JPH08250130A - Solid polymer type fuel cell - Google Patents

Solid polymer type fuel cell

Info

Publication number
JPH08250130A
JPH08250130A JP7056146A JP5614695A JPH08250130A JP H08250130 A JPH08250130 A JP H08250130A JP 7056146 A JP7056146 A JP 7056146A JP 5614695 A JP5614695 A JP 5614695A JP H08250130 A JPH08250130 A JP H08250130A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polymer electrolyte
current collector
fuel
electrode
gas
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.)
Granted
Application number
JP7056146A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2922132B2 (en
Inventor
Soichiro Shimotori
宗一郎 霜鳥
Yoshiharu Muku
儀晴 椋
Atsuo Muneuchi
篤夫 宗内
Kenji Murata
謙二 村田
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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 Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP7056146A priority Critical patent/JP2922132B2/en
Publication of JPH08250130A publication Critical patent/JPH08250130A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2922132B2 publication Critical patent/JP2922132B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

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
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • 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
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • 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
    • 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
    • H01M8/2483Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065Solid electrolytes
    • H01M2300/0082Organic 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

Abstract

PURPOSE: To provide a solid polymer type fuel cell, wherein assembly is facilitated and performance is sharply improved, by forming a fuel electrode side collector out of a hydrophilic conductive porous body, and a humidifying water permeating body out of a water repellent porous body respectively. CONSTITUTION: Fuel and oxidant electrodes 101 and 102 are arranged on both the surfaces of a polymer electlyte membrane 100, and a fuel electrode side collector 105 having a fuel gas guide groove 106 and an oxidant electrode side collector 107 having an oxidant gas guide groove 108 are provided while contacting with the electrodes 101 and 102 to form a unit cell, and plurals of its are layered. A cooling plate 110 is inserted into the lower surface of the collector 105 via a humidifying water permeating body 109 composed of porous body at every single cell, to supply cooling water to the membrane 100 via the collector 105 and the electrode 101. At this time, the collector 105 is formed out of a hydrophilic carbon porous plate, having a porosity of about 70% and a mean hole diameter of about 40μm, and is provided with the groove 106; and the body 109 is formed out of a carbon porous thin plate, having a porosity of about 40% and a mean hole diameter of about 5μm, and water repellent treatment is applied.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、水素イオン伝導性を有
する高分子膜や水素イオン伝導性を有する無機または有
機材料粉末と高分子結着材料とからなる複合材を電解質
として用いる固体高分子型燃料電池に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a solid polymer using a polymer film having hydrogen ion conductivity or a composite material composed of a powder of an inorganic or organic material having hydrogen ion conductivity and a polymer binder as an electrolyte. Type fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、高効率のエネルギ変換装置として
燃料電池が注目を集めている。燃料電池は、これに用い
る電解質の種類により、たとえばアルカリ性水溶液型,
リン酸型,固体高分子型等の低温動作燃料電池と、溶融
炭酸塩型,固体酸化物電解質型等の高温動作燃料電池と
に大別される。
2. Description of the Related Art In recent years, fuel cells have been attracting attention as a highly efficient energy conversion device. Fuel cells are, for example, alkaline aqueous solution type, depending on the type of electrolyte used for them.
It is roughly classified into low temperature operating fuel cells such as phosphoric acid type and solid polymer type, and high temperature operating fuel cells such as molten carbonate type and solid oxide electrolyte type.

【0003】これらの燃料電池のうち、電解質として水
素イオン伝導性を有する高分子電解質膜(Polymer Elec
trolyte Membrane)を用いる固体高分子型燃料電池は、
加圧容器を必要とせず、コンパクトで高出力密度が得ら
れること、優れた起動性が得られ、かつ簡略なシステム
で運転が可能であることなどの理由から、宇宙用、移動
電源用、離島用、定置用などとして注目されている。
Among these fuel cells, a polymer electrolyte membrane having a hydrogen ion conductivity as an electrolyte (Polymer Elec
A polymer electrolyte fuel cell using a trolyte Membrane)
Because it does not require a pressure vessel, it is compact and has a high power density, it has excellent startability, and it can be operated with a simple system. It is attracting attention for use in stationary and stationary applications.

【0004】固体高分子型燃料電池で用いられる電解質
膜としては、スルホン酸基を持つポリスチレン系の陽イ
オン交換膜、フルオロカーボンスルホン酸とポリビニリ
デンフルオライドとの混合物質、フルオロカーボンマト
リックスにトリフルオロエチレンをグラフト化したもの
等が知られている。最近ではパーフルオロカーボンスル
ホン酸膜(たとえば、ナフィオン:商品名、デュポン社
製)等も用いられている。
As an electrolyte membrane used in a polymer electrolyte fuel cell, a polystyrene cation exchange membrane having a sulfonic acid group, a mixed substance of fluorocarbon sulfonic acid and polyvinylidene fluoride, and trifluoroethylene as a fluorocarbon matrix. Grafted products and the like are known. Recently, a perfluorocarbon sulfonic acid membrane (for example, Nafion: trade name, manufactured by DuPont) is also used.

【0005】このような高分子電解質膜を用いる固体高
分子型燃料電池は、ガス拡散層および触媒層としての機
能を有する一対の多孔質電極、つまり燃料極と酸化剤極
とで高分子電解質膜を挟持するとともに両極の外側に燃
料流路と酸化剤流路とを備えた集電体を配したものを単
セルとし、このような単セルを複数個、冷却板等を介し
て積層した構成となっている。
A polymer electrolyte fuel cell using such a polymer electrolyte membrane has a pair of porous electrodes having a function as a gas diffusion layer and a catalyst layer, that is, a fuel electrode and an oxidant electrode. A single cell having a current collector having a fuel flow path and an oxidant flow path disposed on both outer sides of the single electrode, and a structure in which a plurality of such single cells are laminated via a cooling plate or the like. Has become.

【0006】すなわち、図19に代表的な固体高分子型
燃料電池の例を示すように、高分子膜1を挟むように燃
料極2と酸化剤極3(図示せず)とを配置し、燃料極1
側に燃料ガス流路としての機能を備えた多孔質の燃料極
側集電板4を配置し、酸化剤極2側に同じく酸化剤ガス
流路としての機能を備えた溝付きの酸化剤極側集電板5
を配置する。そして、燃料極側集電板4の上に加湿水を
保持するための多孔質板(冷却板)6を配置し、燃料極
2の周辺にシールのためのパッキング7を配置し、同様
に酸化剤極3の周辺にシールのためのパッキング8を配
置する。
That is, as shown in FIG. 19 as an example of a typical polymer electrolyte fuel cell, a fuel electrode 2 and an oxidizer electrode 3 (not shown) are arranged so as to sandwich a polymer membrane 1. Fuel pole 1
A porous fuel electrode side current collector plate 4 having a function as a fuel gas flow channel is disposed on the side, and a grooved oxidant electrode also having a function as an oxidant gas flow channel is provided on the oxidant electrode 2 side. Side current collector 5
To place. Then, a porous plate (cooling plate) 6 for holding the humidifying water is arranged on the fuel electrode side current collecting plate 4, a packing 7 for sealing is arranged around the fuel electrode 2, and oxidation is similarly performed. A packing 8 for sealing is arranged around the agent electrode 3.

【0007】このように各要素を配置したものを単セル
とし、この単セルを複数個積層して固体高分子型燃料電
池が構成されている。なお、積層体中には各単セルを隔
離するためのセパレータ9が挿設されている。また、こ
の図の例では、燃料極側集電板4に設けられた燃料ガス
流路と酸化剤極側集電板5に溝によって形成された酸化
剤ガス流路とが互いに直交しており、積層体の対向する
2側面に酸化剤流路が開口している。また、パッキング
7には燃料の供給と排出とを行うためのマニホールド部
10,11(ただし、マニホールド部11は図示せ
ず。)が設けられている。
A unit cell is formed by arranging the respective elements in this way, and a plurality of the unit cells are laminated to form a polymer electrolyte fuel cell. A separator 9 for separating each unit cell is inserted in the laminated body. Further, in the example of this figure, the fuel gas flow channel provided in the fuel electrode side current collector plate 4 and the oxidant gas flow channel formed by the groove in the oxidant electrode side current collector plate 5 are orthogonal to each other. An oxidant flow channel is opened on two opposing side surfaces of the stack. Further, the packing 7 is provided with manifold portions 10 and 11 (however, the manifold portion 11 is not shown) for supplying and discharging fuel.

【0008】積層体の両端面にはエンドプレート12が
重ねて設けられる。そして、これらエンドプレート12
の外側にエンドプレート12より大きい図示しない締付
け板を配置し、これら締付け板間を締付けロッドとバネ
とを用いて締付け、これによって積層された各単セル部
品間の面接触を保ち、電気的、熱的な抵抗を小さくして
いる。なお、酸化剤ガスとしては純酸素や空気が用いら
れ、燃料ガスとしては純水素や天然ガスやメタノールを
改質した水素リッチなガスが用いられる。
End plates 12 are provided so as to overlap each other on both end faces of the laminated body. And these end plates 12
A tightening plate (not shown) larger than the end plate 12 is arranged on the outer side of the end plate 12, and the tightening plates and the tightening plates are tightened between the tightening plates by using a tightening rod and a spring. The thermal resistance is reduced. Pure oxygen or air is used as the oxidant gas, and pure hydrogen or a hydrogen-rich gas obtained by reforming natural gas or methanol is used as the fuel gas.

【0009】しかしながら、上記のように構成された従
来の固体高分子型燃料電池にあっては次のような問題が
あった。 (1) 電気的定数のほぼ等しいスタックを組立てることが
困難 図19から判るように、固体高分子型燃料電池を構成す
るには多くの部品を必要する。このように部品数が多い
と、複数の単セルを積層組立するときの作業が極めて困
難となるばかりか、各部品間の接触抵抗がある値以下と
なるように各部を組立てることが困難となり、電気的定
数のほぼ等しいスタックを複数用意することが困難で、
システム全体の性能低下を招く問題があった。
However, the conventional polymer electrolyte fuel cell constructed as described above has the following problems. (1) It is difficult to assemble a stack having almost the same electric constants As can be seen from FIG. 19, many parts are required to construct a polymer electrolyte fuel cell. If the number of parts is large in this way, not only the work when stacking and assembling a plurality of single cells becomes extremely difficult, but also it becomes difficult to assemble each part so that the contact resistance between each part is below a certain value, It is difficult to prepare multiple stacks with almost the same electrical constants,
There was a problem that the performance of the entire system deteriorated.

【0010】(2) 望まれる加湿系統の構築が困難 電解質として用いられる高分子膜は、水分を含んだ状態
で水素イオン伝導性を示す。乾燥すれば絶縁体となり、
電解質の機能を果たさない。そして、飽和状態まで吸湿
したとき、最も高い伝導性を示す。起電反応を継続させ
るには、高分子電解質膜の乾燥を防ぎ、含水状態に保
つ、つまり加湿する必要がある。
(2) Difficult to construct a desired humidification system A polymer membrane used as an electrolyte exhibits hydrogen ion conductivity in a state of containing water. It becomes an insulator when dried,
Does not function as an electrolyte. When it absorbs moisture to a saturated state, it exhibits the highest conductivity. In order to continue the electromotive reaction, it is necessary to prevent the polymer electrolyte membrane from drying and keep it in a water-containing state, that is, humidify it.

【0011】高分子電解質膜を加湿する方法としては、
電池温度より高温に加熱した燃料ガスや酸化剤ガスに水
蒸気を加え電池内で凝集させて加湿する、いわゆる間接
加湿方式と、冷却水の一部を多孔質板(冷却板)および
多孔質の燃料極側集電板を通して燃料極内に滲み出させ
て直接加湿する直接加湿方式とがある。
As a method of humidifying the polymer electrolyte membrane,
A so-called indirect humidification method in which steam is added to fuel gas or oxidant gas heated to a temperature higher than the cell temperature to condense and humidify in the cell, and a part of cooling water is porous plate (cooling plate) and porous fuel There is a direct humidification method in which it exudes into the fuel electrode through the electrode side current collector plate and directly humidifies.

【0012】しかし、間接加湿方式では、燃料ガスや酸
化剤ガスを電池の動作温度よりも高温に加熱する必要が
あるので、効率の低下を免れ得ない。一方、直接加湿方
式では、システムの停止時などにおいて、冷却水の一部
が燃料極内に洩れ出したり、逆に燃料ガスが冷却水中に
入り込むなど、システムの保全性に問題があった。ま
た、定電流密度で定常発電しているときには、電池反応
による生成水が酸化剤極から高分子電解質膜に拡散し、
高分子電解質膜が充分加湿される。したがって、このよ
うな場合には加湿水が不要になり、その結果として余剰
の加湿水で燃料極が閉塞して性能が低下する問題もあっ
た。
However, in the indirect humidification method, it is necessary to heat the fuel gas and the oxidant gas to a temperature higher than the operating temperature of the cell, so that the efficiency cannot be avoided. On the other hand, in the direct humidification method, there is a problem in system integrity such that part of the cooling water leaks into the fuel electrode when the system is stopped, or conversely, fuel gas enters the cooling water. Also, during steady-state power generation at a constant current density, the water produced by the battery reaction diffuses from the oxidizer electrode to the polymer electrolyte membrane,
The polymer electrolyte membrane is sufficiently humidified. Therefore, in such a case, there is also a problem that the humidifying water becomes unnecessary and, as a result, the surplus humidifying water blocks the fuel electrode and the performance deteriorates.

【0013】また、単セルの積層数が多くなった場合、
重力の作用によって、垂直方向の下部に位置する単セル
ほど透過水量が多くなり、上部を適度な加湿状況にしよ
うとすると下部の燃料ガス流路が余剰の水で閉塞され、
逆に下部を適度な加湿状況にしようとすると上部では加
湿不足が発生するなどの問題もあった。
Further, when the number of laminated single cells increases,
Due to the action of gravity, the amount of permeated water increases in the unit cell located in the lower part in the vertical direction, and when trying to put the upper part in an appropriate humidification state, the fuel gas flow path in the lower part is blocked with excess water,
On the contrary, there was a problem that when the lower part was made to have an appropriate humidification condition, insufficient humidification occurred at the upper part.

【0014】(3) 燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水の
シールが困難 図19に示されるように、燃料極2および酸化剤極3の
周囲に平らなパッキング7,8を配置し、これらパッキ
ング7,8で燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水のシー
ルを行っているが、平パッキングと電極との段差調整が
極めて難しい。すなわち、パッキング7,8が厚すぎる
と、燃料極2や酸化剤極3が燃料極側集電板4や酸化剤
極側集電板5と良好に接触せず、接触抵抗が大きくなっ
て、電池性能が低下してしまう。また、電極が厚すぎる
と、パッキング7,8に充分なシール面圧を加えること
ができず、これが原因して供給ガスおよび冷却水のリー
クをもたらす。また、固体高分子型燃料電池では、図1
9に示されるように、セパレータ9、パッキング7,8
等に供給ガスおよび冷却水の供給/排出用の孔を設ける
内部マニホールド構成を採用するのが一般的である。こ
の場合には、パッキング7,8の面積が大きくなり、こ
の結果、スタックの断面積が大きくなって大きい締付け
力が必要となり、スタッド、金属バネなどからなる締付
け治具が大掛かりになってしまうという問題があった。
(3) Difficult to seal fuel gas, oxidant gas and cooling water As shown in FIG. 19, flat packings 7 and 8 are arranged around the fuel electrode 2 and the oxidant electrode 3, and these packings are arranged. Fuel gas, oxidant gas, and cooling water are sealed at 7 and 8, but it is extremely difficult to adjust the level difference between the flat packing and the electrode. That is, if the packings 7 and 8 are too thick, the fuel electrode 2 and the oxidant electrode 3 will not come into good contact with the fuel electrode side current collector plate 4 and the oxidant electrode side current collector plate 5, and the contact resistance will increase. Battery performance will decrease. On the other hand, if the electrodes are too thick, it is not possible to apply sufficient sealing surface pressure to the packings 7 and 8, which causes a leak of supply gas and cooling water. In addition, in the polymer electrolyte fuel cell, as shown in FIG.
As shown in FIG. 9, separator 9, packing 7, 8
It is common to employ an internal manifold configuration in which holes for supplying / discharging the supply gas and the cooling water are provided. In this case, the areas of the packings 7 and 8 are increased, and as a result, the cross-sectional area of the stack is increased and a large tightening force is required, and a tightening jig composed of studs, metal springs and the like becomes large in size. There was a problem.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来の固
体高分子型燃料電池にあっては、構造的に電池性能を向
上させることが困難であった。そこで本発明は、組立て
が容易で、しかも性能を大幅に向上させ得る固体高分子
型燃料電池を提供することを目的としている。
As described above, in the conventional polymer electrolyte fuel cell, it is difficult to structurally improve the cell performance. Therefore, an object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell which is easy to assemble and whose performance can be significantly improved.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第1の発明では、少なくとも高分子電解質
膜と、この高分子電解質膜の両面に接触して設けられた
一対のガス拡散電極と、これらガス拡散電極に接触して
設けられるとともに上記ガス拡散電極との接触面に反応
性ガスを通流させるための複数の案内溝を有した一対の
集電体と、これら集電体の前記案内溝に反応性ガスを分
配するための内部マニホールド機構とを備えた単位セル
を、導電性のセパレータ板を介して複数積層してなる固
体高分子型燃料電池において、前記セパレータ板と、こ
のセパレータ板の少なくとも一方の面に接着固定された
集電体外枠と、この集電体外枠内に配置されるとともに
前記セパレータ板に導電性接着剤で固定された前記集電
体と、この集電体と前記集電体外枠との間に配置される
とともに上記セパレータ板に接着固定された内部マニホ
ールド要素と、前記集電体の前記案内溝の形成された面
を外部に臨ませる開口を有するとともに前記内部マニホ
ールド要素を覆う領域を備えて前記集電体外枠に接着固
定されたマニホールドカバーとからなるセパレータユニ
ットを具備してなることを特徴としている。
In order to achieve the above object, in the first invention of the present invention, at least a polymer electrolyte membrane and a pair of gases provided in contact with both surfaces of the polymer electrolyte membrane are provided. A diffusion electrode, a pair of current collectors provided in contact with these gas diffusion electrodes and having a plurality of guide grooves for allowing a reactive gas to flow therethrough on a contact surface with the gas diffusion electrode, and a pair of current collectors. A unit cell having an internal manifold mechanism for distributing a reactive gas to the guide groove of the body, in a polymer electrolyte fuel cell in which a plurality of unit cells are laminated via a conductive separator plate, the separator plate and , A current collector outer frame that is adhesively fixed to at least one surface of the separator plate, and the current collector that is disposed in the current collector outer frame and fixed to the separator plate with a conductive adhesive, Current collector An internal manifold element that is disposed between the outer frame of the current collector and is fixedly adhered to the separator plate, and an opening that exposes the surface of the current collector on which the guide groove is formed to the outside It is characterized by comprising a separator unit including a manifold cover having a region for covering the manifold element and being fixedly adhered to the outer frame of the current collector.

【0017】なお、前記セパレータユニットを構成する
セパレータ板,集電体外枠,集電体,内部マニホールド
要素およびマニホールドカバーは、それぞれカーボンで
形成されていることが好ましい。
It is preferable that the separator plate, the outer frame of the current collector, the current collector, the internal manifold element, and the manifold cover that constitute the separator unit are made of carbon.

【0018】また、前記集電体と前記マニホールド要素
とが一体に形成されていることがより好ましい。上記目
的を達成するために、本発明の第2の発明では、高分子
電解質膜と、この高分子電解質膜の一方の面に接触して
設けられた多孔質の燃料極と、前記高分子電解質膜の他
方の面に接触して設けられた多孔質の酸化剤極と、導電
性の多孔質体で形成されて前記燃料極に接触して設けら
れるとともに上記燃料極との接触面に燃料ガスを通流さ
せるための複数の案内溝を有した燃料極側集電体と、導
電性部材で形成されて前記酸化剤に接触して設けられる
とともに上記酸化剤極との接触面に酸化剤ガスを通流さ
せるための複数の案内溝を有した酸化剤極側集電体と、
前記燃料極側集電体および前記酸化剤極側集電体の前記
各案内溝に反応性ガスを分配供給するための内部マニホ
ールド機構とを備えた単位セルを複数積層するととも
に、各単位セル毎に冷却板を挿入し、この冷却板内を通
流する冷却水の一部を多孔質体で形成された加湿水透過
体,前記燃料極側集電体および前記燃料極を介して前記
高分子電解質膜に供給するようにした固体高分子型燃料
電池において、前記燃料極側集電体が親水性の導電性多
孔質体で形成され、前記加湿水透過体が撥水性の導電性
多孔質体で形成されていることを特徴としている。
Further, it is more preferable that the current collector and the manifold element are integrally formed. To achieve the above object, in a second aspect of the present invention, a polymer electrolyte membrane, a porous fuel electrode provided in contact with one surface of the polymer electrolyte membrane, and the polymer electrolyte A porous oxidant electrode provided in contact with the other surface of the membrane and a fuel gas formed in a conductive porous body in contact with the fuel electrode and provided in contact with the fuel electrode. A current collector on the fuel electrode side having a plurality of guide grooves for flowing through, and an oxidant gas provided on the contact surface with the oxidant electrode, which is formed of a conductive member and is in contact with the oxidant. An oxidant electrode side current collector having a plurality of guide grooves for flowing through,
A plurality of unit cells provided with an internal manifold mechanism for distributing and supplying a reactive gas to each of the guide grooves of the fuel electrode side current collector and the oxidant electrode side current collector are stacked, and each unit cell is stacked. A cooling plate is inserted into the cooling plate, and a part of the cooling water flowing through the cooling plate is passed through the humidifying water permeation body formed of a porous body, the fuel electrode side current collector, and the fuel electrode through the polymer. In a polymer electrolyte fuel cell adapted to be supplied to an electrolyte membrane, the fuel electrode side current collector is formed of a hydrophilic conductive porous body, and the humidification water permeation body is a water repellent conductive porous body. It is characterized by being formed by.

【0019】なお、前記加湿水透過体は、親水性で導電
性多孔質体に撥水性の樹脂を含浸したもので形成されて
いてもよいし、直径1mm以下の微細孔が複数設けられ
た導電性の緻密な薄板に、撥水処理を施したもので形成
されていてもよい。そして、単セルを複数積層してスタ
ックを構成したとき、垂直方向の下部に位置する加湿水
透過体ほど前記微細孔の配設密度の小さいものを組込む
ようにしてもよい。
The humidified water permeation body may be formed by impregnating a hydrophilic conductive porous body with a water-repellent resin, or a conductive body having a plurality of fine pores having a diameter of 1 mm or less. It may be formed by a water-repellent treatment applied to a thin sheet having excellent properties. When a plurality of unit cells are stacked to form a stack, the humidifying water permeation body located in the lower part in the vertical direction may have a smaller arrangement density of the fine holes.

【0020】上記目的を達成するために、本発明の第3
の発明では、高分子電解質膜の両側に、この高分子電解
質膜よりも面積の小さい燃料極および酸化剤極からなる
ガス拡散電極を配置するとともに上記ガス拡散電極の外
周部分にパッキングを設け、このパッキングでガスシー
ルを行わせるようにした固体高分子型燃料電池におい
て、前記パッキングは、前記ガス拡散電極より薄い弾性
を有したシートで形成されるとともに上記ガス拡散電極
を越える高さの凸型のシール用リップが一体に設けられ
ていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the third aspect of the present invention
In the invention of (1), a gas diffusion electrode composed of a fuel electrode and an oxidizer electrode having a smaller area than the polymer electrolyte membrane is arranged on both sides of the polymer electrolyte membrane, and packing is provided on the outer peripheral portion of the gas diffusion electrode. In a polymer electrolyte fuel cell in which gas sealing is performed by packing, the packing is formed of a sheet having elasticity smaller than that of the gas diffusion electrode, and is a convex type having a height exceeding the gas diffusion electrode. It is characterized in that a sealing lip is integrally provided.

【0021】なお、前記パッキングに、燃料ガス,酸化
剤ガス,冷却水の供給および排出に供される孔を設ける
場合には、これらの孔の周囲にも凸型のシール用リップ
を設けることが好ましい。また、前記パッキングの内縁
部および外縁部に、これらの縁部に沿ってそれぞれ一周
する凸型の内側シール用リップおよび外側シール用リッ
プを設け、電池組立後に上記内側および外側シール用リ
ップ間に形成された空間に不活性ガスを注入可能に形成
してもよい。
When the packing is provided with holes for supplying and discharging fuel gas, oxidant gas, and cooling water, convex sealing lips are also provided around these holes. preferable. In addition, a convex inner sealing lip and an outer sealing lip are provided on the inner edge and the outer edge of the packing so as to go around the edges, respectively, and are formed between the inner and outer sealing lips after the battery is assembled. An inert gas may be formed so that the space can be injected.

【0022】[0022]

【作用】第1の発明では、セパレータ板と、このセパレ
ータ板の少なくとも一方の面に接着固定された集電体外
枠と、この集電体外枠内に配置されるとともにセパレー
タ板に導電性接着剤で固定された集電体と、この集電体
と集電体外枠との間に配置されるとともにセパレータ板
に接着固定された内部マニホールド要素と、集電体の案
内溝の形成された面を外部に臨ませる開口を有するとと
もに内部マニホールド要素を覆う領域を備えて集電体外
枠に接着固定されたマニホールドカバーとからなるセパ
レータユニットを組込む構成を採用しているので、これ
らの接触抵抗や厚みを組立て前の段階で所定幅内に入る
ように管理でき、電気的定数のほぼ等しいスタックを複
数組立てることが容易となり、システム全体の性能向上
に寄与できる。また、セパレータユニットを組込む構成
を採用しているので、組立時における部品数を実質的に
減らすことができ、組立ての容易化に寄与できる。
In the first aspect of the invention, the separator plate, the current collector outer frame adhered and fixed to at least one surface of the separator plate, and the conductive adhesive placed on the separator plate and placed on the separator plate. The current collector fixed with, the inner manifold element disposed between the current collector and the outer frame of the current collector and fixedly adhered to the separator plate, and the surface on which the guide groove of the current collector is formed. The contact resistance and the thickness of the separator unit, which has an opening facing the outside and has a region covering the internal manifold element, and a manifold cover that is adhesively fixed to the current collector outer frame, are incorporated. It can be managed so that it falls within a predetermined width before the assembly, and it becomes easy to assemble a plurality of stacks having substantially the same electric constants, which contributes to the improvement of the performance of the entire system. In addition, since the structure in which the separator unit is incorporated is adopted, the number of parts at the time of assembly can be substantially reduced, which can contribute to facilitation of assembly.

【0023】第2の発明では、燃料極側集電体を親水性
の多孔質体で形成し、加湿水透過体を撥水性の多孔質体
で形成しているので、冷却水の圧力が燃料ガス流の圧力
より所定以上高いときに、圧力差と加湿水透過体の厚み
と気孔率と平均孔径と親水性とで決まる量の水を加湿水
透過体を介して燃料極側集電体、つまり高分子電解質膜
に供給することができる。したがって、圧力差の設定に
よって、必要なときにセル全体を加湿することができ、
また停止時や電池反応生成水で充分加湿されているとき
などのように、加湿を必要としないときには水の供給を
停止することができるので、システムの保全性を向上さ
せることができる。このように必要なときに必要な量の
加湿を行うことができるので、余剰水によって燃料極が
閉塞されるようなことがなく、電池性能の向上に寄与で
きる。
In the second aspect of the invention, since the fuel electrode side current collector is formed of a hydrophilic porous body and the humidification water permeation body is formed of a water repellent porous body, the pressure of the cooling water is the fuel. When the pressure is higher than the pressure of the gas flow by a predetermined amount or more, the amount of water determined by the pressure difference, the thickness of the humidifying water permeation body, the porosity, the average pore diameter, and the hydrophilicity is passed through the humidification water permeation body to the anode side current collector, That is, it can be supplied to the polymer electrolyte membrane. Therefore, by setting the pressure difference, the entire cell can be humidified when needed,
Further, the supply of water can be stopped when humidification is not required, such as when the battery is stopped or when it is sufficiently humidified by the water generated by the battery reaction, so that the system integrity can be improved. In this way, the required amount of humidification can be performed when necessary, so that the fuel electrode is not blocked by the excess water, which contributes to the improvement of the cell performance.

【0024】第3の発明では、ガス拡散電極の外周部分
にガス拡散電極より薄い弾性を有するシートで形成され
たパッキングを配置するとともに、このパッキングにガ
ス拡散電極を越える高さの凸型のシール用リップを一体
に設けているので、ガス拡散電極とパッキングとの厚さ
の違いをシール用リップで吸収することができ、これに
よってガス拡散電極と集電体とを良好に接触させること
ができるので、電池性能の向上に寄与できる。また、パ
ッキングでの受圧面積を減らすことができるので、スタ
ックの締付け力を低減することもできる。
In the third aspect of the invention, a packing formed of a sheet having elasticity smaller than that of the gas diffusion electrode is arranged on the outer peripheral portion of the gas diffusion electrode, and a convex seal having a height exceeding the gas diffusion electrode is provided in the packing. Since the use lip is integrally provided, the difference in thickness between the gas diffusion electrode and the packing can be absorbed by the sealing lip, and thus the gas diffusion electrode and the current collector can be brought into good contact with each other. Therefore, it can contribute to the improvement of battery performance. Moreover, since the pressure receiving area in the packing can be reduced, the tightening force of the stack can be reduced.

【0025】[0025]

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図1には本発明の第1の実施例に係る固体高分子型
燃料電池の分解斜視図が示されている。
Embodiments will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an exploded perspective view of a polymer electrolyte fuel cell according to a first embodiment of the present invention.

【0026】この固体高分子型燃料電池は、単セル21
を互いの間にセパレータ板22a,22bおよび導電性
多孔質材で形成された加湿水透過板23を介在させて複
数積層した積層構造に形成されている。
This solid polymer fuel cell is composed of a single cell 21.
Are formed in a laminated structure in which a plurality of layers are laminated with the separator plates 22a and 22b and the humidifying water permeable plate 23 formed of a conductive porous material interposed therebetween.

【0027】単セル21は、公知のものと同様の材質で
形成された高分子電解質膜24と、この高分子電解質膜
24より小さい面積の導電性多孔質材で形成されて高分
子電解質膜24の図中下面に接触配置された燃料極25
と、同じく高分子電解質膜24より小さい面積の導電性
多孔質材で形成されて高分子電解質膜24の図中上面に
接触配置された酸化剤極26と、燃料極25とほぼ同じ
厚みのシール材で形成されて燃料極25の外周部分に配
置されたシール用のパッキング27と、酸化剤極26と
ほぼ同じ厚みのシール材で形成されて酸化剤極26の外
周部分に配置されたシール用のパッキング28と、酸化
剤極26への酸化剤ガス供給機能と加湿水透過板23へ
の給水機能と集電機能とを備えた両面型セパレータユニ
ット29の一部と、燃料極25への燃料ガスの供給機能
と集電機能とを備えた片面型セパレータユニット30の
一部とで構成されている。
The unit cell 21 is composed of a polymer electrolyte membrane 24 formed of a material similar to a known one, and a conductive porous material having an area smaller than that of the polymer electrolyte membrane 24. Fuel electrode 25 placed in contact with the lower surface in the figure
Similarly, an oxidizer electrode 26 formed of a conductive porous material having an area smaller than that of the polymer electrolyte membrane 24 and arranged in contact with the upper surface of the polymer electrolyte membrane 24 in the figure, and a seal having substantially the same thickness as the fuel electrode 25. And a sealing packing 27 formed of a material and arranged on the outer peripheral portion of the fuel electrode 25, and a sealing member formed of a seal material having substantially the same thickness as the oxidant electrode 26 and arranged on the outer peripheral portion of the oxidant electrode 26. And a part of the double-sided separator unit 29 having a function of supplying an oxidant gas to the oxidant electrode 26, a function of supplying water to the humidifying water permeable plate 23, and a current collecting function, and a fuel to the fuel electrode 25. It is composed of a part of the single-sided separator unit 30 having a gas supply function and a current collecting function.

【0028】両面型セパレータユニット29は、図2お
よび図4に示すように、前述した緻密なカーボン製のセ
パレータ板22aと、このセパレータ板22aの両面に
たとえばエポキシ系の接着剤で固定された緻密なカーボ
ン製の集電体外枠31,32と、これら集電体外枠3
1,32内に配置されるとともにセパレータ板22aに
対してカーボンを含む導電性接着剤で固定された集電体
33,34と、これら集電体33,34と一体に形成さ
れて集電体外枠31,32内に配置されるとともにセパ
レータ板22aに対して上記導電性接着剤で一体に固定
された内部マニホールド要素35,36、37,38
と、集電体33,34を外部に臨ませる開口39,40
を有するとともに内部マニホールド要素35,36、3
7,38を覆う領域41,42を備えて集電体外枠3
1,32にエポキシ系の接着剤で固定されたカーボン製
のマニホールドカバー43,44とで構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 4, the double-sided separator unit 29 includes the above-described dense separator plate 22a made of carbon, and a dense separator fixed on both surfaces of the separator plate 22a with, for example, an epoxy adhesive. Current collector outer frames 31 and 32 made of carbon, and these current collector outer frames 3
1 and 32 and collectors 33 and 34 fixed to the separator plate 22a with a conductive adhesive containing carbon, and the collectors 33 and 34 formed integrally with the collectors Internal manifold elements 35, 36, 37, 38 arranged in the frames 31, 32 and integrally fixed to the separator plate 22a with the conductive adhesive.
And openings 39 and 40 for exposing the current collectors 33 and 34 to the outside
With internal manifold elements 35, 36, 3
Current collector outer frame 3 with regions 41 and 42 covering 7, 38
1 and 32, and carbon manifold covers 43 and 44 fixed with an epoxy adhesive.

【0029】集電体33,34の表面でマニホールドカ
バー43,44の開口39,40から外部を臨む部分に
は、図4にも示すように流体を案内するための案内溝4
5,46が複数平行に形成されている。そして、内部マ
ニホールド要素35,36、37,38は、上述した案
内溝45,46に通じる複数の溝47,48を持つ要素
を主体に形成されている。
As shown in FIG. 4, a guide groove 4 for guiding the fluid is formed on the surface of the current collectors 33, 34 facing the outside from the openings 39, 40 of the manifold covers 43, 44.
5, 46 are formed in parallel. The internal manifold elements 35, 36, 37, 38 are mainly formed of elements having a plurality of grooves 47, 48 communicating with the above-mentioned guide grooves 45, 46.

【0030】ここで、集電体33,34における案内溝
45,46の形成されている面と該面の両側に隣接する
内部マニホールド要素35,36、37,38との間に
は、マニホールドカバー43,44の厚み分に相当する
段差が形成されており、この段差の存在によって図2に
示すように、集電体33,34における案内溝45,4
6の形成されている面とマニホールドカバー43,44
の表面とが面一となっている。
Here, a manifold cover is provided between the surfaces of the current collectors 33 and 34 on which the guide grooves 45 and 46 are formed and the internal manifold elements 35, 36, 37 and 38 adjacent to both sides of the surfaces. A step corresponding to the thickness of 43, 44 is formed, and the presence of the step causes the guide grooves 45, 4 in the current collectors 33, 34 to be present as shown in FIG.
6 surface and manifold covers 43, 44
Is flush with the surface of.

【0031】両面型セパレータユニット29の両側部、
片面型セパレータユニット30の両側部、高分子電解質
膜24の両側部、パッキング27,28の両側部には、
それぞれ図1および図4に示すように、燃料ガスを供給
/排出するための孔50,51と、冷却水を供給/排出
するための孔52,53と、酸化剤ガスを供給/排出す
るための孔54,55とが積層方向に通じる関係に設け
られている。
Both sides of the double-sided separator unit 29,
On both sides of the single-sided separator unit 30, both sides of the polymer electrolyte membrane 24, and both sides of the packings 27 and 28,
As shown in FIGS. 1 and 4, holes 50 and 51 for supplying / discharging the fuel gas, holes 52 and 53 for supplying / discharging the cooling water, and supplying / discharging the oxidant gas. The holes 54 and 55 are provided so as to communicate with each other in the stacking direction.

【0032】そして、両面型セパレータユニット29に
おける内部マニホールド要素35,36は冷却水を供給
/排出するための孔52,53に通じ、また内部マニホ
ールド要素37,38は酸化剤ガスを供給/排出するた
めの孔54,55に通じている。
The internal manifold elements 35 and 36 in the double-sided separator unit 29 communicate with the holes 52 and 53 for supplying / discharging cooling water, and the internal manifold elements 37 and 38 supply / discharging oxidant gas. To the holes 54 and 55.

【0033】片面型セパレータユニット30は、図3に
示すように、多孔質カーボン部60を有するセパレータ
板22bと、このセパレータ板22bの片面にたとえば
エポキシ系の接着剤で固定された多孔質カーボン製の集
電体外枠61と、この集電体外枠61内に配置されると
ともにセパレータ板22bに対してカーボンを含む導電
性接着剤で固定された集電体62と、この集電体62と
一体に形成されて集電体外枠61内に配置されるととも
にセパレータ板22bに対して上記導電性接着剤で一体
に固定された内部マニホールド要素63,64と、集電
体62を外部に臨ませる開口65を有するとともに内部
マニホールド要素63,64を覆う領域66を備えて集
電体外枠61にエポキシ系の接着剤で固定されたカーボ
ン製のマニホールドカバー67とで構成されている。
As shown in FIG. 3, the single-sided separator unit 30 includes a separator plate 22b having a porous carbon portion 60 and a porous carbon member fixed to one surface of the separator plate 22b with, for example, an epoxy adhesive. Current collector outer frame 61, a current collector 62 arranged in the current collector outer frame 61 and fixed to the separator plate 22b with a conductive adhesive containing carbon, and the current collector 62 integrated with the current collector 62. Inner manifold elements 63 and 64 formed on the outer surface of the current collector outer frame 61 and integrally fixed to the separator plate 22b by the conductive adhesive, and an opening for exposing the current collector 62 to the outside. Manifold made of carbon fixed to the outer frame 61 of the current collector with an epoxy adhesive and having a region 66 that covers the inner manifold elements 63 and 64. And a cover 67.

【0034】すなわち、片面型セパレータユニット30
は、セパレータ板22bの周辺部を除く部分および集電
体62が多孔質のカーボンで形成されている点を除く
と、前述した両面型セパレータユニット29におけるセ
パレータ板22aを境にした片側と同様に構成されてい
る。ただし、この片面型セパレータユニット30におけ
る内部マニホールド要素63,64は、燃料ガスを供給
/排出するための孔50,51に通じている。
That is, the single-sided separator unit 30
Is the same as one side of the above-mentioned double-sided separator unit 29 with the separator plate 22a as a boundary, except that the part of the separator plate 22b excluding the peripheral portion and the collector 62 are made of porous carbon. It is configured. However, the internal manifold elements 63 and 64 of the single-sided separator unit 30 communicate with the holes 50 and 51 for supplying / discharging the fuel gas.

【0035】このように構成された単セル21が加湿水
透過板23を介して複数積層されて燃料電池積層体70
が構成されている。そして、この燃料電池積層体70の
積層方向に位置する両端面に導電性のエンドプレート7
1,72が当てがわれ、さらにこれらエンドプレート7
1,72の外面にエンドプレートより幅広な図示しない
締付け板が当てがわれ、これら締付け板の周縁部におい
てバネを介在させた条件下で両締付け板を絶縁性のロッ
ドで積層方向に締付けたものとなっている。
A plurality of the unit cells 21 having the above-described structure are stacked with the humidifying water permeable plate 23 interposed therebetween to form a fuel cell stack 70.
Is configured. Then, the conductive end plates 7 are formed on both end faces of the fuel cell stack 70 located in the stacking direction.
1, 72 are applied, and these end plates 7
Clamping plates (not shown) wider than the end plates are applied to the outer surfaces of 1 and 72, and both clamping plates are clamped with an insulating rod in the stacking direction under the condition that a spring is interposed at the peripheral edge of these clamping plates. Has become.

【0036】なお、エンドプレート71の上面には、前
述した孔50,51を介して燃料ガスの供給/排出を行
うための燃料供給管73,燃料排出管74と、前述した
孔52,53を介して冷却水の供給/排出を行うための
冷却水供給管75,冷却水排出管76と、前述した孔5
4,55を介して酸化剤ガスの供給/排出を行うための
酸化剤ガス供給管77,酸化剤ガス排出管78とが対応
する孔に通じる関係に設けられている。
On the upper surface of the end plate 71, the fuel supply pipe 73 and the fuel discharge pipe 74 for supplying / discharging the fuel gas through the above-mentioned holes 50 and 51, and the above-mentioned holes 52 and 53 are provided. The cooling water supply pipe 75 and the cooling water discharge pipe 76 for supplying / discharging the cooling water via the above-mentioned hole 5
An oxidant gas supply pipe 77 and an oxidant gas discharge pipe 78 for supplying / discharging the oxidant gas through 4, 55 are provided in a relationship leading to the corresponding holes.

【0037】このような構成であると、燃料供給管73
を介して供給された燃料ガスは、各単セル21において
片面型セパレータユニット30における内部マニホール
ド要素63を介して集電体62の各溝に流れる。そし
て、一部が燃料極25に拡散して発電に供され、残りが
内部マニホールド要素64を介して孔51へと流れた後
に燃料排出管74へと流れる。また、酸化剤供給管77
を介して供給された酸化剤ガスは、各単セル21におい
て両面型セパレータユニット29における内部マニホー
ルド要素37を介して集電体34の各溝46に流れる。
そして、一部が酸化剤極26に拡散して発電に供され、
残りが内部マニホールド要素38を介して孔55へと流
れた後に酸化剤排出管78へと流れる。一方、冷却水供
給管75を介して供給された冷却水は、各単セル21に
おいて両面型セパレータユニット29における内部マニ
ホールド要素35を介して集電体33の各溝45に流れ
る。そして、一部が加湿水透過板23、片面型セパレー
タユニット30におけるセパレータ板22bの多孔質カ
ーボン部60、集電体62、燃料極25をそれぞれ透過
して高分子電解質膜24の加湿に供され、残りが内部マ
ニホールド要素36を介して孔53へと流れた後に冷却
水排出管76へと流れる。
With such a structure, the fuel supply pipe 73
The fuel gas supplied via each of the single cells 21 flows into each groove of the current collector 62 via the internal manifold element 63 of the single-sided separator unit 30. Then, a part thereof is diffused to the fuel electrode 25 and used for power generation, and the rest flows to the hole 51 through the internal manifold element 64 and then to the fuel discharge pipe 74. Also, the oxidant supply pipe 77
The oxidant gas supplied via the gas flows to each groove 46 of the current collector 34 in each single cell 21 via the internal manifold element 37 in the double-sided separator unit 29.
Then, a part of them diffuses into the oxidant electrode 26 and is used for power generation,
The remainder flows through the inner manifold element 38 to the holes 55 and then to the oxidant discharge pipe 78. On the other hand, the cooling water supplied via the cooling water supply pipe 75 flows into each groove 45 of the current collector 33 in each single cell 21 via the internal manifold element 35 in the double-sided separator unit 29. Then, a part of them permeates the humidifying water permeable plate 23, the porous carbon portion 60 of the separator plate 22b of the single-sided separator unit 30, the current collector 62, and the fuel electrode 25, respectively, and is used for humidifying the polymer electrolyte membrane 24. , The rest flows through the internal manifold element 36 to the holes 53 and then to the cooling water discharge pipe 76.

【0038】このように、燃料ガス、酸化剤ガスおよび
冷却水の供給によって電池としての機能が発揮される。
そして、この場合には、接着剤によって一体化された前
記構成の両面型セパレータユニット29および片面型セ
パレータユニット30を組込むようにしているので、こ
れらユニットの接触抵抗や厚みを組立て前の段階で精度
よく管理することができる。この結果、電気的定数のほ
ぼ等しいスタックを複数組立てることが容易となるの
で、システム全体の性能向上を図ることができる。
As described above, the function of the battery is exerted by supplying the fuel gas, the oxidant gas and the cooling water.
In this case, since the double-sided separator unit 29 and the single-sided separator unit 30 having the above-described structure integrated by the adhesive are incorporated, the contact resistance and the thickness of these units can be accurately measured before assembling. Can be managed. As a result, it becomes easy to assemble a plurality of stacks having substantially the same electric constants, so that the performance of the entire system can be improved.

【0039】これらのセパレータユニットを使ってセル
を組立て、接触抵抗による電圧ドロップを測定したとこ
ろ、0.4A/cm 2 の電流密度で30mVであった。比較のため
に、従来構成のように各部品を順次積層して組立てられ
たセルの電圧ドロップを測定したところ同じ電流密度で
70mVであった。このように、セパレータユニットを使用
することで、電池性能を向上できることが確認された。
A cell was assembled using these separator units, and the voltage drop due to the contact resistance was measured and found to be 30 mV at a current density of 0.4 A / cm 2 . For comparison, the voltage drop of the cell assembled by sequentially stacking each component as in the conventional configuration was measured, and the same current density was obtained.
It was 70 mV. Thus, it was confirmed that the battery performance can be improved by using the separator unit.

【0040】また、セパレータユニットを組込む構成を
採用すると、組立時において部品数を実質的に減らすこ
とができるので、組立ての容易化も図ることができる。
なお、上述した実施例では、集電体とマニホールド要素
とが一体に形成されたものを用いているが、図5に示す
ように、集電体80とマニホールド要素81,82とが
別体に形成されたものをセパレータユニットに組込むよ
うにしてもよい。また、上述した実施例では燃料極側の
集電体に形成された溝を流れる燃料ガスの通流方向と酸
化剤極側の集電体に形成された溝を流れる酸化剤ガスの
通流方向とを平行流にしているが、向流にしてもよい
し、直交流にしてもよい。
Further, if the construction in which the separator unit is incorporated is adopted, the number of parts can be substantially reduced at the time of assembling, so that the assembling can be facilitated.
Although the current collector and the manifold element are integrally formed in the above-described embodiment, the current collector 80 and the manifold elements 81 and 82 are separately provided as shown in FIG. The formed product may be incorporated into the separator unit. Further, in the above-described embodiment, the flow direction of the fuel gas flowing through the groove formed in the current collector on the fuel electrode side and the flow direction of the oxidant gas flowing through the groove formed in the current collector on the oxidant electrode side Although and are set to be a parallel flow, they may be set to a counter flow or a cross flow.

【0041】さらに、機械的強度を確保できる場合に
は、図6に示すように、マニホールド要素を省略し、集
電体83の両側にマニホールドとして機能する半円状,
三角形状等の空洞84を設けた片面型セパレータユニッ
ト85を用いてもよい。勿論、両面型セパレータユニッ
トを構成することもできる。
Further, when mechanical strength can be secured, as shown in FIG. 6, the manifold element is omitted, and a semicircular shape which functions as a manifold on both sides of the current collector 83.
You may use the single-sided separator unit 85 which provided the cavity 84 of triangular shape. Of course, a double-sided separator unit can also be constructed.

【0042】この図6に示す例では、セパレータ板と集
電体外枠とを一体化した形状のカーボン製のセパレータ
要素85を用いている。また、マニホールドカバー86
として、中央部に集電体83を臨ませる開口87を有す
るとともに、これをセパレータ要素85に接着固定した
とき、丁度その表面と集電体83の溝付き表面とが面一
となる厚みのものを用いている。なお、図6中、88,
89は燃料ガスを通流させるための孔を示し、90,9
1は酸化剤ガスを通流させるための孔を示し、冷却水を
案内するための孔は省略されている。
In the example shown in FIG. 6, a carbon separator element 85 having a shape in which a separator plate and a current collector outer frame are integrated is used. Also, the manifold cover 86
Has a opening 87 facing the current collector 83 in the center, and has a thickness such that the surface thereof is exactly flush with the grooved surface of the current collector 83 when this is bonded and fixed to the separator element 85. Is used. Incidentally, in FIG. 6, 88,
Reference numeral 89 indicates a hole for passing the fuel gas, and 90, 9
Reference numeral 1 denotes a hole for passing an oxidant gas, and a hole for guiding cooling water is omitted.

【0043】次に、図7を参照しながら本発明の第2の
実施例に係る固体高分子型燃料電池について説明する。
先に説明したように、固体高分子型燃料電池を良好に動
作させるには、電解質層を構成している高分子電解質膜
を過不足なく一様に加湿する必要がある。同時に、シス
テムの停止時や電池反応生成水により高分子電解質膜が
充分加湿されているときには、加湿水の供給を停止でき
ることが望まれる。
Next, a polymer electrolyte fuel cell according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As described above, in order to operate the polymer electrolyte fuel cell well, it is necessary to uniformly humidify the polymer electrolyte membrane forming the electrolyte layer. At the same time, it is desirable that the supply of humidifying water can be stopped when the system is stopped or when the polymer electrolyte membrane is sufficiently humidified by the water produced by the battery reaction.

【0044】このような要望を簡単な構成で実現できる
ようにしたのが本実施例であり、図7には単セルだけが
示されている。同図において、100は公知のものと同
様の材質で形成された高分子電解質膜を示している。こ
の高分子電解質膜100の両面には高分子電解質膜より
小さい面積の導電性多孔質材で形成された燃料極101
と酸化剤極102とが接触配置されている。燃料極10
1および酸化剤極102の外周部分には各電極とほぼ同
じ厚みのシール材で形成されたガスシール用のパッキン
グ103,104が配置されている。
In this embodiment, such a demand can be realized with a simple structure, and only a single cell is shown in FIG. In the figure, reference numeral 100 indicates a polymer electrolyte membrane formed of a material similar to a known one. A fuel electrode 101 formed of a conductive porous material having an area smaller than that of the polymer electrolyte membrane on both sides of the polymer electrolyte membrane 100.
And the oxidant electrode 102 are arranged in contact with each other. Fuel pole 10
Packings 103 and 104 for gas sealing, which are formed of a sealing material having substantially the same thickness as each electrode, are arranged on the outer peripheral portions of the electrode 1 and the oxidant electrode 102.

【0045】燃料極101の図中下面側には、燃料極1
01への燃料ガスの供給機能と集電機能とを発揮する燃
料極側集電板105が接触配置されている。この燃料極
側集電板105における燃料極101との接触面には、
燃料ガスを通流させるための案内溝106が複数形成さ
れている。同様に、酸化剤極102の図中上面側には、
酸化剤極102への酸化剤ガスの供給機能と集電機能と
を発揮する酸化剤極側集電板107が接触配置されてい
る。この酸化剤極側集電板107における酸化剤極10
2との接触面にも、酸化剤ガスを通流させるための案内
溝108が複数形成されている。
On the lower surface side of the fuel electrode 101 in the figure, the fuel electrode 1
The fuel electrode side current collecting plate 105 that exhibits the function of supplying the fuel gas to the fuel cell 01 and the current collecting function is arranged in contact. On the contact surface of the fuel electrode side current collector plate 105 with the fuel electrode 101,
A plurality of guide grooves 106 for allowing the fuel gas to flow therethrough are formed. Similarly, on the upper surface side of the oxidizer electrode 102 in the figure,
An oxidant electrode side current collector plate 107, which has a function of supplying an oxidant gas to the oxidant electrode 102 and a current collecting function, is arranged in contact with each other. The oxidant electrode 10 in the oxidant electrode side current collector plate 107
A plurality of guide grooves 108 for allowing the oxidant gas to flow therethrough are also formed on the contact surface with 2.

【0046】燃料極側集電板105は、気孔率70% 平均
孔径 40 μmの親水性のカーボン多孔質板に案内溝10
6を設けたもので形成されている。また、酸化剤極側集
電板107は、カーボン板に案内溝108を設けたもの
で形成されている。
The fuel electrode side current collector plate 105 is a hydrophilic carbon porous plate having a porosity of 70% and an average pore diameter of 40 μm.
6 is provided. Further, the oxidizer electrode side current collector plate 107 is formed of a carbon plate provided with a guide groove 108.

【0047】一方、燃料極側集電板105の図中下面に
は加湿水透過板109が接触配置されており、この加湿
水透過板109の図中下面には冷却板110が接触配置
されている。
On the other hand, a humidifying water permeable plate 109 is arranged in contact with the lower surface of the fuel electrode side current collecting plate 105 in the drawing, and a cooling plate 110 is arranged in contact with the lower surface of the humidifying water permeable plate 109 in the drawing. There is.

【0048】加湿水透過板109は、気孔率40% 、平均
孔径5 μmの親水性のカーボンの多孔質薄板に撥水処理
を施したもので形成されている。すなわち、親水性のカ
ーボンの多孔質薄板をフルオロカーボンの微粒子を含む
縣濁液に浸漬した後に300 ℃以上の温度で焼成し、これ
によって細孔の表面をフルオロカーボンで被覆して撥水
性としている。この際に、加湿水透過板109の表面に
水滴を落とし、接触角が90゜以上であることを確認した
後に、導電性をもたせるために両面を研磨したものとな
っている。
The humidifying water permeable plate 109 is formed by applying water repellent treatment to a porous thin plate of hydrophilic carbon having a porosity of 40% and an average pore diameter of 5 μm. That is, a porous thin plate of hydrophilic carbon is immersed in a suspension containing fine particles of fluorocarbon and then fired at a temperature of 300 ° C. or higher, whereby the surface of pores is coated with fluorocarbon to make it water repellent. At this time, water droplets are dropped on the surface of the humidifying water transmission plate 109, and after confirming that the contact angle is 90 ° or more, both surfaces are polished to have conductivity.

【0049】冷却板110は、カーボン板に冷却水流路
を構成する案内溝111を複数設けたもので形成されて
おり、案内溝111の設けられている面を加湿水透過板
109の図中下面に貼り合わせたものとなっている。
The cooling plate 110 is formed of a carbon plate provided with a plurality of guide grooves 111 constituting a cooling water flow path, and the surface provided with the guide grooves 111 is the lower surface of the humidifying water permeable plate 109 in the figure. It has been attached to.

【0050】このように構成された単セルが複数積層さ
れて燃料電池スタックが構成される。なお、燃料極側集
電板105に設けられた案内溝106、酸化剤極側集電
板107に設けられた案内溝108および冷却板110
に設けられた案内溝111は、公知の固体高分子型燃料
電池と同様の内部マニホールド機構を介して燃料ガス供
給系統、酸化剤ガス供給系統および冷却水供給系統に接
続される。
A fuel cell stack is formed by stacking a plurality of unit cells thus configured. The guide groove 106 provided on the fuel electrode side current collector plate 105, the guide groove 108 provided on the oxidant electrode side current collector plate 107, and the cooling plate 110.
The guide groove 111 provided in is connected to the fuel gas supply system, the oxidant gas supply system, and the cooling water supply system through an internal manifold mechanism similar to that of a known polymer electrolyte fuel cell.

【0051】このように、燃料極側集電板105が親水
性の導電性多孔質材で形成され、この燃料極側集電板1
05に接して設けられる加湿水透過板109が撥水処理
された導電性多孔質材で形成されている。したがって、
加湿水透過板109および燃料極側集電板105を透過
して燃料極101、つまり高分子電解質膜100へ移行
する加湿水の量は、溝111を流れる冷却水の圧力と溝
106を流れる燃料ガスの圧力との差圧に大きく左右さ
れる。したがって、差圧をコントロールすることによっ
て加湿水量を自由に調整することが可能となる。
As described above, the fuel electrode side current collector plate 105 is formed of the hydrophilic conductive porous material, and the fuel electrode side current collector plate 1 is formed.
The humidifying water permeable plate 109 provided in contact with 05 is made of a water-repellent conductive porous material. Therefore,
The amount of humidifying water that passes through the humidifying water transmission plate 109 and the fuel electrode side current collecting plate 105 and moves to the fuel electrode 101, that is, the polymer electrolyte membrane 100 is determined by the pressure of the cooling water flowing in the groove 111 and the fuel flowing in the groove 106. It is greatly affected by the pressure difference from the gas pressure. Therefore, the amount of humidifying water can be freely adjusted by controlling the differential pressure.

【0052】すなわち、図7に示す本実施例の単セルと
親水性の加湿水透過板を用いた従来の単セルとを用意
し、常圧の燃料ガスおよび冷却水を溝106、111に
満たして数日間放置してみたところ、従来の単セルでは
冷却水の一部が漏れて燃料流路である溝106を閉塞し
ていたのに対し、本実施例の単セルでは冷却水がほとん
ど漏れていないことが確認された。
That is, the unit cell of this embodiment shown in FIG. 7 and a conventional unit cell using a hydrophilic humidifying water permeable plate were prepared, and the grooves 106 and 111 were filled with fuel gas and cooling water at normal pressure. When left for several days, the conventional single cell partially leaked the cooling water and clogged the groove 106 which is the fuel flow path, whereas the single cell of the present embodiment almost leaked the cooling water. It was confirmed that not.

【0053】また、加圧した燃料ガスおよび冷却水を供
給し、冷却水の圧力を変化させたときの水透過量すなわ
ち加湿量の変化を調べたところ、図8に示す結果を得
た。なお、図8において、Aが本実施例の単セルのデー
タを示し、Bが従来の単セルのデータを示している。
When the pressurized fuel gas and cooling water were supplied and the pressure of the cooling water was changed to examine the change in the amount of water permeation, that is, the amount of humidification, the results shown in FIG. 8 were obtained. In FIG. 8, A shows the data of the single cell of this embodiment, and B shows the data of the conventional single cell.

【0054】親水性の加湿水透過板を用いた従来の単セ
ルの場合には、毛細管現象により水を供給するため、冷
却水と燃料ガスとが同じ圧力のときにおいても冷却水の
一部が高分子電解質膜100へ供給される。これに対し
て、本実施例の単セルでは、細孔表面の撥水性により、
冷却水と燃料ガスとの差圧が所定の値(10kPa )より小
さいときには、冷却水の一部は高分子電解質膜100へ
供給されない。そして、差圧が所定の値を越えると冷却
水の一部が高分子電解質膜100へ供給され、その供給
量は差圧を増加させるにしたがって増大する。本実施例
の単セルでは、差圧が10kPa のレベルで高分子電解質膜
100を十分に加湿することができた。
In the case of the conventional single cell using the hydrophilic humidifying water permeable plate, since water is supplied by the capillary phenomenon, a part of the cooling water is generated even when the cooling water and the fuel gas have the same pressure. It is supplied to the polymer electrolyte membrane 100. On the other hand, in the single cell of this example, due to the water repellency of the pore surface,
When the differential pressure between the cooling water and the fuel gas is smaller than a predetermined value (10 kPa), part of the cooling water is not supplied to the polymer electrolyte membrane 100. Then, when the differential pressure exceeds a predetermined value, a part of the cooling water is supplied to the polymer electrolyte membrane 100, and the supply amount thereof increases as the differential pressure increases. In the single cell of this example, the polymer electrolyte membrane 100 could be sufficiently humidified at the level of the differential pressure of 10 kPa.

【0055】このように、撥水性の加湿水透過板109
を用いているので、冷却水の圧力と燃料ガスの圧力とが
等しいとき、あるいは冷却水の圧力が低いときには加湿
水の供給を停止することができ、また必要なときに所定
の値より大きな圧力差を設定することによって、高分子
電解質膜100を良好に加湿することができる。なお、
加湿水が過不足なく供給されているか否かの判定は、燃
料ガスの供給圧力の変化等で簡単に知ることができる。
したがって、余剰の加湿水で燃料ガス流路が閉塞されて
電池性能が低下するのを防止することが可能となる。
As described above, the water-repellent humidifying water transmitting plate 109 is used.
Since the pressure of the cooling water is equal to the pressure of the fuel gas, or when the pressure of the cooling water is low, the supply of the humidifying water can be stopped. By setting the difference, the polymer electrolyte membrane 100 can be satisfactorily humidified. In addition,
The determination as to whether or not the humidifying water is being supplied without excess or deficiency can be easily known by a change in the supply pressure of the fuel gas or the like.
Therefore, it is possible to prevent the fuel gas flow path from being blocked by the surplus humidifying water and from deteriorating the cell performance.

【0056】なお、図7に示される単位セルを10枚積層
して積層電池を構成し、燃料流より100kPa高い圧力で冷
却水を供給したときの各セルの燃料流および冷却水の圧
力分布を調べたところ、図9に示す結果を得た。また、
そのときの各セルの加湿量の分布を調べたところ、図1
0に示す結果を得た。これらの図には、毛細管現象によ
る加湿方法を採用した従来の単セルを組込んだ積層電池
の特性も合せて示されている。
The unit cell shown in FIG. 7 is laminated to form a laminated battery, and the fuel flow and cooling water pressure distribution of each cell when cooling water is supplied at a pressure higher than the fuel flow by 100 kPa. Upon examination, the results shown in FIG. 9 were obtained. Also,
When the distribution of the amount of humidification of each cell at that time was examined, it was shown in FIG.
The result shown in 0 was obtained. These figures also show the characteristics of a laminated battery incorporating a conventional single cell adopting a humidification method by a capillary phenomenon.

【0057】積層電池では、分岐損失、合流損失などの
圧力損失により、冷却水、燃料ガスともに各単セルで異
なる圧力となる。従来の加湿方法では、燃料ガスの圧力
と冷却水の圧力が同じセルでは適当な量の加湿水を供給
することができるが、冷却水の圧力と燃料ガスの圧力が
違うセル、特に冷却水の圧力が高いセルでは、水が過剰
に供給され、各セル間において加湿量に著しい差が生じ
る。これに対して、本実施例の単セルを組込んだ積層電
池では、差圧をつけて加湿水を供給しているため、各セ
ルでの圧力差のばらつきを小さくでき、加湿量のばらつ
きも小さくできる。
In the laminated battery, due to pressure loss such as branching loss and merging loss, the cooling water and the fuel gas have different pressures in each single cell. In the conventional humidification method, an appropriate amount of humidification water can be supplied to a cell in which the fuel gas pressure and the cooling water pressure are the same, but the cells in which the cooling water pressure and the fuel gas pressure are different, especially the cooling water In a cell with a high pressure, water is excessively supplied, and a significant difference in humidification amount occurs between cells. On the other hand, in the laminated battery in which the single cell of the present embodiment is incorporated, since the humidifying water is supplied by applying the differential pressure, it is possible to reduce the variation in the pressure difference between the cells and the variation in the humidification amount. Can be made smaller.

【0058】さらに、冷却水と燃料ガスとの圧力差が大
きいセルに、気孔率または平均孔径の小さい加湿水透過
板(撥水処理されている。)を組込んで実験してみた。
この実験では、圧力差が最も小さいNo.1のセルに気
孔率40% の加湿水透過板を組込み、以下セル番号が1つ
増えるにしたって1 % ずつ気孔率が小さくなる加湿水透
過板をそれぞれ組込んだ。そして、燃料ガス流より100k
Pa高い圧力で冷却水を供給したときの各セルの加湿量の
分布を調べたところ、図10に示す結果を得た。この結
果から判るように、圧力差に対応させて加湿水透過板の
気孔率を選択することにより、各単位セルにおける圧力
差から生じる加湿量の差をより小さくでき、各単位セル
を一様に充分に加湿することができる。
Further, an experiment was conducted by incorporating a humidifying water permeable plate (having a water repellent treatment) having a small porosity or a small average pore diameter into a cell having a large pressure difference between the cooling water and the fuel gas.
In this experiment, No. 1 having the smallest pressure difference. A humidifying water permeation plate with a porosity of 40% was incorporated into cell No. 1, and a humidifying water permeation plate with a porosity that decreased by 1% as the cell number increased by 1 was incorporated. And 100k from fuel gas flow
When the distribution of the amount of humidification of each cell when the cooling water was supplied at a high Pa pressure was investigated, the results shown in FIG. 10 were obtained. As can be seen from this result, by selecting the porosity of the humidifying water permeation plate according to the pressure difference, the difference in the amount of humidification caused by the pressure difference in each unit cell can be made smaller, and each unit cell can be made uniform. Can be sufficiently humidified.

【0059】なお、冷却水と燃料ガス流との間に差圧を
生じ易くするためには、加湿水透過板109には燃料極
側集電板105よりも気孔率または平均孔径の小さいも
のを用いる方がよい。
In order to easily generate a pressure difference between the cooling water and the fuel gas flow, the humidifying water permeable plate 109 should have a porosity or average pore size smaller than that of the fuel electrode side current collecting plate 105. Better to use.

【0060】また、気孔率45% 以上、平均孔径 10 μm
以上の多孔質体では、厚さ1mm で10kPa 以上の差圧を設
けることが困難であるため、それよりも小さな気孔率お
よび平均孔径が望ましい。
Further, the porosity is 45% or more, and the average pore diameter is 10 μm.
In the above porous body, it is difficult to provide a pressure difference of 10 kPa or more at a thickness of 1 mm, and thus a porosity and an average pore diameter smaller than that are desirable.

【0061】このような気孔率および平均孔径は、加湿
水透過板を構成する導電性多孔質材の材料の選択によっ
ても得られるが、撥水処理によっても実現できる。たと
えば、撥水性の加湿水透過板の基材として、気孔率70%
、平均孔径40μmの親水性のカーボン多孔質薄板を用
いた場合の例を説明する。
The porosity and the average pore diameter can be obtained by selecting the material of the conductive porous material that constitutes the humidifying water permeable plate, but can also be realized by the water repellent treatment. For example, as a base material for a water-repellent humidified water permeable plate, a porosity of 70%
An example of using a hydrophilic carbon porous thin plate having an average pore diameter of 40 μm will be described.

【0062】まず、上記カーボン多孔質薄板に細孔容量
に対する含浸容量の割合Wが43% ,50% ,57% 、つまり
含浸後の気孔率が49% ,35% ,30% となるようにフルオ
ロカーボンを含浸する。表面に水滴を落とし、接触角が
90°以上であることを確認した後に導電性をもたせるた
めに両面を研磨する。
First, in the above carbon porous thin plate, the ratio W of the impregnation capacity to the pore volume is 43%, 50% and 57%, that is, the porosity after impregnation is 49%, 35% and 30%. Impregnate. Drop water drops on the surface and
After confirming that it is 90 ° or more, both sides are polished to have conductivity.

【0063】このようにして製作された3枚の撥水性の
加湿水透過板に100kPaの差圧をかけたときの加湿量Fを
図11に示す。含浸の割合が大きくなると加湿量が少な
くなる。そこで、Wを変化させ、気孔率が1%刻みで30〜
40% である加湿水透過板を合計10枚製作し、積層電池
に用いたところ、図8にAで示した結果と同様に各セル
を一様に加湿することができた。
FIG. 11 shows the humidification amount F when a differential pressure of 100 kPa is applied to the three water-repellent humidifying water transmitting plates thus manufactured. The higher the impregnation ratio, the smaller the amount of humidification. Therefore, by changing W, the porosity is 30% in 1% increments.
When a total of 10 humidifying water permeation plates of 40% were manufactured and used in the laminated battery, each cell could be uniformly humidified as in the result shown by A in FIG.

【0064】このように、適当な量のフルオロカーボン
を含浸することで、撥水性の加湿水透過板を製作するこ
とが可能になり、さらにその含浸量を変化させることに
より、所定の圧力差での加湿量を調整することができ
る。含浸量により、気孔率および平均孔径が調整できる
ので、気孔率70% 以上または平均孔径40μm以上の導電
性多孔質体を用いることができるが、含浸後の気孔率は
45% 未満、平均孔径10μm未満であることが望ましい。
As described above, by impregnating an appropriate amount of fluorocarbon, it becomes possible to manufacture a water-repellent humidifying water permeable plate, and by varying the impregnation amount, a predetermined pressure difference can be obtained. The amount of humidification can be adjusted. Since the porosity and average pore diameter can be adjusted by the amount of impregnation, a conductive porous body having a porosity of 70% or more or an average pore diameter of 40 μm or more can be used, but the porosity after impregnation is
It is desirable that it is less than 45% and the average pore size is less than 10 μm.

【0065】また、上述した各例では、導電性多孔質材
に撥水処理を施して形成された加湿水透過板を用いてい
るが、図12に示すようにカーボンの緻密な薄板に直径
1mm以下の微細孔112を多数設けたものに撥水処理を
施して形成された加湿水透過板109aを用いることも
できる。
Further, in each of the above-mentioned examples, the humidifying water permeable plate formed by subjecting the conductive porous material to the water repellent treatment is used. However, as shown in FIG. 12, a fine carbon thin plate has a diameter of 1 mm. It is also possible to use a humidifying water transmission plate 109a formed by subjecting a large number of the following fine holes 112 to a water repellent treatment.

【0066】たとえば、カーボンの緻密な薄板に60,9
0,120 μmの微細孔112をレーザ加工で設けた。そ
の後、前記例と同様な撥水処理を施した。このようにし
て製作された3枚の撥水性の加湿水透過板に100kPaの差
圧をかけたときの微細孔1個あたりの加湿量を調べたと
ころ、図13に示す結果を得た。この図から判るよう
に、孔径が小さくなるにしたがって加湿量が少なくなっ
ている。
For example, 60,9 is formed on a dense sheet of carbon.
Micro holes 112 of 0,120 μm were formed by laser processing. Then, the same water repellent treatment as the above example was applied. The amount of humidification per one fine hole when a differential pressure of 100 kPa was applied to the three water-repellent humidified water permeation plates thus manufactured was examined, and the results shown in FIG. 13 were obtained. As can be seen from this figure, the amount of humidification decreases as the hole diameter decreases.

【0067】このように、導電性の緻密な薄板に微細孔
を設けたものに撥水処理を施して形成された加湿水透過
板109aを用い、単セル毎に微細孔径を変化させるこ
とにより、所定の圧力差での加湿量を調整することがで
きる。さらに、単セル毎あるいは単セル数個毎に単位面
積当たりの微細孔の数を変化させることにより、所定の
圧力差での加湿量を精密に制御することができる。
As described above, by using the humidifying water permeable plate 109a formed by subjecting the conductive dense thin plate with the fine holes to the water repellent treatment, and changing the fine hole diameter for each single cell, It is possible to adjust the humidification amount at a predetermined pressure difference. Furthermore, by changing the number of fine holes per unit area for each single cell or for every several single cells, the amount of humidification at a predetermined pressure difference can be precisely controlled.

【0068】単位面積当たりの微細孔の数を変化さた例
を図14を用いて説明する。この例では各単セルに組込
まれた撥水性の加湿水透過板が重力方向と直交するよう
に複数の単セルを積層して燃料電池積層体113を構成
している。そして、燃料電池積層体113を重力方向に
3つの領域114,115,116に区分し、各領域毎
に加湿水透過板の微細孔の数を変化させている。すなわ
ち、90μmの微細孔を領域114では1cm2 あたり3
個、領域115では2個、領域116では1個の割合で
設けている。
An example in which the number of fine holes per unit area is changed will be described with reference to FIG. In this example, the fuel cell stack 113 is configured by stacking a plurality of single cells so that the water-repellent humidifying water permeable plate incorporated in each single cell is orthogonal to the direction of gravity. Then, the fuel cell stack 113 is divided into three regions 114, 115, and 116 in the direction of gravity, and the number of fine holes of the humidifying water permeation plate is changed for each region. That is, 90 μm fine holes are formed in the region 114 at 3 cm / cm 2.
The region 115, the region 115 has two regions, and the region 116 has one region.

【0069】このように、重力方向の上部では微細孔の
数を多くし、下部では微細孔の数を少なくしておくと、
下部に位置している各単セルが重力の影響で加湿水過多
になるのを防ぐことができ、各領域に亙って一様に加湿
することができる。
As described above, if the number of fine holes is increased in the upper part in the direction of gravity and the number of fine holes is decreased in the lower part,
It is possible to prevent each unit cell located in the lower part from being excessively humidified by the influence of gravity, and it is possible to uniformly humidify each region.

【0070】次に、図15を参照しながら本発明の第3
の実施例に係る固体高分子型燃料電池を説明する。先に
説明したように、固体高分子型燃料電池では、燃料極お
よび酸化剤極の周囲にパッキングを配置し、これらのパ
ッキングで燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水のシール
を行っている。しかし、これらのパッキングの厚さと電
極の厚さとに差があると、燃料極や酸化剤極と集電体と
の間の接触抵抗の増加を招いたり、シール不良を招いた
りする。また、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水の供
給/排出用の孔をパッキングに設ける構成を採用したも
のでは、パッキングの面積が大きくなり、この結果、ス
タックの形成に大きな締付け力を必要とする。
Next, referring to FIG. 15, the third embodiment of the present invention will be described.
The polymer electrolyte fuel cell according to the example will be described. As described above, in the polymer electrolyte fuel cell, packing is arranged around the fuel electrode and the oxidant electrode, and the packing seals the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling water. However, if there is a difference between the thickness of the packing and the thickness of the electrode, the contact resistance between the fuel electrode or the oxidizer electrode and the current collector may increase, or the sealing may be defective. Further, in the case where the packing is provided with the holes for supplying / discharging the fuel gas, the oxidant gas and the cooling water, the packing area becomes large, and as a result, a large tightening force is required to form the stack. .

【0071】このような問題を簡単な構成で解消できる
ようにしたのが本実施例であり、図15には単セルの要
部だけが示されている。同図において、120は公知の
ものと同様の材質で形成された高分子電解質膜を示して
いる。この高分子電解質膜120の両面には高分子電解
質膜より小さい面積の導電性多孔質材で形成された厚さ
400 μmの燃料極121と酸化剤極122とが接触配置
されている。
In this embodiment, such a problem can be solved by a simple structure, and FIG. 15 shows only a main part of a single cell. In the figure, reference numeral 120 denotes a polymer electrolyte membrane formed of a known material. On both sides of the polymer electrolyte membrane 120, a thickness formed of a conductive porous material having an area smaller than that of the polymer electrolyte membrane
A 400 μm fuel electrode 121 and an oxidizer electrode 122 are arranged in contact with each other.

【0072】燃料極121および酸化剤極122の外周
部分には、厚さ200 μmの弾性シート、たとえばゴムシ
ートで形成されたガスシール用のパッキング123,1
24が配置されている。
On the outer peripheral portions of the fuel electrode 121 and the oxidant electrode 122, packing 123, 1 for gas sealing formed of an elastic sheet having a thickness of 200 μm, for example, a rubber sheet.
24 are arranged.

【0073】パッキング123,124には、図16に
パッキング124だけを代表して示すように、高分子電
解質膜120に接触する面とは反対側に位置する面で酸
化剤極122に近い位置に、酸化剤極122を取り囲む
ように高さ300 μm、幅1mmの凸型のシール用無端リッ
プ125が一体に突設されている。また、パッキング1
23,124には、燃料ガスの供給/排出に供される孔
126,127、酸化剤ガスの供給/排出に供される孔
128,129および冷却水の供給/排出に供される孔
130,131が設けてあり、これらの孔の回りにも高
さ300 μm、幅1mm の凸型のシール用無端リップ132
〜137が一体に突設されている。
As shown in FIG. 16 as a representative of only the packing 124, the packings 123 and 124 are located on the side opposite to the surface in contact with the polymer electrolyte membrane 120 and close to the oxidizer electrode 122. A convex endless lip 125 for sealing having a height of 300 μm and a width of 1 mm is integrally provided so as to surround the oxidizer electrode 122. Also packing 1
23 and 124, holes 126 and 127 for supplying / discharging fuel gas, holes 128 and 129 for supplying / discharging oxidant gas, and holes 130 for supplying / discharging cooling water. 131 is provided, and a convex endless lip 132 for sealing having a height of 300 μm and a width of 1 mm is also provided around these holes.
~ 137 are integrally projected.

【0074】燃料極121の図中下面側には、燃料極1
21への燃料ガスの供給機能と集電機能とを発揮する親
水性のカーボン多孔質板で形成された燃料極側集電板1
38が接触配置されている。この燃料極側集電板138
における燃料極121との接触面には、燃料ガスを通流
させるための案内溝139が複数形成されている。
On the lower surface side of the fuel electrode 121 in the drawing, the fuel electrode 1
Fuel electrode side current collector plate 1 formed of a hydrophilic carbon porous plate that exhibits a function of supplying fuel gas to 21 and a current collector function
38 is arranged in contact. This fuel electrode side current collector 138
A plurality of guide grooves 139 for allowing a fuel gas to flow therethrough are formed on the contact surface with the fuel electrode 121.

【0075】同様に、酸化剤極122の図中上面側に
は、酸化剤極122への酸化剤ガスの供給機能と集電機
能とを発揮するカーボン板で形成された酸化剤極側集電
板140が接触配置されている。この酸化剤極側集電板
140における酸化剤極122との接触面にも、酸化剤
ガスを通流させるための案内溝141が複数形成されて
いる。
Similarly, on the upper surface side of the oxidant electrode 122 in the figure, the oxidant electrode side current collector formed of a carbon plate having a function of supplying the oxidant gas to the oxidant electrode 122 and a current collecting function is shown. A plate 140 is arranged in contact. On the contact surface of the oxidant electrode side current collector 140 with the oxidant electrode 122, a plurality of guide grooves 141 for allowing the oxidant gas to flow therethrough are also formed.

【0076】このように構成された単セルの主要部が、
燃料極側集電板138側に図示しない加湿水透過板およ
び冷却水配流板を配置した状態で複数積層され、この積
層体が図示しない締付け手段で積層方向に締付けられて
燃料電池スタックが構成される。
The main part of the single cell thus constructed is
A plurality of laminated humidifying water permeation plates and cooling water distribution plates (not shown) are arranged on the side of the fuel electrode side current collector 138, and the laminated body is clamped in the stacking direction by clamping means (not shown) to form a fuel cell stack. It

【0077】なお、燃料極側集電板138および酸化剤
極側集電板140には、前述した燃料ガスの供給/排出
に供される孔126,127、酸化剤ガスの供給/排出
に供される孔128,129および冷却水の供給/排出
に供される孔130,131に通じる孔がそれぞれ設け
られている。
The fuel electrode side current collector plate 138 and the oxidant electrode side current collector plate 140 are provided with holes 126 and 127 for supplying / discharging the fuel gas and supplying / discharging the oxidant gas. Holes 128 and 129 are provided, and holes 130 and 131 provided for supplying / discharging cooling water are provided, respectively.

【0078】このように、燃料極121および酸化剤極
122の外周部分に、これら電極より薄い弾力性を有し
たパッキング123,124を配置するとともに、これ
らパッキイング123,124の各電極を取り囲む部分
および各流体を通流させるために設けられた孔の回りに
各電極を越える高さの凸型のシール用無端リップ12
5,132〜137を一体に設けている。
As described above, the packings 123 and 124 having elasticity smaller than those of the electrodes are arranged on the outer peripheral portions of the fuel electrode 121 and the oxidant electrode 122, and the portions surrounding the electrodes of these packings 123 and 124 and Convex endless lip 12 for sealing, having a height exceeding each electrode around a hole provided for passing each fluid.
5,132-137 are integrally provided.

【0079】したがって、燃料極121や酸化剤極12
2とパッキング123,124との厚さの違いをシール
用無端リップ125,132〜137で吸収することが
でき、これによって燃料極121と燃料極側集電板13
8および酸化剤極122と酸化剤極側集電板140とを
良好に接触させることができるので、電池性能の向上に
寄与できる。また、スタックを形成するときの締付け力
は、シール用無端リップ125,132〜137だけに
加わる。このため、パッキング123,124での受圧
面積を減らすことができ、スタックの締付け力を低減し
た状態で良好なシールを実現できることになる。
Therefore, the fuel electrode 121 and the oxidant electrode 12
2 and the thickness of the packing 123, 124 can be absorbed by the sealing endless lips 125, 132 to 137, whereby the fuel electrode 121 and the fuel electrode side current collecting plate 13 are absorbed.
8 and the oxidant electrode 122 and the oxidant electrode side current collector 140 can be brought into good contact with each other, which can contribute to improvement of battery performance. Further, the tightening force when forming the stack is applied only to the sealing endless lips 125, 132 to 137. Therefore, the pressure receiving area of the packing 123, 124 can be reduced, and a good seal can be realized with the stack tightening force reduced.

【0080】上述した効果を確認するために、本実施例
の単セルと厚さ500 μm、幅20mmのゴム製の平パッキン
グを用いた従来の単セルとを用意し、金属バネにより締
め付けた。そして、0.3 MPa ,0.2 MPa にそれぞれ加圧
した燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給して1時間放置し
た。この試験を、締付け力を変化させて行い、放置後の
燃料ガスおよび酸化剤ガスの圧力が変化しない締付け力
を調べた。その結果、本実施例の単セルでは締付け力が
2800〜2900 (kgf)であった。これに対して、従来の単セ
ルでは締付け力が7300〜8200 (kgf)であった。
In order to confirm the effects described above, the unit cell of this example and a conventional unit cell using a flat rubber packing having a thickness of 500 μm and a width of 20 mm were prepared and clamped with a metal spring. Then, the fuel gas and the oxidant gas pressurized to 0.3 MPa and 0.2 MPa, respectively, were supplied and left for 1 hour. This test was performed by changing the tightening force, and the tightening force at which the pressures of the fuel gas and the oxidant gas after being left unchanged were examined. As a result, the tightening force of the single cell of this example is
It was 2800-2900 (kgf). On the other hand, the tightening force of the conventional single cell was 7300 to 8200 (kgf).

【0081】このように、本実施例の単セルでは、シー
ル部の受圧面積を低減できるため、シールに必要な締付
け力を従来の単位セルに比べて38% まで低減できること
が判った。
As described above, in the single cell of this embodiment, the pressure receiving area of the seal portion can be reduced, so that the tightening force required for sealing can be reduced to 38% as compared with the conventional unit cell.

【0082】次に、上記の締付け力のもとで、本実施例
の単セルと従来の単位セルとについて、燃料極121と
燃料極側集電板138との間の接触抵抗を測定した。そ
の結果、本実施例の単セルでは接触抵抗が0.11〜0.12(
Ωcm2 ) であった。これに対して、従来の単セルでは接
触抵抗が0.25〜0.33( Ωcm2 ) であった。
Next, under the above tightening force, the contact resistance between the fuel electrode 121 and the fuel electrode side current collecting plate 138 was measured for the unit cell of this embodiment and the conventional unit cell. As a result, the contact resistance of the single cell of this example was 0.11 to 0.12 (
Ωcm 2 ). On the other hand, the contact resistance of the conventional single cell was 0.25 to 0.33 (Ωcm 2 ).

【0083】このように、本実施例の単セルでは、電極
とパッキングとの厚さの違いをシール用無端リップ12
5,132〜137で容易に吸収することができるの
で、従来の単セルに比べて接触抵抗を小さくすることが
できる。
As described above, in the unit cell of this embodiment, the difference in thickness between the electrode and the packing is determined by the endless lip 12 for sealing.
Since it can be easily absorbed by 5, 132 to 137, the contact resistance can be reduced as compared with the conventional single cell.

【0084】上記例から判るように、パッキング12
3,124のシートの厚さは、燃料極121および酸化
剤極122の厚さより薄い方がよく、さらにパッキング
123,124のシートの厚さとシール用無端リップの
厚さの合計は、燃料極121および酸化剤極122の厚
さより大きい方がよい。
As can be seen from the above example, the packing 12
The thickness of the sheets of 3,124 is preferably thinner than the thickness of the fuel electrode 121 and the oxidant electrode 122, and the total thickness of the sheets of the packing 123,124 and the thickness of the endless lip for sealing is the fuel electrode 121. And the thickness of the oxidant electrode 122 is preferably larger than that.

【0085】また、上記実施例では、パッキング12
3,124の片面にシール用無端リップを設けている
が、両面にシール用無端リップを設けてもよい。この場
合も、パッキングのシートの厚さは、燃料極121およ
び酸化剤極122の厚さより薄い方がよい。さらに、パ
ッキングのシートの厚さと両面のリップの厚さとの合計
は、燃料極121および酸化剤極122の厚さより大き
い方がよい。
Further, in the above embodiment, the packing 12
Although the sealing endless lip is provided on one side of 3,124, the sealing endless lip may be provided on both sides. Also in this case, the thickness of the packing sheet is preferably thinner than the thicknesses of the fuel electrode 121 and the oxidant electrode 122. Further, the sum of the thickness of the packing sheet and the thickness of both sides of the lip is preferably larger than the thicknesses of the fuel electrode 121 and the oxidant electrode 122.

【0086】また、上述した実施例では、パッキング1
23,124の各電極を取り囲む部分および各流体を通
流させるために設けられた孔の回りに各電極を越える高
さの凸型のシール用無端リップ125,132〜137
を一体に設けているが、この構成に加えて、図18に示
すように、パッキング123a(124b)の周縁部
に、この周縁部を一周する少なくとも1つの凸型のシー
ル用無端リップ142を設けるとともに、シール用無端
リップ125,142間に存在する空間143を外部に
通じさせる孔144を設け、組立て後に孔144を通し
て空間143に加圧した窒素などの不活性ガスを注入で
きるようにしてもよい。
In the above embodiment, the packing 1
A convex endless lip for sealing 125, 132 to 137 having a height exceeding each electrode around a portion surrounding each electrode of 23, 124 and a hole provided for passing each fluid.
In addition to this structure, as shown in FIG. 18, at least one convex endless lip 142 for sealing which surrounds the peripheral edge of the packing 123a (124b) is provided in addition to this configuration. At the same time, a hole 144 for communicating the space 143 existing between the endless lips 125 and 142 for sealing to the outside may be provided so that pressurized inert gas such as nitrogen can be injected into the space 143 through the hole 144 after assembly. .

【0087】このように構成すると、燃料ガスの供給/
排出に供される孔126,127、酸化剤ガスの供給/
排出に供される孔128,129および冷却水の供給/
排出に供される孔130,131の回りに設けられたシ
ール用無端リップ132〜137の外側となる部分を加
圧することができるので、これらシール用無端リップ1
32〜137の内外面の圧力差を低減でき、加圧した供
給ガスおよび冷却水が互いに混じり合うのをより確実に
防ぐことができる。
With this configuration, fuel gas is supplied /
Holes 126 and 127 provided for discharge, supply of oxidant gas /
Supply of holes 128 and 129 and cooling water for discharge /
Since it is possible to press a portion outside the sealing endless lips 132 to 137 provided around the holes 130 and 131 to be discharged, these sealing endless lips 1
The pressure difference between the inner and outer surfaces of 32 to 137 can be reduced, and the pressurized supply gas and cooling water can be more reliably prevented from mixing with each other.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構成であるにも拘らず、電池性能の向上に寄与で
きる。
As described above, according to the present invention,
Despite the simple structure, it can contribute to the improvement of battery performance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係る固体高分子型燃料
電池の分解斜視図
FIG. 1 is an exploded perspective view of a polymer electrolyte fuel cell according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同電池に組込まれた両面型セパレータユニット
の縦断面図
FIG. 2 is a vertical sectional view of a double-sided separator unit incorporated in the battery.

【図3】同電池に組込まれた片面型セパレータユニット
の縦断面図
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of a single-sided separator unit incorporated in the battery.

【図4】同電池に組込まれた両面型セパレータユニット
の分解斜視図
FIG. 4 is an exploded perspective view of a double-sided separator unit incorporated in the battery.

【図5】同セパレータユニットに組込まれる集電体およ
びマニホールド要素の変形例を示す斜視図
FIG. 5 is a perspective view showing a modified example of a current collector and a manifold element incorporated in the separator unit.

【図6】セパレータユニットの変形例を示す分解斜視図FIG. 6 is an exploded perspective view showing a modified example of the separator unit.

【図7】本発明の第2の実施例に係る固体高分子型燃料
電池における単セルの縦断面図
FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of a single cell in a polymer electrolyte fuel cell according to a second embodiment of the present invention.

【図8】同単セルにおける加湿特性を従来の単セルの特
性と比較して示す図
FIG. 8 is a diagram showing humidification characteristics of the same single cell in comparison with characteristics of a conventional single cell.

【図9】同単セルを組込んだ積層電池の特性を従来の積
層電池の特性と比較して示す図
FIG. 9 is a diagram showing characteristics of a laminated battery incorporating the same single cell in comparison with characteristics of a conventional laminated battery.

【図10】同単セルを組込んだ積層電池の特性を従来の
積層電池の特性と比較して示す図
FIG. 10 is a view showing characteristics of a laminated battery incorporating the same single cell in comparison with characteristics of a conventional laminated battery.

【図11】加湿水透過板の空孔率と加湿特性との関係を
示す図
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the porosity of a humidifying water-permeable plate and humidifying characteristics.

【図12】加湿水透過板の変形例を説明するための縦断
面図
FIG. 12 is a vertical cross-sectional view for explaining a modified example of the humidifying water transmission plate.

【図13】同加湿水透過板に設けられた微細孔の直径と
加湿量との関係を示す図
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a diameter of micropores provided in the humidifying water transmission plate and a humidification amount.

【図14】同加湿水透過板を組込んだ積層電池例を説明
するための図
FIG. 14 is a view for explaining an example of a laminated battery incorporating the humidifying water transmission plate.

【図15】本発明の第3の実施例に係る固体高分子型燃
料電池における単セルの分解縦断面図
FIG. 15 is an exploded vertical sectional view of a single cell in a polymer electrolyte fuel cell according to a third embodiment of the present invention.

【図16】同単セルに組込まれたパッキングの平面図FIG. 16 is a plan view of packing incorporated in the same single cell.

【図17】同単セルを図15の紙面とは直交する線に沿
って切断して示す分解縦断面図
FIG. 17 is an exploded vertical sectional view showing the same single cell cut along a line orthogonal to the paper surface of FIG.

【図18】パッキングの変形例を説明するための平面図FIG. 18 is a plan view for explaining a modification of packing.

【図19】代表的な従来の固体高分子型燃料電池の分解
斜視図
FIG. 19 is an exploded perspective view of a typical conventional polymer electrolyte fuel cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

21…単セル 22a,22b…セパレータ板 23,109,109a…加湿水透過板 24,100,120…高分子電解質膜 25,101,121…ガス拡散機能を備えた燃料極 26,102,122…ガス拡散機能を備えた酸化剤極 27,28,103,104,123,124…パッキ
ング 29…両面型セパレータユニット 30…片面型セパレータユニット 31,32,61…集電体外枠 33,34,62,80,83…集電体 35,36,37,38,63,64,81,82…マ
ニホールド要素 39,40,65,87…開口 43,44,67,86…マニホールドカバー 45,46,47,48…案内溝 70…燃料電池積層体 50〜55,88〜91,126〜131…内部マニホ
ールドを構成する孔 125,132〜137,142…シール用無端リップ 144…不活性ガス同入用の孔
21 ... Single cell 22a, 22b ... Separator plate 23, 109, 109a ... Humidifying water permeable plate 24, 100, 120 ... Polymer electrolyte membrane 25, 101, 121 ... Fuel electrode 26, 102, 122 ... Oxidizing agent electrode having gas diffusion function 27, 28, 103, 104, 123, 124 ... Packing 29 ... Double-sided separator unit 30 ... Single-sided separator unit 31, 32, 61 ... Current collector outer frame 33, 34, 62, 80, 83 ... Current collectors 35, 36, 37, 38, 63, 64, 81, 82 ... Manifold elements 39, 40, 65, 87 ... Openings 43, 44, 67, 86 ... Manifold covers 45, 46, 47, 48 ... Guide groove 70 ... Fuel cell stack 50-55, 88-91, 126-131 ... Holes 125, 132 that form an internal manifold 137,142 ... sealing endless lip 144 ... inert gas the necessity of hole

フロントページの続き (72)発明者 村田 謙二 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内Front page continuation (72) Inventor Kenji Murata 1 Komukai Toshiba-cho, Kawasaki-shi, Kanagawa Kanagawa Prefecture Inside the Corporate Research and Development Center, Toshiba Corporation

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも高分子電解質膜と、この高分子
電解質膜の両面に接触して設けられた一対のガス拡散電
極と、これらガス拡散電極に接触して設けられるととも
に上記ガス拡散電極との接触面に反応性ガスを通流させ
るための複数の案内溝を有した一対の集電体と、これら
集電体の前記案内溝に前記反応性ガスを分配するための
内部マニホールド機構とを備えた単位セルを、導電性の
セパレータ板を介して複数積層してなる固体高分子型燃
料電池において、 前記セパレータ板と、このセパレータ板の少なくとも一
方の面に接着固定された集電体外枠と、この集電体外枠
内に配置されるとともに前記セパレータ板に導電性接着
剤で固定された前記集電体と、この集電体と前記集電体
外枠との間に配置されるとともに上記セパレータ板に接
着固定された内部マニホールド要素と、前記集電体の前
記案内溝の形成された面を外部に臨ませる開口を有する
とともに前記内部マニホールド要素を覆う領域を備えて
前記集電体外枠に接着固定されたマニホールドカバーと
からなるセパレータユニットを具備してなることを特徴
とする固体高分子型燃料電池。
1. A polymer electrolyte membrane, a pair of gas diffusion electrodes provided in contact with both surfaces of the polymer electrolyte membrane, and a gas diffusion electrode provided in contact with these gas diffusion electrodes. A pair of current collectors having a plurality of guide grooves for allowing the reactive gas to flow therethrough, and an internal manifold mechanism for distributing the reactive gas to the guide grooves of the current collectors are provided. A unit cell, a solid polymer electrolyte fuel cell formed by stacking a plurality of conductive separator plates via a conductive separator plate, the separator plate, and a current collector outer frame adhesively fixed to at least one surface of the separator plate, The current collector, which is arranged in the outer frame of the current collector and fixed to the separator plate with a conductive adhesive, and the separator plate, which is arranged between the current collector and the outer frame of the current collector. Contact A fixed inner manifold element and an opening for exposing the surface of the current collector on which the guide groove is formed to the outside and a region for covering the inner manifold element are fixed to the outer frame of the current collector. A polymer electrolyte fuel cell comprising a separator unit including a manifold cover.
【請求項2】前記セパレータユニットを構成している前
記セパレータ板,前記集電体外枠,前記集電体,前記内
部マニホールド要素および前記マニホールドカバーがそ
れぞれカーボンで形成されていることを特徴とする請求
項1に記載の固体高分子型燃料電池。
2. The separator plate, the current collector outer frame, the current collector, the internal manifold element, and the manifold cover, which constitute the separator unit, are each formed of carbon. Item 1. The polymer electrolyte fuel cell according to Item 1.
【請求項3】前記集電体と前記マニホールド要素とが一
体に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の
固体高分子型燃料電池。
3. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the current collector and the manifold element are integrally formed.
【請求項4】高分子電解質膜と、この高分子電解質膜の
一方の面に接触して設けられた多孔質の燃料極と、前記
高分子電解質膜の他方の面に接触して設けられた多孔質
の酸化剤極と、導電性の多孔質体で形成されて前記燃料
極に接触して設けられるとともに上記燃料極との接触面
に燃料ガスを通流させるための複数の案内溝を有した燃
料極側集電体と、導電性部材で形成されて前記酸化剤に
接触して設けられるとともに上記酸化剤極との接触面に
酸化剤ガスを通流させるための複数の案内溝を有した酸
化剤極側集電体と、前記燃料極側集電体および前記酸化
剤極側集電体の前記各案内溝に反応性ガスを分配供給す
るための内部マニホールド機構とを備えた単位セルを複
数積層するとともに、各単位セル毎に冷却板を挿入し、
この冷却板内を通流する冷却水の一部を多孔質体で形成
された加湿水透過体,前記燃料極側集電体および前記燃
料極を介して前記高分子電解質膜に供給するようにした
固体高分子型燃料電池において、 前記燃料極側集電体が親水性の導電性多孔質体で形成さ
れ、前記加湿水透過体が撥水性の導電性多孔質体で形成
されていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
4. A polymer electrolyte membrane, a porous fuel electrode provided in contact with one surface of the polymer electrolyte membrane, and a porous fuel electrode provided in contact with the other surface of the polymer electrolyte membrane. A porous oxidizer electrode and a plurality of guide grooves formed of an electrically conductive porous body are provided in contact with the fuel electrode and a plurality of guide grooves are provided on the contact surface with the fuel electrode for allowing fuel gas to flow therethrough. And a plurality of guide grooves for allowing an oxidant gas to flow through the contact surface with the oxidant electrode, which is formed of a conductive member and is in contact with the oxidant electrode. Unit cell including an oxidant electrode side current collector, and an internal manifold mechanism for distributing and supplying a reactive gas to the guide grooves of the fuel electrode side current collector and the oxidant electrode side current collector While stacking multiple, insert a cooling plate for each unit cell,
A part of the cooling water flowing through the cooling plate is supplied to the polymer electrolyte membrane through the humidifying water permeation body formed of a porous body, the fuel electrode side current collector and the fuel electrode. In the polymer electrolyte fuel cell described above, the fuel electrode side current collector is formed of a hydrophilic conductive porous body, and the humidification water permeation body is formed of a water repellent conductive porous body. A characteristic polymer electrolyte fuel cell.
【請求項5】前記加湿水透過体は、親水性で導電性多孔
質体に撥水性の樹脂を含浸したもので形成されているこ
とを特徴とする請求項4に記載の固体高分子型燃料電
池。
5. The solid polymer fuel according to claim 4, wherein the humidifying water permeation body is formed of a hydrophilic conductive porous body impregnated with a water repellent resin. battery.
【請求項6】前記加湿水透過体は、直径1mm以下の微
細孔が複数設けられた導電性の緻密な薄板に、撥水処理
を施したもので形成されていることを特徴とする請求項
4に記載の固体高分子型燃料電池。
6. The moisturizing water permeation body is formed by applying a water-repellent treatment to a conductive and dense thin plate provided with a plurality of fine holes having a diameter of 1 mm or less. 4. The polymer electrolyte fuel cell according to item 4.
【請求項7】高分子電解質膜の両側に、この高分子電解
質膜よりも面積が小さい燃料極および酸化剤極からなる
ガス拡散電極を配置するとともに上記ガス拡散電極の外
周部分にパッキングを設け、このパッキングでガスシー
ルを行わせるようにした固体高分子型燃料電池におい
て、 前記パッキングは、前記ガス拡散電極より薄い弾力性を
有したシートで形成されるとともに上記ガス拡散電極を
越える高さの凸型のシール用リップが一体に設けられて
いることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
7. A gas diffusion electrode consisting of a fuel electrode and an oxidizer electrode having a smaller area than the polymer electrolyte membrane is arranged on both sides of the polymer electrolyte membrane, and packing is provided on the outer peripheral portion of the gas diffusion electrode. In a polymer electrolyte fuel cell in which gas sealing is performed by this packing, the packing is formed of a sheet having elasticity smaller than that of the gas diffusion electrode, and a protrusion having a height exceeding the gas diffusion electrode. A polymer electrolyte fuel cell, characterized in that a mold sealing lip is integrally provided.
【請求項8】前記パッキングには、燃料ガス,酸化剤ガ
ス,冷却水の供給および排出に供される孔が設けられて
おり、これらの孔の周囲にも凸型のシール用リップが設
けられていることを特徴とする請求項7に記載の固体高
分子型燃料電池。
8. The packing is provided with holes for supplying and discharging fuel gas, oxidant gas, and cooling water, and convex sealing lips are also provided around these holes. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 7, wherein
【請求項9】前記パッキングには、該パッキングの内縁
部および外縁部に、各縁部に沿ってそれぞれ一周する凸
型の内側シール用リップおよび外側シール用リップが設
けてあり、電池組立後に上記内側および外側シール用リ
ップ間に形成された空間に不活性ガスを注入可能に形成
されていることを特徴とする請求項7または8に記載の
固体高分子型燃料電池。
9. The packing is provided with a convex inner sealing lip and an outer sealing lip that respectively make a turn along each of the inner edge portion and the outer edge portion of the packing. The solid polymer fuel cell according to claim 7 or 8, wherein an inert gas can be injected into a space formed between the inner and outer sealing lips.
JP7056146A 1995-03-15 1995-03-15 Polymer electrolyte fuel cell Expired - Fee Related JP2922132B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7056146A JP2922132B2 (en) 1995-03-15 1995-03-15 Polymer electrolyte fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7056146A JP2922132B2 (en) 1995-03-15 1995-03-15 Polymer electrolyte fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08250130A true JPH08250130A (en) 1996-09-27
JP2922132B2 JP2922132B2 (en) 1999-07-19

Family

ID=13018952

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7056146A Expired - Fee Related JP2922132B2 (en) 1995-03-15 1995-03-15 Polymer electrolyte fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2922132B2 (en)

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999005740A1 (en) * 1997-07-23 1999-02-04 Plug Power Inc. Fuel cell membrane hydration and fluid metering
WO2001029921A1 (en) * 1999-10-18 2001-04-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte type fuel cell and production method therefor
JP2002533869A (en) * 1998-08-10 2002-10-08 セラニーズ・ヴェンチャーズ・ゲーエムベーハー PEM fuel cell with improved long-term performance, method of operating PEM fuel cell, and PEM fuel cell storage battery
KR100374281B1 (en) * 1997-04-11 2003-04-21 산요 덴키 가부시키가이샤 Fuel Cell
US6667124B2 (en) 2000-07-19 2003-12-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Seal for fuel cell and forming method therefor
KR100452868B1 (en) * 2002-06-29 2004-10-14 현대자동차주식회사 Method of manufacturing bipolar plate for fuel cell stack
JP2005129431A (en) * 2003-10-27 2005-05-19 Toyota Motor Corp Fuel cell and gas separator for fuel cell
JP2005203332A (en) * 2003-12-18 2005-07-28 Toyota Motor Corp Membrane electrode junction body, its manufacturing method, and fuel cell
JP2006510186A (en) * 2002-12-16 2006-03-23 ヌベラ・フュエル・セルズ・ヨーロッパ・ソチエタ・ア・レスポンサビリタ・リミタータ Electrochemical power generator and method of using the same
JP2007005222A (en) * 2005-06-27 2007-01-11 Hitachi Ltd Fuel cell and separator for fuel cell
JP2007066901A (en) * 2005-08-31 2007-03-15 Samsung Sdi Co Ltd Bipolar plate, unit cell, and fuel cell system equipped with it
JP2007213855A (en) * 2006-02-07 2007-08-23 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2007213965A (en) * 2006-02-09 2007-08-23 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
US7282288B2 (en) 2001-06-27 2007-10-16 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and method
WO2007125751A1 (en) 2006-04-24 2007-11-08 Panasonic Corporation Mea member, and polyelectrolyte fuel cell
US7361425B2 (en) 2002-04-12 2008-04-22 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell
WO2008072642A1 (en) * 2006-12-07 2008-06-19 Canon Kabushiki Kaisha Fuel cell
JP2009099312A (en) * 2007-10-15 2009-05-07 Equos Research Co Ltd Fuel cell stack
JP2009140849A (en) * 2007-12-10 2009-06-25 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp Fuel cell and fuel cell separator
WO2009116103A1 (en) * 2008-03-21 2009-09-24 Exergy Fuel Cells S.R.L. Electro-chemical device with optimized electrode insulation
US7745032B2 (en) 2002-10-18 2010-06-29 Hitachi, Ltd. Fuel cell with humidifier
JP2010527102A (en) * 2007-05-11 2010-08-05 ドイチェス ツェントルム フュール ルフト−ウント ラウムファールト エー ファウ Carrier device for electrochemical functional unit, fuel cell module, and method for manufacturing carrier device
JP2010212061A (en) * 2009-03-10 2010-09-24 Railway Technical Res Inst Separator for fuel cell, and fuel cell
WO2011118138A1 (en) * 2010-03-25 2011-09-29 パナソニック株式会社 Direct oxidation fuel cell
JP2013247076A (en) * 2012-05-29 2013-12-09 Shin Etsu Polymer Co Ltd Method of manufacturing separator for fuel cell, and separator for fuel cell

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4401554B2 (en) 2000-09-04 2010-01-20 本田技研工業株式会社 Fuel cell
JP4180404B2 (en) 2003-03-05 2008-11-12 アイシン精機株式会社 Fuel cell, oxidizer flow plate

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59224075A (en) * 1983-06-02 1984-12-15 Toshiba Corp Fuel cell
JPS6142869A (en) * 1984-07-27 1986-03-01 オクシデンタル・ケミカル・コポレイシヨン Improvement in structure of fuel battery
JPS6430172A (en) * 1987-07-24 1989-02-01 Fuji Electric Co Ltd Gastight unit of fuel cell
JPH0566875U (en) * 1991-12-18 1993-09-03 本田技研工業株式会社 Fuel cell manifold plate
JPH06290795A (en) * 1993-03-31 1994-10-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Separator for fuel cell

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59224075A (en) * 1983-06-02 1984-12-15 Toshiba Corp Fuel cell
JPS6142869A (en) * 1984-07-27 1986-03-01 オクシデンタル・ケミカル・コポレイシヨン Improvement in structure of fuel battery
JPS6430172A (en) * 1987-07-24 1989-02-01 Fuji Electric Co Ltd Gastight unit of fuel cell
JPH0566875U (en) * 1991-12-18 1993-09-03 本田技研工業株式会社 Fuel cell manifold plate
JPH06290795A (en) * 1993-03-31 1994-10-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Separator for fuel cell

Cited By (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100374281B1 (en) * 1997-04-11 2003-04-21 산요 덴키 가부시키가이샤 Fuel Cell
WO1999005740A1 (en) * 1997-07-23 1999-02-04 Plug Power Inc. Fuel cell membrane hydration and fluid metering
US5998054A (en) * 1997-07-23 1999-12-07 Plug Power, L.L.C. Fuel cell membrane hydration and fluid metering
US6528198B1 (en) 1997-07-23 2003-03-04 Plug Power, Inc. Fuel cell membrane hydration and fluid metering
JP2002533869A (en) * 1998-08-10 2002-10-08 セラニーズ・ヴェンチャーズ・ゲーエムベーハー PEM fuel cell with improved long-term performance, method of operating PEM fuel cell, and PEM fuel cell storage battery
WO2001029921A1 (en) * 1999-10-18 2001-04-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte type fuel cell and production method therefor
US6667124B2 (en) 2000-07-19 2003-12-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Seal for fuel cell and forming method therefor
US7282288B2 (en) 2001-06-27 2007-10-16 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system and method
US7361425B2 (en) 2002-04-12 2008-04-22 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell
KR100452868B1 (en) * 2002-06-29 2004-10-14 현대자동차주식회사 Method of manufacturing bipolar plate for fuel cell stack
US7745032B2 (en) 2002-10-18 2010-06-29 Hitachi, Ltd. Fuel cell with humidifier
JP2006510186A (en) * 2002-12-16 2006-03-23 ヌベラ・フュエル・セルズ・ヨーロッパ・ソチエタ・ア・レスポンサビリタ・リミタータ Electrochemical power generator and method of using the same
JP2005129431A (en) * 2003-10-27 2005-05-19 Toyota Motor Corp Fuel cell and gas separator for fuel cell
JP2005203332A (en) * 2003-12-18 2005-07-28 Toyota Motor Corp Membrane electrode junction body, its manufacturing method, and fuel cell
JP2007005222A (en) * 2005-06-27 2007-01-11 Hitachi Ltd Fuel cell and separator for fuel cell
JP2007066901A (en) * 2005-08-31 2007-03-15 Samsung Sdi Co Ltd Bipolar plate, unit cell, and fuel cell system equipped with it
JP4723437B2 (en) * 2005-08-31 2011-07-13 三星エスディアイ株式会社 Bipolar plate, unit cell and fuel cell system provided with the same
JP2007213855A (en) * 2006-02-07 2007-08-23 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2007213965A (en) * 2006-02-09 2007-08-23 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
WO2007125751A1 (en) 2006-04-24 2007-11-08 Panasonic Corporation Mea member, and polyelectrolyte fuel cell
JP2008146901A (en) * 2006-12-07 2008-06-26 Canon Inc Fuel cell
WO2008072642A1 (en) * 2006-12-07 2008-06-19 Canon Kabushiki Kaisha Fuel cell
US8546040B2 (en) 2006-12-07 2013-10-01 Canon Kabushiki Kaisha Fuel cell
JP2010527102A (en) * 2007-05-11 2010-08-05 ドイチェス ツェントルム フュール ルフト−ウント ラウムファールト エー ファウ Carrier device for electrochemical functional unit, fuel cell module, and method for manufacturing carrier device
JP2009099312A (en) * 2007-10-15 2009-05-07 Equos Research Co Ltd Fuel cell stack
JP2009140849A (en) * 2007-12-10 2009-06-25 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp Fuel cell and fuel cell separator
WO2009116103A1 (en) * 2008-03-21 2009-09-24 Exergy Fuel Cells S.R.L. Electro-chemical device with optimized electrode insulation
JP2010212061A (en) * 2009-03-10 2010-09-24 Railway Technical Res Inst Separator for fuel cell, and fuel cell
WO2011118138A1 (en) * 2010-03-25 2011-09-29 パナソニック株式会社 Direct oxidation fuel cell
JPWO2011118138A1 (en) * 2010-03-25 2013-07-04 パナソニック株式会社 Direct oxidation fuel cell
JP2013247076A (en) * 2012-05-29 2013-12-09 Shin Etsu Polymer Co Ltd Method of manufacturing separator for fuel cell, and separator for fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2922132B2 (en) 1999-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2922132B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP4037698B2 (en) Solid polymer cell assembly
JP4233208B2 (en) Fuel cell
JP3444541B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JPS6047702B2 (en) Fuel cell assembly and its manufacturing method
WO2000002273A2 (en) Electrochemical fuel cell having a membrane electrode assembly formed in-situ and methods for forming same
JP2001110432A (en) Polymer electrolyte type fuel cell
US20050084731A1 (en) Fuel cell
CN100334764C (en) Fuel cell
US6841283B2 (en) High water permeability proton exchange membrane
JP3448550B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell stack
JP5124900B2 (en) Fuel cell having a stack structure
US20030186107A1 (en) High performance fuel cells
US6312845B1 (en) Macroporous flow field assembly
JP3515161B2 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
JP4880131B2 (en) Gas diffusion electrode and fuel cell using the same
JP2000067901A (en) Solid polymer fuel cell
JPH1173979A (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
US20050255375A1 (en) Fuel cell
KR100705167B1 (en) Direct methanol fuel cell
JP5341321B2 (en) Electrolyte membrane / electrode structure for polymer electrolyte fuel cells
JP2001338656A (en) Fuel cell
JP2000228205A (en) High polymer electrolyte fuel cell
JP4362286B2 (en) Fuel cell stack
JP2000277130A (en) Method for producing solid polymer type fuel cell and electrolyte film

Legal Events

Date Code Title Description
S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees