JP4213515B2 - Polymer electrolyte fuel cell - Google Patents

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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、民生用コジェネレーションシステムや移動体用、モバイル用のエネルギー源などとして有用な燃料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
水素イオン伝導性高分子膜を電解質として用いる固体高分子型燃料電池は、電解質が水素イオンを選択的に輸送し、水素などの燃料ガスと空気などの酸化ガスを白金などの触媒層を有するガス拡散電極によって電気化学的に反応させ、電気と熱とを同時に発生させるものである。
固体高分子型燃料電池の発電部は、水素イオン伝導性電解質膜と、その両面に密着して配置された、白金族金属触媒を担持したカーボン粉末およびそれを被覆するように混合された高分子電解質を主成分とする触媒層と、触媒層の外面に密着して配置された、ガス透過性と導電性を兼ね備えた一対のガス拡散層とからなる。このガス拡散層と触媒層によりガス拡散電極が構成される。以上の電解質膜、触媒層、およびガス拡散層を一体化したものが電解質膜電極接合体(以下、MEAという)と呼ばれる。MEAの周縁部には、ガス漏洩を回避するためにガスケットが配される。
【0003】
ガス拡散電極の外側には、MEAを機械的に固定するとともに、隣接するMEA同士を互いに電気的に直列に接続し、さらに電極に反応ガスを供給し、かつ反応により発生した水や余剰のガスを運び去るためのガス流路を設けたセパレータ板が配置される。セパレータ板はカーボン材料を用いるのが一般的である。ガス流路はセパレータ板と別に設けることもできるが、セパレータ板の表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的である。
【0004】
多くの燃料電池は、上記のような構造の単電池を数多く重ねた積層構造をとっている。上記のような固体高分子型燃料電池スタックでは、セパレータ板やガス拡散層等の積層する構成部品間の接触抵抗を低減するため、またガスのシール性を維持するため、電池全体を積層方向に恒常的に締め付けられる。
アノード側へ供給する燃料としては純水素が好適であるが、インフラや貯蔵などの面での課題がある。そのため、炭化水素等の水素含有の化合物から触媒反応によって水素ガスを生成する改質器を用いて燃料電池へ水素を主成分とする燃料ガスを供給することが多い。改質器により、メタン、ブタン、天然ガス等の炭化水素、メタノールなどのアルコール類、さらにはジメチルエーテルやガソリンなどから水素ガスを生成することが可能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
種々の燃料電池の中でも固体高分子型燃料電池は、100℃以下という低い動作温度から比較的起動停止が容易な発電システムと言える。発電部であるスタックの起動は、熱回収及びスタックの温度調節のために循環させている冷却水からの熱移動により、70℃から80℃程度の定常温度にまで昇温させてから燃料ガス及び酸化剤ガス(空気を用いるのが一般的である)を供給して発電を開始する。定常温度にまで至らない低温状態では、触媒層やガス拡散層の空隙が凝縮水により閉塞され、ガス拡散性の低下によりスタックの発電特性は著しく低下する。また、アノード側に供給する燃料ガスを水素含有の化合物から改質反応によって生成する場合は、燃料ガス中に微量ながら一酸化炭素(CO)が含有される。COは、白金触媒表面に吸着する性質を有しており、アノード側供給ガスにCOが含まれていると、電池部のアノード側触媒層の白金触媒に吸着し、本来反応すべき水素分子の白金表面での円滑な酸化反応を阻害し、燃料電池の出力を低減する。これをCO被毒と呼んでいる。CO被毒は低温であるほど顕著となるため、CO被毒を回避するためにもスタックが定常温度にまで昇温してから燃料ガス及び酸化剤ガスをスタックに供給し発電を開始するのが好ましい。
【0006】
よって、固体高分子型燃料電池を用いた発電システムの起動時間をより短くするためには、スタックの定常温度までの昇温時間をより短くすることが必要不可欠である。スタックの昇温時間をより短くするためには、スタック本体から周囲への放熱を抑制する必要がある。スタックの側面は、熱伝導率の大きなカーボンを主成分とするセパレータ板の側面が露出しているため、起動時においてスタックが保持するべき熱量が散逸しやすい。また、これを抑えるために断熱板等をスタック側面に接着して放熱を抑制することも多く用いられている(特許文献1参照)。しかし、断熱板はセパレータ板の側面との密着性は十分とは言えず、また長時間の発電において断熱板の剥離が進行するという問題があった。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−231273号公報
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を鑑みて本発明は、MEA周縁部のガスケットをセパレータ板の外周サイズより大きくし、かつセパレータ板より大きくした部分から一体にセパレータ板の側面を覆う構造とするものである。これによりセパレータ板の側面を熱伝導性の小さな樹脂、エラストマーまたはゴムからなるガスケットで覆うことにより、スタックからの放熱を抑制して、固体高分子型燃料電池の起動時間を短縮しようとするものである。つまり、MEAの構成部材であるガスケットがスタック側面からの放熱を抑制する断熱材を兼ねる形態となる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の高分子電解質型燃料電池は、水素イオン伝導性高分子電解質膜、前記水素イオン伝導性高分子電解質膜を挟む一対の電極、前記電極の周縁部において前記水素イオン伝導性高分子電解質膜を挟む一対のガスケット、一方の電極に燃料ガスを供給するガス流路を有するアノード側セパレータ板、および他方の電極に酸化剤ガスを供給するガス流路を有するカソード側セパレータ板からなる単電池を複数積層した高分子電解質型燃料電池であって、前記ガスケットは、平板状のガスケット本体と、前記ガスケット本体の外周部から垂直に伸びるリブとを有し、前記リブは、隣接するガスケットのリブと相互に密着しており、アノード側ガスケットのリブおよびカソード側ガスケットのリブの一方が、先端に形成した突部を有し、他方が、先端に形成された凹部または切欠部を有し、前記突部と、前記凹部または切欠部とが嵌合して、前記アノード側セパレータ板および前記カソード側セパレータ板の側面を完全に被覆していることを特徴とする。
【0010】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記ガスケットは、周縁部に相互に連なってセパレータ板の側面を覆うように伸びたリブを有し、このリブにより前記セパレータ板を嵌合する凹部を形成している。
下に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0011】
参考
参考形態の燃料電池の断面図を図1に示す。図2はそのアノード側ガスケットの平面図である。
MEAは、高分子電解質膜11、並びにこれを挟むアノード12およびカソード13からなる。電極の外周部に露出する高分子電解質膜11は、一対のガスケット22および23により挟まれている。アノード側セパレータ板14は、アノード12へ燃料ガスを供給するためのガス流路16を有し、反対側には冷却水の流路を構成する溝18を有する。カソード側セパレータ板15は、カソード13へ酸化剤ガスを供給するためのガス流路17を有し、反対側には冷却水の流路を構成する溝19を有する。
【0012】
アノード側ガスケット22は、図2に示すように、平板状のガスケット本体24と、その四辺の外周部から垂直に伸び、相互に連なったリブ26から構成されている。ガスケット本体24は、セパレータ板よりリブ26の厚みだけサイズを大きくした他は従来のガスケットと同様な構造であり、電極を嵌合される切欠部31を中心部に有し、その周囲には各一対の燃料ガス用マニホールド孔32、酸化剤ガス用マニホールド孔33、および冷却水用マニホールド孔34、並びに燃料電池を締結するためのボルトを通すための4個の穴35を有する。
【0013】
以上のように構成されたアノード側ガスケット22は、そのセパレータ板側に、リブ26により凹部が形成され、この凹部にアノード側セパレータ板14を嵌合することにより、ガスケット22とセパレータ板14が一体に組み立てられる。
カソード側ガスケット23は、同様にガスケット本体にリブ27を有し、リブ27により形成される凹部にセパレータ板15を嵌合することにより、ガスケット23とセパレータ板15が一体に組み立てられる。
【0014】
図示の例では、隣接するガスケット22および23のリブ26および27が相互に密着してセパレータ板14および15の側面を完全に被覆するようにしたが、セパレータ板の側面の一部が露出することがあってもよい。隣接するガスケットのリブが密着することによりセパレータ板側面が完全に覆われることとなり断熱効果は最も大きくなる。
ガスケットの材料としては、フッ素系ゴムやシリコンゴムなどの弾性体が好ましいが、本発明の効果を示すものであれば無論これらに限るものではない。また単一の材料ではなく、例えば硬質の樹脂材料に上記のような弾性体をコーティングしたものでもよい。
【0015】
実施の形態
本実施の形態の燃料電池を図3に示す。
MEAおよびセパレータ板は参考態と同様である。本実施の形態では、アノード側ガスケット42の周縁部に形成したリブ46と、カソード側ガスケット43の周縁部に形成したリブ47とが異なる他は実施の形態1と同様である。すなわち、アノード側ガスケット42のリブ46は、先端部が外周側で若干伸びている突部48を有する。一方、カソード側ガスケット43のリブ47は、外周部側に切欠部49を有する。突部をリブの中央に設ければ、これに対応して他方のリブには突部に嵌合する凹部を設ける。
【0016】
ガスケット42および43が上記のような構造を有するから、燃料電池を組み立てた際には、隣接するガスケット42のリブ先端の突部48と、ガスケット43のリブ先端の切欠部49とが嵌合する。このようにリブの先端に段差を設けて相互に嵌合する構造にすると、MEAと、ガスケットを嵌合したセパレータ板とを積層する際、位置決めが容易となって組立性が向上する。また、突部と切欠部の寸法に余裕をもたせても、セパレータ板の側面は完全に覆うことができる。
また、セパレータ板の側面が露出している従来のスタックでは、異物の付着などにより、隣接するMEA間での短絡が発生するおそれがある。これに対して、上記のように絶縁体であるガスケットでセパレータ板の側面を覆うことにより前記のような短絡を防止する効果が付与される。さらに、本来のMEA構成部材であるガスケットによってセパレータ板の側面を覆うようにしているから、部品点数を低減することが可能である。
【0017】
実施の形態2
上記の例では、アノード側セパレータ板とカソード側セパレータ板とを組み合わせて両者間に冷却水の流路を形成する複合セパレータ板をMEA間に挿入した。この複合セパレータ板の代わりに、一方の面に燃料ガスの流路を有し、他方の面に酸化剤ガスの流路を有し、アノード側セパレータ板とカソード側セパレータ板とを兼ねる単一のセパレータ板を一部に用いることもできる。そのようなセパレータ板に対しては、アノード側ガスケットとカソード側ガスケットにより1つのセパレータ板の側面を覆うようにすることができる。
【0018】
図4は参考形態であり、アノード側ガスケットとカソード側ガスケットとを一体にしたガスケット56により、アノード側セパレータ板とカソード側セパレータ板とを兼ねる単一のセパレータ板54の周縁部を被覆するようにした例を示している。
図5も参考形態であり、アノード側ガスケットとカソード側ガスケットとを一体にしたガスケット66により、アノード側セパレータ板とカソード側セパレータ板とを兼ねる単一のセパレータ板54の周縁部を被覆するようにした例を示している。この例では、隣接するガスケット同士を係合できるように、突部68と切欠部69を設けている。
【0019】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する
【0020】
参考例1》
20cm角の高分子電解質膜、および12cm角の電極を用いて実施の形態1の構造を有する60セル積層の燃料電池を組み立てた。セル積層体は、集電板および絶縁板を介してエンドプレートで挟み、スタッドボルトおよび荷重バネを用いて締結した。ガスケットは、フッ素系ゴムから作り、ガスケット本体部分の厚みは200μm、リブの幅は2.5mm、リブの高さは本体部分の厚みを含めて2.5mmとした。ガスケットに設けられたマニホールド孔やボルト穴と重ね合わされる箇所の高分子電解質膜はあらかじめ除去した。セパレータ板は20cm角、2.5mm厚であり、図1のように上述のガスケットに嵌合する構造である。
この燃料電池の冷却水路に70℃の温水を毎分2.5Lの流量で供給し、燃料電池から排出される温水温度の経時変化を計測し、スタックが昇温する速度を評価することでスタックの断熱性能を評価した。この結果を図6に示す。本参考例の燃料電池では、出口温水が68℃に達するまでの時間は36分であった。
【0021】
《実施例
本実施例では実施の形態の構造を採用した。アノード側ガスケット42は、そのリブ46が、高さ0.5mmの突部48を有し、カソード側ガスケット43は、そのリブ47が、外周側に深さ0.5mmの切欠部49を設けた他は参考例1と同様である。
この燃料電池に対して参考例1と同様に、冷却水路に70℃の温水を供給して燃料電池から排出される温水温度の経時変化でスタックの断熱性能を評価した。この結果を図6に併せて示す。本実施例の燃料電池では、出口温水が68℃に達するまでの時間は34分であった。
【0022】
《比較例》
ガスケットをセパレータ板と同じ外形寸法のシート状とした他は参考例1と同じである。
この燃料電池に対して、冷却水路に70℃の温水を供給して燃料電池から排出される温水温度の経時変化でスタックの断熱性能を評価した。この結果を図6に示す。この燃料電池では、出口温水が68℃に達するまでの時間は52分であった。
参考例1及び実施例1の燃料電池に比べて比較例の燃料電池が昇温に長時間を要したのは、スタック側面において熱伝導性の大きなセパレータ板の側面が露出しているために、スタック外への放熱が大きくなった結果であると考えられる。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、高分子電解質型燃料電池積層体の断熱性が向上し、起動時間を大幅に短縮する。また、異物の付着等による隣接するMEAの短絡を防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考形態における燃料電池の要部の断面図である。
【図2】 同燃料電池のガスケットの平面図である。
【図3】 本発明の実施の形態1における燃料電池の要部の断面図である。
【図4】 本発明の参考形態における燃料電池の要部の断面図である。
【図5】 本発明の参考形態における変形例の燃料電池の要部の断面図である。
【図6】 本発明の実施例、参考例および比較例の燃料電池から排出される水の経時変化を示す図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell useful as a consumer cogeneration system, a mobile body, a mobile energy source, and the like.
[0002]
[Prior art]
A polymer electrolyte fuel cell using a hydrogen ion conductive polymer membrane as an electrolyte is a gas in which an electrolyte selectively transports hydrogen ions, and a gas having a catalyst layer such as platinum for a fuel gas such as hydrogen and an oxidizing gas such as air. Electrochemical reaction is caused by the diffusion electrode to generate electricity and heat simultaneously.
The power generation unit of the polymer electrolyte fuel cell includes a hydrogen ion conductive electrolyte membrane, a carbon powder carrying a platinum group metal catalyst disposed in close contact with both surfaces thereof, and a polymer mixed to cover the carbon powder. It consists of a catalyst layer containing an electrolyte as a main component and a pair of gas diffusion layers having both gas permeability and conductivity, which are disposed in close contact with the outer surface of the catalyst layer. The gas diffusion electrode and the catalyst layer constitute a gas diffusion electrode. A combination of the above electrolyte membrane, catalyst layer, and gas diffusion layer is called an electrolyte membrane electrode assembly (hereinafter referred to as MEA). A gasket is disposed at the peripheral edge of the MEA to avoid gas leakage.
[0003]
On the outside of the gas diffusion electrode, the MEAs are mechanically fixed, adjacent MEAs are electrically connected to each other in series, and the reaction gas is supplied to the electrodes, and water and surplus gas generated by the reaction are supplied. A separator plate provided with a gas flow path for carrying away is disposed. Generally, a carbon material is used for the separator plate. Although the gas flow path can be provided separately from the separator plate, a method of providing a gas flow path by providing a groove on the surface of the separator plate is generally used.
[0004]
Many fuel cells have a stacked structure in which a large number of unit cells having the above-described structure are stacked. In the polymer electrolyte fuel cell stack as described above, in order to reduce the contact resistance between the laminated components such as the separator plate and the gas diffusion layer, and to maintain the gas sealing performance, the entire battery is placed in the stacking direction. Tightened constantly.
Pure hydrogen is suitable as the fuel supplied to the anode side, but there are problems in terms of infrastructure and storage. Therefore, in many cases, a fuel gas containing hydrogen as a main component is supplied to the fuel cell using a reformer that generates hydrogen gas by catalytic reaction from a hydrogen-containing compound such as hydrocarbon. The reformer can generate hydrogen gas from hydrocarbons such as methane, butane and natural gas, alcohols such as methanol, dimethyl ether and gasoline.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Among various fuel cells, the polymer electrolyte fuel cell can be said to be a power generation system that is relatively easy to start and stop from an operating temperature as low as 100 ° C. or less. The start-up of the stack, which is the power generation unit, is performed by raising the temperature from 70 ° C. to a steady temperature of about 80 ° C. by heat transfer from the cooling water circulated for heat recovery and temperature control of the stack. Power generation is started by supplying an oxidant gas (usually using air). In a low-temperature state that does not reach the steady temperature, the gaps in the catalyst layer and the gas diffusion layer are blocked by condensed water, and the power generation characteristics of the stack are significantly deteriorated due to a decrease in gas diffusivity. Further, when the fuel gas supplied to the anode side is generated from a hydrogen-containing compound by a reforming reaction, carbon monoxide (CO) is contained in the fuel gas in a small amount. CO has the property of adsorbing on the surface of the platinum catalyst. When CO is contained in the anode side supply gas, it adsorbs to the platinum catalyst of the anode side catalyst layer of the battery unit, It inhibits the smooth oxidation reaction on the platinum surface and reduces the output of the fuel cell. This is called CO poisoning. Since CO poisoning becomes more conspicuous at lower temperatures, in order to avoid CO poisoning, the fuel stack and the oxidant gas are supplied to the stack after the stack has been heated to a steady temperature, and power generation is started. preferable.
[0006]
Therefore, in order to shorten the start-up time of the power generation system using the polymer electrolyte fuel cell, it is indispensable to shorten the temperature raising time to the steady temperature of the stack. In order to shorten the stack heating time, it is necessary to suppress heat dissipation from the stack body to the surroundings. Since the side surface of the separator plate whose main component is carbon having a large thermal conductivity is exposed on the side surface of the stack, the amount of heat that the stack should hold during startup is easily dissipated. In order to suppress this, it is often used to suppress heat dissipation by bonding a heat insulating plate or the like to the side surface of the stack (see Patent Document 1). However, the heat insulating plate cannot be said to have sufficient adhesion to the side surface of the separator plate, and there is a problem that the heat insulating plate is peeled off during long-time power generation.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-231273
[Means for Solving the Problems]
In view of the problems as described above, the present invention has a structure in which the gasket at the peripheral edge of the MEA is larger than the outer peripheral size of the separator plate and covers the side surface of the separator plate integrally from the portion larger than the separator plate. In this way, the side of the separator plate is covered with a gasket made of resin, elastomer or rubber with low thermal conductivity to suppress heat release from the stack and to shorten the startup time of the polymer electrolyte fuel cell. is there. That is, the gasket that is a constituent member of the MEA also serves as a heat insulating material that suppresses heat dissipation from the side surface of the stack.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The polymer electrolyte fuel cell of the present invention includes a hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane, a pair of electrodes sandwiching the hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane, and the hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane at a peripheral portion of the electrode A unit cell comprising a pair of gaskets, an anode side separator plate having a gas flow path for supplying fuel gas to one electrode, and a cathode side separator plate having a gas flow path for supplying oxidant gas to the other electrode A plurality of polymer electrolyte fuel cells laminated, wherein the gasket has a flat gasket main body and a rib extending vertically from an outer peripheral portion of the gasket main body, and the rib includes a rib of an adjacent gasket. Adhering to each other, one of the rib of the anode side gasket and the rib of the cathode side gasket has a protrusion formed at the tip, the other, Has a recess or notch formed in the end, said projection, said recess or notch and is fitted, completely covers the side surface of the anode-side separator plate and the cathode-side separator plate It is characterized by that.
[0010]
In a preferred embodiment of the present invention, the gasket has a rib extending to cover a side surface of the separator plate, which is connected to the peripheral portion, and a recess for fitting the separator plate is formed by the rib. ing.
With reference to the drawings below describing the embodiments of the present invention.
[0011]
Reference-type state
The cross-sectional view of a fuel cell of the present reference embodiment shown in FIG. FIG. 2 is a plan view of the anode side gasket.
The MEA includes a polymer electrolyte membrane 11, and an anode 12 and a cathode 13 that sandwich the membrane. The polymer electrolyte membrane 11 exposed on the outer periphery of the electrode is sandwiched between a pair of gaskets 22 and 23. The anode side separator plate 14 has a gas flow path 16 for supplying fuel gas to the anode 12, and a groove 18 constituting a flow path of cooling water on the opposite side. The cathode side separator plate 15 has a gas flow path 17 for supplying an oxidant gas to the cathode 13, and has a groove 19 constituting a flow path of cooling water on the opposite side.
[0012]
As shown in FIG. 2, the anode-side gasket 22 includes a flat gasket main body 24 and ribs 26 extending vertically from the outer peripheral portions of the four sides thereof and connected to each other. The gasket body 24 has the same structure as that of the conventional gasket except that the size of the rib 26 is larger than that of the separator plate. The gasket body 24 has a notch portion 31 into which the electrode is fitted, A pair of fuel gas manifold holes 32, an oxidant gas manifold hole 33, a cooling water manifold hole 34, and four holes 35 for passing bolts for fastening the fuel cell are provided.
[0013]
The anode-side gasket 22 configured as described above has a recess formed by a rib 26 on the separator plate side, and the gasket 22 and the separator plate 14 are integrated by fitting the anode-side separator plate 14 into the recess. Assembled into.
Similarly, the cathode-side gasket 23 has ribs 27 in the gasket body, and the separator plate 15 is fitted into a recess formed by the ribs 27 so that the gasket 23 and the separator plate 15 are assembled together.
[0014]
In the illustrated example, the ribs 26 and 27 of the adjacent gaskets 22 and 23 are in close contact with each other so as to completely cover the side surfaces of the separator plates 14 and 15, but a part of the side surfaces of the separator plate is exposed. There may be. When the ribs of the adjacent gaskets are brought into close contact with each other, the side face of the separator plate is completely covered, and the heat insulating effect is maximized.
The material of the gasket is preferably an elastic body such as fluorine-based rubber or silicon rubber, but is not limited to these as long as the effect of the present invention is exhibited. Further, instead of a single material, for example, a hard resin material coated with the elastic body as described above may be used.
[0015]
Embodiment 1
The fuel cell of the present embodiment is shown in FIG.
MEA and the separator plate are on purpose similar reference type. The present embodiment is the same as the first embodiment except that the rib 46 formed on the peripheral edge of the anode side gasket 42 and the rib 47 formed on the peripheral edge of the cathode side gasket 43 are different. That is, the rib 46 of the anode side gasket 42 has a protrusion 48 whose tip is slightly extended on the outer peripheral side. On the other hand, the rib 47 of the cathode side gasket 43 has a notch 49 on the outer peripheral side. If the protrusion is provided at the center of the rib, the other rib is provided with a recess that fits into the protrusion.
[0016]
Since the gaskets 42 and 43 have the structure as described above, when the fuel cell is assembled, the protrusion 48 at the rib tip of the adjacent gasket 42 and the notch 49 at the rib tip of the gasket 43 are fitted. . When the ribs are provided with steps at the tips of the ribs so that they are fitted together, positioning of the MEA and the separator plate fitted with the gasket is facilitated and assembly is improved. In addition, even if there is a margin in the dimensions of the protrusion and the notch, the side surface of the separator plate can be completely covered.
Further, in the conventional stack in which the side surface of the separator plate is exposed, there is a possibility that a short circuit may occur between adjacent MEAs due to adhesion of foreign matters. On the other hand, the effect which prevents the above short circuit is provided by covering the side surface of a separator plate with the gasket which is an insulator as mentioned above. Furthermore, since the side surface of the separator plate is covered with a gasket that is an original MEA component, the number of parts can be reduced.
[0017]
Embodiment 2
In the above example, a composite separator plate that combines the anode-side separator plate and the cathode-side separator plate to form a cooling water flow path between them is inserted between the MEAs. Instead of this composite separator plate, it has a fuel gas flow path on one side and an oxidant gas flow path on the other side, and serves as a single anode plate and cathode side separator plate. A separator plate can also be used in part. Such For a separator plate, it is a to Turkey to cover one separator plate side of the anode side gasket and cathode side gasket.
[0018]
FIG. 4 shows a reference form, in which a peripheral portion of a single separator plate 54 serving as both an anode side separator plate and a cathode side separator plate is covered with a gasket 56 in which an anode side gasket and a cathode side gasket are integrated. An example is shown.
FIG. 5 is also a reference embodiment, and the peripheral portion of a single separator plate 54 serving as both an anode side separator plate and a cathode side separator plate is covered with a gasket 66 in which an anode side gasket and a cathode side gasket are integrated. An example is shown. In this example, the protrusion 68 and the notch 69 are provided so that adjacent gaskets can be engaged.
[0019]
【Example】
Examples of the present invention will be described below. [0020]
<< Reference Example 1 >>
A 60-cell stacked fuel cell having the structure of Embodiment 1 was assembled using a 20 cm square polymer electrolyte membrane and a 12 cm square electrode. The cell laminate was sandwiched between end plates via current collectors and insulating plates and fastened using stud bolts and load springs. The gasket was made of fluorine-based rubber, the thickness of the gasket main body portion was 200 μm, the rib width was 2.5 mm, and the rib height was 2.5 mm including the thickness of the main body portion. The polymer electrolyte membrane where the manifold holes and bolt holes provided in the gasket overlap with each other was removed in advance. The separator plate is 20 cm square and 2.5 mm thick, and has a structure that fits into the gasket as shown in FIG.
70 ° C hot water is supplied to the cooling water channel of this fuel cell at a flow rate of 2.5 L / min, the time-dependent change in the temperature of the hot water discharged from the fuel cell is measured, and the rate at which the stack heats up is evaluated. The heat insulation performance of was evaluated. The result is shown in FIG. In the fuel cell of this reference example, the time until the outlet hot water reached 68 ° C. was 36 minutes.
[0021]
Example 1
In this example, the structure of the first embodiment is adopted. The anode side gasket 42 has a rib 48 having a protrusion 48 having a height of 0.5 mm, and the cathode side gasket 43 has a rib 47 having a notch 49 having a depth of 0.5 mm on the outer peripheral side. Others are the same as in Reference Example 1.
As in Reference Example 1, the heat insulation performance of the stack was evaluated by changing the temperature of the hot water discharged from the fuel cell by supplying hot water of 70 ° C. to the cooling water channel. The results are also shown in FIG. In the fuel cell of this example, the time until the outlet hot water reached 68 ° C. was 34 minutes.
[0022]
《Comparative example》
Reference Example 1 is the same as the gasket except that the gasket is a sheet having the same outer dimensions as the separator plate.
With respect to this fuel cell, the heat insulation performance of the stack was evaluated by supplying the hot water of 70 ° C. to the cooling water channel and changing the temperature of the hot water discharged from the fuel cell with time. The result is shown in FIG. In this fuel cell, the time until the outlet hot water reached 68 ° C. was 52 minutes.
Compared to the fuel cells of Reference Example 1 and Example 1, the fuel cell of the comparative example required a long time for temperature increase because the side surface of the separator plate having a large thermal conductivity was exposed on the side surface of the stack. This is thought to be the result of increased heat dissipation outside the stack.
[0023]
【The invention's effect】
According to the present invention, the heat insulating property of the polymer electrolyte fuel cell laminate is improved, and the startup time is greatly shortened. In addition, it is possible to prevent a short circuit between adjacent MEAs due to adhesion of foreign matter or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a fuel cell according to a reference embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the gasket of the fuel cell.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of a fuel cell according to a reference embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of a fuel cell according to a modification of the reference embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a change with time of water discharged from fuel cells of Examples, Reference Examples and Comparative Examples of the present invention.

Claims (2)

水素イオン伝導性高分子電解質膜、前記水素イオン伝導性高分子電解質膜を挟む一対の電極、前記電極の周縁部において前記水素イオン伝導性高分子電解質膜を挟む一対のガスケット、一方の電極に燃料ガスを供給するガス流路を有するアノード側セパレータ板、および他方の電極に酸化剤ガスを供給するガス流路を有するカソード側セパレータ板からなる単電池を複数積層した高分子電解質型燃料電池積層体であって、
前記ガスケットは、平板状のガスケット本体と、前記ガスケット本体の外周部から垂直に伸びるリブとを有し、
前記リブは、隣接するガスケットのリブと相互に密着しており、
アノード側ガスケットのリブおよびカソード側ガスケットのリブの一方が、先端に形成された突部を有し、他方が、先端に形成された凹部または切欠部を有し、
前記突部と、前記凹部または切欠部とが嵌合して、前記アノード側セパレータ板および前記カソード側セパレータ板の側面を完全に被覆している、高分子電解質型燃料電池。
Hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane, a pair of electrodes sandwiching the hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane, a pair of gaskets sandwiching the hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane at the periphery of the electrode, and a fuel in one electrode POLYMER ELECTROLYTE TYPE FUEL CELL LAMINATE WITH MULTILAYING SINGLE CELLS COMPRISING AN anodic separator plate having a gas channel for supplying gas and a Cathode side separator plate having a gas channel for supplying oxidizing gas to the other electrode Because
The gasket has a flat gasket body and a rib extending vertically from the outer periphery of the gasket body,
The rib is in close contact with the rib of the adjacent gasket,
One of the rib of the anode side gasket and the rib of the cathode side gasket has a protrusion formed at the tip, and the other has a recess or notch formed at the tip,
The polymer electrolyte fuel cell , wherein the protrusion and the recess or notch are fitted to completely cover the side surfaces of the anode-side separator plate and the cathode-side separator plate .
前記ガスケット本体と前記リブにより、前記アノード側セパレータ板またはカソード側セパレータ板と嵌合する凹部が形成されている、請求項1記載の高分子電解質型燃料電池。 2. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1 , wherein the gasket main body and the rib form a recess that fits into the anode separator plate or the cathode separator plate .
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