JP4686961B2 - 固体高分子型燃料電池、固体高分子型燃料電池用のガス拡散層用部材およびその製造方法 - Google Patents

Description

【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、固体高分子型燃料電池用のガス拡散層用部材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電解質としてイオン伝導性の固体高分子膜を用いた固体高分子型燃料電池が開発され、家庭用の定置用電源や電気自動車の電源、あるいは小型携帯機器の電源として注目されている。通常、固体高分子型燃料電池では、一対の電極（単セル）による起電力が小さいので、複数の単セルを直列に接続して高電圧を得る構造となっている。
【０００３】
複数の単セルを順次接続するための構造の一つとして、単セルを積み重ねた、いわゆるスタック型の燃料電池がある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−７８０２８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、積み重ねた各単セル間に配置されるセパレータ板は、ガス拡散層に燃料（水素）や空気（酸素）を供給するための溝が設けられる。この溝のためにある程度の厚さが必要とされるセパレータ板の体積、重量によって、燃料電池の小型軽量化が妨げられるという問題がある。
【０００６】
さらに、ガス拡散層を構成するカーボンシートなどの多孔体が、強度が低く、変形しやすいという性質を有しているため、取り扱いにくく、燃料電池の製造に困難を伴うという問題があった。
【０００７】
本発明は、以上の課題に鑑みてなされたもので、小型軽量の燃料電池を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、固体高分子型燃料電池に用いられるガス拡散層用部材を以下のようにするものである。
すなわち、本発明のガス拡散層用部材は、三次元網目構造を有する導電性多孔体からなるシート状で気孔径が１０μｍ〜２ｍｍ、気孔率が４０〜９８％に設定されたガス拡散電極と、このガス拡散電極の周囲を覆うとともに該ガス拡散電極に一体に形成された樹脂部とを備えている。そして、樹脂部に、ガス拡散電極に流体（燃料または空気）を供給し、反応後の流体をガス拡散電極から排出させる流路として、ガス拡散電極に接続された第１の流体供給路および第１の流体排出路と、ガス拡散電極に接続されない第２の流体供給路および第２の流体排出路とが設けられており、第１の流体供給路および第１の流体排出路、第２の流体供給路および第２の流体排出路が、樹脂部を貫通する４個の貫通孔として設けられ、各貫通孔のいずれか２個ずつが、それぞれ線対称位置に設けられている。
つまり、２枚のガス拡散層用部材を、表裏を異ならせて積層した際に、（１）一方のガス拡散層用部材に設けられた第１の流体供給路と他方のガス拡散層用部材に設けられた第２の流体供給路とが連通した燃料側供給路、（２）一方のガス拡散層用部材に設けられた第２の流体供給路と他方のガス拡散層用部材に設けられた第１の流体供給路とが連通した酸素側供給路、（３）一方のガス拡散層用部材に設けられた第１の流体排出路と他方のガス拡散層用部材に設けられた第２の流体排出路とが連通した燃料側排出路、（４）一方のガス拡散層用部材に設けられた第２の流体排出路と他方のガス拡散層用部材に設けられた第１の流体排出路とが連通した酸素側排出路、の４経路が形成されるように各貫通孔が設けられている。
【００１１】
本発明のガス拡散層用部材は、導電性多孔体をインサート部品として樹脂材料を射出するインサート成形により製造することが望ましい。
【００１２】
また、本発明のガス拡散層用部材を用いて、固体高分子電解質からなる電解質層と、ガス拡散層用部材とにより構成される単セルを１以上備える固体高分子型燃料電池を構成することができる。
