JP2003163015A

JP2003163015A - 高分子電解質型燃料電池およびその導電性セパレータ板

Info

Publication number: JP2003163015A
Application number: JP2002264353A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Kusakabe; 弘樹日下部; Kazuhito Hado; 一仁羽藤; Hideo Obara; 英夫小原; Nobunori Hase; 伸啓長谷; Susumu Kobayashi; 晋小林; Tatsuto Yamazaki; 達人山崎; Shinsuke Takeguchi; 伸介竹口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2003-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ガスケットを十分に圧縮してガスリークのな
いシール効果を発揮させると共に、電極のガス拡散層部
分とセパレータ板との十分な接触力を得ることができる
高分子電解質型燃料電池を提供する。【解決手段】水素イオン伝導性高分子電解質膜および
前記高分子電解質膜を挟むアノード及びカソードを包含
する複数の膜電極接合体、並びに前記膜電極接合体と交
互に積層された複数の導電性セパレータ板を含むセルス
タックを具備する燃料電池のための導電性セパレータ板
であって、前記導電性セパレータ板がカーボン粉末及び
バインダーを包含する成形体からなり、導電性セパレー
タ板のアノードまたはカソードと接する主面が、その周
りを囲む周縁部より一段高くなっており、前記主面にア
ノードまたはカソードに燃料ガスまたは酸化剤ガスを供
給するガス流路を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポータブル電源、
電気自動車用電源、家庭内コージェネレーションシステ
ム等に使用される高分子電解質を用いた燃料電池に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高分子電解質を用いた燃料電池は、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で、電力と熱と
を同時に発生させるものである。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、およびその両面に配置された一対の電極からなる。
電極は、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末に水素
イオン伝導性高分子電解質を混合した触媒層、この触媒
層の外面に形成された、通気性と電子伝導性を併せ持
つ、例えば撥水処理を施したカーボンペーパーからなる
ガス拡散層から構成される。

【０００３】供給する燃料ガスや酸化剤ガスが外部に漏
れたり、燃料ガスと酸化剤ガスと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
スシール材やガスケットが配置される。このシール材や
ガスケットは、電極及び高分子電解質膜と一体化し、こ
れをＭＥＡ（電解質膜電極接合体）と呼ぶ。ＭＥＡの外
側には、これを機械的に固定するとともに、隣接するＭ
ＥＡを互いに電気的に直列に接続するための導電性セパ
レータ板が配置される。セパレータ板のＭＥＡと接触す
る部分には、電極に反応ガスを供給し、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
はセパレータ板と別に設けることもできるが、セパレー
タ板の表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的で
ある。これらのＭＥＡとセパレータ板および冷却部を交
互に重ねて１０〜２００セル積層し、その積層体を集電
板および絶縁板を介して端板で挟み、これらを締結ボル
トで両端から固定するのが一般的な構造である。

【０００４】このような高分子電解質型燃料電池では、
セパレータ板は、カーボンからなる平板で構成され、ア
ノードまたはカソードに接する面には燃料ガスまたは酸
化剤ガスをアノードまたはカソードに供給するガス流路
が形成されている。そして、前記のガス流路が形成され
る面と、その周縁部において、高分子電解質膜を挟むガ
スケットの片面に接する部分とは、段差がなく、同じ平
面であるのが一般的であった。

【０００５】そのようなセパレータ板を用いた場合、次
のような不都合が生じる。この種の燃料電池において
は、ＭＥＡをアノード側セパレータ板およびカソード側
セパレータ板で挟み、高分子電解質膜、アノードおよび
カソードの三者を適度の圧力下においてアノードおよび
カソードのガス拡散層とセパレータ板とを接触させると
ともに、電解質膜の周縁部を挟む一対のガスケットを両
セパレータ板で圧縮してＭＥＡの周縁部をシールするこ
とが求められる。ところが、上記のように、セパレータ
板が、アノードまたはカソードに接触する部分とガスケ
ットに接触する部分とが同じ平面上にある場合、ガスケ
ットの圧縮度合い、換言すると圧縮により減少するガス
ケット厚み（ガスケットの圧縮前と圧縮後の厚みの差）
により、セパレータ板とガス拡散層との接触力が規定さ
れる。そうすると、カーボンペーパーなど柔らかい材料
でガス拡散層を構成したとき、ガス拡散層とセパレータ
板との十分な接触を確保し、したがって両者間の電気抵
抗を最小にするためには、ガスケットの圧縮度合いを非
常に大きくしなければならない。

【０００６】また、ＭＥＡを薄型化し、燃料電池スタッ
クを小型化しようとすると、ＭＥＡに用いるガス拡散層
は従来のものよりさらに薄いものが必要である。従来の
セパレータ板では、ガスケットを十分に締め付け、しか
もガス拡散層との十分な接触を確保することはできない
ので、ＭＥＡの厚みを従来以上に薄くすることは非常に
困難であった。したがって、薄型のＭＥＡに対応できな
いという問題も有していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上に鑑
み、ガスケットを十分に圧縮してガスリークのないシー
ル効果を発揮させると共に、電極のガス拡散層部分とセ
パレータ板との十分な接触力を得ることができる高分子
電解質型燃料電池用セパレータ板を提供することを目的
とする。本発明は、またそのようなセパレータ板を備え
た高分子電解質型燃料電池を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するものである。すなわち、本発明は、水素イオン
伝導性高分子電解質膜および前記水素イオン伝導性高分
子電解質膜を挟むアノード及びカソードを包含する複数
の膜電極接合体、並びに前記膜電極接合体と交互に積層
された複数の導電性セパレータ板を含むセルスタックを
具備する高分子電解質型燃料電池のための導電性セパレ
ータ板に関するものである。本発明の導電性セパレータ
板は、カーボン粉末及びバインダーを包含する成形体か
らなり、前記導電性セパレータ板のアノードまたはカソ
ードと接する主面が、その周りを囲む周縁部より一段高
くなっており、前記主面にアノードまたはカソードに燃
料ガスまたは酸化剤ガスを供給するガス流路を有する。

【０００９】本発明は、また水素イオン伝導性高分子電
解質膜と前記水素イオン伝導性高分子電解質膜を挟むア
ノード及びカソードを包含する複数の膜電極接合体、前
記各膜電極接合体を挟むアノード側セパレータ板及びカ
ソード側セパレータ板、並びに前記高分子電解質膜の周
縁部において前記アノード側セパレータ板とカソード側
セパレータ板との間に圧縮された一対のガスケットを含
むセルスタックを具備する高分子電解質型燃料電池であ
って、前記各セパレータ板がカーボン粉末及びバインダ
ーを包含する成形体からなり、前記アノード側セパレー
タ板のアノードと接する主面が、その周りを囲む周縁部
より一段高くなっており、前記主面にアノードに燃料ガ
スを供給するガス流路を有し、前記カソード側セパレー
タ板のカソードと接する主面が、その周りを囲む周縁部
より一段高くなっており、前記主面にカソードに酸化剤
ガスを供給するガス流路を有し、前記ガスケットが前記
アノード側セパレータ板とカソード側セパレータ板の周
縁部間に圧縮されている高分子電解質型燃料電池を提供
する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の導電性セパレータ板は、
カーボン粉末及びバインダーを包含する成形体からな
り、アノードまたはカソードと接する主面が、その周り
を囲む周縁部より一段高くなっており、前記主面にアノ
ードまたはカソードに燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給
するガス流路を有する。本発明によると、ガスケットの
圧縮度合いをより大きくすることができるとともに、ガ
ス拡散層をセパレータ板で十分押さえ込むことができ
る。これにより、十分な厚みを有するガスケットを用い
ても、セパレータ板と薄いガス拡散層との確実な接触が
可能となる。

【００１１】本発明の好ましい形態において、前記導電
性セパレータ板は、アノードまたはカソードに接する主
面を囲む周縁部に、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水の
各一対のマニホールド孔を有する。本発明の他の好まし
い形態において、前記導電性セパレータ板は、一方の面
にアノードに接する主面を有し、他方の面にカソードに
接する主面を有し、それぞれの主面にアノードに燃料ガ
スを供給するガス流路およびカソードに酸化剤ガスを供
給するガス流路を有し、それぞれの主面がそれらの周り
を囲む周縁部より一段高くなっている。

