WO2005091419A1 - 燃料電池スタック用構成体、燃料電池スタック用構成体の製造方法、および燃料電池スタック - Google Patents

燃料電池スタック用構成体、燃料電池スタック用構成体の製造方法、および燃料電池スタック Download PDF

Info

Publication number
WO2005091419A1
WO2005091419A1 PCT/JP2005/002393 JP2005002393W WO2005091419A1 WO 2005091419 A1 WO2005091419 A1 WO 2005091419A1 JP 2005002393 W JP2005002393 W JP 2005002393W WO 2005091419 A1 WO2005091419 A1 WO 2005091419A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
laminate
single cell
components
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/002393
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Akira Fujiki
Takayuki Hirao
Yukihiro Maekawa
Haruhiko Suzuki
Masanori Iwamoto
Hiroshi Saitou
Takeshi Shimizu
Sadao Miki
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.
Publication of WO2005091419A1 publication Critical patent/WO2005091419A1/ja

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • Structure for fuel cell stack Structure for fuel cell stack, method of manufacturing structure for fuel cell stack, and fuel cell stack
  • the present invention relates to a structure for a fuel cell stack, a method for manufacturing a structure for a fuel cell stack, and a fuel cell stack.
  • a fuel cell stack is configured by laminating a large number of single cell components constituting a single cell.
  • the single cell component includes a membrane electrode assembly in which a pair of electrodes are joined to a solid electrolyte membrane, and a pair of separators in which a flow channel for flowing a fluid is formed and which sandwiches the membrane electrode assembly.
  • a fuel cell stack is formed by applying and bonding an adhesive with a large number of membrane electrode assemblies and a large number of separators, and curing the adhesive. I have.
  • Patent Document 1 JP-A-7-249417
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-85030
  • the present invention has been made to solve the problems associated with the above conventional technology, and is capable of contributing to an improvement in the productivity of the fuel cell stack. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a structure for use and a fuel cell stack.
  • a single cell including a membrane / electrode assembly in which a pair of electrodes are joined to a solid electrolyte membrane, and a pair of separators for forming a flow channel for flowing a fluid and sandwiching the membrane / electrode assembly
  • At least one set of components The at least one set of single-cell components is provided so as to wrap around the entire outer periphery of a laminate formed by stacking the single-cell components to form a single cell, and the single-cell components are sandwiched without using an adhesive. Including pinching means,
  • the holding means is a structure for a fuel cell stack, further comprising a sealing portion for sealing leakage of the fluid.
  • a single cell including a membrane electrode assembly in which a pair of electrodes are joined to a solid electrolyte membrane, and a pair of separators for forming a flow channel for flowing a fluid and sandwiching the membrane electrode assembly At least one set of components is laminated in a mold so as to constitute a single cell,
  • a resin molding material is resin-molded over the entire outer periphery of the laminate to envelop the entire outer periphery of the laminate.
  • Forming clamping means provided as follows,
  • a method for manufacturing a structure for a fuel cell stack wherein the single cell component is held by the holding means without using an adhesive, and further, leakage of the fluid is sealed.
  • FIG. 1 is a front view showing a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure for a fuel cell stack shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the fuel cell stack structure shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a molding device for manufacturing a fuel cell stack component.
  • FIG. 1 is a front view showing a fuel cell stack 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the fuel cell stack assembly 20 shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of a fuel cell stack component 20 shown in FIG. Below, the fuel cell
  • the stack component 20 is also simply referred to as a stack component 20.
  • fuel cell stack 10 is formed by stacking a plurality of stack members 20 via seal members 11.
  • the seal member 11 has no function of bonding the stack members 20 together.
  • an O-ring or a sealant to be applied can be suitably used.
  • the stacked stack structure 20 is fastened by upper and lower end plates 13 and 14 connected via tie rod bolts 12.
  • the illustrated stack structure 20 includes two sets of single cell components 30.
  • a set of single cell components 30 is composed of a membrane / electrode assembly 40 in which a pair of electrodes 42 and 43 are joined to a solid polymer electrolyte membrane 41 (corresponding to a solid electrolyte membrane), and a flow path for flowing a fluid.
  • Grooves 53-55 are formed and include a pair of separators 51, 52 for sandwiching the membrane electrode assembly 40.
  • the solid polymer electrolyte membrane 41 of the membrane electrode assembly 40 is a polymer membrane having a function of moving hydrogen ions.
  • a pair of gas diffusion layers functioning as electrodes 42 and 43 are joined to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 41 by a hot press method.
  • the membrane / electrode assembly 40 further includes a pair of frames 44 and 45 sandwiching the outer edge of the solid polymer electrolyte membrane 41.
  • the frames 44 and 45 are used to enhance the handleability of the membrane electrode assembly 40.
