【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用コージェネレーションシステム、自動二輪車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等に使用する高分子電解質を用いた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高分子電解質を用いた燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有する酸化剤ガスとを、電気化学的に反応させることで、電力と熱とを同時に発生させるものである。この燃料電池は、基本的には、水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜およびその両面に配置された一対の電極からなる。電極は、白金族金属触媒を担持した導電性カーボン粉末を主成分とする触媒層、およびその外側に形成された、通気性と電子導電性を併せ持つ、例えば撥水処理を施したカーボンペーパーからなるガス拡散層から構成される。
【０００３】
供給される燃料ガスや酸化剤ガスが外にリークしたり、二種類のガスが互いに混合したりしないように、電極の周辺には高分子電解質膜を挟んでガスシール材やガスケットが配置される。このガスシール材やガスケットは、電極及び高分子電解質膜と一体化してあらかじめ組み立てられる。これをＭＥＡ（電解質膜−電極接合体）と呼ぶ。ＭＥＡの外側には、これを機械的に固定するとともに、隣接したＭＥＡを互いに電気的に直列に接続するための導電性のセパレータ板が配置される。導電性セパレータ板のＭＥＡと接触する部分には、電極面に反応ガスを供給し、生成ガスや余剰ガスを運び去るためのガス流路が形成される。ガス流路は、導電性セパレータ板と別に設けることもできるが、導電性セパレータ板の表面に溝を設けてガス流路とする方式が一般的である。
これらのＭＥＡと導電性セパレータ板を交互に重ねていき、１０〜２００セル積層し、集電板と絶縁板を介して端板でこれを挟み、締結ボルトで両端から固定するのが一般的な燃料電池の構造である。
【０００４】
燃料電池を締結するための軸は、導電性セパレータ板内部を貫通するタイプ（例えば、非特許文献１参照。）と、導電性セパレータ板外部を通るタイプが提案されている。体積効率および軽量化の点から、導電性セパレータ板内部を貫通するタイプの方が好ましい。
また、マウント用ブラケットを用いるタイプが提案されている（例えば、特許文献１参照。）このタイプは、部品点数が増加し、燃料電池の構造の複雑化、高コスト化をまねく。
【０００５】
【非特許文献１】
「燃料電池」，燃料電池開発情報センター，２００３年，ＶＯＬ．２，ＮＯ．３，ｐ．９
【特許文献１】
特開２００２−３６７６６５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池の熱効率を良好にするためには、周囲を断熱材で覆うのが一般的である。しかし、燃料電池を締結する軸が、導電性セパレータ板内部を貫通する構造では、燃料電池の底面部が設置面と密着しているため、断熱材の取付けが困難であるという問題がある。
また、燃料電池を所定の位置へ運搬する場合、燃料電池が設置面と密着しているために、作業性が悪くなるという問題がある。
さらに、燃料電池を締結する軸が、導電性セパレータ板内部を貫通している場合、導電性セパレータ板および集電板が燃料電池の設置面と接しているため、外部の物質と接触する機会が増え、導電性セパレータ板への異物付着、損傷、および短絡がもたらす電池破損の可能性を有するという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑み、燃料電池への断熱材取付け等の作業性に優れ、移動および設置が容易で、また、導電性セパレータ板および集電板がむき出しの状態であっても、導電性セパレータ板または集電板の損傷、汚染および短絡がもたらす電池破損がない、高分子電解質型燃料電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高分子電解質膜、前記高分子電解質膜を挟むアノードおよびカソード、アノードに燃料ガスを供給するガス流路を有するアノード側導電性セパレータ板、およびカソードに酸化剤ガスを供給するガス流路を有するカソード側導電性セパレータ板からなる単電池の複数個を積層した積層体、前記積層体を集電板および絶縁板を介して挟む端板、並びに前記端板を締結する締結手段を具備し、前記締結手段の締結用軸が導電性セパレータ板内を貫通する構造を有する燃料電池であって、アノード側およびカソード側の少なくとも一方の絶縁板または端板が、導電性セパレータ板および集電板の端面より設置面側に突出している突出部を有する高分子電解質型燃料電池に関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の燃料電池は、少なくとも一方の端板または絶縁板の端面が、導電性セパレータ板および集電板の端面より設置面側に突出している突出部を有し、この突出部を有する端板または絶縁板により単電池積層体および集電板を設置面から隔離するように燃料電池を支持する構成を有する。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、アノード側端板およびカソード側端板が、燃料電池の設置面側に突出部を有し、これらの端板により前記単電池の積層体および集電板を設置面から隔離して支持している。
本発明の他の好ましい実施の形態においては、アノード側絶縁板およびカソード側絶縁板が、燃料電池の設置面側に突出部を有し、これらの絶縁板により前記単電池の積層体および集電板を設置面から隔離して支持している。
本発明のさらに好ましい実施の形態においては、アノード側端板または絶縁板、およびカソード側絶縁板または端板が、燃料電池の設置面側に突出部を有し、これらの端板および絶縁板により前記単電池の積層体および集電板を設置面から隔離して支持している。
また、本発明の好ましい実施の形態においては、アノード側およびカソード側のうち一方の端板または絶縁板が、燃料電池の設置面側に突出部を有し、この端板または絶縁板と他方の端板とにより前記単電池の積層体および集電板を設置面から隔離して支持している。
以上の実施の形態において、アノード側の端板または絶縁板およびカソード側の端板または絶縁板が、設置面側と反対側の端面に突出部を有し、前記突出部は把手を有する。
【００１１】
本発明の好ましい燃料電池の一例を図３に示す。図において、設置面４０側に突出している突出部は、アノード側端板３６およびカソード側端板３５に有している。端板は、ステンレス鋼ＳＵＳ３０３などの硬い材質であることが好ましいが、適当な剛性と強度を有していれば他の金属材料でも良い。
【００１２】
また、本発明の別の好ましい燃料電池の一例を図５に示す。図において、設置面４０側と反対側に突出している突出部は、アノード側絶縁板３４Ａおよびカソード側絶縁板３３Ａに有している。絶縁板は、ＰＴＦＥなどの加工しやすい材質であることが好ましいが、それ以外の絶縁樹脂材料でも良い。
【００１３】
このように本発明の燃料電池は、絶縁板または端板の端面が、導電性セパレータ板および集電板の端面より設置面側に突出している突出部を有することにより、燃料電池への断熱材取付け等の作業性に優れ、移動および設置が容易で、また、導電性セパレータ板および集電板がむき出しの状態においても、導電性セパレータ板または集電板の損傷、汚染および短絡がもたらす電池破損がない、燃料電池を提供できる。
【００１４】
また、絶縁板または端板の端面が、設置面側と反対側の端面より突出している突出部を有し、この突出部に把手を設けることにより、加工時の作業性および燃料電池の移動時の運搬性向上が促進される。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００１６】
図１は本発明の各実施例および比較例において作製した高分子電解質型燃料電池の単電池の構成を示す横断面図である。
まず、各実施例および比較例における燃料電池に共通した電池の構造を図１を参照して説明する。
【００１７】
単電池１０は、高分子電解質膜１１、およびこれを挟むカソード１２およびアノード１３からなる電解質膜−電極接合体（ＭＥＡ）１８、カソード１２へ酸化剤ガスを供給するガス流路１４を有するカソード側導電性セパレータ板１６、およびアノード１３へ燃料ガスを供給するガス流路１５を有するアノード側導電性セパレータ板１７から構成されている。ＭＥＡ１８は、電解質膜１１の周縁部を挟むガスケット１９を有する。導電性セパレータ板１６および１７は、それぞれ背面に冷却水の流路を構成する溝２２および２３を有する。
【００１８】
この単電池を積層した燃料電池においては、１つの単電池のカソード側導電性セパレータ板１６と、これに隣接する単電池のアノード側導電性セパレータ板１７との間に、溝２２と２３による冷却水の流路が形成される。また、導電性セパレータ板１６および１７並びにＭＥＡ１８は、周縁部に酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却水の各入り口側マニホールド孔、出口側マニホールド孔、および締結軸用孔を有している。そして、酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却水は、それぞれ入り口側マニホールド孔からガス流路１４、１５および冷却水の流路に流入し、出口側マニホールド孔から排出される。図１では、燃料ガスの一対のマニホールド孔２５および締結軸用孔２６のみを示している。
【００１９】
カソード側導電性セパレータ板１６およびアノード側導電性セパレータ板１７は、いずれも大きさが１６０ｍｍ角、厚さが５ｍｍであり、ガス流路１４および１５の深さは２ｍｍ、幅は２ｍｍである。高分子電解質膜１１には、市販品（デュポン（株）製のＮａｆｉｏｎ膜）を用い、電極触媒にはＰｔ担持カーボンを、ガス拡散層にはカーボンペーパーをそれぞれ用いた。単電池１０を３０セル積層した。この単電池積層体を含む燃料電池の一例を図３に示す。単電池積層体３０の一方の端には、カソード側集電板３１および絶縁板３３を介してカソード側端板３５を、また他方の端にはアノード側集電板３２および絶縁板３４を介してアノード側端板３６をそれぞれ重ね合わせ、締結ボルトで締め付けて燃料電池を構成した。単電池積層体３０の両端部のカソード側導電性セパレータ板およびアノード側導電性セパレータ板は、背面に冷却水のための溝は設けていない。
【００２０】
《実施例１》
図２は本実施例の燃料電池の正面図であり、図３はその右側面図である。これらの図においては、酸化剤ガス、燃料ガスおよび冷却水の各マニホールド孔に繋がる管および締結具は省略し、図２に締結具の頭部３８のみを示した。
本実施例では、燃料電池の設置面４０側に突出する突出部を有するカソード側端板３５およびアノード側端板３６を用いた。
【００２１】
燃料電池の設置面４０に接しているのは、カソード側端板３５およびアノード側端板３６であり、各セルの導電性セパレータ板、カソード側集電板３１およびアノード側集電板３２、絶縁板３３および３４は、設置面４０から１０ｍｍ離れている。
この燃料電池を断熱材で覆う作業に要した時間は、１０分であった。この燃料電池を所定の位置まで運搬するのに要した時間は、１０分であった。また、設置面側の導電性セパレータ板への異物の付着、損傷は無かった。
【００２２】
《実施例２》
図４は本実施例の燃料電池の正面図であり、図５はその右側面図である。図４および５において、図２および３と同じ構成については同じ符号を用いて説明を省略する。以下の図においても同様とする。
本実施例では、実施例１と同様に突出部を有するカソード側端板３５およびアノード側端板３６の他に、設置面４０側と反対側の端面より突出している突出部を有する絶縁板３３Ａおよび３４Ａを用いた。
【００２３】
燃料電池の設置面４０に接しているのは、カソード側端板３５およびアノード側端板３６であり、各セルの導電性セパレータ板、カソード側集電板３１およびアノード側集電板３２、絶縁板３３Ａおよび３４Ａは、設置面４０から１０ｍｍ離れている。カソード側絶縁板３３Ａおよびアノード側絶縁板３４Ａは、設置面４０の反対側に突出部を配置し、突出部には、把手３９を有している。
この燃料電池を断熱材で覆う作業に要した時間は、１０分であった。この燃料電池を所定の位置まで運搬するのに要した時間は、５分であった。また、設置面側の導電性セパレータ板への異物の付着、損傷は無かった。
【００２４】
図５では、カソード側絶縁板３３Ａおよびアノード側絶縁板３４Ａが、設置面４０側と反対側の端面に突出部を有するようにしたが、同様の突出部をカソード側端板３５およびアノード側端板３６に有するようにしてもよい。
【００２５】
《実施例３》
図６は本実施例の燃料電池の正面図であり、図７はその右側面図である。
本実施例では、燃料電池の設置面４０側に突出する突出部を有するカソード側絶縁板３３Ｂおよびアノード側絶縁板３４Ｂを用いた。
【００２６】
燃料電池の設置面４０に接しているのは、カソード側絶縁板３３Ｂおよびアノード側絶縁板３４Ｂであり、各セルの導電性セパレータ板、カソード側集電板３１およびアノード側集電板３２、端板３５Ｂおよび３６Ｂは、設置面４０から１０ｍｍ離れている。
この燃料電池を断熱材で覆う作業に要した時間は、１０分であった。この燃料電池を所定の位置まで運搬するのに要した時間は、７分であった。また、設置面側の導電性セパレータ板への異物の付着、損傷は無かった。
【００２７】
《実施例４》
図８は本実施例の燃料電池の右側面図である。
本実施例では、燃料電池の設置面４０側に突出する突出部を有するカソード側絶縁板３３Ｂおよびアノード側端板３６を用いた。
【００２８】
燃料電池の設置面４０に接しているのは、カソード側絶縁板３３Ｂおよびアノード側端板３６であり、各セルの導電性セパレータ板、カソード側集電板３１およびアノード側集電板３２、カソード側端板３５Ｂ、アノード側絶縁板３４は、設置面４０から１０ｍｍ離れている。
この燃料電池を断熱材で覆う作業に要した時間は、１０分であった。この燃料電池を所定の位置まで運搬するのに要した時間は、８分であった。また、設置面側の導電性セパレータ板への異物の付着、損傷は無かった。
【００２９】
図８では、カソード側絶縁板３３Ｂおよびアノード側端板３６が、設置面４０側に突出部を有し、設置面４０と接するようにしたが、同様の突出部をカソード側端板３５Ｂおよびアノード側絶縁板３４に設けて、設置面４０と接するようにしてもよい。
【００３０】
《実施例５》
図９は本実施例の燃料電池の側面図である。
本実施例では、燃料電池の設置面４０側に突出する突出部を有するアノード側端板３６を用いた。
燃料電池の設置面４０に接しているのは、カソード側端板３５Ｂおよびアノード側端板３６であり、各セルの導電性セパレータ板、カソード側集電板３１およびアノード側集電板３２、絶縁板３３および３４は、設置面４０から最大１０ｍｍ離れている。
【００３１】
この燃料電池を断熱材で覆う作業に要した時間は、１５分であった。この燃料電池を所定の位置まで運搬するのに要した時間は、１５分であった。また、設置面側の導電性セパレータ板への異物の付着、損傷は無かった。
図９では、設置面４０側に突出部を有するアノード側端板３６と、カソード側端板３５Ｂとが設置面４０と接するようにしたが、同様の突出部をカソード側端板３５Ｂに設けて、突出部を有するカソード側端板と、突出部を有さないアノード側端板とにより、単電池積層体３０および集電板３１、３２を設置面４０から隔離して支持するようにしてもよい。
【００３２】
《実施例６》
図１０は本実施例の燃料電池の側面図である。
本実施例では、燃料電池の設置面４０側に突出する突出部を有するアノード側絶縁板３４Ｂを用いた。
燃料電池の設置面４０に接しているのは、カソード側端板３５Ｂおよびアノード側絶縁板３４Ｂであり、各セルの導電性セパレータ板、カソード側集電板３１およびアノード側集電板３２、カソード側絶縁板３３、アノード側端板３６Ｂは、設置面４０から最大１０ｍｍ離れている。
【００３３】
この燃料電池を断熱材で覆う作業に要した時間は、１５分であった。この燃料電池を所定の位置まで運搬するのに要した時間は、１３分であった。また、設置面側の導電性セパレータ板への異物の付着、損傷は無かった。
図１０では、設置面４０側に突出部を有するアノード側絶縁板３４Ｂと、カソード側端板３５Ｂとが設置面４０と接するようにしたが、同様の突出部をカソード側絶縁板３３に設けて、突出部を有するカソード側絶縁板と、突出部を有さないアノード側端板とにより、単電池積層体３０および集電板３１、３２を設置面４０から隔離して支持するようにしてもよい。
【００３４】
《比較例１》
図１１は比較例の燃料電池の正面図であり、図１２はその右側面図である。
各セルの導電性セパレータ板、カソード側集電板３１およびアノード側集電板３２、絶縁板３３および３４、端板３５Ｂおよび３６Ｂの全てが、燃料電池の設置面４０に接している
この燃料電池を断熱材で覆う作業に要した時間は、２０分であった。この燃料電池を所定の位置まで運搬するのに要した時間は、２０分であった。また、設置面側の導電性セパレータ板への異物の付着が確認されたが、損傷は無かった。
【００３５】
実施例１〜６および比較例１の結果から、燃料電池の設置面から導電性セパレータ板および集電板を離すことにより、作業性の向上、および導電性セパレータ板の設置面側への異物付着の低減が確認された。さらに、燃料電池の設置面と反対側に把手を有する突出部を設けることにより、運搬性の向上も確認された。
【００３６】
本発明は、各実施例に記載の端板および絶縁板の形状などに限定されるものではなく、発明の趣旨から容易に置換可能な様々な修正および変形が可能である。材質に関しても、発明の趣旨から容易に置換可能な様々な材質が可能である。さらに、各実施例は高分子電解質型燃料電池に関するものであるが、本発明は、電池発電時に電気化学反応によりカソード側で反応生成物として水が生成される燃料電池の全てに適用した場合に、大きな効果が得られる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、アノード側およびカソード側の少なくとも一方の絶縁板または端板が、導電性セパレータ板および集電板の端面より設置面側に突出している突出部を有することにより、燃料電池への断熱材取付け等の作業性に優れ、導電性セパレータ板への異物付着、損傷、および短絡がもたらす電池破損が無い高分子電解質型燃料電池を提供することができる。
さらに、燃料電池の設置面と反対側の端面に把手を有する突出部を設けることにより、作業性、運搬性を良好にした高分子電解質型燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高分子電解質型燃料電池の単電池の構成を示す横断面図である。
【図２】本発明の実施例１の燃料電池の正面図である。
【図３】同燃料電池の右側面図である。
【図４】本発明の実施例２の燃料電池の正面図である。
【図５】同燃料電池の右側面図である。
【図６】本発明の実施例３の燃料電池の正面図である。
【図７】同燃料電池の右側面図である。
【図８】本発明の実施例４の燃料電池の右側面図である。
【図９】本発明の実施例５の燃料電池の側面図である。
【図１０】本発明の実施例６の燃料電池の側面図である。
【図１１】比較例１の燃料電池の正面図である。
【図１２】同燃料電池の右側面図である。
【符号の説明】
１０ 単電池
１１ 高分子電解質膜
１２ カソード
１３ アノード
１４、１５ ガス流路
１６、１７導電性セパレータ板
１８ ＭＥＡ
１９ ガスケット
２２、２３ 冷却水流路
２５ 燃料ガスのマニホールド孔
２６ 締結軸用孔
３０ 単電池積層体
３１ カソード側集電板
３２ アノード側集電板
３３ カソード側絶縁板
３４ アノード側絶縁板
３５ カソード側端板
３６ アノード側端板
３８ 締結具の頭部
３９ 把手
４０ 燃料電池の設置面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell using a polymer electrolyte for use in a home cogeneration system, a motorcycle, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, and the like.
[0002]
[Prior art]
A fuel cell using a polymer electrolyte generates electricity and heat simultaneously by electrochemically reacting a fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen such as air. . This fuel cell basically includes a polymer electrolyte membrane for selectively transporting hydrogen ions and a pair of electrodes disposed on both surfaces thereof. The electrode is composed of a catalyst layer mainly composed of a conductive carbon powder carrying a platinum group metal catalyst, and a carbon paper formed on the outside thereof and having both air permeability and electronic conductivity, for example, water-repellent treatment. It is composed of a gas diffusion layer.
[0003]
A gas sealing material or gasket is placed around the electrode so that the supplied fuel gas and oxidizing gas do not leak out and the two types of gases do not mix with each other with the polymer electrolyte membrane interposed therebetween. . The gas seal material and the gasket are assembled in advance with the electrode and the polymer electrolyte membrane. This is called an MEA (electrolyte membrane-electrode assembly). Outside the MEA, a conductive separator plate for mechanically fixing the MEA and electrically connecting adjacent MEAs to each other in series is arranged. A gas flow path for supplying a reaction gas to the electrode surface and carrying away generated gas and surplus gas is formed in a portion of the conductive separator plate that contacts the MEA. Although the gas flow path can be provided separately from the conductive separator plate, a general method is to provide a groove on the surface of the conductive separator plate to form a gas flow path.
These MEAs and conductive separator plates are alternately stacked, 10 to 200 cells are stacked, sandwiched between end plates via a current collector plate and an insulating plate, and fixed from both ends with fastening bolts. It is a structure of a fuel cell.
[0004]
As a shaft for fastening the fuel cell, a type that penetrates the inside of the conductive separator plate (for example, see Non-Patent Document 1) and a type that passes outside the conductive separator plate have been proposed. The type penetrating through the inside of the conductive separator plate is preferable from the viewpoint of volume efficiency and weight reduction.
Further, a type using a mounting bracket has been proposed (for example, see Patent Document 1). This type increases the number of components, and leads to a complicated structure and high cost of the fuel cell.
[0005]
[Non-patent document 1]
"Fuel Cell", Fuel Cell Development Information Center, 2003, VOL. 2, NO. 3, p. 9
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-376665
[Problems to be solved by the invention]
In order to improve the thermal efficiency of a fuel cell, it is common to cover the periphery with a heat insulating material. However, in a structure in which the shaft for fastening the fuel cell passes through the inside of the conductive separator plate, there is a problem that it is difficult to attach a heat insulating material since the bottom surface of the fuel cell is in close contact with the installation surface.
Further, when the fuel cell is transported to a predetermined position, there is a problem that workability is deteriorated because the fuel cell is in close contact with the installation surface.
Further, when the shaft for fastening the fuel cell penetrates through the inside of the conductive separator plate, the conductive separator plate and the current collector plate are in contact with the installation surface of the fuel cell, so that there is an opportunity to come into contact with an external substance. In addition, there is also a problem that the battery may be damaged due to the attachment of foreign matter to the conductive separator plate, damage, and short circuit.
[0007]
In view of the above, the present invention is excellent in workability such as attachment of a heat insulating material to a fuel cell, is easy to move and install, and has a conductive property even when the conductive separator plate and the current collector plate are exposed. It is an object of the present invention to provide a polymer electrolyte fuel cell free from battery damage caused by damage, contamination and short circuit of a separator plate or a current collector plate.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a polymer electrolyte membrane, an anode and a cathode sandwiching the polymer electrolyte membrane, an anode-side conductive separator plate having a gas flow path for supplying a fuel gas to the anode, and a gas flow for supplying an oxidant gas to the cathode. A plurality of unit cells each including a cathode-side conductive separator plate having a path, a stacked body in which a plurality of unit cells are stacked, an end plate that sandwiches the stacked body via a current collector plate and an insulating plate, and a fastening unit that fastens the end plate. A fuel cell having a structure in which a fastening shaft of the fastening means penetrates through a conductive separator plate, wherein at least one of an insulating plate or an end plate on an anode side and a cathode side has a conductive separator plate and a current collector. The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell having a protrusion protruding from an end surface of a plate toward an installation surface.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The fuel cell according to the present invention has an end plate having at least one end plate or an end surface of the insulating plate projecting toward the installation surface side from the end surfaces of the conductive separator plate and the current collector plate. Alternatively, the fuel cell is configured to support the fuel cell such that the unit cell stack and the current collector are separated from the installation surface by an insulating plate.
[0010]
In a preferred embodiment of the present invention, the anode-side end plate and the cathode-side end plate have protrusions on the installation surface side of the fuel cell, and the end plates serve to stack the unit cell and the current collector plate. It is supported separately from the installation surface.
In another preferred embodiment of the present invention, the anode-side insulating plate and the cathode-side insulating plate have protrusions on the side of the fuel cell installation surface, and these insulating plates form a stack of the unit cells and a current collector. The board is supported separately from the installation surface.
In a further preferred embodiment of the present invention, the anode-side end plate or insulating plate and the cathode-side insulating plate or end plate have a protruding portion on the fuel cell installation surface side, and these end plates and insulating plate The unit cell stack and the current collector are supported separately from the installation surface.
Further, in a preferred embodiment of the present invention, one end plate or insulating plate of the anode side and the cathode side has a protruding portion on the installation surface side of the fuel cell, and this end plate or insulating plate and the other side. The end plate supports the stacked body of the unit cells and the current collector plate separately from the installation surface.
In the above embodiment, the anode-side end plate or insulating plate and the cathode-side end plate or insulating plate have a protrusion on the end surface opposite to the installation surface side, and the protrusion has a handle.
[0011]
FIG. 3 shows an example of the preferred fuel cell of the present invention. In the figure, the protrusions protruding toward the installation surface 40 are provided on the anode end plate 36 and the cathode end plate 35. The end plate is preferably made of a hard material such as stainless steel SUS303, but may be another metal material having appropriate rigidity and strength.
[0012]
FIG. 5 shows an example of another preferred fuel cell of the present invention. In the figure, the protruding portions protruding on the opposite side to the installation surface 40 side are provided on the anode-side insulating plate 34A and the cathode-side insulating plate 33A. The insulating plate is preferably made of a material that can be easily processed, such as PTFE, but may be another insulating resin material.
[0013]
As described above, the fuel cell according to the present invention has an insulating plate or an end plate having a protruding portion that protrudes from the end surfaces of the conductive separator plate and the current collector plate toward the installation surface, thereby providing a heat insulating material for the fuel cell. Excellent workability such as installation, easy to move and install, and even when the conductive separator plate and current collector plate are exposed, battery damage caused by damage, contamination and short circuit of the conductive separator plate or current collector plate No fuel cell can be provided.
[0014]
Further, the end surface of the insulating plate or the end plate has a protruding portion protruding from the end surface on the side opposite to the installation surface side, and by providing a handle on this protruding portion, the workability during processing and the movement of the fuel cell can be improved. The improvement of transportability is promoted.
[0015]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[0016]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a unit cell of a polymer electrolyte fuel cell manufactured in each of the examples and comparative examples of the present invention.
First, the structure of a cell common to the fuel cells in each of Examples and Comparative Examples will be described with reference to FIG.
[0017]
The cell 10 has a polymer electrolyte membrane 11, an electrolyte membrane-electrode assembly (MEA) 18 including a cathode 12 and an anode 13 sandwiching the polymer electrolyte membrane 11, and a cathode side having a gas flow path 14 for supplying an oxidant gas to the cathode 12. It comprises a conductive separator plate 16 and an anode-side conductive separator plate 17 having a gas channel 15 for supplying a fuel gas to the anode 13. The MEA 18 has a gasket 19 that sandwiches the periphery of the electrolyte membrane 11. The conductive separator plates 16 and 17 have grooves 22 and 23, respectively, that form cooling water channels on the back surface.
[0018]
In this fuel cell in which the unit cells are stacked, cooling is performed by the grooves 22 and 23 between the cathode-side conductive separator plate 16 of one unit cell and the anode-side conductive separator plate 17 of the adjacent unit cell. A water flow path is formed. In addition, the conductive separator plates 16 and 17 and the MEA 18 have an inlet-side manifold hole, an outlet-side manifold hole, and a fastening shaft hole for each of the oxidizing gas, the fuel gas, and the cooling water at the peripheral edge. Then, the oxidizing gas, the fuel gas, and the cooling water flow into the gas flow paths 14, 15 and the cooling water flow from the inlet-side manifold holes, respectively, and are discharged from the outlet-side manifold holes. FIG. 1 shows only the pair of manifold holes 25 and the holes 26 for the fastening shaft of the fuel gas.
[0019]
Each of the cathode-side conductive separator plate 16 and the anode-side conductive separator plate 17 has a size of 160 mm square and a thickness of 5 mm, and the gas channels 14 and 15 have a depth of 2 mm and a width of 2 mm. A commercially available product (a Nafion membrane manufactured by DuPont) was used for the polymer electrolyte membrane 11, Pt-supported carbon was used for the electrode catalyst, and carbon paper was used for the gas diffusion layer. 30 single cells 10 were stacked. FIG. 3 shows an example of a fuel cell including the unit cell stack. At one end of the unit cell stack 30, a cathode-side end plate 35 is provided via a cathode-side current collector 31 and an insulating plate 33, and at the other end, an anode-side current collector 32 and an insulating plate 34 are provided. The anode-side end plates 36 were overlapped with each other, and fastened with fastening bolts to form a fuel cell. The cathode-side conductive separator plate and the anode-side conductive separator plate at both ends of the unit cell stack 30 do not have grooves for cooling water on the back surface.
[0020]
<< Example 1 >>
FIG. 2 is a front view of the fuel cell of this embodiment, and FIG. 3 is a right side view thereof. In these drawings, pipes and fasteners connected to the manifold holes of the oxidizing gas, fuel gas and cooling water are omitted, and only the fastener head 38 is shown in FIG.
In this embodiment, the cathode side end plate 35 and the anode side end plate 36 having the protruding portions protruding toward the installation surface 40 side of the fuel cell are used.
[0021]
In contact with the installation surface 40 of the fuel cell are a cathode-side end plate 35 and an anode-side end plate 36, a conductive separator plate of each cell, a cathode-side current collector 31 and an anode-side current collector 32, The plates 33 and 34 are separated from the mounting surface 40 by 10 mm.
The time required to cover the fuel cell with the heat insulating material was 10 minutes. The time required to transport the fuel cell to a predetermined position was 10 minutes. In addition, there was no adhesion or damage of foreign matter to the conductive separator plate on the installation surface side.
[0022]
<< Example 2 >>
FIG. 4 is a front view of the fuel cell of this embodiment, and FIG. 5 is a right side view thereof. 4 and 5, the same components as those in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The same applies to the following drawings.
In this embodiment, similarly to the first embodiment, in addition to the cathode side end plate 35 and the anode side end plate 36 having the protruding portions, the insulating plate 33A having the protruding portions protruding from the end surface opposite to the installation surface 40 side. And 34A were used.
[0023]
In contact with the installation surface 40 of the fuel cell are a cathode-side end plate 35 and an anode-side end plate 36, a conductive separator plate of each cell, a cathode-side current collector 31 and an anode-side current collector 32, The plates 33A and 34A are 10 mm away from the mounting surface 40. The cathode-side insulating plate 33A and the anode-side insulating plate 34A have a protrusion disposed on the opposite side of the installation surface 40, and the protrusion has a handle 39.
The time required to cover the fuel cell with the heat insulating material was 10 minutes. The time required to transport this fuel cell to a predetermined position was 5 minutes. In addition, there was no adhesion or damage of foreign matter to the conductive separator plate on the installation surface side.
[0024]
In FIG. 5, the cathode-side insulating plate 33A and the anode-side insulating plate 34A have projections on the end surface opposite to the installation surface 40 side, but similar projections are formed on the cathode-side end plate 35 and the anode-side end plate. The plate 36 may be provided.
[0025]
<< Example 3 >>
FIG. 6 is a front view of the fuel cell of this embodiment, and FIG. 7 is a right side view thereof.
In this embodiment, the cathode-side insulating plate 33B and the anode-side insulating plate 34B having the protruding portions protruding toward the installation surface 40 of the fuel cell are used.
[0026]
In contact with the installation surface 40 of the fuel cell are a cathode-side insulating plate 33B and an anode-side insulating plate 34B, and a conductive separator plate, a cathode-side current collector 31 and an anode-side current collector 32 of each cell. The plates 35B and 36B are separated from the mounting surface 40 by 10 mm.
The time required to cover the fuel cell with the heat insulating material was 10 minutes. The time required to transport this fuel cell to a predetermined position was 7 minutes. In addition, there was no adhesion or damage of foreign matter to the conductive separator plate on the installation surface side.
[0027]
<< Example 4 >>
FIG. 8 is a right side view of the fuel cell according to the present embodiment.
In the present embodiment, the cathode-side insulating plate 33B and the anode-side end plate 36 having the protruding portions protruding toward the installation surface 40 side of the fuel cell are used.
[0028]
In contact with the installation surface 40 of the fuel cell are a cathode-side insulating plate 33B and an anode-side end plate 36, a conductive separator plate of each cell, a cathode-side current collector 31 and an anode-side current collector 32, and a cathode. The side end plate 35B and the anode-side insulating plate 34 are separated from the installation surface 40 by 10 mm.
The time required to cover the fuel cell with the heat insulating material was 10 minutes. The time required to transport this fuel cell to a predetermined position was 8 minutes. In addition, there was no adhesion or damage of foreign matter to the conductive separator plate on the installation surface side.
[0029]
In FIG. 8, the cathode-side insulating plate 33B and the anode-side end plate 36 have a projection on the installation surface 40 side and come into contact with the installation surface 40. It may be provided on the side insulating plate 34 so as to be in contact with the installation surface 40.
[0030]
<< Example 5 >>
FIG. 9 is a side view of the fuel cell of this embodiment.
In this embodiment, the anode-side end plate 36 having a protruding portion protruding toward the installation surface 40 of the fuel cell is used.
In contact with the installation surface 40 of the fuel cell are a cathode-side end plate 35B and an anode-side end plate 36, and a conductive separator plate, a cathode-side current collector 31 and an anode-side current collector 32 of each cell, and an insulator. The plates 33 and 34 are separated from the mounting surface 40 by a maximum of 10 mm.
[0031]
The time required for covering the fuel cell with the heat insulating material was 15 minutes. The time required to transport this fuel cell to a predetermined position was 15 minutes. In addition, there was no adhesion or damage of foreign matter to the conductive separator plate on the installation surface side.
In FIG. 9, the anode-side end plate 36 having a projection on the installation surface 40 side and the cathode-side end plate 35B are in contact with the installation surface 40, but a similar projection is provided on the cathode-side end plate 35B. The unit cell stack 30 and the current collector plates 31 and 32 may be supported by being separated from the installation surface 40 by the cathode end plate having the protrusion and the anode end plate having no protrusion. Good.
[0032]
<< Example 6 >>
FIG. 10 is a side view of the fuel cell of this embodiment.
In this embodiment, an anode-side insulating plate 34B having a protruding portion protruding toward the installation surface 40 of the fuel cell is used.
In contact with the installation surface 40 of the fuel cell are a cathode-side end plate 35B and an anode-side insulating plate 34B, and a conductive separator plate, a cathode-side current collector 31 and an anode-side current collector 32 of each cell, and a cathode. The side insulating plate 33 and the anode side end plate 36B are separated from the installation surface 40 by a maximum of 10 mm.
[0033]
The time required for covering the fuel cell with the heat insulating material was 15 minutes. The time required to transport this fuel cell to a predetermined position was 13 minutes. In addition, there was no adhesion or damage of foreign matter to the conductive separator plate on the installation surface side.
In FIG. 10, the anode-side insulating plate 34 </ b> B having a protrusion on the installation surface 40 side and the cathode-side end plate 35 </ b> B are in contact with the installation surface 40, but a similar protrusion is provided on the cathode-side insulation plate 33. Also, the unit cell stack 30 and the current collector plates 31 and 32 may be supported separately from the installation surface 40 by the cathode-side insulating plate having the protrusion and the anode-side end plate having no protrusion. Good.
[0034]
<< Comparative Example 1 >>
FIG. 11 is a front view of a fuel cell of a comparative example, and FIG. 12 is a right side view thereof.
In this fuel cell, all of the conductive separator plate, the cathode-side current collector 31 and the anode-side current collector 32, the insulating plates 33 and 34, and the end plates 35B and 36B of each cell are in contact with the installation surface 40 of the fuel cell. The time required for the operation of covering with a heat insulating material was 20 minutes. The time required to transport this fuel cell to a predetermined position was 20 minutes. In addition, adhesion of foreign matter to the conductive separator plate on the installation surface side was confirmed, but no damage was found.
[0035]
From the results of Examples 1 to 6 and Comparative Example 1, the workability was improved and the foreign matter adhered to the installation surface side of the conductive separator plate by separating the conductive separator plate and the current collector plate from the installation surface of the fuel cell. Was confirmed to be reduced. Further, by providing a protrusion having a handle on the side opposite to the installation surface of the fuel cell, it was also confirmed that the transportability was improved.
[0036]
The present invention is not limited to the shape of the end plate and the insulating plate described in each embodiment, and various modifications and variations that can be easily replaced from the gist of the invention are possible. As for the material, various materials that can be easily replaced from the purpose of the invention are possible. Further, although each of the embodiments relates to a polymer electrolyte fuel cell, the present invention is applicable to all fuel cells in which water is generated as a reaction product on the cathode side by an electrochemical reaction during battery power generation. A great effect can be obtained.
[0037]
【The invention's effect】
According to the present invention, at least one of the insulating plate or the end plate on the anode side and the cathode side has a protruding portion that protrudes from the end surfaces of the conductive separator plate and the current collector plate toward the installation surface, so that the fuel cell can be used. It is possible to provide a polymer electrolyte fuel cell which is excellent in workability such as attachment of a heat insulating material, and free from damage to the battery caused by adhesion of foreign matter to the conductive separator plate, damage, and short circuit.
Further, by providing a protruding portion having a handle on the end surface opposite to the installation surface of the fuel cell, a polymer electrolyte fuel cell with improved workability and transportability can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a unit cell of a polymer electrolyte fuel cell.
FIG. 2 is a front view of the fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a right side view of the fuel cell.
FIG. 4 is a front view of a fuel cell according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is a right side view of the fuel cell.
FIG. 6 is a front view of a fuel cell according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 7 is a right side view of the fuel cell.
FIG. 8 is a right side view of a fuel cell according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 9 is a side view of a fuel cell according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 10 is a side view of a fuel cell according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 11 is a front view of the fuel cell of Comparative Example 1.
FIG. 12 is a right side view of the fuel cell.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 10 unit cell 11 polymer electrolyte membrane 12 cathode 13 anode 14, 15 gas flow path 16, 17 conductive separator plate 18 MEA
19 Gaskets 22, 23 Cooling Water Channel 25 Fuel Gas Manifold Hole 26 Fastening Shaft Hole 30 Cell Stack 31 Cathode Current Collector 32 Anode Collector 33 Cathode Insulator 34 Anode Insulator 35 Cathode End Plate 36 Anode-side end plate 38 Head of fastener 39 Handle 40 Installation surface of fuel cell