JP2006107898A - Separator for flat type polymer electrolyte fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池用のセパレータに関し、特に平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータに関する。 The present invention relates to a separator for a fuel cell, and more particularly to a separator for a planar type polymer electrolyte fuel cell.
燃料電池は、簡単には、外部より燃料(還元剤)と酸素または空気(酸化剤)を連続的に供給し、電気化学的に反応させて電気エネルギーを取り出す装置で、その作動温度、使用燃料の種類、用途などで分類される。また、最近では、主に使用される電解質の種類によって、大きく、固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、りん酸型燃料電池、高分子電解質型燃料電池、アルカリ水溶液型燃料電池の5種類に分類させるのがー般的である。
これらの燃料電池は、メタン等から生成された水素ガスを燃料とするものであるが、最近では、燃料としてメタノール水溶液をダイレクトに用いるダイレクトメタノール型燃料電池(以下、DMFCとも言う)も知られている。
なかでも、固体高分子膜を2種類の電極で挟み込み、更に、これらの部材をセパレータで挟んだ構成の固体高分子型燃料電池(以下、PEFCとも言う)が注目されている。
A fuel cell is simply a device that continuously supplies fuel (reducing agent) and oxygen or air (oxidant) from the outside, and reacts electrochemically to extract electrical energy. It is classified by type, use, etc. In recent years, depending on the type of electrolyte used, it is largely divided into solid oxide fuel cells, molten carbonate fuel cells, phosphoric acid fuel cells, polymer electrolyte fuel cells, and alkaline aqueous fuel cells. Generally, it is classified into 5 types.
These fuel cells use hydrogen gas generated from methane or the like as a fuel. Recently, a direct methanol fuel cell (hereinafter also referred to as DMFC) that directly uses an aqueous methanol solution as a fuel is also known. Yes.
In particular, a polymer electrolyte fuel cell (hereinafter also referred to as PEFC) having a structure in which a solid polymer membrane is sandwiched between two kinds of electrodes and these members are sandwiched between separators has attracted attention.
このPEFCにおいては、固体高分子膜の両側に、それぞれ、電極を配置した単位セルを複数個積層し、その起電力を目的に応じて大きくした、スタック構造のものが一般的である。単位セル間に配設されるセパレータは、一般に、そのー方の側面に、隣接するー方の単位セルに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給用溝が形成されている。このようなセパレータでは、セパレータ面に沿って、燃料ガス、酸化剤ガスが供給される。
PEFCのセパレータとしては、グラファイト板を削り出して溝加工を施したセパレータ、樹脂にカーボンを練り込んだカーボンコンパウンドのモールド製セパレータ、エッチングなどで溝加工を施した金属製セパレータ、金属材料の表面部を耐食性の樹脂で覆ったセパレータ等が知られている。これらのセパレータは、いずれも必要に応じて、燃料ガス供給用溝、及び/または、酸化剤ガス供給用溝が形成されている。
In this PEFC, a stack structure is generally used in which a plurality of unit cells each having an electrode are stacked on both sides of a solid polymer film, and the electromotive force is increased according to the purpose. In general, the separator disposed between the unit cells is provided with a fuel gas supply groove for supplying fuel gas to the adjacent unit cell on the side surface. In such a separator, fuel gas and oxidant gas are supplied along the separator surface.
PEFC separators include a graphite plate cut into a groove, a carbon compound mold separator made by kneading carbon into a resin, a metal separator that has been grooved by etching, etc., and the surface of the metal material A separator or the like in which is covered with a corrosion-resistant resin is known. Each of these separators is formed with a groove for supplying fuel gas and / or a groove for supplying oxidant gas as required.
このスタック構造の燃料電池の他に、例えば、携帯端末用の燃料電池等のように、起電力をそれほど必要としないで、平面型で、できるだけ薄い事が要求される場合もある。しかし、平面状に単位セルを複数配列させ、これらを電気的に直列に接続する平面型の場合には、燃料及び酸素の供給が場所により不均一となるという問題もあった。
そこで、この燃料供給の不均一性を改善するために、膜電極複合体(MEA)に接しているセパレータの面に対して、垂直方向に多数の貫通孔を形成し、この貫通孔から燃料および酸素を供給する構造のセパレータが考えられている(特許文献1)。
尚、本発明では、燃料電池の燃料供給側セパレータと酸素供給側のセパレータとの間に位置する電極部を含む複合体、例えば、順に、ガス拡散層、触媒層からなる燃料極、高分子電解質膜、触媒層からなる酸素極、ガス拡散層が積層されてなる膜等のような複合体を、膜電極複合体(MEA)と言う。
Therefore, in order to improve the nonuniformity of the fuel supply, a large number of through holes are formed in a direction perpendicular to the surface of the separator in contact with the membrane electrode assembly (MEA), and fuel and A separator having a structure for supplying oxygen has been considered (Patent Document 1).
In the present invention, a composite including an electrode portion positioned between a fuel supply side separator and an oxygen supply side separator of a fuel cell, for example, a gas diffusion layer, a fuel electrode comprising a catalyst layer, and a polymer electrolyte in that order. A composite such as a membrane, an oxygen electrode composed of a catalyst layer, and a membrane formed by laminating a gas diffusion layer is called a membrane electrode assembly (MEA).
しかしながら、上述のようなMEAを燃料供給側セパレータと酸素供給側セパレータで挟持した従来の平面型のDMFCでは、発電時のMEAの膨潤に伴って、MEAと燃料供給側セパレータや酸素供給側セパレータとの間の接触が不充分となり、接触抵抗が大きくなってしまうという問題があった。これを防止するために、MEAの両側に位置する燃料供給側セパレータと酸素供給側セパレータをボルトで締め付けることにより、各層の接触を確実にすることが考えられる。しかし、平面状に複数配列された単位セル間に、上記の締め付け作用に必要な幅を設けると、単位セルの有効面積が減少するという問題があった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、接触抵抗が極めて小さく、単位セルの有効面積率が高い薄型の高分子電解質型燃料電池を可能とするセパレータを提供することを目的とする。
However, in the conventional planar type DMFC in which the MEA as described above is sandwiched between the fuel supply side separator and the oxygen supply side separator, the MEA, the fuel supply side separator, the oxygen supply side separator, There is a problem that the contact between the two becomes insufficient and the contact resistance increases. In order to prevent this, it can be considered that the fuel supply side separator and the oxygen supply side separator located on both sides of the MEA are tightened with bolts to ensure the contact of each layer. However, if a width necessary for the above-described tightening action is provided between a plurality of unit cells arranged in a planar shape, there is a problem that the effective area of the unit cell is reduced.
The present invention has been made in view of the above situation, and provides a separator that enables a thin polymer electrolyte fuel cell with extremely low contact resistance and high unit cell effective area ratio. Objective.
このような目的を達成するために、本発明は、単位セルを平面的に配列した平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータにおいて、複数の貫通孔を有する単位導電性基板が空隙部を介して平面的に2個以上配列された集電部と、該集電部を挟持するように一体化された電気絶縁性の外側枠体と膜電極複合体(MEA)側枠体とを備え、前記外側枠体と前記膜電極複合体(MEA)側枠体は、それぞれ前記単位導電性基板の配列位置に対応した開口部を有し、前記単位導電性基板は、前記膜電極複合体(MEA)側枠体の前記開口部方向に突出した形状であるような構成とした。 In order to achieve such an object, the present invention provides a separator for a planar type polymer electrolyte fuel cell in which unit cells are arranged in a plane, wherein the unit conductive substrate having a plurality of through holes has voids. And two or more current collectors arranged in a plane, an electrically insulating outer frame and a membrane electrode assembly (MEA) side frame integrated so as to sandwich the current collector. The outer frame body and the membrane electrode assembly (MEA) side frame body each have an opening corresponding to the arrangement position of the unit conductive substrate, and the unit conductive substrate includes the membrane electrode assembly ( MEA) The side frame was configured to protrude in the direction of the opening.
本発明の他の態様として、前記単位導電性基板が前記膜電極複合体(MEA)側枠体の開口部の面積よりも小さい範囲でドーム状に突出した形状であるような構成とし、前記ドーム状の突出形状は、懸垂線をなすものであるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記単位導電性基板が前記膜電極複合体(MEA)側枠体の開口部の面積よりも小さい面積でオフセットして突出した形状であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記膜電極複合体(MEA)側枠体および前記外側枠体が樹脂、樹脂と無機材料との複合体、絶縁性被膜を備えた金属、および、セラミックのいずれかであるような構成とした。
As another aspect of the present invention, the unit conductive substrate is configured to project in a dome shape within a range smaller than the area of the opening of the membrane electrode assembly (MEA) side frame, and the dome The projecting shape was shaped to form a catenary line.
As another aspect of the present invention, the unit conductive substrate has a configuration in which it protrudes with an offset smaller than the area of the opening of the membrane electrode assembly (MEA) side frame.
As another aspect of the present invention, the membrane electrode assembly (MEA) side frame and the outer frame are either a resin, a composite of a resin and an inorganic material, a metal provided with an insulating coating, or a ceramic. It was set as such a structure.
本発明によれば、セパレータを構成する単位導電性基板が膜電極複合体(MEA)側枠体の開口部方向に突出した形状であるため、平面型の高分子電解質型燃料電池において膜電極複合体(MEA)に膨潤が生じても、その膨潤応力に抗する作用を単位導電性基板がなすのでセパレータは高い強度を具備したものであり、これにより単位導電性基板と膜電極複合体(MEA)との確実な接触が維持され、平面型の高分子電解質型燃料電池は、接触抵抗が極めて少なく発電特性の高いものとなる。 According to the present invention, since the unit conductive substrate constituting the separator has a shape protruding in the direction of the opening of the membrane electrode assembly (MEA) side frame, the membrane electrode composite in the planar polymer electrolyte fuel cell Even if the body (MEA) swells, the separator has a high strength because the unit conductive substrate acts against the swelling stress, and thus the unit conductive substrate and the membrane electrode assembly (MEA) The flat polymer electrolyte fuel cell has extremely low contact resistance and high power generation characteristics.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータの一実施形態を示す斜視図であり、図2は図1に示されるセパレータを構成する集電部、外側枠体、膜電極複合体(MEA)側枠体を離間させた状態で示す斜視図であり、図3は図1に示されるセパレータのA−A線矢視断面図である。図1〜図3において、本発明のセパレータ1は、集電部2を挟持するように一体化された外側枠体4と膜電極複合体(MEA)側枠体5とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a separator for a planar polymer electrolyte fuel cell of the present invention, and FIG. 2 is a current collector, an outer frame, and a membrane constituting the separator shown in FIG. FIG. 3 is a perspective view showing the electrode assembly (MEA) side frame in a separated state, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of the separator shown in FIG. 1 to 3, the separator 1 of the present invention includes an
セパレータ1を構成する集電部2は、突出部3を備えた長方形状の単位導電性基板2A,2B,2Cが空隙部6を介して平面的に3個配列されたものであり、各単位導電性基板2A,2B,2Cは、突出部3に複数の貫通孔2aを有するものである。上記の突出部3は、後述する膜電極複合体(MEA)側枠体5の開口部5A,5B,5C内に入り込むような面積、形状でオフセットしたものであり、突出部3の表面は平坦面である。
このような集電部2(単位導電性基板2A,2B,2C)に使用する導電性の材料としては、電気導電性が良く、所定の強度が得られ、加工性の良いものが好ましく、ステンレス、冷間圧延鋼板、アルミニウム、チタン、銅等が挙げられる。
The
As a conductive material used for such a current collector 2 (unit
また、単位導電性基板2A,2B,2Cは、少なくとも膜電極複合体(MEA)側枠体5と当接する側(突出部3を備える面)に耐食性(耐酸性)、電気導電性の樹脂層からなる保護層を備えていてもよい。このような保護層の形成方法としては、樹脂にカーボン粒子、耐食性の金属等の導電材を混ぜた材料を用いて電着により膜を形成し、加熱硬化する方法、あるいは、導電性高分子からなる樹脂に導電性を高めるドーパントを含んだ状態の膜を電解重合により形成する方法等が挙げられる。
また、単位導電性基板の表面に金めっき等のめっき処理を施して、導電性を損なうことなく、耐食性金属層を設けてもよい。さらに、このような耐食性金属層上に、耐酸性かつ電気導電性を有する保護層を配設してもよい。
The unit
Further, the surface of the unit conductive substrate may be subjected to a plating process such as gold plating, and the corrosion resistant metal layer may be provided without impairing the conductivity. Furthermore, a protective layer having acid resistance and electrical conductivity may be disposed on such a corrosion-resistant metal layer.
突出部3を備えた各単位導電性基板2A,2B,2Cは、押出し加工、プレス加工等の機械加工、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング加工等により、所定の形状に加工したものであり、燃料供給用ないし酸素供給用の貫通孔2aを、これらの方法により形成したものである。貫通孔2aの大きさ(開口径)は特に制限がなく、例えば、0.05〜10mmの範囲で適宜設定することができる。また、突出部3のオフセット量T(図3参照)、平面形状は、単位導電性基板2A,2B,2Cの厚み、材質、突出部3の面積、形状、個数等を考慮して適宜設定することができる。
Each unit
尚、図示例では、各単位導電性基板2A,2B,2Cに9個の貫通孔2aが形成されているが、形成個数、形成位置等には特に制限はない。また、単位導電性基板2A,2B,2Cは、突出部3の外側にも貫通孔2aを備えるものであってよく、突出部3と後述する膜電極複合体(MEA)側枠体5の開口部5A,5B,5Cの大きさ、形状等を考慮して貫通孔2aの形成部位を適宜設定することができる。また、単位導電性基板2A,2B,2Cに対してオフセットしている突出部3の平面形状は、図示例では長方形であるが、これに限定されるものではなく、円形、楕円形等、適宜設定することができる。
In the illustrated example, nine through
上述のような集電部2を挟持するように一体化された外側枠体4は、上記の各単位導電性基板2A,2B,2Cの配列位置に対応した3個の開口部4A,4B,4Cを備えたものである。そして、各開口部4A,4B,4Cには、集電部2を構成する各単位導電性基板2A,2B,2Cの貫通孔2aが露出している。外側枠体4を構成する開口部4A,4B,4Cの大きさ、形状は、集電部2の各単位導電性基板2A,2B,2Cの貫通孔2aの形成領域の面積、形状等に応じて適宜設定することができる。
The
また、集電部2を挟持するように一体化された膜電極複合体(MEA)側枠体5は、上記の各単位導電性基板2A,2B,2Cの配列位置に対応した3個の開口部5A,5B,5Cを備えたものである。そして、各開口部5A,5B,5Cには、集電部2を構成する各単位導電性基板2A,2B,2Cの突出部3が位置するとともに、貫通孔2aが露出している。膜電極複合体(MEA)側枠体5を構成する開口部5A,5B,5Cの大きさ、形状は、集電部2の各単位導電性基板2A,2B,2Cの突出部3の形状、大きさ等に応じて適宜設定することができる。
The membrane electrode assembly (MEA)
セパレータ1を構成する外側枠体4と膜電極複合体(MEA)側枠体5の材質は、絶縁性で、加工性が良く、軽く、機械的強度が大きいものが好ましい。このような材料としては、プリント配線基板用の基板材料等が用いられ、例えば、ポリイミド等の樹脂、ガラスエポキシ等の樹脂と無機材料との複合体、絶縁性被膜を備えた金属、セラミック等が挙げられる。上記の絶縁性被膜を備えた金属としては、例えば、熱処理により表面に絶縁性被膜を形成したAl含有SUS材、陽極酸化により表面に絶縁性被膜を形成したAl材等を使用することができる。
The materials of the
上述のような所望の形状を有する外側枠体4と膜電極複合体(MEA)側枠体5の形成は、機械加工、レーザ加工等により行なうことができる。外側枠体4と膜電極複合体(MEA)側枠体5の厚みは同等であってもよく、異なるものでもよい。
また、単位導電性基板2A,2B,2Cは、その間に空隙部6を介して配置され、外側枠体4と膜電極複合体(MEA)側枠体5とで一体化して挟持されているが、空隙部6は、例えば、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等の絶縁性材料が接着剤として充填され存在するものであってもよい。
The
Further, the unit
このような本発明のセパレータ1は、上述のような構造の単位導電性基板2A,2B,2Cが膜電極複合体(MEA)側枠体5の開口部5A,5B,5C方向に突出した形状であるため、平面型の高分子電解質型燃料電池において膜電極複合体(MEA)に膨潤が生じても、その膨潤応力に抗する作用を単位導電性基板2A,2B,2Cが発現する。これにより、単位導電性基板2A,2B,2Cと膜電極複合体(MEA)との確実な接触が維持され、各単位導電性基板全面で均一な接触圧力を得ることができ、接触抵抗を小さく、結果として内部抵抗の小さな電池が得られる。
The separator 1 according to the present invention has a shape in which the unit
図4は本発明の平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータの他の実施形態を示す図3相当の断面図である。図4において、本発明のセパレータ11は、集電部12を挟持するように一体化された外側枠体14と膜電極複合体(MEA)側枠体15とを備えている。
セパレータ11を構成する集電部12は、上述の集電部2と同様に、長方形状の単位導電性基板12A,12B,12Cが空隙部16を介して平面的に3個配列されたものである。各単位導電性基板12A,12B,12Cは、ドーム状の突出部13を備えており、突出部3には複数の貫通孔12aを有している。ドーム状の突出部13は、後述する膜電極複合体(MEA)側枠体15の開口部15A,15B,15C内に入り込むような範囲でドーム状に突出したものである。
FIG. 4 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 3 showing another embodiment of a separator for a planar polymer electrolyte fuel cell of the present invention. In FIG. 4, the
The
このような集電部12(単位導電性基板12A,12B,12C)に使用する導電性の材料としては、上述の単位導電性基板2A,2B,2Cと同様の材料を使用することができる。また、少なくとも膜電極複合体(MEA)側枠体15と当接する側の表面に耐食性(耐酸性)、電気導電性の樹脂層からなる保護層を備えていてもよく、上述の単位導電性基板2A,2B,2Cの場合と同様の形成方法にて保護層を形成することができる。また、単位導電性基板の表面に金めっき等のめっき処理を施して、導電性を損なうことなく、耐食性金属層を設けてもよい。さらに、このような耐食性金属層上に、耐酸性かつ電気導電性を有する保護層を配設してもよい。
As a conductive material used for such a current collector 12 (unit
ドーム状の突出部13を備えた各単位導電性基板12A,12B,12Cは、押出し加工、プレス加工等の機械加工、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング加工等により、所定の形状に加工したものであり、燃料供給用ないし酸素供給用の貫通孔12aを、これらの方法により形成したものである。貫通孔12aの大きさ(開口径)は特に制限がなく、例えば、0.05〜10mmの範囲で適宜設定することができる。また、突出部13の突出高さH(図4参照)は、単位導電性基板12A,12B,12Cの厚み、材質、突出部13の面積、形状、個数等を考慮して適宜設定することができる。また、突出部13のドーム形状には特に制限はないが、例えば、突出部13の断面が懸垂線をなすような形状とすることができる。さらに、突出部13の形状として、円弧を掃引してできる円柱面の一部のような、曲線を掃引して得られる掃引面を用いることができ、例えば、上記の円柱面や懸垂曲線の掃引面とすることができる。
Each of the unit
尚、図示例では、各単位導電性基板12A,12B,12Cに9個の貫通孔12aが形成されているが、形成個数、形成位置等には特に制限はない。また、単位導電性基板12A,12B,12Cは、突出部13の外側(平坦部位)にも貫通孔2aを備えるものであってよく、突出部13と後述する膜電極複合体(MEA)側枠体15の開口部15A,15B,15Cの大きさ、形状等を考慮して貫通孔12aの形成部位を適宜設定することができる。
In the illustrated example, nine through
上述の集電部12を挟持するように一体化された外側枠体14、膜電極複合体(MEA)側枠体15は、上述の実施形態の外側枠体4、膜電極複合体(MEA)側枠体5と同様であり、それぞれ上記の各単位導電性基板12A,12B,12Cの配列位置に対応した3個の開口部14A,14B,14C、開口部15A,15B,15Cを備えたものである。そして、膜電極複合体(MEA)側枠体15の各開口部15A,15B,15Cには、集電部12を構成する各単位導電性基板12A,12B,12Cの突出部13が位置するとともに、貫通孔12aが露出している。
The
このような外側枠体14と膜電極複合体(MEA)側枠体15の材質は、上述のセパレータ1を構成する外側枠体4と膜電極複合体(MEA)側枠体5と同様である。また、上述のような所望の形状を有する外側枠体14と膜電極複合体(MEA)側枠体15の形成は、機械加工、レーザ加工等により行なうことができる。外側枠体14と膜電極複合体(MEA)側枠体15の厚みは同等であってもよく、異なるものでもよい。また、空隙部16は、例えば、エポキシ樹脂、フッ素樹脂等の絶縁性材料が接着剤として充填され存在するものであってもよい。
The materials of the
このような本発明のセパレータ11は、上述のようなドーム状の突出部13が、平面型の高分子電解質型燃料電池において膜電極複合体(MEA)に膨潤が生じた場合に、その膨潤応力に抗する作用を発現する。これにより、単位導電性基板12A,12B,12Cと膜電極複合体(MEA)との確実な接触が維持され、各単位導電性基板全面で均一な接触圧力を得ることができ、接触抵抗を小さく、結果として内部抵抗の小さな電池が得られる。
上述の本発明のセパレータは例示であり、これらに限定されるものではない。例えば、本発明のセパレータは、上述の突出部3,13の機能を阻害しない場合には、膜電極複合体(MEA)側枠体5,15の開口部5A,5B,5C,15A,15B,15C内に、集電部2,12の単位導電性基板2A,2B,2C,12A,12B,12Cを被覆するようにガス拡散層や触媒層を備えるものであってもよい。
Such a
The separator of the present invention described above is an example, and the present invention is not limited to these. For example, when the separator of the present invention does not impede the function of the above-described
上記のガス拡散層は、多孔質の集電材からなるものであり、例えば、カーボン繊維、アルミナ等を使用することができる。ガス拡散層の厚みは、例えば、20〜500μm程度の範囲で適宜設定することができる。
また、触媒層は、セパレータが燃料供給側セパレータとして使用される場合には燃料極となり、酸素供給側セパレータとして使用される場合には酸素極となる。このような触媒層の材質としては、白金、金、パラジウム、ルテニウム、銅、白金酸化物、タングステン酸化物、鉄、ニッケル、ロジウム等を挙げることができ、これらを単独で、あるいは、2種以上組み合わせて使用することができる。また、触媒層の厚みは、例えば、10〜300μm程度の範囲で適宜設定することができる。
The gas diffusion layer is made of a porous current collector, and for example, carbon fiber, alumina or the like can be used. The thickness of the gas diffusion layer can be appropriately set within a range of about 20 to 500 μm, for example.
The catalyst layer becomes a fuel electrode when the separator is used as a fuel supply side separator, and becomes an oxygen electrode when the separator is used as an oxygen supply side separator. Examples of the material for such a catalyst layer include platinum, gold, palladium, ruthenium, copper, platinum oxide, tungsten oxide, iron, nickel, rhodium, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Can be used in combination. Moreover, the thickness of a catalyst layer can be suitably set, for example in the range of about 10-300 micrometers.
次に、本発明のセパレータを用いた平面型の高分子電解質型燃料電池の一例を説明する。
図5は、上述の本発明のセパレータ1を燃料供給側セパレータおよび酸素供給側セパレータとして組み込んだ平面型の高分子電解質型燃料電池の例を示す構成図である。また、図6は、図5に示される平面型の高分子電解質型燃料電池の各部材を離間させた状態を示す図である。
図5および図6において、高分子電解質型燃料電池41は、膜電極複合体(MEA)54が1組の本発明のセパレータ1Aとセパレータ1Bで挟持された電池本体51と、ケース体52を備えている。
Next, an example of a planar polymer electrolyte fuel cell using the separator of the present invention will be described.
FIG. 5 is a configuration diagram showing an example of a planar type polymer electrolyte fuel cell in which the separator 1 of the present invention described above is incorporated as a fuel supply side separator and an oxygen supply side separator. FIG. 6 is a view showing a state in which the members of the planar polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. 5 are separated from each other.
5 and 6, a polymer
電池本体51では、酸素供給側のセパレータ1Aと燃料供給側のセパレータ1Bの各膜電極複合体(MEA)側枠体5が膜電極複合体(MEA)54に対向するように配置され、各セパレータ1A,1Bの集電部2が、カーボンペーパー53を介して膜電極複合体(MEA)54に当接している。また、膜電極複合体(MEA)54は、酸素供給側のセパレータ1A側に酸素極側触媒層55を備え、燃料供給側のセパレータ1B側に燃料極側触媒層56を備えている。
これにより、3個の単位セル51A,51B,51Cが平面的に配列されたものとなっている。尚、3個の単位セル51A,51B,51C間の集電部2(単位導電性基板2A,2B,2C)の電気的接続は特に制限されず、例えば、電池本体51の側面において、ワイヤ等の導電性部材を用いて隣接する単位セルの単位導電性基板を電気的に接続することができる。また、集電部2の各単位導電性基板2A,2B,2Cに接続された接続端子部を、セパレータ1(酸素供給側のセパレータ1Aと燃料供給側のセパレータ1B)の外側に突出させておき、この接続端子部を用いて3個の単位セル51A,51B,51C間を接続してもよい。
In the
Thus, the three
また、上述の電池本体51は、膜電極複合体(MEA)54の両端部が1組のセパレータ外周枠部材61A,61Bにシール部材65を介して挟持されている。そして、電池本体51を挟持した1組のセパレータ外周枠部材61A,61Bは、固定用ボルト67を用いてケース体52にシール部材65を介して固定されている。
上記のセパレータ外周枠部材61Aは、集電部2の単位導電性基板2Aを外側枠体4と膜電極複合体(MEA)側枠体5とで挟持した構造であり、また、セパレータ外周枠部材61Bは、集電部2の単位導電性基板2Cを外側枠体4と膜電極複合体(MEA)側枠体5とで挟持した構造である。そして、セパレータ外周枠部材61A,61Bの一端(図示の左側)から、集電部2に接続した電極端子62A,62Bが突出している。
Further, in the
The separator outer
これにより、以下のように3個の単位セル51A,51B,51Cが電気的に直列に接続されたものとなる。
電極端子62A → *
*→ 単位セル51A[セパレータ1Aの単位導電性基板2A → 膜電極複合体
(MEA)54 → セパレータ1Bの単位導電性基板2A] → *
*→ 単位セル51B[セパレータ1Aの単位導電性基板2B → 膜電極複合体
(MEA)54 → セパレータ1Bの単位導電性基板2B] → *
*→ 単位セル51C[セパレータ1Aの単位導電性基板2C → 膜電極複合体
(MEA)54 → セパレータ1Bの単位導電性基板2C] → *
*→ 電極端子62B
As a result, the three
* →
(MEA) 54 → unit
* →
(MEA) 54 → unit
* →
(MEA) 54 → unit
* → Electrode terminal 62B
このような高分子電解質型燃料電池41は、膜電極複合体(MEA)54の膨潤が発生しても、本発明のセパレータである酸素供給側のセパレータ1Aと燃料供給側のセパレータ1Bによって単位導電性基板2A,2B,2Cと膜電極複合体(MEA)54との接触不良が防止されるので、接触抵抗が極めて少なく発電特性の高いものとなる。
また、図7は、上述の本発明のセパレータ1の代わりに、上述の本発明のセパレータ11を燃料供給側セパレータおよび酸素供給側セパレータとして組み込んだ平面型の高分子電解質型燃料電池の例を示す構成図である。また、図8は、図7に示される平面型の高分子電解質型燃料電池の各部材を離間させた状態を示す図である。尚、図7、図8では、セパレータを除く部材は、図5、図6に示す高分子電解質型燃料電池41と共通であり、図5、図6と同様の部材番号を付した。
Even if the membrane electrode assembly (MEA) 54 swells, the polymer
FIG. 7 shows an example of a flat polymer electrolyte fuel cell in which the
図7および図8に示される高分子電解質型燃料電池41においても、膜電極複合体(MEA)54の膨潤が発生した場合、本発明のセパレータである酸素供給側のセパレータ11Aと燃料供給側のセパレータ11Bによって単位導電性基板12A,12B,12Cと膜電極複合体(MEA)54との接触不良が防止されるので、接触抵抗が極めて少なく発電特性の高いものとなる。
Also in the polymer
本発明は平面型の高分子電解質型燃料電池の製造に適用することができる。 The present invention can be applied to the manufacture of a planar polymer electrolyte fuel cell.
1,1A,1B,11,11A,11B…セパレータ
2,12…集電部
2A,2B,2C,12A,12B,12C…単位導電性基板
2a,12a…貫通孔
3,13…突出部
4,14…外側枠体
4A,4B,4C,14A,14B,14C…開口部
5,15…膜電極複合体(MEA)側枠体
5A,5B,5C,15A,15B,15C…開口部
6,16…空隙部
1, 1A, 1B, 11, 11A, 11B ...
Claims (5)
複数の貫通孔を有する単位導電性基板が空隙部を介して平面的に2個以上配列された集電部と、
該集電部を挟持するように一体化された電気絶縁性の外側枠体と膜電極複合体(MEA)側枠体とを備え、
前記外側枠体と前記膜電極複合体(MEA)側枠体は、それぞれ前記単位導電性基板の配列位置に対応した開口部を有し、
前記単位導電性基板は、前記膜電極複合体(MEA)側枠体の前記開口部方向に突出した形状であることを特徴とする平面型の高分子電解質型燃料電池用のセパレータ。 In a separator for a planar polymer electrolyte fuel cell in which unit cells are arranged in a plane,
A current collector in which two or more unit conductive substrates having a plurality of through-holes are arranged in a plane via a gap;
An electrically insulating outer frame and a membrane electrode assembly (MEA) side frame integrated so as to sandwich the current collector;
The outer frame body and the membrane electrode assembly (MEA) side frame body each have an opening corresponding to the arrangement position of the unit conductive substrate,
The unit conductive substrate has a shape protruding in the direction of the opening of the membrane electrode assembly (MEA) side frame, and is a separator for a planar polymer electrolyte fuel cell.
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