  • the frames 44 and 45 are formed from a resin material, and are attached to the solid polymer electrolyte membrane 41 via a double-sided tape 46 (see FIG. 3).
  • a flow channel 53 for flowing a fuel gas (hydrogen) is formed in the separator 52 on the electrode 43 side.
  • a flow groove 54 for flowing an oxidizing gas (air) and a flow groove 55 for flowing cooling water are formed in the separator 52 on the electrode 43 side.
  • the shape and arrangement of the flow grooves 53-55 have a fine and complicated structure because it is necessary to consider gas diffusivity, pressure loss, discharge of generated water, cooling performance, and the like.
  • the separators 51 and 52 are manufactured so as to have recesses forming the flow grooves 53 to 55 by pressing a powdery molding material in which graphite and resin are mixed with a molding die.
  • a groove 56 for disposing the seal member 11 is formed in the uppermost separator 51 of the stack structure 20.
  • the seal members 11 flow through the flow grooves 55 in the upper stack member 20. Prevent leakage of cooling water passing through.
  • the stack structure 20 includes a holding means (casing) 60 for holding the two sets of single cell components 30 without using an adhesive.
  • the sandwiching means 60 is provided so as to surround the entire outer periphery of the laminated body 31 formed by laminating two sets of the single cell components 30 to form two single cells.
  • the holding means 60 is further provided with a seal portion 61 for sealing leakage of the fluid.
  • the seal portion 61 is located between the frame 44 and the separator 51 of the membrane electrode assembly 40, between the frame 45 and the separator 52, and between the separator 51 and the separator 52.
  • the holding means 60 is formed by molding a resin material made of a resin into a resin mold over the entire outer periphery of the laminate 31.
  • the resin used for the molding material is not particularly limited.
  • a thermosetting resin such as a one-component heat-curable resin type resin can be used.
  • the resin mold forming of the holding means 60 will be described later, but the holding means 60 is formed by pressure-filling the cavity in the mold with a one-component heat-curable resin type resin.
  • An upper locking piece 62 for locking to the uppermost separator 51 is formed at the upper end of the holding means 60, and a lower locking piece 63 for locking to the lowermost separator 52 is formed at the lower end of the holding means 60. Is formed.
  • the holding means 60 is a casing that surrounds the entire outer periphery of the stacked body 31 and holds the stacked body 31.
  • the seal portion 61 of the holding means 60 has a surface 61a for increasing the contact area with the laminate 31. Specifically, a portion where the boundary between the frames 44 and 45 and the separators 51 and 52 faces the outer periphery of the laminate 31 and a portion where the boundary between the separators 51 and 52 faces the outer periphery of the laminate 31. A concave portion 32 having a triangular cross section which is chamfered and into which the resin bites is formed in the laminate 31. The contact area between the laminated body 31 and the sealing portion 61 is increased by the amount of the chamfering, as compared with the case of not chamfering.
  • the clamping means 60 In the strong stack structure 20, two sets of single cell components 30 that do not use an adhesive are sandwiched by the clamping means 60! Compared to the configuration in which the single cell component 30 is assembled with an adhesive, the work time for applying the adhesive and drying the adhesive is not required, so that it is necessary to assemble the two sets of the single cell component 30. Short working time Can shrink. Therefore, the productivity of the fuel cell stack 10 is improved. Further, the flow of force between the frame 44 of the membrane electrode assembly 40 and the separator 51, between the frame 45 and the separator 52, and between the separator 51 and the separator 52 is achieved by the sealing portion 61 of the sandwiching means 60. Leakage of the body is prevented and the performance of each single cell is maintained.
  • the holding means 60 is formed by resin molding, the holding means 60 can be easily formed over the entire outer periphery of the laminated body 31. Further, since the two sets of single cell components 30 are integrally held, the work time can be reduced as compared with a mode in which the single cell components 30 are assembled with an adhesive. Therefore, the productivity of the fuel cell stack 10 is improved.
  • the holding means 60 is made of resin and has a certain degree of elasticity. As in the embodiment, when the seal portion 61 is formed to bite into the laminate 31, the seal portion 61 also has a function of absorbing vibration acting on the laminate 31 and deformation due to thermal expansion. From this viewpoint, the sealing performance is also improved.
  • the fuel cell stack 10 is formed by stacking a plurality of stack members 20 with a seal member 11 interposed therebetween. Since the stack members 20 are not bonded to each other, the fuel cell stack 10 can be easily disassembled into individual stack members 20. Therefore, when a failure occurs in any one of the single cells, only the stack member 20 including the single cell can be replaced with a new V and the stack member 20. Since the stack component 20 can be replaced in units of blocks, the replacement operation can be performed more quickly than a fuel cell stack assembled while bonding the single cell components 30 using an adhesive. The waste of the single cell component 30 is reduced. In addition, the sealing member 11 exhibits a function of absorbing vibration acting on the fuel cell stack 10 and deformation of the entire fuel cell stack 10, and the performance of the fuel cell stack 10 is maintained.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a forming apparatus 70 for manufacturing the fuel cell stack component 20.
