JP5103934B2 - 燃料電池の製造方法および燃料電池 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施例である燃料電池1の断面図である。この燃料電池1は、膜電極接合体一体型シール部20と、セパレータ30とを交互に積層して構成される。膜電極接合体一体型シール部20とセパレータ30との間には、ガス流路部26または27が配される。なお、以下では、膜電極接合体一体型シール部20を「MEA(Membrane Electrode Assembly)一体型シール部20」と表記する。
この発明は上記の実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施例においては、酸化ガスを触媒層および電解質膜に伝える構成は、多孔体で構成されるガス流路部26とカーボンペーパで構成されるガス拡散層24であった。また、燃料ガスを触媒層および電解質膜に伝える構成は、多孔体で構成されるガス流路部27とカーボンペーパで構成されるガス拡散層25であった。
上記実施例では、セパレータ30は、ステンレスで構成されている。しかし、セパレータは、ステンレス以外にも、チタンなどの耐腐食性の高い金属やカーボンなど、他の素材で構成することもできる。ただし、セパレータは、酸化ガスおよび燃料ガスを透過せず、かつ、酸化ガスおよび燃料ガスならびにそれらの電気化学反応の結果として生成される物質と反応しない素材を使用して構成することが好ましい。ただし、セパレータの一部であってそれらの物質と接触しない部分については、それら酸化ガスおよび燃料ガスならびにそれらの電気化学反応の結果として生成される物質と反応する素材や、それらの物質を透過する素材を使用することもできる。
上記実施例では、充填材60は、酸化ガスおよび燃料ガスを通さない素材で構成された。しかし、酸化ガスが流通するガス拡散層24側に配される充填材60は、酸化ガスを透過せず燃料ガスを透過する構成とすることもできる。また、燃料ガスが流通するガス拡散層24側に配される充填材60は、燃料ガスを透過せず酸化ガスを透過する構成とすることができる。
上記実施例では、MEA一体型シール部20の両面に、ガス拡散層24およびシール部28に接する充填材60と、ガス拡散層25およびシール部28に接する充填材60と、を設けた。しかし、ガスを流通させる多孔体部と接するように配する可変部材は、各構成の積層前において、MEAのいずれか一方の側においてのみ、多孔体部およびシール部材と接している態様で設けることもできる。
図5は、変形例5の充填材60の配置方法を示す断面図である。上記実施例では、少なくともMEA一体型シール部20とセパレータ30との積層の前の時点では、充填材60と、尾根部281とは接していない(図3参照)。しかし、MEA一体型シール部20とセパレータ30との積層の前の時点において、充填材60と、尾根部281とが一部接触していてもよい(図5参照)。すなわち、充填材60は、積層方向Asに沿ったいずれかの位置において、積層方向Asとは垂直な方向Apについて、シール部(尾根部281)との間に空間を有するように配することができる。
上記実施例では、まず、ガス流路部26,27とセパレータ30とが接合される(図3参照)。しかし、MEA一体型シール部20と、セパレータ30と、ガス流路部26,27との接合の順番は、この順番に限られない。たとえば、MEA一体型シール部20に対して、まずガス流路部26やガス流路部27を接合し、その後、セパレータ30を接合することもできる。
図6は、変形例7における充填材60の配置を示す平面図である。上記実施例においては、充填材60は、ガス拡散層24,25の外周部の全周にわたって環状に配される。しかし、充填材60は、図6に示すように、ガス拡散層24,25の外周部において、複数箇所に配することもできる。すなわち、充填材60(可変部材)は、ガス拡散層24,25(多孔体部)に接触させた状態であって、以下の条件を満たすように配することができる。すなわち、MEA一体型シール部20とガス流路部26,27とセパレータ30の積層後において、充填材60がガス拡散層24,25およびセパレータ30と密着して、MEA22とセパレータ30との間において、ガス拡散層24,25がシールされるように、充填材60は、配することができる。
上記実施例では、セパレータとして、平坦な3枚のプレートを積層して構成される三層構造セパレータを用いている。しかし、セパレータは、他の構成とすることもできる。すなわち、セパレータは、ガス拡散層24,25(多孔体部)に反応ガスを供給し、ガス拡散層24,25から受け取った反応ガスを排出し、それら供給および排出のための流路以外の箇所においてセパレータの一方の側から他方の側に反応ガスを漏出させない構成であれば、任意の構成を採用することができる。
