JP5239960B2 - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP5239960B2
JP5239960B2 JP2009060470A JP2009060470A JP5239960B2 JP 5239960 B2 JP5239960 B2 JP 5239960B2 JP 2009060470 A JP2009060470 A JP 2009060470A JP 2009060470 A JP2009060470 A JP 2009060470A JP 5239960 B2 JP5239960 B2 JP 5239960B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
separator
gas
fuel cell
flow path
assembly
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009060470A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010218700A (en
Inventor
裕樹 岡部
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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 Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2009060470A priority Critical patent/JP5239960B2/en
Publication of JP2010218700A publication Critical patent/JP2010218700A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5239960B2 publication Critical patent/JP5239960B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、固体高分子電解質型燃料電池のセルアセンブリの構造に関する。   The present invention relates to a structure of a cell assembly of a solid polymer electrolyte fuel cell.

固体高分子電解質型燃料電池の1つのセルのアセンブリ(以下、「セルアセンブリ」と呼ぶ)は、従来、膜電極接合体(「MEA」あるいは「MEGA」とも呼ばれる)を、両側からセパレータのアセンブリ(以下、「セパレータアセンブリ」と呼ぶ)で挟持して、ラミネートあるいはロウ付けにより接合させた構造を有している。   An assembly of one cell of a solid polymer electrolyte fuel cell (hereinafter referred to as “cell assembly”) has conventionally been made by combining a membrane electrode assembly (also referred to as “MEA” or “MEGA”) with a separator assembly (from both sides) (Hereinafter referred to as “separator assembly”) and bonded by lamination or brazing.

しかしながら、セパレータアセンブリを膜電極接合体にラミネートあるいはロウ付けにより接合させる構造では、装置コスト低減化や軽量化の面で不十分であり、さらなる工夫による低コスト化や軽量化が望まれている。   However, the structure in which the separator assembly is bonded to the membrane electrode assembly by laminating or brazing is insufficient in terms of reducing the apparatus cost and reducing the weight, and further reduction in cost and weight is desired by further efforts.

特開2005−142000号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-142000 特開2008−123883号公報JP 2008-123883 A

本発明は、燃料電池のセルアセンブリの構造のさらなる工夫により、装置の低コスト化、軽量化を図る技術を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a technique for reducing the cost and weight of a device by further devising the structure of a cell assembly of a fuel cell.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]
燃料電池のセルアセンブリであって、
固体高分子電解質膜の両面に、触媒電極層とガス拡散層とガス流路とが順に積層されることにより形成される膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に、前記ガス流路を流れるガスを遮断するために積層される第1と第2のセパレータと、前記第2のセパレータの上面に積層された冷却媒体流路形成用の第3のセパレータと、で構成される積層体を備え、
前記第3のセパレータが積層される前記積層体面上において、前記第3のセパレータにより形成される前記冷却媒体流路と、前記冷却媒体流路に対する前記冷媒の給排孔と、前記ガス流路に対するガスの給排を実行するための複数のマニホールド孔およびガス案内溝と、を覆うことなく、前記マニホールド孔の側壁を覆うように、ガスケットを設けることにより、前記膜電極接合体と、前記第1ないし第3のセパレータとが一体化されている
ことを特徴とする燃料電池のセルアセンブリ。
適用例1の燃料電池のセルアセンブリによれば、従来のように、ラミネートやロウでセパレータアセンブリを膜電極接合体に接合させる作業をなくして、前記膜電極接合体および前記第1ないし第3のセパレータによる燃料電池のセルアセンブリを一体化の構造とすることができ、低コスト化や軽量化が可能かとなる。
[Application Example 1]
A cell assembly of a fuel cell,
A membrane electrode assembly formed by sequentially laminating a catalyst electrode layer, a gas diffusion layer, and a gas channel on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and the gas channel on both sides of the membrane electrode assembly A laminate comprising: first and second separators stacked to block gas flowing through the second separator; and a third separator for forming a cooling medium flow path stacked on the upper surface of the second separator. With
On the surface of the laminate on which the third separator is laminated, the cooling medium flow path formed by the third separator, the refrigerant supply / discharge hole with respect to the cooling medium flow path, and the gas flow path By providing a gasket so as to cover a side wall of the manifold hole without covering a plurality of manifold holes and gas guide grooves for performing supply and discharge of gas, the membrane electrode assembly, and the first A cell assembly of a fuel cell, wherein the third separator and the third separator are integrated.
According to the cell assembly of the fuel cell of Application Example 1, it is possible to eliminate the operation of joining the separator assembly to the membrane electrode assembly by lamination or brazing as in the prior art, and the membrane electrode assembly and the first to third components. The cell assembly of the fuel cell using the separator can be made into an integrated structure, and it is possible to reduce the cost and weight.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池のセルアセンブリ、これを用いた燃料電池や燃料電池スタック、この燃料電池を用いた燃料電池システム等の種々の形態で実現することが可能である。   The present invention can be realized in various forms, for example, various types of fuel cell assembly, a fuel cell and a fuel cell stack using the cell assembly, a fuel cell system using the fuel cell, and the like. It can be realized in the form.

