気絶縁材料からなる分離部で分離されており、
上記分離部は隔壁と一体化して層内に一体的に形成され
ていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。 - 【請求項３】 層内に複数設けられた単電池を、それぞ
れ積層方向において直列に接続してセルユニットを形成
し、かつ上記複数設けられたセルユニットは直列に接続
されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04113473A JP3124977B2 (ja) | 1992-05-06 | 1992-05-06 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04113473A JP3124977B2 (ja) | 1992-05-06 | 1992-05-06 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05314999A JPH05314999A (ja) | 1993-11-26 |
| JP3124977B2 true JP3124977B2 (ja) | 2001-01-15 |
Family
ID=14613155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04113473A Expired - Fee Related JP3124977B2 (ja) | 1992-05-06 | 1992-05-06 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3124977B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6071635A (en) * | 1998-04-03 | 2000-06-06 | Plug Power, L.L.C. | Easily-formable fuel cell assembly fluid flow plate having conductivity and increased non-conductive material |
| JP2000012048A (ja) * | 1998-06-18 | 2000-01-14 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用ガスセパレータと該燃料電池用セパレータを用いた燃料電池、並びに燃料電池用ガスセパレータの製造方法 |
| GB9814123D0 (en) | 1998-07-01 | 1998-08-26 | British Gas Plc | Electrochemical fuel cell |
| FR2781606B1 (fr) * | 1998-07-21 | 2000-10-13 | Sorapec | Nouveau collecteur bipolaire pour pile a combustible |
| FR2792114A1 (fr) * | 1999-04-07 | 2000-10-13 | Sorapec | Perfectionnement apporte aux collecteurs bipolaires caracterises par une collecte discrete des charges |
| FR2799308B1 (fr) * | 1999-09-30 | 2002-01-25 | Sorapec | Perfectionnements apportes aux collecteurs bipolaires pour pile a combustible de type pem |
| JP2004055296A (ja) * | 2002-07-18 | 2004-02-19 | Sony Corp | 燃料電池のセパレータ、発電セル及び燃料電池 |
| JP4816867B2 (ja) * | 2005-02-21 | 2011-11-16 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池の性能評価装置及び性能評価方法 |
| JP2006310152A (ja) * | 2005-04-28 | 2006-11-09 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 固体高分子形燃料電池用評価セルおよび同セルのセパレータの製造方法 |
| JP4677604B2 (ja) * | 2005-09-21 | 2011-04-27 | 国立大学法人山梨大学 | 燃料電池セルおよび燃料電池反応計測装置 |
| JP5157095B2 (ja) * | 2006-07-13 | 2013-03-06 | カシオ計算機株式会社 | 両面セパレータと、これを用いた燃料電池セル構造および燃料電池セルスタック |
| JP2009230869A (ja) * | 2008-03-19 | 2009-10-08 | Toyota Auto Body Co Ltd | 燃料電池用ガス拡散層 |
-
1992
- 1992-05-06 JP JP04113473A patent/JP3124977B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05314999A (ja) | 1993-11-26 |
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Legal Events
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