JP2010015939A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell.
下記特許文献1には、電解質膜の周縁部に保護層を設けた燃料電池が開示されている。
しかしながら、上記燃料電池において、外力が加えられると、保護層のエッジ部(保護層の端面)付近で、応力が集中し、その部分に対応する電解質膜が、クリープを起こすおそれがあった。その結果、電解質膜が、劣化するおそれがあった。 However, in the fuel cell, when an external force is applied, stress concentrates in the vicinity of the edge portion of the protective layer (end surface of the protective layer), and the electrolyte membrane corresponding to the portion may cause creep. As a result, the electrolyte membrane may be deteriorated.
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、電解質膜の劣化を抑制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 thereof is to suppress deterioration of an electrolyte membrane.
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]
燃料電池であって、電解質膜であって、内側部と、前記内側部の外周部に形成され、前記内側部より強度が大きい強度部とを有する電解質膜と、前記電解質膜の前記強度部上に設けられ、前記電解質膜を保護するための保護層と、を備えることを要旨とする。
[Application Example 1]
A fuel cell, an electrolyte membrane, comprising an inner portion and a strength portion formed on an outer peripheral portion of the inner portion and having a strength higher than that of the inner portion, and on the strength portion of the electrolyte membrane And a protective layer for protecting the electrolyte membrane.
上記構成の燃料電池によれば、保護層に外力が加えられた場合に、保護層に応力集中が生じたとしても、保護層は、強度部上に設けられているので、電解質膜がクリープを起こすことを抑制することができる。その結果、電解質膜が劣化することを抑制することができる。 According to the fuel cell having the above configuration, even when stress is generated in the protective layer when an external force is applied to the protective layer, the protective layer is provided on the strength portion, so that the electrolyte membrane creeps. It is possible to suppress waking. As a result, deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed.
[適用例2]
適用例1に記載の燃料電池において、前記保護層は、前記電解質膜の前記強度部上であって、前記強度部と前記内側部との境界部よりも前記電解質膜の端部側に設けられることを特徴とする燃料電池。
[Application Example 2]
In the fuel cell according to Application Example 1, the protective layer is provided on the strength portion of the electrolyte membrane and closer to the end portion of the electrolyte membrane than a boundary portion between the strength portion and the inner portion. The fuel cell characterized by the above-mentioned.
このようにすれば、保護層に外力が加えられた場合に、保護層で応力集中が生じたとしても、保護層は、強度部上に設けられているので、電解質膜がクリープを起こすことを抑制することができる。その結果、電解質膜が劣化することを抑制することができる。 In this way, when an external force is applied to the protective layer, even if stress concentration occurs in the protective layer, the protective layer is provided on the strength portion. Can be suppressed. As a result, deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed.
[適用例3]
適用例1または適用例2に記載の燃料電池において、前記保護層上に設けられる支持部を備えることを特徴とする燃料電池。
[Application Example 3]
The fuel cell according to Application Example 1 or Application Example 2, further comprising a support portion provided on the protective layer.
このようにすれば、支持部に外力が加えられた場合に、支持部で応力集中が生じたとしても、支持部のエッジは、強度部上に設けられているので、電解質膜がクリープを起こすことを抑制することができる。その結果、電解質膜が劣化することを抑制することができる。 In this way, when an external force is applied to the support portion, even if stress concentration occurs in the support portion, the edge of the support portion is provided on the strength portion, so that the electrolyte membrane causes creep. This can be suppressed. As a result, deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed.
[適用例4]
適用例1ないし適用例3のいずれかに記載の燃料電池において、前記電解質膜の前記強度部は、多孔体に電解質を含浸させて成ることを特徴とする燃料電池。
[Application Example 4]
4. The fuel cell according to any one of application examples 1 to 3, wherein the strength portion of the electrolyte membrane is formed by impregnating a porous body with an electrolyte.
このようにすれば、強度部の強度が高い電解質膜を容易に作成することができる。 In this way, an electrolyte membrane having a high strength portion can be easily produced.
