JP2007265820A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】積層方向での単位電池間、ひいては燃料電池の温度の高温化を防止するとともに、長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池を提供すること。
【解決手段】複数のセパレータ６を、間に電解質部材12を介して積層してなる燃料電池において、前記セパレータ６の間で前記電解質部材12の外縁部に近接した部位に、伝熱体13を有することにより達成される。より詳しくは、セパレータ６の内部もしくはセパレータ６の電解質部材12と対向する面の外縁部に、伝熱体13を有することにより、達成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のセパレータを、電解質膜と該電解質膜を挟み込む一対の電極部とからなる電解質部材を間に介して積層して形成された燃料電池に関するものであり、特に、冷却板や冷媒といった冷却機構を必要とせず、小型化が可能な燃料電池に関するものである。

電気を駆動力とする各種機器の電源として、燃料電池が実用化されてきている。

燃料電池は、一般に、電解質膜を挟んでアノードとカソードとが配置された構造の電池であり、アノードとカソードとの間（電解質の外側）に負荷（電気を駆動源とする各種機構）が配置される。この、燃料極（アノード）側に水素の供給源となる燃料ガス、空気極（カソード）側に酸素を含む酸化剤ガスをそれぞれ供給し、電解質膜を介して、水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電を行なわせる。

電解質膜は、上記電気化学反応にともなう水素イオン（プロトン）の移動が、電解質膜中の水分を経由し行われるため、その流れをスムーズにして発電を効率よく行うために、十分な水分の保持が必要になる。

燃料電池は、一対のアノードとカソードとを単位として生じる電圧が上記電気化学反応により原理的に制約されるため、負荷に必要な電圧を供給するためには、燃料電池の最小単位である単位電池が積層されて互いに直列に接続された構造とする必要がある。

図13に、従来の燃料電池の構成を断面図で示す。同図において、111は燃料電池、113は電解質膜、114および115はガス拡散層および触媒層としての機能を有する一対の電極部、すなわち燃料極および空気極であり、116は燃料流路118および空気流路119を備えるセパレータである。そして、電解質膜113と電極部114、115とからなる電解質部材121と、電解質部材121を挟み込むセパレータ116からなる単位電池112が、電気的に直列に接続されるように多数積層して燃料電池111となる。

発電する化学反応が発熱反応であること、電気が流れる経路で抵抗発熱等が生じることなどから、単位電池112の温度は上昇する。ここで、単位電池112は、温度が高くなり過ぎる（例えば100℃超）と、電解質膜113中に含まれる水分が蒸発し、電解質膜中の水分量が減少しやすくなる。電解質膜113中の水分量が減少すると、電解質膜113の導電率が低下（抵抗増大）し、電圧損失により出力電圧が低下する。この場合、高温になりやすい単位電池（積層方向の中央部分に位置するもの）の温度を低く抑えるために出力電圧を低く抑えようとすると、結果的に、燃料電池111の出力電圧が低下してしまう。

また、積層方向中央部の温度が100℃を超えると、電気化学反応を促進する触媒の劣化や電解質膜113の劣化による分解により、電池性能が急激に低下し、燃料電池111の寿命の低下にも繋がる。

したがって、単位電池112の温度が高温化することを防止することが重要であり、従来の燃料電池111においては、その方策として、例えば、複数個の単位電池112と冷却板（図示せず）とが交互に多数積層され、積層体の冷却板に冷媒マニホールド（図示せず）を介し、水などの冷媒が外部から供給・排出されるような冷却機構（図示せず）などが備えられている。
特開平１−２６５４６０号公報 特開平５−６２７０３号公報

燃料電池について、近年、携帯電話やパーソナルコンピュータ（いわゆるノートブックＰＣ）等の携帯電子機器の電源としての用途が注目されている。しかしながら、上記従来の燃料電池を小型化が要求される携帯電子機器において電源として搭載する場合、次のような問題点が生じる。

すなわち、燃料電池を搭載するスペースが小さいため、冷却板や冷媒を供給するための補器を用いた場合、燃料電池全体の大型化を招くため、携帯電子機器に搭載することが非常に困難となる。

また、冷媒を供給するための補器を使用するにあたっては、結果的に補器を作動させるための電力が必要となることから、補器の電力使用を含めた燃料電池全体の効率が制限されるという問題点があった。

一方で、冷媒を用いて冷却を行わない場合、上記のように出力電圧の低下や寿命の低下等の可能性が高くなってしまう。

本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、積層された単位電池の温度が高温化することを防止し、長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池を提供することである。

本発明の燃料電池は、複数のセパレータを、間に電解質部材を介して積層してなる燃料電池において、前記セパレータの間で前記電解質部材の外縁部に近接した部位に、伝熱体を有することを特徴とするものである。

また、本発明の燃料電池は好ましくは、複数のセパレータを、間に電解質部材を介して積層してなる燃料電池において、前記セパレータの内部もしくは前記セパレータの前記電解質部材と対向する面の外縁部に、伝熱体を有することを特徴とするものである。

また、本発明の燃料電池は好ましくは、前記伝熱体が、前記セパレータの積層方向における厚み、もしくは積層方向に直交する幅が、前記セパレータの積層方向の中央部のものより両端部のものが小さいことを特徴とするものである。

また、本発明の燃料電池は好ましくは、前記伝熱体が、前記セパレータの積層方向の中央部のものと両端部のものが、成分および組成の少なくとも一方が異なるとともに、前記伝熱体の熱伝導率が、前記セパレータの積層方向の中央部のものより両端部のものが小さいことを特徴とするものである。

本発明の燃料電池は、複数のセパレータを、間に電解質部材を介して積層してなる燃料電池において、セパレータの間で前記電解質部材の外縁部に近接した部位に、伝熱体を有することから、電解質部材で発生した熱が、効率よく伝熱体に移動する。そして、その伝熱体に移動した熱は、セパレータを介して、燃料電池全体に伝わっていくことから、単位電池の高温化、ひいては燃料電池の高温化を防止することができる。

それゆえ、従来燃料電池の高温化を防止するために用いられてきた冷却版や冷媒が不要となり、その結果、長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池を提供することができる。

さらに、複数のセパレータを、間に電解質部材を介して積層してなる燃料電池において、セパレータの内部もしくはセパレータの電解質部材と対向する面の外縁部に、伝熱体を有したことから、電解質部材で発生した熱が、さらに効率よく伝熱体に移動する。

すなわち、伝熱体をセパレータの内部に有する場合には、電解質部材に近接して伝熱体を配置することができることから、電解質部材で発生した熱が、効率よく伝熱体に移動する。そして、その伝熱体に移動した熱は、セパレータを介して、燃料電池全体に伝わっていくことから、単位電池の高温化、ひいては燃料電池の高温化を防止することができるとともに、長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池を提供することができる。

一方、伝熱体をセパレータの電解質部材と対向する面の外縁部に有する場合には、伝熱体の積層方向における横断面積において、少なくとも電解質部材よりも大きくでき、好ましくはセパレータと同等以上とすることができることから、電解質部材からセパレータに伝わった熱が、効率よく伝熱体に移動するとともに、その移動した熱が、隣接するセパレータ等に伝わる。そして、このように熱が効率よく移動することで、燃料電池全体に伝わっていくことから、単位電池の高温化、ひいては燃料電池の高温化を防止することができるとともに、長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池を提供することができる。

さらに、伝熱体が、セパレータの積層方向における厚み、もしくは積層方向に直交する幅が、セパレータの積層方向の中央部のものより両端部のものが小さいことから、高温になりやすい、積層方向の中央部に位置する単位電池で生じる熱を、積層方向に沿って流れやすくさせることが可能となる。

すなわち、このような構造とすることで、積層方向の中央部の伝熱体は積層方向の熱抵抗が小さく、積層方向の両端部の伝熱体は積層方向の熱抵抗が大きくなり、燃料電池内に熱抵抗の傾斜が生じる。

