JP2001319667A

JP2001319667A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2001319667A
Application number: JP2000133864A
Authority: JP
Inventors: Masajiro Inoue; 雅次郎井ノ上; Kuniaki Kimura; 晋朗木村; Toshihiko Suenaga; 寿彦末永; Harumi Hatano; 治巳波多野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-05-02
Filing date: 2000-05-02
Publication date: 2001-11-16
Anticipated expiration: 2020-05-02
Also published as: JP3648128B2; US7081314B2; US20010044042A1

Abstract

(57)【要約】【課題】電極膜構造体とセパレータとのシール性向上
を図る。【解決手段】固体高分子電解質膜１８とその両側のア
ノード側拡散電極（２２，２６）とカソード側拡散電極
（２０．２４）とで構成された燃料電池セルを、第１、
第２セパレータ１４，１６で挟持した燃料電池におい
て、固体高分子電解質膜１８の周囲にはアノード側拡散
電極（２２，２６）外周及びカソード側拡散電極（２
０、２４）外周からはみ出すはみ出し部１８ａを設け、
前記各セパレータ１４，１６面内の外周部分であって、
前記はみ出し部１８ａに対応する位置に各々溝部２８を
設け、この溝部２８に塗布された液状シールＳを前記固
体高分子電解質膜１８のはみ出し部１８ａに密着させ、
かつ、アノード側拡散電極（２２，２６）及びカソード
側拡散電極（２０、２４）の端面Ｔに密着させた状態で
上記各セパレータ１４，１６により燃料電池セルを挟持
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、固体高分子電解
質膜とその両側のアノード側拡散電極とカソード側拡散
電極とで構成された電極膜構造体を、一対のセパレータ
で挟持した燃料電池に係るものであり、特に、セパレー
タ間で電極膜構造体を確実にシールし、かつ、反応ガス
が電極膜構造体の周囲を吹き抜けるのを防止することが
できる燃料電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池の中には、固体高分子電解質膜
とその両側のアノード側拡散電極とカソード側拡散電極
とで構成された電極膜構造体を、一対のセパレータで挟
持して構成されたものがある。アノード側拡散電極の反
応面に燃料ガス（例えば、水素ガス）を供給すると、こ
こで水素がイオン化され、固体高分子電解質膜を介して
カソード側拡散電極側に移動する。この間に生じた電子
が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして
利用される。カソード電極においては酸化ガス（例え
ば、酸素を含む空気）が供給されているため、水素イオ
ン、電子、及び酸素が反応して水が生成される。

【０００３】この一例を図１１によって説明すると、図
において１は固体高分子電解質膜を示し、この固体高分
子電解質膜１を両側からガス拡散電極（アノード側拡散
電極とカソード側拡散電極）２，３で挟持して燃料電池
セル４が構成されている。この燃料電池セル４の両面に
は燃料電池セル４の反応面に対応する位置に開口部を有
するシート状のガスケット５が配置され、このガスケッ
ト５，５を介して各燃料電池セル４の周縁を包み込み、
かつ、外側押さえ６を介して燃料電池セル４の周縁を押
さえた状態で、セパレータ７，７により燃料電池セル４
を両側から挟持して構成されている（特開平６−３２５
７７７号公報参照）。

【０００４】また、図１２に示すように、固体高分子電
解質膜１を両側からガス拡散電極２，３で挟持して形成
された矩形状の燃料電池セル４の両面に一対のセパレー
タ７，７を配設し、各セパレータ７に形成された溝部８
にＯリング９をセットして、このＯリング９により固体
高分子電解質膜１を挟持し、その状態で両セパレータ
７，７で燃料電池セル４を挟持したものもある（特開平
８−１４８１６９号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前者の燃料電池にあっ
ては、前記ガスケット５によりセパレータ７とガス拡散
電極２，３との間の空間部分が外部と遮断されるため、
燃料ガス及び酸化ガスが外部に漏れることはなく、か
つ、両者が混合することもないため、無駄のない発電を
行なうことができる点で優れているが、セパレータ７及
びガス拡散電極２，３の厚さ方向において各々寸法のバ
ラツキは避けられないため、ここに一定寸法のガスケッ
ト５を用いて両者を締結した場合に、シール反力が各部
位で異なってしまう。そのため、セパレータ７とガス拡
散電極２，３との間で全周に渡って均一なシール性を確
保することができないという問題がある。

【０００６】均一なシール性を確保するためにはセパレ
ータ７及びガス拡散電極２，３の寸法精度を厳密に管理
しなければならずコストアップにつながるという問題が
ある。また、ガスケット５の面圧がガス拡散電極２，３
の周囲でバラツキを起こしセパレータ７に偏った曲げ応
力が作用してしまうという問題がある。

【０００７】とりわけ、車両用燃料電池として使用され
る場合に、ガスケット５の面圧のバラツキに対してもセ
パレータ７に作用する曲げ応力を所定の大きさ以下とな
るようにセパレータ７の厚さ寸法を確保すると、燃料電
池を積層して形成された燃料電池スタックが大型化して
しまい車室空間を狭めてしまうという問題がある。

【０００８】また、後者の燃料電池にあっては、Ｏリン
グ９により確実にセパレータ７と燃料電池セル４との間
のシールを行なうことはできるが、Ｏリング９とガス拡
散電極２，３との間の隙間Ｃに、ガス拡散電極２，３の
端面から漏れたガスが反応に寄与しないでガス拡散電極
２，３の面方向へ吹き抜けてしまうため、その分だけ発
電の効率が低下するという問題がある。そこで、この発
明は、電極膜構造体とセパレータとのシール性を向上で
きと共に発電効率の低下を防止することができる燃料電
池を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載した発明は、固体高分子電解質膜
（例えば、実施形態における固体高分子電解質膜１８）
とその両側に配設されたアノード電極（例えば、実施形
態におけるアノード電極２２）とガス拡散層（例えば、
実施形態における第２ガス拡散層２６）とから成るアノ
ード側拡散電極とカソード電極（例えば、実施形態にお
けるカソード電極２０）とガス拡散層（例えば、実施形
態における第１ガス拡散層２４）とから成るカソード側
拡散電極とで構成された電極膜構造体（例えば、実施形
態における燃料電池セル１２）を、一対のセパレータ
（例えば、実施形態における第１セパレータ１４及び第
２セパレータ１６）で挟持して構成された燃料電池にお
いて、固体高分子電解質膜の周囲にはアノード側拡散電
極外周及びカソード側拡散電極外周からはみ出すはみ出
し部（例えば、実施形態におけるはみ出し部１８ａ）を
設け、前記セパレータ面内の外周部分であって、前記固
体高分子電解質膜のはみ出し部に対応する位置に各々溝
部（例えば、実施形態における溝部２８）を設け、この
溝部に塗布された液状シール（例えば、実施形態におけ
る液状シールＳ）を前記固体高分子電解質膜のはみ出し
部に密着させると共に、少なくとも上記アノード側拡散
電極のガス拡散層又はカソード側拡散電極のガス拡散層
の端面に密着させた状態で一対のセパレータにより電極
膜構造体を挟持したことを特徴とする。

【００１０】このように構成することで、前記固体高分
子電解質膜の周囲に設けたはみ出し部に直接的に密着す
る液状シールが固体高分子電解質膜とセパレータとの間
で形状変化して前記シール寸法のバラツキに追従し、溝
内部において一定の面圧を確保した状態で両者間に隙間
なく介在して両者間の気密性を確保することができる。
また、液状シールが少なくともアノード側拡散電極のガ
ス拡散層又はカソード側拡散電極のガス拡散層の端面に
密着することで、これらアノード側拡散電極とカソード
側拡散電極の双方の端面からの反応ガスの吹き抜けを阻
止することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
と共に説明する。図１はこの発明の実施形態の燃料電池
を示す分解斜視図である。この燃料電池１０は燃料電池
セル（電極膜構造体）１２とこれを挟持する第１セパレ
ータ１４及び第２セパレータ１６を備え、これらが複数
組積層されて車両用の燃料電池スタックが構成されるも
のである。燃料電池セル１２は、固体高分子電解質膜１
８と、この固体高分子電解質膜１８を挟んで配設される
カソード電極２０及びアノード電極２２とを有するとと
もに、前記カソード電極２０及び前記アノード電極２２
には、例えば、多孔質層である多孔質カーボンクロス又
は多孔質カーボンペーパーからなる第１ガス拡散層２４
及び第２ガス拡散層２６が配設されている。ここで、固
体高分子電解質膜１８としては、ペルフルオロスルホン
酸ポリマーを用いている。また、カソード電極２０、ア
ノード電極２２はＰｔを主体としたものである。尚、上
記カソード電極２０と第１ガス拡散層２４とでカソード
側拡散電極が構成され、上記アノード電極２２と第２ガ
ス拡散層２４とでアノード側拡散電極が構成される。

【００１２】固体高分子電解質膜１８には、これを挟ん
で配設されるカソード電極２０及びアノード電極２２の
外周からはみ出すはみ出し部１８ａが設けられ、このは
み出し部１８ａに対応する位置に両側から第１及び第２
セパレータ１４，１６に塗布された後述する液状シール
Ｓが直接密着するようになっている。

【００１３】図３に示すように、第１セパレータ１４
は、その平面内であって外周縁部に位置する横方向両端
上部側に、水素含有ガス等の燃料ガスを通過させるため
の入口側燃料ガス連通孔３６ａと、酸素含有ガス又は空
気である酸化剤ガスを通過させるための入口側酸化剤ガ
ス連通孔３８ａとを備えている。第１セパレータ１４の
横方向両端中央側には、純水やエチレングリコールやオ
イル等の冷却媒体を通過させるための入口側冷却媒体連
通孔４０ａと、使用後の前記冷却媒体を通過させるため
の出口側冷却媒体連通孔４０ｂとが設けられている。ま
た、第１セパレータ１４の平面内であって外周縁部に位
置する横方向両端下部側に、燃料ガスを通過させるため
の出口側燃料ガス連通孔３６ｂと、酸化剤ガスを通過さ
せるための出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂとが、入口側
燃料ガス連通孔３６ａ及び入口側酸化剤ガス連通孔３８
ａと対角位置になるように設けられている。

【００１４】図１に示すように、第１セパレータ１４の
カソード電極２０に対向する面１４ａには、入口側酸化
剤ガス連通孔３８ａに近接して複数本、例えば、６本の
それぞれ独立した第１酸化剤ガス流路溝４２が、水平方
向に蛇行しながら重力方向に向かって設けられている。
第１酸化剤ガス流路溝４２は、３本の第２酸化剤ガス流
路溝４４に合流し、この第２酸化剤ガス流路溝４４が出
口側酸化剤ガス連通孔３８ｂに近接して終端している。

【００１５】図３に示すように、第１セパレータ１４に
は、この第１セパレータ１４を貫通するとともに、一端
が面１４ａとは反対側の面１４ｂで入口側酸化剤ガス連
通孔３８ａに連通する一方、他端が前記面１４ａ側で第
１酸化剤ガス流路溝４２に連通する第１酸化剤ガス連結
流路４６と、一端が前記面１４ｂ側で出口側酸化剤ガス
連通孔３８ｂに連通する一方、他端が前記面１４ａ側で
第２酸化剤ガス流路溝４４に連通する第２酸化剤ガス連
結流路４８とが、前記第１セパレータ１４を貫通して設
けられている。

【００１６】図４、図５に示すように、第２セパレータ
１６の平面内であって外周縁部に位置する横方向両端側
には、第１セパレータ１４と同様に、入口側燃料ガス連
通孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷
却媒体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出
口側燃料ガス連通孔３６ｂ及び出口側酸化剤ガス連通孔
３８ｂが形成されている。

【００１７】前記第２セパレータ１６の面１６ａには、
入口側燃料ガス連通孔３６ａに近接して複数本、例え
ば、６本の第１燃料ガス流路溝６０が形成される。この
第１燃料ガス流路溝６０は、水平方向に蛇行しながら重
力方向に向かって延在し、３本の第２燃料ガス流路溝６
２に合流してこの第２燃料ガス流路溝６２が出口側燃料
ガス連通孔３６ｂの近傍で終端している。第２セパレー
タ１６には、入口側燃料ガス連通孔３６ａを面１６ｂ側
から第１燃料ガス流路溝６０に連通する第１燃料ガス連
結流路６４と、出口側燃料ガス連通孔３６ｂを前記面１
６ｂ側から第２燃料ガス流路溝６２に連通する第２燃料
ガス連結流路６６とが、前記第２セパレータ１６を貫通
して設けられている。

【００１８】図２、図５に示すように、第２セパレータ
１６の面１６ｂには、後述する液状シールＳで囲まれる
範囲内に、入口側冷却媒体連通孔４０ａ及び出口側冷却
媒体連通孔４０ｂに近接して冷却媒体流路を構成する複
数本の主流路溝７２ａ、７２ｂが形成されている。主流
路溝７２ａ、７２ｂ間には、それぞれ複数本に分岐する
分岐流路溝７４が水平方向に延在して設けられている。
第２セパレータ１６には、入口側冷却媒体連通孔４０ａ
と主流路溝７２ａとを連通する第１冷却媒体連結流路７
６と、出口側冷却媒体連通孔４０ｂと主流路溝７２ｂと
を連通する第２冷却媒体連結流路７８とが前記第２セパ
レータ１６を貫通して設けられている。

【００１９】ここで、図４に示すように、前記固体高分
子電解質膜１８のはみ出し部１８ａに対応する位置には
この固体高分子電解質膜１を挟持する第２セパレータ１
６のアノード電極２２に対向する面１６ａに溝部２８が
設けられ、この溝部２８に液状シールＳが塗布されてい
る。また、この第２セパレータ１６の面１６ａの入口側
燃料ガス連通孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８
ａ、入口側冷却媒体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通
孔４０ｂ、出口側燃料ガス連通孔３６ｂ及び出口側酸化
剤ガス連通孔３８ｂの周囲にも溝部３０が形成され、こ
の溝部３０にも液状シールＳが塗布されている。ここ
で、前記入口側冷却媒体連通孔４０ａと出口側冷却媒体
連通孔４０ｂとの周囲の溝部３０は、各々第１冷却媒体
連結流路７６、第２冷却媒体連結流路７８を囲むように
形成されている。

【００２０】また、前記第２セパレータ１６と共に燃料
電池セル１２を挟持する第１セパレータ１４のカソード
電極２０に対向する面１４ａにも、図１に示すように前
記第２セパレータ１６の面１６ａの溝部２８及び溝部３
０に対応する位置に、溝部２８及び溝部３０が形成さ
れ、各溝部２８，３０には液状シールＳが塗布されてい
る。したがって、図２、図６に示すように、これら燃料
電池セル１２を挟持する第１セパレータ１４と第２セパ
レータ１６との溝部２８，３０に塗布された各液状シー
ルＳが、溝部２８の液状シールＳにあっては前記はみ出
し部１８ａを両側から向かい合う位置で挟持して直接密
着し、これと同時に液状シールＳがアノード電極２２及
び第２ガス拡散層２６とカソード電極２０及び第１ガス
拡散層２４の各々の端面Ｔに密着して、燃料電池セル１
２の周囲をシールし、溝部３０の液状シールＳにあって
は互いに密着して各連通孔３６ａ，３６ｂ，３８ａ，３
８ｂ，４０ａ，４０ｂの周囲をシールするようになって
いる。尚、上記液状シールＳには少なくとも第１ガス拡
散層２４と第２ガス拡散層２６の端面Ｔを密着させれば
十分である。また、アノード電極２２側あるいはカソー
ド電極２０側のいずれかからのガスの吹き抜けを防止で
きれば発電効率にさほどの影響を与えないため、双方の
端面Ｔを液状シールＳに密着させなくてもよい。ここ
で、上記液状シールＳをアノード電極２２及び第２ガス
拡散層２６とカソード電極２０及び第１ガス拡散層２４
の各々の端面Ｔに密着させるためには、液状シールＳを
塗布する際に密着させたり、あるいは、第１、第２セパ
レータ１４，１６により燃料電池セル１２を挟持するこ
とで液状シールＳが潰れる際に密着させることができ
る。

【００２１】図５に示すように、前記第２セパレータ１
６の面１６ｂには、複数の燃料電池１０を積層した際に
前記第１セパレータ１４の面１４ｂに対向する位置であ
って、分岐流路溝７４の周囲を取り囲む溝部３４が設け
られ、この溝部３４に液状シールＳが塗布されている。
また、この第２セパレータ１６の面１６ｂの入口側燃料
ガス連通孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入
口側冷却媒体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０
ｂ、出口側燃料ガス連通孔３６ｂ及び出口側酸化剤ガス
連通孔３８ｂの周囲にも溝部３５が形成され、この溝部
３５にも液状シールＳが塗布されている。

【００２２】ここで、前記入口側燃料ガス連通孔３６ａ
と出口側燃料ガス連通孔３６ｂとの周囲の溝部３５は、
各々第１燃料ガス連結流路６４、第２燃料ガス連結流路
６６を囲むように形成されている。また、入口側酸化剤
ガス連通孔３８ａと出口側酸化剤ガス連通孔３８ｂとの
周囲の溝部３５は前記第１セパレータ１４の面１４ｂの
入口側酸化剤ガス連通孔３８ａと出口側酸化剤ガス連通
孔３８ｂとを囲むように設けられている。

【００２３】このようにして、燃料電池１０を積層した
場合に、第１セパレータ１４の面１４ｂと第２セパレー
タ１６の面１６ｂとを重合すると、入口側燃料ガス連通
孔３６ａ、入口側酸化剤ガス連通孔３８ａ、入口側冷却
媒体連通孔４０ａ、出口側冷却媒体連通孔４０ｂ、出口
側燃料ガス連通孔３６ｂ及び出口側酸化剤ガス連通孔３
８ｂの周囲と分岐流路溝７４の周囲で第２セパレータ１
６側の液状シールＳが第１セパレータ１４の面１４ｂに
密着することで、第１セパレータ１４と第２セパレータ
１６との水密性を確保している。

【００２４】ここで前記液状シールＳは熱硬化型フッ素
系あるいは熱硬化型シリコンからなり、塗布した状態で
断面形状が変化しない程度の粘度を有し、塗布後にある
程度の弾性を保持して硬化するものであり、非接着性、
接着性のいずれをも使用可能である。尚、メインテナン
ス等で交換の必要がある部分、例えば第１セパレータ１
４の面１４ｂと第２セパレータ１６の面１６ｂとの間の
液状シールＳは非接着性のものを使用することが望まし
い。具体的に液状シールＳの寸法は、液状シールＳの塗
布径は０．６ｍｍ、シール荷重０．５（これより小さい
とシール性が低下）〜２（これより大きいとへたり発
生）Ｎ／ｍｍ程度とすることができる。また、前記溝部
２８，３０，３４，３５は幅２ｍｍ、深さ０．２ｍｍ程
度に設定されている。これら溝部２８，３０，３４，３
５内において、塗布後において液状シールＳが潰れるこ
とで、シール断面積を拡大してシール部分における寸法
誤差を吸収し、均一に密着することが可能となる。

【００２５】このように構成される第１の実施形態に係
る燃料電池１０の動作について、以下に説明する。燃料
電池１０には、燃料ガス、例えば、炭化水素を改質した
水素を含むガスが供給されるとともに、酸化剤ガスとし
て空気または酸素含有ガス（以下、単に空気ともいう）
が供給され、さらにその発電面を冷却するために、冷却
媒体が供給される。燃料電池１０の入口側燃料ガス連通
孔３６ａに供給された燃料ガスは、図２に示すように、
第１燃料ガス連結流路６４を介して面１６ｂ側から面１
６ａ側に移動し、この面１６ａ側に形成されている第１
燃料ガス流路溝６０に供給される。

【００２６】第１燃料ガス流路溝６０に供給された燃料
ガスは、第２セパレータ１６の面１６ａに沿って水平方
向に蛇行しながら重力方向に移動する。その際、燃料ガ
ス中の水素含有ガスは、第２ガス拡散層２６を通って単
位燃料電池セル１２のアノード側電極２２に供給され
る。そして、未使用の燃料ガスは、第１燃料ガス流路溝
６０に沿って移動しながらアノード側電極２２に供給さ
れる一方、未使用の燃料ガスが第２燃料ガス流路溝６２
を介して第２燃料ガス連結流路６６に導入され、面１６
ｂ側に移動した後に図１に示す出口側燃料ガス連通孔３
６ｂに排出される。

【００２７】また、燃料電池スタック１０内の入口側酸
化剤ガス連通孔３８ａに供給された空気は、第１セパレ
ータ１４の入口側酸化剤ガス連通孔３８ａに連通する第
１酸化剤ガス連結流路４６を介して第１酸化剤ガス流路
溝４２に導入される。第１酸化剤ガス流路溝４２に供給
された空気は、水平方向に蛇行しながら重力方向に移動
する間、この空気中の酸素含有ガスが第１ガス拡散層２
４からカソード側電極２０に供給される。一方、未使用
の空気は、第２酸化剤ガス流路溝４４を介して第２酸化
剤ガス連結流路４８から図１に示す出口側酸化剤ガス連
通孔３８ｂに排出される。これにより、燃料電池１０で
発電が行われ、例えば、図示しないモータに電力が供給
されることになる。

【００２８】さらにまた、燃料電池１０に供給された冷
却媒体は、図１に示す入口側冷却媒体連通孔４０ａに導
入された後、図５に示すように、第２セパレータ１６の
第１冷却媒体連結流路７６を介して面１６ｂ側の主流路
溝７２ａに供給される。冷却媒体は、主流路溝７２ａか
ら分岐する複数本の分岐流路溝７４を通って単位燃料電
池セル１２の発電面を冷却した後、主流路溝７２ｂに合
流する。そして、使用後の冷却媒体は、第２冷却媒体連
結流路７８を通って出口側冷却媒体連通孔４０ｂから排
出される。

【００２９】図７、図８は液状シールＳとアノード電極
２２及び第２ガス拡散層２６とカソード電極２０及び第
１ガス拡散層２４の端面Ｔとの間の寸法Ｌを変化させ
て、発電電圧を測定したものである。図７はこの発明の
実施形態に即したサンプル１であって、Ｌ＝０、つまり
上記端面Ｔが液状シールＳと密着している場合を示す。
図８のサンプル２は上記端面Ｔと液状シールＳとの間隔
をＬ１（＞０）、図９のサンプル３は上記端面Ｔと液状
シールＳとの間隔をＬ２（Ｌ２＞Ｌ１）としている。具
体的にはＬ１＝１ｍｍ、Ｌ２＝２ｍｍ、燃料ガス（Ｈ
２）圧力１００ｋＰａＧ、酸化剤ガス（Ｏ₂）圧力１０
０ｋＰａＧ、加湿条件はアノード側、カソード側ともに
加湿、固体高分子電解質膜としてペルスルオロスルホン
酸ポリマー（３６６×１８６×０．０５ｍｍ）、拡散層
としてはカーボンクロス（３１０×１８０×０．６ｍ
ｍ）、セパレータとしては焼成カーボン切削品（外寸３
６８×１８８×３）を用いた。この実験の結果、図１０
に示すように、縦軸を電圧Ｖ、横軸を電流密度Ａ／ｃｍ
２とした場合に、端面Ｔと液状シールＳとの間隔が大き
くなるほど電圧密度の増加と共に電圧Ｖが下がり、サン
プル１、つまり上記端面Ｔが液状シールＳと密着してい
る場合が最も電圧降下が少ないことが判明した。

【００３０】上記実施形態によれば、前記固体高分子電
解質膜１８の周囲に設けたはみ出し部１８ａに直接的に
密着する液状シールＳが固体高分子電解質膜１８と第
１，第２セパレータ１４，１６との間で形状変化してシ
ール寸法のバラツキに追従し、各溝部２８，３０，３
４，３５内において一定の面圧を確保した状態で両者間
に隙間なく介在して両者間の気密性を確保することがで
きるため、第１，第２セパレータ１４，１６と燃料電池
セル１２との間で全周に渡って均一なシール反力が得ら
れ、均一なシール性を確保することができるという効果
がある。したがって、液状シールＳによる寸法誤差に対
する追従性の良さから、第１，第２セパレータ１４，１
６や燃料電池セル１２のとりわけ厚さ方向での寸法管理
を厳密に行なう必要がなく、寸法精度管理が容易となり
コストダウンを図ることができる。

【００３１】また、第１、第２セパレータ１４，１６の
溝部２８に塗布された液状シールＳは、溝部２８内で一
定の幅を維持した状態で、前記固体高分子電解質膜１８
のはみ出し部１８ａに密着して、シール寸法に応じて変
形することができるため、第１，第２セパレータ１４，
１６により燃料電池セル１２を挟持するだけで、シール
部分における気密性を確保できる。

【００３２】また、第１、第２セパレータ１４，１６と
固体高分子電解質膜１８のはみ出し部１８ａとの間のシ
ール寸法のバラツキを液状シールＳが吸収することによ
り、各セパレータ１４，１６に偏った力が作用するのを
防止できるため、各セパレータ１４，１６の薄肉化を図
ることができ、全体として軽量かつ小型化することがで
きる。よって配置スペースに制限があり、できる限り各
セパレータ１４，１６を薄型化する必要がある車両用と
して用いられた場合に好適である。

【００３３】また、液状シールＳを固体高分子電解質膜
１８に対して直接的に密着させるため、例えば、燃料電
気セル１２の周囲に額縁状の枠体を設ける場合に比較し
て部品点数、組付け工数を削減できる点で有利である。
そして、固体高分子電解質膜１８に対する液状シールＳ
の面圧も均一になり、固体高分子電解質膜１８が偏った
力を受けることもない。

【００３４】そして、液状シールＳを、アノード電極２
２及び第２ガス拡散層２６とカソード電極２０及び第１
ガス拡散層２４の各端面Ｔに密着しているため、該端面
Ｔからリークした反応ガスが燃料電池セル１２の外周を
吹き抜けることがないため、反応に寄与しないガスがな
くなり、供給されたガスを確実に発電に寄与させ、無駄
なく効率のよい発電を行なうことができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載した発明によれば、前記固体高分子電解質膜の周囲に
設けたはみ出し部に直接的に密着する液状シールが固体
高分子電解質膜とセパレータとの間で形状変化して前記
シール寸法のバラツキに追従し、溝部内において一定の
面圧を確保した状態で両者間に隙間なく介在して両者間
の気密性を確保することができるため、セパレータと電
極膜構造体との間で全周に渡って均一なシール反力が得
られ、均一なシール性を確保することができるという効
果がある。したがって、液状シールによる寸法誤差に対
する追従性の良さから、セパレータや電極膜構造体の寸
法管理を厳密に行なう必要がなく、寸法精度管理が容易
となりコストダウンを図ることができるという効果があ
る。

【００３６】また、液状シールが少なくともアノード側
拡散電極のガス拡散層又はカソード側拡散電極のガス拡
散層の端面に密着することで、これらアノード側拡散電
極とカソード側拡散電極の双方の端面からの反応ガスの
吹き抜けを阻止することができるため、そのまま無駄に
排出されるのを防止でき、したがって、その分だけ発電
に使用される実質的なガス量が増加し、効率良く発電を
行なうことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態の分解斜視図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】この発明の実施形態の第１セパレータの図１
のＢ矢視図である。

【図４】この発明の実施形態の第２セパレータの図１
のＣ矢視図である。

【図５】この発明の実施形態の第２セパレータの図１
のＤ矢視図である。

【図６】この発明の実施形態の図２の要部拡大図であ
る。

【図７】実施形態に相当する実験用のサンプル１を示
す断面図である。

【図８】比較例としての実験用のサンプル２を示す断
面図である。

【図９】比較例としての実験用のサンプル３を示す断
面図である。

【図１０】実験結果を示すグラフ図である。

【図１１】従来技術の断面図である。

【図１２】他の従来技術の断面図である。

【符号の説明】

１２燃料電池セル（電極膜構造体）１４第１セパレータ１６第２セパレータ１８固体高分子電解質膜１８ａはみ出し部２０カソード電極２２アノード電極２４第１ガス拡散層２６第２ガス拡散層２８溝部Ｓ液状シールＴ端面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者末永寿彦埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者波多野治巳埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC03 CC08 HH03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体高分子電解質膜とその両側に配設さ
れたアノード電極とガス拡散層とから成るアノード側拡
散電極とカソード電極とガス拡散層とから成るカソード
側拡散電極とで構成された電極膜構造体を、一対のセパ
レータで挟持して構成された燃料電池において、固体高
分子電解質膜の周囲にはアノード側拡散電極外周及びカ
ソード側拡散電極外周からはみ出すはみ出し部を設け、
前記セパレータ面内の外周部分であって、前記固体高分
子電解質膜のはみ出し部に対応する位置に各々溝部を設
け、この溝部に塗布された液状シールを前記固体高分子
電解質膜のはみ出し部に密着させると共に、少なくとも
上記アノード側拡散電極のガス拡散層又はカソード側拡
散電極のガス拡散層の端面に密着させた状態で一対のセ
パレータにより電極膜構造体を挟持したことを特徴とす
る燃料電池。