JP5811984B2

JP5811984B2 - Fuel cell

Info

Publication number: JP5811984B2
Application number: JP2012220163A
Authority: JP
Inventors: 文彰高崎; 智暁内山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-10-02
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2032-10-02
Also published as: JP2014072171A

Description

本発明は、燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell.

反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）を利用して電気化学反応を引き起こすことにより、物質の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池が知られている。燃料電池は、一般に、膜電極接合体と膜電極接合体を挟むように積層された一対の拡散層とを含む発電モジュールと、発電モジュールを挟むように積層された一対のセパレータと、を備える。膜電極接合体は、電解質膜の一方の表面にアノードが形成され他方の表面にカソードが形成された構成を有している。発電モジュールの外周部には、燃料電池の内部から外部への反応ガスの漏洩やアノード側とカソード側との間での反応ガスの漏洩（「クロスリーク」と呼ばれる）を防止するために、シール部が配置される。 2. Description of the Related Art There are known fuel cells that directly convert chemical energy of a substance into electrical energy by causing an electrochemical reaction using a reaction gas (fuel gas and oxidant gas). A fuel cell generally includes a power generation module including a membrane electrode assembly and a pair of diffusion layers stacked so as to sandwich the membrane electrode assembly, and a pair of separators stacked so as to sandwich the power generation module. The membrane electrode assembly has a configuration in which an anode is formed on one surface of an electrolyte membrane and a cathode is formed on the other surface. The outer periphery of the power generation module is sealed to prevent leakage of reaction gas from the inside of the fuel cell to the outside and leakage of reaction gas between the anode side and the cathode side (called “cross leak”). Parts are arranged.

従来、カソードの触媒腐食や電解質膜の分解といった問題を回避するために、一対の拡散層の内の一方の拡散層（第１の拡散層）の大きさが他方の拡散層（第２の拡散層）の大きさより小さい構成（すなわち、第１の拡散層の端面が第２の拡散層の端面より面方向に沿って内側に位置する構成）を採用した燃料電池が知られている（例えば特許文献１参照）。 Conventionally, in order to avoid problems such as catalytic corrosion of the cathode and decomposition of the electrolyte membrane, the size of one diffusion layer (first diffusion layer) of the pair of diffusion layers is the same as the other diffusion layer (second diffusion layer). There is known a fuel cell that employs a configuration smaller than the size of the layer (that is, a configuration in which the end surface of the first diffusion layer is positioned inward along the surface direction from the end surface of the second diffusion layer) (for example, a patent) Reference 1).

特開２００７−６６７６６号公報JP 2007-66766 A

第１の拡散層の端面が第２の拡散層の端面より内側に位置する構成を採用した燃料電池では、シール部を形成する際のシール材料の充填量や押し出し圧力、シール材料の粘性、シール部材の寸法公差といった種々の要因により、第１の拡散層の端面と面方向に沿って対向するシール部の端面との間に空間が形成される場合がある。このような空間が形成された場合には、当該空間の位置において、膜電極接合体上に拡散層もシール部材も積層されていないこととなる。燃料電池の運転時において、膜電極接合体（電解質膜）は、反応ガスを介した乾湿入力によって膨張・収縮を繰り返し、その寸法が変化する。この寸法変化は、積層方向に沿って膜電極接合体に加わる圧力（面圧力）により抑制される。しかし、上記空間の位置では、膜電極接合体上に拡散層もシール部材も積層されていないために膜電極接合体に面圧力が加わらず、膜電極接合体の寸法変化が十分に抑制されず、膜電極接合体が疲労破壊するおそれがある。 In a fuel cell that employs a configuration in which the end face of the first diffusion layer is positioned inside the end face of the second diffusion layer, the filling amount and extrusion pressure of the seal material, the viscosity of the seal material, the seal when the seal portion is formed Due to various factors such as dimensional tolerance of the member, a space may be formed between the end face of the first diffusion layer and the end face of the seal portion facing in the surface direction. When such a space is formed, neither the diffusion layer nor the seal member is laminated on the membrane electrode assembly at the position of the space. During the operation of the fuel cell, the membrane electrode assembly (electrolyte membrane) repeatedly expands and contracts due to the wet and dry input via the reaction gas, and its dimensions change. This dimensional change is suppressed by the pressure (surface pressure) applied to the membrane electrode assembly along the stacking direction. However, since no diffusion layer or sealing member is laminated on the membrane electrode assembly at the position of the space, surface pressure is not applied to the membrane electrode assembly, and the dimensional change of the membrane electrode assembly is not sufficiently suppressed. In addition, the membrane / electrode assembly may be fatigued.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。本発明の一形態によれば、燃料電池が提供される。この燃料電池は、電解質膜と前記電解質膜の両側の表面上に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、多孔質材料により形成され前記膜電極接合体を挟むように積層された一対の拡散層と、を有する発電モジュールと、前記発電モジュールを挟むように積層されると共に、前記拡散層に接触する接触部を有する一対のセパレータと、前記表面に平行な方向である面方向に沿った前記発電モジュールの外周部に配置されたシール部と、を備え、前記発電モジュールの前記外周部の少なくとも一部において、前記一対の拡散層の一方である第１の拡散層の端面は、前記第１の拡散層の前記端面と前記面方向に沿って対向する前記シール部の端面との間に空間が形成されるように、前記一対の拡散層の他方である第２の拡散層の端面より前記面方向に沿って内側に位置しており、前記第１の拡散層における前記空間に隣接すると共に前記セパレータの前記接触部に接触する第１の特定部分と、前記第２の拡散層における前記空間に対向すると共に前記セパレータの前記接触部に接触する第２の特定部分と、の少なくとも一方に、樹脂が含浸されている。この形態の燃料電池によれば、空間の位置における膜電極接合体に対する乾湿入力が抑制され、膜電極接合体の寸法変化を抑制して膜電極接合体の疲労破壊を回避することができる。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms. According to one aspect of the invention, a fuel cell is provided. The fuel cell includes a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane and electrode layers disposed on both surfaces of the electrolyte membrane, and a pair of layers formed of a porous material so as to sandwich the membrane electrode assembly. A power generation module having a diffusion layer, a pair of separators that are stacked so as to sandwich the power generation module and that have a contact portion that contacts the diffusion layer, and a plane direction that is parallel to the surface And an end face of the first diffusion layer that is one of the pair of diffusion layers in at least a part of the outer periphery of the power generation module, The end surface of the second diffusion layer, which is the other of the pair of diffusion layers, so that a space is formed between the end surface of the first diffusion layer and the end surface of the seal portion facing along the surface direction. More A first specific portion that is adjacent to the space in the first diffusion layer and contacts the contact portion of the separator, and is opposed to the space in the second diffusion layer. In addition, at least one of the second specific portion that contacts the contact portion of the separator is impregnated with resin. According to the fuel cell of this embodiment, the wet and dry input to the membrane electrode assembly at the position of the space is suppressed, and the dimensional change of the membrane electrode assembly can be suppressed to avoid fatigue failure of the membrane electrode assembly.

