WO2002078108A1

WO2002078108A1 - Pile a combustible a electrolyte haut polymere

Info

Publication number: WO2002078108A1
Application number: PCT/JP2002/002869
Authority: WO
Inventors: Nobuhiro Hase; Hiroki Kusakabe; Hideo Ohara; Shinsuke Takeguchi; Yoshiaki Yamamoto; Tatsuto Yamazaki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.; Sugou, Masayo
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2002-10-03
Also published as: EP1357621A1; JP4226332B2; KR100488254B1; US20030157387A1; JPWO2002078108A1; CN1460303A; EP1357621B1; KR20030005371A; CN1274048C; EP1357621A4; US7014940B2

Description

明細書高分子電解質型燃料電池技術分野

本発明は、高分子電解質型燃料電池に関するもので、特にその構成要素である導電性セパレー夕板の改良に関する。

背景技術

高分子電解質膜型燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有する酸化剤ガスとを、電気化学的に反応させることにより、電力と熱とを同時に発生させ、この電力を取り出すことを基本原理としている。この燃料電池は、基本的には水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜およびその両面に形成された一対の電極、すなわちァノードとカソードからなる。電極は、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒層、およびこの触媒層の外面に形成された、通気性と電子導電性を併せ持つガス拡散層で構成される。

供給する燃料ガスおよび酸化剤ガスが外にリークしたり、 2種類のガスが互いに混合したりしないように、電極の周囲には、高分子電解質膜を挟んでガスシール材ゃガスケッ卜が配置される。このシール材ゃガスケットは、電極および高分子電解質膜と一体化してあらかじめ組み立てられる。これを M E A (電解質—電極接合体）と呼ぶ。 M E Aの外側には、これを機械的に固定するとともに、隣り合う M E Aを互いに電気的に直列に接続するための導電性のセパレー夕板が配置される。セパレー夕板の M E Aと接触する部分には、電極面に反応ガスを供給するとともに、生成ガスや余剰ガスを運び去るためのガス流路が形成される。ガス流路は、セパレ一夕板と別に設けることもできるが、セパレー夕板の表裏両主面に複数の溝を設け、それをガス流通溝とする方式が一般的である。なお、同一主面上で隣り合う溝の間の土手の形状を有するものをリブという。このようなセパレー夕板の一対とそれに挟まれた M E Aとで一つの電池、すなわちセルが構成される。

セパレー夕板の表裏両主面の一方の主面のガス流通溝に燃料ガスを供給するとともに余剰ガス等を排出し、他方の主面のガス流通溝に酸化剤ガスを供給するとともに同じく余剰ガス等を排出するためには、セパレ一夕板に、貫通孔を 2つ設け、ガス流通溝の出入り口をそれぞれこれらの貫通孔まで通し、一方の貫通孔から直接反応ガスを各ガス流通溝に分岐しながら供給し、他方の貫通孔から各ガスを排出するのが一般的な方法である。この各ガス流通溝へ反応ガスを供給し、また各ガス流通溝から余剰ガス等を排出するための貫通孔をマ二ホールド孔と呼ぶ。このような、ガス供給 ·排出方法を内部マ二ホールド方式という。

この内部マ二ホールド方式以外に、外部マ二ホールド方式と呼ばれる方法がある。外部マ二ホールド方式とは、反応ガスを供給するための配管を使用するセパレー夕板の枚数に分岐し、その分岐先を、マ二ホールドと呼ばれる配管治具を用いて、直接セパレー夕板の溝につなぎ込むように構成する方式である。

さらに、燃料電池は、運転中に発熱するので、通常は電池を冷却媒体で冷却する。通常、 1〜 3セル毎に、冷却媒体を流す冷却部が設けられる。その場合、一方の主面に反応ガス流通溝を有し、他方の主面に冷却媒体流路を有するセパレー夕板 2枚を、その他方の主面同士、すなわち冷却媒体流路を有する面同士が接するように組み合わせて、冷却部とする場合が多い。

これらの M E Aとセパレー夕板および必要に応じて冷却部を交互に重ねていき、 1 0〜 2 0 0セルを積層する。その積層体を電池スタックという。この電池スタックを、集電板と絶縁板を介して端板で挟み、電池スタックに圧力をかけるように両端板を締結ボル卜で締め付けて固定されたものが、一般的なセル積層方式の燃料電池の構造である。

このような燃料電池において、従来技術では（例えば特開 2 0 0 0— 1 3 3 2 9 1 ) 、各セパレー夕板において、その表裏両主面のうちの一方の主面のガス流通溝と他方の主面のガス流路とを、すなわち一方の主面のリブと他方の主面のリブとを、互いに対応する位置に形成するのが常識となっていた。そして、電池スタックの一端から他端まで、すべてのセパレ一夕板のリブ部分が単純にァラインし、また従って、セパレ一夕板のすべてのガス流通溝部分が単純にァラインするようにセパレ一夕板を積層し、電池スタツクを固定するための締結力をそのリブを通して伝達する構造とすることが常識となっていた。

しかしながら、このような従来の燃料電池の場合は、各セパレー夕板の表裏両主面上の両ガス流通溝で挟まれた流通溝底部がセパレー夕板の最薄肉部となる。その結果、電池スタック製造時の締結ボルトによる圧力、あるいは製造後の燃料電池使用時に燃料電池に加わる圧力などにより、溝底部に亀裂や破損が発生し、その部分でガスリークが生じる可能性が高かった。また、逆にいえば、近年、燃料電池の薄型化の要請が強いが、従来の、溝底部に最薄肉部を有するセパレ一夕板の単純な積層という方法では、溝底部の強度の限界により、薄型化の限界があった。さらに、低コスト化のために、セパレ一夕板を型を用いた圧縮成形や射出成形で製造する場合、セパレー夕用の材料が、型の中の上記薄肉部対応部分へは流れ込みにくい。そのため製造が困難であるという問題もあった。発明の開示

本発明は、導電性セパレー夕板を改良して、その機械的強度を高めることにより、ガスリークの発生を抑制することを目的とする。

本発明の高分子電解質型燃料電池は、複数の導電性セパレー夕板および前記導電性セパレ一夕板の間に挿入された M E Aを含む電池ス夕ックを具備し、その M E Aが水素イオン伝導性高分子電解質膜、並びに前記水素イオン伝導性高分子電解質膜を挟むァノードおよびカソードを具備し、前記各導電性セパレー夕板が、一方の主面に前記アノードに燃料ガスを供給 · 排出する複数の並行するガス流通溝を有し、他方の主面に前記カソードに酸化剤ガスを供給 · 排出する複数の並行するガス流通溝を有する高分子電解質型燃料電池であって、前記各導電性セパレー夕板の両ガス流通溝は、一方の主面のガス流通溝が他方の主面のガス流通溝間のリブに対応するように配されている。

