JP2004111118A - Fuel cell stack - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成で、端部単位セルの電解質・電極構造体から端部セパレータへの熱の移動を有効に阻止し、前記端部単位セルの発電性能を向上させることを可能にする。
【解決手段】燃料電池スタック10は、積層される複数の単位セル12と、前記単位セル12の端部に配設される端部単位セル12a、12bとを備える。端部単位セル12a、12bを構成する第1および第2端部セパレータ60、62と電解質膜・電極構造体22との接触面積は、単位セル12を構成する第1および第2セパレータ24、26と電解質膜・電極構造体22との接触面積に比べて小さく構成されている。
【選択図】図1With a simple configuration, it is possible to effectively prevent heat transfer from an electrolyte / electrode structure of an end unit cell to an end separator, and to improve power generation performance of the end unit cell.
A fuel cell stack includes a plurality of stacked unit cells, and end unit cells disposed at ends of the unit cells. The contact area between the first and second end separators 60, 62 constituting the end unit cells 12a, 12b and the electrolyte membrane / electrode structure 22 is determined by the first and second separators 24, 26 constituting the unit cell 12. It is configured to be smaller than the contact area between the electrode and the electrolyte membrane / electrode structure 22.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解質の両側に一対の電極を設けた電解質・電極構造体を有し、前記電解質・電極構造体がセパレータを介して挟持された単位セルを複数個積層した積層体を備えた燃料電池スタックに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜(陽イオン交換膜)からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極およびカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。この種の燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体およびセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【0003】
この燃料電池において、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【0004】
ところで、燃料電池スタックでは、外部への放熱により他の単位セルに比べて温度低下が惹起され易い単位セルが存在している。例えば、積層方向端部に配置されている単位セル(以下、端部単位セルともいう)は、例えば、各単位セルによって発電された電荷を集める電力取り出し端子(集電板)や、積層された単位セルを保持するために設けられたエンドプレート等による放熱が多く、上記の温度低下が顕著になる。この温度低下によって、端部単位セルでは、燃料電池スタックの中央部分に比べて結露が発生し易く、生成水の排出性が低下して発電性能が低下するという不具合が指摘されている。
【0005】
そこで、例えば、特許文献1に開示されているように、端部単位セルを構成する外側のセパレータに、冷却用流体通流用の溝が形成されておらず、このセパレータを冷却用流体により冷却し過ぎない構造の固体高分子電解質型燃料電池が知られている。これにより、端部単位セルの冷やし過ぎを防止している。
【0006】
また、特許文献2に開示された積層型燃料電池では、セル積層体の両端にガスコネクトプレートが配設されるとともに、前記ガスコネクトプレートには、真空層および空気層が形成されている。このため、真空層および空気層の断熱作用下に、セル積層体の外部への放熱を防止している。
【0007】
【特許文献1】
特開平8−130028号公報(図1)
【特許文献2】
特開平7−326379号公報(図1)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、上記の特許文献1は、端部単位セルが冷却用流体により冷却され過ぎることを阻止することによって、前記端部単位セル内の結露を防止する構造に関するものである。一方、上記の特許文献2は、真空層および空気層の断熱作用下に、セル積層体の外部への放熱を防止することによって、前記セル積層体内の結露を回避する構造に関するものである。
【0009】
このように、特許文献1、2は、基本的には、雰囲気温度が常温程度の場合において、端部単位セルやセル積層体による発電機能を安定させるための断熱構造を提供するものである。しかしながら、氷点下で起動を行う場合は、生成水が凍結しない温度までセル温度を一挙に昇温させなければならず、上記の特許文献1、2では対応することができないという問題がある。
【0010】
すなわち、氷点下での起動において、生成水の凍結による反応ガス流路の閉塞は、電解質膜・電極構造体を構成する拡散層で発生し易い。このため、ガス流路側の拡散層を迅速に0℃以上にする必要があるが、上記の特許文献1、2では、前記拡散層を0℃以上に維持させることができない。
【0011】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成で、端部単位セルの電解質・電極構造体から端部セパレータへの熱の移動を有効に阻止し、前記端部単位セルの発電性能を向上させることが可能な燃料電池スタックを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る燃料電池スタックでは、積層体の積層方向端部に配置される少なくとも一方の端部単位セルを構成するセパレータと電解質・電極構造体との接触面積が、前記端部単位セルより内方に配置される単位セルを構成するセパレータと電解質・電極構造体との接触面積に比べて小さく設定されている。
【0013】
このため、端部単位セルでは、電解質・電極構造体とセパレータとの熱伝達率が、単位セル側の熱伝達に比べて低下し、前記電解質・電極構造体を直接断熱することができる。従って、特に氷点下で起動を行う際に、電解質・電極構造体からセパレータへの熱の移動が阻止され、前記電解質・電極構造体の温度低下による生成水の凍結を有効に防止することが可能になる。
【0014】
しかも、電解質・電極構造体とセパレータとの接触部分での接触抵抗が増加する。これにより、前記接触部分に発熱が惹起して電解質・電極構造体を迅速に昇温させることができ、前記電解質・電極構造体での凍結を確実に阻止することが可能になる。
【0015】
また、本発明の請求項2に係る燃料電池スタックでは、単位セルが、電解質・電極構造体に対向して開口し、電極に反応ガスを供給するための反応ガス流路溝を設けるとともに、端部単位セルが、前記反応ガス流路溝に比べて流路溝幅の大きな端部反応ガス流路溝を備えている。従って、簡単な構成で、電解質・電極構造体とセパレータとの熱伝達率を、単位セル側に比べて有効に低下させることが可能になる。
【0016】
さらに、本発明の請求項3に係る燃料電池スタックでは、単位セルが、電解質・電極構造体に対向して開口し、電極に反応ガスを供給するための反応ガス流路溝を設けるとともに、端部単位セルが、前記反応ガス流路溝に比べて流路溝断面積の大きな端部反応ガス流路溝を備えている。このため、端部反応ガス流路溝には、反応ガス流路溝よりも大量の反応ガスを供給することができ、排水性を良好に向上させることが可能になるとともに、発電性能の向上が図られる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池スタック10の概略断面図である。
【0018】
燃料電池スタック10は、複数の単位セル12を矢印A方向に積層しており、前記単位セル12の積層方向両端には、端部単位セル12a、12bが配置されて積層体13を構成する。積層体13の外方には、正極側ターミナルプレート14aおよび負極側ターミナルプレート14bと、絶縁プレート16a、16bと、エンドプレート18a、18bとが、順次、配設される。エンドプレート18a、18bが図示しないタイロッド等によって締め付けられることにより、燃料電池スタック10が構成される。
【0019】
図2に示すように、単位セル12は、電解質膜・電極構造体22と、前記電解質膜・電極構造体22を挟持する第1および第2セパレータ24、26とを備える。電解質膜・電極構造体22と第1および第2セパレータ24、26との間には、後述する連通孔の周囲および電極面(発電面)の外周を覆って、ガスケット等のシール部材28が介装されている。
【0020】
単位セル12の矢印B方向の一端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔30a、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔32b、および燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔34bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。
【0021】
単位セル12の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔34a、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔32a、および酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔30bが、矢印C方向に配列して設けられる。
【0022】
電解質膜・電極構造体22は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸されてなる固体高分子電解質膜36と、該固体高分子電解質膜36を挟持するアノード側電極38およびカソード側電極40とを備える(図1および図2参照)。
【0023】
アノード側電極38およびカソード側電極40は、カーボンペーパー等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、互いに固体高分子電解質膜36を介装して対向するように、前記固体高分子電解質膜36の両面に接合されている。シール部材28の中央部には、アノード側電極38およびカソード側電極40に対応して開口部44が形成されている。
【0024】
第1セパレータ24の電解質膜・電極構造体22側の面24aには、酸化剤ガス供給連通孔30aと酸化剤ガス排出連通孔30bとに連通する酸化剤ガス流路46が設けられる。図2に示すように、酸化剤ガス流路46は、例えば、矢印B方向に蛇行しながら矢印C方向に延在する複数本の溝部(サーペンタイン溝部)48とカソード側電極40との間に形成されており、各溝部48間には、前記カソード側電極40に接触する平坦面50が設けられる(図1参照)。
【0025】
図3に示すように、第2セパレータ26の電解質膜・電極構造体22側の面26aには、燃料ガス供給連通孔34aと燃料ガス排出連通孔34bとに連通する燃料ガス流路52が形成される。この燃料ガス流路52は、例えば、矢印B方向に蛇行しながら矢印C方向に延在する複数本の溝部(サーペンタイン溝部)54とアノード側電極38との間に形成されており、各溝部54間には、前記アノード側電極38に接触する平坦面56が設けられる(図1参照)。
【0026】
第2セパレータ26の面26aと反対の面26bには、図2に示すように、冷却媒体供給連通孔32aと冷却媒体排出連通孔32bとに連通する冷却媒体流路58が形成される。この冷却媒体流路58は、例えば、矢印B方向に延在する複数本の直線流路溝により構成される。
【0027】
端部単位セル12a、12bは同様に構成されており、以下、端部単位セル12aについて詳細に説明し、端部単位セル12bの詳細な説明は省略する。
【0028】
図1に示すように、端部単位セル12aは、電解質膜・電極構造体22と、前記電解質膜・電極構造体22を挟持する第1および第2端部セパレータ60、62とを備えており、基本的には単位セル12と同様に構成される。この第1および第2端部セパレータ60、62は、それぞれ電解質膜・電極構造体22に対向する面60a、62aに酸化剤ガス流路64および燃料ガス流路66を設けている。
【0029】
図1および図4に示すように、酸化剤ガス流路64は、蛇行する複数本の溝部(サーペンタイン溝部)68とカソード側電極40との間に形成されており、各溝部68間には、前記カソード側電極40に接触する平坦面70が設けられる。燃料ガス流路66は、蛇行する複数本の溝部(サーペンタイン溝部)74とアノード側電極38との間に形成されており、各溝部74間には、前記アノード側電極38に接触する平坦面76が設けられる(図1参照)。
【0030】
単位セル12では、図1および図3に示すように、溝部48、54の流路溝幅H1が設定される一方、端部単位セル12a、12bでは、図1および図4に示すように、溝部68、74の流路溝幅H2が設定される。流路溝幅H2は流路溝幅H1よりも大きく選択されており、例えば、流路溝幅H2=2×流路溝幅H1の関係を有する。換言すれば、第1および第2端部セパレータ60、62が電解質膜・電極構造体22に接触する平坦面70、76の接触面積は、第1および第2セパレータ24、26が電解質膜・電極構造体22に接触する平坦面50、56の接触面積に比べて相当に小さい。
【0031】
このように構成される燃料電池スタック10の動作について、以下に説明する。
【0032】
図1に示すように、燃料電池スタック10内では、単位セル12および端部単位セル12a、12bに対して、水素含有ガス等の燃料ガス、空気等の酸素含有ガスである酸化剤ガス、および純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体が供給される。
【0033】
このため、図2に示すように、単位セル12では、酸化剤ガス供給連通孔30aから第1セパレータ24の酸化剤ガス流路46に酸化剤ガスが導入され、この酸化剤ガスが電解質膜・電極構造体22を構成するカソード側電極40に沿って移動する。また、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔34aから第2セパレータ26の燃料ガス流路52に導入され、電解質膜・電極構造体22を構成するアノード側電極38に沿って移動する。
【0034】
従って、電解質膜・電極構造体22では、カソード側電極40に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極38に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
【0035】
次いで、アノード側電極38に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔34bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、カソード側電極40に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔30bに沿って矢印A方向に排出される。
【0036】
さらに、冷却媒体供給連通孔32aに供給された冷却媒体は、第2セパレータ26の冷却媒体流路58に導入された後、矢印B方向に沿って流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体22を冷却した後、冷却媒体排出連通孔32bから排出される。
【0037】
一方、端部単位セル12a、12bでは、第1端部セパレータ60の酸化剤ガス流路64に供給された酸化剤ガスが、電解質膜・電極構造体22を構成するカソード側電極40に沿って移動するとともに、第2端部セパレータ62の燃料ガス流路66に供給された燃料ガスが、前記電解質膜・電極構造体22を構成するアノード側電極38に沿って移動する。これにより、端部単位セル12a、12bにおいて、発電が行われる。
【0038】
この場合、本実施形態では、単位セル12と端部単位セル12a、12bとにおいて、第1および第2端部セパレータ60、62が電解質膜・電極構造体22に接触する平坦面70、76の接触面積は、第1および第2セパレータ24、26が電解質膜・電極構造体22に接触する平坦面50、56の接触面積に比べて相当に小さい。
【0039】
このため、端部単位セル12a、12bは、電解質膜・電極構造体22と第1および第2端部セパレータ60、62との熱伝達率が、単位セル12側の熱伝達率に比べて低下し、前記電解質膜・電極構造体22を直接断熱することができる。従って、特に氷点下で起動を行う際に、電解質膜・電極構造体22から第1および第2端部セパレータ60、62への熱の移動が阻止され、前記電解質膜・電極構造体22の温度低下による生成水の凍結を有効に防止することが可能になるという効果が得られる。
【0040】
しかも、端部単位セル12a、12bでは、電解質膜・電極構造体22と第1および第2端部セパレータ60、62との接触部分での接触抵抗が増加する。これにより、前記接触部分に発熱が惹起して電解質膜・電極構造体22を迅速に昇温させることができ、前記電解質膜・電極構造体22での凍結を確実に阻止することが可能になる。
【0041】
さらに、端部単位セル12a、12bに設けられる溝部68、74の流路溝幅H2が、単位セル12に設けられる溝部48、54の流路溝幅H1よりも大きく選択されており、例えば、流路溝幅H2=2×流路溝幅H1の関係を有している。このため、端部反応ガス流路溝である溝部68、74には、反応ガス流路溝である溝部48、54よりも大量の酸化剤ガスおよび燃料ガス(反応ガス)を供給することができ、排水性を良好に向上させることが可能になるとともに、発電性能の向上が図られる。
【0042】
なお、ストイキ比(供給反応ガス量と実際に消費される反応ガス量との比)を確保するため、端部単位セル12a、12bには、単位セル12の2倍程度の反応ガスの流量を供給する必要がある。ところが、この単位セル12の積層数は、通常、数100程度であり、反応ガスの全流量の増加は殆ど問題にならない。また、端部単位セル12bに代替して単位セル12を配置し、単一の端部単位セル12aのみを用いてもよい。
【0043】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池では、積層体の積層方向端部に配置される少なくとも一方の端部単位セルを構成する電解質・電極構造体とセパレータとの熱伝達率が、単位セル側の熱伝達率に比べて低下し、前記電解質・電極構造体を直接断熱することができる。従って、特に氷点下で起動を行う際に、電解質・電極構造体からセパレータへの熱の移動が阻止され、前記電解質・電極構造体の温度低下による生成水の凍結を有効に防止することが可能になる。
【0044】
しかも、電解質・電極構造体とセパレータとの接触部分での接触損失が増加する。これにより、前記接触部分に発熱が惹起して電解質・電極構造体を迅速に昇温させることができ、前記電解質・電極構造体での凍結を確実に阻止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る燃料電池スタックの概略断面図である。
【図2】前記燃料電池スタック10の一部分解斜視図である。
【図3】単位セルを構成する第2セパレータの正面説明図である。
【図4】端部単位セルを構成する第1端部セパレータの正面説明図である。
【符号の説明】
10…燃料電池スタック 12…単位セル
12a、12b…端部単位セル 13…積層体
14a、14b…ターミナルプレート 16a、16…絶縁プレート
18a、18b…エンドプレート 22…電解質膜・電極構造体
24、26…セパレータ 30a…酸化剤ガス供給連通孔
30b…酸化剤ガス排出連通孔 32a…冷却媒体供給連通孔
32b…冷却媒体排出連通孔 34a…燃料ガス供給連通孔
34b…燃料ガス排出連通孔 36…固体高分子電解質膜
38…アノード側電極 40…カソード側電極
46、64…酸化剤ガス流路 48、54、68、74…溝部
50、56、70、76…平坦面 52、66…燃料ガス流路
58…冷却媒体流路 60、62…端部セパレータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a fuel comprising: an electrolyte / electrode structure in which a pair of electrodes are provided on both sides of an electrolyte; and a stack in which a plurality of unit cells in which the electrolyte / electrode structure is sandwiched via a separator are stacked. Related to a battery stack.
[0002]
[Prior art]
In general, a polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of an electrolyte membrane composed of a polymer ion exchange membrane (cation exchange membrane). , And a separator. This type of fuel cell is generally used as a fuel cell stack by alternately stacking a predetermined number of electrolyte membrane / electrode structures and separators.
[0003]
In this fuel cell, a fuel gas supplied to the anode electrode, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter, also referred to as a hydrogen-containing gas) is obtained by ionizing hydrogen on the electrode catalyst and passing through the electrolyte to the cathode side. Move to the electrode side. The electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as DC electric energy. Since an oxidant gas, for example, a gas mainly containing oxygen or air (hereinafter also referred to as an oxygen-containing gas) is supplied to the cathode side electrode, hydrogen ions, electrons, And oxygen react to produce water.
[0004]
By the way, in a fuel cell stack, there is a unit cell in which a temperature drop is more likely to be caused by heat radiation to the outside than in other unit cells. For example, a unit cell (hereinafter, also referred to as an end unit cell) disposed at an end in the stacking direction includes, for example, a power extraction terminal (a current collecting plate) for collecting electric charges generated by each unit cell, and a stacked unit cell. A large amount of heat is dissipated by an end plate or the like provided to hold the unit cells, and the above-described temperature drop is remarkable. It has been pointed out that due to this temperature drop, dew condensation is more likely to occur in the end unit cells than in the central part of the fuel cell stack, and the generated water is less discharged, resulting in lower power generation performance.
[0005]
Therefore, for example, as disclosed in Patent Document 1, a groove for cooling fluid flow is not formed in an outer separator constituting an end unit cell, and the separator is cooled by a cooling fluid. There is known a solid polymer electrolyte fuel cell having a simple structure. This prevents the end unit cells from being overcooled.
[0006]
In the stacked fuel cell disclosed in Patent Document 2, gas connect plates are disposed at both ends of the cell stack, and a vacuum layer and an air layer are formed on the gas connect plates. For this reason, the heat radiation to the outside of the cell stack is prevented under the heat insulating effect of the vacuum layer and the air layer.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-8-130028 (FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-7-326379 (FIG. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In this case, Patent Document 1 described above relates to a structure for preventing dew condensation in the end unit cells by preventing the end unit cells from being excessively cooled by the cooling fluid. On the other hand, Patent Literature 2 described above relates to a structure in which heat dissipation to the outside of the cell stack is prevented under the heat insulating action of the vacuum layer and the air layer, thereby preventing dew condensation in the cell stack.
[0009]
As described above, Patent Literatures 1 and 2 basically provide a heat insulating structure for stabilizing the power generation function of an end unit cell or a cell stack when the ambient temperature is about room temperature. However, when starting below the freezing point, the cell temperature must be raised all at once to a temperature at which the generated water does not freeze, and there is a problem that the above Patent Documents 1 and 2 cannot cope.
[0010]
That is, at the time of starting below the freezing point, the blockage of the reaction gas channel due to the freezing of the generated water easily occurs in the diffusion layer constituting the electrolyte membrane / electrode structure. For this reason, the diffusion layer on the gas flow path side needs to be rapidly heated to 0 ° C. or higher. However, according to Patent Documents 1 and 2, the diffusion layer cannot be maintained at 0 ° C. or higher.
[0011]
The present invention is intended to solve this kind of problem, and with a simple configuration, effectively prevents the transfer of heat from the electrolyte / electrode structure of the end unit cell to the end separator. It is an object of the present invention to provide a fuel cell stack capable of improving power generation performance.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the fuel cell stack according to claim 1 of the present invention, the contact area between the separator and the electrolyte / electrode structure constituting at least one end unit cell arranged at the end in the stacking direction of the stack is smaller than that of the end. The contact area is set to be smaller than the contact area between the separator and the electrolyte / electrode structure constituting the unit cell disposed inside the unit cell.
[0013]
For this reason, in the end unit cells, the heat transfer coefficient between the electrolyte / electrode structure and the separator is lower than that of the unit cell side, and the electrolyte / electrode structure can be directly insulated. Therefore, particularly when starting at a temperature below the freezing point, transfer of heat from the electrolyte / electrode structure to the separator is prevented, and it is possible to effectively prevent freezing of generated water due to a decrease in the temperature of the electrolyte / electrode structure. Become.
[0014]
In addition, the contact resistance at the contact portion between the electrolyte / electrode structure and the separator increases. As a result, heat is generated in the contact portion, whereby the temperature of the electrolyte / electrode structure can be quickly raised, and freezing in the electrolyte / electrode structure can be reliably prevented.
[0015]
Further, in the fuel cell stack according to claim 2 of the present invention, the unit cell is opened to face the electrolyte / electrode structure, and a reaction gas flow channel for supplying a reaction gas to the electrode is provided. The unit cell includes an end reaction gas flow channel groove having a flow channel groove width larger than that of the reaction gas flow channel groove. Therefore, with a simple configuration, the heat transfer coefficient between the electrolyte / electrode structure and the separator can be effectively reduced as compared with the unit cell side.
[0016]
Further, in the fuel cell stack according to claim 3 of the present invention, the unit cell is opened to face the electrolyte / electrode structure, and a reaction gas flow channel for supplying a reaction gas to the electrode is provided. The unit cell includes an end reaction gas flow channel having a larger flow channel cross-sectional area than the reaction gas flow channel. For this reason, a larger amount of reaction gas can be supplied to the end reaction gas flow channel than the reaction gas flow channel, and it is possible to improve drainage satisfactorily and to improve power generation performance. It is planned.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic sectional view of a
[0018]
In the
[0019]
As shown in FIG. 2, the
[0020]
One end edge of the
[0021]
The other end edges of the
[0022]
The electrolyte membrane /
[0023]
The
[0024]
An oxidizing
[0025]
As shown in FIG. 3, a fuel
[0026]
As shown in FIG. 2, a cooling
[0027]
The
[0028]
As shown in FIG. 1, the
[0029]
As shown in FIGS. 1 and 4, the oxidizing
[0030]
In the
[0031]
The operation of the
[0032]
As shown in FIG. 1, in the
[0033]
For this reason, as shown in FIG. 2, in the
[0034]
Therefore, in the electrolyte membrane /
[0035]
Next, the fuel gas supplied to the
[0036]
Further, the cooling medium supplied to the cooling
[0037]
On the other hand, in the
[0038]
In this case, in the present embodiment, in the
[0039]
Therefore, in the
[0040]
Moreover, in the
[0041]
Furthermore, the flow channel width H2 of the
[0042]
In order to secure a stoichiometric ratio (the ratio between the amount of reactant gas supplied and the amount of reactant gas actually consumed), the
[0043]
【The invention's effect】
In the fuel cell according to the present invention, the heat transfer coefficient between the separator and the electrolyte / electrode structure constituting at least one end unit cell disposed at the stacking direction end of the stack is higher than the heat transfer coefficient on the unit cell side. , And the electrolyte / electrode structure can be directly insulated. Therefore, particularly when starting at a temperature below the freezing point, transfer of heat from the electrolyte / electrode structure to the separator is prevented, and it is possible to effectively prevent freezing of generated water due to a decrease in the temperature of the electrolyte / electrode structure. Become.
[0044]
In addition, the contact loss at the contact portion between the electrolyte / electrode structure and the separator increases. As a result, heat is generated in the contact portion, whereby the temperature of the electrolyte / electrode structure can be quickly raised, and freezing in the electrolyte / electrode structure can be reliably prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially exploded perspective view of the
FIG. 3 is an explanatory front view of a second separator constituting a unit cell.
FIG. 4 is an explanatory front view of a first end separator constituting the end unit cell.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記積層体の積層方向端部に配置される少なくとも一方の端部単位セルを構成するセパレータと電解質・電極構造体との接触面積が、前記端部単位セルより内方に配置される単位セルを構成するセパレータと電解質・電極構造体との接触面積に比べて小さいことを特徴とする燃料電池スタック。A fuel cell stack comprising: an electrolyte / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte; and a stack of a plurality of unit cells in which the electrolyte / electrode structure is sandwiched via a separator. hand,
The contact area between the separator and the electrolyte / electrode structure constituting at least one end unit cell arranged at the stacking direction end of the laminate, the unit cell arranged inside the end unit cell. A fuel cell stack having a small contact area with a constituent separator and an electrolyte / electrode structure.
前記端部単位セルは、前記反応ガス流路溝に比べて流路溝幅の大きな端部反応ガス流路溝を備えることを特徴とする燃料電池スタック。2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the unit cell disposed inward is opened to face the electrolyte / electrode structure, and has a reaction gas flow channel for supplying a reaction gas to the electrode. 3. Along with
The fuel cell stack according to claim 1, wherein the end unit cell includes an end reaction gas passage groove having a larger passage groove width than the reaction gas passage groove.
前記端部単位セルは、前記反応ガス流路溝に比べて流路溝断面積の大きな端部反応ガス流路溝を備えることを特徴とする燃料電池スタック。3. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the unit cell disposed inward is opened to face the electrolyte / electrode structure, and a reaction gas flow path for supplying a reaction gas to the electrode. 4. With a groove,
The fuel cell stack according to claim 1, wherein the end unit cell includes an end reaction gas passage groove having a larger passage groove cross-sectional area than the reaction gas passage groove.
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| JP2008204833A (en) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fuel cell |
| JP2009259772A (en) * | 2008-03-25 | 2009-11-05 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell stack |
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| JP2014067669A (en) * | 2012-09-27 | 2014-04-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel cell module |
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005340173A (en) * | 2004-04-27 | 2005-12-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fuel cell stack |
| US8101312B2 (en) | 2006-01-26 | 2012-01-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack with improved resistance to flooding |
| JP2008204833A (en) * | 2007-02-21 | 2008-09-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fuel cell |
| JP2009259772A (en) * | 2008-03-25 | 2009-11-05 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell stack |
| WO2009138829A1 (en) * | 2008-03-25 | 2009-11-19 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
| US8663856B2 (en) | 2008-03-25 | 2014-03-04 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell stack |
| JP2014067669A (en) * | 2012-09-27 | 2014-04-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel cell module |
| US20240170693A1 (en) * | 2019-11-12 | 2024-05-23 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel battery stack |
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