JP2000067900A - Polymer electrolyte fuel cell - Google Patents

Polymer electrolyte fuel cell

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JP2000067900A JP10234761A JP23476198A JP2000067900A JP 2000067900 A JP2000067900 A JP 2000067900A JP 10234761 A JP10234761 A JP 10234761A JP 23476198 A JP23476198 A JP 23476198A JP 2000067900 A JP2000067900 A JP 2000067900A
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輝壽 神原
Hisaaki Gyoten
久朗 行天
Kazuhito Hado
一仁 羽藤
Kazufumi Nishida
和史 西田
Makoto Uchida
誠 内田
Eiichi Yasumoto
栄一 安本
Yasushi Sugawara
靖 菅原
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英夫 小原
Toshihiro Matsumoto
敏宏 松本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a miniaturized and compact polymer electrolyte fuel cell excellent in its reliability for gas sealing. SOLUTION: This polymer electrolyte fuel cell is formed by laminating plural cells equipped with a solid polymer electrolyte film, a pair of electrodes with a catalysis reaction layer placed so as to sandwich the polymer electrolyte film, and a means for supplying and distributing fuel gas containing hydrogen to one electrode and supplying and distributing oxidizer gas containing oxygen to the other electrode, through a conductive separator, and a gas manifold 17 for supplying and exhausting the fuel gas and the oxidizer gas to the cell is disposed on the side of the laminated fuel cell in parallel with its longitudinal direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ポータブル電源、
電気自動車用電源、家庭内コージェネシステム等に使用
する燃料電池、特に高分子電解質型燃料電池に関するも
のであって、より詳しくは、外部マニホルド型燃料電池
のマニホルドの構成の改良に関する。
The present invention relates to a portable power supply,
The present invention relates to a fuel cell used for a power source for an electric vehicle, a cogeneration system in a home, and the like, particularly to a polymer electrolyte fuel cell, and more particularly to an improvement in a manifold configuration of an external manifold fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】高分子電解質型燃料電池は、水素などの
燃料ガスと、空気など酸素を含有する酸化剤ガスとを、
ガス拡散電極において電気化学的に反応させることで、
電力と熱とを同時に発生させるものである。高分子電解
質型燃料電池の一例を図2〜図4を用いて説明する。水
素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜3の両面
に、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分
とする触媒反応層2が密着して配されている。この触媒
反応層2の外面には、ガス通気性と電子導電性を併せ持
つ拡散層1が密着して配される。触媒反応層2とこの拡
散層1とにより電極23が構成される。また、電極23
と高分子電解質膜3はあらかじめ一体化して電極電解質
膜接合体(以下、MEAとする)24を構成している。
2. Description of the Related Art A polymer electrolyte fuel cell uses a fuel gas such as hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen such as air.
By electrochemically reacting at the gas diffusion electrode,
Electric power and heat are generated at the same time. An example of a polymer electrolyte fuel cell will be described with reference to FIGS. On both surfaces of a polymer electrolyte membrane 3 for selectively transporting hydrogen ions, a catalytic reaction layer 2 mainly composed of carbon powder carrying a platinum-based metal catalyst is disposed in close contact. On the outer surface of the catalytic reaction layer 2, a diffusion layer 1 having both gas permeability and electronic conductivity is disposed in close contact. The electrode 23 is constituted by the catalytic reaction layer 2 and the diffusion layer 1. The electrode 23
The polymer electrolyte membrane 3 is integrated in advance to form an electrode electrolyte membrane assembly (hereinafter referred to as MEA) 24.

【0003】一般の高分子電解質型燃料電池において
は、複数のMEA24は、導電性のセパレータ板4を介
して積層され、いわゆる積層電池を構成している。セパ
レータ板4は、隣接したMEA24を機械的に固定する
とともに、互いに電気的に直列に接続する。電極23の
周囲には、供給する燃料ガスおよび酸化剤ガスが外にリ
ークしたり、互いに混合しないように、高分子電解質膜
3を挟んで図2に示すシール材6や図3に示すガスケッ
ト8が配される。このシール材6やガスケット8は、あ
らかじめMEA24と一体化されている。ガスケット8
は、例えば樹脂や金属板からなり、電極23と同程度の
厚さを有し、対向して配されたセパレータ板4とガスケ
ット8の隙間はグリースや接着剤でシールされる。さら
に近年では、図4に示すように、MEA24として、ガ
スシール性を必要とする部分にあらかじめシール効果を
持つ樹脂10をしみこませ、これを固化させることで、
セパレータ板4との間にガスシール性を確保する方法も
提案されている。
In a general polymer electrolyte fuel cell, a plurality of MEAs 24 are stacked via a conductive separator plate 4 to constitute a so-called stacked battery. The separator plate 4 mechanically fixes the adjacent MEAs 24 and electrically connects them in series. Around the electrodes 23, the sealing material 6 shown in FIG. 2 and the gasket 8 shown in FIG. Is arranged. The sealing material 6 and the gasket 8 are integrated with the MEA 24 in advance. Gasket 8
Is made of, for example, a resin or a metal plate, has a thickness about the same as that of the electrode 23, and a gap between the separator plate 4 and the gasket 8, which are arranged to face each other, is sealed with grease or an adhesive. In recent years, as shown in FIG. 4, as a MEA 24, a resin 10 having a sealing effect is previously impregnated into a portion requiring gas sealing properties, and this is solidified.
A method of ensuring gas sealing between the separator plate 4 and the separator plate 4 has also been proposed.

【0004】セパレータ板4のMEA24と接触する部
分には、電極面に燃料ガスおよび酸化剤ガスをそれぞれ
供給しかつ反応により生成したガスや余剰のガスを運び
去るためのガス流路5が形成される。ガス流路5は、セ
パレータ板4と別に設けることもできるが、図2等に示
すようにセパレータ板4の表面に溝を設けてガス流路5
とする方式が一般的である。積層電池では、この溝に燃
料ガスおよび酸化剤ガスを供給するためは、これらのガ
スを供給する配管を、使用するセパレータ板4の数だけ
分岐し、さらにその分岐先を直接セパレータ板4に形成
された溝につなぎ込む機構が必要となる。また、各単電
池へ冷却水を供給しかつ排出する機構も求められる。こ
の機構をマニホルドと呼ぶ。これらマニホルドの配置形
態により、内部マニホルド型と外部マニホルド型に分類
される。このうち、電池外部に設けられた燃料ガス等の
配管をセパレータ板4に形成されたガス流路5に直接接
続するタイプを外部マニホルド型と呼ぶ。また、内部マ
ニホルド型とは、ガス流路を形成したセパレータ板に、
貫通した孔を設け、ガス流路の出入り口をこの孔まで通
し、この孔から直接燃料ガス等を供給するものである。
A gas flow path 5 for supplying a fuel gas and an oxidizing gas to the electrode surface and carrying away a gas generated by the reaction and an excess gas is formed in a portion of the separator plate 4 which comes into contact with the MEA 24. You. The gas flow path 5 can be provided separately from the separator plate 4. However, as shown in FIG.
Is generally used. In the stacked battery, in order to supply the fuel gas and the oxidizing gas to the grooves, the pipes for supplying these gases are branched by the number of the separator plates 4 to be used, and the branch destination is formed directly on the separator plate 4. A mechanism for connecting to the formed groove is required. Further, a mechanism for supplying and discharging cooling water to each unit cell is also required. This mechanism is called a manifold. These manifolds are classified into an internal manifold type and an external manifold type according to the arrangement form. Among them, a type in which a pipe for fuel gas or the like provided outside the battery is directly connected to a gas flow path 5 formed in the separator plate 4 is called an external manifold type. In addition, the internal manifold type is a separator plate that has formed a gas flow path,
A through-hole is provided, the inlet / outlet of the gas flow path is passed to this hole, and fuel gas or the like is supplied directly from this hole.

【0005】このうち、燃料ガスや冷却水の供給排出孔
を積層電池内部に確保した、いわゆる内部マニホルド型
が一般的である。しかしながら、都市ガスを改質して、
水素化した実ガスを用いて電池を運転する場合、燃料ガ
ス流路の下流域では、CO濃度が上昇する結果、電極
が、COにより被毒され、これにより温度が低下し、そ
の温度の低下がさらに電極被毒を促進させることがあ
る。このような電池の性能を低下する現象を緩和するた
め、マニホルドから各単電池へのガスの供給排出部の間
口をできるだけ広く取る構造として、外部マニホルド型
が見直されている。
[0005] Of these, a so-called internal manifold type in which supply and discharge holes for fuel gas and cooling water are secured inside the stacked battery is generally used. However, by reforming city gas,
When the battery is operated using the actual hydrogenated gas, the electrode is poisoned by CO as a result of an increase in the CO concentration in the downstream region of the fuel gas flow path, thereby lowering the temperature and lowering the temperature. May further promote electrode poisoning. In order to alleviate such a phenomenon of lowering the performance of the battery, an external manifold type has been reconsidered as a structure in which a frontage of a gas supply / discharge unit from the manifold to each unit cell is made as large as possible.

【0006】内部マニホルド型および外部マニホルド型
のいずれを用いても、冷却部を含む複数の単電池を一方
向に積み重ね、その両端に一対の端板を配し、その2枚
の端板の間を締結ロッドで固定することが必要である。
締め付け方式は、単電池を面内でできるだけ均一に締め
付けることが望ましい。機械的強度の観点から、端板や
締結ロッドには通常、ステンレス鋼などの金属材料を用
いる。これらの端板や締結ロッドと、積層電池とは、絶
縁板により電気的に絶縁され、電流が端板を通して外部
に漏れ出ることのない構造とする。締結ロッドについて
は、セパレータ板の内部の貫通孔の中を通す方法や、積
層池全体を端板越しに金属のベルトで締め上げる方式が
提案されている。
In both the internal manifold type and the external manifold type, a plurality of cells including a cooling unit are stacked in one direction, a pair of end plates are arranged at both ends, and the two end plates are fastened between the two end plates. It is necessary to fix with a rod.
As for the tightening method, it is desirable that the unit cells be tightened as uniformly as possible within the plane. From the viewpoint of mechanical strength, a metal material such as stainless steel is usually used for the end plate and the fastening rod. These end plates and fastening rods and the stacked battery are electrically insulated by an insulating plate so that current does not leak out through the end plates. As for the fastening rod, a method of passing through a through hole inside a separator plate and a method of fastening the entire lamination pond with a metal belt over an end plate have been proposed.

【0007】また、図2、図3および図4に示したいず
れのシール方式においても、シール性を維持しかつ電極
とセパレータ板の間やセパレータ板同士間の接触抵抗を
小さく保つため、恒常的な締め付け圧が必要である。そ
こで、締結ロッドと端板の間にスクリューバネや皿バネ
を挿入するなどの構成が採用されている。この締め付け
圧力によって、セパレータ板、電極、電解質膜など電池
の構成部材間の電気的接触が確保されている。多くの燃
料電池は、単電池を数多く重ねた積層構造を採ってい
る。燃料電池運転時には電力とともに発生する熱を電池
外に排出するために、積層電池では単電池1〜2セル毎
に冷却板が配されている。冷却板としては薄い金属板の
内部に冷却水などの熱媒体が貫流するような構造が一般
的である。また、図2〜4に示すように、単電池を構成
するセパレータ板4の背面、すなわち冷却水を流したい
面に流路を形成し、セパレータ板4自体を冷却板として
機能させる方法もある。その際、冷却水などの熱媒体を
シールするためにOリング7やガスケットも必要となる
が、このシール方法では、Oリングを完全につぶすなど
して冷却板の上下間で十分な導電性を確保する必要があ
る。
Further, in any of the sealing methods shown in FIGS. 2, 3 and 4, in order to maintain the sealing property and to keep the contact resistance between the electrode and the separator plate or between the separator plates small, constant tightening is required. Pressure is required. Therefore, a configuration is adopted in which a screw spring or a disc spring is inserted between the fastening rod and the end plate. By this tightening pressure, electrical contact between components of the battery such as the separator plate, the electrode, and the electrolyte membrane is secured. Many fuel cells have a stacked structure in which a number of cells are stacked. In the case of a fuel cell, a cooling plate is provided for every one or two cells of a unit cell in order to discharge heat generated together with electric power to the outside of the cell. Generally, the cooling plate has a structure in which a heat medium such as cooling water flows through a thin metal plate. As shown in FIGS. 2 to 4, there is also a method in which a flow path is formed on the back surface of the separator plate 4 constituting the unit cell, that is, the surface on which the cooling water is to flow, and the separator plate 4 itself functions as a cooling plate. At that time, an O-ring 7 and a gasket are also required to seal a heat medium such as cooling water. However, in this sealing method, the O-ring is completely crushed to provide sufficient conductivity between the upper and lower sides of the cooling plate. Need to secure.

【0008】以上に示した燃料電池の構成では、水素ガ
スや空気などのガスをシールするため、電極の周囲にシ
ール材やOリングを配置する必要がある。この時、ME
Aには、シール剤を設置するための10mm程度の糊代
が必要になる。また、シール効果のある樹脂をMEAに
浸み込ませてシール部とする方法でも、5mm程度のシ
ール幅が必要である。燃料電池の小型化・省スペース化
の為には、これらのシール幅はできるだけ小さくするこ
とが必要である。さらにシール材やシール部を、上下の
セパレータで挟み付ける必要があり、比較的大きな締め
付け力を常に加えなければならない。そのため、端板や
締め付けロッドなどの締め付け機構は、その規模や重量
において大きくならざるを得ない。シール材やOリング
を用いた方法や、樹脂を予めMEAに浸み込ませてシー
ルする方法では、シールのための部材や工程が必要とな
り、低コスト化のためにはさらなる工夫が望まれてい
た。また、固体高分子型燃料電池では、電解質膜と電
極、および電極とセパレータ板が十分に圧接しているこ
とが必要であるが、これらの方法では、端板からの締め
付け圧が電極部とシール部の両方に作用するため、十分
な圧接力を加えるために、これらの厚さや形状の管理が
難しいという問題点もある。
In the structure of the fuel cell described above, it is necessary to dispose a sealing material or an O-ring around the electrode in order to seal a gas such as hydrogen gas or air. At this time, ME
A needs a margin of about 10 mm for installing a sealant. Further, even in a method in which a resin having a sealing effect is immersed in the MEA to form a sealing portion, a sealing width of about 5 mm is required. In order to reduce the size and space of the fuel cell, it is necessary to make these seal widths as small as possible. Further, it is necessary to sandwich the seal member and the seal portion between the upper and lower separators, and a relatively large tightening force must always be applied. Therefore, a tightening mechanism such as an end plate or a tightening rod has to be large in size and weight. In a method using a sealing material or an O-ring, or a method in which a resin is immersed in the MEA in advance to seal, a member and a process for sealing are required, and further measures are desired for cost reduction. Was. In a polymer electrolyte fuel cell, it is necessary that the electrolyte membrane and the electrode, and the electrode and the separator plate are sufficiently pressed against each other. However, in these methods, the tightening pressure from the end plate is applied to the electrode section and the seal. There is also a problem that it is difficult to control the thickness and shape of these parts in order to apply a sufficient pressure contact force because they act on both parts.

【0009】内部マニホルド型では、積み重ねたセパレ
ータ板とMEAに、反応ガスや冷却媒体の通る孔を直接
設ける。電池の積層数や電力出力が大きくなってくる
と、この内部マニホルド孔を通って大量の流体を供給排
出しなければならず、マニホルド部での圧損が大きくな
る。そこで積層数の小さい燃料電池では、電池全体のコ
ンパクト性を考慮して、孔径の小さいマニホルド孔に
し、逆に積層数の大きい燃料電池では圧損を抑えるため
に孔径の大きなマニホルド孔にする必要がある。内部マ
ニホルド型では、セパレータやMEAの設計では、常に
積層数を考慮しなければならないという、問題点があっ
た。内部マニホルド型燃料電池の場合、電池全体に恒常
的な締め付け圧を加えているため、一般的にガスシール
に対する信頼性は高い。一方、外部マニホルド型燃料電
池の場合、マニホルドのフランジ面に接する積層電池の
側面が、MEAやセパレータなどの薄板の積層体である
ため、平滑なシール面が得難く、一般的には内部マニホ
ルド型と比較してガスシールに対する信頼性が低い。
[0009] In the internal manifold type, holes are provided directly in the stacked separator plates and MEAs for the passage of a reaction gas or a cooling medium. As the number of stacked batteries and the power output increase, a large amount of fluid must be supplied and discharged through the internal manifold holes, and the pressure loss in the manifold section increases. Therefore, in the case of a fuel cell with a small number of stacks, it is necessary to use a manifold hole with a small hole diameter in consideration of the compactness of the entire battery, and conversely, in a fuel cell with a large number of stacks, it is necessary to use a manifold hole with a large hole diameter to suppress pressure loss. . In the case of the internal manifold type, there is a problem that the number of laminations must always be considered in the design of the separator and the MEA. In the case of an internal manifold type fuel cell, since a constant tightening pressure is applied to the entire cell, the reliability of the gas seal is generally high. On the other hand, in the case of an external manifold type fuel cell, since the side surface of the laminated cell in contact with the flange surface of the manifold is a laminated body of a thin plate such as an MEA or a separator, it is difficult to obtain a smooth sealing surface. The reliability of the gas seal is lower than that of the gas seal.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、小型コンパ
クトであって、ガスシールの信頼性に優れた高分子電解
質型燃料電池を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell which is small and compact and has excellent gas seal reliability.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の高分子電解質型
燃料電池は、高分子電解質膜を挟んだ一対の電極を有
し、一方の電極面に水素などの燃料を供給し、他方の電
極面に酸素などを含む酸化剤ガスを供給する手段を有す
る構成を単電池とする。そしてこの単電池を、導電性の
セパレータを介して複数個積層することで、高分子電解
質型燃料電池のスタックを形成する。このとき、上記高
分子電解質膜を挟んだ一対の電極の端部は、積層した高
分子電解質型燃料電池の側表面に到達させておき、それ
ぞれの単電池へのガスの供給排出は、積層した高分子電
解質型燃料電池の側面に配したガスマニホルドを通じて
行なう。このとき、上記のガスマニホルドは、複数の単
電池を積層して構成された電池スタックの長手方向に配
置する。このような位置に配置すると、単電池それぞれ
へのガスの供給排出をより均一に行うことが出来る。
A polymer electrolyte fuel cell according to the present invention has a pair of electrodes sandwiching a polymer electrolyte membrane, supplies fuel such as hydrogen to one electrode surface, and supplies the other electrode. A unit having a unit for supplying an oxidizing gas containing oxygen or the like to the surface is referred to as a unit cell. Then, by stacking a plurality of the unit cells via a conductive separator, a stack of a polymer electrolyte fuel cell is formed. At this time, the ends of the pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane were allowed to reach the side surfaces of the stacked polymer electrolyte fuel cells, and the supply and discharge of gas to each cell were performed by stacking. This is performed through a gas manifold arranged on the side of the polymer electrolyte fuel cell. At this time, the gas manifold is arranged in the longitudinal direction of a battery stack configured by stacking a plurality of unit cells. By arranging in such a position, the supply and discharge of gas to each unit cell can be performed more uniformly.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明の高分子電解質型燃料電池
は、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を挟ん
で配された触媒反応層を有する一対の電極と、電極の一
方に水素を含有する燃料ガスを供給分配しかつ他方に酸
素を含む酸化剤ガスを供給分配する手段とを具備した単
電池を、導電性のセパレータを介して複数個積層した高
分子電解質型燃料電池であって、単電池への燃料ガスお
よび酸化剤ガスの供給排出のためのガスマニホルドが、
積層された燃料電池の側面にその長手方向と平行に配置
される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A polymer electrolyte fuel cell according to the present invention comprises a solid polymer electrolyte membrane, a pair of electrodes having a catalytic reaction layer interposed between the solid polymer electrolyte membranes, and one of the electrodes. Means for supplying and distributing a fuel gas containing hydrogen and for supplying and distributing an oxidizing gas containing oxygen to the other, a polymer electrolyte fuel cell in which a plurality of cells are stacked via a conductive separator. There is a gas manifold for supplying and discharging fuel gas and oxidizing gas to the cells,
It is arranged on the side surface of the stacked fuel cells in parallel with the longitudinal direction.

【0013】本発明の他の高分子電解質型燃料電池は、
固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を挟んで配
された触媒反応層を有する一対の電極と、電極の一方に
水素を含有する燃料ガスを供給分配しかつ他方に酸素を
含む酸化剤ガスを供給分配する手段とを具備した単電池
を、導電性のセパレータを介して複数個積層した高分子
電解質型燃料電池であって、単電池への燃料ガスおよび
酸化剤ガスの供給排出のためのガスマニホルドが、積層
された燃料電池の外周に配され、単電池を相互に締め付
けることで単電池間の接触抵抗を低減する働きを有す
る。好ましくは、上記のガスマニホルドを弾性体で構成
する。これによって、積層電池の積層方向の厚みのクリ
ープを吸収し、かつ外部マニホルドのシール面と接する
積層電池の側面の凹凸を吸収して、外部マニホルドのシ
ールの信頼性を向上させることができる。
Another polymer electrolyte fuel cell according to the present invention comprises:
A solid polymer electrolyte membrane, a pair of electrodes having a catalytic reaction layer disposed with the solid polymer electrolyte membrane interposed therebetween, and an oxidizing agent which supplies and distributes a fuel gas containing hydrogen to one of the electrodes and contains oxygen to the other. A polymer electrolyte fuel cell in which a plurality of cells each having a unit for supplying and distributing gas are stacked with a conductive separator interposed therebetween, for supplying and discharging fuel gas and oxidizing gas to the cells. Is disposed on the outer periphery of the stacked fuel cells, and has a function of reducing the contact resistance between the cells by mutually tightening the cells. Preferably, the gas manifold is made of an elastic material. As a result, the creep of the thickness of the stacked battery in the stacking direction can be absorbed, and the unevenness on the side surface of the stacked battery in contact with the sealing surface of the external manifold can be absorbed, so that the reliability of the seal of the external manifold can be improved.

【0014】本発明のさらに他の高分子電解質型燃料電
池は、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を挟
んで配された触媒反応層を有する一対の電極と、電極の
一方に水素を含有する燃料ガスを供給分配しかつ他方に
酸素を含む酸化剤ガスを供給分配する手段とを具備した
単電池を、導電性のセパレータを介して複数個積層した
高分子電解質型燃料電池であって、単電池への燃料ガス
と酸化剤ガスの供給排出のためのガスマニホルドが、積
層された燃料電池の側面に配され、稼働中の単電池の電
気化学反応による熱を放出する機能を有する。
[0014] Still another polymer electrolyte fuel cell according to the present invention is a polymer electrolyte fuel cell comprising: a solid polymer electrolyte membrane; a pair of electrodes having a catalytic reaction layer interposed between the solid polymer electrolyte membranes; And a means for supplying and distributing a fuel gas containing oxygen, and a means for supplying and distributing an oxidant gas containing oxygen to the other. A gas manifold for supplying and discharging the fuel gas and the oxidizing gas to the unit cells is disposed on a side of the stacked fuel cells, and has a function of releasing heat due to an electrochemical reaction of the operating unit cells. .

【0015】また、高分子電解質膜を挟んで一対の電極
を有し、一方の電極面に水素などの燃料を供給し、他方
の電極面に酸素などを含む酸化剤ガスを供給する手段を
有する単電池が、導電性のセパレータを介して複数個積
層され、それぞれの単電池へのガスの供給、排出は積層
した高分子電解質型燃料電池の側面に配したガスマニホ
ルドを通じて行なう高分子電解質型燃料電池であって、
ガスマニホルドのガスシール面がフランジ状の形状を有
しており、フランジ面にリング状の枠体を嵌合させ、枠
体を電池方向に締め付けることによってガスマニホルド
のシールを行うことを特徴とする。
[0015] Further, a means for supplying a fuel such as hydrogen to one electrode surface and supplying an oxidizing gas containing oxygen or the like to the other electrode surface has a pair of electrodes with the polymer electrolyte membrane interposed therebetween. A plurality of cells are stacked via a conductive separator, and gas is supplied to and discharged from each cell through a gas manifold disposed on the side of the stacked polymer electrolyte fuel cell. Batteries,
The gas seal surface of the gas manifold has a flange-like shape, and a ring-shaped frame is fitted to the flange surface, and the gas manifold is sealed by tightening the frame in the battery direction. .

【0016】また、高分子電解質膜を挟んで一対の電極
を有し、一方の電極面に水素などの燃料を供給しかつ他
方の電極面に酸素などを含む酸化剤ガスを供給する手段
を有する単電池を、導電性のセパレータを介して複数個
積層した高分子電解質型燃料電池であって、上記電極端
部が積層した高分子電解質型燃料電池の側表面に達して
おり、積層した高分子電解質型燃料電池の側面をガス気
密性の非導電性材料で覆うことにより、電極およびセパ
レータのガスシール性を付与し、さらに、それぞれの単
電池へのガスの供給、排出は積層した高分子電解質型燃
料電池の側面に配したガスマニホルドを通じて行なう高
分子電解質型燃料電池において、ガスマニホルドとガス
気密性の非導電性材料と同一材料で構成することによ
り、外部マニホルドのシール面と外部マニホルドのシー
ル面と接する積層電池の側面の材料が同一であるため、
熱膨張係数の違いによる外部マニホルドと外部マニホル
ドのシール面と接する積層電池の側面の接合性を損なう
ことなく、外部マニホルドのシールの信頼性を向上する
ことができる。
Further, the battery has a pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane, and has means for supplying a fuel such as hydrogen to one electrode surface and supplying an oxidizing gas containing oxygen or the like to the other electrode surface. A polymer electrolyte fuel cell in which a plurality of cells are stacked with a conductive separator interposed therebetween, wherein the electrode ends reach the side surfaces of the stacked polymer electrolyte fuel cell, By covering the side surface of the electrolyte fuel cell with a gas-tight non-conductive material, gas sealing properties of the electrode and the separator are imparted, and gas supply and discharge to each unit cell are performed by using a laminated polymer electrolyte. In a polymer electrolyte fuel cell, which is carried out through a gas manifold disposed on the side of the fuel cell, the external manifold is constructed by using the same material as the gas manifold and the gas-tight non-conductive material. For the material of the side surface of the stacked cell in contact with the sealing surface and the sealing surface of the external manifolds are identical,
The reliability of the seal of the external manifold can be improved without impairing the jointability of the side surfaces of the stacked battery in contact with the external manifold and the seal surface of the external manifold due to the difference in the coefficient of thermal expansion.

【0017】また、高分子電解質膜を挟んで一対の電極
を有し、一方の電極面に水素などの燃料を供給しかつ他
方の電極面に酸素などを含む酸化剤ガスを供給する手段
を有する単電池を、導電性のセパレータを介して複数個
積層した高分子電解質型燃料電池であって、上記電極端
部が積層した高分子電解質型燃料電池の側表面に達して
おり、積層した高分子電解質型燃料電池の側面をガス気
密性の非導電性材料で覆うことにより、電極およびセパ
レータのガスシール性を付与し、さらに、それぞれの単
電池へのガスの供給、排出は積層した高分子電解質型燃
料電池の側面に配したガスマニホルドを通じて行なう高
分子電解質型燃料電池において、ガスマニホルドはガス
気密性の非導電性材料と同一材料で構成されており、ガ
ス気密性の非導電性材料で覆った面に、ガスマニホルド
を設置し、ガスマニホルドとガス気密性の非導電性材料
を接合してガスシールを行うことにより、外部マニホル
ドのシール面と外部マニホルドのシール面と接する積層
電池の側面を接合するため、外部マニホルドのシールの
信頼性を向上させることができる。
Further, the battery has a pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane, and has means for supplying a fuel such as hydrogen to one electrode surface and supplying an oxidizing gas containing oxygen or the like to the other electrode surface. A polymer electrolyte fuel cell in which a plurality of cells are stacked with a conductive separator interposed therebetween, wherein the electrode ends reach the side surfaces of the stacked polymer electrolyte fuel cell, By covering the side surface of the electrolyte fuel cell with a gas-tight non-conductive material, gas sealing properties of the electrode and the separator are imparted, and gas supply and discharge to each unit cell are performed by using a laminated polymer electrolyte. In a polymer electrolyte fuel cell, which is carried out through a gas manifold disposed on the side of the fuel cell, the gas manifold is made of the same material as the gas-tight non-conductive material. A gas battery is installed on the surface covered with the material, and the gas manifold is bonded to the gas-tight non-conductive material to perform gas sealing, so that the stacked surface of the external manifold is in contact with the sealing surface of the external manifold. Since the side surfaces are joined, the reliability of the seal of the outer manifold can be improved.

【0018】上記のようなガスマニホルドとガス気密性
の非導電性材料の接合に超音波溶着を用いると、外部マ
ニホルドのシール面とそこに接する積層電池の側面を接
合するため、外部マニホルドのシールの信頼性を向上す
ることができる。さらに、ガス気密性の非導電性材料
が、射出成型などの手法によって成型することによっ
て、積層電池の側面を精度良くモールドすることが可能
となり、外部マニホルドのシールの信頼性を向上するこ
とができる。また、高分子電解質膜を挟んで一対の電極
を有し、一方の電極面に水素などの燃料を供給し、他方
の電極面に酸素などを含む酸化剤ガスを供給する手段を
有する単電池を、導電性のセパレータを介して複数個積
層した高分子電解質型燃料電池であって、上記電極端部
が積層した高分子電解質型燃料電池の側表面に達してお
り、積層した高分子電解質型燃料電池の側面をガス気密
性の非導電性材料で覆うことにより、電極およびセパレ
ータのガスシール性を付与し、さらに、それぞれの単電
池へのガスの供給、排出は積層した高分子電解質型燃料
電池の側面に配したガスマニホルドを通じて行なう高分
子電解質型燃料電池において、ガスマニホルドとガス気
密性の非導電性材料は、射出成型などの手法によって一
体成型することによって、外部マニホルドと積層電池の
側面の間に接合面が無くなり、外部マニホルドのシール
の信頼性を向上することができる。さらに、ガス気密性
の非導電性材料が、樹脂またはゴムで形成されているこ
とによって、電気絶縁性を保つことが可能であると同時
に、ゴムを使用した場合には、積層電池の積層方向の厚
みのクリープを吸収し、かつ外部マニホルドのシール面
と接する積層電池の側面の凹凸を吸収して、全般的なシ
ールの信頼性を向上することができる。
If ultrasonic welding is used to join the gas manifold and the gas-tight non-conductive material as described above, the sealing surface of the external manifold is joined to the side surface of the stacked battery in contact with the sealing surface of the external manifold. Reliability can be improved. Furthermore, by molding a gas-tight non-conductive material by a method such as injection molding, it is possible to accurately mold the side surface of the laminated battery, and it is possible to improve the reliability of the seal of the external manifold. . Further, there is provided a unit cell having a pair of electrodes sandwiching a polymer electrolyte membrane, having a means for supplying a fuel such as hydrogen to one electrode surface, and a means for supplying an oxidizing gas containing oxygen or the like to the other electrode surface. A polymer electrolyte fuel cell in which a plurality of polymer electrolyte fuel cells are stacked with a conductive separator interposed therebetween, wherein the electrode ends reach the side surfaces of the stacked polymer electrolyte fuel cells, By covering the sides of the battery with a gas-tight non-conductive material, the electrodes and the separator are provided with gas sealing properties, and the supply and discharge of gas to and from each unit cell are performed by stacking a polymer electrolyte fuel cell. In a polymer electrolyte fuel cell, which is performed through a gas manifold disposed on the side of the gas manifold, the gas manifold and the gas-tight non-conductive material are integrally molded by a method such as injection molding to form an external device. Nihorudo and there is no joint surface between the side surface of the stacked cell, it is possible to improve the sealing of the reliability of the external manifold. Furthermore, since the gas-tight non-conductive material is formed of resin or rubber, it is possible to maintain electrical insulation, and when rubber is used, the stacking direction of the stacked battery is reduced. By absorbing the creep of the thickness and the unevenness of the side surface of the laminated battery in contact with the sealing surface of the external manifold, the overall sealing reliability can be improved.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を、図面を参
照しながら詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0020】《実施例1》粒径が数ミクロン以下のカー
ボン粉末を、塩化白金酸水溶液に浸漬し、還元処理によ
りカーボン粉末の表面に白金触媒を担持させた。このと
きのカーボンと担持した白金の重量比は1:1とした。
ついで、この白金を担持したカーボン粉末を高分子電解
質のアルコール溶液中に分散させ、スラリー化した。一
方、電極となる厚さ400μmのカーボンペーパーを、
フッ素樹脂の水性ディスパージョン(ダイキン工業
(株)製のネオフロンND−1)に含浸した後、これを
乾燥し、400℃で30分加熱処理することで、カーボ
ンペーパーに撥水性を付与した。つぎに撥水処理を施し
たカーボンペーパーの片面にカーボン粉末を含むスラリ
ーを均一に塗布して触媒反応層2を形成し、電極23を
得た。
Example 1 A carbon powder having a particle diameter of several microns or less was immersed in an aqueous solution of chloroplatinic acid, and a platinum catalyst was supported on the surface of the carbon powder by a reduction treatment. At this time, the weight ratio of carbon to the supported platinum was 1: 1.
Next, the carbon powder carrying platinum was dispersed in an alcohol solution of a polymer electrolyte to form a slurry. On the other hand, a 400 μm thick carbon paper serving as an electrode is
After impregnating in an aqueous dispersion of a fluororesin (NEOFLON ND-1 manufactured by Daikin Industries, Ltd.), this was dried and subjected to heat treatment at 400 ° C. for 30 minutes to impart water repellency to the carbon paper. Next, a slurry containing carbon powder was uniformly applied to one surface of the water-repellent carbon paper to form a catalytic reaction layer 2, thereby obtaining an electrode 23.

【0021】以上のようにして得られた電極23を用い
て、図1に示すような電池構成単位を組み立てた。得ら
れた電極23を、長さおよび幅をともに10cmに裁断
した。ついで、2枚の電極23を、電極23よりも一回
り大きい長さおよび幅がともに12cmの高分子電解質
膜3の両面に、その触媒反応層2を備えた面がそれぞれ
高分子電解質膜3と向き合うようにし、高分子電解質膜
3の中央に位置するようにして重ね合わせた。電極23
の周囲に高分子電解質膜3を挟んで、約350μmの厚
みのシリコンゴムのシートを配し、100℃で5分間ホ
ットプレスし、電極電解質膜接合体(以下、MEAとす
る)24を得た。ここで、シリコンゴムは、電池に供給
するガスがリークしたり、互いに混合するのを防ぐため
のガスケットとして機能する。
Using the electrode 23 obtained as described above, a battery unit as shown in FIG. 1 was assembled. The obtained electrode 23 was cut into both a length and a width of 10 cm. Then, the two electrodes 23 are formed on both surfaces of a polymer electrolyte membrane 3 whose length and width are both 12 cm larger than the electrodes 23, and the surfaces provided with the catalytic reaction layers 2 are respectively formed on the polymer electrolyte membrane 3. They were superposed so that they faced each other and were located at the center of the polymer electrolyte membrane 3. Electrode 23
A silicon rubber sheet having a thickness of about 350 μm was placed around the polymer electrolyte membrane 3 and hot-pressed at 100 ° C. for 5 minutes to obtain an electrode electrolyte membrane assembly (hereinafter referred to as MEA) 24. . Here, the silicon rubber functions as a gasket for preventing gas supplied to the battery from leaking or mixing with each other.

【0022】得られたMEA24の一対をセパレータ4
と交互に重ね合わせた。セパレータ4は、厚さが4mm
のカーボン製で、気密性を有する。またそのMEA24
と接触させる表面には、幅が2mmで深さが1mmのガ
ス流路5が切削加工により形成されている。また、セパ
レータ4の周縁部には、燃料ガスまたは酸化剤ガスのマ
ニホルド孔11が表裏を貫通して形成されている。な
お、マニホルド孔11は、ガス流路5の端部と連通して
いる。また、同様に冷却水を循環させるためのマニホル
ド孔12も同様に、セパレータ板4の表裏を貫通して形
成されている。なお、MEA24をセパレータ板4で挟
み込む際、電極23の周りにはセパレータ板4と同じ外
寸のポリエチレンテレフタラート(PET)製シート1
3を配した。このPETシート13は、MEA24周縁
部のセパレータ板4と高分子電解質膜3の間のスペーサ
として用いた。また、冷却流路21のシール用にOリン
グ7は用いなかった。
[0022] A pair of the obtained MEAs 24 is
And superimposed alternately. The separator 4 has a thickness of 4 mm
It is made of carbon and has airtightness. Also the MEA24
A gas flow path 5 having a width of 2 mm and a depth of 1 mm is formed by cutting on the surface to be brought into contact with. Further, a manifold hole 11 for a fuel gas or an oxidizing gas is formed in the periphery of the separator 4 so as to penetrate the front and back surfaces. Note that the manifold hole 11 communicates with an end of the gas flow path 5. Similarly, a manifold hole 12 for circulating cooling water is also formed through the front and back of the separator plate 4. When the MEA 24 is sandwiched between the separator plates 4, a sheet 1 made of polyethylene terephthalate (PET) having the same outer dimensions as the separator plate 4 is provided around the electrodes 23.
3 was placed. This PET sheet 13 was used as a spacer between the separator plate 4 and the polymer electrolyte membrane 3 at the periphery of the MEA 24. Further, the O-ring 7 was not used for sealing the cooling channel 21.

【0023】このような電池構成単位を25個すなわち
50セルを積層し、両端部にそれぞれ金属製の集電板、
絶縁板および端板を順に重ね合わせて電池スタックを得
た。ついで、この電池スタックの両端板間を締結ロッド
で接続して電池スタックを固定した。この時の締結圧は
セパレータ板の面積に対して10kgf/cm2とし
た。この50セル電池モジュールに、燃料ガスと冷却水
を通じたが、これらがPETシートとセパレータの隙間
からリークして電池性能は得られなかった。
Twenty-five such battery constituent units, ie, 50 cells, are stacked, and a metal current collector plate is provided at each end.
An insulating plate and an end plate were sequentially stacked to obtain a battery stack. Then, the battery stack was fixed by connecting both end plates of the battery stack with fastening rods. The fastening pressure at this time was 10 kgf / cm 2 with respect to the area of the separator plate. Although fuel gas and cooling water were passed through the 50-cell battery module, they leaked from the gap between the PET sheet and the separator, and battery performance was not obtained.

【0024】そこで、本実施例の電池では、内部マニホ
ルド方式に代え、外部マニホルド方式で、これを電池ス
タックの長手方向、すなわちスタックの外寸の長辺に平
行に配置する方法を試みた。その全体構成を図6に示
す。得られたMEA24を、図5に示すセパレータ板4
aと4bの間およびセパレータ板4bと4cの間にそれ
ぞれ挟み込んで電池構成単位を得た。セパレータ4a、
4bおよび4cは、いずれも厚さが4mmのカーボン製
で、気密性を有する。またその表面には、ガス流路5ま
たは冷却流路21が形成されている。図中セパレータ板
4aの上面およびセパレータ板4cの下面には、それぞ
れ冷却流路21が形成されている。冷却流路21の供給
排出口16は、セパレータ板4aおよび4cの側面に開
口している。セパレータ4aの下面、4bの両面および
4cの上面には、燃料ガスまたは酸化剤ガスを流通させ
るためのガス流路5が形成されている。ガス流路5は、
切削加工により形成されたもので、その幅は2mmで深
さは1mmである。燃料ガスおよび酸化剤ガスのガス流
路5の供給排出口14および15もまた、冷却水の供給
排出口16と同様に、各セパレータ板の側面に開口して
いる。セパレータ4a〜4cには、内部マニホルド方式
のようなマニホルドを設けず、ガス流路5または冷却流
路21のみを全面に配置した。ガス流路5の供給口と排
出口すなわち一対の供給排出口14または15は、互い
に対向する辺に配した。なお、単電池を積層する際、対
向する側面に外部マニホルドが位置するように、水素ガ
スの供給排出口14、空気の供給排出口15および冷却
水の供給排出口16を配置した。
Therefore, in the battery of the present embodiment, an attempt was made to arrange the battery in the longitudinal direction of the battery stack, that is, in parallel with the long side of the outer dimension of the battery stack, using the external manifold system instead of the internal manifold system. FIG. 6 shows the entire configuration. The obtained MEA 24 was separated from the separator plate 4 shown in FIG.
a and 4b and between the separator plates 4b and 4c to obtain a battery constituent unit. Separator 4a,
Each of 4b and 4c is made of carbon having a thickness of 4 mm and has airtightness. On the surface thereof, a gas flow path 5 or a cooling flow path 21 is formed. In the drawing, cooling channels 21 are formed on the upper surface of the separator plate 4a and the lower surface of the separator plate 4c, respectively. The supply / discharge port 16 of the cooling channel 21 is open on the side surface of the separator plates 4a and 4c. On the lower surface of the separator 4a, on both surfaces of 4b and on the upper surface of 4c, gas flow paths 5 for flowing a fuel gas or an oxidizing gas are formed. The gas flow path 5
It is formed by cutting and has a width of 2 mm and a depth of 1 mm. The supply and discharge ports 14 and 15 of the fuel gas and oxidant gas gas flow paths 5 also open to the side surfaces of the respective separator plates, similarly to the supply and discharge port 16 of the cooling water. The separators 4a to 4c were not provided with a manifold as in the internal manifold system, and only the gas flow path 5 or the cooling flow path 21 was disposed on the entire surface. The supply port and the discharge port of the gas flow path 5, that is, the pair of supply / discharge ports 14 or 15, were arranged on sides facing each other. In stacking the cells, the hydrogen gas supply / discharge port 14, the air supply / discharge port 15 and the cooling water supply / discharge port 16 were arranged such that the external manifolds were located on the opposite side surfaces.

【0025】本実施例の電極の構成は、PETシートを
用いずに、触媒反応層2が形成されたカーボンペーパー
とカーボンセパレータを同じ外寸とし、積層時に電極端
部が電池の側面に達している構造の電池を作製した。単
電池を2セル積層した後、冷却部を積層するパターン
で、50セルを積層した電池モジュールを組み立てた。
冷却部のシールには、Oリングを用いなかった。なお、
外部マニホルド方式であることから、集電板、絶縁板お
よび端板には、流体の供給排出口を設ける必要はなかっ
た。電池モジュール締結のための締結ロッド部は、ガス
の給排出口が開いている側面とは異なる側面に設けた。
次に、モジュールの側表面をシール材としてのフェノー
ル樹脂で覆った。この時、ガスの給排出口14および1
5と、冷却水の給排出口16がシール材により閉塞され
ないようにした。また、外部マニホルドのシール面と接
する部分は、できるだけ平滑な面が得られるよう注意し
てフェノール樹脂を塗布した。
The configuration of the electrode of this embodiment is such that the carbon paper on which the catalytic reaction layer 2 is formed and the carbon separator have the same outer dimensions without using a PET sheet, and the electrode ends reach the side of the battery during lamination. A battery having the following structure was manufactured. After stacking two unit cells, a battery module in which 50 cells were stacked in a pattern of stacking cooling units was assembled.
No O-ring was used for sealing the cooling section. In addition,
Because of the external manifold system, it was not necessary to provide a fluid supply / discharge port on the current collector, insulating plate and end plate. The fastening rod portion for fastening the battery module was provided on a side different from the side where the gas supply / discharge port was open.
Next, the side surface of the module was covered with a phenol resin as a sealing material. At this time, the gas supply / discharge ports 14 and 1
5 and the supply / discharge port 16 of the cooling water were prevented from being blocked by the sealing material. A phenol resin was applied to the portion of the outer manifold that was in contact with the seal surface so as to obtain a surface as smooth as possible.

【0026】つぎに図6のように、SUS製の半円筒状
の外部マニホルド17を電池モジュール側面から、燃料
ガスの供給排出口14、酸化剤ガスの供給排出口15、
および冷却水の供給排出口16のそれぞれの列を覆い、
電池スタック25の長手方向に配置するように配した。
なお、外部マニホルド17は端板部ビス18で固定し
た。また、外部マニホルド17と電池スタック25の側
表面を覆うシール材との間のマニホルドシール19は、
独立気泡を有するのEPDMシートを所定の外部マニホ
ルドシール面の形にカットしてガスケットとしたもので
ある。
Next, as shown in FIG. 6, a semi-cylindrical external manifold 17 made of SUS is supplied from the side of the battery module to a fuel gas supply / discharge port 14, an oxidant gas supply / discharge port 15,
And each row of cooling water supply and discharge ports 16,
The battery stack 25 was arranged so as to be arranged in the longitudinal direction.
The external manifold 17 was fixed with end plate screws 18. The manifold seal 19 between the external manifold 17 and a sealing material covering the side surface of the battery stack 25 is
A gasket is obtained by cutting an EPDM sheet having closed cells into a predetermined outer manifold sealing surface.

【0027】この50セル積層電池に、水素と空気を通
じ、冷却水を循環させて電池試験を行った。水素利用率
70%、酸素利用率20%、水素加湿バブラー温度85
℃、酸素加湿バブラー温度75℃、電池温度75℃の条
件での電池出力は、1020W(30A−35V)であ
った。外部マニホルドシール部からのガスリークも測定
したがリークは検出できず、良好なシール性が得られる
ことが分かった。この実施例では、固体高分子型燃料電
池の側面全域にシール材を配する方法を採ることで、従
来、溶融炭酸塩型などの燃料電池で用いられた外部マニ
ホルド方式が、容易に実現出来ることを示した。また、
本実施例で示した構成をとると、マニホルド部と電池積
層部とを別々に製造することができる。これにより、例
えば燃料電池の用途、出力規模によらず同一形状のセパ
レータ、電極・電解質体からなる電池積層部を大量に規
格生産し、マニホルド部は用途、出力規模に応じて製造
することを可能とし、コスト削減に寄与できることを示
した。
A battery test was conducted by passing hydrogen and air through the 50-cell stacked battery and circulating cooling water. Hydrogen utilization 70%, oxygen utilization 20%, hydrogen humidifier bubbler temperature 85
The battery output was 1020 W (30 A-35 V) under the conditions of ° C., oxygen humidified bubbler temperature of 75 ° C., and battery temperature of 75 ° C. Gas leakage from the external manifold seal was also measured, but no leak was detected, indicating good sealing performance. In this embodiment, by adopting a method of arranging a sealing material on the entire side surface of the polymer electrolyte fuel cell, the external manifold method conventionally used in a fuel cell such as a molten carbonate fuel cell can be easily realized. showed that. Also,
With the configuration shown in this embodiment, the manifold section and the battery stack section can be manufactured separately. This makes it possible, for example, to mass-produce battery stacks consisting of separators, electrodes, and electrolytes of the same shape regardless of the fuel cell application and output scale, and manufacture the manifold section according to the application and output scale. And showed that it can contribute to cost reduction.

【0028】《実施例2》本実施例では、実施例1のガ
スマニホルドと同様に機能するガスマニホルド20を、
図7に示すように高分子電解質型燃料電池スタック25
の外周に配置した。これにより、電池スタック25内の
単電池を相互に締め付けることで単電池間の接触抵抗を
低減することができる。なお、本実施例の電池の構成
は、ガスマニホルドの設置方法以外は全て実施例1の電
池と同一である。この構成のモジュール電池を実施例1
と同一条件で評価した結果、1200W(30A−40
V)の出力が得られた。これは、本実施例のモジュール
電池は、実施例1の電池や、PETシートなどのスペー
サを用いた電池よりも高い性能を示すことがわかる。こ
の理由は、ガスマニホルドを、高分子電解質型燃料電池
スタックの外周に配置し、単電池を相互に締め付けるこ
とで単電池間の接触抵抗を低減することが出来たためで
ある。
<< Embodiment 2 >> In this embodiment, a gas manifold 20 which functions in the same manner as the gas manifold of Embodiment 1 is used.
As shown in FIG. 7, the polymer electrolyte fuel cell stack 25
Was arranged on the outer periphery. Thereby, the contact resistance between the cells can be reduced by mutually tightening the cells in the battery stack 25. The configuration of the battery according to the present embodiment is the same as that of the battery according to the first embodiment except for the method of installing the gas manifold. Example 1 A module battery having this configuration was used in Example 1.
As a result of evaluation under the same conditions as in the above, 1200 W (30A-40
V) was obtained. This indicates that the module battery of this example exhibits higher performance than the battery of Example 1 and the battery using a spacer such as a PET sheet. This is because the gas manifold was arranged on the outer periphery of the polymer electrolyte fuel cell stack, and the unit cells were fastened to each other to reduce the contact resistance between the unit cells.

【0029】《実施例3》本実施例では、実施例2と同
様の構成の電池モジュールにおいて、周りの環境が変化
したときの電池出力特性の安定性に及ぼすガスマニホル
ドの影響を評価した。本実施例で用いた電池は、実施例
2で用いた電池において、図7に示したガスマニホルド
20の取り付け面積を変化させたものである。また、ガ
スマニホルド20の材質を変え、ガスマニホルドの熱伝
導率と電池出力の安定性の関係を評価した。その結果を
図8に示す。図8において、縦軸は、電池モジュールの
出力電力を示し、また横軸は運転時間を示した。面積と
は、取り付ける電池モジュールの側面積を100とした
ときのガスマニホルドの面積%を示した。また、図中S
USは、実施例2と同じSUS製のガスマニホルド20
を用いたもので、Ni/Cuとはニッケルでメッキした
銅を用いたものである。電池の性能評価は、電池モジュ
ールに水素と空気を通じ、冷却水を循環させて電池試験
を行った。このとき、水素利用率70%、酸素利用率2
0%、水素加湿バブラー温度85℃、酸素加湿バブラー
温度75℃とし、電池モジュールを設置した外部雰囲気
の気温を、5℃で12時間−40℃で12時間とする環
境サイクルとした。また、冷却水の温度は、外部雰囲気
の気温温度と同期させてそれぞれ5℃で12時間−25
℃で12時間とした。その結果、電池モジュールを設置
した環境温度が変化するような実地試験においては、ガ
スマニホルドの面積が大きいほど、長期安定性が向上し
た。また、その材質がSUS製より、熱伝導性に優れた
ニッケルでメッキした銅製のものの方が優れていた。こ
の原因は、外部環境が比較的高温の時、ガスマニホルド
が放熱作用をしたことによる。
Embodiment 3 In this embodiment, the effect of the gas manifold on the stability of the battery output characteristics when the surrounding environment is changed was evaluated in a battery module having the same configuration as that of Embodiment 2. The battery used in this embodiment is different from the battery used in Embodiment 2 in that the mounting area of the gas manifold 20 shown in FIG. 7 is changed. Further, the material of the gas manifold 20 was changed, and the relationship between the thermal conductivity of the gas manifold and the stability of the battery output was evaluated. FIG. 8 shows the result. In FIG. 8, the vertical axis represents the output power of the battery module, and the horizontal axis represents the operation time. The area indicates the area% of the gas manifold when the side area of the battery module to be attached is 100. In the figure, S
US is the same SUS gas manifold 20 as in Example 2.
And Ni / Cu means copper plated with nickel. For battery performance evaluation, a battery test was performed by passing cooling water through hydrogen and air through the battery module. At this time, the hydrogen utilization rate was 70% and the oxygen utilization rate was 2
The environmental cycle was set to 0%, a hydrogen humidifier bubbler temperature of 85 ° C., an oxygen humidifier bubbler temperature of 75 ° C., and the temperature of the external atmosphere in which the battery module was installed was 5 ° C. for 12 hours and −40 ° C. for 12 hours. In addition, the temperature of the cooling water is synchronized with the temperature of the external atmosphere at 5 ° C for 12 hours and
C. for 12 hours. As a result, in a field test in which the environmental temperature at which the battery module was installed was changed, the longer the area of the gas manifold was, the better the long-term stability was. Further, the material made of copper plated with nickel having excellent thermal conductivity was superior to the material made of SUS. This is due to the fact that the gas manifold radiated heat when the external environment was relatively hot.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明によると、外部マニホルドのシー
ルの信頼性の向上と、組立工程の簡略化が図れる。さら
に機械的強度を増したり、端板等の締結部が簡素化さ
れ、長期安定性をもたらす。
According to the present invention, the reliability of the seal of the outer manifold can be improved and the assembling process can be simplified. Further, the mechanical strength is increased, and fastening parts such as end plates are simplified, thereby providing long-term stability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の高分子電解質型燃料電池の構成を示す一
部を切り欠いた斜視図である。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing a configuration of a conventional polymer electrolyte fuel cell.

【図2】従来の高分子電解質型燃料電池のシール部の一
例を示す縦断面図である。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an example of a seal portion of a conventional polymer electrolyte fuel cell.

【図3】従来の高分子電解質型燃料電池のシール部の他
の例を示す縦断面図である。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing another example of a seal portion of a conventional polymer electrolyte fuel cell.

【図4】本発明の一実施例の高分子電解質型燃料電池の
シール部の縦断面図である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a seal portion of the polymer electrolyte fuel cell according to one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例の高分子電解質型燃料電池に
用いたセパレータ板の斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view of a separator plate used in the polymer electrolyte fuel cell according to one embodiment of the present invention.

【図6】同実施例の高分子電解質型燃料電池を示す斜視
図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a polymer electrolyte fuel cell of the same example.

【図7】本発明の他の実施例の高分子電解質型燃料電池
を示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a polymer electrolyte fuel cell according to another embodiment of the present invention.

【図8】本発明のさらに他の実施例の高分子電解質型燃
料電池の出力特性を示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing output characteristics of a polymer electrolyte fuel cell according to still another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 拡散層 2 触媒反応層 3 高分子電解質膜 4、4a、4b、4c セパレータ板 5 ガス流路 6 シール材 7 Oリング 8 ガスケット 10 樹脂 11 ガスのマニホルド孔 12 冷却水のマニホルド孔 13 ポリエチレンテレフタラート製シート 14 燃料ガスの供給排出口 15 酸化剤ガスの供給排出口 16 冷却水の供給排出口 17 外部マニホルド 18 端板部ビス 19 マニホルドシール 20 バンド型マニホルド 21 冷却流路 23 電極 24 電極電解質膜接合体 25 電池スタック DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Diffusion layer 2 Catalytic reaction layer 3 Polymer electrolyte membrane 4, 4a, 4b, 4c Separator plate 5 Gas flow path 6 Sealing material 7 O-ring 8 Gasket 10 Resin 11 Manifold hole of gas 12 Manifold hole of cooling water 13 Polyethylene terephthalate Sheet 14 Fuel gas supply / discharge port 15 Oxidant gas supply / discharge port 16 Cooling water supply / discharge port 17 External manifold 18 End plate screw 19 Manifold seal 20 Band type manifold 21 Cooling flow path 23 Electrode 24 Electrode electrolyte membrane bonding Body 25 Battery Stack

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽藤 一仁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西田 和史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 内田 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 安本 栄一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 菅原 靖 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 小原 英夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 松本 敏宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Kazuhito Hato, 1006 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Makoto Uchida 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka Pref. Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Eiichi Yasumoto 1006 Odaka, Kazuma, Kadoma, Osaka Pref. Yasushi 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture, Japan Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Address Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F term (reference) 5H026 AA06 CC03

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体高分子電解質膜と、前記固体高分子
電解質膜を挟んで配された触媒反応層を有する一対の電
極と、前記電極の一方に水素を含有する燃料ガスを供給
分配しかつ他方に酸素を含む酸化剤ガスを供給分配する
手段とを具備した単電池を、導電性のセパレータを介し
て複数個積層した高分子電解質型燃料電池であって、前
記単電池への前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給
排出のためのガスマニホルドが、積層された前記燃料電
池の側面にその長手方向と平行に配置された高分子電解
質型燃料電池。
1. A solid polymer electrolyte membrane, a pair of electrodes having a catalytic reaction layer disposed on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, and supplying and distributing a fuel gas containing hydrogen to one of the electrodes; A polymer electrolyte fuel cell in which a plurality of cells each having a unit for supplying and distributing an oxidizing gas containing oxygen are stacked on each other with a conductive separator interposed therebetween, wherein the fuel gas is supplied to the cells. And a polymer electrolyte fuel cell in which a gas manifold for supplying and discharging the oxidant gas is arranged on a side surface of the stacked fuel cell in parallel with a longitudinal direction thereof.
【請求項2】 固体高分子電解質膜と、前記固体高分子
電解質膜を挟んで配された触媒反応層を有する一対の電
極と、前記電極の一方に水素を含有する燃料ガスを供給
分配しかつ他方に酸素を含む酸化剤ガスを供給分配する
手段とを具備した単電池を、導電性のセパレータを介し
て複数個積層した高分子電解質型燃料電池であって、前
記単電池への前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給
排出のためのガスマニホルドが、積層された前記燃料電
池の外周に配され、前記単電池を相互に締め付けること
で前記単電池間の接触抵抗を低減する働きを有する高分
子電解質型燃料電池。
2. A solid polymer electrolyte membrane, a pair of electrodes having a catalytic reaction layer disposed on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, and a fuel gas containing hydrogen supplied and distributed to one of the electrodes; A polymer electrolyte fuel cell in which a plurality of cells each having a unit for supplying and distributing an oxidizing gas containing oxygen are stacked on each other with a conductive separator interposed therebetween, wherein the fuel gas is supplied to the cells. And a gas manifold for supplying and discharging the oxidizing gas is disposed on the outer periphery of the stacked fuel cells, and has a function of reducing contact resistance between the cells by tightening the cells together. Molecular electrolyte fuel cell.
【請求項3】 固体高分子電解質膜と、前記固体高分子
電解質膜を挟んで配された触媒反応層を有する一対の電
極と、前記電極の一方に水素を含有する燃料ガスを供給
分配しかつ他方に酸素を含む酸化剤ガスを供給分配する
手段とを具備した単電池を、導電性のセパレータを介し
て複数個積層した高分子電解質型燃料電池であって、前
記単電池への前記燃料ガスと前記酸化剤ガスの供給排出
のためのガスマニホルドが、積層された前記燃料電池の
側面に配され、稼働中の前記単電池の電気化学反応によ
る熱を放出する機能を有する高分子電解質型燃料電池。
3. A solid polymer electrolyte membrane, a pair of electrodes having a catalytic reaction layer disposed on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, and supplying and distributing a fuel gas containing hydrogen to one of the electrodes; A polymer electrolyte fuel cell in which a plurality of cells each having a unit for supplying and distributing an oxidizing gas containing oxygen are stacked on each other with a conductive separator interposed therebetween, wherein the fuel gas is supplied to the cells. And a gas manifold for supplying and discharging the oxidizing gas, which is disposed on a side surface of the stacked fuel cell, and has a function of releasing heat due to an electrochemical reaction of the unit cell in operation. battery.
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CN100361341C (en) * 2004-12-10 2008-01-09 台达电子工业股份有限公司 Stacked fuel battery
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