CN110224162B - 装备框架的膜电极组件以及燃料电池 - Google Patents

装备框架的膜电极组件以及燃料电池 Download PDF

Info

Publication number
CN110224162B
CN110224162B CN201910156825.5A CN201910156825A CN110224162B CN 110224162 B CN110224162 B CN 110224162B CN 201910156825 A CN201910156825 A CN 201910156825A CN 110224162 B CN110224162 B CN 110224162B
Authority
CN
China
Prior art keywords
frame
shaped plate
electrode
peripheral portion
electrode assembly
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.)
Active
Application number
CN201910156825.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110224162A (zh
Inventor
江波户穰
石田坚太郎
佐佐木健二
田中广行
鹿野嵩瑛
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.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda 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 Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Publication of CN110224162A publication Critical patent/CN110224162A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110224162B publication Critical patent/CN110224162B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0273—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes with sealing or supporting means in the form of a frame
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004—Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/242—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes comprising framed electrodes or intermediary frame-like gaskets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

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

Abstract

装备框架的膜电极组件(10)包括膜电极组件(10a)和框架构件(24)。框架构件(24)包括第一框形板(24a)和第二框形板(24b)。所述第一框形板(24a)的内周部(24an)与所述膜电极组件(10a)的外周部连接。第一框形板(24a)的内周部(24an)位于阳极(20)的外周部(20c)和阴极(22)的外周部(22c)之间。第二框形板(24b)的内端(24be)在整个周长上位于阳极(20)的外端(20e)的外侧。阴极(22)的外端(22e)在整个周长上位于第二框形板(24b)的内端(24be)的外侧。

Description

装备框架的膜电极组件以及燃料电池
技术领域
本发明涉及一种装备框架的膜电极组件以及一种燃料电池。
背景技术
一般来说，固体聚合物电解质燃料电池采用固体聚合物电解质膜。固体聚合物电解质膜是聚合物离子交换膜。在燃料电池中，阳极设置在固体聚合物电解质膜的一个表面上，阴极则设置在固体聚合物电解质膜的另一个表面上，以分别形成膜电极组件(membraneelectrode assembly,MEA)。
膜电极组件被夹在隔板(双极板)之间以形成发电电池(单位燃料电池)。在使用中，预先确定数量的发电电池堆叠在一起形成燃料电池堆。例如，燃料电池堆被安装在车辆上以作为车内燃料电池堆。
在近年中，为了减小相对昂贵的固体聚合物电解质膜的使用量并保护具有低强度的薄固体聚合物电解质膜，采用了在其外周包括薄膜树脂框架构件的装备框架的MEA(例如参见专利号为No. 8,399,150的美国专利)。
在供应至阳极的反应气体的气压和供应至阴极的反应气体的气压之间差异较大的情况下，当压差施加在薄树脂框架构件时，树脂框架构件可能过度变形，并且树脂框架构件可能遭到非期望的损坏。
发明内容
本发明将上述问题考虑在内，本发明的目的在于提供一种装备树脂框架的膜电极组件以及一种燃料电池，其中，能够在供应到阳极的反应气体的气压和供应到阴极的反应气体的气压之间存在差异时抑制框架构件的变形，并改善所述框架构件的耐久度。
为了实现以上目的，本发明提供一种装备框架的膜电极组件。所述装备框架的膜电极组件包括膜电极组件和框架构件。所述膜电极组件包括电解质膜，设置在所述电解质膜的一个表面上的第一电极，以及设置在所述电解质膜的另一个表面上的第二电极。所述框架构件设置在所述膜电极组件的外周部的整个周长上。所述第二电极的表面尺寸大于所述第一电极的表面尺寸。框架构件包括第一框形板和第二框形板。所述第一框形板的内周部与所述膜电极组件的外周部连接。第一框形板和第二框形板在厚度方向上连接在一起。所述第一框形板的内周部设置在所述第一电极的外周部和所述第二电极的外周部之间。所述第二框形板的内端在整个周长上处于所述第一电极的外端的外侧，并且所述第二电极的外端在整个周长上处于所述第二框形板的内端的外侧。
在根据本发明的装备框架的膜电极组件中，作为更大的电极的所述第二电极的外端在整个周长上处于作为更薄框形板的所述第二框形板的内端的外侧。在该结构中，所述第一框形板的对应于处于所述第一电极的外端和所述第二框形板的内端之间的位置的部分被所述第二电极的外周部支承。在该结构中，在从所述第一电极施加的反应气体的压力高于从所述第二电极施加的反应气体的压力的情况下，可以在存在从所述第一电极施加的压差的情况下抑制框架构件的变形，并且提高框架构件的耐久性。
优选地，所述第一框形板的内周部连接于所述电解质膜的相邻于所述第一电极的外周部的表面。
优选地，所述电解质膜的外端处于所述第一电极的外端的外侧。
优选地，将粘合剂层设置在所述第一框形板的一个整个表面上，通过该粘合剂层将所述第一框形板的外周部连接到所述第二框形板的一个整个表面上，并通过该粘合剂层将所述第一框形板的内周部连接至所述电解质膜的外周部上。
优选地，所述第二电极的外周部覆盖由所述第一框形板的一个表面和所述第二框形板的内端形成的台阶，所述第二电极的外周部还向外延伸而超过所述第二框形板的内端。
优选地，所述第一电极包括在对应于所述第一框形板的内端处的台阶，所述第二电极包括在对应于所述第二框形板的内端处的台阶。
优选地,所述第一电极是阳极,而所述第二电极是阴极。
优选地，所述第一框形板的内周部连接于所述电解质膜的外周部的相邻于所述第二电极的表面。
优选地，从所述电解质膜的厚度方向观察，所述电解质膜的外端和所述第一电极的外端设置在同一个位置处。
优选地，将粘合剂层设置在所述第一框形板的一个整个表面上，通过该粘合剂层将所述第一框形板的外周部连接到所述第二框形板的一个整个表面上，并通过该粘合剂层将所述第一框形板的内周部连接至所述电解质膜的外周部上。
优选地，在所述第一电极的外端和所述第二框形板的内端之间形成间隙。
优选地,所述第一电极是阳极,而所述第二电极是阴极。
优选地，所述第一框形板的内周部在与所述第二框形板侧的相反侧的表面上连接于所述电解质膜的与所述第一电极相邻的外周部的表面。
优选地，从所述膜电极组件的厚度方向观察，所述电解质膜的外端和所述第二电极的外端处于同一个位置。
优选地，通过设置在所述第一框形板的一个表面上的第一粘合剂层来将所述第一框形板的外周部连接至所述第二框形板的一个表面，通过设置在所述第一框形板的另一个表面上的第二粘合剂层来将所述第一框形板的内周部连接至所述电解质膜的外周部。
优选地，在整个周长上，在所述第一电极的外端和所述第二框形板的内端之间形成间隙。
优选地,所述第一电极是阳极,而所述第二电极是阴极。
此外，本发明还提供一种包括装备框架的膜电极组件和分别设置在所述装备框架的膜电极组件的两侧的隔板的燃料电池。装备框架的膜电极组件包括膜电极组件和设置在所述膜电极组件的外周部的整个周长上的框架构件。所述膜电极组件包括电解质膜，设置在所述电解质膜的一个表面上的第一电极，以及设置在所述电解质膜的另一个表面上的第二电极。所述第二电极的表面尺寸大于所述第一电极的表面尺寸。框架构件包括第一框形板和第二框形板，所述第一板形件的内周部与所述膜电极组件的外周部连接。
所述第一框形板和所述第二框形板在厚度方向上连接在一起，所述第一框形板的内周部设置在所述第一电极的的外周部和所述第二电极的外周部之间，所述第二框形板的内周部在整个周长上位于所述第一电极的外端和所述第一框形板的内端的外侧，而所述第二电极的外端在整个周长上位于所述第二框形板的内端的外侧。
优选地，胎圈密封件(bead seal)与每个隔板一体地形成并朝向所述框架构件突出，以防止反应气体的泄漏，而框架构件的第一框形板和第二框形板重叠在一起的重叠区域在厚度方向上从两侧被保持在其中一个隔板的胎圈密封件和另一个隔板的胎圈密封件之间。
附图说明
结合附图，通过以下描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显，在附图中，通过说明性示例示出了本发明的优选实施例。
图1示出了根据本发明的第一实施例的发电电池的主要部件的分解透视图；
图2为沿图1的II-II线截取的发电电池的截面图；
图3是示出燃料电池系统的整体示意图；
图4示出了根据本发明的第二实施例的发电电池的截面图；以及
图5示出了根据本发明的第三实施例的发电电池的截面图。
具体实施方式
<第一实施方式>
如图1和2所示，根据本发明的第一实施例的发电电池(燃料电池)12包括装备框架的膜电极组件10(以下称为“装备框架的 MEA 10”)，以及分别设置在所述装备框架的MEA10的两侧的第一隔板14和第二隔板16。例如，发电电池12是横向伸长(或纵向伸长) 的长方形固体聚合物电解质燃料电池。多个发电电池12在以箭头A 示出的水平方向上堆叠在一起，或在以箭头C示出的重力方向上堆叠在一起，以形成燃料电池堆11a。例如，所述燃料电池堆11a在燃料电池电动车(未示出)中被安装成车内燃料电池堆。
在发电电池12中，装备框架的MEA 10被夹在第一隔板14 和第二隔板16之间。第一隔板14和第二隔板16均具有横向伸长(或纵向伸长)的长方形形状。例如，第一隔板14和第二隔板16均为钢板，不锈钢板，铝板，厚钢板，通过表面处理而具有抗腐蚀表面的金属板，碳构件等。
装备长方形框架的MEA 10包括膜电极组件10a(下文也称“MEA 10a”)。MEA 10a包括电解质膜18，设置在所述电解质膜18 的一个表面上的阳极20，以及设置在所述电解质膜18的另一个表面上的阴极22。在第一实施例中，阳极20指的是本发明的“第一电极”，而阴极22指的是本发明的“第二电极”。
例如，电解质膜18是固体聚合物电解质膜(阳离子交换膜)。固体聚合物电解质膜例如通过用水浸渍全氟磺酸(perfluorosulfonic acid)薄膜形成。电解质膜18插入到阳极20和阴极22之间。氟基电解质可以用作电解质膜18。或者，可以使用基于HC(烃)的电解质作为电解质膜18。电解质膜18的外端18e位于阳极20的外端20e。
阳极20的表面尺寸(外尺寸)小于电解质膜18和阴极22 的表面尺寸。因此，阳极20的外端在整个周长上位于电解质膜18的外端18e以及位于阴极22的外端22e的内侧。
如图2所示，阳极20包括与所述电解质膜18的一个表面 18a连接的第一电极催化剂层20a，以及堆叠在所述第一电极催化剂层20a上的第一气体扩散层20b。第一电极催化剂层20a的表面尺寸和第一气体扩散层20b的表面尺寸是相同的，并且均小于电解质膜18 和阴极22的表面尺寸。
阴极22的表面尺寸大于电解质膜18和阳极20的表面尺寸。阴极22的外端22e在整个周长上位于阳极20的外端20e的外侧。
阴极22包括与电解质膜18的表面18b连接的第二电极催化剂层22a，以及堆叠在第二电极催化剂层22a上的第二气体扩散层22b。第二电极催化剂层22a的表面尺寸，第二气体扩散层22b的表面尺寸，和电解质膜18的表面尺寸是相同的。应当注意的是，第二电极催化剂层22a和第二气体扩散层22b的表面尺寸可以大于电解质膜18的表面尺寸。
例如，通过和离子导体聚合物粘结剂一起均匀地沉积在第一气体扩散层20b上的多孔碳颗粒以及支承在多孔碳颗粒上的铂合金形成第一电极催化剂层20a。例如，通过和离子导体聚合物粘结剂一起均匀地沉积在第二气体扩散层22b上的多孔碳颗粒以及支承在多孔碳颗粒上的铂合金形成第二电极催化剂层22a。
第一气体扩散层20b和第二气体扩散层22b均包碳纸或碳布等。第二气体扩散层22b的表面尺寸大于第一气体扩散层20b的表面尺寸。第一电极催化剂层20a和第二电极催化剂层22a分别形成在电解质膜18的两个表面。
装备框架的MEA 10绕着电解质膜18的整个外周形成，并包括与阳极20和阴极22连接的长方形框架构件24。框架构件24包括两个框形板。特别地，框架构件24包括第一框形板24a和第二框形板24b。第一框形板24a包括与MEA 10a的外周部连接的内周部 24an。第二框形板24b与第一框形板24a连接。
第一框形板24a和第二框形板24b通过由粘合剂24d制得的粘合剂层24c而在整个周长(在与第一框形板24a相邻的第二框形板24b的整个表面)上连接。第二框形板24b连接至第一框形板24a的外周部。在该结构中，所述框架构件24的外周部24g厚于所述框架构件24的内周部(所述第一框形板24a的内周部24an)。
第一框形板24a和第二框形板24b由树脂材料制得。第一框形板24a和第二框形板24b的材料的例子包括PPS(聚苯硫醚)，PPA (聚邻苯二甲酰胺)，PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)，PES(聚醚砜)， LCP(液晶聚合物)，PVDF(聚偏二氟乙烯)，有机硅树脂，氟树脂，m-PPE(改性聚苯醚)树脂，PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)， PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)或改性聚烯烃。
第一框形板24a的内周部24an设置在阳极20的外周部20c 和阴极22的外周部22c之间。特别地，第一框形板24a的内周部24an 插入阳极20的外周部20c和电解质膜18的外周部18c之间。第一框形板24a的内周部24an连接至电解质膜18的面对阳极20的表面18a。第一框形板24a的内周部24an和电解质膜18的外周部18c通过粘合剂层24c连接在一起。第一框形板24a的内周部24an包括重叠部24ak，在MEA 10a的厚度方向上观察，所述重叠部24ak与阳极20的外周部20c重叠。在粘合剂层24c连接至电解质层18的表面18b的情况下(未示出)，第一框形板24a的内周部24an可以插入电解质膜18 和阴极22之间。
在与第一框架状板24a的内端24ae对应的位置处的阳极20 设置有台阶。更具体地，阳极20具有倾斜区域21c，所述倾斜区域 21c在阳极20与第一框形板24a的内周部24an重叠的区域21a以及阳极20与电解质膜18重叠的区域21b之间，从电解质膜18处倾斜。因此，在倾斜区域21c，第一电极催化剂层20a和第一气体扩散层20b 均从电解质膜18处倾斜。
在阳极20中，相比于与电解质膜18重叠、与第一隔板14 相邻的区域21b的表面，与第一框形板24a的内周部24an重叠、与第一隔板14相邻的区域21a的表面和电解质膜18间隔开来。
在与第二框架状板24b的内端24be对应的位置处的阴极22 设置有台阶。更具体地，阴极22具有倾斜区域23c，所述倾斜区域 23c从第一框形板24a处倾斜，并处于阴极22与第二框形板24b的内周部重叠的区域23a和阴极22与电解质膜18的外周部重叠的区域 23b之间。因此，在倾斜区域23c，第二电极催化剂层22a和第二气体扩散层22b均从电解质膜18处倾斜。阴极22的外周部22c覆盖由第一框形板24a的一个表面(表面24as)和所述第二框形板24b的内端24be形成的台阶，所述外周部22c还向外延伸而超过所述第二框形板24b的内端24be。在阴极22中，相比于与电解质膜18重叠、与第二隔板16相邻的区域23b的表面，与第二框形板24b的内周部重叠、与第二隔板16相邻的区域23a的表面和第一框形板24a间隔开来。
阴极22还可以在对应于阳极20的倾斜区域21c的位置处具有倾斜区域。即，阴极22可以在与第一框形板24a的内周部24an重叠的区域和与电解质膜18重叠的区域之间具有从电解质膜18倾斜的倾斜区域(在与倾斜区域21c相反的方向上倾斜的区域)。
替代于采用上述结构，阳极20在从与电解质膜18重叠的区域21b到与第一框形板24a的内周部24an重叠的区域21a具有平坦的形状，而阴极22则在与电解质膜18重叠的区域23b和与第一框形板24a的内周部24an重叠的区域23a之间具有从电解质膜18处倾斜的倾斜区域。
第二框形板24b连接至第一框形板24a的外周部。第二框形板24b的厚度T2大于第一框形板24a的厚度。应当注意的是，第一框形板24a和第二框形板24b的厚度可以是相同的。第二框形板24b 的内端24be在整个周长上位于第一框形板24a的内端24ae的外侧(在远离MEA 10a的方向上)。
第二框形板24b的内端24be在整个周长上位于阳极20的外端20e的外侧，并且位于第一框形板24a的内端24ae的外侧。第二框形板24b的内端24be位于电解质膜18的外端18e的内侧。第二框形板24b的内侧24be可以位于电解质膜18的外端18e的外侧。阴极22 的外端22e在整个周长上位于第二框形板24b的内端24be的外侧。因此，从MEA 10a的厚度方向上观察，阴极22的外周部22c具有与第二框形板24b的内周部重叠的重叠部22k。
粘合剂层24c设置在第一框形板24a的与第二框形板24b相邻(阴极侧)的整个表面24as上。第一框形板24a的外周部通过粘合剂层24c而与第二框形板24b的一个整个表面连接。第一框形板24a 的内周部24an和电解质膜18的外周部18c通过粘合剂层24c连接在一起。例如提供液体粘合剂或热熔片作为粘合剂层24c的粘合剂24d。粘合剂不限于液体或固体粘合剂，也不限于热塑性或热固性粘合剂，等等。
阳极20、第一框形板24a和阴极22重叠在一起的重叠部K 被保持在第一隔板14向阳极20突出的脊状物39和第二隔板16向阴极22突出的脊状物37之间。重叠部K可以保持在为第一隔板14设置的胎圈密封件(bead seal)和为第二隔板16设置的胎圈密封件之间。
如图1所示，在发电电池12的由箭头B表示的水平方向上的一端处，设置有含氧气体供应通道30a、冷却剂供应通道32a和燃料气体排出通道34b。含氧气体供应通道30a、冷却剂供应通道32a 和燃料气体排出通道34b在由箭头A表示的堆叠方向上延伸穿过发电电池12。含氧气体通过含氧气体供应通道30a供应，而冷却剂通过冷却剂供应通道32a供应。诸如含氢气体的燃料气体通过燃料气体排出通道34b排出。含氧气体供应通道30a、冷却剂供应通道32a和燃料气体排出通道34b沿箭头C所示的竖直方向被布置。
在发电电池12的由箭头B表示的水平方向上的另一端处，设置有用于供应燃料气体的燃料气体供应通道34a，用于排出冷却剂的冷却剂排出通道32b，以及用于排出含氧气体的含氧气体排出通道 30b。燃料气体供应通道34a、冷却剂排出通道32b和含氧气体排出通道30b在由箭头A表示的堆叠方向上延伸穿过发电电池12。燃料气体供应通道34a、冷却剂排出通道32b和含氧气体排出通道30b沿箭头C所示的竖直方向来被布置。
第一隔板14在其面对装备框架的MEA 10的表面14a上具有燃料气体流动区域38。燃料气体流动区域38连接燃料气体供应通道34a和燃料气体排出通道34b。特别地，燃料气体流动区域38形成在第一隔板14和装备框架的MEA 10之间。燃料气体流动区域38包括在由箭头B表示的方向上延伸的直流槽(或波浪形流动槽)。
第二隔板16在其面对装备框架的MEA 10的表面16a上具有含氧气体流动区域36。含氧气体流动区域36连接含氧气体供应通道30a和含氧气体排出通道30b。特别地，含氧气体流动区域36形成在第二隔板16和装备框架的MEA 10之间。含氧气体流动区域36包括在由箭头B表示的方向上延伸的多个直流槽(或波浪形流动槽)。
冷却剂流动区域40形成在第一隔板14的表面14b和第二隔板16的表面16b之间。冷却剂流动区域40连接冷却剂供应通道32a 和冷却剂排出通道32b。冷却剂流动区域40在由箭头B表示的方向上延伸。
如图2所示，形成燃料气体流动区域38的多个脊状物39设置在第一隔板14的表面14a(面对装备框架的MEA 10的表面)上。脊状物39向阳极20突出并与阳极20接触。形成含氧气体流动区域 36的多个脊状物37设置在第二隔板16的表面16a(面对装备框架的 MEA 10的表面)上。脊状物37向阴极22突出并与阴极22接触。 MEA 10a被保持在脊状物37,39之间。
多个胎圈密封件42以围绕第一隔板14的外周部的方式设置在第一隔板14的表面14a上，用以防止燃料气体泄漏到外部。通过冲压成型来形成胎圈密封件42以使其朝向框架构件24膨胀。内侧的胎圈密封件42围绕燃料气体流动区域38、燃料气体供应通道34a和燃料气体排出通道34b而形成，同时允许燃料气体流动区域38与燃料气体供应通道34a和燃料气体排出通道34b连接。虽然在本实施例中设置有两个胎圈密封件42，但也可以仅设置一个胎圈密封件42。
通过印刷、涂覆等将树脂构件43(或橡胶构件)粘附在每个胎圈密封件42的脊状物的前端表面。胎圈密封件42以气密或液密的形式通过树脂构件43而与第一框形板24a(的与第二框形板24b 重叠的区域)接触。树脂构件43可以粘附在第一框形板24a上。
替代于胎圈密封件42，可以设置弹性固体密封件用于第一隔板14，所述弹性固体密封件朝向框架构件24突出。
在第一隔板14和框架构件24之间、胎圈密封件42内侧 (MEA 10a侧)形成的通道38a连接到燃料气体流动区域38。因此，将燃料气体供应至通道38a。
胎圈密封件44以围绕第二隔板16的外周部的方式设置在第二隔板14的表面16a上，用以防止含氧气体泄漏到外部。通过冲压成型来形成胎圈密封件44以使其朝向框架构件24膨胀。内侧的胎圈密封件44围绕含氧流动区域36、含氧气体供应通道30a和含氧气体排出通道30b而形成，同时允许含氧气体流动区域36与含氧气体供应通道30a和含氧气体排出通道30b连接。虽然在本实施例中设置有两个胎圈密封件44，但也可以仅设置一个胎圈密封件44。
通过印刷、涂覆等将树脂构件45(或橡胶构件)粘附在胎圈密封件44的脊状物的前端表面。胎圈密封件44以气密或液密的形式通过树脂构件45而与第二框形板24b(的与第一框形板24a重叠的区域)接触。树脂构件45可以粘附在第二框形板24b上。
替代于胎圈密封件44，可以设置弹性固体密封件用于第二隔板16，所述弹性固体密封件朝向框架构件24突出。
例如，聚酯纤维，硅树脂，EPDM(三元乙丙橡胶)，FKM (氟橡胶)等被用于树脂构件43,45。树脂构件43,45不是必须的,可以不设置(在这种情况下,胎圈密封件42直接与第一框形板24a接触，而胎圈密封件44直接与第二框形板24b接触)。
胎圈密封件42和胎圈密封件44透过框架构件24而彼此相对。框架构件24的外周部(即第一框形板24a和第二框形板24b彼此重叠的区域)被保持在第一隔板14的胎圈密封件42和第二隔板16 的胎圈密封件44之间。在第一隔板14和第二隔板16均设置有上述固体密封件的情况下，框架构件24的外周部(即第一框形板24a和第二框形板24b彼此重叠的区域)被保持在第一隔板14的固体密封件和第二隔板16的固体密封件之间。
在第二隔板16和框架构件24之间、胎圈密封件44内侧 (MEA 10a侧)形成的通道36a连接到含氧气体流动区域36。因此，将含氧气体供应至通道36a。
在图3中，燃料电池系统11包括上述的燃料电池堆11a，用于将含氧气体供应至燃料电池堆11a的含氧气体供应设备50，用于将燃料气体供应至燃料电池堆11a的燃料气体供应设备52以及用于将冷却剂供应至燃料电池堆11a的冷却剂供应设备54。
含氧气体供应装置50包括通过为燃料电池堆11a设置的含氧气体供应歧管58a来连接到含氧气体供应通道30a(见图1)的氧气体供应管64a，和通过为燃料电池堆11a设置的含氧气体排出歧管 58b来连接到含氧气体排出通道30b(见图1)的含氧气体排出管64b。设置用于含氧气体供应管64a的空气泵66。背压调节阀68设置在含氧气体排出管64b中。
为含氧气体供应管64a和含氧气体排出管64b提供加湿器67。加湿器67的结构不受特别限制，只要加湿器67可以加湿供应给燃料电池堆11a的空气即可。在含氧空气供应管64a中，在加湿器67的上游设置有空气泵66。在含氧气体排出管64b中，背压调节阀68设置在加湿器67的下游。燃料电池系统11的控制单元70控制空气泵 66的运行速度和背压调节阀68的阀开度中的至少一个，以控制流过含氧气体流动区域36的含氧气体的压力和流量。
燃料气体供应设备52包括通过为燃料电池堆11a设置的燃料气体供应歧管60a来连接到燃料气体供应通道34a(参见图1)的燃料气体供应管72a，以及通过为燃料电池堆11a设置的燃料气体排出歧管60b来连接到燃料气体排出通道34b(参见图1)的燃料气体排出管72b。
用于存储高压氢气的氢气罐74设置在燃料供应管72a的上游。在燃料气体供应管72a中，在燃料气体供应歧管60a和氢气罐74 之间设置有停止阀76，调节阀77和排出器78。氢气循环通道80连接至排出器78和燃料气体排出管72b。用于氢气循环的氢气泵82设置在氢气循环管道80中。控制单元70控制氢气泵82的驱动速度来控制流过燃料气体流动区域38的燃料气体的流动速度。
冷却剂供应设备54包括用于循环冷却剂并将冷却剂供应至燃料电池堆11a的冷却剂循环通道84。冷却剂循环通道84通过为燃料堆垛11a设置的冷却剂供应歧管62a来连接至冷却剂供应通道32a (参见图1)。冷却剂循环通道84通过冷却剂排出歧管62b来连接至冷却剂排出通道32b(参见图1)。为冷却剂循环通道84设置散热器 86和冷却剂泵88。
将在以下描述包括具有上述结构的发电电池12(燃料电池堆11a)的燃料电池系统11的运行。
如图3所示，在含氧气体供应装置50中，在空气泵66的运行下将空气供应至含氧气体供应管64a。在空气流过加湿器67后，空气被加湿，并经由含氧空气供应歧管58a而供应至含氧空气供应通道 30a(参见图1)。加湿器67将水和从含氧气体排出歧管58b排出的热量添加到待供应的空气中。同时，在燃料气体供应设备52中，在停止阀76的运行下，燃料气体从氢气罐74供应至燃料气体供应管72a。在此刻，由调节阀77调节(降低)气压的燃料气体和来自氢气泵82 的燃料气体在喷射器78处合并，然后燃料气体被引导至燃料气体供应歧管60a。燃料气体经由燃料气体供应歧管60a被供应至燃料气体供应通道34a(参见图1)。此外，在冷却剂供应设备54中，在冷却剂泵88的运行下，冷却剂从冷却剂循环通道84供应至冷却剂供应通道32a(参见图1)。此刻，冷却剂从冷却剂供应歧管62a供应至设置在燃料电池堆11a中的冷却剂流动区域40。在冷却剂流过冷却剂流动区域40后，冷却剂从冷却剂排出歧管62b排放至燃料电池堆11a 外侧的冷却剂循环通道84。然后，在冷却剂被散热器86冷却后，冷却剂被冷却剂泵88再次供应至冷却剂供应歧管62a。
因此，如图1所示，含氧气体被供应至含氧气体供应通道30a，而诸如氢气的燃料气体则被供应至燃料气体供应通道34a。此外，诸如纯水、乙二醇或油的冷却剂被供应至冷却剂供应通道32a。
因此，含氧气体从含氧气体供应通道30a流到第二隔板16 的含氧气体流动区域36中，并由箭头B表示的方向上移动，然后含氧气体被供应至MEA 10a的阴极22。同时，燃料气体从燃料气体供应通道34a流动至第一隔板14的燃料气体流动区域38。燃料气体沿着燃料气体流动区域38而在由箭头B表示的方向上移动，然后燃料气体被供应至MEA 10a的阳极20。
因此，在MEA 10a中，含氧气体被供应至阴极22，而被供应至阳极20的燃料气体部分地在第二电极催化剂层22a和第一电极催化剂层20a的中被电化学反应消耗以产生电能。
在这种情况下，供应至燃料气体流动区域38的第一反应气体(燃料气体)的气压比供应至含氧气体流动区域36的第二反应气体(含氧气体)的气压高。在图2中，第一反应气体流过形成在第一隔板14和框架构件24之间的通道38a。因此，第一反应气体的气压高于第二反应气体的气压。因此，压差P在从第一框形板24a朝向第二框形板24b的(即从第一隔板14朝向第二隔板16的)方向上施加在设置在通道36a和通道38a之间的框架构件24上。优选地，压差P 是5至300千帕(kPa)，更优选地，是10至200千帕(kPa)。
然后，在图1中，供应至阴极22并被部分地消耗的含氧气体在由箭头A表示的方向上沿含氧气体排出通道30b排出。类似地，供应至阳极20并被部分地消耗的燃料气体在由箭头A表示的方向上沿燃料气体排出通道34b排出。流经燃料排出通道34b的燃料气体从燃料气体排出歧管60b排出。
此外，供应至冷却剂供应通道32a的冷却剂流动至第一隔板 14和第二隔板16之间的冷却剂流动区域40，然后冷却剂在由箭头B 表示的方向上流动。在冷却剂对MEA 10a进行冷却之后，冷却剂通过冷却剂排出通道32b排出。
根据第一实施例的发电电池12和装备框架的MEA 10具有以下优点。
在装备框架的MEA 10中，较大电极(阴极22)的外端在整个周长上位于具有较大内周的框形板(第二框形板24b)的内端的外侧。在该结构中，第一框形板24a的对应于在阳极20的外端20e和第二框形板24b的内端24be之间位置处的部分(第一框形板24a的不与第二框形板24b重叠的部分)由阴极22的外周部22c支承。因此，可以在存在从阳极施加压差的情况下抑制框架构件24的变形，并且提高框架构件24的耐久性。
在发电电池12中，胎圈密封件42,44与第一隔板14和第二隔板16中的每一个一体地形成。胎圈密封件42,44向框架构件24突出以防止反应气体的泄漏。第一隔板14的胎圈密封件42和第二隔板 16的胎圈密封件44在厚度方向上从两侧被保持在框架构件24的第一框形板24a和第二框形板24b重叠的位置。在该结构中，相对较厚的框架构件24的外周部被保持在胎圈密封件42,44之间。因此，可以得到合适的密封表面压力。此外，由于相对较薄的框架构件24的内周部位于阳极20和阴极22之间，可以有效地抑制框架构件24和MEA 10a之间的连接部的厚度。
<第二实施方式>
如图4所示，根据本发明的第二实施例的发电电池(燃料电池)112包括装备树脂框架的膜电极组件110(以下称为“装备框架的 MEA 110”)，以及设置在所述装备框架的MEA110的两侧的第一隔板14和第二隔板16。在以下描述中，假设第二实施例的未特别提及的组成元件具有与第一实施例的具有相同名称的组成元件相同的结构。
装备框架MEA 110的具有矩形形状，并包括膜电极组件 110a(下文称为“MEA110a”)和连接至MEA 110a的外周部的框架构件24。MEA 110a包括电解质膜18，设置在所述电解质膜18的一个表面18a上的阳极120，以及设置在所述电解质膜18的另一个表面 18b上的阴极122。在第二实施例中，阳极120是本发明的“第一电极”，而阴极122是本发明的“第二电极”。在MEA 110a的厚度方向上观察，电解质膜18的外端18e和阳极120的外端120e设置在同样的位置处。
阳极120包括与所述电解质膜18的一个表面18a连接的第一电极催化剂层120a，以及堆叠在所述第一电极催化剂层120a之上的第一气体扩散层120b。阳极120在整个表面上与电解质膜18平行。
阴极122包括与电解质膜18的表面18b连接的第二电极催化剂层122a，以及堆叠在第二电极催化剂122a层上的第二气体扩散层122b。阴极122的表面尺寸大于电解质膜18和阳极120的表面尺寸。因此，阴极122的外端122e在整个周长上位于阳极120的外端 120e的外侧。
在与第一框架状板24a的内端24ae对应的位置处阴极122 设置有台阶。更具体地，阴极122具有倾斜区域123c，所述倾斜区域 123c在阴极122与第一框形板24a的内周部24an重叠的区域123a以及阴极122与电解质膜18的外周部18c重叠的区域123b之间，从电解质膜18处倾斜。在阴极122中，相比于与电解质膜18重叠、与第二隔板16相邻的区域123b的表面，与第一框形板24a的内周部24an 重叠、与第二隔板16相邻的区域123的表面b和电解质膜18间隔开来。
阴极122的外端122e在整个周长上设置在第二框形板24b 的内端24be的外侧。因此,在MEA 110a的厚度方向上观察，阴极122 的外周部122c包括在整个周长上与第二框形板24b的内周部重叠的重叠部122k。
在第二实施例中，第一框形板24a包括具有与第二框形板 24b相同的或更小的厚度(即具有更小的内周部)的框形板，所述第一框形板24a与阴极(第二隔板16)相邻地设置，而第二框形板24b 包括具有更大的厚度的框形板，所述第二框形板24b与阳极(第一隔板14)相邻地设置。第一框形板24a的内周部24an位于阳极120的外周部120c和阴极122的外周部122c之间。
第一框形板24a和第二框形板24b通过粘合剂层24c而在整个周长(在第二框形板24b的与第一框形板24a相邻的整个表面)上连接在一起。第一框形板24a的内周部24an通过粘合剂层24c而与电解质膜18的与阴极122相邻的外周部18c的表面连接。第一框形板24a的内周部24an和电解质膜18的外周部18c通过粘合剂层24c 连接在一起。
第二框形板24b的内端24be在整个周长上位于阳极120的外端120e的外侧。因此，在整个周长上，在所述阳极120的外端120e 和所述第二框形板24b的内端24be之间形成间隙G。
如上所述，在根据第二实施例的装备框架的MEA 110和发电电池112中，更大电极(阴极122)的外端在整个周长上位于更薄框形板(第二框形板24b)的内端的外侧。在该结构中，第一框形板 24a的对应于在阳极120的外端120e和第二框形板24b的内端24be 之间的位置的部分(第一框形板24a的不与第二框形板24b重叠的部分)由阴极122的外周部122c支承。因此，以与第一实施例同样的方式，在第二实施例中可以当存在从阳极施加压差的情况下抑制框架构件24的变形，并且提高框架构件24的耐久性。因此，在第二实施例中，与第一实施例的结构相同的结构提供与第一实施例的情况相同的优点。
<第三实施方式>
如图5所示，根据本发明的第三实施例的发电电池(燃料电池)212包括装备树脂框架的膜电极组件210(以下称为“装备框架的MEA 210”)，以及设置在所述装备框架的MEA210的两侧的第一隔板14和第二隔板16。在以下描述中，假设第三实施例的未特别提及的组成元件具有与第一实施例的具有相同名称的组成元件相同的结构。
装备框架MEA 210具有矩形形状，并包括膜电极组件210a(下文称为“MEA 210a”)和连接至MEA 210a的外周部的框架构件224。MEA 210a包括电解质膜18，设置在所述电解质膜18的一个表面18a上的阳极220，以及设置在所述电解质膜18的另一个表面18b上的阴极222。在第三实施例中，阳极220是“第一电极”，而阴极222是“第二电极”。在MEA 210a的厚度方向上观察，电解质膜18 的外端18e和阴极222的外端222e设置在同样的位置处。
阳极220包括与所述电解质膜18的一个表面18a连接的第一电极催化剂层220a，以及堆叠在所述第一电极催化剂层220a之上的第一气体扩散层220b。在与第一框架状板24a的内端24ae对应的位置处的阳极220设置有台阶。更具体地，阳极220具有倾斜区域 221c，所述倾斜区域221c在阳极220与第一框形板24a的内周部24an 重叠的区域221a以及阳极220与电解质膜18重叠的区域221b之间，从电解质膜18处倾斜。因此，在倾斜区域221c，第一电极催化剂层 220a和第一气体扩散层220b均从电解质膜18处倾斜。
在阳极220中，相比于与电解质膜18重叠、与第一隔板 14相邻的区域221b的表面，与第一框形板24a的内周部24an重叠、与第一隔板14相邻的区域221a的表面和电解质膜18间隔开来。
阴极222包括与电解质膜18的表面18b连接的第二电极催化剂层222a，以及堆叠在第二电极催化剂222a层上的第二气体扩散层222b。阴极222的表面尺寸大于阳极220的表面尺寸。因此，阴极222的外端222e在整个周长上位于阳极220的外端220e的外侧。电解质膜18的表面尺寸和阴极222的表面尺寸是相同的。
阴极222在从与第一框形板24a的内周部24an重叠的区域223a到电解质膜18的内侧的部分上具有平坦的形状。
阴极222的外端222e在整个周长上位于第二框形板24b 的内端24be的外侧。因此,在MEA 210a的厚度方向上观察，阴极222 的外周部222c包括在整个周长上与第二框形板24b的内周部重叠的重叠部222k。
在第三实施例中，第一框形板24a包括具有与第二框形板24b相同的或更小的厚度(即具有更小的内周部)的框形板，所述第一框形板24a与阴极(第二隔板16)相邻地设置，而第二框形板 24b包括具有更大的厚度的框形板，所述第二框形板24b与阳极(第一隔板14)相邻地设置。第一框形板24a的内周部24an位于阳极220 的外周部220c和阴极222的外周部222c之间。
通过第一粘合剂层24e，第一框形板24a和第二框形板 24b在整个周长上连接在一起。特别地，第一框形板24a的外周部通过设置在第一框形板24a的一个表面上的第一粘合剂层24e而与第二框形板24b的整个表面连接。第一粘合剂层24e围绕第一框形板24a 的一个表面的外周部来设置成框形。第一粘合剂层24e的内端24en 位于阳极220的外端220e的外侧，并且位于第二框形板24b的内端 24be的内侧。
第一框形板24a的内周部24an通过第二粘合剂层24f而与电解质膜18的相邻于阳极220的外周部18c的表面18a连接。通过设置在第一框形板24a的另一表面(与第二框形板24b侧的相反侧的表面)上的第二粘合剂层24f，第一框形板24a的内周部24an与电解质膜18的相邻于阳极220的外周部18c的表面连接。
第二框形板24b的内端24be在整个周长上位于阳极220 的外端220e的外侧。因此，在整个周长上，在所述阳极220的外端 220e和所述第二框形板24b的内端24be之间形成间隙G。
如上所述，在根据第三实施例的装备框架的MEA 210和发电电池212中，更大电极(阴极222)的外端在整个周长上位于更薄框形板(第二框形板24b)的内端24be的外侧。在该结构中，第一框形板24a的对应于在阳极220的外端220e和第二框形板24b的内端24be之间的位置的部分(第一框形板24a的不与第二框形板24b 重叠的部分)由阴极222的外周部222c支承。因此，以与第一实施例同样的方式，在第三实施例中可以当存在从阳极施加的反应气体的压差的情况下抑制框架构件224的变形，并且提高框架构件224的耐久性。因此，在第三实施例中，与第一实施例的结构相同的结构提供与第一实施例的情况相同的优点。
但是，本发明不限于上述实施例。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以进行各种修改。

Claims (23)

1.一种装备框架的膜电极组件(10,110,210)，其包括：
所述膜电极组件(10a,110a,210a)包括电解质膜(18)，设置在所述电解质膜(18)的一个表面上的第一电极(20,120,220)，以及设置在所述电解质膜(18)的另一个表面上的第二电极(22,122,222)；以及
设置在所述膜电极组件(10a,110a,210a)的外周部的整个周长上的框架构件(24,224)；
其中，所述第二电极(22,122,222)的表面尺寸大于所述第一电极(20,120,220)的表面尺寸；
所述框架构件(24,224)包括第一框架形板(24a)和第二框架形板(24b)；
所述第一框架形板(24a)的内周部与所述膜电极组件(10a,110a,210a)的外周部连接；
所述第一框架形板(24a)和所述第二框架形板(24b)在厚度方向上连接在一起；
所述第一框架形板(24a)的内周部设置在所述第一电极(20,120,220)的外周部和所述第二电极(22,122,222)的外周部之间；
所述第二框架形板(24b)的内端在整个周长上位于所述第一电极(20,120,220)的外端的外侧；
所述第二电极(22,122,222)的外端在整个周长上位于所述第一框架形板(24a)的内端(24ae)和所述第二框架 形板(24b)的内端(24be)的外侧；以及
所述第一框架形板(24a)的内端(24ae)位于所述第一电极(20,1 20,220)的外端和所述第二电极(22,122,222)的外端的内侧。
2.根据权利要求1所述的装备框架的膜电极组件(10)，其中所述第一框架形板(24a)的内周部连接至所述电解质膜(18)的相邻于所述第一电极(20)的外周部的表面。
3.根据权利要求2所述的装备框架的膜电极组件(10)，其中所述电解质膜(18)的外端位于所述第一电极(20)的外端的外侧。
4.根据权利要求2所述的装备框架的膜电极组件(10)，其中粘合剂层(24c)设置在所述第一框架形板(24a)的整个表面上；
所述第一框架形板(24a)的外周部通过所述粘合剂层(24c)而与所述第二框架 形板(24b)的一个整个表面连接；以及
所述第一框架形板(24a)的内周部和所述电解质膜(18)的外周部通过所述粘合剂层(24c)连接在一起。
5.根据权利要求2所述的装备框架的膜电极组件(10)，其中所述第二电极(22)的外周部覆盖由所述第一框架形板(24a)的一个表面和所述第二框架 形板(24b)的内端形成的台阶，所述第二电极(22)的外周部还向外延伸而超过所述第二框架 形板(24b)的内端。
6.根据权利要求2所述的装备框架的膜电极组件(10)，其中所述第一电极(20)包括在对应于所述第一框架形板(24a)的内端的位置处的台阶；并且
所述第二电极(22)包括在与对应于第二框架状板(24b)的内端的位置处的台阶。
7.根据权利要求2所述的装备框架的膜电极组件(10)，其中所述第一电极(20)是阳极；以及
所述第二电极(22)是阴极。
8.根据权利要求1所述的装备框架的膜电极组件(110)，其中所述第一框架形板(24a)的内周部连接至所述电解质膜(18)的相邻于所述第二电极(122)的外周部的表面。
9.根据权利要求8所述的装备框架的膜电极组件(110)，其中从所述膜电极组件(110a)的厚度方向观察，所述电解质膜(18)的外端和所述第一电极(120)的外端设置在同一个位置处。
10.根据权利要求8所述的装备框架的膜电极组件(110)，其中粘合剂层(24c)设置在所述第一框架形板(24a)的一个整个表面上；
所述第一框架形板(24a)的外周部通过所述粘合剂层(24c)而与所述第二框架 形板(24b)的一个整个表面连接；
所述第一框架形板(24a)的内周部和所述电解质膜(18)的外周部通过所述粘合剂层(24c)连接在一起。
11.根据权利要求8所述的装备框架的膜电极组件(110)，其中在所述第一电极(120)的外端和所述第二框架 形板(24b)的内端之间形成间隙(G)。
12.根据权利要求8所述的装备框架的膜电极组件(110)，其中所述第一电极(120)是阳极；以及
所述第二电极(122)是阴极。
13.根据权利要求1所述的装备框架的膜电极组件(210)，其中所述第一框架形板(24a)的内周部在与所述第二框架 形板(24b)侧的相反侧的表面上连接至所述电解质膜(18)的相邻于所述第一电极(220)的外周部的表面。
14.根据权利要求13所述的装备框架的膜电极组件(210)，其中从所述膜电极组件(210a)的厚度方向观察，所述电解质膜(18)的外端和所述第二电极(222)的外端处于同一个位置。
15.根据权利要求13所述的装备框架的膜电极组件(210)，其中所述第一框架形板(24a)的外周部通过设置在所述第一框架形板(24a)的一个表面上的第一粘合剂层(24e)而与所述第二框架 形板(24b)的一个整个表面连接；并且
所述第一框架形板(24a)的内周部通过设置在所述第一框架形板(24a)的另一表面上的第二粘合剂层(24f)而连接至所述电解质膜(18)的外周部。
16.根据权利要求13所述的装备框架的膜电极组件(210)，其中在整个周长上，在所述第一电极(220)的外端和所述第二框架 形板(24b)的内端之间形成间隙。
17.根据权利要求13所述的装备框架的膜电极组件(210)，其中所述第一电极(220)是阳极；以及
所述第二电极(222)是阴极。
18.根据权利要求13所述的装备框架的膜电极组件(210)，其中所述第一电极(220)是阴极；以及
所述第二电极(222)是阳极。
19.根据权利要求1所述的装备框架的膜电极组件(10)，其中所述第二框架 形板的厚度和所述第一框架形板的厚度是相同的。
20.根据权利要求1所述的装备框架的膜电极组件(10)，其中所述第二框架 形板厚于所述第一框架形板。
21.一种燃料电池(12,112,212)，包括：
装备框架的膜电极组件(10,110,210)；以及
分别设置在所述装备框架的膜电极组件(10,110,210)的两侧上的隔板(14,16)，
所述装备框架的膜电极组件(10,110,210)包括：
所述膜电极组件(10a,110a,210a)，其包括电解质膜(18)，设置在所述电解质膜(18)的一个表面上的第一电极(20,120,220)，以及设置在所述电解质膜(18)的另一个表面上的第二电极(22,122,222)；以及
设置在所述膜电极组件(10a,110a,210a)的外周部的整个周长上的框架构件(24,224)；
其中，所述第二电极(22,122,222)的表面尺寸大于所述第一电极(20,120,220)的表面尺寸；
所述框架构件(24,224)包括第一框架形板(24a)和第二框架形板(24b)；
所述第一框架形板(24a)的内周部与所述膜电极组件(10a,110a,210a)的外周部连接；
所述第一框架形板(24a)和所述第二框架形板(24b)在厚度方向上连接在一起；
所述第一框架形板(24a)的内周部设置在所述第一电极(20,120,220)的外周部和所述第二电极(22,122,222)的外周部之间；
所述第二框架形板(24b)的内端在整个周长上位于阳极(20,120,220)的外端和所述第一框架形板(24a)的内端的外侧；
所述第二电极(22,122,222)的外端在整个周长上位于所述第一框架形板(24a)的内端(24ae)和所述第二框架 形板(24b)的内端(24be)的外侧；以及
所述第一框架形板(24a)的内端(24ae)位于所述第一电极(20,120,220)的外端和所述第二电极(22,122,222)的外端的内侧。
22.根据权利要求21所述的燃料电池(12,112,212)，其中胎圈密封件(42,44)与每个隔板(14,16)一体地形成并朝向所述框架构件(24,224)突出，以防止反应气体的泄漏；以及
所述框架构件(24,224)的所述第一框架形板(24a)和所述第二框架 形板(24b)重叠在一起的重叠区域在厚度方向上从两侧被保持在一个所述隔板(14)的胎圈密封件(42)和另一个所述隔板(16)的胎圈密封件(44)之间。
23.根据权利要求21所述的燃料电池(12,112,212)，其中所述第一电极的外周部，所述第一框架形板的内周部和所述第二电极的外周部重叠在一起的重叠部被保持在设置在其中一个隔板上并向所述第一电极突出的脊状物和设置在另一隔板上并向所述第二电极突出的脊状物之间。
CN201910156825.5A 2018-03-02 2019-03-01 装备框架的膜电极组件以及燃料电池 Active CN110224162B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/910,810 2018-03-02
US15/910,810 US10637077B2 (en) 2018-03-02 2018-03-02 Frame equipped membrane electrode assembly and fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110224162A CN110224162A (zh) 2019-09-10
CN110224162B true CN110224162B (zh) 2022-07-05

Family

ID=67622627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910156825.5A Active CN110224162B (zh) 2018-03-02 2019-03-01 装备框架的膜电极组件以及燃料电池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10637077B2 (zh)
JP (1) JP6914980B2 (zh)
CN (1) CN110224162B (zh)
DE (1) DE102019202686A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6633127B2 (ja) * 2018-04-27 2020-01-22 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック、燃料電池スタック用のダミーセル及びダミーセルの製造方法
JP2022128036A (ja) * 2021-02-22 2022-09-01 本田技研工業株式会社 単位セル、及びそれを含む積層体の製造方法
JP2022144978A (ja) * 2021-03-19 2022-10-03 本田技研工業株式会社 接着剤の選定方法及び発電セル

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050142397A1 (en) * 2003-12-24 2005-06-30 Honda Motor Co., Ltd. Membrane electrode assembly and fuel cell

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5366469B2 (ja) 2008-08-04 2013-12-11 本田技研工業株式会社 電解質膜・電極構造体
US8637205B2 (en) 2009-12-22 2014-01-28 3M Innovative Properties Company Fuel cell subassemblies incorporating subgasketed thrifted membranes
US8399150B2 (en) 2010-06-23 2013-03-19 GM Global Technology Operations LLC Integrated fuel cell assembly and method of making
CN103443981B (zh) 2011-04-01 2016-08-17 本田技研工业株式会社 燃料电池用电解质膜、电极构造体及其制造方法
US10381661B2 (en) 2015-07-16 2019-08-13 Honda Motor Co., Ltd. Resin frame equipped membrane electrode assembly for fuel cell
JP2017045637A (ja) * 2015-08-27 2017-03-02 日産自動車株式会社 膜電極接合体
JP6618762B2 (ja) 2015-10-21 2019-12-11 本田技研工業株式会社 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体及びその製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050142397A1 (en) * 2003-12-24 2005-06-30 Honda Motor Co., Ltd. Membrane electrode assembly and fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
DE102019202686A1 (de) 2019-09-05
JP6914980B2 (ja) 2021-08-04
US10637077B2 (en) 2020-04-28
CN110224162A (zh) 2019-09-10
US20190273269A1 (en) 2019-09-05
JP2019153586A (ja) 2019-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10573905B2 (en) Power generation cell
US20140287338A1 (en) Fuel cell resin frame equipped membrane electrode assembly
CN110224154B (zh) 装备框架的膜电极组件及其生产方法，以及燃料电池
US11101472B2 (en) Power generation cell
CN110224162B (zh) 装备框架的膜电极组件以及燃料电池
CN109962259B (zh) 燃料电池
US10741861B2 (en) Power generating cell
US10879541B2 (en) Fuel cell stack
US10559835B2 (en) Resin-framed membrane-electrode assembly for fuel cell
US11777110B2 (en) Fuel cell
CN109950571B (zh) 燃料电池
JP6843730B2 (ja) 燃料電池及びその運転方法
US10205178B2 (en) Fuel cell
CN109755607B (zh) 凸起密封结构
US9673461B2 (en) Fuel cell
US11121384B2 (en) Frame equipped membrane electrode assembly and fuel cell
US10727504B2 (en) Method of operating fuel cell
JP6208650B2 (ja) 燃料電池
JP5694113B2 (ja) 燃料電池
US11196058B2 (en) Frame equipped membrane electrode assembly, method of producing the frame equipped membrane electrode assembly, and fuel cell
JP2022128044A (ja) 発電セル

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant