JP3420508B2 - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents
固体高分子型燃料電池Info
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- 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
Landscapes
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Description
【発明の詳細な説明】
【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、家庭内コージェネシステム等に使用
される常温作動型の固体高分子型燃料電池に関する。 【０００２】 【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、水素などの燃
料ガスと空気などの酸化剤ガスをガス拡散電極によって
電気化学的に反応させるもので、電気と熱を同時に発生
させるものである。固体高分子型燃料電池の一例を図６
に示す。水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜
３の両面には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉
末を主成分とする触媒反応層２が密着して配されてい
る。さらに触媒反応層２の外面には、ガス通気性と導電
性を兼ね備えた一対の拡散層１が密着して配されてい
る。この拡散層１と触媒反応層２により電極９が構成さ
れる。 【０００３】電極９の外側には、これらの電極９および
高分子電解質３の電極電解質接合体（以下、ＭＥＡとす
る）１０を機械的に固定するとともに、隣接するＭＥＡ
１０同士を互いに電気的に直列に接続するための導電性
のセパレータ板４が配されている。セパレータ板４の電
極９と接触する部分には、電極９に燃料ガスおよび酸化
剤ガスを供給しかつ反応により発生したガスや余剰のガ
スを運び去るためのガス流路５が形成されている。ま
た、セパレータ板４の他方の面には、電池温度を一定に
保つための冷却水を循環させる冷却流路２４が設けられ
ている。このように冷却水を循環させることにより、反
応により発生した熱エネルギーは、温水などの形で利用
される。水素や空気が電池外へリークしたり互いに混合
しないように、さらには冷却水が電池外へリークしない
ように、電極９の周囲には高分子電解質膜３を挟んでシ
ール材１７やＯリング１８が配される。また、別のシー
ル方法としては、図７に示すように、電極９と同程度の
厚さを有し、樹脂や金属板からなるガスケット１９を電
極の周りに配して、ガスケット１９とセパレータ板４と
の隙間をグリースや接着剤でシールした構造もある。さ
らに、近年では、高分子電解質膜３と同じ大きさの電極
９を用いたＭＥＡ１０を用い、図８に示すように、ガス
シールが必要な部分に、あらかじめシール効果を有する
樹脂２１をしみこませこれを固化させたものを用いるこ
とによって、電極９とセパレータ板４の間をガスシール
性を確保する方法も提案されている。 【０００４】多くの燃料電池は、単電池を数多く重ねた
積層構造を採っている。燃料電池運転時には電力ととも
に発生する熱を電池外に排出するために、積層電池では
単電池１〜２セル毎に冷却板が配されている。冷却板と
しては薄い金属板の内部に冷却水などの熱媒体が貫流す
るような構造が一般的である。また、図６〜８に示すよ
うに、単電池を構成するセパレータ板４の背面、すなわ
ち冷却水を流したい面に流路を形成し、セパレータ板４
自体を冷却板として機能させる方法もある。その際、冷
却水などの熱媒体をシールするためにＯリングやガスケ
ットも必要となるが、このシールではＯリングを完全に
つぶすなどして上下の冷却板間で十分な導電性を確保す
る必要がある。 【０００５】このような積層電池では、マニホルドと呼
ばれる各単電池へのガス供給孔やガス排出孔、さらには
冷却水の供給排出孔を、積層電池内部に確保したいわい
る内部マニホルド型が一般的である。しかしながら、改
質実ガスを用いて電池運転する場合、各電池の燃料ガス
流路下流域でＣＯ濃度が上昇する結果、電極被毒によっ
て温度が低下し、その温度の低下が電極被毒を一層促進
させることになる。このような電池性能低下現象を緩和
するため、マニホルドから各単電池へのガスの供給排出
部の間口をできるだけ広く取れる構造として外部マニホ
ルド型も見直されている。いずれにしても、冷却部を含
む多数の単電池を一方向に積み重ね、その両端面にそれ
ぞれ端板を配し、一対の端板の間を締結ロッドによって
固定することが必要である。締め付け方式としては、単
電池を面内でできるだけ均一に締め付けることが望まし
く、機械的強度の観点から端板や締結ロッドには、通常
ステンレス鋼などの金属材料が用いられる。これらの端
板や締結ロッドと積層電池とは、絶縁板などによって電
気的に絶縁され、電流が端板を通して外部に漏れ出るこ
とのない構造となっている。締結ロッドについても、セ
パレータ板に形成された貫通孔の中を通したり、積層池
全体を端板越しに金属のベルトで締め上げたりした改良
された方式も提案されている。 【０００６】さらに、図６〜８に示すいずれのシール方
法でも、シール性を維持するためには恒常的な締め付け
圧が必要で、締結ロッドと端板の間にスクリューバネや
皿バネを挿入するなどの構成を採っている。また、この
締め付け圧力によって、セパレータ、電極、電解質膜な
どの電池を構成する部材間の電気的接触を確保してい
る。電極の周囲にシール材やＯリングを配する方法で
は、水素ガスや空気などのガスシールのため、相当な面
圧が必要になる。そのため、シール材やシール部をその
上下に配されたセパレータ板で挟み付けることによっ
て、シール効果を維持していく構造がとられている。こ
の方法によると、比較的大きな締め付け力を恒常的に加
える必要があるため、端板や締め付けロッドなどの締め
付け機構が長大になり、燃料電池全体の重量を大きくす
る原因になっていた。また、長期間シール部や電極部に
圧力かかかると、構成部材にひずみが生じる。その結
果、シールや電極に必要な面圧が低下するため、ひずみ
量を吸収する機構が締め付け機構に必要とされる。そこ
で、従来、締め付けロッド端部にバネを設置し締結して
いたが、このような方法は、機構の大型化を招いてい
た。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題
点を解決し、小型で簡易な構成の積層電池の締結機構を
備えた固体電解質型燃料電池を提供することを目的とす
る。また、長時間の加圧によるクリープ変形を抑制する
ことができる積層電池の締結機構を備え、長期安定性に
優れた固体電解質型燃料電池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】本発明は、固体高分子電
解質膜と、前記固体高分子電解質膜を挟んで配された触
媒反応層を有する一対の電極と、前記電極の一方に水素
を含有する燃料ガスを供給分配しかつ前記電極の他の面
に酸素を含む酸化剤ガスを供給分配する手段とを具備し
た単位電池を、導電性のセパレータを介して複数個積層
した固体高分子型燃料電池であって、 積層された前記単
位電池の両端面を押さえる一対のエンドプレートと、前
記エンドプレートを締結する連結部材と、前記連結部材
および前記エンドプレートに締結力を与える板バネ機能
を有した補助プレートとを具備し、 前記連結部材が、前
記エンドプレートの一方の周縁部に設けられた凹部と、
前記補助プレートの周縁部に設けられた凹部とに係合す
るフックにより、前記積層された前記単位電池を固定し
ていることを特徴とする固体高分子型燃料電池に関す
る。 【０００９】 【発明の実施の形態】本発明は、固体高分子電解質膜
と、前記固体高分子電解質膜を挟んで配された触媒反応
層を有する一対の電極と、前記電極の一方に水素を含有
する燃料ガスを供給分配しかつ前記電極の他の面に酸素
を含む酸化剤ガスを供給分配する手段とを具備した単位
電池を、導電性のセパレータを介して複数個積層した固
体高分子型燃料電池であって、 積層された前記単位電池
の両端面を押さえる一対のエンドプレートと、前記エン
ドプレートを締結する連結部材と、前記連結部材および
前記エンドプレートに締結力を与える板バネ機能を有し
た補助プレートとを具備し、 前記連結部材が、前記エン
ドプレートの一方の周縁部に設けられた凹部と、前記補
助プレートの周縁部に設けられた凹部とに係合するフッ
クにより、前記積層された前記単位電池を固定している
ことを特徴とする固体高分子型燃料電池に関する。 【００１０】 【実施例】本発明の実施例を、図面を参照しながら説明
する。 【００１１】《実施例１》粒径が数ミクロン以下のカー
ボン粉末を塩化白金酸水溶液に浸漬し、還元処理によっ
てカーボン粉末表面に白金触媒を担持させた。このとき
のカーボンと担持した白金の重量比は１：１とした。つ
いで、この白金を担持したカーボン粉末を高分子電解質
のアルコール溶液中に分散させ、スラリーを調製した。
