JP5461361B2 - Manufacturing method of electrolyte membrane / electrode structure for fuel cell - Google Patents

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Description

本発明は、固体高分子電解質膜の両側に電極触媒層が設けられ、前記電極触媒層に拡散層が積層されるとともに、前記固体高分子電解質膜の外周端面が少なくとも一方の前記拡散層の外周端面よりも外方に突出する燃料電池用電解質膜・電極構造体の製造方法に関する。 The present invention provides an electrode catalyst layer on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, a diffusion layer is laminated on the electrode catalyst layer, and an outer peripheral end surface of the solid polymer electrolyte membrane is an outer periphery of at least one of the diffusion layers. The present invention relates to a method of manufacturing an electrolyte membrane / electrode structure for a fuel cell protruding outward from an end face.

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる固体高分子電解質膜を採用している。この燃料電池は、固体高分子電解質膜の両側に、それぞれ触媒層(電極触媒層)とガス拡散層(多孔質カーボン)とからなるアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータ(バイポーラ板)によって挟持している。通常、この燃料電池を所定数だけ積層した燃料電池スタックが、例えば、車載用として使用されている。   In general, a polymer electrolyte fuel cell employs a polymer electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane. This fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode each comprising a catalyst layer (electrode catalyst layer) and a gas diffusion layer (porous carbon) are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, respectively. The body (MEA) is sandwiched between separators (bipolar plates). Usually, a fuel cell stack in which a predetermined number of the fuel cells are stacked is used for in-vehicle use, for example.

この種の電解質膜・電極構造体では、固体高分子電解質膜の表面積が、この固体高分子電解質膜の両面に積層されているガス拡散層の表面積よりも大きく構成され、前記固体高分子電解質膜の外周端面が各ガス拡散層の外周端面よりも外方に突出する膜突出型MEAや、一方のガス拡散層が固体高分子電解質膜よりも小さな表面積に設定され、他方のガス拡散層が前記固体高分子電解質膜と同一の表面積に設定される、所謂、段差型MEAを構成する場合がある。   In this type of electrolyte membrane / electrode structure, the surface area of the solid polymer electrolyte membrane is configured to be larger than the surface area of the gas diffusion layer laminated on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, The membrane protruding MEA in which the outer peripheral end surface of the gas diffusion layer protrudes outward from the outer peripheral end surface of each gas diffusion layer, or one gas diffusion layer is set to have a smaller surface area than the solid polymer electrolyte membrane, and the other gas diffusion layer is In some cases, a so-called stepped MEA having the same surface area as that of the solid polymer electrolyte membrane is formed.

このため、電解質膜・電極構造体を製造する際に、それぞれ寸法の異なる固体高分子電解質膜とガス拡散層とを互いに位置決めして接合する必要がある。従って、電解質膜・電極構造体の製造作業が煩雑化している。   For this reason, when manufacturing the electrolyte membrane / electrode structure, it is necessary to position and bond the solid polymer electrolyte membrane and the gas diffusion layer having different dimensions to each other. Therefore, the manufacturing work of the electrolyte membrane / electrode structure is complicated.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている作製方法が知られている。この作製方法は、図17に示すように、位置決め用のガイドピン1aが四隅に設けられた平板状の第1治具1の上面に、前記ガイドピン1aを挿通させるための孔2aが四隅に設けられ、中央部に触媒層付きガス拡散層を配するための開口2bが形成された第1枠体2が配設されている。第1枠体2の開口2bには、空気極触媒付きガス拡散層である第1電極3が配設されている。   Therefore, for example, a manufacturing method disclosed in Patent Document 1 is known. In this manufacturing method, as shown in FIG. 17, holes 2a for inserting the guide pins 1a are formed at the four corners on the upper surface of the flat plate-like first jig 1 provided with the positioning guide pins 1a at the four corners. A first frame 2 provided with an opening 2b for arranging a gas diffusion layer with a catalyst layer in the center is provided. A first electrode 3, which is a gas diffusion layer with an air electrode catalyst, is disposed in the opening 2 b of the first frame 2.

そして、第1電極3の上面から第1枠体2の上面まで延在して、電解質膜4が配設された後、前記電解質膜4には、第2電極5が第2枠体6を解して配設されている。この第2枠体6には、ガイドピン1aが挿入される孔6aが四隅に設けられるとともに、中央には、第2電極5が配設される開口6bが形成されている。   Then, after the electrolyte membrane 4 is disposed to extend from the upper surface of the first electrode 3 to the upper surface of the first frame 2, the second electrode 5 connects the second frame 6 to the electrolyte membrane 4. It is arranged. The second frame 6 has holes 6a into which the guide pins 1a are inserted at the four corners, and an opening 6b in which the second electrode 5 is disposed at the center.

さらに、第2枠体6には、第2治具7が積層されるとともに、この第2治具7の四隅に設けられている孔7aに、ガイドピン1aが挿入されている。第1治具1と第2治具7とにより、第1電極3、電解質膜4及び第2電極5が挟持された後、ホットプレスによってこれらが一体に接合されている。   Further, a second jig 7 is laminated on the second frame 6, and guide pins 1 a are inserted into holes 7 a provided at the four corners of the second jig 7. After the first electrode 3, the electrolyte membrane 4 and the second electrode 5 are sandwiched between the first jig 1 and the second jig 7, they are integrally joined by hot pressing.

特開2004−303627号公報JP 2004-303627 A

上記の特許文献1では、第1電極3及び第2電極5は、それぞれ第1治具1に対して4本のガイドピン1aを介して配設される第1枠体2及び第2枠体6を介して位置決めされている。このため、実際上、第1枠体2の4つの孔2aにそれぞれガイドピン1aを挿入して、前記第1枠体2を第1治具1上に配置する作業と、第2枠体6の4つの孔6aに各ガイドピン1aを挿入して、前記第2枠体6を電解質膜4上に配置する作業とが必要となっている。   In said patent document 1, the 1st electrode 3 and the 2nd electrode 5 are respectively arrange | positioned via the four guide pins 1a with respect to the 1st jig | tool 1 and the 2nd frame body. 6 is positioned. For this reason, in practice, the operation of inserting the guide pins 1a into the four holes 2a of the first frame 2 and placing the first frame 2 on the first jig 1, and the second frame 6 It is necessary to insert each guide pin 1a into the four holes 6a and place the second frame 6 on the electrolyte membrane 4.

従って、前記第1及び第2枠体2、6の着脱作業は、相当に煩雑化するという問題がある。これにより、MEAの製作作業に相当の時間を要してしまい、効率的な作製作業が遂行されないという問題がある。   Therefore, there is a problem that the attaching and detaching work of the first and second frame bodies 2 and 6 is considerably complicated. As a result, a considerable amount of time is required for the production work of the MEA, and there is a problem that the efficient production work is not performed.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、互いに大きさの異なる固体高分子電解質膜と拡散層とを、簡単な構成及び工程で、高精度に位置決めすることができ、高品質な電解質膜・電極構造体を効率的に製造することが可能な燃料電池用電解質膜・電極構造体の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and allows a solid polymer electrolyte membrane and a diffusion layer having different sizes to be positioned with high accuracy by a simple configuration and process, and a high-quality electrolyte. It aims at providing the manufacturing method of the electrolyte membrane and electrode structure for fuel cells which can manufacture a membrane and electrode structure efficiently.

本発明は、固体高分子電解質膜の両側に電極触媒層が設けられ、前記電極触媒層の外側に一対の拡散層が積層されるとともに、前記固体高分子電解質膜の外周端面が少なくとも一方の前記拡散層の外周端面よりも外方に突出する燃料電池用電解質膜・電極構造体の製造方法に関するものである。 In the present invention, an electrode catalyst layer is provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, a pair of diffusion layers are laminated outside the electrode catalyst layer, and an outer peripheral end surface of the solid polymer electrolyte membrane is at least one of the above The present invention relates to a method of manufacturing an electrolyte membrane / electrode structure for a fuel cell that protrudes outward from the outer peripheral end face of a diffusion layer.

この電解質膜・電極構造体は、少なくとも一方の拡散層と固体高分子電解質膜とがホットプレスにより一体化された後、少なくとも一方の前記拡散層の外周端面には、外周縁部が、予め設けられた分離部位から切り離されることにより、分離面が形成されている。   In this electrolyte membrane / electrode structure, after at least one diffusion layer and the solid polymer electrolyte membrane are integrated by hot pressing, an outer peripheral edge portion is provided in advance on the outer peripheral end face of at least one of the diffusion layers. The separation surface is formed by being cut off from the separated portion.

また、分離部位は、少なくとも一方の拡散層に断続的又は連続的に設けられた切り込み形状を有することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the isolation | separation site | part has the notch shape provided in the at least one diffusion layer intermittently or continuously.

さらに、この製造方法は、一対の拡散層により固体高分子電解質膜を挟持して、積層体を得る工程と、前記積層体をホットプレスすることにより、前記固体高分子電解質膜と一対の前記拡散層とを一体化させる工程と、前記固体高分子電解質膜と一対の前記拡散層とが前記ホットプレスにより一体化された後、少なくとも一方の前記拡散層の外周縁部を、少なくとも一方の該拡散層に予め設けられた分離部位に沿って切り離す工程とを有している。 Further, this manufacturing method includes a step of sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between a pair of diffusion layers to obtain a laminate, and hot pressing the laminate to thereby form the pair of diffusions with the solid polymer electrolyte membrane. After the solid polymer electrolyte membrane and the pair of diffusion layers are integrated by the hot press, the outer peripheral edge of at least one of the diffusion layers is integrated with at least one of the diffusion layers. And separating along a separation site provided in advance in the layer.

さらにまた、この製造方法は、一対の拡散層により固体高分子電解質膜を挟持して、積層体を得る工程と、前記積層体間にシート部材を介装して複数の前記積層体を同時にホットプレスすることにより、各積層体を構成する前記固体高分子電解質膜と一対の前記拡散層とを一体化させる工程と、前記固体高分子電解質膜と一対の前記拡散層とが前記ホットプレスにより一体化された後、少なくとも一方の前記拡散層の外周縁部を、少なくとも一方の該拡散層に予め設けられた分離部位に沿って切り離す工程とを有している。 Furthermore, in this manufacturing method, a solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a pair of diffusion layers to obtain a laminate, and a plurality of the laminates are simultaneously heated by interposing a sheet member between the laminates. The step of integrating the solid polymer electrolyte membrane and the pair of diffusion layers constituting each laminate by pressing, and the solid polymer electrolyte membrane and the pair of diffusion layers are integrated by the hot press. And the step of separating the outer peripheral edge of at least one of the diffusion layers along a separation site provided in advance in at least one of the diffusion layers.

また、拡散層には、電極触媒層に接合される下地層が設けられることが好ましい。   The diffusion layer is preferably provided with a base layer bonded to the electrode catalyst layer.

さらに、位置決め部は、拡散層の外周縁部に形成される孔部を有し、前記孔部に位置決めピンを挿入して前記拡散層を位置決めすることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the positioning portion has a hole formed in the outer peripheral edge of the diffusion layer, and a positioning pin is inserted into the hole to position the diffusion layer.

本発明によれば、拡散層の寸法を、予め製品寸法よりも大きな寸法に設定しておき、前記拡散層の外周縁部又は外周端面を位置決め部に設定することにより、前記位置決め部を基準にして前記拡散層の位置決めを行うことができる。次いで、拡散層が固体高分子電解質膜に一体化された後、前記拡散層の位置決め部を含む外周縁部を、該拡散層に予め設けられた分離部位に沿って切り離すことにより、所望の寸法を有する拡散層が得られる。   According to the present invention, the dimension of the diffusion layer is set in advance to be larger than the product dimension, and the outer peripheral edge or outer peripheral end face of the diffusion layer is set as the positioning part, so that the positioning part is used as a reference. Thus, the diffusion layer can be positioned. Next, after the diffusion layer is integrated with the solid polymer electrolyte membrane, the outer peripheral edge portion including the positioning portion of the diffusion layer is separated along a separation portion provided in advance in the diffusion layer, thereby obtaining a desired dimension. A diffusion layer having

このため、拡散層を位置決めするために、専用の枠部材(位置決め部材)を用いる必要がなく、前記枠部材の取り扱い作業が不要になる。従って、互いに大きさの異なる固体高分子電解質膜と拡散層とを、簡単な構成及び工程で、高精度に位置決めすることができ、高品質な電解質膜・電極構造体を確実且つ迅速に製造することが可能になる。   For this reason, in order to position a diffused layer, it is not necessary to use a special frame member (positioning member), and the handling operation of the said frame member becomes unnecessary. Accordingly, the solid polymer electrolyte membrane and the diffusion layer having different sizes can be positioned with high accuracy by a simple configuration and process, and a high-quality electrolyte membrane / electrode structure is reliably and rapidly manufactured. It becomes possible.

さらに、複数の積層体が、積層体間にシート部材を介装して同時にホットプレスされている。これにより、複数の電解質膜・電極構造体を効率的に製造することができ、前記電解質膜・電極構造体の製造時間を良好に短縮することが可能になる。   Further, a plurality of laminated bodies are hot-pressed simultaneously with a sheet member interposed between the laminated bodies. Thereby, a plurality of electrolyte membrane / electrode structures can be efficiently manufactured, and the manufacturing time of the electrolyte membrane / electrode structures can be favorably shortened.

本発明の第1の実施形態に係る電解質膜・電極構造体が組み込まれる固体高分子型燃料電池の要部分解斜視説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an exploded perspective view of an essential part of a polymer electrolyte fuel cell in which an electrolyte membrane / electrode structure according to a first embodiment of the present invention is incorporated. 前記燃料電池の、図1中、II−II線断面説明図である。FIG. 2 is a sectional view of the fuel cell taken along line II-II in FIG. 1. 前記電解質膜・電極構造体の一部断面説明図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional explanatory view of the electrolyte membrane / electrode structure. 前記電解質膜・電極構造体の製造工程を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the manufacturing process of the said electrolyte membrane and electrode structure. 前記電解質膜・電極構造体の製造工程を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the manufacturing process of the said electrolyte membrane and electrode structure. 前記電解質膜・電極構造体の製造工程を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the manufacturing process of the said electrolyte membrane and electrode structure. 前記電解質膜・電極構造体の製造工程を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the manufacturing process of the said electrolyte membrane and electrode structure. 前記電解質膜・電極構造体の製造工程を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the manufacturing process of the said electrolyte membrane and electrode structure. 積層体をホットプレスする際の説明図である。It is explanatory drawing at the time of hot-pressing a laminated body. 前記電解質膜・電極構造体の製造工程を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the manufacturing process of the said electrolyte membrane and electrode structure. 前記電解質膜・電極構造体の製造工程を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the manufacturing process of the said electrolyte membrane and electrode structure. 本発明の第2の実施形態に係る電解質膜・電極構造体の製造方法の要部説明図である。It is principal part explanatory drawing of the manufacturing method of the electrolyte membrane and electrode structure which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る電解質膜・電極構造体の一部断面説明図である。It is a partial cross section explanatory view of the electrolyte membrane electrode structure concerning a 2nd embodiment of the present invention. 他の位置決め部を説明するアノード側カーボンペーパ及び第1治具の斜視図である。It is a perspective view of the anode side carbon paper and 1st jig | tool explaining another positioning part. 別の分離部位を説明するアノード側カーボンペーパの斜視図である。It is a perspective view of the anode side carbon paper explaining another separation part. 前記アノード側カーボンペーパの、図15中、XVI−XVI線断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view of the anode side carbon paper taken along line XVI-XVI in FIG. 15. 特許文献1に開示されたMEAの作製方法の説明図である。6 is an explanatory diagram of a method for manufacturing an MEA disclosed in Patent Document 1. FIG.

図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施形態に係る電解質膜・電極構造体10が組み込まれる固体高分子型燃料電池12は、前記電解質膜・電極構造体10を挟持する第1及び第2セパレータ14、16を備える。第1及び第2セパレータ14、16は、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板や、カーボン部材等で構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the polymer electrolyte fuel cell 12 incorporating the electrolyte membrane / electrode structure 10 according to the first embodiment of the present invention sandwiches the electrolyte membrane / electrode structure 10. First and second separators 14 and 16 are provided. The first and second separators 14 and 16 are made of, for example, a steel plate, a stainless steel plate, an aluminum plate, a plated steel plate, a metal plate whose surface is subjected to anticorrosion treatment, a carbon member, or the like. .

図3に示すように、電解質膜・電極構造体10は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜18と、前記固体高分子電解質膜18を挟持するアノード側電極20及びカソード側電極22とを備える。   As shown in FIG. 3, the electrolyte membrane / electrode structure 10 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 18 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side sandwiching the solid polymer electrolyte membrane 18. The electrode 20 and the cathode side electrode 22 are provided.

アノード側電極20は、固体高分子電解質膜18及びカソード側電極22よりも小さな表面積を有する。なお、アノード側電極20とカソード側電極22とは、同一の表面積であってもよく、また、前記カソード側電極22が前記アノード側電極20よりも小さな表面積を有していてもよい。   The anode side electrode 20 has a smaller surface area than the solid polymer electrolyte membrane 18 and the cathode side electrode 22. The anode side electrode 20 and the cathode side electrode 22 may have the same surface area, and the cathode side electrode 22 may have a smaller surface area than the anode side electrode 20.

アノード側電極20は、固体高分子電解質膜18の一方の面18aに配置されるとともに、前記固体高分子電解質膜18の外周を額縁状に露呈させる。カソード側電極22は、上記のアノード側電極20と同様に、固体高分子電解質膜18の他方の面18bに配置される。   The anode electrode 20 is disposed on one surface 18a of the solid polymer electrolyte membrane 18 and exposes the outer periphery of the solid polymer electrolyte membrane 18 in a frame shape. The cathode side electrode 22 is disposed on the other surface 18 b of the solid polymer electrolyte membrane 18 in the same manner as the anode side electrode 20 described above.

アノード側電極20及びカソード側電極22は、固体高分子電解質膜18の両方の面18a、18bに接合される電極触媒層24a、24bと、前記電極触媒層24a、24bに下地層26a、26bを介して積層されるガス拡散層28a、28bとを設ける。   The anode side electrode 20 and the cathode side electrode 22 have electrode catalyst layers 24a and 24b joined to both surfaces 18a and 18b of the solid polymer electrolyte membrane 18, and base layers 26a and 26b are formed on the electrode catalyst layers 24a and 24b. Gas diffusion layers 28a and 28b stacked therethrough are provided.

電極触媒層24a、24bは、カーボンブラックに白金粒子を担持した触媒粒子を形成し、イオン導伝性バインダーとして高分子電解質を使用し、この高分子電解質の溶液中に前記触媒粒子を均一に混合して作製された触媒ペーストを、固体高分子電解質膜18の両面に印刷、塗布又は転写することによって構成される。高分子電解質としては、例えば、デュポン社製のナフィオンが用いられる。   The electrode catalyst layers 24a and 24b are formed by forming catalyst particles in which platinum particles are supported on carbon black, using a polymer electrolyte as an ion conductive binder, and uniformly mixing the catalyst particles in a solution of the polymer electrolyte. The catalyst paste produced in this way is configured by printing, coating or transferring on both sides of the solid polymer electrolyte membrane 18. As the polymer electrolyte, for example, Nafion manufactured by DuPont is used.

下地層26a、26bは、カーボンブラック及びFEP(四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体)粒子とカーボンナノチューブをペースト状にした後、ガス拡散層28a、28bに塗布される。ガス拡散層28a、28bは、カーボンペーパ等からなる。   Underlayers 26a and 26b are made of carbon black, FEP (tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer) particles, and carbon nanotubes in a paste form, and then applied to gas diffusion layers 28a and 28b. The gas diffusion layers 28a and 28b are made of carbon paper or the like.

ガス拡散層28bの平面は、ガス拡散層28aの平面よりも大きく設定されるとともに、前記ガス拡散層28bは、電極触媒層24b及び下地層26bの外周端面から突出して固体高分子電解質膜18の他方の面18b全体を覆う。ガス拡散層28aの外周端面には、後述するように、固体高分子電解質膜18にホットプレスにより一体化された後、外周縁部50aが切り離された分離面52aが形成される。   The plane of the gas diffusion layer 28b is set larger than the plane of the gas diffusion layer 28a, and the gas diffusion layer 28b protrudes from the outer peripheral end surfaces of the electrode catalyst layer 24b and the base layer 26b. The entire other surface 18b is covered. As will be described later, a separation surface 52a is formed on the outer peripheral end face of the gas diffusion layer 28a after being integrated with the solid polymer electrolyte membrane 18 by hot pressing and then the outer peripheral edge 50a is cut off.

図1に示すように、燃料電池12の矢印B方向(図1中、水平方向)の一端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔30a、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔32a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔34bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。   As shown in FIG. 1, one end edge of the fuel cell 12 in the arrow B direction (horizontal direction in FIG. 1) communicates with each other in the arrow A direction, which is the stacking direction, and contains an oxidant gas, for example, oxygen An oxidant gas inlet communication hole 30a for supplying gas, a cooling medium inlet communication hole 32a for supplying a cooling medium, and a fuel gas outlet communication hole 34b for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas, Arranged in the direction of arrow C (vertical direction).

燃料電池12の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔34a、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔32b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔30bが、矢印C方向に配列して設けられる。   The other end edge of the fuel cell 12 in the direction of arrow B communicates with each other in the direction of arrow A, a fuel gas inlet communication hole 34a for supplying fuel gas, and a cooling medium outlet communication hole for discharging the cooling medium. 32b and an oxidant gas outlet communication hole 30b for discharging the oxidant gas are arranged in the direction of arrow C.

第2セパレータ16の電解質膜・電極構造体10に向かう面16aには、酸化剤ガス入口連通孔30aと酸化剤ガス出口連通孔30bとに連通する酸化剤ガス流路36が設けられる。   An oxidant gas flow path 36 that communicates with the oxidant gas inlet communication hole 30a and the oxidant gas outlet communication hole 30b is provided on the surface 16a of the second separator 16 facing the electrolyte membrane / electrode structure 10.

第1セパレータ14の電解質膜・電極構造体10に向かう面14aには、燃料ガス入口連通孔34aと燃料ガス出口連通孔34bとに連通する燃料ガス流路38が形成される。第1セパレータ14の面14bと第2セパレータ16の面16bとの間には、冷却媒体入口連通孔32aと冷却媒体出口連通孔32bとに連通する冷却媒体流路40が形成される。   A fuel gas flow path 38 communicating with the fuel gas inlet communication hole 34 a and the fuel gas outlet communication hole 34 b is formed on the surface 14 a of the first separator 14 facing the electrolyte membrane / electrode structure 10. Between the surface 14 b of the first separator 14 and the surface 16 b of the second separator 16, a cooling medium flow path 40 communicating with the cooling medium inlet communication hole 32 a and the cooling medium outlet communication hole 32 b is formed.

図1及び図2に示すように、第1セパレータ14の面14a、14bには、この第1セパレータ14の外周端部を周回して、第1シール部材42が一体化されるとともに、第2セパレータ16の面16a、16bには、この第2セパレータ16の外周端部を周回して、第2シール部材44が一体化される。   As shown in FIGS. 1 and 2, the first seal member 42 is integrated with the surfaces 14 a and 14 b of the first separator 14 around the outer peripheral end of the first separator 14, and the second The second seal member 44 is integrated with the surfaces 16 a and 16 b of the separator 16 around the outer peripheral end of the second separator 16.

図2に示すように、第1シール部材42は、電解質膜・電極構造体10の外部に露呈する固体高分子電解質膜18に当接する第1凸状シール42aと、第1セパレータ14と第2セパレータ16との間に介装される第2凸状シール42bとを有する。第2シール部材44は、平面シールを構成する。なお、第2凸状シール42bに代えて、第2シール部材44に凸状シール(図示せず)を設けてもよい。   As shown in FIG. 2, the first seal member 42 includes a first convex seal 42 a that contacts the solid polymer electrolyte membrane 18 exposed to the outside of the electrolyte membrane / electrode structure 10, the first separator 14, and the second seal member 42. A second convex seal 42b interposed between the separator 16 and the separator 16; The second seal member 44 constitutes a flat seal. Instead of the second convex seal 42b, the second seal member 44 may be provided with a convex seal (not shown).

第1及び第2シール部材42、44には、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材が用いられる。   The first and second sealing members 42 and 44 include, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene or acrylic rubber, a cushioning material, Alternatively, a packing material is used.

図1に示すように、第1セパレータ14には、燃料ガス入口連通孔34aを燃料ガス流路38に連通する供給孔部46と、前記燃料ガス流路38を燃料ガス出口連通孔34bに連通する排出孔部48とが形成される。   As shown in FIG. 1, the first separator 14 has a supply hole portion 46 that communicates the fuel gas inlet communication hole 34a with the fuel gas passage 38, and the fuel gas passage 38 communicates with the fuel gas outlet communication hole 34b. A discharge hole 48 is formed.

このように構成される燃料電池12において、電解質膜・電極構造体10を製造する方法について、以下に説明する。   A method of manufacturing the electrolyte membrane / electrode structure 10 in the fuel cell 12 configured as described above will be described below.

先ず、図4に示すように、アノード側カーボンペーパ50が用意される。このアノード側カーボンペーパ50は、ガス拡散層28aを構成するものであり、例えば、トリミング前の固体高分子電解質膜18の外径寸法と略同一の外径寸法に形成される。アノード側カーボンペーパ50には、電極触媒層24aの領域内に対応して撥水剤とカーボン粒子の混合物からなる下地層26aが塗布されている。   First, as shown in FIG. 4, anode-side carbon paper 50 is prepared. The anode-side carbon paper 50 constitutes the gas diffusion layer 28a, and is formed to have an outer diameter dimension substantially the same as the outer diameter dimension of the solid polymer electrolyte membrane 18 before trimming, for example. The anode side carbon paper 50 is coated with a base layer 26a made of a mixture of a water repellent and carbon particles in the region of the electrode catalyst layer 24a.

アノード側カーボンペーパ50は、ガス拡散層28aの外径寸法に沿って分離部位52を設けるとともに、前記ガス拡散層28aの外部領域に対応して複数、例えば、2つの位置決め用の孔部(位置決め部)54a、54bが形成される。分離部位52は、例えば、アノード側カーボンペーパ50の厚さ方向に断続的に切り欠いて形成されるミシン目を有する。なお、後述するように、ホットプレス処理後に、外周縁部50aを分離部位52から切り離すことができるものであればよく、種々の構成が採用可能である。   The anode-side carbon paper 50 is provided with a separation portion 52 along the outer diameter of the gas diffusion layer 28a, and a plurality of, for example, two positioning holes (positioning) corresponding to the external region of the gas diffusion layer 28a. Part) 54a, 54b. The separation part 52 has, for example, a perforation formed by intermittently cutting out in the thickness direction of the anode-side carbon paper 50. As will be described later, any configuration can be used as long as it can separate the outer peripheral edge portion 50a from the separation portion 52 after the hot pressing process.

アノード側カーボンペーパ50は、第1治具56上に位置決め保持される。この第1治具56には、孔部54a、54bに挿入される位置決めピン58a、58bが設けられる。第1治具56は、アノード側カーボンペーパ50を吸引又は静電により吸着するための吸着手段(図示せず)を備えている。   The anode-side carbon paper 50 is positioned and held on the first jig 56. The first jig 56 is provided with positioning pins 58a and 58b to be inserted into the holes 54a and 54b. The first jig 56 includes an adsorbing means (not shown) for adsorbing the anode-side carbon paper 50 by suction or electrostatic force.

