JP3459597B2

JP3459597B2 - 固体高分子型燃料電池

Info

Publication number: JP3459597B2
Application number: JP23848699A
Authority: JP
Inventors: 修一鈴木; 隆博礒野; 泰夫三宅; 育郎米津
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 1999-08-25
Publication date: 2003-10-20
Anticipated expiration: 2019-08-25
Also published as: JP2001068139A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体高分子型燃料電
池に関し、特に燃料電池スタックの温度分布を均一化す
るための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、アノード側に水素リッチな
燃料ガス、カソード側に酸素を含む酸化剤ガスをそれぞ
れ供給し、水素と酸素を電気化学的に反応させて発電を
行う電池である。酸化剤ガスには空気が用いられる場合
が多い。燃料ガスには天然ガス、ナフサなどの軽質炭化
水素や、低級アルコールからなる燃料ガスを改質処理し
たもの、あるいは純水素ガスが用いられている。

【０００３】燃料電池はリン酸型、炭酸溶融塩型など電
解質の種類によって様々なものがあるが、近年では固体
高分子膜を電解質とする固体高分子型燃料電池（ＰＥＦ
Ｃ）の研究が積極的になされている。この固体高分子型
燃料電池は、固体高分子膜の一方の面にカソードと、他
方の面にアノードとを配した電極接合体を有する単位セ
ル（セルユニット）を基本構造としている。実用的なＰ
ＥＦＣは、このようなセルユニットを数十セル以上にわ
たり積層した構成（燃料電池スタック）として高出力を
得ているものが多い。ところでＰＥＦＣでは一般に、各
セルユニットに水を供給することが行われている。これ
には大別して２つの主な理由が挙げられる。

【０００４】第一に、ＰＥＦＣでの反応は発熱反応であ
り、そのままでは１００℃を超える高温まで温度上昇す
る。この高温状態においては、前記固体高分子膜の湿潤
性が低下してしまい、発電効率が劣化する。そのため、
水はこのようなＰＥＦＣを稼働時に冷却する冷却媒体
（冷却水）として用いられる。第二に、固体高分子膜は
湿潤状態に置くことによって内部抵抗が下がり、イオン
導電性が高まって発電効率が良好になる特性を有する。
そのためＰＥＦＣでは、この固体高分子膜を加湿するこ
とによってイオン導電性（具体的には水素イオンを水和
するための移動水）を確保することが不可欠である。

【０００５】ＰＥＦＣの給水方式には、加湿水の給水方
式が違う外部加湿方式と内部加湿方式とがある。外部加
湿方式では、加湿水は発電用の電極を備えたセルユニッ
トに到達する前の段階で予め水蒸気として調整されて供
給される。このため冷却水は通常、冷却水専用の流通路
を用いて燃料電池スタックに供給される。なお外部加湿
方式では、冷却媒体として水以外にエチレングリコール
などの液体が使用される場合もあるが、固体高分子の加
湿用に水（水蒸気）が供給される構成は同じである。

【０００６】一方、内部加湿方式では、冷却水が液体状
体で燃料電池スタックに供給され、冷却水のうちの一部
を燃料電池の発熱により水蒸気化して加湿水に使用する
ことが行われている。このため、内部加湿方式を採用す
るＰＥＦＣでは燃料電池スタックの外部に水蒸気発生装
置やこのための熱源、制御装置等を設置する手間が省け
るので、安価でコンパクトなシステムを構成できる特色
を持っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらここで、
次のような問題が懸念されている。すなわち上記した２
つの給水方式のいずれにおいても、燃料電池スタックの
冷却媒体流通路の導入口付近で冷却媒体が過度にセルを
冷却してしまうため、セル積層方向における温度分布が
不均一になってしまう。

【０００８】燃料電池スタックの温度分布に不均一が生
じると、燃料電池スタックに様々な弊害を起こすおそれ
がある。例えば、燃料電池スタック内で温度が低いセル
ではこれに供給される燃料ガスの飽和水蒸気量が低くな
るため、固体高分子膜を加湿する水蒸気が不足する傾向
がある。この場合、固体高分子膜は乾燥して内部抵抗が
高まり、結果的に発電効率の低下を招く。以上の問題
は、外部・内部加湿方式のいずれにおいても生じる可能
性があるが、特に内部加湿方式の場合に生じやすい。

【０００９】これに対し、例えば特開平８─１６７４２
４号公報には、燃料電池スタックの両端に配設されるエ
ンドプレートと称する板体付近に冷却媒体流通路の導入
口を備えるＰＥＦＣにおいて、エンドプレートと隣接す
るセルとの間に板状の発熱抵抗体を介挿し、この近辺の
セルでの過冷却効果を抑制する技術が開示されている。

【００１０】この技術によれば、確かに温度分布が均一
化されるといった効果が得られるが、実際には燃料電池
スタックの両端に発熱抵抗体を設けるために新たな部材
が必要になり、燃料スタックの規模などによってかなり
大型の発熱抵抗体が必要になるといった困難が伴うこと
が予想される。このような状況にある現在では、より簡
便な方法で均一な温度分布を得る技術が望まれている。

【００１１】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あって、その目的は、従来よりも比較的簡便な方法で均
一な温度分布を実現し、安定した発電を行うことが可能
な固体高分子型燃料電池を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、正極と負極の電極間に固体高分子膜を介し
てなる電極接合体を有する単位セルが複数積層され、運
転時において各単位セルを冷却する媒体を導入する冷却
媒体流通路を備える固体高分子型燃料電池であって、少
なくとも前記冷却媒体流通路の導入口に最も近い単位セ
ルの電極反応面積を、他の単位セルの電極反応面積より
も小さくすることを特徴とする。

【００１３】このように、少なくとも前記冷却媒体流通
路の導入口に最も近い単位セルの電極反応面積を、他の
単位セルの電極反応面積よりも小さくすることにより、
冷却媒体流通路の導入口付近に位置する単位セル（セル
ユニット）自体の発熱量を他のセルユニットよりも高く
することが可能となり、新たな構成要素を必要とせずに
冷却媒体流通路の導入口付近に位置するセルユニットの
過冷却が抑制される。すなわち、セルユニットの積層体
よりなる燃料電池スタックの冷却温度の均一化を図るこ
とができる。その結果、すべてのセルユニットを安定し
た稼働温度に維持できるので効率の良い発電が実現され
る。

【００１４】ここで上記のように、冷却媒体流通路の導
入口付近に位置するセルユニットの発熱量を高くすれば
温度分布の均一化は可能であるが、特に冷却媒体流通路
の導入口に最も近いセルユニット位置、もしくはこれに
隣接するセルユニットの発熱量を高くすれば、冷却温度
の均一化が最も効率よく行われるので望ましいと考えら
れる。

【００１５】前記冷却媒体流通路の導入口に最も近い単
位セルの電極反応面積を、他の単位セルの電極反応面積
よりも小さくして、前記冷却媒体流通路の導入口付近に
位置するセルユニットの発熱温度を高くする手段として
は、前記冷却媒体流通路の導入口に最も近い単位セルの
カソード又は／及びアノードの面積を、前記他の単位セ
ルのカソード又は／及びアノードの面積よりも小さくす
ることによって電極を流れる電流密度を高め、ジュール
熱を高めるという手段がある。この場合、０.５〜０.９
倍の範囲でカソード又は／及びアノードの面積のサイズ
の縮小を図ると温度均一効果が高いので望ましいことが
発明者らの実験により明らかにされている。

【００１６】また電極反応面積を小さくする手段として
は、少なくとも前記冷却媒体流通路の導入口に最も近い
単位セルの触媒担持密度を、前記他の単位セルの触媒担
持密度よりも小さくすることにより、単位触媒量当たり
の発熱量を高くして電極反応熱を向上させるという手段
が挙げられる。この場合、前記冷却媒体流通路の導入口
に最も近い単位セルの触媒担持密度が前記他の単位セル
の触媒担持密度の０.５〜０.９倍に相当するように構成
すると高い温度均一効果が得られるので望ましいことが
発明者らの実験により明らかにされている。

【００１７】また本発明では、前記冷却媒体流通路の導
入口に最も近い単位セルの、前記導入口側に配された電
極が、電気的に分割された複数の電極片よりなり、当該
複数の電極片のいずれかが負荷回路への通電を遮断され
る構成としてもよい。このように電極を複数の電極片で
構成し、通電する電極片の数を調節することで、適宜電
極片で構成される電極を流れる電流密度を高め、高いジ
ュール熱が得られるようになる。したがって、運転条件
の変化等によって冷却温度が変動しても、燃料電池スタ
ックを安定した稼働温度に制御することができる。

【００１８】このような本発明は、一般的に広く知られ
ている、複数の単位セルが直列に積層された積層体を構
成し、当該積層体の積層方向両端に前記冷却媒体流通路
の導入口が配置された構成の固体高分子型燃料電池に適
用することが可能である。また本発明は、前記冷却媒体
が水（冷却水）であって、前記固体高分子型燃料電池は
当該水を固体高分子膜の加湿に利用する内部加湿方式で
ある場合に特に効果的であると思われる。

【００１９】なお、上記「導入口付近の単位セル」と
は、例えば後述する従来例の燃料電池のスタックの温度
分布を示すグラフ（図４の比較例ｘ）において温度が低
い範囲、すなわち冷却媒体流通路の導入口付近に位置
し、冷却媒体による冷却効果が他のセルユニットより比
較的大きくみられるセルユニット（この場合、燃料電池
スタックの両端に冷却媒体流通路の導入口があるので、
グラフ曲線の落ち込み部分に相当する燃料電池スタック
の両端付近のセルユニット）を指すものとする。

【００２０】

【発明の実施の形態】１.実施の形態１以下、本発明の固体高分子型燃料電池の実施の形態１に
ついて説明する。なお、本発明の主たる特徴は後述する
燃料電池スタック内の両端に位置するセルの構成にあ
り、その他の構成は各実施の形態で共通する。ここでは
まず固体高分子型燃料電池の基本構成を説明し、次に前
記セル構成について詳細に説明する。実施の形態２以降
では、実施の形態１と重複する部分を割愛する。

【００２１】１─１.固体高分子型燃料電池スタック１
の構成図１は、本実施の形態１に係る内部加湿方式の固体高分
子型燃料電池スタック１（以下、「ＰＥＦＣ１」と称
す）の正面図である。本ＰＥＦＣ１は、全体的に四角柱
状の形状を有する。すなわち、ＰＥＦＣ１は直方体状
（図２参照）のセルユニット３０を２８枚にわたり積層
し、その両端にセルユニット３０ＸＲ及び３０ＸＬ、集
電プレート（エンドプレート）２０Ｒ及び２０Ｌ、締付
板１０Ｒ及び１０Ｌをそれぞれ重ね、当該締付板１０
Ｒ、１０Ｌを締付ロッド１１〜１８と締付ナット１１Ｎ
Ｒ〜１８ＮＲ、１１ＮＬ〜１８ＮＬ（締付ロッド１５〜
１８と締付ナット１５ＮＲ〜１８ＮＲ、１５ＮＬ〜１８
ＮＬは紙面の都合で不図示）で一定の圧力のもとに締め
付け固定した構成となっている。

【００２２】なお締付板１０Ｒ、１０Ｌの各主面の四隅
には、水素または水素リッチな改質ガスを含む冷却水
（以降、この水素と水を含む混合物を「Ｈ₂/Ｈ₂Ｏ」と
称す）を流通させるＨ₂/Ｈ₂Ｏ流通路３〜６（３、４は
破線で図示、５、６は紙面の都合で不図示）の導入口と
なる導入管４０、４２、４４、４６（導入管４４、４６
はそれぞれ導入管４０、４２の紙面奥側に位置する）
と、Ｈ₂/Ｈ₂Ｏ流通路３〜６の排出口となる排出管４
１、４３、４５、４７（排出管４５、４７はそれぞれ排
出管４１、４３の紙面奥側に位置する）が備えられてい
る。Ｈ₂/Ｈ₂Ｏは、例えば水中にバブラーでＨ₂ガスを吹
き込むことによって生成され、導入管４０、……に供給
される。

【００２３】Ｈ₂/Ｈ₂Ｏ流通路３〜６は、導入管４０と
４２、排出管４１と４３、導入管４４と４６、排出管４
５と４７のそれぞれの間において、ｘ方向に沿って開孔
部２０２Ｒ、３１０、２０２Ｌ、……（詳しくは図２を
参照）が連続することにより構成される管状の流通路で
ある。これらの構成により、導入管４０、……から各セ
ルユニット３０、……にＨ₂/Ｈ₂Ｏを導入し、排出管４
１、……から未反応のＨ₂と冷却水が排出される。

【００２４】なお、Ｈ₂/Ｈ₂Ｏ流通路３〜６は当然なが
ら冷却水が流通路するので、冷却媒体流通路に相当する
ものである。図２はセルユニット３０ＸＲの構成を示す
図である。当図ではセルユニット３０ＸＲの部品構成と
集電プレート２０Ｒの配置関係を主として示している
が、セルユニット３０ＸＲの構成は３０ＸＬと同一であ
り（「Ｒ」を「Ｌ」に置き換えるのみ）、さらにセルユ
ニット３０ＸＲ（３０ＸＬ）と３０とは電極接合体のサ
イズが異なる点（詳細を後述する）以外でほぼ同様であ
る。したがって上記点を除き、セルユニット３０ＸＲを
例としてセルユニット３０、３０ＸＬの構成も説明する
ものとする。また、集電プレート２０Ｒの各構成も
「Ｒ」を「Ｌ」に置き換えるのみで集電プレート２０Ｌ
と共通している。

【００２５】セルユニット３０ＸＲは、バイポーラプレ
ート３０１と電極接合体３３３ＸＲ、シール材３２０等
で構成される。電極接合体３３３ＸＲは固体高分子膜３
３０、アノード３３２ＸＲ、カソード３３１ＸＲ等で構
成される。固体高分子膜３３０は、パーフルオロカーボ
ンスルホン酸からなる陽イオン交換樹脂であり、厚さ約
５０μｍの電解質膜（例えばDu Pont社製Nafion１１
２）である。

【００２６】アノード３３２ＸＲ、カソード３３１ＸＲ
は、例えば白金（Ｐｔ）を１ｍｇ/ｃｍ²電極面積で担持
する白金担持カーボン膜であって、固体高分子膜３３０
の両主面の中央部にそれぞれホットプレスにより密着加
工されている。なお図１において、カソード３３１ＸＲ
は固体高分子膜３３０の下面に位置するので破線で表示
している。

【００２７】この電極接合体３３３ＸＲのカソード３３
１ＸＲ側がバイポーラプレート３０１のチャネル３１６
に重ねられる。このとき、固体高分子膜３３０の縁端部
はバイポーラプレート３０１上のチャネル３１６を囲む
溝に填め込まれたシリコンラバー製パッキン３０６（Ｏ
リング）と密着するようになっている。一方、紙面上部
に位置するアノード３３２ＸＲ側は、セルユニット３０
のバイポーラユニット３０１と重ねられる。

【００２８】シール材３２０は耐熱性・絶縁性のフッ素
樹脂やシリコンラバー等からなり、セルユニット３０、
……同士の積層間に密着して内部をシールし、水素のリ
ークを防止する等の役目を有する。バイポーラプレート
３０１はフェノール樹脂にカーボン粉末を混合したもの
を射出成形してなる部材であって、主面の片側（当図で
は上面）にｙ方向を長手方向としてｘ方向に一定間隔毎
にリブ３１７が並設され、これによりｙ方向にＨ₂/Ｈ₂
０を流通させるチャネル３１６が形成されている。すべ
てのチャネル３１６はｙ方向に沿って流通路３０７、３
１４と連通しており、当該連通部の上部に蓋３０４、３
０５、３０８、３０９が配設され、カソード３３１ＸＲ
に対面するチャネル３１６およびリブ３１７の面積とＨ
₂/Ｈ₂Ｏの流通路長が調整されている。

【００２９】また当図中において、バイポーラプレート
３０１の紙面裏側に位置する主面には、ｙ方向に一定間
隔毎にリブ３０２が並設され、これによりｚ方向に酸化
剤ガス（空気）を流通させるチャネル３０３が形成され
ている。さらに、図示しないが３０６と同様のパッキン
も配されている。シール材３２０、バイポーラプレート
３０１、集電プレート２０Ｒにはその各主面の四隅にそ
れぞれ開孔部３２１〜３２４、３１０〜３１３、２０２
Ｒ〜２０５Ｒ（２０５Ｒは不図示）が設けてあり、この
うち開孔部２０２Ｒ、２０５Ｒ、３１０、３１１、３２
１、３２２等により構成されるＨ₂/Ｈ₂０流通路３、５
（図１を参照）からチャネル３１６にＨ₂/Ｈ₂０が供給
される。Ｈ₂/Ｈ₂０はチャネル３１６を流通した後、未
反応のＨ₂を含んだ状態で開孔部２０３Ｒ、２０４Ｒ、
３１２、３１３、３２３、３２４等により構成されるＨ
₂/Ｈ₂０流通路４、６（図１を参照）に至り、ＰＥＦＣ
１の外部へ排出される。

【００３０】なお、上記シール部材３２０は主に各セル
ユニット３０、３０ＸＲ、３０ＸＬ間に介挿して使用す
るが、セルユニット３０ＸＲ（３０ＸＬ）と集電プレー
ト２０Ｒ（２０Ｌ）の密着性を高めるためにも使用する
のが望ましい。また、これと同時にパッキン３０６を併
用してもよい。本ＰＥＦＣ１では、以上のような構成を
有するセルユニット３０ＸＲ、３０、３０ＸＬが合計３
０セルユニット分にわたって積層されている。

【００３１】ここにおいて、本実施の形態１の主な特徴
は電極接合体３３３ＸＲ（３３３ＸＬ）のカソード３３
１ＸＲ（３３１ＸＬ）およびアノード３３２ＸＲ（３３
２ＸＬ）にある。ここで図３は、本ＰＥＦＣ１に用いら
れるすべてのカソード３３１ＸＬ、３３１、３３１ＸＲ
（アノード３３２ＸＬ、３３２、３３２ＸＲ）について
の配置関係を立体的に示した図である。この図３から明
らかなように、カソード３３１ＸＲ、３３１ＸＬ（アノ
ード３３２ＸＲ、３３２ＸＬ）は、その面積（電極反応
面積）がセルユニット３０のカソード３３１（アノード
３３２）の面積より小さいサイズ（具体的には７０％）
に設定されている。より詳細に言えば、セルユニット３
０のカソード３３１（アノード３３２）がｙ方向長１０
ｃｍ×ｚ方向長１０ｃｍ（１００ｃｍ²）の面積を占め
るのに対し、カソード３３１ＸＲ、３３１ＸＬ（アノー
ド３３２ＸＲ、３３２ＸＬ）はｙ方向長７ｃｍ×ｚ方向
長１０ｃｍ（７０ｃｍ²）の面積に調節されている。こ
のように本ＰＥＦＣ１では、合計３０枚にわたるセルユ
ニット積層体の両端に位置するセルユニットの電極反応
面積が、それら以外のセルユニットの電極反応面積より
も小さい構成になっている。

【００３２】１─２.ＰＥＦＣ１の動作以上のような構成によれば、ＰＥＦＣ１の稼働時には、
導入管４０、……から供給されるＨ₂/Ｈ₂ＯはＨ₂/Ｈ₂Ｏ
流通路３、５を経て、各セルユニット３０ＸＲ、……の
チャネル３１６、……よりアノード３３２ＸＲ、……に
供給される。そしてＨ₂/Ｈ₂Ｏ中のＨ₂は、イオン化して
プロトン（Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-）となり、当該プロトン
を水和する移動水とともに固体高分子膜３３０中をカソ
ード３３１ＸＲ、……側へ移動する。一方、チャネル３
０３からカソード３３１ＸＬ、……に供給される空気中
の酸素は酸素イオン（１/２Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｏ^2-)となり、
酸素イオンはカソード３３１ＸＬ、……において固体高
分子膜３３０中を移動してきたプロトンと化合し、約１
００℃でＨ₂Ｏを生じる発熱反応（電極反応）を起こす
（２Ｈ⁺＋Ｏ₂-→Ｈ₂Ｏ）。この電極反応で発生する熱に
よって、導入管４０、……よりＰＥＦＣ１内部に供給さ
れるＨ₂/Ｈ₂Ｏ中のＨ₂Ｏの一部が水蒸気となり、上記電
極反応で生じるＨ₂Ｏとともに固体高分子膜３３０に湿
潤性を付与し、その内部抵抗を低減させる。

【００３３】そして各セルユニット３０ＸＲ、３０、３
０ＸＬで発電された電力が接続端子２０１Ｒ、２０１Ｌ
より外部負荷へ出力されることとなる。ここにおいて本
ＰＥＦＣ１では、Ｈ₂/Ｈ₂Ｏ流通路３、５の各導入口
（導入管４０、……）に最も近いセルユニット３０Ｘ
Ｒ、３０ＸＬのアノード３３２ＸＲ（３３２ＸＬ）およ
びカソード３３１ＸＲ（３３１ＸＬ）の電極反応面積を
他のセルユニット３０のアノード３３２およびカソード
３３１のそれよりも小さくするといった工夫をしている
ので、アノード３３２ＸＲ（３３２ＸＬ）およびカソー
ド３３１ＸＲ（３３１ＸＬ）の電流密度がアノード３３
２およびカソード３３１よりも増大され、この部分で電
極反応熱又は高いジュール熱により高い発熱量が得られ
る。

【００３４】一方、上記導入管４０、……から導入され
るＨ₂/Ｈ₂ＯはＨ₂/Ｈ₂Ｏ流通路３、５を流通しながら各
セルユニット３０ＸＲ、３０、３０ＸＬを冷却するが、
Ｈ₂/Ｈ₂Ｏ流通路各導入口に最も近いセルユニット（３
０ＸＲ、３０ＸＬ）は、上記工夫によりこの部分での温
度低下を抑制するので、従来のように過冷却されること
を抑制でき、その温度が良好に保たれることとなる。

【００３５】このようにＰＥＦＣ１では、発熱源として
外部より何ら新たな構成要素を必要とすることなく、セ
ルユニット自体の発熱温度の上昇によって過冷却効果が
抑制されつつ稼働時の冷却温度が均一化されるので、高
い安定性のもとに優れた発電効率を発揮することが可能
となっている。１─３.性能比較実験（実施例ａと比較例ｘ）ここで図４は、ＰＥＦＣ１と、一般的な内部加湿方式の
ＰＥＦＣに冷却水を導入したときの稼働時（室温水６０
０ｃｃ/ｍｉｎおよび０.５ｋＷの定格運転）の温度分布
を示すグラフである。尚、各セルユニットの温度は、チ
ャネル３０３の一つに温度センサを設けて測定した。こ
こではＰＥＦＣ１を実施例ａ、一般的なＰＥＦＣを比較
例ｘとして示している。実施例ａと比較例ｘは、実施例
ａのセルユニット３０ＸＬ、３０、３０ＸＲの構成が上
記実施の形態１と同様に設定され、比較例ｘのセルユニ
ットはすべてセルユニット３０と同様のものからなる以
外はすべて共通している。なお、このときの詳細な運転
条件は以下の通りである。

【００３６】・燃料ガス；純水素・酸化剤ガス；空気・燃料ガス利用率；７０％・酸化剤ガス利用率；３０％当図から明らかなように、比較例ｘではセルユニットの
積層方向両端において、比較的極端に温度の低下がみら
れ、冷却水による過冷却の影響が示されている。これに
対し、実施例ａでは、比較例ｘより格段に温度低下が改
善されており、セルユニット３０ＸＲ、３０ＸＬにおい
て前記ジュール熱等による補温効果が発揮されることに
より、ＰＥＦＣ１全体での冷却温度の均一化が図られ、
良好な状態で稼働しているとみることができる。

【００３７】１─４.性能比較実験（実施例ａ〜ｅと比
較例ｘ）実施の形態１のＰＥＦＣ１の性能をさらに調べるため、
実施例ａ以外に実施例を４種類し（実施例ｂ〜ｅ）、比
較例ｘとともに発電試験を行って性能比較を実施した。
実施例ａ〜ｅとしては、セルユニット３０に対するセル
ユニット３０ＸＲ、３０ＸＬのカソード及びアノードの
面積比（電極反応面積比）の値を変化させた５種｛面積
比：４０％（ｙ方向長５ｃｍ×ｚ方向長８ｃｍ）＝実施
例ｄ、５０％（ｙ方向長５ｃｍ×ｚ方向長１０ｃｍ）＝
実施例ｃ、７０％（ｙ方向長７ｃｍ×ｚ方向長１０ｃ
ｍ）＝実施例ａ、９０％（ｙ方向長９ｃｍ×ｚ方向長１
０ｃｍ）＝実施例ｂ、９５％（ｙ方向長９.５ｃｍ×ｚ
方向長１０ｃｍ）＝実施例ｅ｝のＰＥＦＣとしてそれぞ
れ作製した。

【００３８】これを前記図４の試験と同様の条件で運転
し、セル積層方向に対する温度分布を測定した。これら
の性能比較実験の結果をまとめたのが図５である。当図
から、セルユニット３０に対するセルユニット３０Ｘ
Ｒ、３０ＸＬの電極反応面積比を４０％〜９５％の範囲
で変化させた場合にも、それぞれの電極反応面積比の違
いに応じて若干の効果の違いは見られるものの、冷却水
による温度分布の均一化が図られているのが確認でき、
本実施例の優れた効果をみることができる。

【００３９】しかしながら実施例ｄでは、セルユニット
３０ＸＲ、３０ＸＬの電極反応面積が小さすぎて発熱量
が多くなり過ぎ、この部分の温度が燃料電池スタックの
中央部付近の温度よりも高くなってしまっている。また
逆に実施例ｅでは、セルユニット３０の電極反応面積と
大差がないため、比較的本実施例の効果が小さく止まっ
ている。このため本実施の形態１を効果的に実現するた
めには、セルユニット３０ＸＲ、３０ＸＬの電極反応面
積はセルユニット３０ののそれに対して５０％〜９０％
（すなわち０.５倍〜０.９倍）の範囲で小さくするのが
望ましいと思われる。

【００４０】１─５.実施の形態１に関するその他の事
項上記実施の形態１では、電極反応面積のサイズを調節す
る例を示したが、これらの電極のサイズを一定とし、電
極と対面するバイポーラプレートのチャネルおよびリブ
の面積を調節する構成としてもよい。具体的にはバイポ
ーラプレートの蓋３０５、３０８等のサイズをｙ方向に
沿って変える方法等が挙げられる。

【００４１】さらに、本発明ではセルユニット３０Ｘ
Ｒ、３０ＸＬにおいて、電極反応面積を小さくするため
に、これらのセルユニットにおける電極の触媒担持密度
（電極面積当たりの触媒担持量）を小さくしても良い。
これらのセルユニットにおける電極の触媒担持密度をセ
ルユニット３０におけるそれよりも小さくすると、触媒
の表面積が減少することにより電極反応面積が小さくな
るため、実施の形態１と同様の効果が得られる。この場
合、具体的にセルユニット３０ＸＲ、３０ＸＬの電極面
積当たりの触媒担持量は、セルユニット３０のそれに比
べて０.５倍〜０.９倍の範囲が望ましいことが別の実験
により明らかになっている。

【００４２】また、上記例では、冷却水とＨ₂の混合物
であるＨ₂/Ｈ₂Ｏを各セルユニットに導くタイプの例を
示したが、冷却水とＨ₂とを別々に各セルユニットに導
入するタイプでも同様に実施できる。２.実施の形態２次に、本発明の固体高分子型燃料電池の実施の形態２に
ついて説明する。実施の形態２の基本的な構成は実施の
形態１と同様であり、ここではその特徴部分を中心に説
明する。

【００４３】２─１.固体高分子型燃料電池スタック２
の構成図６は、本実施の形態２に係る内部加湿方式の固体高分
子型燃料電池スタック２（以下「ＰＥＦＣ２」と称す）
の正面図である。本ＰＥＦＣ２が前記ＰＥＦＣ１と異な
る点は、ＰＥＦＣ１でセルユニット３０ＸＲ、３０ＸＬ
および集電プレート２０Ｒ、２０Ｌが配設されていた各
位置に、電気的に３分割されたセルユニット４０ＸＲ、
４０ＸＬ、および集電プレート２１Ｒ、２１Ｌ等が代わ
りに配置されている点、およびこれら４０ＸＲ、２１
Ｒ、４０ＸＬ、２１Ｌが分割された各部分を経由してＰ
ＥＦＣ２の電力を選択的に外部に取出せるスイッチ回路
５０Ｒ、５０Ｌを備える点、さらに、ＰＥＦＣ２のセル
ユニット積層中央部のセルユニット３０とセルユニット
４０ＸＲ、４０ＸＬの各電極温度が測定できるように温
度センサＳ１〜Ｓ３が配置され、その測定温度に基づい
て制御回路６０により前記スイッチ回路５０Ｒ、５０Ｌ
が制御される点にある。これらの構成は、具体的には以
下の通りである。

【００４４】図７はセルユニット４０ＸＲの構成を示す
図である。当図のように本実施の形態２では、セルユニ
ット４０ＸＲ、バイポーラプレート４０１ＸＲ、集電プ
レート２１Ｒの各部品が電気的に３つの独立した配置関
係になっている。すなわち、アノード４１４ＸＲおよび
カソード４１５ＸＲは、それぞれ固体高分子膜３３０の
両主面に対し、アノード４１４ＸＲおよびカソード４１
５ＸＲは３つの短冊状のアノード片４１４ａ〜４１４
ｃ、カソード片４１５ａ〜４１５ｃを並設して構成され
ている。バイポーラプレート４０ＸＲは、これらのアノ
ード片４１４ａ〜４１４ｃ、カソード片４１５ａ〜４１
５ｃの各並設間隔に合わせてシリコンラバー製の絶縁部
材４０４、４０５で電気的に独立（絶縁）して設けられ
たバイポーラプレート片４００ａ〜４００ｃから構成さ
れ、さらに集電プレート２１Ｒも、絶縁部材２２１、２
２２で絶縁された集電プレート片２１０ａ〜２１０ｃで
構成されている。つまり図７に示すように、アノード片
４１４ａ〜４１４ｃ、カソード片４１５ａ〜４１５ｃ、
バイポーラプレート４００ａ〜４００ｃ、集電プレート
２１０ａ〜２１０ｃの各々は、各番号のａ〜ｃで電気的
に分割されて積層された構成となっている。ここで各ａ
〜ｃは、アノード片４１４ａ〜４１４ｃおよびカソード
片４１５ａ〜４１５ｃの面積比がａ：ｂ：ｃ＝２：１：
１になるサイズで分割されている。

【００４５】このように本実施の形態２では、バイポー
ラプレートとこれに隣接するセルユニットが、ともに電
気的に独立して３分割された構成を有する。なお、セル
ユニット４０ＸＲの構成は４０ＸＬと同一である
（「Ｒ」を「Ｌ」に置き換えるのみ）。また、集電プレ
ート２１Ｒの各構成は「Ｒ」を「Ｌ」に置き換えるのみ
で集電プレート２１Ｌと共通している。

【００４６】このような構成のセルユニット４０ＸＲ
（４０ＸＬ）は、一様の通電性を有するセルユニット３
０とともに積層される。そしてＰＥＦＣ２の発電時の電
力は、アノード片４１４ａ、……およびカソード片４１
５ａ、……のそれぞれに対応する集電プレート２１Ｒ
（２１Ｌ）の接続端子２１１Ｒ、２１２Ｒ、２１３Ｒ
（２１１Ｌ、２１２Ｌ、２１３Ｌ）のいずれかからスイ
ッチ回路５０Ｒ、５０Ｌ（図６を参照）を経由して外部
負荷に供給される。

【００４７】ここで、スイッチ回路５０Ｒ、５０Ｌには
内部にスイッチ接点５１Ｒ、５１Ｌ、５２Ｒ、５２Ｌが
備わっており、スイッチ接点５１Ｒ、５１Ｌ（５２Ｒ、
５２Ｌ）は接続端子２１２Ｒ、２１２Ｌ（２１３Ｒ、２
１３Ｌ）とそれぞれ連結され、その開閉調節は制御回路
６０によって制御される。なお、接続端子２１１Ｒ、２
１１Ｌはスイッチ回路５０Ｒ、５０Ｌを通して常時外部
負荷に接続されている。

【００４８】このように本実施の形態２にあっては、Ｐ
ＥＦＣ２の電力は、アノード片４１４ａ〜ｃ、カソード
片４１５ａ〜ｃで最大面積のアノード片４１４ａ、カソ
ード片４１５ａを経由し、接続端子２１１Ｒ、２１１Ｌ
より常時外部負荷に接続されている。つまりアノード４
１４ＸＲ、カソード４１５ＸＲは、スイッチ回路５０
Ｒ、５０Ｌを制御することによって、元の面積の１/２
倍、３/４倍及び等倍のいずれかの面積分が外部負荷へ
接続されることとなる。

【００４９】なお、ＰＥＦＣ２のセルユニット積層中央
部のセルユニット３０と、セルユニット４０ＸＲ、４０
ＸＬには、それぞれ温度センサＳ２、Ｓ１、Ｓ３がこの
順に配設されており、各セルユニット３０、４０ＸＲ、
４０ＸＬの電極温度が測定される。これらの温度センサ
Ｓ１〜Ｓ３による各測定温度は制御回路６０によって監
視される。

【００５０】制御回路６０はワンチップマイクロコンピ
ュータを内蔵しており、ＰＥＦＣ２のセルユニット積層
中央部のセルユニット３０、およびセルユニット４０Ｘ
Ｌ、４０ＸＲの各電極温度を温度センサＳ１〜Ｓ３より
監視し、通常稼働時における当該セルユニット３０の電
極温度基準値（例えば８０℃）に対してセルユニット４
０ＸＲ、４０ＸＬの電極温度差が予め定められた一定値
（例えば１０℃）以上になった場合に、前記スイッチ回
路５０Ｒ、５０Ｌのスイッチ接点５１Ｒ、……を開放
し、ＰＥＦＣ２から外部負荷への電力供給を遮断すると
いった命令を含む制御プログラムが組み込まれている。

【００５１】なお、この制御プログラムでは、セルユニ
ット４０ＸＲ、４０ＸＬの温度低下の原因は冷却水によ
る過冷却であると見なし、上記のような制御命令を下す
ようになっている。２─２.ＰＥＦＣ２の動作このような構成によれば、実施の形態１と同様に、ＰＥ
ＦＣ２の稼働時には、開孔部２３１、２３２（不図
示）、４０７、４１１より流通路４０６を通ってチャネ
ル４１２からアノード４１４ＸＲ、……に供給されるＨ
₂/Ｈ₂Ｏ中のＨ₂はプロトンとなり、固体高分子膜３３０
中をカソード４１５ＸＲ、……側へ移動する。一方、リ
ブ４０２間のチャネル４０３から供給されるＯ₂がカソ
ード４１５ＸＲ、……において前記プロトンと化合し、
Ｈ₂Ｏを生じる発熱反応（電極反応）を起こす。

【００５２】この電極反応によって、導入管４０、……
よりＰＥＦＣ２内部に供給されるＨ ₂/Ｈ₂Ｏ中のＨ₂Ｏの
一部が水蒸気となり、上記電極反応で生じるＨ₂Ｏとと
もに固体高分子膜３３０が湿潤性が付与され、その内部
抵抗が低減される。そして各セルユニット４０ＸＲ、３
０、４０ＸＬで発電された電力が接続端子２１１Ｒ、２
１２Ｒ、２１３Ｒ、……のそれぞれよりスイッチ回路５
０Ｒ、５０Ｌに至る。ただし各接続端子２１１Ｒ、……
からの電力は、制御回路６０の制御によってスイッチ回
路５０Ｒ、５０Ｌ中のスイッチ接点５１Ｒ、……が接続
および遮断されることにより、セルユニット４０ＸＲ、
４０ＸＬの電極片４１４ａ、……の電通が選択的に遮断
された状態で適宜外部負荷へ供給されることとなる。

【００５３】以上の制御回路６０によるＰＥＦＣ２の特
徴的な動作は、より具体的には以下の通りである。すな
わち、ＰＥＦＣ２に供給されるＨ₂/Ｈ₂Ｏによって、導
入管４０、……に最も近いセルユニット４０ＸＲ、４０
ＸＬを中心にセルユニットが過冷却されることがある。
この場合にはＰＥＦＣ２全体の冷却温度に不均一が生
じ、飽和水蒸気量の低下に伴って固体高分子膜３３０に
供給される水蒸気が不足するなどの問題が生じ、発電効
率が低下することがある。なお発電効率の低下は、ＰＥ
ＦＣ２に掛かる負荷が増大する場合にも同様に見られる
ときがある。

【００５４】そこでＰＥＦＣ２では、センサＳ２が測定
したＰＥＦＣ２のセルユニット積層中央部のセルユニッ
ト３０の電極温度（８０℃）に対し、センサＳ１および
センサＳ３が測定したセルユニット４０ＸＲ（４０Ｘ
Ｌ）の電極温度の差が１０℃以上になった場合、制御回
路６０は制御プログラムに基づいてスイッチ回路５０
Ｒ、５０Ｌに制御命令を送り、スイッチ接点５１Ｒ、５
１Ｌを開放し、カソード片４１５ｂおよびアノード片４
１４ｂを経由して外部負荷に供給される電力をストップ
する。

【００５５】このような制御回路６０の制御によって、
今の場合、導入管４０、……に最も近接するセルユニッ
ト４０ＸＲ、４０ＸＬの電極反応面積が元の３/４の面
積に小さくなる（セルユニット４０ＸＲ、４０ＸＬでは
カソード片４１５ｂ、アノード片４１４ｂは発電に寄与
しなくなり、残りのカソード片４１５ａ、４１５ｃ、ア
ノード片４１４ａ、４１４ｃのみが電極反応面積とな
る）ように制御されるので、これらのセルユニット４０
ＸＲ、４０ＸＬの電極接合体４１６ＸＲ、４１６ＸＬに
おいて、電極反応熱又はジュール熱により高い発熱量が
得られる。そして、この発熱が冷却水によるセルユニッ
ト４０ＸＲ、４０ＸＬの過冷却効果を抑制するように働
くこととなる。

【００５６】続いて、このような制御にも関わらず、依
然として前記各セルユニット３０に対するセルユニット
４０ＸＲ、４０ＸＬの電極温度差が１０℃以上であるこ
とを温度センサＳ１〜Ｓ３により検知した場合、制御回
路６０は制御プログラムに基づき、さらに上記スイッチ
接点５１Ｒ、５０Ｌに加えてスイッチ接点５２Ｒ、５２
Ｌも開放し、カソード片４１４ｃおよびアノード片４１
５ｃを経由して外部負荷に供給される電力までもストッ
プする。この場合、セルユニット４０ＸＲ、４０ＸＬの
電極反応面積が元の１/２の面積までに小さくなり、電
極接合体４１６ＸＲ、４１６ＸＬにおいて、さらに高い
発熱量が得られるようになり、より強力かつ効果的に冷
却水によるセルユニット４０ＸＲ、４０ＸＬの過冷却効
果を抑制するように働く。

【００５７】以上のように、制御回路６０の各制御によ
って、過冷却効果を被りやすいセルユニット４０ＸＲ、
４０ＸＬの電極面積が適宜段階的（本実施の形態２では
３段階）に小さくなるように制御され、その段階的制御
のそれぞれに見合った度合いで電極接合体４１６ＸＲ、
４１６ＸＬにおいて高い発熱量が発生する。そしてこの
発熱量によって、セルユニット４０ＸＲ、４０ＸＬ近辺
の過冷却が効果的に抑制される。したがってＰＥＦＣ２
は均一な冷却温度分布に保たれ、電力効率がセルユニッ
トの過冷却効果により変動しても良好に復帰されるの
で、全体として安定した発電が可能となる。

【００５８】なお、制御回路６０は上記各制御動作の結
果、セルユニット４０ＸＲ、４０ＸＬの電極温度が予め
設定された一定値まで回復すると、制御プログラムによ
りスイッチ回路５０Ｒ、５０Ｌの各スイッチ接点５１
Ｌ、…を再度接続し、スイッチ回路５０Ｒ、５０Ｌの状
態を元に戻す。２─３.実施の形態２に関するその他の事項上記実施の形態２では、電極のアノード４１４ＸＲおよ
びカソード４１５ＸＲを３つの短冊状のアノード片４１
４ａ〜４１４ｃ、カソード片４１５ａ〜４１５ｃを並設
して構成する例を示したが、この電極の分割数は３つに
限るものではなく、適宜その数を変更してもよい。但し
その場合、接続端子数およびスイッチ回路のスイッチ接
点の数も合わせた調整が必要になるのは言うまでもな
い。

【００５９】また、上記では通常稼働時におけるＰＥＦ
Ｃ２のセルユニット積層中央部のセルユニットの電極温
度基準値を８０℃とし、これに対するセルユニット４０
ＸＲ、４０ＸＬの電極温度に１０℃以上の差が生じた場
合に制御回路６０が所定の制御を行う例を示したが、当
然ながら本発明はこれらの数値に限定するものではな
く、適宜他の電極温度に設定してもよい。また、セルユ
ニット４０ＸＲ、４０ＸＬのどちらか一方がセルユニッ
ト積層中央部のそれに対して一定値以上の温度差を生じ
た場合を考慮して、該当する４０ＸＲ、４０ＸＬのいず
れかの電極面積を制御するように制御プログラム等を変
更してもよい。

【００６０】さらに、セルユニット３０に設ける温度セ
ンサの配置位置も上記位置に限定するものではなく、積
層中央部よりずれた位置にセットしてもよい。但し、あ
まり積層方向端部寄りに設けると過冷却によって測定温
度にずれが生じるため注意が必要である。また、セルユ
ニット４０ＸＲ、４０ＸＬに関しては、これら両方に温
度センサを設ける必要はなく、少なくともどちらか一方
に温度センサを設ければよい。また逆に、上記Ｓ１〜Ｓ
３以上に温度センサを多数設け、より精密な温度測定を
行って制御回路６０の制御に反映させるようにしてもよ
い。

【００６１】また、冷却媒体通路の導入口（導入管４
０、……）に最も近いセルユニットの電極を電極片とす
る例を示したが、本発明はこれに限定せず、前記導入口
に最も近いセルユニットに加えて２番目、さらに３番目
のセルユニットでその電極を電極片で構成してもよい。
またアノード４１４ＸＲおよびカソード４１５ＸＲは両
方とも分割する必要はなく、集電プレートに対向する側
の電極だけを分割するようにしても同様の効果が得られ
る。

【００６２】さらに、電極片を有するセルユニットは基
本的に燃料電池スタック中において、冷却媒体による過
冷却効果を被り易い任意のセルユニットの位置に配設し
てもよいが、構成上の理由から、電極片と、これに対し
てすべての電極片との一括した通電を避けたい電極とが
対向する場合がある。このときはゴム等の絶縁部材を介
して両者を積層し、当該スタックの外側にぞれぞれ配線
を設けて通電を制御するなどの工夫が適宜必要となる。３.実施の形態１および２に共通するその他の事項電極接合体の構成要素である固体高分子膜が５０μｍ程
度と比較的薄い場合、冷却媒体の過冷却によって固体高
分子膜の保湿が不安定になりやすいので、そのような固
体高分子膜を使用する場合などに本発明を適用すると特
に顕著な効果が期待できる。

【００６３】なお、本発明の性能は外部加湿方式のＰＥ
ＦＣでも有効に発揮されるが、内部加湿方式のＰＥＦＣ
では水蒸気を生成するため気化熱が要求されるので、セ
ルユニットの温度が低下しすぎて固体高分子膜の保湿不
良が生じやすい。そのため本発明は、内部加湿方式のＰ
ＥＦＣで特に有効であると期待される。また、各実施の
形態ではセルユニット数が３０枚にわたり積層する例を
示したが、本発明は当然ながらこれに限定するものでは
なく、発電規模などの条件に応じて適宜セルユニットの
積層数を変更してもよい。また、同様の理由から電極の
サイズも変更してもよい。但し、電極サイズを変更する
場合には、冷却媒体通路の導入口付近のセルユニットと
その他のセルユニットでサイズを区別する必要があるの
は言うまでもない。

