CN102918699B - 燃料电池单元 - Google Patents
燃料电池单元 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102918699B CN102918699B CN201180027174.1A CN201180027174A CN102918699B CN 102918699 B CN102918699 B CN 102918699B CN 201180027174 A CN201180027174 A CN 201180027174A CN 102918699 B CN102918699 B CN 102918699B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fuel cell
- cell
- supply tap
- projection
- framework
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
- H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/0276—Sealing means characterised by their form
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
- H01M8/028—Sealing means characterised by their material
- H01M8/0284—Organic resins; Organic polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0206—Metals or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0247—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
- H01M8/0254—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form corrugated or undulated
-
- 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明提供一种燃料电池单元。在以往的燃料电池单元中,作为使框体一体型的膜电极结构体和一对隔板一体化的结构,设置了多个突起和台阶部分,因此对谋求燃料电池的小型化不利。本发明的燃料电池单元(FC)包括具有框架(1)的膜电极结构体(2)和夹持该膜电极结构体及框架的两张隔板(3),且具有使反应用气体在框架(1)与隔板(3)之间流通的构造,框架(1)和两张隔板(3)均具有供给排出孔(H1~H6),框架(1)的供给排出孔的周缘部向隔板(3)的供给排出孔的内侧伸出并且具有覆盖至少一张隔板(3)的供给排出孔的内周面的突起(11),从而能够相对于框架(1)容易且可靠地定位隔板(3)而进行一体化,不需要用于配置突起(11)的空间,因而实现了燃料电池的小型化等。
Description
技术领域
本发明涉及一种作为燃料电池的发电元件使用的燃料电池单元,特别是,涉及一种层叠多个而构成燃料电池组的燃料电池单元。
背景技术
作为这种燃料电池单元存在例如专利文献1中记载的燃料电池单元。专利文献1所述的燃料电池单元包括:具有成为一体的框体的膜电极结构体和夹着该膜电极结构体的一对隔板。而且,在框体的多个位置上设置顶端呈卡爪状(日文:鍵状)的突起,并在隔板的多个位置上设置台阶部分,将各突起分别卡定在台阶部分上,从而构成使框体一体型的膜电极结构体和一对隔板一体化的燃料电池单元。
专利文献1:WO2007-123191
然而,在如上述的以往的燃料电池单元中,作为使框体一体型的膜电极结构体和一对隔板一体化的结构,设置了多个突起和台阶部分,因此,需要用于配置这些突起和台阶部分的空间,在谋求燃料电池的小型化的方面不利。
发明内容
本发明是着眼于上述以往的问题而做成的,其目的在于提供一种能够实现燃料电池的小型化的燃料电池单元,该燃料电池单元包括:周围具有框架的膜电极结构体、夹持框架及膜电极结构体的两张隔板。
本发明的燃料电池单元包括周围具有框架的膜电极结构体和夹持框架和膜电极结构体的两张隔板,并具有使反应用气体在框架与隔板之间流通的构造。另外,框架和两张隔板具有沿表背方向贯通的供给排出孔。而且,在燃料电池单元中,框架的供给排出孔的周缘部向隔板的供给排出孔的内侧伸出,并覆盖两张隔板中的至少一张隔板的供给排出孔的内周面,作为更优选的实施方式,框架的供给排出孔的周缘部具有突起,该突起能覆盖两张隔板中的至少一张隔板的供给排出孔的内周面,以上述结构作为用于解决以往的问题的方法。
本发明的燃料电池单元能够利用框架上的供给排出孔的周缘部相对于框架和膜电极结构体容易且可靠地定位两张隔板,还能够容易且可靠地使框架、膜电极结构体和两张隔板一体化。而且,根据该燃料电池单元,并不特别需要用于配置定位用突起的空间,因而能够实现燃料电池的小型化。
