JPH09298064A - 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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- JPH09298064A JPH09298064A JP8313365A JP31336596A JPH09298064A JP H09298064 A JPH09298064 A JP H09298064A JP 8313365 A JP8313365 A JP 8313365A JP 31336596 A JP31336596 A JP 31336596A JP H09298064 A JPH09298064 A JP H09298064A
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- reaction gas
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】セパレータの反応ガス通流溝への液滴の付着が
抑制され、反応ガスが安定して流れるものを得る。 【解決手段】固体高分子膜１の両面に燃料極２と酸化剤
極３とを配し、その両外面に、それぞれ燃料ガスあるい
は酸化剤ガスを通流する反応ガス通流溝５を備えたセパ
レータ４を配して形成される単電池において、反応ガス
通流溝５の内面に金メッキ層からなる撥水処理層１５を
備える。
抑制され、反応ガスが安定して流れるものを得る。 【解決手段】固体高分子膜１の両面に燃料極２と酸化剤
極３とを配し、その両外面に、それぞれ燃料ガスあるい
は酸化剤ガスを通流する反応ガス通流溝５を備えたセパ
レータ４を配して形成される単電池において、反応ガス
通流溝５の内面に金メッキ層からなる撥水処理層１５を
備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子電解
質膜を電解質保持層とする固体高分子電解質型燃料電池
に係わり、特に単電池を構成するセパレータに設けられ
る反応ガスの通流溝の構成に関する。
質膜を電解質保持層とする固体高分子電解質型燃料電池
に係わり、特に単電池を構成するセパレータに設けられ
る反応ガスの通流溝の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は、従来より用いられている固体高
分子電解質型燃料電池の単電池の基本構成を模式的に示
す分解断面図である。固体高分子電解質膜１の両主面に
燃料極２と酸化剤極３とを密接して配置し、さらにその
両外面に、燃料極２に燃料ガスを、また酸化剤極３に酸
化剤ガスを供給する反応ガス通流溝５と、冷却水を通流
して適正温度に保持するための冷却水通流溝６とを備え
たセパレータ４を、反応ガス通流溝５が燃料極２あるい
は酸化剤極３に面するように配し、ガスシール体７によ
り気密に保持して単電池が構成されている。なお、本図
に示した構成においては、セパレータ４に冷却水通流溝
６を設けているが、冷却機能をセパレータ以外の別途構
成部品に持たせて単電池を構成する場合もある。
分子電解質型燃料電池の単電池の基本構成を模式的に示
す分解断面図である。固体高分子電解質膜１の両主面に
燃料極２と酸化剤極３とを密接して配置し、さらにその
両外面に、燃料極２に燃料ガスを、また酸化剤極３に酸
化剤ガスを供給する反応ガス通流溝５と、冷却水を通流
して適正温度に保持するための冷却水通流溝６とを備え
たセパレータ４を、反応ガス通流溝５が燃料極２あるい
は酸化剤極３に面するように配し、ガスシール体７によ
り気密に保持して単電池が構成されている。なお、本図
に示した構成においては、セパレータ４に冷却水通流溝
６を設けているが、冷却機能をセパレータ以外の別途構
成部品に持たせて単電池を構成する場合もある。
【０００３】図５は、図４のごとき単電池を積層して構
成される燃料電池積層体の構成を模式的に示す側面図で
ある。複数の単電池８を積層し、その両端に集電板９を
配し、さらにその外側に電気絶縁と熱絶縁の用を果たす
絶縁板１０を配設したのち、締付板１１で挟み、締付ボ
ルト１２、皿バネ１３、締付ナット１４を用いて締めつ
け、加圧して保持されている。
成される燃料電池積層体の構成を模式的に示す側面図で
ある。複数の単電池８を積層し、その両端に集電板９を
配し、さらにその外側に電気絶縁と熱絶縁の用を果たす
絶縁板１０を配設したのち、締付板１１で挟み、締付ボ
ルト１２、皿バネ１３、締付ナット１４を用いて締めつ
け、加圧して保持されている。
【０００４】図６は、単電池を構成するセパレータ４を
電極側から見た側面模式図である。セパレータ４の電極
域２０に面する中央部には複数のガス通流溝５が平行に
配設されている。外部より供給される反応ガス、即ち水
素等の燃料ガス、あるいは空気等の酸化剤ガスは、上部
に設けられたガス入口２３より入口側マニホールド２１
へと送られ、分配されて、平行に配された複数のガス通
流溝５を下側へと通流し、電気化学反応に寄与したの
ち、余剰のガスは出口側マニホールド２２において合流
し、下部に設けられたガス出口２４より外部へと排出さ
れる。なお、ガス入口連通孔２５および反応ガス出口連
通孔２６は、このセパレータ４に相対して配設されるセ
パレータへ通流される反応ガスの入口と出口に連通する
孔で、これらの孔を通して通流することにより、積層さ
れた複数の単電池の各セパレータへ反応ガスが供給され
ることとなる。
電極側から見た側面模式図である。セパレータ４の電極
域２０に面する中央部には複数のガス通流溝５が平行に
配設されている。外部より供給される反応ガス、即ち水
素等の燃料ガス、あるいは空気等の酸化剤ガスは、上部
に設けられたガス入口２３より入口側マニホールド２１
へと送られ、分配されて、平行に配された複数のガス通
流溝５を下側へと通流し、電気化学反応に寄与したの
ち、余剰のガスは出口側マニホールド２２において合流
し、下部に設けられたガス出口２４より外部へと排出さ
れる。なお、ガス入口連通孔２５および反応ガス出口連
通孔２６は、このセパレータ４に相対して配設されるセ
パレータへ通流される反応ガスの入口と出口に連通する
孔で、これらの孔を通して通流することにより、積層さ
れた複数の単電池の各セパレータへ反応ガスが供給され
ることとなる。
【０００５】固体高分子電解質膜１には、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、あるいはフロロカ
ーボンマトリックスにトリフロロエチレンをグラファイ
ト化したもの、パーフロロカーボンスルホン酸膜（米国
デュポン社製、商品名ナフィオン酸）などが用いられ
る。これらの固体高分子電解質膜は分子中にプロトン
（水素イオン）交換基を備えており、飽和に含水させる
ことにより比抵抗が常温で２０Ωcm以下となりプロトン
導電性電解質として機能する。膜の飽和含水量は温度に
よって可逆的に変化する。
を持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、あるいはフロロカ
ーボンマトリックスにトリフロロエチレンをグラファイ
ト化したもの、パーフロロカーボンスルホン酸膜（米国
デュポン社製、商品名ナフィオン酸）などが用いられ
る。これらの固体高分子電解質膜は分子中にプロトン
（水素イオン）交換基を備えており、飽和に含水させる
ことにより比抵抗が常温で２０Ωcm以下となりプロトン
導電性電解質として機能する。膜の飽和含水量は温度に
よって可逆的に変化する。
【０００６】燃料極２と酸化剤極３は、ともに触媒層と
これを支持する電極基材とからなり、触媒層を固体高分
子電解質膜１に密着させて配し、燃料極２に燃料ガスで
ある水素を、また酸化剤極３に酸化剤ガスである酸素あ
るいは空気を供給すると、それぞれの触媒層と固体高分
子電解質膜１との界面に三相界面が形成され、以下のご
とき電気化学反応が起こる。
これを支持する電極基材とからなり、触媒層を固体高分
子電解質膜１に密着させて配し、燃料極２に燃料ガスで
ある水素を、また酸化剤極３に酸化剤ガスである酸素あ
るいは空気を供給すると、それぞれの触媒層と固体高分
子電解質膜１との界面に三相界面が形成され、以下のご
とき電気化学反応が起こる。
【０００７】
【化１】 燃料極 ； Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ- （１） 酸化剤極； ２Ｈ+ ＋ (1/2)Ｏ2 ＋２ｅ- → Ｈ2 Ｏ （２） すなわち、この反応においては水素と酸素が反応して水
が生成する。触媒層は、一般に微小な粒子状の白金触媒
と撥水性を備えたフッ素樹脂から形成されており、反応
ガスが三相界面まで効率的に拡散できるよう細孔が形成
されている。
が生成する。触媒層は、一般に微小な粒子状の白金触媒
と撥水性を備えたフッ素樹脂から形成されており、反応
ガスが三相界面まで効率的に拡散できるよう細孔が形成
されている。
【０００８】なお、この反応により各単電池で発生する
電圧は１Ｖ以下であるので、実用的な電圧へ高めるため
に、図５に示したように多数の単電池を積層して燃料電
池積層体を形成して使用される。また、固体高分子電解
質膜の比抵抗を小さくして発電効率を高く維持するため
に、通常 50 〜100 ℃の運転温度で用いられる。前述の
ように、固体高分子電解質型燃料電池においては、固体
高分子電解質膜を飽和に含水させることにより膜の比抵
抗が小さくなり、膜はプロトン導電性電解質として機能
する。したがって、固体高分子電解質型燃料電池の発電
効率を維持するためには、膜の含水状態を飽和に維持す
ることが必要である。このため、反応ガスに水を供給し
て反応ガスの湿度を高めて燃料電池へ供給することによ
り、膜からガスへの水の蒸発を抑えて、膜の乾燥を防止
する方法が、従来から採られている。
電圧は１Ｖ以下であるので、実用的な電圧へ高めるため
に、図５に示したように多数の単電池を積層して燃料電
池積層体を形成して使用される。また、固体高分子電解
質膜の比抵抗を小さくして発電効率を高く維持するため
に、通常 50 〜100 ℃の運転温度で用いられる。前述の
ように、固体高分子電解質型燃料電池においては、固体
高分子電解質膜を飽和に含水させることにより膜の比抵
抗が小さくなり、膜はプロトン導電性電解質として機能
する。したがって、固体高分子電解質型燃料電池の発電
効率を維持するためには、膜の含水状態を飽和に維持す
ることが必要である。このため、反応ガスに水を供給し
て反応ガスの湿度を高めて燃料電池へ供給することによ
り、膜からガスへの水の蒸発を抑えて、膜の乾燥を防止
する方法が、従来から採られている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】一方、上記の式（１）
および（２）に示したように、燃料電池の発電に際し
て、反応生成物として水が生成され、この反応生成水は
余剰の反応ガスとともに燃料電池の外部へと排出され
る。このため、単電池内の反応ガスに含まれる水分の量
が反応ガスの流れ方向で差異を生じ、反応ガスの上流側
すなわち入口側に比べて、下流側すなわち出口側では反
応生成水に相当する量だけ多量に水分が含まれることと
なる。
および（２）に示したように、燃料電池の発電に際し
て、反応生成物として水が生成され、この反応生成水は
余剰の反応ガスとともに燃料電池の外部へと排出され
る。このため、単電池内の反応ガスに含まれる水分の量
が反応ガスの流れ方向で差異を生じ、反応ガスの上流側
すなわち入口側に比べて、下流側すなわち出口側では反
応生成水に相当する量だけ多量に水分が含まれることと
なる。
【００１０】したがって、膜の含水状態を飽和に維持す
るために飽和状態に加湿した反応ガスを単電池に供給す
ると、出口側では水蒸気が過飽和となり、液体状態とな
った水が混在する。このように反応ガス中に液体状態の
水が含まれると、液体状態の水は、反応ガス通流路とな
るセパレータのガス通流溝に、表面張力によって液滴と
して付着し、さらには、通路を塞いでガスの流れを阻害
する事態が生じることとなる。
るために飽和状態に加湿した反応ガスを単電池に供給す
ると、出口側では水蒸気が過飽和となり、液体状態とな
った水が混在する。このように反応ガス中に液体状態の
水が含まれると、液体状態の水は、反応ガス通流路とな
るセパレータのガス通流溝に、表面張力によって液滴と
して付着し、さらには、通路を塞いでガスの流れを阻害
する事態が生じることとなる。
【００１１】これに対して、従来の固体高分子電解質型
燃料電池のセパレータの反応ガス通流路の構成において
は、いずれかのガス通流溝が液滴により完全に閉塞され
る事態が起これば、液滴には、液滴自体の重力の他に、
並列に配された通流溝を流れるガス流によって生じる圧
力損失が加わることとなる。したがって、反応ガスの流
速やガス通流溝の断面積を適量に選定して圧力損失を所
定値以上とすれば、表面張力による付着力に打ち勝っ
て、通流溝を閉塞した液滴を排出することができる。
燃料電池のセパレータの反応ガス通流路の構成において
は、いずれかのガス通流溝が液滴により完全に閉塞され
る事態が起これば、液滴には、液滴自体の重力の他に、
並列に配された通流溝を流れるガス流によって生じる圧
力損失が加わることとなる。したがって、反応ガスの流
速やガス通流溝の断面積を適量に選定して圧力損失を所
定値以上とすれば、表面張力による付着力に打ち勝っ
て、通流溝を閉塞した液滴を排出することができる。
【００１２】しかしながら、付着した液滴がガス通流溝
を閉塞していない状態においては、液滴には、液滴自体
の重力と、通流するガスの流速の２乗に比例する動圧と
が加わるのみで、上記のごとき圧力損失は加わらない。
したがって、表面張力による付着力が大きければ、付着
した液滴の除去は困難となる。このように、ガス通流溝
に液滴が付着する事態が生じると、やがて、拡大した液
滴によるガス通流溝の閉塞、つづいて圧力損失による液
滴の排出が起こり、再びガス通流溝に液滴が付着するサ
イクルを繰り返すこととなる。したがって、ガス通流溝
に液滴が付着すると、反応ガスの供給量が不足したり、
ガス通流溝相互の間での流量の不均一を生じて、電池特
性の低下をもたらす危険性がある。
を閉塞していない状態においては、液滴には、液滴自体
の重力と、通流するガスの流速の２乗に比例する動圧と
が加わるのみで、上記のごとき圧力損失は加わらない。
したがって、表面張力による付着力が大きければ、付着
した液滴の除去は困難となる。このように、ガス通流溝
に液滴が付着する事態が生じると、やがて、拡大した液
滴によるガス通流溝の閉塞、つづいて圧力損失による液
滴の排出が起こり、再びガス通流溝に液滴が付着するサ
イクルを繰り返すこととなる。したがって、ガス通流溝
に液滴が付着すると、反応ガスの供給量が不足したり、
ガス通流溝相互の間での流量の不均一を生じて、電池特
性の低下をもたらす危険性がある。
【００１３】本発明は上記のごとき従来技術の難点を考
慮してなされたもので、本発明の目的は、反応ガス通流
溝への液滴の付着が抑制され、反応ガスが安定して均一
に通流する固体高分子電解質型燃料電池を提供すること
にある。
慮してなされたもので、本発明の目的は、反応ガス通流
溝への液滴の付着が抑制され、反応ガスが安定して均一
に通流する固体高分子電解質型燃料電池を提供すること
にある。
【００１４】
【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、固体高分子電解質膜からなる
電解質層の両主面に電極層を配し、さらにその両外面
に、ガス通流溝を備えたセパレータを配設して単電池と
し、この単電池を積層して燃料電池積層体を形成し、一
方のセパレータのガス通流溝に燃料ガスを、また他方の
セパレータのガス通流溝に酸化剤ガスを通流する固体高
分子電解質型燃料電池において、 （１）それぞれのセパレータのガス通流溝の内表面に、
例えば、金メッキ層、金とフッ化カーボンとの複合メッ
キ層、あるいはフッ素樹脂等よりなる撥水処理層を備え
ることとする。
めに、本発明においては、固体高分子電解質膜からなる
電解質層の両主面に電極層を配し、さらにその両外面
に、ガス通流溝を備えたセパレータを配設して単電池と
し、この単電池を積層して燃料電池積層体を形成し、一
方のセパレータのガス通流溝に燃料ガスを、また他方の
セパレータのガス通流溝に酸化剤ガスを通流する固体高
分子電解質型燃料電池において、 （１）それぞれのセパレータのガス通流溝の内表面に、
例えば、金メッキ層、金とフッ化カーボンとの複合メッ
キ層、あるいはフッ素樹脂等よりなる撥水処理層を備え
ることとする。
【００１５】（２）あるいは、それぞれのセパレータの
ガス通流溝として、基材の溝中に装着された、例えば、
フッ素樹脂、ポリプロピレン、またはナイロン等よりな
る撥水性部材の凹状溝を用いることとする。 （３）あるいは、さらにこれらのセパレータのガス通流
溝を、Ｕ字状の断面形状を備えた溝とする。
ガス通流溝として、基材の溝中に装着された、例えば、
フッ素樹脂、ポリプロピレン、またはナイロン等よりな
る撥水性部材の凹状溝を用いることとする。 （３）あるいは、さらにこれらのセパレータのガス通流
溝を、Ｕ字状の断面形状を備えた溝とする。
【００１６】図７は、セパレータ４の反応ガス通流溝５
の内表面に付着した液滴３０を模式的に示したもので、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ面における断
面図である。図のごとくの表面張力をγ、接触角をφと
すると、液滴３０の内表面への付着張力は、γ cosφと
なる。したがって、上記（１）のように反応ガス通流溝
５の内表面に撥水処理層を設ける、あるいは上記（２）
のように撥水性部材の凹状溝をガス通流溝として用いる
こととすれば、いずれも、接触角φが大きくなるので、
付着張力γ cosφが小さくなり、液滴３０が反応ガス通
流溝５の内表面より容易に除去できることとなる。ま
た、上記（３）のようにガス通流溝をＵ字状の断面形状
をもつものとすれば、従来例の通流溝の角部のごとく二
つの面に面して強い表面張力により保持されることがな
くなるので、付着張力が抑えられ、液滴の除去が容易と
なる。
の内表面に付着した液滴３０を模式的に示したもので、
（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ面における断
面図である。図のごとくの表面張力をγ、接触角をφと
すると、液滴３０の内表面への付着張力は、γ cosφと
なる。したがって、上記（１）のように反応ガス通流溝
５の内表面に撥水処理層を設ける、あるいは上記（２）
のように撥水性部材の凹状溝をガス通流溝として用いる
こととすれば、いずれも、接触角φが大きくなるので、
付着張力γ cosφが小さくなり、液滴３０が反応ガス通
流溝５の内表面より容易に除去できることとなる。ま
た、上記（３）のようにガス通流溝をＵ字状の断面形状
をもつものとすれば、従来例の通流溝の角部のごとく二
つの面に面して強い表面張力により保持されることがな
くなるので、付着張力が抑えられ、液滴の除去が容易と
なる。
【００１７】
＜実施例１＞図１は、本発明の固体高分子電解質型燃料
電池の第１の実施例を模式的に示す単電池の分解断面図
である。本構成の単電池は、図４に示した従来例のよう
に、固体高分子電解質膜１を挟持する燃料極２と酸化剤
極３の両外面に、反応ガス通流溝５を備えたセパレータ
４を、反応ガス通流溝５が燃料極２あるいは酸化剤極３
に面するように配設し、ガスシール体７で気密に保持し
て構成されている。本構成の単電池の従来例との相違点
は、反応ガス通流溝５の内面に金メッキ層からなる撥水
処理層１５が形成されていることにある。
電池の第１の実施例を模式的に示す単電池の分解断面図
である。本構成の単電池は、図４に示した従来例のよう
に、固体高分子電解質膜１を挟持する燃料極２と酸化剤
極３の両外面に、反応ガス通流溝５を備えたセパレータ
４を、反応ガス通流溝５が燃料極２あるいは酸化剤極３
に面するように配設し、ガスシール体７で気密に保持し
て構成されている。本構成の単電池の従来例との相違点
は、反応ガス通流溝５の内面に金メッキ層からなる撥水
処理層１５が形成されていることにある。
【００１８】したがって本構成においては、固体高分子
電解質膜１の含水状態を飽和に維持するために飽和状態
に加湿して供給される反応ガスの水分、および燃料電池
の発電に際して生成された反応生成水の水分が、過飽和
状態となって液化し、セパレータ４の反応ガス通流溝５
に液滴として付着する事態が生じても、反応ガス通流溝
５の表面には撥水処理層１５が形成されているので、付
着した液滴の接触角は大きく、付着張力は小さい。した
がって、付着した液滴は通流する反応ガスにより容易に
排出されるので、液滴が過大となって、反応ガスの供給
量が不足したり、並列に配された反応ガス通流溝５の相
互の間での流量の不均一を生じる危険性が回避され、反
応ガスが安定して均一に通流することとなる。
電解質膜１の含水状態を飽和に維持するために飽和状態
に加湿して供給される反応ガスの水分、および燃料電池
の発電に際して生成された反応生成水の水分が、過飽和
状態となって液化し、セパレータ４の反応ガス通流溝５
に液滴として付着する事態が生じても、反応ガス通流溝
５の表面には撥水処理層１５が形成されているので、付
着した液滴の接触角は大きく、付着張力は小さい。した
がって、付着した液滴は通流する反応ガスにより容易に
排出されるので、液滴が過大となって、反応ガスの供給
量が不足したり、並列に配された反応ガス通流溝５の相
互の間での流量の不均一を生じる危険性が回避され、反
応ガスが安定して均一に通流することとなる。
【００１９】なお、図１に示した構成においては、反応
ガス通流溝５の内面の撥水処理層１５を金メッキ層より
形成しているが、金とフッ化カーボンとの複合メッキ
層、あるいはポリテトラフロロエチレン等のフッ素樹脂
により形成しても、付着した液滴の接触角が大きくな
り、付着張力は小さくなるので、通流する反応ガスによ
り容易に排出され、反応ガスが安定して均一に通流する
こととなる。
ガス通流溝５の内面の撥水処理層１５を金メッキ層より
形成しているが、金とフッ化カーボンとの複合メッキ
層、あるいはポリテトラフロロエチレン等のフッ素樹脂
により形成しても、付着した液滴の接触角が大きくな
り、付着張力は小さくなるので、通流する反応ガスによ
り容易に排出され、反応ガスが安定して均一に通流する
こととなる。
【００２０】また、図１に示した構成においては、セパ
レータ４に冷却水通流溝６を設けて単電池を冷却するも
のとしているが、これに限るものではなく、セパレータ
４以外の別途構成部品にこの冷却機能を持たせてもよ
い。 ＜実施例２＞図２は、本発明の固体高分子電解質型燃料
電池の第２の実施例を模式的に示す単電池のセパレータ
の構成図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は反応ガス通流方
向より見た断面図である。
レータ４に冷却水通流溝６を設けて単電池を冷却するも
のとしているが、これに限るものではなく、セパレータ
４以外の別途構成部品にこの冷却機能を持たせてもよ
い。 ＜実施例２＞図２は、本発明の固体高分子電解質型燃料
電池の第２の実施例を模式的に示す単電池のセパレータ
の構成図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は反応ガス通流方
向より見た断面図である。
【００２１】本構成の特徴は、セパレータ４Ａに形成さ
れた多数の凹状の溝の内部に、ポリテトラフロロエチレ
ンよりなる撥水性部材１６が密に装着されており、この
撥水性部材１６に形成された凹状溝を反応ガス通流溝５
として用いている点にある。したがって、本構成のセパ
レータを組み込んで単電池を形成し、この単電池を用い
て固体高分子電解質型燃料電池を構成すれば、供給され
る反応ガスが過飽和状態となって、水分が反応ガス通流
溝５に液滴として付着する事態が生じても、反応ガス通
流溝５は撥水性部材に形成されているので、付着した液
滴の付着張力は小さく、通流する反応ガスにより容易に
排出されるので、反応ガスの供給量の不足や、反応ガス
通流溝５の相互の間での流量の不均一を生じることな
く、反応ガスが安定して均一に通流することとなる。
れた多数の凹状の溝の内部に、ポリテトラフロロエチレ
ンよりなる撥水性部材１６が密に装着されており、この
撥水性部材１６に形成された凹状溝を反応ガス通流溝５
として用いている点にある。したがって、本構成のセパ
レータを組み込んで単電池を形成し、この単電池を用い
て固体高分子電解質型燃料電池を構成すれば、供給され
る反応ガスが過飽和状態となって、水分が反応ガス通流
溝５に液滴として付着する事態が生じても、反応ガス通
流溝５は撥水性部材に形成されているので、付着した液
滴の付着張力は小さく、通流する反応ガスにより容易に
排出されるので、反応ガスの供給量の不足や、反応ガス
通流溝５の相互の間での流量の不均一を生じることな
く、反応ガスが安定して均一に通流することとなる。
【００２２】なお、本実施例は、冷却機能をセパレータ
４Ａ以外の別の構成部品に持たせた単電池のセパレータ
４Ａを示したものであり、従来例に示したごとき冷却水
通流溝６は備えていない。また本実施例においては、ポ
リテトラフロロエチレンを撥水性部材１６に用いること
としているが、これに限るものではなく、ポリプロピレ
ン、あるいはナイロンのごとき撥水性に富む部材を用い
てもよい。 ＜実施例３＞図３は、本発明の固体高分子電解質型燃料
電池の第３の実施例を模式的に示す単電池のセパレータ
の構成図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は反応ガス通流方
向より見た断面図であり、本実施例も、冷却機能をセパ
レータ以外の別の構成部品に持たせた単電池について例
示したものである。
４Ａ以外の別の構成部品に持たせた単電池のセパレータ
４Ａを示したものであり、従来例に示したごとき冷却水
通流溝６は備えていない。また本実施例においては、ポ
リテトラフロロエチレンを撥水性部材１６に用いること
としているが、これに限るものではなく、ポリプロピレ
ン、あるいはナイロンのごとき撥水性に富む部材を用い
てもよい。 ＜実施例３＞図３は、本発明の固体高分子電解質型燃料
電池の第３の実施例を模式的に示す単電池のセパレータ
の構成図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は反応ガス通流方
向より見た断面図であり、本実施例も、冷却機能をセパ
レータ以外の別の構成部品に持たせた単電池について例
示したものである。
【００２３】本構成の特徴は、セパレータ４Ｂの反応ガ
ス通流溝が、上述の実施例１または実施例２の手段によ
り撥水性を有し、かつ、いずれもＵ字状の流路断面形状
を備えた多数のＵ字溝１７よりなることにある。本構成
では、反応ガス中の水分が液滴となって通流溝に付着す
る事態となっても、液滴はすべて連続する曲面に付着し
保持され、従来の凹状溝の角部のように二面に付着する
ことによって強固な付着力をもつことがないので、通流
する反応ガスにより比較的容易に排出され、反応ガスが
安定して均一に通流することとなる。
ス通流溝が、上述の実施例１または実施例２の手段によ
り撥水性を有し、かつ、いずれもＵ字状の流路断面形状
を備えた多数のＵ字溝１７よりなることにある。本構成
では、反応ガス中の水分が液滴となって通流溝に付着す
る事態となっても、液滴はすべて連続する曲面に付着し
保持され、従来の凹状溝の角部のように二面に付着する
ことによって強固な付着力をもつことがないので、通流
する反応ガスにより比較的容易に排出され、反応ガスが
安定して均一に通流することとなる。
【００２４】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、固体高
分子電解質膜からなる電解質層の両主面に電極層を配
し、さらにその両外面に、ガス通流溝を備えたセパレー
タを配設して単電池とし、この単電池を積層して燃料電
池積層体を形成し、一方のセパレータのガス通流溝に燃
料ガスを、また他方のセパレータのガス通流溝に酸化剤
ガスを通流する固体高分子電解質型燃料電池において、 （１）それぞれのセパレータのガス通流溝の内表面に、
例えば、金メッキ層、金とフッ化カーボンとの複合メッ
キ層、あるいはフッ素樹脂等よりなる撥水処理層を備え
ることとしたので、反応ガス通流溝への液滴の付着が抑
制され、反応ガスが安定して均一に通流する固体高分子
電解質型燃料電池が得られることとなった。
分子電解質膜からなる電解質層の両主面に電極層を配
し、さらにその両外面に、ガス通流溝を備えたセパレー
タを配設して単電池とし、この単電池を積層して燃料電
池積層体を形成し、一方のセパレータのガス通流溝に燃
料ガスを、また他方のセパレータのガス通流溝に酸化剤
ガスを通流する固体高分子電解質型燃料電池において、 （１）それぞれのセパレータのガス通流溝の内表面に、
例えば、金メッキ層、金とフッ化カーボンとの複合メッ
キ層、あるいはフッ素樹脂等よりなる撥水処理層を備え
ることとしたので、反応ガス通流溝への液滴の付着が抑
制され、反応ガスが安定して均一に通流する固体高分子
電解質型燃料電池が得られることとなった。
【００２５】（２）また、それぞれのセパレータのガス
通流溝として、基材の溝中に装着された、例えば、フッ
素樹脂、ポリプロピレン、またはナイロン等よりなる撥
水性部材の凹状溝を用いることとすれば、同様に反応ガ
ス通流溝への液滴の付着が抑制されることとなるので、
反応ガスが安定して均一に通流する固体高分子電解質型
燃料電池が得られることとなる。
通流溝として、基材の溝中に装着された、例えば、フッ
素樹脂、ポリプロピレン、またはナイロン等よりなる撥
水性部材の凹状溝を用いることとすれば、同様に反応ガ
ス通流溝への液滴の付着が抑制されることとなるので、
反応ガスが安定して均一に通流する固体高分子電解質型
燃料電池が得られることとなる。
【００２６】（３）また、さらに、これらのセパレータ
のガス通流溝を、Ｕ字状の断面形状を備えた溝として
も、液滴の付着が抑制され、反応ガスが安定して均一に
通流する固体高分子電解質型燃料電池が得られることと
なる。
のガス通流溝を、Ｕ字状の断面形状を備えた溝として
も、液滴の付着が抑制され、反応ガスが安定して均一に
通流する固体高分子電解質型燃料電池が得られることと
なる。
【図１】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の実施の
形態を模式的に示す単電池の分解断面図
形態を模式的に示す単電池の分解断面図
【図２】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の第２の
実施例を模式的に示す単電池のセパレータの構成図で、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図
実施例を模式的に示す単電池のセパレータの構成図で、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図
【図３】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の第３の
実施例を模式的に示す単電池のセパレータの構成図で、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図
実施例を模式的に示す単電池のセパレータの構成図で、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図
【図４】従来より用いられている固体高分子電解質型燃
料電池の単電池の基本構成を模式的に示す分解断面図
料電池の単電池の基本構成を模式的に示す分解断面図
【図５】図２の単電池を用いた燃料電池積層体の構成を
模式的に示す側面図
模式的に示す側面図
【図６】単電池を構成するセパレータを電極側から見た
側面模式図
側面模式図
【図７】セパレータの反応ガス通流溝の内表面に付着し
た液滴を示す模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＸ−Ｘ面における断面図
た液滴を示す模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＸ−Ｘ面における断面図
１ 固体高分子電解質膜 ２ 燃料極 ３ 酸化剤極 ４ セパレータ ４Ａ，４Ｂ セパレータ ５ 反応ガス通流溝 ６ 冷却水通流溝 ７ ガスシール体 １５ 撥水処理層 １６ 撥水性部材 １７ Ｕ字溝 ３０ 液滴
Claims (5)
- 【請求項１】固体高分子電解質膜からなる電解質層の両
主面に電極層を配し、さらにその両外面に、ガス通流溝
を備えたセパレータを配設して単電池とし、この単電池
を積層して燃料電池積層体を形成し、一方のセパレータ
のガス通流溝に燃料ガスを、また他方のセパレータのガ
ス通流溝に酸化剤ガスを通流する固体高分子電解質型燃
料電池において、それぞれのセパレータのガス通流溝の
内表面に撥水処理層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】前記撥水処理層が、金メッキ層、金とフッ
化カーボンとの複合メッキ層、またはフッ素樹脂のうち
のいずれか一つからなることを特徴とする請求項１に記
載の固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項３】固体高分子電解質膜からなる電解質層の両
主面に電極層を配し、さらにその両外面に、ガス通流溝
を備えたセパレータを配設して単電池とし、この単電池
を積層して燃料電池積層体を形成し、一方のセパレータ
のガス通流溝に燃料ガスを、また他方のセパレータのガ
ス通流溝に酸化剤ガスを通流する固体高分子電解質型燃
料電池において、それぞれのセパレータのガス通流溝
が、基材の溝中に装着された撥水性部材の凹状溝よりな
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】前記撥水性部材が、フッ素樹脂、ポリプロ
ピレン、またはナイロンのうちのいずれか一つからなる
ことを特徴とする請求項３に記載の固体高分子電解質型
燃料電池。 - 【請求項５】それぞれのセパレータのガス通流溝が、Ｕ
字状の断面形状を備えてなることを特徴とする請求項
１、２、３または４に記載の固体高分子電解質型燃料電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8313365A JPH09298064A (ja) | 1996-03-08 | 1996-11-25 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-51289 | 1996-03-08 | ||
| JP5128996 | 1996-03-08 | ||
| JP8313365A JPH09298064A (ja) | 1996-03-08 | 1996-11-25 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09298064A true JPH09298064A (ja) | 1997-11-18 |
Family
ID=26391828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8313365A Withdrawn JPH09298064A (ja) | 1996-03-08 | 1996-11-25 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09298064A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001022513A1 (fr) * | 1999-09-17 | 2001-03-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pile a combustible a electrolyte polymerique |
| WO2001028018A1 (fr) * | 1999-10-14 | 2001-04-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pile a combustible electrolytique polymere |
| WO2001059864A1 (fr) * | 2000-02-08 | 2001-08-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pile a combustible electrolytique polymerique |
| KR100421708B1 (ko) * | 1998-08-20 | 2004-03-11 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | 연료전지 및 그 제조방법 |
| JP2005019237A (ja) * | 2003-06-26 | 2005-01-20 | Kyocera Corp | 燃料電池用容器および燃料電池 |
| US6858339B2 (en) | 2000-12-05 | 2005-02-22 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Separator for fuel cell and fuel cell |
| JP2008112736A (ja) * | 2000-01-14 | 2008-05-15 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用セパレータ |
-
1996
- 1996-11-25 JP JP8313365A patent/JPH09298064A/ja not_active Withdrawn
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100421708B1 (ko) * | 1998-08-20 | 2004-03-11 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | 연료전지 및 그 제조방법 |
| WO2001022513A1 (fr) * | 1999-09-17 | 2001-03-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pile a combustible a electrolyte polymerique |
| US6893765B1 (en) | 1999-09-17 | 2005-05-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
| WO2001028018A1 (fr) * | 1999-10-14 | 2001-04-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pile a combustible electrolytique polymere |
| US6696194B1 (en) | 1999-10-14 | 2004-02-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolytic fuel cell |
| JP2008112736A (ja) * | 2000-01-14 | 2008-05-15 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用セパレータ |
| WO2001059864A1 (fr) * | 2000-02-08 | 2001-08-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Pile a combustible electrolytique polymerique |
| US7205061B2 (en) | 2000-02-08 | 2007-04-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell |
| US6858339B2 (en) | 2000-12-05 | 2005-02-22 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Separator for fuel cell and fuel cell |
| JP2005019237A (ja) * | 2003-06-26 | 2005-01-20 | Kyocera Corp | 燃料電池用容器および燃料電池 |
| JP4497849B2 (ja) * | 2003-06-26 | 2010-07-07 | 京セラ株式会社 | 燃料電池用容器および燃料電池 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040624 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041012 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20041213 |