Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP4435466B2 - Assembly method of fuel cell stack - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP4435466B2 - Assembly method of fuel cell stack - Google Patents

Assembly method of fuel cell stack Download PDF

Info

Publication number
JP4435466B2
JP4435466B2 JP2002235129A JP2002235129A JP4435466B2 JP 4435466 B2 JP4435466 B2 JP 4435466B2 JP 2002235129 A JP2002235129 A JP 2002235129A JP 2002235129 A JP2002235129 A JP 2002235129A JP 4435466 B2 JP4435466 B2 JP 4435466B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
cell stack
gas diffusion
load
diffusion 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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002235129A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004079246A (en
Inventor
健太郎 名越
貴博 吉田
克彦 高山
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.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda 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 Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2002235129A priority Critical patent/JP4435466B2/en
Publication of JP2004079246A publication Critical patent/JP2004079246A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4435466B2 publication Critical patent/JP4435466B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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

  • Fuel Cell (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子電解質膜が電極触媒層を介装してカーボン部材で挟持された電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体と交互に積層されるセパレータとにより構成される燃料電池スタックの組み立て方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜(陽イオン交換膜)からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。この種の燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体およびセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【0003】
この燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【0004】
この場合、例えば、車載用燃料電池スタックでは、急発進や急停止等の運転状況の変化に耐え得るように、耐衝撃性を大幅に向上させる必要がある。ところが、通常、電解質膜・電極構造体を構成する拡散層は、カーボン繊維で形成されており、面圧強度(圧縮後の復元性および曲げに対する柔軟性等)が十分に確保されていない場合がある。
【0005】
このため、燃料電池スタックに耐衝撃性を考慮した締め付け荷重が付与されると、拡散層に過度な面圧が作用して前記拡散層が圧縮により塑性変形し易くなり、締め付け荷重の調整等が必要となって作業全体が相当に煩雑化してしまう。そこで、拡散層が圧縮によって塑性変形するような面圧を、前記拡散層に付与しない構造が望まれている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の要請に応じて燃料電池スタックの端部に皿ばねやストッパ構造等が配置される構成が採用されると、燃料電池スタック全体が大型化かつ重量化してしまう。このため、面圧の上昇を予め見込んで、設定面圧を下げることが行われている。ところが、面圧の低下に伴って、接触抵抗が高くなってしまい、電圧の損失が発生するという問題が指摘されている。特に、所望の接触抵抗と拡散層を保護するための面圧との管理は、極めて困難なものとなっている。
【0007】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、燃料電池スタックを効率的に組み立てるとともに、所望の発電性能を確実に維持することが可能な燃料電池スタックの組み立て方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る車載用の燃料電池スタックの組み立て方法では、電解質膜・電極構造体とセパレータとが交互に積層されて燃料電池スタックが得られた後、前記燃料電池スタックに予備荷重が付与される。この予備荷重は、燃料電池スタックが実際に運転されるときに多孔質カーボン製ガス拡散層(以下、カーボン部材ともいう)の積層方向に作用する最大面圧を設定し、この最大面圧に対応する最大荷重より低く、かつ前記燃料電池スタックの締め付け荷重よりも高い値に設定されている。
【0009】
次いで、予備荷重が解除されるとともに、前記予備荷重の付与前後におけるガス拡散層の厚さ変動量が検出され、前記ガス拡散層の厚さ変動量が、前記ガス拡散層に必要とされる面圧強度を得るために予め設定された許容範囲内となった後、前記燃料電池スタックが積層方向に所望の締め付け荷重で締め付け固定される。
【0010】
従って、簡単な工程で、カーボン部材の面圧強度を向上させることが可能になり、燃料電池スタックに所望の締め付け荷重を短時間で確実に付与することができる。このため、燃料電池スタックの組み立て作業が効率的かつ高精度に遂行可能になる。しかも、予備荷重が付与されたカーボン部材は、面圧強度がさらに向上するため、前記カーボン部材に最大面圧が作用しても、該カーボン部材を良好な状態に維持することができる。
【0011】
さらにまた、燃料電池スタック全体に予備荷重が付与されるため、単一のプレス工程で積層された全てのカーボン部材の面圧強度を有効に向上させることが可能になる。これにより、カーボン部材の予備荷重付与作業が簡単かつ迅速に遂行されるとともに、前記カーボン部材の必要な部分のみの面圧強度を確実に向上させることができる。その上、燃料電池スタックに比較的高い予備荷重が付与されるため、カーボン部材の面圧強度を短時間で確実に向上させることが可能になる。
【0012】
また、本発明の請求項2に係る燃料電池スタックの組み立て方法では、ガス拡散層の厚さ変動量が許容範囲内になるまで、予備荷重の付与と解除とを繰り返すことが好ましい。
【0013】
さらに、本発明の請求項3に係る燃料電池スタックの組み立て方法では、一方のカーボン部材が、他方のカーボン部材よりも大きな表面積を有し、前記他方のカーボン部材の外周部から外方に突出する前記一方のカーボン部材の外周縁部と、該他方のカーボン部材側に配設されるセパレータとの間にシールが介装されている。
【0014】
従って、燃料電池スタックに圧縮荷重が付与される際に、カーボン部材は、シール荷重によって圧縮変形を惹起することがない。このため、燃料電池スタックのシール性が有効に向上するとともに、カーボン部材にへたり等が発生することがなく、所望のシール機能を確実に維持することが可能になる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック10の概略斜視図であり、図2は、前記燃料電池スタック10の要部分解斜視説明図である。
【0016】
燃料電池スタック10は、電解質膜・電極構造体12が、例えば、金属板材で形成された第1および第2セパレータ14、16を介装して複数積層された積層体18を備える。図1に示すように、積層体18の積層方向(矢印A方向)両端には、負極側集電体20aおよび正極側集電体20bとエンドプレート22a、22bとが絶縁プレート24a、24bを介装して配設される。エンドプレート22a、22b間には、複数本のタイロッド25を介して所定の締め付け荷重が付与されている。
【0017】
電解質膜・電極構造体12と第1および第2セパレータ14、16の矢印B方向(図2中、水平方向)の一端縁部には、積層方向である矢印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供給連通孔30a、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔32b、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔34bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。
【0018】
電解質膜・電極構造体12と第1および第2セパレータ14、16の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔34a、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔32a、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔30bが、矢印C方向に配列して設けられる。
【0019】
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てなる固体高分子電解質膜36と、該固体高分子電解質膜36を挟持するアノード側電極38およびカソード側電極40とを備える。
【0020】
アノード側電極38およびカソード側電極40は、図3に示すように、多孔質カーボン部材、例えば、カーボンペーパー等からなるガス拡散層(カーボン部材)42a、42bと、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層42a、42bの表面に一様に塗布されてなる電極触媒層44a、44bとをそれぞれ有する。電極触媒層44a、44bは、互いに固体高分子電解質膜36を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜36の両面に接合されている。
【0021】
アノード側電極38は、カソード側電極40よりも大きな表面積を有している。アノード側電極38を構成するガス拡散層42aは、カソード側電極40を構成するガス拡散層42bの外周部から外方に距離Hだけ突出する外周縁部45を設ける。
【0022】
第1および第2セパレータ14、16の間には、例えば、シリコン製Oリング等の第1シール47aが介装されるとともに、前記第1セパレータ14の面14aと固体高分子電解質膜36との間(外周縁部45に対応する位置)には、カソード側電極40を周回してOリング等の第2シール47bが介装される。
【0023】
ガス拡散層42a、42bは、ガスの拡散性と集電性とを備えており、カーボンおよび金属(例えば、鉄、アルミニウム、ニッケル、銅またはステンレス系等)を材料として構成される。ガス拡散層42a、42bは、例えば、東レ株式会社製のTGP−Hが使用されており、比抵抗が0.2×10-6Ωcm〜50×10-6Ωcm、より好ましくは、0.3×10-6Ωcm〜10×10-6Ωcmで、かさ密度が0.2g/cm3〜0.6g/cm3、より好ましくは、0.3g/cm3〜0.5g/cm3で、気体透過度が10mmAq/mm〜100mmAq/mm、より好ましくは、20mmAq/mm〜50mmAq/mmである。
【0024】
図2に示すように、第1セパレータ14の電解質膜・電極構造体12側の面14aには、例えば、矢印B方向に延在する複数本の溝部からなる酸化剤ガス流路46が設けられるとともに、この酸化剤ガス流路46は、酸化剤ガス供給連通孔30aと酸化剤ガス排出連通孔30bとに連通する。
【0025】
第2セパレータ16の電解質膜・電極構造体12側の面16aには、燃料ガス供給連通孔34aと燃料ガス排出連通孔34bとに連通する燃料ガス流路48が形成される。この燃料ガス流路48は、矢印B方向に延在する複数本の溝部を備えている。第2セパレータ16の面16bには、冷却媒体供給連通孔32aと冷却媒体排出連通孔32bとに連通する冷却媒体流路50が形成される。この冷却媒体流路50は、矢印B方向に延在する複数本の溝部を備えている。
【0026】
図1に示すように、エンドプレート22aの長辺側(矢印B方向側)の一端縁部には、酸化剤ガス供給連通孔30a、冷却媒体排出連通孔32bおよび燃料ガス排出連通孔34bが設けられる。エンドプレート22aの長辺側(矢印B方向側)の他端縁部には、燃料ガス供給連通孔34a、冷却媒体供給連通孔32aおよび酸化剤ガス排出連通孔30bが設けられる。
【0027】
このように構成される燃料電池スタック10の動作について、本実施形態に係る組み立て方法との関連で、以下に説明する。
【0028】
まず、電解質膜・電極構造体12を第1および第2セパレータ14、16により挟持して単位セルが構成されるとともに、この単位セルが矢印A方向に所定の組数だけ積層されて積層体18が得られる。積層体18の積層方向両端には、負極側集電体20aおよび正極側集電体20bとエンドプレート22a、22bとが絶縁プレート24a、24bを介装して配設される。
【0029】
さらに、エンドプレート22a、22b間に、複数本のタイロッド25が配設され、前記タイロッド25を介して前記エンドプレート22a、22b間、すなわち、燃料電池スタック10に仮締め荷重が付与される。この仮締め荷重は、所定の締め付け荷重よりも小さな値に設定されている。
【0030】
次いで、燃料電池スタック10には、図4に示すように、プレス機60を介して予備荷重の付与が行われる。このプレス機60は、固定型である下型62と可動型である上型64とを備えており、前記下型62および前記上型64は、燃料電池スタック10全体に対し積層方向に押圧力を付与するように、タイロッド25を避ける形状に設定されている。
【0031】
本実施形態では、燃料電池スタック10が実際に運転されるときにガス拡散層42a、42bに作用する最大面圧を設定し、この最大面圧に対応する最大荷重より低く、かつ前記燃料電池スタック10の締め付け荷重よりも高い予備荷重が設定される。この最大面圧とは、例えば、燃料電池スタック10が車両に搭載された場合に、急発進や急停止等の運転状況の変化によって前記燃料電池スタック10に最大衝撃力が作用する際の面圧をいう。
【0032】
一方、締め付け荷重は、燃料電池スタック10全体が所望の接触抵抗を維持するために必要なガス拡散層42a、42bの面圧強度(圧縮限界面圧)に対応する拡散層荷重と、所望のシール性を維持するために必要な第1および第2シール47a、47b等のセパレータの間に介装されるシール面圧に対応するシール荷重とを加えた値に設定される。
【0033】
ガス拡散層42a、42bを圧縮する面圧と、このガス拡散層42a、42bの厚さとの関係が、図5に示されている。従って、ガス拡散層42a、42bに必要な面圧pgが付与される際の前記ガス拡散層42a、42bの厚さtgが、この図5に基づいて得られる。
【0034】
ガス拡散層42a、42bの厚さtgが設定されると、この厚さtgに基づいて第1および第2シール47a、47bの高さが決定される。その際、第1および第2シール47a、47bを圧縮する面圧(シール面圧)pと、前記第1および第2シール47a、47bの高さ(シール高さ)tsとは、図6に示す関係を有している。
【0035】
このため、燃料電池スタック10に所望の締め付け荷重が付与されて、第1および第2シール47a、47bがガス拡散層42a、42bの厚さtgに対応する高さ寸法になったときに、所定のシール面圧を確保し得るように該第1および第2シール47a、47bの初期シール高さが決定される。
【0036】
ガス拡散層42a、42bの拡散層荷重Pgと、第1および第2シール47a、47bのシール荷重Psとは、図7に示す関係を有している。これにより、拡散層荷重およびシール荷重が分担荷重となり、これらを加えた値が燃料電池スタック10全体の締め付け荷重として設定される。なお、分担荷重としては、ガス拡散層42a、42bの拡散層荷重が第1および第2シール47a、47bのシール荷重よりも相当に大きな値となっている。
【0037】
そこで、図4に示すように、燃料電池スタック10では、下型62のプレス面にエンドプレート22b(または22a)が載置された状態で、上型64が下降する。このため、燃料電池スタック10は、エンドプレート22b(または22a)が下型62のプレス面に載置されるとともに、エンドプレート22a(または22b)が上型64のプレス面に押圧され、前記燃料電池スタック10には、積層方向に所定の予備荷重が付与される。燃料電池スタック10は、この予備荷重を付与された状態で、例えば、120℃程度で5分〜10分、好ましくは、3分〜7分だけ保持される。なお、高温下で予備荷重を付与することにより、保持時間の短縮化が図られる。
【0038】
この予備荷重は、ガス拡散層42a、42bに作用する最大面圧より2MPaだけ低い面圧に対応して設定される。すなわち、ガス拡散層42a、42bに予備荷重が付与されると、図8に示すように、前記ガス拡散層42a、42bには、付与された面圧(予備荷重)より2MPaだけ高い面圧強度が得られている。
【0039】
従って、予備荷重を最大面圧よりも2MPaだけ低い面圧に対応して設定することにより、ガス拡散層42a、42bの面圧強度が前記ガス拡散層42a、42bに作用する最大面圧と同等となる。これにより、ガス拡散層42a、42bに最大面圧が作用しても、このガス拡散層42a、42bのへたりや損傷を可及的に阻止することが可能になるという効果が得られる。
【0040】
次いで、プレス機60を構成する上型64が上昇して、燃料電池スタック10からプレス荷重が除去された際、前記プレス荷重の付与前後におけるガス拡散層42a、42bの厚さ変動量が検出される。この場合、ガス拡散層42a、42bの予備荷重付与時の厚さから予備荷重除去時の厚さ変動量が所定の範囲内に至っていない際には、プレス機60による予備荷重付与作業が再度行われる。
【0041】
そして、ガス拡散層42a、42bの厚さ変動量が、所定の範囲内となれば、燃料電池スタック10にプレス機60等を介して所望の締め付け荷重が付与される。この状態で、タイロッド25を介してエンドプレート22a、22b間に所定の締め付け力が付与され、燃料電池スタック10が締め付け固定される。
【0042】
ここで、予備荷重を6MPaの面圧に対応する荷重とし、厚さ変動量の許容範囲を5μmに設定したところ、図9に示す結果が得られた。すなわち、プレス機60を介して燃料電池スタック10に予備荷重(プレス荷重)を1回付与した際には、ガス拡散層42a、42bの変動量が5μmを僅かに超えていた。そこで、燃料電池スタック10に2回以上の予備荷重を付与したところ、変動量が5μm以内となった。従って、予備荷重の付与を2回以上行うことにより、所望の面圧強度を有するガス拡散層42a、42bが確実に得られた。
【0043】
なお、予備荷重を付与しない燃料電池スタック10に締め付け荷重を付与したところ、ガス拡散層42a、42bの厚さ変動量(厚み差)が30μm以上であった。このため、予備荷重を付与しない燃料電池スタック10では、第2シール47bのシール荷重を介してガス拡散層42a、42bが圧縮変形し、所望のシール性を確保することができなかった。
【0044】
これに対して、本実施形態では、燃料電池スタック10の積層後にこの燃料電池スタック10全体に予備荷重が付与されることにより、ガス拡散層42aの外周縁部45に、第2シール47bの当接面に対応して予備荷重が付与され、前記外周縁部45の面圧強度が大幅に向上している。従って、図3に示すように、ガス拡散層42aの外周縁部45は、燃料電池スタック10に締め付け荷重が付与された状態で、第2シール47bによるシール荷重に対する厚さ変動量が所定の範囲内に維持される。
【0045】
これにより、本実施形態では、燃料電池スタック10全体のシール性が有効に向上するとともに、ガス拡散層42aの外周縁部45にへたり等が惹起されることがなく、所望のシール機能を確実に維持することが可能になるという効果が得られる。
【0046】
さらに、燃料電池スタック10全体に予備荷重が付与されている。このため、プレス機60による単一のプレス工程で、積層された全てのガス拡散層42a、42bの面圧強度を有効に向上させることができる。これにより、ガス拡散層42a、42bの予備荷重付与作業が簡単かつ迅速に遂行されて、生産性の向上を図ることが可能になるという利点がある。
【0047】
その上、燃料電池スタック10全体に予備荷重が付与されるため、ガス拡散層42a、42bの必要な部分のみの強度が向上する。従って、例えば、酸化剤ガス流路46や燃料ガス流路48の溝部に対応してガス拡散層42a、42bの潰れ等が惹起されることがなく、酸化剤ガスや燃料ガスを円滑に流通させることができる。また、燃料電池スタック10に比較的高い予備荷重が付与されるため、ガス拡散層42a、42bの面圧強度を、短時間で確実に向上させることが可能になる。
【0048】
ところで、燃料電池スタック10を運転するに際しては、図1に示すように、燃料ガス供給連通孔34aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス供給連通孔30aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。さらに、冷却媒体供給連通孔32aに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。
【0049】
このため、図2に示すように、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給連通孔30aから第1セパレータ14の酸化剤ガス流路46に導入され、電解質膜・電極構造体12を構成するカソード側電極40に沿って移動する。一方、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔34aから第2セパレータ16の燃料ガス流路48に導入され、電解質膜・電極構造体12を構成するアノード側電極38に沿って移動する。
【0050】
従って、各電解質膜・電極構造体12では、カソード側電極40に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極38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、発電が行われる。
【0051】
次いで、アノード側電極38に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔34bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、カソード側電極40に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔30bに沿って矢印A方向に排出される。
【0052】
また、冷却媒体供給連通孔32aに供給された冷却媒体は、第2セパレータ16の冷却媒体流路50に導入された後、矢印B方向に沿って流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体12を冷却した後、冷却媒体排出連通孔32bから排出される。
【0053】
なお、本実施形態では、Oリング等の第1シール47aを用いているが、これに限定されるものではなく、例えば、ガスケット等の他のシール構造を採用してもよい。
【0054】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池スタックの組み立て方法では、簡単な工程で、カーボン部材の面圧強度を向上させることが可能になり、燃料電池スタックに所望の締め付け荷重を短時間で確実に付与することができる。このため、燃料電池スタックの組み立て作業が効率的かつ高精度に遂行可能になる。しかも、予備荷重が付与されたカーボン部材は、面圧強度がさらに向上するため、前記カーボン部材に最大面圧が作用しても、該カーボン部材を良好に維持することができる。
【0055】
さらにまた、燃料電池スタック全体に予備荷重が付与されるため、単一のプレス工程で全てのカーボン部材の面圧強度を有効に向上させることが可能になる。これにより、カーボン部材の予備荷重付与作業が、簡単かつ迅速に遂行されるとともに、前記カーボン部材の必要な部分のみの面圧強度を確実に向上させることができる。その上、燃料電池スタックに比較的高い予備荷重が付与されるため、カーボン部材の面圧強度を短時間で確実に向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの概略斜視図である。
【図2】前記燃料電池スタックの要部分解斜視説明図である。
【図3】前記燃料電池スタックの要部断面説明図である。
【図4】前記燃料電池スタックに予備荷重を付与するプレス機の説明図である。
【図5】拡散層面圧と拡散層厚さとの関係を示す説明図である。
【図6】シール面圧とシール高さとの関係を示す説明図である。
【図7】締め付け荷重における拡散層荷重とシール荷重との分担荷重を示す説明図である。
【図8】予備荷重付与後の前記ガス拡散層の面圧強度の向上を示す説明図である。
【図9】前記ガス拡散層に対する予備荷重の有無および付与回数と厚さ変動量との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
10…燃料電池スタック 12…電解質膜・電極構造体
14、16…セパレータ 30a…酸化剤ガス供給連通孔
30b…酸化剤ガス排出連通孔 32a…冷却媒体供給連通孔
32b…冷却媒体排出連通孔 34a…燃料ガス供給連通孔
34b…燃料ガス排出連通孔 36…固体高分子電解質膜
38…アノード側電極 40…カソード側電極
42a、42b…ガス拡散層 44a、44b…電極触媒層
45…外周縁部 46…酸化剤ガス流路
47a、47b…シール 48…燃料ガス流路
50…冷却媒体流路 60…プレス機
62…下型 64…上型
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention comprises an electrolyte membrane / electrode structure in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between carbon members with an electrode catalyst layer interposed therebetween, and separators that are alternately stacked with the electrolyte membrane / electrode structure. The present invention relates to a method for assembling a fuel cell stack.
[0002]
[Prior art]
Generally, a polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are respectively provided on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). , And is sandwiched between separators. This type of fuel cell is usually used as a fuel cell stack by alternately stacking a predetermined number of electrolyte membrane / electrode structures and separators.
[0003]
In this fuel cell, a fuel gas supplied to the anode side electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter, also referred to as a hydrogen-containing gas) is ionized on the electrode catalyst, and the cathode side passes through the electrolyte. Move to the electrode side. Electrons generated in the meantime are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. The cathode side electrode is supplied with an oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas). And oxygen react to produce water.
[0004]
In this case, for example, in an in-vehicle fuel cell stack, it is necessary to greatly improve the impact resistance so that it can withstand changes in operating conditions such as sudden start and sudden stop. However, in general, the diffusion layer constituting the electrolyte membrane / electrode structure is formed of carbon fiber, and the surface pressure strength (restorability after compression, flexibility for bending, etc.) may not be sufficiently ensured. is there.
[0005]
For this reason, when a tightening load in consideration of impact resistance is applied to the fuel cell stack, an excessive surface pressure acts on the diffusion layer, and the diffusion layer is likely to be plastically deformed by compression. It becomes necessary and the entire work is considerably complicated. Therefore, there is a demand for a structure that does not apply a surface pressure to the diffusion layer such that the diffusion layer is plastically deformed by compression.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, if a configuration in which a disc spring, a stopper structure, or the like is disposed at the end of the fuel cell stack in response to the above request, the entire fuel cell stack is increased in size and weight. For this reason, an increase in the surface pressure is anticipated in advance, and the set surface pressure is reduced. However, it has been pointed out that the contact resistance increases as the surface pressure decreases, causing a voltage loss. In particular, the management of the desired contact resistance and the surface pressure for protecting the diffusion layer is extremely difficult.
[0007]
An object of the present invention is to solve this type of problem, and to provide a method for assembling a fuel cell stack capable of efficiently assembling the fuel cell stack and reliably maintaining desired power generation performance. To do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the on- vehicle fuel cell stack assembling method according to claim 1 of the present invention, after an electrolyte membrane / electrode structure and a separator are alternately stacked to obtain a fuel cell stack, a preload is applied to the fuel cell stack. Is granted. This preliminary load sets the maximum surface pressure that acts in the stacking direction of the porous carbon gas diffusion layer (hereinafter also referred to as carbon member) when the fuel cell stack is actually operated, and corresponds to this maximum surface pressure. It is set to a value lower than the maximum load to be applied and higher than the tightening load of the fuel cell stack.
[0009]
Next, the preliminary load is released, the thickness fluctuation amount of the gas diffusion layer before and after the provision of the preliminary load is detected, and the thickness fluctuation amount of the gas diffusion layer is required for the gas diffusion layer. After being within a preset allowable range for obtaining the pressure strength , the fuel cell stack is fastened and fixed with a desired fastening load in the stacking direction.
[0010]
Therefore, the surface pressure strength of the carbon member can be improved by a simple process, and a desired tightening load can be reliably applied to the fuel cell stack in a short time. For this reason, the assembly operation of the fuel cell stack can be performed efficiently and with high accuracy. In addition, since the surface pressure strength of the carbon member provided with the preload is further improved, the carbon member can be maintained in a good state even when the maximum surface pressure acts on the carbon member.
[0011]
Furthermore, since a preload is applied to the entire fuel cell stack, it is possible to effectively improve the surface pressure strength of all the carbon members laminated in a single pressing step. Thus, the preloading operation of the carbon member can be performed easily and quickly, and the surface pressure strength of only the necessary portion of the carbon member can be reliably improved. In addition, since a relatively high preliminary load is applied to the fuel cell stack, the surface pressure strength of the carbon member can be reliably improved in a short time.
[0012]
In the method for assembling the fuel cell stack according to claim 2 of the present invention, it is preferable to repeat the application and release of the preload until the thickness fluctuation amount of the gas diffusion layer falls within the allowable range .
[0013]
Furthermore, in the method for assembling the fuel cell stack according to claim 3 of the present invention, one carbon member has a larger surface area than the other carbon member, and protrudes outward from the outer peripheral portion of the other carbon member. A seal is interposed between the outer peripheral edge of the one carbon member and the separator disposed on the other carbon member side.
[0014]
Therefore, when a compressive load is applied to the fuel cell stack, the carbon member does not cause compressive deformation due to the seal load. For this reason, the sealing performance of the fuel cell stack is effectively improved, and no sag or the like occurs in the carbon member, so that a desired sealing function can be reliably maintained.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic perspective view of a fuel cell stack 10 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of a main part of the fuel cell stack 10.
[0016]
The fuel cell stack 10 includes a stacked body 18 in which a plurality of electrolyte membrane / electrode structures 12 are stacked with first and second separators 14 and 16 formed of, for example, a metal plate. As shown in FIG. 1, a negative electrode side current collector 20a, a positive electrode side current collector 20b, and end plates 22a and 22b are provided at both ends in the stacking direction (arrow A direction) of the stacked body 18 via insulating plates 24a and 24b. Arranged. A predetermined tightening load is applied between the end plates 22 a and 22 b via a plurality of tie rods 25.
[0017]
One end edge of the electrolyte membrane / electrode structure 12 and the first and second separators 14 and 16 in the direction of arrow B (the horizontal direction in FIG. 2) communicates with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction. An oxidizing gas supply passage 30a for supplying an agent gas, for example, an oxygen-containing gas, a cooling medium discharge passage 32b for discharging a cooling medium, and a fuel for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas Gas discharge communication holes 34b are arranged in the direction of arrow C (vertical direction).
[0018]
A fuel gas supply communication hole for supplying fuel gas to the other end edge of the electrolyte membrane / electrode structure 12 and the first and second separators 14 and 16 in the direction of arrow B and communicating with each other in the direction of arrow A 34a, a cooling medium supply communication hole 32a for supplying the cooling medium, and an oxidant gas discharge communication hole 30b for discharging the oxidant gas are arranged in the direction of arrow C.
[0019]
The electrolyte membrane / electrode structure 12 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 36 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 38 and a cathode side electrode that sandwich the solid polymer electrolyte membrane 36. 40.
[0020]
As shown in FIG. 3, the anode side electrode 38 and the cathode side electrode 40 have gas diffusion layers (carbon members) 42a and 42b made of a porous carbon member, for example, carbon paper, and a platinum alloy supported on the surface. Porous carbon particles have electrode catalyst layers 44a and 44b formed by uniformly applying the surfaces of the gas diffusion layers 42a and 42b, respectively. The electrode catalyst layers 44a and 44b are bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 36 so as to face each other with the solid polymer electrolyte membrane 36 interposed therebetween.
[0021]
The anode side electrode 38 has a larger surface area than the cathode side electrode 40. The gas diffusion layer 42a constituting the anode side electrode 38 is provided with an outer peripheral edge portion 45 protruding outward by a distance H from the outer periphery of the gas diffusion layer 42b constituting the cathode side electrode 40.
[0022]
Between the first and second separators 14 and 16, for example, a first seal 47a such as a silicon O-ring is interposed, and the surface 14a of the first separator 14 and the solid polymer electrolyte membrane 36 are disposed. A second seal 47b such as an O-ring is interposed between the gaps (positions corresponding to the outer peripheral edge 45) around the cathode side electrode 40.
[0023]
The gas diffusion layers 42a and 42b have gas diffusibility and current collecting properties, and are made of carbon and metal (for example, iron, aluminum, nickel, copper, or stainless steel). Gas diffusion layers 42a, 42b, for example, have been used TGP-H manufactured by Toray Industries, Inc., specific resistance 0.2 × 10 -6 Ωcm~50 × 10 -6 Ωcm, more preferably, 0.3 in × 10 -6 Ωcm~10 × 10 -6 Ωcm , bulk density 0.2g / cm 3 ~0.6g / cm 3 , more preferably, at 0.3g / cm 3 ~0.5g / cm 3 , The gas permeability is 10 mmAq / mm to 100 mmAq / mm, more preferably 20 mmAq / mm to 50 mmAq / mm.
[0024]
As shown in FIG. 2, for example, an oxidant gas flow path 46 including a plurality of grooves extending in the direction of arrow B is provided on the surface 14 a on the electrolyte membrane / electrode structure 12 side of the first separator 14. At the same time, the oxidant gas passage 46 communicates with the oxidant gas supply communication hole 30a and the oxidant gas discharge communication hole 30b.
[0025]
A fuel gas passage 48 communicating with the fuel gas supply communication hole 34a and the fuel gas discharge communication hole 34b is formed on the surface 16a of the second separator 16 on the electrolyte membrane / electrode structure 12 side. The fuel gas channel 48 includes a plurality of grooves extending in the arrow B direction. A cooling medium flow path 50 that communicates with the cooling medium supply communication hole 32 a and the cooling medium discharge communication hole 32 b is formed on the surface 16 b of the second separator 16. The cooling medium flow path 50 includes a plurality of grooves extending in the direction of arrow B.
[0026]
As shown in FIG. 1, an oxidant gas supply communication hole 30a, a cooling medium discharge communication hole 32b, and a fuel gas discharge communication hole 34b are provided at one end edge of the long side (arrow B direction side) of the end plate 22a. It is done. A fuel gas supply communication hole 34a, a coolant supply communication hole 32a, and an oxidant gas discharge communication hole 30b are provided at the other end edge of the long side (arrow B direction side) of the end plate 22a.
[0027]
The operation of the fuel cell stack 10 configured as described above will be described below in relation to the assembling method according to the present embodiment.
[0028]
First, a unit cell is configured by sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure 12 between the first and second separators 14, 16, and a predetermined number of unit cells are stacked in the direction of arrow A to form a stacked body 18. Is obtained. A negative electrode side current collector 20a, a positive electrode side current collector 20b, and end plates 22a and 22b are disposed at both ends in the stacking direction of the stacked body 18 via insulating plates 24a and 24b.
[0029]
Further, a plurality of tie rods 25 are disposed between the end plates 22 a and 22 b, and a temporary fastening load is applied to the end plates 22 a and 22 b, that is, the fuel cell stack 10 via the tie rods 25. This temporary fastening load is set to a value smaller than a predetermined fastening load.
[0030]
Next, as shown in FIG. 4, a preliminary load is applied to the fuel cell stack 10 via a press machine 60. The press machine 60 includes a lower mold 62 that is a fixed mold and an upper mold 64 that is a movable mold. The lower mold 62 and the upper mold 64 are pressed against the entire fuel cell stack 10 in the stacking direction. Is set to a shape that avoids the tie rod 25.
[0031]
In the present embodiment, the maximum surface pressure acting on the gas diffusion layers 42a and 42b when the fuel cell stack 10 is actually operated is set, and is lower than the maximum load corresponding to the maximum surface pressure, and the fuel cell stack. A preload higher than a tightening load of 10 is set. For example, when the fuel cell stack 10 is mounted on a vehicle, the maximum surface pressure is the surface pressure when the maximum impact force is applied to the fuel cell stack 10 due to a change in operating conditions such as sudden start and stop. Say.
[0032]
On the other hand, the tightening load includes a diffusion layer load corresponding to the surface pressure strength (compression limit surface pressure) of the gas diffusion layers 42a and 42b necessary for the entire fuel cell stack 10 to maintain a desired contact resistance, and a desired seal. And a seal load corresponding to the seal surface pressure interposed between the separators such as the first and second seals 47a and 47b, which are necessary for maintaining the performance, are set.
[0033]
FIG. 5 shows the relationship between the surface pressure for compressing the gas diffusion layers 42a and 42b and the thickness of the gas diffusion layers 42a and 42b. Therefore, the thickness tg of the gas diffusion layers 42a and 42b when the required surface pressure pg is applied to the gas diffusion layers 42a and 42b is obtained based on FIG.
[0034]
When the thickness tg of the gas diffusion layers 42a and 42b is set, the heights of the first and second seals 47a and 47b are determined based on the thickness tg. At that time, the surface pressure (seal surface pressure) p for compressing the first and second seals 47a and 47b and the height (seal height) ts of the first and second seals 47a and 47b are shown in FIG. It has the relationship shown.
[0035]
Therefore, when a desired tightening load is applied to the fuel cell stack 10 and the first and second seals 47a and 47b have a height dimension corresponding to the thickness tg of the gas diffusion layers 42a and 42b, a predetermined value is obtained. The initial seal heights of the first and second seals 47a and 47b are determined so that the seal surface pressure can be secured.
[0036]
The diffusion layer load Pg of the gas diffusion layers 42a and 42b and the seal load Ps of the first and second seals 47a and 47b have the relationship shown in FIG. Thereby, the diffusion layer load and the seal load become shared loads, and a value obtained by adding these is set as the tightening load of the entire fuel cell stack 10. As the shared load, the diffusion layer load of the gas diffusion layers 42a and 42b is considerably larger than the seal load of the first and second seals 47a and 47b.
[0037]
Therefore, as shown in FIG. 4, in the fuel cell stack 10, the upper die 64 is lowered while the end plate 22 b (or 22 a) is placed on the press surface of the lower die 62. Therefore, in the fuel cell stack 10, the end plate 22b (or 22a) is placed on the press surface of the lower die 62, and the end plate 22a (or 22b) is pressed against the press surface of the upper die 64, so that the fuel A predetermined preliminary load is applied to the battery stack 10 in the stacking direction. For example, the fuel cell stack 10 is held at about 120 ° C. for 5 minutes to 10 minutes, preferably 3 minutes to 7 minutes, with this preliminary load applied. The holding time can be shortened by applying a preliminary load at a high temperature.
[0038]
This preliminary load is set corresponding to a surface pressure that is 2 MPa lower than the maximum surface pressure acting on the gas diffusion layers 42a and 42b. That is, when a preload is applied to the gas diffusion layers 42a and 42b, as shown in FIG. 8, the surface pressure strength of the gas diffusion layers 42a and 42b is 2 MPa higher than the applied surface pressure (preliminary load). Is obtained.
[0039]
Therefore, by setting the preliminary load corresponding to a surface pressure that is 2 MPa lower than the maximum surface pressure, the surface pressure strength of the gas diffusion layers 42a and 42b is equal to the maximum surface pressure acting on the gas diffusion layers 42a and 42b. It becomes. As a result, even if the maximum surface pressure acts on the gas diffusion layers 42a and 42b, it is possible to prevent the gas diffusion layers 42a and 42b from being sag and damaged as much as possible.
[0040]
Next, when the upper die 64 constituting the press machine 60 is raised and the press load is removed from the fuel cell stack 10, the thickness fluctuation amount of the gas diffusion layers 42a and 42b before and after the press load is applied is detected. The In this case, when the thickness fluctuation amount at the time of removing the preload is not within the predetermined range from the thickness at the time of applying the preload of the gas diffusion layers 42a and 42b, the preloading operation by the press machine 60 is performed again. Is called.
[0041]
When the thickness fluctuation amount of the gas diffusion layers 42a and 42b falls within a predetermined range, a desired tightening load is applied to the fuel cell stack 10 via the press machine 60 or the like. In this state, a predetermined fastening force is applied between the end plates 22a and 22b via the tie rod 25, and the fuel cell stack 10 is fastened and fixed.
[0042]
Here, when the preliminary load was a load corresponding to a surface pressure of 6 MPa and the allowable range of thickness variation was set to 5 μm, the result shown in FIG. 9 was obtained. That is, when a preliminary load (press load) was applied once to the fuel cell stack 10 via the press machine 60, the amount of fluctuation of the gas diffusion layers 42a and 42b slightly exceeded 5 μm. Therefore, when the preliminary load was applied to the fuel cell stack 10 twice or more, the fluctuation amount was within 5 μm. Therefore, the gas diffusion layers 42a and 42b having the desired surface pressure strength were reliably obtained by applying the preload twice or more.
[0043]
When a tightening load was applied to the fuel cell stack 10 to which no preliminary load was applied, the thickness variation (thickness difference) of the gas diffusion layers 42a and 42b was 30 μm or more. For this reason, in the fuel cell stack 10 to which no preload is applied, the gas diffusion layers 42a and 42b are compressed and deformed through the seal load of the second seal 47b, and a desired sealability cannot be ensured.
[0044]
In contrast, in the present embodiment, a preload is applied to the entire fuel cell stack 10 after the fuel cell stack 10 is stacked, so that the second seal 47b is applied to the outer peripheral edge 45 of the gas diffusion layer 42a. A preliminary load is applied corresponding to the contact surface, and the surface pressure strength of the outer peripheral edge 45 is greatly improved. Therefore, as shown in FIG. 3, the outer peripheral edge 45 of the gas diffusion layer 42a has a thickness variation amount with respect to the seal load by the second seal 47b in a predetermined range in a state where a tightening load is applied to the fuel cell stack 10. Maintained within.
[0045]
Thereby, in the present embodiment, the sealing performance of the entire fuel cell stack 10 is effectively improved, and a desired sealing function is ensured without causing a sag or the like on the outer peripheral edge 45 of the gas diffusion layer 42a. The effect that it becomes possible to maintain at this is acquired.
[0046]
Further, a preliminary load is applied to the entire fuel cell stack 10. For this reason, it is possible to effectively improve the surface pressure strength of all the laminated gas diffusion layers 42a and 42b in a single pressing process by the press machine 60. Accordingly, there is an advantage that the preloading operation of the gas diffusion layers 42a and 42b can be performed easily and quickly, and the productivity can be improved.
[0047]
In addition, since a preload is applied to the entire fuel cell stack 10, the strength of only the necessary portions of the gas diffusion layers 42a and 42b is improved. Therefore, for example, the gas diffusion layers 42a and 42b are not crushed corresponding to the groove portions of the oxidant gas flow path 46 and the fuel gas flow path 48, and the oxidant gas and the fuel gas are smoothly circulated. be able to. Further, since a relatively high preliminary load is applied to the fuel cell stack 10, the surface pressure strength of the gas diffusion layers 42a and 42b can be reliably improved in a short time.
[0048]
When the fuel cell stack 10 is operated, as shown in FIG. 1, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas supply communication hole 34a, and an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas supply communication hole 30a. An oxidant gas such as is supplied. Further, a coolant such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the coolant supply passage 32a.
[0049]
For this reason, as shown in FIG. 2, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 46 of the first separator 14 from the oxidant gas supply communication hole 30a to form the electrolyte membrane / electrode structure 12 on the cathode side. It moves along the electrode 40. On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas passage 48 of the second separator 16 from the fuel gas supply communication hole 34 a and moves along the anode side electrode 38 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 12.
[0050]
Therefore, in each electrolyte membrane / electrode structure 12, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 40 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 38 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, Power generation is performed.
[0051]
Next, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 38 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas discharge communication hole 34b. Similarly, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 40 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas discharge communication hole 30b.
[0052]
In addition, the cooling medium supplied to the cooling medium supply communication hole 32a is introduced into the cooling medium flow path 50 of the second separator 16, and then circulates in the direction of the arrow B. This cooling medium is discharged from the cooling medium discharge communication hole 32b after the electrolyte membrane / electrode structure 12 is cooled.
[0053]
In the present embodiment, the first seal 47a such as an O-ring is used. However, the present invention is not limited to this, and other seal structures such as a gasket may be employed.
[0054]
【The invention's effect】
In the method for assembling the fuel cell stack according to the present invention, the surface pressure strength of the carbon member can be improved by a simple process, and a desired tightening load can be reliably applied to the fuel cell stack in a short time. it can. For this reason, the assembly operation of the fuel cell stack can be performed efficiently and with high accuracy. Moreover, since the surface pressure strength of the carbon member provided with the preload is further improved, the carbon member can be well maintained even when the maximum surface pressure acts on the carbon member.
[0055]
Furthermore, since a preload is applied to the entire fuel cell stack, it is possible to effectively improve the surface pressure strength of all the carbon members in a single pressing step. Thereby, the preloading operation of the carbon member can be performed easily and quickly, and the surface pressure strength of only the necessary portion of the carbon member can be reliably improved. In addition, since a relatively high preliminary load is applied to the fuel cell stack, the surface pressure strength of the carbon member can be reliably improved in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of a main part of the fuel cell stack.
FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view of a main part of the fuel cell stack.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a press machine that applies a preload to the fuel cell stack.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between a diffusion layer surface pressure and a diffusion layer thickness;
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between seal surface pressure and seal height.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a shared load between a diffusion layer load and a seal load in a tightening load.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an improvement in surface pressure strength of the gas diffusion layer after applying a preload.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the presence / absence of a preload on the gas diffusion layer and the number of times of application and the thickness variation.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 12 ... Electrolyte membrane electrode assembly 14, 16 ... Separator 30a ... Oxidant gas supply communication hole 30b ... Oxidant gas discharge communication hole 32a ... Cooling medium supply communication hole 32b ... Cooling medium discharge communication hole 34a ... Fuel gas supply communication hole 34b ... Fuel gas discharge communication hole 36 ... Solid polymer electrolyte membrane 38 ... Anode side electrode 40 ... Cathode side electrode 42a, 42b ... Gas diffusion layer 44a, 44b ... Electrode catalyst layer 45 ... Outer peripheral edge 46 ... Oxidant gas flow paths 47a, 47b ... seal 48 ... fuel gas flow path 50 ... cooling medium flow path 60 ... press machine 62 ... lower mold 64 ... upper mold

Claims (3)

固体高分子電解質膜が電極触媒層を介装して多孔質カーボン製ガス拡散層で挟持された電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体と交互に積層されるセパレータとにより構成される車載用の燃料電池スタックの組み立て方法であって、
前記電解質膜・電極構造体と前記セパレータとを交互に積層して燃料電池スタックを得る工程と、
前記燃料電池スタックが実際に運転されるときに前記ガス拡散層の積層方向に作用する最大面圧を設定し、前記最大面圧に対応する最大荷重より低く、かつ前記燃料電池スタックの締め付け荷重よりも高い予備荷重を設定する工程と、
前記燃料電池スタックに積層方向に沿って前記予備荷重を付与する工程と、
前記予備荷重が解除されるとともに、前記予備荷重の付与前後における前記ガス拡散層の厚さ変動量を検出する工程と、
前記ガス拡散層の厚さ変動量が、前記ガス拡散層に必要とされる面圧強度を得るために予め設定された許容範囲内となった後、該燃料電池スタックを前記締め付け荷重で締め付け固定する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池スタックの組み立て方法。
Consists of an electrolyte membrane / electrode structure in which a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched by a porous carbon gas diffusion layer with an electrode catalyst layer interposed therebetween, and separators stacked alternately with the electrolyte membrane / electrode structure An in- vehicle fuel cell stack assembly method comprising:
Alternately stacking the electrolyte membrane / electrode structure and the separator to obtain a fuel cell stack;
Setting a maximum surface pressure acting in the stacking direction of the gas diffusion layer when the fuel cell stack is actually operated; lower than a maximum load corresponding to the maximum surface pressure; and from a tightening load of the fuel cell stack A process of setting a high preload,
Applying the preliminary load along the stacking direction to the fuel cell stack;
The step of detecting the thickness variation of the gas diffusion layer before and after the application of the preliminary load, while the preliminary load is released;
After the amount of variation in the thickness of the gas diffusion layer falls within a preset allowable range for obtaining the surface pressure strength required for the gas diffusion layer , the fuel cell stack is fastened and fixed with the tightening load. And a process of
A method for assembling a fuel cell stack, comprising:
請求項1記載の組み立て方法において、前記ガス拡散層の厚さ変動量が前記許容範囲内になるまで、前記予備荷重の付与と解除とを繰り返すことを特徴とする燃料電池スタックの組み立て方法。2. The method of assembling a fuel cell stack according to claim 1, wherein the application and release of the preliminary load are repeated until the thickness fluctuation amount of the gas diffusion layer falls within the allowable range . 請求項1または2記載の組み立て方法において、一方のカーボン部材は、他方のカーボン部材よりも大きな表面積を有し、前記他方のカーボン部材の外周部から外方に突出する前記一方のカーボン部材の外周縁部と、該他方のカーボン部材側に配設される前記セパレータとの間にシールが介装されることを特徴とする燃料電池スタックの組み立て方法。  3. The assembly method according to claim 1, wherein one of the carbon members has a surface area larger than that of the other carbon member, and the outer surface of the one carbon member protrudes outward from an outer peripheral portion of the other carbon member. A fuel cell stack assembling method, wherein a seal is interposed between a peripheral portion and the separator disposed on the other carbon member side.
JP2002235129A 2002-08-12 2002-08-12 Assembly method of fuel cell stack Expired - Fee Related JP4435466B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002235129A JP4435466B2 (en) 2002-08-12 2002-08-12 Assembly method of fuel cell stack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002235129A JP4435466B2 (en) 2002-08-12 2002-08-12 Assembly method of fuel cell stack

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004079246A JP2004079246A (en) 2004-03-11
JP4435466B2 true JP4435466B2 (en) 2010-03-17

Family

ID=32019730

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002235129A Expired - Fee Related JP4435466B2 (en) 2002-08-12 2002-08-12 Assembly method of fuel cell stack

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4435466B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI573313B (en) * 2012-08-24 2017-03-01 東麗股份有限公司 Gas diffusion electrode substrate for fuel cell

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4821162B2 (en) 2005-04-13 2011-11-24 トヨタ自動車株式会社 Manufacturing method of fuel cell stack
JP5326189B2 (en) * 2005-05-31 2013-10-30 日産自動車株式会社 Electrolyte membrane-electrode assembly and method for producing the same
JP5194524B2 (en) * 2007-04-02 2013-05-08 日産自動車株式会社 Fuel cell, fuel cell manufacturing method and manufacturing apparatus
JP5064904B2 (en) * 2007-06-22 2012-10-31 本田技研工業株式会社 Assembly method of fuel cell stack
JP5090138B2 (en) * 2007-11-16 2012-12-05 本田技研工業株式会社 Fuel cell system
JP2012059481A (en) * 2010-09-08 2012-03-22 Sharp Corp Membrane electrode assembly and alkaline fuel cell
JP7428514B2 (en) * 2019-12-23 2024-02-06 Nok株式会社 Manufacturing method of bonded separator for fuel cells
JP7436350B2 (en) * 2020-11-27 2024-02-21 Nok株式会社 Separator manufacturing method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI573313B (en) * 2012-08-24 2017-03-01 東麗股份有限公司 Gas diffusion electrode substrate for fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004079246A (en) 2004-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3913573B2 (en) Fuel cell
WO2005067086A2 (en) Fuel cell stack structure
JP2009043493A (en) Fuel cell stack
WO2006022758A1 (en) Edge-protected catalyst-coated diffusion media and membrane electrode assemblies
CN101160682B (en) Fuel cell, fuel cell manufacturing method and device
CN114142058A (en) Fuel cell membrane electrode sealing frame
JP4435466B2 (en) Assembly method of fuel cell stack
JP4165876B2 (en) Fuel cell stack
JP4174022B2 (en) Fuel cell stack
JP2004207074A (en) Fuel cell
JP4124666B2 (en) Assembly method of fuel cell stack
JP5881594B2 (en) Fuel cell stack and manufacturing method thereof
JP3641622B2 (en) Fuel cell and processing method thereof
JP2014212090A (en) Assembling method of fuel cell stack
JP3875606B2 (en) Fuel cell
WO2009067617A1 (en) Fuel cell flow field plate assembly
CN108461796B (en) Fuel cell end plate unit and cell stack
JP4539069B2 (en) Fuel cell
JP3704512B2 (en) Assembly method of fuel cell stack
JP6356759B2 (en) Aging method of electrolyte membrane / electrode structure
JP4430311B2 (en) Fuel cell stack
JP3981578B2 (en) Fuel cell
JP2018081783A (en) Assembly method of fuel cell stack
JP5450120B2 (en) Aging method for polymer electrolyte fuel cell
JP4422423B2 (en) Fuel cell and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041130

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060823

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060829

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061030

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070403

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070530

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070918

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071114

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080219

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080417

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20080513

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20080808

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: 20091224

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4435466

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130108

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130108

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140108

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees