JP4258561B2 - Fuel cell and method for aligning membrane-electrode assembly thereof - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池、およびその膜−電極接合体の位置合わせ方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、燃料電池の内部構造の改良に関する。 The present invention relates to a fuel cell and a method for aligning a membrane-electrode assembly thereof. More specifically, the present invention relates to an improvement in the internal structure of a fuel cell.
一般に、燃料電池(例えば固体高分子型燃料電池)は電解質膜およびその両面に配した一対の電極からなる接合体(例えばMEGA)と、該接合体を挟持する一対のセパレータとで構成されている。また、このような燃料電池として、MEGAの両面に例えばラスカットメタル(エキスパンドメタル)のような導電性多孔体からなるアノード(多孔体アノード)やカソード(多孔体カソード)を配した構造のものがある(例えば特許文献1参照)。
しかしながら、上述のような構造の燃料電池においては、多孔体カソードと多孔体アノードの間に挟持されるMEGAの位置ずれが生じることがある。一方で、位置ずれを抑えようとすると導電性多孔体の強度が確保し難くなるという問題もある。 However, in the fuel cell having the above structure, the MEGA sandwiched between the porous cathode and the porous anode may be displaced. On the other hand, there is also a problem that it is difficult to secure the strength of the conductive porous body when trying to suppress the positional deviation.
そこで、本発明は、導電性多孔体の強度を確保しつつ接合体(例えばMEGA)の位置ずれを効果的に抑止しうる燃料電池、およびその膜−電極接合体の位置合わせ方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a fuel cell that can effectively prevent misalignment of a joined body (for example, MEGA) while securing the strength of the conductive porous body, and a method for aligning the membrane-electrode assembly. With the goal.
上述のように多孔体アノードと多孔体カソードとで接合体(例えばMEGA)を挟み込む従来構造の場合、両多孔体の間に位置するMEGAには拘束がない。この点、MEGAの構成部品である膜に例えば位置決め用の孔を設けることも考えられるが、成形時の熱により膜が収縮して位置が正確に決まらないおそれがある。これらの点に着目してさらに検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。 As described above, in the case of a conventional structure in which a joined body (for example, MEGA) is sandwiched between a porous anode and a porous cathode, there is no restriction on the MEGA located between the porous bodies. In this regard, for example, a positioning hole may be provided in the film that is a component of the MEGA. However, the film may contract due to heat during molding, and the position may not be determined accurately. The present inventor, who has made further studies focusing on these points, has come to obtain new knowledge that leads to the solution of such problems.
本発明はかかる知見に基づくもので、電解質膜の両面に電極が設けられてなる膜−電極接合体と、該膜−電極接合体の一方側に設けられたアノード側導電性多孔体および他方側に設けられたカソード側導電性多孔体と、膜−電極接合体、アノード側導電性多孔体およびカソード側導電性多孔体を挟持するセパレータと、を有する燃料電池において、アノード側導電性多孔体およびカソード側導電性多孔体の一方に凹部が形成され、該凹部に膜−電極接合体の一部が収容されているというものである。 The present invention is based on such knowledge, and includes a membrane-electrode assembly in which electrodes are provided on both surfaces of an electrolyte membrane, an anode-side conductive porous body provided on one side of the membrane-electrode assembly, and the other side. And a separator sandwiching the membrane-electrode assembly, the anode-side conductive porous body and the cathode-side conductive porous body, the anode-side conductive porous body and A recess is formed in one of the cathode side conductive porous bodies, and a part of the membrane-electrode assembly is accommodated in the recess.
また、本発明にかかる膜−電極接合体の位置合わせ方法は、膜−電極接合体と、該膜−電極接合体の一方側に設けられたアノード側導電性多孔体および他方側に設けられたカソード側導電性多孔体と、膜−電極接合体、アノード側導電性多孔体およびカソード側導電性多孔体を挟持するセパレータと、を有する燃料電池におけるアノード側導電性多孔体およびカソード側導電性多孔体の一方に凹部を形成しておき、該凹部に膜−電極接合体の一部を収容した状態とするものである。 The membrane-electrode assembly alignment method according to the present invention includes a membrane-electrode assembly, an anode-side conductive porous body provided on one side of the membrane-electrode assembly, and the other side. Anode-side conductive porous body and cathode-side conductive porous body in a fuel cell having a cathode-side conductive porous body, and a membrane-electrode assembly, an anode-side conductive porous body, and a separator sandwiching the cathode-side conductive porous body A recess is formed in one side of the body, and a part of the membrane-electrode assembly is accommodated in the recess.
このように膜−電極接合体の一部を凹部に収容した状態とする本発明の場合、かかる凹部が膜−電極接合体の位置ずれを抑止する拘束部材として機能する。 Thus, in the case of this invention which makes the state which accommodated a part of membrane-electrode assembly in the recessed part, this recessed part functions as a restraining member which suppresses the position shift of a membrane-electrode assembly.
また本発明の燃料電池においては、アノード側導電性多孔体およびカソード側導電性多孔体の一方に凹部が形成され、他方は平面状である。このように一方の導電性多孔体にのみ凹部を形成する構造とした場合、もう一方の導電性多孔体は平板状に形成すればよいという利点がある。 In the fuel cell of the present invention, a recess is formed in one of the anode side conductive porous body and the cathode side conductive porous body, and the other is planar. Thus, when it is set as the structure which forms a recessed part only in one electroconductive porous body, there exists an advantage that the other electroconductive porous body should just be formed in flat form.
また、かかる燃料電池においては、平面状である導電性多孔体が膜−電極接合体よりも小さく形成されていることが好ましい。こうした場合、小さく形成された当該平面状導電性多孔体を膜−電極接合体の内側に収まるように配置しやすく、これによって集電性多孔体どうしの短絡を抑止することが容易となる。 In such a fuel cell, the planar conductive porous body is preferably formed smaller than the membrane-electrode assembly. In such a case, it is easy to arrange the planar conductive porous body formed small so as to be accommodated inside the membrane-electrode assembly, and this makes it easy to suppress short circuit between the current collecting porous bodies.
さらに、本発明にかかる燃料電池において、膜−電極接合体は、電解質膜と、この電解質膜よりも外周が小さく該電解質膜の外周内に収まる電極とが積層されてなり、平面状の導電性多孔体は、電極よりも外周が小さく当該電極の外周内に収まる形状に形成されている。この場合、平面状の導電性多孔体を平面視で目視確認しやすく、位置合わせしやすい。 Furthermore, in the fuel cell according to the present invention, the membrane-electrode assembly is formed by laminating an electrolyte membrane and an electrode whose outer periphery is smaller than that of the electrolyte membrane and fits in the outer periphery of the electrolyte membrane. The porous body has a smaller outer periphery than the electrode and is formed in a shape that fits within the outer periphery of the electrode. In this case, it is easy to visually confirm and align the planar conductive porous body in plan view.
また、膜−電極接合体、アノード側導電性多孔体、カソード側導電性多孔体およびセパレータを有する燃料電池セルが複数積層された構造の燃料電池であって、発電用の反応ガスを各燃料電池セルに供給しまたは各燃料電池セルから排出するためのマニホールドを備えるとともに、凹部が形成された導電性多孔体の外周付近は、電解質膜の平面方向に延長してマニホールドの付近まで延びる形状となっていることも好ましい。 Also, a fuel cell having a structure in which a plurality of fuel cells each having a membrane-electrode assembly, an anode-side conductive porous body, a cathode-side conductive porous body, and a separator are stacked, and a reaction gas for power generation is supplied to each fuel cell. A manifold for supplying to the cell or discharging from each fuel cell is provided, and the vicinity of the outer periphery of the conductive porous body in which the recess is formed has a shape extending in the planar direction of the electrolyte membrane to the vicinity of the manifold. It is also preferable.
さらに、本発明にかかる燃料電池は、導電性多孔体のうち凹部以外の部分の少なくとも一部の金属密度が他の部分よりも高くなっている。当該密度が高くされた部分は強度が向上する。また、導電性多孔体のうち凹部以外の部分の少なくとも一部は、加圧されて潰されることによって金属密度が高められている。 Furthermore, in the fuel cell according to the present invention, the metal density of at least a part of the conductive porous body other than the recess is higher than that of the other part. The strength is improved in the portion where the density is increased. Further, at least a part of the conductive porous body other than the recesses is pressurized and crushed to increase the metal density.
また、燃料電池は、発電用の反応ガスを各燃料電池セルに供給しまたは各燃料電池セルから排出するためのマニホールドを備えるとともに、導電性多孔体のうちマニホールドの周辺に該当する部分が、燃料電池セルの積層方向に関して当該燃料電池セルの厚みの略中央に形成されているものであることが好ましい。導電性多孔体のうち当該部分が厚み方向のいずれかに偏っていると荷重のバランスが崩れやすくなるが、このように厚み方向の略中央に形成すれば荷重バランスを確保しやすい。 In addition, the fuel cell includes a manifold for supplying or discharging the reaction gas for power generation to each fuel cell, and a portion corresponding to the periphery of the manifold in the conductive porous body is a fuel. It is preferable that the fuel cell is formed approximately at the center of the thickness in the stacking direction of the battery cells. If the portion of the conductive porous body is biased in any of the thickness directions, the load balance tends to be lost. However, if the portion is formed in the approximate center in the thickness direction, it is easy to ensure the load balance.
本発明によれば、導電性多孔体の強度を確保しつつ接合体(例えばMEGA)の位置ずれを効果的に抑止することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the position shift of a joined body (for example, MEGA) can be suppressed effectively, ensuring the intensity | strength of a conductive porous body.
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.
図1〜図5に本発明の実施形態を示す。本発明にかかる燃料電池1は、電解質膜21の両面に電極が設けられてなる膜−電極接合体11と、該膜−電極接合体11の一方側に設けられたアノード側導電性多孔体24および他方側に設けられたカソード側導電性多孔体25と、膜−電極接合体11および導電性多孔体24,25を挟持するセパレータ12,13と、を有するものである。
1 to 5 show an embodiment of the present invention. The fuel cell 1 according to the present invention includes a membrane-
なお、以下に説明する燃料電池1は例えば燃料電池車両(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)の車載発電システムとして利用可能なものであるが特にこれに限られることはなく、各種移動体(例えば船舶や飛行機など)やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システム、さらには定置の発電システムにおいても利用することが可能である。 The fuel cell 1 described below can be used as, for example, an in-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle (FCHV; Fuel Cell Hybrid Vehicle). It can also be used in power generation systems mounted on self-propelled devices such as airplanes) and robots, and even stationary power generation systems.
ここで、まず本実施形態における燃料電池1の全体について概略的に示しておく(図5参照)。燃料電池1は、複数のセル2が積層されてなるセル積層体(セルスタック)3と、該セル積層体3の両端のセル2,2の外側に順次配置された出力端子5a付きの集電板(ターミナルプレート)5、絶縁板(インシュレータ)6およびエンドプレート(図示省略)とを有する構造となっている。さらに、燃料電池1は、例えば両エンドプレート間を架け渡すようにして設けられたテンションプレート(図示省略)により、セル2の積層方向に所定の圧縮力がかけられた状態となっている。
Here, first, the entire fuel cell 1 in the present embodiment is schematically shown (see FIG. 5). The fuel cell 1 includes a cell stack (cell stack) 3 in which a plurality of
また、各セル2は、膜−電極接合体11と、その両面に配置された導電性多孔体24,25と、さらにこれらを両側から挟持する一対のセパレータとが積層された構造となっている(図2等参照)。さらに、膜−電極接合体11の周囲にはガスケット14が設けられている。
Each
膜−電極接合体11は、高分子材料のイオン交換膜(例えばフッ素系膜、HC膜など)からなる電解質膜21と、この電解質膜21の両面に設けられた一対の電極(カソードおよびアノード)とを含む構成となっている。膜−電極接合体11としては例えばMEA(Membrane Electrode Assembly)、あるいはさらに拡散層を含むMEGA(Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly:膜−電極−拡散層接合体)のいずれをも用いることができる。例えば本実施形態では膜−電極接合体11としてMEGAを用いている(以下、MEGA11とも表現する)。
The membrane-
MEGA11を構成する拡散層22,23は、白金などの触媒を担持した多孔質(ポーラス)な素材で構成されている。一方のアノード側拡散層22には燃料ガスとしての水素ガスが供給され、他方のカソード側拡散層23には空気や酸化剤などの酸化ガスが供給される(図2等参照)。それぞれの拡散層22,23に供給されたこれら2種類の反応ガスにより発電部としてのMEGA30内で電気化学反応が生じ、セル2の起電力が得られるようになっている。なお、拡散層22,23としては例えばペーパー、クロス、高クッションペーパー等の多孔質素材が利用されうる。
The
導電性多孔体24,25はMEGA11の両面に配置された例えば略板状の多孔性部材からなる。本実施形態の場合、アノード側導電性多孔体24、カソード側導電性多孔体25ともラスカットメタル(エキスパンドメタル)からなる多孔性材料(ラスメタル多孔体)によって構成されている。
The conductive
セパレータ12,13は、ガス不透過の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属(メタル)が挙げられる。また、セパレータ12,13の端部付近には、反応ガスおよび冷却水の流通用のマニホールドが形成されている。なお、セパレータ12,13のうち拡散層22,23に面する部分の表裏各面には、複数の凹凸が例えばプレス成形によって形成されていてもよい。これら複数の凸部および凹部は、それぞれ一方向(あるいはサーペンタイン状であってもよい)に延在しており、酸化ガスのガス流路、水素ガスのガス流路、または冷却水流路を画定している。
The
ガスケット14は、MEGA11の周囲であって上述したセパレータ12,13のマニホールドに対応した位置にシール部材として設けられている。例えば本実施形態のガスケット14は、射出成形により、セパレータ12,13に向かって突出する凸状のリップ部を備えた形状に形成されている。また、ガスケット14には例えば熱硬化型シリコン系や熱可塑性樹脂などの材料が利用されうる。
The
ここで、本実施形態においては上述した導電性多孔体24,25の一方、例えばカソード側の導電性多孔体25に、MEGA11の一部を収容可能な凹部25dを形成している(図4等参照)。この場合の凹部25dの形状や深さは特に限定されるものではないが、例えば本実施形態では、MEGA11の形状に合わせた略矩形の凹部25dを当該カソード側導電性多孔体25の中央に形成している(図1等参照)。もう一方の導電性多孔体であるアノード側多孔体24はこのような凹部のない平板状に形成されている(図4等参照)。
Here, in the present embodiment, one of the conductive
また、カソード側導電性多孔体25は、上述したマニホールド部分まで拡がる大きさと形状に形成されていることが好ましい。例えば本実施形態では、このカソード側導電性多孔体25を、セパレータ12,13よりも小さく尚かつセパレータ12,13に形成されているマニホールド位置よりは大きくなるよう、電解質膜21の平面方向に延長して形成している(図1、図3参照)。このようなカソード側導電性多孔体25の縁付近(発電体たるMEGA11よりも外側の部分)には、セパレータ12,13のマニホールドと対応するように水素ガス用マニホールド25a、酸化ガス用マニホールド25b、そして冷媒用マニホールド25cがそれぞれ形成されている(図1等参照)。
The cathode-side conductive
このような構造のカソード側導電性多孔体25は、当該多孔体25の全域をラスカット処理することによって形成されうる。具体的一例を挙げれば、金属板の全域に千鳥状に切れ目を入れると同時に押し広げ、菱形あるいは亀甲形の三次元的な網目(メッシュ)構造とすることにより、厚さ方向にも面方向に優れた多孔性の部材を形成することができる。このような、いわゆるラスカット処理により形成されたエキスパンドメタルは変形可能である点で焼結体よりも有利であり、尚かつ導電性にも優れる。また、このような加工品(エキスパンドメタルないしはラスメタル)をさらにプレス加工(絞り加工)することによって中央部に略矩形の凹部25dを有する導電性多孔体25を形成することができる。
The cathode-side conductive
さらに本実施形態では、凹部25dが形成されたカソード側導電性多孔体25のうちの当該凹部25d以外の外周寄り部分(図中符号25eで示す)が、セル形成時に当該セル2の厚みの略中央に位置するようにしている(図2参照)。また、上述したガスケット14がかかる外周寄り部分25eの両面に配置されている。導電性多孔体25の当該部分が厚み方向のいずれかに偏っていると荷重のバランスが崩れやすくなるが、このように厚み方向の略中央に配置されていれば荷重バランスを確保しやすい。
Furthermore, in the present embodiment, a portion near the outer periphery (indicated by
加えて、本実施形態では、カソード側導電性多孔体25のうち凹部25d以外の外周寄り部分25eについて、その一部または全部の部分の金属密度が高くなるように加工している。例えば、マニホールド25a〜25cの周辺部分の金属密度を、MEGA11と重なる部分(凹部25dが形成されている部分)の金属密度よりも高くすれば、当該密度が高くなった部分の強度を相対的に向上させることができる。金属密度を高くするいわゆる圧密化は、例えばカソード導電性多孔体25の対象となる部分を加圧して潰すことによって実施することが可能である。
In addition, in the present embodiment, the cathode-side conductive
以上のような構造の本実施形態における燃料電池1の利点を従来技術の参考例と対比しながら以下に説明する(図6〜図21参照)。 Advantages of the fuel cell 1 in the present embodiment having the above-described structure will be described below in comparison with a reference example of the prior art (see FIGS. 6 to 21).
(A)まず、本実施形態においては、上述のように導電性多孔体25に凹部25dを形成し、MEGA11の一部を当該凹部25dに収容する構造としたことから、MEGA11の位置ずれを抑制しうるという点で好適である。すなわち、このように凹部25dが一体的に成形された導電性多孔体25を利用することにより、成形前のMEGA11の位置合わせを可能とし、燃料電池1(ないしはセル2)の成形時に位置ずれが生じるのを抑制することが可能である。換言すれば、導電性多孔体25に一体的に成形された凹部25dはMEGA11の位置ずれを抑止する拘束部材として機能しうる。
(A) First, in the present embodiment, the
この点、従来構造の燃料電池1においてはMEGA11の位置ずれを抑制するのが困難である。例示して説明すると、マニホールドの周辺部分に非多孔質の平板部材(図中ではクロスハッチングを付して表示)を用いた場合(図6、図7参照)、導電性多孔体において当該マニホールド周辺部分の強度を確保しやすい反面、製造可能条件が限られるという問題が生じる。すなわち、形成しようとする凹部25dにのみラスカット処理を施すとすると(図8参照)、処理対象部分はカットにより延びるのに対してそれ以外の部分(カットされない部分)は延びないことから、伸び率の違いが生じて変形してしまい、端部付近(図8において一点鎖線で囲んだ部分参照)において皺が生じてしまう。このため、図8に示すような略矩形の凹部を中央に有する導電性多孔体を製造することが不可能であった。
In this regard, it is difficult to suppress the displacement of the
したがって、従来は、一対の導電性多孔体の一方24’を横長形状、もう一方25’を縦長形状とし、ラスカット時の送り方向の始端付近と終端付近にはラスカット処理を行わない(刻まない)という製法を採っている。この場合、加工品の送り方向に垂直な断面は平坦状にしかならず、シルクハット形状(ないしはお椀形状)の凹部は成形され得ない。従来は、このような横長の導電性多孔体24’と縦長の導電性多孔体25’とを十字状に組み合わせるいわば互い違い構造としていたため、導電性多孔体24’、MEGA11’、そして導電性多孔体25’とを一体成形する際、中央に位置すべきMEGA11’を十分に拘束することができずに位置ずれが生じることがあった。
Accordingly, conventionally, one of the pair of conductive porous bodies has a horizontally long shape and the other 25 'has a vertically long shape, and the lath cut process is not performed near the start end and near the end of the feed direction during the lath cut (not engraved). The manufacturing method is adopted. In this case, the cross section perpendicular to the feed direction of the processed product is only flat, and a top hat-shaped (or bowl-shaped) concave portion cannot be formed. Conventionally, such a horizontally long conductive
これに対し、一方の導電性多孔体(例えばカソード側導電性多孔体25)に一体的な凹部25dを成形する本実施形態の燃料電池1においては、かかる凹部25dを拘束部材として機能させることによってMEGA11の位置ずれを抑止できるという点で好適である。
On the other hand, in the fuel cell 1 of this embodiment in which the
(B)本実施形態の燃料電池1においては、導電性多孔体24,25における反応ガスの分配・拡散性能、排出性能を確保して燃料電池1の高い性能を実現しやすい。
(B) In the fuel cell 1 of the present embodiment, it is easy to achieve high performance of the fuel cell 1 by securing the reaction gas distribution / diffusion performance and discharge performance in the conductive
この点、上述のように横長の導電性多孔体24’と縦長の導電性多孔体25’とを十字状に組み合わせると、反応ガスの分配・拡散性能、排出性能が劣る場合がある。すなわち、ラスカット処理が施された多孔部分において孔(例えばパンチ孔)がラスカット送り方向に傾斜した状態となっている場合、当該方向とガスの流れ方向とが一致していれば問題はないが(図10参照)、一致していない(直交している)と性能が低下してしまう(図9参照)。この場合、反応ガスの一方(例えばアノード側での水素ガス)において流れの低下が生じる。
In this regard, when the horizontally long conductive
これに対し、本実施形態の場合には、アノード側導電性多孔体24およびカソード側導電性多孔体25のラスカット送り方向を適宜変え、ガス流れ方向と一致させることができる。このため、これら導電性多孔体24,25における反応ガスの分配・拡散性能、排出性能を確保しやすい。
On the other hand, in the case of the present embodiment, the lath-cut feed direction of the anode side conductive
(C)本実施形態の燃料電池1においては、ガスケット14の機能を維持しやすい。
(C) In the fuel cell 1 of the present embodiment, the function of the
この点、上述のように横長の導電性多孔体24’と縦長の導電性多孔体25’とを十字状に組み合わせると(互い違い構造)、ブラケット14中へのインサート材料(例えば導電性多孔体24’の両縁付近の部分)が、セル厚み方向の中央に位置し得ない場合がある(図11、図12参照)。この場合、かかるインサート材料の表側と裏側とでガスケット14に作用する応力に差が生じ、荷重バランスが崩れやすくなってしまう。また、いわば土手の薄い方(図12であれば上側)でより強い応力が生じ、ゴム等の材料の破断に至りやすい。一方で、インサート材料がセル厚み方向中央に位置するよう導電性多孔体を加工するとすれば、導電性多孔体24’,25’の両方にて加工が必要であり、そのぶん工程が増す。また、これら導電性多孔体とガスケット14との密着度を十分に確保しないとガスリークが生じるという問題もある。
In this regard, when the horizontally long conductive
これに対し、本実施形態の場合には、凹部25dが形成されたカソード側導電性多孔体25のうちの当該凹部25d以外の外周寄り部分(インサート部分)25eを、セル2の厚みの略中央に位置するようにしている(図2参照)。このため荷重バランスを確保しやすく、ひいてはガスケット14の機能を維持しやすい。
On the other hand, in the case of the present embodiment, a portion near the outer periphery (insert portion) 25e other than the
(D)本実施形態の燃料電池1においては、マニホールド付近における導電性多孔体25の金属密度を上げて強度を向上させることができる。
(D) In the fuel cell 1 of the present embodiment, the strength can be improved by increasing the metal density of the conductive
上述のように横長の導電性多孔体24’と縦長の導電性多孔体25’とを十字状に組み合わせる互い違い構造において、これら導電性多孔体24’,25’のすべてを多孔体にする(非多孔質部分を形成しない)とすれば(図14参照)、ラスカット送り方向を適宜変え、導電性多孔体24’と導電性多孔体25’とでガス流れ方向を一致させることが可能となる(図15参照)。ところが、こうした場合にはマニホールド周辺におけるブラケット4へのインサート部分までもが多孔質材料となり、十分な強度が確保できないおそれが生じる(図16、図17参照)。
In the staggered structure in which the horizontally long conductive
これに対し、本実施形態の場合には、カソード側導電性多孔体25のうち凹部25d以外の外周寄り部分25eについて、その一部または全部の部分の金属密度が高くなるように加工しているため、当該部分の強度を相対的に向上させることができる。
On the other hand, in the present embodiment, the outer
(E)本実施形態の燃料電池1においては、シールの反力不足によるガスリークを抑制できる。さらに、電気的短絡を抑制することもできる。 (E) In the fuel cell 1 of the present embodiment, gas leakage due to insufficient reaction force of the seal can be suppressed. Furthermore, an electrical short circuit can be suppressed.
この点、上述のように横長の導電性多孔体24’と縦長の導電性多孔体25’とを十字状に組み合わせ(互い違い構造)、破線に沿ってシールラインを形成した場合(図18参照)、発電部の四隅において電解質膜21のみがバックアップ部材となり(図19参照)、剛体によるバックアップが十分でなく、シールの半力不足によってガスリークが生じるおそれがある。また、図20や図21に示すいずれの構成においても、MEGAの拘束が十分でなく位置ずれが生じるおそれがある(図20、図21参照)。さらには、成形時に導電性多孔体24’,25’が電解質膜21にダメージを与え、電気的な短絡を生じる可能性もある(図22参照)。
In this regard, as described above, when the horizontally long conductive
これに対し、本実施形態の場合には、発電部(MEGA11)の四隅において剛体(導電性多孔体24,25)がバックアップする構造であり、当該四隅のシール反力不足によるガスリークを抑制することができる。また、カソード側導電性多孔体25のうち凹部25d以外の外周寄り部分25eについて、金属密度が高くして当該部分の強度を相対的に向上させており、導電性多孔体24,25どうしの接触による短絡をも抑制することができる。さらに、四方に壁部を有する形状の凹部25dを形成しているため、MEGA11の位置ずれを縦横両方向にて抑制する点も好適である。加えて、本実施形態の場合には導電性多孔体24,25の一方にのみ凹部25dを形成すれば足りるため、そのぶん工程が少なく効率がよいという利点もある。
On the other hand, in the case of this embodiment, the rigid bodies (conductive
以上、ここまで本実施形態における燃料電池1の利点を従来技術との対比にて説明したが、さらに他方の導電性多孔体(アノード側導電性多孔体24)について以下のように構成することも好ましい。 As described above, the advantages of the fuel cell 1 in the present embodiment have been described in comparison with the prior art. However, the other conductive porous body (the anode-side conductive porous body 24) may be configured as follows. preferable.
すなわち、アノード側導電性多孔体24を板状とし、尚かつMEGA11の拡散層22よりも小さくなるように形成することが好ましい(図4等参照)。こうした場合、小さく形成された当該平面状のアノード側導電性多孔体24をMEGA11の内側に収まるように配置しやすく、これによって集電性多孔体24,25どうしの短絡をさらに抑制することが容易となる。加えて、MEGA11を、電解質膜21と、この電解質膜21よりも外周が小さく該電解質膜の外周内に収まるアノード電極(拡散層22)とを積層して構成することがさらに好ましい。こうした場合、平面状のアノード側導電性多孔体24は、アノード電極よりも外周が小さく当該電極の外周内に収まるから、成形時に当該平面状の導電性多孔体24を平面視で目視確認しやすく、位置合わせしやすくなる。これによれば導電性多孔体24,25どうしの相対的な位置合わせが容易となり、燃料電池1におけるMEGA11や導電性多孔体24,25の位置合わせにさらに好適な構造を実現できる。
That is, it is preferable to form the anode-side conductive
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態ではカソード側導電性多孔体25に凹部25dを形成した場合について例示したが、これとは逆の構成、すなわちアノード側導電性多孔体24に凹部を形成しても構わない。
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the present embodiment, the case where the
また、上述した実施形態では膜−電極接合体としてMEGA(膜−電極−拡散層接合体)11が用いられている場合を例示して説明したが、これがMEA(膜−電極接合体)であっても同様の作用効果を実現しうる。 In the above-described embodiment, the case where MEGA (membrane-electrode-diffusion layer assembly) 11 is used as the membrane-electrode assembly has been described as an example, but this is MEA (membrane-electrode assembly). However, the same effect can be realized.
1…燃料電池、2…セル(燃料電池セル)、11…MEGA(膜−電極接合体)、12…セパレータ、13…セパレータ、21…電解質膜、24…アノード側導電性多孔体、25…カソード側導電性多孔体、25d…(導電性多孔体の)凹部、25e…(導電性多孔体の)外周寄り部分(凹部が形成された導電性多孔体の外周付近) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 2 ... Cell (fuel cell), 11 ... MEGA (membrane-electrode assembly), 12 ... Separator, 13 ... Separator, 21 ... Electrolyte membrane, 24 ... Anode side conductive porous body, 25 ... Cathode Side conductive porous body, 25d ... (conducting porous body) recess, 25e ... (conducting porous body) outer peripheral portion (near the outer periphery of the conductive porous body where the recess is formed)
Claims (10)
前記アノード側導電性ラスカットメタルおよびカソード側導電性ラスカットメタルの一方に四方に壁部を有する形状の凹部が形成され、該凹部に前記膜−電極接合体の厚み方向の一部が収容されていることを特徴とする燃料電池。 Membrane-electrode assembly, anode side conductive lascut metal provided on one side of the membrane-electrode assembly, cathode side conductive lascut metal provided on the other side, and the membrane-electrode assembly, anode side In a fuel cell having a separator that sandwiches a conductive Lascut metal and a cathode side conductive Lascut metal ,
One of the anode side conductive lascut metal and the cathode side conductive lascut metal is formed with a concave portion having wall portions in four directions, and a part of the membrane-electrode assembly in the thickness direction is accommodated in the concave portion. A fuel cell characterized by the above.
前記平面状の導電性ラスカットメタルは、前記電極よりも外周が小さく当該電極の外周内に収まる形状に形成されている
請求項3に記載の燃料電池。 The membrane-electrode assembly is formed by laminating an electrolyte membrane and an electrode having a smaller outer circumference than the electrolyte membrane and fit within the outer circumference of the electrolyte membrane,
4. The fuel cell according to claim 3, wherein the planar conductive Lascut metal has a smaller outer periphery than the electrode and is formed in a shape that fits within the outer periphery of the electrode.
発電用の反応ガスを各燃料電池セルに供給しまたは各燃料電池セルから排出するためのマニホールドを備えるとともに、
前記凹部が形成された前記導電性ラスカットメタルの外周付近は、前記電解質膜の平面方向に延長して前記マニホールドの付近まで延びる形状となっている請求項4に記載の燃料電池。 A fuel cell having a structure in which a plurality of fuel cells each having the membrane-electrode assembly, the anode-side conductive Lascut metal , the cathode-side conductive Lascut metal, and a separator are laminated,
Provided with a manifold for supplying or discharging reaction gas for power generation to or from each fuel cell,
5. The fuel cell according to claim 4, wherein the vicinity of the outer periphery of the conductive Lascut metal in which the recess is formed has a shape that extends in the planar direction of the electrolyte membrane and extends to the vicinity of the manifold.
該凹部に前記膜−電極接合体の厚み方向の一部を収容した状態とすることを特徴とする燃料電池における膜−電極接合体の位置合わせ方法。 Membrane-electrode assembly, anode side conductive lascut metal provided on one side of the membrane-electrode assembly, cathode side conductive lascut metal provided on the other side, and the membrane-electrode assembly, anode side forming a recess shape with a separator that sandwich the conductive lath cut metal and the cathode conductive lath cut metal, the wall portion in four directions to one of the anode-side conductive lath cut metal and the cathode conductive lath cut metal in a fuel cell having Aside,
A method of aligning a membrane-electrode assembly in a fuel cell, characterized in that a part of the membrane-electrode assembly in the thickness direction is accommodated in the recess.
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