(57)【要約】【課題】燃料電池のセパレータおよび電解質膜の必要な大きさを最小限にしてコストを抑える。【解決手段】燃料ガス流通路５は、燃料ガス入口で燃料入口マニホールド１４に、燃料ガス出口で燃料出口マニホールド１５に接続されている。酸化剤ガス流通路６は、酸化剤ガス入口で酸化剤入口マニホールド１０に、酸化剤ガス出口で酸化剤出口マニホールド１２に接続されている。ガス拡散電極３０，３１の外周に沿ってエッジシール材２２が配置されており、燃料ガス入口、燃料ガス出口、酸化剤ガス入口および酸化剤ガス出口の幅方向外縁がガス拡散電極３０，３１の幅方向外縁よりも内側にある。【選択図】図１
2007179910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体と、前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとを有し、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドがそれぞれ前記積層体の側面にマニホールドシール部で接して前記積層方向に延びるように配置された燃料電池において、
前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路を形成するセパレータと、を前記積層方向に重ね合わせて構成され、
前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドに接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドに接続され、
少なくとも前記ガス拡散電極の外周に沿ってエッジシール材が配置されており、
前記燃料ガス入口、燃料ガス出口、酸化剤ガス入口および酸化剤ガス出口の少なくとも一つの幅方向外縁が前記ガス拡散電極の前記幅方向外縁よりも内側にあること、
を特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記エッジシール材の幅が前記マニホールドシール部の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料ガス流通路および前記酸化剤ガス流通路がそれぞれ複数の互いにほぼ平行なガス流通路を有し、
前記燃料ガス入口、燃料ガス出口、酸化剤ガス入口または酸化剤ガス出口の幅方向外縁よりも外側を通過する前記燃料ガス流通路および前記酸化剤ガス流通路の一部が、隣接する他の燃料ガス流通路または酸化剤ガス流通路と合流するように構成されていること、
を特徴とする請求項1または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記セパレータの少なくとも一部に冷却水流通路が形成され、
前記冷却水流通路に冷却水を供給する冷却水入口マニホールドと、前記冷却水流通路から冷却水を排出する冷却水出口マニホールドとを有し、
前記冷却水入口マニホールドおよび冷却水出口マニホールドは、前記積層体の側面にマニホールドシール部で接して前記積層方向に延びるように配置され、
前記冷却水流通路は冷却水入口で前記冷却水入口マニホールドに接続され、冷却水出口で前記冷却水出口マニホールドに接続され、
前記冷却水入口および冷却水出口の幅方向外縁が前記ガス拡散電極の前記幅方向外縁よりも内側にあること、
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料ガス流通路は、前記セパレータに形成された互いにほぼ平行な複数の溝からなり、前記セパレータ端部と前記複数の溝の端部の間のエッジ幅が前記複数の溝同士の間に形成された溝山の幅と同等以下であり、かつ、前記燃料ガス入口および燃料ガス出口の幅が前記セパレータの幅よりも大きいこと、
を特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項６】
複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体から構成され、
前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとが前記積層体内の外周部近くで前記積層方向に延びるように形成された燃料電池において、
前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、
前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路と、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドとを形成するセパレータと、
を前記積層方向に重ね合わせて構成され、
前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドに接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドに接続され、
前記燃料ガス入口、燃料ガス出口、酸化剤ガス入口および酸化剤ガス出口の少なくとも一つの幅方向外縁が前記ガス拡散電極の前記幅方向外縁よりも内側にあること、
を特徴とする燃料電池。
【請求項７】
前記セパレータの少なくとも一部に冷却水流通路が形成され、
冷却水入口で前記冷却水流通路に接続されてその冷却水流通路に冷却水を供給する冷却水入口マニホールドと、冷却水出口で前記冷却水流通路に接続されてその冷却水流通路から冷却水を排出する冷却水出口マニホールドとが前記積層体内の外周部近くで前記積層方向に延びるように形成され、
前記冷却水入口および冷却水出口の幅方向外縁が前記ガス拡散電極の前記幅方向外縁よりも内側にあること、
を特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の単位電池を積層して構成した固体高分子型燃料電池に関し、特に、セパレータおよび電解質膜を小さくすることによってコストを抑制できる固体高分子型燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電解質としてプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用いた燃料電池スタックは、電解質膜を燃料極と酸化剤極で狭持した膜・電極複合体（ＭＥＡ）の両面に、ガス流通路を設けた電気伝導性のセパレータを配置して単セル電池を構成し、単セル電池（単位電池）を複数積層した積層体の側面に、反応に必要な燃料（水素）と酸化剤（空気）および冷却に必要な冷却水を分配・回収するマニホールドを配置して構成される。
【０００３】
一般的に単セル電池を構成するセパレータと電解質膜は概略同じ大きさである。一方、燃料極と酸化剤極を構成するガス拡散電極は、ガス拡散層と触媒層から構成され、触媒層の大きさはセパレータや電解質膜よりも一回り小さく構成され、触媒層の周囲には燃料ガスと酸化剤ガスの混合を防ぐためのエッジシール材が用いられる。エッジシール材は、ガス拡散層をセパレータや電解質膜よりも一回り小さくし、ガス拡散層の周囲に配置される構造、およびガス拡散層をセパレータや電解質膜と同じ構造とし、触媒層の周囲のガス拡散層内の気孔に充填される構造などが考案されている。
【０００４】
上記構造では反応に寄与する「有効部分」は触媒層の大きさに相当する。一方、単セル電池を構成するセパレータや電解質膜は「有効部分」よりも大きく、コストアップの原因となっていた。一方、エッジシールの幅はガスシールに必要な幅だけでなく、セパレータ端部とガス流通路端部の間の幅にも制限を受ける。セパレータ端部とガス流通路端部の間の幅は、ガスマニホールドの壁の厚さよりも大きくなるのが通例であり、ガスマニホールドの壁の厚さがエッジシールの幅の制限となる課題がある。
【０００５】
エッジシールの幅を短縮する方法に関して、特許文献１では、ガス流路を設けた「ガス供給領域」よりも「触媒塗布領域」を広げ、組立ての際に誤差を含んでもガス供給領域が確実に触媒塗布領域に含まれる構造が提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３７３６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１による方法では、触媒塗布領域がガス供給領域よりも広くとられ、エッジシールの幅が短縮されているが、エッジシール幅の制限については記述されておらず、マニホールドとの位置関係が明確ではない。またガス拡散層が触媒塗布領域よりも広く、電解質膜が露出する領域が存在し、膜の破損を加速させる恐れがある。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、燃料電池のセパレータおよび電解質膜の必要な大きさを最小限にしてコストを抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するものであって、複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体と、前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとを有し、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドがそれぞれ前記積層体の側面にマニホールドシール部で接して前記積層方向に延びるように配置された燃料電池において、前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路を形成するセパレータと、を前記積層方向に重ね合わせて構成され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドに接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドに接続され、少なくとも前記ガス拡散電極の外周に沿ってエッジシール材が配置されており、前記燃料ガス入口、燃料ガス出口、酸化剤ガス入口および酸化剤ガス出口の少なくとも一つの幅方向外縁が前記ガス拡散電極の前記幅方向外縁よりも内側にあること、を特徴とする。
【０００９】
また、本発明の他の態様では、複数の単位電池を所定の積層方向に積層した積層体から構成され、前記複数の単位電池それぞれに燃料ガスを配給する燃料入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれに酸化剤ガスを配給する酸化剤入口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから燃料ガスを排出する燃料出口マニホールドと、前記複数の単位電池それぞれから酸化剤ガスを排出する酸化剤出口マニホールドとが前記積層体内の外周部近くで前記積層方向に延びるように形成された燃料電池において、前記単位電池のそれぞれは、固体高分子電解質膜を２枚のガス拡散電極で挟持した膜・電極複合体と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置されて前記ガス拡散電極にそれぞれ接した位置に燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路と、前記燃料入口マニホールド、酸化剤入口マニホールド、燃料出口マニホールドおよび酸化剤出口マニホールドとを形成するセパレータと、を前記積層方向に重ね合わせて構成され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス入口で前記燃料入口マニホールドに接続され、前記燃料ガス流通路は燃料ガス出口で前記燃料出口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス入口で前記酸化剤入口マニホールドに接続され、前記酸化剤ガス流通路は酸化剤ガス出口で前記酸化剤出口マニホールドに接続され、前記燃料ガス入口、燃料ガス出口、酸化剤ガス入口および酸化剤ガス出口の少なくとも一つの幅方向外縁が前記ガス拡散電極の前記幅方向外縁よりも内側にあること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、燃料電池のセパレータおよび電解質膜の必要な大きさを最小限にしてコストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る燃料電池の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
［第１の実施形態］
図１ないし図５を用いて第１の実施形態の固体高分子型燃料電池を説明する。第１の実施形態は、燃料電池スタックの外側にマニホールドを配置したいわゆる外部マニホールド型燃料電池である。
【００１３】
単セル電池（単位電池）１は、膜・電極複合体（ＭＥＡ）２と、燃料セパレータ３と、酸化剤・冷却水セパレータ４とが積層されて構成されている。燃料セパレータ３の表面には溝によって燃料ガス流通路５が形成されており、その端部は燃料セパレータ３の側面に開口している。酸化剤・冷却水セパレータ４の一方の表面には酸化剤ガス流通路６が、もう一方の表面には冷却水流通路７がそれぞれ溝によって形成されており、それらの端部は酸化剤・冷却水セパレータ４の側面に開口している。単セル電池１は複数積層されて積層体８を構成する。
【００１４】
積層体８の側面には、酸化剤入口マニホールド１０、冷却水出口マニホールド１１、酸化剤（空気）出口マニホールド１２、冷却水入口マニホールド１３、燃料入口マニホールド１４、燃料出口マニホールド１５が積層方向に延びるように配置され、酸化剤ガス流通路６、燃料ガス流通路５、冷却水流通路７のいずれかと連通している。各マニホールド１０〜１５の外壁を形成する板材の端部が積層体8の側面と接合してシール部４０を形成している。
【００１５】
これらにより、反応に必要な燃料・酸化剤ガスを膜・電極複合体２に供給・排出し、所定の流量の冷却水を供給し、反応に伴う発熱の冷却を行なう。
【００１６】
膜・電極複合体２は電解質膜１７の両側にアノード触媒層１８およびカソード触媒層１９をそれぞれ配置し、さらに外側にはガス拡散層２０、２１を配置して構成される。アノード触媒層１８およびガス拡散層２０によりアノード電極３０が構成され、カソード触媒層１９およびガス拡散層２１によりカソード電極３１が構成されている。電解質膜１７はイオン伝導性とともにガスバリア性が必要であり、反応ガスの混合を防ぐため、燃料セパレータ３および酸化剤・冷却水セパレータ４と同じ大きさまで延長されている。アノード触媒層１８およびカソード触媒層１９はセパレータ３、４や電解質膜１７よりも一回り小さく、その周囲には反応ガスをシールするエッジシール材２２が配置される。エッジシール材２２は、燃料ガス流通路５および酸化剤ガス流通路６の端部の溝よりも外側に配置されている。
【００１７】
アノード触媒層１８、カソード触媒層１９およびガス拡散層２０、２１の範囲がガス拡散電極有効部３３（図１参照）である。ガス拡散電極有効部３３の幅Ｌ１は、両側のエッジ幅Ｌ２の分だけ燃料セパレータ幅Ｌ３よりも小さい。燃料入口マニホールド１４および燃料出口マニホールド１５の幅Ｌ４は燃料セパレータ幅Ｌ３に等しい。また、燃料入口マニホールド１４および燃料出口マニホールド１５の開口部幅Ｌ５は、燃料出口マニホールド１５の幅Ｌ４から両側のマニホールド壁厚さ（マニホールドシール部厚さ）Ｌ６分を差し引いた長さになる。この開口部幅Ｌ５はガス拡散電極有効部幅Ｌ１よりも小さく、燃料ガス流通路５よりも内側に位置している。
【００１８】
図３に酸化剤・冷却水セパレータ４の平面図を、図４に酸化剤・冷却水セパレータ４の底面図を、図５に燃料セパレータ３の平面図を示す。図３の実線は酸化剤ガス流通路６の溝を表し、図４の実線は冷却水流通路７の溝を表し、図５の実線は燃料ガス流通路５の溝を表している。
【００１９】
燃料ガス流通路５、酸化剤ガス流通路６、冷却水流通路７は、それぞれが互いにほぼ平行な複数本の流通路からなり、各流通路が各々の入口マニホールド１４、１０、１３および出口マニホールド１５、１２、１１と連通している。図３〜図５の破線６０は触媒層１８、１９とエッジシール材２２の境界（すなわち、ガス拡散電極有効部３３（図２参照）の外縁）を表している。図１に示したように、内部のエッジシール材２２のエッジ幅Ｌ２はマニホールド厚さＬ６より薄く設定されており、流通路５、６、７の溝がエッジ近傍まで設置されている。マニホールドへの開口部近くでは、最外部から数本の流通路溝がクランク状になっていて、最外の溝にも反応ガスが十分に供給される。
【００２０】
図６〜図８には、酸化剤・冷却水セパレータ４および燃料セパレータ３の変形例を示す。図３〜図５の場合と同様に、エッジシール幅Ｌ２がマニホールド厚さＬ６よりも薄く設定されている。エッジシール材２２近傍の最外部から数本の流通路溝は、マニホールド開口部にて隣接する流通路溝に分岐・合流し、最外の溝にも反応ガスが十分に供給される。
【００２１】
図９には、従来の燃料電池スタックと第１の実施形態の燃料電池スタックのセパレータ寸法およびエッジシール幅、触媒層寸法の比較を示す。従来の燃料電池スタックではエッジシール幅Ｌ２はマニホールド厚さＬ６の１０ｍｍと同じである。第１の実施形態ではエッジシール幅Ｌ２を６ｍｍに削減しその近傍にもガス流通路溝を設けることで、触媒層の幅Ｌ１、幅（長さ）Ｌ１’ともに拡大し、有効面積は２５ｃｍ２（１１％）増加した。以上の構成により、ガスマニホールドの厚さＬ６よりもエッジシールの幅Ｌ２を小さく構成する、つまり反応有効部分を最大限に広げることが可能となり、燃料電池の出力が向上する。
【００２２】
［第２の実施形態］
図１０〜図１３を用いて第２の実施形態の固体高分子型燃料電池を説明する。ここで、第１の実施形態と同一または類似の部分には共通の符号を付して重複説明は省略する。第２の実施形態は、燃料電池スタック内にマニホールドを形成したいわゆる内部マニホールド型燃料電池である。
【００２３】
燃料セパレータ３および酸化剤・冷却水セパレータ４それぞれの外周近くの対応する位置に、酸化剤入口マニホールド１０、冷却水出口マニホールド１１、酸化剤出口マニホールド１２、冷却水入口マニホールド１３、燃料入口マニホールド１４、燃料出口マニホールド１５の各開口が形成されている。膜・電極複合体２（図１参照）と燃料セパレータ３および酸化剤・冷却水セパレータ４を積層したときに各マニホールド１０、１１、１２、１３、１４、１５の開口がそれぞれ連通して積層方向に延びるマニホールドが形成される。
【００２４】
燃料セパレータ３のマニホールド１０、１１、１２、１３、１４、１５の位置の内側部分に燃料ガス流通路５が形成され、各燃料ガス流通路５は燃料入口マニホールド１４および燃料出口マニホールド１５に連通している。同様に、酸化剤・冷却水セパレータ４のマニホールド１０、１１、１２、１３、１４、１５の位置の内側部分に酸化剤ガス流通路６が形成され、各酸化剤ガス流通路６は酸化剤入口マニホールド１０および酸化剤出口マニホールド１２に連通している。
【００２５】
酸化剤・冷却水セパレータ４のマニホールド１０、１１、１２、１３、１４、１５の位置の内側部分の酸化剤ガス流通路６の裏面に冷却水流通路７が形成され、各冷却水流通路７は冷却水入口マニホールド１４および冷却水出口マニホールド１５に連通している。酸化剤ガス流通路６、燃料ガス流通路５、冷却水流通路７を通じて、反応に必要な燃料・酸化剤ガスを膜・電極複合体２に供給・排出し、所定の流量の冷却水を供給し、反応に伴う発熱の冷却を行なう。
【００２６】
燃料電池スタックの断面形状はほぼ長方形であり、マニホールドに囲まれた中央部に、電池反応を行なう起電部が配置されている。
【００２７】
図１１〜図１３の破線６０は、触媒層１８、１９とエッジシール材２２の境界を表している。図１に示したのと同様に、内部のエッジシール材２２のエッジ幅Ｌ２はマニホールド厚さＬ６より薄く設定されており、流通路５、６、７の溝がエッジ近傍まで設置されている。マニホールドに開口している付近では、最外部から数本の流通路溝がクランク状になっていて、最外の溝にも反応ガスまたは冷却水が十分に供給される。
【００２８】
図１４には、従来の燃料電池スタックと第２の実施形態の燃料電池スタックのセパレータ寸法およびエッジシール幅Ｌ２、触媒層寸法の比較を示す。従来の燃料電池スタックでは、エッジシール幅Ｌ２はマニホールド厚さＬ６の５０ｍｍと同じである。第２の実施形態では、エッジシール幅Ｌ２を４６ｍｍに削減しその近傍にもガス流通路溝を設けることで、触媒層の幅Ｌ１、幅（長さ）Ｌ１’ともに拡大し、有効面積は２５ｃｍ２（１１％）増加した。以上の構成により、ガスマニホールドの厚さＬ６よりもエッジシールの幅Ｌ２を小さく構成する、つまり反応有効部分を最大限に広げることが可能となり、燃料電池の出力が向上する。
【００２９】
［第３の実施形態］
図１５〜図１９を用いて第３の実施形態の固体高分子型燃料電池スタックの構成を説明する。第３の実施形態は第１の実施形態の変形であって、第１の実施形態と同一または類似の部分には共通の符号を付して重複説明は省略する。第３の実施形態は、第１の実施形態と同様に外部マニホールド型燃料電池である。
【００３０】
この実施形態では、燃料入口マニホールド１４および燃料出口マニホールド１５の開口部が積層体８の幅よりも広く、燃料入口マニホールド１４は酸化剤ガス入口マニホールド１０および冷却水入口マニホールド１３の側面と接し、燃料出口マニホールド１５は冷却水出口マニホールド１３および酸化剤ガス出口マニホールド１０の側面と接している。これにより、ガス拡散電極有効部３３（図１６参照）の燃料流通路５幅方向寸法をさらに拡大することができ、セパレータ幅と同等としている。
【００３１】
図１５は、燃料電池スタックの断面図（燃料流通路幅方向）を示す。膜・電極複合体２は電解質膜１７の両側にアノード触媒層１８およびカソード触媒層１９を配置し、さらに外側にはガス拡散層２１、２２を配置して構成される。電解質膜１７はイオン伝導性とともにガスバリア性が必要であり、反応ガスの混合を防ぐため、セパレータ３、４と同じ大きさまで延長されている。この実施形態では、触媒層２１、２２もセパレータ３、４や電解質膜１７と同じ大きさとしている。
【００３２】
セパレータ３、４や電解質膜１７、触媒層１８、１９、ガス拡散層２１、２２の外側側面には、反応ガスをシールするエッジシール材２２が配置される。このようなシール材２２としては、絶縁性がありガス気密性があれば良く、熱可塑性の溶融シートや、絶縁性接着剤、絶縁性接着テープなどが用いられる。具体的な材質として、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）といったフッ素系材料や、ポリエチレンやポリオレフィン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）などが好適である。
【００３３】
燃料ガスマニホールドの開口部は図１５の破線６２で示された位置にあり、セパレータ３、４よりも外側に位置し、図１６に示すように空気・冷却水マニホールドに固定され、さらに拡大されたガス流通路をカバーする。
【００３４】
図１７に酸化剤・冷却水セパレータ４の平面図を、図１８に酸化剤・冷却水セパレータ４の底面図を、図１９に燃料セパレータ３の平面図を示す。図１７〜図１９の破線６０は触媒層１８、１９とエッジシール材２２の境界を表している。図１５に示すように、内部のエッジシール幅Ｌ２はマニホールド厚さＬ６より薄く設定されており、流通路溝がエッジ近傍まで設置されている。酸化剤・冷却水セパレータ４のマニホールドに開口している付近では、最外部から数本の流通路溝がクランク状になっていて、最外の溝にも反応ガスが十分に供給される。燃料セパレータ３のガス流通路５は直線状で良く、セパレータ幅よりも広いマニホールドでカバーされている。
【００３５】
図２０には、従来の燃料電池スタックと第３の実施形態の燃料電池スタックのセパレータ寸法およびエッジシール幅Ｌ２、触媒層寸法の比較を示す。従来の燃料電池スタックでは燃料エッジ幅Ｌ２はマニホールド厚さＬ６の１０ｍｍに端部溝山幅Ｌ７（図１５）の２ｍｍを加えた１２ｍｍである。第３の実施形態では燃料エッジ幅Ｌ２を１ｍｍに削減しその近傍にもガス流通路溝を設けることで、触媒層の幅Ｌ１をさらに拡大し、有効面積は４７ｃｍ２（２２％）増加した。
【００３６】
以上の構成により、ガスマニホールドの厚さＬ６よりもエッジシールの幅Ｌ２を小さく構成する、つまり反応有効部分を最大限に広げることが可能となり、燃料電池の出力が向上する。また、燃料セパレータは平板に直線状の流通路溝を繰り返し設けたシンプルな構造でよく、溝間の溝山幅Ｌ７よりもエッジ幅Ｌ２が短いことから、より大きなサイズのセパレータを溝山で切断して大量に効率良く製作が可能となり、製作コストを抑えることができる。また、膜・電極複合体２の形状も、触媒層１８、１９の周囲に電解質膜１７が額縁状に飛び出した形状から左右のみ飛び出した形状となり、膜・電極複合体２をロール状に製造後、ロール長さ方向で切断することで無駄なく使うことが可能となり、膜・電極複合体２のコストも抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る燃料電池の第１の実施形態の燃料電池積層体を示す図であって、図２のＡ−Ａ線縦断面図である。
【図２】本発明に係る燃料電池の第１の実施形態を示す模式的平断面図である。
【図３】本発明に係る燃料電池の第１の実施形態における酸化剤・冷却水セパレータの平面図である。
【図４】図４の酸化剤・冷却水セパレータの底面図である。
【図５】本発明に係る燃料電池の第１の実施形態における燃料セパレータの平面図である。
【図６】本発明に係る燃料電池の第１の実施形態における酸化剤・冷却水セパレータの変形例の平面図である。
【図７】図６の酸化剤・冷却水セパレータの底面図である。
【図８】本発明に係る燃料電池の第１の実施形態における燃料セパレータの変形例の平面図である。
【図９】本発明に係る燃料電池の第１の実施形態における有効面積などの仕様を従来例と比較して示す表である。
【図１０】本発明に係る燃料電池の第２の実施形態を示す模式的平断面図である。
【図１１】本発明に係る燃料電池の第２の実施形態における酸化剤・冷却水セパレータの平面図である。
【図１２】図１１の酸化剤・冷却水セパレータの底面図である。
【図１３】本発明に係る燃料電池の第２の実施形態における燃料セパレータの平面図である。
【図１４】本発明に係る燃料電池の第２の実施形態における有効面積などの仕様を従来例と比較して示す表である。
【図１５】本発明に係る燃料電池の第３の実施形態の燃料電池積層体を示す図であって、図２のＡ−Ａ線縦断面図である。
【図１６】本発明に係る燃料電池の第３の実施形態を示す模式的平断面図である。
【図１７】本発明に係る燃料電池の第３の実施形態における酸化剤・冷却水セパレータの平面図である。
【図１８】図１７の酸化剤・冷却水セパレータの底面図である。
【図１９】本発明に係る燃料電池の第３の実施形態における燃料セパレータの平面図である。
【図２０】本発明に係る燃料電池の第３の実施形態における有効面積などの仕様を従来例と比較して示す表である。
【符号の説明】
【００３８】
１…単セル電池（単位電池）、２…膜・電極複合体（ＭＥＡ）、３…燃料セパレータ、４…酸化剤・冷却水セパレータ、５…燃料ガス流通路、６…酸化剤ガス流通路、７…冷却水流通路、８…積層体、１０…酸化剤入口マニホールド、１１…冷却水出口マニホールド、１２…酸化剤（空気）出口マニホールド、１３…冷却水入口マニホールド、１４…燃料入口マニホールド、１５…燃料出口マニホールド、１７…電解質膜、１８…アノード触媒層、１９…カソード触媒層、２０，２１…ガス拡散層、２２…エッジシール材、３０…アノード電極（ガス拡散電極）、３１…カソード電極（ガス拡散電極）、３３…ガス拡散電極有効部
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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