JP2006210060A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2006210060A
JP2006210060A JP2005018654A JP2005018654A JP2006210060A JP 2006210060 A JP2006210060 A JP 2006210060A JP 2005018654 A JP2005018654 A JP 2005018654A JP 2005018654 A JP2005018654 A JP 2005018654A JP 2006210060 A JP2006210060 A JP 2006210060A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
electrode
communication hole
cooling medium
separator
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
Application number
JP2005018654A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukito Tanaka
之人 田中
Toshiki Kawamura
俊樹 河村
Masato Komatsuki
正人 駒月
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
Priority to JP2005018654A priority Critical patent/JP2006210060A/en
Publication of JP2006210060A publication Critical patent/JP2006210060A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure desired sealing capability by a simple compact constitution, and miniaturize a fuel cell as a whole. <P>SOLUTION: A fuel cell 10 is equipped with an electrolyte membrane/electrode assembly 12, an anode side composite separator 14, and a cathode side composite separator 16. First and second conductors 52, 54 are installed on both surfaces of a first resin frame member 50 constituting the anode side composite separator 14, and a third conductor 60 is installed in a second resin frame member 59 constituting the cathode side composite separator 16. The first and third conductors 52, 60 are welded by coming in contact with a resin frame 34 constituting the electrolyte membrane/electrode assembly and generating heat, and a desired seal line is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層する燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell in which a separator is laminated with an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜(電解質)を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体が、セパレータによって挟持された単位セルを備えている。通常、単位セルが複数積層されることにより燃料電池が構成されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane. An electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are opposed to each other on both sides of the electrolyte membrane includes a unit cell sandwiched between separators. Usually, a fuel cell is configured by stacking a plurality of unit cells.

この単位セルにおいて、アノード側電極には、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)が供給される一方、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。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜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は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。   In this unit cell, a fuel gas, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as hydrogen-containing gas) is supplied to the anode side electrode, while an oxidant gas, for example, A gas or air mainly containing oxygen (hereinafter also referred to as oxygen-containing gas) is supplied. In the fuel gas supplied to the anode side electrode, hydrogen is ionized on the electrode catalyst and moves to the cathode side electrode side through the electrolyte membrane. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy.

上記の燃料電池では、セパレータの面内に、アノード側電極に燃料ガスを流すための燃料ガス流路と、カソード側電極に酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路とが設けられている。さらに、セパレータ間には、必要に応じて冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面方向に沿って設けられている。   In the above fuel cell, a fuel gas channel for flowing fuel gas to the anode side electrode and an oxidant gas channel for flowing oxidant gas to the cathode side electrode are provided in the plane of the separator. . Further, between the separators, a cooling medium flow path for allowing a cooling medium to flow as needed is provided along the surface direction of the separator.

一般的に、燃料電池は、セパレータの積層方向に貫通する流体供給連通孔及び流体排出連通孔が燃料電池内部に設けられた、所謂、内部マニホールドを構成している。そして、流体である燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体は、それぞれの流体供給連通孔から燃料ガス流路、酸化剤ガス流路及び冷却媒体流路に供給された後、それぞれの流体排出連通孔に排出されている。   Generally, a fuel cell constitutes a so-called internal manifold in which a fluid supply communication hole and a fluid discharge communication hole penetrating in the stacking direction of the separator are provided inside the fuel cell. The fuel gas, the oxidant gas, and the cooling medium, which are fluids, are supplied to the fuel gas flow path, the oxidant gas flow path, and the cooling medium flow path from the fluid supply communication holes, and then the fluid discharge communication holes. Have been discharged.

このため、燃料ガス、酸化剤ガス及び冷却媒体が混在したり、漏洩したりすることを阻止する必要がある。そこで、例えば、特許文献1に開示されている単電池は、図18に示すように、電解質膜1と、この電解質膜1の外延部を支持する一対のフレーム2と、前記電解質膜1を両側から挟持する2つの電極3と、前記電極3を挟持するとともに、各電極3との間に反応ガス流路を形成する2つの集電極4と、両集電極4の外側に配置されるセパレータ5と、前記セパレータ5と前記フレーム2との間に介装されるシール部材6とを備えている。   For this reason, it is necessary to prevent the fuel gas, the oxidant gas, and the cooling medium from being mixed or leaked. Therefore, for example, as shown in FIG. 18, the cell disclosed in Patent Document 1 includes an electrolyte membrane 1, a pair of frames 2 that support the outer extension of the electrolyte membrane 1, and the electrolyte membrane 1 on both sides. Two electrodes 3 sandwiched between the two electrodes, two collector electrodes 4 sandwiching the electrodes 3 and forming a reaction gas flow path between the electrodes 3, and a separator 5 disposed outside the collector electrodes 4 And a seal member 6 interposed between the separator 5 and the frame 2.

一対のフレーム2は、樹脂により形成されており、各フレーム2から互いに近接する方向に突出する突出部2a、2aが溶着される一方、突出部2b、2bが電解質膜1に溶着されることにより一体化されている。   The pair of frames 2 are made of resin, and the protruding portions 2a and 2a protruding from the respective frames 2 in the directions close to each other are welded, while the protruding portions 2b and 2b are welded to the electrolyte membrane 1. It is integrated.

特開平7−235314号公報(図2)JP-A-7-235314 (FIG. 2)

一般に、燃料電池では、スタック全体の小型化を図るため、単電池(単位セル)の厚さを相当に薄肉化することが望まれている。従って、フレーム2と共にシール部材6自体を薄肉化する必要があり、前記シール部材6の寸法公差が高精度に要求される。これにより、シール部材6の製造コストが高騰するとともに、薄肉状の前記シール部材6の取り扱い作業性が著しく低下し、燃料電池の組立作業が煩雑化するという問題がある。   In general, in a fuel cell, in order to reduce the size of the entire stack, it is desired to reduce the thickness of a single cell (unit cell) considerably. Therefore, it is necessary to reduce the thickness of the seal member 6 together with the frame 2, and the dimensional tolerance of the seal member 6 is required with high accuracy. As a result, the manufacturing cost of the seal member 6 increases, and the handling workability of the thin seal member 6 is remarkably lowered, and the assembly work of the fuel cell becomes complicated.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、所望のシール性を確保するとともに、燃料電池全体の小型化を図ることが可能な燃料電池を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve this type of problem, and to provide a fuel cell that has a simple and compact configuration, can secure a desired sealing property, and can reduce the overall size of the fuel cell. And

本発明は、一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層する燃料電池である。セパレータは、導電性の電極反応部と、前記電極反応部の周囲を覆って設けられる樹脂製の第1外周部とを備えるとともに、電解質・電極構造体は、電極の周囲を覆って樹脂製の第2外周部を設けている。そして、第1外周部と第2外周部との間に介装される発熱体を介して、前記第1外周部と前記第2外周部とが溶融により一体化されている。   The present invention is a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure having a pair of electrodes provided on both sides of an electrolyte and a separator are stacked. The separator includes a conductive electrode reaction part and a first outer peripheral part made of resin that covers the periphery of the electrode reaction part, and the electrolyte / electrode structure covers the periphery of the electrode and is made of resin. A second outer peripheral portion is provided. And the said 1st outer peripheral part and the said 2nd outer peripheral part are integrated by fusion | melting via the heat generating body interposed between the 1st outer peripheral part and the 2nd outer peripheral part.

また、本発明の燃料電池では、セパレータは、導電性の電極反応部と、前記電極反応部の周囲を覆って設けられる樹脂製の外周部とを備えるとともに、電解質・電極構造体を挟んで対向する一対のセパレータは、それぞれの外周部の間に介装される発熱体を介して、前記外周部同士が溶融により一体化されている。   In the fuel cell of the present invention, the separator includes a conductive electrode reaction part and a resin outer peripheral part provided to cover the periphery of the electrode reaction part, and is opposed to the electrolyte / electrode structure. In the pair of separators, the outer peripheral parts are integrated by melting through a heating element interposed between the outer peripheral parts.

さらに、セパレータは、電極の面方向に沿って所望の反応ガスを供給する反応ガス流路と、積層方向に貫通して前記反応ガスを通流させる反応ガス連通孔とを設け、発熱体は、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連結するシールラインを形成することが好ましい。第1外周部材と第2外周部との間、又は外周部同士の間には、所望の気密性を有するシールラインが容易且つ確実に形成されるからである。   Further, the separator is provided with a reaction gas flow path for supplying a desired reaction gas along the surface direction of the electrode, and a reaction gas communication hole through which the reaction gas passes through in the stacking direction. It is preferable to form a seal line that connects the reaction gas flow path and the reaction gas communication hole. This is because a seal line having desired airtightness is easily and reliably formed between the first outer peripheral member and the second outer peripheral portion or between the outer peripheral portions.

さらにまた、互いに重なり合う2つのセパレータ間には、電極の面方向に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体流路と、積層方向に貫通して前記冷却媒体を通流させる冷却媒体連通孔とが設けられるとともに、前記2つのセパレータ間に介装される発熱体を介して、前記冷却媒体流路と前記冷却媒体連通孔とを連結するシールラインが形成されることが好ましい。2つのセパレータ間には、所望の液密性を有するシールラインが容易且つ確実に形成されるからである。   Furthermore, a cooling medium flow path for supplying a cooling medium along the surface direction of the electrode and a cooling medium communication hole that passes through the cooling medium through the stacking direction are provided between the two separators that overlap each other. In addition, it is preferable that a seal line for connecting the cooling medium flow path and the cooling medium communication hole is formed via a heating element interposed between the two separators. This is because a seal line having a desired liquid tightness is easily and reliably formed between the two separators.

また、発熱体は、導電性部材で構成されるとともに、一方のセパレータの電極反応部に一部を接触させて前記一方のセパレータと電気的に接続されることが好ましく、さらに、前記発熱体は、電解質・電極構造体に一部を接触させて前記電解質・電極構造体と電気的に接続されることが好ましい。発熱体は、セル運転時の電圧を監視するためのセル電圧端子として利用することが可能になるからである。   In addition, the heating element is preferably composed of a conductive member, and is preferably electrically connected to the one separator by bringing a part thereof into contact with the electrode reaction portion of the one separator. It is preferable that a part of the electrolyte / electrode structure is brought into contact with and electrically connected to the electrolyte / electrode structure. This is because the heating element can be used as a cell voltage terminal for monitoring the voltage during cell operation.

本発明では、セパレータの外周部と電解質・電極構造体の外周部、又は、一対のセパレータの外周部同士が、発熱体を介して溶融されることにより一体化される。このため、発熱体の形状を選択するだけで、所望のシールラインを容易且つ確実に形成することができる。これにより、簡単且つコンパクトな構成で、所望のシール性を確保するとともに、燃料電池全体の小型化を図ることが可能になる。しかも、燃料電池が溶着により一体化されるため、前記燃料電池の取り扱い作業性が有効に向上する。   In the present invention, the outer peripheral portion of the separator and the outer peripheral portion of the electrolyte / electrode structure, or the outer peripheral portions of the pair of separators are integrated by being melted through the heating element. For this reason, a desired seal line can be formed easily and reliably only by selecting the shape of the heating element. As a result, it is possible to ensure a desired sealing property with a simple and compact configuration and to reduce the size of the entire fuel cell. In addition, since the fuel cells are integrated by welding, the handling workability of the fuel cells is effectively improved.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池10の要部分解斜視説明図であり、図2は、前記燃料電池10が積層された状態の、図1中、II−II線断面説明図である。   FIG. 1 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 10 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. FIG.

図1に示すように、燃料電池10は、電解質膜・電極構造体12をアノード側複合セパレータ14とカソード側複合セパレータ16とで挟持して構成される。アノード側複合セパレータ14及びカソード側複合セパレータ16は、導電性の電極反応部と、後述する樹脂製の第1外周部(第1樹脂枠部材50及び第2樹脂枠部材59)との複合体で構成される。この導電性の電極反応部として、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板が使用されるが、これに限定されるものではなく、例えば、カーボン材等、種々の導電性材料が使用可能である。   As shown in FIG. 1, the fuel cell 10 is configured by sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure 12 between an anode-side composite separator 14 and a cathode-side composite separator 16. The anode-side composite separator 14 and the cathode-side composite separator 16 are a composite of a conductive electrode reaction part and a resin-made first outer peripheral part (first resin frame member 50 and second resin frame member 59) described later. Composed. As this conductive electrode reaction part, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, or a metal plate having a surface treated for corrosion prevention on its metal surface is used, but is not limited thereto. Instead, for example, various conductive materials such as a carbon material can be used.

燃料電池10の長辺方向(図1中、矢印B方向)の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔18aと、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔20bとが設けられる。   An oxidant gas inlet for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, communicates with each other in the direction of the arrow A at one end edge of the long side direction (the arrow B direction in FIG. 1) of the fuel cell 10. A communication hole 18a and a fuel gas outlet communication hole 20b for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, are provided.

燃料電池10の長辺方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔20aと、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔18bとが設けられる。   The other end edge in the long side direction of the fuel cell 10 communicates with each other in the direction of arrow A, and a fuel gas inlet communication hole 20a for supplying fuel gas, and an oxidant gas for discharging oxidant gas. An outlet communication hole 18b is provided.

燃料電池10の上端縁部には、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔22a、22aが設けられるとともに、前記燃料電池10の下端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔22b、22bが設けられる。   Cooling medium inlet communication holes 22a and 22a for supplying a cooling medium are provided at the upper edge of the fuel cell 10, and a cooling medium for discharging the cooling medium at the lower edge of the fuel cell 10. Outlet communication holes 22b and 22b are provided.

電解質膜・電極構造体12は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜24と、前記固体高分子電解質膜24を挟持するアノード側電極26及びカソード側電極28とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 12 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 24 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 26 and a cathode side electrode 28 that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 24. With.

図2に示すように、アノード側電極26及びカソード側電極28は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層30a、30bと、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層30a、30bの表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層32a、32bとを有する。電極触媒層32a、32bは、固体高分子電解質膜24の両面に形成される。   As shown in FIG. 2, the anode-side electrode 26 and the cathode-side electrode 28 are composed of gas diffusion layers 30a, 30b made of carbon paper or the like, and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface thereof. And electrode catalyst layers 32a and 32b formed uniformly on the surface of 30b. The electrode catalyst layers 32 a and 32 b are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 24.

カソード側電極28の外周部には、図1及び図2に示すように、樹脂枠(樹脂製の第2外周部)34が設けられる。この樹脂枠34は、熱可塑性樹脂(エラストマと含む)で構成されており、ガス拡散層30bの先端部分に含浸部位34aが設けられる(図2参照)。樹脂枠34は、接着部位36を介して固体高分子電解質膜24に接着される。   As shown in FIGS. 1 and 2, a resin frame (resin-made second outer peripheral portion) 34 is provided on the outer peripheral portion of the cathode side electrode 28. The resin frame 34 is made of a thermoplastic resin (including an elastomer), and an impregnation portion 34a is provided at the tip of the gas diffusion layer 30b (see FIG. 2). The resin frame 34 is bonded to the solid polymer electrolyte membrane 24 through the bonding site 36.

図3に示すように、アノード側複合セパレータ14の電解質膜・電極構造体12に向かう面14aには、燃料ガス入口連通孔20aと燃料ガス出口連通孔20bとに連通する燃料ガス流路40が形成される。この燃料ガス流路40は、例えば、矢印B方向に延在する複数の溝部により構成される。   As shown in FIG. 3, a fuel gas flow path 40 communicating with the fuel gas inlet communication hole 20a and the fuel gas outlet communication hole 20b is formed on the surface 14a of the anode-side composite separator 14 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12. It is formed. This fuel gas flow path 40 is comprised by the some groove part extended in the arrow B direction, for example.

図1に示すように、アノード側複合セパレータ14の面14bには、冷却媒体入口連通孔22aと冷却媒体出口連通孔22bとに連通する冷却媒体流路42が形成される。この冷却媒体流路42は、矢印C方向に延在する複数の溝部により構成される。   As shown in FIG. 1, a cooling medium flow path 42 communicating with the cooling medium inlet communication hole 22 a and the cooling medium outlet communication hole 22 b is formed on the surface 14 b of the anode-side composite separator 14. The cooling medium flow path 42 includes a plurality of grooves extending in the direction of arrow C.

カソード側複合セパレータ16の電解質膜・電極構造体12に向かう面16aには、矢印B方向に延在する複数の溝部からなる酸化剤ガス流路44が設けられる。この酸化剤ガス流路44は、酸化剤ガス入口連通孔18aと酸化剤ガス出口連通孔18bとに連通する。   The surface 16a of the cathode-side composite separator 16 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12 is provided with an oxidant gas flow path 44 including a plurality of grooves extending in the direction of arrow B. The oxidant gas flow path 44 communicates with the oxidant gas inlet communication hole 18a and the oxidant gas outlet communication hole 18b.

図1〜図4に示すように、アノード側複合セパレータ14の面14a、14bには、導電性の電極反応部である燃料ガス流路40の周囲を覆って、第1樹脂枠部材(樹脂製の第1外周部)50が射出成形等により一体化される。第1樹脂枠部材50としては、例えば、PEEK(ポリエーテル−テルケトン)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、LCP(液晶プラスチック)、PP(ポリプロピレン)、PC(ポリカーボネート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PPE(ポリフェニレンエーテル)とPS(ポリスチレン)のアロイ等が用いられる。   As shown in FIGS. 1 to 4, the surfaces 14 a and 14 b of the anode-side composite separator 14 are covered with a first resin frame member (resin-made) covering the periphery of the fuel gas flow path 40 that is a conductive electrode reaction part. The first outer peripheral portion 50) is integrated by injection molding or the like. Examples of the first resin frame member 50 include PEEK (polyether-terketone), PPS (polyphenylene sulfide), LCP (liquid crystal plastic), PP (polypropylene), PC (polycarbonate), PBT (polybutylene terephthalate), PPE ( An alloy of polyphenylene ether) and PS (polystyrene) is used.

図2に示すように、第1樹脂枠部材50の両面には、第1及び第2導電体(発熱体)52、54がアノード側複合セパレータ14の成形時に一体的に設けられる。第1及び第2導電体52、54は、例えば、銅箔をスクリーン印刷することにより設けられる。   As shown in FIG. 2, first and second conductors (heating elements) 52 and 54 are integrally provided on both surfaces of the first resin frame member 50 when the anode-side composite separator 14 is molded. The first and second conductors 52 and 54 are provided, for example, by screen printing a copper foil.

図3に示すように、第1導電体52は、燃料ガス入口連通孔20aと燃料ガス出口連通孔20bとを燃料ガス流路40に連結するシールラインを形成する。この第1導電体52には、酸化剤ガス入口連通孔18aと燃料ガス出口連通孔20bとの間、及び燃料ガス入口連通孔20aと酸化剤ガス出口連通孔18bとの間に位置し、アノード側複合セパレータ14の矢印B方向両端部に延在する通電部56a、56bが一体的に設けられる。   As shown in FIG. 3, the first conductor 52 forms a seal line that connects the fuel gas inlet communication hole 20 a and the fuel gas outlet communication hole 20 b to the fuel gas flow path 40. The first conductor 52 is positioned between the oxidant gas inlet communication hole 18a and the fuel gas outlet communication hole 20b, and between the fuel gas inlet communication hole 20a and the oxidant gas outlet communication hole 18b. Current-carrying portions 56 a and 56 b extending at both ends of the side composite separator 14 in the direction of arrow B are integrally provided.

図1に示すように、第2導電体54は、冷却媒体入口連通孔22aと冷却媒体出口連通孔22bとを冷却媒体流路42に連結するシールラインを形成する。この第2導電体54には、第1導電体52と同様に、アノード側複合セパレータ14の矢印B方向両端部に延在する通電部58a、58bが一体的に設けられる。   As shown in FIG. 1, the second conductor 54 forms a seal line that connects the cooling medium inlet communication hole 22 a and the cooling medium outlet communication hole 22 b to the cooling medium flow path 42. Similarly to the first conductor 52, the second conductor 54 is integrally provided with current-carrying portions 58 a and 58 b that extend at both ends in the arrow B direction of the anode-side composite separator 14.

図1に示すように、カソード側複合セパレータ16の面16aには、導電性の電極反応部である酸化剤ガス流路44の周囲を覆って、第2樹脂枠部材(樹脂製の第1外周部)59が一体化される。第2樹脂枠部材59には、第3導電体(発熱体)60が一体成形される。この第3導電体60は、酸化剤ガス入口連通孔18aと酸化剤ガス出口連通孔18bとを酸化剤ガス流路44に連結するシールラインを形成する。   As shown in FIG. 1, the surface 16a of the cathode-side composite separator 16 covers the periphery of an oxidant gas flow path 44, which is a conductive electrode reaction part, and a second resin frame member (resin first outer periphery made of resin). Part) 59 is integrated. A third conductor (heating element) 60 is integrally formed with the second resin frame member 59. The third conductor 60 forms a seal line that connects the oxidant gas inlet communication hole 18 a and the oxidant gas outlet communication hole 18 b to the oxidant gas flow path 44.

第3導電体60には、酸化剤ガス入口連通孔18aと燃料ガス出口連通孔20bとの間、及び燃料ガス入口連通孔20aと酸化剤ガス出口連通孔18bとの間に位置し、カソード側複合セパレータ16の矢印B方向両端部に延在する通電部62a、62bが一体的に設けられる。この通電部62bには、酸化剤ガス流路44側に突出して導通部64が一体成形される。   The third conductor 60 is located between the oxidant gas inlet communication hole 18a and the fuel gas outlet communication hole 20b, and between the fuel gas inlet communication hole 20a and the oxidant gas outlet communication hole 18b, and is on the cathode side. Current-carrying portions 62a and 62b extending at both ends in the arrow B direction of the composite separator 16 are integrally provided. A conducting portion 64 is integrally formed on the energizing portion 62b so as to protrude toward the oxidant gas flow path 44.

図4に示すように、カソード側複合セパレータ16が電解質膜・電極構造体12に積層される際、導通部64は、前記電解質膜・電極構造体12を構成するカソード側電極28に、より具体的には、ガス拡散層30bに直接接触している。すなわち、通電部62bは、カソード側電極28に一部を接触させて電気的に接続されることにより、後述するように、セル電圧端子を構成する。   As shown in FIG. 4, when the cathode-side composite separator 16 is laminated on the electrolyte membrane / electrode structure 12, the conducting portion 64 is more specifically connected to the cathode-side electrode 28 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 12. Specifically, it is in direct contact with the gas diffusion layer 30b. That is, the energization part 62b is partly brought into contact with the cathode side electrode 28 and is electrically connected to constitute a cell voltage terminal as will be described later.

なお、第1〜第3導電体52、54及び60は、銅箔をスクリーン印刷することにより設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、図5に示すように、銅をスパッタリングして薄層66aを形成することにより第1〜第3導電体52、54及び60を構成してもよい。図6に示すように、複数本の銅製細線66bによって第1〜第3導電体52、54及び60を構成してもよく、さらに、図7に示すように、カーボン製フェルト材66cによって前記第1〜第3導電体52、54及び60を構成してもよい。   In addition, although the 1st-3rd conductors 52, 54, and 60 are provided by screen-printing copper foil, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 5, the first to third conductors 52, 54, and 60 may be configured by sputtering copper to form the thin layer 66a. As shown in FIG. 6, the first to third conductors 52, 54 and 60 may be constituted by a plurality of thin copper wires 66b, and further, as shown in FIG. The first to third conductors 52, 54 and 60 may be configured.

次に、このように構成される燃料電池10を組み立てる作業について、説明する。   Next, an operation for assembling the fuel cell 10 configured as described above will be described.

先ず、電解質膜・電極構造体12を挟んで、アノード側複合セパレータ14とカソード側複合セパレータ16とが配設されることにより、燃料電池10が積層される。この燃料電池10は、複数積層されてユニット70が得られ、このユニット70は、例えば、図8に示す加熱装置80に配置される。加熱装置80は、電源部82を備えており、この電源部82の一方のケーブル84aが、各燃料電池10の通電部56a、58a及び62aに接続されるとともに、他方のケーブル84bが、前記燃料電池10の通電部56b、58b及び62bに接続される。   First, the fuel cell 10 is stacked by disposing the anode-side composite separator 14 and the cathode-side composite separator 16 with the electrolyte membrane / electrode structure 12 interposed therebetween. A plurality of the fuel cells 10 are stacked to obtain a unit 70, and this unit 70 is disposed, for example, in a heating device 80 shown in FIG. The heating device 80 includes a power supply unit 82. One cable 84a of the power supply unit 82 is connected to the current-carrying units 56a, 58a, and 62a of each fuel cell 10, and the other cable 84b is connected to the fuel. The battery 10 is connected to the current-carrying parts 56b, 58b and 62b.

そこで、ユニット70には、積層方向(矢印方向)に所定の面圧が付与されるとともに、電源部82が駆動されて第1〜第3導電体52、54及び60に通電される。このため、第1〜第3導電体52、54及び60は、通電によって発熱する。   Therefore, a predetermined surface pressure is applied to the unit 70 in the stacking direction (arrow direction), and the power supply unit 82 is driven to energize the first to third conductors 52, 54 and 60. For this reason, the 1st-3rd conductors 52, 54, and 60 generate heat by energization.

第1導電体52は、電解質膜・電極構造体12を構成する樹脂枠34に接触しており、この樹脂枠34及び第1樹脂枠部材50が前記第1導電体52に沿って溶融する。さらに、通電が停止されることによって、第1導電体52を覆って樹脂枠34及び第1樹脂枠部材50が溶着し、電解質膜・電極構造体12とアノード側複合セパレータ14の面14aとが密着する。その際、樹脂枠34と第1樹脂枠部材50との間には、第1導電体52の形状に沿って燃料ガス入口連通孔20a及び燃料ガス出口連通孔20bと燃料ガス流路40とを連結するシールラインが形成される。   The first conductor 52 is in contact with the resin frame 34 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 12, and the resin frame 34 and the first resin frame member 50 are melted along the first conductor 52. Further, when the energization is stopped, the resin frame 34 and the first resin frame member 50 are welded so as to cover the first conductor 52, and the electrolyte membrane / electrode structure 12 and the surface 14a of the anode-side composite separator 14 are connected. In close contact. At that time, between the resin frame 34 and the first resin frame member 50, the fuel gas inlet communication hole 20 a, the fuel gas outlet communication hole 20 b, and the fuel gas flow path 40 are arranged along the shape of the first conductor 52. A connecting seal line is formed.

一方、第3導電体60は、電解質膜・電極構造体12を構成する樹脂枠34の他方の面に接触している。従って、第3導電体60が発熱することによって、樹脂枠34及び第2樹脂枠部材59は、前記第3導電体60の形状に沿って溶融し、電解質膜・電極構造体12とカソード側複合セパレータ16の面16aとが溶着する。その際、樹脂枠34と第2樹脂枠部材59との間には、第3導電体60の形状に沿って酸化剤ガス入口連通孔18a及び酸化剤ガス出口連通孔18bと酸化剤ガス流路44とを連結するシールラインが形成される。   On the other hand, the third conductor 60 is in contact with the other surface of the resin frame 34 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 12. Accordingly, when the third conductor 60 generates heat, the resin frame 34 and the second resin frame member 59 are melted along the shape of the third conductor 60, and the electrolyte membrane / electrode structure 12 and the cathode side composite are melted. The surface 16a of the separator 16 is welded. At that time, between the resin frame 34 and the second resin frame member 59, along with the shape of the third conductor 60, the oxidant gas inlet communication hole 18a, the oxidant gas outlet communication hole 18b, and the oxidant gas flow path. A seal line is formed to connect 44 with each other.

さらに、各燃料電池10を構成するアノード側複合セパレータ14とカソード側複合セパレータ16とは、第2導電体54が発熱することによって第1及び第2樹脂枠部材50、59が溶融して溶着される。このため、各燃料電池10同士は、アノード側複合セパレータ14とカソード側複合セパレータ16とが溶着されて一体化されるとともに、これらの間には、第2導電体54の形状に沿って冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bと冷却媒体流路42とを連結するシールラインが形成される。   Further, the anode-side composite separator 14 and the cathode-side composite separator 16 constituting each fuel cell 10 are melted and welded when the second conductor 54 generates heat and the first and second resin frame members 50 and 59 are melted. The Therefore, the fuel cell 10 is integrated with the anode-side composite separator 14 and the cathode-side composite separator 16 which are welded and integrated, and between them, a cooling medium is formed along the shape of the second conductor 54. A seal line that connects the inlet communication hole 22a, the cooling medium outlet communication hole 22b, and the cooling medium flow path 42 is formed.

これにより、所定数の燃料電池10が積層されたユニット70は、加熱装置80により互いに溶着して一体化される。従って、燃料電池10の組み立て作業性が一挙に向上し、生産性が向上するとともに、前記燃料電池10の取り扱い作業性が良好になるという効果がある。   Thereby, the unit 70 in which the predetermined number of fuel cells 10 are stacked is welded and integrated with each other by the heating device 80. Therefore, the assembly workability of the fuel cell 10 is improved at once, the productivity is improved, and the handling workability of the fuel cell 10 is improved.

なお、上記の加熱装置80に代えて、例えば、図9に示す高周波誘導加熱装置90を用いてもよい。この高周波誘導加熱装置90は、コイル92を備えており、前記コイル92の内方にユニット70が配置された状態で、前記コイル92に高周波電流が供給される。このため、第1〜第3導電体52、54及び60が高周波誘導加熱され、上記の加熱装置80と同様に、各燃料電池10及び前記燃料電池10同士が溶着されて一体化される。   Instead of the heating device 80 described above, for example, a high frequency induction heating device 90 shown in FIG. 9 may be used. The high-frequency induction heating device 90 includes a coil 92, and a high-frequency current is supplied to the coil 92 in a state where the unit 70 is disposed inside the coil 92. For this reason, the 1st-3rd conductors 52, 54, and 60 are induction-heated by high frequency, and similarly to said heating apparatus 80, each fuel cell 10 and said fuel cells 10 are welded and integrated.

次に、上記の燃料電池10の動作について、以下に説明する。   Next, the operation of the fuel cell 10 will be described below.

図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔18aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔20aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔22aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。   As shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 18a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 20a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 22a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔18aからカソード側複合セパレータ16の酸化剤ガス流路44に導入され、矢印B方向に移動して電解質膜・電極構造体12のカソード側電極28に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔20aからアノード側複合セパレータ14の燃料ガス流路40に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路40に沿って矢印B方向に移動し、電解質膜・電極構造体12のアノード側電極26に供給される。   Therefore, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas inlet communication hole 18a into the oxidant gas flow path 44 of the cathode side composite separator 16 and moves in the direction of arrow B to move the cathode side electrode of the electrolyte membrane / electrode structure 12 28. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 40 of the anode-side composite separator 14 from the fuel gas inlet communication hole 20a. The fuel gas moves in the direction of arrow B along the fuel gas flow path 40 and is supplied to the anode electrode 26 of the electrolyte membrane / electrode structure 12.

従って、各電解質膜・電極構造体12では、カソード側電極28に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極26に供給される燃料ガスとが、電極触媒層32b、32a内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。   Accordingly, in each electrolyte membrane / electrode structure 12, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 28 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 26 are electrochemically reacted in the electrode catalyst layers 32 b and 32 a. It is consumed to generate electricity.

次いで、カソード側電極28に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔18bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、アノード側電極26に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔20bに沿って矢印A方向に排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 28 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 18b. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode electrode 26 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 20b.

また、冷却媒体入口連通孔22aに供給された冷却媒体は、アノード側複合セパレータ14の冷却媒体流路42に導入された後、矢印C方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体12を冷却した後、冷却媒体出口連通孔22bから排出される。   The cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 22a is introduced into the cooling medium flow path 42 of the anode-side composite separator 14 and then flows in the direction of arrow C. This cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 22b after the electrolyte membrane / electrode structure 12 is cooled.

この場合、第1の実施形態では、アノード側複合セパレータ14を構成する第1樹脂枠部材50の両面には、第1及び第2導電体52、54が設けられるとともに、カソード側複合セパレータ16を構成する第2樹脂枠部材59の一方の面には、第3導電体60が設けられている。そして、電解質膜・電極構造体12を挟んで、アノード側複合セパレータ14とカソード側複合セパレータ16とを積層した状態で、加熱装置80又は高周波誘導加熱装置90を介して第1〜第3導電体52、54及び60が発熱される。   In this case, in the first embodiment, the first and second conductors 52 and 54 are provided on both surfaces of the first resin frame member 50 constituting the anode-side composite separator 14, and the cathode-side composite separator 16 is provided. A third conductor 60 is provided on one surface of the second resin frame member 59 that constitutes the second resin frame member 59. The anode-side composite separator 14 and the cathode-side composite separator 16 are stacked with the electrolyte membrane / electrode structure 12 interposed therebetween, and the first to third conductors are interposed via the heating device 80 or the high-frequency induction heating device 90. 52, 54 and 60 generate heat.

これによって、樹脂枠34と第1及び第2樹脂枠部材50、59とは、第1〜第3導電体52、54及び60の形状に沿って溶融されるため、電解質膜・電極構造体12の両面には、アノード側複合セパレータ14とカソード側複合セパレータ16とが溶着して一体化される。しかも、第1導電体52は、燃料ガス入口連通孔20a及び燃料ガス出口連通孔20bと燃料ガス流路40とを連結するシールラインを形成する一方、第3導電体60は、酸化剤ガス入口連通孔18a及び酸化剤ガス出口連通孔18bと酸化剤ガス流路44とを連通するシールラインを形成する。   Accordingly, the resin frame 34 and the first and second resin frame members 50 and 59 are melted along the shapes of the first to third conductors 52, 54 and 60, and thus the electrolyte membrane / electrode structure 12. The anode side composite separator 14 and the cathode side composite separator 16 are welded and integrated with each other. In addition, the first conductor 52 forms a seal line connecting the fuel gas inlet communication hole 20a and the fuel gas outlet communication hole 20b and the fuel gas flow path 40, while the third conductor 60 is an oxidant gas inlet. A seal line is formed which communicates the communication hole 18 a and the oxidant gas outlet communication hole 18 b with the oxidant gas flow path 44.

従って、電解質膜・電極構造体12とアノード側複合セパレータ14及びカソード側複合セパレータ16との間には、薄肉状のシール部材(例えば、ガスケット)を配設する必要がない。これにより、第1の実施形態では、簡単な作業で、燃料ガス及び酸化剤ガスの所望のシールラインを容易且つ確実に形成することができるという効果が得られる。   Therefore, it is not necessary to dispose a thin seal member (for example, a gasket) between the electrolyte membrane / electrode structure 12 and the anode side composite separator 14 and the cathode side composite separator 16. Thereby, in 1st Embodiment, the effect that the desired seal line of fuel gas and oxidizing agent gas can be formed easily and reliably by simple operation | work is acquired.

さらに、複数の燃料電池10を積層したユニット70に対して、上記の溶融加熱処理が施される。このため、各燃料電池10間、すなわち、アノード側複合セパレータ14とカソード側複合セパレータ16とは、第2導電体54の発熱作用下に一体化されるとともに、これらの間には、冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bと冷却媒体流路42とを連結するシールラインが形成される。   Further, the melting and heating process is performed on the unit 70 in which the plurality of fuel cells 10 are stacked. For this reason, between the fuel cells 10, that is, the anode-side composite separator 14 and the cathode-side composite separator 16 are integrated under the heat generation action of the second conductor 54, and between them, there is a cooling medium inlet. A seal line that connects the communication hole 22a, the cooling medium outlet communication hole 22b, and the cooling medium flow path 42 is formed.

これにより、簡単且つコンパクトな構成で、所望のシール性を確保するとともに、燃料電池10及び燃料電池スタック全体の小型化を容易に図ることが可能になる。   As a result, it is possible to ensure a desired sealing property with a simple and compact configuration and to easily reduce the size of the fuel cell 10 and the entire fuel cell stack.

さらにまた、カソード側複合セパレータ16では、第3導電体60が導通部64を備えている。この導通部64は、図4に示すように、電解質膜・電極構造体12を構成するカソード側電極28に直接接触して前記カソード側電極28に電気的に接続されている。従って、導通部64に一体化される通電部62bは、セル電圧端子として機能する。すなわち、通電部62bには、図示しないセル電圧検出器が接続され、例えば、セル電圧モニタによって各燃料電池10の電位を検出することができる。   Furthermore, in the cathode-side composite separator 16, the third conductor 60 includes a conducting portion 64. As shown in FIG. 4, the conducting portion 64 is in direct contact with the cathode side electrode 28 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 12 and is electrically connected to the cathode side electrode 28. Accordingly, the energization part 62b integrated with the conduction part 64 functions as a cell voltage terminal. That is, a cell voltage detector (not shown) is connected to the energization unit 62b, and for example, the potential of each fuel cell 10 can be detected by a cell voltage monitor.

なお、第1の実施形態では、アノード側複合セパレータ14及びカソード側複合セパレータ16を構成する金属プレート部分の外方に突出して第1及び第2樹脂枠部材50、59が成形されており、この第1及び第2樹脂枠部材50、59にのみ(金属プレート部分以外)酸化剤ガス入口連通孔18a、酸化剤ガス出口連通孔18b、燃料ガス入口連通孔20a、燃料ガス出口連通孔20b、冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bが形成されているが、これに限定されるものではない。   In the first embodiment, the first and second resin frame members 50 and 59 are formed so as to protrude outward from the metal plate portions constituting the anode-side composite separator 14 and the cathode-side composite separator 16. Only in the first and second resin frame members 50 and 59 (other than the metal plate portion), the oxidant gas inlet communication hole 18a, the oxidant gas outlet communication hole 18b, the fuel gas inlet communication hole 20a, the fuel gas outlet communication hole 20b, and the cooling Although the medium inlet communication hole 22a and the cooling medium outlet communication hole 22b are formed, the present invention is not limited to this.

例えば、アノード側複合セパレータ14及びカソード側複合セパレータ16を構成する導電性プレート部分に酸化剤ガス入口連通孔18a、酸化剤ガス出口連通孔18b、燃料ガス入口連通孔20a、燃料ガス出口連通孔20b、冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bが形成されるとともに、これらを囲繞して前記導電性プレート部分に第1及び第2樹脂枠部材50、59を成形してもよい。   For example, the oxidant gas inlet communication hole 18a, the oxidant gas outlet communication hole 18b, the fuel gas inlet communication hole 20a, and the fuel gas outlet communication hole 20b are formed in the conductive plate portions constituting the anode side composite separator 14 and the cathode side composite separator 16. The cooling medium inlet communication hole 22a and the cooling medium outlet communication hole 22b may be formed, and the first and second resin frame members 50 and 59 may be formed on the conductive plate portion so as to surround them.

図10は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池100の要部分解斜視図であり、図11は、前記燃料電池100の一部拡大平面説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3〜第6の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。   FIG. 10 is an exploded perspective view of a main part of a fuel cell 100 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a partially enlarged plan explanatory view of the fuel cell 100. The same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third to sixth embodiments described below, detailed description thereof is omitted.

燃料電池100は、電解質膜・電極構造体102をアノード側複合セパレータ104及びカソード側複合セパレータ106により挟持して構成される。アノード側複合セパレータ104では、第1導電体52の通電部56a、56bと、第2導電体54の導電部58a、58bとが、積層方向(矢印A方向)に対して矢印C方向に離間して設けられる。カソード側複合セパレータ106では、第3導電体60の通電部62a、62bが、積層方向に対して第1及び第2導電体52、54の通電部56a、58a間及び通電部56b、58b間に対応して設けられる。   The fuel cell 100 is configured by sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure 102 between an anode-side composite separator 104 and a cathode-side composite separator 106. In the anode-side composite separator 104, the current-carrying portions 56a and 56b of the first conductor 52 and the conductive portions 58a and 58b of the second conductor 54 are separated in the arrow C direction with respect to the stacking direction (arrow A direction). Provided. In the cathode-side composite separator 106, the current-carrying parts 62a and 62b of the third conductor 60 are connected between the current-carrying parts 56a and 58a of the first and second conductors 52 and 54 and between the current-carrying parts 56b and 58b. Correspondingly provided.

カソード側複合セパレータ106の矢印B方向両端部には、第2導電体54の通電部58a、58bの位置に対応して切り欠き部108a、108bが形成される。電解質膜・電極構造体102の矢印B方向両端部には、それぞれ通電部56a、58a及び62aと、通電部56b、58b及び62bを外部に露呈させるための切り欠き部110a、110bが形成される。   At both ends of the cathode-side composite separator 106 in the direction of arrow B, notches 108a and 108b are formed corresponding to the positions of the current-carrying portions 58a and 58b of the second conductor 54. At both ends of the electrolyte membrane / electrode structure 102 in the direction of arrow B, current-carrying portions 56a, 58a, and 62a and cut-out portions 110a and 110b for exposing the current-carrying portions 56b, 58b, and 62b to the outside are formed. .

このように構成される第2の実施形態では、複数の燃料電池100が積層されてユニットが構成される際、第1及び第3導電体52、60の通電部56a、62a及び56b、62bは、電解質膜・電極構造体102の切り欠き部110a、110bを介して前記電解質膜・電極構造体102の両側から外部に露呈する。さらに、第2導電体54の通電部58a、58bは、切り欠き部110a、110bとカソード側複合セパレータ106の切り欠き部108a、108bとを介して外部に露呈する(図11参照)。   In the second embodiment configured as described above, when a unit is configured by stacking a plurality of fuel cells 100, the energizing portions 56a, 62a and 56b, 62b of the first and third conductors 52, 60 are The electrolyte membrane / electrode structure 102 is exposed to the outside through the notches 110a and 110b of the electrolyte membrane / electrode structure 102. Furthermore, the current-carrying portions 58a and 58b of the second conductor 54 are exposed to the outside through the notches 110a and 110b and the notches 108a and 108b of the cathode-side composite separator 106 (see FIG. 11).

これにより、通電部56a、56b、58a、58b及び62a、62bを介して、第1〜第3導電体52、54及び60に対する通電処理が、一層容易且つ確実に遂行されるという効果が得られる。   Thereby, the effect that the energization process with respect to the 1st-3rd conductors 52, 54, and 60 is performed more easily and reliably via energization part 56a, 56b, 58a, 58b and 62a, 62b is acquired. .

図12は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池120が積層された状態の要部拡大断面図である。   FIG. 12 is an enlarged cross-sectional view of a main part in a state where the fuel cell 120 according to the third embodiment of the present invention is stacked.

燃料電池120は、電解質膜・電極構造体122を挟持するアノード側複合セパレータ124と、カソード側複合セパレータ16とを備える。電解質膜・電極構造体122は、アノード側電極26の表面積がカソード側電極28の表面積よりも小さく設定されるとともに、前記アノード側電極26の外周部及び前記カソード側電極28の外周部にそれぞれ樹脂枠126a、126bを設ける。樹脂枠126a、126bは、接着部位36a、36bを介して固体高分子電解質膜24の両面に接着される。   The fuel cell 120 includes an anode-side composite separator 124 that sandwiches the electrolyte membrane / electrode structure 122 and a cathode-side composite separator 16. In the electrolyte membrane / electrode structure 122, the surface area of the anode-side electrode 26 is set smaller than the surface area of the cathode-side electrode 28, and the outer peripheral portion of the anode-side electrode 26 and the outer peripheral portion of the cathode-side electrode 28 are respectively made of resin. Frames 126a and 126b are provided. The resin frames 126a and 126b are bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 24 through the bonding sites 36a and 36b.

図13は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池130が積層された状態の要部拡大断面図である。   FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view of a main part in a state where fuel cells 130 according to the fourth embodiment of the present invention are stacked.

燃料電池130は、電解質膜・電極構造体132を挟持するアノード側複合セパレータ134及びカソード側複合セパレータ16を備える。電解質膜・電極構造体132では、第3の実施形態と同様に、アノード側電極26及びカソード側電極28に接着部位36a、36bを介して樹脂枠136a、136bが設けられる。カソード側電極28を構成するガス拡散層30bの先端部分には、金属に樹脂が含浸された含浸部位34aが設けられる。   The fuel cell 130 includes an anode-side composite separator 134 and a cathode-side composite separator 16 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 132. In the electrolyte membrane / electrode structure 132, as in the third embodiment, resin frames 136a and 136b are provided on the anode-side electrode 26 and the cathode-side electrode 28 via adhesive portions 36a and 36b. An impregnation portion 34a in which a metal is impregnated with a resin is provided at the tip of the gas diffusion layer 30b constituting the cathode side electrode 28.

このように構成される第3及び第4の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   In the third and fourth embodiments configured as described above, the same effects as in the first embodiment can be obtained.

図14は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池140の要部分解斜視説明図であり、図15は、前記燃料電池140の、図14中、XV−XV線断面図である。   FIG. 14 is an exploded perspective view of main parts of a fuel cell 140 according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a cross-sectional view of the fuel cell 140 taken along the line XV-XV in FIG.

燃料電池140は、電解質膜・電極構造体12を挟持するアノード側複合セパレータ144及びカソード側複合セパレータ146を備える。アノード側複合セパレータ144に設けられる第2導電体54は、通電部58bとは反対側に、すなわち、冷却媒体流路42側に突出する通電部148を設ける。この通電部148は、アノード側複合セパレータ144の金属部位150に接触しており、通電部58bは、セル電圧端子として利用される(図15参照)。従って、第5の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   The fuel cell 140 includes an anode-side composite separator 144 and a cathode-side composite separator 146 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 12. The second conductor 54 provided on the anode-side composite separator 144 is provided with an energization portion 148 that protrudes on the side opposite to the energization portion 58b, that is, on the cooling medium flow path 42 side. The energization unit 148 is in contact with the metal portion 150 of the anode-side composite separator 144, and the energization unit 58b is used as a cell voltage terminal (see FIG. 15). Therefore, in the fifth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

なお、第1〜第5の実施形態では、アノード側複合セパレータ14、104、124、134及び144と、カソード側複合セパレータ16、106及び146とに、第1〜第3導電体52、54及び60が設けられているが、これに限定されるものではない。例えば、電解質膜・電極構造体12、102、122及び132を構成する樹脂枠34の一方の面に第1導電体52を、あるいは、前記樹脂枠34の両方の面に第1及び第3導電体52、60を、それぞれ設けてもよい。   In the first to fifth embodiments, the anode-side composite separators 14, 104, 124, 134 and 144 and the cathode-side composite separators 16, 106 and 146 are connected to the first to third conductors 52, 54 and Although 60 is provided, it is not limited to this. For example, the first conductor 52 is provided on one surface of the resin frame 34 constituting the electrolyte membrane / electrode structures 12, 102, 122, and 132, or the first and third conductors are provided on both surfaces of the resin frame 34. The bodies 52 and 60 may be provided respectively.

図16は、本発明の第6の実施形態に係る燃料電池160の要部分解斜視説明図であり、図17は、前記燃料電池160の、図16中、XVII−XVII線断面図である。   FIG. 16 is an exploded perspective view of main parts of a fuel cell 160 according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 17 is a cross-sectional view of the fuel cell 160 taken along the line XVII-XVII in FIG.

燃料電池160は、電解質膜・電極構造体162を挟持するアノード側複合セパレータ164及びカソード側複合セパレータ166を備える。電解質膜・電極構造体162は、固体高分子電解質膜24と略同一表面積に設定されるカソード側電極28と、前記カソード側電極28よりも小さな表面積に設定されるアノード側電極26とを備える。   The fuel cell 160 includes an anode-side composite separator 164 and a cathode-side composite separator 166 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 162. The electrolyte membrane / electrode structure 162 includes a cathode side electrode 28 set to have approximately the same surface area as the solid polymer electrolyte membrane 24 and an anode side electrode 26 set to a surface area smaller than the cathode side electrode 28.

アノード側複合セパレータ164は、燃料ガス入口連通孔20a及び燃料ガス出口連通孔20bに近接して複数の供給孔部168a及び排出孔部168bを設ける。アノード側複合セパレータ164は、電解質膜・電極構造体162に向かう一方の面に第1導電体を設けることがなく、他方の面に第3導電体54を設ける。   The anode-side composite separator 164 is provided with a plurality of supply hole portions 168a and discharge hole portions 168b adjacent to the fuel gas inlet communication hole 20a and the fuel gas outlet communication hole 20b. The anode-side composite separator 164 does not provide the first conductor on one surface facing the electrolyte membrane / electrode structure 162, and provides the third conductor 54 on the other surface.

カソード側複合セパレータ166に設けられる第3導電体60は、アノード側複合セパレータ164を構成する第1樹脂枠部材50に直接接触している。この第3導電体60が発熱することによって、第1樹脂枠部材50と第2樹脂枠部材59とが一体化し、且つ電解質膜・電極構造体162を挟んでカソード側電極28側に酸化剤ガス用のシールラインが形成される。   The third conductor 60 provided on the cathode-side composite separator 166 is in direct contact with the first resin frame member 50 constituting the anode-side composite separator 164. When the third conductor 60 generates heat, the first resin frame member 50 and the second resin frame member 59 are integrated, and the oxidant gas is disposed on the cathode side electrode 28 side with the electrolyte membrane / electrode structure 162 interposed therebetween. A seal line is formed.

これにより、第6の実施形態では、アノード側複合セパレータ164とカソード側複合セパレータ166とに設けられた第1樹脂枠部材50と第2樹脂枠部材59とは、第3導電体60の発熱作用下に溶融して一体化される。このため、所望のシールラインを容易且つ確実に形成することができる等、第1〜第5の実施形態と同様の効果が得られる。   Thus, in the sixth embodiment, the first resin frame member 50 and the second resin frame member 59 provided on the anode-side composite separator 164 and the cathode-side composite separator 166 cause the heat generation action of the third conductor 60. It is melted down and integrated. For this reason, the effect similar to 1st-5th embodiment is acquired, such as being able to form a desired seal line easily and reliably.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池の要部分解概略斜視図である。It is a principal part disassembled schematic perspective view of the fuel cell concerning the 1st embodiment of the present invention. 前記燃料電池の、図1中、II−II線断面説明図である。FIG. 2 is a sectional view of the fuel cell taken along line II-II in FIG. 1. 前記燃料電池を構成するアノード側複合セパレータの正面説明図である。It is front explanatory drawing of the anode side composite separator which comprises the said fuel cell. 前記燃料電池の、図1中、IV−IV線断面図である。It is the IV-IV sectional view taken on the line of the said fuel cell in FIG. 銅製スパッタにより導電体を構成する際の説明図である。It is explanatory drawing at the time of comprising a conductor by copper sputtering. 銅製細線により前記導電体を構成する際の説明図である。It is explanatory drawing at the time of comprising the said conductor with a copper fine wire. カーボン製フェルト材により前記導電体を構成する際の説明図である。It is explanatory drawing at the time of comprising the said conductor with a carbon felt material. 加熱装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of a heating apparatus. 高周波誘導加熱装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of a high frequency induction heating apparatus. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 前記燃料電池の一部拡大平面説明図である。It is a partially expanded plan explanatory view of the fuel cell. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池が積層された状態の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the state by which the fuel cell concerning the 3rd Embodiment of this invention was laminated | stacked. 本発明の第4の実施形態に係る燃料電池が積層された状態の要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view of the state by which the fuel cell concerning the 4th Embodiment of this invention was laminated | stacked. 本発明の第5の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 前記燃料電池の、図14中、XV−XV線断面図である。It is the XV-XV sectional view taken on the line of the said fuel cell in FIG. 本発明の第6の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視説明図である。It is a principal part disassembled perspective explanatory drawing of the fuel cell which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 前記燃料電池の、図16中、XVII−XVII線断面図である。It is the XVII-XVII sectional view taken on the line of the said fuel cell in FIG. 特許文献1の単電池の一部断面説明図である。2 is a partial cross-sectional explanatory view of a single battery of Patent Document 1.

符号の説明Explanation of symbols

10、100、120、130、140、160…燃料電池
12、102、122、132、162…電解質膜・電極構造体
14、104、124、134、144、164…アノード側複合セパレータ
16、106、146、166…カソード側複合セパレータ
18a…酸化剤ガス入口連通孔 18b…酸化剤ガス出口連通孔
20a…燃料ガス入口連通孔 20b…燃料ガス出口連通孔
22a…冷却媒体入口連通孔 22b…冷却媒体出口連通孔
24…固体高分子電解質膜 26…アノード側電極
28…カソード側電極 30a、30b…ガス拡散層
32a、32b…電極触媒層
34、126a、126b、136a、136b…樹脂枠
40…燃料ガス流路 42…冷却媒体流路
44…酸化剤ガス流路 50、59…樹脂枠部材
52、54、60…導電体
56a、56b、58a、58b、62a、62b、148…通電部
64…導通部 80…加熱装置
90…高周波誘導加熱装置
108a、108b、110a、110b…切り欠き部
150…金属部位
10, 100, 120, 130, 140, 160 ... Fuel cells 12, 102, 122, 132, 162 ... Electrolyte membrane / electrode structures 14, 104, 124, 134, 144, 164 ... Anode-side composite separators 16, 106, 146, 166 ... cathode side separator 18a ... oxidant gas inlet communication hole 18b ... oxidant gas outlet communication hole 20a ... fuel gas inlet communication hole 20b ... fuel gas outlet communication hole 22a ... cooling medium inlet communication hole 22b ... cooling medium outlet Communicating hole 24 ... solid polymer electrolyte membrane 26 ... anode side electrode 28 ... cathode side electrode 30a, 30b ... gas diffusion layers 32a, 32b ... electrode catalyst layers 34, 126a, 126b, 136a, 136b ... resin frame 40 ... fuel gas flow Path 42 ... Cooling medium flow path 44 ... Oxidant gas flow path 50, 59 ... Resin frame members 52, 54, 60 ... Electric bodies 56a, 56b, 58a, 58b, 62a, 62b, 148 ... energization section 64 ... conduction section 80 ... heating apparatus 90 ... high frequency induction heating apparatus 108a, 108b, 110a, 110b ... notch section 150 ... metal part

Claims (6)

一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層する燃料電池であって、
前記セパレータは、導電性の電極反応部と、
前記電極反応部の周囲を覆って設けられる樹脂製の第1外周部と、
を備えるとともに、
前記電解質・電極構造体は、前記電極の周囲を覆って樹脂製の第2外周部を設け、
前記第1外周部と前記第2外周部との間に介装される発熱体を介して、前記第1外周部と前記第2外周部とを溶融により一体化することを特徴とする燃料電池。
A fuel cell in which a separator is laminated with an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes is provided on both sides of an electrolyte,
The separator includes a conductive electrode reaction part;
A resin-made first outer peripheral portion provided to cover the periphery of the electrode reaction portion;
With
The electrolyte / electrode structure is provided with a resin-made second outer peripheral portion covering the periphery of the electrode,
The fuel cell, wherein the first outer peripheral portion and the second outer peripheral portion are integrated by melting through a heating element interposed between the first outer peripheral portion and the second outer peripheral portion. .
一対の電極が電解質の両側に設けられた電解質・電極構造体と、セパレータとを積層する燃料電池であって、
前記セパレータは、導電性の電極反応部と、
前記電極反応部の周囲を覆って設けられる樹脂製の外周部と、
を備えるとともに、
前記電解質・電極構造体を挟んで対向する一対のセパレータは、それぞれの外周部の間に介装される発熱体を介して、前記外周部同士を溶融により一体化することを特徴とする燃料電池。
A fuel cell in which a separator is laminated with an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes is provided on both sides of an electrolyte,
The separator includes a conductive electrode reaction part;
A resin outer periphery provided to cover the periphery of the electrode reaction part;
With
A pair of separators facing each other with the electrolyte / electrode structure interposed therebetween, and the outer peripheral portions are integrated by melting through a heating element interposed between the respective outer peripheral portions. .
請求項1又は2記載の燃料電池において、前記セパレータは、前記電極の面方向に沿って所望の反応ガスを供給する反応ガス流路と、
積層方向に貫通して前記反応ガスを通流させる反応ガス連通孔と、
を設け、
前記発熱体は、前記反応ガス流路と前記反応ガス連通孔とを連結するシールラインを形成することを特徴とする燃料電池。
3. The fuel cell according to claim 1, wherein the separator includes a reaction gas channel that supplies a desired reaction gas along a surface direction of the electrode;
A reaction gas communication hole penetrating the reaction gas in the stacking direction;
Provided,
The fuel cell according to claim 1, wherein the heating element forms a seal line that connects the reaction gas flow path and the reaction gas communication hole.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の燃料電池において、互いに重なり合う2つのセパレータ間には、前記電極の面方向に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体流路と、
積層方向に貫通して前記冷却媒体を通流させる冷却媒体連通孔と、
が設けられるとともに、
前記2つのセパレータ間に介装される発熱体を介して、前記冷却媒体流路と前記冷却媒体連通孔とを連結するシールラインを形成することを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein a cooling medium flow path for supplying a cooling medium along a surface direction of the electrode between two overlapping separators,
A cooling medium communication hole that allows the cooling medium to flow through in the stacking direction;
Is provided,
A fuel cell, wherein a seal line that connects the cooling medium flow path and the cooling medium communication hole is formed via a heating element interposed between the two separators.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の燃料電池において、前記発熱体は、導電性部材で構成されるとともに、
一方のセパレータの電極反応部に一部を接触させて前記一方のセパレータと電気的に接続されることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the heating element is composed of a conductive member,
A fuel cell, wherein a part of the electrode reaction part of one separator is brought into contact with and electrically connected to the one separator.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の燃料電池において、前記発熱体は、導電性部材で構成されるとともに、
前記電解質・電極構造体に一部を接触させて前記電解質・電極構造体と電気的に接続されることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the heating element is composed of a conductive member,
A fuel cell, wherein a part of the electrolyte / electrode structure is brought into contact with and electrically connected to the electrolyte / electrode structure.
JP2005018654A 2005-01-26 2005-01-26 Fuel cell Pending JP2006210060A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005018654A JP2006210060A (en) 2005-01-26 2005-01-26 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005018654A JP2006210060A (en) 2005-01-26 2005-01-26 Fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006210060A true JP2006210060A (en) 2006-08-10

Family

ID=36966670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005018654A Pending JP2006210060A (en) 2005-01-26 2005-01-26 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006210060A (en)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2309577A1 (en) * 2008-08-04 2011-04-13 Honda Motor Co., Ltd. Electrolyte membrane/electrode structure and fuel cell
JP2012104237A (en) * 2010-11-05 2012-05-31 Sumitomo Electric Ind Ltd Junction structure of frames, cell stack for battery, redox flow battery, and manufacturing method of cell stack for battery
JP2012146522A (en) * 2011-01-12 2012-08-02 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
WO2012137609A1 (en) * 2011-04-01 2012-10-11 本田技研工業株式会社 Electrolyte membrane-electrode assembly for fuel cells, and method for producing same
JP2012227094A (en) * 2011-04-22 2012-11-15 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2013037825A (en) * 2011-08-05 2013-02-21 Honda Motor Co Ltd Manufacturing method of fuel cell
JP2013125680A (en) * 2011-12-15 2013-06-24 Honda Motor Co Ltd Manufacturing method of electrolyte membrane/electrode structure with resin film for fuel cell
US8728683B2 (en) 2009-05-20 2014-05-20 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell
JP2014107244A (en) * 2012-11-30 2014-06-09 Toyota Motor Corp Fuel battery and fuel battery stack
JP2014120248A (en) * 2012-12-14 2014-06-30 Toyota Motor Corp Fuel cell and method for manufacturing fuel cell
JP2015090793A (en) * 2013-11-06 2015-05-11 本田技研工業株式会社 Resin frame-attached electrolyte membrane-electrode structure for fuel batteries
JP2017084462A (en) * 2015-10-22 2017-05-18 本田技研工業株式会社 Resin frame-attached electrolyte membrane-electrode structure for fuel cell

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2309577A1 (en) * 2008-08-04 2011-04-13 Honda Motor Co., Ltd. Electrolyte membrane/electrode structure and fuel cell
EP2309577A4 (en) * 2008-08-04 2014-01-08 Honda Motor Co Ltd Electrolyte membrane/electrode structure and fuel cell
US8728683B2 (en) 2009-05-20 2014-05-20 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell
JP2012104237A (en) * 2010-11-05 2012-05-31 Sumitomo Electric Ind Ltd Junction structure of frames, cell stack for battery, redox flow battery, and manufacturing method of cell stack for battery
JP2012146522A (en) * 2011-01-12 2012-08-02 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP5681792B2 (en) * 2011-04-01 2015-03-11 本田技研工業株式会社 ELECTROLYTE MEMBRANE / ELECTRODE STRUCTURE FOR FUEL CELL AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME
WO2012137609A1 (en) * 2011-04-01 2012-10-11 本田技研工業株式会社 Electrolyte membrane-electrode assembly for fuel cells, and method for producing same
US10658683B2 (en) 2011-04-01 2020-05-19 Honda Motor Co., Ltd. Method for producing electrolyte membrane electrode assembly for fuel cells
JP2012227094A (en) * 2011-04-22 2012-11-15 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JP2013037825A (en) * 2011-08-05 2013-02-21 Honda Motor Co Ltd Manufacturing method of fuel cell
JP2013125680A (en) * 2011-12-15 2013-06-24 Honda Motor Co Ltd Manufacturing method of electrolyte membrane/electrode structure with resin film for fuel cell
JP2014107244A (en) * 2012-11-30 2014-06-09 Toyota Motor Corp Fuel battery and fuel battery stack
JP2014120248A (en) * 2012-12-14 2014-06-30 Toyota Motor Corp Fuel cell and method for manufacturing fuel cell
JP2015090793A (en) * 2013-11-06 2015-05-11 本田技研工業株式会社 Resin frame-attached electrolyte membrane-electrode structure for fuel batteries
JP2017084462A (en) * 2015-10-22 2017-05-18 本田技研工業株式会社 Resin frame-attached electrolyte membrane-electrode structure for fuel cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2006210060A (en) Fuel cell
JP4096027B2 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
JP5564623B1 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell and electrolyte membrane-electrode-frame assembly
JP4231679B2 (en) Fuel cell
JP2006120562A (en) Fuel cell stack
JP2004172094A (en) Fuel cell
US20070231668A1 (en) Fuel cell device
JP6778249B2 (en) Fuel cell stack
JP5778044B2 (en) Electrolyte membrane / electrode structure with resin frame for fuel cells
US8278002B2 (en) Fuel-cell and fuel cell system including the same
JP4820068B2 (en) Fuel cell stack
JP6117745B2 (en) Fuel cell stack
JPWO2012114681A1 (en) Fuel cell and fuel cell stack including the same
JP6602244B2 (en) Step MEA with resin frame for fuel cell and manufacturing method thereof
US20060216558A1 (en) Monitor connection of fuel cell stack
JP5076681B2 (en) Fuel cell assembly apparatus and assembly method, and fuel cell assembled by the assembly method
JP4935611B2 (en) Manufacturing method of fuel cell and separator
JP2016195106A (en) Fuel battery cell and manufacturing apparatus for the same
JP5179093B2 (en) Fuel cell stack
JP7075962B2 (en) Fuel cell stack
JP4669242B2 (en) Piping member for fuel cell and manufacturing method thereof
JP5012395B2 (en) Fuel cell separator and method for producing fuel cell separator
JP2006100021A (en) Fuel cell stack
JP2005243286A (en) Fuel cell stack
JP2016225274A (en) Assembly, fuel cell using the assembly and disassembly method thereof