  • the molding device 70 includes a molding die 71 on which two sets of single cell components 30 are stacked, and a molding die 71 A filling device (not shown) for filling the cavity 71a formed therein with a molding material 78 made of resin by pressure.
  • a one-component heat-curable resin type resin is used as the molding material 78.
  • the molding die 71 includes a lower die 72, an extrusion plate 73 movably provided in the lower die 72, and an upper die 74 movably provided in the lower die 72.
  • the lower mold 72 is provided with a heating means 75 for heating the lower mold 72 to cure the molding material 78, and a cooling means 76 for cooling the lower mold 72.
  • the heating means 75 also has, for example, an electric heater power.
  • the cooling means 76 is composed of a passage through which a cooling medium such as water flows.
  • the two sets of single cell components 30 are stacked on an extrusion plate 73 in a lower mold 72.
  • the upper mold 74 applies a pressing force to the laminate 31 laminated in the molding die 71 in the laminating direction to the laminate 31.
  • a cavity 71a is formed between the outer periphery of the laminate 31 and the inner surface of the molding die 71.
  • a pin 77 that is driven upward is connected to the extrusion plate 73 so as to also lift the formed stack structure 20 by the
  • the stack structure 20 When manufacturing the stack structure 20, first, two sets of single cell components 30 are stacked on an extrusion plate 73 so as to form a single cell. That is, the separator 52, the membrane / electrode assembly 40, the separator 51, the separator 52, the membrane / electrode assembly 40, and the separator 51 are laminated on the extrusion plate 73 in this order. The portions where the boundary surfaces between the frames 44 and 45 and the separators 51 and 52 face the outer periphery of the laminate 31 and the portions where the boundary surfaces between the separators 51 and 52 face the outer periphery of the laminate 31 are chamfered in advance. By stacking the single cell components 30, a concave portion 32 having a triangular cross section is formed in the stacked body 31.
  • the upper mold 74 is driven toward the lower mold 72, and the laminate 31 is pressed in the laminating direction to bring the membrane electrode assembly 40 and the separators 51 and 52 into close contact.
  • the molding material 78 is pressure-fed and filled into the cavity 71a from the filling device.
  • the heating means 75 is operated, the lower mold 72 is heated to a predetermined temperature, and the molding material 78 is hardened.
  • the laminate 31 is resin-molded over the entire outer periphery, and the holding means 60 provided so as to surround the entire outer periphery of the laminate 31 is formed.
  • the sealing portion 61 of the holding means 60 is formed so as to bite into the concave portion 32 of the laminated body 31.
  • the resin-molded holding means 60 holds the single cell component 30 without using an adhesive, and further seals leakage of fluid. Get body 20.
  • the sealing portion 61 of the holding means 60 can have an appropriate shape.
  • a convex portion that bites into the holding means 60 may be formed in the laminate 31. Even with a strong form, a surface for increasing the contact area with the laminate 31 is formed in the seal portion, so that leakage of the fluid can be more reliably prevented. Further, both the concave portion 32 and the convex portion may be formed in the laminate 31!
  • the purpose of the present invention to improve the productivity of the fuel cell stack 10 described with respect to the stack assembly 20 including two sets of single cell components 30 includes one set of single cell components 30. This can also be achieved by a stack structure 20 or a stack structure 20 including three or more sets of single cell components 30.
  • the present invention can be applied to a membrane electrode assembly that does not include the force frames 44 and 45 described for the membrane electrode assembly 40 including the pair of frames 44 and 45.
  • the single cell components are held by the holding means without using an adhesive.
  • the work time for applying the adhesive and drying the adhesive is not required as compared with the configuration in which the single-cell components are assembled with adhesive, so the work time for assembling the single-cell components can be reduced. . Therefore, the productivity of the fuel cell stack is improved.
  • the sealing portion of the holding means prevents leakage of the fluid and maintains the performance of each unit cell.
  • the holding means is formed by resin molding, the holding means is provided over the entire outer periphery of the laminate. It can be easily formed.
  • the working time can be reduced as compared with a mode in which the component parts are assembled with an adhesive.
  • the fuel cell stack members are bonded to each other, so that the fuel cell stack can be easily disassembled into individual fuel cell stack members. Can be. If any single cell becomes defective, it can be replaced in blocks with the fuel cell stack assembly, so the fuel cell assembled while bonding the single cell components with an adhesive Replacement work can be performed faster than a stack.
  • the present invention can be applied to uses for manufacturing a structure for a fuel cell stack.

Landscapes

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

Abstract

　燃料電池スタック用構成体は、固体高分子電解質膜に一対の電極が接合された膜電極接合体と、流体を流通させるための流路溝が形成されるとともに膜電極接合体を挟持するための一対のセパレータとを含む単セル構成部品を、少なくとも一組含んでいる。燃料電池スタック用構成体はさらに、少なくとも一組の単セル構成部品を単セルを構成するように積層してなる積層体の外周全周を包み込むように設けられ、単セル構成部品を接着剤を用いることなく挟持するためのケーシングを含んでいる。ケーシングは、流体の漏れをシールするシール部が形成されている。

Description

明 細 書
燃料電池スタック用構成体、燃料電池スタック用構成体の製造方法、およ び燃料電池スタック
技術分野
[0001] 本発明は、燃料電池スタック用構成体、燃料電池スタック用構成体の製造方法、お よび燃料電池スタックに関する。
背景技術
[0002] 周知のように、燃料電池スタックは、単セルを構成する単セル構成部品を多数積層 して構成されている。単セル構成部品は、固体電解質膜に一対の電極が接合された 膜電極接合体と、流体を流通させるための流路溝が形成されるとともに膜電極接合 体を挟持するための一対のセパレータと、を含んでいる（例えば、特許文献 1、 2参照 。）。燃料電池スタックは、特許文献 1に記載されているように、多数の膜電極接合体 と多数の各セパレータとを接着剤を塗布して貼り合わせ、接着剤を硬化させること〖こ よって形成されている。
[0003] し力しながら、接着剤の塗布および乾燥に比較的長時間を要することから、燃料電 池スタックの生産性が悪 、と 、う問題がある。
特許文献 1：特開平 7-249417号公報
特許文献 2：特開 2001-85030号公報
発明の概要
[0004] 本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、燃料電 池スタックの生産性の向上に寄与し得る、燃料電池スタック用構成体、燃料電池スタ ック用構成体の製造方法、および燃料電池スタックを提供することを目的とする。
[0005] 本発明の一つの観点によれば、燃料電池スタックを構成するための構成体であつ て、
固体電解質膜に一対の電極が接合された膜電極接合体と、流体を流通させるため の流路溝が形成されるとともに前記膜電極接合体を挟持するための一対のセパレー タとを含む単セル構成部品を、少なくとも一組含み、 前記少なくとも一組の単セル構成部品を単セルを構成するように積層してなる積層 体の外周全周を包み込むように設けられ、前記単セル構成部品を接着剤を用いるこ となく挟持するための挟持手段を含み、
前記挟持手段はさらに、前記流体の漏れをシールするシール部が形成されてなる 燃料電池スタック用構成体である。
[0006] また、本発明の別の観点によれば、燃料電池スタックを構成するための構成体を製 造する方法であって、
固体電解質膜に一対の電極が接合された膜電極接合体と、流体を流通させるため の流路溝が形成されるとともに前記膜電極接合体を挟持するための一対のセパレー タとを含む単セル構成部品を、少なくとも一組、単セルを構成するように成形型内に 積層し、
前記成形型内に積層された積層体を積層方向に加圧しながら、前記積層体の外 周全周にわたつて樹脂からなる成形材料を榭脂モールド成形して、前記積層体の外 周全周を包み込むように設けられる挟持手段を形成してなり、
前記挟持手段によって、前記単セル構成部品を接着剤を用いることなく挟持し、さ らに、前記流体の漏れをシールするようにしてなる燃料電池スタック用構成体の製造 方法である。
図面の簡単な説明
[0007] [図 1]本発明の実施形態に係る燃料電池スタックを示す正面図である。
[図 2]図 1に示される燃料電池スタック用構成体を示す断面図である。
[図 3]図 2に示される燃料電池スタック用構成体の要部を拡大して示す断面図である
[図 4]燃料電池スタック用構成体を製造するための成形装置を示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態
[0008] 以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
[0009] 図 1は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック 10を示す正面図、図 2は、図 1 に示される燃料電池スタック用構成体 20を示す断面図、図 3は、図 2に示される燃料 電池スタック用構成体 20の要部を拡大して示す断面図である。以下、燃料電池スタ ック用構成体 20を、単に、スタック構成体 20とも略称する。
[0010] 図 1を参照して、燃料電池スタック 10は、スタック構成体 20をシール部材 11を介し て複数個積層することにより形成されている。シール部材 11は、スタック構成体 20同 士を接着する機能はない。シール部材 11としては、 Oリングや、塗布されるシール剤 を好適に使用できる。積層されたスタック構成体 20は、タイロッドボルト 12を介して連 結される上下のエンドプレート 13、 14によって締め付けられている。
