CN104487240A - 接合片、及片材部件的接合方法 - Google Patents

接合片、及片材部件的接合方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104487240A
CN104487240A CN201380039638.XA CN201380039638A CN104487240A CN 104487240 A CN104487240 A CN 104487240A CN 201380039638 A CN201380039638 A CN 201380039638A CN 104487240 A CN104487240 A CN 104487240A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sheet member
junction surface
groove portion
sheet
pressing component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201380039638.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN104487240B (zh
Inventor
山本将也
堀部哲史
小野圭
豊岛剑一
寺崎贵行
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Publication of CN104487240A publication Critical patent/CN104487240A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104487240B publication Critical patent/CN104487240B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0297Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/30Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer formed with recesses or projections, e.g. hollows, grooves, protuberances, ribs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/10Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/06Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B32B27/08Layered products comprising a layer of synthetic resin as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of synthetic resin
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/12Layered products comprising a layer of synthetic resin next to a fibrous or filamentary layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/30Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers
    • B32B27/304Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising vinyl (co)polymers; comprising acrylic (co)polymers comprising vinyl halide (co)polymers, e.g. PVC, PVDC, PVF, PVDF
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/32Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyolefins
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/36Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyesters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/14Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers
    • B32B37/16Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating
    • B32B37/18Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with all layers existing as coherent layers before laminating involving the assembly of discrete sheets or panels only
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/022Non-woven fabric
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B7/00Layered products characterised by the relation between layers; Layered products characterised by the relative orientation of features between layers, or by the relative values of a measurable parameter between layers, i.e. products comprising layers having different physical, chemical or physicochemical properties; Layered products characterised by the interconnection of layers
    • B32B7/04Interconnection of layers
    • B32B7/12Interconnection of layers using interposed adhesives or interposed materials with bonding properties
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02Details
    • H01M8/0271Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0276Sealing means characterised by their form
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B38/00Ancillary operations in connection with laminating processes
    • B32B2038/0052Other operations not otherwise provided for
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/50Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
    • B32B2307/54Yield strength; Tensile strength
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70Other properties
    • B32B2307/724Permeability to gases, adsorption
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/70Other properties
    • B32B2307/726Permeability to liquids, absorption
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00Electrical equipment
    • B32B2457/18Fuel cells
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32LAYERED PRODUCTS
    • B32BLAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2581/00Seals; Sealing equipment; Gaskets
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10Methods of surface bonding and/or assembly therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供一种可抑制气泡残留的接合片、及可抑制气泡残留的片材部件的接合方法。适用于MEA(20)的接合片(70)包含作为第一片材部件(71)的垫片(40)、(60)、和层叠于垫片上的作为第二片材部件(72)的电解质膜(21)。垫片包含设于片材面方向的槽部(83)的至少一部分面向片材端部(73)、(74)的第一接合部(81)、和不具有槽部的第二接合部(82)。电解质膜在第一接合部及第二接合部层叠于垫片上。

Description

接合片、及片材部件的接合方法
技术领域
本发明涉及接合片、及片材部件的接合方法。
背景技术
近年来,与以能量、环境问题为背景的社会要求及动向相呼应,即使在常温下也能够动作而得到高输出密度的燃料电池作为电动汽车用电源、定置型电源备受关注。燃料电池是电极反应得到的生成物原理上是水,对地球环境的负荷少的绿色发电系统。特别是,固体高分子型燃料电池(PEFC)由于以较低温度动作,故而作为电动汽车电源而备受期待。
燃料电池的单电池中所包含的膜电极接合体(MEA:membrane electrodeassembly,以下也称作MEA)具有配置有催化剂层的电解质膜和配置于电解质膜的两面的框状的垫片。垫片以包围电解质膜的催化剂层的方式定位,具有防止向催化剂层供给的燃料气体及氧化剂气体泄漏到外部的功能。
作为在将多个片材部件层叠(贴合)时,抑制在片材部件彼此之间残留气泡的技术,已知有形成有贯通孔的树脂片(例如参照专利文献1)。
专利文献1:国际公开第2004/061032号
即使将专利文献1的树脂片材应用于MEA的垫片,在贯通孔中也会存在不能排出气泡的区域,难以抑制气泡的残留。
有时因残留的气泡而使由垫片包围的区域和垫片的外侧连通。或者,有时因残留的气泡而在垫片上形成凸部,因该凸部而使垫片和隔板的紧密贴合性降低。由此,向催化剂层供给的燃料气体及氧化剂气体可能会泄漏到外部。
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术的课题而设立的,其目的在于提供一种可抑制气泡残留的接合片、及可抑制气泡残留的片材部件的接合方法。
实现上述目的的本发明的接合片包含第一片材部件、和层叠于所述第一片材部件上的第二片材部件。第一片材部件包含设于片材面方向的槽部的至少一部分面向片材端部的第一接合部、和不具有槽部的第二接合部。第二片材部件在所述第一接合部及所述第二接合部层叠于所述第一片材部件。
实现上述目的的本发明的片材部件的接合方法首先,将包含设于片材面方向的槽部的至少一部分面向片材端部的第一接合部和不具有槽部的第二接合部的第一片材部件与第二片材部件重叠,准备层叠片。其次,将对所述层叠片向层叠方向加压的按压部件压靠在所述层叠片的所述第二接合部上。而且,具有使压靠的所述按压部件从所述第二接合部向所述第一接合部移动的排气工序。
附图说明
图1是表示燃料电池的电池构造的剖面图;
图2是表示图1所示的电解质膜及垫片的平面图;
图3是表示将垫片和电解质膜层叠后的接合片的沿着图2的3-3线的剖面图;
图4是表示在构成垫片的主体部的基材上设有粘接层的情形的立体图;
图5是对垫片以其粘接层侧为表面而进行表示的平面图;
图6(A)是沿着图4的6A-6A线的剖面图,图6(B)是将由图6(A)的双点划线包围的6B部放大表示,且表示槽部的截面形状的放大图,图6(C)是表示槽部的其它截面形状的放大图;
图7(A)~(C)是用于说明将垫片和电解质膜接合的顺序的说明图;
图8是表示片材部件的变形例的剖面图;
图9是表示槽部的变形例的剖面图;
图10是表示按压部件的变形例的剖面图。
标记说明
10:单电池
20:膜-电极接合体(MEA)
21:电解质膜(第二片材部件)
22、23:催化剂层
24、25:气体扩散层
31、32:隔板
40、60:垫片(第一片材部件)
50:基材
52:开口部
70:接合片、层叠片
71:第一片材部件
72:第二片材部件
73:外周端部(片材端部)
74:内周端部(片材端部)
81(81a~81f):第一接合部
82(82a、82b):第二接合部
83(83a~83f):槽部
83a:上侧槽部
83b:下侧槽部
83c:左侧槽部
83d:右侧槽部
83e:左上侧槽部
83f:左下侧槽部
90:粘接层
91:接合部件
100:按压部件
101:辊部件
102:刮刀部件
120:接合片
121:热融合型的第一片材部件
122:热融合型的第二片材部件
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的实施方式。此外,在附图的说明中,对同一要素标注同一标记并省略重复的说明。图中的尺寸比率为了便于说明而夸张表示的,与实际的比率不同。
图1是表示燃料电池的电池构造的剖面图。图2是表示图1所示的电解质膜21及垫片40、60的平面图。
参照图1,单电池10适用于以氢为燃料的固体高分子型燃料电池(PEFC)等,具有MEA20及隔板31、32。
MEA20具有高分子电解质膜21、催化剂层22、23、气体扩散层(GDL:Gas Diffusion Layer)24、25、第一垫片40及第二垫片60。
催化剂层22含有催化剂成分、承载催化剂成分的导电性的催化剂载体及高分子电解质,是进行氢的氧化反应的阳极催化剂层,配置在电解质膜21的一侧。催化剂层23含有催化剂成分、承载催化剂成分的导电性的催化剂载体及高分子电解质,是进行氧的还原反应的阴极催化剂层,配置在电解质膜21的另一侧。
电解质膜21具有使在催化剂层22生成的质子选择性地透过催化剂层23的功能及用于不使向阳极侧供给的燃料气体和向阴极侧供给的氧化剂气体混合的作为分隔壁的功能。
气体扩散层24是用于使向阳极侧供给的燃料气体分散的阳极气体扩散层,位于隔板31与催化剂层22之间。气体扩散层25是用于使向阴极侧供给的氧化剂气体分散的阴极气体扩散层,位于隔板32与催化剂层23之间。
如图2所示,第一及第二垫片40、60具有设有开口部52的框状,配置在电解质膜21的外周部的两面。垫片40以包围催化剂层22(及气体扩散层24)的方式定位,具有防止向催化剂层22供给的燃料气体泄漏到外部的功能。垫片60以包围催化剂层23(及气体扩散层25)的方式定位,具有防止向催化剂层23供给的氧化剂气体泄漏到外部的功能。
隔板31、32具有将单电池10串联电连接的功能及将燃料气体、氧化剂气体及制冷剂相互隔断的作为分隔壁的功能,与MEA20的形状大致相同,例如通过对不锈钢板实施冲压加工而形成。不锈钢板在容易实施复杂的机械加工且导电性良好这一点上优选,根据需要也可以实施耐腐蚀性的涂层。
隔板31是配置于MEA20的阳极侧的阳极隔板,相对于催化剂层22具有位于MEA20与隔板31之间的构成气体流路的槽部31a。槽部(气体流路)31a为了将燃料气体向催化剂层22供给而被利用。
隔板32是配置于MEA20的阴极侧的阴极隔板,相对于催化剂层23具有位于MEA20与隔板32之间的构成气体流路的槽部32a。槽部(气体流路)32a为了将氧化剂气体向催化剂层23供给而被利用。
接着,对各构成部件的材质及尺寸等进行详细说明。
电解质膜21可适用由全氟化碳磺酸系聚合物构成的氟系电解质膜、具有磺酸基的碳氢化物系树脂膜、含浸有磷酸或离子性液体等电解质成分的多孔质状的膜。全氟化碳磺酸系聚合物例如为Nafion(注册商标、杜邦株式会社制造)、アシプレックス(注册商标、旭化成株式会社制造)、フレミオン(注册商标、旭硝子株式会社制造)。多孔质状的膜例如由聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)形成。
电解质膜21的厚度没有特别限定,从强度、耐久性及输出特性的观点来看,优选为5~300μm,更优选为10~200μm。
用于催化剂层(阴极催化剂层)23的催化剂成分只要在氧的还原反应中具有催化剂作用,就没有特别限定。用于催化剂层(阳极催化剂层)22的催化剂成分只要在氢的氧化反应中具有催化剂作用,就没有特别限定。
具体的催化剂成分例如选自铂、钌、铱、铑、钯、锇、钨、铅、铁、铬、钴、镍、锰、钒、钼、镓、铝等金属、及它们的合金等。为了提高催化剂活性、相对于一氧化碳的耐毒性、耐热性等,优选至少含有铂。适用于阴极催化剂层及阳极催化剂层的催化剂成分无需相同,可以适当变更。
用于催化剂层22、23的催化剂的导电性载体只要具有用于以所希望的分散状态承载催化剂成分的比表面积、及作为集电体具有足够的电子导电性,就没有特别限定,但主成分优选碳粒子。碳粒子例如由碳黑、活性炭、焦炭、天然石墨、人造石墨构成。
用于催化剂层22、23的高分子电解质只要是至少具有高的质子传导性的部件,就没有特别限定,例如可应用聚合物骨架的全部或一部分含有氟原子的氟系电解质、聚合物骨架不含氟原子的碳氢化物系电解质。用于催化剂层22、23的高分子电解质可以与用于电解质膜21的高分子电解质相同,也可以不同,但从提高催化剂层22、23相对于电解质膜21的紧密贴合性的观点来看,优选为相同。
催化剂层22、23的厚度只要为能够充分发挥氢的氧化反应(阳极侧)及氧的还原反应(阴极侧)的催化剂作用的厚度,就没有特别限定,能够使用与目前相同的厚度。具体地,各催化剂层的厚度优选为1~20μm。
气体扩散层24、25例如以玻璃碳等碳制的织物、纸状抄纸体、毛毡、无纺布之类的具有导电性及多孔质性的片材状材料为基材而构成。基材的厚度没有特别限定,但从机械强度及气或水等的透过性的观点来看,优选为30~500μm。气体扩散层24、25从防水性及抑制溢流现象的观点来看,优选基材含有防水剂。防水剂例如为PTFE、PVDF、聚六氟丙烯、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)等氟系的高分子材料、聚丙烯、聚乙烯。
隔板31、32不限于由不锈钢板构成的方式,也可以应用其它的金属材料(例如铝板或包覆材料)、致密石墨碳或碳板等碳。在应用碳的情况下,槽部31a、32a可通过切削加工或丝网印刷来形成。
其次,对应用于本实施方式的MEA20的接合片70进行说明。
图3是表示层叠了垫片40、60和电解质膜21的接合片70的沿着图2的3-3线的剖面图,图4是表示在构成垫片40、60的主体部的基材50上设有粘接层90的情形的立体图,图5是将垫片40、60以其粘接层90侧为表面进行表示的平面图。图6(A)是沿着图4的6A-6A线的剖面图,图6(B)是将由图6(A)的双点划线包围的6B部放大表示,且表示槽部83的截面形状的放大图,图6(C)是表示槽部83的其它截面形状的放大图。
参照图3~图6,适用于MEA20的接合片70如果概略说明,则包含作为第一片材部件71的垫片40、60、和层叠于垫片40、60的作为第二片材部件72的电解质膜21。垫片40、60包含设于片材面方向的槽部83(83a~83f的总称)的至少一部分面向片材端部73、74的第一接合部81(81a~81f的总称)、和不具有槽部83的第二接合部82(82a、82b的总称)。电解质膜21在第一接合部81及第二接合部82层叠于垫片40、60。在图示例中,垫片40、60和电解质膜21经由含有接合部件91的粘接层90而层叠。以下进行详细说明。
垫片40、60具有构成主体部的基材50和设于基材50的一面的粘接层90。基材50具有长条形状,被卷绕在辊51上。在基材50上形成有面向催化剂层22、23的开口部52。将基材50从辊51抽出,形成含有接合部件91的粘接层90。通过从涂敷装置涂敷接合部件91而形成粘接层90。形成有粘接层90的基材50切成规定的大小,作为垫片40、60使用。
垫片40、60的基材50例如由橡胶材料、氟系的高分子材料、热塑性树脂构成。橡胶材料为氟橡胶、硅酮橡胶、三元乙丙橡胶(EPDM)、聚异丁烯橡胶等。氟系的高分子材料为PTFE、PVDF、聚六氟丙烯、FEP等。热塑性树脂为聚烯烃或聚酯等。聚酯例如为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等。垫片40、60的厚度没有特别限定,但优选为10μm~2mm,更优选为20μm~1mm。
接合部件91含有粘接剂。粘接剂没有特别限定,但例如可使用作为热塑性粘接剂的热融剂。
在粘接层90上设有第一接合部81和第二接合部82。如图6(B)中放大所示,槽部83仅对粘接层90实施,在基材50上不存在槽部83。其结果,垫片40、60的机械强度不会降低。如图6(B)所示,槽部83不限于不含接合部件91的方式。如图6(C)所示,也可以使接合部件91的量部分不同,将相对较少的部位作为槽部83。
槽部83以沿垫片40、60的面方向(图5中纸面的方向、或图6中与纸面正交的方向)延伸的方式设置。槽部83的一部分面向片材端部73、74。片材端部包含外周端部73和由开口部52形成的内周端部74。更详细地,在图5中,由标记81a包围的区域的上侧槽部83a的上端部面向外周端部73,下端部离开内周端部74。由标记81b包围的区域的下侧槽部83b的下端部面向外周端部73,上端部离开内周端部74。由标记81c包围的区域的左侧槽部83c的右端部面向内周端部74,左端部离开外周端部73。由标记81d包围的区域的右侧槽部83d的右端部面向外周端部73,左端部离开内周端部74。由标记81e包围的区域的左上侧槽部83e的右端部与上侧槽部83a连通,且经由该上侧槽部83a而面向外周端部73。由标记81f包围的区域的左下侧槽部83f的右端部与下侧槽部83b连通,且经由该下侧槽部83b而面向外周端部73。
也可以使上侧槽部83a的下端部、及下侧槽部83b的上端部面向内周端部74,但在本实施方式中,离开内周端部74。由于上侧槽部83a的上端部、及下侧槽部83b的下端部面向外周端部73,故而考虑确保用于挤出气体的通路、与内周端部74接近存在的气体即使没有槽部也能够从内周端部74挤出。另外,假如即使槽部83a、83b不被压溃而残留,开口部52的内侧和外部也不连通,能够可靠地防止燃料气体或氧化剂气体泄漏到外部。
由上述标记81a~81f包围的区域相当于具有槽部83(83a~83f)的第一接合部81。另外,由标记82a、82b包围的区域相当于不具有槽部83的第二接合部82。在图5中,第二接合部82设于左上侧、左侧、及左下侧的槽部83的左侧、和右侧的槽部83的左侧这左右两处。
而且,电解质膜21在第一接合部81及第二接合部82层叠于垫片40、60,构成接合片70。此外,在图3所示的方式中,第一接合部81伸出到与电解质膜21重叠的区域的外侧而设置,第二接合部82设于将垫片40、60彼此直接层叠的区域。将垫片40、60彼此直接层叠的部位也构成接合片70。在该部位,包含作为第一片材部件71的第一垫片40、和层叠于第一垫片40的作为第二片材部件72的第二垫片60。
将垫片40、60和电解质膜21重叠的层叠片、即接合片70被按压部件100(参照图7)向层叠方向加压。按压部件100例如由旋转自如的辊部件101构成。使按压部件100移动的方向在图5中为右方向。图示的槽部83(83a~83f)包含与使按压部件100移动的方向平行地延伸的方式、和与使按压部件100移动的方向交叉地延伸的方式。前者方式的槽部是槽部83c、83d、83e、83f,后者的槽部是槽部83a、83b。左侧的第二接合部82作为压靠按压部件100的接地余量而使用。右侧的第二接合部82作为压靠移动的按压部件100的接地余量而使用。
其次,对将垫片40、60和电解质膜21接合的顺序进行说明。
图7(A)~(C)是用于说明将垫片40、60和电解质膜21接合的顺序的说明图。此外,为了容易理解,图中夸张图示槽部83。
首先,如图7(A)所示,将含有具有槽部83的第一接合部81和不具有槽部83的第二接合部82的垫片40、60重叠于电解质膜21而准备层叠片70。将层叠片70置于载置台110之上。
其次,如图7(B)所示,将对层叠片70向层叠方向加压的按压部件100压靠在层叠片70的第二接合部82上。
其次,如图7(C)所示,使压靠的按压部件100从第二接合部82向第一接合部81移动,实施挤出存在于垫片40、60与电解质膜21之间的气体的排气工序。
通过使按压部件100移动,将存在于左侧槽部83c周围的气体通过左侧槽部83c从内周端部74挤出。将存在于左上侧槽部83e及上侧槽部83a的周围的气体通过上侧槽部83a而从上侧的外周端部73挤出。将存在于左下侧槽部83f及下侧槽部83b的周围的气体通过下侧槽部83b而从下侧的外周端部73挤出。由于存在于上侧槽部83a的下端部与内周端部74之间的气体、及存在于下侧槽部83b的上端部与内周端部74之间的气体接近内周端部74而存在,故而即使没有槽部83,也能够从内周端部74挤出。
如果按压部件100进一步移动并越过开口部52,按压部件100与图5所示的右侧的第二接合部82接地。通过按压部件100进一步的移动,将存在于右侧槽部83d的周围的气体通过右侧槽部83d从右侧的外周端部73挤出。
在第一接合部81中,在按压部件100移动时,挤出气体,同时压溃第一接合部81的槽部83。由于槽部83被压溃,故而燃料气体或氧化剂气体不会流入第一接合部81。
任何槽部83都在不将开口部52的内侧和外部连通的方式下形成。因此,假如即使槽部83未压溃而残留,开口部52内侧和外部也不会连通,能够可靠地防止燃料气体或氧化剂气体泄漏到外部。
在排气工序中,在使压靠到具有槽部83的第一接合部81的按压部件100从第一接合部81移动时,在按压部件100的移动方向的相反侧的部分,槽部83未压溃而残留,可能在垫片40、60与电解质膜21之间产生气泡。与之相对,在本实施方式中,由于将不具有槽部83的第二接合部82作为按压部件100的接地余量使用,故而即使使压靠的按压部件100移动,也能够防止气泡残留于第二接合部82。
能够抑制气泡残留的结果是,通过垫片40、60包围的区域和垫片40、60的外侧不连通。另外,由于残留的气泡而在垫片40、60上不形成凸部,垫片40、60与隔板的紧密贴合性也降低。因此,能够抑制气泡的残留,防止向催化剂层供给的燃料气体及氧化剂气体泄漏到外部。
但是,已知有在壁纸的粘接层上形成切缝的技术。在贴合壁纸时通过切缝容易挤出气泡,或者使残留的气泡扩散到切缝内而使表面不出现凸部。壁纸的切缝不是有意完全排出气泡而设置的机构,因此,气泡可能从切缝的一端连通到另一端。在作为壁纸的用途的情况下,即使气泡残留于切缝,也为不显眼的水平,不会产生任何障碍。但是,对于垫片40、60而言,气泡从一端连通到另一端会导致向催化剂层供给的燃料气体及氧化剂气体泄漏到外部的问题。因此,对于垫片40、60而言,必须具备将残留于垫片40、60和电解质膜21之间或垫片40、60彼此之间的气泡适当地排出并除去的机构。根据上述的实施方式,能够满足这样的要求。
如以上说明,适用于MEA20的本实施方式的接合片70包含:含有设于片材面方向的槽部83的至少一部分面向片材端部(外周端部73或内周端部74)的第一接合部81、和不具有槽部83的第二接合部82的作为第一片材部件71的垫片40、60;在第一接合部81及第二接合部82层叠于垫片40、60的作为第二片材部件72的电解质膜21。由于槽部83的至少一部分面向片材端部73、74,故而能够将存在于垫片40、60和电解质膜21之间的气体通过槽部83从片材端部73、74挤出。另外,能够将不具有槽部83的第二接合部82作为压靠向层叠方向加压的按压部件100的接地余量而使用。由此,能够提供可抑制气泡残留的接合片70,能够抑制气泡残留的结果是,能够防止向催化剂层22、23供给的燃料气体及氧化剂气体泄漏到外部。
垫片40、60和电解质膜21经由包含接合部件91的粘接层90而层叠。通过设为仅对粘接层90实施槽部83,且在垫片40、60的基材50不存在槽部83的结构,能够防止垫片40、60的机械强度降低。
本实施方式的片材部件的接合方法具有:将作为第一片材部件71的垫片40、60与作为第二片材部件72的电解质膜21重叠,准备层叠片70的工序;在层叠片70的第二接合部82压靠将层叠片70在层叠方向加压的按压部件100的工序;使压靠的按压部件100从第二接合部82向第一接合部81移动的排气工序。由于槽部83的至少一部分面向片材端部73、74,故而在排气工序中,能够将存在于垫片40、60和电解质膜21之间的气体通过槽部83从片材端部73、74挤出。另外,能够将不具有槽部83的第二接合部82作为压靠向层叠方向加压的按压部件100的接地余量而使用。由此,能够提供可抑制气泡残留的片材部件的接合方法,能够抑制气泡残留的结果是,能够防止向催化剂层22、23供给的燃料气体及氧化剂气体泄漏到外部。
在第一接合部81上,在按压部件100移动时,第一接合部81上的槽部83被压溃,故而燃料气体或氧化剂气体不会流入第一接合部81。
槽部83以与使按压部件100移动的方向平行地延伸的方式、与使按压部件100移动的方向交叉地延伸的方式形成,故而能够将存在于垫片40、60和电解质膜21之间的气体通过槽部83从片材端部73、74可靠地挤出。
由于在沿着使按压部件100移动的方向的下游侧位置配置有第二接合部82,故而即使在使按压部件100移动的方向上存在开口部52的情况下,也能够将第二接合部82作为按压部件100的接地余量而使用,能够抑制气泡的残留。
按压部件100是旋转自如的辊部件101,在使按压部件100移动(滚动)的排气工序中,能够将存在于垫片40、60和电解质膜21之间的气体通过槽部83而从片材端部73、74可靠地挤出。
第二片材部件72是形成电极催化剂层的电解质膜21,第一片材部件71是接合于电解质膜21的外周缘的框状的垫片40、60,故而能够抑制垫片40、60和电解质膜21之间的气泡残留,结果是,能够防止向催化剂层22、23供给的燃料气体及氧化剂气体泄漏到外部。
(片材部件的变形例)
图8是表示片材部件的变形例的剖面图。
示例了将第一片材部件71(垫片40、60)和第二片材部件72(电解质膜21)经由包含接合部件91的粘接层90层叠而成的接合片70,但本发明不限于该情况。接合材料也可以不是必须的,而是片材部件自身热融合的方式。
接合片120与上述的实施方式相同,包括:包含具有槽部83的第一接合部81和不具有槽部83的第二接合部82的第一片材部件121;在第一接合部81及第二接合部82层叠于第一片材部件121的第二片材部件122。第一片材部件121及第二片材部件122由可热融合的材料形成。
在该情况下的片材部件的接合方法中,在排气工序之后,还具有将第一片材部件121和第二片材部件122热融合的工序。在热融合的工序中,使用将第一片材部件121及第二片材部件122一边加压一边加热的冲压机123。在进行热融合时,第一接合部81的槽部83被压溃。通过压溃槽部83,气体不会流入第一接合部81。
(槽部83的变形例)
图9是表示槽部83的变形例的剖面图。
槽部83不限于以与使按压部件100移动的方向平行地延伸的方式、与使按压部件100移动的方向交叉地延伸的方式形成的情况。槽部83只要能够将存在于第一片材部件71和第二片材部件72之间的气体从片材端部73、74挤出,则能够以适当的方式形成。例如如图9所示,槽部83(83a~83f)也可以以槽彼此交叉延伸的方式形成。
(按压部件100的变形例)
图10是表示按压部件100的变形例的剖面图。
按压部件100不限于由旋转自如的辊部件101构成的情况。按压部件100只要能够将存在于第一片材部件71和第二片材部件72之间的气体从片材端部73、74挤出,则可由适当的部件构成,例如如图10所示,按压部件100也可以是由叶片材部件102构成的刮刀。
(其它变形例)
作为接合片70,示例了MEA20的垫片40、60和电解质膜21,但显然第一片材部件71、第二片材部件72不限于该情况。能够广泛适用于要求抑制层叠的片材部件71、72间的气泡残留的接合片70。
本申请基于2012年7月27日申请的日本专利申请号2012-167134号,其公开内容被参照并作为整体而编入。

Claims (9)

1.一种接合片,其包含:
第一片材部件,其包含设于片材面方向的槽部的至少一部分面向片材端部的第一接合部、和不具有槽部的第二接合部;
第二片材部件,其在所述第一接合部及所述第二接合部层叠于所述第一片材部件。
2.如权利要求1所述的接合片,其中,
所述第一片材部件和所述第二片材部件经由包含接合部件的粘接层而层叠。
3.一种片材部件的接合方法,其具有:
将包含设于片材面方向的槽部的至少一部分面向片材端部的第一接合部和不具有槽部的第二接合部的第一片材部件与第二片材部件重叠,准备层叠片的工序;
将对所述层叠片向层叠方向加压的按压部件压靠在所述层叠片的所述第二接合部上的工序;
使压靠的所述按压部件从所述第二接合部向所述第一接合部移动的排气工序。
4.如权利要求3所述的片材部件的接合方法,其中,
在所述第一接合部,所述按压部件移动时,所述第一接合部的所述槽部被压溃。
5.如权利要求3所述的片材部件的接合方法,其中,
在所述排气工序之后,还具有将所述第一片材部件和所述第二片材部件热融合的工序,
在进行热融合时,所述第一接合部的所述槽部被压溃。
6.如权利要求3~5中任一项所述的片材部件的接合方法,其中,
所述槽部以与使所述按压部件移动的方向平行地延伸的方式、与使所述按压部件移动的方向交叉地延伸的方式、或槽彼此交叉而延伸的方式形成。
7.如权利要求3~6中任一项所述的片材部件的接合方法,其中,
在沿着使所述按压部件移动的方向的下游侧位置配置有所述第二接合部。
8.如权利要求3~7中任一项所述的片材部件的接合方法,其中,
所述按压部件由旋转自如的辊部件或刮刀部件构成。
9.如权利要求3~8中任一项所述的片材部件的接合方法,其中,
所述第二片材部件是形成电极催化剂层的电解质膜,
所述第一片材部件是接合于所述电解质膜的外周缘的框状的垫片。
CN201380039638.XA 2012-07-27 2013-06-24 燃料电池用垫片、燃料电池用接合片及片材部件的接合方法 Expired - Fee Related CN104487240B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012167134 2012-07-27
JP2012-167134 2012-07-27
PCT/JP2013/067279 WO2014017235A1 (ja) 2012-07-27 2013-06-24 接合シート、およびシート部材の接合方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104487240A true CN104487240A (zh) 2015-04-01
CN104487240B CN104487240B (zh) 2017-08-08

Family

ID=49997052

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380039638.XA Expired - Fee Related CN104487240B (zh) 2012-07-27 2013-06-24 燃料电池用垫片、燃料电池用接合片及片材部件的接合方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9331345B2 (zh)
EP (1) EP2878439B1 (zh)
JP (1) JP5874830B2 (zh)
CN (1) CN104487240B (zh)
CA (1) CA2880160C (zh)
WO (1) WO2014017235A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106992305A (zh) * 2017-03-08 2017-07-28 同济大学 一种燃料电池膜电极边框制备方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6542056B2 (ja) * 2015-07-21 2019-07-10 Nok株式会社 ガスケット
JP6260609B2 (ja) * 2015-12-02 2018-01-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池セル及び燃料電池セルの製造方法
US10089401B2 (en) * 2016-01-12 2018-10-02 Fox Broadcasting Company Method and pluggable system for trend-based allocation of media assets between global and local storage
KR102030142B1 (ko) * 2016-05-17 2019-10-08 현대자동차(주) 연료전지용 프레임 가스켓 및 그 성형방법
JP7056504B2 (ja) * 2018-10-10 2022-04-19 トヨタ自動車株式会社 膜電極接合体プレートの製造装置
DE102019220599A1 (de) * 2019-12-30 2021-07-01 Robert Bosch Gmbh Folie für ein Foliensystem, Folien-MEA System mit Foliensystem, Brennstoffzellenstapel mit Folien-MEA System sowie Verfahren zum Herstellen eines Folien-MEA Systems

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001522522A (ja) * 1997-05-01 2001-11-13 バラード パワー システムズ インコーポレイティド 一体シーリング機能を有する流体分配層を備えるポリマー電解質膜燃料電池
JP2006012677A (ja) * 2004-06-28 2006-01-12 Japan Storage Battery Co Ltd 固体高分子形燃料電池
JP2007030238A (ja) * 2005-07-25 2007-02-08 Shin Etsu Polymer Co Ltd 金属調多層成形体および金属調多層成形体の製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001297782A (ja) 2000-04-11 2001-10-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池
CA2412869C (en) * 2000-06-29 2010-10-05 Nok Corporation Constituent part for fuel cell
JP4035055B2 (ja) * 2001-04-23 2008-01-16 Nok株式会社 燃料電池およびその製造方法
US6716550B1 (en) 2002-12-20 2004-04-06 Ballard Power Systems Inc. Sealing membrane electrode assemblies for electrochemical fuel cells
WO2004061031A1 (ja) 2002-12-27 2004-07-22 Lintec Corporation 粘着シートおよびその製造方法
US7732083B2 (en) 2006-12-15 2010-06-08 3M Innovative Properties Company Gas diffusion layer incorporating a gasket
JP4416038B2 (ja) * 2008-02-21 2010-02-17 トヨタ自動車株式会社 燃料電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001522522A (ja) * 1997-05-01 2001-11-13 バラード パワー システムズ インコーポレイティド 一体シーリング機能を有する流体分配層を備えるポリマー電解質膜燃料電池
JP2006012677A (ja) * 2004-06-28 2006-01-12 Japan Storage Battery Co Ltd 固体高分子形燃料電池
JP2007030238A (ja) * 2005-07-25 2007-02-08 Shin Etsu Polymer Co Ltd 金属調多層成形体および金属調多層成形体の製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106992305A (zh) * 2017-03-08 2017-07-28 同济大学 一种燃料电池膜电极边框制备方法
CN106992305B (zh) * 2017-03-08 2019-10-01 同济大学 一种燃料电池膜电极边框制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9331345B2 (en) 2016-05-03
EP2878439A1 (en) 2015-06-03
US20150214559A1 (en) 2015-07-30
CA2880160C (en) 2016-09-20
CN104487240B (zh) 2017-08-08
CA2880160A1 (en) 2014-01-30
JPWO2014017235A1 (ja) 2016-07-07
EP2878439A4 (en) 2015-07-22
WO2014017235A1 (ja) 2014-01-30
EP2878439B1 (en) 2018-01-17
JP5874830B2 (ja) 2016-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104487240A (zh) 接合片、及片材部件的接合方法
JP4882314B2 (ja) 電解質膜−電極接合体およびその製造方法
CN105142907A (zh) 丝网印刷装置及丝网印刷方法
CN104081572B (zh) 固体高分子燃料电池用膜电极接合体
JP2006338943A (ja) 電解質膜−電極接合体
CA2610424C (en) Electrolyte membrane-electrode assembly and method for production thereof
US9789682B2 (en) Metal mask and screen printing apparatus
US9219282B2 (en) Membrane electrode assembly
CN104508884B (zh) 膜部件层叠装置及其方法
JP2006338941A (ja) 電解質膜−電極接合体
US20230411660A1 (en) Membrane electrode assembly combined roll, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell
JP5700087B2 (ja) 電解質膜−触媒層接合体、これを用いた電解質膜−電極接合体及び固体高分子形燃料電池、触媒層転写フィルム、並びに電解質膜−触媒層接合体の製造方法
JP5583276B2 (ja) 直接酸化型燃料電池
JP2007103291A (ja) 直接メタノール形燃料電池用膜/電極接合体の製造方法
JP5338097B2 (ja) 電解質膜−触媒層接合体、これを用いた電解質膜−電極接合体及び固体高分子形燃料電池、触媒層転写フィルム、並びに電解質膜−触媒層接合体の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170808

Termination date: 20200624