JP2008235159A

JP2008235159A - 燃料電池

Info

Publication number: JP2008235159A
Application number: JP2007076377A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Asano; 敏浩浅野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-03-23
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2008-10-02

Abstract

【課題】優れた発電効率を維持しつつ低コストにて容易に分解することが可能な燃料電池を提供する。
【解決手段】膜−電極接合体であるＭＥＡとセパレータ２１とを積層させ、ＭＥＡの周縁の樹脂フレーム２５とセパレータ２１の周縁とを接着固定したセル１１を備えた燃料電池であって、セパレータ２１の周縁及びＭＥＡの周縁の樹脂フレーム２５に、それぞれ把持可能な把持突起２５ａ，２１ａを設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、電極の両側にセパレータを配設して構成される燃料電池に関する。

近年、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とした燃料電池自動車等が注目されている。このような燃料電池では、通常、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電するセルを所要数積層した燃料電池スタックが用いられることになる。

セルは、電解質膜及びその両側に配置された一対の電極を有する膜−電極接合体であるＭＥＡ（ＭｅｍｂｒａｎｃｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）と、このＭＥＡを挟持する一対のセパレータとで構成されており、各セパレータによって形成されたガス流路を介して酸化ガス又は燃料ガスが各電極に供給されることで発電するようになっている。

この種の燃料電池には、反り形状を記憶させた形状記憶合金からセパレータを形成し、このセパレータの反り形状を回復させてＭＥＡとセパレータとを分解する技術や、セパレータを炭素材で形成することで、ＭＥＡの電極との接着力を抑えて容易に分離させる技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００６−１２０５２０号公報特開平８−３２９９５９号公報

しかしながら、高価な形状記憶合金からセパレータを形成する技術では、燃料電池のコストアップを招いてしまう。また、炭素材からセパレータを形成してＭＥＡの電極との接着力を抑える技術では、電極とセパレータとの間に隙間が生じ易く、これら電極とセパレータとの間に形成したガス流路にて反応ガスが円滑に流れず、発電効率が低下するおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、優れた発電効率を維持しつつ低コストにて容易に分解することが可能な燃料電池を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、膜−電極接合体とセパレータとを積層させて互いに接着固定したセルを備えた燃料電池であって、前記膜−電極接合体及びセパレータの周縁に把持可能な突起を有する。

この構成によれば、膜−電極接合体及びセパレータのそれぞれの突起を把持して引き離すことにより、材料の異なる膜−電極接合体及びセパレータを極めて容易に分離させて分解することができ、その後の再利用などの処理の容易化を図ることができる。

また、前記突起は、一部を除いて互いに重ね合わされていても良い。この構成によれば、突起を把持して引き離す際の引っ張り力を良好に作用させることができ、膜−電極接合体及びセパレータの分離のさらなる容易化を図ることができる。

また、前記膜−電極接合体に設けられた突起は、前記膜−電極接合体の周縁を挟持した状態に接着固定される一対のフレームにそれぞれ設けられていても良い。

この構成によれば、セパレータ及びフレームの突起を把持して引き離すことにより、セパレータ及び周縁にフレームが設けられた膜−電極接合体を容易に分離することができ、また、それぞれのフレームの突起を把持して引き離すことにより、フレーム同士を分離させ、フレームと膜−電極接合体との分離も容易に行うことができる。

本発明の燃料電池によれば、優れた発電効率を維持しつつ低コストにて容易に分解することができる。

次に、本発明に係る燃料電池の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて発電する単一のセル（燃料電池）を示すものであり、このセルは、図示は略すが、厚さ方向に所要数積層され燃料電池スタックとされて使用されるものである。

なお、この燃料電池スタックは、燃料電池自動車の車載発電システムや船舶、航空機、電車あるいは歩行ロボット等のあらゆる移動体用の発電システム、さらには、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システム等に適用することが可能である。

図１に示すように、セル１１は、水素ガス、空気、冷却水の流路を有する、例えば、ステンレス等の金属材料から形成されたセパレータ２１と、一対のセパレータ２１で挟み込まれたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）２２とから構成されている。

ＭＥＡ２２は、電解質膜２３及びその両面に配置した一対の電極２４からなる膜−電極接合体であり、電極２４は、電解質膜２３側から触媒層及び拡散層を積層した構造とされている。つまり、燃料電池スタックを構成するセル１１は、電解質膜２３を電極２４によって挟持したＭＥＡ２２と、このＭＥＡ２２を仕切るセパレータ２１とから構成されている。

ＭＥＡ２２を構成する電解質膜２３は、電極２４よりも僅かに大きくされており、電極２４の周縁から電解質膜２３の周縁が突出されている。そして、ＭＥＡ２２の外周には、電極２４の周縁から突出した電解質膜２３の周縁を挟持する一対の樹脂フレーム２５が設けられている。

上記構成のセル１１は、樹脂フレーム２５同士の間及び樹脂フレーム２５とセパレータ２１との間が接着材２６によって接着固定されて一体化されている。

そして、セル１１では、ＭＥＡ２２の両面とセパレータ２１との間に形成された図示しないガス流路に酸化ガスとしての空気及び燃料ガスとしての水素がそれぞれ流されると、水素と空気中の酸素とがＭＥＡ２２を介して電気化学反応することにより、燃料ガスが供給されるアノード側と酸化ガスが供給されるカソード側のそれぞれの電極２４間にて発電する。

また、セパレータ２１には、図示しない冷却水流路が形成されており、この冷却水流路に冷却水が送り込まれて各セル１１が冷却される。

さらに、本実施形態では、図２に示すように、セル１１を構成するセパレータ２１及び樹脂フレーム２５の一辺における周縁の一部に、それぞれ把持突起２１ａ，２５ａが形成されている。

互いに隣接する一方のセパレータ２１及び一方樹脂フレーム２５に形成された把持突起２１ａ，２５ａは、それぞれ一辺における両端に形成されて互いに接着されずに重ね合わされており、互いに隣接する他方のセパレータ２１及び他方の樹脂フレーム２５に形成された把持突起２１ａ，２５ａは、それぞれ一辺における両端近傍に形成されて互いに接着されずに重ね合わされている。

また、図３に示すように、セパレータ２１の把持突起２１ａは、それぞれ対向する内側に切欠部２１ｂが形成され、樹脂フレーム２５の把持突起２５ａは、それぞれ対向側と反対の外側に切欠部２５ｂが形成されている。これにより、互いに重ね合わされた把持突起２１ａ，２５ａには、重ね合わされずに露出した露出部２１ｃ，２５ｃが設けられている。

上記のように構成されたセル１１を備えた燃料電池では、セパレータ２１と周囲に樹脂フレーム２５が設けられたＭＥＡ２２とを分離して分解する場合に、図４に示すように、互いに接着固定されているセパレータ２１及び樹脂フレーム２５の把持突起２１ａ，２５ａの露出部２１ｃ，２５ｃを把持して引き離す。

このようにすると、互いに接着固定されていたセパレータ２１と樹脂フレーム２５とが、把持突起２１ａ，２５ａ部分から剥がされて分離され、これにより、セル１１がセパレータ２１とＭＥＡ２２とに分解される。また、樹脂フレーム２５同士を分離する場合は、互いに接着固定されていた樹脂フレーム２５の把持突起２５ａを把持して引き離す。

すると、互いに接着固定されていた樹脂フレーム２５同士が把持突起２５ａ部分から剥がされて分離される。これにより、この樹脂フレーム２５によって挟持されていたＭＥＡ２２の電解質膜２３を樹脂フレーム２５から分離させることができる。

以上、説明したように、本実施形態に係る燃料電池によれば、ＭＥＡ２２の樹脂フレーム２５の把持突起２５ａ及びセパレータ２１の把持突起２１ａを把持して引き離して分離し、さらに、樹脂フレーム２５の突起２５ａ同士を把持して引き離して分離することにより、セル１１を、金属類であるセパレータ２１、樹脂類である樹脂フレーム２５及びカーボン等からなるＭＥＡ２２に分解することができ、その後の再利用などの処理の容易化を図ることができる。

つまり、本実施形態の燃料電池によれば、高価な形状記憶合金を用いることなく、また、各部材同士の接着力を弱めることなく、分離の容易化を図ることができ、これにより、ガス漏れなどの不具合がなく優れた発電効率を維持しつつ低コストにて容易に分解することができる。

実施形態に係る燃料電池の構造を説明するセルの概略断面図である。実施形態に係る燃料電池のセルの斜視図である。セルの一辺に設けられた把持突起部分の斜視図である。セルの分解作業を説明する把持突起部分の斜視図である。

符号の説明

１１…セル、２１…セパレータ、２２…ＭＥＡ（膜−電極接合体）、２５…樹脂フレーム（フレーム）、２１ａ，２５ａ…把持突起（突起）。

Claims

膜−電極接合体とセパレータとを積層させて互いに接着固定したセルを備えた燃料電池であって、
前記膜−電極接合体及びセパレータの周縁に把持可能な突起を有する燃料電池。
前記突起は、一部を除いて互いに重ね合わされている請求項１に記載の燃料電池。
前記膜−電極接合体に設けられた突起は、前記膜−電極接合体の周縁を挟持した状態に接着固定される一対のフレームにそれぞれ設けられている請求項１または請求項２に記載の燃料電池。