JP2024128178A - Fuel Cells - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、燃料電池に関する。 This disclosure relates to fuel cells.
特許文献1で開示されるような燃料電池(FC)に関して様々な技術が提案されている。
Various technologies have been proposed regarding fuel cells (FCs), such as those disclosed in
特許文献1ではクロスリーク防止のためのセル内部のシールにUV硬化型の接着剤を用いているが、UV硬化型の接着剤は分子量が低く、分子量を上げにくいため分子差が切れると劣化が早く、耐酸化性が低い。また接着剤が露出するため、酸化しやすい。特に月面車等の酸素が発生する環境に関して劣化が顕著である。
セル内部のシールにおいて、UV硬化型の接着剤の代わりに樹脂シート(カバーシート)を用いることができる。
しかしながら、酸化剤ガスとしての酸素(O2)を用いる燃料電池では酸素による燃料電池の酸化劣化が問題となる。特に酸素が流れる、カソード(Ca)入り口での劣化が問題の1つとなる。
酸化劣化を抑制させる対策として酸化防止剤が挙げられる。樹脂フレームの積層方向の両端にあるシェル層ではフェノール樹脂等の酸化防止剤を使用することができる。またカソード側ガス拡散層(CaGDL)のメソポーラス層(MPL)にもCe等の酸化防止剤を使用することができる。
しかし、クロスリーク防止のために樹脂フレームとMEGAとの間に配置する樹脂シート(カバーシート)は、フェノール等の酸化防止剤を加えると、発電部側で溶出しやすく燃料電池の性能劣化の原因となる。また、Ce等の無機物では、樹脂に溶解せずシート化できないという問題がある。
In
In sealing the inside of the cell, a resin sheet (cover sheet) can be used instead of a UV-curable adhesive.
However, in a fuel cell that uses oxygen (O 2 ) as an oxidant gas, oxidative degradation of the fuel cell due to oxygen is a problem, particularly degradation at the cathode (Ca) inlet through which oxygen flows.
Antioxidants can be used as a measure to suppress oxidative deterioration. Antioxidants such as phenolic resins can be used in the shell layers at both ends of the resin frame in the lamination direction. Also, an antioxidant such as Ce can be used in the mesoporous layer (MPL) of the cathode gas diffusion layer (CaGDL).
However, if an antioxidant such as phenol is added to the resin sheet (cover sheet) placed between the resin frame and the MEGA to prevent cross leakage, it will easily dissolve on the power generation section, causing a deterioration in the performance of the fuel cell. Also, there is a problem that inorganic substances such as Ce do not dissolve in the resin and cannot be made into a sheet.
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、樹脂シートの酸化劣化を抑制することができる燃料電池を提供することを主目的とする。 This disclosure was made in consideration of the above-mentioned circumstances, and its main objective is to provide a fuel cell that can suppress oxidative deterioration of the resin sheet.
本開示においては、以下の特徴を有する燃料電池を提供する。
燃料電池であって、前記燃料電池は、膜電極ガス拡散層接合体と、前記膜電極ガス拡散層接合体の周囲に配置された樹脂フレームと、前記膜電極ガス拡散層接合体と前記樹脂フレームとを挟持する一対のセパレータと、樹脂シートと、を備え、前記樹脂シートは、前記樹脂フレームの面上の第1領域から、前記膜電極ガス拡散層接合体の露出した電解質膜の面上の第2領域まで面方向に連続して配置され、前記膜電極ガス拡散層接合体の第1ガス拡散層の外周縁部は、前記樹脂シートと対向せず、且つ、前記樹脂フレームと対向し、前記第1領域と隣接し、且つ、前記樹脂フレームが前記樹脂シートと対向していない第3領域において、前記第1ガス拡散層の外周縁部と前記樹脂フレームが、前記樹脂フレームにより接合されていることを特徴とする。
The present disclosure provides a fuel cell having the following features:
a resin frame disposed around the membrane electrode gas diffusion layer assembly; a pair of separators sandwiching the membrane electrode gas diffusion layer assembly and the resin frame; and a resin sheet, the resin sheet being disposed continuously in a planar direction from a first region on a surface of the resin frame to a second region on a surface of an exposed electrolyte membrane of the membrane electrode gas diffusion layer assembly, the outer periphery of a first gas diffusion layer of the membrane electrode gas diffusion layer assembly not facing the resin sheet but facing the resin frame, adjacent to the first region, and in a third region where the resin frame does not face the resin sheet, the outer periphery of the first gas diffusion layer and the resin frame are joined by the resin frame.
本開示の燃料電池は、樹脂シートの酸化劣化を抑制することができる。 The fuel cell disclosed herein can suppress oxidative deterioration of the resin sheet.
本開示においては、以下の特徴を有する燃料電池を提供する。
燃料電池であって、前記燃料電池は、膜電極ガス拡散層接合体と、前記膜電極ガス拡散層接合体の周囲に配置された樹脂フレームと、前記膜電極ガス拡散層接合体と前記樹脂フレームとを挟持する一対のセパレータと、樹脂シートと、を備え、前記樹脂シートは、前記樹脂フレームの面上の第1領域から、前記膜電極ガス拡散層接合体の露出した電解質膜の面上の第2領域まで面方向に連続して配置され、前記膜電極ガス拡散層接合体の第1ガス拡散層の外周縁部は、前記樹脂シートと対向せず、且つ、前記樹脂フレームと対向し、前記第1領域と隣接し、且つ、前記樹脂フレームが前記樹脂シートと対向していない第3領域において、前記第1ガス拡散層の外周縁部と前記樹脂フレームが、前記樹脂フレームにより接合されていることを特徴とする。
The present disclosure provides a fuel cell having the following features:
a resin frame disposed around the membrane electrode gas diffusion layer assembly; a pair of separators sandwiching the membrane electrode gas diffusion layer assembly and the resin frame; and a resin sheet, the resin sheet being disposed continuously in a planar direction from a first region on a surface of the resin frame to a second region on a surface of an exposed electrolyte membrane of the membrane electrode gas diffusion layer assembly, the outer periphery of a first gas diffusion layer of the membrane electrode gas diffusion layer assembly not facing the resin sheet but facing the resin frame, adjacent to the first region, and in a third region where the resin frame does not face the resin sheet, the outer periphery of the first gas diffusion layer and the resin frame are joined by the resin frame.
本開示は、カソード側ガス拡散層と樹脂フレームを接着させて、樹脂シート(カバーシート)の端部が酸素に当たらないようにして樹脂シート(カバーシート)の酸化劣化を防ぐ。樹脂フレーム(3層シート)のシェル層を溶融させカソード側ガス拡散層のMPLと密着させ、樹脂シート(カバーシート)の端部が酸素に触れるのを防ぐ。
樹脂シート(カバーシート)は従来技術で用いられるUV硬化型の接着剤と比較して分子量が高い素材の為、従来技術で用いられるUV硬化型の接着剤と比較して酸化劣化しにくく、カソード側ガス拡散層と樹脂フレーム(3層シート)に挟まれるため酸化防止剤を用いなくても酸化劣化を抑制することができる。これにより、樹脂フレームの接着層端部からのガスの侵入を防ぐことができる。
In the present disclosure, the cathode-side gas diffusion layer and the resin frame are bonded together to prevent the end of the resin sheet (cover sheet) from being exposed to oxygen, thereby preventing oxidation degradation of the resin sheet (cover sheet). The shell layer of the resin frame (three-layer sheet) is melted and brought into close contact with the MPL of the cathode-side gas diffusion layer, preventing the end of the resin sheet (cover sheet) from being exposed to oxygen.
The resin sheet (cover sheet) is made of a material with a higher molecular weight than the UV-curing adhesives used in conventional technology, so it is less susceptible to oxidation degradation than the UV-curing adhesives used in conventional technology, and because it is sandwiched between the cathode-side gas diffusion layer and the resin frame (three-layer sheet), oxidation degradation can be suppressed without the use of an antioxidant. This makes it possible to prevent gas from entering from the end of the adhesive layer of the resin frame.
図1は、(1)が本開示の燃料電池の一例を示す断面模式図であり、(2)が(1)の部分拡大図である。
図1(1)に示すように、樹脂シートは、樹脂フレームの面上の第1領域から、膜電極ガス拡散層接合体の露出した電解質膜の面上の第2領域まで面方向に連続して配置され、膜電極ガス拡散層接合体の第1ガス拡散層であるカソード側ガス拡散層の外周縁部は、樹脂シートと対向せず、且つ、樹脂フレームと対向している。図1(2)に示すように、カソード側ガス拡散層は、基材とMPLで構成されていてもよく、第1領域と隣接し、且つ、樹脂フレームが樹脂シートと対向していない第3領域において、カソード側ガス拡散層の外周縁部と樹脂フレームが、樹脂フレームにより接合されている。具体的には、樹脂フレームの第1シェル層により、樹脂フレームとカソード側ガス拡散層のMPLが接着している。
FIG. 1(1) is a schematic cross-sectional view showing an example of a fuel cell according to the present disclosure, and FIG. 1(2) is a partially enlarged view of FIG.
As shown in Fig. 1 (1), the resin sheet is continuously arranged in the surface direction from the first region on the surface of the resin frame to the second region on the surface of the exposed electrolyte membrane of the membrane electrode gas diffusion layer assembly, and the outer peripheral portion of the cathode side gas diffusion layer, which is the first gas diffusion layer of the membrane electrode gas diffusion layer assembly, does not face the resin sheet and faces the resin frame. As shown in Fig. 1 (2), the cathode side gas diffusion layer may be composed of a substrate and an MPL, and in a third region adjacent to the first region and in which the resin frame does not face the resin sheet, the outer peripheral portion of the cathode side gas diffusion layer and the resin frame are joined by the resin frame. Specifically, the resin frame and the MPL of the cathode side gas diffusion layer are bonded by the first shell layer of the resin frame.
図2は、本開示の燃料電池の製造方法の一例を示す断面模式図である。
図2に示すように、(1)樹脂フレームを準備し、(2)樹脂フレーム上に樹脂シートを樹脂シートの一部が樹脂フレームと非接触となる面方向に突出する突出部を有するように配置し、(3)AnMEGAを準備し、AnMEGAの電解質膜の面上に樹脂シートを樹脂シートの突出部の少なくとも一部が接触するように配置し、樹脂シートに熱プレスをかけて樹脂シートと樹脂フレームを接着し、且つ、樹脂シートと電解質膜を接着し、(4)AnMEGAのCa触媒層上にCaGDLを配置してMEGAとし、CaGDLの外周縁部が、樹脂フレームの第1領域を超えた第3領域において樹脂フレームと対向させ、CaGDLと樹脂フレームに熱プレスをかけてCaGDLと樹脂フレームを接着し、(4’)に示すように、樹脂シートの端部をCaGDLと樹脂フレームで覆いガス侵入を防ぐことができる構造とし、(5)MEGAと樹脂フレームを挟持するように一対のセパレータを配置し、一対のセパレータを挟むように熱プレスをかけて樹脂フレームと一対のセパレータを接着し、本開示の燃料電池を得てもよい。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for producing a fuel cell according to the present disclosure.
As shown in FIG. 2 , (1) a resin frame is prepared, (2) a resin sheet is arranged on the resin frame so that a part of the resin sheet has a protruding portion that protrudes in a planar direction and is not in contact with the resin frame, (3) an AnMEGA is prepared, a resin sheet is arranged on the surface of the electrolyte membrane of the AnMEGA so that at least a part of the protruding portion of the resin sheet is in contact with the surface, and the resin sheet is hot-pressed to bond the resin sheet and the resin frame and also to bond the resin sheet and the electrolyte membrane, and (4) a CaGDL is arranged on the Ca catalyst layer of the AnMEGA to form a MEGA. The outer peripheral edge of the CaGDL is opposed to the resin frame in a third region beyond the first region of the resin frame, and the CaGDL and the resin frame are heat-pressed to bond the CaGDL and the resin frame, and as shown in (4'), the ends of the resin sheet are covered with the CaGDL and the resin frame to prevent gas intrusion, and (5) a pair of separators are positioned to sandwich the MEGA and the resin frame, and heat-pressed to sandwich the pair of separators to bond the resin frame and the pair of separators, thereby obtaining a fuel cell according to the present disclosure.
本開示においては、燃料ガス、及び、酸化剤ガスをまとめて反応ガス又はガスと称する。アノードに供給される反応ガスは、燃料ガス(アノードガスと称する場合がある)であり、カソードに供給される反応ガスは酸化剤ガス(カソードガスと称する場合がある)である。燃料ガスは、主に水素を含有するガスであり、水素であってもよい。酸化剤ガスは、酸素を含有するガスであり、酸素、空気(エア)、及び、乾燥空気等であってもよい。 In this disclosure, the fuel gas and the oxidant gas are collectively referred to as reactant gas or gas. The reactant gas supplied to the anode is the fuel gas (sometimes referred to as the anode gas), and the reactant gas supplied to the cathode is the oxidant gas (sometimes referred to as the cathode gas). The fuel gas is a gas that mainly contains hydrogen and may be hydrogen. The oxidant gas is a gas that contains oxygen and may be oxygen, air, dry air, etc.
本開示の燃料電池の単セルは、膜電極ガス拡散層接合体と、前記膜電極ガス拡散層接合体の周囲に配置された樹脂フレームと、前記膜電極ガス拡散層接合体と前記樹脂フレームとを挟持する一対のセパレータと、樹脂シートと、を備える。
本開示の燃料電池は、単セルを1つのみ有するものであってもよく、単セルを複数個積層した燃料電池スタックであってもよい。
燃料電池スタックにおける単セルの積層数は特に限定されず、2~数百個であってもよい。
本開示においては、単セル、及び、燃料電池スタックのいずれも、燃料電池と呼ぶ場合がある。
A single cell of the fuel cell according to the present disclosure comprises a membrane electrode gas diffusion layer assembly, a resin frame arranged around the membrane electrode gas diffusion layer assembly, a pair of separators sandwiching the membrane electrode gas diffusion layer assembly and the resin frame, and a resin sheet.
The fuel cell of the present disclosure may be one having only one unit cell, or may be a fuel cell stack in which a plurality of unit cells are stacked.
The number of unit cells stacked in the fuel cell stack is not particularly limited, and may range from 2 to several hundred.
In this disclosure, both the single cell and the fuel cell stack may be referred to as a fuel cell.
膜電極ガス拡散層接合体(MEGA)は、アノード側ガス拡散層(AnGDL)、アノード触媒層、電解質膜、カソード触媒層、及び、カソード側ガス拡散層(CaGDL)をこの順に有する。
本開示においては、AnMEGAとは、膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)とアノード側ガス拡散層とにより構成される。MEAは、電解質膜と、電解質膜を挟み込むアノード触媒層およびカソード触媒層とにより構成される。
The membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA) comprises, in this order, an anode side gas diffusion layer (AnGDL), an anode catalyst layer, an electrolyte membrane, a cathode catalyst layer, and a cathode side gas diffusion layer (CaGDL).
In the present disclosure, the AnMEGA is composed of a membrane electrode assembly (MEA) and an anode-side gas diffusion layer. The MEA is composed of an electrolyte membrane, and an anode catalyst layer and a cathode catalyst layer that sandwich the electrolyte membrane.
カソード(酸化剤極)は、カソード触媒層及びカソード側ガス拡散層を含む。
アノード(燃料極)は、アノード触媒層及びアノード側ガス拡散層を含む。
カソード触媒層及びアノード触媒層をまとめて触媒層と称する。
触媒層は、例えば、電気化学反応を促進する触媒金属、プロトン伝導性を有する電解質、及び、電子伝導性を有する担体等を備えていてもよい。
触媒金属としては、例えば、白金(Pt)、及び、Ptと他の金属とから成る合金(例えばコバルト、及び、ニッケル等を混合したPt合金)等を用いることができる。
電解質としては、フッ素系樹脂等であってもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、ナフィオン溶液等を用いてもよい。
上記触媒金属は担体上に担持されており、各触媒層では、触媒金属を担持した担体(触媒担持担体)と電解質とが混在していてもよい。
触媒金属を担持するための担体は、例えば、一般に市販されているカーボンなどの炭素材料等が挙げられる。
The cathode (oxidant electrode) includes a cathode catalyst layer and a cathode-side gas diffusion layer.
The anode (fuel electrode) includes an anode catalyst layer and an anode-side gas diffusion layer.
The cathode catalyst layer and the anode catalyst layer are collectively referred to as catalyst layers.
The catalyst layer may include, for example, a catalytic metal that promotes an electrochemical reaction, an electrolyte having proton conductivity, and a carrier having electron conductivity.
As the catalytic metal, for example, platinum (Pt) and alloys of Pt and other metals (for example, Pt alloys mixed with cobalt and nickel, etc.) can be used.
The electrolyte may be a fluorine-based resin, etc. As the fluorine-based resin, for example, a Nafion solution, etc. may be used.
The catalytic metal is supported on a carrier, and in each catalyst layer, the carrier supporting the catalytic metal (catalyst-supporting carrier) and the electrolyte may be present together.
The support for supporting the catalytic metal may be, for example, a carbon material such as carbon that is generally available commercially.
カソード側ガス拡散層及びアノード側ガス拡散層をまとめてガス拡散層(GDL)と称する。
GDLは基材とメソポーラス層(MPL)で構成されていてもよい。
GDLは、セパレータに当接する側に基材と、触媒層に当接する側にMPLとを有していてもよい。
基材は、ガス透過性を有する導電性部材等であってもよい。
基材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。
MPLは、PTFE等の撥水性樹脂とカーボンブラック等の導電性材料との混合物を含んでいてもよい。
MPLにはCeなどの酸化防止剤が含まれていてもよい。酸化防止剤により、ラジカルの発生を防止することができる。
The cathode side gas diffusion layer and the anode side gas diffusion layer are collectively referred to as a gas diffusion layer (GDL).
The GDL may be composed of a substrate and a mesoporous layer (MPL).
The GDL may have a substrate on the side in contact with the separator, and an MPL on the side in contact with the catalyst layer.
The substrate may be a gas-permeable conductive member or the like.
Examples of the substrate include porous carbon bodies such as carbon cloth and carbon paper, and porous metal bodies such as metal mesh and foamed metal.
The MPL may comprise a mixture of a water repellent resin, such as PTFE, and a conductive material, such as carbon black.
The MPL may contain an antioxidant such as Ce. The antioxidant can prevent the generation of radicals.
電解質膜は、固体高分子電解質膜であってもよい。固体高分子電解質膜としては、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜等のフッ素系電解質膜、及び、炭化水素系電解質膜等が挙げられる。電解質膜としては、例えば、ナフィオン膜(デュポン社製)等であってもよい。 The electrolyte membrane may be a solid polymer electrolyte membrane. Examples of the solid polymer electrolyte membrane include fluorine-based electrolyte membranes such as a thin film of perfluorosulfonic acid containing water, and hydrocarbon-based electrolyte membranes. The electrolyte membrane may be, for example, a Nafion membrane (manufactured by DuPont).
単セルは樹脂フレームを備える。
樹脂フレームは、膜電極ガス拡散層接合体の外周に配置され、且つ、カソードセパレータとアノードセパレータとの間に配置される。
樹脂フレームは、骨格部と、開口部と、孔を有していてもよい。
骨格部は、膜電極ガス拡散層接合体と接続する樹脂フレームの主要部分である。
開口部は、膜電極ガス拡散層接合体の保持領域であり、膜電極ガス拡散層接合体を収納するために骨格部の一部を貫通する領域である。開口部は、樹脂フレームにおいて、膜電極ガス拡散層接合体の周囲(外周部)に骨格部が配置される位置に配置されていればよく、樹脂フレームの中央に有していてもよい。
樹脂フレームの孔は、反応ガス、及び、冷却媒体等の流体を単セルの積層方向に流通させる。樹脂フレームの孔は、セパレータの孔と連通するように位置合わせされて配置されていてもよい。
樹脂フレームは、枠状のコア層と、コア層の両面に設けられた枠状の二つのシェル層、即ち、第1シェル層と第2シェル層とを含む3層構造であってもよい。第1シェル層及び第2シェル層は、コア層と同様に、コア層の両面に枠状に設けられていてもよい。
The single cell has a resin frame.
The resin frame is disposed around the outer periphery of the membrane electrode gas diffusion layer assembly, and is disposed between the cathode separator and the anode separator.
The resin frame may have a framework, an opening, and a hole.
The framework is the main part of the resin frame that connects to the membrane electrode gas diffusion layer assembly.
The opening is a holding region for the membrane electrode gas diffusion layer assembly, and is a region penetrating a part of the framework to accommodate the membrane electrode gas diffusion layer assembly. The opening may be located at a position in the resin frame where the framework is disposed around (the outer periphery of) the membrane electrode gas diffusion layer assembly, and may be located in the center of the resin frame.
The holes in the resin frame allow reaction gases and fluids such as a cooling medium to flow in the stacking direction of the unit cells. The holes in the resin frame may be aligned and arranged so as to communicate with the holes in the separators.
The resin frame may have a three-layer structure including a frame-shaped core layer and two frame-shaped shell layers, i.e., a first shell layer and a second shell layer, provided on both sides of the core layer. The first shell layer and the second shell layer may be provided in a frame shape on both sides of the core layer, similar to the core layer.
コア層は、ガスシール性、絶縁性を有する構造部材であればよく、燃料電池の製造工程での熱圧着時の温度条件下でも構造が変化しない材料により形成されていてもよい。具体的には、コア層の材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン(PP)、PC(ポリカーボネート)、PPS(ポリフェニレンスルファイド)、PET(ポリエチレンテレフタラート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PA(ポリアミド)、PI(ポリイミド)、PS(ポリスチレン)、PPE(ポリフェニレンエーテル)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、シクロオレフィン、PES(ポリエーテルサルホン)、PPSU(ポリフェニルスルホン)、LCP(液晶ポリマー)、エポキシ樹脂等の樹脂等であってもよい。コア層の材料は、EPDM(エチレンプロピレンジエンゴム)、フッ素系ゴム、シリコン系ゴム等のゴム材であってもよい。
コア層の厚さは、絶縁性を担保する観点から、5μm以上であってもよく、30μm以上であってもよく、セル厚さを低減する観点から、100μm以下であってもよく、90μm以下であってもよい。
The core layer may be a structural member having gas sealing and insulating properties, and may be formed of a material whose structure does not change even under the temperature conditions during thermocompression bonding in the manufacturing process of the fuel cell. Specifically, the material of the core layer may be, for example, polyethylene, polypropylene (PP), PC (polycarbonate), PPS (polyphenylene sulfide), PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PA (polyamide), PI (polyimide), PS (polystyrene), PPE (polyphenylene ether), PEEK (polyether ether ketone), cycloolefin, PES (polyether sulfone), PPSU (polyphenyl sulfone), LCP (liquid crystal polymer), epoxy resin, or other resin. The material of the core layer may be a rubber material such as EPDM (ethylene propylene diene rubber), fluorine-based rubber, or silicon-based rubber.
The thickness of the core layer may be 5 μm or more, or may be 30 μm or more, from the viewpoint of ensuring insulation, and may be 100 μm or less, or may be 90 μm or less, from the viewpoint of reducing the cell thickness.
第1シェル層及び第2シェル層は、コア層とアノードセパレータ及びカソードセパレータとを接着してシール性を確保するために、他の物質との接着性が高く、熱圧着時の温度条件下で軟化し、コア層よりも粘度及び融点が低い性質を有していてもよい。具体的には、第1シェル層及び第2シェル層は、ポリエステル系及び変性オレフィン系等の熱可塑性樹脂であってもよく、変性エポキシ樹脂である熱硬化性樹脂であってもよく、マレイン酸変性PP(商標名 アドマー)等であってもよい。
第1シェル層を構成する樹脂と第2シェル層を構成する樹脂とは、同種の樹脂であってもよく、異なる種類の樹脂であってもよい。
シェル層にはフェノール系酸化防止剤が含まれていてもよい。
コア層の両面にシェル層を設けることで、樹脂フレームと2つのセパレータとの間の加熱プレスによる接着が容易になる。
第1シェル層及び第2シェル層のそれぞれのシェル層の厚さは、接着性を担保する観点から、5μm以上であってもよく、30μm以上であってもよく、セル厚さを低減する観点から、100μm以下であってもよく、40μm以下であってもよい。
The first and second shell layers may have properties such as high adhesion to other substances, softening under temperature conditions during thermocompression bonding, and a lower viscosity and melting point than the core layer, in order to bond the core layer to the anode separator and the cathode separator and ensure sealing properties. Specifically, the first and second shell layers may be thermoplastic resins such as polyester and modified olefin, or may be thermosetting resins such as modified epoxy resins, or may be maleic acid modified PP (trade name: Admer), etc.
The resin constituting the first shell layer and the resin constituting the second shell layer may be the same type of resin or different types of resin.
The shell layer may include a phenolic antioxidant.
By providing shell layers on both sides of the core layer, adhesion between the resin frame and the two separators by hot pressing becomes easier.
The thickness of each of the first shell layer and the second shell layer may be 5 μm or more, or may be 30 μm or more, from the viewpoint of ensuring adhesion, and may be 100 μm or less, or may be 40 μm or less, from the viewpoint of reducing the cell thickness.
コア層の一方の面に設けられた第1シェル層は、カソードセパレータ及び第1ガス拡散層と接着していてもよい。コア層の他方の面に設けられた第2シェル層は、アノードセパレータと接着していてもよい。そして、樹脂フレームは、一対のセパレータにより挟持されてもよい。 The first shell layer provided on one surface of the core layer may be bonded to the cathode separator and the first gas diffusion layer. The second shell layer provided on the other surface of the core layer may be bonded to the anode separator. The resin frame may be sandwiched between a pair of separators.
単セルは、樹脂フレーム及び膜電極ガス拡散層接合体を挟持する一対のセパレータを備える。一対のセパレータは、一方がアノードセパレータであり、もう一方がカソードセパレータである。本開示では、アノードセパレータとカソードセパレータとをまとめてセパレータという。
セパレータは、反応ガス及び冷却媒体等の流体を単セルの積層方向に流通させるための供給孔及び排出孔等のマニホールドを構成する孔を有していてもよい。
冷却媒体としては、低温時の凍結を防止するために例えばエチレングリコールと水との混合溶液等の冷却水を用いることができる。また、冷却媒体としては、冷却用の空気を用いることができる。
供給孔は、燃料ガス供給孔、酸化剤ガス供給孔、及び、冷却媒体供給孔等が挙げられる。
排出孔は、燃料ガス排出孔、酸化剤ガス排出孔、及び、冷却媒体排出孔等が挙げられる。
セパレータは、ガス拡散層に接する面に反応ガス流路を有していてもよい。また、セパレータは、ガス拡散層に接する面とは反対側の面に燃料電池の温度を一定に保つための冷却媒体流路を有していてもよい。
セパレータは、反応ガス流路、冷却媒体流路等の流路を構成するリブを有していてもよい。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属(例えば、鉄、アルミニウム、及び、ステンレス等)板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。
セパレータの形状は、長方形、横長6角形、横長8角形、円形、及び、長丸形状等であってもよい。
The single cell includes a pair of separators that sandwich a resin frame and a membrane electrode gas diffusion layer assembly. One of the pair of separators is an anode separator, and the other is a cathode separator. In the present disclosure, the anode separator and the cathode separator are collectively referred to as separators.
The separator may have holes forming manifolds such as supply holes and exhaust holes for passing fluids such as reactant gases and cooling media in the stacking direction of the unit cells.
As the cooling medium, cooling water such as a mixed solution of ethylene glycol and water can be used to prevent freezing at low temperatures, or cooling air can be used as the cooling medium.
Examples of the supply hole include a fuel gas supply hole, an oxidant gas supply hole, and a coolant supply hole.
Examples of the exhaust hole include a fuel gas exhaust hole, an oxidant gas exhaust hole, and a coolant exhaust hole.
The separator may have a reactant gas flow path on the surface in contact with the gas diffusion layer, and may have a coolant flow path on the surface opposite to the surface in contact with the gas diffusion layer for maintaining a constant temperature of the fuel cell.
The separator may have ribs that define flow paths such as a reactant gas flow path and a coolant flow path.
The separator may be a gas-impermeable conductive member. The conductive member may be, for example, dense carbon made by compressing carbon to make it gas-impermeable, or a press-formed metal (e.g., iron, aluminum, stainless steel, etc.) plate. The separator may also have a current collecting function.
The shape of the separator may be rectangular, horizontally elongated hexagonal, horizontally elongated octagonal, circular, oval, or the like.
燃料電池スタックは、各供給孔が連通した入口マニホールド、及び、各排出孔が連通した出口マニホールド等のマニホールドを有する。
入口マニホールドは、アノード入口マニホールド、カソード入口マニホールド、及び、冷却媒体入口マニホールド等が挙げられる。アノード入口マニホールド、及び、カソード入口マニホールドをまとめてガス入口マニホールドという。
出口マニホールドは、アノード出口マニホールド、カソード出口マニホールド、及び、冷却媒体出口マニホールド等が挙げられる。アノード出口マニホールド、及び、カソード出口マニホールドをまとめてガス出口マニホールドという。
ガス入口マニホールド、及び、ガス出口マニホールドをまとめて反応ガスマニホールドという。
The fuel cell stack has manifolds, such as an inlet manifold to which the supply holes communicate, and an outlet manifold to which the exhaust holes communicate.
Examples of the inlet manifold include an anode inlet manifold, a cathode inlet manifold, a coolant inlet manifold, etc. The anode inlet manifold and the cathode inlet manifold are collectively referred to as a gas inlet manifold.
Examples of the outlet manifold include an anode outlet manifold, a cathode outlet manifold, a cooling medium outlet manifold, etc. The anode outlet manifold and the cathode outlet manifold are collectively referred to as a gas outlet manifold.
The gas inlet manifold and the gas outlet manifold are collectively referred to as the reaction gas manifold.
樹脂シートは、樹脂フレームの面上の第1領域から、膜電極ガス拡散層接合体の露出した電解質膜の面上の第2領域まで面方向に連続して配置される。
膜電極ガス拡散層接合体の第1ガス拡散層の外周縁部は、樹脂シートと対向せず、且つ、樹脂フレームと対向する。本開示においては、第1ガス拡散層は、カソード側ガス拡散層又はアノード側ガス拡散層であり、カソード側ガス拡散層であってもよい。
第1領域と隣接し、且つ、樹脂フレームが樹脂シートと対向していない第3領域において、第1ガス拡散層の外周縁部と樹脂フレームが、樹脂フレーム(具体的にはシェル層)により接合されていればよい。
樹脂シートは、ナイロン12、ナイロン11等のポリアミド樹脂、及び、マレイン酸変性PP(商標名 アドマー)等であってもよい。
The resin sheet is disposed continuously in the planar direction from a first region on the surface of the resin frame to a second region on the surface of the exposed electrolyte membrane of the membrane electrode-gas diffusion layer assembly.
The outer peripheral edge of the first gas diffusion layer of the membrane electrode gas diffusion layer assembly does not face the resin sheet, but faces the resin frame. In the present disclosure, the first gas diffusion layer is a cathode side gas diffusion layer or an anode side gas diffusion layer, and may be a cathode side gas diffusion layer.
In a third region adjacent to the first region and in which the resin frame does not face the resin sheet, the outer peripheral edge of the first gas diffusion layer and the resin frame are joined by the resin frame (specifically, the shell layer).
The resin sheet may be made of a polyamide resin such as nylon 12 or nylon 11, or maleic acid modified PP (trade name: Admer).
Claims (1)
前記燃料電池は、膜電極ガス拡散層接合体と、前記膜電極ガス拡散層接合体の周囲に配置された樹脂フレームと、前記膜電極ガス拡散層接合体と前記樹脂フレームとを挟持する一対のセパレータと、樹脂シートと、を備え、
前記樹脂シートは、前記樹脂フレームの面上の第1領域から、前記膜電極ガス拡散層接合体の露出した電解質膜の面上の第2領域まで面方向に連続して配置され、
前記膜電極ガス拡散層接合体の第1ガス拡散層の外周縁部は、前記樹脂シートと対向せず、且つ、前記樹脂フレームと対向し、
前記第1領域と隣接し、且つ、前記樹脂フレームが前記樹脂シートと対向していない第3領域において、前記第1ガス拡散層の外周縁部と前記樹脂フレームが、前記樹脂フレームにより接合されていることを特徴とする燃料電池。 1. A fuel cell comprising:
the fuel cell comprises a membrane electrode gas diffusion layer assembly, a resin frame arranged around the membrane electrode gas diffusion layer assembly, a pair of separators sandwiching the membrane electrode gas diffusion layer assembly and the resin frame, and a resin sheet;
the resin sheet is disposed continuously in a planar direction from a first region on a surface of the resin frame to a second region on a surface of the exposed electrolyte membrane of the membrane electrode-gas diffusion layer assembly,
an outer peripheral edge portion of the first gas diffusion layer of the membrane electrode gas diffusion layer assembly does not face the resin sheet and faces the resin frame;
A fuel cell characterized in that in a third region adjacent to the first region and in which the resin frame does not face the resin sheet, the outer peripheral edge of the first gas diffusion layer and the resin frame are joined by the resin frame.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2023037023A JP2024128178A (en) | 2023-03-10 | 2023-03-10 | Fuel Cells |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2023037023A JP2024128178A (en) | 2023-03-10 | 2023-03-10 | Fuel Cells |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2024128178A true JP2024128178A (en) | 2024-09-24 |
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ID=92839519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023037023A Pending JP2024128178A (en) | 2023-03-10 | 2023-03-10 | Fuel Cells |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2024128178A (en) |
-
2023
- 2023-03-10 JP JP2023037023A patent/JP2024128178A/en active Pending
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