(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子電解質膜の両側に電極を接合し、かつ厚み方向に所定間隔隔てて複数並設された単位電池と、
該単位電池間を仕切り、かつ該電極と対面して反応ガスの通路を画成する集電性を有するセパレータと、
所定数の単位電池毎に該単位電池に代えて配設され、かつ該セパレータと対面して冷却媒体の通路を画成する導電性を有するスペーサと、
該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部間に介設された導電性部材により形成されたシール部材とを備えた固体高分子型燃料電池において、
該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部の外径寸法を該スペーサの外径寸法より大きく形成した該セパレータの外周部間に、該導電性部材により形成されたシール部材を介設することで、該セパレータの外周部間を電気的に接続することを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【請求項２】
固体高分子電解質膜の両側に電極を接合し、かつ厚み方向に所定間隔隔てて複数並設された単位電池と、
該単位電池間を仕切り、かつ該電極と対面して反応ガスの通路を画成する集電性を有するセパレータと、
所定数の単位電池毎に該単位電池に代えて配設され、かつ該セパレータと対面して冷却媒体の通路を画成する導電性を有するスペーサと、
該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部間に介設された絶縁性シール部材とを備えた固体高分子型燃料電池において、
該絶縁性シール部材の一部に代えて、導電性部材により形成された接続部材を使用し、該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部の外径寸法を該スペーサの外径寸法より大きく形成した該セパレータの外周部間において、該導電性部材により形成された接続部材を介設して該セパレータの外周部間を電気的に接続すると共に、該絶縁性シール部材を介設して該セパレータの外周部間のシール性を確保することを特徴とする固体高分子型燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子型燃料電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池は、一般的に、水素イオン導電性の固体高分子電解質膜の両側に白金触媒を担持した電極を接合し、かつ厚み方向に所定間隔隔てて複数並設された単位電池と、該単位電池間を仕切り、かつ該電極と対面して反応ガスの通路を画成する集電性を有するセパレータとを積層した構造を有する（例えば、特開平８−５０９０３号公報）。固体高分子型燃料電池では、単位電池の電極を適正温度に保つと共に電極の温度分布を均一とし、発電効率を向上させるため、所定の数の単位電池毎に該単位電池に代えて導電性のスペーサが配設され、スペーサとセパレータとの間に冷却媒体が流通される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の固体高分子型燃料電池では、単位電池を挟んで向き合うセパレータの外周部間が反応ガスの漏れを防止するためのシール部材によりシールされ、スペーサを挟んで向き合うセパレータの外周部間が冷却媒体の漏れを防止するためのシール部材によりシールされている。該固体高分子型燃料電池では、スペーサを挟んで向き合うセパレータの間での電子の導通が良好に行われる必要があるが、従来より反応ガス漏れ防止用のシール部材と冷却媒体漏れ防止用のシール部材とには同一の絶縁性シール部材が使用されているため、スペーサを挟んで向き合うセパレータ間での電子の導通は、セパレータとスペーサとの接触部を介してのみ行われる。この際、該接触部には接触抵抗が存在し、スペーサには導電抵抗が存在するため、該セパレータ間の電子の導通が妨げられ、固体高分子型燃料電池の出力電圧が低下するという問題点がある。
そこで、本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、スペーサの使用に伴う出力電圧低下の少ない固体高分子型燃料電池を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、固体高分子電解質膜の両側に電極を接合し、かつ厚み方向に所定間隔隔てて複数並設された単位電池と、
該単位電池間を仕切り、かつ該電極と対面して反応ガスの通路を画成する集電性を有するセパレータと、
所定数の単位電池毎に該単位電池に代えて配設され、かつ該セパレータと対面して冷却媒体の通路を画成する導電性を有するスペーサと、
該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部間に介設された導電性部材により形成されたシール部材とを備えた固体高分子型燃料電池において、
該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部の外径寸法を該スペーサの外径寸法より大きく形成した該セパレータの外周部間に、該導電性部材により形成されたシール部材を介設することで、該セパレータの外周部間を電気的に接続することを特徴とする。
本発明は、固体高分子電解質膜の両側に電極を接合し、かつ厚み方向に所定間隔隔てて複数並設された単位電池と、
該単位電池間を仕切り、かつ該電極と対面して反応ガスの通路を画成する集電性を有するセパレータと、
所定数の単位電池毎に該単位電池に代えて配設され、かつ該セパレータと対面して冷却媒体の通路を画成する導電性を有するスペーサと、
該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部間に介設された絶縁性シール部材とを備えた固体高分子型燃料電池において、
該絶縁性シール部材の一部に代えて、導電性部材により形成された接続部材を使用し、該スペーサを挟んで向かい合う該セパレータの外周部の外径寸法を該スペーサの外径寸法より大きく形成した該セパレータの外周部間において、該導電性部材により形成された接続部材を介設して該セパレータの外周部間を電気的に接続すると共に、該絶縁性シール部材を介設して該セパレータの外周部間のシール性を確保することを特徴とする。
【０００５】
スペーサを挟んで向かい合うセパレータの外周部間に導電性部材により形成されたシール部材又は接続部材を介設すると、電子が該シール部材又は接続部材内を導通するため、スペーサを挟んで向かい合うセパレータの間の電子の導通が良好となり、固体高分子型燃料電池の出力電圧の低下が抑制される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
セパレータ及びスペーサは、導電性を有する必要があるため、例えば、金属、カーボンにより形成される。
単位電池に代えて配設されるスペーサは、例えば、単位電池とスペーサとが交互に積層するように配設されてもよく、単位電池２つ毎又は単位電池３つ毎に配設されてもよい。
導電性部材としては、導電性ゴム、導電性ペースト、導電性樹脂、導電性セラミック等を用いることができる。
該導電性部材は、スペーサを挟んで向かい合うセパレータ間をシールするシール部材として使用することができ、その場合、該導電性部材として導電性ゴムを用いることが望ましく、特に、耐腐食性を向上する観点からカーボンブラックが配合された導電性ゴムを用いることが望ましい。
【０００７】
【実施例】
本発明の第１実施例の固体高分子型燃料電池１を図１に基づいて説明する。
固体高分子型燃料電池１は、高分子電解質膜２ａ、３ａの両側に正電極２ｂ、３ｂと負電極２ｃ、３ｃとが接合された単位電池２、３と、金属製のスペーサ４と、セパレータ５、６、７とから形成されている。単位電池２と単位電池３とは厚み方向（図中左右方向）に所定の間隔を隔てて交互に複数並設され、単位電池２の正電極２ｂと単位電池３の負電極３ｃとの間に単位電池に代えてスペーサ４が配設され、単位電池２の正電極２ｂとスペーサ４との間にセパレータ５が介設され、スペーサ４と単位電池３の負電極３ｃとの間にセパレータ６が介設され、単位電池３の正電極３ｂと単位電池２の負電極２ｃとの間にセパレータ７が介設されている。
【０００８】
単位電池２、３の高分子電解質膜２ａ、３ａの外径寸法は、電極２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃの外径寸法より大きく形成され、スペーサ４の外径寸法は、電極２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃの外径寸法と同一に形成されている。
セパレータ５、６、７は、凹凸状の内周部５ａ、６ａ、７ａとフランジ状の外周部５ｂ、６ｂ、７ｂとから形成されている。
【０００９】
セパレータ５の内周部５ａの一方の面５ｃが単位電池２の正電極２ｂと対面して接触し、セパレータ５と正電極２ｂとの間に酸素含有ガスを流通する酸素含有ガス通路８が形成され、内周部５ａの他方の面５ｄがスペーサ４と対面して接触し、セパレータ５とスペーサ４との間に冷却媒体が流通する冷却媒体通路９が形成されている。セパレータ６の内周部６ａの一方の面６ｃがスペーサ４と対面して接触し、セパレータ６とスペーサ４との間に冷却媒体通路９が形成され、内周部６ａの他方の面６ｄが単位電池３の負電極３ｃと対面して接触し、セパレータ６と不電極３ｃとの間に水素含有ガスを流通する水素含有ガス通路１０が形成されている。セパレータ７の内周部７ａの一方の面７ｃが単位電池３の正電極３ｂと対面して接触し、セパレータ７と正電極３ｂとの間に酸素含有ガス通路８が形成され、内周部７ａの他方の面７ｄが単位電池２の負電極２ｃと対面して接触し、セパレータ７と負電極２ｃとの間に水素含有ガス通路１０が形成されている。
【００１０】
セパレータ５、６、７の外周部５ｂ、６ｂ、７ｂの外径寸法は高分子電解質膜２ａ、３ａの外径寸法より大きく形成されている。また、セパレータ５、６、７の外周部５ｂ、６ｂ、７ｂの外径寸法はスペーサ４の外径寸法より大きく形成されている。
セパレータ６の外周部６ｂとセパレータ７の外周部７ｂとの間、及びセパレータ５の外周部５ｂとセパレータ７の外周部７ｂとの間には、絶縁性のガスシール部材１１ａ、１１ｂが介設され、ガスシール部材１１ａとガスシール部材１１ｂとの間に高分子電解質膜２ａ、３ａの外縁部２ｄ、３ｄが挟持されているので、酸素含有ガス通路８と外部空間１２との間及び水素含有ガス通路１０と外部空間１２との間のシール性が確保され、かつ酸素含有ガス通路８と水素含有ガス通路１０との間のシール性が確保されている。また、セパレータ５の外周部５ｂとセパレータ６の外周部６ｂとの間には、体積低効率が１０−１〜１０−２Ωｃｍの導電性部材により形成された冷却媒体シール部材１３が介設されているので、冷却媒体通路９と外部空間１２との間のシール性が確保されている。
【００１１】
水素含有ガス供給口（図示せず）から水素含有ガス通路１０に水素含有ガスが供給され、酸素含有ガス供給口（図示せず）から酸素含有ガス通路８に酸素含有ガスが供給されると、単位電池２、３内において電気化学反応が起こり、正電極２ｂ、３ｂと負電極２ｃ、３ｃとの間に電位差が生じる。そのため、単位電池２を挟んで互いに向き合うセパレータ５、７の間にも両電極２ｂ、２ｃの間に生じた電位差と同じ大きさの電位差が生じ、単位電池３を挟んで互いに向き合うセパレータ７、６の間にも両電極３ｂ、３ｃの間に生じた電位差と同じ大きさの電位差が生じる。また、セパレータ６とセパレータ５との間では、単位電池３の負電極３ｃに生じた電子がセパレータ６からスペーサ４又は冷却媒体シール部材１３を経てセパレータ５に移動する。この際、セパレータ６とセパレータ５との間には、セパレータ６からスペーサ４を経てセパレータ５に電子が導通する際の抵抗Ｒ１と、セパレータ６から冷却媒体シール部材１３を経てセパレータ５に電子が導通する際の抵抗Ｒ２とが存在するため、セパレータ６からセパレータ５に電子が導通する際の抵抗Ｒは、１／Ｒ＝１／Ｒ１＋１／Ｒ２となる。従って、抵抗Ｒは抵抗Ｒ１、Ｒ２のいずれよりも小さくなり、セパレータ６からセパレータ５への電子の導通が良好に行われる。
【００１２】
次に、第２実施例の固体高分子型燃料電池２０を図２に示す。
第２実施例の固体高分子型燃料電池２０は、第１実施例の固体高分子型燃料電池１の導電性の冷却媒体シール部材１３に代えて、絶縁性部材により形成された冷却媒体シール部材２１と、導電性部材により形成され、かつセパレータ５、６間を電気的に接続する接続部材２２とがセパレータ５、６間に介設されている点を除いては、第１実施例の固体高分子型燃料電池１と同じ構造を有している。
第２実施例の固体高分子型燃料電池２０においても、負電極３ｃに発生した電子は、セパレータ６からスペーサ４又は接続部材２２を経てセパレータ５に移動するため、セパレータ６からセパレータ５への電子の導通が良好に行われる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、スペーサを挟んで向かい合うセパレータの外周部間に導電性部材により形成されたシール部材又は接続部材を介設したので、スペーサを挟んで向かい合うセパレータ間を電子が導通する際の抵抗が小さくなり、該セパレータ間の電圧降下が小さくなるため、固体高分子型燃料電池としての出力電圧が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例である固体高分子型燃料電池の部分断面図である。
【図２】  本発明の第２実施例である固体高分子型燃料電池の部分断面図である。
【符号の説明】
４    スペーサ
５    セパレータ
５ｂ  外周部
６    セパレータ
６ｂ  外周部
１３  冷却媒体シール部材
２２  接続部材
【図１】
0003830609.tif 000002
【図２】
0003830609.tif 000003