JP2015050056A - Fuel cell and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to suppress gas permeation from an outer peripheral part of a gas diffusion layer as much as possible with a simple configuration and process.SOLUTION: An electrolyte membrane-electrode structure 12 constituting a fuel cell 10 includes an anode electrode 40 and a cathode electrode 42. The anode electrode 40 and the cathode electrode 42 include a first gas diffusion layer 40b and a second gas diffusion layer 42b constituted of a porous sheet obtained by forming a paste containing a carbon material and a non-hydrophilic resin in a sheet shape. A first gas impermeable sheet 44a and a second gas impermeable sheet 44b are joined to a first gas impermeable processed part 40bs and a second gas impermeable processed part 42bs formed in outer peripheral parts of the first gas diffusion layer 40b and the second gas diffusion layer 42b.

Description

本発明は、固体高分子電解質膜の両面に、電極触媒層及びガス拡散層を有する電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure in which an electrode having an electrode catalyst layer and a gas diffusion layer is provided on both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane, and a separator, and a method for manufacturing the same.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ電極触媒(電極触媒層)と多孔質カーボン(ガス拡散層)からなるアノード電極及びカソード電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持されることにより、発電セルを構成している。通常、燃料電池では、発電セルを所定の数だけ積層した燃料電池スタックが、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。   For example, a solid polymer fuel cell employs a solid polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. This fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode and a cathode electrode each made of an electrode catalyst (electrode catalyst layer) and porous carbon (gas diffusion layer) are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane. ). The electrolyte membrane / electrode structure constitutes a power generation cell by being sandwiched between separators (bipolar plates). Normally, in a fuel cell, a fuel cell stack in which a predetermined number of power generation cells are stacked is used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack.

電解質膜・電極構造体では、燃料ガスや酸化剤ガスが透過し易く、両極間で前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとが混合すること(所謂、クロスリーク)を抑制する必要がある。このため、例えば、特許文献1に開示されている電極−電解質膜接合体が知られている。   In the electrolyte membrane / electrode structure, the fuel gas and the oxidant gas are easy to permeate, and it is necessary to suppress the mixing of the fuel gas and the oxidant gas between the two electrodes (so-called cross leak). For this reason, for example, an electrode-electrolyte membrane assembly disclosed in Patent Document 1 is known.

この電極−電解質膜接合体は、高分子電解質膜の一方面又は両面上に触媒層及びガスバリア性樹脂フィルムが同一の膜厚で形成され、さらに触媒層及びガスバリア性樹脂フィルム上にガス拡散基材が形成されている。そして、ガスバリア性樹脂フィルムは、触媒層の外周部に形成されており、前記ガスバリア性樹脂フィルムは、熱接着性樹脂フィルムを含んでいる。   In this electrode-electrolyte membrane assembly, the catalyst layer and the gas barrier resin film are formed to have the same film thickness on one or both surfaces of the polymer electrolyte membrane, and the gas diffusion base material is further formed on the catalyst layer and the gas barrier resin film. Is formed. And the gas barrier resin film is formed in the outer peripheral part of the catalyst layer, and the said gas barrier resin film contains the heat adhesive resin film.

特許第5130690号公報Japanese Patent No. 5130690

ところで、上記の燃料電池では、触媒層の厚さが相当に薄肉状に構成される場合が多い。このため、触媒層を周回して高分子電解質膜とガス拡散基材との間に介装されるガスバリア性樹脂フィルムは、相当に薄肉状に形成される必要がある。従って、薄肉状のガスバリア性樹脂フィルムでは、所望のガス不透過機能を得ることができないという問題がある。   By the way, in the fuel cell, the thickness of the catalyst layer is often configured to be considerably thin. For this reason, the gas barrier resin film which goes around the catalyst layer and is interposed between the polymer electrolyte membrane and the gas diffusion base material needs to be formed in a considerably thin shape. Therefore, the thin gas barrier resin film has a problem that a desired gas impermeability function cannot be obtained.

本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な構成及び工程で、ガス拡散層の外周部からのガス透過を可及的に抑制することが可能な燃料電池及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and provides a fuel cell capable of suppressing gas permeation from the outer periphery of a gas diffusion layer as much as possible with a simple configuration and process, and a method for manufacturing the same. The purpose is to provide.

本発明は、固体高分子電解質膜の両面に、電極触媒層及びガス拡散層を有する電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes having an electrode catalyst layer and a gas diffusion layer are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and a separator, and a method for manufacturing the same. .

この燃料電池では、ガス拡散層は、カーボン材料と非親水性樹脂とを含むペーストをシート状に形成した多孔質シートで構成されている。そして、多孔質シートの外周部には、プレス加工により中央部よりも肉薄な薄肉部が形成され、前記薄肉部には、ガス不透過シートが接合されている。   In this fuel cell, the gas diffusion layer is composed of a porous sheet in which a paste containing a carbon material and a non-hydrophilic resin is formed into a sheet shape. And the thin part thinner than a center part is formed in the outer peripheral part of a porous sheet by press work, and the gas impervious sheet is joined to the said thin part.

また、この燃料電池では、薄肉部には、少なくとも電極触媒層側の面又はセパレータ側の面のいずれか一方に前記ガス不透過シートが接合されることが好ましい。   In this fuel cell, it is preferable that the gas impermeable sheet is bonded to at least one of the electrode catalyst layer side surface and the separator side surface in the thin portion.

さらに、この製造方法は、カーボン材料と非親水性樹脂とを含むペーストをシート状に形成することにより、ガス拡散層である多孔質シートを形成する工程を有している。この製造方法は、次いで、多孔質シートの外周部に、中央部よりも肉薄な薄肉部を設けるとともに、前記薄肉部にガス不透過シートを接合する工程を有している。   Furthermore, this manufacturing method has the process of forming the porous sheet | seat which is a gas diffusion layer by forming the paste containing a carbon material and non-hydrophilic resin in a sheet form. This manufacturing method then has a step of providing a thin portion thinner than the central portion on the outer peripheral portion of the porous sheet and joining a gas-impermeable sheet to the thin portion.

さらにまた、この製造方法では、多孔質シートの外周部にガス不透過シートを配置した状態で、プレス処理を施すことにより、前記多孔質シートの外周部に薄肉部を設け、且つ、前記ガス不透過シートをプレス接合することが好ましい。   Furthermore, in this manufacturing method, a thin-walled portion is provided on the outer peripheral portion of the porous sheet by performing a pressing process in a state in which the gas-impermeable sheet is disposed on the outer peripheral portion of the porous sheet, and the gas impermeable sheet is provided. It is preferable to press-bond the transmission sheet.

