WO1997003477A1 - Pile a combustible et son procede de fixation - Google Patents

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Takafumi Okamoto
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Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell and a method for tightening the fuel cell. More specifically, the present invention relates to a fuel cell and a method for tightening the fuel cell. The present invention relates to a fuel cell in which the tightening force on the unit fuel cell is increased or decreased under the action of the tightening pressure generating means caused by a chemical change or a chemical reaction, and a method of tightening the fuel cell. Background art
  • a solid polymer electrolyte membrane fuel cell has a unit fuel composed of an electrolyte membrane composed of a polymer ion exchange membrane, and an anode-side electrode plate and a cuff-side electrode plate disposed on both sides of the electrolyte membrane. It has a battery cell, and is configured by laminating a plurality of unit fuel battery cells configured as described above.
  • a separator is interposed between the unit fuel cells stacked as described above, and the separator is used to appropriately humidify the electrolyte membrane, the anode-side electrode plate, and the cathode-side electrode plate. Water is supplied in the evening.
  • the fuel gas for example, hydrogen gas supplied to the anode side by the supply of moisture from the separator is hydrogen ionized on the anode side electrode plate, and is made of porous carbon through the moderately humidified electrolyte membrane.
  • an oxidizing gas for example, oxygen gas
  • the force-side electrode plate Since an oxidizing gas, for example, oxygen gas, is supplied to the force-side electrode plate, the hydrogen ions and oxygen react with each other to generate water in the force-side electrode plate. The generated electrons are taken out to an external circuit and used as electrical energy.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-20713 discloses this type of fuel cell.
  • the plurality of fuel cells are tightly tightened by the screw bolts penetrating each cell.
  • Fuel gas such as hydrogen gas
  • oxidizing gas such as gas and oxygen gas
  • the electrode plate and the solid polymer electrolyte membrane, the electrode plate and the separator This is because a desired voltage can be stably obtained from the fuel cell without a change in output taken out due to a variation in contact resistance between ionic conduction and electronic conduction during one night.
  • the fuel cell of this type is used as a driving source for an electric vehicle, but the vibration or the aging of the fuel cell causes the fuel cell. Therefore, there is a concern that the tightened state of each fuel cell may relax.
  • the tightened state is relaxed in this way, as described above, the ionic conductive resistance and the mutual contact resistance vary among the plurality of fuel cells, and an equivalent output is obtained from each fuel cell. As a result, the output stability of this type of fuel cell cannot be ensured.
  • the present invention has been made to overcome the above-mentioned disadvantages, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell in which a difference in output between a plurality of fuel cell cells is small and the output itself is further stabilized, and a method of fastening the fuel cell. With the goal.
  • a separator or a clamp interposed at a predetermined position is provided in a fuel cell in which a plurality of fuel cells having an anode side electrode plate and a force side electrode plate are stacked.
  • a pressure generating plate wherein the separator or the clamping pressure generating plate includes a chamber defined therein, and a filling material that expands and contracts by absorbing and releasing heat is provided in the chamber;
  • Each of the fuel cells is displaced by displacing the separator or the clamping pressure generating plate to at least one of the anode-side electrode plate and the cathode-side electrode plate due to absorption and release of heat of the filler. It is characterized in that the tightening force on the cell is increased or decreased.
  • a separator interposed at a predetermined position or a tightening pressure is generated.
  • the separator or the clamping pressure generating plate includes a chamber defined therein, and a filler that deforms by absorbing and releasing heat is provided in the chamber; Due to the deformation, at least the separator or the tightening pressure generating plate Also, the clamping force for each fuel cell is increased or decreased by displacing either the anode side electrode plate or the force hood side electrode plate.
  • a separator or a clamping pressure generated at a predetermined position is interposed.
  • the separation or fastening pressure generating plate includes a chamber defined therein, and a filler that expands and contracts due to a chemical reaction is provided in the chamber, and the filler expands. Due to the contraction, the separator or the clamping pressure generating plate is displaced to at least one of the anode side electrode plate or the force side electrode plate to increase or decrease the tightening force for each fuel cell. It is characterized by performing.
  • a separator or a clamping pressure generated at a predetermined position is interposed.
  • a second filler that expands and contracts due to a chemical reaction, and absorbs and emits heat of the first filler and a chemical reaction of the second filler, and the separation or tightening is performed.
  • the pressure generating plate is displaced to at least one of the anode-side electrode plate and the cathode-side electrode plate to increase or decrease the tightening force on each fuel cell.
  • a separator or a clamping pressure generated at a predetermined position is interposed.
  • the separation plate or the clamping pressure generating plate includes a chamber defined therein, and a first filler material that causes thermal decomposition by absorbing and releasing heat in the room and a chemical agent.
  • a second filler that generates a gas by a reaction is provided, and the volume of the chamber is expanded by the thermal decomposition or generation of the gas, so that the separator or the clamping pressure generating plate is at least the anode.
  • a separator interposed at a predetermined position is provided in a fuel cell in which a plurality of fuel cells having a cathode side electrode plate and a cathode side electrode plate are stacked.
  • a separator or a clamping pressure generating plate, and a part of the separator or the clamping pressure generating plate is displaced to at least one of the anode side electrode plate and the cathode side electrode plate due to heat, It is characterized in that the tightening force for each fuel cell is increased or decreased.
  • the fuel cell in which a plurality of fuel cells having an anode side electrode plate and a force side electrode plate are stacked, the fuel cell is defined inside the separator or the clamping pressure generating plate.
  • the cooling medium is supplied to the packing material disposed in the cooling space, and the packing material is swollen by the cooling medium, and the stacked fuel cells are mutually tightened by the force generated by the swollen action. It is characterized by the following. Disclosure of the invention
  • the indoor filler expands, for example, at a predetermined temperature.
  • the separator or the clamping pressure generating plate presses the anode side electrode plate or the force side electrode plate.
  • the pressing action further secures the adhesion of the electrode plate, and reduces ionic conductive resistance, contact resistance and the like. Therefore, a stable output can be obtained from the fuel cell.
  • the packing material provided in the room is selected so as to shrink at a predetermined temperature
  • the fuel cell is assembled in a state of shrinking at the predetermined temperature, and then the fuel cell is returned to its operating temperature.
  • the filler expands, so that the anode-side electrode plate or the force-tooth-side electrode plate is pressed in the same manner as described above.
  • the filler a member that is deformed by heat absorption or release is selected as the filler. Therefore, the deformation of the filler at a predetermined temperature causes a displacement action of the anode-side electrode plate or the force-side electrode plate, thereby improving the adhesion of the electrode plate.
  • a member that expands and contracts by a chemical reaction is selected for the filler. Therefore, in the present invention, the filler expands or contracts due to a chemical reaction, and performs the same operation as the above two inventions.
  • a first filler that expands and contracts by absorbing and releasing heat is used in combination with a second filler that expands and contracts by a chemical reaction. Therefore, when the first filler or the second filler is selectively present, the clamping pressure is adjusted by displacing the anode side electrode plate or the cathode side electrode plate together. it can.
  • the first filler that causes thermal decomposition by absorbing and releasing heat is used in combination with the second filler that generates gas by a chemical reaction. For this reason, due to the thermal decomposition of the first packing material or the generation of gas from the second packing material, the volume in the chamber expands and one of the anode side electrode plate and the cathode side electrode plate is displaced. Let As a result, the tightening pressure of the fuel cell increases.
  • the separator or the clamping pressure generating plate is directly deformed due to heat without using the filler specified in the first to fifth inventions,
  • the contact pressure on the anode-side electrode plate or the cathode-side electrode plate is increased. According to this, the same effects as those of the first to fifth aspects can be obtained.
  • a refrigerant is supplied to a filler inside a chamber provided in the separator or the clamping pressure generating plate, and the refrigerant swells the filler, and the anode-side electrode plate Alternatively, the adhesion to the force side electrode plate is increased.
  • FIG. 1 is a partially omitted exploded perspective view of a fuel cell according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the separation in FIG. 1 viewed from another direction.
  • FIG. 3 is a partially cutaway perspective view of the separation tray shown in FIG.
  • FIG. 4 is an exploded sectional view of the fuel cell shown in FIG.
  • FIG. 5 is a perspective view of a gasket incorporated in the fuel cell of FIG.
  • FIG. 6 is a perspective view of an assembled state of the fuel cell unit shown in FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view of one end plate.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the separation of another embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic longitudinal sectional view of the separator according to the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a combination state of the separator and the fuel cell and the end plate shown in FIG.
  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a state where the fuel cell unit shown in FIG. 10 is hooked.
  • FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing the arrangement of the first separation, the second separation, and the fourth separation.
  • FIG. 13 is a longitudinal sectional view of the fastening pressure generating plate.
  • FIG. 14 is a disassembled longitudinal sectional view for combining FIGS. 12 and 13 with the gasket described above.
  • FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing a state where the components shown in FIG. 14 are assembled.
  • FIG. 16 is a characteristic curve diagram showing the relationship between temperature, clamping pressure, and current density.
  • FIG. 17 is a characteristic curve diagram showing a relationship between a temperature, a clamping pressure, and a current density when a shape memory alloy or the like is used as a filler.
  • FIG. 18 is a schematic configuration diagram showing a state where a refrigerant system is incorporated in the fuel cell according to the present invention.
  • FIG. 19 is a characteristic curve diagram showing the relationship between the temperature, the clamping pressure, and the current density when an ion exchange resin is used as a filler.
  • FIG. 20 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a fuel cell for generating a tightening pressure by causing a chemical reaction and a system for forming a chemically reactive substance.
  • FIG. 21 is a graph showing a relationship between a temperature for generating a tightening pressure due to thermal decomposition of a filler material, a tightening pressure, and a current density.
  • FIG. 22 is a schematic vertical sectional view of a fuel cell incorporating a system for generating a clamping pressure by a chemical reaction.
  • FIG. 23 is a characteristic curve diagram showing a relationship between a temperature at which a clamping pressure is generated by adding a chemical substance, a clamping pressure, and a current density.
  • FIG. 24 is a graph showing the relationship between the temperature, the clamping pressure, and the current density for generating the clamping pressure using the pressure of hydrogen released from the metal hydride.
  • Figure 25 shows a fuel cell cell using a shape memory alloy or shape memory resin.
  • 6 is a graph showing a relationship between a temperature, a clamping pressure, and a current density for generating a clamping pressure by deforming a member constituting the nozzle.
  • the fuel cell 10 indicates a solid polymer electrolyte membrane fuel cell.
  • the solid polymer electrolyte membrane fuel cell is listed as a preferred embodiment.
  • the pressurization structure of the separation part the direct methanol / air fuel cell, alkali It is substantially the same as the electrolyte fuel cell, the phosphoric acid fuel cell, the molten carbon dioxide fuel cell, and the solid electrolyte membrane fuel cell. Therefore, the present invention is applicable to these fuel cells.
  • the fuel cell 10 basically includes a power generation unit 12, a separation unit 14, and a power.
  • the separation section 14 includes a first separation section 16 and a second separation section 18 that are made of dense materials.
  • a plurality of ribs 20 project from the rectangular first separator plate 16 in parallel in the horizontal direction to supply fuel gas between the adjacent ribs 20.
  • a passage 22 is defined.
  • the second separator 18 has a substantially C-shaped cross section, and the side 24 has a hole 24 on which the first separator 16 is fitted. The hole 24 communicates with a chamber 25 defined in the second separator 18.
  • a plurality of ribs 26 protrude from the other side surface of the second separator 18 in parallel in the vertical direction, whereby an oxidant gas is interposed between the adjacent ribs 26, 26.
  • a passage 28 for supplying air is defined (see FIGS. 2 and 3).
  • a rectangular parallelepiped through hole 34 is formed in the left frame 18a of the second separator 18. Further, another through hole 36 is defined in the right frame 18b. In the left frame 18a, a plurality of pores 38 communicating from the through hole 34 to the mosquito L part 24 are defined, and in the right frame 18b, the through hole 36 extends from the through hole. Multiple pores 40 communicating with 4 4 It is defined (see Figure 1). Therefore, when the first separator 16 is fitted to the mosquito portion 24 of the second separator 18, the pores 38 and 40 are passed through the passage 22 of the first separator 16. And communicate with each other. As easily understood from FIG. 4, when the first separator 16 is fitted into the hole 24 of the second separator 18, the first separator 16 and the second separator 16 are fitted together.
  • a sealing member 30 such as a conductive synthetic resin rubber or a conductive resin is engaged between the shutter 18 and the housing 18.
  • a rectangular parallelepiped through-hole 42 is defined in the upper frame 18c of the second separator 18 and another through-hole 44 is defined in the lower frame 18d.
  • a plurality of pores 46 communicating with the passage 28 from the through hole 42 are formed, and in the lower frame 18d, the passage 2 is formed from the through hole 44.
  • a plurality of pores 4 8 communicating with 8 are defined. Therefore, the plurality of pores 46 and the pores 48 are in communication with each other via the passage 28.
  • a communication hole 50 is formed at a corner formed by the upper frame 18c and the left frame 18a of the second separator 18 and a communication hole 50 is formed by the lower frame 18d and the right frame 18b.
  • a communication hole 52 is defined in the corner portion formed. The communication holes 50 and 52 communicate with a chamber 25 defined by fitting the first separator 16 into the hole 24 of the second separator 18 from an oblique direction ( See Figure 4).
  • the power generation unit 12 includes a solid polymer electrolyte membrane 60, and a first electrode catalyst layer 62a and a second electrode catalyst layer 62b provided on both surfaces thereof.
  • the size of the first and second electrode catalyst layers 62 a and 62 b is substantially the same as the inner edge of the second separator 18 defining the hole 24.
  • the solid polymer electrolyte membrane 60 and the electrode catalyst layers 62 a and 62 b are illustrated as being integrated, but the solid polymer electrolyte membrane 60 and the electrode catalyst It is a matter of course that the layers 62a and 62b may be separately configured.
  • FIG. 5 shows the structure of the gasket 66.
  • the gasket 68 has substantially the same shape as the gasket 66. Therefore, the gasket 66 will be described in detail, and the description of the gasket 68 will be omitted. Therefore, the gaskets 66, 68 are sandwiched between the second separator 18 and the solid polymer electrolyte membrane 60, as shown in FIG. You.
  • the gaskets 66 and 68 include a plurality of first separators 16 and a second separator 18 in which fuel gas and oxidant gas are stacked as a fuel cell 10. Through holes 70, 72, 74, 76, communication holes 78, 80, and large holes 82 are defined so that they can flow.
  • the through hole 34 of the second separation section 18 and the through holes 70 of the gaskets 66, 68 communicate with each other.
  • 36 communicates with the through hole 72
  • the through hole 42 communicates with the through hole 74
  • the plurality of ribs 20 of the first separator 16 enter the large hole 82.
  • the packing material made of any one of the fillers 83 a to 83 g or a combination thereof is placed in the chamber 25 defined in the second separator 18. 8 3 are provided.
  • the filler 83 is not limited to the inside of the chamber 25, and may be provided in the communication holes 50 and 52.
  • the combination with the Layman Club 14 is as follows. That is, the first separator 16 is fitted into the hole 24 of the second separator 18, the sealing member 30 seals the first separator 16 and the second separator 18, and Make an electrical connection. In this case, a sufficient filler 83 is provided in the room 25 in advance. In this embodiment, a cation exchange resin or an anion exchange resin is employed as the filler 83. Therefore, when the first separator 16 is fitted into the hole 24 of the second separator 18, the ion exchange resin constituting the filler 83 is formed by the first separator 16. Alternatively, the Yin exchange resin is pressed so as to reduce its volume.
  • the gasket 66 is on the side of the first separator 16 and joined to the second separator 18, and the gasket 68 is joined to the surface of the second separator 18 on the side of the rib 26. .
  • the power generation unit 12 is interposed between the gasket 66 and the gasket 68.
  • pipe joints 79, 84 communicating with through holes 34, 42 of the second separator 18 and pipes communicating with the communicating holes 52 An end plate 92 having an end plate 92 having a fitting 88, and end fittings 94 provided with fittings 81, 86 communicating with the through holes 36, 42 and a fitting 90 communicating with the communicating hole 50 are provided at both ends thereof. And firmly and evenly tighten the four corners with the tightening bolts 96a to 96d. wear.
  • the end plate 94 is formed of a plate having substantially the same size as the end plate 92 and has a hole communicating with the pipe joint 81 corresponding to the through hole 36 of the second separator 18.
  • the portion 102 also defines a hole 106 communicating with the pipe joint 86 with respect to the through hole 44. Further, a hole 107 communicating with the pipe joint 90 is defined corresponding to the communication hole 50.
  • reference numerals 112a to 112d indicate fastening holes into which one ends of the fastening bolts 96a to 96d are inserted.
  • the filler 83 that is previously filled in the chamber 25 will be described.
  • the filler 83 is, as described above,
  • the substance itself filled in the chamber 25 thermally decomposes based on the operating temperature of the fuel cell, or a boiling point lower than the operating temperature of the fuel cell due to a chemical reaction between the charged substances.
  • the filler 83 a is preferably a substance having a boiling point at a temperature equal to or lower than the operating temperature of the fuel cell, and in this case, a substance showing reactivity between the substance and the substance, or
  • the substance may be a substance that does not show reactivity with the constituent elements of the fuel cell in contact with the substance, or a mixture of the substance showing the reactivity and the substance that does not show the reactivity.
  • the following substances are adopted for
  • Inorganic compounds water, ammonia, carbon dioxide (including dry ice), argon, nitrogen, hydrogen, helium, neon, radon, xenon, krypton,
  • 'Cyclic compounds cyclobutane, cyclopropane, cyclohexane, cyclopentene, hexafluorobenzene, perfluorocyclohexane
  • the filler 83b may be a shape memory alloy that produces a memory effect that deforms in one or two directions, or a combination thereof.
  • a nickel-titanium alloy or a copper-zinc-aluminum alloy is preferable.
  • the shape of these shape memory alloys is preferably a coil spring shape or a random coil shape.
  • the filler 83b may be a shape memory resin.
  • shape memory resin polynorbornene resin, polymer alloy containing polyester as a main component, urethane elastomer, and trans polyisoprene cross-linked resin are preferable.
  • the filler 83c is made of a cation exchange resin, an anion exchange resin, or a mixture of these ion exchange resins.
  • This type of ion-exchange resin is formed in a spherical or film-like form, and changes depending on the degree of dryness and wetness, or acid or alcohol.
  • the state of swelling, shrinking, or deforming due to the change of the ionic form of the functional group due to chemical treatment using an aqueous solution of water or an aqueous solution of salt is used.
  • the cation exchange resin has a parent structure of any of styrene, methacrylic, acrylic, Teflon, and pyridine, and has a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, an aminophosphate group, a pyridine group, and a dithio group. It is any one of a rubamic acid group, an iminodiacetic acid group, and an aminocarboxylic acid group.
  • the anion exchange resin has a parent structure of any of styrene, methyl acryl, acrylic, phenol, and Teflon, and has a quaternary ammonium base, a secondary amine group, or a tertiary amine group as a functional group. Either a class amine group or a polyamine.
  • the filler 83 c may be a water-absorbing gel or a water-absorbing resin. Certain types of water-absorbing gels or resins change their form depending on the degree of dryness or wetness.
  • acrylic acid, vinyl alcohol copolymer, sodium acrylate polymer and the like can be mentioned.
  • the filling material 83 c may be a smectite-based viscous mineral or a polyamide, or a hybrid material thereof. This is because the form changes depending on the degree of wetness depending on the amount of fluid introduced into these materials.
  • an aromatic compound such as benzene or toluene may be used as the filler 83c.
  • the filler 83 c that expands and contracts due to the chemical treatment is the above-mentioned cation exchange resin, anion exchange resin, water-absorbing gel or resin, smectite-based viscous mineral, or boriamid, or a mixture thereof. Or a mixture thereof.
  • a filler material that expands and contracts by chemical treatment and a filler material that expands and contracts by absorbing and releasing heat using a substance such as the above-mentioned inorganic compound, organic compound, stoccite-based viscous mineral or polyamide. Combination where both do not respond However, a substance that does not react with the constituent elements of the fuel cell in contact with these substances (a plurality of mixed substances may be used) may be used.
  • the filler 83d a combination of substances that generate hydrogen gas, nitrogen gas, carbon dioxide gas, ammonia gas, oxygen gas, or a single substance, a combination of substances that generate water, or a single substance can be listed. it can. In this case, the substances listed below are suitable.
  • Metal and acid zinc or transition metal and hydrochloric acid, alkaline earth metal and acid
  • c Metal and base aluminum or gay and sodium hydroxide, alkali metal and ammonia
  • Metal and water Al metal or Al earth metal and water
  • Metal and alcohol Al metal or Al earth metal and alcohol
  • Metal hydride and water Lithium hydride or Al earth metal hydride and water
  • Direct methanol / air fuel cell approx. 100 ° C or less
  • Alkaline electrolyte fuel cell approx. 100 ° C or less
  • Phosphoric acid fuel cell about 200 or less
  • Solid electrolyte membrane fuel cell approx.
  • the filler 83 g it is preferable to use a shape memory alloy having an operating temperature equal to or lower than the operating temperature of the fuel cell described below among the shape memory alloys described in the above (1).
  • Solid polymer electrolyte membrane fuel cell About 120 ° C or less
  • Alkaline electrolyte fuel cell About 100 and less
  • Phosphoric acid type fuel cell About 200 ° C or less
  • water as a cooling water or a mixture of water and alcohol reaches the communication hole 52 from the fitting 88 of the end plate 92, and enters the chamber 25 filled with the packing material 83. Then, the internal pressure of the room 25 is increased.
  • a cation exchange resin or an anion exchange resin is provided as the filler 83 c. Therefore, the filler 83 c swells due to the impregnation with water. As a result, the first separator 16 is displaced or deformed toward the electrode catalyst layer 62b.
  • the ribs 20 of the first separator 16 are evenly pressed against the electrode catalyst layer 6 2 b by the displacement action or the deformation action of the filler 83 c and the first separator 16, and furthermore, (2)
  • the solid polymer electrolyte membrane 60 is pressed against the separator 18 so that the ion and electronic conductivity are not impaired, and the contact resistance does not increase but decreases instead.
  • the fuel gas supplied to the passage 22 unreacted fuel gas passes through the through hole 36 and is discharged from the pipe joint 81 through the hole 102 of the end plate 94.
  • a part of the oxidizing gas is also part of the through-hole 4 of the second separator 18 And is discharged from fittings 86.
  • the water in the chamber 25 flows through the communication hole 52 of the second separator 18,
  • the internal pressure of the chamber 25 decreases. Therefore, the surface pressure on the 1st separatory 16 side also decreases and returns to the pressure at the time of assembly.
  • the filler material 8 3 Due to the swelling action of c and the deformation action of the first separator 16, the pressing force against the solid polymer electrolyte membrane 60 is increased at once, so that the contact resistance does not increase.
  • the power to increase or decrease the amount of water supply according to the dry state of the power generation unit 12 since water is directly supplied from the chamber 25 defined in the fuel cell 10, the solid polymer electrolyte Responsiveness to the wetting of the membrane 60 is high.
  • the pressure of the supplied water (PH 20 ) is set higher than the hydrogen gas (PH 2 ) as the fuel gas and the oxygen gas (P ⁇ 2 ) as the oxidant gas,
  • the second separator 18 is made of a dense material, only water enters the passage 22 of the first separator 16, and the fuel gas and the oxidizing gas are transferred to the chamber 25. The mixing can be reliably prevented, and safety is ensured.
  • water is selected as the fluid, but instead of this water, alcohol or, as described above, a mixed solution of water and alcohol, and further a mixed solution of water and methanol can do.
  • a mixed solution of water and methanol if the component on the anode side of the separator 18 is replaced with a porous material to be a porous body, the mixed solution of water and methanol is directly supplied to the anode-side electrode plate.
  • Type of methanol fuel cell is selected as the fluid, but instead of this water, alcohol or, as described above, a mixed solution of water and alcohol, and further a mixed solution of water and methanol can do.
  • the inside of the chamber 25 can function as a water quality management section for maintaining the quality of the cooling water. it can.
  • battery exchange by ion exchange resin It can remove cations and other cations from other metal ions that may melt out of the tack, or remove carbonate ions by mixing carbon dioxide gas in the atmosphere with cooling water.
  • the separation part 14 is configured to be separated into a first separation part 16 and a second separation part 18, but the second separation part 18 is further separated. Separation main body 150, in which room 25 is defined, and third separation night 152, can be separated. This is shown in FIG.
  • the third separator 150 is fitted into a hole defined on the opposite side of the separator main body 150 from the first separator 1.6, and the third separator 150 shown in FIG.
  • a large number of oxidizing gas supply passages 154 extending in the same vertical direction as the oxidizing gas supply passages 28 are defined in parallel.
  • the fillers 83a to 83g are provided inside a chamber 25 defined between the first separator 16 and the third separator 152. , Or a filler made of any combination thereof. Therefore, when the packing materials 83a to 83g are made of the above packing materials 1 to 8, the first separator 16 and the third separator 15 2 It deforms in the direction away from it and increases the pressing force on the electrode catalyst layers 62a and 62b.
  • a filler material 83 is provided in the chamber 25 to cool the fuel cell 10 or to increase the force for tightly tightening the fuel cell 10.
  • the chamber 25 communicates with other unit fuel cells. This is referred to herein as an open type.
  • a fuel cell called a closed type may be considered in contrast to the open type.
  • the structure is such that the communication passages 50 and 52 are not provided in the above embodiment.
  • the structure of this sealed fuel cell is schematically shown in FIGS. 9, 10, and 11.
  • FIG. 9 the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the separation main body 150 is separated into an anode side separation main body 150a and a cuff side separation main body 150b, and is separated.
  • the first separator 16 is fitted to the main separator 150a, while the third separator 152 is fitted to the cuff separator main body 150b.
  • a room 156 is provided for installing the filler 83 between the main body 150a and 150b.
  • a passage 154 for supplying an oxidizing gas is defined so as to be orthogonal to the passage 22 of the first separator 16.
  • the cut-side separator main body 150a is attached to one end plate 92 via a gasket 66, and the end plate 92 and the anode-side separator are mounted.
  • a chamber 157a for providing a filler 83 between the main body 150a is defined.
  • the gasket 68 faces the main body 15 Ob on the force source side separator, and the electrode catalyst layer 62 a, the solid polymer electrolyte membrane 60, and the gasket 68 between the gasket 68 and the next gasket 66.
  • the power generation section 12 composed of the electrode catalyst layer 62b is sandwiched. Accordingly, the main body 15 Ob of the separation on the force sword side comes into contact with the electrode catalyst layer 62 a.
  • the electrode catalyst layer 62b is in contact with the anode-side separator body 150a (see FIG. 11). With such a configuration, the anode-side separator main body 150a is attached to the final end plate 94 via the gasket 68. In the anode separator main body 150a, the first separator 16 provided inside thereof comes into contact with the electrode catalyst layer 62b. A room 157 b for providing a filler 83 between the other end plate 94, the gasket 66, and the first separator 16 is defined.
  • the chambers 156, 157a , 157 b are provided with a filler 83.
  • a filler 83 that expands, contracts or deforms due to chemical treatment or heat is selected and loaded into the chambers 15 6 and 15 7 a.
  • the filler 83 presses the anode-side separator main body 150a and / or the cuff-side separator main body 150b to form the electrode catalyst layers 62a and 62b. Crimping and crimping. This As a result, a sufficient tightening force is applied to the fuel cell 10.
  • FIGS. 12 to 15 show still another embodiment.
  • a tightening pressure generating plate 200 is used instead of the separator main body 150 shown in the above embodiment, and a fourth separator 220 is used. are doing.
  • the tightening pressure generating plate 200 is very similar to the separation main body 150 in the above embodiment, but in this case, extends in the horizontal direction forming the separation main body 150. Instead of the plurality of pores 38, 40 and the plurality of vertically extending pores 46, 48, a chamber 204 in which a filler 83 is provided at the center of the cross section is defined. In this respect, there is a slight difference from the separator body 150 described above. Then, the force-sword side pressing plate 206 fits into the holes which are largely opened on both sides of the tightening pressure generating plate 200, and the anode side pressing plate 208 fits on the other side.
  • the fourth separator 202 has an opening 210 that penetrates greatly from one side surface to the other side, and has a first separator 16 in the first embodiment and a third separator 16 in the second embodiment.
  • the separation plate 2 1 2 with the structure of the separation plate 1 52 is integrally fitted.
  • reference numeral 214 denotes the same separation main body as the anode-side separation main body 150a in the second embodiment, and reference numeral 216 denotes the power source side. Shows the same separation main body as Separation main body 150b.
  • FIG. 15 is a schematic longitudinal sectional view showing the assembled structure.
  • the filler 83a is maintained at a temperature lower than the boiling point until the fuel cell is assembled. When the assembly is completed and the temperature is returned to room temperature, the filler 83a has a boiling point or higher, so that it expands to increase the tightening pressure on the fuel cell and increase the current density generated.
  • a filler material 83 b deformed by absorption and release of heat is used (see Fig. 17). Operating temperature of the filler material 83 b (shape memory alloy or shape memory resin) that deforms until the fuel cell is completed It is kept below. When the fuel cell attempts to operate after completion of the fuel cell, the fuel cell is heated to the operating temperature of the shape memory alloy or the shape memory resin or higher.
  • the shape memory alloy or the shape memory resin is deformed and the tightening pressure of the fuel cell increases, and the current density also increases.
  • the tightening pressure can be further arbitrarily adjusted as compared with a unidirectional one. This is indicated by the dashed line in Figure 17. That is, when assembling the fuel cell and completing the fuel cell, the shape of the spring coil or the random coil is adjusted so that the shape memory alloy or the shape memory resin can be stretched above the operating temperature, and the temperature is raised to the operating temperature or more.
  • the shape memory alloy or the shape memory resin acts on the anode-side and cuff-side electrode catalyst layers so as to be spread.
  • a temperature control heat exchanger 300 In order to improve the temperature control characteristics for fuel cell power generation, as shown in Fig. 18, a temperature control heat exchanger 300, a refrigerant tank 302, a circulation pump 304, The valve 306 is communicated with the pipe line 308, and the valve 306 is connected to the communication hole 50 via the fitting 888 shown in FIG. 6, and the valve is connected to the communication hole 52 through the chamber 25.
  • a circulation system is formed to reach the temperature control heat exchanger 300 again through 310.
  • the temperature of the fuel cell exceeds the operating temperature of the shape memory resin when the temperature of the fuel cell is higher than that of the shape memory alloy.
  • the filling material that was filled within the night of Separation 8 3 and a tightening pressure is generated. In this case, even if the power generation of the fuel cell is stopped or terminated, or the temperature of the fuel cell returns to room temperature, the state in which the tightening pressure is maintained due to the unidirectionality is maintained.
  • the ion exchange resin in a dry state is used as the filler 83c, and the room 25 or the room 204 is filled at room temperature.
  • the fuel cell is assembled under the room temperature condition, and the pipe line 400 is connected to the communication hole 50 via the pipe joint 88 as shown in FIG.
  • a valve 404 is fitted into the pipe 402 that communicates with the pipe 400, and the water tank 406 is also connected.
  • the pipeline 408 further communicates with the pipeline 408, and a valve 411 is interposed in the pipeline 408 and a tank 412 for other medium is connected thereto.
  • the pipeline 400 communicates with the pipeline 4 14, and a valve 4 16 is interposed in the pipeline 4 14.
  • the pipeline 414 is connected to a tank 418 for storing an acid or alkali solution.
  • the communication hole 52 communicates with a conduit 422 through which a valve 420 is interposed.
  • valves 404, 410 and 416 provided in the pipeline 400 are opened.
  • water is supplied from the water tank 406 to the filler 83 in a dry state, and the ion-exchange resin constituting the first filler 83 is wetted and expanded.
  • a tightening pressure is generated for the fuel cell.
  • the acid or alkali solution in the tank 418 is opened and supplied to the valve 416.
  • the valve 404 is of course closed.
  • a medium that does not dissolve the ion-exchange resin may be stored in the tank 412 that stores the other medium.
  • the tightening pressure at the time of power generation of the fuel cell is such that the resin itself of the ion exchange resin is moistened, or that the resin expands due to ion conversion, and the tightening pressure increases.
  • the medium used for the chemical reaction increases the fuel density during power generation of the fuel cell and the internal resistance of the cell generates heat as a result of the decrease, the vapor pressure rises and falls, causing the clamping pressure to decrease. Will be added and appear.
  • the cooling pressure can be easily controlled by cooling the medium used for the chemical reaction.
  • this type of packing material 83d When this type of packing material 83d is used, a sealed fuel cell is preferable, but in some cases, the communication holes 50 and 52 are completely closed after the fuel cell is assembled. It may be of a type that closes to When this packing material 83d is used, the fuel cell and the separator are assembled at room temperature, and the thermal decomposition temperature of the packing material 83d is selected to be in the fuel cell operating temperature range. I do. Therefore, when the fuel cell assembled at room temperature performs the power generation function, the temperature of the fuel cell itself increases, and the volume increases when the temperature exceeds the thermal decomposition temperature of the filler 83 d, The pressure in the separator rises to generate tightening pressure.
  • the generated gas pressure repeatedly rises and falls due to heat generated by the internal resistance of the cell due to the increase in current density during fuel cell power generation, and the pressure change becomes a change in clamping pressure. Appear.
  • the temperature of the fuel cell returns to room temperature. In this process, the pressure decreases to a tightening pressure corresponding to the gas pressure that has decreased due to the decrease in the temperature.
  • a substance capable of chemically reacting in chamber 25 or chamber 204 The quality is to be provided as filler 8 3 e.
  • a pipe 500 is connected to the communication hole 50.
  • Valves 502 and 504 are interposed in the pipeline 504, and a tank 506 for storing the reactants B or B + C... Is connected to the valve 504.
  • the pipe 508 is connected to the communication hole 52 via the valve 5 10.
  • a vacuum pump 512 is connected to the line 508.
  • the fuel cell unit is assembled at room temperature.
  • the filling material 83 e that causes a chemical reaction is filled in the room 25 or the room 204 beforehand. Therefore, the vacuum pump 5 12 is driven to degas the gas existing in the fuel cell, for example, the inert gas (nitrogen, argon, helium, etc.) for storing the fuel cell by the vacuum pump 5 12.
  • the reactant B or B + C ... is supplied from the tank 506 to the fuel under the opening action of the valves 504 and 502. Send it into the battery cell.
  • the filler 83 e reacts with the substance supplied from the tank 506 to generate heat, a temporary temperature rise is obtained as shown in FIG.
  • the gas pressure generated by the chemical reaction caused by the filler 83 e and the substance supplied from the tank 506 can obtain a parallel state in which the chemical reaction is reversible.
  • the gas pressure remains at a value corresponding to the parallel state of the reaction system regardless of the supply amount of the substance from the tank 506. Therefore, the fuel cell is tightened at the gas pressure value.
  • the internal pressure can be selected in advance depending on the substance for selecting the internal pressure of the separator after completion of the fuel cell.
  • the tightening pressure depends on the internal resistance that fluctuates as the current density obtained from the fuel cell increases or decreases. That is, the gas pressure rises or falls as the internal resistance changes.
  • the temperature of the gas in the separator When the fuel cell stops or terminates its power generation operation and the cell temperature returns to room temperature, the temperature of the gas in the separator also reaches room temperature, which is generated by a chemical reaction. The state returns to the state of the tightening pressure at the time of the generated gas.
  • a substance to be subjected to a chemical reaction is preliminarily filled in the chamber 25 or 204 when the separator is assembled.
  • a substance that reacts with the pre-filled substance is supplied from a tank 506 as shown in FIG.
  • an inert gas nitrogen, argon, helium, etc.
  • an inert gas for storing the fuel cell, which is present in the fuel cell, is degassed and removed using the vacuum pump 5 12.
  • the internal pressure of the separator after completion of the fuel cell can be selected in advance according to the supply amount of the substance.
  • the tightening pressure when the fuel cell generates power is considered as a change in the calorific value of the internal resistance of the fuel cell as the current density increases or decreases. For example, when the calorific value increases, the gas pressure increases, and when the calorific value decreases, the gas pressure decreases.
  • the temperature of the fuel cell is returned to the room temperature.
  • the temperature of the gas in the separator also returned to room temperature, and was initially obtained by a chemical reaction based on the filler 83 e and the substance supplied from the tank 506.
  • the state returns to the state of the tightening pressure.
  • the assembly of Separee is performed at room temperature, and a metal hydride is provided in the room 25 or 204.
  • the decomposition temperature of the metal hydride is in the operating area of the fuel cell Therefore, a combination of a plurality of metal hydrides may be considered. In this embodiment, however, a single metal hydride is used.
  • the filler material 83 g exceeds the hydrogen release temperature of metal hydride, it releases hydrogen gas, so the pressure in the separator increases and a tightening pressure is generated.
  • the pressure based on hydrogen gas rises or falls due to heat generated by the internal resistance of the cell as the current density increases and decreases during fuel cell power generation. Therefore, the change in pressure appears as the tightening pressure of the fuel cell by the hydrogen gas.
  • the temperature of the cell decreases as it returns to room temperature, and the released hydrogen gas begins to be absorbed by the metal hydride. Therefore, the pressure of the hydrogen gas decreases, and the tightening pressure also decreases. When the temperature of the fuel cell returns to room temperature, the tightening pressure will show the same value as when the fuel cell was assembled.
  • a filler 83 h that can be deformed by heat can be used. In this embodiment, first, the fuel cell unit is assembled at room temperature. At that time, the first separator 16 or the third separator 152 is made of the shape memory alloy itself.
  • the operating temperature of the shape memory alloy is selected between the operating temperature of the fuel cell and the room temperature, and at this time, the shape memory alloy that changes shape in one direction and the shape memory alloy that changes shape in two directions are selected.
  • the shape memory alloy may be deformed or misaligned.
  • the temperature control heat exchanger, the refrigerant tank, and the circulation pump are connected to the communication holes 50 and 52, respectively, as in FIG. 18 in order to improve the temperature control characteristics. Therefore, when a shape memory alloy that produces a one-way effect is used, when the operating temperature of the fuel cell exceeds the operating temperature of the shape memory alloy, the first separator 16 and the third separator 15 2 Displacement increases clamping pressure. Even if the power generation operation of the fuel cell stops or ends and the cell temperature returns to room temperature, the clamping pressure will be maintained due to the one-way effect.
  • a filler that expands and contracts, or a substance that induces a chemical reaction, and a substance that itself deforms due to heat or the like are arranged in a separator or a clamping pressure generating plate.
  • the fuel cell unit is configured to be tightened after the assembly is completed or when the fuel cell unit is operated. Accordingly, the clamping pressure applied to the unit fuel cells is averaged, and the output taken out is substantially equal. That is, the output can be taken out stably without variation in contact resistance and the like applied to ionic conduction and electronic conduction. The effect is obtained.

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Description

明 細 書 燃料電池およびその締付方法 技術分野
本発明は、 燃料電池およびその締付方法に関し、 一層詳細には、 それぞれ単位 燃料電池セルを離間配置するセパレー夕または締付圧発生板に締付圧発生手段を 設け、 外部環境の変化、 熱的変化あるいは化学的反応に基因する前記締付圧発生 手段の作用下に該単位燃料電池セルに対する締付力を増減せしめるようにした燃 料電池およびその締付方法に関する。 背景技術
例えば、 固体高分子電解質膜型燃料電池は、 高分子イオン交換膜からなる電解 質膜と、 この電解質膜の両側にそれぞれ配置されるアノード側電極板およびカフ ―ド側電極板とからなる単位燃料電池セルを有し、 このように構成される単位燃 料電池セルを複数個積層して構成される。 この場合、 前記のように積層される単 位燃料電池セル間にはセパレー夕が介装されるとともに、 該電解質膜とアノード 側電極板とカソード側電極板とを適度に加湿すべく、 前記セパレー夕に水が供給 される。 従って、 セパレー夕からの水分の供給によってアノード側に供給された 燃料ガス、 例えば、 水素ガスは、 アノード側電極板上で水素イオン化され、 適度 に加湿された電解質膜を介して多孔質カーボンからなるカソード側電極板へと移 動する。 力ソード側電極板には、 酸化剤ガス、 例えば、 酸素ガスが供給されてい るために、 この力ソード側電極板において、 前記水素イオンと酸素とが反応して 水を生成し、 一方、 その間に生じた電子が、 外部回路に取り出され、 電気工ネル ギとして利用されるに至る。 特開平 6— 2 0 7 1 3号公報は、 この種の燃料電池 セルを示している。
ところで、 以上のような構成では、 複数の燃料電池セルはそれぞれのセルを貫 通するス夕ッ ドボルトによってしつかりと緊締されている。 水素ガス等の燃料ガ スおよび酸素ガス等の酸化剤ガスのような燃料電池作動ガスが燃料電池の外部に 漏洩することを防ぎ、 また、 それぞれの燃料電池セルにおいて、 電極板と固体高 分子電解質膜、 電極板とセパレ一夕との間のイオン導電、 電子導電にかかる接触 抵抗のバラツキに基因して取り出される出力に変化が生ずることなく、 安定して 該燃料電池セルから所望の電圧を得るためである。
しかしながら、 前記のように、 スタッドボルトで確実に緊締していても、 例え ば、 この種の燃料電池が電気自動車用駆動源として用いられることによつて受け る振動、 あるいは経年変化等に基因してそれぞれの燃料電池セルに対する緊締状 態が弛緩する懸念がある。 そして、 このように緊締状態が弛緩すると、 前記のよ うに、 複数の燃料電池セル間でイオン導電抵抗、 相互の接触抵抗のバラツキ等が 生ずるに至り、 個々の燃料電池セルから同等の出力を得ることが困難となり、 結 局、 この種の燃料電池としての出力の安定性が確保されなくなる。
本発明は前記の不都合を克服するためになされたものであって、 複数の燃料電 池セル間に出力の差異が小さく、 出力自体が一層安定化する燃料電池およびその 締付方法を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、 第 1の発明では、 アノード側電極板と力ソード 側電極板とを有する燃料電池セルを複数個積層した燃料電池において、 所定位置 に介装されるセパレータまたは締付圧発生板を有し、 前記セパレ一夕または締付 圧発生板はその内部に画成された室を含み、 前記室内に熱の吸収 ·放出によって 膨張 ·収縮する充塡材を設け、 前記充塡材の熱の吸収 ·放出に基因して前記セパ レー夕または締付圧発生板が少なくとも前記アノード側電極板またはカソ一ド側 電極板のいずれか一方に変位することによりそれぞれの燃料電池セルに対する締 付力の増減を行うことを特徴とする。
また、 第 2の発明によれば、 アノード側電極板と力ソード側電極板とを有する 燃料電池セルを複数個積層した燃料電池において、 所定位置に介装されるセパレ 一夕または締付圧発生板を有し、 前記セパレ一夕または締付圧発生板はその内部 に画成された室を含み、 前記室内に熱の吸収 ·放出によって変形する充塡材を設 け、 前記充塡材の変形に基因して前記セパレー夕または締付圧発生板が少なくと も前記ァノード側電極板または力フード側電極板のいずれか一方に変位すること によりそれぞれの燃料電池セルに対する締付力の増減を行うことを特徴とする。 さらにまた、 第 3の発明によれば、 アノード側電極板と力ソード側電極板とを 有する燃料電池セルを複数個積層した燃料電池において、 所定位置に介装される セパレー夕または締付圧発生板を有し、 前記セパレー夕または締付圧発生板はそ の内部に画成された室を含み、 前記室内に化学的反応によって膨張 ·収縮する充 塡材を設け、 前記充塡材の膨張 ·収縮に基因して前記セパレー夕または締付圧発 生板が少なくとも前記ァノード側電極板または力ソード側電極板のいずれか一方 に変位することによりそれぞれの燃料電池セルに対する締付力の増減を行うこと を特徴とする。
またさらに、 第 4の発明によれば、 アノード側電極板と力ソード側電極板とを 有する燃料電池セルを複数個積層した燃料電池において、 所定位置に介装される セパレー夕または締付圧発生板を有し、 前記セパレー夕または締付圧発生板はそ の内部に画成された室を含み、 前記室内に熱の吸収 ·放出によって膨張 ·収縮す る第 1の充塡材と、 化学的反応によって膨張 ·収縮する第 2の充塡材とを設け、 前記第 1の充塡材の熱の吸収 ·放出と第 2の充塡材の化学的反応に基因して前記 セパレー夕または締付圧発生板が少なくとも前記アノード側電極板またはカソ一 ド側電極板のいずれか一方に変位することによりそれぞれの燃料電池セルに対す る締付力の増減を行うことを特徴とする。
さらにまた、 第 5の発明によれば、 アノード側電極板と力ソード側電極板とを 有する燃料電池セルを複数個積層した燃料電池において、 所定位置に介装される セパレー夕または締付圧発生板を有し、 前記セパレー夕または締付圧発生板はそ の内部に画成された室を含み、 前記室内に熱の吸収 ·放出によって熱分解を生起 する第 1の充塡材と化学的反応によってガスを生起する第 2の充塡材を設け、 前 記熱分解またはガスの発生によって前記室内の容積を膨張させて、 前記セパレ一 夕または締付圧発生板が少なくとも前記ァノ一ド側電極板または力ソ―ド側電極 板のいずれか一方に変位することによりそれぞれの燃料電池セルに対する締付力 の増減を行うことを特徴とする。 さらに、 第 6の発明によれば、 ァノ一ド側電極板とカソ一ド側電極板とを有す る燃料電池セルを複数個積層した燃料電池において、 所定位置に介装されるセパ レー夕または締付圧発生板を有し、 前記セパレー夕または締付圧発生板の一部が 、 熱に基因して少なくともアノード側電極板またはカソード側電極板のいずれか 一方に変位することにより、 それぞれの燃料電池セルに対する締付力の増減を行 うことを特徴とする。
さらにまた、 第 7の発明によれば、 アノード側電極板と力ソード側電極板とを 有する燃料電池セルを複数個積層した燃料電池において、 セパレー夕または締付 圧発生板の内部に画成された冷却空間内に配設された充塡材に冷媒を供給し、 該 充塡材を前記冷媒により膨潤させ、 前記積層された多数の燃料電池セルを該膨潤 作用によって発生する力で相互に締め付けることを特徴とする。 発明の開示
第 1の発明によれば、 室内の充塡材が所定の温度で、 例えば、 膨張する。 その 結果、 該膨潤作用下にセパレ一夕または締付圧発生板がアノード側電極板または 力ソード側電極板を押圧する。 結局、 この押圧作用により前記電極板がより一層 密着性を確保し、 イオン導電抵抗、 接触抵抗等が低減する。 従って、 安定した出 力が該燃料電池から得られる。
一方、 前記室内に設けられる充塡材にっき、 所定温度で収縮するものを選択し ておけば、 当該所定温度下に収縮した状態で燃料電池セルを組み込み、 次いで燃 料電池をその作動温度に戻すことによって該充塡材が膨張するために、 前記と同 様にァノ一ド側電極板または力ツード側電極板が押圧される。
第 2の発明では、 充塡材に熱の吸収 ·または放出によって変形する部材を選択 している。 従って、 所定温度における充塡剤の変形がアノード側電極板または力 ソ一ド側電極板の変位作用を惹起せしめ、 電極板の密着性を向上させる。
第 3の発明では、 充塡材にっき、 化学的反応によって膨張 ·収縮する部材を選 択している。 従って、 この発明では、 化学的反応に基因して充塡材が膨張または 収縮して前記 2つの発明と同一の作用を営む。 第 4の発明では、 熱の吸収 '放出によって膨張 ·収縮する第 1の充塡材と、 化 学的反応によって膨張 ·収縮する第 2の充塡剤とを併用している。 従って、 第 1 の充塡材または第 2の充塡材が選択的にあるレ、は両者相俟つてァノ一ド側電極板 またはカソ一ド側電極板を変位せしめて締付圧を調整できる。
第 5の発明では、 熱の吸収 ·放出によって熱分解を生起する第 1の充塡材と、 化学的反応によってガスを生ずる第 2の充塡材とを併用している。 このため、 第 1の充塡材の熱分解、 または第 2の充塡材からのガスの発生によって該室内の容 積が膨張してァノード側電極板とカソード側電極板のいずれか一方を変位させる 。 この結果、 燃料電池セルの締付圧が増加する。
第 6の発明では、 特に、 前記の第 1乃至第 5の発明で特定される充塡材を用い ることなく、 直接、 セパレー夕または締付圧発生板を熱に基因して変形させて、 アノード側電極板あるいはカソ一ド側電極板に対する接触圧を増加させている。 これによつても、 前記第 1〜第 5の発明と同様の効果が得られる。
また、 第 7の発明では、 セパレー夕または締付圧発生板内に設けられた室の内 部の充塡材に冷媒を供給し、 該冷媒によって前記充塡材を膨潤させ、 アノード側 電極板または力ソ一ド側電極板への密着力を増している。 前記第 1乃至第 6の発 明と同様の効果が得られる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る燃料電池の一部省略分解斜視図である。
図 2は、 図 1のセパレー夕の別の方向から見た斜視図である。
図 3は、 図 2のセパレー夕の一部切欠斜視図である。
図 4は、 図 1に示す燃料電池の分解断面図である。
図 5は、 図 1の燃料電池に組み込まれるガスケッ卜の斜視図である。
図 6は、 図 1に示す燃料電池セルの組み立て状態の斜視図である。
図 7は、 一方のエンドプレートの斜視図である。
図 8は、 他の実施形態のセパレ一夕の分解斜視図である。
図 9は、 本発明に係るセパレー夕の概略縱断面図である。 図 1 0は、 図 9に示すセパレ一夕と燃料電池とエンドプレートの組み合わせ状 態を示す概略構成図である。
図 1 1は、 図 1 0の燃料電池セルをス夕ックした状態の縦断面図である。 図 1 2は、 第 1セパレー夕と第 2セパレー夕と第 4セパレ一夕の配置状態を示 す縦断面図である。
図 1 3は、 締付圧発生板の縦断面図である。
図 1 4は、 図 1 2と図 1 3と既に述べたガスケットとを組み合わせるための分 解縦断面図である。
図 1 5は、 図 1 4に示すそれぞれの構成要素を組み付けた状態の縦断面図であ る。
図 1 6は、 温度と締付圧と電流密度との関係を示す特性曲線図である。
図 1 7は、 形状記憶合金等を充塡材として用いた場合の温度と締付圧と電流密 度の関係を示す特性曲線図である。
図 1 8は、 本発明に係る燃料電池に冷媒系を組み込んだ状態の概略構成図であ る。
図 1 9は、 イオン交換樹脂を充塡材として用いた際の温度と締付圧と電流密度 との関係を示す特性曲線図である。
図 2 0は、 化学的反応を惹起させることにより締付圧を発生するための燃料電 池と化学的反応物質を形成するための系との概略構成を示す縦断面図である。 図 2 1は、 充塡物質が熱分解することによって締付圧を発生するための温度と 締付圧と電流密度との関係を示すグラフである。
図 2 2は、 化学的反応によって締付圧を発生するための系を組み込む燃料電池 の概略構成縦断面図である。
図 2 3は、 化学的物質を付加することによって締付圧を発生する温度と締付圧 と電流密度との関係を示す特性曲線図である。
図 2 4は、 金属水素化物から放出される水素の圧力を利用して締付圧を発生す るための温度と締付圧と電流密度との関係を示すグラフである。
図 2 5は、 形状記憶合金または形状記憶樹脂を用いることによって燃料電池セ ルを構成する部材を変形して締付圧を発生するための温度と締付圧と電流密度と の関係を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
本発明に係る燃料電池についてその締付方法との関係において好適な実施形態 を挙げ、 添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
燃料電池 1 0は、 ここでは、 固体高分子電解質膜型燃料電池を示す。
なお、 本実施形態では、 前記の通り、 固体高分子電解質膜型燃料電池を好適な 実施形態として掲げるが、 特に、 セパレ一夕部の加圧構造については、 直接メタ ノール/空気燃料電池、 アルカリ電解質型燃料電池、 燐酸型燃料電池、 溶融炭酸 型燃料電池、 および固体電解質膜型燃料電池と実質的に同様である。 よって、 本 発明は、 これらの燃料電池に対しても適用可能である。
さて、 この燃料電池 1 0は、 図 1乃至図 4に示すように、 基本的に発電部 1 2 とセパレ一夕部 1 4と力、ら構成される。 前記セパレ一夕部 1 4は、 緻密質からな る第 1のセパレ一夕 1 6と第 2のセパレ一夕 1 8とを含む。 図から容易に諒解さ れる通り、 矩形状の第 1セパレー夕 1 6には横方向に平行に複数のリブ 2 0が突 設され、 隣接するリブ 2 0、 2 0の間に燃料ガス供給用の通路 2 2が画成される 。 一方、 第 2セパレ一夕 1 8は、 図 4に示すように、 断面が略 C字状であって、 —側面側に前記第 1セパレ一夕 1 6が嵌合する孔部 2 4が画成され、 この孔部 2 4は該第 2セパレー夕 1 8内に画成された室 2 5と連通している。 この第 2セパ レー夕 1 8の他側面側に縦方向に平行に複数のリブ 2 6が突設され、 これによつ て、 隣接する前記リブ 2 6、 2 6の間に酸化剤ガス、 例えば、 空気を供給するた めの通路 2 8が画成される （図 2並びに図 3参照） 。
さらに、 前記第 2セパレ一夕 1 8について説明すると、 図 1乃至図 3から諒解 される通り、 該第 2セパレ一夕 1 8の左枠 1 8 aには直方体状の貫通孔 3 4が画 成され、 また、 右枠 1 8 bには別の貫通孔 3 6がそれぞれ画成されている。 前記 左枠 1 8 aには貫通孔 3 4から孑 L部 2 4に連通する複数の細孔 3 8が画成され、 —方、 右枠 1 8 bには貫通孔 3 6から前記孔部 2 4に連通する複数の細孔 4 0が 画成されている （図 1参照） 。 従って、 前記第 2セパレー夕 1 8の孑し部 2 4に第 1セパレー夕 1 6が嵌合すると、 該第 1セパレー夕 1 6の通路 2 2を介して細孔 3 8と細孔 4 0とが相互に連通するに至る。 なお、 図 4から容易に諒解される通 り、 第 1セパレ一夕 1 6が第 2セパレー夕 1 8の孔部 2 4に嵌合するとき、 前記 第 1セパレー夕 1 6と第 2セパレ一夕 1 8との間に導電性の合成樹脂ゴム、 また は導電性樹脂の如きシール部材 3 0が係着される。
—方、 該第 2セパレー夕 1 8の上枠 1 8 cには直方体状の貫通孔 4 2が画成さ れ、 また、 下枠 1 8 dには別の貫通孔 4 4がそれぞれ画成されている。 前記上枠 1 8 cには貫通孔 4 2から通路 2 8に連通する複数の細孔 4 6が画成されるとと もに、 下枠 1 8 dには貫通孔 4 4から前記通路 2 8に連通する複数の細孔 4 8が 画成されている。 従って、 複数の細孔 4 6と細孔 4 8とは通路 2 8を介して互い に連通状態にある。
第 2セパレー夕 1 8の上枠 1 8 cと左枠 1 8 aとによって形成される隅角部に は連通孔 5 0が、 また、 下枠 1 8 dと右枠 1 8 bとによって形成される隅角部に は連通孔 5 2が画成されている。 該連通孔 5 0と 5 2とは第 1セパレー夕 1 6が 第 2セパレー夕 1 8の孔部 2 4に嵌合することによって画成される室 2 5に斜め 方向から連通している （図 4参照） 。
次に、 発電部 1 2について説明する。 発電部 1 2は固体高分子電解質膜 6 0と その両面に設けられた第 1の電極触媒層 6 2 aと第 2の電極触媒層 6 2 bを備え ている。 前記第 1と第 2の電極触媒層 6 2 a、 6 2 bの大きさは孔部 2 4を画成 する第 2セパレー夕 1 8の内側端縁と略同じ大きさである。 なお、 図において、 前記固体高分子電解質膜 6 0と電極触媒層 6 2 a、 6 2 bとが一体構成されたも のが例示されているが、 前記固体高分子電解質膜 6 0と電極触媒層 6 2 a、 6 2 bをそれぞれ分離構成してもよいことは勿論である。
図 5はガスケット 6 6の構造を示す。 なお、 ガスケット 6 8は、 実質的にガス ケット 6 6と同じ形状である。 従って、 ガスケット 6 6について詳細に説明し、 ガスケット 6 8の説明は省略する。 そこで、 前記ガスケット 6 6、 6 8は、 図 8 に示すように、 第 2セパレー夕 1 8と固体高分子電解質膜 6 0との間で挟持され る。 前記ガスケッ ト 6 6、 6 8には、 後述するように、 燃料ガスおよび酸化剤ガ スが燃料電池 1 0として積層された複数の第 1セパレー夕 1 6、 第 2セパレー夕 1 8の間で通流可能なように、 貫通孔 7 0、 7 2、 7 4、 7 6、 連通孔 7 8、 8 0および大孔 8 2が画成されている。 従って、 発電部 1 2とセパレー夕部 1 4と が組み込まれた時、 第 2セパレ一夕 1 8の貫通孔 3 4とガスケット 6 6、 6 8の 貫通孔 7 0とが連通し、 貫通孔 3 6と貫通孔 7 2とが連通し、 貫通孔 4 2と貫通 孔 7 4とが連通し、 さらに貫通孔 4 4と貫通孔 7 6とが連通する。 大孔 8 2には 第 1セパレー夕 1 6の複数のリブ 2 0が入り込む。
本実施形態では、 この場合、 前記第 2セパレ一夕 1 8内に画成された室 2 5内 に充塡材 8 3 a〜8 3 gのいずれか、 またはこれらの組み合わせからなる充塡材 8 3が設けられる。 なお、 この充塡材 8 3は室 2 5内に限らず、 連通孔 5 0、 5 2内に設けられてもよい。
以上のように構成される発電部 1 2とセノ、。レー夕部 1 4とは、 次のように組み 合わされる。 すなわち、 第 2セパレー夕 1 8の孔部 2 4に第 1セパレー夕 1 6が 嵌合し、 シール部材 3 0は第 1セパレ一夕 1 6と第 2セパレー夕 1 8とをシール し、 且つ電気的に接続する。 この場合、 室 2 5内には十分な充塡材 8 3を予め配 設しておく。 該充塡材 8 3として、 本実施形態では陽イオン交換樹脂または陰ィ オン交換樹脂を採用している。 そこで、 第 2セパレー夕 1 8の孔部 2 4に第 1セ パレー夕 1 6が嵌合される際、 該第 1セパレ一夕 1 6によって前記充塡材 8 3を 構成する陽ィォン交換樹脂または陰ィォン交換樹脂はその体積を縮めるほどに押 圧される。 次に、 ガスケット 6 6が第 1セパレ一夕 1 6側にあって第 2セパレ一 夕 1 8に接合し、 ガスケット 6 8は第 2セパレ一夕 1 8のリブ 2 6側の面に接合 する。 次いで、 ガスケッ ト 6 6とガスケッ ト 6 8の間に発電部 1 2が介装される 。 なお、 その積層固定に際しては、 図 6に示すように、 第 2セパレ一夕 1 8の貫 通孔 3 4、 4 2に連通する管継手 7 9、 8 4と連通孔 5 2に連通する管継手 8 8 を有するエンドプレート 9 2、 および貫通孔 3 6、 4 2に連通する管継手 8 1、 8 6および連通孔 5 0に連通する管継手 9 0が装着されたェンドブレート 9 4を その両端に配設し、 締付ボルト 9 6 a〜9 6 dでその四隅を強くかつ均等に締め 付ける。
ェンドブレ一ト 9 4の詳細を図 7に示す。 前記ェンドブレ一ト 9 4はェンドプ レート 9 2と実質的に同一の大きさを有する板体からなり、 第 2セパレ一夕 1 8 の貫通孔 3 6に対応して管継手 8 1と連通する孔部 1 0 2が、 また、 貫通孔 4 4 に対して管継手 8 6と連通する孔部 1 0 6が画成されている。 さらに、 連通孔 5 0に対応して管継手 9 0と連通する孔部 1 0 7が画成されている。 なお、 図中、 参照符号 1 1 2 a〜 1 1 2 dは前記締付ボルト 9 6 a〜9 6 dの一端部が挿入さ れる締付用孔部を示す。
ここで、 前記室 2 5に予め充塡される充塡材 8 3について説明する。 充塡材 8 3は、 前記した通り、
① 熱の吸収 ·放出によって膨張，収縮する充塡材 8 3 a、
② 熱の吸収 ·放出によって変形する充塡材 8 3 b、
③ 化学的処理によって膨張 ·収縮する充塡材 8 3 c、
④ 室 2 5内に充填される物質自体が燃料電池の作動温度に基因して熱分解し 、 あるいは充塡される物質間の化学的反応によって、 燃料電池の作動温度よ りも低い温度の沸点を有するガスを発生する充塡材 8 3 d、
⑤ 熱の吸収 '放出によってガスを発生する充塡材 8 3 e、
⑥ 熱の吸収 '放出によってガスを放出 ·吸収する充塡材 8 3 f、
⑦ 熱によって変位する充塡材 8 3 g、
に分けることができる。 勿論、 これらのいずれかの二以上の任意の組み合わせ、 若しくは、 これらの充塡材 8 3を、 不都合のない限り、 すべて組み合わせてもよ い。
次に、 前記①〜⑦の充塡材 8 3 a〜8 3 gについて例示する。
①の充塡材 8 3 aについて
この充塡材 8 3 aは、 好適には、 燃料電池の作動温度以下の温度の沸点を有す る物質であって、 この場合、 当該物質および該物質相互間で反応性を示す物質、 または当該物質が接する燃料電池の構成要素に対して反応性を示さない物質、 さ らに前記反応性を示す物質と示さなレ、物質との混合物質であつてもよい。 好適に は、 以下に示される物質が採用される。
無機化合物：水、 アンモニア、 二酸化炭素 （ドライアイスを含む） 、 アルゴン、 窒素、 水素、 ヘリウム、 ネオン、 ラドン、 キセノン、 クリプトン、
有機化合物：
'アルコール： メタノール、 エタノール、 イソプロパノール
•アルデヒ ド zケトン ：ァセトアルデヒド、 ァセトン、 ェチルメチルケトン、 ホ ル厶アルデヒド
'エーテル：ェチルプロピルエーテル、 ェチルメチルエーテル、 ジェチルエーテ ル、 ジメチルエーテル、 ジイソプロピルエーテル
'飽和炭化水素： メタン、 ェタン、 プロパン、 ブタン、 ペンタン、 イソペンタン 、 へキサン、 イソへキサン
'環状化合物： シクロブタン、 シクロプロパン、 シクロへキサン、 シクロペン夕 ン、 へキサフルォロベンゼン、 ペルフルォロシクロへキサン
'エステル：蟻酸メチル、 蟻酸ェチル、 酢酸メチル、 酢酸ェチル、 酢酸ビニル
②の充塡材 8 3 bについて
この充塡材 8 3 bは、 一方向または二方向に変形する記憶効果を生ずる形状記 憶合金若しくはこれらの組み合わせであってもよい。 例としては、 ニッケル 'チ タン合金や銅 '亜鉛'アルミニウム合金であることが好ましい。 この場合、 これ らの形状記憶合金の形状はコイルスプリング状あるいはランダムなコィル状であ ると好適である。
さらに、 この充塡材 8 3 bは形状記憶樹脂であつてもよい。 この種の形状記憶 樹脂としては、 ポリノルボルネン樹脂、 ポリエステルを主要成分としたポリマー ァロイ、 ウレタンエラストマ一、 トランスポリイソプレン架橋樹脂が好ましい。
③の充塡材 8 3 cについて
この充塡材 8 3 cは、 陽イオン交換樹脂、 陰イオン交換樹脂あるいはこれらの ィォン交換樹脂の混合物からなる。 この種のィォン交換樹脂は球状または膜状に 形成され、 その乾燥状態と湿潤状態の度合いによる変化、 あるいは酸またはアル P T/JP96/01852
1 2 力リ水溶液あるいは塩の水溶液を用いた化学的処理により、 官能基のイオン形が 変化することにより、 膨潤し、 収縮し、 あるいは変形する状態を利用する。 陽イオン交換樹脂としては、 母体構造がスチレン系、 メタクリル系、 アクリル 系、 テフロン系、 ピリジン系のいずれかであり、 官能基がスルホン酸基、 カルボ ン酸基、 アミノ燐酸基、 ピリジン、 ジチォ力ルバミン酸基、 イミノジ酢酸基、 ァ ミノカルボン酸基のいずれかである。
陰イオン交換樹脂としては、 母体構造がスチレン系、 メ夕クリル系、 アクリル 系、 フエノール系、 テフロン系のいずれかであり、 官能基が第 4級アンモニゥ厶 塩基、 第 2級ァミン基、 第 3級ァミン基、 ポリアミ ンのいずれかである。
なお、 膨張を伴う官能基のイオン形の変化を例示すれば、 陽イオン交換樹脂の 場合、 N a形— H形、 H形→N a形、 ^1形→アンモニゥム形が好適であり、 一方 、 陰イオン交換樹脂の場合、 C I形→O H形、 O H形— C I形が好ましい。 また、 前記充塡材 8 3 cは吸水性ゲルまたは吸水性樹脂であってもよい。 ある 種の吸水性ゲルまたは吸水性樹脂は乾燥状態や湿潤状態の度合いによつてその形 態が変化する。 好ましくは、 アクリル酸、 ビニルアルコール共重合体やアクリル 酸ソーダ重合体等を掲げることができる。
さらに、 前記充墳材 8 3 cはスメクタイト系粘度鉱物またはポリアミ ドあるい はこれらのハイブリツ ド材料であってもよい。 これらの材料中に導入される流体 の量による湿潤状態の度合レ、で形態が変化するからである。
前記の無機化合物、 有機化合物に加えて、 ベンゼン、 トルエンの如き芳香族化 合物もこの充塡材 8 3 cとして利用してもよい。
さらにまた、 化学的処理によって膨張 ·収縮する充塡材 8 3 cは前記の陽ィォ ン交換樹脂、 陰イオン交換樹脂、 吸水性ゲルまたは樹脂、 スメクタイト系粘度鉱 物、 またはボリアミ ド、 あるいはこれらのハイブリッド材料、 さらにこれらの混 合物であってもよい。
またさらに、 前記の無機化合物、 有機化合物、 ストクタイト系粘度鉱物または ポリアミ ドの如き物質で、 化学的処理によって膨張 ·収縮する充塡材と、 熱の吸 収 ·放出によって膨張 ·収縮する充塡材の両方が反応を示すことのない組み合わ せで、 これらの物質が接する燃料電池の構成要素と反応しない物質 （複数の混合 物質であってもよい） を用いてもよい。
④の充塡材 8 3 dについて
この充塡材 8 3 dとして、 水素ガス、 窒素ガス、 炭酸ガス、 アンモニアガス、 酸素ガスが発生する物質の組み合わせ、 または物質単体、 あるいは水が発生する 物質の組み合わせ、 または物質単体を掲げることができる。 この場合、 以下に掲 げる物質が好適である。
a . 水素ガスが発生する物質の組み合わせまたは物質単体
b . 金属と酸：亜鉛または遷移金属と塩酸、 アルカリ土類金属と酸
c 金属と塩基：アルミニウムまたはゲイ素と水酸化ナトリウム、 アルカリ金 属とアンモニア
d . 金属と水：アル力リ金属またはアル力リ土類金属と水
e . 金属とアルコール：アル力リ金属またはアル力リ土類金属とアルコール f . 金属水素化物と水：水素化リチウムまたはアル力リ土類金属の水素化物と 水
水素化ホウ素ナトリウムまたは水素化アルミニウムナトリウムと水
⑤、 ⑥の充塡材 8 3 e、 8 3 f について
この充塡材 8 3 e、 8 3 ίとして、 以下に示す燃料電池作動温度以下で大気圧 以上の水素放出圧を示す金属水素化物を用いると好適である。 すなわち、 固体高分子電解質膜型燃料電池 ： 約 1 2 0 °C以下
直接メタノール/空気燃料電池 ： 約 1 0 0 °C以下
アルカリ電解質型燃料電池 ： 約 1 0 0 °C以下
燐酸型燃料電池 ： 約 2 0 0て以下
溶融炭酸塩型燃料電池 ： 約 6 5 0て以下
固体電解質膜型燃料電池 ： 約 1 0 0 0で以下
⑦の充塡材 8 3 gについて
この充塡材 8 3 gとしては、 前記②の形状記憶合金の中、 以下に示す燃料電池 作動温度以下の作動温度を持つ形状記憶合金を用いると好適である。 固体高分子電解質膜型燃料電池 約 1 2 0 °C以下
直接メタノ一ル /空気燃料電池 約 1 0 0 °C以下
アルカリ電解質型燃料電池 約 1 0 0で以下
燐酸型燃料電池 約 2 0 0 °C以下
溶融炭酸塩型燃料電池 約 6 5 0て以下
固体電解質膜型燃料電池 約 1 0 0 0 °C以下 次に、 以上のように構成される本実施形態に係る燃料電池の作用について説明 する。 単位燃料電池セルをスタックして構成される燃料電池 1 0の作動時には、 図 6に示すように、 燃料ガスが図示しない燃料ガス供給源からェンドブレ一ト 9 2の管継手 7 9、 ガスケット 6 6 ( 6 8 ) の貫通孔 7 0、 第 2セパレ一夕 1 8の 貫通孔 3 4、 細孔 3 8を介して第 1セパレー夕 1 6の通路 2 2に供給され、 酸化 剤ガスが図示しない酸化剤ガス供給源からェンドブレ一ト 9 2の管継手 8 4、 ガ スケット 6 6 ( 6 8 ) の貫通孔 7 4、 第 2セパレ一夕 1 8、 貫通孔 4 2、 細孔 4 6を介して通路 2 8に供給される。
これと同時に、 冷却水としての水、 または水とアルコールとの混合液がエンド プレート 9 2の管継手 8 8から連通孔 5 2に達し、 充塡材 8 3が充墳された室 2 5に至り、 当該室 2 5の内圧を上昇させる。 ここで、 本実施形態において、 充塡 材 8 3 cとして、 陽イオン交換樹脂または陰イオン交換樹脂が配設されている。 従って、 水の含浸によって前記充塡材 8 3 cは膨潤するに至る。 その結果、 第 1 セパレ一夕 1 6を電極触媒層 6 2 b側に変位させ、 若しくは変形させる。 従って 、 前記充塡材 8 3 cと第 1セパレー夕 1 6との変位作用または変形作用によって 第 1セパレ一夕 1 6のリブ 2 0は電極触媒層 6 2 bに均等に圧接し、 ひいては第 2セパレー夕 1 8に対し、 固体高分子電解質膜 6 0を圧接することになり、 ィォ ン導電性、 電子導電性が損なわれることなく且つ接触抵抗が増加することはなく 、 逆に減少する。 一方、 通路 2 2に供給された燃料ガスの中、 未反応の燃料ガス は貫通孔 3 6を通過し、 エンドプレート 9 4の孔部 1 0 2を経て管継手 8 1から 排出される。 酸化剤ガスも同様に、 その一部が第 2セパレー夕 1 8の貫通孔 4 4 に至り、 管継手 8 6から排出される。
さらに、 燃料電池 1 0の作動が終わり、 水、 または水とアルコールの混合液の 流入が停止されると、 前記室 2 5の水が第 2セパレ一夕 1 8の連通孔 5 2を経て 、 エンドプレート 9 2の管継手 9 0から外部に排出され、 前記イオン交換樹脂の 含水率が低下すると、 当該室 2 5の内圧が低下する。 従って、 第 1セパレー夕 1 6側への面圧力も低下し、 組み立て時の圧力に戻る。
このように、 本実施形態に係る燃料電池によれば、 第 1セパレー夕 1 6と第 2 セパレー夕 1 8とによって画成された室 2 5に水を導入することによって、 充塡 材 8 3 cの膨潤作用並びに第 1セパレー夕 1 6の変形作用によって固体高分子電 解質膜 6 0に対する押圧力が一挙に増大するため、 接触抵抗が増大することもな い。
さらに、 前記発電部 1 2の乾燥状態に応じて水の供給量を増減させる力 その 際、 燃料電池 1 0に画成された室 2 5から直接水分を供給しているため、 固体高 分子電解質膜 6 0の湿潤に対する応答性が高い。
さらにまた、 供給される水の圧力 （P H 2 0 ) が燃料ガスである水素ガス （P H 2 ) および酸化剤ガスである酸素ガス （P〇2 ) よりも高く設定されており、 し力、も、 第 2セパレ一夕 1 8を緻密質で構成しているため、 第 1セパレ一夕 1 6 の通路 2 2に水が浸入するだけであって、 燃料ガスと酸化剤ガスが前記室 2 5で 混合されることが確実に阻止でき、 安全性が確保される。
なお、 前記実施形態では、 流体として水を選択しているが、 この水に代えて、 アルコール、 または、 前記の通り、 水とアルコールの混合溶液とし、 さらには水 とメ夕ノールの混合溶液とすることができる。 水とメタノールの混合溶液の場合 に、 セパレー夕 1 8のアノード側構成要素を緻密質に代えて多孔質体とすると、 アノード側電極板に水とメタノールの混合溶液が供給されるために、 直接型のメ タノ一ル燃料電池とすることができる。
しかも、 充塡材 8 3 cとしてイオン交換樹脂を採用し、 冷媒としての水を室 2 5内に供給すると、 該室 2 5内が冷却水質を維持するための水質管理セクシヨン として機能させることができる。 すなわち、 イオン交換樹脂によってバッテリス タックから溶け出すおそれのある他の金属イオン中、 陽イオン等を除去し、 ある いは大気中の炭酸ガスの冷却水中への混合による炭酸イオンの除去もできる。 なお、 前記の第 1の実施形態において、 セパレ一夕部 1 4は、 第 1セパレー夕 1 6と第 2セパレー夕 1 8とに分離構成されているが、 第 2セパレー夕 1 8をさ らに室 2 5が画成されるセパレー夕本体 1 5 0と第 3セパレ一夕 1 5 2に分離す ることができる。 これを図 8に示す。
第 3セパレ一夕 1 5 2は、 セパレー夕本体 1 5 0の前記第 1セパレ一夕 1 . 6と は反対側に画成された孔部に嵌合するものであり、 図 2に示す第 2セパレ一夕 1 8と同様に、 酸化剤ガス供給用通路 2 8と同じ垂直方向に延在する酸化剤ガス供 給用通路 1 5 4を多数並列に画成している。 この図 8に示す実施形態においては 、 第 1セパレー夕 1 6と第 3セパレ一夕 1 5 2との間に画成される室 2 5の内部 に前記充塡材 8 3 a〜8 3 gのいずれか、 またはその任意の組み合わせからなる 充塡材が設けられる。 従って、 充塡材 8 3 a〜8 3 gが前記の①〜⑧の充塡材か らなるとき、 温度、 化学的反応等によって第 1セパレー夕 1 6と第 3セパレー夕 1 5 2は互いに離間する方向へと変形して電極触媒層 6 2 a、 6 2 bに対する押 圧力を増大させる。
ところで、 前記実施形態では、 燃料電池 1 0を冷却し、 あるいは燃料電池 1 0 をしつかりと緊締するための力を増大させるベく、 室 2 5に充塡材 8 3を設ける とともに、 それぞれこの室 2 5は他の単位燃料電池セルとの間で連通している。 これを、 ここでは開放型と称するものとする。
そこで、 この開放型に対し、 密閉型と称される燃料電池も考えられる。 すなわ ち、 一つの単位燃料電池セルの室 2 5が他の単位燃料電池セルの室 2 5との連通 を阻止される構造のものをいう。 具体的には、 前記の実施形態において連通路 5 0、 5 2が設けられていない構造である。 この密閉型の燃料電池の構造を模式的 に図 9、 図 1 0および図 1 1に示す。 なお、 これらの図において、 前記実施形態 と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、 その詳細な説明を省略する。 これ らの図から容易に諒解されるとおり、 セパレ一夕本体 1 5 0をアノード側セパレ —夕本体 1 5 0 aとカフ一ド側セパレ一夕本体 1 5 0 bとに分離構成し、 ァノー ド側セパレー夕本体 1 5 0 aに第 1セパレ一夕 1 6を嵌合し、 一方、 カフ一ド側 セパレー夕本体 1 5 0 bに第 3セパレー夕 1 52を嵌合して、 これらのセパレ一 夕本体 1 5 0 a、 1 50 bの間に充塡材 83を設けるための室 1 5 6を画成して いる。 前記第 3セパレー夕 1 52には前記第 1セパレ一夕 1 6の通路 22に直交 するように酸化剤ガスを供給するための通路 1 54が画成されている。
そして、 図 1 0に示すように、 一方のエンドプレート 92に対してカツ一ド側 セパレー夕本体 1 5 0 aをガスケッ ト 6 6を介して装着し、 前記ェンドブレ一ト 92と前記アノード側セパレータ本体 1 5 0 aとの間に充塡材 8 3を設けるため の室 1 57 aを画成する。 力ソード側セパレー夕本体 1 5 O bに対してガスケッ ト 6 8を臨ませ、 このガスケット 6 8と次なるガスケッ ト 6 6との間で電極触媒 層 62 a、 固体高分子電解質膜 6 0、 電極触媒層 62bとからなる発電部 1 2を 挟持する。 従って、 力ソード側セパレ一夕本体 1 5 O bは、 電極触媒層 62 aに 接触することになる。 なお、 電極触媒層 62 bは、 アノード側セパレー夕本体 1 50 aに接触する （図 1 1参照） 。 このような構成を採用して、 最終のエンドプ レート 94に対してはガスケッ ト 6 8を介してアノード側セパレ一夕本体 1 5 0 aが装着される。 アノード側セパレ一夕本体 1 5 0 aは、 その内部に設けられて いる第 1セパレー夕 1 6が電極触媒層 62 bに当接することになる。 なお、 他方 のェンドブレ一ト 94とガスケッ ト 6 6と第 1セパレー夕 1 6との間に充塡材 8 3を設けるための室 1 5 7 bを画成する。
以上のように室 1 5 6、 1 57 a, 1 5 7 bがいずれも他の単位燃料電池セル の室と連通していない密閉型の燃料電池において、 該室 1 5 6、 1 5 7 a, 1 5 7bに充填材 8 3が設けられる。 この室 1 5 6、 1 57 a. 1 5 7 bには、 前記 の実施形態とは異なり、 水あるいはメタノール、 水とメタノールとの混合液等が 連通孔 5 0、 5 2を介して導入されることはない。 すなわち、 外部環境温度ある レ、は化学的処理若しくは熱等によって膨張、 収縮あるいは変形する充塡材 8 3が 選択されて前記室 1 5 6、 1 5 7 a. 1 5 7 bに装塡されているために、 ァノー ド側セパレ一夕本体 1 5 0 aおよび またはカフ一ド側セパレー夕本体 1 5 0 b を該充塡材 8 3が押圧し、 電極触媒層 62 a、 6 2 bにしつかりと圧着する。 こ の結果、 燃料電池 1 0に十分な緊締力が与えられることになる。
図 1 2乃至図 1 5にさらに他の実施形態を示す。 この実施形態においては、 特 に、 前記実施形態に示されているセパレー夕本体 1 5 0に代えて締付圧発生板 2 0 0を採用するとともに、 第 4のセパレ一夕 2 0 2を採用している。
締付圧発生板 2 0 0は、 前記実施形態におけるセパレ一夕本体 1 5 0と極めて 類似しているが、 この場合、 前記セパレー夕本体 1 5 0を構成している水平方向 に延在する複数の細孔 3 8、 4 0並びに垂直方向に延在する複数の細孔 4 6、 4 8に代替して、 その断面中央部分に充塡材 8 3が設けられる室 2 0 4が画成され ている点で前記セパレータ本体 1 5 0と若干の差異がある。 そして、 この締付圧 発生板 2 0 0の両側部に大きく開口する孔部に力ソード側押圧板 2 0 6が嵌合し 、 かつ他方側にアノード側押圧板 2 0 8が嵌合する。
第 4セパレー夕 2 0 2は、 一方の側面から他方の側面へと大きく貫通する開口 部 2 1 0に第 1の実施形態における第 1セパレー夕 1 6と第 2の実施形態におけ る第 3セパレ一夕 1 5 2とを一体的に合わせた構造のセパレ一夕板 2 1 2を嵌合 している。 なお、 図中、 参照符号 2 1 4は、 第 2実施形態におけるアノード側セ パレ一夕本体 1 5 0 aと同一のセパレ一夕本体を示し、 また、 参照符号 2 1 6は 、 力ソード側セパレ一夕本体 1 5 0 bと同一のセパレ一夕本体を示す。
これらの締付圧発生板 2 0 0、 第 4セパレー夕 2 0 2、 セパレ一夕本体 2 1 4 、 2 1 6は、 図 1 4に示すような順序でェンドブレ一ト 9 2と 9 4との間に配置 されている。 図 1 5はそれを組み立てた模式的縦断面図である。
そこで、 以上のような構成において、 室 2 5または室 2 0 4に前記の充塡材 8 3 a〜 8 3 gを設けた場合について、 図 1 6以降を参照して以下に説明する。 ① 熱の吸収 '放出によって膨張'収縮する充塡材 8 3 aを用いた場合 （図 1 6 参照）
充塡材 8 3 aは燃料電池の組み立て時までは沸点よりも低い温度に維持される 。 組み立てが完了して室温に戻されると、 充塡材 8 3 aは沸点以上となるために 、 膨張して燃料電池に対する締付圧を増すとともに発電される電流密度も増加す る。 ② 熱の吸収'放出によって変形する充塡材 8 3 bを用いた場合 （図 1 7参照） 燃料電池完成時まで変形する充塡材 8 3 b (形状記憶合金または形状記憶樹脂 ) の作動温度以下に維持される。 燃料電池完成時以降にこの燃料電池が作動を行 おうとするとき、 前記形状記憶合金または形状記憶樹脂の作動温度以上に温めら れる。 この結果、 この作動温度以上に至った時点で当該形状記憶合金または形状 記憶樹脂は変形して燃料電池セルの締付圧が増加し、 かつ電流密度も増加する。 その際、 二方向性効果のある形状記憶合金または形状記憶樹脂を用いると、 一方 向性のものよりもさらに締付圧を任意に調整することができる。 これを図 1 7に 破線で示す。 すなわち、 燃料電池の組み立て時および燃料電池完成時には、 形状 記憶合金乃至形状記憶樹脂が作動温度以上で伸びきるようにばねコイル状または ランダムコイル状の形を整えておき、 作動温度以上に昇温したときに、 アノード 側およびカフ一ド側電極触媒層に対してこれらの形状記憶合金乃至形状記憶樹脂 が押し広げられるように作用する。
一方、 燃料電池の発電のために、 温度制御特性の向上を図るべく、 図 1 8に示 すように、 温度制御用熱交換器 3 0 0、 冷媒タンク 3 0 2、 循環ポンプ 3 0 4、 バルブ 3 0 6を管路 3 0 8で連通し、 このバルブ 3 0 6を図 6に示す管継手 8 8 を介して連通孔 5 0に接続し、 室 2 5を経て連通孔 5 2からバルブ 3 0 8を介し 再び温度制御用熱交換器 3 0 0に至る循環系を構成する。
なお、 ここで、 一方向性効果を生ずる形状記憶合金あるいは形状記憶樹脂単品 を充塡している場合に、 燃料電池セルの温度が形状記憶合金あるレ、は形状記憶樹 脂の作動温度を超えると、 セパレ一夕内に充塡された充塡材 8 3力 申び、 締付圧 を発生する。 この場合、 燃料電池の発電が停止または終了し、 あるいは燃料電池 の温度が室温に戻つたとしても、 一方向性のために締付圧力は保持されたままの 状態が続く。
一方、 二方向性効果のある形状記憶合金若しくは形状記憶樹脂を複数組組み合 わせて充塡材 8 3として使用した場合、 燃料電池の温度がそれぞれの形状記憶合 金の作動温度を超えると、 セパレー夕内に充填されている当該形状記憶合金また は形状記憶樹脂が順次伸び、 締付圧を段階的に増加させることができる。 燃料電池の発電が停止し、 または終了したとき、 燃料電池の温度が室温に戻る 過程では二方向性のために締付圧が段階的に減少するに至る （図 1 9参照） 。 ③ 化学的反応によって膨張、 収縮する充塡材 8 3 cを用いた場合 （図 2 0参照 )
この場合、 燃料電池セルの組み立てに際しては、 乾燥状態にあるイオン交換樹 脂を充塡材 8 3 cとして用い、 室 2 5あるいは室 2 0 4内に室温下に充塡する。 このような状態で該室温条件下に燃料電池セルを組み立て、 図 2 0のように、 管 継手 8 8を介して連通孔 5 0に管路 4 0 0を接続する。 そして、 この管路 4 0 0 に連通する管路 4 0 2には、 バルブ 4 0 4を嵌揷するとともに水タンク 4 0 6を 連通する。 一方、 当該管路 4 0 0はさらに管路 4 0 8と連通し、 この管路 4 0 8 にバルブ 4 1 0を介装するとともにその他の媒体用のタンク 4 1 2を連結する。 さらにまた、 管路 4 0 0は管路 4 1 4と連通し、 この管路 4 1 4にバルブ 4 1 6 が介装される。 管路 4 1 4には、 酸またはアルカリ溶液を貯留するためのタンク 4 1 8が接続される。 なお、 連通孔 5 2にはバルブ 4 2 0を介装する管路 4 2 2 が連通している。
以上のような状況下に、 管路 4 0 0に介装されたバルブ 4 0 4、 4 1 0および 4 1 6を開く。 これによつて、 乾燥状態にある充塡材 8 3に水タンク 4 0 6から 水を供給し、 第 1の充塡材 8 3を構成するイオン交換樹脂を湿潤させて膨張せし める。 この結果、 燃料電池セルに対する締付圧が発生する。
次に、 前記充塡材 8 3の一部を構成する他のイオン交換樹脂を膨張せしめるベ く、 タンク 4 1 8の酸またはアルカリ溶液をバルブ 4 1 6を開成して供給する。 その際、 バルブ 4 0 4は閉じられることは勿論である。
続いて、 燃料電池セル内に遊離したイオンを除去するために、 純水によって洗 浄を行う。 水タンク 4 0 6から純水を供給すれば、 この種の洗浄作用は容易に達 成されることが理解できょう。
水以外の注入を行つてィォン交換樹脂を湿潤させることにより膨張せしめるた めには、 その他の媒体を貯留するタンク 4 1 2内にイオン交換樹脂を溶解しない 媒体を貯留させておけばよい。 以上のような構成では、 燃料電池の発電時の締付圧は、 イオン交換樹脂の樹脂 自体が湿潤すること、 あるいは、 イオン変換によって樹脂が膨張することにより 締付圧が上昇すること、 さらにまた、 化学的反応に用いる媒体を燃料電池発電時 の燃料密度の増加、 減少に伴うセルの内部抵抗が発熱することによって、 蒸気圧 の上昇あるレ、は下降をもたらし、 これによつて締付圧が合算されて現れることに なる。 なお、 化学的反応に用いる媒体の冷却を行えば、 締付圧は容易に制御する ことが可能である。 燃料電池の発電が停止し、 または終了して燃料電池自体の温 度が室温に戻ると、 ィォン交換樹脂の湿潤に基因する締付圧あるいはイオン交換 樹脂の湿潤とィォン型変換による樹脂の膨張による締付圧はもとの状態に戻るこ とになる。
④ 物質自体の熱分解または化学反応によってガスを生ずる充塡材 8 3 dを用い た場合 （図 2 1参照）
この種の充塡材 8 3 dを用いた場合には、 燃料電池としては密閉型のものが好 ましいが、 場合によっては、 燃料電池セルを組み立てた後に連通孔 5 0、 5 2を 完全に閉塞するタイプのものでもよい。 この充塡材 8 3 dを用いる場合には、 燃 料電池セルとセパレー夕との組み立ては室温で行い、 充塡材 8 3 dの熱分解温度 は燃料電池作動温度領域に存在するものを選択する。 従って、 室温下に組み立て られた燃料電池が発電作用を営むと、 セパレー夕あるレ、は燃料セル自体の温度が 上昇し、 充塡材 8 3 dの熱分解温度を超えると容積が増大し、 セパレー夕内の圧 力が上昇して締付圧を発生する。 熱分解が終了すると、 発生したガス圧は燃料電 池発電時の電流密度の増加現象に伴うセルの内部抵抗に基因する発熱によって上 昇降下を繰り返し、 その圧力変化が締付圧の変化となって現れる。 燃料電池がそ の発電を中止し、 若しくは終了した時、 燃料電池セルの温度が室温に戻る。 この 過程では、 温度が下がることによって低下したガス圧に応じた締付圧に当該圧力 が減少するに至る。
⑤ 熱の吸収'放出によってガスを発生する充塡材 8 3 eを用いた場合 （図 2 2 および図 2 3参照） 。
燃料電池セル組み立て時には、 室 2 5または室 2 0 4に化学的反応が可能な物 質を充塡材 8 3 eとして配設しておく。 燃料電池セルを組み立てた後、 連通孔 5 0に管路 5 0 0を接続する。 この管路 5 0 0には、 バルブ 5 0 2 , 5 0 4が介装 され、 このバルブ 5 0 4側に反応剤 Bまたは B + C…を貯留するタンク 5 0 6を 接続する。 一方、 管路 5 0 8をバルブ 5 1 0を介して連通孔 5 2に接続する。 管 路 5 0 8には真空ポンプ 5 1 2が連結されている。
このような構成において、 先ず、 燃料電池セルを室温下に組み立てる。 その際 、 予め、 室 2 5若しくは室 2 0 4に化学的反応を惹起する充墳材 8 3 eを充塡し ておく。 そこで、 真空ポンプ 5 1 2を駆動して燃料電池セル内に存在するガス、 例えば、 燃料電池セル保管用の不活性ガス （窒素、 アルゴン、 ヘリウム等） を前 記真空ポンプ 5 1 2で脱気除去する。 そして、 この真空ポンプ 5 1 2によって燃 料電池セル内を減圧状態に保ちながら、 反応剤 Bまたは B + C…をタンク 5 0 6 からバルブ 5 0 4 , 5 0 2の開成作用下に当該燃料電池セル内に送り込む。 充塡材 8 3 eとこのタンク 5 0 6から供給された物質とが反応して発熱作用を 営むとき、 図 2 3に示すように、 一時的な温度上昇が得られる。
前記のように、 充塡材 8 3 eとタンク 5 0 6から供給された物質によって生起 される化学的反応により発生したガス圧は、 前記化学的反応が可逆的な平行状態 を得ることが可能な場合には、 タンク 5 0 6からの物質の供給量に関係なく反応 系の平行状態に応じたガス圧値に留まる。 従って、 そのガス圧値で燃料電池セル が締め付けられることになる。
一方、 充塡材 8 3 eと化学的反応が可逆的な平行状態を有しない場合には、 夕 ンク 5 0 6から供給される物質の仕込み量に応じたガスが発生する。 この結果、 燃料電池完成後のセパレ一夕の内圧を選択する物質如何によつて事前に選択可能 である。 なお、 このような構成では、 燃料電池が発電作用を営むと、 その締付圧 は当該燃料電池から得られる電流密度の増加 ·減少に伴って変動する内部抵抗に 依存する。 すなわち、 内部抵抗が変化することによってガス圧が上昇若しくは下 降する。
燃料電池がその発電作用を停止しまたは終了したとき、 セル温度自体が室温に 戻ると、 セパレー夕内のガスの温度も室温になるために、 化学的反応によって生 起したガス発生時の締付圧の状態に戻ることになる。
⑥ 熱の吸収 '放出によってガスを放出 '吸収する充塡材 8 3 f を用いた場合 （ 図 2 3参照）
この実施形態においては、 セパレ一夕組み立て時に予め化学的反応させる物質 を室 2 5または 2 0 4内に充塡する。 燃料電池セルの組み立てが完成した後、 予 め充塡しておいた物質と反応する物質を、 図 2 3に示すように、 タンク 5 0 6か ら供給する。 その際に、 真空ポンプ 5 1 2を用いて燃料電池セル内に存在する、 例えば、 燃料電池セル保管用の不活性ガス （窒素、 アルゴン、 ヘリウム等） を脱 気除去しておく。
そこで、 燃料電池セル内を減圧状態に維持したままで前記の如くタンク 5 0 6 から予め充塡しておいた物質と反応する物質を供給すると、 充塡材 8 3 eとの間 で化学的反応が生ずるに至る。 反応が発熱反応の場合には、 図 2 3に示すように 、 一時的な温度上昇を生起する。 化学的反応によって発生したガス圧は、 当該化 学的反応が可逆的な平行状態を有する場合には、 前記のようにタンク 5 0 6から 供給される物質の量に関係なく反応系の平行状態に応じた値に留まる。
一方、 化学的反応が可逆的な平行状態を有しない場合には、 物質の供給量に応 じたガスを発生する。 このため、 燃料電池完成後のセパレー夕の内圧を物質の供 給量に応じて事前に選択することができる。
燃料電池が発電した際の締付圧は、 電流密度の増加あるいは減少に伴う燃料電 池セルの内部抵抗の発熱量の変化として捉えられる。 たとえば、 発熱量が大にな るとガス圧が上昇し、 発熱量が小になるとガス圧は下降する。
燃料電池の発電作用が停止し、 若しくは終了すると、 燃料電池セルの温度が室 温に戻される。 この結果、 セパレー夕内のガスの温度も室温に戻るため、 充塡材 8 3 eとタンク 5 0 6から供給される物質に基づく化学的反応によって当初得ら れた、 すなわち、 ガス発生時の締付圧の状態に戻ることになる。
⑦ 熱によって変位する充塡材 8 3 gを用いた場合 （図 2 4参照）
ここでは、 セパレ一夕の組み立ては室温で行い、 室 2 5若しくは室 2 0 4に金 属水素化物を設ける。 当該金属水素化物の分解温度は、 燃料電池作動領域に存在 することから、 複数の金属水素化物の組み合わせを考慮してもよい。 この実施形 態では、 しかしながら、 単一の金属水素化物を用いている。
そこで、 燃料電池の組み立て時に、 充塡材 8 3 gは、 金属水素化物の水素放出 温度を超えるとこれが水素ガスを放出するに至るため、 セパレー夕の圧力が上昇 して締付圧を発生する。 水素ガスの放出が終了すると、 水素ガスに基づく圧力は 燃料電池発電時の電流密度の増加 ·減少に伴うセルの内部抵抗に基因した発熱に よって上昇あるいは降下するに至る。 従って、 その圧力変化が水素ガスによる燃 料電池セルの締付圧として現れてくる。
燃料電池の発電作用が一時的に停止し、 または終了すると、 室温に戻る過程で セルの温度が下がり、 放出した水素ガスを金属水素化物が吸収し始める。 従って 、 水素ガスの圧力は低下し、 締付圧も減少する。 燃料電池セルの温度が室温に戻 ると、 締付圧は燃料電池セルの組み立て完成時と同様の値を示すことになる。 さらに、 本発明では、 熱によって変形する充塡材 8 3 hを用いることもできる この実施形態では、 先ず、 燃料電池セルの組み立てを室温下で行う。 その際、 第 1セパレー夕 1 6あるいは第 3セパレー夕 1 5 2を形状記憶合金そのもので構 成しておく。 そこで、 形状記憶合金の作動温度は、 燃料電池の作動温度と室温の 間に存在するものを選択し、 その際、 一方向に形状を変化させる形状記憶合金と 二方向に形状を変化させることができる形状記憶合金のレ、ずれであつてもよい。 このような構成において、 温度制御特性を向上させるために、 図 1 8と同様に 、 温度制御用熱交換器、 冷媒タンク、 循環ポンプをそれぞれ連通孔 5 0、 5 2に 連結しておく。 そこで、 一方向性効果を生ずる形状記憶合金を用いた場合には、 燃料電池の作動温度が当該形状記憶合金の作動温度を超えると、 第 1セパレー夕 1 6と第 3セパレータ 1 5 2とが変位して締付圧を増加させる。 燃料電池の発電 作用が停止し、 または終了し、 セルの温度が室温に戻っても、 一方向性効果のた めに締付圧は保持されたままの状態が続くことになる。
一方、 二方向性効果の形状記憶合金を複数組み合わせた場合に、 それぞれの形 状記憶合金の作動温度を超えるように燃料電池セルに所定の温度が発生すると、 燃料電池内のそれぞれの形状記憶合金が順次変形して、 締付圧は段階的に増加す るに至る。 燃料電池の発電作用が停止または終了し、 あるいは、 セルの温度が戻 る過程では、 二方向性効果のために締付圧は段階的に減少することになる （図 2 5参照） 。 産業上の利用可能性
本発明に係る燃料電池およびその締付方法によれば、 以下の効果が得られる。 本発明によれば、 セパレー夕若しくは締付圧発生板の内部に膨張 ·収縮する充 塡材、 あるいは化学的反応を惹起する物質、 さらには物質自体が熱等に基因して 変形するものを配置し、 これによつて燃料電池セルをその組み立て終了後、 また はその作動時に締め付けるように構成している。 従って、 単位燃料電池セルに対 する締付圧が平均化し、 取り出される出力が実質的に略等しくなる、 すなわち、 イオン導電および電子導電にかかる接触抵抗等のバラツキもなく、 安定して出力 を取り出せるという効果が得られる。
さらにまた、 きわめて簡単な構造で均等に締付圧を得ることができるため、 廉 価に製造することができるという特有の効果が得られる。

Claims

請求の範囲
1 . ァノード側電極板とカソード側電極板とを有する燃料電池セルを複数個積層 した燃料電池において、 所定位置に介装されるセパレ一夕または締付圧発生板を 有し、 前記セパレー夕または締付圧発生板はその内部に画成された室を含み、 前 記室内に熱の吸収 ·放出によって膨張 ·収縮する充塡材を設け、 前記充塡材の熱 の吸収 ·放出に基因して前記セノ レー夕または締付圧発生板が少なくとも前記ァ ノ一ド側電極板または力ツード側電極板のいずれか一方に変位することによりそ れぞれの燃料電池セルに対する締付力の増減を行うことを特徴とする燃料電池。
2 . 請求項 1記載の燃料電池において、 熱の吸収'放出によって膨張 '収縮する 充塡材は燃料電池作動温度以下の温度の沸点を有することを特徴とする燃料電池
3 . 請求項 2記載の燃料電池において、 前記充塡材は燃料電池の構成要素に対し 非反応性の物質からなることを特徴とする燃料電池。
4 . 請求項 3記載の燃料電池において、 前記充塡材は無機化合物または有機化合 物からなることを特徴とする燃料電池。
5 . 請求項 4記載の燃料電池において、 前記無機化合物または前記有機化合物が 以下に示されるもののレ、ずれか一^つ若しくはそれらの適宜の組み合わせからなる ことを特徴とする燃料電池。
無機化合物：水、 アンモニア、 二酸化炭素 （ドライアイスを含む）、 アルゴン、 窒素、 水素、 ヘリウム、 ネオン、 ラドン、 キセノン、 クリプトン、 有機化合物：
'アルコール： メタノール、 エタノール、 イソプロパノール
•アルデヒ ド Zケトン ： ァセトアルデヒド、 アセトン、 ェチルメチルケトン、 ホ ルムアルデヒド
'エーテル：ェチルプロピルエーテル、 ェチルメチルエーテル、 ジェチルェ一テ ル、 ジメチルエーテル、 ジイソプロピルエーテル '飽和炭化水素： メタン、 ェタン、 プロパン、 ブタン、 ペンタン、 イソペンタン
、 へキサン、 イソへキサン
'環状化合物： シクロブタン、 シクロプロパン、 シクロへキサン、 シクロペン夕 ン、 へキサフルォロベンゼン、 ペルフルォロシクロへキサン 'エステル：蟻酸メチル、 蟻酸ェチル、 醉酸メチル、 酢酸ェチル、 酢酸ビニル
6 . ァノード側電極板とカソード側電極板とを有する燃料電池セルを複数個積層 した燃料電池において、 所定位置に介装されるセパレ一タまたは締付圧発生板を 有し、 前記セパレー夕または締付圧発生板はその内部に画成された室を含み、 前 記室内に熱の吸収 ·放出によって変形する充塡材を設け、 前記充塡材の変形に基 因して前記セパレー夕または締付圧発生板が少なくとも前記ァノ一ド側電極板ま たは力フード側電極板のいずれか一方に変位することによりそれぞれの燃料電池 セルに対する締付力の増減を行うことを特徴とする燃料電池。
7 . 請求項 6記載の燃料電池において、 前記室は燃料電池セルを冷却するための 冷却媒体流路空間と連通し、 前記熱の吸収 ·放出によって変形する充塡材は前記 冷却媒体流路空間内にも設けられていることを特徴とする燃料電池。
8 . 請求項 6または 7記載の燃料電池において、 前記熱の吸収 ·放出によって変 形する充塡材は一方向または二方向に変形する、 記憶効果を有する形状記憶合金 であることを特徴とする燃料電池。
9 . 請求項 6乃至 8のいずれかに記載の燃料電池において、 前記充塡材はコイル スプリング状またはランダムコィル状であることを特徴とする燃料電池。
1 0 . 請求項 6乃至 9のいずれかに記載の燃料電池において、 前記充塡材はニッ ゲル ·チタン合金または銅 ·亜鉛 ·アルミニゥ厶合金であることを特徴とする燃 料電池。
1 1 . 請求項 6または 7記載の燃料電池において、 前記熱の吸収 '放出によって 変形する充墳材は形状記憶樹脂であることを特徴とする燃料電池。
1 2 . 請求項 1 1記載の燃料電池において、 形状記憶樹脂は、 ポリノルボルネン 樹脂、 ポリエステルを主要成分としたポリマーァロイ、 ウレタンエラストマ一、 ン架橋樹脂のレ、ずれか若しくはこれらの組み合わせからな ることを特徴とする燃料電池。
1 3 . ァノード側電極板とカソード側電極板とを有する燃料電池セルを複数個積 層した燃料電池において、 所定位置に介装されるセパレー夕または締付圧発生板 を有し、 前記セパレ一タまたは締付圧発生板はその内部に画成された室を含み、 前記室内に化学的反応によって膨張 ·収縮する充塡材を設け、 前記充塡材の膨張
•収縮に基因して前記セパレー夕または締付圧発生板が少なくとも前記ァノード 側電極板または力ソード側電極板のいずれか一方に変位することによりそれぞれ の燃料電池セルに対する締付力の増滅を行うことを特徴とする燃料電池。
1 4 . 請求項 1 3記載の燃料電池において、 前記充塡材は陽イオン交換樹脂また は陰ィォン交換樹脂あるいは陽ィォン交換樹脂と陰ィォン交換樹脂の混合物であ ることを特徴とする燃料電池。
1 5 . 請求項 1 4記載の燃料電池において、 前記陽イオン交換樹脂は、 母体構造 がスチレン系、 メタクリル系、 アクリル系、 テフロン系、 ピリジン系であり、 官 能基がスルホン酸基、 カルボン酸基、 アミノ燐酸基、 ピリジン、 ジチォカルバミ ン酸基、 ィミノジ酢酸基、 ァミノカルボン酸基のいずれかであり、 前記陰イオン 交換樹脂は、 母体構造がスチレン系、 メタクリル系、 アクリル系、 フエノール系 、 テフロン系であり、 官能基が第 4級アンモニゥム塩基、 第 2級ァミ ン基、 第 3 級アミン基、 ポリアミンのいずれかであることを特徴とする燃料電池。
1 6 . 請求項 1 3記載の燃料電池において、 前記充塡材が吸水性ゲルまたは吸水 性樹脂材であることを特徴とする燃料電池。
1 7 . 請求項 1 6記載の燃料電池において、 前記充塡材がアクリル酸、 ビニルァ ルコール共重合体またはァクリル酸ソ一ダ重合体であることを特徴とする燃料電 池。
1 8 . 請求項 1 3記載の燃料電池において、 前記充塡材がスメクタイト系粘度鉱 物またはポリアミ ドあるいはスメク夕イト系粘度鉱物とポリアミ ドとの混合物で あることを特徴とする燃料電池。
1 9 . 請求項 1 8記載の燃料電池において、 前記充塡材に無機化合物、 有機化合 物あるいは芳香族化合物のいずれか一つが含浸されることを特徴とする燃料電池
2 0 . 請求項 1 9記載の燃料電池において、 無機化合物、 有機化合物、 芳香族化 合物が以下に示されるもののレ、ずれか一つ若しくはそれらの適宜の組み合わせか らなることを特徴とする燃料電池。
無機化合物：水、 アンモニア、 二酸化炭素 （ドライアイスを含む） 、 アルゴン、 窒素、 水素、 ヘリウム、 ネオン、 ラ ドン、 キセノン、 クリプトン、 有機化合物：
■アルコール： メタノール、 エタノール、 ィソプロパノール
•アルデヒ ド ケトン ： ァセトアルデヒ ド、 アセトン、 ェチルメチルケトン、 ホ ルムアルデヒ ド
■エーテル：ェチルプロピルエーテル、 ェチルメチルエーテル、 ジェチルェ一テ ル、 ジメチルエーテル、 ジイソプロピルエーテル
•飽和炭化水素： メタン、 ェタン、 プロパン、 ブタン、 ペンタン、 イソペンタン 、 へキサン、 イソへキサン
'環状化合物： シクロブタン、 シクロプロパン、 シクロへキサン、 シクロペン夕 ン、 へキサフルォロベンゼン、 ペルフルォロシクロへキサン
■エステル：蟻酸メチル、 蟻酸ェチル、 酢酸メチル、 酢酸ェチル、 酢酸ビニル 芳香族化合物：ベンゼン、 トルエン
2 1 . アノード側電極板と力ソード側電極板とを有する燃料電池セルを複数個積 層した燃料電池にぉレ、て、 所定位置に介装されるセパレー夕または締付圧発生板 を有し、 前記セパレ一夕または締付圧発生板はその内部に画成された室を含み、 前記室内に熱の吸収 ·放出によって膨張 ·収縮する第 1の充塡材と、 化学的反応 によって膨張 ·収縮する第 2の充塡材とを設け、 前記第 1の充塡材の熱の吸収 · 放出と第 2の充塡材の化学的反応に基因して前記セパレー夕または締付圧発生板 が少なくとも前記ァノード側電極板または力ソ一ド側電極板のいずれか一方に変 位することによりそれぞれの燃料電池セルに対する締付力の増減を行うことを特 徵とする燃料電池。
2 2 . 請求項 2 1記載の燃料電池において、 第 1の充塡材は燃料電池の作動温度 以下の温度の沸点を有する物質であることを特徴とする燃料電池。
2 3 . 請求項 2 2記載の燃料電池において、 第 1の充塡材が以下に示されるもの のいずれか一つ若しくはそれらの適宜の組み合わせからなることを特徵とする燃 料電池。
無機化合物：水、 アンモニア、 二酸化炭素 （ドライアイスを含む）、 アルゴン、 窒素、 水素、 ヘリウム、 ネオン、 ラドン、 キセノン、 クリプトン、 有機化合物：
•アルコール： メタノール、 エタノール、 イソプロパノール
'アルデヒド ケトン ：ァセトアルデヒド、 アセトン、 ェチルメチルケトン、 ホ ル厶アルデヒ ド
■エーテル：ェチルプロピルエーテル、 ェチルメチルエーテル、 ビエチルエーテ ル、 ジメチルエーテル、 ジイソプロピルエーテル
•飽和炭化水素： メタン、 ェタン、 プロパン、 ブタン、 ペンタン、 イソペンタン 、 へキサン、 イソへキサン
'環状化合物： シクロブタン、 シクロプロパン、 シクロへキサン、 シクロペン夕 ン、 へキサフルォロベンゼン、 ペルフルォロシクロへキサン
'エステル：續酸メチル、 儀酸ェチル、 酢酸メチル、 酉 t酸ェチル、 酢酸ビニル
2 4 . 請求項 2 1乃至 2 3のいずれかに記載の燃料電池において、 第 2の充塡材 は、 イオン交換樹脂、 吸水性ゲル、 吸水性樹脂、 スメクタイト系粘度鉱物、 ポリ ァミ ドのいずれか ^またはこれらの任意の組み合わせからなる混合物であるこ とを特徴とする燃料電池。
2 5 . 請求項 2 4記載の燃料電池において、 第 2の充塡材を構成するイオン交換 樹脂は、 陽ィォン交換樹脂または陰ィォン交換樹脂のレ、ずれか一方であつて、 前記陽ィォン交換樹脂の母体構造がスチレン系、 メタクリル系、 ァクリル系、 テフロン系、 ピリジン系であり、 官能基がスルホン酸基、 カルボン酸基、 ァミノ 燐酸基、 ピリジン、 ジチォ力ルバミン酸基、 イミノジ酢酸基、 アミノカルボン酸 基のいずれかであり、
前記陰イオン交換樹脂の母体構造がスチレン系、 メ夕クリル系、 アクリル系、 フエノール系、 テフロン系であり、 官能基が第 4級アンモニゥム塩基、 第 2級ァ ミン基、 第 3級ァミン基、 ポリアミ ンのいずれかであることを特徴とする燃料電 池。
2 6 . ァノ一ド側電極板とカソ一ド側電極板とを有する燃料電池セルを複数個積 層した燃料電池において、 所定位置に介装されるセパレ一タまたは締付圧発生板 を有し、 前記セパレー夕または締付圧発生板はその内部に画成された室を含み、 前記室内に熱の吸収 ·放出によって熱分解を生起する第 1の充塡材または化学的 反応によってガスを生起する第 2の充塡材を設け、 前記熱分解またはガスの発生 によつて前記室内の容積を膨張させて、 前記セパレー夕または締付圧発生板が少 なくとも前記ァノード側電極板または力ソ一ド側電極板のいずれか一方に変位す ることによりそれぞれの燃料電池セルに対する締付力の増減を行うことを特徴と する燃料電池。
2 7 . 請求項 2 4記載の燃料電池において、 第 1の充塡材はそれ自体の物性によ つて該燃料電池の作動温度に基因する熱分解により前記室の容積を変化せしめる ことを特徵とする燃料電池。
2 8 . 請求項 2 6または 2 7記載の燃料電池において、 第 2の充塡材は燃料電池 の作動温度よりも低い温度の沸点を有するガスを発生することを特徴とする燃料 電池。
2 9 . 請求項 2 6乃至 2 8のいずれかに記載の燃料電池において、 第 1と第 2の 充塡材は金属、 金属酸化物、 金属水素化物、 金属炭化物、 金属窒化物、 金属塩化 物、 炭酸塩、 アンモニゥム塩、 亜硝酸塩、 アミ ド、 弱酸性塩、 酸、 アルカリ、 酸 化剤および水の中のいずれか、 またはこれらの任意の組み合わせであることを特 徵とする燃料電池。
3 0 . 請求項 2 6乃至 2 9のいずれかに記載の燃料電池において、 前記発生する ガスは水素ガスであって、 前記水素ガスは金属と酸、 金属と塩基、 金属と水、 金 属とアルコールおよび金属水素化物と水のレ、ずれか一^ 3若しくはこれらの任意の 組み合わせから発生することを特徴とする燃料電池。
3 1 . 請求項 3 0記載の燃料電池において、 金属と酸、 金属と塩基、 金属と水、 金属とアルコール、 金属水素化物と水は以下のものからなることを特徴とする燃 料電池。
•金属と酸：亜鉛または遷移金属と塩酸、 アル力リ土類金属と酸
•金属と塩基：アルミニゥムまたはゲイ素と水酸化ナトリウム、 アル力リ金属と アンモニア
•金属と水：アルカリ金属またはアルカリ土類金属と水
•金属とアルコール：アル力リ金属またはアル力リ土類金属とアルコール
•金属水素化物と水： 7 素化リチウムまたはアル力リ土類金属の水素化物と水、 水素化ホウ素ナトリゥムまたは水素化アルミニウムナトリゥムと水
3 2 . 請求項 2 9記載の燃料電池において、 前記発生するガスは窒素ガスであつ て、 前記窒素ガスは当該窒素ガスが発生する物質の組み合わせまたは物質単体あ るいは亜硝酸アンモニゥ厶の加熱分解から得られることを特徴とする燃料電池。
3 3 . 請求項 2 9記載の燃料電池において、 前記発生するガスは炭酸ガスであつ て、
前記炭酸ガスは該炭酸ガスが発生する物質の組み合わせまたは物質単体、 炭酸 塩と酸、 炭酸水素ナトリウムの加熱分解、 炭酸塩の加熱分解、 炭酸塩と金属酸化 物のいずれかから得られ、
炭酸塩と酸は炭酸力ルシゥムと塩酸であり、
炭酸塩の加熱分解は炭酸マグネシゥムの加熱分解であり、
炭酸塩と金属酸化物は酸化ケィ素と炭酸ナトリゥムの共融反応であることを特 徵とする燃料電池。
3 4 . 請求項 2 9記載の燃料電池において、 前記発生するガスはアンモニアガス であって、
前記アンモニアガスは該アンモニアガスが発生する物質の組み合わせまたは物 質単体、 アンモニゥ厶塩と塩基、 金属窒化物と水、 アミ ドと水、 アンモニゥ厶塩 の加熱分解のレ、ずれかから得られ、 アンモニゥ厶塩と塩基は塩化アンモニゥ厶と水酸化カルシウムであり、 金属窒化物と水は窒化マグネシゥムまたは窒化カルシゥ厶と水であり、 アミ ドと水はナトリウムアミ ドと水であり、
アンモニゥ厶塩の加熱分解は炭酸アンモニゥムの加熱分解であることを特徴と する燃料電池。
3 5 . 請求項 2 9記載の燃料電池において、 発生するガスは酸素ガスであって、 前記酸素ガスは該酸素ガスが発生する物質の組み合わせまたは物質単体、 金属 酸化物と酸化剤、 塩と酸化剤、 酸化剤の分解、 金属酸化物の分解、 塩の分解のい ずれかから得られ、
金属酸化物と酸化剤は酸化銀または酸化鉛と過酸化水素、 酸化鉛と硫酸、 過マ ンガン酸カリウムと過酸化水素、 過マンガン酸カリウムと過酸化水素と硫酸、 二 酸化マンガンと過酸化水素と硫酸のいずれかであり、
塩と酸化剤はさらし粉と過酸化水素であり、
酸化剤の分解は過酸化水素の分解であり、
金属酸化物の分解は酸化銅、 または酸化銀の熱分解であり、
塩の分解は塩素酸力リゥムの熱分解であることを特徴とする燃料電池。
3 6 . 請求項 2 9記載の燃料電池において、 第 1と第 2の充塡材のいずれか一方 または両方が水である時、 前記水を発生する物質が以下の物質の組み合わせまた は物質単体であることを特徴とする燃料電池。
■酸の分解では正ほう酸
•塩の分解では燃酸塩
•結晶水を有する塩では結晶水の蒸発
•水を生成する複数物質間の化学反応による場合では、 酸または塩基による中和 反応
•酸化物と塩基による場合には二酸化ケイ素と水酸化ナトリゥ厶
3 7 . 請求項 2 8記載の燃料電池において、 第 2の充塡剤は、 以下の燃料電池に 用いる金属水素化物の水素ガス放出温度領域で温度制御されることを特徴とする 燃料電池。 固体高分子電解質膜型燃料電池 約 1 2 0で以下
直接メタノール,空気燃料電池 約 1 0 0 °C以下
アルカリ電解質型燃料電池 約 1 0 0 °C以下
燐酸型燃料電池 約 2 0 0で以下
溶融炭酸塩型燃料電池 約 6 5 0 °C以下
固体電解質膜型燃料電池 約 1 0 0 0 °C以下
3 8 . ァノード側電極板とカソ一ド側電極板とを有する燃料電池セルを複数個積 層した燃料電池にぉレ、て、 所定位置に介装されるセパレー夕または締付圧発生板 を有し、 前記セパレー夕または締付圧発生板はその内部に画成された室を含み、 前記セパレー夕または締付圧発生板の一部が、 熱に基因して少なくともアノード 側電極板または力ソ一ド側電極板のいずれか一方に変位することにより、 それぞ れの燃料電池セルに対する締付力の増減を行うことを特徴とする燃料電池。
3 9 . 請求項 3 8記載の燃料電池において、 前記セパレー夕または締付圧発生板 の一部は形状記憶合金であって、 以下の燃料電池に用いる形状記憶合金の作動温 度領域で温度制御されることを特徴とする燃料電池。
固体高分子電解質膜型燃料電池 約 1 2 0て以下
直接メタノール 空気燃料電池 約 1 0 0 °C以下
アルカリ電解質型燃料電池 約 1 0 0 °C以下
燐酸型燃料電池 約 2 0 0で以下
溶融炭酸塩型燃料電池 約 6 5 0 °C以下
固体電解質膜型燃料電池 約 1 0 0 0 °C以下
4 0 . ァノ一ド側電極板とカソ一ド側電極板とを有する燃料電池セルを複数個積 層した燃料電池において、
前記セパレー夕の内部に当該燃料電池セル自体を冷却するために用いられる冷 却空間を画成し、 該冷却空間内に冷媒によって膨張する充塡材を配設することを 特徴とする燃料電池。
4 1 . 請求項 4 0記載の燃料電池において、 前記冷媒が水またはアルコール、 あ るいは水とアルコールの混合液であることを特徴とする燃料電池。
4 2 . 請求項 4 0または 4 1記載の燃料電池において、 前記充塡材がイオン交換 樹脂または吸水性ポリマ一であることを特徴とする燃料電池。
4 3 . 請求項 4 0乃至 4 2のいずれかに記載の燃料電池において、 前記セパレー 夕は多孔質体からなることを特徴とする燃料電池。
4 4 . 請求項 4 3記載の燃料電池において、 前記多孔質体は炭素繊維からなるこ とを特徴とする燃料電池。
4 5 . 請求項 4 0乃至 4 4のいずれかに記載の燃料電池において、 前記充塡材に 供給される冷媒が水とメタノールの混合溶剤であることを特徴とする燃料電池。
4 6 . ァノード側電極板とカソード側電極板とを有する燃料電池セルを複数個積 層した燃料電池において、
セパレー夕または締付圧発生板の内部に画成された冷却空間内に配設された充 塡材に冷媒を供給し、 該充塡材を前記冷媒により膨潤させ、 前記積層された多数 の燃料電池セルを該膨潤作用によって発生する力で相互に締め付けることを特徴 とする燃料電池の締付方法。
4 7 . アノード側電極板と力ソード側電極板とを有する燃料電池セルを複数個積 層した燃料電池において、
前記燃料電池の所定位置のセパレータまたは締付圧発生板に備えられた充塡材 の沸点よりも低い温度に該燃料電池の構成要素のいずれかを冷却し、
前記構成要素を冷却したままの状態で前記燃料電池セルを積層して燃料電池ス 夕ックを組み立て、
前記組み立てられた燃料電池を前記充塡材の沸点以上の温度に高め、 該充塡材の熱膨張により前記燃料電池セルを締め付けることを特徴とする燃料 電池の締付方法。
4 8 . 請求項 4 7記載の方法において、 前記充塡材の沸点よりも低い温度に冷却 される燃料電池の構成要素は、 アノード側電極板、 カフ一ド側電極板のいずれか 、 またはァノード側電極板とカソード側電極板であることを特徴とする燃料電池 の締付方法。
4 9 . 請求項 4 8記載の方法において、 燃料電池は固体高分子電解質膜型燃料電 池であって、 前記充塡材の沸点よりも低い温度に冷却される燃料電池の構成要素 はアノード側電極板と、 力ソード側電極板と、 前記 2つの電極板に挟持される固 体高分子電解質膜であることを特徴とする燃料電池の締付方法。
5 0 . 請求項 4 7乃至 4 9のいずれかに記載の方法において、 前記充塡材の沸点 以上の温度は該燃料電池を組み立てる室内の室温であることを特徴とする燃料電 池の締付方法。
5 1 . 請求項 4 7乃至 5 0のいずれかに記載の方法において、 前記燃料電池セル の締付圧は、 該燃料電池の発電時に生ずる電流密度の増加または減少に伴って生 ずる燃料電池セルの内部抵抗の変動に基因して、 充塡材の熱膨張による圧力の増 加または減少により変化することを特徴とする燃料電池の締付方法。
5 2. アノード側電極板とカソード側電極板とを有する燃料電池セルを複数個積 層した燃料電池において、
前記燃料電池の所定位置のセパレータまたは締付圧発生板に備えられた充塡材 がそれ自体で熱の吸収または放出を行レ、、
前記熱の吸収または放出の際に変形する前記充塡材の作用下に前記燃料電池セ ルを締め付けることを特徴とする燃料電池の締付方法。
5 3 . 請求項 5 2記載の方法において、 前記充塡材がそれ自体で熱の吸収または 放出を行って変形することにより、 該充塡材の周囲の容積を変化させ、 前記容積 変化により前記燃料電池セルを締め付けることを特徴とする燃料電池の締付方法 o
5 4 . 請求項 5 3記載の方法において、 前記充塡材は形状記憶合金または形状記 憶樹脂であることを特徴とする燃料電池の締付方法。
5 5 . ァノード側電極板とカソード側電極板とを有する燃料電池セルを複数個積 層した燃料電池において、
前記燃料電池の所定位置のセパレー夕または締付圧発生板に備えられた充塡材 が化学的反応を惹起し、
前記化学的反応によつて該充塡材が膨張または収縮することにより、 前記燃料 電池セルを締め付けることを特徴とする燃料電池の締付方法。
5 6 . 請求項 5 5記載の方法において、 前記化学的反応によって膨張または収縮 する充塡材は、 陽イオン交換樹脂、 陰イオン交換樹脂、 吸水性ゲル、 吸水性樹脂 、 スメクタイト系粘度鉱物およびポリアミ ドのいずれか一つまたはこれらの任意 の組み合わせであることを特徴とする燃料電池の締付方法。
5 7. ァノ一ド側電極板とカソード側電極板とを有する燃料電池セルを複数個積 層した燃料電池において、
前記燃料電池の所定位置のセパレータまたは締付圧発生板に備えられた充墳材 がそれ自体化学的反応または該燃料電池の作動温度による熱分解でガスを発生し 、 前記ガスの圧力に基因して前記燃料電池セルを締め付けることを特徴とする燃 料電池の締付方法。
5 8 . 請求項 5 7記載の方法において、 前記充塡材は金属、 金属酸化物、 金属水 素化物、 金属炭化物、 金属窒化物、 金属塩化物、 炭酸塩、 アンモニゥム塩、 亜硝 酸塩、 アミ ド、 弱酸性塩、 酸、 アルカリ、 酸化材および水のいずれかまたはこれ らの任意の組み合わせであることを特徴とする燃料電池の締付方法。
5 9 . アノード側電極板と力ソード側電極板とを有する燃料電池セルを複数個積 層した燃料電池において、
前記燃料電池の所定位置のセパレー夕または締付圧発生板に備えられた充塡材 が熱の吸収または放出によってガスを発生または吸収し、 該ガスの発生または吸 収によつて前記充塡材近傍の容積を変化させることにより、 前記燃料電池セルを 締め付けることを特徴とする燃料電池の締付方法。
6 0 . ァノード側電極板とカソード側電極板とを有する燃料電池セルを複数個積 層した燃料電池において、
前記ァノード側電極板とカフ一ド側電極板とを含む発電部の構成要素が燃料電 池セルが保有する熱によつて変位することにより、 前記燃料電池セルを積層して 構成される燃料電池セルを締め付けることを特徴とする燃料電池の締付方法。
6 1 . 請求項 6 0記載の方法において、 前記構成要素は一方向または二方向に変 形可能な形状記憶合金または形状記憶樹脂であることを特徴とする燃料電池の締 付方法。
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