JP2002231274A - 固体高分子型燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】反応ガスや冷却水の漏洩の恐れのないセル構成
を備えた燃料電池を得る。 【解決手段】フレームシート１０を周囲に備えた電解質
膜１Ａの両面に電極２を配して形成した電解質膜・電極
接合体をセパレータで挟持してセルを構成するものにお
いて、フレームシート１０とセパレータとの間に介在さ
せて反応ガスおよび冷却水の漏洩を防止するシール部材
１１をフレームシート１０に一体に成型して固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電解質に高分子膜
を用いる固体高分子型燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Poly
mer Electrolyte Fuel Cell ）は、電解質に高分子膜を
用いる燃料電池で、出力密度が高い、電池寿命が長い等
の優れた特徴を有している。図４は、固体高分子型燃料
電池の従来の基本構成例を模式的に示す分解断面図であ
る。図に見られるように、固体高分子電解質膜１の両主
面に電極２を熱圧着して形成した電解質膜・電極接合体
と、一対の集電体３を一組のセパレーター４で挟持して
単セルが構成されている。また、セパレーター４の内面
には反応ガスを流すためのガス流通溝７が形成されてお
り、アノード側のセパレーター４のガス流通溝７には水
素を含む燃料ガスが、もう一方のカソード側のセパレー
ター４のガス流通溝７には酸素を含む酸化剤ガスが供給
される。また、いずれのセパレーター４にも外面に冷却
水流通溝８が備えられており、この冷却水流通溝８に冷
却水を流すことによって、発電に伴って生じる発熱が除
去され、単セルは所定の運転温度に維持される。また、
セパレーター４および固体高分子電解質膜１の上部およ
び下部には、二つの反応ガスと冷却水にそれぞれ専用の
マニホールド６が備えられている。このマニホールド６
は、燃料電池積層体を構成する複数の単セルに連通して
おり、反応ガスと冷却水はそれぞれ専用の入口側マニホ
ールドから出口側マニホールドへとセパレーター４のガ
ス流通溝７、あるいは冷却水流通溝８を流れる。

【０００３】なお、図において、黒丸で示した５はＯリ
ング状のフッ素ゴムからなるシール部材であり、セパレ
ーター４で挟持された単セルにおいて、電極２に達した
反応ガスの外部への漏洩、およびマニホールド６を流れ
る反応ガス、あるいは冷却水の外部への漏洩を防止する
役割を果たしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとく単セルを
構成し、冷却水流通溝８に冷却水を流して所定の運転温
度に保持し、アノード側のセパレーター４のガス流通溝
７に水素を含む燃料ガスを、また、カソード側のセパレ
ーター４のガス流通溝７に酸素を含む酸化剤ガスを流せ
ば、電気化学反応が生じて電気エネルギーが得られるこ
ととなる。しかしながら、本構成の固体高分子型燃料電
池においても、なお、以下のごとき問題点がある。

【０００５】すなわち、図４に示した構成では、電極２
に達した反応ガスの外部への漏洩、およびマニホールド
６を流れる反応ガス、あるいは冷却水の外部への漏洩を
防止するために、既に述べたごとく、固体高分子電解質
膜１とセパレーター４との間にＯリング状のシール部材
５を配して、加圧して挟持することとしているが、この
シール部材５はセパレーター４にも、また固体高分子電
解質膜１にも固定されていないので、セルの組立ての際
に位置ずれする可能性がある。特に、固体高分子電解質
膜１は厚さが 30 〜 50 μｍと極めて薄く、剛性も小さ
いので、シール部材５が及ぼす応力によって変形を生じ
やすく、両面のシール部材５の位置にずれがあると加圧
挟持する際にその位置ずれが拡大する可能性が強い。こ
のようにシール部材５の組み込み位置にずれが生じると
シール機能が不完全となり、反応ガスや冷却水の漏洩を
引き起こす危険性がある。

【０００６】この位置ずれの発生を防止するために、シ
ール部材５をセパレーター４か固体高分子電解質膜１の
所定の位置に予め接着したのち、加圧挟持する方法が考
えられるが、この方法を採ると組立て工数が増加し、製
作コストが高くなるという難点がある。本発明は、上記
のごとき従来技術の難点を考慮してなされたもので、本
発明の目的は、反応ガスや冷却水の漏洩を生じる恐れが
なく、かつ組立て作業の容易な固体高分子型燃料電池を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明においては、フレームシートを周囲に備え
た電解質膜の両面に電極を熱圧着して形成した電解質膜
・電極接合体と、この電解質膜・電極接合体の両面に配
される集電体と、これらを挟持するセパレータと、上記
のフレームシートと上記のセパレータとの間に介装され
る反応ガスあるいは冷却水の漏洩防止用のシール部材を
備える固体高分子型燃料電池において、上記のシール部
材を、例えば熱硬化型シリコーンにより形成して、例え
ば液状射出成型法によって上記のフレームシートと一体
に成型することとし、例えば、フレームシートの両面に
配されるシール部材を、フレームシートに設けられた複
数の小孔を介して連結してフレームシートに一体に成型
することとする。

【０００８】上記のごとく、シール部材をフレームシー
トに一体に成型すれば、シール部材はフレームシートの
所定の位置に固定されるため、セル組立ての際に位置ず
れを生じることはない。また、厚さの極めて薄い固体高
分子電解質膜と異なり、フレームシートはより厚さが厚
く、剛性の大きなものとして形成できるので、加圧挟持
する際にシール部材の応力を受けてもたわみや変形は微
小に抑えられ、シール部材の位置ずれを引き起こす恐れ
はない。したがって、本発明のごとくとすれば、従来見
られたごときシール部材の位置ずれに起因する反応ガス
や冷却水の漏洩の危険性は回避される。

【０００９】また、本構成では、シール部材が電解質膜
・電極接合体を構成するフレームシートに固定されてい
るため、セル組立て時の位置合わせが極めて容易であ
り、作業工程の簡略化、短縮化が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。図１は、本発明の固体高分子型燃料電池
の一実施例における電解質膜・電極接合体の構成を模式
的に示す正面図である。また、図２は、この電解質膜・
電極接合体に用いられているフレームシートを模式的に
示す正面図である。

【００１１】図１に見られるように、本実施例の電解質
膜・電極接合体は、周囲にフレームシート１０を備えた
電解質膜１Ａの両面に電極２を接合して構成されてい
る。フレームシート１０は厚さが 1 mm のテトラフルオ
ロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重
合体樹脂からなり、フレームシート１０と電解質膜１Ａ
は、特開平 11 − 045729 号に示されているカバーシー
トフィルムの接着と同様に、変性オレフィン系接着剤に
より接着されている。このフレームシート１０の上部お
よび下部には、図１に見られるように、それぞれ２個の
反応ガスマニホールド用貫通孔１２と１個の冷却水マニ
ホールド用貫通孔１３が備えられている。また、フレー
ムシート１０には、熱硬化型シリコーンよりなるシール
部材１１が液状射出成形法により一体に成形されてお
り、このシール部材１１によって電極２に達した反応ガ
スの外部への漏洩、およびマニホールド用貫通孔を流れ
る反応ガス、あるいは冷却水の外部への漏洩が防止され
る。

【００１２】なお、本実施例のフレームシート１０に
は、図２に見られるごとく、シール部材１１の成形部に
沿って複数の小孔１５が備えられており、フレームシー
ト１０の両面に配されるシール部材１１をこの小孔１５
を介して連結することによって、シール部材１１をより
強固にフレームシート１０に一体成形している。図３
は、本実施例の電解質膜・電極接合体を用いた固体高分
子型燃料電池の分解断面図である。本図において図４に
示した従来の構成と同一機能を有する構成要素には同一
符号が付されている。本図に見られるごとく、本実施例
の構成では、シール部材１１が電解質膜・電極接合体に
一体に組み込まれるので、セル組立ての位置合わせが極
めて容易であり、作業工程が従来に比べて短縮される。

【００１３】なお、本実施例では、フレームシート１０
を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樹脂を用いて形成しているが、この
樹脂に代わって、ポリエチレンテレフタレート、ポリフ
ェニレンサルファイド、あるいはポリエチレンナフタレ
ート等の樹脂を用いてもよい。また、本実施例では、フ
レームシート１０の厚さを 1 mm としているが、これに
限定されるものではなく、 0.05 〜 2 mm の範囲の厚さ
に形成しても同様の効果が得られる。

【００１４】

【発明の効果】上述のごとく、本発明によれば、固体高
分子型燃料電池を請求項１、さらには請求項２〜５のご
とく構成することとしたので、電解質膜・電極接合体と
セパレーターとの間に配されるシール部材が所定の位置
に固定され、セル組立ての際の位置ずれが抑制されるこ
ととなった。これによって、反応ガスや冷却水の漏洩を
生じる恐れがなく、かつ組立て作業の容易な固体高分子
型燃料電池が得られることとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体高分子型燃料電池の一実施例にお
ける電解質膜・電極接合体の構成を模式的に示す正面図

【図２】図１に示した実施例の電解質膜・電極接合体に
用いられているフレームシートを模式的に示す正面図

【図３】図１に示した実施例の電解質膜・電極接合体を
用いた固体高分子型燃料電池の構成を模式的に示す分解
断面図

【図４】固体高分子型燃料電池の従来の基本構成例を模
式的に示す分解断面図

【符号の説明】

１Ａ 電解質膜 ２ 電極 ３ 集電体 ４ セパレーター ６ マニホールド ７ ガス流通溝 ８ 冷却水流通溝 １０ フレームシート １１ シール部材１１ １２ 反応ガスマニホールド用貫通孔 １３ 冷却水マニホールド用貫通孔

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フレームシートを周囲に備えた電解質膜の
   両面に電極を熱圧着して形成した電解質膜・電極接合体
   と、該電解質膜・電極接合体の両面に配される集電体
   と、これらを挟持するセパレータと、前記フレームシー
   トと前記セパレータとの間に介装される、反応ガスある
   いは冷却水の漏洩防止用のシール部材とを備える固体高
   分子型燃料電池において、 前記シール部材が、前記フレームシートに一体に成型さ
   れていることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
2. 【請求項２】請求項１に記載の固体高分子型燃料電池に
   おいて、フレームシートの両面に配されたシール部材
   が、フレームシートに設けられた複数の小孔を介して連
   結されてフレームシートに一体に成型されていることを
   特徴とする固体高分子型燃料電池。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の固体高分子型燃
   料電池において、前記シール部材が、液状射出成型法に
   よってフレームシートに一体に成型されたシール部材で
   あることを特徴とする固体高分子型燃料電池。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の固体高
   分子型燃料電池において、前記フレームシートが、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、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェ
   ニレンサルファイド、およびポリエチレンナフタレート
   のうちのいずれか一つよりなることを特徴とする固体高
   分子型燃料電池。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の固体高
   分子型燃料電池において、前記シール部材が熱硬化型シ
   リコーンよりなることを特徴とする固体高分子型燃料電
   池。