JP2021057282A - Power generation cell and method for manufacturing power generation cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解質膜・電極構造体のガス拡散層とセパレータとの間に介在して反応ガス流路を形成する流路形成体を備える発電セル及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a power generation cell including a flow path forming body that is interposed between a gas diffusion layer of an electrolyte membrane / electrode structure and a separator to form a reaction gas flow path, and a method for manufacturing the same.
例えば、特許文献1には、電解質膜の両側に電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、金属製のセパレータによって挟持した燃料電池が開示されている。この燃料電池では、電解質膜・電極構造体に供給する反応ガスが流通する反応ガス流路がセパレータに設けられている。反応ガス流路をセパレータに設ける場合、反応ガス流路の形状に応じたキャビティを有する金型を用いて、セパレータをプレス成形することが行われている。 For example, Patent Document 1 discloses a fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) in which electrodes are arranged on both sides of the electrolyte membrane is sandwiched between metal separators. In this fuel cell, the separator is provided with a reaction gas flow path through which the reaction gas supplied to the electrolyte membrane / electrode structure flows. When the reaction gas flow path is provided in the separator, the separator is press-molded using a mold having a cavity corresponding to the shape of the reaction gas flow path.
上記のようにセパレータにプレス成形を行う場合、反応ガス流路の形状に応じた複雑な形状の金型を用意する必要があるが、複雑な形状の金型は高額であるとともに寿命が短い。このため、反応ガス流路を形成するためのコストが増大する懸念がある。 When the separator is press-molded as described above, it is necessary to prepare a mold having a complicated shape according to the shape of the reaction gas flow path, but the mold having a complicated shape is expensive and has a short life. Therefore, there is a concern that the cost for forming the reaction gas flow path will increase.
そこで、本発明は、発電特性を維持しつつ、反応ガス流路を形成するためのコストを低減することが可能な発電セル及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power generation cell and a method for manufacturing the same, which can reduce the cost for forming a reaction gas flow path while maintaining the power generation characteristics.
本発明の一態様は、導電性且つ多孔質性のガス拡散層を有する電極が電解質膜の両側に配設された電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体を挟む金属製のセパレータと、前記ガス拡散層及び前記セパレータの間に介在して反応ガス流路を形成する導電性の流路形成体と、を備え、前記セパレータの少なくとも前記流路形成体に臨む部分が平坦である燃料電池の発電セルであって、互いに対向する前記流路形成体の第1面と前記ガス拡散層の第2面とは、前記第1面及び前記第2面に対して島状に配置された接着剤層により接合されている。 One aspect of the present invention is a metal product that sandwiches an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes having a conductive and porous gas diffusion layer are arranged on both sides of the electrolyte membrane, and the electrolyte membrane / electrode structure. A separator and a conductive flow path forming body that forms a reaction gas flow path between the gas diffusion layer and the separator are provided, and at least a portion of the separator facing the flow path forming body is flat. In a fuel cell power generation cell, the first surface of the flow path forming body facing each other and the second surface of the gas diffusion layer are arranged in an island shape with respect to the first surface and the second surface. It is joined by a bonded adhesive layer.
本発明の別の一態様は、導電性且つ多孔質性のガス拡散層を有する電極が電解質膜の両側に配設された電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体を挟む金属製のセパレータと、前記ガス拡散層及び前記セパレータの間に介在して反応ガス流路を形成する導電性の流路形成体と、を備え、前記セパレータの少なくとも前記流路形成体に臨む部分が平坦である燃料電池の発電セルの製造方法であって、前記流路形成体又は前記流路形成体の材料である導電性部材の第1面と、前記ガス拡散層又は前記ガス拡散層の材料である導電性多孔質体の第2面との少なくとも一方に接着剤層を島状に配置する接着剤配置工程と、前記第1面と前記第2面とを積層して、前記接着剤層を硬化させる接合工程と、を有する。 Another aspect of the present invention is a metal sandwiching an electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes having a conductive and porous gas diffusion layer are arranged on both sides of the electrolyte membrane and the electrolyte membrane / electrode structure. The separator is provided with a conductive flow path forming body that forms a reaction gas flow path between the gas diffusion layer and the separator, and at least a portion of the separator facing the flow path forming body is provided. A method for manufacturing a flat fuel cell power generation cell, wherein the first surface of the flow path forming body or the conductive member which is the material of the flow path forming body, and the material of the gas diffusion layer or the gas diffusion layer. An adhesive arranging step of arranging an adhesive layer in an island shape on at least one of the second surface of the conductive porous body, and the first surface and the second surface are laminated to form the adhesive layer. Has a joining step of curing the.
この燃料電池の発電セルでは、セパレータとガス拡散層との間に介在する流路形成体により反応ガス流路が形成されるため、セパレータの少なくとも流路形成体に臨む部分を平坦にすることができる。これによって、セパレータに反応ガス流路をプレス成形するための複雑な形状の金型を用意することを回避でき、ひいいては、反応ガス流路の形成コストを低減できる。 In the power generation cell of this fuel cell, since the reaction gas flow path is formed by the flow path forming body interposed between the separator and the gas diffusion layer, at least the portion of the separator facing the flow path forming body can be flattened. it can. As a result, it is possible to avoid preparing a mold having a complicated shape for press-molding the reaction gas flow path in the separator, and by extension, it is possible to reduce the cost of forming the reaction gas flow path.
発電セルにおいて、互いに対向する流路形成体の第1面とガス拡散層の第2面とは島状に配置された接着剤層によって接合される。このように接着剤層が島状に配置されることで、例えば、第1面及び第2面の全体に接着剤層を配置した場合よりも、接着剤層を形成するために必要な接着剤の量を減らすことができる。これによって、流路形成体を低コストで設けることができ、ひいては、反応ガス流路を低コストで形成することができる。 In the power generation cell, the first surface of the flow path forming bodies facing each other and the second surface of the gas diffusion layer are joined by an adhesive layer arranged in an island shape. By arranging the adhesive layers in an island shape in this way, for example, the adhesive required to form the adhesive layer is more than the case where the adhesive layers are arranged on the entire first surface and the second surface. The amount of can be reduced. As a result, the flow path forming body can be provided at low cost, and thus the reaction gas flow path can be formed at low cost.
また、接着剤層が島状に配置されることで、互いに対向する第1面及び第2面には、接着剤層が介在していない非介在部分が生じる。非介在部分では、第1面及び第2面を直接接触させることができるため、流路形成体とガス拡散層との間の導電性が良好に維持され、発電セルの内部抵抗を低減させることができる。さらに、非介在部分では、接着剤層により多孔質性のガス拡散層の細孔が閉塞されることを回避できるため、細孔を介した反応ガスの良好な拡散性を維持できる。これらから、発電セルの発電特性を良好に維持することができる。 Further, by arranging the adhesive layers in an island shape, non-intervening portions where the adhesive layer does not intervene are generated on the first surface and the second surface facing each other. Since the first surface and the second surface can be brought into direct contact with each other in the non-intervening portion, good conductivity between the flow path forming body and the gas diffusion layer is maintained, and the internal resistance of the power generation cell is reduced. Can be done. Further, in the non-intervening portion, it is possible to prevent the pores of the porous gas diffusion layer from being blocked by the adhesive layer, so that good diffusibility of the reaction gas through the pores can be maintained. From these, it is possible to maintain good power generation characteristics of the power generation cell.
以上から、本発明によれば、発電セルの発電特性を維持しつつ、反応ガス流路を形成するためのコストを低減することができる。 From the above, according to the present invention, it is possible to reduce the cost for forming the reaction gas flow path while maintaining the power generation characteristics of the power generation cell.
本発明に係る発電セル及び発電セルの製造方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の図において、同一又は同様の機能及び効果を奏する構成要素に対しては同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する場合がある。 A preferred embodiment of the power generation cell and the method for manufacturing the power generation cell according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following figures, components having the same or similar functions and effects may be designated by the same reference numerals, and repeated description may be omitted.
本実施形態に係る発電セル12(図1〜図3)は、図2〜図4に示す流路構造10を有する。また、図1に示すように、発電セル12は、矢印A方向に複数積層された積層体14の状態で、燃料電池16(燃料電池スタック)に備えられる。すなわち、本実施形態では、燃料電池16は、燃料電池スタックの形態である。しかしながら、特にこれに限定されるものではなく、燃料電池16は、例えば、1個の発電セル12から構成されてもよい。また、燃料電池16は、例えば、不図示の燃料電池電気自動車に搭載して用いることや、定置型として用いること等が可能である。
The power generation cell 12 (FIGS. 1 to 3) according to the present embodiment has the
図1に示すように、積層体14の積層方向の一端側(矢印A1側)には、不図示のターミナルプレート、インシュレータ18a及びエンドプレート20aが外方に向かって、順次、配設される。積層体14の積層方向他端(矢印A2側)には、不図示のターミナルプレート、インシュレータ18b及びエンドプレート20bが外方に向かって、順次、配設される。
As shown in FIG. 1, a terminal plate, an
エンドプレート20a、20bは、例えば、水平方向(矢印B方向)に横長(縦長でもよい)の長方形状を有するとともに、各辺間には、連結バー22が配置される。各連結バー22は、両端をエンドプレート20a、20bの内面にボルト23を介して固定され、複数の積層された発電セル12に積層方向(矢印A方向)の締め付け荷重を付与する。なお、燃料電池16では、エンドプレート20a、20bを端板とする不図示の筐体を備え、該筐体内に積層体14を収容するように構成してもよい。
The
エンドプレート20a、20b及び各発電セル12には、それぞれの長手方向の一端縁部(矢印B1側端部)に、積層方向(矢印A方向)に互いに連通して、酸化剤ガス入口連通孔24a、冷却媒体入口連通孔26a及び燃料ガス出口連通孔28bが、矢印C方向に配列して設けられる。酸化剤ガス入口連通孔24aには、例えば、酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給される。冷却媒体入口連通孔26aには、例えば、純水、エチレングリコール、オイル等の少なくとも何れかが冷却媒体として供給される。燃料ガス出口連通孔28bからは、例えば、水素含有ガス等の燃料ガスが排出される。
The
エンドプレート20a、20b及び各発電セル12の長手方向の他端縁部(矢印B2側端部)には、積層方向に互いに連通して、燃料ガス入口連通孔28a、冷却媒体出口連通孔26b及び酸化剤ガス出口連通孔24bが、矢印C方向に配列して設けられる。燃料ガス入口連通孔28aには、燃料ガスが供給される。冷却媒体出口連通孔26bからは、冷却媒体が排出される。酸化剤ガス出口連通孔24bからは、酸化剤ガスが排出される。
The
以下では、酸化剤ガス入口連通孔24a、酸化剤ガス出口連通孔24b、燃料ガス入口連通孔28a、燃料ガス出口連通孔28b、冷却媒体入口連通孔26a、冷却媒体出口連通孔26bを総称して単に「連通孔」ともいう。これらの連通孔のそれぞれの配置や形状は、本実施形態に限定されるものではなく、要求される仕様に応じて、適宜設定すればよい。
In the following, the oxidizer gas
図2及び図3に示すように、発電セル12は、電解質膜・電極構造体30と、電解質膜・電極構造体30の一方の面側(矢印A1側)に配設される金属製の第1セパレータ32aと、電解質膜・電極構造体30の他方の面側(矢印A2側)に配設される金属製の第2セパレータ32bとを備える。なお、第1セパレータ32a及び第2セパレータ32bを特に区別しない場合等には、これらを総称して「セパレータ32」ともいう。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図3に示すように、電解質膜・電極構造体30は、電解質膜34と、電解質膜34を挟持するカソード電極36a及びアノード電極36bとを備える。図2に示すように、電解質膜・電極構造体30の外周部には、フィルム状の樹脂枠部材38が全周に亘って設けられている。
As shown in FIG. 3, the electrolyte membrane /
図3に示すように、電解質膜34は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜等のフッ素系電解質から形成することや、HC(炭化水素)系電解質から形成することができる。カソード電極36aは、電解質膜34の矢印A1側の面に接合されるカソード電極触媒層40aと、該カソード電極触媒層40aの矢印A1側に積層されるカソードガス拡散層42aとを有する。アノード電極36bは、電解質膜34の矢印A2側の面に接合されるアノード電極触媒層40bと、該アノード電極触媒層40bの矢印A2側に積層されるアノードガス拡散層42bとを有する。
As shown in FIG. 3, the
カソード電極触媒層40a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、カソードガス拡散層42aの表面に一様に塗布されて形成される。アノード電極触媒層40b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、アノードガス拡散層42bの表面に一様に塗布されて形成される。カソードガス拡散層42a及びアノードガス拡散層42bは、該カソードガス拡散層42a及びアノードガス拡散層42bよりも外形寸法が大きい板状の導電性多孔質体46(図7A)を原材料としてそれぞれ形成される。導電性多孔質体46の材料は、例えば、カーボンペーパ、カーボンクロス等である。
The cathode
図2及び図4に示すように、樹脂枠部材38は、額縁状であり、例えば、その内周端縁部が、カソードガス拡散層42a(図2)の外周端縁部とアノードガス拡散層42b(図4)の外周端縁部との間に挟持されている。樹脂枠部材38の内周端面は、電解質膜34の外周端面に近接してもよいし、当接してもよいし、重なってもよい。上記の連通孔は、各発電セル12の樹脂枠部材38にそれぞれ設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
図2及び図3に示すように、カソードガス拡散層42aと第1セパレータ32aとの間には、酸化剤ガス流路形成体44aが介在している。酸化剤ガス流路形成体44aとカソードガス拡散層42aとの接合体として酸化剤ガス流路構造10aが構成される。アノードガス拡散層42bと第2セパレータ32bとの間には、燃料ガス流路形成体44bが介在している。燃料ガス流路形成体44bとアノードガス拡散層42bとの接合体として燃料ガス流路構造10bが構成される。
As shown in FIGS. 2 and 3, an oxidant gas flow
以下では、カソード電極36a及びアノード電極36bを特に区別しない場合等には、これらを総称して「電極36」ともいう。同様に、カソード電極触媒層40a及びアノード電極触媒層40bを総称して「電極触媒層40」ともいい、カソードガス拡散層42a及びアノードガス拡散層42bを総称して「ガス拡散層42」ともいい、酸化剤ガス流路形成体44a及び燃料ガス流路形成体44bを総称して「流路形成体44」ともいい、酸化剤ガス流路構造10a及び燃料ガス流路構造10bを総称して「流路構造10」ともいう。
Hereinafter, when the
本実施形態では、流路形成体44は、後述するように、例えば、ガス拡散層42と同じ材料、すなわち、図7Aの導電性多孔質体46と同じ材料からなる板状の導電性部材48(図5)を原材料として形成され、本体部50と、流路溝52とを有する。積層方向(矢印A方向)視における流路形成体44の外形寸法は、ガス拡散層42の外形寸法と略同じ大きさに形成されている。
In the present embodiment, as will be described later, the flow
図3に示すように、流路形成体44の本体部50の第1面48aは、ガス拡散層42の電極触媒層40が設けられた面と反対側の面(カソードガス拡散層42aでは矢印A1側の面、アノードガス拡散層42bでは矢印A2側の面)である第2面54に図4の接着剤層55により接合される。本実施形態では、接着剤層55は、非導電性接着剤から形成される。このため、第1面48a及び第2面54は、導電性接着剤を用いることなく、非導電性の接着剤層55によって接合される。接着剤層55の種類としては、非導電性を示す種々のものを用いることができる。なお、接着剤層55は、非導電性接着剤から形成されることに代えて、導電性接着剤から形成されてもよい。
As shown in FIG. 3, the
図4に示すように、接着剤層55は、第1面48a及び第2面54に対して、繋がることなく断続した島状(本実施形態では、円形の一部を切り欠いた複数のドット状)に配置されている。このため、互いに対向する第1面48a及び第2面54の間には、接着剤層55が介在しない非介在部分55aが形成される。非介在部分55aでは、第1面48a及び第2面54が接着剤層55を介さずに直接接触する。
As shown in FIG. 4, the
島状の接着剤層55の個数、矢印A方向視における形状、配置等は特に限定されるものではない。接着剤層55は、第1面48a及び第2面54に対して、非介在部分55aが形成されるように、換言すると、第1面48a及び第2面54の全体を覆うことなく配置されればよい。島状の接着剤層55のそれぞれの外形の一例としては、円形状、オーバル形状(楕円、長円、卵形等)、多角形状(三角、四角、五角、六角等)、これらの形状の一部が切り欠かれた形状等が挙げられる。また、接着剤層55は、矢印A方向視で格子状に配置されてもよいし、波状に延在して配置されてもよい。
The number of island-shaped
また、島状の接着剤層55を複数設ける場合、複数の接着剤層55は、第1面48a及び第2面54に対して、規則的に整列して配置されてもよいし、不規則に点在して配置されてもよい。例えば、本体部50の表面積に対する接着剤層55の面積は5〜30%程度に設定されることが好ましい。第1面48a又は第2面54の面積に対する、非導電性の接着剤層55の面積は、流路形成体44とガス拡散層42とを接着可能であり、且つ非介在部分55aを介して流路形成体44とガス拡散層42との間に十分な導電性を確保できるように設定されることが好ましい。
Further, when a plurality of island-shaped
図2に示すように、本体部50には、該本体部50を厚さ方向(矢印A方向)に貫通するとともに、ガス拡散層42の第2面54に沿って本体部50の一端(矢印B1側端部)から他端(矢印B2側端部)に亘って延在する複数の流路溝52が設けられている。このため、本体部50は、該本体部50が流路溝52によって矢印C方向に分断されることで形成される複数個の分断部56を有する。つまり、流路溝52の幅方向(矢印C方向)の両側に分断部56が配設される。換言すると、矢印C方向に間隔を置いて対向する分断部56同士の間に流路溝52が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態では、図2及び図4に示すように、流路溝52は、矢印C方向を振幅方向として、矢印B方向に複数の周期を有する波状に延在することとするが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、矢印B方向に直線状やジグザグ状に延在してもよい。複数の流路溝52は、矢印C方向に互いに等間隔に配置されていてもよいし、互いに異なる間隔で配置されていてもよい。各流路溝52の幅寸法は、該流路溝52の延在方向の全体に亘って略一定に形成されていてもよいし、流路溝52の延在方向で変化していてもよい。図3に示すように、流路溝52の横断面形状は、四角形状に形成されていることとするが、四角形状以外の形状であってもよい。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 4, the flow path groove 52 extends in a wavy shape having a plurality of periods in the direction of arrow B with the direction of arrow C as the amplitude direction. For example, it may extend in a straight line or a zigzag shape in the direction of arrow B. The plurality of
本体部50の流路溝52を形成する溝内面には、不図示の撥水処理部を設けてもよい。撥水処理部は、例えば、フッ素樹脂を含むアルコール溶液を、流路溝52を形成する溝内面に塗布して形成することや、流路形成体44の材料に撥水性素材を含ませることによって形成可能である。
A water-repellent treatment portion (not shown) may be provided on the inner surface of the groove forming the flow path groove 52 of the
図2に示すように、酸化剤ガス流路形成体44aの流路溝52は、その延在方向の一端部(矢印B1側端部)を介して酸化剤ガス入口連通孔24aに連通するとともに、延在方向の他端部(矢印B2側端部)を介して酸化剤ガス出口連通孔24bに連通する。これによって、酸化剤ガス流路形成体44aの流路溝52の内側には、カソード電極36a(カソードガス拡散層42aの第2面54)に沿って矢印B1側から矢印B2側に酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路58aが形成される。
As shown in FIG. 2, the flow path groove 52 of the oxidant gas flow
図4に示すように、燃料ガス流路形成体44bの流路溝52は、その延在方向の他端部(矢印B2側端部)を介して燃料ガス入口連通孔28aに連通するとともに、延在方向の一端部(矢印B1側端部)を介して燃料ガス出口連通孔28bに連通する。これによって、燃料ガス流路形成体44bの流路溝52の内側には、アノード電極36b(アノードガス拡散層42bの第2面54)に沿って矢印B2側から矢印B1側に燃料ガスが流れる燃料ガス流路58bが形成される。
As shown in FIG. 4, the flow path groove 52 of the fuel gas flow
なお、以下では、酸化剤ガス及び燃料ガスを特に区別しない場合等には、これらを総称して「反応ガス」ともいい、同様に、酸化剤ガス流路58a及び燃料ガス流路58bを総称して「反応ガス流路58」ともいう。
In the following, when the oxidant gas and the fuel gas are not particularly distinguished, they are also collectively referred to as “reaction gas”, and similarly, the oxidant
図2に示すように、セパレータ32の電解質膜・電極構造体30に臨む面(以下、内側面60ともいう)のうち、流路形成体44に臨む部分は平坦な平坦面62となっている。すなわち、第1セパレータ32aでは、矢印A2側の面である内側面60に平坦面62が設けられ、第2セパレータ32bでは矢印A1側の面である内側面60に平坦面62が設けられている。なお、セパレータ32は、プレス成形が施された部分を備えず、内側面60及びその裏面である外側面68の全体に亘って平坦であることが好ましい。
As shown in FIG. 2, of the surfaces of the
セパレータ32の内側面60において、連通孔と平坦面62との間には、バッファ部64がそれぞれ設けられている。なお、第1セパレータ32aの内側面60に関するバッファ部64の図示は省略するが、第1セパレータ32aの内側面60に対しても、第2セパレータ32bの内側面60と同様にバッファ部64が設けられている。
On the
バッファ部64は、例えば、電解質膜・電極構造体30側(積層方向の内側)に向かって突出する複数個のエンボス64aを有する。例えば、複数個のエンボス64aは、セパレータ32に対して簡単なプレス成形を行うことで形成してもよいし、セパレータ32の平坦な内側面60に対して、不図示のディスペンサ等を用いて、樹脂(接着剤等)や、ゴムや、エラストマ等の高分子材料からなる突起部を設けることで形成してもよい。また、突起部を設けたシート(不図示)をセパレータ32の内側面60に貼着すること等によってバッファ部64を形成してもよい。
The
第1セパレータ32aでは、バッファ部64によって、酸化剤ガス入口連通孔24aから酸化剤ガス流路58aへと酸化剤ガスが導かれるとともに、酸化剤ガス流路58aから酸化剤ガス出口連通孔24bへと酸化剤ガスが導かれる。また、第2セパレータ32bでは、バッファ部64によって、燃料ガス入口連通孔28aから燃料ガス流路58bへと燃料ガスが分散されて導かれるとともに、燃料ガス流路58bから燃料ガス出口連通孔28bへと燃料ガスが分散されて導かれる。
In the
また、セパレータ32の内側面60には、例えば、弾性を有するゴム等からなるシール部66が電解質膜・電極構造体30に向かって膨出するように設けられている。シール部66は、平坦面62及びバッファ部64を一体に囲む内側シール部66aと、内側シール部66aよりも外側でセパレータ32の外周に沿って延在する外側シール部66bと、複数の連通孔を個別に囲む連通孔シール部66cとを有する。
Further, the
連通孔シール部66c及び内側シール部66aは、各々が囲む領域同士が連通するように一体化された連続部分66dを有する。これによって、第2セパレータ32bの内側面60では、燃料ガス入口連通孔28a及び燃料ガス出口連通孔28bのそれぞれと燃料ガス流路58bとの連通が可能となっている。第1セパレータ32aの内側面60に関するシール部66の図示は省略するが、連続部分66dが酸化剤ガス入口連通孔24a及び酸化剤ガス出口連通孔24bのそれぞれと酸化剤ガス流路58aとを連通可能に設けられていることを除いて、第1セパレータ32aの内側面60に対しても、第2セパレータ32bの内側面60と同様にシール部66が設けられている。
The communication
なお、第1セパレータ32a及び第2セパレータ32bの少なくとも何れかの内側面60には、導電性を有する不図示の耐食性皮膜が設けられていてもよい。このような耐食性皮膜は、例えば、金又はTiO2(酸化チタン)等から形成することができる。
The
上記の通り、燃料電池16では、複数の発電セル12が積層されて積層体14(図1)を形成するため、図3に示すように、第1セパレータ32aの内側面60の裏面である外側面68には、他の発電セル12の第2セパレータ32bの外側面68が対向する。また、第2セパレータ32bの外側面68には、他の発電セル12の第1セパレータ32aの外側面68が対向する。
As described above, in the
図2に示すように、第1セパレータ32aの外側面68と第2セパレータ32bの外側面68との間には、冷却媒体入口連通孔26aと冷却媒体出口連通孔26bとに連通する冷却媒体流路70が形成される。セパレータ32の外側面68に設けられた連通孔シール部66c及び内側シール部66aは、冷却媒体入口連通孔26a及び冷却媒体出口連通孔26bのそれぞれと冷却媒体流路70とを連通可能にする連続部分66dを有する。冷却媒体流路70には、セパレータ32の外側面68の面方向に沿って冷却媒体が流れる。不図示ではあるが、第1セパレータ32aの外側面68と第2セパレータ32bの外側面68との間には、例えば、メッシュ構造の板部材や、外側面68の少なくとも何れか一方から突出する突出部等が設けられ、これによって冷却媒体流路70の矢印A方向の高さ、冷却媒体の流通方向や流通速度等が調整される。
As shown in FIG. 2, between the
以下、図5、図6A〜図6C、図7A、図7B、図8A〜図8Dを参照しつつ、本実施形態に係る発電セルの製造方法について、図2〜図4の流路構造10を備える発電セル12を得る場合を例に挙げて説明する。
Hereinafter, with reference to FIGS. 5, 6A to 6C, 7A, 7B, and 8A to 8D, the
先ず、図5に示すように、図8Dの流路形成体44の材料である板状の導電性部材48の第1面48aに、接着剤層55を島状に配置する接着剤配置工程を行う。第1面48aは、後述する接合工程において、図8Dのガス拡散層42の材料である導電性多孔質体46(図7A)が接合される面である。図7Aの導電性多孔質体46は、図8Dの最終形状のガス拡散層42よりも外形寸法が一回り大きいカーボンペーパやカーボンクロス等から長方形状に形成されている。
First, as shown in FIG. 5, an adhesive arranging step of arranging the
上記の通り、本実施形態では、図5の導電性部材48(流路形成体44)の材料と、図8Dのガス拡散層42(図7Aの導電性多孔質体46)の材料とが同じである。このため、導電性部材48は、ガス拡散層42と同じカーボンペーパや、カーボンクロス等を用いて形成される。また、図5の導電性部材48の外形は、図8Dのガス拡散層42よりも大きい長方形状となっている。
As described above, in the present embodiment, the material of the conductive member 48 (flow path forming body 44) of FIG. 5 and the material of the gas diffusion layer 42 (conductive
接着剤層55は、例えば、インクジェットプリントや、スクリーン印刷等によって第1面48aに島状に配置することができる。なお、接着剤配置工程では、図5の導電性部材48に代えて、図7Aの導電性多孔質体46の第2面54に島状に接着剤層55を配置してもよいし、導電性部材48の第1面48a及び導電性多孔質体46の第2面54の両方に対して島状に接着剤層55を配置してもよい。
The
次に、図6Aに示すように、導電性部材48に対し、図7Aに示す流路溝52と、分断部56と、流路溝52の延在方向の両端側で複数個の分断部56を連結する連結部72と、を形成して分断部連結体74を得る流路溝形成工程を行う。流路溝形成工程では、例えば、導電性部材48の図6Aに一点鎖線で示す第1切除箇所76及び第2切除箇所78のそれぞれを、図6B及び図6Cの切断装置80を用いて切除することにより、図7Aに示す分断部連結体74を形成する。
Next, as shown in FIG. 6A, with respect to the
図6Aに示すように、導電性部材48の厚さ方向(矢印D1、D2方向)視において、長辺方向(矢印E1、E2方向)の両端部には、短辺方向(矢印F1、F2方向)に延在する非切除箇所82が設けられる。非切除箇所82は、図7Aの分断部連結体74の連結部72に対応する。
As shown in FIG. 6A, in the thickness direction (arrows D1 and D2 directions) of the
第1切除箇所76は、導電性部材48の非切除箇所82を除く、長辺方向の中央部分であって、短辺方向の両端部にそれぞれ設けられる長方形状である。すなわち、導電性部材48には、合計2個の第1切除箇所76が設けられる。第2切除箇所78は、導電性部材48の非切除箇所82を除く、長辺方向の中央部分に対し、図2〜図4、図7Aの複数の流路溝52の形状、個数、配置に対応して複数個設けられる。つまり、図6Aの第2切除箇所78は、図7Aの分断部連結体74の流路溝52に対応する。
The
図6B及び図6Cの切断装置80は、例えば、導電性部材48の図6Aの第1切除箇所76を打ち抜き又は切り抜きが可能な図6Bの第1切断刃84(刃)と、図6Aの第2切除箇所78を打ち抜き又は切り抜きが可能な図6Cの第2切断刃86(刃)との両方又は何れか一方を装着可能な支持部88と、基台90にセットされた導電性部材48に対して接近又は離間する方向(上下方向、矢印D1、D2方向)等に支持部88を駆動する不図示の駆動部とを備えている。
The cutting
このため、基台90に導電性部材48をセットして、駆動部により支持部88を駆動することで、第1切除箇所76及び第2切除箇所78を導電性部材48から除去して、図7Aに示す分断部連結体74を得ることができる。この際、本実施形態では、図6B及び図6Cに示すように、導電性部材48に対し、第1面48a側から第1切断刃84及び第2切断刃86を当てて図6Aの分断部連結体74を得る。
Therefore, the
なお、第1切除箇所76と第2切除箇所78とは同時に切除してもよいし、別個に切除してもよい。また、1個の第2切断刃86、又は第2切除箇所78の個数より少ない所定の個数の第2切断刃86を用いて、複数の第2切除箇所78を1個ずつ又は所定の個数ずつ順に切除してもよいし、第2切除箇所78と同じ個数の第2切断刃86を用いて、複数個の第2切除箇所78を同時に切除してもよい。2個の第1切除箇所76についても同様に1個ずつ順に切除してもよいし、2個を同時に切除してもよい。
The
上記のようにして流路溝形成工程を行った後、図7A及び図7Bに示すように、第1面48aと第2面54とを積層して、接着剤層55を硬化させる接合工程を行う。本実施形態では、図7Bに示すように、導電性多孔質体46の短辺方向(矢印F1、F2方向)の長さは、分断部連結体74の短辺方向(矢印F1、F2方向)における連結部72の長さと同じに設定されている。また、導電性多孔質体46の長辺方向(矢印E1、E2方向)の長さは、分断部連結体74全体の長辺方向(矢印E1、E2方向)の長さよりも長く設定されている。
After performing the flow path groove forming step as described above, as shown in FIGS. 7A and 7B, a joining step of laminating the
第1面48aと第2面54とを積層する際、上記のように、連結部72及び導電性多孔質体46の短辺方向の長さを同じにすることで、短辺方向における連結部72及び導電性多孔質体46の両端の位置を揃えることにより、分断部連結体74と導電性多孔質体46とを容易に位置決めすることができる。
When the
また、分断部連結体74では、複数の流路溝52が設けられる分、本体部50の短辺方向(矢印F1、F2方向)の剛性が低くなる。この場合であっても、連結部72が本体部50の短辺方向の両端よりも外側に突出するため、本体部50に代えて、該本体部50よりも短辺方向の剛性が高い連結部72を用いて、導電性多孔質体46に対する分断部連結体74の位置決めを行うことができる。すなわち、分断部連結体74の四隅を利用できることで、該分断部連結体74の短辺方向の位置決めを高精度に行うことが可能になる。
Further, in the divided
次に、第1面48a及び第2面54を積層した分断部連結体74及び導電性多孔質体46に対して、例えば、不図示の加熱プレス機等を用いて積層方向に加圧及び加熱(ホットプレス)することで、接着剤を硬化させる。これによって、分断部連結体74の少なくとも分断部56と導電性多孔質体46とが接合されて中間体92が得られる。なお、接着剤を硬化させる方法は、上記のホットプレスには限定されない。
Next, the divided
上記のようにして接合工程を行った後、図8A〜図8Dに示すように、中間体92の連結部72(図8A)を除去して、流路構造10(図8D)を得るトリミング工程を行う。トリミング工程では、例えば、中間体92の積層方向(矢印D1、D2方向)視で、図8Aに一点鎖線で示す第1切断線94及び第2切断線96で中間体92を切断することにより、図8Dに示す流路構造10を形成する。
After performing the joining step as described above, as shown in FIGS. 8A to 8D, a trimming step of removing the connecting portion 72 (FIG. 8A) of the intermediate 92 to obtain the flow path structure 10 (FIG. 8D). I do. In the trimming step, for example, the
図8Aに示すように、第1切断線94は、中間体92の積層方向(矢印D1、D2方向)視で、分断部連結体74の本体部50の短辺方向(矢印F1、F2方向)の両端を長辺方向(矢印E1、E2方向)に沿って延在する。第1切断線94は、本体部50の短辺方向(矢印F1、F2方向)の両端上に配置されてもよいし、該両端と、該両端に隣接する流路溝52との間に配置されてもよい。
As shown in FIG. 8A, the
図8Bに示すように、図8Aの第1切断線94に沿って切断を行うことが可能な第3切断刃98(刃)を装着した切断装置80により、支持部88を上下方向に移動させる。この第3切断刃98を、中間体92の積層方向で、導電性多孔質体46側(矢印D1側)から第1切断線94に当接させて中間体92を切断する。その結果、導電性多孔質体46及び分断部連結体74の短辺方向の両端の長さが揃えられる。
As shown in FIG. 8B, the
図8Aに示すように、第2切断線96は、中間体92の積層方向(矢印D1、D2方向)視で、分断部連結体74の長辺方向(矢印E1、E2方向)における連結部72よりも中心側(本体部50側)を短辺方向(矢印F1、F2方向)に沿って延在する。第2切断線96は、流路溝52の延在方向の両端上に配置されてもよいし、流路溝52の延在方向の両端よりも該延在方向の中心側に配置されてもよい。
As shown in FIG. 8A, the
図8Cに示すように、図8Aの第2切断線96に沿って切断を行うことが可能な第4切断刃100(刃)を装着した切断装置80により、支持部88を上下方向に移動させる。この第4切断刃100を、中間体92の積層方向で、導電性多孔質体46側(矢印D1側)から第2切断線96に当接させて中間体92を切断する。これによって、導電性多孔質体46及び分断部連結体74の長辺方向の両端の長さが揃えられるとともに、複数個の分断部56がそれぞれ分断された状態となる。すなわち、流路溝52の矢印E1、E2側の両端部が開口となる。
As shown in FIG. 8C, the
その結果、分断部連結体74の連結部72が除去されて得られる流路形成体44と、導電性多孔質体46の外周縁部が除去されて得られるガス拡散層42との接合体である図8Dの流路構造10が得られる。
As a result, the joint body of the flow
なお、第1切断線94に沿って中間体92を切断した後に第2切断線96に沿って中間体92を切断してもよいし、第2切断線96に沿って中間体92を切断した後に第1切断線94に沿って中間体92を切断してもよい。これらの場合、第1切断線94に沿った中間体92の切断及び第2切断線96に沿った中間体92の切断の両方を、例えば、第3切断刃98及び第4切断刃100の何れか一方等の1つの切断刃を用いてそれぞれ行ってもよい。この際、1つの切断刃に対する中間体92の向きを90°ずつ回転させながら切断を行ってもよいし、中間体92に対する切断刃の向きを90°ずつ回転させながら切断を行ってもよい。
The intermediate 92 may be cut along the
第1切断線94に沿った中間体92の切断と、第2切断線96に沿った中間体92の切断とを略同時に行ってもよい。この場合、第3切断刃98及び第4切断刃100が一体化された1つの切断刃(不図示)を第1切断線94及び第2切断線96に略同時に当接させて、中間体92を切断してもよい。
The cutting of the intermediate 92 along the
さらには、例えば、図7Aの導電性多孔質体46の短辺方向(矢印F1、F2方向)の長さと、図7Aの分断部連結体74の連結部72を除く部分(本体部50)の短辺方向(矢印F1、F2方向)の長さと同じに設定し、第1切断線94に沿った切断を行わず、第2切断線96に沿った切断のみを行って流路構造10を得てもよい。
Further, for example, the length of the conductive
上記のようにして流路構造10を形成した後、図2及び図3に示すように、流路構造10を有する電解質膜・電極構造体30を得て、該電解質膜・電極構造体30をセパレータ32で挟む組立工程をさらに行うことで、発電セル12を得ることができる。組立工程では、例えば、酸化剤ガス流路構造10aを構成するカソードガス拡散層42aの、酸化剤ガス流路形成体44aが接合された第2面54の裏面にカソード電極触媒層40aを設ける。同様に、燃料ガス流路構造10bを構成するアノードガス拡散層42bの、燃料ガス流路形成体44bが接合された第2面54の裏面にアノード電極触媒層40bを設ける。
After forming the
次いで、カソード電極触媒層40a及びアノード電極触媒層40bとの間に電解質膜34が挟まれるように、酸化剤ガス流路構造10aと、カソード電極触媒層40aと、電解質膜34と、アノード電極触媒層40bと、燃料ガス流路構造10bとを積層する。これによって、積層方向の両端に流路形成体44が接合された電解質膜・電極構造体30が得られる。この電解質膜・電極構造体30の流路形成体44に、セパレータ32の内側面60が臨むように、流路形成体44及び電解質膜・電極構造体30をセパレータ32で挟むことで発電セル12が得られる。この発電セル12では、セパレータ32とガス拡散層42との間に介在する流路形成体44によって反応ガス流路58が形成される。
Next, the oxidizing agent gas
図1に示すように、発電セル12を複数形成して、積層方向に積層することで積層体14が得られ、積層体14の積層方向の外側に、上記のようにターミナルプレート、インシュレータ18a、18b及びエンドプレート20a、20bを設けることで燃料電池16が得られる。
As shown in FIG. 1, a plurality of
上記のように構成される燃料電池16の動作について、簡単に説明する。燃料電池16で発電を行う場合、図1及び図2に示す燃料ガス入口連通孔28aに燃料ガスが供給され、酸化剤ガス入口連通孔24aに酸化剤ガスが供給され、冷却媒体入口連通孔26aに冷却媒体が供給される。
The operation of the
酸化剤ガス入口連通孔24aに供給された酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路形成体44aの各流路溝52の延在方向の一端部(矢印B1側の端部)を入口として、酸化剤ガス流路58aに導入される。そして、酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路58a内を矢印B2側に向かって移動しつつ、電解質膜・電極構造体30のカソード電極36aに供給される。
The oxidant gas supplied to the oxidant gas
燃料ガス入口連通孔28aに供給された燃料ガスは、燃料ガス流路形成体44bの各流路溝52の延在方向の他端部(矢印B2側の端部)を入口として、燃料ガス流路58bに導入される。そして、燃料ガスは、燃料ガス流路58b内を矢印B1側に向かって移動しつつ、電解質膜・電極構造体30のアノード電極36bに供給される。
The fuel gas supplied to the fuel gas
積層体14の各電解質膜・電極構造体30では、カソード電極36aに供給される酸化剤ガスと、アノード電極36bに供給される燃料ガスとが、電極触媒層40で電気化学反応により消費されて、発電が行われる。
In each electrolyte membrane /
電気化学反応で消費されなかった残余の酸化剤ガスは、酸化剤ガス流路形成体44aの各流路溝52の延在方向の他端部(矢印B2側の端部)を出口として、酸化剤ガス出口連通孔24bに排出され、酸化剤ガス出口連通孔24bを介して燃料電池16の外部に排出される。電気化学反応で消費されなかった残余の燃料ガスは、燃料ガス流路形成体44bの各流路溝52の延在方向の一端部(矢印B1側の端部)を出口として、燃料ガス出口連通孔28bに排出され、燃料ガス出口連通孔28bを介して燃料電池16の外部に排出される。
The remaining oxidant gas that was not consumed in the electrochemical reaction is oxidized by using the other end (the end on the arrow B2 side) of each flow path groove 52 of the oxidant gas flow
一方、冷却媒体入口連通孔26aに供給された冷却媒体は、冷却媒体流路70を流通することで、発電セル12と熱交換する。これによって、発電セル12が所定の動作温度等に維持される。熱交換後の冷却媒体は、冷却媒体出口連通孔26bを介して燃料電池16の外部に排出される。
On the other hand, the cooling medium supplied to the cooling medium
この燃料電池16の発電セル12では、セパレータ32とガス拡散層42との間に介在する流路形成体44により反応ガス流路58が形成されるため、セパレータ32の少なくとも流路形成体44に臨む部分を平坦にすることができる。これによって、セパレータ32に反応ガス流路58をプレス成形するための複雑な形状の金型を用意することを回避でき、ひいては、反応ガス流路58の形成コストを低減できる。
In the
発電セル12において、互いに対向する流路形成体44の第1面48aとガス拡散層42の第2面54とは島状に配置された接着剤層55によって接合される。このように、接着剤層55が島状に配置されることで、例えば、第1面48a及び第2面54の全体に接着剤層55を配置した場合よりも、接着剤層55を形成するために必要な接着剤の量を減らすことができる。これによって、流路形成体44を低コストで設けることができ、ひいては、反応ガス流路58を低コストで形成することができる。
In the
また、接着剤層55が島状に配置されることで、互いに対向する第1面48a及び第2面54には、接着剤層55が介在していない非介在部分55aが生じる。非介在部分55aでは、第1面48a及び第2面54を直接接触させることができるため、流路形成体44とガス拡散層42との間の導電性が維持され、発電セル12の内部抵抗を低減させることができる。さらに、非介在部分55aでは、接着剤層55によりガス拡散層42の細孔が閉塞されることを回避できる。このため、流路構造10では、細孔を介した反応ガスの良好な拡散性を維持できる。これらから、発電セル12の発電特性を良好に維持することができる。
Further, by arranging the
従って、発電セル12では、その発電特性を維持しつつ、反応ガス流路58を形成するためのコストを低減することができる。
Therefore, in the
上記の実施形態に係る発電セル12では、接着剤層55は、第1面48a及び第2面54に対して複数のドット状に配置されていることとした。また、上記の実施形態に係る発電セルの製造方法において、接着剤配置工程では、第1面48a及び第2面54の少なくとも一方に、接着剤層55を複数のドット状に配置することとした。
In the
この場合、第1面48a及び第2面54の全体に対して接着剤層55を分散させて配置することができる。このため、接着剤層55の使用量を低減しつつ、第1面48a及び第2面54を良好に接着することが可能になる。また、第1面48a及び第2面54の全体に対して非介在部分55aを分散させて配置することができる。このため、流路形成体44とガス拡散層42との間の導電性を良好に維持することができるとともに、ガス拡散層42の細孔を介した反応ガスの良好な拡散性を維持することができる。これらから、発電セル12の発電特性を一層良好に維持しつつ、反応ガス流路58を形成するためのコストのさらなる低減を図ることができる。
In this case, the
上記の実施形態に係る発電セル12では、接着剤層55は、非導電性接着剤から形成されていることとした。また、上記の実施形態に係る発電セルの製造方法の接着剤配置工程では、非導電性接着剤からなる接着剤層55を配置することとした。非導電性接着剤は、導電性接着剤よりも安価に用意することができる。このため、非導電性接着剤を用いて接着剤層55を形成することで、例えば、導電性接着剤を用いる場合よりも、流路形成体44を低コストで設けることができる。ひいては、反応ガス流路58を低コストで形成することができる。なお、接着剤層55は、導電性接着剤から形成されてもよく、この場合、流路形成体44とガス拡散層42との間の導電性を良好に維持して、発電セル12の発電特性を一層良好に維持することが可能になる。
In the
上記の実施形態に係る発電セル12では、反応ガス流路58は、ガス拡散層42の第2面54に沿って波状に延在することとした。また、上記の実施形態に係る発電セルの製造方法の流路溝形成工程では、導電性部材48に第1面48aの面方向に沿って波状に延在する流路溝52を形成することとした。これらのように、反応ガス流路58を波状に延在する形状とすることで、反応ガス流路58を介して電解質膜・電極構造体30に効率的に反応ガスを供給することが可能になる。
In the
上記の実施形態に係る発電セル12では、流路形成体44は、ガス拡散層42と同じ材料から形成されていることとした。この場合、流路形成体44を多孔質性とすることができるため、流路溝52の内側に加えて、本体部50の細孔を介しても電解質膜・電極構造体30に反応ガスを供給することができる。これによって、ガス拡散層42に臨む流路形成体44の全体を介して電解質膜・電極構造体30に反応ガスを、その拡散を促進させつつ供給することができる。このため、電解質膜・電極構造体30での電気化学反応を促進させて燃料電池16の発電特性を高めることが可能になる。
In the
また、流路形成体44を形成するための材料を、ガス拡散層42とは別途に用意する必要がない分、反応ガス流路58を一層容易且つ低コストに形成することが可能になる。さらに、流路形成体44を形成する材料と、ガス拡散層42を同じ材料とすることで、互いの接触抵抗を低減させて、燃料電池16の内部抵抗を減少させることが可能となり、発電効率を高めることが可能になる。
Further, since the material for forming the flow
なお、流路形成体44は、ガス拡散層42とは異なる多孔質性の材料から形成されてもよく、例えば、金属、カーボン、導電性樹脂等からなるメッシュ構造であってもよい。また、流路形成体44は、多孔質性であることに限定されず、例えば、金属板、カーボン板、導電性樹脂板等の緻密体であってもよい。
The flow
上記の実施形態に係る発電セルの製造方法の接着剤配置工程では、導電性部材48の第1面48aに対して接着剤層55を島状に配置し、接着剤配置工程の後であって接合工程の前に、導電性部材48に、導電性部材48を厚さ方向に貫通するとともに、内側が反応ガス流路58となる流路溝52を形成する流路溝形成工程を行うこととした。
In the adhesive arranging step of the method for manufacturing a power generation cell according to the above embodiment, the
しかしながら、特にこれに限定されるものではなく、例えば、発電セルの製造方法では、接着剤配置工程の前に、導電性部材48に、導電性部材48を厚さ方向に貫通するとともに、内側が反応ガス流路58となる流路溝52を形成する流路溝形成工程を行い、接着剤配置工程では、流路溝52が形成された導電性部材48の第1面48aに対して接着剤層55を前記島状に配置することとしてもよい。
However, the present invention is not particularly limited to this, and for example, in the method of manufacturing a power generation cell, the
上記の実施形態に係る接着剤配置工程及び接合工程では、流路形成体44の材料である板状の導電性部材48の第1面48aと、ガス拡散層42の材料である導電性多孔質体46(図7A)とを接合することとした。しかしながら、接着剤配置工程では、流路形成体44の第1面48a及びガス拡散層42の第2面54の少なくとも一方に島状に接着剤層55を設けてもよい。
In the adhesive arranging step and the joining step according to the above-described embodiment, the
すなわち、導電性部材48から本体部50を形成した後に、該本体部50(分断部56)の第1面48aに島状に接着剤層55を設けてもよい。導電性多孔質体46の外形寸法を整えること等によってガス拡散層42を形成した後に、該ガス拡散層42の第2面54に島状に接着剤層55を設けてもよい。この場合、接合工程では、流路形成体44の第1面48a及びガス拡散層42の第2面54を積層して互いを接合することになる。
That is, after the
なお、接着剤配置工程で、流路形成体44の第1面48a及び導電性多孔質体46の第2面54の少なくとも一方に島状に接着剤層55を設けて、接合工程で流路形成体44及び導電性多孔質体46を接合してもよい。また、接着剤配置工程で、導電性部材48の第1面48a及びガス拡散層42の第2面54の少なくとも一方に島状に接着剤層55を設けて、接合工程で、導電性部材48及びガス拡散層42を接合してもよい。
In the adhesive arranging step, the
上記の実施形態に係る発電セルの製造方法では、接着剤配置工程と、接合工程との間に、導電性部材48を部分的に切除して、流路溝52と、複数個の分断部56と、流路溝52の延在方向の少なくとも一端側で複数個の分断部56を連結する連結部72と、を形成して分断部連結体74を得る流路溝形成工程を行った。また、接合工程では、分断部連結体74の少なくとも分断部56と、導電性多孔質体46とを接合して中間体92を得ることとした。さらに、接合工程の後に、中間体92の連結部72を除去して流路構造10を得るトリミング工程を行うこととした。
In the method for manufacturing a power generation cell according to the above embodiment, the
この場合、接合工程では、連結部72によって、複数個の分断部56のそれぞれの相対位置が維持されることで、複数個の分断部56を一体に取り扱うことができる。つまり、分断部連結体74及び導電性多孔質体46から容易且つ効率的に中間体92を得ることができる。
In this case, in the joining step, the connecting
この中間体92の連結部72を、トリミング工程において除去することで流路構造10が形成される。この際、中間体92では、複数個の分断部56が導電性多孔質体46に接合されているため、複数個の分断部56のそれぞれと導電性多孔質体46との相対位置を維持したまま、連結部72を除去して流路構造10を得ることができる。つまり、中間体92から容易且つ効率的に流路構造10を得ることができる。
The
これらから、例えば、複数個の分断部56を、それぞれの配置を調整しながら個別にガス拡散層42に接合して流路構造10を形成するような場合に比して、流路構造10を容易且つ効率的に形成すること、ひいては、反応ガス流路58を容易且つ効率的に形成することができる。
From these, for example, as compared with the case where a plurality of divided
しかしながら、本実施形態に係る発電セルの製造方法では、流路溝形成工程及びトリミング工程は必須ではない。例えば、流路溝形成工程及びトリミング工程の両方を行わない場合、接着剤配置工程の後に、導電性部材48から本体部50を直接形成し、接合工程において、本体部50(分断部56)とガス拡散層42とを接合してもよい。
However, in the method for manufacturing a power generation cell according to the present embodiment, the flow path groove forming step and the trimming step are not indispensable. For example, when both the flow path groove forming step and the trimming step are not performed, the
上記の実施形態に係る流路溝形成工程では、導電性部材48に対し、接合工程でガス拡散層42又は導電性多孔質体46に接合される第1面48a側から刃(第1切断刃84及び第2切断刃86)を当てて分断部連結体74を得ることとした。この場合、最終的に得られる流路形成体44のガス拡散層42に臨む面側にバリ等が生じることを抑制できるため、電解質膜・電極構造体30に流路形成体44のバリとの接触による影響が生じることを抑制できる。
In the flow path groove forming step according to the above embodiment, the blade (first cutting blade) is attached to the
上記の実施形態に係るトリミング工程では、中間体92の積層方向で、ガス拡散層42又は前記導電性多孔質体46側から刃(第4切断刃100)を当てて連結部72を切断することとした。この場合、流路形成体44のガス拡散層42に臨む面側や、ガス拡散層42の電極触媒層40が設けられる面側にバリ等が生じることを抑制できる。このため、電解質膜・電極構造体30に流路形成体44のバリとの接触による影響が生じることや、電極触媒層40にガス拡散層42のバリとの接触による影響が生じることを抑制できる。
In the trimming step according to the above embodiment, the connecting
本発明に係る燃料電池16は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
Of course, the
12…発電セル 16…燃料電池
30…電解質膜・電極構造体 32…セパレータ
34…電解質膜 36…電極
42…ガス拡散層 44…流路形成体
46…導電性多孔質体 48…導電性部材
48a…第1面 52…流路溝
54…第2面 55…接着剤層
58…反応ガス流路
12 ...
Claims (11)
互いに対向する前記流路形成体の第1面と前記ガス拡散層の第2面とは、前記第1面及び前記第2面に対して島状に配置された接着剤層により接合されている、発電セル。 An electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes having a conductive and porous gas diffusion layer are arranged on both sides of the electrolyte membrane, a metal separator sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure, and the gas diffusion layer. And a fuel cell power generation cell comprising a conductive flow path forming body that is interposed between the separators and forms a reaction gas flow path, and at least a portion of the separator facing the flow path forming body is flat. There,
The first surface of the flow path forming body facing each other and the second surface of the gas diffusion layer are joined by an adhesive layer arranged in an island shape with respect to the first surface and the second surface. , Power generation cell.
前記接着剤層は、前記第1面及び前記第2面に対して複数のドット状に配置されている、発電セル。 In the power generation cell according to claim 1,
The adhesive layer is a power generation cell arranged in a plurality of dots with respect to the first surface and the second surface.
前記接着剤層は、非導電性接着剤から形成されている、発電セル。 In the power generation cell according to claim 1 or 2.
The adhesive layer is a power generation cell formed of a non-conductive adhesive.
前記反応ガス流路は、前記ガス拡散層の前記第2面に沿って波状に延在する、発電セル。 In the power generation cell according to any one of claims 1 to 3.
The reaction gas flow path is a power generation cell extending in a wavy shape along the second surface of the gas diffusion layer.
前記流路形成体は、前記ガス拡散層と同じ材料から形成されている、発電セル。 The power generation cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the flow path forming body is made of the same material as the gas diffusion layer.
前記流路形成体又は前記流路形成体の材料である導電性部材の第1面と、前記ガス拡散層又は前記ガス拡散層の材料である導電性多孔質体の第2面との少なくとも一方に接着剤層を島状に配置する接着剤配置工程と、
前記第1面と前記第2面とを積層して、前記接着剤層を硬化させる接合工程と、
を有する発電セルの製造方法。 An electrolyte membrane / electrode structure in which electrodes having a conductive and porous gas diffusion layer are arranged on both sides of the electrolyte membrane, a metal separator sandwiching the electrolyte membrane / electrode structure, and the gas diffusion layer. And a fuel cell power generation cell comprising a conductive flow path forming body that is interposed between the separators and forms a reaction gas flow path, and at least a portion of the separator facing the flow path forming body is flat. It ’s a manufacturing method,
At least one of the first surface of the flow path forming body or the conductive member which is the material of the flow path forming body and the second surface of the gas diffusion layer or the conductive porous body which is the material of the gas diffusion layer. Adhesive placement process for arranging the adhesive layer in an island shape
A joining step of laminating the first surface and the second surface to cure the adhesive layer, and
A method of manufacturing a power generation cell having.
前記接着剤配置工程では、前記第1面及び前記第2面の少なくとも一方に、前記接着剤層を複数のドット状に配置する、発電セルの製造方法。 In the method for manufacturing a power generation cell according to claim 6,
In the adhesive arranging step, a method for manufacturing a power generation cell, in which the adhesive layer is arranged in a plurality of dots on at least one of the first surface and the second surface.
前記接着剤配置工程では、前記導電性部材の前記第1面に対して前記接着剤層を前記島状に配置し、
前記接着剤配置工程の後であって前記接合工程の前に、前記導電性部材に、該導電性部材を厚さ方向に貫通するとともに、内側が前記反応ガス流路となる流路溝を形成する流路溝形成工程を行う、発電セルの製造方法。 In the method for manufacturing a power generation cell according to claim 6 or 7.
In the adhesive arranging step, the adhesive layer is arranged in an island shape with respect to the first surface of the conductive member.
After the adhesive arranging step and before the joining step, the conductive member is formed through the conductive member in the thickness direction and a flow path groove whose inside is the reaction gas flow path is formed. A method for manufacturing a power generation cell, which performs a flow path groove forming step.
前記接着剤配置工程の前に、前記導電性部材に、該導電性部材を厚さ方向に貫通するとともに、内側が前記反応ガス流路となる流路溝を形成する流路溝形成工程を行い、
前記接着剤配置工程では、前記流路溝が形成された前記導電性部材の前記第1面に対して前記接着剤層を前記島状に配置する、発電セルの製造方法。 In the method for manufacturing a power generation cell according to claim 6 or 7.
Prior to the adhesive arranging step, a flow path groove forming step of penetrating the conductive member in the thickness direction and forming a flow path groove whose inside becomes the reaction gas flow path is performed. ,
In the adhesive arranging step, a method for manufacturing a power generation cell, in which the adhesive layer is arranged in an island shape on the first surface of the conductive member on which the flow path groove is formed.
前記流路溝形成工程では、前記導電性部材に前記第1面の面方向に沿って波状に延在する前記流路溝を形成する、発電セルの製造方法。 In the method for manufacturing a power generation cell according to claim 8 or 9.
In the flow path groove forming step, a method for manufacturing a power generation cell, in which the flow path groove extending in a wavy shape along the surface direction of the first surface is formed on the conductive member.
前記接着剤配置工程では、非導電性接着剤からなる前記接着剤層を配置する、発電セルの製造方法。 In the method for manufacturing a power generation cell according to any one of claims 6 to 10.
A method for manufacturing a power generation cell, in which the adhesive layer made of a non-conductive adhesive is arranged in the adhesive arranging step.
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