(57)【要約】【課題】  直接液体燃料電池スタックを提供する。【解決手段】  電解質膜の両面にそれぞれ設けられるアノード及びカソード電極を備えるメンブレン電極アセンブリが積層された複数のバイポーラプレート間に介在されて形成され、前記バイポーラプレートは、各面に前記電極が配置される電極領域を取り囲むように形成された所定深さのグルーブと、前記バイポーラプレートの各面に形成された液体燃料または酸化剤燃料の流路チャンネルに当該燃料を供給し、前記電極領域内に形成された複数の燃料通路ホールと、を備える直接液体燃料電池スタックである。前記前記グルーブ上にはシーリング部材が形成される。これにより、燃料のリークが防止されるので、電池スタックの燃料が長時間使用できる。【選択図】  図７
2005108850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面にそれぞれ設けられるアノード及びカソード電極を備えるメンブレン電極アセンブリ（ＭＥＡ）が積層される複数のバイポーラプレート間に介在されて形成された直接液体燃料電池スタックにおいて、
前記バイポーラプレートは、各面に前記ＭＥＡが配置される電極領域を取り囲むように形成された所定深さのグルーブと、
前記バイポーラプレートの各面に形成された液体燃料または酸化剤の流路チャンネルに当該燃料を供給する、前記電極領域内に形成された複数の燃料通路ホールと、を備え、
前記グルーブ上にはシーリング部材が形成されたことを特徴とする直接液体燃料電池スタック。
【請求項２】
前記シーリング部材は、液状のシーリング剤が塗布されて形成されたことを特徴とする請求項１に記載の直接液体燃料電池スタック。
【請求項３】
前記燃料通路ホールから他の燃料通路ホールまで多数の流路チャンネルで連結され、
前記燃料通路ホールと前記多数の流路チャンネルとの間にはマニホルドが形成されており、
前記流路チャンネル及び前記マニホルドの上部は前記電極によってカバーされることを特徴とする請求項１に記載の直接液体燃料電池スタック。
【請求項４】
前記バイポーラの各面で、前記流路チャンネルから離隔された燃料通過ホールの周囲に所定深さのグルーブが形成されたことを特徴とする請求項３に記載の直接液体燃料電池スタック。
【請求項５】
前記バイポーラプレートのうち上下終端プレートには前記ＭＥＡと接触する面にのみ前記流路チャンネルが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の直接液体燃料電池スタック。
【請求項６】
前記ＭＥＡには前記燃料通過ホールと対応する第１及び第２電極ホールと電解質膜ホールとが形成されており、
前記燃料通過ホールから燃料が疎通されない第２電極ホールの直径は前記燃料通路ホールの直径よりも長く、前記第２電極ホールの内面に前記燃料通路ホールを取り囲むシーリング部材が配置されることを特徴とする請求項１に記載の直接液体燃料電池スタック。
【請求項７】
前記シーリング部材は、前記第２電極ホールと前記電解質膜ホールとによって形成されるステップに液状のシーリング剤が塗布されて形成されたことを特徴とする請求項６に記載の直接液体燃料電池スタック。
【請求項８】
前記電解質膜のホールの直径は、前記燃料通路ホールの直径よりも長く、
前記シーリング部材は、前記第２電極ホール及び前記電解質膜ホールの内面で前記燃料通路ホールの周囲を取り囲むように形成されたことを特徴とする請求項６に記載の直接液体燃料電池スタック。
【請求項９】
前記電解質膜ホールの直径は前記第２電極ホールの直径よりも短いことを特徴とする請求項８に記載の直接液体燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記シーリング部材は、
前記第２電極ホール、前記電解質膜ホール及び第１電極ホールによって形成されるステップにおける前記第１電極ホール上に液状のシーリング剤が塗布されて形成されたことを特徴とする請求項９に記載の直接液体燃料電池スタック。
【請求項１１】
前記ＭＥＡには前記燃料通過ホールと対応するＭＥＡホールが形成されており、
前記ＭＥＡホールの直径は前記バイポーラプレートの燃料通路ホールの直径よりも長く、
前記ＭＥＡホールの一部の内面に前記燃料通路ホールを取り囲むシーリング部材が配置されることを特徴とする請求項１に記載の直接液体燃料電池スタック。
【請求項１２】
前記シーリング部材は、その下部に配置されるバイポーラプレートの燃料通路ホールの周囲に液状のシーリング剤が塗布されて形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の直接液体燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直接液体燃料電池スタックに係り、さらに詳細には直接液体燃料電池のスタックに設置されるバイポーラ板とメンブレン燃料アレイとの間のシーリング構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
直接液体燃料電池は、メタノール、エタノールなどの有機化合物燃料と酸化剤である酸素との電気化学反応によって電気を生成する発電装置であってエネルギー密度及び電力密度が非常に高く、メタノールなど液体燃料を直接使用するため、燃料改質器など周辺装置が不要であり、燃料の保存及び供給が容易であるという長所を有している。
【０００３】
直接液体燃料電池の単位セルは、図１に示されたように、アノード電極２とカソード電極３との間に電解質膜１が介在されてメンブレン電極アセンブリ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ、以下ＭＥＡ）構造を形成する。各アノード電極２及びカソード電極３の構造は、燃料の供給及び拡散のための燃料拡散層２２、３２と、燃料の酸化／還元反応が起こる触媒層２１、３１と、電極支持体２３、３３と、を揃える。電極反応のための触媒は、低温でも優秀な特性を有する白金のような貴金属触媒が使用されて反応副生成物である一酸化炭素による触媒被毒現象を防止するためにルテニウム、ロジウム、オスミウム、ニッケルのような遷移金属の合金触媒が使われる。電極支持体は、炭素紙、炭素クロスが使われ、燃料の供給と反応生成物の排出とが容易になるように撥水処理して使用する。電解質膜は、厚さが５０〜２００μｍである高分子膜であって水分を含有し、イオン伝導性を有する水素イオン交換膜が使われる。
【０００４】
直接液体燃料電池のうち、メタノールと水とを混合燃料として使用する直接メタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ、以下ＤＭＦＣ）の電極反応は、燃料が酸化されるアノード反応と、水素イオンと酸素の還元によるカソード反応と、から構成され、反応式は次の通りである。
【０００５】
［反応式１］
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−（アノード反応）
［反応式２］
３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ（カソード反応）
［反応式３］
ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２（全体反応）
【０００６】
酸化反応（反応式１）が起こるアノード電極２では、メタノールと水との反応によって二酸化炭素、６個の水素イオン及び電子が生成され、生成された水素イオンは、水素イオン交換膜１を経てカソード電極３に伝えられる。還元反応（反応式２）が起こるカソード電極３では、水素イオンと外部回路を通じて伝えられた電子とそして酸素との間の反応によって水が生成される。したがって、ＤＭＦＣ全体反応（反応式３）は、メタノールと酸素とが反応して水と二酸化炭素とを生成する反応となる。
【０００７】
ＤＭＦＣの単位セルの発生電圧は、理論的には１.２Ｖほどであるが、常温、常圧条件で開回路電圧は１Ｖ以下となり、実際作動電圧は活性化過電圧及び抵抗過電圧による電圧降下が起こるために０.４〜０.６Ｖほどとなる。したがって、所望の容量の電圧を得るためには数枚の単位セルを直列に連結しなければならない。
【０００８】
燃料電池スタックは、数枚の単位セルが積層されたものであり、積層された単位セルは電気的に直列連結されたものである。単位セル間には導電性プレートであるバイポーラプレート４が介在されて電気的に隣接した単位セルを電気的に相互連結する。
【０００９】
バイポーラプレート４として電気伝導性及び機械的な強度の優秀でかつ加工性の良好な黒鉛ブロックが主に適用され、メタルまたは伝導性高分子が含まれた複合材料によるブロックも適用される。バイポーラプレート４の両面には接触するアノード２とカソード３とにそれぞれ燃料（メタノール）と空気とを独立的に供給するための流路チャンネル４１，４２が形成されている。スタックの中間に位置するバイポーラプレート４の両面には空気チャンネル４２及び燃料チャンネル４１がそれぞれ形成されており、スタックの終端にはそれぞれ接触する電極２，３に燃料または酸素を供給するモノポーラプレートであるエンドプレート（図示せず）が配置される。エンドプレートには接触する単位セルに空気または燃料を供給するチャンネル（図１の４１、４２参照）が形成されている。
【００１０】
図２は、従来のバイポーラプレートの一面、例えば液体燃料チャンネルが形成された面を示す平面図であり、図３は、図２のバイポーラプレートの表面に付着されるガスケットの平面図であり、図１と同じ部材には同じ参照番号を使用する。
【００１１】
まず、図２を参照すれば、従来のバイポーラプレート４にはＭＥＡが配置される電極領域４７に複数の燃料チャンネル４１がサーペンタイン状に上部が開放されるように形成されている。電極領域４７の外部には、燃料チャンネル４１の入、出口と連結されるマニホルド４６と、前記マニホルド４６に連通されて液体燃料または酸化剤燃料を供給または排出する通路としてバイポーラプレート４を貫通する燃料通路ホール４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂと、が形成されている。前記燃料通路ホール４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂは、液体燃料の入口４３ａ及び出口４３ｂと、酸化剤の入口４４ａ及び出口４４ｂとを形成する。前記マニホルド４６は、液体燃料通路ホール４３ａ，４３ｂと複数の燃料チャンネル４１とを連結し、バイポーラプレート４の表面から露出されないようにバイポーラプレート４の内部に形成されている。
【００１２】
図３を参照すれば、ガスケット５にはバイポーラプレート４の電極領域４７と燃料通路ホール領域とが開放されている。
【００１３】
図４は、図２のＡ−Ａ線断面図であって、バイポーラプレート４の上部に配置されるガスケット５及びＭＥＡを共に示した。
【００１４】
図４を参照すれば、ＭＥＡは電極領域４７の燃料チャンネル４１，４２の上部に配置され、前記燃料通路ホール４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ及び電極領域４７を除外した領域にはガスケット５が配置される。このガスケット５は、燃料または空気の流出及び流入を防止する。
【００１５】
前記構造のバイポーラプレート４は、マニホルド４６をバイポーラプレート４の内部に形成するので、バイポーラプレート４が厚くなる構造になる。このようなバイポーラの厚さは５〜１０ｍｍほどと厚い。４６ａはマニホルド４６の上部を覆うバイポーラプレート４の一部である。
【００１６】
一方、燃料電池の小型化、軽量化のために、バイポーラプレート４の厚さが１〜２ｍｍほどと薄くなりつつ図２ないし図４のような構造のバイポーラプレート４を採用できなくなる。
【００１７】
このような点を補完するために燃料供給燃料通路ホールから燃料チャンネルに連結されるマニホルドが露出された構造が提案され、このような構造の一例が特許文献１、２、３に開示されている。
【００１８】
図５は、特許文献１に開示されたバイポーラプレートの概略的な平面図であり、図１ないし図４と同じ部材には同じ参照番号を使用し、ここで詳細な説明は省略する。
【００１９】
まず、図５を参照すれば、バイポーラプレート４にはＭＥＡが配置される電極領域４７に燃料チャンネル４１がサーペンタイン状に上部が開放されるように形成されている。電極領域４７の外部には、燃料チャンネル４１の入、出口と連結されるマニホルド４６′と、前記マニホルド４６に連通されて燃料を供給または排出する通路としてバイポーラプレート４を貫通する燃料通路ホール４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂと、が配置されている。
【００２０】
前記マニホルド４６′は、燃料通路ホール４３ａ，４３ｂと複数の燃料チャンネル４１とを連結し、バイポーラプレート４の表面から露出されるように形成されている。
【００２１】
図６は、図５のＢ−Ｂ線断面図であって、バイポーラプレート４の上部に配置されるガスケット（図３の５）及びＭＥＡを共に示した。
【００２２】
図６を参照すれば、ＭＥＡは電極領域（図５の４７）の燃料チャンネル４１，４２の上部に配置され、前記燃料通路ホール４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ及び電極領域４７を除外した領域にはガスケット５が配置される。このガスケット５は、マニホルド４６′の上部にも配置されて燃料の流出を防止する構造になる。
【００２３】
しかし、複数のバイポーラプレート４及びＭＥＡが積層された燃料電池スタックは、バイポーラプレート４及びガスケット５を高圧に組立てる。この時、マニホルド４６′の上部に配置されたガスケット５が曲がりうる。これにより、燃料がガスケット５の上部に流出される問題が発生する。
【００２４】
一方、特許文献４にはガスケット５が曲がる問題を防止するためにマニホルド４６′の上部にガスケット５と連結されるブリッジピースを設置することによって、バイポーラプレートを薄くした構造が開示されている。
【００２５】
しかし、このようなブリッジピースは、製作及び設置が難しくかつ機械的強度が弱くてガスケットとバイポーラプレートとを高圧に圧着して燃料電池スタックを形成し難い。また、本発明で製作しようとする１〜２ｍｍ厚さのバイポーラプレートの製作に適用し難い問題がある。
【特許文献１】米国特許第６,２８４,４０１号明細書
【特許文献２】米国特許第５,８７９,８２６号明細書
【特許文献３】米国特許第６,１４６,７８０号明細書
【特許文献４】米国特許第６,４１０,１７９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は前記従来の技術の問題点を改善するために創出されたものであって、バイポーラプレートの電極領域に燃料通路ホールを設置して燃料通路ホールから流路チャンネル間のマニホルド領域を電極でカバーすることによって、燃料の流出が防止される直接液体燃料電池スタックを提供するところにその目的がある。
【００２７】
また、本発明は従来のガスケットの代りに燃料通過ホールとＭＥＡとの間に液状のシーリング剤を塗布したシーリング部材を配置した直接液体燃料電池スタックを提供するところにその他の目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
前記目的を達成するために本発明の直接液体燃料電池スタックは、電解質膜の両面にそれぞれ設けられるアノード電極及びカソード電極を備えるＭＥＡが積層される複数のバイポーラプレート間に介在されて形成され、前記バイポーラプレートは、各面に前記ＭＥＡが配置される電極領域を取り囲むように形成された所定深さのグルーブと、前記バイポーラプレートの各面に形成された液体燃料または酸化剤の流路チャンネルに当該燃料を供給する、前記電極領域内に形成された複数の燃料通路ホールと、を備え、前記グルーブ上にはシーリング部材が形成されたことを特徴とする。
【００２９】
前記シーリング部材は、液状のシーリング剤が塗布されて形成されたことが望ましい。
【００３０】
前記燃料通路ホールから他の燃料通路ホールまで多数の流路チャンネルで連結され、前記燃料通路ホールと前記多数の流路チャンネルとの間にはマニホルドが形成されており、前記流路チャンネル及び前記マニホルドの上部は前記電極によってカバーされる。
【００３１】
前記バイポーラの各面で、前記流路チャンネルから離隔された燃料通過ホールの周囲に所定深さのグルーブが形成されたことが望ましい。
【００３２】
前記バイポーラプレートのうち上下終端プレートには当該ＭＥＡと接触する面にのみ前記流路チャンネルが形成されたことが望ましい。
【００３３】
前記ＭＥＡには前記燃料通過ホールと対応する第１及び第２電極ホールと電解質膜ホールとが形成されており、前記燃料通過ホールから燃料の疎通されない第２電極ホールの直径は前記燃料通路ホールの直径よりも長く、前記第２電極ホールの内面に前記燃料通路ホールを取り囲むシーリング部材が配置される。
【００３４】
前記シーリング部材は、前記第２電極ホールと前記電解質膜ホールとによって形成されるステップに液状のシーリング剤が塗布されて形成される。
【００３５】
本発明の他の実施例によれば、前記電解質膜のホールの直径は、前記燃料通路ホールの直径よりも長く、前記シーリング部材は、前記第２電極ホール及び前記電解質膜ホールの内面で前記燃料通路ホールの周囲を取り囲むように形成される。
【００３６】
本発明のさらに他の実施例によれば、前記電解質膜ホールの直径は前記第２電極ホールの直径よりも短く形成されている。
【００３７】
また、本発明のさらに他の実施例によれば、前記ＭＥＡホールの直径は前記バイポーラプレートの燃料通路ホールの直径よりも長く、前記ＭＥＡホールの一部の内面に前記燃料通路ホールを取り囲むシーリング部材が配置される。
【００３８】
前記シーリング部材は、その下部に配置されるバイポーラプレートの燃料通路ホールの周囲に液状のシーリング剤が塗布されて形成される。
【発明の効果】
【００３９】
本願発明による直接液体燃料電池スタックは、燃料通過ホールが電極領域内にあるので、燃料通過ホールと燃料チャンネルとの間のマニホルド領域が電極でカバーされるので、燃料が他の所にリークされず、したがって、電池スタックの燃料が長時間使用できる。また、１〜２ｍｍバイポーラプレートを使用して薄い電池スタックが製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、添付された図面を参照しつつ本発明による直接液体燃料電池スタックの望ましい実施例を詳細に説明する。
【００４１】
図７は、本発明の望ましい実施例による燃料電池スタックの概略的な断面図である。
【００４２】
図７を参照すれば、燃料電池スタックには多数のＭＥＡが積層されており、ＭＥＡ間には導電性プレートであるバイポーラプレート１４０が配置されている。各ＭＥＡは、メンブレン１１０を中央としてその両側にアノード電極１２０及びカソード電極１３０が配置されている。前記スタックの上下に終端導電性プレート１６０ａ,１６０ｂが配置されている。この終端導電性プレート１６０ａ,１６０ｂは、その一面だけがＭＥＡと接触するので、バイポーラプレート１４０の一面の形状を有し、その作用はバイポーラプレート１４０と同じである。ＭＥＡ及びこれら間のバイポーラプレート１４０及びスタック上下の終端導電性プレート１６０ａ,１６０ｂは、両固定用エンドプレート１７０ａ,１７０ｂによって螺合されて固定される。
【００４３】
図８は、図７のバイポーラプレート１４０の一面を示す平面図である。
【００４４】
図８を参照すれば、バイポーラプレート１４０にはＭＥＡが配置される四角形の電極領域１４７と、前記電極領域１４７を取り囲むグルーブ１４８とが形成されている。このグルーブ１４８にはシーリング部材（図９の１４９ａ）、例えば液状シリコンが充填されてバイポーラプレート１４０間をシールする。
【００４５】
前記電極領域１４７内には所定深さの燃料チャンネル１４１が複数個並んでサーペンタイン状に上部が開放されるように形成されている。そして、この燃料チャンネル１４１の両端にはそれぞれ燃料注入口である燃料通路ホール１４３ａ,１４３ｂがバイポーラプレート１４０を貫通して形成されている。
【００４６】
一方、１４４ａ、１４４ｂは、前記燃料通路ホール１４３ａ,１４３ｂとは異なる燃料である酸素の注入口である燃料通路ホールであり、バイポーラプレート１４０の裏面に形成された燃料チャンネル（図１０の１４２参照）と連結される。
【００４７】
１４６は、従来発明のマニホルドに該当するものであって、上部が開放された状態で複数の燃料チャンネル１４１と連結され、燃料電池スタックに製造する時にマニホルド１４６の上部は燃料チャンネル１４１と共にＭＥＡでカバーされる。すなわち、従来の発明では、マニホルドがバイポーラプレート１４０の内部に形成されるかまたはガスケットでカバーされるのに比べて、本発明では、ＭＥＡの電極でカバーされる点が異なる。したがって、燃料が電極領域１４７の外部に流出されずに電極領域１４７の電極に伝えられる点が長所である。
【００４８】
図９は、本発明によるバイポーラプレートの写真であり、グルーブ１４８内に液状シリコン液１４９ａが塗布された状態を示す図面である。
【００４９】
図１０は、図７の燃料通路ホール１４３ａからＭＥＡへのシーリング構造を説明する概略図であり、図１１は、図１０のＤ部分の拡大図である。
【００５０】
図１０及び図１１を共に参照すれば、バイポーラプレート１４０の間に単位セルであるＭＥＡが配置されている。バイポーラプレート１４０の両面には液体燃料または酸素を供給する流路チャンネル１４１,１４２がそれぞれ形成されており、各面はアノード電極１２０またはカソード電極１３０と接触している。アノード電極１２０とカソード電極１３０との間には電解質膜１１０が配置され、これらはＭＥＡ構造を形成する。
【００５１】
各ＭＥＡにはバイポーラプレート１４０の燃料通過ホール１４３ａ,１４３ｂ,１４４ａ,１４４ｂに対応するホール１９０が形成されている。また、このＭＥＡを形成するアノード電極１２０、カソード電極１３０及び電解質膜１１０には前記燃料通過ホールに対応するホールが形成されている。そして、各電極は当該燃料通過ホールの燃料である液体燃料または酸化剤燃料と疎通される流路チャンネル１４１,１４２と連結される第１電極ホール１９１と、前記流路チャンネルと疎通されない第２電極ホール１９３と、を備える。
【００５２】
前記バイポーラプレート１４０の燃料通過ホールの直径Ｗ１は約３ｍｍであり、この燃料通過ホールから燃料が疎通される第１電極ホール１９１の直径は約３ｍｍであり、この第１電極ホール１９１が形成された電極と反対側の電極に形成された対応する第２電極ホール１９３の直径Ｗ３は約８ｍｍであり、これら第１電極ホール１９１と第２電極ホール１９３との間の電解質膜のホール１９２の直径Ｗ２は約５ｍｍに形成される。したがって、燃料通過ホールの周囲の当該ＭＥＡホール１９０には二つのステップＳが形成される。このステップＳに液状のシーリング剤、例えばシリコングルーが塗布されてシーリング部材１４９ｂが形成される。前記シーリング部材１４９ｂは、燃料通過ホールの周囲をシーリングするものであって、燃料が電解質膜１１０とシーリング部材１４９ｂの形成された第２電極１９３とに流入されることを防止する。したがって、アルコールが燃料である場合、アルコールが直接カソード電極１３０に流入されて電池の性能を低下させることを防止し、また、燃料が無駄に消耗されることを防止する。
【００５３】
一方、１４８は、電極領域１４７の外郭に形成されたグルーブ１４８であり、１４９ａは、このグルーブ１４８内に充填されたシーリング部材である。このシーリング部材は、約１ｍｍ厚さのバイポーラプレート１４０をシールさせるだけでなく、バイポーラプレート１４０の間を付着させる。
【００５４】
図１２は、図１０の燃料通路ホール１４３ａからＭＥＡへのシーリング構造の他の例を説明する概略図であり、前記実施例の構造と同じ部材には同じ図面符号を使用し、ここで詳細な説明は省略する。
【００５５】
図１２を参照すれば、バイポーラプレート１４０の間に単位セルのＭＥＡ′が配置されている。アノード電極１２０′とカソード電極１３０′との間には電解質膜１１０′が配置され、これらはＭＥＡ′構造を形成する。
【００５６】
各バイポーラプレート１４０及びＭＥＡ′には燃料通過ホールが形成されている。前記バイポーラプレートの燃料通過ホールは、直径約３ｍｍであり、このホールに対応するＭＥＡ′のホール１９０′は直径８ｍｍほどと長く形成されている。このＭＥＡ′のホール１９０′の内側にはシーリング部材１４９ｃ、例えばシリコングルーが塗布され、アルコールが電解質膜１１０′とカソード電極１３０′とに流入されることを防止する。したがって、アルコールが直接カソード電極１３０′に流入されて電池の性能が低下し、燃料が無駄に消耗されることを防止する。前記シーリング部材１４９ｃを塗布する方法としては、バイポーラプレート１４０の燃料通過ホールの周囲に定量吐出器で液状シーリング材を塗布した後、前記ＭＥＡ′のホール１９０′の内面に前記塗布された液状シーリング材を配置させてスタックを組立てれば良い。
【００５７】
図１３は、本発明によるバイポーラプレート１４０の他の実施例を示す図面であり、図８と同じ部材には同じ図面符号を使用し、ここで詳細な説明は省略する。
【００５８】
図１３を参照すれば、バイポーラプレート１４０にはＭＥＡが配置される四角形の電極領域１４７と、前記電極領域１４７を取り囲むグルーブ１４８とが形成されている。
【００５９】
前記電極領域１４７内には所定深さの燃料チャンネル１４１がサーペンタイン状に上部が開放されるように形成されている。そして、この燃料チャンネル１４１の両端にはそれぞれ燃料注入口である燃料通路ホール１４３ａ,１４３ｂがバイポーラプレート１４０を貫通して形成されている。
【００６０】
一方、バイポーラプレート１４０の一面に形成された流路チャンネル１４１から離隔されるように形成された燃料通路ホール１４４ａ,１４４ｂの周囲には所定深さのグルーブ１５０が形成されている。このグルーブ１５０にはシーリング部材が塗布されて他の燃料が当該燃料通路ホール１４４ａ,１４４ｂに混入されることを防止する。
【００６１】
＜実施例＞
ポリマーが含浸されたグラファイトブロックを７５ｘ５０ｘ１ｍｍサイズに準備して図８のように両面に流路チャンネルを形成し、この流路チャンネルと連結される燃料通過ホールを穿孔した。この時、燃料通過ホールのサイズは直径３ｍｍに穿孔した。四角形の電極領域を取り囲むグルーブ１４８を形成した後、グルーブ１４８内に定量吐出器を使用して液状シリコンを塗布した。図９は、このように製造されたバイポーラプレート１４０を示す写真である。
【００６２】
１２０μｍ厚さの電解質膜１１０と、２５０μｍ厚さのアノード電極１２０及びカソード電極１３０に燃料通路ホール１４３ａ,１４３ｂ,１４４ａ,１４４ｂを穿孔した。この時、電解質膜１１０の当該ホール１９２の直径は５ｍｍに穿孔し、当該燃料通路ホール１４３ａ,１４３ｂから燃料が供給される電極の第１電極ホール１９１は当該ホールの直径を３ｍｍに穿孔し、当該燃料通路ホール１４３ａ,１４３ｂから燃料が供給されない第２電極ホール１９３の直径を８ｍｍに穿孔した。これら電極１２０,１３０と電解質膜１１０とは前記燃料通路ホール１４３ａ,１４３ｂ,１４４ａ,１４４ｂを垂直に配置させた後、熱圧着してＭＥＡを製作した。
【００６３】
次いで、ＭＥＡの各電極面の２個の燃料通路ホールの周囲で、８ｍｍ直径の電極及び５ｍｍ直径の電解質膜の内側の他の電極上に定量吐出器を使用して液状シリコンを塗布した。図１４は、燃料通路ホールの周囲に液状シリコンを塗布したＭＥＡの一面を示す写真である。グルーブ１４８に液状シリコンが塗布された１３枚のバイポーラプレート１４０間に燃料通路ホールの周囲に液状シリコンが塗布されたＭＥＡを１枚ずつ挿し込んだ後、前記バイポーラプレート１４０よりも大きいエンドプレート１７０ａ,１７０ｂを積層物の上、下部に配置した後、エンドプレート１７０ａ,１７０ｂを螺合して燃料電池スタックを製造した。
【００６４】
燃料電池スタックのシーリングテストのために燃料通路ホールのうちメタノールを供給するホールに液体ポンプでメタノールを１.５ｂａｒまで上昇させつつ供給し、空気を供給するホールには空気を１.５ｂａｒまで上昇させつつシーリングテストをし、燃料リークは発生しなかった。
【００６５】
本発明は、図面に示された実施例を参考として説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることが分かる。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の直接液体燃料電池スタックは、例えば、１〜２mmのバイポーラプレートを使用した薄い電池スタックの製造に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】直接燃料電池の単位セル構造を示す図面である。
【図２】従来のバイポーラプレートの一面を示す平面図である。
【図３】図２のバイポーラプレートの表面に付着されるガスケットの平面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】米国特許第６,２８４,４０１号に開示されたバイポーラプレートの概略的な平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図であって、バイポーラプレートの上部に配置されるガスケット及びＭＥＡを共に示す図面である。
【図７】本発明の望ましい実施例による燃料電池スタックの概略的な断面図である。
【図８】図７のバイポーラプレートの一面を示す平面図である。
【図９】図７のバイポーラプレートの一面を示す写真である。
【図１０】図７の燃料通路ホールからＭＥＡへのシーリング構造を説明する概略図である。
【図１１】図１０のＤ部分の拡大図である。
【図１２】図１０の燃料通路ホールからＭＥＡへのシーリング構造の他の例を説明する概略図である。
【図１３】本発明によるバイポーラプレートの他の実施例を示す図面である。
【図１４】燃料通路ホールの周囲に液状シリコンを塗布したＭＥＡの一面を示す写真である。
【符号の説明】
【００６８】
１１０  メンブレン
１２０  アノード電極
１３０  カソード電極
１４０  バイポーラプレート
１４１,１４２  燃料チャンネル
１４６  マニホルド
１４９ａ  シーリング部材
１６０ａ,１６０ｂ  終端導電性プレート
１７０ａ,１７０ｂ  固定用エンドプレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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