JP5890171B2 - 燃料電池層および燃料電池層の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1に係る燃料電池の構造を示す分解斜視図である。図2は、図1のA−A線に沿った断面図である。図1および図2に示すように、燃料電池10は、膜電極接合体(MEA、触媒塗布プロトン交換膜(CCM)ともいう)20が組み込まれた複合膜12、アノード用ハウジング40およびカソード用ハウジング42を備える。また、複合膜12の周縁部に後述する封止部材50が設けられている。
第3のガス不透過部104は、第1のガス不透過部100と第2のガス不透過部102との間に設けられ、かつ、第1のガス不透過部100および第2のガス不透過部102と同層である。本実施の形態では、第3のガス不透過部104は基材14に設けられた貫通孔112を充填している。インターコネクタ18の第3のガス不透過部104は、導電性およびガス不透過性を有する材料で形成されている。第3のガス不透過部104の材料としては、カーボンFRP、樹脂含侵した膨張黒鉛やグラファイト、貴金属などが挙げられる。
実施の形態1に係る燃料電池10に用いられる複合膜12の作製方法について、図4乃至図5を参照して説明する。図4乃至図5は、実施の形態1に係る複合膜12を作製する方法を示す工程図である。なお、図4乃至図5において、左側(i)に平面図を示し、右側(ii)に平面図のA−A線に沿った断面図を示す。
図10は、実施の形態2に係る燃料電池10の構造を示す断面図である。実施の形態1の燃料電池10では、第1のガス不透過部100、第2のガス不透過部102および第3のガス不透過部104が同等の厚みであるが、本実施の形態では、第1のガス不透過部100および第2のガス不透過部102の方が第3のガス不透過部104より厚くなっている。さらに、第1のガス不透過部100の一部が第3のガス不透過部104の縁部の上に延在している。同様に、第2のガス不透過部102の一部が第3のガス不透過部104の縁部の上に延在している。これによれば、第1のガス不透過部100および第2のガス不透過部102により、第3のガス不透過部104が電解質膜22の方へ押さえ付けられるため、第3のガス不透過部104と導電部106との接続信頼性を向上させることができ、ひいては、燃料電池10の動作信頼性を向上させることができる。
実施の形態2に係る燃料電池10に用いられる複合膜12の作製方法について、図11を参照して説明する。
実施の形態3に係る燃料電池10は、電解質膜22およびインターコネクタ18の形態を除き、実施の形態1と同様である。図12に、実施の形態3の燃料電池10の電解質膜22およびインターコネクタ18をカソード側からみた平面図を示す。上述した実施の形態1および実施の形態2に係る燃料電池10では、隣接する膜電極接合体20の間において、一方の膜電極接合体20を構成する電解質膜22と他方の膜電極接合体20を構成する電解質膜22が連結している。一方、実施の形態3に係る燃料電池10では、隣接する膜電極接合体20の間全体にインターコネクタ18が延在している。このインターコネクタ18によって一方の膜電極接合体20を構成する電解質膜22と他方の膜電極接合体20を構成する電解質膜22とが分断されている。
実施の形態3に係る燃料電池10に用いられる複合膜12の作製方法について、図13を参照して説明する。図13では、左側(i)に平面図を示し、右側(ii)、(iii)に平面図のA−A線、B−B線に沿った断面図をそれぞれ示す。
図14は、実施の形態4に係る燃料電池10の構造を示す断面図である。上述した実施の形態1、2および3の燃料電池10では、複数の膜電極接合体を併設可能な形状および面積を有する電解質膜22の上に、膜電極接合体形成領域に対応する開口部16を設けて、基材14を載置しているが、本実施の形態では、膜電極接合体形成領域に対応する開口部16を設けて配置した基材14の間に、電解質膜22を形成している。また、上述した実施の形態1および実施の形態2に係る燃料電池10では、隣接する膜電極接合体20の間において、一方の膜電極接合体20を構成する電解質膜22と他方の膜電極接合体20を構成する電解質膜22が連結している。一方、実施の形態4に係る燃料電池10では、実施の形態3と同様に隣接する膜電極接合体20の間全体にインターコネクタ18が延在している。このインターコネクタ18によって一方の膜電極接合体20を構成する電解質膜22と他方の膜電極接合体20を構成する電解質膜22とが分断されている。
実施の形態4に係る燃料電池10に用いられる複合膜12の作製方法について、図15を参照して説明する。図15では、左側(i)に平面図を示し、右側(ii)に平面図のA−A線に沿った断面図をそれぞれ示す。
Claims (10)
- 第1の表面および第2の表面を有し、複数のインターコネクタと、前記複数のインターコネクタの間に設けられた複数のイオン伝導部材とを含む、複合層と、
前記第1の表面に設けられ、アノードを形成する第1の複数の電極被覆層と、
前記第2の表面に設けられ、カソードを形成する第2の複数の電極被覆層と、
を備え、
各第1の複数の電極被覆層および各第2の複数の電極被覆層は前記イオン伝導部材の一つとイオン接触し、前記インターコネクタの一つと電気的に接触し、
