JP2009026644A - Solid polymer fuel cell - Google Patents
Solid polymer fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009026644A JP2009026644A JP2007189623A JP2007189623A JP2009026644A JP 2009026644 A JP2009026644 A JP 2009026644A JP 2007189623 A JP2007189623 A JP 2007189623A JP 2007189623 A JP2007189623 A JP 2007189623A JP 2009026644 A JP2009026644 A JP 2009026644A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plate
- fuel
- fuel cell
- fuel gas
- clamping plate
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
電解質膜としてフッ素系の高分子や炭化水素系の高分子等からなる膜を用いる固体高分子型燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell using a membrane made of a fluorine-based polymer or a hydrocarbon-based polymer as an electrolyte membrane.
燃料電池の一種として、電解質層の片面に燃料電極を設け他面に酸化剤電極を設けた燃料電池セルと、燃料ガス通路を設けたセパレータと、酸化剤ガス通路を設けたセパレータとを有する扁平な単電池を、同一方向に積層し、それらの積層した単電池の両端に、それぞれ、集電板および電気絶縁板を積層し、それらの積層体の両端を、金属製の締付板によって狭持したものが知られている。また、そのようなタイプの燃料電池の一種として、フッ素系の高分子や炭化水素系の高分子からなる膜を電解質膜として用いた固体高分子型燃料電池が知られている。 As a kind of fuel cell, a flat battery having a fuel cell provided with a fuel electrode on one side of the electrolyte layer and an oxidant electrode on the other side, a separator provided with a fuel gas passage, and a separator provided with an oxidant gas passage Are stacked in the same direction, and a current collector plate and an electrical insulating plate are stacked on both ends of the stacked unit cells, respectively, and both ends of the stacked body are narrowed by a metal clamping plate. What you have is known. As one type of such a fuel cell, a solid polymer fuel cell using a membrane made of a fluorine-based polymer or a hydrocarbon-based polymer as an electrolyte membrane is known.
上記した固体高分子型燃料電池においては、動作温度が低いことに起因して、金属製の締付板に設けられたガス導入口から導入される燃料ガス(水素)、酸化剤ガス(空気)が締付板において結露し易く、結露によって生じた水が、燃料電極、酸化剤電極(酸素電極)おけるガスの拡散や、燃料電極、酸化剤電極の外側に設けられるガス通路におけるガスの流れを阻害する事態が発生する。そして、そのような事態が発生すると、単電池セル内において燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応が起こりにくくなり、出力が低下してしまう。 In the above polymer electrolyte fuel cell, the fuel gas (hydrogen) and the oxidant gas (air) introduced from the gas inlet provided in the metal clamping plate due to the low operating temperature. Is easy to condense on the clamping plate, and water generated by the dew condensation causes gas diffusion in the fuel electrode and oxidant electrode (oxygen electrode) and gas flow in the gas passage provided outside the fuel electrode and oxidant electrode. An obstruction occurs. When such a situation occurs, an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas hardly occurs in the single battery cell, and the output decreases.
それゆえ、積層した単電池(スタック)の左右両側に積層する絶縁板をポリカーボネート、フッ素系樹脂、FRP等の熱伝導性の低い材料によって形成するとともに、それらの絶縁板の側面に燃料ガスや酸化剤ガスの導入口を備えることによって、ガス導入口におけるガスの結露を抑制した固体高分子型燃料電池が開発されている(特許文献1)。 Therefore, the insulating plates to be laminated on both the left and right sides of the laminated unit cells (stack) are formed of a material having low thermal conductivity such as polycarbonate, fluorine resin, FRP, etc., and fuel gas and oxidation are formed on the side surfaces of those insulating plates. A polymer electrolyte fuel cell has been developed in which the agent gas inlet is provided to suppress the dew condensation of the gas at the gas inlet (Patent Document 1).
特許文献1の固体高分子型燃料電池によれば、ガス導入口におけるガスの結露をある程度抑制することが可能となる。しかしながら、特許文献1の固体高分子型燃料電池においては、絶縁板の内側に、銅メッキを施した金属製の集電板が積層されているため、かかる集電板に隣接した単電池は、中央部に比べて温度が低くなってしまう。それゆえ、それらの単電池においては、ガス通路内でのガスの結露を十分に抑制できないため、発電効率が悪くなってしまう。
According to the polymer electrolyte fuel cell of
本発明の目的は、上記従来の固体高分子型燃料電池が有する上記問題点を解消し、内部の温度差が非常に小さく、ガス導入口から導入されたガスの結露をきわめて効果的に防止することが可能な固体高分子型燃料電池を提供することにある。 The object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems of the conventional polymer electrolyte fuel cell, and to extremely effectively prevent the dew condensation of the gas introduced from the gas inlet through a very small internal temperature difference. It is an object of the present invention to provide a polymer electrolyte fuel cell that can be used.
かかる本発明の内、請求項1に記載された発明は、高分子膜からなる電解質層の片面に燃料電極を設け他面に酸化剤電極を設けた燃料電池セルと、燃料ガス通路を設けたセパレータと、酸化剤ガス通路を設けたセパレータとを有する扁平な単電池を、同一方向に複数積層し、それらの積層された単電池の両端に、それぞれ、集電板および電気絶縁板を積層し、それらの積層体の両端を、金属製の締付板によって狭持してなる固体高分子型燃料電池であって、燃料ガスが片側の締付板から単電池の内部に導入されて反対側の締付板から外部に排出されるとともに、酸化剤ガスが燃料ガス導入側と反対側の締付板から単電池の内部に導入されて燃料ガス導入側の締付板から外部に排出されることを特徴とするものである。
Among the present inventions, the invention described in
請求項2に記載された発明は、請求項1に記載された発明において、片方の締付板が、厚み方向における板の中心より内側に燃料ガスの排出路を設けたものであるとともに、他方の締付板が、厚み方向における板の中心より内側に酸化剤ガスの排出路を設けたものであることを特徴とするものである。
The invention described in
請求項1の固体高分子型燃料電池は、発電のために供給された燃料ガスが、単電池の積層体(所謂スタック)の内部を通って温められた後に片側の締付板まで導かれて、熱伝導により当該締付板を加熱する。それと同時に、発電のために供給された酸化剤ガスが、スタックの内部を通って温められた後に燃料ガス排出側と反対側の締付板まで導かれて、熱伝導により当該締付板を加熱する。したがって、本発明の固体高分子型燃料電池によれば、スタック全体の温度の低下が抑制されるので、スタックの電圧低下を防止して、非常に効率良く発電することが可能となる。
In the polymer electrolyte fuel cell according to
請求項2の固体高分子型燃料電池によれば、締付板の外側と内側(スタック側)との温度差が少なくなるため、燃料ガス、酸化剤ガスの導入口におけるガスの結露が非常に効率的に防止されるので、所謂フレッティング現象が発生せず、発電電圧を安定させることが可能となる。
According to the polymer electrolyte fuel cell of
以下、本発明に係る固体高分子型燃料電池(以下、単に燃料電池という)の一実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図1〜図4は、それぞれ、本発明に係る燃料電池の正面、平面、背面、左側面を示したものであり、燃料電池1は、複数の単電池2,2・・、単電池2,2・・で生じた直流電力を取り出すための集電板3a,3b、単電池2,2・・および集電板3a,3bを外部と絶縁するための絶縁板4a,4b、単電池2,2・・、集電板3a,3bおよび絶縁板4a,4bを狭持するための締付板5a,5b、長尺なボルトとナットからなる締付具14,14・・・等によって構成されている。
Hereinafter, an embodiment of a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter simply referred to as a fuel cell) according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 to 4 show a front surface, a plane surface, a rear surface, and a left side surface of a fuel cell according to the present invention. The
図5は、単電池2の鉛直断面を示す説明図であり、単電池2は、燃料電池セル9、セパレータ10a,10b、シール部材13等によって構成されている。燃料電池セル9は、薄い矩形状の固体高分子膜からなる電解質層6、触媒活性物質を含む触媒層と燃料ガスの供給、排出および集電機能を奏する電極基材とからなる燃料電極7、触媒活性物質を含む触媒層と酸化剤ガスの供給、排出および集電機能を奏する電極基材とからなる酸化剤電極8によって構成されている。
FIG. 5 is an explanatory view showing a vertical cross section of the
また、セパレータ10aは、ガス不透過性の材料によって形成されており、燃料電極7と接合した面に、燃料ガスを流通させるための複数の燃料ガス通路11を備えている。セパレータ10bも、セパレータ10aと同様に、ガス不透過性の材料によって形成されており、酸化剤電極8と接合した面に、酸化剤ガスを流通させるための複数の酸化剤ガス通路12を備えている。
The
そして、単電池2は、燃料ガス通路11および酸化剤ガス通路12からのガスの漏洩を防止するゴムシール13を、セパレータ10a,10bの周縁の凹状部と燃料電池セル9の周縁の凹状部に嵌め込んだ状態で、燃料電池セル9の表裏両側に、それぞれ、セパレータ10a,10bを積層することによって形成されている。
In the
燃料電池1は、上記の如く構成された複数の単電池2,2・・を順次積層し、それらの単電池2,2・・(スタック)の左側に、集電板3a、絶縁板4a、締付板5aを順次積層するとともに、単電池2,2・・の右側に、集電板3b、絶縁板4b、締付板5bを順次積層し、それらの積層体を、締付具14,14・・によって適度な圧力を加えて締め付けることによって形成されている(図1〜図4参照)。
The
また、右側に位置した締付板5bの外面の中央より上側には、内部に燃料ガス(水素)を導入するための金属製の燃料ガス導入口15が設けられており、左側に位置した締付板5aの外面の中央より上側には、内部に酸化剤ガス(空気)を導入するための金属製の酸化剤ガス導入口16が設けられている。なお、図2の如く、燃料ガス導入口15は、中央より後方に設けられており、酸化剤ガス導入口16は、中央より前方に設けられている。
Also, a metal
また、図6は、酸化剤ガス導入口16の設置部付近の鉛直断面を示したものであり、締付板5a、絶縁板4a、集電板3a、複数の単電池2,2・・には、酸化剤ガス導入口16と連通した水平状の連通孔17が形成されている。そして、酸化剤ガス導入口16から導入された酸化剤ガスが、連通孔17を通って各単電池2,2・・へと送られるようになっている。加えて、締付板5a、絶縁板4a、集電板3aの連通孔17の外周部分には、連通孔17を流れる酸化剤ガスの外部への漏洩を防止するためにシール部材18が配設されている。なお、燃料ガス導入口15の設置部付近の構造も、上記した酸化剤ガス導入口16の設置部付近の構造と同様であり、燃料ガス導入口15から導入された燃料ガスが、連通孔17を通って各単電池2,2・・へと送られるようになっている。
FIG. 6 shows a vertical cross section in the vicinity of the installation portion of the oxidant
一方、図1、図2、図4の如く、左側に位置した締付板5aの前面の中央より下側には、内部を通過した燃料ガス(水素)を外部へ排出するための金属製の燃料ガス排出口19が設けられており、締付板5aの内部に水平に設けられた燃料ガス排出路21と連通した状態になっている。また、図2、図3、図4の如く、右側に位置した締付板5bの後面の中央より下側には、内部を通過した酸化剤ガス(空気)を外部へ排出するための金属製の酸化剤ガス排出口20が設けられており、締付板5bの内部に水平に設けられた酸化剤ガス排出路22と連通した状態になっている。なお、燃料ガス排出路21、燃料ガス排出口19は、締付板5aの厚み方向において中央よりやや内側に位置しており、酸化剤ガス排出路22、酸化剤ガス排出口20は、締付板5bの厚み方向において中央よりやや内側に位置している。
On the other hand, as shown in FIGS. 1, 2, and 4, below the center of the front surface of the
また、図7は、燃料ガス排出路21の設置部付近の鉛直断面を示したものであり、燃料ガス排出路21の基端部分は、内側に垂直に折れ曲がった状態になっており、その垂直に折れ曲がった部分を介して、締付板5a、絶縁板4a、集電板3a、複数の単電池2,2・・に形成された水平状の連通孔23と連通した状態になっている。加えて、締付板5a、絶縁板4a、集電板3aの連通孔23の外周部分には、連通孔23を流れる燃料ガスの外部への漏洩を防止するためにシール部材18が配設されている。そして、単電池2,2・・を通過した燃料ガスが、連通孔23を通って燃料ガス排出路21へ導かれ、燃料ガス排出口19から外部へ排出されるようになっている。なお、酸化剤ガス排出路22の設置部付近の構造も、上記した燃料ガス排出路21の設置部付近の構造と同様であり、単電池2,2・・を通過した酸化剤ガスが、連通孔23を通って酸化剤ガス排出路22へ導かれ、酸化剤ガス排出口20から外部へ排出されるようになっている。
FIG. 7 shows a vertical cross section in the vicinity of the installation portion of the fuel
上記の如く構成された燃料電池1においては、右側の締付板5bに設けられた燃料ガス導入口15から導かれた燃料ガス(水素)が、連通孔17を介して積層された単電池2,2・・へと送られ、圧力によって各単電池2,2・・の内部の燃料ガス通路11を流下する(すなわち、燃料ガスは次第に左下方向へと流下する)。そして、その流下に伴い酸化剤ガスと電気化学的に反応することによって発電する。また、反応に寄与しなかった残りの燃料ガスは、連通孔23を通って、左側の締付板5aに設けられた燃料ガス排出路21へ導かれて燃料ガス排出口19から外部へ排出される。一方、左側の締付板5aに設けられた酸化剤ガス導入口16から導かれた酸化剤ガス(空気)は、連通孔17を介して積層された単電池2,2・・へと送られ、圧力によって各単電池2,2・・の内部の酸化剤ガス通路12を流下する(すなわち、酸化剤ガスは次第に右下方向へと流下する)。そして、その流下に伴い燃料ガスと電気化学的に反応することによって発電する。また、反応に寄与しなかった残りの酸化剤ガスは、連通孔23を通って、右側の締付板5bに設けられた酸化剤ガス排出路22へ導かれて酸化剤ガス排出口20から外部へ排出される。
In the
燃料電池1は、上記の如く、燃料ガスが片側の締付板5bからスタックの内部に導入されて反対側の締付板5aから外部に排出されるとともに、酸化剤ガスが燃料ガス導入側と反対側の締付板5aからスタックの内部に導入されて燃料ガス導入側の締付板5bから外部に排出されるようになっている。それゆえ、発電のために供給された燃料ガスが、スタック内部を通って温められた後に片側の締付板5aまで導かれて、熱伝導により当該締付板5aを加熱するとともに、発電のために供給された酸化剤ガスが、スタック内部を通って温められた後に燃料ガス排出側と反対側の締付板5bまで導かれて、熱伝導により当該締付板5bを加熱する。それゆえ、燃料電池1によれば、従来の固体高分子型の燃料電池と比較して、スタックの中央と左右の端部との温度差が小さくなり、スタック全体の温度の低下が抑制されるため(図5参照)、スタックの温度低下に伴う電圧の低下が起こりにくくなり、非常に効率良く発電することが可能となる。
In the
また、燃料電池1は、締付板5a,5bの外側と内側(スタック側)との温度差が非常に小さいため、燃料ガス導入口15、酸化剤ガス導入口16における燃料ガス、酸化剤ガスの結露がきわめて起こりにくいので、所謂フレッティング現象が発生せず、安定した電圧の発電を行うことができる。
Further, since the
なお、本発明に係る燃料電池(固体高分子型燃料電池)の構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、単電池、集電板、絶縁板、締付板、燃料ガス導入口、酸化剤ガス導入口、燃料ガス排出口、酸化剤ガス排出口等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更できる。 The configuration of the fuel cell (solid polymer fuel cell) according to the present invention is not limited to the embodiment described above, but includes a single cell, a current collector plate, an insulating plate, a clamping plate, a fuel gas. The configuration of the introduction port, the oxidant gas introduction port, the fuel gas discharge port, the oxidant gas discharge port, and the like can be appropriately changed as necessary without departing from the spirit of the present invention.
たとえば、燃料電池に設ける燃料ガス導入口、酸化剤ガス導入口、燃料ガス排出口、酸化剤ガス排出口は、金属製のものに限定されず、合成樹脂製のものやセラミックス製のものに変更することも可能である。また、燃料電池は、上記実施形態の如く、単電池、集電板、絶縁板からなる積層体を左右一対の締付板で狭持したものに限定されず、単電池、集電板、絶縁板からなる積層体を直方体状等のハウジングで覆ったもの等に変更することも可能である。 For example, the fuel gas inlet, oxidant gas inlet, fuel gas outlet, and oxidant gas outlet provided in the fuel cell are not limited to those made of metal, but are changed to those made of synthetic resin or ceramics It is also possible to do. Further, the fuel cell is not limited to a cell body, a current collector plate, and a laminate composed of an insulating plate sandwiched between a pair of left and right clamping plates as in the above embodiment. It is also possible to change the laminated body made of plates to one covered with a rectangular parallelepiped housing or the like.
本発明の燃料電池(固体高分子型燃料電池)は、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、各種の用途に好適に用いることができる。 Since the fuel cell (solid polymer fuel cell) of the present invention has excellent effects as described above, it can be suitably used for various applications.
1・・燃料電池(固体高分子型燃料電池)
2・・単電池
3a,3b・・集電板
4a,4b・・絶縁板
5a,5b・・締付板
15・・燃料ガス導入口
16・・酸化剤ガス導入口
19・・燃料ガス排出口
20・・酸化剤ガス排出口
1. Fuel cell (solid polymer fuel cell)
2 ....
Claims (2)
燃料ガスが片側の締付板から単電池の内部に導入されて反対側の締付板から外部に排出されるとともに、
酸化剤ガスが燃料ガス導入側と反対側の締付板から単電池の内部に導入されて燃料ガス導入側の締付板から外部に排出されることを特徴とする固体高分子型燃料電池。 A flat battery having a fuel cell provided with a fuel electrode on one side of an electrolyte layer made of a polymer membrane and an oxidant electrode on the other side, a separator provided with a fuel gas passage, and a separator provided with an oxidant gas passage A plurality of unit cells are stacked in the same direction, and a current collector plate and an electric insulating plate are stacked on both ends of the stacked unit cells, respectively, and both ends of the stacked body are attached by metal clamping plates. A polymer electrolyte fuel cell sandwiched between
Fuel gas is introduced into the unit cell from one side of the clamping plate and discharged to the outside from the opposite side of the clamping plate,
A solid polymer fuel cell, characterized in that an oxidant gas is introduced into a single cell from a clamping plate on the side opposite to the fuel gas introduction side and discharged to the outside from the clamping plate on the fuel gas introduction side.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007189623A JP2009026644A (en) | 2007-07-20 | 2007-07-20 | Solid polymer fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007189623A JP2009026644A (en) | 2007-07-20 | 2007-07-20 | Solid polymer fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009026644A true JP2009026644A (en) | 2009-02-05 |
Family
ID=40398272
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007189623A Pending JP2009026644A (en) | 2007-07-20 | 2007-07-20 | Solid polymer fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009026644A (en) |
-
2007
- 2007-07-20 JP JP2007189623A patent/JP2009026644A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4939100B2 (en) | Fuel cell stack | |
EP2461403B1 (en) | Air-cooled metal separator for fuel cell and fuel cell stack using same | |
JP2005019223A (en) | Fuel cell stack | |
JP2008293758A (en) | Fuel cell | |
JP2008053078A (en) | Fuel cell and fuel cell module | |
JP2007299726A (en) | Separator for fuel cell | |
JP4672989B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP2008277185A (en) | Fuel cell | |
JP2007226991A (en) | Fuel cell | |
JP4516403B2 (en) | Fuel cell | |
JP4726186B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP3673252B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP2014505332A (en) | Fuel cell system and stack | |
JP2017162639A (en) | Fuel cell stack | |
JP2011070783A (en) | Fuel cell stack | |
JP2005353561A (en) | Fuel cell | |
JP2006032054A (en) | Fuel cell stack | |
KR101542970B1 (en) | Fuel cell stack | |
JP2007234315A (en) | Fuel cell | |
JP2009026644A (en) | Solid polymer fuel cell | |
JP6469351B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP6605107B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP2017107748A (en) | Fuel cell stack | |
JP2010170720A (en) | Fuel cell stack | |
JP2007317525A (en) | Sofc cell stack |