JP2005158690A - Fuel cell and manufacturing method of same - Google Patents

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Hisatoshi Fukumoto
Osamu Hiroi
Hironori Kuriki
Hideo Maeda
Takashi Nishimura
Hiroaki Urushibata
Seiji Yoshioka
秀雄 前田
省二 吉岡
治 廣井
宏徳 栗木
広明 漆畑
久敏 福本
隆 西村
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell surely sealing gas while securing a sufficient electrochemical active area, having an electrode base material sealing part for uniformly supporting a solid polymer electrolyte film, and to provide a manufacturing method of the same. <P>SOLUTION: The fuel cell has a film-electrode junction formed by interposing a cathode catalyst layer and a an anode catalyst layer jointed to the central part of a solid polymer electrolyte film on both surface thereof, between a fuel electrode base material having an area larger than that of the cathode catalyst layer and an oxidant electrode base material having an area larger than that of the anode catalyst layer. Out of the fuel electrode base material, a part or whole part of a vacant hole of a fuel sealing supporting part, on which the cathode catalyst layer is not jointed, is filled by a resin, and out of the oxidant electrode base material, a part or whole part of a vacant hole of an oxidant sealing supporting part, on which the anode catalyst layer is not jointed, is also filled by the resin. The fuel sealing supporting part and the oxidant sealing supporting part are adhered to each other by the solid polymer electrolyte film and the resin. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は電気化学的な反応を利用して発電する燃料電池およびその製造方法に関する。 This invention relates to a fuel cell and a manufacturing method thereof to generate electric power utilizing electrochemical reactions.

燃料電池は、電解質膜を介在して1対の電極を対向させ、この一方の電極に燃料を、他方の電極に酸化剤を供給し、燃料と酸化剤とを燃料電池内で電気化学的に反応させることにより化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である。 Fuel cells interposed electrolyte membrane are opposed to a pair of electrodes, the fuel to the one electrode, to supply oxidant to the other electrode, fuel and an oxidant electrochemically in the fuel cell is a device that converts chemical energy directly into electrical energy by reacting. この燃料電池のうち固体高分子型燃料電池は電解質膜としてプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用いているので、高出力の特性が得られる。 Since the fuel polymer electrolyte fuel cell of the battery uses a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity as an electrolyte membrane, the characteristics of high output can be obtained.
この固体高分子型燃料電池は反応ガスを供給し続けることにより電気化学反応が継続する。 The polymer electrolyte fuel cell electrochemical reaction continues by continuing to supply the reaction gas. このときに電気化学反応で重要な役割を果たす電解質膜のイオン伝導性は、固体高分子電解質膜の水分含有量にほぼ比例する。 Ion conductive important role electrolyte membrane in an electrochemical reaction at this time is substantially proportional to the water content of the solid polymer electrolyte membrane. さらに、固体高分子電解質膜の水分含有量が反応ガスの湿度に依存しているので、反応ガスを加湿して運転する。 Further, since the water content of the solid polymer electrolyte membrane is dependent on the humidity of the reaction gas, operated by humidifying the reaction gas. また、両極に流れるガスは外部だけではなく、両極間でも漏れないようにシールする必要がある。 The gas flowing through the poles is not only outside, it is necessary to seal to prevent leakage in between the two electrodes. そして、固体高分子電解質膜が両極間の反応ガスの漏れを防ぐ役割を果たしているので、両極間のガスシールを損なうことがないように固体高分子電解質膜は電極部の外周部まで延ばされている。 Since the solid polymer electrolyte membrane plays a role to prevent leakage of the reaction gas between the electrodes, the solid polymer electrolyte membrane so as not to impair the gas seal between the two electrodes is extended to the outer peripheral portion of the electrode portion ing.

しかし、固体高分子電解質膜は乾燥すると縮み吸湿すると膨潤するので、運転と停止の繰り返しにより固体高分子電解質膜にストレスがかかる。 However, the solid polymer electrolyte membrane because it swells when moisture shrinkage and drying operation and stress is applied to the solid polymer electrolyte membrane by repeating the stop. さらに、酸化剤供給口に低加湿の空気を供給した場合、空気流路の上流域では固体高分子電解質膜が乾燥し、その下流域では生成水により固体高分子電解質膜が湿潤する。 Furthermore, the case of supplying a low-humidified air to the oxidizing agent supply ports, the solid polymer electrolyte membrane in the upstream region of the air passage is dry, the solid polymer electrolyte membrane by water produced in the downstream region is wetted. このようにして固体高分子電解質膜にストレスが加わるので、確実に固体高分子電解質膜を支えておかなければ固体高分子電解質膜が破損してしまうおそれがあった。 This way, the stress is applied to the solid polymer electrolyte membrane, solid polymer electrolyte membrane there is a fear that damage to be kept securely support the solid polymer electrolyte membrane.

さらに、電解質膜の破損は、発電部とガスシール部との境界に位置する部分の電解質膜で発生することが多い。 Further, the breakage of the electrolyte membrane, often occurs in the electrolyte membrane portion located at the boundary between the power generating unit and the gas seal portion. その原因の1つとして、発電部とガスシール部との境界では、電解質膜の少なくとも片面が固定されていないための電解質膜の変形や局所応力集中が挙げられる。 One of the causes, the boundary between the power generating unit and the gas seal portion, and deformation or local stress concentration of the electrolyte membrane for at least one surface of the electrolyte membrane is not fixed. 特に、この部分の電解質膜が湿潤な反応ガスにさらされると、電解質膜の収縮等に伴う応力によって電解質膜の破損が起こりやすくなる。 In particular, when the electrolyte membrane of this portion is exposed to the wet reaction gas, breakage of the electrolyte membrane tends to occur due to the stress caused by contraction of the electrolyte membrane. 他の原因として、電解質膜の含水率の不均一に起因する応力集中が挙げられる。 Other causes include stress concentration unevenly due to the water content of the electrolyte membrane. すなわち、発電部では反応生成水によって電解質膜が湿潤になりやすく、一方、ガスシール部では電解質膜が乾燥しやすい。 That is, the electrolyte membrane tends to be wetted by the reaction generated water in the power generation unit, on the other hand, the electrolyte membrane is easily dried in the gas seal.
そして、このように電解質膜に亀裂が生じたり、ピンホールが空いたりすると、そこからガスが両極間で漏れ、燃料電池の出力電圧が低下する。 And thus or cracks in the electrolyte membrane is produced, the or vacant pinholes, gas from which leaks between two electrodes, the output voltage of the fuel cell is lowered. さらに、そのまま運転を続けるとガスの漏れ量が大きくなり、触媒上で反応し、部分的に高温になるので、電解質膜の破損が拡大する。 Furthermore, it is continued operation increases leakage of the gas reacts on the catalyst, since the partially high temperatures, to expand the damage of the electrolyte membrane. そして、最終的に燃料電池が機能しなくなる。 And, finally the fuel cell does not function.

そこで、従来の燃料電池では、シール材と重なるガス透過性のあるポーラスな電極の部分がシール材により含浸されている(例えば、特許文献1参照。)。 Therefore, in the conventional fuel cell, parts of the porous electrode with a gas-permeable overlapping the sealing material is impregnated with a sealing material (e.g., see Patent Document 1.).
また、固体高分子電解質膜に処理を施して固体高分子電解質膜を確実に支持できるようにしている。 Further, by performing the processing to the solid polymer electrolyte membrane has to be able to reliably support the solid polymer electrolyte membrane. 例えば、固体高分子電解質膜が1対の電極より面積が大きくかつ1対の電極と接する通電部と1対の電極と接していない非通電部とを有している。 For example, a solid polymer electrolyte membrane and a non-conducting portion which is not in contact with the conductive portion and a pair of electrode area than the pair of electrodes in contact with the large and a pair of electrodes. その通電部と非通電部との境界部に補強材が含まれている。 It contains reinforcement in the boundary portion between the conductive portion and a non-conducting portion. この補強材の材質としては含フッ素重合体が用いられている(例えば、特許文献2参照。)。 Fluoropolymer is used as the material of the reinforcing material (e.g., see Patent Document 2.).
しかし、固体高分子電解質膜の通電部と補強材で補強された非通電部との境界部にストレスが集中し、境界部に沿って亀裂が生じる恐れがあった。 However, concentrates stress in the boundary portion between the non-energized portion reinforced with a reinforcing material conducting portion of the solid polymer electrolyte membrane, cracks had may occur along the boundary.
そこで、固体高分子電解質膜を支持する電極基材を補強して固体高分子電解質膜を確実に支持できるようにしている。 Therefore, to reinforce the electrode substrate supporting the polymer electrolyte membrane has to be able to reliably support the solid polymer electrolyte membrane. 例えば、電極基材が固体高分子電解質膜と同一の面積であり、かつ電極基材の周縁部が接着剤からなる緻密化剤で緻密化されている。 For example, the electrode substrate is a same area as the solid polymer electrolyte membrane, and the periphery of the electrode substrate is densified by densifying agent consisting of an adhesive. この緻密化された周縁部で固体高分子電解質膜を支持し、かつガスシールしている。 Solid polymer electrolyte membrane and the support, and are blanketed with the densified peripheral edge. 緻密化剤としてはポリテトラフルオロエチレン系のディスパージョンを使用し、周縁部に含浸後溶媒を取り除いて緻密化を行っている(例えば、特許文献3参照。)。 The densifying agent using a dispersion of polytetrafluoroethylene-based, have been densified by removing the impregnated after the solvent in the peripheral portion (e.g., see Patent Document 3.).
また、他の電極基材の補強方法としては、電極の発電領域を包囲する封止領域に射出成形可能な熱硬化性液体化合物を含浸し、硬化している(例えば、特許文献4参照。)。 As the method for reinforcing the other electrode substrate, injection molding, thermosetting liquid compound in the sealing region surrounding the power generation region of the electrode was impregnated, it is cured (e.g., see Patent Document 4.) .

特開平8−45517号公報 JP 8-45517 discloses 特開2000―260443号公報 JP 2000-260443 JP 特開平8―148170号公報 JP-8-148170 discloses 特表2001―510932号公報 JP-T 2001-510932 JP

ところで、特許文献3に示されているように、緻密化剤としてのポリテトラフルオロエチレン系のディスパージョンを電極基材に含浸したのち、溶媒を取り除くことにより電極基材の緻密化を行っている。 Meanwhile, as shown in Patent Document 3, after impregnated with polytetrafluoroethylene-based dispersion of a densifying agent to the electrode substrate, it is performed densification of the electrode base material by removing the solvent . しかし、含浸したのち溶媒を取り除いて硬化された樹脂は多くの連通空孔が残り燃料および酸化剤ガスをシールすることが難しいという問題がある。 However, there is a problem that has been cured by removing the solvent After the impregnating resin is difficult that many of the communication holes to seal the remaining fuel and oxidant gas. さらに、電極基材を緻密化したのち固体高分子電解質膜を積層しているので、電極基材の緻密化された部分の表面に固体高分子電解質膜の表面が単に当接しているだけで接合されていないために、ガスを完全にシールすることが難しいという問題がある。 Further, since the laminated solid polymer electrolyte membrane After densifying the electrode substrate, bonded only at the surface of the solid polymer electrolyte membrane is solely in contact with the surface of the densified portion of the electrode substrate to have not been, it is difficult to completely seal the gas.
また、特許文献4に示されているようにシーラント材料として射出成形可能な熱硬化性液体化合物を膜電極組立体の電極層の一部に含浸し、硬化して一体シールを形成している。 Further, by impregnating an injection molding, thermosetting liquid compound as a sealant material, as shown in Patent Document 4 in a part of the membrane electrode assembly of the electrode layer to form an integral seal and cured. しかし、電極部は導電性とガス拡散性とが要求されるために、カーボン系の多孔質材料が一般的に用いられている。 However, the electrode portion for conductivity and gas diffusivity and are required, the porous material of the carbon-based is generally used. そのため液体化合物を電極の封止領域だけに真空含浸だけで注入することが難しく電気化学的活性領域にも入り込んで活性領域が狭くなってしまうという問題があった。 Therefore the active region there is a problem that becomes narrow it enters even harder electrochemically active region for injecting only vacuum impregnated with a liquid compound by the sealing region of the electrode.

この発明の目的は、十分な電気化学的活性領域を確保しながら確実にガスシールし、かつ固体高分子電解質膜を均一に支持する電極基材の封止部を有した燃料電池とその製造方法を提供することである。 The purpose of this invention, sufficient electrochemically active region reliably blanketed while securing and how a fuel cell having a seal with its manufacture solid polymer electrolyte membrane uniformly supporting electrode substrate it is to provide a.

この発明に係わる燃料電池は、固体高分子電解質膜の中央部に両面から接合されたカソード触媒層およびアノード触媒層を上記カソード触媒層より大きな面積の燃料電極基材および上記アノード触媒層より大きな面積の酸化剤電極基材でさらに両側から挟持した膜電極接合体を有する燃料電池において、上記燃料電極基材のうち上記カソード触媒層が接合されない燃料封止支持部の空孔の一部または全体が樹脂により充填され、上記酸化剤電極基材のうち上記アノード触媒層が接合されていない酸化剤封止支持部の空孔の一部または全体が樹脂により充填され、上記燃料封止支持部と上記酸化剤封止支持部とが上記固体高分子電解質膜と上記樹脂により接着されている。 The fuel cell according to the present invention, larger area than the fuel electrode substrate and the anode catalyst layer having a large area than the cathode catalyst layer of the cathode catalyst layer and anode catalyst layer joined from both sides in a central portion of the solid polymer electrolyte membrane in the fuel cell having a membrane electrode assembly was further sandwiched from both sides by oxidant electrode substrate, part or all of the pores of the fuel seal support portion where the cathode catalyst layer is not bonded out of the fuel electrode substrate is is filled with a resin, part or all of the pores of the oxidizing agent seal support portion where the anode catalyst layer is not bonded out of the oxidant electrode substrate is filled with resin, the fuel seal support portion and the oxidant sealing support portion is bonded by the solid polymer electrolyte film and the resin.

この発明の燃料電池に係わる効果は、確実にガスシールしながら、固体高分子電解質膜の局部的な変形および応力集中状態を防げるように支持する電極基材を有しているので、固体高分子電解質膜の破損を防止することができる。 Effect according to the fuel cell of the invention is to reliably gas seal, since it has an electrode substrate bearing to prevent local deformation and stress concentration state of the solid polymer electrolyte membrane, solid polymer it is possible to prevent damage to the electrolyte membrane. また、確実にガスシールするので、燃料電池の電圧低下率を低減しての長寿命化および燃料ガスの燃焼や燃料電池の異常過熱を防止して安全性を向上することができる。 Also, certainly since the gas seal, it is possible to improve the life of and safety by preventing abnormal overheat of combustion and fuel cells of the fuel gas by reducing the voltage drop rate of the fuel cell.

実施の形態1. The first embodiment.
図1は、この発明の実施の形態1に係わる固体高分子型燃料電池の断面模式図である。 Figure 1 is a schematic sectional view of a solid polymer electrolyte fuel cell according to the first embodiment of the present invention.
この固体高分子型燃料電池(以下、燃料電池と称す。)の単電池は、膜電極接合体1とその膜電極接合体1を両側から挟持する導電性酸化剤セパレータ板2と導電性燃料セパレータ板3とを有する。 The polymer electrolyte fuel cell (hereinafter, referred to as a fuel cell.) Of the cells, the membrane electrode assembly 1 with the conductive oxidant separator plate 2 and the conductive fuel separator sandwiching the membrane electrode assembly 1 from both sides and a plate 3. 膜電極接合体1には、燃料としての水素がプロトンにイオン化され、プロトンがイオン伝導し、酸化剤としての酸素によりプロトンが酸化されることにより発電する発電部4と、その発電部4の周囲を囲むようにして燃料と酸化剤とを封止する封止部5とを有している。 The membrane electrode assembly 1, is ionized hydrogen to protons as fuel, proton and ion conductivity, a generator 4 for generating electric power by the protons are oxidized by oxygen as an oxidizing agent, around the power generation section 4 and a sealing portion 5 that seals the the surrounding manner fuel and oxidizer.
この膜電極接合体1は、発電部4と封止部5との全面に亘って広がるプロトン伝導性の固体高分子電解質膜(以下、電解質膜と称す。)6、電解質膜6の一面の中央部に接し発電部4に位置するアノード触媒層7、電解質膜6の他面の中央部に接し発電部4に位置するカソード触媒層8、発電部4および封止部5に位置しアノード触媒層7を覆う酸化剤電極基材9、発電部4および封止部5に位置しカソード触媒層8を覆う燃料電極基材10を有する。 The membrane electrode assembly 1, the proton conductive solid polymer electrolyte membrane that extends over the entire surface of the power generation section 4 and the sealing portion 5 (hereinafter, referred to as electrolyte membrane.) 6, the center of one surface of the electrolyte membrane 6 the anode catalyst layer 7 located in the power generation unit 4 in contact with the part, the cathode catalyst layer 8, the anode catalyst layer located in the power generation unit 4 and the sealing portion 5 located in the power generation portion 4 against the central portion of the other surface of the electrolyte membrane 6 7 oxidant electrode substrate 9 covering the, having a fuel electrode substrate 10 to cover the cathode catalyst layer 8 located in the power generation unit 4 and the sealing portion 5. 封止部5に位置する酸化剤電極基材9の酸化剤封止支持部11と燃料電極基材10の燃料封止支持部12とには熱可塑性樹脂が充填されている。 The fuel seal support portion 12 of the oxidizing agent seal support portion 11 and the fuel electrode substrate 10 of the oxidizer electrode substrate 9 located in the sealing unit 5 of the thermoplastic resin is filled.

また、電解質膜6は、酸化剤封止支持部11とその界面13で、燃料封止支持部12とその界面14でそれぞれ熱可塑性樹脂により接着されている。 The electrolyte membrane 6, with an oxidizing agent seal support portion 11 and the interface 13, the fuel seal support portion 12 and the interface 14 are respectively bonded by a thermoplastic resin. さらに、導電性酸化剤セパレータ板2と酸化剤封止支持部11との界面15で熱可塑性樹脂により互いに接着されている。 Moreover, they are bonded together by a thermoplastic resin at the interface 15 of the conductive oxidant separator plate 2 and the oxidizing agent seal support 11. さらに、導電性燃料セパレータ板3と燃料封止支持部12との界面16で熱可塑性樹脂により互いに接着されている。 Moreover, they are bonded together by a thermoplastic resin with a conductive fuel separator plate 3 and the interface 16 between the fuel seal support 12.

