JP4595476B2 - Fuel cell - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池に関し、とくに、メタルセパレータを有しシール部の少なくとも一部が接着剤からなるシール材でシールされた燃料電池に関する。 The present invention relates to fuel cells, in particular, it relates to fuel cells at least part of which is sealed with a sealing material made of the adhesive of the sealing portion has a metal separator.
単位燃料電池(単セル)はMEAをセパレータで挟んだものから形成される。単セルは複数積層されて燃料電池スタックとされる。セパレータには、流体流路が形成され、発電領域に、MEA対向面に燃料ガス流路、酸化ガス流路、MEA対向面と反対側面に冷媒流路が形成され、非発電領域に、燃料ガスマニホールド、酸化ガスマニホールド、冷媒マニホールドが形成されている。燃料ガスが燃料ガスマニホールド、燃料ガス流路に流され、酸化ガスが酸化ガスマニホールド、酸化ガス流路に流され、冷媒が冷媒流路、冷媒マニホールドに流される。流体流路はまわりから接着剤またはガスケットのシール材によって外部からシールされる。
隣接するセル間の電気接触抵抗を低減するために、セパレータ1のMEA対向面と反対側面の全面に貴金属コート2が形成され(図8)、セパレータとMEAとの電気接触抵抗を低減するとともにセパレータの反応ガス(燃料ガス、酸化ガス)中の酸性成分による腐食を抑制するために、セパレータ1のMEA対向面の全面に貴金属コートおよび/または耐食コート3が形成される(図9)。
A unit fuel cell (single cell) is formed from a MEA sandwiched between separators. A plurality of single cells are stacked to form a fuel cell stack. The separator is formed with a fluid flow path, a fuel gas flow path, an oxidizing gas flow path is formed on the MEA facing surface, a refrigerant flow path is formed on the side opposite to the MEA facing surface, and a fuel gas flow path is formed on the non-power generation area. A manifold, an oxidizing gas manifold, and a refrigerant manifold are formed. The fuel gas is flowed to the fuel gas manifold and the fuel gas flow path, the oxidizing gas is flowed to the oxidizing gas manifold and the oxidizing gas flow path, and the refrigerant is flowed to the refrigerant flow path and the refrigerant manifold. The fluid flow path is sealed from the outside by an adhesive or a gasket sealing material.
In order to reduce the electrical contact resistance between adjacent cells, a
特開2000−323148号公報は、貴金属コート、耐食コートなどの表面処理コートをセパレータ全面に施したメタルセパレータを開示している。
しかし、表面処理コートをセパレータ全面に施したメタルセパレータにはつぎの課題がある。
一般に、貴金属コートは、接着剤、耐食コート、メタルセパレータ基材と化学的に不活性であり、接着力が弱く、接着剤とメタルセパレータ基材との接着に比べて、剥離しやすい。
その結果、シール材に接着剤が用いられた場合、
(イ)接着剤が貴金属コートから剥離する、
(ロ)貴金属コートがセパレータ基材から剥離する、
(ハ)耐蝕コートが貴金属コートから、もしくはセパレータ基材から剥離する、
等の問題が生じるおそれがある。そして、剥離が生じると、シール部でのシール性が確保できなくなる。
However, the metal separator in which the surface treatment coat is applied to the entire surface of the separator has the following problems.
In general, the noble metal coat is chemically inactive with the adhesive, the corrosion-resistant coat, and the metal separator base material, has a weak adhesive force, and is easily peeled off as compared with the adhesion between the adhesive and the metal separator base material.
As a result, when an adhesive is used for the sealing material,
(A) The adhesive peels off from the noble metal coat.
(B) The noble metal coat is peeled off from the separator substrate.
(C) corrosion coating is stripped from the noble metal coating or separators substrate,
Such a problem may occur. And when peeling arises, it becomes impossible to ensure the sealing performance in a seal part.
本発明の目的は、メタルセパレータを有しシール部の少なくとも一部が接着剤からなるシール材でシールされた燃料電池であって、シール性の確保が改善された燃料電池を提供することにある。 An object of the present invention is a fuel cell at least part of which is sealed with a sealing material made of the adhesive of the sealing portion has a metal separator is to provide a fuel cell secured with improved sealability .
上記課題を解決する、そして上記目的を達成する、本発明は、つぎのとおりである。
(1) MEAと該MEAを挟んで対向する2枚の樹脂フレームと該2枚の樹脂フレームを挟んで対向する2枚のメタルセパレータを有する単セルを積層したスタックを含み、各セルがセル発電領域とセル発電領域の周囲のセル非発電領域とを有し、
セル発電領域には、セパレータのMEA対向面に反応ガス流路が形成され、セパレータのMEA対向面と反対側面に冷媒流路が形成され、
セル非発電領域には、反応ガスマニホールドと冷媒マニホールドおよび該反応ガスマニホールドと冷媒マニホールドを前記セル発電領域の反応ガス流路と冷媒流路にそれぞれ連通する連通路が形成され、
前記反応ガス流路、冷媒流路、反応ガスマニホールド、冷媒マニホールド、それぞれの連通路は、流体流路を形成し、
前記セル非発電領域に位置し前記流体流路をまわりからシールするシール部の少なくとも一部に、樹脂からなり塗布時には液状で塗布後に固化される接着剤が塗布されており、
前記シール部の、接着剤から構成されたシール部部分が、少なくとも、セパレータと樹脂フレームとの間の接着剤部分と、一対の樹脂フレーム間の接着剤部分と、樹脂フレームとMEAとの間の接着剤部分を含む、
メタルセパレータ具備燃料電池であって、
メタルセパレータの前記接着剤に接触する部分に、表面処理コートが施されずメタルセパレータの基材の表面が露出している非コート部を設け、該非コート部を除き、メタルセパレータの全面に表面処理コートを施し、
該表面処理コートは、メタルセパレータの冷媒が接する側の面に形成された貴金属コートと、メタルセパレータの反応ガスが接する側の面に形成された耐蝕コート、または貴金属コートと該貴金属コート表面に形成された耐蝕コートと、を含み、前記耐蝕コートはセル発電領域では導電性耐蝕コートとされており、
前記接着剤が前記非コート部にてメタルセパレータの基材に直接密着しており、
前記接着剤は前記メタルセパレータの表面を各種前記マニホールドとの境界まで覆っている、燃料電池。
(2) 前記シール部の、接着剤でシールされたシール部部分が、さらに、隣接する単セル間の接着剤部分、を含む(1)記載の燃料電池。
(3) 前記非コート部はセル非発電領域でセパレータの表面上に前記マニホールドとの境界まで形成されている、(1)記載の燃料電池。
The present invention for solving the above problems and achieving the above object is as follows.
(1) It includes a stack in which a single cell having an MEA and two resin frames facing each other with the MEA sandwiched therebetween and two metal separators facing each other with the two resin frames sandwiched therebetween is stacked. An area and a cell non-power generation area around the cell power generation area,
In the cell power generation region, a reaction gas flow path is formed on the MEA facing surface of the separator, a refrigerant flow path is formed on the side surface opposite to the MEA facing surface of the separator,
In the cell non-power generation region, a reaction gas manifold and a refrigerant manifold, and a communication passage that connects the reaction gas manifold and the refrigerant manifold to the reaction gas channel and the refrigerant channel of the cell power generation region, respectively, are formed.
The reaction gas flow path, the refrigerant flow path, the reaction gas manifold, the refrigerant manifold, and the respective communication paths form a fluid flow path,
At least a part of the seal portion that is located in the cell non-power generation region and seals the fluid flow path from around is coated with an adhesive that is made of resin and is solidified after application in a liquid state at the time of application,
The seal portion of the seal portion made of an adhesive includes at least an adhesive portion between the separator and the resin frame, an adhesive portion between the pair of resin frames, and the resin frame and the MEA. Including the adhesive part,
A fuel cell equipped with a metal separator,
In the part of the metal separator that comes into contact with the adhesive, a non-coated part that is not subjected to a surface treatment coating and the surface of the base material of the metal separator is exposed is provided, and the entire surface of the metal separator is treated except for the non-coated part. Apply a coat,
The surface treatment coat is formed on the noble metal coat formed on the surface of the metal separator that contacts the coolant and the anticorrosion coat formed on the surface of the metal separator that contacts the reaction gas, or on the surface of the noble metal coat and the noble metal coat. A corrosion-resistant coating, and the corrosion-resistant coating is a conductive corrosion-resistant coating in the cell power generation region,
The adhesive is in direct contact with the base material of the metal separator at the uncoated portion,
The fuel cell according to
(2) The fuel cell according to (1), wherein the seal portion of the seal portion sealed with an adhesive further includes an adhesive portion between adjacent single cells.
(3) The fuel cell according to (1), wherein the non-coated portion is formed on a surface of the separator up to a boundary with the manifold in a cell non-power generation region.
上記(1)、(2)の燃料電池によれば、メタルセパレータが、接着剤に接触する部分に表面処理コートが施されずメタルセパレータの基材の表面が露出している非コート部を有しており、接着剤がメタルセパレータの非コート部でメタルセパレータの基材に直接密着しているので、従来シール構造で問題となっていたコートと基材間の剥がれ、コートとコート間の剥がれがなくなり、本発明の燃料電池における非コート部でのシール性が向上し、確保される。
上記(3)の燃料電池によれば、非コート部がセル非発電領域でセパレータの表面上にマニホールドとの境界まで形成されており、基材がマニホールド境界まで接着剤で覆われているため、ガスや冷媒がマニホールド境界から接着剤とセパレータ基材との間に進入することがなくなり、マニホールドまわりのセパレータの耐食性が向上し、接着剤とセパレータ基材との剥がれがなくなり、シール性が確保される。
According to the fuel cells of (1) and (2) above, the metal separator has an uncoated portion in which the surface of the metal separator base material is exposed without the surface treatment coating being applied to the portion in contact with the adhesive. Since the adhesive is in direct contact with the base material of the metal separator at the non-coated part of the metal separator, peeling between the coat and the base material, which has been a problem with conventional seal structures, and peeling between the coat and the coat The sealing performance at the non-coated portion in the fuel cell of the present invention is improved and secured.
According to the fuel cell of (3) above, the non-coated portion is formed on the separator surface in the cell non-power generation region up to the boundary with the manifold, and the base material is covered with the adhesive up to the manifold boundary. Gas and refrigerant will not enter between the adhesive and the separator base material from the manifold boundary, the corrosion resistance of the separator around the manifold will be improved, and the adhesive and separator base material will not peel off, ensuring sealing performance. The
以下に、本発明の燃料電池を図1〜図7を参照して説明する。
図中、図1〜図3は本発明の実施例1を示し、図4〜図6は本発明の実施例2を示す。図7は本発明の実施例1にも実施例2にも適用される。
本発明の実施例1、2に共通する構成部分には本発明の実施例1、2にわたって同じ符号を付してある。
The following describes the fuel cells of the present invention with reference to FIGS.
1 to 3 show a first embodiment of the present invention, and FIGS. 4 to 6 show a second embodiment of the present invention. FIG. 7 applies to both the first and second embodiments of the present invention.
Components common to the first and second embodiments of the present invention are denoted by the same reference numerals throughout the first and second embodiments of the present invention.
まず、本発明の実施例1、2に共通な部分の構成、作用・効果を、図1〜図3、図7を参照して、説明する。
本発明が適用される燃料電池は、たとえば固体高分子電解質型燃料電池10である。燃料電池10は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
First, the configuration, operation, and effects of portions common to the first and second embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and FIG.
The fuel cell to which the present invention is applied is, for example, a solid polymer
固体高分子電解質型燃料電池10は、図1、図7に示すように、膜−電極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembly )とセパレータ18との積層体からなる。
膜−電極アッセンブリは、イオン交換膜からなる電解質膜11とこの電解質膜11の一面に配置された触媒層からなる電極(アノード、燃料極)14および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極(カソード、空気極)17とからなる。膜−電極アッセンブリとセパレータ18との間には、アノード側、カソード側にそれぞれ通気性を有するガス拡散層13、16が設けられる。
膜−電極アッセンブリとセパレータ18を重ねてセル19を構成し、セル19を積層してセル積層体とし、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミナル20、インシュレータ21、エンドプレート22を配置し、セル積層体をセル積層方向に締め付け、セル積層体の外側でセル積層方向に延びる締結部材(たとえば、テンションプレート24)、ボルト・ナット25にて固定して、スタック23を構成する。
As shown in FIGS. 1 and 7, the solid polymer
The membrane-electrode assembly includes an
The cell-electrode assembly and the
セル19は、中央部に発電領域51を有し、そのまわりに非発電領域52を有する。セパレータ18が金属製セパレータ(以下、メタルセパレータという)の場合、MEAとセパレータ18との間で、非発電領域52の部位に、枠状の(発電領域51が中抜きされた)樹脂フレーム36が設けられてもよく、その場合は、MEAは2枚の樹脂フレームで挟み、その2枚の樹脂フレームが2枚のセパレータ18で挟まれる。
The
セパレータ18には、発電領域51において、アノード14に燃料ガス(水素)を供給するための燃料ガス流路27が形成され、カソード17に酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための酸化ガス流路28が形成されている。また、セパレータ18には冷媒(通常、冷却水)を流すための冷媒流路26も形成されている。セパレータ18には(樹脂フレーム36が設けられる場合は、セパレータ18と樹脂フレーム36には)、非発電領域52において、燃料ガスマニホールド30、酸化ガスマニホールド31、冷媒マニホールド29が形成されている。燃料ガスマニホールド30は燃料ガス流路27と連通しており、酸化ガスマニホールド31は酸化ガス流路28と連通しており、冷媒マニホールド29は冷媒流路26と連通している。マニホールド30、31、29と発電領域の流体流路27、28、26は、それぞれ、連通路34を介して、連通しており、連通路34にも流体が流れる。
In the
各セル19の、アノード14側では、水素を水素イオン(プロトン)と電子に変換する電離反応が行われ、水素イオンは電解質膜11中をカソード17側に移動し、カソード17側では酸素と水素イオンおよび電子(隣りのMEAのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはセル積層方向一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通して他端のセルのカソードにくる)から水が生成され、次式にしたがって発電が行われる。
アノード側:H2 →2H+ +2e-
カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2 O
An ionization reaction that converts hydrogen into hydrogen ions (protons) and electrons is performed on the
Anode side: H 2 → 2H + + 2e −
Cathode side: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O
本発明のセパレータ18は、メタルセパレータからなる。メタルセパレータ18の材料は、たとえば、ステンレススチール、アルミニウムまたはその合金、チタンまたはその合金、マグネシウムまたはその合金、等である。
メタルセパレータ具備燃料電池では、単セルは、MEAと、MEAを挟んで対向する2枚の樹脂フレーム36と、2枚の樹脂フレーム36を挟んで対向する2枚のセパレータ18を含んでいてもよい。
The
In a fuel cell having a metal separator, a single cell may include an MEA, two
各種流体(燃料ガス、酸化ガス、冷媒)流路26、29、27、30、28、31、34は、互いに、かつ外部から、シール部35(シールラインに沿ってセル面内方向に幅をもち、かつセル積層方向に厚みを有し、シール材でシールされる部分)において、それぞれシールされる。
シール部35は、発電領域51(流体流路26、27、28の存在する領域)まわり、および連通路34を除いてマニホールド29、30、31まわりに、形成されている。
Various fluid (fuel gas, oxidant gas, refrigerant)
The seal portion 35 is formed around the power generation region 51 (the region where the
シール部35は、その少なくとも一部に、接着剤32でシールされたシール部分を含む。
単セル19が、MEAと、MEAを挟んで対向する2枚の樹脂フレーム36と、2枚の樹脂フレーム36を挟んで対向する2枚のセパレータ18を含んでいる場合には、シール部35の、接着剤32でシールされたシール部部分は、セパレータ18と樹脂フレーム36との間の接着剤部分32aと、一対の樹脂フレーム36間の接着剤部分32bと、樹脂フレーム36とMEAとの間の接着剤部分32cを含む。
シール部35の、接着剤32でシールされたシール部部分は、セパレータ18と樹脂フレーム36との間の接着剤部分32aと、一対の樹脂フレーム36間の接着剤部分32bと、樹脂フレーム36とMEAとの間の接着剤部分32cとの他に、隣接する単セル19間の接着剤部分32dを含んでいてもよい。ただし、隣接する単セル19間の接着剤部分32dは、ガスケット(ガスケットは接着剤でなく、ゴムガスケットである)で置き換えられてもよい。
The seal portion 35 includes a seal portion sealed with an adhesive 32 at least at a part thereof.
When the
The seal portion of the seal portion 35 sealed with the adhesive 32 includes an
接着剤32は、たとえば、シリコーン、オレフィン、エポキシ、アクリルなどの樹脂からなり、塗布時には液状で、接着剤の両側の部材で押されて拡げられ、塗布後に乾燥または熱により固化される。
隣接する単セル19間の接着剤部分32dがガスケットで置き換えられる場合には、そのガスケットは、たとえば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、EPDM(エチレンプロピレンジエンゴム)等からなる。
図1、図3はシール部35が、すべて接着剤32からなり、接着剤32が接着剤部分32a、32b、32c、32dを含む場合を示している。
The adhesive 32 is made of, for example, a resin such as silicone, olefin, epoxy, acrylic, etc., is in a liquid state at the time of application, is expanded by being pushed by members on both sides of the adhesive, and is solidified by drying or heat after application.
When the
1 and 3 show a case where the seal portion 35 is entirely made of an adhesive 32, and the adhesive 32 includes
セル19は、ガス流路27、28と電極14、17が存在し発電を行う発電領域51と、その周囲に位置し発電を行わない非発電領域52を有する。ガス流路27、28と冷媒流路26は発電領域51に位置し、樹脂フレーム36、マニホールド29、30、31、連通路34、およびシール部35、接着剤32は非発電領域に位置する。
The
セル19の発電領域51では、電気接触抵抗(隣接セル間の接触抵抗、メタルセパレータ18と拡散層13、16間の接触抵抗)を低減するため、およびメタルセパレータ18のガスとの接触による腐食を抑制するために、メタルセパレータ18の、セル19の発電領域51に位置する部分には、表面処理コート40(たとえば、貴金属コート41、または貴金属コート41とその上に導電性耐食コート42)が形成される。
たとえば、表面処理コート40は、セパレータ18の冷媒が接する側の面に形成された貴金属コート41と、セパレータの反応ガスが接する側の面に形成された耐蝕コート42(または貴金属コート41と貴金属コート41表面に形成された耐蝕コート42)と、を含む。
表面処理コート40のうち耐食コート42は、メタルセパレータ18の連通路34を構成する部分にも形成されることが望ましい。
表面処理コート40は、メタルセパレータ18のセル発電領域51にある部分と、セル発電領域とマニホールドとを接続する連通路34を構成する部分と、のみに形成される。ただし、メタルセパレータ18の連通路34を構成する部分には、表面処理コート40は必ずしも形成されなくてもよい。
表面処理コート40が形成された部分(領域)をコート部45と呼ぶことにする。
In the
For example, the
Of the
The
A portion (region) where the
セル19の発電領域51においてメタルセパレータ18上に形成される貴金属コート41は、貴金属メッキ処理、貴金属スパッタ処理などの何れかによって形成できる。セル19の発電領域51においてメタルセパレータ18上またはメタルセパレータ18上に形成された貴金属コート41上に形成される耐食コート42は、耐食材メッキ処理、耐食材スパッタ処理、耐食材スプレー塗布、耐食導電フィルム貼り付け、などの何れかによって形成できる。
The
セル19の非発電領域52では、メタルセパレータ18のセル19の非発電領域52に位置する部分には表面処理を施されておらず非コート部46となっている。シール部35はセル19の非発電領域52に位置しているので、メタルセパレータ18の、接着剤32に接触する部分は、表面処理コートが施されていない非コート部46を形成している。非コート部46においては、メタルセパレータ18の基材が露出している。非コート部46は、該部分がメタルセパレータの表面処理層コーティング時にマスキングされること等により形成される。ただし、非コート部46の形成方法はマスキングに限るものではなく、コート層形成後コート層を除去する等、他の種々の方法で形成してもよい。
セパレータ18の基材表面部が不働態膜を形成している場合は、その不働態膜も基材の一部を構成する。
接着剤32は、メタルセパレータ18の非コート部46でメタルセパレータ18の基材に直接密着している。
接着剤32は、シール部35において、メタルセパレータ18の表面をマニホールドとの境界まで覆っている。
In the
When the base-material surface part of the
The adhesive 32 is in direct contact with the base material of the
The adhesive 32 covers the surface of the
上記構成により、つぎの作用・効果が得られる。
メタルセパレータ18が、接着剤32に接触する部分が、たとえばメタルセパレータの表面処理層コーティング時にマスキングされること等により(ただし、マスキングに限らず)、表面処理コートが施されない、非コート部46を有しており、接着剤32がメタルセパレータ18の非コート部46でメタルセパレータ18の基材に直接密着しているので、従来シール構造で問題となっていたコートと基材間の剥がれ、コートとコート間の剥がれがなくなり、本発明の燃料電池における非コート部46でのシール性が向上し、確保される。すなわち、シール部35のシール性が向上し、確保される。これは、一般的に、接着剤32とメタルセパレータ18との接着力の方が、コートをセパレータ上もしくは他のコート上に積層させたときの各界面の密着力より接着力が強いからである。
With the above configuration, the following actions and effects can be obtained.
The portion where the
シール部35の、接着剤32でシールされたシール部部分が、セパレータ18と樹脂フレーム36との間の接着剤部分32aを含む場合は、接着剤32の接着剤部分32aがメタルセパレータ18の基材に直接密着するので、従来シール構造で問題となっていたコートと基材間の剥がれ、コートとコート間の剥がれがなくなり、本発明の燃料電池における非コート部46でのシール性が向上し、確保される。
When the seal portion of the seal portion 35 sealed with the adhesive 32 includes the
シール部35の、接着剤32でシールされたシール部部分が、隣接する単セル間の接着剤部分32dを含む場合は、接着剤32の接着剤部分32dがメタルセパレータ18の基材に直接密着するので、従来シール構造で問題となっていたコートと基材間の剥がれ、コートとコート間の剥がれがなくなり、本発明の燃料電池における非コート部46でのシール性が向上し、確保される。
When the seal part portion sealed with the adhesive 32 of the seal part 35 includes the
表面処理コート40が、メタルセパレータ18のセル発電領域51にある部分と、メタルセパレータ18の、セル発電領域51とマニホールド29、30、31とを接続する連通路34(ただし、連通路34には形成されなくてもよい)と、のみに形成されているので、シール部35はすべて非コート部46に位置することとなり、シール部35が接着剤32を含む場合にその接着剤32は全てメタルセパレータ18の基材に直接密着することができ、本発明の燃料電池における非コート部46でのシール性が向上し、確保される。
The
表面処理コート40が、セパレータ18の冷媒が接する側の面に形成された貴金属コート41と、セパレータ18の反応ガスが接する側の面に形成された耐蝕コート42、または貴金属コート41と貴金属コート表面に形成された耐蝕コート42と、を含む場合は、これらのコート41、42はすべて、たとえばセパレータ18の非コート部46をマスキングするだけで、従来の表面処理技術を適用することによって形成でき、特別な表面処理技術を必要としない。
The
つぎに、本発明の各実施例に特有な構成、作用・効果を説明する。
本発明の実施例1においては、図1〜図3に示すように、メタルセパレータ18は各種流体(燃料ガス、酸化ガス、冷媒)のマニホールド29、30、31を有し、非コート部46はセル非発電領域52で、連通路34の部位を除き、セパレータ18の表面上でマニホールド29、30、31との境界29a、30a、31aまで延びている。
Next, configurations, operations, and effects unique to each embodiment of the present invention will be described.
In Example 1 of the present invention, as shown in FIGS. 1 to 3, the
メタルセパレータ18の冷却水面側には、セル発電領域51に貴金属コート41が形成されており(最表面が貴金属コート41)、連通路34に耐食コート42が形成されている。ただし、連通路34の耐食コート42は設けられなくてもよい。
メタルセパレータ18のガス面側には、セル発電領域51に貴金属コート41とその表面に導電性耐食コート42が形成されており(最表面が耐食コート42)、連通路34に耐食コート42(連通路34の耐食コート42は非導電性でもよい)が形成されている。ただし、連通路34の耐食コート42は設けられなくてもよい。
また、接着剤32は、シール部35において、メタルセパレータ18の表面をマニホールド29、30、31との境界29a、30a、31aまで覆っており、メタルセパレータ18の表面に密着して接着されている。
On the cooling water surface side of the
On the gas surface side of the
Further, the adhesive 32 covers the surface of the
本発明の実施例1の作用・効果については、非コート部46がセル非発電領域52でセパレータ18の表面上にマニホールド29、30、31との境界29a、30a、31aまで形成されており、メタルセパレータ18の基材がマニホールド境界29a、30a、31aまで接着剤32で覆われているため、ガス、水がマニホールド境界29a、30a、31aから接着剤32とセパレータ基材との間に進入することがなくなり、接着剤32とセパレータ基材との剥がれがなくなり、マニホールド29、30、31まわりのセパレータ18の耐食性が向上し、シール部35のシール性が確保される。
Regarding the operation and effect of the first embodiment of the present invention, the
本発明の実施例2においては、図4〜図6に示すように、メタルセパレータ18は各種流体(燃料ガス、酸化ガス、冷媒)のマニホールド29、30、31を有し、非コート部46は、セル非発電領域52で、セパレータ18の表面上で、マニホールド境界29a、30a、31aから所定幅d(この所定幅dは一定値とは限らず、各種流体マニホールド29、30、31に応じて幅が互いに異なってもよい)隔たった位置まで延びており、マニホールド29、30、31まわりの所定幅の部分は、表面処理コート40の耐食コート42(この耐食コート42は導電性であっても非導電性であってもよい)が施されたコート部45となっている。マニホールド29、30、31のまわりのセパレータ部分を所定幅d残してマスキングし(所定幅dの部分はマスキングしない)、その状態で表面処理コート40の耐食コート42を施すことによって、マニホールド29、30、31のまわりのコート部45を形成できる。
In Example 2 of the present invention, as shown in FIGS. 4 to 6, the
メタルセパレータ18の冷却水面側には、セル発電領域51に貴金属コート41が形成されており(最表面が貴金属コート41)、連通路34に耐食コート42が形成されている。ただし、連通路34の耐食コート42は設けられなくてもよい。また、上記のマニホールド29、30、31のまわりの耐食コート42が形成されている。
メタルセパレータ18のガス面側には、セル発電領域51に貴金属コート41とその表面に導電性耐食コート42が形成されており(最表面が耐食コート42)、連通路34に耐食コート42(連通路34の耐食コート42は非導電性でもよい)が形成されている。ただし、連通路34の耐食コート42は設けられなくてもよい。また、上記のマニホールド29、30、31のまわりの耐食コート42が形成されている。
On the cooling water surface side of the
On the gas surface side of the
本発明の実施例2の作用・効果については、非コート部46がセル非発電領域52でセパレータ18の表面上にマニホールド境界29a、30a、31aから所定幅d、隔たった位置まで延びており、マニホールド29、30、31まわりの所定幅dの部分はコート部45とされ、接着剤32はシール部35でメタルセパレータ18の表面をマニホールドの境界29a、30a、31aまで覆っているので、接着剤32が線状に塗布された後それを挟む部材によって押しつぶされた時に接着剤32がマニホールドの境界29a、30a、31aまで拡がらなくても、所定幅d部分がコート部45のため、基材のマニホールドまわりの所定幅d部分がガス、生成水、冷却水に触れることがない。その結果、マニホールド29、30、31まわりのセパレータ18の耐食性が向上し、シール部35のシール性が確保される。
Regarding the operation and effect of the second embodiment of the present invention, the
10 (固体高分子電解質型)燃料電池
11 電解質膜
13、16 拡散層
14 アノード
17 カソード
18 セパレータ
19 セル
20 ターミナル
21 インシュレータ
22 エンドプレート
23 燃料電池スタック
24 締結部材(テンションプレート)
25 ボルト
26 冷媒流路(冷却水流路)
27 燃料ガス流路
28 酸化ガス流路
29 冷媒マニホールド
30 燃料ガスマニホールド
31 酸化ガスマニホールド
29a、30a、31a マニホールド境界
32 接着剤
32a セパレータと樹脂フレームとの間の接着剤部分
32b 樹脂フレーム間の接着剤部分
32c 樹脂フレームとMEAとの間の接着剤部分
32d 隣接セル間の接着剤部分
34 連通路
35 シール部
36 樹脂フレーム
40 表面処理コート
41 貴金属コート
42 耐食コート
43 連通路
45 コート部
46 非コート部
51 発電領域
52 非発電領域
10 (solid polymer electrolyte type)
25
27
Claims (3)
セル発電領域には、セパレータのMEA対向面に反応ガス流路が形成され、セパレータのMEA対向面と反対側面に冷媒流路が形成され、
セル非発電領域には、反応ガスマニホールドと冷媒マニホールドおよび該反応ガスマニホールドと冷媒マニホールドを前記セル発電領域の反応ガス流路と冷媒流路にそれぞれ連通する連通路が形成され、
前記反応ガス流路、冷媒流路、反応ガスマニホールド、冷媒マニホールド、それぞれの連通路は、流体流路を形成し、
前記セル非発電領域に位置し前記流体流路をまわりからシールするシール部の少なくとも一部に、樹脂からなり塗布時には液状で塗布後に固化される接着剤が塗布されており、
前記シール部の、接着剤から構成されたシール部部分が、少なくとも、セパレータと樹脂フレームとの間の接着剤部分と、一対の樹脂フレーム間の接着剤部分と、樹脂フレームとMEAとの間の接着剤部分を含む、
メタルセパレータ具備燃料電池であって、
メタルセパレータの前記接着剤に接触する部分に、表面処理コートが施されずメタルセパレータの基材の表面が露出している非コート部を設け、該非コート部を除き、メタルセパレータの全面に表面処理コートを施し、
該表面処理コートは、メタルセパレータの冷媒が接する側の面に形成された貴金属コートと、メタルセパレータの反応ガスが接する側の面に形成された耐蝕コート、または貴金属コートと該貴金属コート表面に形成された耐蝕コートと、を含み、前記耐蝕コートはセル発電領域では導電性耐蝕コートとされており、
前記接着剤が前記非コート部にてメタルセパレータの基材に直接密着しており、
前記接着剤は前記メタルセパレータの表面を各種前記マニホールドとの境界まで覆っている、燃料電池。 The stack includes a stack of single cells each having an MEA and two resin frames facing each other across the MEA and two metal separators facing each other across the two resin frames. Each cell includes a cell power generation region and a cell. A cell non-power generation area around the power generation area,
In the cell power generation region, a reaction gas flow path is formed on the MEA facing surface of the separator, a refrigerant flow path is formed on the side surface opposite to the MEA facing surface of the separator,
In the cell non-power generation region, a reaction gas manifold and a refrigerant manifold, and a communication passage that connects the reaction gas manifold and the refrigerant manifold to the reaction gas channel and the refrigerant channel of the cell power generation region, respectively, are formed.
The reaction gas flow path, the refrigerant flow path, the reaction gas manifold, the refrigerant manifold, and the respective communication paths form a fluid flow path,
At least a part of the seal portion that is located in the cell non-power generation region and seals the fluid flow path from around is coated with an adhesive that is made of resin and is solidified after application in a liquid state at the time of application,
The seal portion of the seal portion made of an adhesive includes at least an adhesive portion between the separator and the resin frame, an adhesive portion between the pair of resin frames, and the resin frame and the MEA. Including the adhesive part,
A fuel cell equipped with a metal separator,
In the part of the metal separator that comes into contact with the adhesive, a non-coated part that is not subjected to a surface treatment coating and the surface of the base material of the metal separator is exposed is provided, and the entire surface of the metal separator is treated except for the non-coated part. Apply a coat,
The surface treatment coat is formed on the noble metal coat formed on the surface of the metal separator that contacts the coolant and the anticorrosion coat formed on the surface of the metal separator that contacts the reaction gas, or on the surface of the noble metal coat and the noble metal coat. A corrosion-resistant coating, and the corrosion-resistant coating is a conductive corrosion-resistant coating in the cell power generation region,
The adhesive is in direct contact with the base material of the metal separator at the uncoated portion,
The fuel cell according to claim 1, wherein the adhesive covers the surface of the metal separator up to boundaries with various manifolds.
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