また、この製造方法では、多孔質シートの外周部にプレス処理を施すことにより、薄肉部を設ける工程と、前記薄肉部にガス不透過シートを接合する工程と、を有することが好ましい。   Moreover, in this manufacturing method, it is preferable to have the process of providing a thin part by performing press processing to the outer peripheral part of a porous sheet, and the process of joining a gas impervious sheet to the said thin part.

さらに、この製造方法では、薄肉部には、少なくとも電極触媒層側の面又はセパレータ側の面のいずれか一方にガス不透過シートが接合されることが好ましい。   Furthermore, in this manufacturing method, it is preferable that a gas-impermeable sheet is bonded to at least one of the electrode catalyst layer side surface and the separator side surface in the thin portion.

本発明によれば、ガス拡散層は、カーボン材料と非親水性樹脂とを含むペーストをシート状に形成した多孔質シートで構成されている。このため、カーボンペーパで構成されるガス拡散層のように、特に端部の炭素繊維が固体高分子電解質膜に突き刺さることがなく、前記固体高分子電解質膜を良好に保護することができる。   According to the present invention, the gas diffusion layer is composed of a porous sheet in which a paste containing a carbon material and a non-hydrophilic resin is formed into a sheet shape. Therefore, unlike the gas diffusion layer composed of carbon paper, the carbon fibers at the end portions do not pierce the solid polymer electrolyte membrane, and the solid polymer electrolyte membrane can be well protected.

さらに、多孔質シートの外周部には、プレス加工によりガス透過性を低下させた薄肉部が形成され、前記薄肉部には、ガス不透過シートが接合されている。従って、ガス拡散層は、薄肉部とガス不透過シートとによるガス不透過機能を備えることができ、簡単な構成及び工程で、前記ガス拡散層の外周部からのガス透過を可及的に抑制することが可能になる。   In addition, a thin-walled portion whose gas permeability is reduced by pressing is formed on the outer peripheral portion of the porous sheet, and a gas-impermeable sheet is joined to the thin-walled portion. Therefore, the gas diffusion layer can be provided with a gas impermeable function by the thin wall portion and the gas impermeable sheet, and suppress gas transmission from the outer peripheral portion of the gas diffusion layer as much as possible with a simple configuration and process. It becomes possible to do.

本発明の第1の実施形態に係る燃料電池の要部分解斜視図である。It is a principal part disassembled perspective view of the fuel cell which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 前記燃料電池の、図1中、II−II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of the said fuel cell in FIG. 前記燃料電池を構成する電解質膜・電極構造体の分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the electrolyte membrane and electrode structure which comprises the said fuel cell. 前記電解質膜・電極構造体を構成する導電性多孔質シート上にガス不透過シートが載置された載置体の説明図である。It is explanatory drawing of the mounting body by which the gas impervious sheet was mounted on the electroconductive porous sheet which comprises the said electrolyte membrane and electrode structure. 前記載置体を加圧板間に配置した状態の説明図である。It is explanatory drawing of the state which has arrange | positioned the said mounting body between the pressurization plates. 前記加圧板間を加圧処理する際の説明図である。It is explanatory drawing at the time of pressurizing between the said pressurization plates. 本発明の第2の実施形態に係る製造方法において、前記導電性多孔質シート上にプレス用シートが載置された載置体の説明図である。In the manufacturing method which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, it is explanatory drawing of the mounting body by which the sheet | seat for press was mounted on the said electroconductive porous sheet. 前記載置体を加圧板間に配置した状態の説明図である。It is explanatory drawing of the state which has arrange | positioned the said mounting body between the pressurization plates. 前記加圧板間を加圧処理する際の説明図である。It is explanatory drawing at the time of pressurizing between the said pressurization plates. 前記プレス用シートに代えて他のプレス用シートが配置された載置体の説明図である。It is explanatory drawing of the mounting body in which the other press sheet was arrange | positioned instead of the said press sheet. 前記載置体を加圧板間に配置した状態の説明図である。It is explanatory drawing of the state which has arrange | positioned the said mounting body between the pressurization plates. 前記加圧板間を加圧処理する際の説明図である。It is explanatory drawing at the time of pressurizing between the said pressurization plates. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池の断面説明図である。It is a section explanatory view of a fuel cell concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態に係る燃料電池の断面説明図である。It is a section explanatory view of a fuel cell concerning a 4th embodiment of the present invention.

図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る燃料電池10は、電解質膜・電極構造体12とアノード側セパレータ14及びカソード側セパレータ16とが、立位姿勢で矢印A方向(例えば、水平方向)に積層される。複数の燃料電池10が矢印A方向に積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックが構成される。なお、燃料電池10は、矢印C方向(鉛直方向)に積層されてもよい。   As shown in FIG. 1, in the fuel cell 10 according to the first embodiment of the present invention, the electrolyte membrane / electrode structure 12, the anode-side separator 14 and the cathode-side separator 16 are in the standing posture in the direction of arrow A ( For example, they are stacked in the horizontal direction). By stacking the plurality of fuel cells 10 in the direction of arrow A, for example, an in-vehicle fuel cell stack is configured. The fuel cell 10 may be stacked in the direction of arrow C (vertical direction).

アノード側セパレータ14及びカソード側セパレータ16は、横長形状を有しているが、縦長形状を有していてもよい。アノード側セパレータ14及びカソード側セパレータ16としては、例えば、カーボンセパレータ又は金属セパレータが使用される。   The anode side separator 14 and the cathode side separator 16 have a horizontally long shape, but may have a vertically long shape. As the anode side separator 14 and the cathode side separator 16, for example, a carbon separator or a metal separator is used.

燃料電池10は、矢印B方向(水平方向)の一端縁部に、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔18a及び燃料ガス出口連通孔20bが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔18aは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する。燃料ガス出口連通孔20bは、燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出する。酸化剤ガス入口連通孔18aと燃料ガス出口連通孔20bとは、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。   The fuel cell 10 is provided with an oxidant gas inlet communication hole 18a and a fuel gas outlet communication hole 20b at one end edge in the arrow B direction (horizontal direction) so as to communicate with each other in the direction of arrow A which is the stacking direction. The oxidant gas inlet communication hole 18a supplies an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas. The fuel gas outlet communication hole 20b discharges fuel gas, for example, hydrogen-containing gas. The oxidant gas inlet communication hole 18a and the fuel gas outlet communication hole 20b are arranged in the direction of arrow C (vertical direction).

燃料電池10の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔20a及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔18bが、矢印C方向に配列して設けられる。   The other end edge of the fuel cell 10 in the direction of the arrow B communicates with each other in the direction of the arrow A, the fuel gas inlet communication hole 20a for supplying the fuel gas, and the oxidant gas outlet for discharging the oxidant gas. The communication holes 18b are arranged in the direction of arrow C.

燃料電池10の矢印C方向の一端縁部(上端縁部)には、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔22aが設けられる。燃料電池10の矢印C方向の他端縁部(下端縁部)には、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔22bが設けられる。   A cooling medium inlet communication hole 22a for supplying a cooling medium is provided at one end edge (upper end edge) in the arrow C direction of the fuel cell 10. The other end edge (lower end edge) in the direction of arrow C of the fuel cell 10 is provided with a cooling medium outlet communication hole 22b for discharging the cooling medium.

アノード側セパレータ14の電解質膜・電極構造体12に向かう面14aには、燃料ガス入口連通孔20aと燃料ガス出口連通孔20bとに連通する燃料ガス流路24が、矢印B方向に延在して設けられる。燃料ガス流路24の入口側には、入口バッファ部24aが設けられる一方、前記燃料ガス流路24の出口側には、出口バッファ部24bが設けられる。   A fuel gas passage 24 communicating with the fuel gas inlet communication hole 20a and the fuel gas outlet communication hole 20b extends in the direction of arrow B on the surface 14a of the anode separator 14 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12. Provided. An inlet buffer portion 24 a is provided on the inlet side of the fuel gas passage 24, while an outlet buffer portion 24 b is provided on the outlet side of the fuel gas passage 24.

カソード側セパレータ16の電解質膜・電極構造体12に向かう面16aには、酸化剤ガス入口連通孔18aと酸化剤ガス出口連通孔18bとに連通する酸化剤ガス流路30が、矢印B方向に延在して設けられる。酸化剤ガス流路30は、燃料ガス流路24と同様に構成されており、その詳細な説明は省略する。   An oxidant gas flow path 30 communicating with the oxidant gas inlet communication hole 18a and the oxidant gas outlet communication hole 18b is formed in the direction of arrow B on the surface 16a of the cathode separator 16 facing the electrolyte membrane / electrode structure 12. It is extended and provided. The oxidant gas channel 30 is configured in the same manner as the fuel gas channel 24, and a detailed description thereof is omitted.

アノード側セパレータ14とカソード側セパレータ16とは、互いに対向する面14b、16b同士の間に冷却媒体流路32を一体的に形成する。冷却媒体流路32は、矢印C方向に延在して設けられる。   The anode-side separator 14 and the cathode-side separator 16 integrally form a cooling medium flow path 32 between the faces 14b, 16b facing each other. The cooling medium flow path 32 is provided extending in the direction of arrow C.

アノード側セパレータ14の面14a、14bには、このアノード側セパレータ14の外周縁部を周回して第1シール部材34が一体的又は個別に設けられる。カソード側セパレータ16の面16a、16bには、このカソード側セパレータ16の外周縁部を周回して第2シール部材36が一体的又は個別に設けられる。   A first seal member 34 is integrally or individually provided on the surfaces 14 a and 14 b of the anode separator 14 so as to go around the outer peripheral edge of the anode separator 14. On the surfaces 16a and 16b of the cathode side separator 16, a second seal member 36 is integrally or individually provided around the outer peripheral edge of the cathode side separator 16.

第1シール部材34及び第2シール部材36には、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。   For the first seal member 34 and the second seal member 36, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene or acrylic rubber or the like, cushion material Alternatively, an elastic seal member such as a packing material is used.

電解質膜・電極構造体12は、横長形状を有するとともに、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜38と、前記固体高分子電解質膜38を挟持するアノード電極40及びカソード電極42とを備える。固体高分子電解質膜38の外形寸法は、アノード電極40及びカソード電極42の外形寸法よりも大きく設定される。なお、アノード電極40とカソード電極42とは、互いに異なる大きさに設定することにより、所謂、段差MEAを構成してもよい。固体高分子電解質膜38は、フッ素系電解質の他、HC(炭化水素)系電解質が使用される。   The electrolyte membrane / electrode structure 12 has a horizontally long shape, for example, a solid polymer electrolyte membrane 38 in which a thin film of perfluorosulfonic acid is impregnated with water, and an anode electrode 40 sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 38. And a cathode electrode 42. The outer dimensions of the solid polymer electrolyte membrane 38 are set larger than the outer dimensions of the anode electrode 40 and the cathode electrode 42. Note that the anode electrode 40 and the cathode electrode 42 may be configured to have a so-called step MEA by being set to have different sizes. As the solid polymer electrolyte membrane 38, an HC (hydrocarbon) electrolyte is used in addition to a fluorine electrolyte.

図2に示すように、アノード電極40は、固体高分子電解質膜38の一方の面38aに形成される第1電極触媒層40aと、導電性多孔質シートで構成される微細多孔質層(MPL)(Micro Porous Layer)からなる第1ガス拡散層40bとを有する。導電性多孔質シートは、カーボン材料と非親水性樹脂とを含むペーストをシート状に形成することにより得られる。カソード電極42は、同様に、固体高分子電解質膜38の他方の面38bに形成される第2電極触媒層42aと、導電性多孔質シートで構成される微細多孔質層(MPL)からなる第2ガス拡散層42bとを有する。   As shown in FIG. 2, the anode electrode 40 includes a first electrode catalyst layer 40a formed on one surface 38a of the solid polymer electrolyte membrane 38, and a microporous layer (MPL) composed of a conductive porous sheet. ) (Micro Porous Layer). The conductive porous sheet is obtained by forming a paste containing a carbon material and a non-hydrophilic resin into a sheet shape. Similarly, the cathode electrode 42 includes a second electrode catalyst layer 42a formed on the other surface 38b of the solid polymer electrolyte membrane 38, and a microporous layer (MPL) composed of a conductive porous sheet. 2 gas diffusion layers 42b.

第1ガス拡散層40b及び第2ガス拡散層42bは、厚さが50μm〜250μm、好ましくは、80μm〜180μmの範囲内であり、電子伝導性物質と非親水性樹脂(撥水性樹脂)とを含み、導電性を有している。電子伝導性物質としては、例えば、カーボン繊維やカーボン粉末(カーボンブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ等)が単独又は2種以上混合して使用される。非親水性樹脂としては、結晶性フッ素樹脂(ETFT)(テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVF(ポリフッ化ビニル)、ECTFE(クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、非晶質フッ素樹脂及びシリコーン樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等の少なくとも1種を含有している。   The first gas diffusion layer 40b and the second gas diffusion layer 42b have a thickness in the range of 50 μm to 250 μm, preferably 80 μm to 180 μm, and contain an electron conductive substance and a non-hydrophilic resin (water repellent resin). It has conductivity. As the electron conductive substance, for example, carbon fiber or carbon powder (carbon black, furnace black, acetylene black, carbon nanotube, etc.) is used alone or in combination of two or more. Non-hydrophilic resins include crystalline fluororesin (ETFT) (tetrafluoroethylene / ethylene copolymer), PVDF (polyvinylidene fluoride), PVF (polyvinyl fluoride), ECTFE (chlorotrifluoroethylene / ethylene copolymer). ), PTFE (polytetrafluoroethylene), PFA (tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), FEP (tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer), amorphous fluororesin and silicone resin, polyethylene, Contains at least one such as polypropylene.

図2及び図3に示すように、第1ガス拡散層40bの外周部及び第2ガス拡散層42bの外周部には、プレス加工により中央部よりも肉薄な額縁状の薄肉部である第1ガス不透過処理部40bs及び第2ガス不透過処理部42bsが形成される。第1ガス不透過処理部40bs及び第2ガス不透過処理部42bsは、固体高分子電解質膜38に当接するとともに、アノード側セパレータ14側及びカソード側セパレータ16との間に空間が設けられる。   As shown in FIGS. 2 and 3, the outer peripheral portion of the first gas diffusion layer 40b and the outer peripheral portion of the second gas diffusion layer 42b are first thin portions having a frame shape that is thinner than the central portion by press working. A gas impermeable processing unit 40bs and a second gas impermeable processing unit 42bs are formed. The first gas impermeable processing unit 40bs and the second gas impermeable processing unit 42bs are in contact with the solid polymer electrolyte membrane 38, and a space is provided between the anode side separator 14 side and the cathode side separator 16.

第1ガス不透過処理部40bs及び第2ガス不透過処理部42bsには、各空間に対応して第1ガス不透過シート44a及び第2ガス不透過シート44bが接合される。すなわち、第1ガス不透過シート44a及び第2ガス不透過シート44bは、第1ガス不透過処理部40bs及び第2ガス不透過処理部42bsのセパレータ側の面に接合(例えば、プレス接合)される。   The first gas impermeable sheet 44a and the second gas impermeable sheet 44b are joined to the first gas impermeable processing section 40bs and the second gas impermeable processing section 42bs in correspondence with each space. That is, the first gas impermeable sheet 44a and the second gas impermeable sheet 44b are bonded (for example, press bonded) to the separator-side surfaces of the first gas impermeable processing unit 40bs and the second gas impermeable processing unit 42bs. The

第1ガス不透過シート44a及び第2ガス不透過シート44bは、非親水性樹脂からなる。例えば、結晶性フッ素樹脂(ETFT)(テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVF(ポリフッ化ビニル)、ECTFE(クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体)、非晶質フッ素樹脂及びシリコーン樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等の少なくとも1種を含有している。   The first gas impermeable sheet 44a and the second gas impermeable sheet 44b are made of a non-hydrophilic resin. For example, crystalline fluororesin (ETFT) (tetrafluoroethylene / ethylene copolymer), PVDF (polyvinylidene fluoride), PVF (polyvinyl fluoride), ECTFE (chlorotrifluoroethylene / ethylene copolymer), PTFE (poly) At least one of tetrafluoroethylene), PFA (tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer), FEP (tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer), amorphous fluororesin and silicone resin, polyethylene, polypropylene, etc. Contains seeds.

なお、第1ガス不透過シート44a及び第2ガス不透過シート44bは、例えば、PEN(ポリエチレンナフタレート)製のフィルムやPET(ポリエチレンテレフタレート)製のフィルム等を用いてもよい。   The first gas impermeable sheet 44a and the second gas impermeable sheet 44b may be a film made of PEN (polyethylene naphthalate), a film made of PET (polyethylene terephthalate), or the like.

図2に示すように、第1ガス不透過処理部40bsの厚さt1aと第1ガス不透過シート44aの厚さt2aとの和は、第1ガス拡散層40bと第1電極触媒層40aを加えた厚さと同等に設定される。第2ガス不透過処理部42bsの厚さt1bと第2ガス不透過シート44bの厚さt2bとの和は、第2ガス拡散層42bと第2電極触媒層42aを加えた厚さと同等に設定される。第1ガス不透過シート44a及び第2ガス不透過シート44bの表面位置は、第1ガス拡散層40b及び第2ガス拡散層42bの表面位置と同一位置に配置され、全体として段差のない同一平面を形成する。   As shown in FIG. 2, the sum of the thickness t1a of the first gas impervious treatment section 40bs and the thickness t2a of the first gas impervious sheet 44a is the same as the first gas diffusion layer 40b and the first electrode catalyst layer 40a. It is set equal to the added thickness. The sum of the thickness t1b of the second gas impermeable processing section 42bs and the thickness t2b of the second gas impermeable sheet 44b is set to be equal to the thickness obtained by adding the second gas diffusion layer 42b and the second electrode catalyst layer 42a. Is done. The surface positions of the first gas impermeable sheet 44a and the second gas impermeable sheet 44b are arranged at the same position as the surface positions of the first gas diffusion layer 40b and the second gas diffusion layer 42b, and the same plane with no step as a whole. Form.

次いで、第1の実施形態に係る製造方法について、以下に説明する。   Next, the manufacturing method according to the first embodiment will be described below.

先ず、図4に示すように、第1ガス拡散層40b及び第2ガス拡散層42bを構成する導電性多孔質シート50が作製される。具体的には、水溶液にカーボンブラックを投入して撹拌分散させた後、PTFEディスパージョン溶液を、PTFEとカーボンブラックとが重量比で7:3となるように添加して混合した。得られた分散液からPTFEとカーボンブラックとを凝集させ、乾燥処理を施した後、例えば、厚さ130μmのシートを成形し、導電性多孔質シート50が得られた。   First, as shown in FIG. 4, the conductive porous sheet 50 constituting the first gas diffusion layer 40b and the second gas diffusion layer 42b is produced. Specifically, after carbon black was added to an aqueous solution and dispersed by stirring, the PTFE dispersion solution was added and mixed so that the weight ratio of PTFE and carbon black was 7: 3. After PTFE and carbon black were aggregated from the obtained dispersion and subjected to a drying treatment, for example, a sheet having a thickness of 130 μm was formed, and the conductive porous sheet 50 was obtained.

一方の導電性多孔質シート50上には、第1ガス不透過シート44aが載置されて載置体52aが得られるとともに、他方の導電性多孔質シート50上には、第2ガス不透過シート44bが載置されて載置体52bが得られる(図4参照)。各載置体52a、52bは、図5に示すように、加圧板54a、54b間に挟持される。加圧板54a、54bは、工作紙56の両面にPTFEシート58とポリイミドシート60とが設けられる。各PTFEシート58は、挟持面を構成する。   A first gas-impermeable sheet 44a is placed on one conductive porous sheet 50 to obtain a mounting body 52a, and a second gas-impermeable sheet is placed on the other conductive porous sheet 50. The sheet 44b is placed to obtain the placement body 52b (see FIG. 4). As shown in FIG. 5, the mounting bodies 52a and 52b are sandwiched between the pressure plates 54a and 54b. The pressure plates 54 a and 54 b are provided with a PTFE sheet 58 and a polyimide sheet 60 on both sides of the work paper 56. Each PTFE sheet 58 constitutes a clamping surface.

次いで、図6に示すように、加圧板54a、54b間に所定のプレス圧及び加熱温度を付与する。このため、先ず、第1ガス不透過シート44a(第2ガス不透過シート44b)が加圧されて圧縮されるとともに、前記第1ガス不透過シート44a(第2ガス不透過シート44b)により導電性多孔質シート50の外周部が押圧変形される。さらに、加圧板54a、54b間で、導電性多孔質シート50全体が加圧されて圧縮される。   Next, as shown in FIG. 6, a predetermined press pressure and heating temperature are applied between the pressure plates 54a and 54b. For this reason, first, the first gas impermeable sheet 44a (second gas impermeable sheet 44b) is pressurized and compressed, and is electrically conductive by the first gas impermeable sheet 44a (second gas impermeable sheet 44b). The outer peripheral part of the porous porous sheet 50 is pressed and deformed. Further, the entire conductive porous sheet 50 is pressurized and compressed between the pressure plates 54a and 54b.

従って、導電性多孔質シート50の中央部が所定の厚さに圧縮される一方、外周部が薄肉化され、前記外周部に第1ガス不透過シート44a(第2ガス不透過シート44b)が接合される。これにより、外周部に第1ガス不透過処理部40bsが設けられるとともに、前記第1ガス不透過処理部40bsに第1ガス不透過シート44aが接合された第1ガス拡散層40bが得られる。同様に、外周部に第2ガス不透過処理部42bsが設けられるとともに、前記第2ガス不透過処理部42bsに第2ガス不透過シート44bが接合された第2ガス拡散層42bが得られる。   Accordingly, the central portion of the conductive porous sheet 50 is compressed to a predetermined thickness, while the outer peripheral portion is thinned, and the first gas impermeable sheet 44a (second gas impermeable sheet 44b) is formed on the outer peripheral portion. Be joined. Thus, the first gas diffusion layer 40b in which the first gas impermeability processing unit 40bs is provided on the outer peripheral portion and the first gas impervious sheet 44a is joined to the first gas impermeability processing unit 40bs is obtained. Similarly, the second gas diffusion layer 42b in which the second gas impermeable processing portion 42bs is provided on the outer peripheral portion and the second gas impermeable processing portion 42bs is joined to the second gas impermeable processing portion 42bs is obtained.

一方、固体高分子電解質膜38の面38aには、第1電極触媒層40aが形成されるとともに、面38bには、第2電極触媒層42aが形成される。具体的には、第1電極触媒層40aは、例えば、白金触媒とイオン伝導性ポリマー溶液とが混合された触媒ペーストを調整し、前記触媒ペーストをPTFEシート上に塗布した後、熱処理を行うことにより作製される。また、第2電極触媒層42aは、上記の第1電極触媒層40aと同様に、PTFEシート上に作製される。   On the other hand, the first electrode catalyst layer 40a is formed on the surface 38a of the solid polymer electrolyte membrane 38, and the second electrode catalyst layer 42a is formed on the surface 38b. Specifically, the first electrode catalyst layer 40a is prepared by, for example, preparing a catalyst paste in which a platinum catalyst and an ion conductive polymer solution are mixed, applying the catalyst paste on a PTFE sheet, and then performing a heat treatment. It is produced by. Moreover, the 2nd electrode catalyst layer 42a is produced on a PTFE sheet similarly to said 1st electrode catalyst layer 40a.

さらに、固体高分子電解質膜38の面38aには、第1電極触媒層40aが転写され、面38bには、第2電極触媒層42aが転写されることにより、膜電極部材が得られる。なお、転写は、デカール法により行うことができる。そして、第1電極触媒層40aに第1ガス拡散層40bが配置される一方、第2電極触媒層42aに第2ガス拡散層42bが配置される。これらは、所定の温度及び面圧が付与されることにより、熱圧着されて一体化され、電解質膜・電極構造体12が得られる。   Further, the first electrode catalyst layer 40a is transferred to the surface 38a of the solid polymer electrolyte membrane 38, and the second electrode catalyst layer 42a is transferred to the surface 38b, whereby a membrane electrode member is obtained. The transfer can be performed by a decal method. The first gas diffusion layer 40b is disposed on the first electrode catalyst layer 40a, while the second gas diffusion layer 42b is disposed on the second electrode catalyst layer 42a. By applying a predetermined temperature and surface pressure, these are thermocompression bonded and integrated to obtain the electrolyte membrane / electrode structure 12.

電解質膜・電極構造体12は、アノード側セパレータ14及びカソード側セパレータ16に挟持され、積層方向に締め付け荷重が付与されることにより、燃料電池10が構成される。   The electrolyte membrane / electrode structure 12 is sandwiched between the anode-side separator 14 and the cathode-side separator 16, and a tightening load is applied in the stacking direction, whereby the fuel cell 10 is configured.

このように構成される燃料電池10の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell 10 configured as described above will be described below.

図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔18aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔20aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔22aに純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。   As shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 18a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 20a. Further, a cooling medium such as pure water or ethylene glycol is supplied to the cooling medium inlet communication hole 22a.

酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔18aからカソード側セパレータ16の酸化剤ガス流路30に導入される。酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路30に沿って矢印B方向に流通し、電解質膜・電極構造体12のカソード電極42に沿って移動する。   The oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 30 of the cathode-side separator 16 from the oxidant gas inlet communication hole 18a. The oxidant gas flows in the direction of arrow B along the oxidant gas flow path 30 and moves along the cathode electrode 42 of the electrolyte membrane / electrode structure 12.

一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔20aからアノード側セパレータ14の燃料ガス流路24に導入される。この燃料ガス流路24では、燃料ガスが矢印B方向に流通することにより、電解質膜・電極構造体12のアノード電極40に沿って移動する。   On the other hand, the fuel gas is introduced into the fuel gas flow path 24 of the anode side separator 14 from the fuel gas inlet communication hole 20a. In the fuel gas channel 24, the fuel gas flows in the direction of arrow B, and moves along the anode electrode 40 of the electrolyte membrane / electrode structure 12.

従って、電解質膜・電極構造体12では、カソード電極42に供給される酸化剤ガスと、アノード電極40に供給される燃料ガスとが、第2電極触媒層42a及び第1電極触媒層40a内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 12, the oxidant gas supplied to the cathode electrode 42 and the fuel gas supplied to the anode electrode 40 are within the second electrode catalyst layer 42a and the first electrode catalyst layer 40a. It is consumed by the electrochemical reaction and power is generated.

次いで、カソード電極42に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔18bに排出される。同様に、アノード電極40に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス出口連通孔20bに排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode electrode 42 is discharged to the oxidant gas outlet communication hole 18b. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode electrode 40 is discharged to the fuel gas outlet communication hole 20b.

一方、冷却媒体入口連通孔22aに供給された冷却媒体は、互いに隣接するアノード側セパレータ14及びカソード側セパレータ16間に形成された冷却媒体流路32に導入される。この冷却媒体流路32では、冷却媒体が重力方向(矢印C方向)に移動する。従って、冷却媒体は、電解質膜・電極構造体12の発電面全面にわたって冷却した後、冷却媒体出口連通孔22bに排出される。   On the other hand, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 22a is introduced into the cooling medium flow path 32 formed between the anode separator 14 and the cathode separator 16 adjacent to each other. In the cooling medium flow path 32, the cooling medium moves in the direction of gravity (arrow C direction). Therefore, the cooling medium is cooled over the entire power generation surface of the electrolyte membrane / electrode structure 12 and then discharged to the cooling medium outlet communication hole 22b.

この場合、第1の実施形態では、第1ガス拡散層40b及び第2ガス拡散層42bは、カーボン材料と非親水性樹脂とを含むペーストをシート状に形成した導電性多孔質シート50で構成されている。すなわち、微細多孔質層(MPL)で構成されている。このため、カーボンペーパで構成されるガス拡散層のように、特に端部の炭素繊維が固体高分子電解質膜38に突き刺さることがなく、前記固体高分子電解質膜38を良好に保護することができる。   In this case, in the first embodiment, the first gas diffusion layer 40b and the second gas diffusion layer 42b are configured by the conductive porous sheet 50 in which a paste containing a carbon material and a non-hydrophilic resin is formed in a sheet shape. Has been. That is, it is composed of a microporous layer (MPL). Therefore, unlike the gas diffusion layer made of carbon paper, the carbon fiber at the end portion does not pierce the solid polymer electrolyte membrane 38, and the solid polymer electrolyte membrane 38 can be well protected. .

さらに、導電性多孔質シート50の外周部には、プレス加工によりガス透過性を低下させた薄肉部が形成され、前記薄肉部が第1ガス不透過処理部40bs及び第2ガス不透過処理部42bsを構成している。そして、第1ガス不透過処理部40bs及び第2ガス不透過処理部42bsには、第1ガス不透過シート44a及び第2ガス不透過シート44bがプレス接合されている。   Furthermore, a thin wall portion whose gas permeability is reduced by pressing is formed on the outer peripheral portion of the conductive porous sheet 50, and the thin wall portion is formed by the first gas impermeable processing portion 40bs and the second gas impermeable processing portion. 42bs is configured. The first gas impermeable sheet 44a and the second gas impermeable sheet 44b are press-bonded to the first gas impermeable processing section 40bs and the second gas impermeable processing section 42bs.

従って、第1ガス拡散層40bは、第1ガス不透過処理部40bsと第1ガス不透過シート44aとによるガス不透過機能を備えることが可能になる。同様に、第2ガス拡散層42bは、第2ガス不透過処理部42bsと第2ガス不透過シート44bとによるガス不透過機能を備えることができる。これにより、簡単な構成及び工程で、第1ガス拡散層40b及び第2ガス拡散層42bの外周部からのガス透過を可及的に抑制することが可能になるという効果が得られる。   Therefore, the first gas diffusion layer 40b can be provided with a gas impermeable function by the first gas impermeable processing section 40bs and the first gas impermeable sheet 44a. Similarly, the 2nd gas diffusion layer 42b can be provided with the gas impermeable function by the 2nd gas impermeable process part 42bs and the 2nd gas impermeable sheet | seat 44b. Thereby, the effect that it becomes possible to suppress the gas permeation from the outer peripheral part of the 1st gas diffusion layer 40b and the 2nd gas diffusion layer 42b as much as possible with a simple structure and process is acquired.

図7以降は、本発明の第2の実施形態に係る製造方法の説明図である。なお、第2の実施形態では、第1の実施形態と同一の燃料電池10に適用してもよい。また、第1の実施形態と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   FIG. 7 and subsequent figures are explanatory diagrams of the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention. Note that the second embodiment may be applied to the same fuel cell 10 as in the first embodiment. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

先ず、図7に示すように、導電性多孔質シート50上には、第1ガス不透過シート44a及び第2ガス不透過シート44bに対応する額縁状のプレス用シート62が載置されて載置体64が得られる。プレス用シート62は、導電性多孔質シート50と接合しないように、例えば、ガラスクロスやポリイミドで形成される。   First, as shown in FIG. 7, on the conductive porous sheet 50, a frame-shaped press sheet 62 corresponding to the first gas impermeable sheet 44a and the second gas impermeable sheet 44b is placed and mounted. The body 64 is obtained. The pressing sheet 62 is formed of, for example, glass cloth or polyimide so as not to be joined to the conductive porous sheet 50.

次に、図8に示すように、載置体64は、加圧板54a、54b間に挟持された状態で、前記加圧板54a、54b間に所定のプレス圧及び加熱温度が付与される(図9参照)。このため、プレス用シート62が加圧されて圧縮されるとともに、前記プレス用シート62により導電性多孔質シート50の外周部が押圧変形される。さらに、加圧板54a、54b間で、導電性多孔質シート50全体が加圧されて圧縮される。   Next, as shown in FIG. 8, the mounting body 64 is applied with a predetermined press pressure and heating temperature between the pressure plates 54a and 54b while being sandwiched between the pressure plates 54a and 54b (FIG. 8). 9). For this reason, the pressing sheet 62 is pressed and compressed, and the outer peripheral portion of the conductive porous sheet 50 is pressed and deformed by the pressing sheet 62. Further, the entire conductive porous sheet 50 is pressurized and compressed between the pressure plates 54a and 54b.

従って、プレス用シート62が剥離されることにより、外周部に第1ガス不透過処理部40bsが設けられた第1ガス拡散層40bが得られる。同様に、外周部に第2ガス不透過処理部42bsが設けられた第2ガス拡散層42bが得られる。図10に示すように、第1ガス不透過処理部40bsに第1ガス不透過シート44aが載置されて載置体66aが得られる一方、第2ガス不透過処理部42bsに第2ガス不透過シート44bが載置されて載置体66bが得られる。   Therefore, when the pressing sheet 62 is peeled off, the first gas diffusion layer 40b in which the first gas impervious treatment portion 40bs is provided on the outer peripheral portion is obtained. Similarly, the 2nd gas diffusion layer 42b by which the 2nd gas impermeable process part 42bs was provided in the outer peripheral part is obtained. As shown in FIG. 10, the first gas impermeable sheet 44a is placed on the first gas impermeable processing section 40bs to obtain a mounting body 66a, while the second gas impermeable processing section 42bs receives the second gas impermeable processing section 40bs. The transmissive sheet 44b is placed, and the placement body 66b is obtained.

そこで、図11に示すように、各載置体66a、66bは、加圧板54a、54b間に挟持される。この状態で、載置体66a、66bを挟持する加圧板54a、54b間には、図12に示すように、所定のプレス圧及び加熱温度が付与される。これにより、第1ガス不透過シート44a(第2ガス不透過シート44b)が加圧されて圧縮されるとともに、前記第1ガス不透過シート44a(第2ガス不透過シート44b)が、第1ガス不透過処理部40bs(第2ガス不透過処理部42bs)にプレス接合される。なお、第1ガス不透過シート44a(第2ガス不透過シート44b)は、第1ガス不透過処理部40bs(第2ガス不透過処理部42bs)に接着剤により接合してもよい。   Therefore, as shown in FIG. 11, the mounting bodies 66a and 66b are sandwiched between the pressure plates 54a and 54b. In this state, as shown in FIG. 12, a predetermined pressing pressure and heating temperature are applied between the pressure plates 54a and 54b that sandwich the mounting bodies 66a and 66b. Thus, the first gas impermeable sheet 44a (second gas impermeable sheet 44b) is pressurized and compressed, and the first gas impermeable sheet 44a (second gas impermeable sheet 44b) is Press-bonded to the gas impermeable processing unit 40bs (second gas impermeable processing unit 42bs). The first gas impermeable sheet 44a (second gas impermeable sheet 44b) may be joined to the first gas impermeable processing section 40bs (second gas impermeable processing section 42bs) with an adhesive.

このため、外周部に第1ガス不透過処理部40bsが設けられるとともに、前記第1ガス不透過処理部40bsに第1ガス不透過シート44aが接合された第1ガス拡散層40bが得られる。同様に、外周部に第2ガス不透過処理部42bsが設けられるとともに、前記第2ガス不透過処理部42bsに第2ガス不透過シート44bが接合された第2ガス拡散層42bが得られる。   For this reason, the first gas diffusion layer 40b in which the first gas impermeability processing unit 40bs is provided on the outer peripheral portion and the first gas impermeability processing unit 40bs is joined to the first gas impervious sheet 44a is obtained. Similarly, the second gas diffusion layer 42b in which the second gas impermeable processing portion 42bs is provided on the outer peripheral portion and the second gas impermeable processing portion 42bs is joined to the second gas impermeable processing portion 42bs is obtained.

さらに、固体高分子電解質膜38に第1電極触媒層40a及び第2電極触媒層42aが転写された膜電極部材が製造される。そして、第1電極触媒層40aに第1ガス拡散層40bが配置される一方、第2電極触媒層42aに第2ガス拡散層42bが配置される。これらは、所定の温度及び面圧が付与されることにより、熱圧着されて一体化され、電解質膜・電極構造体12が得られる。   Further, a membrane electrode member in which the first electrode catalyst layer 40a and the second electrode catalyst layer 42a are transferred to the solid polymer electrolyte membrane 38 is manufactured. The first gas diffusion layer 40b is disposed on the first electrode catalyst layer 40a, while the second gas diffusion layer 42b is disposed on the second electrode catalyst layer 42a. By applying a predetermined temperature and surface pressure, these are thermocompression bonded and integrated to obtain the electrolyte membrane / electrode structure 12.

このように、第2の実施形態では、簡単な構成及び工程で、第1ガス拡散層40b及び第2ガス拡散層42bの外周部からのガス透過を可及的に抑制することが可能になる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   As described above, in the second embodiment, gas permeation from the outer peripheral portions of the first gas diffusion layer 40b and the second gas diffusion layer 42b can be suppressed as much as possible with a simple configuration and process. The same effects as those of the first embodiment are obtained.

図13は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池80の断面説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第4の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。   FIG. 13 is an explanatory cross-sectional view of a fuel cell 80 according to the third embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the fourth embodiment described below, detailed description thereof is omitted.

燃料電池80を構成する電解質膜・電極構造体82は、第1ガス拡散層40bの外周部及び第2ガス拡散層42bの外周部に、プレス加工により第1ガス不透過処理部40bs1及び第2ガス不透過処理部42bs1が形成される。第1ガス不透過処理部40bs1及び第2ガス不透過処理部42bs1は、固体高分子電解質膜38に当接する側が凹部を構成する。   The electrolyte membrane / electrode structure 82 constituting the fuel cell 80 is formed by pressing the first gas diffusion layer 40b and the second gas diffusion layer 42b on the outer periphery of the first gas diffusion layer 40b and the second gas diffusion layer 42b by pressing. A gas impermeability processing unit 42bs1 is formed. As for the 1st gas impermeable process part 40bs1 and the 2nd gas impermeable process part 42bs1, the side contact | abutted to the solid polymer electrolyte membrane 38 comprises a recessed part.

第1ガス不透過処理部40bs1及び第2ガス不透過処理部42bs1には、固体高分子電解質膜38に当接して第1ガス不透過シート44a1及び第2ガス不透過シート44b1が接合される。   The first gas impermeable sheet 44a1 and the second gas impermeable sheet 44b1 are joined to the first gas impermeable processing section 40bs1 and the second gas impermeable processing section 42bs1 in contact with the solid polymer electrolyte membrane 38.

このように構成される燃料電池80では、簡単な構成及び工程で、第1ガス拡散層40b及び第2ガス拡散層42bの外周部からのガス透過を可及的に抑制することが可能になる等、上記の第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。   In the fuel cell 80 configured as described above, gas permeation from the outer peripheral portions of the first gas diffusion layer 40b and the second gas diffusion layer 42b can be suppressed as much as possible with a simple configuration and process. The same effects as those of the first and second embodiments are obtained.

図14は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池90の断面説明図である。   FIG. 14 is an explanatory cross-sectional view of a fuel cell 90 according to the fourth embodiment of the present invention.

燃料電池90を構成する電解質膜・電極構造体92は、第1ガス拡散層40bの外周部及び第2ガス拡散層42bの外周部に、プレス加工により第1ガス不透過処理部40bs2及び第2ガス不透過処理部42bs2が形成される。第1ガス不透過処理部40bs2及び第2ガス不透過処理部42bs2は、固体高分子電解質膜38に当接する側とセパレータ側との両側に凹部が構成される。   The electrolyte membrane / electrode structure 92 constituting the fuel cell 90 is formed by pressing the first gas diffusion layer 40b and the second gas diffusion layer 42b on the outer periphery of the first gas diffusion layer 40b and the second gas diffusion layer 42b by pressing. A gas impermeability processing unit 42bs2 is formed. The first gas impermeable processing unit 40bs2 and the second gas impermeable processing unit 42bs2 have recesses on both sides of the solid polymer electrolyte membrane 38 and the separator side.

第1ガス不透過処理部40bs2の両側には、アノード側セパレータ14に当接する第1ガス不透過シート44a2及び固体高分子電解質膜38に当接する第1ガス不透過シート44a3が接合される。第2ガス不透過処理部42bs2の両側には、カソード側セパレータ16に当接する第2ガス不透過シート44b2及び固体高分子電解質膜38に当接する第2ガス不透過シート44b3が接合される。   A first gas impermeable sheet 44a2 that contacts the anode separator 14 and a first gas impermeable sheet 44a3 that contacts the solid polymer electrolyte membrane 38 are joined to both sides of the first gas impermeable processing section 40bs2. A second gas impermeable sheet 44b2 that contacts the cathode separator 16 and a second gas impermeable sheet 44b3 that contacts the solid polymer electrolyte membrane 38 are joined to both sides of the second gas impermeable processing section 42bs2.

このように構成される燃料電池90では、簡単な構成及び工程で、第1ガス拡散層40b及び第2ガス拡散層42bの外周部からのガス透過を可及的に抑制することが可能になる等、上記の第1〜第3の実施形態と同様の効果が得られる。なお、燃料電池80及び90は、第1の実施形態の製造方法で製造することができ、また、第2の実施形態の製造方法でも製造することが可能である。   In the fuel cell 90 configured as described above, gas permeation from the outer peripheral portions of the first gas diffusion layer 40b and the second gas diffusion layer 42b can be suppressed as much as possible with a simple configuration and process. The same effects as those of the first to third embodiments are obtained. The fuel cells 80 and 90 can be manufactured by the manufacturing method of the first embodiment, and can also be manufactured by the manufacturing method of the second embodiment.

10、80、90…燃料電池 12、82、92…電解質膜・電極構造体
14、16…セパレータ 18a…酸化剤ガス入口連通孔
18b…酸化剤ガス出口連通孔 20a…燃料ガス入口連通孔
20b…燃料ガス出口連通孔 22a…冷却媒体入口連通孔
22b…冷却媒体出口連通孔 24…燃料ガス流路
30…酸化剤ガス流路 32…冷却媒体流路
38…固体高分子電解質膜 40…アノード電極
40a、42a…電極触媒層 40b、42b…ガス拡散層
40bs、40bs1、40bs2、42bs、42bs1、42bs2…ガス不透過処理部
42…カソード電極
44a、44a1、44a2、44a3、44b、44b1、44b2、44b3…ガス不透過シート
50…導電性多孔質シート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 80, 90 ... Fuel cell 12, 82, 92 ... Electrolyte membrane and electrode structure 14, 16 ... Separator 18a ... Oxidant gas inlet communication hole 18b ... Oxidant gas outlet communication hole 20a ... Fuel gas inlet communication hole 20b ... Fuel gas outlet communication hole 22a ... Cooling medium inlet communication hole 22b ... Cooling medium outlet communication hole 24 ... Fuel gas flow path 30 ... Oxidant gas flow path 32 ... Cooling medium flow path 38 ... Solid polymer electrolyte membrane 40 ... Anode electrode 40a 42a ... Electrode catalyst layer 40b, 42b ... Gas diffusion layer 40bs, 40bs1, 40bs2, 42bs, 42bs1, 42bs2 ... Gas impervious treatment part 42 ... Cathode electrodes 44a, 44a1, 44a2, 44a3, 44b, 44b1, 44b2, 44b3 ... Gas impervious sheet 50 ... conductive porous sheet

Claims (6)

固体高分子電解質膜の両面に、電極触媒層及びガス拡散層を有する電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池であって、
前記ガス拡散層は、カーボン材料と非親水性樹脂とを含むペーストをシート状に形成した多孔質シートで構成されるとともに、
前記多孔質シートの外周部には、プレス加工により中央部よりも肉薄な薄肉部が形成され、前記薄肉部には、ガス不透過シートが接合されることを特徴とする燃料電池。
A fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes having an electrode catalyst layer and a gas diffusion layer are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and a separator are laminated,
The gas diffusion layer is composed of a porous sheet in which a paste containing a carbon material and a non-hydrophilic resin is formed into a sheet shape,
A fuel cell characterized in that a thin portion thinner than a central portion is formed on the outer peripheral portion of the porous sheet by pressing, and a gas-impermeable sheet is joined to the thin portion.
請求項1記載の燃料電池において、前記薄肉部には、少なくとも前記電極触媒層側の面又は前記セパレータ側の面のいずれか一方に前記ガス不透過シートが接合されることを特徴とする燃料電池。   2. The fuel cell according to claim 1, wherein the gas impermeable sheet is bonded to at least one of the surface on the electrode catalyst layer side and the surface on the separator side in the thin portion. . 固体高分子電解質膜の両面に、電極触媒層及びガス拡散層を有する電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層される燃料電池の製造方法であって、
カーボン材料と非親水性樹脂とを含むペーストをシート状に形成することにより、前記ガス拡散層である多孔質シートを形成する工程と、
前記多孔質シートの外周部に、中央部よりも肉薄な薄肉部を設けるとともに、前記薄肉部にガス不透過シートを接合する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。
An electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes having an electrode catalyst layer and a gas diffusion layer are provided on both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane, and a separator, and a fuel cell manufacturing method,
Forming a porous sheet as the gas diffusion layer by forming a paste containing a carbon material and a non-hydrophilic resin into a sheet shape;
A step of providing a thin portion thinner than the central portion on the outer peripheral portion of the porous sheet, and joining a gas-impermeable sheet to the thin portion;
A method for producing a fuel cell, comprising:
請求項3記載の製造方法において、前記多孔質シートの外周部に前記ガス不透過シートを配置した状態で、プレス処理を施すことにより、前記多孔質シートの外周部に前記薄肉部を設け、且つ、前記ガス不透過シートをプレス接合することを特徴とする燃料電池の製造方法。   The manufacturing method according to claim 3, wherein the thin-walled portion is provided on the outer peripheral portion of the porous sheet by performing a press treatment in a state where the gas-impermeable sheet is disposed on the outer peripheral portion of the porous sheet, and A method for producing a fuel cell, comprising press bonding the gas impermeable sheet. 請求項3記載の製造方法において、前記多孔質シートの外周部にプレス処理を施すことにより、前記薄肉部を設ける工程と、
前記薄肉部に前記ガス不透過シートを接合する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。
In the manufacturing method according to claim 3, the step of providing the thin-walled portion by performing a press treatment on the outer peripheral portion of the porous sheet;
Bonding the gas impermeable sheet to the thin portion;
A method for producing a fuel cell, comprising:
請求項3〜5のいずれか1項に記載の製造方法において、前記薄肉部には、少なくとも前記電極触媒層側の面又は前記セパレータ側の面のいずれか一方に前記ガス不透過シートが接合されることを特徴とする燃料電池の製造方法。   In the manufacturing method according to any one of claims 3 to 5, the gas impermeable sheet is bonded to at least one of the surface on the electrode catalyst layer side or the surface on the separator side in the thin portion. A method for producing a fuel cell.
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