また、酸化剤電極基材9に面する導電性酸化剤セパレータ板2の面に酸化剤を流す酸化剤ガス流路17が設けられている。 Moreover, the oxidizing gas channel 17 is provided for flowing the oxidizing agent to the surface of the conductive oxidant separator plate 2 facing the oxidant electrode substrate 9. さらに、燃料電極基材10に面する導電性燃料セパレータ板3の面に燃料を流す燃料ガス流路18が設けられている。 Furthermore, the fuel gas flow path 18 for flowing the fuel is provided on a surface of the conductive fuel separator plate 3 which faces the fuel electrode substrate 10. この酸化剤ガス流路17は、導電性酸化剤セパレータ板2の外縁部19に延在し、さらにその導電性酸化剤セパレータ板2の外縁部19に厚み方向に穿設された穴に連なっている。 The oxidizing gas passage 17 extends in the outer edge portion 19 of the conductive oxidant separator plate 2, continuous with the further hole drilled in the thickness direction on the outer edge portion 19 of the conductive oxidant separator plate 2 there. 単電池を複数個積層するときこの穴は上下に積層されている単電池の導電性燃料セパレータ板3に設けられた穴と連なり、さらにその上の導電性酸化剤セパレータ板2に設けられた穴と順次連なっていく。 This hole when stacking a plurality of single cells contiguous with provided in the conductive fuel separator plate 3 of the unit cells are stacked vertically hole, provided further conductive oxidant separator plate 2 on the hole sequentially continuous and. 一番上に積層された単電池の導電性酸化剤セパレータ板2に設けられた穴を酸化剤供給口としてそこから酸化剤が供給される。 Most oxidizer therefrom a hole provided in the conductive oxidant separator plate 2 of unit cells are stacked as an oxidizing agent supply ports on are supplied. 一方、一番下に積層された単電池の導電性燃料セパレータ板3に設けられた穴を酸化剤排出口としてそこから余った酸化剤が排出される。 On the other hand, the oxidizing agent left over from there a hole in the conductive fuel separator plate 3 of the cells which are most stacked below as the oxidant outlet is discharged. 燃料に関しても同様にして供給・排出される。 It is supplied and discharged in the same manner with respect to the fuel.

電解質膜6として、燃料電池内の環境において長期安定性に優れ、ガスバリア性が高く、かつプロトン伝導性が高く電子導電性の小さなものを用いることができる。 As an electrolyte membrane 6, excellent long-term stability in the environment of the fuel cell, high gas barrier properties, and it can be used small proton conductivity high electron conductivity. 一般にはパーフルオロ系主鎖とスルホン酸基からなる固体高分子電解質膜が用いられる。 Generally the solid polymer electrolyte membrane comprising a perfluorinated backbone and sulfonic acid groups are used.

カソード触媒層8およびアノード触媒層7は、触媒粒子および触媒粒子とプロトンの授受を行う高分子電解質からなっている。 The cathode catalyst layer 8 and the anode catalyst layer 7 is composed of a polymer electrolyte for transferring catalyst particles and catalyst particles and protons. 必要に応じて無機質粒子、ポリマー粒子またはカーボン粒子等の添加物を混入することも可能である。 Inorganic particles if necessary, it is also possible to incorporate additives such as polymer particles or carbon particles. こうした添加物はカソード触媒層8およびアノード触媒層7の親水性および撥水性を制御したり、カソード触媒層8またはアノード触媒層7の空孔率を向上したりする目的で適宜用いられる。 Such additives to control the hydrophilicity and the water repellency of the cathode catalyst layer 8 and the anode catalyst layer 7, suitably used for the purpose or to increase the porosity of the cathode catalyst layer 8 or the anode catalyst layer 7.
カソード触媒層8とアノード触媒層7はそれぞれ電解質膜6と酸化剤電極基材9の間および電解質膜6と燃料電極基材10の間に配される。 Disposed between the cathode catalyst layer 8 and the anode catalyst layer 7 and between the electrolyte membrane 6 and the fuel electrode substrate 10, respectively and the electrolyte membrane 6 oxidant electrode substrate 9. これらカソード触媒層8およびアノード触媒層7の形成方法としては、電解質膜6上に直接形成する方法、別の基材上に形成した後に電解質膜6上に転写する方法、酸化剤電極基材9および燃料電極基材10上に形成した後に電解質膜6と接合する方法がある。 As a method for forming these cathode catalyst layer 8 and the anode catalyst layer 7, a method of directly formed on the electrolyte membrane 6, a method of transferring onto the electrolyte membrane 6 after forming on another substrate, oxidizing agent electrode substrate 9 and there is a method for joining the electrolyte membrane 6 after formation on the fuel electrode substrate 10. この発明による燃料電池ではいずれの触媒層形成方法を用いることができる。 In the fuel cell according to the invention can be used any catalyst layer forming method.

触媒粒子としては、カーボンブラック粒子の表面に白金など触媒活性を持つ金属微粒子を担持したものが一般的に用いられる。 The catalyst particles, obtained by supporting a metal fine particles having a catalytic activity such as platinum on the surface of carbon black particles is generally used.

酸化剤および燃料をカソード触媒層8およびアノード触媒層7に供給するために用いる拡散層の役割をはたす酸化剤電極基材9および燃料電極基材10としては、燃料電池内の環境において安定な導電性多孔体を用いることができる。 As the oxidizing agent electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 plays the role of a diffusion layer used for supplying the oxidizing agent and fuel to the cathode catalyst layer 8 and the anode catalyst layer 7, a stable conductive in the environment of the fuel cell it can be used sex porous body. 一般的にはカーボンペーパーまたはカーボンクロスといったカーボン繊維で形成された多孔体が用いられる。 In general, the porous body formed of carbon fiber such as carbon paper or carbon cloth is used.
導電性酸化剤セパレータ板2および導電性燃料セパレータ板3としては、燃料電池内の環境において安定な通気性を有さない導電性板を用いることができる。 The conductive oxidant separator plate 2 and the conductive fuel separator plate 3, it is possible to use a conductive plate that does not have a stable breathable in the environment of the fuel cell. 一般にはカーボン板にガス流路用の溝を形成したものが用いられる。 Generally it is used those having grooves of the gas flow path in the carbon plate.

ガスシールは、封止部5に位置する電解質膜6、酸化剤封止支持部11、燃料封止支持部12、電解質膜6と酸化剤封止支持部11の界面13、電解質膜6と燃料封止支持部12の界面14、導電性酸化剤セパレータ板2と酸化剤封止支持部11との界面15および導電性燃料セパレータ板3と燃料封止支持部12との界面16から構成されている。 Gas seal electrolyte membrane 6 located in the sealing unit 5, the oxidant seal support portion 11, the interface 13 of the fuel seal support portion 12, the electrolyte membrane 6 and the oxidant seal support portion 11, the electrolyte membrane 6 and the fuel interface 14 of the seal support 12, formed of a conductive oxidant separator plate 2 and the oxidant seal support 11 interface 15 and a conductive fuel of the separator plate 3 and the interface 16 between the fuel seal support 12 there. 燃料電池内の環境のもとで安定なガスバリア性が高い材料をガスシールとして用いることが出来る。 The original in high stable gas barrier material environment in the fuel cell can be used as a gas seal. また、ガスシールには各単電池にガスおよび冷却液を分配供給するためのマニホールド穴が設けられることがあるので、ガスシールは冷却液に接しても安定である必要がある。 Further, since the gas seal may be manifold holes for distributing and supplying a gas and coolant to each unit cell is provided, the gas seal is required to be stable in contact with the coolant.

この発明による構造では電解質膜6を封止部5の両電極基材で両面から支持するために、酸化剤電極基材9および燃料電極基材10が発電部4より大きくなっている。 In the structure according to the invention for supporting the both sides of the electrolyte membrane 6 both electrode substrate of the sealing portion 5, the oxidant electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 is larger than the power generation section 4. 封止部5にはガスを供給する必要がないために、酸化剤電極基材9および燃料電極基材10の酸化剤封止支持部11と燃料封止支持部12の空孔には樹脂材料が充填されている。 For the sealing portion 5 is not necessary to supply the gas, the pores of the oxidizing agent seal support portion 11 and the fuel seal support portion 12 of the oxidizer electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 resin material There has been filled.

さらに、電解質膜6は酸化剤電極基材9または燃料電極基材10の少なくとも一方より大きく、少なくとも酸化剤電極基材9および燃料電極基材10の端部よりも電解質膜6の端部が外側にある必要がある。 Further, the electrolyte membrane 6 is larger than at least one of the oxidant electrode substrate 9 or the fuel electrode substrate 10, the ends of the electrolyte membrane 6 from the end portion of at least the oxidant electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 is outside there is a need to be in. これは酸化剤電極基材9と燃料電極基材10との間で電気的短絡状態にならないようにするためである。 This is to avoid the electrical short condition between the oxidant electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10.

さらに、カソード触媒層8およびアノード触媒層7の外縁部に樹脂が充填されている。 Further, resin is filled in the outer edge portion of the cathode catalyst layer 8 and the anode catalyst layer 7. そして、これに関連してカソード触媒層8およびアノード触媒層7の外縁部と酸化剤封止支持部11および燃料封止支持部12の内縁部が重なるよう配置されている。 Then, is arranged in this connection the outer edge of the cathode catalyst layer 8 and the anode catalyst layer 7 and an oxidation agent seal support 11 and so that the inner edge of the fuel seal support portion 12 overlap. このようにすると、発電部4において触媒層7、8の有無による段差が存在せず、段差による応力が電解質膜6に集中することがないので、電解質膜6の破断を抑制することができる。 In this way, the step due to the presence or absence of the catalyst layers 7 and 8 are not present in the power generation unit 4, the stress by the step is not concentrated in the electrolyte membrane 6, it is possible to suppress the breakage of the electrolyte membrane 6.
そのときの重なりの幅は、両電極基材9、10の厚み以上であればよく、両電極基材9、10により電解質膜6を十分に固定することができるので、電解質膜6の破損を抑制することができると同時に発電部4と外部との間でガス遮断を確実に行うことができる。 The width of the overlap of the time, as long than the thickness of the electrodes substrate 9 and 10, since the electrolyte membrane 6 by both electrode substrate 9 and 10 can be sufficiently secured, damage to the electrolyte membrane 6 it is possible to reliably perform gas barrier between the can be suppressed and the power generation unit 4 simultaneously outside. 一方、重なりの幅が、両電極基材9、10の厚み未満であると、こうした効果が十分に得られない。 On the other hand, the width of the overlap is less than the thickness of the electrodes substrate 9 and 10, such effects can not be obtained sufficiently.
しかし、重なりが大きくなるほどより確実に電解質膜6を保持することが可能になるが、重なり幅が5mmを超えると効果の向上が見られない。 However, the overlap becomes possible to retain the reliable electrolyte membrane 6 from about increases, not improving effect is observed when the overlapping width is greater than 5 mm. 一方、重なりの触媒層に反応ガスが供給されないので、機能しない触媒量が増大する。 On the other hand, the reaction gas to the catalyst layer of the overlap since they are not supplied, the amount of catalyst does not function to increase. 高価な触媒の使用量を低減するという観点からは、両者の重なりの幅は電解質膜の破断を抑制できる範囲の中で小さくする必要がある。 The From the viewpoint of reducing the amount of expensive catalyst, the width of the overlap of the two must be reduced within the range capable of suppressing breakage of the electrolyte membrane. すなわち、5mm以下が好ましく、より好ましくは2mm以下にする必要がある。 That is preferably 5mm or less, more preferably it is necessary to 2mm or less.

次に、酸化剤封止支持部11、燃料封止支持部12に充填する樹脂材料について説明する。 Then, oxidizing agent seal support portion 11, the resin material filling the fuel seal support portion 12 will be described. この用途で用いることができる樹脂材料は、燃料電池内の環境下で安定性を有し、ガス透過性が十分に低い材料でなければならない。 Resin materials that can be used in this application has a stability in the environment of the fuel cell, the gas permeability must be sufficiently low material. 特に電池内の熱水および水蒸気に対して長期間耐える材料である必要がある。 In particular it is necessary that a material resistant long time to heat water and water vapor in the cell. また、電極基材9、10内部に充填する必要があるために、充填作業時には流動性が必要である。 Further, since it is necessary to fill the internal electrode substrate 9, it is necessary fluidity during the filling operation.
充填する樹脂が酸化剤電極基材9および燃料電極基材10と電解質膜6、酸化剤電極基材9および燃料電極基材10と導電性酸化剤セパレータ板2および導電性燃料セパレータ板3とを接着することができれば、電解質膜6がより均一に酸化剤電極基材9および燃料電極基材10により支持されるうえに、電解質膜6、酸化剤電極基材9と燃料電極基材10および導電性酸化剤セパレータ板2と導電性燃料セパレータ板3を一体化することができる。 Electrolyte membrane 6 resin filled with the oxidant electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10, an oxidant electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 and the conductive oxidant separator plate 2 and the conductive fuel separator plate 3 if it is possible to adhere, on top which is supported by the electrolyte membrane 6 is more evenly oxidizer electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10, the electrolyte membrane 6, the oxidant electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 and the conductive it can be integrated sexual oxidant separator plate 2 and the conductive fuel separator plate 3. このように一体化することで、燃料電池の単電池の取り扱いが容易になり、またガスが外部に漏れないようにすることが出来る。 By thus integrating the handling of the cells of the fuel cell becomes easy, it is possible to prevent gas leakage to the outside.
充填する樹脂に電解質膜やセパレータ板と接着する機能があれば、電解質膜がより安定に支持されるうえに、セパレータ板と一体化することが可能になる。 If the ability to adhere to the electrolyte membrane and the separator plate to the resin to be filled, on top of the electrolyte membrane can be more stably supported, it is possible to integrate the separator plate. 電解質膜やセパレータ板と一体化することで、燃料電池セルの取り扱いが容易になり、またガスが外部に漏れないようにすることが出来る。 By integrating the electrolyte membrane and the separator plate, the handling of the fuel cell becomes easy and also it is possible to prevent gas leakage to the outside.

充填する樹脂の量としては、電極基材9、10中の空孔体積の50体積%以上を占める量であればつながり、樹脂が連続した樹脂膜になる。 The amount of resin to be filled, leading as long as it is an amount that accounts for at least 50 volume percent of the pore volume in the electrode substrate 9 and 10, the resin film of the resin's. さらに、空孔が連続しない状態となり、ガスリーク等の問題が起こりにくくなる。 Further, a state in which holes are not continuous, hardly occur problems such as gas leakage. より好ましくは、90体積%以上および120体積%未満であり、この範囲であれば、ガスリーク等の問題が特に少ない。 More preferably less than 90% by volume or more and 120 vol%, Within this range, particularly low problems such gas leakage. また、余剰樹脂が発電部4または膜電極接合体1の外側面に滲み出して問題になることが少ない。 Moreover, it is less surplus resin becomes a problem oozing to the outside surface of the power generation unit 4 or the membrane electrode assembly 1. 120体積%を超えると樹脂の滲みだし量が多くなり、発電部4の電極基材9、10内の空孔が樹脂で閉塞されるなどの問題が顕著になる。 When more than 120% by volume the amount of seeped resin is increased, problems such as voids in the electrode substrate 9 and 10 of the power generation unit 4 is closed by the resin becomes remarkable.

上述の性能を有する樹脂材料としては電極基材9、10に充填することができる流動性樹脂が挙げられる。 As the resin material having the above performance include fluid resin which can be filled into the electrode substrate 9,10. 流動性樹脂とは、充填するとき多孔体の内部に含浸することができる程度に粘度が小さい樹脂を意味する。 The fluid resin, means a porous resin viscosity is small enough to be able to impregnate the interior of the case to be filled. 流動性樹脂としては熱可塑性樹脂または硬化前に電極基材空孔に充填するのに十分な流動性がある熱硬化性樹脂などが挙げられる。 Such as thermosetting resins there is sufficient flowability to fill the electrode substrate pores before the thermoplastic resin or curing the fluid resin. これらの材料には必要に応じて無機系、有機系を問わず、粒子状の充填材が含まれていても良い。 Inorganic If necessary, these materials, whether organic, may contain particulate fillers. こうした充填材によって、流動性の制御や硬化後の強度、硬化収縮抑制等の機能を付与することが可能である。 By such fillers, it is possible to impart strength after control and cure of fluidity, functions such as curing shrinkage suppression.
充填する樹脂材料として好ましくは加熱によって充填に必要な流動性が得られる熱可塑性樹脂を用いることが出来る。 Preferably it can be a thermoplastic resin having flowability is obtained necessary filled with heated resin material to be filled. 熱可塑性樹脂を使用すると充填作業後に冷却することで直ちに硬化できるので作業効率が高くなる。 Since it immediately cured by cooling after the filling operation and to use a thermoplastic resin working efficiency is high.
ただし、熱可塑性樹脂を用いる場合には、電池運転温度では流動しない材料である必要がある。 However, when a thermoplastic resin is required to be a material which does not flow under cell operating temperature. 従って少なくとも充填する樹脂の融点は電池運転温度の最高温度よりも高くなければならない。 Thus the resin at least fill the melting point must be higher than the highest temperature of the battery operating temperature. 例えば、一般的な固体高分子型燃料電池の動作温度は90℃以下であり、このような電池では、90℃で流動しない樹脂を用いる必要がある。 For example, the operating temperature of a typical solid polymer fuel cell is at 90 ° C. or less, in such a battery, it is necessary to use a resin which does not flow at 90 ° C..
また、熱可塑性樹脂の充填作業に要する温度が電解質膜6の耐熱温度より高い場合には、電解質膜6や電解質膜成分を含む触媒層7、8を電極基材9、10に接合する前に、予め樹脂を電極基材9、10に充填しておかなければならない。 Further, when the temperature required for the filling operation of the thermoplastic resin is higher than the heat resistant temperature of the electrolyte membrane 6, prior to joining the catalyst layer 7,8 comprising an electrolyte membrane 6 and the electrolyte membrane component to the electrode substrate 9,10 , it must be prefilled with resin electrode substrate 9,10.
なお、熱可塑性樹脂の融点が電解質膜6の耐熱温度より低い場合には、加熱によって熱可塑性樹脂を再溶融させることで電解質膜6と両電極基材9、10とを接着一体化することができる。 Note that when the melting point of the thermoplastic resin is lower than the heat resistant temperature of the electrolyte membrane 6, be integrally bonded with the electrolyte membrane 6 and the electrodes substrate 9 and 10 by remelting the thermoplastic resin by heating it can.

一般に膜電極接合体1の製造において、両触媒層7、8と電解質膜6はホットプレスすることで接合する。 In general in the production of the membrane electrode assembly 1, an electrolyte membrane 6 and both catalyst layers 7, 8 joined by hot pressing. この接合温度よりも熱可塑性樹脂の融点が低ければ、充填した樹脂によって両電極基材9、10の封止支持部11、12と電解質膜6とを接着一体化することが出来る。 The lower the melting point of the thermoplastic resin than the bonding temperature, can be integrally bonded to the sealing support portion 11, 12 of the electrodes substrate 9 and an electrolyte membrane 6 by the filled resin.
このような特性を持つ熱可塑性樹脂の例として、ホットメルトと総称される樹脂が好適に用いられる。 Examples of the thermoplastic resin having such properties, the resin generally called hot melt is preferably used. 代表的なホットメルト樹脂として、ポリエチレンやポリプロピレンに代表されるポリオレフィン系の樹脂またはポリオレフィンとポリ酢酸ビニル等とを共重合して溶融温度や接着性を改善した樹脂が挙げられる。 Typical hot melt resins include resins having improved melt temperatures and adhesion by copolymerizing a resin or a polyolefin and a polyvinyl acetate polyolefin represented by polyethylene or polypropylene. このようなポリオレフィン系の樹脂を用いると一般的な電解質膜材料の耐熱温度である200℃よりも十分に低い温度で樹脂を流動させることが出来る。 Such polyolefin resin used Generally electrolyte membrane material can be fluidized resin at a temperature well below 200 ° C., which is the heat resistant temperature of. 従って、電極基材に電解質膜成分が接合した後でも充填できるなど、プロセスの自由度が高い。 Accordingly, etc. can be filled even after the electrolyte membrane component is bonded to the electrode substrate, a high degree of freedom in the process. また、ポリオレフィン系の樹脂は燃料電池の動作温度である90℃以下の高湿雰囲気に暴露されても比較的安定な材料であり、好適に用いることが出来る。 The resin of the polyolefin is a relatively stable material be exposed to a high humidity atmosphere of 90 ° C. below the operation temperature of the fuel cell can be suitably used.

同様に使用できる熱可塑性樹脂としてナイロン11、ナイロン12、共重合ナイロン系の樹脂が挙げられる。 Nylon 11 as well as thermoplastic resins which can be used, nylon 12, copolymer nylon-based resins. また、ポリエチレンテレフタレートまたはその共重合体に代表されるポリエステル系の樹脂が挙げられる。 Also include polyester resins represented by polyethylene terephthalate or copolymers thereof. この種のポリエステル系樹脂は耐水性に優れるため、水分にさらされる燃料電池に好適に用いることが出来る。 Polyester resin of this type is excellent in water resistance, it can be suitably used for a fuel cell that is exposed to moisture. また、ポリブチレン系樹脂、ポリメタクリル酸メチル系樹脂、無定型ポリアミド樹脂も同様に用いることが出来る。 Further, polybutylene resins, polymethyl methacrylate resins, amorphous polyamide resins also can be used as well.

また、特に長期間の信頼性を求められる場合には、燃料電池内の環境により安定な材料を使用する必要がある。 Further, when it is especially determined long-term reliability, it is necessary to use a stable material to the environment inside the fuel cell. 充填する樹脂は燃料電池内の高温高湿にさらされるだけではなく、燃料電池構造によっては、冷却水と接する場合もある。 Resin to be filled not only exposed to high temperature and high humidity in the fuel cell, the fuel cell structure, in some cases contact with cooling water. 充填する樹脂が分解して溶出する成分があると、燃料電池の性能を劣化させたり、冷却水の電気伝導度を上げる等の懸念がある。 When the resin to be filled there are components eluted by decomposition, or degrade the performance of the fuel cell, there is a concern, such as increasing the electrical conductivity of the cooling water. そのような場合は特に化学的安定性の高い材料を用いる必要がある。 Such case is particularly necessary to use a high chemical stability material. そのような場合、たとえばポリフェニレンサルファイドに代表される耐薬品に優れたエンジニアリングプラスチックを好適に用いることが出来る。 In such a case, for example, polyphenylene sulfide can be suitably used an excellent engineering plastics and chemical typified.
その他、ポリビニルホルマール・フェノリック系、ニトリルゴム・フェノリック系、ナイロン・エポキシ系、ニトリルゴム・エポキシ系といったポリマーアロイ型の樹脂のうち無溶剤系のものを用いることが出来る。 Other, polyvinyl formal, phenolic-based, nitrile rubber-phenolic-based, nylon-epoxy, nitrile rubber epoxy such may be used as solventless systems of polymer alloy type resin.

このような燃料電池は、空孔に充填されている樹脂が燃料電池運転時の最高到達温度よりも高い融点の熱可塑性樹脂であるので、樹脂の融点以上の温度に加熱することにより容易に電極基材9、10内に樹脂を充填することが可能になる。 Such a fuel cell, since the resin filled in the pores is a high melting point of the thermoplastic resin than the maximum attained temperature during fuel cell operation, easily electrode by heating to a temperature above the melting point of the resin it is possible to fill the resin into the base material 9. 同時に、燃料電池運転の際には樹脂が溶融することが無いので、ガスシール性能の信頼性が高い。 At the same time, during the fuel cell operation because there is no resin is melted, reliable gas seal performance.

また、充填のための樹脂として未硬化段階では十分な流動性があり、その後、硬化剤との反応または加熱によって硬化せしめることの出来る樹脂も同様に用いることが出来る。 Moreover, there is sufficient fluidity in the uncured stage as the resin for filling, and thereafter, the resin can also be used as well which can be allowed to cure by the reaction or heating with a curing agent. 例えば、硬化剤を混合したエポキシ樹脂を充填し、その後加熱等の硬化処理を行うことで使用することが出来る。 For example, an epoxy resin mixed with a curing agent was filled, it can be used by performing the curing treatment subsequent heating. 同様に使用できる樹脂材料として、液状アクリルゴム系樹脂、シリコーン系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ポリウレタン樹脂などが挙げられる。 As the resin material can be used as well, liquid acrylic rubber resin, silicone resin, phenol resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, and polyurethane resin. また、硬化型シリコーン系樹脂を用いる場合は電解質膜との接着性が高く、ガスシール性に優れた膜電極接合体1を形成し得る。 In the case of using a curable silicone resin has high adhesion to the electrolyte membrane to form a membrane electrode assembly 1 having excellent gas sealing property.

このような燃料電池は、流動性のある樹脂材料を電極基材9、10の封止支持部11、12に充填したのちに該樹脂材料を硬化せしめる。 Such a fuel cell is allowed to cure the resin material after filling the resin material having fluidity a sealing support portion 11 of the electrode substrate 9,10. この方法により、大半が微細な空孔からなる電極基材9、10の空孔に他の材料を充填することが困難なときにも流動性樹脂を用いることにより電極基材9、10の封止支持部11、12の連通空孔を閉塞することができる。 In this way, the majority of the electrode substrate 9 and 10 by using a fluid resin even when it is difficult to fill the other materials into the pores of the electrode substrate 9 and 10 consisting of fine voids sealing it can be closed communicating holes of the stop support portions 11 and 12.

熱可塑性樹脂を電極基材9、10に充填する方法としては、射出成形あるいはそれに類似する方法、圧縮成型あるいはそれに類似する方法等などを用いることが出来る。 Thermal plasticity resin as a method of filling the electrode substrate 9 and 10, a method of injection molding or similar to, compression molding or the like can be used it method analogous to the like. 例えば電極基材9、10を型に入れて、流動性のある樹脂を圧入する方法が挙げられる。 For example put electrode substrate 9 in a mold, and a method of injecting a flowable resin. また、もっと簡便且つ面積当たりの充填量を均一に出来る方法として、所定厚みの熱可塑性樹脂シートと電極基材9、10を重ねてホットプレスで圧入する方法が挙げられる。 Further, as a method that can uniformly more convenient and loading per unit area, and a method of injecting a hot press overlapping a thermoplastic resin sheet and the electrode base material 9 having a predetermined thickness. これらの樹脂充填作業を減圧下で行えば、樹脂充填層の内部に気泡等ができないので、よりガス遮断性の高い樹脂充填層が得られる。 By performing these resin filling work at reduced pressure, the inside of the resin filling layer can not bubbles or the like, more gas barrier resin having high filler layer. 充填する樹脂の量は電極基材9、10の内部空孔を充填しガスを遮断できる量であれば良い。 The amount of resin to be filled may be an amount capable of blocking the filled gas inside pores of the electrode substrate 9,10. このように充填された樹脂は、熱可塑性樹脂であれば冷却することで、熱硬化性樹脂であれば所定の硬化処理を行うことで膜電極接合体1用として使用できる状態になる。 The resin filled in this way, by cooling if the thermoplastic resin, in a state where if a thermosetting resin by performing a predetermined curing treatment can be used as a membrane electrode assembly 1.
電極基材9、10に熱可塑性樹脂を充填した場合には、まず膜電極接合体1を形成し、その後に膜電極接合体1と両セパレータ板2、3とを積層して加圧しながら昇温することで、充填した熱可塑性樹脂を再流動させ、両セパレータ板2、3と膜電極接合体1とを一体化することが出来る。 When filled with the thermoplastic resin in the electrode substrate 9, first, to form a membrane electrode assembly 1, the temperature under pressure and thereafter the laminated membrane electrode assembly 1 and the separators plates 2, 3 by temperature, the filled thermoplastic resin reflowed, both separator plates 2 and 3 and the membrane electrode assembly 1 and can be integrated. このような方法で一体化された燃料電池の単電池は樹脂層で電解質膜6から両セパレータ板2、3までが単純な構造で一体化されて、電解質膜6の保持安定性のみならず、ガスシール信頼性および取り扱い性に優れた燃料電池の単電池を得ることができる。 Such a single cell of the integrated fuel cell in a manner to be integral from the electrolyte membrane 6 to both separator plates 2 and 3 in a simple structure with a resin layer not only retain the stability of the electrolyte membrane 6, it is possible to obtain a single cell of the fuel cell excellent in gas sealing reliability and handling properties.
以下、実施例を示して具体的に本発明を説明する。 Hereinafter, a specific manner present invention by showing Examples.

次に、この発明に係わる燃料電池の実施例1を説明する。 Next, an embodiment 1 of a fuel cell according to the present invention. この実施例1の燃料電池の単電池の構造は図1と同様である。 Structure of a single cell of the fuel cell of Example 1 is the same as that of FIG.
まず、厚さ300μmのカーボンペーパー(東レ(株)製TGP−H−90)から1辺90mmの正方形の電極基材板20を準備した。 First, was prepared carbon paper (Toray Industries Co., Ltd. TGP-H-90) square from one side 90mm electrode substrate plate 20 having a thickness of 300 [mu] m. このカーボンペーパーの空隙率は約78%であった。 The porosity of the carbon paper was about 78%. また、厚さ257μmの樹脂フィルムから外形が1辺90mmの正方形状で、その中央に1辺54mmの正方形の穴が空いたロの字型の樹脂シート21を切り出した。 Further, the outer shape is in one side 90mm square from the resin film having a thickness of 257Myuemu, were cut resin sheet 21 of the shaped furnace a hole of square one side 54mm in the center. 図2に示すようにこの樹脂シート21を電極基材板20と重ね合わせてホットプレス機22の平盤23の間にセットし、その後真空状態にして温度150℃、加圧49N/cm でホットプレスすることで樹脂シート21の樹脂を電極基材板20内部に充填して酸化剤封止支持部11、燃料封止支持部12が設けられた酸化剤電極基材9および燃料電極基材10を作製した。 And the resin sheet 21 superposed with electrode base plate 20 as shown in FIG. 2 was set between the flat plate 23 of the hot press 22, then the temperature 0.99 ° C. in a vacuum state, under pressure 49N / cm 2 hot pressing is filled with a resin of the resin sheet 21 to the internal electrode substrate plate 20 oxidant the sealing support portion 11 by the fuel seal support 12 is provided oxidant electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 were produced. 充填した樹脂の体積は、電極基材板20内空孔体積の約110体積%である。 The volume of filled resin is about 110 volume percent of the pore volumes in the electrode substrate plate 20. ここで、樹脂フィルムとしてはポリオレフィン系のホットメルトフィルムを用いた。 Here, as the resin film using a hot melt film of a polyolefin. この樹脂フィルムの流動開始温度は約120℃であり、150℃における溶融粘度は約40000poisであった。 The flow temperature of the resin film is about 120 ° C., a melt viscosity at 0.99 ° C. was about 40000Pois. またDSC法で測定した融点は約95℃であった。 The melting point measured by DSC method was about 95 ° C..

次に、アノード触媒としては白金をカーボンブラック上に50重量%担持してアノード触媒粒子を作製した。 Then, as the anode catalyst was prepared anode catalyst particles and 50 wt% platinum supported on carbon black. また、カソード触媒としては白金-ルテニウム系合金をカーボンブラック上に50重量%担持してカソード触媒粒子を作製した。 As the cathode catalyst of platinum - to prepare a cathode catalyst particles and 50 wt% on the ruthenium-based alloy on carbon black.
このアノード触媒粒子1重量部に水1重量部とパーフルオロ系高分子電解質溶液(旭硝子製フレミオン9%溶液)3重量部とを添加し、攪拌混合して均一な状態のアノード触媒ペーストを得た。 The anode catalyst particles 1 1 part by weight of water to parts by weight and the perfluorinated polymer electrolyte solution (manufactured by Asahi Glass Flemion 9% solution) 3 was added and the parts by weight are mixed and stirred to obtain an anode catalyst paste uniform state . また、カソード触媒粒子1重量部に水1重量部とパーフルオロ系高分子電解質溶液(旭硝子製フレミオン9%溶液)6重量部とを添加し、攪拌混合して均一な状態のカソード触媒ペーストを得た。 Further, the addition of water 1 part by weight to 1 part by weight cathode catalyst particles and perfluorinated polymer electrolyte solution (manufactured by Asahi Glass Flemion 9% solution) 6 parts by weight, to obtain a uniform state of the cathode catalyst paste and mixed by stirring It was.
これらの触媒ペーストをそれぞれ酸化剤電極基材9と燃料電極基材10の中央部にスクリーン印刷し、減圧乾燥してアノード触媒層7、カソード触媒層8を得た。 These catalyst paste was screen printed in the center portion of each oxidant electrode substrate 9 fuel electrode substrate 10, the anode catalyst layer 7 and dried under reduced pressure to obtain a cathode catalyst layer 8. 印刷にはスクリーンマスクを用い、印刷する形状が1辺50mmの正方形になるようにした。 Using a screen mask for printing, the shape to be printed is set to be a square of one side 50 mm.

次に、図3を参照して膜電極接合体1の作製を説明する。 Next, with reference to FIG. 3 illustrating the fabrication of membrane electrode assembly 1. カソード触媒層8が形成された燃料電極基材10とアノード触媒層7が形成された酸化剤電極基材9とを電解質膜6の中央にカソード触媒層8およびアノード触媒層7とが対向するように積層して積層体を作製した。 So that the cathode catalyst layer 8 and the anode catalyst layer 7 is opposed to the fuel electrode substrate 10 cathode catalyst layer 8 is formed and the anode catalyst layer 7 oxidant electrode substrate 9 which is formed in the center of the electrolyte membrane 6 was laminated into a stack to. 次にこの積層体を温度150℃、加圧49N/cm で5分間ホットプレスして膜電極接合体1を形成した。 Then the temperature 0.99 ° C. The laminate was formed membrane electrode assembly 1 to 5 minutes hot pressed under pressure 49N / cm 2. 電解質膜6として、厚さ50μmの旭化成(株)製アシプレックス(登録商標)膜から1辺100mmの正方形に切り出したものを用いた。 As an electrolyte membrane 6, used was a cut into a square with one side 100mm thick 50μm by Asahi Kasei Co., Ltd. Aciplex (registered trademark) film. このように燃料電極基材10および酸化剤電極基材9よりも大きな電解質膜6を用い、電解質膜6が燃料電極基材10および酸化剤電極基材9の端部よりも外にはみ出るような構造にすることで、燃料電極基材10と酸化剤電極基材9とが直接接触して電気的短絡状態にならない。 Thus with large membrane 6 than the fuel electrode substrate 10 and the oxidant electrode base material 9, such as protruding out from the end of the electrolyte membrane 6 fuel electrode substrate 10 and the oxidant electrode substrate 9 by the structure, the fuel electrode substrate 10 and the oxidizing agent electrode substrate 9 does not become electrically shorted state by direct contact. ホットプレス操作によって燃料電極基材10および酸化剤電極基材9に充填された樹脂が再溶融し、電解質膜6と接着することで、電解質膜6が強固に燃料電極基材10および酸化剤電極基材9と一体化される共に、より確実にガス遮断するようになった。 A resin filled in the fuel electrode substrate 10 and the oxidant electrode substrate 9 remelting by hot pressing operation, by bonding the electrolyte membrane 6, the electrolyte membrane 6 is firmly fuel electrode substrate 10 and the oxidant electrode both are integrated with the substrate 9, adapted to the gas shut-off more reliably.

次に、図4に示すように膜電極接合体1をガス流路が設けられたカーボン板24で両側から挟み、その外部から、発熱体25を内蔵した金属板26で面圧をかけて、性能評価の評価用セルを形成した。 Next, the membrane electrode assembly 1 as shown in FIG. 4 sandwiched from both sides in the carbon plate 24 to the gas flow path is provided, from the outside, over the surface pressure of a metal plate 26 with a built-in heating element 25, to form a cell for evaluation of the performance evaluation. 金属板26から図示しない外部端子を取り出し、図示しない外部負荷と接続した。 Removed external terminal (not shown) from the metal plate 26, connected to an external load (not shown).
次に、評価用セルを運転して評価を行った。 Then, evaluation was made driving a cell for evaluation. 評価用セルの入出力端子を外部負荷に接続し、カソード側には常圧の水素ガスを、アノード側には常圧の空気を供給して発電を行った。 The input and output terminals of the evaluation cell was connected to an external load, the cathode side atmospheric pressure of hydrogen gas, the anode side was carried out power generation by supplying atmospheric pressure air. 水素ガスの利用率は70%に、空気の酸素利用率は40%になるように流量を設定した。 Utilization of the hydrogen gas is 70%, an oxygen utilization rate of air was set to flow rate so that 40%. ガスは図示しない外部加湿器で加湿を行ってから評価用セルに供給した。 Gas was supplied to the evaluation cell after performing humidification by external humidifier (not shown). また評価用セルの温度は80℃になるように発熱体25を加熱して温度調節した。 The temperature of the evaluation cell heats the heating member 25 so as to be 80 ° C. thermostated. 供給ガスの湿度についてはカソード側およびアノード側共に運転開始後12時間に限り、露点80℃の供給ガスを供給し、電解質膜6のイオン伝導抵抗が十分に低くなる条件で運転した。 The humidity of the feed gas only to the cathode side and the start of operation after 12 hours on the anode side both to supply the dew point 80 ° C. feed gas, ionic conduction resistance of the electrolyte film 6 was operated under conditions such that sufficiently low. その後は露点75℃となるように外部加湿器を調節した。 Then it was adjusted external humidifier to have a dew point 75 ° C.. そして、この評価用セルを電流密度300mA/cm2で連続2000時間運転した。 Then, it was operated continuously for 2000 hours this evaluation cell at a current density of 300 mA / cm @ 2. この性能評価では同じ仕様で15台の評価用セルを作製し、それぞれの運転条件で運転を行った。 This is a performance-evaluation to prepare a cell for evaluation of the 15 units in the same specification, was operated in each of the operating conditions.
この実施例1で作製した5台の評価用セルは、運転開始約50時間後の初期段階の特性としてはいずれも700mVを超える出力電圧を示し、5台の出力電圧の平均値は704mVであった。 Five evaluation cell prepared in this Example 1 shows the output voltages greater than 700mV both as characteristic of the initial stage after the start of operation about 50 hours, the average value of the five output voltage 704mV met It was. その後これらの評価用セルを連続運転すると徐々に電圧が低下した。 Then gradually the voltage drops for continuous operation of these evaluation cell. 2000時間までの運転の間に500mV未満の電圧になったものについては電池が寿命に達したと判断して運転を停止することとした。 About what becomes voltage less than 500mV during operation up to 2000 hours it was decided to stop the operation determines that the battery has reached its life. 実施例1において実際には2000時間までに500mVを下回った評価用セルはなかった。 In fact there was no evaluation cell falls below the 500mV by 2000 hours in Example 1. 2000時間運転終了後に膜電極接合体1を評価用セルから取り出し、マイクロフォーカスX線検査装置で電解質膜6の状態を観察したが、電解質膜6の破損等の異常は見られなかった。 After 2000 hours of operation ends removed membrane electrode assembly 1 from the evaluation cell was observed the state of the electrolyte membrane 6 by microfocus X-ray inspection apparatus, abnormality such as breakage of the electrolyte membrane 6 was observed. これらの結果を図5に示す。 The results are shown in FIG.

さらに、5台の評価用セルを電流密度300mA/cm の条件の下連続運転8時間停止16時間を繰り返す運転パターンで評価を行った。 In addition, we evaluated five evaluation cell at operation pattern repeating under continuous operation for 8 hours stop 16 hours a current density of 300 mA / cm 2. これはいわゆるDSS(Daily Start up and Shut down)運転を模擬した場合である。 This is the case simulating the so-called DSS (Daily Start up and Shut down) operation. 2000時間までに500mV未満の出力電圧になったものについては電池が寿命に達したと判断して運転を停止することとした。 For those become an output voltage of less than 500mV by 2000 hours it was decided to stop the operation determines that the battery has reached its life. 実際には2000時間までに出力電圧が500mVを下回ったセルはなかった。 In fact the output voltage up to 2000 hours there was no cell falls below the 500mV. 2000時間運転終了後に膜電極接合体1を評価用セルから取り出し、マイクロフォーカスX線検査装置で電解質膜の状態を観察したが、電解質膜の破損等の異常は見られなかった。 After 2000 hours of operation ends removed membrane electrode assembly 1 from the evaluation cell was observed the state of the electrolyte membrane in a micro-focus X-ray inspection apparatus, abnormality such as breakage of the electrolyte membrane was observed. これらの結果を図5に示す。 The results are shown in FIG.

さらに、5台の評価用セルを運転開始12時間以後アノード加湿およびカソード加湿共に露点60℃の加湿条件のガスを供給した。 In addition, both five operation starting 12 hours after the anode humidifying cell for evaluation of and cathode humidifying supplying a gas humidification conditions dew point 60 ° C.. これはいわゆる低加湿運転である。 This is the so-called low humidification operation. 2000時間までに500mV未満の電圧になったものについては電池が寿命に達したと判断して運転を停止することとした。 For those became voltage less than 500mV by 2000 hours it was decided to stop the operation determines that the battery has reached its life. 実際には2000時間までに500mVを下回った評価用セルが1台あった。 In fact the evaluation cell falls below the 500mV to up to 2000 hours there was one. 2000時間運転終了後に膜電極接合体1を評価用セルから取り出し、マイクロフォーカスX線検査装置で電解質膜の状態を観察したが、電解質膜の破損等の異常は見られなかった。 After 2000 hours of operation ends removed membrane electrode assembly 1 from the evaluation cell was observed the state of the electrolyte membrane in a micro-focus X-ray inspection apparatus, abnormality such as breakage of the electrolyte membrane was observed. これらの結果を図5に示す。 The results are shown in FIG.

ここで比較のために図6に示すような比較例の燃料電池を作製した。 To produce a fuel cell of Comparative Example shown in FIG. 6 for comparison here. アノード触媒層7とカソード触媒層8は実施例1と同様に酸化剤電極基材27と燃料電極基材28上に形成した。 The anode catalyst layer and cathode catalyst layer 8 formed on the Example 1 and the oxidizing agent electrode substrate 27 similarly fuel electrode substrate 28. そのアノード触媒層7とカソード触媒層8の大きさは1辺50mmの正方形である。 The size of the anode catalyst layer 7 and the cathode catalyst layer 8 is a square with one side 50 mm. しかし、酸化剤電極基材27と燃料電極基材28の大きさは実施例1と異なりアノード触媒層7およびカソード触媒層8の大きさと同一な1辺50mmの正方形である。 However, the size of the oxidant electrode substrate 27 and the fuel electrode substrate 28 is a square size and same one side 50mm in Example 1 and different anode catalyst layer and cathode catalyst layer 8. 但し、厚みおよび空孔率は実施例1と同一である。 However, the thickness and porosity are the same as in Example 1. また、厚さ250μmのポリエチレンテレフタレートフィルムから外形が1辺90mmの正方形状で、その中央に1辺51mmの正方形の穴が空いたロの字型に切り出してガスケット29を準備した。 Further, a thickness of 250μm polyethylene terephthalate film from the outer shape one side 90mm square of was prepared gasket 29 cut into Hollow Square vacated square hole in one side 51mm in the center. 電解質膜6は実施例1と同一のものを準備した。 The electrolyte membrane 6 was prepared the same as Example 1.
この燃料電極基材28と酸化剤電極基材27とを1辺100mmの正方形状の電解質膜6中央にカソード触媒層8とアノード触媒層7とが対向するように積層した。 The the fuel electrode substrate 28 and the oxidizing agent electrode substrate 27 in the electrolyte membrane 6 Central square with one side 100mm and a cathode catalyst layer 8 and the anode catalyst layer 7 are laminated so as to face. さらに電解質膜6の外縁部にガスケット29を積層した。 It was further laminated gasket 29 on the outer edge of the electrolyte membrane 6. これら積層した部材全体を温度150℃、49N/cm で5分間ホットプレスすることで膜電極接合体30を形成した。 These laminated members across the temperature 0.99 ° C., to form a membrane electrode assembly 30 by 5 minutes hot pressed at 49N / cm 2. 次に、この膜電極接合体30をガス流路が設けられたカーボン板24で両側から挟み、図4と同様にその外部から、発熱体25を内蔵した金属板26で面圧をかけて、比較例の評価用セルを作製した。 Next, the membrane electrode assembly 30 sandwiched from both sides in the carbon plate 24 to the gas flow path is provided, from the outside as in the case of FIG. 4, over the surface pressure of a metal plate 26 with a built-in heating element 25, to prepare a cell for evaluation in Comparative example.

次に、実施例1の評価用セルと同一の条件でこの比較例の評価用セルを運転して評価を行った。 Next, we evaluated driving a cell for evaluation of Comparative Example under the same conditions as evaluation cell of Example 1.
この比較例の5台の評価用セルは、連続運転開始約50時間後の初期段階の特性としてはいずれも700mVを超える出力電圧を示した。 Five evaluation cell of this comparative example exhibited an output voltage of greater than 700mV neither the characteristics of the initial stage after the continuous operation started about 50 hours. その後これらの評価用セルを連続運転すると徐々に電圧は低下した。 Then gradually the voltage is lowered for continuous operation of these evaluation cell. 2000時間までに500mV未満の出力電圧になったものについては電池が寿命に達したと判断して運転を停止することとした。 For those become an output voltage of less than 500mV by 2000 hours it was decided to stop the operation determines that the battery has reached its life. 実際には、2000時間までに500mVを下回った評価用セルが1台あった。 In fact, the evaluation cell falls below the 500mV to up to 2000 hours there was one. 2000時間運転終了後に膜電極接合体30を評価用セルから取り出し、X線透過検査装置で電解質膜6の状態を観察したが、電解質膜6の破損等の異常は見られなかった。 The membrane electrode assembly 30 after 2000 hours of operation ends removed from the cell for evaluation, was observed the state of the electrolyte membrane 6 in X-ray inspection apparatus, abnormality such as breakage of the electrolyte membrane 6 was observed. これらの結果を図5に示す。 The results are shown in FIG.

次に、この比較例の5台の評価用セルを実施例1と同様にDSS運転を行った。 Next, we DSS operation as in Example 1 to five evaluation cell of this comparative example. 2000時間までに500mV未満の電圧になったものが3台あった。 Which became a voltage of less than 500mV to up to 2000 hours there were three. その後X線透過検査装置で電解質膜の状態を観察したが、2台の評価用セルでは電解質膜6の破損が確認された。 Although was then observe the state of the electrolyte membrane X-ray inspection apparatus, the two evaluation cell damage of the electrolyte membrane 6 was confirmed. これらの結果を図5に示す。 The results are shown in FIG.

次に、この比較例の5台の評価用セルを実施例1と同様に両極の加湿条件として露点60℃で低加湿運転した。 Was then low humidification operation at a dew point 60 ° C. The five evaluation cell as a humidification condition likewise bipolar Example 1 of this comparative example. その結果、2000時間までに全評価用セルが500mV未満の出力電圧になった。 As a result, the total evaluation for the cell becomes the output voltage of less than 500mV to up to 2000 hours. その後X線透過検査装置で電解質膜6の状態を観察したが、4台の評価用セルでは電解質膜6の破損が確認された。 Although was then observe the state of the electrolyte membrane 6 in X-ray inspection apparatus, the four evaluation cell was damaged electrolyte membrane 6 was confirmed. これらの結果を図5に示す。 The results are shown in FIG.

次に、実施例1の評価用セルを高加湿条件で運転しても2000時間経過しても電解質膜6の破損が認められなかった。 Then, even when operated for evaluation cell of Example 1 at a high humidification condition even after the lapse of 2000 hours breakage of the electrolyte membrane 6 was not observed. さらに2000時間経過しても出力電圧が500mVを下回る評価用セルはなかった。 In addition, the output voltage even after the lapse of 2000 hours there was no evaluation cell of less than 500mV. 逆に、比較例の燃料電池では高加湿条件で運転すると2000時間経過すると電解質膜6の破損が認められなかったが出力電圧が500mVを下回る評価用セルが見られた。 Conversely, operation to the lapse of 2000 hours and the output voltage damage was observed in the electrolyte membrane 6 in high humidification condition is observed evaluation cell below 500mV in the fuel cell of Comparative Example.

この評価結果をまとめると、この発明に係わる燃料電池は、DSS運転のように膜電極接合体1の温度またはその内部の水分量が大きく変動を繰り返すような運転条件においても電解質膜6が破損し、出力電圧が大きく低下することはなかった。 To summarize the results of the evaluation, the fuel cell according to the invention, also the electrolyte membrane 6 is damaged in the operation conditions such as repeated variations temperature or moisture content of the interior thereof of the membrane electrode assembly 1 is large as DSS operation was never output voltage is greatly reduced.
さらに、低加湿運転のように電解質膜6の水分量が低下し膜がダメージを受けやすい運転条件においても、電解質膜6が破損した膜電極接合体1はなかった。 Further, in the electrolyte membrane 6 moisture content lowered film is likely operating conditions damaged in such a low humidification operation, there was no membrane electrode assembly 1 in which the electrolyte membrane 6 is damaged.

このような燃料電池は、電極基材9、10の外縁部に樹脂が充填されているので、電解質膜6を支持する部材に継ぎ目がないために、電解質膜6が継ぎ目部分で破損することがない。 Such a fuel cell, since the resin in the outer edge portion of the electrode base material 9, 10 is filled, because there is no seam on the member for supporting the electrolyte membrane 6, that the electrolyte membrane 6 may be damaged at the seam portion Absent. その結果、低加湿ガスで運転しても、運転と停止とを繰り返すような過酷な条件下で運転しても性能低下を抑制することが出来る。 As a result, even when operating at low humidity gas, it is possible to suppress the performance degradation even when operated under harsh conditions, such as repeating the stopping and driving.

また、電極基材9、10と電解質膜6が、封止支持部11、12に充填された樹脂によって接着されているので、電解質膜6と電極基材9、10間の隙間からガスが外部に漏れることがない。 The electrolyte membrane 6 and the electrode substrate 9 and 10, since they are adhered by the resin filled in the sealing support portion 11, the gas from the gap between the membrane 6 and the electrode substrate 9 and 10 external It does not leak in. さらに、電解質膜6と電極基材9、10が一体化されるために、製造上取り扱いが容易になる。 Furthermore, since the electrolyte membrane 6 and the electrode substrate 9 and 10 are integrated, it becomes easy to manufacture the handle.

また、電解質膜6をより積極的に両面から保持するために、電極基材9、10の外縁部に充填される樹脂が電解質膜6と電極基材9、10とを接着している。 Further, in order to retain from both the electrolyte membrane 6 more aggressively, resin filled in the outer edge portion of the electrode base material 9 is adhered to the electrolyte membrane 6 and the electrode substrate 9,10. このことにより、発電部4の電解質膜6が両面から固定され、変形と応力集中がより効果的に抑制される。 Thus, the electrolyte membrane 6 of the power generation portion 4 is fixed from both sides, the deformation and the stress concentration can be suppressed more effectively. 両者が接着によって固定されていなければ、局所的に面圧が低い部分における電解質膜6の固定が十分ではなく破損に繋がる恐れがある。 Unless both are fixed by the adhesive, locally fixed electrolyte membrane 6 surface pressure in the low portion is likely to lead to damage, not sufficient.

また、発電部と封止部とは、アノード触媒層7およびカソード触媒層8の有無によって分けられるのではなく、充填された樹脂の有無によって分けられるので、その境界における電解質膜の変形と応力集中とが効果的に抑制される。 Moreover, the power generating unit and the sealing unit, rather than being separated by the presence of the anode catalyst layer 7 and the cathode catalyst layer 8, so divided by the presence or absence of the filled resin, deformation and stress concentration in the electrolyte membrane in the boundary bets are effectively suppressed.

図7は、この発明の実施例2の燃料電池の単電池の断面図である。 Figure 7 is a cross-sectional view of a unit cell of the fuel cell of Example 2 of the present invention. この単電池のうち、膜電極接合体1は実施例1と同様に形成されている。 Of this unit cell, the membrane electrode assembly 1 is similarly formed as in Example 1. その後この膜電極接合体1をガス流路が設けられた導電性酸化剤セパレータ板2と導電性燃料セパレータ板3とで両側から挟んで単電池積層体を形成した。 After which the membrane electrode assembly 1 to form a sandwich from both sides in the conductive oxidant separator plate 2 and the conductive fuel separator plate 3 disposed gas channel is a single cell stack. その単電池積層体を温度120℃、加圧49N/cm で2分間ホットプレスを施した。 The unit cell stack temperature 120 ° C., subjected to 2 minutes hot press under pressure 49N / cm 2. この処理により酸化剤封止支持部11および燃料封止支持部12に充填された熱可塑性樹脂が再度軟化して、導電性酸化剤セパレータ板2および導電性燃料セパレータ板3と膜電極接合体1とが接着されて単電池が作製された。 The process thermoplastic resin filled in the oxidant seal support portion 11 and the fuel seal support 12 is softened again by conductive oxidant separator plate 2 and the conductive fuel separator plate 3 and the membrane electrode assembly 1 bets are fabricated unit cell are bonded.

次に、この単電池を図4と同様に外側から発熱体25を内蔵した金属板26で面圧をかけて評価を行った。 Next, we evaluated over the surface pressure of a metal plate 26 with a built-in heating element 25 from the outside of the unit cell in the same manner as FIG. この単電池を膜電極接合体1全面積に対して49N/cm の圧力なるように外部からバネによって加圧した。 Pressurized by the spring from the outside so that a pressure of 49N / cm 2 to the membrane electrode assembly 1 total area of the unit cell. この状態で燃料極の電極に通じるガス流路に窒素ガスを流し、ガス入り口側が200mm水柱の圧力となるように入り口ガス流量をマスフローコントローラで調節した。 Flushed with nitrogen gas to the gas flow path leading to the electrodes of the fuel electrode in this state, to adjust the inlet gas flow rate as the gas inlet side becomes the pressure of 200mm of water column by the mass flow controller. この状態でガス出口流量を測定して漏れ量を見積もった。 Estimated leak amount was measured gas flow rate at the outlet in this state. その結果、ガスは漏れていなかった。 As a result, the gas did not leak.

次に、温度120℃でのホットプレスの効果を確認するために、実施例2と異なり膜電極接合体1をガス流路が設けられた導電性酸化剤セパレータ板2と導電性燃料セパレータ板3とで両側から挟んだ後そのまま、外側から発熱体25を内蔵した金属板26で面圧をかけて評価を行った。 Then, the temperature in order to confirm the effect of the hot press at 120 ° C., Example 2 unlike the membrane electrode assembly 1 the conductive gas passage is provided with an oxidant separator plate 2 and the conductive fuel separator plate 3 after sandwiched from both sides by the intact, it was evaluated over a surface pressure of a metal plate 26 with a built-in heating element 25 from the outside. このように作製された単電池を膜電極接合体全面積に対して49N/cm の圧力なるように外部からバネによって加圧した。 Pressurized by the spring from the outside so that a pressure of 49N / cm 2 to the membrane electrode assembly total area of thus manufactured single cell. この状態で燃料極の電極に通じるガス流路に窒素ガスを流し、ガス入り口側が200mm水柱の圧力となるように入り口ガス流量をマスフローコントローラで調節した。 Flushed with nitrogen gas to the gas flow path leading to the electrodes of the fuel electrode in this state, to adjust the inlet gas flow rate as the gas inlet side becomes the pressure of 200mm of water column by the mass flow controller. この状態でガス出口流量を測定して漏れ量を見積もった。 Estimated leak amount was measured gas flow rate at the outlet in this state. その結果、約7%のガスが燃料極から外部に漏れていることがわかった。 As a result, it was found that about 7% of the gas is leaking to the outside from the fuel electrode. また、このようにして形成した単電池は両セパレータ板2、3と膜電極接合体30が一体化していないために、組み立て作業等が実施例2の場合に比較して難しかった。 The single cell formed in this manner in order to both separator plates 2 and 3 and the membrane electrode assembly 30 is not integrated, the assembling operation and the like is difficult compared to the case of Example 2.

また、温度120℃でのホットプレスの効果を確認するために別の評価を行った。 In addition, it was carried out another evaluation in order to confirm the effect of the hot press at a temperature of 120 ℃. 実施例1同様に膜電極接合体1を形成した。 Was formed in the same manner as in Example 1 the membrane electrode assembly 1. その後この膜電極接合体1をガス流路が設けられた両導電性セパレータ板2、3で挟み、その積層体をバネによって加圧する治具にセットした。 Thereafter sandwiching the membrane electrode assembly 1 in both conductive separator plates 2 and 3 the gas flow path is provided, to set the laminate jig pressurized by a spring. この積層体に対して、膜電極接合体全面積に対して49N/cm の圧力なるように外部からバネによって加圧した。 For this laminate was pressed by the spring from the outside so that a pressure of 49N / cm 2 to the membrane electrode assembly total area. この状態で積層体の電極に通じるガス流路に窒素ガスを流し、ガス入り口側が200mm水柱の圧力となるようにガス流量を調節した。 Flushed with nitrogen gas to the gas flow path leading to the electrodes of the laminate in this state, the gas inlet side was adjusted gas flow rate so that the pressure of 200mm of water column. この状態でガス出口流量を測定して漏れ量を見積もった結果、約12%のガスが外部に漏れていた。 Result of estimated leak amount was measured gas flow rate at the outlet in this state, about 12% of the gas was leaking to the outside. この状態で治具ごと120℃に設定したオーブンに入れて、2時間保持し、その後冷却した。 Placed in an oven set to a jig for each 120 ° C. In this state, it was maintained for 2 hours and then cooled. 冷却後再度前記圧力になるようにバネ圧縮量を調整し、再度前述の方法でガス漏れを測定したところ、ガスは漏れていなかった。 The spring compression amount was adjusted so after cooling again becomes the pressure was measured gas leakage again the method described above, the gas did not leak.

このように、膜電極接合体1と両セパレータ板2、3を積層し、加熱することによって電極基材9、10の一部に充填した熱可塑性樹脂を再度軟化させることで、両セパレータ板2、3と膜電極接合体1とを接合することが可能になる。 Thus, the membrane electrode assembly 1 and by laminating the separators plates 2, the thermoplastic resin filled in a portion of the electrode substrate 9 and 10 by heating it to soften again, both separator plate 2 , it is possible to join the 3 and the membrane electrode assembly 1. また、その接合によってガスがリークしない十分なガスシール性が得られる。 Furthermore, sufficient gas sealing property that gas does not leak by the joint is obtained.

また、膜電極接合体1と両セパレータ板2、3が一体化することによって単電池の組み立て作業が容易になると共にガスシール性が向上した。 Moreover, the gas sealing property is improved with operation of assembling the unit cells is facilitated by the membrane electrode assembly 1 and the separators plates 2 and 3 are integrated.

また、単電池が積層され、面圧が掛けられた状態で樹脂が軟化するため、自然に単電池の最も安定な形状および位置の状態で固定される。 The single cells are stacked, since the resin is softened in a state where the surface pressure is applied, it is naturally fixed in a state of the most stable shape and position of the cells. そのため、より高いガスシール性が得られる。 Therefore, higher gas sealing performance can be obtained.

このような燃料電池は、電極基材9、10と両セパレータ板2、3が封止支持部11、12に充填された樹脂によって接着されているので、両セパレータ板2、3と電極基材9、10間の隙間からガスが外部に漏れることがない。 Such a fuel cell, since the electrode substrate 9 and 10 both separator plates 2 and 3 are bonded by resin filled in the sealing support portion 11, both the separator plates 2 and 3 and the electrode substrate gas from the gap is prevented from leaking out between 9 and 10. さらに両セパレータ板2、3と膜電極接合体1とが一体化されるので、製造上取り扱いが容易になる。 Furthermore Since both separator plates 2 and 3 and the membrane electrode assembly 1 and are integrated, it becomes easy to manufacture the handle.

また、電極基材9、10の封止支持部11、12に充填された樹脂が電解質膜6と両セパレータ板2、3間でつながっているので、電極基材9、10と電解質膜6間、あるいは電極基材9、10とセパレータ板2、3間の気密性がありガスが外部に漏れることがない。 Further, since the resin filled in the sealing support portion 11 of the electrode base material 9, 10 is connected to the electrolyte membrane 6 between both the separator plates 2 and 3, while the electrolyte membrane 6 and the electrode substrate 9,10 or there is airtightness between electrode substrate 9 and the separator plates 2, 3 gas is prevented from leaking outside.

実施例3は、充填する樹脂を供給する樹脂シートの厚みが実施例1と異なっており、その他は同様であり、同様な部分の説明は省略する。 Example 3, the thickness of the resin sheet supplying resin to be filled is different from the first embodiment, other are the same, the description of similar portions is omitted. 樹脂シートの厚みを212μmと164μmの2種類として、充填した樹脂の量が電極基材9、10内空孔体積の約90体積%と50体積%を占めるように調整した。 The thickness of the resin sheet as the two types of 212μm and 164 microns, the amount of filled resin was adjusted to account for about 90 vol% and 50 vol% of the pore volume within the electrode substrate 9,10. その後この膜電極接合体1をガス流路が設けられた導電性酸化剤セパレータ板2および導電性燃料セパレータ板3とで挟み、120℃で2分間ホットプレスした。 Thereafter sandwiched by the membrane electrode assembly 1 with the conductive oxidant separator plate 2 and the conductive fuel separator plate 3 is provided a gas flow path, and 2 minutes hot-pressed at 120 ° C.. この処理によって酸化剤電極基材9および燃料電極基材10の封止支持部11、12に充填された熱可塑性樹脂が再度軟化して、導電性酸化剤セパレータ板2および導電性燃料セパレータ板3と膜電極接合体1とが接着された。 The process thermoplastic resin filled in the sealing support portion 11 of the oxidizer electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 is softened again by the conductive oxidant separator plate 2 and the conductive fuel separator plate 3 and the membrane electrode assembly 1 is adhered. その後単電池をバネによって加圧する治具にセットした。 Then the unit cell was set in a jig for pressing by a spring. この膜電極接合体全面積に対して49N/cm の圧力なるように外部からバネによって加圧した。 Pressurized by the spring from the outside so that a pressure of 49N / cm 2 with respect to the membrane electrode assembly total area. この状態で燃料極(カソード)の電極に通じるガス流路に窒素ガスを流し、ガス入り口側が200mm水柱の圧力となるように入り口ガス流量をマスフローコントローラで調節した。 The state flow of nitrogen gas into the gas flow path leading to the electrodes of the fuel electrode (cathode) at, to adjust the inlet gas flow rate as the gas inlet side becomes the pressure of 200mm of water column by the mass flow controller. この状態でガス出口流量を測定して漏れ量を見積もった。 Estimated leak amount was measured gas flow rate at the outlet in this state. その結果、充填した樹脂の量が90体積%の場合、ガス漏れは殆どなく、また充填した樹脂の量が50体積%の場合、約2%のガスが燃料極から外部に漏れていたが、実用上は十分に使用可能な単電池である。 As a result, in the case of 90% by volume the amount of filled resin, gas leakage is little, and if the amount of the filled resin is 50 vol%, but about 2% of the gas was leaking to the outside from the fuel electrode, practice are sufficiently unit cells available.

次に、電極基材9、10内の空孔体積当たりの樹脂量を比較するために、樹脂シートの厚みを薄くして評価を行った。 Next, in order to compare the amount of resin per pore volume of the electrode substrate 9 was evaluated by reducing the thickness of the resin sheet. 充填する樹脂シートの厚みは140μmとした。 The thickness of the resin sheet to be filled was 140 .mu.m. 充填した樹脂の量は電極基材内空孔体積の約40体積%を占めるように調整した。 The amount of filled resin was adjusted to account for about 40 vol% of the pore volume within the electrode substrate. その後この膜電極接合体1をガス流路が設けられた導電性酸化剤セパレータ板2および導電性燃料セパレータ板3とで挟み、120℃で2分間ホットプレスした。 Thereafter sandwiched by the membrane electrode assembly 1 with the conductive oxidant separator plate 2 and the conductive fuel separator plate 3 is provided a gas flow path, and 2 minutes hot-pressed at 120 ° C.. この処理によって酸化剤電極基材9および燃料電極基材10の封止支持部11、12に充填された熱可塑性樹脂が再度軟化して、導電性酸化剤セパレータ板2および導電性燃料セパレータ板3と膜電極接合体1とが接着された。 The process thermoplastic resin filled in the sealing support portion 11 of the oxidizer electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 is softened again by the conductive oxidant separator plate 2 and the conductive fuel separator plate 3 and the membrane electrode assembly 1 is adhered. その後単電池をバネによって加圧する治具にセットした。 Then the unit cell was set in a jig for pressing by a spring. この膜電極接合体全面積に対して49N/cm の圧力なるように外部からバネによって加圧した。 Pressurized by the spring from the outside so that a pressure of 49N / cm 2 with respect to the membrane electrode assembly total area. この状態で燃料極の電極に通じるガス流路に窒素ガスを流し、ガス入り口側が200mm水柱の圧力となるように入り口ガス流量をマスフローコントローラで調節した。 Flushed with nitrogen gas to the gas flow path leading to the electrodes of the fuel electrode in this state, to adjust the inlet gas flow rate as the gas inlet side becomes the pressure of 200mm of water column by the mass flow controller. この状態でガス出口流量を測定して漏れ量を見積もった。 Estimated leak amount was measured gas flow rate at the outlet in this state. その結果、約18%のガスが燃料極から外部に漏れており、実用上使用は不可能な単電池である。 As a result, have leaked about 18% of the gas is the fuel electrode to the outside, practical use is a single battery that can not.

このように電極基材9、10の空孔を樹脂により少なくとも50体積%以上充填しなければ、導電性酸化剤セパレータ板2と酸化剤電極基材9および導電性燃料セパレータ板3と燃料電極基材10との間のガスシールが十分ではない。 If this way the pores of the electrode substrate 9 was filled at least 50% by volume or more of a resin, a conductive oxidant separator plate 2 and the oxidant electrode substrate 9 and the conductive fuel separator plate 3 and the fuel electrode group gas seal between the wood 10 is not sufficient. さらに好ましくは、90体積%以上充填されていればガスシールの可能性が非常に小さくなる。 More preferably, the very small potential for gas seal if it is filled 90% by volume or more.

図8は、この発明の実施例4に係わる膜電極接合体の断面図である。 Figure 8 is a cross-sectional view of a membrane electrode assembly according to Example 4 of the present invention.
実施例4の膜電極接合体40は、実施例1の膜電極接合体1と電解質膜6、燃料電極基材10、酸化剤電極基材9、アノード触媒層7、カソード触媒層8の外形寸法が異なり、その他は同様であるので同様な部分の説明は省略する。 Membrane electrode assembly 40 of Example 4, the outer dimensions of the first embodiment of the membrane electrode assembly 1 and the electrolyte membrane 6, a fuel electrode substrate 10, an oxidant electrode substrate 9, the anode catalyst layer 7, a cathode catalyst layer 8 different, others a description of similar portions is the same will be omitted. 電解質膜6、燃料電極基材10および酸化剤電極基材9の外形は、一辺が60mmの正方形である。 The outer shape of the electrolyte membrane 6, a fuel electrode substrate 10 and the oxidant electrode substrate 9, one side is a square of 60 mm. また、アノード触媒層7およびカソード触媒層8の外形は、一辺が50mmの正方形である。 Further, the outer shape of the anode catalyst layer 7 and the cathode catalyst layer 8, one side is a square of 50 mm.
また、燃料封止支持部12および酸化剤封止支持部11の形状は、内寸が6種類の異なる値のものを用意した。 The shape of the fuel seal support portion 12 and the oxidizer seal support portion 11, inner dimension were prepared from 6 different values. その内寸は、カソード触媒層8およびアノード触媒層7の外寸より0.4mm、1mm、2mm、6mm、10mm、14mm小さくなっている。 Its inner dimensions are, 0.4 mm than the outer dimensions of the cathode catalyst layer 8 and the anode catalyst layer 7, 1mm, 2mm, 6mm, 10mm, 14mm is smaller.
さらに、アノード触媒層7およびカソード触媒層8のうち、外周から内側に枠状の外縁部41が樹脂により充填されている。 Furthermore, among the anode catalyst layer 7 and the cathode catalyst layer 8, frame-like outer edge portion 41 is filled with a resin on the inside from the outer periphery. この外縁部41の内寸は燃料封止支持部12および酸化剤封止支持部11の内寸と同等である。 Inner dimensions of the outer portion 41 is equivalent to the inner dimensions of the fuel seal support portion 12 and the oxidizer sealing support portion 11.
そして、アノード触媒層7およびカソード触媒層8は、樹脂が充填された外縁部41において電解質膜6と両面から接着されている。 The anode catalyst layer and cathode catalyst layer 8, the resin is adhered from both the electrolyte membrane 6 at the outer edge portion 41 that is filled. 枠状の接着幅Wは、0.2、0.5、1.0、3.0、5.0および7.0mmである。 Frame-shaped adhesive width W is 0.2,0.5,1.0,3.0,5.0 and 7.0 mm. なお、燃料封止支持部12および酸化剤封止支持部11は実施例1と同様に電解質膜6と接着されている。 The fuel seal support 12 and the oxidizer seal support portion 11 is bonded to the electrolyte membrane 6 in the same manner as in Example 1.
なお、燃料封止支持部12、酸化剤封止支持部11および外縁部41への樹脂の充填は、まずポリエステル系樹脂シートを実施例1と同様にロの字状に切り出し、すでにカソード触媒層8が形成済みの燃料電極基材10とアノード触媒層7が形成済みの酸化剤電極基材9とにより電解質膜6の両側からその間にポリエステル系樹脂シートを挟んでホットプレスして樹脂を充填している。 The fuel seal support portion 12, the filling of the resin into the oxidant seal support portion 11 and the outer edge 41, likewise cut into hollow square shaped first polyester resin sheet as in Example 1, already cathode catalyst layer 8 therebetween from both sides of the electrolyte membrane 6 was hot pressed across the polyester resin sheet filled with a resin in the fuel electrode substrate 10 previously formed anode catalyst layer 7 is the already formed oxidizer electrode substrate 9 ing. そして、電解質膜6を燃料封止支持部12および酸化剤封止支持部11から剥がして180度ピール強度を測定したところ、幅1cm当りのピール強度が約1.2N/cmであった。 Then, when an electrolyte membrane 6 was measured 180 ° peel strength by peeling from the fuel seal support 12 and the oxidizer seal support portion 11, the peel strength per width 1cm was about 1.2 N / cm.

次に、これらの膜電極接合体40を用いて実施例1と同様に単電池を接着幅W毎5台作製して2000時間の連続発電を行なった。 Then, it was carried out in the same manner as continuous power generation for 2000 hours a single cell was fabricated five each bonding width W as in Example 1 by using these membrane electrode assembly 40. 図9は、接着幅W毎の、発電開始時と2000時間後とにおける開回路電圧(5台の平均値)を示す。 Figure 9 shows for each adhesive width W, the power generation start and the open circuit voltage in and after 2000 hours (average value of five).

図9から分かるように、接着幅Wが0.5mmより狭い場合、2000時間の連続発電の間に両触媒層7、8の外縁部41で両触媒層7、8と電解質膜6との剥離が生じ、電解質膜6の応力集中によるダメージによって開回路電圧が低下した。 As it can be seen from Figure 9, the peeling when adhered width W is narrower than 0.5 mm, in the outer edge portion 41 of the two catalyst layers 7 and 8 between the continuous power generation for 2000 hours with both catalyst layers 7, 8 and the electrolyte membrane 6 occurs, the open circuit voltage is lowered by the damage due to stress concentration of the electrolyte membrane 6. また、接着幅Wが5.0mmより広い場合、樹脂により充填された触媒層7、8の面積が増えるため、燃料あるいは酸化剤がこの領域には浸透せず、電気化学反応を行なう触媒層の面積が狭くなり、発電開始時の負荷電圧が低くなる。 Also, if the adhesive width W is wider than 5.0 mm, since the area of ​​the catalyst layers 7 and 8 which is filled with the resin is increased, fuel or oxidant does not permeate in this region, the catalyst layer for electrochemical reaction area is narrowed, the load voltage at the start of power generation is low. このように、接着幅Wは0.5mm以上5.0mm以下が好ましい。 Thus, the adhesion width W is preferably 0.5mm or more 5.0mm or less.

このように触媒層の外縁部と電解質膜とを樹脂で接着したことにより、燃料電池の運転中に電解質膜の湿潤差に起因する応力集中が緩和され、触媒層、電極基材および電解質膜が一体化されているので、触媒層の剥離、電解質膜の破損、電解質膜と触媒層との界面の剥がれなどが発生せず、安定した発電特性をもつ燃料電池が得られた。 By thus the outer periphery portion of the catalyst layer and the electrolyte membrane were bonded with a resin, stress concentration caused by the wet difference of the electrolyte membrane during operation of the fuel cell is reduced, the catalyst layer, the electrode substrate and the electrolyte membrane since it is integral, the peeling of the catalyst layer, damage to the electrolyte membrane, such as peeling of the interface is not generated between the electrolyte membrane and the catalyst layer, a fuel cell having stable power generation characteristics were obtained.

図10は、この発明の実施例5に係わる膜電極接合体の断面図である。 Figure 10 is a cross-sectional view of a membrane electrode assembly according to Example 5 of the present invention.
実施例5の膜電極接合体43は、実施例4の膜電極接合体40と燃料電極基材10および酸化剤電極基材9の外形が電解質膜6より小さいことが異なっており、その他は同様であるので同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。 Membrane electrode assembly 43 of Embodiment 5 is different that the outer shape of the membrane electrode assembly 40 and the fuel electrode substrate 10 and the oxidant electrode substrate 9 of Example 4 is smaller than the electrolyte membrane 6, and other similar the description thereof is omitted are indicated by the same reference numerals to like parts because it. なお、外縁部41の接着幅Wは1mmである。 The adhesive width W of the outer edge portion 41 is 1 mm.
燃料電極基材10および酸化剤電極基材9の外形は、一辺が58mmの正方形である。 The outer shape of the fuel electrode substrate 10 and the oxidant electrode substrate 9, one side is a square of 58 mm.
実施例4のように燃料電極基材10および酸化剤電極基材9の外形が電解質膜6の外形と等しいと、燃料電極基材10および酸化剤電極基材9に樹脂を充填しながら電解質膜6を接着するとき位置ずれが起こった場合、電解質膜6の外周部より外側に燃料電極基材10または酸化剤電極基材9が突出する部分ができる。 The electrolyte membrane when the outer shape of the fuel electrode substrate 10 and the oxidant electrode substrate 9 is equal to the outer shape of the electrolyte membrane 6, while filling the resin in the fuel electrode substrate 10 and the oxidant electrode base material 9 as in Example 4 If the position deviation when bonding the 6 has occurred, it is part of the fuel electrode substrate 10 or the oxidant electrode substrate 9 outside the outer periphery of the electrolyte membrane 6 projects. 電解質膜6は厚さが50μmと薄いため、燃料電極基材10と酸化剤電極基材9とが同じ位置で突出した場合には両電極基材が接触して電気的短絡状態になる恐れがある。 Since the electrolyte membrane 6 has a thickness is 50μm and thin, when the fuel electrode substrate 10 and the oxidizing agent electrode substrate 9 is projected at the same position in contact with both the electrode substrate may become electrically shorted state is there.

このように構成された実施例5の膜電極接合体43では、樹脂を充填しながら接着するとき位置ずれが起こっても、両電極基材9、10は電解質膜6の外周部より外側には突出しないので、両電極基材が接触して電気的短絡状態になることを防ぐことができる。 In the membrane electrode assembly 43 of Embodiment 5 thus constructed, even in the event misalignment when the adhesive while filling the resin, both the electrode substrate 9 and 10 on the outer side than the outer peripheral portion of the electrolyte membrane 6 do not protrude, it is possible to prevent the both electrodes substrate is electrically short-circuited state by contact.

なお、実施例5では、燃料電極基材10および酸化剤電極基材9の両方を電解質膜6より小さい形状のものを用いたが、燃料電極基材10および酸化剤電極基材9のどちらか一方だけを小さい形状にすることでも同様な効果がある。 In Example 5, although both of the fuel electrode substrate 10 and the oxidant electrode substrate 9 was used for the electrolyte membrane 6 smaller feature, either of the fuel electrode substrate 10 and the oxidant electrode substrate 9 also by only one of the small form a similar effect.

図11は、この発明の実施例6に係わる膜電極接合体の断面図である。 Figure 11 is a cross-sectional view of a membrane electrode assembly according to Example 6 of the present invention.
実施例6の膜電極接合体45は、実施例4の膜電極接合体40と膜電極接合体45の側端面が樹脂46により覆われていることが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。 Membrane electrode assembly 45 of Embodiment 6 is different that the side end surfaces of the membrane electrode assembly 40 and the membrane electrode assembly 45 of Embodiment 4 is covered with the resin 46, the others are the same, the description thereof is omitted are indicated by the same reference numerals to like parts.
実施例6では、ポリエステル系樹脂シートを外形が一辺65mmの枠状に切り出したものを用いて樹脂の充填を行っている。 In Example 6, a polyester-based resin sheet outline doing the filling of the resin used in which cut the frame-shaped side 65 mm.
もし、電解質膜6と燃料電極基材10あるいは酸化剤電極基材9との接着面が外部とつながっているとき、燃料電池を構成して発電を行うと、電解質膜6と燃料電極基材10または酸化剤電極基材9との接着面を経由して燃料または酸化剤がリークする恐れがある。 If, when the adhesive surface of the electrolyte membrane 6 and the fuel electrode substrate 10 or the oxidizer electrode substrate 9 are connected to an external, when the power generation by the fuel cell, the electrolyte membrane 6 and the fuel electrode substrate 10 or via an adhesive surface of the oxidizing agent electrode substrate 9 fuel or oxidant is likely to leak.

しかし、電解質膜6の外形より大きなポリエステル系樹脂シートを用いて電極基材9、10の外縁部に樹脂を充填すると、樹脂が電極基材9、10および電解質膜6の外端面の全体を覆うので、発電を行なった場合、電解質膜6と燃料電極基材10あるいは酸化剤電極基材9との接着面の端部が樹脂で包囲されて外部とつながっていないので、ガスリークのない安定した発電を行なうことができる。 However, when filling the resin in the outer edge portion of the electrode substrate 9 and 10 with large polyester resin sheet than the outer shape of the electrolyte membrane 6, the resin covers the entire outer end surface of the electrode substrate 9, 10 and the electrolyte membrane 6 because, when performing the power generation, the end of the bonding surface of the electrolyte membrane 6 and the fuel electrode substrate 10 or the oxidizer electrode substrate 9 because it is surrounded by resin not connected with the outside, and stable with no gas leakage power it can be carried out.

図12は、この発明の実施例7に係わる単電池の断面図である。 Figure 12 is a cross-sectional view of a single cell according to a seventh embodiment of the present invention. この実施例7の酸化剤電極基材9と電解質膜6の形状が実施例1と異なっており、その他は同様であるので同様な部分の説明は省略する。 And the oxidant electrode substrate 9 in this embodiment 7 has the shape of the electrolyte membrane 6 is different from that in Example 1, and the other a description of the same parts are similar omitted. 実施例7の酸化剤電極基材9の外形は1辺(L1)が87mmの正方形であり、電解質膜6の形状は1辺(L2)が90mmの正方形である。 The outer shape of the oxidant electrode substrate 9 of Example 7 one side (L1) is a square 87 mm, the shape of the electrolyte membrane 6 is one side (L2) is a square 90 mm. なお、燃料電極基材10の形状は1辺90mmの正方形と実施例1と同一である。 The shape of the fuel electrode substrate 10 is the same as in Example 1 and the square of one side 90 mm. これらの酸化剤電極基材9および燃料電極基材10を電解質膜6に積層してホットプレスで接合するときには、酸化剤電極基材9、燃料電極基材10および電解質膜6の中心が一致するように位置決めした。 These oxidant electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 when joined by hot pressing by laminating the electrolyte membrane 6, the center of the oxidant electrode substrate 9, the fuel electrode substrate 10 and the electrolyte membrane 6 matches It was positioned so. すなわち、同じ大きさである燃料電極基材10と電解質膜6の外周が揃うように積層し、さらに酸化剤電極基材9の外周端部が電解質膜6の外周端部より1.5mm内側に位置するようにした。 That is, the same magnitude is the outer periphery of the fuel electrode substrate 10 electrolyte membrane 6 is laminated to align further outer peripheral end portion of the oxidant electrode base material 9 to 1.5mm inside the outer peripheral edge of the electrolyte membrane 6 It was to be located. 接合後の膜電極接合体1の外周部を目視で観察したところ、酸化剤電極基材9の端部は電解質膜6の端部より内側にあり、両極間が直接接触しているところはなかった。 When the outer peripheral portion of the membrane electrode assembly 1 after joining was visually observed, the end portion of the oxidant electrode substrate 9 located on the inside of the end portion of the electrolyte membrane 6, no where between both is in direct contact It was. この膜電極接合体1を実施例1と同様の方法で運転し、運転開始後50時間の時点での出力電圧を測定したところ705mVであった。 The membrane electrode assembly 1 was operated in the same manner as in Example 1, was 705mV was measured output voltage at the time of 50 hours after the start of the operation.

実施例1では、電解質膜6の外形寸法に対して酸化剤電極基材9と燃料電極基材10との外形寸法が小さくなっている。 In Example 1, external dimension of the oxidant electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 is made smaller than the outer dimensions of the electrolyte membrane 6. さらに、実施例7では電解質膜6の外形寸法に対して酸化剤電極基材9の外形寸法が小さくなっている。 Furthermore, outer dimensions of the oxidant electrode substrate 9 is reduced relative to the outer dimensions of the electrolyte membrane 6 in Example 7. そこで電解質膜6の外形寸法と酸化剤電極基材9および燃料電極基材10との外形寸法が等しいときの燃料電池を評価した。 Therefore, we evaluated the fuel cell when external dimension of the external dimension and the oxidant electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 of the electrolyte membrane 6 are equal. この燃料電池の単電池は酸化剤電極基材9の外形の1辺が90mmの正方形であることだけが実施例1と異なっており、その他は同様であるので同様な部分の説明は省略する。 The fuel unit cell of the battery only is different from the first embodiment that one side of the outer shape of the oxidant electrode substrate 9 is a square 90 mm, the description of similar portions Since other are the same will be omitted. このような部材を準備して実施例1と同様に膜電極接合体1を形成した。 It was formed in the same manner as in Example 1 the membrane electrode assembly 1 to prepare such members. その膜電極接合体1の外周端部を目視と実体顕微鏡で観察したところ、電解質膜6の外周端部が酸化剤電極基材9および燃料電極基材10の外周端部よりも内側に入り、その結果酸化剤電極基材9と燃料電極基材10とが接触して短絡しているのではないかと思われる部分があった。 Observation of the outer peripheral edge of the membrane electrode assembly 1 by visual observation and stereoscopic microscope, enters inside the outer peripheral end portion of the outer peripheral end portion oxidant electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 of the electrolyte membrane 6, as a result the oxidant electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 there is a part that seems that it would be shorted in contact. そこで膜電極接合体1を実施例1と同様の方法で運転し、運転開始後50時間時点での出力電圧を測定したところ、563mVと図12の単電池に比較して著しく低かった。 Therefore the membrane electrode assembly 1 was operated in the same manner as in Example 1, was measured output voltage at 50 hour time point after the start of the operation was significantly lower compared to the single cell of 563mV and 12.

このような膜電極接合体1では酸化剤電極基材9が電解質膜6より小さくて、酸化剤電極基材9の外周端部が電解質膜6の外周端部よりも内側に位置するため、酸化剤電極基材9と燃料電極基材10とが電気的に短絡状態にならず正常な電圧が得られた。 Such membrane electrode assembly 1 in the oxidant electrode substrate 9 is smaller than the electrolyte membrane 6, since the outer peripheral edge portion of the oxidant electrode substrate 9 is located inside the outer peripheral edge portion of the electrolyte membrane 6, oxide and agents electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 is normal voltage not become electrically shorted state was obtained. 従って実施例1のように電解質膜6の大きさを必ずしも酸化剤電極基材9と燃料電極基材10よりも大きくする必要がなく、酸化剤電極基材9または燃料電極基材10の少なくとも一方の外周端部が電解質膜6の外周端部よりも内側にあればよい。 Thus at least one of the electrolyte is not necessary to be larger than necessarily oxidant electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 the size of the film 6, the oxidant electrode substrate 9 or the fuel electrode substrate 10 as in Example 1 the outer peripheral end may be in the inner side than the outer circumferential edge of the electrolyte membrane 6.
逆に、酸化剤電極基材9および燃料電極基材10をともに電解質膜6と同じ大きさにしたときは、酸化剤電極基材9と燃料電極基材10との間を電解質膜6で完全に絶縁することが困難であり、電気的短絡状態になったために、低い出力電圧となった。 Conversely, when the oxidant electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 together at the same size as the electrolyte membrane 6, complete between the oxidant electrode substrate 9 and the fuel electrode substrate 10 in the electrolyte membrane 6 be insulated is difficult to become an electrical short-circuit state, was lower output voltage.

図13は、この発明の実施例8に係わる膜電極接合体を用いた単電池のピール強度と2000時間後の開回路電圧低下量の関係を表す図である。 Figure 13 is a diagram representing the open circuit voltage decrease amount of the relationship after the peel strength of the single cell using the membrane electrode assembly according to Example 8 2000 hours of the invention.
実施例8の膜電極接合体は、実施例4の膜電極接合体と電極基材に充填される樹脂が異なっており、その他は同様であるので同様な部分の説明は省略する。 Membrane electrode assembly of Example 8 is different from the resin filled in the membrane electrode assembly and the electrode substrate of Example 4, the description of similar portions Since other are the same will be omitted.
充填に用いる樹脂は、実施例4のポリエステル樹脂系の他に、2種類のポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリブテン系の5種類からなる。 Resin used to fill, in addition to the polyester resin system of Example 4, two types of polyethylene, polypropylene, consists of 5 kinds of polybutene.
そして、実施例4と同様にして膜電極接合体を作製した。 Then, to prepare a membrane electrode assembly in the same manner as in Example 4. このとき、アノード触媒層7およびカソード触媒層8の外縁部、すなわち接着幅は1mmと一定にしている。 At this time, the outer edge of the anode catalyst layer and cathode catalyst layer 8, i.e. the adhesive width is constant at 1 mm. さらに、樹脂の充填率は、90%位とこれも一定にした。 Further, the resin filling ratio was 90% position and also constant.
この膜電極接合体のうち、電極基材9、10に樹脂により接着された電解質膜6を引きはがすときのピール強度をオートグラフで測定した。 Of the membrane electrode assembly, the peel strength was measured when peeled off the membrane 6 that is bonded by a resin to the electrode base material 9 in autograph. 試料幅1cmの電解質膜を30mm/分の速度で180度方向に引きはがして測定した。 The electrolyte membrane of the sample width 1cm was measured peeling angle of 180 degrees at 30 mm / min.
その結果、ポリエステル系、第1のポリエチレン系、第2のポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリブテン系でピール強度は、それぞれ1.18N/cm、0.49N/cm、0.3N/cm、0.15N/cm、0.1N/cmであった。 As a result, polyester, first polyethylene, the second polyethylene, polypropylene, peel strength is polybutene, respectively 1.18N / cm, 0.49N / cm, 0.3N / cm, 0.15N was /cm,0.1N/cm.
そして、それぞれ5個の膜電極接合体を用いて実施例1と同様に燃料電池の運転を行った。 Then, it was operated in the same manner as the fuel cell as in Example 1 by using five of the membrane electrode assembly, respectively. 発電開始時の開回路電圧はすべての樹脂に関して平均951mVであった。 Open circuit voltage of the power generation start had an average 951mV for all resins.
そして、図13から分かるように、ピール強度が0.3N/cm以上では2000時間経過後の開回路電圧の低下量が4%を越えていない。 Then, as can be seen from Figure 13, the amount of decrease in the open circuit voltage after a lapse of 2000 hours in the peel strength 0.3 N / cm or higher does not exceed 4%. しかし、それより低いピール強度では低下量が大きくなり、実用に供することができない。 But it than the decrease amount becomes large in a low peel strength, it is impossible for practical use.

このように電解質膜6と電極基材9、10とのピール強度が0.3N/cmを下回るとアノード触媒層7およびカソード触媒層8の外縁部においてアノード触媒層7およびカソード触媒層8と電解質膜6との剥離が生じ、電解質膜6の応力集中によるダメージによって開回路電圧が大きく低下した。 Thus electrolyte membrane 6 and the peel strength between the electrode base material 9, 10 is below 0.3 N / cm at the outer edge portion of the anode catalyst layer and cathode catalyst layer 8 and the anode catalyst layer 7 and the cathode catalyst layer 8 electrolytes occurs peeling between film 6, the open circuit voltage has dropped significantly by damage due to stress concentration of the electrolyte membrane 6.
一方、電解質膜6と電極基材9、10とのピール強度が0.3N/cm以上であれば、アノード触媒層7およびカソード触媒層8と電解質膜6との剥離が見られずに開回路電圧の低下も少なくすることができる。 On the other hand, if the peel strength of the electrolyte membrane 6 and the electrode substrate 9 and 10 0.3 N / cm or more, open circuit not observed peeling of the anode catalyst layer 7 and the cathode catalyst layer 8 and the electrolyte membrane 6 it can be made smaller drop in voltage.

図14は、この発明の実施例9に係わる単電池の平面図である。 Figure 14 is a plan view of a single cell according to Example 9 of the present invention. 図15は、図14のBB断面における単電池の断面図である。 Figure 15 is a cross-sectional view of a single cell in the BB cross section in FIG. 14. 図16は、図14のCC断面における単電池の断面図である。 Figure 16 is a cross-sectional view of a single cell in the CC cross section of FIG. 14. 図17は、図14のDD断面における単電池の断面図である。 Figure 17 is a cross-sectional view of a single cell in the DD section in Figure 14.
実施例9の単電池は、図15に示すような、実施例1と同様な膜電極接合体1、膜電極接合体の1対の相対する端部に膜電極接合体1と同一平面上で外接する1対のガスケット51、52、両端部に燃料、酸化剤および冷却水を供給・排出する各種マニホールドが厚み方向に設けられた燃料セパレータ板3Bおよび酸化剤セパレータ板2Bから構成されている。 Single cell of Example 9, as shown in FIG. 15, Example 1 and similar membrane electrode assembly 1, film at opposite ends of the pair of electrode assemblies MEA 1 and coplanar with circumscribing a pair of gaskets 51 and 52, fuel, manifolds for supplying and discharging the oxidant and coolant and a fuel separator plate 3B and the oxidant separator plate 2B is provided in the thickness direction at both ends. さらに、燃料セパレータ板3Bとガスケット51、52および酸化剤セパレータ板2Bとガスケット51、52との接触面にEPDM製O−リング53を用いてシールしている。 Moreover, seals with an EPDM O- ring 53 the contact surface between the fuel separator plate 3B and the gasket 51, 52 and the oxidant separator plate 2B and the gasket 51.

膜電極接合体1は、実施例1の膜電極接合体1と同様であるので説明は省略する。 Membrane electrode assembly 1, description thereof will be omitted because it is similar to the membrane electrode assembly 1 of Example 1.
ガスケット51、52は、ポリエチレン製であり、厚さは膜電極接合体1の厚さと同一である。 The gasket 51 is made of polyethylene, the thickness is the same as the thickness of the membrane electrode assembly 1. また、両方のガスケット51、52を膜電極接合体1の両端部に外接するように並べたとき、それらを合わせた外形は燃料セパレータ板3Bの外形と等しくなる。 Furthermore, when arranged to circumscribe both gaskets 51 and 52 at both ends of the membrane electrode assembly 1, the outer shape of their combined is equal to the outer shape of the fuel separator plate 3B.
そして、一方のガスケット51には、燃料供給マニホールド54a、酸化剤排出マニホールド55aおよび冷却水供給マニホールド56aが厚み方向に貫通するようにして設けられている。 Then, the one gasket 51, the fuel supply manifold 54a, an oxidant exhaust manifold 55a and the cooling water supply manifold 56a is provided so as to penetrate in the thickness direction. また、他方のガスケット52には、燃料排出マニホールド57a、酸化剤供給マニホールド58aおよび冷却水排出マニホールド59aが厚み方向に貫通するようにして設けられている。 Further, the other gasket 52, the fuel exhaust manifold 57a, the oxidant supply manifold 58a and the coolant discharge manifold 59a are provided so as to penetrate in the thickness direction.

燃料セパレータ板3Bおよび酸化剤セパレータ板2Bは、カーボン板(東海カーボン製)にガス流路と冷却水路が機械加工により設けられたものである。 Fuel separator plate 3B and the oxidant separator plate 2B, the carbon plate (manufactured by Tokai Carbon) and the gas passage cooling water channel in which is provided by machining.
また、燃料セパレータ板3Bおよび酸化剤セパレータ板2Bは、単電池として組み立てたとき、両方のガスケット51、52に設けられた各種マニホールドと導通するように両端部に燃料供給マニホールド54b、54c、酸化剤排出マニホールド55b、55c、冷却水供給マニホールド56b、56c、燃料排出マニホールド57b、57c、酸化剤供給マニホールド58b、58cおよび冷却水排出マニホールド59b、59cが厚み方向に貫通するように設けられている。 The fuel separator plate 3B and the oxidant separator plate 2B, when assembled as a unit cell, a fuel supply manifold 54b at both ends so as to conduct the manifolds provided in both gaskets 51 and 52, 54c, oxidant discharge manifold 55b, 55c, the cooling water supply manifold 56b, 56c, the fuel discharge manifold 57 b, 57c, oxidant supply manifolds 58b, 58c and the cooling water discharge manifold 59b, 59c are provided so as to penetrate in the thickness direction.
また、燃料セパレータ板3Bの膜電極接合体1と対向する面(以下、対向面と称す。)60aの反対の面(以下、反対面と称す。)61aに燃料供給マニホールド54bに連通する供給連通溝62aおよび燃料排出マニホールド57bに連通する排出連通溝63aが設けられている。 Further, the membrane electrode assembly 1 and the opposing surfaces of the fuel separator plate 3B (hereinafter, referred to as a facing surface.) Opposite to the surface of 60a (hereinafter, referred to as the opposite surface.) Supply passage communicating with the fuel supply manifold 54b to 61a discharge communication groove 63a is provided which communicates with the groove 62a and the fuel discharge manifold 57 b. この供給連通溝62aおよび排出連通溝63aは、封止部5に位置する燃料セパレータ板3Bの部分を経由して発電部4に位置する燃料セパレータ板3Bの部分まで延びている。 The supply passage grooves 62a and discharge communication groove 63a extends to the portion of the fuel separator plate 3B is located in the power generation unit 4 via a part of the fuel separator plate 3B which is located in the sealing unit 5. そして、供給連通溝62aおよび搬出連通溝63aのそれぞれの発電部4に位置する先端に燃料セパレータ板3Bを反対面61aから対向面60aに貫通して連なる供給貫通孔64aおよび排出貫通孔65aが設けられている。 Then, provided the supply through-hole 64a and the discharge holes 65a on the tip located in the respective power generation section 4 of the fuel separator plate 3B continuing through from the opposite surface 61a to the opposing surface 60a of the supply passage grooves 62a and out communication groove 63a is It is. さらに、対向面60aにおいて供給貫通孔64aと排出貫通孔65aとをつなぐサーペンタイン型の燃料流路66が設けられている。 Further, the fuel flow path 66 of the serpentine type connecting the feed-through holes 64a and discharge holes 65a are provided in the facing surface 60a.
そして供給された燃料は、燃料供給マニホールド54bから反対面61aの供給連通溝62a、供給貫通孔64a、対向面60aの燃料流路66、排出貫通孔65a、反対面61aの排出連通溝63aを経由して燃料排出マニホールド57bから排出される。 The supplied fuel is via supply communicating groove 62a of the opposite surface 61a of the fuel supply manifold 54b, feed-through holes 64a, the fuel passage 66 of the facing surface 60a, the discharge holes 65a, the discharge communication groove 63a on the opposite face 61a It is discharged from the fuel discharge manifold 57b to.

また、酸化剤セパレータ板2Bも、燃料セパレータ板3Bと同様に、酸化剤セパレータ板2Bの膜電極接合体1と対向する面(以下、対向面と称す。)60bの反対の面(以下、反対面と称す。)61bに酸化剤供給マニホールド58cに連通する供給連通溝62bおよび酸化剤排出マニホールド55cに連通する排出連通溝63bが設けられている。 Also, the oxidant separator plate 2B, similarly to the fuel separator plate 3B, the surface facing the membrane electrode assembly 1 of the oxidant separator plate 2B (hereinafter referred to as a facing surface.) Opposite to the surface of 60b (hereinafter, the opposite surface and referred.) discharge communication groove 63b which communicates with the supply passage groove 62b and the oxidant exhaust manifold 55c communicating with the oxidant supply manifold 58c is provided 61b. この供給連通溝62bおよび搬出連通溝63bは、封止部5に位置する酸化剤セパレータ板2Bの部分を経由して発電部4に位置する酸化剤セパレータ板2Bの部分mまで延びている。 The supply communication groove 62b and out communication groove 63b extends to a portion m of the oxidant separator plate 2B positioned on the power generation unit 4 via the portion of the oxidant separator plate 2B positioned on the sealing part 5. そして、供給連通溝62bおよび搬出連通溝63bの発電部4に位置する先端に酸化剤セパレータ板2Bを反対面61bから対向面60bに貫通して連なる供給貫通孔64bおよび排出貫通孔65bが設けられている。 Then, the provided feed-through holes 64b and discharge holes 65b communicating through from the opposite surface 61b on the opposite surface 60b of the oxidant separator plate 2B at the distal end is located in the power generation section 4 of the supply communication grooves 62b and out the communication groove 63b ing. さらに、対向面60bに供給貫通孔64bと排出貫通孔65bとをつなぐサーペンタイン型の酸化剤流路67が設けられている。 Furthermore, oxidizing agent passage 67 of serpentine connecting the supply through hole 64b on the opposing surface 60b and the discharge holes 65b are provided.
そして供給された酸化剤は、酸化剤供給マニホールド58cから反対面61bの供給連通溝62b、供給貫通孔64b、対向面60bの酸化剤流路67、排出貫通孔65b、反対面61bの排出連通溝63bを経由して酸化剤排出マニホールド55cから排出される。 The supplied oxidizing agent supply communicating groove 62b on the opposite surface 61b from the oxidant supply manifold 58c, feed-through holes 64b, the oxidizing agent passage 67 of the facing surface 60b, the discharge holes 65b, discharge communication groove on the opposite surface 61b It is discharged from the oxidant discharge manifold 55c via 63 b.
さらに、酸化剤セパレータ板2Bは、反対面61bに冷却水供給マニホールド56cと冷却水排出マニホールド59cとをつなげるサーペンタイン型の冷却流路68が設けられている。 Moreover, oxidant separator plate 2B, the cooling passage 68 of the serpentine connecting the cooling water supply manifold 56c and the cooling water discharge manifold 59c on the opposite surface 61b is provided.

一方、実施例9の単電池と比較するため、比較例1の単電池を作製した。 Meanwhile, for comparison with the single cell of Example 9 was fabricated unit cell of Comparative Example 1. 比較例1の単電池は、実施例9の単電池のガスケット51、52が省略されていることが異なっている。 Single cell of Comparative Example 1 is different that the gasket 51, 52 of the single cell of Example 9 is omitted. その替わりに、比較例1の膜電極接合体の電解質膜6の外形が、図18に示すように、燃料セパレータ板3Bの外形と等しいなっている。 In that instead, the outer shape of the electrolyte membrane 6 of the membrane electrode assembly of Comparative Example 1, as shown in FIG. 18, which is equal to the outer shape of the fuel separator plate 3B. 燃料電極基材10および酸化剤電極基材9を囲繞する電解質膜6の部分にロの字状の厚さ250μmのフッ素樹脂性ガスケット69が両面から圧着して設けられている。 Fluororesin gasket 69 shaped thickness 250μm in B in the portion of the electrolyte membrane 6 which surrounds the fuel electrode substrate 10 and the oxidant electrode base material 9 is provided and pressed from both sides. そして、この圧着されたフッ素樹脂性ガスケット69に図示しない燃料供給マニホールド、図示しない酸化剤排出マニホールド、冷却水供給マニホールド56d、図示しない燃料排出マニホールド、図示しない酸化剤供給マニホールドおよび冷却水排出マニホールド59dが厚み方向に貫通するように設けられている。 Then, the crimped fuel supply manifold (not shown) to the fluororesin gasket 69, oxidant discharge manifold (not shown), the cooling water supply manifold 56d, the fuel exhaust manifold, not shown, oxidant supply manifold and the cooling water discharge manifold 59d not shown It is provided so as to penetrate in the thickness direction. その他は実施例1の膜電極接合体1と同様であるので同様な部分の説明は省略する。 Others omitted the description of similar portions is the same as the membrane electrode assembly 1 of Example 1.

この実施例9と比較例1との単電池をリークテスターで漏れ量を測定したが、ともにガスの漏れはなかった。 The unit cell of Comparative Example 1 and this Example 9 were measured amount of leakage in the leakage tester, but there was no leakage of both gas.
しかし、比較例1の単電池では、冷却水供給マニホールド56dおよび冷却水排出マニホールド59dに電解質膜6が露出しているので、冷却水として、電解質膜6を汚染するイオンを多量に含む液体や、電解質膜6を膨潤させたり、溶解したりする溶媒を用いることはできない。 However, in the single cell of Comparative Example 1, since the electrolyte membrane 6 to the cooling water supply manifold 56d and the cooling water discharge manifold 59d is exposed, as the cooling water, and liquid containing ions of contaminating the electrolyte membrane 6 in a large amount, or swell the electrolyte membrane 6 can not use a solvent or dissolved.
他方、実施例9の単電池では、冷却水路がポリエチレン製のガスケット51、52とカーボンのセパレータ板2B、3Bだけに接しているので、ポリエチレンおよびカーボンが水やエチレングリコールに対して高い耐久性を示す。 On the other hand, in the single cell of Example 9, the cooling water channel is made of polyethylene gasket 51 and the carbon separator plate 2B, since only in contact 3B, high durability polyethylene and carbon in water and ethylene glycol show. また電解質膜6が冷却水に接していないので、冷却水中のイオンによって電解質膜6が汚染されることがない。 Since the electrolyte membrane 6 is not in contact with the cooling water, never the electrolyte membrane 6 is contaminated by the cooling water ions.
また、電解質膜6や電極基材9、10といった高価な材料で形成される部分が、必要最小限の大きさで構成されているので、安価な燃料電池を提供できる。 Further, since the portion formed by the expensive materials such as electrolyte membrane 6 and the electrode substrate 9 and 10, and a required minimum size, can provide an inexpensive fuel cell.

このようにセパレータ板2B、3Bと膜電極接合体1の封止支持部11、12との界面に燃料および酸化剤用の流路が設けられていないので、この界面で膜電極接合体1をシールすることができる。 Thus the separator plate 2B, since the interface to the fuel and the flow path of the oxidant between the sealing support portion 11, 12 of 3B and the membrane electrode assembly 1 is not provided, the membrane electrode assembly 1 in the interface it is possible to seal. そのため、各種マニホールドが設けられるガスケット51、52を安価な材料に置き換えることができる。 Therefore, it is possible to replace the gasket 51 and 52 manifolds are provided an inexpensive material.
さらに、ガスケット51、52には電位が掛からないので、腐食の影響を受けなくなる。 Furthermore, the gaskets 51 and 52 so not applied potential will not be influenced by corrosion.
さらに、冷却水と電解質膜6とが直接接触しないので、純水以外の冷却水を使用することができる。 Furthermore, since the cooling water and the electrolyte membrane 6 is not in direct contact, it is possible to use a coolant other than pure water.
さらに、冷却水としてエチレングリコールなどを含んだ水を用いることができるので、凍結防止など燃料電池の特性に合わせた冷却水を使用できる。 Furthermore, it is possible to use the water containing ethylene glycol as the cooling water, the cooling water to match the characteristics of the fuel cell, such as antifreeze can be used.

図19は、この発明の実施例10の単電池に用いる燃料セパレータ板の膜電極接合体に接する面の平面図である。 Figure 19 is a plan view of a surface in contact with the membrane electrode assembly of the fuel separator plate used in the single cell of Example 10 of the present invention. 図20は、図19のEE断面における燃料セパレータ板の断面図である。 Figure 20 is a cross-sectional view of a fuel separator plate in EE section of FIG. 図21は、実施例10の単電池に用いる酸化剤セパレータ板の膜電極接合体に接する面の反対面の平面図である。 Figure 21 is a plan view of a surface opposite to the surface in contact with the membrane electrode assembly of the oxidant separator plate used in the single cell of Example 10. 図22は、実施例10の単電池の図19と同様なEE断面での断面図である。 Figure 22 is a cross-sectional view of a similar EE cross section as Figure 19 of the unit cell of Example 10.
実施例10の単電池は、実施例9の単電池と燃料セパレータ板3Cおよび酸化剤セパレータ板2Cが異なり、その他は同様であるので、同様な部分に同じ番号を付記して説明は省略する。 Single cell of Example 10 is different from the unit cell and the fuel separator plate 3C and the oxidant separator plate 2C of Example 9, since the others are the same, is described with appended the same number for the same parts will be omitted.

燃料セパレータ板3Cは、図19と図20とに示すように、実施例9の燃料セパレータ板3Bの反対面61aに酸化剤供給マニホールド58bから延びる供給連通溝62cと酸化剤排出マニホールド55bから延びる排出連通溝63cとが設けられている。 Fuel separator plate 3C, as shown in FIGS. 19 and 20, the discharge extending from the supply communication groove 62c and the oxidant exhaust manifold 55b which on the opposite surface 61a extending from the oxidant supply manifold 58b of the fuel separator plate 3B of Example 9 and the communication groove 63c is provided. この供給連通溝62cの延びた先端は図21に示す酸化剤セパレータ板2Cの供給貫通孔64b上に位置し、排出連通溝63cの延びた先端は酸化剤セパレータ板2Cの排出貫通孔65b上に位置している。 The extended tip end of the supply communication groove 62c is located on the feed-through holes 64b of the oxidant separator plate 2C shown in FIG. 21, extended the tip of the discharge communication groove 63c on the discharge through-hole 65b of the oxidant separator plate 2C positioned.
一方、酸化剤セパレータ板2Cは、図21に示すように、発電部4に位置する供給貫通孔64bと排出貫通孔65bとが貫通するようにして設けられ、対向面60bに供給貫通孔64bと排出貫通孔65bとを連通する酸化剤流路67が設けられている。 On the other hand, the oxidant separator plate 2C, as shown in FIG. 21, the supply through-hole 64b is located in the power generating unit 4 and the discharge holes 65b are provided so as to penetrate, the feed-through holes 64b on the opposing surface 60b oxidizing agent passage 67 communicating the discharge holes 65b are provided.

そして、実施例10の単電池は、図22に示すように、実施例9の単電池と酸化剤の供給・排出の経路が異なっている。 The unit cell of Example 10, as shown in FIG. 22, are different paths of supply and discharge of the cells with an oxidizing agent in Example 9. 酸化剤は、酸化剤供給マニホールド58bから供給連通溝62c、供給貫通孔64b、酸化剤流路67、排出貫通孔65bおよび排出連通溝63cを経由して酸化剤排出マニホールド55bに流される。 Oxidant, supply communication groove 62c from the oxidant supply manifold 58b, feed-through holes 64b, oxidizing agent passage 67, flows to the oxidizing agent discharge manifold 55b via the discharge holes 65b and discharge communication groove 63c.

このように燃料セパレータ板の両面と酸化剤セパレータ板の片面とを機械加工すれば済むので、加工費用を削減することができる。 Since the need be machined and one surface of the both surfaces of the fuel separator plate oxidant separator plate, it is possible to reduce the processing cost.
なお、燃料セパレータ板の両面に溝加工を施したが、酸化剤セパレータ板の両面に溝加工しても、加工費の削減ができる。 Although grooving on both sides of the fuel separator plate, even when grooving on both sides of the oxidizing agent separator plate, can reduce the processing cost.

図23は、この発明の実施例11の単電池の積層の様子を示す図である。 Figure 23 is a diagram showing a state of lamination of the unit cells of Example 11 of the present invention.
実施例11の単電池は、実施例9の単電池のEPDM製O−リング53の替わりに弾性変形する柔らかい樹脂71を用いていることが異なっており、その他は実施例9と同様であるので同様な部分に同じ符号を付記して説明を省略する。 Single cell of Example 11 is different from that using the soft resin 71 to be elastically deformed in place of the EPDM O- ring 53 of the single cell of Example 9, other elements are the same as in Example 9 the description thereof is omitted are indicated by the same reference numerals to like parts.
弾性変形する柔らかい樹脂71は、例えば、EPDMやシリコーン系ゴム状樹脂を使用することができるがこれらに限るものではない。 Soft resin 71 to elastically deform, for example, may be used, EPDM and silicone rubber resin is not limited to these.

このように各種マニホールドの周囲を弾性変形する柔らかい樹脂によりシールすることにより、面圧を膜電極接合体に確実にかけることができるので、各種マニホールドの周囲で単電池にかけられる圧力を受けてしまい膜電極接合体に面圧がかからないということを防ぐことができる。 By sealing the soft resin thus elastically deformed around the manifolds, it is possible to apply surface pressure to ensure the membrane electrode assembly, will receive the pressure applied to the unit cells around the manifolds film it is possible to prevent that is not applied surface pressure to the electrode assembly.
また、封止部に位置する膜電極接合体に充填する樹脂を各種マニホールドの周囲をシールするシール樹脂と異なるようにすることができるので、それぞれに相応しい樹脂を採用することができる。 Further, it is possible to make the resin to be filled in the membrane electrode assembly is located in the sealing portion to be different from the sealing resin for sealing the periphery of the manifolds, may be employed suitable resin, respectively. 充填する樹脂は、燃料電池の運転温度以上電解質膜の耐熱温度以下で溶融して電極基材の内部に入っていく特性や空気、水素および化学反応で生成する水に対する特性を考慮して選択することができる。 Resin to be filled is selected characteristics and air to melt a heat-resistant temperature or lower operating temperatures than the electrolyte membrane of the fuel cell entering the interior of the electrode substrate, the characteristic for the water produced by the hydrogen and the chemical reactions taking into account be able to. 一方、マニホールドの周囲をシールする樹脂は、溶解する必要がないのでシール性に優れた特性やエチレングリコールなど有機溶媒に対する耐油性を考慮して選択することができる。 Meanwhile, the resin for sealing the periphery of the manifold may be selected in consideration of the oil resistance since it is not necessary to be dissolved in the organic solvent such excellent properties, ethylene glycol sealability.
なお、ガスケット50の全面を燃料セパレータ3および酸化剤セパレータ2に柔らかい樹脂により接着した例について説明したが、各種マニホールドの周囲だけシールしても同様な効果が得られる。 Although an example was described in which the entire surface of the gasket 50 is bonded by a soft resin to the fuel separator 3 and the oxidant separator 2, similar effects sealing only around the manifolds are obtained.

この発明に係わる燃料電池の断面図である。 It is a cross-sectional view of a fuel cell according to the present invention. 電極基材に樹脂を充填するためにホットプレス機に樹脂フィルムと電極機材板をセットした様子を示す図である。 It is a diagram showing a state that sets resin film and the electrode gear plate in a hot press machine to fill the resin into the electrode base material. 膜電極接合体をホットプレス機で作製する様子を示す図である。 It is a diagram showing a state of manufacturing the membrane electrode assembly by hot pressing machine. 評価用セルの断面図である。 It is a cross-sectional view of a cell for evaluation. 評価結果を示す図である。 Is a graph showing evaluation results. 比較例の燃料電池の断面図である。 It is a cross-sectional view of the fuel cell of Comparative Example. 膜電極接合体とセパレータ板をホットプレス機で接着する様子を示す図である。 It is a diagram showing how to bond the membrane electrode assembly and the separator plate in a hot press. この発明の実施例4に係わる膜電極接合体の断面図である。 It is a cross-sectional view of a membrane electrode assembly according to Example 4 of the present invention. 接着幅に関する発電開始時と2000時間後との開回路電圧を示す。 Indicating an open circuit voltage of the generator at the start and 2000 hours after Adhesion width. この発明の実施例5に係わる膜電極接合体の断面図である。 It is a cross-sectional view of a membrane electrode assembly according to Example 5 of the present invention. この発明の実施例6に係わる膜電極接合体の断面図である。 It is a cross-sectional view of a membrane electrode assembly according to Example 6 of the present invention. この発明の実施例7に係わる単電池の断面図である。 It is a cross-sectional view of a single cell according to a seventh embodiment of the present invention. この発明の実施例8に係わる膜電極接合体を用いた単電池のピール強度と2000時間後の開回路電圧低下量の関係を表す図である。 Is a graph showing a relationship between the open-circuit voltage decrease of Example 8 in accordance membrane electrode assembly unit cells peel strength and after 2000 hours of use of the present invention. この発明の実施例9に係わる単電池の平面図である。 It is a plan view of a single cell according to Example 9 of the present invention. 図14のBB断面における単電池の断面図である。 It is a cross-sectional view of a single cell in the BB cross section in FIG. 14. 図14のCC断面における単電池の断面図である。 It is a cross-sectional view of a single cell in the CC cross section of FIG. 14. 図14のDD断面における単電池の断面図である。 It is a cross-sectional view of a single cell in the DD section in Figure 14. 比較例1の単電池の断面図である。 It is a cross-sectional view of the cell of Comparative Example 1. この発明の実施例10の単電池に用いる燃料セパレータ板の膜電極接合体に接する面から見た平面図である。 It is a plan view seen from the surface in contact with the membrane electrode assembly of the fuel separator plate used in the single cell of Example 10 of the present invention. 図19のEE断面における燃料セパレータ板の断面図である。 It is a cross-sectional view of a fuel separator plate in EE section of FIG. 実施例10の単電池に用いる酸化剤セパレータ板の膜電極接合体に接する面の反対側から見た平面図である。 It is a plan view seen from the opposite side of the surface in contact with the membrane electrode assembly of the oxidant separator plate used in the single cell of Example 10. 実施例10の単電池の図19と同様なEE断面での断面図である。 It is a cross-sectional view of a similar EE cross section as Figure 19 of the unit cell of Example 10. この発明の実施例11の単電池の積層の様子を示す図である。 It is a diagram showing a state of lamination of the unit cells of Example 11 of the present invention.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1、30、40、43、45 膜電極接合体、2、2B、2C 酸化剤セパレータ板、3、3B、3C 燃料セパレータ板、4 発電部、5 封止部、6 電解質膜、7 アノード触媒層、8 カソード触媒層、9、27 酸化剤電極基材、10、28 燃料電極基材、11 酸化剤封止支持部、12 燃料封止支持部、13、14、15、16 界面、17 酸化剤ガス流路、18 燃料ガス流路、19、41 外縁部、20 電極基材板、21、71 樹脂シート、22 ホットプレス機、23 平盤、24 カーボン板、25 発熱体、26 金属板、29、50、51、52 ガスケット、46、71 樹脂、53 O−リング、54a、54b、54c 燃料供給マニホールド、55a、55b、55c 酸化剤排出マニホールド、56a、56b、56c、56d 冷却 1,30,40,43,45 membrane electrode assembly, 2 and 2b, 2C oxidant separator plate, 3, 3B, 3C fuel separator plate, 4 power generating unit, 5 the sealing portion, 6 electrolyte membrane, 7 anode catalyst layer , 8 a cathode catalyst layer, 9, 27 oxidizer electrode substrate, 10 and 28 the fuel electrode substrate, 11 an oxidant seal support portion, 12 a fuel seal support portion, 13, 14, 15, 16 interface, 17 oxidant gas channel, 18 a fuel gas flow passage, 19 and 41 outer edge 20 electrode substrate plates, 21 and 71 a resin sheet, 22 hot press, 23 Tairaban, 24 carbon plate, 25 heating elements, 26 a metal plate, 29 , 50, 51, 52 gasket, 46,71 resin, 53 O-rings, 54a, 54b, 54c the fuel supply manifold, 55a, 55b, 55c oxidant discharge manifold, 56a, 56b, 56c, 56d cooling 供給マニホールド、57a、57b、57c 燃料排出マニホールド、58a、58b、58c 酸化剤供給マニホールド、59a、59b、59c、59d 冷却水排出マニホールド、60a、60b 対向面、61a、61b 反対面、62a、62b、62c 供給連通溝、63a、63b、63c 排出連通溝、64a、64b 供給貫通孔、65a、65b 排出貫通孔、66 燃料流路、67 酸化剤流路、68 冷却流路、69 フッ素樹脂性ガスケット。 Supply manifold, 57a, 57b, 57c fuel discharge manifold, 58a, 58b, 58c oxidant supply manifold, 59a, 59b, 59c, 59d cooling water discharge manifold, 60a, 60b opposing surfaces, 61a, 61b opposite surface, 62a, 62b, 62c supply passage grooves, 63a, 63 b, 63c discharge communication grooves, 64a, 64b feed-through holes, 65a, 65b discharge holes, 66 a fuel flow path, 67 oxidizing agent passage 68 cooling passage, 69 a fluororesin gasket.

Claims (18)

  1. 固体高分子電解質膜の中央部に両面から接合されたカソード触媒層およびアノード触媒層を上記カソード触媒層より大きな面積の燃料電極基材および上記アノード触媒層より大きな面積の酸化剤電極基材でさらに両側から挟持した膜電極接合体を有する燃料電池において、 The cathode catalyst layer and anode catalyst layer joined from both sides in a central portion of the solid polymer electrolyte membrane further oxidizer electrode substrate of a larger area than the fuel electrode substrate and the anode catalyst layer of larger area than the cathode catalyst layer in the fuel cell having the membrane electrode assembly is sandwiched from both sides,
    上記燃料電極基材のうち上記カソード触媒層を囲繞する燃料封止支持部の空孔の一部または全体が樹脂により充填され、 Some or all of the pores of the fuel seal support portion surrounding the cathode catalyst layer of the fuel electrode substrate is filled with resin,
    上記酸化剤電極基材のうち上記アノード触媒層を囲繞する酸化剤封止支持部の空孔の一部または全体が樹脂により充填され、 Some or all of the pores of the oxidizing agent seal support portion surrounding the anode catalyst layer of the oxidant electrode substrate is filled with resin,
    上記燃料封止支持部と上記酸化剤封止支持部とが上記固体高分子電解質膜と上記樹脂により接着されていることを特徴とする燃料電池。 Fuel cell, characterized in that the said fuel seal support portion and the oxidizing agent seal support portion is bonded by the solid polymer electrolyte film and the resin.
  2. 上記カソード触媒層の枠状の外縁部と上記アノード触媒層の枠状の外縁部とがそれぞれ上記樹脂により充填され、 The frame-like outer edge portion of the cathode catalyst layer and the frame-like outer edge portion of the anode catalyst layer is filled with the resin, respectively,
    上記カソード触媒層の外縁部および上記アノード触媒層の外縁部がそれぞれ上記固体高分子電解質膜に上記樹脂により接着されていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 1, characterized in that the outer edge of the outer portion and the anode catalyst layer of the cathode catalyst layer are respectively bonded by the resin to the solid polymer electrolyte membrane.
  3. 上記カソード触媒層の外縁部および上記アノード触媒層の外縁部の枠幅が0.5mm以上5mm以下であることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 2, wherein the frame width of the outer edge portion of the outer edge portion and the anode catalyst layer of the cathode catalyst layer is 0.5mm or more 5mm or less.
  4. 上記酸化剤電極基材または上記燃料電極基材の少なくともいずれか一方の外周端部が上記固体高分子電解質膜の外周端部の内側に位置することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の燃料電池。 Any one of claims 1 to 3 one of the outer peripheral edge of at least one of the oxidant electrode substrate or the fuel electrode substrate is characterized in that located inside the outer peripheral edge of the solid polymer electrolyte membrane the fuel cell according to an item.
  5. 上記酸化剤電極基材、上記燃料電極基材および上記固体高分子電解質膜の外周端部が上記樹脂により包囲されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の燃料電池。 The oxidant electrode substrate, a fuel cell according to any one of claims 1 to 4 outer peripheral edge of the fuel electrode substrate and the solid polymer electrolyte membrane characterized in that it is surrounded by the resin .
  6. 上記樹脂が流動性樹脂の硬化物であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the resin is a cured product of the fluid resin.
  7. 上記樹脂が燃料電池運転時の最高到達温度よりも高い融点を有する熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 5, characterized in that said resin is a thermoplastic resin having a melting point higher than the maximum attained temperature during fuel cell operation.
  8. 上記燃料封止支持部および上記酸化剤封止支持部の空孔の50体積%以上が上記樹脂により充填されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の燃料電池。 The fuel cell according to any one of claims 1 to 5 or 50% by volume of the fuel seal support and the pores of the oxidizing agent seal support portion, characterized in that it is filled with the resin .
  9. 上記燃料封止支持部および上記酸化剤封止支持部と上記固体高分子電解質膜との間のピール強度が、0.3N/cm以上であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の燃料電池。 Peel strength between said fuel seal support and the oxidant sealing support portion and the solid polymer electrolyte membrane, one of claims 1 to 5, characterized in that 0.3 N / cm or more the fuel cell according to an item.
  10. 上記膜電極接合体を両側から挟持する酸化剤セパレータ板および燃料セパレータ板を有し、 Has an oxidation agent separator plate and the fuel separator plate sandwiching the membrane electrode assembly from both sides,
    上記酸化剤電極基材が上記酸化剤セパレータ板に上記樹脂により接着され、上記燃料電極基材が上記燃料セパレータ板に上記樹脂により接着されていることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池。 The oxidant electrode substrate is bonded by said resin to said oxidant separator plate, the fuel electrode substrate according to claim 1 or 2, characterized in that it is bonded by the resin to the fuel separator plate Fuel cell.
  11. 上記アノード触媒層の外縁部が上記酸化剤セパレータ板に上記樹脂により接着され、上記カソード触媒層の外縁部が上記燃料セパレータ板に上記樹脂により接着されていることを特徴とする請求項10に記載の燃料電池。 The outer edge of the anode catalyst layer is bonded by the resin to the oxidant separator plate, according to claim 10, the outer edge portion of the cathode catalyst layer is characterized by being bonded by the resin to the fuel separator plate fuel cell.
  12. 上記酸化剤封止支持部に充填された樹脂が上記固体高分子電解質膜と上記酸化剤セパレータ板との間でつながった連続した樹脂膜であり、 Resin filled in the oxidant sealing support portion is a resin film continuous led between the solid polymer electrolyte membrane and the oxidizing agent separator plate,
    上記燃料封止支持部に充填された樹脂が上記固体高分子電解質膜と上記燃料セパレータ板との間でつながった連続した樹脂膜であることを特徴とする請求項10または11に記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 10 or 11, wherein said fuel seal support portion filled resin is a continuous resin film led between the solid polymer electrolyte membrane and the fuel separator plate .
  13. 上記燃料セパレータ板と上記酸化剤セパレータ板は、それぞれ、上記アノード触媒層の外側、かつ上記燃料セパレータ板と上記酸化剤セパレータ板との重畳する位置に設けられ、燃料および酸化剤が供給または排出される各種マニホールド、上記膜電極接合体に対向する面の反対面の上記酸化剤封止支持部に重畳する部分に上記各種マニホールドから面方向に延びるように設けられる供給連通溝および排出連通溝、上記アノード触媒層に重畳する部分に上記反対面から上記対向する面に貫通し、かつ上記供給連通溝および上記排出連通溝にそれぞれ連なるように設けられる供給貫通孔および排出貫通孔、上記対向する面に上記供給貫通孔と上記排出貫通孔とを連通するように設けられる流路を有することを特徴とする請求項10または11に The fuel separator plate and the oxidant separator plate, respectively, outside of the anode catalyst layer, and provided in a position that overlaps with the fuel separator plate and the oxidant separator plate, a fuel and an oxidant are supplied or discharged that manifolds, opposite side the supply passage grooves in a portion overlapping with the oxidant sealing support portion is provided so as to extend in the planar direction from the manifolds and discharge communication groove in a surface facing the membrane electrode assembly, the passing from the opposite surface to the portion overlapping the anode catalyst layer on the opposite surfaces, and the supply communication grooves and the discharge communication feed-through holes are provided so as to be continuous respectively in the grooves and the discharge holes, to the opposite faces to claim 10 or 11, characterized in that it has a flow path that is provided so as to communicate with the supply through-hole and the discharge through-hole 載の燃料電池。 The fuel cell of the mounting.
  14. 上記燃料セパレータ板と上記酸化剤セパレータ板は、それぞれ、上記膜電極接合体の外側、かつ上記燃料セパレータ板と上記酸化剤セパレータ板との重畳する位置に設けられ、冷却水が供給および排出される冷却水供給マニホールドおよび冷却水排出マニホールド、上記膜電極接合体に対向する面の反対面に上記冷却水供給マニホールドと上記冷却水排出マニホールドとを連通するように設けられる冷却流路を有し、 The fuel separator plate and the oxidant separator plate, respectively, outside of the membrane electrode assembly, and provided at a position that overlaps with the fuel separator plate and the oxidant separator plate, cooling water is supplied and discharged cooling water supply manifold and the cooling water discharge manifold, a cooling passage is provided so as to communicate with the cooling water supply manifold and the cooling water discharge manifold on the opposite surface of the surface facing the membrane electrode assembly,
    上記膜電極接合体と横並びに配置され、上記酸化剤セパレータ板の各種マニホールドに重畳する位置に各種マニホールドが設けられたガスケットを有することを特徴とする請求項13に記載の燃料電池。 The membrane electrode assembly and being arranged side by side, the fuel cell according to claim 13, characterized in that it comprises a gasket manifolds is provided at a position superimposed on the manifolds of the oxidant separator plate.
  15. 上記燃料セパレータ板および上記酸化剤セパレータ板と上記ガスケットとの界面が上記樹脂と異なるシール材料によりシールされたことを特徴とする請求項14に記載の燃料電池。 The fuel cell according to claim 14, characterized in that the interface between the fuel separator plate and the oxidant separator plate and the gasket is sealed by a different sealing material as the resin.
  16. 上記冷却水が、エチレングリコール、水、またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項14に記載の燃料電池。 The cooling water, ethylene glycol, water or fuel cell according to claim 14, characterized in that a mixture thereof.
  17. 枠状の熱可塑性樹脂シートを電極基材板に積層したのち、両面から加圧加熱して上記熱可塑性樹脂シートを溶融して上記電極基材板に熱可塑性樹脂を枠状に充填する工程と、 After laminating the frame-like thermoplastic resin sheet on the electrode substrate plate, a step of filling a thermoplastic resin in a frame shape on the electrode substrate plate by melting the thermoplastic resin sheet by heating from both pressurized and ,
    上記熱可塑性樹脂が充填された上記電極基材板の枠状の部分に囲繞される上記電極基材板の中央部の片面にカソード触媒ペーストを印刷乾燥してカソード触媒層が設けられた燃料電極基材を形成する工程と、 Fuel electrode cathode catalyst layer is provided by printing and drying the cathode catalyst paste on one surface of the central portion of the electrode substrate plate the thermoplastic resin is surrounded by the frame-like portion of the electrode base plates filled forming a substrate,
    上記熱可塑性樹脂が充填された上記電極基材板の枠状の部分に囲繞される上記電極基材板の中央部の片面にアノード触媒ペーストを印刷乾燥してアノード触媒層が設けられた酸化剤電極基材を形成する工程と、 Oxidant anode catalyst layer is provided by printing and drying the anode catalyst paste on one surface of the central portion of the electrode substrate plate the thermoplastic resin is surrounded by the frame-like portion of the electrode base plates filled forming an electrode substrate,
    上記カソード触媒層および上記アノード触媒層が固体高分子電解質膜に接するように上記燃料電極基材と上記酸化剤電極基材とを上記固体高分子電解質膜の両面に積層して積層体を形成する工程と、 To form a laminate by laminating the above cathode catalyst layer and the anode catalyst layer is a solid polymer electrolyte membrane the fuel electrode base in contact with the material and the oxidizing agent electrode base material on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane and a step,
    上記積層体の両面から加圧加熱して上記熱可塑性樹脂を再溶融して上記燃料電極基材および上記酸化剤電極基材をそれぞれ上記固体高分子電解質膜と接着して膜電極接合体を製造する工程と、 Preparing a membrane electrode assembly by bonding with each of the above solid polymer electrolyte membrane of the above fuel electrode substrate and the oxidizing agent electrode base material and then re-melting the thermoplastic resin pressurized and heated from both sides of the laminate a step of,
    を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。 Method for manufacturing a fuel cell characterized by having.
  18. さらに、燃料セパレータ板と酸化剤セパレータ板とを上記膜電極接合体の上下に積層して単電池積層体を形成し、 Furthermore, a a fuel separator plate oxidant separator plate to form a unit cell laminate by laminating the top and bottom of the membrane electrode assembly,
    上記単電池積層体の上下から加圧加熱しながら上記燃料セパレータ板と上記燃料電極基材および上記酸化剤セパレータ板と上記酸化剤電極基材を上記熱可塑性樹脂により接着して単電池を製造する工程を有することを特徴とする請求項17に記載の燃料電池の製造方法。 Producing single cell of the fuel separator plate and the fuel electrode substrate and the oxidizing agent separator plate and the oxidant electrode substrate while pressurized and heated from the top and bottom of the unit cell stack bonded with the thermoplastic resin method for manufacturing a fuel cell according to claim 17, characterized in that it comprises a step.
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