JP4306419B2 - Polymer electrolyte fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、固体高分子型燃料電池に関するものであり、特に、その組立作業性や積層作業性を改善するための技術に関する。 The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell, and more particularly to a technique for improving its assembly workability and stacking workability.
固体高分子型燃料電池は、クリーンで高効率な発電装置であり、近年、世界規模での開発競争が繰り広げられている。とりわけ自動車業界においては、内燃機関の代替動力源として固体高分子型燃料電池に対する期待は大きく、様々な観点からの技術開発が盛んに行われている。 The polymer electrolyte fuel cell is a clean and highly efficient power generation device, and in recent years, development competition has been developed on a global scale. In particular, in the automobile industry, there is a great expectation for a polymer electrolyte fuel cell as an alternative power source for an internal combustion engine, and technical development from various viewpoints is actively performed.
固体高分子型燃料電池の一般的な構成について説明すると、固体高分子型燃料電池では、高分子膜の両側に燃料極及び酸化剤極が配置され、さらに、各電極に接するようにガス拡散層がそれぞれ設けられる。これらを総合して膜電極複合体と呼ぶ。そして、膜電極複合体を挟持するように、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路をそれぞれ片面ずつに設けたセパレータが配置される。セパレータは、燃料ガスマニホールド及び酸化剤ガスマニホールドと呼ばれる貫通孔の内部を流れる燃料ガス及び酸化剤ガスを、それぞれ燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を介して燃料極及び酸化剤極に供給する機能を有する。また、セパレータは、以上のようなガス供給機能だけでなく、膜電極複合体で生じた起電力により流れる電流を、膜電極複合体と接するリブ部を介して集電する役割を担う。したがって、セパレータにおいて、少なくとも膜電極複合体と接する部分に関しては、導電性が必要となる。また、燃料ガスと酸化剤ガスは、混合されてしまうと各電極における電気化学反応が阻害されるので、互いに混合されることのないようにシールする必要がある。そのため、膜電極複合体の外周付近にある高分子膜とセパレータの間には、ガスケットが配置される。 The general configuration of the polymer electrolyte fuel cell will be described. In the polymer electrolyte fuel cell, a fuel electrode and an oxidant electrode are arranged on both sides of the polymer film, and a gas diffusion layer is in contact with each electrode. Are provided. These are collectively referred to as a membrane electrode composite. And the separator which provided the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path on each one side is arrange | positioned so that a membrane electrode assembly may be pinched | interposed. The separator supplies the fuel gas and the oxidant gas flowing through the through holes called the fuel gas manifold and the oxidant gas manifold to the fuel electrode and the oxidant electrode through the fuel gas channel and the oxidant gas channel, respectively. It has a function. In addition to the gas supply function as described above, the separator plays a role of collecting the current flowing due to the electromotive force generated in the membrane electrode assembly via the rib portion in contact with the membrane electrode assembly. Therefore, the separator needs to be conductive at least with respect to the portion in contact with the membrane electrode assembly. Further, if the fuel gas and the oxidant gas are mixed, the electrochemical reaction in each electrode is hindered. Therefore, the fuel gas and the oxidant gas need to be sealed so as not to be mixed with each other. Therefore, a gasket is disposed between the polymer film near the outer periphery of the membrane electrode assembly and the separator.
これらを1つのユニットとして単位セルと呼ぶ。固体高分子型燃料電池は、通常、この単位セルを直列に複数積層してスタックとしたものを指す。また、酸化剤極における電気化学反応は発熱反応であるため、その熱を冷却するための冷却板を所定の単位セル数毎に挿入する場合もある。 These are called unit cells as one unit. The polymer electrolyte fuel cell usually indicates a stack obtained by stacking a plurality of unit cells in series. Further, since the electrochemical reaction at the oxidant electrode is an exothermic reaction, a cooling plate for cooling the heat may be inserted for each predetermined number of unit cells.
以上のような固体高分子型燃料電池において、膜電極複合体の仕様に関しては様々であるが、通常はガス拡散層よりも高分子膜の方が大きく形成され、周囲に露呈する高分子膜部分をガスケットで挟み込むことにより密閉構造となるように構成されている。 In the polymer electrolyte fuel cell as described above, the specifications of the membrane electrode assembly are various, but the polymer membrane is usually formed larger than the gas diffusion layer and exposed to the surroundings. It is comprised so that it may become a sealed structure by inserting | pinching with a gasket.
しかしながら、ガス拡散層よりも高分子膜が大きく形成され、周囲に高分子膜が張り出すような構造では、厚さの薄い高分子膜を基準にして膜電極複合体の位置合わせを行わなければならず、単位セルやスタックの組み立てが困難であり、積層作業性に乏しいという問題がある。また、高分子膜の露呈部分が大きいため、高分子膜の損傷による燃料電池の不具合が頻繁に発生している。さらに、高価な高分子膜の使用量が多くなり、製造コストの増加を強いられるという問題もある。 However, in a structure in which the polymer film is formed larger than the gas diffusion layer and the polymer film projects around, the membrane electrode assembly must be aligned with reference to the thin polymer film. In other words, it is difficult to assemble unit cells and stacks, and there is a problem that stacking workability is poor. In addition, since the exposed portion of the polymer membrane is large, malfunctions of the fuel cell due to damage to the polymer membrane frequently occur. Furthermore, there is a problem that the amount of expensive polymer membranes to be used increases and the manufacturing cost is forced to increase.
さらに、例えば膜電極複合体の周囲部に樹脂を含浸し、シール機能を持たせるという仕様も提案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1に記載される仕様の膜電極複合体では、高分子膜の両側に燃料極及び酸化剤極を有し、その外側にガス拡散層が配置され、膜電極複合体が構成されることは同様であるが、ガス拡散層の周囲部に樹脂を含浸することでガス封止部を形成している。そして、膜電極複合体とセパレータが互いに接しており、膜電極複合体における前記ガス封止部と接するようにガスケットが設けられている。これにより単位セルが構成されている。
しかしながら、前記特許文献1に記載される膜電極複合体の仕様では、高分子膜の使用量は少なくなるので、ある程度の製造コストの削減は図れるものの、結局は高分子膜を基準にして膜電極複合体の位置合わせを行わなければならず、単位セルやスタックの組み立てに際して位置合わせが困難であるという問題は残したままである。また、高分子膜の損傷の問題も解消することはできない。 However, in the specification of the membrane electrode composite described in Patent Document 1, since the amount of the polymer membrane used is reduced, the production cost can be reduced to some extent, but eventually the membrane electrode is based on the polymer membrane. The alignment of the composite must be performed, and the problem that alignment is difficult when assembling unit cells and stacks remains. Further, the problem of damage to the polymer film cannot be solved.
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、例えばセパレータと膜電極複合体とを交互に積層するといった単位セルあるいはスタックの組み立てにおいて、膜電極複合体の位置合わせが容易で、組み立て性や積層作業性に優れると共に、高分子膜の損傷による燃料電池の不具合が発生することのない固体高分子型燃料電池を提供することを目的としている。 The present invention has been proposed in view of the conventional situation as described above. For example, in the assembly of unit cells or stacks in which separators and membrane electrode composites are alternately stacked, alignment of the membrane electrode composites is performed. It is an object of the present invention to provide a solid polymer fuel cell that is easy to assemble, is excellent in assembling and laminating workability, and does not cause malfunction of the fuel cell due to damage to the polymer membrane.
本発明に係る固体高分子型燃料電池は、高分子膜の両側に燃料極及び酸化極剤極を配置し、これら燃料極及び酸化剤極に隣接してガス拡散層をそれぞれ設けた膜電極複合体と、この膜電極複合体の燃料極及び酸化剤極に燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ供給するためのガス流路を備えたセパレータと、膜電極複合体とセパレータの間に設けたガスケットとにより単位セルが構成され、このような構成の単位セルが繰り返し並設された積層構造を有するものである。このような構造の固体高分子型燃料電池において、本発明では、上述した目的を達成するために、各単位セルの膜電極複合体における高分子膜の両面が全域に亘りガス拡散層により覆われるようにし、且つ、ガス拡散層のうちの一方が、他方のガス拡散層及び高分子膜に比べて、その外形寸法が大きくなるようにした。
The polymer electrolyte fuel cell according to the present invention is a membrane electrode composite in which a fuel electrode and an oxidizer electrode are disposed on both sides of a polymer membrane, and gas diffusion layers are provided adjacent to the fuel electrode and the oxidizer electrode, respectively. Body, a separator provided with gas flow paths for supplying fuel gas and oxidant gas to the fuel electrode and oxidant electrode of the membrane electrode assembly, respectively, and a gasket provided between the membrane electrode complex and the separator, The unit cell is configured by the above, and has a stacked structure in which unit cells having such a configuration are repeatedly arranged in parallel. In the polymer electrolyte fuel cell having such a structure, in the present invention, in order to achieve the above-described object , both surfaces of the polymer membrane in the membrane electrode assembly of each unit cell are covered with the gas diffusion layer over the entire area. In addition , one of the gas diffusion layers has an outer dimension larger than that of the other gas diffusion layer and the polymer film.
ガス拡散層は、高分子膜よりも厚さが厚く、温度や湿度の変化に対する機械的強度も高い。したがって、ガス拡散層の外形寸法を高分子膜の外形寸法よりも大きくし、ガス拡散層の周縁を基準に膜電極複合体の位置合わせを行うようにすれば、位置合わせが容易なものとなる。また、高分子膜が露呈することがなくなるので、高分子膜の損傷が回避される。 The gas diffusion layer is thicker than the polymer film and has high mechanical strength against changes in temperature and humidity. Therefore, if the outer dimensions of the gas diffusion layer are made larger than the outer dimensions of the polymer membrane and the membrane electrode assembly is aligned based on the periphery of the gas diffusion layer, the alignment becomes easy. . Moreover, since the polymer film is not exposed, damage to the polymer film is avoided.
本発明によれば、膜電極複合体の位置合わせを容易なものとすることができ、組み立て性や積層作業性に優れ、作業の省力化を図ることが可能な固体高分子型燃料電池を提供できる。また、本発明によれば、高分子膜を損傷することがなく、それが原因で不具合が発生することのない信頼性の高い固体高分子型燃料電池を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a polymer electrolyte fuel cell that can facilitate the alignment of the membrane electrode assembly, is excellent in assembling and laminating workability, and can save labor. it can. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a highly reliable polymer electrolyte fuel cell that does not damage the polymer membrane and that does not cause malfunctions.
以下、本発明を適用した固体高分子型燃料電池の実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of a polymer electrolyte fuel cell to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本実施形態における固体高分子型燃料電池の断面構造を図1に示す。本実施形態の固体高分子型燃料電池は、高分子膜1の両側に触媒を有する燃料極2a及び酸化剤極2bをそれぞれ配置し、これら燃料極2a及び酸化剤極2bにそれぞれ隣接してガス拡散層3a、3bを設けた膜電極複合体4を備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of the polymer electrolyte fuel cell in the present embodiment. In the polymer electrolyte fuel cell of this embodiment, a
ここで、高分子膜1には、高エネルギー密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質膜が用いられる。固体高分子電解質膜は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン(プロトン)伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。 Here, for example, a solid polymer electrolyte membrane is used for the polymer membrane 1 in consideration of high energy density, low cost, light weight, and the like. The solid polymer electrolyte membrane is made of an ion (proton) conductive polymer membrane such as a fluororesin ion exchange membrane, and functions as an ion conductive electrolyte when saturated with water.
この高分子膜1の両面に配設される燃料極2a及び酸化剤極2bは、白金または、白金とその他の金属からなる触媒を含有するカーボンクロス、またはカーボンペーパー等からなり、触媒の存在する面が高分子膜1と接触するように形成されている。また、ガス拡散層3a,3bは、これら燃料極2aや酸化剤極2bに効率的に燃料ガス、酸化剤ガスを行き渡らせるためのもので、例えば多孔質触媒電極として形成される。
The
前記燃料極2aでは、供給された水素が水素イオンと電子に解離し、水素イオンは電解質(高分子膜1)を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させて、酸化剤極2bにそれぞれ移動する。酸化剤極2bでは、供給された空気中の酸素と前記水素イオン及び電子が反応して水が生成される。
In the
また、前記膜電極複合体4と接して、前記燃料極2a及び酸化剤極2bに燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ供給するための燃料ガス流路5a、酸化剤ガス流路5bを有するセパレータ6が設けられている。セパレータ6は、ガスの流路としての機能を有するばかりでなく、集電体としての機能やセル間の隔壁としての機能も有し、例えばガス不透過である緻密性カーボン材で構成されている。
A
そして、膜電極複合体4とセパレータ6の間にガスケット7を設け、これらを単位セルとして繰り返し積層することにより、積層構造を有する固体高分子型燃料電池が構成されている。
A
以上の構成の固体高分子型燃料電池において、本実施形態では、各単位セルの一方のガス拡散層(ここでは、燃料極2a側のガス拡散層3a)の外形寸法を、高分子膜1の外形寸法及び酸化剤極2b側のガス拡散層3bの外形寸法よりも大きくし、セパレータ6の外形と概略同じ形状としている。
In the polymer electrolyte fuel cell having the above-described configuration, in this embodiment, the outer dimensions of one gas diffusion layer (here, the
セパレータ6には、燃料ガス及び酸化剤ガスを単位セルの積層方向にそれぞれ流通させるための燃料ガスマニホールド(図示せず)、及び酸化剤ガスマニホールド9bと呼ばれる貫通孔が存在するが、前述のように外形寸法を大きくした燃料極2a側のガス拡散層3aに、前記燃料ガスマニホールド及び酸化剤ガスマニホールド9bに相当する貫通孔がセパレータ6と同様に設けられている。
The
また、この燃料極2a側のガス拡散層3aは、高分子膜1と重なる端部付近からマニホールド部を通って周囲部までの部分が、含浸材を含む含浸部10a(図中斜線部)となっている。酸化剤極2b側のガス拡散層3bに関しては、高分子膜1と重なる端部付近のみが、同様の含浸部10bとなっている。ここで、含浸材としては、熱可塑性樹脂やゴム材等が挙げられる。これら含浸部10a,10bを設けることで、ガス拡散層3a,3bの端部から異種のガス(ガス拡散層3aでは酸化剤ガス。ガス拡散層3bでは燃料ガス。)が侵入するのを防止することができる。
Further, the
燃料極2a側のガス拡散層3aの含浸部10aは、燃料極2a側のセパレータ6の表面に接しており、対極である酸化剤極2b側のセパレータ6とはガスケット7並びに空気層11を介して対向している。なお、本実施形態では、ガスケット7は、セパレータ6やガス拡散層3a,3bとは別体として構成されている。
The
本実施形態の固体高分子型燃料電池では、高分子膜1はセパレータ6の外形まで大きくすることなく発電に寄与する部分のみに存在するので、高分子膜1の大きさを最小限にすることができる。したがって、製造コストの削減が可能である。また、高分子膜1は、両面がガス拡散層3a,3bで覆われ露呈する部分がないので、損傷による性能劣化を回避することができる。
In the polymer electrolyte fuel cell of the present embodiment, the polymer membrane 1 is present only in a portion that contributes to power generation without increasing the outer shape of the
さらに、本実施形態では、燃料極2a側のガス拡散層3aの外形をセパレータ6の外形と概略同じ形状としたので、ガス拡散層3aを含む膜電極複合体4とセパレータ6を繰り返し積層する上で、位置合わせが容易である。すなわち、片方のガス拡散層3aのみ大きくすることにより、前記の通り高分子膜1の大きさを最小限にすることができることに加え、膜電極複合体4のエッジ部がガス拡散層3aであるために、部材の端部を揃えやすく、位置合わせが容易となる。したがって、単位セルやスタックの組み立て性に優れるようになり、作業の省力化を図ることが可能となる。
Furthermore, in the present embodiment, the outer shape of the
なお、以上の説明では、燃料極2a側のガス拡散層3aを酸化剤極2b側のガス拡散層3bよりも大きくしたが、逆の仕様でも構わない。すなわち、酸化剤極2b側のガス拡散層3bの外形寸法を高分子膜1の外形寸法及び燃料極2a側のガス拡散層3aの外形寸法よりも大きくし、セパレータ6の外形と概略同じ形状とした場合にも、上述した例と同様の効果を得ることができる。
In the above description, the
(第2の実施形態)
本実施形態の固体高分子型燃料電池の構造を図2に示す。固体高分子型燃料電池の構造は、基本的には上述した第1の実施形態のものと同様であるので、同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略し、ここでは本実施形態に特徴的な部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
The structure of the polymer electrolyte fuel cell of this embodiment is shown in FIG. Since the structure of the polymer electrolyte fuel cell is basically the same as that of the first embodiment described above, the same members are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Only the characteristic features of this embodiment will be described.
本実施形態では、燃料極2a側のガス拡散層3aを酸化剤極2b側のガス拡散層3b及び高分子膜1よりも大きくし、さらに燃料極2a側のガス拡散層3aの外周縁の一部をガスマニホールド(図2においては酸化剤ガスマニホールド9b)の周縁の一部と積層方向において重なる形状とした。
In this embodiment, the
また、両極のガス拡散層3a,3bは、高分子膜1と重なる端部をそれぞれ含浸部10a,10bとした。さらに、燃料極2a側のガス拡散層3aの酸化剤極2b側のガス拡散層3b及び高分子膜1よりも大きい部分も含浸部10aとされ、この含浸部10aの酸化剤極2b側のセパレータ6と向かい合う面には、絶縁層12を設けている。ここで、含浸材としては熱可塑性樹脂やゴム材等が使用可能であり、また、絶縁層12にはテトラフルオロエチレンからなるテープやゴム層、樹脂層等が使用可能である。含浸部10aの絶縁層12の形成されていない面側は、燃料極2a側のセパレータ6の表面に接しており、対極である酸化剤極2b側のセパレータ6とは、絶縁層12、ガスケット7及び空気層11を介して対向している。なお、本実施形態では、ガスケット7は、セパレータ6やガス拡散層3a,3bとは別体として構成されている。
Further, the gas diffusion layers 3a and 3b of both electrodes have the impregnated
本実施形態の固体高分子型燃料電池では、燃料極2a側のガス拡散層3aの含浸部10aのうち、高分子膜1と接していない部分の対極側表面(酸化剤極2b側のセパレータ6と向かい合う面)に絶縁層12が設けられているので、空気層11に導電性の粒子や液体が入り込んだ場合でも、それら粒子等を介して短絡を生じることが無くなる。また、高分子膜1は、セパレータ6の外形まで大きくすることなく発電に寄与する部分のみに存在するので、本実施形態においても、高分子膜1の大きさを最小限にすることができる。さらに、燃料極2a側のガス拡散層3aの外周の一部をセパレータ6におけるガスマニホールド9bの周縁の一部と概略重なる形状としたので、ガス拡散層3aを含む膜電極複合体4とセパレータ6を繰り返し積層する上で位置合わせが容易となる。したがって、本実施形態においても、単位セルやスタックの組み立て性に優れるようになり、作業の省力化を図ることが可能となる。
In the polymer electrolyte fuel cell of the present embodiment, the counter electrode side surface of the impregnated
なお、以上の説明では、燃料極2a側のガス拡散層3aを酸化剤極2b側のガス拡散層3bよりも大きくしたが、逆の仕様でも構わない。すなわち、酸化剤極2b側のガス拡散層3bの外形寸法を高分子膜1の外形寸法及び燃料極2a側のガス拡散層3aの外形寸法よりも大きくし、酸化剤極2b側のガス拡散層3bの外周の一部をセパレータ6におけるガスマニホールド9bの周縁の一部と概略重なる形状とした場合にも、上述した例と同様の効果を得ることができる。
In the above description, the
また、ガスマニホールドの他に、固体高分子型燃料電池を冷却するために冷却液を単位セルの積層方向に流通させるための冷却液用貫通孔が設けられている場合には、ガス拡散層3a,3bの一方の外形寸法を他方よりも大きくし、大きい方のガス拡散層の外周の一部を、セパレータ6における冷却液用貫通孔の周縁の一部と概略重なる形状とした場合にも、上述した例と同様の効果を得ることができる。
In addition to the gas manifold, in the case where a coolant through hole is provided for circulating the coolant in the stacking direction of the unit cells in order to cool the polymer electrolyte fuel cell, the
(第3の実施形態)
本実施形態の固体高分子型燃料電池の構造を図3に示す。本実施形態の固体高分子型燃料電池の構造は、第2の実施形態における固体高分子型燃料電池とほとんど同じであるが、本実施形態では、第2の実施形態で説明した絶縁層12を、燃料極2a側のガス拡散層3aにおける含浸部10aの表面ではなく、酸化剤極2b側のセパレータ6の表面に設けている。ここで、絶縁層12としては、第2の実施形態と同様、テトラフルオロエチレンからなるテープ(いわゆるテフロンテープ)やゴム層、樹脂層等が使用可能である。なお、その他の構成については上述した第2の実施形態と同様であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
(Third embodiment)
The structure of the polymer electrolyte fuel cell of this embodiment is shown in FIG. The structure of the polymer electrolyte fuel cell according to this embodiment is almost the same as that of the polymer electrolyte fuel cell according to the second embodiment, but in this embodiment, the insulating
本実施形態の固体高分子型燃料電池では、以上のような絶縁層12の設置によって、第2の実施形態の場合と同様の作用、効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の固体高分子型燃料電池では、燃料極2a側のガス拡散層3aの高分子膜1と接していない部分の含浸部10aと向かい合うセパレータ6の表面に、酸化剤極側のガス拡散層3bと隣接するようにして絶縁層12が設けられているので、空気層11に導電性の粒子や液体が入り込んだ場合でも、それら粒子等を介して短絡を生じることが無くなる。また、高分子膜1は、セパレータ6の外形まで大きくすることなく発電に寄与する部分のみに存在するので、本実施形態においても、高分子膜1の大きさを最小限にすることができる。さらに、燃料極2a側のガス拡散層3aの外周の一部をセパレータ6におけるガスマニホールド9bの周縁の一部と概略重なる形状としたので、ガス拡散層3aを含む膜電極複合体4とセパレータ6を繰り返し積層する上で位置合わせが容易となる。したがって、本実施形態においても、単位セルやスタックの組み立て性に優れるようになり、作業の省力化を図ることが可能となる。
In the polymer electrolyte fuel cell of this embodiment, the same operation and effect as in the case of the second embodiment can be obtained by installing the insulating
(第4の実施形態)
本実施形態の固体高分子型燃料電池は、各単位セルのガスケット7が積層前にセパレータ6に一体化されている点に特徴を有するものである。その他の構成については、上述した第1の実施形態のものと同様の構造であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
(Fourth embodiment)
The polymer electrolyte fuel cell of this embodiment is characterized in that the
本実施形態の固体高分子型燃料電池において、各単位セルのガスケット7は、図4に示すように、各単位セルを積層する前の段階でセパレータ6に一体化されている。一体化の方法は、例えば別体のガスケット7を接着剤や両面テープ等により予めセパレータ6と一体化してもよいし、あるいはセパレータ6上に予めゴム状ガスケットを焼き付けて一体成形したものでもよい。
In the polymer electrolyte fuel cell of this embodiment, the
本実施形態の固体高分子型燃料電池によれば、ガスケット7を予めセパレータ6に一体化したことにより、上述した第1の実施形態における作用効果に加えて、次のような作用効果が得られる。すなわち、ガスケット7を予めセパレータ6に一体化することによって、積層作業性がさらに向上することになり、積層組み立て時における誤作業を低減させることができる。したがって、歩留まりがより一層改善されると共に、更なる作業の省力化を図ることが可能となる。
According to the polymer electrolyte fuel cell of the present embodiment, by integrating the
(第5の実施形態)
本実施形態の固体高分子型燃料電池は、ガス拡散層3a,3bに含浸部10a,10bを形成する際に、この含浸部10a,10bと一体にガスケット7を形成すると共に、ガス拡散層3aの高分子膜1と接していない部分の含浸部10aと一体に絶縁層12を形成するようにした点に特徴を有するものである。その他の構成については、上述した第1の実施形態のものと同様である。すなわち、本実施形態の固体高分子型燃料電池においても、燃料極2a側のガス拡散層3aの外形を酸化剤極2b側のガス拡散層3bよりも大きくし、セパレータ6の外形と概略同じ形状としている。また、ガス拡散層3aには、図5に示すように、ガスマニホールドに相当する貫通孔が設けられており、高分子膜1と重なる端部付近からマニホールド部を通って周囲部までの部分は、含浸材を含む含浸部10a(図中斜線部)となっている。
(Fifth embodiment)
In the polymer electrolyte fuel cell of the present embodiment, when the impregnated
以上のような構成の固体高分子型燃料電池において、本実施形態では、ガス拡散層3aに含浸部10aを形成する際に、ガスケット7も合わせて一体成形するようにしている。ここで、含浸材としては、ゴム材が好ましい。また、図示は省略するが、酸化剤極2b側のガス拡散層3bに関しては、高分子膜1と重なる端部付近のみ含浸部10bとなっているが、この含浸部10bを形成する際にもガスケット7を合わせて一体成形する。
In the polymer electrolyte fuel cell having the above-described configuration, in the present embodiment, when the
含浸部10aの片面は燃料極2a側のセパレータ6の表面に接しており、対極である酸化剤極2b側のセパレータ6と向かい合った面には、ガスケット成分及び含浸成分と同じ材料で形成された絶縁層12が一体的に設けてある。したがって、ガス拡散層3aは、対極である酸化剤極2b側のセパレータ6とは、一体成形されたガスケット7、絶縁層12、及び空気層11を介して対向することになる。
One surface of the
本実施形態の固体高分子型燃料電池では、ガスケット7並びに絶縁層12を予めガス拡散層3a,3bに含浸一体成形したことにより、第1の実施形態における作用効果に加えて、次のような作用効果が得られる。すなわち、ガス拡散層3a,3bへの含浸材の含浸に合わせて、ガスケット7や絶縁層12の形成が行われるので、工程数を削減することができ、作業性がさらに向上することになる。また、絶縁層12を設けたことにより空気層11に導電性の粒子や液体が入り込んだ場合でもそれら粒子等を介して短絡を生じることが無くなる。したがって、安全性や信頼性の向上を実現でき、また、歩留まりがより一層改善されると共に、更なる作業の省力化を図ることが可能となる。
In the polymer electrolyte fuel cell of the present embodiment, the
1 高分子膜
2a 燃料極
2b 酸化剤極
3a,3b ガス拡散層
4 膜電極複合体
5a 燃料ガス流路
5b 酸化剤ガス流路
6 セパレータ
7 ガスケット
8 固体高分子型燃料電池
9b 酸化剤ガスマニホールド
10a,10b 含浸部
11 空気層
12 絶縁層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (8)
前記膜電極複合体における前記高分子膜は、燃料極側及び酸化剤極側の両面が全域に亘って前記ガス拡散層により覆われているとともに、前記ガス拡散層のうちの一方は、他方のガス拡散層及び前記高分子膜よりも外形寸法が大きいことを特徴とする固体高分子型燃料電池。 A membrane electrode assembly in which a fuel electrode and an oxidant electrode are disposed on both sides of the polymer film, and a gas diffusion layer is provided adjacent to the fuel electrode and the oxidant electrode; A unit cell is constituted by a separator provided with a gas flow path for supplying an oxidant gas, and a gasket provided between the membrane electrode assembly and the separator, and the unit cells are repeatedly arranged in parallel. In a polymer electrolyte fuel cell having a structure,
The polymer membrane in the membrane electrode assembly is covered with the gas diffusion layer on both sides of the fuel electrode side and the oxidant electrode side, and one of the gas diffusion layers is the other polymer electrolyte fuel cell characterized by larger outer dimensions than the gas diffusion layer and the polymer film.
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