JP4599115B2 - 高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る高分子電解質型燃料電池の構造を示す分解斜視図である。図1においては、説明の便宜上、高分子電解質型燃料電池の積層構造の一部を分解して示している。また、図2は図1のII−II線断面を示す断面図である。図1と同様、説明の便宜上、高分子電解質型燃料電池の積層構造の一部を分解して示している。
図1乃至図6において、高分子電解質型燃料電池では、燃料ガス供給マニフォルド3A’を通って燃料ガス(例えば水素)が供給され、この燃料ガスがアノードセパレータ2の燃料ガス流路11に分岐して流入する。この燃料ガス流路11を流れる過程で燃料ガスは、MEA15に接し、ガス拡散電極7を透過して、アノード触媒層14を介して、高分子電解質膜12に接触する。そこで燃料ガスと酸化剤ガスとが電池反応し、この電池反応に伴って消費される。このときの余剰の燃料ガスは燃料ガス排出マニフォルド3B’に到達し、そこを通って排出される。一方、酸化剤ガス供給マニフォルド5A’を通って酸化剤ガス(例えば空気)が供給され、この酸化剤ガスがカソードセパレータ1の酸化剤ガス流路10に分岐して流入する。この酸化剤ガス流路10を流れる過程で酸化剤ガスは、MEA15に接し、ガス拡散電極7を透過して、カソード触媒層13を介して、高分子電解質膜12に接触する。そこで燃料ガスと酸化剤ガスとが電池反応し、この電池反応に伴って消費される。このときの余剰の酸化剤ガスは酸化剤ガス排出マニフォルド5B’に到達し、そこを通って排出される。また、この間、水供給マニフォルド4A’から供給された冷却水が冷却水流路9を通って水排出マニフォルド4B’から排出され、それにより、スタックが冷却される。
実施例1では、図5及び図6に示すMEA−ガスケット接合体19を以下のプロセスで製作した。
図9は、本発明の実施の形態2に係る高分子電解質型燃料電池のMEA−ガスケット接合体19の構造を示す平面図、図10(a)は、図9のX部の構造を拡大して示す部分拡大平面図である。図9及び図10(a)において、図5及び図6と同一又は相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
実施例2として、図9及び図10(a)に示すMEA−ガスケット接合体19を、間隙109の形状を除き、実施例1と同様に製作した。
図10(b)及び(c)は、実施の形態2の変形例1にかかる図9のX部に相当する部位の構造を拡大して示す部分拡大平面図である。図10(b)においては、間隙109が三角波状が連なる形状(ピッチ6mm×50ターン)となっており、図10(c)においては、間隙109が円弧状が連なる形状(ピッチ6mm×50ターン)となっている。このように、間隙109が三角波状、その他直線以外の形状に形成されても、間隙109は屈曲部を有して長くなり、そこに燃料ガスに含まれる水分が多く滞留するので、同様の効果を得ることができる。
図13は、本発明の実施の形態3に係る高分子電解質型燃料電池のMEA−ガスケット接合体19の構造を示す平面図、図14は、図13のXIV部の構造を拡大して示す部分拡大平面図である。図15は、図14のXV−XV線断面を示す断面図である。図13乃至図15において、図5及び図6と同一又は相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
実施例3として、図13乃至図15に示すMEA−ガスケット接合体19を以下のプロセスで製作した。
図16は、本発明の実施の形態4に係る高分子電解質型燃料電池のカソードセパレータ内面1aの構造を示す平面図、図17は、図16のXVII部の構造を拡大して示す部分拡大平面図及び部分拡大断面図である。図18は、本発明の実施の形態4に係る高分子電解質型燃料電池のMEA−ガスケット接合体19の構造を示す平面図、図19は、図18のXIX部と、XIX部に当接するカソードセパレータ1及びアノードセパレータ2との積層構造を分解して示す部分拡大分解斜視図である。図20は、セル締結時における図19のXX−XX線断面を示す断面図である。図16乃至図20において、図5及び図6と同一又は相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
実施例4として、図16及び図17に示すカソードセパレータ1及び図19乃至図20に示すMEA−ガスケット接合体19を作製した。アノードセパレータ2はカソードセパレータ1と同様であり、図面は割愛した。図16及び図17において、カソードセパレータ内面1aには、MEA−ガスケット接合体19の間隙109の4隅に対応する位置に弾性体17が嵌り込むように弾性体収納孔17aを穿った。アノードセパレータ内面2aについても同様に弾性体収納孔17aを穿った。弾性体17は、ゴム製ボス(材質:バイトン(DUPONT)、硬度Hs55)で構成した。
