JP2008288069A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池セルをセパレータを介在させて複数積層した燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell in which a plurality of fuel cells are stacked with a separator interposed therebetween.
この種の燃料電池を構成する燃料電池セルは、電解質膜と該電解質膜の両側に接合した電極とを有する膜電極接合体を発電単位とし、この発電単位における膜電極接合体の電極に、ガス拡散供給部材により反応ガスを拡散供給する。つまり、燃料電池セルにあっても複数部材の積層構造を有し、燃料電池は、この燃料電池セルをセパレータを介在させて複数積層した状態で、車両等の移動体に搭載される他、発電プラントに組み込まれる。 A fuel battery cell constituting this type of fuel cell uses a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and electrodes joined to both sides of the electrolyte membrane as a power generation unit, and gas is applied to the electrodes of the membrane electrode assembly in this power generation unit. The reaction gas is diffused and supplied by the diffusion supply member. That is, even in the fuel cell, the fuel cell has a multi-layered structure, and the fuel cell is mounted on a moving body such as a vehicle in a state where a plurality of the fuel cells are stacked with a separator interposed therebetween. Built into the plant.
上記したように燃料電池セル自体が複数部材の積層構造を有することから、セル構成材の積層組み付けに際しては、セル構成材を積層する際の接合手法が種々提案されている(例えば、特許文献1等)。 As described above, since the fuel cell itself has a laminated structure of a plurality of members, various joining methods for stacking the cell constituent materials have been proposed for stacking and assembling the cell constituent materials (for example, Patent Document 1). etc).
上記した各特許文献で提案された手法によれば、セル構成材の接合箇所にシール部材を配設しつつその形状等を工夫することで、接合箇所のシール確保の信頼性を高めることができる。しかしながら、燃料電池では、燃料電池セルを複数積層するという構成を有することから、次のような問題点が指摘されるに至った。 According to the method proposed in each of the above-mentioned patent documents, the reliability of securing the seal at the joint portion can be improved by devising the shape and the like while arranging the seal member at the joint portion of the cell constituent material. . However, since the fuel cell has a configuration in which a plurality of fuel cells are stacked, the following problems have been pointed out.
燃料電池セルを複数積層した燃料電池では、その運転に際してセル積層方向と交差する方向を振幅とする振動が作用する場合がある。例えば、車両走行やモータ等の駆動機器の駆動に基づく振動や、発電プラントにあける燃料電池以外の駆動機器の駆動に基づく振動が、燃料電池に作用することがある。こうした振動が燃料電池に作用すると、個々の燃料電池セルにおいてそのセル構成材間のズレや剪断力による変形が起き得る。そして、このズレや変形は、積層された両端側の燃料電池セルでは他の部位のセルより大きくなる。 In a fuel cell in which a plurality of fuel cells are stacked, a vibration having an amplitude in a direction intersecting the cell stacking direction may be applied during the operation. For example, vibration based on driving of a driving device such as a vehicle running or a motor, or vibration based on driving of a driving device other than a fuel cell in a power plant may act on the fuel cell. When such vibrations act on the fuel cell, the individual fuel cell cells may be deformed by displacement between cell constituent materials or shearing force. And this gap and deformation become larger in the stacked fuel cells on both ends than in the cells in other parts.
上記した各特許文献で提案されたシール部材にあっては、こうしたズレや剪断による変形を抑制する抑制効果をある程度は奏することができる。しかしながら、シール部材は電極を取り囲むよう配設されているに過ぎないことから、ズレや変形の程度が大きくなる燃料電池の両端側の燃料電池セルでの抑制効果の実効性に欠けることがあると予想される。なお、大きな振動が作用した場合には、燃料電池の両端側の燃料電池セルのみならず、積層の中央領域における燃料電池セルにおいても上記した抑制効果の実効性に欠けることはあり得ると予想される。 In the seal member proposed in each of the above-mentioned patent documents, it is possible to exhibit a suppressing effect for suppressing such displacement and deformation due to shear to some extent. However, since the sealing member is merely disposed so as to surround the electrode, the effectiveness of the suppression effect in the fuel cells on both ends of the fuel cell, where the degree of displacement and deformation increases, may be lacking. is expected. When large vibrations are applied, it is expected that the effectiveness of the suppression effect described above may be lacking not only in the fuel cells on both ends of the fuel cell, but also in the fuel cells in the central region of the stack. The
本発明は、燃料電池セルを複数積層して備える燃料電池についての上記した問題点を解決するためになされ、燃料電池に作用する振動に起因したズレや変形の抑制効果の実効性を高めることをその目的とする。 The present invention is made in order to solve the above-described problems associated with a fuel cell including a plurality of stacked fuel cell units, and enhances the effectiveness of the effect of suppressing displacement and deformation caused by vibration acting on the fuel cell. For that purpose.
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明では、以下の構成を採用した。 In order to achieve at least a part of the above object, the present invention adopts the following configuration.
[適用:燃料電池]
電解質膜と該電解質膜の両側に接合した電極とを有する膜電極接合体を発電単位とする燃料電池セルを、セパレータを介在させて複数積層した燃料電池であって、
前記燃料電池セルは、前記膜電極接合体における前記電極への反応ガスの拡散供給を図るガス拡散供給部材を備え、
前記セパレータは、前記ガス拡散供給部材の側に突出して前記ガス拡散供給部材に入り込む非導電性の凸状体を点在させて備える
ことを要旨とする。
[Application: Fuel cell]
A fuel cell in which a plurality of fuel cell cells each having a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and electrodes joined to both sides of the electrolyte membrane as a power generation unit are interposed with a separator interposed therebetween,
The fuel cell includes a gas diffusion supply member for diffusing and supplying reactive gas to the electrode in the membrane electrode assembly,
The gist of the invention is that the separator is provided with non-conductive convex bodies that protrude toward the gas diffusion supply member and enter the gas diffusion supply member.
上記した燃料電池では、燃料電池セルをセパレータを介在させて複数積層するに当たり、セパレータに非導電性の凸状体を点在させて備え付け、この点在する凸状体のそれぞれを、膜電極接合体における電極への反応ガスの拡散供給を図るガス拡散供給部材の側に突出させてガス拡散供給部材に入り込ませている。従って、セパレータのそれぞれの凸状体は、セパレータとガス拡散供給部材とのズレや剪断力に抗する作用をなすので、燃料電池に振動が作用した場合であっても、この振動に起因したズレや変形の抑制効果の実効性は高まる。 In the above-described fuel cell, when stacking a plurality of fuel cells with separators interposed therebetween, non-conductive convex bodies are provided on the separator, and each of the dotted convex bodies is attached to a membrane electrode joint. The gas diffusion supply member is protruded toward the gas diffusion supply member for supplying the reaction gas to the electrodes in the body. Accordingly, each convex body of the separator acts against a displacement and a shearing force between the separator and the gas diffusion supply member. Therefore, even when a vibration is applied to the fuel cell, a deviation caused by the vibration is caused. And the effectiveness of the effect of suppressing deformation increases.
上記した燃料電池は、次のような態様とすることができる。例えば、前記セパレータにおいて、前記凸状体を一様な分布で点在させたり、凸状体を前記ガス拡散供給部材の少なくとも中央の領域に備えた上で点在させるようにできる。こうすれば、上記した実効性はより確実となる。 The fuel cell described above can be configured as follows. For example, in the separator, the convex bodies can be scattered in a uniform distribution, or the convex bodies can be scattered at least in the central region of the gas diffusion supply member. In this way, the effectiveness described above is more certain.
また、前記燃料電池セルの前記ガス拡散供給部材を、前記膜電極接合体における前記電極に接合したガス拡散部材と、該部材に接合した多孔質のガス供給部材とを含んで備えるようにした上で、前記セパレータにおける前記凸状体を、前記ガス拡散供給部材の前記ガス供給部材を少なくとも貫通させて備えるようにもできる。こうすれば、ガス拡散部材とガス供給部材とに別れたガス拡散供給部材であっても、凸状体による上記抑制効果の実効性を高めることができる。 Further, the gas diffusion supply member of the fuel battery cell includes a gas diffusion member bonded to the electrode in the membrane electrode assembly and a porous gas supply member bonded to the member. Thus, the convex body in the separator may be provided so as to penetrate at least the gas supply member of the gas diffusion supply member. If it carries out like this, even if it is a gas diffusion supply member separated into the gas diffusion member and the gas supply member, the effectiveness of the said suppression effect by a convex body can be improved.
この場合、凸状体を、前記ガス拡散供給部材を貫通して前記膜電極接合体の前記電極に当接するようにもできる。こうすれば、凸状体の貫通によるセパレータとガス拡散供給部材との間の上記抑制効果の実効性向上に加え、膜電極接合体の電極への凸状体の当接によって、膜電極接合体に対してもズレや変形についての抑制効果を発揮できる。 In this case, the convex body can be made to contact the electrode of the membrane electrode assembly through the gas diffusion supply member. In this way, in addition to improving the effectiveness of the suppression effect between the separator and the gas diffusion supply member due to the penetration of the convex body, the membrane electrode assembly is brought into contact with the electrode of the membrane electrode assembly by contact with the electrode. The effect of suppressing displacement and deformation can be exhibited.
このように膜電極接合体の電極に凸状体を当接させるに当たり、凸状体が前記電極に当接する当接面積の総和を前記電極の発電面積の0.1〜5%の範囲とすればよい。こうすれば、発電に関与する電極面積を確保できることから、燃料電池セルにおける発電能力の不用意な低下を回避できる。 Thus, when the convex body is brought into contact with the electrode of the membrane electrode assembly, the total contact area of the convex body in contact with the electrode is set within a range of 0.1 to 5% of the power generation area of the electrode. That's fine. In this way, since the electrode area involved in power generation can be ensured, an inadvertent decrease in power generation capacity in the fuel cell can be avoided.
更に、凸状体を絶縁性のゴムから形成するようにすれば、発電に特段の支障を来さないようにできる。そして、絶縁性のゴムの凸状体を凸方向に圧縮されるように配設すれば、その圧縮に抗するようゴム製の凸状体に蓄積された力を、ズレや剪断力に抗するよう作用させることができるので、上記した抑制効果をより高めることが可能となる。 Furthermore, if the convex body is formed of an insulating rubber, it can be prevented from causing any particular trouble in power generation. If the insulating rubber convex body is disposed so as to be compressed in the convex direction, the force accumulated in the rubber convex body resists the displacement and shearing force to resist the compression. Since it can be made to act, it becomes possible to raise the above-mentioned suppression effect more.
また、凸状体は、円柱状や角柱状或いは円錐台・角錐台等の形状で凸とできるほか、長方形状をなして凸とされ、該長方形状の長辺が前記燃料電池セルのマニホールドから前記ガス拡散供給部材に流れ込んだガスの流れの方向に沿うように配設されるようにもできる。こうすれば、ガスの流れを不用意に乱さないようにできることから、電極への反応ガスの拡散供給に偏りを抑制できる。よって、燃料電池セルにおける発電能力の不用意な低下を回避できる。 Further, the convex body can be convex in the shape of a cylinder, a prism, a truncated cone, a truncated pyramid, etc., or a rectangular shape, and the long side of the rectangular shape extends from the manifold of the fuel cell. The gas diffusion supply member may be disposed along the direction of the gas flow. By doing so, it is possible to prevent the gas flow from being inadvertently disturbed, so that it is possible to suppress bias in the diffusion supply of the reaction gas to the electrodes. Therefore, an inadvertent decrease in power generation capacity in the fuel cell can be avoided.
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。図1は本発明の実施例としての燃料電池100の構成を概略的に示す説明図、図2はこの燃料電池100を構成する燃料電池セル120の構成を模式的に断面で示す説明図、図3は燃料電池セル120の主要構成を分解して示す説明図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples. FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of a
図に示すように、本実施例の燃料電池100は、燃料電池セル120をセパレータ130を介在させて複数積層させたスタック構造を有する。この場合、燃料電池100における燃料電池セル120の積層数は、燃料電池100に要求される出力に応じて任意に設定可能である。
As shown in the figure, the
燃料電池100は、積層方向の一端側に、エンドプレート101aと絶縁板102aと集電板103aとを接合して備え、他端側には、エンドプレート101bと絶縁板102bと集電板103bとを接合して備える。そして、燃料電池100は、この両集電板の間にセパレータ130と燃料電池セル120とを交互に積層し備える。本実施例では、これらは、それぞれ横長の矩形形状を有している。
The
上記したスタック構造を有する燃料電池100は、燃料電池セル120の積層方向において図示しない締結部材によって締結され、セル積層方向に締結荷重が加えられている。この締結荷重により、スタック構造のいずれかの箇所における接触抵抗の増加等による電池性能低下の抑制や、燃料電池100の内部を流れるガスおよび冷却水の漏洩防止が図られている。
The
燃料電池100内部には、燃料ガスとしての水素や、酸化剤ガスとしての空気や、冷却水を、それぞれの燃料電池セル120(詳しくは、後述の膜電極接合体)に分配して供給するための供給マニホールド(水素供給マニホールド、空気供給マニホールド、冷却水供給マニホールド)や、それぞれの燃料電池セル120のアノードおよびカソードからそれぞれ排出されるアノードオフガスおよびカソードオフガスや、冷却水を集合させて燃料電池100の外部に排出するための排出マニホールド(アノードオフガス排出マニホールド、カソードオフガス排出マニホールド、冷却水排出マニホールド)が形成されている。
In order to distribute and supply hydrogen as a fuel gas, air as an oxidant gas, and cooling water to each fuel cell 120 (specifically, a membrane electrode assembly described later) inside the
図1に示すように、エンドプレート101aの下側長辺の内側には、下側長辺に沿って、空気供給マニホールドを構成する空気供給口104iが形成されている。また、エンドプレート101aの上側長辺の内側には、上側長辺に沿って、カソードオフガス排出マニホールドを構成するカソードオフガス排出口104oが形成されている。また、エンドプレート101aの左側短辺の内側には、水素供給マニホールドを構成する水素供給口105iと、冷却水供給マニホールドを構成する冷却水供給口106iが、上下に隣接して形成されている。また、エンドプレート101aの右側短辺には、冷却水排出マニホールドを構成する冷却水排出口106oと、アノードオフガス排出マニホールドを構成するアノードオフガス排出口105oが、上下に隣接して形成されている。
As shown in FIG. 1, an
水素供給口105iには、図示しない水素タンクから、燃料ガスとしての水素が供給され、燃料電池100のアノードから排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス排出口105oから排出される。また、空気供給口104iには、図示しないエアコンプレッサによって圧縮された酸化剤ガスとしての酸素を含む空気がそれぞれ供給され、燃料電池100のカソードから排出されるカソードオフガスは、カソードオフガス排出口104oから排出される。また、冷却水供給口106iには、図示しないラジエータによって冷却され、ポンプによって加圧された冷却水が供給され、燃料電池100の内部を流れて、冷却水排出口106oから排出されて循環する。
Hydrogen as a fuel gas is supplied from a hydrogen tank (not shown) to the
図2に示すように、セパレータ130を存在させて積層される燃料電池セル120は、プロトン伝導性を有する電解質膜121の両面に電極122、123を接合させた膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)124を備え、一方の電極をアノードとし他方の電極をカソードとして、この膜電極接合体124を発電単位としている。電解質膜121は、種々のものが採用でき、固体高分子膜や、電解質として固体酸化物等を用いた電解質膜とすることができる。
As shown in FIG. 2, a
また、燃料電池セル120は、膜電極接合体124のそれぞれの電極面側に、反応ガス(アノードであれば水素ガス、カソードであれば酸素)の拡散供給を図るべく、ガス拡散部材125とガス供給部材126とを備える。ガス拡散部材125は、電極122或いは電極123に接合し、この電極に反応ガスを拡散させつつ受け渡す。ガス供給部材126は、金属メッシュ、カーボンペーパ等の多孔質材料から形成され、セパレータ130を経て供給された反応ガスをガス拡散部材125に供給する。なお、ガス拡散部材125にあっても多孔質であるが、電極面へのガス拡散を図るため、ガス供給部材126よりも細孔とされている。
Further, the
上記した燃料電池セル120は、その両側からセパレータ130で挟持され、セル周囲においては、例えばシリコンゴムからなるシールガスケット127にてシールされている。なお、このシールガスケット127は、既述した反応ガス(水素ガス・空気)や冷却水の流路を形成する。
The
次に、セパレータ130について図3を併用しつつ説明する。図2や図3に示すように、隣り合う燃料電池セル120を区切るセパレータ130は、エンドプレート101aの空気供給口104iに連続する貫通孔132iと、カソードオフガス排出口104oに連続する貫通孔132oと、水素供給口105iに連続する貫通孔133iと、アノードオフガス排出口105oに連続する貫通孔133oと、冷却水供給口106iに連続する貫通孔134iと、冷却水排出口106oに連続する貫通孔134oとを備える。これら貫通孔は、既述した燃料電池内部のマニホールドとして機能する。そして、このセパレータ130は、一方の側の燃料電池セル120には空気を供給し、他方の側の燃料電池セル120には水素ガスを供給する。例えば、図3におけるセパレータ130の上面側が燃料電池セル120のカソードであれば、セパレータ130は、空気供給口104iに連続する貫通孔132iに達した空気を細孔135からセパレータ上面側に送り込んでセパレータ上面のカソードに供給し、その排ガスを細孔136を経て貫通孔132oに流し込む。セパレータ130の下面側にあっては、水素供給口105iに連続する貫通孔133iに達した水素ガスをセパレータ下面側の図示しない細孔からセパレータ下面側に送り込んでセパレータ下面のアノードに供給し、その排ガスを図示しない細孔を経て貫通孔133oに流し込む。
Next, the
セパレータ130は、上記した貫通孔に加え、燃料電池セル120の側に突出した凸状体140を複数備える。この凸状体140は、図2と図3に示すように、セパレータ130に点在して配設され、燃料電池セル120が有するガス供給部材126とガス拡散部材125とを貫通し、膜電極接合体124の電極122、123に当接している。図4は凸状体140の電極への当接箇所を説明するための説明図である。この図4に示すように、セパレータ130は、膜電極接合体124における電極122、123の中央部140cに凸状体140を当接させた上で、この凸状体140の周囲に、複数の凸状体140を一様な分布で点在させて備える。よって、それぞれの凸状体140は、図4に示すように、膜電極接合体124の電極に対して当接し、その当接箇所は中央部140cを含め、その周囲にほぼ一様に分布することになる。この場合、図4に示すそれぞれの当接箇所における凸状体140の当接面積の総和は、電極の発電面積(膜電極接合体124における発電に寄与する電極の面積)の0.1〜5%の範囲となるようにされている。
The
ガス拡散部材125とガス供給部材126との関係で云えば、次のようになる。このガス拡散部材125とガス供給部材126は、セパレータ130における凸状体140の形成ピッチに対応して貫通孔128をそれぞれ有する。よって、セパレータ130は、複数の凸状体140を、ガス拡散部材125およびガス供給部材126の中央部を含め、その周囲にほぼ一様に分布した箇所でこれら部材を貫通させていることになる。
The relationship between the
凸状体140は、先端が球形の円柱体であり、セパレータ130の表面から突出している。図5は凸状体140の装着の態様を示す説明図である。この図5に示すように、セパレータ130をプレートを3層に重ねた3層構成とし、凸状体140が有する下端突起141をセパレータ130の孔131に嵌合させて、凸状体140をセパレータ130から突出するようにできる。或いは、凸状体140の下端フランジ142をセパレータ130の孔132に嵌め込み、凸状体140をセパレータ130の孔133から突出させて、凸状体140をセパレータ130から突出するようにできる。また、凸状体140をその下面にてセパレータ130表面に接着するようにすることもできる。
The
上記した凸状体140は、絶縁性のゴム、例えばシリコンゴムやSBRゴム(スチレンブタジエンゴム)、フッ素ゴム、ブチルゴム等種々のゴム材料から形成されており、弾性を有する。そして、本実施例では、セパレータ130からの凸状体140の突出高さを、燃料電池セル120におけるガス拡散部材125とガス供給部材126の厚みの和を上回るようにしたので、凸状体140は、上記したようにガス拡散部材125とガス供給部材126とを貫通した上で膜電極接合体124の電極123、124に当接するに当たり、凸方向に圧縮された状態となっている。
The above-mentioned
次に、上記した構成を有する本実施例の燃料電池100の製造手順について説明する。図6は燃料電池100の製造手順を示す手順図である。燃料電池100を製造するに当たっては、膜電極接合体124の形成ステップ(ステップS100)と、ガス拡散部材125の準備ステップ(ステップS110)と、ガス供給部材126の準備ステップ(ステップS120)と、セパレータ130の準備ステップ(ステップS130)とを、この順に、或いは適宜な順に、もしくは並行して行う。
Next, the manufacturing procedure of the
膜電極接合体124の形成ステップでは、横長の矩形形状に形成済みの電解質膜121の両面に電極形成用の触媒インクを塗布してこれを乾燥させ、電極122と電極123とを形成する。用いる触媒インクは、水素と酸素の電気化学反応を促進する触媒金属(例えば、白金)を担持したカーボンと電解質溶液(例えば、電解質膜121と同質の電解質溶液)とを適宜な溶媒に混合して分散させたものである。電解質膜121をナフィオン膜(ナフィオンは登録商標)とすれば、白金等の触媒金属を担持したカーボンをナフィオン溶液と共に、水、エタノール、ポリエチレングリコール等の溶媒に混合分散した触媒インクを、電解質膜121に塗布して乾燥させる。
In the step of forming the membrane /
ガス拡散部材125の準備ステップでは、横長の矩形形状に形成済みのガス拡散部材125の形成用多孔質基材に、凸状体140の貫通に足りる径の貫通孔128(図3参照)を形成する。この貫通孔128は、ドリル等の機械加工で形成することができる。ガス供給部材126の準備ステップでも同様であり、ガス供給部材126の形成用多孔質基材に、凸状体140の貫通に足りる径の貫通孔128を形成する。なお、両基材を接合させた状態で貫通孔128を形成するようにもできる。セパレータ130の準備ステップでは、図3に示すように、複数の凸状体140をセパレータ130の両面に点在配置させて、凸状体140を有するセパレータ130とする。
In the preparation step of the
続くステップS140では、上記のステップで得られた膜電極接合体124の両面にガス拡散部材125とガス供給部材126とを接合させて燃料電池セル120を形成し、その上で、セパレータ130を介在させて燃料電池セル120を積層させる(スタック化)。膜電極接合体124へのガス拡散部材125とガス供給部材126の接合に際しては、例えば80℃の温度環境下で2MPa程度の加圧圧力を掛けて、ホットプレスを行う。そして、セパレータ130にて燃料電池セル120を挟んでセルのスタック化を図る際には、セパレータ130が有する凸状体140がガス拡散部材125とガス供給部材126の貫通孔128に入り込んで両部材を貫通し、凸状体140を膜電極接合体124の電極に当接される。この場合、凸状体140は、既述したように凸方向に圧縮された状態で電極に当接する。こうしてスタック化が完了すると、図示しない締結部材によって締結されて燃料電池100が得られる。
In subsequent step S140, the
以上説明したように、本実施例では、燃料電池セル120をセパレータ130を介在させて複数積層した燃料電池100において、セパレータ130に非導電性のゴムからなる凸状体140を点在させて備え付け、この点在する凸状体140のそれぞれを、燃料電池セル120におけるガス拡散部材125とガス供給部材126を貫通して膜電極接合体124の電極に当接させた。よって、この凸状体140を、セパレータ130とガス供給部材126とのズレ、ガス拡散部材125とガス供給部材126とのズレ、セパレータ130に対するガス拡散部材125とガス供給部材126とのズレに対しての支えとできる。このため、図1に示す燃料電池100に、図中の上下方向或いは左右方向に振動が作用したとしても、セパレータ130のそれぞれの凸状体140が上記したような支えとなることから、この凸状体140は上記のズレや剪断力に抗する作用をなすので、燃料電池に作用する振動に起因したズレや変形を高い実効性で抑制効果を奏することができる。
As described above, in this embodiment, in the
このように、燃料電池に作用する振動に起因したズレや変形の抑制効果を、それぞれの燃料電池セル120において図るので、燃料電池の締結部材での締結は、スタック構造のいずれかの箇所における接触抵抗の増加回避、およびガス・冷却水の漏洩防止に必要な程度とすれば足りる。このため、締結部材には、燃料電池に作用する振動に起因したズレや変形の抑制効果を発揮するような構成、例えば、締結力の向上、部材の高剛性化等は不要となるので、構造の簡略化、低重量化等を図ることができる。
As described above, since the effect of suppressing displacement and deformation due to vibration acting on the fuel cell is achieved in each
