JP2017050206A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、樹脂枠付きMEAの両側にセパレータが積層される燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell in which separators are stacked on both sides of an MEA with a resin frame.
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方の面にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。アノード電極及びカソード電極は、それぞれ触媒層(電極触媒層)とガス拡散層(多孔質カーボン)とを有している。 In general, a polymer electrolyte fuel cell employs a polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. The fuel cell includes an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode is disposed on one surface of a solid polymer electrolyte membrane and a cathode electrode is disposed on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane. Yes. The anode electrode and the cathode electrode each have a catalyst layer (electrode catalyst layer) and a gas diffusion layer (porous carbon).
電解質膜・電極構造体は、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持されることにより、発電セル(単位燃料電池)を構成している。この発電セルは、所定の数だけ積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 The electrolyte membrane / electrode structure constitutes a power generation cell (unit fuel cell) by being sandwiched between separators (bipolar plates). The power generation cells are used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack by being stacked in a predetermined number.
電解質膜・電極構造体では、一方のガス拡散層が固体高分子電解質膜よりも小さな平面寸法に設定されるとともに、他方のガス拡散層が前記固体高分子電解質膜と同一の平面寸法に設定される、所謂、段差MEAを構成する場合がある。その際、比較的高価な固体高分子電解質膜の使用量を削減させるとともに、薄膜状で強度が低い前記固体高分子電解質膜を保護するために、種々の提案がなされている。 In the electrolyte membrane / electrode structure, one gas diffusion layer is set to a plane size smaller than that of the solid polymer electrolyte membrane, and the other gas diffusion layer is set to the same plane size as the solid polymer electrolyte membrane. In other words, a so-called step MEA may be formed. At that time, various proposals have been made to reduce the amount of the relatively expensive solid polymer electrolyte membrane used and to protect the solid polymer electrolyte membrane having a thin film shape and low strength.
例えば、特許文献1に開示されている燃料電池では、固体高分子電解質膜の外周を周回して樹脂枠部材が設けられた樹脂枠付きMEAが採用されている。この燃料電池では、樹脂枠部材の一方の面には、発電領域外に位置して一方の反応ガス流路に連結される第1のバッファ部が形成されている。そして、樹脂枠部材の他方の面には、発電領域外に位置して他方の反応ガス流路に連結され、第1のバッファ部とは個別に構成される第2のバッファ部が形成されている。 For example, in the fuel cell disclosed in Patent Document 1, an MEA with a resin frame in which a resin frame member is provided around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane is employed. In this fuel cell, a first buffer portion that is located outside the power generation region and is connected to one reaction gas flow path is formed on one surface of the resin frame member. On the other surface of the resin frame member, there is formed a second buffer portion that is located outside the power generation region and connected to the other reaction gas flow path, and is configured separately from the first buffer portion. Yes.
このため、樹脂枠部材の両面には、それぞれ所望の形状を有する第1のバッファ部と第2のバッファ部とを個別に形成することができる。従って、第1の反応ガス流路及び第2の反応ガス流路には、それぞれ反応ガスを円滑に流通させることができる、としている。 For this reason, the 1st buffer part and 2nd buffer part which each have a desired shape can be formed in the both surfaces of a resin frame member separately. Therefore, the reaction gas can be smoothly circulated through the first reaction gas channel and the second reaction gas channel, respectively.
本発明は、この種の樹脂枠付きMEAを設ける燃料電池に関連してなされたものであり、特に構成を一層簡素化させることができ、経済的に製造することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in connection with a fuel cell provided with this type of MEA with a resin frame, and particularly provides a fuel cell that can be further simplified in construction and can be manufactured economically. For the purpose.
本発明に係る燃料電池は、樹脂枠付きMEAと、前記樹脂枠付きMEAの外形寸法よりも大きな外形寸法を有し、該樹脂枠付きMEAの両側に積層されるセパレータと、を備えている。樹脂枠付きMEAは、固体高分子電解質膜の一方の面に第1電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面に第2電極が設けられるとともに、前記第1電極の平面寸法は、前記第2電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定される段差MEAを有している。段差MEAには、固体高分子電解質膜の外周を周回して樹脂枠部材が設けられている。 The fuel cell according to the present invention includes an MEA with a resin frame, and separators that have an outer dimension larger than the outer dimension of the MEA with a resin frame and are stacked on both sides of the MEA with a resin frame. In the MEA with a resin frame, the first electrode is provided on one surface of the solid polymer electrolyte membrane, the second electrode is provided on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane, and the planar dimension of the first electrode is And a step MEA set to a size larger than the planar size of the second electrode. The step MEA is provided with a resin frame member around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane.
セパレータには、電極面に沿って反応ガスを流通させる反応ガス流路と、前記反応ガス流路に連なるバッファ部と、が形成されている。セパレータには、さらに反応ガスを樹脂枠付きMEAとセパレータとの積層方向に流通させる反応ガス連通孔と、バッファ部と前記反応ガス連通孔との間に設けられる平坦状の連結部と、が形成されている。 The separator is formed with a reaction gas flow path for allowing a reaction gas to flow along the electrode surface, and a buffer portion connected to the reaction gas flow path. The separator is further formed with a reaction gas communication hole for allowing the reaction gas to flow in the stacking direction of the MEA with a resin frame and the separator, and a flat connection part provided between the buffer part and the reaction gas communication hole. Has been.
一方、樹脂枠部材には、連結部に当接するブリッジ部に、反応ガス連通孔とバッファ部とを連結する連結流路が形成されるとともに、前記樹脂枠部材は、両面に当接するセパレータと接着剤により接合されてなる。 On the other hand, the resin frame member is formed with a connection flow path for connecting the reaction gas communication hole and the buffer portion at the bridge portion that contacts the connection portion, and the resin frame member is bonded to the separator that contacts both surfaces. It is joined by an agent.
また、この燃料電池では、樹脂枠部材は、段差MEAの外周端部を覆う断面コ字状を有することが好ましい。その際、樹脂枠部材の一方の面には、一方の反応ガスである燃料ガスを流通させる燃料ガス連結流路が連結流路として形成されてなる。樹脂枠部材の他方の面には、他方の反応ガスである酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連結流路が連結流路として形成されてなる。 Moreover, in this fuel cell, it is preferable that the resin frame member has a U-shaped cross section that covers the outer peripheral end of the step MEA. At that time, a fuel gas connection flow path through which fuel gas, which is one of the reaction gases, flows is formed as a connection flow path on one surface of the resin frame member. On the other surface of the resin frame member, an oxidant gas connection channel for allowing an oxidant gas as the other reaction gas to flow is formed as a connection channel.
本発明によれば、セパレータには、バッファ部が設けられる一方、樹脂枠部材のブリッジ部には、反応ガス連通孔と前記バッファ部とを連結する連結流路が形成されている。従って、樹脂枠部材には、バッファ部を設けることがないため、前記樹脂枠部材において、荷重増等により前記バッファ部に偏力が作用するという現象が惹起することがない。 According to the present invention, the separator is provided with the buffer portion, and the connecting channel for connecting the reaction gas communication hole and the buffer portion is formed in the bridge portion of the resin frame member. Therefore, since the buffer portion is not provided on the resin frame member, a phenomenon that bias force acts on the buffer portion due to an increase in load or the like does not occur in the resin frame member.
これにより、樹脂枠部材に割れが惹起したり、クロスリーク等の性能低下が発生したりすることを、確実に抑制することが可能になる。このため、特に燃料電池全体の構成を一層簡素化させることができ、前記燃料電池を経済的に製造することが可能になる。 As a result, it is possible to reliably suppress the occurrence of cracks in the resin frame member and the occurrence of performance degradation such as cross leak. For this reason, especially the structure of the whole fuel cell can be further simplified, and it becomes possible to manufacture the said fuel cell economically.
図1及び図2に示すように、本発明の実施形態に係る発電セル(燃料電池)10は、例えば、矢印A方向(水平方向)又は矢印C方向(重力方向)に複数積層されて燃料電池スタックを構成する。燃料電池スタックは、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車(図示せず)に搭載される。 As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of power generation cells (fuel cells) 10 according to an embodiment of the present invention are stacked in, for example, an arrow A direction (horizontal direction) or an arrow C direction (gravity direction). Configure the stack. The fuel cell stack is mounted on, for example, a fuel cell electric vehicle (not shown) as an in-vehicle fuel cell stack.
発電セル10は、樹脂枠付きMEA(樹脂枠付き電解質膜・電極構造体)12を第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16で挟持する。第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16は、横長(又は縦長)の長方形状を有するとともに、樹脂枠付きMEA12の外形寸法よりも大きな外形寸法を有する(図1参照)。
In the
第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属薄板をプレス成形して断面が凹凸に構成される。なお、第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16に代えて、例えば、カーボンセパレータを用いてもよい。
For example, the
第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16の長辺方向である矢印B方向の一端縁部には、矢印A方向(積層方向)に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔18a及び燃料ガス出口連通孔20bが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔18aは、酸化剤ガス(他方の反応ガス)、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス出口連通孔20bは、燃料ガス(一方の反応ガス)、例えば、水素含有ガスを排出する。
One end edge of the
第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガス入口連通孔20a及び酸化剤ガス出口連通孔18bが、矢印C方向に配列して設けられる。燃料ガス入口連通孔20aは、燃料ガスを供給し、酸化剤ガス出口連通孔18bは、酸化剤ガスを排出する。
The other end edge of the
第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16の短辺方向(矢印C方向)の両端縁部には、酸化剤ガス入口連通孔18a側に、矢印A方向に互いに連通して冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔22aが上下に設けられる。第1金属セパレータ14及び第2金属セパレータ16の短辺方向の両端縁部には、燃料ガス入口連通孔20a側に、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔22bが上下に設けられる。
The cooling medium is supplied to both edge portions in the short side direction (arrow C direction) of the
図3に示すように、第1金属セパレータ14の樹脂枠付きMEA12に向かう面14aには、例えば、矢印B方向に延在する酸化剤ガス流路24が形成される。酸化剤ガス流路24は、互いに並列する複数本の波状流路溝(直線状流路溝でもよい)24aを有する。
As shown in FIG. 3, for example, an oxidant
酸化剤ガス流路24の入口側端部には、発電領域外に位置して入口バッファ部26aが連なる一方、前記酸化剤ガス流路24の出口側端部には、発電領域外に位置して出口バッファ部26bが連なる。入口バッファ部26a及び出口バッファ部26bは、それぞれ複数個のエンボスを有するが、前記エンボスとともに、又は該エンボスに代えて、複数本のライン状凸部を有してもよい。
The
面14aには、入口バッファ部26aと酸化剤ガス入口連通孔18aとの間に位置して平坦状の入口連結部28aが設けられる。面14aには、出口バッファ部26bと酸化剤ガス出口連通孔18bとの間に位置して平坦状の出口連結部28bが設けられる。
The
図1に示すように、第2金属セパレータ16の樹脂枠付きMEA12に向かう面16aには、例えば、矢印B方向に延在する燃料ガス流路32が設けられる。燃料ガス流路32は、互いに並列する複数本の波状流路溝(直線状流路溝でもよい)32aを有する。
As shown in FIG. 1, for example, a
燃料ガス流路32の入口側端部には、発電領域外に位置して入口バッファ部34aが連なる一方、前記燃料ガス流路32の出口側端部には、発電領域外に位置して出口バッファ部34bが連なる。入口バッファ部34a及び出口バッファ部34bは、それぞれ複数個のエンボスを有するが、前記エンボスとともに、又は該エンボスに代えて、複数本のライン状凸部を有してもよい。
An
面16aには、入口バッファ部34aと燃料ガス入口連通孔20aとの間に位置して平坦状の入口連結部36aが設けられる。面16aには、出口バッファ部34bと燃料ガス出口連通孔20bとの間に位置して平坦状の出口連結部36bが設けられる。なお、第2金属セパレータ16を貫通する複数個の孔部を設けるとともに、前記孔部の上流側と下流側とで面16a、16bに溝部を設けてもよい。
The
互いに隣接する第1金属セパレータ14の面14bと第2金属セパレータ16の面16bとの間には、冷却媒体流路42が形成される。冷却媒体流路42は、冷却媒体入口連通孔22a及び冷却媒体出口連通孔22bに連通する。冷却媒体流路42は、酸化剤ガス流路24が形成された第1金属セパレータ14の裏面形状と、燃料ガス流路32が形成された第2金属セパレータ16の裏面形状とが重なり合って形成される。
A cooling
図1及び図2に示すように、第1金属セパレータ14の面14a、14bには、この第1金属セパレータ14の外周端部を周回して、第1シール部材44が一体化される。第2金属セパレータ16の面16a、16bには、この第2金属セパレータ16の外周端部を周回して、第2シール部材46が一体化される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1シール部材44は、図2及び図3に示すように、面14a側に設けられ、隣接する第2金属セパレータ16の第2シール部材46の平坦面に当接する凸状シール44aを有する。凸状シール44aは、図3に示すように、酸化剤ガス流路24、酸化剤ガス入口連通孔18a及び酸化剤ガス出口連通孔18bを囲繞するとともに、これらを連通させる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図2に示すように、第2シール部材46は、面16a側に設けられ、第1シール部材44の平坦面に当接する凸状シール46aを有する。図1に示すように、凸状シール46aは、燃料ガス流路32、燃料ガス入口連通孔20a及び燃料ガス出口連通孔20bを囲繞する。
As shown in FIG. 2, the
第1シール部材44及び第2シール部材46には、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。
For the
樹脂枠付きMEA12は、図2に示すように、段差MEAである電解質膜・電極構造体12aを備える。段差MEAとは、一方の電極の平面寸法と他方の電極の平面寸法とが異なる、すなわち、段差を有するMEAである。詳細は、後述する。
As shown in FIG. 2, the
電解質膜・電極構造体12aは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜(陽イオン交換膜)48を有する。固体高分子電解質膜48の一方の面には、カソード電極(第1電極)50が設けられるとともに、前記固体高分子電解質膜48の他方の面には、アノード電極(第2電極)52が設けられる。固体高分子電解質膜48は、フッ素系電解質の他、HC(炭化水素)系電解質を使用してもよい。
The electrolyte membrane /
アノード電極52の平面寸法(外形寸法)は、固体高分子電解質膜48及びカソード電極50の平面寸法(外形寸法)よりも小さな寸法を有する。カソード電極50は、固体高分子電解質膜48と、同一の平面寸法に設定される。なお、上記の構成に代えて、カソード電極50は、固体高分子電解質膜48及びアノード電極52よりも小さな平面寸法を有するように構成してもよい。その際、アノード電極52は、第1電極となり、カソード電極50は、第2電極となる。
The planar dimension (outer dimension) of the
カソード電極50及びアノード電極52は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、例えば、固体高分子電解質膜48の両面に形成される。
The
樹脂枠付きMEA12は、固体高分子電解質膜48の外周を周回して接合される樹脂枠部材54を備える。樹脂枠部材54は、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PPA(ポリフタルアミド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルサルフォン)、LCP(リキッドクリスタルポリマー)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、又はm−PPE(変性ポリフェニレンエーテル樹脂)等で構成される。樹脂枠部材54は、さらにPET(ポリエチレンテレフタレート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)又は変性ポリオレフィン等で構成される。
The
樹脂枠部材54は、図1及び図4に示すように、電解質膜・電極構造体12aの外周端部を覆う断面コ字状を有する。電解質膜・電極構造体12aは、段差MEAを構成するため、断面コ字状の樹脂枠部材54と強固に接合することができる。樹脂枠部材54の矢印B方向一端には、矢印B方向外方に突出するブリッジ部(突起部)56a、56bが上下に形成される。樹脂枠部材54の矢印B方向他端には、矢印B方向外方に突出するブリッジ部(突起部)56c、56dが上下に形成される。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
図1、図3及び図5に示すように、ブリッジ部56aは、樹脂枠部材54の一方の面54a側で、第1金属セパレータ14の入口連結部28aに当接する。入口連結部28aに当接するブリッジ部56aには、酸化剤ガス入口連通孔18aと入口バッファ部26aとを連結する酸化剤ガス入口連結流路58aが形成される。酸化剤ガス入口連結流路58aは、ブリッジ部56aの面を、互いに上下方向に平行し且つ矢印B方向に向かってスリット状に切り欠いた複数本の溝部により構成される。
As shown in FIGS. 1, 3, and 5, the
図1及び図3に示すように、ブリッジ部56dは、樹脂枠部材54の一方の面54a側で、第1金属セパレータ14の出口連結部28bに当接する。出口連結部28bに当接するブリッジ部56dには、酸化剤ガス出口連通孔18bと出口バッファ部26bとを連結する酸化剤ガス出口連結流路58bが形成される。酸化剤ガス出口連結流路58bは、ブリッジ部56dの面を、互いに上下方向に平行し且つ矢印B方向に向かってスリット状に切り欠いた複数本の溝部により構成される。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
図1、図4及び図6に示すように、ブリッジ部56cは、樹脂枠部材54の他方の面54b側で、第2金属セパレータ16の入口連結部36aに当接する。入口連結部36aに当接するブリッジ部56cには、燃料ガス入口連通孔20aと入口バッファ部34aとを連結する燃料ガス入口連結流路60aが形成される。燃料ガス入口連結流路60aは、ブリッジ部56cの面を、互いに上下方向に平行し且つ矢印B方向に向かってスリット状に切り欠いた複数本の溝部により構成される。
As shown in FIGS. 1, 4, and 6, the
図1及び図4に示すように、ブリッジ部56bは、樹脂枠部材54の他方の面54b側で、第2金属セパレータ16の出口連結部36bに当接する。出口連結部36bに当接するブリッジ部56bには、燃料ガス出口連通孔20bと出口バッファ部34bとを連結する燃料ガス出口連結流路60bが形成される。燃料ガス出口連結流路60bは、ブリッジ部56bの面を、互いに上下方向に平行し且つ矢印B方向に向かってスリット状に切り欠いた複数本の溝部により構成される。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
図2に示すように、樹脂枠部材54は、一方の面54aに当接する第1金属セパレータ14と接着剤62aにより接合される。樹脂枠部材54は、他方の面54bに当接する第2金属セパレータ16と接着剤62bにより接合される。接着剤62a、62bとしては、例えば、液状シールやホットメルト剤が用いられる。
As shown in FIG. 2, the
このように構成される発電セル10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔18aには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔20aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔22aには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas
このため、酸化剤ガスは、図3及び図5に示すように、酸化剤ガス入口連通孔18aから第1金属セパレータ14の入口連結部28aに供給される。入口連結部28aには、樹脂枠部材54のブリッジ部56aが当接するとともに、前記ブリッジ部56aには、酸化剤ガス入口連結流路58aが形成されている。従って、酸化剤ガスは、図5に示すように、酸化剤ガス入口連結流路58aを流通して入口バッファ部26aから酸化剤ガス流路24に導入され、矢印B方向に移動して電解質膜・電極構造体12aのカソード電極50に供給される。
Therefore, the oxidant gas is supplied from the oxidant gas
一方、燃料ガスは、図1及び図6に示すように、燃料ガス入口連通孔20aから第2金属セパレータ16の入口連結部36aに供給される。入口連結部36aには、樹脂枠部材54のブリッジ部56cが当接するとともに、前記ブリッジ部56cには、燃料ガス入口連結流路60aが形成されている。従って、燃料ガスは、図6に示すように、燃料ガス入口連結流路60aを流通して入口バッファ部34aから燃料ガス流路32に導入され、矢印B方向に移動して電解質膜・電極構造体12aのアノード電極52に供給される。
On the other hand, the fuel gas is supplied from the fuel gas
これにより、電解質膜・電極構造体12aでは、カソード電極50に供給される酸化剤ガスと、アノード電極52に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて、発電が行われる。
As a result, in the electrolyte membrane /
次いで、カソード電極50に供給されて消費された酸化剤ガスは、図1及び図3に示すように、第1金属セパレータ14の出口バッファ部26bから酸化剤ガス出口連結流路58bを流通する。さらに、酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔18bに排出され、矢印A方向に流通される。
Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the
同様に、アノード電極52に供給されて消費された燃料ガスは、図1及び図4に示すように、第2金属セパレータ16の出口バッファ部34bから燃料ガス出口連結流路60bを流通する。そして、燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔20bに排出され、矢印A方向に流通される。
Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the
また、図1に示すように、上下一対の冷却媒体入口連通孔22aに供給された冷却媒体は、第1金属セパレータ14と第2金属セパレータ16との間の冷却媒体流路42に導入される。冷却媒体は、各冷却媒体入口連通孔22aから冷却媒体流路42に供給され、一旦矢印C方向内方に沿って流動した後、矢印B方向に移動して樹脂枠付きMEA12を冷却する。この冷却媒体は、矢印C方向外方に移動した後、上下一対の冷却媒体出口連通孔22bに排出される。
Further, as shown in FIG. 1, the cooling medium supplied to the pair of upper and lower cooling medium inlet communication holes 22 a is introduced into the cooling
この場合、本実施形態では、例えば、図1及び図3に示すように、第1金属セパレータ14には、酸化剤ガス流路24の入口側端部に連なる入口バッファ部26aが設けられている。一方、樹脂枠部材54のブリッジ部56aには、酸化剤ガス入口連通孔18aと入口バッファ部26aとを連結する酸化剤ガス入口連結流路58aが形成されている。
In this case, in this embodiment, for example, as shown in FIGS. 1 and 3, the
さらに、第1金属セパレータ14には、酸化剤ガス流路24の出口側端部に連なる出口バッファ部26bが設けられている。一方、樹脂枠部材54のブリッジ部56dには、酸化剤ガス出口連通孔18bと出口バッファ部26bとを連結する酸化剤ガス出口連結流路58bが形成されている。
Further, the
このため、樹脂枠部材54には、入口バッファ部及び出口バッファ部を設けることがない。従って、樹脂枠部材54において、荷重増等により入口バッファ部及び出口バッファ部に偏力が作用するという現象が惹起することがない。
For this reason, the
これにより、樹脂枠部材54に割れが惹起したり、クロスリーク等の性能低下が発生したりすることを、確実に抑制することが可能になる。このため、特に発電セル10全体の構成を一層簡素化させることができ、前記発電セル10を経済的に製造することが可能になるという効果が得られる。なお、燃料ガス流路32側では、上記の酸化剤ガス流路24側と同様の効果が得られる。
As a result, it is possible to reliably prevent the
また、発電セル10は、1枚のMEAを一対のセパレータにより挟持して構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、第1金属セパレータ、第1樹脂枠付きMEA、第2金属セパレータ、第2樹脂枠付きMEA及び第3セパレータの順に積層された発電ユニットを有し、各発電ユニット間に冷却媒体流路が形成される、所謂、間引き冷却構造の燃料電池を採用してもよい。
The
10…発電セル 12…樹脂枠付きMEA
12a…電解質膜・電極構造体 14、16…セパレータ
18a…酸化剤ガス入口連通孔 18b…酸化剤ガス出口連通孔
20a…燃料ガス入口連通孔 20b…燃料ガス出口連通孔
22a…冷却媒体入口連通孔 22b…冷却媒体出口連通孔
24…酸化剤ガス流路 26a、34a…入口バッファ部
26b、34b…出口バッファ部 28a、36a…入口連結部
28b、36b…出口連結部 32…燃料ガス流路
42…冷却媒体流路 44、46…シール部材
48…固体高分子電解質膜 50…カソード電極
52…アノード電極 54…樹脂枠部材
56a、56b、56c、56d…ブリッジ部
58a…酸化剤ガス入口連結流路 58b…酸化剤ガス出口連結流路
60a…燃料ガス入口連結流路 60b…燃料ガス出口連結流路
62a、62b…接着剤
10 ...
12a ... Electrolyte membrane /
Claims (2)
前記樹脂枠付きMEAの外形寸法よりも大きな外形寸法を有し、該樹脂枠付きMEAの両側に積層されるセパレータと、
を備える燃料電池であって、
前記セパレータには、電極面に沿って反応ガスを流通させる反応ガス流路と、
前記反応ガス流路に連なるバッファ部と、
前記反応ガスを前記樹脂枠付きMEAと前記セパレータとの積層方向に流通させる反応ガス連通孔と、
前記バッファ部と前記反応ガス連通孔との間に設けられる平坦状の連結部と、
が形成される一方、
前記樹脂枠部材には、前記連結部に当接するブリッジ部に、前記反応ガス連通孔と前記バッファ部とを連結する連結流路が形成されるとともに、
前記樹脂枠部材は、両面に当接する前記セパレータと接着剤により接合されてなることを特徴とする燃料電池。 The first electrode is provided on one surface of the solid polymer electrolyte membrane, the second electrode is provided on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane, and the planar dimension of the first electrode is the same as that of the second electrode. A MEA with a resin frame having a step MEA set to a dimension larger than a planar dimension, and a resin frame member provided around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane;
A separator having an outer dimension larger than an outer dimension of the MEA with the resin frame, and laminated on both sides of the MEA with the resin frame;
A fuel cell comprising:
In the separator, a reaction gas flow path for allowing a reaction gas to flow along the electrode surface;
A buffer portion connected to the reaction gas flow path;
A reaction gas communication hole for flowing the reaction gas in the stacking direction of the MEA with the resin frame and the separator;
A flat connecting portion provided between the buffer portion and the reaction gas communication hole;
While is formed
In the resin frame member, a connection channel that connects the reaction gas communication hole and the buffer unit is formed in a bridge unit that contacts the connection unit, and
The fuel cell according to claim 1, wherein the resin frame member is bonded to the separator in contact with both surfaces by an adhesive.
前記樹脂枠部材の一方の面には、一方の反応ガスである燃料ガスを流通させる燃料ガス連結流路が前記連結流路として形成されてなり、
前記樹脂枠部材の他方の面には、他方の反応ガスである酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス連結流路が前記連結流路として形成されてなることを特徴とする燃料電池。 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the resin frame member has a U-shaped cross section covering an outer peripheral end of the step MEA.
On one surface of the resin frame member, a fuel gas connection flow path for flowing fuel gas that is one reaction gas is formed as the connection flow path.
An oxidant gas connection flow path for allowing an oxidant gas as the other reaction gas to flow is formed on the other surface of the resin frame member as the connection flow path.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113363523A (en) * | 2020-03-04 | 2021-09-07 | 本田技研工业株式会社 | Metal separator, fuel cell, and method for manufacturing metal separator |
-
2015
- 2015-09-03 JP JP2015173817A patent/JP2017050206A/en active Pending
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