JP3830609B2 - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子型燃料電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池は、一般的に、水素イオン導電性の固体高分子電解質膜の両側に白金触媒を担持した電極を接合し、かつ厚み方向に所定間隔隔てて複数並設された単位電池と、該単位電池間を仕切り、かつ該電極と対面して反応ガスの通路を画成する集電性を有するセパレータとを積層した構造を有する(例えば、特開平8−50903号公報)。固体高分子型燃料電池では、単位電池の電極を適正温度に保つと共に電極の温度分布を均一とし、発電効率を向上させるため、所定の数の単位電池毎に該単位電池に代えて導電性のスペーサが配設され、スペーサとセパレータとの間に冷却媒体が流通される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の固体高分子型燃料電池では、単位電池を挟んで向き合うセパレータの外周部間が反応ガスの漏れを防止するためのシール部材によりシールされ、スペーサを挟んで向き合うセパレータの外周部間が冷却媒体の漏れを防止するためのシール部材によりシールされている。該固体高分子型燃料電池では、スペーサを挟んで向き合うセパレータの間での電子の導通が良好に行われる必要があるが、従来より反応ガス漏れ防止用のシール部材と冷却媒体漏れ防止用のシール部材とには同一の絶縁性シール部材が使用されているため、スペーサを挟んで向き合うセパレータ間での電子の導通は、セパレータとスペーサとの接触部を介してのみ行われる。この際、該接触部には接触抵抗が存在し、スペーサには導電抵抗が存在するため、該セパレータ間の電子の導通が妨げられ、固体高分子型燃料電池の出力電圧が低下するという問題点がある。
そこで、本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、スペーサの使用に伴う出力電圧低下の少ない固体高分子型燃料電池を提供することを課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固体高分子電解質膜の両側に電極を接合し、かつ厚み方向に所定間隔隔てて複数並設された単位電池と、
該単位電池間を仕切り、かつ該電極と対面して反応ガスの通路を画成する集電性を有するセパレータと、
所定数の単位電池毎に該単位電池に代えて配設され、かつ該セパレータと対面して冷却媒体の通路を画成する導電性を有するスペーサと、
該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部間に介設された導電性部材により形成されたシール部材とを備えた固体高分子型燃料電池において、
該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部の外径寸法を該スペーサの外径寸法より大きく形成した該セパレータの外周部間に、該導電性部材により形成されたシール部材を介設することで、該セパレータの外周部間を電気的に接続することを特徴とする。
本発明は、固体高分子電解質膜の両側に電極を接合し、かつ厚み方向に所定間隔隔てて複数並設された単位電池と、
該単位電池間を仕切り、かつ該電極と対面して反応ガスの通路を画成する集電性を有するセパレータと、
所定数の単位電池毎に該単位電池に代えて配設され、かつ該セパレータと対面して冷却媒体の通路を画成する導電性を有するスペーサと、
該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部間に介設された絶縁性シール部材とを備えた固体高分子型燃料電池において、
該絶縁性シール部材の一部に代えて、導電性部材により形成された接続部材を使用し、該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部の外径寸法を該スペーサの外径寸法より大きく形成した該セパレータの外周部間において、該導電性部材により形成された接続部材を介設して該セパレータの外周部間を電気的に接続すると共に、該絶縁性シール部材を介設して該セパレータの外周部間のシール性を確保することを特徴とする。
【0005】
スペーサを挟んで向かい合うセパレータの外周部間に導電性部材により形成されたシール部材又は接続部材を介設すると、電子が該シール部材又は接続部材内を導通するため、スペーサを挟んで向かい合うセパレータの間の電子の導通が良好となり、固体高分子型燃料電池の出力電圧の低下が抑制される。
