JP2009289676A - Fuel cell and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の単位セルを構成する積層物の複数を、樹脂成形体により一体化してある燃料電池、及びその製造方法に関し、特にモバイル機器(携帯機器)等に使用する燃料電池として有用である。 The present invention relates to a fuel cell in which a plurality of laminates constituting a unit cell of a fuel cell are integrated by a resin molded body and a manufacturing method thereof, and particularly useful as a fuel cell used for a mobile device (portable device) and the like. It is.
近年のITの発展に伴い、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等のモバイル機器のほとんどの電源は、リチウムイオン二次電池が用いられている。しかし、これらのモバイル機器の高機能化に伴い、消費電力がますます増加する傾向にあり、その電源用あるいは充電用としてクリーンで高効率な燃料電池に注目が集まっている。 With the development of IT in recent years, lithium-ion secondary batteries are used for most power sources of mobile devices such as mobile phones, notebook computers, and digital cameras. However, as these mobile devices become highly functional, power consumption tends to increase more and more, and attention is focused on clean and highly efficient fuel cells for power supply or charging.
このような小型・軽量の燃料電池としては、例えば下記の特許文献1のように、板状の固体高分子電解質と、その一方側に配置されたアノード側電極板と、他方側に配置されたカソード側電極板と、アノード側電極板の外側に配置されたアノード側金属板と、カソード側電極板の外側に配置されたカソード側金属板とを備え、これら金属板の外周部を絶縁材を介してカシメることにより、封止したものが知られている。しかし、金属板のカシメによる封止では、工程が複雑化し、カシメ部分の厚み制御にも精度を要するという問題があった。
As such a small and lightweight fuel cell, for example, as in
そこで、封止工程を簡略化すべく、下記の特許文献2には、上記と同様の板状の固体高分子電解質と電極板と金属板とを備える燃料電池において、エポキシ系樹脂等の封止材料を用いて、絶縁材を介在させつつ、両側の金属板の周縁領域のみを封止したものが提案されている。
Therefore, in order to simplify the sealing process, the following
また、下記の特許文献3には、板状の固体高分子電解質と、その両側に設けた電極板(触媒層+導電性多孔質体)とを備え、それら各層の周囲をインサート成形した樹脂枠で一体化した燃料電池が提案されている。また、出力電圧を向上させる目的で、複数の単位セルを同時にインサート成形した後、単位セル同士を導電性のクリップ等で直列に接続したものが開示されている。
しかしながら、特許文献2の燃料電池では、出力電圧を向上させる目的で複数の単位セルを使用する場合、各々の単位セルについて、金属板の周囲を封止する必要があり、製造工程が複雑となっていた。また、各々の単位セルを製造した後に、これらを電気的に接続する必要があり、製造工程が複雑となり、全体の構造が複雑化するという問題があった。
However, in the fuel cell of
一方、特許文献3の燃料電池用セル部材では、複数の単位セルを同時にインサート成形しているため、より簡易な製法になるものの、単位セル同士の接続を、成形後に設けた導電性のクリップ等で行っているため、接続のための構造や製造工程が煩雑となり、更に接続部の信頼性や耐久性等の問題があった。
On the other hand, in the cell member for a fuel cell of
そこで、本発明の目的は、単位セル同士の接続のための構造や工程が簡易となり、接続部の信頼性や耐久性が良好な燃料電池及びその製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuel cell having a simple structure and process for connecting unit cells, and having good connection part reliability and durability, and a method for manufacturing the same.
上記目的は、次の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明の燃料電池は、固体高分子電解質層、この固体高分子電解質層の両側に設けられた第1電極層及び第2電極層、並びにこれら電極層の更に外側に各々配置された第1導電層及び第2導電層を有する単位セルの複数と、何れかの単位セルと他の単位セルの導電層同士を電気的に接続する接続部と、それらの単位セル及び前記接続部をインサート成形により一体化した樹脂成形体と、を備えることを特徴とする。
The above object can be achieved by the present invention as follows.
That is, the fuel cell of the present invention includes a solid polymer electrolyte layer, first and second electrode layers provided on both sides of the solid polymer electrolyte layer, and first electrodes disposed on the outer sides of these electrode layers. A plurality of unit cells having one conductive layer and a second conductive layer, a connection part for electrically connecting the conductive layers of any unit cell and another unit cell, and inserting the unit cell and the connection part And a resin molded body integrated by molding.
本発明の燃料電池によると、単位セル同士が接続部により電気的に接続されて、インサート成形により樹脂成形体で一体化されているため、単位セル同士の接続のための構造や工程が簡易となり、接続部の信頼性や耐久性が良好な燃料電池となる。また、各層をインサート成形した樹脂成形体で一体化してあるため、樹脂成形体で導電層が保持されて電極層との接触圧力を高めることができ、接触抵抗を低減して電池出力を向上させることができる。つまり、各層を用いてインサート成形した簡易な構造でありながら、電池出力が高い燃料電池とすることができる。なお、インサート成形する際に、樹脂の注入圧力により、第1導電層及び第2導電層が両側から加圧されるが、成形型の内面に設けた凸部で別途加圧することにより、導電層と電極層との接触圧力を更に高めることができる。発電の際には、例えば樹脂成形体に設けた開孔や流路を介して、第1電極層及び第2電極層に燃料及び酸素等を供給することで、各々の電極での反応と固体高分子電解質でのイオン伝導とにより、発電を行うことができる。 According to the fuel cell of the present invention, the unit cells are electrically connected to each other through the connecting portion and integrated with the resin molded body by insert molding, so the structure and process for connecting the unit cells are simplified. Thus, a fuel cell with good reliability and durability of the connecting portion is obtained. In addition, since each layer is integrated with a resin molded body in which insert molding is performed, the conductive layer is held by the resin molded body and the contact pressure with the electrode layer can be increased, and the contact resistance is reduced and the battery output is improved. be able to. That is, a fuel cell with a high battery output can be obtained while having a simple structure in which each layer is insert-molded. When insert molding is performed, the first conductive layer and the second conductive layer are pressed from both sides by the injection pressure of the resin, but the conductive layer is separately pressed by a convex portion provided on the inner surface of the mold. The contact pressure between the electrode layer and the electrode layer can be further increased. During power generation, for example, fuel and oxygen are supplied to the first electrode layer and the second electrode layer through an opening or a channel provided in the resin molded body, so that the reaction at each electrode and the solid state are supplied. Electric power can be generated by ionic conduction in the polymer electrolyte.
上記において、隣り合う前記単位セルの一方の第1導電層と、他方の第2導電層と、前記接続部とが、連続する金属板からなる金属層で形成されていることが好ましい。このような金属板を用いることにより、別途、導電層同士を接続する必要がなくなり、単位セル同士の接続のための構造や工程がより簡易になり、接続部の信頼性や耐久性がより良好となる。また、金属板を用いるため、他の材料に比べて大電流の取り出しが可能となる。 In the above, it is preferable that one first conductive layer, the other second conductive layer, and the connection portion of the adjacent unit cells are formed of a metal layer made of a continuous metal plate. By using such a metal plate, it is not necessary to connect the conductive layers separately, the structure and process for connecting the unit cells become simpler, and the reliability and durability of the connection part are better. It becomes. In addition, since a metal plate is used, a larger current can be taken out than other materials.
また、前記第1導電層は、前記第1電極層を部分的に露出させる露出部を有する第1金属層からなり、前記第2導電層は、前記第2電極層を部分的に露出させる露出部を有する第2金属層からなることが好ましい。導電層としては、ガス透過性を有するものなども使用可能であるが、露出部を有することにより、露出部を介して電極層に気体又は液体を供給することができる。また、金属層を用いることにより、他の材料に比べて大電流の取り出しが可能となる。 The first conductive layer includes a first metal layer having an exposed portion that partially exposes the first electrode layer, and the second conductive layer is exposed to partially expose the second electrode layer. It is preferable to consist of a 2nd metal layer which has a part. As the conductive layer, those having gas permeability can be used, but by having the exposed portion, gas or liquid can be supplied to the electrode layer through the exposed portion. In addition, by using a metal layer, it is possible to extract a large current compared to other materials.
その際、前記樹脂成形体は、前記第1金属層又は第2金属層の露出部に対応する位置に設けられた開孔を有することが好ましい。この構成によると、金属層の露出部に対応する位置に樹脂成形体の開孔が設けられるため、この開孔と露出部とを介して電極層に、燃料や空気等の気体又は液体を供給することができ、より効率良く発電を行うことができる。 In that case, it is preferable that the said resin molding has an opening provided in the position corresponding to the exposed part of the said 1st metal layer or the 2nd metal layer. According to this configuration, since the opening of the resin molded body is provided at a position corresponding to the exposed portion of the metal layer, a gas or liquid such as fuel or air is supplied to the electrode layer through the opening and the exposed portion. Power generation can be performed more efficiently.
一方、本発明の燃料電池の製造方法は、固体高分子電解質層、その両側に配される第1電極層及び第2電極層、並びにそれらの外側に配される第1導電層及び第2導電層を含む積層物の複数を、何れかの積層物と他の積層物の導電層同士を接続部により電気的に接続した状態で成形型内に配置する工程と、その成形型内に樹脂を注入することで、前記積層物及び前記接続部を一体化する樹脂成形体を成形する工程とを含むことを特徴とする。 On the other hand, the method for producing a fuel cell of the present invention comprises a solid polymer electrolyte layer, first and second electrode layers disposed on both sides thereof, and a first conductive layer and a second conductive layer disposed on the outside thereof. Arranging a plurality of laminates including layers in a molding die in a state in which conductive layers of any laminate and other laminates are electrically connected to each other by a connecting portion; and a resin in the molding die And a step of forming a resin molded body that integrates the laminate and the connecting portion by injection.
本発明の燃料電池の製造方法によると、単位セルを構成する積層物の導電層同士が接続部により電気的に接続されて、インサート成形により樹脂成形体で一体化されるため、単位セル同士の接続のための構造や工程が簡易となり、接続部の信頼性や耐久性が良好な燃料電池を製造することができる。また、各層をインサート成形した樹脂成形体で一体化するため、樹脂成形体で導電層が保持されて電極層との接触圧力を高めることができ、接触抵抗を低減して電池出力を向上させることができる。つまり、各層を用いてインサート成形すると言う簡易な構造、製法でありながら、電池出力が高い燃料電池を得ることができる。 According to the method for manufacturing a fuel cell of the present invention, the conductive layers of the laminate constituting the unit cell are electrically connected by the connecting portion and integrated with the resin molded body by insert molding. The structure and process for connection are simplified, and a fuel cell with good connection part reliability and durability can be manufactured. In addition, since each layer is integrated with a resin molded body that is insert-molded, the conductive layer is held by the resin molded body, so that the contact pressure with the electrode layer can be increased, and the contact resistance is reduced and the battery output is improved. Can do. That is, it is possible to obtain a fuel cell having a high battery output while having a simple structure and manufacturing method in which insert molding is performed using each layer.
上記において、隣り合う前記積層物の一方の第1導電層と、他方の第2導電層と、前記接続部とが、連続する金属板からなる金属層で形成されていることが好ましい。このような金属板を用いることにより、別途、導電層同士を接続する必要がなくなり、単位セル同士の接続のための構造や工程がより簡易になり、接続部の信頼性や耐久性がより良好となる。また、金属板を用いるため、他の材料に比べて大電流の取り出しが可能となる。 In the above, it is preferable that one first conductive layer, the other second conductive layer, and the connection portion of the adjacent laminates are formed of a metal layer made of a continuous metal plate. By using such a metal plate, it is not necessary to connect the conductive layers separately, the structure and process for connecting the unit cells become simpler, and the reliability and durability of the connection part are better. It becomes. In addition, since a metal plate is used, a larger current can be taken out than other materials.
また、前記第1導電層は、前記第1電極層を部分的に露出させる露出部を有する第1金属層からなり、前記第2導電層は、前記第2電極層を部分的に露出させる露出部を有する第2金属層からなることが好ましい。導電層としては、ガス透過性を有するものなども使用可能であるが、露出部を有することにより、露出部を介して電極層に気体又は液体を供給することができる。また、金属層を用いることにより、他の材料に比べて大電流の取り出しが可能となる。 The first conductive layer includes a first metal layer having an exposed portion that partially exposes the first electrode layer, and the second conductive layer is exposed to partially expose the second electrode layer. It is preferable to consist of a 2nd metal layer which has a part. As the conductive layer, those having gas permeability can be used, but by having the exposed portion, gas or liquid can be supplied to the electrode layer through the exposed portion. In addition, by using a metal layer, it is possible to extract a large current compared to other materials.
その際、前記樹脂成形体は、前記第1金属層又は第2金属層の露出部に対応する位置に設けられた開孔を有することが好ましい。この構成によると、金属層の露出部に対応する位置に樹脂成形体の開孔が設けられるため、この開孔と露出部とを介して電極層に、燃料や空気等の気体又は液体を供給することができ、より効率良く発電を行うことができる。 In that case, it is preferable that the said resin molding has an opening provided in the position corresponding to the exposed part of the said 1st metal layer or the 2nd metal layer. According to this configuration, since the opening of the resin molded body is provided at a position corresponding to the exposed portion of the metal layer, a gas or liquid such as fuel or air is supplied to the electrode layer through the opening and the exposed portion. Power generation can be performed more efficiently.
本発明に係る燃料電池の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図1は、本発明の燃料電池の一例を示す図であり、(a)は上面図、(b)はそのI−I矢視断面図、(c)はそのII−II矢視断面図である。 A preferred embodiment of a fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are diagrams showing an example of a fuel cell according to the present invention, where FIG. 1A is a top view, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line II, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line II-II. is there.
本発明の燃料電池は、図1に示すように、複数の単位セルCを備え、何れかの単位セルC1と他の単位セルC2の導電層同士を、接続部により電気的に接続している。本実施形態では、単位セルC1の第1導電層(第1金属層4)と、単位セルC2の第2導電層(第2金属層5)とを電気的に接続(直列接続)する例を示すが、本発明では、何れかの単位セルC1と他の単位セルC2の導電層同士を、並列接続することも可能である。その場合、何れかの単位セルC1と他の単位セルC2の第1導電層同士及び第2導電層同士が電気的に接続される。もちろん、並列接続と直列接続とを組み合わせることも可能である。 As shown in FIG. 1, the fuel cell of the present invention includes a plurality of unit cells C, and electrically connects the conductive layers of any one unit cell C1 and another unit cell C2 through a connecting portion. . In the present embodiment, an example in which the first conductive layer (first metal layer 4) of the unit cell C1 and the second conductive layer (second metal layer 5) of the unit cell C2 are electrically connected (in series connection). As shown, in the present invention, the conductive layers of any unit cell C1 and another unit cell C2 can be connected in parallel. In that case, the first conductive layers and the second conductive layers of any unit cell C1 and the other unit cell C2 are electrically connected. Of course, it is also possible to combine parallel connection and series connection.
なお、接続する単位セルCの数としては、要求される電圧又は電流に応じて、設定することが可能である、本実施形態では2つの単位セルCを接続する例を示す。 The number of unit cells C to be connected can be set according to a required voltage or current. In the present embodiment, an example in which two unit cells C are connected is shown.
本発明における各々の単位セルCは、固体高分子電解質層1と、この固体高分子電解質層1の両側に設けられた第1電極層2及び第2電極層3と、これら電極層2,3の更に外側に各々配置された第1導電層及び第2導電層とを有する。本実施形態では、第1導電層及び第2導電層が、第1電極層2及び第2電極層3を部分的に露出させる露出部を有する第1金属層4及び第2金属層5とからなる例を示す。
Each unit cell C in the present invention includes a solid
なお、導電層の材質としては、金属、導電性高分子、導電性ゴム、導電性繊維、導電性ペースト、導電性塗料などが挙げられる。 Examples of the material for the conductive layer include metals, conductive polymers, conductive rubbers, conductive fibers, conductive pastes, and conductive paints.
固体高分子電解質層1としては、従来の固体高分子膜型の燃料電池に用いられるものであれば何れでもよいが、化学的安定性及び導電性の点から、超強酸であるスルホン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体からなる陽イオン交換膜が好適に用いられる。このような陽イオン交換膜としては、ナフィオン(登録商標)が好適に用いられる。その他、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂からなる多孔質膜に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を含浸させたものや、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂からなる多孔質膜や不織布に上記ナフィオンや他のイオン伝導性物質を担持させたものでもよい。
The solid
固体高分子電解質層1の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、イオン伝導機能、強度、ハンドリング性などを考慮すると、10〜300μmが使用可能であるが、25〜50μmが好ましい。
The thinner the solid
電極層2,3は、固体高分子電解質層1の表面付近でアノード側およびカソード側の電極反応を生じさせるものであれば何れでもよい。なかでも、ガス拡散層としての機能を発揮して、燃料ガス、燃料液、酸化ガス及び水蒸気の供給・排出を行なうと同時に、集電の機能を発揮するものが好適に使用できる。電極層2,3としては、同一又は異なるものが使用でき、その基材には電極触媒作用を有する触媒を担持させることが好ましい。触媒は、固体高分子電解質層1と接する内面側に少なくとも担持させるのが好ましい。
The electrode layers 2 and 3 may be any as long as they cause an electrode reaction on the anode side and the cathode side near the surface of the solid
電極層2,3の電極基材としては、例えば、カーボンペーパー、カーボン繊維不織布などの繊維質カーボン、導電性高分子繊維の集合体などの電導性多孔質材が使用できる。また、固体高分子電解質層1に触媒を直接付着させたり、カーボンブラックなどの導電性粒子に担持させて固体高分子電解質層1に付着させた電極層2,3を用いることも可能である。
As the electrode substrate of the electrode layers 2 and 3, for example, conductive carbon such as carbon paper, fibrous carbon such as carbon fiber nonwoven fabric, and an aggregate of conductive polymer fibers can be used. It is also possible to use the electrode layers 2 and 3 that are attached to the solid
一般に、電極層2,3は、このような電導性多孔質材にフッ素樹脂等の撥水性物質を添加して作製されるものであって、触媒を担持させる場合、白金微粒子などの触媒とフッ素樹脂等の撥水性物質とを混合し、これに溶媒を混合して、ペースト状或いはインク状とした後、これを固体高分子電解質膜と対向すべき電極基材の片面に塗布して形成される。 In general, the electrode layers 2 and 3 are prepared by adding a water-repellent substance such as a fluororesin to such a conductive porous material. When the catalyst is supported, a catalyst such as platinum fine particles and fluorine It is formed by mixing a water-repellent substance such as a resin, mixing it with a solvent to form a paste or ink, and then applying this to one side of an electrode substrate that should face the solid polymer electrolyte membrane. The
一般に、電極層2,3や固体高分子電解質層1は、燃料電池に供給される還元ガスと酸化ガスに応じた設計がなされる。本発明では、酸化ガスとして空気が用いられると共に、還元ガスとして水素ガスを用いるのが好ましい。なお、還元ガスの代わりにメタノール等の燃料液を使用することも可能である。
In general, the electrode layers 2 and 3 and the solid
例えば、水素ガスと空気を使用する場合、空気が自然供給される側のカソード側の第2電極層3(本明細書では、アノード側を第1電極層、カソード側を第2電極層と仮定する)では、酸素と水素イオンの反応が生じて水が生成するため、かかる電極反応に応じた設計をするのが好ましい。特に、低作動温度、高電流密度及び高ガス利用率の運転条件では、特に水が生成する空気極において水蒸気の凝縮による電極多孔体の閉塞(フラッディング)現象が起こりやすい。したがって、長期にわたって燃料電池の安定な特性を得るためには、フラッディング現象が起こらないように電極の撥水性を確保することが有効である。
For example, when hydrogen gas and air are used, the
触媒としては、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、銀、ニッケル、鉄、銅、コバルト及びモリブデンから選ばれる少なくとも1種の金属か、又はその酸化物が使用でき、これらの触媒をカーボンブラック等に予め担持させたものも使用できる。 As the catalyst, at least one metal selected from platinum, palladium, ruthenium, rhodium, silver, nickel, iron, copper, cobalt and molybdenum, or an oxide thereof can be used. A supported one can also be used.
電極層2,3の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、電極反応、強度、ハンドリング性などを考慮すると、1〜500μmが好ましく、100〜300μmがより好ましい。電極層2,3と固体高分子電解質層1とは、予め接着、融着、又は塗布形成等を行って積層一体化しておいてもよいが、単に積層配置されているだけでもよい。このような積層体は、膜/電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)として入手することもでき、これを使用してもよい。
The thickness of the electrode layers 2 and 3 is more effective for reducing the overall thickness as the thickness is reduced. However, in consideration of electrode reaction, strength, handling property, etc., 1 to 500 μm is preferable, and 100 to 300 μm is more preferable. The electrode layers 2 and 3 and the solid
本発明では、第1電極層2及び第2電極層3の外形が固体高分子電解質層1の外形より小さいものでもよいが、第1電極層2及び第2電極層3の外形と固体高分子電解質層1の外形とが同じであることが好ましい。電極層の外形と固体高分子電解質層の外形とが同じであると、電極板と固体高分子電解質の積層体を打ち抜いて、固体高分子電解質・電極・接合体を製造することができ、量産効果により当該接合体のコストを低減することができる。また、電極層の外周より金属層の外周が内側に形成されていることで、電極層の外周及び固体高分子電解質層の外周をより確実に封止することができる。
In the present invention, the outer shape of the
アノード側電極層2の表面にはアノード側の第1金属層4が配置され、カソード側電極層3の表面にはカソード側の第2金属層5が配置される(本明細書では、アノード側を第1金属層、カソード側を第2金属層と仮定する)。第1金属層4は、第1電極層2を部分的に露出させる露出部を有するが、本実施形態では、アノード側金属層4には燃料ガス等を供給するための開孔4aが設けられている例を示す。
A
第1金属層4の露出部は、アノード側電極層2が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。アノード側金属層4の開孔4aは、例えば、規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開孔4aを設けたり、第1金属層4を櫛形電極のような形状にしてアノード側電極層2を露出させてもよい。開孔4a部分の面積が締める割合(開孔率)は、電極との接触面積とガスの供給面積のバランスなどの観点から、10〜50%が好ましく、15〜30%がより好ましい。
The exposed portion of the
また、カソード側の第2金属層5は、第2電極層3を部分的に露出させる露出部を有するが、本実施形態では、カソード側金属層5には、空気中の酸素を供給(自然吸気)するための多数の開孔5aが設けられている例を示す。開孔5aは、カソード側電極層3が露出可能であれば、その個数、形状、大きさ、形成位置などは何れでもよい。カソード側金属層5の開孔5aは、例えば、規則的又はランダムに複数の円孔やスリット等を設けたり、または金属メッシュによって開孔5aを設けたり、第2金属層5を櫛形電極のような形状にしてカソード側電極層3を露出させてもよい。開孔5a部分の面積が締める割合(開孔率)は、電極との接触面積とガスの供給面積のバランスなどの観点から、10〜50%が好ましく、15〜30%がより好ましい。
Further, the
金属層4,5としては、電極反応に悪影響がないものであれば何れの金属も使用でき、例えばステンレス板、ニッケル、銅、銅合金などが挙げられる。但し、導電性、コスト、形状付与性、加圧のための強度などの観点から、銅、銅合金、ステンレス板などが好ましい。また、上記の金属に金メッキなどの金属メッキを施したものでもよい。
As the
なお、金属層4,5の厚みは、薄くするほど全体の薄型化に有効であるが、導電性、コスト、重量、形状付与性、加圧のための強度などを考慮すると、10〜1000μmが好ましく、50〜200μmがより好ましい。
In addition, although the thickness of the
本発明では、電極層2,3と金属層4,5とを良好に樹脂で一体化する観点から、第1電極層2の外周より、第1金属層4の外周が内側に形成されていることが好ましく、第2電極層3の外周より、第2金属層5の外周が内側に形成されていることが好ましい。なお、第1電極層2の外周より、第1金属層4の外周が外側に形成されていてもよく、第2電極層3の外周より、第2金属層5の外周が外側に形成されていてもよい。
In the present invention, from the viewpoint of satisfactorily integrating the electrode layers 2 and 3 and the
金属層4及び金属層5は、少なくとも一部が樹脂から露出することにより、その部分を電極として電気を外部に取り出すことができる。このため、樹脂成形体6に対して、金属層4及び金属層5を一部露出させた端子部を設けてもよいが、本発明では、直列接続の場合には、その両端の単位セルCの金属層4又は金属層5が、単位セルCの電極となる突出部4b,5bを備え、これが樹脂成形体6から外部に出ていることが好ましい。この突出部4b,5bは、インサート成形を行う際に、金属層4,5等(積層物L)を成形型内に保持するためにも利用できる。
When at least a part of the
金属層4及び金属層5の形成や開孔5a、4aの形成は、プレス加工(プレス打ち抜き加工)を利用して行うことができる。また、金属層4及び金属層5の突出部4b,5bには、樹脂の流動や密着性を良好にする目的で、インサート成形される部分に貫通孔を設けてもよい。更に、接続や固定を良好に行うために、突出部4b,5bの露出した部分に貫通孔を設けてもよい。
The formation of the
本発明の燃料電池は、図1に示すように、何れかの単位セルCと他の単位セルCの導電層同士を電気的に接続する接続部Jを備えているが、直列接続の場合、何れかの単位セルCの第1導電層と他の単位セルCの第2導電層とが電気的に接続される。本実施形態では、隣り合う前記単位セルCの一方の第1導電層(金属層4)と、他方の第2導電層(金属層5)と、接続部Jとが、連続する金属板からなる金属層で形成されている例を示す。 As shown in FIG. 1, the fuel cell of the present invention includes a connection portion J that electrically connects the conductive layers of any unit cell C and other unit cells C. The first conductive layer of any unit cell C and the second conductive layer of another unit cell C are electrically connected. In the present embodiment, one first conductive layer (metal layer 4), the other second conductive layer (metal layer 5), and the connecting portion J of the adjacent unit cells C are made of a continuous metal plate. An example of a metal layer is shown.
この実施形態では、接続部Jが中央に段差部を有する長方形となっているが、接続部Jの形状は何れでもよく、また、部分的に樹脂成形体6の外部に突出する形状でもよい。後述のように、インサート形成する際には、積層物を成形型内に位置固定する必要があり、位置固定の際には接続部Jが部分的に樹脂成形体6の外部に突出する形状であることが好ましい。
In this embodiment, the connecting portion J has a rectangular shape having a step portion at the center, but the connecting portion J may have any shape, or may partially protrude to the outside of the resin molded
接続部Jは、隣り合う単位セルC同士を直列に接続するものであり、第1金属層4及び第2金属層5と一体化した金属板になっている。第1金属層4及び第2金属層5を独立して配置する代わりに、この金属板を用いることにより、これを成形型内に配置するだけで、単位セルCが直列に接続された燃料電池を製造することができる。
The connecting portion J connects adjacent unit cells C in series, and is a metal plate integrated with the
金属板は、図1(c)に示すように、相互に平行な面内に隣接して配置された第1金属層4及び第2金属層5が、同じ面内で外側に各々延設され、段差部によって連結一体化してある。このような段差部は、金属板を板金加工することで作製することができる。
As shown in FIG. 1C, the metal plate includes a
本発明の燃料電池は、図1に示すように、以上のような単位セルC及び接続部Jをインサート成形により一体化した樹脂成形体6を備えている。樹脂成形体6は、第1電極層2及び第2電極層3に気体又は液体を供給するための供給部を有することが好ましく、この供給部は、第1金属層4又は第2金属層5の露出部に対応する位置に設けられた開孔6aであることが好ましい。
As shown in FIG. 1, the fuel cell of the present invention includes a resin molded
本実施形態では、前記第1電極層2及び第2電極層3が開孔6aから露出するように、前記第1金属層4及び第2金属層5を両側から加圧した状態で、樹脂成形体6によりインサート成形して一体化してある例を示す。
In the present embodiment, resin molding is performed in a state where the
本発明では、金属層4,5の露出部に相当する開孔4a,5aの大きさが、樹脂成形体6の開孔6aの大きさより、大きくてもよく、同じ大きさでもよく、小さくてもよい。但し、第1金属層4及び/又は第2金属層5の露出部の大きさと、開孔6aの大きさとがほぼ等しくなるように、樹脂成形体6を成形してあることが好ましい。具体的には、各々の開孔6aの面積は、各々の露出部の面積の60〜150%が好ましく、80〜130%がより好ましい。
In the present invention, the size of the
本実施形態では、金属層4,5の露出部に相当する開孔4a,5aの大きさが、樹脂成形体6の開孔6aの大きさより小さい場合の例を示す。これにより金属層4,5の開孔4a,5aの周囲に対して、樹脂成形体6の開孔6aに相当する部分を利用して、成型時に加圧することができる(図2(c)参照)。
In the present embodiment, an example in which the size of the
樹脂成形体6の材質としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、耐熱性樹脂などが挙げられるが、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が好ましい。なお、熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ABS樹脂、液晶ポリマー、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、または熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、成形型内での樹脂の流動性、強度、溶融温度などの観点から、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリル樹脂が好ましく、これらはアプリケーションによって選択することが可能である。
Examples of the material of the resin molded
樹脂成形体6としては、熱可塑性エラストマーやゴム等の樹脂エラストマーを用いることも可能である。その場合、他の材料にも可とう性の有るものを使用することで、燃料電池全体を可とう性にすることが可能である。
As the resin molded
樹脂成形体6の全体の厚みとしては、樹脂による一体化の強度や、金属層を加圧する圧力、薄型化などの観点から、0.3〜4mmが好ましく0.5〜2mmがより好ましい。特に、金属層を覆う部分の樹脂成形体6の厚みとしては、金属層を加圧する圧力の観点から、0.2〜1.5mmが好ましく、0.3〜1.0mmがより好ましい。
The overall thickness of the resin molded
樹脂成形体6の外形の面積としては、樹脂による一体化の強度や、金属層を加圧する圧力の観点から、固体高分子電解質層1の外形の面積の101〜200%が好ましく、150〜180%がより好ましい。
The area of the outer shape of the resin molded
本発明の燃料電池は、次のようにして燃料等を供給して発電させることができる。例えばカソード側は、そのまま大気開放にしておき、アノード側に設けた空間に水素ガス等の燃料を供給したり、アノード側に設けた空間内で水素ガス等の燃料を発生させることで発電を行うことができる。また、アノード側及び/又はカソード側に対して、流路を形成するための流路形成部材を取り付けて、その流路に酸素含有ガスや燃料を供給することも可能である。流路形成部材としては、例えば流路溝と供給口と排出口を設けた板状体や、スタック型燃料電池のセパレータと類似の構造のものが使用できる。後者を使用するとスタック型燃料電池を構成することができる。 The fuel cell of the present invention can generate power by supplying fuel or the like as follows. For example, the cathode side is left open to the atmosphere as it is, and power is generated by supplying fuel such as hydrogen gas to the space provided on the anode side or generating fuel such as hydrogen gas in the space provided on the anode side. be able to. It is also possible to attach a flow path forming member for forming a flow path to the anode side and / or the cathode side and supply an oxygen-containing gas or fuel to the flow path. As the flow path forming member, for example, a plate-like body provided with a flow path groove, a supply port, and a discharge port, or a structure similar to a separator of a stack type fuel cell can be used. When the latter is used, a stack type fuel cell can be constructed.
以上のような燃料電池は、例えば本発明の製造方法により製造することができる。即ち、本発明の燃料電池の製造方法は、図2(a)〜(d)に示すように、固体高分子電解質層1、その両側に配される第1電極層2及び第2電極層3、並びにそれらの外側に配される第1導電層及び第2導電層を含む積層物Lの複数を、何れかの積層物Lと他の積層物Lの導電層同士を接続部Jにより電気的に接続した状態で成形型10内に配置する工程を含む。直列接続の場合、隣り合う積層物Lの一方の第1導電層と他方の第2導電層とが接続され、並列接続の場合、隣り合う積層物Lの一方の第1導電層と他方の第1導電層とが接続されると共に、一方の第2導電層と他方の第2導電層とが接続される。
The fuel cell as described above can be manufactured, for example, by the manufacturing method of the present invention. That is, the method of manufacturing a fuel cell according to the present invention includes a solid
本実施形態では、第1導電層及び第2導電層が第1電極層2及び第2電極層3を部分的に露出させる露出部(例えば開孔4a,5a)を有する第1金属層4及び第2金属層5であり、その露出部が成形型10の凸部11a,12aにより閉塞した状態で成形型10内に配置する例を示す。
In this embodiment, the
単位セルCを構成する積層物Lは、その複数を同じ面内に並設してもよく、またL字型の2辺、正方形又は長方形の2辺〜4辺、三角形の2辺〜3辺などの各辺に配置してもよい。本実施形態では、2つの積層物Lを同じ面内に並設する例を示す。 A plurality of the laminates L constituting the unit cell C may be arranged side by side in the same plane, L-shaped two sides, square or rectangular two to four sides, triangular two to three sides It may be arranged on each side. In the present embodiment, an example in which two laminates L are arranged in the same plane is shown.
また、本発明の燃料電池の製造方法は、上記の成形型10内に樹脂を注入することで、積層物L及び前記接続部Jを一体化する樹脂成形体6を成形する工程を含む。本実施形態では、第1金属層4及び第2金属層5を両側から加圧した状態で、その成形型10内に樹脂を注入することで、第1電極層2及び第2電極層3に気体又は液体を供給するための供給部を有し、積層物Lを一体化する樹脂成形体6を成形する工程を含む例を示す。つまり、前記供給部に相当する開孔6aを除いて、積層物Lのほぼ全体を樹脂成形体6で覆う例を示す。
In addition, the method for manufacturing a fuel cell according to the present invention includes a step of molding a resin molded
まず、例えば、図2(a)に示すように、各々の単位セルCの形成領域の底面に、凸部11aを有する下金型11を準備する。本実施形態では、成形型10を分割構造にして分割した型部材の内面に凸部11a,12aを設け、その凸部11a,12aを第1金属層4及び第2金属層5圧接させる場合の例を示す。凸部11aは、積層物Lの下側の第1金属層4の開孔4aを閉塞させる大きさの上面を有し、各々の開孔4aに対向する位置に設けている。下金型11は、底面の周囲に側壁を有しており、側壁の内面に沿って上金型12が挿入できる。
First, as shown in FIG. 2A, for example, a
下金型11(又は上金型12)には、樹脂の注入口11bが設けられているが、注入口11bは複数設けてもよい。また、成型時の樹脂の流れを良好にするために、樹脂の小排出口を1箇所以上に設けてもよい。
The lower mold 11 (or the upper mold 12) is provided with a
更に、第1金属層4及び第2金属層5の突出部4b,5bを、成形後に樹脂成形体6から露出させるために、下金型11の側壁は分割構造になっている(図示省略)。積層物Lを成形型10内に配置する際に、下金型11の側壁に設けた矩形の切欠き部に、第1金属層4及び第2金属層5の突出部4b,5bが位置決めされ、その突出部4b,5bを型部材が押さえる構造になっている。これにより、突出部4b,5bを樹脂成形体6から露出させることができる。
Further, in order to expose the protruding
次に、例えば、図2(b)に示すように、積層物Lの複数を下金型11の底面に配置する。その際、各々の単位セルCの形成領域の底面に形成された凸部11aの上面が、各々の積層物Lの第1金属層4の開孔4aを閉塞可能な位置に配置する。
Next, for example, as shown in FIG. 2B, a plurality of laminates L are arranged on the bottom surface of the
本発明では、隣り合う積層物Lの一方の第1導電層と他方の第2導電層とを接続部Jにより電気的に接続した状態で成形型10内に配置する。本実施形態では、隣り合う積層物Lの一方の第1導電層(金属層4)と、他方の第2導電層(金属層5)と、接続部Jとが、連続する金属板からなる金属層で形成されている例を示す。 In this invention, it arrange | positions in the shaping | molding die 10 in the state which electrically connected one 1st conductive layer and the other 2nd conductive layer of the adjacent laminated body L by the connection part J. FIG. In the present embodiment, one of the first conductive layers (metal layer 4), the other second conductive layer (metal layer 5) of the adjacent laminate L, and the connection portion J are formed of a continuous metal plate. An example in which layers are formed is shown.
積層物Lを配置する際には、各層の一部又は全部が一体化されていてもよく、一体化されていなくてもよい。また、一部が一体化されていない場合、各層を別々に配置しても、同時に配置してもよい。配置する積層物Lの構成は、前述の通りであるが、配置を行う際に、最終的な樹脂成形体6の形状の一部を予め成形した予備成形体を用いて、この予備成形体を積層物Lと共に成形型10内に配置することも可能である(例えば図4参照)。
When arranging the laminate L, some or all of each layer may be integrated or may not be integrated. Moreover, when a part is not integrated, each layer may be arrange | positioned separately or may be arrange | positioned simultaneously. The configuration of the laminate L to be arranged is as described above. When the arrangement is performed, this preformed body is used by using a preformed body in which a part of the shape of the final resin molded
次に、例えば、図2(c)に示すように、下金型11の側壁の内面に沿って上金型12を挿入するが、上金型12の各々の単位セルCを形成する領域の下面には、凸部12aが設けてある。この凸部12aは、積層物Lの上側の第2金属層5の開孔5aを閉塞させる大きさの上面を有し、各々の開孔5aに対向する位置に設けている。そして、下金型11の凸部11aと上金型12凸部12aとで、金属層4,5を加圧した状態で、積層物Lを成形型10内に配置する。その際、第1金属層4及び第2金属層5の突出部4b,5bが成形型10の内部空間から外側に配置されるようにしてもよい。
Next, for example, as shown in FIG. 2 (c), the
その状態で、成形型10内に樹脂(「樹脂」には樹脂の原料液や未硬化物を含む)を注入するが、露出部(例えば開孔4a,5a)が凸部11aと凸部12aによって閉塞されているため、図2(d)に示すように、得られた成形体では第1電極層2及び第2電極層3が開孔6aから露出する。また、樹脂の注入により、固体高分子電解質層1、電極層2,3、第1金属層4及び第2金属層5を含む積層物Lの複数を、インサート形成により一体化することができる。
In this state, a resin (“resin” contains a resin raw material liquid and an uncured product) is injected into the
[別の実施形態]
(1)先の実施形態では、樹脂成形体中に2つの単位セルを含み、接続部が樹脂成形体の外部に突出しない燃料電池の例を示したが、本発明では、図3(a)〜(c)に示すように、樹脂の成形体中に3つ以上の単位セルを含むものでもよい。この実施形態では、第1金属層4と第2金属層5と接続部Jとが連続し、部分的に樹脂成形体の外部に突出する金属板を用いて、4つの単位セルC1〜C4を接続した例を示す。
[Another embodiment]
(1) In the previous embodiment, an example of a fuel cell that includes two unit cells in the resin molded body and the connecting portion does not protrude to the outside of the resin molded body has been shown. However, in the present invention, FIG. As shown in (c), the resin molding may contain three or more unit cells. In this embodiment, the
各単位セルC1〜C4の構成は基本的には、前述の通りであるが、金属層の突出部4b,5bと、第1金属層4及び第2金属層5を一体化した金属板とが相違している。この実施形態では、各単位セルC1〜C4が直列に接続されているため、金属層の突出部4b,5bは、単位セルC1と単位セルC4とにだけ設けられている。つまり、単位セルC1の第1金属層4の突出部4bと、単位セルC4の第2金属層5の突出部5bとだけが存在する。金属層の突出部4b,5bの必要性や形状等は、前述の通りである。
The structure of each of the unit cells C1 to C4 is basically as described above, but the
第1金属層4及び第2金属層5を接続部Jを介して一体化した金属板は、隣り合う単位セルC同士を直列に接続するための部材である。第1金属層4及び第2金属層5を独立して配置する代わりに、この金属板を用いることにより、これを成形型10内に配置するだけで、単位セルC1〜C4が直列に接続された燃料電池を製造することができる。
The metal plate in which the
金属板は、図3(c)に示すように、相互に平行な面内に隣接して配置された第1金属層4及び第2金属層5が、同じ面内で外側に各々延設された延出部4j,5jを有しており、延出部4j,5jを段差部4sによって連結一体化してある。このような段差部は、金属板を板金加工することで作製することができる。なお、並列接続を行う場合、例えば、同じ面内に隣接して配置された第1金属層4同士(又は第2金属層5同士)が、延設された延出部により連結一体化してた金属板を使用することができる。
As shown in FIG. 3C, the metal plate includes a
(2)先の実施形態では、予備成形体を使用せずに、上下の成形型の凸部により開孔を形成する例を示したが、本発明では、図4に示すように、予め開孔6aを形成した予備成形体7を使用して、一方の成形型12のみの凸部12aにより開孔6aを形成するようにしてよい。なお、図4は、説明を簡略化するために、1個の単位セルの形成領域についてのみ図示しているが、本発明では複数の予備成形体7を使用したり、又は複数の単位セルに対応した予備成形体7を使用することができる。
(2) In the previous embodiment, an example was shown in which the opening was formed by the convex portions of the upper and lower molds without using the preform, but in the present invention, as shown in FIG. You may make it form the
このような予備成形体7を使用することで、積層物Lを成形型10内に配置する際の位置決めを容易にし、樹脂成形体6の開孔6aの形成を容易にすることができる。なお、予備成形体7を使用する場合、これによって一方の金属層が加圧され、他方の金属層は成形型の凸部により加圧される。
By using such a
まず、図4(a)に示すように、予備成形体7を予め成形する。予備成形体7は、樹脂成形体6の開孔6aに相当する開孔7aを有している。つまり、この開孔7aは、後の樹脂成形の際に開孔7aが維持される。予備成形体7の外形は特に限定されないが、インサート形成後の樹脂成形体6より小さく、固体高分子電解質層1より若干大きい程度でよい。
First, as shown to Fig.4 (a), the preforming
また、予備成形体7は、第1金属層4を位置決めするための段差部7b又は電極層2,3及び固体高分子電解質層1を位置決めするための段差部7cを有することが好ましい。また、第2金属層5の突出部5bを支持するための支持部7dを有することが好ましい。
The
次に、図4(b)に示すように、予備成形体7を成形型(図示省略)内に配置し、更に第1金属層4を段差部7bに沿って位置決め配置する。このとき、第1金属層4の開孔4aの位置は、予備成形体7の開孔7aの位置と略一致する。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次に、図4(c)〜(e)に示すように、予備成形体7の段差部7cに沿って、第1電極層2、固体高分子電解質層1、及び第2電極層3を、順次位置決めして配置する。その際、予めこれらが積層一体化されたものを位置決め配置してもよい。その際、段差部7cの大きさに少し余裕をもたせることで、後に樹脂を注入した際に、電極層2,3の外周及び前記固体高分子電解質層1の外周を封止することができる。
Next, as shown in FIGS. 4C to 4E, the
次に、図4(f)に示すように、第2金属層5を積層配置する。このとき、第2金属層5の突出部5bは、支持部7dによって支持され、また、第2金属層5の開孔5aが、上金型12の下面に設けた凸部12aの位置と略一致するように配置される。
Next, as shown in FIG. 4F, the
次に、図4(g)に示すように、セット後の成形型内に樹脂を注入して、予備成形体7が樹脂成形体6と一体化した燃料電池を成形する。そのとき、開孔5aが凸部12aによって閉塞されており、また、予備成形体7の開孔7aが樹脂で塞がれないため、得られた成形体では第1電極層2及び第2電極層3が開孔6aから露出する。なお、予備成形体7によって一方の金属層4が加圧され、他方の金属層5は成形型10の凸部12aにより加圧されるため、第1金属層4及び第2金属層5を両側から加圧した状態で、樹脂成形体6により一体化された構造となる。
Next, as shown in FIG. 4 (g), a resin is injected into the mold after setting to mold a fuel cell in which the
(3)先の実施形態では、金属層の露出部に相当する開孔の大きさが、樹脂の開孔の大きさより小さい例を示したが、図5(a)に示すように、金属層4,5の開孔4a,5aの大きさより、樹脂成形体6の開孔6aの大きさを小さくすることも可能である。その場合、開孔4a,5aから露出する電極層2,3の一部(例えば周囲)が樹脂成形体6により封止されるため、樹脂成形体6と電極層2,3との接着力によって、電極層2,3と金属層4,5との密着性を高めることができる。開孔4a,5aの大きさより、樹脂成形体6の開孔6aの大きさを小さくするには、上面の大きさが開孔4a,5aの大きさより小さい凸部を形成した成形型を使用して、その凸部が電極層2,3と接触した状態で、樹脂による封止を行えばよい。
(3) In the previous embodiment, the example in which the size of the opening corresponding to the exposed portion of the metal layer is smaller than the size of the resin opening is shown. However, as shown in FIG. It is also possible to make the size of the
上記の場合、金属層4,5の開孔4a,5aの周囲に対して、樹脂成形体6の開孔6aに相当する部分を利用して、成型時に加圧できない。このため、図5(b)に示すように、金属層4,5の開孔4a,5a以外の部分を、例えば別のピンを用いて成型時に加圧することで、第1金属層4及び第2金属層5を両側から加圧した状態で、樹脂成形体6により一体化することができる。このような加圧を行う場合、ピン等を圧接した部分に加圧用開孔6bが形成される。
In the above case, the portion corresponding to the
更に、図5(c)に示すように、発電に寄与しない貫通孔6cを樹脂成形体6に設けることも可能である。この貫通孔6cは、固体高分子電解質層1、電極層2,3等にも貫通孔を設けておき、その孔より小さい貫通孔6cを設けて、その周囲の樹脂成形体6により電極層2,3等を一体化したものである。この貫通孔6cによると、その周囲の樹脂成形体6によって、固体高分子電解質層1、電極層2,3、及び金属層4,5が一体化するため、電極層2,3と金属層4,5との圧接力を高めることができる。
Further, as shown in FIG. 5C, it is possible to provide the resin molded
このような発電に寄与しない貫通孔6cは、発電のための電極層2,3の露出部と共に設けられる。また、貫通孔6c以外の部分を、例えば別のピン等を用いて成型時に加圧することで、第1金属層4及び第2金属層5を両側から加圧した状態で、樹脂成形体6により一体化することができる。その場合にも、ピン等を圧接した部分に加圧用開孔6bが形成される。
The through
(4)先の実施形態では、水素供給型の燃料電池の例を主に示したが、本発明に用いられる燃料電池としては、燃料により発電可能な燃料電池であれば何れでもよく、例えばメタノール改質型、ダイレクトメタノール型、炭化水素供給型などが挙げられる。その他の燃料を用いる燃料電池も各種知られており、それらを何れも採用できる。 (4) In the previous embodiment, an example of a hydrogen supply type fuel cell was mainly shown. However, the fuel cell used in the present invention may be any fuel cell that can generate power from fuel, such as methanol. Examples include a reforming type, a direct methanol type, and a hydrocarbon feed type. Various fuel cells using other fuels are also known, and any of them can be adopted.
その場合、各種の燃料電池に応じた固体高分子電解質層、および電極層等が使用される。例えば、ダイレクトメタノール型の場合、一般的には、ナフィオン系ではクロスオーバーが大きくこれを抑止するために、芳香族炭化水素系の固体高分子電解質を使うことが好ましい。また、電極層には触媒は二種混合(Pt、Ru)を使用することが好ましい。 In that case, a solid polymer electrolyte layer, an electrode layer, and the like corresponding to various fuel cells are used. For example, in the case of the direct methanol type, it is generally preferable to use an aromatic hydrocarbon-based solid polymer electrolyte in order to prevent the crossover from being large in the Nafion system. In addition, it is preferable to use a mixture of two kinds of catalysts (Pt, Ru) in the electrode layer.
(5)先の実施形態では、第1金属層及び/又は第2金属層の露出部の大きさと、開孔の大きさとがほぼ等しくなるように、樹脂成形体により一体化してある例を示したが、本発明では、図6(a)〜(b)に示すように、片面に1つの大きな開孔6aを設けることで、第1金属層4及び/又は第2金属層5の複数の露出部の全数又は一部を露出させるようにしてもよい。なお、図6は、説明を簡略化するために、1個の単位セルについてのみ図示している。
また、片面に2つ以上の大きな開孔6aを設けることで、第1金属層4及び/又は第2金属層5の複数の露出部の半数又はそれ以下を露出させるようにしてもよい。つまり、本発明では1つの開孔6aから、2つ以上の露出部が露出するように成形してもよい。
(5) In the previous embodiment, an example in which the size of the exposed portion of the first metal layer and / or the second metal layer is integrated with the resin molded body so that the size of the opening is substantially equal is shown. However, in the present invention, as shown in FIGS. 6A to 6B, a plurality of
Further, by providing two or more
(6)先の実施形態では、第1導電層及び第2導電層が、第1電極層及び第2電極層を部分的に露出させる露出部を有する第1金属層及び第2金属層とからなる例を示したが、本発明では、露出部を有さない導電層を第1導電層及び/又は第2導電層として使用することも可能である。その場合、ガス透過性やガス拡散性を有する導電層が使用でき、このような導電層としては、例えば多孔質金属層、多孔質導電性高分子層、導電性ゴム層、導電性繊維層、導電性ペースト、導電性塗料などが挙げられる。 (6) In the previous embodiment, the first conductive layer and the second conductive layer are formed from the first metal layer and the second metal layer having exposed portions that partially expose the first electrode layer and the second electrode layer. In the present invention, it is possible to use a conductive layer having no exposed portion as the first conductive layer and / or the second conductive layer. In that case, a conductive layer having gas permeability and gas diffusibility can be used. Examples of such a conductive layer include a porous metal layer, a porous conductive polymer layer, a conductive rubber layer, a conductive fiber layer, Examples thereof include conductive paste and conductive paint.
(7)先の実施形態では、第1電極層及び第2電極層が樹脂成形体の開孔から露出する例を示したが、本発明では、樹脂成形体の開孔と第1電極層又は第2電極層との間に、多孔質層を介在させてもよい。多孔質層を介在させるには、インサート成形に使用する積層物として、金属層又は導電層の外側に多孔質層を予め設けておけばよい。多孔質層と金属層又は導電層とは予め接着等していてもよいが、積層配置するだけでもよい。 (7) In the previous embodiment, the example in which the first electrode layer and the second electrode layer are exposed from the opening of the resin molded body is shown. However, in the present invention, the opening of the resin molded body and the first electrode layer or A porous layer may be interposed between the second electrode layer. In order to interpose a porous layer, a porous layer may be provided in advance on the outside of a metal layer or a conductive layer as a laminate used for insert molding. The porous layer and the metal layer or the conductive layer may be bonded in advance, or may be simply laminated.
多孔質層を形成する材料としては、インサート成形時の温度に耐え得る多孔質膜、不織布、織布などが挙げられる。 Examples of the material forming the porous layer include a porous film, a nonwoven fabric, and a woven fabric that can withstand the temperature at the time of insert molding.
(8)先の実施形態では、第1電極層及び第2電極層を外部に露出させる開孔を樹脂成形体に設ける例を示したが、本発明では、樹脂成形体の内部に気体又は液体を供給するための流路を設けることも可能である。その場合、導電層に接触する側の内面に流路を設けた予備成形体を用いて、前述のようなインサート成形を行うことで、その流路に電極層を露出させることができる。 (8) In the previous embodiment, the example in which the opening for exposing the first electrode layer and the second electrode layer to the outside is provided in the resin molded body. However, in the present invention, a gas or liquid is provided inside the resin molded body. It is also possible to provide a flow path for supplying. In that case, an electrode layer can be exposed to the flow path by performing insert molding as described above using a preform with a flow path provided on the inner surface on the side in contact with the conductive layer.
(9)先の実施形態では、隣り合う前記単位セルの一方の第1導電層と、他方の第2導電層と、前記接続部とが、連続する金属板からなる金属層で形成されている例を示したが、本発明における接続部は、一方の第1導電層と他方の第2導電層とを電気的に接続できるものであれば、何れでもよい。 (9) In the previous embodiment, one first conductive layer of the adjacent unit cells, the other second conductive layer, and the connection portion are formed of a metal layer made of a continuous metal plate. Although an example has been shown, the connecting portion in the present invention may be any as long as it can electrically connect one first conductive layer and the other second conductive layer.
例えば、一方の第1導電層と他方の第2導電層とを、別の部材で電気的に接続することも可能である。例えば、金属ワイヤ等の部材を用いてソルダ接続することも可能である。また、接続部を構成する部材と、導電層とは、機械的に接触することで、電気的に接続されていてもよい。例えば、金属板等の部材を用いて導電層と接触させて、樹脂成形体により一体させることで、一方の第1導電層と他方の第2導電層とを、電気的に接続することも可能である。 For example, it is possible to electrically connect one first conductive layer and the other second conductive layer with another member. For example, it is possible to perform solder connection using a member such as a metal wire. Moreover, the member which comprises a connection part, and the conductive layer may be electrically connected by contacting mechanically. For example, it is also possible to electrically connect one first conductive layer and the other second conductive layer by bringing them into contact with the conductive layer using a member such as a metal plate and integrating them with a resin molded body. It is.
(10)先の実施形態では、複数の単位セルが同じ面内に配置される例を示したが、各々の単位セルは、立体的に配置することも可能である。例えば、各々の単位セルを、L字型の2辺、正方形又は長方形の2辺〜4辺、三角形の2辺〜3辺などの各辺に配置してもよい。 (10) In the previous embodiment, an example in which a plurality of unit cells are arranged in the same plane has been shown, but each unit cell can also be arranged three-dimensionally. For example, each unit cell may be arranged on each side such as two L-shaped sides, two or four sides of a square or rectangle, or two or three sides of a triangle.
このように各々の単位セルを立体的に配置する場合、インサート形成時に立体的に成形する方法と、可とう性の材料を使用してインサート形成時には平面的に成形した後、これを立体的に変形させる方法とがある。 Thus, when each unit cell is arranged three-dimensionally, after three-dimensionally forming at the time of insert formation and using a flexible material to form two-dimensionally at the time of insert formation, this is three-dimensionally formed. There is a method to deform.
前者の場合には、隣り合う前記単位セルの一方の第1導電層と、他方の第2導電層と、前記接続部とが連続する金属板が、隣り合う前記単位セルの角度に応じて、屈折していることが好ましい。例えば、正方形(四角柱)の4辺に単位セルを配置する場合、上記金属板は、約90°の角度で屈折される。 In the former case, a metal plate in which one first conductive layer of the adjacent unit cells, the other second conductive layer, and the connection portion are continuous depends on the angle of the adjacent unit cells. It is preferably refracted. For example, when unit cells are arranged on the four sides of a square (square prism), the metal plate is refracted at an angle of about 90 °.
このような金属板を使用して、単位セルを構成する積層物を、四角柱のキャビティを有する成形型10内の4辺に各々配置して、各々を電気的に接続した状態で、インサート形成する方法により、四角柱の4辺に単位セルが配置された燃料電池を製造することができる。
Using such a metal plate, inserts are formed in a state in which the laminate constituting the unit cell is arranged on each of the four sides of the
1 固体高分子電解質層
2 第1電極層
3 第2電極層
4 第1金属層(第1導電層)
4a 開孔(露出部)
5 第2金属層(第2導電層)
5a 開孔(露出部)
6 樹脂成形体
6a 開孔
7 予備成形体
7a 開孔
10 成形型
11a 凸部
12a 凸部
C 単位セル
L 積層物
J 接続部
DESCRIPTION OF
4a Opening (exposed part)
5 Second metal layer (second conductive layer)
5a Opening (exposed part)
6 Resin molded
Claims (8)
何れかの単位セルと他の単位セルの導電層同士を電気的に接続する接続部と、
それらの単位セル及び前記接続部をインサート成形により一体化した樹脂成形体と、を備える燃料電池。 A solid polymer electrolyte layer, a first electrode layer and a second electrode layer provided on both sides of the solid polymer electrolyte layer, and a first conductive layer and a second conductive layer respectively disposed on the outer sides of the electrode layers; A plurality of unit cells having,
A connection part for electrically connecting the conductive layers of any unit cell and other unit cells;
A fuel cell comprising: a resin molded body obtained by integrating those unit cells and the connecting portion by insert molding.
その成形型内に樹脂を注入することで、前記積層物及び前記接続部を一体化する樹脂成形体を成形する工程とを含む燃料電池の製造方法。 A plurality of laminates including a solid polymer electrolyte layer, a first electrode layer and a second electrode layer disposed on both sides thereof, and a first conductive layer and a second conductive layer disposed on the outside thereof, Arranging the laminate and the conductive layers of the other laminate in the mold in a state where the conductive layers are electrically connected to each other by the connecting portion;
And a step of molding a resin molded body that integrates the laminate and the connection portion by injecting a resin into the mold.
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