一方、図5に示すように、固体高分子電解質膜18の両方の面18a、18bに電極触媒層24a、24bを塗布したPEMユニット60が用意され、このPEMユニット60が位置決めテーブル62上に配置される。位置決めテーブル62上では、PEMユニット60の位置決め作業が、例えば、カメラ等を使用した画像処理によって行われる。   On the other hand, as shown in FIG. 5, a PEM unit 60 in which the electrode catalyst layers 24 a and 24 b are applied to both surfaces 18 a and 18 b of the solid polymer electrolyte membrane 18 is prepared, and this PEM unit 60 is arranged on a positioning table 62. Is done. On the positioning table 62, the positioning operation of the PEM unit 60 is performed by image processing using a camera or the like, for example.

そして、位置決めされたPEMユニット60は、位置決めテーブル62から第1治具56に受けわたされる。このため、PEMユニット60は、第1治具56に吸着保持されているアノード側カーボンペーパ50上に吸着保持される。   Then, the positioned PEM unit 60 is received by the first jig 56 from the positioning table 62. For this reason, the PEM unit 60 is adsorbed and held on the anode-side carbon paper 50 adsorbed and held by the first jig 56.

また、図6に示すように、カソード側カーボンペーパ64が用意される。カソード側カーボンペーパ64は、中央部に電極触媒層24bに対応する領域にわたって撥水剤とカーボン粒子の混合物からなる下地層26bが設けられている。カソード側カーボンペーパ64の外周縁部64aには、位置決め用の孔部66a、66bが形成されるとともに、前記孔部66a、66bは、前記カソード側カーボンペーパ64の製品形状を構成するトリミングライン68の外方に配置される。   Moreover, as shown in FIG. 6, the cathode side carbon paper 64 is prepared. The cathode-side carbon paper 64 is provided with a base layer 26b made of a mixture of a water repellent and carbon particles over a region corresponding to the electrode catalyst layer 24b at the center. Positioning holes 66a and 66b are formed in the outer peripheral edge 64a of the cathode-side carbon paper 64, and the holes 66a and 66b are trimming lines 68 that constitute the product shape of the cathode-side carbon paper 64. It is arranged outside.

カソード側カーボンペーパ64は、第2治具70に設けられている位置決めピン72a、72bを孔部66a、66bに挿入させることにより、前記第2治具70上に位置決めされる。第2治具70には、カソード側カーボンペーパ64を吸引又は静電により吸着するための吸着手段(図示せず)が設けられている。   The cathode-side carbon paper 64 is positioned on the second jig 70 by inserting positioning pins 72a and 72b provided on the second jig 70 into the holes 66a and 66b. The second jig 70 is provided with suction means (not shown) for sucking the cathode-side carbon paper 64 by suction or electrostatic force.

そこで、第1治具56が第2治具70に対応して位置決めされ、この第1治具56に吸着されているPEMユニット60及びアノード側カーボンペーパ50が、前記第2治具70上に吸着されているカソード側カーボンペーパ64上に積層される。このため、第2治具70上には、カソード側カーボンペーパ64、PEMユニット60及びアノード側カーボンペーパ50の順に積層される。   Therefore, the first jig 56 is positioned corresponding to the second jig 70, and the PEM unit 60 and the anode-side carbon paper 50 adsorbed by the first jig 56 are placed on the second jig 70. It is laminated on the adsorbed cathode-side carbon paper 64. For this reason, the cathode-side carbon paper 64, the PEM unit 60, and the anode-side carbon paper 50 are laminated on the second jig 70 in this order.

次いで、図7に示すように、例えば、樹脂製シート等の略板状のスペーサ部材74が第3治具76(なお、第1治具56を用いてもよい)上に配置される。スペーサ部材74は、外周側に厚肉部74aを有するとともに、中央部側に薄肉部74bを有する。   Next, as shown in FIG. 7, for example, a substantially plate-like spacer member 74 such as a resin sheet is disposed on the third jig 76 (the first jig 56 may be used). The spacer member 74 has a thick part 74a on the outer peripheral side and a thin part 74b on the center side.

薄肉部74bは、ガス拡散層28aの外径寸法よりも僅かに大きな寸法に設定される一方、図3に示すように、厚肉部74aは、幅寸法hにわたって額縁状に設けられる。厚肉部74aの厚さは、薄肉部74bの厚さに電極触媒層24a、24bの厚さと下地層26a、26bとの厚さとを加算した厚さに設定される。   The thin portion 74b is set to a size slightly larger than the outer diameter of the gas diffusion layer 28a, while the thick portion 74a is provided in a frame shape over the width dimension h as shown in FIG. The thickness of the thick portion 74a is set to a thickness obtained by adding the thickness of the electrode catalyst layers 24a and 24b and the thickness of the base layers 26a and 26b to the thickness of the thin portion 74b.

図7に示すように、厚肉部74aには、位置決め用の孔部78a、78bが形成される一方、第3治具76には、前記孔部78a、78bに挿入される位置決めピン80a、80bが形成される。第3治具76には、スペーサ部材74を吸着するための吸着手段(図示せず)が設けられる。   As shown in FIG. 7, positioning holes 80a and 78b are formed in the thick portion 74a, while positioning pins 80a inserted into the holes 78a and 78b are formed in the third jig 76. 80b is formed. The third jig 76 is provided with suction means (not shown) for sucking the spacer member 74.

第3治具76に吸着保持されたスペーサ部材74は、第2治具70に対向して配置される。このスペーサ部材74は、第3治具76から第2治具70のアノード側カーボンペーパ50上に積層される(図8参照)。従って、第2治具70上には、カソード側カーボンペーパ64、PEMユニット60、アノード側カーボンペーパ50及びスペーサ部材74が積層された積層体82が得られる。   The spacer member 74 sucked and held by the third jig 76 is disposed to face the second jig 70. The spacer member 74 is laminated on the anode-side carbon paper 50 of the third jig 76 to the second jig 70 (see FIG. 8). Therefore, a laminated body 82 in which the cathode side carbon paper 64, the PEM unit 60, the anode side carbon paper 50, and the spacer member 74 are laminated on the second jig 70 is obtained.

積層体82は、第2治具70から取り外されるとともに、固定手段、例えば、複数のクリップ(図示せず)等により一体的に保持される。さらに、図9に示すように、積層体82の両側には、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製等の非粘着性のシート部材84、緩衝材シート体86及びプレート88が積層される。   The laminated body 82 is removed from the second jig 70 and is integrally held by a fixing means, for example, a plurality of clips (not shown). Furthermore, as shown in FIG. 9, a non-adhesive sheet member 84 made of polytetrafluoroethylene (PTFE), a cushioning material sheet body 86 and a plate 88 are laminated on both sides of the laminated body 82.

これらは、ホットプレス治具(図示せず)に装着されて120℃〜150℃でホットプレスされることにより、PEMユニット60の両面に、アノード側カーボンペーパ50とカソード側カーボンペーパ64とが一体化される(図10参照)。   These are mounted on a hot press jig (not shown) and hot pressed at 120 ° C. to 150 ° C., whereby the anode side carbon paper 50 and the cathode side carbon paper 64 are integrated on both sides of the PEM unit 60. (See FIG. 10).

次に、アノード側カーボンペーパ50の外周縁部50aは、分離部位52に沿って切り離される。これにより、図11に示すように、所定の寸法を有するアノード側のガス拡散層28aが得られる。ガス拡散層28aの外周端面には、分離面52aが設けられる。この分離面52aは、例えば、ミシン目の切断による凹凸形状によって識別可能である。   Next, the outer peripheral edge 50 a of the anode-side carbon paper 50 is cut along the separation part 52. As a result, as shown in FIG. 11, an anode-side gas diffusion layer 28a having a predetermined dimension is obtained. A separation surface 52a is provided on the outer peripheral end surface of the gas diffusion layer 28a. The separation surface 52a can be identified by, for example, a concavo-convex shape obtained by cutting a perforation.

次に、PEMユニット60及びカソード側カーボンペーパ64がトリミングライン68に沿ってトリミングされる。このため、電解質膜・電極構造体10が製造される(図1及び図3参照)。   Next, the PEM unit 60 and the cathode side carbon paper 64 are trimmed along the trimming line 68. Therefore, the electrolyte membrane / electrode structure 10 is manufactured (see FIGS. 1 and 3).

この場合、第1の実施形態では、小寸法側のガス拡散層28aの寸法が、予め製品寸法よりも大きな寸法に設定されたアノード側カーボンペーパ50が用意される。アノード側カーボンペーパ50の外周縁部50aには、位置決め部として孔部54a、54bが形成されている。そして、第1治具56の位置決めピン58a、58bが、孔部54a、54bに挿入されることにより、アノード側カーボンペーパ50は、前記第1治具56に対して位置決め保持されている。   In this case, in the first embodiment, anode-side carbon paper 50 in which the dimension of the gas diffusion layer 28a on the small dimension side is set in advance to be larger than the product dimension is prepared. Holes 54 a and 54 b are formed in the outer peripheral edge 50 a of the anode-side carbon paper 50 as positioning portions. The positioning pins 58 a and 58 b of the first jig 56 are inserted into the holes 54 a and 54 b, so that the anode-side carbon paper 50 is positioned and held with respect to the first jig 56.

一方、カソード側のガス拡散層28bにおいても同様に、カソード側カーボンペーパ64が用意されるとともに、このカソード側カーボンペーパ64には、トリミングにより除去される外周縁部64aに、位置決め部として孔部66a、66bが形成されている。このため、第2治具70に設けられている位置決めピン72a、72bが、孔部66a、66bに挿入されることにより、カソード側カーボンペーパ64は、前記第2治具70上に位置決め保持されている。   On the other hand, the cathode-side carbon paper 64 is similarly prepared in the cathode-side gas diffusion layer 28b. The cathode-side carbon paper 64 has a hole as a positioning portion on the outer peripheral edge portion 64a to be removed by trimming. 66a and 66b are formed. For this reason, when the positioning pins 72 a and 72 b provided on the second jig 70 are inserted into the holes 66 a and 66 b, the cathode-side carbon paper 64 is positioned and held on the second jig 70. ing.

次いで、アノード側カーボンペーパ50及びカソード側カーボンペーパ64は、PEMユニット60(固体高分子電解質膜18)の両面に一体化されている。さらに、アノード側カーボンペーパ50の孔部54a、54bを含む外周縁部50aは、分離部位52に沿って切り離されることにより、所望の寸法を有するガス拡散層28aが得られている。   Next, the anode-side carbon paper 50 and the cathode-side carbon paper 64 are integrated on both surfaces of the PEM unit 60 (solid polymer electrolyte membrane 18). Further, the outer peripheral edge 50a including the holes 54a and 54b of the anode-side carbon paper 50 is cut along the separation portion 52, whereby the gas diffusion layer 28a having a desired dimension is obtained.

従って、ガス拡散層28a、28bを固体高分子電解質膜18に対して位置決めするために、専用の枠部材(位置決め部材)を用いる必要がなく、前記枠部材の取り扱い作業が不要になる。これにより、互いに大きさの異なる固体高分子電解質膜18とガス拡散層28aとを、簡単な構成及び工程で、高精度に位置決めすることができ、高品質な電解質膜・電極構造体10を確実且つ迅速に製造することが可能になるという効果が得られる。   Therefore, in order to position the gas diffusion layers 28a and 28b with respect to the solid polymer electrolyte membrane 18, it is not necessary to use a dedicated frame member (positioning member), and the handling work of the frame member becomes unnecessary. Accordingly, the solid polymer electrolyte membrane 18 and the gas diffusion layer 28a having different sizes can be positioned with high accuracy by a simple configuration and process, and the high-quality electrolyte membrane / electrode structure 10 can be reliably obtained. And the effect that it becomes possible to manufacture rapidly is acquired.

また、上記のホットプレス時には、スペーサ部材74が用いられている。このスペーサ部材74は、厚肉部74aと薄肉部74bとを有し、前記厚肉部74aの厚さは、電極触媒層24a、24bと下地層26a、26bとを加算した厚さに相当している。このため、ホットプレス時に、厚肉部74aは、固体高分子電解質膜18の外周縁部(図3中、ガス拡散層28aの外周端面から外部に突出している外周縁部)をガス拡散層28bに対して確実に接着させることができる。   Further, a spacer member 74 is used during the hot pressing. The spacer member 74 has a thick portion 74a and a thin portion 74b, and the thickness of the thick portion 74a corresponds to the sum of the electrode catalyst layers 24a and 24b and the base layers 26a and 26b. ing. For this reason, at the time of hot pressing, the thick wall portion 74a is configured such that the outer peripheral edge portion of the solid polymer electrolyte membrane 18 (the outer peripheral edge portion protruding outward from the outer peripheral end face of the gas diffusion layer 28a in FIG. Can be securely adhered to the substrate.

このように構成される燃料電池12の動作について、以下に説明する。   The operation of the fuel cell 12 configured as described above will be described below.

先ず、図1に示すように、酸化剤ガス入口連通孔30aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されるとともに、燃料ガス入口連通孔34aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔32aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。   First, as shown in FIG. 1, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 30a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 34a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 32a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔30aから第2セパレータ16の酸化剤ガス流路36に導入され、矢印B方向に移動して電解質膜・電極構造体10のカソード側電極22に供給される。一方、燃料ガスは、燃料ガス入口連通孔34aから供給孔部46を通って第1セパレータ14の燃料ガス流路38に導入される。燃料ガスは、燃料ガス流路38に沿って矢印B方向に移動し、電解質膜・電極構造体10のアノード側電極20に供給される。   Therefore, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 36 of the second separator 16 from the oxidant gas inlet communication hole 30a, moves in the arrow B direction, and the cathode side electrode 22 of the electrolyte membrane / electrode structure 10. To be supplied. On the other hand, the fuel gas is introduced from the fuel gas inlet communication hole 34 a through the supply hole 46 into the fuel gas flow path 38 of the first separator 14. The fuel gas moves in the direction of arrow B along the fuel gas flow path 38 and is supplied to the anode side electrode 20 of the electrolyte membrane / electrode structure 10.

従って、各電解質膜・電極構造体10では、カソード側電極22に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極20に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。   Accordingly, in each electrolyte membrane / electrode structure 10, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 22 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 20 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer. Power generation is performed.

次いで、カソード側電極22に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔30bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、アノード側電極20に供給されて消費された燃料ガスは、排出孔部48を通り燃料ガス出口連通孔34bに沿って矢印A方向に排出される。   Next, the oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 22 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 30b. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode side electrode 20 passes through the discharge hole portion 48 and is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas outlet communication hole 34b.

また、冷却媒体入口連通孔32aに供給された冷却媒体は、第1セパレータ14と第2セパレータ16との間の冷却媒体流路40に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体10を冷却した後、冷却媒体出口連通孔32bから排出される。   The cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 32a is introduced into the cooling medium flow path 40 between the first separator 14 and the second separator 16, and then flows in the direction of arrow B. The cooling medium is discharged from the cooling medium outlet communication hole 32b after the electrolyte membrane / electrode structure 10 is cooled.

図12は、本発明の第2の実施形態に係る電解質膜・電極構造体10の製造方法の要部説明図である。   FIG. 12 is an explanatory view of a main part of the method for manufacturing the electrolyte membrane / electrode structure 10 according to the second embodiment of the present invention.

この第2の実施形態では、複数の積層体82を同時にホットプレスすることを特徴とする。具体的には、複数の積層体82(図12では、2枚であるが、3枚以上でもよい)は、位置決め部(孔部56a、66a、78a及び56b、66b、78b)を基準にして、例えば、位置決めピン(図示せず)を通すことにより互いに位置決めされる。積層体82間には、シート部材84が介装される。   The second embodiment is characterized in that a plurality of laminated bodies 82 are hot-pressed simultaneously. Specifically, the plurality of stacked bodies 82 (two in FIG. 12 but may be three or more) are based on the positioning portions (holes 56a, 66a, 78a and 56b, 66b, 78b). For example, they are positioned with respect to each other by passing positioning pins (not shown). A sheet member 84 is interposed between the stacked bodies 82.

一方の積層体82には、シート部材84、緩衝材シート体86及びプレート88が積層されるとともに、他方の積層体82には、緩衝材シート体86及びプレート88bが積層される。これらは、ホットプレス治具(図示せず)に装着されて120℃〜150℃でホットプレスされる。従って、各PEMユニット60の両面には、アノード側カーボンペーパ50とカソード側カーボンペーパ64とが一体化される。   The sheet member 84, the buffer material sheet body 86, and the plate 88 are stacked on one stacked body 82, and the buffer material sheet body 86 and the plate 88b are stacked on the other stacked body 82. These are mounted on a hot press jig (not shown) and hot pressed at 120 ° C. to 150 ° C. Therefore, the anode-side carbon paper 50 and the cathode-side carbon paper 64 are integrated on both surfaces of each PEM unit 60.

これにより、複数の電解質膜・電極構造体10を効率的に製造することができ、前記電解質膜・電極構造体10の製造時間を良好に短縮することが可能になるという効果が得られる。   As a result, a plurality of electrolyte membrane / electrode structures 10 can be efficiently manufactured, and the manufacturing time of the electrolyte membrane / electrode structures 10 can be favorably shortened.

図13は、本発明の第2の実施形態に係る電解質膜・電極構造体90の要部断面説明図である。   FIG. 13 is an explanatory cross-sectional view of a main part of an electrolyte membrane / electrode structure 90 according to a second embodiment of the present invention.

なお、第1の実施形態に係る電解質膜・電極構造体10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してその詳細な説明は省略する。   The same components as those of the electrolyte membrane / electrode structure 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

電解質膜・電極構造体90は、固体高分子電解質膜18の両方の面18a、18bに、それぞれ同一の表面積を有するアノード側電極20及びカソード側電極92が設けられる。アノード側電極20及びカソード側電極92は、同一の端面位置に設定されたガス拡散層28a、28b1を有するとともに、固体高分子電解質膜18の外周縁部は、前記ガス拡散層28a、28b1の端面から外方に突出している。   In the electrolyte membrane / electrode structure 90, the anode side electrode 20 and the cathode side electrode 92 having the same surface area are provided on both surfaces 18 a and 18 b of the solid polymer electrolyte membrane 18. The anode side electrode 20 and the cathode side electrode 92 have gas diffusion layers 28a and 28b1 set at the same end face position, and the outer peripheral edge of the solid polymer electrolyte membrane 18 is the end face of the gas diffusion layers 28a and 28b1. Projecting outwards.

このように構成される電解質膜・電極構造体90を製造する際、ガス拡散層28a側は、第1の実施形態と同様に製造されるとともに、カソード側電極92を構成するガス拡散層28b1は、前記ガス拡散層28aと同様に製造されている。これにより、第2の実施形態では、上記の第1の実施形態と同様の効果が得られる。   When manufacturing the thus configured electrolyte membrane / electrode structure 90, the gas diffusion layer 28a side is manufactured in the same manner as in the first embodiment, and the gas diffusion layer 28b1 forming the cathode side electrode 92 is These are manufactured in the same manner as the gas diffusion layer 28a. Thereby, in 2nd Embodiment, the effect similar to said 1st Embodiment is acquired.

なお、第1及び第2の実施形態では、アノード側カーボンペーパ50に、位置決め部として孔部54a、54bが設けられる一方、前記孔部54a、54bに挿入される位置決めピン58a、58bを備えた第1治具56が用いられている。   In the first and second embodiments, the anode-side carbon paper 50 is provided with the holes 54a and 54b as the positioning parts, and the positioning pins 58a and 58b inserted into the holes 54a and 54b. A first jig 56 is used.

これに代えて、例えば、図14に示すように、アノード側カーボンペーパ50の外周端面50aaを位置決め部とし、前記外周端面50aaに接する複数本の位置決めピン94を設ける第1治具96を採用してもよい。   Instead, for example, as shown in FIG. 14, a first jig 96 is used in which the outer peripheral end surface 50aa of the anode-side carbon paper 50 is used as a positioning portion and a plurality of positioning pins 94 are in contact with the outer peripheral end surface 50aa. May be.

さらにまた、アノード側カーボンペーパ50には、分離部位として断続的に切れ込みを設けたミシン目状の分離部位52を用いているが、これに限定されるものではない。   Furthermore, the anode-side carbon paper 50 uses a perforated separation portion 52 provided with intermittent cuts as a separation portion, but is not limited thereto.

例えば、図15に示すように、ガス拡散層28aを周回して連続するスリットからなる分離部位98が設けられるとともに、この分離部位98は、アノード側カーボンペーパ50の厚さ方向に所定の深さを有している(図16参照)。これにより、アノード側カーボンペーパ50は、連続するスリットからなる分離部位98に沿って、外周縁部50aを容易且つ確実に切り離すことができる。   For example, as shown in FIG. 15, a separation portion 98 composed of a slit that circulates around the gas diffusion layer 28 a is provided, and the separation portion 98 has a predetermined depth in the thickness direction of the anode-side carbon paper 50. (See FIG. 16). As a result, the anode-side carbon paper 50 can easily and reliably separate the outer peripheral edge portion 50a along the separation site 98 formed by continuous slits.

10、90…電解質膜・電極構造体 12…燃料電池
14、16…セパレータ 18…固体高分子電解質膜
20…アノード側電極 22、92…カソード側電極
24a、24b…電極触媒層 26a、26b…下地層
28a、28b、28b1…ガス拡散層 30a…酸化剤ガス入口連通孔
30b…酸化剤ガス出口連通孔 32a…冷却媒体入口連通孔
32b…冷却媒体出口連通孔 34a…燃料ガス入口連通孔
34b…燃料ガス出口連通孔 36…酸化剤ガス流路
38…燃料ガス流路 40…冷却媒体流路
50、64…カーボンペーパ 50aa…外周端面
52、98…分離部位
54a、54b、66a、66b、78a、78b…孔部
58a、58b、72a、72b、80a、80b…位置決めピン
60…PEMユニット 68…トリミングライン
74…スペーサ部材 82…積層体
84…シート部材 86…緩衝材シート体
88…プレート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 90 ... Electrolyte membrane and electrode structure 12 ... Fuel cell 14, 16 ... Separator 18 ... Solid polymer electrolyte membrane 20 ... Anode side electrode 22, 92 ... Cathode side electrode 24a, 24b ... Electrode catalyst layer 26a, 26b ... Bottom Formation layer 28a, 28b, 28b1 ... Gas diffusion layer 30a ... Oxidant gas inlet communication hole 30b ... Oxidant gas outlet communication hole 32a ... Cooling medium inlet communication hole 32b ... Cooling medium outlet communication hole 34a ... Fuel gas inlet communication hole 34b ... Fuel Gas outlet communication hole 36 ... Oxidant gas flow path 38 ... Fuel gas flow path 40 ... Cooling medium flow path 50, 64 ... Carbon paper 50aa ... Outer peripheral end face 52, 98 ... Separation part 54a, 54b, 66a, 66b, 78a, 78b ... holes 58a, 58b, 72a, 72b, 80a, 80b ... positioning pins 60 ... PEM unit 68 ... trimming line 7 ... spacer member 82 ... laminate 84 ... sheet member 86 ... cushioning material sheet 88 ... plate

Claims (5)

固体高分子電解質膜の両側に電極触媒層が設けられ、前記電極触媒層の外側に一対の拡散層が積層されるとともに、前記固体高分子電解質膜の外周端面が少なくとも一方の前記拡散層の外周端面よりも外方に突出する燃料電池用電解質膜・電極構造体の製造方法であって、
一対の前記拡散層により前記固体高分子電解質膜を挟持して、積層体を得る工程と、
前記積層体をホットプレスすることにより、前記固体高分子電解質膜と一対の前記拡散層とを一体化させる工程と、
前記固体高分子電解質膜と一対の前記拡散層とが前記ホットプレスにより一体化された後、少なくとも一方の前記拡散層の外周縁部を、少なくとも一方の該拡散層に予め設けられた分離部位に沿って切り離す工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用電解質膜・電極構造体の製造方法。
An electrode catalyst layer is provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, a pair of diffusion layers are laminated outside the electrode catalyst layer, and an outer peripheral end surface of the solid polymer electrolyte membrane is an outer periphery of at least one of the diffusion layers A method of manufacturing an electrolyte membrane / electrode structure for a fuel cell protruding outward from an end surface,
Sandwiching the solid polymer electrolyte membrane between a pair of the diffusion layers to obtain a laminate; and
Integrating the solid polymer electrolyte membrane and the pair of diffusion layers by hot pressing the laminate;
After the solid polymer electrolyte membrane and the pair of diffusion layers are integrated by the hot press, the outer peripheral edge of at least one of the diffusion layers is placed on a separation site provided in advance in at least one of the diffusion layers. Cutting along, and
A method for producing an electrolyte membrane / electrode structure for a fuel cell, comprising:
固体高分子電解質膜の両側に電極触媒層が設けられ、前記電極触媒層の外側に一対の拡散層が積層されるとともに、前記固体高分子電解質膜の外周端面が少なくとも一方の前記拡散層の外周端面よりも外方に突出する燃料電池用電解質膜・電極構造体の製造方法であって、
一対の前記拡散層により前記固体高分子電解質膜を挟持して、積層体を得る工程と、
前記積層体間にシート部材を介装して複数の前記積層体を同時にホットプレスすることにより、各積層体を構成する前記固体高分子電解質膜と一対の前記拡散層とを一体化させる工程と、
前記固体高分子電解質膜と一対の前記拡散層とが前記ホットプレスにより一体化された後、少なくとも一方の前記拡散層の外周縁部を、少なくとも一方の該拡散層に予め設けられた分離部位に沿って切り離す工程と、
を有することを特徴とする燃料電池用電解質膜・電極構造体の製造方法。
An electrode catalyst layer is provided on both sides of the solid polymer electrolyte membrane, a pair of diffusion layers are laminated outside the electrode catalyst layer, and an outer peripheral end surface of the solid polymer electrolyte membrane is an outer periphery of at least one of the diffusion layers A method of manufacturing an electrolyte membrane / electrode structure for a fuel cell protruding outward from an end surface,
Sandwiching the solid polymer electrolyte membrane between a pair of the diffusion layers to obtain a laminate; and
Integrating the solid polymer electrolyte membrane and the pair of diffusion layers constituting each laminate by simultaneously hot pressing the plurality of laminates with a sheet member interposed between the laminates; ,
After the solid polymer electrolyte membrane and the pair of diffusion layers are integrated by the hot press, the outer peripheral edge of at least one of the diffusion layers is placed on a separation site provided in advance in at least one of the diffusion layers. Cutting along, and
A method for producing an electrolyte membrane / electrode structure for a fuel cell, comprising:
請求項1又は2に記載の製造方法において、前記拡散層には、前記電極触媒層に接合される下地層が設けられることを特徴とする燃料電池用電解質膜・電極構造体の製造方法。 3. The method of manufacturing an electrolyte membrane / electrode structure for a fuel cell according to claim 1 , wherein the diffusion layer is provided with a base layer bonded to the electrode catalyst layer. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法において、位置決め部は、前記拡散層の外周縁部に形成される孔部を有し、前記孔部に位置決めピンを挿入して前記拡散層を位置決めすることを特徴とする燃料電池用電解質膜・電極構造体の製造方法。 4. The manufacturing method according to claim 1, wherein the positioning portion has a hole portion formed in an outer peripheral edge portion of the diffusion layer, and a positioning pin is inserted into the hole portion to perform the diffusion. A method for producing an electrolyte membrane / electrode structure for a fuel cell, comprising positioning a layer. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法において、前記分離部位は、少なくとも一方の前記拡散層に断続的又は連続的に設けられた切り込み形状を有することを特徴とする燃料電池用電解質膜・電極構造体の製造方法。 The method of manufacture according to claim 1, wherein the separation site is for a fuel cell characterized by having an intermittent or continuously provided with notched on at least one of the diffusion layer Manufacturing method of electrolyte membrane / electrode structure.
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