JP3535865B2 - 高分子電解質型燃料電池 - Google Patents

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、コージェネレーションシステム等に
使用する高分子電解質を用いた高分子電解質型燃料電池
に関する。

【０００２】

【従来の技術】高分子電解質型燃料電池は、電解質膜・
電極接合体（ＭＥＡ）のアノード側に燃料ガスを、カソ
ード側に酸化剤ガスをそれぞれ供給し、電解質膜を介し
た電気化学反応によって水を合成し、これによって生じ
る電力エネルギーと熱エネルギーを同時に発生させ、必
要に応じて、それらのエネルギーを電気的に取り出すこ
とを基本原理としている。

【０００３】この種の燃料電池の代表的な構造を図１に
示す。なお、図１は、下半分は正面図で、上半分は主と
して断面図である。図１において、ＭＥＡ１０は、高分
子電解質膜１１、これを挟む２つの電極、すなわちカソ
ード１２およびアノード１３からなり、カソードおよび
アノードの外周には、供給する燃料ガスおよび酸化剤ガ
スが外にリークしたり、それら２種のガスが互いに混じ
り合わないように、それぞれガスケット１４および１５
が配されている。

【０００４】燃料電池の基本単位は、アノードに燃料ガ
スを供給・排出するガス流路の設けられたアノード側セ
パレータ板とカソードに酸化剤ガスを供給・排出するガ
ス流路の設けられたカソード側セパレータ板によって、
ＭＥＡを挟んだ構造である。積層燃料電池はこの基本単
位を数十から数百段積層したものであって、２〜３セル
に一段の割合で設けられる冷却部を有する。図１の燃料
電池は、４種のセパレータ板を用いている。また、図１
では簡単のため４セルのみを模式的に示した。

【０００５】電池スタック１６の左端に配されたカソー
ド側セパレータ板２２は、酸化剤ガスの流路３２を有す
る。電池スタック１６の右端に配されたアノード側セパ
レータ板２１は、燃料ガスの流路３１を有する。ＭＥＡ
間に配されたセパレータ板２０は、カソードに対向する
面に酸化剤ガスの流路３４を有し、アノードに対向する
面に燃料ガスの流路３３を有し、従って、カソード側セ
パレータ板とアノード側セパレータ板を兼ねている。

【０００６】冷却部は、アノード側セパレータ板２３と
カソード側セパレータ板２４とを組み合わせた複合セパ
レータ板により構成される。カソード側セパレータ板２
４は、カソードと対向する面に酸化剤ガスの流路３６を
有し、反対側の面に冷却水の流路３８を有する。アノー
ド側セパレータ板２３は、アノードと対向する面に燃料
ガスの流路３５を有し、反対側の面に冷却水の流路３７
を有する。セパレータ板２３と２４を冷却水の流路側を
向き合わせて接合することにより、流路３７と３８によ
り１つの冷却水の流路が形成される。

【０００７】電池スタック１６の両端には、集電板６お
よび絶縁板５を介して端板４が重ね合わされ、これらを
貫通するボルト７０とナット７１により締結され、ワッ
シャ７３により締結圧がかけられる。この燃料電池で
は、端板、絶縁板、集電板、セパレータ板、およびＭＥ
Ａに設けられた共通の導入口側マニホールド孔から各セ
パレータ板の各流路に反応ガスまたは冷却水が分配して
供給され、排出口側マニホールド孔から排出される。

【０００８】図１では、電池スタック１６の酸化剤ガス
の導入口側マニホールド孔１８ａが示されている。ま
た、一方の端板４に設けられた酸化剤ガスのマニホール
ド孔１ａ、このマニホールド孔の縁部に溶接された酸化
剤ガスのパイプ状ガス導入口２ａが示されている。ガス
導入口２ａから導入された酸化剤ガスは、絶縁板および
集電板に設けられたマニホールド孔、および電池スタッ
ク１６の導入口側のマニホールド孔１８ａから各カソー
ド側セパレータ板のガス流路に流入して反応に供され、
余剰の酸化剤ガスおよび生成物は排出口側のマニホール
ド孔を経由して他方の端板に設けられたパイプ状ガス排
出口２ｂから排出される。同様に、燃料ガスは、一方の
端板４に接合されたパイプ状ガス導入口３ａから導入口
側マニホールド孔、ガス流路、および排出口側マニホー
ルド孔を経由してパイプ状排出口３ｂから排出される。

【０００９】集電板６は、直列に積層された電池スタッ
クからの電力を集電して外部に接続するための金属板で
あり、通常はステンレス鋼、銅、真鍮等の材質からな
り、接触抵抗の低減と耐食のために金メッキ等が施され
る場合が多い。絶縁板５は、端板４と集電板６を絶縁す
るために設けられる樹脂製板である。端板４は、締結圧
を均等に電池スタックに与えるための締結板であり、通
常は機械加工されたステンレス鋼板製であり、ガスおよ
び冷却水を導入、排出するためのパイプ状の導入・排出
口を溶接したものである。また、これらの部材同士にお
いて水およびガスをシールするために、マニホールド孔
の外周にはＯ−リングをはめる溝が設けられて、Ｏ−リ
ングでシールを行うのが一般的である。図１ではＯ−リ
ング８ａ、８ｂおよび２８などが示されている。

【００１０】従来の燃料電池は、電解質膜と電極とセパ
レータ板との接触抵抗を低減するため、さらには、ガス
ケットのガスシール性を確保するため、１０．０〜２
０．０ｋｇｆ／ｃｍ²程度の締結圧で電池スタックを締
結することが通常であった。そのため機械的強度に優れ
た金属材料で端板を構成し、締結ボルトにバネあるいは
ワッシャを組み合わせて、両端から固定するのが一般的
な燃料電池の構造であった。

【００１１】また、供給する加湿ガスや冷却水が端板の
一部に接するため、耐食性の観点から、金属材料の中で
も耐食性に優れるステンレス材料を使用するのが通常で
あった。また、集電板にはカーボン材料より導電性の高
い金属材料を使用し、接触抵抗の観点から、場合によっ
ては表面処理を施して使用することが通常であった。さ
らに、両端の端板は締結ボルトを介して電気的に接触状
態にあるため、絶縁の観点から、集電板と端板の間に絶
縁性の絶縁板を挿入して使用してきた。

【００１２】このような高分子電解質型燃料電池に用い
るセパレータ板は、導電性が高く、かつ燃料ガスに対し
て高いガス気密性を持ち、更に水素／酸素を酸化還元す
る際の反応に対して高い耐食性、即ち耐酸性を持つ必要
がある。このような理由で従来のセパレータ板は、ガス
不透過性の緻密なカーボン板の表面に切削加工でガス流
路を形成したり、またガス流路溝を形成したプレス金型
にバインダーと共に黒鉛粉末を入れ、これをプレス加工
した後、加熱焼成することで作製していた。

【００１３】また、近年、従来より使用されたカーボン
材料に代えて、ステンレスなどの金属板を用いる試みが
行われている。金属板を用いたセパレータは、金属板が
高温で酸化性の雰囲気に曝されるため、長期間使用する
と、金属板の腐食や溶解が起こる。金属板が腐食する
と、腐食部分の電気抵抗が増大し、電池の出力が低下す
る。また、金属板が溶解すると、溶解した金属イオンが
高分子電解質に拡散し、これが高分子電解質のイオン交
換サイトにトラップされ、結果的に高分子電解質自身の
イオン電導性が低下する。このような劣化を避けるため
金属板の表面にある程度の厚さを持つ金メッキを施すこ
とが通例であった。

【００１４】以上のように、従来の端板は機械的強度の
観点から、通常ステンレス板を使用してきた。しかしな
がら、燃料電池積層体には比較的大きな締結圧が必要で
あることから、１５ｍｍ程度以上の比較的厚いステンレ
ス板材料を使用する必要があり、燃料電池積層体全体の
重量の増加をもたらしてきた。

【００１５】さらには、ステンレスの厚板材料であるた
め、ダイキャストや板金加工等の安価な成型方法が採用
できず、切削加工で作成することが必要であった。ま
た、燃料電池の起動時には、通常は一旦所定の電池温度
にまで電池を昇温させてから発電する必要があるが、通
常ステンレスなどの金属材料を端板に用いると、金属材
料は樹脂材料等に比べて熱容量が大きいため、燃料電池
の起動に長時間を要するという問題があった。さらに、
金属材料は放熱しやすいため、燃料電池スタックの両端
に放熱しやすい金属端板を設けると、放熱防止のために
充分な断熱材を設置する必要があった。

