JP2008305673A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の技術に関する。 The present invention relates to fuel cell technology.
一般的に燃料電池は、電解質膜を介して配置される一対の電極(アノード極及びカソード極)を含む膜−電極アッセンブリと、膜−電極アッセンブリを介して配置される一対のフレームと、フレームの両外側を挟持する一対の燃料電池用セパレータとを有する。燃料電池の発電時には、アノード極に供給するアノードガスを水素ガス、カソード極に供給するカソードガスを酸素ガスとした場合、アノード極側では、水素イオンと電子とにする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中を通りカソード極側に、電子は外部回路を通じてカソード極に到達する。一方、カソード極側では、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水分を生成する反応が行われ、エネルギを放出する。 In general, a fuel cell includes a membrane-electrode assembly including a pair of electrodes (an anode and a cathode) disposed via an electrolyte membrane, a pair of frames disposed via a membrane-electrode assembly, A pair of fuel cell separators sandwiching both outer sides. At the time of power generation of the fuel cell, when the anode gas supplied to the anode electrode is hydrogen gas and the cathode gas supplied to the cathode electrode is oxygen gas, a reaction to form hydrogen ions and electrons is performed on the anode electrode side. Passes through the electrolyte membrane to the cathode electrode side, and electrons reach the cathode electrode through an external circuit. On the other hand, on the cathode side, hydrogen ions, electrons, and oxygen gas react to generate moisture, and energy is released.
上記燃料電池には、隣接する燃料電池部材間の反応ガス(アノードガス、カソードガス)のガス漏れを抑制するガス漏れ抑制部材が設けられる。 The fuel cell is provided with a gas leakage suppression member that suppresses gas leakage of the reaction gas (anode gas, cathode gas) between adjacent fuel cell members.
例えば、特許文献1には、燃料電池用セパレータの反応ガス流路を形成するリブが配置されるフレームの開口部とリブとの間にガス漏れ抑制部材を設けた燃料電池が提案されている。
For example,
燃料電池の発電時では、上記反応に加え副反応が起こり、過酸化水素、OHラジカル等の酸化力の強い物質が生成する場合がある。 During power generation of the fuel cell, side reactions may occur in addition to the above reactions, and substances with strong oxidizing power such as hydrogen peroxide and OH radicals may be generated.
そして、ガス漏れ抑制部材と燃料電池の発電時に生成する水(過酸化水素、OHラジカル等も含む)とが接触すると、ガス漏れ抑制部材と上記水とが反応し、膜−電極アッセンブリに悪影響を及ぼす物質が、ガス漏れ抑制部材から溶出される場合がある。その一例として、例えば、ガス漏れ抑制部材にシリコン系樹脂が用いられている場合、シリコン系樹脂と水とが反応すると、シリコン系樹脂からシリコン系物質が主に溶出される。溶出されたシリコン系物質が、膜−電極アッセンブリを構成する電解質膜に付着すると、電解質膜の膨張、固化等の劣化が引き起こされる。その結果、燃料電池の発電性能が低下する場合がある。 When the gas leakage suppression member comes into contact with water (including hydrogen peroxide, OH radicals, etc.) generated during power generation of the fuel cell, the gas leakage suppression member and the water react to adversely affect the membrane-electrode assembly. The acting substance may be eluted from the gas leakage suppressing member. As an example, for example, when a silicon resin is used for the gas leakage suppression member, when the silicon resin reacts with water, the silicon substance is mainly eluted from the silicon resin. When the eluted silicon-based material adheres to the electrolyte membrane constituting the membrane-electrode assembly, deterioration such as expansion and solidification of the electrolyte membrane is caused. As a result, the power generation performance of the fuel cell may deteriorate.
本発明は、ガス漏れ抑制部材から溶出される物質により膜−電極アッセンブリが劣化することを抑制する燃料電池である。 The present invention is a fuel cell that suppresses deterioration of a membrane-electrode assembly due to a substance eluted from a gas leakage suppressing member.
本発明は、膜−電極アッセンブリと、前記膜−電極アッセンブリを介して配置される一対のフレームと、前記フレームの両外側に配置される一対の燃料電池用セパレータと、隣接する部材間のガス漏れを抑制するガス漏れ抑制部材とを有する燃料電池であって、前記ガス漏れ抑制部材は、前記膜−電極アッセンブリに使用される材料である。 The present invention relates to a membrane-electrode assembly, a pair of frames disposed via the membrane-electrode assembly, a pair of fuel cell separators disposed on both outer sides of the frame, and gas leakage between adjacent members. The gas leakage suppressing member is a material used for the membrane-electrode assembly.
また、前記燃料電池において、前記燃料電池用セパレータは、反応ガス流路を形成するリブを有し、前記ガス漏れ抑制部材は、前記リブと隣接する部材との間に配置されることが好ましい。 In the fuel cell, it is preferable that the fuel cell separator has a rib that forms a reaction gas flow path, and the gas leakage suppression member is disposed between the rib and an adjacent member.
また、前記燃料電池において、前記フレームは、前記燃料電池用セパレータの反応ガス流路が形成されるリブが配置される開口部を有し、前記ガス漏れ抑制部材は、前記リブと前記開口部の内周との間に配置されることが好ましい。 Further, in the fuel cell, the frame has an opening in which a rib in which a reaction gas flow path of the fuel cell separator is formed is disposed, and the gas leakage suppressing member includes the rib and the opening. It is preferable to arrange | position between inner periphery.
また、前記燃料電池において、前記ガス漏れ抑制部材は、前記燃料電池の発電時に生成する水と反応しても、前記膜−電極アッセンブリを劣化させる物質をほとんど溶出しないものであることが好ましい。 In the fuel cell, it is preferable that the gas leakage suppressing member does not substantially elute a substance that degrades the membrane-electrode assembly even when it reacts with water generated during power generation of the fuel cell.
また、前記燃料電池において、前記ガス漏れ抑制部材は、前記膜−電極アッセンブリに使用される電解質又は撥水剤から構成されることが好ましい。 In the fuel cell, the gas leakage suppressing member is preferably composed of an electrolyte or a water repellent used in the membrane-electrode assembly.
本発明によれば、膜−電極アッセンブリと、膜−電極アッセンブリを介して配置される一対のフレームと、フレームの両外側に配置される一対の燃料電池用セパレータと、隣接する部材間のガス漏れを抑制するガス漏れ抑制部材とを有する燃料電池であって、ガス漏れ抑制部材に膜−電極アッセンブリで使用される材料を用いることによって、ガス漏れ抑制部材から溶出される物質により膜−電極アッセンブリが劣化することを抑制する燃料電池を提供することができる。 According to the present invention, a membrane-electrode assembly, a pair of frames disposed via the membrane-electrode assembly, a pair of fuel cell separators disposed on both outer sides of the frame, and gas leakage between adjacent members The gas-leakage suppression member is a fuel cell having a gas-leakage suppression member, and the material used in the membrane-electrode assembly is used for the gas-leakage suppression member, so that the membrane-electrode assembly is caused by the substance eluted from the gas leakage suppression member A fuel cell that suppresses deterioration can be provided.
本発明の実施の形態について以下説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池の構成の一例を示す模式断面図である。図1に示すように燃料電池1は、膜−電極アッセンブリ10と、フレーム12と、燃料電池用セパレータとしてのアノード極セパレータ14及びカソード極セパレータ16と、接合部18a,18bとを含むものである。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
膜−電極アッセンブリ10は、電解質膜20を挟持するアノード極触媒層22、カソード極触媒層24と、アノード極触媒層22、カソード極触媒層24の両外側を挟持するアノード極拡散層26、カソード極拡散層28とにより構成されている。
The membrane-
アノード極セパレータ14及びカソード極セパレータ16は、膜−電極アッセンブリ10を介して配置される。また、アノード極セパレータ14は、アノードガスが流れるアノードガス流路30、カソード極セパレータ16は、カソードガスが流れるカソードガス流路32が形成されている。
The
図2(イ)は、本実施形態に用いられるアノード極セパレータの模式平面図であり、図2(ロ)は、本実施形態に用いられるカソード極セパレータの模式平面図である。図2(イ),(ロ)に示すように、アノード極セパレータ14及びカソード極セパレータ16は、反応ガス流路(アノードガス流路30、カソードガス流路32)を形成するリブ34と、アノードガス流路30にアノードガスを供給するアノードガス供給マニホールド36aと、アノードガス流路30からアノードガスを外部へ排出するアノードガス排出マニホールド36bと、カソードガス流路32にカソードガスを供給するカソードガス供給マニホールド38aと、カソードガス流路32からカソードガスを外部へ排出するカソードガス排出マニホールド38bと、冷媒が流れる冷媒供給排出マニホールド40とを備える。
FIG. 2A is a schematic plan view of an anode electrode separator used in this embodiment, and FIG. 2B is a schematic plan view of a cathode electrode separator used in this embodiment. As shown in FIGS. 2A and 2B, the
図3は、本実施形態に用いられるフレームの模式平面図である。図3に示すように、フレーム12は、開口部42と、上記燃料電池用セパレータ(アノード極セパレータ14及びカソード極セパレータ16)と同様にアノードガス供給マニホールド36aと、アノードガス排出マニホールド36bと、カソードガス供給マニホールド38aと、カソードガス排出マニホールド38bと、冷媒供給排出マニホールド40とを備える。
FIG. 3 is a schematic plan view of a frame used in this embodiment. As shown in FIG. 3, the
図4は、燃料電池用セパレータ上にフレームを配置した状態を示す模式平面図である。図4では、アノード極セパレータ14上にフレーム12を配置したものを例として説明する。図4に示すように、アノード極セパレータ14及びフレーム12の各マニホールド同士が重なり合うようにアノード極セパレータ14上にフレーム12が配置される。また、フレーム12の開口部42には、アノード極セパレータ14のアノードガス流路30、リブ34が配置される。
FIG. 4 is a schematic plan view showing a state in which the frame is arranged on the fuel cell separator. In FIG. 4, an example in which the
図4を用いて、燃料電池1内の反応ガスの流れを説明する。図4に示すように、アノード極セパレータ14では、アノードガス供給マニホールド36aからアノードガス流路30内へアノードガスが供給される。供給されたアノードガスは、リブ34に沿ってアノードガス流路30内を流れ、アノードガス排出マニホールド36bから外部に排出される。
The flow of the reaction gas in the
しかし、アノードガス流路30へ供給されたアノードガスの一部は、リブ34に沿ってアノードガス流路30内を流れず、リブ34を横切るようなガス漏れが生じる場合がある。
However, a part of the anode gas supplied to the anode
図5は、図4に示す点線枠Xにおいて本実施形態に係るガス漏れ抑制部材を配置した状態の一例を示す燃料電池用セパレータの一部拡大模式図である。例えば、燃料電池1を組み立てる際に、フレーム12がアノード極セパレータ14のリブ34に乗り上げることがないように、開口部42の大きさ、リブ34の長さが規定されるため、開口部42の内周42aとリブ34(具体的には、リブ34の端部34a)との間に隙間が生じる場合がある。このような場合、アノードガス流路30へ供給されたアノードガスの一部が、開口部42の内周42aとリブ34の端部34aとの間から漏れ易い(図5に示す矢印B)。カソード極側も同様である。
FIG. 5 is a partially enlarged schematic view of a fuel cell separator showing an example of a state in which the gas leakage suppressing member according to the present embodiment is arranged in the dotted line frame X shown in FIG. 4. For example, when the
本実施形態では、例えば図5に示すように、フレーム12の開口部42の内周42aとリブ34の端部34aとの間にガス漏れ抑制部材44を設けることによって、フレーム12の開口部42の内周42aとリブ34の端部34aとの間から反応ガスが漏れることを抑制することができる。カソード極側も同様である。
In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 5, by providing a gas
図6は、図4に示す点線枠Xにおいて本実施形態に係るガス漏れ抑制部材を配置した状態の他の一例を示す燃料電池用セパレータの一部拡大模式図である。図6に示すように、フレーム12の開口部42の内周42aの一部を切り欠き、切り欠いた部分の内周42aとリブ34の端部34aとの間にガス漏れ抑制部材44を設けることによって、切り欠いた部分の内周42aとリブ34の端部34aとの間から反応ガスが漏れることを抑制することができる。カソード極側も同様である。
FIG. 6 is a partially enlarged schematic view of a fuel cell separator showing another example of the state in which the gas leakage suppressing member according to the present embodiment is arranged in the dotted line frame X shown in FIG. 4. As shown in FIG. 6, a part of the
図7は、図4に示す点線枠Xにおいて本実施形態に係るガス漏れ抑制部材を配置した状態の他の一例を示す燃料電池用セパレータの一部拡大模式図である。図7に示すように、反応ガスは、アノード極セパレータ14のリブ34を乗り越えるように反応ガスが漏れる(図7に示す矢印C)場合がある。これは、図7に示すリブ34の頂面34tと頂面34tに接する拡散層(図1に示すアノード極拡散層26)との間に隙間が生じる場合があるからである。図7に示すように、リブ34の頂面34t上(すなわち、リブの頂面34tと拡散層との間)にガス漏れ抑制部材44を設けることによって、リブ34を越える反応ガスのガス漏れ(すなわち、リブ34の頂面34tと拡散層との間からの反応ガスのガス漏れ)を抑制することができる。カソード極側も同様である。
FIG. 7 is a partially enlarged schematic view of a fuel cell separator showing another example of a state in which the gas leakage suppressing member according to the present embodiment is arranged in the dotted line frame X shown in FIG. As shown in FIG. 7, the reactive gas sometimes leaks over the
ガス漏れ抑制部材44は、隣接する燃料電池部材間のガス漏れを抑制するためのものである。そのため、ガス漏れを生じる燃料電池部材間に配置されるものであれば、上記これらに限定されるものではない。例えば、図1に示すフレーム12間に設けられる接合部18a、燃料電池用セパレータ(アノード極セパレータ14、カソード極セパレータ16)とフレーム12との間に設けられる接合部18bが、ガス漏れ抑制部材44であってもよい。または、接合部18aとフレーム12、膜−電極アッセンブリ10との間、接合部18bと燃料電池用セパレータ、フレーム12との間であってもよい。
The gas
しかし、発電時に生成する水(過酸化水素、OHラジカル等も含む)と接触する機会が多い点で、図5,6に示すフレーム12の開口部42の内周42a(図6では、切り欠いた部分の内周42a)とリブ34の端部34aとの間、図7に示すリブ34の頂面34t上(すなわち、リブ34の頂面34tと拡散層との間)等のリブ34と隣接する燃料電池部材との間に、ガス漏れ抑制部材44が配置されることが好ましい。さらに、リブ34と隣接する燃料電池部材との間でのガス漏れは、主に図5に示すフレーム12の開口部42の内周42aとリブ34の端部34aとの間で起こり易い。そのため、ガス漏れ抑制部材44は、上記説明したフレーム12の開口部42の内周42aとリブ34の端部34aとの間に設けられることが好ましい。
However, the
次に、図1、2、5を用いて、燃料電池1の発電によって生じる水(過酸化水素、OHラジカル等の酸化剤も含む)の流れについて説明する。燃料電池1の発電によって、図1に示すカソード極触媒層24上で生じた水は、カソード極拡散層28を介して、カソード極セパレータ16のカソードガス流路32を流れ、燃料電池1外へ排水される。または、カソード極触媒層24上で生成した水は、電解質膜20を通過し、アノード極触媒層22、アノード極拡散層26を介してアノード極セパレータ14のアノードガス流路30を流れ、燃料電池1外へ排水される。
Next, the flow of water (including oxidants such as hydrogen peroxide and OH radicals) generated by power generation of the
例えば、図5、6に示すリブ34とフレーム12の開口部42の内周42aとの間、図7に示すリブ34の頂面34t(頂面34tと拡散層との間)に設けられているガス漏れ抑制部材44は、反応ガス流路(アノードガス流路30、カソードガス流路32)を通る水(過酸化水素、OHラジカル等も含む)と接触する機会が多い。また、その他上記説明した隣接する燃料電池部材間、例えば、フレーム12間、フレーム12と燃料電池用セパレータ間等も、燃料電池1の発電時に生成した水と接触する場合がある。
For example, it is provided between the
例えば、通常のガス漏れ抑制部材を構成する材料として、シリコン系樹脂が用いられる場合には、上記水(過酸化水素、OHラジカル等も含む)とガス漏れ抑制部材とが反応して、ガス漏れ抑制部材からシリコン系物質が溶出される。溶出したシリコン系物質が、膜−電極アッセンブリを構成する電解質膜に付着すると、電解質膜の膨張、固化等の劣化を引き起こし、燃料電池の発電性能を低下させる場合がある。 For example, when a silicon-based resin is used as a material constituting a normal gas leakage suppression member, the above water (including hydrogen peroxide, OH radicals, etc.) reacts with the gas leakage suppression member to cause gas leakage. The silicon-based material is eluted from the suppressing member. If the eluted silicon-based material adheres to the electrolyte membrane constituting the membrane-electrode assembly, it may cause deterioration such as expansion and solidification of the electrolyte membrane, thereby reducing the power generation performance of the fuel cell.
そこで本実施形態において、ガス漏れ抑制部材44は、後述する膜−電極アッセンブリ10に使用される材料から構成されている。燃料電池1の発電によって生じる水(過酸化水素、OHラジカル等も含む)と膜−電極アッセンブリ10に使用される材料から構成されるガス漏れ抑制部材44とが反応すると、ガス漏れ抑制部材44から溶出物が溶出される。しかし、溶出物は、膜−電極アッセンブリ10に使用される材料から溶出されるものであるため、膜−電極アッセンブリ10を劣化させる物質はほとんど含まれていない。例えば、シリコン系物質が電解質膜20に付着することによる、電解質膜20の膨張、固化等の劣化を引き起こす物質はほとんど含まれていない。以下、膜−電極アッセンブリ10の構成部材及び使用材料を説明する。
Therefore, in this embodiment, the gas
膜−電極アッセンブリ10の構成部材としてのアノード極触媒層22、カソード極触媒層24は、例えば、白金、ルテニウム等の金属触媒を担持したカーボンと電解質等とを混合してアノード極拡散層26、又はカソード極拡散層28上に成膜することにより形成される。本実施形態で使用される電解質としては、プロトン電導性を有するものであり、例えば、ナフィオン(登録商標、デュポン社製)、アシプレックス(登録商標、旭化成株式会社製)、フレミオン(登録商標、旭硝子株式会社製)等のパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー、ポリトリフルオロスチレンスルフォン酸系ポリマー、パーフルオロスルホン酸系の電解質、パーフルオロカーボンホスホン酸系ポリマー、トリフルオロスチレンスルホン酸系ポリマー、エチレンテトラフルオロエチレン−g−スチレンスルホン酸系ポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリビニリデンフルオリド−パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマー等のフッ素系電解質、ポリスルホンスルホン酸、ポリアリールエーテルケトンスルホン酸、ポリベンズイミダゾールアルキルスルホン酸、ポリベンズイミダゾールアルキルホスホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリエーテルエーテルケトンスルホン酸、ポリフェニルスルホン酸等の炭化水素系電解質等が挙げられる。本実施形態に用いられる電解質は、耐熱性、化学的安定性等に優れることから、フッ素原子を含むものが好ましく、なかでも、ナフィオン(登録商標、デュポン社製)、アシプレックス(登録商標、旭化成株式会社製)、フレミオン(登録商標、旭硝子株式会社製)等のパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーが好ましい。
The anode
上記アノード極触媒層22、カソード極触媒層24に使用される材料のうち、上記電解質、金属触媒を担持したカーボンと電解質等とを混合したものが、本実施形態のガス漏れ抑制部材44を構成する材料として用いることができる。例えば、上記電解質をリブ34とフレーム12の開口部42との間に塗布し、熱硬化させることによって、ガス漏れ抑制部材44(例えば図5に示す)が形成される。
Among the materials used for the anode
また、上記電解質をガス漏れ抑制部材44に用いる場合には、下記のような可塑剤等を添加してもよい。可塑剤としては、例えば、アジピン酸エステル等の脂肪族ジカルボン酸エステル系化合物、リン酸エステル系化合物等を使用することができる。アジピン酸エステルは、特に限定されるものではなく、例えば、アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジエチル、アジピン酸ジブチル、アジピン酸ジイソブチル、アジピン酸ジイソプロピル、アジピン酸ジオクチル、アジピン酸ジイソノニル、アジピン酸ジデシル等を使用することができる。リン酸エステルも、特に限定されるものではなく、例えば、トリフェニルフォスフェート、トリクレジルフォスフェート、クレジルジフェニルフォスフェート、トリオクチルフォスフェート、トリブチルフォスフェート等を使用することができる。
Moreover, when using the said electrolyte for the gas
膜−電極アッセンブリ10の構成部材としての電解質膜20は、プロトン伝導性を有する電解質から構成される膜が挙げられる。電解質膜20としては、例えば、デュポン社製の各種のナフィオン(デュポン社登録商標)やフレミオンに代表されるパーフルオロスルホン酸膜、ダウケミカル社製のイオン交換樹脂、エチレン−四フッ化エチレン共重合体樹脂膜、トリフルオロスチレンをベースポリマーとする樹脂膜などのフッ素系高分子電解質膜や、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂系膜等、一般的に市販されている高分子電解質膜、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などから形成された高分子微多孔膜にリン酸やイオン性液体等の液体電解質を含浸させた膜、多孔質体にプロトン伝導性電解質を充填させた膜等が挙げられる。電解質膜20に用いられる電解質と、上記アノード極触媒層22及びカソード極触媒層24に用いられる電解質とは、同じものであっても異なるものであってもよい。
Examples of the
電解質膜20に使用される電解質は、上記同様にガス漏れ抑制部材44を構成する材料として用いることができる。また、上記説明した可塑剤等を添加してもよい。
The electrolyte used for the
膜−電極アッセンブリ10の構成部材としてのアノード極拡散層26、カソード極拡散層28は、例えば、カーボンクロス等の多孔質導電性材料等が用いられる。また、アノード極拡散層26、カソード極拡散層28内の水分の排水性を高めるために、多孔質導電性材料に撥水剤を含むことが好ましい。撥水剤は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)等のフッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂等、又は上記これらの樹脂にカーボン粒子、カーボン繊維等が含有したペースト等が挙げられる。
The anode
アノード極拡散層26及びカソード極拡散層28に使用される材料のうち、上記撥水剤は、本実施形態のガス漏れ抑制部材44を構成する材料として用いることができる。また、上記説明した可塑剤を添加してもよい。
Of the materials used for the anode
このように、反応ガスのガス漏れを抑制し、膜−電極アッセンブリ10の劣化を抑制する本実施形態のガス漏れ抑制部材44には、上記説明した電解質、金属触媒を担持したカーボンと電解質とを混合したもの、撥水剤等の膜−電極アッセンブリ10に使用される材料を用いることができる。
Thus, the gas
膜−電極アッセンブリ10に使用される材料のうち、本実施形態のガス漏れ抑制部材44を構成する材料は、製造コスト、作業性等の点で、電解質又は撥水剤であることが好ましい。
Of the materials used for the membrane-
本実施形態に用いられるアノード極セパレータ14、カソード極セパレータ16は、金属板、カーボン板等の導電性材料により構成されている。
The
本実施形態に用いられるフレーム12は、膜−電極アッセンブリ10を固定するものであり、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂板等が使用される。
The
本実施形態に用いられる接合部18aは、フレーム12同士をシールするものであり、18bは、燃料電池用セパレータ(アノード極セパレータ14、カソード極セパレータ16)とフレーム12とをシールするものである。接合部18a,18bを構成する材料は、上記でも説明したように、膜−電極アッセンブリ10に使用される材料であることが好ましいが、必ずしも膜−電極アッセンブリ10に使用される材料である必要はなく、接着性を確保する点で、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂等であってもよい。また、熱硬化性樹脂等に上記可塑剤等を添加してもよい。
The joint 18a used in the present embodiment seals the
以上のように、本実施形態の燃料電池では、隣接する燃料電池部材間の反応ガスのガス漏れを抑制するガス漏れ抑制部材に、膜−電極アッセンブリに使用される材料を用いることによって、燃料電池の発電の際に生じる水(過酸化水素、OHラジカル等も含む)とガス漏れ抑制部材とが反応しても、膜−電極アッセンブリを劣化させる物質の溶出を抑制することができる。そのため、膜−電極アッセンブリの性能の低下を抑制し、燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる。 As described above, in the fuel cell according to the present embodiment, the material used for the membrane-electrode assembly is used for the gas leakage suppression member that suppresses the gas leakage of the reaction gas between the adjacent fuel cell members. Even when water (including hydrogen peroxide, OH radicals, etc.) generated during power generation reacts with the gas leakage suppressing member, elution of a substance that degrades the membrane-electrode assembly can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the performance of the membrane-electrode assembly and to suppress a decrease in the power generation performance of the fuel cell.
次に、ガス漏れ抑制部材の形成方法について説明する。 Next, a method for forming the gas leakage suppression member will be described.
例えば、燃料電池用セパレータのリブ34とフレーム12の開口部42の内周42aとの間(図5、6に示すガス漏れ抑制部材44)、燃料電池用セパレータのリブ34の頂面34t(図7に示すガス漏れ抑制部材44)に、エアスプレーガン、デスペンサ、アプリケータ、スクリーン印刷、ロールコート等を用いて、上記説明した電解質、撥水剤等を配置する。
For example, between the
上記箇所に配置した後、上記電解質、撥水剤等を硬化させる。硬化条件は、特に制限されるものではないが、例えば、80℃〜150℃で、5分〜30分間の範囲が好ましい。これにより、例えば、リブ34とフレーム12の開口部42の内周42aとの間、リブ34の頂面34tと拡散層との間からの反応ガスのガス漏れを抑制し、燃料電池の発電時に生成する水(過酸化水素水、OHラジカル等も含む)と反応しても膜−電極アッセンブリ10を劣化させる物質がほとんど溶出しないガス漏れ抑制部材44が形成される。
After disposing at the above location, the electrolyte, water repellent and the like are cured. The curing conditions are not particularly limited, but for example, a range of 80 ° C. to 150 ° C. and 5 minutes to 30 minutes is preferable. Thereby, for example, the gas leakage of the reaction gas from between the
以上のように、電解質、撥水剤等を燃料電池用セパレータのリブの端部との間、リブの頂面に配置し、硬化させることによって形成されたガス漏れ抑制部材は、膜−電極アッセンブリを劣化させる物質がほとんど溶出することはない。そのため、膜−電極アッセンブリの性能の低下を抑制し、燃料電池の発電性能の低下を抑制することができる。 As described above, the gas leakage suppression member formed by disposing the electrolyte, the water repellent, etc. between the rib end portions of the fuel cell separator and the top surface of the rib and curing the membrane-electrode assembly Almost no substance that degrades is eluted. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the performance of the membrane-electrode assembly and to suppress a decrease in the power generation performance of the fuel cell.
上記本実施形態に係る燃料電池は、例えば、携帯電話、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源、自動車用電源、家庭用電源等として使用することができる。 The fuel cell according to the present embodiment can be used as, for example, a small power source for mobile devices such as a mobile phone and a portable personal computer, a power source for automobiles, and a household power source.
1 燃料電池、10 膜−電極アッセンブリ、12 フレーム、14 アノード極セパレータ、16 カソード極セパレータ、18a,18b 接合部、20 電解質膜、22 アノード極触媒層、24 カソード極触媒層、26 アノード極拡散層、28 カソード極拡散層、30 アノードガス流路、30 アノードガス流路、32 カソードガス流路、34 リブ、34a 端部、34t 頂面、36a アノードガス供給マニホールド、36b アノードガス排出マニホールド、38a カソードガス供給マニホールド、38b カソードガス排出マニホールド、40 冷媒供給排出マニホールド、42 開口部、42a 内周、44 ガス漏れ抑制部材。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ガス漏れ抑制部材は、前記膜−電極アッセンブリに使用される材料であることを特徴とする燃料電池。 Membrane-electrode assembly, a pair of frames disposed via the membrane-electrode assembly, a pair of fuel cell separators disposed on both outer sides of the frame, and a gas that suppresses gas leakage between adjacent members A fuel cell having a leakage suppression member,
The fuel cell, wherein the gas leakage suppressing member is a material used for the membrane-electrode assembly.
前記ガス漏れ抑制部材は、前記リブと隣接する部材との間に配置されることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell separator has a rib that forms a reaction gas flow path,
The fuel cell according to claim 1, wherein the gas leakage suppression member is disposed between the rib and an adjacent member.
前記ガス漏れ抑制部材は、前記リブと前記開口部の内周との間に配置されることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the frame has an opening in which a rib in which a reaction gas flow path of the fuel cell separator is formed is disposed.
The fuel cell according to claim 1, wherein the gas leakage suppression member is disposed between the rib and the inner periphery of the opening.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007151884A JP2008305673A (en) | 2007-06-07 | 2007-06-07 | Fuel cell |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014225335A (en) * | 2013-05-15 | 2014-12-04 | トヨタ自動車株式会社 | Frame for fuel cell |
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2007
- 2007-06-07 JP JP2007151884A patent/JP2008305673A/en active Pending
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