JP2016126911A - Fuel battery single cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池単セルに関する。 The present invention relates to a fuel cell single cell.
電解質膜の両側に電極触媒層がそれぞれ形成された膜電極接合体と、膜電極接合体の一側面上に外周縁部が残るように配置されたガス拡散層と、外周縁部を覆い、熱可塑性を有する接着剤で形成された接着層と、接着層上に配置された支持フレームと、周縁部分において支持フレームに固定され、中心部分においてガス拡散層に当接するセパレータと、を備え、ガス拡散層は、中心部分において膜電極接合体と重なり、外側部分において接着層の内側部分と重なる、燃料電池単セルが知られている(例えば特許文献1参照)。 A membrane electrode assembly in which electrode catalyst layers are formed on both sides of the electrolyte membrane, a gas diffusion layer disposed so that the outer peripheral edge remains on one side surface of the membrane electrode assembly, and the outer peripheral edge Gas diffusion comprising: an adhesive layer formed of an adhesive having plasticity; a support frame disposed on the adhesive layer; and a separator fixed to the support frame at a peripheral portion and contacting the gas diffusion layer at a central portion. A fuel cell single cell is known in which the layer overlaps with the membrane electrode assembly at the central portion and overlaps with the inner portion of the adhesive layer at the outer portion (see, for example, Patent Document 1).
燃料電池単セルの膜電極接合体と支持フレームとの接着では、接着強度を高く保つためには、接着層の厚みを厚くすることが必要である。しかし、特許文献1の燃料電池単セルでは、接着層の厚みを厚くすると、ガス拡散層の外側部分における膜電極接合体からの高さは、接着層の厚さの分だけ、ガス拡散層の中心部分における高さよりも大きくなる。この状態で、ガス拡散層の頂面にセパレータが当接されると、ガス拡散層の外側部分がセパレータから受ける面内圧力が、ガス拡散層の中心部分がセパレータから受ける面内圧力よりも高くなり、ガス拡散層の面内圧力の均一性が保てなくなる。そうなると、ガス拡散層の外側部分下の膜電極接合体部分に厚さ方向の大きな荷重が作用して、この膜電極接合体部分が破損したり、膜電極接合体の面内全体に電流が均一に流れ難くなったりするなどのおそれがある。ガス拡散層の面内圧力の均一性を保ちつつ、膜電極接合体と支持フレームとの接着強度を高く保つことが可能な技術が望まれる。
In the adhesion between the membrane electrode assembly of the single fuel cell and the support frame, it is necessary to increase the thickness of the adhesive layer in order to keep the adhesive strength high. However, in the fuel cell single cell of
本発明によれば、電解質膜の両側に電極触媒層がそれぞれ形成された膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一側面上に外周縁部が残るように配置されたガス拡散層と、前記外周縁部を覆い、紫外線硬化性を有する接着剤で形成された下側接着層と、前記下側接着層の外側部分上に、紫外線硬化性を有する接着剤で形成された上側接着層と、前記上側接着層上に配置された支持フレームと、周縁部分において前記支持フレームに固定され、中心部分において前記ガス拡散層に当接するセパレータと、を備え、前記ガス拡散層は、前記ガス拡散層は、中心部分において前記膜電極接合体と重なり、外側部分において前記下側接着層の内側部分と重なる、燃料電池単セルが提供される。 According to the present invention, a membrane electrode assembly in which electrode catalyst layers are formed on both sides of the electrolyte membrane, a gas diffusion layer disposed so that an outer peripheral edge portion remains on one side surface of the membrane electrode assembly, A lower adhesive layer that covers the outer peripheral edge and is formed of an ultraviolet curable adhesive; and an upper adhesive layer that is formed of an ultraviolet curable adhesive on an outer portion of the lower adhesive layer; A support frame disposed on the upper adhesive layer, and a separator fixed to the support frame at a peripheral portion and abutting against the gas diffusion layer at a central portion, wherein the gas diffusion layer includes the gas diffusion layer Is provided with a fuel cell single cell that overlaps with the membrane electrode assembly in the central portion and overlaps with the inner portion of the lower adhesive layer in the outer portion.
ガス拡散層の面内圧力の均一性を保ちつつ、膜電極接合体と支持フレームとの接着強度を高く保つことができる。 The adhesion strength between the membrane electrode assembly and the support frame can be kept high while maintaining the uniformity of the in-plane pressure of the gas diffusion layer.
図1は燃料電池単セル1を含む燃料電池スタックAの構成例を示す部分断面図であり、図2はその部分拡大図である。図1に示すように、燃料電池スタックAは、複数の燃料電池単セル1が燃料電池単セル1の厚み方向Sに圧縮状態で積層された積層体により形成される。燃料電池単セル1は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する。燃料電池単セル1で発生された電力は、積層体の両端に配置されたターミナルプレート(図示せず)から燃料電池スタックAの外部に到る複数の配線(図示せず)を介して燃料電池スタックAの外部に取り出される。燃料電池スタックAから取り出された電力は例えば電動車両の駆動用電気モータ又は蓄電器に供給される。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a configuration example of a fuel cell stack A including a
燃料電池単セル1は、膜電極接合体5を備えている。膜電極接合体5は、電解質膜5eと、電解質膜5eの両側に形成されたカソード電極触媒層5c及びアノード電極触媒層5aとを備えている。電解質膜5e、カソード電極触媒層5c及びアノード電極触媒層5aはほぼ同じ大きさを有する。電解質膜5eの両側にカソード電極触媒層5c及びアノード電極触媒層5aが配置されて膜電極接合体5が形成されたとき、電解質膜5e、カソード電極触媒層5c及びアノード電極触媒層5aはほぼ重なる。図示しない別の実施例では、カソード電極触媒層5c及びアノード電極触媒層5aの少なくとも一方が電解質膜5eよりも小さい。
The
電解質膜5eの材料としては、例えばパーフルオロスルホン酸のようなイオン伝導性を有するフッ素系の高分子膜が挙げられる。カソード電極触媒層5c及びアノード電極触媒層5aの材料としては、例えば白金又は白金合金のような触媒を担持した触媒担持カーボンが挙げられる。図示しない別の実施例では、触媒担持カーボンに電解質膜と同様の材料のアイオノマーが更に加えられる。
Examples of the material for the
膜電極接合体5の一側面52上、すなわちカソード電極触媒層5c上にはガス拡散層3cが配置され、それによりガス拡散層3cが膜電極接合体5に電気的に接続される。また、膜電極接合体5の他側面51上、すなわちアノード電極触媒層5a上にはガス拡散層3aが配置され、それによりガス拡散層3aが膜電極接合体5に電気的に接続される。ガス拡散層3cは膜電極接合体5よりも一回り小さい大きさを有する。膜電極接合体5の一側面52上にガス拡散層3cが配置されたとき、ガス拡散層3cの周囲に、膜電極接合体5の一側面52の外周縁部52eが枠状に残る。一方、ガス拡散層3aは膜電極接合体5とほぼ同じ大きさを有する。膜電極接合体5の他側面51上にガス拡散層3aが配置されたとき、膜電極接合体5とガス拡散層3aとはほぼ重なる。
The
ガス拡散層3c及びガス拡散層3aの材料としては、導電性を有する多孔体、例えばカーボンペーパー、カーボンクロス、ガラス状カーボンのようなカーボン多孔体や、金属メッシュ、発泡金属のような金属多孔体が挙げられる。ガス拡散層3a及びガス拡散層3cは、上記の各材料で形成されることからある程度の弾性変形が可能である。別の実施例では、ポリテトラフルオロエチレンのような撥水性の強い材料が上記多孔体に多孔性が失われない程度に含浸される。更に別の実施例では、撥水性の強い材料とカーボン粒子との混合層が上記多孔体の一側面に形成される。
Examples of the material for the
外周縁部52e上には下側接着層10が形成されている。下側接着層10は、外周縁部52eと同様の枠状に形成され、その厚みはd1である。図2に示す実施例では、外周縁部52eが露出しないように下側接着層10は外周縁部52eの全面に形成される。下側接着層10は、外周縁部52eのうち平面方向の外側に位置する外側部分33と、外周縁部52eのうち平面方向の内側に位置する内側部分31と、外側部分33と内側部分31との間の中間部分32とを有している。内側部分31はガス拡散層3cの外側部分3ceと膜電極接合体5との間に介在し、外側部分3ceと膜電極接合体5とを接着している。すなわち内側部分31は外側部分3ceと重なっている。
A lower
下側接着層10の外側部分33上には上側接着層11が形成されている。上側接着層11は、下側接着層10の外側部分33と同様の枠状に形成され、その厚みはd2である。
An upper
下側接着層10及び上側接着層11は、紫外線で硬化する紫外線(UV)硬化性を有する接着剤で形成される。UV硬化性を有する接着剤としては、例えばラジカル重合性樹脂を用いたUV硬化型接着剤や、カチオン重合性樹脂を用いたUV硬化性樹脂が挙げられる。図2に示す実施例では、下側接着層10としてはラジカル重合性樹脂を用いたUV硬化型接着剤を用いている。図示しない別の実施例では、下側接着層10は、更に熱硬化性を有する接着剤を含んでいる。また、図2に示す実施例では、上側接着層11としては、カチオン重合性樹脂を用いたUV硬化型接着剤を用いている。
The lower
上側接着層11上には支持フレーム2が配置されている。支持フレーム2は、枠形状を有し、ガス拡散層3c、3aを備える膜電極接合体5を膜電極接合体5の外周において支持している。支持フレーム2の内側部分21は、上側接着層11及び下側接着層10により、膜電極接合体5の外周縁部52eに接着している。支持フレーム2が外周縁部52eと接着したとき、支持フレーム2の内側端部21gとガス拡散層3cの外側端部3cgとの間に隙間Gが形成される。すなわち、支持フレーム2は、ガス拡散層3cと離間して配置されている。
The
支持フレーム2は電気絶縁性及び気密性を有する材料で形成される。支持フレーム2の材料としては、例えば熱可塑性のポリプロピレンが挙げられ、更にフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラートのような樹脂が挙げられる。支持フレーム2は、下側接着層10や上側接着層11の硬化のときに用いられる紫外線(例示:波長100〜400nm)が透過可能に形成される。
The
ガス拡散層3c、3aを備える膜電極接合体5と支持フレーム2の両側には、それらを挟持する一対のセパレータ4、すなわちカソードセパレータ4c及びアノードセパレータ4aが配置されている。
On both sides of the
カソードセパレータ4cの一側の周縁部分4ceは支持フレーム2の一側の外側部分22に周縁接着層13で接着されて固定され、周縁部分4ceよりも内側の中央部分4cmはガス拡散層3cに当接し、それによりカソードセパレータ4cはガス拡散層3cに電気的に接続される。図2に示す実施例では、中央部分4cmの平面方向の外側部分4cmeは外側部分3ceに当接している。周縁接着層13は、燃料電池単セル1のカソード極側を外部からシールする。カソードセパレータ4cの中央部分4cmには、酸化剤ガス供給路用の複数の溝が設けられ、それらの溝とガス拡散層3c及び膜電極接合体5とにより図1に示すように複数の酸化剤ガス供給路8が形成される。複数の酸化剤ガス供給路8から供給される酸化剤ガスがガス拡散層3cを介して膜電極接合体5へ供給される。
The peripheral portion 4ce on one side of the
一方、アノードセパレータ4aの一側の周縁部分4aeは支持フレーム2の他側の外側部分22に周縁接着層12で接着されて固定され、周縁部分4aeよりも内側の中央部分4amはガス拡散層3aに当接し、それによりアノードセパレータ4aはガス拡散層3aに電気的に接続される。図2に示す実施例では、中央部分4amの平面方向の外側部分4ameは外側部分3ceに対向するガス拡散層3aの外側部分3aeに当接している。周縁接着層12は、燃料電池単セル1のアノード極側を外部からシールする。アノードセパレータ4aの中央部分4amには、燃料ガス供給路用の複数の溝が設けられ、それらの溝とガス拡散層3a及び膜電極接合体5とにより図1に示すように複数の燃料ガス供給路9が形成される。複数の燃料ガス供給路9から供給される燃料ガスがガス拡散層3aを介して膜電極接合体5へ供給される。
On the other hand, the peripheral portion 4ae on one side of the
隣り合う二つの燃料電池単セル1では、一方の燃料電池単セル1のカソードセパレータ4cと他方の燃料電池単セル1のアノードセパレータ4aとが当接する。その結果、図1に示すように、二つの酸化剤ガス供給路8と二つの燃料ガス供給路9とに挟まれた冷却媒体供給路7が形成される。
In two adjacent fuel cell
カソードセパレータ4c及びアノードセパレータ4aは、酸化剤ガス(例示:空気)、燃料ガス(例示:水素ガス)、冷却媒体(例示:水)を透過させず、導電性を有する材料で形成される。カソードセパレータ4c及びアノードセパレータ4aの材料としては、例えばステンレスやチタンのような金属や炭素繊維/樹脂複合材が挙げられる。また、周縁接着層12、13は、紫外線で硬化する紫外線(UV)硬化性を有する接着剤、特にUV光量を変化させることで、硬化時間を調整できる接着剤で形成される。そのような接着剤としては、カチオン重合性樹脂を用いたUV硬化型接着剤が例示される。
The
隣接する燃料電池単セル1では、図1に示すように、一方の燃料電池単セル1のアノードセパレータ4aの他側の周縁部分4aeと、他方の燃料電池単セル1のカソードセパレータ4cの他側の周縁部分4ceとがシール部材14を介して接している。シール部材14の材料としてはゴムのような弾性部材が挙げられる。
In the
図3は、特許文献1の燃料電池単セルにおいて接着層110の厚みを厚くした比較例を示している。膜電極接合体105の外周縁部152eの全面を保護するために、外周縁部152eを確実に覆うことができるように、接着層110は、支持フレーム102の下からガス拡散層103cの外周縁部103ceの下まで形成される。また、膜電極接合体105と支持フレーム102との接着強度を高く保つために、膜電極接合体105と支持フレーム102とを接着する接着層110の厚みが厚くされる。しかし、この場合、接着層110の厚みDが厚過ぎて、ガス拡散層103cの厚み方向の弾性変形では吸収しきれないため、ガス拡散層103cの外側部分3ceの一側面152からの高さがガス拡散層103cの他の部分の高さよりもΔだけ高くなる。そうなると、外周縁部103ceがセパレータ(図示されず)から受ける面内圧力が、他の部分がセパレータから受ける面内圧力よりも高くなり、ガス拡散層103cの面内圧力の均一性が保てなくなる。その結果、膜電極接合体105の外周縁部103ce下の部分に厚さ方向の大きな荷重が作用して、この部分が破損したり、膜電極接合体105の面内全体に電流が均一に流れ難くなったりするおそれがある。
FIG. 3 shows a comparative example in which the thickness of the
そこで図2に示す実施例では、外周縁部52eの全面を保護するために、外周縁部52eを確実に覆うことができるように、下側接着層10は、支持フレーム2の下からガス拡散層3cの外側部分3ceの下まで形成される。このとき、下側接着層10の内側部分31と外側部分3ceとが重なっても、内側部分31の厚みd1は非常に薄いので、外側部分3ceは厚さ方向に弾性変形して内側部分31の厚みd1を吸収できる。それにより、外側部分3ceの一側面52からの高さh1を他の部分、例えば中央部分の高さh2と同程度とすることができる。その結果、外側部分3ceがカソードセパレータ4cから受ける面内圧力が、ガス拡散層3cの他の部分がカソードセパレータ4cから受ける面内圧力よりも高くなることはない。それにより、ガス拡散層3cの面内圧力の均一性を保つことができる。また、ガス拡散層3c上のカソードセパレータ4cで画定される酸化剤ガス供給路8が盛り上がった部分で閉塞されたり、ガス拡散層3cを形成している繊維が盛り上がった部分で毛羽立ったりすることがない。一方、上側接着層11と下側接着層10の外側部分33とは支持フレーム2と膜電極接合体5とを接着している。したがって、上側接着層11と外側部分33とは、支持フレーム2と膜電極接合体5とを接着する接着層と見ることができる。ここで、その接着層の厚みDは上側接着層11及び外側部分33の厚みの和(d2+d1)である。よって、上側接着層11の厚みd2を厚くすることで、その接着層の厚みDを厚くでき、それにより膜電極接合体5と支持フレーム2との接着強度を高く保つことができる。以上のことから、外側部分33の厚みd1を薄く維持したまま、膜電極接合体5と支持フレーム2とを接着する接着層の厚みDを厚くすることができ、それによりガス拡散層3cの面内圧力の均一性を保ちつつ、膜電極接合体5と支持フレーム2との接着強度を高く保つことができる。
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 2, in order to protect the entire outer
また、外側部分33及び上側接着層11は、カソード極側の酸化剤ガスがアノード極側へ進入することや、アノード極側の燃料ガスがカソード極側へ進入することなどを防止するシールとしても機能している。この場合、外側部分33の厚みd1が薄くても、上側接着層11の厚みd2を調整することで、支持フレーム2と膜電極接合体5との距離Dを、接着強度を高く保ちつつ、シールに適した大きさに調整することができる。それにより、外側部分33及び上側接着層11をシールとして良好に機能させることができる。
Further, the
また、図3に示す比較例では、接着層110が一層である。この場合、接着強度を高く保つため、すなわち接着層の厚みを確保するために、接着剤にビーズを入れるという手段が考え得る。しかし、ビーズ入りの接着剤は、使用中にビーズが容器に沈降してしまい塗布された接着剤にビーズのムラができるおそれがあるなどの問題があり、取り扱いが難しい。加えて、接着剤にビーズを入れることはコストの増加の要因になる。また、ビーズ入り接着剤を用いると、ガス拡散層103c下の接着層110の内側部分131を薄くすることは容易ではない。
In the comparative example shown in FIG. 3, the
しかし、図2に示す実施例では、接着層の厚みを確保するために、下側接着層10に上側接着層11が積層されている。上側接着層11の積層で接着層の厚みが確保されるため、接着剤にビーズを入れる必要が無くなる。それにより、ビーズ入りの接着剤で起こり得るムラの問題やコストの問題を解決できる。また、下側接着層10の内側部分31は、ビーズを用いず、下側接着層10だけで形成することで、容易に薄くすることができる。
However, in the embodiment shown in FIG. 2, the
また、図2に示す実施例では、下側接着層10及び上側接着層11はUV硬化性を有する接着剤を用いているので、硬化のために接着剤を高温にする必要がない。したがって、下側接着層10では、硬化時に、下側接着層10と膜電極接合体5との線膨張係数の相違による下側接着層10や膜電極接合体5の破損や剥離などを抑制できる。また、上側接着層11では、硬化時に、上側接着層11と支持フレーム2との線膨張係数の相違による上側接着層11や支持フレーム2や下側接着層10の破損や剥離などを抑制できる。また、上側接着層11では、カチオン重合性樹脂を用いたUV硬化型接着剤を用いているので、UV光量を変化させることで硬化時間を調整できる。すなわち、UV光量を大きくすることで硬化時間を短くでき、UV光量を小さくすることで硬化時間を長くすることができる。したがって、燃料電池スタックAの製造時に、工程に応じて硬化時間を調整でき、製造工程の自由度を高めることができる。例えば、UV光量を大きくすることで、上側接着層11を短時間に硬化させて、支持フレーム2と下側接着層10とを迅速に接着できる。
In the embodiment shown in FIG. 2, since the lower
また、支持フレーム2とガス拡散層3cとの間の隙間Gの外周縁部52eが中間部分32で保護され、外部へ露出されなくなるため、外周縁部52eの膜電極接合体5が劣化等で裂ける事態を防止できる。なお、図示しない別の実施例では、支持フレーム2とガス拡散層3cとを近接させ、下側接着層10の中間部分32を実質的に設けない。
Further, since the outer
なお、下側接着層10や上側接着層11としては、UV硬化型接着剤以外に低温で接着する熱可塑性を有する接着剤(例示:接着性ポリエチレン)や、低温で硬化する熱硬化性を有する接着剤(例示:アクリル樹脂)も考え得る。しかし、低温で接着する熱可塑性を有する接着剤では、高温で接着強度が落ちるため、高温運転を必要とする車両用の燃料電池単セルには使用できない。また、低温で硬化する熱硬化性を有する接着剤では、常温管理ができないという取り扱い性の悪さ、硬化時間が長いことによる生産性の低さ、アクリル樹脂の場合には耐酸性の低さ、などの問題があり、車両用の燃料電池単セルに使用することは困難である。
In addition, as the lower
次に、燃料電池単セルの製造方法について説明する。図4〜図14は、燃料電池単セル1の製造方法の各工程を示す部分断面図である。
Next, the manufacturing method of a fuel cell single cell is demonstrated. 4 to 14 are partial cross-sectional views showing the respective steps of the method for manufacturing the fuel cell
まず、図4に示すように、他側面51上にガス拡散層3aが配置され、一側面52が露出された膜電極接合体5を準備する。ガス拡散層3aと膜電極接合体5とは、例えばホットプレス工程により加熱・圧縮されて予め接合されている。
First, as shown in FIG. 4, a
次に、図5に示すように、外周縁部52e上に、紫外線硬化性を有する下側接着層10を形成する。下側接着層10は、例えばラジカル重合性樹脂を用いたUV硬化型接着剤で形成される。下側接着層10の形成方法としては、スクリーン印刷でUV硬化型接着剤を外周縁部52e上に塗布する方法が用いられる。塗布するときの厚みは、UV硬化後に厚みが概ねd1になる厚みとする。
Next, as shown in FIG. 5, the lower
続いて、図6に示すように、下側接着層10へ紫外線UVを照射する。これにより、下側接着層10が硬化して、外周縁部52eに接着し、外周縁部52eを保護する。このとき、下側接着層10には粘着力(TAC力)が残っている。
Subsequently, as shown in FIG. 6, the lower
次に、図7に示すように、下側接着層10の平面方向の内側部分に外側部分3ceが重なるように膜電極接合体5上にガス拡散層3cを配置する。このとき、内側部分31の粘着力により、外側部分3ceと膜電極接合体5とが接着される。ここで、下側接着層10のうち、外側部分3ceに重なった部分が下側接着層10の内側部分31となる。また、下側接着層10の平面方向の外側部分が外側部分33となり、内側部分31と外側部分との間が中間部分32となる。また、内側部分31は薄いため、外側部分3ceは内側部分31の上部に担がれるように盛り上がった状態になることはない。
Next, as shown in FIG. 7, the
続いて、図8に示すように、支持フレーム2の一側の内側部分21に上側接着層11を形成し、外側部分22に周縁接着層12を形成する。上側接着層11及び周縁接着層12は、カチオン重合性樹脂を用いたUV硬化型接着剤で形成される。上側接着層11及び周縁接着層12の形成方法としては、スクリーン印刷でUV硬化型接着剤をそれぞれ内側部分21及び外側部分22上に塗布する方法が用いられる。塗布するときの厚みは、上側接着層11が外側部分33上に配置されUV硬化された後に厚みが概ねd2になる厚みとする。
Subsequently, as shown in FIG. 8, the
続いて、図9に示すように、上側接着層11が外側部分33上に接するように、支持フレーム2を下側接着層10上に配置する。
Subsequently, as shown in FIG. 9, the
続いて、図10に示すように、上側接着層11へ紫外線UVを照射する。支持フレーム2はUV光が透過可能であるため、これにより上側接着層11が硬化して、一側で内側部分21に接着されると共に、他側で外側部分33に接着されて、したがって支持フレーム2が膜電極接合体5に接着される。それにより、膜電極接合体5、ガス拡散層3c、ガス拡散層3a及び支持フレーム2が一体化される。なお、このとき、周縁接着層12には紫外線UVが照射されないようにする。
Subsequently, as shown in FIG. 10, the
続いて、図11に示すように、カソードセパレータ4cの一側の周縁部分4ceに周縁接着層13を形成する。周縁接着層13は、カチオン重合性樹脂を用いたUV硬化型接着剤で形成される。周縁接着層13の形成方法としては、スクリーン印刷でUV硬化型接着剤を周縁部分4ce上に塗布する方法が用いられる。
Subsequently, as shown in FIG. 11, the peripheral
続いて、図12に示すように、周縁接着層13へ紫外線UVを照射する。このとき、カソードセパレータ4cが支持フレーム2上に配置された後に周縁接着層13が硬化するように、紫外線UVのUV光量を調整して、硬化時間を遅くする。
Subsequently, as shown in FIG. 12, the peripheral
続いて、図13に示すように、周縁接着層12へ紫外線UVを照射する。このとき、アノードセパレータ4aが支持フレーム2上に配置された後に周縁接着層12が硬化するように、紫外線UVのUV光量を調整して、硬化時間を遅くする。
Subsequently, as shown in FIG. 13, the peripheral
続いて、図14に示すように、周縁接着層13が支持フレーム2の一側の外側部分22に接し、周縁部分4aeが支持フレーム2の他側の外側部分22上の周縁接着層12に接するようにして、一対のカソードセパレータ4c及びアノードセパレータ4aで膜電極接合体5と支持フレーム2とを挟持する。ただし、周縁接着層13、12の硬化時間よりも前に挟持を終了する。その後、周縁接着層13、12が硬化することにより、膜電極接合体5、ガス拡散層3c、支持フレーム2、カソードセパレータ4c及びアノードセパレータ4aが一体化される。
Next, as shown in FIG. 14, the peripheral
以上の工程により、燃料電池単セル1が形成される。
The fuel cell
図示しない別の実施例では、図8の工程において外側部分22に周縁接着層12が形成されず、図13の工程において紫外線UVを照射する前に外側部分22に周縁接着層12が形成される。
In another embodiment (not shown), the peripheral
図示しない更に別の実施例では、図10の工程において上側接着層11と共に周縁接着層12に紫外線UVが照射され、図13の工程は省略される。ただし、周縁接着層12に照射される紫外線UVの光量は上側接着層11に照射される紫外線UVの光量よりも少なくされて、周縁接着層12の硬化時間が遅くされる。
In still another embodiment (not shown), ultraviolet rays UV are irradiated on the peripheral
図示しない更に別の実施例では、図10の工程において上側接着層11と共に下側接着層10に紫外線UVが照射され、図6の工程は省略される。ただし、下側接着層10は熱硬化性を更に有し、図7の工程においてホットプレスでガス拡散層3cを膜電極接合体5に結合させ、下側接着層10の内側部分31を熱硬化させる。
In still another embodiment (not shown), the UV adhesive UV is irradiated on the lower
図示しない更に別の実施例では、図5の工程、図8の工程及び図11の工程の少なくとも一つは、接着剤の塗布にディスペンサが用いられる。 In yet another embodiment, not shown, at least one of the steps of FIG. 5, FIG. 8, and FIG. 11 uses a dispenser to apply the adhesive.
なお、上記実施例では、膜電極接合体5の一側面52(ガス拡散層3cの側)はカソード極側面であり、他側面51(ガス拡散層3aの側)はアノード極側面である。他の実施例では、膜電極接合体5の一側面はアノード極側面であり、他側面はカソード極側面である。
In the above embodiment, one side surface 52 (
1 燃料電池単セル
2 支持フレーム
3c ガス拡散層
5 膜電極接合体
5a、5c 電極触媒層
5e 電解質膜
10 下側接着層
11 上側接着層
52e 外周縁部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記膜電極接合体の一側面上に外周縁部が残るように配置されたガス拡散層と、
前記外周縁部を覆い、紫外線硬化性を有する接着剤で形成された下側接着層と、
前記下側接着層の外側部分上に、紫外線硬化性を有する接着剤で形成された上側接着層と、
前記上側接着層上に配置された支持フレームと、
周縁部分において前記支持フレームに固定され、中心部分において前記ガス拡散層に当接するセパレータと、
を備え、
前記ガス拡散層は、中心部分において前記膜電極接合体に接し、外側部分において前記下側接着層の内側部分と重なる、
燃料電池単セル。 A membrane electrode assembly in which electrode catalyst layers are respectively formed on both sides of the electrolyte membrane;
A gas diffusion layer disposed so that an outer peripheral edge portion remains on one side surface of the membrane electrode assembly;
A lower adhesive layer covering the outer peripheral edge and formed of an adhesive having ultraviolet curing properties;
On the outer part of the lower adhesive layer, an upper adhesive layer formed of an adhesive having ultraviolet curing properties,
A support frame disposed on the upper adhesive layer;
A separator fixed to the support frame at a peripheral portion and abutting the gas diffusion layer at a central portion;
With
The gas diffusion layer is in contact with the membrane electrode assembly at a central portion and overlaps with an inner portion of the lower adhesive layer at an outer portion.
Fuel cell single cell.
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