JP2016091936A - Method for manufacturing resin frame-attached electrolyte membrane-electrode structure for fuel battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体高分子電解質膜を一対の電極で挟んだMEAと、前記MEAの外周を周回して前記MEAに設けられる樹脂枠部材とを備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, comprising: an MEA having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a pair of electrodes; and a resin frame member provided on the MEA around the outer periphery of the MEA. It relates to the manufacturing method.
一般的に、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。燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。アノード電極及びカソード電極は、それぞれ触媒層(電極触媒層)とガス拡散層(多孔質カーボン)とを有している。 In general, a polymer electrolyte fuel cell employs a polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. The fuel cell includes an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which an anode electrode is disposed on one of the solid polymer electrolyte membranes and a cathode electrode is disposed on the other of the solid polymer electrolyte membranes. The anode electrode and the cathode electrode each have a catalyst layer (electrode catalyst layer) and a gas diffusion layer (porous carbon).
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、燃料電池が構成されている。この燃料電池は、所定の数だけ積層することにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして使用されている。 The electrolyte membrane / electrode structure is sandwiched between separators (bipolar plates) to constitute a fuel cell. This fuel cell is used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack by stacking a predetermined number of fuel cells.
電解質膜・電極構造体では、比較的高価な固体高分子電解質膜の使用量を削減させるとともに、薄膜状で強度が低い前記固体高分子電解質膜を保護するために、樹脂枠部材を組み込んだ樹脂枠付きMEAが採用されている。 In the electrolyte membrane / electrode structure, a resin frame member is incorporated in order to reduce the amount of a relatively expensive solid polymer electrolyte membrane used and to protect the solid polymer electrolyte membrane having a thin film shape and low strength. A framed MEA is employed.
樹脂枠付きMEAとして、例えば、特許文献1に開示されている電解質膜−電極接合体が知られている。この電解質膜−電極接合体では、図13に示すように、膜1の一方の面には、前記膜1と同一の外形寸法を有するアノード触媒層2aとアノードガス拡散層2bとが配置されている。膜1の他方の面には、前記膜1よりも小さな外形寸法を有するカソード触媒層3aとカソードガス拡散層3bとが配置されている。これによって、段差MEA4が構成されている。
As an MEA with a resin frame, for example, an electrolyte membrane-electrode assembly disclosed in
アノードガス拡散層2bは、カソードガス拡散層3bよりも大きな面積に設定されており、前記カソードガス拡散層3b側の膜1の外周部とガスケット構造体5とは、接着部位6を介して接合されている。
The anode
ところで、上記の特許文献1では、カソードガス拡散層3b側の膜1の外周縁部(平面)とガスケット構造体5の内周薄肉部5aの平面とが、額縁平面形状の接着部位6を介して接合されている。
By the way, in the above-mentioned
しかしながら、段差MEA4とガスケット構造体5との接着工程において、接着部位6に接着剤が過剰に塗布されたり、接合荷重がばらついたりすると、前記接着部位6から前記接着剤がはみ出すおそれがある。
However, in the bonding step between the step MEA 4 and the
しかも、接着後にアノードガス拡散層2bやカソードガス拡散層3bに樹脂含浸等の加熱工程を行う際に、溶融した樹脂が接着部位6から漏れ出してしまい、接着剤が溶融するという問題がある。また、加熱工程において、伝熱により接着部位6の接着剤が溶融されてしまう可能性がある。
Moreover, when the anode
本発明は、この種の問題を解決するものであり、簡単な工程で、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを強固且つ良好に接合することが可能な燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体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 can provide an electrolyte membrane with a fuel frame for a fuel cell capable of firmly and satisfactorily joining an electrolyte membrane / electrode structure and a resin frame member with a simple process. -It aims at providing the manufacturing method of an electrode structure.
本発明に係る製造方法が適用される燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体は、固体高分子電解質膜の両面に電極が設けられる電解質膜・電極構造体と、前記固体高分子電解質膜の外周を周回して前記電解質膜・電極構造体に設けられる樹脂枠部材とを備えている。 An electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell to which the production method according to the present invention is applied includes an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes are provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, and the solid polymer electrolyte membrane. And a resin frame member provided on the electrolyte membrane / electrode structure.
この製造方法は、電解質膜・電極構造体の樹脂枠接合部位に第1フィルム部材を設ける工程と、前記樹脂枠部材のMEA接合部位に第2フィルム部材を設ける工程とを有している。この製造方法は、さらに第1フィルム部材及び第2フィルム部材を一体に溶着させる工程を有している。 This manufacturing method includes a step of providing a first film member at a resin frame joining portion of an electrolyte membrane / electrode structure, and a step of providing a second film member at an MEA joining portion of the resin frame member. The manufacturing method further includes a step of integrally welding the first film member and the second film member.
また、この製造方法は、第1フィルム部材及び第2フィルム部材の接合部位を覆って第3フィルム部材を一体に溶着させる工程を有することが好ましい。 Moreover, it is preferable that this manufacturing method has the process of covering the joining site | part of a 1st film member and a 2nd film member, and welding a 3rd film member integrally.
さらに、この製造方法では、第3フィルム部材は、第1フィルム部材又は第2フィルム部材と一体に設けられることが好ましい。 Furthermore, in this manufacturing method, the third film member is preferably provided integrally with the first film member or the second film member.
さらにまた、この製造方法では、電解質膜・電極構造体は、一方の電極の平面寸法が、他方の電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定される段差MEAであることが好ましい。 Furthermore, in this manufacturing method, the electrolyte membrane / electrode structure is preferably a step MEA in which the planar dimension of one electrode is set to be larger than the planar dimension of the other electrode.
本発明によれば、電解質膜・電極構造体の樹脂枠接合部位に設けられた第1フィルム部材と、樹脂枠部材のMEA接合部位に設けられた第2フィルム部材とが、一体に溶着されている。このため、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材との接合は、第1フィルム部材及び第2フィルム部材同士を溶着させるだけでよく、接着剤等に比べて作業の簡素化が容易に図られる。従って、簡単な工程で、電解質膜・電極構造体と樹脂枠部材とを強固且つ良好に接合することが可能になる。 According to the present invention, the first film member provided at the resin frame joint portion of the electrolyte membrane / electrode structure and the second film member provided at the MEA joint portion of the resin frame member are integrally welded. Yes. For this reason, it is only necessary to weld the first film member and the second film member to each other to join the electrolyte membrane / electrode structure and the resin frame member, and the work can be simplified more easily than an adhesive or the like. . Therefore, it is possible to join the electrolyte membrane / electrode structure and the resin frame member firmly and satisfactorily by a simple process.
図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る製造方法により製造される樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、横長(又は縦長)の長方形状を有し、固体高分子型燃料電池12に組み込まれる。複数の燃料電池12は、例えば、矢印A方向(水平方向)又は矢印C方向(重力方向)に積層されて燃料電池スタックが構成される。燃料電池スタックは、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池電気自動車(図示せず)に搭載される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the electrolyte membrane /
燃料電池12は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10を第1セパレータ14及び第2セパレータ16で挟持する。第1セパレータ14及び第2セパレータ16は、横長(又は縦長)の長方形状を有する。第1セパレータ14及び第2セパレータ16は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板や、カーボン部材等で構成される。
In the
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、図1〜図3に示すように、段差MEAである電解質膜・電極構造体10aを備える。電解質膜・電極構造体10aは、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(陽イオン交換膜)18と、前記固体高分子電解質膜18を挟持するアノード電極20及びカソード電極22とを有する。固体高分子電解質膜18は、フッ素系電解質の他、HC(炭化水素)系電解質を使用してもよい。
As shown in FIGS. 1 to 3, the resin membrane-attached electrolyte membrane /
カソード電極22は、固体高分子電解質膜18及びアノード電極20よりも小さな平面寸法(外形寸法)を有する。なお、上記の構成に代えて、アノード電極20は、固体高分子電解質膜18及びカソード電極22よりも小さな平面寸法を有するように構成してもよい。また、段差MEAに代えて、固体高分子電解質膜18、アノード電極20及びカソード電極22は、全て同一の平面寸法に設定されてもよい。
The
アノード電極20は、固体高分子電解質膜18の一方の面18aに接合される第1電極触媒層20aと、前記第1電極触媒層20aに積層される第1ガス拡散層20bとを設ける。第1電極触媒層20a及び第1ガス拡散層20bは、同一の平面寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜18と同一(又は同一未満)の平面寸法に設定される。第1ガス拡散層20bの外周縁部には、枠形状に周回して薄肉状の凹部20brが形成される。
The
カソード電極22は、固体高分子電解質膜18の面18bに接合される第2電極触媒層22aと、前記第2電極触媒層22aに積層される第2ガス拡散層22bとを設ける。第2電極触媒層22a及び第2ガス拡散層22bは、同一の平面寸法を有するとともに、固体高分子電解質膜18の平面寸法よりも小さな平面寸法に設定される。なお、第2電極触媒層22aと第2ガス拡散層22bとは、互いに異なる平面寸法に設定されてもよい。
The
第1電極触媒層20aは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が第1ガス拡散層20bの表面に一様に塗布されて形成される。第2電極触媒層22aは、例えば、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が第2ガス拡散層22bの表面に一様に塗布されて形成される。第1ガス拡散層20b及び第2ガス拡散層22bは、カーボンペーパ、カーボンクロス等からなるとともに、前記第2ガス拡散層22bの平面寸法は、前記第1ガス拡散層20bの平面寸法よりも小さく設定される。第1電極触媒層20a及び第2電極触媒層22aは、固体高分子電解質膜18の両面に形成される。
The first
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、固体高分子電解質膜18の外周を周回するとともに、アノード電極20及びカソード電極22に接合される樹脂枠部材24を備える。樹脂枠部材24は、例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PPA(ポリフタルアミド)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルサルフォン)、LCP(リキッドクリスタルポリマー)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、シリコーンゴム、フッ素ゴム、EPDM(エチレンプロピレンゴム)又はm−PPE(変性ポリフェニレンエーテル樹脂)等で構成される。樹脂枠部材24は、さらにPET(ポリエチレンテレフタレート)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)又は変性ポリオレフィン等で構成される。
The resin membrane-attached electrolyte membrane /
図1〜図4に示すように、樹脂枠部材24は、枠形状の厚肉部24aを有する。樹脂枠部材24は、図2〜図4に示すように、厚肉部24aの内周に内周基端部24sを介してカソード電極22側に膨出する薄肉状に形成された内側膨出部24bを有する。内側膨出部24bは、内周基端部24sから内方に所定の長さを有して延在し、固体高分子電解質膜18の外周縁部(カソード電極22の外周から外方に露呈する膜部分)18beを覆って配置される。
As shown in FIGS. 1-4, the
厚肉部24aの内周部には、内周基端部24sに連なって薄肉状の凹部24rが枠形状を有して形成される。厚肉部24aの凹部24rと第1ガス拡散層20bの凹部20brとは、同一の深さdを有し且つ互いに連通し全体として所定の幅寸法S1を有する枠状凹部を構成する(図3参照)。
A thin-walled
図2及び図3に示すように、電解質膜・電極構造体10aの外周部と樹脂枠部材24の内周部とは、フィルム接合部26により接合される。フィルム接合部26は、電解質膜・電極構造体10aに設けられる樹脂製第1フィルム部材28、樹脂枠部材24に設けられる樹脂製第2フィルム部材30、及び樹脂製第3フィルム部材32を備える。
As shown in FIGS. 2 and 3, the outer peripheral part of the electrolyte membrane /
第1フィルム部材28は、電解質膜・電極構造体10aの外周部、すなわち、カソード電極22の先端に接合される内側端部28aを有する。第1フィルム部材28は、内側端部28aから90゜だけ屈曲し、固体高分子電解質膜18の外周縁部18beに接合される平坦部28bを有する。第1フィルム部材28は、平坦部28bから90゜だけ屈曲し、固体高分子電解質膜18及びアノード電極20の先端に接合される外側端部28cを有する。内側端部28a、平坦部28b及び外側端部28cは、一体成形されるとともに、断面略Z字状を有する。
The
第2フィルム部材30は、樹脂枠部材24の内側膨出部24bに接合される平坦部30aと、前記平坦部30aから90゜だけ屈曲し、内周基端部24sに接合される外側端部30bとを有する。第3フィルム部材32は、第2フィルム部材30に一体成形され、凹部20brに配置される平坦部32aと、凹部24rに配置される平坦部32bとを有する。
The
図1に示すように、燃料電池12の矢印B方向(図1中、水平方向)の一端縁部には、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34a、冷却媒体入口連通孔36a及び燃料ガス出口連通孔38bが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔34aは、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給する一方、冷却媒体入口連通孔36aは、冷却媒体を供給する。燃料ガス出口連通孔38b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34a、冷却媒体入口連通孔36a及び燃料ガス出口連通孔38bは、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。
As shown in FIG. 1, one end edge of the
燃料電池12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燃料ガス入口連通孔38a、冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔36b、及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔34bが設けられる。燃料ガス入口連通孔38a、冷却媒体出口連通孔36b及び酸化剤ガス出口連通孔34bは、矢印C方向に配列して設けられる。
The other end edge of the
第2セパレータ16の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10に向かう面16aには、酸化剤ガス入口連通孔34aと酸化剤ガス出口連通孔34bとに連通する酸化剤ガス流路40が設けられる。酸化剤ガス流路40は、酸化剤ガスを矢印B方向に流通させる。
An oxidant
第1セパレータ14の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10に向かう面14aには、燃料ガス入口連通孔38aと燃料ガス出口連通孔38bとに連通する燃料ガス流路42が形成される。燃料ガス流路42は、燃料ガスを矢印B方向に流通させる。互いに隣接する第1セパレータ14の面14bと第2セパレータ16の面16bとの間には、冷却媒体入口連通孔36aと冷却媒体出口連通孔36bとに連通する冷却媒体流路44が形成される。冷却媒体流路44は、冷却媒体を矢印B方向に流通させる。
A
図1及び図2に示すように、第1セパレータ14の面14a、14bには、この第1セパレータ14の外周端部を周回して、第1シール部材46が一体化される。第2セパレータ16の面16a、16bには、この第2セパレータ16の外周端部を周回して、第2シール部材48が一体化される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図2に示すように、第1シール部材46は、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10を構成する樹脂枠部材24に当接する第1凸状シール46aと、第2セパレータ16の第2シール部材48に当接する第2凸状シール46bとを有する。第2シール部材48は、第2凸状シール46bに当接する面がセパレータ面に沿って平面状に延在する平面シールを構成する。なお、第2凸状シール46bに代えて、第2シール部材48に凸状シール(図示せず)を設けてもよい。
As shown in FIG. 2, the
第1シール部材46及び第2シール部材48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
次いで、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10を製造する第1の製法方法について、以下に説明する。
Next, a first manufacturing method for manufacturing the electrolyte membrane /
先ず、段差MEAである電解質膜・電極構造体10aが作製される一方、樹脂枠部材24は、金型(図示せず)を用いて射出成形される。図4に示すように、樹脂枠部材24は、厚肉部24aと肉薄形状の内側膨出部24bとを一体に有する。厚肉部24aの内周部には、凹部24rが設けられる。電解質膜・電極構造体10aでは、凹部24rに連通する凹部20brが第1ガス拡散層20bの外周縁部に形成される。
First, the electrolyte membrane /
次に、図5に示すように、電解質膜・電極構造体10aの樹脂枠接合部位には、第1フィルム部材28が、例えば、接着されて一体化される。第1フィルム部材28は、断面略Z字状を有し、内側端部28aと平坦部28bと外側端部28cは、カソード電極22の先端と固体高分子電解質膜18の外周縁部18beと前記固体高分子電解質膜18及びアノード電極20の先端に接着される。
Next, as shown in FIG. 5, the
一方、樹脂枠部材24のMEA接合部位には、第2フィルム部材30が、例えば、溶着されて一体化される。第2フィルム部材30は、第3フィルム部材32を一体に設けるとともに、断面略L字状を有する。第2フィルム部材30の平坦部30aと外側端部30bは、樹脂枠部材24の内側膨出部24bと内周基端部24sに溶着される。第3フィルム部材32は、平坦部32a、32b同士が重なり合って外側端部30bに沿って直線状に延在する。具体的には、第3フィルム部材32は、切れ目32kが所定の長さに亘って形成されることにより、平坦部32a、32bが設けられる。
On the other hand, the
そして、電解質膜・電極構造体10aの外周部と樹脂枠部材24の内周部とが、位置合わせされる。具体的には、図6に示すように、第1フィルム部材28の平坦部28bに第2フィルム部材30の平坦部30aが重ねられるとともに、前記第1フィルム部材28の内側端部28aが前記平坦部30aの端面に当接する。さらに、第1フィルム部材28の外側端部28cが第2フィルム部材30の外側端部30bの内面に当接する。この状態で、第1フィルム部材28と第2フィルム部材30とは、溶着されることにより一体化される。
Then, the outer peripheral part of the electrolyte membrane /
次いで、図7に示すように、第3フィルム部材32では、切れ目32kに沿って分離させることにより、平坦部32a、32bが互いに離間する方向に屈曲される。平坦部32aは、第1ガス拡散層20bの凹部20brに配置される一方、平坦部32bは、樹脂枠部材24の凹部24rに配置される。平坦部32a、32bは、第1フィルム部材28及び第2フィルム部材30の接合部位を覆って一体に溶着される。なお、平坦部32a、32bの厚さは、凹部20br、24rの深さと同一寸法に設定されることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 7, in the
従って、樹脂枠部材24と電解質膜・電極構造体10aとは、フィルム接合部26により一体に接合され、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10が製造される。
Therefore, the
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、図2に示すように、第1セパレータ14及び第2セパレータ16により挟持される。第2セパレータ16は、樹脂枠部材24の内側膨出部24bに当接し、第1セパレータ14とともに樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10に荷重を付与する。さらに、燃料電池12は、所定数だけ積層されて燃料電池スタックが構成されるとともに、図示しないエンドプレート間に締め付け荷重が付与される。
As shown in FIG. 2, the resin membrane-attached electrolyte membrane /
このように構成される燃料電池12の動作について、以下に説明する。
The operation of the
先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔34aには、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38aには、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36aには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。
First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas
このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔34aから第2セパレータ16の酸化剤ガス流路40に導入され、矢印B方向に移動して電解質膜・電極構造体10aのカソード電極22に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔38aから第1セパレータ14の燃料ガス流路42に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路42に沿って矢印B方向に移動し、電解質膜・電極構造体10aのアノード電極20に供給される。
For this reason, the oxidant gas is introduced into the oxidant
従って、各電解質膜・電極構造体10aでは、カソード電極22に供給される酸化剤ガスと、アノード電極20に供給される燃料ガスとが、第2電極触媒層22a及び第1電極触媒層20a内で電気化学反応により消費されて、発電が行われる。
Therefore, in each electrolyte membrane /
次いで、カソード電極22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34bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、アノード電極20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38bに沿って矢印A方向に排出される。
Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the
また、冷却媒体入口連通孔36aに供給された冷却媒体は、第1セパレータ14と第2セパレータ16との間の冷却媒体流路44に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体10aを冷却した後、冷却媒体出口連通孔36bから排出される。
The cooling medium supplied to the cooling medium
この場合、第1の実施形態では、図2及び図3に示すように、電解質膜・電極構造体10aに設けられた第1フィルム部材28と、樹脂枠部材24に設けられた第2フィルム部材30とが、一体に溶着されている。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the
このため、電解質膜・電極構造体10aと樹脂枠部材24との接合は、第1フィルム部材28及び第2フィルム部材30同士を溶着させるだけでよく、接着剤等に比べて作業の簡素化が容易に図られる。従って、簡単な工程で、電解質膜・電極構造体10aと樹脂枠部材24とを強固且つ良好に接合することが可能になり、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10を効率的に製造することができるという効果が得られる。
For this reason, the joining of the electrolyte membrane /
図8は、本発明の第2の実施形態に係る製造方法により製造される樹脂枠付き電解質膜・電極構造体50の要部断面説明図である。なお、第1の実施形態に係る樹脂枠付き電解質膜・電極構造体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3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. 8 is an explanatory cross-sectional view of a main part of an electrolyte membrane /
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体50は、フィルム接合部52を備えるとともに、前記フィルム接合部52は、第2フィルム部材30に代えて第2フィルム部材54を有する。第2フィルム部材54は、2枚のフィルム54a、54bを備え、前記フィルム54a、54b同士を所定の長さまで接合させており、互いに離間した部分を第3フィルム部材32として構成する。樹脂枠付き電解質膜・電極構造体50は、第1の製造方法と同様に製造される。
The resin membrane-attached electrolyte membrane /
このように構成される第2の実施形態では、電解質膜・電極構造体10aに設けられた第1フィルム部材28と、樹脂枠部材24に設けられた第2フィルム部材54とが、一体に溶着されている。しかも、第2フィルム部材54には、先端側を離間させることにより、第3フィルム部材32が設けられている。従って、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体50を効率的に製造することができる等、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。
In the second embodiment configured as described above, the
図9は、本発明の第3の実施形態に係る製造方法により製造される樹脂枠付き電解質膜・電極構造体60の要部断面説明図である。
FIG. 9 is an explanatory cross-sectional view of a main part of an electrolyte membrane /
樹脂枠付き電解質膜・電極構造体60は、フィルム接合部62を備えるとともに、前記フィルム接合部62は、第1フィルム部材28、第2フィルム部材64及び第3フィルム部材66をそれぞれ個別に有する。第2フィルム部材64は、断面略L字状を有し、第3フィルム部材66は、断面I字状の額縁形状を有する。
The resin membrane-attached electrolyte membrane /
次いで、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体60を製造する第3の製法方法について、以下に説明する。
Next, a third manufacturing method for manufacturing the electrolyte membrane /
図10に示すように、電解質膜・電極構造体10aの樹脂枠接合部位には、第1フィルム部材28が、例えば、接着される。一方、樹脂枠部材24のMEA接合部位には、第2フィルム部材64が、例えば、溶着される。
As shown in FIG. 10, the
そして、図11に示すように、第1フィルム部材28に第2フィルム部材64が重ねられるとともに、前記第1フィルム部材28と前記第2フィルム部材64とは、溶着されることにより一体化される。
And as shown in FIG. 11, while the
次に、第3フィルム部材66が、第1ガス拡散層20bの凹部20brと樹脂枠部材24の凹部24rとに一体に配置される。図12に示すように、第3フィルム部材66は、第1フィルム部材28及び第2フィルム部材64の接合部位を覆って一体に溶着される。従って、樹脂枠部材24と電解質膜・電極構造体10aとは、フィルム接合部62により一体に接合され、樹脂枠付き電解質膜・電極構造体60が製造される。
Next, the
これにより、第3の実施形態では、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。 Thereby, in 3rd Embodiment, the effect similar to said 1st and 2nd embodiment is acquired.
なお、第1〜第3の実施形態では、燃料電池12は、1枚のMEAを一対のセパレータにより挟持して構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、第1セパレータ、第1MEA、第2セパレータ、第2MEA及び第3セパレータの順に積層された発電ユニットを有し、各発電ユニット間に冷却媒体流路が形成される、所謂、間引き冷却構造の燃料電池を採用してもよい。
In the first to third embodiments, the
10、50、60…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体
10a…電解質膜・電極構造体 12…燃料電池
14、16…セパレータ 18…固体高分子電解質膜
20…アノード電極 20a、22a…電極触媒層
20b、22b…ガス拡散層 20br、24r…凹部
22…カソード電極 24…樹脂枠部材
24a…厚肉部 24b…内側膨出部
24s…内周基端部 26、52、62…フィルム接合部
28、30、32、54、64、66…フィルム部材
34a…酸化剤ガス入口連通孔 34b…酸化剤ガス出口連通孔
36a…冷却媒体入口連通孔 36b…冷却媒体出口連通孔
38a…燃料ガス入口連通孔 38b…燃料ガス出口連通孔
40…酸化剤ガス流路 42…燃料ガス流路
44…冷却媒体流路 46、48…シール部材
54a、54b…フィルム
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記固体高分子電解質膜の外周を周回して前記電解質膜・電極構造体に設けられる樹脂枠部材と、
を備える燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法であって、
前記電解質膜・電極構造体の樹脂枠接合部位に第1フィルム部材を設ける工程と、
前記樹脂枠部材のMEA接合部位に第2フィルム部材を設ける工程と、
前記第1フィルム部材及び前記第2フィルム部材を一体に溶着させる工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法。 An electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes are provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane;
A resin frame member provided around the electrolyte membrane / electrode structure around the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane;
A method for producing an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, comprising:
Providing a first film member at a resin frame joining portion of the electrolyte membrane / electrode structure;
Providing a second film member at the MEA bonding site of the resin frame member;
A step of integrally welding the first film member and the second film member;
A method for producing an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, comprising:
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