JP6996396B2 - How to make a fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は燃料電池セルの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a fuel cell.

燃料電池は、複数の燃料電池セルが積層されて構成されている。各々の燃料電池セルは、一対のセパレータと、当該一対のセパレータの間に配置された膜電極ガス拡散層接合体とを備える。また、膜電極ガス拡散層接合体の周囲にはシール部材が配置されており、一対のセパレータは、シール部材を介して接着されている。 A fuel cell is configured by stacking a plurality of fuel cell cells. Each fuel cell includes a pair of separators and a membrane electrode gas diffusion layer junction disposed between the pair of separators. Further, a sealing member is arranged around the membrane electrode gas diffusion layer joint body, and the pair of separators are adhered to each other via the sealing member.

特許文献１には、一対のセパレータがシール部材を介して接着されている燃料電池セルが開示されている。 Patent Document 1 discloses a fuel cell in which a pair of separators are adhered to each other via a sealing member.

特開２０１３－２５１２５３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-251253

図７を用いて本発明の課題について説明する。各々の燃料電池セルは、一対のセパレータ１３０、５０がシール部材４０を介して接着されている。シール部材４０を介して一対のセパレータ１３０、５０を接着する際は、セパレータ１３０とセパレータ５０との間にシール部材４０を配置する。そして、セパレータ１３０とセパレータ５０とをそれぞれ金型８１と金型８２とで狭持してセパレータ１３０、５０とシール部材４０とを熱圧着する。 The subject of the present invention will be described with reference to FIG. 7. In each fuel cell, a pair of separators 130 and 50 are adhered to each other via a sealing member 40. When the pair of separators 130 and 50 are bonded via the seal member 40, the seal member 40 is arranged between the separator 130 and the separator 50. Then, the separator 130 and the separator 50 are sandwiched between the mold 81 and the mold 82, respectively, and the separators 130 and 50 and the sealing member 40 are thermocompression bonded.

ここで、セパレータ１３０の表面にはガスケット２２が配置されているため、熱圧着する工程では、金型８１がガスケット２２と干渉しないように金型８１をセパレータ１３０に当接させて熱圧着する必要がある。すなわち、ガスケット２２の近傍において金型８１がセパレータ１３０と当接しないように配置する必要がある。 Here, since the gasket 22 is arranged on the surface of the separator 130, it is necessary to bring the mold 81 into contact with the separator 130 and perform thermocompression bonding so that the mold 81 does not interfere with the gasket 22 in the thermocompression bonding step. There is. That is, it is necessary to arrange the mold 81 so as not to come into contact with the separator 130 in the vicinity of the gasket 22.

しかしながら、このように金型８１とセパレータ１３０とが当接しない箇所（非当接箇所）を設けると、熱圧着時にセパレータ１３０とシール部材４０との間で発生した気泡８６がこの非当接箇所に集まり、空気溜まり１３５が発生するという問題がある。 However, if a portion (non-contact portion) where the mold 81 and the separator 130 do not abut is provided in this way, air bubbles 86 generated between the separator 130 and the seal member 40 during thermocompression bonding are present at this non-contact portion. There is a problem that the air pool 135 is generated by gathering in the air.

上記課題に鑑み本発明の目的は、熱圧着時にセパレータとシール部材との間に空気溜まりが発生することを抑制することが可能な燃料電池セルの製造方法を提供することである。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fuel cell, which can suppress the generation of air pools between the separator and the sealing member during thermocompression bonding.

本発明の一態様にかかる燃料電池セルの製造方法は、第１のセパレータと第２のセパレータとの間にシール部材を配置する工程と、前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとをそれぞれ第１の金型と第２の金型とで狭持して前記第１及び第２のセパレータと前記シール部材とを熱圧着する工程と、を備える。前記第１のセパレータの表面にはガスケットが配置されており、前記第１のセパレータの前記ガスケットが形成されている位置の近傍には前記第１のセパレータを貫通する貫通孔が形成されている。前記熱圧着する工程において、前記第１の金型が前記ガスケット及び前記貫通孔と干渉しないように前記第１の金型を前記第１のセパレータに当接させ、且つ、前記第１のセパレータと前記シール部材との間に発生する気泡を前記貫通孔を介して排出しながら熱圧着する。 The method for manufacturing a fuel cell according to one aspect of the present invention includes a step of arranging a sealing member between the first separator and the second separator, and the first separator and the second separator, respectively. The present invention comprises a step of holding the first mold and the second mold narrowly and thermocompression bonding the first and second separators and the sealing member. A gasket is arranged on the surface of the first separator, and a through hole penetrating the first separator is formed in the vicinity of the position where the gasket is formed in the first separator. In the thermocompression bonding step, the first mold is brought into contact with the first separator so that the first mold does not interfere with the gasket and the through hole, and the first mold is combined with the first separator. Thermocompression bonding is performed while discharging air bubbles generated between the sealing member and the sealing member through the through hole.

本発明にかかる燃料電池セルの製造方法では、第１の金型を第１のセパレータに当接させて熱圧着する際に、第１のセパレータとシール部材との間に発生した気泡を、第１のセパレータに形成された貫通孔を介して排出しながら熱圧着している。したがって、熱圧着時にセパレータとシール部材との間に空気溜まりが発生することを抑制することができる。 In the method for manufacturing a fuel cell according to the present invention, when the first mold is brought into contact with the first separator and thermocompression bonded, air bubbles generated between the first separator and the sealing member are generated. Thermocompression bonding is performed while discharging through the through hole formed in the separator of 1. Therefore, it is possible to prevent the generation of air pools between the separator and the sealing member during thermocompression bonding.

本発明により、熱圧着時にセパレータとシール部材との間に空気溜まりが発生することを抑制することが可能な燃料電池セルの製造方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a fuel cell, which can suppress the generation of air pools between the separator and the sealing member during thermocompression bonding.

実施の形態にかかる燃料電池を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the fuel cell which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる燃料電池セルの平面図である。It is a top view of the fuel cell which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる燃料電池セルの断面図である。It is sectional drawing of the fuel cell which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる燃料電池セルの分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the fuel cell which concerns on embodiment. 図２に示した燃料電池セルの領域Ａ１における拡大平面図である。It is an enlarged plan view in the region A1 of the fuel cell shown in FIG. 実施の形態にかかる燃料電池セルの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the fuel cell which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる燃料電池セルの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the fuel cell which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる燃料電池セルの製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the fuel cell which concerns on embodiment. 本発明の課題を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the subject of this invention. 実施の形態にかかる燃料電池セルの製造方法の他の構成例を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating another structural example of the manufacturing method of the fuel cell which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる燃料電池セルの製造方法の他の構成例を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating another structural example of the manufacturing method of the fuel cell which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる燃料電池セルの製造方法の他の構成例を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating another structural example of the manufacturing method of the fuel cell which concerns on embodiment.

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態にかかる燃料電池を説明するための図である。図１に示すように、燃料電池１は、複数の燃料電池セル１０、エンドプレート１１、１６、絶縁板１２、１５、及び集電板１３、１４を備える。これらの部材は、エンドプレート１１、絶縁板１２、集電板１３、複数の燃料電池セル１０、集電板１４、絶縁板１５、及びエンドプレート１６の順にｚ軸方向に積層されている。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining a fuel cell according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell 1 includes a plurality of fuel cell 10, end plates 11, 16, insulating plates 12, 15, and current collector plates 13, 14. These members are laminated in the order of the end plate 11, the insulating plate 12, the current collector plate 13, a plurality of fuel cell 10, the current collector plate 14, the insulating plate 15, and the end plate 16 in the z-axis direction.

燃料電池１には、配管１０１を介してアノードガスが供給される。例えば、アノードガスは水素ガスである。燃料電池１に供給されたアノードガスは、複数の燃料電池セル１０に供給される。そして、燃料電池セル１０で使用されなかったアノードガスは、配管１０２を介して排出される。 Anode gas is supplied to the fuel cell 1 via the pipe 101. For example, the anode gas is hydrogen gas. The anode gas supplied to the fuel cell 1 is supplied to the plurality of fuel cell 10. Then, the anode gas not used in the fuel cell 10 is discharged through the pipe 102.

燃料電池１には、配管１０３を介してカソードガスが供給される。例えば、カソードガスは酸素（空気）である。燃料電池１に供給されたカソードガスは、複数の燃料電池セル１０に供給される。そして、燃料電池セル１０で使用されなかったカソードガスは、配管１０４を介して排出される。 Cathode gas is supplied to the fuel cell 1 via the pipe 103. For example, the cathode gas is oxygen (air). The cathode gas supplied to the fuel cell 1 is supplied to the plurality of fuel cell 10. Then, the cathode gas not used in the fuel cell 10 is discharged through the pipe 104.

また、燃料電池１には、各々の燃料電池セル１０を冷却するための冷却媒体が配管１０５を介して供給される。例えば、冷却媒体には水を用いることができる。各々の燃料電池セル１０を通過した冷却媒体は配管１０６を介して排出される。例えば、配管１０５と配管１０６との間にはポンプ（不図示）が設けられており、このポンプを用いることで、冷却媒体を配管１０５、燃料電池１、配管１０６、ポンプ（不図示）の順に循環させることができる。 Further, a cooling medium for cooling each fuel cell 10 is supplied to the fuel cell 1 via the pipe 105. For example, water can be used as the cooling medium. The cooling medium that has passed through each fuel cell 10 is discharged through the pipe 106. For example, a pump (not shown) is provided between the pipe 105 and the pipe 106, and by using this pump, the cooling medium is used in the order of the pipe 105, the fuel cell 1, the pipe 106, and the pump (not shown). Can be circulated.

図２は、本実施の形態にかかる燃料電池を構成する燃料電池セル（単セル）の平面図である。図３は、図２に示す燃料電池セル１０の切断線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。図３に示すように、燃料電池セル１０は、アノード側セパレータ３０とカソード側セパレータ５０とで、シール部材４０および膜電極ガス拡散層接合体４５（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）を狭持している構成を備える。シール部材４０は、ＭＥＧＡ４５の周囲を取り囲むように配置されている（図４参照）。アノード側セパレータ３０およびカソード側セパレータ５０は、例えばチタン等の金属材料を用いて構成することができる。 FIG. 2 is a plan view of a fuel cell (single cell) constituting the fuel cell according to the present embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the cutting line III-III of the fuel cell 10 shown in FIG. As shown in FIG. 3, the fuel cell 10 sandwiches the sealing member 40 and the membrane electrode gas diffusion layer assembly 45 (MEGA) between the anode side separator 30 and the cathode side separator 50. It has a configuration that is used. The seal member 40 is arranged so as to surround the circumference of the MEGA 45 (see FIG. 4). The anode-side separator 30 and the cathode-side separator 50 can be configured by using a metal material such as titanium.

図２に示すように、燃料電池セル１０には、アノードガス供給用連通孔３１、アノードガス排気用連通孔３５、カソードガス供給用連通孔５１、カソードガス排気用連通孔５５、冷却媒体供給用連通孔６１、及び冷却媒体排出用連通孔６５が形成されている。 As shown in FIG. 2, the fuel cell 10 has an anode gas supply communication hole 31, an anode gas exhaust communication hole 35, a cathode gas supply communication hole 51, a cathode gas exhaust communication hole 55, and a cooling medium supply. A communication hole 61 and a communication hole 65 for discharging the cooling medium are formed.

複数の燃料電池セル１０が積層された際、アノードガス供給用連通孔３１は各々の燃料電池セル１０にアノードガスを供給するための流路（ｚ軸方向に伸びる流路）として機能し、アノードガス排気用連通孔３５は各々の燃料電池セル１０から不使用のアノードガスを排気するための流路（ｚ軸方向に伸びる流路）として機能する。 When a plurality of fuel cell 10s are stacked, the anode gas supply communication hole 31 functions as a flow path (a flow path extending in the z-axis direction) for supplying the anode gas to each fuel cell 10, and the anode. The gas exhaust communication hole 35 functions as a flow path (flow path extending in the z-axis direction) for exhausting unused anode gas from each fuel cell 10.

アノードガス供給用連通孔３１の周囲にはガスケット３３が設けられている。ガスケット３３を設けることで、隣接する燃料電池セル１０間においてアノードガス供給用連通孔３１がシールされる。また、アノードガス供給用連通孔３１の周囲のシール領域３２において、アノード側セパレータ３０とカソード側セパレータ５０とがシール部材４０を介して接着されている（図３参照）。これにより、燃料電池セル１０内においてアノードガス供給用連通孔３１の周囲（燃料電池セル１０内におけるアノードガスの流路を除く）がシールされる。 A gasket 33 is provided around the communication hole 31 for supplying the anode gas. By providing the gasket 33, the communication hole 31 for supplying the anode gas is sealed between the adjacent fuel cell 10. Further, in the seal region 32 around the anode gas supply communication hole 31, the anode side separator 30 and the cathode side separator 50 are adhered to each other via the seal member 40 (see FIG. 3). As a result, the periphery of the anode gas supply communication hole 31 (excluding the flow path of the anode gas in the fuel cell 10) is sealed in the fuel cell 10.

同様に、アノードガス排気用連通孔３５の周囲にはガスケット３７が設けられている。ガスケット３７を設けることで、隣接する燃料電池セル１０間においてアノードガス排気用連通孔３５がシールされる。また、アノードガス排気用連通孔３５の周囲のシール領域３６において、アノード側セパレータ３０とカソード側セパレータ５０とがシール部材４０を介して接着されている。これにより、燃料電池セル１０内においてアノードガス排気用連通孔３５の周囲（燃料電池セル１０内におけるアノードガスの流路を除く）がシールされる。 Similarly, a gasket 37 is provided around the communication hole 35 for exhausting the anode gas. By providing the gasket 37, the communication hole 35 for exhausting the anode gas is sealed between the adjacent fuel cell 10. Further, in the seal region 36 around the anode gas exhaust communication hole 35, the anode side separator 30 and the cathode side separator 50 are adhered to each other via the seal member 40. As a result, the periphery of the anode gas exhaust communication hole 35 (excluding the flow path of the anode gas in the fuel cell 10) is sealed in the fuel cell 10.

また、複数の燃料電池セル１０が積層された際、カソードガス供給用連通孔５１は各々の燃料電池セル１０にカソードガスを供給するための流路（ｚ軸方向に伸びる流路）として機能し、カソードガス排気用連通孔５５は各々の燃料電池セル１０から不使用のカソードガスを排気するための流路（ｚ軸方向に伸びる流路）として機能する。 Further, when a plurality of fuel cell 10s are stacked, the cathode gas supply communication hole 51 functions as a flow path (flow path extending in the z-axis direction) for supplying the cathode gas to each fuel cell 10. The cathode gas exhaust communication hole 55 functions as a flow path (a flow path extending in the z-axis direction) for exhausting unused cathode gas from each fuel cell 10.

カソードガス供給用連通孔５１の周囲にはガスケット５３が設けられている。ガスケット５３を設けることで、隣接する燃料電池セル１０間においてカソードガス供給用連通孔５１がシールされる。また、カソードガス供給用連通孔５１の周囲のシール領域５２において、アノード側セパレータ３０とカソード側セパレータ５０とがシール部材４０を介して接着されている。これにより、燃料電池セル１０内においてカソードガス供給用連通孔５１の周囲（燃料電池セル１０内におけるカソードガスの流路を除く）がシールされる。 A gasket 53 is provided around the communication hole 51 for supplying cathode gas. By providing the gasket 53, the cathode gas supply communication hole 51 is sealed between the adjacent fuel cell 10. Further, in the seal region 52 around the cathode gas supply communication hole 51, the anode side separator 30 and the cathode side separator 50 are adhered to each other via the seal member 40. As a result, the periphery of the cathode gas supply communication hole 51 (excluding the flow path of the cathode gas in the fuel cell 10) is sealed in the fuel cell 10.

同様に、カソードガス排気用連通孔５５の周囲にはガスケット５７が設けられている。ガスケット５７を設けることで、隣接する燃料電池セル１０間においてカソードガス排気用連通孔５５がシールされる。また、カソードガス排気用連通孔５５の周囲のシール領域５６において、アノード側セパレータ３０とカソード側セパレータ５０とがシール部材４０を介して接着されている。これにより、燃料電池セル１０内においてカソードガス排気用連通孔５５の周囲（燃料電池セル１０内におけるカソードガスの流路を除く）がシールされる。 Similarly, a gasket 57 is provided around the cathode gas exhaust communication hole 55. By providing the gasket 57, the cathode gas exhaust communication hole 55 is sealed between the adjacent fuel cell 10. Further, in the seal region 56 around the cathode gas exhaust communication hole 55, the anode side separator 30 and the cathode side separator 50 are adhered to each other via the seal member 40. As a result, the periphery of the cathode gas exhaust communication hole 55 (excluding the flow path of the cathode gas in the fuel cell 10) is sealed in the fuel cell 10.

複数の燃料電池セル１０が積層された際、冷却媒体供給用連通孔６１は、各々の燃料電池セル１０に冷却媒体を供給するための流路（ｚ軸方向に伸びる流路）として機能し、冷却媒体排出用連通孔６５は各々の燃料電池セル１０から冷却媒体を排出するための流路（ｚ軸方向に伸びる流路）として機能する。なお、冷却媒体は各々の燃料電池セル１０間を流れるため、図２に示すアノード側セパレータ３０の表面において、冷却媒体供給用連通孔６１および冷却媒体排出用連通孔６５の周囲にはガスケットが設けられてない。 When a plurality of fuel cell 10s are stacked, the cooling medium supply communication hole 61 functions as a flow path (a flow path extending in the z-axis direction) for supplying the cooling medium to each fuel cell 10. The cooling medium discharge communication hole 65 functions as a flow path (flow path extending in the z-axis direction) for discharging the cooling medium from each fuel cell 10. Since the cooling medium flows between the fuel cell 10s, a gasket is provided around the communication hole 61 for supplying the cooling medium and the communication hole 65 for discharging the cooling medium on the surface of the anode side separator 30 shown in FIG. Not done.

一方、冷却媒体供給用連通孔６１の周囲のシール領域６２において、アノード側セパレータ３０とカソード側セパレータ５０とがシール部材４０を介して接着されている。これにより、燃料電池セル１０内において冷却媒体供給用連通孔６１の周囲がシールされる。同様に、冷却媒体排出用連通孔６５の周囲のシール領域６６において、アノード側セパレータ３０とカソード側セパレータ５０とがシール部材４０を介して接着されている。これにより、燃料電池セル１０内において冷却媒体排出用連通孔６５の周囲がシールされる。 On the other hand, in the seal region 62 around the cooling medium supply communication hole 61, the anode side separator 30 and the cathode side separator 50 are adhered to each other via the seal member 40. As a result, the periphery of the cooling medium supply communication hole 61 is sealed in the fuel cell 10. Similarly, in the seal region 66 around the cooling medium discharge communication hole 65, the anode side separator 30 and the cathode side separator 50 are adhered to each other via the seal member 40. As a result, the periphery of the cooling medium discharge communication hole 65 is sealed in the fuel cell 10.

また、アノード側セパレータ３０の表面には、各々の連通孔３１、３５、５１、５５、６１、６５を取り囲むように、ガスケット２２が設けられている。また、ガスケット２２の周囲のシール領域２１において、アノード側セパレータ３０とカソード側セパレータ５０とがシール部材４０を介して接着されている（図３参照）。 Further, a gasket 22 is provided on the surface of the anode side separator 30 so as to surround the respective communication holes 31, 35, 51, 55, 61 and 65. Further, in the seal region 21 around the gasket 22, the anode side separator 30 and the cathode side separator 50 are adhered to each other via the seal member 40 (see FIG. 3).

図３に示すように、アノード側セパレータ３０のＭＥＧＡ４５側の面には、アノードガス流路３８が形成されている。図２に示すアノードガス供給用連通孔３１から供給されたアノードガスは、アノードガス流路３８を通り、一部がＭＥＧＡ４５に供給され、残りのガスがアノードガス排気用連通孔３５（図２参照）から排出される。 As shown in FIG. 3, an anode gas flow path 38 is formed on the surface of the anode side separator 30 on the MEGA 45 side. The anode gas supplied from the anode gas supply communication hole 31 shown in FIG. 2 passes through the anode gas flow path 38, a part of the anode gas is supplied to the MEGA 45, and the remaining gas is the anode gas exhaust communication hole 35 (see FIG. 2). ) Is discharged.

カソード側セパレータ５０のＭＥＧＡ４５側の面には、カソードガス流路５８が形成されている。図２に示すカソードガス供給用連通孔５１から供給されたカソードガスは、カソードガス流路５８を通り、一部がＭＥＧＡ４５に供給され、残りのガスがカソードガス排気用連通孔５５（図２参照）から排出される。 A cathode gas flow path 58 is formed on the surface of the cathode side separator 50 on the MEGA 45 side. The cathode gas supplied from the cathode gas supply communication hole 51 shown in FIG. 2 passes through the cathode gas flow path 58, a part of the cathode gas is supplied to the MEGA 45, and the remaining gas is the cathode gas exhaust communication hole 55 (see FIG. 2). ) Is discharged.

ＭＥＧＡ４５は、電解質膜の両面に電極が配置された膜電極接合体と、当該膜電極接合体の両面に配置されたガス拡散層とを備えており、発電モジュールとして機能する。よって、アノードガス流路３８及びカソードガス流路５８からＭＥＧＡ４５にアノードガス及びカソードガスがそれぞれ供給されることで、電力が生成される。 The MEGA 45 includes a membrane electrode assembly in which electrodes are arranged on both sides of the electrolyte membrane, and a gas diffusion layer arranged on both sides of the membrane electrode assembly, and functions as a power generation module. Therefore, electric power is generated by supplying the anode gas and the cathode gas to the MEGA 45 from the anode gas flow path 38 and the cathode gas flow path 58, respectively.

上述したように、アノード側セパレータ３０およびカソード側セパレータ５０は、シール部材４０を介して接着されている。図３に示すように、シール部材４０は３層構造であり、コア層４１、接着層４２、及び接着層４３を備える。コア層４１は接着層４２、４３よりも厚く構成されている。したがって、コア層４１は接着層４２、４３よりも硬い。例えば、コア層４１は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の熱可塑性樹脂を用いて構成することができる。 As described above, the anode side separator 30 and the cathode side separator 50 are adhered to each other via the sealing member 40. As shown in FIG. 3, the sealing member 40 has a three-layer structure and includes a core layer 41, an adhesive layer 42, and an adhesive layer 43. The core layer 41 is thicker than the adhesive layers 42 and 43. Therefore, the core layer 41 is harder than the adhesive layers 42 and 43. For example, the core layer 41 can be formed by using a thermoplastic resin such as polyethylene naphthalate (PEN).

接着層４２、４３は、加熱しながら圧力を印加（熱圧着）することでセパレータと接着する材料で構成されている。つまり、接着層４２、４３は、加熱されることで溶融してセパレータと接着する。例えば、接着層４２、４３は、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を用いて構成することができる。接着層４２はアノード側セパレータ３０と接着され、接着層４３はカソード側セパレータ５０と接着される。 The adhesive layers 42 and 43 are made of a material that adheres to the separator by applying pressure (thermocompression bonding) while heating. That is, the adhesive layers 42 and 43 are melted by being heated and adhere to the separator. For example, the adhesive layers 42 and 43 can be formed by using a thermoplastic resin such as polypropylene. The adhesive layer 42 is adhered to the anode side separator 30, and the adhesive layer 43 is adhered to the cathode side separator 50.

アノード側セパレータ３０の表面には、ガスケット２２が設けられている。 A gasket 22 is provided on the surface of the anode-side separator 30.

図４は、本実施の形態にかかる燃料電池セルの分解斜視図である。図４に示すように、本実施の形態にかかる燃料電池セル１０は、アノード側セパレータ３０とカソード側セパレータ５０との間にシール部材４０が配置されている。シール部材４０の中央部には、ＭＥＧＡ４５が配置されている。ＭＥＧＡ４５は、シール部材４０に接着されている。 FIG. 4 is an exploded perspective view of the fuel cell according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, in the fuel cell 10 according to the present embodiment, the seal member 40 is arranged between the anode side separator 30 and the cathode side separator 50. The MEGA 45 is arranged at the center of the seal member 40. The MEGA 45 is adhered to the sealing member 40.

本実施の形態にかかる燃料電池セル１０を製造する際は、ＭＥＧＡ４５が接着されたシール部材４０を、アノード側セパレータ３０とカソード側セパレータ５０との間に配置する。その後、アノード側セパレータ３０とカソード側セパレータ５０とをそれぞれ、金型を用いて狭持して加熱・加圧することで、アノード側セパレータ３０とカソード側セパレータ５０とをシール部材４０を介して熱圧着する。 When manufacturing the fuel cell 10 according to the present embodiment, the seal member 40 to which the MEGA 45 is adhered is arranged between the anode side separator 30 and the cathode side separator 50. After that, the anode-side separator 30 and the cathode-side separator 50 are held by each other using a mold to heat and pressurize, whereby the anode-side separator 30 and the cathode-side separator 50 are thermocompression-bonded via the sealing member 40. do.

なお、上述の説明では、各々の燃料電池セル１０のｚ軸方向プラス側をアノード側とし、ｚ軸方向マイナス側をカソード側とした場合を示したが、本実施の形態では、ｚ軸方向プラス側をカソード側とし、ｚ軸方向マイナス側をアノード側としてもよい。この場合は、各構成要素の「アノード」と「カソード」が逆になる。なお、以下の説明では、アノード側セパレータ３０及びカソード側セパレータ５０を、単にセパレータ３０、５０と記載する。 In the above description, the positive side in the z-axis direction of each fuel cell 10 is the anode side, and the negative side in the z-axis direction is the cathode side. However, in the present embodiment, the positive side in the z-axis direction is positive. The side may be the cathode side, and the negative side in the z-axis direction may be the anode side. In this case, the "anode" and "cathode" of each component are reversed. In the following description, the anode side separator 30 and the cathode side separator 50 are simply referred to as separators 30 and 50.

図５は、図２に示した燃料電池セルの領域Ａ１における拡大平面図であり、カソードガス供給用連通孔５１および冷却媒体供給用連通孔６１付近の拡大平面図である。図５に示すように、セパレータ３０の表面にはガスケット２２がｘ軸方向に伸びるように形成されている。カソードガス供給用連通孔５１の周囲にはガスケット５３が形成されている。また、ガスケット２２と平行に伸びるシール領域２１において、セパレータ３０とセパレータ５０とがシール部材４０を介して接着されている。 FIG. 5 is an enlarged plan view of the fuel cell cell region A1 shown in FIG. 2, and is an enlarged plan view of the vicinity of the cathode gas supply communication hole 51 and the cooling medium supply communication hole 61. As shown in FIG. 5, a gasket 22 is formed on the surface of the separator 30 so as to extend in the x-axis direction. A gasket 53 is formed around the communication hole 51 for supplying cathode gas. Further, in the seal region 21 extending in parallel with the gasket 22, the separator 30 and the separator 50 are adhered to each other via the seal member 40.

また、カソードガス供給用連通孔５１の周囲のシール領域５２において、セパレータ３０とセパレータ５０とがシール部材４０を介して接着されている。また、冷却媒体供給用連通孔６１の周囲のシール領域６２において、セパレータ３０とセパレータ５０とがシール部材４０を介して接着されている。シール領域５２およびシール領域６２は、シール領域７１と合流している。シール領域５２とシール領域６２とが合流する箇所には、ガスケット２２を形成する際の注入口（ゲート）に対応するバリ２３が形成されている。 Further, in the seal region 52 around the cathode gas supply communication hole 51, the separator 30 and the separator 50 are adhered to each other via the seal member 40. Further, in the seal region 62 around the cooling medium supply communication hole 61, the separator 30 and the separator 50 are adhered to each other via the seal member 40. The seal area 52 and the seal area 62 merge with the seal area 71. A burr 23 corresponding to an injection port (gate) when forming the gasket 22 is formed at a position where the seal region 52 and the seal region 62 meet.

また、本実施の形態では、ガスケット２２が形成されている位置の近傍に、セパレータ３０を貫通している貫通孔９１を形成している。 Further, in the present embodiment, a through hole 91 penetrating the separator 30 is formed in the vicinity of the position where the gasket 22 is formed.

燃料電池セルを形成する際は、金型がガスケット２２、５３と干渉しないように、且つ、熱圧着するシール領域２１、５２、６２、７１において金型がセパレータ３０と当接するようにして、セパレータ３０、５０とシール部材４０とを熱圧着する。 When forming the fuel cell, the separator is formed so that the mold does not interfere with the gaskets 22 and 53 and the mold abuts on the separator 30 in the seal regions 21, 52, 62 and 71 to be thermocompression bonded. The 30 and 50 and the sealing member 40 are thermocompression bonded.

図６Ａ～図６Ｃは、熱圧着工程を説明するための図であり、図５の切断線ＶＩ－ＶＩにおける断面を示している。図６Ａに示すように、燃料電池セルを形成する際は、セパレータ３０とセパレータ５０との間にシール部材４０を配置する。セパレータ３０の表面にはガスケット２２（バリ２３を含む）が形成されている。また、セパレータ３０には貫通孔９１が形成されている。上側の金型８１には、ガスケット２２、及び貫通孔９１と干渉しないように、凹部８５が形成されている。 6A to 6C are views for explaining the thermocompression bonding process, and show a cross section in the cutting line VI-VI of FIG. As shown in FIG. 6A, when forming the fuel cell, the seal member 40 is arranged between the separator 30 and the separator 50. A gasket 22 (including a burr 23) is formed on the surface of the separator 30. Further, a through hole 91 is formed in the separator 30. The upper mold 81 is formed with a recess 85 so as not to interfere with the gasket 22 and the through hole 91.

その後、図６Ｂに示すように、セパレータ３０とセパレータ５０とをそれぞれ、金型８１および金型８２を用いて狭持して加熱・加圧する。すなわち、上側の金型８１をセパレータ３０に当接させ、下側の金型８２をセパレータ５０に当接させ、上側の金型８１と下側の金型８２とを加熱させながら互いに近づけてセパレータ３０とセパレータ５０とを圧縮する。これにより、セパレータ３０とセパレータ５０とがシール部材４０を用いて熱圧着される。このとき、金型８１の凸部８３がセパレータ３０に当接することで、シール領域２１（図５参照）が熱圧着される。また、金型８１の凸部８４がセパレータ３０に当接することで、シール領域７１（図５参照）が熱圧着される。 After that, as shown in FIG. 6B, the separator 30 and the separator 50 are sandwiched by the mold 81 and the mold 82, respectively, and heated and pressurized. That is, the upper mold 81 is brought into contact with the separator 30, the lower mold 82 is brought into contact with the separator 50, and the upper mold 81 and the lower mold 82 are brought close to each other while being heated. 30 and the separator 50 are compressed. As a result, the separator 30 and the separator 50 are thermocompression bonded using the sealing member 40. At this time, the convex portion 83 of the mold 81 comes into contact with the separator 30, so that the seal region 21 (see FIG. 5) is thermocompression bonded. Further, when the convex portion 84 of the mold 81 comes into contact with the separator 30, the seal region 71 (see FIG. 5) is thermocompression bonded.

ここで、図６Ｂに示すように、金型８１には、ガスケット２２、及び貫通孔９１と干渉しないように、凹部８５が形成されている。このため、凹部８５が形成されている領域では、金型８１がセパレータ３０と当接しないため、セパレータ３０とシール部材４０とが熱圧着されない。このように金型８１とセパレータ３０とが当接しない箇所（非当接箇所）を設けると、熱圧着時にセパレータ３０とシール部材４０（接着層４２）との間で発生した気泡８６がこの非当接箇所に集まる。 Here, as shown in FIG. 6B, the mold 81 is formed with a recess 85 so as not to interfere with the gasket 22 and the through hole 91. Therefore, in the region where the recess 85 is formed, the mold 81 does not come into contact with the separator 30, so that the separator 30 and the seal member 40 are not thermocompression bonded. When a portion (non-contact portion) where the mold 81 and the separator 30 do not abut is provided in this way, air bubbles 86 generated between the separator 30 and the sealing member 40 (adhesive layer 42) during thermocompression bonding are not present. Gather at the point of contact.

本実施の形態では、図６Ｂに示すように、ガスケット２２が形成されている位置の近傍（換言すると、金型８１とセパレータ３０とが当接しない非当接箇所）に、セパレータ３０を貫通する貫通孔９１を形成している。よって、熱圧着時にセパレータ３０とシール部材４０（接着層４２）との間で発生した気泡８６を貫通孔９１から排出することができる。したがって、図６Ｃに示すように、金型８１とセパレータ３０とが当接しない非当接箇所に空気溜まりが発生することを抑制することができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 6B, the separator 30 penetrates in the vicinity of the position where the gasket 22 is formed (in other words, the non-contact portion where the mold 81 and the separator 30 do not abut). A through hole 91 is formed. Therefore, the air bubbles 86 generated between the separator 30 and the sealing member 40 (adhesive layer 42) during thermocompression bonding can be discharged from the through hole 91. Therefore, as shown in FIG. 6C, it is possible to prevent an air pool from being generated at a non-contact portion where the mold 81 and the separator 30 do not abut.

図７は本発明の課題を説明するための図である。図７に示すように、セパレータ１３０に貫通孔を設けない場合は、熱圧着時にセパレータ１３０とシール部材４０との間に発生した気泡８６を排出できないため、この気泡８６が非当接箇所に集まり、空気溜まり１３５が発生するという問題があった。このように空気溜まり１３５が発生すると、シール部材４０とセパレータ１３０との接着強度が弱くなり、シール不良が生じるという問題があった。 FIG. 7 is a diagram for explaining the subject of the present invention. As shown in FIG. 7, when the separator 130 is not provided with a through hole, the bubbles 86 generated between the separator 130 and the sealing member 40 during thermocompression bonding cannot be discharged, so that the bubbles 86 gather at the non-contact portion. , There was a problem that an air pool 135 was generated. When the air pool 135 is generated in this way, there is a problem that the adhesive strength between the sealing member 40 and the separator 130 is weakened, resulting in poor sealing.

これに対して本実施の形態かかる燃料電池セルの製造方法では、図６Ａ～図６Ｃに示したように、セパレータ３０に貫通孔９１を形成している。そして、熱圧着する工程において、金型８１がガスケット２２及び貫通孔９１と干渉しないように金型８１をセパレータ３０に当接させ、且つ、セパレータ３０とシール部材４０との間に発生する気泡８６を貫通孔９１を介して排出しながら熱圧着している。したがって、図６Ｃに示すように、金型８１とセパレータ３０とが当接しない非当接箇所に空気溜まりが発生することを抑制することができる。 On the other hand, in the method for manufacturing a fuel cell according to the present embodiment, as shown in FIGS. 6A to 6C, a through hole 91 is formed in the separator 30. Then, in the process of thermocompression bonding, the mold 81 is brought into contact with the separator 30 so that the mold 81 does not interfere with the gasket 22 and the through hole 91, and the bubbles 86 generated between the separator 30 and the sealing member 40. Is thermocompression bonded while being discharged through the through hole 91. Therefore, as shown in FIG. 6C, it is possible to prevent an air pool from being generated at a non-contact portion where the mold 81 and the separator 30 do not abut.

なお、本実施の形態において、セパレータ３０に貫通孔を形成する位置は、図５に示す貫通孔９１の位置に限定されることはなく、セパレータ３０の任意の場所（空気溜まりが発生しやすい場所）に形成してもよい。 In the present embodiment, the position where the through hole is formed in the separator 30 is not limited to the position of the through hole 91 shown in FIG. 5, and any place of the separator 30 (a place where an air pool is likely to occur). ) May be formed.

特に、図５に示すシール領域５２とシール領域６２とが合流する箇所は、比較的、非当接箇所の面積が大きい箇所であり、このような箇所には空気溜まりが発生しやすい。このため、シール領域が合流する箇所に貫通孔を設けることで、セパレータ３０とシール部材４０との間に空気溜まりが発生することを効果的に抑制することができる。 In particular, the portion where the seal region 52 and the seal region 62 shown in FIG. 5 meet is a portion where the area of the non-contact portion is relatively large, and an air pool is likely to occur in such a portion. Therefore, by providing a through hole at a position where the seal regions meet, it is possible to effectively suppress the generation of air pools between the separator 30 and the seal member 40.

図８～図１０は、本実施の形態にかかる燃料電池セルの製造方法の他の構成例を説明するための断面図である。図８に示すように、本実施の形態にかかる燃料電池セルの製造方法では、ガスケット２２のバリ２３とセパレータ３０とを貫通するように、貫通孔９２を形成してもよい。 8 to 10 are cross-sectional views for explaining another configuration example of the method for manufacturing a fuel cell according to the present embodiment. As shown in FIG. 8, in the method for manufacturing a fuel cell according to the present embodiment, a through hole 92 may be formed so as to penetrate the burr 23 of the gasket 22 and the separator 30.

また、図９に示すように、本実施の形態にかかる燃料電池セルの製造方法では、金型８１の凸部８３が当接する箇所の近傍に貫通孔９３を形成し、金型８１の凸部８４が当接する箇所の近傍に貫通孔９４を形成してもよい。熱圧着時において、気泡は凸部８３、８４がセパレータ３０と当接する箇所で発生する。このため、凸部８３、８４がセパレータ３０と当接する箇所の近傍に貫通孔９３、９４を形成することで、熱圧着時にセパレータ３０とシール部材４０（接着層４２）との間に発生した気泡を効率的に排出することができる。 Further, as shown in FIG. 9, in the method for manufacturing a fuel cell according to the present embodiment, a through hole 93 is formed in the vicinity of a portion where the convex portion 83 of the mold 81 abuts, and the convex portion of the mold 81 is formed. A through hole 94 may be formed in the vicinity of the portion where the 84 abuts. During thermocompression bonding, air bubbles are generated at points where the protrusions 83 and 84 come into contact with the separator 30. Therefore, by forming through holes 93 and 94 in the vicinity of the portion where the convex portions 83 and 84 come into contact with the separator 30, air bubbles generated between the separator 30 and the sealing member 40 (adhesive layer 42) during thermocompression bonding are performed. Can be efficiently discharged.

また、図１０に示すように、本実施の形態にかかる燃料電池セルの製造方法では、セパレータ３０に貫通孔を形成する代わりに、シール部材４０に貫通孔９５を形成してもよい。シール部材４０に貫通孔９５を形成することで、熱圧着時に発生した気泡を、貫通孔９５で形成される閉空間で吸収することができる。このとき、貫通孔９５の体積は、熱圧着時に発生した気泡を吸収することができる程度の体積とする必要がある。 Further, as shown in FIG. 10, in the method for manufacturing a fuel cell according to the present embodiment, instead of forming a through hole in the separator 30, a through hole 95 may be formed in the seal member 40. By forming the through hole 95 in the seal member 40, air bubbles generated during thermocompression bonding can be absorbed in the closed space formed by the through hole 95. At this time, the volume of the through hole 95 needs to be a volume that can absorb air bubbles generated during thermocompression bonding.

以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。 Although the present invention has been described above in accordance with the above-described embodiment, the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and is within the scope of the claimed invention within the scope of the claims of the present application. Of course, it includes various modifications, corrections, and combinations that can be made by a person skilled in the art.

１ 燃料電池
１０ 燃料電池セル
１１、１６ エンドプレート
１２、１５ 絶縁板
１３、１４ 集電板
２１ シール領域
２２ ガスケット
２３ バリ
３０ アノード側セパレータ
３１ アノードガス供給用連通孔
３２、３６ シール領域
３３、３７ ガスケット
３５ アノードガス排気用連通孔
３８ アノードガス流路
４０ シール部材
４１ コア層
４２、４３ 接着層
４５ ＭＥＧＡ
５０ カソード側セパレータ
５１ カソードガス供給用連通孔
５２、５６ シール領域
５３、５７ ガスケット
５５ カソードガス排気用連通孔
５８ カソードガス流路
６１ 冷却媒体供給用連通孔
６２、６６ シール領域
６５ 冷却媒体排出用連通孔
８１、８２ 金型
８３、８４ 凸部
８５ 凹部
８６ 気泡
９１、９２、９３、９４、９５ 貫通孔 1 Fuel cell 10 Fuel cell cell 11, 16 End plate 12, 15 Insulation plate 13, 14 Current collector plate 21 Seal area 22 Gasket 23 Bali 30 Anode side separator 31 Anode gas supply communication hole 32, 36 Seal area 33, 37 Gasket 35 Anode gas exhaust communication hole 38 Anode gas flow path 40 Sealing member 41 Core layer 42, 43 Adhesive layer 45 MEGA
50 Cathode side separator 51 Cathode gas supply communication hole 52, 56 Seal area 53, 57 Gasket 55 Cathode gas exhaust communication hole 58 Cathode gas flow path 61 Cooling medium supply communication hole 62, 66 Seal area 65 Cooling medium discharge communication hole Holes 81, 82 Molds 83, 84 Convex 85 Concave 86 Bubbles 91, 92, 93, 94, 95 Through holes

Claims (1)

第１のセパレータと第２のセパレータとの間にシール部材を配置する工程と、
前記第１のセパレータと前記第２のセパレータとをそれぞれ第１の金型と第２の金型とで狭持して前記第１及び第２のセパレータと前記シール部材とを熱圧着する工程と、を備え、
前記第１のセパレータの表面にはガスケットが配置されており、
前記第１のセパレータの前記ガスケットが形成されている位置の近傍には前記第１のセパレータを貫通する貫通孔が形成されており、
前記熱圧着する工程において、前記第１の金型が前記ガスケット及び前記貫通孔と干渉しないように前記第１の金型を前記第１のセパレータに当接させ、且つ、前記第１のセパレータと前記シール部材との間に発生する気泡を前記貫通孔を介して排出しながら熱圧着する、
燃料電池セルの製造方法。 The process of arranging the seal member between the first separator and the second separator,
A step of holding the first separator and the second separator between the first mold and the second mold, respectively, and thermocompression bonding the first and second separators and the sealing member. , Equipped with
A gasket is arranged on the surface of the first separator.
A through hole penetrating the first separator is formed in the vicinity of the position where the gasket of the first separator is formed.
In the step of thermocompression bonding, the first mold is brought into contact with the first separator so that the first mold does not interfere with the gasket and the through hole, and the first separator is combined with the first separator. Thermocompression bonding is performed while discharging air bubbles generated between the sealing member and the sealing member through the through hole.
How to manufacture a fuel cell.
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