少なくとも一つのインターコネクタは、絶縁材料で構成され、レーザビームの透過を遮るように構成された、第1のガス不透過部および第2のガス不透過部と、
電気伝導性を有し、前記第1のガス不透過部および前記第2のガス不透過部の間に並んで配置された第3のガス不透過部と、
を含み、
前記複合層から延在する第1の電極被覆層が前記第1のガス不透過部を被覆するとともに前記第3のガス不透過部に接続するか、前記複合層から延在する第2の電極被覆層が前記第2のガス不透過部を被覆するとともに前記第3のガス不透過部に接続するか、前記複合層から延在する第1の電極被覆層が前記第1のガス不透過部を、前記複合層から延在する第2の電極被覆層が前記第2のガス不透過部を、それぞれ被覆するとともに前記第1の電極被覆層及び前記第2の電極被覆層が前記第3のガス不透過部に接続し、
前記第1のガス不透過部および前記第2のガス不透過部は、それぞれ前記イオン伝導部材の一つと接触し、
前記インターコネクタがある燃料電池のアノードを隣接する燃料電池のカソードに電気的に接続させ、
第1のガス不透過部と第2のガス不透過部とが触媒層の加工に用いられるレーザビームの透過を妨げることを特徴とする燃料電池層。 - 前記複合層から延在する第2の電極被覆層が、前記第3のガス不透過部に接続している請求項1に記載の燃料電池層。
- 前記複数のイオン伝導部材が一体的に形成されており、
前記インターコネクタはイオン伝導部材に設けられた貫通孔を介して前記第1の電極被覆層および前記第2の電極被覆層とを電気的に接続する請求項1に記載の燃料電池層。 - 前記第3のガス不透過部を含むインターコネクタが膜電極接合体と他の膜電極接合体との間に延在し、
前記膜電極接合体の電解質膜と前記他の膜電極接合体の電解質膜とが前記インターコネクタにより分断されている請求項1に記載の燃料電池層。 - 前記第1および第2のガス不透過部が、複数の材料により構成され、少なくとも1つの材料が顔料を含むことを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池層。
- 前記顔料は、前記第1のガス不透過部および前記第2のガス不透過部の材料特性を変えて、レーザビームの透過量を減少またはレーザビームの吸収量を増加させる、またはこの両者を行う請求項5に記載の燃料電池層。
- 前記第1および第2のガス不透過部が、複数の材料により構成され、少なくとも1つの材料が金属酸化物の粒子を含むことを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池層。
- 前記金属酸化物の粒子は、前記第1のガス不透過部および前記第2のガス不透過部の材料特性を変えて、レーザビームの透過量を減少またはレーザビームの吸収量を増加させる、またはこの両者を行う請求項7に記載の燃料電池層。
- 前記第1および第2のガス不透過部が、ガラス繊維を織った布にエポキシ樹脂を含侵して形成され、
前記ガラス繊維が前記イオン伝導部材の表面に対して、90度未満の角度で配置されることを特徴とする請求項7に記載の燃料電池層。 - 第1の表面および第2の表面を有し、複数のインターコネクタと、前記複数のインターコネクタの間に設けられた複数のイオン伝導部材とを含む、複合層を形成する工程と、
前記第1の表面に第1の複数の電極被覆層を設けて、アノードを形成する工程と、
前記第2の表面に第2の複数の電極被覆層を設けて、カソードを形成する工程と、
を備え、
各第1の複数の電極被覆層および各第2の複数の電極被覆層は前記イオン伝導部材の一つとイオン接触し、前記インターコネクタの一つと電気的に接触し、
少なくとも一つのインターコネクタは、絶縁材料で構成され、レーザビームの透過を遮るように構成された、第1のガス不透過部および第2のガス不透過部と、
電気伝導性を有し、前記第1のガス不透過部および前記第2のガス不透過部と同一平面上に並んで配置され、且つ前記第1のガス不透過部および前記第2のガス不透過部の間に配置された第3のガス不透過部と、
を含み、
前記インターコネクタが燃料電池のアノードと隣接する燃料電池のカソードとを電気的に接続し、
前記第1のガス不透過部および前記第2のガス不透過部に沿って前記電極被覆層の一部をレーザビームを用いて選択的に除去し、隣接する燃料電池間を電気的に絶縁することによって、前記複合層から延在する第1の電極被覆層によって前記第1のガス不透過部を被覆するとともに前記第1の電極被覆層を前記第3のガス不透過部と接続させるか、前記複合層から延在する第2の電極被覆層によって前記第2のガス不透過部を被覆するとともに前記第2の電極被覆層を前記第3のガス不透過部と接続させるか、前記複合層から延在する第1の電極被覆層によって前記第1のガス不透過部を、前記複合層から延在する第2の電極被覆層によって前記第2のガス不透過部を、それぞれ被覆するとともに前記第1の電極被覆層及び前記第2の電極被覆層を前記第3のガス不透過部に接続させる工程をさらに備え、
触媒層の加工に用いられるレーザービームの透過に関して、前記第1のガス不透過部および前記第2のガス不透過部の透過率が第1のおよび第2の複数の電極被覆層の透過率より小さいことを特徴とする燃料電池層の製造方法。
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