1a カソードセパレータ内面
1b カソードセパレータ外面
2 アノードセパレータ
2a アノードセパレータ内面
2b アノードセパレータ外面
3A 燃料ガス供給マニフォルド孔
3A’ 燃料ガス供給マニフォルド
3B 燃料ガス排出マニフォルド孔
3B’ 燃料ガス排出マニフォルド
4A 水供給マニフォルド孔
4A’ 水供給マニフォルド
4B 水排出マニフォルド孔
4B’ 水排出マニフォルド
5A 酸化剤ガス供給マニフォルド孔
5A’ 酸化剤ガス供給マニフォルド
5B 酸化剤ガス排出マニフォルド孔
5B’ 酸化剤ガス排出マニフォルド
6 ガスケット
6a 内縁部
6b 肉付け部
7 ガス拡散電極
7a 角部
8 Oリング
8a Oリング収容溝
9 冷却水流路
10 酸化剤ガス流路
11 燃料ガス流路
12 高分子電解質膜
13 カソード触媒層
14 アノード触媒層
15 高分子電解質膜−電極接合体(MEA)
16 塑性体
16a 拡幅部
17 弾性体
17a 弾性体収納孔
17b 拡幅部
18 セル
19 MEA−ガスケット接合体
106 ガスケット
107 ガス拡散電極
109 間隙
110 間隙閉塞部
Claims (10)
- 高分子電解質膜、該高分子電解質膜を挟む一対の触媒層、及び該一対の触媒層の外面に前記高分子電解質膜の周縁より内方に位置するように配設された一対のガス拡散電極を有するMEA、並びに前記MEAの両面の周縁部に前記一対のガス拡散電極との間に間隙を有して配設された一対のガスケットを備えたMEA−ガスケット接合体と、該MEA−ガスケット接合体を挟むように配設され内面に電池反応用ガスの溝状の流路が前記ガスケット、前記間隙、前記ガス拡散電極、前記間隙、及び前記ガスケットの上を順次通るように形成された一対の導電性セパレータとを備え、
前記間隙の一部が閉塞手段によって、前記電池反応用ガスが前記間隙を流れないように閉塞されている、高分子電解質型燃料電池。 - 前記閉塞手段が、前記ガスケットの内縁と前記ガス拡散電極の外縁とを部分的に接させることである、請求項1に記載の高分子電解質型燃料電池。
- 前記閉塞手段が、前記ガスケットの内縁部と前記ガス拡散電極の外縁部とを部分的に重ね、かつ前記導電性セパレータが前記MEA−ガスケット接合体の外面に当接させることによって、前記ガス拡散電極の前記重ねられた部分を潰し、前記ガスケットの内縁と前記ガス拡散電極の外縁とが部分的に接するようにすることである、請求項2に記載の高分子電解質型燃料電池。
- 前記閉塞手段が、塑性変形した塑性体によって前記間隙の一部を閉塞することである、請求項1に記載の高分子電解質型燃料電池。
- 前記塑性体が熱可塑性樹脂からなる、請求項4に記載の高分子電解質型燃料電池。
- 前記間隙に拡幅部が形成され、前記拡幅部に置かれた前記塑性体が塑性変形することによって前記間隙の拡幅部を埋め、それによって前記間隙が閉塞されている、請求項5に記載の高分子電解質型燃料電池。
- 前記閉塞手段が、弾性変形した弾性体によって前記間隙の一部を閉塞することである、請求項1に記載の高分子電解質型燃料電池。
- 前記間隙に拡幅部が形成され、前記導電性セパレータの内面の前記拡幅部に対応する位置に弾性体収容孔が配設され、該弾性体収容孔に前記弾性体が嵌め込まれ、前記導電性セパレータの内面が前記MEA−ガスケット接合体の外面に当接することによって前記弾性体が前記間隙の拡幅部に嵌合し、それによって前記間隙が閉塞されている、請求項7に記載の高分子電解質型燃料電池。
- 高分子電解質膜、該高分子電解質膜を挟む一対の触媒層、及び該一対の触媒層の外面に前記高分子電解質膜の周縁より内方に位置するように配設された一対のガス拡散電極を有するMEA、並びに前記MEAの両面の周縁部に前記一対のガス拡散電極との間に間隙を有して配設された一対のガスケットを備えたMEA−ガスケット接合体と、該MEA−ガスケット接合体を挟むように配設され内面に電池反応用ガスの溝状の流路が前記ガスケット、前記間隙、前記ガス拡散電極、前記間隙、及び前記ガスケットの上を順次通るように形成された一対の導電性セパレータとを備え、
前記間隙が波状に折れ曲がっている、高分子電解質型燃料電池。 - 前記間隙が矩形波状、三角波状、その他直線以外の形状に折れ曲がっている、請求項9に記載の高分子電解質型燃料電池。
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