JPH11154523A - 固体高分子電解質型燃料電池の単セルおよびスタック - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池の単セルおよびスタックInfo
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- JPH11154523A JPH11154523A JP9318477A JP31847797A JPH11154523A JP H11154523 A JPH11154523 A JP H11154523A JP 9318477 A JP9318477 A JP 9318477A JP 31847797 A JP31847797 A JP 31847797A JP H11154523 A JPH11154523 A JP H11154523A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体高分子電解質型燃料電池において、燃料
ガスや酸化剤ガスの供給口側では、反応の結果生じる水
に起因する水蒸気の分圧が必ず異なるため、それぞれの
場所に応じた電極ガス透過性が必要となる。 【解決手段】 電解質膜の両面にそれぞれ燃料ガスおよ
び酸化剤ガスを透過させるためのガス透過層と触媒層と
を具えるアノードおよびカソードを配置して構成される
固体高分子電解質型燃料電池の単セルにおいて、前記ア
ノードおよび／またはカソードのガス透過層のガス供給
口側に近い部分が、ガス排出口側に近い部分よりも、小
さい透過度を有することを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池の単セルの提供。
ガスや酸化剤ガスの供給口側では、反応の結果生じる水
に起因する水蒸気の分圧が必ず異なるため、それぞれの
場所に応じた電極ガス透過性が必要となる。 【解決手段】 電解質膜の両面にそれぞれ燃料ガスおよ
び酸化剤ガスを透過させるためのガス透過層と触媒層と
を具えるアノードおよびカソードを配置して構成される
固体高分子電解質型燃料電池の単セルにおいて、前記ア
ノードおよび／またはカソードのガス透過層のガス供給
口側に近い部分が、ガス排出口側に近い部分よりも、小
さい透過度を有することを特徴とする固体高分子電解質
型燃料電池の単セルの提供。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子電解
質型燃料電池の単セル、および固体高分子電解質型燃料
電池の単セルを複数個積層して構成される固体高分子電
解質型燃料電池のスタックに関するものである。
質型燃料電池の単セル、および固体高分子電解質型燃料
電池の単セルを複数個積層して構成される固体高分子電
解質型燃料電池のスタックに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に固体高分子電解質型燃料電池の最
小発電単位であるセルの構成は図４のように表わされ
る。膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assem
bly)は、電解質膜１の両面に、それぞれ貴金属（主とし
て白金）を含むカソード側触媒層１０およびアノード側
触媒層１１を接合して形成される。ＭＥＡの外側には、
カソード側触媒層１０およびアノード側触媒層１１と対
向して、それぞれカソード側ガス透過層２およびアノー
ド側ガス透過層３が配置される。これによりそれぞれカ
ソード１６およびアノード１７が構成される。これらの
ガス透過層２および３は、それぞれ酸化剤ガスおよび燃
料ガスを通過させると同時に、電流を外部に伝える働き
をする。広義のＭＥＡには、これらのガス透過層２およ
び３を含めることもある。これらをカソード側セパレー
タ１２およびアノード側セパレータ１３で挟むことで単
セルが構成される。このセルを多数積層したものをスタ
ックという。実際の発電システムでは、通常、燃料電池
といえばスタックのことを指している。
小発電単位であるセルの構成は図４のように表わされ
る。膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assem
bly)は、電解質膜１の両面に、それぞれ貴金属（主とし
て白金）を含むカソード側触媒層１０およびアノード側
触媒層１１を接合して形成される。ＭＥＡの外側には、
カソード側触媒層１０およびアノード側触媒層１１と対
向して、それぞれカソード側ガス透過層２およびアノー
ド側ガス透過層３が配置される。これによりそれぞれカ
ソード１６およびアノード１７が構成される。これらの
ガス透過層２および３は、それぞれ酸化剤ガスおよび燃
料ガスを通過させると同時に、電流を外部に伝える働き
をする。広義のＭＥＡには、これらのガス透過層２およ
び３を含めることもある。これらをカソード側セパレー
タ１２およびアノード側セパレータ１３で挟むことで単
セルが構成される。このセルを多数積層したものをスタ
ックという。実際の発電システムでは、通常、燃料電池
といえばスタックのことを指している。
【０００３】電解質膜にはフッ素系の高分子材料が最も
一般的に使用されている。代表的な市販の電解質膜には
デュポンのNafion（登録商標）がある。これらの電解質
膜の特徴は他の高分子電解質と比較してプロトン伝導性
が高いことと、電解質膜が乾燥すると急激にプロトン伝
導性が低下することである。このため固体高分子電解質
型燃料電池では常に電解質膜を適当な含水状態に制御す
ることが求められる。通常は、燃料ガスや酸化剤ガスを
加湿することによって電解質膜の乾燥を防止する。
一般的に使用されている。代表的な市販の電解質膜には
デュポンのNafion（登録商標）がある。これらの電解質
膜の特徴は他の高分子電解質と比較してプロトン伝導性
が高いことと、電解質膜が乾燥すると急激にプロトン伝
導性が低下することである。このため固体高分子電解質
型燃料電池では常に電解質膜を適当な含水状態に制御す
ることが求められる。通常は、燃料ガスや酸化剤ガスを
加湿することによって電解質膜の乾燥を防止する。
【０００４】固体高分子電解質型燃料電池では、発電の
過程で次のような反応が起きる。
過程で次のような反応が起きる。
【０００５】
【化１】 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋ ２ｅ- （アノード） ２Ｈ+ ＋ １／２Ｏ2 ＋ ２ｅ- → Ｈ2 Ｏ
（カソード） Ｈ2 ＋ １／２Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ （全反応） 反応によって生成する水は主にカソード側に出てくる
が、一部は電解質膜を透過してアノード側にも出る。し
たがって、反応によって水素と酸素が消費され、その結
果生じる水の水蒸気が加わるために、燃料ガスや酸化剤
ガスの排出口付近では、常にその供給口付近よりも水蒸
気分圧が高くなる。
（カソード） Ｈ2 ＋ １／２Ｏ2 → Ｈ2 Ｏ （全反応） 反応によって生成する水は主にカソード側に出てくる
が、一部は電解質膜を透過してアノード側にも出る。し
たがって、反応によって水素と酸素が消費され、その結
果生じる水の水蒸気が加わるために、燃料ガスや酸化剤
ガスの排出口付近では、常にその供給口付近よりも水蒸
気分圧が高くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、セルの
電極部を構成するガス透過層は、電極の面内で均一な物
性を有している。前述のように、燃料ガスや酸化剤ガス
の排出口付近では水蒸気分圧が高くなっているので、水
蒸気の凝縮に伴うガスの透過阻害が発生しやすい。また
ガスの拡散透過を防止するために、ガスの供給口付近に
おける水蒸気分圧を低下させた場合には、ガスの供給口
部分の電解質膜が乾燥して電池性能の低下を引き起こ
す、という問題が生じる。
電極部を構成するガス透過層は、電極の面内で均一な物
性を有している。前述のように、燃料ガスや酸化剤ガス
の排出口付近では水蒸気分圧が高くなっているので、水
蒸気の凝縮に伴うガスの透過阻害が発生しやすい。また
ガスの拡散透過を防止するために、ガスの供給口付近に
おける水蒸気分圧を低下させた場合には、ガスの供給口
部分の電解質膜が乾燥して電池性能の低下を引き起こ
す、という問題が生じる。
【０００７】このように、燃料ガスや酸化剤ガスの供給
口付近と排出口付近とでは、反応の結果生じる水に起因
する水蒸気の分圧が必ず異なるため、それぞれの場所に
応じた電極のガス透過性が必要となる。
口付近と排出口付近とでは、反応の結果生じる水に起因
する水蒸気の分圧が必ず異なるため、それぞれの場所に
応じた電極のガス透過性が必要となる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記したような
課題を解決するために提供されるものである。
課題を解決するために提供されるものである。
【０００９】すなわち、本発明の第１の態様は、電解質
膜の両面にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを透過さ
せるためのガス透過層と触媒層とを具えるアノードおよ
びカソードを配置して構成される固体高分子電解質型燃
料電池の単セルにおいて、前記アノードおよび／または
カソードのガス透過層のガス供給口側に近い部分が、ガ
ス排出口側に近い部分よりも、小さい透過度を有するよ
うに構成した固体高分子電解質型燃料電池の単セルであ
る。
膜の両面にそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを透過さ
せるためのガス透過層と触媒層とを具えるアノードおよ
びカソードを配置して構成される固体高分子電解質型燃
料電池の単セルにおいて、前記アノードおよび／または
カソードのガス透過層のガス供給口側に近い部分が、ガ
ス排出口側に近い部分よりも、小さい透過度を有するよ
うに構成した固体高分子電解質型燃料電池の単セルであ
る。
【００１０】本発明の第２の態様は、前述した固体高分
子電解質型燃料電池の単セルにおいて、燃料ガスと酸化
剤ガスとが互いに対向する方向に通流するように構成し
た固体高分子電解質型燃料電池の単セルである。
子電解質型燃料電池の単セルにおいて、燃料ガスと酸化
剤ガスとが互いに対向する方向に通流するように構成し
た固体高分子電解質型燃料電池の単セルである。
【００１１】本発明の第３の態様は、前記に記載の固体
高分子電解質型燃料電池の単セルにおいて、透過度の小
さい方のガス透過層は、気孔率を小さくおよび／または
厚さを大きく、透過度の大きい方のガス透過層は、気孔
率を大きくおよび／または厚さを小さくするように構成
した固体高分子電解質型燃料電池の単セルである。
高分子電解質型燃料電池の単セルにおいて、透過度の小
さい方のガス透過層は、気孔率を小さくおよび／または
厚さを大きく、透過度の大きい方のガス透過層は、気孔
率を大きくおよび／または厚さを小さくするように構成
した固体高分子電解質型燃料電池の単セルである。
【００１２】本発明の第４の態様は、前記に記載の固体
高分子電解質型燃料電池の単セルにおいて、厚さの大き
いガス透過層は、厚さの小さいガス透過層よりも弾性係
数を小さくするように構成した固体高分子電解質型燃料
電池の単セルである。
高分子電解質型燃料電池の単セルにおいて、厚さの大き
いガス透過層は、厚さの小さいガス透過層よりも弾性係
数を小さくするように構成した固体高分子電解質型燃料
電池の単セルである。
【００１３】本発明の第５の態様は、前記の固体高分子
電解質型燃料電池の単セルを複数個積層するように構成
した固体高分子電解質型燃料電池のスタックである。
電解質型燃料電池の単セルを複数個積層するように構成
した固体高分子電解質型燃料電池のスタックである。
【００１４】本発明の第６の態様は、電解質膜の両面に
それぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを透過させるための
ガス透過層と触媒層とを具えるアノードおよびカソード
を配置して構成される固体高分子電解質型燃料電池の単
セルまたは前記単セルを複数個積層して１単位としたセ
ルブロックを、複数個積層して構成される固体高分子電
解質型燃料電池のスタックにおいて、該スタックに供給
される前記燃料ガスおよび／または酸化剤ガスが、前記
スタックを構成する複数の単セルまたは複数のセルブロ
ックを直列に通流し、かつ、前記燃料ガスおよび／また
は酸化剤ガスが最初に通流する単セルまたはセルブロッ
クのガス透過層の透過度を、最後に通流する単セルまた
はセルブロックのガス透過層の透過度よりも小さくする
ように構成した固体高分子電解質型燃料電池のスタック
である。
それぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスを透過させるための
ガス透過層と触媒層とを具えるアノードおよびカソード
を配置して構成される固体高分子電解質型燃料電池の単
セルまたは前記単セルを複数個積層して１単位としたセ
ルブロックを、複数個積層して構成される固体高分子電
解質型燃料電池のスタックにおいて、該スタックに供給
される前記燃料ガスおよび／または酸化剤ガスが、前記
スタックを構成する複数の単セルまたは複数のセルブロ
ックを直列に通流し、かつ、前記燃料ガスおよび／また
は酸化剤ガスが最初に通流する単セルまたはセルブロッ
クのガス透過層の透過度を、最後に通流する単セルまた
はセルブロックのガス透過層の透過度よりも小さくする
ように構成した固体高分子電解質型燃料電池のスタック
である。
【００１５】さらに、本発明の第７〜第９の態様は、前
記に記載の固体高分子電解質型燃料電池のスタックにお
いて、前記第２〜第４の態様と同様の構成を有するよう
した固体高分子電解質型燃料電池のスタックである。
記に記載の固体高分子電解質型燃料電池のスタックにお
いて、前記第２〜第４の態様と同様の構成を有するよう
した固体高分子電解質型燃料電池のスタックである。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明による固体高分子電解質型
燃料電池の単セルにおいて用いられる電解質膜は、フッ
素系イオン交換樹脂膜（パーフルオロカーボンスルホン
酸ポリマー）であり、典型的にはデュポン社製のＮａｆ
ｉｏｎ（登録商標）が用いられる。
燃料電池の単セルにおいて用いられる電解質膜は、フッ
素系イオン交換樹脂膜（パーフルオロカーボンスルホン
酸ポリマー）であり、典型的にはデュポン社製のＮａｆ
ｉｏｎ（登録商標）が用いられる。
【００１７】また、用いられる触媒層としては、貴金属
触媒からなるものであり、典型的には白金触媒、白金担
持触媒が挙げられる。
触媒からなるものであり、典型的には白金触媒、白金担
持触媒が挙げられる。
【００１８】本発明では、アノードおよびカソードにお
いて、触媒層の上に、燃料ガスおよび／または酸化剤ガ
スの供給口側に近い部分と、排出口側に近い部分とで、
ガス透過度が互いに異なる多孔質のガス透過層が設けら
れる。すなわち、燃料ガスや酸化剤ガスの供給口側で
は、低い加湿量でも電極の電解質膜が乾燥しないように
するために、ガス透過膜の透過度を低くして水蒸気の透
過量を低下させる。ガスの排出口側では、生成した水に
よる電解質膜の透過阻害を防止するために、ガス透過層
の透過度を高くする。
いて、触媒層の上に、燃料ガスおよび／または酸化剤ガ
スの供給口側に近い部分と、排出口側に近い部分とで、
ガス透過度が互いに異なる多孔質のガス透過層が設けら
れる。すなわち、燃料ガスや酸化剤ガスの供給口側で
は、低い加湿量でも電極の電解質膜が乾燥しないように
するために、ガス透過膜の透過度を低くして水蒸気の透
過量を低下させる。ガスの排出口側では、生成した水に
よる電解質膜の透過阻害を防止するために、ガス透過層
の透過度を高くする。
【００１９】本発明において、ガス透過層の「ガス透過
度」とは、具体的には、該透過層の厚みおよび気孔率に
より決定される。すなわち、透過層の厚みを大きく、か
つ／または気孔率を小さくすることにより、ガス透過性
は低下し、透過層の厚みを小さく、かつ／または気孔率
を大きくすることにより、ガス透過性は上昇する。ガス
透過層のガス供給口側に近い部分と、ガス排出口側に近
い部分とのガス透過率の差は任意に設定することがで
き、ガス透過層に用いられる材料の厚みおよび／または
気孔率を適宜調整することにより、調整される。
度」とは、具体的には、該透過層の厚みおよび気孔率に
より決定される。すなわち、透過層の厚みを大きく、か
つ／または気孔率を小さくすることにより、ガス透過性
は低下し、透過層の厚みを小さく、かつ／または気孔率
を大きくすることにより、ガス透過性は上昇する。ガス
透過層のガス供給口側に近い部分と、ガス排出口側に近
い部分とのガス透過率の差は任意に設定することがで
き、ガス透過層に用いられる材料の厚みおよび／または
気孔率を適宜調整することにより、調整される。
【００２０】また、本発明のガス透過層は、さらに、ガ
ス供給口側に近い部分が、ガス排出口に近い部分よりも
小さな弾性係数を有する（すなわち、応力に対する歪み
が大きい）ように構成されることが好ましい。
ス供給口側に近い部分が、ガス排出口に近い部分よりも
小さな弾性係数を有する（すなわち、応力に対する歪み
が大きい）ように構成されることが好ましい。
【００２１】このようなガス透過性の差異を実現する多
孔質材料は、ガス供給口側に近い部分とガス排出口側に
近い部分において、上記のような厚みおよび／または気
孔率、あるいは弾性係数の差を実現できる限りにおいて
同一の材料であっても、あるいは異なる材料であっても
よい。例えばカーボンペーパー（東レ社製ＴＧＰＨ−１
２０）などが挙げられる。
孔質材料は、ガス供給口側に近い部分とガス排出口側に
近い部分において、上記のような厚みおよび／または気
孔率、あるいは弾性係数の差を実現できる限りにおいて
同一の材料であっても、あるいは異なる材料であっても
よい。例えばカーボンペーパー（東レ社製ＴＧＰＨ−１
２０）などが挙げられる。
【００２２】このようにして形成されるカソードおよび
アノードは、さらに外側をセパレータにより挟み込まれ
て、単セルを形成する。ここで用いられるセパレータの
材料としては、従来公知のものが使用可能であり、例え
ばカーボングラファイト材などが挙げられる。
アノードは、さらに外側をセパレータにより挟み込まれ
て、単セルを形成する。ここで用いられるセパレータの
材料としては、従来公知のものが使用可能であり、例え
ばカーボングラファイト材などが挙げられる。
【００２３】さらに、本発明では、それぞれ、カソード
および／またはアノードのガス透過層のガス透過性が異
なる固体高分子電解質型燃料電池の単セルを複数個積層
して、スタックを形成する。この場合、スタックに供給
される燃料ガスおよび／または酸化剤ガスの、ガス供給
口側に近い部分に配置される単セルでは、アノードおよ
びカソードのガス透過層は、ガス排出口側に近い部分に
配置される単セルにおいて用いられるガス透過層より
も、ガス透過度を小さくなるようにする。
および／またはアノードのガス透過層のガス透過性が異
なる固体高分子電解質型燃料電池の単セルを複数個積層
して、スタックを形成する。この場合、スタックに供給
される燃料ガスおよび／または酸化剤ガスの、ガス供給
口側に近い部分に配置される単セルでは、アノードおよ
びカソードのガス透過層は、ガス排出口側に近い部分に
配置される単セルにおいて用いられるガス透過層より
も、ガス透過度を小さくなるようにする。
【００２４】以下の実施例により、本発明をさらに詳細
に説明する。
に説明する。
【００２５】（実施例１）本実施例による単セルの構造
を図１に示す。
を図１に示す。
【００２６】本実施例では、カソード（空気極）側のガ
ス透過層のみを、厚さや気孔率の異なる材料で構成し
た。すなわち、酸化剤ガスである空気の供給口に近い部
分では、ガス透過層２の材料としてカーボンペーパーを
用い、厚さを大きく（すなわち、０．４ｍｍ）および気
孔率を小さく（すなわち、６５％）して、ガスの透過性
を低くした。一方、空気の排出口に近い部分では、逆に
ガス透過層２の材料として同じカーボンペーパーではあ
るが、厚さを小さく（すなわち、０．１ｍｍ）および気
孔率を大きく（すなわち、７８％）して、ガスの透過性
を高くした。
ス透過層のみを、厚さや気孔率の異なる材料で構成し
た。すなわち、酸化剤ガスである空気の供給口に近い部
分では、ガス透過層２の材料としてカーボンペーパーを
用い、厚さを大きく（すなわち、０．４ｍｍ）および気
孔率を小さく（すなわち、６５％）して、ガスの透過性
を低くした。一方、空気の排出口に近い部分では、逆に
ガス透過層２の材料として同じカーボンペーパーではあ
るが、厚さを小さく（すなわち、０．１ｍｍ）および気
孔率を大きく（すなわち、７８％）して、ガスの透過性
を高くした。
【００２７】この実施例では、アノード側のガス透過層
３は均一な構造としたが、必要に応じて異なる透過性を
持つ構造にすることもできる。なお、図１には空気流れ
方向１４および燃料ガス流れ方向１５が示してある。
３は均一な構造としたが、必要に応じて異なる透過性を
持つ構造にすることもできる。なお、図１には空気流れ
方向１４および燃料ガス流れ方向１５が示してある。
【００２８】この方法により、ガス供給口に近い側は乾
燥をはじめることなく、また反応により生成した水分の
多い排出口側での水分によるガスの透過阻害はみられな
かった。
燥をはじめることなく、また反応により生成した水分の
多い排出口側での水分によるガスの透過阻害はみられな
かった。
【００２９】（実施例２）図２は、本発明の実施例２に
おける単セルの断面図を示している。
おける単セルの断面図を示している。
【００３０】本実施例では、アノード側もカソード側
も、ガス透過層では、ガス供給口に近い側の部分には比
較的弾性に富んだ厚い材質（高弾性ガス透過層９）とし
てカーボンクロスを、およびガス排出口に近い側の部分
では、比較的弾性に乏しく、かつ気孔率が高く透過性の
大きい材質材料としてカーボンペーパーを用いた。図示
するように、燃料ガスと空気とを対向させて流すことに
より、アノード側とカソード側の低透過性を必要とする
領域（高弾性ガス透過層９を配置した領域）が重なり合
わないようにした。
も、ガス透過層では、ガス供給口に近い側の部分には比
較的弾性に富んだ厚い材質（高弾性ガス透過層９）とし
てカーボンクロスを、およびガス排出口に近い側の部分
では、比較的弾性に乏しく、かつ気孔率が高く透過性の
大きい材質材料としてカーボンペーパーを用いた。図示
するように、燃料ガスと空気とを対向させて流すことに
より、アノード側とカソード側の低透過性を必要とする
領域（高弾性ガス透過層９を配置した領域）が重なり合
わないようにした。
【００３１】このような構成とすることにより、酸化剤
供給口と燃料ガス排出口とが、および、酸化剤排出口と
燃料ガス供給口とが、電解質膜を挟んで対向する位置に
配置されることとなるので、電解質膜乾燥が生じ易いガ
ス供給口同士、水蒸気分圧の高くなるガス排出口同士が
対向して位置する場合に比べ、両電極の乾燥、濡れがよ
りバランスされることとなり好ましい。
供給口と燃料ガス排出口とが、および、酸化剤排出口と
燃料ガス供給口とが、電解質膜を挟んで対向する位置に
配置されることとなるので、電解質膜乾燥が生じ易いガ
ス供給口同士、水蒸気分圧の高くなるガス排出口同士が
対向して位置する場合に比べ、両電極の乾燥、濡れがよ
りバランスされることとなり好ましい。
【００３２】さらに、厚さの厚い方のガス透過層材（す
なわちガス供給口に近い側の部分）として、薄い方のガ
ス透過層材よりも弾性係数の小さいものを用いたので、
小さい締付荷重で厚い方のガス透過層を圧縮でき、両者
のガス透過層の厚さのギャップを解消することができ
る。
なわちガス供給口に近い側の部分）として、薄い方のガ
ス透過層材よりも弾性係数の小さいものを用いたので、
小さい締付荷重で厚い方のガス透過層を圧縮でき、両者
のガス透過層の厚さのギャップを解消することができ
る。
【００３３】（実施例３）図３は本発明の実施例３に係
る構成図で、単セルを複数積層してスタックを構成した
ものである。
る構成図で、単セルを複数積層してスタックを構成した
ものである。
【００３４】ここにおいて、個々のセル８は均一なガス
透過層を有する。セルは２つ以上のグループに分けら
れ、スタックの酸化剤ガス（空気）の供給口６に近いグ
ループから、排出口７に近いグループへと、空気が直列
に通過する。最初に通過するグループに属するセルは、
ガス透過性の小さいガス透過層を有する電極を持ち、最
後に通過するグループに属するセルはガス透過性の大き
いガス透過層を有する電極を有する。なお、このスタッ
ク４においては両側の締め付け板５によって固定され
る。
透過層を有する。セルは２つ以上のグループに分けら
れ、スタックの酸化剤ガス（空気）の供給口６に近いグ
ループから、排出口７に近いグループへと、空気が直列
に通過する。最初に通過するグループに属するセルは、
ガス透過性の小さいガス透過層を有する電極を持ち、最
後に通過するグループに属するセルはガス透過性の大き
いガス透過層を有する電極を有する。なお、このスタッ
ク４においては両側の締め付け板５によって固定され
る。
【００３５】この方法により、前述した実施例１と同様
の結果を得ることができるとともに、さらに本実施例で
は、個々のセルは均一なガス透過層を有するため、上記
実施例１の単セルを積層したスタックと比較して、部品
点数が少なく、かつ組み立て工程数が少なくてすむ、と
いう利点を有する。
の結果を得ることができるとともに、さらに本実施例で
は、個々のセルは均一なガス透過層を有するため、上記
実施例１の単セルを積層したスタックと比較して、部品
点数が少なく、かつ組み立て工程数が少なくてすむ、と
いう利点を有する。
【００３６】
【発明の効果】上記したように、燃料ガスおよび／また
は酸化剤ガスの供給口および／または排出口側で、それ
ぞれの水蒸気分圧に応じたガス透過性を有するガス透過
層を備えた電極を使用することにより、電解質膜の部分
的な乾燥や電極の過剰な濡れによる電池性能の低下を防
止することができる。
は酸化剤ガスの供給口および／または排出口側で、それ
ぞれの水蒸気分圧に応じたガス透過性を有するガス透過
層を備えた電極を使用することにより、電解質膜の部分
的な乾燥や電極の過剰な濡れによる電池性能の低下を防
止することができる。
【００３７】またアノード側とカソード側の反応ガス流
れ方向を対向させることで電解質膜を介した水分の移動
により、電解質の乾燥防止効果を高めることができる。
れ方向を対向させることで電解質膜を介した水分の移動
により、電解質の乾燥防止効果を高めることができる。
【００３８】さらにガス透過性の低い透過層を、厚い弾
力のある材料にすることで、低い締めつけ圧力でも確実
な電気的接触を得ることができる。すなわち、低い圧力
で大きな透過層の変形が起るので、接触面積が増加し、
電気抵抗を低減できるのである。
力のある材料にすることで、低い締めつけ圧力でも確実
な電気的接触を得ることができる。すなわち、低い圧力
で大きな透過層の変形が起るので、接触面積が増加し、
電気抵抗を低減できるのである。
【図１】実施例１の電解質と電極の平面図／断面図であ
る。
る。
【図２】実施例２のセル断面図である。
【図３】実施例３のスタック側面を表わし空気の流れを
示す図である。
示す図である。
【図４】従来技術に一般的なセルの構成を示す図であ
る。
る。
１ 電解質膜 ２ カソード側ガス透過層 ３ アノード側ガス透過層 ４ スタック ５ 締め付け板 ６ スタックの空気供給口 ７ スタックの空気排出口 ８ セル ９ 高弾性ガス透過層 １０ カソード側触媒層 １１ アノード側触媒層 １２ カソード側セパレータ １３ アノード側セパレータ １４ 空気流れ方向 １５ 燃料ガス流れ方向 １６ カソード １７ アノード
Claims (9)
- 【請求項１】 電解質膜の両面にそれぞれ燃料ガスおよ
び酸化剤ガスを透過させるためのガス透過層と触媒層と
を具えるアノードおよびカソードを配置して構成される
固体高分子電解質型燃料電池の単セルにおいて、 前記アノードおよび／またはカソードのガス透過層のガ
ス供給口側に近い部分が、ガス排出口側に近い部分より
も、小さい透過度を有することを特徴とする固体高分子
電解質型燃料電池の単セル。 - 【請求項２】 請求項１に記載の固体高分子電解質型燃
料電池の単セルにおいて、燃料ガスと酸化剤ガスとが互
いに対向する方向に通流することを特徴とする固体高分
子電解質型燃料電池の単セル。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の固体高分子電
解質型燃料電池の単セルにおいて、 透過度の小さい方のガス透過層は、気孔率を小さくおよ
び／または厚さを大きく、透過度の大きい方のガス透過
層は、気孔率を大きくおよび／または厚さを小さくした
ものであることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電
池の単セル。 - 【請求項４】 請求項３記載の固体高分子電解質型燃料
電池の単セルにおいて、 厚さの大きいガス透過層は、厚さの小さいガス透過層よ
りも弾性係数が小さいことを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池の単セル。 - 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の固
体高分子電解質型燃料電池の単セルを複数個積層して構
成することを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池の
スタック。 - 【請求項６】 電解質膜の両面にそれぞれ燃料ガスおよ
び酸化剤ガスを透過させるためのガス透過層と触媒層と
を具えるアノードおよびカソードを配置して構成される
固体高分子電解質型燃料電池の単セルまたは前記単セル
を複数個積層して１単位としたセルブロックを、複数個
積層して構成される固体高分子電解質型燃料電池のスタ
ックにおいて、 該スタックに供給される前記燃料ガスおよび／または酸
化剤ガスが、前記スタックを構成する複数の単セルまた
は複数のセルブロックを直列に通流し、 かつ、前記燃料ガスおよび／または酸化剤ガスが最初に
通流する単セルまたはセルブロックのガス透過層の透過
度が、最後に通流する単セルまたはセルブロックのガス
透過層の透過度よりも小さいことを特徴とする固体高分
子電解質型燃料電池のスタック。 - 【請求項７】 請求項６に記載の固体高分子電解質型燃
料電池のスタックにおいて、燃料ガスと酸化剤ガスとが
互いに対向する方向に通流することを特徴とする固体高
分子電解質型燃料電池のスタック。 - 【請求項８】 請求項６または７に記載の固体高分子電
解質型燃料電池のスタックにおいて、 透過度の小さい方のガス透過層は、気孔率を小さくおよ
び／または厚さを大きく、透過度の大きい方のガス透過
層は気孔率を大きくおよび／または厚さを小さくしたも
のであることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池
のスタック。 - 【請求項９】 請求項８に記載の固体高分子電解質型燃
料電池のスタックにおいて、 厚さの大きいガス透過層は、厚さの小さいガス透過層よ
りも弾性係数が小さいことを特徴とする固体高分子電解
質型燃料電池のスタック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9318477A JPH11154523A (ja) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | 固体高分子電解質型燃料電池の単セルおよびスタック |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9318477A JPH11154523A (ja) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | 固体高分子電解質型燃料電池の単セルおよびスタック |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11154523A true JPH11154523A (ja) | 1999-06-08 |
Family
ID=18099557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9318477A Pending JPH11154523A (ja) | 1997-11-19 | 1997-11-19 | 固体高分子電解質型燃料電池の単セルおよびスタック |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11154523A (ja) |
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-
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- 1997-11-19 JP JP9318477A patent/JPH11154523A/ja active Pending
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