【0006】
【発明の実施の形態】
セパレータ及びスペーサは、導電性を有する必要があるため、例えば、金属、カーボンにより形成される。
単位電池に代えて配設されるスペーサは、例えば、単位電池とスペーサとが交互に積層するように配設されてもよく、単位電池2つ毎又は単位電池3つ毎に配設されてもよい。
導電性部材としては、導電性ゴム、導電性ペースト、導電性樹脂、導電性セラミック等を用いることができる。
該導電性部材は、スペーサを挟んで向かい合うセパレータ間をシールするシール部材として使用することができ、その場合、該導電性部材として導電性ゴムを用いることが望ましく、特に、耐腐食性を向上する観点からカーボンブラックが配合された導電性ゴムを用いることが望ましい。
【0007】
【実施例】
本発明の第1実施例の固体高分子型燃料電池1を図1に基づいて説明する。
固体高分子型燃料電池1は、高分子電解質膜2a、3aの両側に正電極2b、3bと負電極2c、3cとが接合された単位電池2、3と、金属製のスペーサ4と、セパレータ5、6、7とから形成されている。単位電池2と単位電池3とは厚み方向(図中左右方向)に所定の間隔を隔てて交互に複数並設され、単位電池2の正電極2bと単位電池3の負電極3cとの間に単位電池に代えてスペーサ4が配設され、単位電池2の正電極2bとスペーサ4との間にセパレータ5が介設され、スペーサ4と単位電池3の負電極3cとの間にセパレータ6が介設され、単位電池3の正電極3bと単位電池2の負電極2cとの間にセパレータ7が介設されている。
【0008】
単位電池2、3の高分子電解質膜2a、3aの外径寸法は、電極2b、2c、3b、3cの外径寸法より大きく形成され、スペーサ4の外径寸法は、電極2b、2c、3b、3cの外径寸法と同一に形成されている。
セパレータ5、6、7は、凹凸状の内周部5a、6a、7aとフランジ状の外周部5b、6b、7bとから形成されている。
【0009】
セパレータ5の内周部5aの一方の面5cが単位電池2の正電極2bと対面して接触し、セパレータ5と正電極2bとの間に酸素含有ガスを流通する酸素含有ガス通路8が形成され、内周部5aの他方の面5dがスペーサ4と対面して接触し、セパレータ5とスペーサ4との間に冷却媒体が流通する冷却媒体通路9が形成されている。セパレータ6の内周部6aの一方の面6cがスペーサ4と対面して接触し、セパレータ6とスペーサ4との間に冷却媒体通路9が形成され、内周部6aの他方の面6dが単位電池3の負電極3cと対面して接触し、セパレータ6と不電極3cとの間に水素含有ガスを流通する水素含有ガス通路10が形成されている。セパレータ7の内周部7aの一方の面7cが単位電池3の正電極3bと対面して接触し、セパレータ7と正電極3bとの間に酸素含有ガス通路8が形成され、内周部7aの他方の面7dが単位電池2の負電極2cと対面して接触し、セパレータ7と負電極2cとの間に水素含有ガス通路10が形成されている。
【0010】
セパレータ5、6、7の外周部5b、6b、7bの外径寸法は高分子電解質膜2a、3aの外径寸法より大きく形成されている。また、セパレータ5、6、7の外周部5b、6b、7bの外径寸法はスペーサ4の外径寸法より大きく形成されている。
セパレータ6の外周部6bとセパレータ7の外周部7bとの間、及びセパレータ5の外周部5bとセパレータ7の外周部7bとの間には、絶縁性のガスシール部材11a、11bが介設され、ガスシール部材11aとガスシール部材11bとの間に高分子電解質膜2a、3aの外縁部2d、3dが挟持されているので、酸素含有ガス通路8と外部空間12との間及び水素含有ガス通路10と外部空間12との間のシール性が確保され、かつ酸素含有ガス通路8と水素含有ガス通路10との間のシール性が確保されている。また、セパレータ5の外周部5bとセパレータ6の外周部6bとの間には、体積低効率が10−1〜10−2Ωcmの導電性部材により形成された冷却媒体シール部材13が介設されているので、冷却媒体通路9と外部空間12との間のシール性が確保されている。
【0011】
水素含有ガス供給口(図示せず)から水素含有ガス通路10に水素含有ガスが供給され、酸素含有ガス供給口(図示せず)から酸素含有ガス通路8に酸素含有ガスが供給されると、単位電池2、3内において電気化学反応が起こり、正電極2b、3bと負電極2c、3cとの間に電位差が生じる。そのため、単位電池2を挟んで互いに向き合うセパレータ5、7の間にも両電極2b、2cの間に生じた電位差と同じ大きさの電位差が生じ、単位電池3を挟んで互いに向き合うセパレータ7、6の間にも両電極3b、3cの間に生じた電位差と同じ大きさの電位差が生じる。また、セパレータ6とセパレータ5との間では、単位電池3の負電極3cに生じた電子がセパレータ6からスペーサ4又は冷却媒体シール部材13を経てセパレータ5に移動する。この際、セパレータ6とセパレータ5との間には、セパレータ6からスペーサ4を経てセパレータ5に電子が導通する際の抵抗R1と、セパレータ6から冷却媒体シール部材13を経てセパレータ5に電子が導通する際の抵抗R2とが存在するため、セパレータ6からセパレータ5に電子が導通する際の抵抗Rは、1/R=1/R1+1/R2となる。従って、抵抗Rは抵抗R1、R2のいずれよりも小さくなり、セパレータ6からセパレータ5への電子の導通が良好に行われる。
【0012】
次に、第2実施例の固体高分子型燃料電池20を図2に示す。
第2実施例の固体高分子型燃料電池20は、第1実施例の固体高分子型燃料電池1の導電性の冷却媒体シール部材13に代えて、絶縁性部材により形成された冷却媒体シール部材21と、導電性部材により形成され、かつセパレータ5、6間を電気的に接続する接続部材22とがセパレータ5、6間に介設されている点を除いては、第1実施例の固体高分子型燃料電池1と同じ構造を有している。
第2実施例の固体高分子型燃料電池20においても、負電極3cに発生した電子は、セパレータ6からスペーサ4又は接続部材22を経てセパレータ5に移動するため、セパレータ6からセパレータ5への電子の導通が良好に行われる。
【0013】
【発明の効果】
本発明によれば、スペーサを挟んで向かい合うセパレータの外周部間に導電性部材により形成されたシール部材又は接続部材を介設したので、スペーサを挟んで向かい合うセパレータ間を電子が導通する際の抵抗が小さくなり、該セパレータ間の電圧降下が小さくなるため、固体高分子型燃料電池としての出力電圧が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例である固体高分子型燃料電池の部分断面図である。
【図2】 本発明の第2実施例である固体高分子型燃料電池の部分断面図である。
【符号の説明】
4 スペーサ
5 セパレータ
5b 外周部
6 セパレータ
6b 外周部
13 冷却媒体シール部材
22 接続部材
Claims (2)
- 固体高分子電解質膜の両側に電極を接合し、かつ厚み方向に所定間隔隔てて複数並設された単位電池と、
該単位電池間を仕切り、かつ該電極と対面して反応ガスの通路を画成する集電性を有するセパレータと、
所定数の単位電池毎に該単位電池に代えて配設され、かつ該セパレータと対面して冷却媒体の通路を画成する導電性を有するスペーサと、
該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部間に介設された導電性部材により形成されたシール部材とを備えた固体高分子型燃料電池において、
該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部の外径寸法を該スペーサの外径寸法より大きく形成した該セパレータの外周部間に、該導電性部材により形成されたシール部材を介設することで、該セパレータの外周部間を電気的に接続することを特徴とする固体高分子型燃料電池。 - 固体高分子電解質膜の両側に電極を接合し、かつ厚み方向に所定間隔隔てて複数並設された単位電池と、
該単位電池間を仕切り、かつ該電極と対面して反応ガスの通路を画成する集電性を有するセパレータと、
所定数の単位電池毎に該単位電池に代えて配設され、かつ該セパレータと対面して冷却媒体の通路を画成する導電性を有するスペーサと、
該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部間に介設された絶縁性シール部材とを備えた固体高分子型燃料電池において、
該絶縁性シール部材の一部に代えて、導電性部材により形成された接続部材を使用し、該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部の外径寸法を該スペーサの外径寸法より大きく形成した該セパレータの外周部間において、該導電性部材により形成された接続部材を介設して該セパレータの外周部間を電気的に接続すると共に、該絶縁性シール部材を介設して該セパレータの外周部間のシール性を確保することを特徴とする固体高分子型燃料電池。
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