JP2001351651A - 電解質・電極接合体および燃料電池 - Google Patents
電解質・電極接合体および燃料電池Info
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】額縁状シール部材による電解質膜の損傷を可及
的に阻止するとともに、構成を有効に簡素化することを
可能にする。 【解決手段】電解質膜１４と、この電解質膜１４の両面
に対設されるアノード側電極１６およびカソード側電極
１８と、前記電解質膜１４と前記カソード側電極１８と
の間に内周部が重ね合わされる額縁状シール部材２０と
を備える。この額縁状シール部材２０の内周側端部２２
は、電解質膜１４から離間する方向に屈曲乃至湾曲する
形状に設定される。
的に阻止するとともに、構成を有効に簡素化することを
可能にする。 【解決手段】電解質膜１４と、この電解質膜１４の両面
に対設されるアノード側電極１６およびカソード側電極
１８と、前記電解質膜１４と前記カソード側電極１８と
の間に内周部が重ね合わされる額縁状シール部材２０と
を備える。この額縁状シール部材２０の内周側端部２２
は、電解質膜１４から離間する方向に屈曲乃至湾曲する
形状に設定される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質とアノード
側電極またはカソード側電極の少なくとも一方との間
に、額縁状シール部材が重ね合わされて構成される電解
質・電極接合体および燃料電池に関する。
側電極またはカソード側電極の少なくとも一方との間
に、額縁状シール部材が重ね合わされて構成される電解
質・電極接合体および燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池の一形態であるリン酸型燃料電
池（ＰＡＦＣ）は、例えば、液体電解質であるリン酸を
ポリベンズイミダゾール等の高分子膜に含浸させた電解
質膜の両側に、それぞれカーボンを主体とするアノード
側電極およびカソード側電極を対設して構成される電解
質・電極接合体を、セパレータ（バイポーラ板）によっ
て挟持することにより構成される発電セル（単位燃料電
池セル）を備えており、通常、この発電セルを所定数だ
け積層して燃料電池スタックとして使用している。
池（ＰＡＦＣ）は、例えば、液体電解質であるリン酸を
ポリベンズイミダゾール等の高分子膜に含浸させた電解
質膜の両側に、それぞれカーボンを主体とするアノード
側電極およびカソード側電極を対設して構成される電解
質・電極接合体を、セパレータ（バイポーラ板）によっ
て挟持することにより構成される発電セル（単位燃料電
池セル）を備えており、通常、この発電セルを所定数だ
け積層して燃料電池スタックとして使用している。
【０００３】一方、固体高分子型燃料電池（ＳＰＦＣ）
は、例えば、水をポリフルオロエチレンスルホン酸等に
含浸させたイオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電
解質膜を採用しており、同様に前記電解質膜により構成
される電解質・電極接合体とセパレータとにより構成さ
れる発電セルを所定数だけ積層して燃料電池スタックと
して用いている。
は、例えば、水をポリフルオロエチレンスルホン酸等に
含浸させたイオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電
解質膜を採用しており、同様に前記電解質膜により構成
される電解質・電極接合体とセパレータとにより構成さ
れる発電セルを所定数だけ積層して燃料電池スタックと
して用いている。
【０００４】この種の燃料電池において、アノード側電
極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有する
ガス（水素含有ガス）は、触媒電極上で水素がイオン化
され、電解質を介してカソード側電極側へと移動する。
その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電
気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極に
は、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスある
いは空気（酸素含有ガス）が供給されているために、こ
のカソード側電極において、水素イオン、電子および酸
素が反応して水が生成される。
極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有する
ガス（水素含有ガス）は、触媒電極上で水素がイオン化
され、電解質を介してカソード側電極側へと移動する。
その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電
気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極に
は、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスある
いは空気（酸素含有ガス）が供給されているために、こ
のカソード側電極において、水素イオン、電子および酸
素が反応して水が生成される。
【０００５】ところで、上記の燃料電池では、燃料ガス
と酸化剤ガスとの混触や電解質の漏れ等を防止するため
に、種々のシール構造が採用されており、例えば、米国
特許第５，４６４，７００号公報に開示されている技術
（以下、従来技術１という）や、特開昭６２−４０１７
０号公報に開示されている技術（以下、従来技術２とい
う）が知られている。
と酸化剤ガスとの混触や電解質の漏れ等を防止するため
に、種々のシール構造が採用されており、例えば、米国
特許第５，４６４，７００号公報に開示されている技術
（以下、従来技術１という）や、特開昭６２−４０１７
０号公報に開示されている技術（以下、従来技術２とい
う）が知られている。
【０００６】上記の従来技術１は、膜電極そのものでは
ないシール材料をイオン交換膜の両面側周囲に額縁状に
配置するものであり、上記の従来技術２は、セパレータ
に形成された平面部と単電池との間に跨って、その内周
域に、単電池の一方の電極とマトリックスとの間に額縁
状シール部材（電気絶縁性シートシール）がパッキンを
介して介装されるものである。
ないシール材料をイオン交換膜の両面側周囲に額縁状に
配置するものであり、上記の従来技術２は、セパレータ
に形成された平面部と単電池との間に跨って、その内周
域に、単電池の一方の電極とマトリックスとの間に額縁
状シール部材（電気絶縁性シートシール）がパッキンを
介して介装されるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の燃料
電池に用いられているそれぞれの電解質膜は、膜厚が数
十μｍと相当に薄膜状に構成されるとともに、前記燃料
電池の運転中に惹起される生成水の増減によって前記電
解質膜が膨潤と収縮とを繰り返している。このため、電
解質膜に微小な傷が発生すると、この傷を起点にして前
記電解質膜が損傷してしまい、燃料ガスや酸化剤ガスの
クロスリークが生じて発電性能が低下するおそれがあ
る。
電池に用いられているそれぞれの電解質膜は、膜厚が数
十μｍと相当に薄膜状に構成されるとともに、前記燃料
電池の運転中に惹起される生成水の増減によって前記電
解質膜が膨潤と収縮とを繰り返している。このため、電
解質膜に微小な傷が発生すると、この傷を起点にして前
記電解質膜が損傷してしまい、燃料ガスや酸化剤ガスの
クロスリークが生じて発電性能が低下するおそれがあ
る。
【０００８】その際、上記の従来技術１および２に示す
ような額縁状シール部材が設けられていると、この額縁
状シール部材の電解質膜側（内周側）端部が前記電解質
膜にくい込んだり、前記額縁状シール部材の内周側鋭角
度が該電解質膜に接触したりする場合がある。これによ
り、電解質膜に傷が発生して燃料電池全体の発電性能が
低下するという問題が指摘されている。
ような額縁状シール部材が設けられていると、この額縁
状シール部材の電解質膜側（内周側）端部が前記電解質
膜にくい込んだり、前記額縁状シール部材の内周側鋭角
度が該電解質膜に接触したりする場合がある。これによ
り、電解質膜に傷が発生して燃料電池全体の発電性能が
低下するという問題が指摘されている。
【０００９】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、額縁状シール部材により電解質膜が損傷することを
確実に阻止するとともに、構成の簡素化を図ることが可
能な電解質・電極接合体を提供することを目的とする。
り、額縁状シール部材により電解質膜が損傷することを
確実に阻止するとともに、構成の簡素化を図ることが可
能な電解質・電極接合体を提供することを目的とする。
【００１０】また、本発明は、額縁状シール部材により
電解質膜が損傷することを確実に阻止し、簡単な構成で
ガスシール性を有効に保持するとともに、発電性能の低
下を防止することが可能な燃料電池を提供することを目
的とする。
電解質膜が損傷することを確実に阻止し、簡単な構成で
ガスシール性を有効に保持するとともに、発電性能の低
下を防止することが可能な燃料電池を提供することを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
電解質・電極接合体では、電解質膜とアノード側電極ま
たはカソード側電極の少なくとも一方との間に、内周部
が重ね合わされて配置される額縁状シール部材の内周側
端部が、前記電解質から離間する方向に屈曲乃至湾曲す
る形状に設定されている。これにより、額縁状シール部
材の内周側端部が電解質側にくい込むことを確実に阻止
するとともに、この内周側端部の鋭角部が前記電解質に
接触して該電解質に損傷を与えることを有効に阻止する
ことが可能になる。
電解質・電極接合体では、電解質膜とアノード側電極ま
たはカソード側電極の少なくとも一方との間に、内周部
が重ね合わされて配置される額縁状シール部材の内周側
端部が、前記電解質から離間する方向に屈曲乃至湾曲す
る形状に設定されている。これにより、額縁状シール部
材の内周側端部が電解質側にくい込むことを確実に阻止
するとともに、この内周側端部の鋭角部が前記電解質に
接触して該電解質に損傷を与えることを有効に阻止する
ことが可能になる。
【００１２】しかも、額縁状シール部材を簡単かつ安価
に成形することができる。すなわち、刃物や打ち抜き型
等の通常の切断手段により、シート状のシール部材を額
縁形状に形成する際、このシート状のシール部材の一方
の面側から加工が行われる。このため、シート状のシー
ル部材の内部を切り抜く際に、切断手段が存在する側と
は反対側において前記切り抜き部分の端部が変形し易
い。
に成形することができる。すなわち、刃物や打ち抜き型
等の通常の切断手段により、シート状のシール部材を額
縁形状に形成する際、このシート状のシール部材の一方
の面側から加工が行われる。このため、シート状のシー
ル部材の内部を切り抜く際に、切断手段が存在する側と
は反対側において前記切り抜き部分の端部が変形し易
い。
【００１３】従って、加工後の額縁状シール部材は、内
周側端部が一方の面側に反りを有しており、この反りの
部分を電解質膜とは反対側に配置するだけでよい。これ
により、電解質・電極接合体全体の製造コストが高騰す
ることがなく、経済的なものとなる。
周側端部が一方の面側に反りを有しており、この反りの
部分を電解質膜とは反対側に配置するだけでよい。これ
により、電解質・電極接合体全体の製造コストが高騰す
ることがなく、経済的なものとなる。
【００１４】また、本発明の請求項２に係る燃料電池で
は、上記のように構成される電解質・電極接合体をガス
流路が有するセパレータにより挟持して構成されてい
る。このため、電解質膜の損傷を可及的に阻止してガス
シール性を有効に向上させるとともに、前記電解質膜の
耐久性を有効に向上させることが可能になり、長期間に
わたって所望の発電性能を確実に維持することができ
る。
は、上記のように構成される電解質・電極接合体をガス
流路が有するセパレータにより挟持して構成されてい
る。このため、電解質膜の損傷を可及的に阻止してガス
シール性を有効に向上させるとともに、前記電解質膜の
耐久性を有効に向上させることが可能になり、長期間に
わたって所望の発電性能を確実に維持することができ
る。
【００１５】さらに、本発明の請求項３に係る燃料電池
では、額縁状シール部が電解質膜の外周端部位置とセパ
レータのガス流路の最も外側を通りかつ電極面に交差す
る線上との間に、前記電解質膜との重なり合い始点を設
定している。従って、額縁状シール部材は、セパレータ
の挟持作用下に電解質膜に対して確実に密着することが
でき、前記電解質膜の損傷によるクロスリークの発生の
他、前記電解質膜の周囲方向へのガスリーク（アウトリ
ーク）に対しても有効なシール機能を有することが可能
になる。
では、額縁状シール部が電解質膜の外周端部位置とセパ
レータのガス流路の最も外側を通りかつ電極面に交差す
る線上との間に、前記電解質膜との重なり合い始点を設
定している。従って、額縁状シール部材は、セパレータ
の挟持作用下に電解質膜に対して確実に密着することが
でき、前記電解質膜の損傷によるクロスリークの発生の
他、前記電解質膜の周囲方向へのガスリーク（アウトリ
ーク）に対しても有効なシール機能を有することが可能
になる。
【００１６】さらにまた、本発明の請求項４に係る燃料
電池では、電解質・電極接合体がガス拡散層を備えてお
り、このガス拡散層は、その外周端部位置とセパレータ
のガス流路の最も外側を通りかつ電極面に交差する線上
との間に、含浸性シール部材を有している。これによ
り、電解質・電極接合体の外周方向に対するガスの拡散
抵抗が増大し、簡単な構成でシール性の向上が容易に図
られる。
電池では、電解質・電極接合体がガス拡散層を備えてお
り、このガス拡散層は、その外周端部位置とセパレータ
のガス流路の最も外側を通りかつ電極面に交差する線上
との間に、含浸性シール部材を有している。これによ
り、電解質・電極接合体の外周方向に対するガスの拡散
抵抗が増大し、簡単な構成でシール性の向上が容易に図
られる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施形態
に係る電解質・電極接合体１０の構成説明図であり、図
２は、前記電解質・電極接合体１０が組み込まれるリン
酸型燃料電池１２の一部断面説明図である。
に係る電解質・電極接合体１０の構成説明図であり、図
２は、前記電解質・電極接合体１０が組み込まれるリン
酸型燃料電池１２の一部断面説明図である。
【００１８】電解質・電極接合体１０は、塩基性ポリマ
ー、例えば、ポリベンズイミダゾール膜等の高分子膜に
リン酸を含浸させた電解質膜１４と、前記電解質膜１４
の両面に対設されるアノード側電極１６およびカソード
側電極１８と、前記電解質膜１４と、例えば、前記カソ
ード側電極１８との間に内周部が重ね合わされる額縁状
シール部材２０とを備える。
ー、例えば、ポリベンズイミダゾール膜等の高分子膜に
リン酸を含浸させた電解質膜１４と、前記電解質膜１４
の両面に対設されるアノード側電極１６およびカソード
側電極１８と、前記電解質膜１４と、例えば、前記カソ
ード側電極１８との間に内周部が重ね合わされる額縁状
シール部材２０とを備える。
【００１９】額縁状シール部材２０は、電解質膜１４の
外周端部を覆って外方に延在するとともに、内周側端部
２２が前記電解質膜１４から離間する方向に屈曲乃至湾
曲する形状に設定されている。この額縁状シール部材２
０は、例えば、膜圧が２５μｍのポリイミドフイルムで
構成されている。
外周端部を覆って外方に延在するとともに、内周側端部
２２が前記電解質膜１４から離間する方向に屈曲乃至湾
曲する形状に設定されている。この額縁状シール部材２
０は、例えば、膜圧が２５μｍのポリイミドフイルムで
構成されている。
【００２０】アノード側電極１６およびカソード側電極
１８は、それぞれの極での発電に必要な反応を促進させ
る触媒を含んだ電極触媒層２４と、前記電極触媒層２４
を支持するとともに反応ガスである燃料ガスおよび酸化
剤ガスを該電極触媒層２４に供給するガス拡散層２６と
から構成されている。アノード側電極１６およびカソー
ド側電極１８は、電解質膜１４と同一の寸法に設定され
ている。
１８は、それぞれの極での発電に必要な反応を促進させ
る触媒を含んだ電極触媒層２４と、前記電極触媒層２４
を支持するとともに反応ガスである燃料ガスおよび酸化
剤ガスを該電極触媒層２４に供給するガス拡散層２６と
から構成されている。アノード側電極１６およびカソー
ド側電極１８は、電解質膜１４と同一の寸法に設定され
ている。
【００２１】図２に示すように、リン酸型燃料電池１２
は、電解質・電極接合体１０と、前記電解質・電極接合
体１０を挟持するバイポーラ板としての一対のセパレー
タ２８とを備え、前記セパレータ２８と額縁状シール部
材２０との間には、シール部材３０が配設される。この
シール部材３０は、ポリテトラフルオロエチレン製シー
ト、シリコンゴム製シート、あるいは通常のゴム材料製
シート等により構成されている。
は、電解質・電極接合体１０と、前記電解質・電極接合
体１０を挟持するバイポーラ板としての一対のセパレー
タ２８とを備え、前記セパレータ２８と額縁状シール部
材２０との間には、シール部材３０が配設される。この
シール部材３０は、ポリテトラフルオロエチレン製シー
ト、シリコンゴム製シート、あるいは通常のゴム材料製
シート等により構成されている。
【００２２】セパレータ２８のアノード側電極１６に対
向する面には、反応ガスである燃料ガスを供給するため
の燃料ガス流路３２が形成される。セパレータ２８のカ
ソード側電極１８に対向する面には、反応ガスである酸
化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路３４が形成される。
向する面には、反応ガスである燃料ガスを供給するため
の燃料ガス流路３２が形成される。セパレータ２８のカ
ソード側電極１８に対向する面には、反応ガスである酸
化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路３４が形成される。
【００２３】額縁状シール部材２０は、電解質膜１４の
外周端部位置Ｐ１と、セパレータ２８の燃料ガス流路３
２および酸化剤ガス流路３４の最も外側を通りかつ電極
面に交差する線上Ｐ２との間に、該電解質膜１４との重
なり合い始点３６が設定される。電解質・電極接合体１
０を構成するガス拡散層２６は、その外周端部位置Ｐ１
と、セパレータ２８の前記線上Ｐ２との間に含浸性シー
ル部材３８を有する。この含浸性シール部材３８は、ガ
ス拡散層２６に含浸して所望のシール機能を有するもの
であればよく、例えば、液体パッキン剤、セラミックス
パテあるいはシリコン系またはフッ素系の含浸剤等が使
用可能である。
外周端部位置Ｐ１と、セパレータ２８の燃料ガス流路３
２および酸化剤ガス流路３４の最も外側を通りかつ電極
面に交差する線上Ｐ２との間に、該電解質膜１４との重
なり合い始点３６が設定される。電解質・電極接合体１
０を構成するガス拡散層２６は、その外周端部位置Ｐ１
と、セパレータ２８の前記線上Ｐ２との間に含浸性シー
ル部材３８を有する。この含浸性シール部材３８は、ガ
ス拡散層２６に含浸して所望のシール機能を有するもの
であればよく、例えば、液体パッキン剤、セラミックス
パテあるいはシリコン系またはフッ素系の含浸剤等が使
用可能である。
【００２４】図３は、上記のように構成されるリン酸型
燃料電池１２が組み込まれる燃料電池システム４０の概
略構成説明図である。
燃料電池１２が組み込まれる燃料電池システム４０の概
略構成説明図である。
【００２５】このリン酸型燃料電池１２は、通常、矢印
Ａ方向に複数積層されて燃料電池スタックとして構成さ
れており、図示しない集電用電極間にモータ等の負荷４
２が接続されている。リン酸型燃料電池１２には、燃料
ガス流路３２に連通する燃料ガス供給経路４４ａおよび
燃料ガス排出経路４４ｂと、酸化剤ガス流路３４に連通
する酸化剤ガス供給経路４６ａおよび酸化剤ガス排出経
路４６ｂとが接続される。
Ａ方向に複数積層されて燃料電池スタックとして構成さ
れており、図示しない集電用電極間にモータ等の負荷４
２が接続されている。リン酸型燃料電池１２には、燃料
ガス流路３２に連通する燃料ガス供給経路４４ａおよび
燃料ガス排出経路４４ｂと、酸化剤ガス流路３４に連通
する酸化剤ガス供給経路４６ａおよび酸化剤ガス排出経
路４６ｂとが接続される。
【００２６】燃料ガス供給経路４４ａには、上流側から
リン酸型燃料電池１２の入口側に向かって燃料ガスであ
る水素含有ガスを高圧で供給するための水素貯蔵源４８
と、電磁弁５０と、減圧弁５２と、圧力センサ５４と、
ガス流量制御器５６と、遮断弁５８と、逆止弁６０と、
加熱ヒータ６２と、入口側圧力センサ６４とが配置され
ている。燃料ガス排出経路４４ｂには、出口側圧力セン
サ６６と、熱交換器６８と、気液分離器７０と、背圧弁
７２とが配置されるとともに、この気液分離器７０の出
口側に電磁弁７４が設けられている。
リン酸型燃料電池１２の入口側に向かって燃料ガスであ
る水素含有ガスを高圧で供給するための水素貯蔵源４８
と、電磁弁５０と、減圧弁５２と、圧力センサ５４と、
ガス流量制御器５６と、遮断弁５８と、逆止弁６０と、
加熱ヒータ６２と、入口側圧力センサ６４とが配置され
ている。燃料ガス排出経路４４ｂには、出口側圧力セン
サ６６と、熱交換器６８と、気液分離器７０と、背圧弁
７２とが配置されるとともに、この気液分離器７０の出
口側に電磁弁７４が設けられている。
【００２７】酸化剤ガス供給経路４６ａおよび酸化剤ガ
ス排出経路４６ｂは、上記の燃料ガス供給経路４４ａお
よび燃料ガス排出経路４４ｂと同様に構成されており、
同一の構成要素には同一の参照数字に符号ａを付して、
その詳細な説明は省略する。この酸化剤ガス供給経路４
６ａの上流側には、酸化剤ガスとして空気を供給するた
めのコンプレッサ７６が配置されている。リン酸型燃料
電池１２には、このリン酸型燃料電池１２の温度を制御
するための温度制御システム７８が設けられている。
ス排出経路４６ｂは、上記の燃料ガス供給経路４４ａお
よび燃料ガス排出経路４４ｂと同様に構成されており、
同一の構成要素には同一の参照数字に符号ａを付して、
その詳細な説明は省略する。この酸化剤ガス供給経路４
６ａの上流側には、酸化剤ガスとして空気を供給するた
めのコンプレッサ７６が配置されている。リン酸型燃料
電池１２には、このリン酸型燃料電池１２の温度を制御
するための温度制御システム７８が設けられている。
【００２８】図４は、上記のように構成される電解質・
電極接合体１０を製造するための製造装置８０の概略構
成説明図であり、図５は、前記製造装置８０の縦断面説
明図である。
電極接合体１０を製造するための製造装置８０の概略構
成説明図であり、図５は、前記製造装置８０の縦断面説
明図である。
【００２９】製造装置８０は、下側プレス板８２と上側
プレス板８４とを備え、前記下側プレス板８２には、電
解質膜１４とアノード側電極１６およびカソード側電極
１８とを一体的に収容するプレス用枠部８６が設けられ
る。上側プレス板８４には、電解質膜１４の両面にアノ
ード側電極１６およびカソード側電極１８を加圧および
加熱接合するとともに、前記電解質膜１４と前記カソー
ド側電極１８との間に額縁状シール部材２０を接合する
ための押圧部８８が形成される。
プレス板８４とを備え、前記下側プレス板８２には、電
解質膜１４とアノード側電極１６およびカソード側電極
１８とを一体的に収容するプレス用枠部８６が設けられ
る。上側プレス板８４には、電解質膜１４の両面にアノ
ード側電極１６およびカソード側電極１８を加圧および
加熱接合するとともに、前記電解質膜１４と前記カソー
ド側電極１８との間に額縁状シール部材２０を接合する
ための押圧部８８が形成される。
【００３０】プレス用枠部８６内には、アノード側電極
１６を位置決めするための第１スペーサ９０と、カソー
ド側電極１８を位置決めするための第２スペーサ９２
と、額縁状シール部材２０を接合するための第３および
第４スペーサ９４、９６とが配置される。この第３およ
び第４スペーサ９４、９６は、後述する第２の実施形態
において一対の額縁状シール部材２０、２０ａを接合す
る際に好適に使用される。
１６を位置決めするための第１スペーサ９０と、カソー
ド側電極１８を位置決めするための第２スペーサ９２
と、額縁状シール部材２０を接合するための第３および
第４スペーサ９４、９６とが配置される。この第３およ
び第４スペーサ９４、９６は、後述する第２の実施形態
において一対の額縁状シール部材２０、２０ａを接合す
る際に好適に使用される。
【００３１】次に、このように構成される製造装置８０
を用い、電解質・電極接合体１０を製造する作業につい
て説明する。
を用い、電解質・電極接合体１０を製造する作業につい
て説明する。
【００３２】図５に示すように、下側プレス板８２のプ
レス用枠部８６内に第１および第３スペーサ９０、９４
が配置されるとともに、この第１スペーサ９０にアノー
ド側電極１６が収容されて位置決めされる。このアノー
ド側電極１６上に電解質膜１４が配置された後、前記電
解質膜１４上に第２および第４スペーサ９２、９６を介
してカソード側電極１８および額縁状シール部材２０が
位置決め配置される。
レス用枠部８６内に第１および第３スペーサ９０、９４
が配置されるとともに、この第１スペーサ９０にアノー
ド側電極１６が収容されて位置決めされる。このアノー
ド側電極１６上に電解質膜１４が配置された後、前記電
解質膜１４上に第２および第４スペーサ９２、９６を介
してカソード側電極１８および額縁状シール部材２０が
位置決め配置される。
【００３３】その際、額縁状シール部材２０は、屈曲乃
至湾曲する内周側端部２２を電解質膜１４から離間する
側に配置されている。この額縁状シール部材２０は、刃
物や打ち抜き型等の一般的な切断手段によりシート状の
シール部材の一方の面側から加工処理が行われることに
よって、このシート状のシール部材の内部を切り抜いて
成形される。従って、額縁状シール部材２０の切断手段
とは反対側には、屈曲乃至湾曲する内周側端部２２が形
成されている。これにより、額縁状シール部材２０の製
造作業が、簡単な工程で迅速に遂行される。
至湾曲する内周側端部２２を電解質膜１４から離間する
側に配置されている。この額縁状シール部材２０は、刃
物や打ち抜き型等の一般的な切断手段によりシート状の
シール部材の一方の面側から加工処理が行われることに
よって、このシート状のシール部材の内部を切り抜いて
成形される。従って、額縁状シール部材２０の切断手段
とは反対側には、屈曲乃至湾曲する内周側端部２２が形
成されている。これにより、額縁状シール部材２０の製
造作業が、簡単な工程で迅速に遂行される。
【００３４】この状態で、下側プレス板８２と上側プレ
ス板８４とを介し、加圧力が４×１０6Ｐａ、温度が１
４５℃、時間が３０秒の条件下で加圧および加熱処理を
施す。これにより、電解質膜１４の両面にアノード側電
極１６およびカソード側電極１８が一体的に接合される
とともに、前記電解質膜１４と前記カソード側電極１８
との間に額縁状シール部材２０が接合されて、電解質・
電極接合体１０が製造される。
ス板８４とを介し、加圧力が４×１０6Ｐａ、温度が１
４５℃、時間が３０秒の条件下で加圧および加熱処理を
施す。これにより、電解質膜１４の両面にアノード側電
極１６およびカソード側電極１８が一体的に接合される
とともに、前記電解質膜１４と前記カソード側電極１８
との間に額縁状シール部材２０が接合されて、電解質・
電極接合体１０が製造される。
【００３５】ここで、加圧力が４×１０6Ｐａ以上であ
ると、アノード側電極１６自体およびカソード側電極１
８自体や、電極１６、１８中の触媒層が破損するおそれ
がある一方、加圧力が１×１０6Ｐａ以下では、接合力
が不十分になるおそれがある。このため、加圧力は、１
×１０6Ｐａ〜４×１０6Ｐａの範囲内が好適である。
ると、アノード側電極１６自体およびカソード側電極１
８自体や、電極１６、１８中の触媒層が破損するおそれ
がある一方、加圧力が１×１０6Ｐａ以下では、接合力
が不十分になるおそれがある。このため、加圧力は、１
×１０6Ｐａ〜４×１０6Ｐａの範囲内が好適である。
【００３６】また、接合時の温度は、室温〜２００℃の
範囲内であればよく、２００℃を超えると、電解質膜１
４中のリン酸が濃縮して膜強度が低下するおそれがあ
る。電解質膜１４とアノード側電極１６およびカソード
側電極１８との一体化は、前記電解質膜１４のポリベン
ズイミダゾール膜と触媒層界面でのアンカー効果により
行われる。このため、このポリベンズイミダゾール膜を
軟化させてアンカー効果を発現させる必要から、温度は
８０℃〜１６０℃の範囲内に設定することが好ましい。
範囲内であればよく、２００℃を超えると、電解質膜１
４中のリン酸が濃縮して膜強度が低下するおそれがあ
る。電解質膜１４とアノード側電極１６およびカソード
側電極１８との一体化は、前記電解質膜１４のポリベン
ズイミダゾール膜と触媒層界面でのアンカー効果により
行われる。このため、このポリベンズイミダゾール膜を
軟化させてアンカー効果を発現させる必要から、温度は
８０℃〜１６０℃の範囲内に設定することが好ましい。
【００３７】さらにまた、接合時間を長く設定しても接
合状態が向上することはなく、生産性の観点から時間を
短く設定することが必要である一方、時間が短くなるこ
とによる接合強度の低下が懸念される。このため、接合
時間は、２０秒〜６０秒の範囲内に設定することが好ま
しい。
合状態が向上することはなく、生産性の観点から時間を
短く設定することが必要である一方、時間が短くなるこ
とによる接合強度の低下が懸念される。このため、接合
時間は、２０秒〜６０秒の範囲内に設定することが好ま
しい。
【００３８】上記のように製造される電解質・電極接合
体１０には、図２に示すように、額縁状シール部材２０
の外周側を挟持して一対のシール部材３０が配置される
とともに、このシール部材３０と前記アノード側電極１
６および前記カソード側電極１８とに接して一対のセパ
レータ２８が前記電解質・電極接合体１０の両側に対設
される。電解質・電極接合体１０の外周部に対応して、
ガス拡散層２６に、例えば、フッ素系含浸剤が塗布され
る。
体１０には、図２に示すように、額縁状シール部材２０
の外周側を挟持して一対のシール部材３０が配置される
とともに、このシール部材３０と前記アノード側電極１
６および前記カソード側電極１８とに接して一対のセパ
レータ２８が前記電解質・電極接合体１０の両側に対設
される。電解質・電極接合体１０の外周部に対応して、
ガス拡散層２６に、例えば、フッ素系含浸剤が塗布され
る。
【００３９】これにより、リン酸型燃料電池１２が構成
され、このリン酸型燃料電池１２が矢印Ａ方向に所定数
だけ積層されるとともに、その積層方向両端側にエンド
プレート（図示せず）が配置され、前記エンドプレート
が図示しないタイロッドを介して一体的に締め付け保持
されることによって、フッ素系含浸剤がガス拡散層２６
に含浸されて含浸性シール部材３８が構成されつつリン
酸型燃料電池スタックが組み立てられる。
され、このリン酸型燃料電池１２が矢印Ａ方向に所定数
だけ積層されるとともに、その積層方向両端側にエンド
プレート（図示せず）が配置され、前記エンドプレート
が図示しないタイロッドを介して一体的に締め付け保持
されることによって、フッ素系含浸剤がガス拡散層２６
に含浸されて含浸性シール部材３８が構成されつつリン
酸型燃料電池スタックが組み立てられる。
【００４０】このように構成されるリン酸型燃料電池１
２が組み込まれる燃料電池システム４０の動作につい
て、以下に説明する。
２が組み込まれる燃料電池システム４０の動作につい
て、以下に説明する。
【００４１】図３に示すように、燃料ガス供給経路４４
ａ側では、水素貯蔵源４８から高圧の水素含有ガスが供
給され、この水素含有ガスがガス流量制御器５６および
加熱ヒータ６２等を通って所定量かつ所定温度に調整さ
れた後、リン酸型燃料電池１２を構成するセパレータ２
８の燃料ガス流路３２に供給される。この燃料ガス流路
３２に供給された水素含有ガスは、アノード側電極１６
に供給されるとともに、未使用の水素含有ガスが燃料ガ
ス排出経路４４ｂに設けられた熱交換器６８から気液分
離器７０に送られ気体成分と液体成分とに分離される。
ａ側では、水素貯蔵源４８から高圧の水素含有ガスが供
給され、この水素含有ガスがガス流量制御器５６および
加熱ヒータ６２等を通って所定量かつ所定温度に調整さ
れた後、リン酸型燃料電池１２を構成するセパレータ２
８の燃料ガス流路３２に供給される。この燃料ガス流路
３２に供給された水素含有ガスは、アノード側電極１６
に供給されるとともに、未使用の水素含有ガスが燃料ガ
ス排出経路４４ｂに設けられた熱交換器６８から気液分
離器７０に送られ気体成分と液体成分とに分離される。
【００４２】一方、酸化剤ガス供給経路４６ａ側では、
コンプレッサ７６を介して酸素含有ガス、例えば、空気
が供給され、この空気はガス流量制御器５６ａおよび加
熱ヒータ６２ａでその流量および温度が調整された後、
リン酸型燃料電池１２に供給される。このリン酸型燃料
電池１２では、セパレータ２８の酸化剤ガス流路３４に
空気が送られ、この空気がカソード側電極１８に供給さ
れるとともに、未使用の空気が酸化剤ガス排出経路４６
ｂに設けられた熱交換器６８ａを介して気液分離器７０
ａに送られる。これにより、リン酸型燃料電池１２で発
電が行われ、モータ等の負荷４２に電力が供給されるこ
とになる。
コンプレッサ７６を介して酸素含有ガス、例えば、空気
が供給され、この空気はガス流量制御器５６ａおよび加
熱ヒータ６２ａでその流量および温度が調整された後、
リン酸型燃料電池１２に供給される。このリン酸型燃料
電池１２では、セパレータ２８の酸化剤ガス流路３４に
空気が送られ、この空気がカソード側電極１８に供給さ
れるとともに、未使用の空気が酸化剤ガス排出経路４６
ｂに設けられた熱交換器６８ａを介して気液分離器７０
ａに送られる。これにより、リン酸型燃料電池１２で発
電が行われ、モータ等の負荷４２に電力が供給されるこ
とになる。
【００４３】この場合、第１の実施形態では、電解質・
電極接合体１０を構成する額縁状シール部材２０が、図
１に示すように、電解質膜１４から離間する方向に屈曲
乃至湾曲する内周側端部２２を設けている。このため、
額縁状シール部材２０の内周側端部２２が電解質膜１４
にくい込むことがなく、しかも前記内周側端部２２の鋭
角部が前記電解質膜１４に接触することがなく、該電解
質膜１４に傷が発生することを確実に阻止することがで
きる。
電極接合体１０を構成する額縁状シール部材２０が、図
１に示すように、電解質膜１４から離間する方向に屈曲
乃至湾曲する内周側端部２２を設けている。このため、
額縁状シール部材２０の内周側端部２２が電解質膜１４
にくい込むことがなく、しかも前記内周側端部２２の鋭
角部が前記電解質膜１４に接触することがなく、該電解
質膜１４に傷が発生することを確実に阻止することがで
きる。
【００４４】これにより、特に、膜厚が薄いポリベンズ
イミダゾール等の高分子膜で構成される電解質膜１４が
使用されても、この傷を起点にして損傷することがな
く、燃料ガスや酸化剤ガスのクロスリークの発生を可及
的に阻止することが可能になるという効果が得られる。
しかも、額縁状シール部材２０の内周側端部２２の成形
作業が簡素化され、前記額縁状シール部材２０の製造コ
ストを安価に抑えることができる。
イミダゾール等の高分子膜で構成される電解質膜１４が
使用されても、この傷を起点にして損傷することがな
く、燃料ガスや酸化剤ガスのクロスリークの発生を可及
的に阻止することが可能になるという効果が得られる。
しかも、額縁状シール部材２０の内周側端部２２の成形
作業が簡素化され、前記額縁状シール部材２０の製造コ
ストを安価に抑えることができる。
【００４５】また、第１の実施形態に係るリン酸型燃料
電池１２では、図２に示すように、額縁状シール部材２
０の電解質膜１４との重なり合い始点３６が、電解質膜
１４の外周端部位置Ｐ１と、セパレータ２８の燃料ガス
流路３２および酸化剤ガス流路３４の最も外側を通りか
つ電極面に交差する線上Ｐ２との間に設定されている。
従って、額縁状シール部材２０と電解質膜１４とを、セ
パレータ２８の平面部で厚み方向に確実に圧縮すること
ができ、前記電解質膜１４の周面方向へのガスリーク、
所謂、アウトリークに対するシール性が有効に向上する
という利点がある。
電池１２では、図２に示すように、額縁状シール部材２
０の電解質膜１４との重なり合い始点３６が、電解質膜
１４の外周端部位置Ｐ１と、セパレータ２８の燃料ガス
流路３２および酸化剤ガス流路３４の最も外側を通りか
つ電極面に交差する線上Ｐ２との間に設定されている。
従って、額縁状シール部材２０と電解質膜１４とを、セ
パレータ２８の平面部で厚み方向に確実に圧縮すること
ができ、前記電解質膜１４の周面方向へのガスリーク、
所謂、アウトリークに対するシール性が有効に向上する
という利点がある。
【００４６】さらにまた、リン酸型燃料電池１２では、
電解質・電極接合体１０を構成するガス拡散層２６がそ
の外周端部位置Ｐ１と、上記の線上Ｐ２との間に含浸性
シール部材３８を有している。このため、電解質・電極
接合体１０の外周方向に対するガスの拡散抵抗を大幅に
増加することができ、ガスリークを一層確実に阻止する
ことが可能になる。
電解質・電極接合体１０を構成するガス拡散層２６がそ
の外周端部位置Ｐ１と、上記の線上Ｐ２との間に含浸性
シール部材３８を有している。このため、電解質・電極
接合体１０の外周方向に対するガスの拡散抵抗を大幅に
増加することができ、ガスリークを一層確実に阻止する
ことが可能になる。
【００４７】そこで、図３に示す燃料電池システム４０
を用い、単一のリン酸型燃料電池１２によるクロスリー
クおよびアウトリークを測定する実験を行った。運転条
件は、リン酸型燃料電池１２の電流密度が０．４Ａ／ｃ
ｍ2、水素含有ガスの運転圧力が１００ｋＰａＧ、酸化
剤ガスの運転圧力が１００ｋＰａＧ、水素含有ガスのガ
ス利用率が５０％、酸化剤ガスのガス利用率が５０％、
および運転時間が３００時間であった。
を用い、単一のリン酸型燃料電池１２によるクロスリー
クおよびアウトリークを測定する実験を行った。運転条
件は、リン酸型燃料電池１２の電流密度が０．４Ａ／ｃ
ｍ2、水素含有ガスの運転圧力が１００ｋＰａＧ、酸化
剤ガスの運転圧力が１００ｋＰａＧ、水素含有ガスのガ
ス利用率が５０％、酸化剤ガスのガス利用率が５０％、
および運転時間が３００時間であった。
【００４８】まず、クロスリーク量の測定方法について
説明する。アノード側電極１６側からカソード側電極１
８側へのクロスリーク量を検出する際には、燃料ガスの
リン酸型燃料電池１２の出口側である燃料ガス排出経路
４４ｂが閉塞されるとともに、酸化剤ガスの前記リン酸
型燃料電池１２の入口側である酸化剤ガス供給経路４６
ａが閉塞され、燃料ガス供給経路４４ａにヘリウムガス
を導入して前記燃料ガス供給経路４４ａに５０ｋＰａの
圧力を加えた。そして、リン酸型燃料電池１２内でアノ
ード側電極１６側からカソード側電極１８側にクロスリ
ークしたヘリウムガスを酸化剤ガス排出経路４６ｂ側か
ら取り出し、水上置換法によりクロスリーク量を測定し
た。
説明する。アノード側電極１６側からカソード側電極１
８側へのクロスリーク量を検出する際には、燃料ガスの
リン酸型燃料電池１２の出口側である燃料ガス排出経路
４４ｂが閉塞されるとともに、酸化剤ガスの前記リン酸
型燃料電池１２の入口側である酸化剤ガス供給経路４６
ａが閉塞され、燃料ガス供給経路４４ａにヘリウムガス
を導入して前記燃料ガス供給経路４４ａに５０ｋＰａの
圧力を加えた。そして、リン酸型燃料電池１２内でアノ
ード側電極１６側からカソード側電極１８側にクロスリ
ークしたヘリウムガスを酸化剤ガス排出経路４６ｂ側か
ら取り出し、水上置換法によりクロスリーク量を測定し
た。
【００４９】一方、カソード側電極１８側からアノード
側電極１６側へのクロスリーク量を測定する際には、酸
化剤ガス排出経路４６ｂおよび燃料ガス供給経路４４ａ
を閉塞し、酸化剤ガス供給経路４６ａ側からヘリウムガ
スを導入し、前記酸化剤ガス供給経路４６ａに５０ｋＰ
ａの圧力を加えた。そして、リン酸型燃料電池１２内の
カソード側電極１８側からアノード側電極１６側にクロ
スリークしたヘリウムガスを燃料ガス排出経路４４ｂ側
から取り出し、水上置換法によりクロスリーク量を測定
した。
側電極１６側へのクロスリーク量を測定する際には、酸
化剤ガス排出経路４６ｂおよび燃料ガス供給経路４４ａ
を閉塞し、酸化剤ガス供給経路４６ａ側からヘリウムガ
スを導入し、前記酸化剤ガス供給経路４６ａに５０ｋＰ
ａの圧力を加えた。そして、リン酸型燃料電池１２内の
カソード側電極１８側からアノード側電極１６側にクロ
スリークしたヘリウムガスを燃料ガス排出経路４４ｂ側
から取り出し、水上置換法によりクロスリーク量を測定
した。
【００５０】これらの結果が図６に示されており、３０
０時間運転後においても、アノード側電極１６とカソー
ド側電極１８との間でクロスリーク量の増加は認められ
なかった。
０時間運転後においても、アノード側電極１６とカソー
ド側電極１８との間でクロスリーク量の増加は認められ
なかった。
【００５１】また、アウトリーク量の測定において、ア
ノード側電極１６側からのアウトリーク量を測定する際
には、燃料ガス排出経路４４ｂ、酸化剤ガス供給経路４
６ａおよび酸化剤ガス排出経路４６ｂを閉塞した状態
で、燃料ガス供給経路４４ａ側からヘリウムガスを導入
し、前記燃料ガス供給経路４４ａに５０ｋＰａの圧力を
加えた。次いで、燃料ガス供給経路４４ａを閉塞し、１
２０秒後におけるリン酸型燃料電池１２内の圧力を計測
した。
ノード側電極１６側からのアウトリーク量を測定する際
には、燃料ガス排出経路４４ｂ、酸化剤ガス供給経路４
６ａおよび酸化剤ガス排出経路４６ｂを閉塞した状態
で、燃料ガス供給経路４４ａ側からヘリウムガスを導入
し、前記燃料ガス供給経路４４ａに５０ｋＰａの圧力を
加えた。次いで、燃料ガス供給経路４４ａを閉塞し、１
２０秒後におけるリン酸型燃料電池１２内の圧力を計測
した。
【００５２】一方、カソード側電極１８からのアウトリ
ーク量を測定する際には、酸化剤ガス排出経路４６ｂ、
燃料ガス供給経路４４ａおよび燃料ガス排出経路４４ｂ
を閉塞した状態で、酸化剤ガス供給経路４６ａの入口側
からヘリウムガスを導入し、前記酸化剤ガス供給経路４
６ａに５０ｋＰａの圧力を加えた。次いで、酸化剤ガス
供給経路４６ａを閉塞し、１２０秒後のリン酸型燃料電
池１２内の圧力を計測した。
ーク量を測定する際には、酸化剤ガス排出経路４６ｂ、
燃料ガス供給経路４４ａおよび燃料ガス排出経路４４ｂ
を閉塞した状態で、酸化剤ガス供給経路４６ａの入口側
からヘリウムガスを導入し、前記酸化剤ガス供給経路４
６ａに５０ｋＰａの圧力を加えた。次いで、酸化剤ガス
供給経路４６ａを閉塞し、１２０秒後のリン酸型燃料電
池１２内の圧力を計測した。
【００５３】その結果が図７に示されている。これによ
り、３００時間の運転後においても、アノード側電極１
６およびカソード側電極１８でのアウトリーク量の増加
は認められなかった。
り、３００時間の運転後においても、アノード側電極１
６およびカソード側電極１８でのアウトリーク量の増加
は認められなかった。
【００５４】図８は、本発明の第２の実施形態に係る電
解質・電極接合体１００が組み込まれるリン酸型燃料電
池１０２の一部断面説明図である。なお、第１の実施形
態に係る電解質・電極接合体１０およびリン酸型燃料電
池１２と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、
その詳細な説明は省略する。
解質・電極接合体１００が組み込まれるリン酸型燃料電
池１０２の一部断面説明図である。なお、第１の実施形
態に係る電解質・電極接合体１０およびリン酸型燃料電
池１２と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、
その詳細な説明は省略する。
【００５５】この電解質・電極接合体１００は、電解質
膜１４とカソード側電極１８との間に額縁状シール部材
２０が接合されるとともに、前記電解質膜１４とアノー
ド側電極１６との間に額縁状シール部材２０ａが接合さ
れる。額縁状シール部材２０、２０ａは、電解質膜１４
から離間する方向に屈曲乃至湾曲する内周側端部２２、
２２ａを備えており、互いに対象形状に設定されてい
る。
膜１４とカソード側電極１８との間に額縁状シール部材
２０が接合されるとともに、前記電解質膜１４とアノー
ド側電極１６との間に額縁状シール部材２０ａが接合さ
れる。額縁状シール部材２０、２０ａは、電解質膜１４
から離間する方向に屈曲乃至湾曲する内周側端部２２、
２２ａを備えており、互いに対象形状に設定されてい
る。
【００５６】このように構成される電解質・電極接合体
１００では、電解質膜１４の両面端縁部に接合される額
縁状シール部材２０、２０ａの内周側端部２２、２２ａ
が前記電解質膜１４の両面から離間する方向に屈曲乃至
湾曲しており、前記内周側端部２２、２２ａが前記電解
質膜１４にくい込んだり、鋭角部が該電解質膜１４に接
触したりすることがない。
１００では、電解質膜１４の両面端縁部に接合される額
縁状シール部材２０、２０ａの内周側端部２２、２２ａ
が前記電解質膜１４の両面から離間する方向に屈曲乃至
湾曲しており、前記内周側端部２２、２２ａが前記電解
質膜１４にくい込んだり、鋭角部が該電解質膜１４に接
触したりすることがない。
【００５７】これにより、第２の実施形態では、電解質
膜１４を損傷から確実に保護することができ、前記電解
質膜１４の耐久性が向上するとともに、リン酸型燃料電
池１０２全体のガスシール性を有効に向上させることが
でき、所望の発電性能を確保することが可能になる等、
第１の実施形態と同様の効果が得られる。
膜１４を損傷から確実に保護することができ、前記電解
質膜１４の耐久性が向上するとともに、リン酸型燃料電
池１０２全体のガスシール性を有効に向上させることが
でき、所望の発電性能を確保することが可能になる等、
第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５８】なお、本発明の第１および第２の実施形態
では、電解質・電極接合体１０、１００を構成する電解
質膜１４が、リン酸等の液体電解質をポリベンズイミダ
ゾール等の高分子膜に含浸させて構成されているが、こ
れに代替して、水をポリフルオロエチレンスルホン酸等
に含浸させたイオン交換膜により構成することができ
る。その際、リン酸型燃料電池１２、１０２に代替して
固体高分子型燃料電池が用いられることになる。
では、電解質・電極接合体１０、１００を構成する電解
質膜１４が、リン酸等の液体電解質をポリベンズイミダ
ゾール等の高分子膜に含浸させて構成されているが、こ
れに代替して、水をポリフルオロエチレンスルホン酸等
に含浸させたイオン交換膜により構成することができ
る。その際、リン酸型燃料電池１２、１０２に代替して
固体高分子型燃料電池が用いられることになる。
【００５９】
【発明の効果】本発明に係る電解質・電極接合体では、
額縁状シール部材の内周側端部が電解質膜から離間する
方向に屈曲乃至湾曲する形状に設定されており、前記内
周側端部が前記電解質膜にくい込んだり接触したりする
ことがなく、該電解質膜の損傷を可及的に阻止すること
ができる。これにより、電解質膜の耐久性が有効に向上
することになる。
額縁状シール部材の内周側端部が電解質膜から離間する
方向に屈曲乃至湾曲する形状に設定されており、前記内
周側端部が前記電解質膜にくい込んだり接触したりする
ことがなく、該電解質膜の損傷を可及的に阻止すること
ができる。これにより、電解質膜の耐久性が有効に向上
することになる。
【００６０】また、本発明に係る燃料電池では、額縁状
シール部材を介して電解質膜が損傷することを可及的に
阻止し、ガスシール性を有効に向上させるとともに、所
望の発電性能を維持して効率的な発電が遂行可能にな
る。
シール部材を介して電解質膜が損傷することを可及的に
阻止し、ガスシール性を有効に向上させるとともに、所
望の発電性能を維持して効率的な発電が遂行可能にな
る。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電解質・電極接
合体の構成説明図である。
合体の構成説明図である。
【図２】前記電解質・電極接合体が組み込まれるリン酸
型燃料電池の一部断面説明図である。
型燃料電池の一部断面説明図である。
【図３】前記リン酸型燃料電池が組み込まれる燃料電池
システムの概略構成説明図である。
システムの概略構成説明図である。
【図４】前記電解質・電極接合体を製造するための製造
装置の概略説明図である。
装置の概略説明図である。
【図５】前記製造装置の縦断面説明図である。
【図６】クロスリーク量の測定結果の説明図である。
【図７】アウトリーク量の測定結果の説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る電解質・電極接
合体が組み込まれるリン酸型燃料電池の一部断面説明図
である。
合体が組み込まれるリン酸型燃料電池の一部断面説明図
である。
１０、１００…電解質・電極接合体 １２、１０２…
リン酸型燃料電池 １４…電解質膜 １６…アノード
側電極 １８…カソード側電極 ２０、２０ａ…
額縁状シール部材 ２２、２２ａ…内周側端部 ２４…電極触媒
層 ２６…ガス拡散層 ２８…セパレー
タ ３０…シール部材 ３２…燃料ガス
流路 ３４…酸化剤ガス流路 ３６…重なり合
い始点 ３８…含浸性シール部材 ４０…燃料電池
システム ４４ａ…燃料ガス供給経路 ４４ｂ…燃料ガ
ス排出経路 ４６ａ…酸化剤ガス供給経路 ４６ｂ…酸化剤
ガス排出経路 ８０…製造装置
リン酸型燃料電池 １４…電解質膜 １６…アノード
側電極 １８…カソード側電極 ２０、２０ａ…
額縁状シール部材 ２２、２２ａ…内周側端部 ２４…電極触媒
層 ２６…ガス拡散層 ２８…セパレー
タ ３０…シール部材 ３２…燃料ガス
流路 ３４…酸化剤ガス流路 ３６…重なり合
い始点 ３８…含浸性シール部材 ４０…燃料電池
システム ４４ａ…燃料ガス供給経路 ４４ｂ…燃料ガ
ス排出経路 ４６ａ…酸化剤ガス供給経路 ４６ｂ…酸化剤
ガス排出経路 ８０…製造装置
フロントページの続き (72)発明者 岡崎 幸治 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H026 AA04 AA06 CC03 EE18
Claims (4)
- 【請求項１】電解質膜と、 前記電解質膜の両面に対設されるアノード側電極および
カソード側電極と、 前記電解質膜と前記アノード側電極または前記カソード
側電極の少なくとも一方との間に内周部が重ね合わされ
る額縁状シール部材と、 を備え、 前記額縁状シール部材は、前記電解質膜の外周端部を覆
って外方に延在するとともに、内周側端部が該電解質膜
から離間する方向に屈曲乃至湾曲する形状に設定される
ことを特徴とする電解質・電極接合体。 - 【請求項２】電解質膜の両面にアノード側電極およびカ
ソード側電極が対設されるとともに、前記電解質膜と前
記アノード側電極または前記カソード側電極の少なくと
も一方との間に額縁状シール部材の内周部が重ね合わさ
れて構成される電解質・電極接合体と、 前記電解質・電極接合体を挟持し、前記アノード側電極
に燃料ガスを供給しかつ前記カソード側電極に酸化剤ガ
スを供給するためのガス流路を有するセパレータと、 を備え、 前記額縁状シール部材は、前記電解質膜の外周端部を覆
って外方に延在するとともに、内周側端部が該電解質膜
から離間する方向に屈曲乃至湾曲する形状に設定される
ことを特徴とする燃料電池。 - 【請求項３】請求項２記載の燃料電池において、前記額
縁状シール部材は、前記電解質膜の外周端部位置と前記
セパレータのガス流路の最も外側を通りかつ電極面に交
差する線上との間に、該電解質膜との重なり合い始点が
設定されることを特徴とする燃料電池。 - 【請求項４】請求項２または３記載の燃料電池におい
て、前記電解質・電極接合体は、ガス拡散層を備え、 前記ガス拡散層は、その外周端部位置と前記セパレータ
のガス流路の最も外側を通りかつ電極面に交差する線上
との間に、含浸性シール部材を有することを特徴とする
燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000171169A JP2001351651A (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 電解質・電極接合体および燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000171169A JP2001351651A (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 電解質・電極接合体および燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001351651A true JP2001351651A (ja) | 2001-12-21 |
Family
ID=18673758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000171169A Withdrawn JP2001351651A (ja) | 2000-06-07 | 2000-06-07 | 電解質・電極接合体および燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001351651A (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003068318A (ja) * | 2001-08-23 | 2003-03-07 | Osaka Gas Co Ltd | 固体高分子型燃料電池のセル及び固体高分子型燃料電池 |
| JP2004335453A (ja) * | 2003-04-14 | 2004-11-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池セル、燃料電池、燃料電池発電システム、およびそれらの製造方法 |
| EP1469540A3 (en) * | 2003-04-14 | 2006-09-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell and method of producing a fuel cell |
| WO2006121041A1 (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 燃料電池 |
| JP2007188834A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Toyota Motor Corp | 燃料電池構成部品、燃料電池構成部品の製造方法 |
| WO2008001755A1 (en) * | 2006-06-26 | 2008-01-03 | Panasonic Corporation | Solid polymer electrolyte fuel cell |
| JP2008186736A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池スタック |
| WO2010080450A1 (en) * | 2008-12-19 | 2010-07-15 | Ballard Power Systems Inc. | Seal for solid polymer electrolyte fuel cell |
| KR20100086986A (ko) * | 2007-11-19 | 2010-08-02 | 클리어에지 파워 인코포레이티드 | 고온 연료 전지를 성능 감쇠가 감소된 백업 전력 공급기로서 동작시키는 시스템 및 방법 |
| JP2011065876A (ja) * | 2009-09-17 | 2011-03-31 | Dainippon Printing Co Ltd | エッジシール付き触媒層−電解質膜積層体、エッジシール付き膜−電極接合体、及び固体高分子形燃料電池 |
| JP2012134094A (ja) * | 2010-12-24 | 2012-07-12 | Dainippon Printing Co Ltd | 補強膜付き触媒層−電解質膜積層体、補強膜付き膜−電極接合体、及び固体高分子形燃料電池、並びにこれらの製造方法 |
| US8298716B2 (en) | 2006-03-14 | 2012-10-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing seal-integrated type membrane electrode assembly |
| WO2014021016A1 (ja) * | 2012-07-30 | 2014-02-06 | 日産自動車株式会社 | フィルム部材積層装置およびその方法 |
| JP2014120368A (ja) * | 2012-12-18 | 2014-06-30 | Toyota Motor Corp | 燃料電池とその製造方法 |
| JP2015526846A (ja) * | 2012-07-10 | 2015-09-10 | バラード パワー システムズ インコーポレイテッド | 燃料セル電極アセンブリ |
| DE102023201473A1 (de) | 2023-02-21 | 2024-08-22 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Membran-Elektroden-Anordnung für eine elektrochemische Zelle sowie elektrochemische Zelle |
| DE102023201482A1 (de) | 2023-02-21 | 2024-08-22 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Membran-Elektroden-Anordnung für eine elektrochemische Zelle sowie elektrochemische Zelle |
-
2000
- 2000-06-07 JP JP2000171169A patent/JP2001351651A/ja not_active Withdrawn
Cited By (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003068318A (ja) * | 2001-08-23 | 2003-03-07 | Osaka Gas Co Ltd | 固体高分子型燃料電池のセル及び固体高分子型燃料電池 |
| JP2004335453A (ja) * | 2003-04-14 | 2004-11-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池セル、燃料電池、燃料電池発電システム、およびそれらの製造方法 |
| EP1469540A3 (en) * | 2003-04-14 | 2006-09-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel cell and method of producing a fuel cell |
| US7320839B2 (en) | 2003-04-14 | 2008-01-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell and conductive separator for the same |
| WO2006121041A1 (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 燃料電池 |
| US8404401B2 (en) | 2005-05-11 | 2013-03-26 | Panasonic Corporation | Fuel cell having improved contact between separators and gas diffusion layers |
| JP4995573B2 (ja) * | 2005-05-11 | 2012-08-08 | パナソニック株式会社 | 燃料電池 |
| JP2007188834A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Toyota Motor Corp | 燃料電池構成部品、燃料電池構成部品の製造方法 |
| US8298716B2 (en) | 2006-03-14 | 2012-10-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of manufacturing seal-integrated type membrane electrode assembly |
| WO2008001755A1 (en) * | 2006-06-26 | 2008-01-03 | Panasonic Corporation | Solid polymer electrolyte fuel cell |
| US7833673B2 (en) | 2006-06-26 | 2010-11-16 | Panasonic Corporation | Solid polymer electrolytic fuel cell |
| JPWO2008001755A1 (ja) * | 2006-06-26 | 2009-11-26 | パナソニック株式会社 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
| JP2008186736A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-08-14 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池スタック |
| KR20100086986A (ko) * | 2007-11-19 | 2010-08-02 | 클리어에지 파워 인코포레이티드 | 고온 연료 전지를 성능 감쇠가 감소된 백업 전력 공급기로서 동작시키는 시스템 및 방법 |
| JP2011503827A (ja) * | 2007-11-19 | 2011-01-27 | クリアエッジ パワー， インコーポレイテッド | 高温燃料電池を予備電源として性能低下を低減して作動させるためのシステム及び方法 |
| KR101579628B1 (ko) * | 2007-11-19 | 2016-01-21 | 두산 퓨얼 셀 아메리카, 인크. | 고온 연료 전지를 성능 감쇠가 감소된 백업 전력 공급기로서 동작시키는 시스템 및 방법 |
| WO2010080450A1 (en) * | 2008-12-19 | 2010-07-15 | Ballard Power Systems Inc. | Seal for solid polymer electrolyte fuel cell |
| US8828617B2 (en) | 2008-12-19 | 2014-09-09 | Ballard Power Systems Inc. | Seal for solid polymer electrolyte fuel cell |
| US9240598B2 (en) | 2008-12-19 | 2016-01-19 | Ballard Power Systems Inc. | Seal for solid polymer electrolyte fuel cell |
| JP2011065876A (ja) * | 2009-09-17 | 2011-03-31 | Dainippon Printing Co Ltd | エッジシール付き触媒層−電解質膜積層体、エッジシール付き膜−電極接合体、及び固体高分子形燃料電池 |
| JP2012134094A (ja) * | 2010-12-24 | 2012-07-12 | Dainippon Printing Co Ltd | 補強膜付き触媒層−電解質膜積層体、補強膜付き膜−電極接合体、及び固体高分子形燃料電池、並びにこれらの製造方法 |
| JP2015526846A (ja) * | 2012-07-10 | 2015-09-10 | バラード パワー システムズ インコーポレイテッド | 燃料セル電極アセンブリ |
| US10205186B2 (en) | 2012-07-10 | 2019-02-12 | Audi Ag | Fuel cell electrode assembly |
| WO2014021016A1 (ja) * | 2012-07-30 | 2014-02-06 | 日産自動車株式会社 | フィルム部材積層装置およびその方法 |
| JP5880714B2 (ja) * | 2012-07-30 | 2016-03-09 | 日産自動車株式会社 | フィルム部材積層装置およびその方法 |
| US10297840B2 (en) | 2012-07-30 | 2019-05-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Film member stacking device and method of the same |
| JP2014120368A (ja) * | 2012-12-18 | 2014-06-30 | Toyota Motor Corp | 燃料電池とその製造方法 |
| DE102023201473A1 (de) | 2023-02-21 | 2024-08-22 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Membran-Elektroden-Anordnung für eine elektrochemische Zelle sowie elektrochemische Zelle |
| DE102023201482A1 (de) | 2023-02-21 | 2024-08-22 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Membran-Elektroden-Anordnung für eine elektrochemische Zelle sowie elektrochemische Zelle |
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