JP5362406B2 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池 Download PDF

Info

Publication number
JP5362406B2
JP5362406B2 JP2009074927A JP2009074927A JP5362406B2 JP 5362406 B2 JP5362406 B2 JP 5362406B2 JP 2009074927 A JP2009074927 A JP 2009074927A JP 2009074927 A JP2009074927 A JP 2009074927A JP 5362406 B2 JP5362406 B2 JP 5362406B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
anode
cathode
insulating layer
side insulating
fuel cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009074927A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010231892A (ja
Inventor
浩揮 株本
耕司 安尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP2009074927A priority Critical patent/JP5362406B2/ja
Priority to CN201010129389A priority patent/CN101847735A/zh
Priority to US12/731,879 priority patent/US20100248069A1/en
Publication of JP2010231892A publication Critical patent/JP2010231892A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5362406B2 publication Critical patent/JP5362406B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276Sealing means characterised by their form
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0284Organic resins; Organic polymers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は燃料電池に関する。より具体的には、本発明はセルが平面配列された燃料電池に関する。
燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できるこ
と、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いことなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性を持っているので、21世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴が有り、特に近年、携帯機器(携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、PDA、MP3プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書(書籍))などの電源への利用が期待されている。携帯機器用の固体高分子形燃料電池としては、複数の単セルを平面状に配列した平面配列型の燃料電池が知られている(特許文献1、2参照)。燃料としては、特許文献1に示したメタノールの他、水素吸蔵合金や水素ボンベに格納された水素を利用することが研究されている(特許文献3参照)。
特開2006−244715号公報 特開2008−243696号公報 特開2006−59830号公報
従来の平面配列型の燃料電池では、水素と酸素との反応により生じる生成水や、燃料電池の外部から侵入した生活水が隣接する単セルにまたがって滞留すると隣接する単セルの電極が短絡する可能性がある。
なお、生成水が導電性を帯びる要因としては、以下の事項が挙げられる。
・生成水に二酸化炭素が溶解すること
・生成水に燃料電池の部材が溶出すること
・生成水に燃料電池の部材表面に付着した不純物が混入すること
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、平面配列型の燃料電池において、隣接する単セル間で短絡が生じることを抑制する技術の提供にある。
本発明のある態様は、イオン交換体を含む電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを含み、平面状に配列された複数の単セルと、複数の単セルのうち隣接する単セルに関して、隣接する電極の間に沿って設けられ、隣接する単セルを直列に接続する電気接続部材と、電気接続部材の両側に設けられ、隣接する電極の表面に対して凸になっている絶縁層と、を備え、絶縁層は、電気接続部材の一方の側に位置する電極と電気接続部材とが接続されるように、電気接続部材の一方の側の絶縁層が非連続な領域に形成されていることを特徴とする。
上記態様によれば、隣接する電極間(隣接するアノード間または/および隣接するカソード間)に凸設された絶縁層により、隣接する電極間に水がまたがって滞留することが抑制される。この結果、隣接する電極間で短絡が生じることが抑制され、ひいては燃料電池の動作安定性を向上させることができる。
上記態様において、絶縁層が撥水性であってもよい
発明によれば、平面配列型の燃料電池において、隣接する単セル間で短絡が生じることを抑制することができる。
参考の形態1に係る燃料電池の構成を示す分解斜視図である。 図1のA−A線に沿った断面図である。 参考の形態2に係る燃料電池の構成を示す分解斜視図である。 図3のA−A線に沿った断面図である。 図3のB−B線に沿った断面図である。 図3のC−C線に沿った断面図である。 実施の形態3に係る燃料電池の構成を示す分解斜視図である。 図7のA−A線に沿った断面図である。 図7のB−B線に沿った断面図である。 図7のC−C線に沿った断面図である。 変形例に係る燃料電池の構成を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
参考の形態1)
図1は、参考の形態1に係る燃料電池の構成を示す分解斜視図である。図2は、図1のA−A線に沿った断面図である。図1および図2に示すように、燃料電池10は、膜電極接合体(MEA)20、カソード用ハウジング50およびアノード用ハウジング52を備える。
膜電極接合体20は、電解質膜22、カソード触媒層24a−d(以下、カソード触媒層24a−dをまとめて、あるいは区別せずカソード触媒層24という場合がある)、および電解質膜22を介してカソード触媒層24a−dにそれぞれ対向するアノード触媒層26a−d(以下、アノード触媒層26a−dをまとめて、あるいは区別せずアノード触媒層26という場合がある)を備える。なお、カソード触媒層24およびアノード触媒層26は、燃料電池10における「電極」の一例である。
電解質膜22は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示すことが好ましく、カソード触媒層24とアノード触媒層26との間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。電解質膜22は、含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成され、例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例として、ナフィオン(デュポン社製:登録商標)112などが挙げられる。また、非フッ素重合体の例として、スルホン化された、芳香族ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンなどが挙げられる。電解質膜22の厚さは、たとえば10〜200μmである。
カソード触媒層24a−dは、電解質膜22の一方の面にそれぞれ離間した状態で形成されている。カソード触媒層24a−dには、酸化剤として空気が供給される。また、アノード触媒層26a−dは、電解質膜22の他方の面にそれぞれ離間した状態で形成されている。アノード触媒層26a−dには燃料ガスとして水素が供給される。一対のカソード触媒層24とアノード触媒層26との間に電解質膜22が狭持されることにより単セル
が構成され、各単セルは水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する。
カソード触媒層24およびアノード触媒層26は、イオン交換樹脂ならびに触媒粒子、場合によって炭素粒子を有する。
カソード触媒層24およびアノード触媒層26が有するイオン交換樹脂は、触媒粒子と電解質膜22とを接続し、両者間においてプロトンを伝達する役割を持つ。このイオン交換樹脂は、電解質膜22と同様の高分子材料から形成されてよい。触媒金属としては、Sc、Y、Ti、Zr、V、Nb、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Pt、Os、Ir、ランタノイド系列元素やアクチノイド系列の元素の中から選ばれる合金や単体が挙げられる。また触媒を担持する場合には炭素粒子として、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブなどを用いてもよい。なお、カソード触媒層24およびアノード触媒層26の厚さは、それぞれ、たとえば10〜40μmである。
このように、参考の形態の燃料電池では、カソード触媒層24a−dにアノード触媒層26a−dがそれぞれ対となり、複数の単セルが平面状に形成されている。隣接する単セルの間に電解質膜22を貫通するインターコネクタ(電気接続部材)30a−c(以下、インターコネクタ30a−cをまとめて、あるいは区別せずインターコネクタ30という場合がある)が設けられている。具体的には、インターコネクタ30aにより、カソード触媒層24aとアノード触媒層26bとが電気的に接続されている。また、インターコネクタ30bにより、カソード触媒層24bとアノード触媒層26cとが電気的に接続されている。また、インターコネクタ30cにより、カソード触媒層24cとアノード触媒層26dとが電気的に接続されている。これにより、隣接する単セル同士が直列に接続される。インターコネクタ30a−cの導電性を担う材料としては、カーボンファイバー、グラファイトシート、カーボンペーパー、カーボン粉末などのカーボン系の材料、白金、金、ステンレス、チタン、ニッケルなどの金属系の材料が挙げられる。インターコネクタ30の幅は、たとえば、30〜300μmである。
参考の形態に係る燃料電池10では、隣接するカソード触媒層24の間にカソード側絶縁層40a−cが設けられている(以下、カソード側絶縁層40a−dをまとめて、あるいは区別せずカソード側絶縁層40という場合がある)。より具体的には、カソード側絶縁層40aは、インターコネクタ30aとカソード触媒層24bとの間の電解質膜22の上に設けられている。カソード側絶縁層40bは、インターコネクタ30bとカソード触媒層24cとの間の電解質膜22の上に設けられている。また、カソード側絶縁層40cは、インターコネクタ30cとカソード触媒層24dとの間の電解質膜22の上に設けられている。
電解質膜22とは反対側のカソード側絶縁層40の表面は、隣接するカソード触媒層24の表面に対して凸となっている。言い換えると、カソード側絶縁層40の厚さは、隣接するカソード触媒層24の厚さよりも大きい。典型的には、カソード側絶縁層40の突出高さは、カソード触媒層24の厚さの1.1倍以上またはカソード触媒層24の厚さに4μm以上を足した値である。カソード側絶縁層40は撥水性であることが好ましい。ここで、撥水性は、固体表面の水滴の接触角θを指標として定義され、一般には、θが90度以上の場合を撥水性(疎水性)、110度から140度だと高撥水性、140度以上だと超撥水性とされる。カソード側絶縁層40に用いられる撥水性材料としては、たとえば、フッ素樹脂(接触角:100度〜120度)が挙げられる。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(ETFE)、ポリビ
ニリデンフルオライド(PVDF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体(E/CTFE)、ポリビニルフルオライド(PVF)、パーフロロ環状重合体などが挙げられる。
カソード側絶縁層40は、たとえば、インターコネクタ30とカソード触媒層24との間に露出した電解質膜22の上に、注射器状のノズルを用いて軟化したフッ素樹脂を塗布することにより形成することができる。
一方、隣接するアノード触媒層26の間にアノード側絶縁層42a−cが設けられている(以下、アノード側絶縁層42a−cをまとめて、あるいは区別せずアノード側絶縁層42という場合がある)。より具体的には、アノード側絶縁層42aは、インターコネクタ30aとアノード触媒層26aとの間の電解質膜22の上に設けられている。アノード側絶縁層42bは、インターコネクタ30bとアノード触媒層26bとの間の電解質膜22の上に設けられている。また、アノード側絶縁層42cは、インターコネクタ30cとアノード触媒層26cとの間の電解質膜22の上に設けられている。
電解質膜22とは反対側のアノード側絶縁層42の表面は、隣接するアノード触媒層26の表面に対して凸となっている。言い換えると、アノード側絶縁層42の厚さは、隣接するアノード触媒層26の厚さよりも大きい。典型的には、アノード側絶縁層42の突出高さは、アノード触媒層26の厚さの1.1倍以上またはアノード触媒層26の厚さに4μm以上を足した値である。アノード側絶縁層42は撥水性であることが好ましい。アノード側絶縁層42に用いられる撥水性材料としては、たとえば、フッ素樹脂(接触角:100〜120℃)が挙げられる。フッ素樹脂の具体例は、カソード側絶縁層40の説明で例示した材料と同様である。
アノード側絶縁層42は、たとえば、インターコネクタ30とアノード触媒層26との間に露出した電解質膜22の上に、注射器状のノズルを用いて軟化したフッ素樹脂を塗布することにより形成することができる。
カソード用ハウジング50は、カソード触媒層24と対向する板状部材である。カソード用ハウジング50には、外部から空気を取り込むための空気取入口51が設けられている。カソード用ハウジング50とカソード触媒層24との間に、空気が流通する空気室60が形成されている。
一方、アノード用ハウジング52は、アノード触媒層26と対向する板状部材である。アノード用ハウジング52とアノード触媒層26との間に、燃料貯蔵用の燃料ガス室62が形成されている。なお、アノード用ハウジング52に燃料供給口(図示せず)を設置することにより、燃料カートリッジなどから燃料を適宜補充可能である。
カソード用ハウジング50およびアノード用ハウジング52に用いられる材料としては、フェノール樹脂、ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、尿素樹脂、フッ素樹脂等の一般的なプラスティック樹脂が挙げられる。
ガスケット56は、電解質膜22の外周部とアノード用ハウジング52との間に設けられている。ガスケット56により、燃料ガス室62の密封性が高められ、燃料が漏洩することが抑制されている。
また、ガスケット57は、電解質膜22の外周部とカソード用ハウジング50との間に設けられている。ガスケット57により、空気室60の密封性が高められている。
以上説明した燃料電池10によれば、隣接するカソード触媒層24、言い換えると隣接するカソード側電極の間にカソード側絶縁層40が凸設されているため、隣接するカソード触媒層24の間(参考の形態では、一方の単セルのカソード触媒層24と、他方の単セルのカソード触媒層24に接続されたインターコネクタ30の間)に水がまたがって滞留することが抑制される。この結果、隣接するカソード触媒層24で短絡が生じることが抑制され、ひいては燃料電池の動作安定性を向上させることができる。また、カソード側絶縁層40を撥水性とすることにより、カソード側絶縁層40の表面で水がはじかれるため、隣接するカソード触媒層24間の短絡をより生じにくくさせることができる。この結果、燃料電池10の動作安定性または出力安定性を向上させることができる。
同様に、隣接するアノード触媒層26、言い換えると隣接するアノード側電極の間にアノード側絶縁層42が凸設されているため、隣接するアノード触媒層26の間(参考の形態では、一方の単セルのアノード触媒層26と、他方の単セルのアノード触媒層26に接続されたインターコネクタ30の間)に水がまたがって滞留することが抑制される。この結果、隣接するアノード触媒層26で短絡が生じることが抑制され、ひいては燃料電池の動作安定性を向上させることができる。また、アノード側絶縁層42を撥水性とすることにより、アノード側絶縁層42の表面で水がはじかれるため、隣接するアノード触媒層
26間の短絡をより生じにくくさせることができる。この結果、燃料電池10の動作安定性または出力安定性を向上させることができる。
参考の形態2)
図3は、参考の形態2に係る燃料電池の構成を示す分解斜視図である。図4は、図3のA−A線に沿った断面図である。図5は、図3のB−B線に沿った断面図である。図6は、図3のC−C線に沿った断面図である。実施の形態2に係る燃料電池10の基本的な構成は、実施の形態1と同様である。以下、参考の形態2に係る燃料電池10について、参考の形態1と異なる構成を中心に説明する。
参考の形態2では、カソード側絶縁層40は、カソード用ハウジング50の内面と部分的に接している。具体的には、図5に示すように、カソード側絶縁層40には、カソード用ハウジング50の内面にまで達する高さの複数の突出部46が離間して設けられている。隣接する突出部46の間は開口47となっており、開口47により隣接する単セルに対応する空気室60が連通している。
一方、アノード側絶縁層42は、アノード用ハウジング52の内面と部分的に接している。具体的には、図6に示すように、アノード側絶縁層42には、アノード用ハウジング52の内面にまで達する高さの複数の突出部48が離間して設けられている。隣接する突出部48の間は開口49となっており、開口49により隣接する単セルに対応する燃料ガス室62が連通している。
以上説明した燃料電池10によれば、空気室60での空気の拡散性を確保しつつ、カソード用ハウジング50の内面に接する突出部46により、隣接する単セルのカソード間に水が滞留することを物理的に遮断することができる。この結果、燃料電池10の動作安定性または出力安定性をさらに向上させることができる。
また、燃料ガス室62での燃料の拡散性を確保しつつ、アノード用ハウジング52の内面に接する突出部48により、隣接する単セルのアノード間に水が滞留することを物理的に遮断することができる。この結果、燃料電池10の動作安定性または出力安定性をさらに向上させることができる。
(実施の形態3)
図7は、実施の形態3に係る燃料電池の構成を示す分解斜視図である。図8は、図7のA−A線に沿った断面図である。図9は、図7のB−B線に沿った断面図である。図10は、図7のC−C線に沿った断面図である。実施の形態3に係る燃料電池10の基本的な構成は、参考の形態1と同様である。以下、実施の形態3に係る燃料電池10について、参考の形態1と異なる構成を中心に説明する。
本実施の形態では、カソード側絶縁層40は、インターコネクタ30の両側に設けられている。インターコネクタ30の一方の側に位置するカソード触媒層24とインターコネクタ30とが接続されるように、インターコネクタ30の一方の側のカソード触媒層24が非連続な領域に形成されている。より具体的に、インターコネクタ30aを例にとって説明する。インターコネクタ30aとカソード触媒層24bとの間に、カソード側絶縁層40aが設けられている点は、参考の形態1と同様である。一方、インターコネクタ30aとカソード触媒層24aとの間に、複数のカソード側絶縁層40a’が非連続な領域に形成されている。言い換えると、インターコネクタ30a側のカソード触媒層24aの辺に沿って複数のカソード側絶縁層40a’が離間して設けられている。インターコネクタ30aは、隣接するカソード側絶縁層40a’の間に櫛状に延在して形成されており、隣接するカソード側絶縁層40a’の間でインターコネクタ30aとカソード触媒層24aとが電気的に接続されている。
図9に示すように、カソード側絶縁層40a’は、それぞれ、カソード用ハウジング50の内面と接している。隣接するカソード側絶縁層40a’の間は開口70となっており、開口70により隣接する単セルに対応する空気室60が連通している。
一方、アノード側絶縁層42は、インターコネクタ30の両側に設けられている。インターコネクタ30の一方の側に位置するアノード触媒層26とインターコネクタ30とが接続されるように、インターコネクタ30の一方の側のアノード触媒層26が非連続な領域に形成されている。より具体的に、インターコネクタ30aを例にとって説明する。インターコネクタ30aとアノード触媒層26aとの間に、アノード側絶縁層42aが設けられている点は、参考の形態1と同様である。一方、インターコネクタ30aとアノード触媒層26bとの間に、複数のアノード側絶縁層42a’が非連続な領域に形成されている。言い換えると、インターコネクタ30a側のアノード触媒層26bの辺に沿って複数のアノード側絶縁層42a’が離間して設けられている。インターコネクタ30aは、隣接するアノード側絶縁層42a’の間に櫛状に延在して形成されており、隣接するアノード側絶縁層42a’の間でインターコネクタ30aとアノード触媒層26bとが電気的に接続されている。
図10に示すように、アノード側絶縁層42a’は、それぞれ、アノード用ハウジング52の内面と接している。隣接するアノード側絶縁層42a’の間は開口72となっており、開口72により隣接する単セルに対応する燃料ガス室62が連通している。
以上説明した燃料電池10によれば、空気室60での空気の拡散性を確保しつつ、カソード用ハウジング50の内面に接するカソード側絶縁層40a’により、隣接する単セルのカソード間に水が滞留することを物理的に遮断することができる。この結果、燃料電池10の動作安定性または出力安定性をさらに向上させることができる。
また、燃料ガス室62での燃料の拡散性を確保しつつ、アノード用ハウジング52の内面に接するアノード側絶縁層42a’により、隣接する単セルのアノード間に水が滞留することを物理的に遮断することができる。この結果、燃料電池10の動作安定性または出力安定性をさらに向上させることができる。
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
たとえば、上述の各実施の形態の燃料電池10では、カソード側絶縁層40およびアノード側絶縁層42の両方が設けられているが、いずれか一方のみが形成されていてもよい。
実施の形態3では、カソード側絶縁層40a’およびアノード側絶縁層42a’がカソード用ハウジング50、アノード用ハウジング52の内面とそれぞれ接しているが、カソード側絶縁層40a’およびアノード側絶縁層42a’は、それぞれカソード側絶縁層40aおよびアノード側絶縁層42aの突出高さと同等であってもよい。これによれば、カソード側絶縁層40aおよびアノード側絶縁層42aによる効果に加え、カソード側絶縁層40a’およびアノード側絶縁層42a’により水の滞留が防止されるため、隣接する電極間で短絡が生じることをさらに抑制することができる。
図11は、参考の形態1の燃料電池の変形例を示す断面図である。変形例に係る燃料電池10では、電解質膜22が膜電極接合体20ごと、言い換えると各単セルごとに分離されており、各電解質膜22の周囲に絶縁性の基材80が設けられている。言い換えると、基材80は、各電解質膜22を保持するための枠材として用いられている。基材80としては、フェノール樹脂、ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、尿素樹脂、フッ素樹脂等の一般的なプラスティック樹脂を用いることができる。
参考の形態1では、カソード側絶縁層40およびアノード側絶縁層42は電解質膜22の上に設けられているが、本変形例では、カソード側絶縁層40はインターコネクタ30とカソード触媒層24の間に位置する基材80の上に設けられている。また、アノード側絶縁層42はインターコネクタ30とアノード触媒層26の間に位置する基材80の上に設けられている。
変形例に係る燃料電池10においても、参考の形態1と同様に、隣接するカソード触媒層24の間(参考の形態では、一方の単セルのカソード触媒層24と、他方の単セルのカソード触媒層24に接続されたインターコネクタ30の間)に水がまたがって滞留することが抑制される。この結果、隣接するカソード触媒層24で短絡が生じることが抑制され、ひいては燃料電池の動作安定性を向上させることができる。
同様に、隣接するアノード触媒層26の間(参考の形態では、一方の単セルのアノード触媒層26と、他方の単セルのアノード触媒層26に接続されたインターコネクタ30の間)に水がまたがって滞留することが抑制される。この結果、隣接するアノード触媒層26で短絡が生じることが抑制され、ひいては燃料電池の動作安定性を向上させることができる。
10 燃料電池、20 膜電極接合体、22 電解質膜、24 カソード触媒層、26アノード触媒層、30 インターコネクタ、40 カソード側絶縁層、42 アノード側絶縁層、50 カソード用ハウジング、52 アノード用ハウジング、60 空気室、62 燃料ガス室、80 基材

Claims (2)

  1. イオン交換体を含む電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、前記電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを含み、平面状に配列された複数の単セルと、
    前記複数の単セルのうち隣接する単セルに関して、隣接する電極の間に沿って設けられ、隣接する単セルを直列に接続する電気接続部材と、
    前記電気接続部材の両側に設けられ、隣接する電極の表面に対して凸になっている絶縁層と、
    を備え、
    前記絶縁層は、前記電気接続部材の一方の側に位置する電極と前記電気接続部材とが接続されるように、前記電気接続部材の一方の側の絶縁層が非連続な領域に形成されていることを特徴とする燃料電池。
  2. 前記絶縁層が撥水性である請求項1に記載の燃料電池。
JP2009074927A 2009-03-25 2009-03-25 燃料電池 Expired - Fee Related JP5362406B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009074927A JP5362406B2 (ja) 2009-03-25 2009-03-25 燃料電池
CN201010129389A CN101847735A (zh) 2009-03-25 2010-03-08 燃料电池
US12/731,879 US20100248069A1 (en) 2009-03-25 2010-03-25 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009074927A JP5362406B2 (ja) 2009-03-25 2009-03-25 燃料電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010231892A JP2010231892A (ja) 2010-10-14
JP5362406B2 true JP5362406B2 (ja) 2013-12-11

Family

ID=42772257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009074927A Expired - Fee Related JP5362406B2 (ja) 2009-03-25 2009-03-25 燃料電池

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20100248069A1 (ja)
JP (1) JP5362406B2 (ja)
CN (1) CN101847735A (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8530108B2 (en) * 2010-02-09 2013-09-10 Societe Bic Composite membrane, fuel cell and method of making composite membrane
JP6477681B2 (ja) * 2014-02-27 2019-03-06 三洋電機株式会社 燃料電池モジュールおよび燃料電池スタック
KR20200068250A (ko) * 2018-12-05 2020-06-15 현대자동차주식회사 연료 전지
JP7088154B2 (ja) * 2019-10-08 2022-06-21 株式会社豊田中央研究所 燃料電池スタック

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3635846A (en) * 1967-07-13 1972-01-18 Amicon Corp Expanded polyelectrolyte resin and process for making same
GB8710472D0 (en) * 1987-05-01 1987-06-03 Cambridge Life Sciences Amperometric method
US6322918B1 (en) * 1999-10-18 2001-11-27 Motorola, Inc. Water management system for fuel cells
JP2002056855A (ja) * 2000-08-08 2002-02-22 Mitsubishi Electric Corp 平面型燃料電池
JP2002151134A (ja) * 2000-11-07 2002-05-24 Sony Corp 平面配列型電気化学素子ユニット
FR2819107B1 (fr) * 2000-12-29 2003-09-05 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'un assemblage d'elements de base pour un etage de pile a combustible
JP2002237314A (ja) * 2001-02-08 2002-08-23 Osaka Gas Co Ltd 燃料電池のセル、電解質層の製造方法及び燃料電池
JP2002280049A (ja) * 2001-03-19 2002-09-27 Hitachi Cable Ltd 集積タイプ燃料電池セル
KR100641809B1 (ko) * 2001-12-28 2006-11-02 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤 고분자 전해질형 연료전지 및 그 제조방법
JP2003197225A (ja) * 2001-12-28 2003-07-11 Dainippon Printing Co Ltd 高分子電解質型燃料電池
JP3878512B2 (ja) * 2002-05-23 2007-02-07 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
JP4042526B2 (ja) * 2002-10-22 2008-02-06 株式会社日立製作所 シート状電解質膜電極接合複合体及びそれを用いた燃料電池
JP2004234976A (ja) * 2003-01-29 2004-08-19 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
US7422814B2 (en) * 2003-01-29 2008-09-09 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell system
JP2005100823A (ja) * 2003-09-25 2005-04-14 Seiko Epson Corp 燃料電池、該燃料電池の製造方法、該燃料電池又は該製造方法により製造された燃料電池を備える電子機器
JP4464960B2 (ja) * 2004-02-24 2010-05-19 富士通株式会社 燃料電池
EP1600213B1 (en) * 2004-05-21 2012-05-02 Schott AG Apparatus with microtiter plate format for multiplexed arraying
JP2006092793A (ja) * 2004-09-21 2006-04-06 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
KR100760132B1 (ko) * 2005-02-28 2007-09-18 산요덴키가부시키가이샤 복합막, 복합막을 이용한 연료 전지
JP4144628B2 (ja) * 2005-06-08 2008-09-03 ダイキン工業株式会社 燃料電池用セパレータの製造方法及び燃料電池用セパレータのめっき装置
JP2007323938A (ja) * 2006-05-31 2007-12-13 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池および燃料電池モジュール
JP5145657B2 (ja) * 2006-06-02 2013-02-20 ソニー株式会社 電気化学デバイス
JP5241125B2 (ja) * 2007-03-28 2013-07-17 三洋電機株式会社 燃料電池モジュール
US8129065B2 (en) * 2007-12-21 2012-03-06 SOCIéTé BIC Electrochemical cell assemblies including a region of discontinuity

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010231892A (ja) 2010-10-14
US20100248069A1 (en) 2010-09-30
CN101847735A (zh) 2010-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4621815B2 (ja) 燃料電池スタック
US8900774B2 (en) Fuel cell layer, fuel cell system and method for fabricating the fuel cell layer
JP5183080B2 (ja) 燃料電池
JP6477681B2 (ja) 燃料電池モジュールおよび燃料電池スタック
JP5362406B2 (ja) 燃料電池
JPWO2004075331A1 (ja) 燃料電池およびその製造方法
JP5548474B2 (ja) 複合膜および燃料電池
JP5294550B2 (ja) 膜電極接合体および燃料電池
JP4553861B2 (ja) 燃料電池
JP2012015093A (ja) 複合膜および燃料電池
JP2011054301A (ja) 複合膜、膜電極接合体、燃料電池、複合膜の作製方法および膜電極接合体の作製方法
JP4700140B2 (ja) 固体高分子形燃料電池スタック
JP2014102876A (ja) 燃料電池
JP2006244715A (ja) 複合膜およびそれを用いた燃料電池
JP5865346B2 (ja) 燃料電池および燃料電池の製造方法
JP2008146902A (ja) 燃料電池セルおよび燃料電池スタック
JP2007042600A (ja) 燃料電池
JP2006066339A (ja) 燃料電池セル
JP5153104B2 (ja) 液体燃料がアノードに直接供給される燃料電池
JP2015079562A (ja) 燃料電池及び燃料電池システム
JP2010238574A (ja) 複合膜および燃料電池
JP2010238414A (ja) 膜電極接合体、膜電極接合体の製造方法および燃料電池
JP2016219359A (ja) 燃料電池用セパレータ、及び燃料電池
WO2013030894A1 (ja) 燃料電池モジュール
JP2012014873A (ja) 膜電極接合体および燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120227

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130617

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130625

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130710

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130806

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130904

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5362406

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees