JP2003086229A - Stack structure of fuel cell - Google Patents
Stack structure of fuel cellInfo
- Publication number
- JP2003086229A JP2003086229A JP2001273983A JP2001273983A JP2003086229A JP 2003086229 A JP2003086229 A JP 2003086229A JP 2001273983 A JP2001273983 A JP 2001273983A JP 2001273983 A JP2001273983 A JP 2001273983A JP 2003086229 A JP2003086229 A JP 2003086229A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cell
- cell stack
- fuel cell
- plate
- cells
- 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
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池のスタッ
ク構造に関し、とくに固体高分子電解質型燃料電池のス
タック構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell stack structure, and more particularly to a solid polymer electrolyte fuel cell stack structure.
【0002】[0002]
【従来の技術】固体高分子電解質型燃料電池の単セル
は、膜−電極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electro
de Assembly )とセパレータとからなる。膜−電極アッ
センブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembly )
は、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一
面に配置された触媒層および拡散層からなる電極(アノ
ード、燃料極)および電解質膜の他面に配置された触媒
層および拡散層からなる電極(カソード、空気極)とか
らなる。セパレータは、アノード、カソードに燃料ガス
(アノードガス、水素)および酸化ガス(カソードガ
ス、酸素、通常は空気)を供給するための流体通路を形
成する。燃料電池スタックは、1層以上のセルを積層し
てモジュールとし、モジュールを複数積層してセル積層
体を構成し、セル積層体のセル積層方向両端に、ターミ
ナル、インシュレータ、エンドプレートを配置し、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)にて固定したものからなる。固体高分子電解
質型燃料電池では、アノード側で、水素が水素イオンと
電子にされ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移
動し、カソード側で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、セル積層体の一端のセルの電子が外部回路を通
してセル積層体の他端のセルにくる)から水が生成され
る。
アノード側:H2 →2H+ +2e-
カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2 O
ジュール熱およびカソードでの水生成反応で出る熱を冷
却するために、セパレータ間には、各セル毎にあるいは
複数個のセル毎に、冷却媒体(通常は冷却水)が流れる
流路が形成されており、燃料電池を冷却している。上記
の電気化学反応が正常に行われるためには、セパレータ
と電極との電気的接触が保持され、かつ、燃料ガス、酸
化ガス、冷媒等の流体が、セパレータと電極間からある
いはセパレータ間から漏れないように、セル積層体(モ
ジュール積層体でもある)はセル積層方向に締め付けら
れ、該締め付けが保持されなければならない。従来のセ
ル積層体の締め付け、締め付け保持は、たとえば特開2
000−208163に開示されているように、セルを
積層したスタックをセル積層方向に締め付けボルト・ナ
ットで固定し、かつ、締め付け荷重が安定するようにば
ねを介してセル積層体を押すことにより行われている。2. Description of the Related Art A unit cell of a solid polymer electrolyte fuel cell is a membrane-electrode assembly (MEA: Membrane-Electro
de Assembly) and a separator. Membrane-Electrode Assembly (MEA)
Is composed of an electrolyte membrane composed of an ion exchange membrane, an electrode (anode, fuel electrode) composed of a catalyst layer and a diffusion layer arranged on one surface of the electrolyte membrane, and a catalyst layer and a diffusion layer arranged on the other surface of the electrolyte membrane. It consists of electrodes (cathode, air electrode). The separator forms a fluid passage for supplying a fuel gas (anode gas, hydrogen) and an oxidizing gas (cathode gas, oxygen, usually air) to the anode and the cathode. The fuel cell stack is a module in which one or more layers of cells are stacked, a plurality of modules are stacked to form a cell stack, and terminals, insulators, and end plates are arranged at both ends of the cell stack in the cell stacking direction. The cell stack is fastened in the cell stacking direction and is fixed outside the cell stacking body by a fastening member (for example, a tension plate) extending in the cell stacking direction. In the solid polymer electrolyte fuel cell, hydrogen is converted into hydrogen ions and electrons on the anode side, the hydrogen ions move to the cathode side in the electrolyte membrane, and oxygen, hydrogen ions and electrons (on the anode of the adjacent MEA) move on the cathode side. The electrons generated in (1) come through the separator, and the electrons of the cell at one end of the cell stack come to the cell at the other end of the cell stack through the external circuit) to generate water. Anode side: H 2 → 2H + + 2e − Cathode side: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O Joule heat and heat generated in the water generation reaction at the cathode are cooled between the separators. In each of the cells, a flow path through which a cooling medium (usually, cooling water) flows is formed for each cell or for each of a plurality of cells to cool the fuel cell. In order for the above electrochemical reaction to be performed normally, electrical contact between the separator and the electrode is maintained, and fluid such as fuel gas, oxidizing gas, and refrigerant leaks between the separator and the electrode or between the separators. In order not to do so, the cell stack (which is also a module stack) must be clamped in the cell stacking direction and the clamp must be retained. The conventional tightening and holding of the cell stack is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
As disclosed in Japanese Patent Application Publication No. It is being appreciated.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来方法のセ
ル積層体の締め付け、締め付け保持では、ばねを含む加
圧部品が必要であり、必要な電気的接触およびシールを
得るためには、加圧部品が大型で重量大になる。また、
セル積層体のセル積層方向の長さを短縮するために、セ
ルの同一面内に複数(たとえば、n)のサブセルを配し
それを積層方向に接続して構成したサブスタックを直列
または並列に接続しようとすると、セル面積が複数(た
とえば、n)倍になり、それに比例して加圧部品が大型
で重量大になり、加圧部品が大型化した分セル積層体の
短縮分が相殺されて、セル積層体の長さ短縮効果が期待
した程得られなくなる。本発明の目的は、加圧部品を無
くすか、または加圧部品を設けても加圧部品を小型化で
きる、燃料電池のスタック構造を提供することにある。However, the conventional method of clamping and holding the cell stack body requires a pressurizing component including a spring, and in order to obtain the necessary electrical contact and seal, the pressurizing component is pressed. The parts are large and heavy. Also,
In order to reduce the length of the cell stack in the cell stacking direction, a plurality of (for example, n) subcells are arranged in the same plane of the cell and are connected in the stacking direction to form a substack in series or in parallel. When attempting to connect, the cell area becomes multiple (for example, n) times, and in proportion thereto, the pressurizing component becomes large and heavy, and the shortening of the cell stack is offset by the increase in the pressurizing component. As a result, the effect of shortening the length of the cell stack cannot be obtained as expected. An object of the present invention is to provide a stack structure of a fuel cell in which the pressurizing component can be eliminated or the pressurizing component can be downsized even if the pressurizing component is provided.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。
(1) 1層以上のセルからなるモジュールを複数積層
してセル積層体を構成し該セル積層体をセル積層方向に
締め付けて構成した燃料電池のスタック構造であって、
モジュール間を接着剤により接着した燃料電池のスタッ
ク構造。
(2) 前記セルは同一面内に複数のサブセルを有して
いる(1)記載の燃料電池のスタック構造。
(3) 前記セル積層体の側面にプレートを設け、前記
接着剤の少なくとも一部を該プレートと前記セル積層体
の側面との間に充填した(1)記載の燃料電池のスタッ
ク構造。The present invention which achieves the above object is as follows. (1) A stack structure of a fuel cell, wherein a plurality of modules each including one or more cells are stacked to form a cell stack, and the cell stack is fastened in the cell stacking direction.
A fuel cell stack structure in which modules are glued together. (2) The fuel cell stack structure according to (1), wherein the cells have a plurality of sub-cells in the same plane. (3) The fuel cell stack structure according to (1), wherein a plate is provided on a side surface of the cell stack, and at least a part of the adhesive is filled between the plate and the side surface of the cell stack.
【0005】上記(1)の燃料電池のスタック構造で
は、モジュール間を接着剤により接着したので、加圧力
を接着剤で保持でき、従来必要であった加圧部品が不要
になるか、設けても小型化でき、その結果、燃料電池ス
タックを小型化(セル積層方向に短縮)できるととも
に、重量低減、コスト低減をはかることができる。上記
(2)の燃料電池のスタック構造では、セルが同一面内
に複数のサブセルを有しても、セル面積は増大するもの
の、加圧部品が無いか小型化できるため加圧部品の大型
化を招くことがなく、同一面内に複数のサブセルを設け
ることによるスタックの短縮化の利点をそのまま維持で
きる。上記(3)の燃料電池のスタック構造では、セル
積層体の側面にプレートを設け、接着剤の少なくとも一
部をプレートとセル積層体の側面との間に充填したの
で、加圧力を接着剤とプレートで保持でき、従来必要で
あった加圧部品が不要になるか、設けても小型化でき、
その結果、燃料電池スタックを小型化(セル積層方向に
短縮)できるとともに、重量低減、コスト低減をはかる
ことができる。また、プレートにより、車両衝突時など
においてもセル積層体を保護できる。In the fuel cell stack structure of the above (1), since the modules are adhered to each other with an adhesive, the pressing force can be held by the adhesive, and the pressurizing component which has been conventionally required is not necessary or provided. Can be downsized, and as a result, the fuel cell stack can be downsized (shortened in the cell stacking direction), and the weight and cost can be reduced. In the fuel cell stack structure of the above (2), even if a cell has a plurality of sub-cells in the same plane, the cell area increases, but there is no pressurizing part or the size can be reduced, so that the pressurizing part becomes large. It is possible to maintain the advantage of shortening the stack by providing a plurality of subcells in the same plane without incurring. In the fuel cell stack structure of (3) above, since the plate is provided on the side surface of the cell stack and at least a part of the adhesive is filled between the plate and the side surface of the cell stack, the pressure is applied to the adhesive. It can be held by a plate, eliminating the need for pressurizing parts that were required in the past, or even providing them can be downsized,
As a result, the fuel cell stack can be downsized (shortened in the cell stacking direction), and the weight and cost can be reduced. In addition, the plate can protect the cell stack even when the vehicle collides.
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の燃料電池のスタ
ック構造を図1〜図8(図1〜図4は本発明を、図5〜
図8は比較例)を参照して、説明する。本発明のスタッ
ク構造が適用される燃料電池10は固体高分子電解質型
燃料電池である。本発明の燃料電池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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a stack structure of a fuel cell of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8 (FIGS.
This will be described with reference to FIG. 8 (comparative example). The fuel cell 10 to which the stack structure of the present invention is applied is a solid polymer electrolyte fuel cell. The fuel cell 10 of the present invention is mounted in, for example, a fuel cell vehicle. However, it may be used for other than automobiles.
【0007】固体高分子電解質型燃料電池10の単セル
29は、図1〜図4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とからなる。MEA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12および拡散層13からなる電極14(アノー
ド、燃料極)、および電解質膜11の他面に配置された
触媒層15および拡散層16からなる電極17(カソー
ド、空気極)とからなる。The unit cell 29 of the solid polymer electrolyte fuel cell 10 comprises a membrane-electrode assembly (MEA: Membrane-Electrode Assembly) and a separator 18, as shown in FIGS. The MEA is arranged on the electrolyte membrane 11 made of an ion exchange membrane, the electrode 14 (anode, fuel electrode) made of the catalyst layer 12 and the diffusion layer 13 arranged on one surface of the electrolyte membrane 11, and the other surface of the electrolyte membrane 11. And an electrode 17 (cathode, air electrode) including the catalyst layer 15 and the diffusion layer 16 thus formed.
【0008】セパレータ18は、アノード14に燃料ガ
ス(水素)を供給するための流体通路27および電極1
7に酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給するための流
体通路28および燃料電池冷却用の冷媒(冷却水)が流
れる冷媒流路26を形成する。冷媒流路26はセル毎
に、または複数のセル毎に、設けられる。たとえば、2
つのセル毎に1つの冷媒流路26が設けられる。セパレ
ータ18は、燃料ガスと酸化ガス、燃料ガスと冷却水、
酸化ガスと冷却水、の何れかを互いに分離するととも
に、隣り合うセルのアノードからカソードに電子が流れ
る電気の通路を形成している。セパレータ18は、カー
ボン板に冷媒流路26やガス流路27、28を形成した
もの、または、流路26、27、28を形成する凹凸の
ある金属板を複数枚重ね合わせたもの、または、導電製
樹脂板(たとえば、導電材粒子を混入して導電性をもた
せた樹脂板)に冷媒流路26やガス流路27、28を形
成したもの、の何れかからなる。図示例はセパレータ1
8がカーボン板からなる場合を示している。The separator 18 includes a fluid passage 27 for supplying fuel gas (hydrogen) to the anode 14 and the electrode 1.
A fluid passage 28 for supplying an oxidizing gas (oxygen, usually air) and a coolant passage 26 through which a coolant (cooling water) for cooling the fuel cell flows are formed. The coolant channel 26 is provided for each cell or for each of a plurality of cells. For example, 2
One refrigerant flow path 26 is provided for each cell. The separator 18 includes a fuel gas and an oxidizing gas, a fuel gas and a cooling water,
Either the oxidizing gas or the cooling water is separated from each other, and an electric passage for electrons to flow from the anode to the cathode of the adjacent cell is formed. The separator 18 is formed by forming a refrigerant flow path 26 and gas flow paths 27, 28 on a carbon plate, or by stacking a plurality of uneven metal plates forming the flow paths 26, 27, 28, or It is made of any one of a conductive resin plate (for example, a resin plate mixed with conductive material particles to have conductivity) and formed with the coolant flow paths 26 and the gas flow paths 27 and 28. The example shown is separator 1
The case where 8 is made of a carbon plate is shown.
【0009】燃料電池のスタック23は、1層以上(図
2では2層)のセル29からなるモジュール19(複数
セルから1モジュールを構成する場合は、セル間は電解
質膜11を挟んだセパレータ18間で接着剤30bで固
定されている)を複数積層してセル積層体を構成し、該
セル積層体をセル積層方向に締め付けるとともに、モジ
ュール19間を接着剤30aにより接着して構成され
る。セル間の接着剤30bはセパレータ間に電極を保持
し、絶縁性を必要とする。モジュール間の接着剤30a
はモジュール間をシールし、導電性のあるものを用いて
もよいが、絶縁性のあるものと塗りわけるのが大変なの
で、絶縁性のあるものを用いてもよい。接着剤30は、
セル積層体の側面に塗布形成されてもよい。セル積層体
の側面に塗布形成した接着剤30cは、セル間の絶縁性
を確保するために、絶縁性のあるものを用いる。セル積
層体のセル積層方向締め付けは、セパレータと電極との
電気的接触を得るためと、燃料ガス、酸化ガス、冷媒の
シールのために必要である。セル積層体のセル積層方向
両端には、ターミナル20、インシュレータ21、ま
た、必要に応じてエンドプレート22が配置される。The stack 23 of the fuel cell has a module 19 composed of cells 29 of one or more layers (two layers in FIG. 2) (when one module is composed of a plurality of cells, a separator 18 sandwiching the electrolyte membrane 11 between the cells). (Which are fixed by the adhesive 30b in between) to form a cell stack, the cell stack is fastened in the cell stacking direction, and the modules 19 are bonded by the adhesive 30a. The adhesive 30b between the cells holds the electrodes between the separators and requires insulation. Adhesive 30a between modules
Although it is possible to use a conductive material that seals between the modules, an insulating material may be used because it is difficult to separate it from an insulating material. The adhesive 30 is
It may be formed by coating on the side surface of the cell stack. The adhesive 30c applied and formed on the side surface of the cell stack has an insulating property in order to ensure the insulating property between the cells. Tightening of the cell stack in the cell stacking direction is necessary for obtaining electrical contact between the separator and the electrode and for sealing the fuel gas, the oxidizing gas, and the refrigerant. At both ends of the cell stack in the cell stacking direction, a terminal 20, an insulator 21, and if necessary, end plates 22 are arranged.
【0010】接着材30(30a、30b)は、樹脂を
主成分とし、乾燥、固化する材料からなる。接着材30
は、セル積層体締め付け時にセパレータ間またはセパレ
ータと金属プレート間の接触を防止することが必要な部
分に用いられる場合はセラミックビード(セラミック小
球)を含んでいてもよい。接着材30bは、セルを積層
してセル積層体とする時にモジュール対向面に塗布さ
れ、接着材30cは、セル積層後、セル積層体側面に塗
布される。その後、接着材30b、30cは乾燥され、
固化されて、セル締め付け荷重保持部材となる。セル積
層方向のセル29間、モジュール19間の締め付け荷重
の保持は、図2に示すように、接着剤30(30a、3
0b、30c)により行われる。また、図4に示すよう
に、必要に応じて、セル積層体の外側に、プレート34
を配し、プレート34側面とセル積層体との間を接着剤
30(30c)で充填し、乾燥固化させて、プレート3
4と接着剤30(30a、30b、30c)との両方で
モジュール間の締め付け荷重を保持してもよい。プレー
ト34を設ける場合、プレート34の両端をエンドプレ
ート22にセル積層方向と直交方向に延びるボルト25
で固定してもよい。The adhesive material 30 (30a, 30b) is composed of a resin as a main component and a material which is dried and solidified. Adhesive 30
May include a ceramic bead (ceramic globule) when it is used in a portion where it is necessary to prevent contact between the separators or between the separator and the metal plate when tightening the cell stack. The adhesive 30b is applied to the module facing surface when the cells are stacked to form a cell stack, and the adhesive 30c is applied to the side surface of the cell stack after the cells are stacked. After that, the adhesives 30b and 30c are dried,
It is solidified and becomes a cell tightening load holding member. As shown in FIG. 2, the fastening load between the cells 29 in the cell stacking direction and between the modules 19 is maintained by the adhesive 30 (30a, 3a).
0b, 30c). In addition, as shown in FIG. 4, a plate 34 may be provided outside the cell stack if necessary.
Is placed, the space between the side surface of the plate 34 and the cell stack is filled with the adhesive 30 (30c), and dried and solidified to form the plate 3
4 and the adhesive 30 (30a, 30b, 30c) may hold the tightening load between the modules. When the plate 34 is provided, both ends of the plate 34 are attached to the end plates 22 by bolts 25 extending in a direction orthogonal to the cell stacking direction.
You may fix with.
【0011】セル29は、図3に示すように、同一面内
に互いに電気的に絶縁された複数(図では4個の場合を
示すが個数は4に限るものではない)のサブセル31を
有していてもよい。同一面内において、サブセル31は
電解質膜11は共有するが、電極14、17はサブセル
同士独立で互いに電気的に絶縁されている。セル29を
積層した場合、サブセル31はセル積層方向に直列に接
続しサブスタックを構成する。サブスタック同士は、セ
ル積層体のセル積層方向端部で、互いに、電気的に直列
または並列に接続される。セル29が複数のサブセル3
1をもつことにより、セル積層体のセル積層方向長さは
短縮される。As shown in FIG. 3, the cell 29 has a plurality of sub-cells 31 (the number of which is not limited to 4 in the figure, but is limited to 4) electrically insulated from each other in the same plane. You may have. In the same plane, the subcell 31 shares the electrolyte membrane 11, but the electrodes 14 and 17 are electrically isolated from each other independently of each other. When the cells 29 are stacked, the sub cells 31 are connected in series in the cell stacking direction to form a sub stack. The sub-stacks are electrically connected in series or in parallel with each other at the cell stacking direction ends of the cell stack. Cell 29 has multiple subcells 3
By having 1, the length of the cell stack in the cell stacking direction is shortened.
【0012】図5〜図8は比較例(本発明に含まず)を
示す。図5、図6は本発明のサブセル31と同じセル面
積をもつセルを積層し、セル積層体のセル積層方向一端
にプレッシャプレート32を配し、プレッシャプレート
32とエンドプレート22との間に皿ばね33を配し
て、セル積層体に締結荷重を付与した例を示す。5 to 8 show comparative examples (not included in the present invention). 5 and 6, cells having the same cell area as the subcell 31 of the present invention are stacked, a pressure plate 32 is arranged at one end of the cell stack in the cell stacking direction, and a plate is provided between the pressure plate 32 and the end plate 22. An example in which the spring 33 is arranged and a fastening load is applied to the cell stack is shown.
【0013】図7、図8のものは、同じく比較例である
が、同一面内に4つのサブセル(各サブセル面積は図6
のセル面積と同じ)を有するセルを積層してセル積層体
長さを図5のものに比べて1/4にしたものである。セ
ル面積が図6のものの4倍になったために、セル積層方
向に付与する荷重は図5、図6のものの4倍になる。そ
のため、プレッシャプレート32、エンドプレート2
2、皿ばね33がセル積層方向にも、それと直交方向に
も、大型化する。その結果、セル積層体長さが図5のも
のの1/4になっても、セル積層体と加圧部品を含むス
タック長さは、加圧部品が大型化することにより、図5
のものの1/4にはならず、それより大きくなり、サブ
セル化したことによるセル積層体短縮効果が薄れる。7 and 8 are also comparative examples, but four subcells (each subcell area is shown in FIG. 6) in the same plane.
Cells having the same cell area) are stacked to make the cell stack length ¼ of that of FIG. Since the cell area is four times that in FIG. 6, the load applied in the cell stacking direction is four times that in FIGS. 5 and 6. Therefore, the pressure plate 32 and the end plate 2
2. The disc spring 33 becomes large both in the cell stacking direction and in the direction orthogonal thereto. As a result, even if the cell stack length is ¼ of that of FIG. 5, the stack length including the cell stack and the pressurizing component is increased by increasing the pressurizing component.
It does not become 1/4 of that of the above, but becomes larger than that, and the effect of shortening the cell stack due to the formation of subcells is diminished.
【0014】つぎに、本発明の燃料電池のスタック構造
の作用を説明する。本発明の燃料電池のスタック構造で
は、モジュール19間を接着剤により接着したので、加
圧力を接着剤で保持でき、従来必要であった加圧部品
(図5〜図8の皿ばね33、プレッシャプレート32
等)が図1に示すように不要になるか、たとえ皿ばね等
の加圧部品を設けてもセル積層方向に小型化できる。そ
の結果、燃料電池スタックを小型化(セル積層方向に短
縮)できるとともに、重量低減、コスト低減をはかるこ
とができる。Next, the operation of the fuel cell stack structure of the present invention will be described. In the stack structure of the fuel cell of the present invention, the modules 19 are adhered to each other by the adhesive, so that the pressing force can be held by the adhesive, and the pressurizing components (the disc spring 33 and the pressure shown in FIGS. Plate 32
1) becomes unnecessary as shown in FIG. 1, or even if a pressing component such as a disc spring is provided, the size can be reduced in the cell stacking direction. As a result, the fuel cell stack can be downsized (shortened in the cell stacking direction), and the weight and cost can be reduced.
【0015】また、図3の燃料電池のスタック構造のよ
うに、セル29が同一面内に複数のサブセル31を有し
ても、セル29面積は増大するものの、加圧部品が無い
か小型化できるため加圧部品の大型化を招くことがな
く、同一面内に複数のサブセルを設けることによるスタ
ック長の短縮化の利点をそのまま維持できる。さらに詳
しくは、本発明の図3の燃料電池のスタック構造におい
て、各サブセル31の面積が図6のもののセル面積と等
しい場合、図3のサブセル31をもつセル29のセル積
層体のセル積層方向の長さは、図5のセル積層体のセル
積層方向長さの、サブセル個数分の1になる。図3の例
では、サブセル個数が4であるから、図3のセル29を
積層したセル積層体の長さは、図5の通常セル積層体の
長さの1/4になる。そして、本発明では、接着剤30
でセル積層方向の締め付け荷重が保持されるから、図7
のようにセル積層体の一端に皿ばねを設ける必要がない
か、または設けても図7のものの皿ばね33、プレッシ
ャプレート32を含む加圧部品に比べてセル積層方向に
小型化される。Even if the cell 29 has a plurality of sub-cells 31 in the same plane as in the stack structure of the fuel cell shown in FIG. 3, the area of the cell 29 is increased, but there is no pressurizing component or the size is reduced. Therefore, it is possible to maintain the advantage of shortening the stack length by providing a plurality of sub-cells in the same plane without increasing the size of the pressurizing component. More specifically, in the fuel cell stack structure of FIG. 3 of the present invention, when the area of each subcell 31 is equal to that of FIG. 6, the cell stacking direction of the cell stack of the cell 29 having the subcell 31 of FIG. Is 1 / the number of subcells of the cell stacking direction length of the cell stack of FIG. In the example of FIG. 3, since the number of subcells is 4, the length of the cell stack in which the cells 29 of FIG. 3 are stacked is 1/4 of the length of the normal cell stack of FIG. In the present invention, the adhesive 30
Since the tightening load in the cell stacking direction is maintained at,
As described above, it is not necessary to provide a disc spring at one end of the cell laminated body, or even if it is provided, it is downsized in the cell laminating direction as compared with the pressing component including the disc spring 33 and the pressure plate 32 of FIG.
【0016】また、図4の燃料電池のスタック構造で
は、セル積層体の側面にプレート34を設け、接着剤3
0の少なくとも一部30cをプレート34とセル積層体
の側面との間に充填したので、加圧力を接着剤30cと
プレート34で保持でき、従来必要であった加圧部品が
不要になるか、設けても小型化できる。その結果、燃料
電池スタックを小型化(セル積層方向に短縮)できると
ともに、重量低減、コスト低減をはかることができる。
また、プレート34は、従来の両端エンドプレート間に
延びてスタック締結荷重を保持するテンションプレート
24(図5、図7)に類似する構造材であるが、本発明
のプレート34は、プレート34と接着剤30との両方
でスタック締め付け荷重を受けるため、テンションプレ
ート24だけで締結力を受けていた従来に比べて、プレ
ート34の厚みはテンションプレート24の厚みより薄
くできる。したがって、プレート34を設ける場合であ
っても、テンションプレート24を設けていた従来に比
べて、重量軽減がはかられている。また、プレート34
を車両搭載時にスタック23の車両前後方向前側に配す
ことにより、プレート34により、車両衝突時などにお
いてもセル積層体を保護できる。したがって、プレート
34は、締結力を受ける役割を果たすとともに、車両衝
突時のスタック保護効果をも果たしている。In the stack structure of the fuel cell shown in FIG. 4, the plate 34 is provided on the side surface of the cell stack, and the adhesive 3
Since at least a part 30c of 0 is filled between the plate 34 and the side surface of the cell stack, the pressing force can be held by the adhesive 30c and the plate 34, and the pressurizing component which is conventionally required is unnecessary. Even if provided, it can be miniaturized. As a result, the fuel cell stack can be downsized (shortened in the cell stacking direction), and the weight and cost can be reduced.
Further, the plate 34 is a structural material similar to the tension plate 24 (FIGS. 5 and 7) that extends between both end plates and holds a stack fastening load, but the plate 34 of the present invention is Since the stack tightening load is received by both the adhesive agent 30, the thickness of the plate 34 can be made smaller than the thickness of the tension plate 24 as compared with the conventional case in which the tightening force is received only by the tension plate 24. Therefore, even when the plate 34 is provided, the weight is reduced compared to the conventional case where the tension plate 24 is provided. Also, the plate 34
Is disposed on the front side of the stack 23 in the vehicle front-rear direction when the vehicle is mounted on the vehicle, the plate 34 can protect the cell stack even when the vehicle collides. Therefore, the plate 34 plays a role of receiving the fastening force and also has a stack protection effect at the time of a vehicle collision.
【0017】[0017]
【発明の効果】請求項1の燃料電池のスタック構造によ
れば、モジュール間を接着剤により接着したので、加圧
力を接着剤で保持でき、従来必要であった加圧部品が不
要になるか、設けても小型化でき、その結果、燃料電池
スタックを小型化(セル積層方向に短縮)できるととも
に、重量低減、コスト低減をはかることができる。請求
項2の燃料電池のスタック構造によれば、セルが同一面
内に複数のサブセルを有しても、セル面積は増大するも
のの、加圧部品が無いか小型化できるため加圧部品の大
型化を招くことがなく、同一面内に複数のサブセルを設
けることによるスタックの短縮化の利点をそのまま維持
できる。請求項3の燃料電池のスタック構造によれば、
セル積層体の側面にプレートを設け、接着剤の少なくと
も一部をプレートとセル積層体の側面との間に充填した
ので、加圧力を接着剤とプレートで保持でき、従来必要
であった加圧部品が不要になるか、設けても小型化で
き、その結果、燃料電池スタックを小型化(セル積層方
向に短縮)できるとともに、重量低減、コスト低減をは
かることができる。また、プレートにより、車両衝突時
などにおいてもセル積層体を保護できる。According to the fuel cell stack structure of the first aspect of the present invention, since the modules are adhered to each other by the adhesive, the pressing force can be held by the adhesive, and the pressurizing component which has been conventionally required is unnecessary. , The fuel cell stack can be downsized, and as a result, the fuel cell stack can be downsized (shortened in the cell stacking direction), and the weight and cost can be reduced. According to the stack structure of the fuel cell of claim 2, even if the cell has a plurality of sub-cells in the same plane, the cell area is increased, but since there is no pressurizing part or the size can be reduced, a large pressurizing part can be used. It is possible to maintain the advantage of shortening the stack by providing a plurality of subcells in the same plane without increasing the cost. According to the fuel cell stack structure of claim 3,
Since the plate is provided on the side surface of the cell stack and at least a part of the adhesive is filled between the plate and the side surface of the cell stack, the pressing force can be held by the adhesive and the plate, which is conventionally required. It is possible to reduce the size of the fuel cell stack (shorten in the cell stacking direction) as well as to reduce the weight and cost, as a result of eliminating the need for components or reducing the size even if they are provided. In addition, the plate can protect the cell stack even when the vehicle collides.
【図1】本発明の燃料電池のスタック構造が適用された
燃料電池の側面図である。FIG. 1 is a side view of a fuel cell to which a fuel cell stack structure of the present invention is applied.
【図2】図1の燃料電池の一部分の拡大断面図である。2 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the fuel cell of FIG.
【図3】本発明の燃料電池のスタック構造において、セ
ルが同一面内に複数のサブセルを有する場合の、セルの
正面図である。FIG. 3 is a front view of a cell having a plurality of sub-cells in the same plane in the fuel cell stack structure of the present invention.
【図4】本発明の燃料電池のスタック構造において、セ
ル積層体側面にプレートを設けて、プレートとセル積層
体側面間にも樹脂を充填した場合の、燃料電池の一部分
の拡大断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a part of the fuel cell in the fuel cell stack structure of the present invention in which a plate is provided on the side surface of the cell stack and resin is filled between the plate and the side surface of the cell stack. .
【図5】比較例1(セルが複数のサブセルをもたない)
の燃料電池の側面図である。FIG. 5: Comparative example 1 (cell does not have a plurality of subcells)
3 is a side view of the fuel cell of FIG.
【図6】図5の燃料電池のセルの正面図である。6 is a front view of a cell of the fuel cell of FIG.
【図7】比較例2(セルが複数のサブセルをもつ)の燃
料電池の側面図である。FIG. 7 is a side view of a fuel cell of Comparative Example 2 (cell has a plurality of subcells).
【図8】図7の燃料電池のセルの正面図である。FIG. 8 is a front view of a cell of the fuel cell of FIG.
10 (固体高分子電解質型)燃料電池 11 電解質膜 12 触媒層 13 拡散層 14 電極(アノード、燃料極) 15 触媒層 16 拡散層 17 電極(カソード、空気極) 18 セパレータ 19 モジュール 20 ターミナル 21 インシュレータ 22 エンドプレート 23 スタック 24 テンションプレート 25 ボルト 26 冷媒流路 27 燃料ガス流路 28 酸化ガス流路 29 セル 30 接着剤 30a モジュール間接着剤 30b セル間接着剤 30c プレートとセル積層体側面間接着剤 31 サブセル 32 プレッシャプレート 33 皿ばね 34 プレート 10 (Polymer electrolyte type) fuel cell 11 Electrolyte membrane 12 Catalyst layer 13 Diffusion layer 14 electrodes (anode, fuel electrode) 15 Catalyst layer 16 diffusion layer 17 electrodes (cathode, air electrode) 18 separator 19 modules 20 terminals 21 insulator 22 End plate 23 stack 24 tension plate 25 volts 26 Refrigerant flow path 27 Fuel gas flow path 28 Oxidizing gas flow path 29 cells 30 adhesive 30a module adhesive 30b Cell adhesive 30c Adhesive between plate and side surface of cell stack 31 subcell 32 Pressure plate 33 Disc spring 34 plates
Claims (3)
数積層してセル積層体を構成し該セル積層体をセル積層
方向に締め付けて構成した燃料電池のスタック構造であ
って、モジュール間を接着剤により接着した燃料電池の
スタック構造。1. A fuel cell stack structure in which a plurality of modules each including one or more layers of cells are stacked to form a cell stack, and the cell stack is fastened in the cell stacking direction. Fuel cell stack structure bonded with chemicals.
有している請求項1記載の燃料電池のスタック構造。2. The fuel cell stack structure according to claim 1, wherein the cells have a plurality of sub-cells in the same plane.
け、前記接着剤の少なくとも一部を該プレートと前記セ
ル積層体の側面との間に充填した請求項1記載の燃料電
池のスタック構造。3. The fuel cell stack structure according to claim 1, wherein a plate is provided on a side surface of the cell stack, and at least a part of the adhesive is filled between the plate and a side surface of the cell stack.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001273983A JP2003086229A (en) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | Stack structure of fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001273983A JP2003086229A (en) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | Stack structure of fuel cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003086229A true JP2003086229A (en) | 2003-03-20 |
Family
ID=19099109
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001273983A Pending JP2003086229A (en) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | Stack structure of fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003086229A (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005056814A (en) * | 2003-07-22 | 2005-03-03 | Toyota Motor Corp | Fuel cell |
JP2005190706A (en) * | 2003-12-24 | 2005-07-14 | Toyota Motor Corp | Fuel cell stack structure |
JP2005235417A (en) * | 2004-02-17 | 2005-09-02 | Nissan Motor Co Ltd | Separator for fuel cell |
JP2007005286A (en) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Samsung Sdi Co Ltd | Sealed stack for fuel cell system |
JP2007200674A (en) * | 2006-01-26 | 2007-08-09 | Toyota Motor Corp | Fuel cell stack |
JP2010113890A (en) * | 2008-11-05 | 2010-05-20 | Toyota Motor Corp | Manufacturing method of fuel cell |
US7892695B2 (en) | 2005-03-01 | 2011-02-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack |
JP2012059712A (en) * | 2003-07-22 | 2012-03-22 | Toyota Motor Corp | Fuel battery |
JP2012221693A (en) * | 2011-04-07 | 2012-11-12 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell and manufacturing apparatus thereof |
DE112005002339B4 (en) * | 2004-09-24 | 2013-05-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Single cell and method of manufacturing a single cell; Fuel cell and method of manufacturing a fuel cell |
-
2001
- 2001-09-10 JP JP2001273983A patent/JP2003086229A/en active Pending
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012059712A (en) * | 2003-07-22 | 2012-03-22 | Toyota Motor Corp | Fuel battery |
JP2005056814A (en) * | 2003-07-22 | 2005-03-03 | Toyota Motor Corp | Fuel cell |
US7803474B2 (en) | 2003-07-22 | 2010-09-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Thermal stress tolerant fuel cell assembly within a housing |
JP2005190706A (en) * | 2003-12-24 | 2005-07-14 | Toyota Motor Corp | Fuel cell stack structure |
US7977011B2 (en) | 2003-12-24 | 2011-07-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel stack structure with an adhesive layer |
JP2005235417A (en) * | 2004-02-17 | 2005-09-02 | Nissan Motor Co Ltd | Separator for fuel cell |
DE112005002339B8 (en) * | 2004-09-24 | 2013-08-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Single cell and method of manufacturing a single cell; Fuel cell and method of manufacturing a fuel cell |
DE112005002339B4 (en) * | 2004-09-24 | 2013-05-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Single cell and method of manufacturing a single cell; Fuel cell and method of manufacturing a fuel cell |
US7892695B2 (en) | 2005-03-01 | 2011-02-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack |
JP2007005286A (en) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Samsung Sdi Co Ltd | Sealed stack for fuel cell system |
US8101312B2 (en) | 2006-01-26 | 2012-01-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack with improved resistance to flooding |
JP2007200674A (en) * | 2006-01-26 | 2007-08-09 | Toyota Motor Corp | Fuel cell stack |
JP2010113890A (en) * | 2008-11-05 | 2010-05-20 | Toyota Motor Corp | Manufacturing method of fuel cell |
JP2012221693A (en) * | 2011-04-07 | 2012-11-12 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell and manufacturing apparatus thereof |
US9240609B2 (en) | 2011-04-07 | 2016-01-19 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell and apparatus for producing fuel cell |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4672892B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP4956882B2 (en) | Fuel cell | |
JP4592940B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell stack | |
US20030162078A1 (en) | Fuel cell | |
JP5375940B2 (en) | Fuel cell | |
JP4118123B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP2003086229A (en) | Stack structure of fuel cell | |
JP4174022B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP2001332288A (en) | Fuel cell stack | |
JP4828841B2 (en) | Fuel cell | |
JP2005100755A (en) | Fuel cell stack | |
JP2007242334A (en) | Fuel cell | |
JP4042547B2 (en) | Fuel cell seal structure | |
JP5109277B2 (en) | Multi-cell module and fuel cell stack | |
JP2004363073A (en) | Fuel cell laminating structure | |
JP4134615B2 (en) | Fuel cell | |
JP2003297395A (en) | Fuel cell | |
JP4507650B2 (en) | Fuel cell | |
JP3636126B2 (en) | Fuel cell seal structure | |
JP4765594B2 (en) | Fuel cell | |
JP4127034B2 (en) | Fuel cell | |
JP2003036865A (en) | Fuel cell | |
JP2006059679A (en) | Fuel cell stack | |
JP2005166420A (en) | Fuel cell stack | |
JP2002050393A (en) | Fuel cell |