(57)【要約】【課題】組立作業が容易な燃料電池を提供する。【解決手段】固体高分子膜１２を少なくとも２つの電極１４，１６により挟持している単セル１０を有する燃料電池。固体高分子膜１２と電極１４，１６との間の少なくとも１つの間に、固体高分子膜１２と電極１４，１６とを互いに離間する少なくとも１つの離間部材１８ａ，１８ｂが配置されている。電極１４，１６と対向する離間部材１８ａ，１８ｂの電極側対向面２０ａ，２０ｂは、当該電極側対向面２０ａ，２０ｂに対向する電極１４，１６の面２２ａ，２２ｂよりも大きくなっている。又は、固体高分子膜１２と対向する離間部材１８ａ，１８ｂの膜側対向面２４ａ，２４ｂは、当該膜側対向面２４ａ，２４ｂに対向する固体高分子膜１２の面２６ａ，２６ｂよりも大きくなっている。【選択図】      図２
2005243450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子膜と、
前記固体高分子膜を挟持する少なくとも２つの電極と、
前記固体高分子膜と前記電極との間の少なくとも１つの間に配置され、前記固体高分子膜と前記電極とを互いに離間させ、前記電極と対向する電極側対向面が前記電極の当該電極側対向面に対向する面よりも大きい少なくとも１つの離間部材と、
を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
少なくとも１つの前記離間部材の前記電極側対向面は、前記電極の当該電極側対向面に対向する面を前記電極から前記離間部材に向かう方向に見て含んでいることを特徴とする請求項１の燃料電池。
【請求項３】
固体高分子膜と、
前記固体高分子膜を挟持する少なくとも２つの電極と、
前記固体高分子膜と前記電極との間の少なくとも１つの間に配置され、前記固体高分子膜と前記電極とを互いに離間させ、前記固体高分子膜と対向する膜側対向面が前記固体高分子膜の当該膜側対向面に対向する面よりも大きい少なくとも１つの離間部材と、
を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
少なくとも１つの前記離間部材の前記膜側対向面は、前記固体高分子膜の当該膜側対向面に対向する面を前記離間部材から前記固体高分子膜に向かう方向に見て含んでいることを特徴とする請求項３の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、特に固体高分子電解質型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池として、固体高分子型燃料電池が用いられている。固体高分子型燃料電池の一例が、特許文献１に開示されている。この固体高分子型燃料電池は、図３に示すような単セル３０を有する。この単セル３０は、固体高分子膜３２を板状の燃料電極３４と酸化剤電極３６とによって挟持することにより形成されている。燃料電極３４及び酸化剤電極３６は、固体高分子膜３２に押圧され密着されている。固体高分子型燃料電池によって発電を行う際には、燃料電極３４に燃料を供給し、酸化剤電極３６に酸化剤を供給する。この結果、単セル３０で化学反応が進行し、発電が行われる。
【０００３】
なお、上記した単セル３０を積層した積層セル体が使用される場合がある。このような積層セル体では、単セル３０が電気的に直列に接続されており、所望の出力を得ることが可能となっている。
【特許文献１】特開平６−８９７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固体高分子膜３２は、一般に柔らかく損傷しやすいものである。一方、固体高分子電解質型燃料電池では、燃料、酸化剤、高分子膜の材料等に応じて、電極を硬い材料や表面が粗い材料で形成する場合がある。この場合、燃料電池を組み立てる際には、電極によって固体高分子膜３２を損傷しないように注意しなければならない。この結果、組立作業が困難なものとなっている。
【０００５】
本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、組立作業が容易な燃料電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、固体高分子膜と、前記固体高分子膜を挟持する少なくとも２つの電極と、前記固体高分子膜と前記電極との間の少なくとも１つの間に配置され、前記固体高分子膜と前記電極とを互いに離間させ、前記電極と対向する電極側対向面が前記電極の当該電極側対向面に対向する面よりも大きい少なくとも１つの離間部材と、を具備することを特徴とする燃料電池である。
【０００７】
そして、本請求項１の発明では、固体高分子膜と電極とを離間部材によって互いに離間させると共に、離間部材の電極側対向面に対して電極の当該電極側対向面に対向する面を位置合わせするようにしたものである。
【０００８】
請求項２の発明は、少なくとも１つの前記離間部材の前記電極側対向面は、前記電極の当該電極側対向面に対向する面を前記電極から前記離間部材に向かう方向に見て含んでいることを特徴とする請求項１の燃料電池である。
【０００９】
そして、本請求項２の発明では、少なくとも１つの離間部材の電極側対向面が、電極の当該電極側対向面に対向する面を電極から離間部材に向かう方向に見て含むように、電極を離間部材に対して配置したものである。
【００１０】
請求項３の発明は、固体高分子膜と、前記固体高分子膜を挟持する少なくとも２つの電極と、前記固体高分子膜と前記電極との間の少なくとも１つの間に配置され、前記固体高分子膜と前記電極とを互いに離間させ、前記固体高分子膜と対向する膜側対向面が前記固体高分子膜の当該膜側対向面に対向する面よりも大きい少なくとも１つの離間部材と、を具備することを特徴とする燃料電池である。
【００１１】
そして、本請求項３の発明では、固体高分子膜と電極とを離間部材によって互いに離間させると共に、離間部材の膜側対向面を固体高分子膜の当該膜側対向面に対向する面に対して位置合わせするようにしたものである。
【００１２】
請求項４の発明は、少なくとも１つの前記離間部材の前記膜側対向面は、前記固体高分子膜の当該膜側対向面に対向する面を前記離間部材から前記固体高分子膜に向かう方向に見て含んでいることを特徴とする請求項３の燃料電池である。
【００１３】
そして、本請求項４の発明では、少なくとも１つの離間部材の膜側対向面が、固体高分子膜の当該膜側対向面に対向する面を離間部材から固体高分子膜に向かう方向に見て含むように、離間部材を固体高分子膜に対して配置したものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料電池の組立作業が容易になっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の第１実施形態を図１を参照して説明する。本実施形態の燃料電池では、図１（Ａ）に示されるような単セル１０が用いられている。この単セル１０は、固体高分子膜１２を有する。この固体高分子膜１２の一側方に燃料電極１４が配置され、他側方に酸化剤電極１６が配置されている。固体高分子膜１２と燃料電極１４との間には第１の離間部材１８ａが配置され、固体高分子膜１２と酸化剤電極１６との間には第２の離間部材１８ｂが配置されている。これら第１及び第２の離間部材１８ａ，１８ｂ、燃料電極１４並びに酸化剤電極１６は、板状であり、互いに重ね合わされている。
【００１６】
本実施形態では、第１の離間部材１８ａにおいて、燃料電極１４と対向する面を電極側対向面２０ａと称する。一方、燃料電極１４において、第１の離間部材１８ａの電極側対向面２０ａに対向する面を部材側対向面２２ａと称する。第１の離間部材１８ａの電極側対向面２０ａは、燃料電極１４の部材側対向面２２ａよりも大きくなっている。さらに、図１（Ｂ）に示されるように、燃料電極１４は、燃料電極１４から離間部材１８ａに向かう方向に見て、部材側対向面２２ａが第１の離間部材１８ａの電極側対向面２０ａに含まれるように、第１の離間部材１８ａに対して配置されている。
【００１７】
また、図１（Ａ）に示されるように、第２の離間部材１８ｂと酸化剤電極１６とは、第１の離間部材１８ａと燃料電極１４との大小関係・位置関係と同様な関係を有する。即ち、第２の離間部材１８ｂの電極側対向面２０ｂは、酸化剤電極１６の部材側対向面２２ｂよりも大きくなっている。また、図１（Ｃ）に示されるように、酸化剤電極１６は、酸化剤電極１６から離間部材１８ｂに向かう方向に見て、部材側対向面２２ｂが第２の離間部材１８ｂの電極側対向面２０ｂに含まれるように、第２の離間部材１８ｂに対して配置されている。
【００１８】
ここで、固体高分子膜１２としては、例えばバーフルオロスルホン酸膜等が用いられる。また、燃料電極１４及び酸化剤電極１６は、燃料及び酸化剤に応じて様々な材料で形成される。例えば、燃料として水素化ホウ素ナトリウム水溶液を用いる場合には、金属製の燃料電極１４が使用される。この場合、燃料電極１４として、水素吸蔵合金とＰＴＦＥ（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）との混合物を発泡ニッケル基板に塗布し、ニッケル製の金網で包んで機械的にプレスして作成したものを使用することが好ましい。
【００１９】
そして、第１及び第２の離間部材１８ａ，１８ｂは、以下のような材料で形成することが好ましい。即ち、後述する燃料電池の組立工程において、固体高分子膜１２を損傷しにくい柔らかい材料であり、かつ、燃料電池による発電において、固体高分子膜１２と燃料電極１４及び酸化剤電極１６との間の化学反応を阻害しにくい比抵抗の小さな材料であることが好ましい。例えば、第１及び第２の離間部材１８ａ，１８ｂとしては、炭素繊維で形成されたカーボンクロスやカーボンペーパーが用いられる。
【００２０】
次に、上記構成の本実施形態の燃料電池の組立工程について説明する。単セル１０を組み立てる際には、固体高分子膜１２を第１及び第２の離間部材１８ａ，１８ｂによって挟持する。そして、燃料電極１４を、部材側対向面２２ａが第１の離間部材１８ａの電極側対向面２０ａに含まれるように第１の離間部材１８ａに対して位置合わせする。また、酸化剤電極１６を、部材側対向面２２ｂが第２の離間部材１８ｂの電極側対向面２０ｂに含まれるように第２の離間部材１８ｂに対して位置合わせする。
【００２１】
従って、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。第１及び第２の離間部材１８ａ，１８ｂの電極側対向面２０ａ，２０ｂは、燃料電極１４及び酸化剤電極１６の部材側対向面２２ａ，２２ｂよりも大きくなっている。このため、燃料電極１４及び酸化剤電極１６を第１及び第２の離間部材１８ａ，１８ｂに対して容易に位置あわせすることが可能となっている。従って、固体高分子膜１２の損傷を防止しつつ、容易に燃料電池を組み立てることが可能となっている。
【００２２】
また、第１及び第２の離間部材１８ａ，１８ｂの電極側対向面２０ａ，２０ｂは、燃料電極１４及び酸化剤電極１６の部材側対向面２２ａ，２２ｂを含んでいる。このため、例えば、経年変化等によって、燃料電極１４あるいは酸化剤電極１６が第１あるいは第２の離間部材１８ａ，１８ｂに対して位置ずれを生じたとしても、燃料電極１４あるいは酸化剤電極１６の部材側対向面２２ａ，２２ｂが第１あるいは第２の離間部材１８ａ，１８ｂの電極側対向面２０ａ，２０ｂから突出する可能性が少なくなっている。従って、固体高分子膜１２が保護されている。
【００２３】
図２は、本発明の第２実施形態を示す。第１実施形態と同様な機能を有する構成には、同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施形態では、第１及び第２の離間部材１８ａ，１８ｂにおいて、固体高分子膜１２に対向する面を膜側対向面２４ａ，２４ｂと称する。一方、固体高分子膜１２において、第１の離間部材１８ａの膜側対向面２４ａと対向する面を燃料側対向面２６ａと称し、第２の離間部材１８ｂの膜側対向面２４ｂと対向する面を酸化剤側対向面２６ｂと称する。
【００２４】
第１の離間部材１８ａの膜側対向面２４ａは、固体高分子膜１２の燃料側対向面２６ａよりも大きくなっている。さらに、第１の離間部材１８ａは、第１の離間部材１８ａから固体高分子膜１２に向かう方向に見て、膜側対向面２４ａが固体高分子膜１２の燃料側対向面２６ａを含むように、固体高分子膜１２に対して配置されている。同様に、第２の離間部材１８ｂの膜側対向面２４ｂは、固体高分子膜１２の酸化剤側対向面２６ｂよりも大きくなっている。さらに、第２の離間部材１８ｂは、第２の離間部材１８ｂから固体高分子膜１２に向かう方向に見て、膜側対向面２４ｂが固体高分子膜１２の酸化剤側対向面２６ｂを含むように、固体高分子膜１２に対して配置されている。
【００２５】
次に、上記構成の本実施形態の燃料電池の組立工程について説明する。単セル１０を組み立てる際には、第１の離間部材１８ａを、膜側対向面２４ａが固体高分子膜１２の燃料側対向面２６ａを含むように固体高分子膜１２に対して位置合わせする。また、第２の離間部材１８ｂを、膜側対向面２４ｂが固体高分子膜１２の酸化剤側対向面２６ｂを含むように固体高分子膜１２に対して位置合わせする。この後、燃料電極１４を第１の離間部材１８ａに対して位置合せし、酸化剤電極１６を第２の離間部材１８ｂに対して位置合せする。
【００２６】
従って、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。第１あるいは第２の離間部材１８ａ，１８ｂの膜側対向面２４ａ，２４ｂは、固体高分子膜１２の燃料側対向面２６ａあるいは酸化剤側対向面２６ｂよりも大きくなっている。このため、第１及び第２の離間部材１８ａ，１８ｂを固体高分子膜１２に対して容易に位置あわせすることが可能となっている。従って、容易に燃料電池を組み立てることが可能となっている。
【００２７】
また、第１あるいは第２の離間部材１８ａ，１８ｂの膜側対向面２４ａ，２４ｂは、固体高分子膜１２の燃料側対向面２６ａあるいは酸化剤側対向面２６ｂに含まれている。このため、固体高分子膜１２の両面の全体が第１及び第２の離間部材１８ａ，１８ｂによって保護されている。従って、機械的強度の弱い固体高分子膜１２のエッジ部分が保護されている。
【００２８】
上述したように、固体高分子膜１２の両面の全体が第１及び第２の離間部材１８ａ，１８ｂによって保護されている。このため、例えば、燃料電極１４あるいは酸化剤電極１６の部材側対向面２２ａ，２２ｂが、第１あるいは第２の離間部材１８ａ，１８ｂの電極側対向面２０ａ，２０ｂから突出してしまっても、固体高分子膜１２は確実に保護される。よって、燃料電極１４あるいは酸化剤電極１６を第１あるいは第２の離間部材１８ａ，１８ｂに対して高精度に位置合せする必要がなくなっている。従って、さらに容易に燃料電池を組み立てることが可能となっている。
【００２９】
また、第１あるいは第２の離間部材１８ａ，１８ｂの膜側対向面２４ａ，２４ｂは、固体高分子膜１２の燃料側対向面２６ａあるいは酸化剤側対向面２６ｂを含んでいる。このため、例えば、経年変化等によって、固体高分子膜１２が第１あるいは第２の離間部材１８ａ，１８ｂに対して位置ずれを生じたとしても、固体高分子膜１２の燃料側対向面２６ａあるいは酸化剤側対向面２６ｂが第１あるいは第２の離間部材１８ａ，１８ｂの膜側対向面２４ａ，２４ｂから突出する可能性が少なくなっている。従って、固体高分子膜１２が保護されている。
【００３０】
本発明は上記実施形態そのままのものに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合せることが可能である。
【００３１】
例えば、第１実施形態及び第２実施形態において、第１及び第２の離間部材１８ａ，１８ｂを使用している。しかしながら、例えば、燃料電極１４が比較的柔らかい材料で形成されている場合には、第２の離間部材１８ｂのみを使用する構成としてよく、同様に、酸化剤電極１６が比較的柔らかい材料で形成されている場合には、第１の離間部材１８ａのみを使用する構成としてよい。
【００３２】
また、第２実施形態において、燃料電極１４の部材側対向面２２ａを第１の離間部材１８ａの電極側対向面２０ａよりも大きくしてもよく、酸化剤電極１６の部材側対向面２２ｂを第２の離間部材１８ｂの電極側対向面２０ｂよりも大きくしてもよい。
【００３３】
そして、第１実施形態及び第２実施形態において、燃料電極１４と固体高分子膜１２との間には、１つの離間部材が配置されている。しかしながら、燃料電極１４と固体高分子膜１２との間の離間部材の数は１つに限定するものではなく、複数であってもよい。酸化剤電極１６と固体高分子膜１２との間の離間部材の数についても同様である。
【００３４】
なお、セル体を積層して積層セル体とする場合には、複数のセル体の１つ乃至全部を本実施形態のセル体とすることが可能である。複数のセル体の内、本実施形態のセル体とするセル体の位置についても任意に選択することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、組立作業が容易な燃料電池、特に固体高分子電解質型燃料電池を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（Ａ）は、本発明の第１実施形態の燃料電池の単セルの断面図、（Ｂ）は、同実施形態の単セルの上面図、（Ｃ）は、同実施形態の単セルの下面図。
【図２】本発明の第２実施形態の燃料電池の単セルの断面図。
【図３】従来の燃料電池の単セルの断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１２…固体高分子膜、１４，１６…電極、１８ａ，１８ｂ…離間部材、２０ａ，２０ｂ…電極側対向面、２２ａ，２２ｂ…部材側対向面、２４ａ，２４ｂ…膜側対向面、２６ａ…燃料側対向面、２６ｂ…酸化剤側対向面。
【図１】
2005243450.tif 000003
【図２】
2005243450.tif 000004
【図３】
2005243450.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年5月6日(2004.5.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子膜と、
前記固体高分子膜を挟持する少なくとも２つの電極と、
前記固体高分子膜と前記電極との間の少なくとも１つの間に配置され、前記固体高分子膜と前記電極とを互いに離間する少なくとも１つの離間部材と、
を有し、
前記電極と対向する前記離間部材の電極側対向面が、当該電極側対向面に対向する前記電極の面よりも大きいことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
少なくとも１つの前記離間部材の前記電極側対向面は、
当該電極側対向面に対向する前記電極の面を、前記電極から前記離間部材に向かう方向に見て含んでいることを特徴とする請求項１の燃料電池。
【請求項３】
固体高分子膜と、
前記固体高分子膜を挟持する少なくとも２つの電極と、
前記固体高分子膜と前記電極との間の少なくとも１つの間に配置され、前記固体高分子膜と前記電極とを互いに離間する少なくとも１つの離間部材と、
を有し、
前記固体高分子膜と対向する前記離間部材の膜側対向面が、当該膜側対向面に対向する前記固体高分子膜の面よりも大きいことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
少なくとも１つの前記離間部材の前記膜側対向面は、
当該膜側対向面に対向する前記固体高分子膜の面を、前記離間部材から前記固体高分子膜に向かう方向に見て含んでいることを特徴とする請求項３の燃料電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
第１の発明は、固体高分子膜と、前記固体高分子膜を挟持する少なくとも２つの電極と、前記固体高分子膜と前記電極との間の少なくとも１つの間に配置され、前記固体高分子膜と前記電極とを互いに離間する少なくとも１つの離間部材と、を有し、前記電極と対向する前記離間部材の電極側対向面が、当該電極側対向面に対向する前記電極の面よりも大きいことを特徴とする燃料電池である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
そして、第１の発明では、固体高分子膜と電極とを離間部材によって互いに離間すると共に、離間部材の電極側対向面に対して当該電極側対向面に対向する電極の面を位置合わせするようにしたものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
第２の発明は、少なくとも１つの前記離間部材の前記電極側対向面は、当該電極側対向面に対向する前記電極の面を、前記電極から前記離間部材に向かう方向に見て含んでいることを特徴とする請求項１の燃料電池である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
そして、第２の発明では、少なくとも１つの離間部材の電極側対向面が、当該電極側対向面に対向する電極の面を、電極から離間部材に向かう方向に見て含むように、電極を離間部材に対して配置したものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
第３の発明は、固体高分子膜と、前記固体高分子膜を挟持する少なくとも２つの電極と、前記固体高分子膜と前記電極との間の少なくとも１つの間に配置され、前記固体高分子膜と前記電極とを互いに離間する少なくとも１つの離間部材と、を有し、前記固体高分子膜と対向する前記離間部材の膜側対向面が、当該膜側対向面に対向する前記固体高分子膜の面よりも大きいことを特徴とする燃料電池である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
そして、第３の発明では、固体高分子膜と電極とを離間部材によって互いに離間すると共に、離間部材の膜側対向面を、当該膜側対向面に対向する固体高分子膜の面に対して位置合わせするようにしたものである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
第４の発明は、少なくとも１つの前記離間部材の前記膜側対向面は、当該膜側対向面に対向する前記固体高分子膜の面を、前記離間部材から前記固体高分子膜に向かう方向に見て含んでいることを特徴とする請求項３の燃料電池である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
そして、第４の発明では、少なくとも１つの離間部材の膜側対向面が、当該膜側対向面に対向する固体高分子膜の面を、離間部材から固体高分子膜に向かう方向に見て含むように、離間部材を固体高分子膜に対して配置したものである。