JP2000251907A

JP2000251907A - 固体高分子型燃料電池

Info

Publication number: JP2000251907A
Application number: JP11046309A
Authority: JP
Inventors: Masataka Kadowaki; 正天門脇; Katsuya Oda; 勝也小田; Yasuo Miyake; 泰夫三宅; Ikuro Yonezu; 育郎米津; Koji Nishio; 晃治西尾
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】固体高分子型燃料電池において、製造コスト
を抑えつつ、良好に燃料電池の固体高分子膜を保湿し、
安定した発電が可能な固体高分子型燃料電池を提供す
る。【解決手段】リブ４０１ａの側面に、長方形状、半円
形状、三角形状の凹状滞留部４０１１、４０１３、４０
１６および凸状滞留部４０１０、４０１２、４０１５を
設けたアノード側チャネルプレート４０を、モールド成
型により作製して用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体高分子型燃料電
池に関し、特に固体高分子膜に通じるチャネルに改質ガ
スと水を供給する固体高分子型燃料電池の改良技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、アノード側に水素リッチな
燃料ガス、カソード側に酸化剤ガスをそれぞれ供給し、
水素と酸素を電気化学的に反応させて発電を行う電池で
ある。酸化剤ガスには空気が用いられる場合が多い。燃
料ガスには天然ガス、ナフサなどの軽質炭化水素や、低
級アルコールからなる燃料ガスを改質処理したもの、或
いは純水素ガスが用いられている。

【０００３】燃料電池はリン酸型、炭酸溶融型など電解
質の種類によって様々なものがあるが、近年では固体高
分子膜を電解質とする固体高分子型燃料電池の研究が積
極的になされている。この固体高分子型燃料電池は一般
に、固体高分子膜の一方の面にカソードと、他方の面に
アノードとを配してなるセルを、複数本のリブを表面に
並設したチャネルプレートで挟持した基本構造を持つ。
実用的な高分子型固体燃料電池は、このような基本構造
を単位セルとし、これを多数積層して高電圧で発電力を
増加させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】固体高分子型燃料電池
は、主として電解質の固体高分子膜の内部抵抗を下げる
ことで優れた電池特性が得られる。このため通常は、例
えば改質ガスとともにアノード側のチャネルを通して固
体高分子膜に水分を供給し、これによって固体高分子膜
の導電性を確保している。

【０００５】ここにおいて、チャネルプレートとして緻
密な材料を用いた場合、チャネルに供給した水分のう
ち、ある一定量は固体高分子膜の加湿に利用されず、チ
ャネルを素通りして流れ出る性質がある。したがって、
例えば特開平５─４１２３０号公報に開示されているよ
うに、親水性の多孔質カーボンからなる板体を切削加工
してチャネルプレートとしたものが用いられている。こ
れは、チャネルの親水性を利用してチャネル自体に水分
を保持させ、固体高分子膜への水分供給が円滑になるよ
うに改良したものである。

【０００６】しかしながらこの場合、切削加工などにか
かる製造コストや手間の問題があった。また多孔質材料
のため強度が十分でなく、複数のセルを積層して締め付
け固定すると、経時的にチャネルプレートが変形し、破
損する場合があった。このように、チャネルプレートの
製造コストと固体高分子膜の保湿性、およびチャネルプ
レートの強度を両立させるためには、いまだ技術改良の
余地があると考えられる。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であって、その目的は固体高分子型燃料電池において、
製造コストを抑えつつ、良好に燃料電池の固体高分子膜
を保湿し、安定した発電が可能な固体高分子型燃料電池
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決する手段】上記課題を解決するために、本
発明は、固体高分子膜の両面にカソードおよびアノード
を配してなるセルが、複数本のリブを並設してチャネル
を形成した一対のチャネルプレートで挟持され、運転時
に当該チャネルを通じて固体高分子膜を加湿する構成の
固体高分子型燃料電池として、前記チャネルプレートの
少なくとも一方は、チャネルの内壁に加湿剤を滞留させ
る凹状または凸状の滞留部を複数散在させるものとし
た。すなわち滞留部において、外部から供給された水分
が淀み、滞留しやすい構成にしている。

【０００９】このように、チャネルプレートの材質に関
わらず、チャネルプレートに滞留部を設けるという比較
的簡単な方法によって水分の滞留を確保することができ
るので、緻密な材料であっても良好に固体高分子膜を加
湿できる効果が得られる。また、本チャネルプレートは
緻密性の材料で構成してもよいため、モールド成型によ
り作製することもできる。これにより、多孔性の材料を
削り出すなどの工程が不要になり、上記効果に加えて製
造コストや歩留まりの改善が大幅に見込まれる。具体的
には、一般的なカーボン粉末と樹脂（フェノール樹脂が
望ましい）の混合材料をモールド成型して用いることも
できる。

【００１０】また滞留部は、リブ側面、チャネルプレー
ト表面のいずれかに形成してもよい。また、リブの上面
に形成してもよい。なお詳細を後述するが、リブ側面に
凸状の滞留部を設ける場合には、チャネル幅の１/４０
以上２/３以下の突出量、凹状の滞留部を設ける場合に
はチャネル幅の１/４０以上の凹入量とするのが望まし
い。

【００１１】また、チャネルプレート表面に凸状の滞留
部を設ける場合には、リブの高さの１/４０以上２/３以
下の突出量、凹状の滞留部を設ける場合にはチャネル幅
の１/４０以上の凹入量とするのが望ましい。さらにリ
ブの上面に凹状の滞留部を設ける場合には、リブの高さ
の１/４０以上の凹入量とするのが望ましい。さらに、
隣接する滞留部の間隔を１０ｍｍ以下にするのが望まし
い。

【００１２】これらの数値範囲は、固体高分子膜を効果
的に保湿させるために水分を滞留させ、かつ燃料電池内
部における改質ガスなどの適切な流速のために設定すべ
き数値として算出したものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明の
固体高分子型燃料電池の実施の形態１について説明す
る。図１は、本実施の形態に係る固体高分子型燃料電池
１（以下、単に「燃料電池１」という）を構成するセル
ユニット１００の部分組立図である。本図に示すよう
に、セルユニット１００は枠体１０において、セル２０
をカソード側チャネルプレート３０と、アノード側チャ
ネルプレート４０とで挟持した構成を持つ。

【００１４】セル２０は固体高分子膜２０１、カソード
２０２、アノード２０３、および枠状ガスケット２０４
等で構成される。固体高分子膜２０１は燃料電池１の電
解質であり、パーフルオロカーボンスルホン酸からなる
薄膜（例えばDu Pont社製Nafion）である。カソード２
０２、アノード２０３は、白金（Ｐｔ）担持カーボンか
らなる膜（カーボンペーパー）であり、固体高分子膜２
１の両主面の中央部にそれぞれホットプレスにより密着
加工されている。なお図１において、アノード２０３は
固体高分子膜２０１の背面側にあるので破線で表示して
いる。

【００１５】このセル２０のカソード２０２側が、枠状
ガスケット２０４を介してカソード側チャネルプレート
３０に重ねられる。また、セル２０はカソード側チャネ
ルプレート３０とともに枠体１０の切欠部１１７に埋め
込まれ、セル２０のアノード２０３側が枠状ガスケット
２０４を介してアノード側チャネルプレート４０に重ね
られる。

【００１６】なお、図１では省略しているが、カソード
２０２とカソード側チャネルプレート３０の間、並びに
アノード２０３とアノード側チャネルプレート４０との
間に、撥水性カーボンペーパーからなる集電体２４、２
５が介挿されている。カソード側チャネルプレート３０
は、枠体３００に中央チャネルプレート３１０が填め込
まれた構成を有する。

【００１７】中央チャネルプレート３１０はフェノール
樹脂にカーボン粉末を混合したものを射出成形してなる
平板状部材であって、カソード２０２と対向する面（図
１で下面）において、黒矢印（ｙ方向）に平行に一定間
隔毎にリブ３１２…が並設され、これにより同方向に空
気を流通させるチャネル３１１…が形成されている。枠
体３００も中央チャネルプレート３１０と同様の材料を
射出成形したものであり、長方形状の窓３０３を有して
いる。カソード２０２側と対向する面（図１で上面側）
にはｙ方向に一定間隔毎にリブ３０４…が設けられ、こ
れにより空気を同方向にチャネル３１１…に導入または
排出するための各チャネル３０１…、３０２…が形成さ
れている。

【００１８】枠体１０は射出成形された樹脂（エンジニ
アリングプラスチック、以降「ＥＰ」という）からな
る。枠体１０の片面側（図１で上面側）の中央部にはセ
ル２０及びカソード側チャネルプレート３０を填め込む
ための切欠部１１７が形成され、他面側（図１で下面
側）には、アノード側チャネルプレート４０及び仕切板
５０を填め込む凹状滞留部１１５が形成されている。さ
らに切欠部１１７の中央部には、アノード側チャネルプ
レート４０とアノード２０３とが接触できるように窓１
１６が開設されている。

【００１９】枠体１０の長手方向（ｘ方向）端部の一方
側（図１では右端側）には、セルユニット１００に水を
供給する一対のマニホールド孔１１１と溝孔１１２、な
らびに改質ガスを供給する一対のマニホールド孔１１３
と溝孔１１４が開設され、前記長手方向の他方（図１で
は左端側）には、水素を含む未反応改質ガスを排出する
ための一対のマニホールド孔１１８と溝孔１１９（撥水
性カーボンペーパーを一定間隔で穿孔したもの）、なら
びに水を排出するための一対のマニホールド孔１２０と
溝孔１２１（フェルト材を一定間隔で穿孔したもの）が
開設されている。

【００２０】なお各溝孔１１４または１１９は、アノー
ド側チャネル４００…の長手方向（ｘ方向）と直交する
方向（ｙ方向）に沿って形成され、その両端で各マニホ
ールド孔１１１または１１８とそれぞれ連通している。
アノード側チャネルプレート４０は枠体１０より若干小
さい板体であって、本発明の主な特徴を有する部分であ
り、フェノール樹脂に一般的なカーボン（多孔性カーボ
ンより安価なもの）粉末を混合し、これを射出成型して
なる。また、白抜き矢印（ｘ方向）に平行に一定間隔毎
にリブ４０１…が並設され、これにより同方向に改質ガ
スと水分を流通させるチャネル４００…が形成されてい
る。

【００２１】このアノード側チャネルプレート４０は、
さらにチャネル４００…の長手方向の中央に位置する中
央部４０ａと、当該中央部４０ａを挟む上流部４０ｂ及
び下流部４０ｃからなり、中央部４０ａは上流部４０ｂ
及び下流部４０ｃよりもリブ４０１…の高さが高くなる
ように、リブ４０１…の高さに段差が設けられている。
このリブ４０１の高い部分４０１ａ…（以降単に「リブ
４０１ａ」という）が窓１０２に填まり込み、アノード
２０３と電気的に接触するようになっている。

【００２２】ここで、図２はリブ４０１ａを中心とする
アノード側チャネルプレート４０の部分断面図である。
当該リブ４０１ａを含むリブ４０１…の本体は高さ２ｍ
ｍ×幅２ｍｍのサイズを有し、基本的にチャネル幅が４
ｍｍ程度になるように並設されており、リブ４０１ａの
側面に半円状、長方形状、三角形状などの凸状滞留部４
０１０、４０１２、４０１５、および同様の形状の凹状
滞留部４０１１、４０１３、４０１６が形成されてい
る。

【００２３】ここで、図２では凹状滞留部４０１１…
（凸状滞留部４０１０…）はチャネル４００一本毎に形
状が揃えられているが、必ずしもその必要はなく、これ
らの形状を一本のチャネル４００に成型してもよい。さ
らに、一本のチャネル４００…に凹状滞留部４０１１…
または凸状滞留部４０１０…のみを設けるようにしても
よいし、このうち一種類の形状だけをアノード側チャネ
ルプレート４０に形成してもよい。

【００２４】これらの凹状滞留部４０１１…（凸状滞留
部４０１０…）は、チャネル幅の１/４０以上に相当す
る凹入量（チャネル幅の１/４０以上、かつ２/３以下の
範囲に相当する突出量）を有し、ｙ方向に隣接する互い
の間隔がほぼ１０ｍｍになるように設定されている。ま
た、例えば一本のリブ４０１ａの両側面に設けられた凹
状滞留部４０１３、４０１６によって、リブ４０１ａに
切り欠き４０１４が設けられるような部分もあり、ここ
で隣り合うチャネル４００…が通じている。

【００２５】なお図２では分かり易くするため、リブ４
０１ａに対して凹状滞留部４０１１…（凸状滞留部４０
１０…）を実際よりも大きく図示している。また、これ
以降の実施の形態の説明に用いる図４および５でも同様
に図示している。このような形状にアノード側チャネル
プレート４０を構成する理由は次の通りである。すなわ
ち凹状滞留部４０１１…（凸状滞留部４０１０…）をチ
ャネル４０１ａに設けることで、チャネル４００…をｘ
方向に流通する燃料ガスが淀む部分を確保し、ここを中
心に水分を滞留しやすくする。水分をチャネル４００…
中に長く滞留させることにより、外部からの水分の供給
量が比較的少なくても、効率よく固体高分子膜２０１を
加湿することが可能となる。

【００２６】また、当該アノード側チャネルプレート４
０は一般的なカーボン粉末と樹脂の混合材料をモールド
成型することによって作製できるため、従来のようにチ
ャネルプレートの材料に親水性の高価な多孔質カーボン
などを用いなくてもよい。また、リブの削り出し加工な
どの工程が不要であるなど、コストダウンの効果が大き
く、製造における歩留まりの改善も期待できる。

【００２７】さらに、凹入量（突出量）のサイズを上記
範囲に限定したが、これについては凹入量（突出量）が
チャネル幅の１/４０未満になると、水分が十分に滞留
できなくなることが分かっている。また凸状滞留部４０
１０…を設ける場合、チャネル幅の２/３を超える突出
量にすると、ガスの流れが悪くなる傾向がある。このた
め、現行のチャネル（約４ｍｍ幅）の場合において、一
般的な金型を用いたモールド成型による成型能力も考慮
すれば、凸状滞留部４０１０…の突出量は０.１ｍｍ
（これはチャネル幅の１/４０に相当する）以上、かつ
チャネル幅の２/３以下とし、凹状滞留部４０１１…の
凹入量を０.１ｍｍ以上とするのが望ましい。

【００２８】また、凹状滞留部４０１１…（凸状滞留部
４０１０…）をほぼ１０ｍｍ間隔で設けるようにした
が、これは一定量の水分を確保するために設定したもの
であり、１０ｍｍ以下の範囲で設定するのが望ましい。
なお燃料電池１は、複数のセルユニット１００が仕切板
５０を介して積層された構成を有する。仕切板５０はア
ノード側チャネルプレート４０と同等サイズの気密性ガ
ラス状カーボン板であって、セルユニット１００の積層
時において、隣接するセルユニット１００のカソード側
チャネルプレート３０とアノード側チャネルプレート４
０とを電気的に導通しつつ、カソード側チャネル３１１
…を流れる空気、及びアノード側チャネル４００…を流
れる改質ガスと水分の混流を防止する働きをなす。

【００２９】図３は、具体的な燃料電池１の構成を示す
部分組立図である。当図が示すように、積層されたセル
ユニット１００は、その両端を一対の端板６１、６２で
挟持されて固定される。燃料電池１にはさらに、燃料ガ
スと水を各セルユニット１００に供給し、未反応改質ガ
スと水を排出するための各種配管Ｌ１〜Ｌ４が設けられ
ており、これらの配管Ｌ１〜Ｌ４の所定位置において、
改質ガスレギュレータ４（配管Ｌ１）、未反応改質ガス
レギュレータ５（配管Ｌ３）、水/未反応改質ガス分離
タンク３、水冷却器６（ともに配管Ｌ４）、水ポンプ２
（配管Ｌ２）などが備えられている。

【００３０】このような構成を有する燃料電池１におい
て、運転時にはまず、オペレータが燃料電池１を空気の
流通路（カソード側チャネル３０１、３１１、３０２）
が水平方向になるように配置する。そして図示しないフ
ァンを用い、当該チャネル３０１…に空気を送り込む。
これにより、空気はカソード側チャネル３１１…を流通
してカソード２０２に酸素を供給し（予めファンによる
空気の供給により酸素利用率を約４０％に設定してお
く）、チャネル３０２…からチャネル３１１外に排出さ
れる。

【００３１】一方、マニホールド孔１１３には配管Ｌ１
と改質ガスレギュレータ４（通常は１００〜８００ｍｍ
Ｈ₂Ｏ程度の圧力）により改質ガスを供給し、マニホー
ルド孔１１２には配管Ｌ２と水ポンプ２により水を供給
する。供給される水及び改質ガスは、各セルユニット１
００に分配され、各セルユニット１００において、溝孔
１１２または溝孔１１４からアノード側チャネルプレー
ト４０の上流部４０ｂに分配され、アノード側チャネル
４００…を下流側（ｘ方向）に流れ、アノード２０３へ
の改質ガスの供給と、前述のように固体高分子膜２０１
の保湿を同時に行う。

【００３２】なお、このとき水ポンプ２の出力は、水供
給用の溝孔１１２における水圧を計測し、適切な水圧値
に調整する。また、排出される未反応改質ガスの圧力は
未反応改質ガスレギュレータ５によって調整する。この
排出圧力は、燃料電池１における改質ガス利用率が７０
％以上となるように調整する。

【００３３】アノード側チャネル４００…を通過した未
反応改質ガスは、溝孔１１９からマニホールド孔１１８
を通ってセルユニット１００の外に排出される。またア
ノード側チャネル４００…を通過した水は、溝孔１２１
からマニホールド孔１２０を通ってセルユニット１００
の外に排出される。これらの水と未反応改質ガスは、そ
れぞれ配管Ｌ４またはＬ３により回収され、分離タンク
３で両者に分離される。このうち回収された水は、水冷
却器６で冷却された後、再び水ポンプ２から配管Ｌ２を
通って燃料電池１に供給される。また未反応改質ガス
は、分離タンク３の排出口８より排出され、図示しない
配管によって再度改質ガスまたは燃料電池システムの昇
温用バーナの燃焼ガスとして利用される。

【００３４】以下、その他の実施の形態について説明す
る。なお他の実施の形態もアノード側チャネル４０に主
な特徴があるため、重複する説明を省略する。（実施の形態２）図４は、本実施の形態２における固体
高分子型燃料電池のアノード側チャネルプレート４０の
構造を示す部分断面図である。当図のように本実施の形
態２では、チャネル４００…の溝底に相当するプレート
平面（ｘｙ平面）において、半円形状、長方形状、三角
形状の凹状滞留部（４０１８、４０２０、４０２２）ま
たは凸状滞留部（４０１７、４０１９、４０２１）を設
けた構成であることを特徴とする。このような構成によ
り、アノード側チャネルプレート４０のチャネル幅方向
に沿った断面形状を、リブ４０１ａの長手方向に沿って
変化させることで、上記実施の形態１とほぼ同様の効果
を奏する。また、リブ４０１ａの高さに比べてチャネル
幅の方が広い場合が多いので、実施の形態１の場合に比
べてチャネル幅方向に沿った凹状滞留部４０１８…また
は凸状滞留部４０１７の断面積が広くなり、より多くの
水分を滞留できる効果がある。

【００３５】なお、ここで凹状滞留部４０１８…（凸状
滞留部４０１７…）の凹入量（突出量）は、チャネル幅
が約４ｍｍ、高さ２ｍｍ×幅２ｍｍのリブ４０１ａに対
して０.０５ｍｍに設定している。このほか実施の形態
１と同様に水分の滞留とガスの流通性、および作製時を
考慮すると、本実施の形態２では、凹状滞留部４０１８
…は０.０５ｍｍ以上（リブ高さの１/４０以上）の凹入
量、凸状滞留部４０１７…は０.０５ｍｍ以上１.３ｍｍ
以下（リブ高さの１/４０以上２/３以下）の突出量にす
るのが望ましい。

【００３６】（実施の形態３）図５は、本実施の形態３
における固体高分子型燃料電池のアノード側チャネルプ
レート４０の構造を示す部分断面図である。上記実施の
形態１および２では、チャネル４００…に対応する位置
において凹状滞留部または凸状滞留部を設ける例を示し
たが、本実施の形態３では、リブ４０１ａの上面が半円
形状、長方形状、三角形状の凹状滞留部（４０２３、４
０２４、４０２５）を有する構成であることを特徴とす
る。このような構成によれば、上記各実施の形態の効果
と同様に水を滞留させる効果に加えて、隣接するチャネ
ル４００…間での水分の移動が可能になり、より均一に
固体高分子膜２０１を加湿することが可能となる。

【００３７】なお、ここで凹状滞留部４０２３…の凹入
量は、チャネル幅が約４ｍｍ、高さ２ｍｍ×幅２ｍｍの
リブ４０１ａに対して０.０５ｍｍに設定している。こ
のほか上記実施の形態と同様に、水分の滞留とガスの流
通性、および作製時を考慮すると、本実施の形態３で
は、凹状滞留部４０２３…の凹入量は０.０５ｍｍ以上
（リブ高さの１/４０以上）にするのが望ましい。

【００３８】（実施例）本発明の実施例として、各実施
の形態１〜３に対応する単セルを作製した。その主な仕
様は次の通りである。電解質：パーフルオロカーボンスルホン酸膜（Du Pon
t社製Nafion112）アノードおよびカソード：カーボンペーパー（東レ社
製）をフッ素樹脂ディスパージョンに浸漬して撥水性を
持たせ、さらにカーボン（粉末Vulcan XC72R、ＢＥＴ表
面積２５４ｍ²/ｇ、給油量１７４ｃｃ/１００ｇ）とフ
ッ素樹脂を混合したペーストを塗り込み電極基材を作製
した。一方、Ｐｔ/Ｃ（５０ｗｔ％Ｐｔ）とNafion５ｗ
ｔ％溶液を混合し（場合によってはフッ素樹脂も添
加）、これを上記電極基材上にスクリーン印刷にて塗布
し、ガス拡散電極としてアノードおよびカソードを作製
した。

【００３９】アノード側チャネルプレート：フェノー
ル樹脂：カーボン粉末（重量混合比２０：８０）のモー
ルド一体成型、リブ厚み２ｍｍ、チャネル幅４ｍｍ、な
お凹状滞留部（凸状滞留部）としては、突出量（凹入
量）が０.１ｍｍの長方形状、三角形状、半円形状のい
ずれかの形状のものを、チャネル毎に１０ｍｍ間隔でラ
ンダムに配設した。

【００４０】カソード側チャネルプレート：多孔質カ
ーボン焼結体を切削加工したもの、リブ厚み２ｍｍ×チャネル幅２ｍｍセルの作製方法としては、上記電解質（固体高分子膜）
の両面をアノードおよびカソードで挟み、ホットプレス
（約３０〜１００ｋｇ/ｃｍ²、約１００〜１５０℃、３
０〜１００秒の条件）する方法を用いた。これにカソー
ド側およびアノード側チャネルプレートを重ね、得られ
た実施の形態１、２、３に対応する単セルをそれぞれ電
池Ａ、Ｂ、Ｃとした。

【００４１】（比較例）実施例に対する比較例として、
図６に示すように直線構造のチャネル４００…のアノー
ド側チャネルプレート（リブ幅２ｍｍ、チャネル幅４ｍ
ｍ）を備えた単セルを作製し、これを電池Ｄとした。当
該単セルのその他の仕様は、実施例と同様にした。

【００４２】（性能比較実験）上記作製した実施例及び
比較例の単セルＡ〜Ｄを以下の条件で作動させ、このと
きの電流密度（ｍＡ/ｃｍ²）に対するセル電圧（ｍＶ）
を測定して、電池特性を調べた。なお、ここでは改質ガ
スに代えて純水素を用いた。

【００４３】改質ガス：純水素（水素ボンベより、
８０℃で加湿して単セルに供給）酸化剤：空気改質ガス利用率：約７０％空気利用率：約４０％図７は、この実験結果をまとめた電圧─電流特性図であ
る。当図が示すように、比較例の電池Ｄに対し、実施例
の電池Ａ、Ｂ、Ｃのセル電圧は電流密度の値に関わら
ず、すべて高くなる結果が得られた。電池Ｄに対して電
池Ａ、Ｂ、Ｃの電圧─電流曲線の位置が上昇した理由
は、主として本発明により電解質の固体高分子膜が十分
に加湿され、電池の内部抵抗が改善した結果にあると考
えられる。

【００４４】また、電池Ａ〜Ｄで電流密度が０.５Ａ/ｃ
ｍ²のとき、周波数１ｋＨｚにおける公知の４端子法交
流抵抗値を測定したところ、電池Ｄではほぼ２２０ｍΩ
・ｃｍ²であった。これに対し、電池Ａ、Ｂ、Ｃでは、
すべて約１１０ｍΩ・ｃｍ²であった。このように、比
較例に対して実施例の抵抗値が半分にとどまっているの
は、前述した電池の内部抵抗が良好に下げられているこ
とを裏付けるものと考えられる。

【００４５】（その他の事項）実施の形態では、アノー
ド側チャネルプレート４０と仕切板５０は別体であった
が、これを一体成型したものを用いる場合などにも本発
明を同様に実施することが可能である。また実施の形態
に挙げた燃料電池は、アノード側チャネルプレート４０
に燃料と水分（液体）を供給する、いわゆる内部加湿型
の燃料電池であるが、燃料電池の外部に蒸気発生器を設
置し、改質ガスを加湿した状態で燃料電池に供給する外
部加湿型の燃料電池に適用してもよい。

【００４６】さらに実施の形態では、アノード側チャネ
ルプレートにのみ凹状滞留部または凸状滞留部を設ける
例を示したが、これはアノード側およびカソード側チャ
ネルプレートの両方に適用しても、またカソード側チャ
ネルのみに適用してもよい。さらに本発明では、各実施
の形態で挙げた凹状滞留部または凸状滞留部を組み合わ
せて作製してもよい。

【００４７】また凹状滞留部または凸状滞留部は、上記
形状に限定するものではなく、これら以外の形状であっ
てもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、固体高
分子膜の両面にカソードおよびアノードを配してなるセ
ルが、複数本のリブを並設してチャネルを形成した一対
のチャネルプレートで挟持され、運転時に当該チャネル
を通じて固体高分子膜を加湿する構成の固体高分子型燃
料電池であって、前記チャネルプレートの少なくとも一
方は、チャネルの内壁に加湿剤を滞留させる凹状または
凸状の滞留部が複数散在させてあるので、供給する水の
量は少なくても、アノード全体に改質ガスの供給と固体
高分子膜の保湿を良好に行うことができ、優れた電池特
性を得ることができる。

【００４９】またチャネルプレートをモールド成型によ
り作製すれば、製造コストの低減や製造上の歩留まりの
改善に効果的となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の固体高分子型燃料電池を構成す
るセルユニットの組立図である。

【図２】アノード側チャネルプレートの部分断面図（実
施の形態１）である。

【図３】実施の形態１の燃料電池の全体的な構成を示す
斜視図である。

【図４】アノード側チャネルプレートの部分断面図（実
施の形態２）である。

【図５】アノード側チャネルプレートの部分断面図（実
施の形態３）である。

【図６】アノード側チャネルプレートの部分断面図（従
来型）である。

【図７】性能比較実験の結果を示す特性図である。

【符号の説明】１燃料電池１０枠体２０セル４０アノード側チャネルプレート１００セルユニット２０１固体高分子膜２０２カソード２０３アノード４００（アノード側）チャネル４０１ａリブ４０１０、４０１２、４０１５、４０１７、４０１９、
４０２１凹状滞留部４０１１、４０１３、４０１６、４０１８、４０２０、
４０２２〜４０２５凸状滞留部４０１４切り欠き

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三宅泰夫大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者米津育郎大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者西尾晃治大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内Ｆターム(参考） 5H026 AA06 BB00 BB02 BB08 CC03 EE05 EE18 HH03 5H027 AA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体高分子膜の両面にカソードおよびア
ノードを配してなるセルが、複数本のリブを並設してチ
ャネルを形成した一対のチャネルプレートで挟持され、
運転時に当該チャネルを通じて固体高分子膜を加湿する
構成の固体高分子型燃料電池であって、前記チャネルプレートの少なくとも一方は、チャネルの
内壁に加湿剤を滞留させる凹状または凸状の滞留部が複
数散在させてあることを特徴とする固体高分子型燃料電
池。
【請求項２】前記チャネルプレートはモールド成型さ
れたものであることを特徴とする請求項１に記載の固体
高分子型燃料電池。
【請求項３】前記滞留部は、チャネル幅の１/４０以
上２/３以下の突出量、またはチャネル幅の１/４０以上
の凹入量で前記リブ側面に配設されたものを含むことを
特徴とする請求項１または２に記載の固体高分子型燃料
電池。
【請求項４】前記滞留部は、リブの高さの１/４０以
上２/３以下の突出量、またはリブの高さの１/４０以上
の凹入量で前記チャネルプレートの底面に配設されたも
のを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
載の固体高分子型燃料電池。
【請求項５】前記滞留部は、リブの高さの１/４０以
上の凹入量で前記リブの上面に配設されたものを含むこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の固体高
分子型燃料電池。
【請求項６】前記滞留部は、チャネルの長手方向に沿
って１０ｍｍ以下の間隔で設けられることを特徴とする
請求項３〜５のいずれかに記載の固体高分子型燃料電
池。
【請求項７】前記チャネルプレートはカーボンと樹脂
の混合材料からなることを特徴とする請求項１〜６のい
ずれかに記載の固体高分子型燃料電池。
【請求項８】固体高分子膜の両面にカソードおよびア
ノードを配してセルを作製するセル作製ステップと、当
該セル作製ステップ後に複数本のリブを並設した一対の
チャネルプレートで、前記セルを挟持するチャネルプレ
ート配設ステップとを備える固体高分子型燃料電池の製
造方法であって、前記チャネルプレート配設ステップにおいて、前記チャ
ネルプレートの少なくとも一方に、チャネルの内壁に加
湿剤を滞留させる凹状または凸状の滞留部が複数散在さ
せてあるチャネルプレートを使用することを特徴とする
固体高分子型燃料電池の製造方法。
【請求項９】前記チャネルプレート配設ステップにお
いて使用するチャネルプレートは、モールド成型された
ものであることを特徴とする請求項８に記載の固体高分
子型燃料電池の製造方法。