JP5578200B2 - 燃料電池スタック並びにその製造方法 - Google Patents
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Description
構成するのに好適な燃料電池スタック並びにその製造方法に関するものである。
アノード反応:H2 → 2H+ + 2e− …(1)
カソード反応:2H+ + 2e− + (1/2)O2 → H2O …(2)
電解質膜電極積層体3の両側には電解質膜4の反応領域を囲む周辺領域にガスケットが配置され、第一、第二セパレータ7A、7Cはこのガスケット18A、18Cを介して電解質膜電極積層体3を挟持する。
図7に示すように、前記第一、第二セパレータ7A、7Cに各凸部21、22の大きさ、プレス後の反り形状等に応じて直線状のライン溶接部35、点状のドット溶接部36を任意に配置したものを実施例1とする。
第一、第二セパレータ7A、7Cと集電板14の間において電流密度が相対的に高い部位に第一、第二セパレータ7A、7Cと集電板14の溶接部11を多く分布させたものを実施例2とする。
図11に示すように、集電板14に電力を取り出す各ボス部67を備え、第一、第二セパレータ7A、7Cと集電板14の溶接部11の分布密度をボス部67に対峙する領域57Cを反応面57に対峙する他の領域より高くするものを実施例3とする。
前記第一、第二セパレータ7A、7Cの背面26と前記集電板14の対向面29を酸性溶液で洗浄することにより表層の酸化皮膜を除去した後、第一、第二セパレータ7A、7Cと集電板14を溶接したものを実施例4とする。
前記第一、第二セパレータ7A、7Cの背面26の酸化皮膜と前記集電板14の対向面29の酸化皮膜をそれぞれ除去した後、第一、第二セパレータ7A、7Cと前記集電板14を溶接したものを実施例5とする。
前記第一、第二セパレータ7A、7Cの背面26と前記集電板14の対向面29の酸化皮膜を機械加工により削って除去した後、第一、第二セパレータ7A、7Cと前記集電板14を溶接したものを実施例6とする。
前記第一、第二セパレータ7A、7Cと前記集電板14を所定の荷重で圧縮した状態で、第一、第二セパレータ7A、7Cと集電板14を溶接したものを実施例7とする。
図13に示すように、前記第一、第二セパレータ7A、7Cの前記集電板14に対峙する背面26に耐食被覆処理層71を形成するものを実施例8とする。
図14に示すように、前記集電板14の前記第一、第二セパレータ7A、7Cに対する対向面29に耐食被覆処理層72を形成するものを実施例9とする。
常温雰囲気にてレーザビームを第一、第二セパレータ7A、7Cを各反応側表面25側に照射して溶接部11を形成した後、耐食処理として、レーザビームを溶接部11の表面および溶接部11の周辺部に対して照射することにより、その照射部を80℃〜200℃の範囲で加熱し、その照射部に不働態皮膜28を形成したものを実施例10とする。
図15に示す実施例は、単一のヒータ17を各集電板14とエンドプレート16の間に介装し、各集電板14にヒータ17が収まる凹部45が形成される一方、エンドプレート16にヒータ17が収まる凹部46が形成されるものである。
図16に示す実施例は、複数のヒータ17を各集電板14とエンドプレート16の間に介装するものである。
変更がなしうることは明白である。
2 燃料電池セル
3 電解質膜電極積層体
4 電解質膜
5A、5C 電極触媒層
7A、7C 第一、第二セパレータ
8A、8C ガス流路
9 温調媒体流路
11 溶接部(接合部)
14 集電板
15 絶縁板
16 エンドプレート
17 ヒータ
25 反応側表面
26 背面
27 耐食被覆処理層
21a リブ平面部
41 溝
42a リブ平面部
Claims (13)
- 対の電極触媒層で電解質膜を挟んで構成した電解質膜電極積層体をさらにその両側からガス流路を画成する波板状の金属製セパレータで挟むことによって燃料電池セルを構成し、これら積層された複数の燃料電池セルを挟持する対の集電板を備え、この集電板を介して燃料電池セルの起電力を取り出す燃料電池スタックにおいて、
前記集電板を加熱するヒータを備え、前記ヒータは、複数に分割されて、前記セパレータと前記集電板との接触部位の少なくとも一部と対峙するように配置され、
前記接触部位の少なくとも一部を互いに接合する接合部を、前記燃料電池セルの積層方向について前記ヒータと直線上に並ぶように配置し、
前記接合部として、前記セパレータの前記ガス流路を画成する溝底を前記集電板に溶接した溶接部を形成することを特徴とする燃料電池スタック。 - 前記セパレータと前記集電板の接触面積に対して前記接合部の占める接合面積割合を5%以上に設定したことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池スタック。
- 前記接合部として前記セパレータを加熱して前記集電板に溶接した溶接部を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池スタック。
- 前記集電板と前記セパレータの間に温調媒体を流通させる温調媒体流路を備え、前記集電板にこの温調媒体流路を画成する溝を形成したことを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の燃料電池スタック。
- 前記集電板の各溝の間に形成されるリブ平面部の幅w4を前記セパレータの前記ガス流路を画成する各溝の間に形成されるリブ平面部の幅w3より大きく形成したことを特徴とする請求項4に記載の燃料電池スタック。
- 前記セパレータの前記電解質膜電極積層体に対峙する反応側表面に耐食被覆処理層を形成したことを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載の燃料電池スタック。
- 前記セパレータと前記集電板の間に温調媒体流路を形成し、互いに対峙する前記セパレータの背面と前記集電板の対向面の少なくとも一方に耐食被覆処理層を形成したことを特徴とする請求項1から6のいずれか一つに記載の燃料電池スタック。
- 前記接合部として前記セパレータを加熱して集電板に溶接する溶接部を備え、少なくともこの溶接部の表面に耐食処理を施したことを特徴とする請求項1から7のいずれか一つに記載の燃料電池スタック。
- 前記接合部として前記セパレータと前記集電板同士を圧縮した状態で両者を溶接したことを特徴とする請求項1から8のいずれか一つに記載の燃料電池スタック。
- 対の電極触媒層で電解質膜を挟んで構成した電解質膜電極積層体をさらにその両側からガス流路を画成する波板状の金属製セパレータで挟むことによって燃料電池セルを構成し、積層された複数の燃料電池セルを挟持する対の集電板と、前記集電板を加熱するヒータとを備え、前記集電板を介して燃料電池セルの起電力を取り出す燃料電池スタックの製造方法において、
前記ヒータは、複数に分割されて、前記セパレータと前記集電板との接触部位の少なくとも一部と対峙するように配置され、
前記接触部位の少なくとも一部を互いに接合する接合部を、前記燃料電池セルの積層方向について前記ヒータと直線上に並ぶように配置し、
前記接合部として互いに対峙する前記セパレータにおける前記ガス流路を画成する溝底の背面と前記集電板の対向面の少なくとも一方の表層の酸化皮膜を除去した後に両者を溶接することを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。 - 前記接合部として互いに対峙する前記セパレータの背面と前記集電板の対向面の少なくとも一方を酸性溶液で洗浄して酸化皮膜を除去した後に両者を溶接することを特徴とする請求項10に記載の燃料電池スタックの製造方法。
- 前記接合部として互いに対峙する前記セパレータの背面と前記集電板の対向面の少なくとも一方を酸性溶液中で所定の電位をかけて酸化皮膜を除去した後に両者を溶接することを特徴とする請求項10に記載の燃料電池スタックの製造方法。
- 前記接合部として互いに対峙する前記セパレータの背面と前記集電板の対向面の少なくとも一方を削って酸化皮膜除去した後に両者を溶接することを特徴とする請求項10に記載の燃料電池スタックの製造方法。
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