JPH09274926A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池Info
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- JPH09274926A JPH09274926A JP8082935A JP8293596A JPH09274926A JP H09274926 A JPH09274926 A JP H09274926A JP 8082935 A JP8082935 A JP 8082935A JP 8293596 A JP8293596 A JP 8293596A JP H09274926 A JPH09274926 A JP H09274926A
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- electrode
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- electrolyte membrane
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高分子電解質膜の圧縮によるガスの漏洩を防止
し、かつセル内の抵抗損失の増大が効果的に抑制されて
電池出力が効率良く得られるものとする。 【解決手段】高分子電解質膜１の両主面に、電極触媒層
２と電極基材３からなる一対の電極４を配して形成され
る電解質膜と電極との接合体と、一方の主面に形成され
た複数のリブ５２Ａの先端が接合体の電極基材３の外面
に面して配設され、リブ５２Ａの相互の間に形成される
溝部をガス通流溝５３とするセパレータ５Ａとを備えた
固体高分子電解質型燃料電池において、複数のリブ５２
Ａの先端に、例えば導電性シリコーンゴムからなる導電
性弾性構造体を備えることとする。
し、かつセル内の抵抗損失の増大が効果的に抑制されて
電池出力が効率良く得られるものとする。 【解決手段】高分子電解質膜１の両主面に、電極触媒層
２と電極基材３からなる一対の電極４を配して形成され
る電解質膜と電極との接合体と、一方の主面に形成され
た複数のリブ５２Ａの先端が接合体の電極基材３の外面
に面して配設され、リブ５２Ａの相互の間に形成される
溝部をガス通流溝５３とするセパレータ５Ａとを備えた
固体高分子電解質型燃料電池において、複数のリブ５２
Ａの先端に、例えば導電性シリコーンゴムからなる導電
性弾性構造体を備えることとする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
型燃料電池のセル構造、特に内部の電気的接触抵抗を低
減する構造に関する。
型燃料電池のセル構造、特に内部の電気的接触抵抗を低
減する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池のセルは、
固体高分子電解質膜の二つの主面にそれぞれ電極基材に
電極触媒層を積層してなるアノードとカソードを配して
形成される。固体高分子電解質膜には、スルホン酸基を
もつポリスチレン系の陽イオン交換膜をカチオン導電性
膜として使用したもの、フロロカーボンスルホン酸とポ
リビニリデンフロライドの混合膜、フロロカーボンマト
リックスにトリフロロエチレンをグラフト化したもの、
あるいはパーフルオロスルホン酸樹脂膜などが用いられ
る。
固体高分子電解質膜の二つの主面にそれぞれ電極基材に
電極触媒層を積層してなるアノードとカソードを配して
形成される。固体高分子電解質膜には、スルホン酸基を
もつポリスチレン系の陽イオン交換膜をカチオン導電性
膜として使用したもの、フロロカーボンスルホン酸とポ
リビニリデンフロライドの混合膜、フロロカーボンマト
リックスにトリフロロエチレンをグラフト化したもの、
あるいはパーフルオロスルホン酸樹脂膜などが用いられ
る。
【０００３】固体高分子電解質膜は分子中にプロトン
（水素イオン）交換基を有し、飽和に含水させることに
より常温で２０Ωcm以下の比抵抗を示し、プロトン導電
性電解質として機能する。電極基材は多孔質体で燃料電
池の反応ガスの供給、排出手段、および集電体として機
能する。アノードとカソードにおいては気、液、固相の
三相界面が形成され、電極触媒層の触媒作用により、次
式のごとき電気化学反応が起きる。
（水素イオン）交換基を有し、飽和に含水させることに
より常温で２０Ωcm以下の比抵抗を示し、プロトン導電
性電解質として機能する。電極基材は多孔質体で燃料電
池の反応ガスの供給、排出手段、および集電体として機
能する。アノードとカソードにおいては気、液、固相の
三相界面が形成され、電極触媒層の触媒作用により、次
式のごとき電気化学反応が起きる。
【０００４】
【化１】 アノード ； Ｈ2 ＝ ２Ｈ+ ＋２ｅ （１） カソード ； (1/2)Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ ＝ Ｈ2 Ｏ （２） すなわち、アノードにおいては系の外部より供給された
水素ガスからプロトンと電子が生成する。生成したプロ
トンはイオン交換膜内をカソードに向かって移動し、電
子は外部回路を経てカソードに移動する。一方カソード
においては、系の外部より供給された酸素ガスとイオン
交換膜内をアノードより移動してきたプロトンと外部回
路を経て移動してきた電子とが反応し、水を生成する。
水素ガスからプロトンと電子が生成する。生成したプロ
トンはイオン交換膜内をカソードに向かって移動し、電
子は外部回路を経てカソードに移動する。一方カソード
においては、系の外部より供給された酸素ガスとイオン
交換膜内をアノードより移動してきたプロトンと外部回
路を経て移動してきた電子とが反応し、水を生成する。
【０００５】図４は、従来の固体高分子電解質型燃料電
池のセル構造を示す断面図である。電極基材３の上に電
極触媒層２を積層して電極４が形成されており、２枚の
電極４を電極触媒層２を接合面として固体高分子電解質
膜１の両主面に配し、ホットプレスにより熱圧着するこ
とにより、電解質膜と電極との接合体が形成されてい
る。形成された電解質膜と電極との接合体の両側には、
セパレータ５、金属電極板６、絶縁板７が順次積層さ
れ、最外層に配された一組の端板８で挟持し、スタッド
１０、ナット１１、皿バネ１２、座がね１３を用いて締
め付けることにより、固定されている。
池のセル構造を示す断面図である。電極基材３の上に電
極触媒層２を積層して電極４が形成されており、２枚の
電極４を電極触媒層２を接合面として固体高分子電解質
膜１の両主面に配し、ホットプレスにより熱圧着するこ
とにより、電解質膜と電極との接合体が形成されてい
る。形成された電解質膜と電極との接合体の両側には、
セパレータ５、金属電極板６、絶縁板７が順次積層さ
れ、最外層に配された一組の端板８で挟持し、スタッド
１０、ナット１１、皿バネ１２、座がね１３を用いて締
め付けることにより、固定されている。
【０００６】セパレータ５は、カーボン板材を機械加工
して形成されたもので、電極基材３に面して、複数のリ
ブ５２と、その間にガス通流溝５１が備えられている。
アノード側のセパレータ５のガス通流溝５１には燃料ガ
ス（水素ガス）が、また、カソード側のセパレータ５の
ガス通流溝５１には酸化剤ガス（空気）が通流される。
固体高分子電解質膜１は乾燥して水分を失うと高抵抗と
なり、抵抗損失のため電池特性が低下することとなるの
で、燃料ガスおよび酸化剤ガスを加湿したのちセルに供
給することによって、固体高分子電解質膜１の乾燥を防
止している。なお、セパレータ５の側端部にはガスケッ
ト溝５３が備えられており、ガスケット９を組み込んで
締め付けることにより固体高分子電解質膜１との間を気
密に保ち、燃料ガスおよび酸化剤ガスの外部への漏洩を
防止している。
して形成されたもので、電極基材３に面して、複数のリ
ブ５２と、その間にガス通流溝５１が備えられている。
アノード側のセパレータ５のガス通流溝５１には燃料ガ
ス（水素ガス）が、また、カソード側のセパレータ５の
ガス通流溝５１には酸化剤ガス（空気）が通流される。
固体高分子電解質膜１は乾燥して水分を失うと高抵抗と
なり、抵抗損失のため電池特性が低下することとなるの
で、燃料ガスおよび酸化剤ガスを加湿したのちセルに供
給することによって、固体高分子電解質膜１の乾燥を防
止している。なお、セパレータ５の側端部にはガスケッ
ト溝５３が備えられており、ガスケット９を組み込んで
締め付けることにより固体高分子電解質膜１との間を気
密に保ち、燃料ガスおよび酸化剤ガスの外部への漏洩を
防止している。
【０００７】上述した電気化学反応によりアノード側の
電極触媒層２において生成した電子は、電極基材３によ
り集電され、リブ５２を通してセパレータ５へと流れ、
アノード側の金属電極板６を経て端部の端子部より外部
回路へと流れる。また外部回路を経て移動してきた電子
は、カソード側の金属電極板６を経てセパレータ５へと
流れ、リブ５２を通して電極基材３、さらにカソード側
の電極触媒層２へと送られることとなる。電極基材３に
は通常多孔質のカーボンペーパーが使用されている。電
流の通路となる電極基材３とセパレータ５と金属電極板
６の経路において、相互の接触が十分でないと接触抵抗
が高くなり発生する抵抗損失が多大となるので、２枚の
端板８の間を締め付ける際には皿バネ１２を組み込んで
十分な締め付け圧が加わるよう構成されている。
電極触媒層２において生成した電子は、電極基材３によ
り集電され、リブ５２を通してセパレータ５へと流れ、
アノード側の金属電極板６を経て端部の端子部より外部
回路へと流れる。また外部回路を経て移動してきた電子
は、カソード側の金属電極板６を経てセパレータ５へと
流れ、リブ５２を通して電極基材３、さらにカソード側
の電極触媒層２へと送られることとなる。電極基材３に
は通常多孔質のカーボンペーパーが使用されている。電
流の通路となる電極基材３とセパレータ５と金属電極板
６の経路において、相互の接触が十分でないと接触抵抗
が高くなり発生する抵抗損失が多大となるので、２枚の
端板８の間を締め付ける際には皿バネ１２を組み込んで
十分な締め付け圧が加わるよう構成されている。
【０００８】さらにまた、電極基材３とセパレータ５と
の間の接触を良くするため、固体高分子電解質膜１と電
極基材３の上に電極触媒層２を積層した電極４からなる
電解質膜と電極との接合体の組み立て前の積層方向の厚
さＡ（図５（ａ）参照）と、二つのセパレータ５のリブ
５２の先端間の間隔Ｂ（図５（ａ）参照）との関係を、
ＡがＢより大きくなるように設定している。したがっ
て、組み立て後には、電解質膜と電極との接合体はセパ
レータ５のリブ５２により圧縮され、圧縮された固体高
分子電解質膜１の弾性を利用して、電極基材３とセパレ
ータ５のリブ５２との間の接触が良好に保たれる構成と
なっている。
の間の接触を良くするため、固体高分子電解質膜１と電
極基材３の上に電極触媒層２を積層した電極４からなる
電解質膜と電極との接合体の組み立て前の積層方向の厚
さＡ（図５（ａ）参照）と、二つのセパレータ５のリブ
５２の先端間の間隔Ｂ（図５（ａ）参照）との関係を、
ＡがＢより大きくなるように設定している。したがっ
て、組み立て後には、電解質膜と電極との接合体はセパ
レータ５のリブ５２により圧縮され、圧縮された固体高
分子電解質膜１の弾性を利用して、電極基材３とセパレ
ータ５のリブ５２との間の接触が良好に保たれる構成と
なっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
固体高分子電解質型燃料電池においては、セルを皿バネ
１２を用いて加圧して締め付けるとともに、セル内部に
おいて電解質膜と電極との接合体を圧縮し、固体高分子
電解質膜１の弾性を利用して、電極基材３とセパレータ
５のリブ５２との間の接触抵抗を低減させている。
固体高分子電解質型燃料電池においては、セルを皿バネ
１２を用いて加圧して締め付けるとともに、セル内部に
おいて電解質膜と電極との接合体を圧縮し、固体高分子
電解質膜１の弾性を利用して、電極基材３とセパレータ
５のリブ５２との間の接触抵抗を低減させている。
【００１０】しかしながら、本構成においては、上記の
接触抵抗を小さくするためには固体高分子電解質膜１の
圧縮量を大きくする必要があり、圧縮量が過度になると
固体高分子電解質膜１の厚さが薄くなり過ぎて、両電極
間でガスの漏洩が発生する恐れがある。また、このよう
に固体高分子電解質膜１に圧縮荷重を継続して加える
と、固体高分子電解質膜１はクリープ変形を生じ弾性が
低下するので、接触部の接触圧力が低下し、接触抵抗が
増大するので、セル内部での抵抗損失が多量になるとい
う難点がある。
接触抵抗を小さくするためには固体高分子電解質膜１の
圧縮量を大きくする必要があり、圧縮量が過度になると
固体高分子電解質膜１の厚さが薄くなり過ぎて、両電極
間でガスの漏洩が発生する恐れがある。また、このよう
に固体高分子電解質膜１に圧縮荷重を継続して加える
と、固体高分子電解質膜１はクリープ変形を生じ弾性が
低下するので、接触部の接触圧力が低下し、接触抵抗が
増大するので、セル内部での抵抗損失が多量になるとい
う難点がある。
【００１１】この発明の目的は、固体高分子電解質膜が
過度に圧縮されて生じるガス漏洩の恐れがなく、かつセ
ル内部の接触抵抗の増大による抵抗損失の増大が効果的
に抑制されて、電池出力が効率良く取り出される固体高
分子電解質型燃料電池を提供することにある。
過度に圧縮されて生じるガス漏洩の恐れがなく、かつセ
ル内部の接触抵抗の増大による抵抗損失の増大が効果的
に抑制されて、電池出力が効率良く取り出される固体高
分子電解質型燃料電池を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、高分子電解質膜の両主面に、
電極触媒層と電極基材からなる一対の電極を電極触媒層
が高分子電解質膜に面するように配して形成される電解
質膜と電極の接合体と、一方の主面に形成された複数の
リブの先端が電解質膜と電極の接合体の電極基材の外面
に面して配設され、リブとリブの間に形成される溝部を
ガス通流溝とするセパレータを、備えてなる固体高分子
電解質型燃料電池において、 （１）セパレータに形成された複数のリブの先端部分
と、この先端部分に面する電極基材の表面のうち、少な
くともいずれか一方に、導電性弾性構造体を備えること
とする。
めに、本発明においては、高分子電解質膜の両主面に、
電極触媒層と電極基材からなる一対の電極を電極触媒層
が高分子電解質膜に面するように配して形成される電解
質膜と電極の接合体と、一方の主面に形成された複数の
リブの先端が電解質膜と電極の接合体の電極基材の外面
に面して配設され、リブとリブの間に形成される溝部を
ガス通流溝とするセパレータを、備えてなる固体高分子
電解質型燃料電池において、 （１）セパレータに形成された複数のリブの先端部分
と、この先端部分に面する電極基材の表面のうち、少な
くともいずれか一方に、導電性弾性構造体を備えること
とする。
【００１３】（２）さらに、上記の（１）の導電性弾性
構造体として、導電性シリコーンゴム、フッ素ゴムとカ
ーボン粉末との混合体、あるいはエチレンプロピレンゴ
ムペーストとカーボン粉末との混合体のうち、いずれか
一つを用いることとする。 （３）また、電極触媒層に、導電性弾性構造体を用いる
こととする。 （４）あるいは、上記の（１）、（２）とした固体高分
子電解質型燃料電池において、電極触媒層に導電性弾性
構造体を用いることとする。
構造体として、導電性シリコーンゴム、フッ素ゴムとカ
ーボン粉末との混合体、あるいはエチレンプロピレンゴ
ムペーストとカーボン粉末との混合体のうち、いずれか
一つを用いることとする。 （３）また、電極触媒層に、導電性弾性構造体を用いる
こととする。 （４）あるいは、上記の（１）、（２）とした固体高分
子電解質型燃料電池において、電極触媒層に導電性弾性
構造体を用いることとする。
【００１４】（５）さらに、上記の（３）、（４）の電
極触媒層に用いる導電性弾性構造体を、白金触媒とポリ
テトラフロロエチレン微粒子とカーボン微粒子とシリコ
ーンゴムペーストの混合体より形成することとする。上
記の（１）、（２）のごとくとすれば、セルを組み上げ
て締め付けると、リブの先端部分あるいはこれに面する
電極基材の表面に設けられた導電性弾性構造体が圧縮さ
れることとなるので、高分子電解質膜の圧縮量は微小と
なり電極間のガス漏洩の発生は回避される。また、導電
性弾性構造体は導電性が良好であるので内部の電気抵抗
は小さく、かつリブの先端部分と電極基材の表面との間
は圧縮された導電性弾性構造体の弾性によって、高い接
触圧力により加圧接触することとなるので接触抵抗は微
小に抑えられる。したがって、セル内部の抵抗損失が軽
減された構成となる。
極触媒層に用いる導電性弾性構造体を、白金触媒とポリ
テトラフロロエチレン微粒子とカーボン微粒子とシリコ
ーンゴムペーストの混合体より形成することとする。上
記の（１）、（２）のごとくとすれば、セルを組み上げ
て締め付けると、リブの先端部分あるいはこれに面する
電極基材の表面に設けられた導電性弾性構造体が圧縮さ
れることとなるので、高分子電解質膜の圧縮量は微小と
なり電極間のガス漏洩の発生は回避される。また、導電
性弾性構造体は導電性が良好であるので内部の電気抵抗
は小さく、かつリブの先端部分と電極基材の表面との間
は圧縮された導電性弾性構造体の弾性によって、高い接
触圧力により加圧接触することとなるので接触抵抗は微
小に抑えられる。したがって、セル内部の抵抗損失が軽
減された構成となる。
【００１５】また、上記の（３）のごとくとすれば、高
分子電解質膜の両面に配された電極触媒層が弾性構造体
よりなるので、セルを組み上げて締め付けたとき、高分
子電解質膜の圧縮量は微小となり電極間のガス漏洩の発
生は回避される。また、この弾性構造体よりなる電極触
媒層の弾性により、リブの先端部分と電極基材の表面と
の間が高い接触圧力により加圧接触することとなるので
接触抵抗は微小に抑えられ、セル内部の抵抗損失が軽減
されることとなる。
分子電解質膜の両面に配された電極触媒層が弾性構造体
よりなるので、セルを組み上げて締め付けたとき、高分
子電解質膜の圧縮量は微小となり電極間のガス漏洩の発
生は回避される。また、この弾性構造体よりなる電極触
媒層の弾性により、リブの先端部分と電極基材の表面と
の間が高い接触圧力により加圧接触することとなるので
接触抵抗は微小に抑えられ、セル内部の抵抗損失が軽減
されることとなる。
【００１６】さらに、上記の（４）のごとくとすれば、
リブの先端部分と電極基材の表面との間に配された導電
性弾性構造体の弾性と、導電性弾性構造体よりなる電極
触媒層の弾性とにより加圧され、リブの先端部分と電極
基材の表面との間の接触抵抗はより微小に抑えられるこ
ととなる。また、上記の（５）のごとくとすれば、触媒
を備え、導電性を有し、かつ弾性に富む構造体となるの
で、電極触媒層として使用する導電性弾性構造体が得ら
れる。
リブの先端部分と電極基材の表面との間に配された導電
性弾性構造体の弾性と、導電性弾性構造体よりなる電極
触媒層の弾性とにより加圧され、リブの先端部分と電極
基材の表面との間の接触抵抗はより微小に抑えられるこ
ととなる。また、上記の（５）のごとくとすれば、触媒
を備え、導電性を有し、かつ弾性に富む構造体となるの
で、電極触媒層として使用する導電性弾性構造体が得ら
れる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の固体高分子電解
質型燃料電池の第１の実施例を示すセルの断面図であ
る。本図において、図４に示した従来例のセルと同一機
能を有する構成部品には同一符号を付し、重複する説明
は省略する。高分子電解質膜１とその両主面に配された
電極４からなる電解質膜と電極との接合体は、２枚のセ
パレータ５Ａにより挟持されており、セパレータ５Ａに
形成されたリブ５２Ａの電極４に面する先端には導電性
弾性構造体２０が配設されている。導電性弾性構造体２
０は、例えば、信越シリコーン（株）社製のＥＣ−Ａあ
るいはＥＣ−ＢＬなどの導電性シリコーンゴムを用いて
形成されたもので、リブ５２Ａの先端に刷毛にて塗布す
るか、あるいはスクリーン印刷法によって被膜を形成す
ることにより得られ、高導電性を有し、弾性を備えてい
る。このように形成された導電性弾性構造体２０の圧縮
弾性係数は、高分子電解質膜１の圧縮弾性係数より小さ
いので、セルを組み上げて締め付けたとき、高分子電解
質膜１の圧縮量は微量に抑えられ、圧縮量の大半は導電
性弾性構造体２０が担うこととなる。
質型燃料電池の第１の実施例を示すセルの断面図であ
る。本図において、図４に示した従来例のセルと同一機
能を有する構成部品には同一符号を付し、重複する説明
は省略する。高分子電解質膜１とその両主面に配された
電極４からなる電解質膜と電極との接合体は、２枚のセ
パレータ５Ａにより挟持されており、セパレータ５Ａに
形成されたリブ５２Ａの電極４に面する先端には導電性
弾性構造体２０が配設されている。導電性弾性構造体２
０は、例えば、信越シリコーン（株）社製のＥＣ−Ａあ
るいはＥＣ−ＢＬなどの導電性シリコーンゴムを用いて
形成されたもので、リブ５２Ａの先端に刷毛にて塗布す
るか、あるいはスクリーン印刷法によって被膜を形成す
ることにより得られ、高導電性を有し、弾性を備えてい
る。このように形成された導電性弾性構造体２０の圧縮
弾性係数は、高分子電解質膜１の圧縮弾性係数より小さ
いので、セルを組み上げて締め付けたとき、高分子電解
質膜１の圧縮量は微量に抑えられ、圧縮量の大半は導電
性弾性構造体２０が担うこととなる。
【００１８】このように、リブ５２Ａの先端に導電性シ
リコーンゴムを用いて形成した導電性弾性構造体２０を
備えたセルについて行った特性試験結果によれば、出力
特性は従来例のセルと同一であった。また、3000時間に
わたる連続運転試験を行った後の測定結果によれば、セ
ルの内部抵抗は試験開始時の値と変化がなく、高分子電
解質膜１の圧縮クリープ変形に起因する内部抵抗の増加
は生じていない。また、連続運転試験の後でセルを分解
して測定した電解質膜と電極との接合体の厚みは、試験
開始前の値と変わりがなく、高分子電解質膜１の厚みの
減少は認められなかった。
リコーンゴムを用いて形成した導電性弾性構造体２０を
備えたセルについて行った特性試験結果によれば、出力
特性は従来例のセルと同一であった。また、3000時間に
わたる連続運転試験を行った後の測定結果によれば、セ
ルの内部抵抗は試験開始時の値と変化がなく、高分子電
解質膜１の圧縮クリープ変形に起因する内部抵抗の増加
は生じていない。また、連続運転試験の後でセルを分解
して測定した電解質膜と電極との接合体の厚みは、試験
開始前の値と変わりがなく、高分子電解質膜１の厚みの
減少は認められなかった。
【００１９】図２は、本発明の固体高分子電解質型燃料
電池の第２の実施例を示すセルの断面図である。本図に
おいても、図４に示した従来例のセルと同一機能を有す
る構成部品には同一符号を付し、重複する説明は省略す
る。本図の構成の特徴は、セパレータ５Ｂに形成された
リブ５２Ｂの先端に面する電極４、すなわち電極基材３
の表面に、導電性シリコーンゴムを用いてスクリーン印
刷法により形成された導電性弾性構造体３０が配設され
ていることにある。導電性弾性構造体３０の印刷パター
ンは、電解質膜と電極との接合体をホットプレスによる
熱圧着により製作する前に、電極基材３の表面に形成し
てもよく、また、熱圧着した後、電極基材３の表面に形
成してもよい。
電池の第２の実施例を示すセルの断面図である。本図に
おいても、図４に示した従来例のセルと同一機能を有す
る構成部品には同一符号を付し、重複する説明は省略す
る。本図の構成の特徴は、セパレータ５Ｂに形成された
リブ５２Ｂの先端に面する電極４、すなわち電極基材３
の表面に、導電性シリコーンゴムを用いてスクリーン印
刷法により形成された導電性弾性構造体３０が配設され
ていることにある。導電性弾性構造体３０の印刷パター
ンは、電解質膜と電極との接合体をホットプレスによる
熱圧着により製作する前に、電極基材３の表面に形成し
てもよく、また、熱圧着した後、電極基材３の表面に形
成してもよい。
【００２０】本図の構成よりなるセルについて、第１の
実施例のセルと同一の試験を行ったが、第１の実施例の
セルの場合と同様に、出力特性は同一で、3000時間の連
続運転試験を行っても、セルの内部抵抗に変化がなく、
また電解質膜と電極との接合体の厚みにも変化は認めら
れなかった。なお、第１の実施例ではセパレータのリブ
の先端に導電性弾性構造体を配設することとし、第２の
実施例ではセパレータのリブの先端に面する電極基材の
表面に導電性弾性構造体を配設することとしているが、
セパレータのリブの先端と、この先端に面する電極基材
の表面の双方に導電性弾性構造体を配設することとすれ
ば、双方の導電性弾性構造体によって締め付け時の圧縮
量が吸収されるので、より効果的である。
実施例のセルと同一の試験を行ったが、第１の実施例の
セルの場合と同様に、出力特性は同一で、3000時間の連
続運転試験を行っても、セルの内部抵抗に変化がなく、
また電解質膜と電極との接合体の厚みにも変化は認めら
れなかった。なお、第１の実施例ではセパレータのリブ
の先端に導電性弾性構造体を配設することとし、第２の
実施例ではセパレータのリブの先端に面する電極基材の
表面に導電性弾性構造体を配設することとしているが、
セパレータのリブの先端と、この先端に面する電極基材
の表面の双方に導電性弾性構造体を配設することとすれ
ば、双方の導電性弾性構造体によって締め付け時の圧縮
量が吸収されるので、より効果的である。
【００２１】また、第１の実施例および第２の実施例で
は、導電性弾性構造体２０、３０を導電性シリコーンゴ
ムを用いて形成しているが、圧縮弾性係数の小さい弾性
材料であるフッ素ゴムやエチレンプロピレンゴムペース
ト等にカーボン粉末を混合して導電性を付与した材料を
用いて形成しても同様な効果が得られる。図３は、本発
明の固体高分子電解質型燃料電池の第３の実施例を示す
セルの断面図である。本図においても、図４に示した従
来例のセルと同一機能を有する構成部品には同一符号を
付し、重複する説明は省略する。
は、導電性弾性構造体２０、３０を導電性シリコーンゴ
ムを用いて形成しているが、圧縮弾性係数の小さい弾性
材料であるフッ素ゴムやエチレンプロピレンゴムペース
ト等にカーボン粉末を混合して導電性を付与した材料を
用いて形成しても同様な効果が得られる。図３は、本発
明の固体高分子電解質型燃料電池の第３の実施例を示す
セルの断面図である。本図においても、図４に示した従
来例のセルと同一機能を有する構成部品には同一符号を
付し、重複する説明は省略する。
【００２２】本図の構成の特徴は、電極基材３に積層さ
れて電極４Ａを形成する電極触媒層２Ａが導電性弾性構
造体より形成されていることにある。すなわち、本実施
例の電極触媒層２Ａは、白金触媒、ポリテトラフロロエ
チレンの微粒子、カーボンの微粒子、およびシリコーン
ゴムペーストを用いて形成されており、これらを、アル
コール系溶媒に分散、混合して製作したスクリーン印刷
用のインキを用いて、電極基材３の表面にスクリーン印
刷法により形成されたもので、導電性を有し、かつ弾性
を備えている。なお、電極触媒層２Ａに用いる導電性弾
性構造体を形成するに際しては、溶媒としてゴムペース
トに合わせてエステル系の溶媒を用いることもできる。
上記のごとく電極基材３の一方の表面に導電性弾性構造
体よりなる電極触媒層２Ａを形成した２枚の電極４Ａに
よって高分子電解質膜１を挟み、ホットプレスで熱圧着
して、電解質膜と電極との接合体が形成されている。
れて電極４Ａを形成する電極触媒層２Ａが導電性弾性構
造体より形成されていることにある。すなわち、本実施
例の電極触媒層２Ａは、白金触媒、ポリテトラフロロエ
チレンの微粒子、カーボンの微粒子、およびシリコーン
ゴムペーストを用いて形成されており、これらを、アル
コール系溶媒に分散、混合して製作したスクリーン印刷
用のインキを用いて、電極基材３の表面にスクリーン印
刷法により形成されたもので、導電性を有し、かつ弾性
を備えている。なお、電極触媒層２Ａに用いる導電性弾
性構造体を形成するに際しては、溶媒としてゴムペース
トに合わせてエステル系の溶媒を用いることもできる。
上記のごとく電極基材３の一方の表面に導電性弾性構造
体よりなる電極触媒層２Ａを形成した２枚の電極４Ａに
よって高分子電解質膜１を挟み、ホットプレスで熱圧着
して、電解質膜と電極との接合体が形成されている。
【００２３】本構成においては、電極触媒層２Ａが従来
例と異なり導電性弾性構造体よりなるので、締め付け時
の圧縮量の大半は電極触媒層２Ａにより吸収され、高分
子電解質膜１の圧縮量は微量に抑えられることとなる。
本構成よりなるセルについても、第１の実施例と同様な
試験を実施したが、その結果は第１の実施例と同様であ
った。導電性弾性構造体よりなる電極触媒層２Ａによっ
て、高分子電解質膜１の圧縮クリープが抑制され、か
つ、その弾性によってセル内部の電気的接触が良好に維
持されていることがわかる。
例と異なり導電性弾性構造体よりなるので、締め付け時
の圧縮量の大半は電極触媒層２Ａにより吸収され、高分
子電解質膜１の圧縮量は微量に抑えられることとなる。
本構成よりなるセルについても、第１の実施例と同様な
試験を実施したが、その結果は第１の実施例と同様であ
った。導電性弾性構造体よりなる電極触媒層２Ａによっ
て、高分子電解質膜１の圧縮クリープが抑制され、か
つ、その弾性によってセル内部の電気的接触が良好に維
持されていることがわかる。
【００２４】なお、第３の実施例のごとく電極触媒層を
導電性弾性構造体により形成し、さらに、第１、あるい
は第２の実施例のごとく、セパレータのリブの先端と、
この先端に面する電極基材の表面の内、少なくとも一方
に導電性弾性構造体を配設することとすれば、各導電性
弾性構造体の相乗効果により、より効果的に高分子電解
質膜の圧縮クリープが抑制され、かつ、その弾性によっ
てセル内部の電気的接触が良好に維持されることは、あ
らためて図示するまでもなく明らかである。
導電性弾性構造体により形成し、さらに、第１、あるい
は第２の実施例のごとく、セパレータのリブの先端と、
この先端に面する電極基材の表面の内、少なくとも一方
に導電性弾性構造体を配設することとすれば、各導電性
弾性構造体の相乗効果により、より効果的に高分子電解
質膜の圧縮クリープが抑制され、かつ、その弾性によっ
てセル内部の電気的接触が良好に維持されることは、あ
らためて図示するまでもなく明らかである。
【００２５】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、高分子
電解質膜の両主面に、電極触媒層と電極基材からなる一
対の電極を電極触媒層が高分子電解質膜に面するように
配して形成される電解質膜と電極の接合体と、一方の主
面に形成された複数のリブの先端が電解質膜と電極の接
合体の電極基材の外面に面して配設され、リブとリブの
間に形成される溝部をガス通流溝とするセパレータを、
備えてなる固体高分子電解質型燃料電池において、 （１）セパレータに形成された複数のリブの先端部分
と、この先端部分に面する電極基材の表面のうち、少な
くともいずれか一方に、導電性弾性構造体を備えること
としたので、固体高分子電解質膜が過度に圧縮されるこ
とがなくなり、ガス漏洩の恐れがなく、かつセル内部に
おける抵抗損失の増大が効果的に抑制されて、電池出力
が効率良く取り出される固体高分子電解質型燃料電池が
得られることとなった。
電解質膜の両主面に、電極触媒層と電極基材からなる一
対の電極を電極触媒層が高分子電解質膜に面するように
配して形成される電解質膜と電極の接合体と、一方の主
面に形成された複数のリブの先端が電解質膜と電極の接
合体の電極基材の外面に面して配設され、リブとリブの
間に形成される溝部をガス通流溝とするセパレータを、
備えてなる固体高分子電解質型燃料電池において、 （１）セパレータに形成された複数のリブの先端部分
と、この先端部分に面する電極基材の表面のうち、少な
くともいずれか一方に、導電性弾性構造体を備えること
としたので、固体高分子電解質膜が過度に圧縮されるこ
とがなくなり、ガス漏洩の恐れがなく、かつセル内部に
おける抵抗損失の増大が効果的に抑制されて、電池出力
が効率良く取り出される固体高分子電解質型燃料電池が
得られることとなった。
【００２６】（２）さらに、上記の導電性弾性構造体と
して、導電性シリコーンゴム、フッ素ゴムとカーボン粉
末との混合体、あるいはエチレンプロピレンゴムペース
トとカーボン粉末との混合体のうち、いずれか一つを用
いることとすれば、ガス漏洩の恐れがなく、かつ電池出
力が効率良く取り出される固体高分子電解質型燃料電池
として好適である。
して、導電性シリコーンゴム、フッ素ゴムとカーボン粉
末との混合体、あるいはエチレンプロピレンゴムペース
トとカーボン粉末との混合体のうち、いずれか一つを用
いることとすれば、ガス漏洩の恐れがなく、かつ電池出
力が効率良く取り出される固体高分子電解質型燃料電池
として好適である。
【００２７】（３）また、電極触媒層に、導電性弾性構
造体を用いることとすれば、ガス漏洩の恐れがなく、か
つ電池出力が効率良く取り出される固体高分子電解質型
燃料電池を得ることができる。 （４）また、上記の（１）、（２）とした固体高分子電
解質型燃料電池において、さらに電極触媒層に導電性弾
性構造体を用いることとすれば、ガス漏洩の恐れがな
く、かつ電池出力が効率良く取り出される固体高分子電
解質型燃料電池としてより効果的である。
造体を用いることとすれば、ガス漏洩の恐れがなく、か
つ電池出力が効率良く取り出される固体高分子電解質型
燃料電池を得ることができる。 （４）また、上記の（１）、（２）とした固体高分子電
解質型燃料電池において、さらに電極触媒層に導電性弾
性構造体を用いることとすれば、ガス漏洩の恐れがな
く、かつ電池出力が効率良く取り出される固体高分子電
解質型燃料電池としてより効果的である。
【００２８】（５）さらに、上記の（３）、（４）の電
極触媒層に用いる導電性弾性構造体を、白金触媒とポリ
テトラフロロエチレン微粒子とカーボン微粒子とシリコ
ーンゴムペーストの混合体より形成することとすれば、
ガス漏洩の恐れがなく、かつ電池出力が効率良く取り出
される固体高分子電解質型燃料電池として、より好適で
ある。
極触媒層に用いる導電性弾性構造体を、白金触媒とポリ
テトラフロロエチレン微粒子とカーボン微粒子とシリコ
ーンゴムペーストの混合体より形成することとすれば、
ガス漏洩の恐れがなく、かつ電池出力が効率良く取り出
される固体高分子電解質型燃料電池として、より好適で
ある。
【図１】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の第１の
実施例を示すセルの断面図
実施例を示すセルの断面図
【図２】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の第２の
実施例を示すセルの断面図
実施例を示すセルの断面図
【図３】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の第３の
実施例を示すセルの断面図
実施例を示すセルの断面図
【図４】従来の固体高分子電解質型燃料電池のセル構造
を示す断面図
を示す断面図
【図５】従来の固体高分子電解質型燃料電池のセル構造
を示す要部断面図で、（ａ）は電解質膜と電極との接合
体の要部断面図、（ｂ）は一組のセパレータの要部断面
図
を示す要部断面図で、（ａ）は電解質膜と電極との接合
体の要部断面図、（ｂ）は一組のセパレータの要部断面
図
１ 高分子電解質膜 ２ 電極触媒層 ２Ａ 電極触媒層（導電性弾性構造体） ３ 電極基材 ４ 電極 ４Ａ 電極 ５ セパレータ ５Ａ，５Ｂ セパレータ ６ 金属電極板 ７ 絶縁板 ８ 端板 ９ ガスケット １０ スタッド １１ ナット １２ 皿バネ ２０ 導電性弾性構造体 ３０ 導電性弾性構造体 ５１ ガス通流溝 ５２ リブ ５２Ａ，５２Ｂ リブ ５３ ガスケット溝
Claims (5)
- 【請求項１】高分子電解質膜の両主面に、電極触媒層と
電極基材からなる一対の電極を電極触媒層が高分子電解
質膜に面するように配して形成される電解質膜と電極の
接合体と、 一方の主面に形成された複数のリブの先端が電解質膜と
電極の接合体の電極基材の外面に面して配設され、リブ
とリブの間に形成される溝部をガス通流溝とするセパレ
ータを、 備えてなる固体高分子電解質型燃料電池において、 セパレータに形成された複数のリブの先端部分と、この
先端部分に面する電極基材の表面のうち、少なくともい
ずれか一方に導電性弾性構造体を備えたことを特徴とす
る固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項２】請求項１に記載の固体高分子電解質型燃料
電池において、前記導電性弾性構造体が、導電性シリコ
ーンゴム、フッ素ゴムとカーボン粉末との混合体、ある
いはエチレンプロピレンゴムペーストとカーボン粉末と
の混合体のうち、いずれか一つよりなることを特徴とす
る固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項３】高分子電解質膜の両主面に、電極触媒層と
電極基材からなる一対の電極を電極触媒層が高分子電解
質膜に面するように配して形成される電解質膜と電極の
接合体と、 一方の主面に形成された複数のリブの先端が電解質膜と
電極の接合体の電極基材の外面に面して配設され、リブ
とリブの間に形成される溝部をガス通流溝とするセパレ
ータを、 備えてなる固体高分子電解質型燃料電池において、 電極触媒層が導電性弾性構造体よりなることを特徴とす
る固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項４】請求項１または２に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、電極触媒層が導電性弾性構造体
よりなることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電
池。 - 【請求項５】請求項３または４に記載の固体高分子電解
質型燃料電池において、電極触媒層を形成する導電性弾
性構造体が、白金触媒とポリテトラフロロエチレン微粒
子とカーボン微粒子とシリコーンゴムペーストの混合体
より形成されてなることを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8082935A JPH09274926A (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8082935A JPH09274926A (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09274926A true JPH09274926A (ja) | 1997-10-21 |
Family
ID=13788092
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8082935A Pending JPH09274926A (ja) | 1996-04-05 | 1996-04-05 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09274926A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002373678A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Toyota Motor Corp | 燃料電池および燃料電池におけるガスの供給方法 |
| JP2004235085A (ja) * | 2003-01-31 | 2004-08-19 | Hitachi Maxell Ltd | 燃料電池 |
| US6797424B2 (en) | 2000-09-29 | 2004-09-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Separator for fuel cell, production process thereof, and solid polymer fuel cell using the separator |
| JP2006523933A (ja) * | 2003-04-14 | 2006-10-19 | ゼネラル・モーターズ・コーポレーション | 圧力降下可変式燃料電池スタック |
| JP2011070805A (ja) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Honda Motor Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| JP2011150853A (ja) * | 2010-01-20 | 2011-08-04 | Honda Motor Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| JP2016186888A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | 株式会社豊田自動織機 | 電池モジュール |
-
1996
- 1996-04-05 JP JP8082935A patent/JPH09274926A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6797424B2 (en) | 2000-09-29 | 2004-09-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Separator for fuel cell, production process thereof, and solid polymer fuel cell using the separator |
| DE10196698B3 (de) * | 2000-09-29 | 2013-01-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Brennstoffzellenseparator, Herstellungsverfahren desselben, und den Separator verwendende Feststoffpolymerbrennstoffzelle |
| JP2002373678A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Toyota Motor Corp | 燃料電池および燃料電池におけるガスの供給方法 |
| JP2004235085A (ja) * | 2003-01-31 | 2004-08-19 | Hitachi Maxell Ltd | 燃料電池 |
| JP2006523933A (ja) * | 2003-04-14 | 2006-10-19 | ゼネラル・モーターズ・コーポレーション | 圧力降下可変式燃料電池スタック |
| JP4783281B2 (ja) * | 2003-04-14 | 2011-09-28 | ゼネラル・モーターズ・コーポレーション | 圧力降下可変式燃料電池スタック |
| JP2011070805A (ja) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Honda Motor Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| JP2011150853A (ja) * | 2010-01-20 | 2011-08-04 | Honda Motor Co Ltd | 固体高分子型燃料電池 |
| JP2016186888A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | 株式会社豊田自動織機 | 電池モジュール |
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