附图说明
图1是说明本发明的燃料电池单元的一实施方式的分解状态的俯视图。
图2是燃料电池单元的立体图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是说明燃料电池单元的突起的剖视图。
图5的(A)、图5的(B)是表示突起的另一实施方式的剖视图。
图6是表示突起的又一实施方式的图,其中,图6的(A)是表示分解状态的剖视图,图6的(B)是表示组装状态的剖视图。
图7是说明图6所示的突起的配置的立体图。
图8是表示突起的又一实施方式的分解状态的剖视图。
图9是表示突起的又一实施方式的分解状态的剖视图。
图10是表示突起的又一实施方式的剖视图。
图11是表示突起的又一实施方式的剖视图。
图12是表示突起的又一实施方式的剖视图。
图13是表示突起的又一实施方式的剖视图。
图14是表示突起的顶端部的图,其中,图14的(A)是表示浅的卡合状态的剖视图,图14的(B)是表示深的卡合状态的剖视图。
图15是表示突起的顶端部的其他例子的图,其中,图15的(A)是表示浅的卡合状态的剖视图,图15的(B)是表示深的卡合状态的剖视图。
图16是表示突起的又一实施方式的剖视图。
具体实施方式
以下,根据附图说明本发明的燃料电池单元的一实施方式。此外,为了方便说明,将附图的上下方向设为燃料电池单元的层叠方向,以膜电极结构体的阳极侧为上侧,以阴极侧为下侧。实际上,阳极侧和阴极侧可以上下相反,层叠方向也不限于上下方向。
图1~图3所示的燃料电池单元FC包括周围具有框架1的膜电极结构体2、用于夹持框架1和膜电极结构体2的两张隔板3、3。而且,图1~图3所示的燃料电池单元FC具有供反应用气体在框架1与隔板3、3之间流通的构造。
膜电极结构体2一般被称为MEA(Membrane ElectrodeAssembly),尤其如图3所示,具有利用燃料极层(阳极)5A和空气极层(阴极)5B夹持例如由固体高分子构成的电解质层4的构造。而且,图示的膜电极结构体2在燃料极层5A和空气极层5B的表面上分别层叠了由碳纸、多孔质体等构成的气体扩散层6A、6B。
而且,在膜电极结构体2中,向燃料极层5A供给作为一反应用气体的燃料气体(氢),并向空气极层5B供给作为另一反应用气体的氧化剂气体(空气),通过电化学反应进行发电。此外,作为膜电极结构体2,也包括省去气体扩散层而由电解质层4、燃料极层5A、以及空气极层5B构成的结构体。
框架1通过树脂成型(例如注塑成型)与膜电极结构体2一体化,在该实施方式中,膜电极结构体2位于中央且形成为长方形状。另外,框架1在两端部以每一端部各排列有三个的方式排列有沿表背方向贯通的供给排出孔(日文:マニホ一ルド穴)H1~H6,从各供给排出孔组至膜电极结构体2的区域成为反应用气体的流通区域。该框架1和两张隔板3、3都是具有大致相等的纵横尺寸的长方形状。
各隔板3是对不锈钢等金属板进行了冲压成型而成的构件,与膜电极结构体2相对应的中央部分形成为在短边方向的剖视中呈波形形状。该波形形状沿长边方向连续。由此,各隔板3的波形形状中的各凸部分与膜电极结构体2相接触,波形形状中的各凹部分成为反应用气体的流路。
另外,各隔板3在两端部具有与框架1的各供给排出孔H1~H6同样沿表背方向贯通的供给排出孔H1~H6,从各供给排出孔组至截面波形形状部分的区域成为反应用气体的流通区域。
上述的框架1、膜电极结构体2、以及两张隔板3、3重叠而构成燃料电池单元FC。此时,燃料电池单元FC在中央具有发电部,该发电部是膜电极结构体2的区域。而且,在发电部的两侧具有用于进行反应用气体的供给及排出的供给排出部(日文:マニホ一ルド部)和从各供给排出部至发电部的作为反应用气体的流通区域的扩散部。
图2的左侧所示的一供给排出孔组(H1~H3)具有燃料气体供给用供给排出孔(H1)、冷却流体供给用供给排出孔(H2)、以及氧化剂气体供给用供给排出孔(H3),该供给排出孔组(H1~H3)在层叠方向上互相连通而形成流体用流路。图2的右侧所示的另一供给排出孔组(H4~H6)具有燃料气体排出用供给排出孔(H4)、冷却流体排出用供给排出孔(H5)、以及氧化剂气体排出用供给排出孔(H6),该供给排出孔组(H4~H6)在层叠方向上互相连通而形成流体用流路。此外,对于供给用供给排出孔和排出用供给排出孔,也可以是其中的一部分或全部为与上述位置关系相反的位置关系。
另外,在燃料电池单元FC中,在框架1与两张隔板3之间实施有气密处理。即,在燃料电池单元FC中,利用粘接剂B密封框架1和两张隔板3的缘部。而且,燃料电池单元FC层叠多个而构成燃料电池组,在进行层叠时,相邻的隔板3、3之间也被粘接剂B密封。在该实施方式中,构成使冷却流体在相邻的隔板3、3之间流通的构造。
利用上述的粘接剂进行的气密处理在各个层之间气密地分开燃料气体、氧化剂气体、以及冷却流体各自的流通区域。即,在图1所示的例子中,下侧隔板3的上表面(和框架的下表面)上设有用于使氧化剂气体向膜电极结构体2的空气极层5B流通的密封线。另外,框架1的上表面(和上侧隔板的下表面)上设有用于使燃料气体向膜电极结构体2的燃料极层5A流通的密封线。而且,上侧隔板3的上表面上设有用于使冷却流体流通的密封线。
在此,作为用于使框架1和膜电极结构体2、两张隔板3、3一体化的结构,上述的燃料电池单元FC构成为:框架1上的供给排出孔H2、H5的周缘部向隔板3的供给排出孔H2、H5的内侧伸出,并且覆盖至少一张隔板3的供给排出孔H2、H5的内周面。具体而言,如图1所示,在框架1上的供给排出孔H2、H5的周缘部的至少一部分上具有用于与隔板3的同位置的供给排出孔H2、H5相卡合的定位用的突起11。
图1中例示了在冷却流体的供给用供给排出孔H2和排出用的供给排出孔H5的周缘部整体上设置了上述突起11的情况。该突起11也可以选择性地设置于各供给排出孔H1~H6,还可以在所有的供给排出孔H1~H6都设置该突起11。
如图4所示,上述突起11向两侧的隔板3、3突出,顶端部卡合于各隔板3的供给排出孔H2、H5的周缘部(内周部)。由此,能够相对于框架1和膜电极结构体2容易且可靠地定位两张隔板3、3。
另外,在框架1上的供给排出孔H2、H5的周缘部设置了上述突起11,因此,不需要用于配置突起11的像图中的空白那样的空间,而且,在隔板3侧不需要任何定位专用的结构。由此,能实现燃料电池单元FC的小型化、作业量的削减,实现燃料电池组和燃料电池整体的小型轻量化、生产效率的提高等。
而且,在该实施方式的燃料电池单元FC中,框架1是树脂成型的,因而在树脂成型时,能够使突起11与框架1一体化。由此,如图4所示,在形成了用于与两侧的隔板3、3卡合的突起11的结构中,突起11作为绝缘体发挥作用,防止两张隔板3、3之间的电气短路。即,突起11能够始终覆盖隔板3、3的端面,以便即使因膜电极结构体2吸收液体而膨胀导致单元整体伸长或收缩,也不会发生短路。另外,供给排出孔H1~H6的内周面受突起11保护,因此能够抑制该内周面的被腐蚀速度,能够有助于燃料电池单元FC和燃料电池组的耐久性、可靠性的提高。
如此,上述的燃料电池单元FC能够通过框架1上的供给排出孔H1~H6的周缘部、即向隔板3的供给排出孔H2、H5内侧伸出而覆盖该供给排出孔H2、H5的内周面的周缘部、更具体而言、具有能覆盖隔板3的供给排出孔H2、H5的内周面的突起11的周缘部的结构同时实现隔板3、3的相对于框架1、膜电极结构体2的定位功能和隔板3的电绝缘功能。因此,对于将燃料电池单元FC层叠数百层以上而成的移动体用的小型燃料电池组而言,本结构非常有利于该种小型燃料电池组的进一步小型化。因此,使用了该燃料电池单元FC的燃料电池非常适合搭载于对空间有限制的汽车等移动体。
上述突起11如图4中假想线所示还包括向下侧(或上侧)的隔板3突出较长的突起。在该情况下,在构成了燃料电池组时,突起11与其自身所属的隔板3的供给排出孔H2、H5的周缘部以及在下侧相邻的隔板(假想线所示)3的供给排出孔H2、H5的周缘部卡合。
而且,上述突起11只要设置在供给排出孔的周缘部的至少一部分上即可,但是通过设置在供给排出孔的整个周缘部上,在构成了燃料电池组时,能够在层叠方向上连续而形成流路。在该情况下,有时如图5的(A)所示那样省略上侧的一部分,或者如图5的(B)所示那样省略下侧的一部分。
即,供给排出孔H1~H6用于相对于发电部G进行反应用气体的供给/排出、冷却流体的供给/排出,因此,为了使反应用气体或冷却流体在规定的层间流通,而省略该部位的突起11的一部分或对该部位的突起11进行成型加工。列举出一个例子,在膜电极结构体2、与该膜电极结构体2的燃料极侧相对的隔板3这两者的层间,在燃料气体供给用的供给排出孔H1和排出用的供给排出孔H4中的突起11上设有供燃料气体流通的缺口、通孔等。
如上所述,在使突起11在层叠方向上连续而形成流路、并且在突起11的规定部位设置了缺口、通孔的结构中,尤其是,能够使成为入口的缺口、通孔具有扩散功能。由此,能够缩小或废除供给排出部与发电部之间的扩散部,能够实现燃料电池单元FC的进一步小型轻量化。因而,作为这种燃料电池单元FC的层叠体的燃料电池组进一步被小型化,特别适用于移动体用的小型燃料电池。
而且,如上述那样使突起11在层叠方向上连续而形成流路,从而能够消除流路内的因层间而产生凹凸,而能大幅度减少残留水量。另外,尤其在冷却流体的通路中,在沿层叠方向连续的流路和在层叠状态下相邻的隔板3、3之间充满冷却流体。此时,作为框架1的一部分的突起11介于冷却流体(制冷剂)与隔板端面之间,因而液体电阻(日文:液抵抗)增加而在隔板端面与另一张隔板3之间流动的泄漏电流变小,其结果,能够抑制隔板端面的因泄漏电流而被腐食的被腐食速度。
作为更优选的实施方式,本发明的燃料电池单元FC能够采用如下结构:如图6所示,与框架1的供给排出孔H1~H6呈同心状且外切于突起21的轮廓线位于比隔板3的供给排出孔H1~H6的轮廓线靠外侧的位置。即,外切于突起21的轮廓线的切点之间的尺寸(日文:差し渡し寸法)a形成得比隔板3的供给排出孔H1~H6的口径尺寸(日文:差し渡し寸法)b大(a>b)。
换言之,构成框架1上的供给排出孔H1~H6的周缘部的突起21的至少一部分位于比隔板3的供给排出孔H1~H6的周缘部靠外侧的位置。另外,如图7所示,在一部分供给排出孔H1、H6中具有被分割开了的突起21的情况下,使外切于所有突起21的轮廓线的切点之间的尺寸(a)形成得比供给排出孔H1、H6的口径尺寸(b)大。
另外,图6所示的突起21的上侧和下侧均形成为贯穿隔板3的供给排出孔H1~H6并能卡定的钩状。此外,图8所示的突起31形成截面倒三角形状,在该情况下也能贯穿隔板3的供给排出孔H1~H6并成为卡定状态。此外,图9所示的突起11的形状与图4及图5所示的突起的形状相同。
在包括了上述结构的燃料电池单元FC中,框架1的突起11~31通过弹性变形而卡合于隔板3的供给排出孔H1~H6。另外,图6所示的突起21及图8所示的突起31能通过弹性变形而卡合、被固定于供给排出孔H1~H6。由此,能够相对于框架1和膜电极结构体2容易且可靠地定位两张隔板3、3,并且不使用其他部件就能容易地使框架1及膜电极结构体2与两张隔板3、3一体化。
作为更优选的实施方式,本发明的燃料电池单元FC能够采用如下结构:构成框架1上的供给排出孔H1~H6的周缘部的突起包括在层叠了多个该燃料电池单元FC时在相邻的燃料电池单元之间互相抵接的阳极侧的接合部和阴极侧的接合部。即,在构成了燃料电池组时,各燃料电池单元FC的突起连续而形成流路。图10及图11表示其具体例。
在图10所示的燃料电池单元FC中,突起41具有向阳极侧突出的上侧突起41A和向阴极侧突出的下侧突起41B。上侧突起41A和下侧突起41B在供给排出孔H1~H6的内外方向上呈台阶状彼此错开。而且,上侧突起41A在其与隔板3的供给排出孔H1~H6的周缘部之间形成间隙,将形成该间隙的顶端部分设为上侧接合部SA,另一方,将下侧突起41B的顶端部分设为下侧接合部SB。
在将上述的燃料电池单元FC层叠起来而构成了燃料电池组时,使上侧的燃料电池单元FC上的突起41的下侧接合部SB卡合于下侧的燃料电池单元FC上的突起41的上侧接合部SA。由此,在构成燃料电池组时,燃料电池单元FC相互的定位、一体化变得非常容易,能够实现作业量的削减、生产效率的进一步提高。
在图11所示的燃料电池单元FC中,突起21具有向阳极侧突出的呈钩状的上侧突起21A和向阴极侧突出的同样呈钩状的下侧突起21B。在剖视中,上侧突起21A具有面朝供给排出孔H1~H6外方的倾斜面,将该倾斜面设为上侧接合部SA。另一方,在剖视中,下侧突起21B具有面朝供给排出孔H1~H6内方的倾斜面,将该倾斜面设为下侧接合部SB。
在将上述的燃料电池单元FC层叠而构成了燃料电池组时,使上侧的燃料电池单元FC上的突起21的下侧接合部SB抵接于下侧的燃料电池单元FC上的突起21的上侧接合部SA。由此,在构成燃料电池组时,燃料电池单元FC相互的定位、一体化变得非常容易,能够实现作业量的削减、生产效率的进一步提高。
作为更优选的实施方式,本发明的燃料电池单元FC能够采用如下结构:构成框架1上的供给排出孔H1~H6的周缘部的突起包括阳极侧的接合部和阴极侧的接合部,并且这些接合部具有用于互相卡合的凹凸形状。图12及图13表示其具体例。
在图12所示的燃料电池单元FC中,突起51与图10所示的突起相同地具有向阳极侧突出的上侧突起51A和向阴极侧突出的下侧突起51B。上侧突起51A在其顶端部分上具有面朝供给排出孔H1~H6外方的凹凸状的上侧接合部SA。另一方,下侧突起51B在其顶端部分上具有面朝供给排出孔H1~H6内方的凹凸状的下侧接合部SB。
在将上述的燃料电池单元FC层叠而构成了燃料电池组时,使上侧的燃料电池单元FC上的呈凹凸状的下侧接合部SB卡合于下侧的燃料电池单元FC上的呈凹凸状的上侧接合部SA。由此,在构成燃料电池组时,燃料电池单元FC相互的定位、一体化变得容易,并且突起51相互的卡合状态变得更牢固。
在图13所示的燃料电池单元FC中,突起61与图11所示的突起相同地具有向阳极侧突出的呈钩状的上侧突起61A和向阴极侧突出的同样呈钩状的下侧突起61B。在剖视中,上侧突起61A具有面朝供给排出孔H1~H6外方的倾斜面,并且使倾斜面的一部分形成为凹凸状,将包括该凹凸的倾斜面设为上侧接合部SA。另一方,在剖视中,下侧突起61B具有面朝供给排出孔H1~H6内方的倾斜面,并且使倾斜面的一部分形成为凹凸状,将包括该凹凸的倾斜面设为下侧接合部SB。
在将上述的燃料电池单元FC层叠而构成了燃料电池组时,使上侧的燃料电池单元FC上的下侧接合部SB抵接卡合于下侧的燃料电池单元FC上的上侧接合部SA。由此,在构成燃料电池组时,燃料电池单元FC相互的定位、一体化变得容易,并且突起61相互的卡合状态变得更牢固。
作为更优选的实施方式,在本发明的燃料电池单元FC中,构成框架1上的供给排出孔H1~H6的周缘部的突起包括阳极侧的接合部和阴极侧的接合部。而且,如图13所示,能够使一接合部具有面朝供给排出孔内方的倾斜面,并且使另一接合部具有面朝供给排出孔外方的倾斜面并具有能向供给排出孔的内外方向挠曲的挠性。图示例的情况是一接合部为上侧接合部SA,另一接合部为下侧接合部SB。
在将上述的燃料电池单元FC层叠而构成了燃料电池组时,上侧的燃料电池单元FC的下侧接合部SB与下侧的燃料电池单元FC的上侧接合部SA抵接卡合,此时,如图14及图15所示,能够适当选择向层叠方向的压入量。
在图14的(A)所示的突起61中,下侧突起61B的下侧接合部SB形成为包括凹凸的倾斜面,并且凸部的高度从上侧到下侧依次变大。相对于此,上侧突起61A的上侧接合部SA形成为包括凹凸的倾斜面,并且凹部的深度从上侧到下侧依次变小。
另外,在图15的(A)所示的突起61中,上侧突起61A的上侧接合部SA和下侧突起61B的下侧接合部SB都形成为包括凹凸的倾斜面,并且倾斜面的角度相差规定量(θ)。
对于上述的突起61,在构成燃料电池组时,若使向层叠方向的压入量变大,则如图14的(B)及图15的(B)所示,具有挠性的上侧突起61A的顶端部分向供给排出孔H1~H6的内侧移位。
对于具有上述结构的燃料电池单元FC,在构成燃料电池组时,除了能够获得与上述实施方式相同的作用和效果之外,还能通过调整向层叠方向的压入量,从而增减上侧突起61A向供给排出孔H1~H6内移位的移位量(图14中的Q),改变形成在突起61的内侧的流路的大小(截面积)D。
即,在燃料电池组中,反应用气体沿层叠方向在供给排出部内流动,并且该反应用气体被供给向各个燃料电池单元FC,因而有时反应用气体在上游侧与下游侧之间产生流量差、流速差。因此,如上述那样,通过局部改变上侧突起61A的移位量而局部改变流路的大小D,从而能够谋求反应用气体在层叠方向上的流量、流速的均匀化,进而能够有助于提高燃料电池的性能。另外,通过使凹凸的凸部的高度、凹部的深度不同,从而能够使上侧突起61A的移位的范围(移位量Q)进一步变大。
作为更优选的实施方式,本发明的燃料电池单元FC能够采用如下结构:如图16所示,突起21的各接合部SA、SB的表面和与隔板3相接触的接触部分被图中粗线所示的密封材料SM覆盖。此外,考虑到制造效率等,也可以在突起21的整个表面上都设置密封材料SM。
对于具有上述结构的燃料电池单元FC,在将框架1、膜电极结构体2、以及两张隔板3重叠起来时,除了能够获得与上述的各实施方式相同的作用和效果之外,还能够利用将与隔板3相接触的接触部分覆盖的密封材料SM进一步提高对反应用气体的密封功能。
另外,在将上述的燃料电池单元FC层叠多个而构成了燃料电池组时,利用覆盖各接合部SA、SB的表面的密封材料SM,能够进一步提高相邻的突起21相互之间的密合性,能够进一步提高对反应用气体、冷却流体的密封功能。当然,上述的密封材料SM也能够设置在图4~图6、图8~图15所示的各实施方式的突起上。
此外,本发明的燃料电池单元的结构并不只限定于上述的各实施方式,在不脱离本发明的主旨的范围内,能够适当变更各结构部位的形状、数量、以及材料等。
附图标记说明
1框架;2膜电极结构体;3隔板;11、21突起;31、41突起;51、61突起;FC燃料电池单元;H1~H6供给排出孔;SA上侧接合部;SB下侧接合部;SM密封材料。
Claims (11)
1.一种燃料电池单元,其包括周围具有框架的膜电极结构体和夹持框架和膜电极结构体的两张隔板,并且该燃料电池单元具有使反应用气体在框架与隔板之间流通的构造,其特征在于,
框架和两张隔板均具有沿表背方向贯通的供给排出孔,
框架的供给排出孔的周缘部向隔板的供给排出孔的内侧伸出,并覆盖上述两张隔板中的至少一张隔板的供给排出孔的内周面。
2.根据权利要求1所述的燃料电池单元,其特征在于,
框架的供给排出孔的周缘部具有突起,该突起能覆盖上述两张隔板中的至少一张隔板的供给排出孔的内周面。
3.根据权利要求2所述的燃料电池单元,其特征在于,
与框架的供给排出孔呈同心状且外切于上述突起的轮廓线位于比隔板的供给排出孔的轮廓线靠外侧的位置。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池单元,其特征在于,
上述突起呈贯穿隔板的供给排出孔并能卡定的钩状。
5.根据权利要求2或3所述的燃料电池单元,其特征在于,
上述突起包括在层叠了多个该燃料电池单元时在相邻的燃料电池单元相互之间互相抵接的阳极侧的接合部和阴极侧的接合部。
6.根据权利要求5所述的燃料电池单元,其特征在于,
上述突起的阳极侧的接合部和阴极侧的接合部具有用于互相卡合的凹凸形状。
7.根据权利要求5所述的燃料电池单元,其特征在于,
阳极侧的接合部和阴极侧的接合部中的一接合部具有面朝供给排出孔内方的倾斜面,且阳极侧的接合部和阴极侧的接合部中的另一接合部具有面朝供给排出孔外方的倾斜面且具有能沿供给排出孔的内外方向挠曲的挠性。
8.根据权利要求5所述的燃料电池单元,其特征在于,
上述突起的各接合部的表面被密封材料覆盖。
9.根据权利要求2或3所述的燃料电池单元,其特征在于,
上述突起的与隔板相接触的接触部分被密封材料覆盖。
10.根据权利要求2或3所述的燃料电池单元,其特征在于,
上述突起通过树脂成型与框架一体化。
11.一种燃料电池组,其特征在于,
该燃料电池组是将权利要求1至10中的任1项所述的燃料电池单元层叠多个而成的。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010125733 | 2010-06-01 | ||
JP2010-125733 | 2010-06-01 | ||
PCT/JP2011/062500 WO2011152405A1 (ja) | 2010-06-01 | 2011-05-31 | 燃料電池セル |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102918699A CN102918699A (zh) | 2013-02-06 |
CN102918699B true CN102918699B (zh) | 2015-03-18 |
Family
ID=45066769
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201180027174.1A Active CN102918699B (zh) | 2010-06-01 | 2011-05-31 | 燃料电池单元 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8974980B2 (zh) |
EP (1) | EP2579376B1 (zh) |
JP (1) | JP5445679B2 (zh) |
CN (1) | CN102918699B (zh) |
CA (1) | CA2801416C (zh) |
WO (1) | WO2011152405A1 (zh) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2680359A4 (en) * | 2011-02-22 | 2015-09-16 | Panasonic Ip Man Co Ltd | FUEL CELL AND STACK COMPRISING SAME |
EP2873107B1 (fr) * | 2012-07-10 | 2017-05-17 | Areva Stockage d'Energie | Pile à combustible à isolation électrique améliorée |
JP6014548B2 (ja) | 2012-12-07 | 2016-10-25 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池の製造方法 |
US10199663B2 (en) | 2013-04-22 | 2019-02-05 | Nissan Motor Co., Ltd. | Cell structure for fuel cell stack |
KR101655509B1 (ko) * | 2013-12-24 | 2016-09-07 | 현대자동차주식회사 | 연료전지용 분리판 조립체 및 이의 제조방법 |
WO2016181523A1 (ja) * | 2015-05-13 | 2016-11-17 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池スタック |
CA2985885C (en) * | 2015-05-13 | 2019-07-30 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
KR101951163B1 (ko) * | 2016-02-15 | 2019-02-21 | 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 | 연료 전지의 단셀 구조 |
KR102020165B1 (ko) | 2016-02-23 | 2019-09-09 | 닛산 지도우샤 가부시키가이샤 | 연료 전지 스택 |
JP6981317B2 (ja) * | 2018-03-15 | 2021-12-15 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池スタック |
JP7061528B2 (ja) * | 2018-07-13 | 2022-04-28 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池用セパレータ及び燃料電池スタック |
JP7396069B2 (ja) | 2020-01-21 | 2023-12-12 | トヨタ紡織株式会社 | 燃料電池のセルスタック |
DE102020213212A1 (de) * | 2020-10-20 | 2022-04-21 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Körper für eine Brennstoffzelle, Brennstoffzelle, Brennstoffzellenstapel, Verfahren zum Herstellen eines Körpers, Verfahren zum Herstellen einer Brennstoffzelle sowie Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffzellenstapels |
DE102020216100A1 (de) * | 2020-12-17 | 2022-06-23 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Elektrochemische Zelle und Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101375445A (zh) * | 2006-01-17 | 2009-02-25 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池及叠层 |
CN101542799A (zh) * | 2007-03-30 | 2009-09-23 | 松下电器产业株式会社 | 高分子电解质型燃料电池和电极-膜-框接合体的制造方法 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3079742B2 (ja) * | 1992-02-21 | 2000-08-21 | 富士電機株式会社 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
JPH10199551A (ja) * | 1997-01-06 | 1998-07-31 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池構造体およびその製造方法 |
JP3571696B2 (ja) * | 2001-01-30 | 2004-09-29 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池及び燃料電池スタック |
JP4993828B2 (ja) * | 2001-09-06 | 2012-08-08 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 燃料電池 |
KR100494402B1 (ko) * | 2001-10-16 | 2005-06-13 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | 고분자 전해질형 연료전지 |
JP2004213972A (ja) * | 2002-12-27 | 2004-07-29 | Hitachi Ltd | 積層形燃料電池 |
KR100838929B1 (ko) * | 2006-04-21 | 2008-06-16 | 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤 | 고체고분자형 연료전지 |
JP5128789B2 (ja) * | 2006-07-21 | 2013-01-23 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池スタック |
JP2008034156A (ja) * | 2006-07-27 | 2008-02-14 | Toyota Motor Corp | 燃料電池 |
JP2009016067A (ja) * | 2007-07-02 | 2009-01-22 | Toyota Motor Corp | セパレータ及び燃料電池 |
EP2071653B1 (de) * | 2007-12-14 | 2012-10-31 | TB&C Outsert Center GmbH | Bipolarplatte beinhaltend Dichtungselement mit Positionierhilfe für MEA in einem Brennstoffzellenstapel |
EP2680359A4 (en) * | 2011-02-22 | 2015-09-16 | Panasonic Ip Man Co Ltd | FUEL CELL AND STACK COMPRISING SAME |
-
2011
- 2011-05-31 CA CA2801416A patent/CA2801416C/en active Active
- 2011-05-31 EP EP11789808.0A patent/EP2579376B1/en active Active
- 2011-05-31 WO PCT/JP2011/062500 patent/WO2011152405A1/ja active Application Filing
- 2011-05-31 CN CN201180027174.1A patent/CN102918699B/zh active Active
- 2011-05-31 JP JP2012518403A patent/JP5445679B2/ja active Active
- 2011-05-31 US US13/701,090 patent/US8974980B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101375445A (zh) * | 2006-01-17 | 2009-02-25 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池及叠层 |
CN101542799A (zh) * | 2007-03-30 | 2009-09-23 | 松下电器产业株式会社 | 高分子电解质型燃料电池和电极-膜-框接合体的制造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5445679B2 (ja) | 2014-03-19 |
EP2579376B1 (en) | 2017-04-19 |
EP2579376A4 (en) | 2016-06-01 |
EP2579376A1 (en) | 2013-04-10 |
JPWO2011152405A1 (ja) | 2013-08-01 |
WO2011152405A1 (ja) | 2011-12-08 |
US8974980B2 (en) | 2015-03-10 |
CN102918699A (zh) | 2013-02-06 |
CA2801416C (en) | 2015-03-10 |
US20130115541A1 (en) | 2013-05-09 |
CA2801416A1 (en) | 2011-12-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102918699B (zh) | 燃料电池单元 | |
US7709123B2 (en) | Film electrode assembly for fuel cell, polymer electrolytic cell for fuel cell and method for manufacturing polymer electrolytic fuel cell and film electrode assembly | |
US8137864B2 (en) | Fuel cell formed with metal separators | |
JP5234446B2 (ja) | 燃料電池スタック用金属セパレータの積層性向上構造 | |
US7951481B2 (en) | Separator and cell using the same for use in solid polymer electrolyte fuel cell | |
WO2010146978A1 (ja) | 燃料電池の密封構造 | |
EP2033250B1 (en) | Fuel cell and method of manufacturing same | |
US20150064590A1 (en) | Seal plate and fuel cell stack using the same | |
US20150072265A1 (en) | Fuel cell | |
US20080268315A1 (en) | Fuel cell stack | |
JP4772794B2 (ja) | 燃料電池スタックのための密封構成 | |
JP5482991B2 (ja) | 燃料電池の密封構造 | |
CA2635348C (en) | Fuel cell stack with integrated alignment means | |
EP2843741B1 (en) | Fuel cell stack | |
JP5077528B2 (ja) | 燃料電池用ガスケット | |
JP5040089B2 (ja) | セパレータ | |
JP2012195128A (ja) | 高分子電解質型燃料電池用ガスケットおよび高分子電解質型燃料電池 | |
WO2016181523A1 (ja) | 燃料電池スタック | |
JP5443254B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP2007250206A (ja) | 燃料電池 | |
JP5069921B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP2013125614A (ja) | 燃料電池 | |
JP2013222698A (ja) | 燃料電池 | |
JP2008103102A (ja) | セパレータ、およびそれを用いた固体高分子型燃料電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |