JP3536765B2 - 燃料電池及びその製造方法 - Google Patents
燃料電池及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池及びその
製造方法に関する。さらに詳しくは、構造が簡易で、歩
留まりの向上及び生産コストの低減を図ることが可能な
燃料電池、並びに生産工程を簡易化することが可能で、
歩留まりの向上及び生産コストの低減を図ることが可能
な燃料電池の製造方法に関する。
製造方法に関する。さらに詳しくは、構造が簡易で、歩
留まりの向上及び生産コストの低減を図ることが可能な
燃料電池、並びに生産工程を簡易化することが可能で、
歩留まりの向上及び生産コストの低減を図ることが可能
な燃料電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電解質として、液体電解質のよう
な液漏れの心配がないことに加え、移動度が小さく、電
荷の偏在、分極を起こさせやすいこと等から、固体電解
質（例えば、固体高分子膜）を用いた燃料電池が注目さ
れている。
な液漏れの心配がないことに加え、移動度が小さく、電
荷の偏在、分極を起こさせやすいこと等から、固体電解
質（例えば、固体高分子膜）を用いた燃料電池が注目さ
れている。
【０００３】図６に示すように、従来のこの種の燃料電
池は、基本的に、固体電解質膜（例えば、固体高分子
膜）７３を一対の電極（負極７１、正極７２）及び触媒
７１ｂ、７２ｂ（防水層７２ｃ）で挟持した構成の燃料
電池セル７０を有している。
池は、基本的に、固体電解質膜（例えば、固体高分子
膜）７３を一対の電極（負極７１、正極７２）及び触媒
７１ｂ、７２ｂ（防水層７２ｃ）で挟持した構成の燃料
電池セル７０を有している。
【０００４】また、図７に示すように、このような燃料
電池セル７０に燃料ガス（水素ガス及び酸素ガス）の供
給用配管７６，７７及び排水管７８を設けて、この配管
を通じて燃料ガスを供給し、生成した水を排水する構成
を有している。
電池セル７０に燃料ガス（水素ガス及び酸素ガス）の供
給用配管７６，７７及び排水管７８を設けて、この配管
を通じて燃料ガスを供給し、生成した水を排水する構成
を有している。
【０００５】以下、その発電のメカニズムを、図６を用
いて説明する。負極７１において、外部から供給した水
素ガスが、負極７１内を通過して反応帯域近くに達し、
触媒７１ｂに吸収されて活性な水素原子になり、この水
素原子は、下記式に示すように、固体電解質７３中の水
酸イオンと反応して水となり、その際２個の電子を正極
７２に送る。 Ｈ2 ＋２ＯＨ- → ２Ｈ2 Ｏ＋２ｅ-
いて説明する。負極７１において、外部から供給した水
素ガスが、負極７１内を通過して反応帯域近くに達し、
触媒７１ｂに吸収されて活性な水素原子になり、この水
素原子は、下記式に示すように、固体電解質７３中の水
酸イオンと反応して水となり、その際２個の電子を正極
７２に送る。 Ｈ2 ＋２ＯＨ- → ２Ｈ2 Ｏ＋２ｅ-
【０００６】一方、正極７２では、下記式に示すよう
に、触媒７２ｂの存在のもとで、正極７２から２個の電
子を受け取り、外部から供給した酸素分子が、固体電解
質７３からの水と反応して、水酸イオンを生成する。 １／２Ｏ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- → ２ＯＨ-
に、触媒７２ｂの存在のもとで、正極７２から２個の電
子を受け取り、外部から供給した酸素分子が、固体電解
質７３からの水と反応して、水酸イオンを生成する。 １／２Ｏ2 ＋Ｈ2 Ｏ＋２ｅ- → ２ＯＨ-
【０００７】この正極７２で生成した水酸イオンは、固
体電解質７３中を移動して負極７１に達し、全体の回路
を形成する。従って電池全体の反応は、下記式に示すよ
うになり、燃料ガス中の水素と酸素とが反応して水が生
成することになる。 Ｈ2 ＋１／２Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ
体電解質７３中を移動して負極７１に達し、全体の回路
を形成する。従って電池全体の反応は、下記式に示すよ
うになり、燃料ガス中の水素と酸素とが反応して水が生
成することになる。 Ｈ2 ＋１／２Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ
【０００８】また、図８に示すように、このような燃料
電池セル７０は、通常、電極用シート７１ａからなる負
極７１の両面に触媒７１ｂ及び防水層７１ｃを設けてな
る部分と、電極用シート７２ａからなる正極７２の両面
に触媒７２ｂ及び防水層７２ｃを設けてなる部分との間
に電解質７３を挟持した構成を有し、かつその外側に燃
