JP2010086695A - Fuel battery separator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池及びセパレータに関する。より具体的には、アノード,電解質膜,カソード,拡散層から構成される膜/電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)のアノードで燃料が酸化され、カソードで酸素が還元される燃料電池およびセパレータ関する構造の改良に関する。 The present invention relates to a fuel cell and a separator. More specifically, a fuel cell and separator in which fuel is oxidized at the anode of a membrane / electrode assembly (MEA) composed of an anode, an electrolyte membrane, a cathode, and a diffusion layer, and oxygen is reduced at the cathode. Related to structural improvements.
最近の電子技術の進歩によって、電話器,ノート型パソコン,オーデオ・ビジュアル機器,カムコーダ、あるいは個人情報端末機器などの携帯電子機器が急速に普及している。
従来、こうした携帯用電子機器は二次電池によって駆動するシステムであり、シール鉛蓄電池からNi/Cd電池,Ni/水素電池、更にはLiイオン二次電池へと新型の高エネルギー密二次電池の出現により、携帯機器はより小型・軽量化が進んだ。一方では携帯機器の高機能化が図られてきた。種々の二次電池、中でもLiイオン二次電池のエネルギー密度をより一層高めるために、電池活物質の開発や高容量電池構造の開発が進められ、より一充電での使用時間の長い電源を実現する努力が払われている。
With recent advances in electronic technology, portable electronic devices such as telephones, notebook computers, audio-visual devices, camcorders, and personal information terminal devices are rapidly spreading.
Conventionally, such portable electronic devices are systems driven by secondary batteries, and new high-energy dense secondary batteries such as sealed lead-acid batteries, Ni / Cd batteries, Ni / hydrogen batteries, and even Li-ion secondary batteries. With the advent, portable devices have become smaller and lighter. On the other hand, higher functionality of portable devices has been attempted. In order to further increase the energy density of various secondary batteries, especially Li-ion secondary batteries, the development of battery active materials and the development of high-capacity battery structures have been promoted, realizing a power source that lasts longer in one charge. Efforts have been made.
然しながら、二次電池は一定の電力を使用したあとに、必ず充電操作を必要とし、充電設備と比較的長い充電時間が必要となるため、携帯機器を何時でも、何処でも、長時間にわたって連続的に駆動するには多くの問題が残されている。今後、携帯機器は増加する情報量とその高速化,高機能化に対応して、より高出力密度で高エネルギー密度の電源、すなわち、連続駆動時間の長い電源を必要とする方向に向かっている。そのために、充電を必要としない小型発電機、即ち、容易に燃料補給ができる小型発電機の必要性が高まっている。 However, secondary batteries always require a charging operation after using a certain amount of power, and charging equipment and a relatively long charging time are required, so that mobile devices can be used continuously at any time and anywhere for a long time. There are many problems left to drive. In the future, portable devices are moving toward a direction that requires a higher power density and higher energy density power source, that is, a power source with a longer continuous drive time, in response to the increasing amount of information and its higher speed and higher functionality . Therefore, there is an increasing need for a small generator that does not require charging, that is, a small generator that can be easily refueled.
こうした背景から、上記した要請に応え得るものとして燃料電池電源が考えられる。燃料電池は少なくとも固体又は液体の電解質及び所望の電気化学反応を誘起する二個の電極,アノード及びカソードから構成され、その燃料が持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに高効率で変換する発電機である。燃料には純水素をはじめ、化石燃料或いは水などから化学変換された水素、通常の環境で液体或いは溶液であるメタノール,アルカリハイドライドやヒドラジン又は加圧液化ガスであるジメチルエーテルなどが用いられる。また、酸化剤ガスには空気又は酸素ガスが用いられる。燃料はアノードにおいて電気化学的に酸化され、カソードでは酸素が還元されて、両電極間には電気的なポテンシャルの差が生じる。このときに外部回路として負荷が両極間にかけられると電解質中にイオンの移動が生起し外部負荷には電気エネルギーが取り出される。このために各種の燃料電池は、火力機器代替の大型発電システム、小型分散型コージェネレーションシステムやエンジン発電機代替の電気自動車電源としての期待は高く、実用化開発が活発に展開されている。 From such a background, a fuel cell power supply can be considered as one that can meet the above-mentioned demand. A fuel cell is a generator that consists of at least a solid or liquid electrolyte and two electrodes that induce a desired electrochemical reaction, an anode and a cathode, and converts the chemical energy of the fuel directly into electrical energy with high efficiency. . As the fuel, pure hydrogen, hydrogen chemically converted from fossil fuel or water, methanol, which is a liquid or solution in a normal environment, alkali hydride, hydrazine, dimethyl ether which is a pressurized liquefied gas, and the like are used. Air or oxygen gas is used as the oxidant gas. The fuel is electrochemically oxidized at the anode and oxygen is reduced at the cathode, resulting in a difference in electrical potential between the electrodes. At this time, if a load is applied between the two electrodes as an external circuit, ion movement occurs in the electrolyte, and electric energy is extracted from the external load. For this reason, various types of fuel cells are highly expected to be used as large-scale power generation systems that replace thermal power equipment, small distributed cogeneration systems, and electric vehicle power supplies that replace engine generators.
こうした燃料電池の中でも、固体高分子形燃料電池や直接メタノール形燃料電池は、高分子からなる膜状の固体電解質膜が白金等の触媒を担持したカーボン電極で構成されている膜/電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)を用いている点が主な特徴である。燃料および酸化剤ガスをこのMEAへ供給するための流路をもち、かつ集電作用を有する一対のセパレータを、燃料や酸化剤ガスの漏洩を防止するシール材を介してMEAを挟持したものを単セルといい、燃料電池スタックは、この単セルを複数個積層したものである。 Among these fuel cells, solid polymer fuel cells and direct methanol fuel cells are membrane / electrode assemblies in which a polymer-like solid electrolyte membrane is composed of a carbon electrode carrying a catalyst such as platinum. The main feature is that (MEA: Membrane Electrode Assembly) is used. A pair of separators having a flow path for supplying fuel and oxidant gas to this MEA and having a current collecting action sandwiching the MEA through a sealing material that prevents leakage of fuel and oxidant gas It is called a single cell, and the fuel cell stack is formed by stacking a plurality of such single cells.
これらの部材の中で、セパレータは電極として効率よく燃料および酸化剤ガスを供給するための部材であって、炭素系あるいは金属系の導電性材料で構成されている。 Among these members, the separator is a member for efficiently supplying fuel and oxidant gas as an electrode, and is made of a carbon-based or metal-based conductive material.
セパレータとしては、多数の種類がある。燃料および酸化剤ガスがセパレータ内に設けられた貫通孔を通して隣り合うセパレータに供給される内部マニホールド型と、セパレータ内にガス通気用の貫通孔がなく、燃料および酸化剤ガスをセパレータの側部から各々供給する外部マニホールド型に分けられる。その他、セパレータが電極あるいは拡散層に接する面の構造の違いによっても幾つかに分類される。例えば、電極(拡散層)接触面が凹凸形状を持つセパレータ、あるいは平板と凹凸様や溝様の形状を有するインターコレクタを組み合わせたセパレータ等がある。セパレータ材料としては、炭素系と金属系に大別される。炭素系は、黒鉛のような炭素材にフェノール系樹脂等の樹脂材を結合材として配合し、成形して板材を形成することができ、切削等による板材への流路形成が容易で、流路形状の自由度が高い。 There are many types of separators. An internal manifold type in which fuel and oxidant gas are supplied to adjacent separators through through holes provided in the separator, and there are no through holes for gas ventilation in the separator, and fuel and oxidant gas are supplied from the side of the separator. Each is divided into external manifold types to be supplied. In addition, the separator is classified into some types depending on the structure of the surface in contact with the electrode or the diffusion layer. For example, there is a separator having an uneven shape on the electrode (diffusion layer) contact surface, or a separator combining a flat plate and an intercollector having an uneven shape or groove shape. Separator materials are broadly classified into carbon and metal. Carbon-based carbon materials such as graphite can be blended with a resin material such as a phenol-based resin as a binder and molded to form a plate material, which makes it easy to form a flow path to the plate material by cutting or the like. High degree of freedom in road shape.
しかし、黒鉛セパレータ材は脆性があることから、強度の観点から一定以上の厚みが必要となる。一方、金属は、黒鉛系よりも高い強度を有し、金属薄板を使用するため、コンパクトで軽量化できるといったメリットがある。しかし、金属材料は、腐食や不動態皮膜の成長による電池劣化や内部抵抗の増大、金属の塑性加工に起因する流路成形性の制限などがある。腐食発生や不動態皮膜成長による問題の解決方法は先に提案されており、流路の成形性の欠点を補うために、インターコレクタや複数の流路溝付金属板を組み合わせて対処している。これに対し、特許文献1には1枚の金属板でセパレータを構成する技術が公開されている。これらの従来技術によるセパレータは、流路溝を形成した1枚の金属板と、この金属板の周囲を包むような枠構造を設けた構造を有する。これらは1枚の金属板を用いるため、部品点数を少なくすることが可能であり、コストの面で有利である。
However, since the graphite separator material is brittle, a certain thickness or more is required from the viewpoint of strength. On the other hand, metal has a higher strength than graphite and has a merit that it can be made compact and lightweight because a metal thin plate is used. However, metal materials have battery degradation due to corrosion and growth of passive films, an increase in internal resistance, and restrictions on flow path formability due to metal plastic processing. Solutions to problems due to corrosion and passive film growth have been proposed previously, and in order to compensate for the drawbacks of flow path formability, they are dealt with by combining an intercollector and multiple metal plates with flow grooves. . On the other hand,
金属セパレータは、薄板状の金属プレートにプレス加工を施すことで凹凸形状を付与する方法で流路を形成している。したがって、金属セパレータの一方の面に、折返し部を有するようなサーペンタイン形状の流路を設けようとすると、他方の面は、流路が連通しない箇所が生じ、流路を形成することができないおそれがある。そこで、この課題を解決するために、折返し部に複数の突起部を設置する構造が開示されている(特許文献2から4)。
In the metal separator, the flow path is formed by a method of imparting an uneven shape by pressing a thin metal plate. Therefore, if a serpentine-shaped flow path having a folded portion is provided on one surface of the metal separator, there is a risk that the flow path cannot be formed on the other surface due to a location where the flow path does not communicate. There is. Therefore, in order to solve this problem, a structure in which a plurality of protrusions are installed on the folded portion is disclosed (
上記の従来技術は、断面が波板形状となる直線状凹凸部と、複数の突起部を有するディンプル部から構成されているが、折返し部を構成するために、仕切り部を設ける必要がある。特許文献2によれば、プレス成型等により仕切り部を一体的に設けた場合、折返し部を設けた面と反対側の面は、仕切り部が凹形状となるため、仕切り部を形成することができず、流路全体が直線形状となることが示されている。また、特許文献3のように、両面を折返し部として構成する場合には、プレス成型等による方法では、上記した理由により成立し難いため、別部材を設ける必要があり、部品点数が増えてしまう。
The above-described conventional technique is composed of a linear concavo-convex portion having a corrugated cross section and a dimple portion having a plurality of protrusions, but a partition portion needs to be provided in order to form a folded portion. According to
本発明は、これらの課題を解決するものであり、部品点数を少なくでき、かつ薄型化が可能な燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention solves these problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell in which the number of parts can be reduced and the thickness can be reduced.
本発明によれば、燃料を酸化するアノードと酸化剤ガスを還元するカソードがプロトン導電性固体高分子膜を介して形成される燃料電池単セルと、前記燃料および前記酸化剤ガスを前記燃料電池単セルにそれぞれ供給するセパレータと、前記燃料および前記酸化剤ガスをシールするシール材とが、それぞれ1つ以上積層されてなる燃料電池において、前記セパレータの面に形成された流路は、凹部と凸部とその間の高さである平坦部の三段階で構成されてなり、前記高さ三段階の組合せにより、流体流路を形成することを特徴とする燃料電池が提供される。 According to the present invention, a fuel cell single cell in which an anode for oxidizing fuel and a cathode for reducing oxidant gas are formed via a proton conductive solid polymer membrane, and the fuel and the oxidant gas are supplied to the fuel cell. In the fuel cell in which one or more separators to be supplied to each single cell and one or more sealing materials for sealing the fuel and the oxidant gas are laminated, the flow path formed on the surface of the separator has a recess and There is provided a fuel cell characterized in that it is composed of three stages of a convex part and a flat part which is the height between them, and a fluid flow path is formed by a combination of the three stages.
また、本発明によれば、セパレータの一方の面を流動させる燃料と他方の面を流動させる酸化剤ガスが、それぞれ独立に流動する流路を備えることを特徴とする燃料電池が提供される。 In addition, according to the present invention, there is provided a fuel cell comprising a flow path in which a fuel that flows on one side of a separator and an oxidant gas that flows on the other side flow independently.
また、本発明によれば、セパレータの一部の断面は、波板形状であることを特徴とする、燃料電池が提供される。 In addition, according to the present invention, there is provided a fuel cell characterized in that a partial cross section of the separator has a corrugated shape.
また、本発明によれば、燃料電池を積層して構成する時に、セパレータを裏返しながら積み上げることを特徴とする燃料電池が提供される。 In addition, according to the present invention, there is provided a fuel cell characterized in that when the fuel cells are stacked and configured, the separators are stacked upside down.
本発明によれば、セパレータの流路となる、断面が波板状である凹凸部と、凹部と凸部の間の高さとなる平坦部の3種を組み合わせることで、折返し部を有した各々の面の流路が独立に形成される。従って、セパレータの一方の面に、蛇行形状の流路が設けられても、他方の面は、その蛇行形状の流路の背面に直線流路を設けることが可能である。これらの流路は、プレス成型等により一体的に構成することができるため、部品点数が増えることがなく、成型は従来と同様な製造方法を適用できる。また、セパレータは波板形状とすることで薄肉化が可能であり、1種類のセパレータで構成できるため、部品点数が少なく、コンパクトな燃料電池を製造することができ、携帯機器用電源として適している。 According to the present invention, each of the folded portions is provided by combining three types of the concave and convex portions having a corrugated cross section and a flat portion having a height between the concave portions and the convex portions, which serve as separator flow paths. The flow paths on the surface are formed independently. Therefore, even if a meandering channel is provided on one side of the separator, a straight channel can be provided on the back side of the serpentine channel on the other side. Since these flow paths can be formed integrally by press molding or the like, the number of parts does not increase, and a manufacturing method similar to the conventional one can be applied for molding. In addition, the separator can be made thin by corrugated plate shape and can be composed of one type of separator, so the number of parts can be reduced, a compact fuel cell can be manufactured, and it is suitable as a power source for portable devices. Yes.
以下に本発明に係る実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。 Embodiments according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following embodiments.
本実施形態の燃料電池において、プロトン導電性固体高分子膜を介して、燃料を酸化するアノードと酸化剤ガスを還元するカソードが配置される。アノードとカソードはそれぞれ、前記燃料および前記酸化剤ガスを前記燃料電池セルにそれぞれ供給するセパレータと、前記燃料および前記酸化剤ガスをシールするシール材に接して配置される。前記セパレータには、アノード及びカソードにそれぞれ燃料及び酸化剤ガスを供給する流路、例えば溝及び、マニホールド及び流路とマニホールドの間に形成される導入部が形成されている。 In the fuel cell of this embodiment, an anode for oxidizing the fuel and a cathode for reducing the oxidant gas are disposed via the proton conductive solid polymer membrane. The anode and the cathode are respectively disposed in contact with a separator that supplies the fuel and the oxidant gas to the fuel battery cell, and a sealing material that seals the fuel and the oxidant gas. The separator is formed with a flow path for supplying fuel and oxidant gas to the anode and the cathode, for example, a groove, and a manifold and an introduction portion formed between the flow path and the manifold.
セパレータの材質について、特に限定はなく、炭素系や金属系を用いることができるが、本発明は、セパレータの薄肉化ができることから、比較的強度の高い金属系を用いることにより、肉厚が0.1〜0.2mm程度の厚みが可能である。 There is no particular limitation on the material of the separator, and a carbon-based or metal-based material can be used. However, since the separator can be thinned, the thickness of the separator is 0 by using a relatively strong metal-based material. A thickness of about 0.1 to 0.2 mm is possible.
(実施例1)
本発明の第1の態様について、図1から図5を用いて説明する。図1は、本発明の態様による燃料電池単セルの斜視図である。MEA1は、2枚のセパレータ3a,3bによって挟持されている。セパレータは、1種類のみで構成されており、セパレータ3bは、セパレータ3aを裏返したものであり、同種類のセパレータである。セパレータ3は、肉厚が0.2mmのSUS316Lステンレス製金属板を、プレス成型にて酸化剤入口マニホールド10a,酸化剤出口マニホールド10b,燃料入口マニホールド11a,燃料出口マニホールド11bがそれぞれ1箇所ずつ4隅に設けられている。
Example 1
A first aspect of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view of a single fuel cell according to an embodiment of the present invention. The
金属板中央部の表裏には、流路溝12が張り出しており、各々の流路溝12の裏側は、流路突起部13となっている。また、マニホールド10a,10b,11a,11bと流路溝12の間には、導入部9が形成されている。シール材2は、セパレータ3と同等の外径を有し、セパレータ3のマニホールド10a,10b,11a,11bと流路溝12に接する面が抜かれた平面構造である。
燃料および酸化剤は、それぞれセパレータ上の流路31,32のように流動する。すなわち、燃料は、燃料入口マニホールド11aから導入部9を介して流路溝12を通り、2箇所の折返し部を経て導入部9を介して燃料出口マニホールド11bへ到達する。酸化剤も同様に、酸化剤入口マニホールド10aから導入部9を介して流路溝12を通り、2箇所の折返し部を経て導入部9を介して酸化剤出口マニホールド10bへ到達する。
The fuel and the oxidant flow like the
図2に示すように、セパレータ3は、波板形状に成型することで設けられる複数の流路溝12および流路突起部13を備えている。図4は、図1に示した単セルを複数積層し、図2に示すA−A位置における断面を示したものであるが、セパレータ3がMEA1を挟持し、流路溝部12が流路となり、燃料流路31および酸化剤流路32を形成している。
セパレータ3は、裏返しながら積層することで、積層順が奇数のセルと偶数のセルとで、流路の位相をずらすことができ、燃料流路31と酸化剤流路32の流路位置が同じ層となるため、燃料電池の積層方向の厚さを薄く構成することができる。また、MEA1を挟持するセパレータ3の流路突起部13同士がMEA1を同じ場所を支えることとなり、MEAにせん断応力がかかりにくくなっている。
As shown in FIG. 2, the
By separating the
一方、折返しの燃料流路31aにおいては、流路突起部13の一部を成型せずに設けられる平坦部16を備えている。折返し部においては、図5に示すように、この平坦部16を介して、隣り合う流路溝12を接続し、折返し部の燃料流路31aは、連通した流路を構成している。
On the other hand, the folded
波板形状に成型された流路溝部および流路突起部は、セパレータの反対の面では、それぞれ流路突起部および流路溝部となる。図3は、図2の反対面を示している。図2において、折り返し部を設けた場所は、図3ではマニホールド出入口付近の直線流路となる。背面が折返し部である流路突起部12および平坦部16の組合せにより構成されている部分は、図3において流路溝部13および平坦部16の組合せにより、酸化剤流路32を構成している。また、図2における流路溝12は、図3において流路突起部13となるため、直線流路を形成している。図5に示すように、酸化剤流路32は、折返し部の燃料流路31aと直行して流路を形成しており、セパレータの各々の面で異なる流路を形成することができる。
The channel grooves and channel projections molded into corrugated shapes become channel projections and channel grooves on the opposite side of the separator, respectively. FIG. 3 shows the opposite side of FIG. In FIG. 2, the place where the turn-back portion is provided is a straight flow path in the vicinity of the manifold entrance / exit in FIG. The portion formed by the combination of the
(実施例2)
実施例1で用いたセパレータ3は、金属薄板をプレス成型してマニホールド10a,10b,11a,11bや流路溝12,流路突起部13,平坦部16を形成したものであるが、炭素系などの導電性材料であれば特に材料の制限はない。本発明の他の態様について、図6及び図7を用いて説明する。炭素系セパレータは天然黒鉛に結合材としてフェノール系樹脂を配合し、1mmの板状に加工したものを、切削加工によりマニホールドおよび深さ0.5mmの流路溝12,0.25mmの平坦部16を形成し、1.5往復で折り返すサーペンタイン流路を形成した。
(Example 2)
The
図6は、炭素系セパレータの正面図、図7は、図6の背面図を示したものである。加工の自由度が高いため、図2および図3のセパレータでは、マニホールド近傍の直線流路部において、流路溝12と平坦部16の複合で構成されていた部分が、図6および図7では、平坦部16のみで構成されている。この形態においても、流路溝12,流路突起部13,平坦部16を組み合わせることで、折り返し部となる部分の背面は、直線流路を形成することができる。
(実施例3)
図8に、上記実施例1の構成を用いた燃料電池スタック21の展開斜視図を示す。本電池は、複数のセパレータ・シール構成体20a,裏返したセパレータ・シール構成体20b、MEA1やその他部材により構成されている。すなわち、セパレータ・シール構成体20a,拡散層/MEA1/拡散層,セパレータ・シール構成体20bの順に積層している。このように積み上げられたセパレータ3,MEA1,拡散層,シール材2,シール材4の積層物が燃料電池スタック21の発電部22となる。燃料電池スタック21は、発電部22から電流,電圧を取り出すための集電板17,発電部22を固定するための端板19で挟持した構成である。本実施例による燃料電池スタック21は、発電する際、端板19に設けられた燃料導入口および酸化剤導入口へそれぞれ燃料および酸化剤を供給し、反対側の端板19から未反応の燃料及び酸化剤ガスが排出される。
6 is a front view of the carbon-based separator, and FIG. 7 is a rear view of FIG. Since the degree of freedom of processing is high, in the separator of FIGS. 2 and 3, in the linear flow channel portion near the manifold, the portion constituted by the composite of the
(Example 3)
FIG. 8 shows an exploded perspective view of the fuel cell stack 21 using the configuration of the first embodiment. This battery is composed of a plurality of separator /
本燃料電池スタック21に用いられている部材は、以下のとおりである。
(1)膜厚50μmの固体高分子膜の両側に電極触媒を塗布したMEA1
(2)MEA1の外側両面にMEA1の電極面積と等しい炭素紙で構成される図には示されていない拡散層
(3)板厚0.2mmのステンレス鋼製で、プレス成型によって中央部の両面に凹凸の溝を有するセパレータ3
(4)EPDMシートを打ち抜き加工により成型したシール材2
(5)板厚1mmの銅板に導電性メッキを施している端子付集電板17
(6)集電板17と端板19の間に設置される板厚5mmのPPS(ポリフェニレンサルファイド)を切削加工によりマニホールドを形成している図には示されていない、絶縁板
(7)これらの部材を挟持する板厚10mmのステンレス鋼板に燃料および酸化剤ガスおよび冷却水の導入口と排水口となる継手を設けた端板19
The members used in the fuel cell stack 21 are as follows.
(1) MEA1 in which an electrode catalyst is applied to both sides of a solid polymer film having a thickness of 50 μm
(2) Diffusion layer not shown in the figure composed of carbon paper equal to the electrode area of MEA1 on both outer sides of MEA1 (3) Made of stainless steel with a plate thickness of 0.2 mm, both sides of the center part by
(4)
(5)
(6) Insulating plates (7) which are not shown in the figure in which a manifold is formed by cutting PPS (polyphenylene sulfide) having a thickness of 5 mm installed between the
本実施例では、この端板にステンレス製のボルト/ナットを用いて締結固定している。 In this embodiment, the end plate is fastened and fixed using a bolt / nut made of stainless steel.
この燃料電池スタック21のシール性を確認するため、ヘリウムガスを用いたリーク試験を行った。試験は、端板19に設けられている燃料排出口を閉止した状態で、もう一方の端板19に設けられている燃料導入口から、ヘリウムガスを1気圧で封入しておき、酸化剤ガス導入口から大気圧の窒素ガスを供給し、酸化剤ガス排出口にヘリウムガス検出器を接続して行った。本実施例による燃料電池スタック21では、ヘリウムはヘリウム検出器より検出されず、リークが発生していないことを確認した。
In order to confirm the sealing performance of the fuel cell stack 21, a leak test using helium gas was performed. In the test, helium gas was sealed at 1 atm from the fuel inlet provided in the
この燃料電池スタック21を用いて発電試験を行った。燃料は、1mol/Lのメタノール水溶液を使用し、酸化剤ガスとして空気を空気利用率25%で燃料電池スタック21へ供給した。本実施例では、空気のみを露点温度が30℃となるように調整した。発電時における燃料電池スタック21の温度は、雰囲気温度を制御することで、60℃とした。電流密度0.2A/cm2で発電したところ、電圧は2.1V(単セル当たり0.42V)であり、良好に発電がなされていることを確認した。 A power generation test was performed using the fuel cell stack 21. As the fuel, a 1 mol / L aqueous methanol solution was used, and air was supplied as an oxidant gas to the fuel cell stack 21 at an air utilization rate of 25%. In this example, only air was adjusted so that the dew point temperature was 30 ° C. The temperature of the fuel cell stack 21 during power generation was set to 60 ° C. by controlling the ambient temperature. When power was generated at a current density of 0.2 A / cm 2 , the voltage was 2.1 V (0.42 V per single cell), and it was confirmed that power generation was good.
以上に示した実施例は代表的な例であり、本実施例では、両方の面で1.5ターンの折返し部を有するサーペンタイン形状を代表として示したが、セパレータ流路本数,流路部を構成する凹凸部,平坦部の構成,形状に依存せずに選択することができ、これに限定されるものではなく、凹凸部,平坦部を所望の形状で組み合わせることで、均一な流配ができるような流路形状とすればよい。 The embodiment described above is a representative example, and in this embodiment, a serpentine shape having a 1.5-turn turn-up portion on both sides is shown as a representative. The configuration can be selected without depending on the configuration and shape of the concavo-convex portion and flat portion, and is not limited to this, and by combining the concavo-convex portion and flat portion in a desired shape, a uniform flow distribution can be obtained. What is necessary is just to make it the flow path shape which can be performed.
本発明によれば、積層方向の薄型化に寄与し、別部材により仕切り部を設けることなく、各々の面に折返し部を形成することができ、かつ各々の面の流路は独立に形成することができる。また、本発明によれば、セパレータの種類を1種類で、一方の面に燃料、他方の面に酸化剤を供給できるセパレータを提供することができる。 According to the present invention, it contributes to thinning in the stacking direction, and the folded portion can be formed on each surface without providing a partition portion by a separate member, and the flow paths on each surface are formed independently. be able to. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a separator that can supply one type of fuel to one side and supply an oxidant to the other side.
1 MEA(膜/電極接合体)
2 シール材
3,3a,3b セパレータ
8 炭素系セパレータ
9 導入部
10A 酸化剤入口マニホールド
10B 酸化剤出口マニホールド
11A 燃料入口マニホールド
11B 燃料出口マニホールド
12 流路溝
13 流路突起部
16 平坦部
17 集電板
19 端板
20a,20b セパレータ・シール構成体
21 燃料電池スタック
22 発電部
31 燃料流路
31a 折返し部の燃料流路
32 酸化剤流路
32a 折返し部の酸化剤流路
1 MEA (membrane / electrode assembly)
2
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