JPH06260193A - 固体高分子電解質燃料電池スタック - Google Patents
固体高分子電解質燃料電池スタックInfo
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- JPH06260193A JPH06260193A JP5045608A JP4560893A JPH06260193A JP H06260193 A JPH06260193 A JP H06260193A JP 5045608 A JP5045608 A JP 5045608A JP 4560893 A JP4560893 A JP 4560893A JP H06260193 A JPH06260193 A JP H06260193A
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- cell stack
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、燃料ガス，酸化剤ガス，あるいは
冷却媒体の漏洩を防止できることを主要な目的とする。 【構成】固体高分子膜(23)の両側に電極(24 〜27）を夫
々配置した電極接合体(22)と、ガスセパレータ(21)とを
積層した固体高分子電解質燃料電池スタックにおいて、
前記ガスセパレータ(21)間の周縁部に不活性ガス又は水
を流通，封入する空間(30)を設けたことを特徴とする固
体高分子電解質燃料電池スタック、あるいは固体高分子
膜の両側に電極を夫々配置した電極接合体と、ガスセパ
レータとを積層した固体高分子電解質燃料電池スタック
において、前記ガスセパレータの周縁部に不活性ガス又
は水を流通，封入する溝を設けたことを特徴とする固体
高分子電解質燃料電池スタック。
冷却媒体の漏洩を防止できることを主要な目的とする。 【構成】固体高分子膜(23)の両側に電極(24 〜27）を夫
々配置した電極接合体(22)と、ガスセパレータ(21)とを
積層した固体高分子電解質燃料電池スタックにおいて、
前記ガスセパレータ(21)間の周縁部に不活性ガス又は水
を流通，封入する空間(30)を設けたことを特徴とする固
体高分子電解質燃料電池スタック、あるいは固体高分子
膜の両側に電極を夫々配置した電極接合体と、ガスセパ
レータとを積層した固体高分子電解質燃料電池スタック
において、前記ガスセパレータの周縁部に不活性ガス又
は水を流通，封入する溝を設けたことを特徴とする固体
高分子電解質燃料電池スタック。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ガスシール性を改善
した固体高分子電解質燃料電池スタックに関する。
した固体高分子電解質燃料電池スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、固体高分子電解質燃料電池スタッ
クとしては、例えば図４に示すものが知られている。
クとしては、例えば図４に示すものが知られている。
【０００３】図中の１はカーボン製（又は金属製）ガス
セパレータであり、各ガスセパレータ１間には電極接合
体２が積層されている。この電極接合体２は、固体高分
子膜３と、この固体高分子膜３の両側に形成された第１
触媒電極（陽極側）４，第２触媒電極（陰極側）５と、
これらの電極の外側に夫々形成されたポーラスな第１カ
ーボン電極（陽極側）６，ポーラスな第２カーボン電極
（陰極側）７とから構成されている。
セパレータであり、各ガスセパレータ１間には電極接合
体２が積層されている。この電極接合体２は、固体高分
子膜３と、この固体高分子膜３の両側に形成された第１
触媒電極（陽極側）４，第２触媒電極（陰極側）５と、
これらの電極の外側に夫々形成されたポーラスな第１カ
ーボン電極（陽極側）６，ポーラスな第２カーボン電極
（陰極側）７とから構成されている。
【０００４】前記固体高分子膜３の端部側は触媒電極や
カーボン電極の端部より外側に若干突出しており、その
突出部分の両側（固体高分子膜３とガスセパレータとの
