JP2008181785A - Fuel cell, and manufacturing method of fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To seal the peripheral edge part of a cathode side metal plate and the peripheral edge part of an anode side metal plate while carrying out downsizing of the cathode side metal plate and the anode side metal plate in a fuel cell. <P>SOLUTION: At first, a membrane electrode assembly unit 50 in which a gasket is arranged surrounding the membrane electrode assembly, cathode side metal plate 60c, and anode side metal plate 60a of a membrane electrode assembly are manufactured (step S 100, 110). Then, on the surface of cathode side gas diffusion layer 30c of the membrane electrode assembly 52, a metal porous body 40c is arranged, on the surface of anode side gas diffusion layer 30a, a metal porous body 40a is arranged, and furthermore, to these respective surfaces, the cathode side metal plate 60c and the anode side metal plate 60a are respectively made contacted (step S 120). Then, the peripheral part 60e of the cathode side metal plate 60c and the peripheral part 60e of the anode side metal plate 60a are joined by laser welding, and sealed (step S 130). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池、および、燃料電池の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell and a method for manufacturing the fuel cell.

水素(燃料ガス)と酸素(酸化剤ガス)との電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池は、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体を、セパレータ(例えば、アノード側金属板、および、カソード側金属板)によって挟持することによって構成される。   A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen (fuel gas) and oxygen (oxidant gas) has attracted attention as an energy source. In this fuel cell, a membrane electrode assembly formed by joining an anode and a cathode to both surfaces of an electrolyte membrane having proton conductivity is separated by a separator (for example, an anode side metal plate and a cathode side metal plate). It is configured by pinching.

そして、この燃料電池について、種々の構造が提案されている。例えば、下記特許文献1,2には、板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の一方側に配置されたカソード側電極板と、他方側に配置されたアノード側電極板と、カソード側電極板の表面に配置され内面側へのガスの流通を可能とするカソード側金属板と、アノード側電極板の表面に配置され内面側への燃料の流通を可能とするアノード側金属板と、を備え、カソード側金属板の周縁部と、アノード側金属板の周縁部とを、電気的に絶縁した状態でカシメにより封止した燃料電池が記載されている。   Various structures have been proposed for this fuel cell. For example, in the following Patent Documents 1 and 2, a plate-shaped solid polymer electrolyte, a cathode-side electrode plate disposed on one side of the solid polymer electrolyte, an anode-side electrode plate disposed on the other side, A cathode-side metal plate that is disposed on the surface of the cathode-side electrode plate and allows gas to flow to the inner surface side, and an anode-side metal plate that is disposed on the surface of the anode-side electrode plate and allows fuel to flow to the inner surface side And a peripheral portion of the cathode side metal plate and a peripheral portion of the anode side metal plate are electrically insulated and sealed with caulking.

特開2006−92783号公報JP 2006-92783 A 特開2006−92842号公報JP 2006-92842 A

しかし、上記特許文献1,2に記載された技術では、カソード側金属板の周縁部と、アノード側金属板の周縁部とを、「カシメ」によって封止するので、カソード側金属板、および、アノード側金属板には、「カシメ」を行うための領域が必要となり、カソード側金属板、および、アノード側金属板のサイズを、比較的大きくする必要があった。   However, in the techniques described in Patent Documents 1 and 2, since the peripheral portion of the cathode side metal plate and the peripheral portion of the anode side metal plate are sealed by “caulking”, the cathode side metal plate, and The anode side metal plate requires a region for “caulking”, and the size of the cathode side metal plate and the anode side metal plate has to be relatively large.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池において、カソード側金属板、および、アノード側金属板の小型化を図りつつ、カソード側金属板の周縁部と、アノード側金属板の周縁部とを封止することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. In a fuel cell, the cathode-side metal plate and the anode-side metal plate are reduced in size while the cathode-side metal plate has a peripheral portion and an anode. It aims at sealing the peripheral part of a side metal plate.

上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明では、以下の構成を採用した。すなわち、本発明の燃料電池は、電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体と、前記アノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給口を有し、前記アノードと当接するアノード側金属板と、前記カソードに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給口を有し、前記カソードと当接するカソード側金属板と、を備え、前記アノード側金属板の周縁部と、前記カソード側金属板の周縁部とは、溶接によって互いに接合されており、前記アノード側金属板、または、前記カソード側金属板は、前記アノードと前記カソードとを電気的に絶縁する絶縁構造を備えることを要旨とする。   In order to solve at least a part of the above-described problems, the present invention employs the following configuration. That is, the fuel cell of the present invention has a membrane electrode assembly formed by joining an anode and a cathode on both surfaces of the electrolyte membrane, and a fuel gas supply port for supplying fuel gas to the anode, An anode-side metal plate that contacts the anode; and a cathode-side metal plate that has an oxidant gas supply port for supplying an oxidant gas to the cathode and contacts the cathode. And the cathode metal plate are joined to each other by welding, and the anode metal plate or the cathode metal plate electrically insulates the anode and the cathode from each other. The gist is to provide an insulating structure.

本発明では、アノード側金属板の周縁部と、カソード側金属板の周縁部とを、溶接によって接合するので、アノード側金属板の周縁部、および、カソード側金属板の周縁部に、「カシメ」を行うための領域を設ける必要がない。したがって、カソード側金属板、および、アノード側金属板の小型化を図りつつ、アノード側金属板の周縁部と、カソード側金属板の周縁部とを封止することができる。なお、溶接としては、例えば、レーザ溶接等が挙げられる。また、本発明では、アノード側金属板、または、カソード側金属板が、絶縁構造を備えるので、アノードとカソードとの電気的な絶縁を確保することができる。また、カソード側金属板の周縁部と、アノード側金属板の周縁部とを、「カシメ」によって封止する場合には、カソード、および、アノードに、機械的なダメージが加わるおそれがあったが、本発明によって、このおそれをなくすことができる。   In the present invention, the peripheral edge of the anode-side metal plate and the peripheral edge of the cathode-side metal plate are joined by welding. Therefore, the “caulking” is provided on the peripheral edge of the anode-side metal plate and the peripheral edge of the cathode-side metal plate. It is not necessary to provide an area for performing "." Therefore, it is possible to seal the peripheral portion of the anode side metal plate and the peripheral portion of the cathode side metal plate while reducing the size of the cathode side metal plate and the anode side metal plate. In addition, as welding, laser welding etc. are mentioned, for example. In the present invention, since the anode side metal plate or the cathode side metal plate has an insulating structure, electrical insulation between the anode and the cathode can be ensured. Further, when the peripheral portion of the cathode side metal plate and the peripheral portion of the anode side metal plate are sealed by “caulking”, there is a risk that mechanical damage may be applied to the cathode and the anode. This fear can be eliminated by the present invention.

上記燃料電池において、前記アノード側金属板、または、前記カソード側金属板は、前記絶縁構造として、前記アノード、または、前記カソードと当接する第1の金属製部材と、前記第1の金属製部材の周囲に接合された絶縁性部材と、前記絶縁性部材の周囲に接合された第2の金属製部材と、を備えるようにしてもよい。   In the fuel cell, the anode-side metal plate or the cathode-side metal plate has, as the insulating structure, a first metal member that contacts the anode or the cathode, and the first metal member. And an insulating member bonded to the periphery of the insulating member, and a second metal member bonded to the periphery of the insulating member.

本発明では、第1の金属製部材は、膜電極接合体のアノード、または、カソードと当接するが、第2の金属製部材は、アノード、または、カソードと当接しない。そして、第1の金属製部材と第2の金属製部材との間には、絶縁性部材が配置されている。したがって、アノード側金属板と、カソード側金属板とを、溶接によって接合しても、アノードとカソードとを電気的に絶縁することができる。   In the present invention, the first metal member contacts the anode or cathode of the membrane electrode assembly, but the second metal member does not contact the anode or cathode. An insulating member is disposed between the first metal member and the second metal member. Therefore, even if the anode side metal plate and the cathode side metal plate are joined by welding, the anode and the cathode can be electrically insulated.

なお、上記いずれかの燃料電池において、前記膜電極接合体の周囲に、前記アノード側金属板、および、前記カソード側金属板とそれぞれ当接し、前記アノードに供給された燃料ガス、および、前記カソードに供給された酸化剤ガスを分離するガスケットを備えるようにしてもよい。こうすることによって、燃料電池内における燃料ガスと酸化剤ガスとのクロスリークを抑制することができる。   In any one of the above fuel cells, the fuel gas supplied to the anode and the cathode are in contact with the anode side metal plate and the cathode side metal plate, respectively, around the membrane electrode assembly. A gasket for separating the oxidant gas supplied to the gas generator may be provided. By doing so, the cross leak between the fuel gas and the oxidant gas in the fuel cell can be suppressed.

本発明は、燃料電池の製造方法の発明として構成することもできる。すなわち、本発明の燃料電池の製造方法は、電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合した膜電極接合体の前記アノード、および、前記カソードに、それぞれアノード側金属板、および、カソード側金属板を当接させる工程と、前記アノード側金属板の周縁部と前記カソード側金属板の周縁部とを、溶接によって互いに接合する工程と、を備えることを要旨とする。こうすることによって、先に説明した本発明の燃料電池を製造することができる。なお、本発明の燃料電池の製造方法においても、先に示した種々の付加的要素を適用することが可能である。   The present invention can also be configured as an invention of a method for manufacturing a fuel cell. That is, the fuel cell manufacturing method of the present invention includes a membrane electrode assembly in which an anode and a cathode are joined to both surfaces of an electrolyte membrane, respectively, and an anode side metal plate and a cathode to the anode and the cathode, respectively. The gist of the present invention is to include the step of bringing the side metal plate into contact with and the step of joining the peripheral portion of the anode side metal plate and the peripheral portion of the cathode side metal plate together by welding. By doing so, the fuel cell of the present invention described above can be manufactured. In the fuel cell manufacturing method of the present invention, the various additional elements described above can be applied.

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
A.燃料電池の構成:
図1は、本発明の一実施例としての燃料電池100の概略構成を示す説明図である。ここでは、燃料電池100の断面構造を示した。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
A. Fuel cell configuration:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell 100 as one embodiment of the present invention. Here, the cross-sectional structure of the fuel cell 100 is shown.

図示するように、燃料電池100は、電解質膜10の一方の面に、アノード側触媒層20aと、アノード側ガス拡散層30aを、この順に接合し、電解質膜10の他方の面に、カソード側触媒層20cと、カソード側ガス拡散層30cとをこの順に接合してなる膜電極接合体52を備えている(なお、図1では、図示の都合上、膜電極接合体に符号は付されていない)。本実施例では、電解質膜10として、ナフィオン(登録商標)等の固体高分子膜を用いるものとした。電解質膜10として、他の電解質膜を用いるものとしてもよい。また、本実施例では、アノード側ガス拡散層30a、および、カソード側ガス拡散層30cとして、導電性、および、ガス拡散性を有するカーボンクロスを用いるものとした。カーボンクロスの代わりに、例えば、カーボンペーパを用いるものとしてもよい。   As shown in the figure, the fuel cell 100 has an anode side catalyst layer 20a and an anode side gas diffusion layer 30a joined to one surface of the electrolyte membrane 10 in this order, and the other side of the electrolyte membrane 10 to the cathode side. A membrane electrode assembly 52 formed by joining the catalyst layer 20c and the cathode side gas diffusion layer 30c in this order is provided (in FIG. 1, for convenience of illustration, the membrane electrode assembly is provided with a reference numeral). Absent). In this embodiment, a solid polymer film such as Nafion (registered trademark) is used as the electrolyte film 10. Other electrolyte membranes may be used as the electrolyte membrane 10. In this example, carbon cloth having conductivity and gas diffusibility is used as the anode side gas diffusion layer 30a and the cathode side gas diffusion layer 30c. For example, carbon paper may be used instead of carbon cloth.

この膜電極接合体52の周囲には、ガス不透過性、および、シール性を有するガスケット54が配置されている(以下、膜電極接合体の周囲にガスケット54を配置したものを、「膜電極接合体ユニット50」と呼ぶ。なお、図1では、図示の都合上、膜電極接合体ユニットに符号は付されていない)。そして、アノード側ガス拡散層30aの表面には、燃料ガスとしての水素の流路を構成する金属多孔体40aが配置されており、カソード側ガス拡散層30cの表面には、酸化剤ガスとしての空気の流路を構成する金属多孔体40cが配置されている。アノード側触媒層20aと、アノード側ガス拡散層30aと、金属多孔体40aとは、本発明におけるアノードに相当する。また、カソード側触媒層20cと、カソード側ガス拡散層30cと、金属多孔体40cとは、本発明におけるカソードに相当する。   A gasket 54 having gas impermeability and sealing properties is disposed around the membrane electrode assembly 52 (hereinafter, the membrane electrode assembly having the gasket 54 disposed therein is referred to as “membrane electrode”). It is referred to as a “zygote unit 50”. In FIG. 1, for convenience of illustration, the membrane electrode assembly unit is not denoted by a reference numeral). A metal porous body 40a that constitutes a flow path of hydrogen as a fuel gas is disposed on the surface of the anode side gas diffusion layer 30a, and an oxidant gas as an oxidant gas is disposed on the surface of the cathode side gas diffusion layer 30c. A metal porous body 40c constituting an air flow path is disposed. The anode side catalyst layer 20a, the anode side gas diffusion layer 30a, and the metal porous body 40a correspond to the anode in the present invention. The cathode side catalyst layer 20c, the cathode side gas diffusion layer 30c, and the metal porous body 40c correspond to the cathode in the present invention.

そして、膜電極接合体ユニット50のアノード側には、水素供給口60ai、および、アノードオフガス排出口60aoを有するアノード側金属板60aが配置されている。このアノード側金属板60aは、ガスケット54のアノード側の表面に当接して、金属多孔体40a中を流れる水素、および、アノードオフガスをシールするとともに、金属多孔体40aの表面に当接して、アノードとアノード側金属板60aとの電気的な導通を確保している。   On the anode side of the membrane electrode assembly unit 50, an anode side metal plate 60a having a hydrogen supply port 60ai and an anode offgas discharge port 60ao is disposed. The anode-side metal plate 60a contacts the anode-side surface of the gasket 54, seals hydrogen flowing in the metal porous body 40a and the anode off-gas, and contacts the surface of the metal porous body 40a. And electrical continuity between the anode side metal plate 60a and the anode side metal plate 60a.

また、膜電極接合体ユニット50のカソード側には、空気供給口60ci、および、カソードオフガス排出口60coを有するカソード側金属板60cが配置されている。このカソード側金属板60cは、ガスケット54のカソード側の表面に当接して、金属多孔体40c中を流れる空気、および、カソードオフガスをシールするとともに、金属多孔体40cの表面に当接して、カソードとカソード側金属板60cとの電気的な導通を確保している。なお、後述するように、カソード側金属板60cの周縁部の内側の領域には、絶縁性部材62が備えられている。   A cathode side metal plate 60c having an air supply port 60ci and a cathode offgas discharge port 60co is disposed on the cathode side of the membrane electrode assembly unit 50. The cathode-side metal plate 60c abuts on the cathode-side surface of the gasket 54, seals the air flowing in the metal porous body 40c and the cathode offgas, and abuts on the surface of the metal porous body 40c. And electrical conduction between the cathode side metal plate 60c and the cathode side metal plate 60c. As will be described later, an insulating member 62 is provided in a region inside the peripheral edge of the cathode side metal plate 60c.

また、本実施例では、後述するように、アノード側金属板60aの周縁部60eと、カソード側金属板60cの周縁部60eとは、レーザ溶接によって接合され、封止されている。なお、図示した例では、図示の都合上、アノード側金属板60aの周縁部60e、および、カソード側金属板60cの周縁部60eには、曲げ加工が施されているかのように描かれているが、曲げ加工は、必ずしも必要ではなく、レーザ溶接のために必要な場合に行うようにすればよい。   In this embodiment, as will be described later, the peripheral edge portion 60e of the anode side metal plate 60a and the peripheral edge portion 60e of the cathode side metal plate 60c are joined and sealed by laser welding. In the illustrated example, for the convenience of illustration, the peripheral edge portion 60e of the anode side metal plate 60a and the peripheral edge portion 60e of the cathode side metal plate 60c are drawn as if being bent. However, the bending process is not necessarily required, and may be performed when necessary for laser welding.

図2は、燃料電池100を構成する部品を示す説明図である。図2(a)に、膜電極接合体ユニット50の平面図を示した。また、図2(b)に、カソード側金属板60cの平面図を示した。また、図2(c)に、アノード側金属板60aの平面図を示した。   FIG. 2 is an explanatory view showing components constituting the fuel cell 100. FIG. 2A shows a plan view of the membrane electrode assembly unit 50. FIG. 2B shows a plan view of the cathode side metal plate 60c. FIG. 2C shows a plan view of the anode side metal plate 60a.

図2(a)に示したように、膜電極接合体ユニット50は、矩形形状を有しており、矩形形状を有する膜電極接合体52の周囲にガスケット54を配置したものである。図示するように、本実施例では、膜電極接合体ユニット50の縦の長さはh1であり、横の長さはw1である。これらの長さは、任意に設定可能である。なお、図示は省略したが、金属多孔体40a,40cは、膜電極接合体52とほぼ同じ形状を有している。   As shown in FIG. 2A, the membrane electrode assembly unit 50 has a rectangular shape, and a gasket 54 is arranged around the membrane electrode assembly 52 having a rectangular shape. As shown in the drawing, in this embodiment, the vertical length of the membrane electrode assembly unit 50 is h1, and the horizontal length is w1. These lengths can be arbitrarily set. Although not shown, the metal porous bodies 40 a and 40 c have substantially the same shape as the membrane electrode assembly 52.

また、図2(b)に示したように、カソード側金属板60cは、矩形平板形状を有しており、矩形形状を有する第1の金属製部材61と、第1の金属製部材61の周囲に接合された絶縁性部材62と、絶縁性部材62の周囲に接合された第2の金属製部材63とによって構成されている。絶縁性部材62としては、例えば、ゴムや、樹脂等を用いることができる。図2(b)中に破線で示した領域は、カソード側金属板60cを膜電極接合体ユニット50に当接させたときに、膜電極接合体52が配置される領域に対応する領域を示している。そして、図示するように、第1の金属製部材61の、膜電極接合体52の下端部に対応する領域、および、上端部に対応する領域には、複数の貫通孔、すなわち、複数の空気供給口60ci、および、複数のカソードオフガス排出口60coが、それぞれ形成されている。   Further, as shown in FIG. 2B, the cathode side metal plate 60c has a rectangular flat plate shape, and the first metal member 61 having the rectangular shape and the first metal member 61 have a rectangular shape. The insulating member 62 joined to the periphery and the second metal member 63 joined to the periphery of the insulating member 62 are configured. As the insulating member 62, for example, rubber, resin, or the like can be used. A region indicated by a broken line in FIG. 2B indicates a region corresponding to a region where the membrane electrode assembly 52 is disposed when the cathode side metal plate 60c is brought into contact with the membrane electrode assembly unit 50. ing. As shown in the drawing, in the region corresponding to the lower end portion of the membrane electrode assembly 52 and the region corresponding to the upper end portion of the first metal member 61, there are a plurality of through holes, that is, a plurality of air. A supply port 60ci and a plurality of cathode offgas discharge ports 60co are formed respectively.

なお、第1の金属製部材61の縦の長さはh2であり、横の長さはw2である。そして、第1の金属製部材61の縦の長さh2は、ガスケット54の縦の長さh1よりも長く設定されており、また、第1の金属製部材61の横の長さw2は、ガスケット54の横の長さw1よりも長く設定されている。したがって、膜電極接合体52のカソードは、第2の金属製部材63とは当接せず、膜電極接合体52のカソードと、第2の金属製部材63とは、絶縁性部材62によって、電気的に絶縁されている。   The vertical length of the first metal member 61 is h2, and the horizontal length is w2. The vertical length h2 of the first metal member 61 is set to be longer than the vertical length h1 of the gasket 54, and the horizontal length w2 of the first metal member 61 is It is set longer than the lateral length w1 of the gasket 54. Therefore, the cathode of the membrane electrode assembly 52 does not contact the second metal member 63, and the cathode of the membrane electrode assembly 52 and the second metal member 63 are separated by the insulating member 62. It is electrically insulated.

また、図2(c)に示したように、アノード側金属板60aは、カソード側金属板60cと同じサイズの矩形平板形状を有している。そして、図2(c)中に破線で示した領域は、アノード側金属板60aを膜電極接合体ユニット50に当接させたときに、膜電極接合体52が配置される領域に対応する領域を示している。そして、図示するように、アノード側金属板60aの、膜電極接合体52の上端部に対応する領域、および、下端部に対応する領域には、複数の貫通孔、すなわち、複数の水素供給口60ai、および、複数のアノードオフガス排出口60aoが、それぞれ形成されている。   Further, as shown in FIG. 2C, the anode side metal plate 60a has a rectangular flat plate shape having the same size as the cathode side metal plate 60c. The area indicated by the broken line in FIG. 2C corresponds to the area where the membrane electrode assembly 52 is arranged when the anode side metal plate 60a is brought into contact with the membrane electrode assembly unit 50. Is shown. As shown in the drawing, a plurality of through holes, that is, a plurality of hydrogen supply ports are formed in the region corresponding to the upper end portion of the membrane electrode assembly 52 and the region corresponding to the lower end portion of the anode side metal plate 60a. 60ai and a plurality of anode off-gas exhaust ports 60ao are formed.

B.燃料電池の製造工程:
図3は、燃料電池100の製造工程を示す説明図である。なお、各工程を示す枠内には、燃料電池100を構成する部品の一部の断面図を併せて示した。
B. Fuel cell manufacturing process:
FIG. 3 is an explanatory view showing the manufacturing process of the fuel cell 100. In addition, in the frame which shows each process, sectional drawing of a part of component which comprises the fuel cell 100 was shown collectively.

まず、膜電極接合体ユニット50と、カソード側金属板60c、および、アノード側金属板60aを製造する(ステップS100,110)。そして、膜電極接合体52のカソード側ガス拡散層30cの表面に、金属多孔体40cを配置するとともに、アノード側ガス拡散層30aの表面に、金属多孔体40aを配置し、さらに、これらの各表面に、それぞれカソード側金属板60c、および、アノード側金属板60aを当接させる(ステップS120)。そして、カソード側金属板60cの周縁部60eと、アノード側金属板60aの周縁部60eとを、レーザ溶接によって接合し、封止する(ステップS130)。なお、図示した例では、図示の都合上、アノード側金属板60aの周縁部60e、および、カソード側金属板60cの周縁部60eには、曲げ加工が施されているかのように描かれているが、先に説明したように、曲げ加工は、必ずしも必要ではなく、レーザ溶接のために必要な場合に行うようにすればよい。以上の工程によって、燃料電池100は完成する。   First, the membrane electrode assembly unit 50, the cathode side metal plate 60c, and the anode side metal plate 60a are manufactured (steps S100 and 110). The porous metal body 40c is disposed on the surface of the cathode-side gas diffusion layer 30c of the membrane electrode assembly 52, and the porous metal body 40a is disposed on the surface of the anode-side gas diffusion layer 30a. The cathode side metal plate 60c and the anode side metal plate 60a are brought into contact with the surfaces, respectively (step S120). And the peripheral part 60e of the cathode side metal plate 60c and the peripheral part 60e of the anode side metal plate 60a are joined and sealed by laser welding (step S130). In the illustrated example, for the convenience of illustration, the peripheral edge portion 60e of the anode side metal plate 60a and the peripheral edge portion 60e of the cathode side metal plate 60c are drawn as if being bent. However, as described above, the bending process is not always necessary, and may be performed when necessary for laser welding. The fuel cell 100 is completed through the above steps.

以上説明した本実施例の燃料電池100によれば、アノード側金属板60aの周縁部60eとカソード側金属板60cの周縁部60eとを、レーザ溶接によって接合するので、先に従来技術として説明したように、アノード側金属板60aの周縁部60e、および、カソード側金属板60cの周縁部60eに、「カシメ」を行うための領域を設ける必要がない。したがって、カソード側金属板60c、および、アノード側金属板60aの小型化を図りつつ、アノード側金属板60aの周縁部60eと、カソード側金属板60cの周縁部60eとを封止することができる。また、本実施例の燃料電池100では、カソード側金属板60cが、絶縁性部材62を備えるので、アノードとカソードとの電気的な絶縁を確保することができる。また、カソード側金属板60cの周縁部60eと、アノード側金属板60aの周縁部60eとを、「カシメ」によって封止する場合には、カソード、および、アノードに、機械的なダメージが加わるおそれがあったが、本実施例の燃料電池100によれば、このおそれをなくすことができる。   According to the fuel cell 100 of the present embodiment described above, the peripheral edge portion 60e of the anode side metal plate 60a and the peripheral edge portion 60e of the cathode side metal plate 60c are joined by laser welding. Thus, it is not necessary to provide an area for “caulking” at the peripheral edge portion 60e of the anode side metal plate 60a and the peripheral edge portion 60e of the cathode side metal plate 60c. Therefore, the peripheral edge portion 60e of the anode side metal plate 60a and the peripheral edge portion 60e of the cathode side metal plate 60c can be sealed while reducing the size of the cathode side metal plate 60c and the anode side metal plate 60a. . Further, in the fuel cell 100 of the present embodiment, the cathode side metal plate 60c includes the insulating member 62, so that electrical insulation between the anode and the cathode can be ensured. Further, when the peripheral edge portion 60e of the cathode side metal plate 60c and the peripheral edge portion 60e of the anode side metal plate 60a are sealed by “caulking”, mechanical damage may be applied to the cathode and the anode. However, according to the fuel cell 100 of the present embodiment, this fear can be eliminated.

C.変形例:
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
C. Variation:
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention. For example, the following modifications are possible.

C1.変形例1:
上記実施例では、アノード側金属板60aと、カソード側金属板60cとを、レーザ溶接によって接合するものとしたが、本発明は、これに限られない。アノード側金属板60aと、カソード側金属板60cとを、他の溶接方法によって接合するものとしてもよい。
C1. Modification 1:
In the said Example, although the anode side metal plate 60a and the cathode side metal plate 60c were joined by laser welding, this invention is not limited to this. The anode side metal plate 60a and the cathode side metal plate 60c may be joined by other welding methods.

C2.変形例2:
上記実施例では、カソード側金属板60cが絶縁性部材62を備えるものとしたが、本発明は、これに限られない。カソード側金属板60cの代わりに、アノード側金属板60aが絶縁性部材62を備えるようにしてもよい。
C2. Modification 2:
In the said Example, although the cathode side metal plate 60c shall be provided with the insulating member 62, this invention is not limited to this. Instead of the cathode side metal plate 60 c, the anode side metal plate 60 a may be provided with the insulating member 62.

C3.変形例3:
上記実施例では、膜電極接合体52の両面に、金属多孔体40a,40cを配置するものとしたが、本発明は、これに限られず、これらを配置しないものとしてもよい。膜電極接合体52のアノードとアノード側金属板60aとの電気的な導通、および、アノード上における燃料ガスの流路が確保され、膜電極接合体52のカソードとカソード側金属板60cとの電気的な導通、および、カソード上における酸化剤ガスの流路が確保されていればよい。
C3. Modification 3:
In the said Example, although the metal porous bodies 40a and 40c shall be arrange | positioned on both surfaces of the membrane electrode assembly 52, this invention is not restricted to this, It is good also as what does not arrange | position these. The electrical connection between the anode of the membrane electrode assembly 52 and the anode side metal plate 60a and the flow path of the fuel gas on the anode are ensured, and the electrical connection between the cathode of the membrane electrode assembly 52 and the cathode side metal plate 60c. It is only necessary to ensure general conduction and a flow path for the oxidant gas on the cathode.

本発明の一実施例としての燃料電池100の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell 100 as one Example of this invention. 燃料電池100を構成する部品を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing components that constitute the fuel cell 100. 燃料電池100の製造工程を示す説明図である。5 is an explanatory view showing a manufacturing process of the fuel cell 100. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

100…燃料電池
10…電解質膜
20a…アノード側触媒層
20c…カソード側触媒層
30a…アノード側ガス拡散層
30c…カソード側ガス拡散層
40a,40c…金属多孔体
50…膜電極接合体ユニット
52…膜電極接合体
54…フレーム部材
60a…アノード側金属板
60c…カソード側金属板
60e…周縁部
60ai…水素供給口
60ci…空気供給口
60ao…アノードオフガス排出口
60co…カソードオフガス排出口
61…第1の金属製部材
62…絶縁性部材
63…第2の金属製部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Fuel cell 10 ... Electrolyte membrane 20a ... Anode side catalyst layer 20c ... Cathode side catalyst layer 30a ... Anode side gas diffusion layer 30c ... Cathode side gas diffusion layer 40a, 40c ... Metal porous body 50 ... Membrane electrode assembly unit 52 ... Membrane electrode assembly 54 ... Frame member 60a ... Anode-side metal plate 60c ... Cathode-side metal plate 60e ... Peripheral portion 60ai ... Hydrogen supply port 60ci ... Air supply port 60ao ... Anode off-gas discharge port 60co ... Cathode off-gas discharge port 61 ... First Metal member 62 ... Insulating member 63 ... Second metal member

Claims (4)

燃料電池であって、
電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体と、
前記アノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給口を有し、前記アノードと当接するアノード側金属板と、
前記カソードに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給口を有し、前記カソードと当接するカソード側金属板と、を備え、
前記アノード側金属板の周縁部と、前記カソード側金属板の周縁部とは、溶接によって互いに接合されており、
前記アノード側金属板、または、前記カソード側金属板は、前記アノードと前記カソードとを電気的に絶縁する絶縁構造を備える、
燃料電池。
A fuel cell,
A membrane electrode assembly formed by bonding an anode and a cathode to both surfaces of the electrolyte membrane, and
An anode side metal plate having a fuel gas supply port for supplying fuel gas to the anode, and in contact with the anode;
A cathode side metal plate having an oxidant gas supply port for supplying an oxidant gas to the cathode and contacting the cathode;
The peripheral portion of the anode side metal plate and the peripheral portion of the cathode side metal plate are joined together by welding,
The anode side metal plate or the cathode side metal plate includes an insulating structure that electrically insulates the anode and the cathode.
Fuel cell.
請求項1記載の燃料電池であって、
前記アノード側金属板、または、前記カソード側金属板は、
前記絶縁構造として、
前記アノード、または、前記カソードと当接する第1の金属製部材と、
前記第1の金属製部材の周囲に接合された絶縁性部材と、
前記絶縁性部材の周囲に接合された第2の金属製部材と、
を備える燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein
The anode side metal plate or the cathode side metal plate is
As the insulating structure,
A first metal member in contact with the anode or the cathode;
An insulating member joined around the first metal member;
A second metal member joined around the insulating member;
A fuel cell comprising:
請求項1または2記載の燃料電池であって、
前記膜電極接合体の周囲に、前記アノード側金属板、および、前記カソード側金属板とそれぞれ当接し、前記アノードに供給された燃料ガス、および、前記カソードに供給された酸化剤ガスを分離するガスケットを備える、燃料電池。
The fuel cell according to claim 1 or 2,
Around the membrane electrode assembly, the anode side metal plate and the cathode side metal plate are brought into contact with each other, and the fuel gas supplied to the anode and the oxidant gas supplied to the cathode are separated. A fuel cell comprising a gasket.
燃料電池の製造方法であって、
電解質膜の両面に、それぞれアノード、および、カソードを接合してなる膜電極接合体を製造する工程と、
前記アノードに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給口を有し、前記アノードと当接するアノード側金属板を製造する工程と、
前記カソードに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給口を有し、前記カソードと当接するカソード側金属板を製造する工程と、
前記アノード、および、前記カソードに、それぞれ前記アノード側金属板、および、前記カソード側金属板を当接させる工程と、
前記アノード側金属板の周縁部と前記カソード側金属板の周縁部とを、溶接によって互いに接合する工程と、
を備える製造方法。
A fuel cell manufacturing method comprising:
A process for producing a membrane electrode assembly in which an anode and a cathode are respectively bonded to both surfaces of an electrolyte membrane;
A step of producing an anode side metal plate having a fuel gas supply port for supplying fuel gas to the anode and contacting the anode;
A step of producing a cathode side metal plate that has an oxidant gas supply port for supplying an oxidant gas to the cathode and is in contact with the cathode;
Contacting the anode side metal plate and the cathode side metal plate with the anode and the cathode, respectively;
Bonding the peripheral edge of the anode side metal plate and the peripheral edge of the cathode side metal plate to each other by welding;
A manufacturing method comprising:
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