JP2013157093A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体高分子電解質膜の一方面に第1電極が、他方の面に第2電極が、それぞれ設けられる電解質膜・電極構造体と、セパレータとを備える燃料電池に関する。 The present invention relates to a fuel cell comprising an electrolyte membrane / electrode structure provided with a first electrode on one surface of a solid polymer electrolyte membrane and a second electrode on the other surface, and a separator.
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ触媒層(電極触媒層)及びガス拡散層(多孔質カーボン)を有するアノード電極とカソード電極とを配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持している。この燃料電池は、所定の数だけ積層して燃料電池スタックを構成するとともに、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 In general, a polymer electrolyte fuel cell employs a polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. This fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode each having a catalyst layer (electrode catalyst layer) and a gas diffusion layer (porous carbon) are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane ( MEA) is sandwiched between separators (bipolar plates). A predetermined number of fuel cells are stacked to form a fuel cell stack, and the fuel cell is used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack.
この種の電解質膜・電極構造体では、比較的高価な固体高分子電解質膜の使用量を削減させるとともに、薄膜状で強度が低い前記固体高分子電解質膜を保護するために、樹脂製枠部材を組み込んだ枠付きMEAが採用されている。 In this type of electrolyte membrane / electrode structure, a resin frame member is used to reduce the amount of the relatively expensive solid polymer electrolyte membrane used and to protect the thin polymer electrolyte membrane having a low strength. A MEA with a frame that incorporates is adopted.
例えば、特許文献1に開示されている膜電極組立体では、図7に示すように、高分子電解質膜1を備え、前記電解質膜1の一方の面側には、第1の電極層2が設けられるとともに、前記第1の電極層2の該電解質膜1とは反対側には、第1のガス拡散層3が設けられている。
For example, the membrane electrode assembly disclosed in Patent Document 1 includes a polymer electrolyte membrane 1 as shown in FIG. 7, and the
電解質膜1の他方の面側には、第2の電極層4が設けられ、前記第2の電極層4の前記電解質膜1とは反対側には、第2のガス拡散層5が設けられることにより、膜電極接合体(MEA)6が構成されている。
A
膜電極接合体6には、電解質膜1の外周縁の全部並びに第1のガス拡散層3及び第2のガス拡散層5の外周縁の少なくとも一部であって前記電解質膜1の側を包囲するように、樹脂枠7が設けられている。
The
第1のガス拡散層3及び第1の電極層2は、前記第1のガス拡散層3の外周縁全体が電解質膜1の外周縁の範囲内に収まるとともに、前記第1の電極層2の外周縁全周に亘って該第1の電極層2の外周縁と該電解質膜1の外周縁との間に該電解質膜1の表面領域が残るように、該電解質膜1の表面上に配置されている。第2のガス拡散層5は、電解質膜1の外周縁全周に亘って該表面領域とは反対側の少なくとも一部にまで延在しており、さらに樹脂枠7は、該表面領域の少なくとも一部に固着されている。
The first
上記の特許文献1では、膜電極接合体6には、電解質膜1の外周縁の全周並びに第1のガス拡散層3及び第2のガス拡散層5の外周縁を囲繞して樹脂枠7が固着されている。
In the above-mentioned Patent Document 1, the
このため、膜電極接合体6の製作時や燃料電池の運転時に、温度変化が惹起されると、樹脂枠7と第1のガス拡散層3及び第2のガス拡散層5とで、それぞれの伸縮寸法が異なって応力が発生し易い。従って、膜電極接合体6に反りが生じたり、樹脂枠7の剥離がするという問題がある。
For this reason, when a change in temperature is induced during manufacture of the
本発明は、この種の問題を解決するものであり、樹脂部材が設けられる電解質膜・電極構造体に応力が発生することがなく、簡単且つ経済的な構成で、前記電解質膜・電極構造体の反りや剥離を良好に抑制することが可能な燃料電池を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and does not generate stress in the electrolyte membrane / electrode structure on which the resin member is provided, and the electrolyte membrane / electrode structure has a simple and economical configuration. An object of the present invention is to provide a fuel cell capable of satisfactorily suppressing warpage and peeling.
本発明は、固体高分子電解質膜の一方の面に、第1触媒層及び第1ガス拡散層を有する第1電極が配設され、且つ前記固体高分子電解質膜の他方の面に、第2触媒層及び第2ガス拡散層を有する第2電極が配設される電解質膜・電極構造体と、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路がセパレータ面内に形成されるとともに、前記反応ガス流路の入口側に連通して前記セパレータ面を貫通する反応ガス入口連通孔、及び前記反応ガスの出口側に連通して前記セパレータ面を貫通する反応ガス出口連通孔が形成されるセパレータとを備える燃料電池に関するものである。 In the present invention, a first electrode having a first catalyst layer and a first gas diffusion layer is disposed on one surface of a solid polymer electrolyte membrane, and a second electrode is disposed on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane. An electrolyte membrane / electrode structure in which a second electrode having a catalyst layer and a second gas diffusion layer is disposed, and a reaction gas flow path for supplying a reaction gas along the electrode surface are formed in the separator surface, A reaction gas inlet communication hole that communicates with the inlet side of the reaction gas channel and penetrates the separator surface, and a reaction gas outlet communication hole that communicates with the outlet side of the reaction gas and penetrates the separator surface are formed. The present invention relates to a fuel cell including a separator.
この燃料電池では、電解質膜・電極構造体は、矩形状を有するとともに、一方の両端部を構成する第1辺に一体化される第1樹脂部材と、前記一方の両端部を構成する第2辺に一体化される第2樹脂部材とのみからなる樹脂体を備えている。 In this fuel cell, the electrolyte membrane / electrode structure has a rectangular shape, a first resin member integrated with a first side constituting one end portion, and a second resin constituting the one end portion. A resin body including only the second resin member integrated with the side is provided.
そして、第1樹脂部材は、反応ガス流路の入口側と反応ガス入口連通孔との間に位置してセパレータに積層される入口バッファ部を設け、第2樹脂部材は、前記反応ガス流路の出口側と反応ガス出口連通孔との間に位置して前記セパレータに積層される出口バッファ部を設けている。 The first resin member is provided with an inlet buffer portion that is positioned between the inlet side of the reactive gas flow path and the reactive gas inlet communication hole and is stacked on the separator, and the second resin member is provided with the reactive gas flow path. An outlet buffer portion is provided between the outlet side and the reaction gas outlet communication hole and is stacked on the separator.
また、この燃料電池では、第1樹脂部材及び第2樹脂部材には、複数の突起部又はガイド流路溝が一体に設けられることが好ましい。 Moreover, in this fuel cell, it is preferable that the first resin member and the second resin member are integrally provided with a plurality of protrusions or guide channel grooves.
さらに、この燃料電池では、電解質膜・電極構造体は、長方形状を有し、短辺側の2辺に第1樹脂部材及び第2樹脂部材が含浸又は接着により一体化されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, it is preferable that the electrolyte membrane / electrode structure has a rectangular shape, and the first resin member and the second resin member are integrated by impregnation or adhesion on two sides on the short side.
さらにまた、この燃料電池では、電解質膜・電極構造体の長辺側の2辺で、第1ガス拡散層の平面寸法は、第2ガス拡散層の平面寸法よりも大きな寸法に設定されることが好ましい。 Furthermore, in this fuel cell, the planar dimension of the first gas diffusion layer is set to be larger than the planar dimension of the second gas diffusion layer on the two long sides of the electrolyte membrane / electrode structure. Is preferred.
本発明によれば、電解質膜・電極構造体に一体化される樹脂体は、入口バッファ部を設ける第1樹脂部材と、出口バッファ部を設ける第2樹脂部材とからのみで構成されている。このため、電解質膜・電極構造体の全周が樹脂体で覆われることがなく、前記樹脂体と第1ガス拡散層及び第2ガス拡散層との伸縮率の相違により発生する応力が良好に低減される。ここで、入口バッファ部及び出口バッファ部は、反応ガスを反応ガス流路に均一に分配して流通させる機能を有する。 According to the present invention, the resin body integrated with the electrolyte membrane / electrode structure is composed of only the first resin member provided with the inlet buffer portion and the second resin member provided with the outlet buffer portion. Therefore, the entire circumference of the electrolyte membrane / electrode structure is not covered with the resin body, and the stress generated by the difference in expansion / contraction ratio between the resin body and the first gas diffusion layer and the second gas diffusion layer is good. Reduced. Here, the inlet buffer unit and the outlet buffer unit have a function of uniformly distributing and flowing the reaction gas to the reaction gas channel.
これにより、樹脂体が設けられる電解質膜・電極構造体に応力が発生することがなく、簡単且つ経済的な構成で、前記電解質膜・電極構造体の反りや剥離を良好に抑制することが可能になる。 As a result, no stress is generated in the electrolyte membrane / electrode structure on which the resin body is provided, and it is possible to satisfactorily suppress warping and peeling of the electrolyte membrane / electrode structure with a simple and economical configuration. become.
図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池10は、電解質膜・電極構造体12を第1セパレータ14及び第2セパレータ16で挟持する。第1セパレータ14及び第2セパレータ16は、縦長(又は横長)の長方形状を有し、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板を波板状にプレス成形して構成され、又は、カーボン部材等で構成されている。
As shown in FIG. 1, the
複数の燃料電池10は、例えば、水平方向(矢印A方向)に沿って互いに積層されてスタック(例えば、車載用燃料電池スタック)を構成する。なお、燃料電池10は、重力方向(鉛直方向)に積層されてもよい。
The plurality of
図2及び図3に示すように、長方形状(又は正方形状)の電解質膜・電極構造体12は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜18と、前記固体高分子電解質膜18を挟持するカソード電極(第1電極)20及びアノード電極(第2電極)22とを有する。固体高分子電解質膜18は、フッ素系電解質の他、HC(炭化水素)系電解質が使用される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the rectangular (or square) electrolyte membrane /
カソード電極20は、固体高分子電解質膜18の一方の面18aに接合される第1電極触媒層(第1触媒層)20aと、前記第1電極触媒層20aに積層される第1ガス拡散層20bとを設ける。アノード電極22は、固体高分子電解質膜18の面18bに接合される第2電極触媒層(第2触媒層)22aと、前記第2電極触媒層22aに積層される第2ガス拡散層22bとを設ける。
The
第1電極触媒層20a及び第2電極触媒層22aは、同一の外形寸法を有するとともに、長辺方向の両端部では、固体高分子電解質膜18と同一の外形寸法に設定される(図2参照)。第1電極触媒層20a及び第2電極触媒層22aは、短辺方向の両端部では、固体高分子電解質膜18よりも小さな外形寸法に設定される(図3参照)。
The first
第1ガス拡散層20bは、固体高分子電解質膜18と同一の外形寸法に設定される(図2及び図3参照)。第2ガス拡散層22bは、長辺方向の両端部で固体高分子電解質膜18と同一の外形寸法に設定され(図2参照)、且つ、短辺方向の両端部で、前記固体高分子電解質膜18よりも小さな外形寸法に設定される(図3参照)。
The first
第1電極触媒層20a及び第2電極触媒層22aは、カーボンブラックに白金粒子を担持した触媒粒子を形成し、イオン導伝性バインダーとして高分子電解質を使用し、この高分子電解質の溶液中に前記触媒粒子を均一に混合して作製された触媒ペーストを、固体高分子電解質膜18の両方の面18a、18bに印刷、塗布又は転写することによって構成される。
The first
第1ガス拡散層20b及び第2ガス拡散層22bは、カーボンブラック及びPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)粒子を含む下地層をカーボンペーパの触媒層側に塗布して形成される。
The first
電解質膜・電極構造体12には、樹脂体24が一体化される。樹脂体24は、電解質膜・電極構造体12の短辺側の2辺(一方の両端部)に、例えば、溶着、接着、一体成形等により一体化される第1樹脂部材24a及び第2樹脂部材24bからのみ構成される。第1樹脂部材24a及び第2樹脂部材24bは、長辺方向略中央部が突出するとともに、両側が低くなる略山形形状を有する。
A
第1の実施形態では、図1及び図2に示すように、第1樹脂部材24aとカソード電極20の第1ガス拡散層20bとは、樹脂含浸部25aにより一体化される。第1樹脂部材24aとアノード電極22の第2ガス拡散層22bとは、樹脂含浸部25bにより一体化される(図2参照)。
In the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the
図1及び図4に示すように、第2樹脂部材24bとカソード電極20の第1ガス拡散層20bとは、樹脂含浸部25aにより一体化される。第2樹脂部材24bとアノード電極22の第2ガス拡散層22bとは、樹脂含浸部25bにより一体化される。
As shown in FIG.1 and FIG.4, the
樹脂含浸部25a、25bは、それぞれ第1樹脂部材24a及び第2樹脂部材24bに一体に設けられていてもよく、又は、別部材で構成される樹脂材を用意し、前記樹脂材を溶融させて第1ガス拡散層20b及び第2ガス拡散層22bと前記第1樹脂部材24a及び前記第2樹脂部材24bとに一体に含浸させてもよい。
The resin impregnated
第1樹脂部材24a及び第2樹脂部材24bは、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PPA(ポリフタルアミド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルサルフォン)、LCP(リキッドクリスタルポリマー)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、シリコーンゴム、フッ素ゴム又はEPDM(エチレンプロピレンゴム)等で構成される。
The
図1に示すように、第1樹脂部材24aの第2セパレータ16側の面には、後述する酸化剤ガス流路42の入口側に対応する入口バッファ部26aが設けられる。第2樹脂部材24bの第2セパレータ16側の面には、酸化剤ガス流路42の出口側に対応する出口バッファ部26bが設けられる。入口バッファ部26a及び出口バッファ部26bは、複数の突起部により構成される。
As shown in FIG. 1, an
図4に示すように、第1樹脂部材24aの第1セパレータ14側の面には、後述する燃料ガス流路36の入口側に対応する入口バッファ部28aが設けられる。第2樹脂部材24bの第1セパレータ14側の面には、燃料ガス流路36の出口側に対応する出口バッファ部28bが設けられる。入口バッファ部28a及び出口バッファ部28bは、複数の突起部により構成される。
As shown in FIG. 4, an
図1に示すように、燃料電池10の長辺方向(矢印C方向)の上端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔(反応ガス入口連通孔)30a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔(反応ガス入口連通孔)32aが設けられる。
As shown in FIG. 1, an oxidation for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas, communicates with each other in the arrow A direction at the upper edge of the long side direction (arrow C direction) of the
燃料電池10の長辺方向(矢印C方向)の下端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔(反応ガス出口連通孔)32b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔(反応ガス出口連通孔)30bが設けられる。
A fuel gas outlet communication hole (reactive gas outlet communication hole) 32b for communicating with each other in the direction of arrow A and discharging fuel gas is provided at the lower edge of the long side direction (arrow C direction) of the
燃料電池10の短辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔34aが設けられるとともに、前記燃料電池10の短辺方向の他端縁部には、前記冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔34bが設けられる。
At one edge of the
第1セパレータ14の電解質膜・電極構造体12に向かう面14aには、燃料ガス入口連通孔32aから燃料ガス出口連通孔32bに連なる燃料ガス流路36が形成される。燃料ガス流路36の入口側(上端側)には、第1樹脂部材24aに設けられた入口バッファ部28aに当接する入口バッファ領域38aが実質的に平坦状に設けられる。入口バッファ領域38aの燃料ガス入口連通孔32a側の端部には、複数の供給孔部40aが連通する。
On the
燃料ガス流路36の出口側(下端部)には、第2樹脂部材24bに設けられた出口バッファ部28bに当接する出口バッファ領域38bが実質的に平坦状に設けられる。出口バッファ領域38bの燃料ガス出口連通孔32b側の端部には、複数の排出孔部40bが連通する。
On the outlet side (lower end portion) of the fuel
第2セパレータ16の電解質膜・電極構造体12に向かう面16aには、酸化剤ガス入口連通孔30aと酸化剤ガス出口連通孔30bとに連通する酸化剤ガス流路42が設けられる。酸化剤ガス流路42の入口側(上端側)には、第1樹脂部材24aに設けられた入口バッファ部26aに当接する入口バッファ領域44aが実質的に平坦状に設けられる。酸化剤ガス流路42の出口側(下端側)には、第2樹脂部材24bの下端縁部に設けられた出口バッファ部26bに当接する出口バッファ領域44bが設けられる。
An oxidant
第1セパレータ14の面14bと第2セパレータ16の面16bとの間には、冷却媒体入口連通孔34aと冷却媒体出口連通孔34bとを連通する冷却媒体流路46が矢印B方向に設けられる。
Between the
図1〜図3に示すように、第1セパレータ14の面14a、14bには、この第1セパレータ14の外周端部を周回して、第1シール部材50が一体化される。第2セパレータ16の面16a、16bには、この第2セパレータ16の外周端部を周回して、第2シール部材52が一体化される。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
第1シール部材50及び第2シール部材52には、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
For the
このように構成される燃料電池10の動作について、以下に説明する。
The operation of the
先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔30aには、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔32aには、水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔34aには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔30aから第2セパレータ16の酸化剤ガス流路42に導入され、矢印C方向に移動して電解質膜・電極構造体12のカソード電極20に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔32aから第1セパレータ14の供給孔部40aを通って燃料ガス流路36に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路36に沿って矢印C方向に移動し、電解質膜・電極構造体12のアノード電極22に供給される。
For this reason, the oxidant gas is introduced into the oxidant
従って、電解質膜・電極構造体12では、カソード電極20に供給される酸化剤ガスと、アノード電極22に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。
Therefore, in the electrolyte membrane /
次いで、カソード電極20に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔30bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、アノード電極22に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部40bを通り燃料ガス出口連通孔32bに沿って矢印A方向に排出される。
Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the
また、冷却媒体入口連通孔34aに供給された冷却媒体は、第1セパレータ14と第2セパレータ16との間の冷却媒体流路46に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体12を冷却した後、冷却媒体出口連通孔34bから排出される。
The cooling medium supplied to the cooling medium
この場合、第1の実施形態では、図1及び図4に示すように、電解質膜・電極構造体12に一体化される樹脂体24は、入口バッファ部26a、28aを設ける第1樹脂部材24aと、出口バッファ部26b、28bを設ける第2樹脂部材24bとからのみで構成されている。すなわち、樹脂体24は、電解質膜・電極構造体12の一方の両端部(短辺)にのみ設けられている。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 4, the
このため、電解質膜・電極構造体12の全周が樹脂体24で覆われることがない。従って、電解質膜・電極構造体12の製作時や燃料電池10の運転時に、樹脂体24(第1樹脂部材24a及び第2樹脂部材24b)と第1ガス拡散層20b及び第2ガス拡散層22bとの伸縮率の相違により発生する応力が、良好に低減される。
For this reason, the entire circumference of the electrolyte membrane /
これにより、樹脂体24が設けられた電解質膜・電極構造体12に応力が発生することがなく、簡単且つ経済的な構成で、前記電解質膜・電極構造体12の反りや剥離を良好に抑制することが可能になるという効果が得られる。
As a result, no stress is generated in the electrolyte membrane /
図5は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体80の正面説明図である。
FIG. 5 is an explanatory front view of an electrolyte membrane /
なお、第1の実施形態に係る電解質膜・電極構造体12と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
The same components as those of the electrolyte membrane /
電解質膜・電極構造体80は、長方形状を有し、前記電解質膜・電極構造体80に樹脂体82が一体化される。樹脂体82は、電解質膜・電極構造体80の短辺側の2辺(一方の両端部)に、例えば、溶着、接着、一体成形等により一体化される第1樹脂部材82a及び第2樹脂部材82bからのみ構成される。
The electrolyte membrane /
第1樹脂部材82aの一方の面には、エンボスに代えて複数本のガイド流路溝84aが形成される。ガイド流路溝84aは、燃料ガス入口連通孔32aから燃料ガス流路36に燃料ガスを案内する機能を有する。
A plurality of guide
第2樹脂部材82bの一方の面には、エンボスに代えて複数本のガイド流路溝84bが形成される。ガイド流路溝84bは、燃料ガス流路36から燃料ガス出口連通孔32bに燃料ガスを案内する機能を有する。
A plurality of
第1樹脂部材82aの他方の面及び第2樹脂部材82bの他方の面には、図示しないが、同様に複数本のガイド流路溝が形成される。このガイド流路溝は、酸化剤ガス入口連通孔30a及び酸化剤ガス出口連通孔30bと酸化剤ガス流路42とを連結する。
Although not shown, a plurality of guide flow channel grooves are similarly formed on the other surface of the
このように構成される第2の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。 In the second embodiment configured as described above, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
図6は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池90の要部断面説明図である。
FIG. 6 is an explanatory cross-sectional view of a main part of a
燃料電池90は、電解質膜・電極構造体92を第1セパレータ14及び第2セパレータ16で挟持する。電解質膜・電極構造体92は、固体高分子電解質膜18をカソード電極20及びアノード電極22により挟持するとともに、前記アノード電極22は、前記カソード電極20よりも表面積が小さい、所謂、段差MEAを構成する。
In the
カソード電極20を構成する第1電極触媒層20aとアノード電極22を構成する第2電極触媒層22aとは、同一の表面積を有し、且つ、固体高分子電解質膜18の表面積よりも小さな表面積に設定される。カソード電極20を構成する第1ガス拡散層20bは、アノード電極22を構成する第2ガス拡散層22bよりも大きな表面積に設定されるとともに、前記第1ガス拡散層20bは、固体高分子電解質膜18と同一の表面積に設定される。
The first
電解質膜・電極構造体92には、樹脂体94が一体化される。樹脂体94は、電解質膜・電極構造体92の短辺側の2辺(一方の両端部)に、例えば、溶着、接着、一体成形等により一体化される第1樹脂部材94a及び第2樹脂部材(図示せず)からのみ構成される。
A
樹脂体94を構成する第1樹脂部材94aは、段差MEAである電解質膜・電極構造体92の外形形状に対応して段差部位96を有する。第1樹脂部材94aとカソード電極20の第1ガス拡散層20bとは、樹脂含浸部98aにより一体化される。第1樹脂部材94aとアノード電極22の第2ガス拡散層22bとは、樹脂含浸部98bにより一体化される。
The
なお、図示しないが、樹脂体94を構成する第2樹脂部材も、上記の第1樹脂部材94aと同様に構成される。
In addition, although not shown in figure, the 2nd resin member which comprises the
このように構成される第3の実施形態では、樹脂体94は、電解質膜・電極構造体92の一方の両端部(短辺)にのみ設けられており、前記電解質膜・電極構造体92の全周が樹脂体94で覆われることがない。これにより、樹脂体94が設けられた電解質膜・電極構造体92に応力が発生することがなく、簡単且つ経済的な構成で、前記電解質膜・電極構造体92の反りや剥離を良好に抑制することが可能になる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In the third embodiment configured as described above, the
なお、第3の実施形態では、アノード電極22は、カソード電極20よりも表面積が小さく構成されているが、これとは逆に、前記カソード電極20は、前記アノード電極22よりも表面積が小さく構成されてもよい。
In the third embodiment, the
10、90…燃料電池
12、80、92…電解質膜・電極構造体
14、16…セパレータ 18…固体高分子電解質膜
20…カソード電極 20a、22a…電極触媒層
20b、22b…ガス拡散層 22…アノード電極
24、82、94…樹脂体
24a、24b、82a、82b、94a…樹脂部材
25a、25b、98a、98b…樹脂含浸部
26a、28a…入口バッファ部 26b、28b…出口バッファ部
30a…酸化剤ガス入口連通孔 30b…酸化剤ガス出口連通孔
32a…燃料ガス入口連通孔 32b…燃料ガス出口連通孔
34a…冷却媒体入口連通孔 34b…冷却媒体出口連通孔
36…燃料ガス流路 42…酸化剤ガス流路
46…冷却媒体流路 50、52…シール部材
84a、84b…ガイド流路溝
DESCRIPTION OF
Claims (4)
電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路がセパレータ面内に形成されるとともに、前記反応ガス流路の入口側に連通して前記セパレータ面を貫通する反応ガス入口連通孔、及び前記反応ガスの出口側に連通して前記セパレータ面を貫通する反応ガス出口連通孔が形成されるセパレータと、
を備える燃料電池であって、
前記電解質膜・電極構造体は、矩形状を有するとともに、
一方の両端部を構成する第1辺に一体化される第1樹脂部材と、
前記一方の両端部を構成する第2辺に一体化される第2樹脂部材と、
のみからなる樹脂体を備え、
前記第1樹脂部材は、前記反応ガス流路の入口側と前記反応ガス入口連通孔との間に位置して前記セパレータに積層される入口バッファ部を設け、
前記第2樹脂部材は、前記反応ガス流路の出口側と前記反応ガス出口連通孔との間に位置して前記セパレータに積層される出口バッファ部を設けることを特徴とする燃料電池。 A first electrode having a first catalyst layer and a first gas diffusion layer is disposed on one surface of the solid polymer electrolyte membrane, and a second catalyst layer and a second electrode are disposed on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane. An electrolyte membrane / electrode structure in which a second electrode having two gas diffusion layers is disposed;
A reaction gas channel for supplying a reaction gas along the electrode surface is formed in the separator surface, and a reaction gas inlet communication hole that communicates with the inlet side of the reaction gas channel and penetrates the separator surface; and A separator in which a reaction gas outlet communication hole communicating with the reaction gas outlet side and penetrating the separator surface is formed;
A fuel cell comprising:
The electrolyte membrane / electrode structure has a rectangular shape,
A first resin member integrated with a first side constituting one end portion;
A second resin member integrated with a second side constituting the one end portion;
Equipped with a resin body consisting only of
The first resin member is provided between an inlet side of the reaction gas flow path and the reaction gas inlet communication hole, and is provided with an inlet buffer portion stacked on the separator,
The fuel cell according to claim 1, wherein the second resin member is provided between an outlet side of the reaction gas flow path and the reaction gas outlet communication hole, and an outlet buffer portion stacked on the separator is provided.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012014699A JP2013157093A (en) | 2012-01-27 | 2012-01-27 | Fuel cell |
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JP (1) | JP2013157093A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015207438A (en) * | 2014-04-21 | 2015-11-19 | 本田技研工業株式会社 | fuel cell |
JP2017033800A (en) * | 2015-08-03 | 2017-02-09 | 日産自動車株式会社 | Membrane electrode assembly and fuel cell including the same |
EP3439091A1 (en) * | 2017-08-04 | 2019-02-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Separator for fuel cell, fuel cell, and manufacturing method of separator for fuel cell |
US10756356B2 (en) | 2017-08-04 | 2020-08-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Manufacturing method of separator for fuel cell |
-
2012
- 2012-01-27 JP JP2012014699A patent/JP2013157093A/en active Pending
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