JP2004146145A - 固体高分子電解質形燃料電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電解質膜1を電極2、3により狭持することにより構成したMEA4を、板状部材に、MEA4と対峙する面に酸化剤ガス流路66Aを成形することにより構成したカソード側セパレータ板52と、MEA1に対峙する面に燃料ガス流路66Bを備えたアノード側セパレータ板51と、で狭持する。このように構成したセルを複数積層したスタック10を備える。このように構成したカソード側セパレータ板52と、隣接するセルのアノード側セパレータ板51との間に形成された隙間に、発電反応に伴う熱を除去するための冷媒を流通させる。
【選択図】 図3
Description
【産業上の利用分野】
本発明は、固体高分子電解質形燃料電池に関する。特に、固体高分子電解質形燃料電池内の冷媒流路の形状に関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池は、反応ガスである水素含有ガス等の燃料ガスと空気等の酸化剤ガスを電気化学的に反応させることにより、燃料の持つ化学エネルギを直接電気エネルギに変換する装置である。燃料電池は電解質の違いなどにより様々なタイプのものに分類されるが、この一つとして、電解質に固体高分子電解質を用いる固体高分子電解質形燃料電池が知られている。
【0003】
固体高分子電解質形燃料電池における電極反応は以下のようになる。
【0004】
【化式】
燃料極 : 2H2 → 4H+ + 4e− ・・・(1)
酸化剤極: 4H+ + 4e− + O2 → 2H2O ・・・(2)
燃料極には燃料ガスが供給され、式(1)の反応が進行してプロトンが生成される。プロトンは、水和状態で電解質、ここでは固体高分子電解質内を移動して酸化剤極に至る。酸化剤極では、このプロトンと供給された酸化剤ガス中の酸素により式(2)の反応が進行する。式(1)、(2)の反応が各極で進行することで、燃料電池では起電力を生じることになる。
【0005】
このように固体高分子電解質形燃料電池は、分子中にプロトン交換基を有する高分子樹脂膜を飽和に含水させるとプロトン伝導性電解質として機能することを利用した燃料電池である。これは比較的低温で作動し、効率のよい発電を行うことができるため、電気自動車搭載用を始めとして各種の用途が見込まれている。
【0006】
固体高分子電解質形燃料電池スタックは、固体高分子電解質膜の両面にガス拡散電極をホットプレス等の手段により接合してなる膜電極接合体と、カーボンや金属製のガスセパレータを積層した構造を有する。ガスセパレータとしては、炭素材は非常によく用いられるが、切削加工により構成されるためコストが高く、また、スタックの容量が大きくなるという問題があった。
【0007】
そこで従来の固体高分子電解質燃料電池においては、セパレータ板と燃料電池セルとの間に反応ガス流路を形成するとともに、セパレータ板と中間板との間に冷却水流路を設けている。ここで、中間板は、反応ガス流路と冷却水流路を備えたセパレータ板と、反応ガス流路を備えたセパレータ板との間に配置される隔壁である。このように構成することで、冷却水流路を構成するための部材を必要とせずに、燃料電池の小型化や軽量化を図っている(例えば、特許文献1参照)。
【0008】
【特許文献1】
特開2000−228207号公報
【0009】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、従来の固体高分子電解質形燃料電池においても、セパレータ板のほかに隔壁の役割を担う中間板が必要となり、燃料電池の大型化や重量化が懸念されている。そのため、同様の出力を得ようとすると、やはり燃料電池自体の大型化を招いてしまう。
【0010】
本発明は、上記の問題を鑑みて、冷媒流路を構成するための補助的な部品を使用することなく、小型化された固体高分子電解質燃料電池を提供することを目的とする。
【0011】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、反応ガスの電気化学反応により起電力を生じる固体高分子電解質形燃料電池に関する。電解質膜を電極により狭持することにより構成した膜電極接合体を、板状部材の前記膜電極接合体と対峙する面に第1反応ガス流路を成形することにより構成した第1セパレータと、前記膜電極接合体に対峙する面に第2反応ガス流路を備えた第2セパレータと、で狭持することにより構成したセルを複数積層したスタックを備える。前記第1セパレータと、前記第2セパレータとの間に形成された隙間に、発電反応に伴う熱を除去するための冷媒を流通させる。