この固体高分子型燃料電池は、単セルにおいて、一方のガス拡散層用部材に設けられた第１の流体供給路と他方のガス拡散層用部材に設けられた第２の流体供給路とを連通させた燃料側供給路と、一方のガス拡散層用部材に設けられた第２の流体供給路と他方のガス拡散層用部材に設けられた第１の流体供給路とを連通させた酸素側供給路と、一方のガス拡散層用部材に設けられた第１の流体排出路と他方のガス拡散層用部材に設けられた第２の流体排出路とを連通させた燃料側排出路と、一方のガス拡散層用部材に設けられた第２の流体排出路と他方のガス拡散層用部材に設けられた第１の流体排出路とを連通させた酸素側排出路とが備えられる。
【００１３】
この発明によれば、強度の低い多孔質のガス拡散電極の周囲が樹脂部により補強されているので、製造時の取り扱いが容易となり、生産性のよい燃料電池を実現することができる。また、電解質層に対して樹脂部を接着させることができるのでシール性が良好となり、燃料電池における燃料漏れを効果的に防止でき、燃料を効率よく供給させることができる。
【００１４】
また、導電性多孔体が三次元網目構造を有しているので、燃料や空気などの流体は、電極反応が起こる電解質−触媒界面に均一に拡散し、供給される。したがって、セパレータ板に流路用の溝を形成する必要がなく、厚みの小さいセパレータ板を用いることができるので、燃料電池の小型軽量化を図ることができる。
【００１５】
また、本発明のガス拡散層用部材を複数枚積層して燃料電池を構成する場合に、各貫通孔をそれぞれ連通させて、ガス拡散層用部材の厚さ方向に延びる流体供給路あるいは流体排出路を容易に形成することができ、より効率のよい燃料供給が可能な燃料電池を実現することができる。
【００１６】
また、本発明の貫通孔が線対称位置に設けられたガス拡散層用部材を用いることにより、表裏を異ならせて積層するだけで、一方のガス拡散層用部材を燃料極、他方を空気極とし、燃料極および空気極のいずれかに通じる流体供給路および流体排出路を、２系統形成することができる。したがって、部材が少なく構成が単純な、生産性のよい燃料電池を実現することができる。
【００１７】
さらに、導電性多孔体と樹脂部とが接続される部分において、導電性多孔体の表面に開口する気孔中に溶融樹脂が入り込んで固化するので、アンカー効果により導電性多孔体と樹脂部とが強固に接続され、強度が高いガス拡散層用部材が製造できる。そして、導電性多孔体の気孔径が１０μｍ〜２ｍｍ、気孔率が４０〜９８％に設定されていることにより、次のような効果を奏する。すなわち、前記アンカー効果が十分に確保され、樹脂部との接合強度が十分に得られて、これらの接合部で剥離するようなことが防止される。また、強度が確保され、樹脂成形圧および樹脂硬化時の圧縮に耐えられず変形してしまうようなことが防止される。
【００１８】
なお、樹脂部をなす樹脂材料は、いわゆる合成樹脂に限らずエラストマーなどのゴム材なども含むものとする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
本発明のガス拡散層用部材１０，２０は、図１および図２に示すように、それぞれ、シート状の導電性多孔体からなるガス拡散電極１１，２１と、このガス拡散電極１１，２１の周囲を覆い面方向に延びる樹脂部１２，２２とが一体に形成された矩形薄板状のものである。
【００２０】
これらのガス拡散層用部材１０，２０を備える本発明の固体高分子型燃料電池１００の要部断面を図３および図４に示す。
この固体高分子型燃料電池１００は、ガス拡散層用部材１０，２０および電解質層１２１からなる単セル３０を、セパレータ板１２２，１２３，１２４を介して多層に積層した、いわゆるスタック型の構成が採用されている。なお、図３は図１のガス拡散層用部材１０で示すところのIII−III線に沿う断面矢視図、図４は図２のガス拡散層用部材２０で示すところのIV−IV線に沿う断面矢視図であり、燃料電池１００を異なる断面で示す図である。
【００２１】
この図３および図４に示す燃料電池１００は、ガス拡散層用部材１０とガス拡散層用部材２０との間に触媒層Ｃを介して電解質層１２１を配置した２組の単セル３０を有している。そして、各単セル３０間はセパレータ板１２２で隔てられ、積層された単セル３０の外側が、遮蔽板１２３，１２４で閉鎖された構成となっている。なお、セパレータ板１２２，１２３，１２４は、空気や燃料となるガスまたは液体を通過させず、導電性を有するたとえばカーボン板や耐食性のある金属板などで形成されている。
【００２２】
電解質層１２１は、たとえばフッ素樹脂系の高分子電解膜で形成され、膜中では水素イオンが移動可能である反面、電子を通過させないという性質を有している。この電解質層１２１とガス拡散層用部材１０，２０との界面（本実施形態ではガス拡散電極１１，２１の表面部分）に、触媒層Ｃが設けられている。触媒層Ｃは、白金系触媒微粒子を担持させたカーボン粒子を含む高分子電解質溶液をガス拡散電極１１，２１の表面に塗布して形成されていて、ホットプレスにより電解質層１２１に密着固定されている。また、電解質層１２１と各ガス拡散層用部材１０，２０の樹脂部１２，２２とは、超音波接合により密着固定されている。
【００２３】
ガス拡散電極１１，２１は、三次元網目構造を有する導電性多孔体からなる矩形の薄板であり、表面に開口する気孔が各方向に連通していることにより通気性を有し、軽量で表面積が大きいという特性を有している。
【００２４】
このガス拡散電極１１，２１の周囲を覆って設けられている樹脂部１２，２２は、ガス拡散電極１１，２１の外周縁部に連なる薄板状で、ガス拡散電極部１１，２１と略同じ厚さで段差なく形成されている。
そして、これらガス拡散電極１１，２１および樹脂部１２，２２が一体に形成されたガス拡散層用部材１０，２０は、全体として１枚の薄板部材をなしている。
【００２５】
図３および図４に示す燃料電池において、ガス拡散層用部材１０のガス拡散電極１１は、燃料側供給路１０１を通じて燃料が供給される燃料極とされている。一方、ガス拡散層用部材２０のガス拡散電極２１は、酸素側供給路１０３を通じて空気が供給される空気極とされている。
【００２６】
ガス拡散層用部材１０は、図１に示すように、ガス拡散電極１１に接続してその気孔に連通する燃料供給用の貫通孔（第１の流体供給路）１０ａおよび燃料排出用の貫通孔（第２の流体排出路）１０ｂと、ガス拡散電極１１に接続せず離れた位置に設けられた空気供給用の貫通孔（第２の流体供給路）１０ｃおよび空気排出用の貫通孔（第２の流体排出路）１０ｄと、樹脂部１２の四隅に設けられて固定用のボルト等を挿通させるボルト挿通孔１０ｅとが、樹脂部１２を貫通して設けられている。
【００２７】
一方、ガス拡散層用部材２０は、図２に示すように、ガス拡散電極２１に接続して樹脂部２２を貫通しその気孔に連通する空気供給用の貫通孔（第２の流体供給路）２０ａおよび空気排出用の貫通孔（第２の流体排出路）２０ｂと、ガス拡散電極２１に接続せず離れた位置に設けられた燃料供給用の貫通孔（第１の流体供給路）２０ｃおよび燃料排出用の貫通孔（第１の流体排出路）２０ｄと、樹脂部２２の四隅に設けられて固定用のボルト等を挿通させるボルト挿通孔２０ｅとが、樹脂部２２を貫通して設けられている。
【００２８】
これらガス拡散層用部材１０，２０は同一形状を有しており、表裏を異ならせて配置することによりそれぞれ燃料極、空気極として用いることができる。すなわち、ガス拡散層用部材１０，２０において、ガス拡散電極１１，２１に連通する２個の貫通孔と連通しない２個の貫通孔とがそれぞれ直線１０ｌ，２０ｌを対称軸とする線対称位置に設けられている、換言すれば燃料供給・排出用の貫通孔と空気供給・排出用の貫通孔とが直線１０ｌ，２０ｌに関して対称に形成されているので、積層されるガス拡散層用部材２枚のうち一方を裏返すことにより、ガス拡散電極に連通する貫通孔とガス拡散電極に連通しない貫通孔とが入れ替わり、一方を裏返した２枚を重ねれば各貫通孔を連通させることができる。
【００２９】
さらに、これらガス拡散層用部材１０，２０間に配置される電解質層１２１には、ガス拡散層用部材１０，２０の各貫通孔およびボルト挿通孔に連通する貫通孔が設けられている。すなわち、電解質層１２１には、ガス拡散層用部材１０，２０の貫通孔１０ａ，２０ｃに連通する燃料供給用の貫通孔１２１ａと、貫通孔１０ｃ，２０ａに連通する空気供給用の貫通孔１２１ｂと、貫通孔１０ｂ，２０ｄに連通する燃料排出用の貫通孔１２１ｃと、貫通孔１０ｄ，２０ｂに連通する空気排出用の貫通孔１２１ｄと、ボルト挿通孔１０ｅ，２０ｅ連通するボルト挿通孔（図示せず）が形成されている。
【００３０】
また、セパレータ板１２２にも、ガス拡散電極１２０の各貫通孔およびボルト挿通孔に連通する貫通孔が設けられている。すなわち、セパレータ板１２２には、ガス拡散層用部材１０，２０の貫通孔１０ａ，２０ｃに連通する貫通孔１２２ａと、貫通孔１０ｃ，２０ａに連通する貫通孔１２２ｂと、貫通孔１０ｂ，２０ｄに連通する貫通孔１２２ｃと、貫通孔１０ｄ，２０ｂに連通する貫通孔１２２ｄと、ボルト挿通孔１０ｅ，２０ｅに連通するボルト挿通孔（図示せず）が形成されている。
【００３１】
さらに、空気極を有するガス拡散層用部材２０の表面を閉鎖する遮蔽板１２３には、燃料供給のための貫通孔２０ｃに連通する貫通孔１２３ａと、空気排出のための貫通孔２０ｂに連通する貫通孔１２３ｂと、ボルト挿通孔２０ｅに連通するボルト挿通孔（図示せず）とが形成されている。
また、燃料極を有するガス拡散層用部材１０の表面を閉鎖する遮蔽板１２４には、空気供給のための貫通孔１０ｃに連通する貫通孔１２４ａと、燃料排出のための貫通孔１０ｂに連通する貫通孔１２４ｂと、ボルト挿通孔１０ｅに連通するボルト挿通孔（図示せず）とが形成されている。
【００３２】
各貫通孔をそれぞれ連通させるように積層されたガス拡散層用部材１０，２０、電解質層１２１およびセパレータ板１２２、遮蔽板１２３，１２４は、各ボルト挿通孔にボルトを挿通させてナットで固定することにより、一体に固定することができる。なお、樹脂部１２，２２とセパレータ板１２２、樹脂部１２，２２と電解質層１２１などの接合面は、超音波接合により密着される。また、ガス拡散電極１１，２１の表面と電解質層１２１とは、ホットプレスにより密着される。
【００３３】
以上説明したガス拡散層用部材１０，２０および電解質層１２１，セパレータ板１２２，１２３，１２４を積層することにより、燃料電池１００には、燃料側供給路１０１，燃料側排出路１０２および酸素側供給路１０３および酸素側排出路１０４が形成される。
【００３４】
燃料側供給路１０１は、遮蔽板１２３の貫通孔１２３ａ、各ガス拡散層用部材１０の貫通孔１０ａ、各ガス拡散層用部材２０の貫通孔２０ｃ、電解質層１２１の貫通孔１２１ａおよびセパレータ板１２２の貫通孔１２２ａの各貫通孔が連通して形成されている。
また、燃料側排出路１０２は、各ガス拡散層用部材１０の貫通孔１０ｂ、各ガス拡散層用部材２０の貫通孔２０ｄ、セパレータ板１２２の貫通孔１２２ｃおよび遮蔽板１２４の貫通孔１２４ｂの各貫通孔が連通して形成されている。
【００３５】
これらの燃料側供給路１０１および燃料側排出路１０２は、ガス拡散層用部材１０のガス拡散電極（燃料極）１１に連通する一方、ガス拡散用部材２０のガス拡散電極（空気極）２１には連通していない。
【００３６】
一方、酸素側供給路１０３は、遮蔽板１２４の貫通孔１２４ａ、各ガス拡散層用部材１０の貫通孔１０ｃ、各ガス拡散層用部材２０の貫通孔２０ａ、電解質層１２１の貫通孔１２１ｂおよびセパレータ板１２２の貫通孔１２２ｂの各貫通孔が連通して形成されている。
また、酸素側排出路１０４は、各ガス拡散層用部材１０の貫通孔１０ｄ、各ガス拡散層用部材２０の貫通孔２０ｂ、セパレータ板１２２の貫通孔１２２ｄおよび遮蔽板１２３の貫通孔１２３ｂの各貫通孔が連通して形成されている。
【００３７】
これらの酸素側供給路１０３および酸素側排出路１０４は、ガス拡散層用部材２０のガス拡散電極（空気極）２１に連通する一方、ガス拡散用部材１０のガス拡散電極（燃料極）１１には連通していない。
【００３８】
したがって、遮蔽板１２３の貫通孔１２３ａから供給された燃料は、ガス拡散電極（燃料極）１１の連通気孔中を通過しながら電解質層１２１と触媒層Ｃの界面に水素を供給する。この水素は、触媒層Ｃ上で電極反応によりイオン化して電解質層１２１をガス拡散電極（空気極）２１に向かい移動する。電極反応後の燃料は、燃料側排出路１０２を通じて遮蔽板１２４の貫通孔１２４ｂから燃料電池１００の外部へ排出される。
一方、遮蔽板１２４の貫通孔１２４ａから供給された空気は、各ガス拡散電極（空気極）２１の連通気孔中を通過しながら電解質層１２１と触媒層Ｃの界面に酸素を供給し、反応により生成した水とともに酸素側排出路１０４を通じて排出される。
【００３９】
そして、ガス拡散電極（燃料極）１１から、電解質層１２１を挟んで他方側に配置されたガス拡散電極（空気極）２１に到達した水素は、電解質層１２１と触媒層Ｃとの界面で、ガス拡散電極２１に供給された空気中の酸素と電極反応により反応して水を生成する。
一方で、水素のイオン化により発生した電子は、ガス拡散層部材１０，２０の外部に設けられた回路（図示せず）を、ガス拡散電極（燃料極）１１からガス拡散電極（空気極）２１へと移動する。この電子の移動により、電気エネルギを発生させることができる。
【００４０】
ところで、ガス拡散電極１１，２１を形成する導電性多孔体としては、カーボンペーパー、カーボンクロスといったカーボン製多孔体を用いてもよいが、ガス拡散性と導電性がともに良好な、３次元網目構造を有する金属製のもの、たとえば金属粉末を焼結したシート、金属不織布、積層メッシュ等を用いることが望ましい。なかでも、気孔率や厚さを適宜調節でき、使用できる原料金属も多様である金属粉末を焼結したシートは、このガス拡散層用部材の導電性多孔質体として、より好適である。
【００４１】
さらにまた、金属粉末をバインダ、溶媒を加えて混練したものに発泡剤を混ぜて発泡性スラリーとし、発泡成形後に焼結して得られる発泡金属焼結シートでは、高い気孔率までも製造可能であることから、より好ましい。
本実施形態では、気孔率や厚さを適宜調節でき、使用できる原料金属も多様である発泡金属焼結シートを採用している。
【００４２】
ここで、発泡金属焼結シートの製造方法について図５を参照して説明する。
発泡金属焼結シートは、金属粉末をバインダ、溶媒を加えて混練したものに発泡剤を混ぜて発泡性スラリーＳとし、発泡成形後に焼結して得られるものである。
【００４３】
スラリーＳは、導電性を有する金属粉末、発泡剤（ヘキサン）、有機バインダ（メチルセルロース）、溶媒（水）等を混合したものである。このスラリーＳをドクターブレード法により薄く成形するグリーンシート製造装置８０を図５に示す。
【００４４】
グリーンシート製造装置８０において、まず、スラリーＳが貯蔵されたホッパー８１から、キャリアシート８２上にスラリーＳが供給される。キャリアシート８２はローラ８３によって搬送されており、キャリアシート８２上のスラリーＳは、移動するキャリアシート８２とドクターブレード８４との間で延ばされ、所要の厚さに成形される。
【００４５】
成形されたスラリーＳは、さらにキャリアシート８２によって搬送され、加熱処理を行う発泡槽８５および加熱炉８６を順次通過する。発泡槽８５では高湿度雰囲気下にて加熱処理を行うので、スラリーＳにひび割れを生じさせずに発泡剤を発泡させることができる。そして、発泡により空洞が形成されたスラリーＳが加熱炉８６にて乾燥されると、粒子間に空洞を形成している金属粉末が有機バインダによって接合された状態のグリーンシートＧが形成される。
【００４６】
このグリーンシートＧを、キャリアシート８２から取り外した後、図示しない真空炉にて脱脂・焼成することにより、有機バインダが取り除かれ、金属粉末同士が焼結して三次元網目構造となった発泡金属焼結シート（導電性多孔体）が得られる。
【００４７】
このようにして形成された導電性多孔体を所定形状に切断したものをインサート部品としてインサート成形を行うことにより、導電性多孔体からなるガス拡散電極１１，２１と樹脂部１２，２２とを一体に備えたガス拡散層用部材１０，２０を製造することができる。
【００４８】
すなわち、図６に示す一対の型板７０，７１間に形成されたキャビティ７２の中に、インサート部品として導電性多孔体を配置し、ランナ７３からゲート７４を通じて射出した溶融樹脂７５をキャビティ７２内に充填することにより、導電性多孔体からなるガス拡散電極１１（ガス拡散電極２１）と樹脂部１２（樹脂部２２）とが一体となったガス拡散層用部材１０（ガス拡散層用部材２０）が形成される。ガス拡散電極１１と樹脂部１２とは、ガス拡散電極１１の側部に開口する気孔中、５μｍ〜１０００μｍ程度の深さまで溶融樹脂が含浸して硬化することにより強固に接合される。樹脂部１２（樹脂部２２）を貫通する各貫通孔は、この射出成形時に金型により形成することができる。
【００４９】
たとえば樹脂部１２の材料にポリプロピレンを用いた場合、成形温度１８０℃、８０ｋNで型締めし、成形圧２５０ｋｇ／ｃｍ^２で射出成形すると、複合金属多孔体１０が得られる。
【００５０】
なお、インサート成形によりガス拡散層用部材１０，２０を形成する場合、型閉時のキャビティ７２の厚さ（型開閉方向の大きさ）は、ガス拡散電極１１，２１よりも若干小さくし、型閉時に型板７０，７１間でガス拡散電極１１，２１が３〜９０％圧縮されるようにすると、射出樹脂圧によりガス拡散電極１１，２１をキャビティ７３に対して固定できるとともに、ガス拡散電極１１，２１の平坦度を向上させることができる。
【００５１】
また、ガス拡散電極１１，２１は、気孔径や気孔率が小さすぎると溶融樹脂が気孔中に入り込めないのでアンカー効果が不十分となり、樹脂部１２，２２との接合強度が十分に得られず、接合部で剥離する虞がある。一方、気孔径や気孔率が大きすぎると、強度が不足し、樹脂成形圧および樹脂硬化時の圧縮に耐えられず、変形してしまう。したがって、気孔径１０μｍ〜２ｍｍ程度、気孔率４０〜９８％程度であるとより好ましい。
一方、樹脂部１２，２２の材質は、熱可塑性樹脂、エラストマーなど、射出成形可能な材質であればよいので、耐熱温度や硬度等を考慮し、用途に応じて適宜選択すればよい。
【００５２】
なお、以上の実施形態において示した各構成部材、その諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求に基づき種々変更可能である。
たとえば、前記実施形態では燃料や空気の供給路・排出路を、樹脂部を貫通させる貫通孔を連通させることにより形成したが、樹脂部の外縁とガス拡散電極とを連通させる溝形状を樹脂部表面に形成し、これを供給路あるいは排出路として、ポンプ等により空気あるいは燃料を圧送させる構成としてもよい。
【００５３】
また、前記実施形態では触媒層Ｃをガス拡散電極の表面に塗布形成した構成としたが、たとえばカーボンペーパー（導電性多孔体）に触媒スラリーを含浸させたものを触媒層として電解質層とガス拡散電極との間に配置する構成としてもよい。この場合、触媒層（カーボンペーパー）は、電解質層に対してホットプレス接合し、ガス拡散電極（発泡金属焼結シート）に対しては圧力をかけて接するように燃料電池を構成すれば、電子や流体（燃料や酸素）を円滑に流通させることができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、強度が高く取り扱い性のよいガス拡散層用部材により、燃料電池の生産性を向上させることができる。また、電解質層とガス拡散層とのシール性が良好であることから、燃料漏れを効果的に防止でき、安全で効率のよい燃料電池を実現させることができる。
【００５５】
また、セパレータ板に流路用の溝を形成する必要がなく、厚みの小さいセパレータ板を用いることができるので、燃料電池の小型軽量化を図ることができる。
【００５６】
また、燃料極用のガス拡散層用部材と空気極用のガス拡散層用部材が同一形状であることにより、ガス拡散層用部材の製造コストを抑えることができるだけでなく、燃料電池を構成する部材の種類を削減し、燃料電池の生産性をより向上させることができる。
【００５７】
さらに、インサート成形により、導電性多孔体と樹脂部とが強固にかつ気密に接続されるので、強度が高く燃料漏れの虞が小さい燃料電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のガス拡散層用部材（燃料極用）を示す平面図である。
【図２】 本発明のガス拡散層用部材（空気極用）を示す平面図である。
複合金属多孔体の金属部を製造する方法の一例を示す模式図である。
【図３】 本発明のスタック型燃料電池の一例であって、図１におけるIII−III線に沿う燃料供給および排出の経路を示す断面図である。
【図４】 本発明のスタック型燃料電池の一例であって、図２におけるIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】 本発明のガス拡散層用部材に用いる導電性多孔体を製造する装置の概要を示す模式図である。
【図６】 図１および図２に示すガス拡散層用部材を製造するインサート射出成形用金型の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１０，２０ ガス拡散層用部材
１１，２１ ガス拡散電極（導電性多孔体）
１２，２２ 樹脂部
１０ａ，２０ｃ 貫通孔（第１の流体供給路）
１０ｂ，２０ｄ 貫通孔（第１の流体排出路）
１０ｃ，２０ａ 貫通孔（第２の流体供給路）
１０ｄ，２０ｂ 貫通孔（第２の流体排出路）
３０ 単セル
１００ 固体高分子型燃料電池
１０１ 燃料側供給路
１０２ 燃料側排出路
１０３ 酸素側供給路
１０４ 酸素側排出路

Claims (3)

1. 固体高分子型燃料電池に用いられるガス拡散層用部材であって、
   三次元網目構造を有する導電性多孔体からなるシート状で気孔径が１０μｍ〜２ｍｍ、気孔率が４０〜９８％に設定されたガス拡散電極と、該ガス拡散電極の周囲を覆うとともにこのガス拡散電極に一体に形成された樹脂部とを備え、
   該樹脂部に、前記ガス拡散電極に接続された第１の流体供給路および第１の流体排出路と、前記ガス拡散電極に接続されない第２の流体供給路および第２の流体排出路とが設けられており、
   前記第１の流体供給路および前記第１の流体排出路、前記第２の流体供給路および前記第２の流体排出路が、前記樹脂部を貫通する４個の貫通孔として設けられ、
   前記各貫通孔のいずれか２個ずつが、それぞれ線対称位置に設けられていることを特徴とする固体高分子型燃料電池用のガス拡散層用部材。
2. 前記導電性多孔体をインサート部品として樹脂材料を射出するインサート成形により、請求項１に記載の前記ガス拡散層用部材を製造することを特徴とする固体高分子型燃料電池用のガス拡散層用部材の製造方法。
3. 請求項１に記載の前記ガス拡散層用部材が、固体高分子電解質からなる電解質層の表裏面にそれぞれ配置されて構成される単セルを１以上備える固体高分子型燃料電池であって、
   前記単セルにおいて、一方の前記ガス拡散層用部材に設けられた前記第１の流体供給路と他方の前記ガス拡散層用部材に設けられた前記第２の流体供給路とを連通させた燃料側供給路と；一方の前記ガス拡散層用部材に設けられた前記第２の流体供給路と他方の前記ガス拡散層用部材に設けられた前記第１の流体供給路とを連通させた酸素側供給路と；一方の前記ガス拡散層用部材に設けられた前記第１の流体排出路と他方の前記ガス拡散層用部材に設けられた前記第２の流体排出路とを連通させた燃料側排出路と；一方の前記ガス拡散層用部材に設けられた前記第２の流体排出路と他方の前記ガス拡散層用部材に設けられた前記第１の流体排出路とを連通させた酸素側排出路と；が備えられていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。

Images