JP2008235159A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極の両側にセパレータを配設して構成される燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell configured by disposing separators on both sides of an electrode.
近年、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とした燃料電池自動車等が注目されている。このような燃料電池では、通常、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電するセルを所要数積層した燃料電池スタックが用いられることになる。 In recent years, a fuel cell vehicle using a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas as an energy source has attracted attention. In such a fuel cell, a fuel cell stack in which a required number of cells that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas are usually stacked is used.
セルは、電解質膜及びその両側に配置された一対の電極を有する膜−電極接合体であるMEA(Membrance Electrode Assembly)と、このMEAを挟持する一対のセパレータとで構成されており、各セパレータによって形成されたガス流路を介して酸化ガス又は燃料ガスが各電極に供給されることで発電するようになっている。 The cell is composed of MEA (Membrance Electrode Assembly) which is a membrane-electrode assembly having an electrolyte membrane and a pair of electrodes arranged on both sides thereof, and a pair of separators sandwiching the MEA. Electric power is generated by supplying an oxidant gas or a fuel gas to each electrode through the formed gas flow path.
この種の燃料電池には、反り形状を記憶させた形状記憶合金からセパレータを形成し、このセパレータの反り形状を回復させてMEAとセパレータとを分解する技術や、セパレータを炭素材で形成することで、MEAの電極との接着力を抑えて容易に分離させる技術が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
しかしながら、高価な形状記憶合金からセパレータを形成する技術では、燃料電池のコストアップを招いてしまう。また、炭素材からセパレータを形成してMEAの電極との接着力を抑える技術では、電極とセパレータとの間に隙間が生じ易く、これら電極とセパレータとの間に形成したガス流路にて反応ガスが円滑に流れず、発電効率が低下するおそれがある。 However, the technique of forming a separator from an expensive shape memory alloy increases the cost of the fuel cell. In addition, in the technology that forms a separator from a carbon material and suppresses the adhesive force with the MEA electrode, a gap is likely to be generated between the electrode and the separator, and the reaction occurs in the gas flow path formed between the electrode and the separator. Gas may not flow smoothly and power generation efficiency may be reduced.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、優れた発電効率を維持しつつ低コストにて容易に分解することが可能な燃料電池を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a fuel cell that can be easily disassembled at low cost while maintaining excellent power generation efficiency.
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、膜−電極接合体とセパレータとを積層させて互いに接着固定したセルを備えた燃料電池であって、前記膜−電極接合体及びセパレータの周縁に把持可能な突起を有する。 In order to achieve the above object, a fuel cell of the present invention is a fuel cell comprising cells in which a membrane-electrode assembly and a separator are stacked and bonded and fixed to each other. It has a protrusion that can be gripped on the periphery.
この構成によれば、膜−電極接合体及びセパレータのそれぞれの突起を把持して引き離すことにより、材料の異なる膜−電極接合体及びセパレータを極めて容易に分離させて分解することができ、その後の再利用などの処理の容易化を図ることができる。 According to this configuration, the membrane-electrode assembly and the separator of different materials can be separated and decomposed very easily by gripping and separating the respective projections of the membrane-electrode assembly and the separator. It is possible to facilitate processing such as reuse.
また、前記突起は、一部を除いて互いに重ね合わされていても良い。この構成によれば、突起を把持して引き離す際の引っ張り力を良好に作用させることができ、膜−電極接合体及びセパレータの分離のさらなる容易化を図ることができる。 The protrusions may be overlapped with each other except for a part. According to this configuration, it is possible to satisfactorily act on the pulling force when gripping and separating the protrusion, and further facilitate the separation of the membrane-electrode assembly and the separator.
また、前記膜−電極接合体に設けられた突起は、前記膜−電極接合体の周縁を挟持した状態に接着固定される一対のフレームにそれぞれ設けられていても良い。 In addition, the protrusions provided on the membrane-electrode assembly may be provided on a pair of frames that are bonded and fixed so as to sandwich the periphery of the membrane-electrode assembly.
この構成によれば、セパレータ及びフレームの突起を把持して引き離すことにより、セパレータ及び周縁にフレームが設けられた膜−電極接合体を容易に分離することができ、また、それぞれのフレームの突起を把持して引き離すことにより、フレーム同士を分離させ、フレームと膜−電極接合体との分離も容易に行うことができる。 According to this configuration, the separator and the projections of the frame can be gripped and separated to easily separate the separator and the membrane-electrode assembly provided with the frame on the periphery, and the projections of the respective frames can be separated. By gripping and separating, the frames can be separated from each other, and the frame and the membrane-electrode assembly can be easily separated.
本発明の燃料電池によれば、優れた発電効率を維持しつつ低コストにて容易に分解することができる。 According to the fuel cell of the present invention, it can be easily disassembled at low cost while maintaining excellent power generation efficiency.
次に、本発明に係る燃料電池の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図1は、燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて発電する単一のセル(燃料電池)を示すものであり、このセルは、図示は略すが、厚さ方向に所要数積層され燃料電池スタックとされて使用されるものである。 Next, an embodiment of a fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a single cell (fuel cell) that generates power by receiving supply of a fuel gas and an oxidant gas. Although not shown in the drawing, this cell is stacked in a required number in the thickness direction. And is used.
なお、この燃料電池スタックは、燃料電池自動車の車載発電システムや船舶、航空機、電車あるいは歩行ロボット等のあらゆる移動体用の発電システム、さらには、建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用発電システム等に適用することが可能である。 This fuel cell stack is used as an in-vehicle power generation system for fuel cell vehicles, a power generation system for all moving objects such as ships, airplanes, trains or walking robots, and also as a power generation facility for buildings (housing, buildings, etc.). It can be applied to a stationary power generation system.
図1に示すように、セル11は、水素ガス、空気、冷却水の流路を有する、例えば、ステンレス等の金属材料から形成されたセパレータ21と、一対のセパレータ21で挟み込まれたMEA(Membrane Electrode Assembly)22とから構成されている。
As shown in FIG. 1, the
MEA22は、電解質膜23及びその両面に配置した一対の電極24からなる膜−電極接合体であり、電極24は、電解質膜23側から触媒層及び拡散層を積層した構造とされている。つまり、燃料電池スタックを構成するセル11は、電解質膜23を電極24によって挟持したMEA22と、このMEA22を仕切るセパレータ21とから構成されている。
The
MEA22を構成する電解質膜23は、電極24よりも僅かに大きくされており、電極24の周縁から電解質膜23の周縁が突出されている。そして、MEA22の外周には、電極24の周縁から突出した電解質膜23の周縁を挟持する一対の樹脂フレーム25が設けられている。
The
上記構成のセル11は、樹脂フレーム25同士の間及び樹脂フレーム25とセパレータ21との間が接着材26によって接着固定されて一体化されている。
The
そして、セル11では、MEA22の両面とセパレータ21との間に形成された図示しないガス流路に酸化ガスとしての空気及び燃料ガスとしての水素がそれぞれ流されると、水素と空気中の酸素とがMEA22を介して電気化学反応することにより、燃料ガスが供給されるアノード側と酸化ガスが供給されるカソード側のそれぞれの電極24間にて発電する。
In the
また、セパレータ21には、図示しない冷却水流路が形成されており、この冷却水流路に冷却水が送り込まれて各セル11が冷却される。
In addition, a cooling water passage (not shown) is formed in the
さらに、本実施形態では、図2に示すように、セル11を構成するセパレータ21及び樹脂フレーム25の一辺における周縁の一部に、それぞれ把持突起21a,25aが形成されている。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, gripping
互いに隣接する一方のセパレータ21及び一方樹脂フレーム25に形成された把持突起21a,25aは、それぞれ一辺における両端に形成されて互いに接着されずに重ね合わされており、互いに隣接する他方のセパレータ21及び他方の樹脂フレーム25に形成された把持突起21a,25aは、それぞれ一辺における両端近傍に形成されて互いに接着されずに重ね合わされている。
One of the
また、図3に示すように、セパレータ21の把持突起21aは、それぞれ対向する内側に切欠部21bが形成され、樹脂フレーム25の把持突起25aは、それぞれ対向側と反対の外側に切欠部25bが形成されている。これにより、互いに重ね合わされた把持突起21a,25aには、重ね合わされずに露出した露出部21c,25cが設けられている。
Further, as shown in FIG. 3, the
上記のように構成されたセル11を備えた燃料電池では、セパレータ21と周囲に樹脂フレーム25が設けられたMEA22とを分離して分解する場合に、図4に示すように、互いに接着固定されているセパレータ21及び樹脂フレーム25の把持突起21a,25aの露出部21c,25cを把持して引き離す。
In the fuel cell including the
このようにすると、互いに接着固定されていたセパレータ21と樹脂フレーム25とが、把持突起21a,25a部分から剥がされて分離され、これにより、セル11がセパレータ21とMEA22とに分解される。また、樹脂フレーム25同士を分離する場合は、互いに接着固定されていた樹脂フレーム25の把持突起25aを把持して引き離す。
In this way, the
すると、互いに接着固定されていた樹脂フレーム25同士が把持突起25a部分から剥がされて分離される。これにより、この樹脂フレーム25によって挟持されていたMEA22の電解質膜23を樹脂フレーム25から分離させることができる。
Then, the
以上、説明したように、本実施形態に係る燃料電池によれば、MEA22の樹脂フレーム25の把持突起25a及びセパレータ21の把持突起21aを把持して引き離して分離し、さらに、樹脂フレーム25の突起25a同士を把持して引き離して分離することにより、セル11を、金属類であるセパレータ21、樹脂類である樹脂フレーム25及びカーボン等からなるMEA22に分解することができ、その後の再利用などの処理の容易化を図ることができる。
As described above, according to the fuel cell according to this embodiment, the
つまり、本実施形態の燃料電池によれば、高価な形状記憶合金を用いることなく、また、各部材同士の接着力を弱めることなく、分離の容易化を図ることができ、これにより、ガス漏れなどの不具合がなく優れた発電効率を維持しつつ低コストにて容易に分解することができる。 That is, according to the fuel cell of the present embodiment, it is possible to facilitate separation without using an expensive shape memory alloy and without weakening the adhesive force between the respective members. It can be easily disassembled at low cost while maintaining excellent power generation efficiency.
11…セル、21…セパレータ、22…MEA(膜−電極接合体)、25…樹脂フレーム(フレーム)、21a,25a…把持突起(突起)。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記膜−電極接合体及びセパレータの周縁に把持可能な突起を有する燃料電池。 A fuel cell comprising a cell in which a membrane-electrode assembly and a separator are laminated and adhered and fixed to each other,
The fuel cell which has the processus | protrusion which can be hold | gripped in the periphery of the said membrane-electrode assembly and a separator.
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