JP2011065890A - Fuel cell and assembling method therefor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell that is assembled with less time and efforts and is manufactured thinner, and to provide an assembling method therefor. <P>SOLUTION: A projected piece 72 is provided to an air pole sealing member. The air pole sealing member is assembled to an air pole side of a membrane electrode junction 22, in which an electrolyte membrane 26 has the air pole 32 and a fuel pole 30. A conductor 24 having a conductive layer is folded, and the membrane electrode junction 22 is sandwiched between the folded electric conductor 24. When the membrane electrode junction 22 is sandwiched by the conductor 24, the projected piece 72 that is provided to the air pole sealing member is inserted into a notch provided to the conductor 24, thus the air pole sealing member and the conductor 24 being positioned. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、組立が容易なダイレクトメタノール形燃料電池、およびその組立方法に関する。   The present invention relates to a direct methanol fuel cell that can be easily assembled and a method for assembling the same.

近年燃料電池を、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の各種電子機器の電源に用いることが試みられている。燃料電池は、燃料のみを補充・交換すれば連続して発電できるという利点を有しているため、小型化ができれば携帯電子機器の電源として極めて有利といえる。   In recent years, attempts have been made to use fuel cells as power sources for various electronic devices such as personal computers and mobile phones. Since the fuel cell has an advantage that power can be generated continuously by replenishing and replacing only the fuel, it can be said that it is extremely advantageous as a power source for portable electronic devices if it can be downsized.

特に直接メタノール燃料電池(DMFC;Direct Methanol Fuel Cell)は、燃料であるメタノールのエネルギー密度が高く、また取り扱いが水素ガスなどに比べて容易なことから小型機器用電源として実用化が期待されている。   Direct methanol fuel cells (DMFCs), in particular, are expected to be put to practical use as power sources for small devices because of the high energy density of methanol, the fuel, and the ease of handling compared to hydrogen gas. .

例えば特開2008−192506号公報(特許文献1)には、「導電層において、一方のシール枠をカソード導電層に、他方のシール枠をアノード導電層にそれぞれあらかじめ接着あるいは形成している。シール枠により膜電極接合体の周囲が規定されるため、導電層に対する膜電極接合体の位置決めが容易になる。」(段落[0040]参照)と、シール材を導電層にあらかじめ接着あるいは形成することで燃料電池の組立性を向上させる方法が記載されている。   For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2008-192506 (Patent Document 1) states that “in the conductive layer, one seal frame is bonded or formed in advance to the cathode conductive layer and the other seal frame is bonded to the anode conductive layer. Since the periphery of the membrane electrode assembly is defined by the frame, positioning of the membrane electrode assembly with respect to the conductive layer is easy ”(see paragraph [0040]), and a sealing material is bonded or formed in advance on the conductive layer. Describes a method for improving the assembly of the fuel cell.

また特開2001−319666号公報(特許文献2)には、「セパレータ面内の外周部に形成された溝部内に液状シールを塗布し、硬化前の液状シールを固体高分子電解質膜の周囲に設けられアノード側拡散電極およびカソード側拡散電極の周囲からはみ出すはみ出し部に密着させた状態で、一対のセパレータで電極膜構造体を挟持し、その後加熱して液状シールを硬化」(段落[0009]参照)と、セパレータ外周部に液状シールを塗布した後、電解質膜を密着させた状態で加熱硬化する方法が記載されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2001-319666 (Patent Document 2) states that “a liquid seal is applied in a groove formed in the outer peripheral portion in the separator surface, and the liquid seal before curing is placed around the solid polymer electrolyte membrane. The electrode film structure is sandwiched between a pair of separators in a state of being provided in close contact with the protruding portion provided around the anode side diffusion electrode and the cathode side diffusion electrode, and then heated to cure the liquid seal "(paragraph [0009] And a method in which a liquid seal is applied to the outer peripheral portion of the separator and then heat-cured in a state where the electrolyte membrane is adhered.

更に特開2004−47397号公報(特許文献3)には、「単位セルの気密性を高めるために、枠連結体あるいはべタ状の板材に、溝を設け、その溝部にOリングをシール材として配設している」(段落[0007]参照)と、枠連結体に溝加工を施し、溝にOリングを挟みこむ方法が記載されている。   Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-47397 (Patent Document 3) states that “in order to improve the airtightness of the unit cell, a groove is provided in a frame connecting body or a solid plate, and an O-ring is provided in the groove. (See paragraph [0007]) describes a method in which the frame connecting body is subjected to groove processing and an O-ring is sandwiched in the groove.

特開2008−192506号公報JP 2008-192506 A 特開2001−319666号公報JP 2001-319666 A 特開2004−47397号公報JP 2004-47397 A

しかしながら、特許文献1に記載されている方法は、薄い膜の上に枠状の接着層を均一な厚さで形成することが困難であり、また接着した場合でも、接着後に導電層からの剥がれが生じ接着層から酸化剤がリークする危険があった。そのため、製造の容易性や確実なシール性において、より一層の向上が望まれていた。   However, in the method described in Patent Document 1, it is difficult to form a frame-like adhesive layer with a uniform thickness on a thin film, and even when bonded, peeling from the conductive layer after bonding is difficult. There was a risk that the oxidant leaked from the adhesive layer. Therefore, further improvement has been desired in terms of ease of manufacture and reliable sealing performance.

特許文献2に記載されている方法は、加熱硬化後はセパレータと電解質膜が分離できないため、部品交換等ができず、また、液状シール塗布、加熱硬化といった工程が増えるため、製造コストが上がる。また、セパレータ部品が必要なため、製品を薄くできないといった課題があった。   In the method described in Patent Document 2, since the separator and the electrolyte membrane cannot be separated after heat-curing, parts cannot be replaced, and the number of steps such as liquid seal coating and heat-curing increases. In addition, since separator parts are required, there is a problem that the product cannot be thinned.

特許文献3に記載されている方法は、溝加工するための枠連結体部品が必要であり、さらに、溝加工をするには枠連結体に厚みをある程度の持たせる必要があり、製品を薄くできないといった課題があった。   The method described in Patent Document 3 requires a frame connector part for grooving. Further, in order to perform grooving, it is necessary to give the frame connector a certain amount of thickness. There was a problem that we couldn't.

本発明は、シール材を1つの独立した部品で構成し、かつシール材の位置決めを容易とすることで、組み立て作業の手間を少なくし、かつ製品の厚さをより薄くすることを可能とした燃料電池およびその組立方法を提供することを目的とする。   The present invention makes it possible to reduce the labor of assembling work and further reduce the thickness of the product by configuring the sealing material with one independent part and facilitating positioning of the sealing material. It is an object of the present invention to provide a fuel cell and an assembly method thereof.

上記課題を解決するため、燃料電池の組み付け方法を次のように構成した。   In order to solve the above problems, a fuel cell assembling method is configured as follows.

電解質膜の表裏に燃料極と空気極をそれぞれ設けて膜電極接合体を形成する。折曲可能な基材に導電層を設けて導電体を形成する。空気極の外周部分に嵌る枠体状で、導電体と位置決めされる位置決め機構を具えた空気極封止材を形成する。   A fuel electrode and an air electrode are respectively provided on the front and back of the electrolyte membrane to form a membrane electrode assembly. A conductor is formed by providing a conductive layer on a bendable substrate. An air electrode sealing material having a frame-like shape fitted to the outer peripheral portion of the air electrode and having a positioning mechanism positioned with respect to the conductor is formed.

膜電極接合体に空気極封止材を取り付ける。導電体をほぼ中央で折曲させ、導電体の間に膜電極接合体を、位置決め部材で位置を決めて配置する。空気極封止材を具えた膜電極接合体を導電体で挟み、起電体を形成する。   An air electrode sealing material is attached to the membrane electrode assembly. The conductor is bent substantially at the center, and the membrane electrode assembly is positioned between the conductors by positioning with a positioning member. A membrane electrode assembly including an air electrode sealing material is sandwiched between conductors to form an electromotive body.

位置決め機構は、例えば、空気極封止材に設けられた突片と、導電体の折曲部に設けられた切欠きとし、突片を切欠きに組み込むと両者の位置決めがなされるように形成する。   The positioning mechanism is, for example, a protrusion provided on the air electrode sealing material and a notch provided in the bent portion of the conductor, and is formed so that both are positioned when the protrusion is incorporated in the notch. To do.

また、起電体を収納する基台に、起電体から突出した突片を嵌める溝部を設け、突片を溝部に合わせて起電体を基台に収納する。   In addition, a groove for fitting a protruding piece protruding from the electromotive body is provided in the base for storing the electromotive body, and the electromotive body is stored in the base by aligning the protruding piece with the groove.

本発明にかかる燃料電池及びその組立方法は、次の効果を有する。   The fuel cell and the assembly method thereof according to the present invention have the following effects.

空気極の外周部分に設けられた空気極封止材により、膜電極接合体の所定位置に位置決め機構としての突片が配置される。かかる突片を切欠きに合わせることにより、折曲した導電体の所定位置に膜電極接合体を確実に配置できる。このように位置決め機構を用いて位置決めすることで、作業にかかる手間を簡略化でき、膜電極接合体と導電体とを短時間で確実に組み付けることができる。   A projecting piece as a positioning mechanism is disposed at a predetermined position of the membrane electrode assembly by an air electrode sealing material provided on an outer peripheral portion of the air electrode. By aligning the protruding piece with the notch, the membrane electrode assembly can be reliably disposed at a predetermined position of the bent conductor. By positioning using the positioning mechanism in this manner, the labor involved in the work can be simplified, and the membrane electrode assembly and the conductor can be reliably assembled in a short time.

位置決め機構により、膜電極接合体と導電体が係合されるので、それらの位置ずれを防止し、不良品などの発生を低減できる。   Since the membrane electrode assembly and the conductor are engaged with each other by the positioning mechanism, they can be prevented from being displaced and the occurrence of defective products can be reduced.

起電体の突片を基台の溝部に合わせることにより、起電体を基台の所望の位置に、確実に組み付け、収納することができる。また突片が溝部に組み付けられているので、位置ずれを防止し、故障の発生などを低減できる。   By aligning the protruding piece of the electromotive body with the groove portion of the base, the electromotive body can be reliably assembled and stored at a desired position of the base. Further, since the projecting piece is assembled in the groove portion, it is possible to prevent displacement and reduce the occurrence of failure.

本発明にかかる燃料電池の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the fuel cell concerning this invention. 導電体の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of a conductor. 起電体を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows an electromotive body. 図1の燃料電池を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the fuel cell of FIG.

本発明にかかる燃料電池の一実施形態について、図を用いて説明する。   An embodiment of a fuel cell according to the present invention will be described with reference to the drawings.

燃料電池10は、図1及び図4に示すように基台12と、蓋体(カバープレート)14と、起電体16などから構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 4, the fuel cell 10 includes a base 12, a lid (cover plate) 14, an electromotive body 16, and the like.

基台12は、ほぼ直方体で、上面に起電体16を収納する収納部20(図4参照。)が形成されている。基台12には、燃料供給管18が設けてあり、燃料供給管18の一方が収納部20に通じ、他方には、燃料を貯蔵した燃料タンク(図示せず。)などが接続される。また基台12には、後述する溝部74が形成されている。   The base 12 is substantially a rectangular parallelepiped, and a storage portion 20 (see FIG. 4) for storing the electromotive body 16 is formed on the upper surface. The base 12 is provided with a fuel supply pipe 18, one of the fuel supply pipes 18 communicates with the storage portion 20, and the other is connected to a fuel tank (not shown) storing fuel. The base 12 is formed with a groove 74 described later.

蓋体14は、SUS304のような金属板からなり、空気孔15がほぼ全面に形成されている。蓋体14は、基台12の上面にネジ(図示せず。)などで固定されており、基台12に固定されると起電体16など、収納部20内に収納されている各部材を互いに密着させる。   The lid 14 is made of a metal plate such as SUS304, and the air holes 15 are formed on almost the entire surface. The lid body 14 is fixed to the upper surface of the base 12 with screws (not shown) or the like. When the lid body 14 is fixed to the base 12, each member stored in the storage portion 20 such as the electromotive body 16. Are brought into close contact with each other.

起電体16を図3に示す。起電体16は、膜電極接合体22と、膜電極接合体22の表裏面に取り付けられた導電体24などから構成されている。膜電極接合体22は、電解質膜26と、燃料極(アノード触媒層)30と、空気極(カソード触媒層)32から構成されている。   The electromotive body 16 is shown in FIG. The electromotive body 16 includes a membrane electrode assembly 22 and a conductor 24 attached to the front and back surfaces of the membrane electrode assembly 22. The membrane electrode assembly 22 includes an electrolyte membrane 26, a fuel electrode (anode catalyst layer) 30, and an air electrode (cathode catalyst layer) 32.

電解質膜26は、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸系の樹脂膜、具体的には、デュポン社製のナフィオン膜、旭硝子社製のフレミオン膜、あるいは旭化成工業社製のアシプレックス膜など、電子伝導性を持たず、プロトンを輸送することが可能な材料により構成されている。   The electrolyte membrane 26 is, for example, a polyperfluorosulfonic acid-based resin membrane, specifically, a Nafion membrane manufactured by DuPont, a Flemion membrane manufactured by Asahi Glass, or an aciplex membrane manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd. And is made of a material capable of transporting protons.

燃料極30は、図3において電解質膜26の裏面側に設けられ、電解質膜26の側から、アノード触媒層40とアノードガス拡散層42(ガス透過層)とを積み重ねた積層構造を有している。   The fuel electrode 30 is provided on the back side of the electrolyte membrane 26 in FIG. 3, and has a laminated structure in which an anode catalyst layer 40 and an anode gas diffusion layer 42 (gas permeable layer) are stacked from the electrolyte membrane 26 side. Yes.

アノード触媒層40は、例えば、触媒を含む炭素粉末により構成され、燃料を酸化し燃料から電子とプロトンとを取り出す。アノード触媒には、例えば、白金(Pt)の微粒子、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru)あるいはモリブデン(Mo)などの遷移金属、あるいはその酸化物、あるいはそれらの合金などの微粒子が用いられる。   The anode catalyst layer 40 is made of carbon powder containing a catalyst, for example, and oxidizes the fuel to take out electrons and protons from the fuel. As the anode catalyst, for example, platinum (Pt) fine particles, iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), transition metal such as ruthenium (Ru) or molybdenum (Mo), oxides thereof, or the like Fine particles such as alloys of the above are used.

尚アノード触媒は、上記例に限定されるものではない。また、炭素材料のような導電性担持体を用いる担持触媒を使用しても、あるいは無担持触媒を使用しても良い。またアノード触媒層40は、プロトンの移動を容易にする点から、電解質膜26に用いられる樹脂の微粒子と同等の微粒子を含むのが望ましい。   The anode catalyst is not limited to the above example. Further, a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material may be used, or an unsupported catalyst may be used. The anode catalyst layer 40 preferably contains fine particles equivalent to the fine particles of the resin used for the electrolyte membrane 26 from the viewpoint of facilitating proton movement.

アノードガス拡散層42は、例えばカーボンペーパーまたは炭素繊維など多孔質の炭素材料よりなる薄膜で構成されている。アノードガス拡散層42は、アノード触媒層40に燃料ガスを均一に供給する拡散作用を担うとともに、アノード触媒層40の集電作用も担っている。   The anode gas diffusion layer 42 is formed of a thin film made of a porous carbon material such as carbon paper or carbon fiber. The anode gas diffusion layer 42 has a diffusion function of uniformly supplying the fuel gas to the anode catalyst layer 40, and also has a current collection function of the anode catalyst layer 40.

空気極32は、図3において電解質膜26の上面側に設けられ、電解質膜26の側から、カソード触媒層36とカソードガス拡散層38(ガス透過層)とを積み重ねた積層構造を有している。カソード触媒層36は、触媒を含む炭素粉末よりなり、酸素を還元して、電子とアノード触媒層40で発生したプロトンとを反応させて水を生成する。   The air electrode 32 is provided on the upper surface side of the electrolyte membrane 26 in FIG. 3, and has a laminated structure in which a cathode catalyst layer 36 and a cathode gas diffusion layer 38 (gas permeable layer) are stacked from the electrolyte membrane 26 side. Yes. The cathode catalyst layer 36 is made of carbon powder containing a catalyst, reduces oxygen, and reacts electrons with protons generated in the anode catalyst layer 40 to generate water.

カソードガス拡散層38は、多孔質の炭素材料より形成され、カソード触媒層36に酸化剤を均一に供給する拡散作用を担うとともに、カソード触媒層36の集電作用も担っている。   The cathode gas diffusion layer 38 is formed of a porous carbon material, and has a diffusion function of uniformly supplying the oxidant to the cathode catalyst layer 36 and also a current collection function of the cathode catalyst layer 36.

カソード触媒層36とカソードガス拡散層38は、例えば上述のアノード触媒層40及びアノードガス拡散層42と同様の構成となっている。カソード触媒層36に用いられる触媒と、アノード触媒層40の触媒は、同様の材質から構成されている。燃料極30で発生したプロトンは、電解質膜26を介して空気極32に輸送される。   The cathode catalyst layer 36 and the cathode gas diffusion layer 38 have the same configuration as the anode catalyst layer 40 and the anode gas diffusion layer 42 described above, for example. The catalyst used for the cathode catalyst layer 36 and the catalyst for the anode catalyst layer 40 are made of the same material. Protons generated at the fuel electrode 30 are transported to the air electrode 32 via the electrolyte membrane 26.

導電体24を、図2に示す。導電体24は、図に示すように基板50と、カソード導電層52と、アノード導電層54などから構成されている。基板50は、例えば樹脂製で、適度な可撓性と電気絶縁性とを具えている。導電体24は、長手方向中央に幅方向に延びる折曲げ部25(点線で示す。)を有し、折曲げ部25で折曲可能となっている。   The conductor 24 is shown in FIG. As shown in the figure, the conductor 24 includes a substrate 50, a cathode conductive layer 52, an anode conductive layer 54, and the like. The substrate 50 is made of resin, for example, and has appropriate flexibility and electrical insulation. The conductor 24 has a bent portion 25 (indicated by a dotted line) extending in the width direction at the center in the longitudinal direction, and can be bent at the bent portion 25.

カソード導電層52及びアノード導電層54は、例えば、ステンレス鋼(SUS304,SUS316等)、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、金などの金属材料からなる多孔質層(例えばメッシュ)、もしくは箔体などから構成されている。仮に、十分な耐食性が得られない材質を用いる場合には、金などのメッキを施す。   The cathode conductive layer 52 and the anode conductive layer 54 are, for example, porous layers (for example, meshes) made of a metal material such as stainless steel (SUS304, SUS316, etc.), aluminum, aluminum alloy, nickel, nickel alloy, titanium, titanium alloy, and gold. ) Or a foil body. If a material that does not provide sufficient corrosion resistance is used, it is plated with gold or the like.

カソード導電層52とアノード導電層54は、図2に示すように基板50の一表面に設けられている。カソード導電層52とアノード導電層54は、それぞれ4枚の短冊状の電極部53から形成され、各電極部53は、互いに平行で、導電体24を折曲げ部25で折り曲げるとアノード導電層54の電極部53とカソード導電層52の電極部53が上下にそれぞれ対向するように配置されている。   The cathode conductive layer 52 and the anode conductive layer 54 are provided on one surface of the substrate 50 as shown in FIG. The cathode conductive layer 52 and the anode conductive layer 54 are each formed of four strip-shaped electrode portions 53, and the electrode portions 53 are parallel to each other, and when the conductor 24 is bent at the bending portion 25, the anode conductive layer 54 is formed. The electrode part 53 and the electrode part 53 of the cathode conductive layer 52 are arranged so as to face each other vertically.

また、カソード導電層52の幅方向端部に位置する電極部53aと、アノード導電層54の幅方向端部であり、電極部53aと逆側の端部に位置する電極部53bには、それぞれ端子55が設けられている。また端子55が設けられていない電極部53は、導電体24を折り曲げた際対向する電極部53の1列隣に配置された電極部53と導電部材57によって接続されている。導電部材57は、折曲可能で、このように4枚の電極部53を各導電層に配置することにより、導電体24の間に4直列の燃料電池10が構成される。また、燃料極30及び空気極32も、同様に4分割されている。尚、燃料電池10は、4列直列に限るものではない。   Further, an electrode portion 53a positioned at the end portion in the width direction of the cathode conductive layer 52 and an end portion in the width direction of the anode conductive layer 54, and the electrode portion 53b positioned at the end portion opposite to the electrode portion 53a are respectively A terminal 55 is provided. In addition, the electrode portion 53 on which the terminal 55 is not provided is connected by a conductive member 57 to the electrode portion 53 disposed adjacent to one row of the electrode portion 53 facing when the conductor 24 is bent. The conductive member 57 can be bent, and the four series fuel cells 10 are formed between the conductors 24 by arranging the four electrode portions 53 in each conductive layer in this manner. Similarly, the fuel electrode 30 and the air electrode 32 are also divided into four. In addition, the fuel cell 10 is not limited to four rows in series.

更にアノード導電層54には、燃料供給孔56が、またカソード導電層52には、ガス通流孔58が複数形成されている。燃料供給孔56は、後述する燃料供給機構80から供給された燃料ガスを通過させる。燃料供給孔56を通過した燃料ガスは、アノードガス拡散層42を介してアノード触媒層40に送り込まれる。   Further, a plurality of fuel supply holes 56 are formed in the anode conductive layer 54, and a plurality of gas flow holes 58 are formed in the cathode conductive layer 52. The fuel supply hole 56 allows fuel gas supplied from a fuel supply mechanism 80 described later to pass therethrough. The fuel gas that has passed through the fuel supply hole 56 is sent into the anode catalyst layer 40 through the anode gas diffusion layer 42.

ガス通流孔58は、蓋体14に設けられた空気孔15から導入された空気が通過する。ガス通流孔58を通過した空気は、後述する保湿板66を経由して、カソードガス拡散層38からカソード触媒層36に送り込まれる。ガス通流孔58は、蓋体14を基台12に固定すると空気孔15と略一致する位置に形成されている。更に導電体24には、切欠き70が形成されている。切欠き70は、導電体24の一部を切り欠いて形成したもので、図2、図3に示すように導電体24の折曲げ部25の左右両側に、対称に設けられている。   The air introduced from the air hole 15 provided in the lid 14 passes through the gas flow hole 58. The air that has passed through the gas flow holes 58 is sent from the cathode gas diffusion layer 38 to the cathode catalyst layer 36 via a moisture retention plate 66 described later. The gas flow hole 58 is formed at a position substantially coincident with the air hole 15 when the lid 14 is fixed to the base 12. Further, a cutout 70 is formed in the conductor 24. The notches 70 are formed by cutting out a part of the conductor 24, and are provided symmetrically on both the left and right sides of the bent portion 25 of the conductor 24 as shown in FIGS.

空気極32には、図3に示すように空気極封止部材としてのシール材64が設けられる。シール材64は、EPDM(エチレンプロピレンゴム)、フッ素系ゴム、シリコン系ゴムなど、燃料の透過量が少なく、電気抵抗が高いゴム系材料からなり、空気極32の外周部分に適合した枠状に形成されている。またシール材64には、突片72が設けられている。突片72は、シール材64の一辺から外方に突出し、シール材64の一辺の左右両側に、切欠き70に対応して形成されている。   As shown in FIG. 3, the air electrode 32 is provided with a sealing material 64 as an air electrode sealing member. The sealing material 64 is made of a rubber-based material having a small amount of fuel permeation and high electrical resistance, such as EPDM (ethylene propylene rubber), fluorine-based rubber, and silicon-based rubber, and has a frame shape suitable for the outer peripheral portion of the air electrode 32. Is formed. Further, the sealing material 64 is provided with a protruding piece 72. The projecting pieces 72 protrude outward from one side of the sealing material 64 and are formed on the left and right sides of one side of the sealing material 64 so as to correspond to the notches 70.

シール材64を取り付けた膜電極接合体22は、折曲げ部25で二つ折りにした導電体24の内側に、突片72を切欠き70に組み合わせるようして挟みこむ。膜電極接合体22を、二つ折りにした導電体24で挟み込むことで、カソードガス拡散層38がカソード導電層52に当接し、アノードガス拡散層42がアノード導電層54に当接する。起電体16は、導電体24の間に膜電極接合体22を挟み込んで構成されている。   The membrane electrode assembly 22 to which the sealing material 64 is attached is sandwiched between the conductors 24 folded in two at the bent portion 25 so that the protruding pieces 72 are combined with the notches 70. By sandwiching the membrane electrode assembly 22 with the conductor 24 folded in half, the cathode gas diffusion layer 38 contacts the cathode conductive layer 52 and the anode gas diffusion layer 42 contacts the anode conductive layer 54. The electromotive body 16 is configured by sandwiching a membrane electrode assembly 22 between conductors 24.

基台12には、上述したように収納部20が図4に示すように形成されている。収納部20は、起電体16の外形とほぼ同一形状に形成され、更に収納部20には上述した溝部74が設けられている。溝部74は、起電体16から突出した突片72に合わせて形成してあり、収納部20に起電体16を収納すると、突片72が溝部74に嵌るようになっている。   As described above, the storage portion 20 is formed on the base 12 as shown in FIG. The storage unit 20 is formed in substantially the same shape as the outer shape of the electromotive body 16, and the storage unit 20 is provided with the groove portion 74 described above. The groove portion 74 is formed in accordance with the projecting piece 72 protruding from the electromotive body 16, and when the electromotive body 16 is housed in the housing portion 20, the projecting piece 72 is fitted into the groove portion 74.

基台12の下部には、燃料供給機構80が設けられている。燃料供給機構80は、外部の燃料タンク(図示せず。)などに接続される燃料供給管18を有し、燃料供給機構80の上面、つまり収納部20の底面には、底板86を介して気液分離膜84が設けられている。底板86には、複数の通気孔88(図4参照。)が設けられている。気液分離膜84は、例えば多数の細孔を有するポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シートなどからなり、液体燃料(メタノール液又はその水溶液)を遮断し、燃料の気化成分のみを透過させる。   A fuel supply mechanism 80 is provided below the base 12. The fuel supply mechanism 80 has a fuel supply pipe 18 connected to an external fuel tank (not shown) and the like, and the upper surface of the fuel supply mechanism 80, that is, the bottom surface of the storage unit 20 is interposed via a bottom plate 86. A gas-liquid separation membrane 84 is provided. The bottom plate 86 is provided with a plurality of vent holes 88 (see FIG. 4). The gas-liquid separation membrane 84 is made of, for example, a polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet having a large number of pores, blocks a liquid fuel (methanol liquid or an aqueous solution thereof), and allows only a vaporized component of the fuel to pass through.

蓋体14は、起電体16の上面に保湿板66を配置して、基台12に取り付けられる。保湿板66は、気孔率が例えば20〜60%の多孔性フィルムなどから構成され、外部からの埃や異物の混入、カソード触媒層36おいて生成した水の蒸散を防止するとともに、カソードガス拡散層38に酸化剤を均一に導入させる補助拡散層としての役割を有している。   The lid 14 is attached to the base 12 with a moisturizing plate 66 disposed on the upper surface of the electromotive body 16. The moisturizing plate 66 is composed of a porous film having a porosity of 20 to 60%, for example, and prevents dust and foreign matter from entering from the outside and transpiration of water generated in the cathode catalyst layer 36, and cathode gas diffusion. The layer 38 serves as an auxiliary diffusion layer for uniformly introducing an oxidizing agent into the layer 38.

尚各図においては、図示のため各部の厚み幅を拡大して記載してあり、実際の厚み幅を示しているものではない。   In each figure, for the sake of illustration, the thickness width of each part is shown enlarged, and the actual thickness width is not shown.

次に、燃料電池10の組み立て方法について説明する。   Next, a method for assembling the fuel cell 10 will be described.

膜電極接合体22にシール材64を組み付ける。シール材64は、空気極32の外周に合わせ、電解質膜26上に空気極32を囲むように組み付けられる。これにより、膜電極接合体22の一端縁に、シール材64の突片72が突出する。   A sealing material 64 is assembled to the membrane electrode assembly 22. The sealing material 64 is assembled on the electrolyte membrane 26 so as to surround the air electrode 32 in accordance with the outer periphery of the air electrode 32. Thereby, the protruding piece 72 of the sealing material 64 protrudes at one end edge of the membrane electrode assembly 22.

導電体24は、折曲げ部25で2つに折り曲げておく。導電体24の間を少し開き、突片72を切欠き70に差し入れながら、膜電極接合体22を導電体24に組み付ける。   The conductor 24 is bent in two at the bent portion 25. The membrane electrode assembly 22 is assembled to the conductor 24 while slightly opening the conductor 24 and inserting the protruding piece 72 into the notch 70.

導電体24を閉じ合わせ、導電体24の間に膜電極接合体22を挟み込む。これにより、膜電極接合体22は、シール材64の突片72を介して導電体24の所定位置に配置され、カソードガス拡散層38がカソード導電層52に当接し、アノードガス拡散層42がアノード導電層54に当接して起電体16が構成される。   The conductors 24 are closed and the membrane electrode assembly 22 is sandwiched between the conductors 24. Thereby, the membrane electrode assembly 22 is disposed at a predetermined position of the conductor 24 via the projecting piece 72 of the sealing material 64, the cathode gas diffusion layer 38 comes into contact with the cathode conductive layer 52, and the anode gas diffusion layer 42 is The electromotive body 16 is configured in contact with the anode conductive layer 54.

起電体16が構成されたなら、起電体16から突出している突片72を溝部74に合わせて、収納部20に起電体16を収納する。起電体16は、溝部74により基台12の所定位置に収納される。   When the electromotive body 16 is configured, the electromotive body 16 is housed in the housing portion 20 by aligning the protruding piece 72 protruding from the electromotive body 16 with the groove portion 74. The electromotive body 16 is accommodated in a predetermined position of the base 12 by the groove 74.

したがって燃料電池10とその組付方法によれば、切欠き70に突片72を合わせて、膜電極接合体22を導電体24に組み付けることにより、膜電極接合体22と導電体24とを所定の位置関係に配置でき、それらを容易に組み付けることができる。   Therefore, according to the fuel cell 10 and its assembly method, the membrane electrode assembly 22 and the conductor 24 are connected to each other by aligning the protrusion 72 with the notch 70 and assembling the membrane electrode assembly 22 to the conductor 24. It is possible to arrange them in a positional relationship, and they can be assembled easily.

更に突片72を溝部74に合わせ、基台12に起電体16を収納させることにより、容易にかつ確実に起電体16を基台12の所定位置に収納できる。したがって、少ない手間で、起電体16を構成し、かつ容易に起電体16を基台12に収納させることができる。燃料電池10は、簡易な組付けにより、コストを低減させることができ、しかも部材間のずれが発生しにくく、低い不良品の発生率とすることができる。   Furthermore, the electromotive member 16 can be stored in a predetermined position of the base 12 easily and surely by aligning the protruding piece 72 with the groove 74 and storing the electromotive member 16 in the base 12. Therefore, it is possible to configure the electromotive body 16 and easily store the electromotive body 16 in the base 12 with little effort. The fuel cell 10 can be reduced in cost by simple assembly, and is less likely to be displaced between members, so that the incidence of defective products can be reduced.

尚本発明の燃料電池10において、位置決め機構は、突片72と切欠き70の構成に限るものではない。また、突片72などを非対称に配置してもよい。非対称に配置するとは、取付位置のみならず、突片の形状や大きさを異ならせて行ってもよい。これらを非対称形状に形成すれば、突片72の位置から膜電極接合体22の表裏面が判別でき、例えば燃料極30と空気極32で組成を異ならせた場合でも、極性の取り付け間違いなどを防止できる。   In the fuel cell 10 of the present invention, the positioning mechanism is not limited to the configuration of the projecting piece 72 and the notch 70. Moreover, you may arrange | position the protrusion 72 etc. asymmetrically. Arranging asymmetrically may be performed by changing not only the mounting position but also the shape and size of the projecting piece. If these are formed in an asymmetrical shape, the front and back surfaces of the membrane electrode assembly 22 can be discriminated from the position of the projecting piece 72. For example, even if the composition is different between the fuel electrode 30 and the air electrode 32, incorrect attachment of the polarity, etc. Can be prevented.

本発明は、導電体を2つ折りにした燃料電池に使用できる。   The present invention can be used for a fuel cell in which a conductor is folded in half.

10…燃料電池
12…基台
14…蓋体
16…起電体
20…収納部
22…膜電極接合体
24…導電体
26…電解質膜
30…燃料極
32…空気極
50…基板
52…カソード導電層
53…電極部
54…アノード導電層
55…端子
56…燃料供給孔
57…導電部材
58…ガス通流孔
64…シール材
72…突片
74…溝部
80…燃料供給機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell 12 ... Base 14 ... Cover body 16 ... Electromotive body 20 ... Storage part 22 ... Membrane electrode assembly 24 ... Conductor 26 ... Electrolyte membrane 30 ... Fuel electrode 32 ... Air electrode 50 ... Substrate 52 ... Cathode conduction Layer 53 ... Electrode portion 54 ... Anode conductive layer 55 ... Terminal 56 ... Fuel supply hole 57 ... Conductive member 58 ... Gas flow hole 64 ... Sealing material 72 ... Projection piece 74 ... Groove portion 80 ... Fuel supply mechanism

Claims (10)

電解質膜の一方の面に燃料極、他方の面に空気極を有する膜電極接合体と、
前記燃料極に接続される燃料極導電体と前記空気極に接続される空気極導電体とを折曲可能な基板上に有する導電体とを備え、
前記膜電極接合体を、折曲部で折り曲げた前記導電体に組付けて起電体を構成し、該起電体に燃料と酸化剤を供給して発電を行わせる燃料電池において、
前記空気極の外周に、前記電解質膜と前記空気極導電体との間を封止する空気極封止材を載せ、
前記導電体に形成された第1位置決め部と前記空気極封止材に設けられた第2位置決め部とを組み付けて、前記膜電極接合体を前記導電体に組み合わせ前記起電体を組み立てることを特徴とした燃料電池の組立方法。
A membrane electrode assembly having a fuel electrode on one surface of the electrolyte membrane and an air electrode on the other surface;
A conductor having a fuel electrode conductor connected to the fuel electrode and an air electrode conductor connected to the air electrode on a foldable substrate;
In the fuel cell in which the membrane electrode assembly is assembled to the conductor bent at the bent portion to constitute an electromotive body, and fuel and oxidant are supplied to the electromotive body to generate electric power.
On the outer periphery of the air electrode, an air electrode sealing material that seals between the electrolyte membrane and the air electrode conductor is placed,
Assembling the electromotive body by assembling the first positioning portion formed on the conductor and the second positioning portion provided on the air electrode sealing material, and combining the membrane electrode assembly with the conductor. A fuel cell assembling method characterized by the above.
前記第1位置決め部は、前記導電体の折曲部に形成された切欠きであり、前記第2位置決め部は、前記空気極封止材に形成された突片であることを特徴とした請求項1に記載の燃料電池の組立方法。   The first positioning part is a notch formed in a bent part of the conductor, and the second positioning part is a projecting piece formed in the air electrode sealing material. Item 4. A fuel cell assembling method according to Item 1. 予め基台に形成された溝部に、前記起電体から突出した前記第1位置決め部を組み合わせ、該起電体を前記基台に収納させることを特徴とした請求項1または2に記載の燃料電池の組立方法。   The fuel according to claim 1 or 2, wherein the first positioning portion protruding from the electromotive member is combined with a groove portion formed in advance on the base, and the electromotive member is accommodated in the base. Battery assembly method. 前記第1位置決め部は、前記折曲部の両端に形成されており、前記第2位置決め部は、該第1位置決め部に合わせて形成したことを特徴とする請求項2または3に記載の燃料電池の組立方法。   4. The fuel according to claim 2, wherein the first positioning portion is formed at both ends of the bent portion, and the second positioning portion is formed according to the first positioning portion. Battery assembly method. 前記第1位置決め部と前記第2位置決め部の少なくとも一方は、前記起電体に対して左右非対称に形成されていることを特徴とした請求項1から3のいずれか1項に記載の燃料電池の組立方法。   4. The fuel cell according to claim 1, wherein at least one of the first positioning portion and the second positioning portion is formed asymmetrically with respect to the electromotive body. 5. Assembly method. 電解質膜の一方の面に燃料極、他方の面に空気極を有する膜電極接合体と、
前記燃料極に接続される燃料極導電体と前記空気極に接続される空気極導電体とを折曲可能な基板上に有する導電体と、
前記空気極の外周に取り付けられ、前記電解質膜と前記空気極導電体との間を封止する空気極封止材と、を備え、
前記膜電極接合体を、折曲部で折り曲げた前記導電体に組付けて起電体を構成し、該起電体に燃料と酸化剤を供給して発電を行わせる燃料電池において、
前記空気封止材と前記導電体の少なくとも一方に位置決め部を設け、該位置決め部により前記空気封止材と前記導電体とを所定の位置関係に組み付け可能に構成したことを特徴とする燃料電池。
A membrane electrode assembly having a fuel electrode on one surface of the electrolyte membrane and an air electrode on the other surface;
A conductor having a fuel electrode conductor connected to the fuel electrode and an air electrode conductor connected to the air electrode on a foldable substrate;
An air electrode sealing material that is attached to the outer periphery of the air electrode and seals between the electrolyte membrane and the air electrode conductor;
In the fuel cell in which the membrane electrode assembly is assembled to the conductor bent at the bent portion to constitute an electromotive body, and fuel and oxidant are supplied to the electromotive body to generate electric power.
A fuel cell characterized in that a positioning portion is provided on at least one of the air sealing material and the conductor, and the air sealing material and the conductor can be assembled in a predetermined positional relationship by the positioning portion. .
前記位置決め部は、前記導電体の折曲部に形成された切欠きと、前記空気極封止材に設けられ、該切欠きに組み付け可能に形成された突片とからなることを特徴とする請求項6に記載の燃料電池。   The positioning portion includes a notch formed in the bent portion of the conductor, and a projecting piece provided in the air electrode sealing material and configured to be assembled to the notch. The fuel cell according to claim 6. 起電体を収納する基台に溝部を、前記起電体から突出した前記位置決め部に合わせて形成し、
前記溝部に前記位置決め部を組み合わせて、前記起電体を基台に収納したことを特徴とする請求項6または7に記載の燃料電池。
A groove is formed in the base for housing the electromotive member so as to match the positioning portion protruding from the electromotive member,
8. The fuel cell according to claim 6, wherein the electromotive body is housed in a base by combining the positioning portion with the groove portion.
前記位置決め部は、前記導電体に対して左右対称に設けたことを特徴とする請求項7または8に記載の燃料電池。   9. The fuel cell according to claim 7, wherein the positioning portion is provided symmetrically with respect to the conductor. 前記位置決め部は、前記導電体に対して左右非対称に設けたことを特徴とする請求項7または8に記載の燃料電池。   The fuel cell according to claim 7 or 8, wherein the positioning portion is provided asymmetrically with respect to the conductor.
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