一方、電極となる厚さ４００ミクロンのカーボンペーパ
ーをフッ素樹脂の水性ディスパージョン（ダイキン工業
（株）製の「ネオフロンＮＤ−１」）に含浸して乾燥
後、４００℃で３０分間、熱処理してこのカーボン粉末
に撥水性を付与した。撥水処理を施したカーボンペーパ
ーの片面に、得られたカーボン粉末を含むスラリーを均
一に塗布して、図１に示す触媒反応層２を形成し、電極
９を得た。触媒反応層２を備えた一対のカーボンペーパ
ーを、触媒反応層２を備えた面を内側に向けて向かい合
わせ、高分子電解質膜３を挟んで重ね合わせた後、これ
を乾燥して電極電解質接合体（以下、ＭＥＡとする）１
０を得た。このＭＥＡ１０を、その両面から気密性を有
するカーボン製のセパレータ板４で挟み込んで、単電池
を組み立てた。 【００１２】セパレータ板４は、厚さが４ｍｍで、その
表面には切削加工により幅２ｍｍ、深さ１ｍｍのガス流
路５が形成されていて、その周辺部にはガスのマニホル
ド孔６と冷却水のマニホルド孔７が配されている。ま
た、ＭＥＡ１０をセパレータに挟み込む際、電極９の周
りにはカーボン製のセパレータと同じ外寸のポリエチレ
ンテレフタラート（ＰＥＴ）製シートの両面にＥＰＤＭ
シートを張り付けたガスケット８を配した。このような
単電池を２セル積層した後、冷却水を流す冷却流路２４
を有するセパレータ板４を積層し、電池構成単位を得
た。なお、従来の燃料電池のように、冷却流路２４のシ
ールのために、Ｏリングは用いなかった。 【００１３】上記の電池構成単位を用いて、図２および
図３に示すような高分子型燃料電池を組み立てた。積層
電池１０６の出力は、一対の出力端子１０８より、外部
機器（図示せず）に供給される。燃料ガス供給口１０９
および酸化剤ガス供給口１１０は、それぞれ積層電池の
燃料ガス供給用のマニホルド（図示せず）および酸化剤
ガス供給用のマニホルド（図示せず）とそれぞれ連通し
ている。反応により発生したガスや未反応のガスは、燃
料ガス排出口１１２および酸化剤ガス排出口１１３より
電池外に排出される。また、冷却水供給口１１１より電
池に供給された冷却水は、電池内を通過した後、冷却水
排出口１１４より電池外に排出される。 【００１４】まず、電池構成単位を５０個積層して構成
された積層電池１０６の両端面に、それぞれ金属製の集
電板１００および絶縁板１０１を順に重ね合わせた。さ
らに、この積層体の両端面にそれぞれ端板１０２および
１０３を重ね合わせた。ついで、端板１０２の上面に、
バネ鋼からなる補助プレート１０７を配した。板状の連
結部材１０４は、一対の側辺部にフック１０４ａおよび
１０４ｂを有する。連結部材１０４のフック１０４ａお
よび１０４ｂを、補助プレート１０７の外表面の周縁部
に設けられた凹部１０７ａおよび端板１０３の外表面の
周縁部に設けられた凹部１０３ａにそれぞれ係合し、補
助プレート１０７の雌ネジ部１０７ｂに雄ネジ１０５を
螺合して、その先端で積層電池１０６を押圧することに
より固定した。これにより、補助プレート１０７は板バ
ネとして機能する。すなわち、補助プレート１０７に装
着された雄ネジ１０５が端板１０２を押しつけることに
より、補助プレート１０７に連結された連結部材１０４
に締結力が働く。その際、補助プレート１０７は、雌ネ
ジ部１０７ｂと凹部１０７ａの間で締結力に対応したひ
ずみが生じる。このひずみにより、発生した締結力を維
持することが可能になる。締結されている積層電池１０
６は、その材質的特性から経時的にクリープ変形する
が、このようなクリープ変形を補助プレート１０７の板
バネ機能により吸収し、恒常的に積層電池１０６に安定
した締結力を与え続けることが可能になる。 【００１５】《参考例》 実施例１で用いたものと同様の電池構成単位を用いて図
４および図５に示す高分子電解質型燃料電池を組み立て
た。電池構成単位を５０個積層して構成される積層電池
１０６の両端面に、それぞれ金属製の集電板１００およ
び絶縁板１０１を順に重ね合わせた。さらに、この積層
体の両端面にそれぞれ端板１２０および１２１を重ね合
わせた。ついで、端板１２０および１２１のそれぞれ互
いに対向する箇所に形成された貫通孔にボルト１２２を
通し、その先端に、クリープ変形吸収用のバネ１２３を
介してナット１２４を螺合した。これにより、積層電池
１０６は、その積層方向に圧縮されて固定される。ここ
で、端板１２０および１２１は、その端部にあらかじめ
積層電池１０６に対向する面と反対の方向に両端にそり
が設けられていて、板バネとして機能する。このよう
に、端板１２０および１２１を連結部材で締結すること
により、両者に挟まれた積層電池１０６に締結力が働
く。一般に、電池全体の小型化のため、端板の締結はそ
の端部で行われる。そこで、端板にあらかじめそりを設
けておくことで、端板間を締結するとこれらそれぞれに
その締結力に対応したひずみが生じる。したがって、積
層電池全体に必要な締結力で締結した場合でも積層電池
に均一な面圧を発生させることが可能になる。このと
き、片側の端板だけそり量を最適化した構成でも同様の
効果を有する。 【００１６】 【発明の効果】本発明によると、積層電池に締結力を与
える機構を軽量化できるため、軽量かつコンパクトな固
体高分子型燃料電池を提供することができる。
電気自動車用電源、家庭内コージェネシステム等に使用
される常温作動型の固体高分子型燃料電池に関する。 【０００２】 【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、水素などの燃
料ガスと空気などの酸化剤ガスをガス拡散電極によって
電気化学的に反応させるもので、電気と熱を同時に発生
させるものである。固体高分子型燃料電池の一例を図６
に示す。水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜
３の両面には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉
末を主成分とする触媒反応層２が密着して配されてい
る。さらに触媒反応層２の外面には、ガス通気性と導電
性を兼ね備えた一対の拡散層１が密着して配されてい
る。この拡散層１と触媒反応層２により電極９が構成さ
れる。 【０００３】電極９の外側には、これらの電極９および
高分子電解質３の電極電解質接合体（以下、ＭＥＡとす
る）１０を機械的に固定するとともに、隣接するＭＥＡ
１０同士を互いに電気的に直列に接続するための導電性
のセパレータ板４が配されている。セパレータ板４の電
極９と接触する部分には、電極９に燃料ガスおよび酸化
剤ガスを供給しかつ反応により発生したガスや余剰のガ
スを運び去るためのガス流路５が形成されている。ま
た、セパレータ板４の他方の面には、電池温度を一定に
保つための冷却水を循環させる冷却流路２４が設けられ
ている。このように冷却水を循環させることにより、反
応により発生した熱エネルギーは、温水などの形で利用
される。水素や空気が電池外へリークしたり互いに混合
しないように、さらには冷却水が電池外へリークしない
ように、電極９の周囲には高分子電解質膜３を挟んでシ
ール材１７やＯリング１８が配される。また、別のシー
ル方法としては、図７に示すように、電極９と同程度の
厚さを有し、樹脂や金属板からなるガスケット１９を電
極の周りに配して、ガスケット１９とセパレータ板４と
の隙間をグリースや接着剤でシールした構造もある。さ
らに、近年では、高分子電解質膜３と同じ大きさの電極
９を用いたＭＥＡ１０を用い、図８に示すように、ガス
シールが必要な部分に、あらかじめシール効果を有する
樹脂２１をしみこませこれを固化させたものを用いるこ
とによって、電極９とセパレータ板４の間をガスシール
性を確保する方法も提案されている。 【０００４】多くの燃料電池は、単電池を数多く重ねた
積層構造を採っている。燃料電池運転時には電力ととも
に発生する熱を電池外に排出するために、積層電池では
単電池１〜２セル毎に冷却板が配されている。冷却板と
しては薄い金属板の内部に冷却水などの熱媒体が貫流す
るような構造が一般的である。また、図６〜８に示すよ
うに、単電池を構成するセパレータ板４の背面、すなわ
ち冷却水を流したい面に流路を形成し、セパレータ板４
自体を冷却板として機能させる方法もある。その際、冷
却水などの熱媒体をシールするためにＯリングやガスケ
ットも必要となるが、このシールではＯリングを完全に
つぶすなどして上下の冷却板間で十分な導電性を確保す
る必要がある。 【０００５】このような積層電池では、マニホルドと呼
ばれる各単電池へのガス供給孔やガス排出孔、さらには
冷却水の供給排出孔を、積層電池内部に確保したいわい
る内部マニホルド型が一般的である。しかしながら、改
質実ガスを用いて電池運転する場合、各電池の燃料ガス
流路下流域でＣＯ濃度が上昇する結果、電極被毒によっ
て温度が低下し、その温度の低下が電極被毒を一層促進
させることになる。このような電池性能低下現象を緩和
するため、マニホルドから各単電池へのガスの供給排出
部の間口をできるだけ広く取れる構造として外部マニホ
ルド型も見直されている。いずれにしても、冷却部を含
む多数の単電池を一方向に積み重ね、その両端面にそれ
ぞれ端板を配し、一対の端板の間を締結ロッドによって