【0012】
【作用及び効果】
第1セパレータと、第2のセパレータとの間に形成された隙間に、発電反応に伴う熱を除去するための冷媒を流通させる。これにより、補助的な部品を用いずに冷媒の流路を確保できるので、燃料電池の小型化、底コスト化を行うことができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
第1の実施形態に用いる燃料電池の概略構成を図1に示す。ここで用いる燃料電池は、固体高分子電解質形燃料電池であり、図1には固体高分子電解質形燃料電池スタック(以下、スタック)10の一部分を示す。
【0014】
固体高分子電解質膜(以下、電解質膜)1を、燃料極2、酸化剤極3で狭持することにより膜電極接合体(MEA)4を構成する。電解質膜1としては、フッ素系樹脂等の固体高分子材料によりプロトン伝導性の膜を用いる。各電極2、3はガス拡散層と触媒層とから構成し、触媒が存在する面が電解質膜1と対峙するように配置する。触媒層は、個別に形成してもよいし、ガス拡散層に触媒を充填させたり、ガス拡散層のセル面に塗布したりすることにより形成してもよい。ここでは、各電極2、3を白金または白金とその他の金属とからなる触媒を含有するカーボンクロス、またはカーボンペーパから構成した触媒層と、多孔質のガス拡散層と、から構成する。
【0015】
このようなMEA4とセパレータ5とを、交互に積層することによりスタック10を構成する。ここで、セパレータ5、MEA4間の隔壁の役割を担うと共に、各MEAに燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水を供給する流路を備える。後述するようにセパレータ5は、アノード側セパレータ板51とカソード側セパレータ板52により構成されている。つまり、MEA4をアノード側セパレータ板51板とカソード側セパレータ板52により狭持しりことにより単位セルを形成し、このようなセルを複数積層することによりスタック10を構成する。このとき、アノード側セパレータ板51と隣接するセルのカソード側セパレータ52とが接合されて、セパレータ5が形成される。
【0016】
また、セパレータ5の外縁部に沿ったシーリング領域6により、燃料極2に供給される水素を含有した燃料ガスや、酸化剤極3に供給される酸素を含有した空気等の酸化剤ガス、さらに各種冷却水をシールする。ここでは、セパレータ5と電解質膜1に狭持され、且つ、セパレータ5の外縁部に沿ってシール材を配置することによりシーリング領域6を構成する。
【0017】
次に、セパレータ5の構成を説明する。ここでは、金属製の薄板を用いて製造したセパレータについて説明するが、これに限らず、例えばカーボン材料等であっても流路形状を実現できる素材については活用することができる。また、セパレータ5はプレス加工により成形する。
【0018】
セパレータ5を、燃料極2に隣接するアノード側セパレータ板51と、酸化剤極3に隣接するカソード側セパレータ板52と、から構成する。図2にカソード側セパレータ板52のセル面の概略構成を示す。ただし、図2(a)を反応ガスの流路、ここでは酸化剤ガスの流路を形成した面とし、図2(b)をその裏面に当たる冷却水の流路を形成した面とする。
【0019】
カソード側セパレータ板52には、酸化剤ガスマニホールド61、燃料ガスマニホールド62、冷却水ガスマニホールド63、ガス分配流路64、ガス回収流路65、酸化剤ガス流路66Aを備える。
【0020】
酸化剤ガス流路66Aは、カソード側セパレータ板52のセル面中央付近に構成し、ここで発電反応を生じる。酸化剤ガス流路66Aは、カソード側セパレータ板52に、酸化剤極3に向かって開放された凹溝を成形することにより構成する。凹溝の断面が矩形状または台形状となるように成形する。酸化剤ガス流路66Aを供給側ガス流路66Aaと排出側ガス流路66Abとから構成する。供給側ガス流路66Aaの一端は、後述するようにガス分配流路64に連通する。排出側ガス流路66Abの一端は、後述するようにガス回収流路65に連通する。供給側ガス流路66Aaと排出側ガス流路66Abとは、互いに非連通とする。
【0021】
供給側ガス流路66Aa、排出側ガス流路66Abは、それぞれ一方向に伸びる複数の流路を平行に配置することにより構成する。供給側ガス流路66Aaと排出側ガス流路66Abとを交互に配置する。このように構成することで、後述するように、供給側ガス流路66Aaに供給された全ての酸化剤ガスが酸化剤極3に供給され、反応に用いられなかった酸化剤ガスは排出側ガス流路66Abに排出される。
【0022】
酸化剤ガス流路66Aの外周側には、スタック10の積層方向に連通する酸化剤ガスマニホールド61、燃料ガスマニホールド62、冷却水マニホールド63を備える。このとき、各マニホールド61、62、63は、それぞれ供給用のマニホールド(61a、62a、63a)と排出用のマニホールド(61b、62b、63b)により構成する。
【0023】
供給用酸化剤ガスマニホールド61aにガス分配流路64を接続させる。ガス分配流路64は、セル面の供給側ガス流路66Aaの一端に沿って形成された流路であり、供給用ガスマニホールド61aから供給された酸化剤ガスを供給側ガス流路66Aaに分配する。また、排出用酸化剤ガスマニホールド61bにガス回収流路65を接続させる。ガス回収流路65は、セル面の排出側ガス流路66Abの一端に沿って形成された流路であり、排出側ガス流路66Abから排出された酸化剤ガスを排出側酸化剤ガスマニホールド61bに回収する。
【0024】
ここで、ガス分配流路64、ガス回収流路65、酸化剤ガス流路66Aを、酸化剤極3に接触する平面70に対する凹溝により構成する。ここではプレス加工により凹溝を形成する。このとき、それぞれの酸化剤ガス流路66Aを構成する凹溝の深さが同じとなるように構成する。
【0025】
また、ガスマニホールド61、62も平面70に対する凹溝により構成し、その溝の底面の少なくとも一部に後述する連通孔67を形成する。それぞれのガスマニホールド61、62を構成する凹溝の深さが同じとなるように構成する。ここでは、マニホールド61、62を構成する凹溝の深さと、酸化剤ガス流路66Aを構成する凹溝の深さを同じとなるように構成する。なお、ここではガス分配流路64、ガス回収流路65を酸化剤ガス流路66Aと同じ深さの凹溝により構成するが、この深さは供給する反応ガスの流量等により設定することができる。例えば、ガス分配流路64、ガス回収流路65を構成する凹溝の深さが酸化剤ガス流路66Aを構成する凹溝の深さより浅くなるように構成してもよい。
【0026】
また、カソード側セパレータ板52の外縁には最外周縁部72を備える。最外周縁部72のすぐ内周側には外周縁部71を備える。外周縁部71を、平面70から凹溝の深さ方向に折り曲げられた部分とする。つまり、外周縁部71は略積層方向に構成された面となる。これにより、最外周縁部72は、外周縁部71の分だけ平面70より深さ方向に突出して形成される。ここで、各流路64、65、66Aを構成する凹溝の底面と、最外周縁部72の積層方向の位置が同じになるように構成する。
【0027】
このように形成したカソード側セパレータ板52を、図2(a)と反対の面、つまり、冷却水流路21を形成した面から見た図を図2(b)に示す。ここでは、ガス分配流路64、ガス回収流路65、酸化剤ガス流路66A、最外周縁部72が、平面70に対して凹方向(図面から手前に向かってくる方向)に突出した構成とする。これにより、平面70に対して凹方向に突出していない領域を冷却水流路21とし、冷却水ガスマニホールド63から供給される冷却水の流路を形成する。ここでは、冷却水流路21を供給側冷却水マニホールド63aから排出側冷却水マニホールド63bにかけて連通した領域により構成する。特に、酸化剤ガス流路66Aの供給側ガス流路66Aaと排出側ガス流路66Abとを非連通とする。これにより、冷却水流路21を、供給側冷却水マニホールド63aから供給された冷却水を、酸化剤ガス流路66A間に沿って流通させ、排出側冷却水マニホールド63bに回収する流路とすることができる。
【0028】
このような形状のカソード側セパレータ板52を用いてスタック10を構成する場合のセパレータ5およびMEA4の断面(図2のA−A断面)を図3に示す。また、セパレータ5の外観を図6に示す。
【0029】
本実施形態では、アノード側セパレータ板51として、カソード側セパレータ板52と同様に成形したセパレータを用いる。アノード側セパレータ板51とカソード側セパレータ板52とを、冷却水流路21を形成した面(図2(b)面)が対峙するように積層する。
【0030】
