JP2013051036A - Fuel cell and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池およびその製造方法、詳しくは、固体高分子形の燃料電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell and a method for manufacturing the same, and more particularly to a polymer electrolyte fuel cell and a method for manufacturing the same.
従来、固体高分子形の燃料電池としては、燃料として水素などのガスを使用する燃料電池や、燃料としてメタノール、ジメチルエーテルまたはヒドラジンなどの液体を使用する燃料電池が知られている。 Conventionally, as a polymer electrolyte fuel cell, a fuel cell using a gas such as hydrogen as a fuel, and a fuel cell using a liquid such as methanol, dimethyl ether or hydrazine as a fuel are known.
固体高分子形の燃料電池では、一般的には、高分子電解質膜からなる電解質層、その電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極を備える膜・電極接合体(MEA)と、燃料側電極および酸素側電極の外側にそれぞれ配置されるガス拡散層(GDL)と、燃料側電極にガス拡散層を挟んで対向配置される燃料側セパレータと、酸素側電極にガス拡散層を挟んで対向配置される酸素側セパレータとを備える単位セルが、複数スタックされている。 Generally, in a polymer electrolyte fuel cell, a membrane / electrode assembly (MEA) including an electrolyte layer made of a polymer electrolyte membrane, a fuel-side electrode and an oxygen-side electrode opposed to each other across the electrolyte layer A gas diffusion layer (GDL) disposed outside the fuel side electrode and the oxygen side electrode, a fuel side separator disposed opposite to the fuel side electrode with the gas diffusion layer interposed therebetween, and a gas diffusion layer disposed on the oxygen side electrode A plurality of unit cells each having an oxygen separator disposed opposite to each other are stacked.
そして、このような燃料電池では、各単位セルそれぞれが正常に機能することが要求されており、例えば、特定の単位セルに異常が生じ、その発電電圧が低下する場合に、発電を継続すると、燃料電池全体として多大な損傷を生じる場合がある。 And in such a fuel cell, each unit cell is required to function normally, for example, when an abnormality occurs in a specific unit cell and its power generation voltage decreases, The entire fuel cell may be damaged significantly.
そのため、各単位セルを数セル毎に、または、単位セルの全てにおいて、電圧や電流などを計測して、単位セルの異常を検知することが要求されている。 For this reason, it is required to detect an abnormality in the unit cell by measuring the voltage, current, etc. of each unit cell every several cells or in all the unit cells.
このような方法としては、例えば、セパレータに穴を設け、その穴に検査用の端子を挿入し、単位セルの電圧などを検査することにより、単位セルの異常を検知する方法が、知られている。 As such a method, for example, a method of detecting an abnormality of a unit cell by providing a hole in a separator, inserting a terminal for inspection into the hole, and inspecting a voltage of the unit cell is known. Yes.
具体的には、例えば、燃料電池のセパレータに形成された端子取付穴(凹部)と、セパレータから電圧を検出するために端子取付穴に挿入されるセル電圧検出端子とを備え、端子取付穴には、その内壁に凸部(顎部)を突出させることによって、入口部よりも狭い狭小部を形成し、一方、セル電圧検出端子には、弾性変形時に狭小部を越えることが可能なかえし部を設けて、そのかえし部が狭小部を越えた後に弾性変形し、凸部と噛み合い抜け止めされるように形成された、燃料電池用セル電圧検出端子装置が、提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Specifically, for example, a terminal mounting hole (concave portion) formed in the separator of the fuel cell and a cell voltage detection terminal inserted into the terminal mounting hole to detect voltage from the separator are provided in the terminal mounting hole. Has a narrow part narrower than the inlet part by projecting a convex part (jaw part) on its inner wall, while the cell voltage detection terminal has a barbed part that can cross the narrow part during elastic deformation. A cell voltage detection terminal device for a fuel cell has been proposed (for example, a patent) which is formed such that the barbed portion elastically deforms after passing over a narrow portion and engages with a convex portion to be prevented from coming off. Reference 1).
しかしながら、特許文献1に記載の燃料電池用セル電圧検出端子装置は、セパレータに形成される端子取付穴が、凸部および狭小部を備える複雑な形状であり、さらに、セル電圧検出端子もまた、端子取付穴に適合する複雑な形状であるため、それらの加工が困難であり、コストがかかるという不具合がある。
However, in the cell voltage detection terminal device for a fuel cell described in
さらに、このような燃料電池用セル電圧検出端子装置では、端子取付穴およびセル電圧検出端子の公差によって、それらを確実に嵌合させることができず、振動などによっては、端子がセパレータから脱落する場合があり、脱落を防止するために嵌合力を上げると、端子の挿入力が上がり、組付性が悪化する。 Furthermore, in such a cell voltage detection terminal device for a fuel cell, due to tolerances of the terminal mounting hole and the cell voltage detection terminal, they cannot be reliably fitted, and the terminal falls off the separator due to vibration or the like. In some cases, when the fitting force is increased in order to prevent the dropout, the insertion force of the terminal is increased and the assembling property is deteriorated.
そこで、本発明の目的は、確実に端子をセパレータに保持することができるとともに、容易に製造することができ、低コスト化を図ることができる燃料電池およびその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell that can reliably hold a terminal on a separator, can be easily manufactured, and can be reduced in cost, and a method for manufacturing the fuel cell.
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、膜・電極接合体と、前記膜・電極接合体を挟むように対向配置される一対のセパレータと、前記セパレータの対向方向に弾性変形可能な検出端子とを備え、少なくとも一方の前記セパレータの、他方の前記セパレータと対向する対向面には、前記対向方向と直交する方向の端面に臨む挿入溝が形成されており、前記検出端子が、前記対向方向に弾性変形した状態で前記挿入溝に挿入されていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the fuel cell of the present invention comprises a membrane / electrode assembly, a pair of separators arranged so as to sandwich the membrane / electrode assembly, and elastically deformable in the opposing direction of the separator. An insertion groove facing an end surface in a direction orthogonal to the facing direction is formed on the facing surface of at least one of the separators facing the other separator, and the detecting terminal is The insertion groove is inserted into the insertion groove while being elastically deformed in the facing direction.
また、本発明の燃料電池の製造方法は、膜・電極接合体と、前記膜・電極接合体を挟むように対向配置される一対のセパレータと、前記セパレータの対向方向に弾性変形可能な検出端子とを備え、少なくとも一方の前記セパレータの、他方の前記セパレータと対向する対向面には、前記対向方向と直交する方向の端面に臨む挿入溝が形成されており、前記検出端子が、前記対向方向に弾性変形した状態で前記挿入溝に挿入されている燃料電池の製造方法であって、前記膜・電極接合体、前記セパレータおよび前記検出端子を用意する工程と、前記膜・電極接合体を挟むように前記セパレータを対向させる工程と、前記セパレータの前記挿入溝に、前記検出端子を挿入する工程と、一対の前記セパレータを締結させる工程とを備えることを特徴としている。 Further, the fuel cell manufacturing method of the present invention includes a membrane / electrode assembly, a pair of separators arranged so as to sandwich the membrane / electrode assembly, and a detection terminal elastically deformable in the opposing direction of the separator. An insertion groove facing an end surface in a direction orthogonal to the facing direction is formed on the facing surface of at least one of the separators facing the other separator, and the detection terminal is in the facing direction A method of manufacturing a fuel cell inserted into the insertion groove in an elastically deformed state, comprising the steps of preparing the membrane / electrode assembly, the separator and the detection terminal, and sandwiching the membrane / electrode assembly The step of making the separator face each other, the step of inserting the detection terminal into the insertion groove of the separator, and the step of fastening a pair of the separators It is.
本発明の燃料電池およびその製造方法では、一対のセパレータの対向面に挿入溝が形成され、また、その対向方向に弾性変形可能な検出端子が、互いに対向するセパレータ間において、弾性変形した状態で挿入溝に挿入されているので、検出端子を確実にセパレータ間に保持することができる。 In the fuel cell and the manufacturing method thereof according to the present invention, the insertion groove is formed on the opposing surfaces of the pair of separators, and the detection terminals elastically deformable in the opposing direction are elastically deformed between the separators facing each other. Since it is inserted in the insertion groove, the detection terminal can be reliably held between the separators.
さらに、本発明の燃料電池およびその製造方法では、セパレータに挿入溝を形成するという簡易な構成によって、検出端子をセパレータ間に保持することができるので、燃料電池を容易に製造することができ、また、複数の検出端子を短時間で効率的に取り付けることができ、これにより、低コスト化を図ることができる。 Further, in the fuel cell and the manufacturing method thereof according to the present invention, the detection terminal can be held between the separators by a simple configuration in which the insertion groove is formed in the separator, so that the fuel cell can be easily manufactured. In addition, a plurality of detection terminals can be efficiently attached in a short time, thereby reducing the cost.
1.燃料電池
(1−1)燃料電池の構成
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池を示す概略構成図、図2は、図1に示す燃料電池における単位セルの拡大断面図である。
1. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a unit cell in the fuel cell shown in FIG. .
図1および図2において、燃料電池1は、例えば、気体または液体の燃料成分が供給される固体高分子形の燃料電池である。燃料電池1には、発電のために燃料成分が供給されるとともに、空気(酸素)が供給される。また、燃料電池1には、燃料成分および空気を冷却するための冷却水が供給される。
1 and 2, the
燃料電池1に供給される燃料成分としては、例えば、水素などの気体(ガス)、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン(水加ヒドラジン、無水ヒドラジンなどを含む)などの液体などが挙げられる。
Examples of the fuel component supplied to the
燃料電池1は、膜・電極接合体2と、膜・電極接合体2を挟むように対向配置される一対のセパレータ3(以下、一対のセパレータ3を区別する場合は、便宜上、第1セパレータ3aおよび第2セパレータ3bとする。)とを備える単位セル10が複数積層された燃料電池スタックとして形成されている。
The
具体的には、単位セル10は、膜・電極接合体2、膜・電極接合体2の一方側(アノード側)に積層されるアノード側GDL一体型シール8、アノード側GDL一体型シール8における膜・電極接合体2の他方側に積層される第1セパレータ3a、膜・電極接合体2の他方側(カソード側)に積層されるカソード側GDL一体型シール9およびカソード側GDL一体型シール9における膜・電極接合体2の他方側に積層される第2セパレータ3bを備えている。
Specifically, the
また、図1では、複数の単位セル10のうち1つだけを取り出して分解して表し、その他の単位セル10については積層状態を示している。
In FIG. 1, only one of the plurality of
膜・電極接合体2は、公知の構成でよく、詳しくは図示しないが、電解質層(図示せず)、電解質層(図示せず)の厚み方向一方側の表面に積層される燃料側電極としてのアノード電極(図示せず)、および、電解質層(図示せず)の厚み方向他方側の表面に積層される酸素側電極としてのカソード電極(図示せず)を備えている。
The membrane /
電解質層(図示せず)は、アニオン交換型またはカチオン交換型などの高分子電解質膜から形成されている。電解質層(図示せず)の膜厚は、例えば、10〜100μmである。 The electrolyte layer (not shown) is formed of a polymer electrolyte membrane such as anion exchange type or cation exchange type. The film thickness of the electrolyte layer (not shown) is, for example, 10 to 100 μm.
アノード電極(図示せず)は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。また、触媒担体を用いずに、触媒を、直接、アノード電極(図示せず)として形成することもできる。アノード電極(図示せず)の厚みは、例えば、10〜200μm、好ましくは、20〜100μmである。 The anode electrode (not shown) is formed of, for example, a catalyst carrier that supports a catalyst. Further, the catalyst can be directly formed as an anode electrode (not shown) without using a catalyst carrier. The thickness of the anode electrode (not shown) is, for example, 10 to 200 μm, preferably 20 to 100 μm.
カソード電極(図示せず)は、例えば、アノード電極(図示せず)と同様に、触媒を担持した触媒担体により形成されている。カソード電極(図示せず)の厚みは、例えば、10〜300μm、好ましくは、20〜150μmである。 The cathode electrode (not shown) is formed of a catalyst carrier carrying a catalyst, for example, like the anode electrode (not shown). The thickness of the cathode electrode (not shown) is, for example, 10 to 300 μm, preferably 20 to 150 μm.
アノード側GDL一体型シール8は、アノード側拡散層11およびアノード側シール部12を一体的に備えている。
The anode-side GDL integrated
アノード側拡散層11は、例えば、カーボンペーパーあるいはカーボンクロスなどが、必要によりフッ素処理されている硬質のガス透過性材料から、略矩形平板形状に形成されている。なお、アノード側拡散層11は、集電体としても作用する。
The anode-
アノード側拡散層11の厚みは、例えば、50〜500μm、好ましくは、100〜300μmである。
The thickness of the anode
アノード側シール部12は、アノード側拡散層11の積層方向と直交する方向の周端部に接合されるとともに、その周端部の両側方(セパレータ3の長手方向両側方)において、後述する第1セパレータ3aに形成された6つの開口部20をそれぞれ取り囲むように、格子形状に形成されている。
The anode-
アノード側シール部12は、例えば、ゴムなどの弾性を有する材料から形成されており、アノード側拡散層11よりも積層方向に厚くなるように、アノード側拡散層11の積層方向両側に膨出している。
The anode
アノード側シール部12の厚みは、例えば、100〜1000μm、好ましくは、200〜700μmである。
The anode-
カソード側GDL一体型シール9は、カソード側拡散層15およびカソード側シール部16を一体的に備えている。
The cathode-side GDL integrated
カソード側拡散層15は、例えば、アノード側拡散層11として例示した、硬質のガス透過性材料から、略矩形平板形状に形成されている。なお、アノード側拡散層11と同様に、カソード側拡散層15も、集電体としても作用する。カソード側拡散層15の厚みは、例えば、50〜500μm、好ましくは、150〜350μmである。
The cathode
カソード側シール部16は、カソード側拡散層15の積層方向と直交する方向の周端部に接合されるとともに、その周端部の長手方向両側方において、後述する第2セパレータ3bに形成された6つの開口部20をそれぞれ取り囲むように、格子形状に形成されている。
The cathode-
カソード側シール部16は、例えば、ゴムなどの弾性を有する材料から形成されており、カソード側拡散層15よりも積層方向に厚くなるように、カソード側拡散層15の積層方向両側に膨出している。カソード側シール部16の厚みは、例えば、100〜1000μm、好ましくは、250〜750μmである。
The cathode
一対のセパレータ3(第1セパレータ3aおよび第2セパレータ3b)は、ガス不透過性の導電性部材からなり、燃料供給部材および空気供給部材としても兼用される。
The pair of separators 3 (
このようなセパレータ3の表面および裏面の両面には、その表面および裏面から凹む複数の流路溝19が並列に形成されている。
A plurality of
流路溝19は、詳しくは後述するが、膜・電極接合体2、アノード側GDL一体型シール8、カソード側GDL一体型シール9およびセパレータ3を積層したときに、流路溝19とアノード側拡散層11の表面との間に、燃料供給路(図示せず)を形成するとともに、流路溝19とカソード側拡散層15の表面との間に、空気供給路(図示せず)を形成する。
As will be described in detail later, the
つまり、各セパレータ3は、一方面に燃料供給路(図示せず)が形成され、他方面に空気供給路(図示せず)が形成される。そして、詳しくは後述するが、燃料供給路(図示せず)が、アノード側拡散層11を介して、アノード電極(図示せず)に液体燃料を供給するとともに、空気供給路(図示せず)が、カソード側拡散層15を介して、カソード電極(図示せず)に空気を供給する。
That is, each
また、図1に示すように、セパレータ3には、単位セル10が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、燃料電池1をその積層方向に貫通する6つの開口部20が形成されている。6つの開口部20は、流路溝19の両側方(セパレータ3の長手方向両側方)に形成されており、図示しない燃料供給路への燃料の供給または排出、図示しない空気供給路への空気の供給または排出、および図示しない水供給路への冷却水の供給または排出のためにそれぞれ使用される。
As shown in FIG. 1, the
また、図1および図2に示すように、少なくとも一方のセパレータ3(図1および図2では、第1セパレータ3a)の、他方のセパレータ3(図1および図2では、第2セパレータ3b)と対向する対向面(すなわち、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとが、膜・電極接合体2、アノード側GDL一体型シール8およびカソード側GDL一体型シール9が介在せずに直接面する対向面、具体的には、第1セパレータ3aおよび第2セパレータ3bの長手方向一端部)には、その対向方向と直交する方向の端面、具体的には、セパレータ3の長手方向一方側の端面に臨む挿入溝6が形成されている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, at least one separator 3 (
挿入溝6は、第1セパレータ3aの表面、具体的には、第2セパレータ3bに対向する対向面から、第1セパレータ3aの厚み方向途中まで切り欠かれる側面視略L字状(図2参照)の切欠部として形成されている。
The
このような挿入溝6は、開口部20よりも周方向外側、より具体的には、図2に示すように、膜・電極接合体2、アノード側GDL一体型シール8、カソード側GDL一体型シール9およびセパレータ3を積層したときに、アノード側シール部12およびカソード側シール部16よりも周方向外側になるように、形成されている。
Such an
また、挿入溝6は、一対のセパレータ3を対向させたときに凹部7(後述)と対向するように、より具体的には、一対のセパレータ3の対向方向に投影したときに、その投影面が凹部7(後述)の投影面を内包するように、形成される。
Further, the
また、挿入溝6は、図1に示されるように、単位セル10が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、積層方向に対して互いにずれるように、すなわち、各単位セル10における挿入溝6が、第1セパレータ3aの長手方向と面方向において直交する幅方向にずれるように、順次形成されている。
Further, as shown in FIG. 1, the
これに対して、第2セパレータ3bには、第1セパレータ3aと対向する対向面において、凹部7が形成されている(図1の破線参照)。
On the other hand, in the
凹部7は、第2セパレータ3bの表面、具体的には、第1セパレータ3aに対向する対向面から、第2セパレータ3bの厚み方向途中まで陥没する側面視略コ字状(図2参照)の窪みとして、一対のセパレータ3の対向方向に直交する方向の端面、具体的には、セパレータ3の長手方向一方側の端面に臨まないように、形成されている。
The
このような凹部7は、開口部20よりも周方向外側、より具体的には、図2に示すように、膜・電極接合体2、アノード側GDL一体型シール8、カソード側GDL一体型シール9およびセパレータ3を積層したときに、アノード側シール部12およびカソード側シール部16よりも周方向外側になるように、形成されている。
Such a
また、凹部7は、一対のセパレータ3を対向させたときに挿入溝6と対向するように、より具体的には一対のセパレータ3の対向方向に投影したときに、その投影面が挿入溝6の投影面内に収まるように、形成される。
Further, when the
また、凹部7は、図1に示されるように、単位セル10が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、積層方向に対して互いにずれるように、すなわち、各単位セル10における凹部7が、第2セパレータ3bの幅方向にずれるように、順次形成されている。
Further, as shown in FIG. 1, the
また、単位セル10は、さらに、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとの対向方向に弾性変形可能な検出端子5を備えている。
The
検出端子5は、図1において仮想線で示すように、セパレータ3の面方向に沿って延びる平帯形状に形成されている。また、検出端子5は、図2に示すように、その先部が第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとの対向方向に沿って、側面視略く字形状に屈曲され、これにより、角部21が形成されている。また、検出端子5の角部21よりも先側においては、再度、上記面方向に沿って延びるように、形成されている。
The
このような検出端子5は、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとの対向方向に弾性変形した状態で、挿入溝6に挿入されている。これにより、検出端子5の先端部と第2セパレータ3bとが接触するとともに、挿入溝6に対向する凹部7内において、角部21と第1セパレータ3aとが接触している。
(1−2)燃料電池の製造方法
図3は、図1に示す燃料電池の製造方法の一実施形態を示す工程図、図4は、図3に続いて、図1に示す燃料電池の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
Such a
(1-2) Manufacturing Method of Fuel Cell FIG. 3 is a process diagram showing an embodiment of the manufacturing method of the fuel cell shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a manufacturing process of the fuel cell shown in FIG. FIG. 4 is a process diagram illustrating one embodiment of a method.
次に、本実施形態の燃料電池の製造方法について、図3および図4に基づいて説明する。 Next, a method for manufacturing the fuel cell according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
この方法では、詳しくは図示しないが、まず、電解質層(図示せず)と、電解質層(図示せず)を挟むように積層されるアノード電極(図示せず)およびカソード電極(図示せず)とを備える膜・電極接合体2を作製し、図3(a)に示すように、膜・電極接合体2と、アノード側GDL一体型シール8およびカソード側GDL一体型シール9と、一対のセパレータ3(第1セパレータ3aおよび第2セパレータ3b)と、検出端子5とを用意する。
In this method, although not shown in detail, first, an electrolyte layer (not shown), an anode electrode (not shown) and a cathode electrode (not shown) stacked so as to sandwich the electrolyte layer (not shown) are interposed. As shown in FIG. 3 (a), a membrane /
次いで、この方法では、図3(b)に示すように、膜・電極接合体2に接触するように、アノード側GDL一体型シール8およびカソード側GDL一体型シール9を積層するとともに、それら膜・電極接合体2、アノード側GDL一体型シール8およびカソード側GDL一体型シール9を挟むように、一対のセパレータ3(第1セパレータ3aおよび第2セパレータ3b)を対向させる。
Next, in this method, as shown in FIG. 3B, the anode-side GDL integrated
具体的には、まず、膜・電極接合体2の両側に、アノード側GDL一体型シール8がアノード電極(図示せず)の表面を被覆し、カソード側GDL一体型シール9がカソード電極(図示せず)の表面を被覆するように、アノード側GDL一体型シール8およびカソード側GDL一体型シール9を配置する。
Specifically, first, the anode side GDL integrated
その後、第1セパレータ3aの流路溝19がアノード側GDL一体型シール8におけるアノード側拡散層11に対向するように、また、第2セパレータ3bの流路溝19がカソード側GDL一体型シール9におけるカソード側拡散層15に対向接触するように、一対のセパレータ3を配置する。
Thereafter, the
これにより、第1セパレータ3aとアノード側拡散層11とが接触し、流路溝19とアノード側拡散層11の表面との間に、アノード電極(図示せず)全体に燃料成分を接触させるための燃料供給路(図示せず)が形成される。
Thereby, the
また、第2セパレータ3bとカソード側拡散層15とが接触し、流路溝19とカソード側拡散層15の表面との間に、カソード電極(図示せず)全体に空気を接触させるための空気供給路(図示せず)が形成される。
Further, the
次いで、この方法では、図4(c)に示すように、第2セパレータ3bの挿入溝6に、検出端子5を挿入する。
Next, in this method, as shown in FIG. 4C, the
なお、詳しくは後述するが、このとき、一対のセパレータ3が後述するように締結されていないので、セパレータ3には比較的広い間隙が形成されており、そのため、検出端子5を挿入溝6に容易に挿入することができる。また、検出端子5は、弾性変形せずに、その形状が保持されている。
In addition, although mentioned later in detail, since a pair of
次いで、この方法では、図4(d)に示すように、一対のセパレータ3を、それらの対向方向に加圧し、それらを締結させる。
Next, in this method, as shown in FIG. 4 (d), the pair of
このとき、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとの間において、アノード側GDL一体型シール8におけるアノード側シール部12、および、カソード側GDL一体型シール9におけるカソード側シール部16が、積層方向に圧縮され、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとが近接する。
At this time, between the
これにより、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとの押圧により、検出端子5を、挿入溝6に挿入されている状態において、セパレータ3の対向方向に弾性変形させる。そして、検出端子5の先端部と第2セパレータ3bとを接触させるとともに、角部21を凹部7に係止させ、その凹部7内において、角部21と第1セパレータ3aとを接触させる。
Thereby, the
これにより、単位セル10を得ることができる。
Thereby, the
そして、この方法では、単位セル10を複数スタックすることにより、図1に示す燃料電池1を製造することができる。単位セル10をスタックする方法は、特に制限されず、公知の手法に準拠できる。
2.作用効果
このような燃料電池1およびその製造方法では、一対のセパレータ3(第1セパレータ3aおよび第2セパレータ3b)の対向面に挿入溝6が形成され、また、その対向方向に弾性変形可能な検出端子5が、互いに対向する第1セパレータ3aおよび第2セパレータ3b間において、弾性変形した状態で挿入溝6に挿入されているので、検出端子5を確実に第1セパレータ3aおよび第2セパレータ3bの間に保持することができる。
In this method, the
2. Operational Effect In such a
また、このような燃料電池1およびその製造方法では、第1セパレータ3aに挿入溝6を形成するという簡易な構成によって、検出端子5を第1セパレータ3aおよび第2セパレータ3bの間に保持することができるので、燃料電池1を容易に製造することができるとともに、複数の検出端子5を短時間で効率的に取り付けることができ、低コスト化を図ることができる。
Moreover, in such a
また、このような燃料電池1およびその製造方法では、挿入溝6に、検出端子5を挿入するときには、セパレータ3が締結されていないので、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとの間には、アノード側GDL一体型シール8におけるアノード側シール部12、および、カソード側GDL一体型シール9におけるカソード側シール部16によって、比較的広い間隙が形成されている。そのため、検出端子5を挿入溝6に容易に挿入することができる。
Moreover, in such a
そして、このような燃料電池1およびその製造方法では、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとを締結させるときに、アノード側GDL一体型シール8におけるアノード側シール部12、および、カソード側GDL一体型シール9におけるカソード側シール部16を圧縮し、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとを、互いに近接させる。
In the
これにより、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとの間隙を狭くすることができるので、検出端子5の、挿入溝6からの脱落を抑制することができる。
Thereby, since the gap between the
また、このような燃料電池1およびその製造方法では、検出端子5は、側面視略く字形状に屈曲され、角部21が形成されているので、上記したように第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとを締結させるときに、角部21を凹部7に係止させることができ、検出端子5の、挿入溝6からの脱落を、より一層抑制することができる。
Moreover, in such a
さらに、このような燃料電池1およびその製造方法では、検出端子5の露出面が少ないので、検出端子5間における短絡を抑制することができる。
Furthermore, in such a
加えて、このような燃料電池1では、単位セル10が複数積層された燃料電池スタックを形成する状態で、挿入溝6および凹部7が、積層方向において互いにずれるように配置されるので、その挿入溝6に挿入される検出端子5もまた、積層方向において互いにずれるように、配置される。
In addition, in such a
そのため、各検出端子5が積層方向において互いに重複するように配置される場合に比べ、各検出端子5間における短絡を防止することができる。
Therefore, compared with the case where each
そして、このような燃料電池1では、検出端子5によって、例えば、各単位セル10における発電電圧や、電流、発電電力などを検出し、例えば、図示しないCPUなどによって、単位セル10の不良を判断する。
In such a
通常、単位セル10が積層されて得られる燃料電池1では、各単位セル10それぞれが正常に機能することが要求されており、例えば、特定の単位セル10に異常が生じ、その発電電圧が低下する場合に、発電を継続すると、燃料電池1全体として多大な損傷を生じる場合がある。
Usually, in the
一方、このような燃料電池1によって、各単位セル10を数セル毎に、または、各単位セル10の全てにおいて、電圧などを計測して、単位セル10の異常を検知することにより、不良な単位セル10を特定することができる。その結果、燃料電池1の損傷を抑制することができる。
On the other hand, with such a
なお、上記した説明では、挿入溝6を第1セパレータ3aに形成するとともに、凹部7を第2セパレータ3bに形成したが、挿入溝6は、少なくとも一方のセパレータに形成されていれば、特に制限されず、例えば、第2セパレータ3bに形成することができる。なお、そのような場合には、凹部7を第1セパレータ3aに形成することができる。
In the above description, the
さらには、凹部7を、第1セパレータ3aおよび第2セパレータ3bのいずれにも形成せずともよく、また、挿入溝6を、第1セパレータ3aおよび第2セパレータ3bの両方に形成することもできる。
Furthermore, the
また、上記した説明では、挿入溝6を、アノード側シール部12およびカソード側シール部16よりも周方向外側になるように形成したが、挿入溝6の形成位置は、セパレータの対向方向と直交する方向の端面に臨むように形成されていれば、特に制限されず、図示しないが、カソード側シール部16よりも周方向内側となるように、形成することもできる。
In the above description, the
また、上記した説明では、挿入溝6を、第1セパレータ3aの長手方向一方側の端面に臨むように形成したが、図1において仮想線で示すように、例えば、第1セパレータ3aの幅方向一方側の端面に臨むように形成することもできる。このような場合において、凹部7を形成する場合には、その凹部7もまた、第2セパレータ3bの幅方向一方側に形成することができる。
In the above description, the
図5は、本発明の燃料電池の他の実施形態を示す要部拡大断面図である。 FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing another embodiment of the fuel cell of the present invention.
また、上記した説明では、挿入溝6を、側面視略L字状の切欠部として形成したが、挿入溝の形状としては、特に限定されず、例えば、図5に示すように、挿入溝6を、セパレータ3の対向方向と直交する方向における端面、具体的には、セパレータ3の長手方向一方側の端面に臨むとともに、その長手方向一方側において凸部23を有する側面視略L字状の切欠部として、形成することができる。
In the above description, the
このような実施形態では、第1セパレータ3aには、挿入溝6および凹部7が形成されておらず、第2セパレータ3bのみに、挿入溝6が形成されている。
In such an embodiment, the
そして、挿入溝6は、側面視略L字状の切欠部として形成されるとともに、第2セパレータ3bの長手方向一方側端部において、凸部23を備えている。
The
凸部23は、側面視略L字状の切り欠きの高さよりも低く形成されており、これにより、挿入溝6が、セパレータ3の対向方向と直交する方向における長手方向一方側の端面に臨んでいる。
The
このような実施形態においても、上記と同様、挿入溝6に、検出端子5を挿入するときには、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとが締結されていないので、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとの間には、アノード側GDL一体型シール8におけるアノード側シール部12、および、カソード側GDL一体型シール9におけるカソード側シール部16によって、比較的広い間隙が形成されている。そのため、検出端子5を挿入溝6に容易に挿入することができる。
Also in such an embodiment, when the
また、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとを締結させるときには、アノード側GDL一体型シール8におけるアノード側シール部12、および、カソード側GDL一体型シール9におけるカソード側シール部16が
圧縮され、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとが、互いに近接し、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとの間隙が、比較的狭くなるので、挿入溝6に挿入された検出端子5の、挿入溝6からの脱落を抑制できる。
When the
図6は、本発明の燃料電池の一実施形態に採用される検出端子の他の実施形態(かえし部を備える形態)を示す概略図、図7は、本発明の燃料電池の一実施形態に採用される検出端子の他の実施形態(対向方向に沿う角部が互い違いに複数形成される形態)を示す概略図、図8は、本発明の燃料電池の一実施形態に採用される検出端子の他の実施形態(先部が側面視略C字状に形成される形態)を示す概略図である。 FIG. 6 is a schematic view showing another embodiment of the detection terminal employed in one embodiment of the fuel cell of the present invention (a mode having a barb portion), and FIG. 7 shows one embodiment of the fuel cell of the present invention. FIG. 8 is a schematic diagram showing another embodiment of the detection terminal employed (a configuration in which a plurality of corner portions along the opposing direction are alternately formed), and FIG. 8 is a detection terminal employed in an embodiment of the fuel cell of the present invention. It is the schematic which shows other embodiment (form which a front part is formed in a side view substantially C-shape).
上記した説明では、検出端子5を、第1セパレータ3aおよび第2セパレータ3bの面方向に沿って延びる平帯形状に形成するとともに、先部を第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとの対向方向に沿って、側面視略く字形状に屈曲し、角部21を形成するとともに、さらに、その先側において、上記面方向に沿って延びるように形成したが、検出端子5の形状としては、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとの対向方向に弾性変形可能であれば、特に制限されず、例えば、図6に示すように、角部21の先側において、さらに、上記対向方向に沿って折れるかえし部22を形成することができ、また、例えば、図7に示すように、対向方向に沿って側面視略く字形状に屈曲する角部21を互い違いに複数(例えば、2つ)形成することができ、また、図8に示されるように、先部を側面視略C字状に形成することもでき、さらには、図示しないが、側面視略く字形状に屈曲する角部21を、複数、同一方向に向かって形成することができ、加えて、図示しないが、検出端子5を、塊状の導電性ゴムなどを用いて形成することもできる。
In the above description, the
このような実施形態においても、第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとの間において、検出端子が弾性変形した状態で挿入溝6に挿入されているので、検出端子5を挿入溝6内において係止させ、確実に第1セパレータ3aと第2セパレータ3bとの間に保持することができる。
Also in such an embodiment, since the detection terminal is elastically deformed between the
1 燃料電池
2 膜・電極接合体
3 燃料側セパレータ
4 空気側セパレータ
5 検出端子
6 挿入溝
7 凹部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記膜・電極接合体を挟むように対向配置される一対のセパレータと、
前記セパレータの対向方向に弾性変形可能な検出端子と
を備え、
少なくとも一方の前記セパレータの、他方の前記セパレータと対向する対向面には、前記対向方向と直交する方向の端面に臨む挿入溝が形成されており、
前記検出端子が、前記対向方向に弾性変形した状態で前記挿入溝に挿入されていることを特徴とする、燃料電池。 A membrane-electrode assembly,
A pair of separators arranged to face each other so as to sandwich the membrane-electrode assembly;
A detection terminal elastically deformable in the opposing direction of the separator,
An insertion groove facing an end surface in a direction orthogonal to the facing direction is formed on the facing surface of at least one of the separators facing the other separator,
The fuel cell, wherein the detection terminal is inserted into the insertion groove in a state of being elastically deformed in the facing direction.
前記膜・電極接合体を挟むように対向配置される一対のセパレータと、
前記セパレータの対向方向に弾性変形可能な検出端子と
を備え、
少なくとも一方の前記セパレータの、他方の前記セパレータと対向する対向面には、前記対向方向と直交する方向の端面に臨む挿入溝が形成されており、
前記検出端子が、前記対向方向に弾性変形した状態で前記挿入溝に挿入されている燃料電池の製造方法であって、
前記膜・電極接合体、前記セパレータおよび前記検出端子を用意する工程と、
前記膜・電極接合体を挟むように前記セパレータを対向させる工程と、
前記セパレータの前記挿入溝に、前記検出端子を挿入する工程と、
一対の前記セパレータを締結させる工程と
を備えることを特徴とする、燃料電池の製造方法。 A membrane-electrode assembly,
A pair of separators arranged to face each other so as to sandwich the membrane-electrode assembly;
A detection terminal elastically deformable in the opposing direction of the separator,
An insertion groove facing an end surface in a direction orthogonal to the facing direction is formed on the facing surface of at least one of the separators facing the other separator,
The method of manufacturing a fuel cell, wherein the detection terminal is inserted into the insertion groove in a state of being elastically deformed in the facing direction,
Preparing the membrane-electrode assembly, the separator and the detection terminal;
A step of facing the separator so as to sandwich the membrane-electrode assembly;
Inserting the detection terminal into the insertion groove of the separator;
And a step of fastening the pair of separators. A method for manufacturing a fuel cell.
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