[適用例5]
適用例1ないし適用例4のいずれかに記載の燃料電池において、前記電解質膜の前記強度部は、前記内側部より厚く形成されて成ることを特徴とする燃料電池。
[Application Example 5]
5. The fuel cell according to any one of Application Examples 1 to 4, wherein the strength portion of the electrolyte membrane is formed thicker than the inner portion.
このようにすれば、他の材料を用いることなく、強度部を作成することができる。 In this way, the strength portion can be created without using other materials.
[適用例6]
適用例1ないし適用例5のいずれかの燃料電池において、前記電解質膜の前記強度部は、炭化水素系樹脂から成り、前記内側部は、フッ素系樹脂から成ることを特徴とする燃料電池。
[Application Example 6]
The fuel cell according to any one of Application Examples 1 to 5, wherein the strength portion of the electrolyte membrane is made of a hydrocarbon-based resin and the inner portion is made of a fluorine-based resin.
このようにすれば、電解質膜としての性能を低下させることなく強度部を形成することができる。 In this way, the strength portion can be formed without degrading the performance as the electrolyte membrane.
[適用例7]
適用例1ないし適用例6のいずれかの燃料電池において、前記電解質膜の前記内側部上に設けられる電極と、前記電極上に設けられるガス拡散層と、を備えることを特徴とする燃料電池。
[Application Example 7]
The fuel cell according to any one of Application Examples 1 to 6, further comprising: an electrode provided on the inner portion of the electrolyte membrane; and a gas diffusion layer provided on the electrode.
[適用例8]
燃料電池であって、
電解質膜であって、内側部と、前記内側部の外周側の少なくとも一部に形成され、前記内側部より強度が大きい強度部とを有する電解質膜と、
前記電解質膜の前記強度部上に設けられ、前記電解質膜を保護するための保護層と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
[Application Example 8]
A fuel cell,
An electrolyte membrane having an inner portion and a strength portion formed on at least a part of the outer peripheral side of the inner portion and having a strength higher than that of the inner portion;
A protective layer provided on the strength portion of the electrolyte membrane for protecting the electrolyte membrane;
A fuel cell comprising:
上記構成の燃料電池によれば、保護層に外力が加えられた場合に、保護層に応力集中が生じたとしても、保護層は、強度部上に設けられているので、電解質膜がクリープを起こすことを抑制することができる。その結果、電解質膜が劣化することを抑制することができる。 According to the fuel cell having the above configuration, even when stress is generated in the protective layer when an external force is applied to the protective layer, the protective layer is provided on the strength portion, so that the electrolyte membrane creeps. It is possible to suppress waking. As a result, deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed.
[適用例9]
適用例8に記載の燃料電池において、
前記保護層は、
前記電解質膜の前記強度部上であって、前記強度部以外の部分と接しないように設けられることを特徴とする燃料電池。
[Application Example 9]
In the fuel cell according to Application Example 8,
The protective layer is
The fuel cell is provided on the strength portion of the electrolyte membrane so as not to contact a portion other than the strength portion.
このようにすれば、保護層に外力が加えられた場合に、保護層で応力集中が生じたとしても、保護層は、強度部上に設けられているので、電解質膜がクリープを起こすことを抑制することができる。その結果、電解質膜が劣化することを抑制することができる。 In this way, when an external force is applied to the protective layer, even if stress concentration occurs in the protective layer, the protective layer is provided on the strength portion. Can be suppressed. As a result, deterioration of the electrolyte membrane can be suppressed.
[適用例10]
適用例8または適用例9に記載の燃料電池において、
前記電解質膜は、
前記強度部の外周側の少なくとも一部に形成され、前記強度部より強度が小さい外側部を有することを特徴とする燃料電池。
[Application Example 10]
In the fuel cell according to Application Example 8 or Application Example 9,
The electrolyte membrane is
A fuel cell comprising an outer portion formed at least at a part on the outer peripheral side of the strength portion and having a strength lower than that of the strength portion.
なお、本発明は、上記した燃料電池に限ることなく、単セルアセンブリなどの他の装置発明としての態様で実現することが可能である。また、装置発明に限られず、燃料電池の製造方法などの方法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 fuel cell, and can be realized in other aspects of the device invention such as a single cell assembly. Further, the present invention is not limited to the device invention, and can be realized in the form of a method invention such as a fuel cell manufacturing method.
以下、本発明に係る燃料電池について、図面を参照しつつ、実施例に基づいて説明する。
A.実施例:
A1.燃料電池の構成;
図1は、本発明の一実施例における燃料電池の概略構成を表わす断面模式図であり、図2は、図1において破線で囲んだX領域を拡大して示す説明図である。本実施例の燃料電池1000は、固体高分子型燃料電池である。また、本実施例の燃料電池1000は、電気化学反応が進行する単位であるセルアセンブリ10と、セパレータ30とから成るセルユニット100を積層させたスタック構造を有している。以下では、セルアセンブリ10を積層する方向を積層方向とも呼ぶ。また、セルアセンブリ10を構成する板状部材において、厚さ方向に沿った面を端面とも呼ぶ。厚さ方向と積層方向とは、略一致する。セルアセンブリ10を構成する板状部材において、積層方向(厚さ方向)に垂直な方向に沿った面を面方向とも呼ぶ。
Hereinafter, a fuel cell according to the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
A. Example:
A1. Fuel cell configuration;
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing an enlarged X area surrounded by a broken line in FIG. The
セルアセンブリ10は、図1に示すように、発電積層部11と、シール部16と、によって構成されている。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、発電積層部11は、板状なMEA(膜−電極接合体、Membrane Electrode Assembly)12と、MEA12を挟持する一対の流路形成部14,15とによって構成される。
As shown in FIG. 2, the power
MEA12は、電解質膜20と、カソード22と、アノード24と、保護層90,91と、ガス拡散層26,28と、を備えている。MEA12は、電解質膜20を、保護層90およびカソード22と、保護層91およびアノード24とで挟持し、さらにそのサンドイッチ構造を、ガス拡散層26,28で挟持して成る。以下に、MEA12の各部材の具体的構成について説明する。
The
図3は、電解質膜20の正面図である。図3に示す電解質膜20は、図2の電解質膜20を右側から見た図に相当する。電解質膜20は、固体高分子電解質により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、図3に示すように、強度部20Aと、内側部20Bとを有する。本実施例では、固体高分子電解質として、パーフルオロカーボンスルホン酸を備えるフッ素系樹脂を用いている。なお、固体高分子電解質として、フッ素系樹脂の他、炭化水素系樹脂を用いてもよい。電解質膜20の膜面に沿った方向であって、周縁部から中心部に向かう方向を内側方向とも呼び、内側方向の反対方向を外側方向とも呼ぶ。
FIG. 3 is a front view of the
強度部20Aは、内側部20Bよりも強度が大きく、図2または図3に示すように、内側部20Bの外周部に形成される。言い換えれば、強度部20Aは、電解質膜20の周縁部に形成され、内側部20Bは、強度部20Aより内側方向に形成される。強度部20Aは、枠状に形成された多孔体に高分子電解質としてのフッ素系樹脂を含浸させて成る。この多孔体は、例えば、金属、樹脂、または、樹脂で形成される。内側部20Bは、膜状のフッ素系樹脂から成る。
The
電解質膜20は、以下のように製造される。すなわち、枠状に形成された多孔体と、高分子電解質としてのフッ素系樹脂が溶けた電解質溶液とを用意し、多孔体および多孔体の内枠部分に電解質溶液をキャストし、その後、乾燥させることで作成することができる。
The
カソード22およびアノード24は、電解質膜20において強度部20Aを覆うように設けられると共に、一部が、内側部20B上に設けられている。カソード22およびアノード24は、電気化学反応を促進する触媒、例えば、白金、あるいは白金と他の金属から成る合金を備えている。カソード22およびアノード24を形成するには、例えば、白金等の触媒金属を担持させたカーボン粉を作製し、この触媒担持カーボンと、電解質膜20を構成する電解質と同様の電解質とを用いてペーストを作製し、作製した触媒ペーストを電解質膜20上に塗布すればよい。
The
保護層90および保護層91は、電解質膜20の強度部20A上であって、内側部20Bと接しないように設けられている。具体的には、保護層90および保護層91は、強度部20A上であって、強度部20Aにおいて電解質膜20の中心部に最も近い端面TM1(図2参照)よりも、外側方向に設けられる。この場合、保護層90において、図2に示すように、電解質膜20の中心部に最も近い端面TM2は、強度部20Aの端面TM1よりも外側方向に位置決めする。また、保護層91において、図2に示すように、電解質膜20の中心部に最も近い端面TM3は、強度部20Aの端面TM1よりも外側方向に位置決めする。
The
本実施例では、保護層90および保護層91は、ポリエチレンテレフタレート(PET)で形成されている。なお、保護層90および保護層91は、高温下(例えば、120℃〜200℃)における耐熱性や耐酸性に優れたものであればよく、例えば、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルホン、ポリイミドなどで形成されていてもよい。
In this embodiment, the
ガス拡散層26,28は、導電性多孔体によって構成されており、例えばカーボンクロスやカーボンペーパによって形成される。このガス拡散層26,28は、後述する流路形成部14,15よりも平均細孔径が小さな多孔体によって構成されている。
The gas diffusion layers 26 and 28 are made of a conductive porous body, and are formed of, for example, carbon cloth or carbon paper. The gas diffusion layers 26 and 28 are formed of a porous body having an average pore diameter smaller than that of flow
流路形成部14,15は、発泡金属や金属メッシュなどの金属製多孔体、あるいは、カーボン製の多孔体によって形成される導電性の薄板状部材であり、本実施例では、チタン製の多孔体を用いている。流路形成部14,15は、MEA12およびセパレータ30と接触するように配置されており、内部に形成される多数の細孔から成る空間は、電気化学反応に供されるガスが通過するセル内ガス流路として機能する。すなわち、カソード22とセパレータ30との間に配置される流路形成部14の細孔が形成する空間は、酸素を含有する酸化ガスが通過するセル内酸化ガス流路として機能する。また、アノード24とセパレータ30との間に配置される流路形成部15の細孔が形成する空間は、水素を含有する燃料ガスが通過するセル内燃料ガス流路として機能する。
The flow
流路形成部15は、面方向において、流路形成部14より一回り大きく、すなわち、面方向において、流路形成部14より面積が大きく形成されている。
The flow
シール部16は、隣り合うセパレータ30間であって発電積層部11の外周部に設けられ、MEA12の外周部を支持する。具体的には、シール部16において、電解質膜20の中心部に最も近い端面TM4(図2参照)は、保護層90の端面TM2や保護層91の端面TM3よりも外側方向に設けられる。シール部16は、弾性材料、すなわち、ゴム(例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム)や、熱可塑性エラストマによって形成されている。図1および図2に示すように、シール部16は、一方の側において、隣接する一方のセパレータ30と隙間無く接着している。また、シール部16の他方の側にはガス止め凸部60が形成されており、シール部16は、このガス止め凸部60の頭頂部において、隣接する他方のセパレータ30と接触する。以上のように、シール部16は、MEA12およびセパレータ30と一体形成されている。
The
図4は、発電積層部11とシール部16とが一体形成されたセルアセンブリ10の概略構成を表わす平面図である。図4に示すように、シール部16は、略四角形状の薄板状部材であり、外周部に設けられた6つの穴部(後述する6つの穴部40〜45)と、中央部に設けられて発電積層部11が組み込まれている略四角形の穴部とを有している。この図4は、図1における右側から見た図であって、既述したガス止め凸部60が形成された側を表わしており、中央部に設けられた穴部に嵌め込まれた発電積層部11においては、流路形成部14が表面に表われている。
FIG. 4 is a plan view showing a schematic configuration of the
図4に示すように、ガス止め凸部60は、シール部16の中央部に設けられた穴部に組み込まれた流路形成部14の外周、および、シール部16の外周部に設けられた6つの穴部の各々を囲むように、全体として連続して形成された線状凸部である。シール部16は、弾性材料から成るため、燃料電池内で積層方向に平行な方向に押圧力が加えられることにより、上記したガス止め凸部60とセパレータ30との接触部位において、ガスシール性を確保可能となる。なお、以下の説明では、発電積層部11およびセパレータ30において、シール部16の中央部に形成される穴部で露出している部分に対応する領域を、発電領域DAと呼ぶ。
As shown in FIG. 4, the gas stopper
セパレータ30は、図1に示すように、流路形成部14と接するカソード側プレート31と、流路形成部15と接するアノード側プレート32と、カソード側プレート31およびアノード側プレート32に挟持される中間プレート33と、を備えている。これら3枚のプレートは、導電性材料、例えばステンレス鋼あるいはチタンやチタン合金といった金属によって形成される薄板状部材であり、カソード側プレート31、中間プレート33、アノード側プレート32の順に重ね合わされて、例えば拡散接合により接合されている。これら3種のプレートは、いずれも凹凸のない平坦な表面を有すると共に、各々、所定の位置に所定形状の穴部を有している。図5は、カソード側プレート31の形状を示す説明図である。図6は、アノード側プレート32の形状を示す説明図である。図7は、中間プレート33の形状を示す説明図である。これら図5〜図7は、各プレートを、図4に示すシール部16と同じ側、すなわち、図1における右側から見た様子を表わす図である。これら図5〜図7では、既述した発電領域DAを、一点破線で囲んで示している。
As shown in FIG. 1, the
カソード側プレート31、アノード側プレート32は、いずれも、その外周部においてシール部16と同様の位置に、6つの穴部(穴部40,41,42,43,44,45)を備えている。これらの6つの穴部は、スタック構造を形成するために各々の薄板状部材が積層された際に互いに重なり合って、燃料電池内部において積層方向に平行に流体を導くマニホールドを形成する。中間プレート33は、上記6つの穴部のうち、穴部44,45は有していないが、後述する複数の冷媒孔58が、穴部44,45に対応する位置に重なるように設けられている。
Each of the
上記各薄板状部材が備える穴部40は、酸化ガス供給マニホールドを形成し(図中、O2 inと表わす)、穴部41は、酸化ガス排出マニホールドを形成する(図中、O2 outと表わす)。また、穴部43は、燃料ガス供給マニホールドを形成し(図中、H2 inと表わす)、穴部42は、燃料ガス排出マニホールドを形成する(図中、H2 outと表わす)。さらに、穴部44は、冷媒供給マニホールドを形成し(図中、CLT inと表わす)、穴部45は、冷媒排出マニホールドを形成する(図中、CLT outと表わす)。
The
また、カソード側プレート31は、穴部40におけるプレート中央部側の辺の近傍において発電領域DAの一辺(図5における上端部)に沿って設けられる酸化ガス供給スリット50と、穴部41におけるプレート中央部側の辺の近傍において発電領域DAの他の一辺(図5における下端部)に沿って設けられる酸化ガス排出スリット51とを備えている(図5参照)。同様に、アノード側プレート32は、穴部40におけるプレート中央部側の辺の近傍において発電領域DAの一辺(図6における上端部)に沿って設けられる燃料ガス排出スリット52と、穴部41におけるプレート中央部側の辺の近傍において発電領域DAの他の一辺(図6における下端部)に沿って設けられる燃料ガス供給スリット53とを備えている(図6参照)。
Further, the
中間プレート33においては、穴部40の形状が他のプレートとは異なっており、中間プレート33の穴部40は、連通部54を備えている。この連通部54は、中間プレート33とカソード側プレート31とが積層されたときに酸化ガス供給スリット50と重なり合うように形成されており、酸化ガス供給マニホールドと酸化ガス供給スリット50とを連通させる。また、穴部41においても同様に、酸化ガス排出スリット51と重なるように、連通部55が設けられている(図7参照)。さらに、中間プレート33には、穴部43および穴部42の各々に連通して、アノード側プレート32の燃料ガス供給スリット53あるいは燃料ガス排出スリット52と重なる形状の、連通部57および連通部56が設けられている。
In the
燃料電池の内部において、穴部40が形成する酸化ガス供給マニホールドを流れる酸化ガスは、中間プレート33の連通部54が形成する空間と、カソード側プレート31の酸化ガス供給スリット50とを介して、流路形成部14内に形成されるセル内酸化ガス流路へと流入する。セル内酸化ガス流路において酸化ガスは、流路形成部14に平行な方向(面方向)に流れると共に、面方向に垂直な方向(積層方向)へとさらに拡散する。積層方向に拡散した酸化ガスは、流路形成部14からガス拡散層26を介してカソード22に至り、電気化学反応に供される。このように電気化学反応に寄与しつつセル内酸化ガス流路を通過した酸化ガスは、流路形成部14から、カソード側プレート31の酸化ガス排出スリット51および中間プレート33の連通部55が形成する空間を介して、穴部41が形成する酸化ガス排出マニホールドへと排出される。同様に、燃料電池の内部において、穴部43が形成する燃料ガス供給マニホールドを流れる燃料ガスは、中間プレート33の連通部57が形成する空間と、アノード側プレート32の燃料ガス供給スリット53とを介して、流路形成部15内に形成されるセル内燃料ガス流路へと流入する。セル内燃料ガス流路において燃料ガスは、面方向に流れると共に、積層方向へとさらに拡散する。積層方向に拡散した燃料ガスは、流路形成部15からガス拡散層28を介してアノード24に至り、電気化学反応に供される。このように電気化学反応に寄与しつつセル内燃料ガス流路を通過した燃料ガスは、流路形成部15から、アノード側プレート32の燃料ガス排出スリット52および中間プレート33の連通部56が形成する空間を介して、穴部42が形成する燃料ガス排出マニホールドへと排出される。
Inside the fuel cell, the oxidizing gas flowing through the oxidizing gas supply manifold formed by the
図4ないし図7では、図1に示した断面図に相当する位置を、1−1断面として示している。図1では、1−1断面において、穴部40が形成する酸化ガス供給マニホールドから、中間プレート33の連通部54およびカソード側プレート31の酸化ガス供給スリット50を介して、流路形成部14内へと酸化ガスが供給される様子が矢印で表わされている。また、1−1断面において、流路形成部14から、カソード側プレート31の酸化ガス排出スリット51および中間プレート33の連通部55を介して、穴部41が形成する酸化ガス排出マニホールドへと酸化ガスが排出される様子が表わされている。
4 to 7, a position corresponding to the cross-sectional view shown in FIG. 1 is shown as a 1-1 cross section. In FIG. 1, in the cross section 1-1, from the oxidizing gas supply manifold formed by the
なお、中間プレート33は、図7に示すように、さらに、発電領域DAを含む領域に、互いに平行に形成された細長い複数の冷媒孔58を備えている。これらの冷媒孔58の端部は、中間プレート33を他の薄板状部材と重ね合わせたときに、穴部44,45と重なり合い、冷媒が流れるためのセル間冷媒流路をセパレータ30内で形成する。すなわち、燃料電池の内部において、穴部44が形成する冷媒供給マニホールドを流れる冷媒は、上記冷媒孔58によって形成されるセル間冷媒流路に分配され、セル間冷媒流路から排出される冷媒は、穴部45が形成する冷媒排出マニホールドに排出される。
As shown in FIG. 7, the
以上のように本実施例の燃料電池1000では、電解質膜20の周縁部において、保護層90,91を設けると共に、保護層90,91は、電解質膜20の強度部20A上であって、内側部20Bと接しないように設けられている。このようにすれば、保護層90,91に積層方向の外力が加えられた場合に、保護層90,91の端面TM2,TM3付近で、応力集中が生じたとしても、保護層90,91は、強度部20A上に設けられているので、電解質膜20がクリープを起こすことを抑制することができる。その結果、電解質膜20が劣化することを抑制することができる。
As described above, in the
本実施例の燃料電池1000では、シール部16の端面TM4は、保護層90の端面TM2や保護層91の端面TM3よりも外側方向に、言い換えれば、電解質膜20における強度部20Aの端面TM1よりも外側方向に設けられている。このようにすれば、シール部16に積層方向の外力が加えられた場合に、シール部16の端面TM4付近で、応力集中が生じたとしても、端面TM4は、強度部20A上に設けられているので、電解質膜20がクリープを起こすことを抑制することができる。その結果、電解質膜20が劣化することを抑制することができる。
In the
本実施例の燃料電池1000では、電解質膜20の強度部20Aを、多孔体に電解質を含浸させて形成するようにしている。このようにすれば、強度が高い強度部20Aを備えた電解質膜20を容易に作成することができる。また、強度部20Aと内側部20Bとは、電解質で連結されているので、強度部20Aと内側部20Bとの間で剥離が生じることを抑制することができる。
In the
なお、本実施例において、電解質膜20は、特許請求の範囲における電解質膜に該当し、強度部20Aは、特許請求の範囲における強度部に該当し、内側部20Bは、特許請求の範囲における内側部に該当し、保護層90,91は、特許請求の範囲における保護層に該当し、シール部16は、特許請求の範囲における支持部に該当し、カソード22またはアノード24は、特許請求の範囲における電極に該当し、ガス拡散層26,28は、特許請求の範囲におけるガス拡散層に該当する。
In this embodiment, the
B.変形例:
なお、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、例えば次のような変形も可能である。
B. Variation:
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.
B1.変形例1:
上記実施例の燃料電池1000では、電解質膜20の強度部20Aを、多孔体に電解質を含浸させて形成するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、電解質膜20の周縁部を厚く形成することにより、強度部20Aを形成するようにしてもよい。このようにすれば、他の材料を用いることなく、強度部20Aを作成することができる。
B1. Modification 1:
In the
また、内側部20Bをフッ素系樹脂で形成し、電解質膜20の周縁部を炭化水素系樹脂で形成することにより、炭化水素系樹脂で形成した周縁部を強度部20Aとして形成するようにしてもよい。このようにすれば、プロトン伝導性を妨げることなく、すなわち、電解質膜20としての性能を低下させることなく強度部20Aを形成することができる。
Further, the
さらに、電解質膜20の周縁部において、電解質のスルホン酸基に金属イオン(例えば、ナトリウムイオン)を結合させることにより、強度部20Aを形成するようにしてもよい。このようにすれば、電解質膜20の一部改良を行うだけで、容易に強度部20Aを形成することができる。
Furthermore, the
B2.変形例2:
上記実施例の燃料電池1000では、電解質膜20は、内側部20Bと強度部20Aとを有しているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、上記燃料電池1000において、電解質膜20は、内側部20Bと強度部20Aに加え、強度部20Aの外周部に、内側部20Bと同じ材質から成り、強度部20Aよりも強度が小さい外側部を設けるようにしてもよい。このような燃料電池1000においても、上記実施例の効果を奏することができる。
B2. Modification 2:
In the
10…セルアセンブリ
11…発電積層部
12…MEA
14…流路形成部
15…流路形成部
16…シール部
20…電解質膜
20A…強度部
20B…内側部
22…カソード
24…アノード
26…ガス拡散層
28…ガス拡散層
30…セパレータ
31…カソード側プレート
32…アノード側プレート
33…中間プレート
60…凸部
90…保護層
91…保護層
100…セルユニット
1000…燃料電池
DA…発電領域
TM1…端面
TM2…端面
TM3…端面
TM4…端面
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (10)
電解質膜であって、内側部と、前記内側部の外周部に形成され、前記内側部より強度が大きい強度部とを有する電解質膜と、
前記電解質膜の前記強度部上に設けられ、前記電解質膜を保護するための保護層と、
を備えることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell,
An electrolyte membrane having an inner portion and a strength portion formed on an outer peripheral portion of the inner portion and having a strength higher than that of the inner portion;
A protective layer provided on the strength portion of the electrolyte membrane for protecting the electrolyte membrane;
A fuel cell comprising:
前記保護層は、
前記電解質膜の前記強度部上であって、前記強度部と前記内側部との境界部よりも前記電解質膜の端部側に設けられることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, wherein
The protective layer is
A fuel cell, which is provided on the strength portion of the electrolyte membrane and closer to an end portion of the electrolyte membrane than a boundary portion between the strength portion and the inner portion.
前記保護層上に設けられる支持部を備えることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2,
A fuel cell comprising a support portion provided on the protective layer.
前記電解質膜の前記強度部は、
多孔体に電解質を含浸させて成ることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The strength portion of the electrolyte membrane is:
A fuel cell comprising a porous body impregnated with an electrolyte.
前記電解質膜の前記強度部は、
前記内側部より厚く形成されて成ることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein
The strength portion of the electrolyte membrane is:
A fuel cell characterized by being formed thicker than the inner portion.
前記電解質膜の前記強度部は、
炭化水素系樹脂から成り、
前記内側部は、
フッ素系樹脂から成ることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 5,
The strength portion of the electrolyte membrane is:
Made of hydrocarbon resin,
The inner part is
A fuel cell comprising a fluorine resin.
前記電解質膜の前記内側部上に設けられる電極と、
前記電極上に設けられるガス拡散層と、
を備えることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 6,
An electrode provided on the inner part of the electrolyte membrane;
A gas diffusion layer provided on the electrode;
A fuel cell comprising:
電解質膜であって、内側部と、前記内側部の外周側の少なくとも一部に形成され、前記内側部より強度が大きい強度部とを有する電解質膜と、
前記電解質膜の前記強度部上に設けられ、前記電解質膜を保護するための保護層と、
を備えることを特徴とする燃料電池。 A fuel cell,
An electrolyte membrane having an inner portion and a strength portion formed on at least a part of the outer peripheral side of the inner portion and having a strength higher than that of the inner portion;
A protective layer provided on the strength portion of the electrolyte membrane for protecting the electrolyte membrane;
A fuel cell comprising:
前記保護層は、
前記電解質膜の前記強度部上であって、前記強度部以外の部分と接しないように設けられることを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 8, wherein
The protective layer is
The fuel cell is provided on the strength portion of the electrolyte membrane so as not to contact a portion other than the strength portion.
前記電解質膜は、
前記強度部の外周側の少なくとも一部に形成され、前記強度部より強度が小さい外側部を有することを特徴とする燃料電池。 The fuel cell according to claim 8 or 9, wherein
The electrolyte membrane is
A fuel cell comprising an outer portion formed at least at a part on the outer peripheral side of the strength portion and having a strength lower than that of the strength portion.
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---|---|---|---|
JP2008177166A JP2010015939A (en) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | Fuel cell |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014072171A (en) * | 2012-10-02 | 2014-04-21 | Toyota Motor Corp | Fuel cell |
JP2017107643A (en) * | 2015-12-07 | 2017-06-15 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell |
JP2018092773A (en) * | 2016-12-01 | 2018-06-14 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing method of fuel cell |
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2008
- 2008-07-07 JP JP2008177166A patent/JP2010015939A/en active Pending
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