JP5907441B2 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池 Download PDF

Info

Publication number
JP5907441B2
JP5907441B2 JP2014509158A JP2014509158A JP5907441B2 JP 5907441 B2 JP5907441 B2 JP 5907441B2 JP 2014509158 A JP2014509158 A JP 2014509158A JP 2014509158 A JP2014509158 A JP 2014509158A JP 5907441 B2 JP5907441 B2 JP 5907441B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
electrode assembly
membrane electrode
support
conductive porous
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
JP2014509158A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2013151019A1 (ja
Inventor
桂太 入月
桂太 入月
陽介 福山
陽介 福山
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.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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 Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2014509158A priority Critical patent/JP5907441B2/ja
Publication of JPWO2013151019A1 publication Critical patent/JPWO2013151019A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5907441B2 publication Critical patent/JP5907441B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023Porous and characterised by the material
    • H01M8/0232Metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241Composites
    • H01M8/0245Composites in the form of layered or coated products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0247Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form
    • H01M8/0254Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the form corrugated or undulated
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0202Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2457Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with both reactants being gaseous or vaporised
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/2483Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • 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

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、例えば固体高分子形の燃料電池に関する。
この種の従来技術として、「固体高分子形燃料電池」とした名称において特許文献1に開示されたものがある。
特許文献1に開示された固体高分子形燃料電池は、高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜の一方の面に設けられる電極触媒層と、導電性を備え、発電用ガスを遮断するためのセパレータと、上記電極触媒層とセパレータとの間に配置され、その電極触媒層と共に電極を形成する電極部材とを備え、その電極部材は、電極触媒層に対して直接接触する第1の接触部と、前記セパレータに対して直接接触する第2の接触部と、前記ガスが流れるガス拡散路とを備え、さらに上記電極部材は、多数の開孔が形成されるとともに、波形形状に折り曲げた導電性の板状部材から構成されているものである。
WO2010/061703号公報
上記した特許文献1に記載の「固体高分子形燃料電池」では、導電性の多孔質部材を採用することで発電用ガスの輸送抵抗は低減することが可能になったが、アクティブ領域内において発電用ガスがその流れ方向に対して交差する方向に流れるために配流がばらついてしまう。
そこで本発明は、発電用ガスの輸送抵抗の低減とともに、その発電用ガスの流れに交差する方向への発電用ガスの流れを規制して、アクティブ領域内の配流ばらつきを低減させられる燃料電池の提供を目的としている。
上記課題を解決するための本発明は、電解質膜の両側に触媒層を接合した膜電極接合体を有するとともに、その膜電極接合体の両側に二種類の発電用ガスを流通させるためのガス流通空間をそれぞれ形成するようにして一対のセパレータを配設したものであり、上記膜電極接合体の両側に区画形成された両ガス流通空間のうち、少なくとも一方のものに、波形状に折り曲げられ且つ膜電極接合体と電気的に接続される導電性多孔質基材を配置し、かつ、そのガス流通空間を発電用ガスの流通方向複数のガス流通路に分割するためのガス流通路分割部材を配置している。
この構成においては、ガス流通空間を流通する発電用ガスは、ガス流通路を流通することにより、発電用ガスの流通方向と交差する発電用ガスの流れを規制し、配流性を低下させることがない。また、波形状に折り曲げた導電性多孔質基材を配置していることにより、発電用ガスの輸送抵抗を低減させている。
本発明によれば、その発電用ガスの流通方向に交差する発電用ガスの流れを規制して、アクティブ領域内の配流ばらつきとともに、発電用ガスの輸送抵抗を低減させることができる。
本発明の第一の実施形態に係る燃料電池を適用した燃料電池スタックの斜視図である。 同上の燃料電池スタックの分解斜視図である。 (A)本発明の第一の実施形態に係る燃料電池の一方のセパレータの構造を示す正面図である。(B)本発明の第一の実施形態に係る燃料電池のフレームの構造を示す正面図である。 図3(A)に示す本発明の第一の実施形態に係る燃料電池の一方のセパレータと、図3(B)に示す本発明の第一の実施形態に係る燃料電池のフレームと、もう一方のセパレータと導電性多孔質基材とを配設させた燃料電池であって、図3(A)のI‐I線に沿う断面の一部を拡大して示す部分拡大断面図である。 (A)は、導電性多孔質基材の一例である金網の圧延加工をする前の状態、(B)は、金網の圧延加工をした後の状態を示す説明図である。 第二の実施形態に係る燃料電池の上記した図3(A)に示すI‐I線に沿う断面の一部に相当する部分拡大断面図である。 (A)は、本発明の第三の実施形態に係る燃料電池の一方のセパレータの構造を示す正面図、(B)は、その燃料電池のセパレータと、もう一方のセパレータとフレームと導電性多孔質基材とを配設させた燃料電池であって、図7(A)に示すI‐I線に沿う断面の一部に相当する部分拡大断面図である。 第四の実施形態に係る燃料電池の上記した図3(A)に示すI‐I線に沿う断面の一部に相当する部分拡大断面図である。 第五の実施形態に係る燃料電池の上記した図3(A)に示すI‐I線に沿う断面の一部に相当する部分拡大断面図である。 第六の実施形態に係る燃料電池の上記した図3(A)に示すI‐I線に沿う断面の一部に相当する部分拡大断面図である。 第七の実施形態に係る燃料電池の上記した図3(A)に示すI‐I線に沿う断面の一部に相当する部分拡大断面図である。 第八の実施形態に係る燃料電池の上記した図3(A)に示すI‐I線に沿う断面の一部に相当する部分拡大断面図である。 第九の実施形態に係る燃料電池の上記した図3(A)に示すI‐I線に沿う断面の一部に相当する部分拡大断面図である。
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池を適用した燃料電池スタックの斜視図、図2は、その燃料電池スタックの分解斜視図である。
燃料電池スタックBは、図1,2に示すように、一対のエンドプレート20,21間に、集電板8,11及び本発明の第一の実施形態に係る複数の燃料電池A1を積層させ、かつ、それらのエンドプレート20,21により、上記燃料電池A1どうしを挟圧するようにして締結板30,32及び補強板40,40によって締結したものである。
本実施形態において示すエンドプレート20は合成樹脂製のものであり、それは、所要の厚みを有し、かつ、水平方向(発電用ガスの流通方向)αに長い横長方形にして形成されている。
このエンドプレート20の中心には、集電板8の電極8aを外部に突出させるための電極孔20Aが形成されている。
また、上記水平方向αにおける両側部には、後述する水素含有ガス、酸素含有ガス、又は冷却流体の供給・排出を行うためのマニホールド孔60a〜60c、マニホールド孔60d〜60fに対向して、カソード流入側開口20a,冷却水流入側開口20b及びアノード流出側開口20c、及びアノード流入側開口20d,冷却水流出側開口20e及びカソード流出側開口20fが配列形成されている。
エンドプレート20の上辺縁20gと下辺縁20hには、詳細を後述する締結板30,30の締結用係止片31,31を取り付けるための取付け凹部22と取付け凹部23とが形成されている。
エンドプレート20の上記した水平方向αにおける辺縁20i,20jには、詳細を後述する補強板40,40の係止片41,41を取り付けるための取付け凹部24,24が形成されている。
エンドプレート21は、上記したエンドプレート20と同形同大に形成されており、その中心に電極孔21Aを形成しているとともに、各辺縁には、上記したエンドプレート20に形成している凹部22〜24と同じ凹部(図示しない)を形成している。なお、上述したエンドプレート20について説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
締結板30は、平面視において横長方形に形成されており、辺縁30a,30bには、所要の長さと一定の幅にした締結用係止片31,31が図示下向きに折曲形成されている。
締結板32は、上記締結板30と同じ横長方形に形成されているとともに、辺縁には、所要の長さと一定の幅にした締結用係止片31,31が図示上向きに折曲形成されている。
補強板40は、互いに積層した複数の燃料電池A1の撓みを防止するためのものであり、側面視において横長方形に形成されており、図示上下辺縁には、これらの辺縁の全長にわたり一定の幅にして係止用締結片41,41が形成されている。
なお、図1,2において示す9はボルト、10はスペーサである。
図3(A)は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池の一方のセパレータの構造を示す正面図、(B)は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池のフレームの構造を示す正面図、図4は、図3(A)に示す本発明の第一の実施形態に係る燃料電池の一方のセパレータと、図3(B)に示す本発明の第一の実施形態に係る燃料電池のフレームと、もう一方のセパレータと導電性多孔質基材とを配設させた燃料電池であって、図3(A)のI‐I線に沿う断面の一部を拡大して示す部分拡大断面図である。また、図5(A)は、導電性多孔質基材の一例である金網の圧延加工をする前の状態、(B)は、金網の圧延加工をした後の状態を示す説明図である。
