燃料電池セル
【課題】ガスの供給及び排出を行なうに際してガスの漏れが発生しないようなガス流路の連結機構を備えた燃料電池セルを提供する。
【解決手段】板状の固体高分子電解質１と、これを挟むように両側に配置される電極板２及び電極板３と、電極板２，３のさらに外側に配置される金属板４及び金属板５と、金属板４と電極板２の間の空間に形成され、水素ガスを通過させるための流路溝９とを備え、金属板４に形成され流路溝９の両端部に位置するガス供給穴４ｃ及びガス排出穴４ｄと、ガス供給穴４ｃとガス排出穴４ｄの位置に夫々取り付けられる金属製のブース１０，１１とを備え、ブース１０，１１は、流路溝９に対するガスの供給を行なうガス供給管１２、あるいは流路溝９からのガスの排出を行なうガス排出管を取り付ける横穴１０ｂと、流路溝９とガス供給管１２あるいはガス排出管を連通させるための内部連通路とを備えており、ブース１０，１１を金属板４に対して溶接により結合させる。
【解決手段】板状の固体高分子電解質１と、これを挟むように両側に配置される電極板２及び電極板３と、電極板２，３のさらに外側に配置される金属板４及び金属板５と、金属板４と電極板２の間の空間に形成され、水素ガスを通過させるための流路溝９とを備え、金属板４に形成され流路溝９の両端部に位置するガス供給穴４ｃ及びガス排出穴４ｄと、ガス供給穴４ｃとガス排出穴４ｄの位置に夫々取り付けられる金属製のブース１０，１１とを備え、ブース１０，１１は、流路溝９に対するガスの供給を行なうガス供給管１２、あるいは流路溝９からのガスの排出を行なうガス排出管を取り付ける横穴１０ｂと、流路溝９とガス供給管１２あるいはガス排出管を連通させるための内部連通路とを備えており、ブース１０，１１を金属板４に対して溶接により結合させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状の固体高分子電解質と、この固体高分子電解質を挟むように両側に配置される第１電極板及び第２電極板と、これら電極板のさらに外側に配置される第１金属板及び第２金属板と、少なくとも一方の金属板と電極板の間の空間に形成されるガスを通過させるための流路溝とを備えた燃料電池セルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
かかる燃料電池セルとして、例えば下記特許文献１，２に開示される燃料電池セルが知られている。この燃料電池セルはアノード側の金属板には、水素ガスを通過させるための流路溝が形成されており、その流路溝の両端部にはガス供給穴とガス排出穴が形成されている。ガス供給管を通じて供給される水素ガスは、金属板に形成されるガス供給穴を介して流路溝に供給され、流路溝を通過した水素ガスはガス排出穴を介してガス排出管へと排出される。一方、カソード側の金属板には空気（酸素）を取り込むための多数の開口孔が形成されている。供給される水素ガスはアノードでの触媒反応によって水素イオン及び電子となり、水素イオンは固体高分子電解質内を移動し、カソードでの触媒反応により酸素と反応して水となる。一方、電子は外部回路を伝わってカソードに移動する。この電子の移動により電気エネルギーが発生することになる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５０００８号公報
【特許文献２】特開２００６−１０７９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のような構成を有する燃料電池セルにおいて、水素ガスのセル内への供給やセル外への排出を行なうために、ガス供給管やガス排出管と燃料電池セル内部の流路溝とを連結する必要がある。また、流路を連結する場合に水素ガスなどの燃料ガスが外部に漏れないような連結機構が必要とされる。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、燃料電池セルに対するガスの供給及び排出を行なうに際してガスの漏れが発生しないようなガス流路の連結機構を備えた燃料電池セルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明に係る燃料電池セルは、
板状の固体高分子電解質と、この固体高分子電解質を挟むように両側に配置される第１電極板及び第２電極板と、これら電極板のさらに外側に配置される第１金属板及び第２金属板と、少なくとも一方の金属板と電極板の間の空間に形成され、ガスを通過させるための流路溝とを備えた燃料電池セルであって、
前記少なくとも一方の金属板に形成され前記流路溝の両端部に位置するガス供給穴及びガス排出穴と、
これらガス供給穴とガス排出穴の位置に夫々取り付けられる金属製の流路連結部材とを備え、
この流路連結部材は、前記流路溝に対するガスの供給を行なうガス供給管、あるいは流路溝からのガスの排出を行なうガス排出管を取り付けるための管取り付け部と、
流路溝とガス供給管あるいはガス排出管を連通させるための内部連通路とを備えており、
この流路連結部材を前記少なくとも一方の金属板に対して溶接により結合させることを特徴とするものである。
【０００７】
この構成による燃料電池セルの作用・効果を説明する。この燃料電池セルは、板状の固体高分子電解質の両側に配置される一対の電極板と、この電極板の更に外側に配置される一対の金属板を備えており、少なくとも一方の金属板と電極板の間の空間にガスを通過させるための流路溝が形成される。金属板はカソード側とアノード側に備えられているが、流路溝はカソード側とアノード側の両方に形成されるか、カソード側とアノード側のいずれか一方に形成されるものであり、燃料電池セルの構造により流路溝の形成される態様が異なることがあるが、本発明においてはかかる態様に限定されるものではない。金属板には、ガス供給穴とガス排出穴が形成されており、このガス供給穴とガス排出穴を連結するように燃料電池セル内部に流路溝が形成される。
【０００８】
流路溝を形成する方法についても特定の方法に限定されるものではなく、金属板の裏面にエッチングや切削加工で溝を形成したり、プレス打ち出し加工などにより流路溝を形成することができる。また、電極板に流路溝を形成する方法を採用してもよい。金属板のガス供給穴とガス排出穴が形成される位置には、金属製の流路連結部材が溶接により結合される。流路連結部材には、ガス供給管あるいはガス排出管を取り付けるための管取り付け部と、内部連通路が設けられており、流路連結部材を介してガス供給管あるいはガス排出管と内部の流路溝とを連結することができる。また、流路連結部材は、金属板に対して溶接により結合されるものであるから、金属板に対して隙間のない形で結合させることができ、例えば、カシメ結合と比較すると良好な結合を行なうことができ、結合箇所からガスが漏れるという恐れがなくなる。その結果、燃料電池セルに対するガスの供給及び排出を行なうに際してガスの漏れが発生しないようなガス流路の連結機構を備えた燃料電池セルを提供することができる。
【０００９】
本発明において、流路連結部材を金属板に対して溶接結合するために、流路連結部材にリング状の突出部を設けていることが好ましい。
【００１０】
リング状の突出部を設けることで、溶接をする際に突出部にエネルギーを集中させることができ、短時間での溶接結合を行なうことができる。これにより、燃料電池セルに対する熱損傷などの悪影響を与えることなく、結合箇所に隙間がない状態で流路連結部材を結合することができる。
【００１１】
本発明において、少なくとも一方の金属板を打ち出し加工することで金属板の裏面側に前記流路溝を形成し、金属板の表面側に表れる前記打ち出し加工による突出部に流路連結部材を結合させることが好ましい。
【００１２】
流路溝を金属板の裏面に形成する場合に、金属板をプレス打ち出し加工することで金属板の裏面側に流路溝を形成することができる。かかる打ち出し加工を行なうと、金属板の表面側に流路溝の形状に対応した突出部が形成される。そこで、この突出部に対して流路連結部材を取り付けるようにすることで、流路溝とガス供給管やガス排出管との連結を簡単に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る燃料電池セルの好適な実施形態を図面を用いて説明する。まず、燃料電池セル（単位セル）の構成について図１〜図４により説明する。図１はアノード側から見た外観斜視図、図２はカソード側から見た外観斜視図である。図３は、図１，２に示す燃料電池セルの内部構造を示す分解斜視図であり、図４は、図１，２に示す燃料電池セルの縦断面図である。
【００１４】
本発明の燃料電池セルは、各図に示すように、板状の固体高分子電解質１と、その固体高分子電解質１の一方側に配置されたアノード側電極板２（第１電極板に相当）と、他方側に配置されたカソード側電極板３（第２電極板に相当）とを備え、これら一対の電極板２，３により固体高分子電解質１が挟持される形となっている。更に、アノード側電極板２の外側にアノード側金属板４（第１金属板に相当）が配置され、カソード側電極板３の外側にカソード側金属板５（第２金属板に相当）が配置される。アノード側金属板４とアノード側電極板２の間に形成される空間に水素ガスを通過させるための後述の流路溝が形成されている。
【００１５】
各金属板４，５の周縁領域４ａ，５ａは、固体高分子電解質１及び電極板２，３を収容した後に、カシメ（プレス曲げ加工に相当）により封止される。また、説明の便宜上、金属板４，５の周縁領域４ａ，５ａ以外の領域を中央領域４ｂ，５ｂと称することにする。カシメ加工を行なう前は、図３に示すように、カソード側金属板５の周縁領域５ａは垂直な立ち曲げ部となっており、これを内側へ倒し込むことによりアノード側金属板４の周縁領域４ａと重ね合わせて封止することができる。この垂直な立ち曲げ部は、絞り加工により形成することができる。
【００１６】
固体高分子電解質１としては、従来の固体高分子膜型電池に用いられるものであれば何れでもよいが、化学的安定性及び導電性の点から、超強酸であるスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる陽イオン交換膜が好適に用いられる。このような陽イオン交換膜としては、ナフィオン（登録商標）が好適に用いられる。その他、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなる多孔質膜に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を含浸させたものや、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜や不織布に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を担持させたものでもよい。
【００１７】
固体高分子電解質１の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、イオン伝導機能、強度、ハンドリング性などを考慮すると、１０〜３００μｍが使用可能であるが、２５〜５０μｍが好ましい。
【００１８】
電極板２，３は、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガスや、酸化ガス及び水蒸気の供給・排出を行なうと同時に、集電の機能を発揮するものが使用できる。電極板２，３としては、同一又は異なるものが使用でき、その基材には電極触媒作用を有する触媒を担持させることが好ましい。触媒は、固体高分子電解質１と接する内面２ｂ，３ｂに少なくとも担持させるのが好ましい。
【００１９】
電極板２，３の電極基材としては、例えば、カーボンペーパー、カーボン繊維不織布などの繊維質カーボン、導電性高分子繊維の集合体などの電導性多孔質材が使用できる。一般に、電極板２，３は、このような電導性多孔質材にフッ素樹脂等の撥水性物質を添加して作製されるものであって、触媒を担持させる場合、白金微粒子などの触媒とフッ素樹脂等の撥水性物質とを混合し、これに溶媒を混合して、ペースト状或いはインク状とした後、これを固体高分子電解質膜と対向すべき電極基材の片面に塗布して形成される。
【００２０】
一般に、電極板２，３や固体高分子電解質１は、燃料電池に供給される還元ガスと酸化ガスに応じた設計がなされる。本発明では、酸化ガスとして空気が用いられると共に、還元ガスとして水素ガスを用いるのが好ましい。
【００２１】
例えば、水素ガスと空気を使用する場合、空気が自然供給される側のカソード側電極板３では、酸素と水素イオンの反応が生じて水が生成するため、かかる電極反応に応じた設計をするのが好ましい。特に、低作動温度、高電流密度及び高ガス利用率の運転条件では、特に水が生成する空気極において水蒸気の凝縮による電極多孔体の閉塞（フラッディング）現象が起こりやすい。したがって、長期にわたって燃料電池の安定な特性を得るためには、フラッディング現象が起こらないように電極の撥水性を確保することが有効である。
【００２２】
触媒としては、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、銀、ニッケル、鉄、銅、コバルト及びモリブデンから選ばれる少なくとも１種の金属か、又はその酸化物が使用でき、これらの触媒をカーボンブラック等に予め担持させたものも使用できる。
【００２３】
電極板２，３の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、電極反応、強度、ハンドリング性などを考慮すると、５０〜５００μｍが好ましい。電極板２，３と固体高分子電解質１とは、予め接着、融着等を行って積層一体化しておいてもよいが、単に積層配置されているだけでもよい。このような積層体は、薄膜電極組立体Ｍ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）として入手することもでき、これを使用してもよい。
【００２４】
アノード側電極板２の表面にはアノード側金属板４が配置され、カソード側電極板３の表面にはカソード側金属板５が配置される。アノード側金属板４には燃料ガスである水素ガスのガス供給穴４ｃ及びガス排出穴４ｄが設けられ、更に本実施形態では、アノード側金属板４の内側に水素ガスを通過させるための流路溝９（図４参照）が一体形成されている。
【００２５】
カソード側金属板５には、空気中の酸素を供給するための多数の開口孔５ｃが設けられている。開口孔５ｃは、カソード側電極板３が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。但し、空気中の酸素の供給効率と、カソード側電極板３からの集電効果などを考慮すると、開口孔５ｃの面積はカソード側電極板３の面積の１０〜５０％であるのが好ましく、特に２０〜４０％であるのが好ましい。カソード側金属板５の開口孔５ｃは、例えば、規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開口孔５ｃを設けてもよい。
【００２６】
金属板４，５としては、電極反応に悪影響がないものであれば何れの金属も使用でき、例えばステンレス板、ニッケル、銅、銅合金などが挙げられる。但し、伸び、重量、弾性率、強度、耐腐食性、プレス加工性、エッチング加工性などの観点から、ステンレス板、ニッケルなどが好ましい。
【００２７】
アノード側金属板４に設けられる流路溝９は、アノード側電極板２との接触により水素ガス等の流路が形成できるものであれば何れの平面形状や断面形状でもよい。本実施形態では、ガス供給穴４ｃとガス排出穴４ｄとを流路溝９により接続しており、その流路溝９は、金属板４の幅方向に沿って周期的に折り返すジグザグ状に形成されている。流路溝９は、幅が広い横方向の溝（長辺方向）と幅が狭い縦方向の溝（短辺方向）とで構成されている。流路密度、燃料電池セル積層時の積層密度、屈曲性などを考慮して、種々の形態の流路溝９を採用することができ、図示の形態に限定されるものではない。
【００２８】
なお、このような金属板４に形成される流路溝９の一部を電極板２の外面に形成してもよい。電極板２の外面に流路溝を形成する方法としては、加熱プレスや切削などの機械的な方法でもよいが、微細加工を好適に行う上で、レーザ照射によって溝加工を行うことが好ましい。レーザ照射を行う観点からも、電極板２，３の基材としては、繊維質カーボンの集合体が好ましい。
【００２９】
金属板４の流路溝９に連通するガス供給穴４ｃ及びガス排出穴４ｄは、図示ではそれぞれ１個であるが、それぞれ複数を形成することもできる。なお、金属板４，５の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、強度、伸び、重量、弾性率、ハンドリング性などを考慮すると、０．１〜１ｍｍが好ましい。
【００３０】
金属板４に流路溝９を形成する方法としては、金属板に対してプレス加工（打ち出し加工）を行うことで形成することができる。すなわち、図３に示す金属板４において裏面側からプレス打ち出し加工を行うことで、各図に示すように金属板４の裏面側に流路溝９を形成することができる。また、打ち出し加工により流路溝９を形成するので、各図に示すように金属板４の表面側には、流路溝９と同じ形状が表れる。すなわち、幅広の流路溝９に対応して幅広の突出部４ｆ、幅狭の流路溝９に対応して幅狭の突出部４ｅ、ガス供給穴４ｃやガス排出穴４ｄの周囲にも幅広の突出部４ｇが表れる。流路溝９の断面形状は、略四角形、略台形、略半円形、Ｖ字形などが好ましい。
【００３１】
金属板５への開口孔５ｃの形成、金属板４へのガス供給穴４ｃ及びガス排出穴４ｄの形成についても、プレス加工（プレス打ち抜き加工）を利用して行われる。さらに、金属板４，５には、同じくプレス加工（打ち出し加工）を利用して、中央領域４ｂ，５ｂに凹部が形成される。この凹部は、図４に示すように、薄膜電極組成体Ｍを構成する電極板２，３を収容するための凹部である。従って、凹部の面積は、収容される電極板２，３の大きさに応じて加工される。
【００３２】
本発明では、金属板４，５の周縁領域４ａ，５ａは、電気的に絶縁した状態でカシメにより封止されている。電気的な絶縁は、絶縁シート（絶縁層に相当）を用いて行うが、固体高分子電解質１の周縁領域１ａを介在させることで行うこともできる。
【００３３】
カソード側金属板５には、図３に示すようにリング状（額縁状）の絶縁シート６が周縁領域５ａに配置される。絶縁シート６の外側の縁は金属板５の縁とほぼ同じ大きさに設定され、内側の縁は、多数の開口孔５ｃが形成される領域（あるいは、電極板３の大きさより少し大きなサイズ）よりも少し大きなサイズに設定される。金属板５の周縁領域５ａに予め絶縁シート６を貼り付けておき、その状態で周縁領域５ａを垂直に立ち曲げる加工が行なわれる。
【００３４】
アノード側金属板４にも、図１に示すようにリング状（額縁状）の絶縁シート７が周縁領域４ａの表裏両面に配置される。この表裏両面の絶縁シート７のサイズは同じである。絶縁シート７の外側の縁は金属板４の縁とほぼ同じ大きさに設定され、内側の縁は、電極板２よりも少し大きなサイズに設定される。この絶縁シート７も予め金属板４に貼り付けておくことができる。
【００３５】
固体高分子電解質１は、電極板２，３の大きさよりも少し大きくなっており、図４に示すように、電極板２，３から露出した状態にある周縁領域１ａが、絶縁シート１１，１２により挟持されるように組み立てられる。
【００３６】
すなわち、本発明では、カシメ封止を行う際、電極板２，３よりも外側の領域にある固体高分子電解質１の周縁領域１ａを絶縁シート６，７を介して、周縁領域４ａ，５ａにより挟持した状態とする。このような構造によると、電極板２，３の一方から他方へのガス等の流入を効果的に防止することができる。また、金属板４の表面側にも絶縁シート７が設けられており、カシメ封止した際に、絶縁性能を確実に確保した状態で封止することができる。
【００３７】
絶縁シート６，７としては、シート状の樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマー、セラミックスなどが使用できるが、シール性を高める上で、樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマーなどが好ましい。絶縁シート６，７は、金属板４，５を所定の形状に加工する前に、直接あるいは粘着剤を介して貼着したり、塗布したりして、予め金属板４，５に一体化しておくことができる。
【００３８】
カシメ構造としては、シール性や製造の容易性、厚み等の観点から図４に示すものが好ましい。つまり、一方のカソード側金属板５の周縁領域５ａを他方のアノード側金属板４の周縁領域４ａより大きくしておき、絶縁シート６，７を介在させつつ、カソード側金属板５の周縁領域５ａをアノード側金属板４の周縁領域４ａを挟圧するように折り返したカシメ構造が好ましい。このようなカシメ封止を行うための製造方法及び製造設備については、例えば、本出願人による特開２００６−８６０４１号公報に開示される技術を用いることができる。
【００３９】
燃料電池として使用の際、金属板４のガス供給穴４ｃ及びガス排出穴４ｄには、直接、燃料供給用のパイプを接合することも可能であるが、水素ガスの漏れを防止するために、ブース１０及びブース１１（これらは流路連結部材に相当）が取り付けられる。ブース１０及びブース１１は同じ形状であるので、ガス供給穴４ｃに対して取り付けられるブース１０について代表して説明する。
【００４０】
ブース１０は、外観形状が直方体もしくは立方体（円筒形でもよい）の本体部１０ａを有しており、金属パイプ１２（ガス供給管に相当）が圧入される横穴１０ｂ（管取り付け部に相当）と、ブース１０の軸中心に位置する縦穴１０ｃが形成され、これら横穴１０ａと縦穴１０ｃは水素ガスを通過させるための内部連通路として機能する。また、ブース１０の底面にはリング状の突出部１０ｄが一体形成されている。金属パイプ１２に対しては更に柔軟性を有する樹脂製パイプ１３（これもガス供給管に相当）が挿入される。
【００４１】
ブース１０は、金属製であり、例えば、ステンレス、真鍮、銅のような金属材料により製作することができ、金属板４の突出部４ｇに対して抵抗溶接により結合される。抵抗溶接を行ないやすくするために、ブース１０の底面には前述の突出部１０ｄが形成されている。突出部１０ｄは幅の狭いリング状であり、電圧印加時のエネルギーが集中しやすいようにしている。抵抗溶接を行うときにはパルス状の電圧を数ｍｓ〜１０ｍｓ程度の時間で印加することにより、短時間でブース１０を金属板４に対して結合させることができ、溶接による熱損傷を防止することができる。また、溶接によりブース１０を結合することで、ブース１０の結合箇所から水素ガスが漏れることを防止することができる。
【００４２】
ブース１０の寸法例について説明する。ブース１０の高さは１．６ｍｍ、平面視における大きさは４ｍｍ×４ｍｍ、突出部１０ｄの大きさはφ１．６ｍｍ、突出高さは０．１〜０．３ｍｍ、リング幅は０．１〜０．２ｍｍ程度が好ましい。また内部連通路を形成する横穴１０ｂ及び縦穴１０ｃの大きさは、φ０．５〜１．２ｍｍ程度とするのが好ましい。
【００４３】
燃料電池セルを構成する部材である金属板４，５及び固体高分子電解質１は、矩形状に形成されているが、その四隅はＲ形状に形成されている。四隅にＲをつけることで後述するカシメ封止加工を行い易い形状にしている。
【００４４】
燃料電池を構成する場合、各図に示すような燃料電池セルを１個又は複数個使用することができるが、固体高分子電解質１、一対の電極板２，３、及び一対の金属板４，５で単位セルを構成し、この単位セルを複数積層したり、同一面に配列して使用することも可能である。このようにすると、ボルト及びナットの締結部品で相互結合して、セル部品に一定の圧力を加えなくても、高出力の燃料電池を提供することができる。
【００４５】
また、図示するような燃料電池セルを平面的に並べて直列接続することで、厚みを抑えた燃料電池を構成することができる。かかる場合に、前述のようなブース１０，１１を用いることで、全体の高さを抑制しつつ、隣接する燃料電池セル同士の流路溝９を連結させることができる。横穴１０ｂは、ブース１０，１１の側面に形成されているので、隣接する燃料電池セルの流路溝９をパイプ１２，１３で接続する場合に、厚みを抑制しながら接続することができる。
【００４６】
＜セルユニットの構成例＞
図６は、燃料電池セルを複数接続したセルユニットの構成例を示す図である。このセルユニットは、４つの燃料電池セルＳを平面的に並べた上で直列接続したものである。また、水素ガスの流路に関しても直列接続されている。燃料電池セルどうしは、金属製の接続部材２０を用いて電気的に接続され、隣接する燃料電池セルＳのアノードとカソードが接続される。接続部材２０は、スポット状の溶接エリア２０ａにおいて抵抗溶接により、金属板４，５に対して結合される。両端の燃料電池セルＳに結合される接続部材２０には、端子部２０ｂが形成されており、不図示の回路基板に接続される。
【００４７】
また、隣接する燃料電池セルＳのブース１０，１１が金属パイプ１２と樹脂製パイプ１３により接続され、水素ガスの流路が直列接続されることになる。水素ガスの供給は、図示の左側の燃料電池セルＳのブース１０を介して行なわれ、最終的には、一番右側の燃料電池セルＳのブース１１を介して排出される。水素ガスは、不図示の水素ガス発生ユニットから供給される。
【００４８】
＜別実施形態＞
燃料電池セルの構成は図１〜５に示す構造のものに限定されるものではない。例えば、カソード側金属板５は空気を取り込むための開口孔５ｃを多数有する形状をしているが、カソード側金属板５をアノード側金属板４と同様の形状に形成してもよい。この場合は、アノード側金属板４にもブースが取り付けられることになる。
【００４９】
本実施形態では、カソード側金属板５の周縁領域５ａを折り曲げてカシメ封止しているが、アノード側金属板４の周縁領域４ａを折り曲げてカシメ封止してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】燃料電池セルのアノード側の外観を示す斜視図
【図２】燃料電池セルのカソード側の外観を示す斜視図
【図３】燃料電池セルの内部構造を示す分解斜視図
【図４】燃料電池セルの内部構造を示す組立断面図
【図５】ブースの構成を示す図
【図６】セルユニットの構成例を示す図
【符号の説明】
【００５１】
１ 固体高分子電解質
１ａ 周縁領域
２ アノード側電極板（第１電極板）
３ カソード側電極板（第２電極板）
４ アノード側金属板（第１金属板）
４ａ 周縁領域
４ｂ 中央領域
４ｃ ガス供給穴
４ｄ ガス排出穴
４ｅ，４ｆ，４ｇ 突出部
５ カソード側金属板（第２金属板）
５ａ 周縁領域
５ｂ 中央領域
５ｃ 開口孔
９ 流路溝
１０，１１ ブース
１０ａ 本体部
１０ｂ 横穴
１０ｃ 縦穴
１０ｄ 突出部
１２ 金属パイプ
１３ 樹脂性パイプ
Ｍ 薄膜電極組成体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状の固体高分子電解質と、この固体高分子電解質を挟むように両側に配置される第１電極板及び第２電極板と、これら電極板のさらに外側に配置される第１金属板及び第２金属板と、少なくとも一方の金属板と電極板の間の空間に形成されるガスを通過させるための流路溝とを備えた燃料電池セルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
かかる燃料電池セルとして、例えば下記特許文献１，２に開示される燃料電池セルが知られている。この燃料電池セルはアノード側の金属板には、水素ガスを通過させるための流路溝が形成されており、その流路溝の両端部にはガス供給穴とガス排出穴が形成されている。ガス供給管を通じて供給される水素ガスは、金属板に形成されるガス供給穴を介して流路溝に供給され、流路溝を通過した水素ガスはガス排出穴を介してガス排出管へと排出される。一方、カソード側の金属板には空気（酸素）を取り込むための多数の開口孔が形成されている。供給される水素ガスはアノードでの触媒反応によって水素イオン及び電子となり、水素イオンは固体高分子電解質内を移動し、カソードでの触媒反応により酸素と反応して水となる。一方、電子は外部回路を伝わってカソードに移動する。この電子の移動により電気エネルギーが発生することになる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５０００８号公報
【特許文献２】特開２００６−１０７９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のような構成を有する燃料電池セルにおいて、水素ガスのセル内への供給やセル外への排出を行なうために、ガス供給管やガス排出管と燃料電池セル内部の流路溝とを連結する必要がある。また、流路を連結する場合に水素ガスなどの燃料ガスが外部に漏れないような連結機構が必要とされる。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、燃料電池セルに対するガスの供給及び排出を行なうに際してガスの漏れが発生しないようなガス流路の連結機構を備えた燃料電池セルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明に係る燃料電池セルは、
板状の固体高分子電解質と、この固体高分子電解質を挟むように両側に配置される第１電極板及び第２電極板と、これら電極板のさらに外側に配置される第１金属板及び第２金属板と、少なくとも一方の金属板と電極板の間の空間に形成され、ガスを通過させるための流路溝とを備えた燃料電池セルであって、
前記少なくとも一方の金属板に形成され前記流路溝の両端部に位置するガス供給穴及びガス排出穴と、
これらガス供給穴とガス排出穴の位置に夫々取り付けられる金属製の流路連結部材とを備え、
この流路連結部材は、前記流路溝に対するガスの供給を行なうガス供給管、あるいは流路溝からのガスの排出を行なうガス排出管を取り付けるための管取り付け部と、
流路溝とガス供給管あるいはガス排出管を連通させるための内部連通路とを備えており、
この流路連結部材を前記少なくとも一方の金属板に対して溶接により結合させることを特徴とするものである。
【０００７】
この構成による燃料電池セルの作用・効果を説明する。この燃料電池セルは、板状の固体高分子電解質の両側に配置される一対の電極板と、この電極板の更に外側に配置される一対の金属板を備えており、少なくとも一方の金属板と電極板の間の空間にガスを通過させるための流路溝が形成される。金属板はカソード側とアノード側に備えられているが、流路溝はカソード側とアノード側の両方に形成されるか、カソード側とアノード側のいずれか一方に形成されるものであり、燃料電池セルの構造により流路溝の形成される態様が異なることがあるが、本発明においてはかかる態様に限定されるものではない。金属板には、ガス供給穴とガス排出穴が形成されており、このガス供給穴とガス排出穴を連結するように燃料電池セル内部に流路溝が形成される。
【０００８】
流路溝を形成する方法についても特定の方法に限定されるものではなく、金属板の裏面にエッチングや切削加工で溝を形成したり、プレス打ち出し加工などにより流路溝を形成することができる。また、電極板に流路溝を形成する方法を採用してもよい。金属板のガス供給穴とガス排出穴が形成される位置には、金属製の流路連結部材が溶接により結合される。流路連結部材には、ガス供給管あるいはガス排出管を取り付けるための管取り付け部と、内部連通路が設けられており、流路連結部材を介してガス供給管あるいはガス排出管と内部の流路溝とを連結することができる。また、流路連結部材は、金属板に対して溶接により結合されるものであるから、金属板に対して隙間のない形で結合させることができ、例えば、カシメ結合と比較すると良好な結合を行なうことができ、結合箇所からガスが漏れるという恐れがなくなる。その結果、燃料電池セルに対するガスの供給及び排出を行なうに際してガスの漏れが発生しないようなガス流路の連結機構を備えた燃料電池セルを提供することができる。
【０００９】
本発明において、流路連結部材を金属板に対して溶接結合するために、流路連結部材にリング状の突出部を設けていることが好ましい。
【００１０】
リング状の突出部を設けることで、溶接をする際に突出部にエネルギーを集中させることができ、短時間での溶接結合を行なうことができる。これにより、燃料電池セルに対する熱損傷などの悪影響を与えることなく、結合箇所に隙間がない状態で流路連結部材を結合することができる。
【００１１】
本発明において、少なくとも一方の金属板を打ち出し加工することで金属板の裏面側に前記流路溝を形成し、金属板の表面側に表れる前記打ち出し加工による突出部に流路連結部材を結合させることが好ましい。
【００１２】
流路溝を金属板の裏面に形成する場合に、金属板をプレス打ち出し加工することで金属板の裏面側に流路溝を形成することができる。かかる打ち出し加工を行なうと、金属板の表面側に流路溝の形状に対応した突出部が形成される。そこで、この突出部に対して流路連結部材を取り付けるようにすることで、流路溝とガス供給管やガス排出管との連結を簡単に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る燃料電池セルの好適な実施形態を図面を用いて説明する。まず、燃料電池セル（単位セル）の構成について図１〜図４により説明する。図１はアノード側から見た外観斜視図、図２はカソード側から見た外観斜視図である。図３は、図１，２に示す燃料電池セルの内部構造を示す分解斜視図であり、図４は、図１，２に示す燃料電池セルの縦断面図である。
【００１４】
本発明の燃料電池セルは、各図に示すように、板状の固体高分子電解質１と、その固体高分子電解質１の一方側に配置されたアノード側電極板２（第１電極板に相当）と、他方側に配置されたカソード側電極板３（第２電極板に相当）とを備え、これら一対の電極板２，３により固体高分子電解質１が挟持される形となっている。更に、アノード側電極板２の外側にアノード側金属板４（第１金属板に相当）が配置され、カソード側電極板３の外側にカソード側金属板５（第２金属板に相当）が配置される。アノード側金属板４とアノード側電極板２の間に形成される空間に水素ガスを通過させるための後述の流路溝が形成されている。
【００１５】
各金属板４，５の周縁領域４ａ，５ａは、固体高分子電解質１及び電極板２，３を収容した後に、カシメ（プレス曲げ加工に相当）により封止される。また、説明の便宜上、金属板４，５の周縁領域４ａ，５ａ以外の領域を中央領域４ｂ，５ｂと称することにする。カシメ加工を行なう前は、図３に示すように、カソード側金属板５の周縁領域５ａは垂直な立ち曲げ部となっており、これを内側へ倒し込むことによりアノード側金属板４の周縁領域４ａと重ね合わせて封止することができる。この垂直な立ち曲げ部は、絞り加工により形成することができる。
【００１６】
