CN112201804A - 燃料电池用金属隔板、接合隔板以及发电单电池 - Google Patents
燃料电池用金属隔板、接合隔板以及发电单电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112201804A CN112201804A CN202010639852.0A CN202010639852A CN112201804A CN 112201804 A CN112201804 A CN 112201804A CN 202010639852 A CN202010639852 A CN 202010639852A CN 112201804 A CN112201804 A CN 112201804A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bottom plate
- seal
- portions
- separator
- stacking direction
- 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.)
- Pending
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 84
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 40
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 37
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 34
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 28
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 24
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 15
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 9
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 41
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 41
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 25
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 25
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 7
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 6
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- -1 polyethylene naphthalate Polymers 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000106 Liquid crystal polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004977 Liquid-crystal polymers (LCPs) Substances 0.000 description 2
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 2
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 2
- 239000004954 Polyphthalamide Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 2
- 229920001707 polybutylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 2
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 2
- 229920006375 polyphtalamide Polymers 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 1
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005536 corrosion prevention Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N fluorosulfonic acid Chemical compound OS(F)(=O)=O UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 229920001955 polyphenylene ether Polymers 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
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
- H01M8/0271—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
- H01M8/0202—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
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
-
- 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
本发明涉及燃料电池用金属隔板、接合隔板以及发电单电池。燃料电池用金属隔板(14)和包含它的接合隔板(32)以及发电单电池10在层叠方向没有被压缩的初始状态下包括凸起密封件(45、47)，该凸起密封件(45、47)具有：第一倾斜部(52a、53a、62a、63a)，其相对于底板部(15a)而相对缓和地倾斜；第二倾斜部(52b、53b、62b、63b)，其设置在第一倾斜部(52a、53a、62a、63a)与底板部(15a)之间，与第一倾斜部(52a、53a、62a、63a)相比，陡地倾斜。
Description
技术领域
本发明涉及具备凸起密封件的燃料电池用金属隔板、接合隔板以及发电单电池。
背景技术
以往，已知有如下燃料电池(发电单电池)，其具备：在由高分子离子交换膜形成的电解质膜的一方的面配置阳极电极并且在电解质膜的另一方的面配置阴极电极而形成的电解质膜-电极结构体(MEA)；以及在MEA的两侧分别配置的隔板(也称为双极性板)。通常，通过将规定数量的发电单电池层叠来构成燃料电池堆。燃料电池堆例如作为车载用燃料电池堆而被组装入燃料电池车辆(燃料电池电动汽车等)。
在燃料电池中，有时作为隔板会使用金属隔板。此时，为了防止氧化剂气体、燃料气体以及冷却介质泄漏，在金属隔板设置有密封构件。关于密封构件，使用氟系树脂、硅等的弹性橡胶密封件，存在成本高昂的问题。
因而，例如，如专利文献1公开那样，代替弹性橡胶密封件，而采用在金属隔板形成密封凸起(以下，也称为凸起密封件)的结构。凸起密封件具有从金属隔板的平坦部(底板部)向厚度方向鼓出的形状。由于凸起密封件是冲压成型的，因而有制造成本低廉的优点。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2006/0054664号说明书
发明内容
发明所要解决的问题
凸起密封件因突出的部分与其它构件(树脂框构件等)抵接而形成线状的密封部分来发挥密封功能。但是，以往的凸起密封件中，凸起密封件与其它构件抵接的部分压曲而凹陷为凹状，判明了存在密封功能降低的情况。
因而，本发明的目的在于提供如下燃料电池用金属隔板、接合隔板以及发电单电池，其具备通过防止凸起密封件的密封面的变形而密封功能不容易降低的凸起密封件。
用于解决问题的方案
本发明的一方面为燃料电池用金属隔板，其与在电解质膜的两侧分别配置电极而形成的电解质膜-电极结构体层叠来构成发电单电池，用于防止作为燃料气体、氧化剂气体或者冷却介质的流体泄漏的凸起密封件在与所述电解质膜-电极结构体层叠的层叠方向突出，在所述燃料电池用金属隔板中，具有构成所述凸起密封件的两侧方的平坦部并且与所述层叠方向垂直的底板部，所述凸起密封件在所述层叠方向没有被压缩的初始状态下具备：顶部，其在所述层叠方向最突出；第一倾斜部，其设置在所述顶部的两侧，相对于所述底板部而相对缓和地倾斜；以及第二倾斜部，其设置在所述第一倾斜部与所述底板部之间，与所述第一倾斜部相比，相对于所述底板部而相对陡地倾斜。
本发明的另一方面为接合隔板，是多个上述方面的燃料电池用金属隔板层叠而成的，在所述接合隔板中，邻接的所述燃料电池用金属隔板以如下方式接合：各自的所述凸起密封件的所述顶部在层叠方向彼此向相反方向突出。
本发明的另一方面为发电单电池，具备：在电解质膜的两侧分别配设电极而形成的电解质膜-电极结构体；以及在所述电解质膜-电极结构体的两侧分别配设的金属隔板，在所述金属隔板，在所述电解质膜-电极结构体与所述金属隔板的层叠方向突出地形成用于防止作为燃料气体、氧化剂气体或者冷却介质的流体泄漏的凸起密封件，在所述发电单电池中，具有构成所述凸起密封件的两侧方的平坦部并且与所述层叠方向垂直的底板部，所述凸起密封件在所述层叠方向没有被压缩的初始状态下具备：顶部，其在所述层叠方向最突出；第一倾斜部，其设置在所述顶部的两侧，相对于所述底板部而相对缓和地倾斜；以及第二倾斜部，其设置在所述第一倾斜部与所述底板部之间，与所述第一倾斜部相比，相对于所述底板部而相对陡地倾斜。
发明的效果
根据上述方面的燃料电池用金属隔板、接合隔板以及发电单电池，能够防止凸起密封件的密封面的变形，能够防止密封功能降低。
根据参照附图来说明的以下实施方式的说明，能容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是本发明的实施方式涉及的发电单电池的分解立体图。
图2是图1的发电单电池的剖视图。
图3是图2的第二金属隔板的俯视图。
图4是示出沿着与图1的凸起密封件的密封线垂直的面而成的截面形状的剖视图。
图5A是比较例涉及的凸起密封件的剖视图，图5B是示出比较例涉及的凸起密封件的变形的说明图。
图6是示出对图4的凸起密封件作用有压缩载荷的状态的剖视图。
具体实施方式
以下，列举本发明优选的实施方式，并参照附图详细地说明。
如图1以及图2所示，本实施方式涉及的发电单电池10(燃料电池)具备：带树脂框的电解质膜-电极结构体12(以下，称为“带树脂框的MEA 12”)；以及在带树脂框的MEA 12的两侧分别配置的金属隔板14。发电单电池10例如是横长(或者纵长)的长方形的固体高分子型燃料电池。
多个发电单电池10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)层叠并且被施加层叠方向的紧固载荷(压缩载荷)，来构成燃料电池堆。燃料电池堆例如作为车载用燃料电池堆被搭载于燃料电池电动汽车。
如图1所示，在发电单电池10的箭头符号B方向(水平方向)的一端缘部，以在层叠方向即箭头符号A方向连通的方式设置有氧化剂气体入口连通孔18a、冷却介质入口连通孔20a以及燃料气体出口连通孔16b。氧化剂气体入口连通孔18a供给作为氧化剂气体的含氧气体(例如空气)。冷却介质入口连通孔20a供给冷却介质(例如水)。燃料气体出口连通孔16b排出作为燃料气体的含氢气体。氧化剂气体入口连通孔18a、冷却介质入口连通孔20a以及燃料气体出口连通孔16b在箭头符号C方向(铅垂方向)分离地排列。
在发电单电池10的箭头符号B方向的另一端缘部设置有在箭头符号A方向连通并且延伸的燃料气体入口连通孔16a、冷却介质出口连通孔20b以及氧化剂气体出口连通孔18b。燃料气体入口连通孔16a供给燃料气体。冷却介质出口连通孔20b排出冷却介质。氧化剂气体出口连通孔18b排出氧化剂气体。燃料气体入口连通孔16a、冷却介质出口连通孔20b以及氧化剂气体出口连通孔18b在箭头符号C方向分离地排列。
发电单电池10中，带树脂框的MEA 12被金属隔板14夹持。以下，将在带树脂框的MEA 12的一方的面配设的金属隔板14称为“第一金属隔板14a”，将在带树脂框的MEA 12的另一方的面配设的金属隔板14称为“第二金属隔板14b”。第一金属隔板14a以及第二金属隔板14b形成为横长(或者纵长)的长方形状。
带树脂框的MEA 12具备电解质膜-电极结构体12a(以下，称为“MEA 12a”)以及与MEA 12a的外周部接合并且围绕MEA 12a的外周部的树脂框构件22。MEA 12a具有：电解质膜23；在电解质膜23的一方的面设置的阳极电极24；以及在电解质膜23的另一方的面设置的阴极电极26。
电解质膜23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包含水分的全氟磺酸的薄膜。电解质膜23被阳极电极24和阴极电极26夹持。电解质膜23除了能够使用氟系电解质以外，还能够使用HC(碳化氢)系电解质。
如图2所示，阳极电极24具有：与电解质膜23的一方的面23a接合的第一电极催化剂层24a；以及层叠于第一电极催化剂层24a的第一气体扩散层24b。阴极电极26具有：与电解质膜23的另一方的面23b接合的第二电极催化剂层26a；以及层叠于第二电极催化剂层26a的第二气体扩散层26b。
如图1所示，树脂框构件22是其内周部与MEA 12a的外周部接合的、平面形状为长方形的框状的树脂膜(副垫圈)。树脂膜也可以是两个树脂膜重叠构成的。树脂框构件22具有固定的厚度。在树脂框构件22的箭头符号B方向的一端部设置氧化剂气体入口连通孔18a、冷却介质入口连通孔20a以及燃料气体出口连通孔16b。在树脂框构件22的箭头符号B方向的另一端部设置燃料气体入口连通孔16a、冷却介质出口连通孔20b以及氧化剂气体出口连通孔18b。在树脂框构件22设置的连通孔16a、16b、18a、18b、20a、20b分别设定为与在第一金属隔板14a以及第二金属隔板14b设置的连通孔16a、16b、18a、18b、20a、20b相同形状。
作为树脂框构件22的构成材料，例如举出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。
而且，也可以不使用树脂框构件22，而使电解质膜23向外方突出。另外也可以是，在与阳极电极24以及阴极电极26相比向外方突出的电解质膜23的两侧设置框形状的膜。
金属隔板14具有作为隔板主体的金属板15。以下，在说明金属板15自身的结构时，有时使用“金属隔板14”的呼称。
构成金属隔板14的金属板15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而构成的。第一金属隔板14a与第二金属隔板14b通过对外周进行焊接、钎焊、或者嵌塞(日文：かしめ)等而接合为一体，来构成接合隔板32。金属隔板14的板厚例如能够设为0.05mm～0.15mm。
在第一金属隔板14a的朝向带树脂框的MEA 12的面14as设置与燃料气体入口连通孔16a和燃料气体出口连通孔16b连通的燃料气体流路38。具体来讲，在第一金属隔板14a与带树脂框的MEA 12之间形成燃料气体流路38。燃料气体流路38具有在箭头符号B方向延伸的多个直线状流路槽(或者波状流路槽)。
如图3所示，在第二金属隔板14b的朝向带树脂框的MEA 12的面14bs设置与氧化剂气体入口连通孔18a和氧化剂气体出口连通孔18b连通的氧化剂气体流路40。具体来说，在第二金属隔板14b与带树脂框的MEA 12之间形成氧化剂气体流路40。氧化剂气体流路40具有在箭头符号B方向延伸的多个直线状流路槽(或者波状流路槽)。
在图1中，在互相邻接的第一金属隔板14a与第二金属隔板14b之间，在箭头符号B方向延伸而形成与冷却介质入口连通孔20a和冷却介质出口连通孔20b连通的冷却介质流路42。
在第一金属隔板14a的朝向MEA 12a的面14as，通过与第一金属隔板14a一体地冲压成型来设置用于防止流体(燃料气体、氧化剂气体或者冷却介质)泄漏的第一密封线44。第一密封线44围绕第一金属隔板14a的外周部。第一密封线44朝向树脂框构件22鼓出(突出)并且与树脂框构件22气密且液密地抵接。
第一密封线44具有多个凸起密封件45(金属凸起密封件)。多个凸起密封件45具有外侧凸起密封件45a以及比外侧凸起密封件45a靠内侧设置的内侧凸起密封件45b。内侧凸起密封件45b围绕燃料气体流路38、燃料气体入口连通孔16a以及燃料气体出口连通孔16b并且使它们连通。内侧凸起密封件45b具有将连通孔16a、16b、18a、18b、20a、20b个别地包围的多个连通孔凸起部45c。
如图3所示，在第二金属隔板14b的朝向MEA 12a的面14bs，通过与第二金属隔板14b一体地冲压成型来设置为了防止流体泄漏而将该第二金属隔板14b的外周部围绕的第二密封线46。第二密封线46朝向树脂框构件22鼓出并且与树脂框构件22气密且液密地抵接。第一密封线44与第二密封线46隔着树脂框构件22相向。树脂框构件22被夹持在第一密封线44与第二密封线46之间。
第二密封线46具有多个凸起密封件47(金属凸起密封件)。多个凸起密封件47具有外侧凸起密封件47a以及比外侧凸起密封件47a靠内侧设置的内侧凸起密封件47b。内侧凸起密封件47b围绕氧化剂气体流路40、氧化剂气体入口连通孔18a以及氧化剂气体出口连通孔18b并且使它们连通。内侧凸起密封件47b具有将连通孔16a、16b、18a、18b、20a、20b个别地包围的多个连通孔凸起部47c。
如图4所示，凸起密封件45、47是从金属隔板14(金属板15)的底板部15a起在发电单电池10的层叠方向(MEA 12a与金属隔板14的层叠方向)朝向ME A 12a突出而形成的。
具体来说，凸起密封件45具有：在层叠方向与底板部15a远离的顶部50；以及将顶部50的两侧与底板部15a相连的侧部52、53。侧部52、53以朝向顶部50侧而互相靠近的方式相对于层叠方向倾斜。因此，凸起密封件45的截面形状为朝向前端侧(与树脂框构件22抵接的顶部50侧)而前端变细的形状。
凸起密封件47具有在层叠方向上向与凸起密封件45的顶部50相反的方向与底板部15a远离的顶部60。凸起密封件47具有将顶部60的两侧与底板部15a相连的侧部62、63。侧部62、63以朝向顶部60侧而互相靠近的方式相对于层叠方向倾斜。因此，凸起密封件47的截面形状为朝向前端侧(与树脂框构件22抵接的顶部60侧)而前端变细的形状。
隔着树脂框构件22相向的凸起密封件45、47的形状、即施加层叠载荷前的板厚、顶部50、60以及侧部52、53、62、63的最初的形状优选为在层叠方向对称，但也可以是一部分有在层叠方向不对称的部位。
本实施方式的凸起密封件45在没有与电解质膜-电极结构体12a层叠的状态下，即在层叠方向没有施加压缩载荷状态下，具备：第一倾斜部52a、53a，其在侧部52、53中与顶部50邻接；以及第二倾斜部52b、53b，其在第一倾斜部52a、53a与底板部15a之间延伸。第一倾斜部52a、53a平坦地形成，构成相对于底板部15a而倾斜的倾斜面。另外，第二倾斜部52b、53b平坦地形成，与第一倾斜部52a、53a相比，构成以陡的倾斜角相对于底板部15a而倾斜的倾斜面。至少，第一倾斜部52a、53a以及第二倾斜部52b、53b以随着接近于顶部50而在层叠方向与底板部15a的主面远离的方式倾斜。
第一倾斜部52a、53a形成于顶部50的两侧，相对于底板部15a而以相对缓和的倾斜角倾斜，在顶部50处两者交叉。顶部50不是边缘状(刃状)，而是由以规定的曲率半径缓和地弯曲的曲面构成的，以在规定的紧固载荷下不会使树脂框构件22破损的方式构成。另外，第二倾斜部52b、53b形成于第一倾斜部52a、53a与底板部15a之间，与第一倾斜部52a、53a相比，相对于底板部15a而以相对陡的角度倾斜。即，第一倾斜部52a、53a与底板部15a所成的第一倾斜角小于第二倾斜部52b、53b与底板部15a所成的第二倾斜角。另外，第一倾斜部52a、53a的宽方向的长度(与密封线44、46垂直的截面中的、沿着底板部15a的主面的方向的长度)形成为比第二倾斜部52b、53b的宽方向的长度长。
在第一倾斜部52a与第二倾斜部52b之间形成作为倾斜角的变化部分的折弯部52c，在第一倾斜部53a与第二倾斜部53b之间形成折弯部53c。另外，在第二倾斜部52b与底板部15a之间形成折弯部52d，在第二倾斜部53b与底板部15a之间形成折弯部53d。
另外，凸起密封件47的侧部62、63具备：与顶部60邻接的第一倾斜部62a、63a；以及在第一倾斜部62a、63a与底板部15a之间延伸的第二倾斜部62b、63b。第一倾斜部62a、63a平坦地形成，构成相对于底板部15a而倾斜的倾斜面。另外，第二倾斜部62b、63b平坦地形成，与第一倾斜部62a、63a相比，构成以陡的倾斜角相对于底板部15a而倾斜的倾斜面。至少，第一倾斜部62a、63a以及第二倾斜部62b、63b以随着接近于顶部60而在层叠方向上向与顶部50相反的方向与底板部15a的主面远离的方式倾斜。
第一倾斜部62a、63a形成于顶部60的两侧，相对于底板部15a而以相对缓和的倾斜角倾斜，在顶部60处两者交叉。顶部60是由以与顶部50同样的曲率半径缓和地弯曲的曲面构成的。另外，第二倾斜部62b、63b形成于第一倾斜部62a、63a与底板部15a之间，与第一倾斜部62a、63a相比，相对于底板部15a而以相对陡的角度倾斜。即，第一倾斜部62a、63a与底板部15a所成的第一倾斜角小于第二倾斜部62b、63b与底板部15a所成的第二倾斜角。第一倾斜部62a、63a的宽方向的长度比第二倾斜部62b、63b的宽方向的长度长。
在第一倾斜部62a与第二倾斜部62b之间形成作为倾斜角的变化部分的折弯部62c，以及在第一倾斜部63a与第二倾斜部63b之间形成折弯部63c。另外，在第二倾斜部62b与底板部15a之间形成折弯部62d，在第二倾斜部63b与底板部15a之间形成折弯部63d。
凸起密封件45、47的顶部50、60，在左右的第一倾斜部52a、53a或者左右的第一倾斜部62a、63a相交的部分，形成为折弯部。顶部50、60是在凸起密封件45、47中在层叠方向最突出地形成的部分，由顶部50、60来规定凸起密封件45、47的高度。这里，凸起密封件45、47的突出高度H是沿着层叠方向一方的顶部50的最突出的位置至另一方的顶部60的最突出的位置的距离。另外，在凸起密封件45、47中，将与密封线44、46垂直的截面中沿着底板部15a的主面的方向的凸起密封件45、47的长度设为称为宽度L的部分。
本实施方式中，要防止在对凸起密封件45、47施加层叠方向的载荷时顶部50附近凹陷为凹状地压曲，在将凸起密封件45、47的长度设为宽度L时，以宽度L与凸起密封件45、47的突出高度H之比L/H成为3以上的方式大宽度地形成。通过这样构成，相对而言凸起密封件45、47的梁的长度增长，凸起密封件45、47的弹性系数减小。因此，能够使凸起密封件45、47的弹性柔和，不压曲而可位移的范围提升。
而且，也可以是，在凸起密封件45、47的顶部50附近的表面设置薄膜状的树脂制密封构件49、59。例如能够使用聚酯纤维，通过印刷法或者涂布法来形成树脂制密封构件49、59。在设置树脂制密封构件49、59的情况下，凸起密封件45、47隔着树脂制密封构件49、59来抵接于树脂框构件22。树脂制密封构件49、59也可以设置于MEA 12侧。
以下，说明如以上那样构成的发电单电池10的动作以及作用。
如图1所示，向氧化剂气体入口连通孔18a供给含氧气体等氧化剂气体，并且向燃料气体入口连通孔16a供给含氢气体等燃料气体。还有，向冷却介质入口连通孔20a供给纯水、乙二醇、或者油等冷却介质。
因此，从氧化剂气体入口连通孔18a向第二金属隔板14b的氧化剂气体流路40导入氧化剂气体，氧化剂气体在箭头符号B方向移动，被供给到MEA 12a的阴极电极26。另一方面，从燃料气体入口连通孔16a向第一金属隔板14a的燃料气体流路38导入燃料气体。燃料气体沿着燃料气体流路38在箭头符号B方向移动，被供给到MEA 12a的阳极电极24。
因而，在MEA 12a中，被供给至阴极电极26的氧化剂气体与被供给至阳极电极24的燃料气体在第二电极催化剂层26a和第一电极催化剂层24a内因电化学反应被消耗，来进行发电。
接着，在图1中，被供给至阴极电极26并被消耗了的氧化剂气体沿着氧化剂气体出口连通孔18b在箭头符号A方向被排出。同样地，被供给至阳极电极24并被消耗了的燃料气体沿着燃料气体出口连通孔16b在箭头符号A方向被排出。
另外，被供给至冷却介质入口连通孔20a的冷却介质被导入至第一金属隔板14a与第二金属隔板14b之间的冷却介质流路42之后，在箭头符号B方向流通。该冷却介质在将MEA12a冷却之后，从冷却介质出口连通孔20b被排出。
该情况下，具备本实施方式涉及的金属隔板14的发电单电池10产生以下的作用。
在图5A中，比较例涉及的金属隔板14A的凸起密封件45A的截面形状，在没有施加压缩载荷的初始状态下，形成为以顶部50成为最高的方式突出的弧状的弯曲形状。如图5B所示，当对凸起密封件45A施加压缩载荷时，凸起密封件45A的宽方向的中央部的顶部50被推压从而在宽方向以如箭头符号S1、S2所示那样扩展的方式变形，并且在层叠方向(箭头符号d方向)发生变形。此时，由于凸起密封件45A的宽方向的刚性高，因而如实线P2所示，顶部50凹陷为凹状，因此会以使宽方向的变形缓和的方式来发生变形。这样，当凸起密封件45A的截面变形为M字状时，中央的顶部50附近(凸起宽方向中央部)处的表面压力会降低。其结果是，无法确保期望的密封性，有发生流体泄漏的风险。
与之相对，如图4所示，本实施方式的金属隔板14的凸起密封件45、47在层叠方向没有施加压缩载荷的初始状态下具备：缓和地倾斜的第一倾斜部52a、53a、62a、63a；以及相对陡地倾斜的第二倾斜部52b、53b、62b、63b。这样的凸起密封件45、47中，如图6所示，在施加层叠方向的压缩载荷时，相对缓和地倾斜的第一倾斜部52a、53a、62a、63a受到顶部50、60附近的压缩载荷而发生弹性变形。而且，凸起密封件45、47能够在第一倾斜部52a、53a、62a、63a的宽阔的部分处分散地受到压缩载荷。其结果是，能够防止顶部50、60附近的变形以及应力的集中，能够更有效果地防止顶部50、60的凹状的变形。
由此，如图示那样，在层叠状态下，顶部50、60附近不会凹陷为凹状，凸起密封件45、47能够在宽阔的范围与树脂框构件22抵接从而确保良好的密封性。
本实施方式的燃料电池用金属隔板14、接合隔板32以及发电单电池10产生以下的效果。
本实施方式为燃料电池用金属隔板，其层叠于在电解质膜23的两侧分别配置电极24、26而形成的电解质膜-电极结构体12a来构成发电单电池10，用于防止作为燃料气体、氧化剂气体或者冷却介质的流体泄漏的凸起密封件45、47在与电解质膜-电极结构体12a层叠的层叠方向突出，在所述燃料电池用金属隔板14中，具有在凸起密封件45、47的两侧方构成平坦部并且与层叠方向垂直的底板部15a，凸起密封件45、47在层叠方向没有被压缩的初始状态下具备：顶部50、60，其在层叠方向最突出；第一倾斜部52a、53a、62a、63a，其设置在顶部50、60的两侧，相对于底板部15a而相对缓和地倾斜；以及第二倾斜部52b、53b、62b、63b，其设置在第一倾斜部52a、53a、62a、63a与底板部15a之间，与第一倾斜部52a、53a、62a、63a相比，相对于底板部15a而相对陡地倾斜。
通过如上那样构成，由于在顶部50、60附近设置倾斜角相对小的第一倾斜部52a、53a、62a、63a，因而能够在第一倾斜部52a、53a、62a、63a的宽阔的部分处分散地受到顶部50、60附近的压缩载荷。其结果是，能够防止顶部50、60附近的变形以及应力的集中，能够更有效果地防止顶部50、60的凹状变形。
上述的燃料电池用金属隔板14的凸起密封件45、47也可以是，以在与密封线44、46垂直的截面中凸起密封件45、47的宽方向的长度L与凸起密封件45、47在层叠方向最突出的顶部50、60向层叠方向的突出高度H之比L/H成为3以上的方式，大宽度地形成凸起密封件45、47。通过这样构成，相对而言凸起密封件45、47的梁的长度增长，凸起密封件45、47的弹性系数减小。因此，能够使凸起密封件45、47的弹性柔和，不压曲而可位移的范围提升。
在上述的燃料电池用金属隔板14中也可以是，第一倾斜部52a、53a、62a、63a的宽方向的长度比第二倾斜部52b、53b、62b、63b的宽方向的长度长。通过这样构成，能够避免向顶部50、60的局部集中应力，能够在第一倾斜部52a、53a、62a、63a整体产生反力。
本实施方式的接合隔板32是多个上述的燃料电池用金属隔板14层叠而成的接合隔板32，邻接的燃料电池用金属隔板14以如下方式接合：各自的凸起密封件45、47的顶部50、60在层叠方向彼此向相反方向突出。根据用该接合隔板32，也能够防止顶部50、60附近的变形以及应力的集中，由此能够有效果地防止顶部50、60(密封面)的凹状的变形。
本实施方式的发电单电池10具备：在电解质膜23的两侧分别配设电极24、26而形成的电解质膜-电极结构体12a；以及在电解质膜-电极结构体12a的两侧分别配设的金属隔板14，在金属隔板14，在电解质膜-电极结构体12a与金属隔板14的层叠方向突出地形成用于防止作为燃料气体、氧化剂气体或者冷却介质的流体泄漏的凸起密封件45、47，在所述发电单电池10中，具有构成凸起密封件45、47的两侧方的平坦部并且与层叠方向垂直的底板部15a，凸起密封件45、47在层叠方向没有被压缩的初始状态下具备：顶部50、60，其在层叠方向最突出；第一倾斜部52a、53a、62a、63a，其设置在顶部50、60的两侧，相对于底板部15a而相对缓和地倾斜；以及第二倾斜部52b、53b、62b、63b，其设置在第一倾斜部52a、53a、62a、63a与底板部15a之间，与第一倾斜部52a、53a、62a、63a相比，相对于底板部15a而相对陡地倾斜。通过这样构成，能够防止凸起密封件45、47的密封性降低。
在上述中，举出适合的实施方式对本发明进行说明，但本发明并不限定于所述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内可作出各种改变。
Claims (5)
1.一种燃料电池用金属隔板，其与在电解质膜(33)的两侧分别配置电极(24、26)而形成的电解质膜-电极结构体(12a)层叠来构成发电单电池(10)，用于防止作为燃料气体、氧化剂气体或者冷却介质的流体泄漏的凸起密封件(45、47)向与所述电解质膜-电极结构体层叠的层叠方向突出，在所述燃料电池用金属隔板(14)中，
具有构成所述凸起密封件的两侧方的平坦部并且与所述层叠方向垂直的底板部(15a)，
所述凸起密封件在所述层叠方向没有被压缩的初始状态下具备：顶部(50、60)，其在所述层叠方向最突出；第一倾斜部(52a、53a、62a、63a)，其设置在所述顶部的两侧，相对于所述底板部而相对缓和地倾斜；以及第二倾斜部(52b、53b、62b、63b)，其设置在所述第一倾斜部与所述底板部之间，与所述第一倾斜部相比，相对于所述底板部而相对陡地倾斜。
2.根据权利要求1所述的燃料电池用金属隔板，其特征在于，
以所述凸起密封件的宽方向的长度L与所述凸起密封件向所述层叠方向的突出高度H之比L/H成为3以上的方式，大宽度地形成所述凸起密封件。
3.根据权利要求2所述的燃料电池用金属隔板，其特征在于，
所述第一倾斜部的宽方向的长度比所述第二倾斜部的宽方向的长度长。
4.一种接合隔板，其是多个根据权利要求1所述的燃料电池用金属隔板层叠而成的，在所述接合隔板(32)中，邻接的所述燃料电池用金属隔板以如下方式接合：各自的所述凸起密封件的所述顶部在层叠方向彼此向相反方向突出。
5.一种发电单电池，具备：在电解质膜的两侧分别配设电极而形成的电解质膜-电极结构体；以及在所述电解质膜-电极结构体的两侧分别配设的金属隔板，在所述金属隔板，在所述电解质膜-电极结构体与所述金属隔板的层叠方向突出地形成用于防止作为燃料气体、氧化剂气体或者冷却介质的流体泄漏的凸起密封件，在所述发电单电池(10)中，
具有构成所述凸起密封件的两侧方的平坦部并且与所述层叠方向垂直的底板部，
所述凸起密封件在所述层叠方向没有被压缩的初始状态下具备：顶部，其在所述层叠方向最突出；第一倾斜部，其设置在所述顶部的两侧，相对于所述底板部而相对缓和地倾斜；第二倾斜部，其设置在所述第一倾斜部与所述底板部之间，与所述第一倾斜部相比，相对于所述底板部而相对陡地倾斜。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019-126964 | 2019-07-08 | ||
| JP2019126964A JP2021012827A (ja) | 2019-07-08 | 2019-07-08 | 燃料電池用金属セパレータ、接合セパレータ及び発電セル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112201804A true CN112201804A (zh) | 2021-01-08 |
Family
ID=74006532
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010639852.0A Pending CN112201804A (zh) | 2019-07-08 | 2020-07-06 | 燃料电池用金属隔板、接合隔板以及发电单电池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2021012827A (zh) |
| CN (1) | CN112201804A (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101499532A (zh) * | 2008-01-31 | 2009-08-05 | 通用汽车环球科技运作公司 | 用于燃料电池极板的金属压条密封部 |
| CN107681182A (zh) * | 2016-08-02 | 2018-02-09 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池堆 |
| CN108461774A (zh) * | 2017-02-17 | 2018-08-28 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 采用大致规则形状的头部设计 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8227145B2 (en) * | 2008-03-18 | 2012-07-24 | GM Global Technology Operations LLC | Interlockable bead seal |
-
2019
- 2019-07-08 JP JP2019126964A patent/JP2021012827A/ja active Pending
-
2020
- 2020-07-06 CN CN202010639852.0A patent/CN112201804A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101499532A (zh) * | 2008-01-31 | 2009-08-05 | 通用汽车环球科技运作公司 | 用于燃料电池极板的金属压条密封部 |
| CN107681182A (zh) * | 2016-08-02 | 2018-02-09 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池堆 |
| CN108461774A (zh) * | 2017-02-17 | 2018-08-28 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 采用大致规则形状的头部设计 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021012827A (ja) | 2021-02-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11329297B2 (en) | Fuel cell metal separator and power generation cell | |
| US10910658B2 (en) | Fuel cell metal separator, method of producing the fuel cell metal separator, and power generation cell | |
| US10916792B2 (en) | Fuel cell stack | |
| CN109560302B (zh) | 燃料电池用金属隔板以及发电单电池 | |
| US11018353B2 (en) | Fuel cell separator member and fuel cell stack | |
| US10629937B2 (en) | Fuel cell separator member and fuel cell stack | |
| US11031610B2 (en) | Fuel cell stack | |
| CN109980240B (zh) | 发电单电池 | |
| US11063267B2 (en) | Fuel cell separator and fuel cell stack | |
| US20200388858A1 (en) | Fuel cell separator member and fuel cell stack | |
| CN105304851A (zh) | 燃料电池 | |
| KR20200100788A (ko) | 전기 화학적 시스템 | |
| US20190044162A1 (en) | Power generation cell | |
| US10833338B2 (en) | Seal structure | |
| US20190393514A1 (en) | Fuel cell separator and fuel cell stack | |
| US11799096B2 (en) | Power generation cell and fuel cell stack | |
| CN112397739B (zh) | 燃料电池用金属隔板、接合隔板以及发电单电池 | |
| CN112838236A (zh) | 燃料电池用隔板以及发电单电池 | |
| US11735748B2 (en) | Power generation cell and resin-framed membrane electrode assembly | |
| US11843138B2 (en) | Metal separator and fuel cell stack | |
| US11936077B2 (en) | Separator member and fuel cell | |
| CN112201804A (zh) | 燃料电池用金属隔板、接合隔板以及发电单电池 | |
| CN112242532B (zh) | 燃料电池用金属隔板、接合隔板以及发电单电池 | |
| CN113394422A (zh) | 燃料电池用金属隔板以及发电单电池 | |
| CN112563527A (zh) | 燃料电池用隔板构件和燃料电池堆 |
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 |