本発明の第一の実施形態に係る燃料電池A1は、フレーム60に配した膜電極接合体50の両側に、二種類の発電用ガスを流通させるためのガス流通空間εをそれぞれ形成するようにして一対のセパレータ70,70を配設した構成のものである。
「発電用ガス」は、水素含有ガスと酸素含有ガスである。
フレーム60は樹脂製のものであり、本実施形態においては、燃料電池A1の積層方向β(図1参照)から見た正面視において横長方形にし、かつ、ほぼ一定の板厚にして形成されたものであり、これの中央部分に膜電極接合体50を配置している。
膜電極接合体50は、MEA(Membrane Electrode Assembly)とも呼称されるものであり、例えば固体高分子から成る電解質膜51を、例えば白金担持触媒等の触媒層52,53を積層したものである。
フレーム60であって上記膜電極接合体50の両側部には、図3(B)に示すように、水素含有ガス、酸素含有ガス、又は冷却流体の供給・排出を行うためのマニホールド孔60a〜60c、マニホールド孔60d〜60fが形成されている。
マニホールド孔60a〜60cは、それぞれ水素含有ガス供給用、冷却流体排出用及び酸素含有ガス排出用のものである。
マニホールド孔60d〜60fは、酸素含有ガス供給用、冷却流体供給用及び水素含有ガス排出用のものである。
セパレータ70,70は、それぞれステンレス等の金属板をプレス成形したものであり、上記フレーム60と同形同大の横長方形のものであり、上記マニホールド孔60a〜60c,60d〜60fに対向する位置に、同等のマニホールド孔70a〜70c,70d〜70f、70a〜70c,70d〜70fが形成されている。
このセパレータ70は、上記した膜電極接合体50に対向する中央部分を凹凸形状に加工した複数のガス流通路分割部材(以下、「リブ」という。)71を、発電用ガスの流通方向(上記した水平方向)αとほぼ平行に形成している。これにより、ガス流通空間εを発電用ガスの流通方向αとほぼ平行な複数のガス流通路ε1に分割している。
上記したリブ71の形成ピッチは均一でも不均一でもよく、また、発電用ガスの分配性の許す限り、なるべく広く、例えば2mm以上に設定するとよい。
「アクティブ領域76」は、膜電極接合体50に対向する領域のことである。
上記セパレータ70,70の表面側には、マニホールド孔70c,70dからアクティブ領域76にかけて、酸素含有ガス又は水素含有ガスの流通領域であるディフューザ部75が形成されている。
本実施形態においては、膜電極接合体50の両側に区画形成された両ガス流通空間ε,εの双方にそれぞれ導電性多孔質基材80を配設している。
導電性多孔質基材80は、ガス流通路ε1に対向する部分を波形状に折り曲げた折曲げ部80aを備えており、折曲げ部80aを各ガス流通路ε1に収容配置している。
本実施形態においては、ガス流通路ε1内に二つの折曲げ部80a,80aを収容した例について示しているが、これに限るものではない。
上記の導電性多孔質基材80は、曲げ(引張り)強度10MPa以上の織ったり編んだりした網、線材同士を固定させた網、多孔プレート、エキスパンドメタル等を用いることができる。
本実施形態においては、図5(A)に示す金網Wを、同図(B)に示すように、板厚を潰す方向に圧延加工された金網Waにより導電性多孔質基材80を形成されている。
金網Waの圧延率としては、同図(B)に示すように50%程度(t/2)でよいが、圧延率は大きい方がよい。
圧延加工された金網を採用することにより、燃料電池A1を構成する部材の厚みを低減させることができ、これにより積層される燃料電池A1のピッチを低減することができる。また、加工硬化や密度増加により金網強度が増大し、さらには、金網Waの平面度が良くなることで、膜電極接合体への金網凹凸に起因する機械的入力やセル面圧ばらつきを低減することができる。
なお、上記の導電性多孔質基材80の折曲げ部80aの波形加工は、三角波、サイン波、コルゲート等にすることができる。
以上の構成からなる燃料電池A1では、次の効果を得ることができる。
・発電用ガスがガス流通空間εを流れる際に、リブ71がないと、発電用ガスは、供給用マニホールド孔と排出用マニホールド孔との間の最短ルートを流れるために、発電用ガスがアクティブ領域内全体に拡散されずに配流ばらつきが生じてしまう。しかし、リブ71によって、ガス流通空間εが発電用ガスの流通方向αとほぼ平行な複数のガス流通路ε1に分割されるので、ガス流れ交差方向へのガスの流れを抑制して、アクティブ領域内の配流ばらつきを低減させられる。
・導電性多孔質基材80によって電子移動させるので、発電用ガスの輸送抵抗が低減する。
・リブ71間のピッチが大きいほど、流路比率が上がるため発電用ガスの輸送抵抗の低減代を大きくすることができる。
次に、図6,7を参照して、第二,第三の実施形態に係る燃料電池について説明する。図6は、第二の実施形態に係る燃料電池の上記した図3(A)に示すI‐I線に沿う断面の一部に相当する部分拡大断面図、図7(A)は、本発明の第三の実施形態に係る燃料電池の一方のセパレータの構造を示す正面図、(B)は、その燃料電池のセパレータと、もう一方のセパレータとフレームと導電性多孔質基材とを配設させた燃料電池であって、図7(A)に示すI‐I線に沿う断面の一部に相当する部分拡大断面図である。なお、図6,7において、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
図6に示す第二の実施形態に係る燃料電池A2は、上記した燃料電池A1と同等の基本構造になっているが、上記したセパレータ70,70に代えて、平板なセパレータ70A,70Aを用いているとともに、導電性部材からなる断面正方形のガス流通路分割部材100,100を、セパレータ70A,70Aに接合したものである。
本実施形態においては、ガス流通路分割部材100,100により、ガス流通空間ε内にガス流通路ε1を分割形成している。
図7に示す第三の実施形態に係る燃料電池A3は、セパレータの構成が上記した燃料電池A1と相違している。
セパレータ70B,70Bは、膜電極接合体50に対向する中央部分(アクティブ領域76)を凹凸形状に長孔エンボス加工した複数のリブ72(ガス流通路分割部材)を、発電用ガスの流通方向αとほぼ平行に形成したものである。これにより、ガス流通空間εを発電用ガスの流通方向とほぼ平行な複数のガス流通路ε1に分割している。
次に、図8〜10を参照して、第四〜第六の実施形態に係る燃料電池について説明する。図8〜10は、第四〜六の実施形態に係る燃料電池の上記した図3(A)に示すI‐I線に沿う断面の一部に相当する部分拡大断面図である。
図8に示す第四の実施形態に係る燃料電池A4は、上記した平板なセパレータ70A,70Aを用いているとともに、ガス流通空間ε内に波形状に折り曲げた折曲げ部80bを備えた導電性多孔質基材80を用いている。そして、上記したリブ71に相当する部分aの導電性多孔質基材80の開口率を部分a以外の部分の開口率よりも小さくしてガス流通路分割部材を構成したものである。この構成により、上記したリブ71に相当するものを加工する必要がない。
また、上記したリブ71に相当する部分aを樹脂モールドしてもよい。
図9に示す第五の実施形態に係る燃料電池A5は、上記した平板なセパレータ70A,70Aを用いているとともに、導電性多孔質基材80,80とセパレータ70A,70Aとの間に、流路分割部材110を介挿したものである。
流路分割部材110は、導電性多孔質基材からなるものであり、その開口率は導電性多孔質基材80の開口率よりも小さい。また、流路分割部材110は、上記したリブ71に相当する部分に、波形状に折り曲げた折曲げ部110a(ガス流通路分割部材)を形成したものである。換言すると、リブ71に相当する部分の開口率を小さくしている。
図10に示す第六の実施形態に係る燃料電池A6は、平板なセパレータ70A,70Aを用いているとともに、上記したリブ71に相当する部分の密度を大きくした導電性多孔質基材80,80の折曲げ部80cを採用したものである。すなわち、折曲げ部80cは、折曲げ部80aに対して、波が続く方向(γ方向)の長さを短くすることにより、リブ71に相当する部分における導電性多孔質基材の充填量を増やしている。
次に、図11を参照して、第七の実施形態に係る燃料電池について説明する。図11は、第七の実施形態に係る燃料電池の上記した図3(A)に示すI‐I線に沿う断面の一部に相当する部分拡大断面図である。なお、上述した各実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
第七の実施形態に係る燃料電池A7は、両ガス流通空間ε,εに配置した導電性多孔質基材80,80と膜電極接合体50との間に、それぞれ支持体120,120を介挿した構成のものである。
支持体120は、導電性多孔質基材からなるものであり、上記図5において説明した金網Waを採用している。
なお、金網に限らず、表面が金属で被覆されていれば、他の非導電性多孔質基材を用いてもよい。
具体例としては、金属製の金網、多孔プレート、パンチングメタル、エキスパンドメタル等とともに、樹脂網に金属メッキを施したものを例として挙げることができる。
上記した支持体120を採用することにより、次の効果を得ることができる。
・波形金網の折曲げ部80aの接点は、接触面積が小さいため組付け時の面圧等により膜電極接合体50に対して大きな局所応力が発生し、膜電極接合体50が破損する恐れがあるが、支持体を介挿することにより、その応力を低減させることができる。
・波形金網を採用すると、比較的電気抵抗の大きい膜電極接合体50内部において、最大で波ピッチに対して半分の距離を面内方向に電子が移動する必要が生じるが、支持体120を介挿することにより、支持体表層部、及び支持体の内部にて電子を移動させることができるため、燃料電池全体の電気抵抗を低減できる。
図12,13を参照して、第八,九の実施形態に係る燃料電池について説明する。図12,13は、第八,九の各実施形態に係る燃料電池の上記した図3(A)に示すI‐I線に沿う断面の一部に相当する部分拡大断面図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
第八の実施形態に係る燃料電池A8は、導電性多孔質基材80,80の折曲げ部80a,80aとセパレータ70,70、及びリブ71,71と導電性多孔質基材80,80とをそれぞれ例えば抵抗溶接やスポット溶接して固定したものである。図中、溶接した部分を「b」で示している。
本実施形態においては、上記した膜電極接合体に対して支持体120から付加される応力を緩和する中間層130を、上記支持体120と膜電極接合体50との間に介説している。
中間層130としては、例えばカーボン材等のMPL(マイクロポーラス層)のような保護層である。このような中間層(保護層)を設けることにより、支持体が金網等の場合、線材が織られている等により表面の凹凸が大きく、それが触媒層や膜電極接合体に食い込んで破損するのを防ぐクッション材の機能を担わせることができる。
第九の実施形態に係る燃料電池A9は、導電性多孔質基材80,80の折曲げ部80a,80aとセパレータ70,70、及びリブ71,71と導電性多孔質基材80,80とをそれぞれ溶接して固定するとともに、その導電性多孔質基材80,80と支持体120,120ともそれぞれ溶接して固定した構成のものである。図中、溶接した部分を「c」で示している。
上記した燃料電池A8,A9によれば、次の効果を得ることができる。
・接点を一体化することで電気抵抗を低減することができる。
・特に導電性多孔質基材とセパレータの熱接合において、二つの部品を重ねた状態で荷重を加えて溶接する工程となるため、波型金網の厚さや平面度ばらつきが低減される。これは、剛性の高いセパレータのリブ71の高さに矯正されるためである。
・以上詳細に説明したが、いずれにしても、上記各実施形態において説明した各構成は、それら各実施形態にのみ適用することに限らず、一の実施形態において説明した構成を、他の実施形態に準用若しくは適用し、さらには、それを任意に組み合わせることができるものである。
50 膜電極接合体
51 電解質膜
52,53 触媒層
70 セパレータ
71 ガス流通路分割部材
80 導電性多孔質基材
120 支持体
ε ガス流通空間
ε1 ガス流通路

Claims (8)

  1. 電解質膜の両側に触媒層を接合した膜電極接合体を有するとともに、その膜電極接合体の両側に二種類の発電用ガスを流通させるためのガス流通空間をそれぞれ形成するようにして一対のセパレータを配設した燃料電池において、
    上記膜電極接合体の両側に区画形成された両ガス流通空間のうち、少なくとも一方のものに、波形状に折り曲げられ且つ膜電極接合体と電気的に接続される導電性多孔質基材を配置し、かつ、そのガス流通空間を発電用ガスの流通方向複数のガス流通路に分割するためのガス流通路分割部材を配置していることを特徴とする燃料電池。
  2. ガス流通路分割部材は、セパレータを凹凸形状に加工して形成されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。
  3. 記導電性多孔質基材と膜電極接合体との間に、支持体を配置し、支持体を介して膜電極接合体と導電性多孔質基材とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池。
  4. 支持体を、両ガス流通空間にそれぞれ配設していることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池。
  5. 上記導電性多孔質基材と支持体は、金属製又は表面が金属で被覆されてなることを特徴とする請求項3又は4に記載の燃料電池。
  6. 上記導電性多孔質基材と支持体は、板厚を潰す方向に圧延加工された金網により形成されていることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の燃料電池。
  7. 上記導電性多孔質基材は、支持体又はセパレータ若しくはそれら双方に固定されていることを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項に記載の燃料電池。
  8. 膜電極接合体に対して支持体から付加される応力を緩和する中間層を、上記支持体と膜電極接合体との間に配置し、上記支持体及び中間層を介して膜電極接合体と導電性多孔質基材とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項3〜7のいずれか1項に記載の燃料電池。
JP2014509158A 2012-04-06 2013-04-01 燃料電池 Expired - Fee Related JP5907441B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014509158A JP5907441B2 (ja) 2012-04-06 2013-04-01 燃料電池

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012087420 2012-04-06
JP2012087420 2012-04-06
JP2014509158A JP5907441B2 (ja) 2012-04-06 2013-04-01 燃料電池
PCT/JP2013/059986 WO2013151019A1 (ja) 2012-04-06 2013-04-01 燃料電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2013151019A1 JPWO2013151019A1 (ja) 2015-12-17
JP5907441B2 true JP5907441B2 (ja) 2016-04-26

Family

ID=49300501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014509158A Expired - Fee Related JP5907441B2 (ja) 2012-04-06 2013-04-01 燃料電池

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9496574B2 (ja)
EP (1) EP2835852B1 (ja)
JP (1) JP5907441B2 (ja)
CN (1) CN104205453B (ja)
CA (1) CA2868969C (ja)
WO (1) WO2013151019A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018062692A1 (ko) * 2016-09-28 2018-04-05 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지
WO2019050256A1 (ko) * 2017-09-07 2019-03-14 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지 및 전지 모듈
WO2019050327A1 (ko) * 2017-09-07 2019-03-14 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지 및 전지 모듈

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6690503B2 (ja) * 2016-11-09 2020-04-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池単セル
DE102017210664A1 (de) 2017-06-23 2018-12-27 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzelle
AU2021273504A1 (en) * 2020-05-15 2022-12-15 Nuvera Fuel Cells, Inc. Undulating structure for fuel cell flow field

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2501169B2 (ja) * 1993-03-18 1996-05-29 株式会社日立製作所 燃料電池及び電解質補給容器及び電解質補給方法
US20030108731A1 (en) 2000-01-24 2003-06-12 Mercuri Robert Angelo Molding of fluid permeable flexible graphite components for fuel cells
US6528199B1 (en) 2000-04-14 2003-03-04 Graftech Inc. Graphite article useful as an electrode for an electrochemical fuel cell
US20040072055A1 (en) * 2000-04-14 2004-04-15 Getz Matthew George Graphite article useful as a fuel cell component substrate
JP3956746B2 (ja) * 2002-04-09 2007-08-08 株式会社日立製作所 固体高分子型燃料電池,セパレータ及びその製造方法
US7846591B2 (en) * 2004-02-17 2010-12-07 Gm Global Technology Operations, Inc. Water management layer on flowfield in PEM fuel cell
JP4218569B2 (ja) 2004-03-30 2009-02-04 株式会社エクォス・リサーチ セパレータ及びそれを用いた燃料電池
JP2005317322A (ja) * 2004-04-28 2005-11-10 Equos Research Co Ltd セパレータ及びそれを用いた燃料電池
JP4992188B2 (ja) * 2005-03-11 2012-08-08 株式会社エクォス・リサーチ セパレータユニット及び燃料電池スタック
JP2009193845A (ja) * 2008-02-15 2009-08-27 Toyota Motor Corp 燃料電池
US20100040926A1 (en) * 2008-06-23 2010-02-18 Nuvera Fuel Cells, Inc. Consolidated fuel cell electrode
JP5476694B2 (ja) * 2008-09-19 2014-04-23 日産自動車株式会社 燃料電池及び燃料電池用ガス拡散層とその製造方法
EP2352193A4 (en) * 2008-11-28 2014-06-18 Nissan Motor SOLID POLYMER FUEL CELL
JP5500908B2 (ja) 2009-08-25 2014-05-21 日産自動車株式会社 固体高分子形燃料電池
KR101361298B1 (ko) * 2011-12-13 2014-02-11 현대자동차주식회사 연료전지용 다공성 분리판
KR101409509B1 (ko) * 2012-08-10 2014-06-19 삼성전기주식회사 고체산화물 연료전지용 집전체와 이를 적용한 고체산화물 연료전지

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018062692A1 (ko) * 2016-09-28 2018-04-05 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지
KR20180034942A (ko) * 2016-09-28 2018-04-05 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지
KR102111830B1 (ko) * 2016-09-28 2020-05-15 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지
US10811699B2 (en) 2016-09-28 2020-10-20 Lg Chem, Ltd. Solid oxide fuel cell with electric conductive patterns on anode and cathode
WO2019050256A1 (ko) * 2017-09-07 2019-03-14 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지 및 전지 모듈
WO2019050327A1 (ko) * 2017-09-07 2019-03-14 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지 및 전지 모듈
KR20190027734A (ko) * 2017-09-07 2019-03-15 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지 및 전지 모듈
KR20190027756A (ko) * 2017-09-07 2019-03-15 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지 및 전지 모듈
KR102110672B1 (ko) * 2017-09-07 2020-05-14 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지 및 전지 모듈
KR102110671B1 (ko) * 2017-09-07 2020-05-27 주식회사 엘지화학 고체 산화물 연료전지 및 전지 모듈

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013151019A1 (ja) 2013-10-10
JPWO2013151019A1 (ja) 2015-12-17
EP2835852A4 (en) 2015-04-15
CA2868969C (en) 2017-05-09
CA2868969A1 (en) 2013-10-10
CN104205453A (zh) 2014-12-10
US20150079495A1 (en) 2015-03-19
EP2835852A1 (en) 2015-02-11
EP2835852B1 (en) 2016-07-27
US9496574B2 (en) 2016-11-15
CN104205453B (zh) 2016-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5907441B2 (ja) 燃料電池
JP5907278B2 (ja) 燃料電池
US8623570B2 (en) Fuel cell stack
EP2991148B1 (en) Insulating structure, fuel cell and fuel cell stack
CA2728953C (en) Fuel cell assembly having embossed separator plates
JP2012129108A (ja) 燃料電池スタック
JP6098948B2 (ja) 燃料電池用セパレータ、燃料電池セル及び燃料電池
US20110223514A1 (en) Open flow field fuel cell
JP5786419B2 (ja) 燃料電池セル
US8574781B2 (en) Fuel cell stack
US9190691B2 (en) Fuel cell stack
JP5741920B2 (ja) 燃料電池セル
JP5664457B2 (ja) 燃料電池用セパレータプレート、燃料電池用セパレータ、燃料電池及び燃料電池用セパレータプレートの製造方法
KR102100053B1 (ko) 연료전지용 분리판
JP2015512553A (ja) 膜電極接合体、燃料電池、燃料電池スタック、及び膜電極接合体の製造方法
CN112803034B (zh) 燃料电池
JP2018137074A (ja) 燃料電池スタック
WO2013151016A1 (ja) 燃料電池
JP5853782B2 (ja) 燃料電池
JP6172524B2 (ja) 燃料電池用セパレータ
JP2013020723A (ja) 燃料電池、及び、膜電極構造体
JP2012038569A (ja) 燃料電池
JP2006331688A (ja) 燃料電池
JP2020053266A (ja) 燃料電池スタック
JP4656841B2 (ja) 燃料電池用セパレータ

Legal Events

Date Code Title Description
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: 20160226

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160310

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5907441

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees