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
JP5320141B2 - Solid polymer fuel cell and fuel cell stack - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP5320141B2 - Solid polymer fuel cell and fuel cell stack - Google Patents

Solid polymer fuel cell and fuel cell stack Download PDF

Info

Publication number
JP5320141B2
JP5320141B2 JP2009098078A JP2009098078A JP5320141B2 JP 5320141 B2 JP5320141 B2 JP 5320141B2 JP 2009098078 A JP2009098078 A JP 2009098078A JP 2009098078 A JP2009098078 A JP 2009098078A JP 5320141 B2 JP5320141 B2 JP 5320141B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sealing material
fuel cell
outer peripheral
separator
frame
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
Application number
JP2009098078A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2010251055A (en
Inventor
徳彦 川畑
敏宏 松本
弘樹 日下部
隆志 森本
善輝 長尾
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.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial 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 Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2009098078A priority Critical patent/JP5320141B2/en
Publication of JP2010251055A publication Critical patent/JP2010251055A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5320141B2 publication Critical patent/JP5320141B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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

本発明は、固体高分子型燃料電池セル、および燃料電池スタックに関する。   The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell and a fuel cell stack.

固体高分子型燃料電池は燃料電池スタックを含み、燃料電池スタックは燃料電池セルを積層した構造を有する。燃料電池セルは、高分子電解質膜、および高分子電解質膜を挟む一対の触媒電極(アノード電極とカソード電極)を有する膜電極接合体(membrane electrode assembly;以下「MEA」とも称する)と、膜電極接合体を挟む一対のセパレータとを有する。   The polymer electrolyte fuel cell includes a fuel cell stack, and the fuel cell stack has a structure in which fuel cells are stacked. A fuel cell includes a membrane electrode assembly (hereinafter also referred to as “MEA”) having a polymer electrolyte membrane and a pair of catalyst electrodes (an anode electrode and a cathode electrode) sandwiching the polymer electrolyte membrane, a membrane electrode A pair of separators sandwiching the joined body.

高分子電解質膜は、スルホン酸基を有するフッ素樹脂系イオン交換膜や、炭化水素樹脂系イオン交換膜のような高分子イオン交換膜などを有する電解質から構成される。触媒電極は、高分子電解質膜側に位置し、触媒電極内における酸化還元反応を促進させる触媒層と、触媒層の外側に位置し、通気性および導電性を有するガス拡散層とから構成される。さらに、ガス拡散層は、触媒層側に位置し、触媒層との接触性を向上させるカーボンコート層と、外部から供給されるガスを拡散させて、触媒層に供給するためのガス拡散基材層とから構成される。アノード電極の触媒層には、例えば白金や白金とルテニウムとの合金などが含まれ;カソード電極の触媒層には、例えば、白金や白金とコバルトとの合金などが含まれる。膜電極接合体(MEA)を、枠体と一体とすることで、燃料電池セルの組み立て作業性などを高める工夫なども提案されている(特許文献1を参照)。   The polymer electrolyte membrane is composed of an electrolyte having a fluororesin ion exchange membrane having a sulfonic acid group, a polymer ion exchange membrane such as a hydrocarbon resin ion exchange membrane, and the like. The catalyst electrode is located on the polymer electrolyte membrane side, and includes a catalyst layer that promotes a redox reaction in the catalyst electrode, and a gas diffusion layer that is located outside the catalyst layer and has air permeability and conductivity. . Furthermore, the gas diffusion layer is located on the catalyst layer side, and a carbon coating layer for improving the contact property with the catalyst layer, and a gas diffusion base material for diffusing a gas supplied from the outside and supplying the catalyst layer Composed of layers. The catalyst layer of the anode electrode includes, for example, platinum or an alloy of platinum and ruthenium; the catalyst layer of the cathode electrode includes, for example, an alloy of platinum, platinum, and cobalt. There has also been proposed a device for improving the assembly workability of the fuel cell by integrating the membrane electrode assembly (MEA) with the frame (see Patent Document 1).

セパレータは、アノード電極に供給される燃料ガスとカソード電極に供給される酸化ガスとが混ざらないようにするための導電性部材である。   The separator is a conductive member for preventing the fuel gas supplied to the anode electrode from being mixed with the oxidizing gas supplied to the cathode electrode.

燃料電池スタックはこのような単セルを積層することで、電気的に直列に接続されうる。燃料電池は、燃料電池スタックで発電された電気を取り出すことはもちろん、発電により発生した熱を冷媒により回収して利用することがある(コジェネレーションシステム)。   The fuel cell stack can be electrically connected in series by stacking such single cells. In addition to taking out the electricity generated by the fuel cell stack, the fuel cell sometimes uses the heat generated by the power generation by collecting it with a refrigerant (cogeneration system).

燃料電池から得られる電圧と電流は、一般的に、発電量を上げるために電流値を大きくすると、電圧値が低下する(燃料電池のIV特性)。電圧値が低下するほど、発電量に対する発熱量の割合は大きくなり;電圧値が向上するほど、発電量に対する発熱量は小さくなる。一方で、燃料電池から発生する熱の一定量は外部環境へ放散されるが、この放熱量は燃料電池の運転状態に係わらず、ほぼ一定である。したがって、電流値が低い場合(つまり、発生する熱量が少ない場合)に、熱回収効率が低下しやすい。   The voltage and current obtained from the fuel cell generally decrease when the current value is increased to increase the amount of power generation (IV characteristics of the fuel cell). As the voltage value decreases, the ratio of the heat generation amount to the power generation amount increases; as the voltage value increases, the heat generation amount relative to the power generation amount decreases. On the other hand, a certain amount of heat generated from the fuel cell is dissipated to the external environment, but this heat release amount is almost constant regardless of the operating state of the fuel cell. Therefore, when the current value is low (that is, when the amount of heat generated is small), the heat recovery efficiency tends to decrease.

発生した熱量の回収効率を高めるためには、外部環境への放熱を抑制することが好ましい。燃料電池での発電による熱が、外部環境へ放散されることを低減するために、燃料電池スタックをシリコーンゴムで密閉することが提案されている(特許文献2を参照)。燃料電池スタックをゴムで密閉するには、組み立てられた燃料電池スタックの側面外周を低粘度のゴムを用いて平坦化し;さらに高粘度のゴムで密閉する。そのための設備は大型になりやすく、かつ量産化は困難である。   In order to increase the recovery efficiency of the generated heat quantity, it is preferable to suppress heat dissipation to the external environment. In order to reduce heat generated by power generation in the fuel cell from being dissipated to the external environment, it has been proposed to seal the fuel cell stack with silicone rubber (see Patent Document 2). To seal the fuel cell stack with rubber, the outer periphery of the side surface of the assembled fuel cell stack is flattened with low-viscosity rubber; and further sealed with high-viscosity rubber. The equipment for that purpose tends to be large, and mass production is difficult.

国際公開第2007/123191号パンフレットInternational Publication No. 2007/123191 Pamphlet 特表2007−534111号公報Special table 2007-534111 gazette

本発明は、燃料電池で発生する熱の外部環境への放散を抑制して、冷媒によって熱を効率的に回収することを目的とする。さらに、前記燃料電池の組立工程の簡素化、燃料電池の修理の容易化、燃料電池のリサイクルを促進する。   An object of the present invention is to efficiently dissipate heat by a refrigerant while suppressing the diffusion of heat generated in a fuel cell to the external environment. Furthermore, simplification of the assembly process of the fuel cell, facilitation of repair of the fuel cell, and recycling of the fuel cell are promoted.

本発明は、MEAと一体化された枠体に、外周シールとして機能する部材を付加することで、燃料電池で発生する熱を効率的に回収し;さらに燃料電池セルや燃料電池スタックの組み立ておよび分解を容易にした。すなわち本発明は、以下に示す固体高分子型燃料電池セル、および燃料電池スタックに関する。   The present invention efficiently recovers heat generated in the fuel cell by adding a member functioning as an outer peripheral seal to the frame integrated with the MEA; and further assembling the fuel cell and the fuel cell stack; Easy disassembly. That is, the present invention relates to the following polymer electrolyte fuel cell and fuel cell stack.

[1]燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒それぞれが流れる流路口が形成された枠体と、前記枠体の内部に配置された高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟む一対の電極と、前記ガス流路口と電極を囲うシール材と、前記枠体の外周に配置された外周シール材とが一体に形成された枠体一体型MEA;前記一対の電極のうちの一方に燃料ガスを供給排出する流路を有するアノードセパレータ;および前記一対の電極のうちの他方に酸化剤ガスを供給排出する流路を有するカソードセパレータ;を有する固体高分子型燃料電池セルであって、
前記外周シール材は、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータの外周を覆い、かつ前記アノードセパレータおよび前記カソードセパレータのそれぞれの外周との間に、複数の独立した空隙を形成すし、かつ
前記外周シール材で覆われる、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータの外周表面は凹凸を有する、固体高分子型燃料電池セル。
[1] A frame in which a flow path port through which each of fuel gas, oxidant gas and refrigerant flows is formed, a polymer electrolyte membrane disposed inside the frame, and a pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane A frame-integrated MEA in which a sealing material that surrounds the gas flow path opening and the electrode and an outer peripheral sealing material disposed on the outer periphery of the frame are integrally formed; fuel gas is applied to one of the pair of electrodes An anode separator having a flow path for supplying and discharging; and a cathode separator having a flow path for supplying and discharging oxidant gas to the other of the pair of electrodes;
The peripheral sealing material covers the outer periphery of the cathode separator and the anode separator, and between the outer periphery of each of the anode separator and the cathode separator, and to form a plurality of independent voids, and
The polymer electrolyte fuel cell , wherein the outer peripheral surfaces of the anode separator and the cathode separator covered with the outer peripheral sealing material have irregularities .

[2]前記アノードセパレータと前記カソードセパレータの外周を覆う前記外周シール材の表面が凹凸を有する、[1]に記載の固体高分子型燃料電池セル。
]前記外周シール材の外周表面は凹凸を有し、さらに外周シール材の外周表面に外装カバーが配置される、[]に記載の固体高分子型燃料電池セル。
[2] The polymer electrolyte fuel cell according to [1], wherein a surface of the outer peripheral sealing material covering outer peripheries of the anode separator and the cathode separator has irregularities.
[ 3 ] The polymer electrolyte fuel cell according to [ 1 ], wherein an outer peripheral surface of the outer peripheral sealing material has irregularities, and an outer cover is disposed on the outer peripheral surface of the outer peripheral sealing material.

[4]前記外周シール材と、前記ガス流路口と電極を囲うシール材とは、同じ材質である、[1]〜[3]のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池セル。
[5]前記外周シール材は、発泡エラストマーである、[1]〜[4]のいずれかに記載の固体高分子型燃料電池セル。
[6]前記[1]〜[5]のいずれかに記載の燃料電池セルの積層体を有する、燃料電池スタック。
[7]燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒それぞれが流れる流路口が形成された枠体と、前記枠体の内部に配置された高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟む一対の電極と、前記流路口と電極を囲うシール材と、前記枠体の外周に配置された外周シール材とが一体に形成された枠体一体型MEA;
前記一対の電極のうちの一方に燃料ガスを供給排出する流路を有するアノードセパレータ;および
前記一対の電極のうちの他方に酸化剤ガスを供給排出する流路を有するカソードセパレータ;を有する固体高分子型燃料電池セルであって、
前記外周シール材は、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータの外周を覆い、かつ前記アノードセパレータおよび前記カソードセパレータのそれぞれの外周との間に、複数の独立した空隙を形成し、かつ
前記外周シール材と、前記流路口と電極を囲うシール材とは、同じ材質である、固体高分子型燃料電池セル。
[4] The polymer electrolyte fuel cell according to any one of [1] to [3], wherein the outer peripheral sealing material and the sealing material surrounding the gas flow path port and the electrode are the same material.
[5] The polymer electrolyte fuel cell according to any one of [1] to [4], wherein the outer peripheral sealing material is a foamed elastomer.
[6] A fuel cell stack having the fuel cell stack according to any one of [1] to [5].
[7] A frame in which a flow path port through which each of fuel gas, oxidant gas and refrigerant flows is formed, a polymer electrolyte membrane disposed inside the frame, and a pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane A frame-integrated MEA in which a sealing material that surrounds the channel opening and the electrode and an outer peripheral sealing material disposed on the outer periphery of the frame are integrally formed;
An anode separator having a flow path for supplying and discharging fuel gas to one of the pair of electrodes; and a cathode separator having a flow path for supplying and discharging oxidant gas to the other of the pair of electrodes. A molecular fuel cell,
The outer periphery sealing material covers the outer periphery of the anode separator and the cathode separator, and forms a plurality of independent gaps between the outer periphery of the anode separator and the cathode separator, and
The polymer electrolyte fuel cell , wherein the outer peripheral sealing material and the sealing material surrounding the channel opening and the electrode are the same material .

本発明の燃料電池セルおよび燃料電池スタックから得られる燃料電池は、発電により発生した熱を外部環境に放散しにくい。そのため該燃料電池は、熱を冷媒によって効率的に回収することができ、コジェネレーションシステムに好適に適用される。また、本発明の燃料電池は組み立てが容易であり、組み立て後の分解が容易であるので、修理やリサイクルしやすい。   The fuel cell obtained from the fuel cell and the fuel cell stack of the present invention hardly dissipates heat generated by power generation to the external environment. Therefore, the fuel cell can efficiently recover heat with the refrigerant, and is suitably applied to a cogeneration system. Further, the fuel cell of the present invention is easy to assemble and easy to disassemble after assembling, so that it is easy to repair and recycle.

本発明の燃料電池セルを構成する、枠体一体型MEA、カソードセパレータ、およびアノードセパレータの斜視図である。各部材の一部は、断面を示している。1 is a perspective view of a frame-integrated MEA, a cathode separator, and an anode separator that constitute a fuel battery cell of the present invention. A part of each member shows a cross section. 第1の態様の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the fuel cell stack which laminated | stacked the fuel cell of the 1st aspect. 枠体一体型MEAの外周シール材とセパレータとの接触部付近の拡大図である。It is an enlarged view of the contact part vicinity of the outer periphery sealing material and separator of frame body integrated type MEA. 燃料電池スタックを含む、燃料電池の斜視図である。1 is a perspective view of a fuel cell including a fuel cell stack. 第2の態様の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the fuel cell stack which laminated | stacked the fuel cell of the 2nd aspect. 枠体一体型MEAの外周シール材とセパレータとの接触部付近の拡大図である。It is an enlarged view of the contact part vicinity of the outer periphery sealing material and separator of frame body integrated type MEA. 第3の態様の燃料電池セルを積層した燃料電池スタックの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the fuel cell stack which laminated | stacked the fuel cell of the 3rd aspect. 枠体一体型MEAの外周シール材とセパレータとの接触部付近の拡大図である。It is an enlarged view of the contact part vicinity of the outer periphery sealing material and separator of frame body integrated type MEA. 第4の態様の枠体一体型MEAを示す斜視図である。一部は断面を示している。It is a perspective view which shows the frame integrated MEA of a 4th aspect. A part shows a cross section. 本発明の燃料電池セルの作製フローを示す。The production flow of the fuel battery cell of this invention is shown.

本発明の固体高分子型燃料電池セルは、1)枠体一体型MEA、2)アノードセパレータ、および3)カソードセパレータを有する。   The polymer electrolyte fuel cell of the present invention has 1) a frame-integrated MEA, 2) an anode separator, and 3) a cathode separator.

枠体一体型MEAは、流路口が形成された枠体と、枠体の枠内部に配置された固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を挟む一対の電極(アノード電極とカソード電極)と、流路口と電極を囲うシール材と、枠体の外周に配置された外周シール材と、を有する。これらは、一体となって枠体一体型MEAを構成していることが好ましい。   The frame-integrated MEA has a frame having a channel opening, a solid polymer electrolyte membrane disposed inside the frame, and a pair of electrodes (anode electrode and cathode electrode) sandwiching the solid polymer electrolyte membrane And a sealing material surrounding the channel opening and the electrode, and an outer peripheral sealing material disposed on the outer periphery of the frame. These are preferably integrated to form a frame-integrated MEA.

アノードセパレータおよびカソードセパレータは、導電性材料で形成されている。導電性材料の例には、カーボン材料や金属が含まれる。カーボンセパレータの厚さは、2〜3mm程度であるが、さらに薄くすることもできる。   The anode separator and the cathode separator are made of a conductive material. Examples of the conductive material include a carbon material and a metal. Although the thickness of a carbon separator is about 2-3 mm, it can also be made thinner.

アノードセパレータのアノード電極と対向する面には、燃料ガスが流れる溝(流路)が形成されており、その溝を介して燃料ガスがアノード電極に供給されたり、アノード電極から排出されたりする。カソードセパレータのカソード電極と対向する面には、酸化剤ガスが流れる溝(流路)が形成されており、その溝を介して酸化剤ガスがカソード電極に供給されたり、カソード電極から排出されたりする。   A groove (flow path) through which the fuel gas flows is formed on the surface facing the anode electrode of the anode separator, and the fuel gas is supplied to the anode electrode or discharged from the anode electrode through the groove. A groove (flow path) through which the oxidant gas flows is formed on the surface facing the cathode electrode of the cathode separator, and the oxidant gas is supplied to the cathode electrode or discharged from the cathode electrode through the groove. To do.

枠体一体型MEAの枠体の材質は、耐薬品性が高く、溶出が少ないオレフィン系樹脂であることが好ましく、オレフィン系樹脂の例にはポリプロピレンやポリエチレンなどが含まれる。溶出を抑えて電池の寿命を延ばすためである。さらに枠体の材質は、高い耐熱性も求められる。燃料電池の使用環境は、例えば約60〜80℃だからである。したがって、枠体の材質はポリプロピレンがより好ましい。   The material of the frame of the frame-integrated MEA is preferably an olefin resin having high chemical resistance and little elution, and examples of the olefin resin include polypropylene and polyethylene. This is to suppress elution and extend the life of the battery. Further, the frame material is required to have high heat resistance. This is because the operating environment of the fuel cell is, for example, about 60 to 80 ° C. Therefore, the material of the frame is more preferably polypropylene.

枠体には、複数の流路口が形成されている。流路口とは、1)燃料ガス供給マニホールドを構成するガス流路口と、2)燃料ガス排出マニホールドを構成するガス流路口と、3)酸化剤ガス供給マニホールドを構成するガス流路口と、4)酸化剤ガス排出マニホールドを構成するガス流路口と、5)冷媒供給マニホールドを構成する冷媒流路口と、6)冷媒排出マニホールドを構成する冷媒流路口とを含みうる。   A plurality of flow passage openings are formed in the frame. The flow path port includes 1) a gas flow path port constituting a fuel gas supply manifold, 2) a gas flow path port constituting a fuel gas discharge manifold, 3) a gas flow path port constituting an oxidant gas supply manifold, and 4) It may include a gas flow path opening constituting the oxidant gas discharge manifold, 5) a refrigerant flow path opening constituting the refrigerant supply manifold, and 6) a refrigerant flow path opening constituting the refrigerant discharge manifold.

枠体の枠内部に配置される高分子電解質膜は、水素イオンは通すが、電子は通さない薄いフィルム状の膜であればよく特に限定されない。一般的には、フッ素樹脂系の高分子膜が用いられる。   The polymer electrolyte membrane disposed inside the frame of the frame is not particularly limited as long as it is a thin film-like membrane that allows hydrogen ions to pass but does not allow electrons to pass. Generally, a fluororesin polymer film is used.

高分子電解質膜の両面に配置される一対の電極は、酸化剤が供給されるカソード電極(空気極ともいう)と、燃料ガスが供給されるアノード電極(燃料極ともいう)とからなる。各電極は、特に制限されないが、白金などの触媒を担持したカーボンなどであればよい。   The pair of electrodes disposed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane includes a cathode electrode (also referred to as an air electrode) to which an oxidant is supplied and an anode electrode (also referred to as a fuel electrode) to which fuel gas is supplied. Each electrode is not particularly limited, and may be carbon or the like carrying a catalyst such as platinum.

流路口と電極を囲うシール材は、流路口や電極を流れるガスや冷媒が外部にもれたり、外部のガスがガス流路口や電極に入り込んだりすることを防止する部材である。シール材の材質は、通常はゴムなどである。   The sealing material that surrounds the channel opening and the electrode is a member that prevents gas and refrigerant flowing through the channel opening and the electrode from leaking to the outside, and prevents external gas from entering the gas channel opening and the electrode. The material of the sealing material is usually rubber.

さらに、本発明の枠体一体型MEAの枠体の外周には、外周シール材が配置されていることを特徴とする。枠体の外周に配置された外周シール材は、弾性材料で形成されていることが好ましい。弾性材料はゴムなどであり、ゴムの種類にはイソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどがあるが、特に限定されない。   Furthermore, an outer peripheral sealing material is disposed on the outer periphery of the frame body of the frame-integrated MEA of the present invention. It is preferable that the outer periphery sealing material arrange | positioned at the outer periphery of a frame is formed with the elastic material. The elastic material is rubber or the like, and types of rubber include isoprene rubber, styrene butadiene rubber, butadiene rubber, chloroprene rubber, urethane rubber, silicone rubber, fluorine rubber and the like, but are not particularly limited.

枠体一体型MEAとアノードセパレータとカソードセパレータとを積層して、固体高分子型燃料電池セルとしたときに、枠体一体型MEAの外周シール材は、各セパレータの外周を覆うことが好ましい。セパレータの外周を覆う外周シール材は、セパレータが有する熱が外部環境に放散することを抑制する。   When a frame-integrated MEA, an anode separator, and a cathode separator are stacked to form a solid polymer fuel cell, the outer peripheral sealing material of the frame-integrated MEA preferably covers the outer periphery of each separator. The outer periphery sealing material covering the outer periphery of the separator suppresses the heat of the separator from being dissipated to the external environment.

セパレータが有する熱の外部環境への放散を抑制するため、セパレータの外周と外周シール材との間には、独立した複数の空隙が形成されていることが好ましい。空隙が断熱層として作用するので、熱放散がより抑制されるからである。複数の空隙は、互いに独立していることが好ましい。空隙同士での熱の対流を抑制するためである。この空隙を形成する手段については後述する。   In order to suppress the diffusion of heat of the separator to the external environment, it is preferable that a plurality of independent voids are formed between the outer periphery of the separator and the outer peripheral sealing material. This is because the air gap acts as a heat insulating layer, so that heat dissipation is further suppressed. The plurality of voids are preferably independent of each other. This is to suppress heat convection between the gaps. The means for forming this void will be described later.

外周シール材は、前述の枠体に形成された流路口と電極を囲うシール材と同一の材料(例えばゴム)で形成されていてもよい。枠体の流路口と電極を囲うシール材は、枠内部に一体化されたMEAを含む枠体に2色成形することにより配置されうるが;流路口と電極を囲うシール材と、外周シール材とが同一の材料であれば、ガス流路口と電極を囲うシール材と外周シール材とを、一工程で同時に成形することができる。   The outer peripheral sealing material may be formed of the same material (for example, rubber) as the sealing material surrounding the channel opening and the electrode formed in the frame body. The seal material that surrounds the flow path opening and the electrode of the frame can be arranged by forming two colors on the frame including the MEA integrated inside the frame; the seal material that surrounds the flow path opening and the electrode, and the outer peripheral seal material Are the same material, the sealing material surrounding the gas channel opening and the electrode and the outer peripheral sealing material can be simultaneously molded in one step.

一方、外周シール材の材料は、発泡エラストマーであってもよい。発泡エラストマーとは、エラストマーの内部で発泡させて得られる発泡材である。発泡エラストマーは、内部に多数の気泡を有し、その気泡が断熱層として作用するので断熱性能が高い。よって、発泡エラストマーからなる外周シール材は、セパレータが有する熱量が外部環境に放散することをより効果的に抑制しうる。   On the other hand, the material of the outer peripheral sealing material may be a foamed elastomer. A foamed elastomer is a foamed material obtained by foaming inside an elastomer. The foamed elastomer has a large number of air bubbles inside, and the air bubbles act as a heat insulating layer, so that the heat insulating performance is high. Therefore, the outer periphery sealing material which consists of a foamed elastomer can suppress more effectively that the calorie | heat amount which a separator has dissipates to an external environment.

枠体一体型MEAは、任意の方法で作製されうるが、例えば、図7に示されるフローで作製されうる。   The frame-integrated MEA can be manufactured by any method, but can be manufactured by, for example, the flow shown in FIG.

Aステップで固体高分子電解質膜を用意し;Bステップで枠体を用意する。Cステップでは、Aステップで用意した固体高分子電解質膜を、Bステップで用意した枠体の枠の内部に配置した状態で、固体高分子電解質膜の両面それぞれにアノード電極およびカソード電極を形成して、MEAを枠内部に固定する。   In step A, a solid polymer electrolyte membrane is prepared; in step B, a frame is prepared. In the C step, the solid polymer electrolyte membrane prepared in the A step is disposed inside the frame body prepared in the B step, and an anode electrode and a cathode electrode are formed on both sides of the solid polymer electrolyte membrane. Then, the MEA is fixed inside the frame.

D1ステップでは、枠体の流路口を囲うシール材と、電極を囲うシール材とを形成(例えば2色形成)する。D2ステップでは、枠体の外周シール材を形成する。これにより、枠体一体型MEAが作製される。D1ステップとD2ステップとは、その順序は限定されず;かつ枠体の外周シール材が、枠体の流路口を囲うシール材や電極を囲うシール材の材質と同じであれば、1ステップで行うこともできる。   In step D1, a sealing material that surrounds the flow path opening of the frame body and a sealing material that surrounds the electrode are formed (for example, two colors are formed). In step D2, an outer periphery sealing material for the frame is formed. Thereby, the frame integrated MEA is manufactured. The order of the D1 step and the D2 step is not limited; and if the outer peripheral sealing material of the frame is the same as the material of the sealing material that surrounds the flow path port of the frame and the sealing material that surrounds the electrode, the order is one step. It can also be done.

Eステップで、得られた枠体一体型MEAと、アノードセパレータと、カソードセパレータとを積層すれば、燃料電池セルが得られる。さらに燃料電池セルを積層すれば、燃料電池スタックが得られる。   If the obtained frame-integrated MEA, the anode separator, and the cathode separator are stacked in step E, a fuel cell can be obtained. If fuel cells are further stacked, a fuel cell stack can be obtained.

このように本発明によれば、燃料電池セルを組み立てたときに、外周シール材がセパレータを覆っているので、燃料電池セル組み立て後、または燃料電池スタック組み立て後に、外周シール材を配置する必要がない。したがって、外周シール材を設けるための設備が必要なく、製造も容易である。   Thus, according to the present invention, when the fuel cell is assembled, the outer peripheral sealing material covers the separator. Therefore, it is necessary to dispose the outer peripheral sealing material after the fuel cell assembly or after the fuel cell stack assembly. Absent. Therefore, there is no need for equipment for providing the outer peripheral sealing material, and manufacturing is easy.

また、組み立てられた燃料電池セルまたは燃料電池スタックの分解も、外周シール材を除去する必要がないので容易である。したがって、組み立て後に燃料電池を修理したり、部材を交換したり、リサイクルすることも容易となる。   Further, the assembled fuel cell or fuel cell stack can be easily disassembled because it is not necessary to remove the outer peripheral seal material. Therefore, it becomes easy to repair the fuel cell after the assembly, replace the member, or recycle.

前記の通り、本発明の固体高分子型燃料電池セルは、アノードセパレータとカソードセパレータとで、枠体一体型MEAを挟んで積層させることで得ることができる。この積層により、アノードセパレータとカソードセパレータの外周(側面外周)は、枠体一体型MEAの外周シールにより覆われる。このアノードセパレータとカソードセパレータの外周と、枠体一体型MEAの外周シール材とは、完全に密着することなく、互いの間に独立した複数の空隙を形成していることを特徴とする。   As described above, the polymer electrolyte fuel cell of the present invention can be obtained by laminating the frame-integrated MEA between the anode separator and the cathode separator. By this lamination, the outer periphery (side surface outer periphery) of the anode separator and the cathode separator is covered with the outer peripheral seal of the frame-integrated MEA. The outer peripheries of the anode separator and the cathode separator and the outer peripheral sealing material of the frame-integrated MEA are characterized in that a plurality of independent gaps are formed between them without being in close contact with each other.

セパレータの外周と外周シールとの間に、独立した複数の空隙を形成するには、1)外周シール材の表面であって、セパレータの外周を覆う表面を凹凸形状とするか(後述の実施の形態1を参照);または2)セパレータの外周の表面(外周シール材で覆われる表面)を凹凸形状とすればよい(後述の実施の形態2および3を参照)。外周シール材の表面またはセパレータの外周の表面を凹凸形状とすれば、セパレータと外周シール材は凸部でのみ接触して、凹部では接触せずに空隙が形成される。   In order to form a plurality of independent voids between the outer periphery of the separator and the outer peripheral seal, 1) the surface of the outer peripheral sealing material that covers the outer periphery of the separator is formed into an uneven shape (described later) (Refer to Embodiment 1); or 2) The outer peripheral surface of the separator (the surface covered with the outer peripheral sealing material) may have an uneven shape (see Embodiments 2 and 3 to be described later). If the surface of the outer peripheral sealing material or the outer peripheral surface of the separator is formed into a concavo-convex shape, the separator and the outer peripheral sealing material are in contact with each other only at the convex portion, and a gap is formed without contact at the concave portion.

固体高分子型燃料電池セルは、MEAで発電を行うが、発電とともに熱も発生する。発電において発生した熱は、冷媒に効率よく吸収されて回収されることが好ましい。そのためには、発生した熱量が外部環境に放熱されることを抑制することが好ましい。前記の通り、セパレータは導電性部材であり、一般的に金属やカーボン材料からなり、これらは一般的に熱伝導性が高い。したがって特に、MEAでの発電によって発生した熱量はセパレータを伝わって外部に放出されやすい。   The polymer electrolyte fuel cell generates power with MEA, but generates heat as well as power generation. It is preferable that the heat generated in the power generation is efficiently absorbed by the refrigerant and recovered. For this purpose, it is preferable to suppress the generated heat amount from being radiated to the external environment. As described above, the separator is a conductive member and is generally made of a metal or a carbon material, and these generally have high thermal conductivity. Therefore, in particular, the amount of heat generated by the power generation in the MEA is easily released to the outside through the separator.

そこで本発明は、セパレータの外周を、枠体の外周シール材で覆っているが;さらに、セパレータの外周と、外周シール材との間に複数の空隙を設けている。空隙が形成されればその空隙が断熱層として作用して、セパレータの熱量の放散をより効果的に抑制できる。   Therefore, in the present invention, the outer periphery of the separator is covered with the outer peripheral sealing material of the frame; however, a plurality of gaps are provided between the outer periphery of the separator and the outer peripheral sealing material. If voids are formed, the voids act as a heat insulating layer, and the heat dissipation of the separator can be more effectively suppressed.

本発明の固体高分子型燃料電池セルを積層すれば、燃料電池スタックを得ることができる。固体高分子型燃料電池セルの積層数は、所望の出力に応じて適宜設定すればよい。固体高分子型燃料電池スタックは、その両端を集電板ではさまれ;さらにエンドプレートで挟まれていてもよい。   By stacking the polymer electrolyte fuel cells of the present invention, a fuel cell stack can be obtained. What is necessary is just to set suitably the number of lamination | stacking of a polymer electrolyte fuel cell according to a desired output. The polymer electrolyte fuel cell stack is sandwiched between current collector plates at both ends; and may be further sandwiched between end plates.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[実施の形態1]
図1には、枠体一体型MEA10、およびカソードセパレータ20とアノードセパレータ30とからなる一対のセパレータが示される。枠体一体型MEA10と、カソードセパレータ20とアノードセパレータ30とが積層されると、燃料電池セルが構成される。
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows a frame-integrated MEA 10 and a pair of separators composed of a cathode separator 20 and an anode separator 30. When the frame-integrated MEA 10, the cathode separator 20, and the anode separator 30 are laminated, a fuel cell is configured.

枠体一体型MEA10は、枠体11とMEA12とを有する。MEA12のカソードセパレータ20に対向する面はカソード電極であり、MEA12のアノードセパレータ30に対向する面はアノード電極である。枠体11には、燃料ガスが流れる流路口13および13’と、冷媒が流れる流路口14および14’と、酸化剤ガスが流れる流路口15および15'とが形成されている。   The frame integrated MEA 10 includes a frame 11 and an MEA 12. The surface of the MEA 12 facing the cathode separator 20 is a cathode electrode, and the surface of the MEA 12 facing the anode separator 30 is an anode electrode. The frame body 11 is formed with flow path ports 13 and 13 'through which fuel gas flows, flow path ports 14 and 14' through which refrigerant flows, and flow path ports 15 and 15 'through which oxidant gas flows.

枠体一体型MEA10は、各流路口およびMEA12の電極を囲むシール材17−1〜17−5を有する。これらのうちシール材17−1は、酸化剤ガスが流れる流路口15および15’と、MEA12のカソード電極とを囲み;流路口15および15’と、MEA12とが連通できるようにしている。   The frame-integrated MEA 10 includes seal members 17-1 to 17-5 that surround each flow path opening and the electrode of the MEA 12. Among these, the sealing material 17-1 surrounds the flow path openings 15 and 15 ′ through which the oxidizing gas flows and the cathode electrode of the MEA 12; the flow path openings 15 and 15 ′ and the MEA 12 can communicate with each other.

図示されないが、枠体一体型MEA10の、アノードセパレータ30と対向する面にも、各流路口およびMEA12の電極を囲むシール材を有する。当該シール材の一つは、燃料ガスが流れる流路口13および13’と、MEA12のカソード電極とを囲み;流路口13および13’と、MEA12とが連通できるようにしている。   Although not shown, the surface of the frame-integrated MEA 10 that faces the anode separator 30 also has a sealing material that surrounds each channel port and the electrode of the MEA 12. One of the sealing materials surrounds the flow path openings 13 and 13 ′ through which the fuel gas flows and the cathode electrode of the MEA 12; the flow path openings 13 and 13 ′ and the MEA 12 can communicate with each other.

さらに、枠体一体型MEA10の枠体11の外周には外周シール材16が配置されている。   Further, an outer peripheral sealing material 16 is disposed on the outer periphery of the frame 11 of the frame integrated MEA 10.

カソードセパレータ20の、MEA12と対向する面には、酸素を含む酸化剤ガス(例えば空気)が流れるためのガス流路が形成されており;ガス流路の両端はそれぞれ、枠体11の流路口15および15’と連通している。流路口15および15’を通して酸化剤ガスが、ガス流路に供給されたり、ガス流路から排出されたりする。   On the surface of the cathode separator 20 facing the MEA 12, a gas flow path is formed for flowing an oxidant gas containing oxygen (for example, air); both ends of the gas flow path are respectively flow path openings of the frame 11. 15 and 15 '. Oxidant gas is supplied to or discharged from the gas passage through the passage openings 15 and 15 '.

アノードセパレータ30の、MEA12と対向する面には、燃料ガス(例えば水素)が流れるためのガス流路が形成されており;ガス流路の両端はそれぞれ、流路口13および13’と連通している。流路口13および13’を通して燃料ガスが、ガス流路に供給されたり、ガス流路から排出されたりする。   On the surface of the anode separator 30 facing the MEA 12, a gas flow path for flowing a fuel gas (for example, hydrogen) is formed; both ends of the gas flow path communicate with the flow path ports 13 and 13 ′, respectively. Yes. Fuel gas is supplied to or discharged from the gas flow path through the flow path ports 13 and 13 '.

図2Aには、図1に示された枠体一体型MEA10と、カソードセパレータ20と、アノードセパレータ30とからなる燃料電池セルを、3つ積層した状態が示される。図2Aに示されるように、枠体一体型MEA10の外周シール材16が、カソードセパレータ20と、アノードセパレータ30の外周を覆っている。また、燃料電池セルの積層により、外周シール16同士が互いに密着して、枠体一体型MEA10と、セパレータ20および30とを覆うため、スタック全体が外周シール材16で覆われている。   FIG. 2A shows a state in which three fuel cell units each including the frame-integrated MEA 10 shown in FIG. 1, the cathode separator 20, and the anode separator 30 are stacked. As shown in FIG. 2A, the outer peripheral sealing material 16 of the frame-integrated MEA 10 covers the outer periphery of the cathode separator 20 and the anode separator 30. Further, since the outer peripheral seals 16 are brought into close contact with each other by stacking the fuel cells and cover the frame-integrated MEA 10 and the separators 20 and 30, the entire stack is covered with the outer peripheral seal material 16.

カソードセパレータ20のガス流路に流れる酸化剤ガスと、アノードセパレータ30に流れる燃料ガスとを用いて、MEA12で発電が行われる。この発電において発生した熱量は、冷媒が流れる流路口14および14’を流れる冷媒に、効率よく吸収されることが好ましい。そのためには、MEA12での発電によって発生した熱量が外部環境に放熱されることを抑制することが好ましい。   Electric power is generated by the MEA 12 using the oxidant gas flowing in the gas flow path of the cathode separator 20 and the fuel gas flowing in the anode separator 30. The amount of heat generated in this power generation is preferably efficiently absorbed by the refrigerant flowing through the flow path openings 14 and 14 'through which the refrigerant flows. For this purpose, it is preferable to suppress the heat generated by the power generation in the MEA 12 from being radiated to the external environment.

前記の通りセパレータは、一般的に熱伝導性が高い金属やカーボン材料からなる。したがって特に、MEAでの発電によって発生した熱量はセパレータを伝わって外部環境に放出されやすい。そこで本発明は、枠体とセパレータの外周とを外周シール材で覆っているが;さらに、図2Bに示されるように、セパレータ(20または30)の外周を覆う外周シール材16の表面が凹凸形状を有するので、セパレータ(20または30)と外周シール材16とが密着することなく、独立した複数の空隙が形成されている。この空隙は、断熱層として作用するので、断熱シール性がより向上する。   As described above, the separator is generally made of a metal or carbon material having high thermal conductivity. Therefore, in particular, the amount of heat generated by the power generation in the MEA is easily transmitted to the external environment through the separator. Therefore, in the present invention, the frame and the outer periphery of the separator are covered with the outer peripheral sealing material; however, as shown in FIG. 2B, the surface of the outer peripheral sealing material 16 covering the outer periphery of the separator (20 or 30) is uneven. Since it has a shape, a plurality of independent voids are formed without the separator (20 or 30) and the outer peripheral sealing material 16 being in close contact with each other. Since this space | gap acts as a heat insulation layer, heat insulation sealability improves more.

図2Bに示されるように、セパレータ(20または30)と、外周シール材16とは完全に密着することなく、両者の間に複数の空隙が形成される。ここで、「セパレータ(20または30)と断熱シール材16との接触面積」は、両者が完全に密着したと仮定した場合の両者の接触面積に対して、30〜50%、好ましくは約30%である。接触面積が小さいほど断熱性は高まるが、接触面積が小さすぎるとシール材16の剛性を確保できないことがある。   As shown in FIG. 2B, the separator (20 or 30) and the outer peripheral sealing material 16 do not completely adhere to each other, and a plurality of gaps are formed between them. Here, the “contact area between the separator (20 or 30) and the heat insulating sealing material 16” is 30 to 50%, preferably about 30 with respect to the contact area of both when it is assumed that they are completely adhered. %. The smaller the contact area, the higher the heat insulation. However, if the contact area is too small, the rigidity of the sealing material 16 may not be ensured.

外周シール材16の凹部は、セパレータの厚さ方向にわたって形成されていることが好ましい。セパレータとの接触面積をできるだけ減らすためである。   It is preferable that the recessed part of the outer periphery sealing material 16 is formed over the thickness direction of a separator. This is to reduce the contact area with the separator as much as possible.

また、図2Bに示されるように、外周シール材16の表面に形成された凹凸の、凹部の幅L1と、凸部の幅L2との比率は、L1:L2=約2:1であればよく;L1=約2mm、L2=約1mmであればよい。凹部により形成される空隙それぞれの体積が大きすぎると、空隙内で対流が発生するため、断熱性が低下するおそれがある。L3は、シール材16の剛性の確保などの点から、適宜設定すればよい。   Further, as shown in FIG. 2B, the ratio of the concave portion width L1 to the convex portion width L2 of the concave and convex portions formed on the surface of the outer peripheral sealing material 16 is L1: L2 = about 2: 1. Good; L1 = about 2 mm and L2 = about 1 mm. If the volume of each of the voids formed by the recesses is too large, convection is generated in the voids, which may reduce the heat insulation. L3 may be appropriately set from the viewpoint of securing the rigidity of the sealing material 16 and the like.

枠体一体型MEA10と、カソードセパレータ20と、アノードセパレータ30とからなる燃料電池セルを積層して得られる燃料電池スタック100は、図3に示されるように一対の集電板110と110’で挟まれ;さらに、一対のエンドプレート120と120’で挟まれて、燃料電池とされうる。燃料電池スタック100と、集電板110と110’と、エンドプレート120と120’とは、例えばボルトとナットなどの締結部材130で一体化される。   As shown in FIG. 3, a fuel cell stack 100 obtained by stacking fuel cells composed of a frame-integrated MEA 10, a cathode separator 20, and an anode separator 30 includes a pair of current collector plates 110 and 110 ′. Further, the fuel cell may be sandwiched between a pair of end plates 120 and 120 ′. The fuel cell stack 100, the current collecting plates 110 and 110 ', and the end plates 120 and 120' are integrated with a fastening member 130 such as a bolt and a nut.

[実施の形態2]
図4Aには、図2Aと同様に、3つの燃料電池セルが積層された状態が示される。各燃料電池セルは、枠体一体型MEA10’と、カソードセパレータ20’と、アノードセパレータ30’とを有する。枠体一体型MEA10’は、外周シール材16’の形状が、図2Aにおける枠体一体型MEA10の外周シール材16の形状と相違するが、他の構成は同様である。また、カソードセパレータ20’およびアノードセパレータ30’は、その外周面(外周シール材16’と対向する面)の形状が、図2Aにおけるカソードセパレータ20およびアノードセパレータ30の外周面と相違するが、他の構成は同様である。
[Embodiment 2]
FIG. 4A shows a state in which three fuel cells are stacked, as in FIG. 2A. Each fuel cell includes a frame-integrated MEA 10 ′, a cathode separator 20 ′, and an anode separator 30 ′. The shape of the outer peripheral sealing material 16 ′ of the frame-integrated MEA 10 ′ is different from the shape of the outer peripheral sealing material 16 of the frame-integrated MEA 10 in FIG. 2A, but the other configurations are the same. Further, the cathode separator 20 ′ and the anode separator 30 ′ are different from the outer peripheral surfaces of the cathode separator 20 and the anode separator 30 in FIG. The configuration of is the same.

図4Bに示されるように、セパレータ(20’または30’)の外周表面は、凹凸形状を有するので、セパレータ(20’または30’)の外周表面と外周シール材16’とが密着することなく、独立した複数の空隙が形成される。実施の形態1と同様に、空隙が断熱層として作用するため、同様の断熱効果が得られる。   As shown in FIG. 4B, since the outer peripheral surface of the separator (20 ′ or 30 ′) has an uneven shape, the outer peripheral surface of the separator (20 ′ or 30 ′) and the outer peripheral sealing material 16 ′ do not adhere to each other. A plurality of independent voids are formed. Similar to the first embodiment, since the gap acts as a heat insulating layer, the same heat insulating effect can be obtained.

[実施の形態3]
図5Aには、図4Aと同様に、3つの燃料電池セルが積層された状態が示される。各燃料電池セルは、枠体一体型MEA10’’と、カソードセパレータ20’と、アノードセパレータ30’とを有する。枠体一体型MEA10’’は、その外周シール材16’’の形状が、図4Aにおける枠体一体型MEA10’の外周シール材16’の形状と相違するものの、他の構成は同様である。また、カソードセパレータ20’とアノードセパレータ30’は、図4Aにおける各セパレータと同様である。
[Embodiment 3]
FIG. 5A shows a state in which three fuel cells are stacked, as in FIG. 4A. Each fuel cell includes a frame-integrated MEA 10 ″, a cathode separator 20 ′, and an anode separator 30 ′. The frame-integrated MEA 10 ″ has the same configuration except that the shape of the outer peripheral sealing material 16 ″ is different from the shape of the outer peripheral sealing material 16 ′ of the frame-integrated MEA 10 ′ in FIG. 4A. The cathode separator 20 ′ and the anode separator 30 ′ are the same as the separators in FIG. 4A.

図5Aに示される燃料電池セルの積層体は、外装カバー40によってその周囲を覆われる。外装カバー40は、枠体一体型MEA10’’の外周シール材16’’に接触する。   The periphery of the stack of fuel cells shown in FIG. 5A is covered with an exterior cover 40. The exterior cover 40 is in contact with the outer peripheral sealing material 16 ″ of the frame-integrated MEA 10 ″.

図5Bに示されるように、セパレータ(20’または30’)の外周表面は、凹凸形状を有するので、セパレータ(20’または30’)の外周表面と外周シール材16’’とが密着することなく、複数の空隙が形成される。さらに、外周シール材16’’の外周にも、凹凸形状が形成されている。したがって、外周シール材16’’と外装カバー40とが密着することはなく、燃料電池セルで発生した熱量の外部環境への放散がさらに抑制される。   As shown in FIG. 5B, the outer peripheral surface of the separator (20 ′ or 30 ′) has an uneven shape, so that the outer peripheral surface of the separator (20 ′ or 30 ′) and the outer peripheral sealing material 16 ″ are in close contact with each other. A plurality of voids are formed. Further, an uneven shape is also formed on the outer periphery of the outer peripheral sealing material 16 ″. Therefore, the outer peripheral sealing material 16 ″ and the outer cover 40 do not come into close contact with each other, and the amount of heat generated in the fuel cell is further suppressed to the external environment.

[実施の形態4]
図6には、枠体一体型MEA10’’’が示される。枠体一体型MEA10’’’は、突起18を有すること以外は、図1に示される枠体一体型MEA10と同様である。突起18は、外周シール材16と同様の材質(弾性部材)で構成されていればよく、外周シール材16を成形するときに一体成形することができる。図6に示される枠体一体型MEA10’’’は、図1に示されるカソードセパレータ20とアノードセパレータ30とともに燃料電池セルを構成し;さらに図2に示されるように、燃料電池セルを積層してスタックを構成し;図3に示されるように燃料電池とされることができる。
[Embodiment 4]
FIG. 6 shows a frame-integrated MEA 10 ′ ″. The frame-integrated MEA 10 ′ ″ is the same as the frame-integrated MEA 10 shown in FIG. The protrusion 18 only needs to be made of the same material (elastic member) as the outer peripheral sealing material 16 and can be integrally formed when the outer peripheral sealing material 16 is formed. The frame-integrated MEA 10 ′ ″ shown in FIG. 6 constitutes a fuel cell together with the cathode separator 20 and the anode separator 30 shown in FIG. 1; and further, as shown in FIG. A stack; it can be a fuel cell as shown in FIG.

突起18は、本発明の燃料電池を所定の位置に設置しようとするときの足場とされることが好ましい。突起18を足場として燃料電池を設置すれば、外周シール材16と設置部位との接触面積が低減される。そのため、燃料電池セルで発生した熱量が、外周シール材16を伝わって外部環境へ放散することを、さらに抑制することができる。   The protrusion 18 is preferably used as a scaffold when the fuel cell of the present invention is to be installed at a predetermined position. If the fuel cell is installed using the protrusion 18 as a scaffold, the contact area between the outer peripheral sealing material 16 and the installation site is reduced. Therefore, it can further suppress that the calorie | heat amount which generate | occur | produced in the fuel cell transmits to the outer periphery sealing material 16, and dissipates to an external environment.

本発明の燃料電池は、コジェネレーションシステムに適用されることで、システムの熱回収効率を高めることができる。また、本発明の燃料電池は、組み立てと分解が容易であるので、リサイクルもしやすくなる。   When the fuel cell of the present invention is applied to a cogeneration system, the heat recovery efficiency of the system can be increased. In addition, the fuel cell of the present invention is easy to assemble and disassemble, and therefore is easy to recycle.

10、10’、10’’、10’’’ 枠体一体型MEA
11 枠体
12 MEA
13、13’ 燃料ガスが流れる流路口
14、14’ 冷媒が流れる流路口
15、15’ 酸化剤ガスが流れる流路口
16、16’、16’’ 外周シール材
17−1〜17−5 シール材
18 突起
20、20’ カソードセパレータ
30、30’ アノードセパレータ
40 外装カバー
100 燃料電池スタック
110、110’ 集電板
120、120’ エンドプレート
130 締結部材
L1〜L3 長さ
10, 10 ', 10 ", 10'" frame integrated MEA
11 Frame 12 MEA
13, 13 ′ Flow path port through which the fuel gas flows 14, 14 ′ Flow path port through which the refrigerant flows 15, 15 ′ Flow path port through which the oxidant gas flows 16, 16 ′, 16 ″ Peripheral seal material 17-1 to 17-5 Seal material 18 Projection 20, 20 ′ Cathode separator 30, 30 ′ Anode separator 40 Exterior cover 100 Fuel cell stack 110, 110 ′ Current collector plate 120, 120 ′ End plate 130 Fastening member L1-L3 Length

Claims (7)

燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒それぞれが流れる流路口が形成された枠体と、前記枠体の内部に配置された高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟む一対の電極と、前記流路口と電極を囲うシール材と、前記枠体の外周に配置された外周シール材とが一体に形成された枠体一体型MEA;
前記一対の電極のうちの一方に燃料ガスを供給排出する流路を有するアノードセパレータ;および
前記一対の電極のうちの他方に酸化剤ガスを供給排出する流路を有するカソードセパレータ;を有する固体高分子型燃料電池セルであって、
前記外周シール材は、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータの外周を覆い、かつ前記アノードセパレータおよび前記カソードセパレータのそれぞれの外周との間に、複数の独立した空隙を形成し、かつ
前記外周シール材で覆われる、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータの外周表面は凹凸を有する、固体高分子型燃料電池セル。
A frame in which a flow path port through which each of fuel gas, oxidant gas and refrigerant flows is formed; a polymer electrolyte membrane disposed inside the frame; a pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane; and the flow A frame-integrated MEA in which a sealing material that surrounds the roadway and the electrode and an outer peripheral sealing material disposed on the outer periphery of the frame are integrally formed;
An anode separator having a flow path for supplying and discharging fuel gas to one of the pair of electrodes; and a cathode separator having a flow path for supplying and discharging oxidant gas to the other of the pair of electrodes. A molecular fuel cell,
The outer periphery sealing material covers the outer periphery of the anode separator and the cathode separator, and forms a plurality of independent gaps between the outer periphery of the anode separator and the cathode separator, and the outer periphery sealing material The polymer electrolyte fuel cell, wherein the outer peripheral surfaces of the anode separator and the cathode separator to be covered have irregularities.
前記アノードセパレータと前記カソードセパレータの外周を覆う前記外周シール材の表面が凹凸を有する、請求項1に記載の固体高分子型燃料電池セル。   2. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein a surface of the outer peripheral sealing material covering outer peripheries of the anode separator and the cathode separator has irregularities. 前記外周シール材の外周表面は凹凸を有し、さらに外周シール材の外周表面に外装カバーが配置される、請求項1に記載の固体高分子型燃料電池セル。   2. The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein an outer peripheral surface of the outer peripheral sealing material has irregularities, and an outer cover is disposed on the outer peripheral surface of the outer peripheral sealing material. 前記外周シール材と、前記流路口と電極を囲うシール材とは、同じ材質である、請求項1に記載の固体高分子型燃料電池セル。   2. The solid polymer fuel cell according to claim 1, wherein the outer peripheral sealing material and the sealing material surrounding the flow path opening and the electrode are the same material. 前記外周シール材は、発泡エラストマーである、請求項1に記載の固体高分子型燃料電池セル。   The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the outer peripheral sealing material is a foamed elastomer. 請求項1に記載の固体高分子型燃料電池セルの積層体を有する、燃料電池スタック。   A fuel cell stack comprising the laminate of polymer electrolyte fuel cells according to claim 1. 燃料ガス、酸化剤ガスおよび冷媒それぞれが流れる流路口が形成された枠体と、前記枠体の内部に配置された高分子電解質膜と、前記高分子電解質膜を挟む一対の電極と、前記流路口と電極を囲うシール材と、前記枠体の外周に配置された外周シール材とが一体に形成された枠体一体型MEA;
前記一対の電極のうちの一方に燃料ガスを供給排出する流路を有するアノードセパレータ;および
前記一対の電極のうちの他方に酸化剤ガスを供給排出する流路を有するカソードセパレータ;を有する固体高分子型燃料電池セルであって、
前記外周シール材は、前記アノードセパレータと前記カソードセパレータの外周を覆い、かつ前記アノードセパレータおよび前記カソードセパレータのそれぞれの外周との間に、複数の独立した空隙を形成し、かつ
前記外周シール材と、前記流路口と電極を囲うシール材とは、同じ材質である、固体高分子型燃料電池セル。
A frame in which a flow path port through which each of fuel gas, oxidant gas and refrigerant flows is formed; a polymer electrolyte membrane disposed inside the frame; a pair of electrodes sandwiching the polymer electrolyte membrane; and the flow A frame-integrated MEA in which a sealing material that surrounds the roadway and the electrode and an outer peripheral sealing material disposed on the outer periphery of the frame are integrally formed;
An anode separator having a flow path for supplying and discharging fuel gas to one of the pair of electrodes; and a cathode separator having a flow path for supplying and discharging oxidant gas to the other of the pair of electrodes. A molecular fuel cell,
The outer periphery sealing material covers the outer periphery of the anode separator and the cathode separator, and forms a plurality of independent gaps between the outer periphery of the anode separator and the cathode separator, and
The polymer electrolyte fuel cell , wherein the outer peripheral sealing material and the sealing material surrounding the channel opening and the electrode are the same material .
JP2009098078A 2009-04-14 2009-04-14 Solid polymer fuel cell and fuel cell stack Active JP5320141B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009098078A JP5320141B2 (en) 2009-04-14 2009-04-14 Solid polymer fuel cell and fuel cell stack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009098078A JP5320141B2 (en) 2009-04-14 2009-04-14 Solid polymer fuel cell and fuel cell stack

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010251055A JP2010251055A (en) 2010-11-04
JP5320141B2 true JP5320141B2 (en) 2013-10-23

Family

ID=43313170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009098078A Active JP5320141B2 (en) 2009-04-14 2009-04-14 Solid polymer fuel cell and fuel cell stack

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5320141B2 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004281072A (en) * 2003-03-12 2004-10-07 Toshiba Corp Fuel cell generator
JP4848824B2 (en) * 2006-04-21 2011-12-28 パナソニック株式会社 Polymer electrolyte fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010251055A (en) 2010-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4856006B2 (en) Seal support diffusion media for improved fuel cell design
US9005840B2 (en) Polymer fuel cell stack and polymer fuel cell separator pair
US9269969B2 (en) Fuel cell stack
US9231259B2 (en) Fuel cell stack
US20090004539A1 (en) Fuel cell
JP5564623B1 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell and electrolyte membrane-electrode-frame assembly
JP5482991B2 (en) Fuel cell sealing structure
JP3981623B2 (en) Fuel cell stack
JP5839122B2 (en) Fuel cell stack
WO2012114681A1 (en) Fuel cell and fuel cell stack comprising same
JP6059615B2 (en) Fuel cell stack
JP2012195128A (en) Gasket for polymer electrolyte fuel cell and polymer electrolyte fuel cell
JP5255849B2 (en) Fuel cell and separator / seal structure
JP2012248444A (en) Fuel battery cell and fuel battery cell stack
JP4439646B2 (en) Conductive separator, polymer electrolyte fuel cell, and method for producing polymer electrolyte fuel cell
JP5320141B2 (en) Solid polymer fuel cell and fuel cell stack
JP5756388B2 (en) Fuel cell
JP2009277521A (en) Fuel cell stack
JP2016103390A (en) Electrolytic membrane/electrode/frame assembly
JP4848824B2 (en) Polymer electrolyte fuel cell
JP5976509B2 (en) Gasket for fuel cell
JP5050434B2 (en) Fuel cell
JP2006012462A (en) Fuel cell seal structure
JP2009238572A (en) Separator used for fuel cell, and method of manufacturing separator
JP2004273262A (en) Fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20111003

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130417

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130423

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130610

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130624

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: 20130709

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130712

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5320141

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150