固体高分子電解質１としては、従来の固体高分子膜型電池に用いられるものであれば何れでもよいが、化学的安定性及び導電性の点から、超強酸であるスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる陽イオン交換膜が好適に用いられる。このような陽イオン交換膜としては、ナフィオン（登録商標）が好適に用いられる。その他、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなる多孔質膜に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を含浸させたものや、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜や不織布に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を担持させたものでもよい。
【００１７】
固体高分子電解質１の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、イオン伝導機能、強度、ハンドリング性などを考慮すると、１０〜３００μｍが使用可能であるが、２５〜５０μｍが好ましい。
【００１８】
電極板２，３は、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガスや、酸化ガス及び水蒸気の供給・排出を行なうと同時に、集電の機能を発揮するものが使用できる。電極板２，３としては、同一又は異なるものが使用でき、その基材には電極触媒作用を有する触媒を担持させることが好ましい。触媒は、固体高分子電解質１と接する内面２ｂ，３ｂに少なくとも担持させるのが好ましい。
【００１９】
電極板２，３の電極基材としては、例えば、カーボンペーパー、カーボン繊維不織布などの繊維質カーボン、導電性高分子繊維の集合体などの電導性多孔質材が使用できる。一般に、電極板２，３は、このような電導性多孔質材にフッ素樹脂等の撥水性物質を添加して作製されるものであって、触媒を担持させる場合、白金微粒子などの触媒とフッ素樹脂等の撥水性物質とを混合し、これに溶媒を混合して、ペースト状或いはインク状とした後、これを固体高分子電解質膜と対向すべき電極基材の片面に塗布して形成される。
【００２０】
一般に、電極板２，３や固体高分子電解質１は、燃料電池に供給される還元ガスと酸化ガスに応じた設計がなされる。本発明では、酸化ガスとして空気が用いられると共に、還元ガスとして水素ガスを用いるのが好ましい。
【００２１】
例えば、水素ガスと空気を使用する場合、空気が自然供給される側のカソード側電極板３では、酸素と水素イオンの反応が生じて水が生成するため、かかる電極反応に応じた設計をするのが好ましい。特に、低作動温度、高電流密度及び高ガス利用率の運転条件では、特に水が生成する空気極において水蒸気の凝縮による電極多孔体の閉塞（フラッディング）現象が起こりやすい。したがって、長期にわたって燃料電池の安定な特性を得るためには、フラッディング現象が起こらないように電極の撥水性を確保することが有効である。
【００２２】
触媒としては、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、銀、ニッケル、鉄、銅、コバルト及びモリブデンから選ばれる少なくとも１種の金属か、又はその酸化物が使用でき、これらの触媒をカーボンブラック等に予め担持させたものも使用できる。
【００２３】
電極板２，３の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、電極反応、強度、ハンドリング性などを考慮すると、５０〜５００μｍが好ましい。電極板２，３と固体高分子電解質１とは、予め接着、融着等を行って積層一体化しておいてもよいが、単に積層配置されているだけでもよい。このような積層体は、薄膜電極組立体Ｍ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）として入手することもでき、これを使用してもよい。
【００２４】
アノード側電極板２の表面にはアノード側金属板４が配置され、カソード側電極板３の表面にはカソード側金属板５が配置される。アノード側金属板４には燃料ガスである水素ガスのガス供給穴４ｃ及びガス排出穴４ｄが設けられ、更に本実施形態では、アノード側金属板４の内側に水素ガスを通過させるための流路溝９（図４参照）が一体形成されている。
【００２５】
カソード側金属板５には、空気中の酸素を供給するための多数の開口孔５ｃが設けられている。開口孔５ｃは、カソード側電極板３が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。但し、空気中の酸素の供給効率と、カソード側電極板３からの集電効果などを考慮すると、開口孔５ｃの面積はカソード側電極板３の面積の１０〜５０％であるのが好ましく、特に２０〜４０％であるのが好ましい。カソード側金属板５の開口孔５ｃは、例えば、規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開口孔５ｃを設けてもよい。
【００２６】
金属板４，５としては、電極反応に悪影響がないものであれば何れの金属も使用でき、例えばステンレス板、ニッケル、銅、銅合金などが挙げられる。但し、伸び、重量、弾性率、強度、耐腐食性、プレス加工性、エッチング加工性などの観点から、ステンレス板、ニッケルなどが好ましい。
【００２７】
アノード側金属板４に設けられる流路溝９は、アノード側電極板２との接触により水素ガス等の流路が形成できるものであれば何れの平面形状や断面形状でもよい。本実施形態では、ガス供給穴４ｃとガス排出穴４ｄとを流路溝９により接続しており、その流路溝９は、金属板４の幅方向に沿って周期的に折り返すジグザグ状に形成されている。流路溝９は、幅が広い横方向の溝（長辺方向）と幅が狭い縦方向の溝（短辺方向）とで構成されている。流路密度、燃料電池セル積層時の積層密度、屈曲性などを考慮して、種々の形態の流路溝９を採用することができ、図示の形態に限定されるものではない。
【００２８】
なお、このような金属板４に形成される流路溝９の一部を電極板２の外面に形成してもよい。電極板２の外面に流路溝を形成する方法としては、加熱プレスや切削などの機械的な方法でもよいが、微細加工を好適に行う上で、レーザ照射によって溝加工を行うことが好ましい。レーザ照射を行う観点からも、電極板２，３の基材としては、繊維質カーボンの集合体が好ましい。
【００２９】
金属板４の流路溝９に連通するガス供給穴４ｃ及びガス排出穴４ｄは、図示ではそれぞれ１個であるが、それぞれ複数を形成することもできる。なお、金属板４，５の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、強度、伸び、重量、弾性率、ハンドリング性などを考慮すると、０．１〜１ｍｍが好ましい。
【００３０】
金属板４に流路溝９を形成する方法としては、金属板に対してプレス加工（打ち出し加工）を行うことで形成することができる。すなわち、図３に示す金属板４において裏面側からプレス打ち出し加工を行うことで、各図に示すように金属板４の裏面側に流路溝９を形成することができる。また、打ち出し加工により流路溝９を形成するので、各図に示すように金属板４の表面側には、流路溝９と同じ形状が表れる。すなわち、幅広の流路溝９に対応して幅広の突出部４ｆ、幅狭の流路溝９に対応して幅狭の突出部４ｅ、ガス供給穴４ｃやガス排出穴４ｄの周囲にも幅広の突出部４ｇが表れる。流路溝９の断面形状は、略四角形、略台形、略半円形、Ｖ字形などが好ましい。
【００３１】
金属板５への開口孔５ｃの形成、金属板４へのガス供給穴４ｃ及びガス排出穴４ｄの形成についても、プレス加工（プレス打ち抜き加工）を利用して行われる。さらに、金属板４，５には、同じくプレス加工（打ち出し加工）を利用して、中央領域４ｂ，５ｂに凹部が形成される。この凹部は、図４に示すように、薄膜電極組成体Ｍを構成する電極板２，３を収容するための凹部である。従って、凹部の面積は、収容される電極板２，３の大きさに応じて加工される。
【００３２】
本発明では、金属板４，５の周縁領域４ａ，５ａは、電気的に絶縁した状態でカシメにより封止されている。電気的な絶縁は、絶縁シート（絶縁層に相当）を用いて行うが、固体高分子電解質１の周縁領域１ａを介在させることで行うこともできる。
【００３３】
カソード側金属板５には、図３に示すようにリング状（額縁状）の絶縁シート６が周縁領域５ａに配置される。絶縁シート６の外側の縁は金属板５の縁とほぼ同じ大きさに設定され、内側の縁は、多数の開口孔５ｃが形成される領域（あるいは、電極板３の大きさより少し大きなサイズ）よりも少し大きなサイズに設定される。金属板５の周縁領域５ａに予め絶縁シート６を貼り付けておき、その状態で周縁領域５ａを垂直に立ち曲げる加工が行なわれる。
【００３４】
アノード側金属板４にも、図１に示すようにリング状（額縁状）の絶縁シート７が周縁領域４ａの表裏両面に配置される。この表裏両面の絶縁シート７のサイズは同じである。絶縁シート７の外側の縁は金属板４の縁とほぼ同じ大きさに設定され、内側の縁は、電極板２よりも少し大きなサイズに設定される。この絶縁シート７も予め金属板４に貼り付けておくことができる。
【００３５】
固体高分子電解質１は、電極板２，３の大きさよりも少し大きくなっており、図４に示すように、電極板２，３から露出した状態にある周縁領域１ａが、絶縁シート１１，１２により挟持されるように組み立てられる。
【００３６】
すなわち、本発明では、カシメ封止を行う際、電極板２，３よりも外側の領域にある固体高分子電解質１の周縁領域１ａを絶縁シート６，７を介して、周縁領域４ａ，５ａにより挟持した状態とする。このような構造によると、電極板２，３の一方から他方へのガス等の流入を効果的に防止することができる。また、金属板４の表面側にも絶縁シート７が設けられており、カシメ封止した際に、絶縁性能を確実に確保した状態で封止することができる。
【００３７】
絶縁シート６，７としては、シート状の樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマー、セラミックスなどが使用できるが、シール性を高める上で、樹脂、ゴム、熱可塑性エラストマーなどが好ましい。絶縁シート６，７は、金属板４，５を所定の形状に加工する前に、直接あるいは粘着剤を介して貼着したり、塗布したりして、予め金属板４，５に一体化しておくことができる。
【００３８】
カシメ構造としては、シール性や製造の容易性、厚み等の観点から図４に示すものが好ましい。つまり、一方のカソード側金属板５の周縁領域５ａを他方のアノード側金属板４の周縁領域４ａより大きくしておき、絶縁シート６，７を介在させつつ、カソード側金属板５の周縁領域５ａをアノード側金属板４の周縁領域４ａを挟圧するように折り返したカシメ構造が好ましい。このようなカシメ封止を行うための製造方法及び製造設備については、例えば、本出願人による特開２００６−８６０４１号公報に開示される技術を用いることができる。
【００３９】
燃料電池として使用の際、金属板４のガス供給穴４ｃ及びガス排出穴４ｄには、直接、燃料供給用のパイプを接合することも可能であるが、水素ガスの漏れを防止するために、ブース１０及びブース１１（これらは流路連結部材に相当）が取り付けられる。ブース１０及びブース１１は同じ形状であるので、ガス供給穴４ｃに対して取り付けられるブース１０について代表して説明する。
【００４０】
ブース１０は、外観形状が直方体もしくは立方体（円筒形でもよい）の本体部１０ａを有しており、金属パイプ１２（ガス供給管に相当）が圧入される横穴１０ｂ（管取り付け部に相当）と、ブース１０の軸中心に位置する縦穴１０ｃが形成され、これら横穴１０ａと縦穴１０ｃは水素ガスを通過させるための内部連通路として機能する。また、ブース１０の底面にはリング状の突出部１０ｄが一体形成されている。金属パイプ１２に対しては更に柔軟性を有する樹脂製パイプ１３（これもガス供給管に相当）が挿入される。
【００４１】
ブース１０は、金属製であり、例えば、ステンレス、真鍮、銅のような金属材料により製作することができ、金属板４の突出部４ｇに対して抵抗溶接により結合される。抵抗溶接を行ないやすくするために、ブース１０の底面には前述の突出部１０ｄが形成されている。突出部１０ｄは幅の狭いリング状であり、電圧印加時のエネルギーが集中しやすいようにしている。抵抗溶接を行うときにはパルス状の電圧を数ｍｓ〜１０ｍｓ程度の時間で印加することにより、短時間でブース１０を金属板４に対して結合させることができ、溶接による熱損傷を防止することができる。また、溶接によりブース１０を結合することで、ブース１０の結合箇所から水素ガスが漏れることを防止することができる。
【００４２】
ブース１０の寸法例について説明する。ブース１０の高さは１．６ｍｍ、平面視における大きさは４ｍｍ×４ｍｍ、突出部１０ｄの大きさはφ１．６ｍｍ、突出高さは０．１〜０．３ｍｍ、リング幅は０．１〜０．２ｍｍ程度が好ましい。また内部連通路を形成する横穴１０ｂ及び縦穴１０ｃの大きさは、φ０．５〜１．２ｍｍ程度とするのが好ましい。
【００４３】
燃料電池セルを構成する部材である金属板４，５及び固体高分子電解質１は、矩形状に形成されているが、その四隅はＲ形状に形成されている。四隅にＲをつけることで後述するカシメ封止加工を行い易い形状にしている。
【００４４】
燃料電池を構成する場合、各図に示すような燃料電池セルを１個又は複数個使用することができるが、固体高分子電解質１、一対の電極板２，３、及び一対の金属板４，５で単位セルを構成し、この単位セルを複数積層したり、同一面に配列して使用することも可能である。このようにすると、ボルト及びナットの締結部品で相互結合して、セル部品に一定の圧力を加えなくても、高出力の燃料電池を提供することができる。
【００４５】
また、図示するような燃料電池セルを平面的に並べて直列接続することで、厚みを抑えた燃料電池を構成することができる。かかる場合に、前述のようなブース１０，１１を用いることで、全体の高さを抑制しつつ、隣接する燃料電池セル同士の流路溝９を連結させることができる。横穴１０ｂは、ブース１０，１１の側面に形成されているので、隣接する燃料電池セルの流路溝９をパイプ１２，１３で接続する場合に、厚みを抑制しながら接続することができる。
【００４６】
＜セルユニットの構成例＞
図６は、燃料電池セルを複数接続したセルユニットの構成例を示す図である。このセルユニットは、４つの燃料電池セルＳを平面的に並べた上で直列接続したものである。また、水素ガスの流路に関しても直列接続されている。燃料電池セルどうしは、金属製の接続部材２０を用いて電気的に接続され、隣接する燃料電池セルＳのアノードとカソードが接続される。接続部材２０は、スポット状の溶接エリア２０ａにおいて抵抗溶接により、金属板４，５に対して結合される。両端の燃料電池セルＳに結合される接続部材２０には、端子部２０ｂが形成されており、不図示の回路基板に接続される。
【００４７】
また、隣接する燃料電池セルＳのブース１０，１１が金属パイプ１２と樹脂製パイプ１３により接続され、水素ガスの流路が直列接続されることになる。水素ガスの供給は、図示の左側の燃料電池セルＳのブース１０を介して行なわれ、最終的には、一番右側の燃料電池セルＳのブース１１を介して排出される。水素ガスは、不図示の水素ガス発生ユニットから供給される。
【００４８】
＜別実施形態＞
燃料電池セルの構成は図１〜５に示す構造のものに限定されるものではない。例えば、カソード側金属板５は空気を取り込むための開口孔５ｃを多数有する形状をしているが、カソード側金属板５をアノード側金属板４と同様の形状に形成してもよい。この場合は、アノード側金属板４にもブースが取り付けられることになる。
【００４９】
本実施形態では、カソード側金属板５の周縁領域５ａを折り曲げてカシメ封止しているが、アノード側金属板４の周縁領域４ａを折り曲げてカシメ封止してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】燃料電池セルのアノード側の外観を示す斜視図
【図２】燃料電池セルのカソード側の外観を示す斜視図
【図３】燃料電池セルの内部構造を示す分解斜視図
【図４】燃料電池セルの内部構造を示す組立断面図
【図５】ブースの構成を示す図
【図６】セルユニットの構成例を示す図
【符号の説明】
【００５１】
１ 固体高分子電解質
１ａ 周縁領域
２ アノード側電極板（第１電極板）
３ カソード側電極板（第２電極板）
４ アノード側金属板（第１金属板）
４ａ 周縁領域
４ｂ 中央領域
４ｃ ガス供給穴
４ｄ ガス排出穴
４ｅ，４ｆ，４ｇ 突出部
５ カソード側金属板（第２金属板）
５ａ 周縁領域
５ｂ 中央領域
５ｃ 開口孔
９ 流路溝
１０，１１ ブース
１０ａ 本体部
１０ｂ 横穴
１０ｃ 縦穴
１０ｄ 突出部
１２ 金属パイプ
１３ 樹脂性パイプ
Ｍ 薄膜電極組成体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の固体高分子電解質と、この固体高分子電解質を挟むように両側に配置される第１電極板及び第２電極板と、これら電極板のさらに外側に配置される第１金属板及び第２金属板と、少なくとも一方の金属板と電極板の間の空間に形成され、ガスを通過させるための流路溝とを備えた燃料電池セルであって、
前記少なくとも一方の金属板に形成され前記流路溝の両端部に位置するガス供給穴及びガス排出穴と、
これらガス供給穴とガス排出穴の位置に夫々取り付けられる金属製の流路連結部材とを備え、
この流路連結部材は、前記流路溝に対するガスの供給を行なうガス供給管、あるいは流路溝からのガスの排出を行なうガス排出管を取り付けるための管取り付け部と、
流路溝とガス供給管あるいはガス排出管を連通させるための内部連通路とを備えており、
この流路連結部材を前記少なくとも一方の金属板に対して溶接により結合させることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
流路連結部材を金属板に対して溶接結合するために、流路連結部材にリング状の突出部を設けていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項３】
前記少なくとも一方の金属板を打ち出し加工することで金属板の裏面側に前記流路溝を形成し、金属板の表面側に表れる前記打ち出し加工による突出部に流路連結部材を結合させることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池セル。
【請求項１】
板状の固体高分子電解質と、この固体高分子電解質を挟むように両側に配置される第１電極板及び第２電極板と、これら電極板のさらに外側に配置される第１金属板及び第２金属板と、少なくとも一方の金属板と電極板の間の空間に形成され、ガスを通過させるための流路溝とを備えた燃料電池セルであって、
前記少なくとも一方の金属板に形成され前記流路溝の両端部に位置するガス供給穴及びガス排出穴と、
これらガス供給穴とガス排出穴の位置に夫々取り付けられる金属製の流路連結部材とを備え、
この流路連結部材は、前記流路溝に対するガスの供給を行なうガス供給管、あるいは流路溝からのガスの排出を行なうガス排出管を取り付けるための管取り付け部と、
流路溝とガス供給管あるいはガス排出管を連通させるための内部連通路とを備えており、
この流路連結部材を前記少なくとも一方の金属板に対して溶接により結合させることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
流路連結部材を金属板に対して溶接結合するために、流路連結部材にリング状の突出部を設けていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池セル。
【請求項３】
前記少なくとも一方の金属板を打ち出し加工することで金属板の裏面側に前記流路溝を形成し、金属板の表面側に表れる前記打ち出し加工による突出部に流路連結部材を結合させることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池セル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−３１７４３９（Ｐ２００７−３１７４３９Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４４３４７（Ｐ２００６−１４４３４７）
【出願日】平成１８年５月２４日（２００６．５．２４）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２４日（２００６．５．２４）
【出願人】（０００００３９６４）日東電工株式会社 (5,557)
【Ｆターム（参考）】
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