【００６４】また、上記実施の形態ではセルユニットの
積層体の両端部から冷却水を導入する構成を例に示した
が、冷却媒体流通路の導入口は前記端部の片方のみに配
設してもよい。さらに前記導入口付近にセルユニット３
０ＸＲ、３０ＸＬ、……を配置する限り、上記以外の位
置に前記導入口を設ける構造としてもよい。さらに上記
実施の形態では各セルユニットに冷却媒体を分配する例
を示したが、本発明は、一定積層数のセルユニット間隔
毎に冷却プレートを介挿し、当該冷却プレートに冷却媒
体を導入するタイプのＰＥＦＣにも適用できる。

【００６５】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
は正極と負極の電極間に固体高分子膜を介してなる電極
接合体を有する単位セルが複数積層され、運転時におい
て各単位セルを冷却する媒体を導入する冷却媒体流通路
を備える固体高分子型燃料電池であって、前記冷却媒体
流通路の導入口付近の単位セルで、運転時において発生
する発熱量が、前記導入口付近以外の他の単位セルのそ
れよりも高い構成であるため、従来よりも比較的簡便な
方法で均一な温度分布に冷却しつつ、安定した発電を行
うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の固体高分子型燃料電池の正面図
である。

【図２】実施の形態１のセルユニットと集電プレートの
斜視図である。

【図３】実施の形態１の各セルユニットの電極の各サイ
ズ関係を示す図である。

【図４】実施例と比較例の燃料電池スタックの実験結果
を示す図である。

【図５】実施例と比較例の燃料電池スタックの実験結果
を示す図である。

【図６】実施の形態２の固体高分子型燃料電池の正面図
である。

【図７】実施の形態２のセルユニットと集電プレートの
斜視図である。

【符号の説明】

１、２固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）Ｓ１〜Ｓ３温度センサ３〜６冷却媒体流通路２０Ｒ、２０Ｌ集電プレート３０、３０ＸＲ、３０ＸＬセルユニット４０、４２、４４、４６導入管４１、４３、４５、４７排出管５０Ｒ、５０Ｌスイッチ回路５１Ｒ、５１Ｌ、５２Ｒ、５２Ｌスイッチ接点６０制御回路２０１Ｒ、２０１Ｌ、２１１Ｒ、２１１Ｌ、２１２Ｒ、
２１２Ｌ、２１３Ｒ、２１３Ｌ接続端子２０２Ｒ〜２０５Ｒ、３１０〜３１３、３２１〜３２４
開孔部２２１、２２２、４０４、４０５絶縁部材３０２、３１７、４０２、４１３リブ３０１、４０１ＸＲ、４０１ＸＬバイポーラプレー
ト３０３、３１６、４０３、４１２チャネル３３０固体高分子膜３３１、３３１ＸＲ、３３１ＸＬ、４１５ＸＲカソ
ード（触媒層）３３２、３３２ＸＲ、３３２ＸＬ、４１４ＸＲアノ
ード（触媒層）３３３、３３３ＸＲ、３３３ＸＬ、４１６ＸＲ電極
接合体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者米津育郎大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (56)参考文献特開平８−167416（ＪＰ，Ａ) 特開2001−15145（ＪＰ，Ａ) 特開2000−251912（ＪＰ，Ａ) 特開平５−242902（ＪＰ，Ａ) 特開平９−245802（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 4/86 - 4/98 H01M 8/00 - 8/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】正極と負極の電極間に固体高分子膜を介し
てなる電極接合体を有する単位セルが複数積層され、運
転時において各単位セルを冷却する媒体を導入する冷却
媒体流通路を備える固体高分子型燃料電池であって、少なくとも前記冷却媒体流通路の導入口に最も近い単位
セルの電極反応面積を、他の単位セルの電極反応面積よ
りも小さくすることを特徴とする固体高分子型燃料電
池。
【請求項２】請求項１に記載の固体高分子型燃料電池に
おいて、少なくとも前記冷却媒体流通路の導入口に最も近い単位
セルのカソード又は／及びアノードの面積を、前記他の
単位セルのカソード又は／及びアノードの面積よりも小
さくすることにより、前記冷却媒体流通路の導入口に最も近い単位セルの電極
反応面積を、前記他の単位セルの電極反応面積よりも小
さくすることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項３】請求項２に記載の固体高分子型燃料電池に
おいて、前記冷却媒体流通路の導入口に最も近い単位セルのカソ
ード又は／及びアノードの面積が前記他の単位セルのカ
ソード又は／及びアノードの面積の０.５〜０.９倍に相
当することを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項４】請求項１に記載の固体高分子型燃料電池に
おいて、少なくとも前記冷却媒体流通路の導入口に最も近い単位
セルの触媒担持密度を、前記他の単位セルの触媒担持密
度よりも小さくすることにより、前記冷却媒体流通路の導入口に最も近い単位セルの電極
反応面積を、前記他の単位セルの電極反応面積よりも小
さくすることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項５】請求項４に記載の固体高分子型燃料電池に
おいて、前記冷却媒体流通路の導入口に最も近い単位セルの触媒
担持密度が前記他の単位セルの触媒担持密度の０.５〜
０.９倍に相当することを特徴とする固体高分子型燃料
電池。
【請求項６】前記冷却媒体流通路の導入口に最も近い単
位セルの、前記導入口側に配された電極が、電気的に分
割された複数の電極片よりなり、当該複数の電極片のい
ずれかが負荷回路への通電を遮断される構成であること
を特徴とする請求項１に記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項７】複数の単位セルが直列に積層された積層体
を構成し、当該積層体の積層方向両端に前記冷却媒体流
通路の導入口が配置された構成の請求項１〜６のいずれ
かに記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項８】前記冷却媒体は水であり、前記固体高分子
型燃料電池は当該水を固体高分子膜の加湿に利用する内
部加湿方式であることを特徴とする請求項１〜７のいず
れかに記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項９】前記固体高分子膜は膜厚が５０ミクロン以
下のパーフルオロカーボンスルホン酸系高分子膜である
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の固体
高分子型燃料電池。