JP5673486B2 - 燃料電池 - Google Patents
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Description
燃料電池であって、
電解質膜の両面に電極層を形成してなる膜電極接合体と、該膜電極接合体の表面に接合されたガス拡散層と、を有する膜電極ガス拡散層接合体と、
前記膜電極ガス拡散層接合体を挟持し、該膜電極ガス拡散層接合体の表面に発電に供する反応ガスが流れるガス流路を形成するガス流路形成部材と、
を備え、
前記膜電極ガス拡散層接合体は、前記ガス流路形成部材と向かい合う面内に、
第1の領域と、
前記ガス流路形成部材によって挟持されたときに作用する押圧力が前記第1の領域よりも低い第2の領域と、
を含み、
前記第2の領域の少なくとも一部には、前記膜電極接合体と前記ガス拡散層との間に、前記膜電極接合体と前記ガス拡散層とを接合する接合層が設けられている、
燃料電池。
適用例1記載の燃料電池であって、
前記ガス流路形成部材は、前記膜電極ガス拡散層接合体と当接する側の表面に、前記ガス流路を形成する凸部および凹部であって、前記膜電極ガス拡散層接合体と当接する凸部と、前記膜電極ガス拡散層接合体と当接しない凹部と、を備え、
前記接合層は、前記第2の領域において、前記ガス流路形成部材における前記凹部と対向する領域に設けられている、
燃料電池。
適用例1または2記載の燃料電池であって、
前記接合層は、イオン交換樹脂からなり、
前記第2の領域において、前記膜電極ガス拡散層接合体の外部から内部に燃料ガスが導入される入口領域、および、前記膜電極ガス拡散層接合体の外部から内部に酸化剤ガスが導入される入口領域の少なくとも一方に設けられている、
燃料電池。
適用例1記載の燃料電池であって、
前記膜電極ガス拡散層接合体は、前記ガス拡散層として、
前記膜電極接合体のアノード側の表面に接合されたアノード側ガス拡散層と、
前記膜電極接合体のカソード側の表面に接合されたカソード側ガス拡散層と、
を有しており、
前記アノード側ガス拡散層と前記カソード側ガス拡散層とうちの一方のガス拡散層は、前記膜電極接合体を挟んで他方のガス拡散層と対向する領域であって、前記膜電極接合体の面内において、前記他方のガス拡散層が接合された領域よりも内側の領域に接合されており、
前記接合層は、さらに、前記膜電極接合体の前記一方のガス拡散層が接合される側の表面において、前記一方のガス拡散層の周縁部と前記膜電極接合体との間から前記一方のガス拡散層が接合される領域よりも外側の領域に亘って設けられている、
燃料電池。
適用例1ないし4のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記ガス拡散層は、前記膜電極接合体と接合される側の面に、撥水層を備える、
燃料電池。
A.実施例:
図1,2は、本発明の一実施例としての燃料電池の概略構成を示す説明図である。本実施例の燃料電池は、複数の単セル10を積層したスタック構造を有している。図1に、単セル10の分解斜視図を示した。また、図2に、燃料電池の断面模式図を示した。図示するように、単セル10は、膜電極ガス拡散層接合体12と、膜電極ガス拡散層接合体12の周縁部を挟持して支持する一対の樹脂フレーム13,14と、膜電極ガス拡散層接合体12を挟持する一対のセパレータプレート(アノード側セパレータプレート15、および、カソード側セパレータプレート16)と、を備えている。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
上記実施例では、膜電極ガス拡散層接合体12の領域Bにおいて、アノード側触媒層120aとアノード側ガス拡散層122との間に、接合層126を設けるものとしたが、本発明は、これに限られない。膜電極ガス拡散層接合体12の領域Bにおいて、カソード側触媒層120cとカソード側ガス拡散層124との間にも、接合層126を設けるものとしてもよい。また、膜電極ガス拡散層接合体12の領域Bにおいて、アノード側触媒層120aとアノード側ガス拡散層122との間に、接合層126を設ける代わりに、カソード側触媒層120cとカソード側ガス拡散層124との間に、接合層126を設けるものとしてもよい。
上記実施例では、膜電極ガス拡散層接合体12において、分割領域32と対向する領域、流出入領域33と対向する領域、および、接続領域34と対向する領域のすべてにおける領域Bに、接合層126を設けるものとしたが、本発明は、これに限られない。分割領域32と対向する領域、流出入領域33と対向する領域、および、接続領域34と対向する領域の少なくとも1つにおける領域Bに、接合層126を設けるものとしてもよい。
上記実施例の燃料電池において、アノード側セパレータプレート15、および、カソード側セパレータプレート16の形状は、図1〜4に示した形状に限られない。例えば、アノード側セパレータプレート15、および、カソード側セパレータプレート16には、ガス流路を形成する凹凸形状以外の凹凸形状、すなわち、ガス流路を形成しない凹凸形状が形成されるものとしてもよい。本発明は、アノード側セパレータプレート、および、カソード側セパレータプレートの形状に関わらず、膜電極ガス拡散層接合体が、ガス流路形成部材としてのアノード側セパレータプレート、および、カソード側セパレータプレートによって挟持されたときに作用する押圧力が比較的高い第1の領域と、上記押圧力が第1の領域よりも低い第2の領域と、を含み、第2の領域の少なくとも一部には、膜電極接合体とガス拡散層との間に、膜電極接合体とガス拡散層とを接合する接合層が設けられており、第1の領域には、接合層が設けられていないようにすればよい。
上記実施例では、膜電極ガス拡散層接合体12において、接合層126,127は、ナフィオン(登録商標)からなるフィルムを用いて形成するものとしたが、本発明は、これに限られない。膜電極接合体120の表面に、イオン交換樹脂が分散された分散溶液(アイオノマ溶液)を、ダイコーターやスプレーを用いて塗布することによって、接合層126,127を形成するようにしてもよい。この場合、分散溶液におけるイオン交換樹脂の割合は、50重量%以上であることが好ましい。
上記実施例では、膜電極ガス拡散層接合体12において、接合層126,127として、ナフィオン(登録商標)以外の他のイオン交換樹脂(例えば、フレミオン(登録商標))を用いるようにしてもよい。なお、接合層126,127に用いられるイオン交換樹脂は、アノード側触媒層120aや、カソード側触媒層120cとの密着強度との観点から、アノード側触媒層120a、カソード側触媒層120cに含まれるイオン交換樹脂と同じ種類であることが好ましい。
上記実施例では、接合層126,127は、イオン交換樹脂からなるものとしたが、本発明は、これに限られない。接合層126,127は、イオン交換樹脂の代わりに、接着性を有するゴム系の材料や、熱可塑性樹脂等、ホットプレス接合によって、膜電極接合体120とガス拡散層とを接合可能な材料からなるものとしてもよい。
上記実施例では、図7(C)に示したように、膜電極ガス拡散層接合体12において、カソード側ガス拡散層124は、膜電極接合体120を挟んでアノード側ガス拡散層122と対向する領域であって、膜電極接合体120の面内において、アノード側ガス拡散層122が接合された領域よりも内側の領域に接合されているものとしたが、本発明は、これに限られない。例えば、膜電極ガス拡散層接合体12において、アノード側ガス拡散層122が、膜電極接合体120を挟んでカソード側ガス拡散層124と対向する領域であって、膜電極接合体120の面内において、カソード側ガス拡散層124が接合された領域よりも内側の領域に接合されているものとしてもよい。この場合、接合層127は、膜電極接合体120のアノード側の表面において、アノード側ガス拡散層122の周縁部と膜電極接合体120との間からアノード側ガス拡散層122が接合される領域よりも外側の領域に亘って設けられる。こうすることによって、膜電極接合体120からのアノード側ガス拡散層122の周縁部の剥離を抑制することができる。
12…膜電極ガス拡散層接合体
13,14…樹脂フレーム
15…アノード側セパレータプレート
16…カソード側セパレータプレート
17…シール材
20,21…辺
22〜27…穴部
30…発電領域
32…分割領域
33…流出入領域
34…接続領域
40,60…分割線状凸部
41,61…分割領域内線状凸部
42,46,62,66…突起部
43,48,63,68…凹部
45,65…冷媒流線状凸部
50,53…穴部
51,52,54,55…凹部
120…膜電極接合体
120m…電解質膜
120a…アノード側触媒層
120c…カソード側触媒層
122…アノード側ガス拡散層
122p…撥水層
124…カソード側ガス拡散層
124p…撥水層
126,127…接合層
Claims (5)
- 燃料電池であって、
電解質膜の両面に電極層を形成してなる膜電極接合体と、該膜電極接合体の表面に接合されたガス拡散層と、を有する膜電極ガス拡散層接合体と、
前記膜電極ガス拡散層接合体を挟持し、該膜電極ガス拡散層接合体の表面に発電に供する反応ガスが流れるガス流路を形成するガス流路形成部材と、
を備え、
前記膜電極ガス拡散層接合体は、前記ガス流路形成部材と向かい合う面内に、
第1の領域と、
前記ガス流路形成部材によって挟持されたときに作用する押圧力が前記第1の領域よりも低い第2の領域と、
を含み、
前記第2の領域の少なくとも一部には、前記膜電極接合体と前記ガス拡散層との間に、前記膜電極接合体と前記ガス拡散層とを接合する接合層が設けられ、前記第1の領域には、前記接合層が設けられていない、
燃料電池。 - 請求項1記載の燃料電池であって、
前記ガス流路形成部材は、前記膜電極ガス拡散層接合体と当接する側の表面に、前記ガス流路を形成する凸部および凹部であって、前記膜電極ガス拡散層接合体と当接する凸部と、前記膜電極ガス拡散層接合体と当接しない凹部と、を備え、
前記接合層は、前記第2の領域において、前記ガス流路形成部材における前記凹部と対向する領域に設けられている、
燃料電池。 - 請求項1または2記載の燃料電池であって、
前記接合層は、イオン交換樹脂からなり、
前記第2の領域において、前記膜電極ガス拡散層接合体の外部から内部に燃料ガスが導入される入口領域、および、前記膜電極ガス拡散層接合体の外部から内部に酸化剤ガスが導入される入口領域の少なくとも一方に設けられている、
燃料電池。 - 請求項1記載の燃料電池であって、
前記膜電極ガス拡散層接合体は、前記ガス拡散層として、
前記膜電極接合体のアノード側の表面に接合されたアノード側ガス拡散層と、
前記膜電極接合体のカソード側の表面に接合されたカソード側ガス拡散層と、
を有しており、
前記アノード側ガス拡散層と前記カソード側ガス拡散層とのうちの一方のガス拡散層は、前記膜電極接合体を挟んで他方のガス拡散層と対向する領域であって、前記膜電極接合体の面内において、前記他方のガス拡散層が接合された領域よりも内側の領域に接合されており、
前記接合層は、さらに、前記膜電極接合体の前記一方のガス拡散層が接合される側の表面において、前記一方のガス拡散層の周縁部と前記膜電極接合体との間から前記一方のガス拡散層が接合される領域よりも外側の領域に亘って設けられている、
燃料電池。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記ガス拡散層は、前記膜電極接合体と接合される側の面に、撥水層を備える、
燃料電池。
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JP2003331852A (ja) * | 2002-05-15 | 2003-11-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃料電池用膜−電極接合体およびその製造方法 |
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- 2011-10-27 JP JP2011236120A patent/JP5673486B2/ja active Active
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