JP2018041656A - Fuel battery - Google Patents

Fuel battery Download PDF

Info

Publication number
JP2018041656A
JP2018041656A JP2016175771A JP2016175771A JP2018041656A JP 2018041656 A JP2018041656 A JP 2018041656A JP 2016175771 A JP2016175771 A JP 2016175771A JP 2016175771 A JP2016175771 A JP 2016175771A JP 2018041656 A JP2018041656 A JP 2018041656A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
anode
cathode
insulating
groove
stack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016175771A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
彰仁 宮本
Akihito Miyamoto
彰仁 宮本
渡邊 哲也
Tetsuya Watanabe
哲也 渡邊
朋之 村岡
Tomoyuki Muraoka
朋之 村岡
譲 山本
Yuzuru Yamamoto
譲 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Motors Corp
Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Motors Corp
Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Motors Corp, Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd filed Critical Mitsubishi Motors Corp
Priority to JP2016175771A priority Critical patent/JP2018041656A/en
Publication of JP2018041656A publication Critical patent/JP2018041656A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery in which a stack is divided into electrically insulated regions by insulating parts, and which enables the reduction in the space of a fuel battery and the simplification of the structure thereof.SOLUTION: A fuel battery comprises a stack arranged by stacking single cells. The stack has insulating parts disposed along a lamination direction of the stack, and serving to divide the stack to form a plurality of electrically insulated reaction regions along a direction crossing the lamination direction. In an anode-side separator and a cathode-side separator, a first groove to form an anode gas passage and a second groove to form a cathode gas passage are formed in the plurality of reaction regions. The insulating parts in the anode-side separator and the cathode-side separator include: a first insulating part provided on an outer peripheral portion; and a second insulating part for division into the plurality of electrically insulated reaction regions. In the first insulating part, one of an inlet and outlet of each of the anode and cathode gas passages are provided. In the second insulating part, the other of the inlet and outlet is provided.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、燃料電池に関する。   The present disclosure relates to fuel cells.

燃料電池は、電解質膜、触媒層を有する電極及びセパレータなどで単セルを構成し、単セルが複数積層されてスタックを形成する。燃料電池において、出力電圧は単セルの積層枚数によって決まり、出力電流は各単セルの反応面の面積によって決まる。
定置用燃料電池のように多数の機器を同時に使用せず、1個又は2個のモータのみに電力を供給する自動車用燃料電池では、電流値は配線の径や回路耐性に大きく影響するため、小さいほうが望ましい。一方、単セルの積層数が多い場合燃料電池の全長が長くなり、搭載スペースが大きくなる。
そこで、スタックを分割して配置すると、夫々にガス流路や配線設備が必要となり、搭載スペースの低減にはならない。
In a fuel cell, a single cell is composed of an electrolyte membrane, an electrode having a catalyst layer, a separator, and the like, and a plurality of single cells are stacked to form a stack. In a fuel cell, the output voltage is determined by the number of stacked single cells, and the output current is determined by the area of the reaction surface of each single cell.
In an automobile fuel cell that supplies power to only one or two motors without using many devices at the same time as a stationary fuel cell, the current value greatly affects the wire diameter and circuit resistance. Smaller is desirable. On the other hand, when the number of stacked single cells is large, the total length of the fuel cell becomes long and the mounting space becomes large.
Therefore, if the stack is divided and disposed, gas flow paths and wiring facilities are required for each, and the mounting space is not reduced.

特許文献1及び2には、絶縁部によってスタックに電気的に絶縁された複数の領域を形成することで、スタックを分割することなく出力電流値を小さくする手段が開示されている。   Patent Documents 1 and 2 disclose means for reducing the output current value without dividing the stack by forming a plurality of regions electrically insulated from the stack by an insulating portion.

特開2003−282125号公報JP 2003-282125 A 特開2011−216310号公報JP 2011-216310 A

特許文献1及び2には、絶縁部によってスタックに電気的に絶縁された複数の領域を形成する場合に、特に、燃料電池の省スペース化及び構成の簡素化や反応効率の向上を図る手段は開示されていない。   In Patent Documents 1 and 2, when forming a plurality of regions that are electrically insulated from the stack by an insulating portion, in particular, means for reducing the space of the fuel cell, simplifying the configuration, and improving the reaction efficiency are disclosed. Not disclosed.

幾つかの実施形態は、スタックが絶縁部によって電気的に絶縁された複数の領域に分割される燃料電池において、燃料電池の省スペース化及び構成の簡素化を可能にすることを目的とする。   Some embodiments have an object of enabling space saving and simplification of a configuration of a fuel cell in a fuel cell in which a stack is divided into a plurality of regions electrically insulated by an insulating portion.

(1)幾つかの実施形態に係る燃料電池は、電解質膜と、前記電解質膜の一方側に配置されるアノード電極及び他方側に配置されるカソード電極からなる膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記一方側にアノードガス流路が形成されるよう配置されるアノード側セパレータと、前記膜電極接合体の前記他方側にカソードガス流路が形成されるよう配置されるカソード側セパレータと、を有する単セルが複数積層されて構成されたスタックを備える燃料電池であって、前記スタックは、前記単セルの積層方向に沿って配置され、前記スタックに前記積層方向と交差する方向に沿って電気的に絶縁された複数の反応領域を形成する絶縁部を有し、前記アノード側セパレータ及び前記カソード側セパレータは、前記複数の反応領域に前記アノードガス流路を形成するための第1溝及び前記カソードガス流路を形成するための第2溝が形成され、前記アノード側セパレータ及び前記カソード側セパレータにおける前記絶縁部は、外周部に設けられた第1絶縁部と、前記反応領域を電気的に絶縁された複数の領域に分割する第2絶縁部とを有し、前記第1絶縁部に前記アノードガス流路及び前記カソードガス流路の入口又は出口の一方が設けられ、前記第2絶縁部に前記入口又は前記出口の他方が設けられる。   (1) A fuel cell according to some embodiments includes an electrolyte membrane, a membrane electrode assembly including an anode electrode disposed on one side of the electrolyte membrane and a cathode electrode disposed on the other side, and the membrane electrode An anode separator disposed so that an anode gas flow path is formed on the one side of the assembly, and a cathode separator disposed so that a cathode gas flow path is formed on the other side of the membrane electrode assembly; A fuel cell comprising a stack configured by stacking a plurality of single cells having the stack, the stack being disposed along the stacking direction of the single cells, and along the direction intersecting the stacking direction of the stack The anode-side separator and the cathode-side separator are connected to the anode in the plurality of reaction regions. A first groove for forming a gas flow path and a second groove for forming the cathode gas flow path are formed, and the insulating portion in the anode-side separator and the cathode-side separator is provided in an outer peripheral portion. A first insulating portion; and a second insulating portion that divides the reaction region into a plurality of electrically insulated regions. The first insulating portion has inlets for the anode gas channel and the cathode gas channel. Alternatively, one of the outlets is provided, and the other of the inlet and the outlet is provided in the second insulating portion.

上記(1)の構成によれば、スタックを絶縁部によって電気的に絶縁された複数の領域に分割することで、各領域のスタックの反応面積を低減し、出力電流値を低減できると共に、分割された領域を直列に接続することで、高出力電圧の仕様とすることができる。また、スタックを分割して配置する場合と比べて、ガス流路や配線設備が複雑とならず、省スペース化及び構成の簡素化を達成できる。
また、上記第1絶縁部及び上記第2絶縁部にアノードガス流路及びカソードガス流路の入口及び出口を設けることで、これらガス流路の形成によってスタックの反応領域の面積が低減しないため、反応効率を高く維持できる。
According to the configuration of (1) above, by dividing the stack into a plurality of regions electrically insulated by the insulating portion, the reaction area of the stack in each region can be reduced, and the output current value can be reduced. By connecting these regions in series, high output voltage specifications can be achieved. Further, compared with the case where the stack is divided and arranged, the gas flow path and the wiring facility are not complicated, and space saving and simplification of the configuration can be achieved.
In addition, by providing the inlet and the outlet of the anode gas channel and the cathode gas channel in the first insulating part and the second insulating part, the area of the reaction region of the stack is not reduced by forming these gas channels, High reaction efficiency can be maintained.

(2)一実施形態では、前記(1)の構成において、前記第2絶縁部に前記アノードガス流路及び前記カソードガス流路の前記入口が設けられ、前記第1絶縁部のうち、前記アノード側セパレータ及び前記カソード側セパレータの左右両端に形成された端側絶縁領域に前記アノードガス流路及び前記カソードガス流路の前記出口が設けられる。   (2) In one embodiment, in the configuration of (1), the second insulating part is provided with the inlet of the anode gas channel and the cathode gas channel, and the anode of the first insulating part is the anode. The outlets of the anode gas channel and the cathode gas channel are provided in end side insulating regions formed at the left and right ends of the side separator and the cathode side separator.

上記(2)の構成によれば、アノードガス流路及びカソードガス流路(以下、上記2つのガス流路を含む意味で「両ガス流路」とも言う。他の部材についても、アノード側とカソード側とに同じ役割をもつ2つの部材を有する場合、同様の意味で「両〜」とも言う。)の入口を上記第2絶縁部に設け、両ガス流路の出口を両セパレータの上記端側絶縁領域に設けることで、両セパレータと両電極との間に形成される両ガス流路を短縮できる。これによって、両ガス流路を流れる反応ガスの圧力損失を低減でき、反応効率を高く維持できると共に、生成水の排出性能を向上できる。   According to the configuration of (2) above, the anode gas flow channel and the cathode gas flow channel (hereinafter also referred to as “both gas flow channels” in the sense of including the above two gas flow channels. In the case of having two members having the same role on the cathode side, it is also referred to as “both” in the same meaning.) The inlet of the second insulating portion is provided, and the outlets of both gas flow paths are the ends of both separators. By providing in the side insulating region, both gas flow paths formed between both separators and both electrodes can be shortened. As a result, the pressure loss of the reaction gas flowing through both gas passages can be reduced, the reaction efficiency can be maintained high, and the discharge performance of the produced water can be improved.

(3)一実施形態では、前記(1)又は(2)の構成において、前記複数の反応領域は、前記第2絶縁部によって左右に電気的に絶縁され均等な反応面積を有する2つの反応領域で構成される。
上記(3)の構成によれば、スタックの反応領域を電気的に絶縁された左右2つの領域に分割することで、自動車に設けられる搭載スペースに合った大きさ及び形状とすることができる。また、上記2つの領域の反応面積を均等とすることで、両領域で発生する電流値が同等となるため、燃料電池の出力電流値の制御が容易になる。
(3) In one embodiment, in the configuration of (1) or (2), the plurality of reaction regions are two reaction regions that are electrically insulated left and right by the second insulating portion and have an equal reaction area. Consists of.
According to the configuration of (3) above, the reaction area of the stack can be divided into two electrically insulated left and right areas, so that the size and shape can be adapted to the mounting space provided in the automobile. In addition, by making the reaction areas of the two regions equal, the current values generated in both regions become equal, so the control of the output current value of the fuel cell is facilitated.

(4)一実施形態では、前記(2)又は(3)の構成において、前記端側絶縁領域に冷却水流路の入口及び出口が設けられる。
上記(4)の構成によれば、上記冷却水流路の入口及び出口が両セパレータの端側絶縁領域に設けられるので、冷却水流路の形成によってスタックの反応領域の面積が低減しないため、反応効率の低下を防止でき、反応効率を高く維持できる。
(4) In one embodiment, in the configuration of (2) or (3), an inlet and an outlet of the cooling water flow path are provided in the end-side insulating region.
According to the configuration of (4) above, since the inlet and outlet of the cooling water channel are provided in the end insulating regions of both separators, the formation of the cooling water channel does not reduce the area of the reaction region of the stack. The reaction efficiency can be kept high.

(5)一実施形態では、前記(1)〜(4)の何れかの構成において、前記第1絶縁部及び前記第2絶縁部は内周縁に嵌合溝を有する枠体で構成され、
前記反応領域は、表裏面に前記第1溝及び第2溝が形成されると共に、外周縁が前記嵌合溝に嵌合されて前記枠体に装着される板状体で構成される。
上記(5)の構成によれば、両セパレータの製造、加工及び単セルへの組付けが容易になる。
(5) In an embodiment, in any one of the configurations (1) to (4), the first insulating portion and the second insulating portion are configured by a frame body having a fitting groove on an inner periphery,
The reaction region is formed of a plate-like body having the first groove and the second groove formed on the front and back surfaces, and an outer peripheral edge fitted into the fitting groove and attached to the frame body.
According to the configuration of (5) above, both separators can be easily manufactured, processed, and assembled into a single cell.

(6)一実施形態では、前記(1)〜(5)の構成において、前記第1溝及び前記第2溝は矩形断面を有する。
上記(6)の構成によれば、第1溝及び第2溝が矩形断面を有することで、ガス拡散層のガス透過面積を増加でき、これによって、透過ガス量を増加できるため、反応効率を向上できる。
(6) In one embodiment, in the configurations of (1) to (5), the first groove and the second groove have a rectangular cross section.
According to the configuration of (6) above, since the first groove and the second groove have a rectangular cross section, the gas permeation area of the gas diffusion layer can be increased, whereby the amount of permeate gas can be increased. Can be improved.

幾つかの実施形態によれば、ガス流路や配線設備の増加を招くことなく、スタックが絶縁部によって電気的に絶縁された複数の領域に分割できる。従って、燃料電池の省スペース化及び構成の簡素化が可能になる。   According to some embodiments, the stack can be divided into a plurality of regions electrically insulated by the insulating portion without causing an increase in gas flow paths and wiring facilities. Therefore, it is possible to save the space and simplify the configuration of the fuel cell.

一実施形態に係る燃料電池の斜視図である。1 is a perspective view of a fuel cell according to an embodiment. 一実施形態に係る単セルを展開して示す斜視図である。It is a perspective view which expands and shows a single cell concerning one embodiment. 一実施形態に係るアノード側の電極及びセパレータを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the electrode and separator on the anode side which concern on one Embodiment. 一実施形態に係るカソード側の電極及びセパレータを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the electrode and separator on the cathode side which concern on one Embodiment. 一実施形態に係るセパレータの斜視図である。It is a perspective view of the separator which concerns on one Embodiment. 図5中のA−A線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the AA line in FIG. 図5中のB−B線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the BB line in FIG.

以下、添付図面を参照して、本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、これらの実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described in these embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Only.
For example, expressions expressing relative or absolute arrangements such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” are strictly In addition to such an arrangement, it is also possible to represent a state of relative displacement with an angle or a distance such that tolerance or the same function can be obtained.
For example, an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
For example, expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained. A shape including a part or the like is also expressed.
On the other hand, the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of other constituent elements.

幾つかの実施形態に係る燃料電池10は、図1に示すように、複数の単セル14が一方向に積層されたスタック12を備える。図示した実施形態では、スタック12の両側にエンドプレート50が設けられ、エンドプレート50には、反応ガスとして水素や空気を各単セル14に供給する燃料ガス管52及び空気管54と、冷却水をスタック12に供給する冷却水管56が設けられる。   As shown in FIG. 1, the fuel cell 10 according to some embodiments includes a stack 12 in which a plurality of single cells 14 are stacked in one direction. In the illustrated embodiment, end plates 50 are provided on both sides of the stack 12. The end plate 50 includes a fuel gas pipe 52 and an air pipe 54 that supply hydrogen or air as a reaction gas to each single cell 14, and cooling water. Is provided to the stack 12.

図2に示すように、単セル14は、電解質膜16及び電解質膜16の一方側に配置されるアノード電極18及び他方側に配置されるカソード電極20からなる膜電極接合体21と、アノード電極18の外側(一方側)に配置されるアノード側セパレータ22と、カソード電極20の外側(他方側)に配置されるカソード側セパレータ24と、を重ね合わせて構成される。
一実施形態では、単セル当り0.5〜1.0Vの発電が行われ、スタック全体で数百Vの発電が行われる。
As shown in FIG. 2, the single cell 14 includes an electrolyte membrane 16, a membrane electrode assembly 21 including an anode electrode 18 disposed on one side of the electrolyte membrane 16 and a cathode electrode 20 disposed on the other side, and an anode electrode. The anode side separator 22 disposed on the outer side (one side) 18 and the cathode side separator 24 disposed on the outer side (the other side) of the cathode electrode 20 are overlapped.
In one embodiment, power generation of 0.5 to 1.0 V per unit cell is performed, and power generation of several hundred V is performed in the entire stack.

スタック12は、単セル14の積層方向(図1中の矢印a方向)に沿って配置される絶縁部30(30a、30b,30c,30d,30e)を有する。スタック12は絶縁部30によって上記積層方向と交差する方向に沿って複数の領域R及びRに分割され、複数の領域R及びRは、夫々電気的に絶縁された複数の反応領域17a及び17bを形成する。アノード電極18の反応領域において水素イオンが発生し、アノード電極18からカソード電極20に向けて水素イオンの透過が行われる。 The stack 12 has an insulating portion 30 (30a, 30b, 30c, 30d, 30e) arranged along the stacking direction of the single cells 14 (the direction of arrow a in FIG. 1). Stack 12 is divided into a plurality of regions R 1 and R 2 along the direction crossing the stacking direction by the insulating portion 30, a plurality of regions R 1 and R 2 each electrically insulated plurality of reaction regions 17a and 17b are formed. Hydrogen ions are generated in the reaction region of the anode electrode 18, and the hydrogen ions are transmitted from the anode electrode 18 toward the cathode electrode 20.

図3は、一実施形態に係るアノード側セパレータ22及びアノード電極18を示す。図4、は一実施形態に係るカソード電極20及びカソード側セパレータ24を示す。図5は、アノード側セパレータ22又はカソード側セパレータ24として用いられるセパレータの一実施形態を示す。
図3に示すように、アノード電極18とアノード側セパレータ22との間に、アノードガス流路26が形成され、図4に示すように、カソード電極20とカソード側セパレータ24との間にカソードガス流路28が形成される。
FIG. 3 shows an anode separator 22 and an anode electrode 18 according to an embodiment. FIG. 4 shows a cathode electrode 20 and a cathode-side separator 24 according to one embodiment. FIG. 5 shows an embodiment of a separator used as the anode side separator 22 or the cathode side separator 24.
As shown in FIG. 3, an anode gas flow path 26 is formed between the anode electrode 18 and the anode side separator 22, and the cathode gas is interposed between the cathode electrode 20 and the cathode side separator 24 as shown in FIG. 4. A flow path 28 is formed.

図3及び図5に示すように、アノード側セパレータ22は、絶縁部30によって分割された複数の領域R及びRの夫々に形成される反応領域17a及び17bにアノードガス流路26を形成するための第1溝32が形成される。
図4及び図5に示すように、カソード側セパレータ24は、複数の領域R及びRの夫々の反応領域17a及び17bにカソードガス流路28を形成するための第2溝34が形成される。
As shown in FIGS. 3 and 5, the anode separator 22 forms the anode gas flow path 26 in the reaction regions 17 a and 17 b formed in the plurality of regions R 1 and R 2 divided by the insulating part 30. A first groove 32 is formed.
As shown in FIGS. 4 and 5, the cathode side separator 24, the second groove 34 to form a cathode gas channel 28 into a plurality of regions R 1 and reaction regions 17a and 17b of each R 2 is formed The

両セパレータ22及び24において、図1に示す絶縁部30(30d、30e)は、模式的に図示されたものであり、正確には、図5に示すように、両セパレータの外周部に設けられた第1絶縁部36と、反応領域を電気的に絶縁された複数の反応領域17a及び17bに分割する第2絶縁部38とを有する。第1絶縁部36にアノードガス流路26及びカソードガス流路28の入口40,42又は出口44(44a、44b)及び46(46a、46b)の一方が設けられ、第2絶縁部38に該入口又は該出口の他方が設けられる。   In both separators 22 and 24, the insulating portions 30 (30d, 30e) shown in FIG. 1 are schematically shown, and more precisely, as shown in FIG. The first insulating portion 36 and the second insulating portion 38 that divides the reaction region into a plurality of electrically insulated reaction regions 17a and 17b. One of the inlets 40 and 42 or the outlets 44 (44a and 44b) and 46 (46a and 46b) of the anode gas passage 26 and the cathode gas passage 28 is provided in the first insulating portion 36, and the second insulating portion 38 The other of the inlet or the outlet is provided.

上記構成によれば、スタック12の反応領域を絶縁部30によって電気的に絶縁された複数の反応領域17a及び17bに分割することで、各反応領域の反応面積を低減し、これによって、出力電流値を低減できる。また、分割された複数の反応領域を直列に接続することで、高出力電圧の仕様を実現できる。また、スタック12を分割して配置する場合と比べて、ガス流路や配線設備が複雑とならず、燃料電池10の省スペース化及び構成の簡素化を達成できる。
また、第1絶縁部36及び第2絶縁部38にアノードガス流路26及びカソードガス流路28の入口40、42及び出口44、46を設けることで、これらガス流路の形成によって反応領域17a及び17bの反応面積が低減しないため、反応効率を高く維持できる。
According to the above configuration, the reaction area of the stack 12 is divided into the plurality of reaction areas 17a and 17b that are electrically insulated by the insulating unit 30, thereby reducing the reaction area of each reaction area, and thereby the output current. The value can be reduced. Moreover, the specification of a high output voltage is realizable by connecting the divided | segmented several reaction area | region in series. Further, compared with the case where the stack 12 is divided and disposed, the gas flow path and the wiring facility are not complicated, and the space saving and the simplification of the configuration of the fuel cell 10 can be achieved.
Further, by providing the first insulating portion 36 and the second insulating portion 38 with the inlets 40 and 42 and the outlets 44 and 46 of the anode gas channel 26 and the cathode gas channel 28, the reaction region 17a is formed by forming these gas channels. And the reaction area of 17b is not reduced, so that the reaction efficiency can be kept high.

一実施形態では、アノード電極18及びカソード電極20は、電解質膜16側に配置され夫々の電極における反応を促進させるための触媒層と、反応ガスが透過可能な性質を有するガス拡散層とで構成される。
また、上記ガス拡散層は、例えば炭素繊維を材料としてプレス成型などの方法で製造される。また、両セパレータ22及び24は、通常加工な容易な金属製のセパレータが用いられるため、溝加工が容易である。
In one embodiment, the anode electrode 18 and the cathode electrode 20 are composed of a catalyst layer that is disposed on the electrolyte membrane 16 side and promotes a reaction in each electrode, and a gas diffusion layer that has a property of allowing the reaction gas to permeate. Is done.
Moreover, the said gas diffusion layer is manufactured by methods, such as press molding, using carbon fiber as a material, for example. Further, since both the separators 22 and 24 are made of a metal separator that is usually easy to process, groove processing is easy.

一実施形態では、図5に示すように、第2絶縁部38にアノードガス流路26の入口40及びカソードガス流路28の入口42が設けられる。そして、第1絶縁部36のうち、両セパレータ22及び24の左右両端に形成された端側絶縁領域48a及び48bにアノードガス流路26出口44(44a、44b)及びカソードガス流路28の出口46(46a、46b)が設けられる。   In one embodiment, as shown in FIG. 5, the second insulating portion 38 is provided with an inlet 40 of the anode gas channel 26 and an inlet 42 of the cathode gas channel 28. In the first insulating portion 36, the anode gas passage 26 outlet 44 (44a, 44b) and the outlet of the cathode gas passage 28 are connected to the end-side insulating regions 48a and 48b formed at the left and right ends of the separators 22 and 24, respectively. 46 (46a, 46b) is provided.

上記構成によれば、両ガス流路26及び28の入口40及び42を端側絶縁領域48a及び48bの中間位置に設けられた第2絶縁部38に設け、両ガス流路の出口を両セパレータ22及び24の端側絶縁領域48a及び48bに設けることで、両セパレータ22及び24と両電極18及び20との間に形成される両ガス流路26及び28を短縮できる。これによって、両ガス流路26及び28を流れる反応ガスの圧力損失を低減でき、反応効率を向上できると共に、生成水の排出性能を向上できる。   According to the above configuration, the inlets 40 and 42 of both the gas flow paths 26 and 28 are provided in the second insulating portion 38 provided at the intermediate position between the end-side insulating regions 48a and 48b, and the outlets of both the gas flow paths are provided as both separators. By providing in the end side insulating regions 48a and 48b of 22 and 24, both gas flow paths 26 and 28 formed between both separators 22 and 24 and both electrodes 18 and 20 can be shortened. As a result, the pressure loss of the reaction gas flowing through both the gas flow paths 26 and 28 can be reduced, the reaction efficiency can be improved, and the performance of discharging generated water can be improved.

一実施形態では、図5に示すように、第1溝32及び第2溝34は横方向に沿って延在するため、第2絶縁部38に設けられた入口40及び42から端側絶縁領域48a及び48bに設けられた出口44及び46に容易に反応ガスを導くことができ、圧力損失をさらに低減できる。   In one embodiment, as shown in FIG. 5, since the first groove 32 and the second groove 34 extend in the lateral direction, the end-side insulating region extends from the inlets 40 and 42 provided in the second insulating portion 38. The reaction gas can be easily guided to the outlets 44 and 46 provided at 48a and 48b, and the pressure loss can be further reduced.

一実施形態では、図5に示すように、複数の反応領域17a及び17bは、第2絶縁部38によって左右に電気的に絶縁され均等な反応面積を有する2つの反応領域で構成される。
上記構成によれば、スタック12の反応領域を電気的に絶縁された左右2つの領域に分割することで、自動車に設けられる搭載スペースに合った大きさ及び形状とすることができる。また、2つの反応領域17a及び17bの反応面積を均等とすることで、両領域で発生する電流値が同等となるため、燃料電池10の出力電流値の制御が容易になる。
In one embodiment, as shown in FIG. 5, the plurality of reaction regions 17 a and 17 b are configured by two reaction regions that are electrically insulated left and right by the second insulating portion 38 and have an equal reaction area.
According to the said structure, it can be set as the magnitude | size and shape suitable for the mounting space provided in a motor vehicle by dividing | segmenting the reaction area | region of the stack 12 into two electrically insulated right and left area | regions. In addition, by equalizing the reaction areas of the two reaction regions 17a and 17b, the current values generated in both regions become equal, and thus the output current value of the fuel cell 10 can be easily controlled.

一実施形態では、図5に示すように、両セパレータ22及び24の端側絶縁領域48a及び48bに冷却水流路の入口60a、60b及び出口62a、62bが設けられる。
上記構成によれば、冷却水流路の入口60a、60b及び出口62a、62bが両セパレータ22及び24の端側絶縁領域48a及び48bに設けられるので、冷却水流路の形成によってスタック12の反応領域17a及び17bの面積が低減しないため、反応効率の低下を防止でき、反応効率を高く維持できる。
In one embodiment, as shown in FIG. 5, the end side insulating regions 48a and 48b of both separators 22 and 24 are provided with inlets 60a and 60b and outlets 62a and 62b of the cooling water flow path.
According to the above configuration, the inlets 60a and 60b and the outlets 62a and 62b of the cooling water channel are provided in the end-side insulating regions 48a and 48b of the separators 22 and 24. Therefore, the reaction region 17a of the stack 12 is formed by forming the cooling water channel. And the area of 17b is not reduced, so that a decrease in reaction efficiency can be prevented and the reaction efficiency can be maintained high.

一実施形態では、図6に示すように、第1絶縁部36及び第2絶縁部38は内周縁に嵌合溝64を有する枠体66で構成され、反応領域17a及び17bは、表裏面に第1溝32及び第2溝34が形成されると共に、外周縁が嵌合溝64に嵌合されて枠体66に装着される板状体67で構成される。
上記構成によれば、両セパレータ22及び24の製造、加工及び単セル14への組付けが容易になる。
一実施形態では、枠体66への板状体67の装着方法として、枠体66が厚さ方向に2つ割りの分割板で形成され、これら2つ割りの分割板で板状体67を両側から挟んだ状態で接着固定する。
In one embodiment, as shown in FIG. 6, the first insulating portion 36 and the second insulating portion 38 are configured by a frame body 66 having a fitting groove 64 on the inner peripheral edge, and the reaction regions 17a and 17b are formed on the front and back surfaces. The first groove 32 and the second groove 34 are formed, and the outer peripheral edge is formed by a plate-like body 67 that is fitted into the fitting groove 64 and is attached to the frame body 66.
According to the said structure, manufacture of both the separators 22 and 24, a process, and the assembly | attachment to the single cell 14 become easy.
In one embodiment, as a method of attaching the plate-like body 67 to the frame body 66, the frame body 66 is formed of two divided plates in the thickness direction, and the plate-like body 67 is formed by these two divided plates. Glue and fix with pinching from both sides.

一実施形態では、図5に示すように、両セパレータ22及び24に用いられるセパレータは、表裏面にアノードガス流路26及びカソードガス流路28を形成可能に成形される。即ち、裏面(紙面に対して奥側の面)には、アノードガス流路26の入口40及び出口44(44a、44b)と第1溝32との間の第1絶縁部36及び第2絶縁部38の面に、他の面に対して段差68を有して凹んだ流路が形成され、アノードガスは入口40からこの凹み流路及び第1溝32を通って出口44(44a、44b)に流入する。
アノード側セパレータ22として用いられる場合、裏面では、他の流路の入口及び出口の周囲には堰72が形成され、アノード側セパレータ22とアノード電極18との間に、アノードガス以外の流体が流入しないようになっている。
In one embodiment, as shown in FIG. 5, the separators used for both separators 22 and 24 are formed such that an anode gas channel 26 and a cathode gas channel 28 can be formed on the front and back surfaces. That is, the first insulating portion 36 and the second insulation between the inlet 40 and outlet 44 (44a, 44b) of the anode gas flow path 26 and the first groove 32 are provided on the back surface (the surface on the back side with respect to the paper surface). On the surface of the portion 38, a recessed channel having a step 68 with respect to the other surface is formed, and the anode gas passes from the inlet 40 through the recessed channel and the first groove 32 to the outlet 44 (44a, 44b). ).
When used as the anode separator 22, weirs 72 are formed around the inlets and outlets of other flow paths on the back surface, and fluid other than the anode gas flows between the anode separator 22 and the anode electrode 18. It is supposed not to.

同様に、カソード側セパレータ24の表面(紙面に対して手前側の面)には、カソードガス流路28の入口42及び出口46(46a、46b)と第2溝34との間に、他の面に対して段差70を有して凹んだ流路が形成され、カソードガスは、入口42からこの凹み流路及び第2溝34を通って出口46(46a、46b)に流入する。
カソード側セパレータ24として用いられる場合、表面では、他の流路の入口及び出口の周囲には堰72が形成され、カソード側セパレータ24とカソード電極20との間に、カソードガス以外の流体が流入しないようになっている。
このように、板状のセパレータ板の表裏面に第1溝32,第2溝34、段差68、70及び堰72を加工するという簡単な加工で、アノードガス流路26及びカソードガス流路28を形成でき、そのため、両ガス流路を形成するための配管を必要としない。
Similarly, on the surface of the cathode-side separator 24 (the surface on the front side with respect to the paper surface), there are other gaps between the inlet 42 and the outlet 46 (46a, 46b) of the cathode gas channel 28 and the second groove 34. A recessed channel having a step 70 with respect to the surface is formed, and the cathode gas flows from the inlet 42 through the recessed channel and the second groove 34 to the outlet 46 (46a, 46b).
When used as the cathode-side separator 24, weirs 72 are formed around the inlets and outlets of other flow paths on the surface, and fluid other than the cathode gas flows between the cathode-side separator 24 and the cathode electrode 20. It is supposed not to.
In this way, the anode gas channel 26 and the cathode gas channel 28 are simply processed by processing the first groove 32, the second groove 34, the steps 68 and 70, and the weir 72 on the front and back surfaces of the plate-shaped separator plate. Therefore, piping for forming both gas flow paths is not required.

一実施形態では、図7に示すように、反応領域17a及び17bに形成された第1溝32及び第2溝34は矩形断面を有する。上記構成によれば、第1溝32及び第2溝34が矩形断面を有することで、平坦な形状の電極と比べて反応面積が側壁74の分だけ増加する。
これによって、アノード電極18及びカソード電極20のガス透過面積を増加でき、透過ガス量を増加できるため、反応効率を向上できる。
図7では、アノードガスGaが側壁74を通過する状態を示している。
In one embodiment, as shown in FIG. 7, the first groove 32 and the second groove 34 formed in the reaction regions 17a and 17b have a rectangular cross section. According to the above configuration, since the first groove 32 and the second groove 34 have a rectangular cross section, the reaction area is increased by the amount of the side wall 74 compared to a flat electrode.
As a result, the gas permeation areas of the anode electrode 18 and the cathode electrode 20 can be increased, and the amount of permeated gas can be increased, thereby improving the reaction efficiency.
FIG. 7 shows a state where the anode gas Ga passes through the side wall 74.

図1〜図5に示す実施形態では、絶縁部30によってスタック12の反応領域17a及び17bを左右に2分割しているが、別な実施形態では、反応領域を3分割以上に分割するようにしてもよい。   In the embodiment shown in FIGS. 1 to 5, the reaction regions 17 a and 17 b of the stack 12 are divided into left and right by the insulating portion 30. However, in another embodiment, the reaction region is divided into three or more. May be.

幾つかの実施形態によれば、スタックが絶縁部によって電気的に絶縁された複数の領域に分割される燃料電池において、燃料電池の省スペース化及び構成の簡素化が可能になる。従って、燃料電池の小型化が可能になり、かつ形状を例えば自動車の搭載スペースに容易に合わせることができる。   According to some embodiments, in the fuel cell in which the stack is divided into a plurality of regions electrically insulated by the insulating portion, it is possible to save the space and simplify the configuration of the fuel cell. Therefore, the fuel cell can be reduced in size, and the shape can be easily adjusted to, for example, the mounting space of an automobile.

10 燃料電池
12 スタック
14 単セル
16 電解質膜
17a、17b 反応領域
18 アノード電極
20 カソード電極
21 膜電極接合体
22 アノード側セパレータ
24 カソード側セパレータ
26 アノードガス流路
28 カソードガス流路
30(30a、30b、30c、30d、30e) 絶縁部
32、34 溝
36 第1絶縁部
38 第2絶縁部
40、42、60a、60b 入口
44(44a、44b)、46(46a、46b)、62a、62b 出口
48a、48b 端側絶縁領域
50 エンドプレート
52 燃料ガス管
54 空気管
56 冷却水管
64 嵌合溝
66 枠体
67 板状体
68、70 段差
72 堰
74 側壁
Ga アノードガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell 12 Stack 14 Single cell 16 Electrolyte membrane 17a, 17b Reaction area | region 18 Anode electrode 20 Cathode electrode 21 Membrane electrode assembly 22 Anode side separator 24 Cathode side separator 26 Anode gas flow path 28 Cathode gas flow path 30 (30a, 30b 30c, 30d, 30e) Insulating part 32, 34 Groove 36 First insulating part 38 Second insulating part 40, 42, 60a, 60b Inlet 44 (44a, 44b), 46 (46a, 46b), 62a, 62b Outlet 48a 48b End side insulating region 50 End plate 52 Fuel gas pipe 54 Air pipe 56 Cooling water pipe 64 Fitting groove 66 Frame body 67 Plate-like body 68, 70 Step 72 Weir 74 Side wall Ga anode gas

Claims (6)

電解質膜と、
前記電解質膜の一方側に配置されるアノード電極及び他方側に配置されるカソード電極からなる膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記一方側にアノードガス流路が形成されるよう配置されるアノード側セパレータと、
前記膜電極接合体の前記他方側にカソードガス流路が形成されるよう配置されるカソード側セパレータと、
を有する単セルが複数積層されて構成されたスタックを備える燃料電池であって、
前記スタックは、前記単セルの積層方向に沿って配置され、前記スタックに前記積層方向と交差する方向に沿って電気的に絶縁された複数の反応領域を形成する絶縁部を有し、
前記アノード側セパレータ及び前記カソード側セパレータは、前記複数の反応領域に前記アノードガス流路を形成するための第1溝及び前記カソードガス流路を形成するための第2溝が形成され、
前記アノード側セパレータ及び前記カソード側セパレータにおける前記絶縁部は、外周部に設けられた第1絶縁部と、前記反応領域を電気的に絶縁された複数の領域に分割する第2絶縁部とを有し、
前記第1絶縁部に前記アノードガス流路及び前記カソードガス流路の入口又は出口の一方が設けられ、前記第2絶縁部に前記入口又は前記出口の他方が設けられることを特徴とする燃料電池。
An electrolyte membrane;
A membrane electrode assembly comprising an anode electrode disposed on one side of the electrolyte membrane and a cathode electrode disposed on the other side;
An anode side separator disposed so that an anode gas flow path is formed on the one side of the membrane electrode assembly;
A cathode side separator disposed so that a cathode gas flow path is formed on the other side of the membrane electrode assembly;
A fuel cell comprising a stack formed by stacking a plurality of single cells having
The stack has an insulating part that is arranged along a stacking direction of the single cells and forms a plurality of reaction regions electrically insulated along a direction intersecting the stacking direction in the stack.
The anode-side separator and the cathode-side separator are formed with a first groove for forming the anode gas flow path and a second groove for forming the cathode gas flow path in the plurality of reaction regions,
The insulating portions in the anode-side separator and the cathode-side separator have a first insulating portion provided on an outer peripheral portion and a second insulating portion that divides the reaction region into a plurality of electrically insulated regions. And
One of the inlet and the outlet of the anode gas channel and the cathode gas channel is provided in the first insulating portion, and the other of the inlet and the outlet is provided in the second insulating portion. .
前記第2絶縁部に前記アノードガス流路及び前記カソードガス流路の前記入口が設けられ、
前記第1絶縁部のうち、前記アノード側セパレータ及び前記カソード側セパレータの左右両端に形成された端側絶縁領域に前記アノードガス流路及び前記カソードガス流路の前記出口が設けられることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
The second insulating part is provided with the inlet of the anode gas channel and the cathode gas channel;
The outlet of the anode gas channel and the cathode gas channel is provided in end-side insulating regions formed at the left and right ends of the anode-side separator and the cathode-side separator in the first insulating part. The fuel cell according to claim 1.
前記複数の反応領域は、前記第2絶縁部によって左右に電気的に絶縁され均等な反応面積を有する2つの反応領域で構成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池。   3. The fuel cell according to claim 1, wherein the plurality of reaction regions include two reaction regions that are electrically insulated from each other right and left by the second insulating portion and have an equal reaction area. 前記端側絶縁領域に冷却水流路の入口及び出口が設けられることを特徴とする請求項2又は3に記載の燃料電池。   4. The fuel cell according to claim 2, wherein an inlet and an outlet of a cooling water channel are provided in the end-side insulating region. 前記第1絶縁部及び前記第2絶縁部は内周縁に嵌合溝を有する枠体で構成され、
前記反応領域は、表裏面に前記溝が形成されると共に、外周縁が前記嵌合溝に嵌合されて前記枠体に装着される板状体で構成されることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の燃料電池。
The first insulating portion and the second insulating portion are configured by a frame having a fitting groove on an inner peripheral edge,
2. The reaction region is configured by a plate-like body having the groove formed on the front and back surfaces and having an outer peripheral edge fitted into the fitting groove and attached to the frame body. The fuel cell according to any one of 1 to 4.
前記第1溝及び前記第2溝は矩形断面を有することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the first groove and the second groove have a rectangular cross section.
JP2016175771A 2016-09-08 2016-09-08 Fuel battery Pending JP2018041656A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016175771A JP2018041656A (en) 2016-09-08 2016-09-08 Fuel battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016175771A JP2018041656A (en) 2016-09-08 2016-09-08 Fuel battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018041656A true JP2018041656A (en) 2018-03-15

Family

ID=61626251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016175771A Pending JP2018041656A (en) 2016-09-08 2016-09-08 Fuel battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2018041656A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9680165B2 (en) Separator and fuel cell with the same
US20140329168A1 (en) Hybrid bipolar plate assembly for fuel cells
EP2991148B1 (en) Insulating structure, fuel cell and fuel cell stack
US10297841B2 (en) Fuel cell and production apparatus for the fuel cell
US20180248204A1 (en) Bipolar plate and a fuel cell stack comprising same
JP5613865B1 (en) Fuel cell stack
EP3297078B1 (en) Separating plate, method for manufacturing same, and fuel cell stack comprising same
JP2007250297A (en) Fuel cell
JP2009026727A (en) Metal separator for fuel cell
US20170033373A1 (en) Bipolar plate and fuel cell
JP2018041655A (en) Fuel battery
JP2009117221A (en) Fuel cell having stack structure
JP5313548B2 (en) Fuel cell stack
JP2018041656A (en) Fuel battery
US20160164122A1 (en) Separation plate and fuel cell including the same
JP2019531577A (en) Fuel cell
JP2011192525A (en) Fuel cell
KR101301824B1 (en) Separator for Fuel Cell
EP2224524B1 (en) Fuel cell structure and separator plate for use therein
JP5123824B2 (en) FUEL CELL STACK AND METHOD OF OPERATING FUEL CELL STACK
JP2020038821A (en) Separator for fuel cell including guide pattern and fuel cell stack including the same
US9299993B2 (en) Fuel cell and separator
JP6104105B2 (en) Fuel cell stack
JP6132827B2 (en) Fuel cell stack
KR101684014B1 (en) Fuel cell stack with multiple channels