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池が提供される。この燃料電池は、電解質膜と前記電解質膜の両側の表面上に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、多孔質材料により形成され前記膜電極接合体層を挟むように積層された一対の拡散層と、を有する発電モジュールと、前記発電モジュールを挟むように積層されると共に、前記拡散層に接触する接触部を有する一対のセパレータと、前記表面に平行な方向である面方向に沿った前記発電モジュールの外周部に配置されたシール部と、を備え、前記発電モジュールの前記外周部の少なくとも一部において、前記一対の拡散層の一方である第１の拡散層の端面は、前記第１の拡散層の前記端面と前記面方向に沿って対向する前記シール部の端面との間に空間が形成されるように、前記一対の拡散層の他方である第２の拡散層の端面より前記面方向に沿って内側に位置しており、前記第１の拡散層における前記空間に隣接する共に前記セパレータの前記接触部に接触する第１の特定部分と、前記第２の拡散層における前記空間に対向すると共に前記セパレータの前記接触部に接触する第２の特定部分と、の少なくとも一方に、樹脂が含浸されている。この形態の燃料電池によれば、空間の位置における膜電極接合体に対する乾湿入力が抑制され、膜電極接合体の寸法変化を抑制して膜電極接合体の疲労破壊を回避することができる。 (1) According to one aspect of the present invention, a fuel cell is provided. The fuel cell is formed of a porous material and includes a membrane electrode assembly including an electrolyte membrane and electrode layers disposed on both surfaces of the electrolyte membrane, and is stacked so as to sandwich the membrane electrode assembly layer. A power generation module having a pair of diffusion layers, a pair of separators stacked so as to sandwich the power generation module and having a contact portion in contact with the diffusion layer, and a plane direction that is parallel to the surface And an end face of the first diffusion layer that is one of the pair of diffusion layers in at least a part of the outer periphery of the power generation module, The second diffusion layer, which is the other of the pair of diffusion layers, so that a space is formed between the end surface of the first diffusion layer and the end surface of the seal portion facing along the surface direction. Said surface from end face A first specific portion adjacent to the space in the first diffusion layer and contacting the contact portion of the separator, and the space in the second diffusion layer. At least one of the second specific portion that faces and contacts the contact portion of the separator is impregnated with resin. According to the fuel cell of this embodiment, the wet and dry input to the membrane electrode assembly at the position of the space is suppressed, and the dimensional change of the membrane electrode assembly can be suppressed to avoid fatigue failure of the membrane electrode assembly.

（２）上記形態の燃料電池において、前記第１の特定部分と前記第２の特定部分との両方に前記樹脂が含浸されているとしてもよい。この形態の燃料電池によれば、樹脂が含浸された第１の特定部分の存在により空間への第１の拡散層側の反応ガスの流れ込みが防止もしくは抑制され、かつ、樹脂が含浸された第２の特定部分の存在により膜電極接合体における空間に対向する部分に第２の拡散層側の反応ガスが到達することが防止もしくは抑制されるため、空間に面した膜電極接合体に対する乾湿入力が確実に回避され、膜電極接合体の寸法変化を効果的に抑制して膜電極接合体の疲労破壊を回避することができる。 (2) In the fuel cell of the above aspect, both the first specific portion and the second specific portion may be impregnated with the resin. According to the fuel cell of this aspect, the presence of the first specific portion impregnated with the resin prevents or suppresses the flow of the reaction gas on the first diffusion layer side into the space, and the first impregnated with the resin. Since the presence of the specific part 2 prevents or suppresses the reaction gas on the second diffusion layer side from reaching the part of the membrane electrode assembly that faces the space, the wet and dry input to the membrane electrode assembly facing the space Is reliably avoided, and the dimensional change of the membrane / electrode assembly can be effectively suppressed to avoid fatigue failure of the membrane / electrode assembly.

（３）上記形態の燃料電池において、前記第２の特定部分に前記樹脂が含浸されており、前記樹脂は、前記第２の特定部分と前記膜電極接合体とを接着するとしてもよい。この形態の燃料電池によれば、樹脂によって第２の特定部分が膜電極接合体に接着されるため、膜電極接合体の寸法変化をより確実に抑制して膜電極接合体の疲労破壊をより確実に回避することができる。 (3) In the fuel cell of the above aspect, the second specific portion may be impregnated with the resin, and the resin may bond the second specific portion and the membrane electrode assembly. According to the fuel cell of this embodiment, since the second specific portion is adhered to the membrane electrode assembly by the resin, the dimensional change of the membrane electrode assembly can be more reliably suppressed, and the fatigue failure of the membrane electrode assembly can be further prevented. It can be avoided reliably.

（４）上記形態の燃料電池において、前記一対のセパレータは、前記樹脂が含浸された前記特定部分を有する前記拡散層である特定拡散層に対向する範囲において、前記特定拡散層に接触する前記接触部と前記特定拡散層との間に反応ガス用の流路を形成する流路形成部との組が、複数繰り返された形状を有しており、前記特定拡散層における前記特定部分は、前記空間に最も近い前記接触部に接触するとしてもよい。この形態の燃料電池によれば、波形形状を有するセパレータを備える燃料電池において、膜電極接合体の寸法変化を抑制して膜電極接合体の疲労破壊を回避することができる。 (4) In the fuel cell of the above aspect, the pair of separators are in contact with the specific diffusion layer in a range facing the specific diffusion layer that is the diffusion layer having the specific portion impregnated with the resin. A set of flow path forming portions that form a flow path for a reactive gas between the specific diffusion layer and the specific diffusion layer has a plurality of repeated shapes, and the specific portion of the specific diffusion layer is It may be in contact with the contact portion closest to the space. According to the fuel cell of this embodiment, in a fuel cell including a corrugated separator, a dimensional change of the membrane electrode assembly can be suppressed and fatigue failure of the membrane electrode assembly can be avoided.

（５）上記形態の燃料電池において、前記樹脂が含浸された前記特定部分を有する前記拡散層である特定拡散層は、前記膜電極接合体に接触する膜側拡散層と、前記セパレータに接触するセパレータ側拡散層と、を含み、前記一対のセパレータは、前記特定拡散層に対向する範囲において、前記特定拡散層に対向する側の面は平坦形状であり、前記特定拡散層における前記特定部分は、前記膜側拡散層の一部および前記セパレータ側拡散層の一部を含むとしてもよい。この形態の燃料電池によれば、平坦形状を有するセパレータを備える燃料電池において、膜電極接合体の寸法変化を抑制して膜電極接合体の疲労破壊を回避することができる。 (5) In the fuel cell of the above aspect, the specific diffusion layer that is the diffusion layer having the specific portion impregnated with the resin is in contact with the membrane-side diffusion layer in contact with the membrane electrode assembly and the separator. A separator-side diffusion layer, and in the range facing the specific diffusion layer, the pair of separators has a flat surface on the side facing the specific diffusion layer, and the specific portion in the specific diffusion layer is A part of the membrane side diffusion layer and a part of the separator side diffusion layer may be included. According to the fuel cell of this embodiment, in a fuel cell including a separator having a flat shape, the dimensional change of the membrane electrode assembly can be suppressed and fatigue failure of the membrane electrode assembly can be avoided.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池、燃料電池用拡散層、燃料電池用発電モジュール、燃料電池システム、燃料電池システムを備える移動体、これらの装置またはシステムの製造方法、等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms. For example, a fuel cell, a diffusion layer for a fuel cell, a power generation module for a fuel cell, a fuel cell system, a mobile body including the fuel cell system, and these devices Alternatively, it can be realized in the form of a system manufacturing method.

本発明の第１実施形態における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell system 10 in 1st Embodiment of this invention. 単セル１４０の断面構成を示す説明図である。3 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of a single cell 140. FIG. 発電モジュール２３０の製造方法を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a method for manufacturing the power generation module 230. カソード側拡散層２１０に樹脂を圧入する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that resin is press-fit in the cathode side diffusion layer. 第２実施形態における単セル１４０ａの断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cross-sectional structure of the single cell 140a in 2nd Embodiment. 第３実施形態における単セル１４０ｂの断面構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the cross-sectional structure of the single cell 140b in 3rd Embodiment. 第４実施形態における発電モジュール２３０の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the electric power generation module 230 in 4th Embodiment. カソード側拡散層２１０に樹脂を含浸させる様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that the cathode side diffusion layer 210 is impregnated with resin. カソード側拡散層２１０に樹脂を圧入する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that resin is press-fit in the cathode side diffusion layer. カソード側拡散層２１０に樹脂を圧入する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that resin is press-fit in the cathode side diffusion layer.

Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料ガスとしての水素と酸化剤ガスとしての空気とを利用して発電を行うシステムであり、例えば車両に搭載されて車両の動力源として使用される。なお、燃料ガスおよび酸化剤ガスは、まとめて「反応ガス」とも呼ばれる。 A. First embodiment:
A-1. Configuration of fuel cell system:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 according to the first embodiment of the present invention. The fuel cell system 10 is a system that generates power using hydrogen as a fuel gas and air as an oxidant gas. For example, the fuel cell system 10 is mounted on a vehicle and used as a power source of the vehicle. The fuel gas and the oxidant gas are collectively referred to as “reaction gas”.

燃料電池システム１０は、燃料電池１００を備えている。本実施形態の燃料電池１００は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である。燃料電池１００は、エンドプレート１１０と、絶縁板１２０と、集電板１３０と、複数の単セル１４０と、集電板１３０と、絶縁板１２０と、エンドプレート１１０と、が、この順に積層されたスタック構造を有している。なお、本明細書では、複数の単セル１４０が積層される方向を「積層方向」と呼ぶ。 The fuel cell system 10 includes a fuel cell 100. The fuel cell 100 of the present embodiment is a solid polymer fuel cell that is relatively small and excellent in power generation efficiency. In the fuel cell 100, an end plate 110, an insulating plate 120, a current collecting plate 130, a plurality of single cells 140, a current collecting plate 130, an insulating plate 120, and an end plate 110 are stacked in this order. Have a stack structure. In this specification, a direction in which the plurality of single cells 140 are stacked is referred to as a “stacking direction”.

図２は、単セル１４０の断面構成を示す説明図である。図２には、燃料電池１００を構成する複数の単セル１４０の内の１つにおける、面方向に沿った外周部付近の断面構成を示している。図２に示すように、単セル１４０は、膜電極接合体（ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ、ＭＥＡ）２００と、膜電極接合体２００を挟むように積層された一対の拡散層（カソード側拡散層２１０およびアノード側拡散層２２０）と、膜電極接合体２００と一対の拡散層２１０，２２０との積層体（以下、「発電モジュール２３０」と呼ぶ）を挟むように積層された一対のセパレータ（カソード側セパレータ３１０およびアノード側セパレータ３２０）と、を有している。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing a cross-sectional configuration of the single cell 140. FIG. 2 shows a cross-sectional configuration in the vicinity of the outer peripheral portion along the surface direction in one of the plurality of single cells 140 constituting the fuel cell 100. As shown in FIG. 2, the single cell 140 includes a membrane electrode assembly (MEA) 200 and a pair of diffusion layers (a cathode side diffusion layer 210 and an anode) stacked so as to sandwich the membrane electrode assembly 200. Side diffusion layer 220), a pair of separators (cathode side separator 310) laminated so as to sandwich a laminate of the membrane electrode assembly 200 and a pair of diffusion layers 210 and 220 (hereinafter referred to as "power generation module 230"). And an anode side separator 320).

膜電極接合体２００は、電解質膜の一方の側の表面上にアノードが配置（塗布）され、電解質膜の反対側の表面上にカソードが配置（塗布）された構成を有している。本明細書では、電解質膜の表面に平行な方向（すなわち積層方向と略垂直な方向）を「面方向」と呼ぶ。 The membrane electrode assembly 200 has a configuration in which an anode is disposed (applied) on the surface on one side of the electrolyte membrane, and a cathode is disposed (applied) on the surface on the opposite side of the electrolyte membrane. In this specification, a direction parallel to the surface of the electrolyte membrane (that is, a direction substantially perpendicular to the stacking direction) is referred to as a “plane direction”.

膜電極接合体２００を構成する電解質膜は、固体高分子材料としてのフッ素系スルホン酸ポリマーにより形成された高分子電解質膜（例えばナフィオン(登録商標)膜：ＮＲＥ２１２）であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。なお、電解質膜としては、ナフィオンに限定されず、例えば、アシプレックス（登録商標）やフレミオン（登録商標）等の他のフッ素系スルホン酸膜が用いられるとしてもよい。また、電解質膜として、フッ素系ホスホン酸膜、フッ素系カルボン酸膜、フッ素炭化水素系グラフト膜、炭化水素系グラフト膜、芳香族膜等が用いられるとしてもよいし、ＰＴＦＥ、ポリイミド等の補強材を含む機械的特性を強化した複合高分子膜が用いられるとしてもよい。 The electrolyte membrane constituting the membrane electrode assembly 200 is a polymer electrolyte membrane (for example, Nafion (registered trademark) membrane: NRE212) formed of a fluorine-based sulfonic acid polymer as a solid polymer material, and is good in a wet state. Proton conductivity. The electrolyte membrane is not limited to Nafion, and other fluorine-based sulfonic acid membranes such as Aciplex (registered trademark) and Flemion (registered trademark) may be used. Further, as the electrolyte membrane, a fluorine-based phosphonic acid film, a fluorine-based carboxylic acid film, a fluorine-hydrocarbon-based graft film, a hydrocarbon-based graft film, an aromatic film, or the like may be used, or a reinforcing material such as PTFE or polyimide. A composite polymer film with enhanced mechanical properties including may be used.

電解質膜上に形成されるカソードおよびアノードは、電極反応を促進する触媒を提供する層であり、触媒を担持する導電性担体と電解質としてのアイオノマーとを含む材料により形成されている。なお、導電性担体としては、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどの炭素材料のほか、炭化ケイ素などに代表される炭素化合物等を用いることができる。また、触媒としては、例えば、白金や白金合金、パラジウム、ロジウム、金、銀、オスミウム、イリジウム等を使用することができる。また、白金合金としては、例えば、白金と、アルミニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ガリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、バナジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、チタンおよび鉛のうちの少なくとも一種との合金を用いることができる。また、アイオノマーとしては、例えば、パーフルオロスルホン酸樹脂材料（例えばナフィオン）や、スルホン化ポリエーテルケトン、スルホン化ポリエーテルスルホン、スルホン化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホン化ポリスルホン、スルホン化ポリスルフィド、スルホン化ポリフェニレン等のスルホン化プラスチック系電解質、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルケトン、スルホアルキル化ポリエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリエーテルエーテルスルホン、スルホアルキル化ポリスルホン、スルホアルキル化ポリスルフィド、スルホアルキル化ポリフェニレンなどのスルホアルキル化プラスチック系電解質等を用いることができる。 The cathode and anode formed on the electrolyte membrane are layers that provide a catalyst that promotes the electrode reaction, and are formed of a material that includes a conductive carrier that supports the catalyst and an ionomer as an electrolyte. In addition, as a conductive support | carrier, carbon compounds represented by silicon carbide etc. other than carbon materials, such as carbon black, a carbon nanotube, and a carbon nanofiber, can be used, for example. Moreover, as a catalyst, platinum, a platinum alloy, palladium, rhodium, gold | metal | money, silver, osmium, iridium etc. can be used, for example. Examples of platinum alloys include platinum, aluminum, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, gallium, zirconium, molybdenum, ruthenium, rhodium, palladium, vanadium, tungsten, rhenium, osmium, iridium, titanium, and lead. An alloy with at least one of them can be used. Examples of the ionomer include perfluorosulfonic acid resin material (for example, Nafion), sulfonated polyether ketone, sulfonated polyethersulfone, sulfonated polyetherethersulfone, sulfonated polysulfone, sulfonated polysulfide, and sulfonated polyphenylene. Sulfonylated plastic electrolytes such as sulfoalkylated polyether ether ketone, sulfoalkylated polyethersulfone, sulfoalkylated polyetherethersulfone, sulfoalkylated polysulfone, sulfoalkylated polysulfide, sulfoalkylated polyphenylene, etc. A plastic electrolyte or the like can be used.

カソード側拡散層２１０およびアノード側拡散層２２０は、電極反応に用いられる反応ガス（酸化剤ガスおよび燃料ガス）を面方向に沿って拡散させる層であり、例えばカーボンクロスやカーボンペーパーといった多孔質材料により形成されている。本実施形態では、拡散層に、例えばＰＴＦＥ樹脂によって撥水処理が施されているが、撥水処理は省略可能である。図２に示すように、本実施形態では、カソード側拡散層２１０の面方向に沿った大きさは、アノード側拡散層２２０の面方向に沿った大きさより小さい。そのため、カソード側拡散層２１０の端面は、アノード側拡散層２２０の端面より面方向に沿って内側に位置している。より具体的には、アノード側拡散層２２０の端面の位置は膜電極接合体２００の端面の位置と略同一である一方、カソード側拡散層２１０の端面の位置は膜電極接合体２００の端面の位置より面方向内側である。そのため、アノード側では、膜電極接合体２００の表面の略全面にアノード側拡散層２２０が配置されているが、カソード側では、膜電極接合体２００の表面の内の端部にはカソード側拡散層２１０が配置されていない。なお、カソード側拡散層２１０は、請求項における第１の拡散層に相当し、アノード側拡散層２２０は、請求項における第２の拡散層に相当する。 The cathode side diffusion layer 210 and the anode side diffusion layer 220 are layers that diffuse reaction gases (oxidant gas and fuel gas) used for the electrode reaction along the surface direction, and are, for example, porous materials such as carbon cloth and carbon paper. It is formed by. In the present embodiment, the diffusion layer is subjected to water repellent treatment by, for example, PTFE resin, but the water repellent treatment can be omitted. As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the size along the surface direction of the cathode side diffusion layer 210 is smaller than the size along the surface direction of the anode side diffusion layer 220. Therefore, the end surface of the cathode side diffusion layer 210 is located on the inner side along the surface direction from the end surface of the anode side diffusion layer 220. More specifically, the position of the end face of the anode side diffusion layer 220 is substantially the same as the position of the end face of the membrane electrode assembly 200, while the position of the end face of the cathode side diffusion layer 210 is the end face of the membrane electrode assembly 200. It is inside in the surface direction from the position. Therefore, on the anode side, the anode-side diffusion layer 220 is disposed on substantially the entire surface of the membrane electrode assembly 200. On the cathode side, the cathode-side diffusion is provided at the end of the surface of the membrane electrode assembly 200. Layer 210 is not disposed. The cathode side diffusion layer 210 corresponds to the first diffusion layer in the claims, and the anode side diffusion layer 220 corresponds to the second diffusion layer in the claims.

カソード側セパレータ３１０およびアノード側セパレータ３２０は、ガスを透過しない緻密質であると共に導電性を有する材料、例えば圧縮成型された緻密質カーボン、金属、導電性樹脂により形成されている。カソード側セパレータ３１０は、発電モジュール２３０側に面した溝を有する谷部３１４と、そのような溝の無い平坦部３１２との組が、複数並べられた形状である。カソード側拡散層２１０に対向する範囲において、カソード側セパレータ３１０の平坦部３１２はカソード側拡散層２１０に接触し、カソード側セパレータ３１０の谷部３１４はカソード側拡散層２１０との間に酸化剤ガス用の流路ＣＳを形成する。酸化剤ガス用の流路ＣＳは、酸化剤ガスを面方向に流動させる流路である。なお、カソード側拡散層２１０に対向しない範囲においては、カソード側セパレータ３１０の谷部３１４は流路ＣＳを形成しない。同様に、アノード側セパレータ３２０は、発電モジュール２３０側に面した溝を有する谷部３２４と、そのような溝の無い平坦部３２２との組が、複数並べられた形状である。アノード側拡散層２２０に対向する範囲において、アノード側セパレータ３２０の平坦部３２２はアノード側拡散層２２０に接触し、アノード側セパレータ３２０の谷部３２４はアノード側拡散層２２０との間に燃料ガス用の流路ＡＳを形成する。燃料ガス用の流路ＡＳは、燃料ガスを面方向に流動させる流路である。なお、アノード側拡散層２２０に対向しない範囲においては、アノード側セパレータ３２０の谷部３２４は流路ＡＳを形成しない。 The cathode side separator 310 and the anode side separator 320 are formed of a dense material that does not transmit gas and also has conductivity, such as dense carbon, metal, and conductive resin that are compression-molded. The cathode-side separator 310 has a shape in which a plurality of sets of a trough portion 314 having a groove facing the power generation module 230 side and a flat portion 312 without such a groove are arranged. In the range facing the cathode side diffusion layer 210, the flat portion 312 of the cathode side separator 310 is in contact with the cathode side diffusion layer 210, and the valley portion 314 of the cathode side separator 310 is between the cathode side diffusion layer 210 and the oxidizing gas. Forming a flow path CS. The channel CS for oxidant gas is a channel for causing the oxidant gas to flow in the surface direction. Note that the valley 314 of the cathode-side separator 310 does not form the flow path CS in a range that does not face the cathode-side diffusion layer 210. Similarly, the anode-side separator 320 has a shape in which a plurality of sets of valley portions 324 having grooves facing the power generation module 230 side and flat portions 322 having no such grooves are arranged. In the range facing the anode side diffusion layer 220, the flat part 322 of the anode side separator 320 is in contact with the anode side diffusion layer 220, and the valley part 324 of the anode side separator 320 is between the anode side diffusion layer 220 and the fuel gas. The flow path AS is formed. The fuel gas passage AS is a passage through which the fuel gas flows in the surface direction. Note that the valley 324 of the anode separator 320 does not form the flow path AS in a range that does not face the anode diffusion layer 220.

燃料電池１００（図１）の内部には、燃料電池１００の積層方向に伸びる流路として、燃料ガス供給マニホールドと、燃料ガス排出マニホールドと、酸化剤ガス供給マニホールドと、酸化剤ガス排出マニホールドと、冷却媒体供給マニホールドと、冷却媒体排出マニホールドと、が形成されている（いずれも図示せず）。なお、図２には、上記いずれかのマニホールド１５０の一部を図示している。 Inside the fuel cell 100 (FIG. 1), as a flow path extending in the stacking direction of the fuel cells 100, a fuel gas supply manifold, a fuel gas discharge manifold, an oxidant gas supply manifold, an oxidant gas discharge manifold, A cooling medium supply manifold and a cooling medium discharge manifold are formed (both not shown). FIG. 2 shows a part of any of the manifolds 150 described above.

燃料電池１００には、高圧水素を貯蔵した水素タンク５０から、シャットバルブ５１、レギュレータ５２、配管５３を介して、燃料ガスとしての水素が供給される。燃料電池１００に供給された水素は、燃料ガス供給マニホールドを介して各単セル１４０に分配され、各単セル１４０の燃料ガス流路ＡＳおよびアノード側拡散層２２０を介して膜電極接合体２００に供給され、膜電極接合体２００における発電に利用される。発電に利用されなかった燃料ガス（アノードオフガス）は、燃料ガス排出マニホールドを介して燃料電池１００の外部に排出され、排出配管６３からシステムの外部に排出される。なお、燃料電池システム１０は、アノードオフガスを配管５３側に再循環させる再循環機構を有するとしてもよい。 Hydrogen as fuel gas is supplied to the fuel cell 100 from a hydrogen tank 50 that stores high-pressure hydrogen via a shut valve 51, a regulator 52, and a pipe 53. The hydrogen supplied to the fuel cell 100 is distributed to each single cell 140 via a fuel gas supply manifold, and is supplied to the membrane electrode assembly 200 via the fuel gas flow path AS and the anode side diffusion layer 220 of each single cell 140. It is supplied and used for power generation in the membrane electrode assembly 200. The fuel gas (anode off gas) that has not been used for power generation is discharged to the outside of the fuel cell 100 through the fuel gas discharge manifold, and discharged from the discharge pipe 63 to the outside of the system. The fuel cell system 10 may have a recirculation mechanism that recirculates the anode off gas to the pipe 53 side.

燃料電池１００には、また、エアポンプ６０および配管６１を介して、酸化剤ガスとしての空気が供給される。燃料電池１００に供給された空気は、酸化剤ガス供給マニホールドを介して各単セル１４０に分配され、各単セル１４０の酸化剤ガス流路ＣＳおよびカソード側拡散層２１０を介して膜電極接合体２００に供給され、膜電極接合体２００における発電に利用される。発電に利用されなかった酸化剤ガス（カソードオフガス）は、酸化剤ガス排出マニホールドを介して燃料電池１００の外部に排出され、排出配管５４からシステムの外部に排出される。 The fuel cell 100 is also supplied with air as an oxidant gas via an air pump 60 and a pipe 61. The air supplied to the fuel cell 100 is distributed to each single cell 140 via the oxidant gas supply manifold, and the membrane electrode assembly via the oxidant gas flow path CS and the cathode side diffusion layer 210 of each single cell 140. 200 and used for power generation in the membrane electrode assembly 200. The oxidant gas (cathode off gas) that has not been used for power generation is discharged to the outside of the fuel cell 100 through the oxidant gas discharge manifold, and is discharged to the outside of the system through the discharge pipe 54.

さらに、燃料電池１００には、燃料電池１００を冷却するため、ウォーターポンプ７１および配管７２を介して、ラジエータ７０により冷却された冷却媒体が供給される。燃料電池１００に供給された冷却媒体は、燃料電池１００の内部に形成された冷却媒体供給マニホールドを介して各単セル１４０に分配され、各単セル１４０を冷却する。その後、冷却媒体は、燃料電池１００の内部に形成された冷却媒体排出マニホールドを介して燃料電池１００の外部に排出され、配管７３を介してラジエータ７０に循環する。冷却媒体としては、例えば水、エチレングリコール等の不凍液、空気などが用いられる。 Further, the cooling medium cooled by the radiator 70 is supplied to the fuel cell 100 via the water pump 71 and the pipe 72 in order to cool the fuel cell 100. The cooling medium supplied to the fuel cell 100 is distributed to each single cell 140 via a cooling medium supply manifold formed inside the fuel cell 100, and each single cell 140 is cooled. Thereafter, the cooling medium is discharged to the outside of the fuel cell 100 through a cooling medium discharge manifold formed inside the fuel cell 100, and circulates to the radiator 70 via the pipe 73. As the cooling medium, for example, water, an antifreeze such as ethylene glycol, air, or the like is used.

単セル１４０の構成について、さらに詳細に説明する。図２に示すように、単セル１４０は、発電モジュール２３０の面方向に沿った外周部に配置されたシール部４００を備える。本実施形態では、シール部４００は、例えばポリエチレンナフタレートやポリエチレンテレフタレート、ポリイミドといった高分子材料で形成された固体シールである。シール部４００は、発電モジュール２３０の外縁より外側の位置で、カソード側セパレータ３１０およびアノード側セパレータ３２０の両方に密着しており、これによって反応ガスの外部への漏洩が抑制される。また、シール部４００の先端部４１０は、アノード側拡散層２２０の端面より内側、かつ、カソード側拡散層２１０の端面より外側の位置で、カソード側セパレータ３１０および膜電極接合体２００の両方に密着しており、これによってアノード側とカソード側との間における反応ガスの漏洩（いわゆるクロスリーク）が抑制される。 The configuration of the single cell 140 will be described in more detail. As shown in FIG. 2, the single cell 140 includes a seal portion 400 disposed on the outer peripheral portion along the surface direction of the power generation module 230. In the present embodiment, the seal part 400 is a solid seal formed of a polymer material such as polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, or polyimide. The seal portion 400 is in close contact with both the cathode side separator 310 and the anode side separator 320 at a position outside the outer edge of the power generation module 230, thereby suppressing leakage of the reaction gas to the outside. Further, the front end portion 410 of the seal portion 400 is in close contact with both the cathode side separator 310 and the membrane electrode assembly 200 at a position inside the end surface of the anode side diffusion layer 220 and outside the end surface of the cathode side diffusion layer 210. Accordingly, leakage of the reaction gas between the anode side and the cathode side (so-called cross leak) is suppressed.

カソード側拡散層２１０の端面と、カソード側拡散層２１０に対向するシール部４００の先端部４１０の端面との間には、空間ＥＳが形成されている。このような空間ＥＳが形成されるのは、シール部４００の寸法が寸法公差を考慮して設定されていることによる。すなわち、仮にシール部４００が積層方向に沿ってカソード側拡散層２１０と重なるとシールの不具合が発生するおそれがあるため、寸法公差を考慮してもそのような重なりが発生しないように、シール部４００の寸法を設定しているからである。 A space ES is formed between the end surface of the cathode side diffusion layer 210 and the end surface of the tip portion 410 of the seal portion 400 facing the cathode side diffusion layer 210. Such a space ES is formed because the dimension of the seal portion 400 is set in consideration of the dimensional tolerance. That is, if the seal portion 400 overlaps with the cathode side diffusion layer 210 along the stacking direction, there is a risk that a seal failure may occur. Therefore, the seal portion does not occur even if dimensional tolerance is taken into consideration. This is because 400 dimensions are set.

カソード側拡散層２１０の端部の一部、具体的には、空間ＥＳに隣接する部分であり、かつ、カソード側セパレータ３１０における空間ＥＳに最も近い平坦部３１２に接触する部分（以下、「カソード側特定部分２１２」と呼ぶ）には、樹脂が含浸されている。そのため、カソード側特定部分２１２は、内部空隙が樹脂で充填されて反応ガスの拡散性が極めて低い状態となっている。従って、カソード側特定部分２１２は、酸化剤ガス用の流路ＣＳやカソード側拡散層２１０のカソード側特定部分２１２以外の部分から、酸化剤ガスが空間ＥＳに流れ込むことを防止もしくは抑制する。 A part of the end portion of the cathode side diffusion layer 210, specifically, a portion adjacent to the space ES and a portion in contact with the flat portion 312 closest to the space ES in the cathode side separator 310 (hereinafter referred to as “cathode”). The side specific portion 212 ") is impregnated with resin. Therefore, the cathode side specific portion 212 is in a state in which the internal gap is filled with resin and the diffusibility of the reaction gas is extremely low. Therefore, the cathode side specific part 212 prevents or suppresses the oxidant gas from flowing into the space ES from the part other than the oxidant gas flow path CS and the cathode side specific part 212 of the cathode side diffusion layer 210.

カソード側拡散層２１０の端面とシール部４００の端面との間に空間ＥＳが形成されていると、空間ＥＳの位置において、膜電極接合体２００上にカソード側拡散層２１０もシール部４００も積層されていないこととなる。燃料電池１００の運転時において、膜電極接合体２００（電解質膜）は、反応ガスを介した乾湿入力によって膨張・収縮を繰り返し、その寸法が変化する。膜電極接合体２００の寸法変化は、膜電極接合体２００の疲労破壊を引き起こし得る。この寸法変化は、積層方向に沿って膜電極接合体２００に加わる圧力（面圧力）により抑制されるが、空間ＥＳの位置では、膜電極接合体２００上にカソード側拡散層２１０もシール部４００も積層されていないために膜電極接合体２００に面圧力が加わらず、面圧力によって寸法変化が抑制されることはない。しかし、本実施形態では、カソード側特定部分２１２の存在により、空間ＥＳへの酸化剤ガスの流れ込みが防止もしくは抑制されるため、空間ＥＳに面した膜電極接合体２００に対する乾湿入力が抑制され、膜電極接合体２００の寸法変化を抑制して膜電極接合体２００の疲労破壊を回避することができる。 When the space ES is formed between the end face of the cathode side diffusion layer 210 and the end face of the seal portion 400, the cathode side diffusion layer 210 and the seal portion 400 are laminated on the membrane electrode assembly 200 at the position of the space ES. It will not be. During the operation of the fuel cell 100, the membrane / electrode assembly 200 (electrolyte membrane) repeatedly expands and contracts due to the wet and dry input via the reaction gas, and its dimensions change. The dimensional change of the membrane / electrode assembly 200 may cause fatigue failure of the membrane / electrode assembly 200. This dimensional change is suppressed by the pressure (surface pressure) applied to the membrane electrode assembly 200 along the stacking direction. However, at the position of the space ES, the cathode side diffusion layer 210 and the seal portion 400 are also formed on the membrane electrode assembly 200. Is not laminated, the surface pressure is not applied to the membrane electrode assembly 200, and the dimensional change is not suppressed by the surface pressure. However, in the present embodiment, the presence of the cathode-side specific portion 212 prevents or suppresses the flow of the oxidant gas into the space ES, so that the wet and dry input to the membrane electrode assembly 200 facing the space ES is suppressed, The dimensional change of the membrane electrode assembly 200 can be suppressed, and fatigue failure of the membrane electrode assembly 200 can be avoided.

Ａ−２．発電モジュールの製造方法：
図３は、上述した構成を有する発電モジュール２３０の製造方法を示すフローチャートである。まず、膜電極接合体（ＭＥＡ）２００が製造され（ステップＳ１１０）、次に、膜電極接合体２００上にカソード側拡散層２１０およびアノード側拡散層２２０が形成されて発電モジュール２３０が製造される（ステップＳ１２０）。最後に、発電モジュール２３０を構成するカソード側拡散層２１０のカソード側特定部分２１２に、樹脂が圧入される（ステップＳ１３０）。図４には、発電モジュール２３０を構成するカソード側拡散層２１０のカソード側特定部分２１２に、樹脂ＲＥを圧入している様子を示している。このようにして、カソード側特定部分２１２に樹脂が含浸された発電モジュール２３０が製造される。 A-2. Production method of power generation module:
FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing the power generation module 230 having the above-described configuration. First, the membrane electrode assembly (MEA) 200 is manufactured (step S110), and then the cathode side diffusion layer 210 and the anode side diffusion layer 220 are formed on the membrane electrode assembly 200 to manufacture the power generation module 230. (Step S120). Finally, resin is press-fitted into the cathode-side specific portion 212 of the cathode-side diffusion layer 210 constituting the power generation module 230 (step S130). FIG. 4 shows a state where the resin RE is pressed into the cathode side specific portion 212 of the cathode side diffusion layer 210 constituting the power generation module 230. In this way, the power generation module 230 in which the cathode side specific portion 212 is impregnated with the resin is manufactured.

Ｂ．第２実施形態：
図５は、第２実施形態における単セル１４０ａの断面構成を示す説明図である。第２実施形態における単セル１４０ａは、カソード側拡散層２１０に、樹脂が含浸されたカソード側特定部分２１２が存在せず、代わりに、アノード側拡散層２２０に、樹脂が含浸されたアノード側特定部分２２２が存在する点が、図２に示した第１実施形態の単セル１４０と異なっている。単セル１４０ａのその他の構成は、第１実施形態と同様である。 B. Second embodiment:
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a cross-sectional configuration of the single cell 140a according to the second embodiment. In the single cell 140a according to the second embodiment, the cathode side diffusion layer 210 does not have the cathode side specific portion 212 impregnated with the resin, and instead, the anode side diffusion layer 220 has the anode side specific portion impregnated with the resin. The point 222 is different from the unit cell 140 of the first embodiment shown in FIG. Other configurations of the single cell 140a are the same as those of the first embodiment.

アノード側特定部分２２２は、アノード側拡散層２２０の一部、具体的には、膜電極接合体２００を介して空間ＥＳに対向する部分であり、かつ、アノード側セパレータ３２０における空間ＥＳに最も近い平坦部３２２に接触する部分である。アノード側特定部分２２２に含浸させる樹脂として、ポリプロピレンといった接着性を有する樹脂が用いられる。そのため、アノード側特定部分２２２は、膜電極接合体２００に接着される。なお、本実施形態の発電モジュール２３０は、図３に示した第１実施形態と同様の方法で製造される。 The anode-side specific portion 222 is a portion of the anode-side diffusion layer 220, specifically, a portion facing the space ES through the membrane electrode assembly 200, and closest to the space ES in the anode-side separator 320. This is a portion that contacts the flat portion 322. As the resin impregnated in the anode side specific portion 222, an adhesive resin such as polypropylene is used. Therefore, the anode side specific portion 222 is bonded to the membrane electrode assembly 200. The power generation module 230 of this embodiment is manufactured by the same method as that of the first embodiment shown in FIG.

第２実施形態における単セル１４０ａでは、アノード側特定部分２２２に樹脂が含浸されているため、アノード側特定部分２２２は、内部空隙が樹脂で充填されて反応ガスの拡散性が極めて低い状態となっている。従って、アノード側特定部分２２２は、膜電極接合体２００における空間ＥＳに対向する部分に燃料ガスが到達することを防止もしくは抑制する。そのため、本実施形態では、膜電極接合体２００における空間ＥＳに対向する部分に対する燃料ガスを介した乾湿入力を抑制することができ、膜電極接合体２００の寸法変化を抑制して膜電極接合体２００の疲労破壊を回避することができる。また、本実施形態では、接着性を有する樹脂によってアノード側特定部分２２２が膜電極接合体２００に接着されるため、膜電極接合体２００の寸法変化をより確実に抑制して膜電極接合体２００の疲労破壊をより確実に回避することができる。 In the single cell 140a in the second embodiment, since the anode side specific portion 222 is impregnated with resin, the anode side specific portion 222 is in a state in which the internal space is filled with resin and the diffusibility of the reaction gas is extremely low. ing. Accordingly, the anode side specific portion 222 prevents or suppresses the fuel gas from reaching the portion of the membrane electrode assembly 200 that faces the space ES. Therefore, in this embodiment, the wet / dry input via the fuel gas to the portion of the membrane electrode assembly 200 facing the space ES can be suppressed, and the dimensional change of the membrane electrode assembly 200 can be suppressed and the membrane electrode assembly can be suppressed. 200 fatigue failure can be avoided. In the present embodiment, since the anode-side specific portion 222 is bonded to the membrane electrode assembly 200 by an adhesive resin, the dimensional change of the membrane electrode assembly 200 is more reliably suppressed and the membrane electrode assembly 200 is suppressed. Can be avoided more reliably.

Ｃ．第３実施形態：
図６は、第３実施形態における単セル１４０ｂの断面構成を示す説明図である。第３実施形態における単セル１４０ｂは、カソード側拡散層２１０に、樹脂が含浸されたカソード側特定部分２１２が存在し、さらに、アノード側拡散層２２０にも、樹脂が含浸されたアノード側特定部分２２２が存在する点が、図２，５に示した第１，２実施形態の単セルと異なっている。単セル１４０ｂのその他の構成は、第１，２実施形態と同様である。なお、本実施形態の発電モジュール２３０は、図３に示した第１実施形態と同様の方法で製造される。 C. Third embodiment:
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a cross-sectional configuration of the single cell 140b according to the third embodiment. In the single cell 140b according to the third embodiment, the cathode side specific portion 212 impregnated with resin exists in the cathode side diffusion layer 210, and the anode side specific portion impregnated with resin also in the anode side diffusion layer 220. The point 222 is different from the single cells of the first and second embodiments shown in FIGS. Other configurations of the unit cell 140b are the same as those in the first and second embodiments. The power generation module 230 of this embodiment is manufactured by the same method as that of the first embodiment shown in FIG.

第３実施形態における単セル１４０ｂでは、カソード側特定部分２１２の存在により、空間ＥＳへの酸化剤ガスの流れ込みが防止もしくは抑制され、かつ、アノード側特定部分２２２の存在により、膜電極接合体２００における空間ＥＳに対向する部分に燃料ガスが到達することが防止もしくは抑制されるため、空間ＥＳに面した膜電極接合体２００に対する乾湿入力が確実に回避され、膜電極接合体２００の寸法変化を効果的に抑制して膜電極接合体２００の疲労破壊を回避することができる。 In the single cell 140b in the third embodiment, the presence of the cathode-side specific portion 212 prevents or suppresses the flow of the oxidant gas into the space ES, and the presence of the anode-side specific portion 222 causes the membrane electrode assembly 200 to flow. Therefore, the fuel gas is prevented or suppressed from reaching the portion facing the space ES, so that dry / wet input to the membrane electrode assembly 200 facing the space ES is reliably avoided, and the dimensional change of the membrane electrode assembly 200 is prevented. It can suppress effectively and the fatigue fracture of the membrane electrode assembly 200 can be avoided.

Ｄ．第４実施形態：
図７は、第４実施形態における発電モジュール２３０の製造方法を示すフローチャートである。第４実施形態の製造方法は、膜電極接合体２００上にカソード側拡散層２１０およびアノード側拡散層２２０が形成される前に、カソード側拡散層２１０のカソード側特定部分２１２に樹脂が含浸される点が、図３に示した第１実施形態の製造方法と異なっている。すなわち、まず、膜電極接合体（ＭＥＡ）２００が製造され（ステップＳ１１０）、次に、カソード側拡散層２１０のカソード側特定部分２１２に樹脂が含浸される（ステップＳ１１２）。図８には、カソード側拡散層２１０のカソード側特定部分２１２を、樹脂ＲＥが入った容器に浸して、樹脂を含浸させている様子を示している。容器に浸す時間や樹脂ＲＥの温度等を制御することにより、カソード側特定部分２１２の内部に十分に樹脂を含浸させることができる。最後に、膜電極接合体２００上にカソード側拡散層２１０およびアノード側拡散層２２０が形成されて発電モジュール２３０が製造される（ステップＳ１２０）。このようにして、カソード側特定部分２１２に樹脂が含浸された発電モジュール２３０が製造される。 D. Fourth embodiment:
FIG. 7 is a flowchart showing a method for manufacturing the power generation module 230 in the fourth embodiment. In the manufacturing method of the fourth embodiment, before the cathode side diffusion layer 210 and the anode side diffusion layer 220 are formed on the membrane electrode assembly 200, the cathode side specific portion 212 of the cathode side diffusion layer 210 is impregnated with resin. This is different from the manufacturing method of the first embodiment shown in FIG. That is, first, a membrane electrode assembly (MEA) 200 is manufactured (step S110), and then the cathode side specific portion 212 of the cathode side diffusion layer 210 is impregnated with resin (step S112). FIG. 8 shows a state in which the cathode-side specific portion 212 of the cathode-side diffusion layer 210 is immersed in a container containing the resin RE and impregnated with the resin. By controlling the time of immersion in the container, the temperature of the resin RE, and the like, the cathode side specific portion 212 can be sufficiently impregnated with the resin. Finally, the cathode side diffusion layer 210 and the anode side diffusion layer 220 are formed on the membrane electrode assembly 200, and the power generation module 230 is manufactured (step S120). In this way, the power generation module 230 in which the cathode side specific portion 212 is impregnated with the resin is manufactured.

なお、カソード側拡散層２１０のカソード側特定部分２１２に樹脂を含浸させるにあたり（ステップＳ１１２）、樹脂の圧入を行うとしてもよい。図９には、カソード側拡散層２１０を２つの平板で挟み、小口部分から樹脂ＲＥを圧入している様子を示している。また、図１０には、カソード側拡散層２１０の両側の表面（最も面積の大きい２つの表面）から樹脂ＲＥを圧入している様子を示している。いずれの場合も、圧入の圧力、温度、時間等を制御することにより、所定の幅の樹脂含浸部分（カソード側特定部分２１２）を形成することができる。また、本実施形態の製造方法は、上述した第２，３実施形態における発電モジュール２３０にも適用できる。 In addition, when impregnating the cathode side specific portion 212 of the cathode side diffusion layer 210 with the resin (step S112), the resin may be press-fitted. FIG. 9 shows a state where the cathode-side diffusion layer 210 is sandwiched between two flat plates and the resin RE is press-fitted from the small edge portion. FIG. 10 shows a state in which the resin RE is injected from the surfaces (two surfaces having the largest area) on both sides of the cathode side diffusion layer 210. In any case, the resin-impregnated portion (cathode side specific portion 212) having a predetermined width can be formed by controlling the pressure, temperature, time, and the like of the press-fitting. Moreover, the manufacturing method of this embodiment is applicable also to the electric power generation module 230 in 2nd, 3rd embodiment mentioned above.

Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。 E. Variation:
In addition, this invention is not restricted to said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can be implemented in a various aspect, For example, the following deformation | transformation is also possible.

上記各実施形態における燃料電池システム１０の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記各実施形態において、カソード側拡散層２１０とアノード側拡散層２２０との少なくとも一方は、複数の層から構成されるとしてもよい。例えば、カソード側拡散層２１０は、膜電極接合体２００に接触する膜側拡散層と、カソード側セパレータ３１０に接触するセパレータ側拡散層との２層から構成されるとしてもよい。この場合に、セパレータ側拡散層を、膜側拡散層より空孔率の高い多孔体材料を用いて形成することにより酸化剤ガスの流路として機能させ、カソード側セパレータ３１０の形状を平坦形状とすることも可能である。この場合には、カソード側拡散層２１０の略全面がカソード側セパレータ３１０と接触する。この場合には、膜側拡散層の一部（端部）とセパレータ側拡散層の一部（端部）とからカソード側特定部分２１２が構成されることとなる。同様に、例えば、アノード側拡散層２２０は、膜電極接合体２００に接触する膜側拡散層と、アノード側セパレータ３２０に接触するセパレータ側拡散層との２層から構成されるとしてもよい。この場合に、セパレータ側拡散層を、膜側拡散層より空孔率の高い多孔体材料を用いて形成することにより燃料ガスの流路として機能させ、アノード側セパレータ３２０の形状を平坦形状とすることも可能である。この場合には、アノード側拡散層２２０の略全面がアノード側セパレータ３２０と接触する。この場合には、膜側拡散層の一部とセパレータ側拡散層の一部とからアノード側特定部分２２２が構成されることとなる。 The configuration of the fuel cell system 10 in each of the above embodiments is merely an example, and various modifications can be made. For example, in each of the above embodiments, at least one of the cathode side diffusion layer 210 and the anode side diffusion layer 220 may be composed of a plurality of layers. For example, the cathode side diffusion layer 210 may be composed of two layers: a membrane side diffusion layer that contacts the membrane electrode assembly 200 and a separator side diffusion layer that contacts the cathode side separator 310. In this case, the separator-side diffusion layer is formed using a porous material having a higher porosity than the membrane-side diffusion layer, thereby functioning as a flow path for the oxidant gas, and the cathode-side separator 310 has a flat shape. It is also possible to do. In this case, substantially the entire surface of the cathode side diffusion layer 210 is in contact with the cathode side separator 310. In this case, the cathode side specific portion 212 is constituted by a part (end part) of the membrane side diffusion layer and a part (end part) of the separator side diffusion layer. Similarly, for example, the anode-side diffusion layer 220 may be composed of two layers: a membrane-side diffusion layer that contacts the membrane electrode assembly 200 and a separator-side diffusion layer that contacts the anode-side separator 320. In this case, the separator-side diffusion layer is formed using a porous material having a higher porosity than the membrane-side diffusion layer, thereby functioning as a fuel gas flow path, and the anode-side separator 320 has a flat shape. It is also possible. In this case, substantially the entire surface of the anode side diffusion layer 220 is in contact with the anode side separator 320. In this case, the anode side specific portion 222 is constituted by a part of the membrane side diffusion layer and a part of the separator side diffusion layer.

また、上記各実施形態において、必ずしも発電モジュール２３０の外周部の全周に亘って、カソード側拡散層２１０の端面がアノード側拡散層２２０の端面より面方向に沿って内側に位置している必要はなく、発電モジュール２３０の外周部の少なくとも一部においてそのような構成になっていればよい。同様に、必ずしも発電モジュール２３０の外周部の全周に亘って、カソード側拡散層２１０の端面とカソード側拡散層２１０に対向するシール部４００の先端部４１０の端面との間に空間ＥＳが形成されている必要はなく、発電モジュール２３０の外周部の少なくとも一部においてそのような構成になっていればよい。この場合には、カソード側特定部分２１２およびアノード側特定部分２２２の内、空間ＥＳに隣接するカソード側特定部分２１２および空間ＥＳに対向するアノード側特定部分２２２に樹脂が含浸されていればよい。 In each of the above embodiments, the end surface of the cathode side diffusion layer 210 is not necessarily located on the inner side along the surface direction from the end surface of the anode side diffusion layer 220 over the entire circumference of the outer periphery of the power generation module 230. However, it is sufficient that at least a part of the outer peripheral portion of the power generation module 230 has such a configuration. Similarly, a space ES is not necessarily formed between the end surface of the cathode-side diffusion layer 210 and the end surface of the tip portion 410 of the seal portion 400 facing the cathode-side diffusion layer 210 over the entire outer periphery of the power generation module 230. It is not necessary to have such a configuration in at least a part of the outer peripheral portion of the power generation module 230. In this case, of the cathode side specific part 212 and the anode side specific part 222, the cathode side specific part 212 adjacent to the space ES and the anode side specific part 222 facing the space ES may be impregnated with resin.

また、上記各実施形態において、シール部４００は、例えばゴム系のシール材料を用いた射出成形により形成されるとしてもよい。このような場合にも、シール材料の充填量や押し出し圧力、シール材料の粘性といった要因によって空間ＥＳが形成され得る。 In each of the above embodiments, the seal portion 400 may be formed by injection molding using, for example, a rubber-based seal material. Even in such a case, the space ES can be formed by factors such as the filling amount of the sealing material, the extrusion pressure, and the viscosity of the sealing material.

また、上記各実施形態の単セル１４０において、カソード側とアノード側とを逆にしてもよい。すなわち、アノード側拡散層２２０の端面は、カソード側拡散層２１０の端面より面方向に沿って内側に位置しており、アノード側拡散層２２０の端面と、アノード側拡散層２２０に対向するシール部４００の先端部４１０の端面との間に空間ＥＳが形成されているとしてもよい。この場合にも、アノード側拡散層２２０における空間ＥＳに隣接する部分であり、かつ、アノード側セパレータ３２０における空間ＥＳに最も近い平坦部３２２に接触する部分と、カソード側拡散層２１０における膜電極接合体２００を介して空間ＥＳに対向する部分であり、かつ、カソード側セパレータ３１０における空間ＥＳに最も近い平坦部３２２に接触する部分と、の少なくとも一方に樹脂が含浸されているとすればよい。 Further, in the single cell 140 of each of the above embodiments, the cathode side and the anode side may be reversed. That is, the end surface of the anode-side diffusion layer 220 is positioned inward along the surface direction from the end surface of the cathode-side diffusion layer 210, and the seal portion that faces the end surface of the anode-side diffusion layer 220 and the anode-side diffusion layer 220. A space ES may be formed between the end surface of the front end portion 410 of 400. Also in this case, a portion adjacent to the space ES in the anode side diffusion layer 220 and a portion in contact with the flat portion 322 closest to the space ES in the anode side separator 320 and a membrane electrode junction in the cathode side diffusion layer 210. It suffices that at least one of the portion facing the space ES through the body 200 and the portion in contact with the flat portion 322 closest to the space ES in the cathode side separator 310 is impregnated with resin.

また、上記各実施形態では、燃料電池１００を構成する各部の材料を特定しているが、これらの材料に限定されるものではなく、適正な種々の材料を用いることができる。例えば、上記実施形態では、アノード側特定部分２２２に含浸させる樹脂として、接着性を有する樹脂を用いているが、必ずしも樹脂が接着性を有する必要はない。 Moreover, in each said embodiment, although the material of each part which comprises the fuel cell 100 is specified, it is not limited to these materials, A proper various material can be used. For example, in the above embodiment, a resin having adhesiveness is used as the resin impregnated in the anode-side specific portion 222, but the resin does not necessarily have adhesiveness.

１０…燃料電池システム
５０…水素タンク
５１…シャットバルブ
５２…レギュレータ
５３…配管
５４…排出配管
６０…エアポンプ
６１…配管
６３…排出配管
７０…ラジエータ
７１…ウォーターポンプ
７２…配管
７３…配管
１００…燃料電池
１１０…エンドプレート
１２０…絶縁板
１３０…集電板
１４０…単セル
１５０…マニホールド
２００…膜電極接合体
２１０…カソード側拡散層
２１２…カソード側特定部分
２２０…アノード側拡散層
２２２…アノード側特定部分
２３０…発電モジュール
３１０…カソード側セパレータ
３１２…平坦部
３１４…谷部
３２０…アノード側セパレータ
３２２…平坦部
３２４…谷部
４００…シール部
４１０…先端部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 50 ... Hydrogen tank 51 ... Shut valve 52 ... Regulator 53 ... Piping 54 ... Discharge piping 60 ... Air pump 61 ... Piping 63 ... Discharge piping 70 ... Radiator 71 ... Water pump 72 ... Piping 73 ... Piping 100 ... Fuel cell DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 ... End plate 120 ... Insulating plate 130 ... Current collecting plate 140 ... Single cell 150 ... Manifold 200 ... Membrane electrode assembly 210 ... Cathode side diffusion layer 212 ... Cathode side specific part 220 ... Anode side diffusion layer 222 ... Anode side specific part 230 ... Power generation module 310 ... Cathode side separator 312 ... Flat part 314 ... Valley part 320 ... Anode side separator 322 ... Flat part 324 ... Valley part 400 ... Seal part 410 ... Tip part

Claims

燃料電池であって、
電解質膜と前記電解質膜の両側の表面上に配置された電極層とを含む膜電極接合体と、多孔質材料により形成され前記膜電極接合体を挟むように積層された一対の拡散層と、を有する発電モジュールと、
前記発電モジュールを挟むように積層されると共に、前記拡散層に接触する接触部を有する一対のセパレータと、
前記表面に平行な方向である面方向に沿った前記発電モジュールの外周部に配置されたシール部と、を備え、
前記発電モジュールの前記外周部の少なくとも一部において、前記一対の拡散層の一方である第１の拡散層の端面は、前記第１の拡散層の前記端面と前記面方向に沿って対向する前記シール部の端面との間に空間が形成されるように、前記一対の拡散層の他方である第２の拡散層の端面より前記面方向に沿って内側に位置しており、
前記第１の拡散層における前記空間に隣接すると共に前記セパレータの前記接触部に接触する第１の特定部分と、前記第２の拡散層における前記空間に対向すると共に前記セパレータの前記接触部に接触する第２の特定部分と、の少なくとも一方に、樹脂が含浸されている、燃料電池。 A fuel cell,
A membrane electrode assembly including an electrolyte membrane and electrode layers disposed on both surfaces of the electrolyte membrane ; a pair of diffusion layers formed of a porous material and stacked to sandwich the membrane electrode assembly; A power generation module having
A pair of separators stacked so as to sandwich the power generation module and having a contact portion that contacts the diffusion layer;
A seal portion disposed on an outer peripheral portion of the power generation module along a plane direction that is a direction parallel to the surface,
In at least a part of the outer peripheral portion of the power generation module, an end surface of the first diffusion layer which is one of the pair of diffusion layers faces the end surface of the first diffusion layer along the surface direction. It is located on the inner side along the surface direction from the end surface of the second diffusion layer, which is the other of the pair of diffusion layers, so that a space is formed between the end surface of the seal portion,
When adjacent to the space in the first diffusion layer and the first specific portion together contact with the contact portion of the separator, the contact portion of the separator while facing the space in the second diffusion layer A fuel cell in which resin is impregnated in at least one of the second specific portion that comes into contact.

請求項１に記載の燃料電池であって、
前記第１の特定部分と前記第２の特定部分との両方に前記樹脂が含浸されている、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1,
A fuel cell, wherein both the first specific portion and the second specific portion are impregnated with the resin.

請求項１または請求項２に記載の燃料電池であって、
前記第２の特定部分に前記樹脂が含浸されており、
前記樹脂は、前記第２の特定部分と前記膜電極接合体とを接着する、燃料電池。 The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein
The second specific portion is impregnated with the resin;
The resin is a fuel cell in which the second specific portion and the membrane electrode assembly are bonded.

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記一対のセパレータは、前記樹脂が含浸された前記特定部分を有する前記拡散層である特定拡散層に対向する範囲において、前記特定拡散層に接触する前記接触部と前記特定拡散層との間に反応ガス用の流路を形成する流路形成部との組が、複数繰り返された形状を有しており、
前記特定拡散層における前記特定部分は、前記空間に最も近い前記接触部に接触する、燃料電池。 A fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein
The pair of separators is between the contact portion that contacts the specific diffusion layer and the specific diffusion layer in a range facing the specific diffusion layer that is the diffusion layer having the specific portion impregnated with the resin. The set with the flow path forming part that forms the flow path for the reaction gas has a plurality of repeated shapes,
The specific portion of the specific diffusion layer is in contact with the contact portion closest to the space.

請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池であって、
前記樹脂が含浸された前記特定部分を有する前記拡散層である特定拡散層は、前記膜電極接合体に接触する膜側拡散層と、前記セパレータに接触するセパレータ側拡散層と、を含み、
前記一対のセパレータは、前記特定拡散層に対向する範囲において、前記特定拡散層に対向する側の面は平坦形状であり、
前記特定拡散層における前記特定部分は、前記膜側拡散層の一部および前記セパレータ側拡散層の一部を含む、燃料電池。 A fuel cell according to any one of claims 1 to 3, wherein
The specific diffusion layer that is the diffusion layer having the specific portion impregnated with the resin includes a membrane side diffusion layer that contacts the membrane electrode assembly, and a separator side diffusion layer that contacts the separator,
In the range facing the specific diffusion layer, the pair of separators has a flat surface on the side facing the specific diffusion layer,
The specific part in the specific diffusion layer includes a part of the membrane side diffusion layer and a part of the separator side diffusion layer.