固定することが必要である。締め付け方式としては、単
電池を面内でできるだけ均一に締め付けることが望まし
く、機械的強度の観点から端板や締結ロッドには、通常
ステンレス鋼などの金属材料が用いられる。これらの端
板や締結ロッドと積層電池とは、絶縁板などによって電
気的に絶縁され、電流が端板を通して外部に漏れ出るこ
とのない構造となっている。締結ロッドについても、セ
パレータ板に形成された貫通孔の中を通したり、積層池
全体を端板越しに金属のベルトで締め上げたりした改良
された方式も提案されている。 【０００６】さらに、図６〜８に示すいずれのシール方
法でも、シール性を維持するためには恒常的な締め付け
圧が必要で、締結ロッドと端板の間にスクリューバネや
皿バネを挿入するなどの構成を採っている。また、この
締め付け圧力によって、セパレータ、電極、電解質膜な
どの電池を構成する部材間の電気的接触を確保してい
る。電極の周囲にシール材やＯリングを配する方法で
は、水素ガスや空気などのガスシールのため、相当な面
圧が必要になる。そのため、シール材やシール部をその
上下に配されたセパレータ板で挟み付けることによっ
て、シール効果を維持していく構造がとられている。こ
の方法によると、比較的大きな締め付け力を恒常的に加
える必要があるため、端板や締め付けロッドなどの締め
付け機構が長大になり、燃料電池全体の重量を大きくす
る原因になっていた。また、長期間シール部や電極部に
圧力かかかると、構成部材にひずみが生じる。その結
果、シールや電極に必要な面圧が低下するため、ひずみ
量を吸収する機構が締め付け機構に必要とされる。そこ
で、従来、締め付けロッド端部にバネを設置し締結して
いたが、このような方法は、機構の大型化を招いてい
た。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の問題
点を解決し、小型で簡易な構成の積層電池の締結機構を
備えた固体電解質型燃料電池を提供することを目的とす
る。また、長時間の加圧によるクリープ変形を抑制する
ことができる積層電池の締結機構を備え、長期安定性に
優れた固体電解質型燃料電池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】本発明は、固体高分子電
解質膜と、前記固体高分子電解質膜を挟んで配された触
媒反応層を有する一対の電極と、前記電極の一方に水素
を含有する燃料ガスを供給分配しかつ前記電極の他の面
に酸素を含む酸化剤ガスを供給分配する手段とを具備し
た単位電池を、導電性のセパレータを介して複数個積層
した固体高分子型燃料電池であって、 積層された前記単
位電池の両端面を押さえる一対のエンドプレートと、前
記エンドプレートを締結する連結部材と、前記連結部材
および前記エンドプレートに締結力を与える板バネ機能
を有した補助プレートとを具備し、 前記連結部材が、前
記エンドプレートの一方の周縁部に設けられた凹部と、
前記補助プレートの周縁部に設けられた凹部とに係合す
るフックにより、前記積層された前記単位電池を固定し
ていることを特徴とする固体高分子型燃料電池に関す
る。 【０００９】 【発明の実施の形態】本発明は、固体高分子電解質膜
と、前記固体高分子電解質膜を挟んで配された触媒反応
層を有する一対の電極と、前記電極の一方に水素を含有
する燃料ガスを供給分配しかつ前記電極の他の面に酸素
を含む酸化剤ガスを供給分配する手段とを具備した単位
電池を、導電性のセパレータを介して複数個積層した固
体高分子型燃料電池であって、 積層された前記単位電池
の両端面を押さえる一対のエンドプレートと、前記エン
ドプレートを締結する連結部材と、前記連結部材および
前記エンドプレートに締結力を与える板バネ機能を有し
た補助プレートとを具備し、 前記連結部材が、前記エン
ドプレートの一方の周縁部に設けられた凹部と、前記補
助プレートの周縁部に設けられた凹部とに係合するフッ
クにより、前記積層された前記単位電池を固定している
ことを特徴とする固体高分子型燃料電池に関する。 【００１０】 【実施例】本発明の実施例を、図面を参照しながら説明
する。 【００１１】《実施例１》粒径が数ミクロン以下のカー
ボン粉末を塩化白金酸水溶液に浸漬し、還元処理によっ
てカーボン粉末表面に白金触媒を担持させた。このとき
のカーボンと担持した白金の重量比は１：１とした。つ
いで、この白金を担持したカーボン粉末を高分子電解質
のアルコール溶液中に分散させ、スラリーを調製した。
一方、電極となる厚さ４００ミクロンのカーボンペーパ
ーをフッ素樹脂の水性ディスパージョン（ダイキン工業
（株）製の「ネオフロンＮＤ−１」）に含浸して乾燥
後、４００℃で３０分間、熱処理してこのカーボン粉末
に撥水性を付与した。撥水処理を施したカーボンペーパ
ーの片面に、得られたカーボン粉末を含むスラリーを均
一に塗布して、図１に示す触媒反応層２を形成し、電極
９を得た。触媒反応層２を備えた一対のカーボンペーパ
ーを、触媒反応層２を備えた面を内側に向けて向かい合
わせ、高分子電解質膜３を挟んで重ね合わせた後、これ
を乾燥して電極電解質接合体（以下、ＭＥＡとする）１
０を得た。このＭＥＡ１０を、その両面から気密性を有
するカーボン製のセパレータ板４で挟み込んで、単電池
を組み立てた。 【００１２】セパレータ板４は、厚さが４ｍｍで、その
表面には切削加工により幅２ｍｍ、深さ１ｍｍのガス流
路５が形成されていて、その周辺部にはガスのマニホル
ド孔６と冷却水のマニホルド孔７が配されている。ま
た、ＭＥＡ１０をセパレータに挟み込む際、電極９の周
りにはカーボン製のセパレータと同じ外寸のポリエチレ
ンテレフタラート（ＰＥＴ）製シートの両面にＥＰＤＭ
シートを張り付けたガスケット８を配した。このような
単電池を２セル積層した後、冷却水を流す冷却流路２４
を有するセパレータ板４を積層し、電池構成単位を得
た。なお、従来の燃料電池のように、冷却流路２４のシ
ールのために、Ｏリングは用いなかった。 【００１３】上記の電池構成単位を用いて、図２および
図３に示すような高分子型燃料電池を組み立てた。積層
電池１０６の出力は、一対の出力端子１０８より、外部
機器（図示せず）に供給される。燃料ガス供給口１０９
および酸化剤ガス供給口１１０は、それぞれ積層電池の
燃料ガス供給用のマニホルド（図示せず）および酸化剤
ガス供給用のマニホルド（図示せず）とそれぞれ連通し
ている。反応により発生したガスや未反応のガスは、燃
料ガス排出口１１２および酸化剤ガス排出口１１３より
電池外に排出される。また、冷却水供給口１１１より電
池に供給された冷却水は、電池内を通過した後、冷却水
排出口１１４より電池外に排出される。 【００１４】まず、電池構成単位を５０個積層して構成
された積層電池１０６の両端面に、それぞれ金属製の集
電板１００および絶縁板１０１を順に重ね合わせた。さ
らに、この積層体の両端面にそれぞれ端板１０２および
１０３を重ね合わせた。ついで、端板１０２の上面に、
バネ鋼からなる補助プレート１０７を配した。板状の連
結部材１０４は、一対の側辺部にフック１０４ａおよび
１０４ｂを有する。連結部材１０４のフック１０４ａお
よび１０４ｂを、補助プレート１０７の外表面の周縁部
に設けられた凹部１０７ａおよび端板１０３の外表面の
周縁部に設けられた凹部１０３ａにそれぞれ係合し、補
助プレート１０７の雌ネジ部１０７ｂに雄ネジ１０５を
螺合して、その先端で積層電池１０６を押圧することに
より固定した。これにより、補助プレート１０７は板バ
ネとして機能する。すなわち、補助プレート１０７に装
着された雄ネジ１０５が端板１０２を押しつけることに
より、補助プレート１０７に連結された連結部材１０４
に締結力が働く。その際、補助プレート１０７は、雌ネ
ジ部１０７ｂと凹部１０７ａの間で締結力に対応したひ
ずみが生じる。このひずみにより、発生した締結力を維
持することが可能になる。締結されている積層電池１０
６は、その材質的特性から経時的にクリープ変形する
が、このようなクリープ変形を補助プレート１０７の板
バネ機能により吸収し、恒常的に積層電池１０６に安定
した締結力を与え続けることが可能になる。 【００１５】《参考例》 実施例１で用いたものと同様の電池構成単位を用いて図
４および図５に示す高分子電解質型燃料電池を組み立て
た。電池構成単位を５０個積層して構成される積層電池
１０６の両端面に、それぞれ金属製の集電板１００およ
び絶縁板１０１を順に重ね合わせた。さらに、この積層
体の両端面にそれぞれ端板１２０および１２１を重ね合
わせた。ついで、端板１２０および１２１のそれぞれ互
いに対向する箇所に形成された貫通孔にボルト１２２を
通し、その先端に、クリープ変形吸収用のバネ１２３を
介してナット１２４を螺合した。これにより、積層電池
１０６は、その積層方向に圧縮されて固定される。ここ
で、端板１２０および１２１は、その端部にあらかじめ
積層電池１０６に対向する面と反対の方向に両端にそり
が設けられていて、板バネとして機能する。このよう
に、端板１２０および１２１を連結部材で締結すること
により、両者に挟まれた積層電池１０６に締結力が働
く。一般に、電池全体の小型化のため、端板の締結はそ
の端部で行われる。そこで、端板にあらかじめそりを設
けておくことで、端板間を締結するとこれらそれぞれに
その締結力に対応したひずみが生じる。したがって、積
層電池全体に必要な締結力で締結した場合でも積層電池
に均一な面圧を発生させることが可能になる。このと
き、片側の端板だけそり量を最適化した構成でも同様の
効果を有する。 【００１６】 【発明の効果】本発明によると、積層電池に締結力を与
える機構を軽量化できるため、軽量かつコンパクトな固
体高分子型燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の固体高分子型燃料電池の要
部の構成を示す斜視図である。 【図２】同固体高分子型燃料電池の縦断面図である。 【図３】同固体高分子型燃料電池の外観を示す図であっ
て、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。 【図４】本発明の他の実施例の固体高分子型燃料電池の
正面図である。 【図５】同固体高分子型燃料電池の平面図である。 【図６】固体高分子型燃料電池における流体のシール方
式の例を示した要部の縦断面図である。 【図７】固体高分子型燃料電池における他の流体のシー
ル方式の例を示した要部の縦断面図である。 【図８】固体高分子型燃料電池におけるさらに他の流体
のシール方式の例を示した要部の縦断面図である。 【符号の説明】 １ 拡散層 ２ 触媒反応層 ３ 固体高分子電解質膜 ４ セパレータ板 ５ ガス流路 ６ ガスのマニホルド孔 ７ 冷却水のマニホルド孔 ８ ガスケット ９ 電極 １０ 電極電解質接合体 １７ シール材 １８ Ｏリング １９ ガスケット ２１ 樹脂 ２４ 冷却流路 １００ 集電板 １０１ 絶縁板 １０２、１０３、１２０、１２１ 端板 １０３ａ 凹部 １０４ 連結部材 １０４ａ、１０４ｂ フック １０５ 雄ネジ １０６ 積層電池 １０７ 補助プレート １０７ａ 凹部 １０７ｂ 雌ネジ部 １０８ 出力端子 １０９ 燃料ガス供給口 １１０ 酸化剤ガス供給口 １１１ 冷却水供給口 １１２ 燃料ガス排出口 １１３ 酸化剤ガス排出口 １１４ 冷却水排出口 １２０ａ、１２１ｂ 貫通孔 １２２ ボルト １２３ バネ １２４ ナット
部の構成を示す斜視図である。 【図２】同固体高分子型燃料電池の縦断面図である。 【図３】同固体高分子型燃料電池の外観を示す図であっ
て、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。 【図４】本発明の他の実施例の固体高分子型燃料電池の
正面図である。 【図５】同固体高分子型燃料電池の平面図である。 【図６】固体高分子型燃料電池における流体のシール方
式の例を示した要部の縦断面図である。 【図７】固体高分子型燃料電池における他の流体のシー
ル方式の例を示した要部の縦断面図である。 【図８】固体高分子型燃料電池におけるさらに他の流体
のシール方式の例を示した要部の縦断面図である。 【符号の説明】 １ 拡散層 ２ 触媒反応層 ３ 固体高分子電解質膜 ４ セパレータ板 ５ ガス流路 ６ ガスのマニホルド孔 ７ 冷却水のマニホルド孔 ８ ガスケット ９ 電極 １０ 電極電解質接合体 １７ シール材 １８ Ｏリング １９ ガスケット ２１ 樹脂 ２４ 冷却流路 １００ 集電板 １０１ 絶縁板 １０２、１０３、１２０、１２１ 端板 １０３ａ 凹部 １０４ 連結部材 １０４ａ、１０４ｂ フック １０５ 雄ネジ １０６ 積層電池 １０７ 補助プレート １０７ａ 凹部 １０７ｂ 雌ネジ部 １０８ 出力端子 １０９ 燃料ガス供給口 １１０ 酸化剤ガス供給口 １１１ 冷却水供給口 １１２ 燃料ガス排出口 １１３ 酸化剤ガス排出口 １１４ 冷却水排出口 １２０ａ、１２１ｂ 貫通孔 １２２ ボルト １２３ バネ １２４ ナット
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 西田 和史
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(72)発明者 内田 誠
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(72)発明者 安本 栄一
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(72)発明者 菅原 靖
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(72)発明者 神原 輝壽
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(72)発明者 松本 敏宏
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(56)参考文献 特開 平８−88018（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−139224（ＪＰ，Ａ)
実開 昭63−137461（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭61−117463（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 8/10
H01M 8/24
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 固体高分子電解質膜と、前記固体高分子
電解質膜を挟んで配された触媒反応層を有する一対の電
極と、前記電極の一方に水素を含有する燃料ガスを供給
分配しかつ前記電極の他の面に酸素を含む酸化剤ガスを
供給分配する手段とを具備した単位電池を、導電性のセ
パレータを介して複数個積層した固体高分子型燃料電池
であって、 積 層された前記単位電池の両端面を押さえる一対のエン
ドプレートと、前記エンドプレートを締結する連結部材
と、前記連結部材および前記エンドプレートに締結力を
与える板バネ機能を有した補助プレートとを具備し、 前記連結部材が、前記エンドプレートの一方の周縁部に
設けられた凹部と、前記補助プレートの周縁部に設けら
れた凹部とに係合するフックにより、前記積層された前
記単位電池を固定していることを特徴と する固体高分子
型燃料電池。
Priority Applications (5)
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|---|---|---|---|
| JP23450198A JP3420508B2 (ja) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | 固体高分子型燃料電池 |
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| DE69929731T DE69929731T2 (de) | 1998-08-19 | 1999-08-17 | Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle |
| EP99116104A EP0981174B1 (en) | 1998-08-19 | 1999-08-17 | Polymer electrolyte fuel cell |
| CNB991180542A CN1186842C (zh) | 1998-08-19 | 1999-08-19 | 固体高分子电解质型燃料电池 |
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|---|---|---|---|
| JP23450198A JP3420508B2 (ja) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | 固体高分子型燃料電池 |
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|---|---|
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| JP3420508B2 true JP3420508B2 (ja) | 2003-06-23 |
Family
ID=16972025
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP5217334B2 (ja) * | 2007-09-26 | 2013-06-19 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池スタック装置 |
| JP6018463B2 (ja) * | 2012-09-18 | 2016-11-02 | 株式会社東芝 | 燃料電池 |
-
1998
- 1998-08-20 JP JP23450198A patent/JP3420508B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2000067887A (ja) | 2000-03-03 |
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