JP2005011624A

JP2005011624A - 固体高分子型燃料電池用セル部材およびその製造方法

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Publication number: JP2005011624A
Application number: JP2003173265A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Wada; 正弘和田; Eiko Kanda; 栄子神田; Takeshi Isobe; 毅磯部; Masaaki Kato; 公明加藤; Kazuichi Hamada; 和一浜田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】コンパクトな構成で多数の単セルを接続し、燃料電池の小型軽量化を実現する平面セル部材を提供する。
【解決手段】固体高分子型燃料電池のセル部材１０を、電解質層１１と、電解質層１１との間に触媒層１５を介在させて電解質層１１を挟む少なくとも一対のシート状の導電性多孔質体１２と、この導電性多孔質体１２の周囲を囲んで面方向に延びる樹脂枠１３とを備える構成とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体高分子型燃料電池用セル部材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体高分子電解質の利用により、携帯可能な小型の固体高分子型燃料電池の開発が進められている。固体高分子型燃料電池では、通常、一対の電極（単セル）による起電力が小さいので、複数の単セルを直列に接続することにより大きな起電力を得ている。
【０００３】
単セルは、たとえば、電解質層と、電解質層の両面に隣接した１対（２つ）の平板状の電極と、これら電解質層および電極の周囲に設けられて電解質層および電極を気密に保持するためのシール部とを有する基本複合要素として製造される（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２８００２５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の単セルを複数個、順次接続するには、単セルを積み重ね、各単セル間にセパレータ板を配置する構成（いわゆるスタック型）がある。
しかしながら、電解質層と電極とを一体にシールした基本複合要素を用いてスタック型燃料電池を構成するには、各電極に燃料または空気（酸素）を供給するためのガス拡散層をそれぞれ配置し、さらに、積み重ねた各単セル間にセパレータ板を配置しなければならないため、燃料電池全体のうちセパレータ板が占める体積、重量が大きくなってしまう。
【０００６】
また、積み重ねた狭い流路に燃料であるメタノール水溶液や空気を送る必要が生じ、ポンプなどの補機が必要となるため、体積、重量、コスト等の点で不利となる。さらに、多数の基本複合要素、ガス拡散層およびセパレータ板を、各部材間のシール性を確保しながら組み立てなければならないため、より容易に製造可能な生産性のよい構成の燃料電池が求められている。
【０００７】
本発明は、以上の課題に鑑みてなされたもので、コンパクトな構成で多数の単セルを接続でき、燃料電池の小型軽量化を実現する生産性の優れたセル部材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、この発明に係る固体高分子型燃料電池用セル部材は、電解質層と、電解質層との間に触媒層を介在させて電解質層を挟む一対のシート状の導電性多孔質体と、この導電性多孔質体の周囲を囲んで面方向に延びる樹脂枠と、導電性多孔質体に接続された端子とを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明によれば、導電性多孔質体がガス拡散層および集電部材を兼ねるので、厚みが小さく、簡易な構成で集電効率の高い単セルが実現できるだけでなく、燃料や空気を送るポンプなどの補機がなくても導電性多孔質体（ガス拡散層）全体に燃料（水素）あるいは空気（酸素）を効率よく供給することができる。さらに、複数対の導電性多孔質体を備える構成とすることにより、各電極を順次接続するだけで、多数の単セルを直列に接続することができる。
【００１０】
なお、固体高分子型燃料電池に用いられる代表的な燃料としては水素ガスとメタノール水溶液の２種類があり、メタノール水溶液を用いる場合には導電性多孔質体を流れる燃料は液体であるが、この部分は慣用的にガス拡散層と呼ばれている。ここでは、液体燃料を用いる場合も含めて、慣用に従いガス拡散層と呼んでいるのであって、気体燃料用に限定するものではない。
【００１１】
導電性多孔質体としては、カーボンペーパー、カーボンクロスといったカーボン製多孔体を用いてもよいが、ガス拡散性と導電性がともに良好な、３次元網目構造を有する金属製のもの、たとえば金属粉末を焼結したシート、金属不織布、積層メッシュ等を用いることが望ましい。なかでも、気孔率や厚さを適宜調節でき、使用できる原料金属も多様である金属粉末を焼結したシートは、この平面セル部材の導電性多孔質体として、より好適である。さらにまた、金属粉末をバインダ、溶媒を加えて混練したものに発泡剤を混ぜて発泡性スラリーとし、発泡成形後に焼結して得られる発泡金属焼結シートでは、高い気孔率までも製造可能であることから、より好ましい。
【００１２】
なお、電極同士を接続するための端子は、他の端子あるいは外部回路との接続が可能となるように樹脂枠の表面（上下面）や側面等、いずれかの部位で露出していればよく、たとえば全体が樹脂枠中に埋め込まれた状態で先端のみが露出する構成や、上下面のいずれかに露出するのみで側面には露出しない構成、さらには樹脂枠中に埋め込まれ、樹脂枠と端子とを貫通する貫通孔の内周面に露出する構成などでもよい。また、導電性多孔質体に直接配線することができれば、端子を別体として設ける必要はない。
【００１３】
また、樹脂枠が、導電性多孔質体の周囲だけでなく電解質層の周囲を囲むように設けられていれば、セル部材の取り扱い性をより良好とすることができる。
【００１４】
また、この発明に係る固体高分子型燃料電池用セル部材の製造方法は、電解質層と、電解質層との間に触媒層を介在させて電解質層を挟む少なくとも一対のシート状の導電性多孔質体とをインサート部品として、導電性多孔質体の縁部に連なるように樹脂を射出して樹脂枠を成形するインサート成形を行うことを特徴とするものである。
【００１５】
この発明によれば、導電性多孔質体の側部に開口する気孔中に溶融樹脂が入り込んで固化し、また、電解質層と、触媒層と、導電性多孔質体とが一体化するので、燃料ガスおよび燃料液体のシールを確実にすることができるとともに、アンカー効果により導電性多孔質体と樹脂枠とを強固に接続させることができる。
【００１６】
また、複数対の導電性多孔質体を、間隔を空けて配置しておき、その周りに樹脂を射出して樹脂枠を成形することにより、複数の単セルを一体に有する平面状のセル部材を容易に製造することができる。
【００１７】
なお、電解質層と導電性多孔質体とは、インサート成形時にホットプレス接合することにより、相互間に触媒層を介在させた状態で一体に成形することができる。
【００１８】
この製造方法において、端子を導電性多孔質体と別体に設ける場合には、樹脂枠を形成した後に、めっき、蒸着、スパッタ等、各種方法により、樹脂枠上に形成することができる。あるいは、導電性多孔質体に端子を一体に形成しておき、これら導電性多孔質体および端子をインサート部品としてインサート成形してもよい。
【００１９】
なお、別部材の端子が固定されている導電性多孔質体をインサート部品とする場合には、導電性多孔質体が射出樹脂圧でずれることを防止するために、端子部分をピンなどにより固定することができる。また、導電性多孔質体を成形用金型間で挟持すれば、ピンによる保持痕を残さずに、導電性多孔質体の周囲を囲む樹脂枠を形成することができる。
【００２０】
さらに、この製造方法において、いわゆる二色成形により、導電性樹脂からなる端子と非導電性樹脂からなる樹脂枠とを射出形成することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図２４を参照して説明する。
図１に、本発明の一実施形態に係る固体高分子型燃料電池用セル部材（平面セル部材）１０を示す。この平面セル部材１０は、１枚の電解質層１１と、この電解質層１１を挟んで配置された４対（８個）のシート状の導電性多孔質体１２と、この導電性多孔質体１２の各周囲を囲んで面方向に延びる樹脂枠１３と、各導電性多孔質体１２にそれぞれ接続されて樹脂枠１３の外面に露出した端子用タブ（端子）１４とを備えている。
【００２２】
この平面セル部材１０では、電解質層１１を挟んで一方側に配置された燃料極としての各導電性多孔質体１２に燃料（ここではメタノール水溶液）を供給すると、燃料中の水素が触媒反応によりイオン化して電解質層１１を移動し、電解質層１１を挟んで他方側に配置された空気極としての各導電性多孔質体１２に到達して、触媒反応により空気中の酸素と反応して水を生成する。一方で、水素のイオン化により発生した電子は、外部に設けられた回路を、端子１４を介して燃料極（導電性多孔質体１２）から空気極（導電性多孔質体１２）へと移動する。この電子の移動により、電気エネルギを発生させることができる。
【００２３】
水素イオンを伝導させる電解質層１１は、たとえばフッ素樹脂系の高分子電解膜で形成されている。この電解質層１１に接するガス拡散層および集電材を兼ねる電極として、導電性多孔質体１２が配置されている。
【００２４】
導電性多孔質体１２は、この固体高分子型燃料電池において、３次元網目構造による通気性および導電性を備えることによりガス拡散層と集電板とを兼ねるシート状部材であって、具体的には、たとえば金属粉末を焼結したシート、発泡金属焼結シート、金属不織布、積層メッシュなどを所要形状に形成したものである。
【００２５】
この導電性多孔質体１２には、電解質層１１に臨む表面に、触媒層１５が設けられている。触媒層１５は、白金系触媒微粒子を担持させたカーボン粒子を含む高分子電解質溶液を、導電性多孔質体１２の表面に塗布することにより形成される。
なお、触媒層１５は、電解質層１１と導電性多孔質体１２との間に介在していればよく、本実施形態では導電性多孔質体１２の表面部分に触媒層１５を設けたが、電解質層１１の表面部分に形成することもできる。
【００２６】
また、この導電性多孔質体１２に接続するタブ状の端子１４が設けられている。端子１４は、各導電性多孔質体１２を電気的に接続する接続用の端子であるとともに、直列に接続された両端では燃料電池の正極あるいは負極となる端子であり、本実施形態では金属製薄板で形成され、導電性多孔質体１２に対してスポット溶接、抵抗溶接、超音波接合等により固定されている。
【００２７】
なお、この平面セル部材１０では、触媒層１５上での反応による電子が導電性多孔質体１２および端子１４を流れるので、導電性多孔質体１２および端子１４は導電性に優れた材質で形成されている。腐食が問題となる場合には、これらの部材（導電性多孔質体１２、端子１４）にステンレス鋼などの耐食材料を用いることが好ましい。
【００２８】
これら電解質層１１、各導電性多孔質体１２および端子１４は、樹脂枠１３により一体に成形されている。樹脂枠１３は、間隔をおいて並んだ導電性多孔質体１２の間を埋めて、導電性多孔質体１２の面方向に延びている。
【００２９】
この樹脂枠１３は、電解質層１１と各導電性多孔質体１２とを一体に固定するとともに、各導電性多孔質体１２間を電気絶縁し、さらに導電性多孔質体１２の側面をシールして導電性多孔質体１２に供給される空気あるいは燃料（メタノール）の漏えいを防ぐ機能を有している。したがって、樹脂枠１３の材質としては、熱可塑性樹脂、エラストマー（ゴムを含む）など、射出成形可能な材質で、かつ導電性および通気性を有していなければよいので、耐熱温度や硬度等を考慮し、適宜選択すればよい。たとえば軟質な樹脂を用いれば、シール性を高めることができる。
なお、この樹脂枠１３の外面（本実施形態では側面）に露出している端子１４も、導電性多孔質体１２を通過する燃料あるいは空気を漏えいさせないために、通気性がない材質（本実施形態では金属）から形成される。
【００３０】
この樹脂枠１３には、部材同士を固定したり、位置を固定したりするためのネジ穴を設けてもよい。また、外周のシール性をより向上させるため、Ｏリング用の溝を設けたり、軟質の樹脂で凸部を設けたりしてもよい。
【００３１】
以上のように構成された本発明の平面セル部材（固体高分子型燃料電池用セル部材）１０は、図２に示すように、電解質層１１を挟んだ一方側の導電性多孔質体１２を燃料極、他方側の導電性多孔質体１２を空気極として、燃料極と空気極とを直列に順次接続する配線１６と、燃料極に燃料を供給するフェルトなどからなる多孔質部１７Ａが樹脂枠１７Ｂによって被覆された燃料供給部１７とを設けることにより、固体高分子型の燃料電池を構成することができる。
【００３２】
なお、導電性多孔質体１２の導電性が低い場合などには、集電効率を向上させるために、図３に示すように導電性多孔質体１２の両端から端子１４を各１つずつ突出させたり、図４に示すように導電性多孔質体１２との接触面が大きい端子１４を設けたり、さらに図５に示すように、端子１４の形状を、導電性多孔質体１２の長さ方向に延び両端からそれぞれ突出するように形成したりするなど、種々の構成を採用することができる。
【００３３】
さらに、端子１４は、樹脂枠１３表面のいずれかの部位で露出していればよく、たとえば全体が樹脂枠１３中に埋め込まれた状態で端子１４の先端１４ａのみが樹脂枠１３の側面１３ａに露出する構成（図６）や、樹脂枠１３の上面１３ｂに露出するのみで側面１３ａには露出しない構成（図７）などでもよい。さらには、図８に示すように、端子１４全体を樹脂枠１３中に埋め込んで、端子１４ごと樹脂枠１３を貫通する貫通孔ｈを設け、この貫通孔ｈの内周面に端子１４が露出する構成を採用することもできる。
【００３４】
また、図９および図１０に示すように、導電性多孔質体１２に直接配線を接続する構成を採用すれば、導電性多孔質体１２が端子としての機能を備えることになるので、別部材の端子１４を設ける必要はない。この場合、導電性多孔質体１２同士を接続するために、たとえば導電性多孔質体１２に食い込む突起１８ａを有し、隣接するセルの対向側に位置する導電性多孔質体１２同士をたすきがけ状に接続するコ字状の導電性の接続部材１８（図９）や、隣接する２対の導電性多孔質体１２近傍の樹脂枠１３部分を挟み込む挟持部１９ａと、この挟持部１９ａから導電性多孔質体１２へ向かって延びる接続部１９ｂとを有する導電性のクリップ１９（図１０）のような接続部材を用いることができる。
【００３５】
ここで、本発明の平面セル部材１０の製造方法について説明する。
この製造方法は、電解質層１１、導電性多孔質体１２および端子１４をインサート部品としてインサート成形するものである。
【００３６】
まず、図１１に示すように、導電性多孔質シート１２’の表面に触媒層１５を形成する。触媒層１５は、たとえば白金を担持させたカーボン粉末を、電解質層１１を形成する高分子電解質の溶液に混ぜて、導電性多孔質シート１２’の表面に塗布して形成する。導電性多孔質シート１２’に塗布された触媒は、開放気孔の表面に付着することにより、大きな表面積を有する触媒層１５を形成する。
【００３７】
次に、図１２に示すように、触媒層１５が形成された導電性多孔質シート１２’を、所定の大きさに切断して導電性多孔質体１２とする。そして、図１３に示すように、切断された各導電性多孔質体１２に、金属薄板からなる端子１４をスポット溶接する。
【００３８】
それぞれ端子１４を固定された４対（８個）の導電性多孔質体１２を、図１４に示すように、触媒層１５を対向させて、電解質層１１を挟んで配置し、これをインサート部品としてインサート成形を行う。
インサート成形に先立って、導電性多孔質体１２および電解質層１１をホットプレスして固定しておけば、インサート部品の射出成形用金型への装填が容易となる。このとき、ホットプレスを行うことにより、触媒層１５の表面に開放している気孔内に電解質層１１が押し込まれ、触媒層１５と電解質層１１とが大きな面積で接触するので、触媒層１５と電解質層１１との間の電気抵抗を小さく抑えることができる。また、射出成形金型を１００〜１２０℃に加熱し、導電性多孔質体１２と電解質層１１とのホットプレス接合と樹脂の射出成形とを同時に行うこともできる。
【００３９】
インサート成形を行う射出成形用金型は、図１５に示すように、一対の型板４０，４１間に形成されたキャビティ４２内にインサート部品（電解質層１１、導電性多孔質体１２および端子１４）を挟持させ、射出される樹脂の圧力によってキャビティ内で導電性多孔質体１２および電解質層１１が移動しないように固定して、射出成形を行う構成となっている。
【００４０】
この射出成形用金型において、インサート部品を装填して型閉したキャビティ４２内に、ランナ４３からゲート４４を通じて射出した溶融樹脂４５を充填することにより、各導電性多孔質体１２の周囲に樹脂枠１３が一体に形成される。
したがって、溶融樹脂を導電性多孔質体１２とほぼ同じ厚さで充填させることになるので、導電性多孔質体１２の一方の面は、大部分が平面セル部材１０の表面に露出する。
【００４１】
なお、型閉時のキャビティ４２の厚さを導電性多孔質体１２および電解質層１１からなる３層の厚さよりも若干小さくして、型閉時に型板４０，４１間で導電性多孔質体１２が３〜９０％圧縮されるようにすると、キャビティに対してより確実にインサート部品を固定できるとともに、導電性多孔質体１２の平坦度を向上させることができる。
【００４２】
このとき、導電性多孔質体１２の表面には型板表面が接しているので、この面全体を樹脂が被覆することはなく、導電性多孔質体１２の表面１３ｂは露出するように樹脂枠１３が形成される。
また、導電性多孔質体１２の側部に開口する気孔中、５μｍ〜１０００μｍ程度の深さまで溶融樹脂が入り込んで硬化することにより、導電性多孔質体１２と樹脂枠１３とは強固に接合され（アンカー効果）、導電性多孔質体１２の側部は全体が樹脂枠１３によって覆われる。
【００４３】
ここで、成形された樹脂枠１３の外面（側面１３ａ，表面１３ｂ）に対して、端子１４の先端が一致している必要はなく、樹脂枠１３から端子１４が突出していても構わない。また、端子１４の先端まで溶融樹脂が回り込んだために樹脂枠１３の外面に先端が露出していない場合、樹脂枠１３を研削するなどして、先端を露出させればよい。
【００４４】
なお、導電性多孔質体１２の気孔径や気孔率が小さすぎると溶融樹脂が気孔中に入り込めないので、ガスシール効果およびアンカー効果が不十分となる虞がある。一方、気孔径や気孔率が大きすぎると、強度が不足して樹脂成形圧および樹脂硬化時の圧縮に耐えられず、変形の虞がある。したがって、導電性多孔質体１２は、気孔径１０μｍ〜２ｍｍ程度、気孔率４０〜９８％程度であるとより好ましい。
【００４５】
また、本発明のセル部材１０は、以下のように製造方法することもできる。ここで説明する製造方法は、電解質層１１および１対の導電性多孔質体１２からいわゆる膜−電極接合体（ＭＥＡ）を構成し、このＭＥＡを複数個、面方向に並べてインサート部品とし、インサート成形するものである。
【００４６】
すなわち、図１６に示すように、導電性多孔質シート１２’を所定の大きさに切り出し、その表面に触媒を塗布することにより、触媒層１５を有する導電性多孔質体１２を形成する。触媒層１５は、たとえば白金を担持させたカーボン粉末を、電解質層１１を形成する高分子電解質の溶液に混ぜて導電性多孔質体の表面に塗布することにより形成する。導電性多孔質体に塗布された触媒は、開放気孔の表面に付着することにより、大きな表面積を有する触媒層１５を形成する。
【００４７】
次に、図１７に示すように、触媒層１５が形成された１対の導電性多孔質体１２を、触媒層１５を対向させて、電解質層１１を挟んで配置し、これをホットプレスにより接合して膜−電極接合体Ｍを形成する。
そして、４対の膜−電極接合体Ｍをインサート部品としてインサート成形を行い、図１８に示すように４対のセル（膜−電極接合体Ｍ）を有する平面セル部材１０を製造する。インサート成形については、図１５を参照して説明した通りである。
【００４８】
また、この平面セル部材１０では、図９に示した接続部材１８や、図１０に示したクリップ１９等を用いて、導電性多孔質体１２同士を接続することができる。
【００４９】
ここで、導電性多孔質体１２に好適な発泡金属焼結シートの製造方法について説明する。この発泡金属焼結シートは、たとえば、金属粉末を含むスラリーＳを薄く成形して乾燥させたグリーンシートＧを焼成することにより製造される。
【００５０】
スラリーＳは、導電性を有する金属粉末、発泡剤（ヘキサン）、有機バインダ（メチルセルロース）、溶媒（水）等を混合したものである。このスラリーＳをドクターブレード法により薄く成形するグリーンシート製造装置２０を図１９に示す。
【００５１】
グリーンシート製造装置２０において、まず、スラリーＳが貯蔵されたホッパー２１から、キャリアシート２３上にスラリーＳが供給される。キャリアシート２３はローラ２２によって搬送されており、キャリアシート２３上のスラリーＳは、移動するキャリアシート２３とドクターブレード２４との間で延ばされ、所要の厚さに成形される。
【００５２】
成形されたスラリーＳは、さらにキャリアシート２３によって搬送され、加熱処理を行う発泡槽２５および加熱炉２６を順次通過する。発泡槽２５では高湿度雰囲気下にて加熱処理を行うので、スラリーＳにひび割れを生じさせずに発泡剤を発泡させることができる。そして、発泡により空洞が形成されたスラリーＳが加熱炉２６にて乾燥されると、粒子間に空洞を形成している金属粉末が有機バインダによって接合された状態のグリーンシートＧが形成される。
【００５３】
このグリーンシートＧを、キャリアシート２３から取り外した後、図示しない真空炉にて脱脂・焼成することにより、有機バインダが取り除かれ、金属粉末同士が焼結した発泡金属焼結シート（導電性多孔質体１２）が得られる。
【００５４】
なお、本発明のセル部材を用いた固体高分子型燃料電池の構成として、たとえば以下のようなものがある。
【００５５】
図２０および図２１に示すように、燃料極Ａおよび空気極Ｂを備えた平面セル部材１１０に対して、燃料を保持・供給する多孔質部３１とこれを覆う樹脂枠３２とを備えた燃料供給部３０を、面方向に並べて配置する構成とすれば、燃料電池全体の厚みを抑えることができる。
この場合、燃料極Ａの導電性多孔質体１１２が、燃料供給部３０の多孔質部３１に直接接触しない構造となるので、図２１（図２０におけるａ−ａ線に沿う断面矢視図）に示すように、樹脂枠１１３の面方向に貫通する連通孔１１３ａを設ける。この連通孔１１３ａを通じて、多孔質部３１と燃料極Ａの導電性多孔質体１１２とを連通させて燃料を供給させるとともに、発電時の副生成物である二酸化炭素ガスを排出させることができる。
【００５６】
さらに、図２１に示すように、燃料極Ａ側の導電性多孔質体１１２の表面を覆う板状部材１１５を取り付けて、燃料供給部３０の樹脂部３２との隙間を塞ぐことにより、燃料極Ａの導電性多孔質体１１２からの燃料漏れを防止できるので、たとえば、この板状部材１１５側を液晶ディスプレイの背面に配置して薄型のノートパソコンに適用する構造が実現できる。
【００５７】
また、多孔質部３１と燃料極Ａの導電性多孔質体１１２とを連通させる構造として、図２２に示すように、樹脂枠１１３の表面に面方向に延びる溝１１３ｂを設けるようにしてもよい。この場合、板状部材１１５の表面にも面方向に延びる溝１１５ａを形成して、この溝１１５ａを樹脂枠１１３の溝１１３ｂおよび燃料極Ａの導電性多孔質体１１２表面に連通させれば、この溝１１５ａを通じて燃料極Ａの導電性多孔質体１１２へとより効率よく燃料を供給し、二酸化炭素ガスを排出させることができる。
【００５８】
なお、図２３および図２４に示すように、セル部材１１０，２１０の空気極Ｂ側にも、導電性多孔質体１１２，２１２の表面を覆う板状部材１１６のような部材を配置する場合には、導電性多孔質体１１２，２１２に空気を供給するために、板状部材１１６の表面に導電性多孔質体１１２に通じる溝１１６ａを形成したり（図２３）、セル部材２１０の樹脂枠２１３に通気孔２１３ａを形成したり（図２４）する構造とすればよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固定高分子型燃料電池のセル部材は、ガス拡散層と集電板とを兼ねる導電性多孔質体で構成されたセルを有する板状部材であるから、スペース効率が高く、厚さが小さく携帯性に優れた燃料電池の実現を可能とすることができる。また、多数のセルを面方向に並べる構成とすることが容易である。また、導電性多孔質体がガス拡散層および電極を兼ねることにより部品点数の削減が実現でき、スタック型であっても単セル間にセパレータ板を挟むだけとなるので、部品点数が削減され、構成が簡易となる。したがって、いわゆるスタック型の燃料電池の小型化を実現できるだけでなく、単セルを平面状に並べて接続する、いわゆる平面型の燃料電池を容易に実現することができる。
【００６０】
また、本発明の製造方法によれば、薄型の燃料電池を実現する平面状のセル部材を容易に製造することができるとともに、生産性の良好なスタック型の燃料電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセル部材の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すセル部材を用いた燃料電池を示す斜視図である。
【図３】端子の形状の一例を示す斜視図である。
【図４】端子の形状の一例を示す斜視図である。
【図５】端子の形状の一例を示す斜視図である。
【図６】端子の形状の一例を示す斜視図である。
【図７】端子の形状の一例を示す斜視図である。
【図８】端子の形状の一例を示す斜視図である。
【図９】本発明に係るセル部材の他の実施形態を示す斜視図である。
【図１０】本発明に係るセル部材の他の実施形態を示す斜視図である。
【図１１】セル部材の製造時、導電性多孔質体に触媒層を塗布する工程を示す断面図である。
【図１２】導電性多孔質体を所定形状に切断した状態を示す断面図である。
【図１３】導電性多孔質体に端子を取り付けた状態を示す断面図である。
【図１４】導電性多孔質体間に電解質層を配置した状態を示す断面図である。
【図１５】セル部材を製造する射出成形金型を示す模式図である。
【図１６】セル部材の製造時、導電性多孔質シートを切断して触媒層を塗布する工程を示す断面図である。
【図１７】導電性多孔質体と電解質層とにより膜−電極接合体を形成した状態を示す断面図である。
【図１８】本発明に係るセル部材の他の実施形態を示す側面図である。
【図１９】導電性多孔質体を製造する際に用いる装置を示す模式図である。
【図２０】本発明のセル部材の面方向に燃料供給部を配置した固体高分子型燃料電池の要部を示す図である。
【図２１】図２０におけるａ−ａ線に沿う断面矢視図である。
【図２２】本発明のセル部材の面方向に燃料供給部を配置した固体高分子型燃料電池の要部を示す図である。
【図２３】本発明のセル部材の面方向に燃料供給部を配置した固体高分子型燃料電池の要部を示す図である。
【図２４】本発明のセル部材の面方向に燃料供給部を配置した固体高分子型燃料電池の要部を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１０，１１０，２１０セル部材（固体高分子型燃料電池用セル部材）
１１電解質層
１２，１１２、２１２導電性多孔質体
１３，１１３，２１３樹脂枠
１４端子
１５触媒層

Claims

電解質層と、該電解質層との間に触媒層を介在させて前記電解質層を挟む少なくとも一対のシート状の導電性多孔質体と、該導電性多孔質体の周囲を囲んで面方向に延びる樹脂枠とを備えることを特徴とする固体高分子型燃料電池用セル部材。
前記導電性多孔質体が複数対並び、その周囲に前記樹脂枠が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の固体高分子燃料電池用セル部材。
前記樹脂枠が、前記導電性多孔質体および前記電解質層の周囲を囲んで設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体高分子燃料電池用セル部材。
前記電解質層と、該電解質層との間に前記触媒層を介在させて前記電解質層を挟む少なくとも一対のシート状の導電性多孔質体とをインサート部品として、前記導電性多孔質体の縁部に連なるように樹脂を射出して前記樹脂枠を成形するインサート成形を行うことにより、請求項１から３のいずれかに記載のセル部材を製造することを特徴とする固体高分子型燃料電池用セル部材の製造方法。
前記電解質層と前記導電性多孔質体とを、相互間に前記触媒層を介在させた状態でインサート成形時にホットプレス接合することを特徴とする請求項４に記載の固体高分子型燃料電池用セル部材の製造方法。
前記導電性多孔質体に接続する端子を、インサート成形後、前記樹脂枠上に形成することを特徴とする請求項４または５に記載の固体高分子型燃料電池用セル部材の製造方法。
前記導電性多孔質体に接続する端子を前記導電性多孔質体から突出するように形成しておいてから、インサート成形を行うことを特徴とする請求項４または５に記載の固体高分子型燃料電池用セル部材の製造方法。
前記導電性多孔質体に接続する端子を、二色成形により導電性樹脂で形成することを特徴とする請求項４または５に記載の固体高分子型燃料電池用セル部材の製造方法。
前記端子を前記樹脂枠内部に設けておき、該樹脂枠および端子を貫通する貫通孔を形成することを特徴とする請求項７または８に記載の固体高分子型燃料電池用セル部材の製造方法。