[0011] 図 2を参照して、図示するスタック構成体 20は、単セル構成部品 30を二組含んで いる。一組の単セル構成部品 30は、固体高分子電解質膜 41 (固体電解質膜に相当 する）に一対の電極 42、 43が接合された膜電極接合体 40と、流体を流通させるため の流路溝 53— 55が形成されるとともに膜電極接合体 40を挟持するための一対のセ パレータ 51、 52とを含んで ヽる。
[0012] 膜電極接合体 40の固体高分子電解質膜 41は、水素イオンを移動させる機能を有 する高分子膜である。固体高分子電解質膜 41の両面に、電極 42、 43として機能す る一対のガス拡散層がホットプレス法により接合されている。膜電極接合体 40はさら に、固体高分子電解質膜 41の外縁部を挟持する一対のフレーム 44、 45を含んでい る。フレーム 44、 45は、膜電極接合体 40のハンドリング性を高めるために用いられて いる。フレーム 44、 45は、榭脂材料から成形され、両面テープ 46を介して固体高分 子電解質膜 41に貼り付けられている（図 3参照)。
[0013] 電極 42側のセパレータ 51には、燃料ガス (水素）を流通させるための流路溝 53が 形成されている。電極 43側のセパレータ 52には、酸化剤ガス (空気）を流通させるた めの流路溝 54と、冷却水を流通させるための流路溝 55とが形成されている。流路溝 53— 55の形状および配置は、ガスの拡散性、圧力損失、生成水の排出性、冷却性 能等を考慮する必要があり、微細で複雑な構成を有している。セパレータ 51、 52は、 黒鉛と榭脂とを混合した粉末状の成形材料を成形型で加圧成形することにより、流 路溝 53— 55をなす凹部を備えるように製造されて 、る。
[0014] スタック構成体 20における最上位のセパレータ 51には、前記シール部材 11を配置 するための溝部 56が形成されて 、る。スタック構成体 20をシール部材 11を介して積 層した場合、シール部材 11が、上位側のスタック構成体 20における流路溝 55を流 通する冷却水の漏れを防止する。
[0015] スタック構成体 20は、二組の単セル構成部品 30を接着剤を用いることなく挟持す るための挟持手段 (ケーシング) 60を含んでいる。挟持手段 60は、二組の単セル構成 部品 30を 2つの単セルを構成するように積層してなる積層体 31の外周全周を包み 込むように設けられている。挟持手段 60はさらに、流体の漏れをシールするシール 部 61が形成されている。シール部 61は、膜電極接合体 40のフレーム 44とセパレー タ 51との間、フレーム 45とセパレータ 52との間、およびセパレータ 51とセパレータ 52 との間に位置する。
[0016] 挟持手段 60は、榭脂からなる成形材料を積層体 31の外周全周にわたって榭脂モ 一ルド成形することによって形成されている。成形材料に用いる榭脂は特に限定され ないが、例えば、 1液性加熱硬化型ォレフイン系榭脂のような熱硬化性榭脂を用いる ことができる。挟持手段 60の榭脂モールド成形については後述するが、 1液性加熱 硬化型ォレフイン系榭脂を成形型内のキヤビティに圧送充填することによって挟持手 段 60が形成されている。挟持手段 60の上端には、最上位のセパレータ 51に係止す る上部係止片 62が形成され、挟持手段 60の下端には、最下位のセパレータ 52に係 止する下部係止片 63が形成されている。上部係止片 62および下部係止片 63により 、積層体 31を挟持した状態が維持される。この例では、挟持手段 60は積層体 31の 外周全周を囲み、かつ積層体 31を挟持するケーシングである。
[0017] 挟持手段 60のシール部 61は、積層体 31との接触面積を大きくするための面 61a が形成されている。具体的には、フレーム 44、 45とセノ レータ 51、 52との境界面が 積層体 31の外周に臨む部位、およびセパレータ 51とセパレータ 52との境界面が積 層体 31の外周に臨む部位が面取りされ、榭脂が食い込む断面三角形状を有する凹 部 32が積層体 31に形成されている。面取りした分だけ、面取りしない形態と比較して 、積層体 31とシール部 61との接触面積が大きくなる。
[0018] 力かるスタック構成体 20にあっては、接着剤を用いることなぐ二組の単セル構成 部品 30が挟持手段 60によって挟持されて!、る。単セル構成部品 30を接着剤により 組み立てる形態に比べて、接着剤を塗布したり、接着剤を乾燥させたりする作業時 間が不要となるため、二組の単セル構成部品 30を組み立てるための作業時間を短 縮できる。したがって、燃料電池スタック 10の生産性が向上する。さらに、挟持手段 6 0のシール部 61により、膜電極接合体 40のフレーム 44とセパレータ 51との間、フレ ーム 45とセパレータ 52との間、およびセパレータ 51とセパレータ 52との間力 の流 体の漏れが防止され、各単セルの性能が維持される。
[0019] 榭脂モールド成形によって挟持手段 60を形成しているため、当該挟持手段 60を積 層体 31の外周全周にわたって容易に形成できる。また、二組の単セル構成部品 30 を一体的に挟持するため、単セル構成部品 30を接着剤により組み立てる形態に比 ベて、作業時間を短縮できる。したがって、燃料電池スタック 10の生産性が向上する
[0020] 各シール部 61に、積層体 31との接触面積を大きくするための面 61aを形成したの で、積層体 31とシール部 61との密着性が高まる。したがって、流体の漏れをより確実 に防止できる。また、挟持手段 60は、榭脂製であり、ある程度の弾性を備えている。 実施形態のように、シール部 61が積層体 31に食い込む形状にすると、当該シール 部 61が、積層体 31に作用する振動や、熱膨張に伴う変形を吸収する機能をも発揮 する。この観点からも、シール性能が高まる。
[0021] 燃料電池スタック 10は、シール部材 11を介して複数個のスタック構成体 20を積層 して形成されている。スタック構成体 20同士を接着していないので、燃料電池スタツ ク 10を個々のスタック構成体 20に容易に分解することができる。このため、いずれか の単セルに不良が生じた場合には、その単セルを含むスタック構成体 20だけを新し V、スタック構成体 20に交換することができる。スタック構成体 20と 、うブロック単位で 交換できるため、単セル構成部品 30を接着剤を用いて接着しながら組み立てられた 燃料電池スタックに比較して、交換作業を迅速に行うことができる。単セル構成部品 3 0を無駄にすることも少なくなる。また、シール部材 11が、燃料電池スタック 10に作用 する振動や、燃料電池スタック 10全体の変形を吸収する機能を発揮し、燃料電池ス タック 10の性能が維持される。
[0022] 図 4は、燃料電池スタック用構成体 20を製造するための成形装置 70を示す断面図 である。
[0023] 成形装置 70は、二組の単セル構成部品 30が積層される成形型 71と、成形型 71 内に形成されるキヤビティ 71aに榭脂からなる成形材料 78を圧送によって充填する 充填装置（図示せず）と、を有する。本実施形態においては、成形材料 78には、 1液 性加熱硬化型ォレフイン系榭脂を用いて 、る。
[0024] 前記成形型 71は、下型 72と、下型 72内に上下動自在に設けられた押し出しプレ ート 73と、下型 72に対して上下動自在に設けられた上型 74と、を有する。下型 72に は、成形材料 78を硬化させるために下型 72を加熱する加熱手段 75と、下型 72を冷 却する冷却手段 76と、が設けられている。加熱手段 75は、例えば電気ヒータ力も構 成されている。冷却手段 76は、例えば、水などの冷却媒体を流す通路から構成され ている。二組の単セル構成部品 30は、下型 72内の押し出しプレート 73上に積層さ れる。上型 74は、成形型 71内に積層された積層体 31を積層方向に加圧する加圧 力を、積層体 31に付与する。積層体 31の外周と成形型 71内面との間に、キヤビティ 71aが形成される。押し出しプレート 73には、成形されたスタック構成体 20を下型 72 力も持ち上げるために、上方に向けて駆動されるピン 77が連結されている。
[0025] スタック構成体 20を製造する際には、まず、二組の単セル構成部品 30を、単セル を構成するように、押し出しプレート 73上に積層する。つまり、セパレータ 52、膜電極 接合体 40、セパレータ 51、セパレータ 52、膜電極接合体 40、セパレータ 51の順に 、押し出しプレート 73上に積層する。フレーム 44、 45とセノレータ 51、 52との境界面 が積層体 31の外周に臨む部位、およびセパレータ 51とセパレータ 52との境界面が 積層体 31の外周に臨む部位は、予め面取りされている。単セル構成部品 30を積層 すること〖こよって、断面三角形状を有する凹部 32が積層体 31に形成される。
[0026] 上型 74を下型 72に向けて駆動し、積層体 31を積層方向に加圧し、膜電極接合体 40およびセパレータ 51、 52を密着させる。積層体 31を積層方向に加圧しながら、充 填装置から、成形材料 78をキヤビティ 71aに圧送し充填する。所定量の成形材料 78 をキヤビティ 71aに充填した後、加熱手段 75を作動させ、下型 72を所定温度までカロ 熱し、成形材料 78を硬化させる。これにより、積層体 31が外周全周にわたって榭脂 モールド成形され、積層体 31の外周全周を包み込むように設けられる挟持手段 60 が形成される。また、挟持手段 60のシール部 61が、積層体 31の凹部 32に食い込む ように成形される。 [0027] 成形材料 78の硬化が完了すると、加熱手段 75の作動を停止する一方、冷却手段 76を作動させ、下型 72を冷却する。スタック構成体 20の温度が下がると、冷却段の 作動を停止する一方、ピン 77を上方に向けて駆動する。押し出しプレート 73上で成 形されたスタック構成体 20は、下型 72から持ち上げられ、下型 72から取り出される。
[0028] 上述した一連の工程により、榭脂モールド成形された挟持手段 60によって、単セル 構成部品 30を接着剤を用いることなく挟持し、さらに、流体の漏れをシールするよう にしてなるスタック構成体 20を得る。
[0029] (変形例）
挟持手段 60のシール部 61は、適宜の形状を採用できる。例えば、凹部 32を積層 体 31に形成するのに代えて、挟持手段 60に食い込む凸部を積層体 31に形成して もよい。力かる形態によっても、積層体 31との接触面積を大きくするための面がシー ル部に形成され、流体の漏れをより確実に防止できる。さらに、凹部 32および凸部の 両者を積層体 31に形成してもよ!/、。
[0030] 二組の単セル構成部品 30を含むスタック構成体 20について説明した力 燃料電 池スタック 10の生産性の向上を図るという本発明の目的は、一組の単セル構成部品 30を含むスタック構成体 20、あるいは、三組以上の単セル構成部品 30を含むスタツ ク構成体 20によっても達成できる。
[0031] 一対のフレーム 44、 45を含む膜電極接合体 40について説明した力 フレーム 44、 45を含まな 、膜電極接合体であっても、本発明を適用できる。
[0032] 本発明の実施態様の燃料電池スタック用構成体によれば、接着剤を用いることなく 、単セル構成部品が挟持手段によって挟持されている。単セル構成部品を接着剤に より組み立てる形態に比べて、接着剤を塗布したり、接着剤を乾燥させたりする作業 時間が不要となるため、単セル構成部品を組み立てるための作業時間を短縮できる 。したがって、燃料電池スタックの生産性が向上する。さらに、挟持手段のシール部 により、流体の漏れが防止され、各単セルの性能が維持される。
[0033] 本発明の実施態様の燃料電池スタック用構成体の製造方法によれば、榭脂モール ド成形によって挟持手段を形成しているため、当該挟持手段を積層体の外周全周に わたって容易に形成できる。また、単セル構成部品を一体的に挟持するため、単セ ル構成部品を接着剤により組み立てる形態に比べて、作業時間を短縮できる。
[0034] 本発明の実施態様の燃料電池スタックによれば、燃料電池スタック用構成体同士 を接着して 、な 、ので、燃料電池スタックを個々の燃料電池スタック用構成体に容易 に分解することができる。いずれかの単セルに不良が生じた場合には、燃料電池スタ ック用構成体と ヽぅブロック単位で交換できるため、単セル構成部品を接着剤を用い て接着しながら組み立てられた燃料電池スタックに比較して、交換作業を迅速に行う ことができる。
産業上の利用可能性
[0035] 本発明は、燃料電池スタック用構成体を製造する用途に適用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 燃料電池スタックを構成するための構成体であって、
固体電解質膜に一対の電極が接合された膜電極接合体と、流体を流通させるため の流路溝が形成されるとともに前記膜電極接合体を挟持するための一対のセパレー タとを含む単セル構成部品を、少なくとも一組含み、
前記少なくとも一組の単セル構成部品を単セルを構成するように積層してなる積層 体の外周全周を包み込むように設けられ、前記単セル構成部品を接着剤を用いるこ となく挟持する挟持手段を含み、
前記挟持手段はさらに、前記流体の漏れをシールするシール部が形成されてなる 燃料電池スタック用構成体。
[2] 前記挟持手段は、榭脂からなる成形材料を前記積層体の外周全周にわたつて榭 脂モールド成形することによって形成されていることを特徴とする請求項 1に記載の 燃料電池スタック用構成体。
[3] 前記挟持手段の前記シール部は、前記積層体との接触面積を大きくするための面 が形成されて ヽることを特徴とする請求項 1に記載の燃料電池スタック用構成体。
[4] 請求項 1に記載の燃料電池スタック用構成体を、シール部材を介して複数個積層 することにより形成されていることを特徴とする燃料電池スタック。
[5] 燃料電池スタックを構成するための構成体を製造する方法であって、
固体電解質膜に一対の電極が接合された膜電極接合体と、流体を流通させるため の流路溝が形成されるとともに前記膜電極接合体を挟持するための一対のセパレー タとを含む単セル構成部品を、少なくとも一組、単セルを構成するように成形型内に 積層し、
前記成形型内に積層された積層体を積層方向に加圧しながら、前記積層体の外 周全周にわたつて樹脂からなる成形材料を榭脂モールド成形して、前記積層体の外 周全周を包み込むように設けられる挟持手段を形成してなり、
前記挟持手段によって、前記単セル構成部品を接着剤を用いることなく挟持し、さ らに、前記流体の漏れをシールするようにしてなる燃料電池スタック用構成体の製造 方法。
PCT/JP2005/002393 2004-03-23 2005-02-17 燃料電池スタック用構成体、燃料電池スタック用構成体の製造方法、および燃料電池スタック WO2005091419A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004-084687 2004-03-23
JP2004084687A JP2005276482A (ja) 2004-03-23 2004-03-23 燃料電池スタック用構成体、燃料電池スタック用構成体の製造方法、および燃料電池スタック

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005091419A1 true WO2005091419A1 (ja) 2005-09-29

Family

ID=34994004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2005/002393 WO2005091419A1 (ja) 2004-03-23 2005-02-17 燃料電池スタック用構成体、燃料電池スタック用構成体の製造方法、および燃料電池スタック

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2005276482A (ja)
WO (1) WO2005091419A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018055858A1 (ja) * 2016-09-21 2018-03-29 株式会社豊田自動織機 蓄電装置及び蓄電装置の製造方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5028856B2 (ja) * 2006-04-27 2012-09-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
CA2694279C (en) * 2007-06-28 2017-01-10 Protonex Technology Corporation Fuel cell stacks and methods
JP5181969B2 (ja) * 2008-09-25 2013-04-10 トヨタ自動車株式会社 燃料電池
JP2010113890A (ja) * 2008-11-05 2010-05-20 Toyota Motor Corp 燃料電池の製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000067886A (ja) * 1998-08-20 2000-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子型燃料電池およびその製造法
JP2000299121A (ja) * 1999-04-16 2000-10-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池スタック
JP2001135342A (ja) * 1999-11-02 2001-05-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子電解質型燃料電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000067886A (ja) * 1998-08-20 2000-03-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子型燃料電池およびその製造法
JP2000299121A (ja) * 1999-04-16 2000-10-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 燃料電池スタック
JP2001135342A (ja) * 1999-11-02 2001-05-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子電解質型燃料電池

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018055858A1 (ja) * 2016-09-21 2018-03-29 株式会社豊田自動織機 蓄電装置及び蓄電装置の製造方法
JPWO2018055858A1 (ja) * 2016-09-21 2019-06-24 株式会社豊田自動織機 蓄電装置及び蓄電装置の製造方法
US11276903B2 (en) 2016-09-21 2022-03-15 Kabushiki Kaisha Toyota Kidoshokki Electricity storage device and method for manufacturing electricity storage device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005276482A (ja) 2005-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6209620B2 (ja) 燃料電池アセンブリおよびその作製方法
US8882859B2 (en) Method for manufacturing metal separator for fuel cell
JP6056964B2 (ja) 燃料電池の製造方法及び製造装置
JP2002124276A (ja) 燃料電池のシールの装着方法および燃料電池
KR101484126B1 (ko) 연료 전지 스택, 연료 전지 스택의 제조 방법, 및, 연료 전지 스택을 구성하는 모듈의 교환 방법
JP2004055350A (ja) 燃料電池のシール構造とその製造方法
JP6375523B2 (ja) 燃料電池モジュール及び燃料電池スタック
WO2005091419A1 (ja) 燃料電池スタック用構成体、燃料電池スタック用構成体の製造方法、および燃料電池スタック
KR20200070944A (ko) 연료전지용 탄성체 셀 프레임 및 그 제조방법과 이를 이용한 단위 셀
WO2007032267A1 (ja) 燃料電池用構成部材のガスケット一体成型方法及びその成型装置
JP2017079170A (ja) 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体及びその製造方法
JP2001332277A (ja) 燃料電池スタック
CN110380080B (zh) 燃料电池用带树脂框的电解质膜-电极构造体
JP2001319676A (ja) 燃料電池及びその製造方法
JP2007179815A (ja) 燃料電池モジュール、燃料電池スタック及び燃料電池モジュールの作製方法
EP2686902B1 (en) Fuel cell plate bonding method and arrangement
CA3070363A1 (en) Membrane electrode and frame assembly for fuel cell stacks and method for making
JP2017152281A (ja) 燃料電池セルの製造方法
JP2005216733A (ja) 燃料電池の製造方法
KR102683799B1 (ko) 연료전지용 탄성체 셀 프레임 및 그 제조방법과 이를 이용한 단위 셀
JP2004241167A (ja) 燃料電池用構成部品
KR20200072198A (ko) 연료전지용 탄성체 셀 프레임 및 그 제조방법과 이를 이용한 단위 셀
JP2018063813A (ja) 燃料電池の製造方法
JP2006164887A (ja) 燃料電池用積層体の形成装置及び燃料電池用積層体の形成方法
KR20200072197A (ko) 연료전지용 탄성체 셀 프레임 및 그 제조방법과 이를 이용한 단위 셀

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase