CN105229835A - 燃料电池用的分隔件组件的制造装置和制造方法 - Google Patents

燃料电池用的分隔件组件的制造装置和制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105229835A
CN105229835A CN201480026813.6A CN201480026813A CN105229835A CN 105229835 A CN105229835 A CN 105229835A CN 201480026813 A CN201480026813 A CN 201480026813A CN 105229835 A CN105229835 A CN 105229835A
Authority
CN
China
Prior art keywords
separator
fuel cell
assembly
elastic component
manufacture method
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.)
Granted
Application number
CN201480026813.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105229835B (zh
Inventor
冈本尚树
清水明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Publication of CN105229835A publication Critical patent/CN105229835A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105229835B publication Critical patent/CN105229835B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0297Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0204Non-porous and characterised by the material
    • H01M8/0206Metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Composite Materials (AREA)

Abstract

本发明提供一种能够良好地抑制燃料电池单元之间的电阻的燃料电池用的分隔件组件的制造装置和制造方法。本发明是一种燃料电池用的分隔件组件(12)的制造方法,所述制造方法具有接合工序,在该接合工序中,利用按压构件(220)使分隔件(13、14)的凹凸部位中的相对的凸部彼此接触,利用焊接机器人(250)进行接合。在接合工序中,从第1分隔件侧和/或第2分隔件侧隔着弹性构件(230)地施加按压力,通过弹性构件的弹性变形使相对的凸部彼此接触。

Description

燃料电池用的分隔件组件的制造装置和制造方法
技术领域
本发明涉及燃料电池用的分隔件组件的制造装置和制造方法。
背景技术
燃料电池主要是通过层叠多个在膜电极接合体的两侧配置有分隔件的燃料电池单元而构成的。需要使用于产生电的燃料、氧化剂等在燃料电池内流通,对于邻接的膜电极接合体、分隔件而言,为了密封燃料、氧化剂,而在膜电极接合体、分隔件的外周涂布密封剂或者进行焊接。作为一例,具有这样的技术:在邻接的燃料电池单元之间相邻的分隔件彼此被焊接在一起而构成为分隔件组件(参照专利文献1)。另外,作为另一例,具有在构成膜电极接合体的电解质膜的两面配置催化剂层并接合的技术。在该情况下,在与电解质膜接触的一侧的催化剂层中的同与电解质膜接触的一侧相反的那一侧配置有弹性体,从与电解质膜接触的另一侧的催化剂层中的同与电解质膜接触的一侧相反的那一侧施加超声波(参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-187757号公报
专利文献2:日本特许第5304125号公报
发明内容
发明要解决的问题
在分隔件的中央部形成有截面包括多个凹凸的波形形状来作为供燃料、氧化剂流通的流路。通过使分隔件的波形形状彼此接触来传递由燃料电池单元生成的电力,波形形状的凹凸的接触状态会影响燃料电池单元之间的通电电阻。但是,波形形状的凹凸的高度也存在偏差,因此难以使全部的凹凸接触。因此,在如专利文献1那样将邻接的分隔件彼此层叠起来进行焊接时,也会由于波形形状的偏差、分隔件的组装偏差而无法使波形形状的应该接触的凸部彼此充分接触,由此,存在燃料电池单元之间的电阻上升这样的问题。
因此,本发明是为了解决所述问题而做成的,其目的在于提供一种能够良好地抑制燃料电池单元之间的电阻的燃料电池用的分隔件组件的制造装置和制造方法。
用于解决问题的方案
用于实现所述目的的本发明是一种燃料电池用的分隔件组件的制造方法,该燃料电池用的分隔件组件与膜电极接合体邻接,并且包括第1分隔件和第2分隔件,该第1分隔件和第2分隔件具有作为供流体流动的流路的截面形状包括多个凹凸的凹凸部位。所述制造方法具有接合工序,在该接合工序中,以从第1分隔件侧和/或第2分隔件侧施加有按压力的状态使第1分隔件和第2分隔件这两者的凹凸部位中的相对的凸部彼此接触并将它们接合起来。在本发明中,其特征在于,在接合工序中,从第1分隔件和/或第2分隔件侧隔着弹性构件地施加按压力,通过弹性构件的弹性变形使相对的凸部彼此接触。
并且,用于实现所述目的的另一本发明是一种燃料电池用的分隔件组件的制造装置,该燃料电池用的分隔件组件与膜电极接合体邻接地设置,并且包括第1分隔件和第2分隔件,该第1分隔件和第2分隔件具有作为供流体流动的流路的截面形状包括多个凹凸的凹凸部位。所述制造装置的特征在于,该制造装置包括:一对按压构件,该一对按压构件能相对地靠近/分开,用于从第1分隔件侧和第2分隔件侧施加按压力;弹性构件,其配置在一对按压构件中的任一按压构件与第1分隔件之间,其通过弹性变形而使第1分隔件和第2分隔件这两者的凹凸部位中的相对的凸部彼此接触;以及接合部,其用于将第1分隔件与所述第2分隔件接合起来。
附图说明
图1是构成本发明的一实施方式的燃料电池的分隔件组件的制造装置的概略俯视图。
图2是该制造装置的主要部分放大俯视图。
图3是表示用于该制造装置的弹性构件的俯视图。
图4是沿着图2中的4-4线的剖视图。
图5是表示该实施方式的燃料电池的立体图。
图6是表示燃料电池的结构的分解立体图。
图7是表示燃料电池的一部分的分解立体图。
图8是表示该实施方式的分隔件组件和膜电极接合体的剖视图。
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的实施方式。其中,以下的记载内容并不用于限定权利要求书中记载的保护范围、用语的意义。并且,为了便于说明,附图的尺寸比例有所夸张,存在与实际的比例不同的情况。
图1是表示构成本发明的一实施方式的燃料电池的分隔件组件的制造装置的概略俯视图,图2是该制造装置的主要部分放大俯视图,图3是表示用于该制造装置的弹性构件的俯视图,图4是沿着图2中的4-4线的剖视图。图5是表示本发明的一实施方式的燃料电池的立体图,图6是表示燃料电池的结构的分解立体图,图7是表示燃料电池的一部分的分解立体图,图8是表示该实施方式的燃料电池的分隔件组件和膜电极接合体的剖视图。
在本实施方式中,对构成燃料电池100的与膜电极接合体11邻接地配置的包括两张分隔件13、14的所谓的分隔件组件12的制造方法和制造装置进行说明。如图4所示,分隔件组件12的制造方法具有用于将阳极侧分隔件13与阴极侧分隔件14接合起来的接合工序。分隔件13、14具有凹凸状的波形形状13g、14g,在接合工序中,利用弹性构件230使波形形状13g、14g接触来进行接合。详细见后述。
(燃料电池)
接着,说明包括分隔件组件的燃料电池。燃料电池100具有作为主要构成部件的层叠多个燃料电池单元10a而成的层叠体10。燃料电池单元10a构成为在膜电接合体11的两侧面均配置有分隔件组件12。膜电极接合体11在电解质膜11a的一侧接合有阳极11b,在电解质膜11a的另一侧接合有阴极11c。分隔件组件12具有两张分隔件13、14。并且,在层叠体10的层叠方向上的两端部设有集电板16、17。并且,燃料电池100具有壳体20。壳体20具有一对紧固板21、22、一对加强板23、24以及一对端板25、26。概略而言,燃料电池用的分隔件组件12的制造装置200如图1~图4所示那样主要具有:输送带210;按压构件220,其用于朝向分隔件14按压分隔件13;弹性构件230,其配置在按压构件220与分隔件13之间,用于使波形形状13g、14g(相当于凹凸部位)中的相对的凸部彼此接触,该波形形状13g、14g设于分隔件13、14,并且截面包括多个凹凸;手型机器人240;焊接机器人250(相当于接合部),其用于将分隔件13与分隔件14接合起来。首先,在以下说明燃料电池单元10a所包含的各构件。
如图7、图8所示,在层叠在一起的多个燃料电池单元10a中,分隔件13、14将相邻的膜电极接合体11隔开,并且使由膜电极接合体11产生的电力通电。分隔件13、14被划分为阳极侧分隔件13(相当于第1分隔件)和阴极侧分隔件14(相当于第2分隔件)。阳极侧分隔件13与膜电极接合体11的阳极11b抵接。阳极侧分隔件13含有具有导电性材料的金属,形成为比阳极11b大的薄板状。
如图7、图8所示,在阳极侧分隔件13的中央设有隔着恒定的间隔形成有多个凹凸的波形形状13g,以构成用于使燃料气体(氢)与冷却水等冷却流体分开流动的流路。将阳极侧分隔件13的凹凸形状中的与阳极11b接触而形成的密闭空间用作用于向阳极11b供给氢的阳极气体流路13h。另一方面,将形成在阳极侧分隔件13的截面包括多个凹凸形状的波形形状13g与阴极侧分隔件14的波形形状14g之间的密闭空间用作用于供给冷却水的冷却流体流路13j(14j)。
阳极侧分隔件13为长方形状,在其长度方向上的一端开设有与阴极气体供给口13a、冷却流体供给口13b和阳极气体供给口13c相当的贯通孔。同样地,在阳极侧分隔件13的长度方向上的另一端开设有与阳极气体排出口13d、冷却流体排出口13e和阴极气体排出口13f相当的贯通孔。
阴极侧分隔件14与膜电极接合体11的阴极11c抵接。阴极侧分隔件14含有具有导电性材料的金属,形成为比阴极11c大的薄板状。
如图7、图8所示,在阴极侧分隔件14的中央设有截面包括多个凹凸形状的波形形状14g,以构成用于使氧化剂气体(含有氧的空气或纯氧)与冷却水分开流动的流路部。将阴极侧分隔件14的凹凸形状中的与阴极11c接触而形成的密闭空间用作用于向阴极11c供给氧化剂气体的阴极气体流路14h。另一方面,将形成在阴极侧分隔件14的凹凸形状与阳极侧分隔件13之间的密闭空间用作用于供给冷却水的冷却流体流路14j(13j)。
阴极侧分隔件14为长方形状,在其长度方向上的一端开设有与阴极气体供给口14a、冷却流体供给口14b和阳极气体供给口14c相当的贯通孔。同样地,在阴极侧分隔件14的长度方向上的另一端开设有与阳极气体排出口14d、冷却流体排出口14e和阴极气体排出口14f相当的贯通孔。分隔件14与分隔件13接合,供给口14a~14c和排出口14d~14f与分隔件13的供给口13a~13c和排出口13d~13f连通。
如图8所示,膜电极接合体11用于使供给来的氧与氢发生化学反应而产生电力。膜电极接合体11在电解质膜11a的一侧接合有阳极11b,在电解质膜11a的另一侧接合形成有阴极11c。膜电极接合体11通常被称作MEA(membraneelectrodeassembly)。电解质膜11a例如由固体的高分子材料形成,且形成为薄板状。固体高分子材料例如使用传导氢离子且在湿润状态下具有良好的导电性的氟基树脂。阳极11b是通过层叠电极催化剂层、防水层和气体扩散层而构成的,形成为比电解质膜11a稍小的薄板状。阴极11c是通过层叠电极催化剂层、防水层和气体扩散层而构成的,形成为与阳极11b同样大小的薄板状。阳极11b和阴极11c这两者的电极催化剂层含有由导电性的载体承载着催化剂成分的电极催化剂和高分子电解质。阳极11b和阴极11c这两者的气体扩散层例如由利用线编织成的碳纤维布、碳纤维纸或碳纤维毡形成,该线含有具有充分的气体扩散性和导电性的碳纤维。
MEA11包括框架构件15。框架构件15用于将层叠在一起的电解质膜11a、阳极11b和阴极11c这三者的外周保持为一体。框架构件15例如由具有电绝缘性的树脂形成,形成为与分隔件13、14的外周部分的外形形状相同的外形形状。框架构件15在其长度方向上的一端开设有与阴极气体供给口15a、冷却流体供给口15b和阳极气体供给口15c相当的贯通孔。同样地,框架构件15在其长度方向上的另一端开设有与阳极气体排出口15d、冷却流体排出口15e和阴极气体排出口15f相当的贯通孔。
所述燃料电池单元10a需要以彼此密封的状态层叠多个。因此,要层叠的燃料电池单元10a中MEA11与分隔件13以及分隔件14之间通过在外周涂布密封构件来进行密封。密封构件例如使用热固化性树脂。热固化性树脂例如从酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等中选择。另外,在要层叠的燃料电池单元10a中,相邻的分隔件13与分隔件14如后述那样通过将分隔件13、14的外周等焊接在一起来进行密封。但是,也能够同MEA11与分隔件13或分隔件14之间同样地通过涂布密封构件来进行密封。
如图6、图7所示,一对集电板16、17用于向外部输出由燃料电池单元10a生成的电力。
一对集电板16、17分别配置在层叠多个燃料电池单元10a而成的层叠体10的两端。对于一对集电板16、17的外形形状,除一部分的形状之外,其余部分的形状与层厚稍微加厚的MEA11的框架构件15相同。一对集电板16、17在其长度方向上的一端开设有与阴极气体供给口16a、17a、冷却流体供给口16b、17b和阳极气体供给口16c、17c相当的贯通孔。同样地,在一对集电板16、17的长度方向上的另一端开设有与阳极气体排出口16d、17d、冷却流体排出口16e、17e和阴极气体排出口16f、17f相当的贯通孔。一对集电板16、17在其中央具有集电部16h(集电板17也同样)。
一对集电板16、17的集电部16h等例如包括不透气的致密质碳那样的导电性构件,并且形成为外形比阳极11b和阴极11c的外形稍小的薄板状。一对集电部16h等与在层叠的多个燃料电池单元10a中的最外层的燃料电池单元10a中设置的MEA11的阳极11b或阴极11c抵接。集电部16h等自其一面突出设置有具有导电性的圆柱形状的突起部16g等。突起部16g等贯穿后述的壳体20的一对端板25、26的贯通孔25g等而露出到外部。并且,与集电板16的突起部16g相当的形状也同样设于集电板17。
如图5和图6所示,壳体20以层叠的多个燃料电池单元10a与一对集电板16、17彼此紧密接触的状态保持层叠的多个燃料电池单元10a和一对集电板16、17。
如所述那样,壳体20包括一对紧固板21、22、一对加强板23、24、一对端板25、26以及螺钉27。以下,对壳体20所包括的各构件进行说明。
一对端板25、26夹持被配置在层叠的多个燃料电池单元10a的两端的一对集电板16、17并对一对集电板16、17施力。对于一对端板25、26的外形形状,除一部分的形状之外,其余部分的形状与层厚增厚的MEA11的框架构件15相同。一对端板25、26例如由金属形成,在与一对集电板16、17抵接的部分设有绝缘体。
一对端板25、26在其长度方向上的一端开设有与阴极气体供给口25a、26a、冷却流体供给口25b、26b和阳极气体供给口25c、26c相当的贯通孔。同样地,一对端板25、26在其长度方向上的另一端开设有与阳极气体排出口25d、26d、冷却流体排出口25e、26e和阴极气体排出口25f、26f相当的贯通孔。
分隔件13、14、框架构件15、集电板16、17和端板25、26的阴极气体供给口13a~17a、25a、26a、冷却流体供给口13b~17b、25b、26b、阳极气体供给口13c~17c、25c、26c、阳极气体排出口13d~17d、25d、26d、冷却流体排出口13e~17e、25e、26e和阴极气体排出口13f~17f、25f、26f构成为在分隔件13、14、MEA11、集电板16、17和端板25、26对准时连通。一对端板25、26具有供所述的一对集电板16、17的突起部16g等贯穿的贯通孔25g、26g。
一对紧固板21、22例如由金属形成,并且形成为板状。一对紧固板21、22形成为缘部的一部分立起,组装时与一对端板25、26的面接触。并且,在紧固板21、22的与端板25、26接触的面设有供螺钉27贯穿的孔,通过紧固被安装于该孔的螺钉27,来沿层叠方向对端板25、26、集电板16、17和层叠体10进行加压。一对加强板23、24例如由金属形成,并且形成为比一对紧固板21、22细长的板状。一对加强板23、24形成为长度方向上的端部的一部分立起,在该部分设有供螺钉27贯穿的孔。该孔形成为供螺钉27沿层叠方向贯穿,通过安装并紧固螺钉27,从而与紧固板21、22同样地沿层叠方向对端板25、26、集电板16、17和层叠体10进行加压。这样,一对紧固板21、22和一对加强板23、24是通过紧固螺钉27来沿层叠方向对端板25、26、集电板16、17和层叠体10进行加压的。
(分隔件组件的制造装置)
接着,说明本实施方式的分隔件组件的制造装置。本实施方式的分隔件组件12的制造装置200具有输送带210、按压构件220、弹性构件230、手型机器人240和焊接机器人250。
输送带210用于从图1中的左侧向右侧输送供分隔件13、14载置的载置台221而将其送入下一工序。在输送带210设有用于组装分隔件组件的停止位置210a、210b。
按压构件220具有按压销223、螺母224、支承柱225、臂226以及能相对地靠近/分开的载置台221和按压杆222。
载置台221供用于构成分隔件组件12的分隔件13、14载置,在载置台221上进行分隔件13、14的接合。载置台221构成为面积比分隔件13、14的面积大的矩形,但载置台221的形状并不限定于矩形。并且,在载置台221设置有用于构成按压构件220的按压杆222、按压销223、螺母224、支承柱225和臂226。载置台221相当于按压杆222朝向分隔件14按压分隔件13时的支承构件。
在按压杆222与分隔件13之间如后述那样配置有弹性构件230,来吸收分隔件13、14的波形形状13g、14g之间的偏差,相对于此,载置台221由不锈钢等刚性的材料形成。这样,载置台221由比弹性构件230刚性的材料形成,从而在将弹性构件230配置在按压杆222与分隔件13之间时也能够防止分隔件13、14的接合部分因弹性构件230的弹性变形而成为椭圆形状。因此,通过使由本实施方式的方法制造出的分隔件组件12的形状走形,从而能够防止无法与MEA11充分接触所导致的燃料电池的发电特性降低。
如图4所示,支承柱225成对地设置于载置台221的端部。臂226以能够旋转的方式连接于支承柱225。使臂226如图4中的双点划线所示那样为打开的状态,能够向载置台221搬入分隔件13、14并对其进行设置。
按压销223安装于臂226的与支承柱225的安装点相反的一侧的端部。按压销223被固定为能够通过与螺母224螺纹结合来调整自臂226的一边突出的突出量。
按压杆222承受来自按压销223的按压力而靠近/离开载置台221,并且隔着弹性构件230对分隔件13施加按压力。并且,按压杆222与成对的按压销223连接。因此,在欲将分隔件13、14设置于载置台221时,将按压杆222自成对的按压销223卸下,或者使按压杆222仅与成对的按压销223中的一者连接,在该状态下,将分隔件13、14载置于载置台221之后形成为按压杆222与成对的按压销223这两者连接的状态。
手型机器人240是多关节的机器人,顶端设有用于把持部件的手型机构。手型机器人240利用手型机构把持部件,并且通过关节部分的转动使分隔件13、14移动至载置台221而将分隔件13、14设置于载置台221。
焊接机器人250的顶端安装有焊接头251。焊接机器人250通过激光照射对分隔件13、14进行焊接,但若能够将弹性构件230设置在按压杆222与分隔件13之间,则焊接方法并不限定于激光。
如图2所示,分隔件13与分隔件14之间的接合是通过针对构成波形形状13g的凹凸的一部分13k沿着凹凸的截面形状所延伸的方向进行局部焊接来进行的。并且,分隔件13与分隔件14之间的接合是通过对分隔件13的阴极气体供给口13a的缘部13m、阳极气体供给口13c的缘部13n、阳极气体排出口13d的缘部13p、阴极气体排出口13f的缘部13q、构成分隔件13的外形的4条边13r、13s、13t、13u进行焊接来进行的。另外,在图2中,为了图示焊接部位,以对臂226和焊接机器人250进行局部透视的方式进行图示,未对弹性构件230进行图示。
弹性构件230承受来自按压杆222的按压力,使分隔件13、14的波形形状13g、14g中的相对的凸部彼此相接触的凸部的数量增加。弹性构件230具有为了焊接机器人250能够进行分隔件13、14的焊接操作而设置的狭缝231~233(相当于接合区域)以及构成与按压构件220的按压杆222相接触的部分的杆载置部234~237(相当于按压区域)。
狭缝231~233被设为:焊接机器人250的激光能够经过弹性构件230而照射到分隔件13。如图2、图3所示,狭缝231~233被设为与分隔件13、14的焊接部位相对应,在本实施方式中设有10列,但并不限定于此。狭缝231~233形成为在设置在分隔件13之上时沿与分隔件13、14的波形形状13g、14g的凹凸所延伸的方向相同的方向延伸,在本实施方式中沿凹凸的延伸方向分为3部分。
杆载置部234~237对应地设于供按压构件220的按压杆222载置的部位。按压杆222如图2所示那样按压波形形状13g、14g的局部,不需要为了使波形形状13g、14g的凸部彼此接触而按压波形形状13g、14g的整个范围。因此,杆载置部234~237也不需要与波形形状13g、14g的整个范围相对应,而是将一部分作为杆载置部,从而能够设置焊接所需要的狭缝231~233。因此,能够隔着弹性构件230在波形形状13g、14g的凸部彼此接触的数量增加了的状态下将凸部彼此接合起来。
弹性构件230例如由NBR那样的弹性体构成。像这样,弹性构件230由发挥恢复力的材料构成,从而能够吸收分隔件13、14的波形形状13g、14g中的相对的凸部之间的高度偏差,能够增加凸部彼此接触的数量。
(分隔件组件的制造方法)
接着,说明本实施方式的分隔件组件的制造方法。分隔件组件12的制造方法具有利用制造装置200将分隔件13、14接合起来的接合工序。
在利用输送带210将载置台221输送至位置210a时,利用未图示的控制部使臂226旋转而使臂226成为向上方打开的状态(参照图4中的双点划线)。在该状态下,手型机器人240从未图示的部件容纳部位把持分隔件13、14将其输送至载置台221并将分隔件13、14设置于载置台221。在本实施方式中,首先,设置分隔件14,然后将分隔件13以与分隔件14对准的方式设置在分隔件14之上,但位置也可以反过来。
在将分隔件13、14设置于载置台221之后,将弹性构件230以狭缝231~233与分隔件13、14的焊接部位13k一致的方式与分隔件13对准地设置于分隔件13。接着,使成对的臂226自图4中的双点划线所示的状态起旋转90度左右而成为实线所示的状态。
接着,将按压杆222安装于成对的按压销223,调整按压销223与螺母224螺纹结合的量,使按压杆222与分隔件13对准的同时接触,从而施加按压力。在施加规定的按压力之后,将焊接机器人250的焊接头251配置在弹性构件230的狭缝231~233中的任意一者的上部,进行焊接。由此做成分隔件组件12。
在做成分隔件组件12之后,将分隔件组件12配置在MEA11的两侧面,之后涂布密封构件而形成燃料电池单元10a,在燃料电池单元10a之间也涂布密封构件的同时将燃料电池单元10a层叠规定数量而形成层叠体10。之后,在层叠体10的两端配置集电体16、17,安装紧固板21、22、加强板23、24以及端板25、26,利用螺钉27沿着层叠体10的层叠方向施加按压负荷,从而做成燃料电池100。
接着,说明本实施方式的作用和效果。设想为这样的情况:形成于分隔件的中央部的截面包括凹凸的波形形状作为供燃料、氧化剂等流通的流路发挥作用,并且在波形形状中相对的凸部彼此接触,以用于通电。因此,凸部之间的接触状态会影响燃料电池单元之间的通电电阻。对于邻接的分隔件,有时在波形形状中的相对的凸部之间的部分处进行焊接,但凸部的形状也产生偏差,因此难以使波形形状的凸部彼此全部接触,若因凸部的偏差而无法进行充分的接合,则有可能导致燃料电池单元之间的通电电阻增大,使燃料电池的发电特性受到影响。
对此,采用本实施方式的分隔件组件12的制造方法和制造装置200,能够构成为:在分隔件13、14的接合工序中,在对分隔件13施加按压力的按压杆222与分隔件13之间夹设有通过弹性变形使波形形状13g、14g中的相对的凸部彼此接触的弹性构件230。因此,能够吸收波形形状13g、14g的偏差而增加凸部彼此接触的数量,能够在凸部彼此接触的数量增加了的状态下进行接合。因此,利用由本实施方式的制造方法或制造装置200制造出的分隔件组件能够良好地抑制燃料电池单元之间的通电电阻(电阻)。
并且,弹性构件230具有供焊接机器人250进行分隔件13、14的波形形状13g、14g中的相对的凸部之间的焊接的狭缝231~233以及用于施加按压构件220的按压杆222的按压力的杆载置部234~237。因此,隔着弹性构件230地施加按压杆222的按压力的同时利用焊接机器人250进行接合操作,从而能够在使波形形状13g、14g中的相对的凸部彼此接触的数量增加了的状态下进行焊接操作。
并且,相当于按压杆222的支承构件并且配置在隔着弹性构件230与按压杆222相反的一侧的载置台221由与弹性构件230相比难以在外力的作用下发生变形的材料构成。因此,能够防止在利用弹性构件230吸收波形形状13g、14g的偏差时分隔件的接合部分成为椭圆形状。因此,因分隔件组件12的形状走形,从而能够防止构成层叠体10的分隔件组件12与MEA11无法充分接触而造成燃料电池的发电特性降低。
其中,本发明并不只限定于所述的实施方式,能够在权利要求的范围内进行各种变更。
对弹性构件230设置在构成按压构件220的按压杆222与分隔件13之间的实施方式进行了说明,但并不限定于此。也能够是,弹性构件230设置在相当于支承构件的载置台221与分隔件14之间。另外,对载置台221相当于按压杆222的支承构件的实施方式进行了说明,但并不限定于此,也能够是,载置台221与按压杆222的移动一起朝向按压杆222移动,从而对分隔件13、14施加按压力。
本申请基于2013年5月16日提出申请的日本专利申请号2013-104421号,参照该申请的公开内容并将其作为整体引入本说明书中。
附图标记说明
10、层叠体;10a、燃料电池单元;100、燃料电池;11、膜电极接合体(MEA);11a、电解质膜;11b、阳极;11c、阴极;12、分隔件组件;13、阳极分隔件;14、阴极分隔件;13g、14g、波形形状(凹凸部位);13h、阳极气体流路;13j(14j)、冷却流体流路;13k、波形形状的焊接部位;13m、13n、13p、13q、阳极气体、阴极气体供给口、排出口的焊接部位;13r~13u、分隔件的外周的焊接部位;14h、阴极气体流路;15、MEA的框架构件;16、17、集电板;16g、突起部;16h、集电部;20、壳体;21、22、紧固板;23、24、加强板;25、26、端板;13a、14a、15a、16a、25a、26a、阴极气体供给口;13b、14b、15b、16b、25b、26b、冷却流体供给口;13c、14c、15c、16c、25c、26c、阳极气体供给口;13d、14d、15d、16d、25d、26d、阳极气体排出口;13e、14e、15e、16e、25e、26e、冷却流体排出口;13f、14f、15f、16f、25f、26f、阴极气体排出口;25g、26g、贯通孔;27、螺钉;210、输送带;210a、210b、停止位置;220、按压构件;221、载置台;222、按压杆;223、按压销;224、螺母;225、支承柱;226、臂;230、弹性构件;231~233、狭缝(接合区域);234~237、杆载置部(按压区域);240、手型机器人;250、焊接机器人(接合部)。

Claims (6)

1.一种燃料电池用的分隔件组件的制造方法,该燃料电池用的分隔件组件与膜电极接合体邻接地设置,并且包括第1分隔件和第2分隔件,该第1分隔件和第2分隔件具有作为供流体流动的流路的截面形状包括多个凹凸的凹凸部位,该燃料电池用的分隔件组件的制造方法的特征在于,
该燃料电池用的分隔件组件的制造方法具有接合工序,在该接合工序中,以从所述第1分隔件侧和/或所述第2分隔件侧施加有按压力的状态使所述第1分隔件和所述第2分隔件这两者的所述凹凸部位中的相对的凸部彼此接触并将它们接合起来,
在所述接合工序中,从所述第1分隔件侧和/或所述第2分隔件侧隔着弹性构件地施加按压力,通过所述弹性构件的弹性变形使所述相对的凸部彼此接触。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用的分隔件组件的制造方法,其中,
在所述接合工序中,向设于所述弹性构件的按压区域施加按压力的同时,在设于所述弹性构件的接合区域进行所述第1分隔件与所述第2分隔件之间的接合操作。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池用的分隔件组件的制造方法,其中,
在所述接合工序中,该燃料电池用的分隔件组件的与隔着所述弹性构件的一侧相反的那一侧由与所述弹性构件相比难以变形的刚性的材料构成,从所述第1分隔件侧和/或所述第2分隔件侧施加按压力。
4.一种燃料电池用的分隔件组件的制造装置,该燃料电池用的分隔件组件与膜电极接合体邻接地设置,并且包括第1分隔件和第2分隔件,该第1分隔件和第2分隔件具有作为供流体流动的流路的截面形状包括多个凹凸的凹凸部位,该燃料电池用的分隔件组件的制造装置的特征在于,
该燃料电池用的分隔件组件的制造装置包括:
一对按压构件,该一对按压构件能相对地靠近/分开,用于从所述第1分隔件侧和/或所述第2分隔件侧施加按压力;
弹性构件,其配置在所述一对按压构件中的任一按压构件与所述第1分隔件之间,其通过弹性变形而使所述第1分隔件和所述第2分隔件这两者的所述凹凸部位中的相对的凸部彼此接触;以及
接合部,其用于将所述第1分隔件与所述第2分隔件接合起来。
5.根据权利要求4所述的燃料电池用的分隔件组件的制造装置,其中,
所述弹性构件具有供所述接合部进行所述第1分隔件与所述第2分隔件之间的接合的接合区域以及用于从所述第1分隔件侧和/或所述第2分隔件侧施加所述按压构件的按压力的按压区域。
6.根据权利要求4或5所述的燃料电池用的分隔件组件的制造装置,其中,
与所述第2分隔件接触的所述按压构件由与所述弹性构件相比难以变形的刚性的材料构成。
CN201480026813.6A 2013-05-16 2014-04-08 燃料电池用的分隔件组件的制造装置和制造方法 Active CN105229835B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-104421 2013-05-16
JP2013104421 2013-05-16
PCT/JP2014/060221 WO2014185193A1 (ja) 2013-05-16 2014-04-08 燃料電池用セパレータアセンブリの製造装置及び製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105229835A true CN105229835A (zh) 2016-01-06
CN105229835B CN105229835B (zh) 2017-10-13

Family

ID=51898175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480026813.6A Active CN105229835B (zh) 2013-05-16 2014-04-08 燃料电池用的分隔件组件的制造装置和制造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9911986B2 (zh)
EP (1) EP2999040B1 (zh)
JP (1) JP6020718B2 (zh)
CN (1) CN105229835B (zh)
CA (1) CA2912587C (zh)
WO (1) WO2014185193A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6326970B2 (ja) * 2014-05-26 2018-05-23 日産自動車株式会社 燃料電池用セパレータの溶接装置および溶接方法
JP6973121B2 (ja) * 2018-01-26 2021-11-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用セパレータの製造方法
CN109382571B (zh) * 2018-10-24 2023-11-14 宁波敏实汽车零部件技术研发有限公司 一种铝合金cmt弧焊转台类治具

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006228533A (ja) * 2005-02-16 2006-08-31 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用セパレータの成形方法及びセパレータ形状矯正装置
US20080220312A1 (en) * 2005-03-01 2008-09-11 Chisato Kato Fuel Cell Stack
US20090092872A1 (en) * 2006-05-16 2009-04-09 Nissan Motor Co., Ltd Fuel cell stack and method of producing its separator plates
US20100047650A1 (en) * 2006-09-29 2010-02-25 Honda Motor Co., Ltd. Separator for fuel cell, single cell unit for fuel cell, short stack unit for fuel cell, and production methods of separator for fuel cell and cell unit (single cell unit or short stack unit) for fuel cell
US20110127239A1 (en) * 2008-07-23 2011-06-02 Electrode Unit And Resistance Welding Device Electrode unit and resistance welding device

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1197039A (ja) 1997-09-17 1999-04-09 Yoyu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden System Gijutsu Kenkyu Kumiai 積層型燃料電池及びその製造方法
CN1122322C (zh) * 1998-04-17 2003-09-24 松下电器产业株式会社 固体高分子电解质型燃料电池及其制造方法
EP1235288A4 (en) * 1999-09-17 2006-12-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Polymer Electrolyte Fuel Cell
JP4576646B2 (ja) * 1999-09-30 2010-11-10 アイシン精機株式会社 燃料電池
CN1416604B (zh) * 2000-03-07 2010-09-01 松下电器产业株式会社 高分子电解质型燃料电池及其制造方法
JP4366872B2 (ja) * 2000-03-13 2009-11-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用ガスセパレータおよび該燃料電池用セパレータの製造方法並びに燃料電池
JP3972832B2 (ja) * 2003-02-10 2007-09-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP3956864B2 (ja) * 2003-02-13 2007-08-08 トヨタ自動車株式会社 流路構造を有する燃料電池のセパレータ
US7776464B2 (en) * 2003-03-28 2010-08-17 Honda Motor Co., Ltd. Solid polymer electrolyte fuel cell and electrode structure for the fuel cell
CA2464204C (en) * 2003-04-14 2009-08-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell and conductive separator for the same
JP4174022B2 (ja) * 2003-10-20 2008-10-29 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
US8089027B2 (en) * 2004-05-11 2012-01-03 GM Global Technology Operations LLC Laser welding of conductive coated metallic bipolar plates
JP2006272420A (ja) 2005-03-30 2006-10-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 金属箔体の拡散接合方法
US20090000732A1 (en) * 2006-01-17 2009-01-01 Henkel Corporation Bonded Fuel Cell Assembly, Methods, Systems and Sealant Compositions for Producing the Same
JP5026708B2 (ja) * 2006-02-09 2012-09-19 東海ゴム工業株式会社 固体高分子型燃料電池用セルおよびそれを用いた固体高分子型燃料電池
JP4978111B2 (ja) * 2006-08-14 2012-07-18 日産自動車株式会社 レーザ溶接方法および装置
KR100980995B1 (ko) * 2007-06-19 2010-09-07 현대자동차주식회사 연료전지용 지능형 전극막
JP4485552B2 (ja) * 2007-08-03 2010-06-23 本田技研工業株式会社 燃料電池用セパレータの製造方法
JP5223272B2 (ja) * 2007-09-04 2013-06-26 日産自動車株式会社 燃料電池用金属セパレータの溶接方法、および燃料電池用金属セパレータの溶接装置
US20090136805A1 (en) * 2007-11-23 2009-05-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell
JP5262149B2 (ja) 2008-02-05 2013-08-14 日産自動車株式会社 燃料電池用金属セパレータの製造方法および製造装置
JP5254673B2 (ja) * 2008-06-13 2013-08-07 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
JP5304125B2 (ja) 2008-09-16 2013-10-02 凸版印刷株式会社 膜電極接合体の製造方法および膜電極接合体並びに固体高分子形燃料電池
JP5321014B2 (ja) * 2008-11-26 2013-10-23 日産自動車株式会社 燃料電池用金属セパレータの溶接装置、および燃料電池用金属セパレータの溶接方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006228533A (ja) * 2005-02-16 2006-08-31 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用セパレータの成形方法及びセパレータ形状矯正装置
US20080220312A1 (en) * 2005-03-01 2008-09-11 Chisato Kato Fuel Cell Stack
US20090092872A1 (en) * 2006-05-16 2009-04-09 Nissan Motor Co., Ltd Fuel cell stack and method of producing its separator plates
US20100047650A1 (en) * 2006-09-29 2010-02-25 Honda Motor Co., Ltd. Separator for fuel cell, single cell unit for fuel cell, short stack unit for fuel cell, and production methods of separator for fuel cell and cell unit (single cell unit or short stack unit) for fuel cell
US20110127239A1 (en) * 2008-07-23 2011-06-02 Electrode Unit And Resistance Welding Device Electrode unit and resistance welding device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014185193A1 (ja) 2014-11-20
CN105229835B (zh) 2017-10-13
US20160072135A1 (en) 2016-03-10
US9911986B2 (en) 2018-03-06
EP2999040A1 (en) 2016-03-23
EP2999040A4 (en) 2016-06-22
CA2912587C (en) 2018-06-05
JPWO2014185193A1 (ja) 2017-02-23
CA2912587A1 (en) 2014-11-20
JP6020718B2 (ja) 2016-11-02
EP2999040B1 (en) 2018-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20150099208A1 (en) Resin-framed membrane electrode assembly for fuel cell
US9673458B2 (en) Fuel cell
US20090004533A1 (en) Fuel cell stack
JP6778249B2 (ja) 燃料電池スタック
JP6800257B2 (ja) 燃料電池スタック及び燃料電池スタックの組立方法
CN105229835A (zh) 燃料电池用的分隔件组件的制造装置和制造方法
JP2008103166A (ja) 燃料電池スタック
CN105210221A (zh) 燃料电池用分隔件的制造方法和制造装置
JP4174022B2 (ja) 燃料電池スタック
JP2014032957A (ja) 燃料電池
US10243221B2 (en) Resin-framed membrane-electrode assembly for fuel cell and method for manufacturing the same
JP2013187128A (ja) 燃料電池
WO2005104286A1 (en) Fuel cell stack and related method
JP6666664B2 (ja) 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体
JP2001319666A (ja) 燃料電池及びその製造方法
JP5109277B2 (ja) マルチセルモジュールおよび燃料電池スタック
JP2020119720A (ja) 燃料電池スタック
JP2009170273A (ja) 燃料電池
JP6559980B2 (ja) 燃料電池
JP6194186B2 (ja) 燃料電池
JP4551746B2 (ja) 燃料電池スタック
JP2021002515A (ja) 燃料電池スタック
US20130108942A1 (en) Fuel cell
JP5162990B2 (ja) 燃料電池のシール構造および燃料電池
JP2014212074A (ja) 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant