JP2011003377A - Solid polymer electrolyte fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、固体高分子型燃料電池に関し、特に、スタック型の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, and more particularly to a stack type polymer electrolyte fuel cell.
従来、複数の単位燃料電池を積層した燃料電池スタックが知られている(特許文献1)。この燃料電池スタックは、複数の単位燃料電池と、2枚のエンドプレートとを備える。 Conventionally, a fuel cell stack in which a plurality of unit fuel cells are stacked is known (Patent Document 1). This fuel cell stack includes a plurality of unit fuel cells and two end plates.
複数の単位燃料電池は、積層される。そして、2枚のエンドプレートは、積層された複数の単位燃料電池を積層方向から挟持する。 A plurality of unit fuel cells are stacked. The two end plates sandwich the stacked unit fuel cells from the stacking direction.
各単位燃料電池は、固体高分子電解質膜と、アノード側拡散電極と、カソード側拡散電極と、第1および第2のセパレータとからなる。アノード側拡散電極は、固体高分子電解質膜の一方側に配置され、カソード側拡散電極は、固体高分子電解質膜の他方側に配置される。そして、第1および第2のセパレータは、アノード側拡散電極/固体高分子電解質膜/カソード側拡散電極を挟持する。 Each unit fuel cell includes a solid polymer electrolyte membrane, an anode side diffusion electrode, a cathode side diffusion electrode, and first and second separators. The anode side diffusion electrode is disposed on one side of the solid polymer electrolyte membrane, and the cathode side diffusion electrode is disposed on the other side of the solid polymer electrolyte membrane. The first and second separators sandwich the anode side diffusion electrode / solid polymer electrolyte membrane / cathode side diffusion electrode.
この場合、第1および第2のセパレータ間には、燃料電池セル(=アノード側拡散電極/固体高分子電解質膜/カソード側拡散電極)を介して燃料電池セルの電極反応面からアノード側拡散電極またはカソード側拡散電極の外周部への反応ガスの漏れを防止するために接着性の液状シールが設けられ、隣接する第1および第2のセパレータ間には、非接着性の液状シールが設けられる。 In this case, the anode side diffusion electrode is interposed between the first and second separators via the fuel cell (= anode side diffusion electrode / solid polymer electrolyte membrane / cathode side diffusion electrode) from the electrode reaction surface of the fuel cell. Alternatively, an adhesive liquid seal is provided to prevent leakage of the reaction gas to the outer peripheral portion of the cathode side diffusion electrode, and a non-adhesive liquid seal is provided between the adjacent first and second separators. .
そして、燃料電池スタックにおいては、燃料ガスは、複数の単位燃料電池を積層することによって第1および第2のセパレータの両端部に形成される通路を通ってカソード側拡散電極およびアノード側拡散電極に供給される。 In the fuel cell stack, the fuel gas passes through the passages formed at both ends of the first and second separators by stacking a plurality of unit fuel cells, and then flows to the cathode side diffusion electrode and the anode side diffusion electrode. Supplied.
しかし、特許文献1に記載の燃料電池スタックにおいては、積層された複数の単位燃料電池と2枚のエンドプレートとの間がシールされていないため、外部から空気をセパレータに直接流そうとした場合、複数の単位燃料電池とエンドプレートとの間の隙間に空気が流れ、セパレータに空気を効率的に流すことが困難であるという問題がある。
However, in the fuel cell stack described in
また、空冷用の空気を反応空気ガスとしても利用する形態の燃料電池スタックは、反応空気の加湿が困難であるため、固体高分子電解質膜が乾燥し、燃料電池スタックの性能が低下するという問題がある。 In addition, in the fuel cell stack using air cooling air as the reaction air gas, it is difficult to humidify the reaction air, so that the solid polymer electrolyte membrane is dried and the performance of the fuel cell stack is degraded. There is.
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、外部から空気をセパレータに効率的に供給可能であり、かつ、性能を向上可能な固体高分子型燃料電池を提供することである。 Accordingly, the present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a solid polymer fuel cell capable of efficiently supplying air from the outside to the separator and capable of improving performance. Is to provide.
この発明によれば、固体高分子型燃料電池は、略直方体の形状を有するスタック型の固体高分子型燃料電池であって、複数の単位セルと、第1および第2の端板と、押込器と、シール部材とを備える。複数の単位セルは、直方体の第1の面から第1の面に対向する第2の面へ向かう方向へ積層され、かつ、直列に接続される。第1および第2の端板は、第1の面から第2の面へ向かう方向において、複数の単位セルを両側から挟持する。押込器は、当該固体高分子型燃料電池が設置された設置面側に位置する直方体の第3の面から前記第3の面側に配置され、酸化剤ガスを複数の単位セルに押し込む。シール部材は、複数の単位セルに接して第3の面側に少なくとも配置されるとともに、酸化剤ガスが通過するための通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる。複数の単位セルの各々は、固体高分子電解質膜と、第1および第2のセパレータとを含む。第1のセパレータは、固体高分子電解質膜の一方側に配置され、固体高分子電解質膜に酸化剤ガスを供給する。第2のセパレータは、固体高分子電解質膜の他方側に配置され、固体高分子電解質膜に還元剤ガスを供給する。そして、第1のセパレータは、固体高分子電解質膜に酸化剤ガスを供給するためのガス流路部と、ガス流路部と一体に成形され、固体高分子電解質膜に供給される還元剤ガスが通過するガス通過部とを含む。ガス流路部は、直線状に形成された溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を含む。隣接する第1および第2の単位セルは、第1の単位セルに含まれる第2のセパレータと第2の単位セルに含まれる第1のセパレータとによって直列に接続されている。 According to this invention, the polymer electrolyte fuel cell is a stack type polymer electrolyte fuel cell having a substantially rectangular parallelepiped shape, and includes a plurality of unit cells, first and second end plates, and an indentation. And a sealing member. The plurality of unit cells are stacked in a direction from the first surface of the rectangular parallelepiped toward the second surface facing the first surface, and are connected in series. The first and second end plates sandwich the plurality of unit cells from both sides in the direction from the first surface to the second surface. The pusher is arranged on the third surface side from the third surface of the rectangular parallelepiped located on the installation surface side where the polymer electrolyte fuel cell is installed, and pushes the oxidant gas into the plurality of unit cells. The seal member is disposed at least on the third surface side in contact with the plurality of unit cells, and has a passage region for the passage of the oxidant gas in the central portion, and is made of an insulating material. Each of the plurality of unit cells includes a solid polymer electrolyte membrane and first and second separators. The first separator is disposed on one side of the solid polymer electrolyte membrane and supplies an oxidant gas to the solid polymer electrolyte membrane. The second separator is disposed on the other side of the solid polymer electrolyte membrane and supplies a reducing agent gas to the solid polymer electrolyte membrane. The first separator includes a gas channel for supplying an oxidant gas to the solid polymer electrolyte membrane, and a reducing agent gas that is molded integrally with the gas channel and is supplied to the solid polymer electrolyte membrane. And a gas passage part through which the gas passes. The gas flow path part includes a plurality of grooves having a length longer than the length of the groove formed in a straight line. Adjacent first and second unit cells are connected in series by a second separator included in the first unit cell and a first separator included in the second unit cell.
好ましくは、シール部材は、第1および第2のシール部材を含む。第1のシール部材は、複数の単位セルに接して第3の面側に配置されるとともに、通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる。第2のシール部材は、複数の単位セルに接して第3の面に対向する第4の面側に配置され、通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる。 Preferably, the seal member includes first and second seal members. The first seal member is disposed on the third surface side in contact with the plurality of unit cells, and has a passage region in the central portion and is made of an insulating material. The second seal member is disposed on the fourth surface side that is in contact with the plurality of unit cells and faces the third surface, has a passage region at the center, and is made of an insulating member.
好ましくは、固体高分子型燃料電池は、他のシール部材をさらに備える。他のシール部材は、還元剤ガスが第2のセパレータを流れる方向において複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。そして、還元剤ガスは、酸化剤ガスが流れる方向と略直交する方向に流れる。 Preferably, the polymer electrolyte fuel cell further includes another seal member. The other sealing member is made of an insulating material and is disposed on at least one side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells in the direction in which the reducing agent gas flows through the second separator. The reducing agent gas flows in a direction substantially orthogonal to the direction in which the oxidizing gas flows.
好ましくは、他のシール部材は、第3および第4のシール部材を含む。第3のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。第4のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。 Preferably, the other seal member includes third and fourth seal members. The third seal member is disposed on at least one side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells and is made of an insulating material. The fourth seal member is disposed on at least the other side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells and is made of an insulating material.
好ましくは、シール部材は、第1および第2のシール部材を含む。第1のシール部材は、複数の単位セルに接して第3の面側に配置されるとともに、通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる。第2のシール部材は、複数の単位セルに接して第3の面に対向する第4の面側に配置され、通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる。他のシール部材は、第3および第4のシール部材を含む。第3のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。第4のシール部材は、複数の単位セルに接して複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる。 Preferably, the seal member includes first and second seal members. The first seal member is disposed on the third surface side in contact with the plurality of unit cells, and has a passage region in the central portion and is made of an insulating material. The second seal member is disposed on the fourth surface side that is in contact with the plurality of unit cells and faces the third surface, has a passage region at the center, and is made of an insulating member. Other seal members include third and fourth seal members. The third seal member is disposed on at least one side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells and is made of an insulating material. The fourth seal member is disposed on at least the other side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells and is made of an insulating material.
好ましくは、第1のセパレータの複数の溝の各々は、酸化剤ガスが流れる方向に対してジグザグ状の形状を有する。 Preferably, each of the plurality of grooves of the first separator has a zigzag shape with respect to the direction in which the oxidizing gas flows.
好ましくは、ガス流路部およびガス通過部は、金属板からなり、第1のセパレータの複数の溝は、ガス流路部を構成する金属板の表裏面に形成されている。 Preferably, the gas flow path part and the gas passage part are made of a metal plate, and the plurality of grooves of the first separator are formed on the front and back surfaces of the metal plate constituting the gas flow path part.
好ましくは、金属板は、ステンレス鋼からなる。 Preferably, the metal plate is made of stainless steel.
この発明による固体高分子型燃料電池は、当該固体高分子型燃料電池が設置された設置面側から酸化剤ガスを複数の単位セルに押し込む押込器と、複数の単位セルに接して設置面側に少なくとも配置され、複数の単位セルの周囲をシールするシール部材とを備えるので、外部の酸化剤ガスは、第1のセパレータの複数の溝に専ら押し込まれる。そして、押し込まれた酸化剤ガスは、固体高分子電解質膜に供給され易くなる。 The polymer electrolyte fuel cell according to the present invention includes a pusher for pushing the oxidant gas into the plurality of unit cells from the installation surface side where the polymer electrolyte fuel cell is installed, and the installation surface side in contact with the plurality of unit cells. And the sealing member that seals the periphery of the plurality of unit cells, the external oxidant gas is exclusively pushed into the plurality of grooves of the first separator. The oxidant gas thus pushed in is easily supplied to the solid polymer electrolyte membrane.
したがって、この発明によれば、外部から空気をセパレータに効率的に供給でき、固体高分子型燃料電池の性能を向上できる。 Therefore, according to the present invention, air can be efficiently supplied from the outside to the separator, and the performance of the polymer electrolyte fuel cell can be improved.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1は、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いるセパレータの平面図である。図1を参照して、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いるセパレータ10は、ステンレス鋼等の金属板からなり、ガス通過部11,12と、ガス流路部13と、孔14〜17とを備える。ガス通過部11,12、ガス流路部13、および孔14〜17は、金属板にプレス成形を施すことによって一体的に成形される。
FIG. 1 is a plan view of a separator used in a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a
ガス通過部11は、孔111〜114からなる。孔111〜114は、セパレータ10を貫通するようにセパレータ10の一方端側に配置される。孔111〜114の各々は、ミリオーダーの直径を有する。また、ガス通過部12は、孔121〜124からなる。孔121〜124は、セパレータ10を貫通するようにセパレータ10の他方端側に孔111〜114に対向して配置される。孔121〜124の各々は、孔111〜114の直径と同じ直径を有する。
The
ガス流路部13は、複数の溝131〜143を有する。複数の溝131〜141の各々は、セパレータ10の基準面18からミリオーダーの深さおよびミリオーダーの幅を有し、ガスが流れる方向DR1においてジグザグ状に形成される。そして、複数の溝131〜141は、ミリオーダーの間隔で配置される。
The gas
溝142は、方向DR1において、セパレータ10の一方端側に配置され、溝143は、方向DR1においてセパレータ10の他方端側に配置される。溝142,143の各々は、複数の溝131〜141に略直交するように直線状に形成される。そして、溝142,143の各々は、セパレータ10の基準面18から2mmよりも小さい深さ、ミリオーダーの幅および10cm程度の長さを有する。
孔14〜17は、セパレータ10を貫通するようにセパレータ10の4隅に配置される。そして、孔14〜17の各々は、ミリオーダーの直径を有する。
The
孔14,111〜114,15は、セパレータ10の一方端側において、ミリオーダーの間隔で直線状に配置される。また、孔16,121〜124,17は、セパレータ10の他方端側において、孔14,111〜114,15の間隔と同じ間隔で直線状に配置される。
The
ガス通過部11の孔111〜114およびガス通過部12の孔121〜124は、水素ガスを紙面に垂直な方向に通過させる。溝131〜141は、空気(または酸素)を方向DR1へ流す。溝142,143は、セパレータ10と後述する固体高分子電解質膜との密着性を向上させるための板を配置するための溝である。孔14〜17は、固体高分子型燃料電池を組上げるときのスタックの位置決め用棒が通る孔である。
The
図2は、図1に示すセパレータ10の裏面の平面図である。図2を参照して、凸部131A〜141Aは、それぞれ、図1に示す溝131〜141に対応する。したがって、凸131A〜141Aは、基準面19から2mmよりも小さい高さと、ミリオーダーの幅を有する。そして、凸部131A〜141Aは、ミリオーダーの間隔で配置される。
FIG. 2 is a plan view of the back surface of the
図3は、図1に示す溝142部分の拡大図である。図3を参照して、溝142は、複数の溝131〜141に略直交する方向に直線状に形成されている。平板30は、2mmよりも小さい厚み、ミリオーダーの幅および10cmよりも長い長さを有する(図3の(a)参照)。
FIG. 3 is an enlarged view of the
そして、平板30は、溝142に挿入される。平板30は、上述したように、溝142と同じ寸法を有するため、平板30の上面30Aは、セパレータ10の基準面18に一致する(図3の(b)参照)。
Then, the
なお、平板30が溝142に挿入されても、平板30の厚みは、溝131〜141の深さよりも薄いため、空気(または酸素)は、溝131〜141を流れることができる。
Even if the
また、溝143にも、平板30と同じ平板が挿入される。
Also, the same flat plate as the
図4は、図1に示すセパレータ10の斜視図である。図4を参照して、セパレータ10は、上述した溝131〜141を前面10Aに有し、溝151〜160を裏面10Bに有する。
FIG. 4 is a perspective view of the
溝151〜160は、それぞれ、溝131,132間、溝132,133間、溝133,134間、溝134,135間、溝135,136間、溝136,137間、溝137,138間、溝138,139間、溝139,140間、および溝140,141間に形成される。
The
そして、溝151〜160は、溝131〜141と同じ寸法を有し、溝131〜141と同じように方向DR1においてジグザグ状に形成される。
The
その結果、空気(または酸素)は、セパレータ10の溝131〜141,151〜160を方向DR1へ流れる。すなわち、空気(または酸素)は、セパレータ10の表裏面を流れる。
As a result, air (or oxygen) flows through the
図5は、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池に用いる他のセパレータの平面図である。図5を参照して、セパレータ20は、ステンレス鋼等の金属板からなり、ガス供給部21と、ガス排出部22と、凸部23,24と、ガス流路部25と、凹部26〜29と、孔31〜34とを備える。
FIG. 5 is a plan view of another separator used in the polymer electrolyte fuel cell according to the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the
セパレータ20は、セパレータ20の基準面35から1mmよりも小さい深さだけ窪んだ凹部201を有する。そして、ガス供給部21、ガス排出部22、凸部23,24およびガス流路部25は、凹部201に形成される。
The
ガス供給部21は、孔211〜214と、凸部215〜217とを含む。孔211〜214および凸部215〜217は、セパレータ20の長さ方向における一方端側に配置される。そして、孔211〜214は、セパレータ20を貫通し、セパレータ20の幅方向に直線状に配列される。
The
また、孔211〜214の各々は、上述したセパレータ10の孔111〜114,121〜124と同じ直径を有する。そして、孔211〜214は、孔111〜114,121〜124と同じ間隔で配置される。
Moreover, each of the
凸部215〜217は、凹部201から1mmよりも小さい高さだけ突出している。したがって、凸部215〜217の上面は、セパレータ20の基準面35に一致する。そして、凸部215〜217は、孔211〜214の直径に略等しい長さを有し、それぞれ、孔211,212間、孔212,213間、および孔213,214間に配置される。
The
ガス排出部22は、孔221〜224と、凸部225〜227とを含む。孔221〜224および凸部225〜227は、セパレータ20の長さ方向における他方端側に配置される。そして、孔221〜224は、セパレータ20を貫通し、セパレータ20の幅方向に直線状に配列される。
The
また、孔221〜224の各々は、上述したセパレータ10の孔111〜114,121〜124と同じ直径を有する。そして、孔221〜224は、孔111〜114,121〜124と同じ間隔で配置される。
Each of the
凸部225〜227は、凹部201から1mmよりも小さい高さだけ突出している。したがって、凸部225〜227の上面も、セパレータ20の基準面35に一致する。そして、凸部225〜227は、孔221〜224の直径に略等しい長さを有し、それぞれ、孔221,222間、孔222,223間、および孔223,224間に配置される。
The
凸部23は、セパレータ20の幅方向にミリオーダーの間隔で直線状に配列された複数の凸部からなる。そして、凸部23は、ガス供給部21とガス流路部25との間に配置され、凹部201から1mmよりも小さい高さだけ突出している。
The
凸部24は、セパレータ20の幅方向にミリオーダーの間隔で直線状に配列された複数の凸部からなる。そして、凸部24は、ガス排出部22とガス流路部25との間に配置され、凹部201から1mmよりも小さい高さだけ突出している。
ミリオーダーガス流路部25は、複数の溝251を有する。複数の溝251は、セパレータ20の基準面35に対して1mmよりも小さい深さを有し、ミリオーダーの幅を有する。そして、複数の溝251は、凸部23と凸部24との間に直線状に形成される。隣接する2つの溝251,251間の凸部252は、凹部201から1mmよりも小さい高さだけ突出しており、セパレータ20の基準面35に一致する。
The
The milli-order gas
凹部26は、セパレータ20の幅方向において、凸部23の一方端側に配置され、凹部201に接する。凹部27は、セパレータ20の幅方向において、凸部23の他方端側に配置され、凹部201に接する。
The
凹部28は、セパレータ20の幅方向において、凸部24の一方端側に配置され、凹部201に接する。凹部29は、セパレータ20の幅方向において、凸部24の他方端側に配置され、凹部201に接する。
The
そして、凹部26〜29の各々は、セパレータ20の基準面35から1mmよりも小さい深さだけ窪んでおり、ミリオーダーの幅を有する。
Each of the
孔31〜34は、セパレータ20の四隅にセパレータ20を貫通するように形成される。そして、孔31〜34の各々は、ミリオーダーの直径を有する。
The
ガス供給部21は、孔211〜214から水素ガスを受け、その受けた水素ガスをガス流路部25に供給する。ガス流路部25は、ガス供給部21から水素ガスを受け、その受けた水素ガスをガス供給部21からガス排出部22の方向へ流す。ガス排出部22は、ガス流路部25から水素ガスを受け、その受けた水素ガスを孔221〜224から排出する。
The
孔31〜34は、固体高分子型燃料電池を組上げるときのスタックの位置決め用棒が通る孔である。
The
セパレータ20が固体高分子型燃料電池に用いられる場合、孔31,32,33,34は、それぞれ、セパレータ10の孔16,17,14,15に対向する。また、セパレータ20が固体高分子型燃料電池に用いられる場合、孔211〜214は、それぞれ、セパレータ10の孔121〜124に対向し、孔221〜224は、それぞれ、セパレータ10の孔111〜114に対向する。
When the
図6は、図5に示すセパレータ20の裏面の平面図である。図6を参照して、セパレータ20は、裏面において、凸部201Rと、複数の凹部252Rとを有する。凸部201Rは、図5に示す凹部201に対応するものであり、基準面36から1mmよりも小さい高さだけ突出している。
6 is a plan view of the back surface of the
複数の凹部252Rは、図5に示す複数の凸部252に対応するものであり、複数の凹部252Rの面は、基準面36に一致する。複数の凹部252Rが形成される結果、複数の凸部251Rが形成される。そして、複数の凸部251Rは、図5に示す複数の溝251に対応する。
The plurality of
図7は、図5に示す凸部23および凹部26,27の拡大図である。図7を参照して、凹部26の一方端26Aと、凹部27の一方端27Aとの距離は、数cmである。平板40は、1mmよりも小さい厚み、ミリオーダーの幅、および数cmの長さを有する。そして、平板40は、両端が凹部26,27に嵌合するように凸部23上に配置される(図7の(a)参照)。
FIG. 7 is an enlarged view of the
そうすると、凹部201は、セパレータ10の基準面35から1mmよりも小さい深さだけ窪んでおり、凸部23は、凹部201から1mmよりも小さい高さを有し、平板40は、1mmよりも小さい厚みを有するので、平板40の上面40Aは、セパレータ10の基準面35に一致する。
Then, the
なお、凹部28,29にも、平板40と同じ平板が挿入される。
The same flat plate as the
図8は、図1から図7に示すセパレータ10,20を備えた固体高分子型燃料電池の断面図である。図8を参照して、固体高分子型燃料電池100は、固体高分子電解質膜110と、ガス拡散電極120,130と、セパレータ140,150と、ガスケット160,170とを備える。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a polymer electrolyte fuel cell including the
ガス拡散電極120は、その一主面に触媒180を担持し、触媒180が固体高分子電解質膜110の一方面に接するように固体高分子電解質膜110の一方側に配置される。また、ガス拡散電極130は、その一主面に触媒190を担持し、触媒190が固体高分子電解質膜110の他方面に接するように固体高分子電解質膜110の他方側に配置される。
The
セパレータ140は、図5および図6に示すセパレータ20からなり、ガス拡散電極120の一主面(触媒180が担持された一主面と反対側の一主面)に接するように配置される。この場合、図5に示すセパレータ20の面がガス拡散電極120側に向けられる。セパレータ150は、図1および図2に示すセパレータ10からなり、ガス拡散電極130の一主面(触媒190が担持された一主面と反対側の一主面)に接するように配置される。この場合、図1に示すセパレータ10の面がガス拡散電極130側に向けられる。
The
ガスケット160は、固体高分子電解質膜110の外周部とセパレータ140の外周部との間に設けられ、気密性を保持してセパレータ140の外周部を固体高分子電解質膜110の外周部に連結する。ガスケット170は、固体高分子電解質膜110の外周部とセパレータ150の外周部との間に設けられ、気密性を保持してセパレータ150の外周部を固体高分子電解質膜110の外周部に連結する。
The
固体高分子電解質膜110は、たとえば、フッ素系のイオン交換膜からなる。ガス拡散電極120,130の各々は、ガス透過性および導電性を有する多孔体からなる。触媒180,190の各々は、白金(Pt)または白金合金(Pt−Ru)からなる。ガスケット160,170の各々は、フッ素樹脂、バイトンゴム、シリコンゴムおよびエチレンプロピレンゴム等のいずれかからなる。そして、フッ素樹脂は、より具体的には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、およびテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等である。
The solid
図9は、図8に示す固体高分子型燃料電池100を構成する各部品の斜視図である。固体高分子型燃料電池100を構成するセパレータ150、ガスケット170、固体高分子電解質膜110、ガスケット160、およびセパレータ140を、それぞれ、図9の(b),(c),(d),(e),(f)に示す。
FIG. 9 is a perspective view of each component constituting the polymer
また、固体高分子型燃料電池100は、ガスケット210,230をさらに備える。そして、ガスケット210,230をそれぞれ図9の(a),(g)に示す。
The polymer
ガスケット210は、ガスケット2110,2120からなる。ガスケット2110は、孔2111,2112,2113を有する。孔2111,2112,2113は、ガスケット2110を貫通する。また、ガスケット2120は、孔2121,2122,2123を有する。孔2121,2122,2123は、ガスケット2120を貫通する。
The
そして、孔2111,2113,2121,2123は、セパレータ150(10)の孔14〜17およびセパレータ140(20)の孔31〜34と同じ直径を有する。また、孔2112,2122は、セパレータ150(10)の孔111〜114,121〜124およびセパレータ140(20)の孔211〜214,221〜224と同じ直径を有する。
The
ガスケット170は、孔171〜177を有する。孔171〜177は、ガスケット170を貫通する。そして、孔171〜174は、セパレータ150(10)の孔14〜17およびセパレータ140(20)の孔31〜34と同じ直径を有する。また、孔175,176は、セパレータ150(10)の孔14〜17よりも大きい。
The
ガスケット160は、孔161〜167を有する。孔161〜167は、ガスケット160を貫通する。そして、孔161〜164は、セパレータ150(10)の孔14〜17およびセパレータ140(20)の孔31〜34と同じ直径を有する。また、孔165,166は、ガスケット170の孔175,176と同じ大きさを有する。
The
ガスケット230は、孔231〜235を有する。孔231〜235は、ガスケット230を貫通する。そして、孔231〜234は、セパレータ150(10)の孔14〜17およびセパレータ140(20)の孔31〜34と同じ直径を有する。
The
図10は、図9に示す部品を用いて組み立てたときの固体高分子型燃料電池100の斜視図である。図10を参照して、固体高分子型燃料電池100は、ガスケット210、セパレータ150(10)、ガスケット170、固体高分子電解質膜110、ガスケット160、セパレータ140(20)およびガスゲット230を順次積層した構造を有する。
10 is a perspective view of the polymer
そして、孔2111,14,171,161,31,231は、ガスケット210からガスケット230への方向において、直線状に配置される。また、孔2113,15,172,162,32,232も、ガスケット210からガスケット230への方向において、直線状に配置される。さらに、孔2121,16,173,163,33,233も、ガスケット210からガスケット230への方向において、直線状に配置される。さらに、孔2123,17,174,164,34,234も、ガスケット210からガスケット230への方向において、直線状に配置される。さらに、孔2112,111〜114,175,165,211〜214も、ガスケット210からガスケット230への方向において、直線状に配置される。さらに、孔2122,121〜124,176,166,221〜224も、ガスケット210からガスケット230への方向において、直線状に配置される。
The
その結果、セパレータ140(20)のガス供給部21は、孔2112,111〜114,175,165を介して水素ガスを受け、その受けた水素ガスをガス流路部25に供給する。そして、ガス流路部25は、ガスケット160の孔167を介して固体高分子電解質膜110に水素ガスを供給するとともに、余った水素ガスをガス排出部22へ流す。ガス排出部22は、ガス流路部25から受けた水素ガスを孔221〜224を介して排出する。
As a result, the
そして、排出された水素ガスは、孔235,166,176,121〜124,2122を介して流れる。
The discharged hydrogen gas flows through the
一方、空気(または酸素)は、外部からセパレータ150(10)のガス流路部13へ入り、溝131〜141を流れる。溝131〜141は、外部から入って来た空気(または酸素)をガスケット170の孔177を介して固体高分子電解質膜110に供給するとともに、余った空気(または酸素)を外部へ排出する。
On the other hand, air (or oxygen) enters the gas
このように、水素ガスは、セパレータ150(10)のガス通過部11を通ってセパレータ140(20)のガス供給部21へ供給されるとともに、セパレータ140(20)のガス排出部22から排出された後、セパレータ150(10)のガス通過部22を通って固体高分子型燃料電池100の厚み方向に流れるので、セパレータ150(10)のガス通過部11,12は、セパレータ150(10)が固体高分子電解質膜110に供給する空気(または酸素)と異なる水素ガスが流れるガス通過部である。
Thus, the hydrogen gas is supplied to the
再び、図8を参照して、固体高分子電解質膜110は、触媒180によって分離された電子e−と水素イオンH+とのうち、水素イオンH+のみを触媒190側へ通過させる。ガス拡散電極120は、セパレータ140(20)から供給された水素ガスを触媒180へ拡散させる。触媒180は、ガス拡散電極120に供給された水素ガスを電子e−と水素イオンH+とに分離する。
Referring to FIG. 8 again, solid
ガス拡散電極130は、セパレータ150(10)から供給された空気(または酸素)を触媒190へ拡散させる。触媒190は、固体高分子電解質膜110から供給された水素イオンH+と、ガス拡散電極130から供給された電子e−と空気(または酸素)とを反応させ、水を生成する。
The
セパレータ140(20)は、ガス拡散電極120に接する一主面に凹凸構造からなるガス供給溝140Aを有する。このガス供給溝140Aは、図5に示す溝251からなる。そして、ガス供給溝140Aは、水素ガスの供給口(=ガス供給部21)および排出口(=ガス排出部22)に繋がっている。したがって、セパレータ140(20)は、ガス供給溝140Aを介して水素ガスをガス拡散電極120に供給する。
The separator 140 (20) has a
セパレータ150(10)は、ガス拡散電極130に接する一主面に凹凸構造からなるガス供給溝150Aを有する。このガス供給溝150Aは、図1に示す溝131〜141からなる。そして、ガス供給溝150Aは、固体高分子型燃料電池100の外部に繋がっている。したがって、セパレータ150(10)は、ガス供給溝150Aを介して空気(または酸素)をガス拡散電極130に供給する。
The separator 150 (10) has a
固体高分子型燃料電池100が発電する動作について説明する。セパレータ140(20)のガス供給溝140Aを介して水素がガス拡散電極120へ供給されると、ガス拡散電極120は、水素ガスを触媒180へ拡散し、触媒180は、水素を水素イオンH+と電子e−とに分離する。
An operation of generating power by the polymer
そうすると、固体高分子電解質膜110は、触媒180によって分離された水素イオンH+および電子e−のうち、水素イオンH+のみを透過して触媒190へ供給する。一方、電子e−は、触媒180からガス拡散電極120を介してセパレータ140(20)へ移動し、セパレータ140(20)から外部の負荷(図示せず)を介してセパレータ150(10)へ流れる。そして、セパレータ150(10)は、電子e−をガス拡散電極130へ供給する。
Then, the solid
また、セパレータ150(10)のガス供給溝150Aを介して空気(または酸素)がガス拡散電極130へ供給される。そして、ガス拡散電極130は、空気(または酸素)を触媒190へ拡散し、電子e−を触媒190へ供給する。
Air (or oxygen) is supplied to the
そうすると、水素イオンH+、空気(または酸素)および電子e−は、触媒190の助けを借りて反応し、水になる。
Then, the hydrogen ions H + , air (or oxygen), and electrons e − react with the help of the
このようにして、固体高分子型燃料電池100は発電する。そして、固体高分子型燃料電池100のセパレータ140(20),150(20)は、上述したように、金属板のプレス成形によって一体的に形成されるので、固体高分子型燃料電池100を低コストで作製できる。
In this way, the polymer
図11は、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池の斜視図である。図11を参照して、この発明の実施の形態による固体高分子型燃料電池1000は、燃料電池スタック300と、押込器400と、シール部材410,420,430と、位置決め用棒450,460,470,480とを備える。
FIG. 11 is a perspective view of a polymer electrolyte fuel cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, a polymer
燃料電池スタック300は、略直方体の形状を有し、後述するように、複数の単位セルが直列に接続された構造からなる。
The
押込器400は、固体高分子型燃料電池1000が設置される設置面500側に位置する燃料電池スタック300の側面300A側に配置され、空気(または酸素)を側面300A側から燃料電池スタック300へ押し込む。
The
シール部材410は、燃料電池スタック300の側面300B(=側面300Aに対向する面)に燃料電池スタック300に接して配置される。そして、シール部材410は、空気(または酸素)が通過するための通過領域410Aを中央部に有する。
The
シール部材420は、燃料電池スタック300の側面300Cに燃料電池スタック300に接して配置される。
The
シール部材430は、燃料電池スタック300の側面(=側面300Cに対向する側面)に燃料電池スタック300に接して配置される。
そして、シール部材410,420,430は、スポンジゴムまたは樹脂からなる。つまり、シール部材410,420,430は、絶縁材料からなる。
The
位置決め用棒450,460,470,480は、燃料電池スタック300の2枚の端板310,350を四隅で締め付ける。
The
図12は、図11に示す線XII−XII間における燃料電池スタック300の断面図である。図12を参照して、燃料電池スタック300は、端板310,350と、絶縁シート311,313と、集電板312,314と、単位セル321〜32n(nは2以上の整数)と、シール部材331〜33n−1,341〜34n−1とを備える。
FIG. 12 is a cross-sectional view of the
端板310,350は、ステンレスまたはアルミニウム合金からなる。絶縁シート311は、端板310に接して配置される。集電板312は、絶縁シート311と、単位セル321との間に配置される。絶縁シート313は、端板350に接して配置される。集電板314は、絶縁シート313と、単位セル32nとの間に配置される。
The
n個の単位セル321〜32nは、集電板312と集電板314との間に直列に配列される。そして、単位セル321〜32nの各々は、図8に示す固体高分子型燃料電池100からなる。なお、図12においては、図8に示すガス拡散電極120,130が省略されている。
The
n個の単位セル321〜32nが直列に配列される場合、単位セル321のセパレータ150(10)は、単位セル322のセパレータ140(20)に接し、単位セル322のセパレータ150(10)は、単位セル323のセパレータ140(20)に接し、以下、同様にして単位セル32n−1のセパレータ150(10)は、単位セル32nのセパレータ140(20)に接する。この場合、セパレータ140(20)の裏面とセパレータ150(10)の裏面とが接する。
When
そして、各単位セル321〜32nにおいて、セパレータ150(=セパレータ10)の複数の溝131〜141,151〜160は、図12に示す紙面に沿って上下方向に形成されている。 And in each unit cell 321-32n, the some groove | channel 131-141, 151-160 of the separator 150 (= separator 10) is formed in the up-down direction along the paper surface shown in FIG.
上述したように、セパレータ140(=セパレータ20),150(=セパレータ10)は、金属板からなるので、隣接する2つの単位セル(単位セル321,322;322,323;・・・;32n−1,32n)のセパレータ140(20)とセパレータ150(10)とが接するようにn個の単位セル321〜32nを直列に配列することによって、n個の単位セル321〜32nは、電気的に直列に接続される。
As described above, the separators 140 (= separator 20) and 150 (= separator 10) are made of a metal plate, so two adjacent unit cells (
シール部材331〜33n−1は、それぞれ、単位セル321のガス供給部21側と単位セル322のガス供給部21側との間、単位セル322のガス供給部21側と単位セル323のガス供給部21側との間、・・・、単位セル32n−1のガス供給部21側と単位セル32nのガス供給部21側との間に配置される。また、シール部材341〜34n−1は、それぞれ、単位セル321のガス排出部22側と単位セル322のガス排出部22側との間、単位セル322のガス排出部22側と単位セル323のガス排出部22側との間、・・・、単位セル32n−1のガス排出部22側と単位セル32nのガス排出部22側との間に配置される。
The
なお、位置決め用棒450,460,470,480が燃料電池スタック300の2枚の端板310,350を四隅で締め付ける場合、位置決め用棒450は、各単位セル321〜32nの孔234,34,164,174,17,2123を貫通し、位置決め用棒460は、各単位セル321〜32nの孔233,33,163,173,16,2121を貫通し、位置決め用棒470は、各単位セル321〜32nの孔232,32,162,172,15,2113を貫通し、位置決め用棒480は、各単位セル321〜32nの孔231,31,161,171,14,2111を貫通する。
When the
図13は、図11に示すA方向から見た固体高分子型燃料電池1000の平面図である。また、図14は、図11に示すA方向から見た固体高分子型燃料電池1000の他の平面図である。なお、図14は、図13においてシール部材410を除去したときの平面図である。
FIG. 13 is a plan view of the polymer
図14を参照して、位置決め用棒450,460,470,480によって2枚の端板310,350を締め付けると、端板310,350は、単位セル321〜32nよりも面積が大きいので、端板310,350と単位セル321,32nとの間に隙間が形成される。
Referring to FIG. 14, when the two
すなわち、端板310,350は、4本の位置決め用棒450,460,470,480によって四隅を締結されるので、端板310,350が若干湾曲し、端板310,350の中央部が絶縁シート311,313から離れ、端板310,350と単位セル321,32nとの間に隙間が形成される。
That is, since the
この状態で押込器400によって空気(または酸素)を押し込むと、その形成された隙間からも空気(または酸素)を押し込むことになり、空気(または酸素)をセパレータ150(=セパレータ10)の複数の溝131〜141,151〜160に効率的に供給することが困難である。
When air (or oxygen) is pushed in by the
そこで、図13に示すように、セパレータ150(=セパレータ10)の複数の溝131〜141,151〜160が形成されていない領域、絶縁シート311,313および集電板312,314を覆うようにシール部材410を設けることによって、端板310,350と単位セル321,32nとの間に形成された隙間を塞ぐことができる。その結果、押込器400が空気(または酸素)を押し込むと、外部の空気(または酸素)は、端板310,350と単位セル321,32nとの間の隙間に流入せず、セパレータ150(=セパレータ10)の複数の溝131〜141,151〜160へ流入する。
Therefore, as shown in FIG. 13, the regions where the plurality of
したがって、外部から複数の溝131〜141,151〜160へ空気(または酸素)を効率的に供給できる。
Therefore, air (or oxygen) can be efficiently supplied to the plurality of
なお、図11に示すB方向から見た固体高分子型燃料電池1000の平面図は、図13に示す平面図と同じである。
The plan view of the polymer
図15は、図11に示すC方向から見た固体高分子型燃料電池1000の平面図である。
FIG. 15 is a plan view of the polymer
図15を参照して、シール部材420は、燃料電池スタック300の側面300Cの全面に配置される。シール部材420が配置される側面300C側からはガスを燃料電池スタック300へ供給しないので、シール部材420は、側面300Cを覆うように配置される。
Referring to FIG. 15, the
なお、図11に示すD方向から見た固体高分子型燃料電池1000の平面図は、図15に示す平面図と同じである。
The plan view of the polymer
図16は、図11に示すB方向から見た固体高分子型燃料電池1000の斜視図である。図16を参照して、燃料電池スタック300の側面300Aには、シール部材440が燃料電池スタック300に接して配置されている。
FIG. 16 is a perspective view of the polymer
シール部材440は、シール部材410,420,430と同じ材料からなり、シール部材410と同様に、空気(または酸素)が通過するための通過領域440Aを中央部に有する。
The
押込器400は、シール部材440に対向するように配置され、シール部材440の通過領域440Aを介して、単位セル321〜32nのセパレータ150(=セパレータ10)に空気(または酸素)を押し込む。
The
したがって、押込器400は、端板310,350と単位セル321,32nとの間の隙間を介して空気(または酸素)を押し込まず、通過領域440Aを介して空気(または酸素)を押し込むので、側面300A側の空気(または酸素)は、単位セル321〜32nのセパレータ150(=セパレータ10)を介して側面300B側へ流れる。その結果、外部から複数の溝131〜141,151〜160へ空気(または酸素)をさらに効率的に供給できる。
Therefore, the
上述したように、固体高分子型燃料電池1000においては、燃料電池スタック300の端板310,350以外の部分にシール部材410,420,430,440が配置されているので、外部の空気(または酸素)を複数の溝131〜141,151〜160に効率的に供給できるとともに、複数の単位セル321〜32nで発生した熱をシール部材410,420,430,440を介して外部へ放出でき、燃料電池スタック300の放熱効果を高くできる。
As described above, in the polymer
図17は、燃料電池スタック300内で生成された水滴に作用する力の概念図である。図17を参照して、空気(または酸素)が燃料電池スタック300に供給された場合、水滴600が燃料電池スタック300内で生成される。
FIG. 17 is a conceptual diagram of forces acting on water droplets generated in the
そして、押込器400によって空気(または酸素)を側面300A(=燃料電池スタック300の設置面側)から燃料電池スタック300に押し込んだ場合、燃料電池スタック300内で生成された水滴600は、燃料電池スタック300内における空気(または酸素)の流れによる力F1を側面300Aから側面300Bへ向かう方向に受け、重力F2を側面300Bから側面300Aへ向かう方向に受ける(図17の(a)参照)。
When air (or oxygen) is pushed into the
一方、空気(または酸素)を側面300Bから燃料電池スタック300に供給した場合、燃料電池スタック300内で生成された水滴600は、燃料電池スタック300内における空気(または酸素)の流れによる力F1、および重力F2を側面300Bから側面300Aへ向かう方向に受ける(図17の(b)参照)。
On the other hand, when air (or oxygen) is supplied from the
その結果、燃料電池スタック300内で生成された水滴600は、押込器400によって空気(または酸素)を側面300A(=燃料電池スタック300の設置面側)から燃料電池スタック300に押し込んだ場合の方が燃料電池スタック300内に留まり易くなる。
As a result, the
図18は、燃料電池スタック300内における水滴の動向を示す概念図である。図18を参照して、押込器400によって空気(または酸素)を側面300A(=燃料電池スタック300の設置面側)から燃料電池スタック300に押し込んだ場合、水滴600は、各単位セル321〜32n内に留まり易くなる。
FIG. 18 is a conceptual diagram showing a trend of water droplets in the
そして、各単位セル321〜32n内に留まった水滴600は、押込器400によって押し込まれた空気(または酸素)の流れにより、固体高分子電解質膜110に供給され易くなる。その結果、固体高分子電解質膜110は、供給された水分によって湿潤される。
The
したがって、押込器400によって空気(または酸素)を側面300A(=燃料電池スタック300の設置面側)から燃料電池スタック300に押し込むことにより、燃料電池スタック300の性能を向上できる。
Therefore, the performance of the
表1に固体高分子型燃料電池1000の特性を示す。
Table 1 shows the characteristics of the polymer
表1は、空気の流れる方向を下(側面300A側)→上(側面300B側)と固定し、空気の供給方法を押込と吸引とに変えた場合の単位セルのセル電圧の実験値を示す。
Table 1 shows the experimental value of the cell voltage of the unit cell when the air flow direction is fixed from the bottom (
表1に示すように、8.3%および6.2%の両方の空気利用率において、セル電圧は、空気を燃料電池スタック300に押し込んだ方が空気を吸引した場合よりも高くなる。
As shown in Table 1, at both 8.3% and 6.2% air utilization, the cell voltage is higher when air is pushed into the
したがって、押込器400によって空気(または酸素)を側面300A(=燃料電池スタック300の設置面側)から燃料電池スタック300に押し込むことにより、燃料電池スタック300の性能が向上することが実験的に示された。
Therefore, it is experimentally shown that the performance of the
上述したように、固体高分子型燃料電池1000においては、燃料電池スタック300の端板310,350以外の部分にシール部材410,420,430,440が配置されており、押込器400によって空気(または酸素)を燃料電池スタック300の設置面側から燃料電池スタック300に供給するので、外部の空気(または酸素)を複数の溝131〜141,151〜160に効率的に供給できるとともに、燃料電池スタック300の性能を向上できる。
As described above, in the polymer
また、上述したように、セパレータ150(10)の裏面がセパレータ140(20)の裏面と接触し、セパレータ150(10)は、空気(または酸素)を流すための溝131〜141,151〜160が表面および裏面に形成されているため、燃料電池スタック300においては、セパレータ150(10)は、隣接する2つの単位セルを冷却する。したがって、セパレータ140(10)を用いることによって、燃料電池スタック300の冷却効果を高くでき、その結果、固体高分子型燃料電池1000の特性を向上できる。
Further, as described above, the back surface of the separator 150 (10) is in contact with the back surface of the separator 140 (20), and the separator 150 (10) has
さらに、上述したように、セパレータ10は、金属板をプレス成形することによって作製されるので、ガス通過部11,12、およびガス流路部13を有するセパレータ10を低コストで作製できる。
Furthermore, as described above, since the
さらに、この発明による固体高分子型燃料電池1000は、セパレータ10を備えるので、固体高分子型燃料電池1000を低コストで作製できる。
Furthermore, since the polymer
なお、セパレータ10は、ステンレス鋼に限らず、硫酸に対して耐腐食性を有する金属板から成っていればよい。
The
また、上記においては、セパレータ10は、ジグザグ状に形成された複数の溝131〜141,151〜160を含むと説明したが、この発明においては、これに限らず、セパレータ10は、一般的には、直線状の溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を備えていればよく、複数の溝の形状は、どのような形状であってもよい。直線状の溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を備えていれば、固体高分子型燃料電池1000の冷却効果を向上できるとともに、固体高分子電解質膜110へ空気(または酸素)を効率的に供給して固体高分子型燃料電池1000の特性を向上できるからである。
In the above description, the
さらに、上記においては、燃料電池スタック300の端板310,350以外の部分にシール部材が設けられると説明したが、この発明においては、これに限らず、固体高分子型燃料電池1000においては、少なくともシール部材440が設けられていればよい。また、固体高分子型燃料電池1000においては、少なくともシール部材440と、シール部材420,430の少なくとも一方が設けられていればよい。
Further, in the above description, the seal member is provided in a portion other than the
さらに、この発明による固体高分子型燃料電池1000は、自動車に代表される各種移動体、家庭用電源およびおよびパーソナルコンピュータの電源等に用いられる。
Furthermore, the polymer
さらに、この発明においては、シール部材440は、「第1のシール部材」を構成し、シール部材410は、「第2のシール部材」を構成する。
Furthermore, in this invention, the
さらに、この発明においては、シール部材420,430は、「他のシール部材」を構成し、シール部材420は、「第3のシール部材」を構成し、シール部材430は、「第4のシール部材」を構成する。
Further, in the present invention, the
さらに、この発明においては、空気(または酸素)は、「酸化剤ガス」を構成し、水素ガスは、「還元剤ガス」を構成する。 Further, in the present invention, air (or oxygen) constitutes “oxidant gas”, and hydrogen gas constitutes “reducing agent gas”.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
この発明は、外部から空気をセパレータに効率的に供給可能であり、かつ、性能を向上可能な固体高分子型燃料電池に適用される。 The present invention is applied to a polymer electrolyte fuel cell capable of efficiently supplying air to the separator from the outside and capable of improving performance.
10,20,140,150 セパレータ、11,12 ガス通過部、13,25 ガス流路部、21 ガス供給部、22 ガス排出部、14〜17,31〜34,111〜114,121〜124,161〜167,171〜177,211〜214,221〜224,231〜235,2111〜2113,2121〜2123 孔、18,19,35,36 基準面、23,24,131A〜141A,215〜217,225〜227,252 凸部、26〜29 凹部、30,40 平板、30A,40A 上面、300 燃料電池スタック、110 固体高分子電解質膜、120,130 ガス拡散電極、131〜143,251 溝、160,170,210,230 ガスケット、180,190 触媒、310,350 端板、311,313 絶縁シート、312,314 集電板、321〜32n 単位セル、331〜33n−1,341〜34n−1,410,420,430,440 シール部材、400 押込器、450,460,470,480 位置決め用棒、600 水滴、1000 固体高分子型燃料電池。 10, 20, 140, 150 Separator, 11, 12 Gas passage part, 13, 25 Gas flow path part, 21 Gas supply part, 22 Gas discharge part, 14-17, 31-34, 111-114, 121-124, 161-167, 171-177, 211-214, 221-224, 231-235, 2111-1213, 2121-2123 hole, 18, 19, 35, 36 reference plane, 23, 24, 131A-141A, 215-217 , 225 to 227, 252 convex part, 26 to 29 concave part, 30, 40 flat plate, 30A, 40A upper surface, 300 fuel cell stack, 110 solid polymer electrolyte membrane, 120, 130 gas diffusion electrode, 131-143, 251 groove, 160, 170, 210, 230 Gasket, 180, 190 Catalyst, 310, 350 End plate, 311 313 Insulation sheet, 312, 314 Current collector, 321-32n Unit cell, 331-33n-1, 341-34n-1, 410, 420, 430, 440 Seal member, 400 Pusher, 450, 460, 470, 480 Positioning rod, 600 water droplets, 1000 polymer electrolyte fuel cell.
Claims (8)
前記直方体の第1の面から前記第1の面に対向する第2の面へ向かう方向へ積層され、かつ、直列に接続された複数の単位セルと、
前記第1の面から前記第2の面へ向かう方向において、前記複数の単位セルを両側から挟持する第1および第2の端板と、
当該固体高分子型燃料電池が設置された設置面側に位置する前記直方体の第3の面側に配置され、前記酸化剤ガスを前記複数の単位セルに押し込む押込器と、
前記複数の単位セルに接して前記第3の面側に少なくとも配置されるとともに、前記酸化剤ガスが通過するための通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなるシール部材とを備え、
前記複数の単位セルの各々は、
固体高分子電解質膜と、
前記固体高分子電解質膜の一方側に配置され、前記固体高分子電解質膜に前記酸化剤ガスを供給する第1のセパレータと、
前記固体高分子電解質膜の他方側に配置され、前記固体高分子電解質膜に還元剤ガスを供給する第2のセパレータとを含み、
前記第1のセパレータは、
前記固体高分子電解質膜に前記酸化剤ガスを供給するためのガス流路部と、
前記ガス流路部と一体に成形され、前記固体高分子電解質膜に供給される還元剤ガスが通過するガス通過部とを含み、
前記ガス流路部は、直線状に形成された溝の長さよりも長い長さを有する複数の溝を含み、
隣接する第1および第2の単位セルは、前記第1の単位セルに含まれる前記第2のセパレータと前記第2の単位セルに含まれる前記第1のセパレータとによって直列に接続されている、固体高分子型燃料電池。 A stack type solid polymer fuel cell having a substantially rectangular parallelepiped shape,
A plurality of unit cells stacked in a direction from the first surface of the rectangular parallelepiped toward the second surface opposite to the first surface, and connected in series;
First and second end plates for sandwiching the plurality of unit cells from both sides in a direction from the first surface to the second surface;
A pusher disposed on the third surface side of the rectangular parallelepiped located on the installation surface side where the solid polymer fuel cell is installed, and for pushing the oxidant gas into the plurality of unit cells;
A seal member made of an insulating material, at least arranged on the third surface side in contact with the plurality of unit cells, and having a passage region for the oxidant gas to pass therethrough in a central portion;
Each of the plurality of unit cells is
A solid polymer electrolyte membrane;
A first separator disposed on one side of the solid polymer electrolyte membrane and supplying the oxidant gas to the solid polymer electrolyte membrane;
A second separator disposed on the other side of the solid polymer electrolyte membrane and supplying a reducing agent gas to the solid polymer electrolyte membrane;
The first separator is
A gas flow path for supplying the oxidant gas to the solid polymer electrolyte membrane;
A gas passage part that is molded integrally with the gas flow path part and through which a reducing agent gas supplied to the solid polymer electrolyte membrane passes,
The gas flow path portion includes a plurality of grooves having a length longer than the length of the groove formed in a straight line,
Adjacent first and second unit cells are connected in series by the second separator included in the first unit cell and the first separator included in the second unit cell. Solid polymer fuel cell.
前記複数の単位セルに接して前記第3の面側に配置されるとともに、前記通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる第1のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記第3の面に対向する第4の面側に配置され、前記通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる第2のシール部材とを含む、請求項1に記載の固体高分子型燃料電池。 The sealing member is
A first seal member that is disposed on the third surface side in contact with the plurality of unit cells, has the passage region in a central portion, and is made of an insulating material;
And a second seal member that is disposed on a fourth surface side that is in contact with the plurality of unit cells and faces the third surface, and that has the passage region in a central portion and is made of an insulating member. 2. The polymer electrolyte fuel cell according to 1.
前記還元剤ガスは、前記酸化剤ガスが流れる方向と略直交する方向に流れる、請求項1に記載の固体高分子型燃料電池。 The reductant gas is disposed on at least one side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells in the direction in which the second separator flows, and further includes another sealing member made of an insulating material,
The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the reducing agent gas flows in a direction substantially orthogonal to a direction in which the oxidizing gas flows.
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第3のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第4のシール部材とを含む、請求項3に記載の固体高分子型燃料電池。 The other sealing member is
A third seal member made of an insulating material and disposed on at least one side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells;
4. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 3, further comprising: a fourth seal member made of an insulating material and disposed on at least the other side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells.
前記複数の単位セルに接して前記第3の面側に配置されるとともに、前記通過領域を中央部に有し、絶縁材料からなる第1のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記第3の面に対向する第4の面側に配置され、前記通過領域を中央部に有し、絶縁部材からなる第2のシール部材とを含み、
前記他のシール部材は、
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも一方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第3のシール部材と、
前記複数の単位セルに接して前記複数の単位セルの少なくとも他方側に配置されるとともに、絶縁材料からなる第4のシール部材とを含む、請求項3に記載の固体高分子型燃料電池。 The sealing member is
A first seal member that is disposed on the third surface side in contact with the plurality of unit cells, has the passage region in a central portion, and is made of an insulating material;
A second seal member that is disposed on the fourth surface side in contact with the plurality of unit cells and that faces the third surface, has the passage region in a central portion, and includes a second seal member made of an insulating member;
The other sealing member is
A third seal member made of an insulating material and disposed on at least one side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells;
4. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 3, further comprising: a fourth seal member made of an insulating material and disposed on at least the other side of the plurality of unit cells in contact with the plurality of unit cells.
前記第1のセパレータの複数の溝は、前記ガス流路部を構成する前記金属板の表裏面に形成されている、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の固体高分子型燃料電池。 The gas flow path part and the gas passage part are made of a metal plate,
7. The solid polymer type according to claim 1, wherein the plurality of grooves of the first separator are formed on front and back surfaces of the metal plate constituting the gas flow path portion. Fuel cell.
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SE544013C2 (en) * | 2018-06-26 | 2021-11-02 | Powercell Sweden Ab | Membrane electrode assembly, fuel cell stack with membrane electrode as-sembly and alignment tool for fuel cell stack |
JP2022037045A (en) * | 2014-03-31 | 2022-03-08 | インテリジェント エナジー リミテッド | Fuel battery cooling plate |
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