JPH06338335A

JPH06338335A - 固体高分子電解質型燃料電池

Info

Publication number: JPH06338335A
Application number: JP5124566A
Authority: JP
Inventors: Miyako Morita; 美也子森田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1993-05-27
Publication date: 1994-12-06
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JP3146758B2

Abstract

(57)【要約】【目的】固体高分子電解質型燃料電池において、電解質
膜に寸法の収縮が生じたとしても、電解質膜の破損の発
生度を低減することが可能な固体高分子電解質型燃料電
池を提供する。【構成】固体高分子電解質燃料電池の燃料電池セル１
は、従来例の燃料電池セルに対して、燃料電極２Ａと酸
化剤電極２Ｂを用いるようにしたものである。燃料電極
２Ａおよび酸化剤電極２Ｂは、従来例の燃料電極および
酸化剤電極に対して、それぞれの角部７４を半径寸法；
Ｒの円弧状に形成したものである点のみが異なってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、固体高分子電解質型
燃料電池の、固体高分子電解質膜に加わる集中応力が低
減されるよう改良された構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池として、これに使用される電解
質の種類により、固体高分子電解質型，りん酸型，溶融
炭酸塩型，固体酸化物型などの各種の燃料電池が知られ
ている。このうち、固体高分子電解質型燃料電池は、分
子中にプロトン（水素イオン）交換基を有する高分子樹
脂膜を飽和に含水させると，低い抵抗率を示してプロト
ン導電性電解質として機能することを利用した燃料電池
である。

【０００３】図４は、従来例の固体高分子電解質燃料電
池の単電池を展開した状態で模式的に示した側面断面図
である。図４において、７は、電解質層７Ｃと、燃料電
極（アノード極でもある。）７Ａと、酸化剤電極（カソ
ード極でもある。）７Ｂとで構成されている燃料電池セ
ルである。電解質層７Ｃは、薄い矩形状をなした固体高
分子電解質膜（以降、ＰＥ膜と略称することがある。）
からなっている。燃料電極７Ａは、ＰＥ膜７Ｃの一方の
主面に密接して積層されて、燃料ガス（例えば、水素あ
るいは水素を高濃度に含んだガスである。）の供給を受
ける電極である。また，酸化剤電極７Ｂは、ＰＥ膜７Ｃ
の他方の主面に密接して積層されて、酸化剤ガス（例え
ば、空気である。）の供給を受ける電極である。燃料電
極７Ａの外側面側が，燃料電池セル７の一方の側面７ａ
であり、酸化剤電極７Ｂの外側面側が，燃料電池セル７
の他方の側面７ｂである。燃料電極７Ａおよび酸化剤電
極７Ｂは、共に触媒活物質を含むそれぞれの触媒層７１
Ａ，７１Ｂと、この触媒層７１Ａ，７１Ｂをそれぞれ支
持するとともに反応ガス（以降、燃料ガスと酸化剤ガス
を総称してこのように言うことが有る。）を供給および
排出するとともに集電体としての機能を有する多孔質の
電極基材７２Ａ，７２Ｂで構成されている。なお、燃料
電極７Ａならびに酸化剤電極７Ｂは、図４中に示すごと
く、ＰＥ膜７Ｃの面方向の外形寸法よりも小さい面方向
の外形寸法を持つものであり、したがって、燃料電極７
Ａならびに酸化剤電極７Ｂの端部とＰＥ膜７Ｃ端部との
間には、図４中に示すように寸法；Ｗを持つＰＥ膜７Ｃ
の露出面が存在することとなる。なお、図４に示した事
例では、燃料電極７Ａと酸化剤電極７Ｂは共に、同一の
面方向の外形寸法を持つものである。

【０００４】また、６Ａは、ガスを透過しない材料を用
いて製作され、燃料電池セル７の一方の側面７ａ側に配
設されて，その片面に図示しない燃料ガスを通流させる
とともに，未消費の水素を含む燃料ガスを排出するため
の同一の間隔により複数個設けられた凹状の溝（ガス流
通用溝）６１Ａと、このガス流通溝６１Ａ間に介在する
凸状の隔壁６２Ａとが、互いに交互に形成されているセ
パレータである。６Ｂは、燃料電池セル７の他方の側面
７ｂ側に配設されて，その片面に図示しない酸化剤ガス
を通流させるとともに，未消費の酸素を含む酸化剤ガス
を排出するための同一の間隔により複数個設けられた凹
状の溝（ガス流通用溝）６１Ｂと、このガス流通溝６１
Ｂ間に介在する凸状の隔壁６２Ｂとが、互いに交互に形
成されており、セパレータ６Ａと同様に、ガスを透過し
ない材料で製作されたセパレータである。

