JP5125102B2 - 燃料電池、燃料電池を構成するシール一体部材、および、その製造方法 - Google Patents
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Description
・燃料電池の構成
本発明の実施例に係る燃料電池の概略構成について説明する。図1は、実施例における燃料電池の構成を示す説明図である。図2は、実施例におけるシール一体部材の構成を示す説明図である。
図3を参照して、実施例に係る燃料電池10の動作について説明する。図3は、燃料電池の酸化ガスの流れを示す説明図である。図を見やすくするため、図3においては、2つのセパレータ14と2つのシール一体部材12が交互に積層された様子を図示している。図3は、図1におけるI−I断面に対応する断面図を示している。
図4〜図8を参照して、上述した構成を有するシール一体部材12の製造方法を説明する。図4は、実施例におけるシール一体部材の製造ステップを示すフローチャートである。図5は、実施例におけるMEGAの正面図である。図6は、実施例における補強部材の正面図である。図7は、実施例におけるシール一体部材の製造を説明するための図である。図8は、実施例における成形型を示す図である。図7は、図8におけるF−F断面に対応している。
上記実施例では、積層部材30を構成する部材のうち、電解質膜32とカソード側拡散層34bとを用いて、補強部材20を支持しているが、これに限らず、他の部材を用いても良い。一般的に言えば、少なくとも積層部材30の端部を用いて、補強部材20を支持すれば良い。積層部材30の端部とは、積層部材30を構成する所定の厚みの板状部材の面方向の周縁部(外周部)の少なくとも一部を意味し、好ましくは面方向の全周縁部を意味する。積層部材30を構成する所定の厚みの板状部材とは、例えば、電解質膜、アノード側拡散層、カソード側拡散層、アノード側多孔体、カソード側多孔体を含む。実施例とは異なる部材を用いて補強部材20を支持する変形例を、図12〜図17を参照して、第1〜第6変形例として説明する。図12〜図17は、第1〜第6変形例におけるシール一体部材の構成をそれぞれ示す図である。
図12を参照して、第1変形例について説明する。第1変形例におけるシール一体部材121は、電解質膜320の構成が、実施例における電解質膜32と異なる。第1変形例におけるシール一体部材121の電解質膜320は、アノード側拡散層34aと同じ大きさにされている。このため、カソード側拡散層34bのみが、アノード側拡散層34aより大きく形成されている。補強部材20の内端部分は、カソード側拡散層34bに接着され、カソード側拡散層34bにより固定・支持される(図12:T2)。
図13を参照して、第2変形例について説明する。第2変形例におけるシール一体部材122は、カソード側拡散層340bの構成が、実施例におけるカソード側拡散層34bと異なる。第2変形例におけるシール一体部材122のカソード側拡散層340bは、アノード側拡散層34aと同じ大きさにされている。このため、電解質膜32のみが、アノード側拡散層34aより大きく形成されている。補強部材20の内端部分は、電解質膜32に接着される。電解質膜32は、薄く剛性が低いが、シール部材40の射出成形時に、実施例と同様に補強部材20の外端部分を成形型により固定すれば、外端部分と内端部分の両方を固定できるので、電解質膜32を用いて補強部材20を固定・支持することができる。(図13:T2)。本変形例では、上下方向に対称な構成とすることができるので、シール部材40を射出成形する際の成形性が向上する。
図14を参照して、第3変形例について説明する。第3変形例におけるシール一体部材123は、アノード側拡散層340aとカソード側拡散層340bの構成が、実施例におけるアノード側拡散層34aとカソード側拡散層34bと異なる。第3変形例におけるシール一体部材123のアノード側拡散層340aは、実施例におけるカソード側拡散層34bと同じ大きさにされている。そして、第3変形例におけるシール一体部材123のカソード側拡散層340bは、実施例におけるアノード側拡散層34aと同じ大きさにされている。このため、電解質膜32とアノード側拡散層340aとが、カソード側拡散層340bより大きく形成されている。補強部材20の内端部分は、電解質膜32に接着される。補強部材20の内端部分は、電解質膜32に接着され、電解質膜32とアノード側拡散層340aにより固定・支持される(図14:T2)。
図15を参照して、第4変形例について説明する。第4変形例におけるシール一体部材124は、アノード側拡散層340aとカソード側拡散層340bと電解質膜320の構成が、実施例におけるアノード側拡散層34aとカソード側拡散層34bと電解質膜32と異なる。第4変形例におけるシール一体部材124のアノード側拡散層340aは、実施例におけるカソード側拡散層34bと同じ大きさにされている。そして、第4変形例におけるシール一体部材123のカソード側拡散層340bおよび電解質膜320は、実施例におけるアノード側拡散層34aと同じ大きさにされている。このため、アノード側拡散層340aが、カソード側拡散層340bおよび電解質膜320より大きく形成されている。補強部材20の内端部分は、アノード側拡散層340aに接着され、アノード側拡散層340aにより固定・支持される(図15:T2)。本変形は、アノード側拡散層340aにおけるシール部材40の含浸領域が大きくし、よりアノード側のシール性を重視した構成である。本変形例では、アノード側から水素が漏れる可能性をより低減できる。
図16を参照して、第5変形例について説明する。第5変形例におけるシール一体部材125は、アノード側拡散層340aと電解質膜320の構成が、実施例におけるアノード側拡散層34aと電解質膜32と異なる。第5変形例におけるシール一体部材125において、アノード側拡散層340aは、実施例におけるカソード側拡散層34bと同じ大きさにされ、電解質膜320は、実施例におけるアノード側拡散層34aと同じ大きさにされている。このため、アノード側拡散層340aおよびカソード側拡散層34bが、電解質膜320より大きく形成されている。補強部材20の内端部分は、アノード側拡散層340aとカソード側拡散層34bにより挟持され、両拡散層340a、34bにより固定・支持される(図16:T2)。本変形は、アノード側拡散層340aおよびカソード側拡散層34b共にシール部材40の含浸領域を大きくし、シール性を向上させ得る。
図17を参照して、第6変形例について説明する。第6変形例におけるシール一体部材126において、電解質膜32、アノード側拡散層34a、カソード側拡散層340bの構成は、第2変形例におけるそれぞれの構成と同一である。第6変形例におけるシール一体部材126では、補強部材が、第1の層20aと第2の層20bからなる2層構造に構成されている。補強部材の内端部分において、第1の層20aと第2の層20bは、電解質膜32を挟持している。この結果、本変形例では、第2変形例と同様の作用・効果を奏する。
上記実施例では、シール部材40と一体化される積層部材30は、電解質膜32と、アノード側拡散層34aと、カソード側拡散層34bと、アノード側多孔体36aと、カソード側多孔体36bであるが、必ずしもこれら全てが一体化される必要はない。かかる例を、第7変形例として、図18を参照して説明する。図18は、第7変形例におけるシール一体部材の構成を示す図である。
上記実施例および変形例では、積層部材30の各部材やセパレータ14の各部材の材料を特定しているが、これらの材料に限定されるものではなく、適正な種々の材料を用いることができる。例えば、アノード側多孔体36aおよびカソード側多孔体36bを、金属多孔体を用いて形成するとしているが、例えばカーボン多孔体といった他の材料を用いて形成することも可能である。また、セパレータ14は、金属を用いて形成するとしているが、例えばカーボンといった他の材料を用いることも可能である。
12...シール一体部材
14...セパレータ
14a...カソードプレート
14b...中間プレート
14c...アノードプレート
16a〜16f...マニホールド孔
20...補強部材
30、300...積層部材
32、320...電解質膜
34a、340a...アノード側拡散層
34b、340b...カソード側拡散層
35、350...MEGA
36a...アノード側多孔体
36b...カソード側多孔体
40、400...シール部材
120〜127...シール一体部材
400...シール部材
840...多孔体
910...上型
911...位置決めピン
920...下型
Claims (17)
- 積層されて燃料電池を構成するシール一体部材であって、積層部材と、前記積層部材の端部と一体化され、積層されたときに隣接部材との間をシールするためのシール部材とを有するシール一体部材の製造方法であって、
電解質膜と、前記電解質膜の一の側に配置された第1の拡散層と、前記電解質膜の他の側に配置された第2の拡散層と、を少なくとも含む前記積層部材を準備し、
前記シール部材を内部から補強するための補強部材を準備し、
前記積層部材の端部を用いて前記補強部材を支持し、
前記補強部材が露出しないように覆い、前記シール部材を射出成形により成形し、
前記補強部材の支持は、前記積層部材のうち、少なくとも前記第1の拡散層を用いて行われる、製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法において、
前記積層部材の端部の一部は、他の部分より外側に延在し、
前記補強部材は、前記延在している部位に重なることにより支持される、製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載の製造方法において、
前記補強部材の支持は、前記積層部材のうち、少なくとも前記第1の拡散層と前記第2の拡散層とを用いて行われる、製造方法。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の製造方法において、
前記第1の拡散層は、アノード側拡散層である、製造方法。 - 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の製造方法において、
前記補強部材の支持は、前記積層部材のうち、少なくとも前記電解質膜を用いて行われる、製造方法。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の製造方法において、
前記補強部材を支持する際に、前記補強部材は、前記積層部材に接着される、製造方法。 - 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の製造方法において、
前記シール部材の成形において、前記シール部材は、前記積層部材における発電領域の周囲に第1のシールラインを有すると共に、前記第1のシールラインの内側に前記補強部材が露出しないように形成される、製造方法。 - 請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の製造方法において、
前記シール部材の成形において、前記シール部材は、前記積層部材の外側に配置されたマニホールド孔の周囲に第2のシールラインを有すると共に、前記第2のシールラインの内側に前記補強部材が露出しないように形成される、製造方法。 - 積層されて燃料電池を構成するシール一体部材であって、
電解質膜と、前記電解質膜の一の側に配置された第1の拡散層と、前記電解質膜の他の側に配置された第2の拡散層と、を少なくとも含む積層部材と、
積層されたときに隣接部材との間をシールすると共に、前記積層部材の端部と一体化しているシール部材と、
前記積層部材の端部を用いて支持されていると共に、前記シール部材を内部から補強するための補強部材と、
を備え、
前記シール部材は、前記補強部材が露出しないように覆い、射出成形により成形され、
前記補強部材は、前記積層部材のうち、少なくとも前記第1の拡散層を用いて支持されている、シール一体部材。 - 請求項9に記載のシール一体部材において、
前記積層部材の端部の一部は、他の部分より外側に延在し、
前記補強部材は、前記延在している部位に重なることにより支持される、シール一体部材。 - 請求項9または請求項10に記載のシール一体部材において、
前記補強部材は、前記積層部材のうち、少なくとも前記第1の拡散層と前記第2の拡散層とを用いて支持されている、シール一体部材。 - 請求項9ないし請求項11のいずれかに記載のシール一体部材において、
前記第1の拡散層は、アノード側拡散層である、シール一体部材。 - 請求項9ないし請求項12のいずれかに記載のシール一体部材において、
前記補強部材は、前記積層部材のうち、少なくとも前記電解質膜を用いて支持されている、シール一体部材。 - 請求項9ないし請求項13のいずれかに記載のシール一体部材において、
前記補強部材は、前記積層部材に接着されている、シール一体部材。 - 請求項9ないし請求項14のいずれかに記載のシール一体部材において、
前記シール部材は、前記積層部材における発電領域の周囲に第1のシールラインを有し、
前記補強部材のうちの前記第1のシールラインの内側に対応する部分は、前記シール部材によって被覆されている、シール一体部材。 - 請求項9ないし請求項15のいずれかに記載のシール一体部材において、
前記シール部材および前記補強部材は、前記積層部材の外側に配置されたマニホールド孔を有し、
前記シール部材は、さらに、前記マニホールド孔の周囲に第2のシールラインを有し、 前記補強部材のうちの前記第2のシールラインの内側に対応する部分は、前記シール部材によって被覆されている、シール一体部材。 - 請求項9ないし請求項16のいずれかに記載のシール一体部材を、セパレータを挟んで複数個積層して構成された燃料電池。
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