JPH05114407A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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Publication number
JPH05114407A
JPH05114407A JP3275358A JP27535891A JPH05114407A JP H05114407 A JPH05114407 A JP H05114407A JP 3275358 A JP3275358 A JP 3275358A JP 27535891 A JP27535891 A JP 27535891A JP H05114407 A JPH05114407 A JP H05114407A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
gasket
fuel gas
base material
material layer
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.)
Pending
Application number
JP3275358A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaru Osuga
勝 大須賀
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.)
Yamaha Motor Co Ltd
Original Assignee
Yamaha Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Motor Co Ltd filed Critical Yamaha Motor Co Ltd
Priority to JP3275358A priority Critical patent/JPH05114407A/en
Publication of JPH05114407A publication Critical patent/JPH05114407A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • 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

Abstract

PURPOSE:To provide a fuel cell of a stack structure in which deterioration of a gas flow by deformation of a gasket is prevented without using a special reinforcement matrix for the gasket. CONSTITUTION:A stack structure having a gasket 2 disposed around a unit cell 1, and separators 3 interposing these between them is provided. Electrode plates 4, 5 in the unit cell 1 are composed at least of two layers of a reaction layer 7 to face an electrolyte material layer 6 and a substrate layer 8 having a water repellent function, and only the substrate layer 8 having the water repellent function is extended to manifolds 9a, 9b; 10a. 10b.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、多数の単セルがセパレ
ータを介して多層に積層されたスタック構造の燃料電池
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell having a stack structure in which a large number of unit cells are laminated in multiple layers with a separator interposed therebetween.

【0002】[0002]

【従来の技術】多数の単セルがセパレータを介して多層
に積層されたスタック構造の燃料電池では、その単セル
の一方に対面するセパレータに多数の平行溝からなる燃
料ガス通路が設けられ、また他方に対面するセパレータ
に同じく多数の平行溝からなる空気通路が設けられ、こ
れら両通路に供給された燃料ガスと空気とが単セルで反
応することにより電気を発生するようになっている。
2. Description of the Related Art In a fuel cell having a stack structure in which a large number of unit cells are laminated in multiple layers via separators, a separator facing one of the unit cells is provided with a fuel gas passage consisting of a plurality of parallel grooves. Similarly, the separator facing each other is provided with an air passage made up of a large number of parallel grooves, and the fuel gas and air supplied to these passages react with each other in a single cell to generate electricity.

【0003】このような多数の単セルからなるスタック
構造において、単セルの周囲にはガスリークを防止する
ためのガスケットが配置されている。このガスケット
は、スタック方向に加えられた締付け圧によって変形
し、一部が燃料ガス通路や空気通路両端部のマニホルド
付近において、燃料ガス通路や空気通路内に入り込んで
流路断面積を狭めるような場合がある。そのためガス流
量が低下し、発電効率が低下するという問題があった。
In such a stack structure composed of a large number of single cells, a gasket for preventing gas leakage is arranged around the single cells. This gasket is deformed by the tightening pressure applied in the stack direction, and a part of the gasket enters the fuel gas passage or the air passage near the manifolds at both ends of the fuel gas passage or the air passage to narrow the flow passage cross-sectional area. There are cases. Therefore, there is a problem that the gas flow rate decreases and the power generation efficiency decreases.

【0004】このようなガスケットの変形を防止するた
め、特開昭59−207562号公報には、ガスケット
としてフッ素樹脂でコーティングした金属板を用いるよ
うにしたものが提案されている。しかし、このように金
属板などの特別な補強部材を用いることは機構を複雑に
し、かつコスト高を招くことは避けられなかった。
In order to prevent such deformation of the gasket, Japanese Patent Laid-Open No. 207562/1984 proposes a gasket using a metal plate coated with a fluororesin. However, it is unavoidable that the use of such a special reinforcing member such as a metal plate complicates the mechanism and raises the cost.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ガス
ケットに特別な補強部材を使用することなく、ガスケッ
トの変形によるガス流量の低下を防止するようにしたス
タック構造の燃料電池を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel cell having a stack structure which prevents a decrease in gas flow rate due to deformation of a gasket without using a special reinforcing member for the gasket. It is in.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、陽極と陰極との2枚の電極板の間に電解質マトリ
ックス層を挟むように構成された単セルを、その周囲に
ガスケットを配置した状態にしてセパレータを介在させ
ながら多層に積層し、該単セルの一方に対面するセパレ
ータ面に燃料ガス通路を設けると共に、他方に対面する
セパレータ面に空気通路を設け、これら燃料ガス通路及
び空気通路の両端部にそれぞれ給気用及び排気用マニホ
ルドを設けた燃料電池において、前記電極板を前記電解
質マトリックス層に対面する反応層と発水機能を具備す
る基材層との少なくとも2層から構成し、その発水機能
を具備する基材層だけを前記空気通路並びに燃料ガス通
路のマニホルドまで延長させたことを特徴とするもので
ある。
According to the present invention, which achieves the above object, a single cell constructed such that an electrolyte matrix layer is sandwiched between two electrode plates, an anode and a cathode, and a gasket is arranged around the unit cell. In a state of being laminated in multiple layers with a separator interposed, a fuel gas passage is provided on the separator surface facing one of the unit cells, and an air passage is provided on the separator surface facing the other, and the fuel gas passage and the air passage are provided. In a fuel cell in which air supply and exhaust manifolds are provided at both ends, the electrode plate is composed of at least two layers of a reaction layer facing the electrolyte matrix layer and a base material layer having a water generating function. It is characterized in that only the base material layer having the water generating function is extended to the manifold of the air passage and the fuel gas passage.

【0007】このように一定の剛性を有する基材層をマ
ニホルドまで延長させたことによって、その基材層がマ
ニホルド付近の燃料ガス通路及び空気通路とガスケット
との間に介在することになり、そのガスケットが締付け
圧によって燃料ガス通路や空気通路内へ変形して入り込
むことがなくなる。また、基材層は発水機能を具備する
ようにしてあるため、電解質マトリックス層の電解液が
マニホルドへ流出することを防止し、確実なシール性を
確保するようにする。
By extending the base material layer having a certain rigidity to the manifold as described above, the base material layer is interposed between the fuel gas passage and the air passage near the manifold and the gasket. The gasket does not deform and enter the fuel gas passage or the air passage due to the tightening pressure. Further, since the base material layer is provided with a water-releasing function, the electrolyte solution of the electrolyte matrix layer is prevented from flowing out to the manifold, and a reliable sealing property is ensured.

【0008】[0008]

【実施例】図1は本発明の実施例からなる燃料電池の要
部を示したものである。図1に示すように、燃料電池は
単セル1の外周にガスケット2を平面状に配置し(図2
(A),(B),(C)参照)、その上下両面に図3
(A),(B)に示すようなセパレータ3を配置しなが
ら多層のスタックに構成されている。セパレータ3は、
一方の面に複数の平行溝からなる燃料ガス通路3aを有
し、他方の面に同じく複数の平行溝からなる空気通路3
bを上記燃料ガス通路3aと直交するように配置してい
る。このようなセパレータ3は、単セル1の一方の面に
燃料ガス通路3aを対面させ、他方の面に空気通路3b
を対面させるようにしている。燃料ガス通路3aの両端
部には、燃料ガス(水素など)の給気用と排気用のイン
ナーマニホルド9a,9bが設けられ、また空気通路3
bの両端部には反応用空気の給気用と排気用のアウター
マニホルド10a,10b(図2(C)参照)が設けら
れている。
EXAMPLE FIG. 1 shows a main part of a fuel cell according to an example of the present invention. As shown in FIG. 1, in the fuel cell, a gasket 2 is arranged in a plane shape on the outer periphery of a single cell 1 (see FIG.
(See (A), (B), (C)), and FIG.
The separator 3 as shown in (A) and (B) is arranged to form a multilayer stack. The separator 3 is
The fuel gas passage 3a having a plurality of parallel grooves is formed on one surface, and the air passage 3 is also formed of a plurality of parallel grooves on the other surface.
b is arranged so as to be orthogonal to the fuel gas passage 3a. In such a separator 3, the fuel gas passage 3a faces one surface of the unit cell 1 and the air passage 3b faces the other surface.
To face each other. Inner manifolds 9a and 9b for supplying and exhausting fuel gas (hydrogen, etc.) are provided at both ends of the fuel gas passage 3a.
Outer manifolds 10a and 10b (see FIG. 2C) for supplying and exhausting reaction air are provided at both ends of b.

【0009】上記単セル1は、陰極板4と陽極板5との
2枚の電極板の間に電解質マトリックス層6を介在させ
て構成されている。この陰極板4と陽極板5とは、それ
ぞれ電解質マトリックス層6に対面するように配置され
た反応層7と、この反応層7に発水層8aを介して接合
する基材層8とから構成されている。電解質マトリック
ス層6は電解液(リン酸など)を保持する二つの多孔層
から構成され、その一つを電解液の保持機能に優れた緻
密な層6aにし、他の一つを電解液の伝達機能に優れた
粗な層6bにしている。この電解質マトリックス層6
は、ガスケット2の側面に設けた連通孔11(図2
(B)参照)と連結管12を介することにより、図4
(A),(B),(C)等に示すように電解液溜13に
連通させてある。このように電解液マトリックス層6を
粗密の二つの層から構成し、かつ電解液溜13に連通さ
せた構成にしたことにより、燃料電池の運転のオン,オ
フにおいて、停止中の吸湿や昇温時の熱膨張等によって
電解液の容積が増加したとき、電解液が電極内に入り込
むのを防止するようになっている。
The unit cell 1 is constructed by interposing an electrolyte matrix layer 6 between two electrode plates, a cathode plate 4 and an anode plate 5. The cathode plate 4 and the anode plate 5 are composed of a reaction layer 7 arranged so as to face the electrolyte matrix layer 6, and a base material layer 8 bonded to the reaction layer 7 via a water-generating layer 8a. Has been done. The electrolyte matrix layer 6 is composed of two porous layers holding an electrolytic solution (phosphoric acid, etc.), one of which is a dense layer 6a having an excellent function of retaining the electrolytic solution, and the other is the transmission of the electrolytic solution. The rough layer 6b having an excellent function is used. This electrolyte matrix layer 6
Is a communication hole 11 (see FIG. 2) provided on the side surface of the gasket 2.
(See FIG. 4B) and the connecting pipe 12,
As shown in (A), (B), (C), etc., they are connected to the electrolytic solution reservoir 13. As described above, the electrolytic solution matrix layer 6 is composed of two coarse and dense layers and is connected to the electrolytic solution reservoir 13, so that when the fuel cell is turned on and off, moisture absorption and temperature rise during stoppage are stopped. When the volume of the electrolytic solution increases due to thermal expansion or the like, the electrolytic solution is prevented from entering the electrode.

【0010】電極板の反応層7は、触媒を担持したカー
ボンブラックをフッ素樹脂をバインダーとして結合した
多孔構造になっている。また、基材層8は所謂カーボン
ペーパから構成されていて比較的大きな剛性を有してお
り、例えば炭素繊維を少量の樹脂バインダーにより結着
した多孔構造から構成されている。この基材層8は片面
に発水層8aを接合することにより発水機能を具備して
いる。このように基材層8に具備させる発水機能として
は、図示の例のように独立の発水層8aを設けるように
したもののほか、基材層8のバインダーにフッ素樹脂な
どの発水性樹脂を使用することにより、基材層自体に発
水機能を具備させるようにしたものであってもよい。
The reaction layer 7 of the electrode plate has a porous structure in which carbon black carrying a catalyst is bound by using a fluororesin as a binder. The base material layer 8 is made of so-called carbon paper and has a relatively large rigidity, for example, a porous structure in which carbon fibers are bound by a small amount of a resin binder. The base material layer 8 has a water-releasing function by bonding the water-releasing layer 8a on one surface. As the water-releasing function of the base material layer 8, the water-repellent resin such as the fluororesin is used as the binder of the base material layer 8 in addition to the water-repellent layer 8a provided as an example as shown in the figure. The base material layer itself may be provided with a water-releasing function by using.

【0011】このような電極板構造を有する陰極板4と
陽極板5は、それぞれ前者の陰極板4はその基材層8を
発水層8aと共にインナーマニホルド9a,9bまで延
長させており(図1及び図2(A),(B)参照)、ま
た後者の陽極板5は、同じく基材層8を発水層8aと共
にアウターマニホルド10a,10bまで延長させるよ
うにしている(図2(C)参照)。したがって、発水層
8a付きの一定の剛性を有する基材層8がガスケット2
とマニホルド付近の燃料ガス通路3a,空気通路3bと
の間に介在した状態となり、そのためガスケット2がス
タック方向に強く圧潰されても、通路3a,通路3bの
溝内に入り込むことはなく、それらガス流路を狭めるこ
とはない。したがって、燃料ガスや反応用空気の流量は
確保され、発電効率を低下させることはない。また、基
材層8が発水層8aと共にマニホルドまで延長している
ので、電極板の反応層7の電解液がマニホルドへ流出す
るようなことも起こらず、確実なシール性が確保され
る。
In the cathode plate 4 and the anode plate 5 having such an electrode plate structure, the former cathode plate 4 has its base material layer 8 extended to the inner manifolds 9a and 9b together with the water-releasing layer 8a (see FIG. 1 and FIGS. 2 (A) and 2 (B)), and the latter anode plate 5 also extends the base material layer 8 to the outer manifolds 10a and 10b together with the water-generating layer 8a (FIG. 2 (C)). )reference). Therefore, the base layer 8 having a constant rigidity with the water-emitting layer 8a is the gasket 2
And the fuel gas passage 3a near the manifold and the air passage 3b are interposed, so that even if the gasket 2 is strongly crushed in the stacking direction, it does not enter the grooves of the passages 3a and 3b, It does not narrow the flow path. Therefore, the flow rates of the fuel gas and the reaction air are secured and the power generation efficiency is not reduced. Further, since the base material layer 8 extends to the manifold together with the water-generating layer 8a, the electrolytic solution of the reaction layer 7 of the electrode plate does not flow out to the manifold, and the reliable sealing property is secured.

【0012】また、電極板4,5の外周縁部には、シー
ラントとして液状シール材15,16がガスケット2と
の間に挟まれるように挿入されている。これらの液状シ
ール材15,16によってインナーマニホルド9a,9
bやアウターマニホルド10a,10bに滲みださない
ようにしている。
Liquid sealing materials 15 and 16 as sealants are inserted into the outer peripheral edge portions of the electrode plates 4 and 5 so as to be sandwiched between them and the gasket 2. The inner manifolds 9a, 9a are formed by these liquid sealing materials 15, 16.
b and the outer manifolds 10a and 10b are prevented from seeping out.

【0013】[0013]

【発明の効果】上述したように本発明は、電極板の基材
層をマニホルドまで延長させるようにしたので、その一
定の剛性を有する基材層がマニホルド付近の燃料ガス通
路、空気通路とガスケットとの間に介在することによっ
て、そのガスケットが締付け圧によって燃料ガス通路内
や空気通路内へ変形して入り込むことを防止することが
できる。また、基材層は発水機能を具備しているため、
電解質マトリックス層の電解液がマニホルドへ流出する
ことがなく、確実なシール性を確保することができる。
As described above, according to the present invention, the base material layer of the electrode plate is extended to the manifold. Therefore, the base material layer having a certain rigidity has a fuel gas passage, an air passage and a gasket near the manifold. And the gasket, it is possible to prevent the gasket from deforming and entering the fuel gas passage or the air passage due to the tightening pressure. Moreover, since the base material layer has a water-releasing function,
The electrolyte solution of the electrolyte matrix layer does not flow out to the manifold, and a reliable sealing property can be secured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例からなる燃料電池の要部を示す
断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の燃料電池に使用される単セルとガスケッ
トとの組立体を示し、Aは平面図、BはA図のA−A矢
視部分を半断面にした側面図、Cは下面図である。
2 shows an assembly of a unit cell and a gasket used in the fuel cell of FIG. 1, where A is a plan view, B is a side view in which a portion taken along the line AA of FIG. It is a bottom view.

【図3】図1の燃料電池に使用されるセパレータを示
し、Aは下面図、BはA図のB−B矢視で示す断面図で
ある。
FIG. 3 shows a separator used in the fuel cell of FIG. 1, where A is a bottom view and B is a sectional view taken along the line BB of FIG.

【図4】A,B,Cはそれぞれ単セルと電解液溜との連
通例を示す概略図である。
4A, 4B and 4C are schematic diagrams showing examples of communication between a single cell and an electrolyte reservoir.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 単セル 2 ガスケット 3
セパレータ 3a 燃料ガス通路 3b 空気通路 4 陰極板(電極板) 5 陽極板(電極
板) 6 電解質マトリックス層 7 反応層 8 基材層 8a 発水層 9a,9b インナーマニホルド 10a,10b
アウターマニホルド
1 Single cell 2 Gasket 3
Separator 3a Fuel gas passage 3b Air passage 4 Cathode plate (electrode plate) 5 Anode plate (electrode plate) 6 Electrolyte matrix layer 7 Reaction layer 8 Base material layer 8a Water release layer 9a, 9b Inner manifold 10a, 10b
Outer manifold

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 陽極と陰極との2枚の電極板の間に電解
質マトリックス層を挟むように構成された単セルを、そ
の周囲にガスケットを配置した状態にしてセパレータを
介在させながら多層に積層し、該単セルの一方に対面す
るセパレータ面に燃料ガス通路を設けると共に、他方に
対面するセパレータ面に空気通路を設け、これら燃料ガ
ス通路及び空気通路の両端部にそれぞれ給気用及び排気
用マニホルドを設けた燃料電池において、前記電極板を
前記電解質マトリックス層に対面する反応層と発水機能
を具備する基材層との少なくとも2層から構成し、その
発水機能を具備する基材層だけを前記空気通路並びに燃
料ガス通路のマニホルドまで延長させた燃料電池。
1. A single cell configured such that an electrolyte matrix layer is sandwiched between two electrode plates, an anode and a cathode, is laminated in multiple layers with a separator interposed with a gasket placed around it. A fuel gas passage is provided on the separator surface facing one of the unit cells, and an air passage is provided on the separator surface facing the other, and air supply and exhaust manifolds are provided at both ends of the fuel gas passage and the air passage, respectively. In the provided fuel cell, the electrode plate is composed of at least two layers of a reaction layer facing the electrolyte matrix layer and a base material layer having a water-releasing function, and only the base material layer having the water-releasing function is provided. A fuel cell that extends to the manifold of the air passage and the fuel gas passage.
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