JP2009123446A - Solid polymer fuel cell - Google Patents

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新治 向井
Takahiro Matsuo
貴寛 松尾
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain corrosion of a collecting plate in a simple structure. <P>SOLUTION: A solid polymer fuel cell so made to have supply and exhaustion of cathode gas, anode gas, and cooling water made from one end side of a cell stack 1 in a lamination direction, by making a distribution system of the cathode gas, the anode gas, and the cooling water to the stack 1 in a countercurrent form (a U-shape) has a conductive platy matter 14 without hole processing or recessing made having a plane shape similar to that of separators 8a, 8b intercalated between unit cells 2 at end parts of the other end in the lamination direction and another-end side collector plate 3d arranged outside them. By having the conductive platy matter 14 inhibit contact of the cathode gas, the anode gas, and the cooling water supplied to and circulated in each unit cell 2 of the stack 1 with the other-end side collector plate 3d, fear of corrosion generated at the other-end side collector 3d is prevented. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、集電板の腐食を抑制できるようにした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 capable of suppressing corrosion of a current collector plate.

燃料電池は、燃料を用いた他の発電方法に比して熱効率が高く、又、環境汚染が少ないため、有効な発電装置として期待されている。特に、固体高分子型燃料電池(PEFC)は、100℃以下という低温で発電が行われ、出力密度が高いので、他の形式の燃料電池に比して小型化でき、しかも、電池構成材料の劣化が少ないこと、起動が容易であること、等の長所があることから、近年、小規模な業務用あるいは家庭用等の発電装置として使用されるようになってきている。   A fuel cell is expected to be an effective power generation device because it has higher thermal efficiency and less environmental pollution than other power generation methods using fuel. In particular, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) generates power at a low temperature of 100 ° C. or lower, and has a high output density. Therefore, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can be reduced in size as compared with other types of fuel cells. In recent years, it has been used as a power generator for small-scale business use or home use because it has advantages such as little deterioration and easy start-up.

上記固体高分子型燃料電池の一般的な構成は、以下のようにしてある。すなわち、電解質としてプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜の両面をカソード(空気極)とアノード(燃料極)の両ガス拡散電極で挟持させてMEA(膜・電極接合体)を形成し、このMEAの両側に、内面側にガス流路を、又、外面側に冷却水流路を設けてなるセパレータを配して単セルを構成する。   The general structure of the polymer electrolyte fuel cell is as follows. That is, an MEA (membrane / electrode assembly) is formed by sandwiching both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity as an electrolyte between both cathode (air electrode) and anode (fuel electrode) gas diffusion electrodes. A single cell is configured by arranging a separator having a gas flow path on the inner surface side and a cooling water flow path on the outer surface side on both sides of the MEA.

更に、図2に示す如く、上記構成としてある単セル2を、所要数積層すると共に、該単セル2の積層体の両側に集電板3と電気絶縁板4を内側から順に配置し、更にその外側に1対のエンドプレート(ホルダ)5を配置した状態にて、該各エンドプレート5同士を、皿ばね等の所要の図示しない締付け手段を介装した締付ボルト6とナット7で締め付けて固定して固体高分子型燃料電池のスタック1を構成するようにしてある。   Further, as shown in FIG. 2, the required number of single cells 2 having the above-described structure are stacked, and current collecting plates 3 and electrical insulating plates 4 are arranged in order from the inside on both sides of the stack of single cells 2, With a pair of end plates (holders) 5 arranged on the outside, the end plates 5 are fastened to each other with fastening bolts 6 and nuts 7 that are interposed with required fastening means (not shown) such as a disc spring. The solid polymer type fuel cell stack 1 is configured by fixing.

なお、図示してないが、上記アノード側セパレータのガス流路へのアノードガスの供給と、カソード側セパレータのガス流路へのカソードガスの供給と、各セパレータの冷却水流路への冷却水の供給は、上記カソード側及びアノード側の各セパレータの外周部の所要個所に設けた孔同士を、セル積層方向へ連通するように繋げてそれぞれ形成させるアノードガス用、カソードガス用及び冷却水用の各内部マニホールドを通して行うようにしてある。   Although not shown, the anode gas is supplied to the anode separator gas passage, the cathode gas is supplied to the cathode separator gas passage, and the cooling water is supplied to the cooling water passage of each separator. Supply is made for the anode gas, the cathode gas, and the cooling water, which are formed by connecting holes provided in the outer peripheral portions of the cathode side and anode side separators so as to communicate with each other in the cell stacking direction. This is done through each internal manifold.

ところで、一般に、固体高分子型燃料電池で用いられている上記固体高分子電解質膜のプロトン伝導性能を高く保持するためには、該固体高分子電解質膜を湿潤状態としておく必要があるため、アノードガス及びカソードガスは、加湿した状態で各単セル2へ供給するようにしてある。   By the way, in general, in order to maintain high proton conducting performance of the solid polymer electrolyte membrane used in the solid polymer fuel cell, it is necessary to keep the solid polymer electrolyte membrane in a wet state. The gas and cathode gas are supplied to each single cell 2 in a humidified state.

そのため、上記固体高分子型燃料電池のスタック1におけるセル積層方向の両端部に設けてある各集電板3では、その内側に隣接する単セル2のセパレータに設けてある所定のガス流路に流通させるようにしてあるアノードガスやカソードガスが接触する個所や、内部マニホールドを流通させるアノードガスやカソードガスが接触する個所に、アノードガスやカソードガス中の水分による局部電池が形成されて腐食が生じてしまう。更に、集電板3にて、その内側に隣接する単セル2のセパレータに設けてある冷却水流路を流通する冷却水が接触する個所や、内部マニホールドを流通させる冷却水が接触している個所にも、冷却水に含まれている種々のイオンのために局部電池が形成されて、腐食が生じてしまうというのが実状である。そのために、上記のような集電板3の腐食を抑えることが望まれてきている。   Therefore, in each current collector plate 3 provided at both ends in the cell stacking direction of the stack 1 of the polymer electrolyte fuel cell, a predetermined gas flow path provided in the separator of the single cell 2 adjacent to the inside thereof is provided. Corrosion occurs due to the formation of local batteries due to the moisture in the anode gas or cathode gas at locations where the anode gas or cathode gas that is to be circulated contacts or where the anode gas or cathode gas that is circulated through the internal manifold contacts. It will occur. Further, at the current collector plate 3, a location where the cooling water flowing through the cooling water flow path provided in the separator of the single cell 2 adjacent to the inside of the current collector plate 3 contacts, or a location where the cooling water flowing through the internal manifold contacts. In fact, local batteries are formed due to various ions contained in the cooling water, resulting in corrosion. Therefore, it has been desired to suppress the corrosion of the current collector plate 3 as described above.

上記固体高分子型燃料電池における集電板3の腐食を抑制するための手段としては、たとえば、図3に示す如く、固体高分子型燃料電池のスタック1におけるセル積層方向の一端部にてカソード側集電板3aの内側に隣接する単セル2のカソード側セパレータ8aを、MEA9に面する側面には酸化剤ガス(カソードガス)の流路10を備える一方、上記カソード側集電板3aに接する面はフラットな面としてなる構成とし、又、スタック1におけるセル積層方向の他端部にてアノード側集電板3bの内側に隣接する単セル2のアノード側セパレータ8bを、MEA9に面する側面には燃料ガス(アノードガス)の流路11を備える一方、上記アノード側集電板3bに接する面はフラットな面にしてなる構成として、上記各集電板3a,3bと、その内側に隣接するセパレータ8a,8bとの間に冷却水の流路が形成されないようにすることで、該各集電板3a,3bに冷却水が接触する虞を防止できるようにすることが従来提案されている。   As a means for suppressing the corrosion of the current collector plate 3 in the polymer electrolyte fuel cell, for example, as shown in FIG. 3, the cathode is formed at one end in the cell stacking direction of the stack 1 of the polymer electrolyte fuel cell. The cathode separator 8a of the single cell 2 adjacent to the inside of the side current collector 3a is provided with a flow path 10 for oxidant gas (cathode gas) on the side facing the MEA 9, while the cathode side current collector 3a has The contact surface is a flat surface, and the anode side separator 8b of the single cell 2 adjacent to the inside of the anode side current collector plate 3b at the other end of the stack 1 in the cell stacking direction faces the MEA 9. A side surface is provided with a flow path 11 for fuel gas (anode gas), while the surface in contact with the anode-side current collector plate 3b is a flat surface. By preventing the cooling water flow path from being formed between the separators 8a and 8b adjacent to the inner side of the separator, it is possible to prevent the cooling water from coming into contact with the current collector plates 3a and 3b. Has been proposed.

更に、固体高分子型燃料電池のスタック1におけるセル積層方向の両端部にて、各エンドプレート5と各電気絶縁板4と各集電板3a,3bに設けた透孔13の内側に、電気絶縁材料製の筒状のマニホールド部材12を挿通させて設けることで、上記各集電板3a,3bと、酸化剤ガス及び燃料ガスとの接触を防止できるようにすることも考えられてきている。なお、図3において図2に示したものと同一のものには同一符号が付してある。(たとえば、特許文献1参照)。   Furthermore, at both ends in the cell stacking direction in the stack 1 of the polymer electrolyte fuel cell, the electric current is formed inside the through holes 13 provided in the end plates 5, the electric insulating plates 4, and the current collecting plates 3a and 3b. It has also been considered that the current collector plates 3a and 3b can be prevented from contacting the oxidant gas and the fuel gas by inserting a cylindrical manifold member 12 made of an insulating material. . In FIG. 3, the same components as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. (For example, refer to Patent Document 1).

なお、一般に、単セル2の積層構造を有する燃料電池のスタック1へのカソードガス、アノードガス及び冷却水の配流方式としては、図4(イ)に示すように、上記カソードガス、アノードガス及び冷却水の供給方向と排出方向が180度反転するようにして、カソードガス、アノードガス及び冷却水の供給と排出を、燃料電池のスタック1におけるセル積層方向の一端側のみで行わせるようにした反流形(U形)の方式と、図4(ロ)に示すように、カソードガス、アノードガス及び冷却水の供給方向と排出方向が同一方向となるようにして、カソードガス、アノードガス及び冷却水を、燃料電池のスタック1に対しセル積層方向のいずれか一方よりそれぞれ供給して、他方へ排出させるようにした正流形(Z形)の方式が一般に採用されている(たとえば、特許文献2参照)。   In general, as a method of distributing the cathode gas, the anode gas and the cooling water to the stack 1 of the fuel cell having the laminated structure of the single cells 2, as shown in FIG. The supply direction and the discharge direction of the cooling water are reversed by 180 degrees so that the cathode gas, the anode gas and the cooling water are supplied and discharged only at one end side in the cell stacking direction in the stack 1 of the fuel cell. As shown in FIG. 4 (b), the supply direction and discharge direction of cathode gas, anode gas and cooling water are the same as shown in FIG. A normal flow type (Z-type) system is generally adopted in which cooling water is supplied to either one of the cell stacking directions to the fuel cell stack 1 and discharged to the other. Are (e.g., see Patent Document 2).

特開2006−12669号公報JP 2006-12669 A 特開平10−199552号公報JP-A-10-199552

ところが、固体高分子型燃料電池における集電板の腐食を防ぐために、特許文献1に示された手段を採用するためには、セル積層方向の両端部に位置するカソード側集電板3aの内側に隣接する単セル2のカソード側セパレータ8aと、アノード側集電板3bの内側に隣接する単セル2のアノード側セパレータ8bとを、いずれも集電板3a,3bとの接触面をフラットな面としてなる構成として、セル積層方向中間部の他の単セル2で用いるセパレータとは異なる特殊形状のセパレータを用いなければならない。   However, in order to employ the means shown in Patent Document 1 in order to prevent corrosion of the current collector plate in the polymer electrolyte fuel cell, the inside of the cathode side current collector plate 3a located at both ends in the cell stacking direction is used. The contact surface between the cathode separator 8a of the single cell 2 adjacent to the anode side separator 8b and the anode side separator 8b of the single cell 2 adjacent to the inside of the anode side current collector plate 3b is flat. As a configuration as a surface, a separator having a special shape different from the separator used in the other single cell 2 in the middle part in the cell stacking direction must be used.

カーボン製のセパレータは、通常、カーボンの粉末を型で押し固めて成形するようにしてあるため、セパレータの両側面の形状に応じた2枚1組の型を必要とするが、上記したように、スタック1におけるセル積層方向の両端部に配する単セル2で用いるセパレータ8a,8bを、他の単セル2で用いるセパレータとは異なる特殊形状に成形するためには、専用の型を別途用意しなければならないという問題がある。   Since carbon separators are usually formed by pressing and compacting carbon powder with a mold, a set of two sheets corresponding to the shape of both side surfaces of the separator is required. In order to form the separators 8a and 8b used in the single cells 2 arranged at both ends of the stack 1 in the stack 1 in a special shape different from the separators used in the other single cells 2, a dedicated die is separately prepared. There is a problem that must be done.

そこで、本発明は、ガス流路あるいは冷却水流路となる溝を片面のみに設けてなる構成の如き特殊形状のセパレータを用いることなく、シンプルな構成で集電板の腐食を抑制できるようにした固体高分子型燃料電池を提供しようとするものである。   Therefore, the present invention is capable of suppressing the corrosion of the current collector plate with a simple configuration without using a separator having a special shape such as a configuration in which a groove serving as a gas channel or a cooling water channel is provided only on one side. An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell.

本発明は、上記課題を解決するために、請求項1に対応して、スタックへのカソードガス、アノードガス及び冷却水の配流方式を反流形として、カソードガス、アノードガス及び冷却水の供給と排出を、スタックにおけるセル積層方向の一端側より行わせるようにしてある固体高分子型燃料電池において、セル積層方向他端側端部の単セルと、その外側に配する他端側集電板との間に、導電性の板状物を、介在させるように組み入れてなる構成とする。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a cathode gas, an anode gas and a cooling water supply to the stack in a counter-flow manner corresponding to claim 1. In a polymer electrolyte fuel cell that is configured to be discharged from one end of the stack in the cell stacking direction, a single cell at the other end of the cell stacking direction and the other end current collector disposed outside the cell It is set as the structure formed by incorporating a conductive plate-like material between the plates.

又、上記構成における導電性の板状物を、単セルにてMEAを挟持してなるセパレータと同様の平面形状とした構成とする。   In addition, the conductive plate-like material in the above configuration is configured to have a planar shape similar to a separator formed by sandwiching an MEA in a single cell.