料ガスの通路（水素ガスの通路７４及び酸素ガスの通路
７５）を形成している。
電池セル７０は、通常、電極用シート７１ａからなる負
極７１の両面に触媒７１ｂ及び防水層７１ｃを設けてな
る部分と、電極用シート７２ａからなる正極７２の両面
に触媒７２ｂ及び防水層７２ｃを設けてなる部分との間
に電解質７３を挟持した構成を有し、かつその外側に燃
料ガスの通路（水素ガスの通路７４及び酸素ガスの通路
７５）を形成している。
【０００９】また、容量（電圧・電流）を増大させるた
めに、複数の電池セルを積層した構造とするとともに、
電極間をセパレータ等で絶縁分離することが行われてい
る。
めに、複数の電池セルを積層した構造とするとともに、
電極間をセパレータ等で絶縁分離することが行われてい
る。
【００１０】従来のこの種の燃料電池として、例えば、
特開平１１−２３３１２８号公報に、セパレータに燃料
ガス通路をも設け、かつ電極を囲繞して周回溝部を設け
た構成の燃料電池が開示されている。この公報に開示さ
れた燃料電池は、このような構成を採用することによっ
て、ガス漏れ等の解消を図っている。
特開平１１−２３３１２８号公報に、セパレータに燃料
ガス通路をも設け、かつ電極を囲繞して周回溝部を設け
た構成の燃料電池が開示されている。この公報に開示さ
れた燃料電池は、このような構成を採用することによっ
て、ガス漏れ等の解消を図っている。
【００１１】また、特開平１０−３３４９２８号公報
に、燃料ガス供給用の溝が形成された電解質リザーバと
ガス不透過性のセパレータとを備えるとともに、電池セ
ルを多層に積層した電池スタックを構成し、かつ電池ス
タックの数セル毎に冷却板を挿入したリン酸型燃料電池
が開示されている。この公報に開示された燃料電池は、
このような構成を採用することによって、電池の長寿命
化を図っている。
に、燃料ガス供給用の溝が形成された電解質リザーバと
ガス不透過性のセパレータとを備えるとともに、電池セ
ルを多層に積層した電池スタックを構成し、かつ電池ス
タックの数セル毎に冷却板を挿入したリン酸型燃料電池
が開示されている。この公報に開示された燃料電池は、
このような構成を採用することによって、電池の長寿命
化を図っている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平１１−
２３３１２８号公報に開示された燃料電池は、セパレー
タに燃料ガス通路をも設けた関係上、ガス漏れに対する
配慮から、各電池セルの電極毎に電極を囲繞して周回溝
部を設ける必要があるため、その構造は複雑なものとな
り、生産コストは高価にならざるを得なかった。
２３３１２８号公報に開示された燃料電池は、セパレー
タに燃料ガス通路をも設けた関係上、ガス漏れに対する
配慮から、各電池セルの電極毎に電極を囲繞して周回溝
部を設ける必要があるため、その構造は複雑なものとな
り、生産コストは高価にならざるを得なかった。
【００１３】また、特開平１０−３３４９２８号公報に
開示されたリン酸型燃料電池も、電池スタックの数セル
毎に冷却板を挿入する必要があるため、その構造は複雑
なものとなり、生産コストは高価にならざるを得なかっ
た。
開示されたリン酸型燃料電池も、電池スタックの数セル
毎に冷却板を挿入する必要があるため、その構造は複雑
なものとなり、生産コストは高価にならざるを得なかっ
た。
【００１４】本発明は、上述の問題に鑑みなされたもの
で、構造が簡易で、歩留まりの向上及び生産コストの低
減を図ることが可能な燃料電池、並びに生産工程を簡易
化することが可能で、歩留まりの向上及び生産コストの
低減を図ることが可能な燃料電池の製造方法を提供する
ことを目的とする。
で、構造が簡易で、歩留まりの向上及び生産コストの低
減を図ることが可能な燃料電池、並びに生産工程を簡易
化することが可能で、歩留まりの向上及び生産コストの
低減を図ることが可能な燃料電池の製造方法を提供する
ことを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、以下の燃料電池及びその製造方法を提供
する。
め、本発明は、以下の燃料電池及びその製造方法を提供
する。
【００１６】［１］所定の間隔を有して同軸状に配置さ
れた所定の長さの内部電極及び外部電極と、電解質層及
び前記電解質層の両面に設けられた内外の触媒層を含む
所定の長さの複合層とを備え、前記複合層は、前記内部
電極及び外部電極との間にガス通路を形成して、前記所
定の間隔内に配置され、前記内部及び外部の電極のいず
れか一方を正極として当該正極側のガス通路を酸素ガス
の通路とし、他方の負極側のガス通路を水素ガスの通路
として燃料電池セルを構成したことを特徴とする燃料電
池。
れた所定の長さの内部電極及び外部電極と、電解質層及
び前記電解質層の両面に設けられた内外の触媒層を含む
所定の長さの複合層とを備え、前記複合層は、前記内部
電極及び外部電極との間にガス通路を形成して、前記所
定の間隔内に配置され、前記内部及び外部の電極のいず
れか一方を正極として当該正極側のガス通路を酸素ガス
の通路とし、他方の負極側のガス通路を水素ガスの通路
として燃料電池セルを構成したことを特徴とする燃料電
池。
【００１７】［２］前記内部電極は、複数の溝を外面に
有する中空又は中実の内部長尺部材であり、前記外部電
極は、複数の溝を内面に有する中空の外部長尺部材であ
り、前記ガス通路は、前記内部及び外部の長尺部材の前
記複数の溝によって形成される構成の前記［１］に記載
の燃料電池。
有する中空又は中実の内部長尺部材であり、前記外部電
極は、複数の溝を内面に有する中空の外部長尺部材であ
り、前記ガス通路は、前記内部及び外部の長尺部材の前
記複数の溝によって形成される構成の前記［１］に記載
の燃料電池。
【００１８】［３］前記内外の触媒層は、前記電解質層
の両面に面接触して設けられている構成の前記［１］に
記載の燃料電池。
の両面に面接触して設けられている構成の前記［１］に
記載の燃料電池。
【００１９】［４］前記複合層の前記内外の触媒層は、
少なくとも一方が防水層によって被覆される構成の前記
［１］に記載の燃料電池。
少なくとも一方が防水層によって被覆される構成の前記
［１］に記載の燃料電池。
【００２０】［５］前記燃料電池セルは、直列又は並列
に接続された複数の燃料電池セルの１つである前記
［１］に記載の燃料電池。
に接続された複数の燃料電池セルの１つである前記
［１］に記載の燃料電池。
【００２１】［６］所定の長さの内部電極を準備し、電
解質層及び前記電解質層の両面に設けられた内外の触媒
層を含む所定の長さの複合層を準備し、前記内部電極と
前記複合層との間にガス通路形成するようにして、前記
複合層を前記内部電極に被覆し、前記複合層を被覆され
た前記内部電極を所定の長さの外部電極に挿入し、前記
外部電極を減径して前記外部電極と前記複合層との間に
ガス通路を形成するとともに、前記内部電極と前記外部
電極とを同軸状に配置し、前記内部及び外部の電極のい
ずれか一方を正極として当該正極側のガス通路を酸素ガ
スの通路とし、他方の負極側のガス通路を水素ガスの通
路として燃料電池セルを構成することを特徴とする燃料
電池の製造方法。
解質層及び前記電解質層の両面に設けられた内外の触媒
層を含む所定の長さの複合層を準備し、前記内部電極と
前記複合層との間にガス通路形成するようにして、前記
複合層を前記内部電極に被覆し、前記複合層を被覆され
た前記内部電極を所定の長さの外部電極に挿入し、前記
外部電極を減径して前記外部電極と前記複合層との間に
ガス通路を形成するとともに、前記内部電極と前記外部
電極とを同軸状に配置し、前記内部及び外部の電極のい
ずれか一方を正極として当該正極側のガス通路を酸素ガ
スの通路とし、他方の負極側のガス通路を水素ガスの通
路として燃料電池セルを構成することを特徴とする燃料
電池の製造方法。
【００２２】［７］前記内部電極として、複数の溝を外
面に有する中空又は中実の内部長尺部材を用い、前記外
部電極として、複数の溝を内面に有する中空の外部長尺
部材を用い、前記ガス通路を、前記内部及び外部の長尺
部材の前記複数の溝によって形成する前記［６］に記載
の燃料電池の製造方法。
面に有する中空又は中実の内部長尺部材を用い、前記外
部電極として、複数の溝を内面に有する中空の外部長尺
部材を用い、前記ガス通路を、前記内部及び外部の長尺
部材の前記複数の溝によって形成する前記［６］に記載
の燃料電池の製造方法。
【００２３】［８］前記複合層に含まれる前記内外の触
媒層の少なくとも一方を、防水層によって被覆する前記
［６］に記載の燃料電池の製造方法。
媒層の少なくとも一方を、防水層によって被覆する前記
［６］に記載の燃料電池の製造方法。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しつつ具体的に説明する。
面を参照しつつ具体的に説明する。
【００２５】Ｉ．燃料電池
１．第1 の実施の形態
図１（イ）に示すように、本発明の燃料電池の第1 の実
施の形態は、燃料電池セル１０に、燃料ガス供給用配管
（水素供給用配管１６、水素ガス源１６ａ、酸素供給用
配管１７、酸素ガス源１７ａ及び排水管１８）を接続
し、かつ電圧・電流計１９を設けた構成を有している。
施の形態は、燃料電池セル１０に、燃料ガス供給用配管
（水素供給用配管１６、水素ガス源１６ａ、酸素供給用
配管１７、酸素ガス源１７ａ及び排水管１８）を接続
し、かつ電圧・電流計１９を設けた構成を有している。
【００２６】また、図１（ロ）に示すように、燃料電池
セル１０は、所定の間隔を有して同軸状に配置された所
定の長さの内部電極１２ａ及び外部電極１２ｂと、電解
質層１３及び電解質層１３の両面に設けられた内外の触
媒層１４ａ，１４ｂを含む所定の長さの複合層１１とを
備え、複合層１１は、内部電極１２ａ及び外部電極１２
ｂとの間にガス通路１５ａ，１５ｂを形成して、所定の
間隔内に配置されている。ここで、内部電極１２ａを、
複数の溝を外面に有する中空又は中実の内部長尺部材と
し、外部電極１２ｂを、複数の溝を内面に有する中空の
外部長尺部材とし、ガス通路１５ａ，１５ｂを、内部及
び外部の長尺部材の複数の溝によって形成している。ま
た、複合層１１における内外の触媒層１４ａ，１４ｂの
ガス通路１５ａ，１５ｂ側の表面は、防水層１４ｃ、１
４ｄによって被覆されている。
セル１０は、所定の間隔を有して同軸状に配置された所
定の長さの内部電極１２ａ及び外部電極１２ｂと、電解
質層１３及び電解質層１３の両面に設けられた内外の触
媒層１４ａ，１４ｂを含む所定の長さの複合層１１とを
備え、複合層１１は、内部電極１２ａ及び外部電極１２
ｂとの間にガス通路１５ａ，１５ｂを形成して、所定の
間隔内に配置されている。ここで、内部電極１２ａを、
複数の溝を外面に有する中空又は中実の内部長尺部材と
し、外部電極１２ｂを、複数の溝を内面に有する中空の
外部長尺部材とし、ガス通路１５ａ，１５ｂを、内部及
び外部の長尺部材の複数の溝によって形成している。ま
た、複合層１１における内外の触媒層１４ａ，１４ｂの
ガス通路１５ａ，１５ｂ側の表面は、防水層１４ｃ、１
４ｄによって被覆されている。
【００２７】内部電極１２ａ及び外部電極１２ｂとして
は、電気抵抗が低く、かつ水等によって腐食し難いもの
であれば特に制限はないが、例えば、銅又はその合金を
挙げることができる。このような金属は、単一素材であ
ってもよく、複数の金属の多層構造のものであってもよ
い。
は、電気抵抗が低く、かつ水等によって腐食し難いもの
であれば特に制限はないが、例えば、銅又はその合金を
挙げることができる。このような金属は、単一素材であ
ってもよく、複数の金属の多層構造のものであってもよ
い。
【００２８】電解質層１３に用いられる電解質として
は、例えば、固体有機電解質、アルカリ水溶液、濃厚リ
ン酸水溶液等を挙げることができる。固体有機電解質と
しては、例えば、フェノールスルホン酸膜、ポリスチレ
ンスルホン酸膜、ポリトリフルオロスチレンスルホン酸
膜、パーフルオロカーボンスルホン酸膜等の固体高分子
膜（イオン交換膜）を好適に用いることができる。
は、例えば、固体有機電解質、アルカリ水溶液、濃厚リ
ン酸水溶液等を挙げることができる。固体有機電解質と
しては、例えば、フェノールスルホン酸膜、ポリスチレ
ンスルホン酸膜、ポリトリフルオロスチレンスルホン酸
膜、パーフルオロカーボンスルホン酸膜等の固体高分子
膜（イオン交換膜）を好適に用いることができる。
【００２９】触媒層１４ａ，１４ｂとしては、例えば、
数十ミクロンの白金の粉末をグラファイトの導電性繊維
にまぶし、組成物の外側に通気性及び撥水性を有するポ
リテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）シートを被覆し
たものを挙げることができる。また、防水層１４ｃ、１
４ｄとしては、例えば、不透水性のプラスチック（例え
ば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＦ））等を挙
げることができる。触媒層１４ａ、１４ｂ及び防水層１
４ｃ、１４ｄの形状も特に制限はなく、例えば、網状の
ものを好適例として挙げることができる。
数十ミクロンの白金の粉末をグラファイトの導電性繊維
にまぶし、組成物の外側に通気性及び撥水性を有するポ
リテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）シートを被覆し
たものを挙げることができる。また、防水層１４ｃ、１
４ｄとしては、例えば、不透水性のプラスチック（例え
ば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴＦ））等を挙
げることができる。触媒層１４ａ、１４ｂ及び防水層１
４ｃ、１４ｄの形状も特に制限はなく、例えば、網状の
ものを好適例として挙げることができる。
【００３０】また、内部電極１２ａ及び外部電極１２ｂ
における溝の形状についても、燃料ガスの通路として支
障がないものである限り、特に制限はない。
における溝の形状についても、燃料ガスの通路として支
障がないものである限り、特に制限はない。
【００３１】２．第２の実施の形態
図２（イ）に示すように、本発明の燃料電池の第２の実
施の形態は、燃料電池セル２０に、燃料ガス供給用配管
（水素供給用配管２６、水素ガス源２６ａ、酸素供給用
配管２７、酸素ガス源２７ａ及び排水管２８）を接続
し、かつ加圧器２９を設けた構成を有している。ここ
で、加圧器２９は、水素ガス抜け防止のために設けたも
のであり、電池内のガス圧が異常な高圧となったときに
抜ける安全弁としての機能を有する。
施の形態は、燃料電池セル２０に、燃料ガス供給用配管
（水素供給用配管２６、水素ガス源２６ａ、酸素供給用
配管２７、酸素ガス源２７ａ及び排水管２８）を接続
し、かつ加圧器２９を設けた構成を有している。ここ
で、加圧器２９は、水素ガス抜け防止のために設けたも
のであり、電池内のガス圧が異常な高圧となったときに
抜ける安全弁としての機能を有する。
【００３２】また、図２（ロ）に示すように、第２の実
施の形態における燃料電池セル２０は、電極の正負及び
燃料ガスの通路を入れ替えたことを以外は、第１の実施
の形態における燃料電池セル１０と実質的に同様であ
る。
施の形態における燃料電池セル２０は、電極の正負及び
燃料ガスの通路を入れ替えたことを以外は、第１の実施
の形態における燃料電池セル１０と実質的に同様であ
る。
【００３３】すなわち、第２の実施の形態における燃料
電池セル２０は、所定の間隔を有して同軸状に配置され
た所定の長さの内部電極２２ａ及び外部電極２２ｂと、
電解質層２３及び電解質層２３の両面に設けられた内外
の触媒層２４ａ，２４ｂを含む所定の長さの複合層２１
とを備え、複合層２１は、内部電極２２ａ及び外部電極
２２ｂとの間にガス通路２５ａ、２５ｂを形成して、所
定の間隔内に配置されている。また、複合層２１におけ
る内外の触媒層２４ａ，２４ｂのガス通路２５ａ，２５
ｂ側の表面は、防水層２４ｃ、２４ｄによって被覆され
ている。
電池セル２０は、所定の間隔を有して同軸状に配置され
た所定の長さの内部電極２２ａ及び外部電極２２ｂと、
電解質層２３及び電解質層２３の両面に設けられた内外
の触媒層２４ａ，２４ｂを含む所定の長さの複合層２１
とを備え、複合層２１は、内部電極２２ａ及び外部電極
２２ｂとの間にガス通路２５ａ、２５ｂを形成して、所
定の間隔内に配置されている。また、複合層２１におけ
る内外の触媒層２４ａ，２４ｂのガス通路２５ａ，２５
ｂ側の表面は、防水層２４ｃ、２４ｄによって被覆され
ている。
【００３４】３．第３の実施の形態図３
に示すように、本発明の燃料電池の第３の実施の形
態は、内部電極４２ａ（中空部４６を有する）及び外部
電極４２ｂとの間にガス通路４５ａ、４５ｂを形成する
にあたって、内部電極４２ａ及び外部電極４２ｂの外面
又は内面に設けた溝を用いることに代えて、スパイラル
線４５ｃ、４５ｄを介在させたことを以外は、第１の実
施の形態における燃料電池セル１０と実質的に同様であ
る。ここで、２本のスパイラル線４５ｃは、それぞれ、
そのスパイラルの方向を逆方向にしてある。２本のスパ
イラル線４５ｄも同様である。
態は、内部電極４２ａ（中空部４６を有する）及び外部
電極４２ｂとの間にガス通路４５ａ、４５ｂを形成する
にあたって、内部電極４２ａ及び外部電極４２ｂの外面
又は内面に設けた溝を用いることに代えて、スパイラル
線４５ｃ、４５ｄを介在させたことを以外は、第１の実
施の形態における燃料電池セル１０と実質的に同様であ
る。ここで、２本のスパイラル線４５ｃは、それぞれ、
そのスパイラルの方向を逆方向にしてある。２本のスパ
イラル線４５ｄも同様である。
【００３５】すなわち、第３の実施の形態における燃料
電池セル４０は、所定の間隔を有して同軸状に配置され
た所定の長さの内部電極４２ａ及び外部電極４２ｂと、
電解質層４３及び電解質層４３の両面に設けられた内外
の触媒層４４ａ，４４ｂを含む所定の長さの複合層４１
とを備え、複合層４１は、内部電極４２ａ及び外部電極
４２ｂとの間に、スパイラル線４５ｃ、４５ｄを介在さ
せることによってガス通路４５ａ、４５ｂを形成して、
所定の間隔内に配置されている。また、複合層５１にお
ける内外の触媒層４４ａ、４４ｂのガス通路４５ａ，４
５ｂ側の表面は、防水層４４ｃ、４４ｄによって被覆さ
れている。
電池セル４０は、所定の間隔を有して同軸状に配置され
た所定の長さの内部電極４２ａ及び外部電極４２ｂと、
電解質層４３及び電解質層４３の両面に設けられた内外
の触媒層４４ａ，４４ｂを含む所定の長さの複合層４１
とを備え、複合層４１は、内部電極４２ａ及び外部電極
４２ｂとの間に、スパイラル線４５ｃ、４５ｄを介在さ
せることによってガス通路４５ａ、４５ｂを形成して、
所定の間隔内に配置されている。また、複合層５１にお
ける内外の触媒層４４ａ、４４ｂのガス通路４５ａ，４
５ｂ側の表面は、防水層４４ｃ、４４ｄによって被覆さ
れている。
【００３６】本発明の燃料電池は、容量を増大させるた
めに、上述の燃料電池セルを複数組み合わせて積層した
構成としてもよい。この組合わせ方としては、直列又は
並列のいずれであってもよく、電解質層が絶縁破壊され
るまでは電池セルの性能が低下することはない。
めに、上述の燃料電池セルを複数組み合わせて積層した
構成としてもよい。この組合わせ方としては、直列又は
並列のいずれであってもよく、電解質層が絶縁破壊され
るまでは電池セルの性能が低下することはない。
【００３７】本発明の燃料電池の最大電流は、用いる燃
料電池セルの長さと太さとの積、すなわち、固体電解質
膜の面積によって決定されるが、本発明の燃料電池は、
単一の電池セルを用いた場合でも、電解質層側に酸素ガ
ス、外側に水素ガスを約２気圧程度の圧力で供給する
と、内部電極と外部電極との間に約０．８ボルト程度の
起電力を発生することができる。
料電池セルの長さと太さとの積、すなわち、固体電解質
膜の面積によって決定されるが、本発明の燃料電池は、
単一の電池セルを用いた場合でも、電解質層側に酸素ガ
ス、外側に水素ガスを約２気圧程度の圧力で供給する
と、内部電極と外部電極との間に約０．８ボルト程度の
起電力を発生することができる。
【００３８】また、前述のように、電極の正負の配置の
しかたについては、正負１対の電極であれば、特に制限
はない。
しかたについては、正負１対の電極であれば、特に制限
はない。
【００３９】また、電池セルの形状についても特に制限
はなく、生成される水の排水に便であれば縦型及び横型
のいずれであってもよい。
はなく、生成される水の排水に便であれば縦型及び横型
のいずれであってもよい。
【００４０】ＩＩ．燃料電池の製造方法図４
（イ）〜（ハ）に示すように、上述の燃料電池は、
例えば、下記の実施の形態によって製造することができ
る。所定の長さの内部電極５２ａを準備し、電解質層５
３及び電解質層５３の両面に設けられた内外の触媒層５
４ａ，５４ｂを含む所定の長さの複合層５１を準備し、
内部電極５２ａと複合層５１との間にガス通路５５ａ形
成するようにして、複合層５１を内部電極５２ａに被覆
し、複合層５１を被覆された内部電極５２ａを所定の長
さの外部電極５２ｂに挿入し、外部電極５２ｂをダイス
５６によって減径して外部電極５２ｂと複合層５１との
間にガス通路５５ｂを形成するとともに、内部電極５２
ａと外部電極５２ｂとを同軸状に配置して、燃料電池セ
ルにする。また、複合層５１における内外の触媒層５４
ａ，５４ｂのガス通路５５ａ，５５ｂ側の表面は、防水
層５４ｃ、５４ｄによって被覆されている。
例えば、下記の実施の形態によって製造することができ
る。所定の長さの内部電極５２ａを準備し、電解質層５
３及び電解質層５３の両面に設けられた内外の触媒層５
４ａ，５４ｂを含む所定の長さの複合層５１を準備し、
内部電極５２ａと複合層５１との間にガス通路５５ａ形
成するようにして、複合層５１を内部電極５２ａに被覆
し、複合層５１を被覆された内部電極５２ａを所定の長
さの外部電極５２ｂに挿入し、外部電極５２ｂをダイス
５６によって減径して外部電極５２ｂと複合層５１との
間にガス通路５５ｂを形成するとともに、内部電極５２
ａと外部電極５２ｂとを同軸状に配置して、燃料電池セ
ルにする。また、複合層５１における内外の触媒層５４
ａ，５４ｂのガス通路５５ａ，５５ｂ側の表面は、防水
層５４ｃ、５４ｄによって被覆されている。
【００４１】また、図５（イ）及び（ロ）に示すよう
に、燃料電池セル５０の端面には、ガス導入部５７を形
成することが好ましい。このガス導入部５７には、水素
供給用配管５８ａ、酸素供給用配管５８ｂ、及び排水管
５８ｃが接続されている。図５（イ）に示す場合、水素
供給用配管５８ａ及び酸素供給用配管５８ｂは、電池セ
ル５０のガス導入部５７側端部に設けられ、排水管５８
ｃは、ガス導入部５７が設けられた端部と反対側の端部
に設けられている。図５（ロ）に示す場合、水素供給用
配管５８ａ、酸素供給用配管５８ｂ、及び排水管５８ｃ
はいずれも、電池セル５０のガス導入部５７側端部に設
けられるとともに、ガス導入部５７が設けられた端部と
反対側の端部にはシール剤５９が配設されている。
に、燃料電池セル５０の端面には、ガス導入部５７を形
成することが好ましい。このガス導入部５７には、水素
供給用配管５８ａ、酸素供給用配管５８ｂ、及び排水管
５８ｃが接続されている。図５（イ）に示す場合、水素
供給用配管５８ａ及び酸素供給用配管５８ｂは、電池セ
ル５０のガス導入部５７側端部に設けられ、排水管５８
ｃは、ガス導入部５７が設けられた端部と反対側の端部
に設けられている。図５（ロ）に示す場合、水素供給用
