JP2013037825A - Manufacturing method of fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質の両側に一対の電極を配設した電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、前記電解質・電極構造体の外周には、樹脂枠部材が一体に設けられる燃料電池の製造方法に関する。 The present invention provides a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure having a pair of electrodes disposed on both sides of an electrolyte and a separator are laminated, and a resin frame member is integrally provided on the outer periphery of the electrolyte / electrode structure. It relates to the manufacturing method.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池では、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒層と多孔質カーボンからなるアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)(MEA)を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持することにより単位セルが構成されている。通常、この単位セルを所定数だけ積層した燃料電池スタックが、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 For example, a solid polymer fuel cell employs a solid polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. In this fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (electrolyte / electrode structure) (MEA) in which an electrode catalyst layer and an anode electrode made of porous carbon and a cathode electrode are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, respectively. A unit cell is configured by being sandwiched between separators (bipolar plates). Usually, a fuel cell stack in which a predetermined number of unit cells are stacked is used as an in-vehicle fuel cell stack, for example.
通常、燃料電池スタックでは、多数の電解質膜・電極構造体が積層されており、前記電解質膜・電極構造体を安価に構成することが要請されている。このため、特に高価な固体高分子電解質膜の使用量を削減するとともに、前記固体高分子電解質膜を確実に保持するため、種々の提案がなされている。 In general, in a fuel cell stack, a large number of electrolyte membrane / electrode structures are laminated, and it is required to construct the electrolyte membrane / electrode structures at low cost. For this reason, various proposals have been made in order to reduce the amount of use of an especially expensive solid polymer electrolyte membrane and to reliably hold the solid polymer electrolyte membrane.
例えば、特許文献1に開示されている単電池では、図14に示すように、MEA1と、互いに溶着される一対の樹脂製フレーム2とを備えている。MEA1は、電解質膜3と、前記電解質膜3の両側に構成される2つの電極4とを有している。各フレーム2の互いに対向する面には、電解質膜3を挟持する位置に突起部5が設けられるとともに、前記電解質膜3の外方位置に突起部6が設けられている。
For example, the cell disclosed in Patent Document 1 includes MEA 1 and a pair of
そして、一対のフレーム2は、各突起部5により電解質膜3の両面外周縁部を挟持するとともに、各突起部6同士が当接するように、重ね合わされる。この状態で、一方のフレーム2に超音波振動を与えて、突起部5、6を溶着することにより、一対のフレーム2と電解質膜3とが一体化されて樹脂枠付きMEA7が製造されている。
And a pair of flame |
ところで、上記の特許文献1では、燃料電池スタックを構成する場合、樹脂枠付きMEA7とセパレータ(図示せず)とが交互に積層されるとともに、前記樹脂枠付きMEA7では、フレーム2同士を重ね合わせて溶着する場合がある。その際、燃料電池の外周部から決まるセル厚さのばらつきと、組み付け後のMEA1の厚さのばらつきとの組み合わせにより、電極4への面圧にばらつきが発生するという問題がある。
By the way, in the above-mentioned Patent Document 1, when configuring a fuel cell stack, MEA 7 with a resin frame and a separator (not shown) are alternately stacked, and in MEA 7 with a resin frame,
電極4への面圧が低いと(低面圧)、発電に必要な面圧が確保されずに抵抗が上昇してしまう。電極4への面圧が高いと(高面圧)、過剰な面圧によりガス拡散性や水排出性が低下するとともに、MEA1に破損が惹起するという問題がある。
When the surface pressure to the
本発明は、この種の問題を解決するものであり、樹脂枠部材を溶融させて電解質・電極構造体とセパレータとを一体化するとともに、前記電解質・電極構造体に適切な面圧を確実に付与することが可能な燃料電池の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem. The resin frame member is melted to integrate the electrolyte / electrode structure and the separator, and an appropriate surface pressure is reliably applied to the electrolyte / electrode structure. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a fuel cell that can be provided.
本発明は、電解質の両側に一対の電極を配設した電解質・電極構造体とセパレータとが積層されるとともに、前記電解質・電極構造体の外周には、樹脂枠部材が一体に設けられる燃料電池の製造方法に関するものである。 The present invention provides a fuel cell in which an electrolyte / electrode structure having a pair of electrodes disposed on both sides of an electrolyte and a separator are laminated, and a resin frame member is integrally provided on the outer periphery of the electrolyte / electrode structure. It is related with the manufacturing method.
この製造方法は、電解質・電極構造体の電極部位をセパレータとの積層方向に押圧し、前記電解質・電極構造体を規定面圧が加わるように変形させながら、樹脂枠部材を溶融させる工程と、前記樹脂枠部材が、前記電解質・電極構造体の変形量と同一量だけ溶融変形するまで、該樹脂枠部材の溶融処理を継続することにより、前記セパレータと前記樹脂枠部材とを一体化させる工程とを有している。 This manufacturing method includes a step of melting the resin frame member while pressing the electrode part of the electrolyte / electrode structure in the stacking direction with the separator and deforming the electrolyte / electrode structure so that a specified surface pressure is applied; The process of integrating the separator and the resin frame member by continuing the melting process of the resin frame member until the resin frame member is melted and deformed by the same amount as the deformation amount of the electrolyte / electrode structure. And have.
また、この製造方法では、一方の電解質・電極構造体の樹脂枠部材と、他方の電解質・電極構造体の樹脂枠部材とは、セパレータを挟んで互いに接触して配置され、又は、前記セパレータの外周に設けられた樹脂枠部材と前記電解質・電極構造体の前記樹脂枠部材とは、互いに接触して配置され、前記樹脂枠部材同士の接触部位が溶融変形されることが好ましい。 In this manufacturing method, the resin frame member of one electrolyte / electrode structure and the resin frame member of the other electrolyte / electrode structure are arranged in contact with each other with the separator interposed therebetween, or It is preferable that the resin frame member provided on the outer periphery and the resin frame member of the electrolyte / electrode structure are arranged in contact with each other, and a contact portion between the resin frame members is melt-deformed.
さらに、この製造方法では、接触部位には、樹脂枠部材に一体に、又は、別体に樹脂部が配置され、前記樹脂部が溶融変形することが好ましい。 Furthermore, in this manufacturing method, it is preferable that the resin part is disposed in the contact part integrally with the resin frame member or separately, and the resin part melts and deforms.
本発明によれば、電解質・電極構造体を規定面圧が加わるように変形させながら、樹脂枠部材を溶融させるとともに、前記樹脂枠部材は、前記電解質・電極構造体の変形量と同一量だけ溶融変形されている。このため、樹脂枠部材を溶融させて電解質・電極構造体とセパレータとを一体化するとともに、前記電解質・電極構造体に適切な面圧を確実に付与することが可能になる。 According to the present invention, the resin frame member is melted while the electrolyte / electrode structure is deformed so that a specified surface pressure is applied, and the resin frame member is the same amount as the deformation amount of the electrolyte / electrode structure. It is melted and deformed. Therefore, the resin frame member is melted to integrate the electrolyte / electrode structure and the separator, and an appropriate surface pressure can be reliably applied to the electrolyte / electrode structure.
図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る製造方法が適用される燃料電池10は、金属セパレータ12と電解質膜・電極構造体(電解質・電極構造体)(MEA)14とが交互に積層される。なお、金属セパレータ12に代えて、例えば、カーボンセパレータを使用してもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
図2に示すように、電解質膜・電極構造体14は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜16と、前記固体高分子電解質膜16を挟持するアノード電極18及びカソード電極20とを備える。アノード電極18及びカソード電極20は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜16の両面に形成される。
As shown in FIG. 2, the electrolyte membrane /
固体高分子電解質膜16は、アノード電極18及びカソード電極20と同一の表面積、又はこれらよりも大きな表面積に設定される。固体高分子電解質膜16の外周端部には、樹脂製の額縁部(額縁状枠部材)22が、例えば、射出成形により一体成形される。樹脂材としては、例えば、汎用プラスチックの他、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチック等が採用される。
The solid
額縁部22の一方の面、例えば、アノード電極18(又はカソード電極20)側の面には、外周縁部を周回して厚肉部22aが厚さ方向に膨出形成される。厚肉部22aは、所定の幅寸法を有しており、先端面には、矢印A方向に突出する突起部(樹脂部)22bが一体成形される。突起部22bは、厚肉部22aの先端面に額縁部22を周回して設けられる。
On one surface of the
図1に示すように、額縁部22の矢印C方向の一端縁部(上端縁部)には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔24a、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔26a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔28aが、矢印B方向(水平方向)に配列して設けられる。
As shown in FIG. 1, one end edge (upper edge) in the arrow C direction of the
額縁部22の矢印C方向の他端縁部(下端縁部)には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔28b、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔26b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔24bが、矢印B方向に配列して設けられる。
The other end edge (lower end edge) of the
金属セパレータ12の外周端部は、酸化剤ガス入口連通孔24a、冷却媒体入口連通孔26a、燃料ガス入口連通孔28a、燃料ガス出口連通孔28b、冷却媒体出口連通孔26b及び酸化剤ガス出口連通孔24bの内側に配置される。
The outer peripheral end of the
金属セパレータ12は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した薄板状の金属板により構成される。図1及び図2に示すように、金属セパレータ12は、単一の金属板を折り返し部位30で折り返して形成される。金属セパレータ12の両面には、電解質膜・電極構造体14のアノード電極18に対向するアノードセパレータ面32と、前記電解質膜・電極構造体14のカソード電極20に対向するカソードセパレータ面34とを有する。
The
図3に示すように、金属セパレータ12のアノードセパレータ面32には、波形状にプレス加工して断面凹凸形状を有する燃料ガス流路36が形成される。燃料ガス流路36は、矢印C方向に延在しており、燃料ガスを鉛直上方向から鉛直下方向に向かって流動させる。
As shown in FIG. 3, a fuel
金属セパレータ12は、図1に示すように、カソードセパレータ面34に、波形状にプレス加工して断面凹凸形状を有する酸化剤ガス流路38が形成される。酸化剤ガス流路38は、酸化剤ガスを矢印C方向に流通させる。カソードセパレータ面34には、酸化剤ガス流路38の上下両側に、それぞれ複数の冷却媒体供給孔部40aと冷却媒体排出孔部40bとが形成される。
As shown in FIG. 1, the
金属セパレータ12の内部には、冷却媒体供給孔部40a及び冷却媒体排出孔部40bに連通して冷却媒体を矢印C方向に流通させる冷却媒体流路42が形成される。冷却媒体流路42は、燃料ガス流路36の裏面形状と酸化剤ガス流路38の裏面形状との重なり形状により構成される。
Inside the
図1に示すように、額縁部22には、シール部材44が一体成形される。シール部材44としては、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。
As shown in FIG. 1, a
シール部材44は、カソード電極20側の面に、酸化剤ガス入口連通孔24a及び酸化剤ガス出口連通孔24bを酸化剤ガス流路38に連通するとともに、冷却媒体入口連通孔26a、燃料ガス入口連通孔28a、燃料ガス出口連通孔28b及び冷却媒体出口連通孔26bを周回して、前記酸化剤ガス流路38から遮蔽する第1シール部44aを設ける。
The
シール部材44は、アノード電極18側の面に、燃料ガス入口連通孔28a及び燃料ガス出口連通孔28bを燃料ガス流路36に連通するとともに、酸化剤ガス入口連通孔24a、冷却媒体入口連通孔26a、冷却媒体出口連通孔26b及び酸化剤ガス出口連通孔24bを周回して、前記燃料ガス流路36から遮蔽する第2シール部44bを設ける。
The
このように構成される燃料電池10を製造する方法について、以下に説明する。
A method for manufacturing the
図4に示すように、一対の電解質膜・電極構造体14は、単一の金属セパレータ12を挟持して配置される。そして、電解質膜・電極構造体14の電極面が、積層方向(矢印A方向)に押圧され、前記電解質膜・電極構造体14が規定面圧が加わるように圧縮変形された状態で、例えば、レーザ光Lの照射により額縁部22の厚肉部22aに設けられている突起部22bが、全周にわたって気密状態を確保して溶融される。
As shown in FIG. 4, the pair of electrolyte membrane /
溶融方式は、使用される樹脂の融点以下になるような出力を発生させる条件下で、レーザ光Lを照射する他、超音波、高周波、赤外線及び電気等から選択することができる。 The melting method can be selected from ultrasonic waves, high frequencies, infrared rays, electricity, and the like in addition to irradiating the laser beam L under conditions that generate an output that is lower than the melting point of the resin used.
ここで、図5に示すように、電解質膜・電極構造体14への規定面圧が設定されており、前記規定面圧に対する前記電解質膜・電極構造体14の厚さの範囲(下限値から上限値までの間)が求められている。この電解質膜・電極構造体14の規定面圧に対応する厚さまでの変形量と同一量だけ、額縁部22の突起部22bが溶融変形される。なお、面圧管理範囲(OK範囲)は、成形後の自由厚さのばらつき(面圧ばらつき)を吸収するために、規定面圧を含んで所定の面圧範囲内に設定される。
Here, as shown in FIG. 5, a prescribed surface pressure to the electrolyte membrane /
図4に示すように、電解質膜・電極構造体14が規定面圧が加わるように圧縮変形された状態で、額縁部22には、圧縮力が付与されている。そこで、額縁部22の突起部22bが、電解質膜・電極構造体14の変形量と同一量だけ溶融変形するまで、前記額縁部22の溶融処理が継続される。これにより、金属セパレータ12を挟んで一対の電解質膜・電極構造体14が一体化される。
As shown in FIG. 4, a compressive force is applied to the
この場合、第1の実施形態では、電解質膜・電極構造体14を規定面圧が加わるように変形させながら、額縁部22の突起部22bを溶融させるとともに、前記額縁部22の前記突起部22bは、前記電解質膜・電極構造体14の変形量と同一量だけ溶融変形されている。このため、額縁部22の突起部22bを溶融させて電解質膜・電極構造体14と金属セパレータ12とを一体化するとともに、前記電解質膜・電極構造体14に適切な面圧を確実に付与することが可能になる。
In this case, in the first embodiment, while the electrolyte membrane /
これにより、溶着処理後に、例えば、金属セパレータ12に積層方向に変形が発生したり、電解質膜・電極構造体14の面圧不足や面圧過剰による損傷等を可及的に抑制することができるという効果が得られる。
Thus, after the welding process, for example, the
さらにまた、第1の実施形態では、額縁部22の圧縮量に加えて、図6に示すように、溶着時間と圧力とで溶着幅を制御することが可能である。溶融幅は、図4に示すように、先端がテーパ形状の突起部22bが隣接する額縁部22に溶着する幅寸法hであり、せん断強度は、セパレータ面方向(矢印B方向)の強度であり、剥離強度は、積層方向(矢印A方向)の強度である。必要溶着幅とは、所望のせん断強度及び剥離強度を維持する幅寸法をいう。
Furthermore, in the first embodiment, in addition to the amount of compression of the
図6に示すように、溶着時間により溶着幅を管理範囲内に設定することができるとともに、溶着圧力を高めることにより、溶着時間を短縮することが可能になる。 As shown in FIG. 6, the welding width can be set within the control range by the welding time, and the welding time can be shortened by increasing the welding pressure.
このように製造される燃料電池10では、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔24aに供給された酸素含有ガス等の酸化剤ガスは、金属セパレータ12の酸化剤ガス流路38に供給される。酸化剤ガスは、電解質膜・電極構造体14のカソード電極20に沿って矢印C方向に流通した後、酸化剤ガス出口連通孔24bに排出される。
In the
一方、燃料ガス入口連通孔28aに供給された水素含有ガス等の燃料ガスは、金属セパレータ12の燃料ガス流路36に供給される。燃料ガスは、燃料ガス流路36に沿って矢印C方向に流通した後、燃料ガス出口連通孔28bに排出される。
On the other hand, the fuel gas such as the hydrogen-containing gas supplied to the fuel gas
従って、電解質膜・電極構造体14では、カソード電極20に供給される酸化剤ガスと、アノード電極18に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。
Therefore, in the electrolyte membrane /
また、冷却媒体入口連通孔26aに供給された純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体は、金属セパレータ12を構成するカソードセパレータ面34に形成されている複数の冷却媒体供給孔部40aから前記金属セパレータ12の内部に導入される。
Further, the cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil supplied to the cooling medium
金属セパレータ12の内部には、冷却媒体流路42が形成されている。このため、冷却媒体は、冷却媒体流路42に沿って矢印C方向に流通した後、複数の冷却媒体排出孔部40bから冷却媒体出口連通孔26bに排出される(図1参照)。
A cooling
第1の実施形態では、額縁部22の厚肉部22aに突起部22bを一体成形しているが、これに限定されるものではない。例えば、対向する各額縁部22に、互いに近接する方向に膨出して一対の突起部を設けてもよい。
In 1st Embodiment, although the
図7に示すように、本発明の第2の実施形態に係る製造方法が適用される燃料電池50では、額縁部22の厚肉部22aに、別体で構成される樹脂部52が配置される。この樹脂部52は、例えば、額縁部22と同一の材料で構成されており、互いに隣接する額縁部22同士を溶着する。
As shown in FIG. 7, in the
図8は、本発明の第3の実施形態に係る製造方法が適用される燃料電池60の要部分解斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第4以降の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。
FIG. 8 is an exploded perspective view of a main part of a
燃料電池60は、電解質膜・電極構造体14、金属セパレータ12、電解質膜・電極構造体14、金属セパレータ62及び電解質膜・電極構造体14が積層されたセルユニットを備える。
The
金属セパレータ62は、単一の金属プレートにより構成され、一方の電解質膜・電極構造体14のアノード電極18に対向して燃料ガス流路36を設けるとともに、他方の電解質膜・電極構造体14のカソード電極20に対向して酸化剤ガス流路38を設ける。燃料電池60は、金属セパレータ62を挟んで一対の電解質膜・電極構造体14間には冷却媒体流路が設けられておらず、所謂、間引き冷却構造を採用する。
The
このように構成される燃料電池60では、図9に示すように、3枚の電解質膜・電極構造体14が規定面圧が加わるように圧縮変形された状態で、各額縁部22には、圧縮力が付与されている。そして、各額縁部22の突起部22bが、3枚の電解質膜・電極構造体14の合計変形量と同一量だけ溶融変形するまで、前記額縁部22の溶融処理が継続される。これにより、2枚の金属セパレータ12、62と3枚の電解質膜・電極構造体14とが一体化される。
In the
なお、第3の実施形態では、セルユニット全体を同時に溶着しているが、これに限定されるものではなく、2枚の電解質膜・電極構造体14同士を、順次、溶着してもよい。
In the third embodiment, the entire cell unit is welded simultaneously. However, the present invention is not limited to this, and the two electrolyte membrane /
この第3の実施形態では、額縁部22の突起部22bを溶融させて3枚の電解質膜・電極構造体14と2枚の金属セパレータ12、62とを一体化するとともに、前記電解質膜・電極構造体14に適切な面圧を確実に付与することが可能になる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In the third embodiment, the
図10は、本発明の第4の実施形態に係る製造方法が適用される燃料電池70の要部分解斜視説明図である。
FIG. 10 is an exploded perspective view of a main part of a
図10及び図11に示すように、燃料電池70は、電解質膜・電極構造体72を一対のセパレータ74、76で挟持して構成される。電解質膜・電極構造体72は、固体高分子電解質膜16とアノード電極18及びカソード電極20とを備えるとともに、前記固体高分子電解質膜16の外周端部には、樹脂製の額縁部(額縁状枠部材)78が一体成形される。
As shown in FIGS. 10 and 11, the
セパレータ74は、金属プレート80の外周端縁部に樹脂製の額縁部(額縁状枠部材)82が一体成形されて構成される。セパレータ76は、同様に金属プレート84の外周端縁部に額縁部86(額縁状枠部材)が一体成形されて構成される。なお、セパレータ74、76は、金属プレート80、84に樹脂絶縁材を被覆して構成してもよく、また、樹脂含有のカーボンセパレータにより構成してもよい。以下に説明する第5の実施形態においても、同様である。
The
図11に示すように、額縁部78、82及び86の外周縁部には、厚さ方向(矢印A方向)に突出する突起部(樹脂部)78a、82a及び86aが一体成形される。なお、突起部78a、82a及び86aに代えて、別体の樹脂製シール部材を用いてもよい。
As shown in FIG. 11, projections (resin portions) 78a, 82a and 86a projecting in the thickness direction (arrow A direction) are integrally formed on the outer peripheral edge portions of the
図10に示すように、額縁部78、82及び86には、酸化剤ガス入口連通孔24a、冷却媒体入口連通孔26a、燃料ガス入口連通孔28a、燃料ガス出口連通孔28b、冷却媒体出口連通孔26b及び酸化剤ガス出口連通孔24bが形成される。
As shown in FIG. 10, the
額縁部82には、シール部材88が設けられるとともに、前記シール部材88は、電解質膜・電極構造体72に対向する面で、酸化剤ガス入口連通孔24a及び酸化剤ガス出口連通孔24bと酸化剤ガス流路38とを連通させる。
The
額縁部86には、シール部材90が設けられる。シール部材90は、電解質膜・電極構造体72に対向する面で、燃料ガス入口連通孔28a及び燃料ガス出口連通孔28bと燃料ガス流路36とを連通させる一方、反対側の面(セパレータ74に対向する面)で、冷却媒体入口連通孔26a及び冷却媒体入口連通孔26aと冷却媒体流路42とを連通させる。
A
このように構成される第4の実施形態では、図11に示すように、電解質膜・電極構造体72を規定面圧が加わるように変形させながら、額縁部78、82及び86の各突起部78a、82a及び86aを溶融させるとともに、前記突起部78a、82a及び86aは、前記電解質膜・電極構造体72の変形量と同一量だけ溶融変形されている。
In the fourth embodiment configured as described above, as shown in FIG. 11, the projections of the
このため、額縁部78、82及び86の各突起部78a、82a及び86aを溶融させて電解質膜・電極構造体72とセパレータ74、76とを一体化するとともに、前記電解質膜・電極構造体72に適切な面圧を確実に付与することが可能になる等、上記の第1〜第3の実施形態と同様の効果が得られる。
Therefore, the
図12は、本発明の第5の実施形態に係る製造方法が適用される燃料電池100の要部分解斜視説明図の説明図である。
FIG. 12 is an explanatory view of an essential part exploded perspective view of the
燃料電池100は、セパレータ74、電解質膜・電極構造体72、セパレータ102、電解質膜・電極構造体72及びセパレータ76が積層されたセルユニットを備える。
The
図12及び図13に示すように、セパレータ102は、一方の電解質膜・電極構造体72のアノード電極18に対向して燃料ガス流路36を設けるとともに、他方の電解質膜・電極構造体72のカソード電極20に対向して酸化剤ガス流路38を設ける。
As shown in FIGS. 12 and 13, the
セパレータ102は、金属プレート104の外周端縁部に樹脂製の額縁部(額縁状枠部材)106が一体成形されて構成される。額縁部106には、積層方向に突出して突起部106aが一体成形される。
The
図12に示すように、セパレータ102の額縁部106には、シール部材108が設けられる。シール部材108は、一方の電解質膜・電極構造体72に対向する面で、燃料ガス入口連通孔28a及び燃料ガス出口連通孔28bと燃料ガス流路36とを連通させる一方、他方の電解質膜・電極構造体72に対向する面で、酸化剤ガス入口連通孔24a及び酸化剤ガス出口連通孔24bと酸化剤ガス流路38とを連通させる。
As shown in FIG. 12, a
このように構成される第5の実施形態では、図13に示すように、2枚の電解質膜・電極構造体72を規定面圧が加わるように変形させながら、額縁部86、78、106、78及び82の各突起部86a、78a、106a、78a及び82aを溶融させるとともに、前記突起部86a、78a、106a、78a及び82aは、2枚の電解質膜・電極構造体72の変形量と同一量だけ溶融変形されている。
In the fifth embodiment configured as described above, as shown in FIG. 13, the
このため、2枚の電解質膜・電極構造体72とセパレータ74、102及び76とを一体化するとともに、前記電解質膜・電極構造体72に適切な面圧を確実に付与することが可能になる等、上記の第1〜第4の実施形態と同様の効果が得られる。
Therefore, the two electrolyte membrane /
10、50、60、70、100…燃料電池
12、62…金属セパレータ 14、72…電解質膜・電極構造体
16…固体高分子電解質膜 18…アノード電極
20…カソード電極
22、78、82、86、106…額縁部
22a…厚肉部
22b、78a、82a、86a、106a…突起部
24a…酸化剤ガス入口連通孔 24b…酸化剤ガス出口連通孔
26a…冷却媒体入口連通孔 26b…冷却媒体出口連通孔
28a…燃料ガス入口連通孔 28b…燃料ガス出口連通孔
36…燃料ガス流路 38…酸化剤ガス流路
42…冷却媒体流路 52…樹脂部
74、76、102…セパレータ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記電解質・電極構造体の電極部位を前記セパレータとの積層方向に押圧し、該電解質・電極構造体を規定面圧が加わるように変形させながら、前記樹脂枠部材を溶融させる工程と、
前記樹脂枠部材が、前記電解質・電極構造体の変形量と同一量だけ溶融変形するまで、該樹脂枠部材の溶融処理を継続することにより、前記セパレータと前記樹脂枠部材とを一体化させる工程と、
を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。 An electrolyte / electrode structure having a pair of electrodes disposed on both sides of an electrolyte and a separator are laminated, and a resin frame member is integrally provided on the outer periphery of the electrolyte / electrode structure. There,
Pressing the electrode part of the electrolyte / electrode structure in the stacking direction with the separator and melting the resin frame member while deforming the electrolyte / electrode structure so that a specified surface pressure is applied;
The process of integrating the separator and the resin frame member by continuing the melting process of the resin frame member until the resin frame member is melted and deformed by the same amount as the deformation amount of the electrolyte / electrode structure. When,
A method for producing a fuel cell, comprising:
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