JP2003331905A

JP2003331905A - 高分子電解質型燃料電池

Info

Publication number: JP2003331905A
Application number: JP2002138933A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kobayashi; 晋小林; Kazuhito Hado; 一仁羽藤; Hiroki Kusakabe; 弘樹日下部; Hideo Obara; 英夫小原; Tatsuto Yamazaki; 達人山崎; Nobunori Hase; 伸啓長谷; Shinsuke Takeguchi; 伸介竹口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高分子電解質型燃料電池において、反応ガス
が集電板などの金属に触れない構造をとることにより、
金属イオンによる電解質の劣化を防止することを目的と
する。また、冷却水が金属に触れない構造をとることに
より、冷却水を介したセルの短絡を防止することを目的
とする。【解決手段】燃料電池の反応ガスの入り口側および出
口側が、絶縁板に設けられたマニホールド孔、およびそ
のマニホールド孔に連通して絶縁板の表裏に突出して設
けられた筒部からなり、それらの筒部が端板および集電
板の前記マニホールド孔に対応して設けられた透孔を貫
通し、前記の筒部によって前記端板および集電板が反応
ガスとの接触を遮断されている高分子電解質型燃料電
池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高分子電解質型燃
料電池の構造に関する。さらに詳しくは、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の間に挿
入された電解質膜・電極接合体を具備するセル積層体、
前記セル積層体を集電板および絶縁板を介して挟む一対
の端板、前記端板を締結する締結手段を含む燃料電池に
おける燃料ガスおよび酸化剤ガスの導入部分および排出
部分の構造に関する。本発明は、さらに冷却水の導入部
分および排出部分の構造にも関する。

【０００２】

【従来の技術】高分子電解質型燃料電池は、電解質膜・
電極接合体（ＭＥＡ）のアノード側に燃料ガスを、カソ
ード側に酸化剤ガスをそれぞれ供給し、電解質膜を介し
た化学反応によって水を合成し、これによって生じる反
応エネルギーを電気的に取り出すことを基本原理として
いる。この種の燃料電池の代表的な構造を図６に示す。
ＭＥＡ１０は、高分子電解質膜１１、これを挟むカソー
ド１２およびアノード１３からなり、カソードおよびア
ノードの外周にはそれぞれガスケット１４および１５が
配されている。

【０００３】燃料電池の基本単位は、アノードに燃料ガ
スを供給・排出するガス流路の設けられたアノード側セ
パレータ板とカソードに酸化剤ガスを供給・排出するガ
ス流路の設けられたカソード側セパレータ板によって、
ＭＥＡを挟んだ構造である。積層燃料電池はこの基本単
位を数十から数百段積層したものであって、２〜３セル
に一段の割合で設けられる冷却部を有する。図の燃料電
池は、４種のセパレータ板を用いている。セル積層体１
６の左端に配されたカソード側セパレータ板２２は、酸
化剤ガスの流路３２を有する。セル積層体１６の右端に
配されたアノード側セパレータ板２１は、燃料ガスの流
路３１を有する。ＭＥＡ間に配されたセパレータ板２０
は、カソードに対向する面に酸化剤ガスの流路３４を有
し、アノードに対向する面に燃料ガスの流路３３を有
し、従って、カソード側セパレータ板とアノード側セパ
レータ板を兼ねている。冷却部は、アノード側セパレー
タ板２３とカソード側セパレータ板２４とを組み合わせ
た複合セパレータ板により構成される。カソード側セパ
レータ板２４は、カソードと対向する面に酸化剤ガスの
流路３６を有し、反対側の面に冷却水の流路３８を有す
る。アノード側セパレータ板２３は、アノードと対向す
る面に燃料ガスの流路３５を有し、反対側の面に冷却水
の流路３７を有する。セパレータ板２３と２４を冷却水
の流路側を向き合わせて接合することにより、流路３７
と３８により１つの冷却水の流路が形成される。図では
簡単のため４セルのみ示した。

【０００４】セル積層体１６の両端には、集電板６およ
び絶縁板５を介して端板４が重ね合わされ、これらを貫
通するボルト７０とナット７１により締結され、ワッシ
ャ７３により締結圧がかけられる。この燃料電池では、
端板、絶縁板、集電板、セパレータ板、およびＭＥＡに
設けられた共通の入り口側マニホールド孔から各セパレ
ータ板の各流路に反応ガスまたは冷却水が分配して供給
され、出口側マニホールド孔から排出される。図６で
は、セル積層体１６の酸化剤ガスの入り口側マニホール
ド孔１８ａが示されている。また、一方の端板４に設け
られた酸化剤ガスのマニホールド孔１ａ、このマニホー
ルド孔の縁部に溶接された酸化剤ガスの導入パイプ２ａ
が示されている。パイプ２ａから導入された酸化剤ガス
は、絶縁板および集電板に設けられたマニホールド孔、
およびセル積層体１６の入り口側のマニホールド孔１８
ａから各カソード側セパレータ板のガス流路に流入して
反応に供され、余剰の酸化剤ガスおよび生成物は出口側
のマニホールド孔を経由して他方の端板に設けられたガ
ス排出パイプ２ｂから排出される。同様に、燃料ガス
は、一方の端板４に接合された導入パイプ３ａから入り
口側マニホールド孔、ガス流路、および出口側マニホー
ルド孔を経由して排出パイプ３ｂから排出される。

【０００５】集電板６は、直列に積層されたセル積層体
からの電力を集電して外部に接続するための金属板であ
り、通常はステンレス鋼、銅、真鍮等の材質からなり、
接触抵抗の低減と耐食のために金メッキ等が施される場
合が多い。絶縁板５は、端板４と集電板６を絶縁するた
めに設けられる樹脂製板である。端板４は、締結荷重を
均等に電池に与えるための締結板であり、通常は機械加
工されたステンレス鋼板にガスおよび冷却水を導入、排
出するためのパイプを溶接したものである。また、これ
らの部材同士において水およびガスをシールするため
に、マニホールド孔の外周にはＯリングをはめる溝が設
けられて、Ｏリングでシールを行うのが一般的である。
図６ではＯリング８ａ、８ｂおよび２など８が示されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この種の燃料電池にお
ける問題は、端板と集電板の腐蝕である。すなわち、高
分子電解質型燃料電池においては、反応ガスを加湿して
供給する必要があるために、冷却水のマニホールド孔の
みならず反応ガスのマニホールド孔も常に湿潤な状態に
ある。集電板に関しては、常時電位がかかっているため
に、電気化学的な腐蝕も生じる。この腐蝕によって生じ
る電池への悪影響は、主に以下の２点である。一つは、
各ＭＥＡに供給される湿潤なガスが、端板や集電板より
発生する金属イオンを含むこととなるため、これら金属
イオンがＭＥＡの電解質膜と不可逆的にイオン交換を行
う。その結果、本来電池反応に与るべき電解質が減少
し、電池特性が経時的に劣化することである。もう一つ
は、通常循環使用する冷却水が金属イオンで徐々に汚染
されていくため、冷却水自体の導電度が経時的に上昇
し、冷却水を介した各セルの短絡が起こり、出力が低下
することである。すなわち、電池の金属部材の腐蝕は、
電池寿命を損なう要因となっていた。

【０００７】本発明は、反応ガスが金属に触れない構造
をとることにより、金属イオンによる電解質の劣化を防
止することを目的とする。本発明は、また冷却水が金属
に触れない構造をとることにより、冷却水を介したセル
の短絡を防止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、燃料電池の反
応ガスの入り口側および出口側が、絶縁板に設けられた
マニホールド孔、およびそのマニホールド孔に連通して
絶縁板の表裏に突出して設けられた筒部からなり、それ
らの筒部が端板および集電板の前記マニホールド孔に対
応して設けられた透孔を貫通し、前記の筒部によって前
記端板および集電板が反応ガスとの接触を遮断されてい
る高分子電解質型燃料電池に関する。絶縁板が端板を兼
ねた構成においては、燃料電池の反応ガスの入り口側お
よび出口側が、絶縁板に設けられたマニホールド孔、お
よびそのマニホールド孔に連通して集電板側に突出して
設けられた筒部からなり、その筒部が集電板の前記マニ
ホールド孔に対応して設けられた透孔を貫通し、前記の
筒部によって前記集電板が反応ガスとの接触を遮断され
る。

【０００９】本発明は、さらに燃料電池の冷却水の入り
口側および出口側についても前記反応ガスの場合と同様
に構成した燃料電池に関する。すなわち、絶縁板のマニ
ホールド孔に連通して絶縁板の表裏または集電板側に突
出して設けられた筒部が、端板および集電板の前記マニ
ホールド孔に対応して設けられた透孔、または集電板の
前記マニホールド孔に対応して設けられた透孔、を貫通
し、前記の筒部によって前記端板および集電板または集
電板が冷却水との接触を遮断される。

【００１０】

【発明の実施の形態】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タ板、および前記導電性セパ
レータ板の間に挿入された電解質膜・電極接合体を具備
し、前記電解質膜・電極接合体が高分子電解質膜および
前記高分子電解質膜を挟む一対の電極からなるセル積層
体、前記セル積層体を集電板および絶縁板を介して挟む
一対の端板、前記端板を締結する締結手段、並びに前記
セル積層体に設けられた酸化剤ガスおよび燃料ガス各々
の入り口側マニホールド孔および出口側のマニホールド
孔、および前記導電性セパレータ板に設けられて前記入
り口側マニホールド孔と出口側マニホールド孔を連絡す
るガス流路を含む酸化剤ガスおよび燃料ガスの供給手段
を含み、前記セル積層体の入り口側マニホールド孔につ
ながるガス導入部分および出口側マニホールド孔につな
がるガス排出部分が、それぞれ前記絶縁板に設けられた
マニホールド孔、およびそのマニホールド孔に連通して
絶縁板の表裏に突出して設けられた筒部からなり、それ
らの筒部が前記端板および集電板の前記マニホールド孔
に対応して設けられた透孔を貫通し、前記の筒部によっ
て前記端板および集電板が酸化剤ガスおよび燃料ガスと
の接触を遮断されている。

【００１１】好ましい形態の高分子電解質型燃料電池
は、前記セル積層体の入り口側マニホールド孔の末端部
および出口側マニホールド孔の始端部側の集電板に、前
記各マニホールド孔に対応する部分にマニホールド孔よ
り径の大きい透孔を有し、それらの透孔が集電板に接す
る絶縁板に設けた突起により閉塞されている。

【００１２】他の好ましい形態の高分子電解質型燃料電
池は、前記セル積層体に設けられた冷却水の入り口側マ
ニホールド孔および出口側のマニホールド孔、および前
記特定の導電性セパレータ板に設けられて前記入り口側
マニホールド孔と出口側マニホールド孔を連絡する冷却
水の流路を含む冷却水の供給手段をさらに含み、前記セ
ル積層体の入り口側マニホールド孔につながる冷却水導
入部分および出口側マニホールド孔につながる冷却水排
出部分が、それぞれ前記絶縁板に設けられたマニホール
ド孔、およびそのマニホールド孔に連通して絶縁板の表
裏に突出して設けられた１組の筒部からなり、それらの
筒部が前記端板および集電板の前記マニホールド孔に対
応して設けられた透孔を貫通し、前記の筒部によって前
記端板および集電板が冷却水との接触を遮断されてい
る。他の好ましい実施の形態においては、前記集電板ま
たは端板は、前記絶縁板に一体にモールドされている。

【００１３】本発明は、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の間に挿入された電解質膜
・電極接合体を具備し、前記電解質膜・電極接合体が高
分子電解質膜および前記高分子電解質膜を挟む一対の電
極からなるセル積層体、前記セル積層体を集電板を介し
て挟む一対の電気絶縁性の端板、前記端板を締結する締
結手段、並びに前記セル積層体に設けられた酸化剤ガス
および燃料ガス各々の入り口側マニホールド孔および出
口側のマニホールド孔、および前記導電性セパレータ板
に設けられて前記入り口側マニホールド孔と出口側マニ
ホールド孔を連絡するガス流路を含む酸化剤ガスおよび
燃料ガスの供給手段を含み、前記セル積層体の入り口側
マニホールド孔につながるガス導入部分および出口側マ
ニホールド孔につながるガス排出部分が、それぞれ前記
端板に設けられたマニホールド孔、およびそのマニホー
ルド孔に連通して前記端板の外側および集電板側に突出
して設けられた１組の筒部からなり、集電板側に突出し
た筒部が前記集電板の前記マニホールド孔に対応して設
けられた透孔を貫通し、その筒部によって前記集電板が
酸化剤ガスおよび燃料ガスとの接触を遮断されている高
分子電解質型燃料電池を提供する。

【００１４】好ましい形態の高分子電解質型燃料電池
は、前記セル積層体の入り口側マニホールド孔の末端部
および出口側マニホールド孔の始端部側の集電板に、前
記各マニホールド孔に対応する部分にマニホールド孔よ
り径の大きい透孔を有し、それらの透孔が集電板に接す
る端板に設けた突起により閉塞されている。

【００１５】他の好ましい形態の高分子電解質型燃料電
池は、前記セル積層体に設けられた冷却水の入り口側マ
ニホールド孔および出口側のマニホールド孔、および前
記特定の導電性セパレータ板に設けられて前記入り口側
マニホールド孔と出口側マニホールド孔を連絡する冷却
水の流路を含む冷却水の供給手段をさらに含み、前記セ
ル積層体の入り口側マニホールド孔につながる冷却水導
入部分および出口側マニホールド孔につながる冷却水排
出部分が、それぞれ前記端板に設けられたマニホールド
孔、およびそのマニホールド孔に連通して端板の外側お
よび集電板側に突出して設けられた１組の筒部からな
り、集電板側に突出した筒部が前記集電板の前記マニホ
ールド孔に対応して設けられた透孔を貫通し、その筒部
によって前記集電板が冷却水との接触を遮断されてい
る。他の好ましい実施の形態においては、前記集電板が
前記端板に一体にモールドされている。以下に、図面を
参照して本発明による高分子電解質型燃料電池の構造を
詳しく説明する。

【００１６】《実施の形態１》本実施の形態の燃料電池
を図１および図２に示す。カソード側セパレータ板２２
からアノード側セパレータ板２１までのセル積層体１６
の構成は、図６のそれと全く同じである。本実施の形態
では、集電板、絶縁板および端板の構成が図６と異な
る。セル積層体１６の左端のセパレータ板２２に接する
集電板６０ａは、酸化剤ガスの入り口側マニホールド孔
１８ａに対応する部分に、マニホールド孔よりも径の大
きい透孔６４ａを有する。左側の端板４０ａは、酸化剤
ガスの入り口側マニホールド孔に対応する部分に、マニ
ホールド孔より若干径の大きい透孔４２ａを有する。左
側の絶縁板５０ａは、酸化剤ガスの入り口側マニホール
ド孔５１ａに連通して端板側に伸びる筒部５２ａおよび
孔５１ａに連通して集電板側に伸びる筒部５４ａを有す
る。そして、筒部５２ａは、端板４０ａの透孔４２ａを
貫通して外側に伸び、酸化剤ガスの導入パイプとして働
く。筒部５４ａは、集電板６０ａの透孔６４ａを貫通
し、前記の導入パイプをセル積層体１６のマニホールド
孔１８ａに接続する役割をする。

【００１７】一方、セル積層体１６の右端に接する集電
板６０ｂは、酸化剤ガスの入り口側マニホールド孔１８
ａに対応する部分に、マニホールド孔より径の大きい透
孔６４ｂを有する。そして、この透孔６４ｂには、絶縁
板５０ｂに一体に設けられた突部５４ｂが嵌合してい
る。筒部５４ａの端面には、溝が設けられ、その溝にＯ
リング５８ａが填められている。また、突部５４ｂの端
面には、溝が設けられ、その溝にＯリング５８ｂが填め
られている。集電板６０ａは正極端子６８ａを有し、集
電板６０ｂは負極端子６８ｂを有する。

【００１８】以上から明らかなように、筒部５２ａから
導入される酸化剤ガスは、絶縁板のマニホールド孔５１
ａおよび筒部５４ａを経由してセル積層体１６のマニホ
ールド孔１８ａへ供給される。この際ガスは、金属製の
端板４０ａ並びに集電板６０ａおよび集電板６０ｂには
一切接触しない。一方、セル積層体の酸化剤ガスの出口
側マニホールド孔は、絶縁板５０ｂに前記の筒部５４ａ
および筒部５２ａと同様に設けられた筒部（図示しな
い）および筒部５２ｂと連通している。また、酸化剤ガ
スの出口側マニホールド孔の始端部側においては、集電
板６０ｂの透孔６４ｂに絶縁板５０ｂの突部５４ｂが嵌
合しているのと同様に、集電板６０ａの透孔に絶縁板の
５０ａの突部が嵌合している。従って、酸化剤ガスの出
口側においても、ガスは金属製の端板４０ｂおよび集電
板６０ｂには一切接触しない構造となっている。

【００１９】本実施の形態において、セル積層体１６の
酸化剤ガスの入り口側マニホールド孔１６ａの末端部で
は、集電板６０ｂに、孔１８ａに対応する部分に孔１８
ａより径の大きい透孔６４ｂを設けている。そして、透
孔６４ｂが集電板６０ｂに接する絶縁板５０ｂに設けた
突起５４ｂにより閉塞している。絶縁板５０ｂに設けら
れた酸化剤ガスの排出パイプとして働く筒部５２ｂに連
なるセル積層体１６の出口側マニホールド孔の始端部に
おいては、集電板６０ａに設けた透孔を絶縁板５０ａに
設けた突部で閉塞する構成となっている。

【００２０】この燃料電池では、左側に燃料ガスを導入
する筒部５３ａを有し、右側に排出用の筒部５３ｂを有
している。これらの筒部５３ａおよび５３ｂは、それぞ
れ絶縁板５０ａおよび５０ｂに設けられたもので、燃料
ガスが端板および集電板に接触しないようにするための
構造は、酸化剤ガスについて述べた構造と同様である。
また、端板４０ａ側に冷却水の導入用筒部５５ａが、端
板４０ｂ側に冷却水の排出用筒部５５ｂが設けられてい
る。これらの部分において、冷却水が端板および集電板
に接触しないようにするための構造もまた酸化剤ガスに
ついて述べたものと同様である。上記絶縁板は射出成形
法により容易に成形可能である。

【００２１】《実施の形態２》本実施の形態の燃料電池
を図３に示す。セパレータ板２２からセパレータ板２１
までのセル積層体１６の構成は、図６と同じである。本
実施の形態では、端板を樹脂で構成し、絶縁板をも兼ね
ている。端板８０ａは、酸化剤ガスのマニホールド孔８
１ａに連通する筒部８２ａおよび８４ａを有する。集電
板６０ａは、実施の形態１と同様の構造で、透孔６４ａ
を有する。この透孔６４ａに端板８０ａの筒部８４ａが
嵌合している。酸化剤ガスの入り口側マニホールド孔に
対応する集電板６０ｂの透孔６４ｂには、端板８０ｂの
突部８４ｂが嵌合している。従って、酸化剤ガスの入り
口側においては、酸化剤ガスは金属製集電板に接触しな
い。酸化剤ガスの出口側においても、前記と同様の構造
によりガスは集電板に接触しない。

【００２２】本実施の形態において、セル積層体１６の
酸化剤ガスの入り口側マニホールド孔１６ａの末端部で
は、集電板６０ｂに、孔１８ａに対応する部分に孔１８
ａより径の大きい透孔６４ｂを設け、透孔６４ｂが集電
板６０ｂに接する端板８０ｂに設けた突起８４ｂにより
閉塞している。同様に、端板８０ｂに設けられた酸化剤
ガスの排出パイプとして働く筒部８２ｂに連なるセル積
層体１６の出口側マニホールド孔の始端部においては、
集電板６０ａに設けた透孔を絶縁板８０ａに設けた突部
で閉塞する構成となっている。

【００２３】図示の例では、端板８０ａに燃料ガスの入
り口側の筒部８３ａが、端板８０ｂに酸化剤ガスの出口
側の筒部８２ｂおよび燃料ガスの出口側の筒部８３ｂが
それぞれ設けられている。図示しないが、端板８０ａ側
に冷却水の導入用筒部が、端板８０ｂ側に冷却水の排出
用筒部がそれぞれ設けられていることは実施の形態１と
同様である。燃料ガスおよび冷却水の出入り口において
ガスおよび冷却水が集電板に接触しないようにするため
の構造は、酸化剤ガスの場合と同様であり、このことは
当業者には容易に理解できるであろう。上記端板は射出
成形法により容易に成形可能である。

【００２４】《実施の形態３》本実施の形態の燃料電池
を図４に示す。本実施の形態では、実施の形態２と同様
に、端板を樹脂製とし、インサート成形によって集電板
を一体に結合している。集電板９８ａおよび９８ｂは、
酸化剤ガスの入り口側のマニホールド孔と対応する部分
に、マニホールド孔より径の大きい段付きの透孔９９ａ
および９９ｂを有する。一方、端板９０ａは、セル積層
体１６のマニホールド孔１８ａと連通するマニホールド
孔９１ａを有し、孔９１ａに連通して外側に伸びる筒部
９２ａ、および内側に伸びて集電板９８ａの透孔９９ａ
の壁面を被覆する筒部９４ａを有する。また、集電板９
８ｂの透孔９９ｂの部分は、端板９０ｂと一体の突部９
４ｂで埋められている。従って、酸化剤ガスの入り口側
においては、酸化剤ガスは金属製集電板に接触しない。
酸化剤ガスの出口側においても、前記と同様の構造によ
りガスは集電板に接触しない。

【００２５】図示の例では、端板９０ａに燃料ガスの入
り口側の筒部９３ａが、端板９０ｂに酸化剤ガスの出口
側の筒部９２ｂおよび燃料ガスの出口側の筒部９３ｂが
それぞれ設けられている。端板９０ａ側に冷却水の導入
用筒部が、端板９０ｂ側に冷却水の排出用筒部がそれぞ
れ設けられていることは実施の形態１と同様である。燃
料ガスおよび冷却水の出入り口においてガスおよび冷却
水が集電板に接触しないようにするための構造は、酸化
剤ガスの場合と同様であり、このことは当業者には容易
に理解できるであろう。

【００２６】図５は、図４の変形例を示す。上の実施の
形態においては、一方の端板側に、酸化剤ガスの入り口
を上部に、燃料ガスおよび冷却水の入り口を下部にそれ
ぞれ設け、他方の端板側に、酸化剤ガスの出口を下部
に、燃料ガスおよび冷却水の入り口を上部に設けてい
る。図５では、酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却水の三
者の入り口を一方の端板側の上部または下部にまとめて
設けている。すなわち、樹脂製端板９０ｃは、集電板９
８ｃをインサート成形しており、酸化剤ガスのマニホー
ルド孔９１ｃに連通する筒部９２ｃ、燃料ガスのマニホ
ールドに連通する筒部９３ｃおよび冷却水のマニホール
ド孔に連通する筒部９４ｃを有する。この構造により、
集電板はガスおよび冷却水には接触しない。上記端板は
射出成形法により容易に成形可能である。

【００２７】

【実施例】《実施例１》ポリプロピレン（ＢＣ０６Ｃ
日本ポリケム（株）製）を成形材料として、射出成形法
により酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却水の導入用筒部
とＯリングを嵌合する溝を有する成形絶縁板を形成し
た。これを用いて図２に示す構造の４セル積層燃料電池
を製作した。端板はステンレス鋼ＳＵＳ３０４ブロック
を機械加工したもの、集電板は快削黄銅板を機械加工
し、これに０．５μｍ厚の金メッキを施したもの、セパ
レータ板はグラッシーカーボン（東海カーボン（株）
製）を機械加工したものをそれぞれ用いた。ＭＥＡはプ
ライメアアセンブリー品（ジャパンゴアテックス
（株）製）の外周にＥＰＤＭガスケット（タイガースポ
リマー（株）製）を配置したものを使用した。

【００２８】比較例として、図６に示した４セル積層電
池を製作した。これは、端板がステンレス鋼ＳＵＳ３０
４ブロックを機械加工したものに、配管用のステンレス
鋼ＳＵＳ３０４パイプを溶接したものであること、およ
び絶縁板が変性ＰＰＥ(商品名ノリルＧＥ社製)に機械
加工を施したものであること以外は、上記と同様の仕様
である。

【００２９】実施例および比較例の電池をセル温度７５
℃に保持し、アノードに露点が７０℃となるように加温
・加湿した純水素ガスを、カソードに露点が７０℃とな
るように加温・加湿した空気をそれぞれ供給し、燃料利
用率８０％、空気利用率４０％、電流密度０．３Ａ／ｃ
ｍ²の運転条件で寿命試験を行った。その結果を図７に
示す。図７より明らかなように、実施例においては、比
較例に比して寿命の改善が認められた。

【００３０】また、上記４セルのスタックを各５台作っ
て、上記運転条件で規定時間（２０００、４０００、６
０００、８０００、１００００時間）運転した後、分解
してＭＥＡを取り出し、ガス拡散電極を剥離して、触媒
層付き電解質膜を露出させた。この電解質膜の規定サイ
ズを王水で溶解した後、希硝酸に希釈してイオンクロマ
トグラフィーにかけ、電解質膜の重金属イオン交換度
（白金およびルテニウムのピークを除外して計算）を測
定し、図８の結果を得た。図８より明らかなように、実
施例では従来例に比して電解質膜の重金属汚染が小さ
く、上記の寿命の評価結果と相関があることが推定され
る。

【００３１】《実施例２》実施例１と同様の手法を用い
て、図３に示す構造の絶縁端板を製作した。成形材料に
はポリフェニレンサルファイド（ＤＩＣ−ＰＰＳ−ＧＦ
３０大日本インキ（株）製）を用いた。この絶縁端板
を用いた場合の効果は実施例１と同様であった。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、反応ガス
が集電板などの金属に触れない構造をとることにより、
金属イオンによる電解質の劣化を防止することができ
る。また、冷却水が金属に触れない構造をとることによ
り、冷却水を介したセルの短絡を防止することができ
る。これによって長寿命の高分子電解質型燃料電池を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の燃料電池の側面図であ
る。

【図２】同燃料電池の一部を断面にした正面図である。

【図３】本発明の実施の形態２の燃料電池の一部を断面
にした正面図である。

【図４】本発明の実施の形態３の燃料電池の一部を断面
にした正面図である。

【図５】本発明の他の実施の形態の燃料電池の端板の一
部を断面にした斜視図である。

【図６】従来の燃料電池の一部を断面にした正面図であ
る。

【図７】本発明の実施例による燃料電池と比較例の燃料
電池の寿命特性を示すグラフである。

【図８】本発明の実施例による燃料電池と比較例の燃料
電池の電解質膜の重金属イオンの置換度を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１０ＭＥＡ１１高分子電解質膜１２カソード１３アノード１６セル積層体１８ａ酸化剤ガスの入り口側マニホールド孔２０、２１、２２、２３、２４セパレータ板４０ａ、４０ｂ端板４２ａ、６４ａ、６４ｂ透孔５０ａ、５０ｂ絶縁板５２ａ、５４ａ酸化剤ガスを通す筒部５３ａ、５３ｂ燃料ガスを通す筒部５４ｂ突部５５ａ、５５ｂ冷却水を通す筒部６０ａ、６０ｂ集電板７０締結ボルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者日下部弘樹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 CC08 CX09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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の間に挿入された電解質膜・電極接
合体を具備し、前記電解質膜・電極接合体が高分子電解
質膜および前記高分子電解質膜を挟む一対の電極からな
るセル積層体、前記セル積層体を集電板および絶縁板を介して挟む一対
の端板、前記端板を締結する締結手段、並びに前記セル積層体に
設けられた酸化剤ガスおよび燃料ガス各々の入り口側マ
ニホールド孔および出口側のマニホールド孔、および前
記導電性セパレータ板に設けられて前記入り口側マニホ
ールド孔と出口側マニホールド孔を連絡するガス流路を
含む酸化剤ガスおよび燃料ガスの供給手段を含み、前記
セル積層体の入り口側マニホールド孔につながるガス導
入部分および出口側マニホールド孔につながるガス排出
部分が、それぞれ前記絶縁板に設けられたマニホールド
孔、およびそのマニホールド孔に連通して絶縁板の表裏
に突出して設けられた１組の筒部からなり、それらの筒
部が前記端板および集電板の前記マニホールド孔に対応
して設けられた透孔を貫通し、前記の筒部によって前記
端板および集電板が酸化剤ガスおよび燃料ガスとの接触
を遮断されている高分子電解質型燃料電池。
【請求項２】前記セル積層体の入り口側マニホールド
孔の末端部および出口側マニホールド孔の始端部側の集
電板に、前記各マニホールド孔に対応する部分にマニホ
ールド孔より径の大きい透孔を有し、それらの透孔が集
電板に接する絶縁板に設けた突起により閉塞されている
請求項１記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項３】前記セル積層体に設けられた冷却水の入
り口側マニホールド孔および出口側のマニホールド孔、
および前記特定の導電性セパレータ板に設けられて前記
入り口側マニホールド孔と出口側マニホールド孔を連絡
する冷却水の流路を含む冷却水の供給手段をさらに含
み、前記セル積層体の入り口側マニホールド孔につなが
る冷却水導入部分および出口側マニホールド孔につなが
る冷却水排出部分が、それぞれ前記絶縁板に設けられた
マニホールド孔、およびそのマニホールド孔に連通して
絶縁板の表裏に突出して設けられた１組の筒部からな
り、それらの筒部が前記端板および集電板の前記マニホ
ールド孔に対応して設けられた透孔を貫通し、前記の筒
部によって前記端板および集電板が冷却水との接触を遮
断されている請求項１記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項４】前記集電板または端板が前記絶縁板に一
体にモールドされている請求項１または３記載の高分子
電解質型燃料電池。
【請求項５】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の間に挿入された電解質膜・電極接
合体を具備し、前記電解質膜・電極接合体が高分子電解
質膜および前記高分子電解質膜を挟む一対の電極からな
るセル積層体、前記セル積層体を集電板を介して挟む一対の電気絶縁性
の端板、前記端板を締結する締結手段、並びに前記セル積層体に
設けられた酸化剤ガスおよび燃料ガス各々の入り口側マ
ニホールド孔および出口側のマニホールド孔、および前
記導電性セパレータ板に設けられて前記入り口側マニホ
ールド孔と出口側マニホールド孔を連絡するガス流路を
含む酸化剤ガスおよび燃料ガスの供給手段を含み、前記
セル積層体の入り口側マニホールド孔につながるガス導
入部分および出口側マニホールド孔につながるガス排出
部分が、それぞれ前記端板に設けられたマニホールド
孔、およびそのマニホールド孔に連通して前記端板の外
側および集電板側に突出して設けられた１組の筒部から
なり、集電板側に突出した筒部が前記集電板の前記マニ
ホールド孔に対応して設けられた透孔を貫通し、その筒
部によって前記集電板が酸化剤ガスおよび燃料ガスとの
接触を遮断されている高分子電解質型燃料電池。
【請求項６】前記セル積層体の入り口側マニホールド
孔の末端部および出口側マニホールド孔の始端部側の集
電板に、前記各マニホールド孔に対応する部分にマニホ
ールド孔より径の大きい透孔を有し、それらの透孔が集
電板に接する端板に設けた突起により閉塞されている請
求項５記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項７】前記セル積層体に設けられた冷却水の入
り口側マニホールド孔および出口側のマニホールド孔、
および前記特定の導電性セパレータ板に設けられて前記
入り口側マニホールド孔と出口側マニホールド孔を連絡
する冷却水の流路を含む冷却水の供給手段をさらに含
み、前記セル積層体の入り口側マニホールド孔につなが
る冷却水導入部分および出口側マニホールド孔につなが
る冷却水排出部分が、それぞれ前記端板に設けられたマ
ニホールド孔、およびそのマニホールド孔に連通して端
板の外側および集電板側に突出して設けられた１組の筒
部からなり、集電板側に突出した筒部が前記集電板の前
記マニホールド孔に対応して設けられた透孔を貫通し、
その筒部によって前記集電板が冷却水との接触を遮断さ
れている請求項５記載の高分子電解質型燃料電池。
【請求項８】前記集電板が前記端板に一体にモールド
されている請求項５または７記載の高分子電解質型燃料
電池。