JP2016126911A - Fuel battery single cell - Google Patents

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耕太郎 池田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery single cell in which adhesion strength between a film electrode assembly and a support frame can be enhanced while the uniformity of in-plane pressure of a gas diffusion layer is kept.SOLUTION: A fuel battery single cell 1 has a film electrode assembly 5 in which electrode catalyst layers 5c and 5a are formed at both the sides of an electrolyte membrane 5e respectively, a gas diffusion layer 3c disposed on one side surface of the film electrode assembly so that an outer peripheral edge portion 52e remains, a lower adhesion layer 10 which covers the outer peripheral edge portion and is formed of adhesive agent having an ultraviolet curable property, an upper adhesion layer 11 which is formed of adhesive agent having an ultraviolet curable property on the outer portion of the lower adhesive layer, a support frame 2 disposed on the upper contact layer, and a separator 4 which is fixed to the support frame at a peripheral edge portion thereof and contacts the gas diffusion layer at a center portion thereof. The gas diffusion layer contacts the film electrode assembly at the center portion, and is overlapped with the inner portion of the lower adhesive layer at the outer portion.SELECTED DRAWING: Figure 1

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).

特開2014−029834号公報JP 2014-029834 A

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 Patent Document 1, when the thickness of the adhesive layer is increased, the height from the membrane electrode assembly in the outer portion of the gas diffusion layer is equal to the thickness of the adhesive layer. It becomes larger than the height in the central part. In this state, when the separator comes into contact with the top surface of the gas diffusion layer, the in-plane pressure that the outer portion of the gas diffusion layer receives from the separator is higher than the in-plane pressure that the central portion of the gas diffusion layer receives from the separator. Thus, the in-plane pressure uniformity of the gas diffusion layer cannot be maintained. If this happens, a large load in the thickness direction acts on the membrane electrode assembly part under the outer part of the gas diffusion layer, and this membrane electrode assembly part is damaged, or the current is uniform over the entire surface of the membrane electrode assembly. There is a risk that it may become difficult to flow through. A technique capable of maintaining high adhesion strength between the membrane electrode assembly and the support frame while maintaining uniformity of the in-plane pressure of the gas diffusion layer is desired.

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.

燃料電池単セルを含む燃料電池スタックの構成例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the structural example of the fuel cell stack containing a fuel cell single cell. 図1の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 比較例の燃料電池スタックの構成例を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the structural example of the fuel cell stack of a comparative example. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell. 燃料電池単セルの製造方法の工程を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the process of the manufacturing method of a fuel cell single cell.

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 single fuel cell 1, and FIG. 2 is a partially enlarged view thereof. As shown in FIG. 1, the fuel cell stack A is formed by a stacked body in which a plurality of fuel cell single cells 1 are stacked in a compressed state in the thickness direction S of the fuel cell single cell 1. The single fuel cell 1 generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas. The electric power generated in the single fuel cell 1 is supplied to the fuel cell via a plurality of wires (not shown) extending from the terminal plates (not shown) arranged at both ends of the laminate to the outside of the fuel cell stack A. It is taken out of the stack A. The electric power taken out from the fuel cell stack A is supplied to, for example, an electric motor for driving an electric vehicle or a capacitor.

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 single fuel cell 1 includes a membrane electrode assembly 5. The membrane electrode assembly 5 includes an electrolyte membrane 5e, and a cathode electrode catalyst layer 5c and an anode electrode catalyst layer 5a formed on both sides of the electrolyte membrane 5e. The electrolyte membrane 5e, the cathode electrode catalyst layer 5c, and the anode electrode catalyst layer 5a have substantially the same size. When the cathode electrode catalyst layer 5c and the anode electrode catalyst layer 5a are arranged on both sides of the electrolyte membrane 5e to form the membrane electrode assembly 5, the electrolyte membrane 5e, the cathode electrode catalyst layer 5c, and the anode electrode catalyst layer 5a substantially overlap each other. . In another embodiment not shown, at least one of the cathode electrode catalyst layer 5c and the anode electrode catalyst layer 5a is smaller than the electrolyte membrane 5e.

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 electrolyte membrane 5e include a fluorine-based polymer membrane having ion conductivity such as perfluorosulfonic acid. Examples of the material for the cathode electrode catalyst layer 5c and the anode electrode catalyst layer 5a include catalyst-supported carbon that supports a catalyst such as platinum or a platinum alloy. In another embodiment, not shown, an ionomer of the same material as the electrolyte membrane is further added to the catalyst-supporting carbon.

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 gas diffusion layer 3 c is disposed on one side surface 52 of the membrane electrode assembly 5, that is, on the cathode electrode catalyst layer 5 c, whereby the gas diffusion layer 3 c is electrically connected to the membrane electrode assembly 5. Further, the gas diffusion layer 3 a is disposed on the other side surface 51 of the membrane electrode assembly 5, that is, on the anode electrode catalyst layer 5 a, whereby the gas diffusion layer 3 a is electrically connected to the membrane electrode assembly 5. The gas diffusion layer 3 c has a size slightly smaller than that of the membrane electrode assembly 5. When the gas diffusion layer 3c is disposed on the one side surface 52 of the membrane electrode assembly 5, the outer peripheral edge 52e of the one side surface 52 of the membrane electrode assembly 5 remains in a frame shape around the gas diffusion layer 3c. On the other hand, the gas diffusion layer 3 a has substantially the same size as the membrane electrode assembly 5. When the gas diffusion layer 3a is disposed on the other side surface 51 of the membrane electrode assembly 5, the membrane electrode assembly 5 and the gas diffusion layer 3a substantially overlap each other.

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 gas diffusion layer 3c and the gas diffusion layer 3a include conductive porous bodies, for example, carbon porous bodies such as carbon paper, carbon cloth, and glassy carbon, and metal porous bodies such as metal mesh and foam metal. Is mentioned. Since the gas diffusion layer 3a and the gas diffusion layer 3c are made of the above-described materials, they can be elastically deformed to some extent. In another embodiment, a material having high water repellency such as polytetrafluoroethylene is impregnated to such an extent that the porous body does not lose porosity. In yet another embodiment, a mixed layer of a highly water-repellent material and carbon particles is formed on one side of the porous body.

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 adhesive layer 10 is formed on the outer peripheral edge 52e. The lower adhesive layer 10 is formed in the same frame shape as the outer peripheral edge portion 52e, and the thickness thereof is d1. In the embodiment shown in FIG. 2, the lower adhesive layer 10 is formed on the entire surface of the outer peripheral edge 52e so that the outer peripheral edge 52e is not exposed. The lower adhesive layer 10 includes an outer portion 33 positioned on the outer side in the planar direction in the outer peripheral edge portion 52e, an inner portion 31 positioned on the inner side in the planar direction in the outer peripheral edge portion 52e, and the outer portion 33 and the inner portion 31. And an intermediate portion 32 therebetween. The inner portion 31 is interposed between the outer portion 3ce of the gas diffusion layer 3c and the membrane electrode assembly 5, and adheres the outer portion 3ce and the membrane electrode assembly 5. That is, the inner part 31 overlaps the outer part 3ce.

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 adhesive layer 11 is formed on the outer portion 33 of the lower adhesive layer 10. The upper adhesive layer 11 is formed in the same frame shape as the outer portion 33 of the lower adhesive layer 10 and has a thickness d2.

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 adhesive layer 10 and the upper adhesive layer 11 are formed of an adhesive having ultraviolet (UV) curability that is cured by ultraviolet rays. Examples of the UV curable adhesive include a UV curable adhesive using a radical polymerizable resin and a UV curable resin using a cationic polymerizable resin. In the embodiment shown in FIG. 2, a UV curable adhesive using a radical polymerizable resin is used as the lower adhesive layer 10. In another embodiment not shown, the lower adhesive layer 10 further includes an adhesive having thermosetting properties. In the embodiment shown in FIG. 2, a UV curable adhesive using a cationic polymerizable resin is used as the upper adhesive layer 11.

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 support frame 2 is disposed on the upper adhesive layer 11. The support frame 2 has a frame shape and supports the membrane electrode assembly 5 including the gas diffusion layers 3 c and 3 a on the outer periphery of the membrane electrode assembly 5. The inner portion 21 of the support frame 2 is bonded to the outer peripheral edge 52 e of the membrane electrode assembly 5 by the upper adhesive layer 11 and the lower adhesive layer 10. When the support frame 2 is bonded to the outer peripheral edge 52e, a gap G is formed between the inner end 21g of the support frame 2 and the outer end 3cg of the gas diffusion layer 3c. That is, the support frame 2 is disposed away from the gas diffusion layer 3c.

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 support frame 2 is formed of a material having electrical insulation and airtightness. Examples of the material of the support frame 2 include thermoplastic polypropylene, and further resins such as phenol resin, epoxy resin, polyethylene, and polyethylene terephthalate. The support frame 2 is formed so as to be able to transmit ultraviolet rays (eg, wavelength: 100 to 400 nm) used when the lower adhesive layer 10 and the upper adhesive layer 11 are cured.

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 membrane electrode assembly 5 including the gas diffusion layers 3 c and 3 a and the support frame 2, a pair of separators 4 sandwiching them, that is, a cathode separator 4 c and an anode separator 4 a are disposed.

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 cathode separator 4c is fixed to the outer portion 22 on one side of the support frame 2 with the peripheral adhesive layer 13, and the central portion 4cm inside the peripheral portion 4ce is in contact with the gas diffusion layer 3c. Thus, the cathode separator 4c is electrically connected to the gas diffusion layer 3c. In the embodiment shown in FIG. 2, the outer portion 4cme in the plane direction of the central portion 4cm is in contact with the outer portion 3ce. The peripheral adhesive layer 13 seals the cathode electrode side of the fuel cell single cell 1 from the outside. The central portion 4 cm of the cathode separator 4 c is provided with a plurality of grooves for the oxidant gas supply path, and a plurality of oxidants are formed by these grooves, the gas diffusion layer 3 c and the membrane electrode assembly 5 as shown in FIG. A gas supply path 8 is formed. The oxidant gas supplied from the plurality of oxidant gas supply paths 8 is supplied to the membrane electrode assembly 5 through the gas diffusion layer 3c.

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 anode separator 4a is bonded and fixed to the outer portion 22 on the other side of the support frame 2 with the peripheral adhesive layer 12, and the central portion 4am inside the peripheral portion 4ae is the gas diffusion layer 3a. Thus, the anode separator 4a is electrically connected to the gas diffusion layer 3a. In the embodiment shown in FIG. 2, the outer portion 4ame in the planar direction of the central portion 4am is in contact with the outer portion 3ae of the gas diffusion layer 3a facing the outer portion 3ce. The peripheral adhesive layer 12 seals the anode electrode side of the fuel cell single cell 1 from the outside. The central portion 4am of the anode separator 4a is provided with a plurality of grooves for fuel gas supply paths, and a plurality of fuel gas supplies are provided by the grooves, the gas diffusion layer 3a and the membrane electrode assembly 5 as shown in FIG. A path 9 is formed. The fuel gas supplied from the plurality of fuel gas supply paths 9 is supplied to the membrane electrode assembly 5 through the gas diffusion layer 3a.

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 single cells 1, the cathode separator 4 c of one fuel cell single cell 1 contacts the anode separator 4 a of the other fuel cell single cell 1. As a result, as shown in FIG. 1, a cooling medium supply path 7 sandwiched between two oxidant gas supply paths 8 and two fuel gas supply paths 9 is formed.

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 cathode separator 4c and the anode separator 4a are made of a conductive material that does not transmit an oxidant gas (example: air), a fuel gas (example: hydrogen gas), and a cooling medium (example: water). Examples of the material of the cathode separator 4c and the anode separator 4a include metals such as stainless steel and titanium, and carbon fiber / resin composite materials. The peripheral adhesive layers 12 and 13 are formed of an adhesive having ultraviolet (UV) curability that is cured by ultraviolet rays, particularly an adhesive that can adjust the curing time by changing the amount of UV light. As such an adhesive, a UV curable adhesive using a cationic polymerizable resin is exemplified.

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 adjacent fuel cell 1, as shown in FIG. 1, the other peripheral edge 4 ae of the anode separator 4 a of one fuel cell 1 and the other side of the cathode separator 4 c of the other fuel cell 1 The peripheral portion 4ce is in contact via the seal member 14. Examples of the material of the seal member 14 include an elastic member such as rubber.

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 adhesive layer 110 is increased in the single fuel cell of Patent Document 1. In order to protect the entire outer peripheral edge 152e of the membrane electrode assembly 105 so as to protect the entire outer peripheral edge 152e, the adhesive layer 110 is provided under the support frame 102 from the outer periphery of the gas diffusion layer 103c. It is formed up to the bottom of the portion 103ce. Further, in order to keep the adhesive strength between the membrane electrode assembly 105 and the support frame 102 high, the thickness of the adhesive layer 110 that bonds the membrane electrode assembly 105 and the support frame 102 is increased. However, in this case, since the thickness D of the adhesive layer 110 is too thick to be absorbed by elastic deformation in the thickness direction of the gas diffusion layer 103c, the height from the one side surface 152 of the outer portion 3ce of the gas diffusion layer 103c is It becomes higher by Δ than the height of the other part of the gas diffusion layer 103c. Then, the in-plane pressure that the outer peripheral edge portion 103ce receives from the separator (not shown) becomes higher than the in-plane pressure that the other portion receives from the separator, and the uniformity of the in-plane pressure of the gas diffusion layer 103c cannot be maintained. . As a result, a large load in the thickness direction acts on a portion below the outer peripheral edge portion 103ce of the membrane electrode assembly 105, the portion is damaged, or a current flows uniformly in the entire surface of the membrane electrode assembly 105. It may be difficult.

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 peripheral edge portion 52e, the lower adhesive layer 10 diffuses gas from below the support frame 2 so that the outer peripheral edge portion 52e can be reliably covered. It is formed under the outer portion 3ce of the layer 3c. At this time, even if the inner portion 31 and the outer portion 3ce of the lower adhesive layer 10 overlap, the thickness d1 of the inner portion 31 is very thin, so the outer portion 3ce is elastically deformed in the thickness direction and the inner portion 31 The thickness d1 can be absorbed. Accordingly, the height h1 from the one side surface 52 of the outer portion 3ce can be set to the same level as the height h2 of another portion, for example, the central portion. As a result, the in-plane pressure that the outer portion 3ce receives from the cathode separator 4c does not become higher than the in-plane pressure that the other portion of the gas diffusion layer 3c receives from the cathode separator 4c. Thereby, the uniformity of the in-plane pressure of the gas diffusion layer 3c can be maintained. Further, the oxidant gas supply path 8 defined by the cathode separator 4c on the gas diffusion layer 3c may be blocked at a raised portion, or may be fluffed at a raised portion of the fiber forming the gas diffusion layer 3c. Absent. On the other hand, the upper adhesive layer 11 and the outer portion 33 of the lower adhesive layer 10 adhere the support frame 2 and the membrane electrode assembly 5. Therefore, the upper adhesive layer 11 and the outer portion 33 can be regarded as an adhesive layer that bonds the support frame 2 and the membrane electrode assembly 5 together. Here, the thickness D of the adhesive layer is the sum (d2 + d1) of the thicknesses of the upper adhesive layer 11 and the outer portion 33. Therefore, by increasing the thickness d2 of the upper adhesive layer 11, the thickness D of the adhesive layer can be increased, and thereby the adhesive strength between the membrane electrode assembly 5 and the support frame 2 can be kept high. From the above, it is possible to increase the thickness D of the adhesive layer that bonds the membrane electrode assembly 5 and the support frame 2 while keeping the thickness d1 of the outer portion 33 thin, and thereby the surface of the gas diffusion layer 3c. The adhesive strength between the membrane electrode assembly 5 and the support frame 2 can be kept high while maintaining the uniformity of the internal pressure.

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 outer portion 33 and the upper adhesive layer 11 may serve as a seal that prevents the cathode electrode side oxidant gas from entering the anode electrode side and the anode electrode side fuel gas from entering the cathode electrode side. It is functioning. In this case, even if the thickness d1 of the outer portion 33 is thin, the distance D between the support frame 2 and the membrane / electrode assembly 5 is adjusted by adjusting the thickness d2 of the upper adhesive layer 11 while maintaining the adhesive strength high. Can be adjusted to a size suitable for. Thereby, the outer portion 33 and the upper adhesive layer 11 can function well as a seal.

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 adhesive layer 110 is a single layer. In this case, in order to keep the adhesive strength high, that is, to secure the thickness of the adhesive layer, a means of putting beads in the adhesive can be considered. However, the adhesive containing beads is difficult to handle because there is a problem that beads may settle in the container during use and the applied adhesive may cause unevenness of the beads. In addition, putting beads in the adhesive causes a cost increase. In addition, when a beaded adhesive is used, it is not easy to make the inner portion 131 of the adhesive layer 110 below the gas diffusion layer 103c thin.

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 upper adhesive layer 11 is laminated on the lower adhesive layer 10 in order to ensure the thickness of the adhesive layer. Since the thickness of the adhesive layer is secured by the lamination of the upper adhesive layer 11, it is not necessary to put beads in the adhesive. Thereby, it is possible to solve the problem of unevenness and cost that may occur with the adhesive containing beads. Further, the inner portion 31 of the lower adhesive layer 10 can be easily made thin by forming only the lower adhesive layer 10 without using beads.

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 adhesive layer 10 and the upper adhesive layer 11 use UV-curing adhesive, it is not necessary to set the adhesive at a high temperature for curing. Therefore, in the lower adhesive layer 10, damage or peeling of the lower adhesive layer 10 or the membrane electrode assembly 5 due to a difference in linear expansion coefficient between the lower adhesive layer 10 and the membrane electrode assembly 5 can be suppressed at the time of curing. . Further, the upper adhesive layer 11 can suppress damage or peeling of the upper adhesive layer 11, the support frame 2, or the lower adhesive layer 10 due to the difference in linear expansion coefficient between the upper adhesive layer 11 and the support frame 2 during curing. Moreover, since the upper adhesive layer 11 uses a UV curable adhesive using a cationic polymerizable resin, the curing time can be adjusted by changing the amount of UV light. That is, the curing time can be shortened by increasing the UV light amount, and the curing time can be lengthened by decreasing the UV light amount. Therefore, at the time of manufacturing the fuel cell stack A, the curing time can be adjusted according to the process, and the degree of freedom of the manufacturing process can be increased. For example, by increasing the amount of UV light, the upper adhesive layer 11 can be cured in a short time, and the support frame 2 and the lower adhesive layer 10 can be quickly bonded.

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 peripheral edge 52e of the gap G between the support frame 2 and the gas diffusion layer 3c is protected by the intermediate portion 32 and is not exposed to the outside, the membrane electrode assembly 5 of the outer peripheral edge 52e is deteriorated or the like. You can prevent tearing. In another embodiment (not shown), the support frame 2 and the gas diffusion layer 3c are brought close to each other, and the intermediate portion 32 of the lower adhesive layer 10 is not substantially provided.

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 adhesive layer 10 and the upper adhesive layer 11, in addition to the UV curable adhesive, a thermoplastic adhesive (eg, adhesive polyethylene) that adheres at a low temperature, or a thermosetting that cures at a low temperature. An adhesive (example: acrylic resin) can also be considered. However, an adhesive having thermoplasticity that adheres at a low temperature decreases the adhesive strength at a high temperature, and therefore cannot be used for a vehicle fuel cell unit cell that requires high-temperature operation. In addition, with thermosetting adhesives that cure at low temperatures, poor handling properties that can not be controlled at room temperature, low productivity due to long curing time, low acid resistance in the case of acrylic resin, etc. Therefore, it is difficult to use the fuel cell unit cell for a vehicle.

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 single cell 1.

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 membrane electrode assembly 5 in which the gas diffusion layer 3a is disposed on the other side surface 51 and the one side surface 52 is exposed is prepared. The gas diffusion layer 3a and the membrane electrode assembly 5 are bonded in advance by being heated and compressed by, for example, a hot press process.

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 adhesive layer 10 having ultraviolet curability is formed on the outer peripheral edge 52e. The lower adhesive layer 10 is formed of, for example, a UV curable adhesive using a radical polymerizable resin. As a method of forming the lower adhesive layer 10, a method of applying a UV curable adhesive on the outer peripheral edge 52e by screen printing is used. The thickness at the time of application is a thickness at which the thickness becomes approximately d1 after UV curing.

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 adhesive layer 10 is irradiated with ultraviolet rays UV. As a result, the lower adhesive layer 10 is cured and bonded to the outer peripheral edge portion 52e to protect the outer peripheral edge portion 52e. At this time, the adhesive force (TAC force) remains in the lower adhesive layer 10.

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 gas diffusion layer 3 c is disposed on the membrane electrode assembly 5 so that the outer portion 3 ce overlaps the inner portion of the lower adhesive layer 10 in the planar direction. At this time, the outer portion 3ce and the membrane electrode assembly 5 are bonded together by the adhesive force of the inner portion 31. Here, a portion of the lower adhesive layer 10 that overlaps the outer portion 3ce becomes an inner portion 31 of the lower adhesive layer 10. Further, the outer portion of the lower adhesive layer 10 in the planar direction is the outer portion 33, and the intermediate portion 32 is between the inner portion 31 and the outer portion. Further, since the inner portion 31 is thin, the outer portion 3ce does not rise so as to be held by the upper portion of the inner portion 31.

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 upper adhesive layer 11 is formed on the inner portion 21 on one side of the support frame 2, and the peripheral adhesive layer 12 is formed on the outer portion 22. The upper adhesive layer 11 and the peripheral adhesive layer 12 are formed of a UV curable adhesive using a cationic polymerizable resin. As a method for forming the upper adhesive layer 11 and the peripheral adhesive layer 12, a method of applying a UV curable adhesive on the inner part 21 and the outer part 22 by screen printing, respectively, is used. The thickness at the time of application is set so that the thickness becomes approximately d2 after the upper adhesive layer 11 is disposed on the outer portion 33 and UV-cured.

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 support frame 2 is disposed on the lower adhesive layer 10 so that the upper adhesive layer 11 is in contact with the outer portion 33.

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 upper adhesive layer 11 is irradiated with ultraviolet rays UV. Since the support frame 2 is capable of transmitting UV light, the upper adhesive layer 11 is thereby cured and adhered to the inner part 21 on one side and to the outer part 33 on the other side, and thus the support frame. 2 is adhered to the membrane electrode assembly 5. Thereby, the membrane electrode assembly 5, the gas diffusion layer 3c, the gas diffusion layer 3a, and the support frame 2 are integrated. At this time, the peripheral adhesive layer 12 is prevented from being irradiated with ultraviolet rays UV.

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 adhesive layer 13 is formed on the peripheral portion 4ce on one side of the cathode separator 4c. The peripheral adhesive layer 13 is formed of a UV curable adhesive using a cationic polymerizable resin. As a method of forming the peripheral adhesive layer 13, a method of applying a UV curable adhesive on the peripheral part 4ce by screen printing is used.

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 adhesive layer 13 is irradiated with ultraviolet rays UV. At this time, the curing time is delayed by adjusting the UV light amount of the ultraviolet UV so that the peripheral adhesive layer 13 is cured after the cathode separator 4c is disposed on the support frame 2.

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 adhesive layer 12 is irradiated with ultraviolet rays UV. At this time, the curing time is delayed by adjusting the UV light amount of the ultraviolet UV so that the peripheral adhesive layer 12 is cured after the anode separator 4a is disposed on the support frame 2.

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 adhesive layer 13 contacts the outer portion 22 on one side of the support frame 2, and the peripheral portion 4 ae contacts the peripheral adhesive layer 12 on the outer portion 22 on the other side of the support frame 2. In this way, the membrane electrode assembly 5 and the support frame 2 are sandwiched between the pair of cathode separator 4c and anode separator 4a. However, the clamping is finished before the curing time of the peripheral adhesive layers 13 and 12. Thereafter, the peripheral adhesive layers 13 and 12 are cured, so that the membrane electrode assembly 5, the gas diffusion layer 3c, the support frame 2, the cathode separator 4c, and the anode separator 4a are integrated.

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 single cell 1 is formed by the above steps.

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 adhesive layer 12 is not formed on the outer portion 22 in the step of FIG. 8, and the peripheral adhesive layer 12 is formed on the outer portion 22 before the ultraviolet ray UV is irradiated in the step of FIG. 13. .

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 adhesive layer 12 together with the upper adhesive layer 11 in the step of FIG. 10, and the step of FIG. 13 is omitted. However, the amount of ultraviolet UV irradiated to the peripheral adhesive layer 12 is made smaller than the amount of ultraviolet UV irradiated to the upper adhesive layer 11, and the curing time of the peripheral adhesive layer 12 is delayed.

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 adhesive layer 10 together with the upper adhesive layer 11 in the process of FIG. 10, and the process of FIG. 6 is omitted. However, the lower adhesive layer 10 further has thermosetting properties, and in the step of FIG. 7, the gas diffusion layer 3c is bonded to the membrane electrode assembly 5 by hot pressing, and the inner portion 31 of the lower adhesive layer 10 is thermoset. Let

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 (gas diffusion layer 3c side) of the membrane electrode assembly 5 is the cathode electrode side surface, and the other side surface 51 (gas diffusion layer 3a side) is the anode electrode side surface. In another embodiment, one side surface of the membrane electrode assembly 5 is the anode electrode side surface, and the other side surface is the cathode electrode side surface.

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 SYMBOLS 1 Fuel cell single cell 2 Support frame 3c Gas diffusion layer 5 Membrane electrode assembly 5a, 5c Electrocatalyst layer 5e Electrolyte membrane 10 Lower adhesive layer 11 Upper adhesive layer 52e Outer peripheral edge

Claims (1)

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、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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