それゆえ、積層方向中央部の熱は伝熱体およびセパレータを経由して積層方向両端部へ伝導されやすくなり、一方、積層方向両端部の熱は、伝熱体およびセパレータを経由して積層方向中央部へ伝導されることが抑制される。

従って、このように熱が効率よく移動することで、燃料電池全体に伝わっていくことから、単位電池の高温化、ひいては燃料電池の高温化を防止することができるとともに、長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池を提供することができる。

さらに、伝熱体が、セパレータの積層方向の中央部のものと両端部のものが、成分および組成の少なくとも一方が異なるとともに、伝熱体の熱伝導率が、セパレータの積層方向の中央部のものより両端部のものが小さいことから、高温になりやすい、積層方向の中央部に位置する単位電池で生じる熱を、積層方向に沿って流れやすくさせることが可能となる。

すなわち、このような構造とすることで、積層方向の中央部の伝熱体は熱伝導率が高く、積層方向の両端部の伝熱体は熱伝導率が低くなり、燃料電池内に熱伝導率の傾斜が生じる。

それゆえ、積層方向中央部の熱は伝熱体およびセパレータを経由して積層方向両端部へ伝導されやすくなり、一方、積層方向両端部の熱は、伝熱体およびセパレータを経由して積層方向中央部へ伝導されることが抑制される。

従って、このように熱が効率よく移動することで、燃料電池全体に伝わっていくことから、単位電池の高温化、ひいては燃料電池の高温化を防止することができるとともに、長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池を提供することができる。

さらには、上記の燃料電池を備えた、長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の電子機器を提供することができる。

次に、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。

（実施形態１）
図１、図２および図３は、本発明の燃料電池について実施の形態の一例を示す断面図である。

図１において、１、11および21は燃料電池、２は単位電池、３は電解質膜、４、５は電極部材、６はセパレータ、７は締付板、８、９は流体流路、10は棒状部材、12は電解質部材、13は伝熱体である。なお、図１は燃料電池１、11、21を概念的に示すものであり、後述する流体流路８、９を同一方向に示すなどしている。

燃料電池１、11、21は、単位電池２、締付板７、集電端子（図示せず）、棒状部材10を備える。燃料電池１は、直方体状等に形成された単位電池２を複数個積層した構造となり、各単位電池２は、積層方向に縦通する棒状部材10と燃料電池１、11、21の積層方向両端部に配置された締付板７を用いて機械的に固定される。

集電端子は、燃料電池１、11、21から携帯電子機器へ電力を供給するためのプラスとマイナス端子を持ち、金属の集電板やリード線等の手段を用いて行われる。

単位電池２は、電解質膜３を挟み込む一対の電極部からなる電極部材４、５を含む電解質部材12と、電極部を覆うように取着された一対のセパレータ６で構成されている。

電解質膜３は、イオン導電膜（交換膜）であり、パーフルオロカーボンスルホン酸樹脂、例えば、ナフィオン（商品名、デュポン社製）等のプロトン伝導性のイオン交換樹脂により構成されている。

電極部材４、５は、多孔質状態のガス拡散電極であり、多孔質触媒層とガス拡散層の両方の機能を兼ね備えるものである。ここで、電極部材４、５は、電解質膜３との界面において、白金や白金−ルテニウム等の触媒微粒子を担持した炭素電極によって構成されている。なお、図１においては、電解質膜３および電極部材４、５を同一面に１つ、積層方向に５層としたのは例示であり、電解質膜３および電極部材４、５の数や面積は、携帯電子機器の用途や電圧、電流の仕様に応じて、適宜に設定してよい。また、電解質膜３あるいは電極部材４、５は、互いに同一の広さでなくてよく、さらには同一面に複数配置してもよい。

セパレータ６は、流体流路８、９を有し、電解質膜３の周囲にガスケット（図示せず）を配置して、流体流路８、９を流れる燃料ガスと酸化剤ガスが外部に漏れないように気密に封止し、電解質膜３で電気化学的に発電された電流を外部へ取り出すことができるものとなっている。セパレータ６の材料として、主構成材料はセラミックや樹脂などの絶縁材料で、電気的導通をとるためにセパレータ内部や表面に電気配線や電極が配置されたものや、さらには、導電性材料であるカーボン系、ステンレスやアルミニウムなどの金属系、などがある。なお、本発明の実施例において、セパレータ６は、流体流路８、９を一体として成している。

セパレータ６は、それぞれ厚みを薄くし、燃料電池１の低背化を可能とするためには、機械的強度である曲げ強度が200ＭＰａ以上であることが好ましい。曲げ強度が200ＭＰａ未満であると、燃料電池１の組立時に加わるセパレータ６への締付圧力や電解質膜３が発電時に湿潤することによる電解質膜３の膨張により発生する圧縮圧力、更には携帯電子機器の使用環境による、振動や衝撃により、セパレータ６にクラックや割れが生じる可能性が高い。曲げ強度はＪＩＳ Ｋ６９１１に準拠し３点曲げ法により測定を行う。

また、セパレータ６は、その厚みを0.2ｍｍ〜５ｍｍの範囲とすることが好ましい。厚みが0.2ｍｍ未満では、強度が被覆しがちなため、積層し、固定された時に発生する応力により、セパレータ６に割れ等が発生しやすくなる傾向がある。他方、厚みが５ｍｍを超えると、低背化が困難となるため、小型携帯機器に搭載する燃料電池１としては不適切となり、また、熱容量が大きくなるため、電解質膜３の電気化学反応条件に相当する適切な温度にすばやく設定することが困難となる傾向がある。

締付板７は、各単位電池２に均一な荷重を与えるために、材料や厚みが適宜選定される。例えばステンレスなどの金属等で製作されるのが好ましく、剛性を上げるために厚みは１ｍｍ以上とするのが好ましい。締付板７と集電端子の間には、電気的に短絡しないために、絶縁部材（図示せず）が挿入される。

流体流路８、９の幅、深さ、形成パターンは、適宜に設定してよい。例えば、図１に示すように、流体流路８、９は、一方は燃料とされる水素を、もう一方は酸素を含む空気を電極部材４、５に供給するために、セパレータ６の面内あるいは内部に形成される。さらに、流体流路８、９は発電反応の効率を高めるためにセパレータ６の表面内を蛇行するように形成されており、水素や空気が電極部材４、５全体に供給されるような形状とする。また、流体流路８、９には、燃料電池１の外部に設けられた水素吸蔵カートリッジや水素タンク、メタノール改質器などの水素生成器や空気を供給するためのブロアなどから水素や空気を供給する際の供給口や排出口（図示せず）、および供給口と排出口と流体流路８、９とを接続する接続部（図示せず）を設けてもよい。空気を供給する流体流路は、水素を供給する流体流路より積層方向における縦もしくは横断面積が大きいのが好ましく、特には、流体抵抗の低減や燃料や空気の供給均一性により、設定される事が好ましい。

棒状部材10は、単位電池２の積層方向に縦通しており、その両端部は、締付板７の上下面において固定される。棒状部材10の固定手段として、片側がボルト状であり、ナットにて締付固定されるのに限定されず、ソケット状や接着材等を用いて締付板と直接固定してもよい。その場合、各単位電池２は両端の締付板７にて荷重が加えられた状態にて行うのが好ましい。なお、本実施形態においては、図１、図２および図３に示したように、棒状部材10が積層体の外部側に設置されてもよく、また、積層体の内部側に設けてもよく、目的や効率を考慮したうえで、適宜決定すればよい。

本発明においては、セパレータ６の間で電解質部材の外縁部に近接した部位に、伝熱体13が設けられる。すなわち、燃料電池１において、中央部（燃料電池１の締付板7、集電板を除く積層方向の25％〜75％に位置する領域をいい、以下同意）は、高温になりやすい。セパレータ６に伝熱体13を設けることにより、燃料電池１の高温化を防止することができる。

ここで、図１においては、伝熱体13を、セパレータ６の間で電解質部材12の外縁部に近接した部位に有しているものを示したものである。

すなわち、図１において、伝熱体13は、積層方向に隣接するセパレータ６間の隙間であって電解質部材12に近接した部位に形成されたものを示す。なお、本発明において、近接とは、伝熱体13が電解質部材12に接触していてもよく、また本発明の効果を損なわない範囲で、電解質部材12から離れていてもよいことを意味する。

この場合において、伝熱体13の上下に隣接するセパレータ６間との熱抵抗を低減するために、伝熱体13の厚みは、少なくとも隣接するセパレータ６間の隙間と同等であることが好ましく、例えば電解質部材12の厚みと同等であるのが好ましい。なお、流体流路４、５を流れる燃料や空気が外部へ漏れるのを防ぐために、伝熱体13にガスケットの機能を有するような材料を使用してもよい。さらには、伝熱体13の表裏にガスケット材を含んだ複合材としてもよい。

そして、伝熱体13を積層方向に隣接するセパレータ６間の隙間に有する場合には、電解質部材12で発生した熱が、効率よく伝熱体13に移動する。そして、その伝熱体13に移動した熱は、セパレータ６を介して、燃料電池１全体に伝わっていくことから、単位電池２の高温化、ひいては燃料電池１の高温化を防止することができるとともに、長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池１となる。

また、図２において、伝熱体13は、セパレータ６の内部に形成されたものを示す。すなわち、燃料流路を有するセパレータ６と気体流路を有するセパレータ６の間にて一体化されたものである。伝熱体13は、表裏のセパレータ６と接合されているのが好まししいが、燃料電池11を組み立てることにより、熱的に接触するような構成であってもよい。

なお、この場合において、伝熱体13の横断面積部の形状に特段制限はないが、例えば、電解質部材12を覆うように取り囲んでいるのが好ましい。なお伝熱体13の外周部は、セパレータの外周部以下となることが好ましい。この場合、電解質部材12は強酸性雰囲気であるため、貴金属や樹脂などにより、耐食性のコーティングが伝熱体13に施されているのが好ましい。

そして、伝熱体をセパレータ６の電解質部材12と対向する面の外縁部に有する場合には、伝熱体13の積層方向における横断面積において、少なくとも電解質部材12よりも大きくでき、好ましくはセパレータ６と同等以上とすることができることから、電解質部材12からセパレータに伝わった熱が、効率よく伝熱体13に移動するとともに、その移動した熱が、隣接するセパレータ６等に伝わる。そして、このように熱が効率よく移動することで、燃料電池11全体に伝わっていくことから、単位電池２の高温化、ひいては燃料電池11の高温化を防止することができるとともに、長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池11となる。

図３においては、伝熱体13は、積層方向に隣接するセパレータ６の間で電解質部材12の外縁部に近接した部位およびセパレータ６の電解質部材と対向する面の外縁部の両方に形成した場合を示す。この場合においては、セパレータ６の積層方向に隣接するセパレータ６間の隙間およびセパレータ６の電解質部材と対向する面の外縁部に、伝熱体13を有したことから、より効率よく熱が移動することで、単位電池２の高温化、ひいては燃料電池21の高温化を防止することができるとともに、長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池21となる。

（実施形態２）
次に図４は、本発明の燃料電池31について実施の形態の他の例を示す積層方向における縦断面図、図５は、本発明の燃料電池41について実施の形態の他の例を示す積層方向における縦断面図、図６は、本発明の燃料電池51について実施の形態の他の例を示す積層方向における縦断面図である。これらの図において符号の２から13については図１と同一部位を示す。

セパレータ６に伝熱体13を設けるとともに、伝熱体13の積層方向における厚み、もしくは積層方向に直交する幅が、前記セパレータ６の積層方向の中央部のものより両端部のものが小さいものとしたことにより、積層方向の中央部に位置する単位電池2においては、伝熱体13の積層方向における厚み、もしくは積層方向に直交する幅が大きいため、伝熱体13の熱の流れが大きくなり、積層方向に沿って熱を流れやすくさせることが可能となる。

一方、積層方向両端部においては、伝熱体13の積層方向における厚み、もしくは積層方向に直交する幅が小さいため、伝熱体13の熱の流れが小さくなり、熱の流れが中央部と比べて相対的に小さくなる。その結果、積層方向両端部の熱はセパレータ６および伝熱体13を経由して積層方向中央部へ伝導されにくくなる。

すなわち、このような構造とすることで、積層方向の中央部の伝熱体13は積層方向の熱抵抗が小さく、積層方向の両端部の伝熱体13は積層方向の熱抵抗が大きくなり、燃料電池31内に熱抵抗の傾斜が生じる。

その結果、積層方向中央部の熱は伝熱体13およびセパレータ６を経由して積層方向両端部へ伝導されやすくなり、一方、積層方向両端部の熱は、伝熱体およびセパレータを経由して積層方向中央部へ伝導されることが抑制される。

従って、このように熱が効率よく移動することで、燃料電池31全体に伝わっていくことから、単位電池２の高温化、ひいては燃料電池31の高温化を防止することができるとともに、長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池31となる。

ここで、図４は、伝熱体13は、積層方向に隣接するセパレータ６の間で電解質部材12の外縁部に近接した部位に形成されたものを示す。この場合において、伝熱体13は、積層方向に直交する幅が中央部で大きく、両端部で小さいことを示す。

その結果、積層方向中央部の熱は伝熱体13およびセパレータ６を経由して積層方向両端部へ伝導されやすくなり、一方、積層方向両端部の熱は、伝熱体およびセパレータを経由して積層方向中央部へ伝導されることが抑制され、単位電池２の高温化、ひいては燃料電池31の高温化を防止することができるとともに、長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池31となる。

また、図５は、伝熱体13は、積層方向に隣接するセパレータ６の間で電解質部材12の外縁部に近接した部位およびセパレータ６の電解質部材と対向する面の外縁部の両方に形成した場合を示す。この場合において、伝熱体13は、積層方向に直交する幅および積層方向における厚みが、中央部で大きく、両端部で小さいことを示す。

その結果、積層方向中央部の熱は伝熱体13およびセパレータ６を経由して積層方向両端部へより伝導されやすくなり、一方、積層方向両端部の熱は、伝熱体およびセパレータを経由して積層方向中央部へ伝導されることがより抑制され、単位電池２の高温化、ひいては燃料電池31の高温化を防止することができるとともに、より長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池31となる。

さらに、図６は図５における電解質部材と対向する面の外縁部に形成された伝熱体13について、積層方向における横断面積を中央部で大きく、両端部で小さくしたものを示す。

その結果、積層方向中央部の熱は伝熱体13およびセパレータ６を経由して積層方向両端部へさらに伝導されやすくなり、一方、積層方向両端部の熱は、伝熱体およびセパレータを経由して積層方向中央部へ伝導されることがさらに抑制され、単位電池２の高温化、ひいては燃料電池31の高温化を防止することができるとともに、さらに長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池31となる。

（実施形態３）
次に図７は、本発明の燃料電池61について実施の形態の他の例を示す積層方向における縦断面図、図８は、本発明の燃料電池71について実施の形態の他の例を示す積層方向における縦断面図である。これらの図において符号の２から13については図１と同一部位を示す。

本実施形態においては、セパレータ６に伝熱体13を設けるとともに、セパレータ６の積層方向の中央部のものと両端部のものが、成分および組成の少なくとも一方が異なるとともに、伝熱体13の熱伝導率が、セパレータ６の積層方向の中央部のものより両端部のものが小さいものとしたことにより、積層方向の中央部に位置する単位電池2においては、伝熱体13の熱伝導率が大きいため、伝熱体13の熱の流れが大きくなり、積層方向に沿って熱を流れやすくさせることが可能となる。その結果、積層方向中央部の熱はセパレータ６および伝熱体13を経由して積層方向両端部へ伝導されやすくなり、単位電池２の高温化、ひいては燃料電池61、71の高温化を防止することができるとともに、さらに長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池61、71となる。

より具体的には、図７は、伝熱体13が、積層方向に隣接するセパレータ６の間で電解質部材12の外縁部に近接した部位に形成されたものを示す。この場合において、伝熱体13の熱伝導率が、積層方向における中央部のものより両端部のものが小さいことを示す。

その結果、積層方向中央部の熱は伝熱体13およびセパレータ６を経由して積層方向両端部へ伝導されやすくなり、一方、積層方向両端部の熱は、伝熱体およびセパレータを経由して積層方向中央部へ伝導されることが抑制され、単位電池２の高温化、ひいては燃料電池61の高温化を防止することができるとともに、長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池61となる。

また、図８は、伝熱体13は、積層方向に隣接するセパレータ６の間で電解質部材12の外縁部に近接した部位およびセパレータ６の電解質部材と対向する面の外縁部の両方に形成した場合を示す。この場合において、伝熱体13の熱伝導率は、積層方向における中央部のものより両端部のものが小さいことを示す。

その結果、積層方向中央部の熱は伝熱体13およびセパレータ６を経由して積層方向両端部へ伝導されやすくなり、一方、積層方向両端部の熱は、伝熱体およびセパレータを経由して積層方向中央部へ伝導されることが抑制され、単位電池２の高温化、ひいては燃料電池71の高温化を防止することができるとともに、長期に渡って安定した出力電圧を維持可能な、小型の燃料電池71となる。

なお、伝熱体13は、積層方向中央部では、銅やアルミニウムなどの高熱伝導率の材料で形成されるのが好ましい。一方、積層方向両端部では、積層方向中央部の金属材料に熱伝導率の低い材料を含有させ、その比率を変更する事により傾斜的に熱伝導率を調整することが好ましい。または、ステンレスやその他金属の合金等、異なる熱伝導率の金属を用いることにより、熱伝導率を変更するようにしてもよい。

なお本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であり、例えば、棒状部材の形状を、積層方向における中央部で太く、両端部で細く設計し、より効率的に熱を移動させたものや、セパレータと棒状部材の間に熱伝導性部材を有するものや、セパレータの積層方向における外周面に、フィン形状部材を設けてもよい。

本発明の燃料電池の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の燃料電池の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の燃料電池の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の燃料電池の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の燃料電池の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の燃料電池の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の燃料電池の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の燃料電池の実施の形態の他の例を示す平面図である。 従来の燃料電池の例を示す断面図である。

符号の説明

１、11、21、31、41、51、61、71、81、111：燃料電池
２、112：単位電池
３、113：電解質膜
４、５、114、115：電極部材
６、96、116：セパレータ
７、117：締付板
８、９、118、119：流体流路
10、120：棒状部材
12、121：電解質部材
13：伝熱体
102：電気配線
103：電極

Claims (4)

1. 複数のセパレータを、間に電解質部材を介して積層してなる燃料電池において、前記セパレータの間で前記電解質部材の外縁部に近接した部位に、伝熱体を有することを特徴とする燃料電池。
2. 複数のセパレータを、間に電解質部材を介して積層してなる燃料電池において、前記セパレータの内部もしくは前記セパレータの前記電解質部材と対向する面の外縁部に、伝熱体を有することを特徴とする燃料電池。
3. 前記伝熱体が、前記セパレータの積層方向における厚み、もしくは積層方向に直交する幅が、前記セパレータの積層方向の中央部のものより両端部のものが小さいことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
4. 前記伝熱体が、前記セパレータの積層方向の中央部のものと両端部のものが、成分および組成の少なくとも一方が異なるとともに、前記伝熱体の熱伝導率が、前記セパレータの積層方向の中央部のものより両端部のものが小さいことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。

Images