間）にガスシールパッキン（例えばゴム製パッキン）８
が設けられている。ここで、ガスシールパッキン８を設
けるのは、水素、酸素又は空気が前記カーボン電極６，
７を透過するためガスセパレータ１の周囲方向（即ちガ
スシールパッキンが挿入してある方向）に向ってリーク
し、固体高分子膜３の端の部分で混合（即ちガス漏れの
状態となる）するのを防止するためのものである。前記
固体高分子膜３の端部側でかつガスセパレータ１間に
は、加圧用パッキン（例えばテフロン製パッキン）９が
設けられている。ここで、前記加圧用パッキン９を設け
るのは、耐加圧力を高めるためである。
カーボン電極の端部より外側に若干突出しており、その
突出部分の両側（固体高分子膜３とガスセパレータとの
間）にガスシールパッキン（例えばゴム製パッキン）８
が設けられている。ここで、ガスシールパッキン８を設
けるのは、水素、酸素又は空気が前記カーボン電極６，
７を透過するためガスセパレータ１の周囲方向（即ちガ
スシールパッキンが挿入してある方向）に向ってリーク
し、固体高分子膜３の端の部分で混合（即ちガス漏れの
状態となる）するのを防止するためのものである。前記
固体高分子膜３の端部側でかつガスセパレータ１間に
は、加圧用パッキン（例えばテフロン製パッキン）９が
設けられている。ここで、前記加圧用パッキン９を設け
るのは、耐加圧力を高めるためである。
【０００５】前記電極接合体２の第１カーボン電極６，
第２カーボン電極７側の前記ガスセパレータ１には、夫
々水素流路溝10，酸素（又は空気）流路溝11が設けられ
ている。なお、図中の12は、ガスセパレータ１に設けら
れた冷却水流路溝である。
第２カーボン電極７側の前記ガスセパレータ１には、夫
々水素流路溝10，酸素（又は空気）流路溝11が設けられ
ている。なお、図中の12は、ガスセパレータ１に設けら
れた冷却水流路溝である。
【０００６】こうした構成の固体高分子電解質燃料電池
スタックにおいて、燃料ガスである水素は水素流路溝10
を流通し、前記第１カーボン電極６を透過して第１触媒
電極４に供給される。また、酸化剤である酸素又は空気
は、ガスセパレータ１の酸素流路溝11を流通し、前記第
２カーボン電極７を透過して第２触媒電極５に供給され
る。
スタックにおいて、燃料ガスである水素は水素流路溝10
を流通し、前記第１カーボン電極６を透過して第１触媒
電極４に供給される。また、酸化剤である酸素又は空気
は、ガスセパレータ１の酸素流路溝11を流通し、前記第
２カーボン電極７を透過して第２触媒電極５に供給され
る。
【０００７】水素、酸素（又は空気）は各々第１・第２
カーボン電極６，７を透過するため、ガスセパレータ１
の周囲方向（即ちガスシールパッキンが挿入してある方
向）に向ってリークしていくことになる。そして、固体
高分子膜３の端の部分で混合、即ちガス漏れの状態とな
る。しかるに、水素側、酸素（又は空気）側とも固体高
分子膜３とガスセパレータ１との間に設けられたガスシ
ールパッキン８によりガス漏れが防止され、更に耐加圧
力を高めるために前記加圧用パッキン９により耐加圧力
を高められ、ガスのシール性を保つ構造としていた。
カーボン電極６，７を透過するため、ガスセパレータ１
の周囲方向（即ちガスシールパッキンが挿入してある方
向）に向ってリークしていくことになる。そして、固体
高分子膜３の端の部分で混合、即ちガス漏れの状態とな
る。しかるに、水素側、酸素（又は空気）側とも固体高
分子膜３とガスセパレータ１との間に設けられたガスシ
ールパッキン８によりガス漏れが防止され、更に耐加圧
力を高めるために前記加圧用パッキン９により耐加圧力
を高められ、ガスのシール性を保つ構造としていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体高分子電解質燃料電池スタックによれば、以下に述
べる問題点を有している。即ち、燃料電池を積層し、ス
タック化する際、電極接合体２やガスシールパッキン８
を均一に圧縮することが難しく、圧縮力の小さい所から
燃料ガスや酸化剤ガスが漏洩しやすい。
固体高分子電解質燃料電池スタックによれば、以下に述
べる問題点を有している。即ち、燃料電池を積層し、ス
タック化する際、電極接合体２やガスシールパッキン８
を均一に圧縮することが難しく、圧縮力の小さい所から
燃料ガスや酸化剤ガスが漏洩しやすい。
【０００９】この発明はこうした事情を考慮してなされ
たもので、積層されたガスセパレータ間の周縁部に空間
を設けるか、あるいはガスセパレータの周縁部に１本又
は複数本の溝を設けることにより、ガスセパレータ間か
ら燃料電池スタック外部へ漏洩する燃料ガス，酸化剤ガ
ス，あるいは冷却媒体を捕え、これらのガスや冷却媒体
の漏洩を防止できる固体高分子電解質燃料電池スタック
を提供することを目的とする。
たもので、積層されたガスセパレータ間の周縁部に空間
を設けるか、あるいはガスセパレータの周縁部に１本又
は複数本の溝を設けることにより、ガスセパレータ間か
ら燃料電池スタック外部へ漏洩する燃料ガス，酸化剤ガ
ス，あるいは冷却媒体を捕え、これらのガスや冷却媒体
の漏洩を防止できる固体高分子電解質燃料電池スタック
を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願第１の発明は、固体
高分子膜の両側に電極を夫々配置した電極接合体と、ガ
スセパレータとを積層した固体高分子電解質燃料電池ス
タックにおいて、前記ガスセパレータ間の周縁部に不活
性ガス又は水を流通，封入する空間を設けたことを特徴
とする固体高分子電解質燃料電池スタックである。
高分子膜の両側に電極を夫々配置した電極接合体と、ガ
スセパレータとを積層した固体高分子電解質燃料電池ス
タックにおいて、前記ガスセパレータ間の周縁部に不活
性ガス又は水を流通，封入する空間を設けたことを特徴
とする固体高分子電解質燃料電池スタックである。
【００１１】本願第２の発明は、固体高分子膜の両側に
電極を夫々配置した電極接合体と、ガスセパレータとを
積層した固体高分子電解質燃料電池スタックにおいて、
前記ガスセパレータの周縁部に不活性ガス又は水を流
通，封入する溝を設けたことを特徴とする固体高分子電
解質燃料電池スタックである。
電極を夫々配置した電極接合体と、ガスセパレータとを
積層した固体高分子電解質燃料電池スタックにおいて、
前記ガスセパレータの周縁部に不活性ガス又は水を流
通，封入する溝を設けたことを特徴とする固体高分子電
解質燃料電池スタックである。
【００１２】
【作用】この発明によれば、積層されたガスセパレータ
間の周縁部に不活性ガス又は水を流通，封入する空間を
設けるか、あるいはガスセパレータの周縁部に不活性ガ
ス又は水を流通，封入する溝を設けることにより、燃料
電池スタック本体内部を流れている燃料ガス又は酸化剤
ガス又は冷却水をスタック内に閉じ込めることが可能と
なり、スタック外への漏洩を防止できる。
間の周縁部に不活性ガス又は水を流通，封入する空間を
設けるか、あるいはガスセパレータの周縁部に不活性ガ
ス又は水を流通，封入する溝を設けることにより、燃料
電池スタック本体内部を流れている燃料ガス又は酸化剤
ガス又は冷却水をスタック内に閉じ込めることが可能と
なり、スタック外への漏洩を防止できる。
【００１３】また、スタック外へ漏れ出ようとする燃料
ガス又は酸化剤ガス又は冷却水は、前記空間又は溝中に
流れ込み、不活性ガス又は水とともに流通出口を通して
スタック外へ搬出されるため、スタック本体側面のガス
セパレータ間より漏洩することなく、非常に安全であ
る。
ガス又は酸化剤ガス又は冷却水は、前記空間又は溝中に
流れ込み、不活性ガス又は水とともに流通出口を通して
スタック外へ搬出されるため、スタック本体側面のガス
セパレータ間より漏洩することなく、非常に安全であ
る。
【００１４】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。 （実施例１）図１を参照する。
明する。 （実施例１）図１を参照する。
【００１５】図中の21はカーボン製ガスセパレータであ
り、各ガスセパレータ21間には電極接合体22が積層され
ている。この電極接合体22は、固体高分子膜23と、この
固体高分子膜23の両側に形成された第１触媒電極（陽極
側）24，第２触媒電極（陰極側）25と、これらの電極2
4，25の外側に夫々形成されたポーラスな第１カーボン
電極（陽極側）26，ポーラスな第２カーボン電極（陰極
側）27とから構成されている。
り、各ガスセパレータ21間には電極接合体22が積層され
ている。この電極接合体22は、固体高分子膜23と、この
固体高分子膜23の両側に形成された第１触媒電極（陽極
側）24，第２触媒電極（陰極側）25と、これらの電極2
4，25の外側に夫々形成されたポーラスな第１カーボン
電極（陽極側）26，ポーラスな第２カーボン電極（陰極
側）27とから構成されている。
【００１６】前記固体高分子膜23の端部側は触媒電極や
カーボン電極の端部より外側に若干突出しており、その
突出部分の両側（固体高分子膜23とガスセパレータとの
間）にガスシールパッキン（例えばゴム製パッキン）28
が設けられている。ここで、ガスシールパッキン23を設
けるのは、水素、酸素又は空気が前記カーボン電極26，
27を透過するためガスセパレータ21の周囲方向（即ちガ
スシールパッキンが挿入してある方向）に向ってリーク
し、固体高分子膜23の端の部分で混合（即ちガス漏れの
状態となる）するのを防止するためのものである。前記
固体高分子膜23の端部側でかつガスセパレータ21間に
は、加圧用パッキン（例えばテフロン製パッキン）29が
設けられている。ここで、前記加圧用パッキン29を設け
るのは、耐加圧力を高めるためである。前記ガスセパレ
ータ21，固体高分子膜23，ガスシールパッキン28及び加
圧用パッキン29で囲まれた領域は、不活性ガス又は水を
流通，封入する空間30となっている。
カーボン電極の端部より外側に若干突出しており、その
突出部分の両側（固体高分子膜23とガスセパレータとの
間）にガスシールパッキン（例えばゴム製パッキン）28
が設けられている。ここで、ガスシールパッキン23を設
けるのは、水素、酸素又は空気が前記カーボン電極26，
27を透過するためガスセパレータ21の周囲方向（即ちガ
スシールパッキンが挿入してある方向）に向ってリーク
し、固体高分子膜23の端の部分で混合（即ちガス漏れの
状態となる）するのを防止するためのものである。前記
固体高分子膜23の端部側でかつガスセパレータ21間に
は、加圧用パッキン（例えばテフロン製パッキン）29が
設けられている。ここで、前記加圧用パッキン29を設け
るのは、耐加圧力を高めるためである。前記ガスセパレ
ータ21，固体高分子膜23，ガスシールパッキン28及び加
圧用パッキン29で囲まれた領域は、不活性ガス又は水を
流通，封入する空間30となっている。
【００１７】前記電極接合体22の第１カーボン電極26，
第２カーボン電極27側の前記ガスセパレータ21には、夫
々水素流路溝31，酸素（又は空気）流路溝32が設けられ
ている。前記ガスセパレータ21には、前記空間30に連通
する該空間30に不活性ガス又は水を導入する導通孔33が
設けられている。更に、前記ガスセパレータ21には、水
素流路溝31が形成された面とは反対側に冷却水流路溝34
が設けられている。
第２カーボン電極27側の前記ガスセパレータ21には、夫
々水素流路溝31，酸素（又は空気）流路溝32が設けられ
ている。前記ガスセパレータ21には、前記空間30に連通
する該空間30に不活性ガス又は水を導入する導通孔33が
設けられている。更に、前記ガスセパレータ21には、水
素流路溝31が形成された面とは反対側に冷却水流路溝34
が設けられている。
【００１８】前記空間30には、スタックの外部より導通
孔33を通じて不活性ガス又は水を導入する。なお、導通
孔33は入口，出口を閉じ、不活性ガス又は水を封入する
ようにしてもよい。
孔33を通じて不活性ガス又は水を導入する。なお、導通
孔33は入口，出口を閉じ、不活性ガス又は水を封入する
ようにしてもよい。
【００１９】上記実施例１によれば、前記ガスセパレー
タ21，固体高分子膜23，ガスシールパッキン28及び加圧
用パッキン29により不活性ガス又は水を流通，封入する
空間30を形成するとともに、前記ガスセパレータ21に前
記空間30と連通する導通孔33を設けた構成になっている
ため、空間30に不活性ガス又は水を流通（又は封入）す
ることにより、ガスセパレータ21から燃料電池スタック
外部へ漏洩しようとする燃料ガス，酸化剤，冷却媒体を
捕えることができる。また、スタック本体側面からの燃
料ガス，酸化剤，冷却媒体を防止できるので、非常に安
全である。 （実施例２）図２を参照する。但し、図１と同部材は同
符号を付して説明を省略する。
タ21，固体高分子膜23，ガスシールパッキン28及び加圧
用パッキン29により不活性ガス又は水を流通，封入する
空間30を形成するとともに、前記ガスセパレータ21に前
記空間30と連通する導通孔33を設けた構成になっている
ため、空間30に不活性ガス又は水を流通（又は封入）す
ることにより、ガスセパレータ21から燃料電池スタック
外部へ漏洩しようとする燃料ガス，酸化剤，冷却媒体を
捕えることができる。また、スタック本体側面からの燃
料ガス，酸化剤，冷却媒体を防止できるので、非常に安
全である。 （実施例２）図２を参照する。但し、図１と同部材は同
符号を付して説明を省略する。
【００２０】図中の符号41は、電極接合体22が位置する
側のガスセパレータ21に形成された不活性ガス又は水を
導入するための流通溝である。図２の場合も、図１の場
合と同様に、前記流通溝41に不活性ガス又は水を導入し
たり、流通溝41の入口，出口を閉じて不活性ガス又は水
を封入する。
側のガスセパレータ21に形成された不活性ガス又は水を
導入するための流通溝である。図２の場合も、図１の場
合と同様に、前記流通溝41に不活性ガス又は水を導入し
たり、流通溝41の入口，出口を閉じて不活性ガス又は水
を封入する。
【００２１】こうした構成の実施例２によれば、電極接
合体22が位置する側のガスセパレータ21に形成された不
活性ガス又は水を導入するための流通溝41を設けること
により、実施例１と同様、ガスセパレータ21から燃料電
池スタック外部へ漏洩しようとする燃料ガス，酸化剤，
冷却媒体を捕えることができ、またスタック本体側面か
らの燃料ガス，酸化剤，冷却媒体を防止できて非常に安
全である。 （実施例３）図３を参照する。但し、図１及び図２と同
部材は同符号を付して説明を省略する。
合体22が位置する側のガスセパレータ21に形成された不
活性ガス又は水を導入するための流通溝41を設けること
により、実施例１と同様、ガスセパレータ21から燃料電
池スタック外部へ漏洩しようとする燃料ガス，酸化剤，
冷却媒体を捕えることができ、またスタック本体側面か
らの燃料ガス，酸化剤，冷却媒体を防止できて非常に安
全である。 （実施例３）図３を参照する。但し、図１及び図２と同
部材は同符号を付して説明を省略する。
【００２２】この実施例３では、図１，図２の場合と異
なり、電極接合体22の端部側に加圧用パッキン29を設け
ることなく、電極接合体22の一構成である固体高分子膜
23の端部をガスセパレータ21と同一面になるまで延在さ
せるとともに、ガスセパレータ21と固体高分子膜23との
間にガスシールパッキン28を介在させている。前記ガス
シールパッキン28には、前記流通溝41に連通する連絡孔
51が設けられ、不活性ガス又は水が導入できるようにな
っている。
なり、電極接合体22の端部側に加圧用パッキン29を設け
ることなく、電極接合体22の一構成である固体高分子膜
23の端部をガスセパレータ21と同一面になるまで延在さ
せるとともに、ガスセパレータ21と固体高分子膜23との
間にガスシールパッキン28を介在させている。前記ガス
シールパッキン28には、前記流通溝41に連通する連絡孔
51が設けられ、不活性ガス又は水が導入できるようにな
っている。
【００２３】こうした構成の実施例３によれば、流通溝
41の他、該流通溝41に連通する連絡孔51が設けられた構
成になっているため、固体高分子膜23とガスシールパッ
キン28との間のガス漏れを防止できる。なお、上記実施
例では、ガスセパレータがカーボン製の場合について述
べたが、これに限らず、例えば金属製であってもよい。
41の他、該流通溝41に連通する連絡孔51が設けられた構
成になっているため、固体高分子膜23とガスシールパッ
キン28との間のガス漏れを防止できる。なお、上記実施
例では、ガスセパレータがカーボン製の場合について述
べたが、これに限らず、例えば金属製であってもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
積層されたガスセパレータ間の周縁部に空間を設ける
か、あるいはガスセパレータの周縁部に１本又は複数本
の溝を設けることにより、ガスセパレータ間から燃料電
池スタック外部へ漏洩する燃料ガス，酸化剤ガス，ある
いは冷却媒体を捕え、これらのガスや冷却媒体の漏洩を
防止できる固体高分子電解質燃料電池スタックを提供で
きる。
積層されたガスセパレータ間の周縁部に空間を設ける
か、あるいはガスセパレータの周縁部に１本又は複数本
の溝を設けることにより、ガスセパレータ間から燃料電
池スタック外部へ漏洩する燃料ガス，酸化剤ガス，ある
いは冷却媒体を捕え、これらのガスや冷却媒体の漏洩を
防止できる固体高分子電解質燃料電池スタックを提供で
きる。
【図１】この発明の実施例１に係る固体高分子電解質燃
料電池スタックの断面図。
料電池スタックの断面図。
【図２】この発明の実施例２に係る固体高分子電解質燃
料電池スタックの断面図。
料電池スタックの断面図。
【図３】この発明の実施例３に係る固体高分子電解質燃
料電池スタックの断面図。
料電池スタックの断面図。
【図４】従来の固体高分子電解質燃料電池スタックの断
面図。
面図。
21…ガスセパレータ、 22…電極接合体、 23…
固体高分子膜、24…第１触媒電極、 25…第２触
媒電極、 26…第１カーボン電極、27…第２カーボン電
極、 28…ガスシールパッキン、29…加圧用パッキ
ン、 30…空間、 31…水素流路溝、32…
酸素（又は空気）流路溝、33…導通孔、 34…冷却
水流路溝、41…流通溝、 51…連絡孔。
固体高分子膜、24…第１触媒電極、 25…第２触
媒電極、 26…第１カーボン電極、27…第２カーボン電
極、 28…ガスシールパッキン、29…加圧用パッキ
ン、 30…空間、 31…水素流路溝、32…
酸素（又は空気）流路溝、33…導通孔、 34…冷却
水流路溝、41…流通溝、 51…連絡孔。
Claims (2)
- 【請求項１】 固体高分子膜の両側に電極を夫々配置し
た電極接合体と、ガスセパレータとを積層した固体高分
子電解質燃料電池スタックにおいて、前記ガスセパレー
タ間の周縁部に不活性ガス又は水を流通，封入する空間
を設けたことを特徴とする固体高分子電解質燃料電池ス
タック。 - 【請求項２】 固体高分子膜の両側に電極を夫々配置し
た電極接合体と、ガスセパレータとを積層した固体高分
子電解質燃料電池スタックにおいて、前記ガスセパレー
タの周縁部に不活性ガス又は水を流通，封入する溝を設
けたことを特徴とする固体高分子電解質燃料電池スタッ
ク。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04560893A JP3349189B2 (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 固体高分子電解質燃料電池スタック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04560893A JP3349189B2 (ja) | 1993-03-08 | 1993-03-08 | 固体高分子電解質燃料電池スタック |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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-
1993
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