JP2001332288A - 燃料電池スタック - Google Patents

燃料電池スタック

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JP2001332288A
JP2001332288A JP2000153531A JP2000153531A JP2001332288A JP 2001332288 A JP2001332288 A JP 2001332288A JP 2000153531 A JP2000153531 A JP 2000153531A JP 2000153531 A JP2000153531 A JP 2000153531A JP 2001332288 A JP2001332288 A JP 2001332288A
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cooling
fuel cell
cell stack
cells
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Koji Okazaki
幸治 岡崎
Yoshinori Wariishi
義典 割石
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な構成で、冷却媒体による地絡や液絡を確
実に阻止し、所望の発電性能を維持することを可能にす
る。 【解決手段】燃料電池スタック１０は、発電セル１２と
冷却セル１８とが積層されるとともに、この冷却セル１
８内に供給される冷却媒体を前記発電セル１２から電気
的に絶縁するための絶縁手段６８と、前記冷却セル１８
を挟んで配置される前記発電セル１２同士を互いに電気
的に接続するための導電手段７０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質をアノード
側電極とカソード側電極とで挟んで構成される接合体を
有し、前記接合体をセパレータにより挟持して前記アノ
ード側電極に燃料ガスを供給する一方、前記カソード側
電極に酸化剤ガスを供給する発電セルを備えた燃料電池
スタックに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）
は、炭化珪素多孔質（マトリックス）に濃厚リン酸を含
浸させた電解質層の両側に、それぞれカーボンを主体と
するアノード側電極およびカソード側電極を対設して構
成される接合体を、セパレータ（バイポーラ板）によっ
て挟持することにより構成される発電セルを備えてお
り、通常、この発電セルを所定数だけ積層して燃料電池
スタックとして使用されている。
【０００３】一方、固体高分子型燃料電池（ＳＰＦＣ）
は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電
解質膜を採用しており、同様に前記電解質膜により構成
される接合体とセパレータとを備える発電セルを所定数
だけ積層して燃料電池スタックとして用いられている。
【０００４】この種の燃料電池スタックにおいて、アノ
ード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を
含有するガス（以下、水素含有ガスともいう）は、触媒
電極上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード
側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路
に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に
酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガス
ともいう）が供給されているために、このカソード側電
極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水
が生成される。
【０００５】ところで、上記の燃料電池では、有効な発
電性能を発揮するための最適な作動温度が設定されてお
り、発電セルを前記作動温度に維持するために、種々の
冷却構造が採用されている。一般的には、燃料電池スタ
ックを構成するセパレータに冷却媒体用通路を形成し、
前記通路に水等の冷却媒体を供給することにより発電セ
ルの冷却を行う構造が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この場合、冷却媒体と
して使用される水や自動車用冷却構造に使用される一般
的な冷媒では、イオン等の不純物や金属系添加剤が混入
しており、この冷媒自体に導電性が付与されている。一
方、冷媒として脱イオン水や純水を用いる場合にも、運
転中に冷却系配管やラジエータを循環することによって
金属等が混入し、この冷媒に導電性が付与されてしま
う。
【０００７】しかしながら、燃料電池スタックでは、各
発電セルで発生した電子がスタック両端側の集電用電極
から取り出されるため、上記のように冷却媒体に導電性
が付与されると、前記冷却媒体中に電気が流れてしま
う。これにより、冷却媒体を介して冷却系配管やラジエ
ータ等に電気が流れてしまい、地絡や液絡が発生して燃
料電池スタック全体の出力が低下するという問題が指摘
されている。
【０００８】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、冷却媒体を介して漏電することを確実に阻止するこ
とができ、簡単な構成で、有効な発電性能を維持するこ
とが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
燃料電池スタックでは、集電用電極間に冷却セルが介装
されており、この冷却セルに供給される冷却媒体が絶縁
手段を介して発電セルおよび前記集電用電極から電気的
に絶縁されるとともに、前記冷却セルを挟んで配置され
る前記発電セル同士または前記発電セルと前記集電用電
極が導電手段を介して互いに電気的に接続されている。
これにより、冷却媒体を介して地絡や液絡が発生するこ
とを確実に防止することができ、燃料電池スタック全体
の出力低下を有効に阻止して所望の発電機能を維持する
ことが可能になる。
【００１０】しかも、冷却媒体としては、イオンや金属
系添加物を含む一般の水系冷却媒体を使用することがで
きる。このため、導電性のない冷却媒体として、例え
ば、シリコンオイルを用いる際のような粘度の増加およ
び熱伝導性の低下に起因するポンプの大型化が回避さ
れ、構成が簡素化するとともに、経済的なものとなる。
【００１１】また、本発明の請求項２に係る燃料電池ス
タックでは、絶縁手段が冷却セルの両面に配置される絶
縁シート体を備えており、この絶縁シート体の厚さを制
御することによって、発電セルによる発生熱の伝熱経路
の熱抵抗を変更することができる。従って、絶縁シート
体の厚さを変更するだけで、冷却媒体の温度を所望の値
に設定することが可能になる。
【００１２】さらにまた、本発明の請求項３に係る燃料
電池スタックでは、絶縁手段が絶縁材料製の冷却セル本
体を備えており、上記と同様に、専用の絶縁構造が不要
になって、構成の簡素化が図られる。
【００１３】さらに、本発明の請求項４に係る燃料電池
スタックでは、導電手段が冷却セルの両面を覆って一体
的に配置される導電板を備えている。これにより、冷却
セルを挟んで配置される発電セル同士または前記発電セ
ルと集電用電極が、簡単な構成で確実に電気的に接続さ
れ、燃料電池スタック全体の出力低下を有効に阻止する
ことが可能になる。
【００１４】また、本発明の請求項５に係る燃料電池ス
タックでは、導電手段が冷却セルを挟んで配置される発
電セル同士または前記発電セルと集電用電極とを互いに
電気的に接続する導電線を備えている。このため、上記
と同様に、簡単な構成で、発電セル同士または前記発電
セルと集電用電極とを良好な状態で電気的に接続するこ
とができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
燃料電池スタック１０の概略構成を示す側面説明図であ
り、図２は、前記燃料電池スタック１０の分解斜視説明
図であり、図３は、前記燃料電池スタック１０の要部拡
大断面図である。
【００１６】燃料電池スタック１０は発電セル１２を備
え、この発電セル１２が矢印Ａ方向に所定数だけ積層さ
れている。発電セル１２の積層方向両端側には、この発
電セル１２に対して電気的に一体的に接続される集電用
電極１４、１６が配置されるとともに、前記集電用電極
１４、１６間には、所定数の冷却セル１８が介装されて
いる。
【００１７】集電用電極１４、１６の外側にエンドプレ
ート２０ａ、２０ｂが配置され、前記エンドプレート２
０ａ、２０ｂが図示しないタイロッド等により締め付け
られることにより、発電セル１２、集電用電極１４、１
６および冷却セル１８が一体的に矢印Ａ方向に締め付け
保持される。集電用電極１４、１６には、例えば、モー
タ等の負荷２２が接続されている。
【００１８】発電セル１２は、図２乃至図４に示すよう
に、炭化珪素多孔質または塩基性ポリマー、例えば、ポ
リベンズイミダゾールにリン酸を含浸させた電解質層２
４を挟んでカソード側電極２６およびアノード側電極２
８が配設される接合体３０を有するとともに、前記カソ
ード側電極２６および前記アノード側電極２８には、例
えば、多孔質層である多孔質カーボンペーパ等からなる
ガス拡散層が配設される。
【００１９】接合体３０の両側には、第１および第２ガ
スケット３２、３４が設けられ、前記第１ガスケット３
２は、カソード側電極２６を収納するための大きな開口
部３６を有する一方、前記第２ガスケット３４は、アノ
ード側電極２８を収納するための大きな開口部３８を有
する。接合体３０と第１および第２ガスケット３２、３
４とが、一対のセパレータ４０によって挟持されること
により、発電セル１２が構成される。
【００２０】発電セル１２は、その横方向（矢印Ｂ方
向）両端上部側に水素含有ガス等の燃料ガスを通過させ
るための燃料ガス入口通路４２ａと、酸素含有ガスであ
る酸化剤ガスを通過させるための酸化剤ガス入口通路４
４ａとを設ける。発電セル１２の横方向両端下部側に
は、燃料ガスを通過させるための燃料ガス出口通路４２
ｂと、酸化剤ガスを通過させるための酸化剤ガス出口通
路４４ｂとが、燃料ガス入口通路４２ａおよび酸化剤ガ
ス入口通路４４ａと対角位置になるように設けられてい
る。発電セル１２の横方向両端中央側には切り欠き部分
４５ａ、４５ｂが設けられており、この切り欠き部分４
５ａ、４５ｂに冷媒供給管路４６と冷媒排出管路４８が
配置される。
【００２１】セパレータ４０のカソード側電極２６に対
向する面には、酸化剤ガス入口通路４４ａおよび酸化剤
ガス出口通路４４ｂに両端が連通して前記カソード側電
極２６に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路５０が形
成される（図３参照）。セパレータ４０のアノード側電
極２８に対向する面には、燃料ガス入口通路４２ａおよ
び燃料ガス出口通路４２ｂに両端が連通して前記アノー
ド側電極２８に燃料ガスを供給する燃料ガス流路５４が
設けられる。
【００２２】冷却セル１８は、燃料電池スタック１０内
で８セルおき、すなわち、前記冷却セル１８間に８つの
発電セル１２を配置して積層されている。この冷却セル
１８の両面に配置されるセパレータ６０は、図２および
図３に示すように、前記冷却セル１８側の面６０ａが平
坦状に構成された片面ガス流路付きセパレータ構造に設
定されている。
【００２３】冷却セル１８は、図３乃至図５に示すよう
に、流路プレート６２と、この流路プレート６２に重ね
合わされて冷却媒体通路６４を形成する蓋プレート６６
と、前記冷却媒体通路６４に供給される冷却媒体を発電
セル１２および集電用電極１４、１６から電気的に絶縁
するための絶縁手段６８と、前記冷却セル１８を挟んで
前記発電セル１２同士（または前記発電セル１２と前記
集電用電極１４、１６）を互いに電気的に接続するため
の導電手段７０とを備える。
【００２４】流路プレート６２は、幅方向（矢印Ｂ方
向）両端中央側に一方の面側に突出して筒状接続部７２
ａ、７２ｂを設けており、前記接続部７２ａ、７２ｂに
冷媒供給管路４６と冷媒排出管路４８とが接続される。
流路プレート６２の他方の面側には、図６に示すよう
に、接続部７２ａ、７２ｂに連通する溝部７４ａ、７４
ｂが形成され、この溝部７４ａ、７４ｂには、冷却媒体
通路６４を構成する複数本の主流路溝７６ａ、７６ｂが
連通する。主流路溝７６ａ、７６ｂは、それぞれ複数本
に分岐する分岐流路溝７８を介して互いに連通するとと
もに、前記分岐流路溝７８が水平方向に延在している。
【００２５】蓋プレート６６は、図４および図５に示す
ように、流路プレート６２に対向する面に溝部７４ａ、
７４ｂに対応する溝部８０ａ、８０ｂが形成され、この
面とは反対側の面には、外方に突出して筒状接続部８２
ａ、８２ｂが形成される。この接続部８２ａ、８２ｂ
は、流路プレート６２の接続部７２ａ、７２ｂと同一位
置に設けられており、冷媒供給管路４６および冷媒排出
管路４８に接続される。
【００２６】導電手段７０は、流路プレート６２と蓋プ
レート６６を覆って一体的に配置される導電プレート８
４ａ、８４ｂを備え、絶縁手段６８は、前記導電プレー
ト８４ａ、８４ｂの前記流路プレート６２および前記蓋
プレート６６に接する面側に設けられた絶縁シート体８
６ａ、８６ｂを備える。導電プレート８４ａ、８４ｂ
は、導電性金属プレートで構成されており、絶縁シート
体８６ａ、８６ｂは、絶縁材、例えば、ポリテトラフル
オロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成されて前記導電プレー
ト８４ａ、８４ｂの全面にわたり接着剤等により貼り付
けられている。
【００２７】導電プレート８４ａ、８４ｂの上端部に
は、それぞれ互いに近接する方向に屈曲して合わせ部８
８ａ、８８ｂが設けられるとともに、前記合わせ部８８
ａ、８８ｂに孔部９０ａ、９０ｂが形成される。合わせ
部８８ａ、８８ｂを覆って固定板体９１が配置され、こ
の固定板体９１から孔部９０ａ、９０ｂにねじ９２を挿
入し、前記ねじ９２にナット９４を螺合することによ
り、導電プレート８４ａ、８４ｂが流路プレート６２お
よび蓋プレート６６を保持して一体的に構成される。
【００２８】図２に示すように、エンドプレート２０ａ
には、燃料ガス入口通路４２ａに連通する燃料ガス入口
９６ａと、燃料ガス出口通路４２ｂに連通する燃料ガス
出口９６ｂと、酸化剤ガス入口通路４４ａに連通する酸
化剤ガス入口９８ａと、酸化剤ガス出口通路４４ｂに連
通する酸化剤ガス出口９８ｂと、冷却媒体入口１００ａ
と、冷却媒体出口１００ｂとが形成される。
【００２９】このように構成される本実施形態に係る燃
料電池スタック１０の動作について、以下に説明する。
【００３０】燃料電池スタック１０内には、燃料ガス、
例えば、炭化水素を改質した水素含有ガス、または水素
ボンベや水素吸蔵合金から純水素が供給されるととも
に、酸化剤ガスとして酸素含有ガス（以下、空気ともい
う）が供給され、さらに発電セル１２の発電面を冷却す
るための水等の冷却媒体が供給される。
【００３１】エンドプレート２０ａの燃料ガス入口９６
ａに供給された燃料ガスは、図２に示すように、燃料ガ
ス入口通路４２ａを介してセパレータ４０に形成されて
いる燃料ガス流路５４に供給される。このため、燃料ガ
ス中の水素含有ガスは、発電セル１２のアノード側電極
２８に供給されるとともに、未使用の燃料ガスが燃料ガ
ス出口通路４２ｂに排出される。
【００３２】また、エンドプレート２０ａの酸化剤ガス
入口９８ａに供給された空気は、酸化剤ガス入口通路４
４ａを介してセパレータに形成されている酸化剤ガス流
路５０に導入される。従って、空気中の酸素含有ガスが
カソード側電極２６に供給される一方、未使用の空気が
酸化剤ガス出口通路４４ｂに排出される。これにより、
発電セル１２で発電が行われ、モータ等の負荷２２に電
力が供給されることになる（図１参照）。
【００３３】さらにまた、エンドプレート２０ａの冷却
媒体入口１００ａに供給された冷却媒体は、冷媒供給管
路４６に導入された後、冷却セル１８を構成する流路プ
レート６２と蓋プレート６６との間に形成された冷却媒
体通路６４に供給される。図６に示すように、流路プレ
ート６２では、接続部７２ａから溝部７４ａに冷却媒体
が導入され、この溝部７４ａに連通する主流路溝７６ａ
から分岐流路溝７８を通って発電セル１２の発電面を冷
却した後、主流路溝７６ｂに合流する。さらに、使用後
の冷却媒体は、冷媒排出管路４８を通ってエンドプレー
ト２０ａの冷却媒体出口１００ｂから排出される。
【００３４】この場合、本実施形態では、冷却セル１８
が独立して構成されるとともに、冷却媒体通路６４を形
成する流路プレート６２と蓋プレート６６とが、絶縁シ
ート体８６ａ、８６ｂを設けた導電プレート８４ａ、８
４ｂに覆われている（図３参照）。このため、冷却媒体
通路６４は、発電セル１２から電気的に絶縁されてお
り、前記発電セル１２で発生する電気が前記冷却媒体通
路６４の冷却媒体に流れることがない。これにより、冷
却媒体を介して地絡や液絡が発生することがなく、燃料
電池スタック１０全体の出力低下を確実に阻止すること
ができ、所望の発電機能を確実に維持することが可能に
なるという効果が得られる。
【００３５】しかも、冷却媒体に導電性が付与されてい
ても、絶縁手段６８の作用下に発電セル１２の発電性能
に影響を与えることがない。従って、イオンや金属系添
加物を含む一般の水系冷却媒体等を使用することがで
き、設備全体の簡素化を図るとともに、経済的であると
いう利点がある。特に、シリコンオイル等の導電性のな
い冷却媒体を用いる際のような粘度の増加や熱伝導性の
低下に起因して冷却媒体循環用のポンプを大型化する必
要がなく、従来の設備を有効に使用し得るとともに、設
備全体の小型化が容易に図られる。さらに、冷却媒体の
浄化装置も不要になり、設備全体の簡素化が達成され
る。
【００３６】さらにまた、絶縁シート体８６ａ、８６ｂ
は、ポリテトラフルオロエチレン等の樹脂系材料や絶縁
性セラミックス材料により構成されており、この絶縁シ
ート体８６ａ、８６ｂの厚さを制御することによって、
発電セル１２による発生熱の伝熱経路の熱抵抗を変更す
ることができる（図７参照）。このため、冷却媒体の温
度を所望の値に確実に設定することが可能になるという
効果がある。
【００３７】また、本実施形態では、独立の冷却セル１
８を用いることにより、発電セル１２自体に冷却媒体用
通路を設ける必要がない。これにより、燃料ガス流路と
酸化剤ガス流路とを両面に設けたバイポーラ型のセパレ
ータ４０を用いることができ、燃料電池スタック１０全
体の矢印Ａ方向の長さが大幅に短縮される。特に、リン
酸型燃料電池にあっては、作動温度が固体高分子型燃料
電池に比べて高いため、冷却セル１８の配置間隔を広く
設定することが可能になり、燃料電池スタック１０の全
長を大幅に短縮することができるという効果が得られ
る。
【００３８】なお、本実施形態では、絶縁手段６８とし
て絶縁シート体８６ａ、８６ｂを用いて説明したが、こ
れに限定されるものではなく、冷却セル本体である流路
プレート６２および蓋プレート６６を絶縁材料で形成す
ることにより、前記絶縁シート体８６ａ、８６ｂを不要
にすることができる。
【００３９】また、導電手段７０として導電プレート８
４ａ、８４ｂを用いて説明したが、この導電プレート８
４ａ、８４ｂに代替して冷却セル１８の両側に配置され
ている発電セル１２同士をリード線等の導電線で電気的
に連結するように構成してもよい。
【００４０】
【発明の効果】本発明に係る燃料電池スタックでは、発
電セルを冷却するための冷却媒体が、この発電セルおよ
び集電用電極から電気的に絶縁されるため、前記冷却媒
体を介して地絡や液絡が発生することがなく、所望の発
電性能を確実に維持することができる。さらに、冷却セ
ルを挟んで配置される発電セル同士または前記発電セル
と集電用電極が互いに電気的に接続されており、燃料電
池スタック全体として所望の発電性能を維持することが
可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの概
略構成を示す側面説明図である。
【図２】前記燃料電池スタックの分解斜視説明図であ
る。
【図３】前記燃料電池スタックの要部拡大断面図であ
る。
【図４】前記燃料電池スタックを構成する冷却セルの分
解斜視説明図である。
【図５】前記冷却セルの縦断面説明図である。
【図６】前記冷却セルを構成する流路プレートの正面説
明図である。
【図７】絶縁シート体の厚さとこの絶縁シート体内の温
度勾配との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池スタック １２…発電セル １４、１６…集電用電極 １８…冷却セル ２０ａ、２０ｂ…エンドプレート ２４…電解質層 ２６…カソード側電極 ２８…アノード側電
極 ３０…接合体 ３２、３４…ガスケ
ット ４０、６０…セパレータ ４６…冷媒供給管路 ４８…冷媒排出管路 ６２…流路プレート ６４…冷却媒体通路 ６６…蓋プレート ６８…絶縁手段 ７０…導電手段 ７６ａ、７６ｂ…主流路溝 ７８…分岐流路溝 ８４ａ、８４ｂ…導電プレート ８６ａ、８６ｂ…絶
縁シート体

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電解質をアノード側電極とカソード側電極
    とで挟んで構成される接合体を有し、前記接合体をセパ
    レータにより挟持して前記アノード側電極に燃料ガスが
    供給される一方、前記カソード側電極に酸化剤ガスが供
    給される発電セルと、 所定数の前記発電セルに対して電気的に一体的に接続さ
    れる一対の集電用電極と、 前記発電セルを冷却するための冷却媒体が供給され、前
    記集電用電極間に介装される冷却セルと、 前記冷却媒体を前記発電セルおよび前記集電用電極から
    電気的に絶縁するための絶縁手段と、 前記冷却セルを挟んで配置される前記発電セル同士また
    は前記発電セルと前記集電用電極を互いに電気的に接続
    するための導電手段と、 を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
  2. 【請求項２】請求項１記載の燃料電池スタックにおい
    て、前記絶縁手段は、前記冷却セルの両面に配置される
    絶縁シート体を備えることを特徴とする燃料電池スタッ
    ク。
  3. 【請求項３】請求項１記載の燃料電池スタックにおい
    て、前記絶縁手段は、絶縁材料製の冷却セル本体を備え
    ることを特徴とする燃料電池スタック。
  4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃
    料電池スタックにおいて、前記導電手段は、前記冷却セ
    ルの両面を覆って一体的に配置される導電板を備えるこ
    とを特徴とする燃料電池スタック。
  5. 【請求項５】請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃
    料電池スタックにおいて、前記導電手段は、前記冷却セ
    ルを挟んで配置される前記発電セル同士または前記発電
    セルと前記集電用電極を互いに電気的に接続する導電線
    を備えることを特徴とする燃料電池スタック。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101155911B1 (ko) * 2004-09-08 2012-06-20 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템용 스택
JP2015060732A (ja) * 2013-09-19 2015-03-30 本田技研工業株式会社 燃料電池

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3878512B2 (ja) * 2002-05-23 2007-02-07 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック
DE10230333A1 (de) * 2002-07-05 2004-01-22 Forschungszentrum Jülich GmbH Kühlzelle für eine Brennstoffzelle
JP4231679B2 (ja) * 2002-11-01 2009-03-04 本田技研工業株式会社 燃料電池
DE10323647B4 (de) * 2003-05-26 2013-04-18 Daimler Ag Anordnung und Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels
JP4570888B2 (ja) * 2004-03-18 2010-10-27 富士重工業株式会社 蓄電体装置
EP1635415A1 (en) * 2004-09-08 2006-03-15 Samsung SDI Co., Ltd. Fuel cell stack
EP2077597B1 (en) * 2006-09-27 2014-11-19 Kyocera Corporation Fuel cell stack with uniform temperature distribution along the stacking axis
DE102007044634B4 (de) * 2007-09-19 2009-09-10 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg Gemeinnützige Stiftung Hochtemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (HT-PEMFC) einschließlich Vorrichtungen zu deren Kühlung
JP2010244978A (ja) * 2009-04-09 2010-10-28 Toyota Motor Corp 熱交換媒体および蓄電装置
EP2559088A2 (en) * 2010-03-31 2013-02-20 Nuvera Fuel Cells, Inc. Variable load fuel cell
US9657177B1 (en) 2012-11-05 2017-05-23 Lumacept, Inc. UVC reflective coating
KR101768128B1 (ko) 2016-02-16 2017-08-16 한국에너지기술연구원 독립형 냉각판을 구비하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지 스택 및 그 제조 방법

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4324844A (en) * 1980-04-28 1982-04-13 Westinghouse Electric Corp. Variable area fuel cell cooling
JPS59217954A (ja) * 1983-05-25 1984-12-08 Hitachi Ltd 燃料電池
US4945010A (en) * 1983-06-02 1990-07-31 Engelhard Corporation Cooling assembly for fuel cells
JPS6130968U (ja) * 1984-07-28 1986-02-25 株式会社 富士電機総合研究所 燃料電池セルスタツク
JPH0381973A (ja) 1989-05-11 1991-04-08 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池
US5547776A (en) * 1991-01-15 1996-08-20 Ballard Power Systems Inc. Electrochemical fuel cell stack with concurrently flowing coolant and oxidant streams
US5635039A (en) * 1993-07-13 1997-06-03 Lynntech, Inc. Membrane with internal passages to permit fluid flow and an electrochemical cell containing the same
US6083636A (en) * 1994-08-08 2000-07-04 Ztek Corporation Fuel cell stacks for ultra-high efficiency power systems
US5565279A (en) * 1995-12-27 1996-10-15 International Fuel Cells Corp. System and method for providing optimum cell operating temperatures and steam production in a fuel cell power plant
EP0814528A3 (en) * 1996-06-20 2004-05-19 Osaka Gas Company Limited Solid electrolyte fuel cell stack
DE19649691C2 (de) * 1996-11-29 1998-10-15 Siemens Ag Flüssigkeitsgekühlte Brennstoffzellenbatterie sowie Verfahren zu deren Kühlung
JP4427105B2 (ja) * 1996-12-13 2010-03-03 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 燃料電池バッテリの冷却装置
DE19821767C2 (de) * 1998-05-14 2000-06-08 Siemens Ag Stapel aus Brennstoffzellen mit Flüssigkeitskühlung und Verfahren zur Kühlung eines BZ-Stapels
US6210823B1 (en) * 1998-08-19 2001-04-03 Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. Polymer electrolyte fuel cell
EP0981175B1 (en) * 1998-08-20 2012-05-02 Panasonic Corporation Polymer electrolyte fuel cell stack
JP2000090943A (ja) * 1998-09-17 2000-03-31 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 燃料電池
US6124051A (en) * 1998-11-13 2000-09-26 Phoenix Analysis And Design Technologies Fuel cell stack with novel cooling and gas distribution systems
US6420061B1 (en) * 1999-02-23 2002-07-16 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell stack

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101155911B1 (ko) * 2004-09-08 2012-06-20 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템용 스택
JP2015060732A (ja) * 2013-09-19 2015-03-30 本田技研工業株式会社 燃料電池

Also Published As

Publication number Publication date
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DE60137667D1 (de) 2009-04-02
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US6656621B2 (en) 2003-12-02
EP1160904A2 (en) 2001-12-05
US20010046618A1 (en) 2001-11-29

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