CN109713344B - 发电单电池 - Google Patents

发电单电池 Download PDF

Info

Publication number
CN109713344B
CN109713344B CN201811241450.4A CN201811241450A CN109713344B CN 109713344 B CN109713344 B CN 109713344B CN 201811241450 A CN201811241450 A CN 201811241450A CN 109713344 B CN109713344 B CN 109713344B
Authority
CN
China
Prior art keywords
convex
convex portion
supporting
metal separator
bypass
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
Application number
CN201811241450.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109713344A (zh
Inventor
石田坚太郎
苫名佑
佐佐木健二
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.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda 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 Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Publication of CN109713344A publication Critical patent/CN109713344A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109713344B publication Critical patent/CN109713344B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • H01M8/02—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
    • 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
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • 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
    • H01M8/02—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
    • H01M8/0271—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
    • 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

本公开涉及发电单电池。在发电单电池(12)中，在氧化剂气体流路(48)的流路宽度方向端部与外周侧凸起部(54)之间设置防止氧化剂气体旁通的第一阻止旁通凸状部(84)。在凹状弯曲部(87)与外周侧凸起部(54)之间设置第一阻止旁通凸状部(84)，该凹状弯曲部(87)在端部波状突起(48a1)中以相对于外周侧凸起部(54)凹陷的方式弯曲。在第一金属隔板(30)中，在凹状弯曲部(87)与第一阻止旁通凸状部(84)之间设置支承阴极电极(44)的第一支承用凸状部(85)。

Description

发电单电池
技术领域
本发明涉及具备设置了凸起密封件和波状的反应气体流路的金属隔板的发电单电池。
背景技术
一般来说，固体高分子型燃料电池采用由高分子离子交换膜形成的固体高分子电解质膜。燃料电池具备电解质膜-电极结构体(MEA)，该电解质膜- 电极结构体(MEA)在固体高分子电解质膜的一方表面配设了阳极电极，在所述固体高分子电解质膜的另一方表面配设了阴极电极。利用隔板(双极性板) 夹持MEA来构成发电单电池(单位燃料电池)。将发电单电池层叠规定的层数，由此例如作为车载用燃料电池堆来使用。
发电单电池中，存在使用金属隔板作为隔板的情况。沿着阳极电极形成了供作为一方反应气体的燃料气体流动的燃料气体流路的阳极侧金属隔板配置在MEA的一方表面侧，沿着阴极电极形成了供作为另一方反应气体的氧化剂气体流动的氧化剂气体流路的阴极侧金属隔板配置在MEA的另一方表面侧。
然而，日本专利第5239091号公报中公开了，为了降低制造成本，通过冲压成型在金属隔板形成凸形状的凸起密封件(界限壁7)作为密封部。另外，日本专利第5239091号公报中，为了防止在设置于金属隔板的反应气体流路的流路宽度方向端部处的反应气体的旁通，在凸起密封件与反应气体流路之间设置阻止旁通凸状部(限制构件10)。
专利文献1：日本专利第5239091号公报
发明内容
发明所要解决的问题
日本专利第5239091号公报中，由阻止旁通凸状部支承着MEA的宽度方向端部，在没有设置阻止旁通凸状部的部位处无法支承MEA的宽度方向端部。因此，在MEA的宽度方向端部处没有被阻止旁通凸状部支承的部位，表面压力降低。该表面压力降低引起发电性能以及耐久性降低。
本发明是考虑这样的课题做出的，目的在于提供能够抑制设置于金属隔板的反应气体流路的流路宽度方向端部处的表面压力降低的发电单电池。
用于解决问题的方案
为了实现所述目的，本发明的发电单电池具备：在电解质膜的两侧设置电极而构成的电解质膜-电极结构体以及在所述电解质膜-电极结构体的两侧配置的金属隔板；形成有如下反应气体流路，该反应气体流路具有从所述金属隔板的一端朝向另一端延伸的多个波状突起以及在所述多个波状突起间形成的多个波状流路槽，供反应气体从所述一端朝向所述另一端沿着发电面流动；以包围所述反应气体流路的方式设置有防止反应气体泄漏的凸起密封件；在所述反应气体流路的流路宽度方向端部与所述凸起密封件之间设置有防止反应气体旁通的阻止旁通凸状部，该发电单电池中，在所述波状突起中的所述流路宽度方向端部处以相对于所述凸起密封件凹陷的方式弯曲的凹状弯曲部与所述凸起密封件之间设置所述阻止旁通凸状部；在至少一方所述金属隔板，在所述凹状弯曲部与所述阻止旁通凸状部之间设置有支承所述电极的支承用凸状部。
优选为，在一方所述金属隔板以及另一方所述金属隔板各自设置所述支承用凸状部。
优选为，沿着所述波状突起的延伸方向交替地配置一方所述金属隔板的所述支承用凸状部与另一方所述金属隔板的所述支承用凸状部。
优选为，一对所述金属隔板间，所述支承用凸状部彼此形状不同。
优选为，一方所述金属隔板的所述支承用凸状部，隔着所述电解质膜-电极结构体，与在另一方所述金属隔板的所述流路宽度方向端部配置的所述波状突起对置。
优选为，在所述电解质膜-电极结构体的外周部配置框形状的树脂膜，在所述电解质膜-电极结构体与所述树脂膜在厚度方向重叠的位置处，所述支承用凸状部支承所述电极。
优选为，在所述波状突起的延伸方向，隔着间隔地配置多个所述阻止旁通凸状部。
优选为，在所述支承用凸状部的附近设置向制冷剂面侧突出的凹部，作为该凹部的背面形状的突出部的前端抵接于与该突出部相邻的所述金属隔板。
发明的效果
根据本发明的发电单电池，能够不仅利用阻止旁通凸状部，也利用支承用凸状部支承电解质膜-电极结构体的宽度方向端部。从而，能够防止电解质膜-电极结构体的宽度方向端部中的表面压力(紧固载荷)降低。由此，能够抑制因发电单电池的表面压力降低引起的发电性能以及耐久性降低。
参照附图所作的对以下的实施方式进行的说明，容易理解所述目的、特征以及优点。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的发电单电池的分解立体图。
图2是沿着图1以及图4中的II-II线的发电单电池的剖视图。
图3是从第一金属隔板侧观察到的接合隔板的俯视图。
图4是第一金属隔板的主要部分放大俯视图。
图5是从第二金属隔板侧观察到的接合隔板的俯视图。
图6是第二金属隔板的主要部分放大俯视图。
图7是将第二金属隔板重叠于第一金属隔板的状态的图。
图8是沿着图4中的VIII-VIII线的剖视图。
具体实施方式
以下，关于本发明所涉及的发电单电池例举优选的实施方式，参照附图进行说明。
图1所示的构成单位燃料电池的发电单电池12具备：带树脂膜的MEA 2 8、在带树脂膜的MEA 28的一方表面侧(箭头符号A1方向侧)配置的第一金属隔板30、以及在带树脂膜的MEA 28的另一方表面侧(箭头符号A2方向侧)配置的第二金属隔板32。多个发电单电池12例如在箭头符号A方向(水平方向) 或者箭头符号C方向(重力方向)层叠，并且被付与层叠方向的紧固载荷(压缩载荷)，来构成燃料电池堆10。燃料电池堆10例如作为车载用燃料电池堆被搭载于燃料电池电动汽车(未图示)。
第一金属隔板30以及第二金属隔板32例如是将钢板、不锈钢板、铝板、镀处理钢板、或者在其金属表面实施了用于防腐蚀的表面处理而成的金属薄板的截面冲压成型为波形来构成的。彼此相邻的发电单电池12中的一方发电单电池12的第一金属隔板30与另一方发电单电池12的第二金属隔板32，通过对外周进行焊接、钎焊、铆接等而接合为一体，构成接合隔板33。
在发电单电池12的长边方向、即水平方向的一端缘部(箭头符号B1方向侧的缘部)，以在层叠方向(箭头符号A方向)相同连通孔相互连通的方式设置氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b在铅垂方向(箭头符号C方向)排列设置。氧化剂气体入口连通孔 34a供给氧化剂气体、例如含氧气体。冷却介质入口连通孔36a供给冷却介质、例如水。燃料气体出口连通孔38b排出燃料气体、例如含氢气体。
在发电单电池12的长边方向另一端缘部(箭头符号B2方向的缘部)，以在层叠方向相同连通孔相互连通的方式设置燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b在铅垂方向排列设置。燃料气体入口连通孔38a供给燃料气体。冷却介质出口连通孔36b排出冷却介质。氧化剂气体出口连通孔34b排出氧化剂气体。氧化剂气体入口连通孔34a和氧化剂气体出口连通孔34b以及燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b的配置不限定于本实施方式，根据所要求的规格适当设定即可。
如图2所示，带树脂膜的MEA 28具备电解质膜-电极结构体28a(以下记载为“MEA28a”)、在MEA 28a的外周部设置的框形状的树脂膜46。
MEA 28a具有电解质膜40、夹持电解质膜40的阳极电极42以及阴极电极 44。电解质膜40例如是固体高分子电解质膜(阳离子交换膜)。固体高分子电解质膜例如是含有水分的全氟磺酸的薄膜。电解质膜40被阳极电极42以及阴极电极44夹持。电解质膜40除了能够使用氟系电解质之外，还能够使用HC (碳化氢)系电解质。
阴极电极44具有与电解质膜40的一方表面接合的第一电极催化剂层44a、以及与第一电极催化剂层44a层叠的第一气体扩散层44b。阳极电极42具有与电解质膜40的另一方表面接合的第二电极催化剂层42a、以及与第二电极催化剂层42a层叠的第二气体扩散层42b。
第一电极催化剂层44a以及第二电极催化剂层42a形成于电解质膜40的两面。第一电极催化剂层44a例如是将表面承载了白金合金的多孔质碳粒子和离子导电性高分子粘合剂一起均匀地涂布在第一气体扩散层44b的表面而形成的。第二电极催化剂层42a例如是将表面承载了白金合金的多孔质碳粒子和离子导电性高分子粘合剂一起均匀地涂布在第二气体扩散层42b的表面而形成的。第一气体扩散层44b以及第二气体扩散层42b是由碳纸或者碳布等形成的。
如图1所示，在树脂膜46的箭头符号B1方向侧的缘部设置氧化剂气体入口连通孔34a、冷却介质入口连通孔36a以及燃料气体出口连通孔38b。在树脂膜46的箭头符号B2方向的缘部设置燃料气体入口连通孔38a、冷却介质出口连通孔36b以及氧化剂气体出口连通孔34b。
如图2所示，树脂膜46具有厚度不同的两个框状片46a、46b。具体来讲，树脂膜46具有内周部与MEA 28a的外周部接合的第一框状片46a、与第一框状片46a接合的第二框状片46b。第一框状片46a与第二框状片46b利用由接合剂形成的接合层46c来在厚度方向相互接合。第二框状片46b与第一框状片46 a的外周部接合。
第一框状片46a以及第二框状片46b是由树脂材料构成的。作为第一框状片46a以及第二框状片46b的结构材料，例如可以举出PPS(聚苯硫醚)、PPA(聚邻苯二甲酰胺)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PES(聚醚砜)、LCP(液晶聚合物)、PVDF(聚偏氟乙烯)、硅树脂、氟树脂、m-PPE(改性聚苯醚树脂)、PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或者改性聚烯烃等。
树脂膜46的内周部46n(第一框状片46a的内周部)配置在阳极电极42的外周部与阴极电极44的外周部之间。具体来说，树脂膜46的内周部46n被夹持在电解质膜40的外周部与阳极电极42的外周部之间。树脂膜46的内周部46n 与电解质膜40的外周部经由接合层46c被接合。此外也可以是，树脂膜46的内周部46n被夹持在电解质膜40与阴极电极44之间。
此外也可以是，不使用树脂膜46，而使电解质膜40向外方突出。另外，也可以在向外方突出的电解质膜40的两侧设置框形状的膜。
如图3所示，在第一金属隔板30的朝向带树脂膜的MEA 28的面30a(以下称为“表面30a”)，例如设置有在箭头符号B方向延伸的氧化剂气体流路48。氧化剂气体流路48与氧化剂气体入口连通孔34a以及氧化剂气体出口连通孔 34b可流通流体地连通。氧化剂气体流路48具有在箭头符号B方向延伸的多个波状突起48a间形成的多个波状流路槽48b。从而，在氧化剂气体流路48中，多个波状突起48a与多个波状流路槽48b在流路宽度方向(箭头符号C方向)交替地配置。
波状突起48a的宽度方向(箭头符号C方向)两侧的侧壁相对于隔板厚度方向倾斜，波状突起48a的横截面形状为梯形。此外也可以是，波状突起48a 的宽度方向两侧的侧壁与隔板厚度方向平行，波状突起48a的横截面形状为矩形状。波状突起48a只要为在该波状突起48a延伸的方向(箭头符号B方向)不是直线状而是具有凹凸的形状即可，不限定于特定的形状。以下，多个波状突起48a中的位于流路宽度方向的两端位置的波状突起称为“端部波状突起4 8a1”。端部波状突起48a1配置在相比于第一气体扩散层44b的外端44be靠内侧的位置。
在第一金属隔板30的表面30a中，在氧化剂气体入口连通孔34a与氧化剂气体流路48之间设置入口缓冲部50A，该入口缓冲部50A具有多个由在箭头符号C方向排列的多个压花(emboss)部50a形成的压花列。另外，在第一金属隔板30的表面30a中，在氧化剂气体出口连通孔34b与氧化剂气体流路48之间设置出口缓冲部50B，该出口缓冲部50B具有多个由多个压花部50b形成的压花列。
此外，在第一金属隔板30的与氧化剂气体流路48相反一侧的面30b，在入口缓冲部50A的所述压花列间设置由在箭头符号C方向排列的多个压花部 67a形成的压花列，并且在出口缓冲部50B的所述压花列间设置由在箭头符号 C方向排列的多个压花部67b形成的压花列(参照图1)。向制冷剂面侧突出的压花部67a、67b构成制冷剂面侧的缓冲部。
在第一金属隔板30的表面30a，通过冲压成型，朝向带树脂膜的MEA 2 8(图1)鼓出成形第一密封线52。虽未详细图示，但也可以是通过印刷或者涂布等将树脂件固定在第一密封线52的凸部前端面。此外也可以没有该树脂件。
第一密封线52具有：将多个连通孔(氧化剂气体入口连通孔34a等)独立地包围的多个凸起密封件53(以下称为“连通孔凸起部53”)；以及将氧化剂气体流路48、入口缓冲部50A和出口缓冲部50B包围的凸起密封件54(以下称为“外周侧凸起部54”)。
多个连通孔凸起部53从第一金属隔板30的表面30a朝向带树脂膜的MEA 28突出，并且分别独立地围绕在氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a以及冷却介质出口连通孔36b的周围。以下，将多个连通孔凸起部53中的包围氧化剂气体入口连通孔34a的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部53a”，将包围氧化剂气体出口连通孔34b的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部53b”。
在第一金属隔板30设置有将连通孔凸起部53a、53b的内侧(连通孔34a、 34b侧)与外侧(氧化剂气体流路48侧)连通的桥部80、82。在包围氧化剂气体入口连通孔34a的连通孔凸起部53a的靠氧化剂气体流路48侧的边部设置桥部80。在包围氧化剂气体出口连通孔34b的连通孔凸起部53b的靠氧化剂气体流路48侧的边部设置桥部82。
桥部80、82在连通孔凸起部53a、53b的内侧以及外侧分别具有多条沟道 (tunnel)80t、82t。通过冲压成型，从第一金属隔板30的表面30a朝向带树脂膜的MEA 28侧突出成形沟道80t、82t。
在氧化剂气体流路48的流路宽度方向两端部(端部波状突起48a1)与外周侧凸起部54之间设置有防止氧化剂气体从氧化剂气体入口连通孔34a向氧化剂气体出口连通孔34b旁通的第一阻止旁通凸状部84。本实施方式中，氧化剂气体流路48的流路宽度方向为沿着长方形状的第一金属隔板30的短边的方向(箭头符号C方向)。朝向带树脂膜的MEA 28(参照图2)侧突出成形第一阻止旁通凸状部84。在端部波状突起48a1的延伸方向(箭头符号B方向)隔着间隔地配置有多个第一阻止旁通凸状部84。
在图4中，第一阻止旁通凸状部84的宽度方向(箭头符号B方向)两侧的侧壁84s相对于隔板厚度方向倾斜，第一阻止旁通凸状部84的横截面形状为梯形。此外也可以是，第一阻止旁通凸状部84的宽度方向两侧的侧壁84s与隔板厚度方向平行，第一阻止旁通凸状部84的横截面形状为矩形状。
端部波状突起48a1具有：以相对于外周侧凸起部54凹陷的方式弯曲的凹状弯曲部87；以及以相对于外周侧凸起部54突出的方式弯曲的凸状弯曲部8 8。多个第一阻止旁通凸状部84包含：在端部波状突起48a1的凹状弯曲部87 与外周侧凸起部54之间设置的第一阻止旁通凸状部84a；以及在端部波状突起48a1的凸状弯曲部88与外周侧凸起部54之间设置的第一阻止旁通凸状部8 4b。沿着端部波状突起48a1的延伸方向，互相隔着间隔地交替配置第一阻止旁通凸状部84a与第一阻止旁通凸状部84b。
一方第一阻止旁通凸状部84a的一端与外周侧凸起部54相连，另一端与端部波状突起48a1的凹状弯曲部87相连。另一方第一阻止旁通凸状部84b的一端与外周侧凸起部54相连，另一端与端部波状突起48a1的凸状弯曲部88相连。在彼此相邻的第一阻止旁通凸状部84a、84b之间设置有支承MEA28a的外周部的中间凸状部89。
中间凸状部89朝向带树脂膜的MEA 28突出。在彼此相邻的第一阻止旁通凸状部84a、84b之间，逐个间隔配置有多个中间凸状部89。图4中，在彼此相邻的第一阻止旁通凸状部84a、84b之间处，沿着端部波状突起48a1的延伸方向，隔着间隔地配置有例如两个中间凸状部89。中间凸状部89具有与端部波状突起48a1的延伸方向交叉地延伸的形状。从层叠方向观察时，中间凸状部89配置在与第一气体扩散层44b的外端44be重叠的位置。
在第一金属隔板30，在端部波状突起48a1的凹状弯曲部87与第一阻止旁通凸状部84a之间设置支承阴极电极44(第一气体扩散层44b)的第一支承用凸状部85。通过冲压成型，朝向带树脂膜的MEA 28突出成形第一支承用凸状部85。本实施方式中，第一支承用凸状部85与第一阻止旁通凸状部84a一体地相连，并且与端部波状突起48a1的凹状弯曲部87一体地相连。
如图2所示，在MEA 28a与树脂膜46在厚度方向重叠的位置处，第一支承用凸状部85支承阴极电极44(第一气体扩散层44b)。如图3所示，第一支承用凸状部85设置在与框形状的树脂膜46的内周部46n对应的位置(从层叠方向观察时，与树脂膜46的内周部46n重叠的位置)。
如图4所示，在第一支承用凸状部85的附近，设置有相对于阴极电极44 凹陷(背面形状为向制冷剂面侧突出的)凹部85a。凹部85a配置在第一阻止旁通凸状部84a的延长线上。与多个第一支承用凸状部85对应地设置凹部85a。即，沿着端部波状突起48a1的延伸方向设置多个凹部85a。如图2所示，凹部 85a的背面形状、即突出部的前端抵接于与该突出部相邻的第二金属隔板32。
如图1所示，在第二金属隔板32的朝向带树脂膜的MEA 28的面32a(以下称为“表面32a”)，例如形成有在箭头符号B方向延伸的燃料气体流路58。
如图5所示，燃料气体流路58与燃料气体入口连通孔38a以及燃料气体出口连通孔38b可流通流体地连通。燃料气体流路58具有在箭头符号B方向延伸的多个波状突起58a间形成的多个波状流路槽58b。从而，在燃料气体流路58 中，多个波状突起58a与多个波状流路槽58b在流路宽度方向(箭头符号C方向) 交替地配置。以下，多个波状突起58a中的位于流路宽度方向的两端位置的波状突起称为“端部波状突起58a1”。端部波状突起58a1配置在相比于第二气体扩散层42b的外端42be靠内侧的位置。
在第二金属隔板32的表面32a中，在燃料气体入口连通孔38a与燃料气体流路58之间设置入口缓冲部60A，该入口缓冲部60A具有多个由在箭头符号C 方向排列的多个压花部60a形成的压花列。另外，在第二金属隔板32的表面3 2a中，在燃料气体出口连通孔38b与燃料气体流路58之间设置出口缓冲部60 B，该出口缓冲部60B具有多个由多个压花部60b形成的压花列。
此外，在第二金属隔板32的与燃料气体流路58相反侧的面32b，在入口缓冲部60A的所述压花列之间设置由在箭头符号C方向排列的多个压花部69 a形成的压花列，并且在出口缓冲部60B的所述压花列之间设置由在箭头符号 C方向排列的多个压花部69b形成的压花列。压花部69a、69b构成制冷剂面侧的缓冲部。
在第二金属隔板32的表面32a，通过冲压成型，朝向带树脂膜的MEA 2 8鼓出成形第二密封线62。虽未详细图示，通过印刷或者涂布等将树脂件固定在第二密封线62的凸部前端面。此外也可以没有该树脂件。
如图5所示，第二密封线62具有：将多个连通孔(连通孔38a等)独立地包围的多个凸起密封件63(以下称为“连通孔凸起部63”)；以及将燃料气体流路58、入口缓冲部60A和出口缓冲部60B包围的凸起密封件64(以下称为“外周侧凸起部64”)。
多个连通孔凸起部63从第二金属隔板32的表面32a突出，并且分别独立地围绕在氧化剂气体入口连通孔34a、氧化剂气体出口连通孔34b、燃料气体入口连通孔38a、燃料气体出口连通孔38b、冷却介质入口连通孔36a以及冷却介质出口连通孔36b的周围。以下，将多个连通孔凸起部63中的包围燃料气体入口连通孔38a的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部63a”，将包围燃料气体出口连通孔38b的连通孔凸起部记载为“连通孔凸起部63b”。
在第二金属隔板32设置有将分别包围燃料气体入口连通孔38a和燃料气体出口连通孔38b的连通孔凸起部63a、63b的内侧(连通孔38a、38b侧)与外侧 (燃料气体流路58侧)连通的桥部90、92。在包围燃料气体入口连通孔38a的连通孔凸起部63a的靠燃料气体流路58侧的边部设置桥部90。在包围燃料气体出口连通孔38b的连通孔凸起部63b的靠燃料气体流路58侧的边部隔着间隔地设置桥部92。
桥部90、92在连通孔凸起部63a、63b的内侧以及外侧分别具有多条沟道 90t、92t。通过冲压成型，从第二金属隔板32的表面32a朝向带树脂膜的MEA 28(参照图2)侧突出成形沟道90t、92t。
在燃料气体流路58的流路宽度方向两端部(端部波状突起58a1)与外周侧凸起部64之间，设置防止燃料气体从燃料气体入口连通孔38a向燃料气体出口连通孔38b旁通的第二阻止旁通凸状部94。本实施方式中，燃料气体流路5 8的流路宽度方向为沿着长方形状的第二金属隔板32的短边的方向(箭头符号C方向)。朝向带树脂膜的MEA 28(参照图2)侧突出成形第二阻止旁通凸状部94。在端部波状突起58a1的延伸方向(箭头符号B方向)隔着间隔地配置有多个第二阻止旁通凸状部94。
如图6所示，端部波状突起58a1具有：以相对于外周侧凸起部64凹陷的方式弯曲的凹状弯曲部95；以及以相对于外周侧凸起部64突出的方式弯曲的凸状弯曲部96。多个第二阻止旁通凸状部94包含：在端部波状突起58a1的凹状弯曲部95与外周侧凸起部64之间设置的第二阻止旁通凸状部94a；以及在端部波状突起58a1的凸状弯曲部96与外周侧凸起部64之间设置的第二阻止旁通凸状部94b。沿着端部波状突起58a1的延伸方向，互相隔着间隔地交替配置一方第二阻止旁通凸状部94a与另一方第二阻止旁通凸状部94b。
一方第二阻止旁通凸状部94a的一端与外周侧凸起部64相连，另一端与端部波状突起58a1的凹状弯曲部95分离。另一方第二阻止旁通凸状部94b的一端与外周侧凸起部64相连，另一端与端部波状突起58a1的凸状弯曲部96相连。在彼此相邻的第二阻止旁通凸状部94a、94b之间设置支承MEA 28a的外周部的中间凸状部98。中间凸状部98朝向带树脂膜的MEA 28突出。
在彼此相邻的第二阻止旁通凸状部94a、94b之间，逐个间隔配置有多个中间凸状部98。在彼此相邻的第二阻止旁通凸状部94a、94b之间设置的多个中间凸状部98的排列方向与在彼此相邻的第一阻止旁通凸状部84a、84b之间设置的多个中间凸状部89(图4)的排列方向不同。具体来说，本实施方式中，在彼此相邻的第二阻止旁通凸状部94a、94b之间处，沿着端部波状突起58a1 与外周侧凸起部64分离的方向(箭头符号C方向)隔着间隔地配置多个中间凸状部98。从层叠方向观察时，中间凸状部98配置在与第二气体扩散层42b的外周区域以及外端42be重叠的位置。
在第二金属隔板32，在端部波状突起58a1的凹状弯曲部95与第二阻止旁通凸状部94a之间设置有支承阳极电极42(第二气体扩散层42b)的第二支承用凸状部100。通过冲压成型，朝向带树脂膜的MEA 28突出成形第二支承用凸状部100。从第二金属隔板32的厚度方向观察时，第二支承用凸状部100具有沿着凹状弯曲部95的弯曲形状而弯曲为回旋镖状的平面形状。即，第二支承用凸状部100具有以向端部波状突起58a1侧成为凸状的方式弯曲的平面形状。沿着端部波状突起58a1的延伸方向(箭头符号B方向)的第二支承用凸状部100的长度比第二阻止旁通凸状部94a的宽度大。即，第二支承用凸状部100相对于第二阻止旁通凸状部94a，向端部波状突起58a1的延伸方向(箭头符号B方向)突出。第二阻止旁通凸状部94与第二支承用凸状部100的长度方向中央部对置。
第二支承用凸状部100具有与第一支承用凸状部85(图4)不同的形状。本实施方式中，与端部波状突起58a1的凹状弯曲部95以及第二阻止旁通凸状部 94a分离地配置第二支承用凸状部100。由此，能够使第二金属隔板32的刚性提高。此外也可以是，与端部波状突起58a1的凹状弯曲部95以及第二阻止旁通凸状部94a中的至少一方一体地相连来形成第二支承用凸状部100。
第二支承用凸状部100设置在与框形状的树脂膜46的内端46e对应的位置(从层叠方向观察时，与树脂膜46的内端46e重叠的位置)。如图8所示，在 MEA 28a的外周部与树脂膜46的内周部46n在厚度方向重叠的位置处，第二支承用凸状部100支承阳极电极42(第二气体扩散层42b)。
如图7所示，从层叠方向观察时，氧化剂气体流路48的波状突起48a与燃料气体流路58的波状突起58a形成为相同波长并且彼此反相位的波形状。沿着波状突起48a、58a的延伸方向交替地配置第一金属隔板30的第一支承用凸状部85与第二金属隔板32的第二支承用凸状部100。
如图2所示，第一支承用凸状部85隔着MEA 28a，与第二金属隔板32的端部波状突起58a1对置。从而，如图7所示，从层叠方向观察时，第一支承用凸状部85与第二金属隔板32的端部波状突起58a1重叠。
如图8所示，第二支承用凸状部100隔着MEA 28a，与第一金属隔板30的端部波状突起48a1对置。从而，如图7所示，从层叠方向观察时，第二支承用凸状部100与第一金属隔板30的端部波状突起48a1重叠。
如图1所示，在互相接合的第一金属隔板30的面30b与第二金属隔板32的面32b之间，形成与冷却介质入口连通孔36a和冷却介质出口连通孔36b可流通流体地连通的冷却介质流路66。形成了氧化剂气体流路48的第一金属隔板 30的背面形状与形成了燃料气体流路58的第二金属隔板32的背面形状互相重合来形成冷却介质流路66。
这样构成的发电单电池12以如下方式进行动作。
首先，如图1所示，向氧化剂气体入口连通孔34a供给含氧气体等氧化剂气体、例如空气。向燃料气体入口连通孔38a供给含氢气体等燃料气体。向冷却介质入口连通孔36a供给纯水、乙二醇、油等冷却介质。
从氧化剂气体入口连通孔34a向第一金属隔板30的氧化剂气体流路48导入氧化剂气体。而且，如图3所示，氧化剂气体沿着氧化剂气体流路48向箭头符号B方向移动，向MEA28a的阴极电极44供给氧化剂气体。
另一方面，如图1所示，从燃料气体入口连通孔38a向第二金属隔板32的燃料气体流路58导入燃料气体。如图5所示，燃料气体沿着燃料气体流路58 向箭头符号B方向，向MEA28a的阳极电极42供给燃料气体。
从而，各MEA 28a中，向阴极电极44供给的氧化剂气体与向阳极电极4 2供给的燃料气体在第一电极催化剂层44a以及第二电极催化剂层42a内通过电化学反应被消耗，来进行发电。
接着，如图1所示，向阴极电极44供给并被消耗的氧化剂气体从氧化剂气体流路48向氧化剂气体出口连通孔34b流动，沿着氧化剂气体出口连通孔3 4b向箭头符号A方向排出。同样地，向阳极电极42供给并被消耗的燃料气体从燃料气体流路58向燃料气体出口连通孔38b流动，沿着燃料气体出口连通孔38b向箭头符号A方向排出。
另外，向冷却介质入口连通孔36a供给的冷却介质被导入到在第一金属隔板30与第二金属隔板32之间形成的冷却介质流路66之后，向箭头符号B方向流通。该冷却介质将MEA 28a冷却之后，从冷却介质出口连通孔36b被排出。
该情况下，本实施方式所涉及的发电单电池12产生如下效果。
发电单电池12中，在端部波状突起48a1中以相对于外周侧凸起部54凹陷的方式弯曲的凹状弯曲部87与外周侧凸起部54之间设置第一阻止旁通凸状部84。在第一金属隔板30，在凹状弯曲部87与第一阻止旁通凸状部84之间设置支承阴极电极44的第一支承用凸状部85(图4)。另外，在端部波状突起58a1 中以相对于外周侧凸起部64凹陷的方式弯曲的凹状弯曲部95与外周侧凸起部64之间设置第二阻止旁通凸状部94。在第二金属隔板32设置有支承阳极电极42的第二支承用凸状部100(图6)。
因此，能够不仅利用第一阻止旁通凸状部84以及第二阻止旁通凸状部9 4，也利用第一支承用凸状部85以及第二支承用凸状部100支承MEA28a的宽度方向端部(箭头符号C方向的端部)。从而，能够防止MEA 28a的宽度方向端部处的表面压力(紧固载荷)降低。由此，能够抑制因发电单电池12的表面压力降低引起的发电性能以及耐久性降低。
发电单电池12中，在第一金属隔板30以及第二金属隔板32各自设置有支承用凸状部(第一支承用凸状部85以及第二支承用凸状部100)。因此，能够良好地在第一金属隔板30以及第二金属隔板32的双方侧防止发电单电池12的宽度方向端部处的表面压力降低。
沿着波状突起48a、58a的延伸方向交替地配置第一金属隔板30的第一支承用凸状部85与第二金属隔板32的第二支承用凸状部100(图7)。利用该结构能够沿着波状突起48a、58a的延伸方向较佳地支承MEA 28a。
第一支承用凸状部85与第二支承用凸状部100彼此的形状不同。利用该结构，能够在第一金属隔板30侧与第二金属隔板32侧分别设置适于支承阴极电极44以及阳极电极42的形状的第一支承用凸状部85和第二支承用凸状部1 00。
第一金属隔板30的第一支承用凸状部85隔着MEA 28a，与第二金属隔板 32的端部波状突起58a1对置(图2)。第二金属隔板32的第二支承用凸状部100 隔着MEA 28a，与第一金属隔板30的端部波状突起48a1对置(图8)。利用该结构，在第一支承用凸状部85与第二金属隔板32的端部波状突起58a1之间支承 MEA 28a，在第二支承用凸状部100与第一金属隔板30的端部波状突起48a1 之间支承MEA 28a。因此，能够进一步有效地防止MEA 28a的宽度方向端部处的表面压力降低。
本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行各种改变。

Claims (8)

1.一种发电单电池，具备：在电解质膜的两侧设置电极而构成的电解质膜-电极结构体；以及在所述电解质膜-电极结构体的两侧配置的金属隔板，
形成有如下反应气体流路，该反应气体流路具有从所述金属隔板的一端朝向另一端延伸的多个波状突起以及在所述多个波状突起间形成的多个波状流路槽，供反应气体从所述一端朝向所述另一端沿着发电面流动，
以包围所述反应气体流路的方式设置有防止反应气体泄漏的凸起密封件，
在所述反应气体流路的流路宽度方向端部与所述凸起密封件之间设置有防止反应气体旁通的阻止旁通凸状部，该发电单电池的特征在于，
所述多个波状突起中的在所述流路宽度方向端部设置的端部波状凸起(48a1、58a1)具有：以相对于所述凸起密封件凹陷的方式弯曲的凹状弯曲部(87、95)、以相对于所述凸起密封件突出的方式弯曲的凸状弯曲部(88、96)，
所述阻止旁通凸状部设置在所述凸起密封件与所述端部波状凸起的所述凹状弯曲部之间，
在至少一方所述金属隔板，在所述凹状弯曲部与所述阻止旁通凸状部之间设置有支承所述电极的支承用凸状部(85)，
在从所述电解质膜-电极结构体与所述金属隔板的层叠方向观察时，在一方所述金属隔板设置的所述支承用凸状部(85)与其它所述金属隔板(32)的所述凸状弯曲部(96)重叠。
2.根据权利要求1所述的发电单电池，其特征在于，
在一方所述金属隔板以及另一方所述金属隔板各自设置所述支承用凸状部。
3.根据权利要求2所述的发电单电池，其特征在于，
沿着所述波状突起的延伸方向交替地配置一方所述金属隔板的所述支承用凸状部与另一方所述金属隔板的所述支承用凸状部。
4.根据权利要求2或者3所述的发电单电池，其特征在于，
一对所述金属隔板间，所述支承用凸状部彼此形状不同。
5.根据权利要求2或者3所述的发电单电池，其特征在于，
一方所述金属隔板的所述支承用凸状部，隔着所述电解质膜-电极结构体，与在另一方所述金属隔板的所述端部波状突起对置。
6.根据权利要求1～3中的任一项所述的发电单电池，其特征在于，
在所述电解质膜-电极结构体的外周部配置框形状的树脂膜，
在所述电解质膜-电极结构体与所述树脂膜在厚度方向重叠的位置处，所述支承用凸状部支承所述电极。
7.根据权利要求1～3中的任一项所述的发电单电池，其特征在于，
在所述波状突起的延伸方向，隔着间隔地配置多个所述阻止旁通凸状部。
8.一种发电单电池，具备：在电解质膜的两侧设置电极而构成的电解质膜-电极结构体；以及在所述电解质膜-电极结构体的两侧配置的金属隔板，
形成有如下反应气体流路，该反应气体流路具有从所述金属隔板的一端朝向另一端延伸的多个波状突起以及在所述多个波状突起间形成的多个波状流路槽，供反应气体从所述一端朝向所述另一端沿着发电面流动，
以包围所述反应气体流路的方式设置有防止反应气体泄漏的凸起密封件，
在所述反应气体流路的流路宽度方向端部与所述凸起密封件之间设置有防止反应气体旁通的阻止旁通凸状部，该发电单电池的特征在于，
所述阻止旁通凸状部设置在所述凸起密封件与所述波状凸起中的在所述流路宽度方向端部以相对于所述凸起密封件凹陷的方式弯曲的凹状弯曲部之间，
在至少一方所述金属隔板，在所述凹状弯曲部与所述阻止旁通凸状部之间设置有支承所述电极的支承用凸状部，
在所述支承用凸状部的附近设置向制冷剂面侧突出的凹部，作为该凹部的背面形状的突出部的前端抵接于与该突出部相邻的所述金属隔板。
CN201811241450.4A 2017-10-26 2018-10-24 发电单电池 Active CN109713344B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-206898 2017-10-26
JP2017206898A JP6496382B1 (ja) 2017-10-26 2017-10-26 発電セル

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109713344A CN109713344A (zh) 2019-05-03
CN109713344B true CN109713344B (zh) 2020-07-28

Family

ID=65999132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811241450.4A Active CN109713344B (zh) 2017-10-26 2018-10-24 发电单电池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10573905B2 (zh)
JP (1) JP6496382B1 (zh)
CN (1) CN109713344B (zh)
DE (1) DE102018218276B4 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6970389B2 (ja) * 2016-12-07 2021-11-24 住友電気工業株式会社 双極板、セルスタック、及びレドックスフロー電池
JP6649939B2 (ja) * 2017-12-27 2020-02-19 本田技研工業株式会社 発電セル
JP7120134B2 (ja) * 2019-04-10 2022-08-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用のセパレータ
CN111063911B (zh) * 2019-10-29 2020-12-29 珠海格力电器股份有限公司 燃料电池进气结构和燃料电池
JP7038692B2 (ja) * 2019-11-25 2022-03-18 本田技研工業株式会社 燃料電池用セパレータ及び発電セル
JP7276206B2 (ja) * 2020-03-09 2023-05-18 トヨタ自動車株式会社 燃料電池およびその製造方法
DE102020113353A1 (de) 2020-05-18 2021-11-18 Audi Aktiengesellschaft Bipolarplatte
JP7083867B2 (ja) * 2020-06-30 2022-06-13 本田技研工業株式会社 金属セパレータ及び燃料電池スタック
US11799096B2 (en) * 2020-10-20 2023-10-24 Honda Motor Co., Ltd. Power generation cell and fuel cell stack
JP7212090B2 (ja) * 2021-03-22 2023-01-24 本田技研工業株式会社 燃料電池
JP7183328B2 (ja) 2021-03-29 2022-12-05 本田技研工業株式会社 発電セル及び樹脂枠付き電解質膜・電極構造体

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1925201A (zh) * 2005-08-29 2007-03-07 丰田自动车株式会社 燃料电池及其中使用的框架
CN101816089A (zh) * 2007-10-02 2010-08-25 莱茵兹-迪兹通斯-有限公司 电化学系统

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5239091A (en) 1975-09-22 1977-03-26 Nippon Denso Co Ltd Microscopic pressure control device
US6586128B1 (en) * 2000-05-09 2003-07-01 Ballard Power Systems, Inc. Differential pressure fluid flow fields for fuel cells
US8475972B2 (en) * 2006-05-01 2013-07-02 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell
US9590255B2 (en) * 2011-07-20 2017-03-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell including separator with elliptical shaped embossed portions in gas inlet and outlet portions
DE112012003942B4 (de) 2011-09-22 2020-10-01 Honda Motor Co., Ltd. Elektrolyt-Membran-Elektrodenstruktur mit Harz-/Kunstharzrahmen für Brennstoffzellen
GB2501697A (en) * 2012-05-01 2013-11-06 Intelligent Energy Ltd Fuel cell stack assembly
DE202014008157U1 (de) * 2014-10-08 2016-01-20 Reinz-Dichtungs-Gmbh Elektrochemisches System

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1925201A (zh) * 2005-08-29 2007-03-07 丰田自动车株式会社 燃料电池及其中使用的框架
CN101816089A (zh) * 2007-10-02 2010-08-25 莱茵兹-迪兹通斯-有限公司 电化学系统

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019079736A (ja) 2019-05-23
JP6496382B1 (ja) 2019-04-03
US20190131633A1 (en) 2019-05-02
CN109713344A (zh) 2019-05-03
DE102018218276A1 (de) 2019-05-02
DE102018218276B4 (de) 2022-12-01
US10573905B2 (en) 2020-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109713344B (zh) 发电单电池
CN109560302B (zh) 燃料电池用金属隔板以及发电单电池
CN109980240B (zh) 发电单电池
CN109962257B (zh) 发电单电池
JP6968746B2 (ja) 燃料電池用セパレータ部材及び燃料電池スタック
CN110739474B (zh) 发电单电池
CN110021762B (zh) 发电单电池
US11777110B2 (en) Fuel cell
CN109755607B (zh) 凸起密封结构
JP5111826B2 (ja) 燃料電池
CN110649278A (zh) 燃料电池用隔板和燃料电池堆
JP6663901B2 (ja) 燃料電池
JP2021086649A (ja) 燃料電池用セパレータ及び発電セル
US11735748B2 (en) Power generation cell and resin-framed membrane electrode assembly
JP7083867B2 (ja) 金属セパレータ及び燃料電池スタック
JP7480216B2 (ja) 燃料電池用セパレータ及び発電セル
JP7193492B2 (ja) 燃料電池スタック
JP2022128044A (ja) 発電セル

Legal Events

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