JP2012226845A - Fuel cell - Google Patents
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Abstract
【課題】 金属化合物からなる電解質層を有する燃料電池が、燃料電池の積層方向の締め付け圧力をシール材を介して受け、破損するという課題があった。
【解決手段】 金属化合物からなる電解質層を備えた燃料電池の一対のセパレータ間の側面をシールするシール材が接着により設けられており、前記電解質層は側面が、前記シール材と接着しているシール構造とした。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: There is a problem that a fuel cell having an electrolyte layer made of a metal compound receives a clamping pressure in the stacking direction of the fuel cell through a sealing material and is damaged.
A sealing material for sealing a side surface between a pair of separators of a fuel cell having an electrolyte layer made of a metal compound is provided by adhesion, and the side surface of the electrolyte layer is adhered to the sealing material. A seal structure was adopted.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、燃料電池のセル構造に関するものであり、特にセルのシール構造に関する。 The present invention relates to a cell structure of a fuel cell, and more particularly to a cell seal structure.
燃料電池は、燃料の有する化学エネルギーを機械エネルギーや熱エネルギーを経由することなく直接電気エネルギーに変換する装置であり、高いエネルギー効率が実現可能である。良く知られた燃料電池の形態としては、一対の電極間に電解質を配置して単位セルを構成し、各セルのアノード電極に水素を含有する燃料ガスを供給するとともに、カソード電極に酸素を含有する酸化ガスを供給して、両極間で起きる電気化学反応を利用して起電力を得る。 A fuel cell is a device that directly converts chemical energy of fuel into electrical energy without passing through mechanical energy or thermal energy, and can achieve high energy efficiency. As a well-known fuel cell configuration, an electrolyte is arranged between a pair of electrodes to constitute a unit cell, and a fuel gas containing hydrogen is supplied to the anode electrode of each cell, and oxygen is contained in the cathode electrode. An electromotive force is obtained using an electrochemical reaction that occurs between the two electrodes.
燃料電池は用いられる電解質の種類によって通常分類される。すなわち、電解質にリン酸を用い作動温度が190℃程度で発電を行うリン酸形燃料電池(PAFC)、電解質にイオン伝導性ポリマーを用いて70℃程度で発電を行う固体高分子形燃料電池(PEFC)、電解質にイオン伝導性セラミックスを用い、1000℃程度で運転が行われる固体酸化物形燃料電池(SOFC)などに分類される。 Fuel cells are usually classified according to the type of electrolyte used. That is, a phosphoric acid fuel cell (PAFC) that generates electricity at an operating temperature of about 190 ° C. using phosphoric acid as an electrolyte, and a solid polymer fuel cell that generates electricity at about 70 ° C. using an ion conductive polymer as an electrolyte ( PEFC), a solid oxide fuel cell (SOFC) that uses ion-conducting ceramics as an electrolyte and operates at about 1000 ° C.
近年、従来よりも低い温度で発電が可能な固体電解質形燃料電池の研究が進められている。特許文献1には、電解質に酸化物プロトン伝導体を用いた固体酸化物形燃料電池であって、室温から500℃未満で電気出力が得られるものが記載されている。 In recent years, research on solid oxide fuel cells capable of generating power at a lower temperature than before has been conducted. Patent Document 1 describes a solid oxide fuel cell using an oxide proton conductor as an electrolyte, which can obtain an electrical output from room temperature to less than 500 ° C.
また、特許文献2には、300℃以下で高いイオン導電率を示すアニオン伝導塩基性酸化物を電解質として用いた固体電解質型燃料電池が記載されている。
燃料電池の各セルは、アノード電極に供給される水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化剤ガスとが、外に漏れないようにガスの外周部をシールする必要がある。
Patent Document 2 describes a solid oxide fuel cell using an anion conductive basic oxide exhibiting high ionic conductivity at 300 ° C. or lower as an electrolyte.
Each cell of the fuel cell needs to seal the outer periphery of the gas so that the fuel gas containing hydrogen and the oxidant gas containing oxygen supplied to the anode electrode do not leak outside.
図5は、従来の一般的な固体高分子形燃料電池の模式図である。イオン伝導性ポリマーからなる電解質層1の両面に、夫々、アノード触媒層2aまたはカソード触媒層2bおよびガス拡散層3からなる電極4a,4bを備え、さらにその外側にはガス不透過性のセパレータ5が設けられている。セパレータ5の電極4側の面には、ガス流路6となる溝が形成されている。また、電極4a,4bは、電解質層1およびセパレータ5よりも一回り小さく作製されており、電解質層1の周縁部とセパレータ5の周縁部との間の電極4a,4bの外周には、シール材7が設けられており、ガス流路6から供給される反応ガスが、外部へ漏れるのを防止するよう構成されている。このような構成の燃料電池を複数個積層して積層方向に締め付けて燃料電池スタックとし、必要な電圧を得ることが一般的に行われている。 FIG. 5 is a schematic view of a conventional general polymer electrolyte fuel cell. Electrodes 4a and 4b each comprising an anode catalyst layer 2a or a cathode catalyst layer 2b and a gas diffusion layer 3 are provided on both surfaces of an electrolyte layer 1 made of an ion conductive polymer, and a gas-impermeable separator 5 is provided on the outside thereof. Is provided. On the surface of the separator 5 on the electrode 4 side, a groove to be a gas flow path 6 is formed. The electrodes 4 a and 4 b are made slightly smaller than the electrolyte layer 1 and the separator 5, and the electrodes 4 a and 4 b between the peripheral edge of the electrolyte layer 1 and the peripheral edge of the separator 5 are sealed on the outer periphery. A material 7 is provided, and is configured to prevent the reaction gas supplied from the gas flow path 6 from leaking to the outside. In general, a plurality of fuel cells having such a configuration are stacked and tightened in the stacking direction to form a fuel cell stack to obtain a necessary voltage.
特許文献1や2に記載されている比較的低温で作動する固体電解質を用いた固体電解質形燃料電池においては、電解質層として、金属化合物電解質を焼結して形成した電解質板や、金属化合物電解質に樹脂を混合して形成した電解質板を電解質層として用いられる。 In a solid electrolyte fuel cell using a solid electrolyte that operates at a relatively low temperature described in Patent Documents 1 and 2, an electrolyte plate formed by sintering a metal compound electrolyte as the electrolyte layer, or a metal compound electrolyte An electrolyte plate formed by mixing a resin with a resin is used as an electrolyte layer.
これらの電解質板は、割れやすい材料であるため、上述の図5に示す固体高分子形燃料電池と同様な構造の燃料電池を積層して締め付け圧力を加えると、電解質層1のシール材に挟持された周縁部に応力が集中し、電解質板が破損してアノード電極とカソード電極との間でガスが対極側へ漏れるクロスリークが生じることにより、電池の特性が著しく低下して運転不能になる恐れがあった。 Since these electrolyte plates are fragile materials, when a fuel cell having the same structure as the polymer electrolyte fuel cell shown in FIG. 5 described above is stacked and tightening pressure is applied, the electrolyte plate is sandwiched between the sealing materials of the electrolyte layer 1. Stress concentrates on the peripheral edge, and the electrolyte plate breaks, causing a cross leak in which gas leaks to the counter electrode side between the anode electrode and the cathode electrode, thereby significantly reducing the battery characteristics and making the operation impossible. There was a fear.
そこで、本発明においては、電解質層がシール材により押圧されて破損することのないシール構造を有する燃料電池を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel cell having a sealing structure in which the electrolyte layer is not damaged by being pressed by the sealing material.
上記課題を解決するために、本願発明においては、一方の主面にアノード電極を、他方の主面にカソード電極を備えた金属化合物からなる電解質層と、前記アノード電極および前記カソード電極の反電解質層側に各々セパレータを備えた燃料電池において、
対向する前記セパレータの周端部間をシールするシール材を備え、前記シール材と前記電解質層の側面とが接着されているシール構造とした。
In order to solve the above problems, in the present invention, an electrolyte layer made of a metal compound having an anode electrode on one main surface and a cathode electrode on the other main surface, and an anti-electrolyte of the anode electrode and the cathode electrode In a fuel cell provided with a separator on each layer side,
A sealing material that seals between the peripheral ends of the opposing separators is provided, and the sealing material and the side surface of the electrolyte layer are bonded to each other.
シール材は、接着剤により接着したものとしてもよく、シール材自体を溶融して接着したものとしてもよい。
前記セパレータの周端部間には、前記シール材の外周に、さらにガスケットを備えることとしても良い。
The sealing material may be bonded with an adhesive or may be melted and bonded to the sealing material itself.
It is good also as providing a gasket further on the outer periphery of the said sealing material between the peripheral edge parts of the said separator.
もしくは、前記シール材の一方の側面が電解質層の側面に接着され、前記シール材の各セパレータ対向面と前記各セパレータ周端部との間にガスケットが介装されて、各セパレータの外側から締め付けられたシール構造としても良い。 Alternatively, one side surface of the sealing material is bonded to the side surface of the electrolyte layer, and a gasket is interposed between each separator-facing surface of the sealing material and each separator peripheral end, and tightened from the outside of each separator. A sealed structure may be used.
本発明によれば、金属化合物からなる電解質層は、側面でシール材に接着しており、シール材に挟まれて押圧されることが無い。従って、電解質層がシールにより割れることがなく、反応ガスのアノードおよびカソード間のクロスリークを防ぐことができ、高い品質の燃料電池を提供することができる。 According to the present invention, the electrolyte layer made of a metal compound is bonded to the sealing material on the side surface and is not pressed between the sealing materials. Therefore, the electrolyte layer is not broken by the seal, and cross leakage between the anode and the cathode of the reaction gas can be prevented, and a high quality fuel cell can be provided.
本発明に係る燃料電池は、電解質層に金属化合物を用いており、この電解質層をシール材で挟まずに、燃料電池の側面に接着したシール材により、燃料電池側面からの反応ガスのクロスリークを防止している点が特徴である。 The fuel cell according to the present invention uses a metal compound in the electrolyte layer, and cross-leaks the reaction gas from the side surface of the fuel cell by the seal material adhered to the side surface of the fuel cell without sandwiching the electrolyte layer between the seal material. The feature is that it prevents.
電解質層としては、NaCo2O4, Bi4Sr14Fe24O56, LaFe3Sr3O10等の金属化合物からなる焼結体を用いることができ、これに限られるものではないが、これと共に燃料電池に用いられるシール材の耐熱温度以下においてイオン伝導性を有するものを用いる。 As the electrolyte layer, a sintered body made of a metal compound such as NaCo 2 O 4 , Bi 4 Sr 14 Fe 24 O 56 , LaFe 3 Sr 3 O 10 can be used, but not limited to this. In addition, a material having ion conductivity at a temperature lower than the heat resistant temperature of the sealing material used in the fuel cell is used.
シール材としては、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム等のゴム材料や、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの樹脂材料など、絶縁性材料が用いられる。また、シール材を接着するのに用いられる接着剤としては、シリコーン接着剤、液体フッ素ゴム、および、エポキシ系接着剤を用いることができる。また、接着剤に替えて両面接着テープを用いても良く、シール材に接着剤が予め塗布されているものを用いても良い。シール材および接着剤はこれらに限られるものではなく、燃料電池の運転温度における耐熱性および絶縁性を有するものであれば使用することができる。 As the sealing material, an insulating material such as a rubber material such as fluorine rubber, ethylene propylene rubber, or silicone rubber, or a resin material such as polytetrafluoroethylene (PTFE) is used. Further, as an adhesive used for bonding the sealing material, a silicone adhesive, liquid fluororubber, and an epoxy adhesive can be used. In addition, a double-sided adhesive tape may be used instead of the adhesive, or a material in which an adhesive is previously applied to the sealing material may be used. The sealing material and the adhesive are not limited to these, and can be used as long as they have heat resistance and insulation at the operating temperature of the fuel cell.
また、接着剤により接着するシール材に代えて、溶融接着可能なシール材を溶融させて燃料電池の側面に接着することとしても良い。このようなシール材として、ポリエチレン、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(以下、PFAという)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)などの熱可塑性樹脂を用いることができる。 Further, instead of the sealing material bonded by the adhesive, a meltable sealing material may be melted and bonded to the side surface of the fuel cell. As such a sealing material, thermoplastic resins such as polyethylene, tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (hereinafter referred to as PFA), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP) can be used. .
以下本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
図1は、本発明第1の実施例に係る燃料電池の断面の模式図である。本実施例の燃料電池10の作製手順を説明する。
まず、ボールミルにより、Na2CO3とCoCO3粉末をモル比で1:2の割合で混合し、1000℃で2h焼成した後、粉砕することによりNaCo2O4粉末を得た。次に、このNaCo2O4粉末を金型により1MPaの圧力で成型し、1辺50mm、厚さ2mmの正方形薄板を得た。これを温度1000℃で3時間焼成することにより緻密な焼結体とした。そして、この焼結体を本実施例の燃料電池の電解質層11とした。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. A manufacturing procedure of the fuel cell 10 of this embodiment will be described.
First, Na 2 CO 3 and CoCO 3 powder were mixed at a molar ratio of 1: 2 by a ball mill, calcined at 1000 ° C. for 2 h, and then pulverized to obtain NaCo 2 O 4 powder. Next, this NaCo 2 O 4 powder was molded with a mold at a pressure of 1 MPa to obtain a square thin plate having a side of 50 mm and a thickness of 2 mm. This was fired at a temperature of 1000 ° C. for 3 hours to obtain a dense sintered body. This sintered body was used as the electrolyte layer 11 of the fuel cell of this example.
次に、NaCo2O4粉末にPdを15wt%担持したものをエチレングリコールと混合し、これを電解質層11の一方の表面にスクリーン印刷法により塗布した後、熱処理を施してアノード触媒層12aを形成した。 Next, a NaCo 2 O 4 powder carrying 15 wt% of Pd was mixed with ethylene glycol, and this was applied to one surface of the electrolyte layer 11 by screen printing, followed by heat treatment to form the anode catalyst layer 12a. Formed.
また、電解質膜11のアノード触媒層12aを形成した側と反対側の表面には、NaCo2O4粉末をエチレングリコールと混合したものをスクリーン印刷法により塗布し、これに熱処理を施すことによりカソード触媒層12bを形成した。 Further, a surface of the electrolyte membrane 11 opposite to the side on which the anode catalyst layer 12a is formed is coated with NaCo 2 O 4 powder mixed with ethylene glycol by a screen printing method, and then subjected to a heat treatment to form a cathode. A catalyst layer 12b was formed.
そして、アノード触媒層12aおよびカソード触媒層12b夫々の表面に、ガス拡散層13として電解質層11と同寸法のカーボンペーパー(東レ製、TGPH60)を積層して、触媒層12a, 12bおよびガス拡散層13とからなるアノード電極14aおよびカソード電極14bを構成した。さらに、各ガス拡散層13の表面にセパレータ15を積層した。
尚、セパレータ15には、炭素粉末と樹脂からなる材料をモールド成形することにより、反応ガス流路16を形成したものを使用した。炭素粉末としては燐片状黒鉛紛を用いた。樹脂としてはフェノール樹脂を使用した。これらの燐片状黒鉛紛とフェノール樹脂を混合したコンパウンドをプレス成形して、電解質層11よりも一回り大きい1辺70mmの正方形のセパレータ15とした。
セパレータ15には、上述のカーボン系のセパレータに替えて、金属を加工した金属製のセパレータも使用可能である。
Then, carbon paper having the same dimensions as the electrolyte layer 11 (manufactured by Toray, TGPH60) is laminated as the gas diffusion layer 13 on the surfaces of the anode catalyst layer 12a and the cathode catalyst layer 12b, and the catalyst layers 12a, 12b and the gas diffusion layer The anode electrode 14a and the cathode electrode 14b composed of 13 were formed. Further, a separator 15 was laminated on the surface of each gas diffusion layer 13.
The separator 15 was formed by forming a reaction gas channel 16 by molding a material made of carbon powder and resin. As the carbon powder, flake graphite powder was used. A phenol resin was used as the resin. A compound obtained by mixing these flake graphite powder and a phenol resin was press-molded to form a square separator 15 having a side 70 mm larger than the electrolyte layer 11.
As the separator 15, a metal separator obtained by processing a metal can be used instead of the carbon-based separator described above.
次に、燃料電池を運転する際に反応ガス流路16から供給される反応ガスが、電極14a,14bの外周(側面)や、セパレータ15と電極14a,14bとの接触部外周から漏洩することを防止するためのシール材17を設けた。シール材17には、フッ素ゴムを用いた。 Next, the reaction gas supplied from the reaction gas channel 16 when the fuel cell is operated leaks from the outer periphery (side surface) of the electrodes 14a and 14b and the outer periphery of the contact portion between the separator 15 and the electrodes 14a and 14b. A sealing material 17 is provided to prevent this. As the sealing material 17, fluororubber was used.
シール材17の接着においては、電解質層11および電極14a,14bの側面全体に接着剤18を塗布し、接着剤18の外側からフッ素ゴム製のシール材17を貼り、側面全体を気密に覆うように接着した。尚、セパレータ15とガス拡散層13との接触部の周縁部からの反応ガスを防ぐように、ガス拡散層13側面とセパレータ15との接触部まで接着剤18およびシール材17で気密に覆った。 In bonding the sealing material 17, the adhesive 18 is applied to the entire side surfaces of the electrolyte layer 11 and the electrodes 14 a and 14 b, and the fluororubber sealing material 17 is applied from the outside of the adhesive 18 so as to cover the entire side surface in an airtight manner. Glued to. Incidentally, the adhesive 18 and the sealing material 17 are hermetically covered up to the contact portion between the side surface of the gas diffusion layer 13 and the separator 15 so as to prevent the reaction gas from the peripheral portion of the contact portion between the separator 15 and the gas diffusion layer 13. .
接着剤18としては、300℃で耐熱性を有するアレムコボンド570(オーデック社製、商品名)が用いられる。
尚、上述のように電解質層11および電極14の側面に接着剤18を塗布することに替えて、シール材17側に接着剤18を塗布しておき、これを電解質層11および電極14a,14bの側面に接着させることとしても良い。
As the adhesive 18, Alemcobond 570 (trade name, manufactured by Odec Co.) having heat resistance at 300 ° C. is used.
Instead of applying the adhesive 18 to the side surfaces of the electrolyte layer 11 and the electrode 14 as described above, the adhesive 18 is applied to the sealing material 17 side, and this is applied to the electrolyte layer 11 and the electrodes 14a and 14b. It is good also as making it adhere to the side surface.
また、フッ素ゴム製のシール材17は、内周寸法が電解質層11および電極14の外周寸法よりも小さい額縁状に成形したものを用いて、これを伸ばして接着剤18が塗布された電解質層11および電極14の外周に被せて接着することもできる。 Further, the fluororubber sealing material 17 is formed in a frame shape in which the inner peripheral dimension is smaller than the outer peripheral dimension of the electrolyte layer 11 and the electrode 14, and the electrolyte layer is extended and coated with the adhesive 18. 11 and the electrode 14 can also be bonded over the outer periphery.
以上のようにして作製した本実施例の燃料電池10を複数積層して燃料電池スタック100を構成した一例を図2に示す。燃料電池スタック100は、4つの側面の各々にマニホールド101(図2では4つのうち1つを図示)が設けられ、ガス入口マニホールドから各反応ガス流路16へ反応ガスを供給し、反応ガス流路16を通過した後の反応ガスをガス出口マニホールドに排出させるように構成している。 An example in which a fuel cell stack 100 is configured by stacking a plurality of fuel cells 10 of the present embodiment manufactured as described above is shown in FIG. The fuel cell stack 100 is provided with a manifold 101 (one of four is shown in FIG. 2) on each of the four side surfaces, and supplies the reaction gas from the gas inlet manifold to each reaction gas flow path 16 to allow the reaction gas flow. The reaction gas after passing through the passage 16 is configured to be discharged to the gas outlet manifold.
本発明の第2の実施例に係る燃料電池を図3(a)に示す。実施例1と同一の部材については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施例の燃料電池20のセパレータ25は、図3(b)に示すように、反応ガス流路26を蛇行溝に形成し、蛇行溝の両端に反応ガスマニホールド用の貫通孔を形成した。蛇行溝の最初および最後の直線流路の端部とマニホールドとの間のガス入口部および出口部には、図3(c)に示すフッ素樹脂製の凹部材28を流路側に凹部が対向するように配置して嵌め込み、これによりガス入口部およびガス出口の表面がセパレータ25の表面と同じ高さになるようにした。図3(a)に示すカソード電極14b側セパレータ25は、図3(b)に示す破線A−Aにおける断面図である。
A fuel cell according to a second embodiment of the present invention is shown in FIG. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
In the separator 25 of the fuel cell 20 of this example, as shown in FIG. 3B, the reaction gas channel 26 is formed in a meandering groove, and through holes for a reaction gas manifold are formed at both ends of the meandering groove. At the gas inlet part and outlet part between the end of the first and last straight flow paths of the meandering groove and the manifold, the concave part 28 made of fluororesin shown in FIG. Thus, the surfaces of the gas inlet and the gas outlet were made to be the same height as the surface of the separator 25. The cathode electrode 14b side separator 25 shown in FIG. 3A is a cross-sectional view taken along a broken line AA shown in FIG.
電解質層11および電極触媒層12a,12bは、実施例1と同様のものを作製し、これにガス拡散層13および上述のセパレータ25を積層した。
次に、PTFEシートを短冊状に切り、シール材27とした。シール材27の一方の面の2つの長辺に沿って各々接着剤18を塗布し、さらに電解質層11の側面にも接着剤18を塗布した。そして、図3(a)に示すように、シール材27の各長辺とセパレータ25とを貼り合せ、シール材27の長辺と平行する中央部を電解質層11の側面に接着することにより、燃料電池20の側面をシールした。
The electrolyte layer 11 and the electrode catalyst layers 12a and 12b were the same as those in Example 1, and the gas diffusion layer 13 and the separator 25 described above were laminated thereon.
Next, the PTFE sheet was cut into a strip shape to obtain a sealing material 27. The adhesive 18 was applied along the two long sides of one surface of the sealing material 27, and the adhesive 18 was also applied to the side surface of the electrolyte layer 11. And as shown to Fig.3 (a), by sticking each long side of the sealing material 27, and the separator 25, and adhere | attaching the center part parallel to the long side of the sealing material 27 on the side surface of the electrolyte layer 11, The side surface of the fuel cell 20 was sealed.
次に、2枚のセパレータ25間の周縁部に、電解質層11および電極14を取り囲むように、4本のフッ素ゴム製のガスケット29(図3(d))を挿入した。ガスケット29には、予めセパレータ25の貫通孔と重なる部分に貫通孔が形成されており、両者の貫通孔は連通して、反応ガス流通孔を形成する。 Next, four fluororubber gaskets 29 (FIG. 3D) were inserted in the peripheral portion between the two separators 25 so as to surround the electrolyte layer 11 and the electrode 14. A through hole is formed in the gasket 29 in a portion overlapping with the through hole of the separator 25 in advance, and both the through holes communicate with each other to form a reaction gas flow hole.
以上のようにして組み立てた燃料電池20を複数個積層してこれを積層方向に締付けて燃料電池スタックとした。
これにより、電解質層11の側面とシール材27との接着部が、アノード電極14aとカソード電極14b間における反応ガスのクロスリークを防ぎ、セパレータ25とシール材27との接着部が、燃料電池20外への反応ガスの漏洩を防ぐシール構造とした。
A plurality of the fuel cells 20 assembled as described above are stacked and tightened in the stacking direction to form a fuel cell stack.
As a result, the bonding portion between the side surface of the electrolyte layer 11 and the sealing material 27 prevents cross leak of the reaction gas between the anode electrode 14a and the cathode electrode 14b, and the bonding portion between the separator 25 and the sealing material 27 serves as the fuel cell 20. The seal structure prevents leakage of reaction gas to the outside.
尚、本実施例に替えて、シール材27の全面に接着剤18を塗布して燃料電池20の側面に接着してもよく、また、燃料電池20の側面全体およびセパレータ25のシール材27との接着部分に接着剤18を塗布しておき、ここにシール材27を張り合わせることとしても良い。 In place of this embodiment, the adhesive 18 may be applied to the entire surface of the sealing material 27 and adhered to the side surface of the fuel cell 20, or the entire side surface of the fuel cell 20 and the sealing material 27 of the separator 25 Alternatively, the adhesive 18 may be applied to the bonded portion, and the sealing material 27 may be bonded thereto.
本実施例の燃料電池30について図4を参照して説明する。実施例1と同一の部材については同一の符号を付して説明を省略する。
本実施例の燃料電池30のシール材37の接着においては、電解質層11および触媒層12a,12bの側面全体に接着剤18を塗布し、接着剤18の外側からフッ素ゴム製のシール材37を貼り、電解質層11および触媒層12a,12bの側面全体を気密に覆うように接着した。セパレータ15とシール材37の間には、額縁状のゴム製のガスケット39を積層して、これを対向する両セパレータの外側から締め付けることにより、セパレータ周端部間のシールを行なった。
The fuel cell 30 of the present embodiment will be described with reference to FIG. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
In the adhesion of the sealing material 37 of the fuel cell 30 of the present embodiment, the adhesive 18 is applied to the entire side surfaces of the electrolyte layer 11 and the catalyst layers 12a and 12b, and the fluororubber sealing material 37 is applied from the outside of the adhesive 18. Adhering was performed so that the entire side surfaces of the electrolyte layer 11 and the catalyst layers 12a and 12b were hermetically covered. A frame-shaped rubber gasket 39 was laminated between the separator 15 and the sealing material 37, and was tightened from the outside of both opposing separators to seal between the peripheral edges of the separator.
尚、本実施例においては、電解質層11および触媒層12a,12bの側面全体に接着剤18を塗布してシール材37を接着したが、少なくとも電解質層11側面がシール材37に接着されていることとすれば、アノードガスとカソードガスとのクロスリークを防ぐことができる。 In this embodiment, the adhesive 18 is applied to the entire side surfaces of the electrolyte layer 11 and the catalyst layers 12a and 12b and the sealing material 37 is adhered, but at least the side surfaces of the electrolyte layer 11 are adhered to the sealing material 37. If so, cross leak between the anode gas and the cathode gas can be prevented.
本実施例の燃料電池40について図5を参照して説明する。本実施例の燃料電池40は、シール材47以外の構成部材は実施例1と同じものを用いて組み立てを行った。
電解質層11、電極14a,14bおよびセパレータ15を積層して型内に設置し、電解質層11、触媒層12a,12b、およびガス拡散層13の側面にPFAを用いてシール材層47を熱溶融成形した。具体的には、PFAシール材を配置後、PFAの溶融温度付近でセル自体を熱処理することにより、セル部に接着させた。尚、これに替えて、金型に電池を設置してシール材を射出成型することも可能である。本実施例によれば、シール材層47は、電解質層11、触媒層12a,12b、およびガス拡散層13の側面に一体に接着形成することができる。
The fuel cell 40 of the present embodiment will be described with reference to FIG. The fuel cell 40 of this example was assembled using the same components as those of Example 1 except for the sealing material 47.
The electrolyte layer 11, the electrodes 14a and 14b, and the separator 15 are stacked and placed in the mold, and the sealing material layer 47 is thermally melted using PFA on the side surfaces of the electrolyte layer 11, the catalyst layers 12a and 12b, and the gas diffusion layer 13. Molded. Specifically, after the PFA sealing material was placed, the cell itself was heat-treated in the vicinity of the melting temperature of PFA to be adhered to the cell portion. Instead of this, it is also possible to install a battery in the mold and injection-mold the sealing material. According to this embodiment, the sealing material layer 47 can be integrally bonded to the side surfaces of the electrolyte layer 11, the catalyst layers 12 a and 12 b, and the gas diffusion layer 13.
尚、本実施例においては、シール材層47を型成形したが、これに限られず、溶融したシール材を電解質層11、電極14a,14bの側面に接着させてシール材層47を形成することとしてもよい。 In this embodiment, the sealing material layer 47 is molded. However, the present invention is not limited to this, and the sealing material layer 47 is formed by adhering a molten sealing material to the side surfaces of the electrolyte layer 11 and the electrodes 14a and 14b. It is good.
1、11 電解質層
2a、12a アノード触媒層
2b、12b カソード触媒層
3、13 ガス拡散層
4a、14a アノード電極
4b、14b カソード電極
5、15、25 セパレータ
6、16、26 反応ガス流路
7、17、27、37、47 シール材
18 接着剤
28 凹部材
29 ガスケット
10、20、30 燃料電池
100 燃料電池スタック
101 マニホールド
1, 11 Electrolyte layer 2a, 12a Anode catalyst layer 2b, 12b Cathode catalyst layer 3, 13 Gas diffusion layer 4a, 14a Anode electrode 4b, 14b Cathode electrode 5, 15, 25 Separator 6, 16, 26 Reaction gas flow path 7, 17, 27, 37, 47 Seal material 18 Adhesive 28 Recess material 29 Gasket 10, 20, 30 Fuel cell 100 Fuel cell stack 101 Manifold
Claims (7)
対向する前記セパレータの周端部間をシールするシール材を備え、前記シール材と前記電解質層の側面とが接着されていることを特徴とする燃料電池。 In a fuel cell comprising an electrolyte layer made of a metal compound having an anode electrode on one main surface and a cathode electrode on the other main surface, and a separator on each of the anode electrode and the anti-electrolyte layer side of the cathode electrode,
A fuel cell comprising: a sealing material that seals between the peripheral end portions of the opposing separators, wherein the sealing material and a side surface of the electrolyte layer are bonded.
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