22…MEA(膜電極接合体)
24,25…ガス拡散層
26,27…ガス流路部
26e,27e…ガス流路部26,27の外周端部
28…シール部
30…セパレータ
31…カソード側プレート
32…中間プレート
33…アノード側プレート
34…冷媒流路
40〜45…穴
40…穴(酸化ガス供給マニホールドMOp)
41…穴(酸化ガス排出マニホールドMOe)
42…穴(冷媒供給マニホールド)
43…穴(燃料ガス排出マニホールド)
44…穴(燃料ガス供給マニホールド)
45…穴(冷媒排出マニホールド)
50…酸化ガス供給用の穴
51…酸化ガス排出用の穴
55…カソード側プレート31とアノード側プレート33の間の空隙
56…カソード側プレート31とアノード側プレート33の間の空隙
60…充填材
81…尾根部281と充填材60との間の空間
82…尾根部281と充填材60との間の空間
281…尾根部
3140〜3145,3340〜3345…穴
3140〜3145…カソード側プレート31の穴
3340〜3345…アノード側プレート33の穴
AOi…MEA22に供給される酸化ガスの流れを示す矢印
AOo…MEA22から排出される酸化ガスの流れを示す矢印
Ap…MEA一体型シール部20とセパレータ30の積層方向に垂直な方向を示す矢印
As…MEA一体型シール部20とセパレータ30の積層方向を示す矢印
MOe…酸化ガス排出マニホールド
MOp…酸化ガス供給マニホールド
Claims (7)
- 燃料電池の製造方法であって、
(a)反応ガスと接触して発電を行う膜電極接合体と、前記膜電極接合体に前記反応ガスを供給するための空間を有し前記膜電極接合体と接触している多孔体部と、前記反応ガスを透過しない素材を使用して構成されるセパレータと、を準備する工程と、
(b)外力によって変形し前記反応ガスを透過しない可変部材を、前記多孔体部に接触させた状態で準備する工程と、
(c)前記膜電極接合体と前記多孔体部と前記セパレータとを積層する工程であって、前記可変部材を前記多孔体部および前記セパレータに密着させ、前記膜電極接合体と前記セパレータとの間において前記多孔体部をシールする工程と、を含む、方法。 - 請求項1記載の燃料電池の製造方法であって、
前記多孔体部は、前記膜電極接合体に接触する第1の部分と、前記膜電極接合体に接触せず前記第1の部分よりも固い素材で形成される第2の部分と、を有し、
前記工程(b)は、前記可変部材を前記第1の部分に接触させた状態で準備する工程である、方法。 - 請求項2記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程(a)は、前記第1の部分と前記第2の部分とを互いに分離した状態で準備する工程であり、
前記工程(c)は、
前記第1の部分と前記第2の部分とを積層する工程であって、前記可変部材を前記第1および第2の部分に密着させる工程を含む、方法。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程(b)は、前記多孔体部の外周部の互いに異なる位置に複数の前記可変部材を配する工程を含む、方法。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程(b)は、前記多孔体部の外周部の全周にわたって環状に前記可変部材を配する工程を含む、方法。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載の燃料電池の製造方法であって、
前記工程(a)は、さらに、前記多孔体部を介して前記セパレータと前記膜電極接合体との間で受け渡される前記反応ガスが外部に漏出しないようにするためのシール部を準備する工程を含み、
前記工程(b)は、前記積層の方向に垂直な方向について、前記シール部との間に空間を有するように前記可変部材を配する工程である、方法。 - 反応ガスと接触して発電を行う膜電極接合体と、
前記膜電極接合体と接触して前記膜電極接合体に前記反応ガスを供給するための多孔体部と、
前記反応ガスを透過しない素材を使用して構成されるセパレータと、
前記多孔体部を介して前記セパレータと前記膜電極接合体との間で受け渡される前記反応ガスが外部に漏出しないようにするためのシール部と、
前記多孔体部および前記セパレータと密着し、前記膜電極接合体と前記セパレータとの間において前記多孔体部をシールする可変部材であって、前記シール部との間には少なくとも一部において空間を有する可変部材と、を有する燃料電池。
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