JP2017091825A - Fuel battery stack and manufacturing method for the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel battery stack and a manufacturing method for the same that can efficiently manufacture a fuel battery stack and avoid leakage of reaction gas from the gap between an electrolytic film and a separator.SOLUTION: A clamped portion 50a in an outer edge portion 20a which is exposed from a cathode electrode 16 and an anode electrode 18 in an electrolyte membrane 20 constituting a first unit cell 14a, and is directly camped between the tip of a convex portion of a first separator 24 and the tip of a convex portion of a second separator 26 and directly coupled thereto. Likewise, the clamped portion 50b in an outer edge portion 20b of the electrolyte membrane 20 constituting a second unit cell 14b is clamped between the tip of a convex portion of the second separator 26 and the tip of a convex portion of a third separator 28. In the separators 24, 26, and 28, a portion bonded to the electrolyte membrane 20 is a hydrophilic portion 42 having a hydrophilic group.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、複数個の単位セルが積層されることで積層体として構成される燃料電池スタック及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell stack configured as a stacked body by stacking a plurality of unit cells, and a manufacturing method thereof.

燃料電池は、カソード電極及びアノード電極で電解質膜(例えば、固体高分子電解質膜)を挟んだ電解質・電極構造体が1組のセパレータ間に介在される単位セルを備える。この単位セルが複数個積層されることにより、燃料電池スタックとして構成される。ここで、燃料電池スタックには、カソード電極に酸化剤ガスが供給される一方、アノード電極に燃料ガスが供給される。これらの反応ガスが外部に漏出することを防止するべく、電解質・電極構造体の外縁部にガスケットが組み込まれる。さらに、電解質・電極構造体とガスケットが接着剤を介して接合され、これによりシールがなされる。   The fuel cell includes a unit cell in which an electrolyte / electrode structure having an electrolyte membrane (for example, a solid polymer electrolyte membrane) sandwiched between a cathode electrode and an anode electrode is interposed between a pair of separators. A plurality of unit cells are stacked to form a fuel cell stack. Here, in the fuel cell stack, an oxidant gas is supplied to the cathode electrode, while a fuel gas is supplied to the anode electrode. In order to prevent these reaction gases from leaking outside, a gasket is incorporated at the outer edge of the electrolyte / electrode structure. Furthermore, the electrolyte / electrode structure and the gasket are joined together via an adhesive, thereby sealing.

また、特許文献1には、電解質膜の外縁部とセパレータをシート状両面接着剤によって接合し、これによりシールを行うことが記載されている。すなわち、この場合、電解質膜をカソード電極及びアノード電極に比して大面積とし、該電解質膜の外縁部をカソード電極及びアノード電極から露呈させる。そして、この露呈した外縁部とセパレータの間にシート状両面接着剤を介在させ、この状態で、外縁部をセパレータ同士の間に挟むようにしている。   Patent Document 1 describes that an outer edge portion of an electrolyte membrane and a separator are joined with a sheet-like double-sided adhesive, and sealing is thereby performed. That is, in this case, the electrolyte membrane has a larger area than the cathode electrode and the anode electrode, and the outer edge portion of the electrolyte membrane is exposed from the cathode electrode and the anode electrode. Then, a sheet-like double-sided adhesive is interposed between the exposed outer edge portion and the separator, and in this state, the outer edge portion is sandwiched between the separators.

特開平9−289029号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-289029

接着剤としては、通常、熱硬化性樹脂が採用される。しかしながら、この場合、タクトタイムが長いという不都合がある。一方、熱可塑性樹脂を接着剤として用いると、タクトタイムを短縮することが可能ではあるものの、燃料電池スタックを運転する際に軟化する懸念がある。このような事態が生じると、軟化した接着剤が反応ガス流路に侵入し、圧力損失が大きくなる原因となる。   As the adhesive, a thermosetting resin is usually employed. However, in this case, there is a disadvantage that the tact time is long. On the other hand, when a thermoplastic resin is used as an adhesive, the tact time can be shortened, but there is a concern that the fuel cell stack may be softened. When such a situation occurs, the softened adhesive enters the reaction gas flow path, which causes a pressure loss to increase.

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、タクトタイムを短縮することが可能であり、しかも、圧力損失が大きくなることを回避し得、さらに、運転の際に反応ガスが漏洩する懸念を払拭し得る燃料電池スタック及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to reduce the tact time, and it is possible to avoid an increase in pressure loss, and further, a reactive gas leaks during operation. An object of the present invention is to provide a fuel cell stack and a method for manufacturing the same that can eliminate the concern.

前記の目的を達成するために、本発明は、電解質膜をアノード電極及びカソード電極で挟んだ電解質・電極構造体が1組のセパレータ間に介在される単位セルを備え、複数個の前記単位セルが積層されて構成される燃料電池スタックにおいて、
前記電解質膜は、前記アノード電極及び前記カソード電極に比して大面積であり、その外縁部が前記アノード電極及び前記カソード電極から露呈し、
前記電解質膜の、前記アノード電極及び前記カソード電極から露呈した前記外縁部が、前記セパレータの凸部の、親水性を示す親水部位に直接接合していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention comprises a unit cell in which an electrolyte / electrode structure having an electrolyte membrane sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode is interposed between a pair of separators. In the fuel cell stack configured by stacking,
The electrolyte membrane has a larger area than the anode electrode and the cathode electrode, and the outer edge portion is exposed from the anode electrode and the cathode electrode,
The outer edge portion of the electrolyte membrane exposed from the anode electrode and the cathode electrode is directly joined to a hydrophilic portion showing hydrophilicity of the convex portion of the separator.

すなわち、本発明においては、電解質膜の外縁部を、接着剤を介在することなくセパレータに直接接合している。このため、接着剤を塗布する工程や、該接着剤を硬化させる工程が不要となる。この分、単位セルを得るまでのタクトタイムを短縮することができる。従って、単位セルを積層した燃料電池スタックの生産効率の向上を図ることもできる。   That is, in the present invention, the outer edge portion of the electrolyte membrane is directly joined to the separator without interposing an adhesive. For this reason, the process of apply | coating an adhesive agent and the process of hardening this adhesive agent become unnecessary. Accordingly, the tact time until a unit cell is obtained can be shortened. Therefore, it is possible to improve the production efficiency of the fuel cell stack in which unit cells are stacked.

しかも、熱可塑性樹脂からなる接着剤を用いる必要がないので、燃料電池スタックを運転中に電解質膜の外縁部とセパレータとの間が軟化することが回避される。このため、軟化した接着剤が反応ガス流路に侵入することや、このことに起因して圧力損失が大きくなることがない。その上、電解質膜の外縁部とセパレータとの間から反応ガスが漏洩する懸念を払拭し得る。   In addition, since it is not necessary to use an adhesive made of a thermoplastic resin, it is possible to avoid softening between the outer edge portion of the electrolyte membrane and the separator during operation of the fuel cell stack. For this reason, the softened adhesive does not enter the reaction gas flow path, and the pressure loss does not increase due to this. In addition, it is possible to eliminate the concern that the reaction gas leaks from between the outer edge of the electrolyte membrane and the separator.

また、本発明は、電解質膜をアノード電極及びカソード電極で挟んだ電解質・電極構造体が1組のセパレータ間に介在される単位セルを複数個積層して燃料電池スタックを得る燃料電池スタックの製造方法において、
電解質膜の面積を、前記アノード電極及び前記カソード電極に比して大きく設定し、前記電解質・電極構造体を、該電解質膜の外縁部が前記アノード電極及び前記カソード電極から露呈するように作製する工程と、
前記セパレータの少なくとも凸部に対して親水化表面処理を施すことで親水部位を形成する工程と、
前記電解質膜の、前記アノード電極及び前記カソード電極から露呈した前記外縁部を、前記親水部位に直接接合する工程と、
を有することを特徴とする。
The present invention also provides a fuel cell stack in which a fuel cell stack is obtained by laminating a plurality of unit cells in which an electrolyte / electrode structure sandwiching an electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode is interposed between a pair of separators. In the method
The area of the electrolyte membrane is set to be larger than that of the anode electrode and the cathode electrode, and the electrolyte / electrode structure is prepared so that the outer edge of the electrolyte membrane is exposed from the anode electrode and the cathode electrode. Process,
Forming a hydrophilic portion by applying a hydrophilic surface treatment to at least the convex portion of the separator;
Directly bonding the outer edge portion of the electrolyte membrane exposed from the anode electrode and the cathode electrode to the hydrophilic portion;
It is characterized by having.

このような作業を行うことにより、セパレータの親水部位に対して電解質膜の外縁部を直接接合することができる。従って、単位セルを積層した燃料電池スタックの生産効率の向上を図ることができるとともに、該燃料電池スタックを運転中に電解質膜の外縁部とセパレータとの間から反応ガスが漏洩する懸念が払拭される。   By performing such an operation, the outer edge portion of the electrolyte membrane can be directly joined to the hydrophilic portion of the separator. Accordingly, it is possible to improve the production efficiency of the fuel cell stack in which the unit cells are stacked, and to eliminate the concern that the reaction gas leaks from between the outer edge portion of the electrolyte membrane and the separator during operation of the fuel cell stack. The

セパレータにおける接合部位は、親水部位である。親水部位は、例えば、親水性基が存在することで親水性を示す。この種の親水性基としては、水酸基又はカルボキシル基が例示される。なお、水酸基又はカルボキシル基を設けるには、セパレータの表面に紫外線又はプラズマのいずれかを照射すればよい。   The joining site in the separator is a hydrophilic site. A hydrophilic part shows hydrophilicity, for example, when a hydrophilic group exists. Examples of this type of hydrophilic group include a hydroxyl group or a carboxyl group. In order to provide a hydroxyl group or a carboxyl group, the surface of the separator may be irradiated with either ultraviolet rays or plasma.

さらに、電解質膜は、その表面に親水性基が存在するものが好ましい。この場合、該親水性基と、セパレータの親水部位の親水性基とが、例えば、水素結合を介して結合する。このため、セパレータと電解質膜との接合力が大きくなるので、反応ガスが漏洩することを一層有効に回避することができる。   Further, the electrolyte membrane preferably has a hydrophilic group on the surface thereof. In this case, the hydrophilic group and the hydrophilic group at the hydrophilic portion of the separator are bonded through, for example, a hydrogen bond. For this reason, since the bonding force between the separator and the electrolyte membrane is increased, it is possible to more effectively avoid leakage of the reaction gas.

本発明によれば、セパレータに設けた親水部位に、電解質膜の、アノード電極及びカソード電極から露呈した外縁部を直接接合するようにしている。このために接着剤を用いる必要がないので、燃料電池スタックを得るまでのタクトタイムが短縮される。   According to the present invention, the outer edge portion of the electrolyte membrane exposed from the anode electrode and the cathode electrode is directly joined to the hydrophilic portion provided in the separator. For this reason, it is not necessary to use an adhesive, and the tact time until the fuel cell stack is obtained is shortened.

しかも、熱可塑性樹脂からなる接着剤を用いないので、燃料電池スタックの運転中、電解質膜の外縁部とセパレータとの接合部が軟化することが回避される。このため、反応ガス流路の圧力損失が大きくなることが回避されるとともに、電解質膜の外縁部とセパレータとの間から反応ガスが漏洩する懸念が払拭される。   Moreover, since an adhesive made of a thermoplastic resin is not used, it is possible to avoid softening of the joint between the outer edge of the electrolyte membrane and the separator during operation of the fuel cell stack. For this reason, it is avoided that the pressure loss of the reaction gas channel increases, and the concern that the reaction gas leaks from between the outer edge portion of the electrolyte membrane and the separator is eliminated.

本実施の形態に係る燃料電池スタックの、反応ガスの流通方向に直交する方向に沿って切断した要部断面図である。It is principal part sectional drawing cut | disconnected along the direction orthogonal to the distribution direction of the reactive gas of the fuel cell stack which concerns on this Embodiment. 図1の燃料電池スタックを構成する第1セパレータの概略正面図である。It is a schematic front view of the 1st separator which comprises the fuel cell stack of FIG. 電解質膜の外縁部とセパレータを接合するための押圧装置の要部概略斜視図である。It is a principal part schematic perspective view of the press apparatus for joining the outer edge part of an electrolyte membrane, and a separator. 電解質膜の外縁部とセパレータとを接合している状態を示す要部縦断面図である。It is a principal part longitudinal cross-sectional view which shows the state which has joined the outer edge part of the electrolyte membrane, and the separator. 別の形態に係る押圧装置の要部概略斜視図である。It is a principal part schematic perspective view of the press apparatus which concerns on another form.

以下、本発明に係る燃料電池スタックにつき、その製造方法との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, a fuel cell stack according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings by giving preferred embodiments in relation to the manufacturing method thereof.

図1は、本実施の形態に係る燃料電池スタック10の、酸化剤ガス及び燃料ガス(反応ガス)の流通方向に直交する方向に沿って切断した要部断面図である。この燃料電池スタック10は、複数個のセルユニット12が積層されて構成される。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a principal part of a fuel cell stack 10 according to the present embodiment, cut along a direction orthogonal to the flow direction of oxidant gas and fuel gas (reactive gas). The fuel cell stack 10 is configured by stacking a plurality of cell units 12.

1つのセルユニット12は、第1単位セル14aと第2単位セル14bを含む。この中の第1単位セル14aは、カソード電極16とアノード電極18とで電解質膜20を挟んで構成される電解質・電極構造体22と、この電解質・電極構造体22を挟持する第1セパレータ24、第2セパレータ26とで構成される。一方、第2単位セル14bは、第2セパレータ26と第3セパレータ28で電解質・電極構造体22を挟んで構成される。すなわち、第2セパレータ26は、第1単位セル14aの構成要素であり且つ第2単位セル14bの構成要素でもある。   One cell unit 12 includes a first unit cell 14a and a second unit cell 14b. The first unit cell 14a includes an electrolyte / electrode structure 22 having an electrolyte membrane 20 sandwiched between a cathode electrode 16 and an anode electrode 18, and a first separator 24 sandwiching the electrolyte / electrode structure 22. And the second separator 26. On the other hand, the second unit cell 14 b is configured by sandwiching the electrolyte / electrode structure 22 between the second separator 26 and the third separator 28. That is, the second separator 26 is a component of the first unit cell 14a and a component of the second unit cell 14b.

カソード電極16及びアノード電極18は、それぞれ、電解質膜20側に臨む電極触媒層と、該電極触媒層に接合されたガス拡散層とを有する。このようなカソード電極16及びアノード電極18の構成は公知であることから、ここでは図示及び詳細な説明を省略する。   Each of the cathode electrode 16 and the anode electrode 18 has an electrode catalyst layer facing the electrolyte membrane 20 side, and a gas diffusion layer joined to the electrode catalyst layer. Since the configurations of the cathode electrode 16 and the anode electrode 18 are known, illustration and detailed description thereof are omitted here.

また、電解質膜20は、プロトンを伝導可能な固体高分子(樹脂)からなる。このような樹脂としては、例えば、スルホン酸基を有するナフィオン(デュポン社の商品名)等が挙げられる。周知の通り、スルホン酸基は親水性基である。又は、炭化水素化合物からなるものであってもよい。   The electrolyte membrane 20 is made of a solid polymer (resin) capable of conducting protons. Examples of such a resin include Nafion (trade name of DuPont) having a sulfonic acid group. As is well known, the sulfonic acid group is a hydrophilic group. Alternatively, it may be composed of a hydrocarbon compound.

電解質膜20は、カソード電極16及びアノード電極18に比して大面積に設定されている。このため、電解質膜20の外縁部は、カソード電極16及びアノード電極18から露呈する。   The electrolyte membrane 20 is set to have a larger area than the cathode electrode 16 and the anode electrode 18. For this reason, the outer edge portion of the electrolyte membrane 20 is exposed from the cathode electrode 16 and the anode electrode 18.

図2は、第1セパレータ24の正面図である。第1セパレータ24の左上隅角部には、酸化剤ガスを流通させるための第1ガス入口通路30が設けられている。一方、その対角位置である右下隅角部には、使用済の酸化剤ガスを流通させるための第1ガス出口通路32が設けられている。同様に、右上隅角部には燃料ガスを通過させるための第2ガス入口通路34が設けられ、その対角位置である左下隅角部には、使用済の燃料ガスを通過させるための第2ガス出口通路36が設けられている。第1セパレータ24には、さらに、第1ガス入口通路30と第2ガス出口通路36の間に冷媒入口通路38が設けられるとともに、第2ガス入口通路34と第1ガス出口通路32との間に冷媒出口通路40が設けられる。   FIG. 2 is a front view of the first separator 24. In the upper left corner of the first separator 24, a first gas inlet passage 30 for allowing the oxidant gas to flow is provided. On the other hand, a first gas outlet passage 32 for circulating used oxidant gas is provided at the lower right corner, which is the diagonal position. Similarly, a second gas inlet passage 34 for allowing the fuel gas to pass therethrough is provided at the upper right corner, and a second gas inlet passage 34 for allowing the spent fuel gas to pass therethrough is located at the diagonally lower left corner. A two gas outlet passage 36 is provided. The first separator 24 is further provided with a refrigerant inlet passage 38 between the first gas inlet passage 30 and the second gas outlet passage 36, and between the second gas inlet passage 34 and the first gas outlet passage 32. Is provided with a refrigerant outlet passage 40.

なお、図2中の仮想線は、親水化表面処理が施されて電解質膜20が接合される部位を示す。以下、この部位を「親水部位」と表記し、その参照符号を42とする。   In addition, the phantom line in FIG. 2 shows the site | part to which the electrolyte membrane 20 is joined by hydrophilizing surface treatment. Hereinafter, this part will be referred to as a “hydrophilic part”, and its reference numeral will be 42.

この場合、親水部位42には親水基が存在する。親水基の代表的な具体例としては、水酸基(−OH基)やカルボキシル基(−COOH基)が挙げられる。後述するように、この種の親水基は、紫外線照射やプラズマ照射によって設けられる。   In this case, the hydrophilic portion 42 has a hydrophilic group. Representative examples of the hydrophilic group include a hydroxyl group (—OH group) and a carboxyl group (—COOH group). As will be described later, this type of hydrophilic group is provided by ultraviolet irradiation or plasma irradiation.

第2セパレータ26及び第3セパレータ28にも、第1セパレータ24と同位置に第1ガス入口通路30、第1ガス出口通路32、第2ガス入口通路34、第2ガス出口通路36、冷媒入口通路38及び冷媒出口通路40が設けられる。   Also in the second separator 26 and the third separator 28, the first gas inlet passage 30, the first gas outlet passage 32, the second gas inlet passage 34, the second gas outlet passage 36, the refrigerant inlet at the same position as the first separator 24. A passage 38 and a refrigerant outlet passage 40 are provided.

そして、第1セパレータ24におけるカソード電極16に対向する面には、該カソード電極16に酸化剤ガスを供給・排出するために山部と谷部を交互に形成した波状の第1通路形成部44が延在している。図1に示すように、第1通路形成部44の谷部の平坦な頂面は、カソード電極16から離間して中空部を形成している。酸化剤ガスは、この中空部を流通する。なお、山部の平坦な頂面は、カソード電極16に当接する。   Then, on the surface of the first separator 24 facing the cathode electrode 16, a wave-shaped first passage forming portion 44 in which peaks and valleys are alternately formed to supply / discharge the oxidant gas to / from the cathode electrode 16. Is extended. As shown in FIG. 1, the flat top surface of the valley portion of the first passage forming portion 44 is separated from the cathode electrode 16 to form a hollow portion. The oxidant gas flows through this hollow portion. Note that the flat top surface of the peak portion is in contact with the cathode electrode 16.

第2セパレータ26にも、山部と谷部を交互に形成した波状の第2通路形成部46が設けられている。該第2通路形成部46の谷部の平坦な頂面はアノード電極18に当接し、山部の平坦な頂面は第2単位セル14bのカソード電極16に当接する。従って、山部とアノード電極18との間、谷部と第2単位セル14bのカソード電極16との間のそれぞれに中空部が形成される。前者の中空部には燃料ガスが流通し、後者の中空部には酸化剤ガスが流通する。   The second separator 26 is also provided with a wavy second passage forming portion 46 in which peaks and valleys are alternately formed. The flat top surface of the valley portion of the second passage forming portion 46 is in contact with the anode electrode 18, and the flat top surface of the peak portion is in contact with the cathode electrode 16 of the second unit cell 14b. Accordingly, a hollow portion is formed between the peak portion and the anode electrode 18 and between the valley portion and the cathode electrode 16 of the second unit cell 14b. Fuel gas flows through the former hollow part, and oxidant gas flows through the latter hollow part.

さらに、第3セパレータ28にも、山部と谷部を交互に形成した波状の第3通路形成部48が設けられている。第3通路形成部48の谷部の平坦な頂面は第2単位セル14bのアノード電極18に当接し、山部の平坦な頂面は、別のセルユニット12を構成する第1単位セル14aの第1セパレータ24の谷部の頂面に当接する。山部とアノード電極18との間に形成される中空部には、燃料ガスが流通する。   Further, the third separator 28 is also provided with a wavy third passage forming portion 48 in which peaks and valleys are alternately formed. The flat top surface of the valley portion of the third passage forming portion 48 contacts the anode electrode 18 of the second unit cell 14 b, and the flat top surface of the peak portion is the first unit cell 14 a constituting another cell unit 12. The first separator 24 comes into contact with the top surface of the valley. The fuel gas flows in the hollow portion formed between the peak portion and the anode electrode 18.

その一方で、第3セパレータ28の谷部と、第1単位セル14aの第1セパレータ24の山部との間に、比較的大容積の中空部が形成される。この中空部には、冷却媒体が流通する。   On the other hand, a relatively large volume hollow portion is formed between the valley portion of the third separator 28 and the peak portion of the first separator 24 of the first unit cell 14a. A cooling medium flows through the hollow portion.

以上の第1セパレータ24、第2セパレータ26及び第3セパレータ28はいずれも、鉄系金属材であるSUS304やSUS316等のステンレス鋼で構成されている。なお、第1セパレータ24、第2セパレータ26及び第3セパレータ28の素材は、他の金属材、例えば、チタン系金属等であってもよいし、カーボン材であってもよい。   The first separator 24, the second separator 26, and the third separator 28 are all made of stainless steel such as SUS304 or SUS316, which is an iron-based metal material. The material of the first separator 24, the second separator 26, and the third separator 28 may be another metal material, such as a titanium-based metal, or a carbon material.

そして、図1に示すように、第1単位セル14aの電解質膜20の、カソード電極16及びアノード電極18から露呈した外縁部20aは、第1セパレータ24の凸部先端と第2セパレータ26の凸部先端の間、すなわち、親水部位42、42同士の間に挟まれる。また、第2単位セル14bの電解質膜20の、カソード電極16及びアノード電極18から露呈した外縁部20bは、第2セパレータ26の凸部先端と第3セパレータ28の凸部先端の間、すなわち、親水部位42、42同士の間に挟まれる。   As shown in FIG. 1, the outer edge portion 20 a of the electrolyte membrane 20 of the first unit cell 14 a exposed from the cathode electrode 16 and the anode electrode 18 has a convex tip end of the first separator 24 and a convex portion of the second separator 26. It is sandwiched between the tips of the parts, that is, between the hydrophilic portions 42, 42. Further, the outer edge portion 20b of the electrolyte membrane 20 of the second unit cell 14b exposed from the cathode electrode 16 and the anode electrode 18 is between the convex tip end of the second separator 26 and the convex tip end of the third separator 28, that is, It is sandwiched between the hydrophilic portions 42 and 42.

あるセルユニット12において、第1単位セル14aの電解質膜20の被挟持部位50aは、第2単位セル14bの電解質膜20の被挟持部位50bに比してカソード電極16及びアノード電極18に近接する。これに対し、該セルユニット12に隣接する別のセルユニット12では、上記とは逆に、第1単位セル14aの電解質膜20の被挟持部位50aが、第2単位セル14bの電解質膜20の被挟持部位50bに比してカソード電極16及びアノード電極18から離間する。   In a cell unit 12, the sandwiched portion 50a of the electrolyte membrane 20 of the first unit cell 14a is closer to the cathode electrode 16 and the anode electrode 18 than the sandwiched portion 50b of the electrolyte membrane 20 of the second unit cell 14b. . On the other hand, in another cell unit 12 adjacent to the cell unit 12, contrary to the above, the sandwiched portion 50a of the electrolyte membrane 20 of the first unit cell 14a is formed on the electrolyte membrane 20 of the second unit cell 14b. It is separated from the cathode electrode 16 and the anode electrode 18 as compared with the sandwiched portion 50b.

電解質膜20、20の被挟持部位50a、50b(外縁部20a、20b)は、第1セパレータ24、第2セパレータ26及び第3セパレータ28の各親水部位42に対して直接接合している。すなわち、被挟持部位50a、50bと、第1セパレータ24、第2セパレータ26、第3セパレータ28との間には接着剤等が介在していない。そして、この接合により、被挟持部位50a、50b(電解質膜20)と、第1セパレータ24、第2セパレータ26、第3セパレータ28における各親水部位42との間のシールがなされる。   The sandwiched portions 50 a and 50 b (outer edge portions 20 a and 20 b) of the electrolyte membranes 20 and 20 are directly bonded to the hydrophilic portions 42 of the first separator 24, the second separator 26, and the third separator 28. That is, no adhesive or the like is interposed between the sandwiched portions 50a and 50b and the first separator 24, the second separator 26, and the third separator 28. And by this joining, the sealing part 50a, 50b (electrolyte membrane 20) and each hydrophilic part 42 in the 1st separator 24, the 2nd separator 26, and the 3rd separator 28 are sealed.

上記したように、親水部位42には、水酸基やカルボキシル基等の親水性基が存在する。一方、電解質膜20は、例えば、スルホン酸基等の親水性基を有する樹脂からなる。これらの親水性基同士の間には、水素結合等の化学結合が生じる。その結果として、接着剤を介在させることなく、電解質膜20、20の各被挟持部位50a、50bと、第1セパレータ24、第2セパレータ26、第3セパレータ28とが接合する。   As described above, the hydrophilic portion 42 has a hydrophilic group such as a hydroxyl group or a carboxyl group. On the other hand, the electrolyte membrane 20 is made of, for example, a resin having a hydrophilic group such as a sulfonic acid group. A chemical bond such as a hydrogen bond is generated between these hydrophilic groups. As a result, the sandwiched portions 50a and 50b of the electrolyte membranes 20 and 20 are joined to the first separator 24, the second separator 26, and the third separator 28 without interposing an adhesive.

なお、第2単位セル14bの第3セパレータ28と、別のセルユニット12を構成する第1単位セル14aの第1セパレータ24との間は、シール材52によってシールがなされる。又は、シール材52を用いることなく、第3セパレータ28と第1セパレータ24とを溶接等で直接接合するようにしてもよい。   The third separator 28 of the second unit cell 14 b and the first separator 24 of the first unit cell 14 a constituting another cell unit 12 are sealed with a sealing material 52. Or you may make it join the 3rd separator 28 and the 1st separator 24 directly by welding etc., without using the sealing material 52. FIG.

次に、上記の燃料電池スタック10の製造方法につき説明する。   Next, a method for manufacturing the fuel cell stack 10 will be described.

第1セパレータ24は、例えば、上記したようなステンレス鋼からなる金属板を打ち抜くプレス加工等により、成形品として得られる。この第1セパレータ24に対し、親水化表面処理を施す。具体的な親水化表面処理の手法としては、紫外線照射が挙げられる。   The first separator 24 is obtained as a molded product by, for example, press working for punching a metal plate made of stainless steel as described above. The first separator 24 is subjected to a hydrophilic surface treatment. As a specific method for hydrophilizing surface treatment, ultraviolet irradiation may be mentioned.

本実施の形態においては、親水化表面処理により、図2に仮想線で示す所定箇所に親水性基を設ける。このためには、第1セパレータ24に対し、親水部位42を形成する箇所以外をマスクする。次に、この状態の第1セパレータ24を紫外線照射装置内に導入し、紫外線を照射する。紫外線としては、極短波長の真空紫外線が好適である。   In the present embodiment, hydrophilic groups are provided at predetermined locations indicated by phantom lines in FIG. For this purpose, the first separator 24 is masked except for the portion where the hydrophilic portion 42 is formed. Next, the first separator 24 in this state is introduced into an ultraviolet irradiation device and irradiated with ultraviolet rays. As ultraviolet rays, vacuum ultraviolet rays having an extremely short wavelength are suitable.

紫外線が照射された部位には、親水性基である水酸基やカルボキシル基等が生成する。すなわち、紫外線が照射された部位が親水部位42となる。   Hydroxyl groups, carboxyl groups, and the like, which are hydrophilic groups, are generated at the site irradiated with ultraviolet rays. That is, the part irradiated with ultraviolet rays becomes the hydrophilic part 42.

紫外線照射に代替し、プラズマ照射を行うようにしてもよい。この照射を行うための装置は大気プラズマ装置であってもよいし、O2プラズマ装置であってもよい。この場合においても紫外線照射と同様に、プラズマが照射された部位に水酸基やカルボキシル基等が生成する。すなわち、親水部位42が形成される。 Plasma irradiation may be performed instead of ultraviolet irradiation. An apparatus for performing this irradiation may be an atmospheric plasma apparatus or an O 2 plasma apparatus. Also in this case, a hydroxyl group, a carboxyl group, or the like is generated at a site irradiated with plasma as in the ultraviolet irradiation. That is, the hydrophilic part 42 is formed.

第2セパレータ26及び第3セパレータ28に対しても同様にして、親水部位42を設ける。これにより、親水部位42を有する第1セパレータ24、第2セパレータ26及び第3セパレータ28が得られる。   Similarly, the hydrophilic portion 42 is provided for the second separator 26 and the third separator 28. Thereby, the 1st separator 24, the 2nd separator 26, and the 3rd separator 28 which have the hydrophilic part 42 are obtained.

その一方で、電解質・電極構造体22を作製する。すなわち、カソード電極16及びアノード電極18の各ガス拡散層に比して大面積となるように樹脂材を切断し、電解質膜20を得る。必要に応じ、電解質膜20に対して親水化表面処理を施すようにしてもよい。親水化表面処理は、上記と同様に紫外線やプラズマを照射することで行うことができる。なお、電解質膜20が親水性基を有する高分子(例えば、ナフィオン等)である場合には、親水化表面処理を行う必要は特にないが、行っても差し支えはない。   Meanwhile, an electrolyte / electrode structure 22 is produced. That is, the resin material is cut to have a larger area than the gas diffusion layers of the cathode electrode 16 and the anode electrode 18 to obtain the electrolyte membrane 20. If necessary, the electrolyte membrane 20 may be subjected to a hydrophilic surface treatment. The hydrophilic surface treatment can be performed by irradiating with ultraviolet rays or plasma in the same manner as described above. In addition, when the electrolyte membrane 20 is a polymer having a hydrophilic group (for example, Nafion or the like), it is not particularly necessary to perform the hydrophilization surface treatment, but it may be performed.

次に、例えば、デカール法によって電解質膜20の両面に電極触媒層を転写した後、前記ガス拡散層を電極触媒層に接合する。その結果、電解質膜20の外縁部がカソード電極16及びアノード電極18から露呈した電解質・電極構造体22が得られる。   Next, for example, after the electrode catalyst layer is transferred to both surfaces of the electrolyte membrane 20 by a decal method, the gas diffusion layer is bonded to the electrode catalyst layer. As a result, an electrolyte / electrode structure 22 in which the outer edge portion of the electrolyte membrane 20 is exposed from the cathode electrode 16 and the anode electrode 18 is obtained.

以上のようにして得られた第1セパレータ24、電解質・電極構造体22、第2セパレータ26、電解質・電極構造体22、第3セパレータ28を積層して積層体60を組み立て、例えば、ベルトコンベア(図示せず)によって図3に示す押圧装置62まで搬送する。勿論、押圧装置62に搬送する途中で積層体60を組み立てるようにしてもよい。この時点で、電解質膜20の外縁部は、第1セパレータ24、第2セパレータ26、第3セパレータ28の親水部位42に当接している。   The first separator 24, the electrolyte / electrode structure 22, the second separator 26, the electrolyte / electrode structure 22, and the third separator 28 obtained as described above are laminated to assemble a laminate 60, for example, a belt conveyor (Not shown) is conveyed to the pressing device 62 shown in FIG. Of course, you may make it assemble the laminated body 60 in the middle of conveying to the press apparatus 62. FIG. At this time, the outer edge portion of the electrolyte membrane 20 is in contact with the hydrophilic portion 42 of the first separator 24, the second separator 26, and the third separator 28.

ここで、押圧装置62は下型64と上型66を有する。これら下型64及び上型66には、親水部位42の裏面を押圧する押圧凸部68、70がそれぞれ突出形成されている。また、下型64及び上型66は、図示しない昇降機構の作用下に、互いに対して接近又は離間する方向に変位する。   Here, the pressing device 62 has a lower mold 64 and an upper mold 66. The lower mold 64 and the upper mold 66 are formed with protruding protrusions 68 and 70 that press the back surface of the hydrophilic portion 42, respectively. Further, the lower mold 64 and the upper mold 66 are displaced in a direction approaching or separating from each other under the action of a lifting mechanism (not shown).

積層体60が下型64と上型66の間に位置すると、これら下型64及び上型66が互いに接近するように変位する。従って、図4に一部を拡大して示すように押圧凸部68、70が親水部位42の裏面に当接し、さらに、該押圧凸部68、70が親水部位42を電解質膜20の外縁部20a側に向かって押圧する。従って、親水部位42が電解質膜20の外縁部20a(被挟持部位50a)に押し当てられる。   When the laminated body 60 is positioned between the lower mold 64 and the upper mold 66, the lower mold 64 and the upper mold 66 are displaced so as to approach each other. Therefore, as shown in a partially enlarged view in FIG. 4, the pressing convex portions 68 and 70 abut against the back surface of the hydrophilic portion 42, and the pressing convex portions 68 and 70 further connect the hydrophilic portion 42 to the outer edge portion of the electrolyte membrane 20. Press toward 20a. Accordingly, the hydrophilic portion 42 is pressed against the outer edge portion 20a (the sandwiched portion 50a) of the electrolyte membrane 20.

第1単位セル14aを構成する電解質膜20の外縁部20a(被挟持部位50a)が第1セパレータ24の凸部先端と第2セパレータ26の凸部先端で挟まれる位置と、第2単位セル14bを構成する電解質膜20の外縁部20b(被挟持部位50b)が第2セパレータ26の凸部先端と第3セパレータ28の凸部先端で挟まれる位置とは互いに相違する。すなわち、上記したように、第1単位セル14aの被挟持部位50aは、第2単位セル14bの被挟持部位50bに比してカソード電極16及びアノード電極18側に近接(又は、離間)している。このため、被挟持部位50a、50bのそれぞれを、第1セパレータ24と第2セパレータ26ごと、又は第2セパレータ26と第3セパレータ28ごと押圧することが可能である。   The position where the outer edge portion 20a (the sandwiched portion 50a) of the electrolyte membrane 20 constituting the first unit cell 14a is sandwiched between the convex portion tip of the first separator 24 and the convex portion tip of the second separator 26, and the second unit cell 14b. The position where the outer edge portion 20b (the sandwiched portion 50b) of the electrolyte membrane 20 that constitutes the second membrane 26 is sandwiched between the convex portion tip of the second separator 26 and the convex portion tip of the third separator 28 is different from each other. That is, as described above, the sandwiched portion 50a of the first unit cell 14a is closer to (or separated from) the cathode electrode 16 and the anode electrode 18 than the sandwiched portion 50b of the second unit cell 14b. Yes. Therefore, it is possible to press each of the sandwiched parts 50a and 50b together with the first separator 24 and the second separator 26, or together with the second separator 26 and the third separator 28.

電解質膜20の素材である樹脂は、上記したように親水性基を有している。この親水性基と、親水部位42の親水性基とが、例えば、水素結合を介して結合する。その結果、電解質膜20の外縁部20a、20b(被挟持部位50a、50b)が、常温であっても親水部位42と接合する。これにより、セルユニット12が得られる。   The resin that is the material of the electrolyte membrane 20 has a hydrophilic group as described above. This hydrophilic group and the hydrophilic group of the hydrophilic portion 42 are bonded through, for example, a hydrogen bond. As a result, the outer edge portions 20a and 20b (the sandwiched portions 50a and 50b) of the electrolyte membrane 20 are bonded to the hydrophilic portion 42 even at room temperature. Thereby, the cell unit 12 is obtained.

なお、下型64及び上型66を加温するようにしてもよい。被挟持部位50a、50bと親水部位42を、水素結合を介して結合させる場合、下型64及び上型66の温度は、電解質膜20の分解温度未満とすることが望ましい。   Note that the lower mold 64 and the upper mold 66 may be heated. When the sandwiched parts 50a and 50b and the hydrophilic part 42 are bonded through hydrogen bonds, it is desirable that the temperatures of the lower mold 64 and the upper mold 66 be lower than the decomposition temperature of the electrolyte membrane 20.

このように、本実施の形態においては、第1セパレータ24、第2セパレータ26及び第3セパレータ28に親水部位42を設け、この親水部位42に対して電解質膜20の外縁部を直接接合するようにしている。従って、電解質・電極構造体22をガスケットに組み込む必要や、電解質・電極構造体22とガスケット又はセパレータ24、26、28を、接着剤を介して接合する必要がない。この分、セルユニット12を得るまでのタクトタイムを短縮することができる。   As described above, in the present embodiment, the first separator 24, the second separator 26, and the third separator 28 are provided with the hydrophilic portion 42, and the outer edge portion of the electrolyte membrane 20 is directly bonded to the hydrophilic portion 42. I have to. Therefore, it is not necessary to incorporate the electrolyte / electrode structure 22 into the gasket, and it is not necessary to join the electrolyte / electrode structure 22 and the gaskets or separators 24, 26, 28 via an adhesive. Accordingly, the tact time until the cell unit 12 is obtained can be shortened.

以上のようにして得られたセルユニット12を、シール材52を介して積層する。さらに、最外方に位置するセルユニット12に対してエンドプレート等を積層し、押圧力を付与することにより、燃料電池スタック10が得られるに至る。上記したようにセルユニット12を得るタクトタイムが短縮されるので、燃料電池スタック10の生産効率の向上を図ることができる。   The cell units 12 obtained as described above are stacked via the sealing material 52. Furthermore, an end plate or the like is stacked on the outermost cell unit 12 and a pressing force is applied, whereby the fuel cell stack 10 is obtained. Since the tact time for obtaining the cell unit 12 is shortened as described above, the production efficiency of the fuel cell stack 10 can be improved.

燃料電池スタック10を運転するに際しては、酸素を含有する酸化剤ガス(例えば、圧縮空気)が第1セパレータ24、第2セパレータ26及び第3セパレータ28の、図2に示す第1ガス入口通路30に供給されるとともに、水素を含有する燃料ガス(例えば、水素)が第2ガス入口通路34に供給される。さらに、冷媒入口通路38に、純水やエチレングリコール、オイル等の適宜の冷却媒体が供給される。   When the fuel cell stack 10 is operated, an oxidant gas (for example, compressed air) containing oxygen is supplied from the first separator 24, the second separator 26, and the third separator 28 to the first gas inlet passage 30 shown in FIG. And a fuel gas containing hydrogen (for example, hydrogen) is supplied to the second gas inlet passage 34. Further, an appropriate cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the refrigerant inlet passage 38.

燃料ガスは、第1単位セル14aのアノード電極18と、第2セパレータ26の第2通路形成部46における山部との間の中空部に導入される。また、第2単位セル14bのアノード電極18と、第3セパレータ28の第3通路形成部48における山部との間の中空部にも導入される。各中空部に導入された燃料ガスは、図1の紙面に直交する方向に流通する。これにより、第1単位セル14a及び第2単位セル14bの各アノード電極18に燃料ガスが供給される。   The fuel gas is introduced into a hollow portion between the anode electrode 18 of the first unit cell 14 a and the peak portion of the second passage forming portion 46 of the second separator 26. Further, it is also introduced into a hollow portion between the anode electrode 18 of the second unit cell 14 b and the peak portion of the third passage forming portion 48 of the third separator 28. The fuel gas introduced into each hollow portion flows in a direction orthogonal to the paper surface of FIG. Thereby, fuel gas is supplied to each anode electrode 18 of the 1st unit cell 14a and the 2nd unit cell 14b.

アノード電極18では、燃料ガス中の水素が電離してプロトンが生じる反応が起こる。このプロトンは、電解質膜20のプロトン伝導作用によってカソード電極16に移動する。また、電子は、燃料電池スタック10に電気的に接続された外部負荷を付勢する電気エネルギ源として利用される。   At the anode electrode 18, a reaction occurs in which hydrogen in the fuel gas is ionized to generate protons. This proton moves to the cathode electrode 16 by the proton conduction action of the electrolyte membrane 20. Further, the electrons are used as an electrical energy source for energizing an external load electrically connected to the fuel cell stack 10.

一方、酸化剤ガスは、第1単位セル14aのカソード電極16と、第1セパレータ24の第1通路形成部44における谷部との間の中空部に導入される。同時に、第2単位セル14bのカソード電極16と、第2セパレータ26の第2通路形成部46における谷部との間の中空部にも導入される。各中空部に導入された酸化剤ガスが図1の紙面に直交する方向に流通することにより、第1単位セル14a及び第2単位セル14bの各カソード電極16に燃料ガスが供給される。なお、酸化剤ガスの流通方向は、燃料ガスの流通方向と逆である。   On the other hand, the oxidant gas is introduced into a hollow portion between the cathode electrode 16 of the first unit cell 14 a and the valley portion in the first passage forming portion 44 of the first separator 24. At the same time, it is also introduced into the hollow portion between the cathode electrode 16 of the second unit cell 14 b and the valley portion in the second passage forming portion 46 of the second separator 26. As the oxidant gas introduced into each hollow portion flows in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1, the fuel gas is supplied to each cathode electrode 16 of the first unit cell 14a and the second unit cell 14b. Note that the flow direction of the oxidant gas is opposite to the flow direction of the fuel gas.

カソード電極16では、酸化剤ガス中の酸素と、電解質膜20を移動したプロトンと、前記外部負荷を付勢してカソード電極16に到達した電子とが反応し、水が生成する。このように、各アノード電極18と各カソード電極16にて電気化学反応が生起されることに伴い、燃料電池スタック10が発電する。   In the cathode electrode 16, oxygen in the oxidant gas, protons that have moved through the electrolyte membrane 20, and electrons that have reached the cathode electrode 16 by energizing the external load react to generate water. Thus, the fuel cell stack 10 generates electric power as an electrochemical reaction occurs at each anode electrode 18 and each cathode electrode 16.

アノード電極18に供給された過剰の燃料ガスは、使用済ガスとして第2ガス出口通路36から排出される。また、カソード電極16に供給された過剰の酸化剤ガスは、使用済ガスとして第1ガス出口通路32から排出される。   Excess fuel gas supplied to the anode electrode 18 is discharged from the second gas outlet passage 36 as spent gas. Further, excess oxidant gas supplied to the cathode electrode 16 is discharged from the first gas outlet passage 32 as spent gas.

そして、冷却媒体は、冷媒入口通路38から、第1単位セル14aの第3セパレータ28の第3通路形成部48における谷部と、第2単位セル14bの第1セパレータ24の第1通路形成部44における山部とで形成される中空部に導入される。冷却媒体も、図1の紙面に直交する方向に流通して冷媒出口通路40から排出される。この流通により、セルユニット12が冷却される。   Then, the coolant flows from the refrigerant inlet passage 38 to the valley portion in the third passage formation portion 48 of the third separator 28 of the first unit cell 14a and the first passage formation portion of the first separator 24 of the second unit cell 14b. 44 is introduced into a hollow portion formed by a peak portion. The cooling medium is also circulated in a direction orthogonal to the paper surface of FIG. 1 and discharged from the refrigerant outlet passage 40. The cell unit 12 is cooled by this distribution.

以上のようにして燃料電池スタック10の発電が行われている間、燃料ガス及び酸化剤ガスが、電解質膜20とセパレータ24、26、28との間から漏洩することが回避される。上記したように、電解質膜20とセパレータ24、26、28とが直接接合しているからである。   While the fuel cell stack 10 is generating electricity as described above, the fuel gas and the oxidant gas are prevented from leaking from between the electrolyte membrane 20 and the separators 24, 26, and 28. This is because the electrolyte membrane 20 and the separators 24, 26, and 28 are directly joined as described above.

また、熱可塑性樹脂からなる接着剤を用いていないので、発電(運転)を継続することに伴って電解質膜20とセパレータ24、26、28との間が軟化して接合力が低下することがない。従って、接着剤が反応ガス流路(中空部)に侵入することに起因して圧力損失が大きくなる懸念が払拭される。   In addition, since an adhesive made of a thermoplastic resin is not used, it is possible that the electrolyte membrane 20 and the separators 24, 26, and 28 are softened and the bonding force is reduced as power generation (operation) is continued. Absent. Therefore, the concern that the pressure loss increases due to the adhesive entering the reaction gas flow path (hollow part) is eliminated.

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。   The present invention is not particularly limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、電解質膜20の外縁部と親水部位42を接合する装置は、図5に示す押圧装置80であってもよい。この押圧装置80は、互いに同期して回転する下ローラ82と上ローラ84を有する。下ローラ82及び上ローラ84には、押圧凸部86、88がそれぞれ形成される。従って、下ローラ82と上ローラ84の間に積層体60が位置すると、電解質膜20の挟持部位が、押圧凸部86、88によってセパレータ24、26、28ごと押圧される。その結果、第1単位セル14aの電解質膜20の挟持部位が第1セパレータ24と第2セパレータ26の各親水部位42に接合するとともに、第2単位セル14bの電解質膜20の挟持部位が第2セパレータ26と第3セパレータ28の各親水部位42に接合する。   For example, the pressing device 80 shown in FIG. 5 may be used as a device that joins the outer edge portion of the electrolyte membrane 20 and the hydrophilic portion 42. The pressing device 80 includes a lower roller 82 and an upper roller 84 that rotate in synchronization with each other. Pressing convex portions 86 and 88 are formed on the lower roller 82 and the upper roller 84, respectively. Therefore, when the laminate 60 is positioned between the lower roller 82 and the upper roller 84, the sandwiched portion of the electrolyte membrane 20 is pressed together with the separators 24, 26, and 28 by the pressing convex portions 86 and 88. As a result, the sandwiched portion of the electrolyte membrane 20 of the first unit cell 14a is joined to each hydrophilic portion 42 of the first separator 24 and the second separator 26, and the sandwiched portion of the electrolyte membrane 20 of the second unit cell 14b is the second. The separator 26 and the third separator 28 are bonded to the hydrophilic portions 42.

また、第1単位セル14aを第1セパレータ24と第2セパレータ26に挟んで電解質膜20の挟持部位をセパレータ24、26の親水部位42に接合した後、第2単位セル14bを構成する電解質・電極構造体22と第3セパレータ28を積層し、さらに、第2単位セル14bの電解質膜20の挟持部位をセパレータ26、28の親水部位42に接合するようにしてもよい。   In addition, after sandwiching the first unit cell 14a between the first separator 24 and the second separator 26 and joining the sandwiched portion of the electrolyte membrane 20 to the hydrophilic portion 42 of the separators 24 and 26, the electrolyte / The electrode structure 22 and the third separator 28 may be stacked, and the sandwiched portion of the electrolyte membrane 20 of the second unit cell 14b may be joined to the hydrophilic portion 42 of the separators 26 and 28.

そして、セパレータ24、26、28はカーボン製であってもよい。この場合においても上記に準じて親水化表面処理を施すことにより、親水部位42を設けることができる。   The separators 24, 26 and 28 may be made of carbon. Also in this case, the hydrophilic portion 42 can be provided by performing a hydrophilic surface treatment according to the above.

10…燃料電池スタック 12…セルユニット
14a、14b…単位セル 16…カソード電極
18…アノード電極 20…電解質膜
20a、20b…外縁部 22…電解質・電極構造体
24、26、28…セパレータ 42…親水部位
50a、50b…被挟持部位 60…積層体
62、80…押圧装置 64…下型
66…上型 68、70、86、88…押圧凸部
82…下ローラ 84…上ローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 12 ... Cell unit 14a, 14b ... Unit cell 16 ... Cathode electrode 18 ... Anode electrode 20 ... Electrolyte membrane 20a, 20b ... Outer edge part 22 ... Electrolyte and electrode structure 24, 26, 28 ... Separator 42 ... Hydrophilic Part 50a, 50b ... clamping part 60 ... Laminate 62, 80 ... Pressing device 64 ... Lower mold 66 ... Upper mold 68, 70, 86, 88 ... Pressing convex part 82 ... Lower roller 84 ... Upper roller

Claims (6)

電解質膜をアノード電極及びカソード電極で挟んだ電解質・電極構造体が1組のセパレータ間に介在される単位セルを備え、複数個の前記単位セルが積層されて構成される燃料電池スタックにおいて、
前記電解質膜は、前記アノード電極及び前記カソード電極に比して大面積であり、その外縁部が前記アノード電極及び前記カソード電極から露呈し、
前記電解質膜の、前記アノード電極及び前記カソード電極から露呈した前記外縁部が、前記セパレータの凸部の、親水性を示す親水部位に直接接合していることを特徴とする燃料電池スタック。
In a fuel cell stack comprising a unit cell in which an electrolyte / electrode structure sandwiching an electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode is interposed between a pair of separators, and a plurality of the unit cells are laminated,
The electrolyte membrane has a larger area than the anode electrode and the cathode electrode, and the outer edge portion is exposed from the anode electrode and the cathode electrode,
The fuel cell stack, wherein the outer edge portion of the electrolyte membrane exposed from the anode electrode and the cathode electrode is directly joined to a hydrophilic portion showing hydrophilicity of the convex portion of the separator.
請求項1記載のスタックにおいて、前記親水部位には、水酸基又はカルボキシル基が存在することを特徴とする燃料電池スタック。   2. The fuel cell stack according to claim 1, wherein a hydroxyl group or a carboxyl group is present in the hydrophilic portion. 請求項1又は2記載のスタックにおいて、前記電解質膜は、その表面に親水性基が存在するものであることを特徴とする燃料電池スタック。   3. The fuel cell stack according to claim 1, wherein the electrolyte membrane has a hydrophilic group on a surface thereof. 電解質膜をアノード電極及びカソード電極で挟んだ電解質・電極構造体が1組のセパレータ間に介在される単位セルを複数個積層して燃料電池スタックを得る燃料電池スタックの製造方法において、
電解質膜の面積を、前記アノード電極及び前記カソード電極に比して大きく設定し、前記電解質・電極構造体を、該電解質膜の外縁部が前記アノード電極及び前記カソード電極から露呈するように作製する工程と、
前記セパレータの少なくとも凸部に対して親水化表面処理を施すことで親水部位を形成する工程と、
前記電解質膜の、前記アノード電極及び前記カソード電極から露呈した前記外縁部を、前記親水部位に直接接合する工程と、
を有することを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。
In a method of manufacturing a fuel cell stack, a fuel cell stack is obtained by stacking a plurality of unit cells in which an electrolyte / electrode structure sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode is interposed between a pair of separators.
The area of the electrolyte membrane is set to be larger than that of the anode electrode and the cathode electrode, and the electrolyte / electrode structure is prepared so that the outer edge of the electrolyte membrane is exposed from the anode electrode and the cathode electrode. Process,
Forming a hydrophilic portion by applying a hydrophilic surface treatment to at least the convex portion of the separator;
Directly bonding the outer edge portion of the electrolyte membrane exposed from the anode electrode and the cathode electrode to the hydrophilic portion;
A method for manufacturing a fuel cell stack, comprising:
請求項4記載の製造方法において、前記親水化表面処理として、紫外線照射又はプラズマ照射のいずれかを行い、前記セパレータの表面に水酸基又はカルボキシル基を設けることを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。   5. The method of manufacturing a fuel cell stack according to claim 4, wherein as the hydrophilization surface treatment, either ultraviolet irradiation or plasma irradiation is performed, and a hydroxyl group or a carboxyl group is provided on the surface of the separator. 請求項4又は5記載の製造方法において、前記電解質膜として、その表面に親水性基が存在するものを選定することを特徴とする燃料電池スタックの製造方法。   6. The method of manufacturing a fuel cell stack according to claim 4 or 5, wherein a material having a hydrophilic group on the surface thereof is selected as the electrolyte membrane.
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