しかも、本実施例では、セパレータ130に凸状体140を点在配置させるに当たり、凸状体140を一様な分布で点在させると共に、凸状体140をガス拡散部材125、ガス供給部材126および膜電極接合体124の電極の中央を含んで点在させた。このため、上記したズレに対しては、電極等の中央を含んで一様に分布したそれぞれの箇所で凸状体140の支えが働くので、より確実に上記した抑制効果を奏することができる。
In addition, in the present embodiment, when the
そして、凸状体140を膜電極接合体124の電極に当接させたので、この当接によっても、膜電極接合体144に対してのセパレータ130やガス拡散部材125、ガス供給部材126のズレや変形の抑制効果を発揮できる。
Since the
このように膜電極接合体144の電極に凸状体140を当接させるに当たり、本実施例では、凸状体140が電極に当接する当接面積の総和を電極の発電面積の0.1〜5%の範囲に留めた。よって、発電に関与する電極面積を確保できることから、燃料電池セル120における発電能力の不用意な低下を回避でき好ましい。
As described above, when the
更に、凸状体140を絶縁性のゴムから形成したので、セパレータ130と膜電極接合体144との絶縁を確実に確保できる。このため、発電に特段の支障を来さないようにできる。そして、凸状体140を凸方向に圧縮されるように配設したので、その圧縮に抗するようゴム製の凸状体に蓄積された力を、ズレや剪断力に抗するよう作用させることができる。このため、上記した抑制効果をより高めることができ好ましい。
Furthermore, since the
次に、変形例について説明する。図7は凸状体の変形例を示す説明図である。図示するように、この変形例では、セパレータ130は、長方形状をなして凸とされた凸状体140aを、上記した円柱状の凸状体140に代えて備える。セパレータ130の図における上面側は、既述したように貫通孔132iに達した空気は細孔135から細孔136を経て貫通孔132oに流れるガスの流れが生じている。その一方、セパレータ130の図における下面側は、既述したように貫通孔133iに達した水素ガスは貫通孔133oの側に流れるガスの流れが生じている。よって、この変形例では、セパレータ130の上面側・下面側とも、凸状体140aの長方形状の長辺が上記したガスの流れの方向に沿うように、凸状体140aを配設させている。よって、この変形例によれば、長方形状をなして凸の凸状体140aを設置してもガスの流れを不用意に乱さないようにできることから、電極への反応ガスの拡散供給に偏りを抑制できる。このため、燃料電池セル120における発電能力の不用意な低下を回避できる。
Next, a modified example will be described. FIG. 7 is an explanatory view showing a modification of the convex body. As shown in the figure, in this modification, the
なお、本発明は上記した実施例や変形例の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て実施することが可能である。例えば、セパレータ130に設ける凸状体140は、円柱形状や長方形状をなして凸の形態の他、角柱形状や円錐台・角錐台等の形状で凸の形態とできる。この場合には、こうした形態の凸状体140が入り込む貫通孔をガス拡散部材125やガス供給部材126に形成すればよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention. For example, the
また、上記した実施例では、凸状体140はガス拡散部材125とガス供給部材126とを貫通するようにしたが、凸状体140を、ガス供給部材126を貫通してガス拡散部材125に当接するようにしたり、ガス供給部材126を貫通した上でガス拡散部材125の途中まで入り込むようにすることもできる。
In the above-described embodiment, the
また、上記した実施例では、燃料電池セル120は、ガス拡散部材125とガス供給部材126とを接合させた構成を備えるようにしたが、単一の部材にて、膜電極接合体124における電極122、123への反応ガスの拡散供給を図る構成とすることもできる。更には、ガス拡散部材125を、電極に接合する側とガス供給部材126に接合する側とで、その気孔率・緻密性に差を持たせて多層構成のガス拡散部材とすることもできる。この場合には、ガス拡散部材125の各層を凸状体140が貫通するようにできるほか、凸状体140がガス拡散部材125の途中まで入り込むようにすることもできる。
In the above-described embodiment, the
100…燃料電池
101a…エンドプレート
101b…エンドプレート
102a…絶縁板
102b…絶縁板
103a…集電板
103b…集電板
104i…空気供給口
104o…カソードオフガス排出口
105i…水素供給口
105o…アノードオフガス排出口
106i…冷却水供給口
106o…冷却水排出口
120…燃料電池セル
121…電解質膜
122…電極
123…電極
124…膜電極接合体
125…ガス拡散部材
126…ガス供給部材
127…シールガスケット
128…貫通孔
130…セパレータ
131…孔
132…孔
132i…貫通孔
132o…貫通孔
133…孔
133i…貫通孔
133o…貫通孔
134i…貫通孔
134o…貫通孔
135…細孔
136…細孔
140…凸状体
140a…凸状体
140c…中央部
141…下端突起
142…下端フランジ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記燃料電池セルは、前記膜電極接合体における前記電極への反応ガスの拡散供給を図るガス拡散供給部材を備え、
前記セパレータは、前記ガス拡散供給部材の側に突出して前記ガス拡散供給部材に入り込む非導電性の凸状体を点在させて備える
燃料電池。 A fuel cell in which a plurality of fuel cell cells each having a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane and electrodes joined to both sides of the electrolyte membrane as a power generation unit are interposed with a separator interposed therebetween,
The fuel cell includes a gas diffusion supply member for diffusing and supplying reactive gas to the electrode in the membrane electrode assembly,
The separator is provided with interspersed non-conductive convex bodies protruding toward the gas diffusion supply member and entering the gas diffusion supply member.
前記セパレータは、前記凸状体を前記ガス拡散供給部材の少なくとも中央の領域に備えた上で点在させている
燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein
The separator is interspersed with the convex body provided at least in a central region of the gas diffusion supply member.
前記燃料電池セルは、
前記ガス拡散供給部材を、前記膜電極接合体における前記電極に接合したガス拡散部材と、該部材に接合した多孔質のガス供給部材とを含んで備え、
前記セパレータは、
前記凸状体を、前記ガス拡散供給部材の前記ガス供給部材を少なくとも貫通させて備える
燃料電池。 A fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The fuel battery cell is
The gas diffusion supply member includes a gas diffusion member bonded to the electrode in the membrane electrode assembly, and a porous gas supply member bonded to the member,
The separator is
A fuel cell comprising the convex body penetrating at least the gas supply member of the gas diffusion supply member.
前記凸状体は、絶縁性のゴムから形成されている
燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 6,
The convex body is formed of an insulating rubber.
前記凸状体は、長方形状をなして凸とされ、該長方形状の長辺が前記燃料電池セルのマニホールドから前記ガス拡散供給部材に流れ込んだガスの流れの方向に沿うように配設されている
燃料電池。 A fuel cell according to any one of claims 1 to 8,
The convex body is formed in a rectangular shape to be convex, and the long side of the rectangular shape is disposed so as to follow the direction of the flow of gas flowing from the manifold of the fuel cell into the gas diffusion supply member. A fuel cell.
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