JP4968505B2 - 燃料電池用セパレータ - Google Patents
燃料電池用セパレータ Download PDFInfo
- Publication number
- JP4968505B2 JP4968505B2 JP2006018941A JP2006018941A JP4968505B2 JP 4968505 B2 JP4968505 B2 JP 4968505B2 JP 2006018941 A JP2006018941 A JP 2006018941A JP 2006018941 A JP2006018941 A JP 2006018941A JP 4968505 B2 JP4968505 B2 JP 4968505B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- metal plates
- sealing
- cell separator
- separator
- 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.)
- Active
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 41
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 42
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 26
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 17
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 16
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 16
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims description 8
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 5
- 239000005060 rubber Substances 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 7
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 4
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 description 1
- 229920006311 Urethane elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
ここで、単セルは、電解質膜が触媒層とガス拡散層とからなるアノード及びカソードにより挟み込まれ、更に、これが一対のセパレータにより挟み込まれる構成である。
ここで、セパレータは、燃料の流通路及び酸化剤の流通路を形成する役割、燃料と酸化剤を分離する役割、反応ガスを各単セルに供給したり、反応に使用されなかったガスを各単セルから排出させたりするガスマニホールドとしての役割、反応熱を除去するための冷却剤を流す役割、反応ガスを電池外部に漏らさない為のシールの役割を担っている。
そして、金属製のプレートの場合には、反応領域付近に凹凸加工が施され、この凹凸部によって、燃料及び酸化剤の流通路が形成されるのが一般的である。
また、この様に凹凸加工が施されたプレートを二枚重ねることで、プレート間にできた隙間を冷却剤の流通路として利用する技術も知られている(特開2002−305006号公報)。
これを解消する技術として、第四図に示す構造のものが知られている(特開2004−152745号公報)。
すなわち、重ね合わせた二枚のプレート100、200を貫通する連通孔140を設け、この連通孔140を介してセパレータの両側のガスケットを連通させる技術が知られている。
連通孔140が存在しない、二枚のプレート100、200の合わせ面間から冷却剤(水)が漏出する危険があった。すなわち、連通孔140にゴム状弾性材製シール要素400が充填されている個所では、冷却剤Aが図上右側に漏出することはないが、連通孔140が存在しない個所では、シール要素400が存在しないため、冷却剤の漏出を確実に防ぐことが出来なかった。
この様な場合、二枚のプレート100、200の合わせ面間に接着剤、シーラント剤、両面粘着テープなどを介在させ、冷却剤の漏出を確実に防ぐことも可能であるが、製造コストが増大し、作業も複雑になる問題を有していた。
また、シール要素に発生するシール面圧を常に一定に保つことにより、長期間安定した密封性を発揮できる燃料電池用セパレータを提供することである。
更にまた、電解質膜がフレームを介して押圧される態様とすることにより、更に安定した密封性を発揮できる燃料電池用セパレータを提供することである。
請求項1記載の発明の燃料電池用セパレータによれば、二枚の金属プレートの合わせ面から冷却剤が漏れ出すことが無く、たとえシールリングと接する二部材の少なくとも一方の部材表面に凹凸や、傷が存在したとしても密封性を損なうことのない燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。
第1図に基づき発明を実施するための最良の形態について説明する。
燃料電池は、単セルが複数重ね合わせられたセルスタックを備える構成である。
ここで、単セルは、電解質膜が触媒層とガス拡散層とからなるアノード及びカソードにより挟み込まれ、更に、これが一対の燃料電池用セパレータにより挟み込まれる構成である。
ここで、燃料電池用セパレータは、燃料の流通路及び酸化剤の流通路を形成する役割、燃料と酸化剤を分離する役割、反応ガスを各単セルに供給したり、反応に使用されなかったガスを各単セルから排出させたりするガスマニホールドとしての役割、反応熱を除去するための冷却剤を流す役割、反応ガスを電池外部に漏らさない為のシールの役割を担っている。
そして、その周縁部には弾性材製シール部材3により、両面にシール要素4、5が形成されている。
ここで使用される弾性材製シール部材3の材質としては、二トリルゴム、EPDM、ウレタンゴム、シリコーンゴム、弗素ゴム等が適宜、使用用途に応じ選択して用いられる。 特に、これらの液状ゴムが好ましい。
金属プレート1、2の凸部6、7が重なり合って、上下両面に形成される両凹部8、9にシール要素4、5が形成される。
そして、シール要素4、5の両側に存在する二枚の金属プレート1、2相互の両凹部8、9により内側の空所10及び外側の空所11が形成されている。
この両空所10、11には弾性材製シール部材3が充填されて閉鎖領域12、13を形成している。
従って、上下両面に設けたシール要素4、5及び閉鎖領域12、13は、連通孔14、14、14,14により相互に連通している。
本実施例では、両金属プレート1、2の凸部6、7が、互いに接する部分に連通孔14を設けているが、両金属プレート1、2の傾斜面(側面)に設けた連通孔14、14、14,14を介して、両シール要素4、5が連通する形としても良い。
すなわち、シール要素4側から注入された弾性材製シール部材3は、閉鎖領域12、13を充填した後、傾斜面(側面)に設けた連通孔14、14から出て、シール要素5を形成する形としても良い。
両空所10、11を形成している二枚の前記金属プレート1、2の頂部15、15は各々同一平面上にあり、シール要素4、5は平面より突出して存在する。
そして、このシール要素4、5が電解質膜を挟持することにより、燃料及び酸化剤の漏洩を防ぐ役割を果す。
この様に、窪みを設ける態様とした場合は、シール要素4、5の逃げ部が存在することになるため、シール面圧を低く抑える事ができる利点がある。
すなわち、セパレータ0、0のシール要素4、5間に電解質膜16が挟持される。
そして、電解質膜16が触媒層とガス拡散層とからなるアノード及びカソードにより挟み込まれたMEA18が、両金属プレート1、2の頂部15,15により挟持される。
このことにより、電解質膜16がシール要素4、5により過大に押し付けられることが無く、常に、最適なシール面圧が維持出来る。
第二図に示した実施例と相違する点は、弾性材製フレーム17を設け、電解質膜16がフレーム17を介して、シール要素4、5及び前記両空所10、11を形成している二枚の金属プレート1、2の頂部15、15により挟持されている点である。
このことにより、電解質膜16の損傷を確実に防止すると共に、この個所におけるシールをより確実なものできる。
このフレーム17は、ゴム若しくは樹脂により、一体若しくは別体に成形されたものが用いられる。
3‥‥弾性材製シール部材
4、5‥‥シール要素
6、7‥‥凸部
8、9‥‥凹部
10‥‥内側の空所
11‥‥外側の空所
12、13‥‥閉鎖領域
14‥‥連通孔
15‥‥頂部
16‥‥電解質膜
17‥‥フレーム
18‥‥MEA
Claims (5)
- 多数の積層状に配置される燃料電池用セパレータであって、表裏に凹凸が形成された2枚の金属プレート(1)(2)が線対称に重ね合わされて、その周縁部において弾性材製シール部材(3)により、両面にシール要素(4)(5)を形成してなる燃料電池用セパレータにおいて、前記金属プレート(1)(2)の凸部(6)(7)が重なり合う部分の両凹部(8)(9)に前記シール要素(4)(5)を形成すると共に、前記シール要素(4)(5)の両側に存在する二枚の前記金属プレート(1)(2)相互の両凹部(8)(9)により内側の空所(10)及び外側の空所(11)が形成されており、少なくとも前記両空所(10)(11)の一方の空所(10)(11)には前記弾性材製シール部材(3)が充填されて閉鎖領域(12)(13)が形成され、前記閉鎖領域(12)(13)及び前記シール要素(4)(5)は前記金属プレート(1)(2)に設けた連通孔(14)により相互に連通する構成としたことを特徴とする燃料電池用セパレータ。
- 前記閉鎖領域(12)(13)が前記シール要素(4)(5)を挟む前記両空所(10)(11)に設けられたことを特徴とする請求項1記載の燃料電池用セパレータ。
- 前記両空所(10)(11)を形成している二枚の前記金属プレート(1)(2)の頂部(15)(15)は各々同一平面上にあり、前記シール要素(4)(5)は前記平面より突出して存在することを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池用セパレータ。
- 前記セパレータ(0)(0)間に挟持される電解質膜(16)に弾性材製フレーム(17)を設け、前記電解質膜(16)が前記フレーム(17)を介して、前記シール要素(4)(5)及び前記両空所(10)(11)を形成している二枚の前記金属プレート(1)(2)の頂部(15)(15)により挟持されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータ。
- 前記弾性材製シール部材(3)が液状ゴムを用いて形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の燃料電池用セパレータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006018941A JP4968505B2 (ja) | 2006-01-27 | 2006-01-27 | 燃料電池用セパレータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006018941A JP4968505B2 (ja) | 2006-01-27 | 2006-01-27 | 燃料電池用セパレータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007200751A JP2007200751A (ja) | 2007-08-09 |
JP4968505B2 true JP4968505B2 (ja) | 2012-07-04 |
Family
ID=38455145
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006018941A Active JP4968505B2 (ja) | 2006-01-27 | 2006-01-27 | 燃料電池用セパレータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4968505B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4935611B2 (ja) * | 2007-10-04 | 2012-05-23 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池及びセパレータの製造方法 |
JP5683085B2 (ja) * | 2008-08-11 | 2015-03-11 | 大日本印刷株式会社 | 補強シート付き電解質膜−触媒層積層体及びそれを具備する固体高分子形燃料電池 |
KR200470519Y1 (ko) * | 2011-12-30 | 2013-12-24 | 평화오일씰공업주식회사 | 연료전지용 금속 분리판의 가스켓 장착구조 |
JP6085946B2 (ja) * | 2012-11-05 | 2017-03-01 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池及び燃料電池スタック |
JP6123730B2 (ja) * | 2014-04-23 | 2017-05-10 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
EP3195390A1 (en) * | 2014-09-20 | 2017-07-26 | Daimler AG | Bipolar plate assembly with integrated seal for fuel cell |
US9847536B2 (en) * | 2015-04-08 | 2017-12-19 | GM Global Technology Operations LLC | Injected metal bead channel seal achieved through stamped plate features on fuel cell bipolar plates |
KR101684115B1 (ko) | 2015-05-18 | 2016-12-08 | 현대자동차주식회사 | 연료전지용 다공성 분리판 |
KR20210051557A (ko) * | 2019-10-30 | 2021-05-10 | 현대자동차주식회사 | 연료전지용 단위 셀 |
WO2021104606A1 (de) * | 2019-11-25 | 2021-06-03 | Hoeller Electrolyzer Gmbh | Dichtungsanordnung für elektrochemische zellen der pem-bauart |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3660437B2 (ja) * | 1996-08-30 | 2005-06-15 | アイシン高丘株式会社 | 燃料電池及び燃料電池用セパレータ |
JP3532547B2 (ja) * | 2000-11-30 | 2004-05-31 | 本田技研工業株式会社 | シール一体型セパレータの製造方法 |
JP3571687B2 (ja) * | 2000-12-07 | 2004-09-29 | 本田技研工業株式会社 | シール一体型セパレータの製造方法 |
JP4815762B2 (ja) * | 2004-07-05 | 2011-11-16 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
JP5344786B2 (ja) * | 2005-12-21 | 2013-11-20 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池セパレータ及びその製造方法 |
-
2006
- 2006-01-27 JP JP2006018941A patent/JP4968505B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007200751A (ja) | 2007-08-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4968505B2 (ja) | 燃料電池用セパレータ | |
CA2732724C (en) | Electrolyte membrane/electrode structure and fuel cell | |
KR20110085979A (ko) | 연료 전지의 밀봉 구조 | |
CA2653450C (en) | Fuel cell having seal formed integrally with diffusion layer, and method of manufacturing same | |
JP4826085B2 (ja) | 複合ガスケットを含む燃料電池スタック用単一セル構造 | |
JP6458867B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
KR101711034B1 (ko) | 연료 전지의 밀봉 구조 | |
WO2015068349A1 (ja) | 燃料電池に用いられるセパレータおよび燃料電池 | |
JP2013098155A (ja) | 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体及び燃料電池スタック | |
JP5482991B2 (ja) | 燃料電池の密封構造 | |
JP6624200B2 (ja) | 燃料電池 | |
US9843063B2 (en) | Fuel cell | |
JP4780940B2 (ja) | 固体高分子型燃料電池用セル | |
JP2007080612A (ja) | セパレータ | |
JP2004335189A (ja) | 燃料電池 | |
JP2007059330A (ja) | 固体高分子形燃料電池 | |
JP2008218392A (ja) | 燃料電池 | |
JP6666665B2 (ja) | 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体 | |
JP5137478B2 (ja) | 燃料電池 | |
JP6395121B2 (ja) | 燃料電池スタック | |
JP2011134559A (ja) | 固体高分子型燃料電池 | |
JP4793548B2 (ja) | 燃料電池用セルシール | |
JP2010177009A (ja) | 燃料電池セル | |
JP2008226682A (ja) | 燃料電池及びその製造方法、並びに、燃料電池スタック | |
JP6619646B2 (ja) | 燃料電池用ガスケット及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20081211 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111208 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120120 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120217 |
|
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: 20120308 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120321 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150413 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4968505 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |