JP2009252506A - Fuel cell, method for manufacturing the same, and separator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の製造方法、燃料電池、および、セパレータに関する。 The present invention relates to a fuel cell manufacturing method, a fuel cell, and a separator.
燃料電池は、例えば、略平板状の膜電極接合体(MEA:Membrane-Electrode Assembly )を含む単セル構成部材とセパレータとを交互に積層して構成される(下記特許文献1参照)。
A fuel cell is configured by alternately laminating a single cell constituent member including a substantially flat membrane electrode assembly (MEA: Membrane-Electrode Assembly) and a separator (see
しかしながら、上記燃料電池では、例えば、外力を受けたり、劣化等によって、積層ずれを起こし、それに伴い、隣接するセパレータ同士が、接触し、短絡するおそれがあった。このように、短絡が生じると、燃料電池の発電効率の低下など種々の不具合が生じるおそれがあった。 However, in the fuel cell, for example, due to external force or deterioration, stacking shift occurs, and accordingly, adjacent separators may come into contact with each other and short-circuit. As described above, when a short circuit occurs, various problems such as a decrease in power generation efficiency of the fuel cell may occur.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料電池において、セパレータ同士が接触して、短絡することを抑制する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique for suppressing a short-circuit between separators in a fuel cell.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]
セパレータが複数積層される燃料電池の製造方法であって、少なくとも、前記セパレータの周縁部に、ラミネート樹脂を配置する配置工程と、前記ラミネート樹脂を配置後、前記ラミネート樹脂を加熱させる加熱工程と、を備えることを特徴とする燃料電池の製造方法。
[Application Example 1]
A method of manufacturing a fuel cell in which a plurality of separators are laminated, and at least a disposing step of disposing a laminating resin on a peripheral portion of the separator, and a heating step of heating the laminating resin after disposing the laminating resin, A method of manufacturing a fuel cell comprising:
上記製造方法で燃料電池を製造すれば、燃料電池において、セパレータ同士が接触して、短絡することを抑制することができる。 If a fuel cell is manufactured with the said manufacturing method, in a fuel cell, it can suppress that a separator contacts and short-circuits.
[適用例2]
適用例1に記載の燃料電池の製造方法において、前記セパレータは、少なくとも、導電性板状部材と、ラミネート樹脂で構成されるラミネート板状部材とを備え、前記配置工程は、前記ラミネート板状部材の周縁部が、前記導電性板状部材の周縁部を巻き込むように配置する工程であることを特徴とする燃料電池の製造方法。
[Application Example 2]
In the method of manufacturing a fuel cell according to Application Example 1, the separator includes at least a conductive plate member and a laminate plate member formed of a laminate resin, and the arranging step includes the laminate plate member. The manufacturing method of a fuel cell, characterized in that the peripheral edge portion is a step of arranging the peripheral edge portion of the conductive plate-like member so as to be wound.
このようにすれば、部品点数を削減することができる。さらに、このようにすれば、ラミネート樹脂をセパレータの周縁部に容易に配置することができる。 In this way, the number of parts can be reduced. Furthermore, if it does in this way, laminating resin can be easily arrange | positioned to the peripheral part of a separator.
[適用例3]
適用例1または適用例2に記載の燃料電池の製造方法において、単セル構成部材を用意する工程と、前記セパレータと、単セル構成部材とを、一体化する工程と、を備えることを特徴とする燃料電池の製造方法。
[Application Example 3]
In the fuel cell manufacturing method according to Application Example 1 or Application Example 2, the method includes a step of preparing a single cell constituent member, and a step of integrating the separator and the single cell constituent member. A method for manufacturing a fuel cell.
このようにすれば、燃料電池の組み付け性を向上させるとともに、製造工程の削減を図ることができる。 In this way, it is possible to improve the assembly property of the fuel cell and reduce the manufacturing process.
[適用例4]
燃料電池であって、適用例1ないし適用例3のいずれかに記載の燃料電池の製造方法で製造されたことを特徴とする燃料電池。
[Application Example 4]
A fuel cell, wherein the fuel cell is manufactured by the method for manufacturing a fuel cell according to any one of application examples 1 to 3.
上記構成の燃料電池によれば、セパレータ同士が接触して、短絡することを抑制することができる。 According to the fuel cell having the above configuration, the separators can be prevented from coming into contact with each other and short-circuiting.
[適用例5]
燃料電池であって、少なくとも、導電性板状部材と、ラミネート樹脂で構成されるラミネート板状部材と、を用いたセパレータであって、前記ラミネート板状部材の周縁部が、前記導電性板状部材の周縁部を巻き込むように配置されるセパレータを複数積層して成ることを要旨とする。
[Application Example 5]
A fuel cell, which is a separator using at least a conductive plate-like member and a laminate plate-like member made of a laminate resin, and a peripheral portion of the laminate plate-like member is the conductive plate-like member The gist is that a plurality of separators arranged so as to entrain the peripheral edge of the member are laminated.
上記構成の燃料電池によれば、セパレータ同士が接触して、短絡することを抑制することができる。 According to the fuel cell having the above configuration, the separators can be prevented from coming into contact with each other and short-circuiting.
[適用例6]
燃料電池であって、少なくとも、導電性板状部材と、ラミネート樹脂で構成され、端面を除く周縁部が、露出しているラミネート板状部材と、が積層されるセパレータを複数積層して成ることを要旨とする。
[Application Example 6]
A fuel cell comprising at least a plurality of separators laminated with a conductive plate-like member and a laminate plate that is composed of a laminate resin and the peripheral edge except for the end face is exposed. Is the gist.
上記構成の燃料電池によれば、セパレータ同士が接触して、短絡することを抑制することができる。 According to the fuel cell having the above configuration, the separators can be prevented from coming into contact with each other and short-circuiting.
[適用例7]
セパレータであって、導電性板状部材と、ラミネート樹脂で構成される板状部材であって、周縁部が、前記導電性板状部材の周縁部を巻き込むように配置されるラミネート板状部材と、を備えることを要旨とする。
[Application Example 7]
A separator, a conductive plate-like member, and a plate-like member made of a laminate resin, wherein the peripheral portion is disposed so as to wind up the peripheral portion of the conductive plate-like member; The gist is to provide.
上記構成のセパレータによれば、複数積層した場合に、セパレータ同士が接触して、短絡することを抑制することができる。
[適用例8]
セパレータであって、導電性板状部材と、ラミネート樹脂で構成される板状部材であって、端面を除く周縁部が、露出しているラミネート板状部材と、備えることを要旨とする。
According to the separator of the said structure, when it laminates | stacks two or more, it can suppress that a separator contacts and short-circuits.
[Application Example 8]
It is a separator, and is a plate-like member made of a conductive plate-like member and a laminate resin, and the gist is that the peripheral portion excluding the end face is provided with an exposed laminate plate-like member.
上記構成のセパレータによれば、複数積層した場合に、セパレータ同士が接触して、短絡することを抑制することができる。 According to the separator of the said structure, when it laminates | stacks two or more, it can suppress that a separator contacts and short-circuits.
なお、本発明は、上記した燃料電池の製造方法に限ることなく、セパレータ、または、単セルアセンブリの製造方法など、他の方法発明の態様で実現することも可能である。また、上記した燃料電池に限られず、単セルアセンブリなど、他の装置発明の態様で実現することも可能である。 The present invention is not limited to the above-described method for manufacturing a fuel cell, and can also be realized in the form of another method invention such as a method for manufacturing a separator or a single cell assembly. In addition, the present invention is not limited to the above-described fuel cell, and can be realized by other aspects of the invention such as a single cell assembly.
以下、本発明に係る燃料電池、燃料電池の製造方法、および、単セルアセンブリについて、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, a fuel cell, a method of manufacturing a fuel cell, and a single cell assembly according to the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
A.第1実施例:
A1.燃料電池の構成
本発明の第1実施例に係る燃料電池の概略構成について説明する。図1は、第1実施例における燃料電池100の構成を示す説明図である。図2は、燃料電池100を構成する単セルアセンブリ200の側面図である。図3は第1実施例における燃料電池の製造ステップを示すフローチャートである。なお、図2において、単セルアセンブリ200は、離れて示されているが、実際には、隣接している。また、図2において、後述するラミネート樹脂777、シール部材700、および、単セル構成部材800が示されている。
A. First embodiment:
A1. Configuration of Fuel Cell A schematic configuration of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the
図1および図2に示すように、燃料電池100は、単セルアセンブリ200が複数個積層された構造(いわゆるスタック構造)を有している。図3に示すように、燃料電池100は、単セルアセンブリ200を所定枚数積層し(ステップS102)、積層された単セルアセンブリ200を積層方向に所定の締結力を負荷するように締結する(ステップS104)ことにより、製造される。単セルアセンブリ200を積層する方向を積層方向とも呼び、積層方向に垂直な方向であって、単セルアセンブリ200に沿った方向を面方向とも呼ぶ。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1に示すように、燃料電池100には、酸化ガスが供給される酸化ガス供給マニホールド110と、酸化ガスを排出する酸化ガス排出マニホールド120と、燃料ガスが供給される燃料ガス供給マニホールド130と、燃料ガスを排出する燃料ガス排出マニホールド140と、冷却媒体を供給する冷却媒体供給マニホールド150と、冷却媒体を排出する冷却媒体排出マニホールド160と、が設けられている。なお、酸化ガスとしては空気が一般的に用いられ、燃料ガスとしては水素が一般的に用いられる。また、酸化ガス、燃料ガスは共に反応ガスとも呼ばれる。冷却媒体としては、水、エチレングリコール等の不凍水、空気等を用いることができる。
As shown in FIG. 1, the
燃料電池100は、酸化ガス供給マニホールド110に酸化ガスが供給されると共に、燃料ガス供給マニホールド130に燃料ガスが供給されることにより、発電を行う。また、発電中の燃料電池100には、発電に伴う発熱による燃料電池100の温度上昇を抑制するために、冷却媒体供給マニホールド150に冷却媒体が供給される。
The
図2に加えて、図4および図5を参照しながら、単セルアセンブリ200の構成について説明する。図4は、単セルアセンブリ200の正面図(図2における右側から見た図)を示す図である。図5は、図4におけるA−A断面を示す断面図である。なお、図5では、後述するラミネート樹脂777が示されている。
The configuration of the
図2、図4、図5に示すように、単セルアセンブリ200は、セパレータ600と、単セル構成部材800と、シール部材700と、ラミネート樹脂777とから構成されている。
As shown in FIGS. 2, 4, and 5, the
セパレータ600は、アノードプレート300と、カソードプレート400と、中間プレート500と、導電性多孔部材555と、から構成されている。
The
図6は、カソードプレート400の形状を示す説明図である。図7は、アノードプレート300の形状を示す説明図である。図8は、中間プレート500の形状を説明図である。図6、図7、図8は、各プレート400、300、500を図2の右側から見た様子を示している。図6〜図8において、各プレート300、400、500の中央部に破線で示す領域DAは、単セルアセンブリ200において、上述した単セル構成部材800が配置される領域(以下、発電領域DAという。)である。
FIG. 6 is an explanatory view showing the shape of the
図6に示すように、カソードプレート400は、例えば、ステンレス鋼で形成されている。カソードプレート400は、6個のマニホールド形成部422〜432と、酸化ガス供給スリット440と、酸化ガス排出スリット444と、を備えている。マニホールド形成部422〜432は、燃料電池100を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、発電領域DAの外側にそれぞれ設けられている。酸化ガス供給スリット440は、発電領域DAの端部(図6における上端部)に配置されている。酸化ガス排出スリット444は、発電領域DAの端部(図6における下端部)に、並んで配置されている。
As shown in FIG. 6, the
図7に示すように、アノードプレート300は、カソードプレート400同様、例えば、ステンレス鋼で形成されている。アノードプレート300は、カソードプレート400同様、6個のマニホールド形成部322〜332と、燃料ガス供給スリット350と、燃料ガス排出スリット354と、を備えている。マニホールド形成部322〜332は、燃料電池100を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート400と同様に、発電領域DAの外側にそれぞれ設けられている。燃料ガス供給スリット350は、発電領域DAの端部(図7における下端部)に、セパレータ600を構成した際にカソードプレート400における上述した酸化ガス排出スリット444と重ならないように配置されている。燃料ガス排出スリット354は、発電領域DAの端部(図7における上端部)に、セパレータ600を構成した際にカソードプレート400における上述した酸化ガス供給スリット440と重ならないように配置されている。
As shown in FIG. 7, the
図8に示すように、中間プレート500は、上述の各プレート300、400とは異なり、ラミネート樹脂で形成されている。中間プレート500は、厚さ方向に貫通する貫通部として、反応ガス(酸化ガスまたは燃料ガス)を供給/排出のための4つのマニホールド形成部522〜528と、供給流路形成部542、546および排出流路形成部544、548を備えている。中間プレート500は、さらに、プレートの略中央に厚さ方向に貫通する貫通部として、冷却媒体が流れる冷媒流路形成部550と、冷媒流路形成部550に連通する冷媒供給スリット551および冷媒排出スリット552と、を備えている。これら、冷媒流路形成部550、冷媒供給スリット551、および、冷媒排出スリット552は、後述する冷却媒体流路670を形成する。マニホールド形成部522〜528は、燃料電池100を構成する際に上述した各種マニホールドを形成するための貫通部であり、カソードプレート400、アノードプレート300と同様に、発電領域DAの外側にそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 8, the
導電性多孔部材555は、冷媒流路形成部550より一回り小さ多孔体であり、ステンレス鋼等の導電性材料で形成され、厚さが、中間プレート500とほぼ同様である。導電性多孔部材555は、冷媒流路形成部550に配置され、3つのプレートを重ね合わせた際に、カソードプレート400と、アノードプレート300とを電気的に接続すると共に、冷却媒体が流れる流路となる。
The conductive
反応ガスの供給流路形成部542、546と排出流路形成部544、548は、それぞれ対応するマニホールド形成部522〜528と一端が連通している。これらの流路形成部542〜548の他端は、3つのプレートを接合した際に、それぞれ対応するガス供給/排出スリット350、354、440、444と連通する。
Reactive gas supply flow
図9は、セパレータの正面図である。セパレータ600は、上述したアノードプレート300およびカソードプレート400を、中間プレート500を挟持するように中間プレート500の両側にそれぞれ接合し、中間プレート500における冷却媒体供給マニホールド150および冷却媒体排出マニホールド160に対応する領域に露出している部分を打ち抜いて作製される。3枚のプレートを積層し、ホットプレスすることで、中間プレート500とアノードプレート300、および、中間プレート500とカソードプレート400とを接合する。この結果、図9においてハッチングで示す貫通部である6つのマニホールド110〜160と、酸化ガス供給流路650と、酸化ガス排出流路660と、燃料ガス供給流路630と、燃料ガス排出流路640と、冷却媒体流路670とを備えたセパレータ600が得られる。
FIG. 9 is a front view of the separator. The
図2、図4、図5に戻って、単セルアセンブリ200の説明を続ける。図2に示すように、上述したセパレータ600のカソードプレート400側の面における発電領域DAに、単セル構成部材800が配置され、同じ面における発電領域DAの外側の領域(以下、周囲領域という。)にシール部材700が配置されている。単セル構成部材800は、図5に示すように、MEA(Membrane Electrode Assembly)810と、MEA810のアノード側の面に接して配置されたアノード側拡散層820と、MEA810のカソード側の面に接して配置されたカソード側拡散層830と、アノード側多孔体840と、カソード側多孔体850と、から構成されている。アノード側多孔体840は、MEA810のアノード側にアノード側拡散層820を挟んで配置され、カソード側多孔体850は、MEA810のカソード側にカソード側拡散層830を挟んで配置されている。カソード側多孔体850は、セパレータ600の発電領域DAに接触している。アノード側多孔体840は、複数の単セルアセンブリ200を積層して燃料電池100を構成した際に、他の単セルアセンブリ200のセパレータ600のアノードプレート300側の面に接触する。
Returning to FIGS. 2, 4, and 5, the description of the
MEA810は、例えばフッ素系樹脂材料あるいは炭化水素系樹脂材料で形成され湿潤状態において良好なイオン導電性を有するイオン交換膜と、その両側の表面に塗布された触媒層とから構成されている。触媒層は、例えば、白金または白金と他の金属からなる合金を含む層である。
The
アノード側拡散層820およびカソード側拡散層830は、例えば、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロス、あるいはカーボンペーパまたはカーボンフェルトによって形成される。
The anode
アノード側多孔体840およびカソード側多孔体850は、金属多孔体などのガス拡散性および導電性を有する多孔質の材料で形成されている。アノード側多孔体840およびカソード側多孔体850は、上述したアノード側拡散層820およびカソード側拡散層830より空孔率が高く、内部におけるガスの流動抵抗がアノード側拡散層820およびカソード側拡散層830より低いものが用いられ、後述するように反応ガスが流動するための流路として機能する。
The anode side
シール部材700は、支持部710と支持部710の上部に形成されたリブ720とを備えている。シール部材700は、ガス不透性と弾力性と燃料電池の運転温度域における耐熱性とを有する材料、例えば、ゴムやエラストマーなどの弾性材料により形成される。具体的には、シリコン系ゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、天然ゴム、フッ素系ゴム、エチレン・プロピレン系ゴム、スチレン系エラストマー、フッ素系エラストマーなどが用いられ得る。
The
シール部材700の支持部710は、セパレータ600のカソードプレート400側の面における上述した周囲領域に接触している(図2、図5)。シール部材700の支持部710とセパレータ600のカソードプレート400側の面との接触面SU(図5:太線)は、所定の結合力で接着されている。ここで、「所定の結合力」とは、単セルアセンブリ200が積層・締結されていない状態、すなわち、積層方向の負荷がかけられていない状態における結合力である。具体的には、接触面SUの結合力は、シールラインの単位長さあたり0.01N/mm(ニュートン毎ミリメートル)以上であることが好ましく、0.6N/mm以上であることがさらに好ましい。
The
支持部710は、図4および図5において符号BBで示すように、単セル構成部材800の端部に含浸して一体化されている。これにより、単セル構成部材800の端部において、MEA810のカソード側からアノード側への、あるいは、アノード側からカソード側への反応ガスの漏洩が抑制される。
As shown by reference numeral BB in FIGS. 4 and 5, the
上述のように、単セル構成部材800と、シール部材700と、セパレータ600とは、一体化されており、これらが一体となった一体化アセンブリを一体化アセンブリIAYとも呼ぶ。
As described above, the single
シール部材700は、図2および図5に示すように、面方向において、セパレータ600より面積が小さく形成されている。すなわち、セパレータ600は、シール部材700より面方向に突出している。
As shown in FIGS. 2 and 5, the
リブ720は、図4に示すように、単セル構成部材800、各マニホールド110〜160を、それぞれ囲むように形成されている。リブ720は、単セルアセンブリ200が積層され燃料電池100を構成する際に、積層方向の締結力により、他の単セルアセンブリ200のセパレータ600のアノードプレート300と気密に接触する。
As shown in FIG. 4, the
ラミネート樹脂777は、図2、図5および図9に示すように、枠状に形成されセパレータ600(カソードプレート400またはアノードプレート300)の周縁部に固着されている。ラミネート樹脂777としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、または、カプトンフィルムなどが用いられる。
As shown in FIGS. 2, 5, and 9, the
A2.燃料電池の動作
図10を参照して、本実施例に係る燃料電池100の動作について説明する。図10は、燃料電池の反応ガスの流れを示す説明図である。図を見やすくするため、図10においては、2つの単セルアセンブリ200が積層された様子を図示している。図10(a)は、図9におけるB−B断面に対応する断面図を示している。図10(b)は、右側の半分が図9におけるD−D断面に対応する断面図を示し、左側の半分が図9におけるC−C断面に対応する断面図を示している。
A2. Operation of Fuel Cell The operation of the
酸化ガス供給マニホールド110に供給された酸化ガスは、図10(a)において矢印で示すように、酸化ガス供給マニホールド110から酸化ガス供給流路650を通って、カソード側多孔体850に供給される。酸化ガス供給流路650は、上述した中間プレート500に形成された酸化ガスの供給流路形成部542(図8)とカソードプレート400に形成された酸化ガス供給スリット440(図6)によって形成される。カソード側多孔体850に供給された酸化ガスは、酸化ガスの流路として機能するカソード側多孔体850の内部を図4、9における上方から下方に流動する。そして、酸化ガスは、酸化ガス排出流路660を通って、酸化ガス排出マニホールド120へ排出される。酸化ガス排出流路660は、上述した中間プレート500に形成された酸化ガスの排出流路形成部544(図8)とカソードプレート400に形成された酸化ガス排出スリット444(図6)によって形成される。カソード側多孔体850を流動する酸化ガスの一部は、カソード側多孔体850に当接しているカソード側拡散層830の全体に亘って拡散し、カソード反応(例えば、2H++2e-+(1/2)O2→H2O)に供される。
The oxidant gas supplied to the oxidant
燃料ガス供給マニホールド130に供給された燃料ガスは、図10(b)において矢印で示すように、燃料ガス供給マニホールド130から燃料ガス供給流路630を通って、アノード側多孔体840に供給される。燃料ガス供給流路630は、上述した中間プレート500に形成された燃料ガスの供給流路形成部546(図8)とアノードプレート300に形成された燃料ガス供給スリット350(図7)によって形成される。アノード側多孔体840に供給された燃料ガスは、燃料ガスの流路として機能するアノード側多孔体840の内部を図4、9における下方から上方に流動する。そして、燃料ガスは、燃料ガス排出流路640を通って、燃料ガス排出マニホールド140に排出される。燃料ガス排出流路640は、上述した中間プレート500に形成された燃料ガスの排出流路形成部548(図8)とアノードプレート300に形成された燃料ガス排出スリット354(図7)によって形成される。アノード側多孔体840を流動する酸化ガスの一部は、アノード側多孔体840に当接しているアノード側拡散層820の全体に亘って拡散し、アノード反応(例えば、H2→2H++2e-)に供される。
The fuel gas supplied to the fuel
冷却媒体供給マニホールド150に供給された冷却媒体は、冷却媒体供給マニホールド150から冷却媒体流路670に供給される。冷却媒体流路670に供給された冷却媒体は、冷却媒体流路670の一端から他端まで流動し、冷却媒体排出マニホールド160に排出される。
The cooling medium supplied to the cooling
以上のように、本実施例の燃料電池100では、ラミネート樹脂777が、枠状に形成されセパレータ600(カソードプレート400またはアノードプレート300)の周縁部に配置されている(図10等)。このようにすれば、例えば、燃料電池100が外力を受けたり、シール部材700が劣化するなどの要因により、単セルアセンブリ200が積層ずれを起こした場合等において、セパレータ600同士が接近した場合であっても、セパレータ600間に、ラミネート樹脂777が挟まれ、セパレータ600同士が直接接触することを抑制することができる。その結果、セパレータ600同士の接触に伴う短絡を抑制することができ、燃料電池100の発電効率が低下することを抑制することができる。このようにラミネート樹脂777は、セパレータ600の短絡抑制材として機能する。
As described above, in the
また、単セルアセンブリ200において、MEA810、シール部材700、および、セパレータ600とは、一体に形成されているので、単セルアセンブリ200を積層する際、組み付け性、または、ハンドリング性を向上させることができる。
Further, in the
A3.単セルアセンブリの製造方法:
図11、図12、および、図13を参照して、上述した構成を有する単セルアセンブリ200の製造方法を説明する。図11は、本実施例における単セルアセンブリの製造ステップを示すフローチャートである。図12および図13は、単セルアセンブリの製造時における一工程を説明するための図である。
A3. Single cell assembly manufacturing method:
A manufacturing method of the
先ず、一体化成型用の成形型を準備する(ステップS202)。成形型は、図12(a)に示すように、上型910と下型920を有している。下型920には、図12に示すように、セパレータ600を配置できるように、セパレータ600の外形に合致する形状を有している。また、下型920には、図12に示すように、セパレータ600を配置したときに、セパレータ600の各マニホールド110〜160に嵌り込む突状部PJが形成されている。上型910には、下型920の突状部PJの上方に成形材料の投入口SHが形成されている。
First, a mold for integral molding is prepared (step S202). The mold has an
次いで、下型920に、セパレータ600を配置する(ステップS204)。本実施例では、セパレータ600は、アノードプレート300側を下方に、カソードプレート400側を上方にして、下型920に配置される。
Next, the
次いで、下型920に配置されたセパレータ600にカソード側多孔体850が配置される(ステップS206)。カソード側多孔体850は、セパレータ600のカソードプレート400側の面における発電領域DA(図6等)に配置される。
Next, the cathode-side
そして、配置されたカソード側多孔体850に重ねて、MEGA860が配置される(ステップS208)。MEGA860は、上述したMEA810の両面にアノード側拡散層820およびカソード側拡散層830を予めホットプレスによって接着して一体化したものである。
And MEGA860 is arrange | positioned on the arrange | positioned cathode side porous body 850 (step S208). The
配置されたMEGA860に重ねて、アノード側多孔体840が配置される(ステップS210)。
An anode-side
こうして、セパレータ600の発電領域DAに、単セル構成部材800が全て配置されると、所定の型圧で型締めし、射出成形が行われ、単セル構成部材800と、シール部材700と、セパレータ600とが一体化した一体化アセンブリIAYが作製される(ステップS212)。
Thus, when all the single cell
図12(b)には、下型920と上型910とが型締めされた状態が示されている。型締めされた状態において、セパレータ600のカソードプレート400側の面における周囲領域(発電領域DAの外側の領域)の上方には、上述した単セルアセンブリ200のシール部材700の形状を有する空間SPが形成される。この空間SPは、図12(b)に示すように、セパレータ600のカソードプレート400側の面と、上型910の内壁面と、単セル構成部材800(アノード側多孔体840とMEGA860とカソード側多孔体850)の端部とによって区画される。この空間SPにおいて射出成形が行われる。具体的には、シール部材700の成形材料としての液状ゴムが上述した投入口SHから空間SPに投入された後、加硫工程が行われる。
FIG. 12B shows a state where the
この射出成形において、成形材料が単セル構成部材800の端部に含浸する(図4および図5の領域BB)ことにより、単セル構成部材800とシール部材700が一体化するように、成形材料の投入圧力が制御される。また、成形材料にシランカップリング剤を添加することにより、シール部材700とセパレータ600の接触面SU(図5)の結合力が確保される。射出成形後、型開きして一体化アセンブリIAYが得られる。
In this injection molding, the molding material is impregnated into the end of the single cell constituent member 800 (region BB in FIGS. 4 and 5), so that the single
そして、一体化アセンブリIAYにおいて、セパレータ600の周縁部に、枠状に形成されたラミネート樹脂777を配置する(ステップS214)。
Then, in the integrated assembly IAY, a
その後、配置したラミネート樹脂777をホットプレスすることで、加熱する(ステップS216)。ラミネート樹脂として、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、または、ポリエチレンナフタレート(PEN)などを用いる場合、加熱温度は、例えば、120℃〜140℃程度とする。こうして、セパレータ600の周縁部に、ラミネート樹脂777が固着される。
Thereafter, the placed
以上のように、本実施例の燃料電池100の製造方法によれば、短絡抑制材としてのラミネート樹脂777を、セパレータ600の周縁部に配置後、加熱によってセパレータ600に固着させるようにしている。このようにすれば、加熱前において、ラミネート樹脂777を配置する際、ラミネート樹脂777が意図する位置に対してずれていた場合など、位置合わせのリセットを容易に行うことができ、ラミネート樹脂777の組み付け性を向上させることができる。
As described above, according to the manufacturing method of the
また、本実施例の燃料電池100の製造方法によれば、シール部材700とセパレータ600と単セル構成部材800とが一体となった単セルアセンブリ200を作製し、単セルアセンブリ200を積層・締結することにより、燃料電池100を製造するので、燃料電池100の組み付け性を向上させるとともに、製造工程の削減を図ることができる。
Further, according to the method of manufacturing the
なお、本実施例において、セパレータ600は、特許請求の範囲におけるセパレータに該当し、ラミネート樹脂777は、特許請求の範囲におけるラミネート樹脂に該当し、アノードプレート300またはカソードプレート400は、特許請求の範囲における導電性板状部材に該当し、中間プレート500は、特許請求の範囲におけるラミネート板状部材に該当し、単セル構成部材800は、特許請求の範囲における単セル構成部材に該当する。
In this embodiment, the
B.第2実施例:
本発明の第2実施例に係る燃料電池の概略構成について説明する。図14は、第2実施例における単セルアセンブリの構成を示す説明図である。図14に示す第2実施例の単セルアセンブリ200Aにおいて、第1実施例の単セルアセンブリ200と同じ構成は、同様の符号を付しており、説明を省略している。
B. Second embodiment:
A schematic configuration of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is an explanatory view showing a configuration of a single cell assembly in the second embodiment. In the
第2実施例の単セルアセンブリ200Aは、図14に示すように、ラミネート樹脂777を備えておらず、中間プレート500Aの周縁部が、カソードプレート400およびアノードプレート300の周縁部より積層方向に伸びて形成され、カソードプレート400の周縁部を巻き込むように配置・固着されている。
As shown in FIG. 14, the
この単セルアセンブリ200Aは、図14に示すように、一体化アセンブリIAYを作製後、中間プレート500Aの周縁部を折り曲げ、カソードプレート400の周縁部を巻き込むように配置し、その巻き込み部分をホットプレスすることにより製造する。
In this
以上のように、第2実施例の単セルアセンブリ200Aでは、短絡抑制材として、ラミネート樹脂777の代わりに、中間プレート500Aの周縁部をカソードプレート400の周縁部に巻き込むように配置している。このようにすれば、ラミネート樹脂777を新たに用いる必要が無いので、部品点数を削減することができる。また、セパレータ600の周縁部に、綿密な位置合わせとしなくとも、短絡抑制材としてのラミネート樹脂を容易に配置することができる。
As described above, in the
C.第3実施例:
本発明の第3実施例に係る燃料電池の概略構成について説明する。図15は、第3実施例における単セルアセンブリの構成を示す説明図である。図15に示す第3実施例の単セルアセンブリ200Bにおいて、第1実施例の単セルアセンブリ200と同じ構成は、同様の符号を付しており、説明を省略している。
C. Third embodiment:
A schematic configuration of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is an explanatory diagram showing a configuration of a single cell assembly in the third embodiment. In the
第3実施例の単セルアセンブリ200Bは、図15に示すように、セパレータ600において、カソードプレート400は、面方向の面積が中間プレート500より小さく形成されている。従って、中間プレート500は、積層方向に沿った端面を除く周縁部が、セパレータ600の外部に露出するように構成されている。このようにすれば、セパレータ600同士が接近し接触した場合であっても、一方のセパレータ600のカソードプレート400と、他方のセパレータ600のアノードプレート300とは、接触しにくく、一方のセパレータ600の中間プレート500と、他方のセパレータ600のアノードプレート300とが接触することになるので、セパレータ600の接触に伴う短絡を抑制することができる。
As shown in FIG. 15, in the
D.変形例:
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や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おいて実施することが可能であり、例えば以下のような変形も可能である。
D. Variations:
In addition, elements other than the elements claimed in the independent claims among the constituent elements in each of the above embodiments are additional elements and can be omitted as appropriate. The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.
D1.変形例1:
上記実施例において、単セル構成部材800と、セパレータ600とは一体化されているが、本発明はこれに限られるものではなく、単セル構成部材800とセパレータ600とが一体化されていなくてもよい。このようにしても、上記実施例の効果の少なくとも一部を奏することができる。
D1. Modification 1:
In the above embodiment, the single
D2.変形例2:
上記第2実施例において、カソードプレート400が、面方向の面積が中間プレート500より小さく形成されているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、アノードプレート300が、面方向の面積が中間プレート500より小さく形成されていてもよく、また、アノードプレート300およびカソードプレート400の両方が、面方向の面積が中間プレート500より小さく形成されていてもよい。このようにしても、上記実施例の効果の少なくとも一部を奏することができる。
D2. Modification 2:
In the second embodiment, the
D3.変形例3:
上記実施例において、中間プレート500の冷媒流路形成部550に配置する部材として、導電性多孔部材555を用いているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電性多孔部材555の代わりに、導電性の波板状部材を用いるようにしてもよい。このようにしても、上記実施例の効果の少なくとも一部を奏することができる。
D3. Modification 3:
In the above embodiment, the conductive
100…燃料電池
110…マニホールド
110…酸化ガス供給マニホールド
120…酸化ガス排出マニホールド
130…燃料ガス供給マニホールド
140…燃料ガス排出マニホールド
150…冷却媒体供給マニホールド
160…冷却媒体排出マニホールド
200…単セルアセンブリ
200A…単セルアセンブリ
200B…単セルアセンブリ
300…アノードプレート
300…プレート
322…マニホールド形成部
350…燃料ガス供給スリット
354…燃料ガス排出スリット
400…カソードプレート
400…プレート
422…マニホールド形成部
440…酸化ガス供給スリット
444…酸化ガス排出スリット
500…中間プレート
522…マニホールド形成部
542…供給流路形成部
544…排出流路形成部
546…供給流路形成部
548…排出流路形成部
550…冷媒流路形成部
551…冷媒供給スリット
552…冷媒排出スリット
555…導電性多孔部材
600…セパレータ
630…燃料ガス供給流路
640…燃料ガス排出流路
650…酸化ガス供給流路
660…酸化ガス排出流路
670…冷却媒体流路
700…シール部材
710…支持部
720…リブ
777…ラミネート樹脂
800…単セル構成部材
810…MEA
820…アノード側拡散層
830…カソード側拡散層
840…アノード側多孔体
850…カソード側多孔体
910…上型
920…下型
DA…発電領域
BB…符号
BB…領域
SH…投入口
PJ…突状部
SP…空間
SU…接触面
IAY…一体化アセンブリ
DESCRIPTION OF
820 ... Anode-
Claims (8)
少なくとも、前記セパレータの周縁部に、ラミネート樹脂を配置する配置工程と、
前記ラミネート樹脂を配置後、前記ラミネート樹脂を加熱させる加熱工程と、
を備えることを特徴とする燃料電池の製造方法。 A method of manufacturing a fuel cell in which a plurality of separators are stacked,
An arrangement step of arranging a laminate resin on at least a peripheral portion of the separator;
A heating step of heating the laminate resin after placing the laminate resin;
A method of manufacturing a fuel cell comprising:
前記セパレータは、少なくとも、導電性板状部材と、ラミネート樹脂で構成されるラミネート板状部材とを備え、
前記配置工程は、
前記ラミネート板状部材の周縁部が、前記導電性板状部材の周縁部を巻き込むように配置する工程であることを特徴とする燃料電池の製造方法。 In the manufacturing method of the fuel cell according to claim 1,
The separator includes at least a conductive plate member and a laminate plate member made of a laminate resin,
The arrangement step includes
A method for producing a fuel cell, characterized in that the peripheral portion of the laminate plate-like member is a step of disposing the peripheral portion of the conductive plate-like member.
単セル構成部材を用意する工程と、
前記セパレータと、単セル構成部材とを、一体化する工程と、
を備えることを特徴とする燃料電池の製造方法。 In the manufacturing method of the fuel cell according to claim 1 or 2,
Preparing a single cell component;
Integrating the separator and the single cell constituent member;
A method of manufacturing a fuel cell comprising:
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の燃料電池の製造方法で製造されたことを特徴とする燃料電池。 A fuel cell,
A fuel cell manufactured by the method for manufacturing a fuel cell according to any one of claims 1 to 3.
少なくとも、導電性板状部材と、ラミネート樹脂で構成されるラミネート板状部材と、を用いたセパレータであって、前記ラミネート板状部材の周縁部が、前記導電性板状部材の周縁部を巻き込むように配置されるセパレータを複数積層して成ることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell,
A separator using at least a conductive plate-like member and a laminate plate-like member made of a laminate resin, wherein the periphery of the laminate plate-like member entrains the periphery of the conductive plate-like member A fuel cell comprising a plurality of stacked separators.
少なくとも、導電性板状部材と、ラミネート樹脂で構成され、端面を除く周縁部が、露出しているラミネート板状部材と、が積層されるセパレータを複数積層して成ることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell,
A fuel cell comprising: a plurality of separators each including at least a conductive plate-shaped member and a laminate plate-shaped member which is made of a laminate resin and whose peripheral portion excluding an end surface is exposed. .
導電性板状部材と、
ラミネート樹脂で構成される板状部材であって、周縁部が、前記導電性板状部材の周縁部を巻き込むように配置されるラミネート板状部材と、
を備えることを特徴とするセパレータ。 A separator,
A conductive plate member;
A plate-like member made of a laminate resin, and a laminate plate-like member arranged so that a peripheral edge portion is wound around the peripheral edge portion of the conductive plate-like member;
A separator comprising:
導電性板状部材と、
ラミネート樹脂で構成される板状部材であって、端面を除く周縁部が、露出しているラミネート板状部材と、
備えることを特徴とするセパレータ。 A separator,
A conductive plate member;
A plate-shaped member made of a laminate resin, and a peripheral plate portion excluding the end face is exposed,
A separator characterized by comprising.
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