JP3712592B2 - Manufacturing method of fuel cell - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固体高分子電解質膜とその両側のアノード側拡散電極とカソード側拡散電極とで構成された電極膜構造体を、一対のセパレータで挟持した燃料電池の製造方法に係るものであり、特に、セパレータ間で電極膜構造体を確実にシールすることができる燃料電池の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
燃料電池の中には、固体高分子電解質膜とその両側のアノー側拡散電極とカソード側拡散電極とで構成された電極膜構造体を、一対のセパレータで挟持して構成されたものがある。アノード側拡散電極の反応面に燃料ガス(例えば、水素ガス)を供給すると、ここで水素がイオン化され、固体高分子電解質膜を介してカソード側拡散電極側に移動する。この間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。カソード電極においては酸化ガス(例えば、酸素を含む空気)が供給されているため、水素イオン、電子、及び酸素が反応して水が生成される。
【0003】
この一例を図17によって説明すると、図において1は固体高分子電解質膜を示し、この固体高分子電解質膜1を両側からガス拡散電極(アノード側拡散電極とカソード側拡散電極)2,3で挟持して燃料電池セル4が構成されている。この燃料電池セル4の両面には燃料電池セル4の反応面に対応する位置に開口部を有するシート状のガスケット5が配置され、このガスケット5,5を介して各燃料電池セル4の周縁を包み込み、かつ、外側押さえ6を介して燃料電池セル4の周縁を押さえた状態で、セパレータ7,7により燃料電池セル4を両側から挟持して構成されている(特開平6−325777号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の燃料電池にあっては、前記ガスケット5によりセパレータ7とガス拡散電極2,3との間の空間部分が外部と遮断されるため、燃料ガス及び酸化ガスが外部に漏れることはなく、かつ、両者が混合することもないため、無駄のない発電を行なうことができる点で優れているが、セパレータ7及びガス拡散電極2,3の厚さ方向において各々寸法のバラツキは避けられないため、ここに一定寸法のガスケット5を用いて両者を締結した場合に、シール反力が各部位で異なってしまう。そのため、セパレータ7とガス拡散電極2,3との間で全周に渡って均一なシール性を確保することができないという問題がある。
【0005】
均一なシール性を確保するためにはセパレータ7及びガス拡散電極2,3の寸法精度を厳密に管理しなければならずコストアップにつながるという問題がある。
また、ガスケット5の面圧がガス拡散電極2,3の周囲でバラツキを起こしセパレータ7に偏った曲げ応力が作用してしまうという問題がある。
【0006】
とりわけ、車両用燃料電池として使用される場合に、ガスケット5の面圧のバラツキに対してもセパレータ7に作用する曲げ応力を所定の大きさ以下となるようにセパレータ7の厚さ寸法を確保すると、燃料電池を積層して形成された燃料電池スタックが大型化してしまい車室空間を狭めてしまうという問題がある。
そこで、この発明は、電極膜構造体とセパレータとのシール性の確保が容易な燃料電池の製造方法を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、固体高分子電解質膜とその両側のアノード側拡散電極とカソード側拡散電極とで構成された電極膜構造体を、一対のセパレータで挟持して構成された燃料電池の製造方法において、前記セパレータ面内の外周部に形成された溝部内に液状シールを個別に塗布し、硬化前の液状シールを固体高分子電解質膜の周囲に設けられアノード側拡散電極及びカソード側拡散電極の周囲からはみ出すはみ出し部に密着させた状態で、一対のセパレータで電極膜構造体を挟持し、その後加熱して液状シールを硬化したことを特徴とする。
【0010】
このように構成することで、セパレータの溝部内に塗布された液状シールは、溝部内で一定の幅を維持した状態で潰れしろを十分に確保して、前記固体高分子電解質膜のはみ出し部に密着してなじみシール寸法に応じて変形することができ、その後に加熱されて硬化する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面と共に説明する。
図1はこの発明の実施形態の燃料電池を示す分解斜視図である。この燃料電池10は燃料電池セル(電極膜構造体)12とこれを挟持する第1セパレータ14及び第2セパレータ16を備え、これらが複数組積層されて車両用の燃料電池スタックが構成されるものである。
燃料電池セル12は、固体高分子電解質膜18と、この固体高分子電解質膜18を挟んで配設されるカソード電極20及びアノード電極22とを有するとともに、前記カソード電極20及び前記アノード電極22には、例えば、多孔質層である多孔質カーボンクロス又は多孔質カーボンペーパーからなる第1ガス拡散層24及び第2ガス拡散層26が配設されている。ここで、固体高分子電解質膜18としては、ペルフルオロスルホン酸ポリマーを用いている。また、カソード電極20、アノード電極22はPtを主体としたものである。尚、上記カソード電極20と第1ガス拡散層24とでカソード側拡散電極が構成され、上記アノード電極22と第2ガス拡散層24とでアノード側拡散電極が構成される。
【0013】
固体高分子電解質膜18には、これを挟んで配設されるカソード電極20及びアノード電極22の外周からはみ出すはみ出し部18aが設けられ、このはみ出し部18aに対応する位置に両側から第1及び第2セパレータ14,16に塗布された後述する液状シールSが直接密着するようになっている。
【0014】
図3に示すように、第1セパレータ14は、その平面内であって外周縁部に位置する横方向両端上部側に、水素含有ガス等の燃料ガスを通過させるための入口側燃料ガス連通孔36aと、酸素含有ガス又は空気である酸化剤ガスを通過させるための入口側酸化剤ガス連通孔38aとを備えている。
第1セパレータ14の横方向両端中央側には、純水やエチレングリコールやオイル等の冷却媒体を通過させるための入口側冷却媒体連通孔40aと、使用後の前記冷却媒体を通過させるための出口側冷却媒体連通孔40bとが設けられている。
また、第1セパレータ14の平面内であって外周縁部に位置する横方向両端下部側に、燃料ガスを通過させるための出口側燃料ガス連通孔36bと、酸化剤ガスを通過させるための出口側酸化剤ガス連通孔38bとが、入口側燃料ガス連通孔36a及び入口側酸化剤ガス連通孔38aと対角位置になるように設けられている。
【0015】
図1に示すように、第1セパレータ14のカソード電極20に対向する面14aには、入口側酸化剤ガス連通孔38aに近接して複数本、例えば、6本のそれぞれ独立した第1酸化剤ガス流路溝42が、水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって設けられている。第1酸化剤ガス流路溝42は、3本の第2酸化剤ガス流路溝44に合流し、この第2酸化剤ガス流路溝44が出口側酸化剤ガス連通孔38bに近接して終端している。
【0016】
図3に示すように、第1セパレータ14には、この第1セパレータ14を貫通するとともに、一端が面14aとは反対側の面14bで入口側酸化剤ガス連通孔38aに連通する一方、他端が前記面14a側で第1酸化剤ガス流路溝42に連通する第1酸化剤ガス連結流路46と、一端が前記面14b側で出口側酸化剤ガス連通孔38bに連通する一方、他端が前記面14a側で第2酸化剤ガス流路溝44に連通する第2酸化剤ガス連結流路48とが、前記第1セパレータ14を貫通して設けられている。
【0017】
図4、図5に示すように、第2セパレータ16の平面内であって外周縁部に位置する横方向両端側には、第1セパレータ14と同様に、入口側燃料ガス連通孔36a、入口側酸化剤ガス連通孔38a、入口側冷却媒体連通孔40a、出口側冷却媒体連通孔40b、出口側燃料ガス連通孔36b及び出口側酸化剤ガス連通孔38bが形成されている。
【0018】
前記第2セパレータ16の面16aには、入口側燃料ガス連通孔36aに近接して複数本、例えば、6本の第1燃料ガス流路溝60が形成される。この第1燃料ガス流路溝60は、水平方向に蛇行しながら重力方向に向かって延在し、3本の第2燃料ガス流路溝62に合流してこの第2燃料ガス流路溝62が出口側燃料ガス連通孔36bの近傍で終端している。
第2セパレータ16には、入口側燃料ガス連通孔36aを面16b側から第1燃料ガス流路溝60に連通する第1燃料ガス連結流路64と、出口側燃料ガス連通孔36bを前記面16b側から第2燃料ガス流路溝62に連通する第2燃料ガス連結流路66とが、前記第2セパレータ16を貫通して設けられている。
【0019】
図2、図5に示すように、第2セパレータ16の面16bには、後述する液状シールSで囲まれる範囲内に、入口側冷却媒体連通孔40a及び出口側冷却媒体連通孔40bに近接して冷却媒体流路を構成する複数本の主流路溝72a、72bが形成されている。主流路溝72a、72b間には、それぞれ複数本に分岐する分岐流路溝74が水平方向に延在して設けられている。
第2セパレータ16には、入口側冷却媒体連通孔40aと主流路溝72aとを連通する第1冷却媒体連結流路76と、出口側冷却媒体連通孔40bと主流路溝72bとを連通する第2冷却媒体連結流路78とが、前記第2セパレータ16を貫通して設けられている。
【0020】
ここで、図2に示すように、前記固体高分子電解質膜18のはみ出し部18aに対応する位置にはこの固体高分子電解質膜1を挟持する第2セパレータ16のアノード電極22に対向する面16aに溝部28が設けられ、この溝部28に液状シールSが塗布されている。また、この第2セパレータ16の面16aの入口側燃料ガス連通孔36a、入口側酸化剤ガス連通孔38a、入口側冷却媒体連通孔40a、出口側冷却媒体連通孔40b、出口側燃料ガス連通孔36b及び出口側酸化剤ガス連通孔38bの周囲にも溝部30が形成され、この溝部30にも液状シールSが塗布されている。ここで、前記入口側冷却媒体連通孔40aと出口側冷却媒体連通孔40bとの周囲の溝部30は、各々第1冷却媒体連結流路76、第2冷却媒体連結流路78を囲むように形成されている。
【0021】
また、前記第2セパレータ16と共に燃料電池セル12を挟持する第1セパレータ14のカソード電極20に対向する面14aにも、図1に示すように前記第2セパレータ16の面16aの溝部28及び溝部30に対応する位置に、溝部28及び溝部30が形成され、各溝部28,30には液状シールSが塗布されている。したがって、図2、図6に示すように、これら燃料電池セル12を挟持する第1セパレータ14と第2セパレータ16との溝部28,30に塗布された各液状シールSが、溝部28の液状シールSにあっては前記はみ出し部18aを両側から向かい合う位置で挟持して直接密着し燃料電池セル12の周囲をシールし、溝部30の液状シールSにあっては互いに密着して各連通孔36a,36b,38a,38b,40a,40bの周囲をシールするようになっている。
【0022】
図5に示すように、前記第2セパレータ16の面16bには、複数の燃料電池10を積層した際に前記第1セパレータ14の面14bに対向する位置であって、分岐流路溝74の周囲を取り囲む溝部34が設けられ、この溝部34に液状シールSが塗布されている。また、この第2セパレータ16の面16bの入口側燃料ガス連通孔36a、入口側酸化剤ガス連通孔38a、入口側冷却媒体連通孔40a、出口側冷却媒体連通孔40b、出口側燃料ガス連通孔36b及び出口側酸化剤ガス連通孔38bの周囲にも溝部35が形成され、この溝部35にも液状シールSが塗布されている。
【0023】
ここで、前記入口側燃料ガス連通孔36aと出口側燃料ガス連通孔36bとの周囲の溝部35は、各々第1燃料ガス連結流路64、第2燃料ガス連結流路66を囲むように形成されている。また、入口側酸化剤ガス連通孔38aと出口側酸化剤ガス連通孔38bとの周囲の溝部35は前記第1セパレータ14の面14bの入口側酸化剤ガス連通孔38aと出口側酸化剤ガス連通孔38bとを囲むように設けられている。
【0024】
このようにして、燃料電池10を積層した場合に、第1セパレータ14の面14bと第2セパレータ16の面16bとを重合すると、入口側燃料ガス連通孔36a、入口側酸化剤ガス連通孔38a、入口側冷却媒体連通孔40a、出口側冷却媒体連通孔40b、出口側燃料ガス連通孔36b及び出口側酸化剤ガス連通孔38bの周囲と分岐流路溝74の周囲で第2セパレータ16側の液状シールSが第1セパレータ14の面14bに密着することで、第1セパレータ14と第2セパレータ16との水密性を確保している。
【0025】
ここで前記液状シールSは熱硬化型フッ素系あるいは熱硬化型シリコンからなり、塗布した状態で断面形状が変化しない程度の粘度を有し、塗布後にある程度の弾性を保持して硬化するものであり、非接着性、接着性のいずれをも使用可能である。尚、メインテナンス等で交換の必要がある部分、例えば第1セパレータ14の面14bと第2セパレータ16の面16bとの間の液状シールSは非接着性のものを使用することが望ましい。具体的に液状シールSの寸法は、液状シールSの塗布径は0.6mm、シール荷重0.5(これより小さいとシール性が低下)〜2(これより大きいとへたり発生)N/mm程度とすることができる。また、前記溝部28,30,34,35は幅2mm、深さ0.2mm程度に設定されている。これら溝部28,30,34,35内において、塗布後おいて液状シールSが潰れることで、シール断面積を拡大してシール部分における寸法誤差を吸収し、均一に密着することが可能となる。
【0026】
つまり、図8に示すように、固体高分子電解質膜18に密着する部分に固体シールS’を用いた場合には、固体高分子電解質膜18に対してこの固体シールS’を押し付けると、固体シールS’の圧縮時において固体高分子電解質膜18が横方向へ均一に滑らないため、一部でヨレを起こしシール性が低下するが、図7に示すように液状シールSを用いれば、圧縮時において固体高分子電解質膜18がヨレを生ずることはなく、固体高分子電解質膜18のしわに液状シールSが柔軟に変形してシール性を確保できるのである。
【0027】
次に、図9〜図16に基づいて前記燃料電池10の製造方法について説明する。図9に示すように、第1セパレータ14の前記面14aの溝部28、30と前記第2セパレータ16の溝部28,30に液状シールSを塗布する。液状シールSを塗布した後の第1セパレータ14、第2セパレータ16は、搬送、保管のために図10に示す収納ラック80に収められる。次に、図11に示すように、予め組立てられた燃料電池セル12を挟むようにして、第1セパレータ14と第2セパレータ16をセットし、これらを押さえ治具82、82間に挟み込むようにしてセットする。この押さえ治具82は自動昇降機84により下側の押さえ治具82が昇降自在に構成されている。
また、燃料電池セル12は周囲を支え治具86により支持され、第1,第2セパレータ14,16に対する面内方向での位置決めを行なうものである。
【0028】
そして、下側の押さえ治具82を上昇させて、燃料電池セル12を第1,第2セパレータ14,16で挟持し、溝部28の液状シールSを互いに対向する位置で固体高分子電解質膜18のはみ出し部18aに密着させ、燃料電池セル12を両セパレータ14,16により挟持する。このとき溝部30の液状シールSは液状シールS同志が互いに密着し、反応面と入口側燃料ガス連通孔36a、入口側酸化剤ガス連通孔38a、入口側冷却媒体連通孔40a、出口側冷却媒体連通孔40b、出口側燃料ガス連通孔36b及び出口側酸化剤ガス連通孔38bの周囲をシールする。
【0029】
次に、図12に示すように、第1セパレータ14と第2セパレータ16とで燃料電池セル12を挟持したものを押さえ治具82ごとオーブン88で加熱して液状シールSを硬化させる。そして、図13に示すように、燃料電池セル12と第1,第2セパレータ14,16が一体となった燃料電池10を押さえ治具82から外して放冷する。次いで、図14に示すようにその燃料電池10の第2セパレータ16の前記面16bの溝部34、35に液状シールSを塗布し、図15に示すようにこの第2セパレータ16の前記面16bに他の燃料電池10の第1セパレータ14の面14bを重ね、順次燃料電池10を燃料電池スタックのエンドプレート90に積層して行く。そして、所定の数の燃料電池10が積層されると、図示しないエンドプレートを取り付けボルト92で締め付けて、燃料電池スタックとする。
【0030】
このように構成される第1の実施形態に係る燃料電池10の動作について、以下に説明する。
燃料電池10には、燃料ガス、例えば、炭化水素を改質した水素を含むガスが供給されるとともに、酸化剤ガスとして空気または酸素含有ガス(以下、単に空気ともいう)が供給され、さらにその発電面を冷却するために、冷却媒体が供給される。燃料電池10の入口側燃料ガス連通孔36aに供給された燃料ガスは、図2に示すように、第1燃料ガス連結流路64を介して面16b側から面16a側に移動し、この面16a側に形成されている第1燃料ガス流路溝60に供給される。
【0031】
第1燃料ガス流路溝60に供給された燃料ガスは、第2セパレータ16の面16aに沿って水平方向に蛇行しながら重力方向に移動する。その際、燃料ガス中の水素含有ガスは、第2ガス拡散層26を通って単位燃料電池セル12のアノード側電極22に供給される。そして、未使用の燃料ガスは、第1燃料ガス流路溝60に沿って移動しながらアノード側電極22に供給される一方、未使用の燃料ガスが第2燃料ガス流路溝62を介して第2燃料ガス連結流路66に導入され、面16b側に移動した後に図1に示す出口側燃料ガス連通孔36bに排出される。
【0032】
また、燃料電池スタック10内の入口側酸化剤ガス連通孔38aに供給された空気は、第1セパレータ14の入口側酸化剤ガス連通孔38aに連通する第1酸化剤ガス連結流路46を介して第1酸化剤ガス流路溝42に導入される。第1酸化剤ガス流路溝42に供給された空気は、水平方向に蛇行しながら重力方向に移動する間、この空気中の酸素含有ガスが
第1ガス拡散層24からカソード側電極20に供給される。一方、未使用の空気は、第2酸化剤ガス流路溝44を介して第2酸化剤ガス連結流路48から図1に示す出口側酸化剤ガス連通孔38bに排出される。これにより、燃料電池10で発電が行われ、例えば、図示しないモータに電力が供給されることになる。
【0033】
さらにまた、燃料電池10に供給された冷却媒体は、図1に示す入口側冷却媒体連通孔40aに導入された後、図5に示すように、第2セパレータ16の第1冷却媒体連結流路76を介して面16b側の主流路溝72aに供給される。冷却媒体は、主流路溝72aから分岐する複数本の分岐流路溝74を通って単位燃料電池セル12の発電面を冷却した後、主流路溝72bに合流する。そして、使用後の冷却媒体は、第2冷却媒体連結流路78を通って出口側冷却媒体連通孔40bから排出される。
【0034】
上記実施形態によれば、前記固体高分子電解質膜18の周囲に設けたはみ出し部18aに直接的に密着する液状シールSが固体高分子電解質膜18と第1,第2セパレータ14,16との間で形状変化してシール寸法のバラツキに追従し、各溝部28,30,34,35内において一定の面圧を確保した状態で両者間に隙間なく介在して両者間の気密性を確保することができるため、第1,第2セパレータ14,16と燃料電池セル12との間で全周に渡って均一なシール反力が得られ、均一なシール性を確保することができるという効果がある。
したがって、液状シールSによる寸法誤差に対する追従性の良さから、第1,第2セパレータ14,16や燃料電池セル12のとりわけ厚さ方向での寸法管理を厳密に行なう必要がなく、寸法精度管理が容易となりコストダウンを図ることができる。
【0035】
また、第1、第2セパレータ14,16の溝部28に塗布された液状シールSは、溝部28内で一定の幅を維持した状態で、前記固体高分子電解質膜18のはみ出し部18aに密着して、シール寸法に応じて変形することができるため、第1,第2セパレータ14,16により燃料電池セル12を挟持するだけで、シール部分における気密性を確保できる。つまり、溝部28が設けられていない場合に比較して溝部28内で液状シールSの断面積を拡大できるので、弾性変形量を拡大でき、したがって、潰れしろを充分に確保してシール性を向上できる。
【0036】
そして、第1、第2セパレータ14,16と固体高分子電解質膜18のはみ出し部18aとの間のシール寸法のバラツキを液状シールSが吸収することにより、各セパレータ14,16に偏った力が作用するのを防止できるため、各セパレータ14,16の薄肉化を図ることができ、全体として軽量かつ小型化することができる。よって配置スペースに制限があり、できる限り各セパレータ14,16を薄型化する必要がある車両用として用いられた場合に好適である。
【0037】
また、液状シールSを固体高分子電解質膜18に対して直接的に密着させるため、例えば、燃料電気セル12の周囲に額縁状の枠体を設ける場合に比較して部品点数、組付け工数を削減できる点で有利である。そして、固体高分子電解質膜18に対する液状シールSの面圧も均一になり、固体高分子電解質膜18が偏った力を受けることもない。尚、前述したように固体高分子電解質膜18が波を打ったような場合でもこれに合わせて変形できるため、固体高分子電解質膜18にしわが発生するようなこともない。
【0038】
また、液状シールSを溝部28、30、34、35に塗布するため、溝部に合わせて液状シールSの断面積が拡大し、これにより液状シールSの圧縮量に対する面圧変動を穏やかにできる。したがって、各液状シールS間の間隔寸法のバラツキによる応力差を小さくできる。
【0039】
尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、図16に示すように、3つのセパレータ15を用いて2組の燃料電池セル12を挟み込む形式の燃料電池10にも適用することができる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項1に記載した発明によれば、セパレータの溝部内に塗布された液状シールは、溝部内で一定の幅を維持した状態で潰れしろを十分に確保して、前記固体高分子電解質膜のはみ出し部に密着してなじみシール寸法に応じて変形することができ、その後に加熱されて硬化するため、セパレータにより電極膜構造体を挟持するだけでシール性を確保して組立てを行なうことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施形態の分解斜視図である。
【図2】 図1のA−A断面図である。
【図3】 この発明の実施形態の第1セパレータの図1のB矢視図である。
【図4】 この発明の実施形態の第2セパレータの図1のC矢視図である。
【図5】 この発明の実施形態の第2セパレータの図1のD矢視図である。
【図6】 この発明の実施形態の図2の要部拡大図である。
【図7】 この発明の実施形態の固体高分子電解質膜と液状シールの関係を示す説明図である。
【図8】 図7に相当する従来の説明図である。
【図9】 この発明の実施形態の製造工程を示す図である。
【図10】 この発明の実施形態の製造工程を示す図である。
【図11】 この発明の実施形態の製造工程を示す図である。
【図12】 この発明の実施形態の製造工程を示す図である。
【図13】 この発明の実施形態の製造工程を示す図である。
【図14】 この発明の実施形態の製造工程を示す図である。
【図15】 この発明の実施形態の製造工程を示す図である。
【図16】 この発明の他の実施形態の図6に相当する断面図である。
【図17】 従来技術の断面図である。
【符号の説明】
12 燃料電池セル(電極膜構造体)
14 第1セパレータ
16 第2セパレータ
18 固体高分子電解質膜
18a はみ出し部
20 カソード電極
22 アノード電極
24 第1ガス拡散層
26 第2ガス拡散層
28 溝部
S 液状シール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a fuel cell in which an electrode membrane structure composed of a solid polymer electrolyte membrane and anode-side diffusion electrodes and cathode-side diffusion electrodes on both sides thereof is sandwiched between a pair of separators, In particular, the present invention relates to a method of manufacturing a fuel cell that can reliably seal an electrode membrane structure between separators.
[0002]
[Prior art]
Some fuel cells have a structure in which an electrode membrane structure composed of a solid polymer electrolyte membrane, an anodic diffusion electrode and a cathode diffusion electrode on both sides thereof is sandwiched between a pair of separators. When fuel gas (for example, hydrogen gas) is supplied to the reaction surface of the anode side diffusion electrode, hydrogen is ionized here and moves to the cathode side diffusion electrode side through the solid polymer electrolyte membrane. Electrons generated during this time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy. Since an oxidizing gas (for example, air containing oxygen) is supplied to the cathode electrode, hydrogen ions, electrons, and oxygen react to generate water.
[0003]
An example of this will be described with reference to FIG. 17. In the figure, 1 indicates a solid polymer electrolyte membrane, and the solid polymer electrolyte membrane 1 is sandwiched between gas diffusion electrodes (anode side diffusion electrode and cathode side diffusion electrode) 2 and 3 from both sides. Thus, the fuel battery cell 4 is configured. Sheet-
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above conventional fuel cell, the
[0005]
In order to ensure uniform sealing performance, the dimensional accuracy of the
Further, there is a problem that the surface pressure of the
[0006]
In particular, when used as a fuel cell for a vehicle, if the thickness dimension of the
Accordingly, the present invention is intended to ensure the sealing property between the electrode film structure and the separator to provide a method of manufacturing easy fuel cell.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 is characterized in that an electrode membrane structure composed of a solid polymer electrolyte membrane and anode-side diffusion electrodes and cathode-side diffusion electrodes on both sides thereof is composed of a pair of separators. In the fuel cell manufacturing method configured to be sandwiched, a liquid seal is individually applied in a groove formed in the outer peripheral portion in the separator surface, and a liquid seal before curing is provided around the solid polymer electrolyte membrane The electrode film structure is sandwiched between a pair of separators in a state of being in close contact with the protruding portion protruding from the periphery of the anode side diffusion electrode and the cathode side diffusion electrode, and then heated to cure the liquid seal.
[0010]
By configuring in this way, the liquid seal applied in the groove portion of the separator sufficiently secures a crushing space while maintaining a certain width in the groove portion, so that the solid polymer electrolyte membrane protrudes from the protruding portion. It can be adhered and deformed according to the size of the familiar seal, and then heated and cured.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a fuel cell according to an embodiment of the present invention. The
The
[0013]
The solid
[0014]
As shown in FIG. 3, the
An inlet-side cooling
Further, an outlet-side fuel
[0015]
As shown in FIG. 1, on the
[0016]
As shown in FIG. 3, the
[0017]
As shown in FIGS. 4 and 5, the inlet-side fuel
[0018]
In the
The
[0019]
As shown in FIGS. 2 and 5, the
The
[0020]
Here, as shown in FIG. 2, a
[0021]
Further, as shown in FIG. 1, a
[0022]
As shown in FIG. 5, the
[0023]
Here, the
[0024]
In this way, when the
[0025]
Here, the liquid seal S is made of thermosetting fluorine-based or thermosetting silicon, has a viscosity that does not change the cross-sectional shape in the applied state, and is cured while retaining a certain degree of elasticity after application. Either non-adhesive or adhesive can be used. It should be noted that it is desirable to use a non-adhesive liquid seal S between parts that need to be replaced for maintenance, for example, the
[0026]
That is, as shown in FIG. 8, when a solid seal S ′ is used in a portion that is in close contact with the solid
[0027]
Next, a method for manufacturing the
Further, the
[0028]
Then, the
[0029]
Next, as shown in FIG. 12, the
[0030]
The operation of the
The
[0031]
The fuel gas supplied to the first fuel
[0032]
The air supplied to the inlet-side oxidant
[0033]
Furthermore, after the cooling medium supplied to the
[0034]
According to the above embodiment, the liquid seal S that directly adheres to the protruding
Therefore, it is not necessary to strictly manage the dimensions of the first and
[0035]
Further, the liquid seal S applied to the
[0036]
Then, the liquid seal S absorbs the variation in the seal size between the first and
[0037]
Moreover, in order to make the liquid seal S adhere directly to the solid
[0038]
In addition, since the liquid seal S is applied to the
[0039]
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, as shown in FIG. 16, the present invention is also applicable to a
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention described in claim 1, the liquid seal applied in the groove portion of the separator sufficiently secures a crushing margin while maintaining a certain width in the groove portion, The solid polymer electrolyte membrane adheres to the protruding portion of the solid polymer electrolyte membrane and can be deformed according to the familiar seal size, and then heated and cured. There is an effect that can be assembled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
FIG. 3 is a view of the first separator according to the embodiment of the present invention as seen in the direction of arrow B in FIG.
FIG. 4 is a view of the second separator according to the embodiment of the present invention as seen from the direction of the arrow C in FIG.
FIG. 5 is a view of the second separator according to the embodiment of the present invention as viewed in the direction of arrow D in FIG.
6 is an enlarged view of a main part of FIG. 2 according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory view showing the relationship between a solid polymer electrolyte membrane and a liquid seal according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a conventional explanatory diagram corresponding to FIG. 7;
FIG. 9 is a diagram showing a manufacturing process according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a manufacturing process of the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a manufacturing process according to the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a manufacturing process according to the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a manufacturing process of the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a manufacturing process of the embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a manufacturing process of the embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 6 of another embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view of the prior art.
[Explanation of symbols]
12 Fuel cell (electrode membrane structure)
14
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US6749713B2 (en) * | 2002-04-03 | 2004-06-15 | 3M Innovative Properties Company | Apparatus and method for separating a fuel cell assembly from a bonding fixture |
JP2004214019A (en) * | 2002-12-27 | 2004-07-29 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell |
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JP4474897B2 (en) * | 2003-10-22 | 2010-06-09 | Nok株式会社 | Fuel cell separator and polymer electrolyte fuel cell |
JP4656369B2 (en) * | 2004-01-20 | 2011-03-23 | タイガースポリマー株式会社 | Method of molding rubber packing for fuel cell |
JP2005243292A (en) * | 2004-02-24 | 2005-09-08 | Nissan Motor Co Ltd | Solid polymer electrolyte membrane and separator for fuel cell |
CN100530803C (en) | 2004-04-26 | 2009-08-19 | 丰田自动车株式会社 | Fuel cell module |
JP4771271B2 (en) * | 2004-09-24 | 2011-09-14 | トヨタ自動車株式会社 | Single cell, method for manufacturing single cell, fuel cell, method for manufacturing fuel cell |
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JP2928249B2 (en) * | 1988-05-25 | 1999-08-03 | 株式会社日立製作所 | Fuel cell separator |
JPH0837012A (en) * | 1994-07-22 | 1996-02-06 | Fuji Electric Co Ltd | Solid polymer electrolyte type fuel cell |
JPH0845517A (en) * | 1994-07-28 | 1996-02-16 | Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk | Seal structure for high polymer electrolyte type fuel cell and its manufacture |
JP3465830B2 (en) * | 1994-11-04 | 2003-11-10 | ヤマハ発動機株式会社 | Fuel cell |
DE69818874T2 (en) * | 1997-07-16 | 2004-05-19 | Ballard Power Systems Inc., Burnaby | Process for producing an elastic seal for the membrane electrode arrangement (mea) in an electrochemical fuel cell |
JP3918265B2 (en) * | 1997-11-21 | 2007-05-23 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing method of fuel cell |
JPH11233128A (en) * | 1998-02-17 | 1999-08-27 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell |
US6451468B1 (en) * | 1998-04-14 | 2002-09-17 | Three Bond Co., Ltd. | Sealing material for fuel cell |
DE19829142A1 (en) * | 1998-06-30 | 2000-01-05 | Manhattan Scientifics Inc | Gas-tight combination of bipolar plate and membrane-electrode assembly of polymer electrolyte membrane fuel cells |
JP4471046B2 (en) * | 1999-01-13 | 2010-06-02 | Nok株式会社 | Gasket for fuel cell and method for forming the same |
JP4481423B2 (en) * | 2000-03-31 | 2010-06-16 | 株式会社東芝 | Polymer electrolyte fuel cell stack |
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