JP2007234389A - Fuel cell and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
一対のセパレータによって、膜電極アッセンブリ(MEA)を挟んで形成される燃料電池セル、特にセル内ガス流路とセル外ガス流路であるマニホールドとの接続構造に関する。 The present invention relates to a fuel cell formed by sandwiching a membrane electrode assembly (MEA) by a pair of separators, and in particular, to a connection structure between a gas channel in the cell and a manifold that is a gas channel outside the cell.
従来より、高効率でクリーンなエネルギー源として燃料電池が知られている。この燃料電池は、固体高分子膜を電解質膜として用いその両側にアノード側拡散層とカソード側拡散層を形成した膜電極アッセンブリ(MEA)の両側をセパレータで挟んで単位セルを構成し、これを多数積層して所望の出力を得ている。 Conventionally, a fuel cell is known as a highly efficient and clean energy source. In this fuel cell, a unit cell is formed by sandwiching both sides of a membrane electrode assembly (MEA) in which a solid polymer membrane is used as an electrolyte membrane and an anode side diffusion layer and a cathode side diffusion layer are formed on both sides of the membrane electrode assembly. A desired output is obtained by laminating a large number.
このように燃料電池セルを多数利用する場合、これら燃料電池セルの能力はできるだけ、同一である方が好ましい。そこで、通常は1つ1つの燃料電池セルについて検査をして、適正なもののみを採用する。 When a large number of fuel cells are used in this way, it is preferable that these fuel cells have the same capacity as much as possible. Therefore, usually, each fuel cell is inspected and only proper ones are adopted.
ここで、燃料電池セルにおいて、ガス流路における圧損が高いセルがある。すなわち、燃料電池セルでは、アノードガス拡散層およびカソードガス拡散層には、外部からのガスが流通されるが、そのガス流通の際の抵抗が大きくなってしまうセルがある。 Here, some fuel cells have high pressure loss in the gas flow path. That is, in the fuel cell, there is a cell in which the gas from the outside flows through the anode gas diffusion layer and the cathode gas diffusion layer, but the resistance at the time of the gas distribution increases.
ガスは、供給側マニホールドからセパレータに凹状の溝として形成されたセル内ガス流路を介し、ガス拡散層に流通され、セル内ガス流路を介し排出側マニホールドに至る。ここで、セパレータの形状が異なっていたり、MEAの厚みが異なっていると、ガス流通における圧損が変化する。また、MEAを挟み込みながらの一対のセパレータの接着するセル化時において、流路に接着剤がはみ出すとガス流路が閉塞されたりして、ガス流通の圧力損失(圧損)が変化する。 The gas is circulated to the gas diffusion layer from the supply side manifold through the in-cell gas flow path formed as a concave groove in the separator, and reaches the discharge side manifold through the in-cell gas flow path. Here, when the shape of the separator is different or the thickness of the MEA is different, the pressure loss in the gas flow changes. In addition, when forming a cell in which a pair of separators are bonded while sandwiching the MEA, if the adhesive protrudes from the flow path, the gas flow path is blocked, and the pressure loss (pressure loss) of the gas flow changes.
特に、燃料電池セルは接着によって形成するため、その後分解手直しなどはできず、不良品はそのまま廃棄するしかない。 In particular, since the fuel cell is formed by adhesion, it cannot be disassembled and repaired thereafter, and the defective product can only be discarded.
本発明は、圧損の高いセルについて、その圧損を減少する手法を提供する。 The present invention provides a technique for reducing the pressure loss of a cell having a high pressure loss.
本発明は、一対のセパレータによって、膜電極アッセンブリ(MEA)を挟んで形成される燃料電池セルであって、前記セパレータには、セル内にガスを流通するためのセル内ガス流路が凹状の溝として複数形成されると共に、セパレータの端部には穴としてセル外ガス流路であるマニホールドが形成され、前記複数のセル内ガス流路と前記マニホールドとの接続部近傍は、シーリングプレートによって前記複数のセル内ガス流路の溝に蓋がされ、前記複数のセル内ガス流路と前記マニホールドの接続部の一部には、セル内ガス流路と前記マニホールドとの間は封止部によって封止されている、ことを特徴とする。 The present invention is a fuel battery cell formed by sandwiching a membrane electrode assembly (MEA) by a pair of separators, and the separator has an in-cell gas flow path for flowing gas into the cells. A plurality of grooves are formed, and a manifold which is an out-cell gas flow path is formed as a hole at the end of the separator, and the vicinity of the connection portion between the plurality of in-cell gas flow paths and the manifold is formed by a sealing plate. The grooves of the plurality of in-cell gas flow paths are covered, and a part of the connection portion between the plurality of in-cell gas flow paths and the manifold has a sealing portion between the in-cell gas flow paths and the manifold. It is sealed.
また、本発明によれば、上記燃料電池セルにおいて、前記セル内ガス流路と前記マニホールド間にガスを流通する際の圧損が大きい場合には、前記封止部が設けられているセル内ガス流路と前記マニホールドの接続部において、セパレータに穴を開け、セル内ガス流路と前記マニホールドとをセパレータの外部空間を介し連通する。 Further, according to the present invention, in the fuel cell, when the pressure loss when the gas flows between the in-cell gas flow path and the manifold is large, the in-cell gas provided with the sealing portion A hole is formed in the separator at a connection portion between the flow path and the manifold, and the in-cell gas flow path and the manifold are communicated with each other via an external space of the separator.
本発明によれば、製作されたセルについて、ガス流通抵抗が大きい場合に、封止部によって封止されたセル内ガス流路をセパレータ10に設けた連通口を介しマニホールドに接続する。これによって、圧損を減少して、当該セルが利用可能になる。
According to the present invention, when the gas flow resistance of the manufactured cell is large, the in-cell gas flow path sealed by the sealing portion is connected to the manifold via the communication port provided in the
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(a)は、セパレータ10の要部平面図であり、セルの外側から見た図であり、図1(b)はマニホールド12に近い部分の断面図である。
FIG. 1A is a plan view of a main part of the
セパレータ10の隅に近い部分には、長丸状の穴があけられ、ここがマニホールド12になっている。すなわち、セルを構成するセパレータ10には、同一の位置にマニホールド12が形成され積層されたときに、マニホールド12が連続してガス流路になる。
An oblong hole is formed in a portion near the corner of the
このセパレータ10のセルの外側となる面のマニホールド12の周囲には、これを取り囲むようにガスケット14が配置されている。従って、ガスケット14の内周がシールラインとなり、その内側がマニホールド12に連通する空間になっている。
A
また、セパレータ10のセルの内側となる面には、セル内ガス流路16が凹状の溝として形成されている。そして、セル内ガス流路16は、シーリングプレート18によって蓋をされている。さらに、複数のセル内ガス流路16の中の少なくとも1つ(図示では5つの中の2つ)には、封止部20が形成され、マニホールド12との接続が断たれている。
Further, an in-cell
そして、何らかの理由で、ガス流路の圧損が大きい場合には、封止部20が形成されたセル内ガス流路16のシーリングラインのマニホールド側のセパレータ10に図2に示すように貫通口22をあける。例えば、ドリルなどで、セルの外側から貫通口22をあける。これによって、セル内ガス流路16は、貫通口22を介しセルの外側空間と連通される。この外側空間は、シーリングラインのマニホールド12側であり、貫通口22によってセル内ガス流路16がマニホールド12と接続されることになる。
If, for some reason, the pressure loss of the gas flow path is large, the
図3には、2つのセルを積層した場合におけるマニホールド12の近傍の断面図が示されている。燃料電池セル30は、2つのセパレータ10を貼り合わせて形成されている。2つのセパレータ10は、周辺部において、接着剤32によって接続され、内部が電池セルとして機能する。内部側には、アノード側ガス拡散層40a、カソード側ガス拡散層40cとで電解質膜40bを挟んで積層したMEA40が配置されている。なお、MEA40はその端部において、電解質膜40bのみが伸びており、この電解質膜40bが一対のセパレータ10に挟み込まれて固定されている。また、セパレータ10のセル内部側は、多数の凹状の溝が形成され、ガス流路となっており、溝の土手に当たる部分においてMEA40を支持している。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of the vicinity of the
図3においては、MEA40の下側がアノード側ガス拡散層40aであり、マニホールド12はアノード側のセル内ガス流路16と連通されるが、図3の上の燃料電池セル30においては連通部分に封止部20が形成されており、アノード側のセル内ガス流路16とマニホールド12は、封止部20によって接続が断たれている。例えば、セル内ガス流路6を8つ設けた場合に、封止部20の設けたセル内ガス流路16を2つ程度設けておく。そして、ほとんどのセル30については、6つのセル内ガス流路16がマニホールド12に接続することで、所定の圧損となり、なんら作業を行う必要はない。しかし、中には何らかの理由で圧損が大きくなるものが発生する。そのようなセルについてのみ、貫通口22をあける処理を行う。
In FIG. 3, the lower side of the
一方、図3の上のセルにおいては、ガスケット14よりマニホールド12側のアノード側のセパレータ10に貫通口22が形成されている。従って、アノード側のセル内ガス流路16は貫通口22を介し、セパレータ10の外側空間を経てマニホールド12と接続されることになる。すなわち、封止部20によって封止されたセル内ガス流路16のシーリングラインよりマニホールド12側のセパレータ10に貫通口22を設けることで、セル内ガス流路16がマニホールド12と接続されることになり、ガス流路が増える。従って、セルのガス流路についての圧損を減少することができ、圧損が大きいセルを不良品として廃棄せず利用することができる。
On the other hand, in the upper cell of FIG. 3, a through-
図4には、カソード側のセル内ガス流路16を貫通口22を設ける例が示されている。この例も図3の例と同様に、封止部20によって封止されたセル内ガス流路16のシーリングラインよりマニホールド12側のセパレータ10に貫通口22を設けることで、セル内ガス流路16をマニホールド12と接続している。
FIG. 4 shows an example in which the through-
このように、本実施形態によれば、製作された燃料電池セル30について、ガス流通抵抗を検査し、抵抗が所定以上(圧損が所定以上)であった場合に、封止部20によって封止されたセル内ガス流路16のシーリングラインよりマニホールド12側のセパレータ10に貫通口22を設ける。これによって、圧損を減少して、当該燃料電池セル30が利用可能になる。
As described above, according to the present embodiment, the manufactured
通常の場合、製作された燃料電池セル30の圧損は、図5に示すように、ほぼ正規分布で分布する。そして、圧損が所定以上高い不良品について、上述の処理を行うことで、これらを良品として利用可能にすることができる。
In a normal case, the pressure loss of the manufactured
10 セパレータ、12 マニホールド、14 ガスケット、16 セル内ガス流路、18 シーリングプレート、20 封止部、22 貫通口、30 燃料電池セル、32 接着剤、40 MEA、40a アノード側ガス拡散層、40b 電解質膜、40c カソード側ガス拡散層。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記セパレータには、セル内にガスを流通するためのセル内ガス流路が凹状の溝として複数形成されると共に、セパレータの端部には穴としてセル外ガス流路であるマニホールドが形成され、
前記複数のセル内ガス流路と前記マニホールドとの接続部近傍は、シーリングプレートによって前記複数のセル内ガス流路の溝に蓋がされ、
前記複数のセル内ガス流路と前記マニホールドの接続部の一部には、セル内ガス流路と前記マニホールドとの間は封止部によって封止されている、
ことを特徴とする燃料電池セル。 A fuel cell formed by sandwiching a membrane electrode assembly (MEA) by a pair of separators,
In the separator, a plurality of in-cell gas flow paths for circulating gas in the cell are formed as concave grooves, and a manifold that is a gas flow path outside the cell is formed as a hole at the end of the separator,
The vicinity of the connection portion between the plurality of in-cell gas flow paths and the manifold is covered with a groove in the plurality of in-cell gas flow paths by a sealing plate,
The connection between the plurality of in-cell gas flow paths and the manifold is sealed between the in-cell gas flow paths and the manifold by a sealing portion.
The fuel cell characterized by the above-mentioned.
2. The fuel cell according to claim 1, wherein when the pressure loss when the gas flows between the in-cell gas flow path and the manifold is large, the in-cell gas flow path provided with the sealing portion; A method of manufacturing a fuel cell, comprising: forming a hole in a separator at a connecting portion of the manifold, and communicating a gas flow path in the cell and the manifold via an external space of the separator.
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