更に、上記各構成における導電性の板状物を、単セルにてMEAを挟持してなるセパレータと同様の材質とした構成とする。   Further, the conductive plate-like material in each of the above configurations is made of a material similar to that of the separator formed by sandwiching the MEA in a single cell.

上述の各構成において、他端側集電板を、カソード側集電板とした構成とする。   In each of the above-described configurations, the other end side current collector plate is a cathode side current collector plate.

本発明の固体高分子型燃料電池によれば、以下の如き優れた効果を発揮する。
(1)スタックへのカソードガス、アノードガス及び冷却水の配流方式を反流形として、カソードガス、アノードガス及び冷却水の供給と排出を、スタックにおけるセル積層方向の一端側より行わせるようにしてある固体高分子型燃料電池において、セル積層方向他端側端部の単セルと、その外側に配する他端側集電板との間に、導電性の板状物を、介在させるように組み入れてなる構成としてあるので、該導電性の板状物により、スタックに対してセル積層方向の一端側より供給と排出を行わせるようにしてあるカソードガス、アノードガス及び冷却水が、該スタックのセル積層方向他端側に設けてある他端側集電板に接触する虞を防止できる。よって、該他端側集電板に、上記カソードガスやアノードガス中の水分や、上記冷却水に含まれている種々のイオンに起因する局部電池による腐食が生じる虞を確実に防止することができる。
(2)上記(1)の効果は、単なる板状としてある導電性の板状物を、スタックにおけるセル積層方向他端側端部の単セルと、他端側集電板との間に介在させるというシンプルな構成によって得ることができる。しかも、上記導電性の板状物は、穴加工も溝加工も必要としないため容易に製作することができる。よって、ガス流路あるいは冷却水流路となる溝を片面のみに設けてなるような特殊形状のセパレータを必要とすることなく他端側集電板の腐食を防止できて、固体高分子型燃料電池全体として、集電板に生じる腐食を抑制することが可能になる。
(3)導電性の板状物を、単セルにてMEAを挟持してなるセパレータと同様の平面形状とした構成とすることにより、スタックにおけるセル積層方向他端側端部の単セルと、他端側集電板との間に上記導電性の板状物を容易に組み込むことができると共に、スタックにおけるセル積層方向他端側端部の単セルと他端側集電板との間で、電流が流れる経路の断面積が変化して、電池性能に影響を与える虞を未然に防止できる。
(4)導電性の板状物を、単セルにてMEAを挟持してなるセパレータと同様の材質とした構成とすることにより、スタックにおけるセル積層方向他端側端部の単セルと、他端側集電板との間に高い導電性を確保できて、上記導電性の板状物がセル積載方向他端部の単セルと他端側集電板との間に介在させることによって電池性能が低下する虞を未然に防止できる。
(5)他端側集電板を、カソード側集電板とした構成とすることにより、固体高分子型燃料電池全体として、集電板に生じる腐食量の絶対量を減らすのに有利な構成とすることができる。
According to the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the following excellent effects are exhibited.
(1) The cathode gas, anode gas and cooling water distribution system to the stack is made into a counter-flow type, and cathode gas, anode gas and cooling water are supplied and discharged from one end side of the stack in the cell stacking direction. In the polymer electrolyte fuel cell, a conductive plate-like material is interposed between the single cell at the other end on the other side in the cell stacking direction and the other current collector on the other end. The cathode gas, anode gas, and cooling water, which are configured to cause the stack to be supplied and discharged from one end side in the cell stacking direction, are formed by the conductive plate-like material. The possibility of contact with the other end side current collector plate provided on the other end side of the stack in the cell stacking direction can be prevented. Therefore, it is possible to surely prevent the other end side current collecting plate from being corroded by local batteries due to moisture in the cathode gas or anode gas or various ions contained in the cooling water. it can.
(2) The effect of the above (1) is that a conductive plate-like object that is a simple plate is interposed between a single cell at the other end of the stack in the cell stacking direction and the current collector plate at the other end. Can be obtained by a simple configuration. In addition, the conductive plate-like material can be easily manufactured because neither drilling nor grooving is required. Therefore, corrosion of the current collector plate on the other end side can be prevented without the need for a specially shaped separator in which a groove serving as a gas flow path or a cooling water flow path is provided only on one side, and a solid polymer fuel cell As a whole, it is possible to suppress corrosion occurring in the current collector plate.
(3) By adopting a configuration in which the conductive plate-like material has a planar shape similar to the separator formed by sandwiching the MEA with a single cell, the single cell at the other end side in the cell stacking direction in the stack, The conductive plate-like object can be easily incorporated between the other end side current collector plate and between the single cell at the other end side end portion in the cell stacking direction and the other end side current collector plate in the stack. The risk that the cross-sectional area of the path through which the current flows changes to affect the battery performance can be prevented.
(4) By adopting a structure in which the conductive plate-like material is made of the same material as the separator formed by sandwiching the MEA with a single cell, a single cell at the other end side in the cell stacking direction in the stack, and the like High conductivity can be ensured between the end-side current collector plate, and the conductive plate-like object is interposed between the single cell at the other end in the cell stacking direction and the other end-side current collector plate. It is possible to prevent the possibility that the performance will deteriorate.
(5) By adopting a configuration in which the other end side current collector plate is a cathode side current collector plate, the entire polymer electrolyte fuel cell is advantageous in reducing the absolute amount of corrosion generated on the current collector plate. It can be.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の固体高分子型燃料電池の実施の一形態を示すもので、スタック1へのカソードガス、アノードガス及び冷却水の配流方式を反流形(U形)として、カソードガス、アノードガス及び冷却水の供給と排出を、すべてスタック1におけるセル積層方向の一端側(図上右側)から行わせるようにしてある固体高分子型燃料電池において、セル積層方向の他端部(図上左端部)の単セル2と、その外側に配する他端側集電板3dとの間に、セパレータ8a,8bと同様の平面形状を有し、且つカソードガス用、アノードガス用又は冷却水用の流路を形成するための表面の溝加工と内部マニホールドに対応させるための穴加工とを全く施していない導電性の板状物14を、介在させるように組み入れてなる構成とする。   FIG. 1 shows an embodiment of a polymer electrolyte fuel cell according to the present invention. The distribution system of cathode gas, anode gas and cooling water to the stack 1 is defined as a countercurrent type (U type), In the polymer electrolyte fuel cell in which supply and discharge of anode gas and cooling water are all performed from one end side (the right side in the figure) of the stack 1 in the cell stacking direction, the other end part in the cell stacking direction (see FIG. The upper left end) has a planar shape similar to that of the separators 8a and 8b between the single cell 2 on the other end side and the other end side current collecting plate 3d arranged on the outer side, and for cathode gas, anode gas or cooling A conductive plate-like object 14 that is not subjected to groove processing on the surface for forming a water flow path and hole processing to correspond to the internal manifold is incorporated so as to be interposed.

