JP2008192400A - Fuel cell, its manufacturing method, and laminate member for fuel cell - Google Patents
Fuel cell, its manufacturing method, and laminate member for fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008192400A JP2008192400A JP2007024036A JP2007024036A JP2008192400A JP 2008192400 A JP2008192400 A JP 2008192400A JP 2007024036 A JP2007024036 A JP 2007024036A JP 2007024036 A JP2007024036 A JP 2007024036A JP 2008192400 A JP2008192400 A JP 2008192400A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- gas separator
- power generation
- gas
- power generator
- 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
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
この発明は、燃料電池、その製造方法、および燃料電池用積層部材に関する。 The present invention relates to a fuel cell, a method for manufacturing the same, and a laminated member for a fuel cell.
燃料電池は、一般に、電解質層や電極あるいはガスセパレータを含む板状部材を、所定の順序で順次積層することによって形成される。このような構成の一例として、電解質膜と一体で、電解質膜の外周に、ガスシール性を確保するためのシール部材を設ける構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このような構成では、電解質膜を含む部材を金型内に配置した後、金型内にシール部材の材料を充填することによって、電解質膜とシール部材とが一体成形される。 In general, a fuel cell is formed by sequentially laminating plate members including an electrolyte layer, an electrode, or a gas separator in a predetermined order. As an example of such a configuration, a configuration has been proposed in which a seal member is provided integrally with the electrolyte membrane to ensure gas sealability on the outer periphery of the electrolyte membrane (see, for example, Patent Document 1). In such a configuration, after the member including the electrolyte membrane is disposed in the mold, the electrolyte membrane and the seal member are integrally formed by filling the mold with the material of the seal member.
しかしながら、上記のように電解質膜とシール部材とを金型内で一体成形する場合には、電解質膜あるいは電解質膜を含む部材(例えば、電解質膜と、電解質膜上に形成した電極と、電極上に配置したガス拡散層)の剛性が不十分であるために、成形時に、これらの部材を金型内で所望の位置に保持することが困難となる場合があった。すなわち、成形時に、電解質膜を含む部材を金型内で平面状に保持することが困難となる場合があった。上記電解質膜を含む部材が平面状に維持できず、その外周部が金型内で重力により垂れ下がると、垂れ下がった上記部材が、シール部材の材料が金型内に行き渡るのを妨げる可能性がある。このようにシール部材の材料が金型内で行き渡らない箇所が生じると、金型に応じた所望の形状のシール部材が成型されなくなり、このようなシール部材を用いると、燃料電池におけるガスシール性が不十分になる可能性がある。 However, when the electrolyte membrane and the seal member are integrally formed in the mold as described above, the electrolyte membrane or a member including the electrolyte membrane (for example, the electrolyte membrane, the electrode formed on the electrolyte membrane, and the electrode In some cases, it is difficult to hold these members in a desired position in the mold at the time of molding. That is, at the time of molding, it may be difficult to hold the member including the electrolyte membrane in a flat shape in the mold. When the member including the electrolyte membrane cannot be maintained in a flat shape and its outer peripheral portion hangs down due to gravity in the mold, the hanged member may prevent the material of the sealing member from spreading into the mold. . Thus, when the location where the material of the seal member does not spread in the mold occurs, the seal member having a desired shape corresponding to the mold is not molded. When such a seal member is used, the gas seal property in the fuel cell May be insufficient.
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、金型内で電解質膜とシール部材とを一体成形する際に、電解質膜を所望の位置に保持することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and aims to hold an electrolyte membrane in a desired position when the electrolyte membrane and a seal member are integrally formed in a mold. To do.
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、
電解質膜と、該電解質膜の両面に形成された一対の電極と、を備える発電体と、
前記発電体の外周部で該発電体の外周部を内包し、該発電体と一体で形成されたシール部と、
前記発電体の両側に配置され、前記シール部と接触するガスセパレータと、
前記シール部が前記発電体を内包する内包領域と重なる領域において、前記発電体と一方の前記ガスセパレータとの間で、前記発電体と前記一方のガスセパレータとの間の距離を高さとして形成された支持部と
を備え、
前記シール部は、前記発電体と前記一方のガスセパレータとの間において、前記支持部の周囲に形成される空間を埋めるように形成されていることを要旨とする。
In order to achieve the above object, the fuel cell of the present invention comprises:
A power generator comprising an electrolyte membrane and a pair of electrodes formed on both sides of the electrolyte membrane;
A seal portion that includes the outer periphery of the power generation body at the outer periphery of the power generation body and is formed integrally with the power generation body;
A gas separator disposed on both sides of the power generator and in contact with the seal portion;
In a region where the seal portion overlaps an inclusion region that encloses the power generation body, a height between the power generation body and one of the gas separators is defined as a height between the power generation body and the one gas separator. And a supported portion,
The gist of the present invention is that the seal portion is formed so as to fill a space formed around the support portion between the power generator and the one gas separator.
以上のように構成された本発明の燃料電池によれば、発電体とガスセパレータとの間に支持部が形成されているため、シール部を、金型を用いて発電体および一方のガスセパレータと一体成形する際に、金型内で支持部によって発電体を支持することができ、剛性の低い発電体が金型内で重力により垂れ下がることがない。したがって、シール部の構成材料が金型内の空間に行き渡るのを、発電体の外周部が妨げることがなく、所望の形状のシール部を形成することができる。 According to the fuel cell of the present invention configured as described above, since the support portion is formed between the power generator and the gas separator, the seal portion is used as a power generator and one gas separator using a mold. And the power generating body can be supported by the support portion in the mold, and the power generating body having low rigidity does not hang down due to gravity in the mold. Accordingly, the outer peripheral portion of the power generator does not hinder the constituent material of the seal portion from reaching the space in the mold, and the seal portion having a desired shape can be formed.
本発明の燃料電池において、前記支持部は、前記発電体における前記内包領域よりも中央部よりの領域での前記発電体と前記ガスセパレータとの距離と等しい高さを有することとしても良い。このような構成とすれば、シール部の構成材料が金型内の空間に行き渡ることを確保する効果を、より高めることができる。 In the fuel cell according to the present invention, the support portion may have a height equal to a distance between the power generator and the gas separator in a region closer to the center than the inclusion region in the power generator. With such a configuration, it is possible to further enhance the effect of ensuring that the constituent material of the seal portion spreads over the space in the mold.
本発明の燃料電池において、前記支持部は、前記ガスセパレータに形成した凸部であることとしても良い。このような構成とすれば、支持部を設けることにより部品点数が増加することがない。 In the fuel cell of the present invention, the support portion may be a convex portion formed on the gas separator. With such a configuration, the number of parts does not increase by providing the support portion.
このような本発明の燃料電池において、前記凸部は、互いに離間して設けられた複数の突起から成ることとしても良い。このような構成とすれば、シール部の構成材料は、突起状の凸部間を通過して、金型内の空間に広がることができる。そのため、凸部を設けることに起因するシール部の構成材料の移動の妨げを、抑制することができる。 In such a fuel cell of the present invention, the convex portion may be composed of a plurality of protrusions provided apart from each other. With such a configuration, the constituent material of the seal portion can pass between the protruding convex portions and spread into the space in the mold. Therefore, the hindrance of the movement of the constituent material of the seal portion due to the provision of the convex portion can be suppressed.
本発明の燃料電池において、前記支持部は、前記発電体および前記ガスセパレータとは別体で、前記発電体と前記ガスセパレータとの間に配置したスペーサであることとしても良い。このような構成とすれば、支持部の形状を設定する際の自由度を増すことができる。 In the fuel cell of the present invention, the support portion may be a spacer that is separate from the power generation body and the gas separator and is disposed between the power generation body and the gas separator. With such a configuration, the degree of freedom in setting the shape of the support portion can be increased.
このような本発明の燃料電池において、前記スペーサは、複数の粒状体であることとしても良い。このような構成とすれば、発電体とガスセパレータとの間に複数の粒状体を配置することにより、金型内で発電体を支持することができる。さらに、支持部を粒状体により形成することで、燃料電池全体を軽量化することができる。 In such a fuel cell of the present invention, the spacer may be a plurality of granular bodies. If it is set as such a structure, a power generation body can be supported within a metal mold | die by arrange | positioning a some granular material between a power generation body and a gas separator. Furthermore, the whole fuel cell can be reduced in weight by forming the support portion with a granular material.
また、本発明の燃料電池において、前記スペーサは、前記内包領域と重なる領域にわたって連続して設けられた枠体であることとしても良い。このような構成とすれば、発電体とガスセパレータとの間に枠体を配置することにより、金型内で発電体を支持することができる。 Moreover, the fuel cell of this invention WHEREIN: The said spacer is good also as being a frame provided continuously over the area | region which overlaps with the said inclusion area | region. If it is set as such a structure, a power generation body can be supported within a metal mold | die by arrange | positioning a frame between a power generation body and a gas separator.
このような本発明の燃料電池において、前記枠体は、前記発電体と接する第1の凸部、および、前記一方のガスセパレータと接する第2の凸部を備え、前記第1および第2の凸部は、それぞれ、互いに離間して設けられた複数の突起から成ることとしても良い。このような構成とすれば、シール部の構成材料は、第1および第2の凸部を構成する複数の突起間を通過して、金型内の空間に広がることができる。そのため、枠体を設けることに起因するシール部の構成材料の移動の妨げを、抑制することができる。 In such a fuel cell of the present invention, the frame body includes a first convex portion in contact with the power generator, and a second convex portion in contact with the one gas separator, and the first and second Each of the convex portions may be composed of a plurality of protrusions provided apart from each other. With such a configuration, the constituent material of the seal portion can pass between the plurality of protrusions constituting the first and second convex portions and spread into the space in the mold. Therefore, the hindrance to the movement of the constituent material of the seal portion due to the provision of the frame can be suppressed.
また、このような燃料電池において、前記枠体は、前記発電体の外周に近接して設けられ、前記他方のガスセパレータ側へと、前記発電体の断面と重なる高さにまで突出して設けられた位置決め凸部を備えることとしても良い。このような構成とすれば、シール部を、金型を用いて発電体および一方のガスセパレータと一体成形する際に、金型内で、位置決め凸部に合わせて発電体を配置すればよい。これにより、発電体の位置決めの動作を簡素化することができる。 Further, in such a fuel cell, the frame body is provided in the vicinity of the outer periphery of the power generation body, and is provided so as to protrude to the other gas separator side to a height overlapping the cross section of the power generation body. It is good also as providing the positioning convex part. With such a configuration, when the seal portion is integrally formed with the power generation body and one of the gas separators using the mold, the power generation body may be disposed in accordance with the positioning convex portion within the mold. Thereby, the positioning operation of the power generator can be simplified.
本発明の燃料電池において、前記発電体は、さらに、前記電極上に配置される多孔質体から成るガス拡散層を備えることとしても良い。このような構成とすれば、電極に対するガス供給効率を向上させると共に、電極表面における集電性を高め、また、電解質膜を保護することができる。 In the fuel cell of the present invention, the power generation body may further include a gas diffusion layer made of a porous body disposed on the electrode. With such a configuration, the gas supply efficiency to the electrode can be improved, the current collecting property on the electrode surface can be improved, and the electrolyte membrane can be protected.
本発明の燃料電池において、さらに、多孔質体から成り、前記発電体と前記ガスセパレータとの間に配置される一対のガス流路形成部を備え、少なくとも、前記一方のガスセパレータと接する前記ガス流路形成部は、前記発電体と共に前記シール部と一体で形成されていることとしても良い。このような構成とすれば、シール部とガス流路形成部とを一体化することにより、発電体とガスセパレータとの間に形成されるガス流路におけるガスシール性を向上させることができる。 In the fuel cell of the present invention, the gas further includes a pair of gas flow path forming portions made of a porous body and disposed between the power generation body and the gas separator, and at least the gas in contact with the one gas separator The flow path forming part may be formed integrally with the seal part together with the power generator. With such a configuration, by integrating the seal portion and the gas flow path forming portion, it is possible to improve the gas sealing performance in the gas flow path formed between the power generation body and the gas separator.
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池の製造方法や、燃料電池用積層部材などの形態で実現することが可能である。 The present invention can be realized in various forms other than those described above. For example, the present invention can be realized in the form of a fuel cell manufacturing method, a fuel cell laminated member, or the like.
A.第1実施例の燃料電池の構成:
図1は、第1実施例の燃料電池の概略構成を表わす断面模式図であり、図2は、図1において破線で囲んだX領域を拡大して示す説明図である。本実施例の燃料電池は、固体高分子型燃料電池である。また、本実施例の燃料電池は、電気化学反応が進行する単位であるセルアセンブリ10を複数備えると共に、各々のセルアセンブリ10間にガスセパレータ30を介在させつつセルアセンブリ10を積層させたスタック構造を有している。
A. Configuration of the fuel cell of the first embodiment:
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of the fuel cell according to the first embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing an enlarged X region surrounded by a broken line in FIG. The fuel cell of this example is a polymer electrolyte fuel cell. In addition, the fuel cell according to the present embodiment includes a plurality of
セルアセンブリ10は、図1に示すように、発電積層部11と、シール部16と、によって構成されている。図2に示すように、発電積層部11は、発電体12と、発電体12を挟持する一対のガス流路形成部14,15とによって構成される。発電体12は、電解質膜20と、電解質膜20の表面に形成された一対の電極(カソード22およびアノード24)とから成るMEA(膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly)13と、MEA13を挟持する一対のガス拡散層26,28と、によって形成される。
As shown in FIG. 1, the
電解質膜20は、固体高分子材料、例えばパーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を示す。カソード22およびアノード24は、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金、あるいは白金と他の金属から成る合金を備えている。カソード22およびアノード24を形成するには、例えば、白金等の触媒金属を担持させたカーボン粉を作製し、この触媒担持カーボンと、電解質膜20を構成する電解質と同様の電解質とを用いてペーストを作製し、作製した触媒ペーストを電解質膜20上に塗布すればよい。ガス拡散層26,28は、カーボン製の多孔質部材であり、例えばカーボンクロスやカーボンペーパによって形成される。電解質膜20上に触媒電極を形成したMEA13とガス拡散層26,28とを、プレス接合により一体化することで、発電体12が作製される。このガス拡散層26,28は、後述するガス流路形成部14,15よりも平均細孔径が小さな多孔質体によって構成されている。そのため、ガス拡散層26,28を設けることによって、触媒電極に対するガス供給効率を向上させると共に、ガス流路形成部14,15と触媒電極との間の集電性を高めることができ、さらに電解質膜20を保護することもできる。ただし、ガス流路形成部14,15の構成材料や気孔率によっては、ガス拡散層26,28を設けないこととしても良い。
The
ガス流路形成部14,15は、発泡金属や金属メッシュなどの金属製多孔質体、あるいは、カーボン製の多孔質体によって形成される導電性の薄板状部材であり、本実施例では、チタン製の多孔質体を用いている。ガス流路形成部14,15は、発電体12およびガスセパレータ30と接触するように配置されており、内部に形成される多数の細孔から成る空間は、電気化学反応に供されるガスが通過するセル内ガス流路として機能する。すなわち、カソード22とガスセパレータ30との間に配置されるガス流路形成部14の細孔が形成する空間は、酸素を含有する酸化ガスが通過するセル内酸化ガス流路として機能する。また、アノード24とガスセパレータ30との間に配置されるガス流路形成部15の細孔が形成する空間は、水素を含有する燃料ガスが通過するセル内燃料ガス流路として機能する。
The gas flow
ここで、隣り合うガスセパレータ30間であって発電積層部11の外周部には、発電体12の外周部を内包するシール部16が設けられている。シール部16は、弾性材料、すなわち、ゴム(例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム)や、熱可塑性エラストマによって形成されている。図1および図2に示すように、シール部16は、一方の側において、隣接する一方のガスセパレータ30と隙間無く接触している。ここで、上記隣接する一方のガスセパレータ30の表面では、シール部16が発電体12を内包する内包領域と重なる領域において、発電体12と接する複数の凸部である支持凸部62が形成されている(図2参照)。そのため、シール部16における上記一方の側は、上記複数の支持凸部62に対応する形状となっている。シール部16は、発電積層部11と共に、上記隣接する一方のガスセパレータ30と一体で形成されており、上記隣接する一方のガスセパレータ30に形成された支持凸部62は、シール部16を形成する際に発電体12を支持する働きを有する。支持凸部62の構成およびシール部16の製造工程については、後に詳述する。なお、シール部16の他方の側にはガス止め凸部60が形成されており、シール部16は、このガス止め凸部60の頭頂部において、隣接する他方のガスセパレータ30と接触する。
Here, between the
図3は、発電積層部11とシール部16とが一体形成されたセルアセンブリ10の概略構成を表わす平面図である。図3に示すように、シール部16は、略四角形状の薄板状部材であり、外周部に設けられた6つの穴部(後述する6つの穴部40〜45)と、中央部に設けられて発電積層部11が組み込まれている略四角形の穴部とを有している。この図3は、図1における右側から見た図であって、既述したガス止め凸部60が形成された側を表わしており、中央部に設けられた穴部に嵌め込まれた発電積層部11においては、ガス流路形成部14が表面に表われている。
FIG. 3 is a plan view showing a schematic configuration of the
図3に示すように、ガス止め凸部60は、シール部16の中央部に設けられた穴部に組み込まれたガス流路形成部14の外周、および、シール部16の外周部に設けられた6つの穴部の各々を囲むように、全体として連続して形成された線状凸部である。シール部16は、弾性材料から成るため、燃料電池内で積層方向に平行な方向に押圧力が加えられることにより、上記したガス止め凸部60とガスセパレータ30との接触部位において、ガスシール性を確保可能となる。ここで、ガス止め凸部60は、全体として高さおよび頭頂部の幅が略一定に形成されている。そのため、ガス流路形成部14および6つの穴部を囲むガス止め凸部60は、全体として略均一な応力を、隣接するガスセパレータ30との間に生じることができ、良好なガスシール性を実現することができる。なお、以下の説明では、発電積層部11において、シール部16の中央部に形成される穴部で露出している部分に対応する領域を、発電領域DAと呼ぶ。
As shown in FIG. 3, the gas stopper
ガスセパレータ30は、図1に示すように、ガス流路形成部14と接するカソード側プレート31と、ガス流路形成部15と接するアノード側プレート32と、カソード側プレート31およびアノード側プレート32に挟持される中間プレート33と、を備えている。これら3枚のプレートは、導電性材料、例えばステンレス鋼あるいはチタンやチタン合金といった金属によって形成される薄板状部材であり、カソード側プレート31、中間プレート33、アノード側プレート32の順に重ね合わされて、例えば拡散接合により接合されている。これら3種のプレートは、いずれも凹凸のない平坦な表面を有すると共に、各々、所定の位置に所定形状の穴部を有している。図4は、カソード側プレート31の形状を示す平面図であり、図5は、アノード側プレート32の形状を示す説明図であり、図6は、中間プレート33の形状を示す説明図である。これら図4〜図6は、各プレートを、図3に示すシール部16と同じ側、すなわち、図1における右側から見た様子を表わす図である。これら図4〜図6では、既述した発電領域DAを、一点破線で囲んで示している。
As shown in FIG. 1, the
カソード側プレート31、アノード側プレート32は、いずれも、その外周部においてシール部16と同様の位置に、6つの穴部を備えている。これらの6つの穴部は、スタック構造を形成するために各々の薄板状部材が積層された際に互いに重なり合って、燃料電池内部において積層方向に平行に流体を導くマニホールドを形成する。上記各薄板状部材では、略四角形状である外周の一辺の近傍に穴部40が形成されている。また、近傍に穴部40が形成された辺と対向する辺の近傍には、穴部41が形成されている。さらに、他の2辺のうちの一方の辺の近傍には穴部42,44が形成されており、他方の辺の近傍には穴部43,45が形成されている。なお、中間プレート33は、上記6つの穴部のうち、穴部44,45は有していないが、後述する複数の冷媒孔58が、穴部44,45に対応する位置に重なるように設けられている。
Each of the
上記各薄板状部材が備える穴部40は、燃料電池に対して供給された酸化ガスを各セル内酸化ガス流路に分配する酸化ガス供給マニホールドを形成し(図中、O2 inと表わす)、穴部41は、各セル内酸化ガス流路から排出されて集合した酸化ガスを外部へと導く酸化ガス排出マニホールドを形成する(図中、O2 outと表わす)。また、穴部43は、燃料電池に対して供給された燃料ガスを各セル内燃料ガス流路に分配する燃料ガス供給マニホールドを形成し(図中、H2 inと表わす)、穴部42は、各セル内燃料ガス流路から排出されて集合した燃料ガスを外部へと導く燃料ガス排出マニホールドを形成する(図中、H2 outと表わす)。さらに、穴部44は、燃料電池に対して供給された冷却水などの冷媒を各ガスセパレータ30内に分配する冷媒供給マニホールドを形成し(図中、CLT inと表わす)、穴部45は、各ガスセパレータ30から排出されて集合した冷媒を外部へと導く冷媒排出マニホールドを形成する(図中、CLT outと表わす)。
The
また、カソード側プレート31は、穴部40におけるプレート中央部側の辺の近傍において発電領域DAの一辺(図4における上端部)に沿って設けられ、カソード側プレート31を貫通して形成された酸化ガス供給スリット50を備えている。また、同様に、穴部41におけるプレート中央部側の辺の近傍において発電領域DAの他の一辺(図4における下端部)に沿って設けられた酸化ガス排出スリット51を備えている(図4参照)。
Further, the
アノード側プレート32は、カソード側プレート31と同様に、穴部40におけるプレート中央部側の辺の近傍において発電領域DAの一辺(図5における上端部)に沿って設けられ、アノード側プレート32を貫通して形成された燃料ガス排出スリット52を備えている。また、穴部41におけるプレート中央部側の辺の近傍において発電領域DAの他の一辺(図5における下端部)に沿って設けられた燃料ガス供給スリット53を備えている(図5参照)。これらの燃料ガス排出スリット52および燃料ガス供給スリット53は、それぞれ、酸化ガス供給スリット50および酸化ガス排出スリット51と重ならないように、プレートのさらに中央部寄りに配置されている。
Similar to the
中間プレート33においては、穴部40の形状が他のプレートとは異なっており、中間プレート33の穴部40は、この穴部40のプレート中央部側の辺が、プレート中央部方向へと突出する複数の突出部を備える形状となっている。穴部40が有する上記複数の突出部を、連通部54と呼ぶ。この連通部54は、中間プレート33とカソード側プレート31とが積層されたときに酸化ガス供給スリット50と重なり合うように形成されており、酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス供給スリット50とを連通させる。また、穴部41においても同様に、酸化ガス排出スリット51と重なるように、複数の連通部55が設けられている(図6参照)。さらに、中間プレート33には、穴部43および穴部42の各々に連通して、アノード側プレート32の燃料ガス供給スリット53あるいは燃料ガス排出スリット52と重なる形状の、連通部57および連通部56が設けられている。
In the
燃料電池の内部において、穴部40が形成する酸化ガス供給マニホールドを流れる酸化ガスは、中間プレート33の連通部54が形成する空間と、カソード側プレート31の酸化ガス供給スリット50とを介して、ガス流路形成部14内に形成されるセル内酸化ガス流路へと流入する。セル内酸化ガス流路において酸化ガスは、ガス流路形成部14に平行な方向(面方向)に流れると共に、面方向に垂直な方向(積層方向)へとさらに拡散する。積層方向に拡散した酸化ガスは、ガス流路形成部14からガス拡散層26を介してカソード22に至り、電気化学反応に供される。このように電気化学反応に寄与しつつセル内酸化ガス流路を通過した酸化ガスは、ガス流路形成部14から、カソード側プレート31の酸化ガス排出スリット51および中間プレート33の連通部55が形成する空間を介して、穴部41が形成する酸化ガス排出マニホールドへと排出される。同様に、燃料電池の内部において、穴部43が形成する燃料ガス供給マニホールドを流れる燃料ガスは、中間プレート33の連通部57が形成する空間と、アノード側プレート32の燃料ガス供給スリット53とを介して、ガス流路形成部15内に形成されるセル内燃料ガス流路へと流入する。セル内燃料ガス流路において燃料ガスは、面方向に流れると共に、積層方向へとさらに拡散する。積層方向に拡散した燃料ガスは、ガス流路形成部15からガス拡散層28を介してアノード24に至り、電気化学反応に供される。このように電気化学反応に寄与しつつセル内燃料ガス流路を通過した燃料ガスは、ガス流路形成部15から、アノード側プレート32の燃料ガス排出スリット52および中間プレート33の連通部56が形成する空間を介して、穴部42が形成する燃料ガス排出マニホールドへと排出される。
Inside the fuel cell, the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas supply manifold formed by the
図3ないし図6では、図1に示した断面図に相当する位置を、1−1断面として示している。図1では、1−1断面において、穴部40が形成する酸化ガス供給マニホールドから、中間プレート33の連通部54およびカソード側プレート31の酸化ガス供給スリット50を介して、ガス流路形成部14内へと酸化ガスが供給される様子が矢印で表わされている。また、1−1断面において、ガス流路形成部14から、カソード側プレート31の酸化ガス排出スリット51および中間プレート33の連通部55を介して、穴部41が形成する酸化ガス排出マニホールドへと酸化ガスが排出される様子が表わされている。
3 to 6, the position corresponding to the cross-sectional view shown in FIG. 1 is shown as a 1-1 cross section. In FIG. 1, in the section 1-1, the gas flow
また、アノード側プレート32には、さらに、既述した支持凸部62が形成されている。支持凸部62は、アノード側プレート32となる薄板をプレス成形することにより設けられており、発電領域DAの外側であって発電体12と重なる領域(既述した内包領域と重なる領域)において、互いに離間する規則的な位置に設けられた複数個の突起として形成されている(図5参照)。これらの支持凸部62の高さは、ガス流路形成部15の厚みと略同一となるように形成されている(図1、図2参照)。
Further, the above-described support
なお、中間プレート33は、さらに、発電領域DAを含む領域に、互いに平行に形成された細長い複数の冷媒孔58を備えている。これらの冷媒孔58の端部は、中間プレート33を他の薄板状部材と重ね合わせたときに、穴部44,45と重なり合い、冷媒が流れるためのセル間冷媒流路をガスセパレータ30内で形成する。すなわち、燃料電池の内部において、穴部44が形成する冷媒供給マニホールドを流れる冷媒は、上記冷媒孔58によって形成されるセル間冷媒流路に分配され、セル間冷媒流路から排出される冷媒は、穴部45が形成する冷媒排出マニホールドに排出される。
The
B.第1実施例の燃料電池の製造方法:
本実施例では、燃料電池を作製する際に、シール部16を、発電積層部11に加えて、隣接する一方のガスセパレータ30と一体で成形している。図7は、本実施例の燃料電池の製造工程を表わす説明図である。また、図8(A)は、所定の形状の金型を用いて、射出成形によって、シール部16を、発電積層部11およびガスセパレータ30と一体形成する様子を表わす説明図であり、図8(B)は、一体形成された部材の様子を表わす断面模式図である。
B. Manufacturing method of fuel cell of first embodiment:
In this embodiment, when the fuel cell is manufactured, the
本実施例の燃料電池を製造する際には、まず、発電体12と、ガス流路形成部14,15と、ガスセパレータ30とを用意する(ステップS100)。また、シール部16を一体成形するための金型を用意する(ステップS110)。金型は、図8(A)に示すように、上型72と下型70とを備えている。金型内には、ガスセパレータ30と発電体12とガス流路形成部14,15が丁度嵌り込む凹凸形状が形成されている。また、上型72には、形成すべきシール部16の形状に対応する凹凸形状、具体的には、既述したガス止め凸部60の形状に対応する凹凸形状が形成されている。
When manufacturing the fuel cell of the present embodiment, first, the
次に、下型70に、ガスセパレータ30を配置する(ステップS120)。本実施例では、ガスセパレータ30は、カソード側プレート31を下方にし、支持凸部62が形成されたアノード側プレート32を上方にして、配置される。そして、配置したガスセパレータ30上に、さらに、ガス流路形成部15、発電体12、ガス流路形成部14を順次配置する(ステップS130)。このように各部材を金型内に配置したときには、発電体12におけるガス流路形成部15と重なる領域は、ガス流路形成部15によって支持される。また、発電体12におけるガス流路形成部15と重ならない外周領域は、ガスセパレータ30に設けられた支持凸部62によって支持される(図8(A)参照)。既述したように、支持凸部62は、発電体12が配置される領域にわたって設けられており、ガス流路形成部15の厚みと略同一の高さとなるように形成されている。そのため、金型内では、発電体12は、ガス流路形成部15および支持凸部62に支持されることによって、全体として、ガスセパレータ30から一定の距離だけ離間した平坦面を形成する状態で保持される。
Next, the
金型内に各部材を配置すると、所定の型圧で型締めし、射出成形を行なってシール部16を一体成形する(ステップS140)。図8(A)に示すように、各部材が配置された金型内には、発電積層部11の外側近傍において、シール部16の形状を有する空間SPが形成される。この空間SPは、図8(A)に示すように、ガスセパレータ30のアノード側プレート32側の面と、下型70および上型72の内壁面と、発電積層部11の外周部表面とによって区画される。また、金型の上型72においては、マニホールド用穴部40〜45が形成される位置に、開口74を備えて厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されている。射出成形の際には、シール部16の成形材料としての液状ゴムが、上述した開口74から貫通孔を介して空間SPへと投入された後、加硫工程が行われる。なお、本実施例では、射出成形時には、燃料電池を組み立てた際に燃料電池に加えられる締結圧と同じ圧力が、発電積層部11およびガスセパレータ30に加えられるように、型締めが行なわれる。すなわち、積層された燃料電池内と同じ状態にして、シール部16の一体形成が行なわれる。
When each member is disposed in the mold, the mold is clamped with a predetermined mold pressure, injection molding is performed, and the
このような射出成形においては、成形材料がガス拡散層26,28およびガス流路形成部14,15の端部に含浸されるように、すなわち、これらの多孔質体の外周部の細孔内に成形材料が入り込んで、発電積層部11とシール部16とが一体化するように、成形材料の投入圧力が制御される。また、成形材料にシランカップリング剤を添加することにより、シール部16とガスセパレータ30の接触面における結合力が確保され、シール部16とガスセパレータ30とが接着・密着される。射出成形後、型開きすることで、図8(B)に示すように、セルアセンブリ10とガスセパレータ30とが一体化した構成単位が得られる。
In such injection molding, the molding material is impregnated in the end portions of the gas diffusion layers 26 and 28 and the gas flow
このようにして構成単位を複数作製すると、これらの構成単位を複数積層すると共に、構成単位から成る積層体の両端部に、出力端子を備える集電板と、絶縁性材料から成る絶縁板と、剛性の高いエンドプレートとをさらに積層して組み立てを行なう。そして、組み立てた積層体全体に積層方向に締結圧を加えつつ固定して(ステップS150)、燃料電池を完成する。 When a plurality of structural units are produced in this way, a plurality of these structural units are stacked, and at both ends of the laminate composed of the structural units, a current collector plate having output terminals, an insulating plate made of an insulating material, The assembly is performed by further stacking a rigid end plate. And it fixes, applying a fastening pressure to the whole laminated body in the lamination direction (step S150), and completes a fuel cell.
以上のように構成された本実施例の燃料電池によれば、ガスセパレータ30に支持凸部62を設けているため、シール部16を一体形成する際に、金型内で支持凸部62によって発電体12を支持することができ、剛性の低い発電体12が金型内で重力により垂れ下がることがない。すなわち、支持凸部62によって、金型内で発電体12を積層方向に位置決めすることができる。したがって、成形材料が金型内の空間SPに行き渡るのを、発電体12の外周部が妨げることがなく、所望の形状のシール部16を形成することができる。特に、本実施例では、支持凸部62を、ガス流路形成部15の厚み、すなわち、ガスセパレータ30の平坦部と発電体12との距離と、略同一の高さに形成しているため、発電体12が全体として、ガスセパレータから一定の距離だけ離間した平坦面を形成する状態で保持されることになる。そのため、成形材料が金型内の空間SPに行き渡ることを確保する効果を、より高めることができる。
According to the fuel cell of the present embodiment configured as described above, since the support
ここで、金型内での発電体12外周の垂れ下がりを抑制するための他の方法として、例えば、発電体12の外周部に心材を備えさせて、発電体12の外周部の強度を高める構成も考えられる。しかしながらこの場合には、発電体12の外周部に心材を配置する作業を、発電体12の作製時に個々の発電体12に対して行う必要があり、製造工程が複雑化してしまう。これに対して、本実施例では、アノード側プレート32をプレス成形して支持凸部62を形成すればよいため、一度に複数のアノード側プレート32を処理することが可能となり、製造工程の複雑化を抑制しつつ、発電体12外周の垂れ下がりを抑えることができる。
Here, as another method for suppressing the sag of the outer periphery of the
また、本実施例の支持凸部62は、互いに離間して配置された複数の突起として形成されているため、成形材料は、突起状の支持凸部62間を通過して、金型内の空間SPに広がることができる。そのため、支持凸部62を設けることに起因する成形材料の移動の妨げを、抑制することができる。
Moreover, since the support
C.第2実施例の燃料電池:
第1実施例では、金型内で発電体12を保持するための支持部を、ガスセパレータ30に設けたが、異なる構成としてもよい。例えば、上記支持部を、ガスセパレータ30とは別体で形成しても良い。このような構成の一例を、第2実施例として以下に説明する。図9は、第2実施例の燃料電池の構成の概略を、図1と同様に表わす断面模式図である。第2実施例の燃料電池は、発電体12を保持する支持部として、支持凸部62に代えて複数の粒状体162を備える他は、第1実施例の燃料電池と同様の構成を有している。そのため、以下の説明では、第1実施例と共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明を省略する。
C. Fuel cell of second embodiment:
In the first embodiment, the support part for holding the
第2実施例の燃料電池が備えるガスセパレータ130では、アノード側プレート132は、支持凸部62を有することなく、発電体12と重なる領域を含めて全体が平坦面となっている。また、ガスセパレータ130のアノード側プレート132と発電体12との間には、樹脂製の粒状体162が複数配置されている。この粒状体162は、中空の球状体であって、球状体の径は、ガス流路形成部15の厚みと略同一である。また、粒状体162は、第1実施例で支持凸部62が配置された場所と同様に、発電体12と重なる領域全体に配置されている。なお、粒状体162を構成する樹脂は、燃料電池が発電する環境下で安定であって、燃料電池の発電に対する影響が充分に小さい樹脂であればよい。粒状体162を構成する樹脂としては、例えば、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリエーテルニトリル樹脂(PEN)等の樹脂を用いることができる。また、樹脂だけでなく、ガラスやセラミック(例えば、ZrO2やCeO2)によって粒状体162を作製しても良い。
In the
第2実施例の燃料電池は、図7に示した第1実施例と同様の工程により製造される。ステップ100では、発電体12、ガス流路形成部14,15、ガスセパレータ130と共に、粒状体162が用意される。図10は、シール部16を、第1実施例と同様に、射出成形により発電積層部11およびガスセパレータ130と一体形成する様子を表わす説明図である。第2実施例では、下型70にガスセパレータ130を配置し(ステップS120)、その後ガスセパレータ130上に、ガス流路形成部15、発電体12、ガス流路形成部14を順次配置する際に(ステップS130)、ガス流路形成部15の周囲に、さらに粒状体162を配置する。配置した粒状体162によって発電体12の外周部が支持されるため、金型内で、発電体12は、全体として、ガスセパレータ130から一定の距離だけ離間した平坦面となるように保持される。なお、粒状体162を配置する際には、ガスセパレータ130上の所望の位置で粒状体162を保持するために、例えば接着剤を用いて、粒状体162をガスセパレータ130上に固着させることとしても良い。
The fuel cell of the second embodiment is manufactured by the same process as that of the first embodiment shown in FIG. In step 100, the
以上のように構成された第2実施例の燃料電池によれば、第1実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、金型内でシール部16を一体成形する際に、発電体12を平坦な状態で保持して発電体12の垂れ下がりを抑え、所望の形状のシール部16を形成することができる。このような一体形成の際には、粒状体が球状に形成されているため、成形材料は、粒状体162間の隙間を通過して、金型内の空間SPに広がることができる。
According to the fuel cell of the second embodiment configured as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, when the
さらに、第2実施例によれば、粒状体162を、中空に形成しているため、燃料電池全体を軽量化できるという効果が得られる。粒状体162を中空に形成しない場合であっても、シール部16の構成材料よりも単位体積あたりの重量密度が低い樹脂によって粒状体162を構成する場合には、同様に軽量化の効果が得られる。また、粒状体162の構成材料は樹脂に限るものではないが、粒状体に起因する燃料電池内部の短絡を抑制するために、絶縁性材料を用いることが望ましい。
Furthermore, according to the second embodiment, since the
また、粒状体162の形状は、中空の球状体に限るものではなく、球形以外の形状の粒状体を用いても良い。粒状体の径あるいは高さが、ガス流路形成部15の高さと略同一であれば、金型内で発電体12を平坦面として保持する同様の効果が得られる。
Moreover, the shape of the
なお、粒状体162の剛性が、シール部16の剛性と大きく異なる場合には、ガス止め凸部60に対応する位置には、粒状体162を配置しないこととしても良い。例えば、粒状体162の剛性がシール部16の剛性よりも高い場合には、ガス止め凸部60に対応する位置に粒状体162が配置されていると、シール部16において、下部に粒状体162が配置された部位ではより大きな反力が生じ、ガス止め凸部60全体として生じる反力が不均一になる。このようにガス止め凸部60全体で反力が不均一になると、シール部16によるシール性が低下する可能性があるが、シール部16の下部には粒状体162を配置しないことで、上記問題を抑制することができる。
In addition, when the rigidity of the
D.第3実施例の燃料電池:
金型内で発電体12を保持するための支持部を、ガスセパレータ30とは別体で形成する他の例を、第3実施例として以下に説明する。第3実施例の燃料電池は、発電体12を保持する支持部として、粒状体162に代えて枠体262を備える他は、第2実施例の燃料電池と同様の構成を有しているため、以下の説明では、第1および第2実施例と共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明を省略する。図11は、第3実施例の燃料電池の構成の概略を表わす断面模式図である。第3実施例の燃料電池は、第2実施例と同様に、ガスセパレータ130および発電積層部11と一体形成されるシール部16を備えている。図11では、ガスセパレータ130と発電積層部11とシール部16とが一体化された構成単位の断面であって、酸化ガス供給マニホールドを形成する穴部40近傍の外周領域断面の様子を表わしている。
D. Fuel cell of the third embodiment:
Another example in which the support for holding the
第3実施例の燃料電池が備える枠体262は、ガス流路形成部15の外周全体を囲む形状を有する枠状部材である。図12は、枠体262の構成を表わす平面図であり、ガスセパレータ130上に、ガス流路形成部15と共に枠体262を配置した様子を表わしている。図12では、枠体262にハッチを付して示している。枠体262は、略四角形状の薄板状部材であり、図12に示すように、ガスセパレータ130上に配置すると、その外周が穴部40〜45の各々の中央部側の辺と丁度重なる大きさを有している。また、枠体262には、中央部を含む広い領域にわたって略四角形状の穴部が形成されており、この穴部は、発電領域DAすなわちガス流路形成部15と丁度重なる大きさを有している。
The
また、枠体262は、両面に突出する複数の凸部である支持凸部を有している。これら支持凸部の各々は、発電体12側に突出して発電体12と接する第1の凸部64と、ガスセパレータ30側に突出してガスセパレータ30と接する第2の凸部65と、を備えている。これら複数の支持凸部は、各々の面において、隣り合う支持凸部同士が互いに離間するように設けられている。さらに枠体262は、上記第1の凸部64が形成された面側において、上記複数の第1の凸部64よりも外周よりの位置に、枠体262の外周に沿って配置された複数の位置決め凸部66を備えている。この位置決め凸部66は、図12に示すガス流路形成部15上にさらに発電体12が配置されたときに、発電体12の外周よりもさらに外側に位置決め凸部66の頭頂部が位置するように設けられている。
Further, the
ここで、枠体262は、支持凸部が設けられた位置において、ガス流路形成部15と略同一の厚みを有している。また、枠体262は、位置決め凸部66が設けられた位置において、ガス流路形成部15の厚みよりも厚く形成されている。そして、位置決め凸部66の高さは、位置決め凸部66の頭頂部が、ガス流路形成部15上に配置される発電体12の端面に近接して配置される高さとなっている
Here, the
このような枠体262は、絶縁性材料によって形成することが望ましく、例えば弾性材料、すなわち、ゴム(例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム)や、熱可塑性エラストマーによって形成することができる。特に、シール部16と同じ材料によって枠体262を形成するならば、発電積層部11およびガスセパレータ30を積層・締結して燃料電池を組み立てる際に、シール部16のガス止め凸部60において、望ましくない反力が生じることが無く好ましい。
Such a
第3実施例の燃料電池も、図7に示した工程と同様の工程により製造される。ステップ100では、発電体12、ガス流路形成部14,15、ガスセパレータ130と共に、枠体262を用意する。そして、下型70にガスセパレータ130を配置し(ステップS120)、その後ガスセパレータ130上に、ガス流路形成部15、発電体12、ガス流路形成部14を順次配置する際に(ステップS130)、ガス流路形成部15の周囲に、さらに枠体262を配置する。このとき、ガス流路形成部15および枠体262上に発電体12を配置する際には、枠体262に設けた位置決め凸部66に発電体12の外周を沿わせつつ、発電体12を配置することで、発電体12が所望の位置に位置決めされる。また、枠体262に設けた支持凸部によって発電体12の外周部が支持されることで、発電体12は、金型内で、全体として、ガスセパレータ130から一定の距離だけ離間した平坦面となるように保持される。各部材を金型内に配置した後に、既述したように射出成形および組み立て・締結を行なうことで、第3実施例の燃料電池が得られる。
The fuel cell of the third embodiment is also manufactured by the same process as that shown in FIG. In step 100, the
以上のように構成された第3実施例の燃料電池によれば、第1実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、金型内でシール部16を一体成形する際に、発電体12を平坦な状態で保持して発電体12の垂れ下がりを抑え、所望の形状のシール部16を形成することができる。このような一体形成の際には、支持凸部および位置決め凸部66が互いに離間して設けられているため、成形材料は、各々の凸部間の隙間を通過して、金型内の空間SPに広がることができる。
According to the fuel cell of the third embodiment configured as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. That is, when the
さらに、第3実施例によれば、枠体262において、発電体12を配置すべき位置に対応する位置に、位置決め凸部66を設けているため、金型内で各部材を積層する際には、位置決め凸部66に合わせて発電体12を配置すればよい。これにより、位置決めの動作を簡素化することができる。ここで、位置決め凸部66を設ける位置は、枠体262および発電体12を製造する際の精度を考慮して、各位置決め凸部66の内側に確実に発電体12が嵌り込むように設定することが望ましい。
Furthermore, according to the third embodiment, since the positioning
なお、位置決め凸部66は、発電体12の四辺のすべてに沿うように所定の間隔で設ける必要はない。金型内で各部材を積層する際に、位置決め凸部66によって発電体12を位置決め可能であれば、位置決め凸部66は、異なる配置としても良い。また、枠体262において、位置決め凸部66を設けることなく支持凸部62だけを設けることとしても良く、この場合にも、シール部16の一体成形時に発電体12を支持する効果が得られる。
The positioning protrusions 66 do not have to be provided at predetermined intervals so as to be along all four sides of the
既述した第2および第3実施例では、金型内で発電体12を保持するための支持部を、ガスセパレータ30とは別体で形成しているが、このような支持部は、第2および第3実施例とは異なる形状としても良い。シール部16を一体成形する際に、ガスセパレータ30上であってガス流路形成部15の外側に、好ましくはガス流路形成部15と略同一の高さの部位を有するスペーサを支持部として配置するならば、同様の効果を得ることができる。
In the second and third embodiments described above, the support part for holding the
E.第4実施例の燃料電池の製造方法:
第2および第3実施例と同様に、金型を用いてシール部16を一体成形する際に発電体12の外周領域に対応する領域にスペーサを配置して、金型内で発電体12を保持する構成において、シール部16を形成した後に、上記スペーサを除去することとしても良い。このような構成を、第4実施例として以下に説明する。なお、以下の説明では、既述した実施例の燃料電池と共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。
E. Manufacturing method of fuel cell of fourth embodiment:
As in the second and third embodiments, when the
図13は、第4実施例の燃料電池の製造工程を表わす説明図である。第4実施例の燃料電池を製造する際には、まず、発電体12と、ガス流路形成部14,15と、スペーサと、ガスセパレータ130とを用意する(ステップS200)。そして、ステップ100およびS110と同様に、金型を用意すると共に、下型70にガスセパレータ130を配置する(ステップS210およびS220)。その後、配置したガスセパレータ30上に、さらに、ガス流路形成部15、スペーサ、発電体12、ガス流路形成部14を順次配置し(ステップS230)、ステップS140と同様に射出成形によりシール部16を一体成形する(ステップ240)。シール部16を一体成形する際には、発電体12の外周部は、スペーサによって支持され、スペーサの高さをガス流路形成部15の厚みと略同一にするならば、発電体12は、全体として、ガスセパレータ130から一定の距離だけ離間した平坦面を形成する状態で保持される。シール部16を一体成形した後には、シール部16内からスペーサを除去し(ステップS245)、ステップS150と同様に組み立て・締結を行なって(ステップS250)、燃料電池を完成する。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing the manufacturing process of the fuel cell of the fourth embodiment. When manufacturing the fuel cell of the fourth embodiment, first, the
ここで、第4実施例で用いるスペーサは、後の工程でシール部16内から除去できる材料、例えば昇華性物質によって形成されている。このスペーサの形状としては、種々の形状を選択することができる。例えば、粒状体を用いる第2実施例のように、複数の構成部材によりスペーサを形成しても良い。ただし、スペーサの構成部材は、シール部16の内部に埋め込まれるのではなく、穴部40〜45に連通しており、後の工程でスペーサを昇華させた際には、この連通する部位を介してスペーサは外部に排出・除去される。ステップS245においてスペーサを除去する工程の具体的な条件は、スペーサの構成材料に応じて設定すれば良く、例えば上記構成材料を昇華させることができる温度に加熱すればよい。なお、図13では、スペーサの除去の工程を、シール部16の一体成形の後に行なっているが、ステップS250において組み立てを行なった後など、さらに後の工程で行なっても良い。
Here, the spacer used in the fourth embodiment is formed of a material that can be removed from the
以上のように構成された第4実施例の燃料電池の製造方法によれば、シール部16の一体成形の際にスペーサを配置するため、既述した実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、金型内でシール部16を一体成形する際に、発電体12を平坦な状態で保持して発電体12の垂れ下がりを抑え、所望の形状のシール部16を形成することができる。さらに、第4実施例によれば、シール部16を一体成形した後にスペーサを除去しているため、燃料電池全体を軽量化できるという効果が得られる。
According to the method of manufacturing the fuel cell of the fourth embodiment configured as described above, since the spacers are arranged when the
なお、スペーサを構成する物質は、昇華性物質以外の物質であってもよく、例えば加熱により分解させるなどの方法により除去可能であればよい。 Note that the substance constituting the spacer may be a substance other than the sublimable substance, and may be removed by a method such as decomposition by heating.
F.変形例:
この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
F. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be carried out in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
F1.変形例1:
発電積層部11およびガスセパレータ30と一体成形するシール部16は、射出成形以外の方法により形成しても良い。例えば、圧縮成形により、シール部16を一体成形することができる。この場合には、金型内の空間SPに固形の未加硫ゴムを充填し、金型を型締めして加熱することにより、成形と加硫とを同時に行う加硫圧縮成形を行なえば良い。
F1. Modification 1:
The
F2.変形例2:
第1ないし第4実施例では、ガスセパレータは、3枚のプレートを積層した三層構造を有することとしたが、異なる構成としても良い。異なる構造のガスセパレータを用いる場合であっても、ガスセパレータにおいて、ガス流路形成部を配置する領域の外側領域に、例えば複数の突起から成る支持部を設ければ、第1実施例と同様の効果を得ることができる。また、ガス流路形成部を配置する領域の外側領域を、支持部としてのスペーサを配置可能な形状、例えば平坦面に形成し、スペーサを配置するならば、第2および第3実施例と同様の効果を得ることができる。また、ガスセパレータにおける発電領域DAが平坦面である必要はなく、例えば、ガスセパレータ表面にセル内ガス流路を形成するための溝を設けることとしても良い。
F2. Modification 2:
In the first to fourth embodiments, the gas separator has a three-layer structure in which three plates are stacked, but may have a different configuration. Even when a gas separator having a different structure is used, if a support portion made of, for example, a plurality of protrusions is provided in an outer region of the region where the gas flow path forming portion is arranged in the gas separator, the same as in the first embodiment The effect of can be obtained. Further, if the outer region of the region where the gas flow path forming portion is disposed is formed in a shape where a spacer as a support portion can be disposed, for example, a flat surface, and the spacer is disposed, the same as in the second and third embodiments. The effect of can be obtained. Further, the power generation area DA in the gas separator does not have to be a flat surface. For example, a groove for forming an in-cell gas flow path may be provided on the surface of the gas separator.
F3.変形例3:
第1ないし第4実施例では、シール部16において、アノード側プレート32と接する側を平坦面にして、カソード側プレート31と接する側にガス止め凸部60を設けたが、異なる形状としても良い。例えば、シール部16においてガス止め凸部60を設ける面と平坦面とを逆にして、カソード側プレート31上で、シール部16を一体成形することとしても良い。
F3. Modification 3:
In the first to fourth embodiments, the
ここで、実施例のように、シール部16におけるアノード側プレート32と接する面を平坦面として、シール部16とガスセパレータとを接着・密着させる場合には、漏れが生じやすい水素に関するシール性を、より高めることができる。また、シール部16におけるカソード側プレート31と接する面を平坦面としてガスセパレータと接着・密着させる場合には、一般的にガス圧がより高い酸化ガス側において、シール性をより高めることができる。
Here, as in the embodiment, when the surface of the
F4.変形例4:
第1ないし第4実施例では、発電積層部11を構成する各部材は、いずれも略同一の大きさであって互いに重なり合い、発電積層部11の端部は1つの平面を形成することとしたが、異なる構成としても良い。すなわち、MEA13とガス拡散層26,28とは、各々が異なる大きさに形成される、あるいは、各々の外周の位置が互いにずれるように配置されることとしても良い。
F4. Modification 4:
In the first to fourth embodiments, the members constituting the power
F5.変形例5:
実施例では、燃料電池は固体高分子型燃料電池としたが、異なる種類の燃料電池であっても良い。例えば、固体酸化物電解質型燃料電池とすることができる。シール部の構成材料を、ゴムや熱可塑性エラストマーなどの弾性材料から適宜選択可能な運転温度を示す燃料電池であれば、本発明を適用することができる。
F5. Modification 5:
In the embodiment, the fuel cell is a polymer electrolyte fuel cell, but may be a different type of fuel cell. For example, a solid oxide electrolyte fuel cell can be obtained. The present invention can be applied to any fuel cell that exhibits an operation temperature that can be appropriately selected from elastic materials such as rubber and thermoplastic elastomer as a constituent material of the seal portion.
10…セルアセンブリ
11…発電積層部
12…発電体
13…MEA
14,15…ガス流路形成部
16…シール部
20…電解質膜
22…カソード
24…アノード
26,28…ガス拡散層
30,130…ガスセパレータ
31…カソード側プレート
32,132…アノード側プレート
33…中間プレート
40〜45…穴部
50…酸化ガス供給スリット
51…酸化ガス排出スリット
52…燃料ガス排出スリット
53…燃料ガス供給スリット
54〜57…連通部
58…冷媒孔
60…ガス止め凸部
62…支持凸部
64…第1の凸部
65…第2の凸部
66…位置決め凸部
70…下型
72…上型
74…開口
162…粒状体
262…枠体
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (23)
電解質膜と、該電解質膜の両面に形成された一対の電極と、を備える発電体と、
前記発電体の外周部で該発電体の外周部を内包し、該発電体と一体で形成されたシール部と、
前記発電体の両側に配置され、前記シール部と接触するガスセパレータと、
前記シール部が前記発電体を内包する内包領域と重なる領域において、前記発電体と一方の前記ガスセパレータとの間で、前記発電体と前記一方のガスセパレータとの間の距離を高さとして形成された支持部と
を備え、
前記シール部は、前記発電体と前記一方のガスセパレータとの間において、前記支持部の周囲に形成される空間を埋めるように形成されている
燃料電池。 A fuel cell,
A power generator comprising an electrolyte membrane and a pair of electrodes formed on both sides of the electrolyte membrane;
A seal portion that includes the outer periphery of the power generation body at the outer periphery of the power generation body and is formed integrally with the power generation body;
A gas separator disposed on both sides of the power generator and in contact with the seal portion;
In a region where the seal portion overlaps an inclusion region that encloses the power generation body, a height between the power generation body and one of the gas separators is defined as a height between the power generation body and the one gas separator. And a supported portion,
The seal portion is formed so as to fill a space formed around the support portion between the power generation body and the one gas separator.
前記支持部は、前記発電体における前記内包領域よりも中央部よりの領域での前記発電体と前記ガスセパレータとの距離と等しい高さを有する
燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The said support part has height equal to the distance of the said electric power generation body and the said gas separator in the area | region from the center part rather than the said inclusion area | region in the said electric power generation body.
前記支持部は、前記ガスセパレータに形成した凸部である
燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2,
The said support part is a convex part formed in the said gas separator. Fuel cell.
前記凸部は、互いに離間して設けられた複数の突起から成る
燃料電池。 The fuel cell according to claim 3, wherein
The convex portion includes a plurality of protrusions provided apart from each other.
前記支持部は、前記発電体および前記ガスセパレータとは別体で、前記発電体と前記ガスセパレータとの間に配置したスペーサである
燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2,
The support part is a spacer that is separate from the power generation body and the gas separator and is disposed between the power generation body and the gas separator.
前記スペーサは、複数の粒状体である
燃料電池。 The fuel cell according to claim 5, wherein
The spacer is a plurality of granular bodies.
前記スペーサは、前記内包領域と重なる領域にわたって連続して設けられた枠体である
燃料電池。 The fuel cell according to claim 5, wherein
The said spacer is a frame provided continuously over the area | region which overlaps with the said inclusion area | region. Fuel cell.
前記枠体は、前記発電体と接する第1の凸部、および、前記一方のガスセパレータと接する第2の凸部を備え、
前記第1および第2の凸部は、それぞれ、互いに離間して設けられた複数の突起から成る
燃料電池。 The fuel cell according to claim 7, wherein
The frame includes a first convex portion that contacts the power generator, and a second convex portion that contacts the one gas separator,
Each of the first and second protrusions is composed of a plurality of protrusions spaced apart from each other.
前記枠体は、前記発電体の外周に近接して設けられ、前記他方のガスセパレータ側へと、前記発電体の断面と重なる高さにまで突出して設けられた位置決め凸部を備える
燃料電池。 The fuel cell according to claim 7 or 8, wherein
The frame body is provided with a positioning convex portion provided in the vicinity of the outer periphery of the power generation body and protruding toward the other gas separator side to a height that overlaps the cross section of the power generation body.
前記発電体は、さらに、前記電極上に配置される多孔質体から成るガス拡散層を備える
燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 9,
The power generation body further includes a gas diffusion layer made of a porous body disposed on the electrode.
多孔質体から成り、前記発電体と前記ガスセパレータとの間に配置される一対のガス流路形成部を備え、
少なくとも、前記一方のガスセパレータと接する前記ガス流路形成部は、前記発電体と共に前記シール部と一体で形成されている
燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 10, further comprising:
A porous body comprising a pair of gas flow path forming portions disposed between the power generation body and the gas separator;
At least the gas flow path forming portion in contact with the one gas separator is formed integrally with the seal portion together with the power generator.
金型内に、一方の面の外周近傍部において凸部が形成された前記ガスセパレータを、該セパレータの他方の面が前記金型と接するように配置する第1の工程と、
前記発電体の外周部が前記凸部と接するように、前記発電体を前記ガスセパレータ上に配置する第2の工程と、
前記金型内に成形材料を投入することによって、前記発電体の外周部を内包すると共に、前記発電体と前記ガスセパレータとの間の空間が前記成形材料によって埋められるように形成されたシール部を、前記発電体の外周部において前記発電体および前記ガスセパレータと一体成形する第3の工程と
を備える燃料電池の製造方法。 A method for producing a fuel cell comprising a power generator including an electrolyte membrane having an electrode formed on a surface and a gas separator,
A first step of disposing the gas separator in which a convex portion is formed in the vicinity of the outer periphery of one surface in a mold so that the other surface of the separator is in contact with the mold;
A second step of disposing the power generator on the gas separator such that an outer peripheral portion of the power generator is in contact with the convex portion;
A sealing portion is formed so as to enclose the outer peripheral portion of the power generator by filling the mold with a molding material and to fill the space between the power generator and the gas separator with the molding material. A third step of integrally forming the power generator and the gas separator at the outer periphery of the power generator.
前記凸部は、前記第2の工程において前記発電体を配置したときに、該発電体が全体として、前記ガスセパレータから一定の距離だけ離間した平坦面を形成可能となる高さを有する
燃料電池の製造方法。 A method for producing a fuel cell according to claim 12, comprising:
The convex portion has a height that enables the power generating body to form a flat surface separated from the gas separator by a certain distance as a whole when the power generating body is disposed in the second step. Manufacturing method.
前記第2の工程に先立って、前記ガスセパレータ上に、多孔質体から成るガス流路形成部を配置する第4の工程を備え、
前記第2の工程は、前記ガス流路形成部上に前記発電体を配置する工程である
燃料電池の製造方法。 The method for producing a fuel cell according to claim 12 or 13, further comprising:
Prior to the second step, comprising a fourth step of disposing a gas flow path forming portion made of a porous body on the gas separator,
The second step is a step of disposing the power generation body on the gas flow path forming part. A method for manufacturing a fuel cell.
金型内に、前記ガスセパレータを配置する第1の工程と、
前記ガスセパレータの外周近傍部上にスペーサを配置する第2の工程と、
前記ガスセパレータ上に、外周部において前記スペーサと接するように前記発電体を配置する第3の工程と、
前記金型内に成形材料を投入することによって、前記発電体の外周部を内包すると共に、前記発電体と前記ガスセパレータとの間において前記スペーサの周囲に形成される空間が前記成形材料によって埋められるように形成されたシール部を、前記発電体の外周部において前記発電体および前記ガスセパレータと一体成形する第4の工程と
を備える燃料電池の製造方法。 A method for producing a fuel cell comprising a power generator including an electrolyte membrane having an electrode formed on a surface and a gas separator,
A first step of disposing the gas separator in a mold;
A second step of disposing a spacer on the vicinity of the outer periphery of the gas separator;
A third step of disposing the power generator on the gas separator so as to be in contact with the spacer at the outer periphery;
By introducing a molding material into the mold, the outer periphery of the power generator is enclosed, and a space formed around the spacer is filled with the molding material between the power generator and the gas separator. A fuel cell manufacturing method comprising: a fourth step of integrally molding the seal portion formed in such a manner that the seal portion is integrally formed with the power generator and the gas separator at an outer peripheral portion of the power generator.
前記スペーサは、複数の粒状体である
燃料電池の製造方法。 A method for producing a fuel cell according to claim 15, comprising:
The spacer is a plurality of granular bodies. A method for manufacturing a fuel cell.
前記スペーサは、前記ガスセパレータの外周近傍部と重なって形成され、前記発電体と接する第1の凸部、および、前記ガスセパレータと接する第2の凸部を備える枠体である、
燃料電池の製造方法。 A method for producing a fuel cell according to claim 15, comprising:
The spacer is a frame including a first convex portion that is formed so as to overlap with a peripheral portion of the gas separator, and that contacts the power generator, and a second convex portion that contacts the gas separator.
Manufacturing method of fuel cell.
前記スペーサは、前記第3の工程において前記発電体を配置したときに、該発電体が全体として、前記ガスセパレータから一定の距離だけ離間した平坦面を形成可能となる高さを有する
燃料電池の製造方法。 A method for producing a fuel cell according to any one of claims 15 to 17,
The spacer has a height such that when the power generation body is disposed in the third step, the power generation body as a whole can form a flat surface separated from the gas separator by a certain distance. Production method.
前記第4工程の後に、前記シール部と一体形成された前記発電体と前記ガスセパレータとの間から、前記スペーサを除去する第5の工程を備える
燃料電池の製造方法。 The method for producing a fuel cell according to any one of claims 15 to 18, further comprising:
A method for manufacturing a fuel cell, comprising a fifth step of removing the spacer from between the gas generator and the power generator integrally formed with the seal portion after the fourth step.
前記第3の工程に先立って、前記ガスセパレータ上に、多孔質体から成るガス流路形成部を配置する第6の工程を備え、
前記第3の工程は、前記ガス流路形成部上に前記発電体を配置する工程である
燃料電池の製造方法。 The method for producing a fuel cell according to any one of claims 15 to 19, further comprising:
Prior to the third step, comprising a sixth step of disposing a gas flow path forming portion made of a porous body on the gas separator,
The third step is a step of disposing the power generator on the gas flow path forming part. A method for manufacturing a fuel cell.
前記発電体は、さらに、前記電極上に配置される多孔質体から成るガス拡散層を備える
燃料電池の製造方法。 A method of manufacturing a fuel cell according to any one of claims 12 to 20,
The power generation body further includes a gas diffusion layer made of a porous body disposed on the electrode.
ガスセパレータと、
前記ガスセパレータの一方の面側に配置され、電解質膜と、該電解質膜の両面に形成された一対の電極と、を備える発電体と、
前記発電体の外周部において、該発電体と前記ガスセパレータとの間に配置され、前記発電体と前記一方のガスセパレータとの間の距離を高さとして形成された支持部と、
前記ガスセパレータの外周部上における前記支持部が形成された領域を含む領域に設けられ、前記発電体の外周部を内包し、前記支持部の周囲に形成される空間を埋めるように、前記ガスセパレータおよび前記発電体と一体で形成されたシール部と
を備える燃料電池用積層部材。 A laminated member for a fuel cell that constitutes a fuel cell by being laminated in a plurality,
A gas separator;
A power generator that is disposed on one side of the gas separator and includes an electrolyte membrane and a pair of electrodes formed on both sides of the electrolyte membrane;
A support portion that is disposed between the power generation body and the gas separator at the outer peripheral portion of the power generation body, and is formed with a distance between the power generation body and the one gas separator as a height;
The gas is provided in a region including the region where the support portion is formed on the outer peripheral portion of the gas separator, includes the outer peripheral portion of the power generator, and fills a space formed around the support portion. A fuel cell laminate member comprising: a separator; and a seal portion formed integrally with the power generator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007024036A JP2008192400A (en) | 2007-02-02 | 2007-02-02 | Fuel cell, its manufacturing method, and laminate member for fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007024036A JP2008192400A (en) | 2007-02-02 | 2007-02-02 | Fuel cell, its manufacturing method, and laminate member for fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008192400A true JP2008192400A (en) | 2008-08-21 |
Family
ID=39752305
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007024036A Pending JP2008192400A (en) | 2007-02-02 | 2007-02-02 | Fuel cell, its manufacturing method, and laminate member for fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008192400A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010055770A (en) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Toyota Motor Corp | Fuel cell separator and fuel cell using the same |
JP2012123949A (en) * | 2010-12-06 | 2012-06-28 | Toyota Motor Corp | Fuel battery cell |
JP2015201341A (en) * | 2014-04-08 | 2015-11-12 | トヨタ自動車株式会社 | Resin frame manufacturing method for fuel battery |
-
2007
- 2007-02-02 JP JP2007024036A patent/JP2008192400A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010055770A (en) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Toyota Motor Corp | Fuel cell separator and fuel cell using the same |
JP2012123949A (en) * | 2010-12-06 | 2012-06-28 | Toyota Motor Corp | Fuel battery cell |
JP2015201341A (en) * | 2014-04-08 | 2015-11-12 | トヨタ自動車株式会社 | Resin frame manufacturing method for fuel battery |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6263214B2 (en) | Step MEA with resin frame for fuel cells | |
JPH07249417A (en) | Unit cell for fuel cell and manufacture thereof | |
JP5855442B2 (en) | Manufacturing method of electrolyte membrane / electrode structure with resin frame for fuel cell | |
JP5643146B2 (en) | Fuel cell | |
JP2008171613A (en) | Fuel cells | |
JP6594809B2 (en) | Step MEA with resin frame for fuel cell and manufacturing method thereof | |
JP6618762B2 (en) | Electrolyte membrane / electrode structure with resin frame for fuel cell and production method thereof | |
JP2007053007A (en) | Fuel cell | |
JP5286895B2 (en) | Single cell assembly and fuel cell | |
JP2019192327A (en) | Fuel cell and manufacturing method of fuel cell | |
JP2008192400A (en) | Fuel cell, its manufacturing method, and laminate member for fuel cell | |
JP2014026799A (en) | Membrane electrode assembly for fuel cell | |
JP2008192403A (en) | Feul cell, its manufacturing method, and laminated member for fuel cell | |
JP2013157093A (en) | Fuel cell | |
JP2009123381A (en) | Electrolyte membrane structure of solid polymer fuel cell and its manufacturing method | |
JP2012016877A (en) | Fuel cell gasket molding die | |
JP2010225484A (en) | Fuel cell and method for manufacturing the same | |
JP2007250432A (en) | Fuel cell | |
JP2013084352A (en) | Electrolyte membrane with resin frame/electrode structure for fuel cell, and manufacturing method therefor | |
JP2010015939A (en) | Fuel cell | |
JP7205381B2 (en) | Fuel cell manufacturing method | |
JP5092235B2 (en) | Fuel cell | |
JP2008204704A (en) | Fuel cell, its manufacturing method, and laminate member for fuel cell | |
JP5309574B2 (en) | Fuel cell | |
JP5338512B2 (en) | Gasket for fuel cell, laminated member for fuel cell, and fuel cell |