JPH10154524A - 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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- JPH10154524A JPH10154524A JP8314397A JP31439796A JPH10154524A JP H10154524 A JPH10154524 A JP H10154524A JP 8314397 A JP8314397 A JP 8314397A JP 31439796 A JP31439796 A JP 31439796A JP H10154524 A JPH10154524 A JP H10154524A
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- Japan
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- polymer electrolyte
- electrode layer
- gas flow
- fuel cell
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
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- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
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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】反応ガス中に液滴が生じ、セパレータのガス通
流溝に停滞する事態となっても、電極層の表面への付着
を抑制して安定した電池特性を得る。 【解決手段】固体高分子電解質体を一対の電極層で挟持
し、さらにその両外面に一対のセパレータ４Ａを配して
構成される単セルを複数個積層して電池積層体を形成
し、積層方向を水平方向に配して用いるものにおいて、
セパレータ４Ａに備えるガス通流溝５Ａを、複数の水平
方向に延伸する通流溝を直列に接続して形成し、かつ水
平方向に延伸する通流溝の下面ａ−ｂを、深さ方向に水
平面より下方に傾斜させて形成する。
流溝に停滞する事態となっても、電極層の表面への付着
を抑制して安定した電池特性を得る。 【解決手段】固体高分子電解質体を一対の電極層で挟持
し、さらにその両外面に一対のセパレータ４Ａを配して
構成される単セルを複数個積層して電池積層体を形成
し、積層方向を水平方向に配して用いるものにおいて、
セパレータ４Ａに備えるガス通流溝５Ａを、複数の水平
方向に延伸する通流溝を直列に接続して形成し、かつ水
平方向に延伸する通流溝の下面ａ−ｂを、深さ方向に水
平面より下方に傾斜させて形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子電解質
型燃料電池に用いられるセパレータのガス通流溝の構
造、特に対向する電極層表面への液滴の付着を防止する
ガス通流溝の構造に関する。
型燃料電池に用いられるセパレータのガス通流溝の構
造、特に対向する電極層表面への液滴の付着を防止する
ガス通流溝の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池は、電解質
として固体高分子膜を用いる燃料電池で、出力密度が高
い、電池寿命が長い等の特徴を有している。図３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
セルの基本構成を示す断面図である。平板状の固体高分
子電解質体１の両主面にアノード電極となる電極層２、
およびカソード電極となる電極層３を配し、さらにその
両外面にセパレータ４を配して単セルが形成されてい
る。二つのセパレータ４には、それぞれガス通流溝５と
冷却水通流溝６が備えられており、アノード電極側のセ
パレータ４に設けられたガス通流溝５には燃料ガスとし
ての水素が、またカソード電極側のセパレータ４に設け
られたガス通流溝５には空気が通流される。また、冷却
水通流溝６に冷却水を供給することにより発電に伴って
生じる発熱を除去し、電池の温度を所定の温度に保持し
て運転される。
として固体高分子膜を用いる燃料電池で、出力密度が高
い、電池寿命が長い等の特徴を有している。図３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
セルの基本構成を示す断面図である。平板状の固体高分
子電解質体１の両主面にアノード電極となる電極層２、
およびカソード電極となる電極層３を配し、さらにその
両外面にセパレータ４を配して単セルが形成されてい
る。二つのセパレータ４には、それぞれガス通流溝５と
冷却水通流溝６が備えられており、アノード電極側のセ
パレータ４に設けられたガス通流溝５には燃料ガスとし
ての水素が、またカソード電極側のセパレータ４に設け
られたガス通流溝５には空気が通流される。また、冷却
水通流溝６に冷却水を供給することにより発電に伴って
生じる発熱を除去し、電池の温度を所定の温度に保持し
て運転される。
【０００３】図４は、上記の単セルのカソード電極側に
用いられているセパレータ４の基本構成図で、（ａ）は
電極層３の側より見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ
面における断面図である。図に見られるように、セパレ
ータ４に設けられたガス通流溝５は水平方向に延伸する
複数の通流溝を直列に接続して構成されており、ガス
（空気）は上部に設けられたガス入口７より導入され、
水平方向に延伸する複数の通流溝を順次下方へと流れ
て、下部に設けられたガス出口８より排出される。本構
成では、流路を長く採ることによりガスの効率的な拡散
が可能となり、また、ガスが上方より下方へと連続して
流れ、含まれる水分の溜り部を生じないので流路が閉塞
される危険性がなく、円滑なガスの流れが得られる。
用いられているセパレータ４の基本構成図で、（ａ）は
電極層３の側より見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ
面における断面図である。図に見られるように、セパレ
ータ４に設けられたガス通流溝５は水平方向に延伸する
複数の通流溝を直列に接続して構成されており、ガス
（空気）は上部に設けられたガス入口７より導入され、
水平方向に延伸する複数の通流溝を順次下方へと流れ
て、下部に設けられたガス出口８より排出される。本構
成では、流路を長く採ることによりガスの効率的な拡散
が可能となり、また、ガスが上方より下方へと連続して
流れ、含まれる水分の溜り部を生じないので流路が閉塞
される危険性がなく、円滑なガスの流れが得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】固体高分子電解質体は
水を含んだ湿潤状態において高いイオン導電性を示すの
で、固体高分子電解質型燃料電池においては、反応ガス
を水で加湿して燃料電池積層体へと供給する方法が採ら
れている。しかしながら、加湿器により加湿された反応
ガスは燃料電池積層体へと達する間に温度が低下するの
で、蒸気が凝縮しやすく、一部は液滴となって反応ガス
とともに燃料電池積層体へと送られる。また、燃料電池
積層体の単セルにおいては、電気化学反応に伴い生成水
を生じるので、反応ガスは下流側になるほど水分で過飽
和となり液滴を生じやすくなる。したがって、上記のセ
パレータ４のガス通流溝５には液滴が停滞しやすくな
る。従来の固体高分子電解質型燃料電池においては、ガ
ス通流溝５が図５に示したごとく矩形断面形状に形成さ
れ、溝の下面ａ−ｂと重力方向に配された電極層３の外
壁面ａ−ｄとのなす角θはほぼ９０度であるため、液滴
は水平に配される溝の下面ａ−ｂに停滞し、液滴の一部
は電極層３の外壁面に接触し付着することとなる。
水を含んだ湿潤状態において高いイオン導電性を示すの
で、固体高分子電解質型燃料電池においては、反応ガス
を水で加湿して燃料電池積層体へと供給する方法が採ら
れている。しかしながら、加湿器により加湿された反応
ガスは燃料電池積層体へと達する間に温度が低下するの
で、蒸気が凝縮しやすく、一部は液滴となって反応ガス
とともに燃料電池積層体へと送られる。また、燃料電池
積層体の単セルにおいては、電気化学反応に伴い生成水
を生じるので、反応ガスは下流側になるほど水分で過飽
和となり液滴を生じやすくなる。したがって、上記のセ
パレータ４のガス通流溝５には液滴が停滞しやすくな
る。従来の固体高分子電解質型燃料電池においては、ガ
ス通流溝５が図５に示したごとく矩形断面形状に形成さ
れ、溝の下面ａ−ｂと重力方向に配された電極層３の外
壁面ａ−ｄとのなす角θはほぼ９０度であるため、液滴
は水平に配される溝の下面ａ−ｂに停滞し、液滴の一部
は電極層３の外壁面に接触し付着することとなる。
【０００５】すなわち、従来の固体高分子電解質型燃料
電池においては、このように電極層３の外壁面に液滴が
付着して表面が液滴で塞がれ、その結果、反応ガスの電
極層３への拡散が阻害されて反応ガスの供給不足を生
じ、発生電圧が低下し、電池出力が低下してしまうとい
う問題点があった。本発明は、上記のごとき従来技術の
問題点を考慮してなされたもので、反応ガス中の水分が
凝縮して液滴が生じ、セパレータのガス通流溝に停滞す
る事態となっても、電極層の表面への付着が効果的に抑
制され、安定した電池特性が得られる固体高分子電解質
型燃料電池を提供することを目的とする。
電池においては、このように電極層３の外壁面に液滴が
付着して表面が液滴で塞がれ、その結果、反応ガスの電
極層３への拡散が阻害されて反応ガスの供給不足を生
じ、発生電圧が低下し、電池出力が低下してしまうとい
う問題点があった。本発明は、上記のごとき従来技術の
問題点を考慮してなされたもので、反応ガス中の水分が
凝縮して液滴が生じ、セパレータのガス通流溝に停滞す
る事態となっても、電極層の表面への付着が効果的に抑
制され、安定した電池特性が得られる固体高分子電解質
型燃料電池を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、平板状の固体高分子電解質体
と、これを挟持する一対の電極層と、電極層の両外面に
配される電極層に対向してガス通流溝を形成した一対の
セパレータとを備える単セルを複数個積層して電池積層
体を構成し、積層方向を水平方向に配して用いる固体高
分子電解質型燃料電池において、セパレータに備えるガ
ス通流溝を複数の水平方向に延伸する通流溝の直列接続
体より構成し、かつ、これらの通流溝の下面と電極層の
外壁面のなす角が鈍角となるように形成することとす
る。
めに、本発明においては、平板状の固体高分子電解質体
と、これを挟持する一対の電極層と、電極層の両外面に
配される電極層に対向してガス通流溝を形成した一対の
セパレータとを備える単セルを複数個積層して電池積層
体を構成し、積層方向を水平方向に配して用いる固体高
分子電解質型燃料電池において、セパレータに備えるガ
ス通流溝を複数の水平方向に延伸する通流溝の直列接続
体より構成し、かつ、これらの通流溝の下面と電極層の
外壁面のなす角が鈍角となるように形成することとす
る。
【０００７】上記のごとく、ガス通流溝の下面を電極層
外壁側が上方になるように傾斜させて形成すれば、反応
ガスに含まれる水分が凝縮して液滴を生じ、ガス通流溝
に停滞する事態が生じても、ガス通流溝の水平方向に延
伸する通流溝の下面は電極層に面する開口部において深
さ方向に水平面より下方に傾斜する形状となっているの
で、停滞した液滴は電極層表面に接触しにくくなる。し
たがって反応ガスの電極層への拡散が妨げられる危険性
が極めて少なくなり、反応ガスの供給不足による電池特
性の低下が回避され、安定して運転できることとなる。
外壁側が上方になるように傾斜させて形成すれば、反応
ガスに含まれる水分が凝縮して液滴を生じ、ガス通流溝
に停滞する事態が生じても、ガス通流溝の水平方向に延
伸する通流溝の下面は電極層に面する開口部において深
さ方向に水平面より下方に傾斜する形状となっているの
で、停滞した液滴は電極層表面に接触しにくくなる。し
たがって反応ガスの電極層への拡散が妨げられる危険性
が極めて少なくなり、反応ガスの供給不足による電池特
性の低下が回避され、安定して運転できることとなる。
【０００８】
【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実施例のセパレータの基本構成図
で、（ａ）は電極層の側より見た正面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ面における断面図、また、（ｃ）は
（ｂ）のガス通流溝部分を拡大して示した要部断面図で
ある。本実施例のセパレータ４Ａと図４に示した従来例
のセパレータ４との差異は、水平方向に延伸するガス通
流溝の断面構成にある。従来例では矩形断面形状に形成
されていたのに対して、本実施例のガス通流溝５Ａは三
角形の断面形状を備え、特に、（ｃ）に示したごとく下
面ａ−ｂと電極層３の外壁面とのなす角θ1 が鈍角とな
る形状、すなわち、下面ａ−ｂを電極層外壁側が上方に
なるように傾斜させた形状となっている点が特徴であ
る。
質型燃料電池の第１実施例のセパレータの基本構成図
で、（ａ）は電極層の側より見た正面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ面における断面図、また、（ｃ）は
（ｂ）のガス通流溝部分を拡大して示した要部断面図で
ある。本実施例のセパレータ４Ａと図４に示した従来例
のセパレータ４との差異は、水平方向に延伸するガス通
流溝の断面構成にある。従来例では矩形断面形状に形成
されていたのに対して、本実施例のガス通流溝５Ａは三
角形の断面形状を備え、特に、（ｃ）に示したごとく下
面ａ−ｂと電極層３の外壁面とのなす角θ1 が鈍角とな
る形状、すなわち、下面ａ−ｂを電極層外壁側が上方に
なるように傾斜させた形状となっている点が特徴であ
る。
【０００９】本構成においては、反応ガス中の水分が凝
縮して液滴が生じ、水平方向に延伸するガス通流溝５Ａ
に停滞する事態が生じても、液滴は重力により下面の頂
点ｂの近傍に集合して停滞し、電極層３の表面に付着す
ることはない。したがって、反応ガスは液滴に妨げられ
ることなく電極層３へと拡散し、安定した電池特性が得
られる。
縮して液滴が生じ、水平方向に延伸するガス通流溝５Ａ
に停滞する事態が生じても、液滴は重力により下面の頂
点ｂの近傍に集合して停滞し、電極層３の表面に付着す
ることはない。したがって、反応ガスは液滴に妨げられ
ることなく電極層３へと拡散し、安定した電池特性が得
られる。
【００１０】図２は、本発明の固体高分子電解質型燃料
電池の他の実施例のセパレータの要部拡大断面図で、
（ａ）は第２実施例の、（ｂ）は第３実施例の、また
（ｃ）は第４実施例のガス通流溝部分の拡大断面図であ
る。図２（ａ）に示した第２実施例においては、セパレ
ータ４Ｂに形成された水平方向に延伸するガス通流溝５
Ｂが、四角形状の断面を備え、特に、下面と電極層の外
壁面とのなす角、すなわち下面ａ−ｂと電極層３の外壁
面とのなす角θ2 が、鈍角となる形状に形成されている
点が特徴である。
電池の他の実施例のセパレータの要部拡大断面図で、
（ａ）は第２実施例の、（ｂ）は第３実施例の、また
（ｃ）は第４実施例のガス通流溝部分の拡大断面図であ
る。図２（ａ）に示した第２実施例においては、セパレ
ータ４Ｂに形成された水平方向に延伸するガス通流溝５
Ｂが、四角形状の断面を備え、特に、下面と電極層の外
壁面とのなす角、すなわち下面ａ−ｂと電極層３の外壁
面とのなす角θ2 が、鈍角となる形状に形成されている
点が特徴である。
【００１１】図２（ｂ）に示した第３実施例において
は、セパレータ４Ｃに形成された水平方向に延伸するガ
ス通流溝５Ｃが、多角形状の断面を備え、特に、下面と
電極層の外壁面とのなす角、すなわち下面ａ−ｂと電極
層３の外壁面とのなす角θ3 が、鈍角となる形状に形成
されている点が特徴である。また、図２（ｃ）に示した
第４実施例においては、セパレータ４Ｄに形成された水
平方向に延伸するガス通流溝５Ｄが、楕円形の一部より
なる形状の断面を備え、特に、下面と電極層の外壁面と
のなす角、すなわち開口部の下面の接線方向と電極層３
の外壁面とのなす角θ4 が、鈍角となる形状に形成され
ている点が特徴である。
は、セパレータ４Ｃに形成された水平方向に延伸するガ
ス通流溝５Ｃが、多角形状の断面を備え、特に、下面と
電極層の外壁面とのなす角、すなわち下面ａ−ｂと電極
層３の外壁面とのなす角θ3 が、鈍角となる形状に形成
されている点が特徴である。また、図２（ｃ）に示した
第４実施例においては、セパレータ４Ｄに形成された水
平方向に延伸するガス通流溝５Ｄが、楕円形の一部より
なる形状の断面を備え、特に、下面と電極層の外壁面と
のなす角、すなわち開口部の下面の接線方向と電極層３
の外壁面とのなす角θ4 が、鈍角となる形状に形成され
ている点が特徴である。
【００１２】これらの第２〜第４実施例の構成において
は、いずれの実施例においても、セパレータの水平方向
に延伸するガス通流溝の下面と電極層の外壁面とのなす
角が鈍角となる形状に形成しているので、第１実施例の
場合と同様に、水平方向に延伸するガス通流溝に反応ガ
ス中の水分が凝縮して生じた液滴が停滞する事態が生じ
ても、液滴は重力により下面の最下部の近傍に集合して
停滞し、電極層３の表面に付着することはない。したが
って、反応ガスは液滴に妨げられることなく電極層３へ
と拡散し、安定した電池特性が得られる。
は、いずれの実施例においても、セパレータの水平方向
に延伸するガス通流溝の下面と電極層の外壁面とのなす
角が鈍角となる形状に形成しているので、第１実施例の
場合と同様に、水平方向に延伸するガス通流溝に反応ガ
ス中の水分が凝縮して生じた液滴が停滞する事態が生じ
ても、液滴は重力により下面の最下部の近傍に集合して
停滞し、電極層３の表面に付着することはない。したが
って、反応ガスは液滴に妨げられることなく電極層３へ
と拡散し、安定した電池特性が得られる。
【００１３】
【発明の効果】上述のごとく、本発明によれば、固体高
分子電解質型燃料電池を請求項１に記載のごとくに構成
することとしたので、ガス通流溝に反応ガス中の水分が
凝縮して生じた液滴が停滞する事態が生じても、液滴の
電極層の表面への付着が効果的に抑制され、反応ガスの
電極層への拡散が適正に維持されることとなり、安定し
た電池特性を備え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。
分子電解質型燃料電池を請求項１に記載のごとくに構成
することとしたので、ガス通流溝に反応ガス中の水分が
凝縮して生じた液滴が停滞する事態が生じても、液滴の
電極層の表面への付着が効果的に抑制され、反応ガスの
電極層への拡散が適正に維持されることとなり、安定し
た電池特性を備え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。
【図１】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の第１実
施例のセパレータの基本構成図で、（ａ）は電極層の側
より見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面における断
面図、（ｃ）は（ｂ）のガス通流溝部分を拡大して示し
た要部断面図
施例のセパレータの基本構成図で、（ａ）は電極層の側
より見た正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面における断
面図、（ｃ）は（ｂ）のガス通流溝部分を拡大して示し
た要部断面図
【図２】本発明の固体高分子電解質型燃料電池の他の実
施例のセパレータの要部拡大断面図で、（ａ）は第２実
施例の、（ｂ）は第３実施例の、また（ｃ）は第４実施
例のガス通流溝部分の拡大断面図
施例のセパレータの要部拡大断面図で、（ａ）は第２実
施例の、（ｂ）は第３実施例の、また（ｃ）は第４実施
例のガス通流溝部分の拡大断面図
【図３】従来の固体高分子電解質型燃料電池の単セルの
基本構成を示す断面図
基本構成を示す断面図
【図４】図３の単セルのカソード電極側のセパレータの
基本構成図で、（ａ）は電極層側より見た正面図、
（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ面における断面図
基本構成図で、（ａ）は電極層側より見た正面図、
（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ面における断面図
【図５】図４のセパレータのガス通流溝部分の拡大断面
図
図
１ 固体高分子電解質体 ２ 電極層 ３ 電極層 ４ セパレータ ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ セパレータ ５ ガス通流溝 ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ ガス通流溝 ６ 冷却水通流溝 ７ ガス入口 ８ ガス出口
Claims (1)
- 【請求項１】平板状の固体高分子電解質体と、これを挟
持する一対の電極層と、電極層の両外面に配される電極
層に対向してガス通流溝を形成した一対のセパレータと
を備える単セルを複数個積層して電池積層体を構成し、
積層方向を水平方向に配して用いる固体高分子電解質型
燃料電池において、 セパレータに備えられたガス通流溝が、複数の水平方向
に延伸して配された通流溝の直列接続体よりなり、か
つ、複数の水平方向に延伸して配された通流溝の下面と
電極層の外壁面とのなす角が鈍角となるよう形成されて
い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 |
|---|---|---|---|
| JP8314397A JPH10154524A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8314397A JPH10154524A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10154524A true JPH10154524A (ja) | 1998-06-09 |
Family
ID=18052863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8314397A Pending JPH10154524A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10154524A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004241185A (ja) * | 2003-02-04 | 2004-08-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 高分子電解質型燃料電池 |
| JP2005190983A (ja) * | 2003-12-02 | 2005-07-14 | Denso Corp | 燃料電池 |
-
1996
- 1996-11-26 JP JP8314397A patent/JPH10154524A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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