JP4235687B2 - 高分子電解質型燃料電池および電極−膜−枠接合体の製造方法 - Google Patents
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Description
上記電極−膜−枠接合体において、上記アノード電極または上記カソード電極の外縁と上記枠体の内縁の間にて、上記電極の外縁沿いに延在して、上記電解質膜上に配置されるとともに、上記枠体に接合された内側弾性部材と、
上記枠体の内外縁の間において、上記内側弾性部材沿いに延在して配置されるとともに、上記枠体に接合された外側弾性部材と、
上記枠体に接合され、上記内側弾性部材と上記外側弾性部材とを連結する複数の連結弾性部材とを備え、
上記内側弾性部材及び上記外側弾性部材は、単電池モジュール組立て後の上記電極−膜−枠接合体と上記セパレータとの間隔寸法以上の厚さを有して、上記単電池モジュールが組立てられた状態にて、それぞれの上記弾性部材が上記電極−膜−枠接合体の厚み方向に弾性変形して上記電極−膜−枠接合体と上記セパレータとの間を密着封止する、高分子電解質型燃料電池を提供する。
上記それぞれの弾性部材のうちの表面側の上記外側弾性部材と裏面側の上記外側弾性部材とが上記注入部跡弾性部材により接続され、
上記注入部跡弾性部材がその内側に配置された貫通孔が、上記枠体に形成されている、第5態様に記載の高分子電解質型燃料電池を提供する。
上記電極−膜−枠接合体を射出成型用金型に配置して、上記電極−膜−枠接合体において、上記アノード電極または上記カソード電極の外縁と上記枠体の内縁の間にて、上記電極の外縁沿いに延在して、上記電解質膜上に配置される第1の流路と、上記枠体の内外縁の間において上記内側弾性部材沿いに延在して配置される第2の流路と、上記第1の流路と上記第2の流路とを連通する複数の連通流路とを形成し、
上記第1の流路に弾性体樹脂を注入することにより、上記第1の流路内に上記弾性体樹脂を充填するとともに、上記それぞれの連通流路を通して上記第2の流路に上記弾性体樹脂を充填し、
上記充填された弾性体樹脂を硬化させることにより、上記第1及び第2の流路並びに上記それぞれの連通流路において、上記単電池モジュールが組立てられた状態にて、上記電極−膜−枠接合体の厚み方向に弾性変形して上記電極−膜−枠接合体と上記セパレータとの間を密着封止する弾性部材を一体的に形成する、電極−膜−枠接合体の製造方法を提供する。
本発明の第1実施形態にかかる燃料電池用スタックを備える燃料電池の概略構成を示す模式構成図を図1に示す。また、図1に示す燃料電池101が備える燃料電池用スタック(以降、スタックという。)の模式分解図を図2に示す。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、本発明の第2実施形態にかかる燃料電池が備えるMEA−枠接合体85の模式部分斜視図を図8Aに示し、図8AのB−B線断面図を図8Bに示す。なお、以降の説明においては、上記第1実施形態のMEA−枠接合体と同じ構成部材には同じ参照番号を付してその説明を省略する。
次に、本発明の第3実施形態にかかる燃料電池が備えるMEA−枠接合体95の模式部分斜視図を図9に示す。図9に示すように、本第3実施形態のMEA−枠接合体95は、射出成形における樹脂注入口であるゲートの位置が、さらに上記第1及び第2実施形態と相違する。具体的には、カソード側の外側弾性部材3cと内側弾性部材4cとの間において、連結弾性部材6c間のスペースにゲート跡部97が配置されている。なお、このゲート跡部97の図示真下の位置には、枠体2を貫通するように貫通孔2dが形成されている。
次に、本発明の第4実施形態にかかる燃料電池が備えるMEA−枠接合体115の模式部分断面図を図10に示す。図10に示すように、本第4実施形態のMEA−枠接合体115は、外側弾性部材3b、3cと内側弾性部材4b、4cとの間に、それぞれの弾性部材沿いに延在して配置された中間弾性部材118b、118cをさらに備える点において、上記それぞれの実施形態と相違している。さらに、中間弾性部材118b、118cは、外側弾性部材3b、3cと、複数の連結弾性部材119b、119cにより連結されている。また、中間弾性部材118b、118cは、内側弾性部材4b、4cと、複数の連結弾性部材6b、6cにより連結されている。
次に、本発明の第5実施形態にかかる燃料電池が備えるMEA−枠接合体125の模式部分斜視図を図11に示す。図11に示すように、本第5実施形態のMEA−枠接合体125は、それぞれの連結弾性部材126a、126b、126cの断面積を、ゲート跡部(ゲート)7からの距離に比例して大きくなるように形成している点において、上記それぞれの実施形態と相違する。すなわち、図11において、ゲート跡部7に一番近い位置に配置されている連結弾性部材126aの断面積が一番小さく、次に連結弾性部材126bの断面積、そして連結弾性部材126cの断面積というように順に大きくなるように、それぞれの断面積が設定されている。
次に、本発明の第6実施形態にかかる燃料電池が備えるMEA−枠接合体135の製造方法について、図12A及び図12Bの模式説明図を用いて説明する。
ここで、上記第1実施形態の構成を有するMEA−枠接合体15における内側弾性部材に相当する第2の樹脂流路における弾性体樹脂の圧力分布(実施例)と、比較例にかかるMEA−枠接合体の樹脂流路として、連通樹脂流路を有さない樹脂流路での圧力分布の測定を行った結果を図13のグラフに示す。
Claims (13)
- 高分子電解質膜の周縁部が露出されるように、上記電解質膜の一方の面にアノード電極が接合されかつ上記電解質膜の他方の面にカソード電極が接合されて構成される膜電極複合体と、上記アノード電極及び上記カソード電極にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するガス供給部を有して、上記電解質膜の周縁部を挟んで上記膜電極複合体を保持する枠体と、により形成される電極−膜−枠接合体と、上記電極−膜−枠接合体をアノード側及びカソード側から挟む一対のセパレータとを有する複数の単電池モジュールを積層して組み立てられた高分子電解質型燃料電池において、
上記電極−膜−枠接合体において、上記アノード電極または上記カソード電極の外縁と上記枠体の内縁の間にて、上記電極の外縁沿いに延在して、上記電解質膜上に配置されるとともに、上記枠体に接合された内側弾性部材と、
上記枠体の内外縁の間において、上記内側弾性部材沿いに延在して配置されるとともに、上記枠体に接合された外側弾性部材と、
上記枠体に接合され、上記内側弾性部材と上記外側弾性部材とを連結する複数の連結弾性部材とを備え、
上記内側弾性部材及び上記外側弾性部材は、単電池モジュール組立て後の上記電極−膜−枠接合体と上記セパレータとの間隔寸法以上の厚さを有して、上記単電池モジュールが組立てられた状態にて、それぞれの上記弾性部材が上記電極−膜−枠接合体の厚み方向に弾性変形して上記電極−膜−枠接合体と上記セパレータとの間を密着封止する、高分子電解質型燃料電池。 - 上記内側弾性部材は、上記電極−膜−枠接合体において、上記枠体の上記ガス供給部から上記アノード電極または上記カソード電極へのガスの供給経路の形成位置を除いて、上記アノード電極または上記カソード電極の周囲全体に渡って配置されている、請求項1に記載の高分子電解質型燃料電池。
- 上記外側弾性部材は、上記内側弾性部材よりもその頂部が高くなるように形成され、上記膜電極複合体と上記セパレータとの間に形成される空間を、上記単電池モジュール外部に対して密閉封止するガスケットとして機能する、請求項1に記載の高分子電解質型燃料電池。
- 上記内側弾性部材、上記外側弾性部材、および上記連結弾性部材のそれぞれは、上記電極−膜−枠接合体の表裏面に形成されている、請求項1に記載の高分子電解質型燃料電池。
- 上記内側弾性部材、上記外側弾性部材、および上記連結弾性部材のそれぞれは、射出成形により一体的に形成され、射出成形における樹脂の注入部に形成された注入部跡弾性部材が、上記それぞれの弾性部材のうちの上記外側弾性部材にのみに接続されている、請求項1に記載の高分子電解質型燃料電池。
- 上記内側弾性部材、上記外側弾性部材、および上記連結弾性部材のそれぞれは、上記電極−膜−枠接合体の表裏面に形成され、
上記それぞれの弾性部材のうちの表面側の上記外側弾性部材と裏面側の上記外側弾性部材とが上記注入部跡弾性部材により接続され、
上記注入部跡弾性部材がその内側に配置された貫通孔が、上記枠体に形成されている、請求項5に記載の高分子電解質型燃料電池。 - 高分子電解質膜の周縁部が露出されるように、上記電解質膜の一方の面にアノード電極が接合されかつ上記電解質膜の他方の面にカソード電極が接合されて構成される膜電極複合体と、上記アノード電極及び上記カソード電極にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するガス供給部を有して、上記電解質膜の周縁部を挟んで上記膜電極複合体を保持する枠体と、により形成される電極−膜−枠接合体と、上記電極−膜−枠接合体をアノード側及びカソード側から挟む一対のセパレータとを有する複数の単電池モジュールを積層して組み立てられる高分子電解質型燃料電池における上記電極−膜−枠接合体の製造方法であって、
上記電極−膜−枠接合体を射出成型用金型に配置して、上記電極−膜−枠接合体において、上記アノード電極または上記カソード電極の外縁と上記枠体の内縁の間にて、上記電極の外縁沿いに延在して、上記電解質膜上に配置される第1の流路と、上記枠体の内外縁の間において上記内側弾性部材沿いに延在して配置される第2の流路と、上記第1の流路と上記第2の流路とを連通する複数の連通流路とを形成し、
上記第1の流路に弾性体樹脂を注入することにより、上記第1の流路内に上記弾性体樹脂を充填するとともに、上記それぞれの連通流路を通して上記第2の流路に上記弾性体樹脂を充填し、
上記充填された弾性体樹脂を硬化させることにより、上記第1及び第2の流路並びに上記それぞれの連通流路において、上記単電池モジュールが組立てられた状態にて、上記電極−膜−枠接合体の厚み方向に弾性変形して上記電極−膜−枠接合体と上記セパレータとの間を密着封止する弾性部材を一体的に形成する、電極−膜−枠接合体の製造方法。 - 上記第1の流路は、上記電極−膜−枠接合体において、上記枠体の上記ガス供給部から上記アノード電極または上記カソード電極へのガスの供給経路の形成位置を除いて、上記アノード電極または上記カソード電極の周囲全体に渡って形成される、請求項7に記載の電極−膜−枠接合体の製造方法。
- 上記第1及び第2の流路は、上記単電池モジュールが組立てられた状態における上記電極−膜−枠接合体と上記セパレータとの間隔寸法以上の深さを有する、請求項7に記載の電極−膜−枠接合体の製造方法。
- 上記流路の形成において、上記第1の流路における上記弾性体樹脂の注入位置からの距離が大きくなるにしたがって、その断面積が大きくなるように、上記それぞれの連通流路を形成する、請求項7に記載の電極−膜−枠接合体の製造方法。
- 上記流路の形成において、上記電極−膜−枠接合体のアノード側及びカソード側の面において、上記第1及び第2の流路並びに上記それぞれの連通流路を形成するとともに、上記枠体の貫通孔を通して、上記アノード側の上記第1の流路と上記カソード側の上記第1の流路に、上記弾性体樹脂を同時に注入する、請求項7に記載の電極−膜−枠接合体の製造方法。
- 上記流路の形成において、上記各々の連通流路の断面積が、上記第1の流路の断面積及び上記第2の流路の断面積よりも小さくなるように、上記それぞれの流路を形成する、請求項7に記載の電極−膜−枠接合体の製造方法。
- 上記流路の形成において、上記第1の流路が、上記第2の流路よりもその頂部が高くなるように形成される、請求項7に記載の電極−膜−枠接合体の製造方法。
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