前記 M E Aのァノ一ドに燃料ガスを供給 · 排出するガス流通溝と、同じ M E Aのカソードに酸化剤ガスを供給 · 排出するガス流通溝とが対応する位置にあることが好ましい。この溝— M E A—溝対応の場合、実質的にすべての前記導電性セパレー夕板が同一形状を有し、隣り合う導電性セパレー夕板が、交互に、各導電性セパレ一夕板の主面上で 1 8 0度回転して配されていることが好ましい。

'前記 M E Aのァノ一ドに燃料ガスを供給 · 排出するガス流通溝と、同じ M E Aのカソードに酸化剤ガスを供給 · 排出するガス流通溝間のリブとが対応する位置にあることが、電池スタツクの製造のしゃすさを維持するという観点から好ましい。この溝一 M E A—リブ対応の場合、実質的にすべての前記導電性セパレー夕板が同一形状を有し、隣り合う導電性セパレー夕板が、各導電性セパレ一夕板の主面上で同一方向に配されていることが好ましい。また、この溝— M E A —リブ対応の場合、前記各導電性セパレー夕板の、前記一方の主面の前記ガス流通溝間のリブの幅、および前記他方の主面の前記リブの幅が、それぞれ前記一方の主面の前記ガス流通溝の幅、および前記他方の主面の前記ガス流通溝の幅と比較して大きく、かつ 1 . 4倍以下であることが好ましい。さらに、この溝 - M E A—リブ対応の場合、前記各導電性セパレー夕板の、前記両ガス流通溝の底面の幅が、それぞれ前記両ガス流通溝の表面の幅と比較して小さく、かつ 0 . 6倍以上であることが好ましい。

さらに、前記導電性セパレー夕板のうち、前記電池スタックの両端部に配した導電性セパレー夕板の機械的強度を、他の導電性セパレー夕板の機械的強度よりも高くすることが好ましい。この場合、前記両端部に配した導電性セパレー夕板の厚みを、他の導電性セパレ一タ板の厚みより大きくするか、または両端部に配した導電性セパレー夕板に、カーボン材料または金属材料を構成要素とする補強部材を付加することが、機械的強度を簡便に高めるという観点から好ましい。

本発明の高分子電解質型燃料電池においては、導電性セパレ一夕板の厚さと比較した場合の導電性セパレー夕板内の最肉薄部の比較厚さを、従来の導電性セパレー夕板の場合の同比較厚さよりも厚くすることにより、従来問題となっていた最薄肉部での亀裂や破損を抑制させるとともに、最薄肉部を製造しやくする。その結果、燃料電池の機械的強度を維持あるいはさらに高めつつ、低コス卜で小型化を可能にするものである, 図面の簡単な説明

図 1は本発明の実施の形態 1の燃料電池の主要積層構成を示す概略断面図であり、部分拡大図を含む。

図 2 Aは本発明の実施の形態 1の燃料電池に用いた導電性セパレー夕板の力ソード側主面の平面図である。図 2 Bは同導電性セパレー夕板のァノード側主面の平面図である。図 3は従来の導電性セパレ一夕板 2枚で M E Aを挟んでなる積層構成の一部を示す概略断面図である。

図 4は本発明の実施の形態 1の燃料電池に用いた導電性セパレー夕板 2枚で M E Aを挟んでなる積層構成の一部を示す概略断面図である。図 5は本発明の実施の形態 1の燃料電池に用いることができる他の形態の導電性セパレー夕板 2枚を用いた積層構成の一部を示す概略断面図である。

図 6は本発明の実施の形態 1および 2の燃料電池に用いることができる電池スタック両端部用の導電性セパレー夕板の電池スタック側一主面の平面図である。

図 7は本発明の実施の形態 2の燃料電池に用いた導電性セパレー夕板 2枚で M E Aを挟んでなる積層構成の一部を示す概略断面図である。図 8は本発明の実施の形態 2の燃料電池に用いることができる他の形態の導電性セパレー夕板 2枚を用いた積層構成の一部を示す概略断面図である。

図 9は、実施例 2で作製された 6個の燃料電池のリブ幅/溝幅の比と平均電圧の関係を示すグラフである。

図 1 0は、実施例 4およびその比較例の燃料電池の耐久試験における平均セル電圧の経時変化を示すグラフである。発明を実施するための最良の形態

本発明の特徵は、上記のように各導電性セパレー夕板の表裏両主面のうち、一方の主面のガス流通溝が、他方の主面のガス流通溝間のリブに対応するように配されていることである。これにより、従来の導電性セパレー夕板の厚さが、従来の導電性セパレー夕板の厚さと同じであっても、導電性セパレータ板の中の最肉薄部を極端に薄くすることなく、ガス流通溝の必要な深さを確保することができる。その結果、最肉薄部の亀裂や破損によるガスリークを抑制することができる。

さらに、最肉薄部をある程度の厚さにすることができるため、上述の圧縮成形や射出成形などの際の、セパレー夕板用の原材料の薄肉部分への流れ込みの悪化を防ぐことができる。すなわち、本発明によれば、導電性セパレー夕板の最肉薄部の必要な厚さを確保しつつ、導電性セパレ一夕板の厚さを薄くすることができ、小型でかつ製造しやすい燃料電池を提供することができる。

このような導電性セパレ一夕板を複数用意し、隣り合う導電性セパレ一夕板の間に M E Aを挟んで電池ス夕ックを作る場合、 M E Aのァノードに燃料ガスを供給 · 排出するガス流通溝と、同じ M E Aの力ソードに酸化剤ガスを供給 · 排出するガス流通溝とが対応する位置、すなわち溝 — M E A—溝対応になるようにすれば、 M E Aを挟んでリブ同士をも対応させることができるので、電池ス夕ックに加わる締結圧力に対して対抗しゃすい。また、両ガスの反応効率も高く維持できる。

このような電池スタック構成を実現するためには、隣り合う導電性セパレー夕板用として、 2種類の形状の導電性セパレー夕板を作り、それを複数用意して、順次積層すれば良い。さらに、電池スタックの製造のしゃすさ、あるいは低コスト化の観点からは、電池スタックの両端部用や冷却部用を除き、実質的にすべての導電性セパレー夕板用として、 1 種類だけの形状の導電性セパレー夕板を複数用意して、隣り合う導電性セパレー夕板を、交互に、導電性セパレー夕板の主面上で 1 8 0度回転させて配置していくことにより、溝一 M E A—溝対応を実現するのが、より好ましい方法である。そのためには、各導電性セパレー夕板の表裏両主面の両ガス流通溝のパターンを適切に設計する必要がある。そのような設計の一例を後述の実施の形態 1に示す。また、このような溝一 M E A—溝対応の構成において、各導電性セパレ一夕板の、両ガス流通溝の底面の幅が、それぞれ両ガス流通溝の表面の幅より小さいことが好ましい。それは溝壁すなわちリブ壁がセパレー夕板の内部へ向かって狭くなる構造であることにより、圧縮成形あるいは射出成形などによるセパレー夕板の製造上、型抜けが良くなるためである。

また、同様に、導電性セパレー夕板を複数用意し、隣り合う導電性セパレー夕板の間に M E Aを挟んで電池ス夕ックを作る場合、 M E Aのァノードに燃料ガスを供給 ·排出するガス流通溝と、同じ M E Aのカソードに酸化剤ガスを供給 ·排出するガス流通溝間のリブとが対応する位置, すなわち溝一 M E A—リブ対応になるようにすれば、実質的にすべての導電性セパレー夕板用として、 1種類だけの形状の導電性セパレー夕板を複数用意して、隣り合う導電性セパレー夕板を、導電性セパレ一夕板の主面上で同一方向に配置していくことができ、電池スタックの製造のしゃすさを高く維持できる。

この溝— M E A—リブ対応の場合、 M E Aを挾む 2枚の導電性セパレ一夕板の、一方のセパレー夕板の各リブの両幅端部が、他方のセパレー夕板の対応する 2つのリブの幅端部と一部オーバ一ラップする関係になるようにすることが好ましい。それは、電池スタックの両端を締結して燃料電池を作る際の締結圧力を、そのリブ群が機械的に伝達することにより、そのリブ群によって締結圧力に対抗することができるためである, このような理由から、各導電性セパレー夕板の表裏両主面の一方の主面のガス流通溝間のリブの幅、および他方の主面のリブの幅が、それぞれ. 一方の主面のガス流通溝の幅、および他方の主面のガス流通溝の幅より大きいことが好ましい。ただし、このリブの幅溝の幅の比が 1 . 4より大きくなると、同リブによる M E A部分の押さえつけにより、 M E A への反応ガス拡散が悪化し、得られる電池電圧が低下するため、 1 . 4 倍以下であることが好ましい。

また同じく、この溝一 M E A—リブ対応の場合、各導電性セパレー夕板の、両ガス流通溝の底面の幅が、それぞれ両ガス流通溝の表面の幅より小さいことが好ましい。それは、電池スタックへ締結圧力が加わった場合、導電性セパレー夕板の中のクラック発生がより抑制されるためである。ただし、この溝における底面の幅表面の幅の比が 0 . 6より小さくなると、クラック発生の抑制がそれ以上向上しないとともに、ガス流通溝の断面積が減少し、ガスの圧力損失が増加する、すなわちガスの有効活用が損なわれるようになるため、溝の底面幅/溝の表面幅の比は 0 . 6倍以上であることが好ましい。

なお、上記の記載および以下の実施の形態や実施例では、溝一 M E A 一溝対応の例と、溝一 M E A—リブ対応の例とを、本発明を具現化させるための代表例として記載している。しかしながら、各セパレー夕板の中で、表裏両主面の一方の主面上の溝と、他方の主面上のリブとが対応するという本発明の特徴が発揮されておりさえすれば、 M E Aを挟んで隣り合う導電性セパレ一夕板の関係は、それらの代表例の場合に限定する必要はない。たとえば、本発明では、 M E Aの一方の電極側に面した導電性セパレー夕板の溝の位置と、同じ M E Aの他方の電極側に面した導電性セパレー夕板の溝側面すなわちリブ側面とが対応するように配しても良い。つまり、溝— M E A—溝 · リブ中間のような対応関係でも良い。さらに換言すると、 M E Aを介して隣り合う 2枚の導電性セパレ一夕板の相向かい合う溝 · リブの相対的位置は、必要に応じて、ずらせた位置にしても良い。

前記導電性セパレー夕板のうち、電池スタックの両端部に配した導電性セパレー夕板の機械的強度を、他の導電性セパレー夕板、すなわち電池ス夕ックの中間部分の導電性セパレー夕板の強度よりも高くすることが、電池スタックの強度をさらに高めるという観点から好ましい。これにより次のような問題を解決する。すなわち、電池スタックを締結ロッド等で締結するときに、導電性セパレー夕板の面内で均一な圧力分布にならないとき、電池スタックの両端部の導電性セパレー夕板では、集中荷重を受けてしまう部分の強度が不足し、その両端部のセパレー夕板自体が破損していまい、ガス等の漏れが発生するという問題である。この場合、両端部の導電性セパレー夕板の厚みを、他の導電性セパレ一夕板の厚みより大きくするか、または両端部の導電性セパレー夕板に、力一ボン材料または金属材料を構成要素とする補強部材を付加することが、両端部の導電性セパレー夕板の機械的強度を高めるための簡便な方法として好ましい。実施の形態 1

本実施の形態 1で作製した高分子電解質型燃料電池の主要積層構成を図 1に示す。図 1では積層構成の一部中間部分を省略しているが、省略している部分も図示されている部分と同様である。図 1の中で、番号を付与した構成要素を中心にして以下説明する。番号を付与していない構成要素も、図示が同様のものは、番号を付与したものと同様な構成要素である。また、図 1は概略図であり、各構成要素の寸法関係は必ずしも正確ではない。これは他の概略図についても同様である。

まず、この燃料電池の主要部分は、複数の導電性セパレー夕板と、隣り合う導電性セパレ一夕板の間に挟まれた M E A (電解質膜一電極接合体）を主構成要素とする電池スタックであり、図 1では、両端部の導電性セパレー夕板 5 a eから 5 b eまでの部分である。部分拡大図に番号を付与しているが、 1は水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜である。この高分子電解質膜 1の両面に、一対の電極 2 a、 2 bが形成されている。この一対の電極は、片方がアノードで他方が力ソードである。各電極は、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒層、およびこの触媒層の外面に形成された、通気性と電子導電性を併せ持つガス拡散層で構成される。

後述する方法で供給される燃料ガスおよび酸化剤ガスが外にリークしたり、その 2種類のガスが互いに混合したりしないように、電極 2 a、 2 bの周囲には、高分子電解質膜 1を挟んでガスシール材ゃガスケットが配置される。図 1では、これらを代表させてガスケット 3として図示している。このガスシール材ゃガスケット 3は、電極 2 a、 2 bおよび高分子電解質膜 1 と一体化してあらかじめ組み立てられる。このようにして一体的に組み立てられたものが一つの M E A 4である。 M E A 4の表裏両主面には、これを機械的に固定するとともに、隣り合う M E Aを互いに電気的に直列に接続するための導電性セパレー夕板 5 a、 5 が配置されている。導電性セパレ一夕板 5 a、 5 bと M E A 4とで一つの電池、すなわちセルが構成される。

導電性セパレ一夕板 5 a、 5 bの M E A 4と接触する主面には、対応する電極 2 a、 2 bの電極面に反応ガス、すなわち燃料ガスおよび酸化剤ガス、を供給するとともに、生成ガスや余剰ガスを排出するための複数の並行するガス流通溝 6 a r 、 6 b f が相向かい合うように形成されている。また、それらの導電性セパレー夕板 5 a、 5 bの反対側の主面には、それぞれ次に隣り合う M E Aへの反応ガスを供給 ·排出するガス流通溝 6 a f 、 6 b rが形成されている。ここで、並行する、というのは、図 1における断面部分で紙面に垂直に伸びるという意味であるが、単純に直線的に並行して伸びる場合だけでなく、例えば後述の図 2のように、いわゆるサーペンタイン状に蛇行しつつ並行して伸びてもよい。隣り合うガス流通溝 6 a f の間は同ガス流通溝を規定するリブ 7 a である。同様に、隣り合うガス流通溝 6 a r、 6 b f , 6 b rの間は、それぞれ、それらのガス流通溝を規定するリブ 7 a r、 7 b f 、 7 b rである。したがって、リブ 7 a f 、 7 a r , 7 b f 、 7 b rもガス流通溝 6 a f 、 6 a r、 6 b f 、 6 b rと同様に並行して伸びている。なお、燃料ガスは電極 2 a、 2 bのうちのアノードに、また、酸化剤ガスは力ソードに供給されるように配置されている。

本発明の特徴は、各導電性セパレー夕板の表裏両主面におけるガス流通溝の位置、例えばガス流通溝 6 a f の位置とガス流通溝 6 a rの位置とがお互いには対応せず、それぞれリブ 7 a r、 7 a f と対応するようになっていることにある。より詳しくいうと、図 1の紙面上で、例えば導電性セパレ一夕板 5 aを見たとき、ガス流通溝 6 a rとリブ 7 a f とが、さらにガス流通溝 6 a f と 7 a r とが、それぞれ上下にァラインしていることにある。なお、図 1に示されているように、上端部の導電性セパレー夕板 5 a eでは、ガス流通溝が下側主面にのみ形成され、下端部の導電性セパレー夕板 5 b eでは、ガス流通溝が上側主面にのみ形成されている。

本実施の形態 1では、さらに、 M E A 4を挟む導電性セパレ一夕板 5 aと 5 bの ME A 4に面する主面上の流通溝 6 a r、 6 b f 同士、またリブ 7 a r、 7 b f 同士が対応するように配置されていることも特徴である。この特徴により、 ME A 4を挟んでリブ同士が対応するので、それらリブ群で最終的な電池スタツクに対する締め付け圧力を受けとめやすい。また、 ME A4を介した反応ガスの反応も高く維持しやすい。図 2を用いて詳述するが、図 1の電池スタツク内のすベての導電性セパレー夕板の表裏両主面のガス流通溝を通して、燃料ガスと酸化剤ガスを供給 ·排出するためのマ二ホールド孔などが各導電性セパレー夕板に形成されている。また、 1〜 3セル毎に、導電性セパレー夕板の背面に冷却媒体用流路を有する冷却部が設けられている。これらの MEAと導電性セパレー夕板および必要に応じて冷却部が交互に積層されて図 1の電池スタックが構成されている。この電池スタックを集電板 8 a、 8 b と絶縁板 9 a、 9 bを介して端板 1 0 a、 1 0 bで挟み、電池スタックに圧力をかけるように両端板を締結口ッド 1 1 a、 1 1 bおよび締結ボルト 1 2 a、 1 2 b, 1 2 c、 1 2 dで締め付けて固定される。このようにして作製されたのが本実施の形態 1の燃料電池である。

図 2 Aは本実施の形態 1の燃料電池に用いた導電性セパレー夕板、たとえば 5 a、の力ソード側主面の平面図であり、図 2 Bは同じ導電性セパレ一夕板のァノ一ド側主面の平面図であり、図 2 Aの裏面図である。図 2 Aの 6 a f と 7 a f はそれぞれ酸化剤ガス流通溝とその溝間のリブであり、図 2 Bの 6 a rと 7 a rはそれぞれ燃料ガス流通溝とその溝間のリブである。また、図 2 Aと図 2 Bで共通して、 1 3 aは酸化剤ガスを供給するためのマ二ホールド孔、 1 3 bはそれを排出するためのマ二ホールド孔である。 1 4 aは燃料ガスを供給するためのマ二ホールド孔. 1 4 bはそれを排出するためのマ二ホールド孔である。 1 5 aは冷却媒体を供給するためのマ二ホールド孔、 1 5 bはそれを排出するためのマニホ一ルド孔である。ここに示す溝 · リブのパターンは、いわゆるサーペン夕イン状のものであるが、本発明の特徴を発揮するものであれば、このようなサーペン夕イン状のものでなくても良い。

また、ここでは、内部マ二ホールド方式の冷却部を一例として記載しているが、外部マ二ホールド方式の冷却部を採用しても、本発明の特徴は発揮させることができる。

図 1で説明したように、図 2 A、 2 Bにおける導電性セパレータ板の表裏のガス流通溝 6 a f と 6 a rは紙面に垂直に位置関係をみると、大部分の箇所で 1 ピッチ分、すなわち一つの流通溝の幅の分だけ、シフトしており、その結果、基本的に力ソード側の溝 6 a f とアノード側のリブ 7 a rが対応した対置にある。このような導電性セパレ一夕板を隣り合う導電性セパレー夕板が、それぞれの主面上にとどまりつつ、交互に 1 8 0度回転した配置になるように積層されると、図 1のように、 M E Aを挟んで向かい合うガス流通溝同士が対応する。導電性セパレー夕板は一枚おきに同じ方向に配されることになる。この 1 8 0度回転配置を，図 2 Aの導電性セパレー夕板 5 a矩形の平面図に基づき説明すると、この矩形の中心点を通り、紙面に垂直な線を回転軸として、その矩形を 1 8 0度回転させる配置のことである。つまり、この構成は、 1種類の同一形状の導電性セパレ一夕板を用意するだけで良いという点で好ましい。なお、図 1の断面図は、図 2 A、図 2 Bの導電性セパレ一夕板を上記のように積層し、 X— Yの面で切った断面に相当する。

このような、溝— M E A—溝対応の構成を実現しょうとする場合に、図 2 A、図 2 Bに示したような溝 · リブのパターンを設計して、上述のような交互 1 8 0度回転配置という手法を採用しても良いが、それ以外でも、溝一 M E A—溝対応になるような 2種類の導電性セパレー夕板を用意し、それを順次積層するようにしても良い。

本発明の第一の特徴は、上記のように、各導電性セパレー夕板の表裏両主面のうち、一方の主面のガス流通溝が、他方の主面のガス流通溝間のリブに対応するように配されていることである。その点について、図 3、図 4および図 5に基づき説明する。

図 3、図 4および図 5の 1 、 2 a 、 2 bはそれぞれ高分子電解質膜および一対の電極であり、 M E Aの主要構成要素である。

図 3は、従来の導電性セパレー夕板 2枚で M E Aを挟んだ積層構成の一部を示す概略断面図であり、参考図である。 3 5 aと 3 5 bはそれぞれ従来の導電性セパレ一夕板であり、各導電性セパレー夕板 3 5 a

3 5 bにおいて、すべてのリブ 3 7 a f 、 3 7 a r、 3 7 b f >

3 7 b rは上下に対応、すなわちァラインしている。しかし、同様にガス流通溝 3 6 a f 、 3 6 a r同士、およびガス流通溝 3 6 b f 、

3 6 b r同士が対応する位置にあり、その結果、最肉薄部である溝底部

3 8 a, 3 8 bの厚さ tが薄くなつている。この部分が、その薄さのため、上述したように電池スタックへの締結圧力などにより、破損や亀裂を発生しやすく、そのためガスリークを発生させやすかつた。また、そのため導電性セパレー夕板 3 5 a、 3 5 bを薄くすることが困難であつた。

図 4は、図 3と比較しやすくするため、図 1の本実施の形態 1の導電性セパレー夕 2枚で ME Aを挟んだ積層構成に対応したものの一部を示した概略断面図である。導電性セパレ一夕板 4 5 a、 4 5 bにおいて、ガス流通溝 4 6 a f はリブ 47 a rと対応している。同様に、 4 7 a f と 4 6 a r、 4 7 b f と 4 6 b r、 4 6 b f と 47 b rが対応している < このため、図 3の 3 8 aや 3 8 bのような厚さ tのような肉薄部が存在しない。肉薄部が従来のものよりも厚くなつている。したがって、導電性セパレ一夕板の厚さをさらに薄くできるとともに、さらに製造上も圧縮成形や射出成形で作りやすい。

図 5は、図 4の導電性セパレ一夕板の各ガス流通溝の断面形状を変えて、各溝の表面の幅 W f に比べて各溝の底面の幅 Wbを小さくしたものである。導電性セパレー夕板 5 5 a、 5 5 bにおいて、ガス流通溝 5 6 a f はリブ 5 7 a rと対応している。同様に、 5 7 a f と 5 6 a r . 5 7 b f と 5 6 b r、 5 6 b f と 5 7 b rが対応している。このため、図 3の 3 8 aや 3 8 bのような厚さ tのような肉薄部が存在しない。肉薄部が、従来のものよりも厚くなつている。さらに、図 5の構成の場合溝底部の幅が小さくなるため、導電性セパレー夕板を圧縮成形や射出成形で製造する場合、一層の型抜け向上により、更なる製造のしゃすさが実現する。さらに、電池スタックの製造時の締結圧力や燃料電池使用時に燃料電池に加わる圧力により強い構造であり、したがって、導電性セパレー夕板の厚さを一層薄くしゃすいという特徵もある。

このように、本発明の特徴を有している範囲において、導電性セパレ一夕板の並行するガス流通溝、リブの形状は任意に設計することができる。図 4のように、対応する溝、リブの幅や深さ ·高さを実質的に等しくしても良いし、図 5のように変えても良い。またそれ以外でもリブの幅を広くして機械的強度を高めることもできる。

本実施の形態 1の、導電性セパレー夕板を強化するという目的の中で，もう一つの特徴は、電池ス夕ックの両端部の導電性セパレー夕板の強化にある。すなわち、上述のように、電池スタックを締結ロッド等で締結するときの不均一な圧力分布の発生に起因する両端部の導電性セパレー夕板の破損である。そのため、図 1に図示しているように、両端部の導電性セパレ一夕板 4 e a、 4 e bの厚さを、他の導電性セパレー夕板の厚さよりも大きくしている。この厚さを大きくする方法として導電性セパレ一夕板を 2枚以上重ねても良い。

図 6は、電池ス夕ックの両端部に用いる導電性セパレー夕板の電池ス夕ック側の一主面の一例の平面図であり、両端部の導電性セパレー夕板の上記問題を解決する他の対策の一例を示す。図 6は、一端部の導電性セパレー夕板、例えば 5 aが、その一主面上に図 2 Bに示すアノード側ガス流通溝を有している場合の対策を示す。 1 3 a、 1 4 a、 1 5 aはそれぞれ酸化剤ガス、燃料ガス、冷却媒体を供給するためのマ二ホールド孔であり、 1 3 b、 1 4 b , 1 5 bはそれぞれ酸化剤ガス、燃料ガス. 冷却媒体を排出するためのマ二ホールド孔である。 1 6 a、 1 6 bは力一ボン材料あるいは金属材料などを構成要素とする補強部材である。この補強部材 1 6 a、 1 6 bは、図に示されているように、マ二ホールド孔 1 4 a、 1 5 b、 1 3 b、 1 3 a、 1 5 a、 1 4 bの周辺に貼り付けられており、かつそれら 6つのマ二ホールドに対応した貫通孔を有している。この構成により、電池性能を維持しつつ、導電性セパレー夕板 5 aを亀裂などの損傷を抑制できる。実施の形態 2

本発明の特徴は、図 4の 4 6 a f と 4 7 a rの関係のように、基本的に、各導電性セパレー夕板の表裏両主面のうちの、一方の主面上のガス流通溝と他方の主面上のリブとが位置的に対応することを基本としている。実施の形態 1では、さらに MEAを挟んで、隣り合う導電性セパレ —タ板のガス流通溝同士、例えば図 4では、 46 a r と 4 6 b f とが対応することを基本としている。しかしながら、 MEAを挟んで隣り合う導電性セパレ一夕板の溝 · リブ位置の対応関係は、本発明の特徴を有する範囲において変化させることができる。それを本実施の形態 2として, 以下説明する。

図 7は本発明の実施の形態 2の燃料電池に用いた導電性セパレ一夕板 2枚で ME Aを挟んでなる積層構成の一部を示す概略断面図である。一対の導電性セパレー夕板 7 5 a、 7 5 bで ME Aを挟んだ構造であり、導電性セパレー夕板 7 5 aは、ガス流通溝 7 6 a f 、 7 6 a r、リブ 7 7 a f 、 7 7 a rを有し、導電性セパレー夕板 7 5 bは、ガス流通溝 7 6 b f , 7 6 b r、リブ 7 7 b f 、 7 7 b rを有する。図 7においては、 M E Aを挟んで、例えば 7 6 a r と 7 7 b f が対応している。すなわち、 MEAを挟んで、隣り合う導電性セパレー夕板の、一方のガス流通溝と他方のリブとが対応するようになっている。この構成においても 2種類の反応ガスは ME Aを介して充分反応する。

この構成は、図 5の場合と同様、各導電性セパレ一夕板の従来のような肉薄部を避けることができるとともに、製造もしゃすいという特徴がある。また、 1種類だけの同一形状の導電性セパレー夕板を複数用意して、すべてを単純に同一方向に積層していくことができ、製造がしゃすいことも特徴である。なお、図 7では各溝の幅 Wgよりも各リブの幅 W rの方を大きくしている。 Wgと W rは同じでも良いが、 W rが Wg より大きい方が好ましい。それは、 ME Aを挾む 2枚の導電性セパレー夕板の、リブの両端部を位置的にオーバーラップさせることができ、そのオーバ一ラップ部分を通して、電池ス夕ックを締結する際の締結圧力をリブ群に伝達させることができ、締結圧力に対抗しやすいためである, ただし、 W rが Wgの 1. 4倍よりも大きくなると、 MEAへの反応ガス拡散が抑制されてしまうので、 1. 4倍以下である方が好ましい。図 8は本発明の実施の形態 2の燃料電池に用いることができる他の形態の導電性セパレー夕板 2枚を用いた積層構成の一部を示す概略断面図である。一対の導電性セパレ一夕板 8 5 a、 8 5 bで ME Aを挟んだ構造であり、導電性セパレ一タ板 8 5 aは、ガス流通溝 8 6 a f 、

8 6 a r、リブ 8 7 a f 、 8 7 a rを有し、導電性セパレー夕板 8 5 b は、ガス流通溝 8 6 b f 、 8 6 b r、リブ 8 7 b f 、 8 7 b rを有する, 図 8においては、 ME Aを挟んで、例えば 8 6 a rと 8 7 b f が対応している。すなわち、図 7の場合と同様に、 MEAを挟んで、隣り合う導電性セパレー夕板の、一方のガス流通溝と他方のリブとが対応するようになっている。この構成においても、 2種類の反応ガスは ME Aを介して充分反応する。また、耐リーク性や強度を維持しつつ、圧力損失の小さい導電性セパレー夕板を構成することが可能となる。

この構成も、図 7の場合と同様に、 1種類だけの同一形状の導電性セパレ一夕板を複数用意して、すべてを単純に同一方向に積層していくことができ、製造がしゃすいという特徴を有する。なお、図 8でも、各溝の幅 W f よりも各リブの幅 W rの方を大きくしている。 W f と W rは同じでも良いが、 W rが W f より大きい方が、図 7に基づいて上述した、 W gと W rとの関係と同様な理由で好ましい。すなわち、 M E Aを挟む 2枚の導電性セパレー夕板の、リブの両端部を位置的にオーバーラップさせることができるためである。また、 W gと W rとの関係と同様な理由で、 W rが W f の 1 . 4倍以下である方が好ましい。

また、ガス流通溝の底面の幅 W bが、ガス流通溝の表面の幅 W f よりも小さいことが好ましい。それは、電池スタックへ締結圧力が加わった場合、導電性セパレー夕板の中のクラック発生がより抑制されるためである。ただし、 W bが W f の 0 . 6倍より小さくなると、クラック発生の抑制がそれ以上向上しないとともに、ガス流通溝の断面積が減少し、ガスの圧力損失が増加する、すなわちガスの有効活用が損なわれるようになるため 0 . 6倍以上であることが好ましい。

なお、本実施の形態 2においては、上記の通りの導電性セパレー夕板の溝 · リブの関係以外の電池スタックの構成、および燃料電池の構成は，図 1を用いて実施形態 1で記載したものと同じである。たとえば、図 6 で示した電池スタック端部の導電性セパレー夕板の補強方法をそのまま用いることができる。したがって、それらの実施の形態 1で記載した部分に対応した記載は省略する。実施例 1

実施形態 1に記載し、図 1に示す高分子電解質型燃料電池を以下の方法で作製した。

まず、 3 0 n mの平均一次粒子径を持つ導電性カーボン粒子であるケッチェンブラック E C (オランダ国、 AK Z O C h e m i e社製）を用いて、平均粒径約 3 0 Aの白金粒子を 5 0重量％担持させたものを、力ソード側の触媒とした。また、前記と同じケッチェンブラック E Cに、平均粒径約 3 0 Aの白金粒子とルテニウム粒子とを、それぞれ 2 5 %担持させたものを、アノード側の触媒とした。これらの触媒粉末をイソプロパノールに分散させた。一方、パーフルォロカ一ボンスルホン酸の粉末をエチルアルコールに分散させた。各々の触媒分散液をパ一フルォロカーボンスルホン酸の分散液と混合し、ペースト状にした。これらの各ペーストを、スクリーン印刷法を用いて、厚み 2 5 0 mのカーボン不織布の一方の面に塗工して、それぞれカソ一ド触媒層とァノ一ド触媒層を形成した。形成後の反応電極中に含まれる触媒金属の量は 0. 5mg /c m² 、パーフルォロカ一ボンスルホン酸の量は 1. 2mgZ c m² となるようにした。

これらのァノード側およびカソード側電極は、電極より一回り大きい面積を有するプロトン伝導性高分子電解質膜の中心部の両面に、印刷した触媒層が電解質膜側に接するようにホットプレスにより接合した。ここでは、プロトン伝導性高分子電解質として、パーフルォロカーボンスルホン酸を薄膜化したもの（米国デュポン社製：ナフイオン 1 1 2 ) を用いた。さらに、電極の外周には、電解質膜を挾んで両側に、導電性セパレー夕板と同一の形状に打ち抜いて作られたガスケットをホットプレスによって接合し、 MEAを作製した。ここで、導電性セパレ一夕板は、等方性黒鉛材を機械加工して作ったものであり、ガスケットは、ブチルゴムのシートから作られたものである。

この MEAを、図 1の M E A 4として用い、図 1 と図 2で示す、導電性セパレー夕板 5 a、 5 b、 5 a e、 5 b e、ならびに集電板 8 a、 8 b、絶縁板 9 a、 9 b、端板 1 0 a、 1 0 b、締結口ッド 1 1 a、 1 1 b、締結ボルト 1 2 a 、 1 2 b , 1 2 c 、 1 2 dを用いて本実施例 1の燃料電池を作製した。

比較のため、導電性セパレー夕板 5 a 、 5 bを、図 3に示す構成を有する従来例の導電性セパレー夕板 3 5 a 、 3 5 bに替え、その他は本実施例 1 と同じ構成の燃料電池を作製した。

これら 2つの燃料電池に荷重を加え、その荷重を変化させた。そのとき導電性セパレー夕板にクラックが発生し始めた最小荷重をクラック発生荷重として、表 1に示す。

表 1からわかるように、本実施例 1の導電性セパレー夕板の耐クラック強度が大幅に向上していることがわかる。実施例 2

本実施例 2では、実施例 1 と同じ方法で、ただし導電性セパレー夕板の形状だけを変えて燃料電池を作製した。本実施例 2では、図 7に示す断面構造の導電性セパレー夕板を用いた。

この際、 6つの異なったリブ幅の導電性セパレー夕板を用意した。まず、ある一つのリブ幅 W r 1のものを用いて燃料電池を作製した。次に. リブ幅 W r 2のものを用いて燃料電池を作製した。以下同じように、リブ幅 W r 3 - W r 6のものをそれぞれ用いて、合計で 6種類の燃料電池を作製した。

これらの燃料電池を運転させ、電池電圧を測定した結果を図 9に示すなお、この運転のためには次のように条件設定した。すなわち、燃料電池を 8 5 °Cに保持し、一方の電極側に 83での露点となるように加湿 · 加温した水素ガスを、他方の電極側に 78 の露点となるように加湿 · 加温した空気を供給するとともに、燃料電池の燃料利用率 80 %、酸素利用率 40 %、電流密度 0. 3AZcm²とした。

図 9において、横軸はリブの幅 W rと溝の幅 Wgとの比であり、値が大きくなるほどリブ幅が広くなることを示している。図 9からわかるように、リブ幅が広くなるにつれて電池電圧、すなわち電池性能が低下する傾向がある。これは、リブに押さえられた ME A部分への反応ガスの拡散が低下するためであると考えられる。とくに、 ]：対^¥8の比が1. 4をこえたところから顕著な落ち込みを示すことがわかる。したがって, W r対 Wgの比は 1. 4倍以下に設定することが望ましいことがわかる < 実施例 3

本実施例 3では、実施例 1と同じ方法で、ただし導電性セパレー夕板の形状だけを変えて燃料電池を作製した。本実施例 3では、図 8に示す断面構造の導電性セパレー夕板を用いた。

この際、 4つの異なった溝底面幅 Z溝表面幅の比（WbZWf ) の導電性セパレ一夕板を用意した。まず、ある一つの幅比 Wb 1 f 1のものを用いて燃料電池を作製した。次に、幅比 Wb 2 ZW f 2のものを用いて燃料電池を作製した。以下同じように、幅比 Wb 3ZW f 3および Wb 4 /W f 4のものをそれぞれ用いて、合計で 4種類の燃料電池を作製した。

これら 4種類の燃料電池に締結荷重を加え、その荷重を変化させた。そのとき導電性セパレー夕板にクラックが発生し始めた最小荷重をクラック発生荷重として、表 2に示す。表 2

表 2からわかるように、溝底面幅ノ溝表面幅の比が 0 . 6より小さくなる範囲では、クラック発生荷重は飽和している。すなわち溝底面幅 Z溝表面幅の比は、 0 . 6より小さくしても、ガス流通溝の断面積が減少し圧力損失が増加するだけで、強度的な効果は得られないことがわかる。したがって、溝底面の幅溝表面の比は 0 . 6以上であることが望ましい。実施例 4

本実施例 4では、実施例 1 と基本的には同じ方法で、ただし以下の点で部分的に構成を異ならせて燃料電池を作製した。

すなわち、 M E A 1 を 2セル毎に、冷却媒体を流す冷却部を設けた。各冷却部は、 2枚の導電性セパレー夕板を組み合わせた複合セパレ一夕板により構成した。すなわち、一方の面に空気を流通させる溝を設け、他方の面に冷却水を流通させる溝を設けたカソード側セパレー夕板を、まず 1枚作った。さらに、一方の面に燃料ガスを流通させる溝を設け、他方の面に冷却水を流通させる溝を設けたァノード側セパレー夕板を 1 枚作った。これらの 2枚のセパレー夕板を、それらの冷却媒体用溝を有する面同士が接するように、シール材を介して貼り合わせることにより、冷却部を構成した。

そして MEAを 5 0セル分積層し、電池スタックの両端部に位置する導電性セパレ一夕板 5 a e、 5 b eの厚さを 5mmとして、集電板 8 a、 8 bと絶縁板 9 a、 9 bを介し、ステンレス製の端板 1 0 a、 1 0 bと締結口ッド 1 1 a、 1 1 bおよび締結ボルト等で 2 0 k g f / c m²の圧力で締結して本実施例 4の燃料電池を作製した。

比較のため、このように作製した本実施例 4の燃料電池の両端部の導電性セパレータ板の厚さを、その他の中間部の導電性セパレータ板の厚さと同じ 3 mm厚のものに替えて比較例としての燃料電池を作製した。締結後の各燃料電池を再び分解し、両端部の導電性セパレータ板を観察したところ、比較例の燃料電池では僅かな亀裂が発生していたが、ガス漏れを引き起こすほどの重大な亀裂ではなかった。この亀裂はマニホ一ルド周辺に集中荷重を受けやすくなつていたためである。一方、本実施例 4の燃料電池では、亀裂は見受けられなかった。このようにして作製した本実施例 4と比較例の燃料電池 2種類を、 8 5でに保持し、一方の電極側に 8 3 の露点となるように加湿 · 加温した水素ガスを、他方の電極側に 7 8での露点となるように加湿 · 加温した空気を供給した。これらの燃料電池を燃料利用率 8 0 %、酸素利用率 40 %、電流密度 0. 3 AZ c m²の条件下で耐久試験を行った。この試験結果を図 1 0に示す。

図 1 0からわかるように、試験開始から 1 0 0 0時間を経過した頃から、比較例の燃料電池の平均セル電圧、すなわち電池性能が低下し始める。この 2種類の燃料電池について耐久試験が終了した後、締結圧力を取り除き、両端にあった導電性セパレー夕板の状態を観察した。その結果、比較例では、マ二ホールド孔の周辺でガスあるいは冷却媒体がリークするほどの亀裂に成長しているのが観察された。この成長の原因は、初期の締結時に生じた亀裂が熱などのひずみによって、経時的に進行してしまったためである。これに対して、本実施例 4の燃料電池では、両端部の導電性セパレ一夕板の厚さを大きくして強度を高めたことにより亀裂などの損傷は全くなく、燃料電池の耐久性と安全性向上が確認できた。

本実施例 4では、両端部の導電性セパレー夕板の厚さを 3 m mから 5 m mに厚くすることを試みたが、別の方法として、導電性セパレー夕板を複数枚重ねて強度を高めることも可能である。そこで、両端部の導電性セパレ一夕板の厚さと枚数を変化させて、上記と同様な亀裂の発生の有無を調べた。ただし、電池スタックの中間部の導電性セパレー夕板の厚さは 3 m mとした。その結果を、表 3にまとめる。表 3 両端部の導電性セパレー夕板効果（亀裂の有無）

3m m 有

セパレー夕板厚さ 4m m ■till,

5m m

6m m

1枚有

セパレ一夕板枚数 2枚

3枚この表 3から明らかなように、導電性セパレー夕板を厚くしたり、複数枚数重ねたりすることによって、亀裂抑制効果が得られる。実施例 5

本実施例 5では、図 6に一例を示すように、両端部の導電性セパレー夕板の酸化剤ガス用マ二ホールド孔 1 3 a 、 1 3 b、燃料電池用マニホ —ルド孔 1 4 a 、 1 4 b , および冷却媒体用マ二ホールド孔 1 5 a 、 1 5 の周辺にステンレス鋼を材料とした補強材 1 6 a 、 1 6 bをシール材によって貼り付け、それ以外の燃料電池構成、および燃料電池の特性評価条件については、すべて実施例 4と同一とした。

その結果、 2 0 0 0時間の耐久試験において、電池性能の低下は見受けられず、燃料電池分解後に両端部の導電性セパレー夕板を観察しても. 亀裂などの損傷を受けている様子はなく、燃料電池の耐久性の改善と安全性の向上が確認できた。ここで、補強部材 1 6 a 、 1 6 bの材料としてステンレス鋼を使用したが、補強することができる材料であれは種類は問わない。本実施例では、ステンレス鋼の他に、アルミニウム、ガラスフアイバー、カーボンファイバ一、 P P S樹脂、フエノール樹脂などの材料を使用しても燃料電池の耐久性の改善と安全性の向上が確認できた。

本実施例では、各マ二ホールド孔の周辺に補強部材を貼り付けることを試みたが、導電性の補強材をセパレー夕板の全面に貼り付けることも可能である。実施例 6

本実施例 6では、両端部の導電性セパレー夕板の材料として、厚さ 3 m mのステンレス鋼を使用した。導電性セパレー夕板の形状は、実施例 1で、等方性黒鉛材を機械加工して作った形状と同じように機械加工して作った。それ以外の燃料電池構成、および燃料電池の特性評価条件については、すべて実施例 4と同一とした。ここでは、両端部の導電性セパレ一夕板の材料とてステンレス鋼を使用したが、導電性のある高強度の材料であれば種類は問わない。

この結果、 2 0 0 0時間の耐久試験において、電池性能の低下は見受けられず、燃料電池分解後に両端部の導電性セパレ一夕板を観察しても, 亀裂などの損傷を受けている様子はなく、燃料電池の耐久性の改善と安全性の向上が確認できた。産業上の利用の可能性

以上から明らかなように、本発明によれば、高分子電解質型燃料電池の導電性セパレー夕板の機械的強度の問題を簡便に解決することができ. 燃料電池の品質向上、小型化および低コスト化を実現できる。

Claims

請求の範囲

1 . 複数の導電性セパレー夕板および前記導電性セパレー夕板の間に挿入された電解質膜一電極接合体を含む電池スタツクを具備し、前記電解質膜 -電極接合体が水素イオン伝導性高分子電解質膜、並びに前記水素イオン伝導性高分子電解質膜を挟むァノードおよびカソードを具備し、前記各導電性セパレー夕板が、一方の主面に前記ァノ一ドに燃料ガスを供給 · 排出する複数の並行するガス流通溝を有し、他方の主面に前記力ソードに酸化剤ガスを供給 · 排出する複数の並行するガス流通溝を有する高分子電解質型燃料電池であって、前記導電性セパレータ板の両ガス流通溝は、一方の主面のガス流通溝が他方の主面のガス流通溝間のリブに対応するように配されていることを特徴とする高分子電解質型燃料電池。

2 . 前記電解質膜一電極接合体のアノードに燃料ガスを供給 · 排出するガス流通溝と、同じ電解質膜一電極接合体のカソードに酸化剤ガスを供給 · 排出するガス流通溝とが対応する位置にある請求の範囲第 1項記載の高分子電解質型燃料電池。

3 . 実質的にすべての前記複数の導電性セパレー夕板が同一形状を有し隣り合う導電性セパレー夕板が、交互に、前記各導電性セパレー夕板の主面上で 1 8 0度回転して配されている請求の範囲第 2項記載の高分子電解質型燃料電池。

4 . 前記各導電性セパレー夕板の、前記両ガス流通溝の底面の幅が、それぞれ前記両ガス流通溝の表面の幅より小さい請求の範囲第 2項記載の高分子電解質型燃料電池。

5 . 前記電解質膜一電極接合体のァノードに燃料ガスを供給 · 排出するガス流通溝と、同じ電解質膜—電極接合体のカソ一ドに酸化剤ガスを供給 · 排出するガス流通溝間のリブとが対応する位置にある請求の範囲第 1項記載の高分子電解質型燃料電池。

6 . 実質的にすべての前記複数の導電性セパレー夕板が同一形状を有し, 隣り合う導電性セパレー夕板が、前記各導電性セパレー夕板の主面上で同一方向に配されている請求の範囲第 5項記載の高分子電解質型燃料電池。

7 . 前記各導電性セパレー夕板の、前記一方の主面の前記ガス流通溝間のリブの幅、および前記他方の主面の前記リブの幅が、それぞれ前記一方の主面の前記ガス流通溝の幅、および前記他方の主面の前記ガス流通溝の幅より大きく、かつ 1 . 4倍以下である請求の範囲第 5項記載の高分子電解質型燃料電池。

8 . 前記各導電性セパレー夕板の、前記両ガス流通溝の底面の幅が、それぞれ前記両ガス流通溝の表面の幅より小さく、かつ 0 . 6倍以上である請求の範囲第 7項記載の高分子電解質型燃料電池。

9 . 前記複数の導電性セパレー夕板のうち、前記電池スタックの両端部に配した導電性セパレー夕板の機械的強度を、他の導電性セパレ一夕板の機械的強度よりも高くした請求の範囲第 1項記載の高分子電解質型燃料電池。

1 0 . 前記複数の導電性セパレー夕板のうち、前記両端部に配した導電性セパレー夕板の厚みを、他の導電性セパレー夕板の厚みより大きくした請求の範囲第 9項記載の高分子電解質型燃料電池。

1 1 . 前記両端部に配した前記導電性セパレー夕板に、カーボン材料または金属材料を構成要素とする補強部材を付加した請求の範囲第 9項記載の高分子電解質型燃料電池。