【００１６】また、ガスや冷却水の供給排出口を設ける
必要があるため、チューブ状のステンレス材料を溶接す
るか、端板にネジ穴などを設け、配管部品を嵌合させて
使用する必要があった。また、従来の端板材料は、導電
性材料が使用されてきたため、絶縁するための絶縁板が
不可欠であった。さらには、異なる材料の集電板と絶縁
板と端板を組み合わせて積層するためには、ガスや冷却
水をシールするためのＯ−リング等のシール材を用いる
必要があった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上記載の
問題点のうちの少なくとも一つを解決するもので、とく
に端板と集電板の間の絶縁板を不要にする高分子電解質
型燃料電池を提供することを目的とする。また、本発明
は、安価で軽量で、熱エネルギーの利用効率が良く、耐
食性に優れた高分子電解質型燃料電池を提供することを
目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の高分子電解質型
燃料電池は、複数の導電性セパレータ板、および前記導
電性セパレータ板の間に挿入された電解質膜・電極接合
体を具備し、前記電解質膜・電極接合体が高分子電解質
膜および前記高分子電解質膜を挟む一対の電極からなる
電池スタックと、前記電池スタックを挟む第１および第
２の集電板と、前記電池スタックを前記集電板を介して
挟む第１および第２の端板と、前記第１および第２の端
板を締結することにより前記電池スタックに締結圧を加
える締結手段と、前記電池スタックに酸化剤ガスおよび
燃料ガスを供給・排出するガス供給・排出システムとを
具備し、前記端板が樹脂を主成分とする樹脂材料で構成
されている。そして、前記ガス供給・排出システムは、
酸化剤ガスの入口側マニホールドおよび出口側マニホー
ルド、並びに燃料ガスの入口側マニホールドおよび出口
側マニホールドを具備し、さらに酸化剤ガスの入口側マ
ニホールドと出口側マニホールドを連絡する酸化剤ガス
流路、および燃料ガスの入口側マニホールドと出口側マ
ニホールドを連絡する燃料ガス流路を具備し、第１の端
板は第１および第２の筒部を具備し、第２の端板は第１
および第２の筒部を具備し、第１の集電板は第１および
第２の孔を具備し、第２の集電板は第１および第２の孔
を具備し、第１の端板の第１の筒部は第１の集電板の第
１の孔に挿入されて酸化剤ガスの入口側マニホールドを
提供し、第１の端板の第２の筒部は第１の集電板の第２
の孔に挿入されて燃料ガスの入口側マニホールドを提供
し、第２の端板の第１の筒部は第２の集電板の第１の孔
に挿入されて酸化剤ガスの出口側マニホールドを提供
し、第２の端板の第２の筒部は第２の集電板の第２の孔
に挿入されて燃料ガスの出口側マニホールドを提供す
る、ように構成されている。本発明は、さらに前記電池
スタックに冷却水を供給・排出する冷却水の供給・排出
システムを具備し、冷却水の供給・排出システムは、冷
却水の入口側マニホールドおよび出口側マニホールド、
並びに冷却水の入口側マニホールドと出口側マニホール
ドを連絡する冷却水の流路を具備し、第１の端板はさら
に第３の筒部を具備し、第２の端板はさらに第３の筒部
を具備し、第１の集電板はさらに第３の孔を具備し、第
２の端板はさらに第３の孔を具備し、第１の端板の第３
の筒部は第１の集電板の第３の孔に挿入されて冷却水の
入口側マニホールドを提供し、第２の端板の第３の筒部
は第２の集電板の第３の孔に挿入されて冷却水の出口側
マニホールドを提供する、高分子電解質型燃料電池を提
供する。前記筒部の少なくとも１つはＯ−リングを受け
る溝を有し、前記Ｏ−リングは、当該筒部を有する端板
と当該筒部を孔に挿入している集電板に隣接するセパレ
ータ板との間を気密にシールするように構成することが
好ましい。また、本発明は、複数の導電性セパレータ
板、および前記導電性セパレータ板の間に挿入された電
解質膜・電極接合体を具備し、前記電解質膜・電極接合
体が高分子電解質膜および前記高分子電解質膜を挟む一
対の電極からなる電池スタックと；前記電池スタックを
挟む一対の集電板と；前記電池スタックを前記集電板を
介して挟む一対の端板と；前記一対の端板を締結するこ
とにより前記電池スタックに締結圧を加える締結手段
と；前記電池スタックに酸化剤ガスおよび燃料ガスを供
給・排出するガス供給・排出システムとを具備し、前記
端板が樹脂を主成分とする樹脂材料で構成され、前記ガ
ス供給・排出システムは、酸化剤ガスの入口側マニホー
ルドおよび出口側マニホールド、並びに燃料ガスの入口
側マニホールドおよび出口側マニホールドを具備し、さ
らに酸化剤ガスの入口側マニホールドと出口側マニホー
ルドを連絡する酸化剤ガス流路、および燃料ガスの入口
側マニホールドと出口側マニホールドを連絡する燃料ガ
ス流路を具備 し、前記集電板と前記端板とが、前記集電
板が前記端板に入り込んだ一体成形体になっている高分
子電解質型燃料電池を提供する。本発明は、さらに、複
数の導電性セパレータ板、および前記導電性セパレータ
板の間に挿入された電解質膜・電極接合体を具備し、前
記電解質膜・電極接合体が高分子電解質膜および前記高
分子電解質膜を挟む一対の電極からなる電池スタック
と；前記電池スタックを挟む一対の集電板と；前記電池
スタックを前記集電板を介して挟む一対の端板と；前記
一対の端板を締結することにより前記電池スタックに締
結圧を加える締結手段と；前記電池スタックに酸化剤ガ
スおよび燃料ガスを供給・排出するガス供給・排出シス
テムとを具備し、前記端板が樹脂を主成分とする樹脂材
料で構成され、前記ガス供給・排出システムは、酸化剤
ガスの入口側マニホールドおよび出口側マニホールド、
並びに燃料ガスの入口側マニホールドおよび出口側マニ
ホールドを具備し、さらに酸化剤ガスの入口側マニホー
ルドと出口側マニホールドを連絡する酸化剤ガス流路、
および燃料ガスの入口側マニホールドと出口側マニホー
ルドを連絡する燃料ガス流路を具備し、前記端板の外側
主面上に、さらに補強体が設けられている高分子電解質
型燃料電池を提供する。

【００１９】ここで樹脂材料とは、樹脂を主成分とし、
必要に応じてガラス繊維あるいはセラミックス粉末のよ
うな充填剤あるいは補強材を含有させたものを意味す
る。本発明によれば、端板として、従来の金属材料に替
わり、樹脂材料で構成することにより、従来必要であっ
た絶縁板を省略できることなどにより、コストおよび重
量を大幅に低減することができる。さらに、樹脂材料
は、金属材料に比べて放熱速度が遅いため、燃料電池の
熱エネルギーを利用する上で有利である。また、ガスや
冷却水が金属材料と接する部分をなくすことができるた
め、耐食性を大幅に向上させることも可能である。

【００２０】前記端板は、前記樹脂材料の射出成形体か
らなることが好ましい。前記集電板と前記端板とは、前
記集電板が前記端板に入り込んだ一体成形体になってい
ることが好ましい。前記ガスの入口側マニホールドに連
なるガス導入口および前記ガスの出口側マニホールドに
連なるガス排出口は、筒形状を有し、かつ前記端板の主
面から突出するように形成されていることが好ましい。
または、前記ガス導入口および前記ガス排出口が筒形状
を有し、かつ前記端板の端面から突出するように形成さ
れていることが好ましい。

【００２１】前記端板の前記樹脂材料は、補強用材料、
たとえばガラス繊維、を含み、前記樹脂はポリフェニレ
ンサルファイド、液晶ポリマーまたはポリスルフォンか
らなることが好ましい。前記締結手段による締結圧は前
記端板の単位面積あたり１．５〜５．０ ｋｇｆ／ｃｍ²
であることが好ましい。前記端板の外側主面上には、さ
らに補強体が設けられていることが好ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の高分子電解質型燃料電池
の特徴の１つは、構成要素である端板を樹脂を主成分と
する材料で構成した点にある。ステンレス鋼等の金属材
料を端板に用いていた場合には、端板の形成には切削加
工が必要であったが、樹脂を主成分とする材料を端板に
用いることにより、端板を射出成形で形成することがで
き、大幅なコスト削減と軽量化を達成することができ
る。また、端板を樹脂化することで、燃料電池スタック
全体の熱容量を低減し、燃料電池の起動時に所定の電池
温度にまで電池を昇温させる時間を大幅に短縮すること
ができる。さらに、端板を樹脂化することで燃料電池ス
タック端部からの放熱を抑制し、断熱材を設置すること
なく燃料電池の発熱を有効に熱利用することが可能とな
ることを見いだした。本発明の高分子電解質型燃料電池
の他の特徴は、端板の筒部が集電板のマニホールド孔を
構成すべき孔に挿入されてガスのマニホールドを構成
し、前記筒部によって集電板を、水分を含むことがある
ガスから隔離したことである。本発明の高分子電解質型
燃料電池のさらに他の特徴は、端板の筒部が集電板のマ
ニホールド孔を構成すべき孔に挿入されて冷却水のマニ
ホールドを構成し、前記筒部によって集電板を、冷却水
から隔離したことである。本発明の高分子電解質型燃料
電池のさらに他の特徴は、端板が樹脂を主成分として構
成されたことを利用して、集電板が端板に入り込んだ一
体成形体にすることである。本発明のさらなる特徴は、
以下の実施の形態により明らかとなろう。

【００２３】また、ステンレス等の金属材料を用いてい
た場合には、ガスや冷却水の供給排出口を設けるため、
チューブ状金属材料を溶接するか、端板にネジ穴などを
設け、配管部品を嵌合させて使用する必要があった。し
かしながら、樹脂の射出成形とすることで、ガスや冷却
水の供給排出口を一体成型することが可能となり、さら
には供給するガスや冷却水が従来の金属製端板や供給排
出口の金属材料に接して、供給ガスや冷却水に金属イオ
ンが混入することを防止することができる。

【００２４】さらには、絶縁板を省略し、集電板を端板
にインサート成型することにより、端板と絶縁板と集電
板の間に必要であった、Ｏ−リング等のシール材料を省
くことができ、組み立て工数の大幅な削減も可能とな
る。さらには、集電板を端板とインサート成型する際、
集電板のマニホールド側内側に端板材料である樹脂が嵌
合してインサートする構成をとることにより、供給ガス
や冷却水が集電板に接することを防止する、すなわち集
電板を隔離をさせることができる。

【００２５】この集電板の隔離は、単に、供給ガスや冷
却水に金属材料が触れて供給ガスや冷却水に金属イオン
が混入することを防止するのみではない。集電板には電
池電圧が印加されているため、集電板に触れた加湿ガス
あるいは冷却水にわずかでも導電性が有ると、集電板の
激しい腐食を発生させる現象が生ずるが、上記集電板隔
離はそのような現象を防止する効果も有する。

【００２６】その構成例を図２から図９に示す。そのう
ち、図２、図４、図６、図７は後で実施例中で詳述する
が、ここでも、それらのポイントを簡潔に説明する。な
お、図２、図３は図１と同様に、下半分は正面図で、上
半分は主として断面図であるが、その他の図は、下半分
を正面図、上半分を断面図とした上で、さらに説明の簡
略化のため、左側の一部のみを示している。また、図面
の簡素化のために、自明な要素、例えば締結ロッドにつ
いて言えば、燃料電池内部を貫いている部分の図示は省
略している。

【００２７】これら、図２から図９までの８つの図面で
示される構成に共通して、各図に示されているように、
ＭＥＡ（２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７
１０）の電極端部の直近周辺部とマニホールド孔（２０
１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１）周辺部
における高分子電解質膜（２１１、３１１、４１１、５
１１、６１１、７１１）上の表主面、裏主面に向かい合
うセパレータ板（２２２，２２０； ３２２，３２０；
４２２，４２０； ５２２，５２０；６２２，６２０；
７２２，７２０）の表面上に、図２の拡大図部分でより
明確に示されているように、材質を特定した断面が円形
状あるいは楕円形状でＯ−リング状のガスシール部材
（２１４、２１５）を貼り合わせて、ガスケット（２５
０、３５０、４５０、５５０、６５０、７５０）として
いる点も特徴のひとつである。

【００２８】その構成により、場所によっては、Ｏ−リ
ング状のガスシール部材同士が高分子電解質膜を挟んで
互いに間接的に押し付けられる。場所によっては、向か
い合うセパレータ板の表面上に配置されたＯ−リング状
のガスシール部材が、その間に高分子電解質膜を挟ま
ず、それらのガスシール部材同士が互いに直接押し付け
られる。

【００２９】さらに、場所によっては、１枚のセパレー
タ板の表面に配置されたＯ−リング状のガスシール部材
と、向かい合うセパレータ板のガス流通溝に設けられた
複数の補助リブとの間に高分子電解質膜を挟んで、その
Ｏ−リング状のガスシール部材と補助リブとが間接的に
押し付けられる。ここで、「Ｏ−リング状」シール部材
という表現は、シールすべき、あるいは取り囲むべきマ
ニホールド孔あるいはガス流通溝の形状に対応してシー
ル部材が環状あるいはループ状の形状に配置されるこ
と、およびそのシール部材の断面が円形状あるいは楕円
形状を有することを意味する。

【００３０】これらのＯ−リング状のガスシール部材の
それぞれの箇所においてどのように配置されているかの
例を、さらに具体的に示したのが図１１、図１２、図１
３および図１４である。それぞれの図において、９１４
ａ−ｅ、９１５ａ−ｅ、９１６ａ−ｅがそれらのガスシ
ール部材である。これらのガスシール部材により、ガス
ケット部分のシールに必要な締結圧を極限まで低減する
ことができ、締結圧のほとんどを、電極と導電性セパレ
ータ板との接触抵抗の低減に不可欠な電極部分に集中さ
せることができる。このような方法で、電池スタックに
加える荷重を減少させた上で、端板を樹脂化することが
好ましい。

【００３１】なお、従来のガスケットは板状のガスシー
ル材を、たとえばロの字型に切り取って必要箇所に設け
るような方法であったため、ガスシール部材と高分子電
解質膜あるいはセパレータ板との接触面積が大きくなっ
てしまい、大きな締結圧を加えないと充分なガスシール
ができなかった。

【００３２】図３の構成は図２と同様の構成であるが、
図２の端板２０４ａ、２０４ｂの外側主面上に、さらに
端板補強用の補強体２９０ａ、２９０ｂが設けられてい
る構成を示す。図４は、たとえば真鍮製の集電板を成形
型にインサートし、その成形型に端板用樹脂材料を射出
成形して形成した、端板３０４と集電板３０６との一体
構成を有する燃料電池の例を示す。集電板のマニホール
ド孔３０１側内側に端板材料の一部としての円筒部分３
０４Ｃが嵌合し、集電板が端板中にインサートされた構
成をとり、その円筒部分３０４ＣにＯ−リング溝を設
け、Ｏ−リング３０８で端板３０４とセパレータ板３２
２との間のガスシールを行い、供給ガスや冷却水が集電
板３０６に接することを防止することができる構成を示
す。

【００３３】図５の構成は図４と同様の構成であるが、
図４の端板３０４の外側主面上に、さらに端板補強用の
補強体３９０が設けられている構成を示す。図６は、端
板４０４に連なる筒形状のガス導入口（あるいは排出
口）４０２の反対側のマニホールド孔４０１内部側に
も、端板材料の一部としての円筒部分４９４が、筒形状
に突出して形成され、セパレータ板４２２端部と接する
ようになっている。すなわち４９４がセパレータ板のマ
ニホールド側内側になっている。そのセパレータ板４２
２の端部にＯ−リング溝を設け、Ｏ−リング４０８によ
りシールする構造になっている。この場合にも、供給ガ
スや冷却水が集電板に接することを防止することができ
る。

【００３４】図７は、図４の構成と比較して、ガス導入
口（排出口）５０２が端板５０４の端面側に設けられ、
かつ端板補強用の補強体５９０を設けた以外は、基本的
に同様な構成の例を示す。すなわち、ＭＥＡ５１０がセ
パレータ板５２２、５２０に挟持され、端板との間のシ
ールがＯ−リング５０８でなされ、集電板５０６が端板
材料の一部によりマニホールド孔５０１との間を隔離さ
れている等の構成は、図４と同様である。

【００３５】図８は、図７の構成と比較して、端板補強
用の補強体５９０が設けられていないという点を除け
ば、基本的に図７の構成と同様な構成の例をしめす。図
９は、図８の構造と比較して、ガス導入口（排出口）７
０２が端板と一体成型されておらず、図示のような継ぎ
手（スウェージロック社製、スウェージロック）を嵌合
させた以外は、基本的に同様な構成の例を示す。すなわ
ち、ＭＥＡ７１０がセパレータ板７２２、７２０に挟持
され、端板との間のシールがＯ−リング７０８でなさ
れ、集電板７０６が端板材料の一部によりマニホールド
孔７０１との間を隔離されている等の構成は、図８と同
様である。

【００３６】なお、端板の樹脂材料の樹脂の例として
は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ナイロン樹脂、ポリアセ
タール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変成ポ
リフェニレンエーテル（変成ＰＰＥ）、ポリブチレンテ
レフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート
（ＧＦ−ＰＥＴ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＰ
Ｅ）、ポリメチルペンテン（ＴＰＸ）、シンジオタクチ
ックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリサルフォン（ＰＳ
Ｆ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフタル
アミド（ＰＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰ
Ｓ）、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート
（ＰＣＴ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテル
イミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥ
ＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、フッ素樹脂、シリコン樹
脂、および液晶ポリマー（ＬＣＰ）が好ましい。

【００３７】このうち、ポリフェニレンサルファイド
（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリサルフォン
（ＰＳＦ）がさらに好ましい。なお、このうち液晶ポリ
マーとしては、たとえば住友化学工業（株）製スミカス
ーパ、デュポン製ゼナイト、日本石油化学（株）製ザイ
ダー、大日本インキ化学工業（株）製オクタのような１
型構造を有するものが好ましい。

【００３８】

【実施例】以下に、実施例を用いて本発明を具現した例
を説明するとともに、それらと比較するための比較例を
いくつか示して具体的に説明する。

【００３９】《実施例１》まず、触媒層を形成した電極
の作成方法を、断面図で電解質膜−電極接合体（ＭＥ
Ａ）の構成を示す図１０を参照しつつ説明する。アセチ
レンブラック粉末に、平均粒径約３０Åの白金粒子を２
５重量％担持させたものを電極の触媒とした。この触媒
粉末をイソプロパノールに分散させた溶液にパーフルオ
ロカーボンスルホン酸の粉末をエチルアルコールに分散
したディスパージョン溶液を混合し、触媒ペースト状に
した。

【００４０】一方、電極の支持体になるカーボンペーパ
ーを撥水処理した。外寸８ｃｍ×１０ｃｍ、厚み３６０
μｍのカーボン不織布８１２ａ、８１３ａ（東レ製、Ｔ
ＧＰ−Ｈ−１２０）を、フッ素樹脂含有の水性ディスパ
ージョン（ダイキン工業製、ネオフロンＮＤ１）に含浸
した後、これを乾燥し、４００℃で３０分加熱すること
で、撥水性を与えた。このカーボン不織布８１２ａ、８
１３ａの各々の一方の面に、触媒ペーストをクリーン印
刷法を用いて塗布することで触媒層８１２ｂ、８１３ｂ
を形成した。このとき、触媒層８１２ｂ、８１３ｂの一
部は、それぞれカ−ボン不織布８１２ａ、８１３ａの中
に埋まり込んでいる。このようにして作成した触媒層８
１２ｂ、８１３ｂとカーボン不織布８１２ａ、８１３ａ
とを合わせて電極８１２、８１３とした。形成後の反応
電極中に含まれる白金量は０．５ｍｇ／ｃｍ²、パーフ
ルオロカーボンスルホン酸の量は１．２ｍｇ／ｃｍ²と
なるよう調整した。

【００４１】次に、外寸が１０ｃｍ×２０ｃｍのプロト
ン伝導性高分子電解質膜８１１の裏表両面に、一対の電
極８１２、８１３を触媒層８１２ｂ、８１３ｂが電解質
膜８１１の側に接するようにホットプレスで接合し、こ
れを電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）８１０とした。こ
こでは、プロトン伝導性高分子電解質としてパーフルオ
ロカーボンスルホン酸を５０μｍの厚みに薄膜化したも
のを用いた。

【００４２】次に、緻密でガス透過性のないグラッシー
カーボン板に切削加工を施して、図１１、図１２に示し
た導電性セパレータ板とした。これらの図は、導電性セ
パレータ板の表面に形成したガス流通用溝の形状を示し
たものである。図１１は表面に形成した酸化剤ガス流通
溝の形状を示したものであり、図１２はその裏面の燃料
ガス流通溝の形状を示したものである。

【００４３】セパレータ板の大きさは１０ｃｍ×２０ｃ
ｍ、厚さは４ｍｍであり、ガス流通溝９１８、９２０は
幅２ｍｍで深さ１．５ｍｍの凹部であり、この部分をガ
スが流通する。また、ガス流路間のリブ部９１９、９２
１は幅１ｍｍの凸部である。また、酸化剤ガスのマニホ
ールド孔（導入口９２３ａ、排出口９２３ｂ）と、燃料
ガスのマニホールド孔（導入口９２４ａ、排出口９２４
ｂ）と、冷却水のマニホールド孔（導入口９２５ａ、排
出口９２５ｂ）が形成されている。さらに、ガス流通溝
のマニホールド孔近傍には、補助リブ部９２６ａ、９２
６ｂ、９２７ａ、９２７ｂが設けられている。その目的
は、その補助リブ部と、それに位置的に対応する後述の
ガスシール部材９１５ａ、９１４ａの一部とでＭＥＡを
挟むことによりマニホールド孔近傍のガスシールを行う
ことにある。

【００４４】また図１３は、冷却水を流すための冷却流
路の形状を示したものであって、図１１の表面図で示し
た導電性セパレータの裏面に切削加工したものである。
図１３において、冷却水のマニホールド孔（導入口９３
１ａ、排出口９３１ｂ）の位置と大きさは、図１１、１
２で示した冷却水のマニホールド孔９２５ａ及び９２５
ｂと同一の位置に形成し、また、ガス流通用のマニホー
ルド孔９３４ａ、９３４ｂ、９３５ａ、９３５ｂの位置
と大きさも、図１１、１２のガスマニホールド孔と同一
位置に形成した。

【００４５】また、９３２は、冷却水の導入口９３１ａ
から流入した水の流通部分であり、凹状の深さは１．５
ｍｍとした。９３３は冷却水通路の途中にあり、冷却水
の流路９３２を形成したときの凸部として残した島部で
あり、元々のカーボン板と表面同士が同じ高さレベルで
ある。冷却水は導入口９３１ａから流入し、島部９３３
により分流するため、流路９３２の全面を流れて排出口
９３１ｂへと到達する。

【００４６】次にＭＥＡの電極部分の直近周辺部のプロ
トン伝導性高分子電解質膜上に対応した部分と、ガス流
通溝周辺部と、マニホールド孔周辺部とにＯ−リング状
のガスシール部材（ＤｕＰｏｎｔ Ｄｏｗ Ｅｌａｓｔｏ
ｍｅｒ Ｊａｐａｎ社製、Ｖｉｔｏｎ(バイトン）−ＧＤ
Ｌ）を配置しガスケットとした。すなわち、図１１にお
いては、ガス流通溝９１８およびガス・冷却水のマニホ
ールド孔９２３ａ、９２３ｂ、９２４ａ、９２４ｂ、９
２５ａ、９２５ｂに対するシールのために、それらを取
り囲むように、上記ガスシール部材９１４ａ−９１４ｅ
を配置した。

【００４７】図１２においては、ガス流通溝部９２０お
よびガス・冷却水のマニホールド孔９２３ａ、９２３
ｂ、９２４ａ、９２４ｂ、９２５ａ、９２５ｂに対する
シールのために、それらを取り囲むように、上記ガスシ
ール部材９１５ａ−９１５ｅを配置した。図１３におい
ては、冷却水流路９３２およびガス・冷却水のマニホー
ルド孔９３４ａ、９３４ｂ、９３５ａ、９３５ｂ、９３
１ａ、９３１ｂに対するシールのために、それらを取り
囲むように、上記ガスシール部材９１６ａ−９１６ｅを
配置した。

【００４８】次に、図１４に示すように、図１１に示す
セパレータ板の表面上にＭＥＡを配置した。図１４にお
いて、９４５はプロトン伝導性高分子電解質膜であり、
９４４はその上に設けられた一方の電極である。他方の
電極は、図１４すなわち図１１のセパレータ板に接して
いるが、図１４では見えている電極９４４の裏に位置し
ているために見えない。この図１４に示される電極９４
４と高分子電解質膜９４５からなるＭＥＡの上に、もう
一枚のセパレータ板を、図１２で示されるセパレータ裏
面の側が同ＭＥＡに接するように重ね合わせて、１つの
単電池とした。

【００４９】この単電池を２セル積層した後、図１３に
示した冷却水路溝を形成したセパレータでこの２セル積
層電池を挟み込み、このパターンを繰り返して、５０セ
ル積層の電池スタックを持つ燃料電池を作成した。この
結果、上記ガスシール部材群によって必要なガスケット
群が構成された。

【００５０】すなわち、たとえば、マニホールド孔９２
３ｂを取り囲む位置で、ガスシール部材９１５ｂは、そ
の一部が、その位置に対応するガスシール部材９１４ａ
の一部と直接接した。マニホールド孔９２５ｂを取り囲
む位置で、ガスシール材９１５ｄはガスシール部材９１
４ｄと直接接した。ガス流通溝９２０、９１８を取り囲
む、ＭＥＡの電極部分の直近周辺部では、場所により、
２つのガスシール部材９１５ａ、９１４ａの間にＭＥＡ
の高分子電解質膜が挟まれ、また、場所によりガスシー
ル部材９１５ａと補助リブ部９２６ｂ、９２６ａとの
間、あるいは補助リブ部９２７ｂ、９２７ａとガスシー
ル部材９１４ａとの間に挟まれた。

【００５１】したがって、後で電池スタックが締結ロッ
ドで固定されることにより締結圧が加えられると、高分
子電解質膜を挟んで、それらのガスシール部材同士が、
あるいは、ガスシール部材と補助リブとが、間接的にお
互いに押し付け合った。また、場所により、ガスシール
部材同士が直接互いに押し付け合った。その結果、これ
らのガスシール部材が、場所によってはガスシール部材
だけで、場所によっては補助リブとの組合せによりシー
ル機能を有するガスケットとなった。

【００５２】この電池スタックの両端には、銅の表面に
金メッキした集電板と、２０ｗｔ％のガラス繊維を添加
し強化したＰＰＳを射出成形することで作成した厚さ５
０ｍｍの端板とを積層し、最後に締結ロッドで固定し
た。このようにして作製した燃料電池の構成を、以下図
２を用いて説明する。

【００５３】図２において、ＭＥＡ２１０は、高分子電
解質膜２１１、これを挟む２つの電極、すなわちカソー
ド２１２およびアノード２１３からなり、カソードおよ
びアノードの外周には、供給する燃料ガスおよび酸化剤
ガスが外にリークしたり、それら２種のガスが互いに混
じり合わないように、それぞれガスシール部材２１４お
よび２１５が配されている。これら２１４および２１５
は、 上述のように、電極部分の直近周辺部とマニホー
ルド孔２０１周辺部のプロトン伝導性高分子電解質膜上
に貼り合わせたＯ−リング状のガスシール部材（ＤｕＰ
ｏｎｔ ＤｏｗＥｌａｓｔｏｍｅｒＪａｐａｎ社製、Ｖ
ｉｔｏｎ−ＧＤＬ）である。この特定のガスシール部材
は、弾力性がある弾性体製であり、小さな締結圧で充分
なガスシールを達成することができる。

【００５４】電池スタック２１６の左端に配されたカソ
ード側セパレータ板２２２は、酸化剤ガスの流路２３２
を有する。電池スタック２１６の右端に配されたアノー
ド側セパレータ板２２１は、燃料ガスの流路２３１を有
している。ＭＥＡ間に配されたセパレータ板２２０は、
カソードに対向する面に酸化剤ガスの流路２３４を有
し、アノードに対向する面に燃料ガスの流路２３３を有
し、従って、カソード側セパレータ板とアノード側セパ
レータ板を兼ねている。

【００５５】冷却部は、アノード側セパレータ板２２３
とカソード側セパレータ板２２４とを組み合わせた複合
セパレータ板により構成されている。カソード側セパレ
ータ板２２４は、カソードと対向する面に酸化剤ガスの
流路２３６を有し、反対側の面に冷却水の流路２３８を
有している。アノード側セパレータ板２２３は、アノー
ドと対向する面に燃料ガスの流路２３５を有し、反対側
の面に冷却水の流路２３７を有している。セパレータ板
２２３と２２４を冷却水の流路側を向き合わせて接合さ
れており、そのため流路２３７と２３８により１つの冷
却水の流路が形成されている。

【００５６】なお、上述の通り、本実施例は、５０セル
積層の電池スタックを持つ燃料電池を例示するものであ
るが、図２においては、図１と同様に、図面の簡素化の
ために、４セルのみを模式的に示した。電池スタック２
１６の両端には、上述の通り、集電板２０６ａ、２０６
ｂおよび端板２０４ａ、２０４ｂが重ね合わされ、これ
らを貫通するボルト２７０ａ、２７０ｂとナット２７１
ａ、２７１ｂにより締結され、ワッシャ２７３ａ、２７
３ｂにより締結圧がかけらている。

【００５７】この燃料電池では、端板、集電板、セパレ
ータ板、およびＭＥＡに設けられた共通の導入口側マニ
ホールド孔から各セパレータ板の各流路に反応ガスまた
は冷却水が分配して供給され、排出口側マニホールド孔
から排出されるようになっている。図２では、一方の端
板２０４ａに設けられた酸化剤ガスのマニホールド孔２
０１、およびこのマニホールド孔の縁部に溶接された酸
化剤ガスのパイプ状のガス導入口２０２ａが示されてい
る。

【００５８】ガス導入口２０２ａから導入された酸化剤
ガスは、集電板に設けられたマニホールド孔、および電
池スタック２１６の導入口側のマニホールド孔（これら
マニホールド孔全体を２０１で示している）から各カソ
ード側セパレータ板のガス流路に流入して反応に供さ
れ、余剰の酸化剤ガスおよび生成物は排出口側のマニホ
ールド孔を経由して他方の端板に設けられたパイプ状の
ガス排出口２０２ｂから排出されるようになっている。
同様に、燃料ガスは、一方の端板２０４ａに接合された
パイプ状のガス導入口２０３ａから導入口側マニホール
ド孔、ガス流路、および排出口側マニホールド孔を経由
してパイプ状のガス排出口２０３ｂから排出されるよう
になっている。

【００５９】また、これらの部材同士において水および
ガスをシールするために、マニホールド孔２０１の外周
にはＯ−リングを嵌める溝が設けられて、Ｏ−リング２
０８ａ、２０８ｂなどが当該溝に嵌められている。

【００６０】上述の説明から明らかなように、本実施例
では絶縁板は用いなかった。また、両端板を締結する際
の締結圧は、セパレータ板の単位面積あたり５．０ｋｇ
ｆ／ｃｍ²とした。このように低い締結圧は、前述のＯ
−リング状のガスシール部材をガスケット用として用い
たことによって実現可能となった。すなわち、ガスを特
定材質Ｏ−リングでシールすることによって、ガスケッ
ト部分のシールに必要な締結圧を極限まで低減すること
が可能であり、締結圧のほとんどは、電極と導電性セパ
レータ板の接触抵抗低減に不可欠な電極部分に集中させ
ることができた。これによって従来の約半分の締結圧に
まで低減することが可能となり、端板を樹脂化するため
に重要な要素であることがわかった。

【００６１】このように作製した本実施例の高分子電解
質型燃料電池を、８０℃に保持し、アノード側に７８℃
の露点となるよう加湿・加温した水素ガスを、カソード
側に７８℃の露点となるように加湿・加温した空気を供
給した。その結果、電流を外部に出力しない無負荷時に
は、５０Ｖの電池開放電圧を得た。この電池を燃料利用
率８０％、酸素利用率４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ
²の条件で連続発電試験を行い、出力特性の時間変化を
測定した。その結果、本実施例の電池は、８０００時間
以上にわたって１．３ｋＷ以上（３３Ｖ−４０Ａ）の電
池出力を維持することを確認した。寿命特性図、すなわ
ち連続発電試験の経過時間と電池電圧の関係を、図１６
に示す。

【００６２】《実施例２》両端板を締結する締結圧を、
セパレータ板の面積当たり５．０ｋｇｆ／ｃｍ²の替わ
りに３．０ｋｇｆ／ｃｍ² とした以外は、実施例１と同
じ方法で本実施例の高分子電解質型燃料電池を作製し
た。

【００６３】このように作製した本実施例の高分子電解
質型燃料電池を、８０℃に保持し、アノード側に７８℃
の露点となるよう加湿・加温した水素ガスを、カソード
側に７８℃の露点となるように加湿・加温した空気を供
給した。その結果、電流を外部に出力しない無負荷時に
は、５０Ｖの電池開放電圧を得た。この電池を燃料利用
率８０％、酸素利用率４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ
²の条件で連続発電試験を行い、出力特性の時間変化を
測定した。その結果、本実施例の電池は、８０００時間
以上にわたって１．３ｋＷ以上（３３Ｖ−４０Ａ）の電
池出力を維持することを確認した。

【００６４】《実施例３》両端板を締結する時の締結圧
として、セパレータ板の面積当たり５．０ｋｇｆ／ｃｍ
²の替わりに２．０ｋｇｆ／ｃｍ² とした以外は、実施
例１と同じ方法で本実施例の高分子電解質型燃料電池を
作製した。

【００６５】このように作製した本実施例の高分子電解
質型燃料電池を、８０℃に保持し、アノード側に７８℃
の露点となるよう加湿・加温した水素ガスを、カソード
側に７８℃の露点となるように加湿・加温した空気を供
給した。その結果、電流を外部に出力しない無負荷時に
は、５０Ｖの電池開放電圧を得た。この電池を燃料利用
率８０％、酸素利用率４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ
²の条件で連続発電試験を行い、出力特性の時間変化を
測定した。その結果、本実施例の電池は、８０００時間
以上にわたって１．３ｋＷ以上（３３Ｖ−４０Ａ）の電
池出力を維持することを確認した。

【００６６】《実施例４》両端板を締結する時の締結圧
として、セパレータ板の面積当たり５．０ｋｇｆ／ｃｍ
²の替わりに１．５ｋｇｆ／ｃｍ² とした以外は、実施
例１と同じ方法で本実施例の高分子電解質型燃料電池を
作製した。

【００６７】このように作製した本実施例の高分子電解
質型燃料電池を、８０℃に保持し、アノード側に７８℃
の露点となるよう加湿・加温した水素ガスを、カソード
側に７８℃の露点となるように加湿・加温した空気を供
給した。その結果、電流を外部に出力しない無負荷時に
は、５０Ｖの電池開放電圧を得た。この電池を燃料利用
率８０％、酸素利用率４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ
²の条件で連続発電試験を行い、出力特性の時間変化を
測定した。その結果、本実施例の電池は、８０００時間
以上にわたって１．３ｋＷ以上（３３Ｖ−４０Ａ）の電
池出力を維持することを確認した。

【００６８】《比較例１》両端板を締結する時の締結圧
として、セパレータ板の面積当たり５．０ｋｇｆ／ｃｍ
²の替わりに１．０ｋｇｆ／ｃｍ² とした以外は、実施
例１と同じ方法で本比較例の高分子電解質型燃料電池を
作製した。このように作製した本比較例の高分子電解質
型燃料電池を、８０℃に保持し、アノード側に７８℃の
露点となるよう加湿・加温した水素ガスを、カソード側
に７８℃の露点となるように加湿・加温した空気を供給
した。その結果、電流を外部に出力しない無負荷時に
は、４０Ｖの電池開放電圧を得た。

【００６９】しかしながら、この電池のガスリークを確
認したところ、締結圧が小さすぎたために充分なガスシ
ールができず、外部にガスがリークしていたため、この
条件での発電試験を行うことは断念した。そこで次に、
締結圧を徐々に増加させ、ガスリークと締結圧の相関を
確認したところ、締結圧を１．５ｋｇｆ／ｃｍ²まで増
加させるとガスリークがなくなることを確認した。

【００７０】《比較例２》両端板を締結する時の締結圧
として、セパレータ板の面積当たり５．０ｋｇｆ／ｃｍ
²の替わりに６．０ｋｇｆ／ｃｍ² とした以外は、実施
例１と同じ方法で本比較例の高分子電解質型燃料電池を
作製した。このように作製した本比較例の高分子電解質
型燃料電池を、８０℃に保持し、アノード側に７８℃の
露点となるよう加湿・加温した水素ガスを、カソード側
に７８℃の露点となるように加湿・加温した空気を供給
した。その結果、電流を外部に出力しない無負荷時に
は、５０Ｖの電池開放電圧を得た。

【００７１】この電池を燃料利用率８０％、酸素利用率
４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ²の条件で連続発電試
験を行い、出力特性の時間変化を測定した。その結果、
本実施例の電池は、初期には１．３ｋＷ以上（３３Ｖ−
４０Ａ）の電池出力を発揮することを確認したが、約２
０００時間経過後、急激に電池電圧が低下し始め、２５
００時間後には継続して運転することが不可能であっ
た。原因を調べたところ、締結圧が大きすぎたためＰＰ
Ｓ製の樹脂端板が経時的にクリープし、端板が湾曲し、
その結果、電池からガスリークが発生していることを確
認した。

【００７２】《比較例３》端板として、実施例１の端板
の替わりに、厚さ３０ｍｍのＳＵＳ３１６を切削加工す
ることで作成した端板を用いたこと、および両端板を締
結する時の締結圧として、セパレータ板の面積当り５．
０ｋｇｆ／ｃｍ²の替わりに１０．０ｋｇｆ／ｃｍ² と
した以外は、実施例１と同じ方法で本比較例の高分子電
解質型燃料電池を作製した。このように作製した本実施
例の高分子電解質型燃料電池を、８０℃に保持し、アノ
ード側に７８℃の露点となるよう加湿・加温した水素ガ
スを、カソード側に７８℃の露点となるように加湿・加
温した空気を供給した。その結果、電流を外部に出力し
ない無負荷時には、５０Ｖの電池開放電圧を得た。

【００７３】この電池を燃料利用率８０％、酸素利用率
４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ²の条件で連続発電試
験を行い、出力特性の時間変化を測定した。その結果、
本実施例の電池は、８０００時間以上にわたって１．３
ｋＷ以上（３３Ｖ−４０Ａ）の電池出力を維持すること
を確認した。ＳＵＳを端板に用いた場合には、ＳＵＳの
強度が高いため、締結圧を１０．０ｋｇｆ／ｃｍ²まで
増加しても問題ないことが分かった。しかしながら、厚
さ３０ｍｍのＳＵＳ板を用いたため、全体の重量が大き
く増加した。

【００７４】なお、実施例１から実施例４の４つの実施
例では、端板の外側に補強体を設けなかったが、補強体
を設けた場合についても検討した。すなわち、厚さ５０
ｍｍの端板の厚さを３０ｍｍとし、その端板外側主面上
に図３に示されている、厚さ１０ｍｍのＳＵＳ３０４製
の板状の補強体２９０ａ、２９０ｂを設け、それ以外の
要素は、図２で示され、実施例１−４で記載された燃料
電池と同様な方法で、それぞれ４つの燃料電池を作製
し、実施例１−４と同様な方法で、それらの特性を測定
した。その測定の結果、無負荷時の電池開放電圧、出力
特性の時間変化に関して、実施例１〜４の燃料電池と同
様な特性が得られることを確認した。

【００７５】《実施例５》端板として、１５ｗｔ％のガ
ラス繊維を添加し強化した液晶ポリマー（ＬＣＰ）を射
出成形することにより作製した端板を用いたこと以外
は、実施例２と同様の方法で本実施例の高分子電解質型
燃料電池を作製した。なお、ＬＣＰとしては、日本石油
化学（株）製のザイダーを用いた。

【００７６】このように作製した本実施例の高分子電解
質型燃料電池を、８０℃に保持し、アノード側に７８℃
の露点となるよう加湿・加温した水素ガスを、カソード
側に７８℃の露点となるように加湿・加温した空気を供
給した。その結果、電流を外部に出力しない無負荷時に
は、５０Ｖの電池開放電圧を得た。この電池を燃料利用
率８０％、酸素利用率４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ
²の条件で連続発電試験を行い、出力特性の時間変化を
測定した。その結果、本実施例の電池は、８０００時間
以上にわたって１．３ｋＷ以上（３３Ｖ−４０Ａ）の電
池出力を維持することを確認した。

【００７７】《実施例６》端板として、２０ｗｔ％のガ
ラス繊維を添加し強化した液晶ポリマー（ＬＣＰ）を射
出成形することにより作製した端板を用いたこと以外
は、実施例２と同様の方法で本実施例の高分子電解質型
燃料電池を作製した。なお、本実施例では、ＬＣＰとし
て、デュポン社製のゼナイトを用いた。

【００７８】このように作製した本実施例の高分子電解
質型燃料電池を、８０℃に保持し、アノード側に７８℃
の露点となるよう加湿・加温した水素ガスを、カソード
側に７８℃の露点となるように加湿・加温した空気を供
給した。その結果、電流を外部に出力しない無負荷時に
は、５０Ｖの電池開放電圧を得た。この電池を燃料利用
率８０％、酸素利用率４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ
²の条件で連続発電試験を行い、出力特性の時間変化を
測定した。その結果、本実施例の電池は、８０００時間
以上にわたって１．３ｋＷ以上（３３Ｖ−４０Ａ）の電
池出力を維持することを確認した。

【００７９】《実施例７》端板として、２５ｗｔ％のガ
ラス繊維を添加し強化した液晶ポリマー（ＬＣＰ）を射
出成形することにより作製した端板を用いたこと以外
は、実施例２と同様の方法で本実施例の高分子電解質型
燃料電池を作製した。なお、本実施例では、ＬＣＰとし
て、住友化学工業（株）製のスミカスーパを用いた。

【００８０】このように作製した本実施例の高分子電解
質型燃料電池を、８０℃に保持し、アノード側に７８℃
の露点となるよう加湿・加温した水素ガスを、カソード
側に７８℃の露点となるように加湿・加温した空気を供
給した。その結果、電流を外部に出力しない無負荷時に
は、５０Ｖの電池開放電圧を得た。この電池を燃料利用
率８０％、酸素利用率４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ
²の条件で連続発電試験を行い、出力特性の時間変化を
測定した。その結果、本実施例の電池は、８０００時間
以上にわたって１．３ｋＷ以上（３３Ｖ−４０Ａ）の電
池出力を維持することを確認した。

【００８１】《実施例８》端板として、３０ｗｔ％のガ
ラス繊維を添加し強化した液晶ポリマー（ＬＣＰ）を射
出成形することにより作製した端板を用いたこと以外
は、実施例２と同様の方法で本実施例の高分子電解質型
燃料電池を作製した。なお、本実施例では、ＬＣＰとし
て、大日本インキ化学工業（株）製のオクタを用いた。

【００８２】このように作製した本実施例の高分子電解
質型燃料電池を、８０℃に保持し、アノード側に７８℃
の露点となるよう加湿・加温した水素ガスを、カソード
側に７８℃の露点となるように加湿・加温した空気を供
給した。その結果、電流を外部に出力しない無負荷時に
は、５０Ｖの電池開放電圧を得た。この電池を燃料利用
率８０％、酸素利用率４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ
²の条件で連続発電試験を行い、出力特性の時間変化を
測定した。その結果、本実施例の電池は、８０００時間
以上にわたって１．３ｋＷ以上（３３Ｖ−４０Ａ）の電
池出力を維持することを確認した。

【００８３】《実施例９》本実施例においては、電解質
膜−電極接合体（ＭＥＡ）および導電性セパレータ板
は、実施例１と同様の方法で作成し、５０セル積層の電
池スタックを作成した。電池スタックの両端部には、集
電板を端板の中にインサートした構成を採用した。すな
わち、表面の酸化皮膜を除去したＳＵＳ３０４の表面に
金メッキした集電板を成形金型にインサートし、その金
型の中に２０ｗｔ％のガラス繊維を添加して強化したＰ
ＰＳを射出成形することで作成した。このように作製し
た端板と集電板一体物の全体の厚さは５０ｍｍだった。

【００８４】その構成例を図４および図１５を用いて説
明する。図４は、本実施例の燃料電池の特徴を示す部分
正面・部分断面図である。図２に示す実施例１の燃料電
池と比較して、集電板および端板が一体成形されている
こと、およびＯ−リングの配置が異なっていること以外
は、実施例１の燃料電池と同様な構成になっている。

【００８５】すなわち、ＭＥＡ３１０は、高分子電解質
膜３１１、これを挟む２つの電極、すなわちカソード３
１２およびアノード３１３からなり、カソードおよびア
ノードの外周には、それぞれガスケット３５０が配され
ている。このガスケット３５０は、上述のように、電極
部分の直近周辺部とマニホールド孔周辺部のプロトン伝
導性高分子電解質膜上に貼り合わせたＯ−リング状のガ
スシール部材（ＤｕＰｏｎｔ Ｄｏｗ Ｅｌａｓｔｏｍｅ
ｒＪａｐａｎ社製、Ｖｉｔｏｎ−ＧＤＬ）３１４、３１
５を貼り合わせたものである。

【００８６】ＭＥＡ３１０は、セパレータ板３２２と３
２０により挟持され１つのセルを構成しているが、その
ようなセルが図示していないが５０セル積層され、その
中に冷却用セパレータ板も積層されて電池スタックが構
成されている。酸化剤ガス流路、燃料ガス流路および冷
却水流路も実施例１と同様に設けられている。電池スタ
ックの両端には、集電板および端板がそれぞれ２枚設け
られているが、図４ではそのうちの一方の集電板３０６
および一方の端板３０４が示されている。これらを貫通
する締結手段として、その一部が図示されているが、ボ
ルト３７０、ナットおよびワッシャからなる締結手段が
設けられ、締結圧が加えらている。

【００８７】本実施例の特徴のひとつは、Ｏ−リング３
０８周辺の端板構成にある。すなわち、図４で示されて
いるように、端板３０４の一部としての円筒部分３０４
Ｃが集電板３０６のマニホールド孔３０１側内側に嵌合
し、集電板が端板中にインサートされた構成をとり、そ
の円筒部分３０４ＣにＯ−リング溝が設け、Ｏ−リング
３０８により、端板材料すなわち樹脂材料の面で、端板
３０４とセパレータ板３２２との間のガスシールを行
い、供給ガスや冷却水が集電板３０６に接することを防
止することができる構成になっている。また、筒形状の
ガス導入・排出口３０２、３０３は端板の成形時に端板
材料で一体成形されている。

【００８８】本実施例において、締結手段による締結圧
は、当初、端板の面積当たり３．０ｋｇｆ／ｃｍ²とし
た。その後、強度確認のためさらに５．０ｋｇｆ／ｃｍ
²程度の締結圧を加えたが、端板の強度的には十分問題
のないことも確認した。このように作製した本実施例の
高分子電解質型燃料電池を、８０℃に保持し、アノード
側に７８℃の露点となるよう加湿・加温した水素ガス
を、カソード側に７８℃の露点となるように加湿・加温
した空気を供給した。その結果、電流を外部に出力しな
い無負荷時には、５０Ｖの電池開放電圧を得た。

【００８９】この電池を燃料利用率８０％、酸素利用率
４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ²の条件で連続発電試
験を行い、出力特性の時間変化を測定した。その結果、
本実施例の電池は、８０００時間以上にわたって１．３
ｋＷ以上（３３Ｖ−４０Ａ）の電池出力を維持すること
を確認した。さらに、８０００時間の運転後、ＭＥＡ中
の高分子電解質膜中の金属イオン量を定量したが、集電
板のＳＵＳに起因すると思われる鉄、ニッケル、クロム
は検出限界以下であり、耐食性に関する有効性が確認で
きた。これは、本実施例で用いた集電板をインサート成
形した端板は、図４に示す通り、集電板のマニホールド
側内面に端板材料である樹脂が回り込み、ガスや冷却水
と集電板の金属材料が直接接触することを防止できたた
めである。

【００９０】なお、図４で示す構成を変形して、さら
に、端板３０４の厚さを３０ｍｍとし、端板３０４の外
側に、端板補強用の補強体として、厚さ１０ｍｍのＳＵ
Ｓ３０４製の板状の補強体３９０を設けた構成を図５に
示す。この図５の構成においても、上で説明した図４の
構成と同様な特性を有した上に、さらに耐締結圧強度が
高い高分子電解質型燃料電池が得られることを確認し
た。

【００９１】また、図１５は、端板と集電板の一体成形
構成を示す部分断面斜視図であり、図４で示した、端板
と集電板の一体成形構成の変形例を示している。図１５
において、９５０は、インサートされた集電板、９５２
はガスあるいは冷却水のマニホールド孔、９５１は端
板、９５１ａは端板と一体で射出成形されたガスまたは
冷却水の導入・排出用継ぎ手である。すなわち、ガラス
繊維入りＰＰＳ製端板９５１は、集電板９５０をインサ
ート成形した構成になっており、端板材料が筒形状の部
分で、集電板をガスあるいは冷却水から隔離する構成に
なっている。

【００９２】《実施例 １０》本実施例においては、電
解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）および導電性セパレータ
板は、実施例１と同様の方法で作成し、５０セル積層の
電池スタックを作成した。電池スタックの両端部には、
集電板を端板の中にインサートした構成を採用した。す
なわち、本実施例では、真鍮製集電板を成形金型にイン
サートし、その金型の中に２０ｗｔ％のガラス繊維を添
加して強化したＰＰＳを射出成形することにより作成し
た。このように作製した端板と集電板一体物の全体の厚
さは５０ｍｍだった。この構成例を図６を用いて説明す
る。

【００９３】図６は、本実施例の燃料電池を示す部分正
面・部分断面図である。電池スタックの両端には、集電
板および端板がそれぞれ２枚設けられているが、図６で
はそのうちの一方の集電板４０６および一方の端板４０
４が示されている。これらを貫通する締結手段として、
その一部が図示されているが、ボルト４７０、ナットお
よびワッシャからなる締結手段が設けられ、締結圧が加
えらている。また、筒形状のガス導入・排出口４０２、
４０３は端板の成形時に端板材料で一体成形されてい
る。

【００９４】本実施例においても、端板４０４の一部と
しての円筒部分４０４Ｃが集電板４０６のマニホールド
孔４０１側内側に嵌合し、集電板が端板中にインサート
された構成になっている。本実施例の特徴のひとつは、
次に説明するガスシールの手段にある。すなわち、図６
において、端板４０４に連なる筒形状のガス導入口（あ
るいは排出口）４０２の反対側のマニホールド孔４０１
内部側にも、端板材料の一部としての円筒部分４９４
が、突出して形成され、セパレータ板４２２端部と接す
るようになっている。そのセパレータ板４２２の端部に
Ｏ−リング溝を設け、Ｏ−リング４０８によりシールす
る構造になっている。これも、供給ガスや冷却水が集電
板に接することを防止することができる構造である。

【００９５】その他の構成、すなわち、高分子電解質膜
４１１およびそれを挟持する電極４１２、４１３からＭ
ＥＡ４１０が構成されていること、ＭＥＡ４１０がセパ
レータ板４２２、４２０により挟持されていること、さ
らにはＯ−リング状のガスシール部材４１４、４１５を
貼り合わせて、ガスケット４５０が構成されていること
などは、すでに説明した上記実施例と同様である。

【００９６】本実施例において、締結手段による締結圧
は、当初、端板の面積当たり２．０ｋｇｆ／ｃｍ²とし
た。その後、強度確認のためさらに３．０ｋｇｆ／ｃｍ
²程度の締結圧を加えたが、端板の強度的には十分問題
のないことも確認した。このように作製した本実施例の
高分子電解質型燃料電池を、８０℃に保持し、アノード
側に７８℃の露点となるよう加湿・加温した水素ガス
を、カソード側に７８℃の露点となるように加湿・加温
した空気を供給した。その結果、電流を外部に出力しな
い無負荷時には、５０Ｖの電池開放電圧を得た。

【００９７】この電池を燃料利用率８０％、酸素利用率
４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ²の条件で連続発電試
験を行い、出力特性の時間変化を測定した。その結果、
本実施例の電池は、８０００時間以上にわたって１．３
ｋＷ以上（３３Ｖ−４０Ａ）の電池出力を維持すること
を確認した。さらに、８０００時間の運転後、ＭＥＡ中
の高分子電解質膜中の金属イオン量を定量したが、集電
板の真鍮に起因すると思われる銅等は検出限界以下であ
り、耐食性に関する有効性が確認できた。これは、本実
施例で用いた集電板をインサート成形した端板は、図６
に示す通り、集電板のマニホールド側内面に端板材料で
ある樹脂が回り込み、ガスや冷却水と集電板の金属材料
が直接接触することを防止できたためである。

【００９８】《実施例 １１》本実施例においては、電
解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）および導電性セパレータ
板は、実施例１と同様の方法で作成し、５０セル積層の
電池スタックを作成した。電池スタックの両端部には、
集電板を端板の中にインサートした構成を採用した。す
なわち、本実施例では、真鍮製集電板を成形金型にイン
サートし、その金型の中に２０ｗｔ％のガラス繊維を添
加して強化したＰＳＦを射出成形することにより作成し
た。このように作製した端板と集電板一体物の全体の厚
さは３０ｍｍだった。さらにこの端板の外面上に、厚さ
１０ｍｍのＳＵＳ３０４製補強板を積層し、締結ロッド
で固定した。この構成例を図７を用いて説明する。

【００９９】図７は、本実施例の燃料電池を示す部分正
面・部分断面図である。電池スタックの両端には、集電
板および端板がそれぞれ２枚設けられているが、図７で
はそのうちの一方の集電板５０６および一方の端板５０
４が示されている。その各端板の上に上述した補強体５
９０が積層されており、これらを貫通する締結手段とし
て、その一部が図示されているが、ボルト５７０、ナッ
トおよびワッシャからなる締結手段が設けられ、締結圧
が加えらている。

【０１００】本実施例の特徴のひとつは、端板５０４の
成形時に端板材で一体成形される筒形状のガス導入口
（排出口）５０２、５０３を、端板５０４の端面に設け
たことにある。この構成により、燃料電池の端板外主面
側強度が高くなり、またポータブル電源、電気自動車用
電源、コージェネレーションシステム等に応用する場
合、システム設計の自由度が増加する。

【０１０１】その他の構成について説明すると、本実施
例においても、端板５０４の一部としての円筒部分５０
４Ｃが集電板５０６のマニホールド孔５０１側内側に嵌
合し、集電板が端板中にインサートされた構成になって
いる。また、その円筒部分５０４ＣにＯ−リング溝が設
けられ、Ｏ−リング５０８により、端板材料すなわち樹
脂材料の面で、端板５０４とセパレータ板５２２との間
のガスシールを行い、供給ガスや冷却水が集電板５０６
に接することを防止することができる構成になってい
る。

【０１０２】さらには、高分子電解質膜５１１およびそ
れを挟持する電極５１２、５１３からＭＥＡ５１０が構
成されていること、ＭＥＡ５１０がセパレータ板５２
２、５２０により挟持されていること、Ｏ−リング状の
ガスシール部材５１４、５１５を貼り合わせて、ガスケ
ット５５０が構成されていることなどは、すでに説明し
た上記実施例と同様である。

【０１０３】本実施例において、締結手段による締結圧
は、当初、端板の面積当たり３．０ｋｇｆ／ｃｍ²とし
た。その後、強度確認のためさらに５．０ｋｇｆ／ｃｍ
²程度の締結圧を加えたが、端板の強度的には十分問題
のないことも確認した。これはＳＵＳ製の補強体を用い
ることにより、端板の強度向上が達成できたためであ
る。このように作製した本実施例の高分子電解質型燃料
電池を、８０℃に保持し、アノード側に７８℃の露点と
なるよう加湿・加温した水素ガスを、カソード側に７８
℃の露点となるように加湿・加温した空気を供給した。
その結果、電流を外部に出力しない無負荷時には、５０
Ｖの電池開放電圧を得た。

【０１０４】この電池を燃料利用率８０％、酸素利用率
４０％、電流密度０．５Ａ／ｃｍ²の条件で連続発電試
験を行い、出力特性の時間変化を測定した。その結果、
本実施例の電池は、８０００時間以上にわたって１．３
ｋＷ以上（３３Ｖ−４０Ａ）の電池出力を維持すること
を確認した。さらに、８０００時間の運転後、ＭＥＡ中
の高分子電解質膜中の金属イオン量を定量したが、集電
板の真鍮に起因すると思われる銅等は検出限界以下であ
り、耐食性に関する有効性が確認できた。これは、本実
施例で用いた集電板をインサート成形した端板は、図７
に示す通り、集電板のマニホールド側内面に端板材料で
ある樹脂が回り込み、ガスや冷却水と集電板の金属材料
が直接接触することを防止できたためである。

【０１０５】図８は図７に示された実施例の中で、補強
体５９０を省略し、端板６０４の厚さを３０ｍｍの替わ
りに５０ｍｍにしたものである。他の構成要素の記載は
省略するが、図７で５００番台の参照番号で示された要
素と、図８でそれらの参照番号と対応する６００番台の
参照番号で示された要素（たとえば５０１と６０１とが
対応する）とが同様な構成要素である。また、図９は、
図８において端板と一体成形されているガス導入・排出
口７０２、７０３を継ぎ手（スウェージロック社製、ス
ウェージロック）で構成した例を示す。以上の図８およ
び図９に示される燃料電池の特性を、上記の実施例で実
施した条件と同じ条件で測定したところ、上記の実施例
に基づく燃料電池と同様に、本発明の効果を有している
ことが確認できた。

【０１０６】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、端板と
して、従来の金属材料に替わり、樹脂材料を用い、さら
に好ましくはその射出成形体で作成したことにより、絶
縁板を省略でき、その絶縁板の省略などにより、大幅な
コスト低減を図ることができる。さらに、ガスや冷却水
が金属材料と接しない構成を実現できるため、耐食性の
大幅な向上を図ることができる。以上、本発明の実施の
形態を、図面を用いて説明するとともに、実施例を用い
て、より具体的に説明したが、本発明はこれら説明した
内容のみに限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の燃料電池の構成を模式的に示す、一部断
面正面図である。

