JP2010040169A - Fuel cell and manufacturing method of same - Google Patents

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Seiji Sano
誠治 佐野
Takashi Kajiwara
隆 梶原
Hiromichi Sato
博道 佐藤
Yutaka Hotta
裕 堀田
Fuminari Shizuku
文成 雫
Yoshifumi Ota
佳史 大田
Naohiro Takeshita
直宏 竹下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell capable of improving productivity through integration of its porous body and a separator, and a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: The fuel cell is equipped with an MEA 30 which comes with electrodes arranged on both sides of an electrolyte film, porous body flow passages 24, 26, arranged in opposition to the face of the MEA 30, a separator 28 sandwiching the porous body passages 24, 26 between itself and the MEA 30, and resin 50 formed of the resin with which the porous body flow passages 24, 26 are impregnated. The porous body passages 24, 26 and the separator 28 are integrated by adhesion of the resin 50. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池に関し、特に、燃料電池の内部構造に関する。   The present invention relates to a fuel cell, and more particularly to an internal structure of a fuel cell.

燃料電池は、電解質膜を挟んでアノードとカソードとが配置された構造を有している。アノードに水素を含むアノードガスが接触し、カソードに空気などの酸素を含むカソードガスが接触することによって、両電極で電気化学反応が起こり、両電極間に電圧が発生する仕組みになっている。   The fuel cell has a structure in which an anode and a cathode are arranged with an electrolyte membrane interposed therebetween. When an anode gas containing hydrogen is brought into contact with the anode and a cathode gas containing oxygen such as air is brought into contact with the cathode, an electrochemical reaction occurs in both electrodes, and a voltage is generated between both electrodes.

このような燃料電池においては、種々の構造が提案されている。例えば特開２００４−２７３３５９号公報には、金属多孔体と金属基体とを固層拡散処理により一体化する技術が開示されている。この技術によれば、より具体的には、金属多孔体と金属基体とを積層して加圧した状態で、高温で所定時間熱処理が実施され、固層拡散を生じさせて接合一体化される。この一体化された多孔体部材を燃料電池のセパレータ兼用反応ガス拡散流路として使用すると、金属多孔体と金属セパレータとの接触抵抗が大幅に低減されるため、発電効率を向上させることが可能となる。また、燃料電池を構成する部品の点数を削減することができ、組み付け性を向上させることができる。   Various structures have been proposed for such fuel cells. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-273359 discloses a technique for integrating a porous metal body and a metal substrate by solid layer diffusion treatment. More specifically, according to this technique, heat treatment is performed at a high temperature for a predetermined time in a state where the metal porous body and the metal substrate are laminated and pressed, and solid-phase diffusion is caused to be bonded and integrated. . When this integrated porous body member is used as a reaction gas diffusion channel that also serves as a separator for a fuel cell, the contact resistance between the metal porous body and the metal separator is greatly reduced, so that it is possible to improve power generation efficiency. Become. Further, the number of parts constituting the fuel cell can be reduced, and the assembling property can be improved.

特開２００４−２７３３５９号公報JP 2004-273359 A 特開２００５−３２５４７号公報JP 2005-32547 A 特開２００５−２９８０６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-29806 特開２００５−１８３２１０号公報JP 2005-183210 A 特開２００４−１１９１２１号公報JP 2004-119121 A

しかしながら、金属多孔体は強度が低いため、上述した固層拡散処理によって高温に晒されると、金属多孔体の形状が変形してしまうおそれがある。そこで、固層拡散処理に代えて、金属多孔体と金属セパレータとを接着層を介して接合する構成が考えられるが、多孔体の性質上、接着面積を十分に確保することができず、金属多孔体と接着層との界面において剥離が生じてしまうおそれがある。このため、上述した従来の技術によっては、安定して金属多孔体と金属セパレータを接合することが困難であった。   However, since the metal porous body has low strength, the shape of the metal porous body may be deformed when exposed to a high temperature by the above-described solid layer diffusion treatment. Therefore, instead of the solid layer diffusion treatment, a configuration in which the metal porous body and the metal separator are joined via an adhesive layer is conceivable. However, due to the nature of the porous body, a sufficient adhesion area cannot be secured, and the metal There is a possibility that peeling occurs at the interface between the porous body and the adhesive layer. For this reason, it has been difficult to stably join the porous metal body and the metal separator depending on the conventional technique described above.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、多孔体流路とセパレータとを一体化することにより、燃料電池の生産性を向上させることのできる燃料電池およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and a fuel cell capable of improving the productivity of a fuel cell by integrating a porous channel and a separator, and a method for manufacturing the same. The purpose is to provide.

第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池であって、
電解質膜の両面に電極が配置された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の面に対向して設けられた多孔体流路と、
前記膜電極接合体との間に前記多孔体流路を挟むように設けられたセパレータと、
前記多孔体流路に含浸された接着剤と、を備え、
前記多孔体流路と前記セパレータとが前記接着剤により一体化されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first invention is a fuel cell,
A membrane electrode assembly in which electrodes are arranged on both surfaces of the electrolyte membrane;
A porous channel provided opposite to the surface of the membrane electrode assembly;
A separator provided so as to sandwich the porous body flow path between the membrane electrode assembly;
An adhesive impregnated in the porous channel,
The porous body channel and the separator are integrated by the adhesive.

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記接着剤は、前記多孔体流路を流れる反応ガスの主要な流れに沿った前記多孔体流路の側部に含浸されていることを特徴とする。 The second invention is the first invention, wherein
The adhesive is impregnated in a side portion of the porous body channel along a main flow of the reaction gas flowing through the porous body channel.

また、第３の発明は、第１または２の発明において、
前記多孔体流路は、所定の厚みを有する矩形形状であり、
前記多孔体流路の一辺に沿って設けられた反応ガスの導入口と、対向する一辺に沿って設けられた反応ガスの排出口と、を備え、
前記接着剤は、前記導入口から前記排出口へ向かう反応ガスの主要な流れ方向に平行な前記多孔体流路の二辺の外縁部に含浸されていることを特徴とする。 The third invention is the first or second invention, wherein
The porous body channel is a rectangular shape having a predetermined thickness,
A reaction gas introduction port provided along one side of the porous channel, and a reaction gas discharge port provided along the opposite side;
The adhesive is impregnated on outer edges of two sides of the porous body channel parallel to the main flow direction of the reaction gas from the inlet to the outlet.

また、第４の発明は、第１の発明において、
前記接着剤は、前記多孔体流路の外縁部全周に含浸されていることを特徴とする。 Moreover, 4th invention is set in 1st invention,
The adhesive is impregnated on the entire outer edge of the porous body flow path.

また、第５の発明は、第１乃至４の何れか１つの発明において、
前記接着剤は合成樹脂であることを特徴とする。 The fifth invention is the invention according to any one of the first to fourth inventions,
The adhesive is a synthetic resin.

また、第６の発明は、燃料電池の製造方法であって、
電解質膜の両面に電極が配置された膜電極接合体と、多孔体流路と、セパレータと、を準備する工程と、
前記多孔体流路の外縁部に接着剤を含浸する工程と、
前記接着剤により、前記多孔体流路と前記セパレータとを一体化する工程と、
前記多孔体流路と一体化されたセパレータと、前記膜電極接合体とを交互に積層する工程と、
を備えることを特徴とする。 The sixth invention is a method of manufacturing a fuel cell,
A step of preparing a membrane electrode assembly in which electrodes are arranged on both surfaces of an electrolyte membrane, a porous channel, and a separator;
Impregnating an outer edge of the porous channel with an adhesive;
Integrating the porous channel and the separator with the adhesive; and
A step of alternately laminating the separator integrated with the porous body flow path and the membrane electrode assembly;
It is characterized by providing.

第１の発明によれば、多孔体流路に含浸された接着剤の接着力により、多孔体流路とセパレータとが一体化される。このため、本発明によれば、燃料電池の生産時の組み付け性を向上させることができる。   According to the first invention, the porous body channel and the separator are integrated by the adhesive force of the adhesive impregnated in the porous body channel. For this reason, according to this invention, the assembly | attachment property at the time of the production of a fuel cell can be improved.

また、多孔体流路の周囲には隙間があるため、反応ガスの一部が該隙間を横流れしてしまうおそれがある。第２または３の発明によれば、反応ガスの主要な流れに沿った多孔体流路の側部に接着剤が含浸されるので、反応ガスが該隙間に流れ出てしまうことを抑制することができ、反応ガスの利用率を向上させることができる。   Further, since there is a gap around the porous body flow path, there is a possibility that a part of the reaction gas flows laterally through the gap. According to the second or third aspect of the invention, since the adhesive is impregnated into the side of the porous body flow path along the main flow of the reaction gas, it is possible to suppress the reaction gas from flowing into the gap. It is possible to improve the utilization rate of the reaction gas.

第４の発明によれば、多孔体流路の外縁部全周に接着剤が含浸されるので、反応ガスが該多孔体流路外部に流れ出てしまうことを抑制することができ、反応ガスの利用率を向上させることができる。   According to the fourth invention, since the adhesive is impregnated around the entire outer edge of the porous body flow path, it is possible to prevent the reaction gas from flowing out of the porous body flow path. The utilization rate can be improved.

第５の発明によれば、接着剤には合成樹脂、すなわち熱可塑性樹脂材または熱硬化性樹脂材が使用される。このため、本発明によれば、多孔体流路に効果的に含浸配置することができ、また、セパレータと該多孔体流路とを確実に接着することができる。   According to 5th invention, a synthetic resin, ie, a thermoplastic resin material, or a thermosetting resin material is used for an adhesive agent. For this reason, according to the present invention, the porous body channel can be effectively impregnated and the separator and the porous body channel can be securely bonded.

第６の発明によれば、多孔体流路とセパレータとが接着剤の接着力により一体化された後に、膜電極接合体とセパレータとが交互に積層され燃料電池スタックが形成される。このため、本発明によれば、組み付け時の多孔体流路の取り扱いが容易となり、また、積層される部品の点数が削減されるので、生産性を効果的に向上させることができる。   According to the sixth invention, after the porous body flow path and the separator are integrated by the adhesive force of the adhesive, the membrane electrode assembly and the separator are alternately stacked to form a fuel cell stack. For this reason, according to the present invention, handling of the porous flow path during assembly is facilitated, and the number of components to be stacked is reduced, so that productivity can be effectively improved.

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、燃料電池スタック１０の一部を積層方向に切断した断面の詳細図である。燃料電池スタック１０は、固体高分子分離膜を備えた固体高分子型の燃料電池（ＰＥＭＦＣ）であり、主として燃料電池自動車などに搭載されるものである。図１に示すとおり、燃料電池スタック１０は単位セル２０を複数積層したスタック構造を有している。単位セル２０は、発電体２２、カソードガスおよびアノードガスが流れる多孔体流路２４および２６、隣接する発電体２２を隔離するセパレータ２８によって構成されている。発電体２２は、電解質膜を挟んでアノードとカソードが配置された膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly，以下、「ＭＥＡ」と称す）３０の外側に、図示しないガス拡散層をシールガスケットで囲んで一体として形成されている。 Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a detailed cross-sectional view of a part of the fuel cell stack 10 cut in the stacking direction. The fuel cell stack 10 is a solid polymer type fuel cell (PEMFC) provided with a solid polymer separation membrane, and is mainly mounted on a fuel cell vehicle or the like. As shown in FIG. 1, the fuel cell stack 10 has a stack structure in which a plurality of unit cells 20 are stacked. The unit cell 20 includes a power generation body 22, porous body channels 24 and 26 through which cathode gas and anode gas flow, and a separator 28 that isolates adjacent power generation bodies 22. The power generator 22 has a gas diffusion layer (not shown) surrounded by a seal gasket outside a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as “MEA”) 30 in which an anode and a cathode are arranged with an electrolyte membrane interposed therebetween. It is formed as one piece.

セパレータ２８は、３つの金属の薄板を積層して形成される三層積層型のセパレータである。より具体的には、多孔体流路２４と接触するカソードプレート３２と、多孔体流路２６と接触するアノードプレート３４と、これらのプレートの中間に挟まれ、主として冷却水の流路となる中間プレート３６とから構成されている。これらのプレートにはステンレス鋼、チタンなどの導電性の金属材料が使用される。   The separator 28 is a three-layer laminated separator formed by laminating three thin metal plates. More specifically, the cathode plate 32 that is in contact with the porous body flow path 24, the anode plate 34 that is in contact with the porous body flow path 26, and an intermediate portion that is sandwiched between these plates and mainly serves as the cooling water flow path. And plate 36. For these plates, conductive metal materials such as stainless steel and titanium are used.

多孔体流路２４および２６は、ステンレス鋼やチタン、或いはチタン合金などの発砲焼結金属や、金属メッシュなどの内部に多数の細孔を備えた多孔体によって形成されている。多孔体流路２４および２６は所定方向へ反応ガスを流すことを主目的としているため、反応ガスの流れの圧力損失を抑え、排水性を構造させるように、比較的気孔率の大きい多孔体が使用される。より具体的には、気孔率が９５％程度の多孔体が使用され、当該多孔体流路２４および２６に導入された反応ガスは内部の細孔を通過しＭＥＡ３０のアノードおよびカソードに供給される。   The porous body channels 24 and 26 are formed of a porous body having a large number of pores inside, such as a sintered sintered metal such as stainless steel, titanium, or a titanium alloy, or a metal mesh. Since the porous body channels 24 and 26 are mainly intended to flow the reaction gas in a predetermined direction, a porous body having a relatively large porosity is formed so as to suppress the pressure loss of the flow of the reaction gas and to structure drainage. used. More specifically, a porous body having a porosity of about 95% is used, and the reaction gas introduced into the porous body flow paths 24 and 26 passes through the internal pores and is supplied to the anode and cathode of the MEA 30. .

また、多孔体流路２４は、燃料電池スタック１０の内部に設けられた入口側マニホールド４０、および出口側マニホールド４２と接続されている。入口側マニホールド４０、および出口側マニホールド４２は、単位セル２０の積層方向に延在している。ここで、上述した多孔体流路２４は、入口側マニホールド４０と出口側マニホールド４２の間に介在するように設けられている。より具体的には、入口側マニホールド４０は、カソードプレート３２に設けられた複数の貫通孔４４を介して多孔体流路２４に連通している。同様に、出口側マニホールド４２は、カソードプレート３２に設けられた複数の貫通孔４６を介して多孔体流路２４に連通している。   Further, the porous body flow path 24 is connected to an inlet side manifold 40 and an outlet side manifold 42 provided in the fuel cell stack 10. The inlet side manifold 40 and the outlet side manifold 42 extend in the stacking direction of the unit cells 20. Here, the porous body flow path 24 described above is provided so as to be interposed between the inlet side manifold 40 and the outlet side manifold 42. More specifically, the inlet side manifold 40 communicates with the porous body flow path 24 via a plurality of through holes 44 provided in the cathode plate 32. Similarly, the outlet side manifold 42 communicates with the porous body flow path 24 through a plurality of through holes 46 provided in the cathode plate 32.

したがって、上述した構成によれば、入口側マニホールド４０へ送られたカソードガスは、各単位セル２０の貫通孔４４から多孔体流路２４に導入され、当該多孔体流路２４の内部を流通しカソード面へ均一に送られる。そして、反応後のカソードガスは、カソードオフガスとして多孔体流路２４を通過し、貫通孔４６から出口側マニホールド４２へ排出され、更にカソードオフガス流路へ送られて、燃料電池スタック１０の外部に排出される。   Therefore, according to the above-described configuration, the cathode gas sent to the inlet side manifold 40 is introduced into the porous body flow path 24 from the through hole 44 of each unit cell 20 and flows through the inside of the porous body flow path 24. Uniformly sent to the cathode surface. Then, the reacted cathode gas passes through the porous body flow path 24 as a cathode off gas, is discharged from the through hole 46 to the outlet side manifold 42, and is further sent to the cathode off gas flow path to the outside of the fuel cell stack 10. Discharged.

同様に、燃料電池スタック１０には、図示しないアノードガスの入口側マニホールドと出口側マニホールドが設けられている。アノードガスは、入口側マニホールドから各単位セル２０のアノードへ送られ、出口側マニホールドを経由して、アノードオフガス流路から排出される。   Similarly, the fuel cell stack 10 is provided with an anode side inlet manifold and an outlet side manifold (not shown). The anode gas is sent from the inlet side manifold to the anode of each unit cell 20, and is discharged from the anode off gas flow path via the outlet side manifold.

［実施の形態１の特徴的構成］
次に、図１および図２を参照して、本実施の形態の特徴的構成について説明する。図２は、図１中の単位セル積層方向からみた燃料電池スタック１０の一部を示す模式図である。図２に示すとおり、多孔体流路２４の外縁部の各辺には、樹脂５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄが含浸されている（以下、これらを特に区別しないときは、単に「樹脂５０」と称す）。樹脂５０の幅は、カソードプレート３２に設けられた複数の貫通孔４４、４６が、樹脂５０で囲まれた領域の内側となる範囲で設定される。尚、同様に、樹脂５０は多孔体流路２６の外縁部の全周に配置されている。 [Characteristic Configuration of Embodiment 1]
Next, a characteristic configuration of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a schematic diagram showing a part of the fuel cell stack 10 as seen from the unit cell stacking direction in FIG. As shown in FIG. 2, each side of the outer edge portion of the porous body flow path 24 is impregnated with resin 50a, 50b, 50c, 50d (hereinafter referred to as “resin 50” unless otherwise distinguished). Called). The width of the resin 50 is set in a range in which the plurality of through holes 44 and 46 provided in the cathode plate 32 are inside the region surrounded by the resin 50. Similarly, the resin 50 is disposed on the entire periphery of the outer edge portion of the porous body flow path 26.

また、図１に示すとおり、多孔体流路２４、２６は、樹脂５０によりセパレータ２８に接着される。より具体的には、先ず、多孔体流路２４の外縁部に樹脂５０が含浸される。樹脂には熱可塑性接着剤または熱硬化性接着剤が使用される。次いで、セパレータ２８のカソードプレート３２側に多孔体流路２４が重ねられた状態で所定の面圧がかけられ、セパレータ２８と多孔体流路２４とが樹脂５０の接着力により一体化される。同様に、セパレータ２８のアノードプレート３４側には、多孔体流路２６が接着される。次いで、当該セパレータ２８と、発電体２２とが複数積層されることにより、燃料電池スタック１０が形成される。   Further, as shown in FIG. 1, the porous body channels 24 and 26 are bonded to the separator 28 by a resin 50. More specifically, first, the resin 50 is impregnated in the outer edge portion of the porous body flow path 24. As the resin, a thermoplastic adhesive or a thermosetting adhesive is used. Next, a predetermined surface pressure is applied in a state where the porous body flow path 24 is superimposed on the cathode plate 32 side of the separator 28, and the separator 28 and the porous body flow path 24 are integrated by the adhesive force of the resin 50. Similarly, the porous body channel 26 is bonded to the anode plate 34 side of the separator 28. Next, the fuel cell stack 10 is formed by stacking a plurality of the separators 28 and the power generators 22.

以上のような構成を有する燃料電池スタック１０においては、燃料電池スタック製造時の利点が大きい。すなわち、通常ガス流路に使用される多孔体は非常に薄くて強度が低い。このため、スタック製造の多孔体流路を積層する工程において、該多孔体流路に破損等が生じてしてしまう可能性がある。   The fuel cell stack 10 having the above-described configuration has a great advantage when manufacturing the fuel cell stack. That is, the porous body normally used for the gas flow path is very thin and low in strength. For this reason, in the step of stacking the porous flow paths for stack production, there is a possibility that the porous flow paths are damaged.

この点、本実施の形態１の燃料電池スタック１０においては、上述したとおり、積層工程の前に多孔体流路２４および２６とセパレータ２８とが接着され一体化される。このため、積層工程において多孔体流路２４および２６の取り扱いが容易となり、また、積層される部品の点数を削減することができ、生産性を飛躍的に向上させることができる。   In this regard, in the fuel cell stack 10 of the first embodiment, as described above, the porous body flow paths 24 and 26 and the separator 28 are bonded and integrated before the stacking step. For this reason, handling of the porous channels 24 and 26 is facilitated in the stacking step, the number of parts to be stacked can be reduced, and productivity can be dramatically improved.

また、本実施の形態１の燃料電池スタック１０においては、反応ガスの利用率を向上させる利点もある。一般的な燃料電池においては、多孔体流路の周囲が発電体のシールガスケットに設けられたリップ部により密閉され、反応ガスが多孔体流路周囲に流出することを抑制することとしている。しかしながら、当該リップ部と多孔体流路との間には多少の隙間が存在するため、反応ガスの流出を完全に抑えることができず、一部の反応ガスが当該隙間に横流れすることによりガス利用率が低下していた。   Further, the fuel cell stack 10 of the first embodiment also has an advantage of improving the utilization rate of the reaction gas. In a general fuel cell, the periphery of a porous body channel is sealed by a lip portion provided on a seal gasket of a power generator, and the reaction gas is prevented from flowing out around the porous body channel. However, since there is a slight gap between the lip portion and the porous body flow path, the outflow of the reaction gas cannot be completely suppressed, and a part of the reaction gas flows into the gap to cause gas The utilization rate was decreasing.

この点、本実施の形態１の燃料電池スタック１０においては、図２に示すとおり、多孔体流路２４の外縁部全周に樹脂５０が含浸されている。このため、貫通孔４４から導入されたカソードガスは、多孔体流路２４の周囲に流出することなくすべて多孔体流路２４内部を通過して発電反応に寄与することとなり、反応ガスの利用率を向上させることができる。アノードガスに関しても、同様の理由により利用率を向上させることができる。   In this regard, in the fuel cell stack 10 of the first embodiment, the entire periphery of the outer edge portion of the porous body flow path 24 is impregnated with the resin 50 as shown in FIG. For this reason, the cathode gas introduced from the through-hole 44 does not flow out around the porous body flow path 24 but all passes through the porous body flow path 24 and contributes to the power generation reaction. Can be improved. Regarding the anode gas, the utilization factor can be improved for the same reason.

ところで、上述した実施の形態１においては、多孔体流路２４、２６の外縁部四辺に樹脂５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄを含浸させることとしているが、含浸される樹脂の配置はこれに限られない。すなわち、多孔体流路の内部の反応ガスの流れは、主に貫通孔４４から貫通孔４６の方向となる。このため、少なくとも多孔体流路２４、２６の反応ガスの流れ方向に略平行な樹脂５０ａおよび５０ｂが含浸されれば、反応ガスの横流れを効果的に抑制することができ、ガス利用率を向上させることができる。   By the way, in Embodiment 1 mentioned above, it is supposed that resin 50a, 50b, 50c, 50d is impregnated to the outer edge part four sides of the porous body flow paths 24, 26, but arrangement | positioning of the resin impregnated is restricted to this. Absent. That is, the flow of the reaction gas inside the porous body flow channel is mainly in the direction from the through hole 44 to the through hole 46. For this reason, if the resins 50a and 50b that are substantially parallel to the flow direction of the reaction gas in at least the porous channels 24 and 26 are impregnated, the lateral flow of the reaction gas can be effectively suppressed and the gas utilization rate is improved. Can be made.

また、含浸される樹脂の配置は、多孔体流路２４および２６とセパレータ２８とが接着され一体化されるのであれば、多孔体流路２４および２６の外縁部の一部でもよい。これにより、少なくとも、上述した生産性の向上を図ることができる。   Further, the resin to be impregnated may be disposed at a part of the outer edge of the porous body channels 24 and 26 as long as the porous body channels 24 and 26 and the separator 28 are bonded and integrated. Thereby, at least the above-described improvement in productivity can be achieved.

また、上述した実施の形態１においては、矩形形状の多孔体流路２４、２６が使用されているが、多孔体流路の形状は特にこれに限定されない。すなわち、本発明の範囲を逸脱しない範囲において、種々の形状の多孔体流路を使用することができる。   Moreover, in Embodiment 1 mentioned above, the rectangular-shaped porous body flow paths 24 and 26 are used, However, The shape of a porous body flow path is not specifically limited to this. In other words, various shapes of porous channels can be used without departing from the scope of the present invention.

尚、上述した実施の形態１においては、ＭＥＡ３０が前記第１の発明における「膜電極接合体」に、樹脂５０が前記第１の発明における「接着剤」に、それぞれ相当している。   In the first embodiment, the MEA 30 corresponds to the “membrane electrode assembly” in the first invention, and the resin 50 corresponds to the “adhesive” in the first invention.

その他．
次に、図３を参照して、本発明に関連した燃料電池スタックの構成およびその効果について説明する。尚、図３に示す燃料電池スタック６０において、図１に示す燃料電池スタック１０と共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。 Others.
Next, with reference to FIG. 3, the structure of the fuel cell stack related to the present invention and the effects thereof will be described. In the fuel cell stack 60 shown in FIG. 3, elements common to the fuel cell stack 10 shown in FIG.

図３は、燃料電池スタック６０の一部を積層方向に切断した断面の詳細図である。燃料電池スタック６０は、図１に示す燃料電池スタック１０同様に、固体高分子分離膜を備えた固体高分子型の燃料電池（ＰＥＭＦＣ）である。図３に示すとおり、多孔体流路２４および２６の外縁部には樹脂６２が配置されている。より具体的には、多孔体流路２４および２６の外縁部全周に樹脂が含浸される。樹脂にはフェノール系の樹脂材料（接着力なし）が使用される。   FIG. 3 is a detailed cross-sectional view of a part of the fuel cell stack 60 cut in the stacking direction. The fuel cell stack 60 is a solid polymer type fuel cell (PEMFC) provided with a solid polymer separation membrane, like the fuel cell stack 10 shown in FIG. As shown in FIG. 3, a resin 62 is disposed on the outer edge portions of the porous body channels 24 and 26. More specifically, resin is impregnated on the entire outer edge portions of the porous body channels 24 and 26. A phenolic resin material (without adhesive force) is used for the resin.

以上のような構成を有する燃料電池スタック６０においては、反応ガスの利用率を向上させる利点がある。一般的な燃料電池においては、多孔体流路の周囲が発電体のシールガスケットに設けられたリップ部により密閉され、反応ガスが多孔体流路周囲に流出することを抑制することとしている。しかしながら、当該リップ部と多孔体流路との間には多少の隙間が存在するため、反応ガスの流出を完全に抑えることができず、一部の反応ガスが当該隙間に横流れすることによりガス利用率が低下していた。   The fuel cell stack 60 having the above configuration has an advantage of improving the utilization rate of the reaction gas. In a general fuel cell, the periphery of a porous body channel is sealed by a lip portion provided on a seal gasket of a power generator, and the reaction gas is prevented from flowing out around the porous body channel. However, since there is a slight gap between the lip portion and the porous body flow path, the outflow of the reaction gas cannot be completely suppressed, and a part of the reaction gas flows into the gap to cause gas The utilization rate was decreasing.

そこで、燃料電池スタック６０においては、図３に示すとおり、多孔体流路２４の外縁部全周に樹脂６２を含浸することとしている。これにより、貫通孔４４から導入されたカソードガスは、当該隙間に流出することなくすべて多孔体流路２４内部を通過して発電反応に寄与することとなり、反応ガスの利用率を向上させることができる。アノードガスに関しても、同様の理由により利用率を向上させることができる。   Therefore, in the fuel cell stack 60, as shown in FIG. 3, the entire periphery of the outer edge portion of the porous body flow path 24 is impregnated with the resin 62. As a result, the cathode gas introduced from the through hole 44 does not flow out into the gap, but passes through the porous body flow path 24 and contributes to the power generation reaction, thereby improving the utilization rate of the reaction gas. it can. Regarding the anode gas, the utilization factor can be improved for the same reason.

ところで、上述した燃料電池スタック６０においては、多孔体流路２４、２６の外縁部全周に樹脂６２を配置することとしているが、含浸される樹脂の配置はこれに限られない。すなわち、多孔体流路の内部の反応ガスの流れは、主に貫通孔４４から貫通孔４６の方向となる。このため、少なくとも多孔体流路２４、２６の反応ガスの流れ方向に略平行な二辺の外縁部に樹脂が含浸されれば、反応ガスの横流れを効果的に抑制することができ、ガス利用率を向上させることができる。   By the way, in the fuel cell stack 60 described above, the resin 62 is arranged on the entire outer periphery of the porous body flow paths 24 and 26, but the arrangement of the resin to be impregnated is not limited thereto. That is, the flow of the reaction gas inside the porous body flow channel is mainly in the direction from the through hole 44 to the through hole 46. For this reason, if the resin is impregnated on at least two outer edges substantially parallel to the flow direction of the reaction gas in the porous channels 24 and 26, the lateral flow of the reaction gas can be effectively suppressed, The rate can be improved.

また、上述した燃料電池スタック６０においては、矩形形状の多孔体流路２４、２６が使用されているが、多孔体流路の形状は特にこれに限定されない。すなわち、本発明の範囲を逸脱しない範囲において、種々の形状の多孔体流路を使用することができる。   Further, in the fuel cell stack 60 described above, the rectangular porous body channels 24 and 26 are used, but the shape of the porous body channel is not particularly limited thereto. In other words, various shapes of porous channels can be used without departing from the scope of the present invention.

本発明の実施形態１の燃料電池の一部を積層方向に切断した断面の模式図である。It is the schematic diagram of the cross section which cut | disconnected some fuel cells of Embodiment 1 of this invention in the lamination direction. 本発明の実施形態１の燃料電池の一部を積層方向から見た断面の模式図である。It is the schematic diagram of the cross section which looked at a part of fuel cell of Embodiment 1 of this invention from the lamination direction. 本発明に関連した燃料電池の一部を積層方向に切断した断面の模式図である。It is the schematic diagram of the cross section which cut | disconnected some fuel cells relevant to this invention in the lamination direction.

符号の説明Explanation of symbols

１０、６０ 燃料電池スタック
２０ 単位セル
２２ 発電体
２４、２６ 多孔体流路
２８ セパレータ
３０ ＭＥＡ(Membrane Electrode Assembly)
３２ カソードプレート
３４ アノードプレート
３６ 中間プレート
４０ 入口側マニホールド
４２ 出口側マニホールド
４４、４６ 貫通孔
５０、６２ 樹脂 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 60 Fuel cell stack 20 Unit cell 22 Electric power generation body 24, 26 Porous body flow path 28 Separator 30 MEA (Membrane Electrode Assembly)
32 Cathode plate 34 Anode plate 36 Intermediate plate 40 Inlet side manifold 42 Outlet side manifold 44, 46 Through holes 50, 62 Resin

Claims (6)

電解質膜の両面に電極が配置された膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の面に対向して設けられた多孔体流路と、
前記膜電極接合体との間に前記多孔体流路を挟むように設けられたセパレータと、
前記多孔体流路に含浸された接着剤と、を備え、
前記多孔体流路と前記セパレータとが前記接着剤により一体化されていることを特徴とする燃料電池。 A membrane electrode assembly in which electrodes are arranged on both surfaces of the electrolyte membrane;
A porous channel provided opposite to the surface of the membrane electrode assembly;
A separator provided so as to sandwich the porous body flow path between the membrane electrode assembly;
An adhesive impregnated in the porous channel,
The fuel cell, wherein the porous body channel and the separator are integrated by the adhesive. 前記接着剤は、前記多孔体流路を流れる反応ガスの主要な流れに沿った前記多孔体流路の側部に含浸されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the adhesive is impregnated in a side portion of the porous body flow path along a main flow of the reaction gas flowing through the porous body flow path. 前記多孔体流路は、所定の厚みを有する矩形形状であり、
前記多孔体流路の一辺に沿って設けられた反応ガスの導入口と、対向する一辺に沿って設けられた反応ガスの排出口と、を備え、
前記接着剤は、前記導入口から前記排出口へ向かう反応ガスの主要な流れ方向に平行な前記多孔体流路の二辺の外縁部に含浸されていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。 The porous body channel is a rectangular shape having a predetermined thickness,
A reaction gas introduction port provided along one side of the porous channel, and a reaction gas discharge port provided along the opposite side;
3. The adhesive is impregnated on outer edges of two sides of the porous channel parallel to the main flow direction of the reaction gas from the inlet to the outlet. 3. The fuel cell as described. 前記接着剤は、前記多孔体流路の外縁部全周に含浸されていることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 1, wherein the adhesive is impregnated on the entire outer edge of the porous body flow path. 前記接着剤は合成樹脂であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の燃料電池。   The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the adhesive is a synthetic resin. 電解質膜の両面に電極が配置された膜電極接合体と、多孔体流路と、セパレータと、を準備する工程と、
前記多孔体流路の外縁部に接着剤を含浸する工程と、
前記接着剤により、前記多孔体流路と前記セパレータとを一体化する工程と、
前記多孔体流路と一体化されたセパレータと、前記膜電極接合体とを交互に積層する工程と、
を備えることを特徴とする燃料電池の製造方法。 A step of preparing a membrane electrode assembly in which electrodes are arranged on both surfaces of an electrolyte membrane, a porous channel, and a separator;
Impregnating an outer edge of the porous channel with an adhesive;
Integrating the porous channel and the separator with the adhesive; and
A step of alternately laminating the separator integrated with the porous body flow path and the membrane electrode assembly;
A method of manufacturing a fuel cell comprising:
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