【００１２】本発明のさらに他の好ましい形態におい
て、前記導電性セパレータ板は、一方の面にアノードに
接する主面を有し、前記主面にアノードに燃料ガスを供
給するガス流路を有し、前記主面がその周りを囲む周縁
部より一段高くなっているアノード側導電性セパレータ
板と、一方の面にカソードに接する主面を有し、その主
面にカソードに酸化剤ガスを供給するガス流路を有し、
前記主面がその周りを囲む周縁部より一段高くなってい
るカソード側導電性セパレータ板との組み合わせからな
り、アノード側導電性セパレータ板とカソード側導電性
セパレータ板とは前記ガス流路を有しない面が接合さ
れ、両者間に冷却水の流路を有する。前記セパレータ板
の主面とその周りを囲む周縁部との段差は、８０〜４０
０μｍであるのが好ましい。

【００１３】本発明によるセパレータ板は、導電性のカ
ーボン粉末とバインダーを含む成形体からなる。好まし
くは、カーボン粉末、例えば膨張黒鉛粉末８０〜７０重
量％とバインダー、例えばフェノール樹脂２０〜３０重
量％を含む混練物を押し出し成形したグリーンシートを
圧縮成形することによって製造される。バインダーにフ
ェノール樹脂を用いた場合、適当な圧縮成形温度は１６
０℃、成形面圧は３５０〜５００ｋｇｆ／ｃｍ²であ
る。上記のグリーンシートを圧縮成形する場合、成形前
の体積の６０〜７５％に圧縮するのが好ましい。後述の
実施の形態に説明するような形状のセパレータ板を成形
する際、セパレータ板の電極に接触する主面とこれを囲
む周縁部との段差が２５０〜４００μｍのとき、前記の
ような圧縮率となり、セパレータ板の密度が全面におい
てほぼ等しくなり、成形性も良好となる。成形後のセパ
レータ板の密度は１．５〜２．０ｇ／ｃｍ³となる。

【００１４】本発明のセパレータ板は、実施の形態１に
示すアノード側セパレータ板とカソード側セパレータ板
とを兼ねる単一のセパレータ板、並びに、実施の形態２
に示す複合セパレータ板を構成するアノード側セパレー
タ板およびカソード側セパレータ板の厚みは３ｍｍ程度
が適当であり、ガスケットは高分子電解質膜のアノード
側およびカソード側に配されるものいずれも０．３〜
１．０ｍｍが適当である。以下、本発明の実施の形態を
図面を参照しながら説明する。

【００１５】《実施の形態１》図１〜３に本実施の形態
における導電性セパレータ板を示し、図４に同セパレー
タ板を用いたセルスタックの要部を示す。１０はアノー
ド側導電性セパレータ板とカソード側導電性セパレータ
板とを兼ねる単一のセパレータ板を表す。このセパレー
タ板１０は、酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却水のため
のそれぞれの一対のマニホールド孔１２、１３および１
４を有する。各一対のマニホールド孔１２、１３および
１４は、一方が入り口側、他方が出口側である。

【００１６】セパレータ板１０は、さらに一方の面にカ
ソードに接する主面１６ｃを有し、他方の面にアノード
に接する主面１６ａを有し、主面１６ｃにはカソードに
酸化剤ガスを供給するガス流路１８を有し、主面１６ａ
にはアノードに燃料ガスを供給するガス流路１９を有し
ている。そして、それぞれの主面１６ｃおよび１６ａ
は、それらの周りを囲む周縁部１７ｃおよび１７ａより
それぞれ一段高くなっている。前記のガス流路１８およ
び１９は、周縁部１７ｃおよび１７ａに設けられたマニ
ホールド孔１２および１３に連絡している。一方、セパ
レータ板とセパレータ板との間に挟まれる膜電極接合体
（ＭＥＡ）は、水素イオン伝導性高分子電解質膜２１、
前記高分子電解質膜２１の中央部を含む大部分を挟むカ
ソード２２およびアノード２３、並びに一対のガスケッ
ト２５ｃおよび２５ａからなる。

【００１７】一対のセパレータ板１０により挟まれたＭ
ＥＡは、高分子電解質膜２１を挟むカソード２２および
アノード２３の部分が、一方のセパレータ板の主面１６
ｃと他方のセパレータ板の主面１６ａにより圧縮され
る。また、高分子電解質膜２１の周縁部を挟むガスケッ
ト２５ｃおよび２５ａの部分が、一方のセパレータ板の
周縁部１７ｃと他方のセパレータ板の周縁部１７ａによ
り圧縮される。従って、セパレータ板１０における主面
１６ｃと周縁部１７ｃとの段差および主面１６ａと周縁
部１７ａの段差（図４にｔで示す）を適当に選択するこ
とにより、カソードおよびアノードのガス拡散層とセパ
レータ板の主面との接触度合いおよびガスケットの圧縮
度合いをともに適切なものとすることができる。

【００１８】本実施の形態においては、酸化剤ガスの流
路１８は、５本の並行する溝で構成し、燃料ガスの流路
１９は３本の並行する溝で構成した。しかし、それぞれ
のガス流路を構成する溝の数は、上記の例に限定される
ものではない。上記のガス流路を形成する溝は、直線部
とターン部を組み合わせたサーペンタイン型であり、不
可避な部分を除いて、溝の中心線は表裏で一致するよう
にした。したがって、このようなセパレータ板の一対で
ＭＥＡを挟むと、不可避な部分を除いて、図４のよう
に、高分子電解質膜の両面にあるガス流路１８と１９
は、高分子電解質膜２１を介して対向する位置にある。

【００１９】ここに示したセパレータ板は、アノードお
よびカソードに接する部分の厚みが３．０ｍｍ、ガス流
路を形成する溝の幅、溝の深さ、および溝と溝との間の
リブとなる部分の幅はいずれも１．０ｍｍ程度が適当で
ある。

【００２０】《実施の形態２》図５〜７および図８〜９
は、冷却部を有する複合セパレータ板を構成するカソー
ド側導電性セパレータ板３０およびアノード側導電性セ
パレータ板４０をそれぞれ示す。カソード側セパレータ
板３０は、酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却水のための
各々一対のマニホールド孔３２、３３および３４を有す
る。セパレータ板３０は、さらに一方の面にカソードに
接する主面３６を有し、その主面にカソードに酸化剤ガ
スを供給するガス流路３８を有し、前記主面３６がその
周りを囲む周縁部３７より一段高くなっている。アノー
ド側セパレータ板４０は、酸化剤ガス、燃料ガスおよび
冷却水のための各々一対のマニホールド孔４２、４３お
よび４４を有する。アノード側セパレータ板４０は、さ
らに一方の面にアノードに接する主面４６を有し、前記
主面４６にアノードに燃料ガスを供給するガス流路４９
を有し、前記主面４６がその周りを囲む周縁部４７より
一段高くなっている。前記のガス流路３８および４９
は、周縁部３７および４７に設けられたマニホールド孔
３２および４３にそれぞれ連絡している。

【００２１】セパレータ板３０に設けらた各一対の酸化
剤のマニホールド孔３２、燃料ガスのマニホールド孔３
３および冷却水のマニホールド孔３４は、セパレータ板
４０に設けらた各一対の酸化剤のマニホールド孔４２、
燃料ガスのマニホールド孔４３および冷却水のマニホー
ルド孔４４とそれぞれ連通する。カソード側セパレータ
板３０は、その背面は段差のない単一平面になってお
り、一対のマニホールド孔３４を連絡する冷却水の流路
３５を有する。セパレータ板３０は、その背面にさらに
酸化剤ガスのマニホールド孔３２および燃料ガスのマニ
ホールド孔３３をそれぞれ囲む溝３１ｃおよび３１ａ、
ならびに冷却水のマニホールド３４および流路３５を囲
む溝３１Ｗを有する。

【００２２】同様に、アノード側セパレータ板４０は、
その背面は段差のない単一平面になっており、一対のマ
ニホールド孔４４を連絡する冷却水の流路４５を有す
る。セパレータ板４０は、その背面にさらに酸化剤ガス
のマニホールド孔４２および燃料ガスのマニホールド孔
４３をそれぞれ囲む溝４１ｃおよび４１ａ、ならびに冷
却水のマニホールド４４および流路４５を囲む溝４１Ｗ
を有する。カソード側セパレータ板３０とアノード側セ
パレータ板４０は、それらの背面、すなわち冷却水の流
路を有する面を向き合わせて接合されて、ＭＥＡとＭＥ
Ａとの間に挿入される。これらのセパレータ板の背面に
設けられた溝３１ｃと４１ｃ、３１ａと４１ａ、および
３１ｗと４１ｗとの間には、Ｏリングが挿入され、セパ
レータ板３０と４０の間から冷却水が外部へ漏れるのを
防止する。

【００２３】本実施の形態においては、セパレータ板３
０と４０の双方に、冷却水を流すための１組の流路を設
けたが、一方のセパレータ板にのみ冷却水の流路を設け
てもよい。本実施の形態の複合セパレータ板は、冷却水
を流すための冷却部を有する他は、カソードに対向する
面およびアノードに対向する面は、基本的には実施の形
態１のセパレータ板と同じである。

【００２４】《実施の形態３》本実施の形態におけるセ
パレータ板の周縁部を図１０に示す。このセパレータ板
１０Ａは、実施の形態１におけるセパレータ板１０の周
縁部１７ｃおよび１７ａの端部に、主面１６ｃおよび１
６ａと同じ高さのリブ２６ｃおよび２６ａを有する。リ
ブ２６ｃおよび２６ａは、セルスタックを組み立てる際
に、ガスケットがずれるのを防止する。リブ２６ｃおよ
び２６ａは、かならずしも主面１６ｃおよび１６ａと同
じ高さにする必要はなく、主面１６ｃおよび１６ａより
低くしてもよい。

【００２５】《実施の形態４》本実施の形態では、ガス
ケットの変形例を示す。図１１に示すガスケット２７
は、高分子電解質膜２１Ａのカソード側を被覆する部分
と、アノード側を被覆する部分とが、高分子電解質膜に
設けた透孔２８の部分および膜２１Ａの端縁を被覆する
部分で相互に繋がって、一体になった例である。このよ
うなガスケットは、例えば、周縁部に多数の透孔を配列
した高分子電解質膜の周縁部にガスケットを一体に成形
することによって作製することができる。このようなガ
スケットについては、ＰＣＴ／ＪＰ０２／００７３６に
記載されており、その明細書および図面の開示はここに
参考のため引用する。

【００２６】本発明によるセパレータ板を用いて燃料電
池装置を組み立てるには、実施の形態１に示したような
セパレータ板を介してＭＥＡを積層し、適宜実施の形態
２に示したような冷却部を有する複合セパレータ板をＭ
ＥＡとＭＥＡの間に挿入するのが好ましい。

【００２７】

【実施例】以下、実施例を説明する。

【００２８】《実施例１》まず、３０ｎｍの平均一次粒
子径を持つ導電性カ−ボン粒子（オランダ国、ＡＫＺＯ
Ｃｈｅｍｉｅ社：ケッチェンブラックＥＣ）に、平均
粒径約３０Åの白金粒子を５０重量％担持させた。これ
をカソード側の触媒粉末とした。また、前記と同じ導電
性カ−ボン粒子に、平均粒径約３０Åの白金粒子とルテ
ニウム粒子とを、それぞれ２５重量％担持させた。これ
をアノード側の触媒粉末とした。これらの触媒粉末をそ
れぞれイソプロパノールに分散させ、それらにパーフル
オロカーボンスルホン酸粉末のエチルアルコール分散液
を混合してカソード触媒用ペーストおよびアノード触媒
用ペーストを調製した。これらのペーストを原料とし、
スクリーン印刷法をもちいて、それぞれ厚み２５０μｍ
のカーボン不織布の一方の面に塗工してカソード触媒層
およびアノード触媒層を形成した。こうして形成した電
極中に含まれる触媒金属量は０．５ｍｇ／ｃｍ²、パー
フルオロカーボンスルホン酸の量は１．２ｍｇ／ｃｍ²
となるようにした。

【００２９】これらのアノード触媒層を有するカーボン
不織布およびカソード触媒層を有するカーボン不織布
は、これらの電極より一回り大きい面積を有する水素イ
オン伝導性の高分子電解質膜の中心部の両面に、各触媒
層が電解質膜と接するようにホットプレスによって接合
した。高分子電解質膜として、パーフルオロカーボンス
ルホン酸を薄膜化したもの（米国デュポン社製：ナフィ
オン１１２）を用いた。さらに、電極の外周には、電解
質膜を挟んで両側に、セパレータ板の外周部とほぼ同じ
形状に打ち抜か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。

【００３０】上記のＭＥＡに、実施の形態１で説明した
構造のセパレータ板２枚を組み合わせて図４に示される
ような単セルを組み立てた場合を想定して、セパレータ
板の主面とその周縁部との段差（図４のｔ）を種々変え
て、ＭＥＡのガスケットにかかるシール面圧およびシー
ル反力を求めるシュミレーションテストを実施した。上
記のＭＥＡにおいては、厚み３０μｍの高分子電解質膜
の周縁部を挟むフッ素ゴム（furuoroelastomer）製（デ
ュポンダウエラストマジャパン社のVITONＧＢＬ）の
一対ガスケットの自由厚みは各々０．８ｍｍとした。こ
の場合、ＭＥＡのカソードおよびアノードを有する部分
の厚みは、セパレータ板の主面で圧縮された状態におい
て０．５ｍｍとするのが電極とセパレータ板との接触力
が最も適切である。セパレータ板は、カソードおよびア
ノードに接する部分の厚みを３．０ｍｍとし、一方の側
の主面と周縁部との段差を５００μｍまでの範囲で変え
た。

【００３１】以上のようにして、セパレータ板の主面が
ＭＥＡの電極部を前記の０．５ｍｍ厚となるようにする
ために、ガスケットを圧縮したときのシール面圧および
シール反力を測定した。その結果を表１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】この種の高分子電解質型燃料電池におい
て、ガスケットのシール面圧が１ＭＰａ未満であるとガ
スのリークが発生し、一方シール反力が２０Ｎ／ｍｍを
超えるとセルスタックの締結力が極端に増大し、いずれ
も実用性に乏しい。表１のシュミレーションテストの結
果から、セパレータ板の電極と接する主面とこれを囲む
周縁部との段差は８０〜４００μｍが適当であることが
わかる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ガスケッ
トを十分に圧縮してガスリークのないシール効果を発揮
させると共に、電極のガス拡散層部分とセパレータ板と
の十分な接触力を得ることができる。このため電極とセ
パレータ板との間の接触抵抗の低減および薄いガス拡散
層の適用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の燃料電池で用いた導電性セ
パレータ板のカソード側の正面図である。

【図２】同セパレータ板の底面図である。

【図３】同セパレータ板の背面図である。

【図４】同セパレータ板を用いたセルスタックの要部の
断面図である。

【図５】本発明の他の実施例におけるカソード側導電性
セパレータ板の正面図である。

【図６】同セパレータ板の底面図である。

【図７】同セパレータ板の背面図である。

【図８】アノード側導電性セパレータ板の正面図であ
る。

【図９】同セパレータ板の背面図である。

【図１０】さらに他の実施例における導電性セパレータ
板の一部の断面図である。

【図１１】他の実施例における膜電極接合体の要部の断
面図である。

【符号の説明】

１０セパレータ板１２酸化剤用マニホールド孔１３燃料ガス用マニホールド孔１４冷却水用マニホールド孔１６ａ１６ｃ主面１７ａ１７ｃ周縁部１８酸化剤ガスの流路１９燃料ガスの流路２１高分子電解質膜２２カソード２３アノード２５ａ、２５ｃガスケット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小原英夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者長谷伸啓大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者小林晋大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者山崎達人大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者竹口伸介大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC08 CC10 EE05 HH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素イオン伝導性高分子電解質膜および
前記水素イオン伝導性高分子電解質膜を挟むアノード及
びカソードを包含する複数の膜電極接合体、並びに前記
膜電極接合体と交互に積層された複数の導電性セパレー
タ板を含むセルスタックを具備する高分子電解質型燃料
電池のための導電性セパレータ板であって、前記導電性
セパレータ板がカーボン粉末及びバインダーを包含する
成形体からなり、前記導電性セパレータ板のアノードま
たはカソードと接する主面が、その周りを囲む周縁部よ
り一段高くなっており、前記主面にアノードまたはカソ
ードに燃料ガスまたは酸化剤ガスを供給するガス流路を
有する高分子電解質型燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項２】前記導電性セパレータ板が、前記周縁部
に燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却水の各一対のマニホー
ルド孔を有する請求項１記載の高分子電解質型燃料電池
用導電性セパレータ板。
【請求項３】前記導電性セパレータ板が、一方の面に
アノードに接する主面を有し、他方の面にカソードに接
する主面を有し、それぞれの主面にアノードに燃料ガス
を供給するガス流路およびカソードに酸化剤ガスを供給
するガス流路を有し、それぞれの主面がそれらの周りを
囲む周縁部より一段高くなっている請求項１記載の高分
子電解質型燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項４】前記導電性セパレータ板が、一方の面に
アノードに接する主面を有し、前記主面にアノードに燃
料ガスを供給するガス流路を有し、前記主面がその周り
を囲む周縁部より一段高くなっているアノード側導電性
セパレータ板と、一方の面にカソードに接する主面を有
し、その主面にカソードに酸化剤ガスを供給するガス流
路を有し、前記主面がその周りを囲む周縁部より一段高
くなっているカソード側導電性セパレータ板との組み合
わせからなり、アノード側導電性セパレータ板とカソー
ド側導電性セパレータ板とは前記ガス流路を有しない面
が接合され、両者間に冷却水の流路を有する請求項１記
載の高分子電解質型燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項５】前記主面とその周りを囲む周縁部との段
差が８０〜４００μｍである請求項１記載の高分子電解
質型燃料電池用導電性セパレータ板。
【請求項６】複数の導電性セパレータ板および前記導
電性セパレータ板と交互に積層された複数の膜電極接合
体を具備するセルスタック、前記セルスタックの各々は
高分子電解質膜、前記高分子電解質膜を挟むアノードお
よびカソード、並びに前記アノードおよびカソードを囲
み、かつ前記高分子電解質膜の周縁部を挟む一対のガス
ケットを具備し、前記導電性セパレータ板（複数）は、１つの膜電極接合
体を圧力下で挟む少なくとも一対のアノード側導電性セ
パレータ板およびカソード側導電性セパレータ板を含
み、前記アノード側導電性セパレータ板およびカソード側導
電性セパレータ板は、カーボン粉末及びバインダーを包
含する成形体からなり、それぞれ前記アノードおよびカ
ソードと接する主面が、その周りを囲む周縁部より一段
高くなっており、前記主面にアノードおよびカソードに
燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ供給するガス流路
を有し、前記一対のガスケットがそれぞれ前記アノード側導電性
セパレータ板およびカソード側導電性セパレータ板の周
縁部間に圧縮されている高分子電解質型燃料電池。
【請求項７】前記導電性セパレータ板（複数）は、一
方の面にアノードに接する主面を有し、他方の面にカソ
ードに接する主面を有し、それぞれの主面にアノードに
燃料ガスを供給するガス流路およびカソードに酸化剤ガ
スを供給するガス流路を有し、それぞれの主面がそれら
の周りを囲む周縁部より一段高くなっている、単一の板
からなる少なくとも１つのセパレータ板を含む請求項６
記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項８】一方の面にアノードに接する主面を有
し、前記主面にアノードに燃料ガスを供給するガス流路
を有し、前記主面がその周りを囲む周縁部より一段高く
なっているアノード側導電性セパレータ板と、一方の面
にカソードに接する主面を有し、その主面にカソードに
酸化剤ガスを供給するガス流路を有し、前記主面がその
周りを囲む周縁部より一段高くなっているカソード側導
電性セパレータ板との組み合わせからなり、アノード側
導電性セパレータ板とカソード側導電性セパレータ板と
は前記ガス流路を有しない面が接合され、両者間に冷却
水の流路を有する、少なくとも１組の複合セパレータ板
を含む請求項６記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項９】前記少なくとも１つのセパレータ板は、
前記周縁部に燃料ガスおよび酸化剤ガスの各一対のマニ
ホールド孔を有し、前記燃料ガスの流路は前記燃料ガス
のマニホールド孔に連絡し、前記酸化剤ガスの流路は前
記酸化剤ガスのマニホールド孔に連絡している請求項８
記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項１０】前記アノード側導電性セパレータ板お
よびカソード側導電性セパレータ板は、前記周縁部に燃
料ガス、酸化剤ガス、および冷却水の各一対のマニホー
ルド孔を有し、前記燃料ガスの流路は前記燃料ガスのマ
ニホールド孔に連絡し、前記酸化剤ガスの流路は前記酸
化剤ガスのマニホールド孔に連絡し、前記冷却水の流路
は前記冷却水のマニホールド孔に連絡している請求項９
記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項１１】前記各セパレータ板の主面とその周り
を囲む周縁部との段差が８０〜４００μｍである請求項
６記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項１２】前記一対のガスケットは、前記高分子
電解質膜の周縁部に設けられた透孔の部分および前記高
分子電解質膜の端縁を被覆する部分で相互につながって
いる請求項６記載の高分子電解質型燃料電池。