ただし、アノード側セパレータ板51に形成したガス分配流路64は供給側燃料ガスマニホールド62aに接続し、ガス回収流路65は排出側燃料ガスマニホールド62bに連通する。また、酸化剤ガス流路66Aと対峙する部分に燃料ガス流路66Bを形成する。ただし、酸化剤ガス流路66A内の酸化剤ガスの流れ方向と、燃料ガス流路66B内の燃料ガスの流れ方向とが、逆方向となるように構成する。これにより、カソード側セパレータ板52に構成したガス分配流路64とアノード側セパレータ板51に構成したガス回収流路65とが対峙し、カソード側セパレータ板52に構成したガス回収流路65とアノード側セパレータ板51に構成したガス分配流路64とが対峙する。
【0031】
ここでは、カソード側セパレータ板52の最外周縁部72と酸化剤ガス流路66Aの底面との積層方向の位置を同じとし、また、アノード側セパレータ板51の最外周縁部72と燃料ガス流路66Bとの積層方向の位置を同じとした。これにより、スタック10を形成する際には、アノード側セパレータ板51、カソード側セパレータ板52は、最外周縁部72、反応ガス流路66の底面で接触する。
【0032】
このように構成することで、カソード側セパレータ板52の酸化剤極3方向に開いた凹溝は酸化剤ガス流路66Aとなる。また、アノード側セパレータ板51の燃料極2方向に開いた凹溝は燃料ガス流路66Bとなる。さらに、カソード側セパレータ板52の酸化剤極3方向に開いていない溝と、アノード側セパレータ板51の燃料極2方向に開いていない溝とにより形成される閉じた空間は、冷却水流路21となる。
【0033】
また、図2のB−B断面を図4に示す。ここでは、B−B断面は、供給側燃料ガスマニホールド62a、ガス回収マニホールド64、排出側酸化剤ガスマニホールド61bの断面である。
【0034】
供給側燃料ガスマニホールド62aから供給された燃料ガスは、アノード側セパレータ板51に形成したガス分配流路64を介して燃料ガス流路66Bに分配される。また、酸化剤ガス流路66Aから回収される酸化剤ガスは、カソード側セパレータ板52に形成したガス回収流路65を介して排出側酸化剤ガスマニホールド61bに回収される。
【0035】
このとき、カソード側およびアノード側の供給側燃料ガスマニホールド62aを構成するそれぞれの凹溝の底面を、積層方向に同じ位置に形成する。つまり、カソード側セパレータ板52とアノード側セパレータ板51を積層した際に、供給側燃料ガスマニホールド62aを構成する凹溝の底面が接触するように構成する。また、この底面の対峙する部分に積層方向に貫通する連通孔67を設け、燃料ガスを積層方向に流通可能な構成とする。
【0036】
ここでは供給側燃料ガスマニホールド62aに関して説明したが、酸化剤ガスマニホールド61、排出側燃料ガスマニホールド62bに関しても同様の構成とする。つまり、ガスマニホールド61、62を構成する溝の底面で、カソード側セパレータ板52とアノード側セパレータ板51とが接触するように構成する。また、底面に積層方向に連通する連通孔67を形成し、燃料ガスおよび酸化剤ガスを積層方向に流通可能とする。
【0037】
なお、ここでは、ガスマニホールド61、62を構成する凹溝の底面の積層方向の位置を、最外周縁部72と同じとしたが、図5に示すようにこの限りではない。これは、セパレータ板51、52を形成するための金属製の板を加工した後の安定性を考慮して、適宜最適な形状が選択される。
【0038】
ここで、スタック10をMEA4およびセパレータ5を多数積層して形成する場合、冷却水流路21を有するセパレータ5は、隣接するセパレータ板51、52同士を接合した状態でバイポーラ極として作用するため、常に電気的に導通する必要がある。接合面での抵抗を極力小さくするためには、隣接するセパレータ板51、52の接触面積をできるだけ大きくとることが望ましい。さらに、10セル以上を積層してスタック10を構成する場合、スタック10を安定した状態に保つためには、所定の面圧でセル間が圧接していることが望まれる。積層方向に面圧がかかるため、その圧接する力をセル間に伝達するためにも、隣接するセパレータ板51、52は互いの底部面で常に接触していることが必要となる。
【0039】
本実施形態では、上述したように構成することで、冷却水流路21を構成するセパレータ板51、52は、反応ガス流路66、ガスマニホールド61、62、および最外周縁部72で接合される。また、ここではガス分配流路64と、これに対峙するガス回収流路65が接合される。これにより、セパレータ5内の電気抵抗を小さくするとともに、圧力の伝達性、積層方向の耐久性を向上することができる。
【0040】
なお、セパレータ板51、52は、金属平板をプレス加工することにより形成する。ただし、平板のプレス加工により得られる成形品のそり、歪みを制御するために、マニホールド61、62、63と外周縁部71との間に形成された平面部70aと、最外周縁部72は形状維持に必要な大きさを確保する必要がある。しかし、これらは発電に寄与しないため、形状維持と性能とのバランスをとったサイズが選択される。
【0041】
各接触部の接合方法としては、溶接、導電性接着剤による接着などが選択される。また、金属材料の種類の制限が生じるが、攪拌摩擦接合も可能である。
【0042】
次に本実施形態における効果を説明する。
【0043】
電解質膜1を電極2、3により狭持することにより構成したMEA4を、板状部材のMEA4と対峙する面に第1反応ガス流路を成形することにより構成した第1セパレータと、MEA1に対峙する面に第2反応ガス流路を備えた第2セパレータと、で狭持する。このように構成したセルを複数積層したスタック10を備える。なお、本実施形態では第1セパレータはカソード側セパレータ板52、第1反応ガス流路は酸化剤ガス流路66A、第2セパレータではアノード側セパレータ板51、第2反応ガス流路は燃料ガス流路66Bに相当する。このように構成した第1セパレータと、隣接するセルの第2のセパレータとの間に形成された隙間に、発電反応に伴う熱を除去するための冷媒を流通させる。
【0044】
このように構成することで、カソード側セパレータ板52の酸化剤極3と対峙する面と反対の面において、酸化剤ガス流路66Aを構成する凹凸により形成される領域を冷却水流路21として使用することができる。このとき、冷却水流路21を構成するために補助部材を必要としないので、スタック10の小型化および底コスト化を図ることができる。
【0045】
また、酸化剤ガス流路66Aを、カソード側セパレータ52の一部を断面が矩形または台形の複数の溝に成形することにより構成し、カソード側セパレータ板52の外周に沿って、溝の深さ方向に折り返した最外周縁部72を備える。カソード側セパレータ板52と、隣接するセルのアノード側セパレータ板51を積層する際に、少なくとも酸化剤ガス流路66Aの底面と最外周縁部72とを、アノード側セパレータ板51に接合する。このように、カソード側セパレータ板52とアノード側セパレータ52間に接触する領域を形成することで、積層方向の接合強度を高めることができる。また接触面性を広くすることができるので積層方向の電気抵抗を減らし発電効率を向上することができる。
【0046】
反応ガスを各セルに分配するマニホールドの一部として、カソード側セパレータ板52の一部に、酸化剤ガス流路66Aを構成する溝と同じ深さ方向を持つ複数の凹部領域(マニホールド61、62を構成する溝に相当)を形成し、凹部領域の底面に連通孔67を構成する。アノード側セパレータ板51板と、隣接するセルのカソード側セパレータ板52とを積層する際に、凹部領域の底面とアノード側セパレータ板51を接合する。また、カソード側セパレータ板52と隣接するセルのアノ−ド側セパレータ板51との間で、連通孔67を介して反応ガスを流通させることにより各セルに反応ガスを分配するマニホールド61、62を構成する。このように構成することで、板状部材に積層方向に反応ガスを流通するマニホールド61、62の一部を構成することができる。このとき、マニホールド61、62の成形を、プレス加工等により行うことができるので、低コストでマニホールド61、62を成形することができる。
【0047】
また、カソード側セパレータ板52のMEA4に対峙する面と反対の面に、冷媒を供給する、セル積層方向に伸びた供給側冷却水マニホールド63aと、カソード側セパレータ板52のMEA4に対峙する面と反対の面から冷媒を回収する、セル積層方向に伸びた排出側冷却水マニホールド63bと、を備える。カソード側セパレータ板52を、MEA4に対峙する面と反対の面で、供給側冷却水マニホールド63aから供給された冷却水が、酸化剤ガス流路66A付近を介して排出側冷却水マニホールド63bに回収されるように成形する。これにより、発電面付近に冷却水を流通させることができるので、効率的な冷却を行う冷却水流路21を構成することができる。
【0048】
酸化剤ガス流路66Aを、複数の供給側ガス流路66Aaと、排出側ガス流路66Abとから構成し、供給側ガス流路66Aaと排出側ガス流路66Abを交互に配置するとともに、それらを非連通に構成する。これにより、カソード側セパレータ板52の酸化剤ガス流路66Aを形成した面と反対側の面の、酸化剤ガス流路66Aに沿った流路に冷媒を流通させることができる。この流路は、供給側冷却水マニホールド63aと排出側冷却水マニホールド63bに連通するので、冷却水の流通を確保できるとともに、反応ガス流路66に沿って形成されるので、効率のよい冷却を行うことができる。
【0049】
さらに、第1セパレータをカソード側セパレータとし、前記第1反応ガス流路に酸化剤ガスを流通させる。反応ガスの供給側と排出側のマニホールドとが連通していない酸化剤ガス流路66Aを酸化剤極3側に形成することで、流路壁によって行き先をふさがれた反応ガスは強制的に多孔質材料で構成される酸化剤極3のガス拡散電極層を通り抜ける。このため、発電反応によって生成する水による酸化剤ガス流路66Aの閉塞を防止することができる。この流路は、電解質膜1の近傍へ反応ガスを強制的に送り込むことができるため、電解質膜1内に保有される水を持ち出しやすいため、発電によって水を生成する酸化剤ガス供給側に配置することが好ましい。
【0050】
アノード側セパレータ板51を、板状部材に、MEA4と対峙する面に、隣接するカソード側セパレータ板52の酸化剤ガス流路66Aに積層方向に重なるように燃料ガス流路66Bを成形する。カソード側セパレータ板52とアノード側セパレータ板51とを積層する際に、酸化剤ガス流路66Aの底面と、燃料ガス流路66Bの底面を接合する。このように構成することで、冷却水流路21の容積を十分にとることができるとともに、スタック10をコンパクト化することができる。また、十分な接触面積を確保することができるので、電気伝導性や耐久性を維持することができる。
【0051】
カソード側セパレータ板52を、金属製薄板をプレス加工することにより成形する。また、本実施形態では、アノード側セパレータ板51もプレス加工により形成する。これにより、低コストでセパレータ板51、52を成形することができる。また、セパレータ板51、52の構成部材として薄板を用いることができる。ここではプレス加工により形成しているが、折り曲げ等により成形しても良い。
【0052】
反応ガス流路66の裏側に冷却水流路21を構成したセパレータ板51、52を用いることで、冷却水流路21セル毎に確保することができるので、効果的な除熱を行うことが可能となる。さらに、燃料電池の組立において、セパレータ板51、52の一部でマニホールド61、62、63を構成するので、マニホールドを構成する部材を必要としないため、燃料電池自体の小型化や軽量化に寄与することができる。また、本実施形態のセパレータは比較的容易に作成できるため、燃料電池の低コスト化に大きく貢献できる。
【0053】
次に、第2実施形態について説明する。ここで用いるセパレータ板51、52の概略を図7に示す。
【0054】
第1実施形態と基本的なセパレータ形状は違わないが、セパレータ板51、52の外周部に、さらにMEA4側に向かって折り返しを形成し、MEA4とセパレータ5の接触面の外周部にシーリング領域6となる溝を形成する。
【0055】
このように形成することで、各流路から、燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水が漏れるのを確実に防ぐことができる。
【0056】
なお、本実施の形態で説明したセパレータ形状は、少なくともカソード側セパレータ板52に使用すればよい。カソード側セパレータ板52に対して、従来のアノード側セパレータ板、例えば、燃料極2に対峙する面に燃料ガス流路が形成されており、カソード側セパレータ板52に対峙する面を平面により構成したセパレータ板を用いても良い。
【0057】
このように、本発明は上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲以内で、様々な変更が為し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態における燃料電池の概略構成図である。
【図2】第1の実施形態におけるセパレータ平面構造の概略図である。
【図3】第1の実施形態におけるセルの断面の概略図である。
【図4】第1の実施形態におけるガスマニホールドの断面の概略図である。
【図5】第1の実施形態におけるガスマニホールドの断面の例の概略図である。
【図6】第1の実施形態におけるセパレータの外観図である。
【図7】第2の実施形態におけるセパレータの外観図である。
【符号の説明】
1 電解質膜
2 燃料極(電極)
3 酸化剤極(電極)
4 膜電極接合体(MEA)
21 冷却水流路(冷媒の流通領域)
51 アノード側セパレータ板(第2セパレータ)
52 カソード側セパレータ板(第1セパレータ)
61 酸化剤ガスマニホールド
62 燃料ガスマニホールド
63 冷却水ガスマニホールド
66A 酸化剤ガス流路(第1反応ガス流路)
66B 燃料ガス流路(第2反応ガス流路)
67 連通孔(貫通孔)
72 最外周縁部(外周部)
Claims (8)
- 反応ガスの電気化学反応により起電力を生じる固体高分子電解質形燃料電池において、
電解質膜を電極により狭持することにより構成した膜電極接合体を、
板状部材の前記膜電極接合体と対峙する面に第1反応ガス流路を成形することにより構成した第1セパレータと、
前記膜電極接合体に対峙する面に第2反応ガス流路を備えた第2セパレータと、で狭持することにより構成したセルを複数積層したスタックを備え、
前記第1セパレータと、隣接するセルの前記第2セパレータとの間に形成された隙間に、発電反応に伴う熱を除去するための冷媒を流通させることを特徴とする固体高分子電解質形燃料電池。 - 前記第1反応ガス流路を、前記第1セパレータの一部を断面が矩形または台形の複数の溝に成形することにより構成し、
前記第1セパレータの外周に沿って、前記溝の深さ方向に折り返した外周部を備え、
前記第1セパレータと、隣接するセルの前記第2セパレータを積層する際に、少なくとも前記溝の底面と前記外周部とを、前記第2セパレータに接合する請求項1に記載の固体高分子電解質形燃料電池。 - 少なくとも反応ガスを各セルに分配するマニホールドの一部として、前記第1セパレータの一部に、前記溝と同じの深さ方向を持つ凹部領域を成形し、
前記凹部領域の底面を貫通する貫通孔を備え、
前記第1セパレータと、隣接するセルの第2セパレータとを積層する際に、前記凹部領域の底面と第2セパレータとを接合するとともに、
第1セパレータと隣接するセルの第2セパレータとの間で、前記貫通孔を介して少なくとも反応ガスを流通させることにより各セルに反応ガスを分配する請求項2に記載の固体高分子電解質形燃料電池。 - 前記第1セパレータの前記膜電極接合体に対峙する面と反対の面に、冷媒を供給する、セル積層方向に伸びた冷媒供給流路と、
前記第1セパレータの前記膜電極接合体に対峙する面と反対の面から冷媒を回収する、セル積層方向に伸びた冷媒排出流路と、を備え、
前記第1セパレータを、前記膜電極接合体に対峙する面と反対の面で、前記冷媒供給流路から供給された冷媒が、前記反応ガス流路付近を介して前記冷媒排出流路に回収されるように成形した請求項1に記載の固体高分子電解質形燃料電池。 - 前記第1反応ガス流路を、複数の供給側反応ガス流路と排出側反応ガス流路とから構成し、
前記供給側反応ガス流路と前記排出側反応ガス流路を交互に配置するとともに、それらを非連通に構成することで、前記第1セパレータの前記第1反応ガス流路を形成した面と反対側の面の、前記第1反応ガス流路に沿った流路に冷媒を流通させる請求項1に記載の固体高分子電解質形燃料電池。 - 前記第1セパレータをカソード側セパレータとし、前記第1反応ガス流路に酸化剤ガスを流通させる請求項5に記載の固体高分子電解質形燃料電池。
- 前記第2セパレータを、板状部材の前記膜電極接合体と対峙する面に、隣接する前記第1セパレータの前記第1反応ガス流路と積層方向に重なるように第2反応ガス流路を成形することにより構成し、
前記第1セパレータと隣接するセルの前記第2セパレータとを積層する際に、前記第1反応ガス流路の底面と、前記第2反応ガス流路の底面を接合する請求項1に記載の固体高分子電解質形燃料電池。 - 前記第1セパレータは、金属製薄板をプレス加工することにより成形する請求項1に記載の固体高分子電解質形燃料電池。
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Cited By (7)
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---|---|---|---|---|
JP2008103102A (ja) * | 2006-10-17 | 2008-05-01 | Kurimoto Ltd | セパレータ、およびそれを用いた固体高分子型燃料電池 |
JP2009037759A (ja) * | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池 |
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