配管５８ａ、酸素供給用配管５８ｂ、及び排水管５８ｃ
はいずれも、電池セル５０のガス導入部５７側端部に設
けられるとともに、ガス導入部５７が設けられた端部と
反対側の端部にはシール剤５９が配設されている。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の燃料電池
は、構造が簡易で、歩留まりの向上及び生産コストの低
減を図ることができる。また、その製造方法も、同様
に、生産工程を簡易化することが可能で、歩留まりの向
上及び生産コストの低減を図ることができる。
は、構造が簡易で、歩留まりの向上及び生産コストの低
減を図ることができる。また、その製造方法も、同様
に、生産工程を簡易化することが可能で、歩留まりの向
上及び生産コストの低減を図ることができる。
【００４３】
【図１】本発明の燃料電池の第１の実施の形態を模式的
に示す説明図で、（イ）は、電池全体の構成を示す説明
図であり、（ロ）は、電池セルのＡ−Ｂ断面図である。
に示す説明図で、（イ）は、電池全体の構成を示す説明
図であり、（ロ）は、電池セルのＡ−Ｂ断面図である。
【図２】本発明の燃料電池の第２の実施の形態を模式的
に示す説明図で、（イ）は、電池全体の構成を示す説明
図であり、（ロ）は、電池セルのＣ−Ｄ断面図である。
に示す説明図で、（イ）は、電池全体の構成を示す説明
図であり、（ロ）は、電池セルのＣ−Ｄ断面図である。
【図３】本発明の燃料電池の第３の実施の形態を模式的
に示す説明図で、ガス通路をスパイラル線を介在させる
ことにより形成した場合を示す。
に示す説明図で、ガス通路をスパイラル線を介在させる
ことにより形成した場合を示す。
【図４】本発明の燃料電池の製造方法の一の実施の形態
を模式的に示す説明図で、（イ）は、内部電極に複合層
を被覆し、外部電極に挿入する状態を示し、（ロ）は、
挿入後の状態を示し、（ハ）は、（ロ）に示す挿入後、
ダイスによって減径してガス通路を形成する状態を模式
的に示す断面図である。
を模式的に示す説明図で、（イ）は、内部電極に複合層
を被覆し、外部電極に挿入する状態を示し、（ロ）は、
挿入後の状態を示し、（ハ）は、（ロ）に示す挿入後、
ダイスによって減径してガス通路を形成する状態を模式
的に示す断面図である。
【図５】電池セルにおけるガス導入部の構成を模式的に
示す断面図であり、（イ）は、水素供給用配管及び酸素
供給用配管が電池セルのガス導入部側端部に設けられ、
排水管が、ガス導入部が設けられた端部と反対側の端部
に設けられている場合を示し、（ロ）は、水素ガス供給
用配管、酸素ガス供給用配管、及び排水管がいずれも、
電池セルのガス導入部側端部に設けられている場合を示
す。
示す断面図であり、（イ）は、水素供給用配管及び酸素
供給用配管が電池セルのガス導入部側端部に設けられ、
排水管が、ガス導入部が設けられた端部と反対側の端部
に設けられている場合を示し、（ロ）は、水素ガス供給
用配管、酸素ガス供給用配管、及び排水管がいずれも、
電池セルのガス導入部側端部に設けられている場合を示
す。
【図６】従来の燃料電池セルの基本的な構成を模式的に
示す説明図である。
示す説明図である。
【図７】従来の燃料電池において、燃料電池セルに燃料
ガスの供給用配管及び排水用配管を連結した構成を模式
的に示す説明図である。
ガスの供給用配管及び排水用配管を連結した構成を模式
的に示す説明図である。
【図８】従来の燃料電池において、燃料ガスの通路を形
成した燃料電池セルを模式的に示す断面図である。
成した燃料電池セルを模式的に示す断面図である。
１０：燃料電池セル（第１の実施の形態）
１１：複合層
１２ａ：内部電極
１２ｂ：外部電極
１３：電解質層
１４ａ：触媒層
１４ｂ：触媒層
１４ｃ：防水層
１４ｄ：防水層
１５ａ：ガス通路
１５ｂ：ガス通路
１６：水素ガス供給用配管
１６ａ：水素ガス源
１７：酸素ガス供給用配管
１７ａ：酸素ガス源
１８：排水管
１９：電圧・電流計
２０：燃料電池セル（第２の実施の形態）
２１：複合層
２２ａ：内部電極
２２ｂ：外部電極
２３：電解質層
２４ａ：触媒層
２４ｂ：触媒層
２４ｃ：防水層
２４ｄ：防水層
２５ａ：ガス通路
２５ｂ：ガス通路
２６：水素ガス供給用配管
２６ａ：水素ガス源
２７：酸素ガス供給用配管
２７ａ：酸素ガス源
２８：排水管
２９：加圧計４０
：燃料電池セル（第３の実施の形態）
４１：複合層
４２ａ：内部電極
４２ｂ：外部電極
４３：電解質層
４４ａ：触媒層
４４ｂ：触媒層
４４ｃ：防水層
４４ｄ：防水層
４５ａ：ガス通路
４５ｂ：ガス通路
４５ｃ：スパイラル線
４５ｄ：スパイラル線
５０：燃料電池セル（第１の実施の形態）
５１：複合層
５２ａ：内部電極
５２ｂ：外部電極
５３：電解質層
５４ａ：触媒層
５４ｂ：触媒層
５４ｃ：防水層
５４ｄ：防水層
５５ａ：ガス通路
５５ｂ：ガス通路
５６：ダイス
５７：ガス導入部
５７ａ：酸素ガス源
５８ａ：水素ガス供給用配管
５８ｂ：酸素ガス供給用配管
５８ｃ：排水管
５９：シール剤
７０：燃料電池セル（従来）
７１：負極
７１ａ：電極用シート
７１ｂ：触媒
７１ｃ：防水層
７２：正極
７２ａ： 電極用シート
７２ｂ：触媒
７２ｃ：防水層
７３：固体電解質膜
７４：水素ガスの通路
７５：酸素ガスの通路
７６：水素ガス供給用配管
７７：酸素ガス供給用配管
７８：排水管
Claims (8)
- 【請求項１】所定の間隔を有して同軸状に配置された所
定の長さの内部電極及び外部電極と、電解質層及び前記
電解質層の両側に設けられた内外の触媒層を含む所定の
長さの複合層とを備え、 前記複合層は、前記内部電極及び外部電極との間にガス
通路を形成して、前記所定の間隔内に配置され、 前記内部及び外部の電極のいずれか一方を正極として当
該正極側のガス通路を酸素ガスの通路とし、他方の負極
側のガス通路を水素ガスの通路として 燃料電池セルを構
成したことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項２】前記内部電極は、複数の溝を外面に有する
中空又は中実の内部長尺部材であり、 前記外部電極は、複数の溝を内面に有する中空の外部長
尺部材であり、 前記ガス通路は、前記内部及び外部の長尺部材の前記複
数の溝によって形成される構成の請求項１に記載の燃料
電池。 - 【請求項３】前記内外の触媒層は、前記電解質層の両面
に面接触して設けられている構成の請求項１に記載の燃
料電池。 - 【請求項４】前記複合層の前記内外の触媒層は、少なく
とも一方が防水層によって被覆される構成の請求項１に
記載の燃料電池。 - 【請求項５】前記燃料電池セルは、直列又は並列に接続
された複数の燃料電池セルの１つである請求項１に記載
の燃料電池。 - 【請求項６】所定の長さの内部電極を準備し、 電解質層及び前記電解質層の両面に設けられた内外の触
媒層を含む所定の長さの複合層を準備し、 前記内部電極と前記複合層との間にガス通路を形成する
ようにして、前記複合層を前記内部電極に被覆し、 前記複合層が被覆された前記内部電極を所定の長さの外
部電極に挿入し、 前記外部電極を減径して前記外部電極と前記複合層との
間にガス通路を形成するとともに、前記内部電極と前記
外部電極とを同軸状に配置し、 前記内部及び外部の電極のいずれか一方を正極として当
該正極側のガス通路を酸素ガスの通路とし、他方の負極
側のガス通路を水素ガスの通路として燃料電池セルを構
成することを特徴とする燃料電池の製造方法。 - 【請求項７】前記内部電極として、複数の溝を外面に有
する中空又は中実の内部長尺部材を用い、 前記外部電極として、複数の溝を内面に有する中空の外
部長尺部材を用い、 前記ガス通路を、前記内部及び外部の長尺部材の前記複
数の溝によって形成する請求項６に記載の 燃料電池の製
造方法。 - 【請求項８】前記複合層に含まれる前記内外の触媒層の
少なくとも一方を、防水層によって被覆する請求項６に
記載の燃料電池の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000038645A JP3536765B2 (ja) | 2000-02-16 | 2000-02-16 | 燃料電池及びその製造方法 |
| US09/930,488 US6696191B2 (en) | 2000-02-16 | 2001-08-16 | Fuel cell and process for producing the same |
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| JP2000038645A JP3536765B2 (ja) | 2000-02-16 | 2000-02-16 | 燃料電池及びその製造方法 |
| US09/930,488 US6696191B2 (en) | 2000-02-16 | 2001-08-16 | Fuel cell and process for producing the same |
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|---|---|---|---|
| JP2000038645A Expired - Fee Related JP3536765B2 (ja) | 2000-02-16 | 2000-02-16 | 燃料電池及びその製造方法 |
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