JP4713071B2 - Fuel cell and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は燃料電池に関し、とくに金属製セパレータを備え容易にセパレータのガス流路の高さ管理ができる固体高分子電解質型燃料電池とその製造方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to a solid polymer electrolyte fuel cell having a metal separator and capable of easily managing the height of a gas flow path of the separator and a method for manufacturing the same.

固体高分子電解質型燃料電池は、膜−電極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembly )とセパレータとの積層体(ただし、積層方向は任意でよい)からなる。膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極(アノード、燃料極)および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極(カソード、空気極)とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータとの間には、アノード側、カソード側にそれぞれ拡散層が設けられる。セパレータには、アノードに燃料ガス(水素)を供給するための燃料ガス流路が形成され、カソードに酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための酸化ガス流路が形成されている。また、セパレータには冷媒(通常、冷却水)を流すための冷媒流路も形成されている。膜−電極アッセンブリとセパレータを重ねてセル(単位燃料電池、単セルともいう)を構成し、少なくとも1つのセルからモジュールを構成し、モジュールを積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル、インシュレータ、エンドプレートを配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層方向に延びる締結部材(たとえば、テンションプレート)、ボルト・ナットにて固定して、スタックを構成する。
各セルの、アノード側では、水素を水素イオン(プロトン)と電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子(隣りのMEAのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる)から水を生成するつぎの反応が行われる。
アノード側:H2 →2H+ +2e-
カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2
A solid polymer electrolyte fuel cell is composed of a laminate of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator (however, the lamination direction may be arbitrary). The membrane-electrode assembly includes an electrolyte membrane composed of an ion exchange membrane, an electrode composed of a catalyst layer disposed on one surface of the electrolyte membrane (anode, fuel electrode), and an electrode composed of a catalyst layer disposed on the other surface of the electrolyte membrane ( Cathode, air electrode). Between the membrane-electrode assembly and the separator, diffusion layers are provided on the anode side and the cathode side, respectively. In the separator, a fuel gas passage for supplying fuel gas (hydrogen) to the anode is formed, and an oxidizing gas passage for supplying oxidizing gas (oxygen, usually air) to the cathode. The separator is also formed with a refrigerant flow path for flowing a refrigerant (usually cooling water). A cell (unit fuel cell, also referred to as a single cell) is configured by stacking a membrane-electrode assembly and a separator, a module is configured from at least one cell, the module is stacked to form a cell stack, and the cell stack of the cell stack Terminals, insulators, and end plates are arranged at both ends in the direction, the cell stack is clamped in the cell stacking direction, and is fastened with fastening members (for example, tension plates), bolts and nuts that extend in the cell stacking direction. To do.
In each cell, a reaction for converting hydrogen into hydrogen ions (protons) and electrons is performed on the anode side, and the hydrogen ions move through the electrolyte membrane to the cathode side. On the cathode side, oxygen, hydrogen ions, and electrons (neighboring MEA) Next, the following reaction is performed to generate water from electrons generated at the anode of the first electrode through the separator or electrons generated at the anode of the cell at one end in the cell stacking direction through the external circuit to the cathode of the other cell.
Anode side: H 2 → 2H + + 2e
Cathode side: 2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O

燃料ガスが供給される部分と酸化ガスが供給される部分を電解質を介して対向させ、効率よく発電させるには、電解質を介して燃料ガス流路と酸化ガス流路が並行して延びることが望ましい。また、セパレータを低コストで、生産性よく作製するには、セパレータを金属板とし、この金属板を板厚方向に波状に凹凸するようにプレス成形して、ガス流路をプレス成形の凹部から形成することが望ましい。
これらの要求を満足するために、特開2000−173631号公報は、隣り合う単位燃料電池のセパレータを金属セパレータとし、凹部から流路を構成し、セパレータ間の導電性を高めるために、一方のセパレータの凸部の頂部と他方のセパレータの凸部の頂部とを突き合わせ、その接触部を導電性接着剤で接合したものを提案している。
In order to make the portion to which the fuel gas is supplied and the portion to which the oxidant gas is supplied face each other through the electrolyte and to generate power efficiently, the fuel gas passage and the oxidant gas passage may extend in parallel through the electrolyte. desirable. In addition, in order to manufacture the separator at low cost and with high productivity, the separator is made of a metal plate, the metal plate is press-molded so as to be corrugated in the thickness direction, and the gas flow path is formed from the concave portion of the press molding. It is desirable to form.
In order to satisfy these requirements, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-173631 discloses that a separator of an adjacent unit fuel cell is a metal separator, a flow path is formed from the recess, and one of the separators is used to increase the conductivity between the separators. The top part of the convex part of a separator and the top part of the convex part of the other separator are faced | matched, and what contacted with the electroconductive adhesive agent is proposed.

しかし、波板金属セパレータの直線状ガス流路は、波板の特性から寸法を高精度に出すことが難しく、波板と波板の流路軸芯をそろえてセパレータを重ねると、図4に示すように、波板1,2の凸部3,4同士は位置ずれΔwを起こし、場所による高さずれΔhが発生して、セパレータ間およびセパレータと拡散層間の押し付け力が管理困難となり、接触不良による接触抵抗増加を引き起こす。
特開2000−173631号公報
However, the straight gas flow path of the corrugated metal separator makes it difficult to accurately measure the dimensions due to the characteristics of the corrugated sheet. As shown in the figure, the convex portions 3 and 4 of the corrugated plates 1 and 2 cause a positional deviation Δw, a height deviation Δh depending on the location, and the pressing force between the separator and between the separator and the diffusion layer becomes difficult to manage Increases contact resistance due to defects.
JP 2000-173631 A

本発明が解決しようとする問題点は、従来の燃料電池の、単位燃料電池積層方向に隣合う金属セパレータの凸部同士の位置ずれによる、接触不良および接触抵抗増加の問題である。
本発明の目的は、単位燃料電池積層方向に隣合うセパレータの凸部同士が位置ずれによる接触不良および接触抵抗増加を起こさないかまたは起こしにくい燃料電池とその製造方法を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is a problem of contact failure and increase in contact resistance due to misalignment between convex portions of metal separators adjacent to each other in the unit fuel cell stacking direction of a conventional fuel cell.
An object of the present invention is to provide a fuel cell that does not cause or hardly causes contact failure and contact resistance increase due to misalignment between adjacent convex portions of separators in the unit fuel cell stacking direction, and a method for manufacturing the same.

上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明はつぎの通りである。
(1) (イ)MEAを、前記MEA側に第1のガス流路を有する第1のセパレータと、前記MEA側に第2のガス流路を有する第2のセパレータとで挟んだ単位燃料電池を複数積層して構成された燃料電池であって、
(ロ)前記第1のセパレータの第1のガス流路と前記第2のセパレータの第2のガス流路は互いに並行して延びる並行流路部分を有し、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸しており、
(ニ)前記第1のセパレータの第1のガス流路の前記並行流路部分と、前記第1のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2のセパレータの第2のガス流路の前記並行流路部分とは、互いに斜めに複数回交差するように、セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状に形成されており、
(ホ)前記第1、第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータと接触する側の面が該隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータに向かって凸となる部分の裏面は、前記MEAに向かって凹となっており、それぞれ、前記第1、第2のセパレータの前記第1、第2のガス流路を構成する、
燃料電池。
(2) (イ)MEAを、前記MEA側に複数の第1のガス流路を有する第1のセパレータと、前記MEA側に複数の第2のガス流路を有する第2のセパレータとで挟んだ単位燃料電池を複数積層して構成された燃料電池であって、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、該第1のセパレータおよび第2のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸しており、
(ニ)前記第1のガス流路と前記第2のガス流路はセル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状に形成されており、積層されたときに複数の前記第1のガス流路の各々は隣りの単位燃料電池の第2のセパレータの前記第2のガス流路の少なくとも1つと複数回斜めに交差し、該斜めに交差する部位において、前記第1のセパレータと前記隣りの単位燃料電池の第2のセパレータとが当接しており、
(ホ)前記第1、第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータと接触する側の面が該隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータに向かって凸となる部分の裏面は、前記MEAに向かって凹となっており、それぞれ、前記第1、第2のセパレータの前記第1、第2のガス流路を構成する、
燃料電池。
(3) (イ)MEAを、前記MEA側に複数の第1のガス流路を有する第1のセパレータと、前記MEA側に複数の第2のガス流路を有する第2のセパレータとで挟んだ単位燃料電池を複数積層して構成された燃料電池であって、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、該第1のセパレータおよび第2のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸しており、
(ニ)前記第1のガス流路と前記第2のガス流路はセル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状に形成されており、前記複数の第1のガス流路はそれぞれMEAを介して第2のセパレータの前記第2のガス流路の少なくとも1つと複数回斜めに交差し、該斜めに交差する点において、前記第1のセパレータと前記第2のセパレータがMEAを挟持しており、
(ホ)前記第1、第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータと接触する側の面が該隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータに向かって凸となる部分の裏面は、前記MEAに向かって凹となっており、それぞれ、前記第1、第2のセパレータの前記第1、第2のガス流路を構成する、
燃料電池。
(4) (イ)セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向にうねる波形の複数の第1のガス流路をMEA側に備える第1のセパレータと、
(ニ)セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向にうねる波形の複数の第2のガス流路を前記MEA側に備える第2のセパレータと、
(イ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータとに挟まれた前記MEAと、
を含む単位燃料電池を複数積層した、燃料電池であって、
(ニ)前記波形は、第1のガス流路のそれぞれが、第2のガス流路の少なくとも1つと複数回斜めに交差する形状とされており、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、該第1のセパレータおよび第2のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸しており、
(ホ)前記第1、第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータと接触する側の面が該隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータに向かって凸となる部分の裏面は、前記MEAに向かって凹となっており、それぞれ、前記第1、第2のセパレータの前記第1、第2のガス流路を構成する、
燃料電池。
(5) (イ)複数の第1のガス流路をMEA側に備える第1のセパレータと、
複数の第2のガス流路を前記MEA側に備える第2のセパレータと、
前記第1のセパレータと前記第2のセパレータとに挟まれたMEAと、
を含む単位燃料電池を複数積層した、燃料電池であって、
(ニ)前記第1のガス流路と前記第2のガス流路は、セル面内方向でかつ流路の伸長方向と垂直な方向に凹凸する波形の形状を有し、該波形の形状は、複数の前記第1のガス流路の各々が、前記第2のガス流路の少なくとも1つと複数回斜めに交差する形状とされており、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、該第1のセパレータおよび第2のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸しており、
(ホ)前記第1、第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータと接触する側の面が該隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータに向かって凸となる部分の裏面は、前記MEAに向かって凹となっており、それぞれ、前記第1、第2のセパレータの前記第1、第2のガス流路を構成する、
燃料電池。
(6) (イ)単位燃料電池を複数積層して構成された燃料電池であって、1つの単位燃料電池がセル面内方向に連続して延び隣りの単位燃料電池に向かって凸となる第1の凸部を有する第1のセパレータを有し、該第1のセパレータは、該第1のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2のセパレータとの間に冷却水流路を形成しており、
(ホ)前記隣りの単位燃料電池の第2のセパレータは前記1つの単位燃料電池の前記第1のセパレータの第1の凸部と並行しセル面内方向に連続して延び前記1つの単位燃料電池に向かって凸となる第2の凸部を有しており、前記1つの単位燃料電池の前記第1の凸部の裏面は前記1つの単位燃料電池のMEA側に向かって凹となっていて第1のガス流路を構成し、前記隣りの単位燃料電池の第2の凸部の裏面前記隣りの単位燃料電池のMEA側に向かって凹となっていて第2のガス流路を構成し、
(ニ)前記第1のガス流路と前記第2のガス流路は、セル面内方向でかつ流路の伸長方向と垂直な方向に凹凸する波形の形状を有し、前記第1の凸部の軸芯と前記第2の凸部の軸芯とは、複数回斜めに交差しており、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、該第1のセパレータおよび第2のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸している、
燃料電池。
(7) (イ)MEAを、前記MEA側に第1のガス流路を有する第1のセパレータと、前記MEA側に第2のガス流路を有する第2のセパレータとで挟んだ単位燃料電池を複数積層して構成された燃料電池であって、
(ロ)前記第1のセパレータの第1のガス流路と前記第2のセパレータの第2のガス流路は互いに並行して延びる並行流路部分を有し、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、該第1のセパレータおよび第2のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸しており、
(ニ)前記第1のセパレータの第1のガス流路の前記並行流路部分と、前記第1のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2のセパレータの第2のガス流路の前記並行流路部分とは、互いに斜めに複数回交差するように、セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状に形成されており、
(ホ)前記第1、第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータと接触する側の面が該隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータに向かって凸となる部分の裏面は、前記MEAに向かって凹となっており、それぞれ、前記第1、第2のセパレータの前記第1、第2のガス流路を構成し、
(ヘ)前記第1のセパレータの第1のガス流路と、前記第1のセパレータに対向する前記隣りの単位燃料電池の第2のセパレータの第2のガス流路との前記斜めに交差する部位で、前記第1のセパレータと、前記第1のセパレータに対向する前記隣りの単位燃料電池の第2のセパレータとを互いに固着した、
燃料電池。
(8) (イ)MEAを、前記MEA側に第1のガス流路を有する第1のセパレータと、前記MEA側に第2のガス流路を有する第2のセパレータとで挟んだ単位燃料電池を複数積層して構成された燃料電池であって、
(ロ)前記第1のセパレータの第1のガス流路と前記第2のセパレータの第2のガス流路は互いに並行して延びる並行流路部分を有し、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、該第1のセパレータおよび第2のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸しており、
(ニ)前記第1のセパレータの第1のガス流路の前記並行流路部分と、前記第1のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2のセパレータの第2のガス流路の前記並行流路部分とは、互いに斜めに複数回交差するように、セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状に形成されており、
(ホ)前記第1、第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータと接触する側の面が該隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータに向かって凸となる部分の裏面は、前記MEAに向かって凹となっており、それぞれ、前記第1、第2のセパレータの前記第1、第2のガス流路を構成し、
(ト)前記第1のセパレータの第1のガス流路と前記第1のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の前記第2のセパレータの第2のガス流路との交差角度は45度より小さい、
燃料電池。
(9) 前記第1のセパレータの第1のガス流路と、前記第1のセパレータに対向する前記隣りの単位燃料電池の第2のセパレータの第2のガス流路との前記斜めに交差する部位で、前記第1のセパレータと、前記第1のセパレータに対向する前記隣りの単位燃料電池の第2のセパレータとを互いに固着した(1)〜(6)および(8)の何れか1つに記載の燃料電池。
(10) 前記第1のセパレータは前記単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸する部分を有する金属板であり、前記第2のセパレータは前記単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸する部分を有する金属板である(1)〜(8)の何れか1つに記載の燃料電池。
(11) 前記セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状は波形である(1)〜(3)の何れか1つに記載の燃料電池。
(12) 前記第1のセパレータの第1のガス流路と、前記第2のセパレータの第2のガス流路におけるガスの流れは対向流である(1)〜(8)の何れか1つに記載の燃料電池。
(13) 前記第1のガス流路と前記第2のガス流路の、各ガス流路の、前記セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状の凹凸量Δdは、前記第1のガス流路の流路中心線と前記隣りの単位燃料電池の第2のガス流路の流路中心線との、流路伸長方向と直交する方向における位置ずれ許容誤差Δaより大とされている(1)〜(8)の何れか1つに記載の燃料電池。
14) 上記(1)〜(13)の何れか1つに記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法であって、流路形成用の凸条、凹条を、セル面内方向で流路伸長方向と直交する方向にうねらせたプレス型を用いて、金属板をプレスして、前記第1、第2のセパレータを形成する工程を含む、燃料電池の製造方法。
The present invention for solving the above problems and achieving the above object is as follows.
(1) (a) A unit fuel cell in which an MEA is sandwiched between a first separator having a first gas channel on the MEA side and a second separator having a second gas channel on the MEA side A fuel cell comprising a plurality of stacked layers,
(B) the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator have parallel flow path portions extending in parallel with each other;
(C) The surfaces of the first separator and the second separator that are in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell are corrugated in the stacking direction of the unit fuel cells. ,
(D) The parallel flow path portion of the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator. The parallel flow path portion is formed in a shape that is uneven in the cell in-plane direction and in the direction perpendicular to the flow path extension direction so as to cross each other multiple times obliquely ,
(E) The surfaces of the first and second separators that are in contact with the second and first separators of the adjacent unit fuel cells are directed toward the second and first separators of the adjacent unit fuel cells. The back surface of the convex portion is concave toward the MEA, and constitutes the first and second gas flow paths of the first and second separators, respectively.
Fuel cell.
(2) (A) The MEA is sandwiched between a first separator having a plurality of first gas flow paths on the MEA side and a second separator having a plurality of second gas flow paths on the MEA side. A fuel cell constructed by stacking a plurality of unit fuel cells,
(C) The surface of the first separator and the second separator on the side in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator and the second separator, The unit fuel cell is uneven in the laminating direction of the fuel cell,
(D) The first gas flow path and the second gas flow path are formed in a shape that is uneven in a cell in-plane direction and in a direction perpendicular to the flow path extension direction, crossing at least one multiple diagonal of the second gas flow path of the second separator unit fuel cell of the neighboring each of said first gas flow path, at a site which intersects the diagonal, the first And the second separator of the adjacent unit fuel cell are in contact with each other,
(E) The surfaces of the first and second separators that are in contact with the second and first separators of the adjacent unit fuel cells are directed toward the second and first separators of the adjacent unit fuel cells. The back surface of the convex portion is concave toward the MEA, and constitutes the first and second gas flow paths of the first and second separators, respectively.
Fuel cell.
(3) (A) The MEA is sandwiched between a first separator having a plurality of first gas flow paths on the MEA side and a second separator having a plurality of second gas flow paths on the MEA side. A fuel cell constructed by stacking a plurality of unit fuel cells,
(C) The surface of the first separator and the second separator on the side in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator and the second separator, The unit fuel cell is uneven in the laminating direction of the fuel cell,
(D) The first gas flow path and the second gas flow path are formed in a shape that is uneven in a cell in-plane direction and in a direction perpendicular to the flow path extension direction, and the plurality of first gases the channel intersects with at least one multiple diagonal of the second gas flow path of the second separator via the MEA, respectively, in the point of intersection to the diagonal, said second separator and said first separator Holds the MEA ,
(E) The surfaces of the first and second separators that are in contact with the second and first separators of the adjacent unit fuel cells are directed toward the second and first separators of the adjacent unit fuel cells. The back surface of the convex portion is concave toward the MEA, and constitutes the first and second gas flow paths of the first and second separators, respectively.
Fuel cell.
(4) (a) a first separator provided with a plurality of first gas flow paths having a waveform in the cell in-plane direction and in a direction perpendicular to the flow path extension direction on the MEA side;
(D) a second separator provided on the MEA side with a plurality of second gas passages having a waveform that undulates in a cell in-plane direction and in a direction orthogonal to the passage extension direction;
(A) the MEA sandwiched between the first separator and the second separator;
A fuel cell in which a plurality of unit fuel cells including
(D) The waveform has a shape in which each of the first gas flow paths intersects at least one of the second gas flow paths obliquely a plurality of times,
(C) The surface of the first separator and the second separator on the side in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator and the second separator, The unit fuel cell is uneven in the laminating direction of the fuel cell ,
(E) The surfaces of the first and second separators that are in contact with the second and first separators of the adjacent unit fuel cells are directed toward the second and first separators of the adjacent unit fuel cells. The back surface of the convex portion is concave toward the MEA, and constitutes the first and second gas flow paths of the first and second separators, respectively.
Fuel cell.
(5) (a) a first separator provided with a plurality of first gas flow paths on the MEA side;
A second separator provided with a plurality of second gas flow paths on the MEA side;
MEA sandwiched between the first separator and the second separator;
A fuel cell in which a plurality of unit fuel cells including
(D) The first gas flow path and the second gas flow path have a corrugated shape that is uneven in a direction in the cell plane and perpendicular to the extending direction of the flow path. Each of the plurality of first gas flow paths has a shape that obliquely intersects at least one of the second gas flow paths a plurality of times,
(C) The surface of the first separator and the second separator on the side in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator and the second separator, The unit fuel cell is uneven in the laminating direction of the fuel cell ,
(E) The surfaces of the first and second separators that are in contact with the second and first separators of the adjacent unit fuel cells are directed toward the second and first separators of the adjacent unit fuel cells. The back surface of the convex portion is concave toward the MEA, and constitutes the first and second gas flow paths of the first and second separators, respectively.
Fuel cell.
(6) A fuel cell which is configured by stacking a plurality of (i) unit fuel cells, that Do convex toward the unit fuel cell of one unit fuel cell is adjacent extend continuously in the cell plane direction A first separator having a first convex portion, and the first separator forms a cooling water flow path with a second separator of an adjacent unit fuel cell facing the first separator; And
(E) second separator wherein a unit fuel extends continuously to the first parallel cell plane direction and the convex portion of the first separator of the one unit fuel cell unit fuel cell of the next has a second convex portion that Do convex toward the battery, said one of said first rear surface of the convex portion of the unit fuel cell is a concave toward the MEA side of the one unit fuel cell a first gas channel configured to have a second second gas passage have a concave back surface of the convex portion toward the MEA side of the unit fuel cell adjacent said unit fuel cell of the next Configure
(D) the first gas flow path and the second gas flow path have a corrugated shape that is concave and convex in a cell in-plane direction and in a direction perpendicular to the extension direction of the flow path; The axis of the part and the axis of the second convex part intersect with each other obliquely a plurality of times,
(C) The surface of the first separator and the second separator on the side in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator and the second separator, The unit fuel cell is uneven in the laminating direction of the fuel cell,
Fuel cell.
(7) (a) A unit fuel cell in which an MEA is sandwiched between a first separator having a first gas flow path on the MEA side and a second separator having a second gas flow path on the MEA side. A fuel cell comprising a plurality of stacked layers,
(B) the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator have parallel flow path portions extending in parallel with each other;
(C) The surface of the first separator and the second separator on the side in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator and the second separator, The unit fuel cell is uneven in the laminating direction of the fuel cell,
(D) The parallel flow path portion of the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator. The parallel flow path portion is formed in a shape that is uneven in the cell in-plane direction and in the direction perpendicular to the flow path extension direction so as to cross each other multiple times obliquely,
(E) The surfaces of the first and second separators that are in contact with the second and first separators of the adjacent unit fuel cells are directed toward the second and first separators of the adjacent unit fuel cells. The back surface of the convex portion is concave toward the MEA, and constitutes the first and second gas flow paths of the first and second separators, respectively.
(F) The first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator obliquely intersect with each other. At the site, the first separator and the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator are fixed to each other,
Fuel cell.
(8) (a) A unit fuel cell in which an MEA is sandwiched between a first separator having a first gas flow path on the MEA side and a second separator having a second gas flow path on the MEA side. A fuel cell comprising a plurality of stacked layers,
(B) the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator have parallel flow path portions extending in parallel with each other;
(C) The surface of the first separator and the second separator on the side in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator and the second separator, The unit fuel cell is uneven in the laminating direction of the fuel cell,
(D) The parallel flow path portion of the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator. The parallel flow path portion is formed in a shape that is uneven in the cell in-plane direction and in the direction perpendicular to the flow path extension direction so as to cross each other multiple times obliquely,
(E) The surfaces of the first and second separators that are in contact with the second and first separators of the adjacent unit fuel cells are directed toward the second and first separators of the adjacent unit fuel cells. The back surface of the convex portion is concave toward the MEA, and constitutes the first and second gas flow paths of the first and second separators, respectively.
(G) The crossing angle between the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator is 45 degrees or more. small,
Fuel cell.
(9) The first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator obliquely intersect with each other. Any one of (1) to (6) and (8) in which the first separator and the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator are fixed to each other at the site. A fuel cell according to claim 1.
(10) The first separator is a metal plate having a corrugated portion in the stacking direction of the unit fuel cells, and the second separator has a corrugated portion in the stacking direction of the unit fuel cells. The fuel cell according to any one of (1) to (8), which is a metal plate.
(11) The fuel cell according to any one of (1) to (3), wherein the shape that is uneven in the cell in-plane direction and in a direction orthogonal to the flow path extension direction is a waveform.
(12) The gas flow in the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator is an opposing flow, and any one of (1) to (8) A fuel cell according to claim 1.
(13) The unevenness amount Δd of the shape of the first gas flow path and the second gas flow path that is uneven in the cell in-plane direction and in the direction perpendicular to the flow path extension direction of each gas flow path is From the misalignment tolerance Δa in the direction orthogonal to the flow path extension direction between the flow path center line of the first gas flow path and the flow path center line of the second gas flow path of the adjacent unit fuel cell. The fuel cell according to any one of (1) to (8), which is assumed to be large.
( 14 ) A fuel cell manufacturing method for manufacturing the fuel cell according to any one of (1) to (13) above, wherein the ridges and recesses for forming a flow path are formed in a cell in-plane direction. A method for manufacturing a fuel cell, comprising a step of pressing a metal plate using a press mold that is swelled in a direction orthogonal to a flow path extending direction to form the first and second separators.

上記(1)〜(8)、(13)の燃料電池によれば、第1のセパレータの第1のガス流路の並行流路部分と隣りの第2のセパレータの第2のガス流路の並行流路部分が、互いに複数回斜めに交差するように、セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状に形成されているので、流路同士がガス流路伸長方向と直交する方向に位置がずれても、凸部同士の接触面積が減少することが抑制される。また、一方のセパレータの凸部が他方のセパレータの凹部に入り込むことがなくなり、凸部同士の重ね高さは予め定めた重ね高さに維持される。その結果、接触不良および接触抵抗増加が起こらないか、または起こりにくい。
上記(9)、(7)の燃料電池によれば、第1のセパレータの第1のガス流路と、隣りの単位燃料電池の第2のセパレータの第2のガス流路との、斜めに交差する部位で、第1のセパレータと、隣りの単位燃料電池の第2のセパレータとを互いに固着したので、セパレータ間の交差部での、導電性を向上することができる。
上記(10)の燃料電池によれば、第1、第2のセパレータが単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸する部分を有する金属板からなるため、第1のガス流路と第2のガス流路との並行流路構成と、プレスによるセパレータと流路の容易な形成を維持したまま、従来の直線状ガス流路をもつセパレータにおける接触不良および接触抵抗増加の問題を解決することができる。
According to the fuel cells of the above (1) to (8) and (13), the parallel flow path portion of the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator adjacent to the first gas flow path. Since the parallel flow path portions are formed in a shape that is uneven in the cell in-plane direction and in the direction perpendicular to the flow path extension direction so as to obliquely intersect each other multiple times, the flow paths are in the gas flow path extension direction. Even if the position is shifted in the direction orthogonal to the direction, the contact area between the convex portions is suppressed from decreasing. Moreover, the convex part of one separator does not enter the concave part of the other separator, and the overlapping height of the convex parts is maintained at a predetermined overlapping height. As a result, contact failure and contact resistance increase do not occur or are unlikely to occur.
According to the fuel cells of (9) and (7) above, the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator of the adjacent unit fuel cell are slanted. Since the first separator and the second separator of the adjacent unit fuel cell are fixed to each other at the intersecting portion, the conductivity at the intersection between the separators can be improved.
According to the fuel cell of (10) above, since the first and second separators are made of metal plates having portions that are undulated in the stacking direction of the unit fuel cells, the first gas flow path and the second gas While maintaining the parallel flow path configuration with the flow path and the easy formation of the separator and flow path by pressing, it is possible to solve the problem of contact failure and increase in contact resistance in a separator having a conventional linear gas flow path. .

上記(11)の燃料電池によれば、セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状は波形であるため、ガスの流れやその背面の冷却水の流れにほとんど影響を及ぼさず、たとえば、ほとんど圧損を増加させずに、位置ずれによる接触不良を防止することができる。
上記(12)の燃料電池によれば、第1のセパレータの第1のガス流路と第2のセパレータの第2のガス流路におけるガスの流れは対向流であるため、生成水の自己循環を効果的に実現できる。
記(14)の燃料電池の製造方法によれば、並行流路部分22の、流路伸長方向と直交する方向の凹凸は、プレス型の流路形成用の凸条,凹条を、流路伸長方向と直交する方向にうねらせておくことにより、容易に得られる。
According to the fuel cell of the above (11), since the shape that is uneven in the cell in-plane direction and in the direction orthogonal to the flow path extension direction is a waveform, it has almost no influence on the flow of gas and the flow of cooling water on the back side. For example, it is possible to prevent poor contact due to misalignment without increasing the pressure loss.
According to the fuel cell of the above (12), the gas flow in the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator is a counter flow, so the self-circulation of the generated water Can be realized effectively.
According to the manufacturing method of the fuel cell of the upper Symbol (14), the parallel flow path portion 22, the direction of the unevenness perpendicular to the flow path extending direction, the press-type flow path forming of ridges, a concave, flow It can be easily obtained by undulation in a direction orthogonal to the road extending direction.

以下に、本発明の燃料電池とその製造方法を図1〜図3を参照して説明する。
本発明の燃料電池10は、たとえば、固体高分子型燃料電池であり、MEA11を第1のガス流路12を有する第1のセパレータ13と第2のガス流路14を有する第2のセパレータ15とで挟んだ単位燃料電池16を複数積層して構成された燃料電池である(ただし、積層方向は任意でよい)。
ここで、MEA11は、電解質17をアノード18とカソード19で挟んだ膜電極アッセンブリである。MEA11とセパレータ13,15の間には、拡散層20,21が設けられてもよい。第1のガス流路12を有する第1のセパレータ13は、燃料ガス流路をもつアノード側セパレータと酸化ガス流路をもつカソード側セパレータのいずれか一方であり、第2のガス流路14を有する第2のセパレータ15は、燃料ガス流路をもつアノード側セパレータと酸化ガス流路をもつカソード側セパレータのいずれか他方である。第1のガス流路12を有する第1のセパレータ13が、燃料ガス流路をもつアノード側セパレータである場合は、第2のガス流路14を有する第2のセパレータ15は、酸化ガス流路をもつカソード側セパレータであり、第1のガス流路12を有する第1のセパレータ13が、酸化ガス流路をもつカソード側セパレータである場合は、第2のガス流路14を有する第2のセパレータ15は、燃料ガス流路をもつアノード側セパレータである。
Below, the fuel cell of this invention and its manufacturing method are demonstrated with reference to FIGS. 1-3.
The fuel cell 10 of the present invention is, for example, a polymer electrolyte fuel cell, and the MEA 11 includes a first separator 13 having a first gas channel 12 and a second separator 15 having a second gas channel 14. The fuel cell is configured by stacking a plurality of unit fuel cells 16 sandwiched between the two (however, the stacking direction may be arbitrary).
Here, the MEA 11 is a membrane electrode assembly in which an electrolyte 17 is sandwiched between an anode 18 and a cathode 19. Diffusion layers 20 and 21 may be provided between the MEA 11 and the separators 13 and 15. The first separator 13 having the first gas flow path 12 is one of an anode side separator having a fuel gas flow path and a cathode side separator having an oxidizing gas flow path. The second separator 15 is the other of an anode side separator having a fuel gas flow path and a cathode side separator having an oxidizing gas flow path. When the first separator 13 having the first gas flow path 12 is an anode side separator having a fuel gas flow path, the second separator 15 having the second gas flow path 14 is used as the oxidizing gas flow path. When the first separator 13 having the first gas flow path 12 is a cathode side separator having the oxidizing gas flow path, the second separator having the second gas flow path 14 is used. The separator 15 is an anode side separator having a fuel gas flow path.

第1のセパレータ13の第1のガス流路12と第2のセパレータ15(同じ単位燃料電池の第2のセパレータ15でもよいし、あるいは隣りの単位燃料電池の第2のセパレータ15でもよい)の第2のガス流路14は、それらの流路の少なくとも一部分に、互いに並行して延びる並行流路部分22を有している。第1のセパレータ13の第1のガス流路12の並行流路部分22と、第1のセパレータ13の隣りの第2のセパレータ15の第2のガス流路14の並行流路部分22は、互いに斜めに交差するように、セル(単位燃料電池)面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状に形成されている。符号23は、交差部を示す。「斜め交差」には、「直交」は含まない。好ましくは45度より小さい角度で交差するとよい。並行流路部分22の、流路伸長方向と直交する方向に凹凸する量Δdは、第1のガス流路12の凸条の頂部と第2のガス流路14の凸条の頂部との、流路伸長方向と直交する方向における最大ずれ量(製作誤差や組み付け誤差による最大ずれ量、すなわち、位置ずれ許容誤差Δa)より大であればよい。   Of the first gas flow path 12 and the second separator 15 of the first separator 13 (may be the second separator 15 of the same unit fuel cell or the second separator 15 of the adjacent unit fuel cell) The second gas flow path 14 has parallel flow path portions 22 extending in parallel with each other in at least a part of the flow paths. The parallel flow path portion 22 of the first gas flow path 12 of the first separator 13 and the parallel flow path portion 22 of the second gas flow path 14 of the second separator 15 adjacent to the first separator 13 are: It is formed in an uneven shape in the in-plane direction of the cell (unit fuel cell) and in the direction perpendicular to the flow path extension direction so as to cross each other obliquely. Reference numeral 23 denotes an intersection. “Diagonal intersection” does not include “orthogonal”. It is preferable to intersect at an angle smaller than 45 degrees. The amount Δd of the parallel flow path portion 22 that is uneven in the direction orthogonal to the flow path extension direction is the sum of the top of the ridges of the first gas flow path 12 and the top of the ridges of the second gas flow path 14. What is necessary is just to be larger than the maximum deviation amount in the direction orthogonal to the flow path extension direction (maximum deviation amount due to manufacturing error or assembly error, that is, positional deviation allowable error Δa).

第1のセパレータ13は、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸する部分を有する金属板からなるメタルセパレータである。同様に、第2のセパレータ15は、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸する部分を有する金属板からなるメタルセパレータである。凹凸の凹条と凸条は、流路伸長方向に連続して延びている。流路12,14は、ほぼストレート流路であってもよいし、サーペンタイン流路であってもよい。
本発明の燃料電池の製造方法では、流路12,14はメタルセパレータをプレス成形する際にプレスにより成形される。並行流路部分22の、流路伸長方向と直交する方向の凹凸は、プレス型の流路形成用の凸条,凹条を、流路伸長方向と直交する方向にうねらせておくことにより、容易に得られる。
The 1st separator 13 is a metal separator which consists of a metal plate which has a part uneven | corrugated in the waveform direction in the lamination direction of a unit fuel cell. Similarly, the 2nd separator 15 is a metal separator which consists of a metal plate which has a part uneven | corrugated in the waveform direction in the lamination direction of a unit fuel cell. The concave and convex ridges and ridges extend continuously in the flow path extending direction. The channels 12 and 14 may be substantially straight channels or serpentine channels.
In the fuel cell manufacturing method of the present invention, the flow paths 12 and 14 are formed by pressing when the metal separator is press-formed. The unevenness in the direction perpendicular to the flow path extension direction of the parallel flow path portion 22 is obtained by undulating the ridges and depressions for forming the press-type flow path in the direction perpendicular to the flow path extension direction. Easy to get.

第1のガス流路12、第2のガス流路14の、セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状は、望ましくは、波形である。また、1つの並行流路部分22に、複数の交差部23が表れるように、1波の長さを決めることが望ましい。   The shapes of the first gas flow channel 12 and the second gas flow channel 14 that are concave and convex in the direction in the cell plane and in the direction perpendicular to the flow channel extension direction are desirably wavy. In addition, it is desirable to determine the length of one wave so that a plurality of intersecting portions 23 appear in one parallel flow path portion 22.

一つの単位燃料電池16の第1のセパレータ13の第1のガス流路12と、隣りの単位燃料電池16の第2のセパレータ16の第2のガス流路14との、斜めに交差する部位(交差部23)で、第1のセパレータ13と、隣りの単位燃料電池16の第2のセパレータ15とを互いに固着してもよい。符号24は交差部23での固着部を示す。ただし、同じ単位燃料電池16内では、第1のセパレータ13と第2のセパレータ15との間には、膜17があるので、交差部23で、第1のセパレータ13と第2のセパレータ15とを固着することはできない。交差部23でのセパレータ間の導電性を上げるために、固着は、ロー付け、溶接、導電性接着剤などの、いずれかによって実施されることが望ましい。   A portion where the first gas flow path 12 of the first separator 13 of one unit fuel cell 16 and the second gas flow path 14 of the second separator 16 of the adjacent unit fuel cell 16 intersect diagonally. At the (intersection portion 23), the first separator 13 and the second separator 15 of the adjacent unit fuel cell 16 may be fixed to each other. Reference numeral 24 denotes a fixing portion at the intersection 23. However, in the same unit fuel cell 16, there is a membrane 17 between the first separator 13 and the second separator 15, so at the intersection 23, the first separator 13 and the second separator 15 Cannot be fixed. In order to increase the electrical conductivity between the separators at the intersection 23, it is preferable that the fixing is performed by any one of brazing, welding, conductive adhesive, and the like.

並行流路部分22において、第1のセパレータ13の第1のガス流路12と、隣りの単位燃料電池16の、または同じ単位燃料電池16で膜17を介して対向する、第2のセパレータ15の第2のガス流路14におけるガスの流れとは、対向流であることが望ましい。対向流は、カソード19側で発電により発生した水をMEA11を通過させてアノード18側に移動させ、アノード側流路の流れにのって水が下流へ移動しながら、カソード19側上流の乾きやすい位置のMEA11にしみ込むことによりMEA11の適正湿り状態を作り出す水分自己循環を実現できる。MEAは乾きすぎると内部抵抗が増大し、損失が過大になり、過度に湿潤状態になると水によりガス拡散阻害や触媒反応サイトを覆って性能低下を引き起こすので、それを水分自己循環で防止する。   In the parallel flow path portion 22, the second separator 15 is opposed to the first gas flow path 12 of the first separator 13 and the adjacent unit fuel cell 16 or the same unit fuel cell 16 through the membrane 17. The gas flow in the second gas flow path 14 is preferably a counter flow. In the counter flow, water generated by power generation on the cathode 19 side passes through the MEA 11 and moves to the anode 18 side, and the water moves downstream along the flow of the anode side flow path, while the upstream of the cathode 19 side is dried. Moisture self-circulation that creates an appropriate wet state of the MEA 11 can be realized by soaking into the MEA 11 at an easy position. When the MEA is too dry, the internal resistance increases and the loss becomes excessive. When the MEA becomes too wet, the gas diffusion is inhibited by water and the catalytic reaction site is covered, thereby causing a deterioration in performance.

つぎに、本発明の燃料電池の作用、効果を説明する。
第1のセパレータ13の第1のガス流路12の並行流路部分22と第2のセパレータ15の第2のガス流路14の並行流路部分22が、交差部23で、互いに斜めに交差するように、セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状に形成されているので、流路12、14同士がガス流路伸長方向と直交する方向に位置がずれても、凸部同士の接触面積が減少することが抑制される。また、一方のセパレータの凸部が他方のセパレータの凹部に入り込むことがなくなる。これによって、凸部同士の重ね高さは予め定めた重ね高さに維持される。その結果、セパレータ同士またはセパレータと拡散層の、接触不良および接触抵抗増加は起こらないか、または起こりにくい。
Next, the operation and effect of the fuel cell of the present invention will be described.
The parallel flow path portion 22 of the first gas flow path 12 of the first separator 13 and the parallel flow path portion 22 of the second gas flow path 14 of the second separator 15 intersect each other at an intersection 23. as to, because it is shaped to unevenness in the direction perpendicular to the and channel extension direction cell plane direction, the flow channel 12, 14 with each other is misaligned in a direction perpendicular to the gas flow path extending direction also, it is possible to suppress the area of contact between the convex portion is reduced. Moreover, the convex part of one separator does not enter the concave part of the other separator. Thereby, the overlapping height between the convex portions is maintained at a predetermined overlapping height. As a result, contact failure and contact resistance increase between separators or between the separator and the diffusion layer do not occur or hardly occur.

また、第1のセパレータ13の第1のガス流路12と、隣りの単位燃料電池16の第2のセパレータ15の第2のガス流路14とが斜めに交差する部位(交差部)23で、第1のセパレータ13と、隣りの単位燃料電池の第2のセパレータ15とを互いに固着した場合は、セパレータ13,15間の交差部23での、導電性を向上することができる。その結果、セパレータ同士の、接触不良および接触抵抗増加は起こらないか、または起こりにくい。 Further, at a portion (intersection) 23 where the first gas flow path 12 of the first separator 13 and the second gas flow path 14 of the second separator 15 of the adjacent unit fuel cell 16 intersect obliquely. In the case where the first separator 13 and the second separator 15 of the adjacent unit fuel cell are fixed to each other, the conductivity at the intersection 23 between the separators 13 and 15 can be improved. As a result, the contact failure and the contact resistance increase between the separators do not occur or hardly occur.

第1、第2のセパレータ13,15を波板メタルセパレータから作製できるため、第1のガス流路12と第2のガス流路14との並行流路構成による燃料電池の性能維持と、プレスによる流路12,14の形成による良好な生産性を維持することができる。また、従来の直線状ガス流路では、接触不良および接触抵抗増加の問題が生じていたが、本発明では、流路12,14の斜め交差により、従来の直線状ガス流路での、接触不良および接触抵抗増加の問題を解決することができる。   Since the first and second separators 13 and 15 can be made of corrugated metal separators, the performance of the fuel cell is maintained by the parallel flow path configuration of the first gas flow path 12 and the second gas flow path 14, and the press Good productivity due to the formation of the flow paths 12 and 14 can be maintained. Further, in the conventional linear gas flow path, there has been a problem of contact failure and contact resistance increase, but in the present invention, the contact in the conventional linear gas flow path is caused by the oblique intersection of the flow paths 12 and 14. The problem of defects and increased contact resistance can be solved.

また、セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状を波形とすることにより、ガスの流れやその背面の冷却水の流れの圧損をほとんど増加させない。
また、第1のセパレータ13の第1のガス流路12と、第2のセパレータ15の第2のガス流路14におけるガスの流れを対向流とすることにより、生成水の自己循環を効果的に実現できる。これによって、加湿タンクを車両に搭載しなくてもよくなるか、または搭載しても小型のタンクですむようになる。
In addition, by forming the corrugated shape in the cell in-plane direction and in the direction orthogonal to the flow path extension direction, the pressure loss of the gas flow and the cooling water flow on the back surface thereof is hardly increased.
Further, the self-circulation of the produced water is effectively achieved by making the gas flow in the first gas flow path 12 of the first separator 13 and the second gas flow path 14 of the second separator 15 counter flow. Can be realized. As a result, it is not necessary to mount the humidifying tank on the vehicle, or a small tank can be used even if it is mounted.

本発明の燃料電池、または本発明の燃料電池の製造方法によって製造された燃料電池の第1、第2のセパレータの第1、第2のガス流路の位置関係を示すセパレータの一部分の正面図である。The front view of the part of separator which shows the positional relationship of the 1st, 2nd gas flow path of the 1st, 2nd separator of the fuel cell of this invention, or the fuel cell manufactured by the manufacturing method of the fuel cell of this invention It is. 本発明の燃料電池の側面図である。It is a side view of the fuel cell of the present invention. 図2の燃料電池の一部分の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion of the fuel cell of FIG. 高さずれを示す、従来の波板金属セパレータをもつ燃料電池の断面図である。1 is a cross-sectional view of a fuel cell with a conventional corrugated metal separator showing a height shift. FIG.

10 燃料電池
11 MEA
12 第1のガス流路
13 第1のセパレータ
14 第2のガス流路
15 第2のセパレータ
16 単位燃料電池
17 電解質(電解質膜)
18 アノード
19 カソード
20、21 拡散層
22 並行流路部分
23 交差部
24 固着部
10 Fuel cell 11 MEA
12 1st gas flow path 13 1st separator 14 2nd gas flow path 15 2nd separator 16 Unit fuel cell 17 Electrolyte (electrolyte membrane)
18 Anode 19 Cathode 20, 21 Diffusion layer 22 Parallel flow path portion 23 Crossing portion 24 Adhering portion

Claims (14)

(イ)MEAを、前記MEA側に第1のガス流路を有する第1のセパレータと、前記MEA側に第2のガス流路を有する第2のセパレータとで挟んだ単位燃料電池を複数積層して構成された燃料電池であって、
(ロ)前記第1のセパレータの第1のガス流路と前記第2のセパレータの第2のガス流路は互いに並行して延びる並行流路部分を有し、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸しており、
(ニ)前記第1のセパレータの第1のガス流路の前記並行流路部分と、前記第1のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2のセパレータの第2のガス流路の前記並行流路部分とは、互いに斜めに複数回交差するように、セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状に形成されており、
(ホ)前記第1、第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータと接触する側の面が該隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータに向かって凸となる部分の裏面は、前記MEAに向かって凹となっており、それぞれ、前記第1、第2のセパレータの前記第1、第2のガス流路を構成する、
燃料電池。
(A) A plurality of unit fuel cells in which an MEA is sandwiched between a first separator having a first gas flow path on the MEA side and a second separator having a second gas flow path on the MEA side are stacked. A fuel cell configured as follows:
(B) the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator have parallel flow path portions extending in parallel with each other;
(C) The surfaces of the first separator and the second separator that are in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell are corrugated in the stacking direction of the unit fuel cells. ,
(D) The parallel flow path portion of the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator. The parallel flow path portion is formed in a shape that is uneven in the cell in-plane direction and in the direction perpendicular to the flow path extension direction so as to cross each other multiple times obliquely ,
(E) The surfaces of the first and second separators that are in contact with the second and first separators of the adjacent unit fuel cells are directed toward the second and first separators of the adjacent unit fuel cells. The back surface of the convex portion is concave toward the MEA, and constitutes the first and second gas flow paths of the first and second separators, respectively.
Fuel cell.
(イ)MEAを、前記MEA側に複数の第1のガス流路を有する第1のセパレータと、前記MEA側に複数の第2のガス流路を有する第2のセパレータとで挟んだ単位燃料電池を複数積層して構成された燃料電池であって、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、該第1のセパレータおよび第2のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸しており、
(ニ)前記第1のガス流路と前記第2のガス流路はセル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状に形成されており、積層されたときに複数の前記第1のガス流路の各々は隣りの単位燃料電池の第2のセパレータの前記第2のガス流路の少なくとも1つと複数回斜めに交差し、該斜めに交差する部位において、前記第1のセパレータと前記隣りの単位燃料電池の第2のセパレータとが当接しており、
(ホ)前記第1、第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータと接触する側の面が該隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータに向かって凸となる部分の裏面は、前記MEAに向かって凹となっており、それぞれ、前記第1、第2のセパレータの前記第1、第2のガス流路を構成する、
燃料電池。
(A) Unit fuel in which the MEA is sandwiched between a first separator having a plurality of first gas flow paths on the MEA side and a second separator having a plurality of second gas flow paths on the MEA side A fuel cell configured by stacking a plurality of batteries,
(C) The surface of the first separator and the second separator on the side in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator and the second separator, The unit fuel cell is uneven in the laminating direction of the fuel cell,
(D) The first gas flow path and the second gas flow path are formed in a shape that is uneven in a cell in-plane direction and in a direction perpendicular to the flow path extension direction, crossing at least one multiple diagonal of the second gas flow path of the second separator unit fuel cell of the neighboring each of said first gas flow path, at a site which intersects the diagonal, the first And the second separator of the adjacent unit fuel cell are in contact with each other,
(E) The surfaces of the first and second separators that are in contact with the second and first separators of the adjacent unit fuel cells are directed toward the second and first separators of the adjacent unit fuel cells. The back surface of the convex portion is concave toward the MEA, and constitutes the first and second gas flow paths of the first and second separators, respectively.
Fuel cell.
(イ)MEAを、前記MEA側に複数の第1のガス流路を有する第1のセパレータと、前記MEA側に複数の第2のガス流路を有する第2のセパレータとで挟んだ単位燃料電池を複数積層して構成された燃料電池であって、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、該第1のセパレータおよび第2のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸しており、
(ニ)前記第1のガス流路と前記第2のガス流路はセル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状に形成されており、前記複数の第1のガス流路はそれぞれMEAを介して第2のセパレータの前記第2のガス流路の少なくとも1つと複数回斜めに交差し、該斜めに交差する点において、前記第1のセパレータと前記第2のセパレータがMEAを挟持しており、
(ホ)前記第1、第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータと接触する側の面が該隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータに向かって凸となる部分の裏面は、前記MEAに向かって凹となっており、それぞれ、前記第1、第2のセパレータの前記第1、第2のガス流路を構成する、
燃料電池。
(A) Unit fuel in which the MEA is sandwiched between a first separator having a plurality of first gas flow paths on the MEA side and a second separator having a plurality of second gas flow paths on the MEA side A fuel cell configured by stacking a plurality of batteries,
(C) The surface of the first separator and the second separator on the side in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator and the second separator, The unit fuel cell is uneven in the laminating direction of the fuel cell,
(D) The first gas flow path and the second gas flow path are formed in a shape that is uneven in a cell in-plane direction and in a direction perpendicular to the flow path extension direction, and the plurality of first gases the channel intersects with at least one multiple diagonal of the second gas flow path of the second separator via the MEA, respectively, in the point of intersection to the diagonal, said second separator and said first separator Holds the MEA ,
(E) The surfaces of the first and second separators that are in contact with the second and first separators of the adjacent unit fuel cells are directed toward the second and first separators of the adjacent unit fuel cells. The back surface of the convex portion is concave toward the MEA, and constitutes the first and second gas flow paths of the first and second separators, respectively.
Fuel cell.
(イ)セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向にうねる波形の複数の第1のガス流路をMEA側に備える第1のセパレータと、
(ニ)セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向にうねる波形の複数の第2のガス流路を前記MEA側に備える第2のセパレータと、
(イ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータとに挟まれた前記MEAと、
を含む単位燃料電池を複数積層した、燃料電池であって、
(ニ)前記波形は、第1のガス流路のそれぞれが、第2のガス流路の少なくとも1つと複数回斜めに交差する形状とされており、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、該第1のセパレータおよび第2のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸しており、
(ホ)前記第1、第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータと接触する側の面が該隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータに向かって凸となる部分の裏面は、前記MEAに向かって凹となっており、それぞれ、前記第1、第2のセパレータの前記第1、第2のガス流路を構成する、
燃料電池。
(A) a first separator provided on the MEA side with a plurality of first gas passages having a waveform that undulates in a cell in-plane direction and in a direction orthogonal to the passage extension direction;
(D) a second separator provided on the MEA side with a plurality of second gas passages having a waveform that undulates in a cell in-plane direction and in a direction orthogonal to the passage extension direction;
(A) the MEA sandwiched between the first separator and the second separator;
A fuel cell in which a plurality of unit fuel cells including
(D) The waveform has a shape in which each of the first gas flow paths intersects at least one of the second gas flow paths obliquely a plurality of times,
(C) The surface of the first separator and the second separator on the side in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator and the second separator, The unit fuel cell is uneven in the laminating direction of the fuel cell ,
(E) The surfaces of the first and second separators that are in contact with the second and first separators of the adjacent unit fuel cells are directed toward the second and first separators of the adjacent unit fuel cells. The back surface of the convex portion is concave toward the MEA, and constitutes the first and second gas flow paths of the first and second separators, respectively.
Fuel cell.
(イ)複数の第1のガス流路をMEA側に備える第1のセパレータと、
複数の第2のガス流路を前記MEA側に備える第2のセパレータと、
前記第1のセパレータと前記第2のセパレータとに挟まれたMEAと、
を含む単位燃料電池を複数積層した、燃料電池であって、
(ニ)前記第1のガス流路と前記第2のガス流路は、セル面内方向でかつ流路の伸長方向と垂直な方向に凹凸する波形の形状を有し、該波形の形状は、複数の前記第1のガス流路の各々が、前記第2のガス流路の少なくとも1つと複数回斜めに交差する形状とされており、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、該第1のセパレータおよび第2のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸しており、
(ホ)前記第1、第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータと接触する側の面が該隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータに向かって凸となる部分の裏面は、前記MEAに向かって凹となっており、それぞれ、前記第1、第2のセパレータの前記第1、第2のガス流路を構成する、
燃料電池。
(A) a first separator provided with a plurality of first gas flow paths on the MEA side;
A second separator provided with a plurality of second gas flow paths on the MEA side;
MEA sandwiched between the first separator and the second separator;
A fuel cell in which a plurality of unit fuel cells including
(D) The first gas flow path and the second gas flow path have a corrugated shape that is uneven in a direction in the cell plane and perpendicular to the extending direction of the flow path. Each of the plurality of first gas flow paths has a shape that obliquely intersects at least one of the second gas flow paths a plurality of times,
(C) The surface of the first separator and the second separator on the side in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator and the second separator, The unit fuel cell is uneven in the laminating direction of the fuel cell ,
(E) The surfaces of the first and second separators that are in contact with the second and first separators of the adjacent unit fuel cells are directed toward the second and first separators of the adjacent unit fuel cells. The back surface of the convex portion is concave toward the MEA, and constitutes the first and second gas flow paths of the first and second separators, respectively.
Fuel cell.
(イ)単位燃料電池を複数積層して構成された燃料電池であって、1つの単位燃料電池がセル面内方向に連続して延び隣りの単位燃料電池に向かって凸となる第1の凸部を有する第1のセパレータを有し、該第1のセパレータは、該第1のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2のセパレータとの間に冷却水流路を形成しており、
(ホ)前記隣りの単位燃料電池の第2のセパレータは前記1つの単位燃料電池の前記第1のセパレータの第1の凸部と並行しセル面内方向に連続して延び前記1つの単位燃料電池に向かって凸となる第2の凸部を有しており、前記1つの単位燃料電池の前記第1の凸部の裏面は前記1つの単位燃料電池のMEA側に向かって凹となっていて第1のガス流路を構成し、前記隣りの単位燃料電池の第2の凸部の裏面前記隣りの単位燃料電池のMEA側に向かって凹となっていて第2のガス流路を構成し、
(ニ)前記第1のガス流路と前記第2のガス流路は、セル面内方向でかつ流路の伸長方向と垂直な方向に凹凸する波形の形状を有し、前記第1の凸部の軸芯と前記第2の凸部の軸芯とは、複数回斜めに交差しており、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、該第1のセパレータおよび第2のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸している、
燃料電池。
A fuel cell is configured by stacking a plurality of (i) unit fuel cell, first that Do a convex one unit fuel cell toward the unit fuel cell adjacent extend continuously in the cell surface direction A first separator having a convex portion, and the first separator forms a cooling water flow path with a second separator of an adjacent unit fuel cell facing the first separator;
(E) second separator wherein a unit fuel extends continuously to the first parallel cell plane direction and the convex portion of the first separator of the one unit fuel cell unit fuel cell of the next has a second convex portion that Do convex toward the battery, said one of said first rear surface of the convex portion of the unit fuel cell is a concave toward the MEA side of the one unit fuel cell a first gas channel configured to have a second second gas passage have a concave back surface of the convex portion toward the MEA side of the unit fuel cell adjacent said unit fuel cell of the next Configure
(D) the first gas flow path and the second gas flow path have a corrugated shape that is concave and convex in a cell in-plane direction and in a direction perpendicular to the extension direction of the flow path; The axis of the part and the axis of the second convex part intersect with each other obliquely a plurality of times,
(C) The surface of the first separator and the second separator on the side in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator and the second separator, The unit fuel cell is uneven in the laminating direction of the fuel cell,
Fuel cell.
(イ)MEAを、前記MEA側に第1のガス流路を有する第1のセパレータと、前記MEA側に第2のガス流路を有する第2のセパレータとで挟んだ単位燃料電池を複数積層して構成された燃料電池であって、
(ロ)前記第1のセパレータの第1のガス流路と前記第2のセパレータの第2のガス流路は互いに並行して延びる並行流路部分を有し、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、該第1のセパレータおよび第2のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸しており、
(ニ)前記第1のセパレータの第1のガス流路の前記並行流路部分と、前記第1のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2のセパレータの第2のガス流路の前記並行流路部分とは、互いに斜めに複数回交差するように、セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状に形成されており、
(ホ)前記第1、第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータと接触する側の面が該隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータに向かって凸となる部分の裏面は、前記MEAに向かって凹となっており、それぞれ、前記第1、第2のセパレータの前記第1、第2のガス流路を構成し、
(ヘ)前記第1のセパレータの第1のガス流路と、前記第1のセパレータに対向する前記隣りの単位燃料電池の第2のセパレータの第2のガス流路との前記斜めに交差する部位で、前記第1のセパレータと、前記第1のセパレータに対向する前記隣りの単位燃料電池の第2のセパレータとを互いに固着した、
燃料電池。
(A) A plurality of unit fuel cells in which an MEA is sandwiched between a first separator having a first gas flow path on the MEA side and a second separator having a second gas flow path on the MEA side are stacked. A fuel cell configured as follows:
(B) the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator have parallel flow path portions extending in parallel with each other;
(C) The surface of the first separator and the second separator on the side in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator and the second separator, The unit fuel cell is uneven in the laminating direction of the fuel cell,
(D) The parallel flow path portion of the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator. The parallel flow path portion is formed in a shape that is uneven in the cell in-plane direction and in the direction perpendicular to the flow path extension direction so as to cross each other multiple times obliquely,
(E) The surfaces of the first and second separators that are in contact with the second and first separators of the adjacent unit fuel cells are directed toward the second and first separators of the adjacent unit fuel cells. The back surface of the convex portion is concave toward the MEA, and constitutes the first and second gas flow paths of the first and second separators, respectively.
(F) The first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator obliquely intersect with each other. At the site, the first separator and the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator are fixed to each other,
Fuel cell.
(イ)MEAを、前記MEA側に第1のガス流路を有する第1のセパレータと、前記MEA側に第2のガス流路を有する第2のセパレータとで挟んだ単位燃料電池を複数積層して構成された燃料電池であって、
(ロ)前記第1のセパレータの第1のガス流路と前記第2のセパレータの第2のガス流路は互いに並行して延びる並行流路部分を有し、
(ハ)前記第1のセパレータと前記第2のセパレータの、該第1のセパレータおよび第2のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2あるいは第1のセパレータと接触する側の面が、単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸しており、
(ニ)前記第1のセパレータの第1のガス流路の前記並行流路部分と、前記第1のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の第2のセパレータの第2のガス流路の前記並行流路部分とは、互いに斜めに複数回交差するように、セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状に形成されており、
(ホ)前記第1、第2のセパレータの、隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータと接触する側の面が該隣りの単位燃料電池の第2、第1のセパレータに向かって凸となる部分の裏面は、前記MEAに向かって凹となっており、それぞれ、前記第1、第2のセパレータの前記第1、第2のガス流路を構成し、
(ト)前記第1のセパレータの第1のガス流路と前記第1のセパレータに対向する隣りの単位燃料電池の前記第2のセパレータの第2のガス流路との交差角度は45度より小さい、
燃料電池。
(A) A plurality of unit fuel cells in which an MEA is sandwiched between a first separator having a first gas flow path on the MEA side and a second separator having a second gas flow path on the MEA side are stacked. A fuel cell configured as follows:
(B) the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator have parallel flow path portions extending in parallel with each other;
(C) The surface of the first separator and the second separator on the side in contact with the second or first separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator and the second separator, The unit fuel cell is uneven in the laminating direction of the fuel cell,
(D) The parallel flow path portion of the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator. The parallel flow path portion is formed in a shape that is uneven in the cell in-plane direction and in the direction perpendicular to the flow path extension direction so as to cross each other multiple times obliquely,
(E) The surfaces of the first and second separators that are in contact with the second and first separators of the adjacent unit fuel cells are directed toward the second and first separators of the adjacent unit fuel cells. The back surface of the convex portion is concave toward the MEA, and constitutes the first and second gas flow paths of the first and second separators, respectively.
(G) The crossing angle between the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator is 45 degrees or more. small,
Fuel cell.
前記第1のセパレータの第1のガス流路と、前記第1のセパレータに対向する前記隣りの単位燃料電池の第2のセパレータの第2のガス流路との前記斜めに交差する部位で、前記第1のセパレータと、前記第1のセパレータに対向する前記隣りの単位燃料電池の第2のセパレータとを互いに固着した請求項1〜請求項6および請求項8の何れか1項記載の燃料電池。   In the part intersecting at an angle between the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator, The fuel according to any one of claims 1 to 6 and 8, wherein the first separator and the second separator of the adjacent unit fuel cell facing the first separator are fixed to each other. battery. 前記第1のセパレータは前記単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸する部分を有する金属板であり、前記第2のセパレータは前記単位燃料電池の積層方向に波状に凹凸する部分を有する金属板である請求項1〜請求項8の何れか1項記載の燃料電池。   The first separator is a metal plate having a undulating portion in the stacking direction of the unit fuel cells, and the second separator is a metal plate having a undulating portion in the stacking direction of the unit fuel cells. The fuel cell according to any one of claims 1 to 8. 前記セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状は波形である請求項1〜請求項3の何れか1項記載の燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the shape that is concave and convex in the cell in-plane direction and in a direction orthogonal to the flow path extension direction is a waveform. 前記第1のセパレータの第1のガス流路と、前記第2のセパレータの第2のガス流路におけるガスの流れは対向流である請求項1〜請求項8の何れか1項記載の燃料電池。   The fuel according to any one of claims 1 to 8, wherein a gas flow in the first gas flow path of the first separator and the second gas flow path of the second separator is a counter flow. battery. 前記第1のガス流路と前記第2のガス流路の、各ガス流路の、前記セル面内方向でかつ流路伸長方向と直交する方向に凹凸する形状の凹凸量Δdは、前記第1のガス流路の流路中心線と前記隣りの単位燃料電池の第2のガス流路の流路中心線との、流路伸長方向と直交する方向における位置ずれ許容誤差Δaより大とされている請求項1〜請求項8の何れか1項記載の燃料電池。   The unevenness amount Δd of the first gas flow path and the second gas flow path, each of which is uneven in the cell in-plane direction and in the direction perpendicular to the flow path extension direction, is the first gas flow path and the second gas flow path. The misalignment tolerance Δa in the direction orthogonal to the flow path extension direction between the flow path center line of one gas flow path and the flow path center line of the second gas flow path of the adjacent unit fuel cell is made larger. The fuel cell according to any one of claims 1 to 8. 請求項1〜13の何れか1項に記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法であって、流路形成用の凸条、凹条を、セル面内方向で流路伸長方向と直交する方向にうねらせたプレス型を用いて、金属板をプレスして、前記第1、第2のセパレータを形成する工程を含む、燃料電池の製造方法。   A fuel cell manufacturing method for manufacturing the fuel cell according to any one of claims 1 to 13, wherein the ridges and ridges for channel formation are orthogonal to the channel extension direction in the cell in-plane direction. A method of manufacturing a fuel cell, comprising a step of pressing the metal plate using a press mold that is swelled in a direction to form the first and second separators.
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