[go: up one dir, main page]

JP2014044815A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP2014044815A
JP2014044815A JP2012185309A JP2012185309A JP2014044815A JP 2014044815 A JP2014044815 A JP 2014044815A JP 2012185309 A JP2012185309 A JP 2012185309A JP 2012185309 A JP2012185309 A JP 2012185309A JP 2014044815 A JP2014044815 A JP 2014044815A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power generation
fuel cell
gas
groove
cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012185309A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Tsubosaka
健二 壷阪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2012185309A priority Critical patent/JP2014044815A/en
Publication of JP2014044815A publication Critical patent/JP2014044815A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】不純物トラップ機構が不純物によって目詰まりしてしまうことを解消する。
【解決手段】複数の発電モジュール2を積層した燃料電池であって、各発電モジュール2に不純物トラップ機構10を有している。不純物トラップ機構10はGDL42,43あるいは流路形成部材20のガス導入側の非発電領域に設けられた溝4によって構成されている。不純物トラップ機構10は、更に溝4にガスを誘導する誘導部材5を有することが好ましく、溝4にガスが導入される導入口に形成されていることが好ましい。
【選択図】図5
An impurity trap mechanism is prevented from being clogged with impurities.
A fuel cell in which a plurality of power generation modules are stacked, and each power generation module has an impurity trap mechanism. The impurity trap mechanism 10 is configured by the grooves 4 provided in the non-power generation region on the gas introduction side of the GDLs 42 and 43 or the flow path forming member 20. The impurity trapping mechanism 10 preferably further includes a guide member 5 that guides the gas into the groove 4, and is preferably formed at an introduction port through which the gas is introduced into the groove 4.
[Selection] Figure 5

Description

本発明は、燃料電池に関する。   The present invention relates to a fuel cell.

燃料電池において、発電モジュールである各燃料電池セルに供給される反応ガス(燃料ガス、酸化ガス)および冷媒などの流体に不純物が含まれていると、当該不純物は燃料電池を劣化させる原因となる場合がある。このような不純物としては、例えば、配管系鉄錆、ポンプのフッ素系樹脂の磨耗粉などがガス流中に含まれる水分中でイオンとなっているものや、イオンとならないで異物となっているもの等が挙げられる。一例として、イオンが触媒に付着すると触媒性能を低下させることがあるし、電解質膜中に入ると、プロトン移動に使われる分子にイオンが付くことによって、プロトンの膜中の移動を阻害する結果、燃料電池を劣化させることもある。   In a fuel cell, if impurities such as a reaction gas (fuel gas, oxidizing gas) and a refrigerant supplied to each fuel cell serving as a power generation module contain impurities, the impurities cause deterioration of the fuel cell. There is a case. As such impurities, for example, piping iron rust, abrasion powder of fluorine resin of pumps, etc. become ions in moisture contained in the gas flow, or become foreign substances without becoming ions. And the like. As an example, if the ions adhere to the catalyst, the catalyst performance may be reduced, and when entering the electrolyte membrane, ions are attached to the molecules used for proton transfer, thereby inhibiting the movement of protons in the membrane. The fuel cell may be deteriorated.

このような問題を回避するべく、従来、不純物を捕えるための不純物トラップ機構(例えばイオン交換樹脂など)を、発電モジュールとは別に設けた燃料電池が提案されている(例えば特許文献1参照)。   In order to avoid such a problem, conventionally, a fuel cell in which an impurity trap mechanism (for example, an ion exchange resin) for capturing impurities is provided separately from the power generation module has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2008−135188号公報JP 2008-135188 A

しかしながら、例えば、エアコンプレッサの摩耗粉のようなある程度体積を有する不純物が混入すると、不純物トラップ機構が目詰まりすることがあり、そうなってしまった場合に、発電モジュールにおいて圧損(流体流路の形状、流体流路の表面の滑らかさ等に起因して、当該流体が有する圧力などのエネルギーが消費されること、あるいは当該流体に作用する差圧のことをいう)が増加し、その後、ガスが流れやすい(圧損が低い)発電モジュールの発電部にも不純物が混入してしまい、発電が阻害されるおそれがある。   However, for example, when impurities having a certain volume, such as air compressor wear powder, are mixed, the impurity trapping mechanism may be clogged. In such a case, pressure loss (the shape of the fluid flow path) occurs in the power generation module. , Due to the smoothness of the surface of the fluid flow path, the energy such as pressure of the fluid is consumed, or the differential pressure acting on the fluid) Impurities may also enter the power generation section of the power generation module that easily flows (low pressure loss), and power generation may be hindered.

そこで、本発明は、不純物トラップ機構が不純物によって目詰まりしてしまうことを解消した燃料電池を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fuel cell in which the impurity trapping mechanism is eliminated from being clogged with impurities.

かかる課題を解決するべく本発明者は種々の検討を行った。仮に不純物トラップ機構が設けられていない場合には、より圧損の小さい発電モジュール(燃料電池セル)にガスが多く流れることとなるため、圧損の小さい発電モジュールほど不純物が多く混入するようになり、当該発電モジュールの性能低下が早まることもわかっているため、通常の設計においては、各発電モジュールの圧損を揃えるようにすることが一般的な対策といえる。   In order to solve this problem, the present inventor has made various studies. If an impurity trap mechanism is not provided, a large amount of gas flows through the power generation module (fuel cell) with a smaller pressure loss. Since it is known that the performance degradation of the power generation module is accelerated, it can be said that in a normal design, it is a general measure to make the pressure loss of each power generation module uniform.

ところが、厳密に各発電モジュール(燃料電池セル)の圧損を揃えることは、以下の2つの理由により困難なことである。すなわち、1つめは、製造上の公差があるため、燃料電池毎、発電モジュール毎に圧損によるバラツキが存在するということである。また、2つめは、発電モジュールの発電時間が増えるにしたがい、拡散層が流路へ撓むといった事象が起こり、圧損が増加する発電モジュールが生じるということである。これらの理由からすると、各セルの圧損を均一とすることは効果的な解決手段たり得ない可能性が高い。   However, it is difficult to strictly align the pressure loss of each power generation module (fuel cell) for the following two reasons. That is, the first is that due to manufacturing tolerances, there are variations due to pressure loss for each fuel cell and each power generation module. The second is that, as the power generation time of the power generation module increases, an event occurs in which the diffusion layer bends into the flow path, resulting in a power generation module in which the pressure loss increases. For these reasons, it is highly possible that uniform pressure loss in each cell cannot be an effective solution.

ここで、上記のような問題は、不純物自体が圧損上昇の原因となることに起因しており、不純物混入により圧損が増加しないか、あるいは増加しにくい構造にすることが解決手段たり得ると考えられた。以上の点に着目し、こういった観点からさらに検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。   Here, the above problems are caused by the fact that the impurities themselves cause an increase in pressure loss, and it is considered that the solution can be achieved by making the structure in which the pressure loss does not increase or is difficult to increase due to impurity contamination. It was. The present inventor who has further studied from this point of view, focusing on the above points, has come to obtain new knowledge that leads to the solution of such problems.

本発明はかかる知見に基づくもので、複数の発電モジュールを積層した燃料電池において、各発電モジュールに不純物トラップ機構を有し、該不純物トラップ機構はGDLあるいは流路形成部材のガス導入側の非発電領域に設けられた溝によって構成されていることを特徴とするものである。   The present invention is based on such knowledge. In a fuel cell in which a plurality of power generation modules are stacked, each power generation module has an impurity trap mechanism, and the impurity trap mechanism is a non-power generation on the gas introduction side of the GDL or the flow path forming member. It is characterized by comprising a groove provided in the region.

不純物混入により圧損が増加しないかあるいは増加しにくい構造にするには、従来のような不純物トラップ機構を発電モジュールとは別に備えることにより、各発電モジュールで不純物をトラップする機構とすることが可能となる。このような着想に基づき、さらに昇華した本発明では、発電モジュール毎という観点で不純物トラップ機構を配置することで、不純物トラップ機構と発電モジュールとが別個にはしない構造としている。このような着想に基づく本発明の燃料電池によれば、すべての発電モジュールにおいて相対的に圧損が低下した発電モジュールには優先的に不純物がトラップされ、これによる圧損増加、という繰り返りが生じる。要は、発電モジュールの発電性能に影響しない部位に積極的に圧損上昇原因となる不純物を混入させることでセルの圧損を上昇させ、それ以上、不純物が混入しないようにしており、これによれば、不純物が混入した後であっても発電モジュール毎の圧損のバラツキが生じ難い。   In order to achieve a structure in which pressure loss does not increase or hardly increases due to impurity contamination, it is possible to provide a mechanism for trapping impurities in each power generation module by providing a conventional impurity trap mechanism separately from the power generation module. Become. In the present invention further sublimated based on such an idea, the impurity trap mechanism and the power generation module are not separated by disposing the impurity trap mechanism from the viewpoint of each power generation module. According to the fuel cell of the present invention based on such an idea, impurities are preferentially trapped in the power generation module in which the pressure loss is relatively lowered in all the power generation modules, and the pressure loss due to this is repeatedly repeated. The point is that the pressure loss of the cell is increased by actively mixing impurities that cause an increase in pressure loss into parts that do not affect the power generation performance of the power generation module, and no further impurities are mixed. Even after impurities are mixed, variations in pressure loss among the power generation modules hardly occur.

本発明に係る燃料電池において、不純物トラップ機構は、更に溝にガスを誘導する誘導部材を有することが好ましい。   In the fuel cell according to the present invention, it is preferable that the impurity trapping mechanism further includes a guide member that guides gas to the groove.

また、不純物トラップ機構は、溝にガスが導入される導入口に形成されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the impurity trapping mechanism is formed at the inlet through which the gas is introduced into the groove.

また、溝は、当該溝の底部方向にガスが流れる構造であって、尚かつ溝底部方向とは反対方向にガスが流れる連通構造を有していることが好ましい。   Further, the groove preferably has a structure in which gas flows in the direction toward the bottom of the groove and has a communication structure in which gas flows in a direction opposite to the direction toward the bottom of the groove.

また、連通構造における溝底部に、粘着性物質が設けられていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the adhesive substance is provided in the groove bottom part in a communication structure.

さらに、複数の発電モジュールのすべてが不純物トラップ機構を有していることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that all of the plurality of power generation modules have an impurity trap mechanism.

本発明によれば、不純物トラップ機構が不純物によって目詰まりしてしまうことを解消することができる。   According to the present invention, the impurity trapping mechanism can be solved from being clogged with impurities.

燃料電池の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a fuel cell. 燃料電池セル(発電モジュール)の内部構成の一例を示す部分拡大図である。It is the elements on larger scale which show an example of the internal structure of a fuel cell (power generation module). MEGA(膜−電極−拡散層接合体)の構成例を示す部分拡大図である。It is the elements on larger scale which show the structural example of MEGA (membrane-electrode-diffusion layer assembly). 本発明の一実施形態を示す、燃料電池セルの不純物トラップ機構を示す図である。It is a figure which shows the impurity trap mechanism of the fuel cell which shows one Embodiment of this invention. 不純物トラップ機構の他の形態を示す図である。It is a figure which shows the other form of an impurity trap mechanism. 不純物トラップ機構のさらに他の形態を示す図である。It is a figure which shows the further another form of an impurity trap mechanism.

図1〜図6に本発明の実施形態を示す。以下に説明する実施形態においては、まず、燃料電池1を構成するセル(発電モジュール)2およびセル積層体3の概略構成について説明し、その後、不純物トラップ機構(不純物トラップモジュールとも呼ばれる)10の構成について説明することとする。   1 to 6 show an embodiment of the present invention. In the embodiment described below, first, a schematic configuration of a cell (power generation module) 2 and a cell stack 3 constituting the fuel cell 1 will be described, and thereafter, a configuration of an impurity trap mechanism (also referred to as an impurity trap module) 10. Will be described.

図1〜図3に燃料電池1の概略構成を示す。本実施形態における燃料電池1は、電解質膜31と、該電解質膜31の両面に形成された電極触媒層であるアノード電極層(本明細書ではアノード触媒層という)32およびカソード電極層(本明細書ではカソード触媒層という)33と、各触媒層32,33に供給される反応ガスを拡散させるガス拡散層(GDL:Gas Diffusion Layer)42,43と、電解質膜31、アノード触媒層32、カソード触媒層33およびガス拡散層42,43を挟持するセパレータ20(20a,20b)と、フレーム部材40と、を備えるものである(図3等参照)。なお、図1〜図3には燃料電池1の一般的な構成を示し、磁気空中浮揚システム10に関する構成については図4〜図6に示す。   1 to 3 show a schematic configuration of the fuel cell 1. The fuel cell 1 in this embodiment includes an electrolyte membrane 31, an anode electrode layer (referred to herein as an anode catalyst layer) 32 that is an electrode catalyst layer formed on both surfaces of the electrolyte membrane 31, and a cathode electrode layer (this specification). 33), gas diffusion layers (GDL: Gas Diffusion Layer) 42, 43 for diffusing the reaction gas supplied to each catalyst layer 32, 33, electrolyte membrane 31, anode catalyst layer 32, cathode The separator 20 (20a, 20b) that sandwiches the catalyst layer 33 and the gas diffusion layers 42, 43 and the frame member 40 are provided (see FIG. 3 and the like). 1 to 3 show a general configuration of the fuel cell 1, and a configuration related to the magnetic levitation system 10 is shown in FIGS. 4 to 6.

燃料電池1を構成するセル2は、発電モジュールとして機能するもので、順次積層されることによってセル積層体3を構成する。このように形成されたセル積層体3は、その両端を例えばエンドプレート8で挟まれ、さらにこれら対向するエンドプレート8どうしを繋ぐようにテンションプレート9が配置された状態で積層方向への荷重がかけられて締結される(図1参照)。   The cell 2 constituting the fuel cell 1 functions as a power generation module, and constitutes the cell laminate 3 by being sequentially laminated. The cell stack 3 formed in this way is sandwiched between end plates 8, for example, and a load in the stacking direction is applied in a state where a tension plate 9 is arranged so as to connect the end plates 8 facing each other. It is hung and fastened (see FIG. 1).

このようなセル積層体3においては、従来、セル積層方向の両端に、不純物トラップ機構をセル2(あるいはセル積層体3)とは別個に設ける場合があるが(図1中の符号10’参照)、本実施形態では、後述するように、不純物トラップ機構を、このようにセル2(あるいはセル積層体3)とは別個に設けるのではなく、セル2に付随した機構として設けている。   In such a cell stack 3, conventionally, an impurity trap mechanism may be provided at both ends in the cell stack direction separately from the cell 2 (or cell stack 3) (see reference numeral 10 'in FIG. 1). In this embodiment, as will be described later, the impurity trapping mechanism is not provided separately from the cell 2 (or the cell stack 3), but is provided as a mechanism associated with the cell 2.

上述のようなセル2が積層されたセル積層体3によって構成される燃料電池1は、例えば燃料電池車両(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)の車載発電システムとして利用可能なものであるがこれに限られることはなく、各種移動体(例えば船舶や飛行機など)やロボットなどといった自走可能なものに搭載される発電システムとして用いることができる。また、場合によっては定置の燃料電池1として用いることも可能である。   The fuel cell 1 constituted by the cell stack 3 in which the cells 2 are stacked as described above can be used as, for example, an in-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle (FCHV), but is not limited thereto. It can be used as a power generation system mounted on various mobile objects (for example, ships, airplanes, etc.), self-propelled devices such as robots. In some cases, it can be used as a stationary fuel cell 1.

セル2に含まれる電解質としては、膜−電極接合体(MEA;Membrane Electrode Assembly)あるいは膜−電極−拡散層接合体(MEGA:Membrane Electrode & Gas Diffusion Layer Assembly)を用いることができる。例えば本実施形態では、膜−電極−拡散層接合体(以下、MEGAともいう)30を用いている(図3等参照)。セル2は、このようなMEGA(膜−電極−拡散層接合体)30と、MEGA30を挟持する一対のセパレータ20(図2、図3においてはそれぞれ符号20a,20bを付して示している)とで構成されている(図2、図3参照)。MEGA30および各セパレータ20a,20bはおよそ矩形の板状に形成されている。また、MEGA30はその外形が各セパレータ20a,20bの外形よりも僅かに小さくなるように形成されている。さらに、MEGA30と各セパレータ20a,20bとは、それらの間の周辺部を第1シール部材13a、第2シール部材13bとともに成形樹脂によってモールドされている(図2参照)。   As an electrolyte contained in the cell 2, a membrane-electrode assembly (MEA) or a membrane-electrode-diffusion layer assembly (MEGA) can be used. For example, in this embodiment, a membrane-electrode-diffusion layer assembly (hereinafter also referred to as MEGA) 30 is used (see FIG. 3 and the like). The cell 2 includes such a MEGA (membrane-electrode-diffusion layer assembly) 30 and a pair of separators 20 that sandwich the MEGA 30 (indicated by reference numerals 20a and 20b in FIGS. 2 and 3, respectively). (See FIGS. 2 and 3). The MEGA 30 and the separators 20a and 20b are formed in a substantially rectangular plate shape. The MEGA 30 is formed so that its outer shape is slightly smaller than the outer shape of each separator 20a, 20b. Further, the MEGA 30 and the separators 20a and 20b are molded with a molding resin together with the first seal member 13a and the second seal member 13b at the peripheral portion therebetween (see FIG. 2).

MEGA30は、高分子材料のイオン交換膜からなる高分子電解質膜(以下、単に電解質膜ともいう)31と、電解質膜31を両面から挟んだ一対の電極(アノード触媒層およびカソード触媒層)32,33とで構成されている(図2、図3参照)。これらのうち、電解質膜31は、各電極32,33よりも僅かに大きくなるように形成されている。MEGA30を構成する電極32,33は、その表面に付着された白金などの触媒を担持した例えば多孔質のカーボン素材(拡散層)で構成されている。一方の電極(アノード触媒層)32には燃料ガス(反応ガス)としての水素ガス、他方の電極(カソード触媒層)33には空気や酸化剤などの酸化ガス(反応ガス)が供給され、これら2種類の反応ガスによりMEGA30内で電気化学反応が生じてセル2の起電力が得られるようになっている。   The MEGA 30 includes a polymer electrolyte membrane (hereinafter also simply referred to as an electrolyte membrane) 31 made of an ion exchange membrane of a polymer material, and a pair of electrodes (an anode catalyst layer and a cathode catalyst layer) 32 sandwiching the electrolyte membrane 31 from both sides. 33 (see FIGS. 2 and 3). Among these, the electrolyte membrane 31 is formed to be slightly larger than the electrodes 32 and 33. The electrodes 32 and 33 constituting the MEGA 30 are made of, for example, a porous carbon material (diffusion layer) carrying a catalyst such as platinum attached to the surface thereof. One electrode (anode catalyst layer) 32 is supplied with hydrogen gas as a fuel gas (reactive gas), and the other electrode (cathode catalyst layer) 33 is supplied with an oxidizing gas (reactive gas) such as air or an oxidant. Electrochemical reaction occurs in the MEGA 30 by the two kinds of reaction gases, and the electromotive force of the cell 2 can be obtained.

フレーム部材40は、MEGA30とともにセパレータ20a,20b間に挟持される例えば樹脂からなる部材(樹脂フレーム)である。例えば本実施形態では、薄い枠形状のフレーム部材40をセパレータ20a,20b間に介在させ、当該フレーム部材40によってMEGA30の少なくとも一部、例えば周縁部に沿った部分を表側と裏側から挟持するようにしている(図2参照)。このように設けられるフレーム部材40は、締結力を支持するセパレータ20a,20b間のスペーサとしての機能、絶縁部材としての機能、セパレータ20a,20bの剛性を補強する補強部材としての機能を発揮する。   The frame member 40 is a member (resin frame) made of, for example, a resin that is sandwiched between the separators 20a and 20b together with the MEGA 30. For example, in this embodiment, a thin frame-shaped frame member 40 is interposed between the separators 20a and 20b, and the frame member 40 sandwiches at least a part of the MEGA 30 such as a portion along the peripheral edge from the front side and the back side. (See FIG. 2). The frame member 40 thus provided exhibits a function as a spacer between the separators 20a and 20b that supports the fastening force, a function as an insulating member, and a function as a reinforcing member that reinforces the rigidity of the separators 20a and 20b.

セパレータ20a,20bは、ガス不透過性の導電性材料で構成されている。導電性材料としては、例えばカーボンや導電性を有する硬質樹脂のほか、アルミニウムやステンレス等の金属(メタル)が挙げられる。本実施形態のセパレータ20a,20bの基材は板状のメタルで形成されているものであり(メタルセパレータ)、この基材の電極32,33側の面には耐食性に優れた膜(例えば金メッキで形成された皮膜)が形成されている。   Separator 20a, 20b is comprised with the gas-impermeable electroconductive material. Examples of the conductive material include carbon and a hard resin having conductivity, and metals such as aluminum and stainless steel. The base material of the separators 20a and 20b of this embodiment is formed of a plate-like metal (metal separator), and a film (for example, gold plating) having excellent corrosion resistance is provided on the surface of the base material on the electrodes 32 and 33 side. Is formed).

また、セパレータ20a,20bは流路形成部材として機能するものであり、これらセパレータ20a,20bの両面には、複数の凹部によって構成される溝状の流路が形成されている。これら流路は、例えば板状のメタルによって基材が形成されている本実施形態のセパレータ20a,20bの場合であればプレス成形によって形成することができる。このようにして形成される溝状の流路は、酸化ガスのガス流路34や水素ガスのガス流路35、あるいは冷却水流路36を構成している。より具体的に説明すると、セパレータ20aの電極32側となる内側の面には水素ガスのガス流路35が複数形成され、その裏面(外側の面)には冷却水流路36が複数形成されている(図2参照)。同様に、セパレータ20bの電極32b側となる内側の面には酸化ガスのガス流路34が複数形成され、その裏面(外側の面)には冷却水流路36が複数形成されている(図2参照)。例えば本実施形態の場合、セル2におけるこれら酸化ガスのガス流路34および水素ガスのガス流路35は互いに平行となるように形成されている。さらに、本実施形態においては、隣接する2つのセル2,2に関し、一方のセル2のセパレータ20aの外面と、これに隣接するセル2のセパレータ20bの外面とを付き合わせた場合に両者の冷却水流路36が一体となり断面が例えば矩形あるいはハニカム形の流路が形成される構造となっている(図2参照)。なお、隣接するセル2,2のセパレータ20aとセパレータ20bは、それらの間における周辺の部分が成形樹脂によりモールドされるようになっている。   The separators 20a and 20b function as flow path forming members, and groove-shaped flow paths constituted by a plurality of concave portions are formed on both surfaces of the separators 20a and 20b. These flow paths can be formed by press molding in the case of the separators 20a and 20b of the present embodiment in which the base material is formed of, for example, a plate-like metal. The groove-shaped flow path formed in this way constitutes an oxidizing gas flow path 34, a hydrogen gas flow path 35, or a cooling water flow path 36. More specifically, a plurality of gas passages 35 for hydrogen gas are formed on the inner surface on the electrode 32 side of the separator 20a, and a plurality of cooling water passages 36 are formed on the back surface (outer surface). (See FIG. 2). Similarly, a plurality of gas channels 34 for oxidizing gas are formed on the inner surface of the separator 20b on the electrode 32b side, and a plurality of cooling water channels 36 are formed on the back surface (outer surface) (FIG. 2). reference). For example, in the case of the present embodiment, the gas flow path 34 for oxidizing gas and the gas flow path 35 for hydrogen gas in the cell 2 are formed so as to be parallel to each other. Further, in the present embodiment, regarding the two adjacent cells 2 and 2, when the outer surface of the separator 20a of one cell 2 and the outer surface of the separator 20b of the cell 2 adjacent thereto are attached together, The water flow path 36 is integrated to form a flow path having a rectangular or honeycomb cross section (see FIG. 2). In addition, the separator 20a and the separator 20b of the adjacent cells 2 and 2 are configured such that a peripheral portion between them is molded with a molding resin.

また、セル積層体3には、燃料電池1の運転状態を監視し制御するためにセル2の電圧を測定するためのセルモニタ(図示省略)が設けられている。燃料電池1においては、この電圧測定結果に基づく出力等の制御が行われるようになっている。   The cell stack 3 is provided with a cell monitor (not shown) for measuring the voltage of the cell 2 in order to monitor and control the operation state of the fuel cell 1. In the fuel cell 1, control of output and the like based on the voltage measurement result is performed.

続いて、燃料電池1における不純物トラップ機構10について説明する(図4〜図6参照)。   Next, the impurity trap mechanism 10 in the fuel cell 1 will be described (see FIGS. 4 to 6).

不純物トラップ機構10は、各セル2に供給される流体(燃料ガス、酸化ガス、あるいは冷媒)に含まれている不純物(配管系鉄錆、ポンプのフッ素系樹脂の磨耗粉などがガス流中に含まれる水分中でイオンとなっているものや、イオンとならないで異物となっているもの等)を捕えるための機構である。本実施形態では、このような不純物トラップ機構10を、従来のようにセル2(あるいはセル積層体3)とは別個に設けるのではなく、セル2に付随した機構として設けている(図4等参照)。このような不純物トラップ機構10は、すべてのセル2のそれぞれに設けられていることが好ましい。また、不純物トラップ機構10は、セル2のアノード側、カソード側のいずれか一方に設けられていればよいが、アノード側とカソード側の両方に設けられていることが好ましい。   The impurity trapping mechanism 10 is configured so that impurities (piping iron rust, pump fluororesin wear powder, etc.) contained in the fluid (fuel gas, oxidizing gas, or refrigerant) supplied to each cell 2 are in the gas flow. It is a mechanism for catching ions that are ions in the contained moisture, and those that are not ions but become foreign substances). In the present embodiment, such an impurity trapping mechanism 10 is not provided separately from the cell 2 (or cell stack 3) as in the prior art, but is provided as a mechanism associated with the cell 2 (FIG. 4 and the like). reference). Such an impurity trapping mechanism 10 is preferably provided in each of all the cells 2. Further, the impurity trapping mechanism 10 may be provided on either the anode side or the cathode side of the cell 2, but is preferably provided on both the anode side and the cathode side.

不純物トラップ機構10は、上述したガス拡散層(GDL)42,43に掘り込まれるように設けられた溝4によって構成することができる(図4、図5参照)。このような不純物トラップ機構10は、当該溝4におけるガス拡散層42,43との絡み合いにより不純物を保持する効果がある。また、溝4は、セル2におけるガス導入口付近(酸化ガスや水素ガスがセル2に導入される部分の付近)に設けられていることが好ましく、セル2に混入した不純物を導入口付近で捕えることにより、セル2の内部に行き渡ることに起因する燃料電池1の性能低下をより低減することができる。   The impurity trap mechanism 10 can be configured by the groove 4 provided so as to be dug into the gas diffusion layers (GDL) 42 and 43 described above (see FIGS. 4 and 5). Such an impurity trapping mechanism 10 has an effect of retaining impurities by entanglement with the gas diffusion layers 42 and 43 in the groove 4. The groove 4 is preferably provided near the gas inlet in the cell 2 (near the portion where the oxidizing gas or hydrogen gas is introduced into the cell 2), and impurities mixed in the cell 2 are introduced near the inlet. By catching, the performance degradation of the fuel cell 1 resulting from reaching the inside of the cell 2 can be further reduced.

また、不純物トラップ機構10には、溝4にガスを誘導する誘導部材を有することが好ましい。本実施形態では、セル2内に混入した不純物を含むガスを溝4に向けて誘導するように傾斜した板状の誘導部材5を流路(酸化ガスのガス流路34あるいは水素ガスのガス流路35)内に設けている(図4参照)。誘導部材5は、湾曲する面で構成されていてもよいし(図4参照)、面一の平板状であってもよい。また、いわゆるラスカット処理により形成されたラスカットメタル(エキスパンドメタル)における傾斜部の一部を誘導部材5として利用することもできる(図4参照)。あるいは、セパレータ20a,20bの、溝状の流路を構成する凸部を誘導部材5として機能させることもできる(図5参照)。   Further, the impurity trapping mechanism 10 preferably has a guiding member for guiding gas to the groove 4. In the present embodiment, the plate-like guide member 5 inclined so as to guide the gas containing impurities mixed in the cell 2 toward the groove 4 is flowed (the gas flow path 34 of oxidizing gas or the gas flow of hydrogen gas). It is provided in the path 35) (see FIG. 4). The guide member 5 may be configured by a curved surface (see FIG. 4) or may be a flat plate shape. Moreover, a part of inclined part in the lath cut metal (expanded metal) formed by what is called lath cut processing can also be utilized as the induction | guidance | derivation member 5 (refer FIG. 4). Or the convex part which comprises the groove-shaped flow path of the separators 20a and 20b can also be functioned as the guide member 5 (refer FIG. 5).

上述した溝4は、当該溝4の溝底部4aにまでガスが流れることができる構造ないし形状となっている。また、溝底部4aにまで流れたガスが、当該溝4の溝底部4aの方向とは反対方向(つまり溝4の出入口ないし開口部に向けた方向)に連通するように流れる構造(連通構造)を有していることが好ましい(図4、図5参照)。   The groove 4 described above has a structure or shape that allows gas to flow to the groove bottom 4 a of the groove 4. Also, a structure in which the gas that has flowed to the groove bottom 4a flows so as to communicate with the direction opposite to the direction of the groove bottom 4a of the groove 4 (that is, the direction toward the entrance / exit of the groove 4 or the opening) (communication structure). It is preferable to have (refer FIG. 4, FIG. 5).

また、本実施形態では、上述のように連通構造とされた溝底部4aに粘着性物質6を設けている(図4、図5参照)。粘着性物質6は粘着力を備えた物質で、該粘着機能によって溝4における不純物のトラップ機能(捕捉機能)を向上させるものである。   Moreover, in this embodiment, the adhesive substance 6 is provided in the groove bottom part 4a made into the communication structure as mentioned above (refer FIG. 4, FIG. 5). The adhesive substance 6 is a substance having adhesive strength, and improves the trapping function (trapping function) of impurities in the groove 4 by the adhesive function.

ここまで説明したごとき不純物トラップ機構10が設けられた燃料電池1によれば、不純物トラップ機構10が設けられた各セル2において不純物を捕捉することが可能となる。また、あるセル2において圧損低下が生じた場合、当該相対的に圧損が低下したセル2には他のセル2よりもガスが流れ込みやすくなり、優先的に不純物がトラップされる結果、これによって当該セル2における圧損増加が生じる、という繰り返りが起きる。要は、本実施形態の燃料電池1においては、発電モジュールとしてのセル2の発電性能に影響しない部位に、圧損上昇原因となる不純物を積極的に混入させることでセル2の圧損を上昇させ、それ以上、当該セル2には不純物が混入しないように調整することが可能となっており(自己圧損調整機能)、これによれば、不純物が混入した後であってもセル2間における圧損のバラツキが生じ難い状態となる。換言すれば、本実施形態の燃料電池1においては、各セル2の圧損を均一にするよりも、セル発電性能に影響しない部位に積極的に圧損上昇原因となる不純物を混入させることでセルの圧損を上昇させ、それ以上不純物が混入しないようにすることを可能としている。従来の燃料電池においては、セル(発電モジュール)とは別に設けられた発電モジュールが不純物によって目詰まりするおそれがあったが、本実施形態の燃料電池1によればこのような事態が解消される。   According to the fuel cell 1 provided with the impurity trapping mechanism 10 as described so far, it becomes possible to trap impurities in each cell 2 provided with the impurity trapping mechanism 10. In addition, when a pressure drop is reduced in a certain cell 2, gas flows more easily into the cell 2 where the pressure drop is relatively lower than other cells 2, and as a result, impurities are trapped preferentially. The repetition that the pressure loss increase in the cell 2 occurs occurs. In short, in the fuel cell 1 of the present embodiment, the pressure loss of the cell 2 is increased by positively mixing impurities that cause an increase in pressure loss into a portion that does not affect the power generation performance of the cell 2 as a power generation module. Further, it is possible to adjust the cell 2 so that impurities are not mixed (self-pressure loss adjustment function). According to this, even after impurities are mixed, the pressure loss between the cells 2 can be reduced. It becomes a state in which variations do not easily occur. In other words, in the fuel cell 1 of the present embodiment, rather than making the pressure loss of each cell 2 uniform, the cells that do not affect the cell power generation performance are positively mixed with impurities that cause an increase in pressure loss. It is possible to increase the pressure loss and prevent further impurities from being mixed. In the conventional fuel cell, the power generation module provided separately from the cell (power generation module) may be clogged with impurities. However, according to the fuel cell 1 of the present embodiment, such a situation is solved. .

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述の実施形態においては、ガス拡散層(GDL)42,43に設けられた溝4によって構成された不純物トラップ機構10を説明したが(図4、図5参照)、これは好適例にすぎない。この他、例えば、セパレータ(流路形成部材)20a,20bのガス導入側の非発電領域に設けられた溝(図6において符号21で示す)によって不純物トラップ機構10を構成することもできる(図6参照)。この場合には、MEGA30のガス拡散層(GDL)42,43に形成された突起などによって、溝21にガスを誘導する誘導部材5が形成されていることが好ましい(図6参照)。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the impurity trapping mechanism 10 constituted by the grooves 4 provided in the gas diffusion layers (GDL) 42 and 43 has been described (see FIGS. 4 and 5), but this is only a preferred example. Absent. In addition, for example, the impurity trapping mechanism 10 can be configured by a groove (indicated by reference numeral 21 in FIG. 6) provided in a non-power generation region on the gas introduction side of the separators (flow path forming members) 20a and 20b (FIG. 6). 6). In this case, it is preferable that the guiding member 5 for guiding the gas to the groove 21 is formed by protrusions formed on the gas diffusion layers (GDL) 42 and 43 of the MEGA 30 (see FIG. 6).

本発明は、複数の発電モジュールを積層した燃料電池に適用して好適なものである。   The present invention is suitable for application to a fuel cell in which a plurality of power generation modules are stacked.

1…燃料電池、2…セル(発電モジュール)、3…セル積層体、4…ガス拡散層(GDL)に設けられた溝、4a…溝底部、5…誘導部材、6…粘着性物質、10(10’)…不純物トラップ機構、11…溝、12…誘導部材、20(20a,20b)…セパレータ(流路形成部材)、21…セパレータの溝、42,43…ガス拡散層(GDL) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell, 2 ... Cell (electric power generation module), 3 ... Cell laminated body, 4 ... Groove provided in gas diffusion layer (GDL), 4a ... Groove bottom part, 5 ... Induction member, 6 ... Adhesive substance, 10 (10 ') ... Impurity trapping mechanism, 11 ... groove, 12 ... induction member, 20 (20a, 20b) ... separator (channel forming member), 21 ... separator groove, 42, 43 ... gas diffusion layer (GDL)

Claims (6)

複数の発電モジュールを積層した燃料電池において、
各発電モジュールに不純物トラップ機構を有し、
該不純物トラップ機構はGDLあるいは流路形成部材のガス導入側の非発電領域に設けられた溝によって構成されていることを特徴とする燃料電池。
In a fuel cell in which a plurality of power generation modules are stacked,
Each power generation module has an impurity trap mechanism,
The impurity trap mechanism is constituted by a groove provided in a non-power generation region on the gas introduction side of the GDL or the flow path forming member.
前記不純物トラップ機構は、更に前記溝に前記ガスを誘導する誘導部材を有することを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the impurity trapping mechanism further includes a guide member that guides the gas into the groove. 前記不純物トラップ機構は、前記溝に前記ガスが導入される導入口に形成されていることを特徴とする、請求項2に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 2, wherein the impurity trapping mechanism is formed at an inlet through which the gas is introduced into the groove. 前記溝は、当該溝の底部方向に前記ガスが流れる構造であって、尚かつ溝底部方向とは反対方向に前記ガスが流れる連通構造を有している、請求項3に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 3, wherein the groove has a structure in which the gas flows in a direction toward the bottom of the groove, and further has a communication structure in which the gas flows in a direction opposite to the direction toward the bottom of the groove. 前記連通構造における前記溝底部に、粘着性物質が設けられていることを特徴とする、請求項4に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 4, wherein an adhesive substance is provided on the bottom of the groove in the communication structure. 前記複数の発電モジュールのすべてが前記不純物トラップ機構を有していることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の燃料電池。   6. The fuel cell according to claim 1, wherein all of the plurality of power generation modules have the impurity trap mechanism. 7.
JP2012185309A 2012-08-24 2012-08-24 Fuel cell Pending JP2014044815A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012185309A JP2014044815A (en) 2012-08-24 2012-08-24 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012185309A JP2014044815A (en) 2012-08-24 2012-08-24 Fuel cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014044815A true JP2014044815A (en) 2014-03-13

Family

ID=50395967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012185309A Pending JP2014044815A (en) 2012-08-24 2012-08-24 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014044815A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5029813B2 (en) Fuel cell separator
US9559376B2 (en) Fuel cell with an electrolyte membrane and gas diffusion layers
JP4268536B2 (en) Fuel cell
US20180166706A1 (en) Fuel cell stack
KR101819798B1 (en) Fuel cell separator, fuel cell, and fuel cell battery
JP5234879B2 (en) Fuel cell
KR101343475B1 (en) Fuel cell stack
EP4084160B1 (en) Separator for fuel battery
JP4630601B2 (en) Fuel cell system
US9673461B2 (en) Fuel cell
JP5274908B2 (en) Fuel cell stack
JP5653867B2 (en) Fuel cell
JP4894062B2 (en) Fuel cell
JP2009152134A (en) Fuel cell
JP5809594B2 (en) Fuel cell
JP2014044815A (en) Fuel cell
WO2008142557A2 (en) Separator and fuel cell
JP2008186672A (en) Fuel cell
CN108091901B (en) Pole plate assembly for fuel cells and battery cells
JP4899387B2 (en) Solid oxide fuel cell
EP4653583A1 (en) Water electrolysis stack and water electrolysis system
JP2013020723A (en) Fuel cell and membrane electrode structure
JP5021698B2 (en) Fuel cell stack
JP5336221B2 (en) Fuel cell stack
JP2006012462A (en) Fuel cell seal structure