本発明の第1実施例としての燃料電池のセルアセンブリ10を示す概略平面図である。1 is a schematic plan view showing a cell assembly 10 of a fuel cell as a first embodiment of the present invention. 図1の概略断面であり図2(A)が図1のA−A断面を示し図2(B)が図1のB−B断面を示している。FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of FIG. 1, FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. 実施例の燃料電池のセルアセンブリを複数スタックした状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which stacked several cell assemblies of the fuel cell of the Example. 第1実施例の燃料電離のセルアセンブリの変形例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the modification of the cell assembly of the fuel ionization of 1st Example. 本発明の第2実施例としての燃料電池セルのセルアセンブリ10Aを示す概略平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view showing a cell assembly 10A of a fuel cell as a second embodiment of the present invention.

本発明の実施の形態を、実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1実施例:
B.第2実施例:
Embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:

A.第1実施例:
図1は、本発明の第1実施例としての燃料電池のセルアセンブリ10を示す概略平面図である。図中、クロスハッチングで示す領域はセルアセンブリ10の最上面に設けられたガスケット100を示しており、破線で示すラインは、ガスマニホールド孔12,13およびガス案内溝14,15を通過する第1のガスと,ガスマニホールド孔22,23およびくし歯状のガス案内溝24,25を通過する第2のガスと、冷媒マニホールド孔32、33および冷媒流路34を通過する冷媒と、をそれぞれ、互いにシールドするためのシールドラインを示している。
A. First embodiment:
FIG. 1 is a schematic plan view showing a cell assembly 10 of a fuel cell as a first embodiment of the present invention. In the drawing, a region indicated by cross-hatching indicates a gasket 100 provided on the uppermost surface of the cell assembly 10, and a line indicated by a broken line is a first that passes through the gas manifold holes 12 and 13 and the gas guide grooves 14 and 15. Gas, the second gas passing through the gas manifold holes 22 and 23 and the comb-shaped gas guide grooves 24 and 25, and the refrigerant passing through the refrigerant manifold holes 32 and 33 and the refrigerant flow path 34, respectively. A shield line for shielding each other is shown.

図2は、図1の概略断面であり、図2(A)が図1のA−A断面を示し、図2(B)が図1のB−B断面を示している。   2 is a schematic cross-sectional view of FIG. 1, FIG. 2 (A) shows the AA cross section of FIG. 1, and FIG. 2 (B) shows the BB cross section of FIG. 1.

図2(A),(B)に示すように、このセルアセンブリ10は、両面に触媒電極層が積層される固体高分子電解質膜(以下、単に「電解質膜」と呼ぶ)210の両面にガス拡散層220,230、ガス流路240,250、セパレータ260,270を積層し、セパレータ260の上面に冷媒流路34中の整流用のセパレータ280を積層した積層体200を有する。そして、この積層体200の上面において、整流用のセパレータ280を含む冷媒流路34と、冷媒マニホールド孔32,33と、第1のガスに対応するガスマニホールド孔12,13およびガス案内溝14,15と、記第2のガスに対応するガスマニホールド孔22,23およびくし歯状のガス案内溝24,25を除いて、各マニホールド孔12,13,22,23,32,34の側壁を全体的に覆うように、ガスケットを密接して設けた構成を有している。ガスケット100くしの上面には、シールラインに沿ってシール部110が設けられている。   As shown in FIGS. 2A and 2B, this cell assembly 10 has gas on both sides of a solid polymer electrolyte membrane (hereinafter simply referred to as “electrolyte membrane”) 210 having catalyst electrode layers laminated on both sides. Diffusion layers 220 and 230, gas flow paths 240 and 250, and separators 260 and 270 are stacked, and a laminate 200 is formed by stacking the rectifying separator 280 in the refrigerant flow path 34 on the upper surface of the separator 260. Then, on the upper surface of the laminate 200, the refrigerant flow path 34 including the rectifying separator 280, the refrigerant manifold holes 32 and 33, the gas manifold holes 12 and 13 corresponding to the first gas, and the gas guide grooves 14 and 15 and the side walls of the manifold holes 12, 13, 22, 23, 32, and 34 except for the gas manifold holes 22 and 23 and the comb-shaped gas guide grooves 24 and 25 corresponding to the second gas. Thus, the gasket is provided in close contact so as to cover it. A seal portion 110 is provided on the upper surface of the gasket 100 along the seal line.

図3は、実施例の燃料電池のセルアセンブリを複数スタックした状態を示す説明図である。図3に示すように、複数のセルアセンブリをスタックした際には、下側のセパレータ270にシール部110が密接することになるので、確実に、第1のガスと、第2のガスと、冷媒と、をそれぞれ互いにシールすることが可能である。   FIG. 3 is an explanatory view showing a state in which a plurality of cell assemblies of the fuel cell of the embodiment are stacked. As shown in FIG. 3, when the plurality of cell assemblies are stacked, the seal portion 110 is in intimate contact with the lower separator 270, so that the first gas, the second gas, The refrigerant can be sealed with each other.

以上のように、本実施例の燃料電池のセルアセンブリ10は、従来のセルアセンブリのように、電極接合体およびガス流路に、ラミネートやロウ材を用いて接合する工程が必要なく、低コスト化および軽量化を図ることができる。   As described above, the cell assembly 10 of the fuel cell according to the present embodiment does not require a process of joining the electrode assembly and the gas flow path using the laminate or the brazing material unlike the conventional cell assembly, and is low in cost. And weight reduction can be achieved.

なお、第1の実施例は、以下で説明する態様に変形することもできる。図4は、第1実施例の燃料電離のセルアセンブリの変形例を示す説明図である。図4(A)に示すように、最下部のセパレータ270のうち、マニホールドのさらに外側にあるセパレータ270の部分をプレスしてもよいし、かしめて変形させてもよい。このようにすることにより、セルアセンブリの剛性を高めて、ガスケットによるシール性を向上させることができる。   Note that the first embodiment can be modified to a mode described below. FIG. 4 is an explanatory view showing a modification of the fuel ionization cell assembly of the first embodiment. As shown in FIG. 4A, a portion of the separator 270 further outside the manifold may be pressed out of the lowermost separator 270, or may be deformed by caulking. By doing in this way, the rigidity of a cell assembly can be improved and the sealing performance by a gasket can be improved.

また、マニホールドの外周部に設けられたシール部は、図4(B)に示すように、ベースとなる底寸部を設けて、シール部を設けるようにしてもよい。このようにすることにより、セルアセンブリをスタックした際のシール性をよりいっそう向上させることができる。   Further, as shown in FIG. 4B, the seal portion provided on the outer peripheral portion of the manifold may be provided with a bottom dimension portion serving as a base to provide a seal portion. By doing so, the sealing performance when the cell assemblies are stacked can be further improved.

また、セパレータ260を、図4(C)に示すように、マニホールドの外周部にまで設けるようにしてもよい。セパレータ270とあわせることにより、製造の容易性が向上する。反対に、セパレータ270をセパレータ260と同様に、マニホールドの内側にのみ設ける構成であってもよい。   Further, as shown in FIG. 4C, the separator 260 may be provided up to the outer periphery of the manifold. By combining with the separator 270, the ease of manufacturing is improved. On the other hand, the separator 270 may be provided only inside the manifold, like the separator 260.

なお、以上第1実施例および変形例では、セパレータ260と冷媒整流用のセパレータ280は別体の構造であるものとして説明してきたが、一体化構造のセパレータであってもよい。   In the first embodiment and the modification, the separator 260 and the refrigerant rectifying separator 280 have been described as separate structures. However, an integrated structure separator may be used.

B.第2実施例:
図5は、本発明の第2実施例としての燃料電池セルのセルアセンブリ10Aを示す概略平面図である。図1に示すように、第1実施例の燃料電池のセルアセンブリ10は、上下のガスマニホールド孔22,23にくし歯状のガス案内溝24,25が設けられており、冷媒流路34中に冷媒案内用のくし歯36,38が設けられている例を示しているが、図5に示した本実施例のセルアセンブリ10Aのように、くし歯状の案内溝や冷媒案内用のくし歯は省略することができる。なお、そのA−A断面図は、第1実施例の図2(B)に示したB−B断面図とほぼ同じであるので、図示および説明を省略する。
B. Second embodiment:
FIG. 5 is a schematic plan view showing a cell assembly 10A of a fuel cell as a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the cell assembly 10 of the fuel cell according to the first embodiment is provided with comb-like gas guide grooves 24 and 25 in the upper and lower gas manifold holes 22 and 23. FIG. 5 shows an example in which comb teeth 36, 38 for refrigerant guidance are provided. Like the cell assembly 10A of the present embodiment shown in FIG. 5, comb-shaped guide grooves and refrigerant guidance combs are shown. Teeth can be omitted. Since the AA sectional view is substantially the same as the BB sectional view shown in FIG. 2B of the first embodiment, the illustration and description are omitted.

第2実施例においても、第1実施例のセルアセンブリと同様に、従来のセルアセンブリのように、電極接合体およびガス流路に、ラミネートやロウ材を用いて接合する工程が必要なく、低コスト化および軽量化を図ることができる。また、図4を用いて説明した変形例を適用することも可能である。   In the second embodiment, as in the case of the cell assembly of the first embodiment, there is no need for a step of bonding to the electrode assembly and the gas flow path using a laminate or a brazing material as in the conventional cell assembly. Cost and weight can be reduced. Further, the modification described with reference to FIG. 4 can be applied.

なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。   In addition, this invention is not restricted to said Example and embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it is possible to implement in various aspects.

10…セルアセンブリ
10A…セルアセンブリ
12,13…ガスマニホールド孔
14、15…ガス案内溝
22、23…ガスマニホールド孔
24,25…ガス案内溝
32、33…冷媒マニホールド孔
34…冷媒流路
36,38…くし歯
100…ガスケット
110…シール部
200…積層体
210…電解質膜
220,230…ガス拡散層
240,250…ガス流路
260…セパレータ
270…セパレータ
280…セパレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Cell assembly 10A ... Cell assembly 12, 13 ... Gas manifold hole 14, 15 ... Gas guide groove 22, 23 ... Gas manifold hole 24, 25 ... Gas guide groove 32, 33 ... Refrigerant manifold hole 34 ... Refrigerant flow path 36, 38 ... comb teeth 100 ... gasket 110 ... seal part 200 ... laminate 210 ... electrolyte membrane 220, 230 ... gas diffusion layer 240, 250 ... gas flow path 260 ... separator 270 ... separator 280 ... separator

Claims (1)

燃料電池のセルアセンブリであって、
固体高分子電解質膜の両面に、触媒電極層とガス拡散層とガス流路とが順に積層されることにより形成される膜電極接合体と、前記膜電極接合体の両面に、前記ガス流路を流れるガスを遮断するために積層される第1と第2のセパレータと、前記第2のセパレータの上面に積層された冷却媒体流路形成用の第3のセパレータと、で構成される積層体を備え、
前記第3のセパレータが積層される前記積層体面上において、前記第3のセパレータにより形成される前記冷却媒体流路と、前記冷却媒体流路に対する前記冷媒の給排孔と、前記ガス流路に対するガスの給排を実行するための複数のマニホールド孔およびガス案内溝と、を覆うことなく、前記マニホールド孔の側壁を覆うように、ガスケットを設けることにより、前記膜電極接合体と、前記第1ないし第3のセパレータとが一体化されている
ことを特徴とする燃料電池のセルアセンブリ。
A cell assembly of a fuel cell,
A membrane electrode assembly formed by sequentially laminating a catalyst electrode layer, a gas diffusion layer, and a gas channel on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and the gas channel on both sides of the membrane electrode assembly A laminate comprising: first and second separators stacked to block gas flowing through the second separator; and a third separator for forming a cooling medium flow path stacked on the upper surface of the second separator. With
On the surface of the laminate on which the third separator is laminated, the cooling medium flow path formed by the third separator, the refrigerant supply / discharge hole with respect to the cooling medium flow path, and the gas flow path By providing a gasket so as to cover a side wall of the manifold hole without covering a plurality of manifold holes and gas guide grooves for performing supply and discharge of gas, the membrane electrode assembly, and the first A cell assembly of a fuel cell, wherein the third separator and the third separator are integrated.
JP2009060470A 2009-03-13 2009-03-13 Fuel cell Expired - Fee Related JP5239960B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009060470A JP5239960B2 (en) 2009-03-13 2009-03-13 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009060470A JP5239960B2 (en) 2009-03-13 2009-03-13 Fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010218700A JP2010218700A (en) 2010-09-30
JP5239960B2 true JP5239960B2 (en) 2013-07-17

Family

ID=42977327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009060470A Expired - Fee Related JP5239960B2 (en) 2009-03-13 2009-03-13 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5239960B2 (en)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4213515B2 (en) * 2003-05-16 2009-01-21 パナソニック株式会社 Polymer electrolyte fuel cell
JP2006216240A (en) * 2005-02-01 2006-08-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid polymer fuel cell
JP4880995B2 (en) * 2005-12-27 2012-02-22 本田技研工業株式会社 Fuel cell module and fuel cell stack
JP2007250208A (en) * 2006-03-13 2007-09-27 Daikyo Nishikawa Kk Manufacturing method of fuel cell
EP2306567B1 (en) * 2008-05-28 2014-03-26 Panasonic Corporation Fuel cell
JP5181969B2 (en) * 2008-09-25 2013-04-10 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010218700A (en) 2010-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6118225B2 (en) Electrolyte membrane / electrode structure with resin frame for fuel cells
JP5412804B2 (en) Fuel cell stack
JP5087863B2 (en) Fuel cell
JP2000182639A (en) Sealing member and fuel cell using it
CA2866812A1 (en) Fuel cell stack and seal plate used for the same
CA2991279C (en) Fuel cell for reducing leakage of gas and water vapor
WO2014156152A1 (en) Fuel cell stack
JP2015090793A (en) Resin frame-attached electrolyte membrane-electrode structure for fuel batteries
JP6783695B2 (en) Manufacturing method of fuel cell single cell
JP2010040169A (en) Fuel cell and manufacturing method of same
JP5239960B2 (en) Fuel cell
CN115149057B (en) Power generation cell and membrane electrode assembly with resin frame
JP6666665B2 (en) Electrolyte membrane / electrode structure with resin frame for fuel cells
JP2006216400A (en) Seal structure of separator for fuel cell, seal structure between two or more members
JP4844039B2 (en) Fuel cell
JP5907053B2 (en) Fuel cell
JP5428923B2 (en) Seal structure for fuel cell
JP2008282591A (en) Fuel cell
JP2015035312A (en) Membrane electrode joined body with frame, fuel cell single cell and fuel cell stack
JP5007515B2 (en) Fuel cell
JP2010055770A (en) Fuel cell separator and fuel cell using the same
JP6544229B2 (en) Fuel cell
JP5364990B2 (en) Fuel cell
JP5024503B2 (en) Fuel cell seal
JP2017050206A (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110912

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130227

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130305

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130318

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160412

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5239960

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160412

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees