JP5610562B2 - Fuel cell and manufacturing method thereof - Google Patents
Fuel cell and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- JP5610562B2 JP5610562B2 JP2008284676A JP2008284676A JP5610562B2 JP 5610562 B2 JP5610562 B2 JP 5610562B2 JP 2008284676 A JP2008284676 A JP 2008284676A JP 2008284676 A JP2008284676 A JP 2008284676A JP 5610562 B2 JP5610562 B2 JP 5610562B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- separator
- flow path
- contact
- electrode
- gas
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Inert Electrodes (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
本発明は、燃料電池セルおよびその製造方法に関し、より詳細には、高分子電解質型等、小型化が可能な燃料電池セルおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell and a method for manufacturing the same, and more particularly to a fuel cell that can be miniaturized, such as a polymer electrolyte type, and a method for manufacturing the same.
近年、環境問題や資源問題への対策が重要になっており、その対策のひとつとして燃料電池が注目されている。特に、より小型の携帯機器用の燃料電池の要求が高まっており、例えば高分子電解質型燃料電池は、水素ガスを燃料に用い、低コスト、コンパクト化に優れていることから、携帯電話や携帯用のコンピュータ等の小型コンシューマ電源として有望である。高分子電解質型燃料電池では、一般に固体電解質層(プロトン輸送層)130を2つの電極、すなわち燃料極部120および空気極部140で挟み込むセル構造を有し、燃料極部120に燃料である水素を供給することにより、電気が取り出される。図1を参照すると、実際の高分子電解質型燃料電池は電極に水素や空気といったガスを供給し、発生した電気を取り出す導電性のセパレータ110により、上記のセル構造を挟むことにより燃料電池セルが構成される。ここで、セパレータ110にはガスを供給するためのガス流路111となる溝が形成されており、図1に示すようにガス流路111を通って燃料、空気といったガスが電極の表面に導入され、電極の触媒層において反応を起こして、イオンや電気を発生させる。発生した電気は、ガス流路111の溝と溝の間の凸部112が電極に接触していることから、凸部112から取り出される。
In recent years, countermeasures against environmental problems and resource problems have become important, and fuel cells have attracted attention as one of the countermeasures. In particular, there is an increasing demand for fuel cells for smaller portable devices. For example, polymer electrolyte fuel cells use hydrogen gas as a fuel and are excellent in low cost and compactness. It is promising as a small-sized consumer power supply for computers. The polymer electrolyte fuel cell generally has a cell structure in which a solid electrolyte layer (proton transport layer) 130 is sandwiched between two electrodes, that is, a
ここで、電極部120の構造を図2を参照して説明すると、従来の電極部120は、触媒貴金属をベースとする触媒層である電極201と導電性があり多孔質でガスを通す集電板202とから構成され、電極201は集電板202を介してセパレータに接する構造になっている。このような構造により、電極201にガスが十分供給され、発生した電気も効率よく取り出すことができる。すなわち、ガス流路111を流れるガスは集電板202を通して電極201の表面全体に導入され、電極201の表面に発生した電気を取り出して凸部112に供給するため効率よく電気を取り出すことができる。このようなセパレータも含め、燃料電池セルを小型化する技術が種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。
Here, the structure of the
しかしながら、従来の小型技術は、使用する部材、構造、製造方法などを種々改良するものであるが、基本的には従来の燃料電池セルの構成を前提として、セパレータ、集電板や電極などの薄型化をはかるものであり、おのずとその小型化にも限界があるという問題があった。 However, the conventional small technology improves the various members, structures, manufacturing methods, etc., but basically, on the premise of the configuration of the conventional fuel cell, separators, current collector plates, electrodes, etc. There is a problem that it is intended to reduce the thickness and that there is a limit to the size reduction.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、セパレータに微細構造を採用することにより、集電板を不要とすることができ、基本的な燃料電池セルの構成を見直し抜本的に薄型化をはかった、燃料電池の新しいセル構造を提案することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and by adopting a fine structure for the separator, a current collecting plate can be eliminated, and the basic configuration of the fuel cell is reviewed and drastically changed. The object is to propose a new cell structure of a fuel cell that is thin.
このような目的を達成するために、本発明の燃料電池セルは、電解質層と、電解質層に接して配置される触媒層と、触媒層に直接接するよう配置され、ガスを導入するガス流路を前記触媒層に接する面に有する導電性のセパレータであって、前記ガス流路の流路幅および流路間隔の双方が微細構造を有するセパレータと、を備え、微細構造は、ガス流路の流路幅および流路間隔の双方を0.2mm以下としたものであり、前記電解質層は2つの電極により挟まれるとともに、2つの電極の各々は触媒層のみからなり、2つの電極の各々は電解質層に接する面と反対側の面にセパレータを直接接するように配置され、2つの電極のうちの一方の電極に接するセパレータの微細構造の流路幅および流路間隔は、他方の電極に接するセパレータの微細構造の流路幅および流路間隔とは異なり、2つの電極は、水素電極および空気電極であり、水素電極に接するセパレータの微細構造の流路幅および流路間隔は、空気電極に接するセパレータの微細構造の流路幅および流路間隔よりも小さい。 In order to achieve such an object, a fuel cell according to the present invention includes an electrolyte layer, a catalyst layer disposed in contact with the electrolyte layer, and a gas flow path that is disposed in direct contact with the catalyst layer and introduces gas. On the surface in contact with the catalyst layer, wherein both the channel width and the channel interval of the gas channel have a microstructure. both the channel width and the channel spacing is obtained by a 0.2mm or less, the electrolyte layer is sandwiched by two electrodes Rutotomoni, each of the two electrodes consists only catalyst layer, each of the two electrodes Is disposed so that the separator is in direct contact with the surface opposite to the surface in contact with the electrolyte layer, and the flow path width and flow path of the microstructure of the separator that is in contact with one of the two electrodes are Fine contact separator Unlike the channel width and the channel spacing of the structure, the two electrodes are a hydrogen electrode and an air electrode, and the channel width and channel spacing of the microstructure of the separator in contact with the hydrogen electrode are the same as those of the separator in contact with the air electrode. It is smaller than the channel width and channel interval of the microstructure.
水素電極に接するセパレータのガス流路と、空気電極に接するセパレータのガス流路は、ともにセパレータの表面に形成された矩形の断面の溝であり、水素電極に接するセパレータのガス流路の流路幅および流路間隔は互いに等しく、かつ、空気電極に接するセパレータのガス流路の流路幅および流路間隔も互いに等しくなるようにしてもよい。
Both the gas flow path of the separator in contact with the hydrogen electrode and the gas flow path of the separator in contact with the air electrode are rectangular cross-sectional grooves formed on the surface of the separator, and the flow path of the gas flow path of the separator in contact with the hydrogen electrode The width and the channel interval may be equal to each other, and the channel width and the channel interval of the gas channel of the separator in contact with the air electrode may be equal to each other .
以上説明したように、本発明によれば、電解質層に接して配置される電極と、電極に直接接するよう配置され、ガスを導入するガス流路を電極に接する面に有する導電性のセパレータであって、ガス流路の流路幅および流路間隔の双方が小さな値である微小構造を有するセパレータを備えることにより、集電板を不要とすることができ、基本的な燃料電池セルの構成を見直し抜本的に薄型化をはかった、燃料電池の新しいセル構造を提供することができる。 As described above, according to the present invention, an electrode disposed in contact with an electrolyte layer and a conductive separator that is disposed in direct contact with the electrode and has a gas flow path for introducing gas on the surface in contact with the electrode. In addition, by providing a separator having a microstructure in which both the channel width and the channel interval of the gas channel are small values, a current collector plate can be eliminated, and a basic fuel cell configuration It is possible to provide a new cell structure of a fuel cell that has been drastically reduced in thickness.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図3は、本発明の一実施形態にかかる燃料電池の構造を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
ここで、本願発明の集電板を不要とするセパレータの微細構造について説明するに際し、まず図2に戻って、集電板の必要性を再度確認する。図2を参照すると、セパレータのガス流路111から例えば水素のような燃料ガスや空気が電極に供給されるが、このとき、ガスはガス流路111に面した部分からしか供給されないためガスをほとんど浸透させない電極の表面上に満遍なくガスを接触させるためには、ガスを透過させる一定の厚みを有する集電板が必要となる。すなわち、流路と流路との間にある凸部112に対峙する電極側表面部分にも満遍なくガスを供給するためにはガスの分子を透過する(この場合は電気を通す機能は無関係であるが)集電板が必要であり、しかも凸部112の幅に応じて集電板も一定以上の厚みを有さないと、集電板内でガスが十分拡散せず電極表面上に満遍なくガスを供給することができない。
Here, when explaining the fine structure of the separator that does not require the current collector plate of the present invention, first, returning to FIG. 2, the necessity of the current collector plate will be confirmed again. Referring to FIG. 2, fuel gas such as hydrogen or air is supplied to the electrode from the
次に集電板202の集電機能について説明すると、電極の表面上に現れた電気は、導電性のセパレータ110の特に凸部112から取り出されるため、セパレータの導電部材が直接電極に接触しないガス流路111に面する電極の表面に発生した電気は一部しか取り出せないか、取り出せたとしても大きな抵抗となってしまう。ここで、集電板202が電極とセパレータとの間に設けられていれば、直接電気を取り出せないガス流路111に面する電極表面に発生した電気でも直接接触する集電板に容易に集められて、セパレータの凸部112間で到達し、通常の効率で取り出すことができる。このように、図2を参照すると、集電板202は、セパレータ110の凸部112により導入できないガスを電極表面まで搬送する機能と、同じくガス流路111により取り出せない電気を集める機能の双方により、従来の燃料電池セル構造では必須のものであるといえる。
Next, the current collecting function of the
以上の通り、従来の燃料電池セルに集電板が必要であることが明確となったが、本願発明は、ガス流路を微細構造として形成することにより集電板を不要とした。この点について図3を参照して具体的に説明すると、図3に示す断面図は、図4に示す本願発明にかかる燃料電池セル構造300の2つのセパレータ301、401のうちセパレータ301側の構造を説明するための断面図である。図4を参照すると、セパレータ301は燃料極側の、セパレータ401は空気極側のセパレータであるが、本実施形態の構造を説明する点では、どちらでも同様であるためセパレータ301側で説明する。
As described above, it has become clear that the current collector plate is necessary for the conventional fuel cell, but the present invention makes the current collector plate unnecessary by forming the gas flow path as a fine structure. This point will be specifically described with reference to FIG. 3. The cross-sectional view shown in FIG. 3 is a structure on the
なお、図3をはじめ、本願に添付するセパレータを示す図面においては、ガス流路はすべて直線の均一幅の溝構造になっており、したがって電極あるいは集電板と接触する凸部は溝の凹部と対称の形状になっている。これは、従来のセパレータも含め本技術分野の知識によると、最も一般的で適切な形状であり、本願発明の説明にも適しているためであるが、本願発明は、このような流路の形状に制限されることなく、いずれの形状とすることもできる。本実施形態で説明する流路とは異なる形状の流路を用いる場合でも、導電性のセパレータとしての機能を達成するためには、ガス流路と電気を取り出す流路間の部分(凸部)とを全体として適切に設ける必要があり、これを前提とすればそのようなガス流路が均一ではなくても全体として狭く、かつ流路間隔も狭い微細構造であれば、本願発明の効果を奏することができる。 In FIG. 3 and the drawings showing the separator attached to the present application, the gas flow paths are all straight and have a uniform groove structure, so that the convex part in contact with the electrode or the current collector plate is a concave part of the groove. It has a symmetrical shape. This is because, according to the knowledge in this technical field including the conventional separator, it is the most common and appropriate shape and is suitable for the description of the present invention. Any shape can be used without being limited to the shape. Even when a flow path having a shape different from the flow path described in the present embodiment is used, in order to achieve the function as a conductive separator, a portion (convex portion) between the gas flow path and the flow path for taking out electricity is used. As a whole, if the gas flow path is not uniform and the microstructure is narrow as a whole and the gap between the flow paths is narrow, the effects of the present invention can be obtained. Can play.
本願発明では、図3を参照すれば理解できるように、ガス流路の幅を従来1mm以上であったものを0.2mm以下という狭いものとすることにより、上述の集電板がなくても円滑なガスの供給と電気の取出しが可能になった。すなわち、本願発明ではガス流路幅と流路間隔(セパレータの凸部の幅)の双方を小さくすることによって、ガスの供給についてみると、凸部が十分狭ければガス流路から凸部に面している電極の表面にもガスが回り込んで十分供給されるため、集電板がなくても円滑なガスの供給が可能となる。また、電気の取出しについてみても、ガス流路の幅が十分狭ければガス流路の部分の電極表面で発生した電気も隣接する凸部から効率よく取り出すことができる。以上の結果から理解されるように、本願発明の効果はガス流路および流路間隔の双方が従来よりも小さい微細構造をセパレータに施すことにより奏される。 In the present invention, as can be understood by referring to FIG. 3, the gas flow passage width of 1 mm or more is reduced to 0.2 mm or less so that the current collector plate is not provided. Smooth gas supply and electricity extraction are now possible. That is, in the present invention, by reducing both the gas flow path width and the flow path interval (the width of the convex portion of the separator), the gas supply is changed from the gas flow channel to the convex portion if the convex portion is sufficiently narrow. Since gas flows around the surface of the facing electrode and is sufficiently supplied, smooth gas supply is possible even without a current collector plate. Also, regarding electricity extraction, if the width of the gas flow path is sufficiently narrow, electricity generated on the electrode surface of the gas flow path portion can also be efficiently extracted from the adjacent convex portion. As can be understood from the above results, the effect of the present invention can be achieved by providing the separator with a fine structure in which both the gas flow path and the flow path interval are smaller than conventional ones.
このように、本願発明では一定の値以下の微細構造とすることにより、集電板がなくても従来と同様の性能を有する燃料電池を得ることができるセル構造を提案するものであるが、この点について実験結果を参照して説明すると、図9はこのような本実施形態による燃料電池セルの特性を従来の集電板を有する燃料電池セルの特性と比較する図である。この特性を測定する条件は、図8に示すとおりであり、SampleA、Bは従来のガス流路幅1mmのセルであり、SampleCは本実施形態の微細構造を有するセパレータを使用し、集電板(カーボンシート)を持たないセルである。また、SampleC−200はガス流路幅が0.2mmであり、SampleC−400は同じく0.4mmである。なお、SampleBは、特性が悪化することは予想されたが、比較のため敢えて集電板を使用しないで特性を取ったものである。したがって、従来の通常の構造を有する燃料電池セルを用いたのはSampleAである。 As described above, the present invention proposes a cell structure capable of obtaining a fuel cell having the same performance as the conventional one without a current collector plate by adopting a fine structure of a certain value or less. This point will be described with reference to experimental results. FIG. 9 is a diagram comparing the characteristics of the fuel battery cell according to the present embodiment with the characteristics of a fuel battery cell having a conventional current collector plate. The conditions for measuring this characteristic are as shown in FIG. 8, Sample A and B are cells having a conventional gas flow path width of 1 mm, Sample C uses the separator having the fine structure of this embodiment, and current collector plate The cell does not have (carbon sheet). Sample C-200 has a gas flow path width of 0.2 mm, and Sample C-400 has a diameter of 0.4 mm. Although Sample B was expected to deteriorate in characteristics, it was obtained without using a current collector plate for comparison. Therefore, it is Sample A that uses a conventional fuel cell having a normal structure.
実験の結果は、図9を参照すれば理解できるように、本実施形態の微細構造を有するセパレータを用いた燃料電池の特性は、従来のものに勝るとも劣らないものであるが、これはガス流路幅が0.2mm以下の場合であり、0.4mmでは微細構造の効果が不十分である。したがって、本実施形態の微細構造の効果を奏するためには少なくとも今回の実験の条件では、概ね0.2mm以下のガス流路幅とする必要があることが分かった。もちろん、使用する部材や設計、使用条件の相違により0.2mmよりもより小さい値でなければ効果が発揮されない場合もあるし、逆の場合も存在すると考えられるが、少なくとも従来よりも一定以上小さな値とする微細構造をセパレータに施すことにより、集電板を不要としつつ従来並みの特性を得ることができることを確認することができた。 As can be understood from the experimental results with reference to FIG. 9, the characteristics of the fuel cell using the separator having the microstructure of the present embodiment are not inferior to those of the conventional one. This is a case where the channel width is 0.2 mm or less, and the effect of the fine structure is insufficient at 0.4 mm. Therefore, in order to achieve the effect of the fine structure of the present embodiment, it has been found that the gas flow path width of approximately 0.2 mm or less is necessary at least under the conditions of this experiment. Of course, the effect may not be exhibited unless the value is smaller than 0.2 mm due to the difference in the member used, the design, and the usage conditions, and the opposite case may exist, but at least a certain amount smaller than the conventional one. It was confirmed that by applying a fine structure to the separator to the separator, it was possible to obtain the same characteristics as in the past while eliminating the need for a current collector plate.
以上の通り、本実施形態の燃料電池セルは集電板の分だけ薄くなるため、従来の集電板を前提とした薄型技術に比較して格段に薄型化が可能となった。この点、図5を参照すると、従来のセルの一例では固体電解質層(電解質膜)、電極(触媒層)、集電板(カーボンペーパ)およびセパレータの厚みは、それぞれ50μm、10μm、0.2mmおよび0.5〜1mmであり、本実施形態のセルでは、それぞれ50μm、10μm、0mmおよび0.3mmにすることができる。この結果、従来のセルは全体として、1.5〜2.5mmであったものを、0.7mmと半分以下にすることができる。 As described above, since the fuel cell of the present embodiment is thinned by the current collector plate, the fuel cell can be made much thinner than the conventional thin technology based on the current collector plate. In this regard, referring to FIG. 5, in an example of a conventional cell, the thicknesses of the solid electrolyte layer (electrolyte membrane), the electrode (catalyst layer), the current collector (carbon paper), and the separator are 50 μm, 10 μm, and 0.2 mm, respectively. And 0.5 to 1 mm, and in the cell of this embodiment, they can be 50 μm, 10 μm, 0 mm, and 0.3 mm, respectively. As a result, the conventional cell as a whole can be reduced from half of 1.5 to 2.5 mm to half that of 1.5 to 2.5 mm.
ここで、セパレータの厚さについては、ガス流路の大きさと関係があるため若干説明すると、ガスはガス流路を流れながら、電極の表面から取り込まれるため、基本的には表面部分を流れるガスしか取り込まれないことから、ガス流路の高さをどの程度にするかは直接関係がない。ただし、あまりに低い場合は、ガス流量自体が不足する可能性があるため、やはり一定の高さが必要である。現時点の実験では高さはほぼ流路幅と同程度の0.2mm程度としているが、さらに限界を探ることにより低い値を使用することもできると考えられる。ここで、セパレータの厚さはガス流路の高さによりある程度定まるから、ガス流路の高さを低くすることができれば、さらにセパレータの厚さを薄くできる可能性がある。以上の通りであるから、本実施形態のセパレータの厚み自体、従来の燃料電池セルのセパレータよりも薄くすることができる。 Here, since the thickness of the separator is related to the size of the gas flow path, the gas is taken in from the surface of the electrode while flowing through the gas flow path. Since it is only taken in, it is not directly related to the height of the gas flow path. However, if it is too low, there is a possibility that the gas flow rate itself is insufficient. In the experiments at the present time, the height is set to about 0.2 mm, which is almost the same as the channel width, but it is considered that a lower value can be used by further searching for the limit. Here, since the thickness of the separator is determined to some extent by the height of the gas flow path, if the height of the gas flow path can be reduced, the thickness of the separator may be further reduced. Since it is as above, the thickness of the separator of this embodiment itself can be made thinner than the separator of the conventional fuel cell.
(燃料電池セルの製造方法)
以上、本実施形態の燃料電池セルの構造について説明したが、次にその製造方法について以下に説明する。ただし、本実施形態の燃料電池セルは、このような製造方法以外でも、特に微細構造の形成が可能であれば、本技術分野で知られたいずれの方法も用いることができるのは言うまでもない。例えば、図6には電鋳によるセパレータの製造方法の一例を示すが、例えばエッチング技術を用いることもできるし、金属のセパレータの金型を作成して、カーボンセパレータ部材をプレス加工することもできる。
(Method for producing fuel cell)
The structure of the fuel cell according to this embodiment has been described above. Next, the manufacturing method thereof will be described below. However, it goes without saying that any method known in this technical field can be used for the fuel cell of the present embodiment, in addition to such a manufacturing method, as long as a fine structure can be formed. For example, FIG. 6 shows an example of a method for producing a separator by electroforming. For example, an etching technique can be used, or a metal separator mold can be prepared and a carbon separator member can be pressed. .
図6および7を参照して、燃料電池セルの製造方法を説明するが、図6は主にセパレータの製造方法についての工程である。まず、工程S601において、シリコン基板などの基板上に導電層を形成し、感光膜を塗布する(S602)。次に、厚膜上にパターンを形成してパターンを露光し、現像を行った(S603)後、電鋳を行ってニッケルによる層を形成させ(S604〜S605)、ニッケル製のセパレータ基板を取り出す(S606)。取り出した基板は耐食性を向上するため金メッキしておく(S607)。本実施形態では、ニッケルによる電鋳によってセパレータを作成したが、その他の金属も使用することができる。 The fuel cell manufacturing method will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 mainly shows the steps of the separator manufacturing method. First, in step S601, a conductive layer is formed on a substrate such as a silicon substrate, and a photosensitive film is applied (S602). Next, a pattern is formed on the thick film, the pattern is exposed and developed (S603), and then electroformed to form a nickel layer (S604 to S605), and the nickel separator substrate is taken out. (S606). The extracted substrate is gold-plated to improve corrosion resistance (S607). In this embodiment, the separator is prepared by electroforming with nickel, but other metals can also be used.
図7に示すように、このようにして作成されたセパレータ基板をカットして(S701)、セパレータを完成させた後、図7に示すように燃料電池セルを作成する。まず、工程S702において、テフロン(登録商標)シートの上に電極となる触媒層を形成し、このように形成された2つの触媒層により固体高分子膜を挟み込んで集電板のない膜電極複合体(MEA)を作成する(S703)。このようにして作成されたMEAと金メッキしたセパレータを接合し(S704)、本実施形態の燃料電池セルを製造することができる。図10は、このように製造された燃料電池セルの実際の構造の一例を示す透視図である。図10を参照すると、水素極側のセパレータ301および空気極側のセパレータ401が集電板のないMEA403を挟み込む形で接合されているのが理解できる。また、水素極側には空気極に空気を供給するための空気供給孔1001および空気極401を通過した空気を排出する空気排出孔1002が設けられ、空気極402にも同様の孔が設けられ燃料である水素を供給できるようになっている。
As shown in FIG. 7, the separator substrate thus created is cut (S701), and after the separator is completed, fuel cells are produced as shown in FIG. First, in step S702, a catalyst layer to be an electrode is formed on a Teflon (registered trademark) sheet, and a solid polymer film is sandwiched between the two catalyst layers formed in this manner to form a membrane electrode composite without a current collector plate. A body (MEA) is created (S703). The MEA thus created and the gold-plated separator are joined (S704), and the fuel cell of this embodiment can be manufactured. FIG. 10 is a perspective view showing an example of the actual structure of the fuel cell manufactured in this way. Referring to FIG. 10, it can be understood that the
以上、本実施形態の燃料電池セルの製造方法の一例をセパレータの作成を中心に説明したが、MEAの作成方法を含め、ここで説明した方法以外にも微細構造を有するセパレータを作成することができ、集電板のない燃料電池セルを製造することができる方法であれば本技術分野で知られたいずれの方法を組み合わせて使用することができる。また、空気供給、排出孔の形状を始め、空気や燃料といったガスを供給する構造、流路の形状、セパレータの形状等も、本実施形態で知られた、あるいは変更可能ないずれの技術、方法も本実施形態に適用することができる。 As mentioned above, although the example of the manufacturing method of the fuel cell of this embodiment was demonstrated centering on preparation of a separator, it is possible to create a separator having a fine structure other than the method described here, including the method of manufacturing an MEA. Any method known in this technical field can be used in combination as long as it is a method capable of producing a fuel cell without a current collector plate. Also, any technology or method known or changeable in the present embodiment, such as the shape of the air supply and discharge holes, the structure for supplying gas such as air and fuel, the shape of the flow path, the shape of the separator, etc. Can also be applied to this embodiment.
(第2実施形態)
本実施形態は、水素極側のセパレータについては、基本的に上述の第1実施形態と同様であるが、空気極側には第1実施形態のセパレータのガス流路幅よりも広いセパレータを用いるものである。図11は、本実施形態の燃料電池セル構造1100を示す図である。図11を参照すると理解できるように、水素極側は第1実施形態の微細構造を有するセパレータ301を用いているが、空気極側は流路幅のより広いセパレータ1101を用いている。これは、水素極側のセパレータ301をより薄くした場合、流入されるガスの流量が限られてくるため、燃料である水素ガスは、十分な量の供給が可能だが、空気の場合、酸素濃度が2割程度であるため、供給が不足する場合も考えられるからである。このような場合に空気極側だけ、より流路幅が広く厚いセパレータを用いることにより、この問題は解消することができ、かつ水素極側は従来技術に比して薄いセパレータが用いられるから、依然本願発明の効果を奏することができる。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, the separator on the hydrogen electrode side is basically the same as that of the first embodiment described above, but a separator wider than the gas flow path width of the separator of the first embodiment is used on the air electrode side. Is. FIG. 11 is a view showing a
(第3実施形態)
本実施形態は、上述の第2実施形態と同様、水素極側のセパレータについては、基本的に第1実施形態と同様であり、空気極側には水素極側のセパレータのガス流路幅よりも広いセパレータを用いるものであるが、空気極側にはさらに集電板を用いてガスの供給と電気の取り出しをより効率的にするものである。図12は、本実施形態の燃料電池セル構造1200を示す図である。図12を参照すると理解できるように、水素極側は第1実施形態の微細構造を有するセパレータ301を用いているが、空気極側は流路幅のより広いセパレータ1201および集電板1202を用いている。これは、上述の第2実施形態と同様、水素極側のセパレータ301をより薄くした場合、流入されるガスの流量が限られてくるため、燃料である水素ガスは、十分な量の供給が可能だが、空気の場合、酸素濃度が2割程度であるため、供給が不足する場合も考えられるからである。このような場合に空気極側だけ、より流路幅が広く厚いセパレータを用いることにより、供給不足は解消するものの、流路幅にもよるがガス供給および集電が効率よく行われず、特性が悪化する可能性もある。このような場合を考慮して、集電板を設けたのが本実施形態の燃料電池セル構造である。以上、本実施形態では酸素供給の不足を解消するため、空気極側には従来技術に近い流路幅と厚みとを有するセパレータおよび集電板を用いるが、水素極側は従来技術に比して薄いセパレータが用いられ、集電板も不要だから、依然本願発明の効果を奏する。
(Third embodiment)
This embodiment is basically the same as the first embodiment with respect to the separator on the hydrogen electrode side, as in the second embodiment described above, and the air electrode side has a gas flow path width of the separator on the hydrogen electrode side. Although a wide separator is used, a current collector plate is further used on the air electrode side to make gas supply and electricity extraction more efficient. FIG. 12 is a view showing a
100 従来の燃料電池セル
110 従来のセパレータ
111 ガス流路
112 凸部
120 燃料極部
130 固体電解質膜
140 空気極部
201 電極
202 集電板
300 本願発明の燃料電池セル
301 微細構造セパレータ
401 空気極側微細構造セパレータ
402 空気極
403 集電板なしMEA
1001 空気流入孔
1002 空気排出孔
1100 水素極側セパレータのみ微細構造を有する燃料電池セル
1101 流路幅の大きい酸素極側セパレータ
1200 空気極側のみ集電板を有する燃料電池セル
1201 集電板を有する酸素極側セパレータ
DESCRIPTION OF
1001
Claims (2)
前記電解質層に接して配置される触媒層と、
前記触媒層に直接接するよう配置され、ガスを導入するガス流路を前記触媒層に接する面に有する導電性のセパレータであって、前記ガス流路の流路幅および流路間隔の双方が微細構造を有するセパレータと、を備え、
前記微細構造は、前記ガス流路の流路幅および流路間隔の双方を0.2mm以下としたものであり、
前記電解質層は2つの電極により挟まれるとともに、前記2つの電極の各々は触媒層のみからなり、
前記2つの電極のうちの一方の電極に接するセパレータの微細構造の流路幅および流路間隔は、他方の電極に接するセパレータの微細構造の流路幅および流路間隔とは異なり、
前記2つの電極は、水素電極および空気電極であり、前記水素電極に接するセパレータの微細構造の流路幅および流路間隔は、前記空気電極に接するセパレータの微細構造の流路幅および流路間隔よりも小さいことを特徴とする燃料電池セル。 An electrolyte layer;
A catalyst layer disposed in contact with the electrolyte layer;
An electrically conductive separator that is arranged in direct contact with the catalyst layer and has a gas flow path for introducing gas on a surface in contact with the catalyst layer, wherein both the flow path width and the flow path interval of the gas flow path are fine. A separator having a structure,
The fine structure is one in which both the channel width and the channel interval of the gas channel are 0.2 mm or less ,
The electrolyte layer is sandwiched by two electrodes Rutotomoni, each of said two electrodes consists only catalyst layer,
The flow path width and the flow path interval of the microstructure of the separator in contact with one of the two electrodes are different from the flow path width and the flow path interval of the microstructure of the separator in contact with the other electrode,
The two electrodes are a hydrogen electrode and an air electrode, and the channel width and the channel interval of the microstructure of the separator in contact with the hydrogen electrode are the channel width and channel interval of the microstructure of the separator in contact with the air electrode. A fuel cell characterized by being smaller than the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008284676A JP5610562B2 (en) | 2008-11-05 | 2008-11-05 | Fuel cell and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008284676A JP5610562B2 (en) | 2008-11-05 | 2008-11-05 | Fuel cell and manufacturing method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010113916A JP2010113916A (en) | 2010-05-20 |
JP5610562B2 true JP5610562B2 (en) | 2014-10-22 |
Family
ID=42302333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008284676A Expired - Fee Related JP5610562B2 (en) | 2008-11-05 | 2008-11-05 | Fuel cell and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5610562B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5806141B2 (en) * | 2012-02-10 | 2015-11-10 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | Fuel cell |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1147566A2 (en) * | 1998-12-30 | 2001-10-24 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell fluid flow field plate and methods of making fuel cell flow field plates |
CN1328811C (en) * | 2002-01-29 | 2007-07-25 | 松下电器产业株式会社 | Semiconductor device having fuel cell and its manufacturing method |
JP2004030959A (en) * | 2002-06-21 | 2004-01-29 | Aisin Seiki Co Ltd | Gas diffusion member, gas diffusion electrode, and fuel cell |
JP4383182B2 (en) * | 2003-07-11 | 2009-12-16 | 株式会社クラレ | Manufacturing method of stamper for resin molded product and manufacturing method for resin molded product |
JP2005276519A (en) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Nissan Motor Co Ltd | Solid polymer fuel cell |
JP2005276508A (en) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Mitsubishi Electric Corp | Fuel cell |
US7686937B2 (en) * | 2004-09-28 | 2010-03-30 | Honda Motor Co., Ltd. | Separator plates, ion pumps, and hydrogen fuel infrastructure systems and methods for generating hydrogen |
JP2008171608A (en) * | 2007-01-10 | 2008-07-24 | Sharp Corp | Fuel cell |
-
2008
- 2008-11-05 JP JP2008284676A patent/JP5610562B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010113916A (en) | 2010-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4598287B2 (en) | FUEL CELL STACK AND METHOD OF OPERATING FUEL CELL STACK | |
US20060172882A1 (en) | Membrane electrode assemblies and method for manufacture | |
US7678486B2 (en) | Separator for fuel cell and fuel cell containing the separator | |
US10305124B2 (en) | Resilient flow structures for electrochemical cell | |
EP2525429A1 (en) | Fuel cell | |
JP2010009979A (en) | Fuel cell stack | |
JP2012190746A (en) | Fuel cell stack and fuel cell | |
JP2004087311A (en) | Fuel cell stack and metallic separator for for fuel cell stack | |
JP2020123547A (en) | Fuel cell separator | |
JP2010218817A (en) | Fuel cell | |
JP6228984B2 (en) | Fuel cell | |
JP5060169B2 (en) | Fuel cell | |
JP5610562B2 (en) | Fuel cell and manufacturing method thereof | |
JP5274908B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP4572252B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP5123824B2 (en) | FUEL CELL STACK AND METHOD OF OPERATING FUEL CELL STACK | |
JP4862258B2 (en) | Flat type polymer electrolyte fuel cell separator | |
JP5804587B2 (en) | Fuel cell stack | |
WO2007043368A1 (en) | Fuel cell and its fabrication method | |
Yuan et al. | Investigation of mass transport and cell performance on μDMFC with different anode flow fields | |
JP2006107898A (en) | Separator for flat type polymer electrolyte fuel cell | |
JP5336221B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP2018133240A (en) | Fuel cell stack | |
JP2006344586A (en) | Fuel cell | |
JP2023077628A (en) | Fuel battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111104 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20111104 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20111104 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130305 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130306 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130507 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20131203 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140303 |
|
RD13 | Notification of appointment of power of sub attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7433 Effective date: 20140304 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20140304 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20140409 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140513 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140708 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140805 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140829 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5610562 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |