JP2007018957A - 燃料電池セルおよび電解質膜/電極積層体並びにその製造方法 - Google Patents

燃料電池セルおよび電解質膜/電極積層体並びにその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2007018957A
JP2007018957A JP2005201414A JP2005201414A JP2007018957A JP 2007018957 A JP2007018957 A JP 2007018957A JP 2005201414 A JP2005201414 A JP 2005201414A JP 2005201414 A JP2005201414 A JP 2005201414A JP 2007018957 A JP2007018957 A JP 2007018957A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
support frame
electrolyte membrane
gas diffusion
gasket
diffusion layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005201414A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4977972B2 (ja
Inventor
Atsushi Miyazawa
篤史 宮澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2005201414A priority Critical patent/JP4977972B2/ja
Publication of JP2007018957A publication Critical patent/JP2007018957A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4977972B2 publication Critical patent/JP4977972B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】 ガスケットを電解質膜側に射出成形により直接形成する場合における電池反応スペースの効率的な確保に好適な電解質膜/電極積層体を提供する。
【解決手段】 固体高分子電解質膜4とその両側のガス拡散層(GDL)6で構成した電解質膜/電極積層体2であり、固体高分子電解質4の反応領域4Aの外周環状部分に両面から接合した支持枠7と、前記支持枠7上の内周側領域と固体高分子電解質膜4の反応領域4Aとを覆って積層したガス拡散層6と、前記ガス拡散層6の外周側の支持枠7上に環状に成形したガスケット8と、を備えるようにした。
【選択図】 図1

Description

本発明は、固体高分子電解質膜の両側にガス拡散電極を積層して電解質膜/電極積層体とし、これを一対のセパレータで挟持した燃料電池セルおよび電解質膜/電極積層体並びにその製造方法に関するものである。
従来から固体高分子電解質膜の外周側のシール性を向上させ、外部へのガス流出を防止する電解質膜/電極積層体および燃料電池セルのシール構造が提案されている(特許文献1参照)。
これは、固体高分子電解質膜とその両側のガス拡散電極で構成した電解質膜/電極積層体に関わり、前記ガス拡散電極の一方の外周に、額状のガスケットを一体的に設けて前記固体高分子電解質膜と同一サイズの平坦面を形成し、当該平坦面を前記固体高分子電解質膜に密着させて固体高分子電解質膜を覆い且つ支持可能に形成して、固体高分子電解質膜の折り曲りやたわみを防止して取り扱いの利便性を高めるようにしたものである。
特開2003−17092号公報
しかしながら、上記従来例では、一方のガス拡散層の外周に枠状のガスケットを一体成形して固体高分子電解質膜を密着させる平坦面を形成するものであるため、ガスケットとガス拡散層とは隙間なく隣接しており、両者間には反応に寄与しない無駄なスペースが発生せずセル外形の小型化が可能であるが、ガス拡散層の外周へガスケットを一体成形する製造工程が複雑となる。
他方、ガスケットを電解質膜側に一体成形する場合には、ガスケット断面形状の溝を備える成形型により電解質膜を挟持し、電解質膜と成形型との間に得られたキャビティにガスケット構成材料を注入して成形する方法が採用されるが、ガスケットが形成される内周側と外周側の一定幅を成形型により挟む必要があり、この一定幅部分は電池反応に寄与しない無駄なスペースとなり、電池の小型化するための障害になる。
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、ガスケットを電解質膜側に射出成形により直接形成する場合における電池反応スペースの効率的な確保に好適な燃料電池セルおよび電解質膜/電極積層体並びにその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、固体高分子電解質膜とその両側のガス拡散層で構成した電解質膜/電極積層体であって、前記固体高分子電解質の反応領域の外周環状部分に両面から接合した支持枠と、前記支持枠上の内周側領域と固体高分子電解質膜の反応領域とを覆って積層したガス拡散層と、前記ガス拡散層の外周側の支持枠上に環状に成形したガスケットと、を備える。
したがって、本発明では、反応領域の外周に接合して電解質膜を補強する支持枠上に環状のガスケットを成形でき、ガスケットを基準に支持枠上の内周側領域と固体高分子電解質膜の反応領域とを覆ってガス拡散層を積層でき、電池反応領域のスペースを効率的に確保できると共に、ガス拡散層は補強部材である支持枠に周縁が密着して接合して、反応領域の電解質膜若しくは電極触媒のみに接合される場合に比較してその強度が補強され、内側に積層している反応領域の電解質膜および電極触媒を一層保護し且つ補強する。
以下、本発明の燃料電池シール構造およびその製造方法を各実施形態に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1〜図7は、本発明を適用した燃料電池シール構造およびその製造方法の第1実施形態を示し、図1は燃料電池セルの概略図、図2は電解質膜/電極積層体の平面図、図3はガスケットの製造方法を示す断面図、図4〜図7はガスケットの断面形状の各実施例を示す断面図である。
図1において、本実施形態の燃料電池セル1は、電解質膜4の両面に電極触媒5およびガス拡散層6(以下では、GDLと称する)が積層配置された電解質膜/電極積層体2と、この電解質膜/電極積層体2を挟持して、酸化剤極側に空気等の酸化剤ガスを供給流路3Aを介して供給する一方、燃料極側に水素等の燃料ガスを供給流路3Bを介して供給する一対のセパレータ3と、を備える。
前記電解質膜/電極積層体2は、固体高分子電解質膜4と、固体高分子電解質膜4の周縁部に両面から密着させて貼付けられた、例えば、樹脂製からなる枠状の一対の支持枠7と、夫々の支持枠7で囲んだ電解質膜4表面(反応領域4A)に接合して夫々配置した酸化剤用電極触媒5Aおよび燃料用電極触媒5Bと、各電極触媒5を覆って各上面から接合させたGDL6と、を備える。
前記GDL6は、各電極触媒5の全面を覆い、更に周縁側に延長され、夫々の支持枠7の内周側部分も同時に覆って各上面から接合されている。また、電解質膜/電極積層体2には、各GDL6の外周縁に隣接させて各支持枠7上に突条に形成した環状配置のガスケット8を備えている。
前記支持枠7は、電解質膜4の周縁をその両面から挟むように密着して一体化するものであるため、電解質膜4を補強する補強機能を備え、支持枠7で補強された電解質膜4は、そのハンドリング過程でしわや破損が防止でき、取り扱いが容易となる。支持枠7は、電解質膜4の周縁に両面から接合される一対のものに限定されるものでなく、例えば、2重に重ねて配置するものであってもよく、多重にすることで、必要に応じて種々の特性を備えた樹脂を配置することができる。
前記支持枠7に用いられる樹脂は、特にその種類が限定されるものではないが、例えば、固体高分子電解質膜4として、Nafionを始めとしたパーフルオロスルホン酸型高分子膜が用いられる場合には、含水状態で強酸性を示すことから、支持枠7の樹脂にも耐酸性が必要となる。また、60〜100℃前後の高温状態、ならびに、スチームに対する安定性も必要となる。
前記ガスケット8は、図2に示すように、GDL6の外周を取囲んで環状に配置され、その一部は、酸化剤ガスおよび燃料ガスの入口マニホールドおよび出口マニホールドとして形成された各貫通孔9を取囲むように部分的にループ状をなしている。図示しないが、冷却水用の入口および出口マニホールドが形成される場合においては、それらのマニホールド用の貫通穴を取囲むようにループ状に形成される。
前記支持枠7のガスケット8より内側の部分および外側の部分は、GDL6が積層される前段階であるガスケット8を成形する段階において、図3に示すように、ガスケット8の成形型10が接触する領域となる。即ち、ガスケット8の成形型10は、支持枠7の表面に接触させる合せ面11を備え、この合せ面11にガスケット8の断面形状をもつ溝12を備え、この溝12により前記合せ面11は内周側合せ面11Aと外周側合せ面11Bとに分離される。
前記成形型10は、支持枠7の上下に配置されて、その対向する合せ面11により支持枠7を挟んでセットされる。そして、ガスケット材料が支持枠7と成形型10の溝12で形成されるキャビティ内に射出される。ガスケット8が固化された段階で成形型10が型開きされ、ガスケット8が形成された電解質膜・支持枠組立体を取出し、電解質膜4の反応領域4Aに電極触媒5を接合させ、GDL6が接合される。なお、電極触媒5の接合は、ガスケット8の成形前であっても、成形後であってもよい。
前記支持枠7のガスケット8より内側の部分および外側の部分の幅W1、W2は、前記ガスケット成形型10の内外合せ面11A、11Bの幅寸法に設定されており、成形型10の合せ面11を支持枠7に密着させてのガスケット成形時に、ガスケット材料が射出された成形型10の溝12からガスケット材料が漏れないための必要な寸法に設定される。幅W1は上述したGDL6が載る範囲であり、好ましくは成形型10で押さえつける必要最小の寸法でよい。また、幅W2も大きすぎるとセルのサイズが増すため、必要最小限の寸法が望ましい。
前記GDL6の周縁部分は、支持枠7の内周側部分に重ねられ、その外周縁は支持枠7上に成形されているガスケット8の内側に位置合せして、電極触媒5の上面および支持枠7の内周側部分に密着させて接合される。即ち、GDL6は補強部材である支持枠7に周縁が密着して接合しているため、電極触媒5のみに接合される場合に比較して、その強度が補強され、内側に積層している反応領域4Aの電解質膜4および電極触媒5を一層保護し且つ補強する。
前記ガスケット8の断面形状としては、図1および図4に示すように、底辺を支持枠7に接合させた三角形状にすることも、図5に示すように、先端部を円弧状とした突起で形成するようにしてもよい。また、図6に示すように、中央の突起が内外の突起より高くした山形に形成してもよい。また、図7に示すように、三角形状であるが、内側壁面が斜面に形成され且つ外側の壁面が支持枠7に対して直立させたものであってもよい。
ガスケット8の断面形状は、その内側に収容してGDL6が配置されるものであるため、GDL6を位置決めし易い、図5に示す内周壁が切立った形状とすることが位置決め上では望ましい。また、図1や図4および図7に示すように、内周壁が斜面に形成されたものでは、GDL6の組付時に斜面によりアライメントしながらGDL6を支持枠7の内周側部分に案内させて仮接合させることができ、組立時に若干ずれて仮接合されていても、本圧着の際に斜面に案内されて所定位置に戻る点で好ましい。いずれにしても、GDL6のガスケット8のリップ上への乗り上げによるシール性低下を防止することができる形状が好ましい。
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
(ア)固体高分子電解質膜4とその両側のガス拡散層(GDL)6で構成した電解質膜/電極積層体2であり、固体高分子電解質4の反応領域4Aの外周環状部分に両面から接合した支持枠7と、前記支持枠7上の内周側領域と固体高分子電解質膜4の反応領域4Aとを覆って積層したガス拡散層6と、前記ガス拡散層6の外周側の支持枠7上に環状に成形したガスケット8と、を備える。このため、反応領域4Aの外周に接合して電解質膜4を補強する支持枠7上に環状のガスケット8を成形でき、ガスケット8を基準に支持枠7上の内周側領域と固体高分子電解質膜4の反応領域4Aとを覆ってガス拡散層6を積層でき、電池反応領域4Aのスペースを効率的に確保できると共に、ガス拡散層6は補強部材である支持枠7に周縁が密着して接合して、反応領域4Aの電解質膜4若しくは電極触媒5のみに接合される場合に比較してその強度が補強され、内側に積層している反応領域4Aの電解質膜4および電極触媒5を一層保護し且つ補強する。
(イ)ガスケット8のガス拡散層6に面する内周側は、セパレータ3と接する頂点部分と支持枠7への接合部分との間で傾斜した斜面を備えることにより、ガスケット8を形成後にGDL6を配置する際、GDL6がガスケット8の上に載りあがったまま組立てられることを防止することができる。即ち、GDL6が多少ガスケット8上に重なって置かれた場合でも、セル組立の際にGDL6がガスケット8の傾斜に沿ってガスケット8の内側に移動し易くなる。
(ウ)固体高分子電解質4の反応領域4Aの外周環状部分に両面から支持枠7を接合し、前記支持枠7に合せ面11を接触させてガスケット成形型10を型閉じして、支持枠7と成形型10との間に形成されるキャビティにガスケット材料を射出してガスケット8を形成し、前記ガスケット8で囲まれる前記支持枠7上の内周側領域と固体高分子電解質膜4の反応領域4Aとを覆ってガス拡散層6を積層することにより、支持枠7上へのガスケット形成時にGDL6が存在しないため、成形型10によるガスケット成形が容易とでき、しかも、GDL6の積層時にはガスケット8がGDL6の位置決め機能を発揮して位置精度よくGDL6を積層できる。
(第2実施形態)
図8は、本発明を適用した燃料電池セルのシール構造の第2実施形態を示す燃料電池単セルの概略図である。本実施形態においては、支持枠上に積層されたGDLの外周部分への反応ガスの流れ込みを抑制するようにした構成を第1実施形態に追加したものである。なお、第1実施形態と同一部材には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
図8において、本実施形態では、電解質膜/電極積層体2を両側から挟むセパレータ3には、第1実施形態と同様に夫々反応ガスを供給する供給流路3A、3Bが配置され、電解質膜/電極積層体2から各セパレータ3に向けて突出させたガスケット8を収容する溝20を形成している。
また、電解質膜/電極積層体2の支持枠7とGDL6とが積層されている領域(電解質膜の反応領域4Aの外周領域)に対応するセパレータ3には、電解質膜/電極積層体2に向けて突出させた環状突起21を設けている。前記環状突起21は、電解質膜/電極積層体2とセパレータ3とを積層して燃料電池単セル1を構成する際に、電解質膜/電極積層体2の支持枠7と積層しているGDL6部分をGDL6厚み方向に圧縮する。この圧縮量、即ち、環状突起21の高さは、GDL6の圧縮可能量と気孔率、言い換えれば、ガス透過性とにより、予め実験等により設定することが望ましい。その他の構成は第1実施形態と同様である。
上記のように、GDL6の外周部分を高い面圧をかけて圧縮すると、GDL6の該当部分の気孔率を低下させることができ、電池反応に寄与しない領域である、この部分に拡散する反応ガスを減少させることができ、反応ガスの無駄を減少できる。前記環状突起21の幅は、単セル1組立時のずれ等によって、環状突起21によって圧縮されるGDL6部分が万一反応領域4A側にずれたりする場合もあるため、ある程度の幅広に形成することが望ましい。
なお、前記環状突起21は、セパレータ3に一体に形成しても、別体に形成して接合させてもよい。公知で知られた黒鉛粉と樹脂との複合材で形成されたセパレータや金属セパレータでは、プレス時に予め突起構造を持つように設計することができる。別体で形成する場合には、燃料電池作動環境下に耐えられる材料を選択すればよい。
また、上記実施形態では、セパレータ3に環状突起21を設けるものについて説明しているが、図示しないが、セパレータ3に限られることなく、例えば、GDL6の周縁部分に所定の厚みの環状部材を貼付けるものであってもよい。
本実施形態においては、第1実施形態における効果(ア)〜(ウ)に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
(エ)固体高分子電解質膜4の反応領域4Aの外周環状部分に両面から支持枠7を接合し、前記支持枠7上の内周側領域と固体高分子電解質膜4の反応領域4Aとを覆ってガス拡散層6を積層し、前記ガス拡散層6の外周側の支持枠7上に環状にガスケット8を成形して、電解質膜/電極積層体2を構成し、前記電解質膜/電極積層体2の両面に積層するセパレータ3の、前記電解質膜/電極積層体2の支持枠7上に積層されている領域のガス拡散層6と接触する部位に、予め設定した所定の厚さの突条21を設けたため、GDL6の外周部分を突条21により高い面圧をかけて圧縮でき、GDL6の該当部分の気孔率を低下させて、電池反応に寄与しない領域であるこの部分に拡散する反応ガスを減少させることができ、反応ガスの無駄を減少できる。
(第3実施形態)
図9〜図13は、本発明を適用した燃料電池セルのシール構造の第3実施形態を示し、図9および図10は電解質膜/電極積層体の部分断面図、図11および図12はガスケットを成形前の電解質膜/電極積層体の断面図、図13はガスケットの成形方法を説明する説明図である。本実施形態においては、第1実施形態のガスケットと第2実施形態における環状突起とを一体化させたものである。なお、第1、2実施形態と同一部材には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
本実施形態の電解質膜/電極積層体2では、図9に示すように、ガスケット8の内周部分がGDL6側に延長され(延長部分9A)、GDL6の端面部分を端面部材9Bで覆い、さらにGDL6の支持枠7上に接合している領域をも環状に環状部材9Cで覆って形成している。GDL6の支持枠7への接合領域を覆っている環状部材9Cの厚みh1は、前記実施形態における環状突起21と同様な寸法に設定している。
このため、電解質膜/電極積層体2とセパレータ3とを積層して燃料電池単セル1を構成する際に、電解質膜/電極積層体2の支持枠7と積層しているGDL6部分をGDL6厚み方向に圧縮する。この圧縮量h1は、GDL6の圧縮可能量と気孔率、言い換えれば、ガス透過性とにより、予め実験等により第2実施形態と同様に設定している。その他の構成は第1実施形態と同様である。
上記のように、GDL6の外周部分を高い面圧をかけて圧縮すると、GDL6の該当部分の気孔率を低下させることができ、電池反応に寄与しない領域である、この部分に拡散する反応ガスを減少させることができ、反応ガスの無駄を減少できる。
また、環状部材9Cは、ガスケット8と一体となって電解質膜/電極積層体2に形成されているため、単セル組立時においても、環状部材9Cによって圧縮されるGDL6部分が反応領域4A側にずれたりすることが防止でき、また、GDL6をその周縁部で保持するものであるため、GDL6の電解質膜/電極積層体2に対するずれを確実に防止でき、且つGDL6の脱落防止にも寄与する。
しかも、GDL6の外周縁の上面部分および端面部分を環状部材9Cおよび端面部材9Bで覆っているため、環状部材9Cがセパレータ3に接触されることにより反応ガスの一次シールを形成し、次いでガスケット8がセパレータ3に接触することにより二次シールを形成し、反応ガスの外部への漏れだしを確実に防止することができる。
なお、上記形態の電解質膜/電極積層体2では、燃料電池単セル1の組立時、GDL6がセパレータ3によって圧縮される際に、その周縁領域と反応領域4Aとで圧縮代が異なることとなるが、反応ガスの拡散領域としては特に問題となるものではない。このGDL6の圧縮代の相違をなくするためには、環状部材9Cが被さる環状領域の厚みを、予め、例えば、h1だけ薄く形成し、その部分に環状部材9Cを被せるようにすれば、図10に示すように、環状部材9Cの上面とGDL6の上面とが一様に面一に形成することができる。
上記電解質膜/電極積層体2は、下記の製造方法により形成することができる。即ち、先ず、電解質膜4の周縁部に一対の支持枠7を接合させて補強した後、電解質膜4の反応領域4Aの両面に夫々必要な電極触媒5を接合し、この電極触媒5の全面と支持枠7の内周側部分とを覆ってGDL6を夫々接合して、図11に示すように、ガスケット8が設けられていない電解質膜/電極接合体2を準備する。次いで、図13に示すように、支持枠7に投影される領域の両面(図示例では、一方の成形型15のみを画いている)からガスケット成形型15を接触させて成形型15と支持枠7およびGDL6周縁部分との間に形成される空間にガスケット材料を射出してガスケット8および延長部分9を成形することができる。
この成形型15においては、支持枠7の外周側に接する外側合せ面16Bと、GDL6の支持枠7への積層部分における内周側に接する内側合せ面16Aとを備え、両合せ面16間においては、GDL6の上面および端面とは設定された寸法だけ間隔が空けられ、また支持枠7に対して所定間隔を空けた後、ガスケット形状に形成した成形面17を備えるようにしている。
なお、ガスケット8を成形する前に、図12に示すように、支持枠7が露出している部分を覆って、必要に応じて種々の特性を有する別の材料からなる樹脂等で二重に支持枠7を形成してもよい。
本実施形態においては、第1実施形態における効果(ア)〜(ウ)に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。
(オ)ガスケット8は、支持枠7へ接合している内周側がガス拡散層6側へ延長され、ガス拡散層6の外周端面まで若しくはガス拡散層6の外周端面から支持枠7に積層されている領域の上面までを覆う延長部分9を一体に備えるようにすると、反応領域4Aの電解質膜4上に配置される触媒層5を支持枠7の内周領域にも積層されたガス拡散層6により押え、このガス拡散層6をガスケット8により支持枠7に接合させ、これらが組上がったアッセンブリ状態に成形することができ、効率よく燃料電池セル1並びに燃料電池スタックを製造することが可能である。
(カ)ガス拡散層6の支持枠7と積層されている領域の上面を覆う延長部分9は予め設定した所定の厚さに形成され、電解質膜/電極積層体2のセパレータ3との積層時にガス拡散層6の支持枠7に積層されている領域を反応領域4Aのガス拡散層6部分より大きく圧縮されるようにすると、GDL6の該当部分の気孔率を低下させることができ、電池反応に寄与しない領域である、この部分に拡散する反応ガスを減少させることができ、反応ガスの無駄を減少できる。また、GDL6の外周縁の上面部分および端面部分を覆うことになるため、延長部分9がセパレータ3に接触されることにより反応ガスの一次シールを形成し、次いでガスケット8がセパレータ3に接触することにより二次シールを形成し、反応ガスの外部への漏れだしを確実に防止することができる。
(キ)固体高分子電解質膜4の反応領域4Aの外周環状部分に両面から支持枠7を接合し、前記支持枠7上の内周側領域と固体高分子電解質膜4の反応領域4Aとを覆ってガス拡散層6を積層し、前記ガス拡散層6の外周側の支持枠7に積層された環状領域およびその外周の支持枠7に合せ面16を接触させてガスケット成形型15を型閉じして、支持枠7およびガス拡散層6と成形型15との間に形成されるキャビティにガスケット材料を射出してガスケット8を形成することにより、これらが組上がったアッセンブリ状態に成形することができ効率よく電解質膜/電極積層体2を製造することが可能である。
本発明の一実施形態を示す燃料電池セルの概略図。 同じく電解質膜/電極積層体の平面図。 ガスケットの製造方法を示す断面図。 ガスケットの断面形状の実施例1を示す断面図。 ガスケットの断面形状の実施例2を示す断面図。 ガスケットの断面形状の実施例3を示す断面図。 ガスケットの断面形状の実施例4を示す断面図。 本発明の第2実施形態を示す燃料電池セルの概略図。 本発明の第3実施形態を示す電解質膜/電極積層体の部分断面図。 第3実施形態の電解質膜/電極積層体の第2実施例の部分断面図。 ガスケットを成形前の電解質膜/電極積層体の断面図。 ガスケットを成形前の第2の実施例の電解質膜/電極積層体の断面図。 ガスケットの成形方法を説明する説明図。
符号の説明
1 燃料電池セル
2 電解質膜/電極積層体
3 セパレータ
4 電解質膜
4A 反応領域
5 電極触媒、触媒層
6 ガス拡散層、GDL
7 支持枠
8 ガスケット
9 貫通孔
10 成形型
11 合せ面
12 溝

Claims (7)

  1. 固体高分子電解質膜とその両側のガス拡散層で構成した電解質膜/電極積層体であって、
    前記固体高分子電解質の反応領域の外周環状部分に両面から接合した支持枠と、
    前記支持枠上の内周側領域と固体高分子電解質膜の反応領域とを覆って積層したガス拡散層と、
    前記ガス拡散層の外周側の支持枠上に環状に成形したガスケットと、を備えることを特徴とする電解質膜/電極積層体。
  2. 前記ガスケットのガス拡散層に面する内周側は、セパレータと接する頂点部分と支持枠への接合部分との間で傾斜した斜面を備えることを特徴とする請求項1に記載の電解質膜/電極積層体。
  3. 前記ガスケットは、支持枠へ接合している内周側がガス拡散層側へ延長され、ガス拡散層の外周端面まで若しくはガス拡散層の外周端面から支持枠に積層されている領域の上面までを覆う延長部分を一体に備えることを特徴とする請求項1に記載の電解質膜/電極積層体。
  4. 前記ガス拡散層の支持枠と積層されている領域の上面を覆う延長部分は予め設定した所定の厚さに形成され、電解質膜/電極積層体のセパレータとの積層時にガス拡散層の支持枠に積層されている領域を反応領域のガス拡散層部分より大きく圧縮されるようにしたことを特徴とする請求項3に記載の電解質膜/電極積層体。
  5. 固体高分子電解質の反応領域の外周環状部分に両面から支持枠を接合し、前記支持枠上の内周側領域と固体高分子電解質膜の反応領域とを覆ってガス拡散層を積層し、前記ガス拡散層の外周側の支持枠上に環状にガスケットを成形して、電解質膜/電極積層体を構成し、
    前記電解質膜/電極積層体の両面に積層するセパレータの、前記電解質膜/電極積層体の支持枠上に積層されている領域のガス拡散層と接触する部位に、予め設定した所定の厚さの突条を設けたことを特徴とする燃料電池セル。
  6. 固体高分子電解質の反応領域の外周環状部分に両面から支持枠を接合し、
    前記支持枠に合せ面を接触させてガスケット成形型を型閉じして、支持枠と成形型との間に形成されるキャビティにガスケット材料を射出してガスケットを形成し、
    前記ガスケットで囲まれる前記支持枠上の内周側領域と固体高分子電解質膜の反応領域とを覆ってガス拡散層を積層することを特徴とする電解質膜/電極積層体の製造方法。
  7. 固体高分子電解質の反応領域の外周環状部分に両面から支持枠を接合し、
    前記支持枠上の内周側領域と固体高分子電解質膜の反応領域とを覆ってガス拡散層を積層し、
    前記ガス拡散層の外周側の支持枠に積層された環状領域およびその外周の支持枠に合せ面を接触させてガスケット成形型を型閉じして、支持枠およびガス拡散層と成形型との間に形成されるキャビティにガスケット材料を射出してガスケットを形成することを特徴とする電解質膜/電極積層体の製造方法。
JP2005201414A 2005-07-11 2005-07-11 燃料電池セルおよび電解質膜/電極積層体並びにその製造方法 Active JP4977972B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005201414A JP4977972B2 (ja) 2005-07-11 2005-07-11 燃料電池セルおよび電解質膜/電極積層体並びにその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005201414A JP4977972B2 (ja) 2005-07-11 2005-07-11 燃料電池セルおよび電解質膜/電極積層体並びにその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007018957A true JP2007018957A (ja) 2007-01-25
JP4977972B2 JP4977972B2 (ja) 2012-07-18

Family

ID=37755930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005201414A Active JP4977972B2 (ja) 2005-07-11 2005-07-11 燃料電池セルおよび電解質膜/電極積層体並びにその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4977972B2 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009009716A (ja) * 2007-06-26 2009-01-15 Toyota Motor Corp 燃料電池およびそのガスシール方法
JP2009009838A (ja) * 2007-06-28 2009-01-15 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
US7771885B2 (en) 2007-03-30 2010-08-10 Panasonic Corporation Polymer electrolyte fuel cell and manufacturing method for electrode-membrane-frame assembly
JP2011138757A (ja) * 2009-12-29 2011-07-14 Nan Ya Printed Circuit Board Corp 直接メタノール燃料電池構造及びその製造方法
KR101104303B1 (ko) 2009-09-07 2012-01-11 동아공업 주식회사 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓
JP2016024937A (ja) * 2014-07-18 2016-02-08 タイガースポリマー株式会社 燃料電池部材用のシート材料ロール
WO2022053789A1 (en) * 2020-09-08 2022-03-17 Johnson Matthey Fuel Cells Limited Membrane-seal assembly

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0521077A (ja) * 1991-07-17 1993-01-29 Fuji Electric Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池のシ−ル構造
JPH05174845A (ja) * 1991-12-21 1993-07-13 Agency Of Ind Science & Technol 高分子電解質型燃料電池及びその製造法
JPH05242897A (ja) * 1992-02-26 1993-09-21 Fuji Electric Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池
JPH07220742A (ja) * 1994-01-27 1995-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池及び該燃料電池の電極−イオン交換膜接合体の製造方法
JPH08148169A (ja) * 1994-11-17 1996-06-07 Tokyo Gas Co Ltd 固体高分子型燃料電池のシ−ル方法
JPH10154521A (ja) * 1996-09-24 1998-06-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子型燃料電池
JP2000133290A (ja) * 1998-10-30 2000-05-12 Mitsubishi Plastics Ind Ltd 固体高分子型燃料電池
WO2000064995A1 (en) * 1999-04-27 2000-11-02 Nok Corporation Gasket
JP2001155745A (ja) * 1999-11-25 2001-06-08 Nok Corp 燃料電池用ガスケット
JP2002042836A (ja) * 2000-07-19 2002-02-08 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用シールおよびその成形方法
WO2002061869A1 (fr) * 2001-01-31 2002-08-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Pile a carburant electrolytique de haut polymere et ensemble joint a film electrolytique destine a la pile a carburant
JP2003068319A (ja) * 2001-08-24 2003-03-07 Nok Corp 燃料電池用構成部品およびその製造方法
WO2005020356A1 (en) * 2003-08-22 2005-03-03 Johnson Matthey Public Limited Company Sealing of a membrane electrode assembly

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0521077A (ja) * 1991-07-17 1993-01-29 Fuji Electric Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池のシ−ル構造
JPH05174845A (ja) * 1991-12-21 1993-07-13 Agency Of Ind Science & Technol 高分子電解質型燃料電池及びその製造法
JPH05242897A (ja) * 1992-02-26 1993-09-21 Fuji Electric Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池
JPH07220742A (ja) * 1994-01-27 1995-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子電解質型燃料電池及び該燃料電池の電極−イオン交換膜接合体の製造方法
JPH08148169A (ja) * 1994-11-17 1996-06-07 Tokyo Gas Co Ltd 固体高分子型燃料電池のシ−ル方法
JPH10154521A (ja) * 1996-09-24 1998-06-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体高分子型燃料電池
JP2000133290A (ja) * 1998-10-30 2000-05-12 Mitsubishi Plastics Ind Ltd 固体高分子型燃料電池
WO2000064995A1 (en) * 1999-04-27 2000-11-02 Nok Corporation Gasket
JP2001155745A (ja) * 1999-11-25 2001-06-08 Nok Corp 燃料電池用ガスケット
JP2002042836A (ja) * 2000-07-19 2002-02-08 Honda Motor Co Ltd 燃料電池用シールおよびその成形方法
WO2002061869A1 (fr) * 2001-01-31 2002-08-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Pile a carburant electrolytique de haut polymere et ensemble joint a film electrolytique destine a la pile a carburant
JP2003068319A (ja) * 2001-08-24 2003-03-07 Nok Corp 燃料電池用構成部品およびその製造方法
WO2005020356A1 (en) * 2003-08-22 2005-03-03 Johnson Matthey Public Limited Company Sealing of a membrane electrode assembly
JP2007503688A (ja) * 2003-08-22 2007-02-22 ジョンソン、マッセイ、パブリック、リミテッド、カンパニー メンブラン電極組立構造の密封

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7771885B2 (en) 2007-03-30 2010-08-10 Panasonic Corporation Polymer electrolyte fuel cell and manufacturing method for electrode-membrane-frame assembly
US7790329B2 (en) * 2007-03-30 2010-09-07 Pansonic Corporation Polymer electrolyte fuel cell and manufacturing method for electrode-membrane-frame assembly
US7794892B2 (en) * 2007-03-30 2010-09-14 Panasonic Corporation Polymer electrolyte fuel cell and manufacturing method for electrode-membrane-frame assembly
JP2009009716A (ja) * 2007-06-26 2009-01-15 Toyota Motor Corp 燃料電池およびそのガスシール方法
JP2009009838A (ja) * 2007-06-28 2009-01-15 Honda Motor Co Ltd 燃料電池
KR101104303B1 (ko) 2009-09-07 2012-01-11 동아공업 주식회사 연료전지용 가스켓 제작을 위한 금형 및 이에 의해 제작되는 금속 지지대를 포함하는 연료전지용 가스켓
JP2011138757A (ja) * 2009-12-29 2011-07-14 Nan Ya Printed Circuit Board Corp 直接メタノール燃料電池構造及びその製造方法
JP2016024937A (ja) * 2014-07-18 2016-02-08 タイガースポリマー株式会社 燃料電池部材用のシート材料ロール
WO2022053789A1 (en) * 2020-09-08 2022-03-17 Johnson Matthey Fuel Cells Limited Membrane-seal assembly

Also Published As

Publication number Publication date
JP4977972B2 (ja) 2012-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1341249B1 (en) Constituent part for fuel cell
JP4977972B2 (ja) 燃料電池セルおよび電解質膜/電極積層体並びにその製造方法
KR101049595B1 (ko) 막전극 접합체
JP4904439B2 (ja) 高分子型燃料電池スタック
US20030104262A1 (en) Constituent part for fuel cell
WO2012137609A1 (ja) 燃料電池用電解質膜・電極構造体及びその製造方法
CA2659193A1 (en) Membrane electrode assembly, method for fabricating the same, and solid polymer electrolyte fuel cell using the same
JP6375522B2 (ja) 燃料電池モジュールの製造方法
JP5683433B2 (ja) 燃料電池スタック
WO2008059980A1 (fr) Pile à combustible, procédé de fabrication d'une pile à combustible et ensemble de motifs élémentaires
EP3357118B1 (en) Fuel cell sub-assembly
JP2007035296A (ja) 電解質膜/電極積層体および燃料電池セル
US9425468B2 (en) Cell structure of fuel cell
EP1923943B1 (en) Component for constituting fuel cell
WO2016130781A1 (en) Seal for solid polymer electrolyte fuel cell
KR20200132294A (ko) 연료전지용 탄성체 셀 프레임 및 그 제조방법과 이를 이용한 연료전지 스택
JP2008123885A (ja) 燃料電池、燃料電池の製造方法、および、アッセンブリ
JP6241594B2 (ja) フレーム付き膜電極接合体、燃料電池単セル及び燃料電池スタック
JP4664611B2 (ja) 燃料電池用セパレータおよびその製造方法
JP2009104922A (ja) 燃料電池および燃料電池の製造方法
JP5007515B2 (ja) 燃料電池
JP2010009823A (ja) 燃料電池構成部品およびその製造方法
JP6619646B2 (ja) 燃料電池用ガスケット及びその製造方法
JP2006172816A (ja) 燃料電池および燃料電池の製造方法
JP2011008951A (ja) 燃料電池用ガスケット、燃料電池用積層部材、および燃料電池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080527

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110601

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110607

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110803

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111115

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120116

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120207

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120229

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120321

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120403

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150427

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4977972

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150