JP2017004607A - Manufacturing method of electrolyte membrane electrode structure with resin frame 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第1電極及び第2電極で挟んだ段差MEAと、前記段差MEAの外周を周回す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: a step MEA having a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a first electrode and a second electrode; and a resin frame member that goes around the outer periphery of the step 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の面にアノード電極が、前記固体高分子電解質膜の他方の面にカソード電極が、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 surface of a solid polymer electrolyte membrane and a cathode electrode is disposed on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane. Yes. 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、発電セル(単位燃料電池)が構成されている。この発電セルは、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 form a power generation cell (unit fuel cell). This power generation cell is used as, for example, an in-vehicle fuel cell stack by stacking a predetermined number.
電解質膜・電極構造体では、一方のガス拡散層が固体高分子電解質膜よりも小さな平面寸法に設定されるとともに、他方のガス拡散層が前記固体高分子電解質膜と略同一の平面寸法に設定される、所謂、段差MEAを構成する場合がある。その際、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, one gas diffusion layer is set to a plane size smaller than that of the solid polymer electrolyte membrane, and the other gas diffusion layer is set to substantially the same plane size as the solid polymer electrolyte membrane. The so-called step MEA may be configured. At that time, in order to reduce the amount of the relatively expensive solid polymer electrolyte membrane used and to protect the solid polymer electrolyte membrane having a thin film shape and low strength, an MEA with a resin frame incorporating a resin frame member is adopted. Has been.
樹脂枠付きMEAとして、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池スタックが知られている。この燃料電池スタックでは、樹脂枠部材は、第2電極よりも平面寸法の小さな第1電極の外周側に突出して固体高分子電解質膜の外周縁部に当接する内周端部を有している。そして、内周端部は、固体高分子電解質膜と第1電極の外周部との境界部位に配置されるとともに、接着剤層を介して前記固体高分子電解質膜の外周縁部に接合されている。 As a MEA with a resin frame, for example, a fuel cell stack disclosed in Patent Document 1 is known. In this fuel cell stack, the resin frame member has an inner peripheral end that protrudes to the outer peripheral side of the first electrode having a smaller planar dimension than the second electrode and contacts the outer peripheral edge of the solid polymer electrolyte membrane. . The inner peripheral edge is disposed at a boundary portion between the solid polymer electrolyte membrane and the outer periphery of the first electrode, and is joined to the outer peripheral edge of the solid polymer electrolyte membrane via an adhesive layer. Yes.
ところで、上記の接着剤層として、例えば、ホットメルト接着剤等の固形接着剤の他、液状接着剤が用いられている。その際、液状接着剤は、硬化させるために加熱を必要とする場合がある。しかしながら、特にMEAは、吸湿し易い部材であるため、熱が付与されると、水分が蒸発してその水分や水蒸気が接着剤に浸入するおそれがある。これにより、接着剤の内部にボイド(気孔)が発生して空間が惹起されてしまい、接着剤層全体としての接着強度が低下するという問題がある。 By the way, as said adhesive bond layer, liquid adhesives other than solid adhesives, such as a hot-melt-adhesive, are used, for example. At that time, the liquid adhesive may require heating to be cured. However, since MEA is a member that easily absorbs moisture, when heat is applied, the moisture may evaporate and the moisture or water vapor may enter the adhesive. As a result, voids (pores) are generated inside the adhesive to cause a space, and there is a problem that the adhesive strength of the entire adhesive layer is lowered.
本発明は、この種の問題を解決するものであり、接着剤の内部に空間が惹起されることがなく、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 does not cause a space inside the adhesive, and the electrolyte membrane / electrode structure and the resin frame member are firmly and satisfactorily obtained in a simple process. It aims at providing the manufacturing method of the electrolyte membrane and electrode structure with a resin frame for fuel cells which can be joined.
本発明に係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は、前記燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体は、段差MEAと樹脂枠部材とを備えている。段差MEAは、固体高分子電解質膜の一方の面には、第1電極が設けられ、前記固体高分子電解質膜の他方の面には、第2電極が設けられるとともに、前記第1電極の平面寸法は、前記第2電極の平面寸法よりも大きな寸法に設定されている。樹脂枠部材は、固体高分子電解質膜の、第2電極の外方に露呈する外周面に、接着剤層により接合されている。 In the method for manufacturing an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell according to the present invention, the electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell includes a step MEA and a resin frame member. In the step MEA, a first electrode is provided on one surface of the solid polymer electrolyte membrane, a second electrode is provided on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane, and a plane of the first electrode is provided. The dimension is set to be larger than the planar dimension of the second electrode. The resin frame member is joined to the outer peripheral surface of the solid polymer electrolyte membrane exposed to the outside of the second electrode by an adhesive layer.
この製造方法は、固体高分子電解質膜と樹脂枠部材との接合部位に、液状の接着剤を塗布する工程と、前記液状の接着剤が塗布された前記接合部位に対して荷重を付与するとともに、付与される前記荷重を段階的に増加させる工程と、を有している。 The manufacturing method includes a step of applying a liquid adhesive to a joint portion between the solid polymer electrolyte membrane and the resin frame member, and applying a load to the joint portion to which the liquid adhesive is applied. And increasing the applied load stepwise.
また、この製造方法では、荷重は、第1荷重、前記第1荷重よりも小さな第2荷重及び前記第1荷重よりも大きな第3荷重の順に、付与されることが好ましい。 Moreover, in this manufacturing method, it is preferable that a load is provided in order of a 1st load, a 2nd load smaller than the said 1st load, and a 3rd load larger than the said 1st load.
さらに、この製造方法では、荷重は、第1荷重、前記第1荷重よりも小さな第2荷重及び前記第1荷重と同一の第3荷重の順に、付与されることが好ましい。 Furthermore, in this manufacturing method, it is preferable that the load is applied in the order of a first load, a second load smaller than the first load, and a third load that is the same as the first load.
さらにまた、この製造方法では、荷重は、第1荷重及び前記第1荷重よりも大きな第2荷重の順に、付与されることが好ましい。 Furthermore, in this manufacturing method, it is preferable that the load is applied in the order of the first load and the second load larger than the first load.
本発明によれば、固体高分子電解質膜と樹脂枠部材との接合部位に対して荷重が付与されるとともに、付与される前記荷重が段階的に増加されている。このため、接着剤の内部にボイドが発生しても、荷重が増加されることにより、前記ボイドを押し出す、又は押し潰す、ことができる。従って、接着剤の内部に空間が惹起されることがなく、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, a load is applied to the joint portion between the solid polymer electrolyte membrane and the resin frame member, and the applied load is increased stepwise. For this reason, even if a void occurs in the adhesive, the void can be pushed out or crushed by increasing the load. Therefore, no space is created inside the adhesive, and the electrolyte membrane / electrode structure and the resin frame member can be joined firmly and satisfactorily by a simple process.
図1及び図2に示すように、本発明に係る製造方法が適用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)の長方形状の固体高分子型発電セル12に組み込まれる。複数の発電セル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, an electrolyte membrane /
発電セル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。
The
長方形状の樹脂枠付き電解質膜・電極構造体10は、段差MEA10aを備える。段差MEA10a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(第1電極)20及びカソード電極(第2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。
The 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。その際、アノード電極20は、第2電極となり、カソード電極22は、第1電極となる。
The
図2に示すように、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、同一の外形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)の外形寸法に設定される。
As shown in FIG. 2, 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。固体高分子電解質膜18の面18b側の外周縁部には、カソード電極22の外方に露呈する露出面18beが設けられる。
The
なお、第2電極触媒層22aと第2ガス拡散層22bとは、同一の平面寸法に設定されているが、前記第2電極触媒層22aの平面寸法は、前記第2ガス拡散層22bの平面寸法よりも大きな寸法(又は小さな寸法)を有してもよい。
The second
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。
The first
第1ガス拡散層20bは、多孔性と導電性を有するマイクロポーラス層20b(m)と、カーボンペーパ又はカーボンクロス等のカーボン層20b(c)とから形成される。第2ガス拡散層22bは、マイクロポーラス層22b(m)と、カーボンペーパ又はカーボンクロス等のカーボン層22b(c)とから形成される。第2ガス拡散層22bの平面寸法は、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、前記固体高分子電解質膜18の外周面に接合されるフィルム状の樹脂枠部材(樹脂成形体又は樹脂フィルム)24を備える。
The electrolyte membrane /
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)、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、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
樹脂枠部材24は、平板状を有し、固体高分子電解質膜18の露出面18beに接合される接着面24aを設ける。接着面24aは、樹脂枠部材24の内周端面24eから外周端部に向かって所定の幅寸法hを有するとともに、前記内周端面24eとカソード電極22の外周端部との間には、隙間Sが形成される。幅寸法hは、樹脂枠部材24の内周端面24eから固体高分子電解質膜18の外周端面18eよりも内側に離間する範囲に設定される。
The
固体高分子電解質膜18の露出面18beと樹脂枠部材24の接着面24aとの間には、液状接着剤26aによる接着剤層26が設けられる。液状接着剤26aは、例えば、液状フッ素エラストマーやシリコーン系液状接着剤等が使用される。
An
図1に示すように、発電セル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30a、冷却媒体入口連通孔32a及び燃料ガス出口連通孔34bが設けられる。酸化剤ガス入口連通孔30a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32aは、冷却媒体を供給する。燃料ガス出口連通孔34b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30a、冷却媒体入口連通孔32a及び燃料ガス出口連通孔34b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 portion of the
発電セル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34a、冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔32b、及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔30bが設けられる。燃料ガス入口連通孔34a、冷却媒体出口連通孔32b及び酸化剤ガス出口連通孔30b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30aと酸化剤ガス出口連通孔30bとに連通して矢印B方向に延在する複数本の酸化剤ガス流路36が設けられる。
The
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34aと燃料ガス出口連通孔34bとに連通して矢印B方向に延在する複数本の燃料ガス流路38が形成される。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32aと冷却媒体出口連通孔32bとに連通して矢印B方向に延在する複数本の冷却媒体流路40が形成される。
The
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42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44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42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42aと、第2セパレータ16の第2シール部材44に当接する第2凸状シール42bとを有する。第2シール部材44は、第2凸状シール42b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42bに代えて、第2シール部材44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42及び第2シール部材44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を製造するための本発明の第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, a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention for manufacturing an electrolyte membrane /
先ず、段差MEA10a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、又は、フィルムを切断した部材が用意される。段差MEA10aでは、カーボンペーパの平坦面に、カーボンブラックとPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)粒子との混合物からなるスラリーを塗布し、乾燥させて下地層であるマイクロポーラス層20b(m)が形成される。
First, the
マイクロポーラス層20b(m)にカーボン層20b(c)が接合されることにより、第1ガス拡散層20bが形成される。同様に、マイクロポーラス層22b(m)が形成され、前記マイクロポーラス層22b(m)にカーボン層22b(c)が接合されることにより、第2ガス拡散層22bが形成される。
The first
一方、電極触媒に溶媒を加えた後、イオン導電性高分子バインダ溶液として、例えば、パーフルオロアルキレンスルホン酸高分子化合物の溶液が投入される。そして、所定のインク粘土になるまで、溶媒を添加することにより、アノード電極インク及びカソード電極インクが作成される。 On the other hand, after adding a solvent to the electrode catalyst, for example, a solution of a perfluoroalkylenesulfonic acid polymer compound is added as an ion conductive polymer binder solution. Then, an anode electrode ink and a cathode electrode ink are created by adding a solvent until a predetermined ink clay is obtained.
そこで、図3に示すように、アノード電極インクは、PETフィルム50aにスクリーン印刷により塗工され、加熱乾燥されることにより、第1電極触媒層20aを設けたアノード電極シート52が形成される。第1電極触媒層20aは、固体高分子電解質膜18と同一の平面寸法に設定される。
Therefore, as shown in FIG. 3, the anode electrode ink is applied to the
同様に、カソード電極インクは、PETフィルム50bにスクリーン印刷により塗工され、加熱乾燥されることにより、第2電極触媒層22aを設けたカソード電極シート54が形成される。第2電極触媒層22aは、固体高分子電解質膜18よりも小さな平面寸法に設定される。
Similarly, the cathode electrode ink is applied to the
次いで、固体高分子電解質膜18が、アノード電極シート52及びカソード電極シート54に挟持された状態で、ホットプレスが行われる。そして、PETフィルム50a、50bが剥離されることにより、接合体(CCM)(catalyst coated membrane)が形成される。さらに、CCMは、第1ガス拡散層20bと第2ガス拡散層22bとに挟持され、ホットプレスにより一体化されて段差MEA10aが作製される(図4参照)。
Next, hot pressing is performed in a state where the solid
そして、固体高分子電解質膜18の露出面18be上に、液状接着剤26aが、例えば、図示しないディスペンサーを介して塗布される。なお、液状接着剤26aは、樹脂枠部材24の接着面24aに塗布してもよい。
And the
次に、図5に示すように、固体高分子電解質膜18の露出面18beと樹脂枠部材24の接着面24aとの接合部位は、液状接着剤26aが塗布された状態で、サーボプレス機60により加熱及び加圧処理される。サーボプレス機60は、固定基台62と可動基台64とを備え、前記可動基台64は、ピストン66により前記固定基台62に対して進退可能である。なお、荷重は、ステップ状に付与する方式の他、連続的に増加する方式を採用してもよい。
Next, as shown in FIG. 5, the
第1の実施形態では、図6に示すように、荷重制御が行われる。具体的には、固体高分子電解質膜18と樹脂枠部材24との接合部位には、先ず、付与する荷重を増加させて第1荷重L1が所定の時間だけ付与される。さらに、接合部位には、付与する荷重を減少させて第1荷重L1よりも小さな第2荷重L2が短時間だけ付与された後、前記第1荷重L1よりも大きな第3荷重L3が所定の時間に亘って付与される。そして、接合部位へ荷重を付与しながら所定の時間保持することが終了することにより、液状接着剤26aが硬化して接着剤層26が形成される。
In the first embodiment, load control is performed as shown in FIG. Specifically, first, the first load L1 is applied to the joint portion between the solid
この場合、第1の実施形態では、接合部位には、第1荷重L1、前記第1荷重L1よりも小さな第2荷重L2及び前記第1荷重L1よりも大きな第3荷重L3の順に、付与されている。このように、付与荷重を第1荷重L1から、一旦、第2荷重L2に減少させることにより、液状接着剤26aの内部に進入したボイド同士は、互いに重なり合って大きなボイドになり易い。このため、ボイドは、液状接着剤26aから抜け易くなる。
In this case, in the first embodiment, the first load L1, the second load L2 that is smaller than the first load L1, and the third load L3 that is larger than the first load L1 are sequentially applied to the joint portion. ing. As described above, by temporarily reducing the applied load from the first load L1 to the second load L2, the voids that have entered the
しかも、付与荷重は、第2荷重L2から第1荷重L1よりも大きな第3荷重L3に増加されることにより、液状接着剤26aの内部に発生したボイドを押し出す、又は押し潰すことができる。従って、液状接着剤26aの内部に空間が惹起されることがなく、簡単な工程で、段差MEA10a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るという効果が得られる。
Moreover, the applied load is increased from the second load L2 to the third load L3 that is larger than the first load L1, so that the void generated inside the
このように構成される発電セル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30a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34a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32a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30aから第2セパレータ16の酸化剤ガス流路36に導入され、矢印B方向に移動して段差MEA10a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34aから第1セパレータ14の燃料ガス流路38に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路38に沿って矢印B方向に移動し、段差MEA10aのアノード電極20に供給される。
Therefore, the oxidant gas is introduced from the oxidant gas
従って、各段差MEA10a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
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30b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34b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32a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40に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、段差MEA10aを冷却した後、冷却媒体出口連通孔32bから排出される。
The cooling medium supplied to the cooling medium
図7は、本発明の第2の実施形態に係る製造方法において、荷重制御の説明図である。 FIG. 7 is an explanatory diagram of load control in the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.
第2の実施形態では、固体高分子電解質膜18と樹脂枠部材24との接合部位には、先ず、付与する荷重を増加させて第1荷重L1が所定の時間だけ付与される。さらに、接合部位への荷重の付与が一旦解除された後、すなわち、接合部位には、第1荷重L1よりも小さな第2荷重L2(実質的には、荷重0)が瞬時に付与された後、付与される荷重を減少させて前記第1荷重L1と同一の第3荷重L3が所定の時間に亘って付与される。そして、接合部位への荷重の付与が終了することにより、液状接着剤26aが硬化して接着剤層26が形成される。
In the second embodiment, first, the first load L1 is applied to the joint portion between the solid
このように、第2の実施形態では、接合部位には、第1荷重L1、前記第1荷重L1よりも小さな第2荷重L2(=0)及び前記第1荷重L1と同一の第3荷重L3の順に、付与されている。このため、第1の実施形態と同様に、液状接着剤26aの内部に空間が惹起されることがなく、簡単な工程で、段差MEA10a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るという効果が得られる。
As described above, in the second embodiment, the joint portion includes the first load L1, the second load L2 (= 0) smaller than the first load L1, and the third load L3 that is the same as the first load L1. In the order. For this reason, as in the first embodiment, there is no space in the
図8は、本発明の第3の実施形態に係る製造方法において、荷重制御の説明図である。 FIG. 8 is an explanatory diagram of load control in the manufacturing method according to the third embodiment of the present invention.
第3の実施形態では、固体高分子電解質膜18と樹脂枠部材24との接合部位には、先ず、付与する荷重を増加させて第1荷重L1が所定の時間だけ付与される。さらに、接合部位には、第1荷重L1よりも大きな第2荷重L2が所定の時間に亘って付与される。そして、接合部位への荷重の付与が終了することにより、液状接着剤26aが硬化して接着剤層26が形成される。
In the third embodiment, first, the first load L1 is applied to the joint portion between the solid
このように、第3の実施形態では、接合部位には、第1荷重L1及び前記第1荷重L1よりも大きな第2荷重L2の順に、付与されている。従って、液状接着剤26aの内部に発生したボイドを押し出す、又は押し潰すことができる。これにより、簡単な工程で、段差MEA10a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。
As described above, in the third embodiment, the first load L1 and the second load L2 that is larger than the first load L1 are applied to the joint portion in this order. Therefore, the void generated in the
10…樹脂枠付き電解質膜・電極構造体 10a…段差MEA
12…発電セル 14、16…セパレータ
18…固体高分子電解質膜 18be…露出面
20…アノード電極 20a、22a…電極触媒層
20b、22b…ガス拡散層 22…カソード電極
24…樹脂枠部材 24a…接着面
26a…液状接着剤 30a…酸化剤ガス入口連通孔
30b…酸化剤ガス出口連通孔 32a…冷却媒体入口連通孔
32b…冷却媒体出口連通孔 34a…燃料ガス入口連通孔
34b…燃料ガス出口連通孔 36…酸化剤ガス流路
38…燃料ガス流路 40…冷却媒体流路
42、44…シール部材 52…アノード電極シート
54…カソード電極シート 60…サーボプレス機
10 ... Electrolyte membrane / electrode structure with
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記固体高分子電解質膜の、前記第2電極の外方に露呈する外周面に、接着剤層により接合される樹脂枠部材と、
を有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であって、
前記固体高分子電解質膜と前記樹脂枠部材との接合部位に、液状の接着剤を塗布する工程と、
前記液状の接着剤が塗布された前記接合部位に対して荷重を付与するとともに、付与される前記荷重を段階的に増加させる工程と、
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。 A first electrode is provided on one surface of the solid polymer electrolyte membrane, a second electrode is provided on the other surface of the solid polymer electrolyte membrane, and the planar dimensions of the first electrode are A step MEA set to a dimension larger than the planar dimension of the second electrode;
A resin frame member bonded to the outer peripheral surface of the solid polymer electrolyte membrane exposed to the outside of the second electrode by an adhesive layer;
A method for producing an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, comprising:
Applying a liquid adhesive to the joint portion between the solid polymer electrolyte membrane and the resin frame member;
A step of applying a load to the joint portion to which the liquid adhesive is applied and increasing the applied load stepwise;
A method for producing an electrolyte membrane / electrode structure with a resin frame for a fuel cell, comprising:
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