JP2007042347A - 膜電極接合体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池は、イオン伝導性を有する電解質膜11と、電解質膜11の外形寸法よりも小さな外形寸法を有し、電解質膜11の両面に接触するアノード側及びカソード側の触媒層12と、電解質膜11及び触媒層12の端部に形成された接着層13と、接着層13の両面に接合された電気絶縁性を有する一対のスペーサー層14と、触媒層12及びスペーサー層14の表面上に設けられたガス拡散層15と、ガス拡散層15の外周部に封止材料を含浸させることにより形成された含浸部16とを有し、スペーサー層14はガス拡散層15と含浸部16の界面位置よりも面内方向内側に延伸している。
【選択図】図5
Description
本発明の実施形態となる燃料電池スタック1は、図1,2に示すように、複数の燃料電池2をエンドプレート4により挟持した構成を有し、各燃料電池2にはエンドプレート4を介して発電の際に利用される反応ガス(水素ガス,空気)と冷却水が供給される。また、燃料電池2間には図2に示すようにセパレータ3が設けられており、セパレータ3には図3,4に示すようにマニホールド開口部5から供給された反応ガスを燃料電池2、より具体的には燃料電池2のアノード及びカソードに供給するためのガス流路溝6が形成されている。そして、このような構成を有する燃料電池スタック1では、ガス流路溝6から各燃料電池2のアノード及びカソードにそれぞれ水素ガス及び空気が供給されるのに応じて、各燃料電池2が発電を行い、各燃料電池2の発電電力はエンドプレート4を介して系外に取り出される。なお、上記セパレータ3としては、緻密カーボングラファイト,炭素板等のカーボン製のものや、ステンレス等の金属製のもの等、本願発明の出願時点で公知のものであれば制限なく用いることができる。また、セパレータ3の厚さや大きさ、ガス流路溝6の形状等については、特に限定されることはなく、燃料電池2の出力特性等を考慮して適宜決定するとよい。
上記燃料電池2は、アノード及びカソードとして機能する一対の触媒層によって電解質膜を挟持することにより構成される膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly:以下、MEAと略記)をさらにガス拡散層によって挟持した構成を有する。より具体的には、この燃料電池2は、図5に示すように、イオン伝導性を有する電解質膜11と、電解質膜11の外形寸法よりも小さな外形寸法を有し、電解質膜11の両面に接触するアノード側及びカソード側の触媒層12と、電解質膜11及び触媒層12の端部に形成された接着層13と、接着層13の両面に接合された電気絶縁性を有する一対のスペーサー層14と、触媒層12及びスペーサー層14の表面上に設けられたガス拡散層15と、ガス拡散層15の外周部に封止材料を含浸させることにより形成された含浸部16とを有する。
2:燃料電池
3:セパレータ
4:エンドプレート
5:マニホールド
6:ガス流路溝
11:電解質膜
12:触媒層
13:接着層
14:スペーサー層
15:ガス拡散層
16:含浸部
17:シール部
Claims (12)
- イオン伝導性を有する電解質膜と、
前記電解質膜の外形寸法よりも小さな外形寸法を有し、当該電解質膜の両面に接触する一対の触媒層と、
前記電解質膜及び前記触媒層の端部に形成された接着層と、
前記接着層の両面に接合された電気絶縁性を有する一対のスペーサー層と、
前記触媒層及び前記スペーサー層の表面上に設けられたガス拡散層と、
前記ガス拡散層の外周部に封止材料を含浸させることにより形成された含浸部とを有し、
前記スペーサー層は前記ガス拡散層と前記含浸部の界面位置よりも面内方向内側に延伸していることを特徴とする膜電極接合体。 - 請求項1に記載の膜電極接合体であって、
前記含浸部表面上に突出成形された前記封止材料から成るシール部を有することを特徴とする膜電極接合体。 - 請求項1又は請求項2に記載の膜電極接合体であって、
前記一対のスペーサー層のうち、一方のスペーサー層の面内方向長さは他方のスペーサー層の面内方向長さより短いことを特徴とする膜電極接合体。 - 請求項1乃至請求項3のうち、いずれか1項に記載の膜電極接合体であって、
前記接着層は前記スペーサー層よりも面内方向内側に延伸していることを特徴とする膜電極接合体。 - 請求項1乃至請求項4のうち、いずれか1項に記載の膜電極接合体であって、
前記電解質膜の端部に電気絶縁性を有する第2スペーサー層を有することを特徴とする膜電極接合体。 - 請求項2乃至請求項5のうち、いずれか1項に記載の膜電極接合体であって、
前記接着層、前記スペーサー層、及び前記含浸部を平面垂直方向に貫通する貫通孔を有し、前記シール部は当該貫通孔を介して一体成形されていることを特徴とする膜電極接合体。 - 請求項2乃至請求項5のうち、いずれか1項に記載の膜電極接合体であって、
前記シール部は、前記接着層、前記スペーサー層、及び前記含浸部の端部を封止していることを特徴とする膜電極接合体。 - 請求項7に記載の膜電極接合体であって、
前記シール部は前記ガス拡散層へのガス導入口又はガス排出口と連通するマニホールド開口部を有し、前記スペーサー層の少なくとも一方は前記シール部の内部を面内方向に貫通し、前記シール部はスペーサー層に形成された貫通孔を介して一体成形されていることを特徴とする膜電極接合体。 - 請求項2乃至請求項5のうち、いずれか1項に記載の膜電極接合体であって、
前記接着層、前記スペーサー層、及び前記含浸部は前記ガス拡散層へのガス導入口又はガス排出口と連通するマニホールド開口部を有し、前記シール部はマニホールド開口部に対し面内内側方向及び面内外側方向の含浸部表面上に形成されていることを特徴とする膜電極接合体。 - 請求項7に記載の膜電極接合体であって、
前記シール部は前記ガス拡散層へのガス導入口又はガス排出口と連通するマニホールド開口部を有し、前記含浸部の少なくとも一方は前記シール部の内部を面内方向に貫通していることを特徴とする膜電極接合体。 - イオン伝導性を有する電解質膜の両面に電解質膜の外形寸法よりも小さな外形寸法を有する一対の触媒層を接触させる工程と、
前記電解質膜及び前記触媒層の端部に電気絶縁性を有する一対のスペーサー層を接合する工程と、
前記触媒層及び前記スペーサー層の表面上にガス拡散層を形成する工程と、
前記ガス拡散層の外周部に封止材料を含浸させることにより含浸部を形成する工程とを有し、
前記含浸部を形成する工程においては、前記スペーサー層が前記ガス拡散層と前記含浸部の界面位置よりも面内内側方向に延伸するように含浸部を形成することを特徴とする膜電極接合体の製造方法。 - 請求項11に記載の膜電極接合体の製造方法であって、
前記含浸部表面上に前記封止材料から成るシール部を突出成形する工程を有することを特徴とする膜電極接合体の製造方法。
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