【０００５】なお、凸状の隔壁６２Ａ，６２Ｂの頂部
は、それぞれ、セパレータ６Ａ，６Ｂの燃料電池セルと
対向する側の側面６Ａａ，６Ｂａと同一面になるように
形成されている。セパレータ６Ａは、この側面６Ａａを
燃料電池セル７の側面７ａに密接させて、また、セパレ
ータ６Ｂは、この側面６Ｂａを燃料電池セル７の側面７
ｂに密接させて、それぞれ燃料電池セル７を挟むように
して配設される。

【０００６】なおまた、７３は、セパレータ６Ａ，６Ｂ
のガス流通溝６１Ａ，６１Ｂ中を通流する反応ガスが、
通流路外に漏れ出るのを防止する役目を負うガスシール
体であり、それぞれのセパレータ６Ａ，６Ｂの周縁部で
ある寸法（Ｗ）の露出面部と、燃料電池セル７の周縁部
との間の空所に配置されるものである。さらにまた、セ
パレータ６Ａ，６Ｂは、図４中に示すごとく、燃料電極
７Ａおよび酸化剤電極７Ｂの面方向の外形寸法よりも大
きい面方向の外形寸法を持っているものであり、図４に
示した事例では、セパレータ６Ａ，６Ｂは、ＰＥ膜７Ｃ
の面方向の外形寸法と同一の面方向の外形寸法を持って
いるものである。

【０００７】上記した燃料電池セル７の厚さ寸法は多く
の場合に１〔ｍｍ〕以下であり、その面積は広いほど製
造原価の低減が図れることから、可能なかぎり広い面
積，例えば，１〔ｍ²〕程度に製作される。また、その
場合の燃料電池セル７を構成している燃料電極７Ａの厚
さ寸法および酸化剤電極７Ｂの厚さ寸法は、それぞれ
０．３〔ｍｍ〕〜０．４〔ｍｍ〕程度であり、ＰＥ膜７
Ｃの厚さ寸法については０．１〔ｍｍ〕〜０．２〔ｍ
ｍ〕程度である。また、ＰＥ膜７Ｃ，燃料電極７Ａおよ
び酸化剤電極７Ｂは、それぞれ、あらかじめ広いシート
状の中間素材として製作され、それらのシート状の中間
素材をそれぞれ前記の寸法に裁断したうえで、触媒層７
１Ａ，７１Ｂ側をＰＥ膜７Ｃのそれぞれの主面にホット
プレスすることにより互いに強固に密着させている。

【０００８】１個の燃料電池セル７が発生する電圧は、
１〔Ｖ〕程度以下と低い値であるので、前記した構成を
持つ単電池５の多数個を、各燃料電池セル７と，これに
介挿されるセパレータ６Ａ，６Ｂを介して、互いに直列
接続した燃料電池セル集積体（以降、スタックと略称す
ることがある。）として構成し、電圧を高めて実用に供
されるのが一般的である。

【０００９】図５は、固体高分子電解質型燃料電池のス
タックの模式的に示した構成図である。図５において、
８は、複数の単電池５を積層し、さらにその両端部に複
数の単電池５の持つ燃料電池セル７で発生した直流電気
を取り出すための集電板８１ａ，８１ｂと、単電池５お
よび集電板８１ａ，８１ｂを構造体から電気的に絶縁す
るための電気絶縁板８２ａ，８２ｂと、単電池５，集電
板８１ａ，８１ｂ、および電気絶縁板８２ａ，８２ｂを
積層した積層体の両外端部に配設される締付板８３ａ，
８３ｂと、締付板８３ａ，８３ｂに適度の加圧力を与え
る締め付けボルト８４を備え、これらに加えて、複数の
単電池５を積層する毎に介挿される冷却体８５とで構成
されている固体高分子電解質型燃料電池のスタックであ
る。

【００１０】燃料電池セル７においては、後記する直流
電気の発電を行う際に、発電する電力とほぼ同等量の損
失が発生する。この損失による熱を除去するのが前記の
冷却体８５の役目である。冷却体８５には、熱を除去す
るための図示しない水，空気等の冷媒を通流させて、燃
料電池セル７を後記する適温に保持する。したがって、
図５に示した構成のスタック８においては、セパレータ
６Ａ，６Ｂは、反応ガスの透過を防止すること、ガス流
通用溝６１Ａ，６１Ｂにより，燃料電池セル７に供給す
る反応ガスの通流路を確保することと共に、燃料電池セ
ル７で発電された直流電気および燃料電池セル７で生じ
た損失による熱を、凸状の隔壁６２Ａ，６２Ｂを介して
集電板８１ａ，８１ｂおよび冷却体８５に伝達する役目
も果たしていることとなる。

【００１１】さらに、スタック８では、燃料電池セル７
から集電板８１ａ，８１ｂおよび冷却体８５に至る間の
電気抵抗，熱抵抗を小さく抑えることが、燃料電池の特
性を向上することになるので、各接触部における電気抵
抗値および熱抵抗値の低減を図るために、常に一定の圧
力が加わるように締め付けボルト８４により加圧されて
いる。一般にこの加圧力は数〔kg/cm²〕程度である。

【００１２】以上の構成を備えたスタック８において
は、複数の燃料電池セル７が備える燃料電極７Ａおよび
酸化剤電極７Ｂのそれぞれに、燃料電極７Ａには燃料ガ
スを、また、酸化剤電極７Ｂに酸化剤ガスを供給するこ
とで、それぞれの電極７Ａ，７Ｂの触媒層７１Ａ，７１
ＢとＰＥ膜でなる電解質層７Ｃとの界面に三相界面（前
記触媒層７１Ａ，７１Ｂ中の触媒と、ＰＥ膜、いずれか
の反応ガスとが、互い接する界面のことを言う。）を形
成させ、電気化学反応を生じさせることで直流電気を発
生させる。なお前記触媒層７１Ａ，７１Ｂは、微小な粒
子状の白金触媒とはっ水性を有するフッ素樹脂から形成
されており、しかも多数の細孔を形成することで、反応
ガスの三層界面までの効率的な拡散を維持するするとと
もに、十分広い面積の三層界面が形成される構成として
いる。

【００１３】ところで、電解質層７Ｃを形成しているＰ
Ｅ膜は、前述したとおり、分子中にプロトン（水素イオ
ン）交換基を有する高分子膜であり、飽和に含水させる
と常温で２０〔Ω・ｃｍ〕以下の抵抗率を示してプロト
ン導電性電解質として機能する膜である。このＰＥ膜の
飽和含水量は、温度によって可逆的に変化する。なお，
ＰＥ膜としては、現時点においては、パ−フルオロスル
ホン酸樹脂膜（例えば、米国、デュポン社製、商品名ナ
フィオン膜）等が知られている。このようなＰＥ膜を用
いた電解質層７Ｃと、触媒層と、反応ガスとが形成する
三相界面で生じる電気化学反応は、次のとおりである。

【００１４】アノード電極７Ａでは（１）式の反応が起
こる。

【００１５】

【数１】

【００１６】カソード電極７Ｂでは（２）式の反応が起
こる。

【００１７】

【数２】

【００１８】つまりアノード電極７Ａにおいては、外部
より供給された水素がプロトンと電子を生成する。この
生成されたプロトンは、ＰＥ膜７Ｃ中をカソード電極７
Ｂに向かって移動し、電子は、図示しない外部電気回路
を通ってカソード電極７Ｂに移動する。一方、カソード
電極７Ｂにおいては、外部より供給された酸素とＰＥ膜
７Ｃ中をアノード電極７Ａより移動してきたプロトンと
外部電気回路より移動してきた電子が反応し、水分を生
成する。かくして、燃料電池セル７は、水素と酸素を得
て直流電気を発電するのである。このような固体高分子
電解質型燃料電池においては、ＰＥ膜７Ｃの抵抗率を小
さくして高い発電効率が得られるようにするために、通
常、５０〔℃〕から１００〔℃〕程度の温度条件で運転
される。なお、このＰＥ膜７Ｃは、反応ガスである燃料
ガスや酸化剤ガスが透過しない膜でもあるので、反応ガ
スが相互に混合するいわゆるクロスリークを防止する役
目も果たしている。

【００１９】なおまた、セパレータとしては、前述した
溝６１Ａあるいは溝６１Ｂを一方の側面のみに配設した
構成のセパレータ６Ａ，６Ｂ以外に、スタック構成の際
に互いに隣接するセパレータの溝も一体に形成すること
で，スタック構成の合理化を図るために、ガス流通溝６
１Ａ，６１Ｂをその両側面に配設するようにしたセパレ
ータも知られている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
るセパレータを用いた固体高分子電解質型燃料電池にお
いては、直流発電の機能を十分に発揮するのであるが、
次記する問題が有る。すなわち、燃料電池セル７は、前
述した工程により製作されているために、図６に燃料電
極７Ａの場合を示したごとく、矩形状をなしている燃料
電極７Ａおよび酸化剤電極７Ｂの角部７４は、直角形を
なしている。ところで、固体高分子電解質型燃料電池の
電解質膜であるＰＥ膜７Ｃには、その湿潤状態により寸
法の膨張あるいは寸法の収縮を起こすという性質が有
る。すなわちＰＥ膜７Ｃは、含水度が高くなるに従いそ
の寸法が膨張し、また、含水度が低くなるに従いその寸
法が収縮をする。しかしながら、ＰＥ膜７Ｃと電極７Ｘ
（以降、燃料電極７Ａと酸化剤電極７Ｂを総称する場合
には、このように言うことがある。）とは、前述した工
程により製作されているために、極めて強固に接合され
ているので、ＰＥ膜７Ｃの寸法の収縮は、ＰＥ膜７Ｃの
露出部〔図４中に寸法（Ｗ）で示した。〕にのみ起こ
り、ＰＥ膜７Ｃの電極７Ｘと接合されている部位では収
縮が生じない。この結果、ＰＥ膜７Ｃの露出部と，電極
７Ｘとの境界部分のＰＥ膜７Ｃ中には、この不均一な収
縮が原因となって、大きな内部応力が発生する。図６に
おける左右方向の寸法収縮と，図６における上下方向の
寸法収縮とが加わる角部７４と接する部位においては、
特に、角部７４が直角の角度の持つことが重なること
で、大きな集中荷重が働くことになる。

【００２１】このために、露出部の角部７４付近で、Ｐ
Ｅ膜７Ｃに破損が生じる場合が有った。このＰＥ膜７Ｃ
の露出部は、反応ガスが通流路外に漏れ出るのを防止す
る役目を負うガスシール体７３が装着される部位であ
り、この場所でＰＥ膜７Ｃに破損が生じると、反応ガス
の通流路外への漏れ出し、さらには、いわゆるクロスリ
ークを引き起こし、電極７Ｘの寿命が短縮したり、つい
には、図７に例示するように燃料電池の運転の継続が不
能になるという問題になることがあるものである。

【００２２】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、固体高分子電解質
型燃料電池において、ＰＥ膜に寸法の収縮が生じたとし
ても、ＰＥ膜の破損の発生度を低減することが可能な固
体高分子電解質型燃料電池を提供することに有る。

【００２３】

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、１）燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力
を発電する燃料電池セルと、この燃料電池セルの両側に
配置されて，燃料電池セルに燃料ガスまたは酸化剤ガス
を供給するための複数個のガス流通溝を有するセパレー
タとを備え、燃料電池セルは、ＰＥ膜でなる電解質層
と、このＰＥ膜の二つの主面のそれぞれに密着して配置
されて，ＰＥ膜の面方向の外形寸法よりも小さい面方向
の外形寸法を持つ電極とを有するものであり、セパレー
タは、燃料電池セルと対向する側の側面に、複数個のガ
ス流通用の凹状の溝と、互いに隣接する凹状の溝の間に
介在する凸状の隔壁とが形成されているものである、固
体高分子電解質型燃料電池において、燃料電池セルの備
える電極は、その角部を円弧状に形成したものである構
造とすること、また２）燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて直流電力
を発電する燃料電池セルと、この燃料電池セルの両側に
配置されて，燃料電池セルに燃料ガスまたは酸化剤ガス
を供給するための複数個のガス流通溝を有するセパレー
タとを備え、燃料電池セルは、ＰＥ膜でなる電解質層
と、このＰＥ膜の二つの主面のそれぞれに密着して配置
されて，ＰＥ膜の面方向の外形寸法よりも小さい面方向
の外形寸法を持つ電極とを有するものであり、セパレー
タは、燃料電池セルと対向する側の側面に、複数個のガ
ス流通用の凹状の溝と、互いに隣接する凹状の溝の間に
介在する凸状の隔壁とが形成されているものである、固
体高分子電解質型燃料電池において、燃料電池セルの備
える電極は、その角部に面取が施されたものである構造
とすること、により達成される。

【００２４】

【作用】この発明においては、固体高分子電解質型燃料電池の燃料電池セルの備える
電極を、その角部を円弧状に形成したものとする構造と
することにより、ＰＥ膜に発生する寸法収縮により、Ｐ
Ｅ膜の，電極の角部と接する部位に生じる内部応力は、
電極の角部が大きな曲率を備えるようになることによ
り、その集中の度合いが低減される。これにより、ＰＥ
膜の寸法収縮が原因となって露出部の角部付近に発生す
るＰＥ膜の破損の発生度を低減することが可能となる。
また固体高分子電解質型燃料電池の燃料電池セルの備える
電極を、その角部に面取が施されたものとする構造とす
ることにより、前記の項で述べた作用を得るに当た
り、その加工を容易とすることが可能となる。

【００２５】

【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。実施例１；図１は、請求項１に対応するこの発明の一実
施例による固体高分子電解質型燃料電池に用いられる燃
料電池セルを示すもので、（ａ）は図４におけるＰ矢方
向から見たその平面図であり、（ｂ）は図１ａの模式的
に示した側面断面図である。図１において、図４，図６
に示した従来例による固体高分子電解質型燃料電池の燃
料電池セルと同一部分には同じ符号を付し、その説明を
省略する。なお、図１中には、図４で付した符号につい
ては、代表的な符号のみを記した。

【００２６】図１において、１は、図４に示した従来例
の固体高分子電解質燃料電池の燃料電池セル７に対し
て、燃料電極７Ａと酸化剤電極７Ｂに替えて、燃料電極
２Ａと酸化剤電極２Ｂを用いるようにした固体高分子電
解質燃料電池の燃料電池セルである。燃料電極２Ａおよ
び酸化剤電極２Ｂは、図４に示した従来例の燃料電極７
Ａおよび酸化剤電極７Ｂに対して、図１中に示すよう
に、それぞれの角部７４を半径寸法；Ｒの円弧状に形成
したものである点のみが異なっている。燃料電極２Ａお
よび酸化剤電極２Ｂは、それぞれ触媒層７１Ａ，７１Ｂ
側と電極基材７２Ａ，７２Ｂからなるシート状の中間素
材をそれぞれの所定の寸法に裁断したうえで、その角部
７４に前記の円弧状加工を施し、その後に、ＰＥ膜７Ｃ
のそれぞれの主面にホットプレスすることにより互いに
強固に密着させている。

【００２７】上記による構成を備える燃料電池セル１
を、図４に例示した固体高分子電解質型燃料電池の単電
池５における従来例の燃料電池セル７に替えて使用する
ことで、固体高分子電解質型燃料電池の単電池が構成さ
れる。この発明では前述の構成としたので、ＰＥ膜７Ｃ
の収縮が原因となって，ＰＥ膜７Ｃの露出部の，電極２
Ｘ（以降、燃料電極２Ａおよび酸化剤電極２Ｂを総称す
る場合には、このように言うことがある。）との境界部
分のＰＥ膜７Ｃ中に生じる集中応力は、電極２Ｘの角部
７４が円弧状をなしており、その曲率半径が大きくなっ
ていることにより低減される。

【００２８】ところで、上記したＰＥ膜７Ｃ中に生じる
集中応力の低減される度合いは、円弧の半径寸法（Ｒ）
の値により異なるものである。すなわち、半径寸法
（Ｒ）が大きくなるに従い、集中応力の低減される度合
いは増大する。しかしながら、半径寸法（Ｒ）が大きく
なるに従い、燃料電池セル１の電気化学反応に寄与する
面積が低減するので、その発電装置としての出力特性は
低下する。そこで、燃料電池セル１として、半径寸法
（Ｒ）が、１０〔ｍｍ〕，３〔ｍｍ〕および１〔ｍｍ〕
のものを製作し、単電池に組み込んでそれぞれ動作運転
を実施した。半径寸法（Ｒ）が１０〔ｍｍ〕の燃料電池
セル１を用いた単電池が、最も長期間にわたって安定し
た運転をすることができたが、半径寸法（Ｒ）が３〔ｍ
ｍ〕の燃料電池セル１を用いた単電池も、図２に例示し
たその連続運転データに示すように、実用上十分な連続
運転時間を得ることができた。しかしながら、半径寸法
（Ｒ）が１〔ｍｍ〕の燃料電池セル１を用いた単電池に
おいては、図６による従来例よりも改善はされたが、望
ましい連続運転時間を得ることはできなかった。なお、
この半径寸法（Ｒ）の値の条件においては、その発電特
性にほとんど有為の差は認められなかった。これらのこ
とから、半径寸法（Ｒ）の値は、３〔ｍｍ〕程度以上に
することが好ましいと言うことができる。

【００２９】実施例２；図３は、請求項２に対応するこ
の発明の一実施例による固体高分子電解質型燃料電池に
用いられる燃料電池セルを示すもので、（ａ）は図４に
おけるＰ矢方向から見たその平面図であり、（ｂ）は図
３ａの模式的に示した側面断面図である。図３におい
て、図４，図６に示した従来例による固体高分子電解質
型燃料電池の燃料電池セルと同一部分には同じ符号を付
し、その説明を省略する。なお、図３中には、図４で付
した符号については、代表的な符号のみを記した。

【００３０】図３において、３は、図４に示した従来例
の固体高分子電解質燃料電池の燃料電池セル７に対し
て、燃料電極７Ａと酸化剤電極７Ｂに替えて、燃料電極
４Ａと酸化剤電極４Ｂを用いるようにした固体高分子電
解質燃料電池の燃料電池セルである。燃料電極４Ａおよ
び酸化剤電極４Ｂは、図４に示した従来例の燃料電極７
Ａおよび酸化剤電極７Ｂに対して、図３中に示すよう
に、それぞれの角部７４に一辺の寸法；Ｓによる面取り
加工を施したものである点のみが異なっている。燃料電
極４Ａおよび酸化剤電極４Ｂは、それぞれ触媒層７１
Ａ，７１Ｂ側と電極基材７２Ａ，７２Ｂからなるシート
状の中間素材をそれぞれの所定の寸法に裁断したうえ
で、その角部７４に前記の面取り加工を施し、その後
に、ＰＥ膜７Ｃのそれぞれの主面にホットプレスするこ
とにより互いに強固に密着させている。

【００３１】上記による構成を備える燃料電池セル３
を、図４に例示した固体高分子電解質型燃料電池の単電
池５における従来例の燃料電池セル７に替えて使用する
ことで、固体高分子電解質型燃料電池の単電池が構成さ
れる。この発明では前述の構成としたので、ＰＥ膜７Ｃ
の収縮が原因となって，ＰＥ膜７Ｃの露出部の，電極４
Ｘ（以降、燃料電極４Ａおよび酸化剤電極４Ｂを総称す
る場合には、このように言うことがある。）との境界部
分のＰＥ膜７Ｃ中に生じる集中応力は、電極４Ｘの角部
７４に面取りが施されて、その等価的な曲率半径が大き
くなっていることにより低減される。しかも、増大され
た曲率半径を得るに当たり、実施例１の円弧状加工の場
合よりも加工が容易である利点が有る。

【００３２】ところで、上記したＰＥ膜７Ｃ中に生じる
集中応力の低減される度合いは、実施例１の場合と同様
に、面取り寸法（Ｓ）の値により異なるものである。す
なわち、面取り寸法（Ｓ）が大きくなるに従い、集中応
力の低減される度合いは増大する。しかしながら、面取
り寸法（Ｓ）が大きくなるに従い、燃料電池セル３の電
気化学反応に寄与する面積が低減するので、その発電装
置としての出力特性は低下する。そこで、燃料電池セル
３として、面取り寸法（Ｓ）が、１０〔ｍｍ〕，３〔ｍ
ｍ〕および１〔ｍｍ〕ものを製作し、単電池に組み込ん
でそれぞれ動作運転を実施した。面取り寸法（Ｓ）が１
０〔ｍｍ〕の燃料電池セル３を用いた単電池が、最も長
期間にわたって安定した運転をすることができたが、面
取り寸法（Ｓ）が３〔ｍｍ〕の燃料電池セル３を用いた
単電池も、実施例１の半径寸法（Ｒ）が３〔ｍｍ〕の燃
料電池セル１とほぼ同等の連続運転時間を得ることがで
きた。しかしながら、面取り寸法（Ｓ）が１〔ｍｍ〕の
燃料電池セル３を用いた単電池においては、図６による
従来例よりも改善はされたが、望ましい連続運転時間を
得ることはできなかった。なお、この面取り寸法（Ｓ）
の値の条件においては、その発電特性にほとんど有為の
差は認められなかった。これらのことから、面取り寸法
（Ｓ）の値は、３〔ｍｍ〕程度以上にすることが好まし
いと言うことができる。

【００３３】

【発明の効果】この発明においては、前述の構成とする
ことで、ＰＥ膜に寸法の収縮が生じたとしても、ＰＥ膜
の露出部の，電極との境界部分のＰＥ膜に生じる集中応
力が低減されることにより、ＰＥ膜の破損の発生度を低
減することが可能になる。この結果、先に図２中に例示
したとおり、固体高分子電解質型燃料電池は長期間にわ
たって安定した運転を行うことが可能となる効果が有
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に対応するこの発明の一実施例による
固体高分子電解質型燃料電池に用いられる燃料電池セル
を示すもので、（ａ）は図４におけるＰ矢方向から見た
その平面図であり、（ｂ）は図１ａの模式的に示した側
面断面図

【図２】この発明による燃料電池セルを用いた固体高分
子電解質型燃料電池の単電池の連続運転データ例を示す
グラフ

【図３】請求項２に対応するこの発明の一実施例による
固体高分子電解質型燃料電池に用いられる燃料電池セル
を示すもので、（ａ）は図４におけるＰ矢方向から見た
その平面図であり、（ｂ）は図３ａの模式的に示した側
面断面図

【図４】従来例の固体高分子電解質燃料電池の単電池を
展開した状態で模式的に示した側面断面図

【図５】固体高分子電解質型燃料電池のスタックの模式
的に示した構成図

【図６】図４においてＰ矢方向から見た平面図

【図７】従来例の燃料電池セルを用いた固体高分子電解
質型燃料電池の単電池の連続運転データ例を示すグラフ

【符号の説明】

１燃料電池セル２Ａ燃料電極２Ｂ酸化剤電極３燃料電池セル４Ａ燃料電極４Ｂ酸化剤電極５単電池（固体高分子電解質型燃料電池の）６Ａセパレータ６Ｂセパレータ７Ｃ電解質層（ＰＥ膜）７４角部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて
直流電力を発電する燃料電池セルと、この燃料電池セル
の両側に配置されて，燃料電池セルに燃料ガスまたは酸
化剤ガスを供給するための複数個のガス流通溝を有する
セパレータとを備え、燃料電池セルは、固体高分子電解質膜でなる電解質層
と、この電解質層の二つの主面のそれぞれに密着して配
置されて，電解質層の面方向の外形寸法よりも小さい面
方向の外形寸法を持つ電極とを有するものであり、セパレータは、燃料電池セルと対向する側の側面に、複
数個のガス流通用の凹状の溝と、互いに隣接する凹状の
溝の間に介在する凸状の隔壁とが形成されているもので
ある、固体高分子電解質型燃料電池において、燃料電池セルの備える電極は、その角部を円弧状に形成
したものである、ことを特徴とする固体高分子電解質型
燃料電池。
【請求項２】燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を受けて
直流電力を発電する燃料電池セルと、この燃料電池セル
の両側に配置されて，燃料電池セルに燃料ガスまたは酸
化剤ガスを供給するための複数個のガス流通溝を有する
セパレータとを備え、燃料電池セルは、固体高分子電解質膜でなる電解質層
と、この電解質層の二つの主面のそれぞれに密着して配
置されて，電解質層の面方向の外形寸法よりも小さい面
方向の外形寸法を持つ電極とを有するものであり、セパレータは、燃料電池セルと対向する側の側面に、複
数個のガス流通用の凹状の溝と、互いに隣接する凹状の
溝の間に介在する凸状の隔壁とが形成されているもので
ある、固体高分子電解質型燃料電池において、燃料電池セルの備える電極は、その角部に面取が施され
たものである、ことを特徴とする固体高分子電解質型燃
料電池。