JP3349189B2 - 固体高分子電解質燃料電池スタック - Google Patents

固体高分子電解質燃料電池スタック

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JP3349189B2
JP3349189B2 JP04560893A JP4560893A JP3349189B2 JP 3349189 B2 JP3349189 B2 JP 3349189B2 JP 04560893 A JP04560893 A JP 04560893A JP 4560893 A JP4560893 A JP 4560893A JP 3349189 B2 JP3349189 B2 JP 3349189B2
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gas
solid polymer
fuel cell
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ガスシール性を改善
した固体高分子電解質燃料電池スタックに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、固体高分子電解質燃料電池スタッ
クとしては、例えば図4に示すものが知られている。
【0003】図中の1はカーボン製(又は金属製)ガス
セパレータであり、各ガスセパレータ1間には電極接合
体2が積層されている。この電極接合体2は、固体高分
子膜3と、この固体高分子膜3の両側に形成された第1
触媒電極(陽極側)4,第2触媒電極(陰極側)5と、
これらの電極の外側に夫々形成されたポーラスな第1カ
ーボン電極(陽極側)6,ポーラスな第2カーボン電極
(陰極側)7とから構成されている。
【0004】前記固体高分子膜3の端部側は触媒電極や
カーボン電極の端部より外側に若干突出しており、その
突出部分の両側(固体高分子膜3とガスセパレータとの
間)にガスシールパッキン(例えばゴム製パッキン)8
が設けられている。ここで、ガスシールパッキン8を設
けるのは、水素、酸素又は空気が前記カーボン電極6,
7を透過するためガスセパレータ1の周囲方向(即ちガ
スシールパッキンが挿入してある方向)に向ってリーク
し、固体高分子膜3の端の部分で混合(即ちガス漏れの
状態となる)するのを防止するためのものである。前記
固体高分子膜3の端部側でかつガスセパレータ1間に
は、加圧用パッキン(例えばテフロン製パッキン)9が
設けられている。ここで、前記加圧用パッキン9を設け
るのは、耐加圧力を高めるためである。
【0005】前記電極接合体2の第1カーボン電極6,
第2カーボン電極7側の前記ガスセパレータ1には、夫
々水素流路溝10,酸素(又は空気)流路溝11が設けられ
ている。なお、図中の12は、ガスセパレータ1に設けら
れた冷却水流路溝である。
【0006】こうした構成の固体高分子電解質燃料電池
スタックにおいて、燃料ガスである水素は水素流路溝10
を流通し、前記第1カーボン電極6を透過して第1触媒
電極4に供給される。また、酸化剤である酸素又は空気
は、ガスセパレータ1の酸素流路溝11を流通し、前記第
2カーボン電極7を透過して第2触媒電極5に供給され
る。
【0007】水素、酸素(又は空気)は各々第1・第2
カーボン電極6,7を透過するため、ガスセパレータ1
の周囲方向(即ちガスシールパッキンが挿入してある方
向)に向ってリークしていくことになる。そして、固体
高分子膜3の端の部分で混合、即ちガス漏れの状態とな
る。しかるに、水素側、酸素(又は空気)側とも固体高
分子膜3とガスセパレータ1との間に設けられたガスシ
ールパッキン8によりガス漏れが防止され、更に耐加圧
力を高めるために前記加圧用パッキン9により耐加圧力
を高められ、ガスのシール性を保つ構造としていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体高分子電解質燃料電池スタックによれば、以下に述
べる問題点を有している。即ち、燃料電池を積層し、ス
タック化する際、電極接合体2やガスシールパッキン8
を均一に圧縮することが難しく、圧縮力の小さい所から
燃料ガスや酸化剤ガスが漏洩しやすい。
【0009】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、積層されたガスセパレータ間の周縁部に空間
を設けるか、あるいはガスセパレータの周縁部に1本又
は複数本の溝を設けることにより、ガスセパレータ間か
ら燃料電池スタック外部へ漏洩する燃料ガス,酸化剤ガ
ス,あるいは冷却媒体を捕え、これらのガスや冷却媒体
の漏洩を防止できる固体高分子電解質燃料電池スタック
を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本願第1の発明は、2枚
の電極とこれら電極間に該電極より端部が突出した状態
で挟まれた固体高分子膜を有した電極接合体と、この電
極接合体より大きいガスセパレータとを積層した固体高
分子電解質燃料電池スタックであり、前記電極端部より
外側の前記ガスセパレータと前記固体高分子膜間にガス
シールパッキンを介在させるとともに、前記電極接合体
より外側の前記ガスセパレータ周縁部間に加圧用パッキ
ンを介在させ、前記ガスセパレータと前記加圧用パッキ
ンと前記ガスシールパッキンと前記固体高分子膜で囲ま
れた領域に、前記ガスシールパッキンからスタック外へ
漏洩しようとする燃料ガス又は酸化剤ガスを捕獲する空
間を設け、その空間に不活性ガス又は水を流通、封入す
ることを特徴とする固体高分子電解質燃料電池スタック
である。
【0011】本願第2の発明は、2枚の電極とこれら電
極間に該電極より端部が突出した状態で挟まれた固体高
分子膜を有した電極接合体と、この電極接合体より大き
いガスセパレータとを積層した固体高分子電解質燃料電
池スタックであり、前記電極端部より外側のガスセパレ
ータと前記固体高分子膜間にガスシールパッキンを介在
させるとともに、前記電極接合体より外側の前記ガスセ
パレータ周縁部間に加圧用パッキンを介在させ、前記ガ
スシールパッキン及び加圧用パッキンが位置する前記ガ
スセパレータ周縁部に、前記ガスシールパッキンからス
タック外へ漏洩しようとする燃料ガス叉は酸化剤ガスを
捕獲する溝を設け、その溝に不活性ガス又は水を流通、
封入することを特徴とする固体高分子燃料電池スタック
である。
【0012】
【作用】この発明によれば、積層されたガスセパレータ
間の周縁部に不活性ガス又は水を流通,封入する空間を
設けるか、あるいはガスセパレータの周縁部に不活性ガ
ス又は水を流通,封入する溝を設けることにより、燃料
電池スタック本体内部を流れている燃料ガス又は酸化剤
ガス又は冷却水をスタック内に閉じ込めることが可能と
なり、スタック外への漏洩を防止できる。
【0013】また、スタック外へ漏れ出ようとする燃料
ガス又は酸化剤ガス又は冷却水は、前記空間又は溝中に
流れ込み、不活性ガス又は水とともに流通出口を通して
スタック外へ搬出されるため、スタック本体側面のガス
セパレータ間より漏洩することなく、非常に安全であ
る。
【0014】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。 (実施例1)図1を参照する。
【0015】図中の21はカーボン製ガスセパレータであ
り、各ガスセパレータ21間には電極接合体22が積層され
ている。この電極接合体22は、固体高分子膜23と、この
固体高分子膜23の両側に形成された第1触媒電極(陽極
側)24,第2触媒電極(陰極側)25と、これらの電極2
4,25の外側に夫々形成されたポーラスな第1カーボン
電極(陽極側)26,ポーラスな第2カーボン電極(陰極
側)27とから構成されている。
【0016】前記固体高分子膜23の端部側は触媒電極や
カーボン電極の端部より外側に若干突出しており、その
突出部分の両側(固体高分子膜23とガスセパレータとの
間)にガスシールパッキン(例えばゴム製パッキン)28
が設けられている。ここで、ガスシールパッキン23を設
けるのは、水素、酸素又は空気が前記カーボン電極26,
27を透過するためガスセパレータ21の周囲方向(即ちガ
スシールパッキンが挿入してある方向)に向ってリーク
し、固体高分子膜23の端の部分で混合(即ちガス漏れの
状態となる)するのを防止するためのものである。前記
固体高分子膜23の端部側でかつガスセパレータ21間に
は、加圧用パッキン(例えばテフロン製パッキン)29が
設けられている。ここで、前記加圧用パッキン29を設け
るのは、耐加圧力を高めるためである。前記ガスセパレ
ータ21,固体高分子膜23,ガスシールパッキン28及び加
圧用パッキン29で囲まれた領域は、不活性ガス又は水を
流通,封入する空間30となっている。
【0017】前記電極接合体22の第1カーボン電極26,
第2カーボン電極27側の前記ガスセパレータ21には、夫
々水素流路溝31,酸素(又は空気)流路溝32が設けられ
ている。前記ガスセパレータ21には、前記空間30に連通
する該空間30に不活性ガス又は水を導入する導通孔33が
設けられている。更に、前記ガスセパレータ21には、水
素流路溝31が形成された面とは反対側に冷却水流路溝34
が設けられている。
【0018】前記空間30には、スタックの外部より導通
孔33を通じて不活性ガス又は水を導入する。なお、導通
孔33は入口,出口を閉じ、不活性ガス又は水を封入する
ようにしてもよい。
【0019】上記実施例1によれば、前記ガスセパレー
タ21,固体高分子膜23,ガスシールパッキン28及び加圧
用パッキン29により不活性ガス又は水を流通,封入する
空間30を形成するとともに、前記ガスセパレータ21に前
記空間30と連通する導通孔33を設けた構成になっている
ため、空間30に不活性ガス又は水を流通(又は封入)す
ることにより、ガスセパレータ21から燃料電池スタック
外部へ漏洩しようとする燃料ガス,酸化剤,冷却媒体を
捕えることができる。また、スタック本体側面からの燃
料ガス,酸化剤,冷却媒体を防止できるので、非常に安
全である。 (実施例2)図2を参照する。但し、図1と同部材は同
符号を付して説明を省略する。
【0020】図中の符号41は、電極接合体22が位置する
側のガスセパレータ21に形成された不活性ガス又は水を
導入するための流通溝である。図2の場合も、図1の場
合と同様に、前記流通溝41に不活性ガス又は水を導入し
たり、流通溝41の入口,出口を閉じて不活性ガス又は水
を封入する。
【0021】こうした構成の実施例2によれば、電極接
合体22が位置する側のガスセパレータ21に形成された不
活性ガス又は水を導入するための流通溝41を設けること
により、実施例1と同様、ガスセパレータ21から燃料電
池スタック外部へ漏洩しようとする燃料ガス,酸化剤,
冷却媒体を捕えることができ、またスタック本体側面か
らの燃料ガス,酸化剤,冷却媒体を防止できて非常に安
全である。 (実施例3)図3を参照する。但し、図1及び図2と同
部材は同符号を付して説明を省略する。
【0022】この実施例3では、図1,図2の場合と異
なり、電極接合体22の端部側に加圧用パッキン29を設け
ることなく、電極接合体22の一構成である固体高分子膜
23の端部をガスセパレータ21と同一面になるまで延在さ
せるとともに、ガスセパレータ21と固体高分子膜23との
間にガスシールパッキン28を介在させている。前記ガス
シールパッキン28には、前記流通溝41に連通する連絡孔
51が設けられ、不活性ガス又は水が導入できるようにな
っている。
【0023】こうした構成の実施例3によれば、流通溝
41の他、該流通溝41に連通する連絡孔51が設けられた構
成になっているため、固体高分子膜23とガスシールパッ
キン28との間のガス漏れを防止できる。なお、上記実施
例では、ガスセパレータがカーボン製の場合について述
べたが、これに限らず、例えば金属製であってもよい。
【0024】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
積層されたガスセパレータ間の周縁部に空間を設ける
か、あるいはガスセパレータの周縁部に1本又は複数本
の溝を設けることにより、ガスセパレータ間から燃料電
池スタック外部へ漏洩する燃料ガス,酸化剤ガス,ある
いは冷却媒体を捕え、これらのガスや冷却媒体の漏洩を
防止できる固体高分子電解質燃料電池スタックを提供で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1に係る固体高分子電解質燃
料電池スタックの断面図。
【図2】この発明の実施例2に係る固体高分子電解質燃
料電池スタックの断面図。
【図3】この発明の実施例3に係る固体高分子電解質燃
料電池スタックの断面図。
【図4】従来の固体高分子電解質燃料電池スタックの断
面図。
【符号の説明】
21…ガスセパレータ、 22…電極接合体、 23…
固体高分子膜、24…第1触媒電極、 25…第2触
媒電極、 26…第1カーボン電極、27…第2カーボン電
極、 28…ガスシールパッキン、29…加圧用パッキ
ン、 30…空間、 31…水素流路溝、32…
酸素(又は空気)流路溝、33…導通孔、 34…冷却
水流路溝、41…流通溝、 51…連絡孔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 8/02 H01M 8/10

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2枚の電極とこれら電極間に該電極より
    端部が突出した状態で挟まれた固体高分子膜を有した電
    極接合体と、この電極接合体より大きいガスセパレータ
    とを積層した固体高分子電解質燃料電池スタックであ
    り、 前記電極端部より外側の前記ガスセパレータと前記固体
    高分子膜間にガスシールパッキンを介在させるととも
    に、前記電極接合体より外側の前記ガスセパレータ周縁
    部間に加圧用パッキンを介在させ、 前記ガスセパレータと前記加圧用パッキンと前記ガスシ
    ールパッキンと前記固体高分子膜で囲まれた領域に、
    記ガスシールパッキンからスタック外へ漏洩しようとす
    る燃料ガス又は酸化剤ガスを捕獲する空間を設け、その
    空間に不活性ガス又は水を流通、封入することを特徴と
    する固体高分子電解質燃料電池スタック。
  2. 【請求項2】 2枚の電極とこれら電極間に該電極より
    端部が突出した状態で挟まれた固体高分子膜を有した電
    極接合体と、この電極接合体より大きいガスセパレータ
    とを積層した固体高分子電解質燃料電池スタックであ
    り、 前記電極端部より外側のガスセパレータと前記固体高分
    子膜間にガスシールパッキンを介在させるとともに、前
    記電極接合体より外側の前記ガスセパレータ周縁部間に
    加圧用パッキンを介在させ、 前記ガスシールパッキン及び加圧用パッキンが位置する
    前記ガスセパレータ周縁部に、前記ガスシールパッキン
    からスタック外へ漏洩しようとする燃料ガス叉は酸化剤
    ガスを捕獲する溝を設け、その溝に不活性ガス又は水を
    流通、封入することを特徴とする固体高分子燃料電池ス
    タック。
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