JP2006324084A

JP2006324084A - 燃料電池

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Publication number: JP2006324084A
Application number: JP2005145132A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamauchi; 博史山内; Hiroshi Takahashi; 高橋　　宏; Masashi Yamaga; 賢史山賀
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】燃料電池においてセル電圧の向上とフラッディングの防止による高効率化と高耐久化を実現する。
【解決手段】イオン導電性を有する電解質と、前記電解質を挟持する一対の電極部および一対のガス拡散層と、燃料及び酸化剤を一対の前記電極部のそれぞれに供給する一対のセパレータとを有する燃料電池において、前記セパレータを波板状の部位を有した複数枚の流路板により構成する。また、ガス拡散層と接する流路板の頭頂面に複数の穴を形成する。燃料あるいは酸化剤となる流体を複数の前記穴を介して電極部に直接供給する。これによりガス拡散層内に滞留する水分を取り除くことが容易になり、また、いずれの領域でも均一なガス組成、流速を維持できるので、フラッディングの発生を防止できる。その結果、セル電圧の向上による高効率化と高耐久化を図ることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池に係り、特に燃料電池の部材であるセパレータに関する。

燃料電池には電解質の種類などによって幾つかの種類がある。リン酸形燃料電池はリン酸を保持体に染み込ませて用いるタイプで、１５０〜２２０℃で運転される。溶融炭酸塩形燃料電池は炭酸リチウムと炭酸カリウムを混合体にして電解質保持体に成型したものが用いられ、６００〜７００℃で動作する。固体酸化物形燃料電池は酸素イオン導電性を有する安定化ジルコニアを電解質とし、７００〜１０００℃で動作する。いずれの場合も燃料には水素、改質ガス、炭化水素などが用いられ、酸化剤ガスには空気が用いられる。

種々ある燃料電池の中で、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）や直接メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）は、高分子からなる膜状の固体電解質の両面に白金等の触媒を担持したカーボン電極を接合して構成されている点が主な特徴である。これをＭＥＡと呼ぶ（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ；電解質膜電極一体化構造）。固体高分子形燃料電池はＭＥＡを、燃料ガス（水素を含むガス）および酸化剤ガス（酸素あるいは空気）の流路が形成された、セパレータと呼ばれる一対の板で挟持した構造をとっている。

ここでは燃料や酸化剤となる活物質を総括して反応流体と呼ぶことにする。特に燃料や酸化剤が気体である場合には反応ガスと呼ぶことにする。以下では燃料や酸化剤となる流体が気体の場合を例に説明する。通常、ＭＥＡとセパレータは多孔質のカーボン製シートを介して挟持されている。この多孔質のカーボン製シートのことを通常、ガス拡散層と呼んでいる。ガス拡散層は、反応ガスを効率良く、また、均一に電極へ供給する機能を有する。セパレータ／ガス拡散層／ＭＥＡ／ガス拡散層／セパレータを一組にしたものを単セルといい、燃料電池スタックはこの単セルを複数個積層したものである。

セパレータは反応ガスを効率良く電極へ供給する役割を負っており、反応ガスを燃料電池に供給して適当な負荷をかけることにより、電力を取り出すことが可能になる。このとき、燃料電池の反応に伴う発熱や電気抵抗によるジュール熱なども発生する。この熱を除去するために、通常、燃料電池には反応流体を通すセパレータのほかに、冷却水を通すためのセパレータが備わっている。セパレータの一例として、特許文献１には、反応ガスが全局面に沿って均一に供給できるように、セパレータに複数本の溝を形成したものが示されている。また、特許文献２には、流路溝の代わりに多孔質体を配し、この多孔体を介して反応ガスを電極部へ供給するようにしたものが示されている。これらの発明はカーボン系材料を用いたセパレータを主としているが、金属の薄板をプレスして流路を形成したものも用いることができる。

特開平3-205763号公報（要約）特開平8-255619号公報（要約）

上述した従来のセパレータを用いた燃料電池においては、反応ガスはマニホールド入口側から面内に流入し、途中で一部のガスは電極部における電気化学反応により消費され、残りはマニホールド出口側から排出される。この方式において、ガスはガス消費による濃度差と圧力差で電極部に供給される。そのため、電極部における水の滞留すなわちフラッディングが発生しやすく、電池電圧の低下が発生しやすい。つまり、水の滞留をできるだけ抑えることができればより高効率で、長寿命の電池を得ることができる。

この他、反応ガスが空気のように複数の物質で構成されている場合には、反応ガスが一つのセルに流入してから流出するまでの間に、反応ガスに含まれる活物質のみが順次消費されるため、セル内の活物質濃度に分布が生じ、入口部で高く、出口部で低くなる。その結果、下流側ほど反応の偏りが生じ、燃料電池の劣化に大きく作用するガス欠が発生しやすくなる。

本発明の目的は、フラッディングおよび反応ガス濃度の不均一性等に起因する発電性能の低下や電池劣化を緩和できるようにした燃料電池を提供することにある。

本発明は、反応ガスが必ずガス拡散層を通過できる構造とした。その手段として、セパレータを波板状、あるいは波板状の部位を有した複数枚の流路板を用いて構成し、電極部と接する流路板の頭頂面に複数の穴を形成し、燃料あるいは酸化剤が前記穴から電極部に供給されるようにした。

本発明によれば、反応ガスを強制的に電極部に供給することが可能であるため、電極部における水の滞留を抑制することができる。また、一つのセル内の電極部における反応ガスの濃度は場所によらず一定であるため、反応の局所的な偏りが発生せず、ガス欠が発生しずらくなる。以上の結果、高いセル電圧を保持でき、かつ、電池の寿命を延ばすことができる。

以下、単セルおよび積層型燃料電池について、図面を参照して説明する。

まず、単セルについて述べる。図１は本発明の基本的なセパレータの構成を示す展開斜視図である。セパレータ１は波板状の部位を有する２枚の流路板２ａ，２ｃで一枚の平板状の流路板２ｂを挟持している。また、ガスシールのためのガスケット４ａが流路板２ａと２ｂの間に挿入され、ガスケット４ｃが流路板２ｂと２ｃの間に挿入されている。以上の５つの部材により一組のセパレータ１が完成する。ただし、これらの流路板は電力を隣り合うセルに連絡する機能を負うため、導電性であることが必須である。そのため流路板２ａ、２ｂ、２ｃは互いに電気的に接した状態に保たれている。

図１中にはセパレータ１を通過する反応ガスの流れを一例として示した。反応ガスはマニホールド２０１ｃ，２０１ａの入口側からガスの流れａ，ｃで示すように流入し、流路板２ｃ，２ｂ，２ａおよびガスケット４ｃ，４ａ等で囲まれる空間を通過して、リブ頭頂部２０９ａに形成されたガス供給穴２０８ａに到達する。反応ガスはガス供給穴２０８ａから流路板２aの反対面に流れ出て、さらに流路板２aの溝に沿って進む。この様子を理解しやすいように、セパレータ１と一体化ＭＥＡ５を組み合わせた時のガスの流れを、次に述べる断面図を用いて説明する。

まず始めに一体化ＭＥＡ５について図５を用いて説明する。ＭＥＡ５０２は電解質膜の両面に白金等の触媒を担持した電極部１４ａ，１４ｃをホットプレス等の手段を用いて接合して得られる燃料電池の主要部材である。この両面にさらにガス拡散層と呼ばれる、通常はカーボン製の多孔体が接合あるいは接触される。最近ではＭＥＡ５０２とガス拡散層７ａ，７ｃおよびガスケット部５０３を一つの部材にした一体化ＭＥＡ５が用いられることもある。燃料電池は、この一体化ＭＥＡ５にマニホールド５０１から流入した反応ガスを供給して、両極に負荷を与えることにより発電が可能となる。したがって、一体化ＭＥＡ５では、反応ガスはガス拡散層７ａ，７ｃを経由して電極部１４ａ，１４ｃに供給される。

図２は図１で示したセパレータの一部を抜き取って拡大した断面図であり、図１のＡ−Ａ部の断面図である。３枚の流路板すなわち波板状の部位を有した流路板２ａ，２ｃと、平板状の流路板２ｂを重ね合わせることにより、反応ガスの通り道となる２つの反応ガス導入路１０６ａ，１０６ｃが流路板２ａと２ｂおよび流路板２ｂと２ｃの間にそれぞれ形成される。反応ガス導入路１０６ａはアノードガス（燃料ガス）の導入路となり、反応ガス導入路１０６ｃはカソードガス（酸化剤ガス）の導入路となる。

反応ガス導入路１０６ａ，１０６ｃを流れるガスはガス供給穴２０８ａ，２０８ｃを通過してＭＥＡ５０２に供給され、そのうちの一部は反応により消費される。残りの未反応ガスは反応ガス排出路１０７ａ，１０７ｃを経て系外に排出される。反応ガス排出路１０７ａ，１０７ｃは一体化ＭＥＡ５と流路板２ａ，２ｂ，２ｃよりなるセパレータ１とを重ね合わせることにより形成される空間である。この空間は出口側のマニホールド２０１ａ或いは２０１ｃに繋がっており、系外に残りの反応ガスが排出される。

この方式の利点は、反応ガスがＭＥＡ５０２の電極部１４ａ，１４ｃへ強制的に供給されるため、反応によって電極部で生じる水分も強制的に排出させることができ、これによりフラッディングに起因する電圧低下や電池劣化を抑えることが可能となる点である。

比較のために、従来の方式と比較する。従来のセパレータは１枚の流路板で構成されることが多い。その典型的な例を図３に示す。図３は従来の流路板２をガスケット４と組み合わせた一組のセパレータを示す展開斜視図である。図中には反応ガスの流れの一例を実線で示した。入口側マニホールドから反応ガスが流路板２に供給される。反応ガスは流路板２の平坦部１０３を経て凹凸状の流路溝部２０６に沿って流れ、出口側マニホールドに到達する。図３には示していないが、流路板２の両面には一体化ＭＥＡ５が接面する。一体化ＭＥＡの代わりに通常のＭＥＡ５０２でもよい。図３に示した従来の燃料電池では反応ガスは入口側のマニホールドから流路溝部２０６に供給され、さらに出口側のマニホールドから流出する経路を辿る。この際、反応ガスの流量は電気化学反応の進行に伴って一部が消費されることにより入口から出口にかけて次第に減少する。燃料ガスとして水素や窒素等からなる混合ガスを用いると、反応ガス流量は減少するだけでなく、水素濃度も同時に減少する。このように、従来の燃料電池では電極面に対し、上流と下流で反応ガスの流量、流速や水素濃度が異なる。これにより、面内で反応分布、温度分布、圧力分布が生じ、同じセル内にあっても各種物理量に不均一性がある。これに対し、本発明では流路板２に形成されたガス供給穴２０８ａ，２０８ｃから新鮮な反応ガスがセル面内に均一に供給されるため、いずれの場所でも均一な反応が進行しやすく、ガス欠などの電池劣化に大きな影響を及ぼす度合いが減少する。この結果、ＭＥＡへのダメージを軽減でき、電池の長寿命化につながる。

この他、従来の方式ではＭＥＡ５０２の電極部１４ａ，１４ｃに供給する反応ガスの駆動力は主に圧力差や濃度差によるものなので、ガス拡散層７ａ，７ｃに蓄積した水分を障害無く取り除くことが比較的困難である。図４は図３のＢ−Ｂ部の断面図を示したものであり、反応ガスがＭＥＡ５０２に供給される様子を矢印付きの実線で示した図である。反応ガスは一体化ＭＥＡ５と、波板状の部位を有する複数の流路板によって構成される凹凸を有するセパレータ１とを接面して形成される流路溝部２０６ａ，２０６ｃに沿って流れる。図４でいうと、紙面に対し、垂直方向に反応ガスが流れる。この流れと同時に、図４中に矢印で示した反応ガスの流れにより反応ガスが電極部に供給されるが、この流れが上述したように圧力差と濃度差のみにより生じるため、強制対流と比較して流れが弱い。このように本発明ではガス拡散層７ａ，７ｃに直接、強制的に反応ガスを供給する構造であるため、ガス拡散層７ａ，７ｃに蓄積する水分を容易に排出できるようになる。

この他、流路板２ａ，２ｂ，２ｃを金属で形成する場合には、金属の腐食や不働態皮膜の成長を防止することに対し配慮する必要がある。例えば、金属が腐食すると、腐食による生成物が触媒を被毒させたり、電解質膜に取り込まれて抵抗を上昇させたりする。そこで、セパレータの寿命に関して各種腐食試験を行った結果、腐食部位は電流が通過する部分で顕著に観察されることが明らかになり、そのため、基板金属の表面には基板金属の腐食等を抑える被覆層を設けることが有効であることが分かった。これによりセパレータの寿命を大幅に延ばすことが可能になった。本発明のセパレータにおいては、流路板の表面の全部あるいは少なくともガス拡散層７ａ，７ｃと接する部位に、流路板を防食し、あるいは不働態皮膜の成長を抑える被覆層を設けることが好ましい。一例としては、流路板にステンレス鋼、ニッケル、ニッケル基合金、チタン、チタン基合金、ニオブ、ニオブ基合金、タンタル、タンタル基合金、タングステン、タングステン基合金、ジルコニウム、ジルコニウム基合金、アルミニウム、及びアルミニウム合金から選ばれる最外層を形成し、耐食性を向上することが望ましい。

前記被覆層は、フッ素系、フェノール系、エポキシ系、スチレン系、ブタジエン系、ポリカーボネイト系、ポリフェニレンスルフィド系、あるいはこれらの混合体あるいは共重合体から選ばれる樹脂バインダと、１種類以上の炭素を含む導電材とから構成することができる。流路板２ａ，２ｂ，２ｃをそれぞれ前記被覆層で結着させて一体化することにより、セパレータの取り扱い性が良くなる。

本発明は更に、ＭＥＡの両面に配置された一対のガス拡散層及びその外側に配置された一対のセパレータとから構成された発電ユニットを積層した燃料電池スタックと、その外側に配置された集電板及び更に外側に配置された端板を備えた燃料電池を提供する。この積層型燃料電池について、以下で説明する。

図６は積層型燃料電池の展開斜視図である。図６の積層型燃料電池は固体高分子形燃料電池であり、一体化ＭＥＡを４枚用いた４セルスタックである。本燃料電池の両端はエンドプレート１０、絶縁板９、集電板８からなり、それらの間には複数組のセパレータおよび一体型ＭＥＡが挟持されている。図中には示していないが、２つのエンドプレート１０を例えばボルトナット等で締結することで、上記部材を挟持、固定することができる。

図６に示したセパレータ１ｂは図１で示したセパレータと同じであり、流路板２ａ，２ｂ，２ｃとガスケット４ａ，４ｃで一組のセパレータが構成されている。セパレータ１ａおよび１ｃはエンドプレート１０側にあるため、一方の反応ガスを流通させる流路板２ａあるいは２ｃが不要となる。そのため、セパレータ１ａおよび１ｃはそれぞれ、流路板２ｂと流路板２a、および流路板２ｂと流路板２ｃとで構成されている。一方、中間に位置するセパレータ１ｂはアノードとカソード両方の反応ガスを受け持つため、流路板２ｂを中心とした流路板２ａと２ｃの３枚の流路板で構成されている。本実施例の燃料電池では、流路板２ｃにはカソード反応ガスを、流路板２ａにはアノードガスを流通させる。

燃料電池を発電するための電極の面積は１００ｃｍ^２とし、これに適合するように流路板の外形寸法を調整した。アノード極側およびカソード極側に用いる流路板のリブ幅（一体化ＭＥＡと接触する頭頂部）は２ｍｍピッチ、溝深さは０．５ｍｍとした。流路板２ａと流路板２ｃのリブ頭頂部に形成するガス供給穴２０８ａ，２０８ｃの直径は１ｍｍとした。流路板を形成するために用いる材料は板厚０．１ｍｍのステンレス鋼（ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４）を選んだ。この平板を図１で示したように平板の周辺部に平坦部２０３ａを有し、中央部に凹凸部を有するように形成した。凹凸部は、張り出しプレスと打抜きプレスの組合せにより形成した。また、マニホールド２０１ａ，２０１ｃおよびガス供給穴２０８ａ，２０８ｃを形成した。セパレータ１は複数の流路板で形成されるため、これらを電気的な導通を確保すること、シール性を維持すること、金属腐食を防止することを目的に、流路板２ａ，２ｂ，２ｃ同士が接触する部位に導電性を有する塗料を塗布して接着した。接着層は黒鉛とカーボンブラックを混合した導電材にフェノール−エポキシ樹脂をバインダ、ＤＤＡを溶剤とする塗料を、スクリーンを用いて印刷し、ガスケット４ａ，４ｃを挟んで流路板同士を密着させて約１５０℃、３０分、真空乾燥した。これにより複数の流路板は導電性を維持して接合され、セパレータ１が得られた。セパレータ１の外表面のうち、一体化ＭＥＡ５と接触するリブ頭頂部２０９ａにも上記の方法で塗料を塗布して被覆層を形成し、導電性を維持しながら耐食性も向上させた。

ＭＥＡは全ての燃料電池で同じ種類を用い、ガス拡散層７ａ，７ｃとガスケット４ａ，４ｃとが一体化した一般に市販されているタイプを用いた。

発電試験は次の条件で行った。積層型燃料電池は温度を一定に保つため、恒温槽に設置した。燃料ガス（ＡＮガス）には純水素を、酸化剤ガス（ＣＡガス）には空気を用いた。ＡＮガスは、燃料電池の入口における露点が６３±３℃になるよう加湿し、エンドプレート１０に設けたＡＮガス出入口用のコネクタを介して送気した。本燃料電池の効果を確認するため、反応ガスの利用率を変化させる試験を行った。燃料電池の性能は一条件あたり２時間発電した際の平均セル電圧により評価した。代表的な結果を図７に示した。この試験は燃料ガスとして改質ガスを想定し、水素５０ｖｏｌ％＋窒素５０ｖｏｌ％＋一酸化炭素１０ｐｐｍ、酸化剤ガスとして空気を用いたときの、電流密度０．２Ａ／ｃｍ^２における燃料利用率特性を示す。従来型および本発明の燃料電池ともに燃料利用率が上がると、平均セル電圧は大きくなり、利用率１００％直前での低下率が大きい。しかし、本発明による燃料電池は従来型よりもセル電圧が全体的に高く、かつ、１００％直前の高利用率における平均セル電圧の低下度合いが小さい。これは、本発明では燃料ガスが全面にくまなく配されたガス供給穴２０８ａ，２０８ｃを介して均一に電極部へ供給されるため、電極部のいずれの場所でも燃料ガス濃度が一定であり、また、燃料ガスの供給が速やかであることに起因すると考えられる。このように、本発明によると、燃料利用率が高い条件で運転できるため、電池の効率向上に良い効果をもたらす。

その他、フラッディングの影響を受けにくいことも利点の一つである。別途行った供給反応ガスの露点を変化させた試験では、セル温度を超えた露点であっても、従来の燃料電池に比較すると、セル電圧の変動が少ないだけでなく、各セル間の電圧差も小さくなった。このことから、ガス拡散層等に滞留する水分が少ないためと考えられる。

このように、本発明により効率向上が期待され、同時に、フラッディングの影響を受けにくいことから電池の耐久性向上にも資すると考えられる。

本実施例で用いた接着層あるいは被覆層は導電性塗料としたが、どのような手段であっても同じ効果が得られるわけではない。流路板の材質に応じてＰＶＤ法、めっき、あるいは化成処理などの様々な被覆層を付与できる手段があるが、高い導電性と効果的な防食性を有する手段は限られる。防食性能を評価するために３０℃、０．０５Ｍの硫酸水溶液中で分極曲線を測定した結果、最も効果が高い被覆層は導電性塗料を塗布して形成した被覆層であった。

その他の手段による被覆層ではピンホールやクラックが発生する可能性がある。ピンホールの無い健全な被覆層を形成しないと、十分な防食効果は得られない。導電性塗料の中でも、バインダとしてフッ素系，フェノール系，エポキシ系，スチレン系，ブタジエン系，ポリカーボネイト系，ポリフェニレンスルフィド系，あるいはこれらの混合体あるいは共重合体から選んだものが防食効果を発揮する。中でもフッ素系のＰＶＤＦが最も顕著な防食効果を示した。

導電材も適当な材料を選ぶ必要がある。タングステンカーバイドなどのセラミックスを導電材とした塗料は発電中に被覆層が酸化され、タングステン酸に変化するなど、電池への悪影響が懸念される。これに対し、黒鉛などのカーボン材料を導電材とした塗料では電気化学的に安定で、燃料電池環境中でも充分な耐性を有していた。さらにカーボンブラックを黒鉛と混合したものは電気伝導性をより高める効果があった。流路板同士を接着する接着層についても同じ事がいえる。

本実施例で用いた流路板はステンレス鋼を例として用いた。流路板はステンレス鋼に限られるわけではなく、ある程度の耐食性を有する材料であれば良い。各種金属材料について３０℃、０．０５Ｍの硫酸あるいは０．０５Ｍの硫酸ナトリウム水溶液中での分極曲線および浸漬試験による腐食量を測定した結果、ステンレス鋼，ニッケル，ニッケル基合金，チタン，チタン基合金，ニオブ，ニオブ基合金，タンタル，タンタル基合金，タングステン，タングステン基合金，ジルコニウム，ジルコニウム基合金が特に優れた耐食性を示した。特にチタンのような高耐食性の金属は、被覆層が金属表面の酸化を抑えられれば、上述した導電性塗料である必要性がない場合もある。低利用率、低電流密度などの運転条件であれば、めっきやスパッタであってもよい。

これら金属の多くは腐食しても腐食生成物の放出が少なく、電解質や電極へ及ぼす影響の度合いが非常に小さい。よって流路板は、これらの金属で構成されることが好ましい。ただし、必ずしも流路板が単体である必要は無く、少なくとも流路板の表面が上記金属であればよい。例えばクラッドなどの手段で極表面層にこれら金属を形成した流路板を用いることもできる。

以上の実施例は金属板をプレス成型した３枚の流路板によるセパレータを例として用いたが、必ずしも３枚の流路板でセパレータを形成する必要は無く、ガス供給穴を介して電極部に反応ガスを供給するのであれば、２枚あるいは４枚以上の流路板で構成されていてもよい。また、流路板の材質は金属製に限られるものでなく、炭素系の材料で形成されていてもよい。

以上の実施例は固体高分子形燃料電池を例として用いたが、この他、アノード側の反応流体としてメタノールやジメチルエーテルなどを燃料とする液体燃料電池にも適用可能である。

前述のように、本発明において、セパレータ１は必ずしも金属である必要は無く、例えば流路板２ａと流路板２ｃの２枚は必要な導電性があれば炭素系の材料であっても良い。図８はその一例を示す展開斜視図である。図８に記載したセパレータ１は流路板２ａ，２ｂおよび２ｃで構成され、それぞれが密着した形態をとる。例えば流路板２ｂの材料として膨張黒鉛製のシートを用いると、導電性とシール性を付与することができる。図９は図８に記載した流路板２ａを裏側から見た斜視図である。流路板２ａと流路板２ｂとを接触させることにより反応ガス導入路１０６ａを、流路板２ｂと流路板２ｃとを接触させることにより反応ガス導入路１０６ｃをそれぞれ形成させることができる。ガスの流れは図１と同じであるため省略する。反応ガス導入路１０６ａ，１０６ｃに導入された反応ガスはガス供給穴２０８ａ，２０８ｃを経て、それぞれ反応ガス排出路１０７ａ，１０７ｃに流れ、最終的にマニホールドから排出される。このように、流路板として炭素系の材料を用いても本発明を実施することは可能である。このとき、先に述べたように流路板２ｂの材料として膨張黒鉛のようなシール性と導電性を兼ね備えた材料を用いれば、図１に示したようなガスケット４ａ，４ｃを不用とすることが可能である。

本発明の燃料電池におけるセパレータの構成の一例を示す展開斜視図。図１で示したセパレータの一部を抜き取って拡大した断面図。従来の流路板とガスケットと組み合わせた一組のセパレータを示す斜視図。図３に示したＢ−Ｂ部の断面図。一体化ＭＥＡの一例を示す断面図。積層型燃料電池の展開斜視図。本発明及び従来の燃料電池について、燃料利用率と平均セル電圧との関係を示した図。炭素系の材料よりなる流路板によって形成されたセパレータの展開斜視図。図８に示した流路板２ａを裏側から見た斜視図。

符号の説明

１…セパレータ、２ａ…流路板、２ｂ…流路板、２ｃ…流路板、４ａ…ガスケット、４ｃ…ガスケット、５…一体化ＭＥＡ、７ａ…ガス拡散層、７ｃ…ガス拡散層、８…集電板、９…絶縁板、１０…エンドプレート、１４ａ…電極部、１４ｃ…電極部、１０３…平坦部、１０６ａ…反応ガス導入路、１０６ｃ…反応ガス導入路、１０７ａ…反応ガス排出路、１０７ｃ…反応ガス排出路、２０１ａ…マニホールド、２０１ｃ…マニホールド、２０３ａ…平坦部、２０６…流路溝部、２０８ａ…ガス供給穴、２０８ｃ…ガス供給穴、２０９ａ…リブ頭頂部、５０２…ＭＥＡ。

Claims

イオン導電性を有する電解質と、前記電解質を挟持する一対の電極部および一対のガス拡散層と、燃料及び酸化剤を一対の前記電極部のそれぞれに供給する一対のセパレータとを有する燃料電池において、前記セパレータは波板状の部位を有した複数枚の流路板により構成され、前記ガス拡散層と接する前記流路板の頭頂面に複数の穴が形成され、燃料あるいは酸化剤が前記穴を通して前記電極部に供給されることを特徴とする燃料電池。
イオン導電性を有する電解質と、前記電解質を挟持する一対の電極部および一対のガス拡散層と、燃料及び酸化剤を一対の前記電極部のそれぞれに供給する一対のセパレータとを有する燃料電池において、前記セパレータに燃料あるいは酸化剤を流通させるための反応体導入部が設けられ、かつ、前記ガス拡散層と接する面に複数個の穴が形成され、燃料あるいは酸化剤が前記反応体導入部、前記穴、前記電極部の順に流れることを特徴とする燃料電池。
請求項１または２において、前記セパレータは波状に加工した金属板であり、前記ガス拡散層と接する面の一部に反応流体が流れる複数の穴が形成され、残りの面に前記金属板を保護するための導電性耐食層が設けられていることを特徴とする燃料電池。
イオン導電性を有する電解質と、前記電解質を挟持する一対の電極部および一対のガス拡散層と、燃料及び酸化剤を一対の前記電極部のそれぞれに供給する一対のセパレータとを有する燃料電池において、前記セパレータは波板状の部位を有した２枚の流路板を平板状の流路板の両側に配置することにより構成され、前記ガス拡散層と接する前記流路板の頭頂面に複数の穴が形成され、燃料あるいは酸化剤が前記穴を通して前記電極部に供給されることを特徴とする燃料電池。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料電池よりなる発電ユニットを複数積層し、その外側に集電板を備え、更にその外側に端板を備えたことを特徴とする積層型燃料電池。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料電池において、前記電解質の両面に一対の前記電極部が接合され、一体化されていることを特徴とする燃料電池。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料電池において、前記電解質の両面に一対の前記電極部が接合され、更にその外側に一対の前記ガス拡散層が接合され、一体化されていることを特徴とする燃料電池。