【図２】本発明の一実施例による燃料電池の構成を模式
的に示す、一部断面正面図である。

【図３】図２の実施例による燃料電池に補強体を付加し
た構成の燃料電池の構成を模式的に示す、一部断面正面
図である。

【図４】本発明の他の実施例による燃料電池の構成を模
式的に示す部分断面部分正面図である。

【図５】本発明の他の実施例による燃料電池の構成を模
式的に示す部分断面部分正面図である。

【図６】本発明の他の実施例による燃料電池の構成を模
式的に示す部分断面部分正面図である。

【図７】本発明の他の実施例による燃料電池の構成を模
式的に示す部分断面部分正面図である。

【図８】本発明の他の実施例による燃料電池の構成を模
式的に示す部分断面部分正面図である。

【図９】本発明の他の実施例による燃料電池の構成を模
式的に示す部分断面部分正面図である。

【図１０】本発明の実施例に用いた電解質膜−電極接合
体（ＭＥＡ）の構成を模式的に示す断面図である。

【図１１】本発明の実施例で用いたセパレータ板の表面
およびその上に設けられたＯ−リング状シール材を模式
的に示す上面図である。

【図１２】本発明の実施例で用いたセパレータ板の裏面
およびその上に設けられたＯ−リング状シール材を模式
的に示す下面図である。

【図１３】本発明の実施例で用いた冷却水路板の構成を
模式的に示す平面図である。

【図１４】本発明の実施例に用いた高分子電解質膜上に
電極を形成してなるＭＥＡを図１１のセパレータ板表面
に配置した構成を模式的に示す平面図である。

【図１５】本発明の実施例で示した、端板と集電板の一
体成形体を示す部分断面斜視図である。

【図１６】本発明の実施例による燃料電池の連続発電試
験の経過時間と電池電圧の関係を示す寿命特性図であ
る。

【符号の説明】

１ａ、１８ａ、２０１、３０１、４０１、５０１、６０
１、７０１、９２３ａ、９２３ｂ、９２４ａ、９２４
ｂ、９２５ａ、９２５ｂ、９３１ａ、９３１ｂ、９３４
ａ、９３４ｂ、９３５ａ、９３５ｂ、９５２ マニホー
ルド孔 ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、２０２ａ、２０２ｂ、２０３
ａ、２０３ｂ、３０２、３０３、４０２、４０３、５０
２、５０３、６０２、６０３、７０２、７０３ ガス導
入口（排出口） ４、２０４ａ、２０４ｂ、３０４、４０４、５０４、６
０４、７０４、９５１ 端板 ５ 絶縁板 ６、２０６ａ、２０６ｂ、３０６、４０６、５０６、６
０６、７０６、９５０ 集電板 ８ａ、８ｂ、２８、２０８ａ、２０８ｂ、３０８、４０
８、５０８、６０８、７０８ Ｏ−リング １０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１
０、８１０ ＭＥＡ １１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１
１、８１１、９４５ 高分子電解質膜 １２、１３、２１２、２１３、３１２、３１３、４１
２、４１３、５１２、５１３、６１２、６１３、７１
２、７１３、８１２、８１３、９４４ 電極（アノー
ド、カソード） １４、１５、２５０、３５０、４５０、５５０、６５
０、７５０ ガスケット １６、２１６ 電池スタック ２０、２１、２２、２３、２４、２２０、２２１、２２
２，２２３、２２４、３２０、３２２、４２０、４２
２、５２０、５２２、６２０、６２２、７２０、７２２
セパレータ板 ３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、２
３１、２３２、２３３、２３４、２３５、２３６、２３
７、２３８、９３２ 流路 ７０、２７０ａ、２７０ｂ、３７０、４７０、５７０、
６７０、７７０ボルト ７１、２７１ａ、２７１ｂ ナット ７３、２７３ａ、２７３ｂ ワッシャ ２１４、２１５、３１４、３１５、４１４、４１５、５
１４、５１５、６１４、６１５、７１４、７１５、９１
４ａ、９１４ｂ、９１４ｃ、９１４ｄ、９１４ｅ、９１
５ａ、９１５ｂ、９１５ｃ、９１５ｄ、９１５ｅ、９１
６ａ、９１６ｂ、９１６ｃ、９１６ｄ、９１６ｅ シー
ル部材 ２９０ａ、２９０ｂ、３９０、５９０ 補強体 ３０４Ｃ、４０４Ｃ、５０４Ｃ、６０４Ｃ、７０４Ｃ、
４９４ 端板の円筒部分 ８１２ａ、８１３ａ カーボン不織布 ８１２ｂ、８１３ｂ 触媒層 ９１８、９２０ ガス流通溝 ９１９、９２１ リブ部 ９２６ａ、９２６ｂ、９２７ａ、９２７ｂ 補助リブ部 ９３３ 島部 ９５１ａ 導入・排出用継ぎ手

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 晋 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 山崎 達人 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 長谷 伸啓 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 竹口 伸介 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2001−236982（ＪＰ，Ａ) 特開2000−164238（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−275626（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−312223（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 8/24 H01M 8/02 H01M 8/10

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の導電性セパレータ板、および前記
   導電性セパレータ板の間に挿入された電解質膜・電極接
   合体を具備し、前記電解質膜・電極接合体が高分子電解
   質膜および前記高分子電解質膜を挟む一対の電極からな
   る電池スタックと；前記電池スタックを挟む第１および
   第２の集電板と；前記電池スタックを前記集電板を介し
   て挟む第１および第２の端板と；前記第１および第２の
   端板を締結することにより前記電池スタックに締結圧を
   加える締結手段と；前記電池スタックに酸化剤ガスおよ
   び燃料ガスを供給・排出するガス供給・排出システムと
   を具備し、前記端板が樹脂を主成分とする樹脂材料で構
   成され、 前記ガス供給・排出システムは、酸化剤ガスの入口側マ
   ニホールドおよび出口側マニホールド、並びに燃料ガス
   の入口側マニホールドおよび出口側マニホールドを具備
   し、さらに酸化剤ガスの入口側マニホールドと出口側マ
   ニホールドを連絡する酸化剤ガス流路、および燃料ガス
   の入口側マニホールドと出口側マニホールドを連絡する
   燃料ガス流路を具備し、 第１の端板は第１および第２の筒部を具備し、第２の端
   板は第１および第２の筒部を具備し、 第１の集電板は第１および第２の孔を具備し、第２の集
   電板は第１および第２の孔を具備し、 第１の端板の第１の筒部は第１の集電板の第１の孔に挿
   入されて酸化剤ガスの入口側マニホールドを提供し、第
   １の端板の第２の筒部は第１の集電板の第２の孔に挿入
   されて燃料ガスの入口側マニホールドを提供し、第２の
   端板の第１の筒部は第２の集電板の第１の孔に挿入され
   て酸化剤ガスの出口側マニホールドを提供し、第２の端
   板の第２の筒部は第２の集電板の第２の孔に挿入されて
   燃料ガスの出口側マニホールドを提供する 、 高分子電解質型燃料電池。
2. 【請求項２】 前記端板が前記樹脂材料の射出成形体か
   らなる請求項１記載の高分子電解質型燃料電池。
3. 【請求項３】 前記集電板と前記端板とが、前記集電板
   が前記端板に入り込んだ一体成形体になっている請求項
   １記載の高分子電解質型燃料電池。
4. 【請求項４】 前記各入口側マニホールドに連なるガス
   導入口および前記各出口側マニホールドに連なるガス排
   出口が筒形状を有し、かつ前記端板の主面から突出する
   ように形成された請求項１記載の高分子電解質型燃料電
   池。
5. 【請求項５】 前記各入口側マニホールドに連なるガス
   導入口および前記各出口側マニホールドに連なるガス排
   出口が筒形状を有し、かつ前記端板の端面から突出する
   ように形成された請求項１記載の高分子電解質型燃料電
   池。
6. 【請求項６】 前記端板の前記樹脂材料が補強用無機材
   料を含み、前記樹脂がポリフェニレンサルファイド、液
   晶ポリマーまたはポリスルフォンからなる請求項１記載
   の高分子電解質型燃料電池。
7. 【請求項７】 前記締結手段による締結圧が、前記端板
   の単位面積あたり、１．５〜５．０ ｋｇｆ／ｃｍ²であ
   る請求項１記載の高分子電解質型燃料電池。
8. 【請求項８】 前記端板の外側主面上に、さらに補強体
   が設けられている請求項１記載の高分子電解質型燃料電
   池。
9. 【請求項９】 さらに前記電池スタックに冷却水を供給
   ・排出する冷却水の供給・排出システムを具備し、冷却
   水の供給・排出システムは、冷却水の入口側マニホール
   ドおよび出口側マニホールド、並びに冷却水の入口側マ
   ニホールドと出口側マニホールドを連絡する冷却水の流
   路を具備し、 第１の端板はさらに第３の筒部を具備し、第２の端板は
   さらに第３の筒部を具備し、 第１の集電板はさらに第３の孔を具備し、第２の端板は
   さらに第３の孔を具備し、 第１の端板の第３の筒部は第１の集電板の第３の孔に挿
   入されて冷却水の入口側マニホールドを提供し、第２の
   端板の第３の筒部は第２の集電板の第３の孔に挿入され
   て冷却水の出口側マニホールドを提供する、 請求項１記載の高分子電解質型燃料電池。
10. 【請求項１０】 前記筒部の少なくとも１つはＯ−リン
    グを受ける溝を有し、前記Ｏ−リングは、当該筒部を有
    する端板と当該筒部を孔に挿入している集電板に隣接す
    るセパレータ板との間を気密にシールする請求項１記載
    の高分子電解質型燃料電池。
11. 【請求項１１】 複数の導電性セパレータ板、および前
    記導電性セパレータ板の間に挿入された電解質膜・電極
    接合体を具備し、前記電解質膜・電極接合体が高分子電
    解質膜および前記高分子電解質膜を挟む一対の電極から
    なる電池スタックと；前記電池スタックを挟む一対の集
    電板と；前記電池スタックを前記集電板を介して挟む一
    対の端板と；前記一対の端板を締結することにより前記
    電池スタックに締結圧を加える締結手段と；前記電池ス
    タックに酸化剤ガスおよび燃料ガスを供給・排出するガ
    ス供給・排出システムとを具備し、前記端板が樹脂を主
    成分とする樹脂材料で構成され、 前記ガス供給・排出システムは、酸化剤ガスの入口側マ
    ニホールドおよび出口側マニホールド、並びに燃料ガス
    の入口側マニホールドおよび出口側マニホールドを具備
    し、さらに酸化剤ガスの入口側マニホールドと出口側マ
    ニホールドを連絡する酸化剤ガス流路、および燃料ガス
    の入口側マニホールドと出口側マニホールドを連絡する
    燃料ガス流路を具備し、 前記集電板と前記端板とが、前記集電板が前記端板に入
    り込んだ一体成形体になっている高分子電解質型燃料電
    池。
12. 【請求項１２】 複数の導電性セパレータ板、および前
    記導電性セパレータ板の間に挿入された電解質膜・電極
    接合体を具備し、前記電解質膜・電極接合体が高分子電
    解質膜および前記高分子電解質膜を挟む一対の電極から
    なる電池スタックと；前記電池スタックを挟む一対の集
    電板と；前記電池スタックを前記集電板を介して挟む一
    対の端板と；前記一対の端板を締結することにより前記
    電池スタックに締結圧を加える締結手段と；前記電池ス
    タックに酸化剤ガスおよび燃料ガスを供給・排出するガ
    ス供給・排出システムとを具備し、前記端板が樹脂を主
    成分とする樹脂材料で構成され、 前記ガス供給・排出システムは、酸化剤ガスの入口側マ
    ニホールドおよび出口側マニホールド、並びに燃料ガス
    の入口側マニホールドおよび出口側マニホールドを具備
    し、さらに酸化剤ガスの入口側マニホールドと出口側マ
    ニホールドを連絡する酸化剤ガス流路、および燃料ガス
    の入口側マニホールドと出口側マニホールドを連絡する
    燃料ガス流路を具備し、 前記端板の外側主面上に、さらに補強体が設けられてい
    る高分子電解質型燃料電池。