詳述すると、上記スタック1は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜の両面をカソード(空気極)とアノード(燃料極)の両ガス拡散電極で挟持させて形成してなるMEA(膜・電極接合体)9の両側に、内面側にガス流路10又は11を、又、外面側に冷却水流路15を設けてなるセパレータ8a,8bを配して単セル2を構成し、この単セル2を所要数積層してある。   More specifically, the stack 1 is formed by sandwiching both surfaces of a proton-conducting solid polymer electrolyte membrane between gas diffusion electrodes of a cathode (air electrode) and an anode (fuel electrode). A single cell 2 is configured by arranging separators 8a and 8b each having a gas flow path 10 or 11 on the inner surface side and a cooling water flow path 15 on the outer surface side on both sides of the electrode assembly 9). The required number of cells 2 are stacked.

更に、上記単セル2の積層体には、該各単セル2のセパレータ8a,8bの外周部所要個所に設けてある孔をセル積層方向に連ねることでカソードガスの供給と排出用、アノードガスの供給と排出用、冷却水の供給と排出用の各内部マニホールド16が形成されるようにしてある。なお、図1では、図示する便宜上、カソードガスとアノードガスのうち、一方のガスの供給と排出用の内部マニホールド16のみが示してある。   Further, in the laminated body of the single cells 2, the holes provided in the outer peripheral portions of the separators 8 a and 8 b of the single cells 2 are connected in the cell stacking direction to supply and discharge the cathode gas. The internal manifolds 16 for supplying and discharging the cooling water and for supplying and discharging the cooling water are formed. In FIG. 1, for convenience of illustration, only the internal manifold 16 for supplying and discharging one of the cathode gas and the anode gas is shown.

上記単セル2の積層体のセル積層方向の一端側(図上右側)には、上記各単セル2の積層体に設けてあるカソードガス用、アノードガス用及び冷却水用の内部マニホールド16と対応する位置に該各内部マニホールド16とそれぞれ連通させるための貫通孔17を具備してなるセル積層方向一端側用の一端側集電板3cと、電気絶縁板4aとを内側から順に配置し、更にその外側に、上記カソードガス用、アノードガス用及び冷却水用の内部マニホールド16にそれぞれ対応するカソードガス供給用及び排出用、アノードガス供給用及び排出用、冷却水供給用及び排出用の各流体の流路18を備えてなる一端側エンドプレート5aを配置する。図1では、図示する便宜上、カソードガスとアノードガスのうちの一方のガスの供給と排出用の流路18のみが示してある。   On one end side (right side in the figure) of the laminate of the single cells 2 is an internal manifold 16 for cathode gas, anode gas, and cooling water provided in the laminate of the single cells 2. One end side current collecting plate 3c for one end side in the cell stacking direction, which is provided with through holes 17 for communicating with the respective internal manifolds 16 at corresponding positions, and an electric insulating plate 4a are sequentially arranged from the inside, Furthermore, on the outside, each of the cathode gas supply and discharge, anode gas supply and discharge, cooling water supply and discharge corresponding to the internal manifold 16 for cathode gas, anode gas and cooling water, respectively. One end side end plate 5a having a fluid flow path 18 is disposed. In FIG. 1, for convenience of illustration, only the supply and discharge flow path 18 of one of the cathode gas and the anode gas is shown.

上記単セル2の積層体のセル積層方向の他端側(図上左側)には、上記穴加工及び溝加工を何ら施していない導電性の板状物14と、セル積層方向他端側用の他端側集電板3dと、電気絶縁板4bを内側から順に配置し、更にその外側に他端側エンドプレート5bを配置して、上記一端側と他端側の各エンドプレート5aと5b同士を、図示しない締付手段を介装してなる締付ボルト6とナット7により外側から締め付けて固定してスタック1を構成してある。これにより、上記単セル2の積層体とセル積層方向他端側に配してある他端側集電板3dとの間に、上記溝加工も穴加工も施していない単なる平板状の導電性の板状物14を介在させることで、上記セル積層方向他端側に配置してある他端側集電板3dと、上記スタック1内の各単セル2に流通させるカソードガス、アノードガス及び冷却水との接触を完全に遮断することができるようにしてある。   On the other end side (left side in the figure) of the laminate of the single cells 2, there is a conductive plate 14 that is not subjected to any hole processing or groove processing, and for the other end side in the cell stacking direction. The other end side current collecting plate 3d and the electric insulating plate 4b are sequentially arranged from the inner side, and the other end side end plate 5b is further arranged on the outer side, and the end plates 5a and 5b on the one end side and the other end side are arranged. The stack 1 is configured by fastening them from the outside by fastening bolts 6 and nuts 7 with fastening means (not shown) interposed therebetween. Thereby, between the laminated body of the said single cell 2 and the other end side current collecting plate 3d distribute | arranged to the other end side of a cell lamination direction, the said flat-plate-like electroconductivity which has not performed the said groove process and hole process The other end-side current collecting plate 3d disposed on the other end side in the cell stacking direction, and the cathode gas, the anode gas, and the like flowing through each single cell 2 in the stack 1 The contact with the cooling water can be completely blocked.

上記導電性の板状物14は、高い導電性を有し、且つ局部電池による腐食を生じないような材質としてあればよい。具体的には、たとえば、セパレータ8a,8bと同様の材質であるカーボン製とするようにすればよい。これにより、該導電性の板状物14の調達を容易なものとすることができると共に、該板状物14に高い導電性を確保できるため、この板状物14がセル積載方向他端部の単セル2と他端側集電板3dとの間に存在することによる電池性能の低下を防止することができる。   The conductive plate 14 may be made of a material that has high conductivity and does not cause corrosion by the local battery. Specifically, for example, it may be made of carbon which is the same material as the separators 8a and 8b. As a result, the conductive plate-like object 14 can be easily procured, and the plate-like object 14 can be secured with high conductivity. It is possible to prevent a decrease in battery performance due to the presence of the single cell 2 and the other end side current collector plate 3d.

なお、上記スタック1においては、セル積層方向一端側用の一端側集電板3cをアノード側集電板3cとし、セル積層方向他端側用の他端側集電板3dをカソード側集電板3dとすることが望ましい。これは、従来の固体高分子型燃料電池を所要時間運転した後、アノード側とカソード側の各集電板に生じた腐食量を調べた結果、電位の影響等により、カソード側集電板の方がアノード側集電板に比して腐食し易いということが経験則として得られているためである。そのため、他端側集電板3dをカソード側集電板3dとして、該カソード側集電板3dと、カソードガス、アノードガス及び冷却水との接触を完全に遮断して、カソード側集電板3dの腐食を防止するようにすれば、固体高分子型燃料電池全体として、集電板3c,3dに生じる腐食量の絶対量を減らすことができるためである。   In the stack 1, the one end side current collecting plate 3c for one end side in the cell stacking direction is an anode side current collecting plate 3c, and the other end side current collecting plate 3d for the other end side in the cell stacking direction is the cathode side current collecting plate. The plate 3d is desirable. This is because, after operating the conventional polymer electrolyte fuel cell for the required time, the amount of corrosion generated in the current collector plates on the anode side and the cathode side was examined. This is because it has been obtained as a rule of thumb that corrosion is more likely to corrode than the anode current collector. Therefore, the other end side current collecting plate 3d is used as the cathode side current collecting plate 3d, and the contact between the cathode side current collecting plate 3d and the cathode gas, the anode gas and the cooling water is completely cut off. This is because if the 3d corrosion is prevented, the absolute amount of corrosion generated on the current collector plates 3c and 3d can be reduced as the whole polymer electrolyte fuel cell.

以上の構成としてある固体高分子型燃料電池に対してカソードガス、アノードガス、冷却水を適宜供給すると、これら3つの流体は、いずれもスタック1におけるセル積層方向の一端側に配設してあるエンドプレート5aの流路18と電気絶縁板4aとアノード側集電板3cを経た後、供給側の内部マニホールド16を介して各単セル2へ供給され、これにより、該各単セル2にて燃料電池反応が行われて、上記単セル2の積層体のセル積層方向の一端側に設けてあるアノード側集電板3cと、単セル2の積層体のセル積層方向の他端側に導電性の板状物14を介して設けてあるカソード側集電板3dに接続した図示しない外部回路へ、発電された電力が取り出される。この際、上記燃料電池反応により各単セル2で発生する熱は、図示しない冷却水によって適宜冷却される。   When cathode gas, anode gas, and cooling water are appropriately supplied to the polymer electrolyte fuel cell having the above-described configuration, these three fluids are all disposed on one end side of the stack 1 in the cell stacking direction. After passing through the flow path 18 of the end plate 5a, the electrical insulating plate 4a, and the anode side current collecting plate 3c, it is supplied to each single cell 2 via the supply side internal manifold 16, and thereby, in each single cell 2 A fuel cell reaction is performed, and the anode side current collecting plate 3c provided on one end side in the cell stacking direction of the stack of single cells 2 and the other end side of the stack of single cells 2 in the cell stacking direction are electrically connected. The generated electric power is taken out to an external circuit (not shown) connected to the cathode-side current collecting plate 3d provided via the conductive plate-like material 14. At this time, the heat generated in each single cell 2 by the fuel cell reaction is appropriately cooled by cooling water (not shown).

その後、上記各単セル2にて燃料電池反応に供された後のカソードガス及びアノードガスと、上記各単セル2の冷却に供された後の冷却水は、いずれも排出用の内部マニホールド16よりスタック1におけるセル積層方向の一端側に配設してあるアノード側集電板3cと電気絶縁板4aとエンドプレート5aを経て外部へ排出されるようになる。   Thereafter, the cathode gas and anode gas after being supplied to the fuel cell reaction in each single cell 2 and the cooling water after being supplied to the cooling of each single cell 2 are both exhaust internal manifolds 16. Further, it is discharged to the outside through the anode-side current collecting plate 3c, the electric insulating plate 4a, and the end plate 5a disposed on one end side of the stack 1 in the cell stacking direction.

したがって、上記スタック1におけるセル積層方向の他端側では、導電性の板状物14にカソードガスやアノードガスや冷却水が接触するとしても、その外側に設けてあるカソード側集電板3dは、上記カソードガス、アノードガス、冷却水のいずれとも接触することはない。よって、局部電池により該カソード側集電板3dに腐食が生じる虞は確実に防止されるようになる。   Therefore, on the other end side of the stack 1 in the cell stacking direction, even if cathode gas, anode gas, or cooling water comes into contact with the conductive plate 14, the cathode-side current collector plate 3 d provided on the outer side thereof is No contact with the cathode gas, anode gas, or cooling water. Therefore, it is possible to reliably prevent the local battery from corroding the cathode current collector plate 3d.

なお、上記スタック1を、該スタック1におけるセル積層方向他端側の他端側集電板3dがアノード側集電板となるように構成すれば、該アノード側集電板のカソードガス、アノードガス、冷却水との接触を阻止できて、局部電池により該アノード側集電板としての他端側集電板3dに腐食が生じる虞を確実に防止することが可能になる。   If the stack 1 is configured such that the other end side current collecting plate 3d on the other end side in the cell stacking direction of the stack 1 becomes an anode side current collecting plate, the cathode gas and anode of the anode side current collecting plate The contact with the gas and the cooling water can be prevented, and it is possible to reliably prevent the local battery from corroding the other end side current collecting plate 3d as the anode side current collecting plate.

このように、本発明の固体高分子型燃料電池によれば、スタック1へのカソードガス、アノードガス及び冷却水の配流方式を反流形(U形)として、カソードガス、アノードガス及び冷却水の供給と排出を行うようにしてあるスタック1におけるセル積層方向の一端側(図上右側)とは反対側となるセル積層方向他端側に設けてある他端側集電板3dに、カソードガス、アノードガス及び冷却水が接触する虞を防止できて、該他端側集電板3dに局部電池による腐食が生じる虞を確実に防止することができる。   As described above, according to the polymer electrolyte fuel cell of the present invention, the cathode gas, anode gas, and cooling water distribution system to the stack 1 is changed to the counterflow type (U shape). The other end side current collector plate 3d provided on the other end side in the cell stacking direction opposite to one end side in the cell stacking direction (the right side in the figure) in the stack 1 that is supplied and discharged is connected to the cathode It is possible to prevent the gas, the anode gas, and the cooling water from coming into contact with each other, and reliably prevent the other end side current collecting plate 3d from being corroded by the local battery.

上記他端側集電板3dの腐食防止効果は、スタック1におけるセル積層方向他端側端部の単セル2と、その外側に配する他端側集電板3dとの間に、単なる板状としてある導電性の板状物14を介在させるというシンプルな構成によって得ることができる。しかも、上記導電性の板状物14は、穴加工も溝加工も必要としないため容易に製作することができる。よって、ガス流路あるいは冷却水流路となる溝を片面のみに設けてなるような特殊形状のセパレータを必要とすることなく他端側集電板3dの腐食を防止して、固体高分子型燃料電池全体として、集電板3c,3dの腐食を抑制することが可能になる。   The anti-corrosion effect of the other end side current collecting plate 3d is that a simple plate is provided between the single cell 2 at the other end side end portion in the cell stacking direction of the stack 1 and the other end side current collecting plate 3d arranged outside thereof. It can be obtained by a simple configuration in which a certain conductive plate 14 is interposed. Moreover, the conductive plate-like material 14 can be easily manufactured because neither hole processing nor groove processing is required. Therefore, it is possible to prevent corrosion of the other end side current collector plate 3d without requiring a specially shaped separator in which a groove serving as a gas flow path or a cooling water flow path is provided only on one side, and a solid polymer fuel As a whole battery, it is possible to suppress the corrosion of the current collector plates 3c and 3d.

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、スタック1へのカソードガス、アノードガス及び冷却水の配流方式を反流形(U形)としてある形式の固体高分子型燃料電池であれば、上記各単セル2のセパレータ8a,8bにおけるカソードガス、アノードガス、冷却水の流路形状を図示した以外の形状に変更したり、流通方向を変更する等、いかなる形式の固体高分子型燃料電池にも適用できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   The present invention is not limited only to the above-described embodiment, but a solid polymer fuel of a type in which the flow system of cathode gas, anode gas and cooling water to the stack 1 is a countercurrent type (U type). In the case of a battery, any type of solid, such as changing the flow path shape of the cathode gas, anode gas, and cooling water in the separators 8a and 8b of each single cell 2 to a shape other than that shown in the figure or changing the flow direction. Needless to say, the present invention can be applied to polymer fuel cells, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明の固体高分子型燃料電池の実施の一形態を示す切断概略側面図である。1 is a schematic cut-away side view showing an embodiment of a polymer electrolyte fuel cell of the present invention. 従来の固体高分子型燃料電池の一例の概略を示す側面図である。It is a side view which shows the outline of an example of the conventional polymer electrolyte fuel cell. 固体高分子型燃料電池における集電板の腐食を抑制するために従来提案されている手段を示す概要図である。It is a schematic diagram showing a conventionally proposed means for suppressing corrosion of a current collector plate in a polymer electrolyte fuel cell. 燃料電池のスタックに対するアノードガス、カソードガス及び冷却水の配流方式を示すもので、(イ)は反流形の方式を、(ロ)は正流形の方式をそれぞれ示す概要図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a distribution method of anode gas, cathode gas, and cooling water for a fuel cell stack, wherein (a) shows a countercurrent type and (b) shows a positive flow type.

符号の説明Explanation of symbols

1 スタック
2 単セル
3d 他端側集電板(カソード側集電板)
8a,8b セパレータ
9 MEA
14 導電性の板状物
1 stack 2 single cell 3d current collector on the other end (cathode current collector)
8a, 8b Separator 9 MEA
14 Conductive plate

Claims (4)

スタックへのカソードガス、アノードガス及び冷却水の配流方式を反流形として、カソードガス、アノードガス及び冷却水の供給と排出を、スタックにおけるセル積層方向の一端側より行わせるようにしてある固体高分子型燃料電池において、セル積層方向他端側端部の単セルと、その外側に配する他端側集電板との間に、導電性の板状物を、介在させるように組み入れてなる構成を有することを特徴とする固体高分子型燃料電池。   The cathode gas, anode gas and cooling water distribution system to the stack is a counter-current type, and cathode gas, anode gas and cooling water are supplied and discharged from one end side of the stack in the cell stacking direction. In a polymer type fuel cell, a conductive plate-like material is interposed between a single cell at the other end side end in the cell stacking direction and the other end side current collector plate arranged outside the cell. A polymer electrolyte fuel cell having the structure as described above. 導電性の板状物を、単セルにてMEAを挟持してなるセパレータと同様の平面形状とした請求項1記載の固体高分子型燃料電池。   The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the conductive plate-like material has a planar shape similar to that of a separator formed by sandwiching MEA in a single cell. 導電性の板状物を、単セルにてMEAを挟持してなるセパレータと同様の材質とした請求項1又は2記載の固体高分子型燃料電池。   The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the conductive plate-like material is made of a material similar to that of a separator formed by sandwiching MEA in a single cell. 他端側集電板を、カソード側集電板とした請求項1、2又は3記載の固体高分子型燃料電池。   4. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the other end side current collecting plate is a cathode side current collecting plate.
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