JP3425086B2 - 固体高分子型燃料電池、これを用いたシステム及びその設置方法 - Google Patents
固体高分子型燃料電池、これを用いたシステム及びその設置方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Description
【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、家庭内コージェネシステム等に使用
される常温作動型の固体高分子型燃料電池に関する。
電気自動車用電源、家庭内コージェネシステム等に使用
される常温作動型の固体高分子型燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、水素などの燃
料と空気などの酸化剤ガスをガス拡散電極によって電気
化学的に反応させ、電気と熱を同時に供給するものであ
る。水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜の両
面には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主
成分とする触媒反応層が密着して形成される。触媒反応
層の外面には、ガス通気性と導電性を兼ね備えた一対の
拡散層が密着して形成され、これと触媒反応層と合わせ
て電極とされる。電極の外側には、これらの電極および
電解質の接合体を機械的に固定するとともに、隣接する
接合体を互いに電気的に直列に接続するための導電性の
セパレータ板が配置される。セパレータ板の電極と接触
する部分には、電極面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。
料と空気などの酸化剤ガスをガス拡散電極によって電気
化学的に反応させ、電気と熱を同時に供給するものであ
る。水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜の両
面には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主
成分とする触媒反応層が密着して形成される。触媒反応
層の外面には、ガス通気性と導電性を兼ね備えた一対の
拡散層が密着して形成され、これと触媒反応層と合わせ
て電極とされる。電極の外側には、これらの電極および
電解質の接合体を機械的に固定するとともに、隣接する
接合体を互いに電気的に直列に接続するための導電性の
セパレータ板が配置される。セパレータ板の電極と接触
する部分には、電極面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。
【０００３】この種燃料電池の単電池の構造を図により
説明する。図６は、高分子電解質膜３を触媒反応層２を
有する一対の電極１で挟持するとともに、電解質膜の周
縁部を一対のシール材１７で挟持し、これらを一対のセ
パレータ板４で挟持した構成の単電池を示す。セパレー
タ板４は、電極１に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給す
るためのガス流路５を有する。シール材１７は、燃料の
水素や酸化剤の空気が電池外へリークしたり互いに混合
したりするのを防止するものである。単電池２セル毎
に、セパレータ板は一方の面にガス流路、他方の面に冷
却水を供給する流路を有するものが用いられている。そ
して、冷却水の漏洩を防止するために、冷却水の流路を
有するセパレータ板の間にはＯリングが介在させてあ
る。
説明する。図６は、高分子電解質膜３を触媒反応層２を
有する一対の電極１で挟持するとともに、電解質膜の周
縁部を一対のシール材１７で挟持し、これらを一対のセ
パレータ板４で挟持した構成の単電池を示す。セパレー
タ板４は、電極１に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給す
るためのガス流路５を有する。シール材１７は、燃料の
水素や酸化剤の空気が電池外へリークしたり互いに混合
したりするのを防止するものである。単電池２セル毎
に、セパレータ板は一方の面にガス流路、他方の面に冷
却水を供給する流路を有するものが用いられている。そ
して、冷却水の漏洩を防止するために、冷却水の流路を
有するセパレータ板の間にはＯリングが介在させてあ
る。
【０００４】図７は、ガスや冷却水の漏洩を防止するた
めの別のシール方法として、樹脂や金属板からなるガス
ケット１９を電極と同程度の厚みにして電極１の周りに
配置し、セパレータ板との隙間をグリース２０や接着剤
でシールした例を示す。冷却水の流路を有するセパレー
タ板間も同様にグリースや接着剤でシールされる。図８
は、電極を高分子電解質膜と同じ大きさにして電解質膜
と接合した電極電解質接合体（ＭＥＡ）をセパレータ板
と積層し、ガスシールが必要な部分に、あらかじめシー
ル効果を有する樹脂２１を滲み込ませ固化させたものを
用いた例である。この固化させた樹脂によって、セパレ
ータとの間のガスシール性を保持する。
めの別のシール方法として、樹脂や金属板からなるガス
ケット１９を電極と同程度の厚みにして電極１の周りに
配置し、セパレータ板との隙間をグリース２０や接着剤
でシールした例を示す。冷却水の流路を有するセパレー
タ板間も同様にグリースや接着剤でシールされる。図８
は、電極を高分子電解質膜と同じ大きさにして電解質膜
と接合した電極電解質接合体（ＭＥＡ）をセパレータ板
と積層し、ガスシールが必要な部分に、あらかじめシー
ル効果を有する樹脂２１を滲み込ませ固化させたものを
用いた例である。この固化させた樹脂によって、セパレ
ータとの間のガスシール性を保持する。
【０００５】多くの燃料電池は、上記のような構造の単
電池を数多く重ねた積層構造を採っている。燃料電池運
転時には、電力発生と共に発熱が起こる。積層電池で
は、単電池１〜２セル毎に冷却板が設けられているか
ら、電池温度を一定に保つと同時に発生した熱エネルギ
ーを温水などの形で利用することができる。冷却板とし
ては、薄い金属板の内部に冷却水などの熱媒体が貫流す
るような構造が一般的である。また、上記のように、単
電池を構成するセパレータ板の背面、すなわち冷却水を
流したい面に流路を加工して冷却板としたものもある。
その際、冷却水などの熱媒体をシールするためのＯリン
グやガスケットも必要となるが、このシールではＯリン
グを完全につぶすなどして冷却板の上下間で十分な導電
性を確保する必要がある。
電池を数多く重ねた積層構造を採っている。燃料電池運
転時には、電力発生と共に発熱が起こる。積層電池で
は、単電池１〜２セル毎に冷却板が設けられているか
ら、電池温度を一定に保つと同時に発生した熱エネルギ
ーを温水などの形で利用することができる。冷却板とし
ては、薄い金属板の内部に冷却水などの熱媒体が貫流す
るような構造が一般的である。また、上記のように、単
電池を構成するセパレータ板の背面、すなわち冷却水を
流したい面に流路を加工して冷却板としたものもある。
その際、冷却水などの熱媒体をシールするためのＯリン
グやガスケットも必要となるが、このシールではＯリン
グを完全につぶすなどして冷却板の上下間で十分な導電
性を確保する必要がある。
【０００６】このような積層電池では、マニホールドと
呼ばれる各単電池へのガス供給孔やガス排出孔、さらに
は冷却水の供給排出孔を、積層電池内部に確保したいわ
いる内部マニホールド型が一般的である。しかしなが
ら、改質ガスを用いて電池運転する場合、各電池の燃料
ガス流路の下流域でＣＯ濃度が上昇する結果、電極被毒
によって温度が低下し、その温度の低下が電極被毒を一
層促進させることになることがある。このような電池性
能の低下現象を緩和するため、マニホールドから各単電
池へのガスの供給排出部の間口をできるだけ広く取れる
構造として、外部マニホールド型も見直されている。
呼ばれる各単電池へのガス供給孔やガス排出孔、さらに
は冷却水の供給排出孔を、積層電池内部に確保したいわ
いる内部マニホールド型が一般的である。しかしなが
ら、改質ガスを用いて電池運転する場合、各電池の燃料
ガス流路の下流域でＣＯ濃度が上昇する結果、電極被毒
によって温度が低下し、その温度の低下が電極被毒を一
層促進させることになることがある。このような電池性
能の低下現象を緩和するため、マニホールドから各単電
池へのガスの供給排出部の間口をできるだけ広く取れる
構造として、外部マニホールド型も見直されている。
【０００７】いずれにしても、冷却部を含む多数の単電
池を一方向に積み重ね、その両端に２つの端板を配し、
その２つの端板の間を締結ロッドによって固定すること
が必要である。締め付け方式としては、単電池を面内で
できるだけ均一に締め付けることが望ましく、機械的強
度の観点から端板や締結ロッドには通常ステンレス鋼な
どの金属材料が用いられる。これらの端板や締結ロッド
と積層電池とは、絶縁板などによって電気的に絶縁さ
れ、電流が端板を通して外部に漏れ出ることのない構造
となっている。締結ロッドについても、セパレータ内部
の貫通孔の中を通したり、積層池全体を端板越しに金属
のベルトで締め上げたりした改良された方式も提案され
ている。また、図６〜８に示されるいずれの方式による
シール方法でも、シール性を維持するためには恒常的な
締め付け圧が必要であり、締結ロッドと端板の間にスク
リューバネや皿バネを挿入するなどの構成が採られる。
また、この締め付け圧力によって、セパレータ板や電
極、電解質膜など電池の構成部材間の電気的接触が確保
される。また、上述の燃料電池は、機器等に電気的に絶
縁された状態で設置される。
池を一方向に積み重ね、その両端に２つの端板を配し、
その２つの端板の間を締結ロッドによって固定すること
が必要である。締め付け方式としては、単電池を面内で
できるだけ均一に締め付けることが望ましく、機械的強
度の観点から端板や締結ロッドには通常ステンレス鋼な
どの金属材料が用いられる。これらの端板や締結ロッド
と積層電池とは、絶縁板などによって電気的に絶縁さ
れ、電流が端板を通して外部に漏れ出ることのない構造
となっている。締結ロッドについても、セパレータ内部
の貫通孔の中を通したり、積層池全体を端板越しに金属
のベルトで締め上げたりした改良された方式も提案され
ている。また、図６〜８に示されるいずれの方式による
シール方法でも、シール性を維持するためには恒常的な
締め付け圧が必要であり、締結ロッドと端板の間にスク
リューバネや皿バネを挿入するなどの構成が採られる。
また、この締め付け圧力によって、セパレータ板や電
極、電解質膜など電池の構成部材間の電気的接触が確保
される。また、上述の燃料電池は、機器等に電気的に絶
縁された状態で設置される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】燃料電池を機器等に使
用する際、使用する機器等の出力サイズに応じた燃料電
池が必要になる。使用する機器毎に電極サイズ、積層電
池数の変更を行わなければ、機器全体のパッケージとし
て最適化できず、燃料電池のコストを増加させる要因に
なっている。また、車等の機器に搭載する場合、機器全
体の衝突時等のアクシデントから燃料電池の損傷を最低
限にしなければならない。このためには、燃料電池の設
置するところは、人員等が乗る車内の床下が望ましく、
その際、車内の乗員スペースを確保する観点から、搭載
時の燃料電池は高さ方向に極力薄型化させることが望ま
しい。
用する際、使用する機器等の出力サイズに応じた燃料電
池が必要になる。使用する機器毎に電極サイズ、積層電
池数の変更を行わなければ、機器全体のパッケージとし
て最適化できず、燃料電池のコストを増加させる要因に
なっている。また、車等の機器に搭載する場合、機器全
体の衝突時等のアクシデントから燃料電池の損傷を最低
限にしなければならない。このためには、燃料電池の設
置するところは、人員等が乗る車内の床下が望ましく、
その際、車内の乗員スペースを確保する観点から、搭載
時の燃料電池は高さ方向に極力薄型化させることが望ま
しい。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解
質膜、前記電解質膜を挟んだ一対の電極、および前記電
極の一方に燃料ガスを供給し、前記電極の他方に酸化剤
ガスを供給するためのガス流路または冷却水流路を有す
るセパレータ板を具備した単位電池を複数個積層した電
池積層体、ならびに前記電池積層体をその両端から電池
の積層方向に締め付けるエンドプレートを有する固体高
分子型燃料電池であって、前記ガス流路および冷却水流
路の出入り口と連通する前記燃料ガス、前記酸化剤ガ
ス、および冷却水の各通路が、前記エンドプレートの一
方の側から他方の側まで前記電池積層体の積層方向と直
交する方向に貫通し、かつ前記燃料電池を連結すること
で隣接する前記燃料電池の前記各通路が連通するように
構成されていることを特徴とする。
め、本発明の固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解
質膜、前記電解質膜を挟んだ一対の電極、および前記電
極の一方に燃料ガスを供給し、前記電極の他方に酸化剤
ガスを供給するためのガス流路または冷却水流路を有す
るセパレータ板を具備した単位電池を複数個積層した電
池積層体、ならびに前記電池積層体をその両端から電池
の積層方向に締め付けるエンドプレートを有する固体高
分子型燃料電池であって、前記ガス流路および冷却水流
路の出入り口と連通する前記燃料ガス、前記酸化剤ガ
ス、および冷却水の各通路が、前記エンドプレートの一
方の側から他方の側まで前記電池積層体の積層方向と直
交する方向に貫通し、かつ前記燃料電池を連結すること
で隣接する前記燃料電池の前記各通路が連通するように
構成されていることを特徴とする。
【００１０】上記固体高分子型燃料電池においては、前
記燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却水の各通路が、前
記エンドプレートの同一面を貫通していることが好まし
い。 また、前記燃料電池のエンドプレートに設けた前記
燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水の各通路と、隣接す
る前記燃料電池のエンドプレートに設けた燃料ガス、酸
化剤ガスおよび冷却水の各通路とが、流体シール機構を
介して、連結されるように構成されているのが好まし
い。
記燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却水の各通路が、前
記エンドプレートの同一面を貫通していることが好まし
い。 また、前記燃料電池のエンドプレートに設けた前記
燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水の各通路と、隣接す
る前記燃料電池のエンドプレートに設けた燃料ガス、酸
化剤ガスおよび冷却水の各通路とが、流体シール機構を
介して、連結されるように構成されているのが好まし
い。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の固体高分子型燃料電池
は、電解質膜、触媒反応層を有する電極、セパレータ板
などの電池構成部材からなる単電池を複数個重ねた電池
積層体をその重心が機器接地面に対して最も近くなるよ
うに設置するものである。さらに、電池積層体に供給す
る必要のある燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水の各通路
を、電池積層体の締め付け方向と直角方向にもったエン
ドプレートにより、電池積層体を締結することにより、
複数の同一形状の電池積層体を連続的に接合することを
可能とする。これにより、様々な機器に対して機器搭載
性が向上し、また電池積層体の形状を同一にできること
から、コスト低減を図ることが可能になる。
は、電解質膜、触媒反応層を有する電極、セパレータ板
などの電池構成部材からなる単電池を複数個重ねた電池
積層体をその重心が機器接地面に対して最も近くなるよ
うに設置するものである。さらに、電池積層体に供給す
る必要のある燃料ガス、酸化剤ガス、冷却水の各通路
を、電池積層体の締め付け方向と直角方向にもったエン
ドプレートにより、電池積層体を締結することにより、
複数の同一形状の電池積層体を連続的に接合することを
可能とする。これにより、様々な機器に対して機器搭載
性が向上し、また電池積層体の形状を同一にできること
から、コスト低減を図ることが可能になる。
【００１２】以下、図面を参照して実施の形態を説明す
る。 《実施の形態１》本実施の形態の燃料電池装置を図１お
よび図２に示す。５０は単位電池を例えば５０セル積層
した電池積層体を表している。この電池積層体５０の両
端には、それぞれ金属製の集電板５１と電気絶縁材から
なる絶縁板５２が順次配置され、その外側にはエンドプ
レート５３を配し、これらの積層体を貫通させたボルト
５４とナットによりエンドプレートを締結して１個の燃
料電池装置としている。エンドプレート５３、５３には
それぞれ電池積層体５０の積層方向と直交する方向に燃
料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水の各通路が設けてあ
る。すなわち、一方のエンドプレートにはＡ１側から入
ってＡ２側に出る各通路を有し、他方のエンドプレート
にはＢ１側から入ってＢ２側に出る各通路を有する。そ
して、それらの各通路は、セパレータ板に設けられたガ
スおよび冷却水の流路の出入り口と連通している。従っ
て、図１に示す電池装置１個を単独で発電させるとき
は、各ガスおよび冷却水の入り口はＡ１、出口はＢ２と
し、Ａ２およびＢ１を塞ぐことにより、各単位電池に対
して各ガスおよび冷却水を並列に供給することができ
る。また、図示の電池装置を複数個連結する場合は、図
１において、その左右にＡ１、Ｂ１がそれぞれ隣接する
電池装置のＡ２、Ｂ２と連絡するように連結すればよ
い。
る。 《実施の形態１》本実施の形態の燃料電池装置を図１お
よび図２に示す。５０は単位電池を例えば５０セル積層
した電池積層体を表している。この電池積層体５０の両
端には、それぞれ金属製の集電板５１と電気絶縁材から
なる絶縁板５２が順次配置され、その外側にはエンドプ
レート５３を配し、これらの積層体を貫通させたボルト
５４とナットによりエンドプレートを締結して１個の燃
料電池装置としている。エンドプレート５３、５３には
それぞれ電池積層体５０の積層方向と直交する方向に燃
料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水の各通路が設けてあ
る。すなわち、一方のエンドプレートにはＡ１側から入
ってＡ２側に出る各通路を有し、他方のエンドプレート
にはＢ１側から入ってＢ２側に出る各通路を有する。そ
して、それらの各通路は、セパレータ板に設けられたガ
スおよび冷却水の流路の出入り口と連通している。従っ
て、図１に示す電池装置１個を単独で発電させるとき
は、各ガスおよび冷却水の入り口はＡ１、出口はＢ２と
し、Ａ２およびＢ１を塞ぐことにより、各単位電池に対
して各ガスおよび冷却水を並列に供給することができ
る。また、図示の電池装置を複数個連結する場合は、図
１において、その左右にＡ１、Ｂ１がそれぞれ隣接する
電池装置のＡ２、Ｂ２と連絡するように連結すればよ
い。
【００１３】《実施の形態２》本実施の形態の電池装置
を図３および図４に示す。電池積層体１００の両端に集
電板１０１と絶縁板１０２を順次配列し、その外側にエ
ンドプレート１０３を配し、これらの積層体を貫通させ
たボルト１２３とナットによりエンドプレートを締結し
て１個の燃料電池装置としている。エンドプレート１０
３には、実施の形態１と同様に、それぞれ電池積層体１
００の積層方向と直交する方向に燃料ガス、酸化剤ガス
および冷却水の各通路が設けてある。これらの燃料電池
装置は、エンドプレート１０３の各通路が連通するよう
に連結されている。すなわち、エンドプレートの上下に
は連結金具１０４が例えば溶接により接合されており、
これら連結金具同士をボルト１０５およびナット１０６
により連結されている。そして、エンドプレート間に
は、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水の通路と連通す
る孔を有するシール材１０７が介在し、これによってガ
スおよび冷却水の漏洩を防止するようになっている。１
２４は電池装置を設置面に固定するための基台を表す。
を図３および図４に示す。電池積層体１００の両端に集
電板１０１と絶縁板１０２を順次配列し、その外側にエ
ンドプレート１０３を配し、これらの積層体を貫通させ
たボルト１２３とナットによりエンドプレートを締結し
て１個の燃料電池装置としている。エンドプレート１０
３には、実施の形態１と同様に、それぞれ電池積層体１
００の積層方向と直交する方向に燃料ガス、酸化剤ガス
および冷却水の各通路が設けてある。これらの燃料電池
装置は、エンドプレート１０３の各通路が連通するよう
に連結されている。すなわち、エンドプレートの上下に
は連結金具１０４が例えば溶接により接合されており、
これら連結金具同士をボルト１０５およびナット１０６
により連結されている。そして、エンドプレート間に
は、燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水の通路と連通す
る孔を有するシール材１０７が介在し、これによってガ
スおよび冷却水の漏洩を防止するようになっている。１
２４は電池装置を設置面に固定するための基台を表す。
【００１４】この例では、３個の燃料電池装置が連結さ
れ、図左端の電池装置における一方のエンドプレートの
通路にはガスまたは冷却水の供給源に連なるパイプ１１
０、１１１、および１１２が連結され、他方のエンドプ
レートの通路には、通路を密閉するためのシール材１０
８が側面プレート１０９により圧着されている。また、
右端の電池装置における一方のエンドプレートの通路に
は、密閉用のシール材１０８が側面プレート１０９によ
り圧着され、他方のエンドプレートの通路には、ガスま
たは冷却水の排出用パイプ１２０、１２１、および１２
２が連結されている。これにより、各燃料電池装置の単
位電池には燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水が並列に
供給される。なお、エンドプレートを連結する締結手段
は、上記のボルト、ナットによる他、かしめ部材、リベ
ット、クリップ等の締結手段により締結することもでき
る。その際、図３に示したように、エンドプレートの他
側面には各流体の流出防止のためシール部材、例えばＯ
リングを介して側面プレート１０９によりシールする。
れ、図左端の電池装置における一方のエンドプレートの
通路にはガスまたは冷却水の供給源に連なるパイプ１１
０、１１１、および１１２が連結され、他方のエンドプ
レートの通路には、通路を密閉するためのシール材１０
８が側面プレート１０９により圧着されている。また、
右端の電池装置における一方のエンドプレートの通路に
は、密閉用のシール材１０８が側面プレート１０９によ
り圧着され、他方のエンドプレートの通路には、ガスま
たは冷却水の排出用パイプ１２０、１２１、および１２
２が連結されている。これにより、各燃料電池装置の単
位電池には燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水が並列に
供給される。なお、エンドプレートを連結する締結手段
は、上記のボルト、ナットによる他、かしめ部材、リベ
ット、クリップ等の締結手段により締結することもでき
る。その際、図３に示したように、エンドプレートの他
側面には各流体の流出防止のためシール部材、例えばＯ
リングを介して側面プレート１０９によりシールする。
【００１５】本実施の形態により構成される燃料電池
は、同一の大きさの電池装置を複数個連結して用るた
め、大量生産におけるコストの削減が可能になる。ま
た、燃料、酸化剤ガス、冷却水の各通路を有したエンド
プレートを連結することで、各流体の供給手段がコンパ
クトにまとまり、機器搭載性を向上することが可能にな
る。本実施の形態においては、ガスおよび冷却水の通路
を設けたエンドプレートによって積層電池の複数個を連
結する構成としたが、エンドプレートに限らずガスおよ
び冷却水の通路を設けたチャンバーにより積層電池の複
数個を接続するようにすれば、用途に応じて積層電池の
連結数を自在に選ぶことができる。
は、同一の大きさの電池装置を複数個連結して用るた
め、大量生産におけるコストの削減が可能になる。ま
た、燃料、酸化剤ガス、冷却水の各通路を有したエンド
プレートを連結することで、各流体の供給手段がコンパ
クトにまとまり、機器搭載性を向上することが可能にな
る。本実施の形態においては、ガスおよび冷却水の通路
を設けたエンドプレートによって積層電池の複数個を連
結する構成としたが、エンドプレートに限らずガスおよ
び冷却水の通路を設けたチャンバーにより積層電池の複
数個を接続するようにすれば、用途に応じて積層電池の
連結数を自在に選ぶことができる。
【００１６】以上の実施の形態では、単位電池の積層方
向を設置面と平行にし、所定の積層数の電池装置を横方
向に連結する構成としたので、電池の重心は設置面に最
も近くなる。単位電池の構成も横長となるようにするの
が好ましい。
向を設置面と平行にし、所定の積層数の電池装置を横方
向に連結する構成としたので、電池の重心は設置面に最
も近くなる。単位電池の構成も横長となるようにするの
が好ましい。
【００１７】
【実施例】本発明の実施例を、図面を参照しながら説明
する。 《実施例１》粒径が数ミクロン以下のカーボン粉末を塩
化白金酸水溶液に浸漬し、還元処理によってカーボン粉
末表面に白金触媒を担持させた。このときのカーボンと
担持した白金の重量比は１：１とした。ついで、この白
金を担持したカーボン粉末を高分子電解質のアルコール
溶液中に分散させ、スラリー化した。一方、電極となる
厚さ４００ミクロンのカーボンペーパーをフッ素樹脂の
水性ディスパージョン（ダイキン工業（株）製のネオフ
ロンＮＤ１）に含浸して乾燥後、４００℃で３０分熱処
理して撥水性を付与した。
する。 《実施例１》粒径が数ミクロン以下のカーボン粉末を塩
化白金酸水溶液に浸漬し、還元処理によってカーボン粉
末表面に白金触媒を担持させた。このときのカーボンと
担持した白金の重量比は１：１とした。ついで、この白
金を担持したカーボン粉末を高分子電解質のアルコール
溶液中に分散させ、スラリー化した。一方、電極となる
厚さ４００ミクロンのカーボンペーパーをフッ素樹脂の
水性ディスパージョン（ダイキン工業（株）製のネオフ
ロンＮＤ１）に含浸して乾燥後、４００℃で３０分熱処
理して撥水性を付与した。
【００１８】図５に示したように、撥水処理を施したカ
ーボンペーパー電極１の片面に前記のカーボン粉末を含
むスラリーを均一に塗布して触媒層２を形成した。２枚
のカーボンペーパー電極１を、触媒層を形成した面を内
側に向け、固体高分子電解質膜３を挟んで重ね合わせた
後、これを乾燥して電極電解質接合体（ＭＥＡ）とし
た。このＭＥＡを、その両面から気密性を有するカーボ
ン製のセパレータ板４で挟み込んで単電池を構成した。
セパレータ板は、厚さが４ｍｍで、その表面には切削加
工により幅２ｍｍ、深さ１ｍｍのガス流路５を多数刻ん
であり、その周辺部にはガスのマニホルド孔６と冷却水
のマニホルド孔７が設けられている。また、ＭＥＡをセ
パレータ板に挟み込む際、電極１の周りにはカーボン製
のセパレータ板と同じ外寸のポリエチレンテレフタラー
ト（ＰＥＴ）製シートの両面にエチレン−プロピレン−
ジエン三元共重合体配合物（ＥＰＤＭ）のシートを張り
付けたガスケット８を配した。このような単電池を２セ
ル積層した後、冷却水が流れる流路を形成したセパレー
タ板を積層し、このパターンを繰り返して電池積層体を
構成した。冷却水の流路を有するセパレータ板間にはシ
ール用Ｏリングは用いなかった。つぎに、このような電
池構成単位を５０セル積層し、図１および図２に示した
ような電池装置を構成した。
ーボンペーパー電極１の片面に前記のカーボン粉末を含
むスラリーを均一に塗布して触媒層２を形成した。２枚
のカーボンペーパー電極１を、触媒層を形成した面を内
側に向け、固体高分子電解質膜３を挟んで重ね合わせた
後、これを乾燥して電極電解質接合体（ＭＥＡ）とし
た。このＭＥＡを、その両面から気密性を有するカーボ
ン製のセパレータ板４で挟み込んで単電池を構成した。
セパレータ板は、厚さが４ｍｍで、その表面には切削加
工により幅２ｍｍ、深さ１ｍｍのガス流路５を多数刻ん
であり、その周辺部にはガスのマニホルド孔６と冷却水
のマニホルド孔７が設けられている。また、ＭＥＡをセ
パレータ板に挟み込む際、電極１の周りにはカーボン製
のセパレータ板と同じ外寸のポリエチレンテレフタラー
ト（ＰＥＴ）製シートの両面にエチレン−プロピレン−
ジエン三元共重合体配合物（ＥＰＤＭ）のシートを張り
付けたガスケット８を配した。このような単電池を２セ
ル積層した後、冷却水が流れる流路を形成したセパレー
タ板を積層し、このパターンを繰り返して電池積層体を
構成した。冷却水の流路を有するセパレータ板間にはシ
ール用Ｏリングは用いなかった。つぎに、このような電
池構成単位を５０セル積層し、図１および図２に示した
ような電池装置を構成した。
【００１９】このようにして構成した電池装置を例えば
車両等に搭載する場合、車両の衝突時等に電池装置に受
ける損傷を最小限にし、安全性を確保するため燃料電池
は、人員等が乗る車内の床下に設置することが望まし
く、その際、車内の乗員スペースを確保する観点から搭
載時の燃料電池は高さ方向に極力薄型化させることが重
要である。そこで本実施例では、電池装置の重心位置が
電池装置の設置面に対して最も近づくよう設置すること
で、電池の設置面からの高さを最小にすることができ
た。
車両等に搭載する場合、車両の衝突時等に電池装置に受
ける損傷を最小限にし、安全性を確保するため燃料電池
は、人員等が乗る車内の床下に設置することが望まし
く、その際、車内の乗員スペースを確保する観点から搭
載時の燃料電池は高さ方向に極力薄型化させることが重
要である。そこで本実施例では、電池装置の重心位置が
電池装置の設置面に対して最も近づくよう設置すること
で、電池の設置面からの高さを最小にすることができ
た。
【００２０】
【発明の効果】本発明によると、機器搭載性が向上し、
かつ同一形状の積層電池の製造が可能になるため、機器
のコンパクト化、積層電池のコスト低減を図ることがで
きる。
かつ同一形状の積層電池の製造が可能になるため、機器
のコンパクト化、積層電池のコスト低減を図ることがで
きる。
【図１】本発明の一実施の形態における固体高分子型燃
料電池の平面図である。
料電池の平面図である。
【図２】同側面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態における固体高分子型
燃料電池の平面図である。
燃料電池の平面図である。
【図４】同側面図である。
【図５】本発明の実施例における固体高分子型燃料電池
の電池部材の一部を切欠した斜視図である。
の電池部材の一部を切欠した斜視図である。
【図６】固体高分子型燃料電池の電池部材の構成例を示
す要部の断面図である。
す要部の断面図である。
【図７】固体高分子型燃料電池の電池部材の他の構成例
を示す要部の断面図である。
を示す要部の断面図である。
【図８】固体高分子型燃料電池の電池部材のさらに他の
構成例を示す要部の断面図である。
構成例を示す要部の断面図である。
１ 電極
２ 触媒層
３ 固体高分子電解質膜
４ セパレータ板
５ ガス流路
６ ガスのマニホルド孔
７ 冷却水のマニホルド孔
５０、１００ 電池積層体
５１、１０１ 集電板
５２、１０２ 絶縁板
５３、１０３ エンドプレート
５４、１０５、１２３ ボルト
１０４ 連結金具
１０６ ナット
１０７ シール材
１０８ シール材
１０９ 側面プレート
１１０、１１１、１１２、１２０、１２１、１２２ ガ
スまたは冷却水のパイプ １２４ 基台
スまたは冷却水のパイプ １２４ 基台
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 西田 和史
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 内田 誠
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 安本 栄一
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 菅原 靖
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 神原 輝壽
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 松本 敏宏
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(56)参考文献 特開 平５−94831（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−242902（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−295734（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−196185（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−51467（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−333591（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−147467（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−149662（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−149663（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 8/02
H01M 8/04
H01M 8/10
H01M 8/24
Claims (2)
- 【請求項１】 固体高分子電解質膜、前記電解質膜を挟
んだ一対の電極、および前記電極の一方に燃料ガスを供
給し、前記電極の他方に酸化剤ガスを供給するためのガ
ス流路または冷却水流路を有するセパレータ板を具備し
た単位電池を複数個積層した電池積層体、ならびに前記
電池積層体をその両端から電池の積層方向に締め付ける
エンドプレートを有する固体高分子型燃料電池であっ
て、 前記ガス流路および冷却水流路の出入り口と連通する前
記燃料ガス、前記酸化剤ガス、および冷却水の各通路
が、前記エンドプレートの一方の側から他方の側まで前
記電池積層体の積層方向と直交する方向に貫通し、かつ
前記燃料電池を連結することで隣接する前記燃料電池の
前記各通路が連通するように構成されていることを特徴
とする固体高分子型燃料電池。 - 【請求項２】 前記燃料電池のエンドプレートに設けた
前記燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷却水の各通路と、隣
接する前記燃料電池のエンドプレートに設けた燃料ガ
ス、酸化剤ガスおよび冷却水の各通路とが、流体シール
機構を介して、連結されるように構成された請求項１記
載の固体高分子型燃料電池。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23451098A JP3425086B2 (ja) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | 固体高分子型燃料電池、これを用いたシステム及びその設置方法 |
| EP99116105A EP0981175B1 (en) | 1998-08-20 | 1999-08-17 | Polymer electrolyte fuel cell stack |
| CNB991180577A CN100490240C (zh) | 1998-08-20 | 1999-08-18 | 高分子电解质型燃料电池 |
| US09/377,651 US6329093B1 (en) | 1998-08-20 | 1999-08-19 | Polymer electrolyte fuel cell stack |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23451098A JP3425086B2 (ja) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | 固体高分子型燃料電池、これを用いたシステム及びその設置方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002325398A Division JP2003142145A (ja) | 2002-11-08 | 2002-11-08 | 固体高分子型燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000067884A JP2000067884A (ja) | 2000-03-03 |
| JP3425086B2 true JP3425086B2 (ja) | 2003-07-07 |
Family
ID=16972166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23451098A Expired - Fee Related JP3425086B2 (ja) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | 固体高分子型燃料電池、これを用いたシステム及びその設置方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3425086B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021241414A1 (ja) | 2020-05-26 | 2021-12-02 | 株式会社 東芝 | 燃料電池および燃料電池のマニホールド |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4220615B2 (ja) * | 1999-04-16 | 2009-02-04 | 三菱重工業株式会社 | 燃料電池スタック |
| JP4131311B2 (ja) * | 2000-07-19 | 2008-08-13 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
| CN105027343B (zh) * | 2013-03-08 | 2017-09-12 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池、燃料电池的配流装置及具备燃料电池的车辆 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59149662A (ja) * | 1983-02-01 | 1984-08-27 | Toshiba Corp | 燃料電池発電装置 |
| JPS59149663A (ja) * | 1983-02-01 | 1984-08-27 | Toshiba Corp | 燃料電池発電装置 |
| JPS61147467A (ja) * | 1984-12-14 | 1986-07-05 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 燃料電池の冷却装置 |
| JP2701522B2 (ja) * | 1990-06-20 | 1998-01-21 | 富士電機株式会社 | 燃料電池発電装置 |
| JP3319609B2 (ja) * | 1991-10-03 | 2002-09-03 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池 |
| JPH05242902A (ja) * | 1992-02-27 | 1993-09-21 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
| JPH06196185A (ja) * | 1992-12-24 | 1994-07-15 | Toshiba Corp | 燃料電池発電プラント |
| JPH06295734A (ja) * | 1993-04-06 | 1994-10-21 | Fuji Electric Co Ltd | 高圧型水冷式燃料電池の冷却水圧力制御装置 |
| JPH06333591A (ja) * | 1993-05-19 | 1994-12-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 高電圧燃料電池システム |
-
1998
- 1998-08-20 JP JP23451098A patent/JP3425086B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021241414A1 (ja) | 2020-05-26 | 2021-12-02 | 株式会社 東芝 | 燃料電池および燃料電池のマニホールド |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000067884A (ja) | 2000-03-03 |
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